JP3204929B2

JP3204929B2 - 自転車用内装変速ハブ

Info

Publication number: JP3204929B2
Application number: JP21523597A
Authority: JP
Inventors: 耕嗣田部
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: EP0895926B1; DE69836521T2; JPH1149073A; CN1098787C; CN1208000A; TW404911B; DE69836521D1; EP0895926A2; US6004240A; EP0895926A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変速ハブ、特に、
入力体の回転を変速して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】２０インチの車輪を有するＢＭＸと呼ば
れる小型の自転車は、オフロードを走行するモトクロス
レースに使用されている。この種のＢＭＸは、通常はた
とえばギアクランク側が歯数４３枚程度で、後輪の小ギ
ア側が歯数１６枚程度の固定の変速比で後輪が駆動され
ている。

【０００３】ＢＭＸを用いたモトクロスレースではスタ
ートダッシュをいかに速くするかが重要である。スター
ト時の加速度を大きくするためには、スタート時に通常
走行時より僅かに軽いギア比に減速した方がよい。この
ため、クロスレシオの２枚のスプロケットを有する小ギ
アとリアディレーラとからなる外装変速機と、リアディ
レーラとケーブルで連結された変速レバーとを装着した
ＢＭＸがモトクロスレースで使用されている。

【０００４】しかし、外装変速機を装着するとそれを動
作させるための変速レバーによる操作が必要になる。Ｂ
ＭＸを用いたモトクロスレースでは細かな起伏やカーブ
が連続したコースを走行するのでハンドル操作が忙しく
変速操作を行う暇があまりない。このため、レース中に
変速操作を行うのは煩わしい。そこで、後輪に内装変速
ハブを装着して速度に応じて自動的に内装変速ハブを変
速するようにすれば変速操作を行わなくてもよい。この
種の内装変速ハブは、ハブ軸と、ハブ軸回りに回転可能
な駆動体と、ハブシェルと、駆動体からハブシェルに回
転を変速して伝達するための遊星歯車機構と、遊星歯車
機構の出力をハブシェルに伝達・遮断するクラッチ機構
と、クラッチ機構をたとえば遠心力により切り換えるた
めのクラッチ切換機構とを備えている。

【０００５】駆動体の一端とハブ軸、ハブシェルの一端
と駆動体の他端及びハブシェルの他端とハブ軸の間には
軸受部がそれぞれ設けられており、これにより駆動体及
びハブシェルはハブ軸回りに回転可能になっている。遊
星歯車機構は、内歯ギアと、太陽ギアと、内歯ギアと太
陽ギアとに噛み合う複数の遊星ギアと、複数の遊星ギア
を支持するキャリアとを備えている。クラッチ切換機構
は、ハブシェルの回転により生じる遠心力によりクラッ
チ機構を連結・遮断状態のいずれかに切り換える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
内装変速ハブで変速比を小さく（クロスレシオ）したと
き、つまり駆動体の回転に対してハブシェルの回転をあ
まり変化させないようにしたときには、太陽ギアの歯数
に対して内歯ギアの歯数を相当大きくする必要がある。
このため、内歯ギアと太陽ギアとの隙間が大きくなり遊
星ギアの外径が大きくなる。

【０００７】一方、変速比を大きくしたときにも遊星ギ
アの外径が大きくなる場合がある。たとえば、遊星ギア
を大小２つのギア部で構成し、小ギア部に太陽ギアを噛
み合わせ大ギア部に内歯ギアを噛み合わせるようにした
とき、変速比を大きくすると大ギア部の外径が大きくな
る。このように遊星ギアの外径が大きくなると、たとえ
ば駆動体の内周面に内歯ギアを形成し内歯ギアから動力
を入力して遊星ギアを介してキャリアから出力する減速
の場合、駆動体の外径が大きくなる。駆動体の外径が大
きくなると、駆動体を支持するために駆動体の両端に設
けられる軸受部のうち少なくとも一方の軸受部の外径
は、遊星歯車機構を軸方向に沿って内部に装着可能にす
るためにさらに大きくなる。このため、内装変速ハブの
外径が大きくなる。

