JP5587823B2

JP5587823B2 - 自転車用ラチェット装置

Info

Publication number: JP5587823B2
Application number: JP2011100762A
Authority: JP
Inventors: 豊近藤
Original assignee: GOKISO GIKEN CO Ltd
Current assignee: GOKISO GIKEN CO Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP2012233505A

Description

本発明は、自転車の後輪側に設けられるラチェット装置に関するものであり、特に、チェーンを介して伝達される回転駆動力をギヤを介して車輪側へと伝達する役目を果たすとともに、車輪側からの被駆動力に対しては車軸を空転させてギヤ及びチェーン側へは力を伝達させないように作動する自転車用ラチェット装置に関するものである。

従来のこの種のものとしては、例えば特開２００７−１１３７１１号公報記載のもの等が挙げられる。このものは、変速用ギヤの取付けられる駆動軸は後輪（リヤホイール）の側面部のところであって、上記リヤホイールの中心部に設けられる車軸の延長線上に取付けられるようになっているものである。そして、このような駆動軸の内径部内であって上記リヤハブと接する側にはギヤ側からの駆動力をリヤホイール側へ適宜伝達することのできるように形成されたラチェット装置が設けられるようになっているものである。

特開２００７−１１３７１１号公報

ところで、上記従来のもの（先行技術）は、ラチェット装置は駆動軸の内径側に設けられるようになっているとともに、このようなラチェット装置は上記駆動軸を支持する左右のベアリング間に設けられるようになっているものである。従って、このような従来のものにおいては、当該ラチェット装置を形成するラチェット爪の厚さ（幅）をあまり大きく採ることができない。そのため、ラチェット爪に入力される荷重を低減化させるためにはラチェット装置を形成するラチェット爪の数を増す等、ラチェット装置全体を大形化せざるを得ないと言う問題点がある。このような問題点を解決するために、ラチェット装置の設けられる駆動軸の一端をリヤホイールを形成するリヤハブの内径側へ設置させるようにするとともに、このようなリヤハブと上記駆動軸の一端部がオーバラップするところに幅の広い、すなわち爪幅の値の大きいラチェット爪からなるラチェット装置を設け、これによってラチェット装置全体の小形化及び軽量化、更には高剛性化を図ろうとするのが、本発明の目的（課題）である。

上記課題を解決するために、本発明においては次のような手段を講ずることとした。すなわち、請求項１記載の発明である第一の発明においては、一方のホイールからの回転駆動力は他方のホイールへと伝達するが、他方のホイールからの被駆動力に対しては当該他方のホイールを空転させて回転駆動力を伝達させないように作動する自転車用ラチェット装置に関して、爪状の形態からなるものであって、その一方の端部である根元部は上記一方のホイールの外周面上に設けられた凹陥部内に揺動運動可能なように設置されるとともに、もう一方の端部である先端部は上記他方のホイールの内周面側に等間隔状に設けられた複数のラチェット歯と噛み合い係合するように形成されたラチェット爪を、その側面視においてへ字状またはＬ字状の形態からなるようにするとともに、その平面視における横幅（Ｄ）の値が、上記側面視における高さ（ｈ）の値よりも３倍以上の大きな値を有する幅拡状の形態からなるようにし、更に、その先端部側であって上記他方のホイールの内周面側に形成されたラチェット歯と噛み合い係合するところに、本ラチェット爪の横幅方向に凹溝状の形態からなる油溝を有するようにし、更に、本ラチェット爪の根元部が係合する上記一方のホイールの外周面側に設けられた凹陥部の端部であって上記ラチェット爪と係合し合うところに山状の形態からなる突起部を設け、この突起部の先端部のところを上記ラチェット爪側に設けられたへ字状折れ曲がり部の内側に形成される湾曲部のところが転がり乗り上げ運動をすることができるようにした構成を採ることとした。

請求項１記載の発明である第一の発明について説明する。本発明によれば、上記構成を採ることにより、ラチェット爪の爪幅の値が大きく採られるようになっていることより、ラチェット歯と噛み合い係合するラチェット爪先端部の面圧が低減化されることとなる。これによって、ラチェット爪の剛性が高く保持されることと相まって、駆動時におけるギヤ側からの駆動力は円滑に車輪へと伝達されることとなる。また、ラチェット爪の耐摩耗性、耐久性等が高められることとなる。

また、本発明のものにおいては、ラチェット爪の横幅の値を大きく採ることによって、ラチェット爪係合時におけるラチェット爪先端部への入力荷重を分散化させることができるようになる。これによって、ラチェット爪の全体構成を小形化することができるようになる。

