JP2011207475A - 自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つの段差状遊星ギアを有する自転車用内装ハブ変速機の遊星ギア機構を提供する。
【解決手段】段差状遊星ギア１６は、第１外径を有する第１ヘリカルギア部７０と、第１外径より大きい第２外径を有する第２ヘリカルギア部７２と、を有する。第１ヘリカルギア部７０は第１ねじれ角α_１を有し、第２ヘリカルギア部７２は第２ねじれ角α_２を有している。第１及び第２ねじれ角は、段差状遊星ギア１６の所定量の回転に対して、第１及び第２ヘリカルギア部の歯の上のそれぞれの対応する移動点が段差状遊星ギア１６の回転軸に沿って同じ軸方向量で移動するよう角度付けされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構、特に、段差状遊星ギアを有する遊星ギア機構に関する。

自転車に乗ることは、移動の手段であるとともに、レクレーションの形態としてもますます人気が高まっている。また、自転車に乗ることは、プロ、アマを問わず、競技スポーツとしても人気が高い。レクレーション、移動、競技の用途に関わらず、自転車産業において、種々の自転車部品は常に改良が続けられている。

従来の自転車用内装変速ハブが特許文献１に示されている。この自転車用内装変速ハブには遊星ギア機構が設けられている。

特開平１０−３１００９３号公報

本発明の課題は、２つのヘリカルギア部を有する段差状遊星ギアを備えた自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構を提供することにある。

本発明の別の課題は、２つのヘリカルギア部を有する段差状遊星ギアにおいて、ヘリカルギア部を少ない製造ステップで製造でき、コストをかけずに遊星ギアを形成することができるようにすることにある。

本発明に係る自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構は、第１外径を有する第１ヘリカルギア部と、前記第１外径より大きい第２外径を有する第２ヘリカルギア部と、を有する少なくとも１つの段差状遊星ギアを備えている。第１ヘリカルギア部の歯は第１ねじれ角を有しており、第２ヘリカルギア部の歯は第２ねじれ角を有している。第１ねじれ角及び第２ねじれ角は、段差状遊星ギアの所定回転量に対して、第１ヘリカルギア及び第２ヘリカルギアの歯上のそれぞれの対応する移動点が段差状遊星ギアの回転軸に沿って同じ軸方向量だけ移動するように角度付けされている。

この発明では、２つのヘリカルギア部を有する段差状遊星ギアにおいて、少ない製造ステップで、コストをかけずに製造することができる。

本発明の一実施形態による遊星ギア機構を有する内装変速ハブを有する自転車の側面図。 本発明の一実施形態による内装変速ハブの断面図。 前記内装変速ハブに設けられている段差状遊星ギアを示す図。 段差状遊星ギアの斜視図。 図３における５−５線断面図。 図３における６−６線部分断面図。 段差状遊星ギアの第１ヘリカルギア部と噛み合う太陽ギアを有する固定シャフトの側面図。 段差状遊星ギアの第２ヘリカルギア部と噛み合うリングギアの斜視図。 段差状遊星ギアにおいて、第１ヘリカルギアの１つの歯及び第２ヘリカルギアの１つの歯にそれぞれ移動点があり、２つの移動点が段差状遊星ギアの回転軸を通って延びる面内にあることを示す図。 第１ヘリカルギア部の歯と第２ヘリカルギア部の歯と回転軸に対する移動点の移動を示す図。

以下の本発明にかかる実施形態の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではない。

図１に内装変速ハブ１２を有する自転車１０を示す。また、図２に示すように、内装変速ハブ１２は、段差状遊星ギア１６を有する第１遊星ギア機構１４を有している。

自転車１０は主に、フレーム２０と、クランクアセンブリ２２と、チェーン２４と、リアホイール２６と、内装変速ハブ１２と、を有している。自転車に乗る人（図示せず）がクランクアセンブリ２２を回転すると、クランクアセンブリ２２の回転が、チェーン２４を介して内装変速ハブ１２のエレメントに、そして内装変速ハブ１２介してリアホイール２６へと伝達される。フレーム２０、クランクアセンブリ２２、チェーン２４及びリアホイール２６はすべて、従来の自転車の部品である。これらの部品については周知であるので、説明を省略する。

