(57)【要約】 【課題】  変速の信頼性及び確実性を大幅に向上させた自動変速ハブを提供する。 【解決手段】  高速伝動爪４が爪ピン５を中心に回動可能であり、高速伝動爪４の一端４Ａが爪バネ６によってハブ本体１側に付勢されている。また、揺動錘７が錘ピン８を中心に回動可能であり、揺動錘７の一端７Ａが錘バネ９によって車軸２側に付勢されるとともに、揺動錘７の他端７Ｂが高速伝動爪４の他端４Ｂの内側まで伸びている。そして、低速走行時には、揺動錘７の他端７Ｂが爪バネ６の付勢に抗して高速伝動爪４の他端４Ｂを持ち上げ、高速伝動爪４の一端４Ａをハブ本体１の爪受け１Ａから外し、高速走行時には、爪バネ６の付勢及び揺動錘７に作用する遠心力が錘バネ９の付勢に抗して揺動錘７の一端７Ａをハブ本体１側に開き、高速伝動爪４の一端４Ａをハブ本体１の爪受け１Ａに突き当てるようにした。 【選択図】  図３
2005059703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ本体（１）と、車軸（２）と、ハブ本体（１）と車軸（２）との間に収容された低速伝動爪（３）、高速伝動爪（４）及び揺動錘（７）とを備える自動変速ハブであって、高速伝動爪（４）が、車軸（２）と平行に設けられた爪ピン（５）を中心に回動可能であり、かつ、高速伝動爪（４）の一端（４Ａ）が、爪バネ（６）によってハブ本体（１）側に付勢されており、揺動錘（７）が、車軸（２）と平行に設けられた錘ピン（８）を中心に回動可能であり、かつ、揺動錘（７）の一端（７Ａ）が、錘バネ（９）によって車軸（２）側に付勢されるとともに、揺動錘（７）の他端（７Ｂ）が、高速伝動爪（４）の他端（４Ｂ）の内側まで伸びており、低速走行時には、低速伝動爪（３）が駆動力を伝達するように、揺動錘（７）の他端（７Ｂ）が、爪バネ（６）の付勢に抗して高速伝動爪（４）の他端（４Ｂ）を持ち上げ、高速伝動爪（４）の一端（４Ａ）をハブ本体（１）の爪受け（１Ａ）から外し、高速走行時には、爪バネ（６）の付勢及び揺動錘（７）に作用する遠心力が、錘バネ（９）の付勢に抗して揺動錘（７）の一端（７Ａ）をハブ本体（１）側に開き、高速伝動爪（４）の一端（４Ａ）をハブ本体（１）の爪受け（１Ａ）に突き当て、高速伝動爪（４）で駆動力を伝達するようにしたことを特徴とする自動変速ハブ。
【請求項２】
揺動錘（７）を２個備え、２個の揺動錘（７）を相互にリンク機構（１０）で連結し、２個の揺動錘（７）が同期して揺動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自動変速ハブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハブ内に変速機構を内蔵し、変速機構に作用する遠心力を利用して、自動的に２段階の変速を行えるようにした自動変速ハブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ハブ内に変速機構を内蔵し、２段階の変速を行えるようにした自動変速ハブが知られている。すなわち、ハブ本体と車軸との間に、駆動力を伝達する２種類の伝動爪を備えるとともに、それぞれの伝動爪に対応する爪受けを設けたものであり、ハブ本体の回転に伴う遠心力の大小に応じて、いずれか一方の伝動爪と、その伝動爪に対応する爪受けとを突き当て、駆動力を伝達するものである。
【０００３】
図６は、このような従来の自動変速ハブを示す断面図である。ここで、図６に示す断面は、高速伝動爪２４を含む部分のものであって、図６（Ａ）は低速走行時の状態を示し、図６（Ｂ）は高速走行時の状態を示している。なお、図示しない断面には、別途、低速伝動爪が内蔵されている。
【０００４】
図６に示す自動変速ハブにあって、低速走行時においては、図６（Ａ）に示すように、高速伝動爪２４の一端２４Ａがハブ本体２１の爪受け２１Ａから外れている。そのため、ペダルを漕ぐことによって高速伝動爪２４が回転しても、この状態では高速伝動爪２４が駆動力を伝達することはない。
【０００５】