また、本発明のものにおいては、ラチェット爪先端部に設けられた油溝が油溜りとなり、当該ラチェット爪先端部と噛み合い係合するラチェット歯との間において、相対滑り作用が円滑に行われることとなる。その結果、他方のホイールの空転運動が円滑に行われることとなる。また、この空転運動時におけるラチェット爪先端部またはラチェット歯面の摩耗等が低減化されることとなる。

また、本発明のものにおいては、本ラチェット装置の空転運動時において、ラチェット爪は、その根元部に形成された湾曲部のところが、一方のホイールの凹陥部端部に設けられた突起部のところを転がり乗り上げるように運動をすることとなり、これによって、ラチェット爪の先端部は上記ラチェット歯側からの力を円滑に逃がしてやることができるようになる。その結果、ラチェット爪先端部とラチェット歯との間の摩擦抵抗力は低減化されることとなり、本ラチェット装置における空転運動を円滑に進めることができるようになる。これによって、ペダルを漕がない空走時における速度維持を円滑に保つことができるようになる。

本発明の全体構成を示す縦断面図である。本発明にかかるラチェット装置の全体構成を示す展開斜視図である。本発明にかかるラチェット装置の駆動時における作動状態を示すものであって図１のＡＡ断面図である。本発明にかかるラチェット装置の空転時における作動状態を示すものであって図１のＡＡ断面図である。本発明にかかるラチェット爪の空転時における作動状態を示す説明図である。本発明にかかるラチェット爪の全体構成を示す斜視図である。本発明にかかるラチェット爪の転がり乗り上げ運動態様を示す説明図である。

本発明を実施するための形態について、図１ないし図７を基に説明する。本実施の形態にかかるものは、図１に示す如く、自転車の主に後輪側に設けられるものであって、当該後輪８の中心部のところにスポーク７及びハブ３９を介して設けられるとともにギヤの取付けられる駆動軸２を介して入力される回転駆動力を上記後輪（車輪）８側へ適宜伝達するように形成されたラチェット装置に関するものである。その具体的構成は、例えば図１及び図２に示す如く、ギヤ等の取付けられる円筒状の形態からなるものであって一方のホイールを形成する駆動軸２と、当該駆動軸２の一方の端部側が収容されるものであって上記車輪８の中心部のところに設けられるハブ３９の一部を形成する他方のホイール３と、からなることを基本とするものである。なお、このような構成からなるものにおいて、上記他方のホイール３は被駆動軸を形成するようになっているものである。

このような基本構成からなるものにおいて、上記駆動軸２と他方のホイールである被駆動軸３との間に設けられて上記駆動軸２側からの回転駆動力を上記被駆動軸３側へ適宜伝達するように作動する本ラチェット装置の具体的構成について説明する。このものは、例えば図２または図６に示す如く、爪状の形態からなるラチェット爪１を基礎に形成されるようになっているものである。そして、このラチェット爪１は、その一方の端部である根元部１２は上記一方のホイールである駆動軸２の外周面上に設けられた凹陥部２１内に揺動運動可能なように設置されるとともに、もう一方の端部である先端部１１は、例えば図１または図３に示す如く、上記他方のホイールを形成する被駆動軸３の内周面側に等間隔状に設けられたラチェット歯３１と噛み合い係合するようになっているものである。なお、このようなラチェット爪１は、その横幅の値が本ラチェット爪１の先端部１１と噛み合い係合する上記ラチェット歯３１の横幅の値とほぼ同等の値を有するように形成されるようになっているものである。

このような構成からなるものにおいて、本ラチェット爪１は、その縦断面形状が、例えば図３または図４に示す如く、へ字状またはＬ字状の形態からなるものである。そして、このようなヘ字状またはＬ字状のラチェット爪１の根元部１２は、下側へと出張るように形成された四角形状の形態からなり、このような根元部１２は、駆動軸２の外周面に形成された凹陥部２１内に収容されるようになっているものである。また、本ラチェット爪１は、上記駆動軸２の外周面上に形成された凹陥部２１内に収容される根元部１２の、その付け根部のところに、湾曲部１３が形成されるようになっているものである（図５，図６参照）。そして、この湾曲部１３のところは、上記凹陥部２１の側面部上端部のところに形成される突起部２５のところを転がり乗り上げ運動をすることが可能なように形成されているものである。そして更に、このようなラチェット爪１は、本ラチェット爪１の側面部に形成された張出部１４のところに設けられるリング状のスプリング５の作用によって本ラチェット爪１の先端部１１が常時上方へと持上げられるようになっているものである（図３，図４参照）。すなわち、本ラチェット爪１の先端部１１は、被駆動軸３の内周面側に形成されたラチェット歯３１側へ常時押し付けられるようになっているものである。

