(57)【要約】【課題】簡単でありながら信頼性の高い構造を有する自転車用ハブ変速機を提供する。【解決手段】このハブ変速機は、ハブ軸１０と、ハブ軸１０に対して相対回転自在に支持された駆動体１１と、駆動体１１に対して相対回転自在に支持されたハブシェル１２と、駆動体１１とハブシェル１２との間に配置され駆動体１１から複数の動力伝達経路を通してハブシェル１２へと回転力を伝えるための遊星歯車機構１３と、異なる変速比を選択するために遊星歯車機構１３を作動させるためのクラッチ手段１４とを含む。クラッチ手段１４は、ハブ軸１０によって回転不能に支持され、遊星歯車機構１３の少なくとも１つの太陽ギアとの係合／係合解除のためにハブ軸１０に対して軸方向に相対移動自在である少なくとも１つのクラッチ板１４ａ，１４ｂを含む。【選択図】図１
2008224032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ軸と、
前記ハブ軸に対して相対回転自在に支持された駆動体と、
前記駆動体に対して相対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、前記駆動体から複数の動力伝達経路を通して前記ハブシェルへと回転力を伝えるための遊星歯車機構と、
異なる変速比を選択するために前記遊星歯車機構を作動させるためのクラッチ手段と、を備え、
前記クラッチ手段は、前記ハブ軸によって回転不能に支持されて、前記遊星歯車機構の少なくとも１つの太陽ギアとの係合／係合解除のために前記ハブ軸に対して軸方向に相対移動自在である少なくとも１つのクラッチ板を有することを特徴とする、
自転車用ハブ変速機。
【請求項２】
前記ハブ軸は、前記クラッチ板に係合される軸方向ガイド手段を含む請求項１に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項３】
前記軸方向ガイド手段は前記ハブ軸の外周面上のセレーションを含み、前記セレーションは前記クラッチ板に対応して形成された内周面に係合される、請求項２に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項４】
前記クラッチ手段は、それぞれが前記ハブ軸によって回転不能に支持されて、前記遊星歯車機構の２乃至４つの太陽ギアのそれぞれとの係合／係合解除のために前記ハブ軸に対して軸方向に相対移動自在である２乃至４つのクラッチ板を含む、請求項１から３のいずれかに記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項５】
前記クラッチ板のそれぞれがばねによって軸方向に付勢されている、請求項１から４のいずれかに記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項６】
前記ハブ軸に対して少なくとも軸方向に相対移動自在でシフト機構に結合されたシフトスリーブが設けられた、請求項１から５のいずれかに記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項７】
前記シフトスリーブは前記ハブ軸に対して回転自在に相対移動自在である、請求項６に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項８】
前記シフトスリーブは前記クラッチ板用のストッパ手段を含む、請求項６または７に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項９】
前記シフトスリーブの回転を前記シフトスリーブの軸方向移動に変換するための回転変換手段が設けられた、請求項７または８に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項１０】
前記回転変換手段は、前記シフトスリーブの内周面上に設けられたカム部と、前記シフト機構に結合されて前記カム部に係合可能なキー部材とを含む請求項９に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項１１】
