JP4145808B2 - 自転車用内装変速ハブ - Google Patents

Description

本発明は、自転車ハブ、特に、自転車用フレームに装着され、入力体の回転を出力体に伝達する自転車用内装変速ハブに関する。

自転車の後輪に装着する内装変速ハブとして２段変速のものが従来知られている（特許文献１参照）。従来の内装変速ハブは、フレームの後端部に固定可能なハブ軸と、ハブ軸周りに回転可能な駆動体と、駆動体と並べて配置されハブ軸周りに回転可能な従動体と、駆動体の内周部に配置された動力伝達機構とを備えている。駆動体の外周にはスプロケットを装着可能であり、チェーンを介してペダルの回転が伝達されたスプロケットにより駆動体が回転する。駆動体と従動体との間には、連結・遮断可能なクラッチ機構が装着されている。また、キャリアと従動体との間には、キャリアの一方向（進行方向）の回転を従動体に伝達するワンウェイクラッチが装着されている。動力伝達機構は、駆動体の内周面に形成された内歯ギアと、ハブ軸の外周に形成された太陽ギアと、ハブ軸に回転自在に装着されたキャリアと、キャリアに回転自在に装着され太陽ギアと内歯ギアとに噛み合う遊星ギアとを有している。

従動体とハブ軸との間には、左右１対の第１及び第２軸受が設けられている。第１軸受は、第１及び第２玉押しと、従動体に設けられた第１及び第２玉受けと、両者に接触可能に設けられた第１及び第２球体とを有している。第１玉押しは特許文献１には図示されていないが通常は玉当たりを調整可能にするためにハブ軸にねじ込み固定されている。第２玉押しは、ハブ軸に一体形成されている。また、駆動体と従動体との間及び駆動体とハブ軸との間には第３及び第４軸受が装着されている。
実公昭５７−４２７９２号公報

前記従来の構成では、第２玉押しと太陽ギアとがハブ軸と一体形成されているので、ハブ軸の外径の最も大きい部分は太陽ギア形成部分になる。このため、ハブを組み立てる際には太陽ギアの両側から部品を装着しなければならない。たとえば、キャリアを組み込む際には、スペースを考慮すると駆動体内部を従動体側からハブ軸に装着しなければならない。このため、キャリアの従動体側にある第２玉押しの外径をキャリアより小さくしなければならず、第２軸受が小径になる。第２軸受が小径になると、玉押しと玉受けとの間に配置される球体の数が少なくなる。このため、軸受で大きな荷重を受けると、玉押し及び玉受けに作用する圧力が高くなり、軸受の寿命が低下するおそれがある。

本発明の課題は、自転車用内装変速ハブにおいて、太陽ギアをハブ軸に一体形成しても、高い荷重による軸受寿命の低下を抑えることにある。

発明１に係る自転車用内装変速ハブは、自転車用フレームに装着され、入力体の回転を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、動力伝達機構と、第１ワンウェイクラッチと、第２ワンウェイクラッチと、クラッチ制御機構と、第１及び第２軸受と、第３及び第４軸受とを備えている。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、ハブ軸回りに回転可能であり入力体に連結可能な筒状のものである。従動体は、駆動体に隣接して配置され、ハブ軸回りに回転可能であり出力体に連結可能なものである。動力伝達機構は、ハブ軸に一体形成された太陽ギア、ハブ軸に回転自在に装着されたキャリア、キャリアの周方向に間隔を隔てて配置され太陽ギアに噛み合う少なくともひとつの遊星ギア、及び駆動体の内側に設けられ遊星ギアに噛み合う内歯ギアを有し、駆動体からの回転を従動体に伝達するための機構である。第１ワンウェイクラッチは、キャリアの一方向の回転を従動体に伝達するクラッチである。第２ワンウェイクラッチは、駆動体と従動体との間に配置され、駆動体と従動体とを連結・遮断可能なクラッチである。クラッチ制御機構は、第２ワンウェイクラッチを連結・遮断操作するための機構である。第１及び第２軸受は、ハブ軸に軸方向に間隔を隔てて装着された第１及び第２玉押し、従動体の第１及び第２玉押しと対向可能な位置にそれぞれ設けられた第１及び第２玉受け、並びに第１及び第２玉押しと第１及び第２玉受けとに接触可能に装着された複数の第１及び第２球体を有し、従動体をハブ軸に回転自在に装着するための左右１対の軸受である。第３及び第４軸受は、駆動体をハブ軸に対して回転自在に装着するための左右１対の軸受である。また、第３及び第４軸受は、従動体に設けられた第３玉押し及びハブ軸に着脱自在に装着された第４玉押し、駆動体に間隔を隔てて配置された第３及び第４玉受け、並びに第３及び第４玉押しと第３及び第４玉受けとに接触可能に装着された複数の第３及び第４球体を有し、キャリアは、遊星ギアの一側でハブ軸に回転自在に支持され遊星ギアの他側で第４玉押しに回転自在に支持されている。