【０００８】本発明の課題は、遊星歯車機構を有する内
装変速ハブにおいて、大きい外径の遊星ギアであっても
全体の外径をコンパクトに維持することにある。

【０００９】

【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、入力体の回転を遠心力により変速して出
力体に伝達するハブであって、ハブ軸と、駆動体と、従
動体と、遊星歯車機構と、クラッチ機構と、クラッチ切
換機構とを備えている。ハブ軸は、自転車用フレームに
固定可能な軸である。駆動体は、入力体に連結可能な第
１筒体と、第１筒体と相対回転不能に連結された第２筒
体とを有し、２つの筒体のいずれか一方の内部に収納空
間が形成されハブ軸回りに回転可能な部材である。従動
体は、第２筒体の内周側に少なくとも一部が配置されハ
ブ軸回りに回転可能であり出力体に連結可能な部材であ
る。遊星歯車機構は、収納空間内に配置され、駆動体か
らの動力を変速して従動体に伝達する機構である。クラ
ッチ機構は、従動体と第２筒体とを連結・遮断可能な機
構である。クラッチ切換機構は、クラッチ機構の連結・
遮断状態を遠心力により切り換える機構である。

【００１０】この内装変速ハブでは、ペダルをこぎだし
たスタート時にはクラッチ機構は遮断状態（又は連結状
態）であり、入力体の回転は駆動体から遊星歯車機構を
介して減速して（又は入力体の回転はそのまま）出力体
に伝達される。そして、速度が所定以上に上昇し所定の
遠心力がクラッチ切換機構に作用するとクラッチ機構が
遮断状態から連結状態（又は連結状態から遮断状態）に
切り換わり、入力体の回転がそのまま駆動体、従動体を
介して（又は入力体の回転が遊星歯車機構を介して増速
して）出力体に伝達される。この駆動体は相対回転不能
な第１筒体と第２筒体とを有し、その一方の筒体に形成
された収納空間内に遊星歯車機構が収納され他方の筒体
には収納されない。このため、それぞれの筒体に駆動体
を支持するための小径の軸受部を設けることで他方の筒
体の外径を収納空間を有する一方の筒体の外径以下にす
ることができる。したがって、大きい外径の遊星ギアを
有する遊星歯車機構を駆動体の収納空間内に収納して
も、内装変速ハブ全体の外径をコンパクトに維持するこ
とができる。しかも、クラッチ機構を遠心力により切り
換えているので、変速操作を行うことなく自動的にシフ
トアップでき、スタートダッシュを決めることができ
る。

【００１１】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、第１筒体及び第２筒体のう
ち他方の筒体の外径は一方の筒体の外径と等しいか又は
小さい。この場合には、遊星歯車機構を一方の筒体内に
収納しても、他方の筒体の外径が一方の筒体の外径以下
であるので、駆動体の外径がコンパクトになり、内装変
速ハブの外径をコンパクトに維持することができる。

【００１２】発明３に係る自転車用内装変速ハブは、発
明１又は２に記載のハブにおいて、第１筒体は外周面に
入力体を回転不能に取り付けるための入力体取付部を有
している。この場合には、たとえばスプロケットのよう
な入力体を第１筒体の外周面に簡単に着脱自在に装着で
きる。発明４に係る自転車用内装変速ハブは、発明１か
ら３のいずれかに記載のハブにおいて、第１筒体及び第
２筒体はハブ軸回りに回転するための玉受けを内周面に
それぞれ有している。この場合には、駆動体のそれぞれ
の筒体に軸受部を簡単に設けることができる。

【００１３】発明５に係る自転車用内装変速ハブは、発
明１から４のいずれかに記載のハブにおいて、第１筒体
と第２筒体とは雌雄ねじにより相対回転不能にねじ結合
されている。この場合には、２つの筒体をねじ結合によ
り簡単に連結できる。発明６に係る自転車用内装変速ハ
ブは、発明１から４のいずれかに記載のハブにおいて、
第１筒体と第２筒体とはセレーション結合により簡単に
回転不能に連結できる。

【００１４】発明７に係る自転車用内装変速ハブは、発
明１から６のいずれかに記載のハブにおいて、第１筒体
及び第２筒体のいずれか一方は、他方の筒体の先端が当
接する当接部を有している。この場合には、２つの筒体
の軸方向の位置決め精度が向上する。発明８に係る自転
車用内装変速ハブは、発明１から７のいずれかに記載の
ハブにおいて、遊星歯車機構は、第１筒体の内周面に設
けられた内歯ギアと、ハブ軸の外周面に形成された太陽
ギアと、内歯ギアと太陽ギアとに噛み合う１又は複数の
遊星ギアと、ハブ軸回りに回転可能であり、遊星ギアを
回転自在に支持し従動体に連結された枠体とを有し、駆
動体の回転を減速して従動体に伝達する。この場合に
は、駆動体の回転を小さい変速比で減速しても、駆動体
の外径が第１筒体以上には大きくならず、内装変速ハブ
の外径をコンパクトに維持することができる。

