JP3142246B2 - 自転車用内装変速ハブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車用ハブ、特
に、自転車のフレームに装着可能であり、入力体からの
動力を選択された所定の変速比で出力体に伝達する自転
車用内装変速ハブに関する。

【０００２】

【従来の技術】自転車、特にシティサイクルと呼ばれる
軽快車は、安価で気軽に乗れるため、通勤や通学や買い
物に広く使用されている。この種の軽快車では、平地を
高速で走行したり上り坂を少ない労力で登るために、内
装変速ハブが後輪に装着されたものが知られている。

【０００３】内装変速ハブは、一般に、自転車のフレー
ムに固定されるハブ軸と、ハブ軸回りに回転自在なハブ
シェルと、ハブシェル内に収納された遊星歯車機構と、
遊星歯車機構を介した複数の駆動伝達経路を選択するた
めのクラッチ機構と、クラッチ機構を移動させるための
ベルクランクとを備えている。クラッチ機構は、軸方向
に移動して駆動伝達経路を切り換えるためのクラッチ部
材と、このクラッチ部材を押圧するプッシュロッドとを
有している。ベルクランクは、変速操作を行うために、
たとえばハンドルに装着された変速レバーと変速ケーブ
ルを介して連結されている。

【０００４】この内装変速ハブでは、変速レバーにより
変速ケーブルのインナーケーブル巻き取って引っ張るこ
とでベルクランクによりプッシュロッドを押し、クラッ
チ部材を軸方向の一方側に移動させ、たとえば高速段か
ら低速段への変速操作を行っている。しかし、インナー
ケーブルが緩められてもプッシュロッドだけではクラッ
チ部材を他方側に移動させることができない。したがっ
て、リターンバネの付勢力等を利用してクラッチ部材を
軸方向の他方側に移動させ、たとえば低速段から高速段
への変速操作を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の内装変速ハ
ブでは、走行中にペダルを踏み大きな駆動力が作用する
と、クラッチ部材と遊星歯車機構の構成部品との間で大
きな抵抗が発生する。すなわち、駆動力が作用すると、
クラッチ部材と遊星歯車機構の構成部品との間の係合部
分での摩擦力が大きくなり、クラッチ部材の移動による
変速操作が困難になる。

【０００６】これを防止するためには、インナーケーブ
ルを引っ張ってプッシュロッドで押す際には、摩擦力に
打ち勝つ大きな力でクラッチ部材を押す必要があり、イ
ンナーケーブルを巻き取る際の力が大きくなる。また、
インナーケーブルを緩めてリターンバネでクラッチ部材
を戻す際には、リターンバネのバネ力を摩擦力に打ち勝
つにような大きなものにする必要がある。しかし、リタ
ーンバネのバネ力を大きくすると、プッシュロッドを押
す際にそのバネ力より大きな力で押す必要があるので、
変速レバーでインナーケーブルを巻き取る際の力がさら
に大きなものになる。

【０００７】このため、いずれの方向への変速操作の場
合であっても、走行中に駆動力を作用させた状態で変速
操作を行えるようにすると、変速レバーの操作に要する
力が大きくなる。このような理由で、内装変速ハブの場
合、走行中にペダルを踏んで駆動力を作用させた状態で
は、軽い操作力で変速操作を行うのは困難である。本発
明の課題は、内装変速ハブにおいて、走行中に駆動力を
作用させたときであっても軽い操作力で両方向の変速操
作を行えるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明１に係る自転車用内
装変速ハブは、自転車のフレームに装着可能であり、入
力体からの動力を選択された所定の変速比で出力体に伝
達するハブであって、ハブ軸と、駆動体と、筒状の従動
体と、遊星歯車機構と、第１ワンウェイクラッチと、第
２及び第３ワンウェイクラッチと、筒状のクラッチ部材
と、クラッチ操作部とを備えている。ハブ軸は、フレー
ムに固定可能な軸である。駆動体は、ハブ軸回りに回転
可能であり入力体に連結可能なものである。従動体は、
内部に収納空間を有するとともにハブ軸回りに回転可能
であり、出力体に連結可能なものである。遊星歯車機構
は、従動体の収納空間内に配置され、ハブ軸と同芯に配
置された太陽ギアと、太陽ギアに噛み合う遊星ギアと、
遊星ギアを回転自在に支持しハブ軸回りに回転可能なギ
ア枠と、ハブ軸回りに回転可能であり遊星ギアに外方で
噛み合うリングギアとを有し、駆動体からの動力を従動
体に伝達する。第１ワンウェイクラッチは、リングギア
と従動体との間に配置され、一方向にのみ動力を伝達可
能であるとともに動力伝達可能状態において動力伝達状
態と動力遮断状態とに切換可能である。第２及び第３ッ
チワンウェイクラッチは、駆動体とリングギアとの間及
びギア枠と従動体との間にそれぞれ配置され、一方向に
のみ動力を伝達する。クラッチ部材は、ハブ軸に回転自
在かつ軸方向移動自在に設けられ、軸方向への移動によ
り、駆動体とギア枠とを連結状態と離脱状態とに切り換
えるとともに、第１ワンウェイクラッチを動力伝達状態
と動力遮断状態とに切り換える。クラッチ操作部は、ク
ラッチ部材を軸方向に移動させるとともに、クラッチ部
材と係合してクラッチ部材の回転駆動力を軸方向への変
位に変換して変速操作をアシストする。

【０００９】この内装変速ハブでは、クラッチ操作部に
より駆動体とギア枠とを離脱状態にし、かつ第１ワンウ
ェイクラッチを動力遮断状態にする減速位置にクラッチ
部材を配置して入力体を一方向に回転させると、その回
転は、駆動体、第２ワンウェイクラッチを介してリング
ギアに伝達され、さらに遊星歯車機構を介してギア枠か
ら（リングギアの歯数）／（太陽ギアの歯数＋リングギ
アの歯数）だけ減速して出力される。そしてこの減速し
た回転が第３ワンウェイクラッチを介してギア枠から従
動体に伝達され、出力体が一方向に減速回転する。

【００１０】また、クラッチ操作部により駆動体とギア
枠とを離脱状態にし、かつ第１ワンウェイクラッチを動
力伝達状態にする直結位置にクラッチ部材を配置して入
力体を一方向に回転させると、駆動体、第２ワンウェイ
クラッチを介してリングギアに回転が伝達され、さらに
第１ワンウェイクラッチアを介して従動体に駆動体の回
転が直接伝達され、出力体が一方向に同じ回転数で回転
する。

【００１１】さらに、クラッチ操作部により駆動体とギ
ア枠とを連結状態にし、かつ第１ワンウェイクラッチを
動力伝達状態にする増速位置にクラッチ部材を配置して
入力体を一方向に回転させると、その回転は、駆動体、
クラッチ部材を介してギア枠に伝達され、さらに遊星歯
車機構を介してリングギアから（太陽ギアの歯数＋リン
グギアの歯数）／（リングギアの歯数）だけ増速して出
力される。そしてこの増速した回転が第１ワンウェイク
ラッチを介してリングギアから従動体に伝達され、出力
体が一方向に増速回転する。

【００１２】ここで、クラッチ部材を減速位置から直結
位置を介して増速位置に移動させる際には、クラッチ部
材に回転が伝達されてもクラッチ部材は空転するだけで
回転力を伝達しないので、この方向にクラッチ部材を移
動させるのに必要な力は小さいものでよい。一方、増速
位置から直結位置にクラッチ部材を移動させる際には、
クラッチ部材とギア枠との摩擦によりクラッチ部材がギ
ア枠から離脱しにくくなり、直結位置から減速位置にク
ラッチ部材を移動させる際には、リングギアとハブシェ
ルとを連結する第１ワンウェイクラッチに駆動力がかか
った状態なので、動力遮断状態にしにくくなる。しか
し、クラッチ操作部がクラッチ部材と係合するとクラッ
チ部材の回転駆動力が軸方向への変位に変換され、アシ
スト力が発生してクラッチ部材が自転車の回転駆動力を
利用して軸方向に移動しやすくなる。このため、増速位
置から減速位置にクラッチ部材を移動させるのに必要な
力も小さいものでよい。したがって、走行中に駆動力を
作用させても軽い操作力で両方向の変速操作を行うこと
ができる。

【００１３】発明２に係る自転車用内装変速ハブは、発
明１に記載のハブにおいて、クラッチ操作部は、ハブ軸
に設けられた案内面と、案内面に沿って移動することに
よりクラッチ部材を軸方向に移動させるための変速キー
と、変速キーを押圧する押圧部材とを有し、クラッチ部
材は変速キーと当接可能であり、変速キーと当接した際
に一方向の回転により回転駆動力を軸方向への変位に変
換するための、ハブ軸の軸芯に対して傾斜したカム面を
有している。