図２に示すように、内装変速ハブ１２は主に、固定シャフト３０と、チェーンリング３２と、駆動部材３４と、第１爪機構３６と、シフト部３８と、第１遊星ギア機構１４と、一方クラッチ機構４０と、第２遊星ギア機構４２と、第２爪機構４４と、ハブシェル４６と、を有している。固定シャフト３０は、固定太陽ギア５０（図２及び図７参照）を有している。チェーンリング３２は、チェーン２４と係合し、チェーン２４から駆動部材３４にトルクを伝達する。

第１爪機構３６は、駆動部材３４の一部分に配置され、遊星ギア機構１４にトルクを選択的に伝達する一方クラッチとして機能する。

シフト部３８は従来と同様のシフト機構である。シフト部３８は、複数のトルク伝達経路のうちの１つを選択するために、内装変速ハブ１２内のあるエレメントと係合し、あるエレメントとは非係合となる。具体的には、駆動部材３４が回転すると、従来と同様に、駆動部材３４は、トルクを、第１爪機構３６あるいは遊星ギア機構１４の一部に直接伝達する。シフト部３８の動作及び内装変速ハブの種々のトルク伝達経路は従来のものと同様であるので、説明を省略する。

第１遊星ギア機構１４は、図８に示すようなリングギア５４を有している。リングギア５４は第１端部５６及び第２端部６０を有している。第１端部５６の内周面には、第１爪機構３６と係合する歯５８（図２参照）が形成され、第２端部６０の内周面には、ヘリカルリングギア部６２が形成されている。また、第１遊星ギア機構１４は、以下に詳細に説明する複数の段差状遊星ギア１６を有している。なお、第１遊星ギア機構１４に備えられる段差状遊星ギア１６の数は、トルク伝達経路の数や内装変速ハブ１２の目的のトルク容量など種々の設計基準に依存するものである。例えば、人力によって動力が供給される自転車では、２つから４つの段差状遊星ギア１６を有することができる。自転車１０が子どもあるいは小さい人が使用するよう設計されている場合、段差状遊星ギア１６の数を少なくすることができる。しかしながら、自転車１０がモータや大きな人が使用する手段を有する場合、段差状遊星ギア１６の数を増やすことができる。

第２遊星ギア機構４２は従来の遊星ギア機構であるので、説明を省略する。

第２爪機構４４は、シフト部３８によってどのトルク伝達経路が選択されているかに応じて、トルクを第２遊星ギア機構４２からハブシェル４６に従来と同様に伝達する。

次に、特に図３〜図６、図９及び図１０を参照して、段差状遊星ギア１６について説明する。

段差状遊星ギア１６は、第１ヘリカルギア部７０と第２ヘリカルギア部７２とを有している。第１ヘリカルギア部７０は太陽ギア５０と噛み合い、第２ヘリカルギア部７２はリングギア５４の第２端部６０のヘリカルリングギア部６２と噛み合う。

図３に示すように、第１ヘリカルギア部７０は第１外径Ｄ_１を有しており、第２ヘリカルギア部７２は第１外径Ｄ_１より大きい第２外径Ｄ_２を有している。この実施形態では、第１ヘリカルギア７０の歯数は１４個であり、第２ヘリカルギア７２の歯数は２０個である。なお、図面及びここでの説明から記述から、歯数は具体的な用途に応じて変更でき、図面において示した歯の数に限定されない。

図３に示すように、第１ヘリカルギア部７０の歯は第１ねじれ角α_１を有し、第２ヘリカルギア部７２の歯は第２ねじれ角α_２を有する。この実施形態において、第１ねじれ角α_１は２０度であり、第２ねじれ角α_２は３０．２３１５度である。

