JP2003200878A - 自転車用ハブトランスミッションの遊星ギアキャリア及び自転車用ハブトランスミッション - Google Patents

自転車用ハブトランスミッションの遊星ギアキャリア及び自転車用ハブトランスミッション

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JP2003200878A
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    • B62M11/04Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/16Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the ground-wheel hub
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なるピースを異なる材料で形成できるよ
う、マルチピースで構成された遊星ギアキャリアを備え
た自転車用ハブトランスミッションを提供することにあ
る。 【解決手段】 この遊星ギアキャリアは、第1キャリア
部材554と、第2キャリア部材560とを備えてい
る。第1キャリア部材554は、軸36を貫通させて受
けるための第1キャリア部材軸用開口555と、複数の
第1遊星ギア579を受けるための複数の第1遊星ギア
開口556とを含む。第2キャリア部材560は、軸3
6を貫通させて受けるための第2キャリア部材軸用開口
561を有する。また、第1キャリア部材554は、第
2キャリア部材560に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自転車用トランス
ミッション、特に、自転車用内装多段ハブトランスミッ
ションに関する。
【0002】
【従来の技術】乗り手がギア比を選択してペダリングに
費やす労力を変更できるよう、自転車の後輪にはしばし
ば、内装多段ハブトランスミッションが設置されてい
る。典型的なハブトランスミッションは、自転車用フレ
ームに設置されたハブ軸と、ハブ軸に回転自在に支持さ
れ、スプロケット及びチェーンを通じてペダリング力を
伝達する駆動体と、ハブ軸に回転自在に支持されたハブ
シェルとを備えている。駆動体とハブシェルとの間に
は、複数の駆動力伝達経路を通じて、駆動体からハブシ
ェルへ回転力を伝える動力伝達機構が配置されており、
各々の動力伝達経路は、通常、固有のギア比を形成す
る。動力伝達機構は、通常、ハブ軸の回りに回転自在に
支持された単数または複数の太陽ギアと、ハブ軸の回り
に回転自在に支持された1個のリングギアと、ハブ軸の
回りに回転自在に支持された1個の遊星ギアキャリア
と、遊星ギアキャリアに回転自在に支持され、太陽ギア
及びリングギアと係合する複数の遊星ギアとを備えた遊
星ギア機構により構成される。様々なコンポーネントを
選択的に互いに相対回転不能に連結させることによっ
て、複数の動力伝達経路と、対応するギア比とが選択さ
れる。たとえば、太陽ギアをハブ軸に回転不能に連結さ
せることによって1つのギア比が選択され、駆動体を遊
星ギアキャリアに対して回転不能に連結させることによ
って別のギア比が選択され、駆動体をリングギアに対し
て回転不能に連結させることによってさらに別のギア比
が選択されてもよい。典型的なハブトランスミッション
では、このような多くの連結関係が可能であるので、そ
の結果、比較的多数のギア比が可能になる。
【0003】様々な地形での運転で、乗り手が最も柔軟
に速度やペダリング力を調整できるためには、ハブトラ
ンスミッションができるだけ多くのギア比を形成可能な
ことが望まし意場合がある。そこで、異なる直径の遊星
ギアを加えることがしばしば必要となり、その結果、遊
星ギアキャリアのサイズを大きくしたり、別の遊星ギア
キャリアを追加しなければならない場合がある。遊星ギ
アキャリアは、通常、加速中または制動中に発生する力
に耐え得るように構成される必要がある。このため、従
来の遊星ギアキャリアは、機械加工または熱処理あるい
はその両方が施された鋼鉄で構成されている。したがっ
て、利用可能なギア比の数が増すにつれ、遊星ギア、す
なわちハブの重量、付加的な遊星ギアを構成するために
必要な機械加工のステップ数などが増大してしまう。ま
た、単一の遊星ギアキャリアを使用しているので、損傷
が生じたときに遊星ギアキャリア全体を交換する必要が
あり、遊星ギアの修理はさらに困難になる。
【0004】なお、従来の自転車用ハブトランスミッシ
ョンの具体例としては、下記文献において開示されるよ
うなものが既に知られている(例えば、特許文献1〜4
参照。)。
【0005】
【特許文献1】米国特許第5445573号明細書
【0006】
【特許文献2】米国特許第5556354号明細書
【0007】
【特許文献3】米国特許第5562563号明細書
【0008】
【特許文献4】米国特許第6258005号明細書
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、異な
る部品を異なる材料でそれぞれ形成できるよう、複数部
品で構成された遊星ギアキャリアを備えた自転車用ハブ
トランスミッションを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の自転車用ハブト
ランスミッションの遊星ギアキャリアは、第1キャリア
部材と、第2キャリア部材とを備えている。第1キャリ
ア部材は、軸が通り抜けられる第1キャリア部材軸用開
口と、複数の第1遊星ギアを受け入れるための複数の第
1遊星ギア開口とを含む。第2キャリア部材は、軸が通
り抜けられる第2キャリア部材軸用開口を有する。ま
た、第1キャリア部材は、第2キャリア部材に固定され
ている。
【0011】また、本発明の遊星ギアキャリアは、連結
部材は、第1キャリア部材及び第2キャリア部材の一方
の側部から、第1キャリア部材及び第2キャリア部材の
他方の側部まで延びたキャリアピンを有してもよい。こ
の場合、キャリアピンは、第1キャリア部材の側部から
延びてもよい。さらに、本発明の遊星ギアキャリアは、