【００１４】ここでは、変速キーがクラッチ部材のカム
面に当接すると、クラッチ部材の一方向の回転により変
速キーがカム面に乗り上げ、回転駆動力がクラッチ部材
の軸方向の変位に変換される。このため、簡単な構成で
回転駆動力を軸方向に変位に変換できる。発明３に係る
自転車用内装変速ハブは、発明２に記載のハブにおい
て、ハブ軸には、ハブ軸の軸芯を貫通しかつ一方向と逆
側に螺旋状に捩じれた状態の貫通溝が形成されており、
案内面は貫通溝を形成する面の一部でありかつハブ軸の
軸芯に対して所定溝傾斜角度分傾斜して設けられてい
る。

【００１５】この場合には、貫通溝の案内面が軸芯に対
して傾斜して一方向と逆側に螺旋状に捩じれているの
で、クラッチ部材が一方向に回転しカム面に変速キーが
乗り上げた際に、変速キーが案内面との接触部分におい
て全長にわたりカム面により案内面側に押圧された状態
になり、クラッチ部材より変速キーの方が軸方向に逃げ
にくくなる。しかも、非常に大きな駆動力が作用する
と、クラッチ部材ではなく変速キーが作部が軸方向に逃
げるので、駆動力が非常に大きな状態での変速が行われ
ず、変速ショックが少なくなるとともに、大きな駆動力
による内部の動力伝達機構部分の損傷を防止できる。

【００１６】発明４に係る自転車用内装変速ハブは、発
明３に記載のハブにおいて、溝傾斜角度は１０度から５
０度の範囲である。溝傾斜角度が１０度未満であると、
変速キーがカム面に押圧された際に変速キーが軸方向に
逃げやすくなる。また、５０度を超えると、変速キーを
押圧部材で押圧する際に抵抗が大きくなり変速操作の操
作力が増加する。

【００１７】発明５に係る自転車用内装変速ハブは、発
明３又は４に記載のハブにおいて、クラッチ部材のカム
面のハブ軸芯に対する傾斜角度は溝傾斜角度より大きく
かつ２０度から７０度の範囲である。カム面の傾斜角度
を溝傾斜角度より大きくすることで、変速キーがクラッ
チ部材と当接した際に、変速キーが実際に移動する案内
面の角度がカム面より小さくなるので、カム面から離れ
る方向に変速キーが移動できる。また、傾斜角度が２０
度未満であると傾斜が急すぎて回転駆動力が軸方向の変
位に効率良く変換できず、７０度を超えると緩やかすぎ
て十分な軸方向の変位が得られず回転駆動力を軸方向の
変位に変換してもクラッチ部材がギア枠から離脱しにく
くなるとともに、第１ワンウェイクラッチを動力伝達状
態から動力遮断状態にしにくくなる。

【００１８】発明６に係る自転車用内装変速ハブは、発
明４又は５に記載のハブにおいて、変速キーは断面が三
角形状であり、その長手方向がハブ軸に対して交差する
ように延びて貫通溝内に配置されている。この場合に
は、単純な形状の変速キーにより捩じれた貫通溝内を移
動できるとともに貫通溝内で摩擦力により移動を拘束で
きる。すなわち、変速キーの三角形の一面にカム面が当
接すると、カム面により押圧されて他の一面が案内面に
接触して摩擦により変速キーが軸方向に移動しにくくな
る。また、押圧部材による移動中には、一面だけが接触
し他の一面が接触しなくなるので移動中の抵抗が少なく
なる。

【００１９】発明７に係る自転車用内装変速ハブは、発
明２から６のいずれかに記載のハブにおいて、クラッチ
部材をギア枠側に付勢するための第１付勢部材と、変速
キーをクラッチ部材側に付勢するための第２付勢部材
と、変速キーとクラッチ部材との間に介装され、両者に
当接しているときに変速キーがクラッチ部材に当接する
前に、弾性力により両者を離反する方向に付勢する第３
付勢部材とをさらに備える。

【００２０】ここでは、第１付勢部材によりクラッチ部
材がギア枠側に付勢されるので、増速側へのクラッチ部
材の移動中にクラッチ部材をギア枠に連結する際に、両
者が連結位置にない場合でもクラッチ部材が回転するこ
とで両者を確実に連結することができる。また、第２付
勢部材により変速キーがクラッチ部材側に付勢されてい
るので、減速側へのクラッチ部材の移動の際にクラッチ
部材を確実に減速側へ移動させることができる。さら
に、第３付勢部材により変速キーとクラッチ部材とが離
反する方向に付勢されているので、減速側へ変速中に変
速キーがカム面に当接してもクラッチ部材がギア枠から
離脱すると変速キーがカム面から離反する。このため、
走行中にカム面と変速キーとが当接しなくなり、当接音
が発生しなくなる。

【００２１】発明８に係る自転車用内装変速ハブは、発
明７に記載のハブにおいて、第３付勢部材は、所定長さ
に全長が規制されたコイルバネである。この場合には、
変速キーがクラッチ部材に当接した際の付勢力を設定す
ることができる。すると、離脱抵抗が大きくないとき
に、変速キーとクラッチ部材との間隔がこの付勢部材の
設定長さになり、クラッチ部材の位置決めをより正確に
行うことができる。

【００２２】発明９に係る自転車用内装変速ハブは、発
明７又は８に記載のハブにおいて、押圧部材は、変速キ
ーをギア枠側に押圧する。この場合には、変速キーを押
圧しない状態ではクラッチ部材は減速位置に配置され、
押圧するに連れて直結位置から増速位置に移動する。発
明１０に係る自転車用内装変速ハブは、発明９に記載の
ハブにおいて、押圧部材は棒状部材であり、３つの付勢
部材は、第２付勢部材、第３付勢部材、第１付勢部材の
順に弱くなるようにそれぞれの付勢力が設定されてい
る。この場合には、押圧部材を押圧側と逆側に後退させ
たときに、第２付勢部材の付勢力が他の付勢部材より大
きいので、第２付勢部材によりクラッチ部材を移動させ
ることができる。しかも、第３付勢部材の付勢力が第１
付勢部材より大きいので、押圧部材により変速キーを押
圧してクラッチ部材を第１付勢部材により増速側に移動
させたときに、変速キーがクラッチ部材に当接しにくく
なる。

【００２３】発明１１に係る自転車用内装変速ハブは、
発明９に記載のハブにおいて、押圧部材は、所定長さを
有する棒状の操作体と、操作体の先端部に軸方向に相対
移動可能に装着された作動体と、操作体と作動体との間
に介装され両者を離反する方向に付勢する付勢部材とを
有し、変速キーはクラッチ部材を軸方向の両方向に押圧
可能であり、付勢部材は第１付勢部材であり、第１付勢
部材、第２付勢部材、第３付勢部材の順に弱くなるよう
にそれぞれの付勢力が設定されている。

【００２４】この場合には、押圧部材で変速キーを押圧
してクラッチ部材を減速側から増速側に移動させる際に
は、第１付勢部材の付勢力が第２付勢部材より大きいの
で、第２付勢部材の付勢力に抗して変速キーを増速側に
移動できる。この結果、変速キーがクラッチ部材を押圧
してクラッチ部材が増速側に移動する。また、押圧部材
を押圧側と逆側に後退させたときに、第２付勢部材の付
勢力が第３付勢部材より大きいので、第２付勢部材によ
りクラッチ部材を移動させることができる。しかも、一
番付勢力が大きい第１付勢部材を押圧部材に介装してい
るので、巻数を多くすることができバネ定数を小さくす
ることができる。この結果、他の付勢部材のバネ定数を
さらに小さくでき、変速操作全体の操作力を低減するこ
とができる。また、第２付勢部材の付勢力が第３付勢部
材より大きいので、減速側への移動時にアシスト力が必
要な時変速キーをクラッチ部材に確実に当接させること
ができる。

【００２５】発明１２に係る自転車用内装変速ハブは、
発明７又は８に記載のハブにおいて、押圧部材は、変速
キーをクラッチ部材側に押圧する。この場合には、変速
キーを押圧しない状態では、クラッチ部材は増速位置に
配置され押圧するにつれて直結位置から減速位置に移動
する。発明１３に係る自転車用内装変速ハブは、発明１
２に記載のハブにおいて、押圧部材は、所定長さを有す
る棒状の操作体と、操作体の先端部に軸方向に相対移動
可能に装着された作動体と、操作体と作動体との間に介
装され両者を離反する方向に付勢する付勢部材とを有
し、変速キーはクラッチ部材を軸方向の両方向に押圧可
能であり、付勢部材は第２付勢部材であり、第２付勢部
材、第３付勢部材、第１付勢部材の順に弱くなるように
それぞれの付勢力が設定されている。

