JPH1149074A - 自転車用内装変速ハブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠心力により変速比を切換可能な内装変速ハ
ブにおいて、簡単に組立分解できるようにする。 【解決手段】 自転車用内装変速ハブ１０は、遠心力に
より変速比を切換可能なハブであって、ハブ軸２１と駆
動体２２と従動体２３と遊星歯車機構２４とクラッチ機
構２５とクラッチ切換機構２６と固定ボルト６６とを備
えている。従動体は、ハブ軸回りに回転可能なハブシェ
ル６０を有している。遊星歯車機構は、駆動体からの回
転を変速して従動体に伝達する。クラッチ機構は、駆動
体と従動体とを連結・遮断する。クラッチ切換機構は、
揺動する重り部材７７と、重り部材の揺動に連動して回
動可能な制御部材と、重り部材及び制御部材が装着され
ハブ軸回りに回転可能でありクラッチ機構を介して駆動
体に連結された動力伝達体６１を有している。固定ボル
トは、ハブ軸と同芯に配置され動力伝達体とハブシェル
とを連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内装変速ハブ、特
に、入力体の回転を選択された変速比で変速して出力体
に伝達するとともに、遠心力により前記変速比を切換可
能な自転車用内装変速ハブに関する。

【０００２】

【従来の技術】２０インチの車輪を有するＢＭＸと呼ば
れる小型の自転車は、オフロードを走行するモトクロス
レースに使用されている。この種のモトクロスレースに
使用されるＢＭＸは、通常はたとえばギアクランク側が
歯数４３枚程度で、後輪の小ギア側が歯数１６枚程度の
固定の変速比で後輪が駆動されている。

【０００３】ＢＭＸを用いたモトクロスレースではスタ
ートダッシュをいかに速くするかが重要である。スター
ト時の加速度を大きくするためには、スタート時に通常
走行時より僅かに軽いギア比に減速した方がよい。この
ため、クロスレシオの２枚のスプロケットを有する小ギ
アとリアディレーラとからなる外装変速機と、リアディ
レーラとケーブルで連結された変速レバーとを装着した
ＢＭＸがモトクロスレースで使用されている。

【０００４】しかし、外装変速機を装着するとそれを動
作させるための変速レバーによる操作が必要になる。Ｂ
ＭＸを用いたモトクロスレースでは細かな起伏やカーブ
が連続したコースを走行するのでハンドル操作が忙しく
変速操作を行う暇があまりない。このため、レース中に
変速操作を行うのは煩わしい。そこで、後輪に内装変速
ハブを装着して速度に応じて遠心力により自動的に内装
変速ハブを変速するようにすれば変速操作を行わなくて
もよい。この種の内装変速ハブが特公昭４９−２０６５
６号公報に開示されている。この内装変速ハブは、ハブ
軸と、ハブ軸回りに回転可能な駆動体と、ハブシェル
と、駆動体からハブシェルに回転を変速して伝達するた
めの遊星歯車機構と、遊星歯車機構の出力をハブシェル
に伝達・遮断するクラッチ機構と、クラッチ機構を遠心
力により切り換えるためのクラッチ切換機構と、遊星歯
車機構とハブシェルとの間に配置された支承スリーブと
を備えている。

【０００５】遊星歯車機構は、内歯ギアと、太陽ギア
と、内歯ギアと太陽ギアとに噛み合う複数の遊星ギア
と、複数の遊星ギアを支持するキャリアとを備えてい
る。クラッチ切換機構は、遠心力により揺動する重り部
材と重り部材の揺動に連動して回動する制御部材とを備
えている。この重り部材及び制御部材は、支承スリーブ
に回動自在に支持された重り支持体に装着されている。
重り支持体は内歯ギアに連結されており、クラッチ機構
は、重り支持体に収納された揺動するクラッチ爪を有し
ている。

【０００６】この内装変速ハブでは、所定の遠心力が作
用するまではクラッチ切換機構によりクラッチ機構が遮
断状態に保持され、駆動体の回転が、キャリア，支承ス
リーブを介してハブシェルに伝達され、ハブシェルが直
結駆動される。そしてハブが回転して所定以上の遠心力
が作用するとクラッチ切換機構の重り部材が揺動しクラ
ッチ機構が遮断状態から連結状態に切り換えられる。す
ると、駆動体の回転がキャリア，遊星ギア，内歯ギアを
介して重り支持体に出力され重り支持体からクラッチ機
構を介してハブシェルに伝達され、ハブシェルが増速駆
動される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成では直
結駆動から増速駆動に切り換えられるので、通常走行時
には遊星歯車機構を介した増速駆動になる。遊星歯車機
構では複数のギアを介して動力が伝達されるので動力伝
達効率が低下する。したがって、前記従来の構成では、
通常走行時に増速駆動されるので、通常走行時の動力伝
達効率が走行開始時に比べて低下する。

【０００８】通常走行時の動力伝達効率を高めるために
は、スタート時には遊星歯車機構により減速し、遠心力
が所定以上になると駆動体とハブシェルとを直結すれば
よい。この構成を実現するためには、駆動体から内歯ギ
ア，遊星ギア及びキャリアを介してハブシェルに回転を
伝達する減速経路と、駆動体からハブシェルに直接回転
を伝達する直結経路との２つの動力伝達経路を設け、２
つの経路をクラッチ機構で切り換えればよい。そこで、
前記従来の内装変速ハブの重り支持体をハブシェルに回
動不能に連結し、駆動体と重り支持体との間にクラッチ
機構を設けるとともに、重り支持体をキャリアに連結す
る構成が考えられる。この構成では、減速経路の場合に
は、駆動体、内歯ギア，遊星ギア、キャリア，重り支持
体を介してハブシェルに動力を伝達し、直結経路の場合
には、駆動体，クラッチ機構、重り支持体を介してハブ
シェルに動力を伝達する。

