JP4897141B2

JP4897141B2 - 特に自転車等に用いられるハブ

Info

Publication number: JP4897141B2
Application number: JP2000575699A
Authority: JP
Inventors: ステファン・スパール; ゲリット・イェーガー
Original assignee: デーテー・スイス・アーゲー
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: DE59904992D1; EP1121255A1; TW479027B; WO2000021762A1; EP1121255B1; JP2002527278A; ATE236799T1; DE19847673A1; US6588564B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に自転車に適したハブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明のハブは、自転車以外の用途、例えば全てのタイプのトレーラ、特に自転車用トレーラ、車いす、及びその他類似の装置に利用可能である。簡略化のために、以下に述べる本発明の説明は自転車を例にして行うが、この説明によって本発明の適用範囲が限定されるわけではない。
【０００３】
本明細書で言及するハブは、固定ホイールアクスルとフリーホイールとを接続するように機能する。ハブとホイールのリムとの接続は鋼製スポークによってなされる。一般的に、２４〜３６本のスポークがハブのボアとリムとに、所定のパターンで挿入される。上記のようなスポークに加えて、今日では、例えば３〜４本といった少数のプラスチック製サポート、またはカーボンディスクのようなディスクを接続用に用いることも多くなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特にスポーツ目的で使用されるホイール用ハブ、特に競技用に用いられるホイール用ハブに対する要求は厳しい。ハブは、最小限の摩擦抵抗で回転する一方で、可能な限り小さい遊びで支持を実現し、異物侵入及び摩耗が極めてわずかであり、組付け及び分解が容易でなければならない。
【０００５】
一般的に、自転車において駆動されるのは後輪である。そのため、後輪ハブアクスルには、ハブハウジングに加えて、ローターまたはドライバーが設けられなければならない。駆動力を後輪に伝達するために、ハブアクスルには、１または複数のギヤホイールまたはスプロケットホイールが堅固に取付け可能とされている。
【０００６】
坂道降下の際にフロントペダルクランクの継続的な回転を防止するために、リヤハブには通常フリーホイールが組込まれている。フリーホイールは、ローターから伝達されたドライバーまたはローターの駆動力をハブハウジングそして後輪へと伝達する一方で、ペダルが逆回転する際には、ハブハウジングとローターとが互いに逆方向に回転することを許容する。
【０００７】
ローターからハブハウジングへと伝達される駆動力の伝達に際して迅速に作動しかつ耐久信頼性のあるフリーホイールは、独国実用新案G 94 19 357.6に記載の従来技術から公知である。一方で、ユーザーがペダルを踏まなければ摩擦損失は比較的小さい。
【０００８】
このフリーホイールは前進方向のロータートルクを、一対の歯付きディスクを介して伝達し、ペダル逆回転の際には歯が非係合状態となる。
【０００９】
このフリーホイールの欠点は、一方の歯付きディスクがわずかな傾きによって、高い応力を受ける歯の摩耗が大きくなり、耐久性が限定されることである。
【００１０】
本発明の課題は、前述の要求に応えることができ、特に、信頼性高く機能し、分解が容易で、優れた耐久寿命を有する自転車用ハブを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明の請求項１、請求項２６、または請求項２７で規定される物によって解決される。本発明に係る好ましい実施形態は従属請求項の主題を構成する。
【００１２】
本発明は、高い機能的信頼性と高い耐久性とを有するハブを提供する。本発明によるハブに含まれるフリーホイールは、動力伝達に対して信頼性及び耐久性がありかつ形状適合した接続を実現する一方で、例えば坂道降下のようにペダルを踏まない状態では、摩擦損失をわずかに抑えることができる。
【００１３】
本発明によるハブは、前輪用ハブとしては２つのベアリング手段を、後輪用ハブとしては、好ましくは４つのベアリング手段を備えている。これらベアリング手段は、好ましくはボールベアリング、さらに好ましくは溝付きボールベアリングで構成される。このような構成に対しては、特に、低摩擦ベアリング及び低摩擦潤滑剤を用いることが好ましい。
【００１４】
ハブハウジングに対して回転自在に取付けられるハブアクスルに加えて、本発明によるハブは、前記ハブアクスルに対して回転自在に取付けられたローターと、ローターとハブハウジングとの間に配置された、または交換可能とされた少なくとも２つの歯付きディスクを有するフリーホイール装置と、を備えている。前記ディスクは、与圧手段によって互いに押圧され、前進方向のロータートルクをローターからハブハウジングへと伝達するように構成されている。好ましい実施形態では、歯面は側面上に設けられて、トルク伝達の際に互いに歯合する。
【００１５】
歯付きディスクは、ハブアクスルに対して実質的に同心状に配置され、組立てられた場合ディスクは、少なくとも静止状態では、ハブアクスルの軸線に対して垂直な面内に配置される。
【００１６】