前記キー部材は、前記ハブ軸の外周面に形成されて前記カム部との係合状態において前記キー部材を軸方向においてロックするようになっているガイド溝の中に移動自在に配置されている、請求項１０に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項１２】
前記シフトスリーブと前記キー部材との間に、前記キー部材を前記カム部から離れる方向に付勢するばねが設けられた、請求項９または１０に記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項１３】
前記シフトスリーブは、前記遊星歯車機構の遊星ギアキャリアおよび／または前記駆動体に係合される、請求項９から１２のいずれかに記載の自転車用ハブ変速機。
【請求項１４】
前記シフト機構は、前記ハブ軸内に軸方向に移動自在に配置されて前記駆動体方向に付勢されるロッドを含む、請求項６から１３のいずれかに記載の自転車用ハブ変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ハブ変速機、特に、遊星歯車機構と、それを作動させるためのクラッチ手段を有する自転車用ハブ変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のハブ変速機、すなわち内装多段ハブ変速機としては、例えば本出願人が所有する特許文献１（欧州特許第０６７９５７０（Ｂ２）号）に記載のものが公知である。
【０００３】
内装多段ハブ変速機は、自転車の後輪の一部を形成し、自転車のフレームに装着されたハブ軸と、ハブ軸によって回転自在に支持されペダル踏力を受け取るための駆動体と、ハブ軸によって回転自在に支持されたハブシェルとを含んでいる。駆動体とハブシェルとの間には、駆動体から複数の動力伝達経路を通してハブシェルへと回転力を伝えるための動力伝達機構が配置されている。ハブ変速機は、異なる変速比を選択するために動力伝達機構を作動させるためのクラッチ手段をさらに含む。
【０００４】
動力伝達機構は、通常、それぞれがハブ軸によって回転自在に支持された、いくつかの太陽ギアと少なくとも１つのリングギアと遊星ギアキャリアとを含む遊星歯車機構を含んでいる。太陽ギアとリングギアとに噛み合う遊星ギアキャリアによって、複数の遊星ギアが回転自在に支持されている。動力伝達経路とそれらに対応する変速比を変えるためには、クラッチ手段を操作することによって上記の種々のギア構成部品を選択的に回転不能に相互連結する。
【０００５】
特許文献１には、３つの太陽ギアと、各太陽ギアに噛み合う３つの遊星ギアと、遊星ギアに噛み合うリングギアとを含む遊星歯車機構を含む内装ハブ変速機が開示されている。異なる動力伝達経路を選択するために、各太陽ギアの内周部に取り付けられたばねの動作を通して各太陽ギアの内面に係合することが可能な爪により３つの太陽ギアを選択的にロックすることができる。ハブ軸の外周には、回転させることが可能でそれにより各太陽ギアが連結／連結解除されるスリーブが挿入されている。
【０００６】
爪とスリーブとが固定ハブ軸と各太陽ギア内部との間に配置された爪切り替えクラッチ構造の構成は、ハブシェルが比較的大径になる原因となる。また、スリーブによる爪の制御は比較的複雑である。
【０００７】
特許文献１には、さらに、ハブ軸と一体形成された太陽ギアと、太陽ギアに噛み合う一組の遊星ギアと、遊星ギアに噛み合うリングギアとを含む遊星歯車機構を含む内装ハブ変速機が開示されている。リングギアはさらにクラッチによって駆動体に連結される。異なる変速比を選択するために、ハブ軸の外周に軸方向および回転方向に移動自在なように取り付けられたクラッチ部材を含むクラッチ機構が設けられている。クラッチ部材は、駆動体に噛み合い、クラッチ部材に結合されたロッドによって軸方向に移動させられることにより遊星ギアキャリアに係合可能である。
【０００８】
リングギアは、伝達経路が直結伝達経路から減速伝達経路へ変わる際にロッドを押すことによって、クラッチ部材により生じる駆動部側への移動が可能になるように設計されたものであり、比較的大型で重量のある設計が必要であり、このため内装ハブギアが重量化する。また、伝達経路が直結伝達経路から減速伝達経路へ変わる際にプッシュロッドを操作するために、比較的強い力が必要である。