【０００９】このような構成で重り支持体とハブシェル
とを連結する場合、通常は溶接やカシメ等の固着手段に
より２つの部材を連結している。重り支持体とハブシェ
ルとを固着手段により連結すると、２つの部材を簡単に
芯出しできその芯出し精度が劣化しない。このため、高
速で回転する２つの部材の回転バランスがくずれにく
い。しかし、固着手段により連結すると２つの部材を分
解することができない。重り部材とハブシェルとを分解
できないと、重り部材の交換や調整を行うことが困難に
なる。重り部材の交換や調整を行えないと、変速タイミ
ングの変更を行えず、モトクロスレースにおいてコース
やライダーの好み等に応じて変速タイミングを調整でき
ない。

【００１０】そこで、複数のボルトによりハブシェルと
重り部材とを連結することが考えられる。しかし、複数
のボルトで重り支持体とハブシェルとを連結すると、組
立時のボルトの締結や分解時のボルトの取り外しが面倒
であるとともに、組立の都度２つの部材を芯出しして連
結する必要があり、組立がさらに面倒である。一方、自
転車用のフリーハブでは、実公平１−１３６０５号公報
にハブシェルとフリーハブの従動筒とを筒状ボルトで締
結した構成が開示されている。このような１本の筒状ボ
ルトで２つの部材を連結すれば、簡単に分解及び組立で
きかつ２つの部材の芯出しも行える。

【００１１】本発明の課題は、遠心力により変速比を切
換可能な内装変速ハブにおいて、簡単に組立分解できる
ようにすることにある。本発明の別の課題は、分解可能
な２つの部材を簡単に芯出しできるようにすることにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】発明１に係る自転車用内
装変速ハブは、入力体の回転を選択された変速比で変速
して出力体に伝達するとともに、遠心力により変速比を
切換可能なハブであって、ハブ軸と、駆動体と、従動体
と、動力伝達機構と、クラッチ機構と、クラッチ切換機
構と、筒状ボルトとを備えている。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ものである。従動
体は、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、駆動体と従動体との間に
配置され、駆動体からの回転を変速して従動体に伝達す
るための機構である。クラッチ機構は、駆動体と従動体
とを連結・遮断するための機構である。クラッチ切換機
構は、遠心力により内周側の第１位置から外周側の第２
位置に揺動する重り部材と、クラッチ機構を連結状態に
する連結位置と遮断状態にする遮断位置との間でハブ軸
回りに回動可能であり重り部材の揺動に連動して回動可
能な制御部材と、重り部材及び制御部材が装着されハブ
軸回りに回転可能でありクラッチ機構を介して駆動体に
連結されるとともに動力伝達機構の出力側に連結された
重り支持体とを有している。筒状ボルトは、ハブ軸と同
芯に配置され重り支持体と従動体とを連結する。

【００１３】この内装変速ハブでは、入力体が回転を始
め所定の遠心力が重り部材に作用すると、第１位置にあ
る重り部材は第２位置に揺動する。重り部材が第１位置
にある時には制御部材が遮断位置又は連結位置に配置さ
れる。制御部材が遮断位置に配置されている時には、ク
ラッチ機構が遮断状態になり駆動体と重り支持体とが遮
断され、駆動体の回転が動力伝達機構により変速されて
出力され重り支持体を介して従動体に伝達される。ま
た、制御部材が連結位置に配置されている時には、クラ
ッチ機構が連結状態になり駆動体と重り支持体とが連結
され駆動体の回転が重り支持体を介してそのまま従動体
に出力される。そして重り部材が第１位置から第２位置
に揺動すると制御部材が遮断位置から連結位置又は連結
位置から遮断位置に回動する。この結果、遮断位置から
連結位置に制御部材が配置された場合には動力伝達機構
による変速から直結に切り換えられ、連結位置から遮断
位置に制御部材が配置された場合には直結から動力伝達
機構による変速に切り換えられる。ここでは、重り支持
体と従動体とがハブ軸と同芯に配置された筒状ボルトに
より連結されているので、筒状ボルトを着脱するだけで
重り支持体と従動体とを簡単に組立分解できる。しかも
筒状ボルトにテーパ面等を設ければ分解可能な２つの部
材の芯出しも簡単に行える。

【００１４】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、重り支持体と従動体とは、
セレーション結合により回転不能に連結されている。こ
の場合には、２つの部材がセレーション結合により連結
されているので、２つの部材を位相を合わせて確実に回
転不能に連結できる。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、重り支持体
は、筒状ボルト装着孔の内周面に傾斜部を有し、筒状ボ
ルトは一端外周面に前記傾斜部に係合する傾斜面が形成
された突出部を有する。この場合には傾斜部に傾斜面を
係合させることで、２つの部材を筒状ボルトで締結する
だけで２つの部材の芯出しも行える。