一方、低速伝動爪（図示せず）は、図６（Ａ）に示す低速走行時において、低速伝動爪に対応するハブ本体２１の爪受け（図示せず）に突き当たっている。したがって、ペダルを漕ぎ始めてからしばらくの低速走行時には、ギア比の小さい低速伝動爪が駆動力を伝達し、軽く漕げるようになっている。
【０００６】
そして、ペダルの回転数が高くなり、比較的高速になると、ペダルとともに回転する揺動錘２７に作用する遠心力が大きくなる。ここで、揺動錘２７は、車軸２２と平行に設けられた錘ピン２８を中心に回動可能となっているので、高速走行時においては、遠心力の作用によって揺動錘２７の端部がハブ本体２１側に開く。
【０００７】
すると、図６（Ｂ）に示すように、揺動錘２７の端部が高速伝動爪２４の他端２４Ｂから外れる。しかも、爪バネ２６によって高速伝動爪２４の一端２４Ａがハブ本体２１側に付勢されていることから、高速伝動爪２４の一端２４Ａがハブ本体２１の爪受け２１Ａに突き当たる。そのため、今度は、ギア比の大きい高速伝動爪が駆動力を伝達し、高速走行に適した状態となる。なお、この状態では、低速伝動爪は空回りしている。
【０００８】
このように、図６に示す自動変速ハブは、低速走行時は、低速伝動爪が爪受けに突き当たって駆動力を伝達するので軽く漕げ、高速走行時は、高速走行に適したギア比の高速伝動爪に切り換わる。したがって、速度に応じて自動的に２段階の変速が行えるようになっている。
【特許文献１】特公昭４７−３２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図６に示す従来の自動変速ハブは、図６（Ｂ）に示すように、高速走行時において、揺動錘２７の端部が高速伝動爪２４の他端２４Ｂの外側に完全に抜け出してしまう。そのため、高速走行から低速走行に戻った際に、高速伝動爪２４の一端２４Ａがハブ本体２１の爪受け２１Ａから外れない場合がある。
【００１０】
すなわち、ペダルの回転数が低くなる低速走行時には、ペダルとともに回転する揺動錘２７に作用する遠心力が小さくなるので、揺動錘２７の端部が車軸２２側に閉じる。この場合、図６（Ａ）に示すように、揺動錘２７の端部が高速伝動爪２４の他端２４Ｂの内側に戻らなければ、高速伝動爪２４の一端２４Ａがハブ本体２１の爪受け２１Ａから外れない。
【００１１】
ところが、揺動錘２７の端部と高速伝動爪２４の他端２４Ｂとが衝突等してしまうと、図６（Ｂ）に示す状態から図６（Ａ）に示す状態に復帰できなくなってしまう。すると、停止時から再びペダルを漕ぎ始めた際であっても、高速伝動爪が駆動力を伝達する事態を招き、変速機構が機能しないこととなる。
【００１２】
そこで本発明は、停止時から低速走行時までは、必ず低速伝動爪が駆動力を伝達し、高速走行時には、確実に高速伝動爪に切り換わるようにすることで、自動的な変速の信頼性及び確実性を大幅に向上させた自動変速ハブを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであって、その要旨は、ハブ本体と、車軸と、ハブ本体と車軸との間に収容された低速伝動爪、高速伝動爪及び揺動錘とを備える自動変速ハブであって、高速伝動爪が車軸と平行に設けられた爪ピンを中心に回動可能であり、かつ、高速伝動爪の一端が爪バネによってハブ本体側に付勢されており、揺動錘が車軸と平行に設けられた錘ピンを中心に回動可能であり、かつ、揺動錘の一端が錘バネによって車軸側に付勢されるとともに、揺動錘の他端が高速伝動爪の他端の内側まで伸びており、低速走行時には、低速伝動爪が駆動力を伝達するように、揺動錘の他端が爪バネの付勢に抗して高速伝動爪の他端を持ち上げ、高速伝動爪の一端をハブ本体の爪受けから外し、高速走行時には、爪バネの付勢及び揺動錘に作用する遠心力が錘バネの付勢に抗して揺動錘の一端をハブ本体側に開き、高速伝動爪の一端をハブ本体の爪受けに突き当て、高速伝動爪で駆動力を伝達するようにした自動変速ハブに係るものである。
【００１４】
