(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ軸と、
前記ハブ軸によって回転可能に支持される駆動体と、
前記ハブ軸によって回転可能に支持されるハブシェルと、
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前記ハブシェルへ回転力を伝達する複数の動力伝達経路を有するとともに、太陽ギア、複数の遊星ギア及びリングギアを有する少なくとも１つの遊星ギア機構を有しており、複数の前記遊星ギアはキャリアによって支持されるとともにヘリカルギア歯を有しており、前記太陽ギア及び前記リングギアの少なくとも一方には複数の前記遊星ギアのヘリカルギア歯と噛み合うヘリカルギア歯を有している、動力伝達機構と、
前記複数の動力伝達経路の１つを選択するシフト機構と、
を備え、
前記キャリアは複数のシャフトを有し、
複数の前記シャフトのそれぞれに前記遊星ギアを支持するニードルベアリングをさらに備えた、
自転車用内装変速機。
【請求項２】
前記キャリアと前記リングギアとの間に機能的に配置されたボールベアリングアッセンブリをさらに備えた請求項１に記載の自転車用内装変速機。
【請求項３】
前記駆動体と前記リングギアとの間に機能的に配置されたボールベアリングアッセンブリをさらに備えた請求項１に記載の自転車用内装変速機。
【請求項４】
前記キャリアと前記ハブ軸との間に機能的に配置されたボールベアリングアッセンブリをさらに備えた請求項１に記載の自転車用内装変速機。
【請求項５】
前記ハブシェルは、前記ハブ軸を通って延びる回転軸回りに回転し、前記遊星ギアのヘリカルギア歯は、前記回転軸に対して２０度の螺旋角度で角度付けられている、請求項１に記載の自転車用内装変速機。
【請求項６】
前記太陽ギアが、前記遊星ギアのヘリカルギア歯と噛み合うヘリカルギア歯を有している、請求項１に記載の自転車用内装変速機。
【請求項７】
前記リングギアが、前記遊星ギアのヘリカルギア歯と噛み合うヘリカルギア歯を有している、請求項１に記載の自転車用内装変速機。
【請求項８】
前記太陽ギアが、前記遊星ギアのヘリカルギア歯と噛み合うヘリカルギア歯を有している、請求項７に記載の自転車用内装変速機。
【請求項９】
前記太陽ギアは、前記ハブ軸の外表面上に形成されている、請求項１に記載の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、自転車用内装変速機、特に、遊星ギア機構を有する自転車用内装変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車に乗ることは、移動の手段であるとともに、レクレーションの形態としてもますます普及している。また、自転車に乗ることは、プロ、アマを問わず、競技スポーツとしても人気が高い。レクレーション、移動、競技の用途に関わらず、自転車産業において、種々の自転車コンポーネントは常に改良が続けられている。大きく設計が見直されている自転車コンポーネントの一つに内装変速機が挙げられる。内装変速機は、すべての変速機コンポーネントがハブシェル内に隠れて見えないので、普及している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の自転車用内装変速機は、一般的に遊星ギア機構を有する。そして、ある自転車用内装変速機は複数の遊星ギア機構を有している。遊星ギア機構は、一般的に、太陽ギアと、太陽ギアと係合し太陽ギア回りに回転する１つ以上の遊星ギアと、を有する。従来の遊星ギア機構において、太陽ギアと遊星ギアは、一般的には平歯車で形成されている。このような従来の自転車用内装変速機では、平歯車の噛み合いによってノイズが発生する。このようなノイズはサイクリストに聞こえることがあり、たとえ自転車用内装変速機に何ら異常がないような場合でも、サイクリストは内装変速機の動作に関して不安になることがある。
【０００４】
また、平歯車は、自転車用内装変速機等の機械装置において使用される場合、概ね信頼性があるが、自転車用内装変速機の遊星ギア機構において用いられる場合、平歯車の噛み合いは、エネルギー伝達がともすれば非効率的となりうる。
【０００５】
以上の点から、本開示によって、この技術分野において、動作時におけるノイズを取り除き、効率を改善する自転車用内装変速機の改良に対する要求があることが明らかである。本発明は、本技術におけるこの要求と同様に、本開示から当業者に対して明らかとなる他の要求に対してもなされたものである。
【０００６】
