JPH10503737A - 自転車ハブの動力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自転車ハブの動力変換装置が提供される。後輪のハブシェルの片側に変速部と、その反対側に両方向ペダル装置（ＢＤＰＡ）部と変速部とＢＤＰＡ部の間にクラッチを含む装置は、そこに加えられた動力の方向に関係なく、常に一方向に動力を供給し、自転車の駆動状態によって速度を変える。また、レバーが、変速部をコントロールするためにその両端に孔のあるハブシャフトの左側に挿入され、ピンレバーが、ＢＤＰＡ部をコントロールするためにハブシャフトの右側に挿入される。自転車ハブの動力変換装置は、互換性をもって、一般自転車に取付け可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 自転車ハブの動力変換装置 技術の分野 本発明は、自転車の後輪ハブに取り付けられる動力変換装置に関し、特に、片 側に変速機、反対側に両方向性のペダル装置、そして、その間にクラッチを具え 、自転車の後輪を駆動させるために、加えられる動力の方向に拘らず、一方向に のみ動力を出力し、同時に自転車の移動状況に合わせて自転車の回転速度を変え るための動力変換装置に関する。 背景技術 一般的に、自転車は３つに分類される：交通手段としての一般自転車、専ら山 間での運動に使用されるマウンテンバイク、及びスポーツイベントに使用される 自転車である。基本的に、上述の自転車は、すべて、自転車フレームの前後に前 輪と後輪、そして、２つの車輪の間に、動力供給源としての一組のペダルを含む 。自転車の駆動力は、ペダルを漕ぐことで得られ、それから、その力は、駆動ス プロケット、チェーン、従動スプロケットを順次経由して、後輪に伝えられる。 しかしながら、殆どの自転車は、前方にペダルを漕いだときのみ、前方に移動で きる。すなわち、後方にペダルを漕いだときは、前方に移動できない。この種の 一方向性の自転車は、乗り手が長時間自転車に乗るとき、乗り手の脚の疲労や、 脚の筋肉の偏った発達の原因になりやすい。 従って、その問題を解決するため、多くの発明家が、従来の一方向性の自転車 に利用できる両方向性のペダル装置の開発に努力してきた。今まで開発された、 前方、後方、どちらにペダルを踏んでも前方に自転車が移動する両方向性のペダ ル装置は、そのために採用された方法に従って、大まかに３つに分類できる。す なわち、補助歯車、傘歯車、そして遊星歯車を使った方法である。ここでの、両 方向性のペダル装置は、前方、或いは、後方に自転車のペダルを漕ぐときはいつ でも前方に移動できる自転車の装置に属し、従来の自転車のように、後方に自転 車のペダルを漕ぐとき、もし、必要であれば、選択式にレバーをコントロールす ることによって、空転させることも出来る。 両方向性のペダル装置に関する代表的な発明として、マンズールソ達が、補助 歯車を採用した両方向性のペダル装置（ＥＰＯ公告番号0.369,925）を発表し、 フォスターが傘歯車とクラッチを採用した両方向性のペダル装置（米国特許第5, 435,583号）を発表し、本出願人が遊星歯車を採用した両方向性のペダル装置（ 出願番号PCT/KR96/00236）を発表している。 前述の発明は、動力の方向を変えるために、共通して中間歯車（補助歯車、傘 歯車、遊星歯車）を具えているが、動力の方向を変えるための方法、動力変換中 の加えられた負荷の各部分への分配の程度、部品の精度、従来の自転車との互換 性において、違いもある。しかし、発明はすべて、後輪のシャフトではなく、ペ ダルシャフトに取り付けられるように開発されている。 特に、本出願人によって発明された両方向性のペダル装置（出願番号PCT/KR96 /00236）は、部品の精度、動力変換時の滑らかさ、従来の自転車のペダルシャフ トに直接取り付けられる互換性の面で、多くの利点がある。しかしながら、駆動 スプロケットの形とクランクの部品は、従来の自転車のそれらとは違うので、こ れらの部品は、従来の自転車に装置を取り付けるとき、新しいものに交換される 必要がある。 また、本出願人によって発明された両方向性のペダル装置は、上述の装置のよ うに、ペダルシャフトの外側に取り付けられるため、取り付けられた装置は、自 転車フレームの外側に向かって突き出ている。突き出た装置は、乗り手がペダル を漕ぐのを妨げることがある。さらに、自転車枠の外側に向かって突き出た両方 向性のペダル装置を、持ち運び用に折り畳めるように新しく開発された自転車に 取り付けることは難しい。 このように、上記の問題は、後輪のシャフトに取り付け可能な新しい両方向性 のペダル装置の開発についての要求を高めている。 一方、ペダルを漕ぐ間の脚の疲労を減らし、ペダルに加えられるエネルギーを 有効に利用するため、ペダルを漕ぐリズムとペダルに当てられるペダルを漕ぐ力 は、一定であるほうが良い。駆動スプロケットと従動スプロケットの間の歯車比 （ギア比）をコントロールし、それによって、駆動抵抗によるペダルを漕ぐ力を 自転車の駆動に正確に振り向ける自転車用変速機が、前述の状態を満足させるた めに開発されている。 変速機(transmission)には、外付け式と内付け式がある。外付け式は、チェー ンをペダルシャフトとハブシャフトに取り付けられている多くの異なる直径を有 するスプロケットに順次接触させながら、直接、ギア比を変える。