そして好ましくは、上記した自動変速ハブにあって揺動錘を２個備え、２個の揺動錘を互いにリンク機構で連結し、２個の揺動錘が同期して揺動するようにした自動変速ハブに係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の自動変速ハブは、揺動錘の端部が高速伝動爪の内側まで伸びており、低速走行時には、揺動錘の端部が高速伝動爪を持ち上げてハブ本体の爪受けから外し、高速走行時には、遠心力の作用で高速伝動爪をハブ本体の爪受けに突き当てるようにしたので、揺動錘と高速伝動爪とが完全に外れてしまうことがない。
【００１６】
そのため、停止時から低速走行時までは、必ず低速伝動爪が駆動力を伝達し、高速走行時には、確実に高速伝動爪に切り換わる。したがって、自動的な変速の信頼性及び確実性が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の自動変速ハブは、ハブ本体と、車軸と、ハブ本体と車軸との間に収容された低速伝動爪、高速伝動爪及び揺動錘とを備える。すなわち、ハブ本体は、スポーク及びリムを介してタイヤを支持するものであり、車軸は、フレームに固定されるものである。そして、ペダルの回転力は、チェーン及びスプロケットを介して、ハブ本体と車軸との間に収容された低速伝動爪及び高速伝動爪に伝達される。
【００１８】
また、揺動錘は、ハブ本体と車軸との間を遠心力の作用で揺れ動き、ハブ本体に対する駆動力の伝達を、低速伝動爪によるか、高速伝動爪によるかの切り換え機能を発揮する。そのため、揺動の支点と重心との距離が長く、重いほど、円滑な動きが期待できるが、ハブ本体の小型化、軽量化の要請には反するので、揺動錘の形状及び重量は、両者のバランスを考慮して決定される。
【００１９】
ここで、低速伝動爪と高速伝動爪との切り換えは、高速伝動爪をハブ本体の爪受けに突き当てるか、高速伝動爪を爪受けから外すかの切り換えによって行われる。すなわち、低速伝動爪は、低速伝動爪に対応するハブ本体の爪受けに常時突き当たるようになっているので、高速伝動爪が爪受けから外れていれば、ギア比の小さい低速伝動爪が駆動力を伝達し、軽く漕げるようになる。一方、高速伝動爪をハブ本体の爪受けに突き当てれば、低速伝動爪が空回りするようになり、ギア比の大きい高速伝動爪が駆動力を伝達するので、高速走行に適した状態となる。
【００２０】
この点に関してさらに詳述すると、高速伝動爪は、車軸と平行に設けられた爪ピンを中心に回動可能となっている。そして、高速伝動爪の一端側は、爪バネによってハブ本体側に付勢されている。ところが、揺動錘が高速伝動爪の他端の内側まで伸びており、停止時から低速走行時までは、揺動錘が爪バネの付勢に抗して高速伝動爪の他端を持ち上げる。すると、高速伝動爪の一端が車軸側に位置することとなり、高速伝動爪がハブ本体の爪受けから外れる。
【００２１】
このように、揺動錘が高速伝動爪の他端を持ち上げるのは、揺動錘も、車軸と平行に設けられた錘ピンを中心に回動可能となっており、揺動錘の一端側が、錘バネによって車軸側に付勢されているからである。すなわち、揺動錘の一端側が車軸側に付勢されると、逆に、揺動錘の他端側はハブ本体側に持ち上がる。そして、爪バネよりも錘バネが強く設定されているので、揺動錘の他端が爪バネの付勢に抗して高速伝動爪の他端を持ち上げることとなる。
【００２２】
これが、停止時から低速走行時までの状態であるが、高速走行に入ると事情が異なる。すなわち、ペダルの回転数が高くなると、それに応じて揺動錘も速く回転するようになるので、揺動錘に作用する遠心力が大きくなる。この遠心力は、錘バネの付勢に抗する方向に作用する。すると、遠心力が加わっただけ錘バネの付勢が弱まり、爪バネの付勢が勝るようになるから、揺動錘の一端がハブ本体側に開き、逆に、揺動錘の他端が車軸側に位置することとなる。
【００２３】
その結果、揺動錘の他端は高速伝動爪の他端を持ち上げなくなり、爪バネの付勢によって高速伝動爪の他端が車軸側、逆に、高速伝動爪の一端がハブ本体側に位置するようになる。したがって、高速伝動爪の一端が爪受けに突き当たり、高速伝動爪が駆動力を伝達するようになるのである。
【００２４】
