(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ軸と、
前記ハブ軸に回転自在に支持された駆動体と、
前記ハブ軸に回転自在に支持されたハブシェルと、
前記駆動体と前記ハブシェルとの間に配置され、複数の動力伝達経路を通じて前記駆動体から前記ハブシェルへ回転力を伝達する動力伝達機構と、
前記複数の動力伝達経路を選択するとともに、前記ハブ軸によって回転自在に支持されたアクチュエータ部材と、前記ハブ軸によって回転自在に支持され前記アクチュエータ部材の回転に応じて回転するよう前記アクチュエータ部材に連結されたシフト制御スリーブとを有するシフト機構と、
前記駆動体から前記シフト機構のシフト制御スリーブに回転力を伝達するとともに、前記アクチュエータ部材と共に回転するように連結された第１シフト部材と、前記シフト制御スリーブと共に回転するように連結された第２シフト部材と、前記シフト制御スリーブが前記アクチュエータ部材の回転に有意に抵抗して前記第１シフト部材が前記第２シフト部材に対して相対回転するまで前記第１シフト部材が前記第２シフト部材と共に回転するよう前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材を互いの方向へ付勢する付勢装置とを有するシフト補助機構と、
前記駆動体から前記シフト機構に伝達される回転力の大きさを制御するために、前記駆動体と前記シフト補助機構の間に配置され、前記駆動体を前記シフト補助機構に連結する動力制御機構と、
を備えた自転車用ハブトランスミッション。
【請求項２】
前記シフト補助機構は、
前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材の一方に連結され、前記動力制御機構に係合する係合位置と、前記動力制御機構から解放される解放位置との間で移動する爪と、
前記爪を係合位置に付勢する爪付勢部材と、
前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材の他方に連結され、前記第１シフト部材が前記第２シフト部材と共に回転する際に前記爪を解放位置に保持するとともに、前記第１シフト部材が前記第２シフト部材に対し相対回転する際に前記爪を係合位置まで移動可能にする爪制御部材と、
をさらに備えた請求項１に記載のハブトランスミッション。
【請求項３】
ハブ軸と、
前記ハブ軸に回転自在に支持された駆動体と、
前記ハブ軸に回転自在に支持されたハブシェルと、
前記駆動体と前記ハブシェルとの間に配置され、複数の動力伝達経路を通じて前記駆動体から前記ハブシェルへ回転力を伝達する動力伝達機構と、
前記複数の動力伝達経路を選択するシフト機構と、
前記駆動体から前記シフト機構に回転力を伝達するシフト補助機構と、
前記駆動体から前記シフト機構に伝達される回転力の大きさを制御するために、前記駆動体と前記シフト補助機構の間に配置され、前記駆動体を前記シフト補助機構に連結するとともに、前記駆動体の回転に応じて回転するよう、前記駆動体に連結された第１動力制御部材と、前記第１動力制御部材と係合する第２動力制御部材とを有し、前記第１動力制御部材は、前記第２動力制御部材が前記第１動力制御部材の回転に有意に抵抗するまで前記第２動力制御部材と共に回転し、その後、前記第１動力制御部材は前記第２動力制御部材に対して回転する、動力制御機構と、
を備えた自転車用ハブトランスミッション。
【請求項４】
前記第１動力制御部材は、前記第２動力制御部材に当接する、請求項３に記載のハブトランスミッション。
【請求項５】
前記動力制御機構は、前記第１動力制御部材及び前記第２動力制御部材を互いに近付く方向へ付勢する動力制御付勢部材をさらに有する、請求項４に記載のハブトランスミッション。
【請求項６】
前記動力制御機構は、前記第２動力制御部材を支持するために、複数のラチェット歯を有する補助カムをさらに有する、請求項３に記載のハブトランスミッション。
【請求項７】
前記第２動力制御部材は、軸方向に移動可能である、請求項６に記載のハブトランスミッション。
【請求項８】
前記補助カムは環状であり、前記第２動力制御部材は環状であり、前記複数のラチェット歯は前記補助カムの内周面に配置され、前記補助カムの外周面は、前記第２動力制御部材の内周面に形成された対応する複数の前記第２動力制御部材スプラインに係合する複数の補助カムスプラインを形成している、請求項７に記載のハブトランスミッション。
【請求項９】
補助カムは１０本のラチェット歯を有している、請求項８に記載のハブトランスミッション。
【請求項１０】
前記第１動力制御部材は、軸方向に移動可能である、請求項７に記載のハブトランスミッション。
【請求項１１】
前記駆動体は環状であり、前記第１動力制御部材は環状であり、前記駆動体の内周面は、前記第１動力制御部材の外周面に形成された対応する前記複数の第１動力制御部材スプラインに係合する複数の駆動体スプラインを形成している、請求項１０に記載のハブトランスミッション。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自転車用トランスミッション、特に、自転車用内装多段ハブトランスミッションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自転車の後輪にはしばしば、乗り手がギア比を選択してペダリングに費やす労力を変更できるよう、内装多段ハブトランスミッションが設置されている。