内付け式の変 速機では、遊星歯車を後輪ハブの本体に取り付けることによって、ギア比を変え る。内付けの変速機は、外付け式の変速機と比べ、より小型化でき、内付け式の 変速機がハブシャフトに取り付けられているので、埃の流入や異質物を妨止する と同時に、外部からの衝撃から防ぐことができる。これらの利点のため、内付け 式の変速機は、広く一般自転車に用いられている。ここで、日本の公開されてい る特許公告平成5年第65094号（1993年3月3日）を、内付け式の変速機に関する発 明の例として参照することができよう。 後輪ハブに取り付けられる内付け式の変速機に関する変速機それ自体の効率を 高めるため、或いは、ギア比をコントロールするための、さらなる発明がある。 しかしながら、動力の方向を変換するための、両方向ペダル装置を含む内付け式 の変速機は、知られていない。 上述の通り、両方向ペダル装置の多くは、後輪のハブシャフトではなく、ペダ ルシャフトに、取り付けられている。また、ハブシャフトに関する発明の殆どは 、変速機のみに限られており、変速機と両方向ペダル装置の両方を含む多目的自 転車のための研究成果を見出すことは難しい。 かくして、人間の脚の筋肉のバランスのとれた発達のための両方向ペダル装置 とペダルに加えられるエネルギーを効率よく利用するための変速機を具えた自転 車と、同時に、高い安全性とその中にすべての部品を取り付ける扱いにおける便 利さを兼ね備えた自転車の多目的装置というものへの需要が高まっている。 発明の説明 自転車の運転中に人間の脚の筋肉を効率よく、且つ、均等に発達させ、駆動力 を最大限に利用する自転車に関する多目的付属装置を提供することが、本発明の 目的である。 本発明の特徴は、両方向ペダル装置と改良された変速機が、両方とも後輪のハ ブシャフトに取り付けられていることである。従って、両方向ペダル装置は、乗 り手の脚の筋肉をバランス良く発達させ、変速機は乗り手の運動について、効率 を最大限にする。 本発明による自転車ハブの動力変換装置の基本的な構造は次の通りである。第 一に、変速部がハブシャフトの一端に取り付けられ、両方向ペダル装置部（ＢＤ ＰＡ）がその他方の端に取り付けられ、クラッチが中央部に取り付けられる。そ れから、上記３つの部品のサブアセンブリーが、ハブシェルに差し込まれ、ハブ シェルの両端は、一端のカバーと他端の補助駆動スプロケットによって閉じられ る。 動力変換装置の変速部は、１つの太陽歯車と１つのキャリアと１つのリングギ アを含む。上記構造を具えた変速部は、クラッチ、或いは、後述されるＢＤＰＡ 部から動力を受ける。変速部に加えられる動力は、異なる経路を経由してハブシ ェルに伝えられる。自転車の後輪は、動力変速装置の経路に従って、低、中、高 の速度で駆動される。 また、本発明のクラッチは、外側の一端に複数の傾斜したトング(tongue)と、 他端に突起を具えたスプラインのついた中空の円筒の形をしている。上記の構造 を具えたクラッチは、変速部に面する片側のキャリヤと分離可能に連結され、Ｂ ＤＰＡ部に面する反対側のリングギアに接続されている。クラッチの位置は、ハ ブシャフトに取り付けられたレバーによって、左右に切り替え可能である。クラ ッチは、動力を変速部に全く伝えない（低速と中速）か、或いは、その位置を変 えることによって、動力を変速部のキャリヤに伝える（高速）。 また、本発明のＢＤＰＡ部は、１つのリングギアと１つのラチェットホイール と２つのキャリヤを含む。その構造を具えたＢＤＰＡ部は、後述される駆動ホイ ールから動力を受け、受けた動力をクラッチと変速部へ伝える。ＢＤＰＡ部は、 ドライブホイールから伝えられた動力の方向に関係なく、常に時計回りに（自転 車の進行方向に関して右から見た場合）動力を加える。かくして、両方向ペダル 装置から動力を受けられるように位置している構成部（クラッチ、変速部、及び 後述のハブシェル）は、時計回りにのみ回転する。 一方、多段を具えた円筒形のハブシェルは、本発明の構成部を受けるためのハ ウジングとして作用する。２つのラチェットが、動力を変速部から受けるために 、ハブシェルの内壁に形成されている。また、フランジが、後輪のスポークと連 結されるように、その外側の両端に形成されている。 また、本発明の駆動ホイールは、従動スプロケットと一体に連結されているが 、ハブシャフトには回転できるように連結される。かくして、駆動ホイールは、 従動スプロケットを経由してペダルから生じた動力を受け、受けられた動力をＢ ＤＰＡ部に伝える。また、ピンレバーが、ＢＤＰＡ部をコントロールするために ハブシャフトに差し込まれる。 以上の説明をまとめると、本発明による自転車の動力変換装置は、変速部、ク ラッチ、ＢＤＰＡ部、ハブシャフト、カバー、そして、従動スプロケットを含み 、これらが順次接続される。本発明の装置は、ハブシャフトのフランジをスポー クに連結することによって、従来の自転車の枠の後部のフォークの先端に装着可 能であり、かくして、自転車の後輪に取付けられる。 本発明による動力変換装置の動力変速機経路を、簡単に説明する。第１に、ペ ダルから生み出された動力は、クランク、駆動スプロケット、チェーンを次々に 経由して、従動スプロケットに伝えられる。従動スプロケットは、駆動ホイール とともに回転しながら動力を本発明の装置に供給し、動力をその回転方向に関係 なくＢＤＰＡ部に伝える。