(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ軸と、
前記ハブ軸に回転可能に支持される駆動部と、
前記ハブ軸に回転可能に支持されるハブシェルと、
前記駆動部と前記ハブシェルとの間に配置されて、回転力を前記駆動部から前記ハブシェルへと複数の動力伝達経路を介して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よう配置されるシフト機構と、
回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達するシフトアシスト機構と、
前記駆動部と前記シフトアシスト機構との間に配置され、前記シフトアシスト機構が前記駆動部と係合して回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達し、かつ、前記シフト機構が前記シフトアシスト機構に過度の抵抗を与えるとき、回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ連結して回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達し、これにより、前記駆動部と前記シフト機構との間のロックを防止する伝達力制御機構と、
を備え、
前記伝達力制御機構は、前記駆動部が回転するとき前記伝達力制御機構から出力される回転力の大きさが前記伝達力制御機構へ入力される回転力の大きさに対して一定でない係数で変化するよう構成されており、
前記伝達力制御機構が、
第１回転力伝達エレメントと、
前記駆動部が回転するとき、前記第１回転力伝達エレメントと係合し、これにより、回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達する係合部材と、
を備えている自転車用内装変速機。
【請求項２】
請求項１に記載の自転車用内装変速機であって、
前記伝達力制御機構は、さらに第２回転力伝達エレメントを備えており、
前記係合部材は、前記駆動部が回転するとき、前記第２回転力伝達エレメントと係合し、これにより、ある量の回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達し、前記係合部材が前記第１回転力伝達エレメントと係合するときの前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達される回転力の量は、前記係合部材が前記第２回転力伝達エレメントと係合するときの前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達される回転力の前記量とは異なる。
【請求項３】
請求項２に記載の自転車用内装変速機であって、前記第２回転力伝達エレメントは、前記係合部材が前記第２回転力伝達エレメントと係合するとき、前記係合部材が回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達しないよう構成される。
【請求項４】
請求項２に記載の自転車用内装変速機であって、前記第１回転力伝達エレメントは、前記係合部材が前記第１回転力伝達エレメントに乗り上げてこれにより前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達される回転力の量を制限するよう形成される。
【請求項５】
請求項４に記載の自転車用内装変速機であって、前記係合部材は前記第１回転力伝達エレメントに乗り上げて、これにより、前記駆動部が前記シフトアシスト機構に対して相対的に回転するとき、前記第２回転力伝達エレメントと接触する。
【請求項６】
請求項５に記載の自転車用内装変速機であって、
前記第１回転力伝達エレメントは第１凸部を備え、
前記第２回転力伝達エレメントは前記第１凸部に対して相対的に凹状の第１凹部を備えており、
前記係合部材は、前記第１凸部及び前記第１凹部と順に接触し、これにより、変化する量の回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達する。
【請求項７】
請求項５に記載の自転車用内装変速機であって、
前記伝達力制御機構は、
前記駆動部に周方向に配置される複数の前記第１回転力伝達エレメントと、
前記駆動部に周方向に配置されるとともに前記複数の第１回転力伝達エレメントと交互に配置される複数の前記第２回転力伝達エレメントと、
を備えており、
前記係合部材は、前記駆動部が回転するとき、前記複数の第１回転力伝達エレメント及び前記複数の第２回転力伝達エレメントと順に接触し、これにより、変化する量の回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達する。
【請求項８】
請求項７に記載の自転車用内装変速機であって、前記伝達力制御機構は、前記係合部材を支持するアシストカムをさらに備えており、前記アシストカムは複数のラチェット歯を有している。
【請求項９】
請求項８に記載の自転車用内装変速機であって、
前記複数の第１回転力伝達エレメントは、前記駆動部の内周面に配置される少なくとも１つの第１凸部を備えており、
前記複数の第２回転力伝達エレメントは、前記少なくとも１つの凸部に対して相対的に凹状の少なくとも１つの第１凹部を備えている。
【請求項１０】
請求項９に記載の自転車用内装変速機であって、
前記複数の第１回転力伝達エレメントは、前記駆動部の前記内周面に配置される複数の前記第１凸部を備えており、
前記複数の第２回転力伝達エレメントは、前記複数の凸部に対して相対的に凹状の複数の前記第１凹部を備えている。
【請求項１１】
請求項１０に記載の自転車用内装変速機であって、前記係合部材は、前記駆動部が回転するとき前記複数の第１凸部及び前記複数の第１凹部と順に接触し、これにより変化する量の回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達する第１爪を備える。
【請求項１２】
請求項１１に記載の自転車用内装変速機であって、前記第１爪を前記駆動部の内周面に向かって付勢する第１爪付勢部材をさらに備える。
【請求項１３】
請求項１２に記載の自転車用内装変速機であって、前記第１爪は、前記複数の第１凸部のうちの１つあるいは前記複数の第１凹部のうちの１つと常に接触している。
【請求項１４】
請求項１３に記載の自転車用内装変速機であって、
前記シフト機構が、
前記ハブ軸によって回転可能に支持されるアクチュエータ部材と、
前記ハブ軸によって回転可能に支持され、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機能的に連結されているシフト制御スリーブと、
を備えており、
前記シフトアシスト機構は、
前記アクチュエータ部材と一体的に回転するよう連結される第１シフト部材と、
前記シフト制御スリーブと一体的に回転するよう連結される第２シフト部材と、
前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材を互いに向かって付勢し、これにより、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大きな抵抗を与えその結果前記第１シフト部材が前記第２シフト部材に対して相対的に回転するまでは、前記第１シフト部材を前記第２シフト部材と一体的に回転させる付勢装置と、
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、前記アシストカムの前記ラチェット歯と係合する係合位置と、前記ラチェット歯から非係合となる非係合位置との間で移動する第２爪と、
前記第２爪を前記係合位置に向かって付勢する第２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シフト部材と一体的に回転するとき前記第２爪を前記非係合位置に保持し、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的に回転するとき前記第２爪が前記係合位置へ移動することを可能にする爪制御部材と、
を備えている。
【請求項１５】