この内装変速ハブでは、たとえばチェーンを介してスプロケット等の入力体から駆動体に回転が伝達されると、第２ワンウェイクラッチが連結状態の場合は、駆動体の回転が第２ワンウェイクラッチを介して従動体に直接伝達され、たとえば車輪等の出力体が駆動体と同じ回転数で高速回転する。第２ワンウェイクラッチを遮断状態のときは、駆動体から内歯ギアに回転が伝達され、内歯ギアの回転が遊星ギアに伝達され、キャリアが駆動体より減速して回転する。この回転が第１ワンウェイクラッチを介して従動体に伝達され、出力体が低速で回転する。この従動体を回転自在に支持するために従動体とハブ軸との間に配置された第２軸受において、第２玉押しがハブ軸に装着されるハブ軸と別体のものになっている。このため、キャリアを組み込んでから玉押しを組み込むことができ、第２玉押しの外径をハブ軸と一体に形成する場合に比べて大きくできる。ここでは、第２玉押しをハブ軸と別体にしたので、太陽ギアをハブ軸に一体形成しても第２軸受を大径にすることができ、第２球体の数を増加させることができる。このため、第２玉押し及び第２玉受けに作用する圧力が低くなり、高い荷重による軸受寿命の低下を抑えることができる。

また、キャリアが遊星ギアを挟んで両端支持されているので、キャリアが傾きにくくなり、キャリアに支持された遊星ギアが太陽ギアや内歯ギアに対して傾きにくくなり、効率よく回転が伝達される。

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、従動体は、駆動体の内周に一部が重なり合うように隣接して配置され、内歯ギアは、駆動体の内周面に一体形成されている。この場合には、駆動体と従動体とが重なり合う部分に駆動体と従動体とを連結・遮断する第２ワンウェイクラッチを配置しやすくなるとともに、内歯ギアの構成も簡素になり、全体の構成を簡素化できる。

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玉押しは、ハブ軸に螺合してねじ込み固定され、第２玉押しは、ハブ軸の外周面に圧入固定されている。この場合には、第２玉押しを圧入によりハブ軸に固定しているので、固定構造が簡素であるとともに、第１玉押しをねじ込み固定しているので玉当たりの調整も可能になる。

発明４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及び第２玉押しは、ハブ軸に螺合してねじ込み固定されている。この場合には、両玉押しがねじ込み固定されるので、両玉押しの装着が容易である。

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２玉押しの内径は、キャリアの内径より小さい。この場合には、第２玉押しが装着される部分がキャリアの内径より小さくなるので、キャリアの装着が容易になるとともに、キャリア装着部分と第２玉押し装着部分との段差で第２玉押しを位置決めできる。

発明６に係る自転車用内装変速ハブは、発明１から５のいずれかに記載のハブにおいて、第２玉押しと第２球体とが接触する部分が形成する円弧の直径は、キャリアの内径より大きい。この場合には、第２軸受の第２球体が装着される部分の第２玉押しの直径を大きくすることができるので、第２球体の数を多くすることができる。

発明７に係る自転車内装変速ハブは、発明１から６のいずれかに記載のハブにおいて、第１ワンウェイクラッチは、キャリアに起立・伏臥自在に装着された第１クラッチ爪と、従動体に回転方向に間隔を隔てて設けられ起立した第１クラッチ爪の先端が係止可能な第１ラチェット歯と、第１クラッチ爪を起立姿勢に向けて付勢する第１付勢部材とを有する。この場合には、第１ワンウェイクラッチを爪式のワンウェイクラッチで簡素に構成できる。

