(57)【要約】【課題】衝撃の少ない変速切換えについて改良がなされた変速ハブを提供する。【解決手段】この変速ハブは、ハブ軸（１０）と、ハブ軸（１０）に回転可能に支持された駆動体（１１）と、ハブ軸（１０）に回転可能に支持されたハブシェル（１２）と、駆動体（１１）とハブシェル（１２）との間に配置されて駆動体（１１）からの回転動力を複数の動力伝達経路を介してハブシェル（１２）に伝達する動力伝達機構（１３）と、複数の動力伝達経路から１つを選択する切換機構（１４）と、駆動体（１１）からの回転動力をハブシェル（１２）へと伝達させるために駆動体（１１）とハブシェル（１２）との間に配置された動力伝達補助機構（１５）と、を含む。【選択図】図１
2008174227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ軸（１０）と、
前記ハブ軸（１０）に回転可能に支持された駆動体（１１）と、
前記ハブ軸（１０）に回転可能に支持されたハブシェル（１２）と、
前記駆動体（１１）と前記ハブシェル（１２）との間に配置されて、前記駆動体（１１）からの回転動力を複数の動力伝達経路を介して前記ハブシェル（１２）に伝達する動力伝達機構（１３）と、
前記複数の動力伝達経路のうちから１つの動力伝達経路を選択する切換機構（１４）と、
前記駆動体（１１）と前記ハブシェル（１２）との間に配置されて、前記駆動体（１１）からの回転動力を前記ハブシェル（１２）に伝達する動力伝達補助機構（１５）と、
を備えた自転車用変速ハブ。
【請求項２】
前記動力伝達補助機構（１５）は、前記動力伝達経路を変更するために前記動力伝達機構（１３）が作動された時点で、回転動力を前記駆動体（１１）から前記ハブシェル（１２）に伝達する、請求項１に記載の変速ハブ。
【請求項３】
前記動力伝達補助機構（１５）は、
前記駆動体（１１）を前記ハブシェル（１２）に連結するための動力伝達ユニット（１６）と、
前記動力伝達ユニット（１６）を作動させるためのクラッチユニット（１７）と、
を含む、請求項１または２に記載の変速ハブ。
【請求項４】
前記動力伝達補助機構（１５）は、
前記駆動体（１１）に連結された少なくとも１つの爪（１８）と、
前記ハブシェル（１２）に連結された爪係合装置としてのラチェットリング（１９）と、を含み、
前記爪（１８）と前記ラチェットリング（１９）とは回転動力を伝達するために係合可能である、
請求項１から３のいずれかに記載の変速ハブ。
【請求項５】
前記爪（１８）は前記駆動体（１１）により回転可能かつ移動可能に支持されている、請求項４に記載の変速ハブ。
【請求項６】
前記爪（１８）は前記駆動体（１１）により軸方向に移動可能に支持されている、請求項４または５に記載の変速ハブ。
【請求項７】
前記爪（１８）は前記駆動体（１１）に対して軸方向に固定されている、請求項４または５に記載の変速ハブ。
【請求項８】
前記ラチェットリング（１９）は摩擦回転体（２０）を含み、前記摩擦回転体（２０）の内周面（２２）に複数のラチェット歯（２１）が設けられている、請求項４から７のいずれかに記載の変速ハブ。
【請求項９】
前記摩擦回転体（２０）は、前記摩擦回転体（２０）と前記ハブシェル（１２）との間に配置されたフリクションスプリング（２３）に接続されている、請求項８に記載の変速ハブ。
【請求項１０】
前記クラッチユニット（１７）は、前記切換機構（１４）に連結され、前記動力伝達補助機構（１５）に連結される、かつ前記動力伝達補助機構（１５）から切り離されることができるように移動可能に配置されたコントロールリング（２４）を含む、請求項３から９のいずれかに記載の変速ハブ。
【請求項１１】
前記コントロールリング（２４）は、前記ハブ軸（１０）に対して回転可能かつ軸方向に移動可能に配置されている、請求項１０に記載の変速ハブ。
【請求項１２】
前記コントロールリング（２４）は差動動回転体（２５）に支持され、前記コントロールリング（２４）が前記差動回転体（２５）に対して回転可能かつ移動可能である、請求項１１に記載の変速ハブ。
【請求項１３】
前記差動回転体（２５）は前記ハブ軸（１０）に対して軸方向に移動可能である、請求項１２に記載の変速ハブ。
【請求項１４】
前記コントロールリング（２４）は前記差動回転体（２５）に軸方向に固定されている、請求項１２または１３に記載の変速ハブ。
【請求項１５】
前記コントロールリング（２４）は前記差動回転体（２５）に対して軸方向に移動可能である、請求項１２または１３に記載の変速ハブ。
【請求項１６】
前記コントロールリング（２４）および前記差動回転体（２５）は前記コントロールリング（２４）の回転移動を制止する回転制限手段（２７ａ、２７ｂ）を含む、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の変速ハブ。
【請求項１７】
前記コントロールリング（２４）は外周方向および軸方向に付勢されている、請求項１０から１６のいずれかに記載の変速ハブ。
【請求項１８】
前記クラッチユニット（１７）は、前記動力伝達機構（１３）のプラネタリキャリア（５５０）と係合可能なクラッチリング（２８）を含み、
前記クラッチリング（２８）と前記差動回転体（２５）とは、連結されて軸方向に移動可能である、請求項１２から１７のいずれかに記載の変速ハブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用変速ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車用の変速ハブは、例えば特許文献１により、従来技術において周知である。
【０００３】
変速ハブにおいて、内装多段変速ハブは、自転車後輪の一部分をなし、自転車フレームに取り付けられたハブ軸と、そのハブ軸に回転可能に支持されペダルに与えられた力が作用する駆動体と、同じくハブ軸に回転可能に支持されているハブシェルと、を備えている。駆動体とハブシェルとの間には動力伝達機構が配置されており、駆動体からの回転動力が複数の動力伝達経路を経由してハブシェルに伝わるようになっている。この変速ハブにはさらに、動力伝達機構と協働して、複数の動力伝達経路のうちの１つを選択する切換機構が設けられている。