図７に示すように、太陽ギア５０の歯は第１ねじれ角α_１である。また、図８に示すように、リングギア５４のヘリカルリングギア部６２の歯は第２ねじれ角α_２である。

第１ヘリカルギア７０の端部には、先端に向かって径が小さくなるテーパ部が形成されている。すなわち、第１ヘリカルギア部７０のそれぞれの歯の軸方向端部７４は、図３〜図５に示すように、先端側に向かって径が小さくなるように傾斜している。具体的には、第１ヘリカルギア部７０の各歯の軸方向端部７４は、回転軸Ａに垂直な線に対して角度α_３だけ傾斜している。

同様に、第２ヘリカルギア７２の端部には、先端に向かって径が小さくなるテーパ部が形成されている。すなわち、第２ヘリカルギア部７２のそれぞれの歯の端部７６は、第１ヘリカルギア部７０側に向かって径が小さくなるように傾斜している。具体的には、図５に示すように、第２ヘリカルギア部７２の各歯の軸方向端部７６は、回転軸Ａに垂直な線に対して角度α_４だけ傾斜している。

なお、第１ねじれ角α_１は１５〜３０度の角度範囲であることが好ましい。第２ねじれ角α_２は、以下に詳細に説明する基準に基づいて決定される。

具体的には、図３に示す第１ねじれ角α_１及び第２ねじれ角α_２は、段差状遊星ギア１６の所定量の回転に対して、第１ヘリカルギア部７０の歯及び第２ヘリカルギア部７２の歯の上の１ペアの対応する移動点（トラベルポイント）Ｐ_１及びＰ_２（図９及び図１０）が段差状遊星ギア１６の回転軸Ａに沿って同じ軸方向量βだけ移動するよう角度付けされている。

第１ねじれ角α_１と第２ねじれ角α_２の関係を、以下に、より詳細に説明する。図９において線Ｌ_１によって表わされる定点面は、回転軸Ａを通っており、そしてまた、第１ヘリカルギア部７０のうちの１つの歯の上の移動点Ｐ１と第２ヘリカルギア部７２のうちの１つの歯の上の移動点Ｐ２とを通っている。移動点Ｐ_１及びＰ_２は、基本的に、第１ヘリカルギア部７０の歯及び第２ヘリカルギア部７２の歯と、線Ｌ_１によって表わされる定点面と、の交点である。

したがって、段差状遊星ギア１６が回転すると、移動点Ｐ_１及びＰ_２は、第１ヘリカルギア部７０及び第２ヘリカルギア部７２の対応するそれぞれの歯に沿って移動し、最終的には歯から歯へと移動する。

図１０に示すように、段差状遊星ギア１６が例えば角度α_５だけ回転すると、移動点Ｐ_１及びＰ_２（面Ｌ_１との交点）の両方は、同じ距離βだけ移動し、第１ヘリカルギア部７０及び第２ヘリカルギア部７２のそれぞれの歯に沿って位置Ｐ_１’及びＰ_２’へと移動する。言いかえれば、段差状遊星ギア１６が角度α_５など特定の角度距離だけ回転すると、それぞれの交点すなわち移動点Ｐ_１及びＰ_２の両方は軸方向に同じ距離βだけ移動する。

より具体的には、移動点Ｐ_１とトラベル位置Ｐ_１’の間の距離は、角度的変位角度α_５に対する距離βと等しい。同様に、移動点Ｐ_２とトラベル位置Ｐ_２’の間の距離もまた、角度的変位角度α_５に対する距離βと等しい。

このように、段差状遊星ギア１６に関しては、第１ねじれ角α_１と第２ねじれ角α_２の関係、対応する直径Ｄ_１及びＤ_２、第１及び第２ヘリカルギア部７０及び７２のそれぞれの歯数は、第１ヘリカルギア部７０及び第２ヘリカルギア部７２の１ペアの対応する移動点Ｐ_１及びＰ_２が回転軸Ａに沿って同じ軸方向量βだけ移動するように決定される。

