(57)【要約】前進走行に対する変速比を非連続的にシフトする内部機構式の自動変速機構アセンブリであって、隣接配置され、変速機構アセンブリに入力されるトルクから得られる回転速度に関連して隣接するＰＴＣと連結式に係合および解放され、且つ各ＰＴＣが変速比に影響を及ぼして変速機構アセンブリに対する全体変速比を生成するように設計された複数のＰＴＣから成る複数の相互接続可能な変速比生成装置を備える変速機構アセンブリを提供する。本発明による変速機構は、１つ以上の多段型アセンブリを更に備える。
2008510104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前進走行に対する変速比を非連続的にシフトする内部機構式の自動変速機構アセンブリであって、
隣接配置され、前記変速機構アセンブリに入力されるトルクから得られる回転速度に関連して隣接するＰＴＣと連結式に係合および解放され、且つ各ＰＴＣが変速比に影響を及ぼして前記変速機構アセンブリに対する全体変速比を生成するように設計された複数のＰＴＣから成る複数の相互接続可能な変速比生成装置と、
前記ＰＴＣを、可逆的且つ係止可能に収容するホイールハブと、
を備える変速機構アセンブリ。
【請求項２】
前記変速機構が高い変速比にシフトアップする際に、前記変速機構に入力される回転のリズムが比較的狭い範囲にあるように設計された、請求項１記載の変速機構アセンブリ。
【請求項３】
前記ＰＴＣは、歯止め機構を介して先行ＰＴＣおよび／または後続ＰＴＣと可逆的に接続可能である、請求項１記載の変速機構アセンブリ。
【請求項４】
前記ＰＴＣの歯止め機構は、後続ＰＴＣの歯止めホイールと係合可能な先行ＰＴＣの少なくとも１つの爪を備える、請求項３記載の変速機構アセンブリ。
【請求項５】
前記ＰＴＣは、
中央太陽歯と、前記太陽歯の周りに配置され且つ前記太陽歯と噛み合わされる少なくとも２つのピニオン歯と、前記ピニオン歯を囲い且つ前記ピニオン歯と噛み合わされるクラウン歯と、前記太陽歯に対して直交する回転軸を有し且つ前記ピニオンが枢動可能に保持される遊星ギアキャリアと、を有する遊星ギアサブシステムと、
前記遊星ギアキャリアの溝と係合可能な少なくとも１つの爪を有する歯止め機構と、
を備える請求項１記載の変速機構アセンブリ。
【請求項６】
前記クラウン歯は、現ＰＴＣのクラウン歯をホイールハブに係止して回転を伝達し、前記クラウン歯を解放して前記ハブを前記クラウン歯に対して回転させる、少なくとも１つの一方クラッチ機構を備える、請求項５記載の変速機構アセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの一方クラッチ機構は、前記クラッチと前記ホイールハブの間に小さい摩擦力を提供する配置を有し、これにより、解放されたＰＴＣのクラウン歯が前記ハブの方向に回転するが、前記ハブは、解放されたＰＴＣの前記クラウン歯よりも早く回転する、請求項６記載の変速機構アセンブリ。
【請求項８】
前記爪は、前記クラウン歯に枢動可能に接続され、前記クラウン歯の回転速度以上では閾値遠心力が達成されて前記爪が前記クラウン歯から揺動して前記溝と係合するように適合されている、請求項５記載の変速機構アセンブリ。
【請求項９】
各爪に与えられるあらゆる遠心力と反対の方向に前記爪を付勢するように適合され、各ＰＴＣの各爪と結合されたばねを更に備える、請求項８記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１０】
各後続ＰＴＣの各爪と結合されるばねは、連続する各ＰＴＣによって徐々に増加する反作用力を生成するように適合されている、請求項９記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１１】
前記ばねは、その徐々に増加する反作用力が前記ＰＴＣの連結によって生ずる全体変速比の増加に対応するように適合されている、請求項１０記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１２】
前記ばねによって生成される徐々に増加する反作用力は、ばね係数の相応じる増分差の結果として生ずる、請求項１０記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１３】
閾値以上において前記ハブの回転速度が低下すると、先行ＰＴＣの少なくとも１つの爪が前記現ＰＴＣのピニオンキャリアから解放して、ハブと係止されている現ＰＴＣの一方クラッチが解放される、請求項６記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１４】
１つ以上の先行ＰＴＣから連続して現ＰＴＣが解放されるシフトダウンが起こる大きさのハブの回転速度が比較的急激に低下すると、全体変速比が、より低い隣接していない全体変速比に直接シフトダウンする、請求項６記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１５】
閾値以上において現ＰＴＣの１つ以上の爪に対する遠心力が低下すると、先行ＰＴＣの少なくとも１つ以上の爪が現ＰＴＣのピニオンキャリアから解放される、請求項６記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１６】
現ＰＴＣの１つ以上の爪に対する遠心力が低下し、少なくとも２つの先行ＰＴＣの大きさが前記爪を少なくとも対応する遊星ギアキャリアから解放させる大きさである場合に、全体変速比が、より低い隣接していない全体変速比に直接シフトダウンする、請求項６記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１７】
各ＰＴＣで繰り返される装置の幾何学的形状および構造は同一であり、前記各ＰＴＣで繰り返される装置のそれぞれは、同一の変速比に影響を及ぼすように適合されている、請求項１記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１８】
各ＰＴＣの変速比は、１．０８から３．０の間である、請求項１記載の変速機構アセンブリ。
【請求項１９】
各ＰＴＣには少なくとも２つの爪が設けられ、各ＰＴＣは、前記少なくとも２つの爪に対する非対称的な力の効果が取り消されるように前記少なくとも２つの爪を結合する結合部材を更に備える、請求項５記載の変速機構アセンブリ。
【請求項２０】
変速比間のシフトアップとシフトダウンの間のシフトヒステリシスを生成する機構を更に備える、請求項５記載の変速機構アセンブリ。
【請求項２１】
シフトヒステリシスを生成する前記機構は、各ＰＴＣの少なくとも１つの爪に対する摩擦力を生成するばね付勢機構である、請求項１８記載の変速機構アセンブリ。
【請求項２２】
中央太陽歯と、前記太陽歯の周りに配置され且つ前記太陽歯と噛み合わされる少なくとも２つのピニオン歯と、前記ピニオン歯を囲い且つ前記ピニオン歯と噛み合わされるクラウン歯と、前記太陽歯に対して直交する回転軸を有し且つ前記ピニオンが枢動可能に保持される遊星ギアキャリアと、を有する遊星ギアサブシステムと、
前記遊星ギアキャリアの溝と係合可能な少なくとも１つの爪を有する歯止め機構と、
を備える遊星変速カセット。
【請求項２３】
請求項１記載の内部機構式の自動変速機構アセンブリが嵌合されるホイールハブを備えるホイール。
【請求項２４】
請求項１記載の回転式の機械出力と連動する電源を備える機械装置。
