JP4726932B2 - 自転車用内装変速ハブ - Google Patents

Description

本発明は、内装変速ハブ、特に、複数の遊星ギア機構を備えた自転車用内装変速ハブに関する。

この種の内装変速ハブとして、例えば、ドイツ特許公開公報ＤＥ１０ ２００４ ０１１ ０５２ Ａ１に記載の内装変速ハブが知られている。

多段型の内装変速ハブは自転車の後輪に装着され、これにより、ライダーはペダリング力を変更するために異なるギア比を選択することができる。一般的に、内装変速ハブは自転車のフレームに装着されたハブ軸を有する。ハブ軸は、スプロケット及びチェーンを介してペダリング力を内装変速ハブに伝達するための駆動体を回転自在に支持する。さらに、内装変速ハブは同様にハブ軸によって回転自在に支持されたハブシェルを備えている。

ハブシェルは、駆動体とハブシェルとの間に配置され、駆動体からハブシェルに回転力を伝達するための動力伝達機構を収容する。動力伝達機構は、シフト機構によって選択可能な異なるギア比を有する複数の動力伝達経路を備え、各動力伝達経路は、通常、固有のギア比を形成する。複数の動力伝達経路を確立するために、通常、動力伝達機構は複数の遊星ギア機構を備えている。

現在の内装変速ハブは、１０以上の速度段を提供するように設計されている。ドイツ特許公開公報ＤＥ １０ ２００４ ０１１ ０５２ Ａ１に記載の内装変速ハブは、複数の遊星ギア機構によって提供される９段からの選択を可能にする。周知の内装変速ハブは、３４０％のギア比を有する合計９段にするために、３段に５段をさらに組み合わせることが可能な３つの遊星ギア機構を備えている。この内装変速ハブは、ハブ軸に回転不能に装着された第１太陽ギアと、第１遊星ギアキャリアによって回転自在に支持された第１遊星ギアと、第１リングギアと、を有する第１遊星ギア機構を備えている。複数の第１遊星ギアが第１太陽ギアと第１リングギアの間に配置されており、複数の第１遊星ギアは第１太陽ギア及び第１リングギアと噛み合う。

第２遊星ギア機構は、第１遊星ギアキャリア上に配置された第２太陽ギアを備えている。また、複数の第２遊星ギアが第１リングギア上に装着されている。

第３遊星ギア機構は第２遊星ギア機構と同様に形成され、第１遊星ギアキャリア上に装着された第３太陽ギアを有する。第３太陽ギアは複数の第３遊星ギアと噛み合い、第３遊星ギアのそれぞれは、複数の第２遊星ギアのそれぞれに回転不能に連結される。これにより、２段遊星ギアが形成される。複数の第３遊星ギアは、第３遊星ギア機構のトルクを第２遊星ギア機構に伝達するために、第２リングギアと噛み合う。

このような内装変速ハブのシフト機構は、異なるギア比を形成するために、駆動体を複数の遊星ギア機構のそれぞれが有するコンポーネントと選択的に連結可能にする爪キャリアを有する。この目的のために、爪キャリアは、複数の制御可能な爪、即ち、３つのシフトカムによって駆動される６つの爪を有する。

第１リングギア上の２段遊星ギアを、複数の２段遊星ギアと噛み合う第２リングギアと組み合わせて配置することにより、パイル型の内装変速ハブが提供される。第２リングギアは３つの遊星ギア機構の他のコンポーネントと重なり合うので、第２リングギアの径、ひいては内装変速ハブの径が増加する。さらに、内装変速ハブのパイル型構造によって、ハブの総重量が増加することになる。

前述の通り、第２及び第３太陽ギアはそれぞれ第１遊星ギアキャリア上に装着されている。したがって、第２及び第３太陽ギアはそれぞれハブ軸の周りを第１遊星ギアキャリアと共に回転する。特に、８段及び９段用の動力伝達経路は、駆動体と、第６爪と、第１遊星ギアキャリアとを有しており、複数の第１遊星ギアが第１太陽ギアの周りを回転する。動力伝達経路は、さらに、第１リングギアと、第２リングギアと、第１爪と、動力伝達をハブシェルに接続する爪と、ハブシェルとを有する。８段において、第３遊星ギアは第３太陽ギアの周りを回転し、９段において、第２遊星ギアは第２太陽ギアの周りを回転する。

この差動回転型の遊星ギア機構により、複数の動力伝達経路、特に８段及び９段の動力伝達経路が複雑になるので、動力の伝達が非効率的になる。

同様の内装変速ハブとして、ドイツ特許公開公報ＤＥ １９７ ２０ ７９６ Ａ１に記載の内装変速ハブが知られている。ここでは、直列に配置された複数の遊星ギア機構を有する多段型ハブが開示されている。ここで開示された内装変速ハブは、７速または１４速の何れかを可能にする。１４速内装変速ハブは５つの遊星ギア機構を備えており、所望の複数の動力伝達経路を確立するために、それらのコンポーネントを選択的に固定可能である。第１遊星ギア機構は、ハブ軸によって回転自在に支持され、ハブ軸に固定可能な第１太陽ギアを有している。第１太陽ギアは、第１遊星ギアキャリアにより回転自在に支持される２段遊星ギアの小径と噛み合う。第１遊星ギアキャリアは、ハブシェルに回転不能に接続される。