【００１５】発明９に係る自転車用内装変速ハブは、発
明８に記載のハブにおいて、遊星ギアは、内歯ギアに噛
み合う小径の第１ギア部と、第１ギア部と軸方向に隣接
しかつ同芯に配置され太陽ギアに噛み合う大径の第２ギ
ア部とを有する。この場合には、遊星歯車機構の変速比
を内歯ギアの外径を大きくすることなくさらに小さくす
ることができる。

【００１６】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、第１筒体は、第２筒体に
連結され遊星ギアの第２ギア部を内部に収納した大径部
と、第１ギア部を内部に収納し内周面に内歯ギアが形成
された小径部とを有する。この場合には、第２筒体の小
径部の外周面に入力体を取り付けることで入力体の外径
を小さくすることができる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【発明の実施の形態】

〔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ＢＭＸ車であり、ダイヤモンド形のフレー
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、２段変速の内
装変速ハブ１０が装着された後輪７と、後輪７を制動す
る横引きカンチレバー形の後ブレーキ装置９とを備えて
いる。

【００２０】フレーム１にはサドル１１、ハンドル部４
及び前輪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の右端に後ブレーキ装置９を構成するブレーキレバ
ー１６とグリップ１７とが装着されている。

【００２１】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、スプロケット２０
が取り付けられた内装変速ハブ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、減速及び直結の動力伝達経路を含
む２段構成のハブである。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１対の後爪２
ａの間に装着される。内装変速ハブ１０は、後爪２ａに
固定されるハブ軸２１と、ハブ軸２１の一端外周にハブ
軸回りに回動自在に装着された駆動体２２と、ハブ軸２
１及び駆動体２２のさらに外周側に配置され後輪７に連
結された従動体２３と、駆動体２２の内周側に配置され
た遊星歯車機構２４と、駆動体２２と従動体２３とを連
結・遮断するクラッチ機構２５と、クラッチ機構２５を
切り換えるクラッチ切換機構２６と、遊星歯車機構２４
から従動体２３に進行方向の回転のみ伝達するワンウェ
イクラッチ２７とを有している。駆動体２２は、図２右
端を軸受部３１によりハブ軸２１に、左端を軸受部３２
により従動体２３によりそれぞれ回転自在に支持されて
いる。従動体２３は、軸受部３３，３４により両端をハ
ブ軸２１に回転自在に支持されている。

【００２２】ハブ軸２１は、自転車のフレーム体２の後
爪２ａに固定される部材である。ハブ軸２１の両端に
は、後爪２ａに固定等するためのネジが形成されてい
る。ハブ軸２１の中央部よりやや図２右側に大径部２１
ａが形成され、大径部２１ａの右側に遊星歯車機構２４
の太陽ギア５０が形成されている。ハブ軸２１の後爪２
ａの装着部分の内側には、軸受部３１，３４をそれぞれ
構成する碗状の玉押し面３１ａ，３４ａを有する玉押し
部材３７，３８がねじ込まれている。

【００２３】駆動体２２は、スプロケット２０の回転を
伝達するための部材である。駆動体２２は、図３に示す
ように、右端が軸受部３１に回転自在に支持された第１
筒部４０と、第１筒部４０に回転不能に連結され左端が
軸受部３２に回転自在に支持された第２筒部４１とを有
している。第１筒部４０は、図３右側の小径部４２と、
小径部４２の左側で拡径された大径部４３とから構成さ
れている。第１筒部４０の内部には、遊星歯車機構２４
を収納するための収納空間４４が形成されている。小径
部４２の端部外周面には雄ネジ部４２ａが形成され、そ
こにスプロケット２０を固定するためのロックナット４
５が螺合している。雄ネジ部４２ａに隣接する小径部４
２の外周面にはセレーション外歯からなるスプロケット
取付部４２ｂが形成され、スプロケット２０が回転不能
に取り付けられている。小径部４２の大径部４３側の内
周面には遊星歯車機構２４の内歯ギア５１が形成されて
いる。小径部４２の端部内周面には軸受部３１を構成す
る碗状の玉受け面３１ｂが形成されている。軸受部３１
は、この玉受け面３１ｂと、玉押し面３１ａと、玉受け
面３１ｂと玉押し面３１ａとの間に挟持された複数のボ
ール３１ｃとから構成されている。