第1キャリア部材と第2キャリア部材との間にキャリア
ピンを取り囲む砕片スペースが形成されてもよい。この
場合、第1キャリア部材は、砕片スペースを形成する溝
を有してもよい。
【0012】また、請求項8に記載の遊星ギアキャリア
は、第1連結部材は、第1キャリア部材の第1側部及び
第2キャリア部材の片側の一方から、第1キャリア部材
の第1側部及び第2キャリア部材の片側の他方まで延び
る第1キャリアピンを有し、第2連結部材は、第1キャ
リア部材の第2側部及び第3キャリア部材の片側の一方
から、第1キャリア部材の第2側部及び第3キャリア部
材の片側の他方まで延びる第2キャリアピンを有しても
よい。この場合、第1キャリアピンは、第1キャリア部
材の第1側部から延び、第2キャリアピンは、第1キャ
リア部材の第2側部から延びてもよい。またこの場合、
第1キャリア部材と第2キャリア部材との間に第1キャ
リアピンを取り囲む第1砕片スペースが形成され、第1
キャリア部材と第2キャリア部材との間に第2キャリア
ピンを取り囲む第2砕片スペースが形成されてもよい。
さらのこの場合、第1キャリア部材は、第1砕片スペー
スを形成する第1溝と、第2砕片スペースを形成する第
2溝とを有してもよい。
【0013】さらに、請求項9に記載の遊星ギアキャリ
アは、第1ピニオンピンは、第2ピニオンピンと一体に
なってマスターピニオンピンを形成してもよい。この場
合、マスターピニオンピンは、第1キャリア部材に支持
されており、マスターピニオンピンを回転自在に支持す
るよう、第1キャリア部材及びマスターピニオンピンの
間に配置されたブッシュをさらに備えてよい。またこの
場合、第1ピニオンピン及び第2ピニオンピンを軸方向
に固定するよう、第1キャリア部材及び第3キャリア部
材の少なくとも1つに配置されたストッパリング用溝を
さらに備えてもよい。
【0014】また、請求項7に記載の遊星ギアキャリア
は、第1キャリア部材と第2キャリア部材と第3キャリ
ア部材とを固定するための取付具をさらに備えてもよ
い。この場合、取付具は、第1キャリア部材、第2キャ
リア部材及び第3キャリア部材を貫通して延びるリベッ
トを有してもよい。さらに、請求項7に記載の遊星ギア
キャリアは、複数の第1遊星ギア開口は、第1キャリア
部材の第1側部を貫通し、複数の第2遊星ギア開口は、
第1キャリア部材の第2側部を貫通してもよい。或い
は、第3キャリア部材は、複数の爪受取溝を有してもよ
い。この場合、複数の爪受取溝は、第3キャリア部材の
外周面に配置されてもよい。
【0015】また、請求項7に記載の遊星ギアキャリア
は、第1キャリア部材は、第2キャリア部材及び第3キ
ャリア部材に直接当接してもよい。或いは、第1キャリ
ア部材は、太陽ギアを保持するための半径方向内側に延
びる壁を有してもよい。或いは、複数の第1遊星ギア開
口はそれぞれ、複数の第2遊星ギア開口よりも大きくて
もよい。或いは、第1キャリア部材の第1側部は、第1
キャリア部材の第2側部にほぼ平行であってもよい。
【0016】さらに、請求項12に記載の遊星ギアキャ
リアは、第1キャリア部材は軽量合金で形成されてもよ
い。この場合、第1キャリア部材はアルミニウム合金で
形成されてもよい。また、請求項1に記載の遊星ギアキ
ャリアは、第1キャリア部材は、ピニオンピン開口を有
し、ピニオンピン開口に配置されたブッシュをさらに備
えてもよい。或いは、第1キャリア部材は、第2キャリ
ア部材とは異なる材料で形成されてもよい。この場合、
第1キャリア部材は軽量合金で形成されてもよい。また
この場合、第1キャリア部材はアルミニウム合金で形成
されてもよい。
【0017】さらに、請求項1に記載の遊星ギアキャリ
アは、第1キャリア部材は、第2キャリア部材に係合す
る案内リブを有してもよい。
【0018】図1に、本発明の多くの特徴を備えた、一
実施形態によるハブトランスミッション14を備えた自
転車10の後方側面を示す。自転車10の後部は、サド
ル24を支持するシートチューブ22を備えたフレーム
18と、1対の従来型チェーンステイ26と、1対の従
来型シートステイ30とを備えている。車輪34は、チ
ェーンステイ26とシートステイ30との交差位置に、
フレーム端35によって軸36の回りに回転自在に支持
され、ペダル42及びチェーンリング46を備えたクラ
ンクアセンブリ38は、シートチューブ22とチェーン
ステイ26との交差位置に回転自在に支持されている。
チェーン50は、チェーンリング46に係合し、ハブト
ランスミッション14を回転駆動するスプロケット54
の回りに掛け渡されている。ハブトランスミッション1
4のギア比を変更するために、後述する方法により、ボ
ーデン(Bowden)型コントロールケーブル62が使用さ
れている。
【0019】図2に、本実施形態によるハブトランスミ
ッション14の断面を示す。図2に示すように、ハブト
ランスミッション14は、ハブ軸36と、ハブ軸36に
回転自在に支持された駆動体70と、ハブ軸36に回転
自在に支持されたスポークフランジ78を有するハブシ
ェル74と、駆動体70とハブシェル74との間に配置
され、複数の動力伝達経路を通じて駆動体70からハブ
シェル74へ回転力を伝える動力伝達機構82と、複数
の動力伝達経路の選択を制御し、駆動体70の回転力を
利用して動力伝達機構82における動力伝達経路の切り
替えを補助するシフト補助機構とを備えている。
【0020】スプロケット54は、スナップリング94
を使用して駆動体70にスプライン式に連結され、駆動
体70は、玉軸受98と軸受コーン102とを介して軸
36に回転自在に支持される。軸受コーン102は、ア
クチュエータプレート104と、スペーサ108と、座
金112と、ロックナット114とによって定位置に保
持される。
【0021】右カップ120は、ハブシェル74の右側
内周面に回転不能に嵌め合わされ、左カップ124は、
ハブシェル74の左側内周面に回転不能に嵌合される。
右カップ120は、玉軸受128を介してハブシェル7
4を駆動体70に対して回転自在に支持し、ハブトラン
スミッション14の右側の内部部品は、右カップ120
に嵌合されたシールカップ132によって外部汚染から