【０００４】
通常、動力伝達機構は、数個のサンギア、少なくとも１つのリングギア、およびプラネタリキャリアを含む遊星ギア機構を備えており、いずれの歯車およびキャリアもハブ軸に回転可能に支持されている。複数の遊星ギアがプラネタリキャリアに回転可能に支持されており、遊星ギアはサンギアおよびリングギアと噛合している。動力伝達経路およびそれに対応する歯数比を変更する際には、シフト機構を作動させて、上述のさまざまな歯車コンポーネント同士を選択的に互いに回転不能に連結することにより行われる。
【０００５】
特許文献１に記載の変速ハブは、８段変速を提供しており、５段から８段までは駆動体がクラッチによりプラネタリキャリアと連結され、１段から４段では駆動体とプラネタリキャリアとの連結が解除される構造となっている。しかし、少ない衝撃で切換できることが望ましいことを考えると、この場合、４段から５段に切換える際、動力伝達経路の変更に問題がある。この問題を軽減するため、特許文献１では、切換え移行シーケンス(shifting transition sequence)を含む連結機構の具体的なタイミングを提案している。すなわち、自転車が加速されてきて乗り手が４段から５段に切換えると、遊星ギア機構が作動して、５段への切換えが完了する前に、一旦３段および７段に対応する歯数比となる。これにより、変速機が５段への切換えを完了する際に、ペダルが急激に加速されて大きな衝撃が起こることを避けることができる。
【０００６】
逆に、自転車が減速されてきて乗り手が５段から４段に切換えると、４段への切換え前に、５段から７段、そして３段へと暫定的な移行が行われ、ペダルの急激な減速が回避される。
【特許文献１】欧州特許出願第１３２３６２７号明細書
【特許文献２】米国登録特許第６６０７４６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の切換え移行シーケンスを使用すれば４段と５段との間の切換え時にペダルにかかる過剰な加速や減速が軽減されるとは言え、乗り手は尚、切換え時に（軽減された）衝撃を感じ、この衝撃をなくすことが要望されている。
【０００８】
本発明の目的は、衝撃の少ない変速切換えについて改良がなされた変速ハブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る変速ハブは、ハブ軸と、ハブ軸に回転可能に支持された駆動体と、ハブ軸に回転可能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て駆動体からの回転動力を複数の動力伝達経路を経由してハブシェルに伝える動力伝達機構と、複数の動力伝達経路のうちから１つの動力伝達経路を選択する切換機構と、駆動体とハブシェルとの間に配置されて駆動体からの回転動力をハブシェルに伝える動力伝達補助機構と、を備えている。
【００１０】
ここでは、変速ハブに、動力伝達補助機構が設けられているため、駆動体からの回転動力をハブシェルに伝えて動力伝達機構を迂回する動力伝達補助経路を設けられるという利点がある。このため、動力伝達補助機構が、回転動力を駆動体からハブシェルへと伝達し続ける迂回路として機能し、その結果、動力伝達機構を負荷のかかっていない状態で切換えることができる。この場合、動力伝達機構は駆動体からの回転動力をハブシェルに伝達しないため、切換えによる余計な衝撃や、ペダルの急激な加速／減速の発生を避けることができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、複雑な切換え移行シーケンスを適用することなく、衝撃の少ない、または少なくとも衝撃が軽減された切換えが実現できる。そして、比較的単純かつ小型な構造で、所望の効果が得られる。
【００１２】
好ましくは、この動力伝達補助機構は、駆動体をハブシェルに連結する動力伝達ユニットと、動力伝達ユニットを作動させるクラッチユニットと、を備える。この構造にすると、動力伝達補助機構を動力伝達機構のプラネタリキャリアなどの部品と連結、あるいは連結解除ができるという利点が得られる。
【００１３】
変速ハブの小型設計を実現するために、動力伝達補助機構に、駆動体に連結された少なくとも１個の爪と、ハブシェルに連結された爪係合装置としてのラチェットリングと、を備え、爪とラチェットリングとを、回転動力を伝達するために係合可能とすることができる。この爪は、駆動体に回転可能かつ移動可能に支持されているため、さまざまな位置でラチェットリングと係合／離脱できる。この爪は、駆動体により軸方向に移動可能に支持されていてもよい。あるいは、この爪を、駆動体に軸方向に固定することもできる。回転可能かつ移動可能な爪を、軸方向に移動可能な配置にするか、軸方向に固定した配置にするかにより、動力伝達補助機構を作動させるための、具体的には動力伝達ユニットとクラッチユニットとを係合／離脱させるための２種類の設計が得られる。
【００１４】
好ましくは、ラチェットリングは、複数のラチェット歯を内周面に設けた摩擦回転体を有している。具体的には、さらにフリクションスプリングをこの摩擦回転体に接続し、かつ摩擦回転体とハブシェルとの間に配置することで、この実施形態では、摩擦回転体がハブシェルと係止／係止解除し、これにより駆動体とハブシェルとの間の動力伝達経路が形成または遮断されるという利点が得られる。
【００１５】
好ましくは、クラッチユニットは、切換機構に連結されており、かつ伝達補助機構と連結および連結解除するように移動可能に配置されたコントロールリングを備えている。このコントロールリングにより、切換機構を作動させれば、クラッチユニットを介して動力伝達補助機構を作動させることが可能となる。このコントロールリングを、ハブ軸に対して回転可能かつ軸方向に移動可能に配置することができる。さらに具体的には、コントロールリングを差動回転体で支持し、このとき、コントロールリングを差動回転体に対して回転可能に移動可能とすることができる。この差動回転体をハブ軸に対して軸方向に可動とすることができる。これにより、コントロールリングの回転および軸方向の移動が可能となるため、動力伝達補助機構を柔軟に操作することができる。
【００１６】