【請求項２５】
現ＰＴＣと回転式に係合してハブに回転動作を伝達するように設計された瞬時ピックアップ部材を含む多段型アセンブリと、
前記ハブに回転可能に固定され、前記瞬時ピックアップ部材のクラウン歯と係合される多段型遊星ギアアセンブリと係合する１つ以上の周方向係合部材が形成される多段型係合部材とを更に備え、
前記係合部材の係合速度を超える速度でのモーメントスリーブの回転により、前記多段型遊星ギアアセンブリが係合され、前記モーメントスリーブの速度と、対応するＰＴＣの速度を低下させる、請求項１記載の変速機構アセンブリ。
【請求項２６】
前記多段型遊星ギアアセンブリは、前記多段型係合部材と回転式に固定可能な歯板の中央太陽歯とそれぞれ係合される対応する反転ギアとそれぞれ係合される複数のピニオン歯を備える、請求項２５記載の変速機構アセンブリ。
【請求項２７】
前記瞬時ピックアップ部材はスリーブであり、一方転がり軸受または前記モーメントスリーブの周囲に形成される歯止め機構によってハブに回転式に固定される、請求項２５記載の変速機構アセンブリ。
【請求項２８】
請求項１記載の変速機構アセンブリを備える反転ギアアセンブリであって、入力が増加すると出力が減少する、反転ギアアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動変速機構（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に係わり、特に、機械的に内部収容される自動変速機構に関する。この変速機構は、主に自転車での使用について以下に説明されるが、本発明の変速機構が多数の用途に用いられ、様々な乗り物、電気機器および機械に必要な変更を加えて使用され得ることが理解されるであろう。
【背景技術】
【０００２】
様々な変速比（ｒａｔｉｏ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に影響を及ぼすように自転車のギア間でシフトする多数のシステムが存在し、操縦者は、快適な乗り心地を得るためにこのシステムを所望のギアに調節する。例えば、操縦者は、急な坂を上る際に低速ギア（変速比）を所望し、または高速走行する際に高速ギアを所望する。
【０００３】
シフティングシステムは、外部電力（典型的には、電気的なバッテリを使用する）を必要とするもの、純粋に機械的なもの、外部に位置する（環境に曝される）もの、内部の（収容される）もの、手動のもの、自動のもの、無段変速のもの、非連続的な変速比を有するもの、比較的大きい値の変速比を可能にする設計のもの、比較的小さい値の変速比を可能にする設計のもの、および他の種類の変形例を含む。
【０００４】
種類および設計によっては、これらのシステムは比較的複雑であり、自転車に大量の重みを加え、運搬用の予備バッテリを必要とし、泥を集めやすく、また障害物から機械的損傷を受けやすい。
【０００５】
本発明に関連する種類のギアアセンブリは、特許文献１に開示されている。特許文献１には自転車用の内部機構式の自動変速機構が開示されており、この自動変速機構は、低速ギアと高速ギアの変速、または低速ギアと中速ギアと高速ギアの変速を実行することができる。この機構は、スレーブ部材と、駆動部と、駆動部とスレーブ部材の間に配置された遊星ギア機構と、駆動方向において駆動部の回転角に対して作動される自動シフト制御機構とを含む。自動シフト制御機構は、第１の一方クラッチと、クラッチ制御部材と、スレーブ部材の内周面に配置される第１の隣接部材とを含む。
【０００６】
関連する変速機構を開示する更なる先行技術は、特許文献２、特許文献３および特許文献４を含む。
【０００７】
特許文献２には、遊星ギアと、第１および第２の爪歯止め（ｐａｗｌ−ａｎｄ−ｒａｔｃｈｅｔ）クラッチとを備える自転車用の２速形ハブが開示されている。第１および第２の爪歯止めクラッチは、ハブ体（ｈｕｂ  ｓｈｅｌｌ）を、遊星キャリアとしても機能するハブの駆動部と、高速回転リングギアとにそれぞれ接続する。第２のクラッチは、通常、遠心調速機によって解放（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ）されている。この遠心調速機は、クラッチの爪キャリア上に枢動可能に取り付けられたばね仕掛けの調速機錘（ｆｌｙｗｅｉｇｈｔ）を有し、この調速機錘のばねに打ち勝つのに十分な遠心力の影響下で、それらの枢動軸について共通の時計回りに揺動する。環状のディスクは調速機錘に結合され、調速機錘と共に枢動する。
【０００８】
特許文献３には、操作者のフットペダルクランクによって駆動される自転車のホイールハブ用の自動シフト変速駆動機が開示されている。ハブにおいて回転用に嵌められた複数の遊星ギアは、取り付け軸上に固定された太陽ギアについて係合および回転することにより、これらと一緒にハブを搬送および回転させる。遊星ギアは、一方クラッチを介してクランクに接続されており、このクランクは、そのアームが円筒カムに追随し、その偏心度（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）が速度とトルクの関数として可変である。カムは回転入力軸から枢動可能に取り付けられ、その偏心度は、カムとそのフォロワ間の反力と、カムに対する遠心力と、操作者の能力に適合するように選択可能な初期偏心度にカムを戻すようなカンチレバによって発生する復元力とによって制御される。遠心制御力は、カムと一体化された調速機錘と、入力軸のバランスを動的に保つための釣り合い錘とによって発生する。
【０００９】
特許文献４には、ハブの回転によって発生する遠心力に応じてギアをシフトさせる自動内部自転車用ハブ変速機構が開示されている。この変速機構は、ハブアクスルと、ハブアクスルに回転自在に取り付けられた駆動部と、ハブアクスルに回転自在に取り付けられたスレーブと、駆動部とスレーブの間に配置され、駆動部の回転速度を変化させ且つ駆動部からスレーブへ回転動力を伝える動力伝達機構と、スレーブと駆動部を選択的に係合および解放するクラッチ機構と、クラッチの動作を制御するクラッチ切換機構とを備える。クラッチ切換機構は細長い重み付け部材を含み、この重み付け部材は、ハブアクスルの周りでの重み付け部材の回転によって発生する遠心力に応答して、半径方向外側に枢動する。制御部材は、クラッチ機構に動作可能に結合され、クラッチに駆動部とスレーブを係合状態にする係合位置と、駆動部とスレーブを解放する解放位置との間で、ハブアクスルの周りで回転可能である。結合部材は、離間された位置で重み付け部材に結合され、重み付け部材の半径方向外側への動きに応答して制御部材を回転させる制御部材に接続される。
【特許文献１】米国特許第６，５５８，２８８号明細書（Ｏｋｏｃｈｉ）
【特許文献２】米国特許第３，６０３，１７８号明細書（Ｌｕｔｚ，ｅｔ  ａｌ）
【特許文献３】米国特許第４，０９８，１４７号明細書（Ｗａｄｄｉｎｇｔｏｎ）
【特許文献４】米国特許第６，０１０，４２５号明細書（Ｔａｂｅ）
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、複数の異なる変速比間での非連続的なシフトを可能にする、内部収容される機械的な自動変速機構アセンブリに関する。異なる変速比のシフトおよび発生は、それぞれが変速比を発生するように適合された遊星変速カセットの連結によって実現され、これにより変速機構アセンブリに対する全体変速比が発生する。
【００１１】