【特許文献１】欧州特許第０６７９５７０（Ｂ２）号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、簡単でありながら信頼性の高い構造を有する自転車用ハブ変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、上記の目的は、請求項１に係る自転車用ハブ変速機によって達成される。本発明によるハブ変速機の有利なさらなる発展形態は下位クレームに明記されている。
【００１１】
本発明は、ハブ軸と、ハブ軸に対して相対回転自在に支持された駆動体と、駆動体に対して相対回転自在に支持されたハブシェルと、駆動体とハブシェルとの間に配置され駆動体から複数の動力伝達経路を通してハブシェルへと回転力を伝えるための遊星歯車機構と、異なる変速比を選択するために遊星歯車機構を作動させるためのクラッチ手段とを含む自転車用ハブ変速機を提供するという考えに基づくものである。そして、クラッチ手段は、ハブ軸によって回転不能に支持されて、遊星歯車機構の少なくとも１つの太陽ギアとの係合／係合解除のためにハブ軸に対して軸方向に相対移動自在である少なくとも１つのクラッチ板を含む。
【００１２】
クラッチ手段の連結／連結解除機能は、ハブ軸によって回転不能に支持されるとともにハブ軸に対して軸方向に相対移動自在である少なくとも１つのクラッチ板によって達成される。この結果、各太陽ギアをハブ軸に結合することができ、それにより、所望の動力伝達経路を起動させるためにロックすることができる。少なくとも１つのクラッチ板を回転不能かつ軸方向移動自在に配置したことによって、小型設計で省スペースな歯車機構が得られる。
【００１３】
また、本発明のハブ変速機は、比較的簡単な構造のため、このようなハブ変速機の製造コストが低いという特長を有する。本発明のハブ変速機を実現するために必要な部品数が少なくなったことは、コスト削減につながるだけでなく、ハブ変速機の組み立てを容易にし、歯車機構の構成部品の破損の危険性を低下させる。
【００１４】
回転自在なクラッチ部材を用いる上記の特許文献１に記載の第２の実施形態とは対照的に、本発明のハブ変速機は、ハブ軸によって回転不能に支持されてハブ軸に対して軸方向に相対移動自在である少なくとも１つのクラッチ板を採用している。本発明のハブ変速機の構成は、特許文献１に記載のハブ変速機と比較してより小型な構造であるという利点を提供する。
【００１５】
本発明の好適な実施形態において、ハブ軸は、クラッチ板に係合される軸方向ガイド手段を含む。軸方向ガイド手段は、クラッチ板がハブ軸の周囲で回転することを防止しながらクラッチ板の軸方向移動を可能にする。回転を固定されたクラッチ板を係合位置へと軸方向移動させることによってクラッチ板を太陽ギアに係合させると、連結された太陽ギアは回転をロックされる。したがって、軸方向ガイド手段は、回転不能だが軸方向移動自在なクラッチ板の支持体を実現するための簡単な構造を提供する。
【００１６】
好ましくは、軸方向ガイド手段は、その外周面上にセレーションを含み、セレーションはクラッチ板に対応して形成された内周面に係合される。セレーションによって、クラッチ板は回転方向において確実に固定されるとともに軸方向において精度良く案内される。
【００１７】
特定個数のクラッチ板に限定されるわけではないが、それぞれがハブ軸によって回転不能に支持され、遊星歯車機構の２乃至４つの太陽ギアのそれぞれとの係合／係合解除のためにハブ軸に対して軸方向に相対移動自在である２乃至４つのクラッチ板を用いることが好ましい。このため、本発明によって３乃至８段変速用のハブ変速機を設計することが可能になる。クラッチ板のそれぞれをばねによって軸方向に付勢することができる。この結果、遊星歯車機構の切り替え時にクラッチ板の軸方向移動を生じさせる軸方向力がそれぞれのクラッチ板に加えられる。
【００１８】