好ましくは、コントロールリングを差動回転体に軸方向に固定する。軸方向に固定されたコントロールリングは、爪が駆動体により軸方向に移動可能に支持されている実施形態での使用に適している。この場合、係合／離脱作用を目的とする爪とコントロールリングとの間に起こる軸方向の相対移動は、爪により行われる。
【００１７】
あるいは、コントロールリングを差動回転体に対して軸方向に移動可能に設けることもできる。軸方向に移動可能なコントロールリングは、爪が駆動体に軸方向に固定された実施形態との組み合わせに適している。この場合、係合／離脱作用を目的とする爪とコントロールリングとの間に起こる軸方向の相対移動は、コントロールリングにより行われる。
【００１８】
動力伝達補助機構の離脱作用を補助するために、コントロールリングおよび差動回転体に、コントロールリングの回転移動を制止する回転制限手段を含めてもよい。この場合は、コントロールリングを周方向および軸方向に偏倚できるため、コントロールリングをその回転移動についても軸方向移動についても当初の位置に復帰させることができる。
【００１９】
クラッチユニットには、動力伝達機構のプラネタリキャリアと係合可能なクラッチリングを備え、このとき、このクラッチリングと差動回転体とを連結して軸方向に移動可能に設けることが好ましい。この実施形態では、動力伝達補助機構の動作を、動力伝達機構がとることのできるさまざまな速度段階に相関させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような本発明によれば、従来に比較して衝撃のより少ない変速を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、自転車の後輪に取り付けられた、本発明による変速ハブの一実施形態を示す縦断面図である。この変速ハブは、ハブ軸１０と、ハブ軸１０に回転可能に支持された駆動体１１と、同じくハブ軸１０に回転可能に支持されたハブシェル１２とを含む。この変速ハブはさらに、駆動体１１とハブシェル１２との間に配置された動力伝達機構１３を含んでいる。動力伝達機構１３は、駆動体１１からの回転動力を複数の動力伝達経路を介してハブシェル１２に伝達する。この複数の動力伝達経路のうちの１つを、切換機構１４で選択することができる。
【００２２】
駆動体１１からの回転動力をハブシェル１２へと伝達する補助手段として、動力伝達補助機構１５が駆動体１１とハブシェル１２との間に設けられている。詳細については後述するが、動力伝達補助機構１５は、動力伝達機構１３が解放されて負荷のない状態で、ある段から別の段への切換えができるようになっている間、動力伝達経路を確保し続ける迂回路として機能する。この構造により、変速ハブの切換え時の感触が格段に改善され、その衝撃が避けられる。
【００２３】
回転力は、チェーン（図示せず）および駆動体１１に連結されたスプロケット５４により変速ハブに伝達される。駆動体１１の側部では、（右）カップ１２０がハブシェル１２の内周面に回転不能に嵌合されている。カップ１２０は、駆動体１１上で玉軸受１２８を介してハブシェル１２を回転可能に支持している。動力伝達機構１３は、特許文献１に記載の動力伝達機構に相当するものである。また、切換機構１４も、特許文献１およびこの特許文献１で言及されている特許文献２に記載の切換機構に相当する。したがって、動力伝達機構１３および切換機構１４の構造については、以下、本発明を適切に理解する上で必要な範囲で説明する。
【００２４】
動力伝達機構１３は、４つのサンギア１６０、１６４、１６８、１７２を含む。第１のサンギア１６０はハブ軸１０に回転不能に接続されている。第２〜第４のサンギア１６４、１６８、１７２は、軸１０に回転可能に支持されて、周知の方式でそれぞれ爪を使って選択的に係止されるようになっている。切換機構１４は、特許文献１および２に詳細に記載されているように、切換え制御スリーブ（shift control sleeve）により、その爪を選択的に作動させるように構成されている。
【００２５】
動力伝達機構１３はさらに、プラネタリキャリア５５０と、第１のリングギア５５１と、第２のリングギア５５３と、を含み、この構成要素はすべて軸１０に回転可能に取り付けられている。プラネタリキャリア５５０には、複数本（例えば３本）のマスターピニオンピン５７４が設けられており、このピン５７４はプラネタリキャリア５５０によって回転可能に支持されている。また、マスターピニオンピン５７４はそれぞれ、２つの遊星ギア５７９、６０８を支持している。第１の遊星ギア５７９は、直径の異なる２つの歯車部分を有し、一方は第１のサンギア１６０と、もう一方は第１のリングギア５５１と噛合している。第２の遊星ギア６０８は、第２、第３および第４のサンギア１６４、１６８、１７２と噛合する直径の異なる３つの歯車部分を有する。
【００２６】
第２の遊星ギア６０８の最も小さな歯車部分は、第２のリングギア５５３にも噛合している。プラネタリキャリア５５０は、連結機構９０８によりハブシェル１２に連結されている。第２のリングギア５５３は、ローラクラッチ６２８によりハブシェル１２に連結されている。
【００２７】
駆動体１１からの回転動力を動力伝達機構１３に伝達するため、駆動体１１は、連結機構９０８から離れた位置にあるプラネタリキャリア５５０の一端部と係合可能なクラッチリング２８と噛合している。さらに、駆動体１１は、駆動体１１の外周面に外周方向に取り付けられた爪５８７により、第１のリングギア５５１と噛合している。クラッチリング２８の係合および解放用には、径方向内側に延出したカムフォロア７４０を備えた切換くさびキー部材７００が設けられている。
【００２８】
カムフォロア７４０は、第１および第２のカムステップ（参照符号なし）を含む第１のサンギア１６０のクラッチカム部分１７６内に案内される。このクラッチカム部分１７６が送りカム２６の一部となる。切換くさびキー部材７００が回転すると、図２ａおよび３ａに示すように、カムフォロア７４０が送りカム２６内に移動して、第１のカムステップと第２のカムステップとの間に入る。これにより、クラッチリング２８が軸方向に移動してプラネタリキャリア５５０と離脱／係合状態となる（図２ａが係合状態、図３ａが離脱状態を示す）。
【００２９】