２段遊星ギアの大径は、ハブ軸または第１太陽ギアの何れかに固定可能なリングギアと噛み合う。

第２遊星ギア機構は、ハブ軸によって回転自在に支持され、ハブ軸に固定可能な第２太陽ギアを有している。複数の第２遊星ギアは、太陽ギア及び第２リングギアと噛み合い、第２リングギアは第１太陽ギアに回転不能に接続されている。

第３遊星ギア機構は、ハブ軸によって回転自在に支持され当該ハブ軸に固定可能な第３太陽ギアを備えている。複数の第３遊星ギアは、複数の第２遊星ギアのそれぞれと回転不能に接続される複数の第３太陽ギアと噛み合う。第２太陽ギアは、複数の段付遊星ギアの小径段と噛み合い、第３太陽ギアは複数の段付遊星ギアの大径段と噛み合う。

第４及び第５遊星ギア機構は、第２及び第３遊星ギア機構と同様であり、対称的に形成され、配置される。したがって、第４及び第５遊星ギア機構は、同様に、複数の２段遊星ギアを有し、第２及び第３遊星ギア機構の複数の遊星ギアと、第４及び第５遊星ギア機構の複数の遊星ギアは、共通の遊星ギアキャリアによって回転自在に支持される。第４及び第５遊星ギア機構の複数の段付遊星ギアの小径段は、駆動体に回転不能に接続されたリングギアと噛み合う。

１４速内装変速ハブのさらなる実施形態は、前述の内装変速ハブに関する実施形態を修正したものに基づいており、対称に配置された複数の段付遊星ギアの両方の小径段と噛み合う第２リングギアを備えている。共通の遊星ギアキャリアは２つの個別の遊星ギアキャリアと取り替えられ、第２及び第３遊星ギア機構の遊星ギアキャリアは第１太陽ギアに回転不能に接続される。第４及び第５遊星ギア機構の遊星ギアキャリアは、駆動体に回転不能に接続される。

複数の遊星ギア機構の各コンポーネント、例えば、複数の太陽ギアを有する複数のリングギアを固定するのに必要なクラッチの数が増えたために、ドイツ特許公開公報ＤＥ １９７ ２０ ７９６ Ａ１に記載の内装変速ハブは、複雑で比較的費用が高くなる。
ドイツ特許公開公報ＤＥ１０ ２００４ ０１１ ０５２ Ａ１ ドイツ特許公開公報ＤＥ １９７ ２０ ７９６ Ａ１

本発明の目的は、複数の速度段を備え、軽量かつコンパクトな構造を可能にする自転車用内装変速ハブを提供することにある。

本発明に係る自転車用内装変速ハブは、ハブ軸と、駆動体と、ハブシェルと、を備えている。内装変速ハブは、さらに、駆動体とハブシェルの間に配置され複数の動力伝達経路を介して駆動体からハブシェルに回転力を伝達するための動力伝達機構と、複数の動力伝達経路の一つを選択するためのシフト機構と、を備える。動力伝達機構は、動力伝達経路の下流側に配置された第１遊星ギア機構及び第２遊星ギア機構と、第１遊星ギア機構及び第２遊星ギア機構より動力伝達経路の上流側に配置された第３遊星ギア機構及び第４遊星ギア機構と、第３遊星ギア機構及び第４遊星ギア機構より動力伝達経路の上流側に配置された第５遊星ギア機構と、を有している。第１遊星ギア機構及び第２遊星ギア機構は、キャリア部及びリングギア部を有する第１遊星ギアキャリアを含む。

第１遊星ギア機構は第１太陽ギアと複数の第１遊星ギアとを有している。第１太陽ギアは、ハブ軸に回転自在に支持され、ハブ軸に固定可能である。複数の第１遊星ギアは、第１太陽ギアと噛み合うとともに、第１遊星ギアキャリアのキャリア部に回転自在に支持されている。第２遊星ギア機構は第２太陽ギアと第１リングギアと複数の第２遊星ギアとを有している。第２太陽ギアは、ハブ軸に回転自在に支持され、ハブ軸に固定可能である。第１リングギアは第２太陽ギアと同軸に配置されている。複数の第２遊星ギアは、第２太陽ギア及び第１リングギアに噛み合うとともに、第１遊星ギアキャリアに回転自在に支持されている。そして、第１及び第２遊星ギアは、一体形成されて相対回転不能であり、段付遊星ギアを形成している。

また、第４遊星ギア機構は第４太陽ギアと複数の第４遊星ギアとを有している。第４太陽ギアは、ハブ軸によって回転自在に支持され、ハブ軸に固定可能である。複数の第４遊星ギアは、第２遊星ギアキャリアに回転自在に支持され、第４太陽ギアと噛み合う。そして、複数の第４遊星ギアは、第１遊星ギアキャリアのリングギア部と噛み合う。