好ましくは、ハブ軸に対して少なくとも軸方向に相対移動自在でシフト機構に結合されたシフトスリーブが設けられる。シフトスリーブは、クラッチ手段、具体的にはクラッチ板または複数のクラッチ板の作動を可能にする。シフトスリーブは、シフトスリーブの軸方向移動および回転の両方が可能となるように、ハブ軸に対して回転自在に相対移動するように配置することができる。シフトスリーブが回転および軸方向移動自在であることにより、シフトスリーブの様々な機能、例えばクラッチ板作動機能や継続的なペダル踏力の下での高速側ギアから低速側ギアへの切り替えに有用な切り替え力すなわち操作力を増幅する支持機能が提供される。
【００１９】
好適な実施形態において、シフトスリーブはクラッチ板用のストッパ手段を含む。シフトスリーブのこのような構成は、クラッチ板を付勢してシフトスリーブに当接させ、それによりクラッチ板の軸方向移動の簡単な制御を実現することを可能にする。
【００２０】
好適な実施形態においては、シフトスリーブの回転をシフトスリーブの軸方向移動に変換し、それにより遊星歯車機構の切り替えを支援するための回転変換手段が設けられる。回転変換手段は、シフトスリーブの内周面上に設けられたカム部と、シフト機構に結合されてカム部に係合可能なキー部材とを含み得る。
【００２１】
キー部材とカム部とが互いに係合すると、シフトスリーブの回転はその軸方向移動に転換され、それにより、シフトスリーブ、ひいてはクラッチ板または複数のクラッチ板をハブ軸の軸方向に移動させる。
【００２２】
キー部材は、ハブ軸の外周面に形成されてカム部との係合状態においてキー部材を軸方向においてロックするようになっているガイド溝の中に移動自在に配置させ得る。これにより、キー部材は、ハブ軸の長手方向すなわち軸方向において反作用力を生成するカム部の静止相手方部品として用いられる。
【００２３】
キー部材とカム部との意図しない係合を防止するために、シフトスリーブとキー部材との間に、キー部材をカム部から離れる方向に付勢するばねを設けてもよい。
【００２４】
好ましくは、シフトスリーブは、遊星歯車機構の遊星ギアキャリアおよび／または駆動体に係合される。この構成により、シフトスリーブ、ひいてはそれに関連付けられるクラッチ板（または複数のクラッチ板）の軸方向移動を支援するために軸方向力に変換される回転力をシフトスリーブへ伝達することが可能になる。シフト機構は、ハブ軸内に軸方向に移動自在に配置されて駆動体方向に付勢されるロッドを含み得る。
【発明の効果】
【００２５】
以上のような本発明では、ハブ軸によって回転不能に支持されるとともにハブ軸に対して軸方向に相対移動自在な少なくとも１つのクラッチ板によってクラッチ手段を構成し、これにより動力伝達経路を切り換えているので、小型設計で省スペースな機構を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明について、添付の図面を参照しながら実施形態を説明する。
【００２７】
図１は、本発明に従って構成された３段変速のハブ変速機を示す。本発明は３段変速のハブ変速機に限定されるものではなく、３段変速以上、例えば４、５、６、７または８段変速用に設計されたハブ変速機をも包含するものである。図１のハブ変速機は、自転車の後輪に装着され、ハブ軸１０と、それぞれがハブ軸１０によって回転自在に支持された駆動体１１とハブシェル１２とを含んでいる。
【００２８】
ハブ変速機は、駆動体１１とハブシェル１２との間に配置された遊星歯車機構１３を含んでいる。遊星歯車機構１３は、所望の変速比を選択するために選択的に作動させることができる複数の動力伝達経路を通して駆動体１１からハブシェル１２へと回転力を伝達する。
【００２９】
遊星歯車機構１３は、複数の太陽ギア、詳細には２つの太陽ギア１３ａおよび１３ｂを含んでいる。本発明は２つの太陽ギアを含む遊星歯車機構に限定されるものではなく、２つを超える太陽ギア、例えば３つまたは４つの太陽ギアを有する歯車機構をも含むものである。また、太陽ギアが１つだけ設けられていてもよい。太陽ギア１３ａおよび１３ｂは、ハブ軸１０に対して同心状に配置され、（ロック解除状態において）回転自在となっている。
【００３０】
太陽ギア１３ａおよび１３ｂは、遊星ギア１３ｄ、例えば各太陽ギア１３ａおよび１３ｂの外周に配置された３つの遊星ギア１３ｄに噛み合う。各遊星ギア１３ｄは、遊星ギアキャリア１３ｃによって回転自在に支持されている。本実施形態において、遊星ギアキャリア１３ｃは駆動体１１と一体形成されており、それぞれが駆動体１１によって支持された複数のピン１３ｇを含んでいる。
