(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１遊星ギアユニット(4)及び少なくとも１つの第２遊星ギアユニット(5)と、
前記第１遊星ギアユニット(4)及び少なくとも１つの前記第２遊星ギアユニット(5)とそれぞれ噛み合う、異なる径を有する第１、第２リングギア(15,16)を軸方向端部領域に備えるとともに、前記第１、第２リングギア(15,16)の間に歯付リング(17)を備え、少なくとも２つの前記遊星ギアユニット(4,5)間を常に同期させるための管状リンク部材(6)と、
前記歯付リング(17)と前記第１遊星ギアユニット(4)のキャリア(4a,4b)の出力側部分(4b)とを機能的に連結可能なワンウェイクラッチ(19)と、
制御手段(8)と、
前記制御手段(8)を用いて制御可能な少なくとも１つの太陽ギアクラッチ(21,22)と、
を備え、
前記少なくとも１つの太陽ギアクラッチ(21,22)が、前記第１遊星ギアユニット(4)の少なくとも１つの太陽ギア(11,12)と固定シャフト(1)との間に配置されており、
前記管状リンク部材(6)は、
第１出力クラッチ(26)を収容する凹部を有するとともに、前記第１出力クラッチ(26)を支持するシャフトの両端を支持し、
出力側の外径よりも駆動側の外径の方が大きく、その外径は連続的に及び／またはオフセットによって変化している、
自転車用内装変速ハブの動力伝達機構。
【請求項２】
請求項１に記載の動力伝達機構であって、前記管状リンク部材(6)は一体的に形成されている。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の動力伝達機構であって、
制御手段(8)を用いて長手方向に移動可能な出力選択手段(27)をさらに備え、
前記出力手段(27)によりハブスリーブ(3)への出力が第１出力クラッチ(26)を介して、あるいは第２出力クラッチ(28)を介して行われる。
【請求項４】
請求項３に記載の動力伝達機構であって、前記第２出力クラッチ(28)は、前記第２遊星ギアユニット(5)のキャリア(5a,5b)の出力側部分(5b)に接続されている。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の動力伝達機構であって、前記第１遊星ギアユニット(4)のキャリア(4a,4b)の駆動側部分(4a)は駆動部材(2)として機能する。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の動力伝達機構であって、
前記管状リンク部材(6)は、選択された変速段に応じて駆動部材(2)から導入された駆動トルクを、前記第１遊星ギアユニット(4)から、ハブスリーブ(3)に伝達するための第１出力クラッチ(26)へ、あるいは前記第１出力クラッチ(26)を介して、第２遊星ギアユニット(5)のキャリア(5a)及び第２出力クラッチ(28)を介してハブスリーブ(3)に伝達するための第２遊星ギアユニット(5)へ伝達する。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の動力伝達機構であって、前記第１遊星ギアユニットが２段に形成されるとともに、前記第２遊星ギアユニットが１段に形成されて、５段変速が可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用内装変速ハブの動力伝達機構、特に、第１遊星ギアユニット及び少なくとも１つの第２遊星ギアユニットを備えた動力伝達機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの遊星ギアユニットを有する多段変速ハブの自転車用伝動装置が、例えば、ドイツ特許公開公報ＤＥ４１４２８６７Ａ１に開示されている。この文献に示された装置は、主に、固定シャフトと、駆動部材と、ハブスリーブと、駆動トルクをドライブ部材からハブスリーブに伝達する機構と、を備えている。伝達機構は第１遊星ギアユニットと第２遊星ギアユニットとを備えている。第２遊星ギアユニットは、第１遊星ギアユニットとドライブ部材との間、同じく、ワンウェイクラッチ及びワンウェイ太陽ギアクラッチとの間に配置されている。これらの遊星ギアユニットは、駆動トルクを異なる変速段で伝達するように制御される。また、太陽ギアに一方向にのみ作用するクラッチの作動は、固定シャフトに形成されている凸部の、作動部材に対するポジションに関係する連結を通じて生じる。そして、作動部材は固定シャフトの円周面の可動シフト部材に配置されている。