本発明の目的は、一般的に平歯車に関連する不要なノイズを取り除くあるいは低減するギア歯を有する自転車用内装変速機を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、動作がスムーズで静かな自転車用内装変速機を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、ギア歯の噛み合いがより効率的である自転車用内装変速機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る自転車用内装変速機は、ハブ軸と、ハブ軸によって回転可能に支持される駆動体と、ハブ軸によって回転可能に支持されるハブシェルと、動力伝達機構と、シフト機構と、を備えている。動力伝達機構は、駆動体とハブシェルとの間に配置されて、回転力を駆動体からハブシェルへ複数の動力伝達経路を介して伝達する。また、動力伝達機構は、太陽ギアと、複数の遊星ギアと、リングギアと、を有する少なくとも１つの遊星ギア機構を有する。遊星ギアは、キャリアによって支持される。複数の遊星ギアは、ヘリカルギア歯を有する。太陽ギア及びリングギアの少なくとも一方には、複数の遊星ギアのヘリカルギア歯に噛み合うヘリカルギア歯が配置される。シフト機構は、複数の動力伝達経路の１つを選択する機構である。また、キャリアは複数のシャフトを有し、複数のシャフトのそれぞれに遊星ギアを支持するニードルベアリングをさらに備えている。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような本発明では、遊星ギア機構を構成する遊星ギアはヘリカルギア歯を有するとともに、この遊星ギアに噛み合う太陽ギア及びリングギアの少なくとも一方はヘリカルギア歯を有しているので、平歯車に関連する不要なノイズを低減でき、噛み合いがスムーズになる。また、ギア歯の噛み合いがより効率的になる。
【００１１】
本発明のこれら及び他の目的、特徴、態様、及び長所は、添付の図面と組み合わせて、本発明の好ましい態様を開示する以下の説明から当業者に明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
当開示の一部をなす添付の図面を参照しながら以下に説明を行う。
【００１３】
本発明の選択的な実施形態を、図面を用いて、説明する。以下の本発明にかかる実施形態の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではないことは、本開示から、当業者には明らかであろう。
【００１４】
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態にかかるハブアッセンブリ１２を有する自転車１０を示す。以下に詳細に説明する通り、ハブアセンブリ１２の一部に、ヘリカルギア歯が配置されており、これにより平歯車を用いた場合の問題を解消している。
【００１５】
図１に示すように、自転車１０は、フレームＦと、リアホイールＷと、フロントチェーンスプロケットＳと、チェーンＣと、ハブアセンブリ１２と、を有する。図示しないが、この自転車は、従来の変速操作装置が装着されるハンドルバーを有する。変速操作装置には、ボーデンタイプケーブルＴが接続されており、これにより、以下に詳細に説明する通り、動力伝達経路間でシフトを行う。リアホイールＷは、ハブアセンブリ１２によってフレームＦに回転可能に支持される。チェーンＣは、従来と同様に、回転力をフロントチェーンスプロケットＳからリアチェーンスプロケット１４へ伝達するよう構成される。以下に詳細に説明する通り、リアチェーンスプロケット１４は、ハブアセンブリ１２の一部に回転可能に支持される。
【００１６】
図２から明らかなように、ハブアセンブリ１２は、基本的に、固定軸２０（ハブ軸）と、駆動体２２と、ハブシェル２４と、シフト機構２６と、動力伝達機構２８と、を備える。
【００１７】
固定軸２０は、自転車フレームＦに装着するようネジが形成された端部を有し、好ましくは金属で形成されるシャフト部材である。また、固定軸２０は、回転軸Ａを定義し、リアホイールＷは回転軸Ａ回りに回転可能である。固定軸２０は、基本的に、第１ベアリングサポート部３０と、第２ベアリングサポート部３２と、中央孔部３４と、１組の一方向に延びる開口部３６（一方のみが図２及び図４において見えている）と、太陽ギア３８と、を有する。
【００１８】