本発明に従って形成された内装変速ハブには多くの利点がある。下流側遊星ギア機構の遊星ギアキャリアが上流側遊星ギア機構の複数の遊星ギアと噛み合うので、コンパクトな設計が達成され、これにより、ハブの径を小さく維持しながら複数の動力伝達経路を実現することが可能となる。さらに、上述のように下流側遊星ギアキャリアを複数の上流側遊星ギアに連結することによって、トランスミッションの複数コンポーネントに関する不具合のリスクを低減する比較的に単純な構造により、複数の伝達経路を実現することが可能となる。

単純な構造の進歩的な内装変速ハブにより、比較的安価に比較的多くのギア比を可能にする内装変速ハブを実現することが可能である。下流側遊星ギア機構が複数の太陽ギアを備えているので、本発明に係る内装変速ハブにより１５段変速が実施可能となる。

また、コンパクトな設計で比較的小さなハブ径を有する１５段変速内装変速ハブを実現することが可能である。

ここでは、下流側遊星ギア機構の遊星ギアキャリアが２つの機能、即ち、第１及び第２遊星ギア機構の複数の遊星ギアに対する支持機能と、上流側遊星ギア機構の複数の遊星ギアに対する動力伝達機能と、を果たす。キャリア部とリングギア部間の回転不能な接続により、内装変速ハブのコンパクトな設計が最適化される。

下流側遊星ギア機構の遊星ギアキャリアは、第５遊星ギア機構に接続可能であることが好ましい。これにより、さらに多くの動力伝達経路を実現することができる。

例えば、下流側遊星ギア機構の遊星ギアキャリアが第５遊星ギア機構の遊星ギアキャリアに接続可能なクラッチ係合部を有するという好ましい実施形態によって、遊星ギアキャリア及び下流側遊星ギア機構と、第５遊星ギア機構との接続を実現することができる。

下流側遊星ギア機構の遊星ギアキャリアからハブシェルに回転力の伝達を可能にするために、下流側遊星ギア機構の遊星ギアキャリアは、第１クラッチによってハブシェルに接続可能であることが好ましい。

第１リングギアは、第１リングギアからハブシェルに回転力を伝達するための第２クラッチによって、ハブシェルに接続可能であることが好ましい。また、第５遊星ギア機構は、ハブ軸に回転不能に固定された第５太陽ギアと、第５太陽ギアと同軸に配置された第２リングギアと、第３遊星ギアキャリアによって回転自在に支持された複数の第５遊星ギアと、を備え、複数の第５遊星ギアは第５太陽ギア及び第２リングギアと噛み合う。

第３遊星ギアキャリアは第２遊星ギアキャリアと係合可能である。また、第３クラッチは、第３遊星ギアキャリアと、第１遊星ギアキャリア、特に、回転力を第３遊星ギアキャリアから第１遊星ギアキャリアに伝達するためのクラッチ係合部との間に配置されてもよい。

第４クラッチは、回転力を駆動体から第２リングギアに伝達するために、駆動体と第２リングギアとの間に配置可能である。第５クラッチは、回転力を駆動体から第３遊星ギアキャリアに伝達するために、駆動体と第３遊星ギアキャリアとの間に配置されてもよい。

本発明によれば、複数の速度段を備え、軽量かつコンパクトな構造を可能にする自転車用内装変速ハブを提供することができる。

図１は、自転車の後輪に装着可能な本発明に係る内装変速ハブの一実施形態を示している。内装変速ハブは、ハブ軸１と、ハブ軸１によって回転自在に支持された駆動体２と、を備える。内装変速ハブは、さらに、ハブ軸１によって回転自在に支持されたハブシェル３を備える。動力伝達機構４は、選択可能な複数の動力伝達経路を介して駆動体２からハブシェル３に回転力を伝達するために、駆動体２とハブシェル３との間に配置されている。複数の動力伝達経路の一つを選択するために、シフト機構５が備えられている。

シフト機構５は、欧州特許公開公報ＥＰ １ ３２３ ６２７ Ａ２と、これに記載された米国特許公報ＵＳ６，６０７，４６５ Ｂ１と、に詳細に記載されたシフト機構に対応している。

動力伝達機構４は、下流側遊星ギア機構及び上流側遊星ギア機構を有する複数の遊星ギア機構６、７、８、９、１０を備えており、上流側遊星ギア機構は下流側遊星ギア機構よりも駆動体２の近傍に配置されている。回転力の伝達方向からわかるように、下流側遊星ギア機構は上流側遊星ギア機構の後に配置されている。例えば、下流側遊星ギア機構は第1及び第２遊星ギア機構６、７を備え、上流側遊星ギア機構は第３、第４及び第５遊星ギア機構８、９，１０を備える。第１及び第２遊星ギア機構６、７（下流側遊星ギア機構）は、第４遊星ギア機構９（上流側遊星ギア機構）に連結可能である。

複数の遊星ギア機構６、７、８、９、１０は直列に配置され、少なくとも５つの遊星ギア機構６、７、８、９、１０を備える。遊星ギア機構６、７、８、９、１０の数字が大きいもの程、駆動体２の近くに配置される。例えば、第２遊星ギア機構７は、第１遊星ギア機構６よりも駆動体２に近い。