発明８に係る自転車内装変速ハブは、発明１から７のいずれかに記載のハブにおいて、第２ワンウェイクラッチは、従動体に揺動自在に装着された第２クラッチ爪と、駆動体の内周面に回転方向に間隔を隔てて設けられ第２クラッチ爪の先端が係止可能な第２ラチェット歯とを有し、クラッチ制御機構は、ハブ軸の中心部に軸方向移動自在に装着されたプッシュロッドと、プッシュロッドの移動に応じて移動し、第２クラッチ爪を先端が第２ラチェット歯に係止する連結姿勢と、先端が離反する遮断姿勢とに制御可能なクラッチカムと、クラッチカムを連結姿勢側に付勢する第２付勢部材とを有する。この場合には、プッシュロッドにより第２ワンウェイクラッチを簡単に連結・遮断制御できる。

発明９に係る自転車内装変速ハブは、発明８に記載のハブにおいて、第２玉押しは、第２付勢部材の一端を保持する保持部を有する。この場合には、第２玉押しを利用して第２付勢部材の一端を保持できるので、第２付勢部材の一端を保持するための専用の保持部を設ける必要がなくなる。

発明１０に係る自転車内装変速ハブは、発明１から９のいずれかに記載のハブにおいて、第１軸受側におけるすきまをシールする第１シール部材と、第３及び第４軸受側おけるすきまをそれぞれシールする第２及び第３シール部材とをさらに備える。この場合には、３つのシール部材によりハブ内部への液体や異物の浸入を防止できる。

発明１１に係る自転車用内装変速ハブは、発明１から１０のいずれかに記載のハブにおいて、ハブ軸は、太陽ギアが一体形成される大径部と、その両側の小径部とを有し、第２玉押しは、大径部と小径部との段差部分に位置決めされた状態で装着されている。

本発明によれば、第２玉押しをハブ軸と別体にしたので、太陽ギアをハブ軸に一体形成しても第２軸受を大径にすることができ、第２球体の数を増加させることができる。このため、第２玉押し及び第２玉受けに作用する圧力が低くなり、高い荷重による軸受寿命の低下を抑えることができる。

また、キャリアが遊星ギアを挟んで両体支持されているので、キャリアが傾きにくくなり、キャリアに支持された遊星ギアが太陽ギアや内歯ギアに対して傾きにくくなり、効率よく回転が伝達される。

〔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、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、前後輪６，７を制動する前後のブレーキ装置９ｆ，９ｒとを備えている。

フレーム１にはサドル１２、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９ｒ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。また、ハンドルバー１５に変速操作のための変速レバー８が装着されている。

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（図２）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１０には、変速レバー８と変速ケーブル（図示せず）により連結された変速動作用のベルクランク１１が装着されている。

〔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及び図３に示すように、自転車のフレーム体２の１対の後爪２ａの間に装着される。内装変速ハブ１０は、後爪２ａに固定可能なハブ軸２１と、ハブ軸２１回りに回転可能でありスプロケット２０に連結可能な筒状の駆動体２２と、駆動体２２に隣接して配置され、ハブ軸２１回りに回転可能であり後輪７に連結可能な従動体２３と、駆動体２２からの回転を従動体２３に伝達するための動力伝達機構としての遊星歯車機構２４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第１ワンウェイクラッチ２５と、駆動体２２と従動体２３とを連結・遮断する第２ワンウェイクラッチ２６と、第２ワンウェイクラッチ２６を切り換えるクラッチ制御機構２７と、従動体２３をハブ軸２１に回転自在に装着するための左右１対の第１及び第２軸受２８，２９と、駆動体２２をハブ軸２１に対して回転自在に装着するための左右１対の第３及び第４軸受３０，３１とを有している。

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第１及び第２雄ねじ部２１ａ，２１ｂが形成されている。また第２雄ねじ部２１ｂに隣接して第２雄ねじ部２１ｂより大径の第３雄ねじ部２１ｃが形成されている。ハブ軸２１の中央部よりやや図２右側には大径部２１ｄが形成され、大径部２１ｄ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。また、ハブ軸２１の大径部２１ｄには、クラッチ制御機構２７を収納する直径上を貫通する長円形の長孔溝２１ｅが形成されている。さらに、ハブ軸２１には、長孔溝２１ｅに向けて右側軸端からプッシュロッド収納穴２１ｆが軸芯に沿って形成されている。