切換くさびキー部材７００は、特許文献１に詳述されているように、切換機構１４により作動される。
【００３０】
変速段の１段〜４段では、クラッチリング２８はプラネタリキャリア５５０から離脱した状態にある。その結果、回転動力が駆動体１１から爪５８７を介して第１のリングギア５５１およびプラネタリキャリア５５０に伝達される。５段〜８段になると、クラッチリング２８はプラネタリキャリア５５０と係合するため、回転動力が駆動体１１からクラッチリング２８を介してプラネタリキャリア５５０に伝達される。下の表１は、各段における具体的な動力伝達経路に関する概要である。
【００３１】
【表１】
2008174227.tif 000003
下の表２は、各段におけるさまざまなコンポーネントの連結状態を示す表である。
【００３２】
【表２】
2008174227.tif 000004
５段〜８段では、後でさらに詳しく説明するように、爪１８とラチェットリング１９とが係合していても、摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３が設けられているため、ハブシェル１２はラチェットリング１９に対して回転する。
【００３３】
次に、動力伝達補助機構１５の構造についてさらに詳しく記載する。
【００３４】
動力伝達補助機構１５は、動力伝達ユニット１６とクラッチユニット１７とを含む。この動力伝達ユニット１６が駆動体１１をハブシェル１２に連結している。クラッチユニット１７は動力伝達ユニット１６を作動させるためのものである。
【００３５】
動力伝達ユニット１６は、少なくとも１つの爪１８、具体的にはハブ軸１０を囲んで外周方向に延びる４つの爪を有している。爪１８の配置および構造は、図２ｂに示されている。各爪１８から２本のアームが延びており、これが先端部１８ａおよび尾部１８ｂとなっている。先端部１８ａおよび尾部１８ｂを有するアームが互いに対して角度を持って形成されているため、爪１８は隣接するコンポーネントと係合しやすくなっている。
【００３６】
尾部１８ｂには、突起部が駆動体１１に近い位置にある爪１８の側部に形成されている。先端部１８ａは、径方向外向きに延出する歯として形成されている。爪１８は爪押しスプリング１８ｄに接続されており、これにより爪１８は反時計回りに付勢されて、先端部１８ａが径方向外向きに押し出されるようになっている。爪押しスプリング１８ｄの付勢方向を、図２ｂに対応矢印で指し示している。爪押しスプリング１８ｄからはさらに、爪１８に軸方向復帰力として作用する軸方向付勢力も存在する。
【００３７】
爪１８を駆動体１１内に収納するために、図１５ａおよび図１５ｂに示すように、駆動体１１に爪収容開口部１１ａすなわち溝を設ける。爪収容開口部１１ａの軸方向長さは、爪１８がピン１８ｃに沿って軸方向に移動できるようにされている。
【００３８】
動力伝達ユニット１６はさらに爪係合装置を含んでおり、これを例えば、ハブシェル１２に連結されるラチェットリング１９とすることができる（図１および図２ｂ）。爪１８とラチェットリング１９とは、係合状態になると駆動体１１からの回転動力をカップ１２０へ、そしてハブシェル１２へと伝達するように、係合可能に配置されている。ラチェットリング１９は、図１および図２ｂに例示したように、複数のラチェット歯２１を内周面２２に設けた摩擦回転体２０を含んでいる。摩擦回転体２０は、摩擦回転体２０とハブシェル１２との間に配置されたフリクションスプリング２３に接続されている。このフリクションスプリング２３は、摩擦回転体２０の外周面に形成されたスプリング収容溝内に配置されている。
【００３９】
クラッチユニット１７は、切換機構１４に連結されたコントロールリング２４を含んでいる。コントロールリング２４は、動力伝達補助機構１５と連結できるようにハブ軸１０に対して回転可能に配置されている。コントロールリング２４の外周面には、複数の突起部２４ａおよび２４ｂと複数の凹部２４ｃとが交互に形成されている。
【００４０】
突起部２４ａおよび２４ｂは、駆動体１１に向けて軸方向に延在し、コントロールリング２４が画成する垂直平面に対して９０度だけ傾斜している。軸方向突起部２４ａおよび２４ｂは、駆動体１１に近い側となるコントロールリング２４側に設けられている。図１４ｃに例示するように、コントロールリング２４は、軸方向突起部２４ａおよび２４ｂが設けられている部分ではＬ字型の断面に形成されている。
【００４１】
コントロールリング２４の内周面には、少なくとも１つの、具体的には３つの径方向内側に延出する突起部２４ｄが設けられている。この径方向突起部２４ｄは、コントロールリング２４ａの回転移動を制止する回転制限手段２７ａとして機能する。コントロールリング２４の構造は、図１４ａ、図１４ｂおよび図１４ｃに最もよくわかるように図示されている。
【００４２】
コントロールリング２４は、差動回転体２５に回転可能に支持されており、その差動回転体２５は、ハブ軸１０および駆動体１１に対して軸方向に移動できるように配置されている。この実施形態において、コントロールリング２４は、差動回転体２５に軸方向に固定されているが、これはつまり、コントロールリング２４は差動回転体２５に対して回転移動のみができ、軸方向の移動はできないということである。ただし、差動回転体２５はハブ軸１０および駆動体１１に対して軸方向に移動できるため、コントロールリング２４も差動回転体２５と一体となって、ハブ軸１０および駆動体１１に対して軸方向に移動することができる。したがって、コントロールリング２４は、ハブ軸１０および駆動体１１に対して回転移動も軸方向移動もできるようになっている。
【００４３】
具体的には、差動回転体２５は、送りカム２６上を軸方向に移動できるように配置されている。また差動回転体２５は、その内周面にウェーブワッシャ２５ａおよびテンションプレート１４を備えて、これらにより送りカム２６のクラッチカム部分１７６に回転不能に接続されている。
【００４４】
差動回転体２５はさらに、図１３ａおよび１３ｂで最もよくわかるように、その外周面に径方向突起部２５ｃを形成している。この径方向突起部２５ｃは、コントロールリング２４の径方向突起部２４ｄと協働する回転制限手段２７ｂとして機能する。すなわち、コントロールリング２４は差動回転体２５の周囲で回転できるが、その回転移動は、コントロールリング２４の径方向突起部２４ｄと差動回転体２５の径方向突起部２５ｃとが互いに当接した時点で制止されるようになっている。