【００３１】
本発明は、駆動体１１と遊星ギアキャリア１３ｃとが一体化された設計に限定されるものではない。遊星ギアキャリア１３ｃと駆動体１１とが別個の構成部品である他の構成も本発明によって包含される。各遊星ギア１３ｄは、直径が異なる少なくとも２つの異なるギア部を有しており、大径のギア部は第１の太陽ギア１３ａに噛み合い、小径のギア部は第２の太陽ギア１３ｂに噛み合う。
【００３２】
遊星歯車機構１３は、遊星ギア１３ｄに噛み合うリングギア１３ｅをさらに含んでいる。詳細には、リングギア１３ｅは各遊星ギア１３ｄの小径のギア部に噛み合う。
【００３３】
遊星歯車機構１３からハブシェル１２へと回転力を伝えるために、２つのクラッチ２４および２５が設けられている。第１のクラッチ２４は、リングギア１３ｅをハブシェル１２に連結する。第２のクラッチ２５は、遊星ギアキャリア１３ｃ／駆動体１１をハブシェル１２に連結する。クラッチ２４および２５はいずれもワンウェイ爪クラッチとして構成されている。他のタイプのワンウェイクラッチ、例えばスリップクラッチやローラクラッチであってもよい。
【００３４】
遊星歯車機構１３を作動させるために、少なくとも１つのクラッチ板１４ａを含むクラッチ手段１４が設けられている。少なくとも１つのクラッチ板１４ａは、ハブ軸１０によって回転不能に支持され、ハブ軸１０に対して軸方向に相対移動自在となっている。クラッチ板１４ａは、遊星歯車機構１３の少なくとも１つの太陽ギア１３ａと係合／係合解除可能である。
【００３５】
詳細には、クラッチ手段１４は、２つのクラッチ板１４ａおよび１４ｂを含んでいる。太陽ギアの個数に応じてその他の個数のクラッチ板、例えば３つ、４つまたはそれ以上のクラッチ板を設けてもよい。また、２つの太陽ギアに交互に係合させることができるクラッチ板を１つだけ設けることもできる。複数のクラッチ板を設ける場合は、それらのクラッチ板のうちの少なくとも１つがハブ軸１０によって回転不能に支持され、ハブ軸１０に対して軸方向に相対移動自在である。本実施形態においては、クラッチ板１４ａおよび１４ｂは、いずれも回転不能であるが、いずれもハブ軸１０に対して軸方向に移動自在である。
【００３６】
クラッチ板１４ａおよび１４ｂはそれぞれリングとして形成することができ、各クラッチ板１４ａまたは１４ｂの各リングの外周面上には係合手段１４ｃが設けられて複数の突起すなわちセレーションを含み得る。その他の形状のクラッチ板１４ａおよび１４ｂも可能である。係合手段１４ｃは、係合状態において、各太陽ギア１３ａおよび１３ｂの内周面上に設けられた対応する係合手段１３ｆと協働する。
【００３７】
図１からわかるように、係合手段１３ｆは、駆動体１１から離して、すなわち図１において各太陽ギア１３ａおよび１３ｂの左側に配置される。１つのクラッチ板１４ａまたは１４ｂのみを同時に１つの太陽ギア１３ａまたは１３ｂに係合させることを保証するために、第１の太陽ギア１３ａの係合手段１３ｆと第１のクラッチ板１４ａとの間の距離は、少なくとも初期状態においては、第２の太陽ギア１３ｂの係合手段１３ｆと第２のクラッチ板１４ｂとの間の距離よりも小さくなっている。
【００３８】
また、それぞれの係合手段１３ｆおよび１４ｃ間の距離は、第２の太陽ギア１３ｂと第２のクラッチ板１４ｂとが係合しているときは第１の太陽ギア１３ａと第１のクラッチ板１４ａとが係合解除されるように選択される。
【００３９】
ハブ軸１０は、その外周面上に、本実施形態においてはセレーション１５ａとして実現されるガイド手段１５を備えている。ガイド手段はその他のタイプであってもよく、例えばハブ軸１０の軸方向に延伸する少なくとも１つの長手方向突起部であってもよい。あるいは、ハブ軸１０の外周面においてその長手方向に少なくとも１つの凹部を設けてもよい。
【００４０】
それに対応して、各クラッチ板１４ａおよび１４ｂの内周面は、ガイド手段１５、具体的にはセレーション１５ａに係合されるように構成される。セレーション１５ａは、クラッチ板１４ａおよび１４ｂがハブ軸１０に沿って軸方向に移動することを可能にし、クラッチ板１４ａおよび１４ｂの回転を防止する。したがって、クラッチ板１４ａおよび１４ｂのうちの１つを太陽ギア１３ａおよび１３ｂのうちの１つに係合させると、各太陽ギア１３ａまたは１３ｂはハブ軸１０に連結され、それによりロックされる。