【００２６】この場合には、押圧部材で変速キーを押圧
してクラッチ部材を増速側から減速側に移動させる際に
は、第２付勢部材の付勢力が第１付勢部材より大きいの
で、第１付勢部材の付勢力に抗して変速キーを減速側に
移動できる。この結果、変速キーがクラッチ部材を押圧
してクラッチ部材が減速側に移動する。また、第２付勢
部材の付勢力が第３付勢部材より大きいので、減速側へ
の移動時にアシスト力が必要な時変速キーをクラッチ部
材に確実に当接させることができる。一方、押圧部材を
押圧側と逆側に後退させ第１付勢部材でクラッチ部材を
押圧したときに、第３付勢部材の付勢力が第１付勢部材
より大きいので、第３付勢部材によりクラッチ部材と変
速キーとを離した状態でクラッチ部材を増速側に移動さ
せることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】実施形態１ 〔全体構成〕図１において、本発明の一実施形態を採用
した自転車は軽快車であり、ダブルループ形のフレーム
体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハ
ンドル部４と、駆動部５と、前輪６と、３段変速の内装
変速ハブ１０が装着された後輪７と、前ブレーキ装置８
と、内装変速ハブ１０を手元で操作するための変速操作
部９とを備えている。

【００２８】フレーム１には、サドル１１、ハンドル部
４、前輪６及び後輪７を含む各部が取り付けられてい
る。ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定
されたハンドルステム１４とハンドルステム１４に固定
されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー
１５の右端には前ブレーキ装置８を構成するブレーキレ
バー１６とグリップ１７と変速操作部９とが装着されて
いる。変速操作部９は、ブレーキレバー１６の内側でハ
ンドルバー１５に装着されており、インナーケーブルと
アンターケーシングとからなる変速操作ケーブル７３に
より内装変速ハブ１０と連結されている。変速操作部９
は、インナーケーブルを巻取操作するための巻取レバー
と巻取レバーによる巻取操作を解除してインナーケーブ
ルを繰り出す解除レバーとを有する一般的な構成であり
詳細な説明を省略する。

【００２９】駆動部５は、フレーム体２の下部（ハンガ
ー部）に設けられたギアクランク１８と、ギアクランク
１８に掛け渡されたチェーン１９と、内装変速ハブ１０
とを有している。 〔内装変速ハブの構成〕内装変速ハブ１０は、減速、直
結及び増速の動力伝達経路を含む計３段構成のコースタ
ーブレーキ付きのハブである。この内装変速ハブ１０
は、図２に示すように、自転車のフレーム体２の後爪２
ａに固定されるハブ軸２１と、ハブ軸２１の一端側外周
に配置された駆動体２２と、ハブ軸２１及び駆動体２２
のさらに外周に配置されたハブシェル２３と、遊星歯車
機構２４と、動力伝達経路を選択するための操作機構２
５と、操作機構２５を動作させるためのベルクランク２
６と、コースターブレーキ２７とを有している。

【００３０】ハブ軸２１は、図２及び図３に示すよう
に、中央部が大径で両端部が小径で両端にネジが形成さ
れた棒状の部材である。ハブ軸２１の軸芯部には、図２
右端から中央部に向かって操作穴２１ａが形成されてい
る。操作穴２１ａの底部近傍には、軸芯を貫通する貫通
溝２１ｂが形成されている。貫通溝２１ｂは、ハブ軸２
１の軸芯を貫通しかつ軸芯に対して所定の溝傾斜角度β
（図５参照）分傾斜し、図５右から左に向かうにしたが
い進行方向と逆側に捩じれて形成されている。このよう
な貫通溝２１ｂは、所定径のエンドミルを使用して軸芯
を貫通する孔を形成したのち、ハブ軸２１を進行方向に
緩やかに回転させながら軸方向中央側に送ることで形成
される。したがって、このような貫通溝２１ｂは、両端
で交差した貫通孔が軸方向の移動に応じて徐々に回転し
て螺旋状に連続した形状である。この溝傾斜角度βは、
１０度から５０度の範囲が好ましい。

【００３１】駆動体２２は、一端がボール３０及び玉押
し３１を介してハブ軸２１に回転自在に支持されてお
り、一端部外周には小ギア３２が固定されている。さら
に駆動体２２の他端側内周部には、複数のセレーション
内歯２２ａが軸方向に沿って形成されている。ハブシェ
ル２３は筒状部材であり、その内周部の収容空間２３ａ
に駆動体２２及び遊星歯車機構２４を収容している。ハ
ブシェル２３は、ボール３３，３４及び玉押し３５を介
してハブ軸２１回りに回転可能である。また、ハブシェ
ル２３の外周部両端には、スポーク７ａ（図１参照）を
支持するためのハブ３６，３７が固定されている。

【００３２】〔遊星歯車機構の構成〕遊星歯車機構２４
は、ハブ軸２１と同芯でかつ一体に形成された太陽ギア
４０と、ハブ軸２１の外周に配置されたギア枠４１と、
太陽ギア４０に噛み合う３つの遊星ギア４２（図では１
つの遊星ギアのみを示している）と、リングギア４３と
を有している。

【００３３】ギア枠４１は筒状の部材であり、ハブ軸２
１に回転自在に支持されている。ギア枠４１には円周方
向に３つの切欠き４１ａが形成されており、この各切欠
き４１ａに遊星ギア４２がピン４４により回転自在に支
持されている。またギア枠４１の一端内周部にはセレー
ション内歯４１ｂが、他端外周部にはセレーション外歯
４１ｃ（図１）がそれぞれ形成されている。

【００３４】リングギア４３は、ほぼ円筒状に形成され
ており、遊星ギア４２から駆動体２２の外周側まで延び
ている。リングギア４３の他端内周部には内歯４３ｂが
形成されている。遊星ギア４２は、前述のように太陽ギ
ア４０に噛み合うと同時に、リングギア４３の内歯４３
ｂにも噛み合っている。また、リングギア４３の一端側
には切欠き４３ａが形成されており、この切欠き４３ａ
に、図４に示すように第１ワンウェイクラッチ５０を構
成するクラッチ爪５３がピン５４により揺動自在に支持
されている。このクラッチ爪５３は、捩じりコイルバネ
５５により起立方向に付勢されている。第１ワンウェイ
クラッチ５０は、リングギア４３からハブシェル２３に
進行方向の回転駆動力のみ伝達する。クラッチ爪５３
は、ハブシェル２３の内周面に形成されたラチェット歯
２３ｂにリングギア４３が進行方向に回転したときのみ
噛み合う。この第１ワンウェイクラッチ５０は、リング
ギア４３が進行方向に回転する伝達可能状態であっても
後述するクラッチ部材の移動によりクラッチ爪５３がラ
チェット歯２３ｂに噛み合う動力伝達状態と、ラチェッ
ト歯２３ｂから退避する動力遮断状態とに切り換え可能
である。

【００３５】駆動体２２とリングギア４３との間には、
駆動体２２からリングギア４３に進行方向の回転駆動力
のみを伝達する第２ワンウェイクラッチ５１が配置され
ている。また、ギア枠４１とハブシェル２３との間に
は、ギア枠４１からハブシェル２３に進行方向の回転駆
動力のみを伝達する第３ワンウェイクラッチ５２が配置
されている。なお、第３ワンウェイクラッチ５２は、一
端内周部にセレーション内歯５６ａが形成された筒状の
クラッチケース５６を有している。このセレーション内
歯５６ａがギア枠４１のセレーション外歯４１ｃに係合
し、クラッチケース５６とギア枠４１とは一体で回転す
る。これらの２つのワンウェイクラッチ５１，５２は、
第１ワンウェイクラッチ５０と異なり伝達可能状態での
切り換えは行えない。

【００３６】〔操作機構の構成〕操作機構２５は動力伝
達経路を選択するものであり、クラッチ部材４５と、ク
ラッチ操作部４６とを有している。クラッチ部材４５
は、駆動体２２とギア枠４１とを連結状態と離脱状態と
に切り換えるとともに、第１ワンウェイクラッチ５０を
動力伝達状態と動力遮断状態とに切り換えるものであ
る。クラッチ部材４５は、ハブ軸２１の外周に軸方向に
移動自在かつ回転自在に配置されている。

