JP2007113711A - 自転車用フリーホイール - Google Patents

Abstract

【課題】複数のクラッチ爪を有するフリーホイールにおいて、遊び角が少なく且つ内部構造がシンプルで高い強度を有するフリーホイールを提供する。
【解決手段】フリーホイール４３は、内側部材５０と、外側部材５１と、少なくとも一つの軸受と、ワンウェイクラッチ５３とを備えている。内側部材は、ハブ体に連結される。外側部材は、内側部材の外周側に配置される。軸受は、内側部材と外側部材との間に配置され外側部材を内側部材に対して相対回転自在に装着する。ワンウェイクラッチは、外側部材の内周面に設けられたラチェット歯６０、内側部材の外周面に周方向に間隔を隔てて配置された第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）のｎ個のクラッチ爪６１、及び第１から第ｎのクラッチ爪のうち複数のクラッチ爪を内側部材の外周側から係合位置に向けて付勢する付勢部材６２を有し、第１から第ｎのクラッチ爪は、遊び角が１０度以下である。
【選択図】図４

Description

本発明は、フリーホイール、特に自転車のハブに装着される自転車用フリーホイールに関する。

自転車の駆動側車輪、通常は後輪には、フリーホイールが一体又は別体でハブ体に設けられている。フリーホイールは、一方向の回転力のみ伝達するワンウェイクラッチ機能を有している。従来のフリーホイールとして、ラチェット歯と、それに噛み合うクラッチ爪とを有する爪式のワンウェイクラッチを有するものが知られている。爪式のワンウェイクラッチでは、クラッチ爪がラチェット歯に噛み合う係合位置に向けて付勢されており、この係合位置への噛み合いタイミングが遅れる、いわゆる遊び角が存在する。たとえば、クラッチ爪が一つであり、隣り合うラチェット歯の中心角が２０度であるとすると、ラチェット歯にクラッチ爪が噛み合うまでに最大で２０度の遊び角が生じる。

急加速、急な勾配の凹凸、急なコーナリング等の過酷な条件下で使用されるロードレーサやマウンテンバイク等の競技用自転車では、ワンウェイクラッチの遊び角を可及的に小さくすることが要望されている。また、過酷な条件下で使用される競技用自転車において、高い強度及び耐衝撃力が要求されるため、高荷重を受けることができるフリーホイールが要望されている。このような要望を満足する遊び角が小さな従来のフリーホイールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

従来のフリーホイール構造は、ハブ体に一体回転可能に連結された内側部材と、内側部材の外周側に配置され外周面にリアスプロケットが装着可能な外側部材と、内側部材と外側部材との間に配置された１対の軸受と、１対の軸受の間に配置された爪式のワンウェイクラッチとを備えている。ワンウェイクラッチのクラッチ爪は複数設けられ、ラチェット歯と角度位相差を有している。クラッチ爪は、付勢部材によりラチェット歯に噛み合う方向に付勢されている。付勢部材は、捩じりコイルばねであり、それぞれのクラッチ爪に設けられている。

従来のフリーホイールでは、クラッチ爪をラチェット歯と角度位相差を持たせて周方向に間隔を隔てて複数配置することにより、ラチェット歯の中心角より小さい角度でクラッチ爪がラチェット歯に噛み合うようにしている。これにより、遊び角が小さくなり、クラッチ爪がラチェット歯に噛み合う間隔が短くなる。また、内側部材と外側部材との間にワンウェイクラッチを配置するとともにその両側に軸受を配置することにより高荷重を受けることができる。
欧州特許出願公開第０７７７０６０号明細書の第５図

前記従来のフリーホイールでは、付勢部材がクラッチ爪毎に設けられている構造であるため、空間的な制約の大きいフリーホイール内において構造が複雑化し、ワンウェイクラッチの組立作業が煩わしくなる傾向にある。

本発明の課題は、複数のクラッチ爪を有するフリーホイールにおいて、遊び角が小さく且つ内部構造がシンプルで高い強度を有するフリーホイールを提供することにある。

発明１に係る自転車用フリーホイールは、自転車のハブに装着されるフリーホイールであって、内側部材と、外側部材と、少なくとも一つの軸受と、ワンウェイクラッチとを備えている。内側部材は、ハブに連結される部材である。外側部材は、内側部材の外周側に配置される部材である。少なくとも一つの軸受は、内側部材と外側部材との間に配置され外側部材を内側部材に対して相対回転自在に装着するものである。ワンウェイクラッチは、外側部材の内周面に設けられたラチェット歯、内側部材の外周面に周方向に間隔を隔てて配置され、ラチェット歯に係合する係合位置とラチェット歯に係合しない離脱位置とに移動自在に装着され、係合位置にあるとき外側部材から内側部材に回転力を伝達可能な第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）のｎ個のクラッチ爪、及び第１から第ｎのクラッチ爪のうち少なくとも２つ以上のクラッチ爪を内側部材の外周側から係合位置に向けて付勢する少なくとも一つの付勢部材を有し、第１から第ｎのクラッチ爪は、遊び角が１０度以下となるように配置されている。