ＢＤＰＡ部は、受けられた動力をクラッチと変速部に 伝え、変速部はその伝えられた動力を末端のハブシェルに供給する。かくして、 ハブシェルに供給された動力が自転車の後輪を駆動する。 上述の通り、本発明による自転車の動力変換装置においては、従来の技術にお いて突き出たペダルシャフトに取り付けられていたＢＤＰＡ部は、後輪のハブシ ェルに取り付けられるため、ペダルを反対に踏むことによって、不便もなく前方 に進行でき、同時に、変速部は、自転車を駆動させるために必要とされるエネル ギーを有効に利用するように、ＢＤＰＡ部とともにハブシェルに取り付けられる 。また、自転車の動力変換装置は、従来の自転車の後輪に簡単に装着でき、その ため、従来の自転車の部品との互換性が改良される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による自転車ハブの動力変換装置の断面図。 図２は、図１に示されている自転車ハブの動力変換装置の分解斜視図。 図３Ａと３Ｂと３Ｃは、本発明による動力変換装置の変速部の第１キャリヤの それぞれ、左側面図、正面断面図、右側面図。 図４Ａと４Ｂと４Ｃは、本発明による動力変換装置の変速部の第１リングギア のそれぞれ、左側面図、正面断面図、右側面図。 図５Ａと５Ｂと５Ｃは、本発明による動力変換装置の両方向ペダル装置（ＢＤ ＰＡ）部の第２リングギアのそれぞれ、左側面図、分解された正面断面図、右側 面図。 図６Ａと６Ｂ図は、本発明による動力変換装置のＢＤＰＡ部の第２キャリヤの それぞれ、正面断面図、ａ−ａ線に沿った断面図。 図７は、本発明による動力変換装置のＢＤＰＡ部のラチェットホイールの分解 された正面断面図。 図８Ａと８Ｂ図は、本発明による動力変換装置のＢＤＰＡ部の第３キャリヤの それぞれ、正面断面図、ａ−ａ線に沿った断面図。 図９Ａと９Ｂと９Ｃは、本発明による動力変換装置のドライブホイールのそれ ぞれ、左側面図、正面断面図、右側面図。 図１０Ａと１０Ｂと１０Ｃは、それぞれ動力が時計回り、反時計回りに加えら れたときの運転中の状態とアイドリング状態を説明している、図１のａ−ａ線に 沿った断面図。 図１１は、本発明の動力変換装置において、速度を第１段階に変えるときの運 転中の状態を示す図。 図１２は、本発明の動力変換装置において、速度を第２段階に変えるときの運 転中の状態を示す図。 図１３は、本発明の動力変換装置において、速度を第３段階に変えるときの運 転中の状態を示す図。 発明を実施する最適の形態 図１及び２を参照して、本発明の動力変換装置を大まかに説明する。 図１と２において、本発明の動力変換装置の変速部(transmission)Ｉは中央ハ ブシャフト１０の左側、クラッチ４０と両方向ペダル装置（ＢＤＰＡ）部IIは中 央ハブシャフト１０の中央と右側に、それぞれ配置されている。また、クラッチ ４０、ＢＤＰＡ部、変速部Ｉを含むサブアセンブリーは、ハブシェルによって包 まれている。駆動ホイール９０に接続された支持ロッド２と従動スプロケット９ ４は、動力変換装置の左右端部にそれぞれ取付けられている。 ハブシャフト１０の左右の部分は、中空の筒状であり、レバー３とピンレバー ４が左右の部分にそれぞれ差し入れられている。ここで、レバー３はクラッチ４ ０を、ピンレバー４０は、ＢＤＰＡ部の第３のキャリヤ８０を、それぞれ、コン トロールする。また、ハブシャフト１０の左右の部分は、従来の自転車にこの動 力変換装置を取付けるときに、自転車のフレームに取付けられるねじ状の外表面 となっている。ここで、支持ロッド２は、本発明の動力変換装置を自転車のフレ ームに固定するための補助的な手段として使用される。 以下に、本発明の動力変換装置を図面を参照して、詳細に説明する。 上記のように、本発明の動力変換装置は、基本的に、変速部Ｉ、クラッチ４０ 、ＢＰＤＡ部IIを含む。また、これらの３つの部分は、ハブシャフト１０を中心 にして連結され、サブアセンブリーを形成するようにハブシェル１００によって 包まれている。さらに、サブアセンブリーの両側は、最終的なユニットを形成す るようにカバー５と１０３によって閉塞されている。従って、本発明は、その周 りにすべての部品が取付けられるハブシャフト１０、そして、変速部Ｉ、クラッ チ４０、ＢＰＤＡ部II、及びその他の要素を含む主要な構成要素の順に詳細に説 明される。 詳細な記述に先立って、以下の点を明瞭にする。すなわち、本発明の動力変換 装置は回転運動をするためのものであるから、装置の主要部は、円形で、筒状、 又は中空の筒状をしている。また、動力変換装置中に採用されたすべてのラチェ ットは、両方向ラチェットである第４のラチェット７２を除いて、前方向ラチェ ットである。 最初に、本発明による動力変換装置のハブシャフト１０を、図１と２を参照し て説明する。図２に示されるように、このハブシャフト１０は、多段を具えた中 空シャフトを有している。このハブシャフト１０の外側には、ねじ部、第１のス プライン１１、第１の太陽歯車１２、第１のピン孔１３、第２のスプライン１４ 、第２のピン孔１５、及びその他のねじ部が、左から右へ形成されている。また 、ハブシャフト１０の内側にも、左右の部分に筒状の孔が形成されているが、こ の筒状の孔は、ハブシャフト１０を貫通していない。後述する動力変換装置の構 成要素は、上記の順序で形状が形成されたハブシャフト１０に取付けられる。 動力変換装置の主たる要素の１つである変速部Ｉを、図１乃至４Ｃを参照して 説明する。