【００４５】
図１３ａ〜１３ｃおよび図１でさらにわかるように、差動回転体２５には、コントロールリング用スプリング２４ｅの一端を収容する、軸方向に延在する溝２５ｄが形成されている。コントロールリング用スプリング２４ｅは、コントロールリング２４が差動回転体２５の周囲で回転した後、これを初期位置に復帰させるために、コントロールリング２４を差動回転体２５に対して外周方向に付勢するものである。コントロールリング２４はまた、駆動体１１とコントロールリング２４との間に挿入されたリターンスプリング２４ｆによって軸方向にも付勢されている。
【００４６】
クラッチユニット１７はさらに、特許文献１に記載されているような周知の方式で動力伝達機構１３のプラネタリキャリア５５０と係合、離脱できるクラッチリング２８を備えている。このクラッチリング２８は、クラッチリング２８と差動回転体２５とがクラッチカム部分１７６周囲で軸方向に移動できるように差動回転体２５に連結されている。
【００４７】
次に、動力伝達補助機構１５の機能および動作について説明する。
【００４８】
図２ａは、動力伝達装置１３が５段〜８段用の位置にあり、かつクラッチリング２８がプラネタリキャリア５５０と係合している場合の動力伝達補助機構１５、具体的には爪１８の初期位置を示す図である。この状態において、爪１８は、軸方向に通常の位置に移動している。つまり駆動体１１から遠位にある端位置（最も左寄りの位置）にある。それぞれの爪１８を通常位置に移動させるのは爪押しスプリング１８ｄである。
【００４９】
さらに、爪押しスプリング１８ｄは、それぞれに関連する爪１８を反時計方向に付勢させる。これにより、爪１８の先端部１８ａとラチェットリング１９のラチェット歯２１との係合が起こる。このとき、図２ａで明白であるように、コントロールリング２４の突起部２４ａおよび２４は爪１８の尾部１８ｂに接触していない。
【００５０】
６段〜８段では、ハブシェル１２がラチェットリング１９より、また摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３より速く回転する。言い換えれば、ハブシェル１２は、摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３を追い越す。摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３は、一方向のスリップクラッチとして作用するため、このとき、回転力が動力伝達補助機構１５によって駆動体１１からハブシェル１２に伝達されることはない。したがって、回転力は動力伝達機構１３によってのみ伝達される。
【００５１】
５段の場合は、ハブシェル１２、駆動体１１およびラチェットリング１９が同じ速度で回転する。上述したように、摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３が設けられているため、動力伝達機構１３と動力伝達補助機構１５とが同時に回転力をハブシェル１２に伝達することはない。
【００５２】
本発明はスリップクラッチに限定されるものではなく、他の一方向クラッチを一般に含むことができる。例えば、摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３の代わりに、一方向ローラクラッチまたは爪クラッチを用いてもよい。ただし、スリップクラッチを使用する本実施形態は、爪クラッチを用いた場合よりも小型軽量構造が実現できるという点で有利である。さらに、ローラクラッチでは、スリップクラッチとして摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３を用いている本実施形態の動力伝達ユニット１６ほど迅速に連結することができない。
【００５３】
自転車が減速されて、乗り手が５段から４段にシフトダウンしようとすると、図３ａに示すように、クラッチリング２８がプラネタリキャリア５５０から外れる。切換くさびキー部材７００によるクラッチリング２８の作動については、特許文献１に詳細に記載されている。図３ａに示すように、クラッチリング２８は、駆動体１１に向けて、すなわち図３ａでは右側に、コントロールリング２４および差動回転体２５と共に移動する。これにより、コントロールリング２４の突起部２４ａが、爪１８の尾部１８ｂに接触する。さらにコントロールリング２４が駆動体１１方向に移動して、爪１８を駆動体１１に向けて押し出す。ここで爪１８は、爪押しスプリング１８ｄによりラチェットリング１９と係合した状態に維持される。
【００５４】
図４ａは、爪１８が駆動体１１に近接する、すなわち近位である端部位置まで移動した、動力伝達補助機構１５の状態を示している。ここで、クラッチリング２８、コントロールリング２４およびコントロールリング用スプリング２４ｅを含むクラッチユニット１７は、４段に相当する位置に到達している。図４ｂで明白であるように、爪１８はまだラチェットリング１９と係合した状態にある。
【００５５】
図５ａおよび図５ｂは、爪１８の中間位置を示している。図５ｂにおいて、矢印で示しているように、爪１８は駆動体１１と共に、コントロールリング２４に対して回転する。したがって、爪１８の尾部１８ｂは、突起部２４ａと突起部２４ｂとの間を移動して凹部２４ｃに入る。爪１８がコントロールリング２４の凹部２４ｃに係合すると、爪押しスプリング１８ｄが行使するばね力により駆動体１１から離れる方向に押し戻される。この結果、尾部１８ｂが、コントロールリング２４の突起部２４ａと突起部２４ｂとの間にある凹部２４ｃ内に収容される。図５ｃにさらに示すように、尾部１８ｂがコントロールリング２４の突起部２４ａと突起部２４ｂとの間にある凹部２４ｃに係合しているため、コントロールリング２４は、駆動体１１と一体となって、差動回転プレート２５に対して、またコントロールリング用スプリング２４ｅの付勢力に対抗して移動する。
【００５６】