このフリーホイールでは、外側部材が回転すると、その回転がワンウェイクラッチを介して遊び角が１０度以内で内側部材に伝達され、ハブ、すなわち車輪が回転する。フリーホイールの組立の際には、内側部材に複数のクラッチ爪を配置する。この状態で、付勢部材を内側部材に装着してｎ個のクラッチ爪のうち少なくとも２つ以上のクラッチ爪を内側部材の外周側から係合位置に向けて付勢する。ここでは、付勢部材が内側部材の外周側からｎ個のクラッチ爪のうち少なくとも２つ以上のクラッチ爪をまとめて付勢するようにしたので、少なくとも一つの付勢部材を内側部材に装着するだけで少なくとも２つ以上のクラッチ爪をまとめて付勢できる。このため、遊び角が小さく且つ内部構造がシンプルで高い強度を有するフリーホイールを提供することが可能になる。

発明２に係る自転車用フリーホイールは、発明１に記載のホイールにおいて、軸受は、軸方向に間隔を隔てて２個配置され、ラチェット歯及びラチェット爪は、２個の軸受の間に配置されている。この場合には、軸受の間にワンウェイクラッチが配置されているので、動力伝達時の回転がたが小さくなり、高荷重に耐えることができる。

発明３に係る自転車用フリーホイールは、発明１又は２に記載ホイールにおいて、外側部材の外周面には、スプロケットが一体回転可能に装着されるスプロケット装着部が形成されている。この場合には、スプロケットが装着可能な高い強度を有するフリーホイールを提供することができる。

発明４に係る自転車用フリーホイールは、発明１から３のいずれかに記載のホイールにおいて、第１のクラッチ爪と第ｎのクラッチ爪との中心角が第１のクラッチ爪から第ｎのクラッチ爪の間における隣り合う２つのクラッチ爪の中心角より大きい。この場合には、第１のクラッチ爪と最後の第ｎのクラッチ爪との中心角が他のクラッチ爪の隣り合う２つの中心角より大きいので、付勢部材のデザインの自由度や配置の自由度が広がる。

発明５に係る自転車用フリーホイールは、発明４に記載のホイールにおいて、第１のクラッチ爪から第ｎのクラッチ爪の間における隣り合う２つのクラッチ爪の中心角は等しい。この場合には、バランスよく強度を維持しつつ、クラッチ爪に対する付勢部材の付勢力のばらつきを抑えることができる。

発明６に係る自転車用フリーホイールは、発明１から５のいずれかに記載のホイールにおいて、ｎ個のクラッチ爪のうちラチェット歯に同時に噛み合う数はｎ−１個以下である。この場合には、当初のクラッチ爪の数を増やすことなく遊び角を小さくすることができる。

発明７に係る自転車用フリーホイールは、発明６に記載のホイールにおいて、ｎ個のクラッチ爪のうちラチェット歯に同時に噛み合う数は２個である。この場合には、必要な剛性を確保しつつ遊び角を小さくすることができる。

発明８に係る自転車用フリーホイールでは、発明６に記載のホイールにおいて、ｎ個のクラッチ爪のうちラチェット歯に同時に噛み合う数は１個である。この場合には、当初のクラッチ爪の数を増やすことなく、遊び角を可及的に小さくすることができる。

発明９に係る自転車用フリーホイールは、発明１から８のいずれかに記載のホイールにおいて、第１から第ｎのクラッチ爪は、ラチェット歯に噛み合う爪部と、爪部の一側部に配置され付勢部材が係合するばね掛け部とを有する。この場合には、クラッチ爪の爪部とばね掛け部とを別々に設けることができるので、爪部の形状の自由度が広がる。

発明１０に係る自転車用フリーホイールは、発明１から８のいずれかに記載のホイールにおいて、付勢部材は、第１のクラッチ爪から第ｎのクラッチ爪までを交互に付勢するように２つ設けられている。この場合には、付勢部材により付勢されるクラッチ爪を２つに分けることができるので、クラッチ爪の数が多い場合においても付勢部材の付勢力が安定する。このため、複数のクラッチ爪を係合位置に向けて安定して付勢できる。

発明１１に係る自転車用フリーホイールは、発明１０に記載のホイールにおいて、第１から第ｎのクラッチ爪は、ラチェット歯に噛み合う爪部と、爪部の側部に配置され付勢部材が係合するばね掛け部とを有し、隣り合うクラッチ爪のばね掛け部は、爪部の一側部と他側部とに交互に配置されている。この場合には、付勢部材の付勢力が安定するとともに爪部のデザインの自由度が広がる。

本発明によれば、付勢部材が内側部材の外周側からｎ個のクラッチ爪のうち少なくとも２つ以上のクラッチ爪をまとめて付勢するようにしたので、少なくとも一つの付勢部材を内側部材に装着するだけでｎ個のクラッチ爪をまとめて付勢できる。このため、遊び角が小さく且つ内部構造がシンプルで高い強度を有するフリーホイールを提供することができる。

図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車１０１は、マウンテンバイクであり、フロントフォーク９８を有するダイヤモンド形のフレーム１０２と、フロントフォーク９８に固定されたハンドル１０４と、チェーンＣＮやペダルＰＤや前後のディレーラＦＤ，ＲＤや前後のスプロケットＦＰ，ＲＰ等からなる駆動部１０５と、フロントフォーク９８及びフレーム１０２後部に装着され、スポーク９９を有する前輪及び後輪１０６，１０７と、前後のブレーキ装置１０８，１０９とを備えている。前輪及び後輪１０６，１０７にはフロントハブ１０及び本発明の一実施形態によるフリーホイール４３（図２参照）を有するリアハブ１２が設けられている。