【００４１】
図５の斜視図にもクラッチ手段１４の構成を示す。図５に示すように、クラッチ手段１４の第１および第２のクラッチ板１４ａおよび１４ｂは、ハブ軸１０上にハブ軸１０の軸方向に配置される。第２のクラッチ板１４ｂに隣接して、シフトスリーブ１７が、第１および第２のクラッチ板１４ａおよび１４ｂのそれぞれとシフトスリーブとが同心状にハブ軸１０を囲むように、ハブ軸１０上に配置される。さらに、クラッチ板１４ａおよび１４ｂがそれぞれリング状の構成を有し、太陽ギア１３ａおよび１３ｂとの係合のための係合手段１４ｃがリング状すなわち環状の各クラッチ板１４ａおよび１４ｂの外周面上に形成されている。
【００４２】
図５に示すように、第１および第２のクラッチ板１４ａおよび１４ｂの係合手段１４ｃは、セレーションとして構成されている。同じことが、シフトスリーブ１７の放射状突起部１７ｂの外周面に当てはまり、突起部１７ｂもまたセレーションとして構成されている。放射状突起部１７ｂのセレーションあるいは一般的には係合手段１７ｃは、シフトスリーブ１７の放射状突起部１７ｂのセレーションすなわち係合手段１７ｃと相補的に形成された遊星ギアキャリア１３ｃの内周面との係合のために設けられている。
【００４３】
図５にさらに示すように、ハブ軸１０の外周面は、少なくとも部分的に、ガイド手段１５、具体的にはセレーション１５ａを備えている。セレーション１５ａの軸方向長さは、クラッチ手段１４の係合／係合解除機能を達成するために、シフトスリーブ１７、第１のクラッチ板１４ａおよび第２のクラッチ板１４ｂの十分な軸方向移動を可能にするような長さになっている。
【００４４】
クラッチ板１４ａまたは１４ｂの軸方向移動は、ばね１６ａおよび１６ｂによって実現される。第１のばね１６ａは、第１のクラッチ板１４ａと、ハブ変速機の駆動体１１側でハブ軸に結合された止めナット２６との間に配置される。このため、第１のクラッチ板１４ａは駆動体１１から離れる方向に付勢される。第２のクラッチ板１４ｂを駆動体１１から離れる方向に付勢する第２のばね１６ｂは、第１および第２のクラッチ板１４ａおよび１４ｂの間に設けられる。第２のクラッチ板１４ｂは、第２のばね１６ｂによって押され、ハブ軸１０によって少なくとも軸方向に移動自在に支持されたシフトスリーブ１７のストッパ手段１７ａに当接している。
【００４５】
本実施形態においては、シフトスリーブ１７もハブ軸１０によって回転自在に支持されている。シフトスリーブ１７は、第２のクラッチ板１４ｂおよび第１のクラッチ板１４ａの軸方向移動を制御する機能を有する。これを達成するために、シフトスリーブ１７は、ハブ軸１０のガイド溝２２の中に配置されてガイド溝２２から放射状に突出するキー部材２１を含むシフト機構１８に連結される。ハブ軸１０の長手方向内腔にはロッド２３が配置され、キー部材２１に接合されている。
【００４６】
ロッド２３およびキー部材２１は、ハブ軸１０に沿って軸方向に移動させることができる。キー部材２１は、キー部材２１およびロッド２３の移動分だけシフトスリーブ１７を軸方向において駆動体１１から離れる方向に移動させることができるように、軸方向においてシフトスリーブ１７に連結される。シフトスリーブ１７を反対方向に押すことが可能なシフト機構１８の別の構成も想定される。
【００４７】
クラッチ板１４ａおよび１４ｂの両方がシフトスリーブ１７側に付勢されているため、クラッチ板１４ａおよび１４ｂは、シフト機構１８によって生じるシフトスリーブ１７の軸方向における駆動体１１から離れる方向への移動に従動する。このため、図１から明らかなように、シフトスリーブ１７を第１の位置Iから第２の位置II、最終的には第３の位置IIIへと移動させることができる。これら３つの位置I、IIおよびIIIは、図１のハブ変速機によって実現可能な図２、図３および図４に示す３つの変速段に対応している。
【００４８】