【特許文献１】ドイツ特許公開公報ＤＥ４１４２８６７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この文献１に示された自転車用伝動装置は、それ自体では機能するが、欠点を有している。例えば、ギアをシフトさせるとき、好ましくないノイズが発生することがあり、また、ライダーがガタンとした不快な動きを感じることがある。また、この構成は、径方向に比較的大きな寸法を必要とする。
【０００４】
本発明の目的は、内装変速ハブの動力伝達機構を改良することにある。特に、ギアチェンジを快適に行われるようにし、ギアチェンジ時のライダーの不快感を改善することにある。さらに、スリムな構成を有するシンプルでコンパクトな動力伝達機構を提供し、しかも、動作を信頼できるものとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る自転車用内装変速ハブの動力伝達機構は、主に、第１遊星ギアユニット及び少なくとも１つの第２遊星ギアユニットを備え、さらに管状リンク部材と、ワンウェイクラッチと、制御手段と、少なくとも１つの太陽ギアクラッチと、を備えている。管状リンク部材は、第１遊星ギアユニット及び少なくとも１つの第２遊星ギアユニットのそれぞれに噛み合う、２つ以上の異なる径を有する歯が形成されたリング（リングギア）を軸方向端部領域に備えるとともに、第１、第２リングギアの間に歯付リングを備えており、これにより、少なくとも２つの遊星ギアユニット間を常に同期させている。少なくとも２つの遊星ギアユニットとそれぞれ噛み合うリングギアは、好ましくは、異なる径を有することができるリンク部材の軸方向端部領域に配置されるとともに、リンク部材の内面に配置される。２つのリングギアは、遊星ギアユニットのそれぞれの遊星ギアと噛み合い可能である。また、リンク部材は、少なくとも２つの異なる外径を有しており、駆動側の外径は出力側の外径より大きい。これにより、テーパリング（漸減）が、少なくとも１つの段付けすなわちオフセットによって、それぞれ実現できる。あるいは、このテーパリングは連続的にすることができる。つまり、径が、段付けすなわちオフセットではなく、それぞれ一様に次第に小さくあるいは大きくなるようにすることができる。ワンウェイクラッチは、歯付リングと第１遊星ギアユニットのキャリアの出力側部分との間に配置され、これにより、歯付リングを、第１遊星ギアユニットのキャリアの出力側部分と機能連結状態にできる。遊星ギアは好ましくは一体パーツとして形成される。また、太陽ギアクラッチは、遊星ギアと固定シャフトとの間に配置することができる。好ましくは、太陽ギアクラッチを、固定シャフトと第１遊星ギアユニットの太陽ギアとの間に配置されている。また、リンク部材は、両側で、第１出力クラッチのシャフトと、歯付リングと好ましくは第２リングギアとの間で係合する。この目的のために、第１出力クラッチを、リンク部材において、周辺凹部すなわち通路に配置することができる。
【０００６】
本発明において「遊星ギアユニット」とは、太陽ギア、遊星ギア、キャリア及びリングギアを含む遊星歯車機構のうちの、リングギアを除いた構成を意味している。
【０００７】
ここで、遊星歯車機構は、主に、少なくとも１つの太陽ギアと、遊星ギアと、キャリアと、リングギアと、オプションとして、少なくとも１つの太陽ギアクラッチと、を備えている。少なくとも１つの太陽ギアは多段変速ハブ(内装変速ハブ)の固定シャフトの回りに配置される。遊星ギアは少なくとも１つの太陽ギアと噛み合う。キャリアは遊星ギアを保持している。リングギアは遊星ギアと噛み合い状態にある。オプションとしての、少なくとも１つの太陽ギアクラッチは、少なくとも１つの太陽ギアと固定シャフトとの間に配置される。太陽ギアクラッチは制御手段によって制御可能である。
【０００８】
本発明に係る動力伝達機構は、これに限られるものではないが、詳細には、前述の固定シャフトと、駆動部材と、ハブスリーブと、を備える多段変速ハブと、一体化することができる。駆動部材及びハブスリーブは、固定シャフトに回転自在に支持されている。好ましい構成において、少なくとも２つの遊星ギアユニットは、軸方向に間隔を空けて配置されており、リンク部材がそれらの間で延びている。
【０００９】
好ましい構成において、リンク部材は一体パーツとして形成される。
【００１０】