【００２４】大径部４３の端部内周面には雌ネジ部４３
ａが形成されており、第２筒部４１の端面に形成された
雄ネジ部４１ａに螺合して第２筒部４１を回転不能に連
結している。大径部４３の外周面には従動体２３との隙
間をシールするシールリング２８が嵌め込まれている。
第２筒部４１は、第１筒部の内周面にねじ込まれる第
１筒部４０より小径の部材であり、その端部外周面に
は、雌ネジ部４３ａに螺合する雄ネジ部４１ａが形成さ
れている。第２筒部４１の外周面には、雄ネジ部４１ａ
に隣接して第１筒部４０の大径部４３の先端が当接する
当接部４１ｂが形成されている。当接部４１ｂの外径は
第１筒部４０の大径部４３の外径と実質的に同じ寸法で
ある。第２筒部４１の内周側には、軸受部３２とクラッ
チ機構２５とが配置されている。このため、第２筒部４
１の内周面には軸受部３２の玉受け面３２ｂと、クラッ
チ機構２５のラチェット歯７０とが形成されている。軸
受部３２は、玉受け面３２ｂと、従動体２３の動力伝達
体６１（後述）の端部外周面に形成された玉押し面３２
ａと、玉受け面３２ｂと玉押し面３２ａとの間に挟持さ
れた複数のボール３２ｃとから構成されている。

【００２５】このように駆動体２２を第１筒部４０と第
２筒部４１との２分割構成とすることで、軸受部３２を
設けても第２筒部４１部分の外径を第１筒部４０部分の
外径より大きくすることなく遊星歯車機構２４をハブ軸
２１に沿って装着できる。このため、ハブ全体の外径を
コンパクトに維持できる。従動体２３は、図２に示すよ
うに、駆動体２２により駆動され後輪７を回転させるた
めの筒状部材である。従動体２３は、その一部が駆動体
２２の外周側に配置されるハブシェル６０と、ハブシェ
ル６０に固定ボルト６６により締結され駆動体２２の内
周側に配置される動力伝達体６１とを有している。この
動力伝達体６１は、駆動体２２や遊星歯車機構２４から
ハブシェル６０に動力伝達する機能に加えて後述するク
ラッチ切換機構２６の重り支持体としての機能も果たし
ている。

【００２６】ハブシェル６０は、たとえばアルミニウム
製の筒状部材であり、駆動体２２，クラッチ切換機構２
６等を収納する大径の機構収納部６２と、機構収納部６
２と一体で形成された小径の細筒部６３とを有してい
る。機構収納部６２及び細筒部６３の外周面には後輪７
のスポーク（図示せず）が係止されるハブフランジ６
４，６５がそれぞれ一体で形成されている。細筒部６３
の右端には、図３に示すように、動力伝達体６１を回転
不能に係止するためのセレーション外歯６３ａが形成さ
れ、内周面には固定ボルト６６が螺合する雌ネジ部６３
ｂが形成されている。細筒部６３の図２左端には軸受部
３４を収納する空間が形成されており、そこに軸受部３
４を構成する玉受け面３４ｂが形成された玉受け部材３
５が装着されている。軸受部３４は、玉押し面３４ａ
と、玉受け面３４ｂと、玉受け面３４ｂと玉押し面３４
ａとの間に挟持された複数のボール３４ｃとから構成さ
れている。この軸受部３４の外側にはダストキャップ３
６が嵌め込まれている。

【００２７】動力伝達体６１は、たとえばクロムモリブ
デン鋼製の段付の筒状部材であり、図３に示すように、
左端内周面には細筒部６３のセレーション外歯６３ａに
噛み合うセレーション内歯６１ａが形成されている。動
力伝達体６１の右端外周面には軸受部３２を構成する玉
押し面３２ａが、右端内周面にワンウェイクラッチ２７
を構成するラチェット歯８０がそれぞれ形成されてい
る。また、ラチェット歯８０に隣接して内周面には軸受
部３３を構成する玉受け面３３ｂが形成されている。軸
受部３３は、玉受け面３３ｂと、ハブ軸２１の大径部２
１ａの左端に碗状に形成されてた玉押し面３３ａと、玉
押し面３３ａと玉受け面３３ｂとの間に挟持された複数
のボール３３ｃとから構成されている。動力伝達体６１
の内周面には、玉受け面３３ｂ形成部に隣接してテーパ
部６１ｂが形成されている。