【００３７】クラッチ部材４５は、図４に示すように筒
状の部材であり、その一端側の外周部にはセレーション
外歯４５ａが形成されており、セレーション外歯４５ａ
はセレーション内歯２２ａにスライド自在に係合してい
る。また、クラッチ部材４５の他端側には大径部４５ｂ
が形成されておりその外周部にはセレーション外歯４５
ｃが形成されている。セレーション外歯４５ｃは、ギア
枠４１に形成されたセレーション内歯４１ｂに係合可能
である。大径部４５ｂと一端側との間にはテーパ面４５
ｄが形成されている。このテーパ面４５ｄは、第１ワン
ウェイクラッチ５０のクラッチ爪５３を実線で示す起立
位置（動力伝達位置）から２点鎖線で示す退避位置（動
力遮断位置）に倒すために設けられている。クラッチ部
材４５が左側から右端の減速位置に移動すると、クラッ
チ爪５３がテーパ面４５ｄに沿って大径部４５ｂに乗り
上げ退避姿勢に倒れる。

【００３８】クラッチ部材４５の内周面には、図３に示
すように２つの段差部４５ｅ，４５ｆが軸方向に間隔を
隔てて形成されている。左側の段差部４５ｆには、図４
に示すように複数のカム面４７が周方向に間隔を隔てて
形成されている。カム面４７は、図５に示すように、一
端側に凹んだ平坦面４７ａと、平坦面４７ａの進行方向
Ａの下流側に連なるアール面４７ｂと、上流側に連なる
傾斜面４７ｃとを有している。この傾斜面４７ｃの軸芯
に対する傾斜角度αは、貫通溝２１ｂの溝傾斜角度βよ
り大きくかつ２０度から７０度の範囲が好ましい。

【００３９】クラッチ操作部４６は、クラッチ部材４５
をハブ軸２１の軸方向に移動させるとともに、クラッチ
部材４５と係合してクラッチ部材４５の回転駆動力を軸
方向への変位に変換するものである。クラッチ操作部４
６は、図３に示すように、操作穴２１ａ内を軸方向に移
動するプッシュロッド４８と、プッシュロッド４８によ
りギア枠４１側に押圧される変速キー４９とを有してい
る。

【００４０】プッシュロッド４８は、図６に示すよう
に、所定長さを有する操作体６５と、操作体６５の先端
に軸方向に移動可能に装着された作動体６６と、操作体
６５と作動体６６との間に配置された第１コイルバネ６
０とを有している。操作体６５は、ロッド部６８とロッ
ド部６８にねじ込まれた当接部６９とを有している。ロ
ッド部６８の基端にはネジ部６８ａが形成され、先端に
は大径部６８ｂが形成されている。このネジ部６８ａが
当接部６９にねじ込まれている。また、大径部６８ｂが
作動体６６の内部に形成されたガイド孔６６ａにスライ
ド自在に装着されている。なお、ガイド孔６６ａは操作
体６５側が小径になっており、操作体６５が抜けないよ
うになっている。第１コイルバネ６０は、作動体６６の
端面と当接部６９の端部との間に圧縮状態で介装され、
作動体６６と操作体６５とを離反する方向に付勢し、作
動体６６が変速キー４９を押圧すると、クラッチ部材４
５をギア枠４１側に付勢する。

【００４１】変速キー４９は、図４に示すように、断面
が三角形状の棒状部材であり、押圧されると貫通溝２１
ｂ内を進行方向と逆方向に旋回しながら、すなわち捩じ
れながら軸方向に移動する。図５に示すように、変速キ
ー４９の貫通溝２１ｂへの接触面４９ｂは貫通溝２１ｂ
に沿うような角度に形成されている。たとえば、貫通溝
２１ｂの溝傾斜角度βが３０度の場合、接触面４９ｂの
ハブ軸芯に対する角度も略３０度である。また、変速キ
ー４９は、クラッチ部材４５の他端内周部に装着された
止め輪６３により、クラッチ部材４５の内部でそれより
外方への移動を規制されている。したがって、実際には
図４に示すようにクラッチ部材４５の外方に飛び出すこ
とはない。これにより変速キー４９は、プッシュロッド
４８に押圧されてクラッチ部材４５を図３左方に移動さ
せる。

【００４２】また、変速キー４９は、クラッチ部材４５
の内部でカム面４７に当接可能である。変速キー４９が
カム面４７の平坦部４７ａに当接した状態でクラッチ部
材４５が進行方向Ａに回転すると、変速キー４９はカム
面４７の傾斜面４７ｃにより貫通溝２１ｂの案内面２１
ｃ側に押圧され軸方向左方への移動が規制され、クラッ
チ部材４５が軸方向右方に移動する。すなわち、クラッ
チ部材４５の回転駆動力を軸方向への変位に変換して変
速操作をアシストする。

【００４３】変速キー４９の両端には切欠き部４９ａが
形成されており、そこには、一端がハブ軸２１に係止さ
れた第２コイルバネ６１が係止されている。この第２コ
イルバネ６１により変速キー４９は常にクラッチ部材４
５側に付勢されている。また、変速キー４９とクラッチ
部材４５との間には第３コイルバネ６２が介装されてい
る。第３コイルバネ６２は、図示しない規制部材により
所定長さに全長が規制されており、圧縮されると変速キ
ー４９がクラッチ部材４５に当接する前に両者を離反す
る方向に付勢する。これにより、移動中においてクラッ
チ部材４５は変速キー４９からの距離が一定になり正確
に位置決めされる。

【００４４】ここで、第１〜第３コイルバネ６０，６
１，６２の付勢力は、この順に小さくなっている。すな
わち、バネ力がこの順に小さくなっている。ここで、第
１コイルバネ６０のバネ力が第２コイルバネ６１より小
さいと、プッシュロッド４８で変速キー４９を押圧して
も第１コイルバネ６０が撓んで変速キー４９が移動しな
い。また、第２コイルバネ６１のバネ力が第３コイルバ
ネ６２より小さいと、第２コイルバネ６１で変速キー４
９を押圧しても変速キー４９がカム面４７に入らず、変
速操作をアシストできない。

【００４５】なお、第１コイルバネ６０は、操作穴２１
ａ内で操作体６５と作動体６６との間の比較的大きな空
間に配置されているので、巻数を増やしてバネ定数とバ
ネ力とを低くすることが可能である。このため、第２及
び第３コイルバネ６１，６２のバネ定数とバネ力とをさ
らに低くすることができ、増速側への変速時にプッシュ
ロッド４８を押圧する力、すなわち変速操作部９におけ
る巻取レバーの操作力を軽減することができる。この結
果、インナーケーブルの張力も小さくなり、インナーケ
ーブルが破断しにくくなる。

【００４６】〔ベルクランクの構成〕ベルクランク２６
は、ハブ軸２１の軸端に装着されている。ベルクランク
２６は、軸端に装着された支持ブラケット７０と、支持
ブラケット７０に揺動自在に支持されたリンク部材７１
とを備えている。この支持ブラケット７０に変速操作ケ
ーブル７３のアウターケーシング７３ａが係止され、リ
ンク部材７１にインナーケーブル７３ｂが係止されてい
る。リンク部材７１の先端はプッシュロッド４８の基端
に当接している。ここでは、変速操作部９によりインナ
ーケーブル７３ｂを引くことでリンク部材７１が揺動し
プッシュロッド４８が押圧されて増速側への変速操作が
行われる。また、インナーケーブルを緩ませることで第
２コイルバネ６１により変速キー４９を介してクラッチ
部材４５が押圧されて減速側への変速操作が行われる。

【００４７】〔コースターブレーキの構成〕 コースターブレーキ２７は、図１に示すように、クラッ
チケース５６に装着されている。コースターブレーキ２
７は、クラッチケース５６に支持されたブレーキローラ
５７と、ギア枠４１の他端外周に形成されたカム面４１
ｄと、ハブシェル２３の他端内面に制動作用するブレー
キシュー５８とを備えている。ブレーキローラ５７は、
駆動体２２が逆方向に回転した際にカム面４１ｄにより
径方向外方に押されるようになっている。この結果、ブ
レーキシュー５８がハブシェル２３の内面に接触して制
動する。

【００４８】コースターブレーキ２７を装着するとブレ
ーキロック現象が生じやすい。ブレーキロック現象は、
逆転制動時に第１ワンウェイクラッチ５０が動力伝達状
態であると、ブレーキがかかった状態で駆動力が伝達さ
れ、ブレーキを解除できなくなる現象である。この現象
を防止するために、この実施形態では、爪ケージ５９が
第１ワンウェイクラッチ５０に装着されている。