クラッチ機構１８を第２の位置IIまたは第３の位置IIIから第１の位置Iに戻すために、ロッド２３を駆動体１１方向に付勢する第３のばね１６ｄがハブ軸１０の内腔に設けられている。すなわち、ロッド２３が解放されると、ばね１６ｄはロッド２３を初期位置に押し戻す。シフトダウン動作を支援するために、シフトスリーブ１７そして最終的にはクラッチ板１４ｂおよびクラッチ板１４ａに第１および第２のばね１６ａおよび１６ｂの付勢方向とは反対方向に軸方向力を加える回転変換手段１９が設けられている。回転変換手段１９は、シフトスリーブ１７の内周面上に形成されてキー部材２１に係合されるようになっているカム部２０を含んでいる。
【００４９】
カム部２０は、シフトスリーブ１７の回転がシフトスリーブ１７の軸方向移動に変換されるようにキー部材２１と協働する傾斜接触面を含んでいる。シフトスリーブ１７は２つの段で形成され、第１の段にはキー部材２１とシフトスリーブ１７との間に配置された第４のばね１６ｃが収容されている。第４のばね１６ｃは、キー部材２１とカム部２０との意図しない係合を回避するためにキー部材２１をカム部２０から離れさせる。
【００５０】
シフトスリーブ１７の回転は、遊星ギアキャリア１３ｃおよび駆動体１１のそれぞれに噛み合う放射状突起部１７ｂによって生じる。係合状態では、キー部材２１はカム部２０と協働する静止相手方部品（stationary counterpart）を形成する。キー部材２１を軸方向においてロックするために、ガイド溝２２は、ガイド溝２２の部分平面図を示す図１からわかるように、ハブ軸１０の長手方向軸に対して傾斜している。傾斜したガイド溝２２は図５からもわかる。本発明は、図１または図５の傾斜したガイド溝に限定されるものではなく、カム部２０との係合時にキー部材２１を軸方向においてロックすることを可能にする他の手段も含み得る。
【００５１】
上記の構造によるハブ変速機において用いられる４つのばねの力の釣り合い状態について、以下により詳細に説明する。
【００５２】
第１のばね１６ａの力は、第１および第２のクラッチ板１４ａおよび１４ｂの間の第２のばね１６ｂの力よりも大きい。ロッド２３に作用する第３のばね１６ｄの力は、キー部材２１とシフトスリーブ１７との間の第４のばね１６ｃの力よりも大きく、第４のばね１６ｃの力は第１および第２のばね１６ａおよび１６ｂの力の合計よりも大きい。
【００５３】
本発明によって達成可能な遊星歯車機構の小型設計により、その他の構成部品、例えば発電機２７および／またはブレーキ２８を収容するために用いることができる空間がハブ変速機内にさらに得られる。このことは図１から容易にわかる。本発明は、その他の実施形態、例えば小型の歯車機構のみを含む軽量な実施形態をも包含する。
【００５４】
以下、図１のハブ変速機の動作についてより詳細に説明する。
【００５５】
図２は第１の速度段におけるハブ変速機を示す。図２から明らかなように、クラッチ板１４ａおよび１４ｂが初期の係合解除位置Iにあるため、太陽ギア１３ａおよび１３ｂはいずれも自由である。したがって、駆動力は駆動体１１からワンウェイクラッチ２５を介してハブシェル１２へと直接伝達される。
【００５６】
図３は速度段２（シフトアップ）におけるハブ変速機を示す。速度段１（図２）から速度段２（図３）に切り替えるために、ロッド２３が、ロッド２３に接合されたキー部材２１がガイド溝２２内で初期位置から図３に示す中間位置へと移動するように、内装ハブ変速機の外部から押される。シフトスリーブ１７は軸方向においてキー部材２１に結合されているため、シフトスリーブ１７も同様に初期位置から図３に示す中間位置へと移動する。
【００５７】
第１のばね１６ａのばね付勢力は第２のばね１６ｂのばね付勢力よりも大きいため、クラッチ板１４ａおよび１４ｂの両方が第１のばね１６ａのばね力によって中間位置IIへと、つまりハブ軸１０の外周面上のセレーション１５ａに沿って、押し動かされる。位置IIにおいて、クラッチ板１４ａは、ハブ軸１０に対して相対固定された第１の太陽ギア１６ａに噛み合う。この状態においては、駆動力は駆動体１１から遊星歯車機構１３を介してハブシェル１２へと伝達される。詳細には、駆動力は、駆動体１１から、第１の太陽ギア１３ａの周りを回転する遊星ギア１３ｄを介し、リングギア１３ｅおよびクラッチ２４を介して、ハブシェル１２へと伝達される。
【００５８】