保護されている。左カップ124は、玉軸受136及び
コーン138を介して、ハブシェル74を軸36に回転
自在に支持している。コーン138は、ストップナット
142及びロックナット146によって軸36に保持さ
れている。
【0022】図2及び図3に示すように、動力伝達機構
82は、第1太陽ギア160と、第2太陽ギア164
と、第3太陽ギア168と、第4太陽ギア172とを備
えている。第1太陽ギア160は、軸36に回転不能に
連結され、クラッチカム部分76と、外周面に形成され
た複数の第1太陽ギア歯178(例えば、歯数48)
と、外周第2太陽ギア当接面180とを備えている。第
2太陽ギア164は、図3から最も明らかなように、第
1太陽ギア160に隣接して軸36の回りに回転自在に
支持されて、第1太陽ギア160の第2太陽ギア当接面
180とスライド自在に当接する内周第1太陽ギア当接
面192と、第2太陽ギア爪207と係合するために内
周面に形成された複数の第2太陽ギアラチェット歯20
6(例えば、歯数12)と、太陽ギア案内リング210
の外周面209とスライド自在に当接する内周案内リン
グ当接面208と、内周第3太陽ギア当接面200と、
外周面に形成された複数の第2太陽ギア歯198(例え
ば、歯数48)とを備えている。第3太陽ギア168
は、第2太陽ギア164に隣接して軸36の回りに回転
自在に支持されて、太陽ギア案内リング210の外周面
209とスライド自在に当接する内周第1案内リング当
接面220と、第3太陽ギア爪226と係合するために
内周面に形成された複数の第3太陽ギアラチェット歯2
24(例えば、歯数12)と、第2太陽ギア164の第
3太陽ギア当接面200とスライド自在に当接する外周
第2太陽ギア当接面235と、外周面に形成された複数
の第3太陽ギア歯236(例えば、歯数42)とを備え
ている。第4太陽ギア172は、外周面に形成された複
数の第4太陽ギア歯244(例えば、歯数36)と、第
4太陽ギア爪250と係合するために内周面に形成され
た複数の第4太陽ギアラチェット歯248(例えば、歯
数12)と、案内リング258の外周面254とスライ
ド自在に当接する内周案内リング当接面252とを備え
ている。
【0023】爪207は、軸36に形成された爪受取溝
264に回動自在に嵌合する爪シート260と、軸36
に形成されたバネ受取溝276に設置されるバネ272
を受け入れるためのバネ受取溝268と、シフト制御ス
リーブ288の爪制御アーム284の内周面282に当
接する爪当接面280と、第2太陽ギアラチェット歯2
06と係合する爪歯289とを備えている。同様に、爪
226は、軸36に形成された爪受取溝294に回動自
在に嵌合する爪シート290と、軸36に形成されたバ
ネ受取溝306に設置されるバネ302を受け入れるた
めのバネ受取溝298と、シフト制御スリーブ288の
爪制御アーム314の内周面312に当接する爪当接面
310(図2参照)と、第3太陽ギアラチェット歯22
4と係合する爪歯316とを備えている。最後に、爪2
50は、軸36に形成された爪受取溝324に回動自在
に嵌合する爪シート320と、軸36に形成されたバネ
受取溝336に設置されるバネ332を受け入れるため
のバネ受取溝328と、シフト制御スリーブ288の爪
制御アーム344の内周面342に当接する爪当接面3
40と、第4太陽ギアラチェット歯248と係合する爪
歯346とを備えている。爪207,226,250の
爪歯289,316,346は、周知の方法で、各々対
応するバネ272,302,332によって、半径方向
外側に付勢される。
【0024】本実施形態による太陽ギア案内リング21
0の半分は、第2太陽ギア164の案内リング当接面2
08と軸36との間に嵌合され、太陽ギア案内リング2
10の残りの半分は、第3太陽ギア168の第1案内リ
ング当接面220と軸36との間に嵌合される。太陽ギ
ア案内リング210は、外周面209の他に、X軸方向
に軸36に断続的に形成された固定用段付き部364と
係合する固定用溝360と、X軸方向に軸36に断続的
に形成された固定用溝376と係合する固定用突起36
8と、X軸方向に軸36に断続的に形成された固定用段
付き部380と係合する固定用溝376と、X軸方向に
軸36に断続的に形成された固定用溝388と係合する
固定用突起389と、X軸方向に軸36に断続的に形成
された固定用段付き部396と係合する固定用溝392
と、シフト制御スリーブ288のベーススリーブ408
を太陽ギア案内リング210と軸36との間に支持する
制御スリーブ支持面404とを備えている。
【0025】太陽ギア案内リング254は、第4太陽ギ
ア172の案内リング当接面252と、軸36との間に
嵌合される。太陽ギア案内リング254は、太陽ギア案
内リング210とは異なり、軸36の固定用段付き部3
64,380,396の周囲に嵌合される円形内周面4
44を備えている。円形内周面444の一部は、ベース
スリーブ408の端部452を太陽ギア案内リング25
8と軸36との間に保持する制御スリーブ支持面448
を形成している。ベーススリーブ408の端部452
は、座金456の溝54まで延びている。
【0026】シフト制御スリーブ288のベーススリー
ブ408は、X軸方向に軸36に形成された制御スリー
ブ溝460内に回転自在に嵌合され、太陽ギア案内リン
グ210,258によって半径方向外側に支持されてい
る。爪制御アーム284,314,344は各々、軸3
6の外周に形成された制御アーム用溝464,468,
472内にスライド自在に配置される。シフト制御スリ
ーブ288の詳細な構造及び動作は周知であり、さらに
詳細な説明は、2000年3月10日に出願された米国
特許出願第09/522,703号明細書に記載されて
いる。
【0027】図2に示すように、動力伝達機構82は、
いずれも軸36の回りに回転自在に設置された、遊星ギ
アキャリア550,第1リングギア551及び第2リン
グギア553をさらに備えている。図4及び図6に示す
ように、遊星ギアキャリア550は、軸36を貫通させ
て受けるための第1キャリア部材軸用開口555と、複
数の第1遊星ギア579を受け入れるための第1キャリ
ア部材554の側部を横切る複数(例えば、3個)の第