【００４９】爪ケージ５９は、ハブシェル２３のラチェ
ット歯２３ｂと、第１ワンウェイクラッチ５０のクラッ
チ爪５３との間に一定角度の遊びを設け、その遊び分リ
ングギア４３が回転する間にブレーキを解除できるよう
にするものである。すなわち、爪ケージ５９は、クラッ
チ爪５３を一定角度起立できないようにするか、又は起
立していても一定角度ラチェット歯２３ｂに係止できな
い位置で起立させ、駆動開始時のクラッチ爪５３がラチ
ェット歯２３ｂに係止される時間を遅らせるものであ
る。

【００５０】〔変速動作〕 このような遊星歯車機構２４およびワンウェイクラッチ
５０〜５２により、この内装変速ハブ１０は、駆動体２
２−リングギア４３−遊星歯車機構２４−ギア枠４１−
ハブシェル２３で構成される減速動力伝達経路と、駆動
体２２−リングギア４３−ハブシェル２３で構成される
直結動力伝達経路と、駆動体２２−クラッチ部材４５−
ギア枠４１−遊星歯車機構２４−リングギア４３−ハブ
シェル２３で構成される増速動力伝達経路とを有してい
る。変速は、プッシュロッド４８を変速操作ケーブル７
３を介してベルクランク２６で操作することにより行
う。

【００５１】変速は、プッシュロッド４８を変速操作ケ
ーブル７３を介してベルクランク２６で操作することに
より行う。 〔減速−増速側での動作〕プッシュロッド４８が押し込
まれていない図３に示す状態では、クラッチ部材４５は
右端の減速位置に配置され、駆動体２２からの回転は減
速動力伝達経路を介して減速され、ハブシェル２３に伝
達される。すなわち、駆動体２２に入力された回転は、
第２ワンウェイクラッチ５１を介してリングギア４３に
伝達される。このとき、クラッチ部材４５により第１ワ
ンウェイクラッチ５０のクラッチ爪５３は、図４に２点
鎖線で示す退避姿勢に回動し第１ワンウェイクラッチ５
０は動力遮断状態になっている。このため、リングギア
４３に伝達された回転は、さらに遊星歯車機構２４、ギ
ア枠４１および第３ワンウェイクラッチ５２を介してハ
ブシェル２３に伝達される。この場合は、太陽ギア４
０、遊星ギア４２およびリングギア４３の歯数によって
決定される変速比によって、入力回転は減速されて出力
される。

【００５２】一方、変速操作部９の巻取レバーが操作さ
れると、ベルクランク２６のリンク部材７１が揺動しプ
ッシュロッド４８が１段分押し込まれる。この結果、第
１コイルバネ６０のバネ力が第２コイルバネ６１のバネ
力より強いので、変速キー４９がプッシュロッド４８を
介してリンク部材７１により押されて貫通溝２１ｂに案
内され、ハブ軸回りに回転しながら図３左方に移動し、
止め輪６３を介してクラッチ部材４５も押されて直結位
置に移動する。そして、図７に示す直結位置にクラッチ
部材４５が配置されると、テーパ面４５ｄにより退避姿
勢にさせられていた第１ワンウェイクラッチ５０のクラ
ッチ爪５３は、捩じりコイルバネ５５のバネ力により図
４に実線で示す起立姿勢に復帰する。この状態では、第
１ワンウェイクラッチ５０は、進行方向の回転のみリン
グギア４３からハブシェル２３に伝達可能になる。した
がって、駆動体２２からの回転は直結動力伝達経路を介
してそのままハブシェル２３に伝達される。すなわち、
駆動体２２に入力された回転は、第２ワンウェイクラッ
チ５１を介してリングギア４３に伝達され、さらに第１
ワンウェイクラッチ５０を介してハブシェル２３に伝達
され、駆動体２２の回転はリングギア４３を介して直接
ハブシェル２３に伝達される。なお、このとき、リング
ギア４３から遊星歯車機構２４を介してギア枠４１に回
転が伝達されギア枠４１が減速回転するが、ハブシェル
２３の回転がギア枠４１より速いため、ギア枠４１から
第３ワンウェイクラッチ５２を介してハブシェル２３に
回転が伝達されることはない。

【００５３】直結状態から巻取レバーが操作されてさら
にプッシュロッド４８が押し込まれると、変速キー４９
がさらに左方に移動し、クラッチ部材４５もそれに応じ
て増速位置に移動する。そして、図８に示す増速位置に
クラッチ部材４５が配置されると、クラッチ部材４５の
セレーション外歯４５ｃとギア枠４１のセレーション内
歯４１ｂとが噛み合う。この増速位置への移動の際に、
セレーション外歯４５ｃとセレーション内歯４１ｂとが
噛み合う位置に配置されているときには、クラッチ部材
４５がギア枠４１に当接した後、そのままクラッチ部材
４５は左方の増速位置に移動する。しかし噛み合わない
位置に配置されているときには、クラッチ部材４５がギ
ア枠４１に当接した時点で変速キー４９及びクラッチ部
材４５は左方への移動を一旦停止する。すると、プッシ
ュロッド４８の作動部６６が後退し第１コイルバネ６０
が圧縮して変速キー４９が押圧される。そして、クラッ
チ部材４５が回転して２つの歯４５ｃ，４１ｂが噛み合
う位置になると、第１コイルバネ６０のバネ力により変
速キー４９を介してクラッチ部材４５が移動し２つの歯
４５ｃ，４１ｂが噛み合う。

【００５４】この状態では、駆動体２２に伝達された回
転は、増速伝達経路を介してハブシェル２３に伝達され
る。すなわち、駆動体２２からクラッチ部材４５を介し
てギア枠４１に伝達され、さらにギア枠４１に伝達され
た回転は、遊星歯車機構２４、リングギア４３及び第１
ワンウェイクラッチ５０を介してハブシェル２３に伝達
される。この場合は、太陽ギア４０、遊星ギア４２及び
リングギア４３の歯数によって決定される変速比で入力
回転は増速して出力される。なお、このとき、駆動体２
２から第２ワンウェイクラッチ５１を介してリングギア
４３に向けて回転が伝達されようとするが、リングギア
４３の回転の方が駆動体２２より速いので第２ワンウェ
イクラッチ５１から回転は伝達されない。

【００５５】このような減速側から増速側への変速時に
は、駆動体２２とリングギア４３との間で直接回転が伝
達されるため、力が作用していないクラッチ部材４５を
移動させればよい。このため、クラッチ部材４５を押す
ための第１コイルバネ６０のバネ力は小さくてよく、し
かも第２コイルバネ６１のバネ力はそれよりも小さいの
で軽い力で変速操作を行える。

【００５６】〔増速−減速側でのアシスト動作〕 図８に示す増速位置で変速操作部９の解除レバーが操作
されると、第１コイルバネ６０による付勢力がなくな
り、第２コイルバネ６１により変速キー４９が押圧され
てプッシュロッド４８は一段分右方に移動する。そし
て、変速キー４９が第３コイルバネ６２を介してクラッ
チ部材４５を押圧してクラッチ部材４５を直結位置に移
動しようとする。ペダルを踏んでおらず駆動力が伝達さ
れていないときにはクラッチ部材４５がギア枠４５から
離脱し、クラッチ部材４５は直結位置に移動する。しか
し、ペダル踏んでいるとクラッチ部材４５からギア枠４
１に駆動力が伝達されているので、セレーション内歯４
１ｂとセレーション外歯４５ｃとが摩擦力により噛み合
ったままになることがある。このような場合、第２コイ
ルバネ６１のバネ力だけではクラッチ部材４５が図８右
方に移動しない。このような状態で、図５に示すよう
に、変速キー４９がクラッチ部材４５のカム面４７の平
坦面４７ａに当接すると、クラッチ部材４５の進行方向
Ａへの回転により変速キー４９が貫通溝２１ｂに挿入さ
れた部分の全長で案内面２１ｃ側に押圧され摩擦力によ
り軸方向に逃げにくくなる。この結果、変速キー４９が
傾斜面４７ｃに乗り上げると、クラッチ部材４５が右方
に移動する。そしてセレーション内歯４１ｂとセレーシ
ョン外歯４５ｃとの噛み合いが外れると、クラッチ部材
４５は、変速キー４９を介して第２コイルバネ６１によ
り押圧されて直結位置に移動する。すなわち、変速キー
４９とクラッチ部材４５のカム面４７との接触によりク
ラッチ部材４５の回転運動が軸方向の変位に変換され変
速をアシストする。