【００１５】発明４に係る自転車用内装変速ハブは、発
明１から３のいずれかに記載のハブにおいて、重り支持
体は合金鋼製であり、従動体は軽金属製である。この場
合には、強度が必要な重り支持体だけを比重が大きい合
金鋼製にすることで、ハブ全体の軽量化を図れる。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、クラッチ機構は、重り支持
体の外周面に連結姿勢と遮断姿勢とに揺動自在に装着さ
れかつ制御部材により連結姿勢と遮断姿勢とに制御され
る連結爪部と、駆動体の内周面に設けられ連結姿勢にあ
る連結爪部を係止可能な連結歯部と、連結爪部を連結姿
勢側に付勢する付勢部材とを有する。この場合には、制
御部材が遮断位置に回動すると、連結爪部が遮断姿勢に
制御され駆動体の回転は従動体に伝達されない。連結姿
勢に制御されると連結爪部が付勢部材により連結姿勢側
に付勢され、その先端が連結歯部に係止される。このた
め、駆動体の回転が重り支持体に直接伝達される。ここ
では、連結爪部の揺動という簡単な構成で連結・遮断状
態を取り得るクラッチ機構を構成できる。

【００１６】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、動力伝達
機構の出力側と重り支持体との間に設けられ、動力伝達
機構の進行方向の回転に連動して重り支持体を進行方向
に回転させるワンウェイクラッチをさらに備える。この
場合には、クラッチ機構が遮断状態にあるとき出力側か
ら重り支持体に進行方向の回転のみ伝達できるととも
に、クラッチ機構が連結状態にあり重り支持体が出力側
より進行方向に高速で回転すると、出力側から重り支持
体に回転が伝達されない。

【００１７】発明７に係る自転車用内装変速ハブは、発
明１から６のいずれかに記載のハブにおいて、動力伝達
機構は、駆動体に設けられた内歯ギアと、ハブ軸に設け
られた太陽ギアと、内歯ギアと太陽ギアとに噛み合う複
数の遊星ギアと、ハブ軸回りに回転可能であり、遊星ギ
アを回転可能に支持する枠体とを有する遊星歯車機構で
ある。この場合には、駆動体の回転が内歯ギアから遊星
歯車機構に伝達され減速して枠体から従動体に出力され
る。このため、最初にクラッチ機構を遮断状態にし遠心
力により連結姿勢にすることで、スタート時には駆動体
の回転が減速して従動体で伝達され軽い力でペダルをこ
ぐことができ、スタートダッシュが速くなる。また、通
常走行時には連結状態に切り換わり直結状態になるので
遊星歯車機構による伝達効率の低下がなく効率よく回転
を伝達できる。しかも、遊星歯車機構により小さい空間
で大きな変速比から小さい変速比まで変速比を自由に得
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】

〔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ＢＭＸ車であり、ダイヤモンド形のフレー
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、後輪７を制動す
る横引きカンチレバー形の後ブレーキ装置９とを備えて
いる。

【００１９】フレーム１にはサドル１１、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９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。

【００２０】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
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に固定されるハブ軸２１と、ハブ
軸２１の一端外周にハブ軸回りに回動自在に装着された
駆動体２２と、ハブ軸２１及び駆動体２２のさらに外周
側に配置され後輪７に連結された従動体２３と、駆動体
２２の内周側に配置された遊星歯車機構２４と、駆動体
２２と従動体２３とを連結・遮断するクラッチ機構２５
と、クラッチ機構２５を切り換えるクラッチ切換機構２
６と、遊星歯車機構２４から従動体２３に進行方向の回
転のみ伝達するワンウェイクラッチ機構２７とを有して
いる。駆動体２２は、図２右端を軸受部３１によりハブ
軸２１に、左端を軸受部３２により従動体２３によりそ
れぞれ回転自在に支持されている。従動体２３は、軸受
部３３，３４により両端をハブ軸２１に回転自在に支持
されている。

【００２１】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ネジが形成されてい
る。ハブ軸２１の中央部よりやや図２右側に大径部２１
ａが形成され、大径部２１ａ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。ハブ軸２１の後爪２
ａの装着部分の内側には、軸受部３１，３４をそれぞれ
構成する碗状の玉押し面３１ａ，３４ａを有する玉押し
部材３７，３８がねじ込まれている。

【００２２】駆動体２２は、スプロケット２０の回転を
伝達するための部材である。駆動体２２は、図３に示す
ように、右端が軸受部３１に回転自在に支持された第１
筒部４０と、第１筒部４０に回転不能に連結され左端が
軸受部３２に回転自在に支持された第２筒部４１とを有
している。第１筒部４０は、図３右側の小径部４２と、
小径部４２の左側で拡径された大径部４３とから構成さ
れている。第１筒部４０の内部には、遊星歯車機構２４
を収納するための収納空間４４が形成されている。小径
部４２の端部外周面には雄ネジ部４２ａが形成され、そ
こにスプロケット２０を固定するためのロックナット４
５が螺合している。雄ネジ部４２ａに隣接する小径部４
２の外周面にはセレーション外歯からなるスプロケット
取付部４２ｂが形成され、スプロケット２０が回転不能
に取り付けられている。小径部４２の大径部４３側の内
周面には遊星歯車機構２４の内歯ギア５１が形成されて
いる。小径部４２の端部内周面には軸受部３１を構成す
る碗状の玉受け面３１ｂが形成されている。軸受部３１
は、この玉受け面３１ｂと、玉押し面３１ａと、玉受け
面３１ｂと玉押し面３１ａとの間に挟持された複数のボ
ール３１ｃとから構成されている。