図１から明らかなように、下流側遊星ギア機構は遊星ギアキャリア３１を備え、上流側遊星ギア機構は複数の遊星ギア４４を備え、第１及び第２（下流側）遊星ギア機構６、７の遊星ギアキャリア３１は、上流側の第４遊星ギア機構８の複数の遊星ギア４４と噛み合う。遊星ギアキャリア３１は、第１及び第２遊星ギア機構６、７の両方に共通のキャリアである。

一般に、遊星ギアキャリア３１は、第１及び第２遊星ギア機構６、７の上流に配置された動力伝達機構４の複数コンポーネントに重なるように構成された、長手方向に延びる形状を有しているので、下流側遊星ギア機構６、７に比べて駆動体２の近傍に位置する。

特に、下流側遊星ギア機構６、７の遊星ギアキャリア３１は、下流側遊星ギア機構６、７の領域から上流側の第４遊星ギア機構９の領域に向かって軸方向に延びる。図１に示すように、遊星ギアキャリア３１は、内装変速ハブの全長の３分の１乃至２分の１より長く軸方向に延びる。遊星ギアキャリア３１は、下流側遊星ギア機構６、７と、上流、特に第４遊星ギア機構９との間に配置された第３遊星ギア機構８が遊星ギアキャリア３１に重なるように軸方向に延びている。図１に係る実施形態において、第３遊星ギア機構８は遊星ギアキャリア３１と係合しない。

遊星ギアキャリア３１は段状に形成されており、後続する複数段の内径が駆動体２に向かって大きくなる。遊星ギアキャリア３１の段形状を、これに関連する複数コンポーネントのそれぞれと共にさらに詳細に述べる。

遊星ギアキャリア３１は、さらに、駆動体２の近傍に位置する遊星ギアキャリア３１の軸方向端部に配置された（第１）クラッチ係合部３１ｃを有する。クラッチ係合部３１ｃは、第５遊星ギア機構１０との関連でさらに詳細に述べるクラッチ５３（第３クラッチ）と係合またはクラッチ５３との係合を解除するように設けられている。

遊星ギアキャリア３１は、さらにリングギア部３１ｂを有する。リングギア部３１ｂは、クラッチ係合部３１ｃと一体に接続され、クラッチ係合部３１ｃよりも小さな内径を備えるように形成されている。リングギア部３１ｂは、上流または第４遊星ギア機構９の複数の遊星ギア４４と噛み合う。リングギア部３１ｂの内径は、係合または衝突を回避するために、第３遊星ギア機構８の複数の第３遊星ギア４３の外径よりも大きい。

リングギア部３１ｂは、第１下流側遊星ギア機構６の複数の第１遊星ギア４１と第２下流側遊星ギア機構７の複数の第２遊星ギア４２を支持するキャリア部３１ａと一体に接続される。複数の第１遊星ギア４１は、複数の第１遊星ギア軸４１ａによって回転自在に支持される。複数の第２遊星ギア４２は、複数の第２遊星ギア軸４２ａによって回転自在に支持される。第１及び第２遊星ギア軸４１ａ、４２ａは、遊星ギアキャリア３１のキャリア部３１ａに配置される。典型的には、３つ以上の第１遊星ギア４１とこれに対応する第２遊星ギア４２が、第１及び遊第２遊星ギア機構６、７にそれぞれ備えられる。

さらなる（または第２）クラッチ係合部３１ｄは、キャリア部３１ａと一体形成され、遊星ギアキャリア３１からハブシェル３への動力伝達を確立／遮断するために、第１クラッチ５１との係合または第１クラッチ５１との係合を解除するように備えられている。第２クラッチ係合部３１ｄは、第１遊星ギア機構６の下流に配置されている。リングギア部３１ｂ及び第１クラッチ係合部３１ｃは、遊星ギア機構６の上流に位置する。さらに、複数コンポーネントの下流または上流配置については、動力の伝達方向の観点で考慮し、理解すべきである。

以下、複数の遊星ギア機構６、７、８、９、１０について述べる。

第１遊星ギア機構６は最も上流側、すなわち駆動体２から最も離れた位置に配置され、ハブ軸１によって回転自在に支持されハブ軸１に固定可能な第１太陽ギア１１を有する。第１太陽ギア１１の内周面とハブ軸１との間において、第１太陽ギア案内リング６１がハブ軸１に回転不能に固定されている。第１太陽ギア案内リング６１は、シフト機構５によって第１太陽ギア１１を固定及び固定解除することが可能である。

複数の第１遊星ギア４１は、第１遊星ギアキャリア３１、特に、第１遊星ギアキャリア３１に配置された複数の第１遊星ギア軸４１ａによって回転自在に支持され、第１太陽ギア１１と噛み合う。

第２遊星ギア機構７は、第１遊星ギア機構６の上流に配置され、ハブ軸１によって回転自在に支持されハブ軸１に固定可能な第２太陽ギア１２を備えている。

図１に示すように、第１太陽ギア１１及び第２太陽ギア１２（一般的には、複数または少なくとも２つの太陽ギア）は、互いに隣接または隣り合って配置されている。

第１及び第２太陽ギア１１、１２（一般的には、複数または少なくとも２つの太陽ギア）は、ハブ軸１に固定可能である。

第１太陽ギア１１及び第２太陽ギア１２は、第１遊星ギアキャリア３１によって、上流側遊星ギア機構または第４遊星ギア機構９の複数の遊星ギア４４に連結された下流側遊星ギア機構の一部を構成する。