駆動体２２は、スプロケット２０の回転を伝達するための段付き円筒状の部材である。駆動体２２は、図３に示すように、右端部外周面にスプロケット２０を回転不能に装着するための、たとえばスプラインで構成されたスプロケット装着部２２ａを有している。また、両端部内周面に第３及び第４軸受３０，３１を構成する断面が１／４円弧状の第３及び第４玉受け３０ａ，３１ａが形成されているとともに、第４玉受け３１ａの左側に遊星歯車機構２４を構成する内歯ギア５１が形成され、第３玉受け３０ａの右側に第２ワンウェイクラッチ２６を構成する第２ラチェット歯６５が形成されている。

従動体２３は、図２に示すように、右ハブシェル４０と、左ハブシェル４１と、両ハブシェル４０，４１を両端で連結するパイプ状の連結部４２とを備えている。右ハブシェル４０は、図３に示すように、駆動体２２の内周側に一部が配置される左端が縮径された概ね筒状の右シェル本体４３と、右シェル本体４３に回転不能に嵌合された右ハブフランジ４４とを有している。右シェル本体４３の外周面には、右ハブフランジ４４を回転不能に装着するためのたとえはセレーションで構成されたハブフランジ装着部４３ａと、駆動体２２とのすきまをシールするシール部材７０が装着されるシール装着溝４３ｂと、第３軸受３０の第３玉押し３０ａと、後述する揺動ピン６８の抜け止め用の環状溝４３ｃとが左右に並べて形成されている。右シェル本体４３の内周面には、第２軸受２９の第２玉受け２９ａと、第１ワンウェイクラッチ２５を構成する第１ラチェット歯６０とが形成されている。また、右シェル本体４３の中間部には、第２ワンウェイクラッチ２６を収納するため内外周を貫通して円弧状に形成された収納切欠き４３ｄが形成されるとともに、収納切欠き４３ｄを通過してハブ軸２１に平行に配置される揺動ピン６８の装着穴４３ｅとが形成されている。右シェル本体４３の左端部は、連結部４２の外周面に回転不能に嵌合固定されている。右ハブフランジ４４は、プレス成形により形成された鍔付き円筒状の部材であり、外フランジ部４４ａと、内フランジ部４４ｂと、両フランジ部４４ａ，４４ｂを連結する円筒部４４ｃとを有している。内フランジ部４４ｂの内周面が右ハブフランジ装着部４３ａに圧入固定されている。外フランジ部４４ａには、スポーク（図示せず）を係止する多数のスポーク係止孔４４ｄが周方向に間隔を隔てて設けられている。

左ハブシェル４１は、図２に示すように、左シェル本体４５と、左シェル本体４５に回転不能に装着された左ハブフランジ４６とを有している。左シェル本体４５は、小径円筒４５ａと大径円筒４５ｂとそれらを連結する円板部４５ｃとを有する断面が概ねＣ字状のプレス成形された部材である。小径円筒４５ａの内周面は、連結部４２の外周面に嵌合固定されている。大径円筒４５ｂの外周面には、鍔付き円筒状の左ハブフランジ４６がセレーション等の適宜の固定手段により回転不能に装着されている。

左ハブフランジ４６は、外フランジ部４４ａより小径の外フランジ部４６ａと、外フランジ部４６ａの内周から軸方向外方に延びる段付きの筒状部４６ｂとを有する鍔付き円筒状のプレス成形された部材である。外フランジ部４６ａには、スポーク係止孔４４ｄと位相を半ピッチずらして形成されたスポーク係止孔（図示せず）が形成されている。筒状部４６ｂの内周面は左シェル本体４５の外周面に嵌合固定されている。また、筒状部４６ｂが左端外周面には、後ブレーキ装置９ｒ（図１）を回転不能に装着するための装着ねじ部４６ｃが形成されている。

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の内周面に形成された内歯ギア５１と、ハブ軸２１の大径部２１ｄ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、たとえば４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が貫通する筒状部５２ａと筒状部５２ａの右端から径方向に延びる鍔部５２ｂとを有する鍔付フランジ状の部材であり、鍔部５２ｂには内外周を貫通するに２つのギア収納部５２ｃが形成されている。また、筒状部５２ａの外周面には、第１ワンウェイクラッチ２５が装着されるワンウェイクラッチ装着部５２ｄが凹んで形成されている。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４本のギア軸５４が固定されている。キャリア５２は、ハブ軸２１の大径部２１ｄに筒状部５２ａが支持されるとともに、第４軸受３１の後述する第４玉押し３１ｂに鍔部５２ｂの内周面が支持されている。このようにキャリア５２を両端支持することによりキャリア５２が傾きにくくなる。遊星ギア５３は、内歯ギア５１と太陽ギア５０とに噛み合っている。なお、キャリア５２は、ハブ軸２１に装着された止め輪９０により軸方向の移動が規制されている。