【００２３】大径部４３の端部内周面には雌ネジ部４３
ａが形成されており、第２筒部４１の端面に形成された
雄ネジ部４１ａに螺合して第２筒部４１を回転不能に連
結している。大径部４３の外周面には従動体２３との隙
間をシールするシールリング２８が嵌め込まれている。
第２筒部４１は、第１筒部の内周面にねじ込まれる第１
筒部４０より小径の部材であり、その端部外周面には、
雌ネジ部４３ａに螺合する雄ネジ部４１ａが形成されて
いる。第２筒部４１の外周面には、雄ネジ部材４１ａに
隣接して第１筒部４０の大径部４３の先端が当接する当
接部４１ｂが形成されている。当接部４１ｂの外径は第
１筒部４０の大径部４３の外径と実質的に同じ寸法であ
る。第２筒部４１の内周側には、軸受部３２とクラッチ
機構２５とが配置されている。このため、第２筒部４１
の内周面には軸受部３２の玉受け面３２ｂと、クラッチ
機構２５のラチェット歯７０とが形成されている。軸受
部３２は、玉受け面３２ｂと、従動体２３の動力伝達体
６１（後述）の端部外周面に形成された玉押し面３２ａ
と、玉受け面３２ｂと玉押し面３２ａとの間に挟持され
た複数のボール３２ｃとから構成されている。

【００２４】このように駆動体２２を第１筒部４０と第
２筒部４１との２分割構成とすることで、軸受部３２を
設けても第２筒部４１部分の外径を第１筒部４０部分の
外径より大きくすることなく遊星歯車機構２４をハブ軸
２１に沿って装着できる。このため、ハブ全体の外径を
コンパクトに維持できる。従動体２３は、図２に示すよ
うに、駆動体２２により駆動され後輪７を回転させるた
めの筒状部材である。従動体２３は、その一部が駆動体
２２の外周側に配置されるハブシェル６０と、ハブシェ
ル６０に固定ボルト６６により締結され駆動体２２の内
周側に配置される動力伝達体６１とを有している。この
動力伝達体６１は、駆動体２２や遊星歯車機構２４から
ハブシェル６０に動力伝達する機能に加えて後述するク
ラッチ切換機構２６の重り支持体としての機能も果たし
ている。

【００２５】ハブシェル６０は、たとえばアルミニウム
製の筒状部材であり、駆動体２２，クラッチ切換機構２
６等を収納する大径の機構収納部６２と、機構収納部６
２と一体で形成された小径の細筒部６３とを有してい
る。機構収納部６２及び細筒部６３の外周面には後輪７
のスポーク（図示せず）が係止されるハブフランジ６
４，６５がそれぞれ一体で形成されている。細筒部６３
の右端には、図３に示すように、動力伝達体６１を回転
不能に係止するためのセレーション外歯６３ａが形成さ
れ、内周面には固定ボルト６６が螺合する雌ネジ部６３
ｂが形成されている。細筒部６３の図２左端には軸受部
３４を収納する空間が形成されており、そこに軸受部３
４を構成する玉受け面３４ｂが形成された玉受け部材３
５が装着されている。軸受部３４は、玉押し面３４ａ
と、玉受け面３４ｂと、玉受け面３４ｂと玉押し面３４
ａとの間に挟持された複数のボール３４ｃとから構成さ
れている。この軸受部３４の外側にはダストキャップ３
６が嵌め込まれている。

【００２６】動力伝達体６１は、たとえばクロムモリブ
デン鋼製の段付の筒状部材であり、図３に示すように、
左端内周面には細筒部６３のセレーション外歯６３ａに
噛み合うセレーション内歯６１ａが形成されている。動
力伝達体６１の右端外周面には軸受部３２を構成する玉
押し面３２ａが、右端内周面にワンウェイクラッチ機構
２７を構成するラチェット歯８０がそれぞれ形成されて
いる。また、ラチェット歯８０に隣接して内周面には軸
受部３３を構成する玉受け面３３ｂが形成されている。
軸受部３３は、玉受け面３３ｂと、ハブ軸２１の大径部
２１ａの左端に碗状に形成されてた玉押し面３３ａと、
玉押し面３３ａと玉受け面３３ｂとの間に挟持された複
数のボール３３ｃとから構成されている。動力伝達体６
１の内周面には、玉受け面３３ｂ形成部に隣接してテー
パ部６１ｂが形成されている。

【００２７】固定ボルト６６は、図２に示すように中空
筒状のボルトであり、ハブシェル６０と動力伝達体６１
とを同芯に緊密に締結する。固定ボルト６６の頭部６６
ａにはテーパ部６１ｂに係合するテーパ面６６ｂが形成
されており、動力伝達体６１とハブシェル６０とを芯出
しして締結できる。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の第１筒部４０の小径部４２に形成された内歯ギア
５１と、ハブ軸２１の大径部２１ａ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３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が貫通する鍔付フランジ状の部材で
あり、その外周面に周方向に間隔を隔てて３つのギア収
納部５２ａが形成されている。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３本のギア軸５４が
固定されている。遊星ギア５３は、内歯ギア５１に噛み
合う小径の第１ギア部５３ａと、太陽ギア５０に噛み合
う大径の第２ギア部５３ｂとを有している。第１ギア部
５３ａと第２ギア部５３ｂとは軸方向に隣接して形成さ
れている。このように遊星ギア５３を２つのギア部５３
ａ，５３ｂで構成することで、クロスレシオの変速比を
１つのギア部で得るより少ない内歯ギアの歯数で得るこ
とができる。