リアハブ１２は、図２に示すように、フレーム１０２の後部に設けられた左右１対の爪部１０２ａ（図１参照）に着脱自在に装着されるハブ軸４０と、ハブ軸４０の外周側に配置されたハブ体４１と、ハブ体４１の図２右側端部に連結され、外周に、たとえば１０個のスプロケットを有するリアスプロケットＲＰが一体回転可能に装着されるフリーホイール４３と、ハブ軸４０とハブ体４１及びハブ軸４０とフリーホイール４３との間に配置された第１及び第２軸受４２ａ，４２ｂと、を有している。

ハブ軸４０は、たとえば右ねじの雄ねじ部４４ａ，４４ｂが第１軸受４２ａ装着部分よりやや内側から軸方向外方及びフリーホイール４３装着部分よりやや内側から軸方向外方に形成された中空の軸本体４４と、軸本体４４を貫通するクイックハブロッド４４ｃａと、クイックハブロッド４４ｃの一端に螺合する調整ナット４５と、クイックハブロッド４４ｃの他端に係合するカムレバー４６とを有するクイックレバー式のハブ軸である。軸本体４４の一端（図２右端）と調整ナット４５との間及び軸本体４４の他端（図２左端）とカムレバー４６との間には、タケノコばね４６ａ，４６ｂが装着されている。

ハブ体４１は、たとえば、アルミニウム合金製の筒状の部材である。ハブ体４１は、外周面の両端部にスポーク９９が係止されるハブフランジ４１ａ，４１ｂが形成された概ね筒状の部材である。ハブ体４１の一端面（図２左端面）には、第１軸受４２ａが装着される軸受装着部４１ｃが形成されている。また、ハブ体４１の内周部には、第１軸受４２ａに充填されるグリースが流出するのを防止するグリース保持部材８０が装着されている。

第１及び第２軸受４２ａ，４２ｂは、第１及び第２外輪４７ａ，４７ｂと、第１及び第２内輪４８ａ，４８ｂと、両輪４７ａ，４７ｂ、４８ａ，４８ｂの間に各別に配置された複数の球体４９ａ，４９ｂと、からなる玉軸受である。球体４９ａ，４９ｂは、図示しないリテーナにより周方向に間隔を隔てて配置されている。

第１外輪４８ａは、ハブ体４１に形成された軸受装着部４１ｃに圧入されている。第２外輪４７ｂは、後述する内側部材５０に形成された軸受装着部５０ｂ（図３参照）にねじ込み固定されている。第２外輪４８ｂは、フリーホイール４３を回転自在に支持する後述する第４軸受５２ｂの内輪を兼用している。第１及び第２内輪４８ａ，４８ｂは、ハブ軸４０の軸本体４４に形成された雄ねじ部４４ａ，４４ｂにねじ込まれており、軸方向のがたつきを調整する玉押しの機能を有している。第１及び第２内輪４８ａ，４８ｂは、第１及び第２内輪４８ａ，４８ｂの軸方向外方に接触して配置されたロックナット７０ａ，７０ｂにより回り止めされ軸方向に移動不能になっている。

フリーホイール４３は、図３に示すように、ハブ体４１に連結される内側部材５０と、内側部材５０の外周側に配置される外側部材５１と、内側部材５０と外側部材５１との間に配置され外側部材５１を内側部材５０に対して相対回転自在に装着する第３及び第４軸受５２ａ，５２ｂと、外側部材５１の進行方向の回転のみ内側部材５０に伝達する爪式のワンウェイクラッチ５３とを有している。

内側部材５０は、段付き円筒状のたとえばクロムモリブデン鋼などの比較的高強度の鋼鉄製の部材である。内側部材５０は、外周面にセレーション５４ａが形成された筒状の連結部材５４によりハブ体４１と一体回転可能に連結されている。連結部材５４のセレーション５４ａに噛み合うセレーション５０ａ及び４１ｄが内側部材５０の図３左端の大径部分の内周面及びハブ体４１の右端内周面に形成されている。内側部材５０は、その内周面及び連結部材の内周面を貫通してハブ体４１の内周面に螺合する筒状ボルト５５によりハブ体４１に固定されている。内側部材５０の大径部分の外周面には、第３軸受５２ａの内輪を構成する玉押し面６６ａが形成されている。筒状ボルト５５の内周面と軸本体４４の外周面とのすきまは０．４ｍｍ程度のすきまであり非常に狭くなっている。内側部材５０とハブ体４１との間にはワッシャ８１が装着されている。

内側部材５０の図３右端部外周面には、第２軸受４２ｂをねじ込み装着するための軸受装着部５０ｂが形成されている。また、軸受装着部５０ｂより奥側外周面には、ワンウェイクラッチ５３の後述する４つのクラッチ爪６１を揺動自在に装着するためのクラッチ爪装着凹部５０ｃが周方向に間隔を隔てて形成されている。また外周面には、クラッチ爪装着凹部５０ｃを内側部材５０の周方向に沿って横断する２つのばね配置溝５０ｆが軸方向に間隔を隔てて配置されている。各クラッチ爪装着凹部５０ｃは、図４に示すように大小２つの円弧５０ｄ，５０ｅを連ねた形状に凹んで形成されている。この小さい円弧５０ｅにクラッチ爪６１が装着される。また、内側部材５０の図３左側の大径の外周面には、外側部材５１を回転自在に支持するための第３軸受５２ａの内輪が形成されている。