典型的なハブトランスミッションは、自転車用フレームに設置されたハブ軸と、ハブ軸に回転自在に支持され、スプロケット及びチェーンを通じてペダリング力を伝達する駆動体と、ハブ軸に回転自在に支持されたハブシェルとを備えている。駆動体とハブシェルとの間には、複数の駆動力伝達経路を通じて駆動体からハブシェルへ回転力を伝達する動力伝達機構が配置されており、各々の動力伝達経路は、通常、固有のギア比を形成する。動力伝達機構は、通常、ハブ軸の回りに回転自在に支持された単数又は複数の太陽ギアと、ハブ軸の回りに回転自在に支持された１個のリングギアと、ハブ軸の回りに回転自在に支持された１個の遊星ギアキャリアと、遊星ギアキャリアに回転自在に支持され、太陽ギア及びリングギアと係合する複数の遊星ギアとを備えた遊星ギア機構により構成される。複数の動力伝達経路と、対応するギア比とは、様々なコンポーネントを選択的に互いに回転不能に連結させることによって選択される。たとえば、１つのギア比は、太陽ギアをハブ軸に回転不能に連結させることによって選択され、別のギア比は、駆動体を遊星ギアキャリアに対して回転不能に連結させることによって選択され、さらに別のギア比は、駆動体をリングギアに対して回転不能に連結させることによって選択されてもよい。典型的なハブトランスミッションでは、このような多くの連結関係が可能であるので、その結果、比較的多数のギア比が可能になる。
【０００３】
複数の動力伝達経路を選択するために、通常、シフト機構が設けられている。シフト機構は、軸を囲むシフトスリーブを備えており、シフトスリーブの回転によって様々なコンポーネントが回転不能に連結されるよう制御されている。このようなシフトスリーブは、通常、ハンドルバーに設置されたシフト制御装置又は乗り手が電気的に制御するモータによって制御されるハブ外側のアクチュエータ部材に連結される。乗り手が自転車をすばやく加速するために強い力をペダルに加えると、ハブの内部部品に非常に大きな力がかかり、シフト操作に多大な抵抗が生じる。このような抵抗によって、乗り手が手動のシフト操作を何度も試さなければならなかったり、アクチュエータ部材を駆動するモータに許容レベルを超えたひずみが発生したりする。
【０００４】
ハブに多大な駆動力がかかる際に、ハブ自体の回転力を利用してシフト操作を補助する装置が、２０００年３月１０日に本出願人により出願された米国特許出願第０９／５２２，７０３号明細書に開示されている。この装置では、シフトスリーブがシフト操作に対して多大な抵抗力を受けたことが感知される。この抵抗力によって、シフトスリーブに連結された爪機構が作動し、爪機構が駆動体の内周面に形成されたラチェット機構と係合する。このようにして、駆動体の回転力はシフトスリーブに伝達され、シフトスリーブが回転してシフト操作が完了する。駆動体とシフトスリーブとは、爪機構を介して固く連結されるので、ハブの部品の１つがシフト操作を完了できない場合に、その部品が損傷する可能性があるが、このような損傷が発生しないことを確実にするのが望ましい。
【０００５】
なお、従来の自転車用ハブトランスミッションの具体例としては、下記文献において開示されるものが既に知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５５３５８５５号明細書
【０００７】
【特許文献２】
米国特許第５５６２５６３号明細書
【０００８】
【特許文献３】
米国特許第５９６７９３７号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハブの損傷を防ぐよう補助力が制御されるシフト補助機構を備えた自転車用ハブトランスミッションを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の自転車用ハブトランスミッションは、ハブ軸と、駆動体と、ハブシェルと、動力伝達機構と、シフト機構と、シフト補助機構と、動力制御機構とを備えている。駆動体は、ハブ軸に回転自在に支持されている。ハブシェルは、ハブ軸に回転自在に支持されている。動力伝達機構は、駆動体とハブシェルとの間に配置され、複数の動力伝達経路を通じて駆動体からハブシェルへ回転力を伝達する。シフト機構は、複数の動力伝達経路を選択するとともに、ハブ軸によって回転自在に支持されたアクチュエータ部材と、ハブ軸によって回転自在に支持され、アクチュエータ部材の回転に応じて回転するようアクチュエータ部材に連結されたシフト制御スリーブとを有する。シフト補助機構は、駆動体からシフト機構のシフト制御スリーブに回転力を伝達するとともに、アクチュエータ部材と共に回転するように連結された第１シフト部材と、シフト制御スリーブと共に回転するように連結された第２シフト部材と、シフト制御スリーブがアクチュエータ部材の回転に有意に抵抗して第１シフト部材が第２シフト部材に対して相対回転するまで第１シフト部材が第２シフト部材と共に回転するよう第１シフト部材及び第２シフト部材を互いの方向へ付勢する付勢装置とを有する。動力制御機構は、駆動体からシフト機構に伝達される回転力の大きさを制御するために、駆動体とシフト補助機構の間に配置され、駆動体をシフト補助機構に連結する。