歯付きディスクは浮動状態で取付けられ、従って作動中に、前記軸線に垂直な前記ディスクを、この面に対して傾けることが可能となっている。
【００１７】
本発明によるハブは多くの利点を有している。
【００１８】
浮動状態に取付けられた２つの歯付きディスクを用いることによって、第１歯付きディスクの傾斜が第２歯付きディスクの対応する傾斜を生み出し、前記歯付きディスクに設けられた歯は、トルク伝達の際、常に信頼性高く互いに歯合し続けるという効果が得られる。
【００１９】
本発明に係る好ましい実施形態では、前記複数の歯付きディスクは、互いに近接配置され、かつ少なくとも１つのスプリングによって互いに付勢されている。それぞれのスプリングは、近接する歯付きディスクの外側面を加圧するように構成すると特に好ましい。これらスプリングのうち少なくとも１つをコイルスプリングで構成すると特に好ましい。
【００２０】
このような構成は多くの利点を生み出す。なぜなら、近接配置された歯付きディスクの両側から対称的に圧力を加える２つのスプリングを用いることによって応力が対称的になり、また、２つのスプリングを用いることによって初期段階における迅速な始動が可能になるからである。その結果、駆動力に対するフリーホイールの反応は、従来のフリーホイールの場合よりも迅速になる。
【００２１】
さらなる好ましい実施形態では、フリーホイールの歯付きディスクは比較的薄いディスクとして形成される。歯付きディスクの直径は２０〜４０mm、好ましくは約３０mmとされる。ディスクの厚さは、４〜１２mm、好ましくは約８mmとされる。側面またはディスク面には複数の歯が設けられるが、その歯数は、３以上、好ましくは４〜６０、特に好ましくは６〜４８とされる。
【００２２】
苦労せずにハブ自体が分解可能であるのと同様に、ハブに組込まれた歯付きディスクが迅速かつ容易に交換できると特に好ましい。このように構成されれば、プロ業界では当然である日々の清浄化作業が容易に行えるようになる。
【００２３】
歯数が多いほどフリーホイールの負荷容量が大きくなる。一方、歯数が少ないほど摩擦が小さくなる。
【００２４】
対応する歯付きディスクの簡単で迅速な交換が可能であれば、ユーザーはユーザー自身の要望に従って適する形態を選択することができる。すなわち、歯付きディスクの歯数が少なければ平坦路走行または高速走行に適し、より多くの歯を設ければ負荷容量が大きくなるので登坂路走行またはクロスカントリー路走行に適している。
【００２５】
本発明のハブに関する他の好ましい実施形態では、歯付きディスクの歯は、ディスクの環状部または側面に設けられるが、歯付きディスクの外側環状領域の１つに歯を設けると特に好ましい。
【００２６】
本発明のハブに関する好ましい実施形態では２つの歯付きディスクが設けられている。これらのディスクは、本質的に類似または同一であるか、または、２つの歯付きディスクのそれぞれの歯面が直接近接し、かつ前記歯付きディスクの一方が有する歯の少なくとも一部が前記第２ディスクが有する歯の間の凹所に係合する形態となるように製造される。ここで、前記２つの歯付きディスクが有する歯の数は、同一でも、異なっていてもよい。
【００２７】
上記の作用は歯付きディスクを交換することによって得られるので、この構成は本発明によるハブに更なる利点をもたらす。より少ない数の歯を有する歯付きディスクを用いることにより摩擦力が低減される。また、より多くの歯を有する歯付きディスクを用いることにより耐久性が向上する。
【００２８】
個々の歯は非対称形状に形成されることが好ましい。５〜３０°、好ましくは１１°±１°の傾斜角を有する長い平坦傾斜面が一方のフランク部を構成し、歯における他方のフランク部はディスク面に対して約１００°の鈍角をなす。
【００２９】
前進方向におけるトルク伝達の際、歯付きディスクは与圧手段によって互いに押圧され、歯における急峻フランク部がトルクを伝達する。
【００３０】
ペダル逆回転の際には、歯における緩やかな側の傾斜部分が互いに滑り、歯付きディスクは非係合状態となる。
【００３１】
本発明によるハブのさらなる実施形態では、接触する２つの歯付きディスクの側面は、ディスク面の大部分で接触状態となるように形成される。
【００３２】
本発明のハブのさらなる実施形態では、２つの歯付きディスクの外側輪郭部には、放射状に配置された複数の凸部が設けられ、さらなる放射状ギヤを構成している。これら凸部は、前記歯付きディスクの面内において半径方向に、矩形状、サイン波状、台形状、または歯形状の断面を有している。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、２つの歯付きディスクの一方は、ハブの中心に対して整列配置されたローターに実質的に同心状に設けられたボアまたは開口部内に配置され、かつ組立状態ではローターに対して実質的に回転拘束状態とされ、前記ローターの開口部は、前記歯付きディスクの前記凸部が前記ローターの放射状凹所内に突出するように形成されている。
【００３４】
組立状態のハブハウジングにおいて、ローターと実質的に同心配置されたボアまたは開口部内にはボアを有するねじ付きリングがねじ込まれ、該ねじ付きリングのボア内には、実質的に回転拘束状態で１つの歯付きディスクが収容されている。ねじ付きリング内の前記ボアは、好ましくは、前記歯付きディスクの凸部が前記ねじ付きリングの放射状凹所内に突出するように形成されている。
【００３５】
一方の歯付きディスクが回転拘束状態でローター内に収容され、他方の歯付きディスクが回転拘束状態でハブハウジング内に収容されているので、これらの実施形態は特に好ましい。歯付きディスクが互いに接触するとき、前進方向のトルクは、ローターから第１歯付きディスクへ、次いで第２歯付きディスクへ、さらに第２歯付きディスクからハブハウジングへと伝達される。