外側部材５１は、外周にリアスプロケットＲＰが装着されるスプロケット装着部５１ａを有し、内側部材５０の外周部に回転自在に支持されている。スプロケット装着部５１ａは、図４に示すように、たとえば９個の突起部を有するセレーション５１ｂにより構成されている。なお、一つのセレーション５１ｃだけ他のセレーション５１ｂより周方向の長さが小さくなっている。外側部材５１は、第３及び第４軸受５２ａ，５２ｂにより内側部材５０に回転自在に支持されている。外側部材５１の内周面には、軸方向に間隔を隔てて第３及び第４軸受５２ａ，５２ｂの外輪となる玉受け面６５ａ，６５が形成されている。玉受け面６５ａ，６５ｂの間には、ワンウェイクラッチ５３を構成するラチェット歯６０が形成されている。

第３及び第４軸受５２ａ，５２ｂは、内側部材５０と外側部材５１との間に配置され外側部材５１を内側部材５０に対して相対回転自在に装着するものである。第３及び第４軸受５２ａ，５２ｂは、外側部材５１の内周面に形成された外輪としての玉受け面６５ａ，６５ｂと、内側部材５０及び第２軸受４２ｂの外輪４７ｂの外周面に各別に形成された内輪としての玉押し面６６ａ，６６ｂと、玉受け面６５ａ，６５ｂと玉押し面６６ａ，６６ｂとの間に配置された複数の球体６７ａ，６７ｂと、からなる玉軸受である。球体６７ａ，６７ｂは、図示しないリテーナにより周方向に間隔を隔てて配置されている。

ワンウェイクラッチ５３は、外側部材５１の進行方向の回転のみ内側部材５０に伝達するものである。ワンウェイクラッチ５３は、図４に示すように、外側部材５１の内周面に設けられたラチェット歯６０と、内側部材５０の外周面に周方向に間隔を隔てて配置された第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）のクラッチ爪６１と、クラッチ爪６１を付勢する付勢部材６２とを有している。ワンウェイクラッチ５３は、図４に矢符で示す外側部材５１の進行方向の回転（図４時計回りの回転）のみを内側部材５０に伝達するために設けられている。このため、内側部材５０の外側部材５１に対する相対的な図４時計回りの回転は外側部材５１に伝達されない。

ラチェット歯６０は、第３及び第４軸受５２ａ，５２ｂの間で外側部材５１の内周面に周方向に間隔を隔てて配置されている。ラチェット歯６０は、たとえば、図４に示す実施形態では、壁部６０ａを有する１８個のラチェット歯６０が周方向に非対称な鋸歯状に形成されている。したがって、本実施形態の場合、隣り合うラチェット歯６０の中心角αは２０度になる。

クラッチ爪６１は、この実施形態では、周方向に間隔を隔てて４個設けられている。配置を説明する際に使用するために、便宜的に、図４の時計回りに第１から第４のクラッチ爪をそれぞれ６１ａから６１ｄとして各クラッチ爪６１に符号を付す。クラッチ爪６１は、内側部材５０のクラッチ爪装着凹部５０ｃにラチェット歯６０に係合する係合位置と、ラチェット歯６０と係合しない離脱位置とに揺動自在に装着されている。クラッチ爪６１は、係合位置にあるとき外側部材５１から内側部材５０に回転力を伝達可能である。第１から第４クラッチ爪６１ａから６１ｄは、遊び角が１０度になるように配置されている。これを実現するために、第１のクラッチ爪６１ａから最後の第４のクラッチ爪６１ｄの時計回りに隣り合う２つのクラッチ爪６１の間における中心角β１は、第１のクラッチ爪６１ａと、その反時計回りに配置された第４のクラッチ爪６１ｄとの中心角γ１（即ち、間に第２及び第３のクラッチ爪６１ｂ、６１ｃが位置していない方の第１クラッチ爪６１ａと第４クラッチ爪６１ｄとの間の中心角γ１）より小さい。具体的には、本実施形態において、第１のクラッチ爪６１ａから第４のクラッチ爪６１ｄまで時計回りに隣り合う２つのクラッチ爪６１の中心角β１は７０度で同じ角度であり、第１のクラッチ爪６１ａと、それと反時計回りに隣り合う第４のクラッチ爪６１ｄとの中心角γ１は１５０度である。

このように配置された第１から第４のクラッチ爪６１ａから６１ｄでは、第１及び第３のクラッチ爪６１ａ，６１ｃと、第２及び第４クラッチ爪６１ｂ，６１ｄと、がそれぞれ同時にラチェット歯６０に噛み合う。すなわち、ラチェット歯６０の中心角αが２０度で第１から第４のクラッチ爪６１ａから６１ｄの中心角β１が７０度のため、１つおきのクラッチ爪６１ａ，６１ｃ及びクラッチ爪６１ｂ，６１ｄの中心角は１４０度となり２０度で割り切れる。また、中心角β１が７０度のため、隣り合うクラッチ爪６１ａ，６１ｂ及び６１ｃ，６１ｄでは、一方がラチェット歯６０に噛み合うと、他方は１０度だけラチェット歯６０から位相がずれて配置される。このため、遊び角が１０度になる。ここでは、同時に２つのクラッチ爪６１がラチェット歯６０に噛み合うので、必要な剛性を維持しつつ遊び角を小さくすることができる。