遊星歯車機構２４では、内歯ギア５１からを入力をキャリア５２で出力すると駆動体２２の回転を従動体に減速して出力できる。この場合の減速比ＧRは以下の式で表せる。

ＧR ＝１／（１＋（Ｚｓ／Ｚｒ））
ここでは内歯ギア５１の歯数Ｚｒと太陽ギア５０の歯数Ｚｓとだけで変速比ＧRが決定される。ここで太陽ギア５０の歯数Ｚs をたとえば１８Ｔとして内歯ギア５１の歯数Ｚrをたとえば４６Ｔとすると、
ＧＲ＝１／（１＋（１５／４６）＝０．７５３となる。

第１ワンウェイクラッチ２５は、たとえば爪式のものであり、図３に示すように、従動体２３の内周面に形成された第１ラチェット歯６０と、遊星歯車機構２４のキャリア５２のワンウェイクラッチ装着部５２ｄに連結姿勢と遮断姿勢とに起立・伏臥自在に装着された第１クラッチ爪６１と、第１クラッチ爪６１を起立した連結姿勢に付勢するリング状の第１ばね部材６２とを備えている。第１ラチェット歯６０は、従動体２３の右シェル本体４３の内周面に鋸歯状に形成されている。第１クラッチ爪６１は、連結姿勢のとき起立して先端が第１ラチェット歯６０に噛み合う。これにより、キャリア５２の進行方向の回転が従動体２３に伝達される。第１ばね部材６２は、第１クラッチ爪６１に巻き付けられている。この第１ワンウェイクラッチ２５では、第１クラッチ爪６１は、第１ばね部材６２の付勢力により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従動体２３に伝達する。ただし、従動体２３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。また、キャリア５２が逆方向に回転すると回転を伝達しない。

第２ワンウェイクラッチ２６は、駆動体２２の内周面に形成された第２ラチェット歯６５と、第２ラチェット歯６５に噛合可能なたとえば２つの第２クラッチ爪６６と、第２クラッチ爪６６を付勢する第２ばね部材６７とを有している。第２ラチェット歯６５は、駆動体２２の内周面に鋸歯状に形成されている。第２クラッチ爪６６は、右シェル本体４３の収納切欠き４３ｄに収納されており、右シェル本体４３に固定された揺動ピン６８に第２ラチェット歯６５に噛み合う連結姿勢と第２ラチェット歯６５から離脱する遮断姿勢とに揺動自在に装着されている。揺動ピン６８は、前述したように環状溝４３ｃに装着された抜け止めリング６９により抜け止めされている。第２ばね部材６７は、たとえば揺動ピン６８の外周側に巻き付けられた捩じりコイルばねで構成され、第２クラッチ爪６６を連結姿勢に付勢する。この第２ワンウェイクラッチ２６では、第２クラッチ爪６６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に伝達される。

クラッチ制御機構２７は、第２クラッチ爪６６を連結姿勢と遮断姿勢とに切り換えるためのクラッチカム７５と、クラッチカム７５をハブ軸方向に往復移動させるための移動機構７６とを備えている。

クラッチカム７５は鍔付き円筒状の部材であり、ハブ軸２１の大径部２１ｄに図３ハブ軸芯Ｘより上に示す連結位置と、ハブ軸芯Ｘより下に示す遮断位置との間で軸方向移動自在に装着されている。クラッチカム７５には、長孔溝２１ｅに案内される丸棒状のキー部材８０の両端が係止されている。キー部材８０は、長孔溝２１ｅに案内されてハブ軸方向に移動自在にある。クラッチカム７５の外周面には、バネ受け部材７７が装着されている。また、クラッチカム７５には、ディスク状のカム面７５ａが径方向に突出して形成されている。このカム面７５ａが第２クラッチ爪６６に接触すると、第２クラッチ爪６６が離反姿勢に揺動する。