【００３６】
ローター内に設けられたボア、及びねじ付きリング内に設けられたボアは、それぞれ唯１つの歯付きリングを収容するように形成されている。こうして、歯付きリングが、一方の穴部から他方の穴部へと移動することが不可能であるように構成されている。
【００３７】
これまで説明した全ての実施形態において、複数の歯付きディスクは所定最大数の歯を有することができるように形成されている。この最大数の歯を有する歯付きディスクの場合、複数の歯は、側面の輪郭上に均等配置される。一方、より少ない数の歯を有する歯付きディスクの場合、所定数の歯は輪郭上から除去され、存在する歯は、最大数の歯を有する歯付きディスクの場合と同位置に配置される。
【００３８】
少なくとも、前記最大数の約数ではない数の歯を有している歯付きディスクの場合、輪郭上における歯と歯の間のスペースを不均一とすることが可能である。
【００３９】
最大数より少ない数の歯を有する歯付きディスクは、輪郭上から所定数の歯を好ましくは非対称に除去した形態で形成することができる。輪郭上において歯が除去された部位における１つの歯から次の歯までのスペースは、他の部位のスペースより大きい。
【００４０】
このような形態は、いくつの歯を有する歯付きディスクであっても、たとえ異なる数の歯を有する歯付きディスクであっても、互いに連結することができるので特に好ましい。
【００４１】
本発明によるハブのさらなる実施形態では、ローターは、工具を使用せずに手で取外し可能である。
【００４２】
この形態は、ユーザーにとってギヤホイールの交換が極めて容易であるので特に好ましい。
【００４３】
本発明のハブに関する好ましい実施形態では、ねじ付きリングは、合金、好ましくは軽合金、特に好ましくはアルミニウム合金から形成されている。
【００４４】
軽合金またはアルミニウム合金を用いれば重量が軽減されるので特に好ましい。
【００４５】
ハブにおいて少なくとも力を伝達する部位には、表面処理または類似の手段による付加的な強化処理を施してもよい。このようにすれば、構成部材の耐用寿命が延び、負荷容量が増大するので特に好ましい。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態によれば、機能的に安全性の高いハブが提供される。この形態では、本発明に従って提供されるシール手段がハブ本体への水とほこりの侵入、特にベアリング手段への侵入を防止するか、あるいは、かなりの程度までこれを抑制するからである。
【００４７】
“かなりの程度まで抑制する”と述べたのは、この種のシールが、文字通り、絶対的気密性を確保するものではないからである。しかしながら、このシールは、以下に説明するような特に好ましい形態では、通常の使用において、またはユーザーによる洗浄工程において、水分とほこりの侵入を不可能にする。
【００４８】
好ましい実施形態によれば、シール手段はラビリンスシールで構成される。“ラビリンスシール”とは、相対移動するシール面が接触するのではなく、それらの間に小さいシールギャップが形成されているタイプのシールである。前記シールギャップには、少なくとも１つ、好ましくは複数の方向転換部が設けられる。方向転換部は、好ましくは９０°の角度で形成され、こうしてシールギャップを十分に小さくとれば、液体及びほこりの侵入が基本的に不可能となる。
【００４９】
ラビリンスシールを用いることにより、ジェット水流を直接受けてもシールが損傷したり機能しなくなったりすることがないという利点が得られる。特にマウンテンバイクの場合、オフロード走行後、洗浄される部位に最大１５０バールの圧力で水を吹き付ける高圧洗浄機を用いて日常的に洗浄される。ラビリンスシールギャップに設けられた複数の屈曲部によって、洗浄水の水圧が急速かつ確実に低減されるので、シールは圧力によって損傷することがなく、水は、ベアリングにもハブ内部にも侵入することができない。
【００５０】
良好なシール作用を実現するためには、約９０°の屈曲部を３箇所または４箇所備えていることが好ましい。しかし、これより少なく、またはこれより多く屈曲部を設けることも可能である。
【００５１】
別の好ましい実施形態によれば、シール手段は、弾性リップを有し、特に好ましくはＶ字形に形成された弾性体シールにより構成される。ここで、シールすべき面と相対移動するシール部分は比較的薄く形成し、それに続く弾性シール面またはシールリップがシール面に比較的高い圧力を付与するように構成して、摩擦トルクを小さく抑えることが望ましい。
【００５２】
特に好ましい実施形態によれば、シール手段は、ラビリンスシールと共に弾性体シールを備えている。この場合、弾性体シールはラビリンスシールより下流側に設けることが好ましい。しかし、これと逆の構成とすることも可能である。弾性体シールを下流側に、とは、弾性体シールがベアリングに近接し、ラビリンスシールがベアリングから離隔され、同心状に配置されている状態を意味する。
【００５３】
このような構成とすれば、例えば高圧洗浄機が使用された場合でも、ラビリンスシールによって水及びほこりの侵入がかなりの程度抑制され、ラビリンスシールを通じてかろうじてハブに侵入した液体も弾性体シールによってベアリングへの侵入が防止されるので、上記のような効果が得られる。
【００５４】
特にラビリンスシールを用いる場合、シールギャップ及び該シールギャップに面する全ての面は、ラビリンスシールを通じて侵入した水がハブ本体の回転で生じる遠心力によって排出されるように構成するとさらに好ましい。
【００５５】