この設計により、隣接していないより低速な変速比への直接的なシフトダウンが可能となる。
【００１２】
他の態様によると、本発明は、上記内部機構式の自動変速機構を備えるホイールハブ、上記ホイールハブを備えるホイール、および上記ホイールを備える自転車または他の乗り物に関する。また、本発明は、上記内部機構式の自動変速機構アセンブリを備える電気機器または機械に関する。
【００１３】
実際上の理由により、本発明を自転車について説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。したがって、「ペダル」という用語は、あらゆる機械的な動力入力／出力（エンジン、風力タービンプロペラ等）に一般化することができ、後輪は、機械的に駆動されるあらゆる装置（コンベヤベルト、発電機、乗り物の駆動輪等）に一般化することができる。
【００１４】
便宜上、以下の定義を提供する。
【００１５】
ＰＴＣ（遊星変速カセット）−複数の相互作用ギアを備えることにより各ＰＴＣが変速比を提供し、更に、ＰＴＣを直列に相互接続（連結）するシフト機構を備える装置。ＰＴＣは、遊星ギアシステムと、歯止め機構とを備える。歯止め機構は、更に「下流」（鎖歯車から離れる方向、またはハブの動力入力側）に位置する。
【００１６】
現ＰＴＣ−ハブに係止されているＰＴＣ。全体変速比は、現ＰＴＣと先行ＰＴＣの累積連結（前の鎖歯車と後の（駆動）鎖歯車の間の比による初期変速比を加える）の結果として得られる。
【００１７】
後続ＰＴＣ−現ＰＴＣに隣接しており、鎖歯車から離れるＰＴＣ。
【００１８】
先行ＰＴＣ−鎖歯車に近付くＰＴＣ。
【００１９】
係合ＰＴＣ−特定のＰＴＣが接続され、その後続ＰＴＣに動力を伝達する状態のＰＴＣ。
【００２０】
解放ＰＴＣ−特定のＰＴＣがその後続ＰＴＣと接続されず、後続ＰＴＣに動力を伝達しない状態のＰＴＣ。
【００２１】
係合速度−連結を生じさせる構成要素の回転速度であり、これによりＰＴＣがその後続ＰＴＣと係合する。特に、関連する爪（以下に説明する）が生成された遠心力により揺動した際における、爪キャリアまたはクラウン歯の回転速度（以下に説明する）。
【００２２】
全体変速比−自転車のペダルの回転速度と駆動輪（典型的には、後輪）の回転速度との比。
【００２３】
初期（最小）変速比−自転車のペダル（前）鎖歯車とその後鎖歯車との比。
【００２４】
最大変速比−変速機構がその最速ギアにある場合（即ち、鎖歯車から最も離れたＰＴＣが係合している場合）における、自転車のペダルの回転速度と駆動輪の回転速度との比。
【００２５】
非隣接変速比−現ＰＴＣと隣接していないＰＴＣからのシフトアップまたはシフトダウンの結果として生ずる全体変速比。
【００２６】
本発明の内部機構式の自動変速機構の利点は、とりわけ以下のものを含む（自転車に関連しているが、これらに限定されない）。
【００２７】
・小型−変速機構アセンブリにおいて多数のＰＴＣを嵌合することができ、複数の変速比の間でシフト可能となる。
【００２８】
・小さいシフト増分−操縦者が（小型設計により）幅広い全体的な変速範囲にわたって快適に、狭いペダリングＲＰＭでペダルを踏むことができる。同様に、自転車以外のシステムを考えると、シフト増分が小さいために、電源は略最適な電力出力で動作することができる。
【００２９】
・所望の全体変速比に到達するまで中間変速比をそれぞれシフトすることなく、非隣接変速比に直接シフトダウンまたはシフトアップすることができる。
【００３０】
・高速シフト−最小動作および最小エネルギ、ならびに変速を行うのに必要な時間の短縮により、ギア変速中における動力損失を最小化する。
【００３１】
・機械的−バッテリ等の補助電力は不要である。
【００３２】
・自動−簡単に使用することができ、操縦者は、どのギアを使用するか心配したり判断したりする必要がない。
【００３３】
・効率的−シフト増分（変速比）が小さいので、動力源はその最適な動力生成ＲＰＭで動作することができ、動力消費上最適でない、極めて低いＲＰＭまたは極めて高いＲＰＭを回避することができる。
【００３４】
・安全−操縦者は交通事項や地形等に自由に集中することができ、また多段階シフトダウンによってより低いギアに直接シフトすることができるので、モーメント損失、潜在的な失速、急なカーブ（例えば、「ジグザグ道路」）あるいは下り坂のすぐ後に急な上り坂になる場合等における自転車からの転落を防止することができる。
【００３５】
・人間工学−操縦者は、例えば、上り坂を走行している際や急なターンを曲がる際に高速ギアとなっている場合のように必要以上にペダルを踏まなくてはならない状況に遭遇しない。また、操縦者は、例えば、加速しているが十分に早くシフトアップしていない場合のように必要以上に早くペダルを踏まなくてはならない状況に遭遇しない。これにより、膝や体の他の部位へのストレスが軽減され、操縦者が転落する可能性を低減することができる。
【００３６】
・便利−自転車のチェーンは、シフト中に一方の鎖歯車から別の鎖歯車に移動しないので、チェーンが鎖歯車の間またはその外側に外れる可能性を飛躍的に低減することができる。
【００３７】
・低メンテナンス−内部的であるため、泥や機械的損傷といったマイナス影響が緩和される。更に、自転車のチェーンがシフト中に鎖歯車間で移動しないので、それにかかるストレスや摩耗も少なくなり、チェーンや鎖歯車を交換する頻度が少なくなる。
【００３８】
・製造の補助−大部分が繰り返しの部品から組立てられるので、効率的に製造することができる。
【００３９】
・システムは改良部品を組み込んでいるため、既存の自転車の設計と互換性がある。
【００４０】
本発明は、前進走行に対する変速比を非連続的にシフトする内部機構式の自動変速機構アセンブリを提供し、この自動変速機構アセンブリは、隣接配置され、変速機構アセンブリに入力されるトルクから得られる回転速度に関連して隣接するＰＴＣと連結式に係合および解放され、且つ各ＰＴＣが変速比に影響を及ぼして変速機構アセンブリに対する全体変速比を生成するように設計された複数のＰＴＣから成る複数の相互接続可能な変速比生成装置と、ＰＴＣを、回転可能且つ係止可能に収容するホイールハブと、を備える。
【００４１】
本発明による変速機構は、任意の好適な数のＰＴＣを備え、これらのＰＴＣの少なくとも３個は合理的に配置され、自転車のハブに設けられるスペースを考慮すると最大で１０個のＰＴＣまで実際に設けることもできる。
【００４２】
この配置では、ＰＴＣは、中央太陽歯と、太陽歯の周りに配置され且つ太陽歯と噛み合わされる少なくとも２つのピニオン歯と、ピニオン歯を囲い且つピニオン歯と噛み合わされるクラウン歯と、太陽歯に対して直交する回転軸を有し且つピニオンが枢動可能に保持される遊星ギアキャリアとを有する遊星ギアサブシステムと、遊星ギアキャリアの溝と係合可能な少なくとも１つの爪を有する歯止め機構と、を備える。
【００４３】
本発明の変更態様によると、本発明の変速機構は更に、ハブ内で同軸上に配置され、ＰＴＣと係合し且つ一方転がり軸受機構（回転係止機構）によってハブに回転動作を伝達するように設計されたモーメントスリーブ（ｍｏｍｅｎｔ  ｓｌｅｅｖｅ）を含む多段型アセンブリ（ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、ハブに回転可能に固定され、モーメントスリーブのクラウン歯と係合される多段型遊星ギアアセンブリと係合する１つ以上の周方向係合部材が形成された多段型の板と、を備え、多段型係合部材の係合速度を超える速度でのモーメントスリーブの回転により、多段型遊星ギアアセンブリが係合され、モーメントスリーブの速度と、対応するＰＴＣの速度を低下させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下に、本発明を理解し、本発明を実際にどのように実施するかを知るために、添付の図面を参照し非限定的な例を用いて好ましい実施の形態を説明する。