コントロールリング２４の回転移動を、回転制限手段２７ａ、２７ｂが協働して制限する。回転制限手段２７ａ、２７ｂとはすなわち、コントロールリング２４の径方向突起部２４ｄと、差動回転体２５の径方向突起部２５ｃである。図５ｃに示す実施形態において、その回転角度は９０度である。回転角度については、他の角度、例えば１２０度に設定することも可能である。回転時、爪１８は中間位置から動かず、伝達補助経路も、補助の５段として維持される。コントロールリング２４が駆動体１１と一体となって回転する間に、第２のサンギア１６４が４段に係止される。この時、伝達補助経路は、５段に相当する状態で維持される。
【００５７】
図６ａおよび図６ｂは、爪１８が中間位置にあり、ラチェットリング１９から外れた状態にある動力伝達補助機構１５を示している。図６ｂから明らかなように、また図５ｃに関連して説明したように、コントロールリング２４は、駆動体１１とコントロールリング２４との間の相対移動が起こった結果として、駆動体１１と共に回転が停止する。この駆動体１１とコントロールリング２４との間の相対移動により、突起部２４ａが、爪押しスプリング１８ｄの周方向付勢力に対抗してピン１８ｃを中心に回転している爪１８の尾部１８ｂを押す。言い換えれば、コントロールリング２４の突起部２４ａにより尾部１８ｂに大きな負荷がかかる。このため、図６ｂに示すように、爪１８の回転に乗じて、先端部１８ａがラチェットリング１９から外れる。
【００５８】
以上の動作により、５段から４段への切換えが完了する。
【００５９】
図７ａおよび図７ｂに示すように、爪１８は、コントロールリング２４の凹部２４ｃから外れた後、爪押しスプリング１８ｄにより（駆動体１１から離れた）通常位置に押し戻される。コントロールリング用スプリング２４ｅから外周方向の付勢力を受けて、コントロールリング２４が通常位置に戻る。このとき、コントロールリング２４の戻り回転は、コントロールリング２４に形成された径方向突起部２４ｄと差動回転体２５に形成された径方向突起部２５ｃとに制限される。このコントロールリング２４の回転を図７ｂに矢印で示している。爪１８がこの位置にあると、各爪１８の尾部１８ｂがコントロールリング２４の外側環状面に接触して、爪１８はこの離脱状態に保たれる。
【００６０】
図８ａ〜図８ｃは、ハブ軸方向におけるコントロールリング２４に対する爪１８のそれぞれ異なる位置を例示したものである。図８ａは、爪１８が初期位置にある場合であって、爪１８は駆動体１１から遠位である端部位置（最も左寄りの位置）にある。爪１８の尾部１８ｂがコントロールリング２４の外側環状面に接触している。図８ｂは、爪１８が中間位置にある場合であって、爪１８の尾部１８ｂはコントロールリング２４の凹部２４ｃと係合している。図８ｃは、爪１８が駆動体１１の近位にある端部位置を示しており、爪１８の尾部１８ｂはコントロールリング２４の突起部２４ａに接触している。
【００６１】
要約すると、自転車の速度が落ち、乗り手が５段から４段にシフトダウンしようとすると、コントロールリング２４の突起部２４ａが爪１８の尾部１８ｂに接触した後、コントロールリング２４はさらに駆動体１１に向けて移動して、爪１８を駆動体１１側に押し出す。そしてこの５段から４段への切換えが終わると、爪１８は爪押しスプリング１８ｄにより（駆動体１１から離れた）通常位置に戻される。
【００６２】
言い換えれば、本実施形態において、動力伝達補助機構１５が、ハブ軸方向にコントロールリングに対して移動可能な少なくとも１つの爪を含む動力伝達ユニットを形成している。
【００６３】
本発明は、この軸方向に移動可能な爪に限定されるものではなく、移動可能なコントロールリングをハブ軸方向に爪に対して復帰させられるものであれば他の機構も想定するものである。
【００６４】
自転車の速度が上がり、乗り手が４段から５段にシフトアップしようとすると、クラッチリング２８は、リターンスプリング２４ｆに押されて駆動体１０から離れる方向に移動する。左側（５段の位置）まで移動した段階で、クラッチリング２８は爪１８の尾部１８ｂから外れる。爪１８は爪押しスプリング１８ｄの力で回転し、摩擦回転体２０のラチェットリング１９と係合する。
【００６５】
こうして、暫定的な５段への切換えが行われる。５段に対応する動力伝達補助経路には、駆動体１１、爪１８、摩擦回転体２０、フリクションスプリング２１、およびハブシェル１２が含まれる。この５段に対応する変速補助経路が保たれている間に、第２のサンギア１６４が解放される。そしてクラッチリング２８がプラネタリキャリア５５０と係合する。
【００６６】
ここで、４段から５段への切換えが完了する。
【００６７】
［他の実施形態］
図９〜図１１は、コントロールリング２４´と爪１８´との間の相対移動に関する配置について、上述の実施形態とは異なる、本発明の別の実施形態を例示したものである。以下では、この２つの実施形態の間で異なる部品についてのみ説明する。
【００６８】
図９〜図１１による実施形態は、爪１８´の係合／離脱を目的として、差動回転体２５´に対してコントロールリング２４´を軸方向に移動させるという発想に基づいたものである。コントロールリング２４´と爪１８´との間の相対的な軸方向移動は、コントロールリング２４´が差動回転体２５´の周囲で軸方向に移動することにより起こるため、爪１８´を駆動体１１´に軸方向に固定させておくことができる。これとは逆に、図１による実施形態での係合／離脱作用は、コントロールリング２４を差動回転体２５に軸方向に固定しておき、爪１８を駆動体１１に対して軸方向に移動させることで起こる。
【００６９】
具体的には、差動回転体２５´は、軸方向に延在する突起部２５ｄ´を含む。この差動回転体２５´の軸方向突起部２５ｄ´には、コントロールリング２４´を支持し、これを差動回転体２５´に対して軸方向に移動させる軸方向案内手段２５ｅ´が設けられている。コントロールリング２４´の内周面は、コントロールリング２４´が差動回転体２５´に対して回転移動も軸方向移動もできるようにこの軸方向案内手段２５ｅ´と協働するように構成されている。
【００７０】