また、高速走行から低速走行又は停止状態に戻ると、揺動錘に作用する遠心力が小さくなる。すると、再び、揺動錘の他端が爪バネの付勢に抗して高速伝動爪の他端を持ち上げるようになり、高速伝動爪の一端が爪受けから外れて、低速伝動爪が駆動力を伝達する状態に復帰する。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の自動変速ハブを示す正面側の一部断面図、図２は、本発明の自動変速ハブにおける高速伝動爪及び揺動錘の周辺を示す分解斜視図である。図１に示すように、本発明の自動変速ハブは、ハブ本体１と、車軸２と、ハブ本体１と車軸２との間に収容された低速伝動爪３、高速伝動爪４及び揺動錘７とを備えている。また、図２に示すように、揺動錘７は２個備えられており、２個の揺動錘７は、相互にリンク機構１０で連結されている。
【００２６】
図１において、車軸２は、フレーム（図示せず）に固定され回転しない。また、スプロケット１１、低速伝動爪３、高速伝動爪４及び揺動錘７は、ベアリング１２を介して車軸２に支持されており、ペダル（図示せず）を漕げばそれに応じて回転する。さらに、ハブ本体１は、ベアリング１２及びベアリング１３を介して車軸２に支持されており、低速伝動爪３及び高速伝動爪４等とは独立に回転する。
【００２７】
ここで、低速伝動爪３は、停止時から低速走行時にかけて軽く漕げるように、ギア比が低く設定されている。一方、高速伝動爪４は、比較的高速で走行する際に、適度な負荷で快適な速度が得られるように、ギア比が比較的高く設定されている。
【００２８】
そして、図１及び図２に示すように、高速伝動爪４は、車軸２と平行に設けられた爪ピン５を中心に回動可能であり、高速伝動爪４の一端４Ａは、爪バネ６によってハブ本体１側に付勢されている。また、揺動錘７は、車軸２と平行に設けられた錘ピン８を中心に回動可能であり、揺動錘７の一端７Ａは、錘バネ９によって車軸２側に付勢されている。
【００２９】
図３は、図１における・−・線断面図であり、図３（Ａ）は低速走行時の状態を示し、図３（Ｂ）は高速走行時の状態を示している。また、図４は、図１における・−・線断面図であり、図４（Ａ）は低速走行時の状態を示し、図４（Ｂ）は高速走行時の状態を示している。さらに、図５は、図２の組立斜視図であり、図５（Ａ）は低速走行時の状態を示し、図５（Ｂ）は高速走行時の状態を示している。
【００３０】
次に、図３から図５に基づいて、本発明の自動変速ハブの変速機構を説明する。まず、図３（Ａ）、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示す低速走行時であるが、この状態では、揺動錘７の他端７Ｂが、爪バネ（図１参照）の付勢に抗して高速伝動爪４の他端４Ｂを持ち上げ、高速伝動爪４の一端４Ａをハブ本体１の爪受け１Ａから外している。
【００３１】
すなわち、揺動錘７の一端７Ａが、爪バネ（図１参照）よりも強い錘バネ９によって車軸２側に付勢されているので、錘ピン８を支点に回転する揺動錘７は、他端７Ｂがハブ本体１側に持ち上げられる。また、揺動錘７の他端７Ｂは、高速伝動爪４の他端４Ｂの内側まで伸びているので、結局、高速伝動爪４の他端４Ｂをハブ本体１側に持ち上げる。したがって、爪ピン５を中心に回転する高速伝動爪４は、一端４Ａが車軸２側に押し付けられることとなり、高速伝動爪４の一端４Ａがハブ本体１の爪受け１Ａから外れる。
【００３２】
この場合、高速伝動爪４の回転力がハブ本体１に伝達されないため、高速伝動爪４は機能しないこととなる。しかしながら、図１に示すように、低速伝動爪３がハブ本体１に駆動力を伝達するので、軽く漕げばハブ本体１が回転する。なお、低速伝動爪３とハブ本体１との噛み合いは前進方向に限られ、逆方向には空回りする。
【００３３】
このように、停止時から低速走行時にかけては、高速伝動爪４が機能しないが、比較的高速になると、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示す高速走行時の状態に移行する。この状態では、揺動錘７の他端７Ｂが高速伝動爪４の他端４Ｂを持ち上げられないので、高速伝動爪４の他端４Ｂが車軸２側に、高速伝動爪４の一端４Ａがハブ本体１側に位置することとなり、高速伝動爪４の一端４Ａがハブ本体１の爪受け１Ａに突き当たった状態となっている。