また、本発明の自転車用ハブトランスミッションは、ハブ軸と、駆動体と、ハブシェルと、動力伝達機構と、シフト機構と、シフト補助機構と、動力制御機構とを備えている。駆動体は、ハブ軸に回転自在に支持されている。ハブシェルは、ハブ軸に回転自在に支持されている。動力伝達機構は、駆動体とハブシェルとの間に配置され、複数の動力伝達経路を通じて駆動体からハブシェルへ回転力を伝達する。シフト機構は、複数の動力伝達経路を選択する。シフト補助機構は、駆動体からシフト機構に回転力を伝達する。動力制御機構は、駆動体からシフト機構に伝達される回転力の大きさを制御するために、駆動体とシフト補助機構の間に配置され、駆動体をシフト補助機構に連結するとともに、駆動体の回転に応じて回転するよう、駆動体に連結された第１動力制御部材と、第１動力制御部材と係合する第２動力制御部材とを有し、第１動力制御部材は、第２動力制御部材が第１動力制御部材の回転に有意に抵抗するまで第２動力制御部材と共に回転し、その後、第１動力制御部材は第２動力制御部材に対して回転する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の多くの特徴を備えた、一実施形態によるハブトランスミッション１４を備えた自転車１０の後方側面を示す。
自転車１０の後部は、サドル２４を支持するシートチューブ２２を備えたフレーム１８と、１対の従来型チェーンステイ２６と、１対の従来型シートステイ３０とを備えている。車輪３４は、チェーンステイ２６とシートステイ３０との交差位置にフレーム端３５によって軸３６の回りに回転自在に支持されており、ペダル４２及びチェーンリング４６を備えたクランクアセンブリ３８は、シートチューブ２２とチェーンステイ２６との交差位置に回転自在に支持されている。チェーン５０は、チェーンリング４６に係合し、ハブトランスミッション１４を回転駆動するスプロケット５４の回りに掛け渡されている。ハブトランスミッション１４のギア比を変更するために、後述する方法により、ボーデン（Ｂｏｗｄｅｎ）型コントロールケーブル６２が用いられている。
【００１２】
図２に、本実施形態によるハブトランスミッション１４の断面を示す。
ハブトランスミッション１４は、図２に示すように、ハブ軸３６と、ハブ軸３６に回転自在に支持された駆動体７０と、ハブ軸３６に回転自在に支持されたスポークフランジ７８を有するハブシェル７４と、駆動体７０とハブシェル７４との間に配置され、複数の動力伝達経路を通じて駆動体７０からハブシェル７４へ回転力を伝達する動力伝達機構８２と、複数の動力伝達経路の選択を制御し、駆動体７０の回転力を利用して動力伝達機構８２における動力伝達経路の切替を補助するシフト補助機構とを備えている。
【００１３】
スプロケット５４は、スナップリング９４を使用して駆動体７０にスプライン式に連結され、駆動体７０は、玉軸受９８及び軸受コーン１０２を介して軸３６に回転自在に支持されている。軸受コーン１０２は、アクチュエータプレート１０４と、スペーサ１０８と、座金１１２と、ロックナット１１４とによって定位置に保持される。
【００１４】
右カップ１２０は、ハブシェル７４の右側内周面に回転不能に嵌合され、左カップ１２４は、ハブシェル７４の左側内周面に回転不能に嵌合されている。右カップ１２０は、玉軸受１２８を介してハブシェル７４を駆動体７０に対して回転自在に支持し、ハブトランスミッション１４の右側の内部部品は、右カップ１２０上に嵌合されたシールカップ１３２によって外部汚染から保護されている。左カップ１２４は、玉軸受１３６及びコーン１３８を介して、ハブシェル７４を軸３６に回転自在に支持している。コーン１３８は、ストップナット１４２及びロックナット１４６によって、軸３６に保持されている。
【００１５】
図２及び図３に示すように、動力伝達機構８２は、第１太陽ギア１６０と、第２太陽ギア１６４と、第３太陽ギア１６８と、第４太陽ギア１７２とを備えている。第１太陽ギア１６０は、軸３６に回転不能に連結され、クラッチカム部分７６と、外周面に形成された複数の第１太陽ギア歯１７８（例えば、歯数４８）と、外周第２太陽ギア当接面１８０とを備えている。第２太陽ギア１６４は、図３から最も明らかなように、第１太陽ギア１６０に隣接して軸３６の回りに回転自在に支持されて、第１太陽ギア１６０の第２太陽ギア当接面１８０とスライド自在に当接する内周第１太陽ギア当接面１９２と、第２太陽ギア爪２０７と係合するよう内周面に形成された複数の第２太陽ギアラチェット歯２０６（例えば、歯数１２）と、太陽ギア案内リング２１０の外周面２０９とスライド自在に当接する内周案内リング当接面２０８と、内周第３太陽ギア当接面２００と、外周面に形成された複数の第２太陽ギア歯１９８（例えば、歯数４８）とを備えている。第３太陽ギア１６８は、第２太陽ギア１６４に隣接して軸３６の回りに回転自在に支持されて、太陽ギア案内リング２１０の外周面２０９とスライド自在に当接する内周第１案内リング当接面２２０と、第３太陽ギア爪２２６と係合するよう内周面に形成された複数の第３太陽ギアラチェット歯２２４（例えば、歯数１２）と、第２太陽ギア１６４の第３太陽ギア当接面２００とスライド自在に当接する外周第２太陽ギア当接面２３５と、外周面に形成された複数の第３太陽ギア歯２３６（例えば、歯数４２）とを備えている。第４太陽ギア１７２は、外周面に形成された複数の第４太陽ギア歯２４４（例えば、歯数３６）と、第４太陽ギア爪２５０と係合するよう内周面に形成された複数の第４太陽ギアラチェット歯２４８（例えば、歯数１２）と、案内リング２５８の外周面２５４とスライド自在に当接する内周案内リング当接面２５２とを備えている。
【００１６】