また、伝達機構は、制御手段によって長手方向に移動可能な出力選択手段を有することができ、これにより、トルクは第１出力クラッチあるいは第２出力クラッチに出力される。
【００１１】
第２出力クラッチを、第２遊星ギアユニットのキャリアの出力側部分に、機能的に接続することができる。遊星ギアは好ましくは一体パーツとして形成される。
【００１２】
好ましい構成において、第１遊星ギアユニットのキャリアの駆動側部分は駆動部材として機能するよう適合されている。
【００１３】
リンク部材は、選択された速度段に応じて駆動部材によって導入される駆動トルクを、第１遊星ギアユニットから、ハブスリーブに伝達される第１出力クラッチへ、あるいは、第１出力クラッチを介して、第２キャリア及び第２出力クラッチを介してハブスリーブに伝達される第２遊星ギアユニットへ伝達する。
【００１４】
好ましい構成においては、第１遊星ギアユニットが２段に形成されており、第２遊星ギアユニットが１段に形成されており、これにより５段変速が提供される。
【００１５】
本発明の、他の目的、利点、有益な特徴は、添付の図面とともに、本発明の好ましい形態を開示する以下の詳細な説明から当業者に明らかにされる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のような本発明では、快適にギアチェンジを行うことができ、ギアチェンジ時のライダーの不快感を改善することができる。また、機構の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１乃至図６を参照して、以下に、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図１は、自転車に使用して好適な、本発明に係る動力伝達機構を有する多段の内装変速ハブを示す。図には、自転車フレームに取り付けられた固定シャフト１と、回転可能な駆動部材２と、回転可能なハブスリーブ３と、第１出力クラッチ２６と、第２出力クラッチ２８と、出力選択手段２７と、チェーンホイール３０と、第１遊星ギアユニット４と、第２遊星ギアユニット５と、リンク部材６と、を示している。
【００１８】
第１遊星ギアユニット４は、駆動側部分４ａ及び出力側部分４ｂを有するキャリアと、キャリアに回転自在に支持された少なくとも１つの第１及び第２遊星ギア４１，４２と、を備えている。キャリア４ａ，４ｂは、同時に、チェーンホイール３０によって駆動される駆動部材２として機能する。また、第１遊星ギアユニット４は、固定シャフト１に長手方向に移動不能に配置された第１太陽ギア１１及び第２太陽ギア１２を有する。第１太陽ギア１１は少なくとも１つの第１遊星ギア４１と噛み合い可能であり、また、第２遊星ギア１２は少なくとも１つの第２遊星ギア４２と噛み合い可能である。第１遊星ギア４１は第２遊星ギア４２より大きな径を有している。また、２つの太陽ギアクラッチ２１，２２が、それぞれ太陽ギア１１，１２と固定シャフト１との間に配置されている。太陽ギアクラッチ２１，２２は選択的に制御可能であり、これにより駆動トルクが伝達あるいは非伝達となる。太陽ギアクラッチ２１，２２は制御装置８によって制御される。制御装置８は、固定シャフト１に配置されるとともに、外部からワイヤなど（図示せず）を引っ張ることによって作動させられる。すなわち、制御装置８の回転移動が、太陽ギアクラッチ２１，２２を作動あるいは非作動とする。回転を用いることによって、円周方向に配置された制御凸部が適切に並べられる。そのことを、図１に矢印Ａ１，Ａ２に示している。制御装置８は固定シャフト１のほぼ駆動側端部領域から出力選択手段２７まで延びている。
【００１９】
以上のように、制御装置８によって、太陽ギアクラッチ２１，２２、第１遊星ギアユニット４が制御可能であり、これにより複数のギア比（変速段）が提供される。第1遊星ギアユニット４は２段に形成されている。このことは、第1遊星ギアユニット４が、異なる径の遊星ギアからなる遊星ギア４１，４２の組を備えていることを意味する。
【００２０】
第２遊星ギアユニット５は、固定シャフト１に形成された太陽ギア１３と、少なくとも１つの遊星ギア５１と、駆動側部分５ａ及び出力側部分５ｂを有するキャリアと、を備えている。第２遊星ギアユニット５は１段に形成されている。したがって、異なる径を有する複数の遊星ギアを備えていない。また、第２遊星ギアユニット５は太陽ギアクラッチによって直接制御されない。遊星ギア５１は固定シャフト１に形成された太陽ギア１３と噛み合う。第２出力クラッチ２８はキャリア５ａ，５ｂの出力側部分５ｂとハブスリーブ３との間に配置されている。第２出力クラッチ２８はワンウェイクラッチとして構成されている。両方のキャリア４ａ，４ｂ及びキャリア５ａ，５ｂは、図１に示す通り、それぞれ一体に形成されている。