さらに図１に示すように、第２太陽ギア１２は軸方向下流に延びる軸方向突出部１２ａを備える。軸方向突出部１２ａは、複数の第１遊星ギア４１と噛み合う第１太陽ギア１１の係合部の内周側に配置されている。この目的のために、太陽ギア１１は第２太陽ギア１２の軸方向突出部１２ａを収容する肩部を備える。これにより、第１及び第２太陽ギア１１、１２のコンパクトで安定した構成が得られる。

第２遊星ギア機構７は、第２太陽ギア１２に噛み合う複数の第２遊星ギア４２をさらに備える。ハブ軸１に対して同軸に配置され、ハブ軸１によって回転自在に支持されるのは第１リングギア２１であり、第１リングギア２１は、第２遊星ギア機構７の複数の第２遊星ギア４２が第１リングギア２１と第２太陽ギア１２との間に配置されるように、複数の第２遊星ギア４２と噛み合う。複数の第２遊星ギア４２は、複数の第２遊星ギア軸４２ａによって支持される。複数の第２遊星ギア軸４２ａは第１遊星ギアキャリア３１に配置される。

第１及び第２遊星ギア４１、４２が同一または共通の軸４１ａ、４２ａによって支持されるように、第２遊星ギア軸４２ａは、第１遊星ギア軸４１ａと一体形成されている。

図１に示すように、複数の第１遊星ギア４１、４２は２つのギア部を有し、第１遊星ギア４１の大径ギア部は第１太陽ギア１１と噛み合い、第２遊星ギア４２の小径ギア部は第１リングギア２１と噛み合う。複数の第２遊星ギア４２の小径ギア部は第３遊星ギア機構８の近傍に配置されている。第１及び第２遊星ギア４１、４２は回転不能に連結され、特に一体形成される。

これにより、第１及び第２遊星ギア４１、４２は、２つの異なる径を有し段状または回転不能に連結され、第１及び第２太陽ギア１１、１２と（一般的には、少なくとも２つの太陽ギア１１、１２と）噛み合う遊星ギアを構成する。段付遊星ギアの大径ギア部は第１太陽ギア１１と噛み合い、段付遊星ギアの小径ギア部は第２太陽ギア１２及び第１リングギア２１と噛み合う。

少なくとも２つの太陽ギア１１、１２は、第１遊星ギアキャリア３１によって、上流側遊星ギア機構、特に、第４遊星ギア機構９と連結可能である。

第１リングギア２１とハブシェル３との間に配置された第２（ワンウェイ）クラッチ５２によって、リングギア２１は、ハブシェル３と接続またはハブシェル３から接続解除することが可能である。

上述のように、第１遊星ギア機構６のリングギアキャリア３１は、内装変速ハブの長手方向に複数の第１及び第２遊星ギア４１、４２を越えるように軸方向に延び、これにより、少なくとも上流に続いて配置された第３及び第４遊星ギア機構８、９と重なる。第１遊星ギアキャリア３１の外郭は、第１リングギア２１を部分的に収容するように構成され、肩部３１ｅを形成し、第１リングギア２１が肩部３１ｅと複数の第１遊星ギア４１の大径ギア部との間に配置される。

第３遊星ギア機構８は第２遊星ギア機構７の上流に位置し、ハブ軸１によって回転自在に支持されハブ軸１に固定可能な第３太陽ギア１３を有する。第３太陽ギア１３の内面とハブ軸１との間には、第３太陽ギア案内リング６３がハブ軸１に回転不能に固定されている。複数の第３遊星ギア４３は、ハブ軸１によって回転自在に支持された第２遊星ギアキャリア３２によって、回転自在に支持される。この目的のために、複数の第３遊星ギア４３は、第２遊星ギアキャリア３２によって支持された複数の第３遊星ギア軸４３ａによって、回転自在に支持される。典型的には、３つ以上の第３遊星ギア４３が備えられる。

第４遊星ギア機構９は、第３遊星ギア機構８の上流に配置され、ハブ軸１によって回転自在に支持されハブ軸１に固定可能な第４太陽ギア１４を備える。第４太陽ギア１４の内周面とハブ軸１との間には、第４太陽ギア案内リング６４が配置され、ハブ軸１に回転不能に固定される。第４太陽ギア案内リング６４は、第４太陽ギア１４を固定または固定解除するために、シフト機構５によって駆動可能である。

複数の第４遊星ギア４４は第４太陽ギア１４と噛み合い、第２遊星ギアキャリア３２によって回転自在に支持される。特に、複数の第４遊星ギア４４は、第３遊星ギア軸４３ａと一体形成された第４遊星ギア軸４４ａ上に配置されており、このように第３及び第４遊星ギア４３、４４に対する共通の遊星ギア軸に相当する。