請求項１４に記載の自転車用内装変速機であって、複数の第１凹部は、前記係合部材が前記複数の第１凹部と係合するとき、前記係合部材が回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達しないよう構成される。
【請求項１６】
請求項９に記載の自転車用内装変速機であって、前記係合部材は、前記駆動部が回転するとき前記少なくとも１つの第１凸部及び前記少なくとも１つの第１凹部と接触し、これにより変化する量の回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ伝達する少なくとも１つの第２凸部を備える。
【請求項１７】
請求項１６に記載の自転車用内装変速機であって、前記第２凸部を前記少なくとも１つの第１凸部に向かってあるいは前記少なくとも１つの第１凹部に向かって付勢する第２凸部付勢部材をさらに備える自転車用内装変速機。
【請求項１８】
請求項１７に記載の自転車用内装変速機であって、
前記複数の第１回転力伝達エレメントは複数の前記第１凸部を備えており、
前記複数の第２回転力伝達エレメントは、前記複数の凸部に対して相対的に凹状の複数の前記第１凹部を備えている。
【請求項１９】
請求項１８に記載の自転車用内装変速機であって、前記第２凸部は、前記複数の第１凸部のうちの１つあるいは前記複数の第１凹部のうちの１つと常に接触している。
【請求項２０】
請求項１９に記載の自転車用内装変速機であって、
前記シフト機構は、
前記ハブ軸によって回転可能に支持されるアクチュエータ部材と、
前記ハブ軸によって回転可能に支持され、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機能的に連結されているシフト制御スリーブと、
を備えており、
前記シフトアシスト機構は、
前記アクチュエータ部材と一体的に回転するよう連結される第１シフト部材と、
前記シフト制御スリーブと一体的に回転するよう連結される第２シフト部材と、
前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材を互いに向かって付勢し、これにより、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大きな抵抗を与えその結果前記第１シフト部材が前記第２シフト部材に対して相対的に回転するまでは、前記第１シフト部材を前記第２シフト部材と一体的に回転させる付勢装置と、
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、前記アシストカムの前記ラチェット歯と係合する係合位置と、前記ラチェット歯から非係合となる非係合位置との間で移動する第２爪と、
前記第２爪を前記係合位置に向かって付勢する第２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シフト部材と一体的に回転するとき前記第２爪を前記非係合位置に保持し、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的に回転するとき前記第２爪が前記係合位置へ移動することを可能にする爪制御部材と、
を備えている。
【請求項２１】
ハブ軸と、
前記ハブ軸に回転可能に支持される駆動部と、
前記ハブ軸に回転可能に支持されるハブシェルと、
前記駆動部と前記ハブシェルとの間に配置されて、回転力を前記駆動部から前記ハブシェルへと複数の動力伝達経路を介して伝達する動力伝達機構と、
複数の動力伝達経路を選択するよう配置されるシフト機構と、
回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達するシフトアシスト機構と、
前記駆動部と前記シフトアシスト機構との間に配置され、前記シフトアシスト機構が前記駆動部と係合して回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達し、かつ、前記シフト機構が前記シフトアシスト機構に過度の抵抗を与えるとき、回転力を前記駆動部から前記シフトアシスト機構へ連結して回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達し、これにより、前記駆動部と前記シフト機構との間のロックを防止する伝達力制御機構と、
を備え、
前記伝達力制御機構は、前記駆動部が回転するとき前記伝達力制御機構から出力される回転力の大きさが前記伝達力制御機構へ入力される回転力の大きさに対して相対的に一定でない係数で変化するよう構成されており、
前記伝達力制御機構は、
複数のラチェット歯を有するアシストカムと、
前記アシストカムによって支持される第１爪を備える係合部材と、
前記第１爪を前記駆動部の内周面に向かって付勢する第１爪付勢部材と、
少なくとも１つの第１凸部を備え、前記係合部材によって係合されるとき回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達する複数の第１回転力伝達エレメントと、
少なくとも１つの第１凹部を備え、前記係合部材によって係合されるとき回転力を前記駆動部から前記シフト機構へ伝達しない複数の第２回転力伝達エレメントと、
を備えており、
前記シフト機構は、
前記ハブ軸によって回転可能に支持されるアクチュエータ部材と、
前記ハブ軸によって回転可能に支持され、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機能的に連結されているシフト制御スリーブと、
を備えており、
前記シフトアシスト機構は、
前記アクチュエータ部材と一体的に回転するよう連結される第１シフト部材と、
前記シフト制御スリーブと一体的に回転するよう連結される第２シフト部材と、
前記第１シフト部材及び前記第２シフト部材を互いに向かって付勢し、これにより、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大きな抵抗を与えその結果前記第１シフト部材が前記第２シフト部材に対して相対的に回転するまでは、前記第１シフト部材を前記第２シフト部材と一体的に回転させる付勢装置と、
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、前記アシストカムの前記ラチェット歯と係合する係合位置と、前記ラチェット歯から非係合となる非係合位置との間で移動する第２爪と、
前記第２爪を前記係合位置に向かって付勢する第２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シフト部材と一体的に回転するとき前記第２爪を前記非係合位置に保持し、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的に回転するとき前記第２爪が前記係合位置へ移動することを可能にする爪制御部材と、
を備えている自転車用内装変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用変速機、特に自転車のハブに内装された多段型の変速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内装変速機は、種々のギア比を選択して自転車に乗る人のペダルをこぐ労力を変化できるように、自転車のリアホイールに装着されている。一般的な内装変速機は、自転車フレームに装着されるハブ軸と、スプロケットとチェーンを通してペダルをこぐ力を受けるようハブ軸に回転可能に支持される駆動部と、ハブ軸に回転可能に支持されるハブシェルと、を有する。動力伝達機構は、駆動部とハブシェルの間に配置されて、駆動部からハブシェルへ複数の伝達経路を通じて回転力を伝達する。それぞれの伝達経路は、一般に、他と重複しないギア比を有している。動力伝達機構は、通常、ハブ軸の周囲に回転可能に支持される１つ以上の太陽ギアと、ハブ軸の周囲に回転可能に支持されるリングギアと、ハブ軸の周囲に回転可能に支持される遊星ギアキャリヤと、遊星ギアキャリヤに回転可能に支持されるとともに太陽ギア及びリングギアと噛み合う複数の遊星ギアと、を有している遊星ギア機構を備える。複数の動力伝達経路及び対応するギア比は、種々のコンポーネントを互いに選択的に回転不能に連結することによって選択される。例えば、あるギア比は、太陽ギアをハブ軸に回転不能に連結することによって選択でき、他のギア比は、駆動部を遊星ギアキャリヤに対して相対的に回転不能に連結することによって選択でき、また他のギア比は、駆動部をリングギアに対して相対的に回転不能に連結することによって選択できる。一般的な内装変速機においては、多くのそのような連結関係が可能であり、その結果、比較的多数の実現可能なギア比が得られる。