【００２１】
図１に示す通り、一体に形成されたリンク部材６（図２の斜視図にも図示している）は、第１遊星ギアユニット４と第２遊星ギアユニット５との間に配置されている。リンク部材６は、第１遊星ギアユニット４を第２遊星ギアユニット５と連結し、これにより、２つの遊星ギアユニット４，５が常に同期することになる。リンク部材６は管状であり、本実施形態においては、それぞれ傾斜段付けすなわちオフセットによってそれぞれ形成されている４つの異なる外径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有する。そして、リンク部材６は第１遊星ギアユニット４から第２遊星ギアユニット５に向かって外径が小さくなっている。大きい外径が大きい内径に対応し、また、小さい外径が小さい内径に対応する。
【００２２】
リンク部材６は、駆動側端部に設けられ少なくとも１つの遊星ギア４２と噛み合う内側に歯が形成された第１リングギア１５と、出力側端部に設けられ少なくとも１つの遊星ギア５１と噛み合う内側に歯が形成された第２リングギア１６と、を有する。リンク部材６において駆動側端部の外径が出力側端部の外径より大きいので、第１リングギア１５は第２リングギア１６より大きい径を有する。第１リングギア１５と第２リングギア１６との間の領域において、リンク部材６は、内面に歯が形成された歯付リング１７を有する。領域Ｒ３における歯付リング１７はワンウェイクラッチ１９と係合可能である。クラッチ１９は、歯付リング１７と第１遊星ギアユニット４のキャリア４ａ，４ｂの出力側部分４ｂとの間に配置されており、これにより、それらが、機能的に互いに接続されている。好ましくは、機能的連結は、キャリア４ａ，４ｂの出力側部分４ｂの周辺凹部内に配置され、歯付リング１７に向かって付勢される駆動爪を用いて行われる。駆動トルクが伝達されると、駆動爪は、トルク伝達が可能なように歯付リング１７と係合する。駆動トルクが伝達されない場合、駆動爪は、歯付リング１７とトルク伝達可能なような係合状態にはならず、歯付リング１７上を摺動する。
【００２３】
第１出力クラッチ２６は歯付リング１７の出力側に配置される。第１出力クラッチ２６は、両端においてシャフトによりリンク部材６と係合する。
【００２４】
また、図２に示すように、リンク部材６は、第１出力クラッチ２６を収容する周辺凹部すなわち通路２５を有している。さらに、出力選択手段２７が配置され、図１に矢印Ａ３によって示す通り、制御装置８によって長手方向に移動可能に作動できる。制御装置８の回転移動によって、適宜、出力選択手段２７が固定シャフト１の長手方向に作動される。この方法で、ハブスリーブ３への出力は、第１あるいは第２出力クラッチ２６，２８のいずれかで選択的に制御可能である。本実施形態において、制御装置８を作動し、これにより、太陽ギアクラッチ２１，２２及び出力選択手段２７を制御することによって、５つの異なる変速段を提供できる。
【００２５】
上述した構成は、第１遊星ギアユニット４及び第２遊星ギアユニット５が互いにリンクされることを可能にし、これにより両機構４，５は常に同期することとなる。本発明にかかる動力伝達機構を構成することによって、ギアチェンジが快適となり、同時に、ギア変速の際のライディング感覚が向上する。そして、動作が信頼でき、しかも構成をシンプル、コンパクト、スリムにすることが可能となる。
【００２６】
図１及び図３乃至図６に示す通り、駆動部材２あるいは第１遊星ギアユニット４のキャリア４ａ，４ｂの駆動側部分４ａによって導入された駆動トルクが異なる経路上を通ってハブスリーブ３に伝達される。図３乃至図６において、基本部分には、それぞれに符号を付している。
【００２７】
図１における経路Ｐ１は、チェーンホイール３０からハブスリーブ３への伝達機構上を通る第１速に関する駆動トルクの伝達経路を示している。
【００２８】
図３における経路Ｐ２は、チェーンホイール３０からハブスリーブ３への伝達機構上を通る第２速に関する駆動トルクの伝達経路を示している。
【００２９】
図４における経路Ｐ３は、チェーンホイール３０からハブスリーブ３への伝達機構上を通る第３速に関する駆動トルクの伝達経路を示している。
【００３０】
図５における経路Ｐ４は、チェーンホイール３０からハブスリーブ３への伝達機構上を通る第４速に関する駆動トルクの伝達経路を示している。