【００３４】
すなわち、揺動錘７が高速で回転するようになると、揺動錘７に作用する遠心力が大きくなる。そのため、揺動錘７の一端７Ａがハブ本体１側に開き、それにつれて他端７Ｂが車軸２側に閉じようとする。また、高速伝動爪４の他端４Ｂは、爪バネ（図１参照）により、揺動錘７の他端７Ｂを車軸２側に押し付けている。したがって、爪バネ（図１参照）と遠心力とが協同して錘バネ９の付勢に抗するようになる。なお、２個の揺動錘７は、リンク機構１０によって同期して揺動する。
【００３５】
そして、爪バネ（図１参照）の付勢と揺動錘７に作用する遠心力との合力が錘バネ９に勝るようになると、高速伝動爪４の他端４Ｂが車軸２側に位置するようになり、爪ピン５を中心に回転する高速伝動爪４は、一端４Ａがハブ本体１側に開く。その結果、高速伝動爪４の一端４Ａがハブ本体１の爪受け１Ａに突き当たり、高速伝動爪４が駆動力を伝達するようになる。
【００３６】
この場合、低速伝動爪３の回転力はハブ本体１に伝達されなくなり、低速伝動爪３は空回りする。そのため、高速伝動爪４によって、適度な負荷で快適な速度が得られるようになる。なお、高速伝動爪４とハブ本体１との噛み合いは前進方向に限られ、逆方向には空回りする。
【００３７】
このように、高速走行時には高速伝動爪４が機能するようになるが、低速走行又は停止状態に戻ると、図３（Ａ）、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すように、高速伝動爪４の一端４Ａがハブ本体１の爪受け１Ａから外れた状態に円滑に復帰する。これは、揺動錘７の他端７Ｂが高速伝動爪４の他端４Ｂの内側まで伸びており、揺動錘７の他端７Ｂと高速伝動爪４の他端４Ｂとが爪バネ（図１参照）によって常に接触しているからである。
【００３８】
したがって、本発明の自動変速ハブは、自動的な変速の信頼性及び確実性が大幅に向上したものとなっている。特に、実施例１の場合のように、２個の揺動錘７を相互にリンク機構１０で連結した場合には、低速走行状態と高速走行状態とが一層円滑に切り換わるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の自動変速ハブは、遠心力の作用によって自動的に変速されるので、自転車のハブとして特に好適に使用できる。また、自転車等の二輪車だけでなく、三輪車等にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】自動変速ハブを示す正面側の一部断面図である。（実施例１）
【図２】高速伝動爪及び揺動錘の周辺を示す分解斜視図である。（実施例１）
【図３】図１における・−・線断面図である。（実施例１）
【図４】図１における・−・線断面図である。（実施例１）
【図５】図２の組立斜視図である。（実施例１）
【図６】自動変速ハブを示す断面図である。（従来例）
【符号の説明】
【００４１】
１      ハブ本体
１Ａ      ハブ本体の爪受け
２      車軸
３      低速伝動爪
４      高速伝動爪
４Ａ      高速伝動爪の一端
４Ｂ      高速伝動爪の他端
５      爪ピン
６      爪バネ
７      揺動錘
７Ａ      揺動錘の一端
７Ｂ      揺動錘の他端
８      錘ピン
９      錘バネ
１０    リンク機構
１１    スプロケット
１２    ベアリング
１３    ベアリング
２１    ハブ本体
２１Ａ    ハブ本体の爪受け
２２    車軸
２４    高速伝動爪
２４Ａ    高速伝動爪の一端
２４Ｂ    高速伝動爪の他端
２６    爪バネ
２７    揺動錘
２８    錘ピン
【図１】
2005059703.tif 000003
【図２】
2005059703.tif 000004
【図３】
2005059703.tif 000005
【図４】
2005059703.tif 000006
【図５】
2005059703.tif 000007
【図６】
2005059703.tif 000008