ラビリンスシールとその下流側の弾性体シールとを組合わせる場合でも、シールギャップを構成する面及び弾性体シールの面は、侵入した水が、簡単かつ信頼性の高い方式で外部に排出されるように構成される。
【００５６】
このようなハブは良好なシール作用を有してはいるものの、特に競技用として使用する場合には、ベアリングを最適な状態に保つために、ハブを定期的に分解する必要がある。従来のハブを分解するためには特殊な工具が常に必要とされるため、定期的な保守点検作業には時間がかかる。
【００５７】
従って、本発明は、工具なしで分解可能、または少なくとも大部分が工具なしで分解可能、あるいは少なくとも特殊工具なしで分解可能な構造を有するハブを提供する。
【００５８】
この課題は、本発明の好ましい実施形態により解決される。この形態は、ベアリングがストッパ部材によって保持され、ストッパ部材自体は、摩擦力によってのみ好適に保持されている。前記ストッパ部材は、好ましくは、アクスルに対して回転対称に形成されてアクスルに挿通され、前記ストッパ部材とアクスルとの間の摩擦抵抗によって保持機能が得られる。保持機能は、好ましくはガスケットによって、また好ましくは従来のＯリングによって得られる。Ｏリングは同時に、ストッパ部材とアクスルとの間のシールをも構成する。
【００５９】
この形態は、シールリングを有するストッパ部材が、工具を使用せずに、アクスル上に位置決め可能、そしてアクスルから取外し可能であるという利点を有している。同時に、このようなシールリングの形態によって、ストッパ部材をアクスル上に保持するための高い保持モーメントが得られる。
【００６０】
最後に、この形態のストッパ部材は、ハブが取付け状態にある場合にハブを前輪フォークに保持するための離脱部内側に保持され、後輪の場合でも同様に、それぞれ、アクスル及びハブを離脱部に保持する迅速解放手段であるねじ接続によって固定されるように構成されることを指摘しておく。
【００６１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るさらなる利点、特徴、及び応用の可能性は、添付図面を参照しながら行う以下の実施形態に関する説明から明らかになる。
【００６２】
図１はハブハウジング１の断面を示している。前記ハウジングは、孔１ｃにおいてスポークを受容するフランジ１ａ，１ｂを有している。
【００６３】
事実上、全ての自転車において、駆動用のピニオン、場合によっては変速用多段ピニオンアッセンブリが、進行方向で見て自転車の右側に配置されている。以下の説明における右側・左側も同様に進行方向を基準とする。ピニオンは、図１上で右側に配置される。
【００６４】
ハブの左部分において、ハウジングはベアリング用円筒ボア１ｄを備えている。ボア１ｄは、ハブ中心から見て反対方向に開口し、その内部には、模式的にのみ図示する従来の溝付きボールベアリング２が配置されている。溝付きボールベアリング２のアウターボールレースはベアリング用円筒ボア１ｄによって支持され、インナーボールレースはアクスル４によって支持されている。本実施形態では、前記アクスル４は鋼製であり、環状ストッパ４ａを有している。環状ストッパ４ａによって前記ローラーベアリング２のインナーボールレースが位置決めされている。
【００６５】
前記ローラーベアリングは、左側ストッパ部材６によってこの位置に保持されている。ストッパ部材６は、実質的に回転対称体であり、ハブ中心に向かって直径が拡大する円錐状外面と円筒状内面とを有している。
【００６６】
左側ストッパ部材６の環状縁部６ａは、ローラーベアリングのインナーボールレースの位置に配置され、ハブ本体と共に回転はしない。
【００６７】
小径側の端部には、装着状態で離脱部に保持される円筒状ショルダー部６ｂが設けられ、ここには、前記離脱部のために設けられたギヤ７ａを有する鋼製の歯付きディスク７が圧入されている。
【００６８】
左側ストッパ部材６の円筒状内部ボア６ｃには環状溝６ｄが設けられ、この溝内にはＯリング８が収容されている。Ｏリング８と溝６ｄの寸法は、Ｏリングとアクスルとの間に摩擦力が発生し、それによってストッパ部材がアクスル上に保持されるが、アクスルに対するストッパ部材の着脱は特別な工具を使用せずに行えるよう相対的に定められている。
【００６９】
左側ストッパ部材６には、台形断面を有し前記ローラーベアリングに面する環状スロット６ｅが設けられている。該スロットの外側面６ｆはストッパ部材の外面６ｇと平行であり、該スロットの内側面６ｈは円筒状かつアクスル４に対して回転対称に形成されている。外側面６ｆ及び内側面６ｈは、アクスル４に対して垂直な環状面６ｉによって接続されている。
【００７０】
前記台形凹所の円筒状ストッパ部６ｈとハブ本体の円筒状凹所１ｄとの間には、ストッパリング１０が配置されている。ストッパリング１０は、ローラーベアリングのアウターボールレース及び面１ｄ上に位置し、これらと共に回転する。
【００７１】
接触リング１０は、凹所内に突出する環状凸部１０ａを備えている。環状凸部１０ａの内側は、アクスルに対して回転対称な円筒面によって規定され、外側は、面６ｆ及びストッパの外面６ｇに平行な円錐面によって規定されている。前記内側面及び外側面は、アクスル４に対して垂直に延在する面によって接続されている。
【００７２】
台形凹所６ｅ内には概してＶ字形の弾性体シールが配置されている。このシールのＶ字の一方の腕は、矩形に形成され前記凹所の面６ｉ上及び円筒面６ｈ上に配置され、Ｖ字の第２の腕は、内側円筒面に対して鋭角に傾斜し上方に向けてテーパーを形成している。Ｖ字の開口部は半径方向外方を向いている。Ｖ字の前記第２の腕が有するテーパー状の先端部１２ｂはシールリップを構成し、上方狭隘面はディスク１０の凸部１０ａに支持されている。