【００４５】
まず図１を参照するに、車両、とりわけ自転車１０の後部が示されている。車両は、例えば、原動機付き自転車、オートバイ、自動車、トラック、タンク等を含む別のタイプでもよいが、本願の説明は、モータのついてない車両、特に自転車に特に適している。更に、本発明による変速機構は、車両への使用に限定されず、他の機構と共に利用することもできる。このような機構はとりわけ、エレベータ、タービン、電気車両、起重機、滑車、巻き揚げ機等を含む。
【００４６】
本発明に関わる、自転車１０の部品だけを説明し、全ての他の構成要素は完全に標準化されている。このように、自転車１０は、輪止め１４と、輪止め１４と結合される鎖歯車１６を有する後輪１２を備える。
【００４７】
明確にするために、特に記載しない限り、回転可能な構成要素の回転は、前進している、即ち図１において右から左に走行している自転車に関連する。したがって、自転車１０が前進すると、鎖歯車１６は、添付の図面において反時計回り（ＣＣＷ）に回転している（変速機構の構成要素を見えやすくするために鎖歯車をその後部に配置している）。
【００４８】
更に図２も参照すると、自転車１０は、ハブ１８および車軸２２を備える。ハブ１８は、自動変速機構（以下に説明する）の一部を構成すると共に自動変速機構を収容し、輪止め１４を介して後輪１２に回転を伝達する一対のハブフランジ２０を備える。車軸２２は、ハブ１８の中を同軸に延在し、装置全体を自転車１０のフレームに堅く接続する。公知の通り、自転車のフレーム部材にハブを回転可能に固定するためのアーム２１が設けられている（図２Ａ、２Ｂ、１３Ａ）。
【００４９】
図３は、ハブ１８の内部にある、隣接配置され且つ連続的に接続された（以下に説明する）複数の遊星変速機構カセット（ＰＴＣ）２４より主に成る構成要素を露出させるために、ハブ１８を取り除いた状態の図２を示す。ＰＴＣ２４は、一方クラッチ２６（一方転がり軸受け機構、転がり係止機構とも称される）によって、ハブ１８の内表面に接続／係止（隔離／解放）される。一方クラッチ２６は、非対称的なスロット３０（図５により明確に示す）における軸受けピン２８より成り、例示的に示されている。更に、ＰＴＣ２４を構成する複数の繰り返し構成要素、例えばクラウン歯３２（一方クラッチ２６が接続され、あるいは一体化される）、およびクラウン歯３２と噛み合うピニオン３４が可視となる。各ＰＴＣ２４は、典型的には２個から５個のピニオン３４を含み、本実施の形態では各ＰＴＣは３個のピニオンを含んでいる。ピニオン板３６は、ピニオン３４を定位置で保持し、ピニオンピン３８を備えている。ピニオンピン３８の回りでピニオン３４が枢動する（図５および図６を参照）。
【００５０】
図４は、図３に示す大部分の構成要素の分解図であり、ハブ１８の内部にある更なる構成要素、特に、通常は車軸２２と一体形成される太陽歯４０が示されている。車軸２２と同様に、太陽歯４０は、自転車１０に固定されているので回転しない。ＰＴＣ２４は、ピニオン３４（ピニオン３４のみ）を介して、車軸２２（または、太陽歯４０）のみと接触し、ＰＴＣ２４の歯は太陽歯４０と噛み合わされる（図５に明確に示される）。鎖歯車１６は駆動コネクタ４２を備え、駆動コネクタ４２は、ＰＴＣ２４に動力を伝達する対応する係合部材４６（本実施の形態では、一方軸受けを実装するピン）と係合されている。カバー板４７は、全ての構成要素をハブ１８の内部に包み込む。
【００５１】
各ＰＴＣ２４は、２つのサブシステム（図５〜図７参照）を有する。その１つは、太陽歯４０と、ピニオン３４と、クラウン歯３２とを有する遊星ギアシステム４８（その構成要素によって規定される）である。図５に示すように、太陽歯４０の歯はピニオン３４の歯と噛み合い、ピニオン３４の歯はクラウン歯３２の歯と噛み合う。
【００５２】
図６Ａは、遊星ギアシステム４８の一部の分解図であり、ピニオン板３６によって保持されるピニオンキャリア５０上にピニオン３４が集積される。
【００５３】
上記２つのサブシステムのもう一方は、ピニオンキャリア５０の反対（裏）側に位置する歯止め機構である。図６Ａでは、ピニオンキャリア５０の裏側部分が示され、図６Ｂにその反対側が明確に示される（反対側の図であるため、この特定の図では、ピニオンキャリア５０は自転車１０が前進する際に時計回りに回転する）。この歯止め機構は、ピニオンキャリア５０の周辺フランジ部分によって形成された歯止めホイールを備える。この歯止めホイールは、その内表面に形成された歯止め溝５４を有する。１つ以上の爪５６（典型的には、対称的に配置された２つの以上の爪がより良い結果をもたらす）が溝５４と係合可能である。爪５６は、技術において公知であるように、遠心力に対する反応に影響を及ぼす錘（図示せず）を備える。
【００５４】
図７では、クラウン歯３２は、一対の爪５６が（クラウン歯３２の全周に対して）１８０°離間され、且つ爪５６が取り付け部材５７によってクラウン歯３２に取り付けられている状態で示されている。取り付け部材５７には、爪５６が爪ピン５８によって接合されている。したがって、クラウン歯３２は、「爪キャリア」とも呼ぶこともでき、それぞれ参照番号３２（特に記載しない限り）が付与される。爪５６は、ピニオンキャリアの溝５４の形状に対応する突出部６２を備える。爪は、（クラウン歯３２の）中心に向かって突出する爪の垂直延長上にある同期アーム５５を含む。同期アーム５５には、複数の取り付け歯止めが刻まれている。ピン５８に対向する取り付け部材５７の端部には、取り付け金具６５がねじ６７で接続されている。ばね６０は、一方の側の爪の同期アーム５５と、他方の側の取り付け金具６５との間で連結されている。ばね６０は、爪５６の奥側端部を（クラウン歯３２の）中心に向かってできる限り内側に位置決めするように付勢する。
【００５５】
多数の他の種類のばねが必要な変更を加えて、各種構造における爪５６を付勢するために使用され得ることは理解されるであろう。
【００５６】
代替的には、以下に説明するように、好ましくは均一に離間され（例えば、爪が３個の場合には１２０°離間されて配置され、４個の場合には９０°離間されて配置される）、好ましくは互いに連結される追加的な爪が存在してもよい。
【００５７】
図８は、ハブ１８の部分的切り欠き図であり、本発明の変速機構の更なる視点を提供する。ハブ１８が回転（ｓｐｉｎ）する玉軸受け６４も可視である。一方クラッチ２６は、一方クラッチ２６が係止され得るハブ１８の内表面に隣接して示される。
【００５８】
一方クラッチ２６の機能は、その非対称的なスロット３０が示される図５を参照してより良く理解されるであろう。クラウン歯３２がハブ１８と同じ早さで反時計回りに回転すると、軸受けピン２８は、軸受けピンの直径よりも狭い非対称的なスロット３０の狭い側に押圧される。これにより、軸受けピン２８はハブ１８に係止される。これが、クラウン歯３０がハブ１８に係止される現ＰＴＣ２４であることに留意されたい。
【００５９】