移動機構７６は、図２に示すように、ハブ軸２１のプッシュロッド収納穴２１ｆに装着されるプッシュロッド７９と、プッシュロッド７９の先端に接触してクラッチカム７５を遮断位置に移動させるための前述したキー部材８０と、第２軸受２９とクラッチカム７５との間に圧縮状態で配置された戻しばね８１とを有している。プッシュロッド７９は、ハブ軸２１の右端に装着され変速レバー８に変速ケーブル（図示せず）により連結された公知のベルクランク１１（図１）により押圧されてハブ軸方向に往復移動する。プッシュロッド７９は、ベルクランク１１により押圧される棒状の受圧体７９ａと、受圧体７９ａに右端がねじ込まれる軸部材７９ｂと、軸部材７９ｂの左端に軸方向移動自在に装着されキー部材８０を押圧する押圧体７９ｃと、受圧体７９ａと押圧体７９ｃとの間に軸部材７９ｂの外周に圧縮状態で配置されたコイルばね７９ｄとを備えている。プッシュロッド７９は、ベルクランク１１により押圧されると図３左方に前進し、キー部材８０を押圧してクラッチカム７５を遮断位置側に移動させる。また、ベルクランク１１が後退すると、戻しばね８１によりクラッチカム７５が連結位置側に付勢されて移動し、キー部材８０を介してプッシュロッド７９も図３右方に後退する。戻しばね８１は、一端（右端）がクラッチカム７５に装着されたバネ受け部材７７に係止され、他端（左端）が第２玉押し２９ｂに係止されている。

第１軸受２８は、図２に示すように、左ハブフランジ４６の内周面に装着された第１玉受け２８ａと、ハブ軸２１の第１雄ねじ部２１ａにねじ込まれた第１玉押し２８ｂと、第１玉受け２８ａ及び第１玉押し２８ｂとに接触可能に配置された複数の第１球体２８ｃとを備えている。第１玉押し２８ｂは、第１雄ねじ部２１ａにねじ込まれたロックナット８５により回り止めされている。第１玉受け２８ａは、プレス成形された環状部材であり、連結部４２の左端部内周に嵌合固定されている。なお、第１玉押し２８ｂと左ハブフランジ４６のすきまにはシール部材７１が装着されている。これにより、第１軸受２８に外部から異物や液体が浸入しにくくなる。

第２軸受２９は、右シェル本体４０に形成された第２玉受け２９ａと、ハブ軸２１に圧入固定された第２玉押し２９ｂと、第２玉受け２９ａ及び第２玉押し２９ｂとに接触可能に配置された複数の第２球体２９ｃとを備えている。第２玉押し２９ｂは、ハブ軸２１の大径部２１ｄとの境界部分の段差に位置決めされた状態で装着されている。したがって、第２玉押し２９ｂの内径は大径部２１ｄに装着されたキャリア５２の内径より小さい。第２玉押し２９ｂには、戻しばね８１を係止するための環状突起２９ｄが形成されている。また、第２球体２９ｃと第２玉押し２９ｂとが接触する部分が形成する円弧の最小径部分の円の直径は、キャリア５２の内径より大きい。このように第２玉押し２９ｂをハブ軸２１と別体にすることにより、太陽ギア５０をハブ軸２１に一体形成しても第２軸受２９を大径にすることができ、第２球体２９ｃの数を増加させることができる。このため、第２玉押し２９ｂ及び第２玉受け２９ａに作用する圧力が低くなり、高い荷重による軸受寿命の低下を抑えることができる。

第３軸受３０は、駆動体２２に形成された第３玉受け３０ａと、右シェル本体４３に形成された第３玉押し３０ｂと、第３玉受け３０ａ及び第３玉押し３０ｂとに接触可能に配置された複数の第３球体３０ｃとを備えている。駆動体２２と右シェル本体４３とのすきまには前述したようにシール部材７０が装着されている。これにより、第３軸受３０に外部から異物や液体が浸入しにくくなる。

第４軸受３１は、駆動体２２に形成された第４玉受け３１ａと、ハブ軸２１の第３雄ねじ部２１ｃにねじ込まれた第４玉押し３１ｂと、第４玉受け３１ａ及び第４玉押し３１ｂとに接触可能に配置された複数の第４球体３１ｃとを備えている。第４玉押しは、第３雄ねじ部２１ｃにねじ込まれたロックナット８６により回り止めさている。駆動体２２と第４玉押し３１ｂとのすきまにはシール部材７２が装着されている。これにより、第４軸受３１に外部から異物や液体が浸入しにくくなる。