【０００３】
シフト機構は、通常、複数の動力伝達経路を選択するように配置される。シフト機構は、ハブ軸の外周に配置された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種々のコンポーネントの回転不能な連結を制御することができる。このシフトスリーブは、通常、ハブ外部のアクチュエータ部材に連結される。アクチュエータ部材の回転は、ハンドルバーに装着するシフト制御装置、あるいはライダーによって電子的に制御されるモータによって制御される。自転車に乗る人が、自転車を素早く加速するようペダルに大きな力をかけると、非常に大きな力がハブの内部コンポーネントに加えられ、それにより、シフト動作に対する大きな抵抗が生じる。そのような抵抗は、自転車に乗る人に手動シフトの過度な労力を要求し、あるいは、アクチュエータ部材を駆動するモータに容認できない負荷をもたらす。
【０００４】
米国特許６，５７２，５０８号は、大きな駆動力がハブに印加された場合に、ハブ自体の回転力を用いてシフト動作をアシストする装置を開示している。この装置は、シフトスリーブがシフト動作に対する大きな抵抗を受けたことを検知する。そして、この抵抗によりシフトスリーブに連結された爪機構が作動し、これにより、爪機構によって保持されている爪が、駆動部の内周面上に形成された複数のラチェット歯を備えているラチェット機構と係合する。駆動部の回転力はシフトスリーブへ伝達され、そして、シフトスリーブが回転してシフト動作を完了する。シフトスリーブが駆動部の回転力に応じてまだ移動していなければ、爪は元々係合していたラチェット歯を乗り越えて、回転方向の次のラチェット歯と係合し、これにより回転力の一連のパルスをシフトアシスト機構に提供する。
【０００５】
また、米国特許６，６４１，５００号も、大きな駆動力がハブに印加された場合に、ハブ自体の回転力を用いてシフト動作をアシストする装置を開示している。シフトスリーブ、あるいはシフト機構の他のコンポーネントへのダメージを回避するために、少なくとも２つの摩擦ディスクを備える伝達力制御機構が、駆動部からシフト機構へ伝達される回転力の量を制御し、これにより駆動部とシフト機構との間のロックを防止する。
【特許文献１】米国特許６，５７２，５０８号
【特許文献２】米国特許６，６４１，５００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ハブへのダメージを回避するようアシスト力を制御するシフトアシスト機能を有する自転車用内装変速機に対してなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る自転車用内装変速機は、ハブ軸と、駆動部と、ハブシェルと、動力伝達機構と、シフト機構と、シフトアシスト機構と、伝達力制御機構と、を備える。駆動部はハブ軸に回転可能に支持される。ハブシェルはハブ軸に回転可能に支持される。動力伝達機構は、駆動部とハブシェルとの間に配置されて、回転力を駆動部からハブシェルへと複数の力伝達経路を介して伝達する。シフト機構は、複数の力伝達経路を選択するよう配置される。シフトアシスト機構は、回転力を駆動部からシフト機構へ伝達する。伝達力制御機構は、駆動部とシフトアシスト機構との間に配置され、シフトアシスト機構が駆動部と係合して回転力を駆動部からシフト機構へ伝達し、かつ、シフト機構がシフトアシスト機構に過度の抵抗を与えるとき、回転力を駆動部からシフトアシスト機構へ連結して回転力を駆動部からシフト機構へ伝達し、これにより、駆動部とシフト機構との間のロックを防止する。また、伝達力制御機構は、駆動部が回転するとき伝達力制御機構から出力される回転力の大きさが伝達力制御機構へ入力される回転力の大きさに対して一定でない係数で変化するよう構成されている。そして、伝達力制御機構が、第１回転力伝達エレメントと、係合部材と、を備えている。係合部材は、駆動部が回転するとき、第１回転力伝達エレメントと係合し、これにより、回転力を駆動部からシフトアシスト機構へ伝達する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、自転車用内装変速機において、ハブへのダメージを回避するようアシスト力を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態による内装変速機１４を有する自転車１０のリア部の側面図である。自転車１０のリア部分は、サドル２４を支持するシートチューブ２２と、１組の従来のチェーンステー２６と、１組の従来のシートステイ３０と、を有するフレーム１８を有する。後輪３４は、チェーンステー２６とシートステイ３０との交点で内装変速機１４のハブ軸３６の周囲にフレームエンド部３５によって回転可能に支持される。また、ペダル４２を有するクランクアッセンブリ３８及びチェーンリング４６は、シートチューブ２２とチェーンステー２６との交点で回転可能に支持される。チェーン５０は、チェーンリング４６と係合し、内装変速機１４を回転可能に駆動するスプロケット５４の周囲に巻きついている。ボーデンタイプコントロールケーブル６２が、以下により詳細に説明する方法で内装変速機１４におけるギア比を変更するために用いられる。
【００１０】
図２は内装変速機１４の断面図である。図２に示すように、内装変速機１４は、ハブ軸３６と、駆動部７０と、ハブシェル７４と、動力伝達機構８２と、シフト／アシスト機構９０と、を有する。駆動部７０は、ハブ軸３６に回転可能に支持される。ハブシェル７４は、ハブ軸３６に回転可能に支持されるスポークフランジ７８を有する。動力伝達機構８２は、駆動部７０とハブシェル７４との間に配置されて、回転力を駆動部７０からハブシェル７４へ複数の動力伝達経路を通して伝達する。シフト／アシスト機構９０は、複数の動力伝達経路の選択を制御し、動力伝達機構８２における動力伝達経路の変更を支援するよう駆動部７０の回転力を利用する。
【００１１】
スプロケット５４は、スナップリング９４を用いて、スプラインによって駆動部７０に連結される。また、駆動部７０は、ボールベアリング９８及びベアリングコーン１０２を介してハブ軸３６上に回転可能に支持される。ベアリングコーン１０２は、アクチュエータプレート１０４、スペーサ１０８、ワッシャ１１２及びロックナット１１４によって、定位置に保持される。
【００１２】
右側のカップ１２０は、ハブシェル７４の右側の内周面で回転不能に嵌合される。また、左側のカップ１２４は、ハブシェル７４の左側の内周面で回転不能に嵌合される。右側のカップ１２０は、ハブシェル７４を駆動部７０にボールベアリング１２８を介して回転可能に支持する。また、内装変速機１４の右側の内部コンポーネントは、右側のカップ１２０に嵌合されるシーリングカップ１３２によって外部の汚れから保護される。左側のカップ１２４は、ハブシェル７４をハブ軸３６にボールベアリング１３６及びコーン１３８を介して回転可能に支持する。コーン１３８は、ストップナット１４２及びロックナット１４６によってハブ軸３６上に保持される。
【００１３】