クラッチ爪６１は、図５及び図６に示すように、ラチェット歯６０に先端部が噛み合う爪部６３と、爪部６３の長手方向の側部に一体形成されたばね掛け部６４とを有している。爪部６３及びばね掛け部６４の基端部６４ｃは、円弧状に形成されており、クラッチ爪装着凹部５０ｃの小径の円弧５０ｅに揺動自在に装着される。爪部６３は、ラチェット歯６０の壁部６０ａに当接する先端部６３ａを有している。ばね掛け部６４には、付勢部材６２が係合するばね掛け溝６４ａが形成されている。ばね掛け溝６４ａは、付勢部材６２が係合したとき、クラッチ爪６１を係合位置に起立できるように、図５において右上がりに形成されている。ばね掛け溝６４ａは、クラッチ爪６１がクラッチ爪装着凹部５０ｃに装着されたとき、２つのばね配置溝５０ｆのいずれかと周方向に直線上に配置されるように形成されている。ばね掛け部６４は、爪部６３の一側部（図６左側部）と他側部（図６右側）とのいずれかに一体形成されている。一側部にばね掛け部６４が配置されたクラッチ爪６１と他側部にばね掛け部６４が配置されたクラッチ爪６１とが交互に配置されている。この実施形態では、第１及び第３のクラッチ爪６１ａ，６１ｃは、ばね掛け部６４が一側部に設けられており、第２及び第４のクラッチ爪６１ｂ，６１ｄは、ばね掛け部６４が他側部に設けられている。

付勢部材６２は、第１から第４のクラッチ爪６１ａから６１ｄを内側部材５０の外周側からまとめて係合位置に向けて付勢する２本のばね部材６２ａ，６２ｂで構成されている。２つのばね部材６２ａ，６２ｂは、円形のばね配置溝５０ｆに装着されるように、金属製の弾性線材をＣ字状に湾曲して形成されている。したがって、ばね部材６２ａ，６２ｂは円弧の一部を切り欠いたような開端部６２ｃを有している。ばね部材６２ａ，６２ｂを回り止めするために、ばね配置溝５０ｆには、図４に示すように、突起部５０ｇが外周面に向けて形成されている。この突起部５０ｇにばね部材６２ａ，６２ｂの開端部６２ｃを配置することにより、ばね部材６２ａ，６２ｂを回り止めでき、回転して開端部６２ｃがクラッチ爪６１に配置されることを防止している。ばね部材６２ａ，６２ｂは、ばね配置溝５０ｆの底部の外径と同じか小さい内径を有しており、クラッチ爪６１のばね掛け溝６４ａ（図５参照）の底面に接触してクラッチ爪６１を係止位置に向けて交互に付勢する。

具体的には、ばね部材６２ａが第１のクラッチ爪６１ａ及び第３のクラッチ爪６１ｃを付勢し、ばね部材６２ｂが第２のクラッチ爪６１ｂ及び第４のクラッチ爪６１ｄを付勢する。このように複数のクラッチ爪６１をまとめて付勢可能なばね部材６２ａ，６２ｂで交互にクラッチ爪６１を付勢することにより、ばね部材６２ａ，６２ｂの勢部材により付勢されるクラッチ爪６１を２つに分けることができる。このため、クラッチ爪６１の数が多い場合においても、
ばね部材６２ａ，６２ｂ部材の付勢力が安定する。このため、複数のクラッチ爪６１を係合位置に向けて安定して付勢でき、クラッチ爪６１による回転の伝達を安定して行えるようになる。

次にフリーホイール４３の動作について説明する。

ペダルＰＤをこいでリアスプロケットＲＰが回転すると、外側部材５１が一体回転しその回転により、ワンウェイクラッチ５３のラチェット歯６０のいずれかにクラッチ爪６１のいずれか２個が噛み合う。このとき、遊び角が１０度であるので、最大でも外側部材５１が１０度回転すれば、いずれか２つのクラッチ爪６１がラチェット歯６０に噛み合い、外側部材５１の回転が内側部材５０に伝達される。この結果、車輪が回転する。一方、ペダルＰＤをこぐのを止めると、後輪１０７が回転しているので内側部材５０が外側部材５１に対して相対的に図４時計回りに回転するが、その回転はクラッチ爪６１がラチェット歯６０により離脱位置側に倒されるため、外側部材５１に伝達されない。

フリーホイール４３の典型的な組立手順は以下の通りである。

最初に第３軸受５２ａの球体６７ａをリテーナに保持した状態で内側部材５０の玉押し面６６ａに配置する。続いて、クラッチ爪６１をクラッチ爪装着凹部５０ｃの小さい円弧５０ｅに装着する。このとき、ばね掛け部６４が交互に配置されるように装着する。そして装着したクラッチ爪６１を倒した状態にして内側部材５０を握り、もう一方の手でばね部材６２ａ，６２ｂを内側部材５０の図３右端から一つずつばね配置溝５０ｆ装着する。このとき、奥側のばね部材６２ａから先にばね配置溝５０ｆ装着する。ばね部材６２ａ，６２ｂを装着する際には、ばね配置溝５０ｆの突起部５０ｇにばね部材６２ａ，６２ｂの開端部６２ｃを配置し、ばね部材６２ａ，６２ｂを回り止めする。これにより４つのクラッチ爪６１ａから６１ｄは、ばね部材６２ａ，６２ｂにより交互に係合位置に向けてまとめて付勢される。