【００５７】ここで、変速キー４９は、第２コイルバネ
６１により押圧されかつ貫通溝２１ｂが軸芯に対して傾
斜しかつ螺旋状に捩じれているので、前述したように軸
方向左方に逃げにくくなっている。したがって、第２コ
イルバネ６１の付勢力及び変速キー４９と案内面２１ｃ
との摩擦力に見合う力以下の駆動力が伝達されたときに
は、変速キー４９は軸方向に逃げない。しかし、それよ
り大きなきな駆動力が作用すると、クラッチ部材４５が
移動せずに変速キー４９が第２コイルバネ６１の付勢力
及び案内面２１ｃとの摩擦力に打ち勝って軸方向左方に
逃げることがある。ここで、上記摩擦力は、溝傾斜角度
βにより設定可能である。この溝傾斜角度βを大きくし
すぎると、プッシュロッド４８で変速キー４９を押した
ときに、変速キー４９が左方に移動しにくくなる。ま
た、溝傾斜角度βを小さくしすぎると、プッシュロッド
４８による押圧時の抵抗は少なくなるが、摩擦力も低減
する。従って、この溝傾斜角度βは１０度から５０度の
範囲が好ましい。なお、この溝傾斜角度βとカム面４７
の傾斜面４７ｃの傾斜角度αと３つのコイルバネ６０〜
６２のバネ力を調整することで、アシスト時に変速キー
４９が逃げる限界の駆動力を調整可能である。

【００５８】一方、設定された駆動力より大きな駆動力
が作用して変速キー４９が軸方向に逃げてクラッチ部材
４５が移動しない場合にも、ギアクランク１８が上死点
又は下死点付近に到達して駆動力が小さくなると、変速
キー４９によるアシスト力によりクラッチ部材４５が押
圧され右方に移動する。このため、急な坂道等で非常に
大きな駆動力が作用しているときには変速が行われず、
変速ショックが少なくなるとともに、セレーション歯や
ワンウェイクラッチ等の駆動力の伝達部分が破損しにく
くなる。

【００５９】クラッチ部材４５が移動すると、第３コイ
ルバネ６２により変速キー４９は、カム面４７から離れ
る。このため、クラッチ部材４５が回転しても変速キー
４９との接触による異音が発生することはない。そし
て、図７に示す直結位置に配置されると、前述したよう
に直結伝達経路を介して回転が駆動体２２からハブシェ
ル２３に伝達される。

【００６０】直結位置にクラッチ部材４５が配置された
状態で解除レバーが操作されると、さらにプッシュロッ
ド４８が後退し、変速キー４９がクラッチ部材４５を押
圧する。このとき、クラッチ部材４５のテーパ面４５ｄ
が第１ワンウェイクラッチ５０のクラッチ爪５３に接触
してクラッチ爪５３を起立姿勢から退避姿勢に倒そうと
する。しかし、クラッチ爪５３は、リングギア４３から
ハブシェル２３に動力を伝達しているので、第２コイル
バネ６１の付勢力だけでは退避姿勢に倒しにくい。この
場合にも変速キー４９がクラッチ部材４５のカム面４７
に当接すると、前述と同様にアシスト力が発生してクラ
ッチ部材４５を軸方向に移動させ、クラッチ爪５３を倒
すことができる。

【００６１】ここでは、減速側から増速側への増速変速
操作の際には、クラッチ部材４５を介さずに回転をリン
グギア４３に直接伝達しているので、変速時の操作力を
軽減できる。しかも、増速側から減速側への減速変速操
作の際にはクラッチ部材４５の回転力を軸方向の変位に
代えてアシストしているので、増速側への変速時にもペ
ダルを踏んだままで軽い操作力で変速可能になる。

【００６２】実施形態２ 前記実施形態１では、プッシュロッドに第１コイルバネ
６０を介装し、増速側への変速時のバネ力の低減を図っ
たが、図９に示すように、プッシュロッド４８ａを棒状
部材で構成してもよい。この場合、第１コイルバネ６０
は、クラッチ部材４５と玉押し３１との間に圧縮状態で
配置さている。また、３つのコイルバネ６０〜６２の付
勢力は、第２コイルバネ６１、第３コイルバネ６２、第
１コイルバネ６０の順に小さくなっている。ここで、第
２コイルバネ６１の付勢力が第３コイルバネ６２より小
さいと、プッシロッド４８ａを減速側に後退させた際に
変速キー４９を押圧しても変速キー４９がクラッチ部材
４５に当接せずアシスト力が得られない。また、第３コ
イルバネ６２の付勢力が第１コイルバネ６０より小さい
と、プッシロッド４８ａを減速側に後退させ変速キー４
９を第２コイルバネ６１が押圧したとき、第３コイルバ
ネ６２が撓んで変速キー４９だけが移動して変速キー４
９とクラッチ部材４５とが離反できなくなり、クラッチ
部材４５を位置決めできなくなる。また、変速キー４９
はクラッチ部材４５を減速側のみ移動させ、増速側には
両者は別々に移動する。つまり、クラッチ部材４５に止
め輪は設けられていない。第３コイルバネ６２の全長
は、図示しない規制部材により一定長さに規制されてお
り、クラッチ部材４５と変速キー４９とが別々に移動し
てもその間隔は常に一定に保たれる。他の構成は前述し
た実施形態１と同様であるので説明を省略する。

【００６３】〔減速−増速側での動作〕このような実施
形態２では、プッシュロッド４８ａが押し込まれていな
い図９に示す状態では、実施形態１と同様であり、クラ
ッチ部材４５は右端の減速位置に配置され、駆動体２２
からの回転は減速動力伝達経路を介して減速され、ハブ
シェル２３に伝達される。すなわち、駆動体２２に入力
された回転は、第２ワンウェイクラッチ５１を介してリ
ングギア４３に伝達される。

【００６４】一方、変速操作部９の巻取レバーが操作さ
れると、ベルクランク２６のリンク部材７１が揺動しプ
ッシュロッド４８ａが１段分押し込まれる。この結果、
変速キー４９がプッシュロッド４８ａにより押圧されて
ハブ軸回りに回転しながら図９左方に移動し移動し、第
１コイルバネ６０により付勢されたクラッチ部材４５が
変速キー４９に追随して直結位置に移動する。そして、
直結位置にクラッチ部材４５が配置されると、テーパ面
４５ｄにより退避姿勢にさせられていた第１ワンウェイ
クラッチ５０のクラッチ爪５３が捩じりコイルバネ５５
のバネ力により図４に実線で示す起立姿勢に復帰し実施
形態１と同様に駆動体２２からの回転は直結動力伝達経
路を介してそのままハブシェル２３に伝達される。

【００６５】直結位置で巻取レバーが操作されてさらに
プッシュロッド４８ａが押し込まれると、変速キー４９
がさらに左方に移動し、クラッチ部材４５もそれに追随
して増速位置に移動する。そして、増速位置にクラッチ
部材４５が配置されると、クラッチ部材４５のセレーシ
ョン外歯４５ｃとギア枠４１のセレーション内歯４１ｂ
とが噛み合う。この増速位置への移動の際に、セレーシ
ョン外歯４５ｃとセレーション内歯４１ｂとが噛み合う
位置に配置されているときには、クラッチ部材４５がギ
ア枠４１に当接した後、そのままクラッチ部材４５は左
方の増速位置に移動する。しかし噛み合わない位置に配
置されているときには、クラッチ部材４５がギア枠４１
に当接した時点でクラッチ部材４５は左方への移動を一
旦停止する。しかし、第１コイルバネ６０の付勢力によ
りクラッチ部材４５が押圧されているので、クラッチ部
材４５が回転して２つの歯４５ｃ，４１ｂが噛み合う位
置になると、クラッチ部材４５が移動し２つの歯４５
ｃ，４１ｂが噛み合う。この状態では、駆動体２２に伝
達された回転は、実施形態１と同様に増速伝達経路を介
してハブシェル２３に伝達される。

【００６６】このような減速側から増速側への変速時に
は、実施形態１と同様に駆動体２２とリングギア４３と
の間で直接回転が伝達されるため、力が作用していない
クラッチ部材４５を移動させればよい。このため、クラ
ッチ部材４５を押すための第１コイルバネ６０のバネ力
は小さくてよく、軽い力で変速操作を行える。 〔増速−減速側でのアシスト動作〕増速位置で変速操作
部９の解除レバーが操作されると、第２コイルバネ６１
により変速キー４９が付勢され、プッシュロッド４８ａ
は一段分右方に後退する。そして、変速キー４９がクラ
ッチ部材４５を押圧してクラッチ部材４５を直結位置に
移動しようとする。しかし、ペダル踏んでいるとクラッ
チ部材４５からギア枠４１に駆動力が伝達されているの
で、セレーション内歯４１ｂとセレーション外歯４５ｂ
とが摩擦力により噛み合ったままになることがある。こ
のような場合、前記実施形態１と同様にアシスト力が発
生し、クラッチ部材４５を減速側に移動させる。