なお、第１〜第４球体２８ｃから３１ｃは、環状のリテーナ（図示せず）により周方向に等間隔に保持されている。また、ハブ軸２１は、両端にねじ込まれる装着ナット８７，８８によりフレーム体２の後爪２ａに固定されている
〔変速動作〕
このような構成の内装変速ハブ１０は、
駆動体２２−内歯ギア５０−遊星歯車機構２４−キャリア５２−第１ワンウェイクラッチ２５−従動体２３で構成される減速動力伝達経路と、
駆動体２２−第２ワンウェイクラッチ２６−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。

この２つの伝達経路の切換はクラッチ制御機構２７により行われる。前述したように変速レバー８を操作してクラッチカム７５を遮断位置に移動させると、第２クラッチ爪６６が図３のハブ軸芯Ｘの下方に示すように離反姿勢に揺動し、キャリア５２の回転が第１ワンウェイクラッチ２５を介して従動体２３に伝達される。このため、減速動力伝達経路により駆動体２２の回転が従動体２３に減速して伝達される。一方、クラッチカム７５が連結位置に戻ると、第２クラッチ爪６６が連結姿勢に戻り、直結動力伝達経路により、駆動体２２の回転が第２ワンウェイクラッチ２６を介してそのまま従動体２３に伝達される。

このような構成の内装変速ハブ１０を組み立てる際には、まず、ハブ軸２１に遊星ギア５３を装着したキャリア５２をハブ軸２１の左端側から装着し、止め輪９０により抜け止めする。続いてクラッチカム７５をハブ軸２１の左端側から装着する。クラッチカム７５を装着するとクラッチカム７５に長孔溝２１ｅを貫通してキー部材８０を取り付け、さらにバネ受け部材７７を装着してキー部材８０を抜け止めする。これらの作業が終了すると、戻しばね８１を装着した後、第２玉押し２９ｂをハブ軸２１に圧入して固定する。この後、第２球体２９ａを装着し、さらに従動体２３を装着した後、遊星歯車機構２４や第１及び第２ワンウェイクラッチ２５，２６やクラッチ制御機構２７や他の軸受等を装着して内装変速ハブ１０の組立を完了する。

ここでは、第２玉押し２９ｂをハブ軸２１と別体にしたので、太陽ギア５０をハブ軸２１に一体形成しても第２軸受２９を大径にすることができ、第２球体２９ｃの数を増加させることができる。このため、第２玉押し２９ｂ及び第２玉受け２９ａに作用する圧力が低くなり、高い荷重による軸受寿命の低下を抑えることができる。また、キャリア５２は、遊星ギア５３を挟んでハブ軸２１と第４玉押し３１ｂとに回転自在に支持されているので、キャリア５２が傾きにくくなり、キャリア５２に支持された遊星ギア５３が太陽ギア５０や内歯ギア５１に対して傾きにくくなり、効率よく回転が伝達される。

〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、第２玉押し２９ｂをハブ軸２１に圧入したが、図４に示すように第２玉押し１２９ｂハブ軸２１にねじ込み固定してもよい。この場合、ハブ軸１２１の大径部１２１ｄに隣接して第４雄ねじ部１２１ｇを形成し、第２軸受１２９の第２玉押し１２９ｂを第４雄ねじ部１２１ｇにねじ込み固定すればよい。他の構成は前記実施形態と同様なため説明を省略する。

（ｂ）前記実施形態では、変速レバーで操作する２段変速の内装変速ハブを例示したが、遠心力より変速する２段変速の内装変速ハブや３段の内装変速ハブにも本発明を適用できる。

本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。 その内装変速ハブの縦断面図。 その要部断面拡大図。 他の実施形態の図３に相当する図。

符号の説明

２フレーム体
２ａ 後爪
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 第１ワンウェイクラッチ
２６ 第２ワンウェイクラッチ
２７ クラッチ制御機構
２８〜３１ 第１〜第４軸受
２８ａ〜３１ａ 第１〜第４玉受け
２８ｂ〜３１ｂ 第１〜第４玉押し
２８ｃ〜３１ｃ 第１〜第４球体
５０ 太陽ギア
５１ 内歯ギア
５２ キャリア
５３ 遊星ギア
７５ クラッチカム
７９ プッシュロッド
２９ｄ 環状突起
７０〜７２ シール部材

Claims (11)