1遊星ギア開口556と、複数の第2遊星ギア608を
受け入れるための第1キャリア部材554の反対側の側
部を横切る第1遊星ギア開口よりも大きい、複数(例え
ば、3個)の第2遊星ギア開口558とを有する第1キ
ャリア部材554と、軸36を貫通させて受けるための
第2キャリア部材軸用開口561を有する第2キャリア
部材560と、軸36を貫通させて受けるための第3キ
ャリア部材軸用開口563を有する第3キャリア部材5
62とを備えている。本実施形態による第1キャリア部
材554は、アルミニウム合金などの軽量の合金で構成
され、第2キャリア部材560及び第3キャリア部材5
62は、鋼鉄などのより頑丈な金属で構成される。
【0028】3対の第1キャリアピン564は、第1キ
ャリア部材554が第2キャリア部材560に回転不能
に連結されるよう設けられており、各対の第1キャリア
ピン564は、第1遊星ギア開口556の対応する対の
間に配置されている。同様に、3対の第2キャリアピン
565は、第1キャリア部材554が第3キャリア部材
562に回転不能に連結されるよう設けられており、各
対の第2キャリアピン565は、第2遊星ギア開口55
8の対応する対の間に配置されている。本実施形態によ
る各第1遊星ギア開口556は、対応する第2遊星ギア
開口558の反対側に配置され、各対の第1キャリアピ
ン564は、対応する各対の第2キャリアピン565の
反対側に配置されている。第1キャリアピン564及び
第2キャリアピン565は、第1キャリア部材554、
第2キャリア部材560及び第3キャリア部材562と
の連結部材として機能し、第1キャリア部材554の側
部にプレス嵌めされ、側部から延びている。第1キャリ
アピン564は、第2キャリア部材560に形成された
孔(図示せず)にプレス嵌めされ、第2キャリアピン5
65は、第3キャリア部材562に形成された孔566
にプレス嵌めされる。第1キャリア部材554は、第2
キャリア部材560及び第3キャリア部材562と直接
当接するように設計されている。このような連結を容易
にするために、図5に示すような、各キャリアピンを取
り囲む溝、隙間その他の砕片スペース567が設けら
れ、キャリア部材が互いに嵌合される際に発生するピン
またはキャリア部材の切り屑または削り屑のたまり場と
して機能している。さらに、第2キャリア部材560の
内周面と係合する3個の案内リブ557が、第1キャリ
ア部材554の内周面から各対のキャリアピン564の
半径方向内側に延び、第1キャリア部材554の外周面
と係合する3個の案内リブ559が、第3キャリア部材
562の外周面から孔566の各対の半径方向外側に延
びている。案内リブ557及び559は、組立を容易に
し、第1キャリア部材554と、第2キャリア部材56
0と、第3キャリア部材562との間の連結をさらに強
化するために役立っている。
【0029】第1キャリア部材554と、第2キャリア
部材560と、第3キャリア部材562とは、3本のリ
ベット568(図4及び図6に1本のみ図示)によっ
て、相互に固定連結されている。各リベット568は、
各々の対の第1キャリアピン564の間と、各々の対の
第2キャリアピン565の間に配置されるように、第2
キャリア部材560の開口569を通り、第1キャリア
部材554の開口570を通って、第3キャリア部材5
62の開口571を貫通している。3個のブッシュ57
2(図4及び図6に1個のみ図示)は、第1キャリア部
材554の対応する開口573にプレス嵌めされ、各々
一体に形成された第1ピニオンピン575及び第2ピニ
オンピン576からなる3本のマスターピニオンピン5
74(図4及び図6に1個のみ図示)を支持している。
マスターピニオンピン574は、各々の第1ピニオンピ
ン575が第1遊星ギア開口556内に配置されて、第
2キャリア部材560に形成されたブラインド孔577
内に支持され、各々の第2ピニオンピン576が第2遊
星ギア開口558内に配置されて、第3キャリア部材5
62に形成された開口578内に支持されるように、第
1キャリア部材554を貫通して延びている。マスター
ピニオンピン574は、第3キャリア部材562の外周
面に形成されたスットッパリング用溝582内に嵌合す
るストッパリング581(図6参照)によって、遊星ギ
アキャリア550内で軸方向に固定される。各々の第1
ピニオンピン575は、1個の第1遊星ギア579を回
転自在に支持し、各々の第1遊星ギア579は、第1太
陽ギア160の複数の第1太陽ギア歯178と係合する
小直径ギア部580(例えば、歯数14)と、第1リン
グギア551の第1内周ギア部585と係合する大直径
ギア部584(例えば、歯数22)とを有している。同
様に、各々の第2ピニオンピン576は、1個の第2遊
星ギア608を回転自在に支持し、各々の第2遊星ギア
608は、第4太陽ギア172の複数の第4太陽ギア歯
244と係合する大直径ギア部612(例えば、歯数2
9)と、第3太陽ギア168の複数の第3太陽ギア歯2
36と係合する中間直径ギア部616(例えば、歯数1
8)と、第2太陽ギア164の複数の第2太陽ギア歯1
98及び第2リングギア553の内周ギア部624(例
えば、歯数78)と係合する小直径ギア部620(例え
ば、歯数14)とを備えている。
【0030】第1キャリア部材554は、さらに、第2
太陽ギア164を軸方向に保持するための半径方向内側
に延びる壁面626を備えている。第2キャリア部材5
60の右側には、複数(例えば、歯数12個)のクラッ
チ係合スプライン621が周上に配置され、クラッチリ
ング623に形成された補足的な複数の遊星ギアキャリ
ア係合スプライン622と係合する。第3キャリア部材
は、複数(例えば、歯数3個)の爪受取溝907を外周
面に備え、そこに、対応する複数の、周上に配置された
爪908(図2参照)が支持される。爪908は、左カ
ップ124の右側に形成された内周ギア916と係合す
るように、爪用バネ912によって半径方向外側に付勢
される。爪908は、遊星ギアキャリア550の順方向
の回転を、左カップ124に伝達し、これによって、回
転がハブシェル74にも伝達される。