爪２０７は、軸３６に形成された爪受取溝２６４に回動自在に嵌合される爪シート２６０と、軸３６に形成されたバネ受取溝２７６に設置されるバネ２７２を受けるためのバネ受取溝２６８と、シフト制御スリーブ２８８の爪制御アーム２８４の内周面２８２に当接する爪当接面２８０と、第２太陽ギアラチェット歯２０６と係合する爪歯２８９とを備えている。同様に、爪２２６は、軸３６に形成された爪受取溝２９４に回動自在に嵌合する爪シート２９０と、軸３６に形成されたバネ受取溝３０６に設置されるバネ３０２を受けるためのバネ受取溝２９８と、シフト制御スリーブ２８８の爪制御アーム３１４の内周面３１２に当接する爪当接面３１０（図２参照）と、第３太陽ギアラチェット歯２２４と係合する爪歯３１６とを備えている。最後に、爪２５０は、軸３６に形成された爪受取溝３２４に回動自在に嵌合する爪シート３２０と、軸３６に形成されたバネ受取溝３３６に設置されるバネ３３２を受けるためのバネ受取溝３２８と、シフト制御スリーブ２８８の爪制御アーム３４４の内周面３４２に当接する爪当接面３４０と、第４太陽ギアラチェット歯２４８と係合する爪歯３４６とを備えている。爪２０７，２２６，２５０の爪歯２８９，３１６，３４６は、周知の方法で、各々対応するバネ２７２，３０２，３３２によって、半径方向外側に付勢される。
【００１７】
本実施形態による太陽ギア案内リング２１０の半分は、第２太陽ギア１６４の案内リング当接面２０８と軸３６との間に嵌合され、太陽ギア案内リング２１０の残りの半分は、第３太陽ギア１６８の第１案内リング当接面２２０と軸３６との間に嵌合される。太陽ギア案内リング２１０は、外周面２０９の他に、Ｘ軸方向に軸３６に断続的に形成された固定用段付き部３６４と係合する固定用溝３６０と、Ｘ軸方向に軸３６に断続的に形成された固定用溝３７６と係合する固定用突起３６８と、Ｘ軸方向に軸３６に断続的に形成された固定用段付き部３８０と係合する固定用溝３７６と、Ｘ軸方向に軸３６に断続的に形成された固定用溝３８８と係合する固定用突起３８９と、Ｘ軸方向に軸３６に断続的に形成された固定用段付き部３９６と係合する固定用溝３９２と、シフト制御スリーブ２８８のベーススリーブ４０８を太陽ギア案内リング２１０と軸３６との間に支持する制御スリーブ支持面４０４とを備えている。
【００１８】
太陽ギア案内リング２５４は、第４太陽ギア１７２の案内リング当接面２５２と、軸３６との間に嵌合される。太陽ギア案内リング２５４は、太陽ギア案内リング２１０とは異なり、軸３６の固定用段付き部３６４，３８０，３９６の周囲に嵌合する円形内周面４４４を備えている。円形内周面４４４の一部は、ベーススリーブ４０８の端部４５２を太陽ギア案内リング２５８と軸３６との間に保持する制御スリーブ支持面４４８を形成している。ベーススリーブ４０８の端部４５２は、座金４５６の溝５４まで延びている。
【００１９】
シフト制御スリーブ２８８のベーススリーブ４０８は、Ｘ軸方向に軸３６に形成された制御スリーブ溝４６０内に回転自在に嵌合し、太陽ギア案内リング２１０，２５８によって半径方向外側に支持されている。爪制御アーム２８４，３１４，３４４は、各々、軸３６の外周に形成された制御アーム用溝４６４，４６８，４７２内にスライド自在に配置される。シフト制御スリーブ２８８の詳細な構造及び動作は周知であり、より詳しい説明は、２０００年３月１０日に出願された米国特許出願第０９／５２２，７０３号明細書に記載されている。
【００２０】
図２に示すように、動力伝達機構８２は、いずれも軸３６の回りに回転自在に設置された、遊星ギアキャリア５５０，第１リングギア５５１及び第２リングギア５５３をさらに備えている。図４及び図６に示すように、遊星ギアキャリア５５０は、軸３６を貫通させて受けるための、第１キャリア部材軸用開口５５５と、複数の第１遊星ギア５７９を受けるための、第１キャリア部材５５４の側部を横切る複数（例えば、３個）の第１遊星ギア開口５５６と、複数の第２遊星ギア６０８を受けるための、第１キャリア部材５５４の反対側の側部を横切る、第１遊星ギア開口よりも大きい複数（例えば、３個）の第２遊星ギア開口５５８とを有する第１キャリア部材５５４と、軸３６を貫通させて受けるための、第２キャリア部材軸用開口５６１を有する第２キャリア部材５６０と、軸３６を貫通させて受けるための、第３キャリア部材軸用開口５６３を有する第３キャリア部材５６２とを備えている。本実施形態による第１キャリア部材５５４は、アルミニウム合金などの軽量の合金で構成され、第２キャリア部材５６０及び第３キャリア部材５６２は、鋼鉄などのより頑丈な金属で構成される。
【００２１】
３対の第１キャリアピン５６４は、第１キャリア部材５５４が第２キャリア部材５６０に回転不能に連結されるよう設けられ、各対の第１キャリアピン５６４は、第１遊星ギア開口５５６の対応する対の間に配置されている。同様に、第１キャリア部材５５４が第３キャリア部材５６２に回転不能に連結されるように、３対の第２キャリアピン５６５が提供され、各対の第２キャリアピン５６５は、第２遊星ギア開口５５８の対応する対の間に配置されている。本実施形態による各第１遊星ギア開口５５６は、対応する第２遊星ギア開口５５８の反対側に配置され、各対の第１キャリアピン５６４は、対応する各対の第２キャリアピン５６５の反対側に配置されている。第１キャリアピン５６４及び第２キャリアピン５６５は、第１キャリア部材５５４と、第２キャリア部材５６０と、第３キャリア部材５６２との連結器として機能し、第１キャリア部材５５４の側部にプレス嵌めされ、側部から延びている。第１キャリアピン５６４は、第２キャリア部材５６０に形成された孔（図示せず）にプレス嵌めされ、第２キャリアピン５６５は、第３キャリア部材５６２に形成された孔５６６にプレス嵌めされる。第１キャリア部材５５４は、第２キャリア部材５６０及び第３キャリア部材５６２と直接当接するように設計されている。このような連結を容易にするために、図５に示すような、各キャリアピンを取り囲む溝、隙間その他の砕片スペース５６７が設けられ、キャリア部材が互いに嵌合する際に発生するピン又はキャリア部材の切り屑または削り屑のたまり場として機能している。さらに、第２キャリア部材５６０の内周面と係合する３個の案内リブ５５７が、第１キャリア部材５５４の内周面からキャリアピン５６４の各対の半径方向内側に延び、第１キャリア部材５５４の外周面と係合する３個の案内リブ５５９が、第３キャリア部材５６２の外周面から孔５６６の各対の半径方向外側に延びている。案内リブ５５７及び５５９は、組立を容易にするとともに、第１キャリア部材５５４と、第２キャリア部材５６０と、第３キャリア部材５６２との間の連結をさらに強化するために役立っている。