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、を有する。第１太陽ギア１６０はハブ軸３６に回転不能に支持される。また、第１太陽ギア１６０は、クラッチカム部１７６と、第１太陽ギア１６０の外周面上に形成された複数の第１太陽ギア歯１７８（例えば歯数４８枚：以下、４８Ｔと記す）と、外周の第２太陽ギア接触面１８０と、を有する。第２太陽ギア１６４は、第１太陽ギア１６０に隣接してハブ軸３６の周囲に回転可能に支持される。また、図３によりわかりやすく示すように、第２太陽ギア１６４は、内周の第１太陽ギア接触面１９２と、複数の第２太陽ギアラチェット歯２０６（例えば１２Ｔ）と、内周のガイドリング接触面２０８と、内周の第３太陽ギア接触面２００と、複数の第２太陽ギア歯１９８（例えば４８Ｔ）と、を有する。内周の第１太陽ギア接触面１９２は、第１太陽ギア１６０上の第２太陽ギア接触面１８０とスライド可能に接触する。複数の第２太陽ギアラチェット歯２０６は、第２太陽ギア１６４の内周面上に形成され、第２太陽ギア爪２０７と係合する。内周のガイドリング接触面２０８は、太陽ギアガイドリング２１０の外周面２０９とスライド可能に接触する。複数の第２太陽ギア歯１９８は、第２太陽ギア１６４の外周面上に形成される。第３太陽ギア１６８は、第２太陽ギア１６４に隣接してハブ軸３６の周囲に回転可能に支持される。また、第３太陽ギア１６８は、内周の第１ガイドリングギア接触面２２０と、複数の第３太陽ギアラチェット歯２２４（例えば１２Ｔ）と、外周の第２太陽ギア接触面２３５と、複数の第３太陽ギア歯２３６（例えば４２Ｔ）と、を有する。内周の第１ガイドリングギア接触面２２０は、太陽ギアガイドリング２１０の外周面２０９とスライド可能に接触する。複数の第３太陽ギアラチェット歯２２４は、第３太陽ギア１６８の内周面上で形成され、第３太陽ギア爪２２６と係合する。外周の第２太陽ギア接触面２３５は、第２太陽ギア１６４の第３太陽ギア接触面２００とスライド可能に接触する。複数の第３太陽ギア歯２３６は、第３太陽ギア１６８の外周面上に形成される。第４太陽ギア１７２は、複数の第４太陽ギア歯２４４（例えば３６Ｔ）と、複数の第４太陽ギアラチェット歯２４８（例えば１２Ｔ）と、内周のガイドリング接触面２５２と、を有する。複数の第４太陽ギア歯２４４は、第４太陽ギア１７２の外周面上で形成される。複数の第４太陽ギアラチェット歯２４８は、第４太陽ギア１７２の内周面上で形成され、第４太陽ギア爪２５０と係合する。内周のガイドリング接触面２５２は、ガイドリング２５８の外周面２５４とスライド可能に接触する。
【００１４】
爪２０７は、ハブ軸３６に形成された爪収容溝２６４に回動可能に配置される爪台座２６０と、ハブ軸３６に形成されたスプリング収容溝２７６に装着されるスプリング２７２を収容するスプリング収容溝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と接触する爪制御面２８０と、第２太陽ギアラチェット歯２０６と係合する爪歯２８９と、を有する。同じく、爪２２６は、ハブ軸３６に形成された爪収容溝２９４に回動可能に配置される爪台座２９０と、ハブ軸３６に形成されたスプリング収容溝３０６に装着されるスプリング３０２を収容するスプリング収容溝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と接触する爪制御面３１０（図２）と、第３太陽ギアラチェット歯２２４と係合する爪歯３１６と、を有する。さらには、爪２５０は、ハブ軸３６に形成された爪収容溝３２４に回動可能に配置される爪台座３２０と、ハブ軸３６に形成されたスプリング収容溝３３６に装着されるスプリング３３２を収容するスプリング収容溝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と接触する爪制御面３４０と、第４太陽ギアラチェット歯２４８と係合する爪歯３４６と、を有する。爪２０７，２２６及び２５０の爪歯２８９，３１６，３４６は、周知の方法で、それぞれのスプリング２７２，３０２，３３２によって径方向外側に付勢される。
【００１５】
本実施形態において、太陽ギアガイドリング２１０の半分は、第２太陽ギア１６４のガイドリング接触面２０８とハブ軸３６との間に嵌合される。また、太陽ギアガイドリング２１０の残りの半分は、第３太陽ギア１６８の第１ガイドリング接触面２２０とハブ軸３６との間に嵌合される。外周面２０９に加えて、太陽ギアガイドリング２１０は、ロック凹部３６０と、ロック凸部３６８と、ロック凹部３７６と、ロック凸部３８９と、ロック溝３９２と、制御スリーブ支持面４０４と、を有する。ロック凹部３６０は、ハブ軸３６上に軸方向Ｘに断続的に形成されたロックリッジ３６４と係合する。ロック凸部３６８は、ハブ軸３６上に軸方向Ｘに断続的に形成されたロック溝３７２と係合する。ロック凹部３７６は、ハブ軸３６上に軸方向Ｘに断続的に形成されたロックリッジ３８０と係合する。ロック凸部３８９は、ハブ軸３６上に軸方向Ｘに断続的に形成されたロック凹部３８８と係合する。ロック溝３９２は、ハブ軸３６上に軸方向Ｘに断続的に形成されたロックリッジ３９６と係合する。制御スリーブ支持面４０４は、太陽ギアガイドリング２１０とハブ軸３６との間でシフト制御スリーブ２８８のベーススリーブ４０８を支持する。
【００１６】
太陽ギアガイドリング２５４は、第４太陽ギア１７２のガイドリング接触面２５２とハブ軸３６との間に嵌合される。太陽ギアガイドリング２１０とは異なり、太陽ギアガイドリング２５４は、ハブ軸３６上のロックリッジ３６４，３８０，３９６の周囲に嵌合される環状の内周面４４４を有する。内周面４４４の一部は、太陽ギアガイドリング２５８とハブ軸３６との間のベーススリーブ４０８の端部４５２を支持する制御スリーブ支持面４４８を形成する。ベーススリーブ４０８の端部４５２は、ワッシャ４５６における溝４５４において終端する。
【００１７】
シフト制御スリーブ２８８のベーススリーブ４０８は、ハブ軸３６上に軸方向Ｘに形成された制御スリーブ溝４６０内に回転可能に嵌合される。また、太陽ギアガイドリング２１０，２５８は、それを径方向外側に支持する。爪制御アーム２８４，３１４，３４４は、ハブ軸３６に周方向に形成された制御アーム溝４６４，４６８，４７２にそれぞれスライド可能に配置される。シフト制御スリーブ２８８の詳細な構造及び動作は周知のものであり、米国特許６，６０７，４６５号において説明されている。
【００１８】
図２に示すように、動力伝達機構８２は、さらに、遊星ギアキャリヤ５５０と、第１リングギア５５１と、第２リングギア５５３と、を備える。遊星ギアキャリヤ５５０、第１リングギア５５１、及び第２リングギア５５３はすべてハブ軸３６の周囲に回転可能に装着される。図４及び図６に示すように、遊星ギアキャリヤ５５０は、第１キャリヤ部材５５４と、複数の第１遊星ギア開口部（例えば３つ）５５６と、複数（例えば３つ）のより大きい第２遊星ギア開口部５５８と、を備える。第１キャリヤ部材５５４は、ハブ軸３６を通して収容する第１キャリヤ部材ハブ軸開口部５５５を有する。複数の第１遊星ギア開口部５５６は、第１キャリヤ部材５５４の側部を通って延びており、複数の第１遊星ギア５７９を内部に収容する。第２遊星ギア開口部５５８は、第１キャリヤ部材５５４の反対側の側部を通って延びており、複数の第２遊星ギア６０８を内部に収容する。第２キャリヤ部材５６０は、ハブ軸３６を通して収容する第２キャリヤ部材ハブ軸開口部５６１を有している。また、第３キャリヤ部材５６２は、ハブ軸３６を通して収容する第３キャリヤ部材ハブ軸開口部５６３を有している。本実施形態において、第１キャリヤ部材５５４はアルミニウム合金など軽い合金金属から構成される。一方、第２キャリヤ部材５６０及び第３キャリヤ部材５６２は、鋼などのより強い金属から構成される。
【００１９】
３組の第１キャリアピン５６４が、第１キャリヤ部材５５４を第２キャリヤ部材５６０に回転不能に連結するよう配置される。それぞれの組の第１キャリアピン５６４は、対応する１組の第１遊星ギア開口部５５６間に配置される。同様に、３組の第２キャリアピン５６５が、第１キャリヤ部材５５４を第３キャリヤ部材５６２に回転不能に連結するよう配置される。それぞれの組の第２キャリアピン５６５は、対応する１組の第２遊星ギア開口部５５８間に配置される。本実施形態において、それぞれの第１遊星ギア開口部５５６は、対応する第２遊星ギア開口部５５８のちょうど反対側に配置される。また、それぞれの組の第１キャリアピン５６４は、対応する１組の第２キャリアピン５６５の反対側に配置される。第１キャリアピン５６４及び第２キャリアピン５６５は、第１キャリヤ部材５５４、第２キャリヤ部材５６０及び第３キャリヤ部材５６２に対するカプラーとして機能する。また、第１キャリアピン５６４及び第２キャリアピン５６５は、プレス嵌めされるものであり、第１キャリヤ部材５５４の側部から延びている。第１キャリアピン５６４は、第２キャリヤ部材５６０に形成された孔部（図示せず）にプレス嵌めされる。また、第２キャリアピン５６５は、第３キャリヤ部材５６２に形成された孔部５６６にプレス嵌めされる。第１キャリヤ部材５５４は、第２キャリヤ部材５６０及び第３キャリヤ部材５６２と直接接触するよう設計されている。そのような連結を円滑に行うために、溝、凹部あるいは他の削り屑空間５６７が、図５に示すよう、それぞれのキャリアピンを囲むように設けられており、これにより、キャリヤ部材が押圧されて一体化されるときにピンあるいはキャリヤ部材のバリ取りあるいは縁取りによる削り屑を待避させる待避所として機能する。さらに、３つのガイドリブ５５７が、第１キャリヤ部材５５４の内周面からそれぞれの組のキャリアピン５６４の径方向内側に延びており、これにより、第２キャリヤ部材５６０の内周面と係合する。また、３つのガイドリブ５５９が、第３キャリヤ部材５６２の外周面からそれぞれの組の孔部５６６の径方向外側に延びており、これにより、第１キャリヤ部材５５４の外周面と係合する。ガイドリブ５５７，５５９は、組み立てを容易にし、第１キャリヤ部材５５４、第２キャリヤ部材５６０及び第３キャリヤ部材５６２間の連結をさらに強化するのに役立つ。