このようにして、球体６７ａ、クラッチ爪６１及びばね部材６２ａ，６２ｂを内側部材５０の外周面に組み込んだ状態で内側部材５０を外側部材５１に図３左端から挿入する。このとき、２つのクラッチ爪６１がラチェット歯６０のいずれかに噛み合うようにするのが好ましい。この状態で、球体６７ａが玉押し面６６ｂに装着された第２軸受４２ｂの外輪４７ｂを内側部材５０の外周面にねじ込み、第３及び第４軸受５２ａ，５２ｂの玉当たりを調整する。これにより、フリーホイール４３が完成する。完成したフリーホイール４３は、ワッシャ８１を介してハブ体４１に固定される。具体的には、ワッシャ８１をハブ体４１に装着した状態で、ワッシャ８１に当接するようにフリーホイール４３を連結部材５４によりハブ体４１に一体回転可能に連結する。最後に、筒状ボルト５５によりハブ体４１に固定する。

このフリーホイール４３の組立作業において、ばね部材６２ａ，６２ｂをクラッチ爪６１一つずつに設けるのではなく、１つのばね部材６２ａ，６２ｂで複数のクラッチ爪６１をまとめて付勢するように構成したので、フリーホイール４３内の構造が複雑化することなく付勢部材６２を簡単に装着できる。

＜他の実施形態＞
（ａ） 前記実施形態では、必要な剛性を維持しつつ遊び角を小さくするために、２つのクラッチ爪６１を同時にラチェット歯６０に噛み合うようにしたが、遊び角を小さくするために、１つのクラッチ爪６１だけがラチェット歯６０に噛み合うようにしてもよい。

図７において、第１から第４のクラッチ爪６１ａから６１ｄの時計回りに隣り合う２つのクラッチ爪６１の中心角β２は、７５度であり、第１のクラッチ爪６１ａと、それと反時計回りに隣り合う第４のクラッチ爪６１ｄとの中心角γ２（即ち、間に第２及び第３のクラッチ爪６１ｂ、６１ｃが位置していない方の第１クラッチ爪６１ａと第４クラッチ爪６１ｄとの間の中心角γ２）は１３５度である。

このように配置された第１から第４のクラッチ爪６１ａから６１ｄでは、第１から第４のクラッチ爪６１ａから６１ｄのいずれかひとつだけがラチェット歯６０に噛み合う。すなわち、ラチェット歯６０の中心角αが２０度であり、第１から第４のクラッチ爪６１ａから６１ｄの中心角β２が７５度のため、いずれかひとつのクラッチ爪６１がラチェット歯６０に噛み合ったとき、２０度で割り切れる角度位相に配置されるクラッチ爪６１は存在しない。また、中心角β２が７５度のため、クラッチ爪６１ａが噛み合うと、クラッチ爪６１ｄから６１ｂがこの順で５度ずつラチェット歯６０から徐々に離反して配置される。すなわち、このため、遊び角が５度になる。ここでは、ひとつのクラッチ爪６１だけがラチェット歯６０に噛み合うので、当初のクラッチ爪の数を増やすことなく、遊び角を可及的に小さくすることができる。

また、前記実施形態と同様にクラッチ爪６１は、第１及び第２ばね部材６２ａ，６２ｂにより交互に付勢される。

（ｂ）前記実施形態では、クラッチ爪６１の数を４個としたが、クラッチ爪６１の数は３以上であればどのような数でもよい。

図８及び図９では、クラッチ爪６１がクラッチ爪６１ａから６１ｆの６個設けられ、図１０では、クラッチ爪６１がクラッチ爪６１ａから６１ｅの５個設けられている。なお、図８において、２つのクラッチ爪６１が同時にラチェット歯６０に噛み合い、図９及び図１０においては一つのクラッチ爪６１だけがラチェット歯６０に噛み合う。

図８において、第１から第６のクラッチ爪６１ａから６１ｆの時計回りに隣り合う２つのクラッチ爪６１の中心角β３は、５３度２０分であり、第１のクラッチ爪６１ａと、それと反時計回りに隣り合う第６のクラッチ爪６１ｆとの中心角γ３は９３度２０分である。

このように配置された第１から第６のクラッチ爪６１ａから６１ｆでは、２つのクラッチ爪６１ａ，６１ｄとクラッチ爪６１ｂ，６１ｅとクラッチ爪６１ｃ，６１ｆが同時にラチェット歯６０に噛み合う。すなわち、ラチェット歯６０の中心角αが２０度で第１から第６のクラッチ爪６１ａから６１ｆの中心角β３が５３度３０分のため、２つおきのクラッチ爪６１ａ，６１ｄ、クラッチ爪６１ｂ，６１ｅ及びクラッチ爪６１ｃ，６１ｆの中心角は１６０度となり２０度で割り切れる。また、中心角β３が５３度２０分のため、隣り合うクラッチ爪６１ａ，６１ｂ，６１ｃ及び６１ｄ，６１ｅ，６１ｆでは、一方がラチェット歯６０に噛み合うと、他方は６度４０分だけラチェット歯６０から位相がずれて配置される。このため、遊び角が６度４０分になる。ここでも、同時に２つのクラッチ爪６１がラチェット歯６０に噛み合うので、必要な剛性を維持しつつ遊び角を小さくすることができる。この場合、３つのラチェット爪が同時に噛み合うように構成して遊び角を１０度にしてもよい。