第１ベアリングサポート部３０は、取り外し可能な保持部材４０上に形成される。また、第２ベアリングサポート部３２も、他の取り外し可能な保持する部材４２上に形成される。図２に示すように、中央孔部３４は、固定軸２０の一端からおよそ中央部まで延びている。後述する通り、シフト機構は、少なくとも部分的に中央孔部３４内に配置される。
【００１９】
固定軸２０の開口部３６は、中央孔部３４へと開口している。図４から明らかなように、開口部３６は直線状であるが、回転軸Ａに対して角度を付けて形成されており、これにより、螺旋状の外観を有する。開口部３６及び中央孔部３４の目的は、シフト機構２６の説明とともに以下に説明する。
【００２０】
図４に示すように、太陽ギア３８の歯は、螺旋状に形成されている。太陽ギア３８は、固定軸２０の外側表面に好ましくは機械加工される。しかしながら、図面及びここでの説明から、あるいは太陽ギア３８を、固定軸２０に固定されるかそうでなければ固定軸２０上で支持される別部材としての環状ギア部材上に形成することができる。
【００２１】
図２に示すように、駆動体２２は、固定軸２０回りに回転可能に配置される環状部材である。また、リアチェーンスプロケット１４は、駆動体２２の外側表面に強固に固定される。駆動体２２は、基本的に、内側ベアリングサポート部４３と、外側ベアリングサポート部４４と、爪サポート部４６と、複数の爪４７と、リングギアベアリングサポート部４８と、内側に突出しているセットのギア５０と、を有する。第１メインベアリング５２は、駆動体２２の内側ベアリングサポート部４３と、固定軸２０の取り外し可能な保持部材４０の第１ベアリングサポート部３０と、の間に配置される。このように、駆動体２２は、第１メインベアリング５２を介して固定軸２０回りに回転可能に配置される。爪４７は、従来と同様に、一方向クラッチとして機能し、爪サポート部４６によって支持される。したがって、爪４７の説明は、簡略化のために省略する。
【００２２】
ハブシェル２４は、固定軸２０回りに回転可能に配置されるとともに、駆動体２２の一部の回りに回転可能に配置される。ハブシェル２４は、基本的に、第１サイドベアリングサポート部６０と、第２サイドベアリングサポート部６２と、従来のスポークフランジ６４，６６と、爪ギア歯６８と、クラッチ爪ギア歯７０と、を有する。第２メインベアリング７２は、駆動体２２の外側ベアリングサポート部４４と、ハブシェル２４の第１サイドベアリングサポート部６０と、の間に配置される。さらに、第３メインベアリング７４は、取り外し可能な保持部材４２の第２ベアリングサポート部３２と、ハブシェル２４の第２サイドベアリングサポート部６２と、の間に配置される。こうして、ハブシェル２４は、第３メインベアリング７４を介して固定軸２０回りに回転可能に配置されるとともに、第２ベアリングサポート部３２を介して駆動体２２の一部の回りに回転可能に配置される。従って、ハブシェル２４は回転軸Ａ回りに回転可能である。
【００２３】
次に、図２及び図４を参照してシフト機構２６を説明する。第１実施形態において、シフト機構２６は、動力伝達機構２８を以下に詳細に説明する３つの動力伝達経路間でシフトするよう構成される。シフト機構２６は、基本的に、プッシュロッド８０と、シフトキー８２と、第１コイルスプリング８４と、第２コイルスプリング８６と、第３コイルスプリング８８と、コイルスプリング保持器９０と、クラッチリング９２と、を有する。シフト機構２６は、米国特許５，９２８，１０３号に記載された従来のシフト機構の動作に対応する方法で、動作する。したがって、シフト機構２６の説明は、簡略化のために最小限に留める。
【００２４】
プッシュロッド８０は、固定軸２０の中央孔部３４内に配置される。プッシュロッド８０は、従来と同様に、図１に示すボーデンタイプケーブルＴに機能的に連結される。プッシュロッド８０とボーデンタイプケーブルＴとの間の連結が従来のものであるので、説明は簡略化のため省略する。しかしながら、ボーデンタイプケーブルＴが自転車１０に乗るサイクリストの操作によって移動されると、プッシュロッド８０は、同様に、回転軸Ａに沿って移動され、これによりシフトキー８２を移動させる。
【００２５】
シフトキー８２は、好ましくは、１組の開口部３６を通って延びる、回転軸Ａ及びプッシュロッド８０に垂直な金属ブロック状の材料である。シフトキー８２は、プッシュロッド８０の一端に強固に固定され、プッシュロッド８０とともに移動する。プッシュロッド８０が図２及び図８に示す位置の間で移動されるにしたがって、シフトキー８２は、開口部３６の表面との当接により回転軸Ａ回りに回転する。シフトキー８２の両端は、開口部３６から延出しており、そして、以下に詳細に説明する通り、クラッチリング９２の一部と係合する凸部８２ａを有している。