【００７３】
ストッパ部材６と、ハブ本体１と、リング１０と、凸部１０ａとによってラビリンスシールが形成されている。シールギャップ１３ａはアクスル４に垂直であり、ストッパ部材６の前面６ｊとハブ本体の前面１ｅとによって規定されている。面６ｊに垂直に円筒面６ｋが設けられ、この面は、円筒面１ｆと共にシールギャップ１３ｂを画成し、シールギャップ１３ｂに垂直に、従ってアクスルに対して平行に延在している。円筒面６ｋには、さらなる環状面６ｌが接続し、この環状面６ｌは、アクスル４に対して垂直に延在し、同様にアクスルに対して垂直な、リング１０の上部と共に、アクスルに対して垂直なシールギャップ１３ｃを画成している。
【００７４】
凹所６ｅの外側を規定し面６ｋに対して鈍角をなす面６ｊは、リング１０の凸部の外側を向く面１０ａと共に、ギャップ１３ｃに対して鈍角をなして延在するシールギャップ１３ｄを画成している。
【００７５】
ハブにおけるこの部分の機能を以下に説明する。
【００７６】
組付けに際しては、まずアクスル４をハブ本体１に挿入する。次いで、アクスル上にローラーベアリング２ａをスライド挿入し、ベアリングのインナーボールレースをストッパ４ａに、アウターボールレースをハブ本体のストッパ１ｂに位置決めする。
【００７７】
続いて、リング１０をスライド挿入し、Ｖ字形シール及びＯリング６ｂをストッパ部材６に挿入する。次に、ストッパをアクスル上に位置決めし、ローラーベアリングを固定する。
【００７８】
ローラーベアリングの保守点検を行う際には、部材６のみを取外せば、ローラーベアリングへのアクセスが可能になり、ベアリングをアクスルから取外すことが可能になる。
【００７９】
ギャップ１３ａ，ｂ，ｃ，ｄによって構成されたラビリンスタイプのシールは、水及びほこりの侵入を好適に防止する。シール作用は接触なしに行われるため、摩擦力は発生しない。シールギャップが複数箇所で方向変化しているため、高圧洗浄機による水流が直接当たっても、凹所６にまで侵入することはない。
【００８０】
水が凹所６ｅに侵入した場合でも、水がベアリングにまで到達することは、接触型弾性体シールによって信頼性高く防止される。弾性体シールは、ラビリンスシールによって好適に保護されているので、水が凹所６ｅに直接侵入することはなく、従って、リップ１２ｂが水圧を受けることはない。従って、リップ１２ｂには、このように構成されていない場合ほど大きな弾性及び耐圧性が要求されず、その結果、リップとリングとの間の摩擦力は低減される。
【００８１】
ラビリンスシールが存在するにもかかわらず凹所６ｅに水が侵入した場合、水は、リングとシールギャップの回転側との遠心力作用によって外部へと排出される。
【００８２】
図１，２ａ，２ｂを参照して説明してきた本発明に係る実施形態の変更形態として、リング１０及び／またはリング４０を省略してもよい。この場合、それぞれのローラーベアリングにおいて、ボールレース上に直接シールが配置されることになる。この形態は、図２ａ，２ｂに示す実施形態ほど優れたシール作用は得られないという欠点を有する。しかし、その一方で、リング１０，４０が不要で、重量及び全体の組立て労力が軽減されるので、関連経費が削減されるという利点を有している。
【００８３】
ハブの右側には、円筒状凹所１ｄに対応し、ローラーベアリング２ａに対応するローラーベアリング２ｂを収容するための円筒状凹所１ｇが設けられている。前述と同様に、ローラーベアリングのインナーボールレースを支持するためのストッパ４ｂが設けられている。
【００８４】
ねじ付きリング２０が、さらなる円筒ショルダー部１ｈにねじ込まれている。ねじ付きリング２０は、その直径がショルダー部１ｇより大きく形成され、後述するように、スプリング２１と、第１歯付きディスク２２と、第２歯付きディスク２３と共にフリーホイールを構成している。
【００８５】
ハブ本体１には、さらに、ピニオンアッセンブリの対応する凹所（図示せず）と歯合するギヤ２５ａを備えたローター２５が設けられている。
【００８６】
ローター２５は、アルミニウムまたはその他チタン合金のような軽合金から形成される。駆動の際、ローターはハブ本体と同一速度で回転し、クランク駆動が静止した際には静止状態となり、ハブ本体１がローター２５に対して回転する。
【００８７】
ローターは、アクスル４に対してローラーベアリング２ｃ及びローラーベアリング２ｄによって支持されている。これらローラーベアリングの寸法諸元は、ローラーベアリング２ａ，２ｂと同一である。
【００８８】
図３は、本発明によるハブに関する実施形態を分解斜視図で示している。アクスル４には、左方向から、ボールベアリング２ａ、カバーリング１０、シール１２、Ｏリング８、及び刻み付きディスク７を備えた終端ストッパ６が挿通される。これらをハブハウジング１に挿入した後、ねじ付きリング２０を右側からハブハウジング１にねじ込み、次いで、シール１２、ボールベアリング２ｂ、及びスペーサスリーブ３０を前記ハブハウジングに挿入する。
【００８９】
歯付きディスク２２は、コイルスプリング２１によって浮動支持され、アクスル４の軸線に対して傾斜可能かつコイルスプリング２１の付勢力に抗して軸線方向に変位可能となっている。
【００９０】
歯付きディスク２２の歯は、右側に隣接する歯付きディスク２３の方向を向き、歯付きディスク２３の歯も対応して歯付きディスク２２の方向を向いている。
【００９１】
歯付きディスク２３は、さらなるコイルスプリング２１によって全浮動状態に支持され、同様に、アクスル４の軸線に対して傾斜することができる。
【００９２】