図９において、クラッチ爪６１ａから６１ｆの時計回りに隣り合うクラッチ爪６１の中心角β４は、５６度４０分であり、クラッチ爪６１ａと、それと反時計回りに隣り合う第６のクラッチ爪６１ｆとの中心角γ４は７６度４０分である。

このように配置された第１から第６のクラッチ爪６１ａから６１ｆでは、第１から第６クラッチ爪６１ａから６１ｆのいずれかひとつだけがラチェット歯６０に噛み合う。すなわち、ラチェット歯６０の中心角αが２０度であり、第１から第６のクラッチ爪６１ａから６１ｆの中心角β４が５６度４０分のため、いずれかひとつのクラッチ爪６１がラチェット歯６０に噛み合ったとき、２０度で割り切れる角度位相に配置されるクラッチ爪６１は存在しない。また、中心角β５が５６度４０分のため、クラッチ爪６１ａが噛み合うと、クラッチ爪６１ｆから６１ｂがこの順で３度２０分ずつラチェット歯６０から徐々に離反して配置される。すなわち、このため、遊び角が３度２０分になる。ここでも、ひとつのクラッチ爪６１だけがラチェット歯６０に噛み合うので、当初のクラッチ爪の数を増やすことなく、遊び角を可及的に小さくすることができる。

図１０において、第１から第５のクラッチ爪６１ａから６１ｅの時計回りに隣り合うクラッチ爪６１の中心角β５は、６８度であり、クラッチ爪６１ａと、それと反時計回りに隣り合う第５のクラッチ爪６１ｅとの中心角γ５は８８度である。

このように配置された第１から第５のクラッチ爪６１ａから６１ｅでは、第１から第５クラッチ爪６１ａから６１ｅのいずれかひとつだけがラチェット歯６０に噛み合う。すなわち、ラチェット歯６０の中心角αが２０度で、第１から第５のクラッチ爪６１ａから６１ｅの中心角β４が６８度のため、いずれかひとつのクラッチ爪６１がラチェット歯６０に噛み合ったとき、２０度で割り切れる角度位相に配置されるクラッチ爪６１は存在しない。また、中心角β５が６８度のため、クラッチ爪６１ａが噛み合うと、クラッチ爪６１ｆから６１ｂが４度ずつラチェット歯６０から徐々に離反して配置される。具体的には、第１のクラッチ爪６１ａがラチェット歯６０に噛み合うと、第４のクラッチ爪６１ｅがそれより４度離れて配置され、第２のクラッチ爪６１ｂが８度、第５のクラッチ爪６１ｅが１２度、第３のクラッチ爪６１ｃが１６度離れてそれぞれ配置され、この間隔でワンウェイクラッチ５３がオンする。このため、遊び角が４度になる。ここでも、ひとつのクラッチ爪６１だけがラチェット歯６０に噛み合うので、当初のクラッチ爪の数を増やすことなく、遊び角を可及的に小さくすることができる。なお、この場合、中心角β５，γ５をともに７２度にし、第１から第５のクラッチ爪６１ａから６１ｅを等間隔に配置しても同様に遊び角が４度になる。

なお、図８から図１０の実施形態においても、前記実施形態と同様にクラッチ爪６１は、第１及び第２ばね部材６２ａ，６２ｂにより交互に付勢される。また、図１０に示す実施形態では、クラッチ爪６１の数が奇数であるため、第１はね部材６２ａにより第１，第３及び第５クラッチ爪６１ａ，６１ｃ，６１ｅの３つのクラッチ爪６１が付勢され、第２ばね部材６２ｂにより第２及び第４クラッチ爪６１ｂ，６１ｄの２つのクラッチ爪６１が付勢される。

（ｃ）前記実施形態では、クラッチ爪６１において、ばね掛け部６４を爪部６３の側部に配置したが、図１１及び図１２に示すように、クラッチ爪１６１において、ばね掛け部１６４を爪部１６３の長手方向（図１１の左右方向）の中央部に配置してもよい。この場合、ばね掛け溝１６４ａを爪部１６３の中央部に軸方向に間隔を隔てて２つ設けている。そのうち、破線で示す一方のばね掛け溝１６４ａは、ばね部材６２ａ，６２ｂのいずれか一方により係合位置に向けて付勢されるように前記実施形態と同様な図１１右上がりの形状であるが、二点鎖線で示す他方のばね掛け溝１６４ｂは、ばね部材６２ａ，６２ｂの他方により付勢されないように図１１において略水平に形成されている。このようなクラッチ爪１６１では、図１２に実線で示すばね掛け部１６４ａ，１６４ｂと、２点鎖線で示す左右を入れ替えたばね掛け部１６４ａ，１６４ｂとが交互に配置される。これにより、２つのばね部材６２ａ，６２ｂにより、複数のクラッチ爪１６１は交互に付勢される。

（ｄ）前記実施形態では、付勢部材６２として２つのＣ字状のばね部材６２ａ，６２ｂを用いたが、図１３に示すように、両端に鉤部１６２ｂを有するコイルばね１６２ａを付勢部材１６２として用いてもよい。この場合、コイルばね１６２ａの伸縮を利用してクラッチ爪６１を付勢できるので、クラッチ爪６１を交互に付勢せずに一括して付勢してもクラッチ爪の立ち力に関するバラツキは少なくなる。この場合は、ばね掛け部を爪部の一方の側部に揃えて配置してもよいし、爪部の中心部に配置してもよい。一方の側部に揃えて配置する場合、図３の右側端にばね掛け部を設けるとコイルばね１６２ａを装着しやすい。もちろん、クラッチ爪６１を交互に付勢するように２本設けてもよい。