変速部Ｉは、後で、順に説明される第１太陽歯車１２、第１のキャリ ヤ２０、及び第１のリングギヤ３０を含む。 変速部Ｉの第１の太陽歯車１２は、回転しないように、ハブシャフト１０の左 側に一体的に形成されている。 変速部Ｉの第１のキャリヤ２０は、図１，２，３Ａから３Ｃに示されるように 、中空の筒状である。２つの開口２５が第１のキャリヤ２０の左側の外周上に形 成されており、４つの孔が周上に形成され、第３のスプライン溝２４が右側の内 部に形成されている。第１の爪２１が、左側の外周に沿って形成された開口２５ 内に入れられている。また、複数の遊星歯車２２が、第１のキャリヤ２０の円周 上に形成された孔に配置され、各遊星歯車２２の中心には、第１のキャリヤ２０ の軸方向と同方向に回転するように、遊星歯車シャフト２３がある。 上記の形状の第１のキャリヤ２０においては、第１のキャリヤ２０の第１の爪 ２１は、後述するハブシェル１００の第１のラチェット１０１に係合し、遊星歯 車２２の内側は第１の太陽歯車１２に係合し、第１のキャリヤ２０の第３のスプ ライン溝２４が、後述するクラッチ４０の第３のスプライン４１に係合する。 変速部Ｉの第１のリングギヤ３０は、図１，２，４Ａ乃至４Ｃに示されるよう に、中空の筒状である。第１の歯車３１は、左側の内壁に形成され、２つの孔が その周上に形成され、第３のラチェット３２が右側の内壁に形成されている。第 ２の爪３３はスプリング３４によって弾性的に第１のリングギヤ３０の孔中に取 付けられる。ここで、第２の爪３３はブーメランに似た形で、第２の爪３３の中 心は、第１のリングギヤ３０の軸と平行に取付けられている。 上記の形状の第１のリングギヤ３０において、第１の歯車３１は遊星歯車２２ の外側に係合し、第２の爪３３の外側はハブシェル１００の第２のラチェット１ ０２に係合し、その内部はクラッチ４０の突起４２に係合し、第３のラチェット ３２は、後述するＢＤＰＡ部IIの第２のリングギヤ５０の第３の爪５５に係合す る。 上記のような構成の変速部Ｉは、ＢＤＰＡ部IIからの動力を受け、以下に説明 されるクラッチ４０の位置に応じて、低速、中速、又は高速で、その動力をハブ シェル１００に伝達する。 本発明による動力変換装置のクラッチ４０は、図１と２に示されるように中空 の筒状である。クラッチ４０は、左側の外部にある多数の傾斜トングを具えた第 ３のスプライン４１と、その円周を貫通して設けられた２つの孔と、右側の外部 の４つの突起４２を具えている。上記の形状のクラッチ４０において、第３のス プライン４１は変速部Ｉの第１のキャリヤ２０の第３のスプライン溝２４に係合 し、４つの突起４２は、後述するＢＤＰＡ部IIの第２のリングギヤ５０の４つの スロット５２にスライド可能に連結されている。 ハブシャフト１０を中心にクラッチ４０を取付けるために、固定リング４３、 クラッチキー４４、クラッチリング４５、クラッチスプリング４６等を含む補助 部品が必要である。それぞれの補助部品の形状は、これから説明する組立過程を 理解すれば、想像され得るであろう。クラッチ４０の組立において、その円周上 に２つの孔を具えた固定リング４３は、第１のピン孔１３に接触させるように、 まずハブシャフト１０に通され、クラッチ４０は固定リング４０の上に置かれる 。それから、ハブシャフト１０の第１のピン孔１３、固定リング４３の孔、クラ ッチ４０の孔が、整合され、クラッチキー４４がそれぞれの２つの孔に貫通され る。さらに、その左側に一組の顎（jaw）を具えたクラッチリング４５が、クラ ッチキー４４が貫通された上記の組立体の上に置かれ、このようにしてクラッチ キー４４はクラッチリング４５の顎によって固定される。この組み立てられたク ラッチ部の外部は、クラッチ４０を弾性的にコントロールするクラッチスプリン グ４６によって支持される。クラッチ４０は、レバー３によってコントロールさ れる。すなわち、クラッチ４０の位置は、レバー３を引くと右に移動され、レバ ーを解除すると、クラッチ４０は始めの位置に戻る。クラッチ４０は、高速走行 のために左側に移動されている間は、ＢＤＰＡ部IIからの動力を変速部Ｉへ伝達 するが、中速と低速走行のために右側に移動されている間は、動力を変速部Ｉに 伝達しない。 ＢＤＰＡ部IIを、図１，２，５Ａ乃至８Ｃを参照して説明する。ＢＤＰＡ部II は、第２のリングギヤ５０、第２のキャリヤ６０、ラチェットホイール７０、第 ３のキャリヤ８０を含み、これらについて、以下に説明する。 ＢＤＰＡ部IIの第２のリングギヤ５０は、図５Ｂに示されるように、別々に製 造された３つの部品を結合させることによって、サブアセンブリー（図２参照） を形成している。サブアセンブリーは、各要素が回転運動中に一定的に回転する ため、１つの部品とみなすことができる。 ２つの開口５１が左側の円周に形成され、４つのスロット５２が左側の内部に 形成されている。また、第２の歯車５３が中間部の内壁に形成され、第５のラチ ェット５４が、右側の内壁に形成されている。第３の爪５５が、左側の円周に形 成された２つの開口内に配置される。 上記の形状の第２のリングギヤ５０において、第３の爪５５は第１のリングギ ヤ３０の第３のラチェット３２に係合し、４つのスロット５２はクラッチ４０の ４つの突起４２にスライド可能に各々取付けられている。