図１から明らかなように、第３及び第４遊星ギア４３、４４は、回転不能に接続されており、段付遊星ギア４０２を一体形成する。段付遊星ギア４０２の小径ギア部（複数の第３遊星ギア４３）は、第３太陽ギア１３と噛み合い、段付遊星ギア４０２の大径ギア部（複数の第４遊星ギア４４）は、第４太陽ギア１４と噛み合う。さらに、段付遊星ギア４０２の大径ギア部（複数の第４遊星ギア４４）は、下流側遊星ギアキャリア３１のリングギア部３１ｂと噛み合う。このように、第４太陽ギア１４を第１遊星ギアキャリア３１と接続する伝達経路を確立することが可能である。

第５遊星ギア機構１０は第４遊星ギア機構９の上流に配置され、駆動体２に最も近い遊星ギア機構に相当する。第５遊星ギア機構１０は、ハブ軸１に回転不能に固定された第５太陽ギア１５を有する。第２リングギア２２は，ハブ軸１と同軸に配置されハブ軸１によって回転自在に支持される。第２リングギア２２と第５太陽ギア１５との間には、２段遊星ギアとして形成された複数の第５遊星ギア４５が配置される。複数の第５遊星ギア４５の大径ギア部は第２リングギア２２と噛み合い、複数の第５遊星ギア４５の小径ギア部は第５太陽ギア１５と噛み合う。典型的には、３つ以上の第５遊星ギア４５が備えられている。

複数の第５遊星ギア４５は、ハブ軸１の周りに回転自在な第３遊星ギアキャリア３３によって、回転自在に支持される。第３遊星ギアキャリア３３は、複数の第５遊星ギア４５を回転自在に支持する複数の第５遊星ギア軸４５ａを有する。第３遊星ギアキャリア３３から第２遊星ギアキャリア３２に動力を伝達するために、第３遊星ギアキャリア３３は第２遊星ギアキャリア３２と係合する。

図１から容易にわかる通り、複数の第３及び第４遊星ギア軸４３ａ、４４ａと、複数の第５遊星ギア軸４５ａとは径方向に離間している。複数の第５遊星ギア軸４５ａは、複数の第３及び第４遊星ギア軸４３ａ、４４ａを有する円筒形面よりも大きな径を有する円筒形面に配置されている。複数の第１及び第２遊星ギア軸４１ａ、４２ａを有する円筒形面は、複数の第５遊星ギア軸４５ａの円筒形面に対応する。このように、第２及び第５遊星ギア機構７及び１０の間に配置された複数の第３及び第４遊星ギア軸４３ａ、４４ａは、第２及び第５遊星ギア軸４２ａ、４５ａのそれぞれよりもハブ軸１に近い。

第５遊星ギア機構１０の第３遊星ギアキャリア３３は、下流側遊星ギアキャリア３１に接続可能である。この目的のために、上述の第３クラッチ５３は第３遊星ギアキャリア３３と第１遊星ギアキャリア３１との間に備えられている。特に、第３クラッチ５３は、駆動体２から離れた第３遊星ギアキャリア３３の端部に配置されており、第１遊星ギアキャリア３１の上流のクラッチ係合部３１ｃと係合またはクラッチ係合部３１ｃとの係合を解放する。駆動体２から第５遊星ギア機構１０への動力伝達のために、第４及び第５クラッチ５４及び５５が備えられている。

第４クラッチ５４は駆動体２と第２リングギア２２との間に配置されたワンウェイクラッチである。第２リングギア２２は、駆動体２に向かって延びる軸方向突出部２２ａを有する。軸方向突出部２２ａは、その内周面に、第２リングギア２２を駆動体２に固定または駆動体２から固定解除するために第４クラッチ５４と連動するクラッチ係合部２２ｂを有する。第４クラッチ５４は、リングギア２２の軸方向突出部２２ａと平行に延びる駆動体２の軸方向突出部２ａによって支持されている。

速度段１乃至６に関しては、駆動体２からリングギア２２に動力を伝達するために、第４クラッチ５４がリングギア２２と係合する。

速度段７乃至１１に関しては、駆動体２から第３遊星ギア駆動体３３に回転力を伝達するために、駆動体２と第３遊星ギアキャリア３３との間に設置された第５クラッチ５５が備えられている。第５クラッチ５５はクラッチリングとして形成され、ハブ軸１の長手方向において軸方向に移動可能である。第５クラッチ５５は、駆動体２及び第３遊星ギアキャリア３３にそれぞれ備えられたクラッチ係合部２ｂ及び３３ａと係合するように構成された２つの係合部５５ａ、５５ｂを有する。

駆動体２のクラッチ係合部２ｂは、軸方向突出部２ａの内周面に形成され、第５クラッチ５５の上部または径方向の係合部５５ｂと係合する。第３遊星ギアキャリア３３のクラッチ係合部３３ａは、第５クラッチ５５の下部または軸方向の係合部５５ａと係合または係合部５５ａとの係合を解放するように構成されている。