コイルばね１６２ａの長さは、鉤部１６２ｂ同士を引っ掛けたときに自由長さより伸びる長さに設定されている。コイルばね１６２ａは、両端の２つの鉤部１６２ｂを引っ掛けた状態で内側部材５０の図３右端から、図１４に示すように、ばね配置溝５０ｆに装着すればよい。

（ｅ）前記実施形態では、２つの付勢部材６２ａ，６２ｂの夫々が複数のクラッチ爪６１を係合位置に向かって付勢していたが、複数のクラッチ爪をまとめて付勢する付勢部材が少なくとも一つあれば、他の付勢部材は一つのクラッチ爪のみを付勢するようにしてもよい。

本発明の一実施形態によるフリーホイールが採用された自転車の側面図。 フリーホイールを搭載したリアハブの半截断面図。 そのフリーホイール部分の半截断面拡大図。 ワンウェイクラッチの断面図。 クラッチ爪の側面図。 クラッチ爪の平面図。 他の実施形態の図４に相当する図。 さらに他の実施形態の図４に相当する図。 さらにまた他の実施形態の図４に相当する図。 さらに他の実施形態の図４に相当する図。 さらにまた他の実施形態の図５に相当する図。 その実施形態の図６に相当する図。 さらに他の実施形態の付勢部材を示す側面図。 その実施形態の図４に相当する図。

符号の説明

１２ リアハブ（ハブの一例）
４３ フリーホイール
５０ 内側部材
５１ 外側部材
５１ａ スプロケット装着部
５２ａ，５２ｂ 第３及び第４軸受（軸受の一例）
５３ ワンウェイクラッチ
６０ ラチェット歯
６１，１６１，６１ａから６１ｆ クラッチ爪
６２，１６２ 付勢部材
６２ａ，６２ｂ ばね部材
６３，１６３ 爪部
６４，１６４ ばね掛け部
１６２ａ コイルばね
ＲＰ リアスプロケット

Claims (11)

1. 自転車のハブに装着される自転車用フリーホイールであって、
   前記ハブに連結される内側部材と、
   前記内側部材の外周側に配置される外側部材と、
   前記内側部材と外側部材との間に配置され前記外側部材を前記内側部材に対して相対回転自在に装着する少なくとも一つの軸受と、
   前記外側部材の内周面に設けられたラチェット歯、前記内側部材の外周面に周方向に間隔を隔てて配置され、前記ラチェット歯に係合する係合位置と前記ラチェット歯に係合しない離脱位置とに移動自在に装着され、前記係合位置にあるとき前記外側部材から内側部材に回転力を伝達可能な第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）のｎ個のクラッチ爪、及び前記第１から第ｎのクラッチ爪のうち少なくとも２つ以上のクラッチ爪を前記内側部材の外周側から前記係合位置に向けて付勢する少なくとも一つの付勢部材を有し、前記第１から第ｎのクラッチ爪は、遊び角が１０度以下となるように配置されているワンウェイクラッチと、
   を備えた自転車用フリーホイール。
2. 前記軸受は、軸方向に間隔を隔てて２個配置され、前記ラチェット歯及び前記ラチェット爪は、前記２個の軸受の間に配置されている、請求項１に記載の自転車用フリーホイール。
3. 前記外側部材の外周面には、スプロケットが一体回転可能に装着されるスプロケット装着部が形成されている、請求項１又は２に記載の自転車用フリーホイール。
4. 第１のクラッチ爪と前記第ｎのクラッチ爪との中心角が第１のクラッチ爪から第ｎのクラッチ爪の間における隣り合う２つのクラッチ爪の中心角より大きい、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用フリーホイール。
5. 前記第１のクラッチ爪から第ｎのクラッチ爪の間における隣り合う２つのクラッチ爪の中心角は等しい、請求項４に記載の自転車用フリーホイール。
6. 前記ｎ個のクラッチ爪のうち前記ラチェット歯に同時に噛み合う数はｎ−１個以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用フリーホイール。
7. 前記ｎ個のクラッチ爪のうち前記ラチェット歯に同時に噛み合う数は２個である、請求項６に記載の自転車用フリーホイール。
8. 前記ｎ個のクラッチ爪のうち前記ラチェット歯に同時に噛み合う数は１個である、請求項６に記載の自転車用フリーホイール。
9. 前記第１から第ｎのクラッチ爪は、
   前記ラチェット歯に噛み合う爪部と、
   前記爪部の一側部に配置され前記付勢部材が係合するばね掛け部とを有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の自転車用フリーホイール。
10. 前記付勢部材は、前記第１のクラッチ爪から第ｎのクラッチ爪までを交互に付勢するように２つ設けられている、請求項１から８のいずれか１項に記載の自転車用フリーホイール。
11. 前記第１から第ｎのクラッチ爪は、
    前記ラチェット歯に噛み合う爪部と、
    前記爪部の側部に配置され前記付勢部材が係合するばね掛け部とを有し、隣り合うクラッチ爪の前記ばね掛け部は、前記爪部の一側部と他側部とに交互に配置されている、請求項１０に記載の自転車用フリーホイール。

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