【００２２】
第１キャリア部材５５４と、第２キャリア部材５６０と、第３キャリア部材５６２とは、３本のリベット５６８（図４及び図６に１本のみ図示）によって、相互に固定連結されている。各リベット５６８は、各々の対の第１キャリアピン５６４の間と、各々の対の第２キャリアピン５６５の間に配置されるように、第２キャリア部材５６０の開口５６９を通り、第１キャリア部材５５４の開口５７０を通って、第３キャリア部材５６２の開口５７１を貫通している。３個のブシュ５７２（図４及び図６に１個のみ図示）は、第１キャリア部材５５４の対応する開口５７３にプレス嵌めされ、各々一体に形成された第１ピニオンピン５７５及び第２ピニオンピン５７６からなる３本のマスターピニオンピン５７４（図４及び図６に１個のみ図示）を支持している。マスターピニオンピン５７４は、各々の第１ピニオンピン５７５が第１遊星ギア開口５５６内に配置されて、第２キャリア部材５６０に形成されたブラインド孔５７７内に支持され、各々の第２ピニオンピン５７６が第２遊星ギア開口５５８内に配置されて、第３キャリア部材５６２に形成された開口５７８内に支持されるよう、第１キャリア部材５５４を貫通して延びている。マスターピニオンピン５７４は、第３キャリア部材５６２の外周面に形成されたスットッパリング用溝５８２内にはめ込まれるストッパリング５８１（図６参照）によって、遊星ギアキャリア５５０内で軸方向に固定される。各々の第１ピニオンピン５７５は、１個の第１遊星ギア５７９を回転自在に支持し、各々の第１遊星ギア５７９は、第１太陽ギア１６０の複数の第１太陽ギア歯１７８と係合する小直径ギア部５８０（例えば、歯数１４）と、第１リングギア５５１の第１内周ギア部５８５と係合する大直径ギア部５８４（例えば、歯数２２）とを有している。同様に、各々の第２ピニオンピン５７６は、１個の第２遊星ギア６０８を回転自在に支持し、各々の第２遊星ギア６０８は、第４太陽ギア１７２の複数の第４太陽ギア歯２４４と係合する大直径ギア部６１２（例えば、歯数２９）と、第３太陽ギア１６８の複数の第３太陽ギア歯２３６と係合する中間直径ギア部６１６（例えば、歯数１８）と、第２太陽ギア１６４の複数の第２太陽ギア歯１９８及び第２リングギア５５３の内周ギア部６２４（例えば、歯数７８）と係合する小直径ギア部６２０（例えば、歯数１４）とを備えている。
【００２３】
第１キャリア部材５５４は、さらに、第２太陽ギア１６４を軸方向に保持するための、半径方向内側に延びる壁面６２６を備えている。第２キャリア部材５６０の右側には、複数（例えば、歯数１２）のクラッチ係合スプライン６２１が周上に配置され、クラッチリング６２３に形成された補足的な複数の遊星ギアキャリア係合スプライン６２２と係合する。第３キャリア部材は、複数（例えば、歯数３）の爪受取溝９０７を外周面に備え、そこに、対応する複数の、周上に配置された爪９０８（図２参照）が支持される。爪９０８は、左カップ１２４の右側に形成された内周ギア９１６と係合するように、爪用バネ９１２によって半径方向外側に付勢される。爪９０８は、遊星ギアキャリア５５０の順方向の回転を、左カップ１２４に伝達し、これによって、回転がハブシェル７４にも伝達される。
【００２４】
第１リングギア５５１は、第１内周ギア部５８５に加え、駆動体７０の外周面に配置された複数の爪５８７と係合する第２内周ギア部５８６（例えば、歯数３６）を備えている。爪５８７は、爪用バネ５８９によって半径方向外側に付勢されるので、駆動体７０及び第１リングギア５５１の間のワンウェイクラッチとして機能している。第２リングギア５５３は、例えば、１８個のローラー及びカム面を有したローラークラッチ６２８方式のワンウェイクラッチを介して、右カップ１２０に連結されて、これによりハブシェル７４にも連結されている。
【００２５】
図７は、軸３６に設置されるシフト補助機構９０の部分的分解図であり、図８は、クラッチリング６２３が遊星ギアキャリア５５０に連結された際のシフト補助機構９０の詳細図であり、図９は、クラッチリング６２３が遊星ギアキャリア５５０との連結から外された際のシフト補助機構９０の詳細図である。