【００２８】ここで、図４（ａ）に示すように、太陽ギ
ア５０の歯数をＺ_s ，内歯ギア５１の歯数をＺ_r ，遊星
ギア５３の第１ギア部５３ａの歯数をＺ_p1，第２ギア部
５３ｂの歯数をＺ_p2とすると、変速比Ｇ_R は、内歯ギア
入力キャリア出力の減速の場合は以下の式で表せる。 Ｇ_R ＝１／（１＋（Ｚ_s ／Ｚ_r ）×（Ｚ_p2／Ｚ_p1）） ここで、たとえば、太陽ギアの歯数Ｚ_s を１５，内歯ギ
アの歯数Ｚ_r を５７，第１ギア部の歯数Ｚ_p1を２８，第
２ギア部の歯数Ｚ_p2を１３とすると、 Ｇ_R ＝１／（１＋（１５／５７）×（１３／２８）） ＝０．８９１ したがって、変速比Ｇ_R は０．８９１になり、駆動体２
２の１回転は０８９１回転に減速されて従動体２３に伝
達される。

【００２９】なお、遊星歯車機構２４の変速比は、０．
８〜０．９５の間であればよい。この場合には、スター
トダッシュを速くすることができ、かつクロスレシオで
減速しても内装変速ハブ１０の外径をコンパクトに維持
できる。なお、遊星ギアが１つのギア部しかない減速の
場合には変速比Ｇ_R は以下の式で表せる。

【００３０】Ｇ_R ＝１／（１＋（Ｚ_s ／Ｚ_r ）） ここでは内歯ギアの歯数Ｚ_r と外歯ギアの歯数Ｚ_s とだ
けで変速比Ｇ_R が決定される。ここで太陽ギアの歯数Ｚ
_s を１５として前述したクロスレシオの変速比０．８９
１を得ようとすると、０．８９１＝１／（１＋（１５／
Ｚ_r ）の方程式の解を求めればよい。この結果、内歯ギ
アの歯数Ｚ_r は１２３となり、駆動体２２の外径が２つ
のギア部を有するものより２倍以上大きくなる。

【００３１】クラッチ機構２５は、図３，図５及び図６
に示すように、駆動体２２の第２筒部４１の内周面に形
成されたラチェット歯７０と、ラチェット歯７０に噛合
可能な２つのクラッチ爪７１と、クラッチ爪７１を付勢
するバネ部材７２とを有している。ラチェット歯７０
は、第２筒部４１の内周面に鋸歯状に形成されている。
クラッチ爪７１は、動力伝達体６１の外周面にラチェッ
ト歯７０に噛み合う連結姿勢とラチェット歯７０から離
脱する遮断姿勢とに揺動自在に装着されている。動力伝
達体６１の外周面にはクラッチ爪７１を収納する爪収納
部７３が２か所設けられている。バネ部材７２は、動力
伝達体６１の外周面に形成された溝７４に巻き付けられ
ており、クラッチ爪７１を連結姿勢に付勢する。このク
ラッチ機構２５では、クラッチ爪７１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の動力伝達体６１に伝達される。

【００３２】クラッチ切換機構２６は、クラッチ爪７１
を連結姿勢と遮断姿勢とに切り換えるための制御板７５
と、制御板７５をハブ軸回りに往復移動させるための移
動機構７６と、動力伝達体６１と兼用された重り支持体
とを備えている。制御板７５は、図７に示すように、変
形リング状の板状部材であり、その中心部が動力伝達体
６１に回動自在に支持されている。制御板７５の外縁部
には径方向外方に延びるフック７５ａが形成されてい
る。また、内外周の間にはクラッチ爪７１を制御するた
めの２つの制御窓７５ｂが形成されている。この制御窓
７５ｂからクラッチ爪７１が移動機構７６側に突出して
配置されている。制御窓７５ｂは、クラッチ爪７１を遮
断姿勢に保持するための遮断枠部７５ｄと、連結姿勢に
切り換えるための連結枠部７５ｅとが形成されている。
この連結枠部７５ｅを遮断枠部７５ｄより径方向外方に
形成することで、バネ部材７２により付勢されたクラッ
チ爪７１が連結姿勢に起立可能になる。なお、このフッ
ク７５ａ及び制御窓７５ｂ等は全て回転バランスを考慮
して個数に応じて１８０度離れて形成されている。ま
た、内外周の間には後述する重り保持体８５の揺動軸８
７が貫通する２つの貫通孔７５ｃも形成されている。こ
の制御板７５は、通常は後述するバネ機構７９により、
図６及び７に示す遮断位置に配置されている。このと
き、クラッチ爪７１は、制御窓７５ｂの遮断枠部７５ｄ
に先端が係止され遮断姿勢に保持されている。