そして、このような構成からなるものにおいて、本ラチェット爪１の先端部１１に近いところであって、上記被駆動軸３側に設けられたラチェット歯３１と噛み合い係合するところには、本ラチェット爪１の横幅いっぱいに凹溝１５が設けられるようになっている。そして、この凹溝１５には適宜潤滑油が供給されるようになっているものである。すなわち、この凹溝１５は、油溝を形成するようになっているものである。また、本ラチェット爪１は、例えば図３ないし図６に示す如く、側面視においてＬ字状またはへ字状の形態からなるものであり、水平に延びるように形成された本体部１２５と、当該本体部１２５に対して略直角状に形成された根元部１２と、からなるものである。このような構成からなるものにおいて、本実施の形態のものにおいては、例えば図６に示す如く、上記本体部１２５の横幅（Ｄ）の値が従来のものに較べて大きく採られるようになっている。具体的には、本ラチェット爪１の上下方向の高さであるｈの値に対して、上記横幅の値は同等以上から約４倍程度の値を有するように設定されているものである。すなわち、１＜Ｄ／ｈ≦４の値を有するように設定されているものである。このように、ラチェット爪１の横幅の値を大きく採ることによって、ラチェット爪１の係合時（駆動時）におけるラチェット爪１の先端部１１への入力荷重を広い範囲に分散させることができるようになる。その結果、本ラチェット爪１全体の構成を小さくすることができるようになる。具体的には、本ラチェット爪１の高さであるｈの値を小さくすることができるようになり、延いては、本ラチェット機構部全体の径の値を小さくすることができるようになる。すなわち、本ラチェット装置全体の小形化、軽量化等を図ることができるようになる。また、ラチェット機構部全体の径の値を小さくしたうえでラチェット歯３１の数（歯数）を多く採ることができるようになる。

このような構成からなる本ラチェット装置の作動態様について、図３ないし図５を基に説明する。まず、回転運動を伝達する駆動時の態様について図３を基に説明する。この場合、駆動軸２側からの矢印方向回転駆動力は、まず、本駆動軸２の外周面上に形成された凹陥部２１内に設置されたラチェット爪１の根元部１２のところへと伝達される。このような状態において、上記ラチェット爪１は、その先端部１１のところが上記スプリング５の作用にて被駆動軸３側に形成されたラチェット歯３１側へ常時押し付けられるようになっていることより、被駆動軸３の内周面側に設けられたラチェット歯３１のいずれかと直ちに噛み合うこととなる。これによって、駆動軸２側からの回転駆動力は円滑に被駆動軸３側へと伝達されることとなる。なお、このような回転駆動力の伝達過程において、ラチェット爪１は、図３に示す如く、円周面上において１８０°対称形を成すように少なくとも１対は設けられるようになっていることより、回転駆動力の伝達が迅速に、かつ、円滑に行われることとなる。また、ラチェット機構部が、このように１８０°対称形を成すように設けられるようになっていることより、本ラチェット機構が結合したときには、駆動軸・被駆動軸間における力の伝達がバランス良く行われることとなり、本ラチェット機構部を支持するベアリング６１、６２（図１参照）等の耐久性の向上、更にはベアリング寿命の向上が図られることとなる。また、ラチェット爪１を主に形成される本ラチェット機構部全体を薄肉状に形成させることによって、本ラチェット機構部内にベアリング６１等を収納することができるようになり、全体の小形化、軽量等を図ることができるようになる。

次に、回転駆動力を伝達しない空転運動時、すなわち、ペダルを漕がない空走時の作動態様について、図４及び図５を基に説明する。この場合、被駆動軸３は、図４の矢印方向に回転運動をしている。そして、この回転運動に起因する力は、被駆動軸３の内周面側に形成されたラチェット歯３１を介してラチェット爪１の先端部１１へと作用することとなる。そして、この場合の作用力は、上記被駆動軸３の内周面側に形成されたラチェット歯３１の歯面が所定の傾斜角を有するようになっているので、上記ラチェット爪１の先端部を下方へと押付けるように作用することとなる。一方、上記ラチェット爪１は、その根元部１２が駆動軸２の凹陥部２１内に収容されるとともに、湾曲部１３のところが凹陥部２１の側面部上端部のところに形成される突起部２５のところを転がり乗り上げ運動をすることができるように取付けられている（図５参照）。これらのことより、上記被駆動軸３側からの回転運動に起因する力は、被駆動軸３側のラチェット歯３１の歯面からラチェット爪１の先端部１１のところへと伝達される。このとき、上記ラチェッ爪１は、その根元部１２に形成された上記湾曲部１３のところが、図７の（Ａ）から（Ｂ）に示す如く、上記突起部２５のところを転がり乗り上げるように運動をすることとなる。これによって、ラチェット爪１の先端部１１側は、下方へと、すなわち、駆動軸２の中心点側へと移動をすることとなる。その結果、被駆動軸３側からの図４における矢印方向の回転運動は駆動軸２側へは伝達されないようになる。すなわち、本ラチェット装置の空転運動または空走運動が形成されることとなる。また、上記転がり乗り上げ運動をすることにより、従来のものにおいて行われていた根元部１２と凹陥部２１との間における滑り運動が行われないようになり、潤滑油（グリース）に基因する粘性抵抗等を懸念する必要がなくなる。