クラウン歯３０がハブ１８よりも遅く反時計回りに回転すると、軸受けピン２８は、軸受けピンの直径よりも広い非対称的なスロット３０の広い側に存在する。これにより、軸受けピン２８はハブ１８に係止されない。
【００６０】
変速機構の組立をここで説明する。組立中、各ＰＴＣ２４のピニオンキャリア５０（図６Ａ）は、ＰＴＣ２４が連結して配置されるように先行ＰＴＣ２４の爪５６（図７）上で嵌められ太陽歯４０上に組立てられ、且つハブ１８の長さを満たすよう典型的には設計される。ＰＴＣ２４は、爪ピニオンキャリア係合（図９Ａ参照）により（それだけにより）互いに接続可能となる。
【００６１】
したがって、比較的多数のＰＴＣ２４の繰り返し装置部を、本変速機構において配置することができる。これら繰り返される装置部の数は、主に構成要素の厚さの関数となる。一般的に、ギアがより遅く回転し、その歯があまり摩耗を受けない場合のように、使用されるギアの直径が大きい場合に、より薄い構成要素が使用され、より大きいハブ直径を必要とする。
【００６２】
当然のことながら、構成要素の材料の耐性は重要な設計要素であり、典型的には、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属、または各種合金を使用することができる。このような金属を使用し、適当な摩耗率を考慮すると、最大で１０個以上のＰＴＣをハブ１８内に嵌め込むことができる。
【００６３】
変速機構の「速度」の数は、ＰＴＣの数に１を加算した値であり、ＰＴＣにより提供される最大比に前後の鎖歯車間の比によって得られる比を加算した値より得られる。例えば、「１１速度自転車」は、１０個のＰＴＣ変速機構アセンブリを収容するホイールハブによって提供される。
【００６４】
図９Ａおよび９Ｂは、対応するピニオンキャリア５０、特に対応するピニオンキャリア５０のフランジ部分５２の溝５４と係合位置および解放位置にある爪５６をそれぞれ示している。これらの図では、各ＰＴＣ２４の少なくとも２つの爪５６に対する非対称的な周方向の力の影響が取り消されるように、爪５６を互いに結合させる結合部材６６も顕著である。これにより、自転車のタイヤが路面の窪み、カーブ、石等の障害物に当たった場合であっても、どの爪５６も自然な状態で不適切に係合または解放されない。
【００６５】
図１０Ａおよび１０Ｂは、図４を参照して説明したように、鎖歯車１６に隣接して位置する第１の爪キャリア６８と称される正面図および背面図をそれぞれ示す。第１の爪キャリア６８は鎖歯車１６から回転力を受け、その爪５６の係合を生じさせる回転速度以上であれば、第１の爪キャリア６８は後続ＰＴＣ２４と係合する。
【００６６】
一連のＰＴＣ２４の他端には、図３に示すように、クラウン歯３２が設けられる。クラウン歯３２は、一方クラッチ２６を有するが、後続ＰＴＣ２４がなく別のＰＴＣ２４と係合しないので、爪５６は有さない。第１の爪キャリア６８（鎖歯車に隣接する）と、「最終」クラウン歯３２（鎖歯車１６から最も遠いＰＴＣ２４に後続する）とが組み合わされて、１つのＰＴＣ２４を構成する。これにより、最大変速比は、ＰＴＣ２４の数よりも１大きくなる。
【００６７】
第１の爪キャリア６８が、鎖歯車１６に接続される唯一の変速機構の構成要素であること、ピニオンキャリア５０またはピニオン３４を有さず、鎖歯車１６から直接トルクを受けることに留意されたい。
【００６８】
図１０Ａおよび図１０Ｂでは、図４を参照して説明した、鎖歯車１６からＰＴＣ２４に動力を伝達する機構が更に示される。この機構は、図１０Ａおよび１０Ｂにおいて軸受けローラ７７によって示される。この、機構は一方クラッチ式機構であり、一方クラッチ２６（または、以下に説明する一方クラッチ２６ａ）、または爪／溝配置で使用されるものと同じ機構でもよい。したがって、この機構によれば、鎖歯車１６から第１の爪キャリア６８に動力が伝達され、操縦者が前進するようペダルを踏まない（即ち、操縦者が坂道を下り、または後進するようペダルを踏む）場合に、爪キャリアの回転を妨げないで、図１０Ａに反時計回り（即ち、自転車１０が前進する）方向に、第１の爪キャリア６８を回転させる。
【００６９】
図１０Ａおよび図１０Ｂの更なる詳細を以下に説明し、特に、誘導ヒステリシスを介する構成要素の共振および摩耗の防止に関して説明する。
【００７０】
図１１は、一方クラッチ２６ａを示している。一方クラッチ２６ａは、同じ軸受けピン２８を使用し、非対称的なスロット３０ａを有する点において、図５および図８を参照して説明した一方クラッチ２６と類似している。しかし、本実施の形態では、クラウン歯３２に対して近くなるように曲げられた（ａｎｇｌｅｄ）スロット３０ａの側が解放され、その他方の側が、ばね８２によって付勢される軸受け接合部材（ｂｅａｒｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｍｅｍｂｅｒ）８０を有する。接合部材８０が対応する軸受けピン２８に僅かな力を与えることにより、ハブ１８（現ＰＴＣ）と係合しているＰＴＣ２４の全ての軸受けピン２８は、ハブ１８と略同時に係合することができる。
【００７１】
一方クラッチ２６ａの別の利点は、ばね８２による力が小さいので、後続ＰＴＣ２４のクラウン歯３２はハブ１８の方向に転がり、係合した際の後続ＰＴＣ２４に対する衝撃を最小限にできることである。この特徴は、操縦者が坂を下った後、あるいは急激に加速した後にペダルを再び踏み始めるときに特に有利である。
【００７２】
しかし、ばね８２の力は、ハブ１８をハブ１８よりも遅く回転しているクラウン歯３２の軸受けピン２８と係止させる程強くない。実際に、ハブ１８に係止されていないピン２８を有するＰＴＣ２４では、ピン２８が自身の軸の回りで自由に回転しているので、ハブ１８は、無視できる程度の抵抗で、対応するクラウン歯３２よりも簡単に早く回転することができる。これは、円滑で、ピン２８の表面に典型的に対応する表面を有する接合部材８０によって容易化される。
【００７３】
本発明の上記変速機構を用いる自転車について、ＰＴＣ２４の変速比は、典型的には１．０８から１．３の範囲にあり、これは、自転車のギアをシフトする際に快適な範囲として知られている。
【００７４】
しかし、各ＰＴＣの変速比は、１．０８から３の範囲でもよいし、それによりも大きい範囲でもよい。典型的には、最大変速比は少なくとも３．５であり、各ＰＴＣの変速比は１．０８から１．３０の範囲にあり、最大変速は少なくとも３．５であるが、これらの比は変化してもよい。
【００７５】
特定のＰＴＣの太陽歯４０における歯数がＺａ、特定のＰＴＣのクラウン歯３２における歯数がＺｂの場合、この特定のＰＴＣ２４の変速比は、１＋Ｚａ／Ｚｂである。
【００７６】
太陽歯４０の歯数（即ち、サイズ）は、個々のＰＴＣ２４と関連して、その長さに沿って異なってもよい。しかし、均一または「繰り返し部品」の使用はより便利であり、製造および設計について安価である。
【００７７】
本発明の特定の実施の形態では、様々なＰＴＣにおける全てのギアリングは、互いに同一である。したがって、Ｚａ／Ｚｂの比（典型的には０．０８から０．３０の範囲にある）は、単一の変数（例えば、Ｘ）によって置き換えられ、各ＰＴＣの変速比は、１．Ｘとなる。したがって、一連のｎ個のＰＴＣ２４の変速比は（１．Ｘ）ｎであり、変速システム全体の全体的な最大変速比は、（初期比）＊（１．Ｘ）ｎである。
【００７８】
実際のギア歯比の一例では、太陽歯４０が１５個の歯を備え、ピニオン３４が４２個の歯を備え、クラウン歯３２が９９個の歯を備えている。これにより、各ＰＴＣ２４に対して、１：１＋１５／９９または１：１．１５の比が発生する。