これらの図に示すように、シフト補助機構９０は、輪形シフトキー部材７００と、シフトキー部材用案内部７０４と、セーバーバネ７０８と、バネ用座金７１２と、戻しバネ７１６と、シフトスリーブ７２０と、バネ用座金７２４と、爪支持部７２８と、シフトスリーブ７３２と、爪制御用座金７３６とを備えている。シフトキー部材７００は、第１太陽ギア６０（図８参照）のクラッチカム部分１７６を通って、シフトキー部材用案内部７０４の側壁７４８に形成された軸方向に延びる溝７４４まで半径方向内側に延びるカム従車７４０を備えている。図８及び図９に示すように、第１太陽ギア１６０のクラッチカム部分１７６は、第１カムステップ７５０及び第２カムステップ７５１を定めるカム面７４９を備えている。また、クラッチリング６２３は、クラッチ付勢バネ７４７によって左方に付勢される。したがって、シフトキー部材７００が図８に示された位置にある場合、クラッチリング６２３の遊星ギアキャリア係合スプライン６２２は、遊星ギアキャリア５５０のクラッチ係合スプライン６２１に係合し、クラッチリング６２３の周上に配置された複数の駆動体係合スプライン７５３は、駆動体の補足的な複数のクラッチ係合スプライン７５４と回転不能に係合し、これにより、駆動体７０と、クラッチリング６２３と、シフトキー部材７００のカム従車７４０とは一体になって回転する。ただし、図９に示すように、シフトキー部材７００が回転すると、シフトキー部材７００のカム従車７４０は、第１太陽ギア１６０の第２カムステップ７５１まで移動する。この位置におけるクラッチリング６２３の遊星ギアキャリア係合スプライン６２２は、遊星ギアキャリア５５０のクラッチ係合スプライン６２１から外れるので、遊星ギアキャリア５５０は、もはや駆動体７０とは直接的に連結されていない。
【００２６】
シフトキー部材用案内部７０４は、シフト制御スリーブ２８８の端部７５６に連結するためのシフト制御スリーブ連結用開口７５２も備えている。セーバーバネ７０８及びバネ用座金７１２は共に、シフトキー部材用案内部７０４の側壁７４８内で半径方向内側に配置され、そこでセーバーバネ７０８の第１端７５６は、シフトキー部材用案内部７０４に形成された軸方向に延びるバネレッジ７６０に保持され、セーバーバネ７０８の第２端７６４は、バネ用座金７１２に形成されたスリーブ連結レッジ７６８の側端部に保持される。
【００２７】
戻しバネ７１６の第１端７７２は、バネ用座金７１２に形成されたバネレッジ７７６に保持され、戻しバネ７１６の第２端７８０は、バネ用座金７２４のバネレッジ７８４に保持される。バネ用座金７２４は、バネ用座金７２４が軸３６に回転不能に連結されるよう、軸３６に形成された直径を挟んで対向する軸溝７９６（図７に１本のみ図示）に嵌め込まれる、半径方向内側に延びる直径を挟んで対向する軸係合突起７９２を備えている。戻しバネ７１６は、バネ用座金７２４が軸３６に回転不能に連結される結果、バネ用座金７２４に対してバネ用座金７１２を時計回りに付勢する。
【００２８】
シフトスリーブ７２０の直径を挟んで対向する左側連結脚８００は、バネ用座金７１２のスリーブ連結レッジ７６８（図７にこのようなスリーブ連結レッジ７６８を１個のみ図示）にある補足的溝８０４と回転不能に係合し、シフトスリーブ７２０の直径を挟んで対向する右側連結脚８０８は、バネ用座金７２４の中央開口８１２を貫通して延び、爪支持部７２８の補足的なシフトスリーブ連結溝８１６と回転不能に係合する。したがって、バネ用座金７１２と、シフトスリーブ７２０と、爪支持部７２８とは一体になって回転する。
【００２９】
直径を挟んで対向する爪８２０は、Ｃ字形クリップ８２２を介して、爪支持ピン８２４に回転自在に取り付けられ、爪支持ピン８２４は、バネ用座金７２８に取り付けられる。同様に、爪付勢バネ８２８は、バネ支持ピン８２９の周囲に取り付けられ、Ｃ字形クリップ８３０によって固定される。各々の爪付勢バネ８２８の一端８３２は、爪支持部７２８のバネ保持レッジ８３６に係合し、他端８４０は、対応する爪８２０に係合して、爪の端部８４４を半径方向外側に付勢している。爪制御用座金７３６は、直径方向に対向して軸方向に延びる爪制御レッジ８５０を備え、爪制御レッジ８５０は、通常、爪８２０を半径方向内側に押圧する。後述するように、爪制御レッジ８５０が爪８２０から離れる方向に移動すると、爪８２０は、半径方向外側に振れて、補助カム８５４（図９参照）のラチェット歯８８２と係合する。
【００３０】
シフトスリーブ７３２の直径を挟んで対向する左側連結脚８６０は、シフトスリーブ７２０の直径を挟んで対向する右側連結脚８０８に当接し（図１４参照）、シフトスリーブ７３２の直径を挟んで対向する右側連結脚８６８は、爪制御用座金７３６の連結用溝８７２を通り、軸受コーン１０２の開口８７６を通って、アクチュエータプレート１０４の補足的なシフトスリーブ連結溝８８０に回転不能に係合する。したがって、シフトスリーブ７３２と、爪制御用座金７３６と、アクチュエータプレート１０４とは、一体になって回転する。ただし、後述するように、シフトスリーブ７３２は、シフトスリーブ７２０及び爪支持部７２８に対して時計回りに回転可能である。図１０にその概略を示すように、戻しバネ７１６は、バネ用座金７１２をバネ用座金７２４に対して時計回りに付勢し、バネ用座金７１２は、シフトスリーブ７２０を介して爪支持部７２８に連結され、爪支持部７２８は、シフトスリーブ７３２を介してアクチュエータプレート１０４に連結されるので、アクチュエータプレート１０４にも時計回りの付勢がかかる。アクチュエータプレート１０４は、最初に右回りの開始位置にあるので、動力伝達機構８２の伝達経路は、続いて、アクチュエータプレート１０４を反時計回りに回転させることによって選択される。
【００３１】
シフト補助機構９０は、駆動体７０からシフト制御スリーブ２８８に伝達される動力量を制御する動力制御機構８５０をさらに備え、シフト制御スリーブ２８８がシフトを完了できない場合に、シフト制御スリーブ２８８を損傷から防いでいる。図８及び図９からより明らかなように、動力制御機構８５０は、環状ストッパプレート８５８及びロックリング８６２によって定位置に保持される環状補助カム８５４と、駆動体７０と共に回転されるよう連結された１対の環状第１動力制御部材８６６と、補助カム８５４と共に回転されるように連結された１対の環状第２動力制御部材８７０と、環状第１動力制御部材８６６及び第２動力制御部材８７０を互いの方向へ付勢するための、１対の波座金８７４の形状をした動力制御付勢装置とにより構成される。