【００２０】
３つのリベット５６８（１つのみ図４及び図６に図示）が、第１キャリヤ部材５５４、第２キャリヤ部材５６０及び第３キャリヤ部材５６２を確実に一体的に連結している。それぞれのリベット５６８は、第２キャリヤ部材５６０の開口部５６９、第１キャリヤ部材５５４の開口部５７０、及び第３キャリヤ部材５６２の開口部５７１を通って延びており、これにより、リベットは、それぞれの組の第１キャリアピン５６４の間及びそれぞれの組の第２キャリアピン５６５の間に配置される。３つのブッシング５７２（１つのみ図４及び図６に図示）は、第１キャリヤ部材５５４の３つの対応する開口部５７３にプレス嵌めされ、これにより、３つのマスターピニオンピン５７４（１つのみ図４及び図６に図示）を支持している。それぞれのマスターピニオンピン５７４は、第２ピニオンピン５７６と一体に形成される第１ピニオンピン５７５を備えている。マスターピニオンピン５７４は第１キャリヤ部材５５４を貫通して延びており、これにより、それぞれの第１ピニオンピン５７５は、第１遊星ギア開口部５５６に配置されるとともに、第２キャリヤ部材５６０に形成された止まり孔５７７に支持され、そして、それぞれの第２ピニオンピン５７６は、第２遊星ギア開口部５５８に配置されるとともに、第３キャリヤ部材５６２に形成された開口部５７８に支持される。マスターピニオンピン５７４は、第３キャリヤ部材５６２の外周面上に形成されたストッパーリング溝５８２に嵌合されるストッパーリング５８１（図６）によって、遊星ギアキャリヤ５５０内に軸方向に固定される。それぞれの第１ピニオンピン５７５は第１遊星ギア５７９を回転可能に支持する。それぞれの第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と係合する小径ギア部５８０（例えば１４Ｔ）と、第１リングギア５５１の第１内周ギア部５８５（例えば８４Ｔ）と係合する大径ギア部５８４（例えば２２Ｔ）と、を有する。同様に、それぞれの第２ピニオンピン５７６は、第２遊星ギア６０８を回転可能に支持する。それぞれの第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と係合する大径ギア部６１２（例えば２９Ｔ）と、第３太陽ギア１６８の複数の第３太陽ギア歯２３６と係合する中間径ギア部６１６（例えば１８Ｔ）と、第２太陽ギア１６４の複数の第２太陽ギア歯１９８と、第２リングギア５５３の内周ギア部６２４（例えば７８Ｔ）と係合する小径ギア部６２０（例えば１４Ｔ）と、を有する。
【００２１】
第１キャリヤ部材５５４は、さらに、第２太陽ギア１６４を軸方向に保持する径方向内側に延設された壁部６２６を有する。第２キャリヤ部材５６０は、その右側に、複数（例えば１２個）の、周方向に配置されたクラッチ係合スプライン６２１を有している。クラッチ係合スプライン６２１は、クラッチリング６２３上に形成された、相補的な複数の遊星ギアキャリヤ係合スプライン６２２と係合する。第３キャリヤ部材５６２は、その外周面上に、複数（例えば３つ）の爪収容凹部９０７を有している。複数の爪収容凹部９０７は、対応する複数の周方向に配置された爪９０８（図２）を支持する。爪９０８は、爪スプリング９１２によって径方向外側に付勢され、これにより、左側カップ１２４の右側に形成された内周ギア９１６と係合する。爪９０８は、遊星ギアキャリヤ５５０の進行方向の回転を、左側カップ１２４に、そしてその結果ハブシェル７４に伝達する。
【００２２】
第１リングギア５５１は、内周ギア部５８５に加えて、駆動部７０の外周面に装着される複数の周方向に配置された爪５８７と係合する第２内周ギア部５８６（例えば３６Ｔ）を有する。爪５８７は、爪スプリング５８９によって径方向外側に付勢され、これにより、駆動部７０と第１リングギア５５１との間の一方クラッチとして機能する。第２リングギア５５３は、右側のカップ１２０に、そしてその結果ハブシェル７４に、例えば１８個のローラ及びカム面を有するローラクラッチ６２８の態様の一方クラッチを介して連結される。
【００２３】
図７は、ハブ軸３６に装着されるシフト／アシスト機構９０の一部の分解組立図である。図８は、クラッチリング６２３が遊星ギアキャリヤ５５０に連結されるときのシフト／アシスト機構９０を示す詳細な図である。また、図９は、クラッチリング６２３が遊星ギアキャリヤ５５０から連結解除されるときのシフト／アシスト機構９０を示す詳細な図である。これらの図に示すように、シフト／アシスト機構９０は、リング状シフトキー部材７００と、シフトキー部材ガイド７０４と、セーバースプリング７０８と、スプリングワッシャ７１２と、リターンスプリング７１６と、シフトスリーブ７２０と、スプリングワッシャ７２４と、爪サポート７２８と、シフトスリーブ７３２と、爪制御ワッシャ７３６と、を有する。シフトキー部材７００は径方向内側に延びて形成されたカム従動部７４０を有する。カム従動部７４０は、第１太陽ギア１６０のクラッチカム部１７６（図８）を通ってシフトキー部材ガイド７０４の側壁部７４８に形成された軸方向に延びる溝７４４へと延びている。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１７６は、第１カムステップ７５０及び第２カムステップ７５１を形成するカム面７４９を有する。また、クラッチリング６２３は、クラッチ付勢バネ７４７によって、左側へと付勢される。このように、シフトキー部材７００が図８に示す位置にあるとき、クラッチリング６２３の遊星ギアキャリヤ係合スプライン６２２は、遊星ギアキャリヤ５５０のクラッチ係合スプライン６２１と係合し、また、クラッチリング６２３の複数の周方向に配置された駆動部係合スプライン７５３は、駆動部７０の相補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、駆動部７０、クラッチリング６２３及び遊星ギアキャリヤ５５０が１つのユニットとして回転する。しかしながら、シフトキー部材７００が回転されるとき、シフトキー部材７００のカム従動部７４０は、図９に示されるように、第１太陽ギア１６０の第２カムステップ７５１へと移動する。この位置においては、クラッチリング６２３の遊星ギアキャリヤ係合スプライン６２２は、遊星ギアキャリヤ５５０のクラッチ係合スプライン６２１と非係合となり、これにより、遊星ギアキャリヤ５５０は、もはや駆動部７０に直接連結されない。
【００２４】
シフトキー部材ガイド７０４は、また、シフト制御スリーブ２８８の端部７５６に連結するシフト制御スリーブ連結開口部７５２を有する。セーバースプリング７０８及びスプリングワッシャ７１２は、ともに、シフトキー部材ガイド７０４の側壁部７４８内の径方向内側に配置される。セーバースプリング７０８の第１端部７５６は、シフトキー部材ガイド７０４に形成された軸方向に延設されるスプリングレッジ（突起）７６０に保持される。セーバースプリング７０８の第２端部７６４は、スプリングワッシャ７１２に形成されたスリーブ連結レッジ（突起）７６８の側端部に保持される。
【００２５】