【００７９】
１．０に極めて近い比を有する遊星ギアは、太陽歯に関して大きいピニオンを必要とする。全体的な直径を減少させながら小さい比を可能にする代替的な設計は、図１２に示すように、二重径ピニオン３４ａを用いることである。
【００８０】
ＰＴＣ２４の爪ばね６０は、後続ＰＴＣ２４のそれぞれについて、ばねのばね係数または爪の同期アーム５５に対するばねの様々な取り付け歯止め５９への可変範囲から結果として生ずる可変レバーが、より高い遠心力と、爪５６が揺動して係合するためのより高い係合速度（上記に定義した通り）とを必要とするように設定される。ばね係数比、または隣接するＰＴＣ２４間の取り付け歯止め５９の位置は、それぞれの変速比に対応するように設計される。例えば、ＰＴＣ変速比が１．Ｘである場合には、後続ＰＴＣ２４の爪ばね６０のばね係数は、現在よりも１．Ｘ高く、あるいは取り付け歯止め５９のレバーは先行するものよりもこの１．Ｘ分の作用を発生させる。
【００８１】
図１０Ａおよび図１０Ｂを再び参照して、係合位置と解放位置の間の爪５６のヒステリシスを以下に説明する。このようなヒステリシスは、複数のマイナス影響を回避することが望ましい。このマイナス影響は、例えば、より荒い乗り心地、予測不可能な自転車の挙動、ギア部に対する必要以上の摩耗などを生成させる、爪に対する遠心力において僅かな変化が生じた際のシフトアップとシフトダウンの間の急速な前後切換えと関連付けられる。更に、中間状態で爪５６を浮かせる閾値点（「ゼロ」点）に近い遠心力での対応するピニオンキャリア５０との爪５６の係合／解放は、遅いまたは不完全な係合／解放となり、摩耗を増加させる。
【００８２】
上記マイナスの現象を除外するために、各ＰＴＣ２４について、係合移行点（爪５６が揺動して後続ＰＴＣ２４と係合する爪５６に対する遠心力）は、解放移行点（爪５６が離間されて後続ＰＴＣ２４から解放される爪５６に対する遠心力）よりも僅かに高く設計される。第１の爪キャリア６８の場合、キャリアの回転速度が爪５６に対する遠心力を発生させ、第１の爪キャリア６８に後続する後続ＰＴＣ２４では、爪５６がクラウン歯３２に取り付けられ、その回転速度が爪５６に対する遠心力に影響を及ぼす。
【００８３】
上記移行点は、対向する力が「ゼロ」点から十分に遠い場合に発生することが望ましく、十分な力および（爪５６の）加速度で移行が生ずる。
【００８４】
これを実現するための機構の一例は、ヒステリシス誘導機構７０を介することである。このような機構は、爪５６の係合移行または解放移行に対する抵抗Ｒを閾値点以上にするように設計されている。これは、遠心力から爪５６に対して反対側のばね負荷を減算した値が、ゼロ点から外れた量Ｒである場合である。
【００８５】
この目的のため、一実施の形態によると（図１０Ａおよび図１０Ｂ）、機構７０は、取り付け部材５７ａ（取り付け部材５７でもよい）のボア７４に嵌合するように適合されたばね７２と、玉７６とを備える。本実施の形態では更に、浅い窪み７８等の切り込み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）を有する爪５６ａが設けられ、この窪み７８は玉７６と整列される。ばね７２は、玉を付勢して爪５６ａの窪み７８と接触させることにより、「デルタ」力および所望のヒステリシスを生成する。
【００８６】
必要な力は、様々な機構およびその変更態様によって（例えば、静止摩擦機構を介して）生成されることが理解されるであろう。
【００８７】
動作
加速中の変速：
静止位置から自転車１０を加速する場合、鎖歯車１６は、自転車のチェーンによって駆動され、ハブ１８に動きとトルクを伝達し、更に輪止め１４を介して後輪１２に動きとトルクを伝達する。この時点では、ＰＴＣ２４の全ての組は、アイドリング状態にあり回転状態になく、自転車１０は、変速比が「初期比」（または「第１のギア」）に等しい、単速（ｓｉｎｇｌｅ−ｓｐｅｅｄ）変速機構自転車のように動作する。
【００８８】
自転車の速度が増加し、閾値遠心力に達すると、第１の爪キャリア６８の爪５６が揺動し、後続ＰＴＣ２４のピニオンキャリア５０の溝５４に係合する。上記のように、第１の爪キャリア６８は、対応する係合部材４６と係合する駆動コネクタ４２を介して、鎖歯車１６によって係合される。
【００８９】
第１の爪キャリア６８の爪５６が後続ＰＴＣ２４のピニオンキャリア５０と係合することにより、ピニオンキャリア５０は、第１の爪キャリア６８から動力の入力を受けて回転する。太陽歯４０の回りでのピニオンキャリア５０の回転により、３つのピニオンギア３４が（太陽歯４０の回りで）回転する。ピニオン３４の歯は噛み合わされているので、ピニオン３４は、それぞれの軸の回りで回転する。これにより、クラウン歯３２に動力が伝達されてクラウン歯３２が回転し、ハブ１８の速度に達すると、一方クラッチ２６は、ハブ１８を、関連するＰＴＣ２４（現ＰＴＣ）に係止させる。
【００９０】
この（第１の）ＰＴＣ２４がハブ１８と係止し、（１．Ｘ）＊（初期比）の全体変速比が生成される（即ち、「第２のギア」）。
【００９１】
３個からｎ個のギア：回転速度および遠心力が増加していくと、上記論理が繰り返された結果、更なるＰＴＣ２４が連結され、全体変速比が徐々に増加する。したがって、遠心力が順次適切に高くなると、現ＰＴＣ２４の爪５６が揺動し、後続ＰＴＣ２４のピニオンキャリア５０と係合することにより、クラウン歯３２がその一方クラッチ２６を介してハブ１８と係止される。
【００９２】
現ＰＴＣ２４の一方クラッチ２６がハブ１８と係止されると、先行ＰＴＣ２４は、ハブ１８よりも１．Ｘだけ遅く回転し、先行ＰＴＣ２４の一方クラッチ２６は、ハブ１８から解放され、現ＰＴＣ２４（およびハブ１８）よりも１．Ｘ倍だけ遅く回転する。
【００９３】
爪ばね６０のばね係数、または一連のＰＴＣ２４の爪の取り付け歯止め５９の分の作用が、ＰＴＣ２４の係合／解放によって生成される全体変速比における漸増的な増加／減少に対応して徐々に増加するように設計されているので、爪５６は、より高い／低い全体変速比が保証されるのに適した遠心力で係合／解放される。
【００９４】
換言すれば、各ＰＴＣ２４に対して、その爪ばね６０は、各ばね６０が先行ＰＴＣ２４の爪ばね６０よりも大きい抵抗を供給するような異なるばね（または、取り付け歯止め５９）を有する。各ＰＴＣ２４の爪５６はばね６０を有し、ばね６０は、ＰＴＣの爪５６が揺動し後続ＰＴＣと係合する遠心力または回転速度に対応するばね係数（または、取り付け歯止め５９）を有する。あるＰＴＣとその後続ＰＴＣの間におけるばねのばね係数（または、取り付け歯止め５９）の漸進的な増加は、これらのＰＴＣ間の変速比の漸進的な増加に直接的に対応する。したがって、現ＰＴＣ２４が１．Ｘ変速比に影響を及ぼすと、その爪ばね６０と後続ＰＴＣ２４の爪ばね６０との間の比は、１．Ｘである。その結果、どの特定の２つのＰＴＣ２４間の係合も、鎖歯車１６の特定の回転速度（即ち、ペダリング速度）で常に生ずる。
【００９５】
減速中の変速：
自転車１０が比較的高速、したがって比較的高いギアから減速する際、爪５６に作用している遠心力が低下する。遠心力が現在の係合されているＰＴＣ２４の爪５６に対する閾値以下になると、爪５６はその関連する爪ばね６０によって内側に押され、現ＰＴＣ２４は解放され、全体変速比が相応じて低下する。
【００９６】