【００３３】移動機構７６は、図５に示すように、制御
板７５の左側に配置されており、揺動する２つの重り部
材７７と、２つの重り部材７７と制御板７５とをそれぞ
れ連結するリンク７８と、制御板７５を図６時計回りに
付勢するバネ機構７９とを備えている。重り部材７７
は、動力伝達体６１の端面６１ｃに揺動自在に装着され
た２つの重り保持体８５と、重り保持体８５の先端に装
着された重り８６とを有している。２つの重り保持体８
５は、たとえばポリアセタール樹脂製である。重り保持
体８５は、それぞれ動力伝達体６１を迂回するように湾
曲して形成され、動力伝達体６１の周囲に１８０度離れ
て同じ姿勢で配置されている。重り保持体８５の基端に
はボス部８５ａが、先端には２本の突出ピンからなる重
り装着部８５ｂがそれぞれ一体で形成されており、ボス
部８５ａに揺動軸８７が貫通している。揺動軸８７は貫
通孔７５ｃを貫通しており、その先端は動力伝達体６１
に固定されている。また、重り保持体８５の先端部にお
いて重り装着部８５ｂと逆側の面にはリンク連結ピン８
５ｄが一体で形成されている。リンク連結ピン８５ｄ
は、リンク７８を回動自在に装着するためのピンであ
る。重り８６は、たとえば鉛や鋼鉄製の扇形形状の部材
であり、重り装着部８５ｃの２本のピンにより固定され
ている。

【００３４】リンク７８は、基端で揺動する重り部材７
８の先端部の動きに連動して制動部材７５を回動するた
めの部材であり、その両端で重り保持体８５の先端部と
制御板７５とを連結している。リンク７８は金属製の板
状部材であり、一端にリンク連結ピン８５ｄが挿入され
る丸孔が、他端に制動板７５と連結するための連結ピン
７８ａが挿入される丸孔がそれぞれ形成されている。

【００３５】バネ機構７９は、図６に示すように、フッ
ク７５ａに一端が係止されたコイルバネ８８と、コイル
バネ８８のバネ力を調整するためのバネ力調整機構８９
とを有している。このコイルバネ８８のバネ力を調整す
ることで変速タイミングを調整できる。また、重り８６
を交換することでも変速タイミングを変更できる。ワン
ウェイクラッチ２７は、たとえば爪式のものであり、図
６に示すように、動力伝達体６１の内周面に形成された
ラチェット歯８０と、遊星歯車機構２４のキャリア５２
の外周面に連結姿勢と遮断姿勢とに揺動自在に装着され
たクラッチ爪８１と、クラッチ爪８１を連結姿勢に付勢
するバネ部材（図示せず）とを備えている。このワンウ
ェイクラッチ２７では、クラッチ爪８１は、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
とその回転を動力伝達体６１に伝達する。ただし動力伝
達体６１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。

【００３６】〔変速動作〕このような遊星歯車機構２
４、クラッチ機構２５、クラッチ切換機構２６及びワホ
ンウェイラッチ２７により、この内装変速ハブ１０は、
駆動体２２−内歯ギア５０−遊星歯車機構２４−キャリ
ア５２−従動体２３で構成される減速動力伝達経路と、
駆動体２２−クラッチ機構２５−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。

【００３７】ライダーがスタート時にペダルを踏んで自
転車を発進すると、その回転がスプロケット２０を介し
て駆動体２２に伝達される。このとき、制御板７５は遮
断位置にあり、制御板７５によりクラッチ爪７１は遮断
姿勢に保持されている。このため、駆動体２２と動力伝
達体６１とは連結されず、駆動体２２の回転は減速動力
伝達経路を介して動力伝達体６１に伝達される。この結
果、スタート時には、スプロケット２０の回転がたとえ
ば０．８９１に減速されてハブシェル６０に伝達され
る。このため、スタート時にはペダルを軽く踏むことが
できスタートダッシュを決めることができる。

【００３８】動力伝達体６１がバネ機構７９の調整や重
りの質量等により決定される所定以上の回転速度になる
と、制御板７５のコイルバネ８８による付勢力に抗して
重り部材７７が図８，９に示すように外方に揺動する。
重り部材７７が揺動すると、リンク７８を介して制御板
７５が図８の反時計回りに連結位置まで回転する。制御
板７５が連結位置に回転すると制御窓７５ｂの連結枠部
７５ｅにクラッチ爪７１の先端に位置し、クラッチ爪７
１がバネ部材７２の付勢力により連結姿勢に起立する。
この結果、駆動体２２の進行方向の回転が直結動力伝達
経路を介して動力伝達体６１に直接伝達され、スプロケ
ット２０の回転が後輪７にそのまま伝達される。したが
って、所定回転速度以上になると高速側に変速される。
この通常走行時には、駆動体２２と従動体２３とが直結
されるので、遊星歯車機構２４による伝達効率の低下は
ない。

【００３９】そしてコーナーを回るときなどに動力伝達
体６１が所定回転数以下になると、重り部材７７がコイ
ルバネ８８により元の遮断姿勢に揺動し減速動力伝達経
路を介して駆動体２２の回転が従動体２３に伝達され
る。 〔他の実施形態〕 （ａ） 重り部材やクラッチ爪の個数は２つに限定され
ず、１つでも３つ以上でもよい。３つ以上の場合には、
その個数に応じて間隔を隔てて配置すればよい。たとえ
ば、重り部材７７が３つのときには、図１０（ａ）に示
すように、重り部材７７をハブ軸回りに１２０度間隔で
同じ姿勢で配置すればよい。また、クラッチ爪７１の個
数も１つ又は複数個であればいくつでもよい。ここで
は、回転速度が所定以上になると、図１０（ｂ）に示す
ように重り部材７７が外側に揺動しリンク７８を介して
制御板７５が回転してクラッチ爪７１が遮断姿勢から連
結姿勢に起立する。このように重り部材７７を増やすと
遠心力が増加し、より確実に制動板７５が回動する。