【００３２】
図１１に示すように、補助カム８５４は、内周面８８２に配置され、後述する方法で、爪８２０と係合する複数のラチェット歯８７８と、外周面８９０に配置された複数の補助カムスプライン８８６とを備えている。図１２に示すように、各々の第１動力制御部材８６６は、外周面８９８に配置された複数の第１動力制御部材スプライン８９４を備えている。第１動力制御部材８６６が駆動体７０と共に回転する一方、駆動体７０に対して軸方向に移動可能なよう第１動力制御部材スプライン８９４は、駆動体７０の内周面に形成された対応する複数の駆動体スプライン９０２にスライド自在に係合する。図１３に示すように、第２動力制御部材８７０は、内周面９１０に配置された複数の第２動力制御部材スプライン９０６を備えている。第２動力制御部材８７０が補助カム８５４と共に回転する一方、補助カム８５４に対して軸方向に移動可能となるよう、第２動力制御部材スプライン９０６は、補助カム８５４の複数の補助カムスプライン８８６とスライド自在に係合する。第２動力制御部材８７０は、潤滑油を溜めることのできる周上に配置された複数の開口９１４も備えている。
【００３３】
第１動力制御部材８６６は、組立状態において、第１動力制御部材８６６及び第２動力制御部材８７０が互いに当接するよう、第２動力制御部材８７０に挟まれ、波座金８７４によって互いに圧接されている。したがって、補助カム８５４及び第２動力制御部材８７０が駆動体７０及び第１動力制御部材８６６の回転を有意に妨げない限り、駆動体７０、第１動力制御部材８６６、第２動力制御部材８７０及び補助カム８５４は、一体になって回転し、第１動力制御部材８６６及び第２動力制御部材８７０の間の当接摩擦力が超えられると、補助カム８５４及び第２動力制御部材８７０は、駆動体７０及び第１動力制御部材８６６に対して回転する。駆動体７０及び第１動力制御部材８６６の回転を有意に妨げる状態は、シフト制御スリーブ２８８が回転不能であるか、逆にシフトを完了できないときに発生する可能性がある。部品の損傷を避けるには、そのような過剰な抵抗力の発生時に第１動力制御部材８６６と、第２動力制御部材８７０との間の当接摩擦力が超えられ、補助カム８５４及び第２動力制御部材８７０は、駆動体７０及び第１動力制御部材８６６に対して回転する。この後、乗り手がペダルの抵抗力を下げると、シフトが完了できるようになり、部品は正常に動作可能となる。
【００３４】
ここで、ハブの動作について説明する。
表１に、各速度段における様々な部品の連結を示し、表２に、各速度段における動力伝達経路を示す。
【００３５】
【表１】
0003599109.tif 000002
【００３６】
【表２】
0003599109.tif 000003
自転車が加速中の場合などに第４速度段から第５速度段にシフトされる際、連結機構のタイミングは、以下のシーケンスに従うように設定されている。
【００３７】
【表３】
0003599109.tif 000004
したがって、自転車の加速中に乗り手が第４速度段から第５速度段にシフトすると、第３太陽ギア１６８が一時的にロックされ、続いて第２太陽ギア１６４が最初に解放されて、第３速度段と同じ状態が構成される。自転車の加速時に予測されるように、乗り手はペダルの僅かな加速としてこの状態を感知する。続いて、クラッチリング６２３が遊星ギアキャリア５５０に係合され、第７速度段と同じ状態が構成される。トランスミッションが高いギア比にシフトする際に予測されるとおり、乗り手はペダルの減速としてこの状態を感知する。この後、太陽ギア１６８が解放されて、希望の第４速度段が達成される。クラッチリング６２３が係合される前に太陽ギアが解放されると、トランスミッションは第１速度段と同じ状態になり、ペダルが急速に加速されるという非常に望ましくない状態が生じ、トランスミッションが第５速度段へのシフトを完了する際に大きな衝撃が生じる。
【００３８】
又、このシーケンスは、自転車が減速中であり、乗り手が第５速度段から第４速度段にシフトしたい場合に、特に有利である。この場合、第５速度段から第７速度段へ一時的な切り替えによってペダルが減速されるが、クラッチリング６２３が最初に解放されるよりも良好である。クラッチリング６２３が最初に解放される場合は、トランスミッションは、ペダルが急速に加速される第１速度段と同じ状態にある。このようなペダルの急な加速は、例えば、丘を登る際などには望ましくない。この後、トランスミッションは、第７速度段から第３速度段に一時的に切り替わる。これによって、ペダルが加速されるが、第３速度段は乗り手がたった今いた第４速度段に隣接する段なので、この切り替えの方がはるかに好ましい。この後、トランスミッションは、希望の第４速度段に切り替わる。この第５速度段から第４速度段への全体的なシフトは、急な加速や減速が最も望ましくない状態において、そのような加速や減速が生じるのを防いでいる。
【００３９】