【００３１】
図６における経路Ｐ５は、チェーンホイール３０からハブスリーブ３への伝達機構上を通る第５速に関する駆動トルクの伝達経路を示している。
【００３２】
以下の表では、印“−”で示された状態は、クラッチは動作状態になく、駆動トルクを伝達していないことを意味している。印“○”で示された状態は、クラッチは動作状態にあり、駆動トルクを伝達していることを意味している。図１及び図３乃至図６と経路Ｐ１〜Ｐ５とからわかる通り、駆動トルクが第２遊星ギアユニット５上を通る経路を取るときは、常に、第２出力クラッチ２８は駆動トルクを伝達している。印“×”は、第２出力クラッチ２８が駆動トルクを伝達している状態を示しているのに対して、印“ｎ”は、第２出力クラッチ２８が駆動トルクを伝達していない状態を示している。
【００３３】
【表１】
0004564978.tif 000002
【００３４】
図１及び図３乃至図６から、トルク伝達経路Ｐ１〜Ｐ５、つまり、ライダーによって選択された速度段と無関係に、第１遊星ギアユニット４は、第２遊星ギアユニット５に常に連結されており、こうして、２つの遊星ギアユニット４，５間の同期が達成されることが、容易に理解される。駆動側で制御装置あるいは複雑なクラッチ機構によって制御される太陽ギアクラッチを一般的に備える機構によって、第２遊星ギアユニット５を精巧に制御する必要はないという利点がある。第２遊星ギアユニット５は、したがって、本実施形態では第1速〜第3速においてのみ駆動トルクを伝達しているにもかかわらず、リンク部材６及び太陽ギア１３と、常時係合可能である。
【００３５】
本発明の好ましい一つ実施の形態のみを説明したが、特許請求の範囲に記載した、本発明の保護範囲から逸脱することなく、種々の変形、変更、改良、変化を行うことができることはもちろんである。
【００３６】
上述した実施の形態は２つの遊星ギアユニットを備えていた。本発明は、２つの遊星ギアユニットに限定されず、３つ以上の遊星ギアユニットにも適用可能である。また、本発明は、２段に形成された第１遊星ギアユニット及び１段に形成された第２遊星ギアユニットに限定されない。遊星ギアユニットの数、段、同じく、位置は、それぞれの要求、たとえば、変速段数、増速伝達機構／減速伝達機構に応じて適用可能である。ここで説明した、好ましい態様では一体に形成されたパーツは、必要に応じて、複数のパーツで構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１速のトルク伝達経路を示す、本発明の一実施形態に係る自転車の内装変速ハブ内に構成された動力伝達機構の部分長手方向断面図である。
【図２】本発明の動力伝達機構において用いることができるリンク部材の斜視図である。
【図３】第２速のトルク伝達経路を示す、本発明の一実施形態に係る自転車用内装変速ハブ内に構成された動力伝達機構の部分長手方向断面図である。
【図４】第３速のトルク伝達経路を示す、本発明の一実施形態に係る自転車用内装変速ハブ内に構成された動力伝達機構の部分長手方向断面図である。
【図５】第４速のトルク伝達経路を示す、本発明の一実施形態に係る自転車用内装変速ハブ内に構成された動力伝達機構の部分長手方向断面図である。
【図６】第５速のトルク伝達経路を示す、本発明の一実施形態に係る自転車用内装変速ハブ内に構成された動力伝達機構の部分長手方向断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  固定シャフト
２  駆動部材
３  ハブスリーブ
４  第１遊星ギアユニット
４ａ，４ｂ  キャリア
５  第２遊星ギアユニット
５ａ，５ｂ  キャリア
６  リンク部材
８  制御装置
１１  第１太陽ギア
１２  第２太陽ギア
１３  太陽ギア
１５  第1リングギア
１６  第2リングギア
１７  歯付リング
１９  ワンウェイクラッチ
２１，２２  太陽ギアクラッチ
２５  周辺凹部
２６  第１出力クラッチ
２７  出力選択手段
２８  第２出力クラッチ
４１  第１遊星ギア
５１  第２遊星ギア
【図１】
0004564978.tif 000003
【図２】
0004564978.tif 000004
【図３】
0004564978.tif 000005
【図４】
0004564978.tif 000006
【図５】
0004564978.tif 000007
【図６】
0004564978.tif 000008