【0031】図7は、軸36に設置されるシフト補助機
構90の部分的分解図であり、図8は、クラッチリング
623が遊星ギアキャリア550に連結された際のシフ
ト補助機構90の詳細図であり、図9は、クラッチリン
グ623が遊星ギアキャリア550との連結から外され
た際のシフト補助機構90の詳細図である。これらの図
に示すように、シフト補助機構90は、輪形シフトキー
部材700と、シフトキー部材用案内部704と、セー
バーバネ708と、バネ用座金712と、戻しバネ71
6と、シフトスリーブ720と、バネ用座金724と、
爪支持部728と、シフトスリーブ732と、爪制御用
座金736とを備えている。シフトキー部材700は、
第1太陽ギア60(図8参照)のクラッチカム部分17
6を通って、シフトキー部材用案内部704の側壁74
8に形成された軸方向に延びる溝744まで半径方向内
側に延びるカム従車740を備えている。図8及び図9
に示すように、第1太陽ギア160のクラッチカム部分
176は、第1カムステップ750及び第2カムステッ
プ751を定めるカム面749を備えている。また、ク
ラッチリング623は、クラッチ付勢バネ747によっ
て左方に付勢される。したがって、シフトキー部材70
0が図8に示された位置にある際、クラッチリング62
3の遊星ギアキャリア係合スプライン622は、遊星ギ
アキャリア550のクラッチ係合スプライン621に係
合し、クラッチリング623の周上に配置された複数の
駆動体係合スプライン753は、駆動体の補足的な複数
のクラッチ係合スプライン754と回転不能に係合し、
それによって、駆動体70と、クラッチリング623
と、シフトキー部材700のカム従車740とは、一体
になって回転する。ただし、図9に示すように、シフト
キー部材700が回転すると、シフトキー部材700の
カム従車740は、第1太陽ギア160の第2カムステ
ップ751まで移動する。この位置におけるクラッチリ
ング623の遊星ギアキャリア係合スプライン622
は、遊星ギアキャリア550のクラッチ係合スプライン
621から外れるので、遊星ギアキャリア550は、も
はや駆動体70とは直接的に連結されていない。
【0032】シフトキー部材用案内部704は、シフト
制御スリーブ288の端部756に連結するための、シ
フト制御スリーブ連結用開口752も備えている。セー
バーバネ708及びバネ用座金712は、共に、シフト
キー部材用案内部704の側壁748内で半径方向内側
に配置され、そこでセーバーバネ708の第1端756
は、シフトキー部材用案内部704に形成された、軸方
向に延びる、バネレッジ760に保持され、セーバーバ
ネ708の第2端764は、バネ用座金712に形成さ
れたスリーブ連結レッジ768の側端部に保持される。
【0033】戻しバネ716の第1端772は、バネ用
座金712に形成されたバネレッジ776に保持され、
戻しバネ716の第2端780は、バネ用座金724の
バネレッジ784に保持される。バネ用座金724は、
バネ用座金724が軸36に回転不能に連結されるよ
う、軸36に形成された直径を挟んで対向する軸溝79
6(図7に1本のみ図示)に嵌合する、半径方向内側に
延びる、直径を挟んで対向する軸係合突起792を備え
ている。バネ用座金724が軸36に回転不能に連結さ
れる結果、戻しバネ716は、バネ用座金724に対し
て、バネ用座金712を時計回りに付勢する。
【0034】シフトスリーブ720の直径を挟んで対向
する左側連結脚800は、バネ用座金712のスリーブ
連結レッジ768(図7にこのようなスリーブ連結レッ
ジ768を1個のみ図示)にある補足的溝804と回転
不能に係合し、シフトスリーブ720の直径を挟んで対
向する右側連結脚808は、バネ用座金724の中央開
口812を貫通して延び、爪支持部728の補足的なシ
フトスリーブ連結溝816と回転不能に係合する。した
がって、バネ用座金712と、シフトスリーブ720
と、爪支持部728とは一体になって回転する。
【0035】直径を挟んで対向する爪820は、C字形
クリップ822を介して、爪支持ピン824に回転自在
に取り付けられ、爪支持ピン824は、バネ用座金72
8に取り付けられる。同様に、爪付勢バネ828は、バ
ネ支持ピン829の周囲に取り付けられ、C字形クリッ
プ830によって固定される。各々の爪付勢バネ828
の一端832は、爪支持部728のバネ保持レッジ83
6に係合し、他端840は、対応する爪820に係合し
て、爪の端部844を半径方向外側に付勢している。爪
制御用座金736は、直径方向に対向されて、軸方向に
延びる爪制御レッジ850を備え、爪制御レッジ850
は、通常、爪820を半径方向内側に押圧する。後述す
るように、爪制御レッジ850が爪820から離れる方
向に移動すると、爪820は、半径方向外側に振れて、
補助カム854(図9参照)のラチェット歯882と係
合する。
【0036】シフトスリーブ732の直径を挟んで対向
する左側連結脚860は、シフトスリーブ720の直径
を挟んで対向する右側連結脚808に当接し(図14参
照)、シフトスリーブ732の直径を挟んで対向する右
側連結脚868は、爪制御用座金736の連結用溝87
2を通り、軸受コーン102の開口876を通って、ア
クチュエータプレート104の補足的なシフトスリーブ
連結溝880に回転不能に係合する。したがって、シフ
トスリーブ732と、爪制御用座金736と、アクチュ
エータプレート104とは、一体になって回転する。た
だし、後述するように、シフトスリーブ732は、シフ
トスリーブ720及び爪支持部728に対して時計回り
に回転可能である。図10にその概略を示すように、戻
しバネ716は、バネ用座金712をバネ用座金724
に対して時計回りに付勢し、バネ用座金712は、シフ
トスリーブ720を介して爪支持部728に連結され、
爪支持部728は、シフトスリーブ732を介してアク
チュエータプレート104に連結されるので、アクチュ
エータプレート104にも時計回りの付勢がかかる。ア
クチュエータプレート104は、最初に右回りの開始位
置にあるので、動力伝達機構82の伝達経路は、続い
て、アクチュエータプレート104を反時計回りに回転
させることによって選択される。