前述のように、シフト補助機構９０は、駆動体７０の回転力を利用して、動力伝達機構８２における動力伝達経路の切り替えも支援している。この機能は、著しい駆動力がスプロケット５４に掛けられ、それによって、様々な部品の連結又は解放に大きな抵抗力が生じた場合に望ましい機能である。通常の操作中は、アクチュエータプレート１０４、シフトスリーブ７３２、爪制御用座金７３６、爪支持部７２８、シフトスリーブ７２０、バネ用座金７１２、シフトキー部材用案内部７０４及びシフト制御スリーブ２８８とは、一体となって回転して、様々な部品を連結又は解放する。その結果、シフトスリーブ７３２の連結脚８６０と、爪制御用座金７３６の爪制御レッジ８５０と、シフトスリーブ７２０の爪８２０及び連結脚８０８とは、図１４に示す位置にある。この状態にある爪８２０は、補助カム８５４のラチェット歯８７８から外れている。ただし、スプロケット５４に著しい駆動力がかかり、その結果、シフト制御スリーブ２８８の動作に多大な抵抗が生じる場合は、シフト制御スリーブ２８８は、アクチュエータプレート１０４の回転にもかかわらず静止状態になる傾向にある。この場合、シフトスリーブ７３２は、シフトスリーブ７２０に対して時計回りに回転し、それによって、爪制御用座金７３６が爪支持部７２８に対して時計回りに回転して、図１５に示すように、爪制御レッジ８５０が爪８２０から離れる方向に移動する。その結果、爪支持部７２８が補助カム８５４及び駆動体７０と共に回転するように、爪８２０は半径方向外側に回転して、補助カム８５４のラチェット歯８７８と係合する。これによって、シフトスリーブ７２０、シフトキー部材用案内部７０４、シフト制御スリーブ２８８を次々に回転して、シフト操作を完了する補助力が与えられる。爪支持部７２８は、シフト制御スリーブ２８８からの抗力が超えられると、図１６に示すように、シフト操作が完了して図１４の状態に戻るまで爪制御用座金７３６に対して時計回りに回転する。前述のように、補助カム８５４及び第２動力制御部材８７０が駆動体７０及び第１動力制御部材８６６の回転を有意に妨げない限り、駆動体７０、第１動力制御部材８６６、第２動力制御部材８７０及び補助カム８５４は、一体になって回転する。
【００４０】
ここでは、本発明による様々な実施形態を説明しているが、本発明の意図又は範囲から離れることなく、さらなる修正を加えることができる。さらに、本発明による複数の実施形態の説明は、図示のみを目的とし、請求項やこれと同等のも定義によって本発明を制限するものではない。たとえば、様々な部品の大きさ、形状、位置、方向などを希望に応じて変更してもよい。１つの要素の機能を２つの要素で実行するか、又はその逆を行ってもよい。本実施形態によるすべての利点が同時に存在する必要もない。従来の技術とは異なる独自の機能は、単独又は他の機能との組合せのいずれであっても、そのような機能によって具体化された構造又は機能（あるいは両方）の概念を含め、すべて出願者による独自の発明と見なされるべきである。したがって、本発明の範囲は、開示された特定の構造、あるいは特別な構造又は機能に関する最初の焦点のみに限定されるものではない。
【００４１】
【本発明の効果】
本発明の自転車用ハブトランスミッションは、補助力を制御するシフト補助機構を備えているため、ハブの損傷が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハブトランスミッションを備えた自転車後方の側面図。
【図２】本発明の本実施形態によるハブトランスミッションの断面図。
【図３】本発明の本実施形態によるハブトランスミッションに使用される軸及び太陽ギア装置の分解図。
【図４】本発明の本実施形態による遊星ギアキャリアの分解図。
【図５】図４に示された連結部材の詳細図。
【図６】組立状態にある遊星ギアキャリアの側面断面図。
【図７】ハブトランスミッションに使用されるシフト補助機構の部分的分解図。
【図８】本発明の本実施形態による、動作不能状態にある動力制御機構を備えたシフト補助装置を示す詳細図。
【図９】動作状態にある動力制御機構を備えたシフト補助装置を示す詳細図。
【図１０】シフト補助装置の偏向を示す詳細図。
【図１１】本発明の本実施形態による補助カムの正面図。
【図１２】本発明の本実施形態による第１動力制御部材の正面図。
【図１３】本発明の本実施形態による第２動力制御部材の正面図。
【図１４】動作不能状態にあるシフト補助装置の図８のＸＩＶ−ＸＩＶ線による断面図。
【図１５】動作状態にあるシフト補助装置の図８のＸＩＶ−ＸＩＶ線による断面図。
【図１６】動作不能状態に向かって移動中のシフト補助装置の図８のＸＩＶ−ＸＩＶ線による断面図。
【符号の説明】
１４  自転車用ハブトランスミッション
３６  ハブ軸
７０  駆動体
７４  ハブシェル
８２  動力伝達機構
９０  シフト補助機構
２８８  シフト制御スリーブ
８５０  動力制御機構
８５４  補助カム
８６６  第１動力制御部材
８７０  第２動力制御部材
８８２  補助カムのラチェット歯
８８６  補助カムスプライン
【図１】
0003599109.tif 000005
【図２】
0003599109.tif 000006
【図３】
0003599109.tif 000007
【図４】
0003599109.tif 000008
【図５】
0003599109.tif 000009
【図６】
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【図７】
0003599109.tif 000011
【図８】
0003599109.tif 000012
【図９】
0003599109.tif 000013
【図１０】
0003599109.tif 000014
【図１１】
0003599109.tif 000015
【図１２】
0003599109.tif 000016
【図１３】
0003599109.tif 000017
【図１４】
0003599109.tif 000018
【図１５】
0003599109.tif 000019
【図１６】
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