２つのコイルスプリング２１は、歯付きディスク２２，２３の双方を押圧している。コイルスプリング２１によって前記両ディスクは全浮動支持されているので、これらは一体的にアクスル４の軸線に対して傾斜可能となっている。
【００９３】
両弾性コイルスプリング２１は、一方の歯付きディスクのわずかな傾きによって他方の歯付きディスクが同時に同様に傾き、こうして両歯付きディスクの歯面が密着するような、歯付きディスク２２，２３の全浮動支持を実現する。こうして、前進方向の回転力が伝達された際に、両歯付きディスクの多くの歯の一定歯合状態が実現される。
【００９４】
２つのスプリングを用いることによって、個々のスプリングへの負荷が軽減される。加えて、始動時の加速度が高くなり、歯付きディスクの歯合が迅速に行われる。
【００９５】
ローター２５内には、ボールベアリング２ｃ、保持リング３２、スペーサスリーブ３１、もう１つの保持リング３２、ボールベアリング２ｄ、及びカバーディスク３８が配置されている。
【００９６】
さらに、右側から、シール３８、Ｏリング４２、終端ストッパ３６、及び刻み付きディスクまたはギヤホイール２７が挿通される。
【００９７】
図４ａは、本実施形態では表面強化処理されたアルミニウム合金からなるねじ付きリングを示している。ニコチン酸処理または陽極化処理以外に、公知の表面処理が利用可能である。
【００９８】
ねじ付きリング２０は円筒形状をなしている。その外面にはねじ部４２が設けられ、内周部には複数の歯４０と該歯の間の凹所４１が配置されている。
【００９９】
図４ｂは、ねじ付きリング２０の断面を示している。ねじ部４２は外面全幅を横断するように形成され、歯４０及び凹所４１は、長手方向に延在するように設けられている。
【０１００】
図５ａは、歯付きディスク２２または２３を示している。
【０１０１】
放射状凸部６０、及び該凸部間の凹所６１は、輪郭に沿って均等配置されている。本実施形態では、２６個の凸部がラジアルギヤを構成している。
【０１０２】
図５ｂは、図５ａに示す歯付きディスクの側面図である。放射状凸部６０及び凹所６１は輪郭に沿って配列されている。
【０１０３】
図５ｃは、図５ｂにおけるＸ部の拡大詳細を示している。歯付きディスク７０の歯は、凹所７１の最深部に対して１mmよりやや小さい程度に盛り上がっている。
【０１０４】
傾斜部７２と歯付きディスクの中心軸とのなす角は７９.２°であり、傾斜部７３と中心軸とのなす角は１０°である。これらの角度は目安であり、他の実施形態では１０°程度の範囲で変化させてもよい。
【０１０５】
次いで、ギヤ２５ａを備えたローター２５がハブ本体１内に配置される。ローター２５は、ピニオンアッセンブリに形成された対応する凹所（図示せず）と歯合する。
【０１０６】
ローター２５は、アルミニウムまたはその他チタン合金のような軽合金から形成される。駆動の際、ローターはハブ本体と同一速度で回転し、クランク駆動が静止した際には静止状態となり、ハブ本体１がローター２５に対して回転する。
【０１０７】
ローターは、アクスル４に対してローラーベアリング２ｃ及びローラーベアリング２ｄによって支持されている。これらローラーベアリングの寸法諸元は、ローラーベアリング２ａ，２ｂと同一である。
【０１０８】
ハブ本体１とローター２５との間には、下流側に弾性体シールを備えたラビリンスシールが形成されている。これについて、以下に、図３を参照しながら説明する。
【０１０９】
ハブ本体１は、アクスル４に対して垂直な環状壁部１ｋを有している。環状壁部１ｋには、アクスルに対して平行に延在する円筒壁部１ｌが９０°の角度をもって接続している。次いで、ここに、さらなる環状面１ｍが垂直に接続し、環状面１ｍは９０°の角度をもって円筒領域１ｎに接続し、円筒領域１ｎは垂直壁部１ｏに接続している。前記環状壁部１ｏ及び円筒壁部１ｎは、弾性体シール２８を収容する凹所の円周部を構成している。前記弾性体シールは、Ｖ字形状をなし、Ｖ字の一方の腕を構成する略矩形の断面部分２８ａと、前方先端部２８ｃがシールリップを構成する接続部分２８ｂとを有している。
【０１１０】
ハブ本体との接触部においてローターは、（半径方向内方に向けて）鉛直配置された環状領域２５ａ（前述のギヤ部）と、これに対して９０°に配置され前記ローターに面する円筒状外面２５ｂと、もう１つの環状面２５ｃと、これに接続する円筒状外面２５ｄと、もう１つの環状面２５ｅとを備えている。
【０１１１】
続いて、環状面２５ｅに対して断面で鈍角に接続する円錐面２５ｆが設けられている。この円錐面には環状面２５ｇが接続し、さらに、この環状面には円錐状延在壁部２５ｈが、断面で見て鈍角に接続している。
【０１１２】
壁部２５ｆ，２５ｈは凹所２５ｉを構成している。シール２８は前記凹所２５ｉ内に、Ｖ字の一方の腕の先端部２８ｃが面２５ｈに接するように配置されている。前記面１ｋ，１ｌ，１ｍは、それぞれが対面する面２５ａ，２５ｂ，２５ｃと共にラビリンスシールを構成している。
【０１１３】
このラビリンスシール及び下流側の弾性体シールの機能は、左側ストッパ部材６におけるシールの前述した機能に対応する。作動状態において、ハブにおけるこの部分はピニオンアッセンブリによって保護されているので、ラビリンスの屈曲部の数は左側ストッパ部材６の場合より少なくてよい。ハブの左側部分と同様に、液体は回転によって排出される。このシールの場合、ストッパ部材６におけるシールと異なり、弾性体シール自体が他の部分と共に回転し、弾性体シールに付着した液体も同様に、遠心力の作用によって外方へ排出される。
【０１１４】
ベアリング２ｂ，２ｃは、円筒状リング３０によって、互いに所定距離に離隔されている。対応する円筒状リング３１が、右側に位置するベアリング２ｃ，２ｄの間に配置されている。ベアリング２ｃのアウターリングをローターに対して保持するために、保持リング３２が設けられている。保持リング３２はベアリング２ｃのアウターボールレース上に支持されている。