【００２８】固定ボルト６６は、図２に示すように中空
筒状のボルトであり、ハブシェル６０と動力伝達体６１
とを同芯に緊密に締結する。固定ボルト６６の頭部６６
ａにはテーパ部６１ｂに係合するテーパ面６６ｂが形成
されており、動力伝達体６１とハブシェル６０とを芯出
しして締結できる。遊星歯車機構２４は、図３に示すよ
うに、ハブ軸２１に形成された太陽ギア５０と、駆動体
２２の第１筒部４０の小径部４２に形成された内歯ギア
５１と、ハブ軸２１の大径部２１ａに回転自在に装着さ
れたキャリア５２と、キャリア５２に回転自在に支持さ
れた３つの遊星ギア５３とを備えている。キャリア５２
は内部にハブ軸２１が貫通する鍔付フランジ状の部材で
あり、その外周面に周方向に間隔を隔てて３つのギア収
納部５２ａが形成されている。キャリア５２には遊星ギ
ア５３を回転自在に支持するための３本のギア軸５４が
固定されている。遊星ギア５３は、内歯ギア５１に噛み
合う小径の第１ギア部５３ａと、太陽ギア５０に噛み合
う大径の第２ギア部５３ｂとを有している。第１ギア部
５３ａと第２ギア部５３ｂとは軸方向に隣接して形成さ
れている。このように遊星ギア５３を２つのギア部５３
ａ，５３ｂで構成することで、クロスレシオの変速比を
１つのギア部で得るより少ない内歯ギアの歯数で得るこ
とができる。

【００２９】ここで、図４（ａ）に示すように、太陽ギ
ア５０の歯数をＺ_s，内歯ギア５１の歯数をＺ_r，遊星
ギア５３の第１ギア部５３ａの歯数をＺ_p1，第２ギア部
５３ｂの歯数をＺ_p2とすると、変速比Ｇ_Rは、内歯ギア
入力キャリア出力の減速の場合は以下の式で表せる。Ｇ_R＝１／（１＋（Ｚ_s／Ｚ_r）×（Ｚ_p2／Ｚ_p1））ここで、たとえば、太陽ギアの歯数Ｚ_sを１５，内歯ギ
アの歯数Ｚ_rを５７，第１ギア部の歯数Ｚ_p1を２８，第
２ギア部の歯数Ｚ_p2を１３とすると、Ｇ_R＝１／（１＋（１５／５７）×（１３／２８））＝０．８９１したがって、変速比Ｇ_Rは０．８９１になり、駆動体２
２の１回転は０８９１回転に減速されて従動体２３に伝
達される。

【００３０】なお、遊星歯車機構２４の変速比は、０．
８〜０．９５の間であればよい。この場合には、スター
トダッシュを速くすることができ、かつクロスレシオで
減速しても内装変速ハブ１０の外径をコンパクトに維持
できる。なお、遊星ギアが１つのギア部しかない減速の
場合には変速比Ｇ_Rは以下の式で表せる。

【００３１】Ｇ_R＝１／（１＋（Ｚ_s／Ｚ_r））ここでは内歯ギアの歯数Ｚ_rと外歯ギアの歯数Ｚ_sとだ
けで変速比Ｇ_Rが決定される。ここで太陽ギアの歯数Ｚ
_sを１５として前述したクロスレシオの変速比０．８９
１を得ようとすると、０．８９１＝１／（１＋（１５／
Ｚ_r）の方程式の解を求めればよい。この結果、内歯ギ
アの歯数Ｚ_rは１２３となり、駆動体２２の外径が２つ
のギア部を有するものより２倍以上大きくなる。

【００３２】クラッチ機構２５は、図３，図５及び図６
に示すように、駆動体２２の第２筒部４１の内周面に形
成されたラチェット歯７０と、ラチェット歯７０に噛合
可能な２つのクラッチ爪７１と、クラッチ爪７１を付勢
するバネ部材７２とを有している。ラチェット歯７０
は、第２筒部４１の内周面に鋸歯状に形成されている。
クラッチ爪７１は、動力伝達体６１の外周面にラチェッ
ト歯７０に噛み合う連結姿勢とラチェット歯７０から離
脱する遮断姿勢とに揺動自在に装着されている。動力伝
達体６１の外周面にはクラッチ爪７１を収納する爪収納
部７３が２か所設けられている。バネ部材７２は、動力
伝達体６１の外周面に形成された溝７４に巻き付けられ
ており、クラッチ爪７１を連結姿勢に付勢する。このク
ラッチ機構２５では、クラッチ爪７１が連結姿勢にある
とき、駆動体２２が進行方向に回転したときのみその回
転が従動体２３の動力伝達体６１に伝達される。