【００４０】（ｂ） 動力伝達機構の構成は遊星歯車機
構に限定されるものではなく、サイクロ変速機（商標）
等の他の変速機構を用いてもよい。 （ｃ） 筒状ボルトの装着方向は重り支持体６１側から
に限定されるものではなく、ハブシェル６０側からでも
よい。 （ｄ） 前記実施形態では、減速から直結に変速した
が、直結から増速に変速してもよい。この場合には、図
４（ｂ）に示すように、駆動体２２をキャリア５２に連
結し、キャリア５２から内歯ギア５１に動力を伝達すれ
ばよい。このとき、２つのギア部５３ａ，５３ｂのうち
大径の第２ギア部５３ｂを内歯ギア５１に噛み合わせ、
小径の第１ギア部５３ａを太陽ギア５０を噛み合わせれ
ば、１つのギア部よりも小さい内歯ギアの外径で大きな
変速比を得ることができる。また、クロスレシオの増速
の変速比を得たければ、図４（ａ）の構成でキャリア５
２と駆動体２２とを連結すればよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、重り支持体と従動体と
がハブ軸と同芯に配置された筒状ボルトにより連結され
ているので、筒状ボルトを着脱するだけで重り支持体と
従動体とを簡単に組立分解できる。しかも筒状ボルトに
テーパ面等を設ければ分解可能な２つの部材の芯出しも
簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面
図。

【図２】その内装変速ハブの縦断面図。

【図３】その要部断面図。

【図４】遊星歯車機構の模式図。

【図５】内装変速ハブの要部分解斜視図。

【図６】クラッチ遮断状態における図３のIV−IV断面図

【図７】クラッチ遮断状態における制御板の正面図。

【図８】クラッチ連結状態における図３のIV−IV断面図

【図９】クラッチ連結状態における制御板の正面図。

【図１０】他の実施形態の図６及び図８に相当する図。

【符号の説明】

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 クラッチ機構 ２６ クラッチ切換機構 ２７ ワンウェイクラッチ ５０ 太陽ギア ５１ 内歯ギア ５２ キャリア ５３ 遊星ギア ６０ ハブシェル ６１ 動力伝達体 ６１ａ セレーション内歯 ６１ｂ テーパ部 ６３ａ セレーション外歯 ６３ｂ 雌ネジ部 ６６ 固定ボルト ６６ａ 頭部 ６６ｂ テーパ面 ７０ ラチェット歯 ７１ クラッチ爪 ７２ バネ部材