【００２６】
図４に示すように、第１コイルスプリング８４は、プッシュロッド８０の周囲に配置される。米国特許５，９２８，１０３号に記載されている通り、第１コイルスプリング８４は、シフトキー８２を図２に示す位置に向かって移動するよう付勢する。言いかえれば、第１コイルスプリング８４は、シフトキー８２とプッシュロッド８０とを図２に示す位置に向かって移動するよう付勢する。
【００２７】
図２に示すように、第２コイルスプリング８６は、さらに以下に説明する通り、固定シャフト２０回りに配置されるとともに、さらにクラッチリング９２内に配置される。第３コイルスプリング８８は、固定軸２０回りに配置されるが、シフトキー８２とコイルスプリング保持器９０との間で圧縮されている。コイルスプリング保持器９０は、図２及び図４に示すように、固定軸２０に固定されるカップ状の部材である。第３コイルスプリング８８は一端がコイルスプリング保持器９０によって閉じ込められるので、第３コイルスプリング８８は、シフトキー８２とクラッチリング９２とを図２の右側に向かって移動するよう付勢する。言いかえれば、第３コイルスプリング８８は、シフトキー８２とクラッチリング９２とを図８に示す位置に向かって移動するよう付勢する。
【００２８】
図２及び図４に示すように、クラッチリング９２は、固定軸２０を取り囲んでいるが、固定軸２０に沿って回転軸Ａと平行な方向にスライドするように構成されている環状リング状の部材である。図８、図９及び図１０がよく示しているように、クラッチリング９２は、図８に示す第１位置と、図９に示す第２位置と、図１０に示す第３位置と、の間で移動するよう構成される。図８は第１動力伝達経路に対応し、図９は第２動力伝達経路に対応し、図２及び図１０は第３動力伝達経路に対応する。
【００２９】
図２及び図４から明らかなように、クラッチリング９２は、基本的に、内部カム面９４と、スプリング保持部９６（図２のみ）と、外部カム面９８と、第１ギア歯１００と、第２ギア歯１０２と、保持器１０４と、を有する。
【００３０】
図２に示すように、内部カム面９４は、上述の米国特許５，９２８，１０３号によく記載されている通り、シフトキー８２の一部と当接し、これにより、プッシュロッド８０及びシフトキー８２の移動に応じてクラッチリング９２のポジショニングを行う。スプリング保持部９６は第２コイルスプリング８６の一端を保持する。また、第２コイルスプリング８６の他端はシフトキー８２と当接する。従って、第２コイルスプリング８６は、シフトキー８２を、クラッチリング９２に対して相対的に図２の左側に向かって移動するよう付勢する。言いかえれば、第２コイルスプリング８６は、シフトキー８２を、保持器１０４に向かって移動して当接するよう付勢する。米国特許５，９２８，１０３号に記載されている通り、シフトキー８２は、最初にクラッチリング９２を移動させずに、図２の右側に向かって移動することができる。例えば、サイクリストはボーデンタイプケーブルＴを移動させることができ、これにより、プッシュロッド８０を図２の右側に向かってさらに移動させる。シフトキー８２は、一時的に、クラッチリング９２の保持器１０４から離れることができる。しかしながら、第３コイルスプリング８８の付勢力が、結局は、クラッチリング９２を付勢し、シフトキー８２の移動に従う。
【００３１】
図２及び図４を再び参照して、外部カム面９８は、以下に詳細に説明する通り、動力伝達機構２８の一部上に支持されるクラッチ爪１１０と当接するよう寸法付けられる一定の直径を有する環状の面である。クラッチリング９２の第１ギア歯１００は、クラッチリング９２が図２及び図１０の両方に示す第３動力伝達経路位置にあるとき、駆動体２２の内側に突出しているセットのギア５０と当接し係合する。第２ギア歯１０２は、外部カム面９８と隣接して配置されており、後述する通り、クラッチリング９２が図２及び図１０の両方に示す第３動力伝達経路位置にあるとき、動力伝達機構２８の内側に突出しているセットのギア歯１１２と当接し係合する。
【００３２】
クラッチリング９２の保持器１０４は、径方向内側に延びており、シフトキー８２の回転軸Ａに沿ったクラッチリング９２に対して相対的な移動を制限する。具体的には、シフトキー８２の両端が開口部３６から延出しているので、凸部８２ａがさらに径方向外側に延びており、これにより、凸部８２ａの一方側は、クラッチリング９２の保持器１０４の対向面と当接することができる。より具体的には、図２に示すように、シフトキー８２は、左側が保持器１０４によって閉じ込められ、第２コイルスプリング８６の力によって保持器１０４に当接したままとなるよう付勢される。従って、シフトキー８２が左側に移動されるとき、クラッチリング９２も、また、図２における左側に移動する。シフトキー８２が図２における右側に移動されるとき、クラッチリング９２は、第２コイルスプリング８６の圧縮によって右側に付勢される。