【０１１５】
ハブの右側には右側ストッパ部材３６が設けられている。右側ストッパ部材３６は、脱離部内に収容される円筒状ショルダー部３６ａと、さらなる円筒状ショルダー部３６ｃを有する大径の円筒状ショルダー部３６ｂと、からなる。右側ストッパ部材３６には、左側ストッパ部材と同様の形態で、鋼製のギヤホイール２７が設けられている。ギヤホイール２７はストッパ部材を離脱部に保持する機能を有している。
【０１１６】
円筒面３６ｂに隣接しハブ本体１に近い位置に、ショルダー部３６ｂよりやや小径のさらなる円筒状ショルダー部３６ｄが設けられ、ここにシール３８が収容されている。この弾性体シールは、ベース部として略矩形の断面部分３８ａを有し、この部分からシールリップ３８ｂが約４５°の角度をもって半径方向外方に向けて延在し、先端部３８ｃを備えている。
【０１１７】
先端部３８ｃは、ストッパリング４０によって支持されている。ストッパリング４０は、ローター２５の円筒状凹所２５ｋ内に保持され、アクスル４ａに対して平行に延在する円筒状ラジアルショルダー部４０ａを有し、この部分にシール３８の前側部分の面３８ｃが位置している。
【０１１８】
左側ストッパ部材と同様の形態で、右側ストッパ部材には、Ｏリングシール４２を収容する溝３６ｅが設けられている。前記Ｏリングシール４２の溝３６ｅに対する寸法諸元は、Ｏリングシールが右側ストッパ部材を摩擦力によってアクスル上に保持するように定められている。
【０１１９】
ハブの右側部分の組立ては、実質的に左側部分の組立てに対応し、ローラーベアリング２ｂ、フリーホイール付属品、及びローラーベアリング２ｃをアクスル上にスライド挿通させる。次いで、保持リングを備えたローターを位置決めし、円筒状リング３１、ローラーベアリング２ｄ、及びリング４０を挿入する。次に、シール部材を備えたストッパ部材を滑り込ませ、Ｏリングの摩擦力で保持する。特別な工具も、個々の部材を互いにボルト留めすることも不要である。
【０１２０】
自転車に取付ける際には、従来式またはその他の適合する迅速着脱工具をアクスルの長手方向ボア内に挿入し、ように、離脱部の内面が歯付きディスク７，２７に当接するようにハブを自転車に固定する。こうして、ハブは作動中に信頼性高く保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による後輪用ハブの一実施形態を示す図である。
【図２】図２ａ，２ｂは図１に示すハブの拡大詳細図である。
【図３】本発明によるハブに関するさらなる実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】図４ａは図３の実施形態におけるねじ付きリングを示す図、図４ｂは図３の実施形態におけるねじ付きリングの断面図である。
【図５】図５ａは図３の実施形態における歯付きディスクを示す図、図５ｂは図３の実施形態における歯付きディスクを示す側面図、図５ｃは図５ｂの一部拡大詳細図である。
【符号の説明】
１ハブ本体（ハブハウジング）
２ベアリング
４アクスル
１２，３８シール（弾性体シール）
２０ねじ付きリング
２１スプリング（与圧装置）
２２，２３歯付き
２５ローター
２７ギヤホイール
４１凹所（放射状凹所）
６０放射状凸部
６１凹所（凸部間のスペース）

Claims

自転車、自転車用トレーラ、及び車椅子に用いられるハブであって、
ハブアクスルと、
該ハブアクスルと実質的に同心配置されたハブハウジングと、
少なくとも２つのベアリングを有しかつ前記ハブアクスルと前記ハブハウジングとの間に配置されることにより前記ハブハウジングを前記ハブアクスルに対して回転可能に取付けている少なくとも１つのベアリング手段と、
前記ハブアクスルに対して回転可能に取付けられかつピニオンアセンブリを取付けられるように形成されたローターと、
前記ローターと前記ハブハウジングとの間に配置されかつ、与圧装置によって歯面が互いに押圧された２つの歯付きディスクを有するフリーホイール装置と、
を備え、
前記２つの歯付きディスクは、前記ハブアクスルに対して実質的に同心配置され、かつ該ハブが組立てられ少なくとも静止状態にある際には、前記ハブアクスルの軸線に垂直な面内に実質的に配置され、
前記２つの歯付きディスクが、前記予圧装置によって浮動支持され、前記２つの歯付きディスクのうち一方の歯付きディスクの僅かな傾きに応じて、他方の歯付きディスクが同時に同様に傾斜し、前記２つの歯付きディスクの多くの歯の一定歯合状態となり、これにより前進方向のロータートルクが前記ローターから前記ハブハウジングに伝達されることを特徴とするハブ。
前記２つの歯付きディスクは互いに近接配置され、前記与圧装置は、１つのスプリングを備えていることを特徴とする請求項１に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクは互いに近接配置され、前記与圧装置は、２つのスプリングを備えていることを特徴とする請求項１に記載のハブ。
前記与圧装置は、近接配置された前記２つの歯付きディスクの各々を、それらの外部から少なくとも１つのスプリングをもってそれぞれ押圧していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクは交換可能であり、工具を必要としないことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のハブ。