【００３３】クラッチ切換機構２６は、クラッチ爪７１
を連結姿勢と遮断姿勢とに切り換えるための制御板７５
と、制御板７５をハブ軸回りに往復移動させるための移
動機構７６と、動力伝達体６１と兼用された重り支持体
とを備えている。制御板７５は、図７に示すように、変
形リング状の板状部材であり、その中心部が動力伝達体
６１に回動自在に支持されている。制御板７５の外縁部
には径方向外方に延びるフック７５ａが形成されてい
る。また、内外周の間にはクラッチ爪７１を制御するた
めの２つの制御窓７５ｂが形成されている。この制御窓
７５ｂからクラッチ爪７１が移動機構７６側に突出して
配置されている。制御窓７５ｂは、クラッチ爪７１を遮
断姿勢に保持するための遮断枠部７５ｄと、連結姿勢に
切り換えるための連結枠部７５ｅとが形成されている。
この連結枠部７５ｅを遮断枠部７５ｄより径方向外方に
形成することで、バネ部材７２により付勢されたクラッ
チ爪７１が連結姿勢に起立可能になる。なお、このフッ
ク７５ａ及び制御窓７５ｂ等は全て回転バランスを考慮
して個数に応じて１８０度離れて形成されている。ま
た、内外周の間には後述する重り保持体８５の揺動軸８
７が貫通する２つの貫通孔７５ｃも形成されている。こ
の制御板７５は、通常は後述するバネ機構７９により、
図６及び７に示す遮断位置に配置されている。このと
き、クラッチ爪７１は、制御窓７５ｂの遮断枠部７５ｄ
に先端が係止され遮断姿勢に保持されている。

【００３４】移動機構７６は、図５に示すように、制御
板７５の左側に配置されており、揺動する２つの重り部
材７７と、２つの重り部材７７と制御板７５とをそれぞ
れ連結するリンク７８と、制御板７５を図６時計回りに
付勢するバネ機構７９とを備えている。重り部材７７
は、動力伝達体６１の端面６１ｃに揺動自在に装着され
た２つの重り保持体８５と、重り保持体８５の先端に装
着された重り８６とを有している。２つの重り保持体８
５は、たとえばポリアセタール樹脂製である。重り保持
体８５は、それぞれ動力伝達体６１を迂回するように湾
曲して形成され、動力伝達体６１の周囲に１８０度離れ
て同じ姿勢で配置されている。重り保持体８５の基端に
はボス部８５ａが、先端には２本の突出ピンからなる重
り装着部８５ｂがそれぞれ一体で形成されており、ボス
部８５ａに揺動軸８７が貫通している。揺動軸８７は貫
通孔７５ｃを貫通しており、その先端は動力伝達体６１
に固定されている。また、重り保持体８５の先端部にお
いて重り装着部８５ｂと逆側の面にはリンク連結ピン８
５ｄが一体で形成されている。リンク連結ピン８５ｄ
は、リンク７８を回動自在に装着するためのピンであ
る。重り８６は、たとえば鉛や鋼鉄製の扇形形状の部材
であり、重り装着部８５ｃの２本のピンにより固定され
ている。

【００３５】リンク７８は、基端で揺動する重り部材７
７の先端部の動きに連動して制御板７５を回動するため
の部材であり、その両端で重り保持体８５の先端部と制
御板７５とを連結している。リンク７８は金属製の板状
部材であり、一端にリンク連結ピン８５ｄが挿入される
丸孔が、他端に制御板７５と連結するための連結ピン７
８ａが挿入される丸孔がそれぞれ形成されている。

【００３６】バネ機構７９は、図６に示すように、フッ
ク７５ａに一端が係止されたコイルバネ８８と、コイル
バネ８８のバネ力を調整するためのバネ力調整機構８９
とを有している。このコイルバネ８８のバネ力を調整す
ることで変速タイミングを調整できる。また、重り８６
を交換することでも変速タイミングを変更できる。ワン
ウェイクラッチ２７は、たとえば爪式のものであり、図
６に示すように、動力伝達体６１の内周面に形成された
ラチェット歯８０と、遊星歯車機構２４のキャリア５２
の外周面に連結姿勢と遮断姿勢とに揺動自在に装着され
たクラッチ爪８１と、クラッチ爪８１を連結姿勢に付勢
するバネ部材（図示せず）とを備えている。このワンウ
ェイクラッチ２７では、クラッチ爪８１は、常に連結姿
勢に起立しており、キャリア５２が進行方向に回転する
とその回転を動力伝達体６１に伝達する。ただし動力伝
達体６１がキャリア５２より高速で進行方向に回転する
場合には回転は伝達しない。