【００３３】
次に、特に図２、図３及び図６〜図１０を参照して、動力伝達機構２８を説明する。動力伝達機構２８は、駆動体２２とハブシェル２４との間に配置されて、回転力を駆動体２２からハブシェル２４へ、図８、図９及び図１０に示す複数の動力伝達経路を介して、伝達する。動力伝達機構は、基本的に、太陽ギア３８と、キャリア１１６によって支持される複数の遊星ギア１１４と、リングギア１１８と、を有する遊星ギア機構１１３を有する。
【００３４】
図６に、キャリア１１６によって回転可能に支持されている複数の４つの遊星ギア１１４のうちの３つを示している。この実施形態では４つの遊星ギア１１４が配置されているが、２つ、３つ、４つあるいは５つの遊星ギア１１４、あるいは遊星ギアの他の設計上適正な数を用いることができることはもちろんである。図６に示すように、遊星ギア１１４は、ヘリカルギア歯１２０を有する。遊星ギア１１４のヘリカルギア歯は、固定軸２０の太陽ギア３８と噛み合うよう形成される。また、太陽ギア３８は、遊星ギア１１４のヘリカルギア歯１２０と噛み合うよう形成される。
【００３５】
図２、図６及び図８〜図１０に示すように、キャリア１１６は、固定軸２０まわりに回転可能に配置されて回転軸Ａ回りに回転する環状の部材である。図６に示すように、キャリア１１６は、爪サポート部１２２と、複数のシャフト１２４（図２及び図８〜図１０は１つのみを示しており、図６では見えていない）と、複数の爪１２６（図２は１つのみを示しており、図６は２つを示している）と、外側ベアリングサポート部１２８と、内側ベアリングサポート部１３０（図２参照）と、上述の内側に突出しているセットのギア歯１１２（図８参照）と、を有する遊星ギアサポート部材である。
【００３６】
シャフト１２４には、遊星ギア１１４を支持する２セットのベアリング１３２が配置されており、これにより、遊星ギア１１４は、シャフト１２４うちのそれぞれのシャフトの回りにスムーズに回転可能である。ベアリング１３２は、種々のベアリング構造のうちのいずれか、たとえばボールベアリングとすることができるが、ニードルベアリングや他のローラタイプのベアリングとすることもできる。キャリア１１６が固定軸２０回りに回転するので、遊星ギア１１４は、シャフト１２４回りに回転し、太陽ギア３８とさらに噛み合い、これにより、固定軸２０回りを公転する。爪１２６は従来のエレメントであるので、爪１２６の説明を簡略化のため省略する。内側ギア歯１１２は、クラッチリングが図２及び図１０に示す第３動力伝達経路位置にあるとき、クラッチリング９２の第２ギア歯１０２と噛み合うよう構成される。
【００３７】
図７に示すように、遊星ギア機構１１３のリングギア１１８は、クラッチ爪１１０を支持し、固定軸２０及びキャリア１１６回りに、したがって遊星ギア１１４回りに回転するよう構成される環状の部材である。リングギア１１８は、第１ベアリングサポート部１４０と、第２ベアリングサポート部１４２と、１セットの爪ギア歯１４４（図２のみ）と、１セットのヘリカルギア歯１４６（図２及び図７）と、を有する。爪ギア歯１４４は、従来と同様に、爪４７とともに動作するよう構成される。ヘリカルギア歯１４６は、遊星ギア１１４のヘリカルギア歯１２０と噛み合うよう形成されている。従って、遊星ギア１１４はヘリカルギア歯１２０を有し、固定軸２０は螺旋状である太陽ギア３８を有し、そして、リングギア１１８はヘリカルギア歯１４６を有する。ヘリカルギア歯１２０、太陽ギア３８及びヘリカルギア歯１４６は、すべて、図７に示すように、回転軸Ａに対する測定で螺旋角度αをなす螺旋形状である。螺旋角度αは、回転軸Ａに対しておよそ２０度である。
【００３８】
本実施形態の変速機は、複数のベアリングアッセンブリを有しており、これにより、種々のパーツのスムーズな回転を保証する。リングギア１１８の第２ベアリングサポート部１４２及びキャリア１１６の外側ベアリングサポート部１２８は、キャリア１１６とリングギア１１８との間のスムーズな回転を保証する第１ベアリングアッセンブリ１６０を有する。第１ベアリングサポート部１４０及び駆動体２２のリングギアベアリングサポート部４８は、駆動体２２とリングギア１１８との間のスムーズな回転を保証する第２ベアリングアッセンブリ１６２を有する。添付の特許請求の範囲において、キャリア１１６のシャフト１２４上の遊星ギア１１４を支持するベアリング１３２は、第３ベアリングアッセンブリに対応する。キャリア１１６の内側ベアリングサポート部１３０は、固定軸２０とキャリア１１６との間のスムーズな回転を保証する第４ベアリングアッセンブリ１５０を有する。