速度段７乃至１１に関しては、第５クラッチ５５の軸方向係合部５５ａ及び第３遊星ギアキャリア３３のクラッチ係合部３３ａが連結され、第４クラッチ５４は連結されない。

第４及び第５クラッチ５４及び５５を含む上述のクラッチ機構に関するさらに詳細な内容は、欧州特許公開公報ＥＰ １ ３２３ ６２７ Ａ２、さらには、欧州特許出願第０７ ０００１ ０７６．４号に記載されており、両出願は本出願人に属する。

図１に係る内装変速ハブの機能を図２乃至１６を参照して説明するが、図２乃至１２においては、各速度段に対する様々なコンポーネントの連結、及び、これにより実現される具体的な動力伝達経路が図示されている。図２乃至１６に示された太線及び矢印は、動力伝達機構４を流れる動力を図示している。様々なコンポーネントの連結さらには動力伝達経路が以下の表１及び２に示されており、表１はコンポーネントの連結に関し、表２は具体的な動力伝達経路に関する。

要約すると、本発明に関する前述の実施形態に係る内装変速ハブは、ハブシェル２の径が現在利用可能な８段内装変速ハブの径と同様の１１段内装変速ハブの実現を可能にする。これは、本発明の内装変速ハブがハブ径を増大させることなく、従来の内装変速ハブよりも多くの速度段を提供することを意味する。さらに、図１に係る内装変速ハブは、すべての伝達経路が単純であるという利点を提供し、これにより効果的な動力伝達がもたらされる。

一般に、下流側遊星ギア機構６の遊星ギアキャリア３１は、上流側遊星ギア機構８の複数の遊星ギア４３と噛み合うように構成された、軸方向に長い形状を有する。さらに、遊星ギアキャリア３１の軸方向に長い形状は、さらなる上流側遊星ギア機構９の遊星ギアキャリア３３に対して遊星ギアキャリア３１を連結または連結解除することを可能にする。特に、下流側遊星ギア機構６の軸方向に長い遊星ギアキャリア３１は、上流側遊星ギア機構８の複数の遊星ギア４３からの回転力を選択的に伝達するように構成され、さらなる上流側遊星ギア機構９の遊星ギアキャリア３３からの回転力を選択的に伝達するように構成されている。

下流側遊星ギアキャリア３１の軸方向に長い形状によって、非常に効率的な複数の伝達経路を備えた、コンパクトで小径の自転車用内装変速ハブが実現される。

本発明の一実施形態に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段１における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段２における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段３における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段４における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段５における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段６における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段７における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段８における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段９における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段１０における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段１１における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段１２における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段１３における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段１４における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。 速度段１５における図１に係る内装変速ハブの長手方向断面図。

１ ハブ軸
２ 駆動体
３ ハブシェル
４ 動力伝達機構
５ シフト機構
６、７、８、９、１０ 遊星ギア機構
１１ 第１太陽ギア
１２ 第２太陽ギア
１２ａ 軸方向突出部
１３ 第３太陽ギア
１４ 第４太陽ギア
１５ 第５太陽ギア
２１ 第１リングギア
２２ 第２リングギア
２２ａ 軸方向突出部
２２ｂ クラッチ係合部
３１ 第１遊星ギアキャリア
３１ａ キャリア部
３１ｂ リングギア部
３１ｃ クラッチ係合部
３１ｄ クラッチ係合部
３１ｅ 肩部
３２ 第２遊星ギアキャリア
３３ 第３遊星ギアキャリア
３３ａ クラッチ係合部
４１ 第１遊星ギア
４１ａ 第１遊星ギア軸
４２ 第２遊星ギア
４２ａ 第２遊星ギア軸
４３ 第３遊星ギア
４３ａ 第３遊星ギア軸
４４ 第４遊星ギア
４４ａ 第４遊星ギア軸
４５ 第５遊星ギア
４５ａ 第５遊星ギア軸
５１ 第１ワンウェイクラッチ
５２ 第２ワンウェイクラッチ
５３ 第３ワンウェイクラッチ
５４ 第４ワンウェイクラッチ
５５ 第５クラッチ
６１ 第１太陽ギア案内リング
６２ 第２太陽ギア案内リング
６３ 第３太陽ギア案内リング
６４ 第４太陽ギア案内リング
４０２ 段付遊星ギア

Claims (10)