上記から理解されるように、本発明の自動変速機構の設計によれば、第１のＰＴＣの係合が起こる速度と最後のＰＴＣの係合が起こる速度との間のあらゆる自転車速度に対して、略一定の範囲内にペダリングリズムがある。しかし、一旦最速ギアになると、操縦者は、より早くこぐためにより早くペダルを踏むことができる。
【００９７】
ギア／変速状態：
ＰＴＣは、以下の３つの状態のいずれかにある。
【００９８】
１．解放−ハブ／ホイールの回転速度が先行ＰＴＣの係合速度未満である場合、即ち現ＰＴＣ２４（鎖歯車１６から遠い）に後続し、先行ＰＴＣ２４と係合していない場合。更に、クラウン歯３２は、静止状態もしくは回転自在であり、または一方クラッチ２６ａ等の付勢態様を備える一方クラッチを具備する場合には、ハブ１８とばね８２（図１１参照）によって付勢されるクラッチ２６ａの軸受けピン２８との間の摩擦により、ハブ１８の方向に回転する。この回転速度は、ハブ１８の回転速度よりも遅い。
【００９９】
この状態では、ＰＴＣ２４は、先行ＰＴＣおよび後続ＰＴＣから解放されている。
【０１００】
２．アクティブ−ハブ１８に係止されると共にハブ１８にトルクを伝達し、先行ＰＴＣ２４と係合されている。現ＰＴＣ２４だけが「アクティブ」である。この状態は、先行ＰＴＣのクラウン歯３２の回転速度が遠心力を生成する速度で回転し、その爪５６が揺動して現ＰＴＣのピニオンキャリア溝５４で歯止めすることにより実現される。これにより、現ＰＴＣ２４がアクティブとなる。
【０１０１】
アクティブの場合（状態２の場合）、先行ＰＴＣのクラウン歯３２（「爪キャリア」）の回転は、その爪５６を介して、ピニオン３４にトルクを伝達し（クラウン歯３２に取り付けられた爪５６を介して）、現ＰＴＣ２４のピニオンキャリア５０を介して、現ＰＴＣのクラウン歯３２にトルクを伝達する。そして、上述したように、そこに一方クラッチ２６または２６ａが係止されると、クラウン歯３２およびハブ１８にトルクが伝達される。（現在の）ＰＴＣ２４は今、鎖歯車１６からハブ１８にトルクを伝達してアクティブとなり、あるいは現ＰＴＣ２４となる。
【０１０２】
３．パッシブ−先行ＰＴＣおよび後続ＰＴＣと係合して、そこに（それぞれ）動力を受け、トルクを伝達する。これらは、現在の（アクティブな）ＰＴＣ２４よりも鎖歯車１６に近いＰＴＣ２４なので、ハブ１８に係止されていない。
【０１０３】
これは、現ＰＴＣ２４の前のＰＴＣ２４の状態である。先に述べた通り、ＰＴＣのクラウン歯３２は、遠心力を生成する回転速度に達すると、その爪５６が揺動して後続ＰＴＣのピニオンキャリア溝５４に歯止めされ、その（後続する）ＰＴＣ２４を状態２（アクティブ−現ＰＴＣ２４となる）に移行させる。現ＰＴＣより前の全てのＰＴＣ２４もパッシブ状態となる。
【０１０４】
ＰＴＣの係合速度が到達されると、次のＰＴＣ２４に接続される。次のＰＴＣ２４が現在の（アクティブ）ＰＴＣとなり、先行ＰＴＣがパッシブＰＴＣ（状態３：先行する全てのＰＴＣと同様）となる。次の／後続するＰＴＣ２４の係合により、全体変速比が１．Ｘだけ増加する。
【０１０５】
１つのＰＴＣ２４だけがアクティブ−状態２（ＰＴＣｎと称する）では、どの速度でも以下が成立する。
【０１０６】
１．ＰＴＣ１〜ＰＴＣｎ−１は、
ａ．他のＰＴＣと係合（連結）されているが、パッシブ（状態３）であり、ハブ１８よりも遅く回転する。
ｂ．先行ＰＴＣ２４（鎖歯車１６に近い方のＰＴＣ）からトルクを受け、後続するＰＴＣ２４に伝達する。鎖歯車１６からハブ１８にトルクは伝達しない。
ｃ．ピニオンキャリア５０が先行ＰＴＣ２４の爪５６と同じ速度で回転する状態。ピニオンキャリア５０は、その爪５６を介して後続ＰＴＣ２４を駆動するクラウン歯３２を、ピニオン３４を介して駆動し、クラウン歯３２はハブ１８よりも遅く回転している。
【０１０７】
２．ＰＴＣｎ＋１〜ＰＴＣｆｉｎａｌは、
ａ．後続／先行ＰＴＣ２４から解放される（状態１）。
ｂ．トルクを受けず、伝達しない。
ｃ．クラウン歯３２は、静止しているか、ハブ１８の回転速度で回転している（上述の通り、一方クラッチの摩擦による）。
【０１０８】
上記説明より、本変速機構アセンブリが、「非隣接」ＰＴＣ２４への所望の直接シフトダウンを自動的に実行できることが理解されるだろう。例えば、操縦者が高速、したがって８番目のギアといった比較的高いギア（全体変速比）で走行しているとして、操縦者が急激に遅い速度（完全な停止状態程度）で走行する際、変速機構アセンブリは、適当な（はるかに）低いギア（例えば、３番目のギア）に、８番目のギア、７番目のギア、６番目のギア…といったシフト処理を実行することなく、直接自動的にシフトダウンすることができる。
【０１０９】
本発明の変更態様によると、図１３Ａ〜図１６を参照して説明するように、変速機構は、２段（「多段」）構造変速機構を備える。
【０１１０】
本構造によると、ハブ１００は、先の実施の形態（図２）と関連して示されるものと同様の外観を有し、その内部構成要素の大部分は先の実施の形態に関連して説明した構成要素と同じであり、同様の構成要素には同様の参照番号が付与される。図１３Ｂでは、１０２で総称される構成要素は、上記した図面と同様の変速機構を示し、１０４で総称される構成要素は、以下に説明する多段型アセンブリを示す。
【０１１１】
多段型アセンブリ１０４は、ハブ１８と同様の内部構造を有するスリーブ１０８状の瞬時ピックアップ部材を備えている。この瞬時ピックアップ部材は、図５の実施例で説明した通り、各ＰＴＣの一方クラッチ２６のいずれか１つによる回転係合を可能にする。同様にして、スリーブ１０８は、その周囲に、外部ハブケース１８’内の回転係合のための複数の一方外部クラッチ１１２（外表面に形成された溝に同軸配置されている）を備えている。外部ハブケース１８’は、スリーブ１０８を収容するように直径が僅かに大きい。
【０１１２】
スリーブ１０８の先端部はギア付きクラウンリング１１６を備え、このクラウンリング１１６は、車軸２２に回転式に固定されたピニオン板アセンブリ１２０を収容する。クラウンリング１１６は、ピニオン板１２０上に組み付けられ、それぞれ対応する反転ギア１２４と係合されるピニオンギア１２２（本実施例では４つ）に、回転動力および回転運動を伝達する。反転ギア１２４は、歯板１３２の中央太陽歯１３０と係合される。各段の比は、ピニオン板アセンブリの変速比（即ち、クラウン歯、ピニオン、太陽歯によって定められる全体変速比）によって定められる。
【０１１３】
歯板１３２は、その周面に複数の係合ノッチ１３６（図１６参照）を有する。多段出力は、歯板１３２から、多段係合部材１４０のボア１４４に螺合されているボルト１４２を用いてハブ１８’に固定されている多段係合部材１４０に伝達される。多段係合部材１４０は、図１６に示されるように、一対のばね付勢爪１４６を備え、この一対のばね付勢爪１４６は、リング１４０内に枢動可能に連接され、それぞれいずれかの肩部１３６に対して歯板１３２を回転可能に止める係合突起１５０を有する（図１６に最もよく図示される）。爪１４６は、コイル引っ張りばね１５４によって通常は解放位置に付勢されているので、係合速度（所定の角速度）に到達した後にだけ、矢印１５８の方向への爪１４６の角方向枢動移動（ａｎｇｕｌａｒ  ｐｉｖｏｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）が起こり、この移動に対する遠心力が生成され、結果として、図１６に示すように、爪１４６の突起１５０がリブ１３６と係合され、歯板１３２が回転可能に止められる。
【０１１４】