−用語の概括的な説明−
本発明の範囲の理解において、ここで用いられる用語「備える」及びその派生語は、記載された特徴、エレメント、コンポーネント、群、構成要素、及び／またはステップがあることを明記しているオープンエンドの用語を意味するのであって、記載されていない特徴、エレメント、コンポーネント、群、構成要素、及び／またはステップがあることを排除するものではない。このことは、用語「有する」、「含む」及びそれらの派生語など同様の意味を持つ語にも当てはまる。また、単数形的に用いられる用語「パート」、「セクション」、「部」、「部材」あるいは「エレメント」は、単一のパートあるいは複数のパーツの２つの意味を持ちうる。以上の実施形態の説明に用いられる、次の用語、前方、後方、上、下向き、垂直、水平、下、横同じく他の同様な方向を示す用語が、自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構を有する自転車に対する方向を示す語として使用される。このように、自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構を説明するこれらの語は、通常の自転車に乗る姿勢において用いられる自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構を有する自転車に対して相対的な意味で用いられる。さらには、ここでは、「ほぼ」、「およそ」、「約」といった程度を示す用語は、最終結果が大きく変わらないような、妥当な変形の条件の変更量を意味するものとして用いる。

本発明の説明のためにいくつかの実施例が選択されたに過ぎず、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱することがない範囲で、種々の変更、変形ができることはもちろんである。例えば、必要に応じて及び／または所望により、種々の部品の大きさ、形状、配置、向きを変更できる。互いと直接的に連結あるいは接触するよう示した部品は、それらの間に中間構造体を有することができる。１つのエレメントの機能は２つによって達成することができ、またその逆の場合も同様である。一の態様の構造及び機能を他の態様に適用することもできる。すべての利点が必ずしも同時に特定の態様にもたらされる必要はない。先行技術から区別されるそれぞれの特徴は、それ単独として、あるいは他の特徴と組み合わせとして、そのような特徴により実施される構造的あるいは機能的思想を含む出願人によるさらなる発明の内容として付帯的に考慮されるものとする。このように、前述の本発明にかかる実施形態の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって決められる本発明を限定するものではない。

１０ 自転車
１２ 内装変速ハブ
１４ 遊星ギア機構
１６ 段差状遊星ギア
２０ フレーム
２２ クランクアセンブリ
２４ チェーン
２６ リアホイール
３０ 固定シャフト
３２ チェーンリング
３４ 駆動器
３６ 第１爪機構
３８ シフト部
４０ 一方クラッチ機構
４２ 第２遊星ギア機構
４４ 第２爪機構
４６ ハブシェル
５０ 固定太陽ギア
５４ リングギア
５８ 内側ギア歯
５６ 第１端部
６０ 第２端部
６２ ヘリカルリングギア部
７０ 第１ヘリカルギア部
７２ 第２ヘリカルギア部
７４ 軸方向端部
７６ 軸方向端部
Ｄ_１ 第１外径
Ｄ_２ 第２外径
α_１ 第１ねじれ角
α_２ 第２ねじれ角
Ｐ_１，Ｐ_２ 移動点
Ａ 回転軸

Claims (7)

1. 第１外径を有する第１ヘリカルギア部と、前記第１外径より大きい第２外径を有する第２ヘリカルギア部と、を有する少なくとも１つの段差状遊星ギアを備える自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構であって、
   前記第１ヘリカルギア部の歯は第１ねじれ角を有しており、前記第２ヘリカルギア部の歯は第２ねじれ角を有しており、前記第１ねじれ角及び第２ねじれ角は、前記段差状遊星ギアの所定回転量に対して、前記第１ヘリカルギア部及び第２ヘリカルギア部の歯の上のそれぞれの対応する移動点が前記段差状遊星ギアの回転軸に沿って同じ軸方向量だけ移動するように角度付けされている、
   自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構。
2. 請求項１に記載の自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構であって、複数の前記第１ヘリカルギア部の歯のそれぞれの軸方向端部は先端に向かって径が小さくなるように傾斜している。
3. 請求項１又は２に記載の自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構であって、複数の前記第２ヘリカルギア部の歯のそれぞれの軸方向端部は先端に向かって径が小さくなるように傾斜している。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構であって、前記第１ヘリカルギア部の歯数は１４である。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構であって、前記第１ねじれ角は２０度である。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構であって、前記第２ヘリカルギア部の歯数は２０である。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブの遊星ギア機構であって、前記第２ねじれ角は３０．２３１５度である。

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