【００６７】一方、設定された駆動力より大きな駆動力
が作用して変速キー４９が軸方向に逃げてクラッチ部材
４５が移動しない場合にも、ギアクランク１８が上死点
又は下死点付近に到達して駆動力が小さくなると、変速
キー４９によるアシスト力によりクラッチ部材４５が押
圧され移動する。このため、この実施形態２でも非常に
大きな駆動力が作用しているときには変速が行われず、
変速ショックが少なくなるとともに、セレーション歯や
ワンウェイクラッチ等の駆動力の伝達部分が破損しにく
くなる。

【００６８】クラッチ部材４５が右方に移動すると、第
３コイルバネ６２により変速キー４９は、カム面４７か
ら離れる。このため、クラッチ部材４５が回転しても変
速キー４９との接触による異音が発生することはない。
そしてクラッチ部材４５が直結位置に配置されると直結
伝達経路を介して回転が伝達される。直結位置にクラッ
チ部材４５が配置された状態で解除レバーが操作される
と、さらにプッシュロッド４８ａが後退し、変速キー４
９がクラッチ部材４５を押圧する。このとき、クラッチ
部材４５のテーパ面４５ｄが第１ワンウェイクラッチ５
０のクラッチ爪５３に接触してクラッチ爪５３を起立姿
勢から退避姿勢に倒そうとする。しかし、クラッチ爪５
３は、リングギア４３からハブシェル２３に動力を伝達
しているので、第２コイルバネ６１の付勢力だけでは退
避姿勢に倒しにくい。この場合にも変速キー４９がクラ
ッチ部材４５のカム面４７に当接すると、前述と同様に
アシスト力が発生してクラッチ部材４５を軸方向に移動
させることができる。

【００６９】ここでは、前述した実施形態１と同様な効
果が得られ、さらにプッシュロッド４８の構成が簡素化
する。しかし、この場合、比較的狭い空間に配置された
第２コイルバネ６１の付勢力が一番大きいので、撓み量
を確保すると第２コイルバネ６１のバネ定数を小さくす
るのが困難であり、撓み時のバネ力が急激に増大する。
このため、増速時に必要な操作力が前記実施形態１より
は大きくなる。

【００７０】実施形態３ 前記２つの実施形態では、プッシュロッドにより押圧し
ていない状態でクラッチ部材は減速位置に配置された
が、この実施形態３では、図１０に示すように、クラッ
チ部材４５は増速位置に配置される。この場合、第２コ
イルバネ６１がプッシュロッド４８に介装されている。
また、第１コイルバネ６０は、クラッチ部材４５と玉押
し３１との間に配置されている。また、３つのコイルバ
ネ６０〜６２の付勢力は、第２コイルバネ６１、第３コ
イルバネ６２、第１コイルバネ６０の順に小さくなって
いる。この場合のバネの付勢力の設定理由は実施形態２
と同様である。

【００７１】図１０に示すように操作穴２１ａは、ハブ
軸の図１０左端（コースターブレーキ装着側）から中央
部にかけて軸芯に沿って形成されている。ベルクランク
（図示せず）は、ハブ軸２１の左側の軸端に装着されて
いる。また、変速キー４９ｂの三角形の頂点にプッシュ
ロッド４８が当接するため、変速キー４９ｂの中央部に
はプッシュロッド４８に当接する切欠面４９ｃが形成さ
れている。さらに第１コイルバネ６０は、実施形態２と
同様にクラッチ部材４５と玉押し３１との間に圧縮状態
で配置されている。他の構成は前記２つの実施形態と同
様であり説明を省略する。

【００７２】〔増速−減速側でのアシスト動作〕 このような実施形態２では、プッシュロッド４８が押し
込まれていない図１０に示す状態では、増速位置で変速
操作部９の巻取レバーが操作されると、プッシュロッド
４８により変速キー４９ｂが押圧されて第１コイルバネ
６０の付勢力に抗してクラッチ部材４５を減速側に移動
させる。このとき、駆動力が伝達されていないときに
は、変速キー４９ｂが第３コイルバネ６２を介してクラ
ッチ部材４５を押圧しクラッチ部材４５を直結位置に移
動させる。駆動力が伝達されている場合には、第３コイ
ルバネ６２又は第２コイルバネ６１を撓ませながら変速
キー４９ｂがカム面４７に当接し前述したアシスト力に
よりクラッチ部材４５を移動させる。また、直結位置か
ら減速位置に移動するときにも、駆動力が伝達されてク
ラッチ爪５３が退避姿勢になりにくいときにはアシスト
力によりクラッチ部材４５を移動させてクラッチ爪５３
を退避姿勢にしクラッチ部材４５を減速位置に移動させ
る。

【００７３】一方、設定された駆動力より大きな駆動力
が作用して変速キー４９ｂが軸方向に逃げてクラッチ部
材４５が移動しない場合にも、ギアクランク１８が上死
点又は下死点付近に到達して駆動力が小さくなると変速
キー４９ｂによるアシスト力によりクラッチ部材４５が
押圧され移動する。このため、この実施形態３でも非常
に大きな駆動力が作用しているときには変速が行われ
ず、変速ショックが少なくなるとともに、セレーション
歯やワンウェイクラッチ等の駆動力の伝達部分が破損し
にくくなる。

【００７４】〔減速−増速側での動作〕減速位置で解除
レバーが操作されると、第１コイルバネ６０の付勢力に
よりクラッチ部材４５が増速側に押圧され、プッシュロ
ッド４８が移動しクラッチ部材４５が直結位置に移動す
る。そして、直結位置にクラッチ部材４５が配置される
と、テーパ面４５ｄにより退避姿勢にさせられていた第
１ワンウェイクラッチ５０のクラッチ爪５３が捩じりコ
イルバネ５５のバネ力により図４に実線で示す起立姿勢
に復帰し、実施形態１及び２と同様に駆動体２２からの
回転は直結動力伝達経路を介してそのままハブシェル２
３に伝達される。

【００７５】直結位置で解除レバーが操作されると、第
１コイルバネ６０の付勢力によりクラッチ部材４５が増
速側に押圧され、プッシュロッド４８が移動しクラッチ
部材４５が増速位置に移動する。そして、増速位置にク
ラッチ部材４５が配置されると、クラッチ部材４５のセ
レーション外歯４５ｃとギア枠４１のセレーション内歯
４１ｂとが噛み合う。この増速位置への移動の際に、セ
レーション外歯４５ｃとセレーション内歯４１ｂとが噛
み合う位置に配置されているときには、クラッチ部材４
５がギア枠４１に当接した後、そのままクラッチ部材４
５は左方の増速位置に移動する。しかし噛み合わない位
置に配置されているときには、クラッチ部材４５がギア
枠４１に当接した時点でクラッチ部材４５は左方への移
動を一旦停止する。しかし、第１コイルバネ６０の付勢
力によりクラッチ部材４５が押圧されているので、クラ
ッチ部材４５が回転して２つの歯４５ｃ，４１ｂが噛み
合う位置になると、クラッチ部材４５が移動し２つの歯
４５ｃ，４１ｂが噛み合う。この状態では、駆動体２２
に伝達された回転は、実施形態１及び２と同様に増速伝
達経路を介してハブシェル２３に伝達される。

【００７６】このような減速側から増速側への変速時に
は、実施形態１及び２と同様に駆動体２２とリングギア
４３との間で直接回転が伝達されるため、力が作用して
いないクラッチ部材４５を移動させればよい。このた
め、クラッチ部材４５を押すための第１コイルバネ６０
のバネ力は小さくてよい。しかも、収納空間に余裕のあ
る第２コイルバネ６１のバネ力を一番強くすればよいの
で、全体のバネ力を小さく設定でき、走行中に駆動力を
伝達した状態で軽い力で変速操作できる。

【００７７】〔他の実施例〕 （ａ） 実施形態３においてプッシュロッドを実施形態
２のような棒状部材で構成してもよい。この場合、変速
キーはプッシュロッドによって軸端側への移動が規制さ
れるので、貫通溝を軸芯に沿って形成してもよい。この
ような実施形態では、大きな力が作用してもアシスト力
が発生するため、常に変速を行える。しかし、そのとき
にプッシュロッドに大きな力が作用し、インナーケーブ
ルにも大きな力が作用する。また、変速ショックも大き
くなり、動力伝達部品の強度も高く設定する必要があ
る。