【0037】シフト補助機構90は、駆動体70からシ
フト制御スリーブ288に伝えられる動力量を制御する
動力制御機構850をさらに備え、シフト制御スリーブ
288がシフトを完了できない場合に、シフト制御スリ
ーブ288を損傷から防いでいる。図8及び図9からよ
り明らかなように、動力制御機構850は、環状ストッ
パプレート858及びロックリング862によって定位
置に保持される環状補助カム854と、駆動体70と共
に回転されるように、制御自在に連結された1対の環状
第1動力制御部材866と、補助カム854と共に回転
されるように、制御自在に連結された1対の環状第2動
力制御部材870と、環状第1動力制御部材866及び
第2動力制御部材870を互いの方向へ付勢するための
1対の波座金874の形状をした動力制御付勢装置とに
より構成される。
【0038】図11に示すように、補助カム854は、
内周面882に配置され、後述する方法で、爪820と
係合する複数のラチェット歯878と、外周面890に
配置された複数の補助カムスプライン886とを備えて
いる。図12に示すように、各々の第1動力制御部材8
66は、外周面898に配置された複数の第1動力制御
部材スプライン894を備えている。第1動力制御部材
866が駆動体70と共に回転する一方、駆動体70に
対して軸方向に移動可能なように、第1動力制御部材ス
プライン894は、駆動体70の内周面に形成された対
応する複数の駆動体スプライン902にスライド自在に
係合する。図13に示すように、第2動力制御部材87
0は、内周面910に配置された複数の第2動力制御部
材スプライン906を備えている。第2動力制御部材8
70が補助カム854と共に回転する一方、補助カム8
54に対して軸方向に移動可能なように、第2動力制御
部材スプライン906は、補助カム854の複数の補助
カムスプライン886とスライド自在に係合する。第2
動力制御部材870は、潤滑油を溜めることのできる周
上に配置された複数の開口914も備えている。
【0039】第1動力制御部材866は、組立状態にお
いて、第1動力制御部材866及び第2動力制御部材8
70が互いに当接するよう、第2動力制御部材870に
挟まれ、波座金874によって互いに圧接されている。
したがって、補助カム854及び第2動力制御部材87
0が駆動体70及び第1動力制御部材866の回転を有
意に妨げない限り、駆動体70、第1動力制御部材86
6、第2動力制御部材870及び補助カム854は、一
体になって回転し、第1動力制御部材866及び第2動
力制御部材870の間の当接摩擦力が超えられると、補
助カム854及び第2動力制御部材870は、駆動体7
0及び第1動力制御部材866に対して回転する。駆動
体70及び第1動力制御部材866の回転を有意に妨げ
る状態は、シフト制御スリーブ288が回転不能である
か、逆にシフトを完了できないときに発生する可能性が
ある。部品の損傷を避けるには、そのような過剰な抵抗
力の発生時に第1動力制御部材866と、第2動力制御
部材870との間の当接摩擦力が超えられ、補助カム8
54及び第2動力制御部材870は、駆動体70及び第
1動力制御部材866に対して回転する。この後、乗り
手がペダルの抵抗力を下げると、シフトが完了できるよ
うになり、部品は正常に動作可能となる。
【0040】ここで、ハブの動作について説明する。表
1に、各速度段における様々な部品の連結を示し、表2
に、各速度段における動力伝達経路を示す。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】 自転車が加速中の場合などに第4速度段から第5速度段
にシフトされる際、連結機構のタイミングは、以下のシ
ーケンスに従うように設定されている。
【0043】
【表3】 したがって、自転車の加速中に乗り手が第4速度段から
第5速度段にシフトすると、第3太陽ギア168が一時
的にロックされ、続いて第2太陽ギア164が最初に開
放されて、第3速度段と同じ状態が構成される。自転車
の加速時に予測されるように、乗り手はペダルの僅かな
加速としてこの状態を感知する。続いて、クラッチリン
グ623が遊星ギアキャリア550に係合され、第7速
度段と同じ状態が構成される。トランスミッションが高
いギア比にシフトする際に予測されるとおり、乗り手は
ペダルの減速としてこの状態を感知する。この後、太陽
ギア168が開放されて、希望の第4速度段が達成され
る。クラッチリング623が係合される前に太陽ギアが
開放されると、トランスミッションは第1速度段と同じ
状態になり、ペダルが急速に加速されるという非常に望
ましくない状態が生じ、トランスミッションが第5速度
段へのシフトを完了する際に大きな衝撃が生じる。
【0044】また、このシーケンスは、自転車が減速中
であり、乗り手が第5速度段から第4速度段にシフトし
たい場合に、特に有利である。この場合、第5速度段か
ら第7速度段へ一時的な切り替えによってペダルが減速
されるが、クラッチリング623が最初に開放されるよ
りも良好である。クラッチリング623が最初に開放さ
れる場合は、トランスミッションは、ペダルが急速に加
速される第1速度段と同じ状態にある。このようなペダ
ルの急な加速は、例えば、丘を登る際などには望ましく
ない。この後、トランスミッションは、第7速度段から
第3速度段に一時的に切り替わる。これによって、ペダ
ルが加速されるが、第3速度段は乗り手がたった今いた
第4速度段に隣接する段なので、この切り替えの方がは
るかに好ましい。この後、トランスミッションは、希望
の第4速度段に切り替わる。この第5速度段から第4速
度段への全体的なシフトは、急な加速や減速が最も望ま
しくない状態において、そのような加速や減速が生じる
のを防いでいる。
【0045】前述のように、シフト補助機構90は、駆
動体70の回転力を利用して、動力伝達機構82におけ
る動力伝達経路の切り替えも支援している。この機能
は、有意な駆動力がスプロケット54に掛けられ、それ
によって、様々な部品の連結または開放に大きな抵抗力
が生じた場合に、望ましい機能である。通常の操作中
は、アクチュエータプレート104と、シフトスリーブ