【００３７】〔変速動作〕このような遊星歯車機構２４、クラッチ機構２５、クラ
ッチ切換機構２６及びワンウェイラッチ２７により、こ
の内装変速ハブ１０は、駆動体２２−内歯ギア５１−遊
星歯車機構２４−キャリア５２−従動体２３で構成され
る減速動力伝達経路と、駆動体２２−クラッチ機構２５
−従動体２３で構成される直結動力伝達経路とを有して
いる。

【００３８】ライダーがスタート時にペダルを踏んで自
転車を発進すると、その回転がスプロケット２０を介し
て駆動体２２に伝達される。このとき、制御板７５は遮
断位置にあり、制御板７５によりクラッチ爪７１は遮断
姿勢に保持されている。このため、駆動体２２と動力伝
達体６１とは連結されず、駆動体２２の回転は減速動力
伝達経路を介して動力伝達体６１に伝達される。この結
果、スタート時には、スプロケット２０の回転がたとえ
ば０．８９１に減速されてハブシェル６０に伝達され
る。このため、スタート時にはペダルを軽く踏むことが
できスタートダッシュを決めることができる。

【００３９】動力伝達体６１がバネ機構７９の調整や重
りの質量等により決定される所定以上の回転速度になる
と、制御板７５のコイルバネ８８による付勢力に抗して
重り部材７７が図８，９に示すように外方に揺動する。
重り部材７７が揺動すると、リンク７８を介して制御板
７５が図８の反時計回りに連結位置まで回転する。制御
板７５が連結位置に回転すると制御窓７５ｂの連結枠部
７５ｅにクラッチ爪７１の先端に位置し、クラッチ爪７
１がバネ部材７２の付勢力により連結姿勢に起立する。
この結果、駆動体２２の進行方向の回転が直結動力伝達
経路を介して動力伝達体６１に直接伝達され、スプロケ
ット２０の回転が後輪７にそのまま伝達される。したが
って、所定回転速度以上になると高速側に変速される。
この通常走行時には、駆動体２２と従動体２３とが直結
されるので、遊星歯車機構２４による伝達効率の低下は
ない。

【００４０】そしてコーナーを回るときなどに動力伝達
体６１が所定回転数以下になると、重り部材７７がコイ
ルバネ８８により元の遮断姿勢に揺動し減速動力伝達経
路を介して駆動体２２の回転が従動体２３に伝達され
る。〔他の実施形態〕（ａ）重り部材やクラッチ爪の個数は２つに限定され
ず、１つでも３つ以上でもよい。３つ以上の場合には、
その個数に応じて間隔を隔てて配置すればよい。たとえ
ば、重り部材７７が３つのときには、図１０（ａ）に示
すように、重り部材７７をハブ軸回りに１２０度間隔で
同じ姿勢で配置すればよい。また、クラッチ爪７１の個
数も１つ又は複数個であればいくつでもよい。ここで
は、回転速度が所定以上になると、図１０（ｂ）に示す
ように重り部材７７が外側に揺動しリンク７８を介して
制御板７５が回転してクラッチ爪７１が遮断姿勢から連
結姿勢に起立する。このように重り部材７７を増やすと
遠心力が増加し、より確実に制御板７５が回動する。

【００４１】（ｂ）前記実施形態では、減速から直結
に変速したが、直結から増速に変速してもよい。この場
合には、図４（ｂ）に示すように、駆動体２２をキャリ
ア５２に連結し、キャリア５２から内歯ギア５１に動力
を伝達すればよい。このとき、２つのギア部５３ａ，５
３ｂのうち大径の第２ギア部５３ｂを内歯ギア５１に噛
み合わせ、小径の第１ギア部５３ａを太陽ギア５０を噛
み合わせれば、１つのギア部よりも小さい内歯ギアの外
径で大きな変速比を得ることができる。また、クロスレ
シオの増速の変速比を得たければ、図４（ａ）の構成で
キャリア５２と駆動体２２とを連結すればよい。