図９から明らかなように、軸方向案内手段２５ｅ´を設けた差動回転体２５´の軸方向突起部２５ｄ´は、クラッチリング２８´から間をあけて離れている。このクラッチリング２８´と軸方向突起部２５ｄ´との間の空間に、差動回転体２５´に対して軸方向および外周方向の両方にコントロールリング２４´を付勢するコントロールリング用スプリング２４ｅ´が配置されている。つまり、コントロールリング用スプリング２４ｅ´は、クラッチリング２８´とコントロールリング２４´との間に配置されている。したがって、コントロールリング２４ｅ´がコントロールリング２４´に軸方向の付勢力を行使すると、これが駆動体１１´への方向に作用することになる。
【００７１】
これとは逆に、図１による実施形態でのコントロールリング用スプリング２４ｅは、コントロールリング２４の逆側、つまり、軸方向突起部２５ｄとコントロールリング２４との間に配置されている。図１による実施形態において、軸方向突起部２５ｄがコントロールリング用スプリング２４ｅの固定子として作用するのに対し、図９による実施形態における軸方向突起部２５ｄ´は、コントロールリング２４´を支持する軸方向案内手段２５ｅ´を具備している。
【００７２】
上記の説明からすると、図９による実施形態において、軸方向の復帰力はコントロールリング用スプリング２４ｅ´により生成され、図１による実施形態において、同じ軸方向の復帰力は爪押しスプリング１８ｄにより生成されるということになる。この結果、図１および図９による実施形態において、それぞれ、軸方向に移動可能なコンポーネント、すなわち爪１８（図１）およびコントロールリング２４´（図９）は、この２つのコンポーネントが相対移動して係合／離脱動作が完了すると、その初期位置に戻るということが可能になる。
【００７３】
次に、図９に示す実施形態の動力伝達補助機構１５´が果たす機能について説明する。
【００７４】
図９は、図２ａに示した位置と同様である、動力伝達補助機構１５´の初期位置を示している。この初期位置において、動力伝達機構１３は５段から８段の状態にあり、クラッチリング２８´はプラネタリキャリア５５０´と係合している。上述したように、爪１８´は駆動体１１に軸方向に固定されている。つまり、爪１８は駆動体１１に対して回転移動のみ可能ということである。コントロールリング２４´は通常位置にある。すなわち、コントロールリング２４´がクラッチリング２８´から最も遠位となる端部位置にまで、コントロールリング用スプリング２４ｅがコントロールリング２４´を押し出す。このコントロールリング２４´がクラッチリング２８´から遠ざかる軸方向移動は、駆動体１１´に向き合う差動回転体２５´側部に設けられた軸方向突起部２５ｄ´から径方向に延出するストッパ２５ｆ´により制限される。
【００７５】
図１に示した実施形態に関して説明したように、回転力は動力伝達機構１３によってハブシェル１２に伝えられる。このとき、一方向クラッチ、具体的には摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３はアイドル状態である。
【００７６】
図１０から明白であるように、クラッチリング２８´とプラネタリキャリア５５０´とは離脱しており、クラッチリング２８´が差動回転体２５´およびコントロールリング２４´と共に駆動体１１´に向けて移動している。図１０による位置では、クラッチリング２４´および差動回転体２５´が、駆動体１１に近接する、すなわち近位である、４段に相当する位置に到達する。この位置において、摩擦回転体２０およびフリクションスプリング２３がハブシェル１２を爪１８´に連結するため、動力伝達補助経路が動力伝達補助機構１５´により形成される。これにより、動力伝達補助機構１５´によって歯数比１．０にて回転力が駆動体１１´からハブシェル１２へと伝達される。したがって、５段と同じ歯数比が維持される。
【００７７】
図１０では、コントロールリング２４´の軸方向突起部２４ａ´が爪１８´の尾部１８ｂ´に接触していることもわかる。切換くさびキー部材７００によるクラッチリング２８´の作動によりコントロールリング２４´が駆動体１１´に向けて移動しているため、コントロールリング２４´は、コントロールリング用スプリング２４ｅ´の付勢力に対抗して差動回転体２５に対してクラッチリング２８´に向けて押し戻される。
【００７８】
図１１は、コントロールリング２４´の中間位置を示しており、コントロールリング２４´の突起部２４ａ´、２４ｂ´、ならびに突起部２４ａ´と突起部２４ｂ´との間の凹部２４ｃ´が爪１８´の尾部１８ｂ´を係合した状態を示している。コントロールリング２４´が爪１８´の尾部１８ｂ´と係合しているため、コントロールリング２４´は、コントロールリング用スプリング２４ｅ´に押されて、差動回転体２５に対して駆動体１１´に向けて（図１１において右側に）移動する。コントロールリング２４´が爪１８´から離脱するのは、図１による実施形態を示す図５ａおよび図６ａと併せて詳述したように、中間位置が解除される時点である。したがって、この実施形態においても、回転制限手段（図示せず）が、コントロールリング２４´の差動回転体２５´に対する回転移動を制限すると、その結果、突起部２４ａ´が爪１８´の尾部１８ｂ´を押して爪１８´をラチェットリング１９から外すことになる。
【００７９】
以上のようにして爪１８´が外れる前に、動力伝達機構１３はすでに切換えられている。具体的には、第２のサンギア１６４が係止されており、動力伝達経路が（主）動力伝達機構１３により形成される。
【００８０】
図１２は、コントロールリング２４´の突起部２４ａ´、２４ｂ´および凹部２４ｃ´が爪１８´の尾部１８ｂ´から外れた状態を示している。コントロールリング用スプリング２４ｅ´の軸方向付勢力が働くため、コントロールリング２４´は、差動回転体２５´に対して駆動体１１´に向けて移動する。このようにコントロールリング２４´が通常の初期位置まで移動し、そこでコントロールリング用スプリング２４ｅ´に押されて、ストッパ２５ｆ´に押し付けられる。爪１８´は、その尾部１８ｂ´がコントロールリング２４´の外周面に接触しているため、外れた位置のまま保たれる。
【００８１】
ここで、動力伝達機構１３は１段から４段までの間で切換え可能となる。
【００８２】
図９から図１２による変速ハブのアップシフト操作は、これと逆に同様に行われ、図１に示した実施形態のアップシフト操作と同様に機能する。
【００８３】