【００７８】（ｂ） 本実施形態では、コースターブレ
ーキを装着しているために、ブレーキロック防止用の爪
ケージを設けたが、コースターブレーキを装着しない場
合には爪ケージは不要である。 （ｃ） 回転の伝達機構は遊星歯車機構に限定されるも
のではなく、遊星ローラ機構でもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上のように本発明に係る内装変速ハブ
では、クラッチ部材の減速側への移動の際には、クラッ
チ部材とクラッチ操作部との係合によりクラッチ部材の
回転駆動力が軸方向の変位に変換されアシスト力が発生
するので、クラッチ部材が移動しやすくなり、走行中で
あっても軽い力でクラッチ部材を移動できる。また、増
速側への移動の際には、クラッチ部材に動力が伝達され
ないので、クラッチ部材を軽い力で移動できる。このた
め、走行中に駆動力を作用させた状態でも軽い操作力で
両方向の変速操作を行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態が採用された自転車の側面
図。

【図２】その内装変速ハブの縦断面構成図。

【図３】その内装変速ハブの減速位置における要部拡大
部分図。

【図４】操作機構の要部斜視図。

【図５】変速キーとカム面との関係を示す模式図。

【図６】プッシュロッドの側面部分断面図。

【図７】内装変速ハブの直結位置における図３に相当す
る図。

【図８】内装変速ハブの増速位置における図３に相当す
る図。

【図９】実施形態２の図３に相当する図。

【図１０】実施形態３の図３に相当する図。

【符号の説明】

２ フレーム体 ７ 後輪 ２１ ハブ軸 ２１ｂ 貫通溝 ２１ｃ 案内面 ２２ 駆動体 ２３ ハブシェル ２４ 遊星歯車機構 ２５ 操作機構 ３２ 小ギア ４０ 太陽ギア ４１ ギア枠 ４２ 遊星ギア ４３ リングギア ４５ クラッチ部材 ４７ カム面 ４７ｃ 傾斜面 ４８，４８ａ プッシュロッド ４９，４９ａ 変速キー ５０〜５２ 第１〜第３ワンウェイクラッチ ６０〜６２ 第１〜第３コイルバネ ６５ 操作体 ６６ 作動体

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自転車のフレームに装着可能であり、入力
   体からの動力を選択された所定の変速比で出力体に伝達
   する自転車用内装変速ハブであって、 前記フレームに固定可能なハブ軸と、 前記ハブ軸回りに回転可能であり前記入力体に連結可能
   な駆動体と、 内部に収納空間を有するとともに前記ハブ軸回りに回転
   可能であり、前記出力体に連結可能な筒状の従動体と、 前記従動体の収納空間内に配置され、前記ハブ軸と同芯
   に配置された太陽ギアと、前記太陽ギアに噛み合う遊星
   ギアと、前記遊星ギアを回転自在に支持し前記ハブ軸回
   りに回転可能なギア枠と、前記ハブ軸回りに回転可能で
   あり前記遊星ギアに外方で噛み合うリングギアとを有
   し、前記駆動体からの動力を前記従動体に伝達する遊星
   歯車機構と、 前記リングギアと従動体との間に配置され、一方向にの
   み動力を伝達可能であるとともに動力伝達可能状態にお
   いて動力伝達状態と動力遮断状態とに切換可能な第１ワ
   ンウェイクラッチと、 前記駆動体とリングギアとの間及び前記ギア枠と従動体
   との間にそれぞれ配置され、一方向にのみ動力を伝達す
   る第２及び第３ワンウェイクラッチと、 前記ハブ軸に回転自在かつ軸方向移動自在に設けられ、
   前記軸方向への移動により、前記駆動体とギア枠とを連
   結状態と離脱状態とに切り換えるとともに、前記第１ワ
   ンウェイクラッチを動力伝達状態と動力遮断状態とに切
   り換える筒状のクラッチ部材と、 前記クラッチ部材を前記軸方向に移動させるとともに、
   前記クラッチ部材と係合して前記クラッチ部材の回転駆
   動力を前記軸方向への変位に変換して変速操作をアシス
   トするクラッチ操作部と、 を備えた自転車用内装変速ハブ。
2. 【請求項２】前記クラッチ操作部は、 前記ハブ軸に設けられた案内面と、 前記案内面に沿って移動することにより前記クラッチ部
   材を前記軸方向に移動させるための変速キーと、 前記変速キーを押圧する押圧部材とを有し、 前記クラッチ部材は前記変速キーと当接可能であり、前
   記変速キーと当接した際に前記一方向の回転により回転
   駆動力を軸方向への変位に変換するための、前記ハブ軸
   の軸芯に対して傾斜したカム面を有している、請求項１
   に記載の自転車よ用内装変速ハブ。
3. 【請求項３】前記ハブ軸には、前記ハブ軸の軸芯を貫通
   しかつ前記一方向と逆側に螺旋状に捩じれた状態の貫通
   溝が形成されており、前記案内面は前記貫通溝を形成す
   る面の一部でありかつ前記ハブ軸の軸芯に対して所定溝
   傾斜角度分傾斜して設けられている、請求項２に記載の
   自転車用内装変速ハブ。
4. 【請求項４】前記溝傾斜角度は１０度から５０度の範囲
   である、請求項３に記載の自転車用内装変速ハブ。
5. 【請求項５】前記クラッチ部材のカム面の前記ハブ軸芯
   に対する傾斜角度は前記溝傾斜角度より大きくかつ２０
   度から７０度の範囲である、請求項３又は４に記載の自
   転車用内装変速ハブ。
6. 【請求項６】前記変速キーは断面が三角形状であり、そ
   の長手方向が前記ハブ軸に対して交差するように延びて
   前記貫通溝内に配置されている、請求項４又は５に記載
   の自転車用内装変速ハブ。
7. 【請求項７】前記クラッチ部材を前記ギア枠側に付勢す
   るための第１付勢部材と、 前記変速キーを前記クラッチ部材側に付勢するための第
   ２付勢部材と、 前記変速キーとクラッチ部材との間に介装され、両者に
   当接しているときに前記変速キーが前記クラッチ部材に
   当接する前に、弾性力により両者を離反する方向に付勢
   する第３付勢部材とをさらに備える、請求項２から６の
   いずれかに記載の自転車用内装変速ハブ。
8. 【請求項８】前記第３付勢部材は、所定長さに全長が規
   制されたコイルバネである、請求項７に記載の自転車用
   内装変速ハブ。
9. 【請求項９】前記押圧部材は、前記変速キーを前記ギア
   枠側に押圧する、請求項７又は８に記載の自転車用内装
   変速ハブ。
10. 【請求項１０】前記押圧部材は棒状部材であり、 前記３つの付勢部材は、前記第２付勢部材、第３付勢部
    材、第１付勢部材の順に弱くなるようにそれぞれの付勢
    力が設定されている、請求項９に記載の自転車用内装変
    速ハブ。
11. 【請求項１１】前記押圧部材は、 所定長さを有する棒状の操作体と、 前記操作体の先端部に軸方向に相対移動可能に装着され
    た作動体と、 前記操作体と作動体との間に介装され両者を離反する方
    向に付勢する付勢部材とを有し、 前記変速キーは前記クラッチ部材を軸方向の両方向に押
    圧可能であり、 前記付勢部材は前記第１付勢部材であり、前記第１付勢
    部材、第２付勢部材、第３付勢部材の順に弱くなるよう
    にそれぞれの付勢力が設定されている、請求項９に記載
    の自転車用内装変速ハブ。
12. 【請求項１２】前記押圧部材は、前記変速キーを前記ク
    ラッチ部材側に押圧する、請求項７又は８に記載の自転
    車用内装変速ハブ。
13. 【請求項１３】前記押圧部材は、 所定長さを有する棒状の操作体と、 前記操作体の先端部に軸方向に相対移動可能に装着され
    た作動体と、 前記操作体と作動体との間に介装され両者を離反する方
    向に付勢する付勢部材とを有し、 前記変速キーは前記クラッチ部材を軸方向の両方向に押
    圧可能であり、 前記付勢部材は前記第２付勢部材であり、前記第２付勢
    部材、第３付勢部材、第１付勢部材の順に弱くなるよう
    にそれぞれの付勢力が設定されている、請求項１２に記
    載の自転車用内装変速ハブ。