1. ハブ軸（１）と、
   前記ハブ軸（１）に回転自在に支持された駆動体（２）と、
   前記ハブ軸（１）に回転自在に支持されたハブシェル（３）と、
   前記駆動体（２）と前記ハブシェル（３）との間に配置され、複数の動力伝達経路を介して前記駆動体（２）から前記ハブシェル（３）に回転力を伝達するための動力伝達機構（４）と、
   前記複数の動力伝達経路の一つを選択するためのシフト機構（５）と、を備え、
   前記動力伝達機構（４）は、
   動力伝達経路の下流側に配置された、キャリア部（３１ａ）及びリングギア部（３１ｂ）を有する第１遊星ギアキャリア（３１）を含む第１遊星ギア機構（６）及び第２遊星ギア機構（７）と、
   前記第１遊星ギア機構（６）及び前記第２遊星ギア機構（７）より動力伝達経路の上流側に配置された、第３遊星ギア機構（８）及び第４遊星ギア機構（９）と、
   前記第３遊星ギア機構（８）及び前記第４遊星ギア機構（９）より動力伝達経路の上流側に配置された及び第５遊星ギア機構（１０）と、
   を有し、
   前記第１遊星ギア機構（６）は、
   前記ハブ軸（１）に回転自在に支持され前記ハブ軸（１）に固定可能な第１太陽ギア（１１）と、
   前記第１太陽ギア（１１）と噛み合うとともに前記第１遊星ギアキャリア（３１）のキャリア部（３１ａ）に回転自在に支持された複数の第１遊星ギア（４１）と、
   を有し、
   前記第２遊星ギア機構（７）は、
   前記ハブ軸（１）に回転自在に支持され前記ハブ軸（１）に固定可能な第２太陽ギア（１２）と、
   前記第２太陽ギア（１２）と同軸に配置された第１リングギア（２１）と、
   前記第２太陽ギア（１２）及び前記第１リングギア（２１）に噛み合うとともに、前記第１遊星ギアキャリア（３１）に回転自在に支持された複数の第２遊星ギア（４２）と、
   を有し、
   前記第１及び第２遊星ギア（４１、４２）は、一体形成されて相対回転不能であり、段付遊星ギアを形成しており、
   前記第４遊星ギア機構（９）は、
   前記ハブ軸（１）によって回転自在に支持され前記ハブ軸に固定可能な第４太陽ギア（１４）と、
   第２遊星ギアキャリア（３２）に回転自在に支持され、前記第４太陽ギア（１４）と噛み合う複数の第４遊星ギア（４４）と、を有し、
   前記複数の第４遊星ギア（４４）は、前記第１遊星ギアキャリア（３１）のリングギア部（３１ｂ）と噛み合う、
   自転車用内装変速ハブ。
2. 前記第３遊星ギア機構（８）は、
   前記ハブ軸（１）に回転自在に支持され前記ハブ軸（１）に固定可能な第１太陽ギア（１３）と、
   前記第１太陽ギア（１３）と噛み合うとともに前記第２遊星ギアキャリア（３２）に回転自在に支持された複数の第３遊星ギア（４３）と、
   を有する、請求項１に記載の自転車用内装変速ハブ。
3. 前記第４遊星ギア機構（９）の前記第４遊星ギア（４４）と前記第３遊星ギア機構（８）の前記第３遊星ギア（４３）とは、一体形成されて相対回転不能であり、段付遊星ギア（４０２）を形成している、請求項２に記載の自転車用内装変速ハブ。
4. 前記第１遊星ギアキャリア（３１）の前記キャリア部（３１ａ）と前記リングギア部（３１ｂ）とは一体形成されて相対回転不能である、請求項１に記載の自転車用内装変速ハブ。
5. 前記第１遊星ギアキャリア（３１）は前記第５遊星ギア機構（１０）に接続可能である、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。
6. 前記第１遊星ギアキャリア（３１）は前記第５遊星ギア機構（１０）の第３遊星ギアキャリア（３３）に接続可能なクラッチ係合部（３１ｃ）を有する、請求項５に記載の自転車用内装変速ハブ。
7. 前記第１遊星ギアキャリア（３１）から前記ハブシェル（３）に回転力を伝達するために前記第１遊星ギアキャリア（３１）を前記ハブシェル（３）に接続する第１クラッチ（５１）をさらに備えた、請求項１から６の何れかに記載の自転車用内装変速ハブ。
8. 前記第１リングギア（２１）から前記ハブシェル（３）に回転力を伝達するために前記第１リングギア（２１）を前記ハブシェル（３）に接続する第２クラッチ（５２）をさらに備え、
   前記第５遊星ギア機構（１０）は、
   前記ハブ軸（１）に回転不能に固定された第５太陽ギア（１５）と、
   前記第５太陽ギア（１５）と同軸に配置された第２リングギア（２２）と、
   第３遊星ギアキャリア（３３）に回転自在に支持された複数の第５遊星ギア（４５）と、を有し、
   前記複数の第５遊星ギア（４５）は、前記第５太陽ギア（１５）及び前記第２リングギア（２２）と噛み合う、
   請求項７に記載の自転車用内装変速ハブ。
9. 前記第３遊星ギアキャリア（３３）は前記第２遊星ギアキャリア（３２）と係合し、
   前記第１遊星ギアキャリア（３１）は前記第５遊星ギア機構（１０）の第３遊星ギアキャリア（３３）に接続可能なクラッチ係合部（３１ｃ）を有し、
   前記第３遊星ギアキャリア（３３）と前記クラッチ係合部（３１ｃ）との間に配置された第３クラッチ（５３）をさらに備えている、
   請求項８に記載の自転車用内装変速ハブ。
10. 前記駆動体（２）から前記第２リングギア（２２）に回転力を伝達するために、前記駆動体（２）と前記第２リングギア（２２）との間に配置された第４クラッチ（５４）をさらに備え、
    前記駆動体（２）から前記第３遊星ギアキャリア（３３）に回転力を伝達するために、前記駆動体（２）と前記第３遊星ギアキャリア（３３）との間に配置された第５クラッチ（５５）をさらに備えた、
    請求項９に記載の自転車用内装変速ハブ。

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