動作の過程では、各ＰＴＣ２４は、先の実施の形態で説明したようにスリーブ１０８と係合するので、一方外部クラッチ１１２を介して、回転出力がハブ１８’に伝達される。しかし、係合速度（最後のＰＴＣ２４の最大公称速度）に到達すると、多段係合部材１４０の角速度により、爪１４６は、軸ピン１４８に対して傾斜しつつ歯板１３２と係合するので、多段型アセンブリのピニオン板アセンブリ１２０によりスリーブ１０８が遅くなる。この状況では、全体変速比は、多段型アセンブリの実際の機械的な各段の比で乗算され、ＰＴＣの変速比が（ピニオン板アセンブリ１２０により）連続的に低下する。鎖歯車１６が（ペダルを踏む等して）更に回転すると、乗算された比で、先の実施の形態で説明したように自動ギアシフトが引き起こされる。
【０１１５】
更なる変更態様（図示せず）により、第２の多段型アセンブリが提供されてもよいことは当業者には明らかであろう。それにより、変圧比は一層増加される。
【０１１６】
多段型ギアアセンブリでは、ＰＴＣによって可能になる変速状態の多段化が実現されるように、単一の出力段階ギアが設計されている。ギアがＮ個のＰＴＣと１個の多段型ギアを含むと仮定すると、全体的な変速状態の数は、２＊（Ｎ＋１）となる。この構造では、多段型ギア（１１６、１２２、１２４、１３０）の変速比は、（１．Ｘ）＊＊Ｎよりも一般的に高くなり、ある実施の形態では（１．Ｘ）＊＊（Ｎ＋１）となる。爪１４６の係合速度は、Ｎ番目のＰＴＣ（ＰＴＣ  Ｎ）の係合速度よりも高くなり、ある実施の形態では１．Ｘ倍高くなる。加速中、ＰＴＣは１つずつ係合される。Ｎ番目のギア（ｇｅａｒ  Ｎ）が係合され、速度が１．Ｘだけ増加されると、多段型の爪１４６も係合され、変速比が急激に（１．Ｘ）＊＊（Ｎ＋１）だけ増加する。ＰＴＣアレイがスリーブ１０８を介して多段型ギアを駆動し、且つ、従動（ｄｒｉｖｅｎ）モーメント（車両本体）が通常駆動（ｄｒｉｖｉｎｇ）モーメント（エンジンモーメント）よりもはるかに大きいので、この係合によりスリーブ１０８と全てのＰＴＣは（１．Ｘ）＊＊（Ｎ＋１）だけ遅くなり、全てのＰＴＣは即座に係合が解除される。速度が更に１．Ｘだけ増加すると、最初のＰＴＣが係合し、全体変速比が１．Ｘ＊＊（Ｎ＋２）にまで増加され、（１．Ｘ）＊＊（２Ｎ＋１）に到達するまで繰り返される。
【０１１７】
反転ギア構造の動作
本発明の代替的な動作様式では、反転ギアが実装される。一般的なギアは、固定入力および増加出力を実現し、反転ギアは、増加入力および固定出力を実現する。このような機能は、固定入力ＲＰＭを好ましくは必要としながら大きく変動する動力源によって駆動される装置に適用可能である。例示的な適用は、エンジンによってベルトを介して駆動される車のエアコンコンプレッサであるが、これに限定されない。エンジンＲＰＭは、１０００〜６０００ＲＰＭ間で変動するので、コンプレッサの入口では全体的に広い入力速度範囲が生じ、エンジンがアイドリングしている場合には動力の欠如や、エンジンが高いＲＰＭの場合にはコンプレッサでの過負荷を生じさせることがある。反転ギアは、コンプレッサのＲＰＭを、あらゆるエンジン入力ＲＰＭの下で定められた小さい範囲に安定させる。
【０１１８】
反転ギアの実装は、他の遊星構造とギアを使用することで行われてもよい。しかし、簡略化のため、本実施の形態を使用して、動力がハブ１８から入力され、この動力出力が鎖歯車１６から抽出され、且つ回転の方向がこれまでの説明での方向と反対であれば、上記段落で説明した反転ギアが得られる。上記の例では、今日コンプレッサの入力軸を駆動するベルトと同じベルトが、ハブの外面に形成されるベルト境界面を介してハブに取り付けられ、動力出力は、ハブ側から駆動コネクタ４２を介して伝達される。この場合、駆動コネクタ４２は、（鎖歯車ではなく）コンプレッサのシャフトに直接接続される。
【０１１９】
本発明の自動変速機構は、自転車について説明した。しかし、当業者には、必要な変更を加えることで、この変速機構が多数の他の用途にも使用され得ることが理解されるであろう。その例（分野別）として次のものがある。
【０１２０】
・電気車両（例えば、障害者用電気自動車、車椅子、電気自転車、スクータ、フォークリフト、電車、ゴルフカート、原動機付き自転車等）
【０１２１】
・燃焼機関車両（例えば、スクータ、原動機付き自転車、オートバイ、自動車、オフロードカー、スノーモービル、ジェットスキー）。広い範囲で変動するエンジンＲＰＭの下でのコンプレッサや交流発電機等の、入力ＲＰＭを安定化させる反転ギアの使用を含む。
【０１２２】
・人間に駆動される自動車（例えば、自転車、車椅子、船）
【０１２３】
・巻き揚げ機、滑車、起重機およびリール（例えば、帆船の巻き揚げ機、ジープの滑車、伸縮自在なシェード、車を持ち上げる起重機、釣竿リール）
【０１２４】
・タービンおよびプロペラ（例えば、風力タービン等）
【０１２５】
・エレベータおよびエスカレータ
【０１２６】
・ホームアクセサリ（例えば、洗濯機、衣服乾燥機、混合機、扇風機、フードプロセッサ、粉砕機、ミシン、旋盤およびドリル等）
【０１２７】
・玩具（例えば、電動玩具自動車、船および飛行機）
【０１２８】
・産業用途および土木用途（例えば、コンベヤベルト、クレーンおよびリフト）
【０１２９】
幾つかの実施の形態を例示して説明したが、本開示を限定するものとして解釈されてはならず、必要な変更を加えて、添付の特許請求の範囲で定められる、本発明の精神および範囲内で全ての実施の形態、変更態様および配置を網羅するものとして解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明による変速機構が嵌め込まれたホイールを有する自転車の後部の側面図
【図２Ａ】本発明によるハブの斜視図
【図２Ｂ】図２Ａに示されるハブの平面図
【図２Ｃ】図２Ａに示されるハブの側面図
【図３】本発明による変速機構の遊星変速機構カセットの繰り返しを示す斜視図
【図４】図３の変速機構の分解斜視図
【図５】図３の遊星変速機構カセットの繰り返しのギアシステムの正面図
【図６Ａ】本発明の変速機構のピニオンキャリアの片側の斜視図
【図６Ｂ】図６Ａのピニオンキャリアの反対側の斜視図
【図７】本発明の変速機構のクラウン歯と爪アセンブリの斜視図
【図８】ハブの部分切り欠きを含み且つ変速機構の特定の内部構成要素を露出させる本発明の変速機構の斜視図
【図９Ａ】爪が係合位置にある遊星変速機構カセットの部分側面図
【図９Ｂ】爪が解放位置にある遊星変速機構カセットの部分側面図
【図１０Ａ】変速機構の第１の爪キャリアの分解斜視図
【図１０Ｂ】図１０Ａの背面図
【図１１】本発明の変速機構の実施の形態の一方クラッチの側面図
【図１２】本発明の変速機構の別の実施の形態のピニオン歯の側面図
【図１３Ａ】多段型アセンブリを更に備える本発明の変更態様による変速機構の断面図
【図１３Ｂ】図１３Ａの変速機構の等角分解図
【図１４】図１３Ａの線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図
【図１５】図１３Ａの線ＸＶ−ＸＶに沿った断面図
【図１６】図１３Ａの線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った断面図
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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