また、第２のギヤ５３ は後述の第２のキャリヤ６０の２段階の遊星歯車６３に係合し、第５のラチェッ ト５４は、後述の第３のキャリヤ８０の第５の爪８５に係合する。 ＢＤＰＡ部IIの第２のキャリヤ６０の形状は、図１，２，６Ａ，６Ｂに示され た中空のシリンダと似ている。ナット孔６１が左側の円周を貫通し、第２のスプ ライン溝６２が左側の内部に形成されている。また、４つの孔が第２のキャリヤ ６０の円周を貫通し、２段遊星歯車６３は、各孔にある対応する遊星歯車シャフ ト６４によって回転可能に取付けられている。上記の形状の第２のキャリヤ６０ は、ハブシャフト１０の第２のスプライン１４に連結され、ボルト（図示せず） が、第２のキャリヤ６０がハブシャフト１０から滑らないようにナット孔６１に 貫通されているので、第２のキャリヤ６０は一体的にハブ１０に連結される。 図２に示されるように、２段遊星歯車６３のそれぞれの小さなギヤは、第２の 太陽歯車７１に係合し、それぞれの大きなギヤは第２のリングギヤ５０の第２の ギヤ５３に係合する。第２のキャリヤ６０自体は回転しないが、２段遊星歯車６ ３が回転する間だけ、反時計回りにかけられた動力を時計回りに変換する。 ２段遊星歯車６３は、組になったギヤの直径と異なる割合である他の２段遊星 歯車と取替可能に設計されているので、そうすることによって、２段遊星歯車を 含むＢＤＰＡ部IIは、変速手段としても役立つ。 ＢＤＰＡ部IIのラチェットホイール７０は、図７に示されるように別々に製造 された２つの部品を結合させることによって形成されたサブアセンブリー（図２ 参照）である。第２の太陽歯車７１はラチェットホイール７０の左側に位置し、 第４のラチェット７２はラチェットホイール７０の右側の内壁に形成されている 。 ラチェットホイール７０の第２の太陽歯車７１は、第２のキャリヤ６０の２段 遊星歯車６３に係合し、第４のラチェット７２は第３のキャリヤ８０の第４の爪 ８４に係合する。周囲の部品と係合しているラチェットホイール７０は、ハブシ ャフト１０の周りに回転可能に取付けられ、受け入れた動力を第２のキャリヤ６ ０に伝達するように、反時計回りの力だけを受け入れる。故に、ラチェットホイ ール７０は、反時計回りにのみ回転する。 最後に、ＢＤＰＡ部IIの第３のキャリヤ８０は、図１，２，８Ａ，８Ｂに示さ れるように、中空の筒状である。 ２つの溝８１が、第３のキャリヤ８０の周上に切り込まれ、第４と第５の爪８ ４，８５が、溝８１内に爪シャフト８６によって回転可能に連結されている。こ こで、第４と第５の爪８４，８５は、２つの端部が切欠かれた三角形状（図１０ 参照）で、爪スプリング８７（図１参照）の弾性によって対角線上に連結されて いる。また、４つの溝８３が、第３のキャリヤ８０の軸に平行に、第３のキャリ ヤ８０の内壁に形成されている。上記の形状である第３のキャリヤ８０において 、第４の爪８４がラチェットホイール７０の第４のラチェット７２に係合し、第 ５の爪８５が第２のリングギヤ５０の第５のラチェット５４に係合する。また、 第３のキャリヤ８０の内壁に形成された溝８３が、駆動ホイール９０のそれぞれ のトング９１に当接させられている。ここで、溝８３の幅は、トング９１の２倍 かそれ以上である（図１０参照）。第３のキャリヤ８０は、動力分配機として周 囲の部品に連結され、駆動ホイール９０からの時計回りの動力を、第５の爪８５ と第５のラチェット５２を使用して第２のリングギヤ５０に伝達し、駆動ホイー ル９０からの反時計回りの動力を、第４の爪８４と第４のラチェット７２を使用 してラチェットホイール７０に伝達する。 次に、動力変換装置の駆動ホイール９０を、図１，２，９Ａ乃至９Ｃを参照し て説明することにする。中空の筒状である駆動ホイール９０は、左側の外部に４ つのトング９１を具え、ピン９８が貫通する２つの孔９２が左側の円周上に形成 され、開口９３が右側の円周上に形成されている。ここで、従動スプロケット９ ４は、開口９３にしっかりと固定されている。 上記の形状の駆動ホイール９０において、トング９１は、第３のキャリヤ８０ の第４の爪８４と第５の爪８５の下に位置する。故に、駆動ホイール９０は、従 動スプロケット９４の回転方向に応じて、選択的に、動力をＢＤＰＡ部IIに伝達 する。 他方、図１，２に示されるように、第２のキー９６を保持するためのキーホル ダー９５は駆動ホイール９０の左側の下に位置し、中間部にねじこまれる第２の キー９６はピンレバー４の一方の端部にねじ止めされる。キーホルダー９５の外 部は、右向きにテーパ加工されており、ドライブホイール９０の孔９２に摺動可 能に貫通されたピン９８の上方向と下方向の動きをコントロールするようになっ ている。すなわち、ピンレバー４を引くと、キーホルダー９５が右に移動し、ピ ン９８が上昇させられる。一方、ピンレバー４を解放して、キーホルダー９５を もとの位置に戻すと、ピン９８ももとの位置に戻る。 最後に、動力変換装置のハブシェル１００は、図１と２に示されるように、多 段の中空の筒状である。第１と第２のラチェット１０１，１０２は、その左側と 中間の内壁にそれぞれ形成されている。ハブシェル１００は、第１のリングギヤ ３０（中速度、又は高速）又は第１のキャリヤ（低速）から動力を受けることに よって、自転車の後輪を動かす。また、ハブシェル１００も、本発明の動力変換 装置に使用される部品を保護するハウジングとして機能する。ハブシェル１００ の右端部は、カバー１０３によって閉鎖されている。 