【００３９】
例示の実施形態の種々の動力伝達経路の説明を、図８、図９及び図１０において、より明確に示す。具体的には、図８、図９及び図１０のそれぞれにおいて、動力伝達経路を太線で示す。図８に示す第１動力伝達経路（低速ギア比）においては、サイクリストの操作によって、クラッチリング９２は第１動力伝達経路位置へ（図８の右側へ）シフトされる。第１動力伝達経路位置において、クラッチリング９２の外部カム面９８は、リングギア１１８のクラッチ爪１１０の内側の部分と当接する。クラッチリング９２の外部カム面９８とクラッチ爪１１０との間の当接は、クラッチ爪１１０を径方向内側に引っ込ませ、これにより、クラッチ爪１１０はハブシェル２４のクラッチ爪ギア歯７０と当接できない。また、駆動体２２上の爪４７は、リングギア１１８の爪ギア歯１４４と係合し、これにより、リングギア１１８を駆動体２２とともに回転させる。リングギア１１８のヘリカルギア歯１４６は、遊星ギア１１４のヘリカルギア歯１２０と噛み合う。遊星ギア１１４のヘリカルギア歯１２０は、さらに、固定軸２０の太陽ギア３８と噛み合わされ、これにより、遊星ギア１１４が固定軸２０回りに回転する。遊星ギア１１４を支持するシャフト１２４が、キャリア１１６と協同して回転される。キャリア１１６の回転により、爪１２６がハブシェル２４の爪ギア歯６８と係合し、これにより、ハブシェル２４を回転させる。リアホイールＷがスポークフランジ６４，６６によって支持されているので、リアホイールＷは低速で回転する。
【００４０】
図９に第２動力伝達経路を示す（中速ギア比、ダイレクトギア比）。第２動力伝達経路において、サイクリストの操作によって、クラッチリング９２は第２動力伝達経路位置へ（図９における中央位置へ）シフトされる。第２動力伝達経路位置においては、クラッチリング９２の外部カム面９８は、リングギア１１８のクラッチ爪１１０と当接しない。従って、クラッチ爪１１０は、フリーであり、ハブシェル２４のクラッチ爪ギア歯７０と係合する。また、駆動体２２の爪４７は、リングギア１１８の爪ギア歯１４４と係合し、これにより、リングギア１１８を駆動体２２とともに回転させる。クラッチ爪１１０はギア歯７０と係合しているので、ハブシェル２４が回転する。リアホイールＷがスポークフランジ６４，６６によって支持されているので、リアホイールＷは、第２動力伝達経路を介して伝達されたトルクによって回転する。第２動力伝達経路においては、ハブシェル２４がキャリア１１６より速く回転しているので、爪１２６は動力を伝えない。
【００４１】
図１０に第３動力伝達経路を示す（高速ギア比）。第３動力伝達経路において、サイクリストの操作によって、クラッチリング９２は第３動力伝達経路位置へ（図１０の左側へ）シフトされる。第３動力伝達経路位置においては、クラッチリング９２の外部カム面９８は、リングギア１１８のクラッチ爪１１０と当接しない。従って、クラッチ爪１１０は、フリーであり、ハブシェル２４のクラッチ爪ギア歯７０と係合する。さらに、クラッチリング９２が第３動力伝達経路位置にあるとき、クラッチリング９２の第２ギア歯１０２が、キャリア１１６の内側に突出しているセットのギア歯１１２と噛み合っており、また、クラッチリング９２の第１ギア歯１００が、駆動体２２の内側に突出するセットのギア５０と噛み合っている。ここでは、リングギア１１８が駆動体２２より速く回転しているので、駆動体２２の爪４７は、リングギア１１８の爪ギア歯１４４に対して動力を伝えない。代わりに、トルクは、駆動体２２の内側のギア５０からクラッチリング９２の第１ギア歯１００へ伝達される。クラッチリング９２の第２ギア歯１０２は、トルクをキャリア１１６の内側に突出しているセットのギア歯１１２へ伝達し、これにより、キャリア１１６を回転させる。
【００４２】
キャリア１１６が回転しているので、シャフト１２４が回転し、これにより、遊星ギア１１４のヘリカルギア歯１２０を固定軸２０回りに回転させる。遊星ギア１１４の回転により、さらにリングギア１１８が回転する。リングギア１１８のクラッチ爪１１０は、ギア歯７０と係合しているので、これによりハブシェル２４が回転する。リアホイールＷがスポークフランジ６４，６６によって支持されているので、リアホイールＷは、以上のような第３動力伝達経路を介して伝達されたトルクによって回転する。第３動力伝達経路においては、ハブシェル２４がキャリア１１６より速く回転しているので、爪１２６は動力を伝えない。