732と、爪制御用座金736と、爪支持部728と、
シフトスリーブ720と、バネ用座金712と、シフト
キー部材用案内部704と、シフト制御スリーブ288
とは、一体となって回転して、様々な部品を連結または
開放する。その結果、シフトスリーブ732の連結脚8
60と、爪制御用座金736の爪制御レッジ850と、
シフトスリーブ720の爪820及び連結脚808と
は、図14に示す位置にある。この状態にある爪820
は、補助カム854のラチェット歯878から外れてい
る。ただし、スプロケット54に有意な駆動力が掛けら
れ、その結果、シフト制御スリーブ288の動作に有意
な抵抗が生じる場合、アクチュエータプレート104の
回転にもかかわらず、シフト制御スリーブ288は静止
状態になる傾向にある。この場合、シフトスリーブ73
2は、シフトスリーブ720に対して時計回りに回転
し、それによって、爪制御用座金736が爪支持部72
8に対して時計回りに回転して、図15に示すように、
爪制御レッジ850が爪820から離れる方向に移動す
る。その結果、爪支持部728が補助カム854及び駆
動体70と共に回転するように、爪820は半径方向外
側に回転して、補助カム854のラチェット歯878と
係合する。これによって、シフトスリーブ720、シフ
トキー部材用案内部704、シフト制御スリーブ28
8、を次々に回転して、シフト操作を完了する補助力が
与えられる。シフト制御スリーブ288からの抗力が超
えられると、図16に示すように、爪支持部728は、
シフト操作が完了して図14の状態に復元されるまで爪
制御用座金736に対して時計回りに回転する。前述の
ように、補助カム854及び第2動力制御部材870が
駆動体70及び第1動力制御部材866の回転を有意に
妨げない限り、駆動体70と、第1動力制御部材866
と、第2動力制御部材870と、補助カム854とは、
一体になって回転する。
【0046】ここでは、本発明による様々な実施形態を
説明しているが、本発明の意図又は範囲から離れること
なく、さらなる修正を加えることができる。さらに、本
発明による複数の実施形態の説明は、図示のみを目的と
し、請求項やこれと同等のも定義によって本発明を制限
するものではない。たとえば、様々な部品の大きさ、形
状、位置、方向などを希望に応じて変更してもよい。1
つの要素の機能を2つの要素で実行するか、又はその逆
を行ってもよい。本実施形態によるすべての利点が同時
に存在する必要もない。従来の技術とは異なる独自の機
能は、単独又は他の機能との組合せのいずれであって
も、そのような機能によって具体化された構造又は機能
(あるいは両方)の概念を含め、すべて出願者による独
自の発明と見なされるべきである。したがって、本発明
の範囲は、開示された特定の構造、あるいは特別な構造
又は機能に関する最初の焦点のみに限定されるものでは
ない。
【0047】
【本発明の効果】本発明の自転車用ハブトランスミッシ
ョンは、複数部品で構成された遊星ギアキャリアを備え
ているため、異なる部品をそれぞれ異なる材料で形成で
きる。これにより、遊星ギアの大きな力の掛からない部
分は、軽量の材料で構成することができ、複数部品の遊
星ギアを構成することで破損した部品のみの交換が可能
となるため、遊星ギアの修理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハブトランスミッションを備えた自転車後方の
側面図。
【図2】本発明の本実施形態によるハブトランスミッシ
ョンの断面図。
【図3】本発明の本実施形態によるハブトランスミッシ
ョンに使用される軸及び太陽ギア装置の分解図。
【図4】本発明の本実施形態による遊星ギアキャリアの
分解図。
【図5】図4に示された連結部材の詳細図。
【図6】組立状態にある遊星ギアキャリアの側面断面
図。
【図7】ハブトランスミッションに使用されるシフト補
助機構の部分的分解図。
【図8】本発明の本実施形態による、動作不能状態にあ
る動力制御機構を備えたシフト補助装置を示す詳細図。
【図9】動作状態にある動力制御機構を備えたシフト補
助装置を示す詳細図。
【図10】シフト補助装置の偏向を示す詳細図。
【図11】本発明の本実施形態による補助カムの正面
図。
【図12】本発明の本実施形態による第1動力制御部材
の正面図。
【図13】本発明の本実施形態による第2動力制御部材
の正面図。
【図14】動作不能状態にあるシフト補助装置の図8の
XIV−XIV線による断面図。
【図15】動作状態にあるシフト補助装置の図8のXI
V−XIV線による断面図。
【図16】動作不能状態に向かって移動中のシフト補助
装置の図8のXIV−XIV線による断面図。
【符号の説明】
36 軸 160,164,168,172 太陽ギア 264,294,324,907 爪受取溝 554 第1キャリア部材 555 第1キャリア部材軸用開口 556 第1遊星ギア開口 558 第2遊星ギア開口 560 第2キャリア部材 561 第2キャリア部材軸用開口 562 第3キャリア部材 563 第3キャリア部材軸用開口 564 第1キャリアピン 565 第2キャリアピン 567 砕片スペース 568 リベット 572 ブッシュ 574 マスターピニオンピン 575,576 ピニオンピン 579 第1遊星ギア 582 ストッパリング用溝 608 第2遊星ギア 626 壁面
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月13日(2003.2.1
3)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の多くの特徴を備
えた、一実施形態によるハブトランスミッション14を
備えた自転車10の後方側面を示す。自転車10の後部
は、サドル24を支持するシートチューブ22を備えた
フレーム18と、1対の従来型チェーンステイ26と、
1対の従来型シートステイ30とを備えている。車輪3
4は、チェーンステイ26とシートステイ30との交差
位置に、フレーム端35によって軸36の回りに回転自
在に支持され、ペダル42及びチェーンリング46を備
えたクランクアセンブリ38は、シートチューブ22と