上述した実施形態において、動力伝達補助機構１５、１５´は、５段（歯数比：１．０）に対応する動力伝達補助経路を形成している。ただし、本発明はこの具体的な動力伝達補助機構１５の歯数比に限定されるものではなく、動力伝達補助経路用に他の歯数比が得られるもの他の機構も想定している。
【００８４】
さらに、主動力伝達機構を負荷のかからない状態で切換えるために動力伝達補助経路を形成するという原理は、本明細書に記載した以外の動力伝達機構を有する変速ハブにも適用可能である。例えば、本動力伝達補助機構を、例えば６段までのみ変速可能な遊星ギア機構に適用することができる。
【００８５】
本発明は、比較的単純かつ小型な構造により、変速ハブの衝撃の少ない、または少なくとも衝撃が軽減された切換えを実現し、これにより、その変速ハブを作動させる際の乗り手の感触を大幅に改善することができるとの利点を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態による変速ハブを示す縦断面図である。
【図２ａ】図１による変速ハブと同様の変速ハブであり、動力伝達補助機構が５段〜８段用の初期位置にある変速ハブを示す部分図である。
【図２ｂ】図２ａによる状態にある動力伝達補助機構を示す平面図である。
【図３ａ】図２ａによる変速ハブであって、動力伝達補助機構のコントロールリングが爪に接触している変速ハブを説明する図である。
【図３ｂ】図３ａによる状態にある動力伝達補助機構を示す平面図である。
【図４ａ】図２ａによる変速ハブであって、動力伝達補助機構の爪が側部端部位置にある変速ハブを説明する図である。
【図４ｂ】図４ａによる状態にある動力伝達補助機構を示す平面図である。
【図５ａ】動力伝達補助機構の爪が中間位置にある状態である変速ハブを説明する図である。
【図５ｂ】図５ａによる状態にある動力伝達補助機構を示す平面図である。
【図５ｃ】図５ａによる状態にある動力伝達補助機構であって、コントロールリングが回転された動力伝達補助機構を示す平面図である。
【図６ａ】図２ａによる変速ハブであって、動力伝達補助機構の爪が中間位置にあって外れた状態にある変速ハブを説明する図である。
【図６ｂ】図６ａによる状態にある動力伝達補助機構を示す平面図である。
【図７ａ】図２ａによる変速ハブであって、爪が１〜４段用の初期位置にある変速ハブを説明する図である。
【図７ｂ】図７ａによる状態にある動力伝達補助機構を示す平面図である。
【図８ａ】動力伝達補助機構の爪に対するコントロールリングの位置を説明する図である。
【図８ｂ】動力伝達補助機構の爪に対するコントロールリングの位置を説明する図である。
【図８ｃ】動力伝達補助機構の爪に対するコントロールリングの位置を説明する図である。
【図９】別の実施形態による変速ハブであって、動力伝達補助機構が５段〜８段用の初期位置にある変速ハブを示す部分図である。
【図１０】図９による変速ハブであって、クラッチユニットと動力伝達ユニットとが係合を開始している変速ハブを説明する図である。
【図１１】図９による変速ハブであって、クラッチユニットが中間位置にある変速ハブを説明する図である。
【図１２】図９による変速ハブであって、クラッチユニットが１〜４段用の初期位置にある変速ハブを説明する図である。
【図１３ａ】差動回転体を示す斜視図である。
【図１３ｂ】差動回転体を示す斜視図である。
【図１３ｃ】差動回転体を示す斜視図である。
【図１４ａ】コントロールリングを示す斜視図である。
【図１４ｂ】コントロールリングを示す斜視図である。
【図１４ｃ】コントロールリングを示す斜視図である。
【図１５ａ】駆動体を示す斜視図である。
【図１５ｂ】駆動体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  ハブ軸
１１  駆動体
１２  ハブシェル
１３  動力伝達機構
１４  切換機構
１５、１５´  動力伝達補助機構
１６  動力伝達ユニット
１７  クラッチユニット
１８、１８´  爪
１９  ラチェットリング
２０  摩擦回転体
２３  フリクションスプリング
２４、２４´  コントロールリング
２５、２５´  差動回転体
２７ａ、２７ｂ  回転制限手段
２８、２８´  クラッチリング
５５０、５５０´  プラネタリキャリア
【図１】
2008174227.tif 000005
【図２ａ】
2008174227.tif 000006
【図２ｂ】
2008174227.tif 000007
【図３ａ】
2008174227.tif 000008
【図３ｂ】
2008174227.tif 000009
【図４ａ】
2008174227.tif 000010
【図４ｂ】
2008174227.tif 000011
【図５ａ】
2008174227.tif 000012
【図５ｂ】
2008174227.tif 000013
【図５ｃ】
2008174227.tif 000014
【図６ａ】
2008174227.tif 000015
【図６ｂ】
2008174227.tif 000016
【図７ａ】
2008174227.tif 000017
【図７ｂ】
2008174227.tif 000018
【図８ａ】
2008174227.tif 000019
【図８ｂ】
2008174227.tif 000020
【図８ｃ】
2008174227.tif 000021
【図９】
2008174227.tif 000022
【図１０】
2008174227.tif 000023
【図１１】
2008174227.tif 000024
【図１２】
2008174227.tif 000025
【図１３ａ】
2008174227.tif 000026
【図１３ｂ】
2008174227.tif 000027
【図１３ｃ】
2008174227.tif 000028
【図１４ａ】
2008174227.tif 000029
【図１４ｂ】
2008174227.tif 000030
【図１４ｃ】
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【図１５ａ】
2008174227.tif 000032
【図１５ｂ】
2008174227.tif 000033