【００４３】
本発明の螺旋状のギア歯（ヘリカルギア歯１２０、太陽ギア３８及びヘリカルギア歯１４６）は、従来の内装変速機設計よりも優れた利点を実現するのに役立つ。例えば、ヘリカルギアは、太陽ギア３８と遊星ギア１１４との間、及び遊星ギア１１４とリングギア１１８との間にギアの噛み合いの（従って動力伝達の）効率を向上する。また、螺旋状のギア歯は、螺旋状のギア歯にはなく平歯車の歯の端部には存在するであろうストレスを低減する。
【００４４】
図面及びここでの説明から、上述のヘリカルギア歯及びそれに関連するベアリング構成を、例えば以下に説明する第２実施形態のように３つを超える動力伝達経路を有する内装変速機アッセンブリに適用することができることは、理解されよう。
第２実施形態
次に、図１１を参照して、本発明の第２実施形態にかかるハブアッセンブリ２１２を説明する。第１実施形態と第２実施形態との類似点を考慮して、第１実施形態の部材と同一の第２実施形態の部材には、第１実施形態の部材と同じ参照符号を付している。また、説明の簡略化のために、第１実施形態の部材と同一の第２実施形態の部材の説明を省略する。
【００４５】
ハブアセンブリ２１２は、米国特許６，６０７，４６５号におけるものと同じ多くの特徴を有する。さらに、ハブアセンブリ２１２は、米国特許６，６０７，４６５号に記載されている装置と整合性のある方法で、シフトを行い、トルクを伝達する。したがって、ハブアセンブリ２１２のシフト及び動力伝達経路の説明は省略する。
【００４６】
ハブアセンブリ２１２は、基本的に（他の特徴やエレメントの中でも）、固定軸２２０と、駆動体２２２と、ハブシェル２２４と、シフト機構２２６と、動力伝達機構２２８と、を備える。
【００４７】
駆動体２２２及びハブシェル２２４は、固定軸２２０回りに回転するよう構成される。動力伝達機構２２８は、トルクを駆動体２２２からハブシェル２２４へ複数の動力伝達経路を介して伝達するよう構成される。動力伝達機構２２８は、（他のものの中でも、）第１太陽ギア２３０と、第２太陽ギア２３２と、第３太陽ギア２３４と、第４太陽ギア２３６と、第１セットの遊星ギア２３８と、第２セットの遊星ギア２４０と、第１リングギア２４２と、第２リングギア２４４と、を有する。
【００４８】
第１太陽ギア２３０は外側ギア歯２５０を有する。第２太陽ギア２３２は外側ギア歯２５２を有する。第３太陽ギア２３４は外側ギア歯２５４を有する。第４太陽ギア２３６は外側ギア歯２５６を有する。
【００４９】
第１セットの遊星ギア２３８は、小径のギア歯２６０と、大径のギア歯２６２と、を有する。
【００５０】
第２セットの遊星ギア２４０は、小径のギア歯２６６と、中程度の直径のギア歯２６８と、大径のギア歯２７０と、を有する。
【００５１】
第１リングギア２４２は内側ギア歯２７４を有する。また、第２リングギア２４４は内側ギア歯２７６を有する。
【００５２】
第１太陽ギア２３０の外側ギア歯２５０は、第１セットの遊星ギア２３８の小径のギア歯２６０と噛み合うよう構成される。
【００５３】
第２太陽ギア２３２の外側ギア歯２５２は、第２セットの遊星ギア２４０の小径のギア歯２６６と噛み合うよう構成される。第２セットの遊星ギア２４０の小径のギア歯２６６は、第２リングギア２４４の内側ギア歯２７６と噛み合うよう構成される。
【００５４】
第３太陽ギア２３４の外側ギア歯２５４は、第２セットの遊星ギア２４０の中程度の直径のギア歯２６８と噛み合うよう構成される。
【００５５】
第４太陽ギア２３６の外側ギア歯２５６は、第２セットの遊星ギア２４０の大径のギア歯２７０と噛み合うよう構成される。
【００５６】
ハブアセンブリ２１２の具体的な構成及びあらゆる様々な設計基準に応じて、種々のセットのギアに、平歯車の歯の代わりにヘリカルギア歯を配置することができる。たとえば、第１太陽ギア２３０の外側ギア歯２５０、及び第１セットの遊星ギア２３８の小径のギア歯２６０を、ヘリカルギア歯として形成することができる。
【００５７】
追加的に、あるいは代替的に、第１セットの遊星ギア２３８の大径のギア歯２６２、及び第１リングギア２４２の第１ギア歯２７４を、ヘリカルギア歯として形成することができる。
【００５８】
追加的に、あるいは代替的に、第２太陽ギア２３２の外側ギア歯２５２、第２セットの遊星ギア２４０の小径のギア歯２６６、及び第２リングギア２４４の内側ギア歯２７６を、ヘリカルギア歯として形成することができる。
【００５９】