1. 自転車用フレームに装着され、入力体の回転を出力体に伝達する自転車用内装変速ハブであって、
   前記自転車用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筒状の駆動体と、
   前記駆動体に隣接して配置され、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、
   前記ハブ軸に一体形成された太陽ギア、前記ハブ軸に回転自在に装着されたキャリア、前記キャリアの周方向に間隔を隔てて配置され前記太陽ギアに噛み合う少なくともひとつの遊星ギア、及び前記駆動体の内側に設けられ前記遊星ギアに噛み合う内歯ギアを有し、前記駆動体からの回転を前記従動体に伝達するための動力伝達機構と、
   前記キャリアの一方向の回転を前記従動体に伝達する第１ワンウェイクラッチと、
   前記駆動体と前記従動体との間に配置され、前記駆動体と前記従動体とを連結・遮断可能な第２ワンウェイクラッチと、
   前記第２ワンウェイクラッチを連結・遮断操作するためのクラッチ制御機構と、
   前記ハブ軸に軸方向に間隔を隔てて装着された第１及び第２玉押し、前記従動体の前記第１及び第２玉押しと対向可能な位置にそれぞれ設けられた第１及び第２玉受け、並びに前記第１及び第２玉押しと前記第１及び第２玉受けとに接触可能に装着された複数の第１及び第２球体を有し、前記従動体を前記ハブ軸に回転自在に装着するための左右１対の第１及び第２軸受と、
   前記駆動体を前記ハブ軸に対して回転自在に装着するための左右１対の第３及び第４軸受と、を備え、
   前記第３及び第４軸受は、前記従動体に設けられた第３玉押し及び前記ハブ軸に着脱自在に装着された第４玉押し、前記駆動体に間隔を隔てて配置された第３及び第４玉受け、並びに前記第３及び第４玉押しと前記第３及び第４玉受けとに接触可能に装着された複数の第３及び第４球体を有し、
   前記キャリアは、前記遊星ギアの一側で前記ハブ軸に回転自在に支持され前記遊星ギアの他側で前記第４玉押しに回転自在に支持されている、自転車用内装変速ハブ。
2. 前記従動体は、前記駆動体の内周に一部が重なり合うように隣接して配置され、
   前記内歯ギアは、前記駆動体の内周面に一体形成されている、請求項１に記載の自転車用内装変速ハブ。
3. 前記第１玉押しは、前記ハブ軸に螺合してねじ込み固定され、前記第２玉押しは、前記ハブ軸の外周面に圧入固定されている、請求項１又は２に記載の自転車用内装変速ハブ。
4. 前記第１及び第２玉押しは、前記ハブ軸に螺合してねじ込み固定されている、請求項１又は２に記載の自転車用内装変速ハブ。
5. 前記第２玉押しの内径は、前記キャリアの内径より小さい、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。
6. 前記第２玉押しと前記第２球体とが接触する部分が形成する円弧の最小径部分の円の直径は、前記キャリアの内径より大きい、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。
7. 前記第１ワンウェイクラッチは、
   前記キャリアに起立・伏臥自在に装着された第１クラッチ爪と、
   前記従動体に回転方向に間隔を隔てて設けられ起立した前記第１クラッチ爪の先端が係止可能な第１ラチェット歯と、
   前記第１クラッチ爪を起立姿勢に向けて付勢する第１付勢部材とを有する、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。
8. 前記第２ワンウェイクラッチは、
   前記従動体に揺動自在に装着された第２クラッチ爪と、
   前記駆動体の内周面に回転方向に間隔を隔てて設けられ前記第２クラッチ爪の先端が係止可能な第２ラチェット歯とを有し、
   前記クラッチ制御機構は、
   前記ハブ軸の中心部に軸方向移動自在に装着されたプッシュロッドと、
   前記プッシュロッドの移動に応じて移動し、前記第２クラッチ爪を先端が前記第２ラチェット歯に係止する連結姿勢と、前記先端が離反する遮断姿勢とに制御可能なクラッチカムと、前記クラッチカムを前記連結姿勢側に付勢する第２付勢部材とを有する、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。
9. 前記第２玉押しは、前記第２付勢部材の一端を保持する保持部を有する、請求項８に記載の自転車用内装変速ハブ。
10. 前記第１軸受側におけるすきまをシールする第１シール部材と、
    前記第３及び第４軸受側おけるすきまをそれぞれシールする第２及び第３シール部材とをさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブ。
11. 前記ハブ軸は、前記太陽ギアが一体形成される大径部と、その両側の小径部とを有し、
    前記第２玉押しは、前記大径部と小径部との段差部分に位置決めされた状態で装着されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の自転車用内装変速ハブ。

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