チェーンステイ26との交差位置に回転自在に支持され
ている。チェーン50は、チェーンリング46に係合
し、ハブトランスミッション14を回転駆動するスプロ
ケット54の回りに掛け渡されている。ハブトランスミ
ッション14のギア比を変更するために、後述する方法
により、ボーデン(Bowden)型コントロールケーブル6
2が使用されている。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸が通り抜けられる第1キャリア部材軸用
    開口と、複数の第1遊星ギアを受け入れるための複数の
    第1遊星ギア開口とを含む第1キャリア部材と、 前記軸が通り抜けられる第2キャリア部材軸用開口を有
    する第2キャリア部材とを備え、 前記第1キャリア部材は、前記第2キャリア部材に固定
    されている、自転車用ハブトランスミッションの遊星ギ
    アキャリア。
  2. 【請求項2】前記第1キャリア部材を前記第2キャリア
    部材に回転不能に連結するための連結部材をさらに備え
    た、請求項1に記載の遊星ギアキャリア。
  3. 【請求項3】前記第1キャリア部材は、太陽ギアを軸方
    向に保持するための半径方向内側に延びる壁面を有して
    いる、請求項1に記載の遊星ギアキャリア。
  4. 【請求項4】前記複数の第1遊星ギア開口のそれぞれに
    配置され、前記第1キャリア部材及び前記第2キャリア
    部材の少なくとも1つによって支持されたピニオンピン
    と、 各前記ピニオンピンに回転自在に支持された遊星ギアと
    をさらに備えた、請求項1に記載の遊星ギアキャリア。
  5. 【請求項5】前記第1キャリア部材は、複数の第2遊星
    ギアを受け入れるための、複数の第2遊星ギア開口を有
    している、請求項1に記載の遊星ギアキャリア。
  6. 【請求項6】前記複数の第1遊星ギア開口は、前記第1
    キャリア部材の第1側部に配置され、前記複数の第2遊
    星ギア開口は、前記第1キャリア部材の第2側部に配置
    されている、請求項5に記載の遊星ギアキャリア。
  7. 【請求項7】前記第2キャリア部材は、前記第1キャリ
    ア部材の第1側部に固定され、 前記軸が通り抜けられる第3キャリア部材軸用開口を有
    する第3キャリア部材をさらに備え、 前記第3キャリア部材は、前記第1キャリア部材の第2
    側部に固定されている、請求項6に記載の遊星ギアキャ
    リア。
  8. 【請求項8】前記第1キャリア部材を前記第2キャリア
    部材に回転不能に連結するための第1連結部材と、 前記第1キャリア部材を前記第3キャリア部材に回転不
    能に連結するための第2連結部材とをさらに備えた、請
    求項7に記載の遊星ギアキャリア。
  9. 【請求項9】前記複数の第1遊星ギア開口のそれぞれに
    配置され、前記第1キャリア部材及び前記第2キャリア
    部材の少なくとも一方によって支持された第1ピニオン
    ピンと、 各前記第1ピニオンピンに回転自在に支持された前記第
    1遊星ギアと、 前記複数の第2遊星ギア開口のそれぞれに配置され、前
    記第1キャリア部材及び前記第3キャリア部材の少なく
    とも1つによって支持された第2ピニオンピンと、 各前記第2ピニオンピンに回転自在に支持された前記第
    2遊星ギアとをさらに備えた、請求項7に記載の遊星ギ
    アキャリア。
  10. 【請求項10】前記複数の第1遊星ギア開口はそれぞ
    れ、対応する第2遊星ギア開口の正反対側に位置し、 前記第1キャリア部材を前記第2キャリア部材に回転不
    能に連結する複数対の第1キャリアピンであって、対応
    する1対の第1遊星ギア開口の間に1対ごとに配置され
    た第1キャリアピンと、 前記第1キャリア部材を前記第3キャリア部材に回転不
    能に連結する複数対の第2キャリアピンであって、対応
    する1対の第2遊星ギア開口の間に1対ごとに配置され
    た第2キャリアピンと、 各対の第1キャリアピンの間と、各対の第2キャリアピ
    ンの間に配置され、前記第1キャリア部材、前記第2キ
    ャリア部材及び前記第3キャリア部材にわたって延びる
    リベットと、 各前記第1キャリア部材から、対応する第1遊星ギア開
    口及び前記第2遊星ギア開口にわたって延びる複数のピ
    ニオンピンと、 各前記第1遊星ギア開口に回転自在に支持された第1遊
    星ギアと、 各前記第2遊星ギア開口に回転自在に支持された第2遊
    星ギアとをさらに備え、 各対の第1キャリアピンは、対応する対の第2キャリア
    ピンの反対側に位置している、請求項7に記載の遊星ギ
    アキャリア。
  11. 【請求項11】前記第1キャリア部材は、前記第2キャ
    リア部材に係合する第1案内リブを有し、前記第3キャ
    リア部材は、前記第1キャリア部材に係合する第2案内
    リブを有している、請求項7に記載の遊星ギアキャリ
    ア。
  12. 【請求項12】前記第1キャリア部材は、前記第2キャ
    リア部材または第3キャリア部材の少なくとも1つとは
    異なる材料で形成されている、請求項7に記載の遊星ギ
    アキャリア。
  13. 【請求項13】ハブ軸と、 前記ハブ軸に回転自在に支持された駆動体と、 前記ハブ軸に回転自在に支持されたハブシェルと、 前記駆動体と前記ハブシェルとの間に配置され、複数の
    動力伝達経路を通じて、前記駆動体から前記ハブシェル
    に回転力を伝える遊星ギア機構とを備え、 前記遊星ギア機構は、 前記軸が通り抜けられる第1キャリア部材軸用開口と、
    複数の第1遊星ギアを受け入れるための複数の第1遊星
    ギア開口を含む第1キャリア部材と、 前記軸が通り抜けられる第2キャリア部材軸用開口を含
    む第2キャリア部材とを有しており、 前記第1キャリア部材は前記第2キャリア部材に固定さ
    れている、ハブトランスミッション。
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