追加的に、あるいは代替的に、第３太陽ギア２３４の外側ギア歯２５４、及び第２セットの遊星ギア２４０の中程度の直径のギア歯２６８を、ヘリカルギア歯として形成することができる。
【００６０】
追加的に、あるいは代替的に、第４太陽ギア２３６の外側ギア歯２５６、及び第２セットの遊星ギア２４０の大径のギア歯２７０を、ヘリカルギア歯として形成することができる。
【００６１】
第２実施形態において用いられるヘリカルギア歯は、第１実施形態と同じ利点及び長所を提供する。
【００６２】
［用語の概括的な説明］
本発明の範囲の理解において、ここで用いられる用語「備える」及びその派生語は、記載された特徴、エレメント、コンポーネント、群、構成要素、及び／またはステップがあることを明記しているオープンエンドの用語を意味するのであって、記載されていない特徴、エレメント、コンポーネント、群、構成要素、及び／またはステップがあることを排除するものではない。上記は、用語「有する」、「含む」及びそれらの派生語など同様の意味を持つ語にも当てはまる。また、単数形的に用いられる用語「パート」、「セクション」、「部」、「部材」あるいは「エレメント」は、単一のパートあるいは複数のパーツの２つの意味を持ちうる。ここで、本発明を説明するために用いられる、次の用語、「前方、後方、上、下向き、垂直、水平、下、横」同じく他の同様な方向を示す用語が、本発明の自転車の方向を示す用語として使用されている。このように、本発明において用いられるこれらの用語は、通常のライディングポジションにおいて用いられるような、本発明が適用される自転車に対して相対的な意味で用いられる。さらには、ここでは、「ほぼ」、「約」、「およそ」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。
【００６３】
本発明の説明のためにいくつかの実施例が選択されたに過ぎず、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱することがない範囲で、種々の変更、変形ができることは、本開示から当業者には明らかであろう。さらに、前述の本発明にかかる実施例の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって決められる本発明を限定するものではないことは、本開示から当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態による内装変速機を有する自転車のリア側半分の側面図。
【図２】本発明の第１実施形態によるハブシェルと、ハブ軸と、クラッチリングと、キャリアと、リングギアと、を有する遊星ギア機構の詳細を示す内装変速機の断面図。
【図３】第１実施形態によるハブ軸の一部と、キャリアの一部と、リングギアと、を示す、内装変速機の側面図。
【図４】第１実施形態によるハブ軸の一部と、クラッチリングと、を示す、内装変速機の斜視図。
【図５】第１実施形態によるハブ軸を示す、図３と同様な内装変速機の側面図。
【図６】第１実施形態によるキャリアの側面図。
【図７】第１実施形態によるリングギアの斜視図。
【図８】第１実施形態による第１動力伝達経路を示す内装変速機の断面図。
【図９】第１実施形態による第２動力伝達経路を示す内装変速機の断面図。
【図１０】第１実施形態による第３動力伝達経路を示す内装変速機の断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態を示す内装変速機の断面図。
【符号の説明】
【００６５】
１０  自転車
１２，２１２  ハブアセンブリ
２０，２２０  固定軸（ハブ軸）
２２，２２２  駆動体
２４，２２４  ハブシェル
２６，２２６  シフト機構
２８，２２８  動力伝達機構
３８  太陽ギア
７２  第２メインベアリング
１１３  遊星ギア機構
１１４  遊星ギア
１１６  キャリア
１１８  リングギア
１２０，１４６  ヘリカルギア歯
１３２  ベアリング
１６０  第１ベアリングアッセンブリ
１６２  第２ベアリングアッセンブリ
１５０  第４ベアリングアッセンブリ
２３０  第１太陽ギア
２３２  第２太陽ギア
２３４  第３太陽ギア
２３６  第４太陽ギア
２３８  第１セットの遊星ギア
２４０  第２セットの遊星ギア
２４２  第１リングギア
２４４  第２リングギア
Ａ  回転軸
α  螺旋角度
【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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