前記与圧装置の少なくとも１つのスプリングはコイルスプリングで構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のハブ。
前記与圧装置の少なくとも１つのスプリングは、前記歯付きディスクが前記スプリングの付勢力に抗して軸線方向に変位可能でありかつ前記アクスルの前記軸線に垂直な平面に対して傾斜可能であるように、前記歯付きディスクの１つを浮動支持していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のハブ。
前記与圧装置の複数のスプリングは、前記２つの歯付きディスクを浮動支持していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクの少なくとも対面するディスク面には複数の歯が形成され、前記歯の数は６〜４８であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のハブ。
前記複数の歯は、前記２つの歯付きディスクの前記ディスク面の環状部分に形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクは、類似または同一であるか、または、２つの歯付きディスクのそれぞれの歯面が直接近接配置された際に前記第１の歯付きディスクが有する歯の少なくとも一部が前記第２ディスクが有する歯の間の凹所に係合する形態となるように製造されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクは、異なる数の歯を有していることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクは、同一数の歯を有していることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクの少なくとも一方は、その輪郭部に放射状に配置された複数の凸部を有し、該凸部は、前記ディスクの面内において半径方向に、矩形状、サイン波状、台形状、または歯形状の断面を有していることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクの一方は、前記ハブの中心に対して整列配置された前記ローターに実質的に同心状に設けられたボアまたは開口部内に配置され、かつ組立状態では前記ローターに対して回転拘束され、前記開口部は、前記歯付きディスクの前記凸部が前記ローターの放射状凹所内に突出するように形成されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のハブ。
前記ハブハウジング内に形成され組立状態では前記ローターと実質的に同心配置されたボア内にはねじ付きリングがねじ込まれ、該ねじ付きリングは、前記ハブハウジングに対して実質的に回転拘束状態で１つの歯付きディスクを収容するボアを有し、前記ねじ付きリング内の前記ボアは、前記歯付きディスクの前記凸部が前記ねじ付きリングの放射状凹所内に突出するように形成されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のハブ。
前記２つの歯付きディスクは所定最大数の歯を有することができるように形成され、前記最大数の歯を有する前記歯付きディスクの歯は、輪郭上に均等配置されていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載のハブ。
前記所定最大数より少ない数の歯を有する前記歯付きディスクの所定数の歯は、輪郭上から除去されていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載のハブ。
少なくとも、前記歯付きディスクが前記最大数の約数ではない数の歯を有している場合、輪郭上における歯と歯の間のスペースを不均一とすることが可能であることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載のハブ。
前記最大数より少ない数の歯を有する歯付きディスクは、輪郭上の所定位置に前記歯を複数有することが可能であり、前記最大数の歯を有する歯付きディスクもまた、前記輪郭上の所定位置に対応した位置に複数の歯を有することが可能とされていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載のハブ。
前記ローターは、工具を使用せずに手で取外し可能であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載のハブ。
前記ねじ付きリングは、合金から形成されていることを特徴とする請求項１６から２１のいずれか１項に記載のハブ。
前記ねじ付きリングは、軽合金から形成されていることを特徴とする請求項２２に記載のハブ。
前記ねじ付きリングは、アルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項２３に記載のハブ。
前記ベアリング手段への水及びほこりの侵入を好適に防止するために、シール手段が設けられていることを特徴とする請求項１から２４のいずれか１項に記載のハブ。
前記シール手段は、少なくとも１つのラビリンスシールを備えていることを特徴とする請求項２５に記載のハブ。
前記シール手段は、少なくとも１つの弾性体シールを備えていることを特徴とする請求項２５又は２６に記載のハブ。
請求項１から２７のいずれか１項に記載のハブを備えていることを特徴とする自転車、自転車用トレーラ、及び車椅子に用いられるホイール。
少なくとも１つの請求項１から２７のいずれか１項に記載のハブを備えていることを特徴とする自転車に用いられるホイール。