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年７月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】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
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に固定されるハブ軸２１と、ハブ
軸２１の一端外周にハブ軸回りに回動自在に装着された
駆動体２２と、ハブ軸２１及び駆動体２２のさらに外周
側に配置され後輪７に連結された従動体２３と、駆動体
２２の内周側に配置された遊星歯車機構２４と、駆動体
２２と従動体２３とを連結・遮断するクラッチ機構２５
と、クラッチ機構２５を切り換えるクラッチ切換機構２
６と、遊星歯車機構２４から従動体２３に進行方向の回
転のみ伝達するワンウェイクラッチ２７とを有してい
る。駆動体２２は、図２右端を軸受部３１によりハブ軸
２１に、左端を軸受部３２により従動体２３によりそれ
ぞれ回転自在に支持されている。従動体２３は、軸受部
３３，３４により両端をハブ軸２１に回転自在に支持さ
れている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】大径部４３の端部内周面には雌ネジ部４３
ａが形成されており、第２筒部４１の端面に形成された
雄ネジ部４１ａに螺合して第２筒部４１を回転不能に連
結している。大径部４３の外周面には従動体２３との隙
間をシールするシールリング２８が嵌め込まれている。
第２筒部４１は、第１筒部の内周面にねじ込まれる第１
筒部４０より小径の部材であり、その端部外周面には、
雌ネジ部４３ａに螺合する雄ネジ部４１ａが形成されて
いる。第２筒部４１の外周面には、雄ネジ部４１ａに隣
接して第１筒部４０の大径部４３の先端が当接する当接
部４１ｂが形成されている。当接部４１ｂの外径は第１
筒部４０の大径部４３の外径と実質的に同じ寸法であ
る。第２筒部４１の内周側には、軸受部３２とクラッチ
機構２５とが配置されている。このため、第２筒部４１
の内周面には軸受部３２の玉受け面３２ｂと、クラッチ
機構２５のラチェット歯７０とが形成されている。軸受
部３２は、玉受け面３２ｂと、従動体２３の動力伝達体
６１（後述）の端部外周面に形成された玉押し面３２ａ
と、玉受け面３２ｂと玉押し面３２ａとの間に挟持され
た複数のボール３２ｃとから構成されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】動力伝達体６１は、たとえばクロムモリブ
デン鋼製の段付の筒状部材であり、図３に示すように、
左端内周面には細筒部６３のセレーション外歯６３ａに
噛み合うセレーション内歯６１ａが形成されている。動
力伝達体６１の右端外周面には軸受部３２を構成する玉
押し面３２ａが、右端内周面にワンウェイクラッチ２７
を構成するラチェット歯８０がそれぞれ形成されてい
る。また、ラチェット歯８０に隣接して内周面には軸受
部３３を構成する玉受け面３３ｂが形成されている。軸
受部３３は、玉受け面３３ｂと、ハブ軸２１の大径部２
１ａの左端に碗状に形成されてた玉押し面３３ａと、玉
押し面３３ａと玉受け面３３ｂとの間に挟持された複数
のボール３３ｃとから構成されている。動力伝達体６１
の内周面には、玉受け面３３ｂ形成部に隣接してテーパ
部６１ｂが形成されている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】リンク７８は、基端で揺動する重り部材７
７の先端部の動きに連動して制御板７５を回動するため
の部材であり、その両端で重り保持体８５の先端部と制
御板７５とを連結している。リンク７８は金属製の板状
部材であり、一端にリンク連結ピン８５ｄが挿入される
丸孔が、他端に制御板７５と連結するための連結ピン７
８ａが挿入される丸孔がそれぞれ形成されている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】〔変速動作〕このような遊星歯車機構２
４、クラッチ機構２５、クラッチ切換機構２６及びワン
ウェイラッチ２７により、この内装変速ハブ１０は、駆
動体２２−内歯ギア５１−遊星歯車機構２４−キャリア
５２−従動体２３で構成される減速動力伝達経路と、駆
動体２２−クラッチ機構２５−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。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】そしてコーナーを回るときなどに動力伝達
体６１が所定回転数以下になると、重り部材７７がコイ
ルバネ８８により元の遮断姿勢に揺動し減速動力伝達経
路を介して駆動体２２の回転が従動体２３に伝達され
る。 〔他の実施形態〕 （ａ） 重り部材やクラッチ爪の個数は２つに限定され
ず、１つでも３つ以上でもよい。３つ以上の場合には、
その個数に応じて間隔を隔てて配置すればよい。たとえ
ば、重り部材７７が３つのときには、図１０（ａ）に示
すように、重り部材７７をハブ軸回りに１２０度間隔で
同じ姿勢で配置すればよい。また、クラッチ爪７１の個
数も１つ又は複数個であればいくつでもよい。ここで
は、回転速度が所定以上になると、図１０（ｂ）に示す
ように重り部材７７が外側に揺動しリンク７８を介して
制御板７５が回転してクラッチ爪７１が遮断姿勢から連
結姿勢に起立する。このように重り部材７７を増やすと
遠心力が増加し、より確実に制御板７５が回動する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力体の回転を選択された変速比で変速し
   て出力体に伝達するとともに、遠心力により前記変速比
   を切換可能な自転車用内装変速ハブであって、 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
   な駆動体と、 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、 前記駆動体と従動体との間に配置され、前記駆動体から
   の回転を変速して前記従動体に伝達するための動力伝達
   機構と、 前記駆動体と前記従動体とを連結・遮断するためのクラ
   ッチ機構と、 遠心力により内周側の第１位置から外周側の第２位置に
   揺動する重り部材と、前記クラッチ機構を連結状態にす
   る連結位置と遮断状態にする遮断位置との間で前記ハブ
   軸回りに回動可能であり前記重り部材の揺動に連動して
   回動可能な制御部材と、前記重り部材及び制御部材が装
   着され前記ハブ軸回りに回転可能であり前記クラッチ機
   構を介して前記駆動体に連結されるとともに前記動力伝
   達機構の出力側に連結された重り支持体とを有するクラ
   ッチ切換機構と、 前記ハブ軸と同芯に配置され前記重り支持体と前記従動
   体とを連結する筒状ボルトと、を備えた自転車用内装変
   速ハブ。
2. 【請求項２】前記重り支持体と前記従動体とは、セレー
   ション結合により回転不能に連結されている、請求項１
   に記載の自転車用内装変速ハブ。
3. 【請求項３】前記重り支持体は、前記筒状ボルト装着孔
   の内周面に傾斜部を有し、 前記筒状ボルトは一端外周面に前記傾斜部に係合する傾
   斜面が形成された突出部を有する、請求項１又は２に記
   載の自転車用内装変速ハブ。
4. 【請求項４】前記重り支持体は合金鋼製であり、前記従
   動体は軽金属製である、請求項１から３のいずれかに記
   載の自転車用内装変速ハブ。
5. 【請求項５】前記クラッチ機構は、 前記重り支持体の外周面に前記連結姿勢と遮断姿勢とに
   揺動自在に装着されかつ前記制御部材により前記連結姿
   勢と遮断姿勢とに制御される連結爪部と、 前記駆動体の内周面に設けられ前記連結姿勢にある連結
   爪部を係止可能な連結歯部と、 前記連結爪部を前記連結姿勢側に付勢する付勢部材とを
   有する、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. 【請求項６】前記動力伝達機構の出力側と前記重り支持
   体との間に設けられ、前記動力伝達機構の進行方向の回
   転に連動して前記重り支持体を進行方向に回転させるワ
   ンウェイクラッチをさらに備える、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. 【請求項７】前記動力伝達機構は、前記駆動体に設けら
   れた内歯ギアと、前記ハブ軸に設けられた太陽ギアと、
   前記内歯ギアと太陽ギアとに噛み合う複数の遊星ギア
   と、前記ハブ軸回りに回転可能であり、前記遊星ギアを
   回転可能に支持する枠体とを有する遊星歯車機構であ
   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。