リターンスプリング７１６の第１端部７７２は、スプリングワッシャ７１２に形成されたスプリングレッジ７７６に保持される。また、リターンスプリング７１６の第２端部７８０は、スプリングワッシャ７２４のスプリングレッジ７８４に保持される。スプリングワッシャ７２４は、径方向内側に延設されかつ１８０°反対にあるハブ軸係合凸部７９２を有する。ハブ軸係合凸部７９２は、ハブ軸３６に形成された１８０°反対にあるハブ軸溝７９６（一方の溝７９６のみを図７に図示）内に嵌合され、これにより、スプリングワッシャ７２４は、ハブ軸３６に回転不能に連結される。ハブ軸３６のスプリングワッシャ７２４の回転不能な連結の結果、リターンスプリング７１６は、スプリングワッシャ７１２を時計回りにスプリングワッシャ７２４に対して相対的に付勢する。
【００２６】
シフトスリーブ７２０の１８０°反対にある左側連結脚部８００は、スプリングワッシャ７１２のスリーブ連結レッジ７６８（一方のスリーブ連結レッジ７６８のみ図７に図示）における相補的な凹部８０４と回転不能に係合する。また、シフトスリーブ７２０の１８０°反対にある右側連結脚部８０８は、スプリングワッシャ７２４の中央開口部８１２を通って延びるとともに、爪サポート７２８における相補的なシフトスリーブ連結凹部８１６と回転不能に係合する。こうして、スプリングワッシャ７１２、シフトスリーブ７２０及び爪サポート７２８は、１つのユニットとして回転する。
【００２７】
１８０°反対にある爪８２０は、爪サポートピン８２４にＣクリップ８２２を介して回転可能に装着され、その結果、スプリングワッシャ７２８に装着される。同様に、爪付勢スプリング８２８は、スプリングサポートピン８２９の周囲に装着され、Ｃクリップ８３０を介して定位置に保持される。それぞれの爪付勢スプリング８２８は、爪サポート７２８のスプリング保持レッジ８３６と係合する一方の端部８３２と、そのそれぞれの爪８２０と係合する他方の端部８４０と、を有し、これにより、爪端部８４４を径方向外側に付勢する。爪制御ワッシャ７３６は、爪８２０を径方向内側に通常押圧する、１８０°反対にありかつ軸方向に延設される爪制御レッジ８５０を有する。爪制御レッジ８５０が以下により詳細に説明されるように爪８２０から移動するとき、爪８２０は、径方向外側に揺動し、そして、アシストカム８５４のラチェット歯８８２と係合する（図９）。
【００２８】
シフトスリーブ７３２の１８０°反対にある左側連結脚部８６０は、図１４に示すように、シフトスリーブ７２０の１８０°反対にある右側連結脚部８０８と接触する。また、シフトスリーブ７３２の１８０°反対にある右側連結脚部８６８は、爪制御ワッシャ７３６における連結凹部８７２を通りベアリングコーン１０２の開口部８７６を通って回転不能に延びているとともに、アクチュエータプレート１０４における相補的なシフトスリーブ連結凹部８８０と回転不能に係合する。こうして、シフトスリーブ７３２、爪制御ワッシャ７３６及びアクチュエータプレート１０４は、１つのユニットとして回転する。しかしながら、シフトスリーブ７３２は、以下により詳細に説明するように、時計回りにシフトスリーブ７２０及び爪サポート７２８に対して相対的に回転することができる。リターンスプリング７１６がスプリングワッシャ７１２を時計回りにスプリングワッシャ７２４に対して相対的に付勢するので、また、スプリングワッシャ７１２がシフトスリーブ７２０を介して爪サポート７２８に連結されるので、さらに、爪制御ワッシャ７３６がシフトスリーブ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は、図１０に概略的に示すように、最終的には時計回りの付勢を受ける。アクチュエータプレート１０４の初期の時計回りのスタート位置を仮定して、動力伝達機構８２における伝達経路は、アクチュエータプレート１０４を反時計回りに回転することによって、続いて選択される。
【００２９】
概して、限定するものではないが、アクチュエータプレート１０４及びシフト制御スリーブ２８８を、シフト機構の一例と考えることができ、また、リターンスプリング７１６、シフトスリーブ７２０、シフトスリーブ７３２、爪サポート７２８、爪８２０、爪付勢スプリング８２８及び爪制御ワッシャ７３６を、シフトアシスト機構の一例と考えることができる。
【００３０】
伝達力制御機構９５０は、駆動部７０からシフト制御スリーブ２８８へ伝達される力の量を制御し、これにより、シフト制御スリーブ２８８がシフトを完了することができない場合、シフト制御スリーブ２８８へのダメージを回避する。図８、図９及び図１３によりわかりやすく示すように、伝達力制御機構９５０は、駆動部７０の内周面に周方向に配置された凸部９５２（図１３）の態様の複数の回転力伝達エレメントと、駆動部７０の内周面に周方向に配置されるとともに複数の凸部９５２と交互に配置された凹部９５６の態様の複数のゼロ回転力伝達エレメントと、環状アシストカム９６０と、係合ユニット９６４と、を備える。アシストカム９６０及び係合ユニット９６４は、環状ストッパープレート９６８及びロックリング９７２によって定位置に保持される。図１１に示されるように、アシストカム９６０は、内周面９８０に配置された複数のラチェット歯９７６を有し、これにより、爪８２０と以下に説明するように係合する。また、複数の係合ユニット連結スプライン９８４は外周面９８８に配置される。
【００３１】
係合ユニット９６４は、１組の環状係合部材サポートプレート９９２と、複数の例えば４つの爪１００２の態様の係合部材と、爪１００２の係合先端部１００８を径方向外側に付勢するコイルスプリング１００４の態様の付勢部材と、を備える。図１２及び図１３に示すように、それぞれの係合部材サポートプレート９９２は、複数のアシストカム連結スプライン１０１２と、複数の例えば４つの爪サポートピン開口部１０２０と、複数の例えば４つのスプリングサポートピン開口部１０２４と、を備える。複数のアシストカム連結スプライン１０１２は、内周面１０１６に配置され、アシストカム９６０の係合ユニット連結スプライン９８４と連結する。爪サポートピン開口部１０２０は、爪サポートピン１０２２を通して収容する。スプリングサポートピン開口部１０２４は、スプリングサポートピン１０２６を通して収容する。爪サポートピン１０２２及びスプリングサポートピン１０２６は、係合部材サポートプレート９９２を一体的に接続し、これにより、爪１００２は、爪サポートピン１０２２に回転可能に支持されるとともに、係合部材サポートプレート９９２間に挟持される。それぞれのコイルスプリング１００４は、対応するスプリングサポートピン１０２６に巻きつくとともに、係合部材サポートプレート９９２の一方と係合する第１端部（図示せず）を有し、また、対応する爪１００２と係合する第２端部１０３０を有しており、これにより、対応する係合先端部１００８を径方向外側に付勢している。
【００３２】
次に、ハブの動作を説明する。各速度ステージの種々のコンポーネントの連結を表１に示す。また、各速度ステージの動力伝達経路を表２に示す。
【００３３】
【表１】
0004773499.tif 000002
【００３４】
【表２】
0004773499.tif 000003
【００３５】
例えば、自転車が加速するときに、速度ステージ４から速度ステージ５へシフトするとき、連結機構のタイミングは、以下のシーケンスにしたがって設定される。
【００３６】
【表３】
0004773499.tif 000004
【００３７】
このように、自転車が加速し、自転車に乗る人が速度ステージ４から速度ステージ５へシフトするとき、第３太陽ギア１６８は一時的にロックされ、そして、第２太陽ギア１６４は、まず解放されて速度ステージ３と同じ状態を生じる。自転車に乗る人はこれをペダルのわずかな加速と感じるであろうが、自転車が加速しているとき、このことは予想されることである。次に、クラッチリング６２３が遊星ギアキャリヤ５５０と係合され、これにより、速度ステージ７と同じ状態を生じる。自転車に乗る人はこれをペダルの減速と感じるであろうが、このことは、変速機がより高速のギア比へとシフトするときに予想されることである。その後、第３太陽ギア１６８は解放され、これにより、所望の速度ステージ４を生じる。もし、クラッチリング６２３が係合される前に、その太陽ギアが解放されたなら、変速機は速度ステージ１と同じ状態になることになり、このことは、変速機が速度ステージ５へのシフトを完了する場合には、非常に望ましくないペダルの急激な加速と大きなショックを生じることになる。
【００３８】