図１と２の参照番号６は、本発明の動力変換装置をハブシャフト１０に固定す るためのナットを示し、参照番号７は、動力変換装置をスムーズに回転させるた めのベアリングを示している。 上記の構成を有する本発明による動力変換装置の操作上の効果を、以下に説明 する。 本発明の動力変換装置は、動力の回転方向と、動力の入力−出力の割合を同時 にコントロールするものであるから、そのような動力変換装置の操作上の効果を 、加えられた動力の方向を、時計回りと反時計回りに分類することによって説明 することにする。 まず、動力が時計回りに加えられた場合について説明する。ここで、動力がＢ ＤＰＡ部IIに加えられるまでの過程を説明した後、第１のステージ（低速）、第 ２のステージ（中速）、及び第３のステージ（高速）の速度変換過程を順を追っ て説明する。 第１に、動力変換装置に時計回りの力が加えられると、従動スプロケット９４ は時計回りに回転し、従動運転スプロケット９４と一体に形成されている駆動ホ イール９０も、従動スプロケット９４と一緒に時計回りに回転する。ここで、図 １０Ａに示すように、駆動ホイール９０のトング９１が第３のキャリヤ８０の第 ４の爪８４（点線で示されている。）を上昇させる。その結果、第４の爪８４が ラチェットホイール７０の第４のラチェット７２から解放され、同時に、第３の キャリヤ８０の第５の爪８５（実線で示されている。）は上昇されずに、爪スプ リング８７（図１参照）の弾性によって、第２のリングギヤ５０の第５のラチェ ット５４に係合する。このようにして、駆動ホイール９０、第３のキャリヤ８０ 、第２のリングギヤ５０が、一体的に、時計回りに回転する。 時計回りに加えられた動力は、その方向を変えることなく第２のリングギヤ５ ０に到達し、そして、変速部Ｉに、第１、第２、第３のステージである回転速度 に変換するよう伝達される。 次に、回転速度が変速部Ｉによって、第１のステージに変換される過程を、図 １１を参照して説明する。第１のステージの回転速度を得るための前提条件とし て、ハブシェル１００の第２のラチェット１０２から第２の爪３３を解放するよ うにレバー３を引くことによって、クラッチ４０の第３のスプライン４１により 第１のリングギヤ３０の第２の爪３３の一端部が上昇させられなければならない 。 ここで、レバー３の一方の端部が引かれると、レバー３の他端部は、ハブシャ フト１０に配置された固定ピン８を中心として右側に押されるので、クラッチ４ ０は、図１１に示されるように右方向に移動する。故に、レバー４の他端に接す るクラッチキー４４、固定リング４３、及びクラッチリング４５が互いに押し合 い、それによって、クラッチ４０は右に移動する。 第１のステージの回転速度では、動力は、図１１に示されるように、第２のギ ヤ５０、第１のリングギヤ３０、第１のキャリヤ２０、ハブシェル１００に、順 次伝達される。動力が第１のリングギヤ３０から第１のキャリヤ２０の遊星歯車 ２２に伝達されるとき、回転速度は減速される。ここで、減速の割合はギヤの割 合によって左右され、ここでの原則は、一般の速度変換手段と同じである。 変速部Ｉによって第２のステージに変換される回転速度の過程が、図１２を参 照して説明される。第２のステージの回転速度を得るための前提条件としては、 クラッチ４０の第３のスプライン４１が、レバー３を半分引くことによって、第 １のリングギヤ３０の第２の爪３３の近くに位置しなければならない。故に、第 ２のリングギヤ５０から加えられた動力は、第１のキャリヤ２０ではなくて、第 １のリングギヤ３０のみに伝達される。他方、クラッチ４０は第２の爪３３に達 していないので、第１のリングギヤ３０の第２の爪３３は、ハブシェル１００の 第２のラチェット１０２に係合している。 第２のステージの回転速度においては、図１２に示されるように、動力は第２ のリングギヤ５０、第１のリングギヤ３０、ハブシェル１００に、順次、伝達さ れる。動力が第１のリングギヤ３０から加えられ、それからハブシェル１００に 伝達される場合、動力の適用と伝達速度は、ギヤ比が同じであるから、互いに同 じとなる。ここで、第１のリングギヤ３０に係合している第１のキャリヤ２０が 第１のリングギヤ３０とともに回転するが、第１のキャリヤ２０が減速して回転 するので、動力はハブシェル１００に伝達されない。 変速部Ｉによって、回転速度が第３のステージに変換される過程は、図１３を 参照して説明される。第３のステージの回転速度を得るための前提条件としては 、レバー３が動くことなく最初の位置にあり、クラッチ４０の第３のスプライン ４１が、第１のキャリヤ２０の第３のスプライン溝２４に係合していなければな らない。 第３のステージの回転速度において、図１３に示されるように、動力は、第２ のリングギヤ５０、クラッチ４０、第１のキャリヤ２０、第１のリングギヤ３０ 、ハブシェル１００に、順次、伝達される。第１のキャリヤ２０から第１のリン グギヤ３０に動力が伝達されるとき回転速度が増加しているので、第２のリング ギヤ５０から加えられた動力は、第１のリングギヤ３０を飛ばしてクラッチ４０ を通って、直接、第１のキャリヤ２０に伝達される。すなわち、第１のリングギ ヤ３０は第２のリングギヤ５０よりも高速で回転しているので、第３の爪５５は 第３のラチェット３２に係合しない。 次に、動力変換装置に加えられる動力が反時計回りのとき、動力をＢＤＰＡ部 IIに伝達する過程について説明する。