図４は、ロッド２３が内装ハブ変速機の外部からさらに押され、ガイド溝２２内を移動するキー部材２１を図４に示すような最終位置IIIへと移動させた場合の速度段３（シフトアップ）におけるハブ変速機を示す。キー部材２１と共にシフトスリーブ１７が軸（および円周）方向において最終位置IIIに到達するまで移動する。
【００５９】
第１のばね１６ａのばね付勢力は第２のばね１６ｂのばね付勢力よりも大きいため、クラッチ板１４ａおよび１４ｂは、第１のばね１６ａのばね付勢力によってセレーション１５ａに沿って位置IIIへと移動する。それに伴って、第１のクラッチ板１４ａの係合手段１４ｃが第１の太陽ギア１３ａの係合手段１３ｆと係合解除し、第２のクラッチ板１４ｂの係合手段１４ｃが第２の太陽ギア１３ｂの係合手段１３ｆに係合する。このため、第２の太陽ギア１３ｂがハブ軸１０に対して相対固定される。この状態においては、駆動力は、駆動体１１から、第２の太陽ギア１３ｂの周りを回転する遊星ギア１３ｄを介し、リングギア１３ｅおよびクラッチ２４を介して、ハブシェル１２へと伝達される。
【００６０】
以下、シフトスリーブの異なる位置とそれらによって成立する伝達経路の概要を表１に示す。
【００６１】
【表１】
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第３の速度段から第２の速度段へ、または第２の速度段から第１の速度段へのダウンシフト動作の際、シフト動作中に高負荷がかかっていると、クラッチ板１４ａおよび１４ｂならびにそれらに関連付けられた太陽ギア１３ａおよび１３ｂが噛み合ったままになり得る場合がある。この場合、第３のばね１６ｄのばね力だけではシフトスリーブ１７を位置IIまたはIに移動させるには不十分である。
【００６２】
そこで、キー部材２１を、キー部材２１とシフトスリーブ１７との間の第４のばね１６ｃのばね力に逆らって、キー部材２１がカム部２０に係合するまで、シフトスリーブ１７に対して相対移動させる。カム部２０の傾斜形状により、駆動体１１から放射状突起部１７ｂを介して伝達されたシフトスリーブ１７の回転が駆動体１１方向へのシフトスリーブ１７の軸方向変位に変換される。ガイド溝２２の傾斜形状により、キー部材２１はカム部２０に係合すると軸方向においてロックされる。その結果生じる軸方向力は、高負荷下であってもクラッチ板１４ｂおよびクラッチ板１４ａを駆動体１１方向に押し進める。
【００６３】
本発明は、図１〜図４の３段変速のハブ変速機に何ら限定されるものではなく、異なる変速段数、例えば４、５、６、７または８段変速のその他のハブ変速機をも想定したものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態によるハブ変速機を示す長手方向断面図である。
【図２】クラッチ手段が第１の位置Iにあり太陽ギアが両方とも自由である図１のハブ変速機を示す。
【図３】クラッチ手段が位置IIにあり太陽ギアが両方ともロックされている図１のハブ変速機を示す。
【図４】クラッチ手段が第３の位置IIIにあり第２の太陽ギアがロックされている図１のハブ変速機を示す。
【図５】図１のハブ変速機のクラッチ手段を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ハブ軸
１１  駆動体
１２  ハブシェル
１３  遊星歯車機構
１３ａ、１３ｂ  太陽ギア
１３ｃ  遊星ギアキャリア
１３ｄ  遊星ギア
１３ｅ  リングギア
１３ｆ  係合手段
１４  クラッチ手段
１４ａ、１４ｂ  クラッチ板
１４ｃ  係合手段
１５  ガイド手段
１５ａ  セレーション
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ  ばね
１７  シフトスリーブ
１７ａ  ストッパ手段
１７ｃ  係合手段
１８  シフト機構
１９  回転変換手段
２０  カム部
２１  キー部材
２２  ガイド溝
２３  ロッド
２４、２５  クラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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