自転車が減速しており、自転車に乗る人が速度ステージ５から速度ステージ４へシフトしようとするとき、このシーケンスは、また、特に利点がある。この場合、速度ステージ５から速度ステージ７への一時的な移行はペダルを減速させるが、このことは、仮にクラッチリング６２３がまず非係合されるとした場合よりも、好ましい。もしクラッチリング６２３がまず非係合とされたなら、変速機は、ペダルの急激な加速を伴う速度ステージ１と同じ状態になることになる。例えば丘を登る場合、このようなペダルの急激な加速は望ましくない。その後、変速機は、速度ステージ７から速度ステージ３へ一時的に移行する。これにより、ペダルの加速を生じるが、速度ステージ３は、自転車に乗る人がまさにシフトしようとしている速度ステージ４に隣接しているので、その移行ははるかにより容認できるものである。その後、変速機は、所望の速度ステージ４に移行する。速度ステージ５から速度ステージ４への全体的なシフトは、こうして、このような急激な加速あるいは減速を最小限とすることが望まれるという条件で、ペダルの過度の加速あるいは減速を回避する。
【００３９】
先に述べたように、シフト／アシスト機構９０は、駆動部７０の回転力を用いて、動力伝達機構８２における動力伝達経路の変更を支援する。このことは、大きな駆動力がスプロケット５４に印加されて、種々のコンポーネントの連結あるいは連結解除の大きな抵抗となる場合、望ましい。通常の動作に際し、アクチュエータプレート１０４、シフトスリーブ７３２、爪制御ワッシャ７３６、爪サポート７２８、シフトスリーブ７２０、スプリングワッシャ７１２、シフトキー部材ガイド７０４及びシフト制御スリーブ２８８は、１つユニットとして回転し、種々のコンポーネントを連結し連結解除する。その結果、シフトスリーブ７３２の連結脚部８６０、爪制御ワッシャ７３６の爪制御レッジ８５０、爪８２０及びシフトスリーブ７２０の連結脚部８０８の位置は、図８及び図１３に示す通りである。この状態においては、爪８２０は、アシストカム９６０のラチェット歯９７６と非係合となる。駆動部７０、アシストカム９６０及び係合ユニット９６４は、１つのユニットとして一体的に回転し、そして、あきらかに、回転力は、駆動部７０からシフトアシスト機構へあるいはシフト機構へ伝達されない。
【００４０】
大きな駆動力が、スプロケット５４に印加され、シフト制御スリーブ２８８の動作に対する大きな抵抗をもたらす場合、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したままとなる傾向がある。この場合、シフトスリーブ７３２は時計回りにシフトスリーブ７２０に対して相対的に回転し、こうして、爪制御ワッシャ７３６を時計回りに爪サポート７２８に対して相対的に回転させ、これにより、爪制御レッジ８５０は図１４に示すように爪８２０から離れるよう移動する。その結果、爪８２０は径方向外側に回転し、そしてアシストカム９６０のラチェット歯９７６と係合し、これにより、爪サポート７２８がアシストカム９６０及び係合ユニット９６４と一体的に回転する。
【００４１】
先に述べたように、凸部９５２の態様の複数の回転力伝達部材が、駆動部７０の内周面に周方向に配置されており、また、凹部９５６の態様の複数のゼロ回転力伝達部材が、駆動部７０の内周面に周方向に配置されている。本実施形態において、凹部９５６は、爪１００２が凹部９５６と接触するとき爪１００２が回転力を駆動部７０から係合ユニット９６４に伝達しないように、構成される。このことは、理論上、わずかな摩擦が爪１００２と凹部９５６との間に存在していることになるが、そのような摩擦力は、力がラチェット歯９７６に追加されないかあるいは追加されてもそのような力は無視できる程度に消えてしまうことになることを意味する。このことは、一定の曲率半径を有する凹部９５６を形成することによって達成できる。その結果、爪１００２が対応する凸部９５２と係合するときにのみ、回転力は駆動部７０から係合ユニット９６４に伝達される。爪１００２が凸部９５２と係合すれば、係合ユニット９６４が、シフトスリーブ７２０、シフトキー部材ガイド７０４及びシフト制御スリーブ２８８を回転させるアシスト力を与え、シフト動作が完了する。シフト制御スリーブ２８８からの抵抗が克服されるとき、シフト動作が完了するまで爪サポート７２８は時計回りに爪制御ワッシャ７３６に対して相対的に回転し、状態が図１４に示す状態に再びなる。
【００４２】
係合ユニット９６４及びアシストカム９６０が駆動部７０の回転に対して大きな抵抗を与えない限り、駆動部７０、係合ユニット９６４及びアシストカム９６０は、１つのユニットとして一体的に回転する。もしシフト制御スリーブ２８８が回転することができないか、あるいは、シフトを完了することができなければ、このような抵抗が生じることになろう。コンポーネントへのダメージを回避するために、それぞれの凸部９５２は、このような大きい抵抗が生じる場合は常に爪１００２が凸部９５２に乗り上げるよう、形成されており、これにより、それぞれの爪１００２が順に対応する凸部９５２と接触するとき、図１６に示すように一連の回転力のパルスをシフトアシスト機構に与える。伝達力制御機構９５０から出力される回転力は、一定でない方法で、伝達力制御機構９５０へ入力される回転力に対して変化していることは、図１６から明らかである。つまり、ＰＯ＝Ｆ（ｘ）ＰＩである。ここで、ＰＯは伝達力制御機構９５０から出力される回転力（アシストカム９６０のラチェット歯９７６での）であり、ＰＩは、伝達力制御機構９５０へ入力される回転力（駆動部７０での）であり、係数Ｆ（ｘ）は変数ｘの関数であり、駆動部７０が回転するとき、Ｆ（ｘ）の値は一定ではない。それぞれのパルスに関して伝達されるトルクの量及びレートは、凸部９５２及び／または爪１００２の形状の変更によって調整できる。そして、自転車に乗る人がペダル抵抗を減少させて、コンポーネントが通常に動作できるとき、そのシフトは完了できる。
【００４３】
図１６に示すように、一連の回転力のパルスから生じるアシスト力は、従来技術のトルク制限機構よりもはるかに小さく設定でき、また、米国特許６，６４１，５００号に示されたタイプの摩擦クラッチを用いるトルク制限機構よりも小さく設定できる。アシスト機能を行なうためにパルスを用いることは、摩擦クラッチに起因するコンポーネントに対する一定の負荷を低減し、静止摩擦を克服するのを支援する。よく知られているように、静止摩擦は動摩擦より大きい。したがって、静止摩擦が克服されると、その後は、コンポーネントは、シフト動作を完了しやすくなる。
【００４４】
図１７及び図１８は、駆動部７０からシフト制御スリーブ２８８へ伝達される力の量を制御し、これにより、シフト制御スリーブ２８８がシフトを完了することができない場合、シフト制御スリーブ２８８へのダメージを回避する他の実施形態にかかる伝達力制御機構１０５０を示す。本実施形態において、伝達力制御機構１０５０は、環状のストッパープレート１０６８及びロックリング１０７２によって定位置に保持される環状アシストカム１０６０と、駆動部７０と一体的に回転するよう機能的に連結される環状の第１伝達力制御部材１０６６と、アシストカム１０５４と一体的に回転するよう機能的に連結される環状の第２伝達力制御部材１０７０と、第１伝達力制御部材１０６６及び第２伝達力制御部材１０７０を互いに向かって付勢する１組の波型ワッシャの態様の伝達力制御付勢装置１０７４と、を備える。第１伝達力制御部材１０６６、第２伝達力制御部材１０７０及び伝達力制御付勢装置１０７４を合わせて、係合ユニット１０６４と考えることもできる。
【００４５】