次に、上記空転運動あるいは空走運動時におけるラチェット爪１周りの潤滑作動等について図５を基に説明する。まず、図５の（Ａ）に示す如く、ラチェット爪１は、その根元部１２のところが、駆動軸２の外周面上に形成された凹陥部２１内に収容されるとともに、その先端部１１は、図３及び図４に示すスプリング５の作用により、被駆動軸３の内周面側に形成されたラチェット歯３１の歯面側へと押付けられるようになっている。これらのことより、被駆動軸３の矢印方向への回転運動に対してラチェット爪１は、図５の（Ｂ）に示す如く、スプリング５のバネ反力に抗した状態でその先端部１１が下方（駆動軸２の中心方向）へと押下げられるようになる。そして、このような運動をしながらラチェット爪１の先端部１１の上背面側は被駆動軸３側のラチェット歯３１の歯面との間において相対滑り運動をすることとなる。

ところで、本実施の形態のものにおいては、本ラチェット爪１の先端部１１の付近には、その横幅いっぱいに凹溝（油溝）１５が設けられるようになっており、ここには常時潤滑油が供給されるようになっている。そして、この潤滑油は上記ラチェット歯３１の歯面とラチェット爪１の先端部１１の上面との間における摺動運動によって上記凹溝（油溝）１５から引き上げられ、ラチェット爪１の先端部１１とラチェット歯３１との接触面へと供給されることとなる。これによって、本ラチェット爪１の先端部１１とラチェット歯３１との間の相対滑り運動は円滑に行われることとなる。なお、本ラチェット爪１は、その縦断面形状がへ字状またはＬ字状の形態からなるものである。一方、このようなラチェット爪１の根元部１２の収容される駆動軸２側に形成された凹陥部２１の端部のところには突起部２５が形成されるようになっている。そして、このような突起部２５のところには、上記へ字状またはＬ字状の形態からなるラチェット爪１の内側部分に設けられた湾曲部１３が係合するようになっている。これによって、被駆動軸３側からの入力に対して、ラチェット爪１を、図５の（Ｂ）に示す如く、上記突起部２５を基点とした上記湾曲部１３の転がり乗り上げ運動によって、上記被駆動軸３側からの入力を駆動軸２側へは伝達させないようにすることができる。その結果、本ラチェット装置における空転運動を円滑に保持することができるようになる。

１ラチェット爪
１１先端部
１２根元部
１２５本体部
１３湾曲部
１４張出部
１５凹溝（油溝）
２駆動軸
２１凹陥部
２５突起部
３被駆動軸
３１ラチェット歯
３９ハブ
５スプリング
６１ベアリング
６２ベアリング
７スポーク
８車輪

Claims

一方のホイールからの回転駆動力は他方のホイールへと伝達するが、他方のホイールからの被駆動力に対しては当該他方のホイールを空転させて回転駆動力を伝達させないように作動する自転車用ラチェット装置において、爪状の形態からなるものであって、その一方の端部である根元部は上記一方のホイールの外周面上に設けられた凹陥部内に揺動運動可能なように設置されるとともに、もう一方の端部である先端部は上記他方のホイールの内周面側に等間隔状に設けられた複数のラチェット歯と噛み合い係合するように形成されたラチェット爪を、その側面視においてへ字状またはＬ字状の形態からなるようにするとともに、その平面視における横幅（Ｄ）の値が、上記側面視における高さ（ｈ）の値よりも３倍以上の大きな値を有する幅拡状の形態からなるようにし、更に、その先端部側であって上記他方のホイールの内周面側に形成されたラチェット歯と噛み合い係合するところに、本ラチェット爪の横幅方向に凹溝状の形態からなる油溝を有するようにし、更に、本ラチェット爪の根元部が係合する上記一方のホイールの外周面側に設けられた凹陥部の端部であって上記ラチェット爪と係合し合うところに山状の形態からなる突起部を設け、この突起部の先端部のところを上記ラチェット爪側に設けられたへ字状折れ曲がり部の内側に形成される湾曲部のところが転がり乗り上げ運動をすることができるようにした構成からなることを特徴とする自転車用ラチェット装置。