この場合、従動スプロケット９４は反時計 回りに回転し、従動スプロケット９４と一体に形成された駆動ホイール９０も、 従動スプロケット９４と一緒に反時計回りに回転する。ここで、図１０Ｂに示さ れるように、駆動ホイール９０のトング９１は、第３のキャリヤ８０の第５の爪 ８５（実線で示されている。）を上昇させる。結果として、第５の爪８５は、第 ２のリングギヤ５０の第５のラチェット５４から解放され、同時に、上昇されな い第３のキャリヤ８０の第４の爪８４（点線で表現）は、爪スプリング８７（図 １参照）の弾性によって、ラチェットホイール７０の第４のラチェット７２に係 合される。このようにして、駆動ホイール９０、第３のキャリヤ８０、ラチェッ トホイール７０は、一体として反時計回りに回転する。 駆動ホイール９０から反時計回りの動力が加えられ、その方向を変えることな くラチェットホイール７０に到達したとき、ラチェットホイール７０は動力を第 ２のキャリヤ６０の２段遊星歯車の小さい方のギヤに伝達する。ここで、２段遊 星歯車６３は、それ自身のシャフトを中心に回転する間、動力の回転方向を時計 回りに変換するので、動力は２段遊星歯車６３の大きい方のギヤを通して第２の リングギヤ５０に伝達される。このようにして、駆動ホイール９０に加えられた 反時計回りの動力の回転方向は、ラチェットホイール７０と第２のキャリヤ６０ を通して変換されるので、第２のリングギヤ５０は時計回りに回転する。動力を ＢＤＰＡ部IIへ伝達した後、動力を変速部Ｉへ伝達する過程は、ドライブホイー ル９０から時計回りの動力が加えられたときと同様である。 本発明の動力変換装置に使用された２段遊星歯車６３において、２段遊星歯車 ６３を構成する各組の直径の比は、第２のキャリヤ６０から第２のリングギヤ５ ０への動力伝達速度が一定となるように、コントロールされている。しかしなが ら、ＢＤＰＡ部IIの回転速度が減速又は増加することが望まれるから、２段遊星 歯車６３の小さいギヤと大きいギヤの直径の比を変えることができよう。このよ うにして、変速部Ｉにおいて、３つのステージの速度変換の組合せによる様々な 速度に、回転速度をコントロールすることができる。 第３に、駆動ホイール９０がアイドリングしている間の動力変換装置の動力伝 達過程を、図１０Ｃを参照して説明する。 駆動ホイール９０のアイドリングは、動力が反時計回りに加えられたときのみ に可能であり、前述の動力が時計回りに加えられたときと同様に、動力は伝達さ れる。 駆動ホイール９０のアイドリングのための前提条件としては、ピン９８（図１ ，２参照）が、駆動ホイール９０の左側の円周上に形成された孔９２から、ピン レバー４を引き上げることによって上昇されていなければならない。 この状態は図１０Ｃに示されているが、他の第４の爪８４もピン９８によって 上昇されていることを除けば、図１０Ｂと同様である。この状態は、第３のキャ リヤ８０の第４と第５の爪８４，８５の双方が、第４と第５のラチェット７２， ５４からそれぞれ解放されていることを意味する。故に、駆動ホイール９０の動 力は、ＢＤＰＡ部IIに伝達されず、駆動ホイール９０はアイドルとなる。 さらに付加すると、駆動ホイール９０が反時計回りのとき、第３のキャリヤ８ ０が回転することを防止するために、第３のキャリヤ８０を支持するためのリン グ８８が、第３のキャリヤ８０とラチェットホイール７０の間に挿入される。 産業上の利用可能性 上記のように、本発明による自転車のハブの動力変換装置は、コントロールレ バーによって、加えられた動力の方向と速度を自由に変換することができる。 本発明の装置は、従来の自転車の部品に見事に調和するので、本発明の装置は 従来の自転車に取付けることができる。そして、本発明の装置は、動力が加えら れる方向を考慮せずにあらゆる場合に自転車を前進運転することができ、一般的 な自転車のように、もし必要ならば、後方向にペダリングしたときにアイドリン グすることもできる。さらに、加えられた動力の速度は、３つの段階に変換する ことができる。ここで、３つ又はそれ以上の速度変換は、装置に含まれる部品を 部分的に交換することによって、可能となる。 運転者が本発明の装置の自転車を運転するとき、運転者の足の筋肉は釣り合い を保って発達させることができ、同時に、ペダルにかける力は効果的に利用され る。そして、本発明のの装置は、その全ての部品を含む自転車の多目的の付属装 置となり、高い安全性と操作の快適性を提供する。加えて、部品の精密さと回転 の効率、耐久性、操作の信頼性は、部品の精密性を増進させることによって改善 される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の遊星歯車を採用した変速部を含む自転車の速度変換装置であって、 前記動力変換装置の中心シャフトとしてすべての構成要素を支持するためのハ ブシャフトであって、一端が変速手段に、中央部が接続手段に、他端が両方向ペ ダル装置（ＢＤＰＡ）手段に接続されているハブシャフトと、 接続手段とＢＤＰＡ手段から得た動力を多段に変換し、結果として生じる動力 をハブシェルに伝えるための変速手段と、 ＢＤＰＡ手段から動力を受け、受けた動力を前記変速手段に伝えるための接続 手段と、 方向変換された動力を前記変速手段に伝えるようにインプット手段から時計回 り、又は反時計回りに与えられた動力の方向を時計回りに変換し状況に応じて入 力手段から反時計回りに与えられた動力をブロックするためのＢＤＰＡ手段と、 一組のペダルから生じた動力を前記ＢＤＰＡ手段に提供するためのインプット 手段と、そして、 ハウジングとして前記変速手段、前記接続手段、及び前記ＢＤＰＡ手段を保護 し、同時に前記変速手段から動力を受けることによって自転車を駆動させるため に前記ハブシャフトの周りに取り付けられたハブシェルとを有してなる、 自転車ハブの動力変換装置。 ２．前記ハブシャフトが多段を具えた中空の形状で、ねじ部、第１のスプライ ン、第１の太陽歯車、第１のピン孔、第の２スプライン、第２のピン孔、及びも う１つのねじ部が、前記ハブシャフトの左から右に形成されている、請求項１の 動力変換装置。 ３．請求項１の動力変換装置であって、前記変速手段が、 回転しないように前記ハブシャフトの左の部分に一体的に形成された第１の太 陽歯車と、 中空の筒形状であって、左側の外周に少なくとも１つの開口を具え、そこに該 開口の数と同じ数の第１の爪が取り付けられ、周囲に少なくとも１つの開口を具 え、該開口の数と同じ数の遊星歯車が該遊星歯車の各シャフトを中心にして前記 ハブシャフトと同じ方向に回転できるように取り付けられ、さらに、右側の内部 に第３のスプラインを有し、前記第１の爪は前記ハブシェルの第１ラチェットと 係合し、前記遊星歯車の内側が前記第１の太陽歯車と係合し、前記第３のスプラ インの溝が前記接続手段の第３のスプラインと係合している、第１キャリヤと、 中空の筒形状であって、左側の内壁に第１の歯車を具え、周囲に少なくとも１ つの孔を具えてその中に第２の爪がばねによって弾性的に取り付けられており、 右側の内壁に第３のラチェットを具え、前記第１のギアが前記遊星歯車の外側と 係合し、前記第２の爪の内側が前記接続手段と係合し、前記第３のラチェットが 前記第２のリングギアの第３の爪と係合している、第１のリングギアとを有して なる、 動力変換装置。 ４．前記第１のキャリヤの遊星歯車の数が４である、請求項３の動力変換装置 。 ５．前記第１のリングギアの第２の爪がブーメランの形状をしている、請求項 ３の動力変換装置。 ６．請求項１の動力変換装置であって、中空の円筒の形をした前記接続手段が 左側の外部に複数の傾斜したトングと、外周を貫通する２つの孔と、右側の外周 にある４つの突起とを有し、前記第３のスプラインが前記第１のキャリヤの第３ のスプラインの溝と係合し、前記４つの突起が前記第２のリングギアのスロット と滑動可能に接続されている、動力変換装置。 ７．前記クラッチの位置が前記ハブシャフトに取り付けられたレバーによって コントロールされて、前記変速手段が回転速度を変えるようになっている、請求 項６の動力変換装置。 ８．請求項１の動力変換装置であって、前記ＢＤＰＡ手段が、 左側の周囲に少なくとも１つの開口があってそこに第３の爪が挿入され、左側 の内部に少なくとも１つのスロットがあり、中間部の内壁に第２のギアがあり、 右側の内壁に第５のラチェットがあり、前記第３の爪が第３のラチェットと係合 し、前記スロットが前記クラッチの突起に滑動可能に連結され、前記第２の歯車 が複数の２段遊星歯車と係合し、前記第５のラチェットが前記第５の爪に係合し ている、第２のリングギアと、 中空の円筒形状であって、左側の周囲にナット孔と、左側の内部に第２のスプ ラインの溝と、周囲に少なくとも１つの孔を具えその中に２段の遊星歯車が対応 する遊星歯車シャフトによって回転可能に取付けられ、前記第２のキャリヤが前 記ハブシャフトの第２のスプラインに接続され且つ前記ナット孔にボルトを差し 込むことによって前記ハブシャフトに一体的に接続され、前記２段遊星歯車の小 さい歯車が第２の太陽歯車に係合し、大きい歯車が第２の歯車に係合している、 第２のキャリヤと、 多段を具えた中空の筒状で、左側の第２の太陽歯車と、右側の内壁に第４のラ チェットを有し、前記ラチェットホイールが、前記第４のラチェットが第３のキ ャリヤの第４の爪と係合するように、前記ハブシャフトの周りに回転できるよう に取付けられている、ラチェットホイールと、 中空の円筒形状の第３のキャリヤであって、周囲に２つの溝を有しその中に第 ４と第５の爪が爪シャフトにより回転可能に取付けられており、内壁に少なくと も１つの溝があり、前記第４の爪が前記第４のラチェットと係合し、前記第５の 爪が前記第５のラチェットと係合し、前記内壁に形成されている溝が駆動ホイー ルの各トング上に位置している、第３のキャリヤとを有してなる、 動力変換装置。 ９．中空の筒状の前記入力手段が、左側の外側にある前記第３のキャリヤの内 壁に形成された溝のそれと同じ数のトングを有する駆動ホイールで形成されてお り、左側の外部の周囲にあってピンが貫通する孔と、補助駆動スプロケットがし っかり接続されている右側外周の開口とを有し、前記トングが前記第３のキャリ ヤの前記第４の爪と第５の爪の下側に位置するようになっている、請求項１の動 力変換装置。 10．前記第４の爪を押し上げるためにピンが前記駆動ホイールに挿入されてい る、請求項９の動力変換装置。 11．前記ピンがピンレバーによって上下にコントロールされる、請求項１０の 動力変換装置。 12．前記ハブが多段を具えた中空の筒状で、左側の内壁に第１のラチェットを 、中間部に第２のラチェットを有し、前記第１のラチェットが第１の爪に係合し 、前記第２のラチェットが第２の爪に係合する、請求項１の動力変換装置。