【００４２】（ｃ）前記実施形態では、駆動体２２の
第１筒部４０と第２筒部４１とをねじにより固定した
が、図１１に示すように、たとえば第１筒部４０にセレ
ーション内歯４０ｃを、第２筒部４１にセレーション外
歯４１ｃをそれぞれ形成し、それらの噛合により２つの
筒部を固定するようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、駆動体は第１筒体と第
２筒体とを有し、その一方の筒体に形成された収納空間
内に遊星歯車機構が収納され他方の筒体には収納されな
い。このため、それぞれの筒体に駆動体を支持するため
の小径の軸受部を設けることで駆動体の外径を収納空間
を有する一方の筒体の外径以下にすることができる。し
たがって、大きい外径の遊星ギアを有する遊星歯車機構
を駆動体の収納空間内に収納しても、内装変速ハブ全体
の外径をコンパクトに維持することができる。しかも、
クラッチ機構を遠心力により切り換えているので、変速
操作を行うことなく自動的にシフトアップでき、スター
トダッシュを決めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面
図。

【図２】その内装変速ハブの縦断面図。

【図３】その要部断面図。

【図４】遊星歯車機構の模式図。

【図５】内装変速ハブの要部分解斜視図。

【図６】クラッチ遮断状態における図３のIV−IV断面図

【図７】クラッチ遮断状態における制御板の正面図。

【図８】クラッチ連結状態における図３のIV−IV断面図

【図９】クラッチ連結状態における制御板の正面図。

【図１０】他の実施形態の図６及び図８に相当する図。

【図１１】他の実施形態の図５に相当する図。

【符号の説明】

１０内装変速ハブ２１ハブ軸２２駆動体２３従動体２４遊星歯車機構２５クラッチ機構２６クラッチ切換機構３１ｂ，３２ｂ玉受け面４０第１筒体４１第２筒体４１ｂ当接部４２小径部４２ｂスプロケット取付部４３大径部４４収納空間５０太陽ギア５１内歯ギア５２キャリア５３遊星ギア５３ａ第１ギア部５３ｂ第２ギア部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62M 11/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力体の回転を遠心力により変速して出力
体に伝達する自転車用内装変速ハブであって、自転車用フレームに固定可能なハブ軸と、前記入力体に連結可能な第１筒体と、前記第１筒体と相
対回転不能に連結された第２筒体とを有し、２つの筒体
のいずれか一方の内部に収納空間が形成され前記ハブ軸
回りに回転可能な駆動体と、前記第２筒体の内周側に少なくとも一部が配置され前記
ハブ軸回りに回転可能であり前記出力体に連結可能な従
動体と、前記収納空間内に配置され、前記駆動体からの動力を変
速して前記従動体に伝達する遊星歯車機構と、前記従動体と前記第２筒体とを連結・遮断可能なクラッ
チ機構と、前記クラッチ機構の連結・遮断状態を遠心力により切り
換えるクラッチ切換機構と、を備えた自転車用内装変速ハブ。
【請求項２】前記第１筒体及び第２筒体のうち前記他方
の筒体の外径は前記一方の筒体の外径と等しいか又は小
さい、請求項１に記載の自転車用内装変速ハブ。
【請求項３】前記第１筒体は外周面に前記入力体を回転
不能に取り付けるための入力体取付部を有している、請
求項１又は２に記載の自転車用内装変速ハブ。
【請求項４】前記第１筒体及び第２筒体は前記ハブ軸回
りに回転するための玉受けを内周面にそれぞれ有してい
る、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。
【請求項５】前記第１筒体と第２筒体とは雌雄ねじによ
り相対回転不能にねじ結合されている、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。
【請求項６】前記第１筒体と第２筒体とはセレーション
結合により相対回転不能に結合されている、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。
【請求項７】前記第１筒体及び第２筒体のいずれか一方
は、他方の筒体の先端が当接する当接部を有している、
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。
【請求項８】前記遊星歯車機構は、前記第１筒体の内周面に設けられた内歯ギアと、前記ハブ軸の外周面に形成された太陽ギアと、前記内歯ギアと太陽ギアとに噛み合う１又は複数の遊星
ギアと、前記ハブ軸回りに回転可能であり、前記遊星ギアを回転
自在に支持し前記従動体に連結された枠体とを有し、前記駆動体の回転を減速して前記従動体に伝達する、請
求項１から７のいずれかに記載の自転車用内装変速ハ
ブ。
【請求項９】前記遊星ギアは、前記内歯ギアに噛み合う小径の第１ギア部と、前記第１ギア部と軸方向に隣接しかつ同芯に配置され前
記太陽ギアに噛み合う大径の第２ギア部とを有する、請
求項８に記載の自転車用内装変速ハブ。
【請求項１０】前記第１筒体は、前記第２筒体に連結さ
れ前記遊星ギアの第２ギア部を内部に収納した大径部
と、前記第１ギア部を内部に収納し内周面に前記内歯ギ
アが形成された小径部とを有する、請求項９に記載の自
転車用内装変速ハブ。