図１９に示されたように、アシストカム１０６０は、内周面１０８２に配置された複数のラチェット歯１０７８を有し、これにより、爪８２０と先に説明したように係合する。また、複数のアシストカムスプライン１０８６は、外周面１０９０に配置される。図２０に示すように、第１伝達力制御部材１０６６は、外周面１０９８に配置された複数の第１伝達力制御部材スプライン１０９４と、凸部１０９７の態様の複数の第１回転力伝達エレメントと、複数の凸部１０９７に相対的に凹状であり隣接しているフラットな凹部１０９９の態様の複数の第２回転力伝達エレメントと、を有する。凸部１０９７は、第１実施形態における凸部９５２と同じ構成を有することができる。また、凹部１０９９は、第１実施形態における凹部９５６と同じ構成を有することができる。第１伝達力制御部材スプライン１０９４は、駆動部７０の内周面上に形成された対応する複数の駆動部スプライン１１０２とスライド可能に係合し、これにより、第１伝達力制御部材１０６６は、駆動部７０と一体的に回転するが、駆動部７０に対して相対的に軸方向に移動可能である。図２１に示すように、第２伝達力制御部材１０７０は、内周面１１１０に配置された複数の第２伝達力制御部材スプライン１１０６と、フラットな側面１１１２の態様の凹部から突出する凸部１１１１の態様の１組の係合部材と、を有する。凸部１１１１も、また、第１実施形態における凸部９５２と同じ構成を有することができる。もちろん、すべての凸部及び凹部は、用途に適するよう変型することもできる。第２伝達力制御部材スプライン１１０６は、スライド可能にアシストカム１０６０の複数のアシストカムスプライン１０９４と係合し、これにより、第２伝達力制御部材１０７０は、アシストカム１０６０と一体的に回転するが、アシストカム１０６０に対して相対的に軸方向に移動可能である。第２伝達力制御部材１０７０は、また、潤滑グリスを保持するよう機能できる、複数の周方向に配置された開口部１１１４を有する。
【００４６】
組み立てられた状態では、第１伝達力制御部材１０６６は第２伝達力制御部材１０７０に隣接し、第２伝達力制御部材１０７０の凸部１１１１は、第１伝達力制御部材１０６６の複数の凸部１０９７及び凹部１０９９に面しており、両部材は、伝達力制御付勢装置１０７４によってともに押圧され、これにより、第１伝達力制御部材１０６６及び第２伝達力制御部材１０７０は、互いと接触する。第２伝達力制御部材１０７０の凸部１１１１は、第１伝達力制御部材１０６６の対応する１組の凸部１０９７と接触し、これにより、アシストカム１０６０及び第２伝達力制御部材１０７０が、駆動部７０及び第１伝達力制御部材１０６６の回転に大きな抵抗を与え、その結果、第２伝達力制御部材１０７０の凸部１１１１が、第１伝達力制御部材１０６６の対応する凸部１０９７に前進的に乗り上げない限り、駆動部７０、第１伝達力制御部材１０６６、第２伝達力制御部材１０７０及びアシストカム１０６０は、１つのユニットとして一体的に回転する。その結果、伝達力制御機構１０５０は、第１実施形態と同様に、一連の回転力のパルスをシフトアシスト機構に与える。
【００４７】
本発明の種々の態様を説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなくさらなる変形を行ってもよい。例えば、説明した実施形態の凸部９５２は複数の凹部９５６と直ちに交互に配置され、それぞれの凸部が一つの凹部９５６と対応付けられているが、そのような配置は他の実施形態において必要ではないこともある。ある実施形態においては、シフトに対する過度な抵抗が生じるときに回転力の適当な一定でない伝達が行われる限り、他の構造を、いずれかの凸部９５２といずれかの凹部９５６との間に配置することができる。凹部９５６は、爪１００２が凹部９５６と接触したとき爪１００２が駆動部７０から回転力を係合ユニット９６４に伝達しないよう構成されたが、回転力の全体的な伝達が一定でない限り、凹部９５６をいくらかの回転力を伝達するよう構成することもできる。所望により、種々の構成要素の大きさ、形状、配置、向きを変更することもできる。互いと直接的に連結あるいは接触するよう示した部品は、それらの間に中間構造体を備えていてもよい。別々のコンポーネントを、結合することもでき、また、その逆もできる。一つのエレメントの機能は二つによって達成されてもよいし、またその逆の場合も同様である。あるエレメントの機能を他のもので行ってもよいし、また、複数の機能を複数のエレメント間で置き換えてもよい。一の態様の構造及び機能を他の態様に適用してもよい。すべての利点が必ずしも同時に特定の態様にもたらされる必要はない。先行技術から区別されるそれぞれの特徴は、それ単独として、あるいは他の特徴と組み合わせとして、そのような特徴により実施される構造的あるいは機能的思想を含む出願人によるさらなる発明の内容として付帯的に考慮されるものとする。ここでは、「ほぼ」、「およそ」、「約」といった程度を示す用語は、最終結果が大きく変わらないような、妥当な変形の条件の変更量を意味するものとして用いる。例えば、このような語には変形される限界点の少なくとも±５％の違いを含むものとする。ただし、その違いが、変形という語の意味を損なわない場合に限る。したがって、本発明の範囲は、開示された特定の構造、または特定の構造あるいは特徴に対して認識した初期の対象あるいは重点によって限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】内装変速機を有する自転車のリア部の側面図である。
【図２】ある特定の実施形態の内装変速機の断面図である。
【図３】内装変速機において用いられるある特定のハブ軸及び太陽ギア装置の実施形態の分解組立図である。
【図４】ある特定の実施例の遊星ギアキャリアの分解組立図である。
【図５】図４に示す連結部材の詳細な図である。
【図６】組み立てられた状態における遊星ギアキャリヤの側面の断面図である。
【図７】内装変速機において用いられるシフト／アシスト機構の一部の分解組立図である。
【図８】非動作状態におけるある特定の実施形態の伝達力制御機構を有するシフト／アシスト機構を示す詳細な図である。
【図９】動作状態における伝達力制御機構を有するシフト／アシスト機構を示す詳細な図である。
【図１０】シフト／アシスト機構の付勢を示す概略図である。
【図１１】ある特定の実施形態のアシストカムの斜視図である。
【図１２】ある特定の実施形態の爪支持ワッシャの斜視図である。
【図１３】非動作状態におけるシフト／アシスト機構を示す図８のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って見た図である。
【図１４】動作状態におけるシフト／アシスト機構を示す図８のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って見た図である。
【図１５】動作状態においてアシスト抵抗が過剰になったときのシフト／アシスト機構を示す図８のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って見た図である。
【図１６】シフト／アシスト機構が動作状態にあるときの駆動部からシフトアシスト機構へのアシストトルクの特性を示すグラフである。
【図１７】非動作状態における他の実施形態の伝達力制御機構を有するシフト／アシスト機構を示す詳細な図である。
【図１８】動作状態における伝達力制御機構を有するシフト／アシスト機構を示す詳細な図である。
【図１９】ある特定の実施形態のアシストカムの前面図である。
【図２０】ある特定の実施形態の第１力制御部材の前面図である。
【図２１】ある特定の実施形態の第２力制御部材の前面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  自転車
１４  内装変速機
３６  ハブ軸
７０  駆動部
７４  ハブシェル
８２  動力伝達機構
９０  シフト／アシスト機構
１０４  アクチュエータプレート
２８８  シフト制御スリーブ
６２８  ローラクラッチ
７００  リング状シフトキー部材
７０４  シフトキー部材ガイド
７０８  セーバースプリング
７１２  スプリングワッシャ
７１６  リターンスプリング
７２０  シフトスリーブ
７２４  スプリングワッシャ
７２８  爪サポート
７３２  シフトスリーブ
７３６  爪制御ワッシャ
８２０  爪
８２８  爪付勢スプリング
８５４  アシストカム
８８２  ラチェット歯
９５０  伝達力制御機構
９５２  凸部
９５６  凹部
９６４  係合ユニット
９９２  環状係合部材サポートプレート
１００２  爪
１００４  コイルスプリング
１０５０  伝達力制御機構
１０６０  アシストカム
１０６４  係合ユニット
１０６６  第１力制御部材
１０７０  第２力制御部材
１０７４  力制御付勢装置
１０７８  ラチェット歯
１０９７  凸部
１０９９  凹部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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