(57)【要約】本発明は、コンパクトに設置するギヤ装置に関し、例えば３／８”のディレイラーチェーンと、自転車のクランクシャフトと後輪ハブとの間の変速比を設定するディレイラーとを有する。そのために、ギヤ装置は、クランクシャフトをその内部に有するハウジングを備えている。クランクシャフトは、ディレイラーチェーンを介して、選択された第２のスプロケットと係合する摺動可能な第１の駆動スプロケットを備え、この第２のスプロケットは、第２シャフトに配置されたそれぞれ直径の異なる第２のスプロケット群を形成する。ハウジングの外側の第２シャフトには第３のスプロケットが取り付けられ、ローラチェーンを介して後輪ハブの第４のスプロケットを駆動する。ディレイラーを用いてディレイラーチェーンを第２スプロケット群の間を移動させ、同時に、選択された第２のスプロケットに正対する位置に第１の駆動スプロケットを移動することにより、変速比を設定することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車のクランクシャフトと後輪ハブとの間の変速比を設定するギヤ装置において、
前記クランクシャフト（６）に取り付けられた第１の駆動スプロケット（１８）を備え、第１の駆動スプロケット（１８）は、第２シャフト（８）に取り付けられたそれぞれ直径の異なる第２のスプロケット群（２２）のうちの所望の一つのスプロケットに、第１のローラチェーン（２０）とディレイラー（３２）を介して連結可能であり、
前記第２シャフト（８）は、前記クランクシャフト（６）に平行に、比較的短い距離だけ離れて配置され、前記第２シャフト（８）には、さらに、第２ローラチェーン（２７）を介して前記後輪ハブ（２９）の第４スプロケット（２８）に連結される第３の駆動スプロケット（２５）が取り付けられることを特徴とするギヤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のギヤ装置において、
前記第１の駆動スプロケット（１８）は、前記ディレイラー（３２）によって、前記クランクシャフト（６）の軸方向に沿って移動可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のギヤ装置において、
前記第１の駆動スプロケット（１８）は、前記ディレイラー（３２）によって、前記第２シャフト（８）に取り付けられた前記第２のスプロケット群（２２）のそれぞれのスプロケットと正対して配置可能であり、前記第１のローラチェーン（２０）はそれぞれの場合において前記第１および第２のスプロケット（１８，２２）と一列になり、実質的に長手方向に負荷が作用することを特徴とするギヤ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ディレイラー（３２）は、互いから所定距離だけ離れて連結される２つの平行なプレート（３４，３５）を備え、２つの平行なプレート（３４，３５）は、少なくとも一つの操作ケーブル（４０）を用いて前記クランクシャフト（６）に平行な方向に移動可能であり、
前記プレート（３４，３５）は、前記プレート（３４，３５）が静止した状態で、前記第１のスプロケット（１８）が前記プレートに接触することなくその間を回転可能で、前記プレート（３４，３５）が移動する間は、前記第１のスプロケット（１８）がその間を前記クランクシャフト（６）に沿って移動可能なように、前記第１の駆動スプロケット（１８）に関して配置されることを特徴とするギヤ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第２シャフト（８）上の前記第２のスプロケット群（２２）は、大から小の順に配置され、最大のスプロケット（５５）は好ましくは前記第３のスプロケット（２５）側に配置されることを特徴とするギヤ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第２シャフト（８）の前記最大のスプロケット（５５）の直径は、前記第１の駆動スプロケット（１８）の直径以下であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第２シャフト（８）の前記第２スプロケット群（２２）は、１１から２４本の歯を有することを特徴とするギヤ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第１のローラチェーンは、ディレイラーチェーンであり、そのピッチが１２．７ｍｍ（１／２”）未満、好ましくは９．５ｍｍ（３／８”）未満で、特にほぼ８ｍｍであることを特徴とするギヤ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第１のローラチェーンは、そのリンク内幅が３．２ｍｍ（１／８”）未満、好ましくは２．６ｍｍであり、そのリンク外幅がほぼ７ｍｍであることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ディレイラー（３２）は、前記プレート（３４，３５）の間に、前記第１のローラチェーン（２０）を案内して張るチェーン引張装置（４２）を備えることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のギヤ装置において、
前記チェーン引張装置（４２）は、前記プレート（３４，３５）に平行に回動するアーム（４４）を備え、
前記アームの両端部には案内輪（４６，４７）が設けられ、案内輪（４６，４７）は、前記ローラチェーン（２０）を張るように、前記アームに連結された付勢バネ（４８）によって、前記ローラチェーン（２０）に対してそれぞれ反対の方向から押しつけ可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ギヤ装置（１）は、ハウジング（２）内に収められることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のギヤ装置において、
前記ハウジング（２）は、前記自転車のフレームに取り付け、または組み込まれる取付ブラケット（５）を備えることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のギヤ装置において、
前記ハウジング（２）は、前記ハウジング（２）に軸受け取り付けされた前記クランクシャフト（６）の位置が前記自転車の前記クランクシャフト（６）の標準位置に一致するように、前記取付ブラケット（５）に取付可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載のギヤ装置おいて、
前記ハウジング（２）に予め取り付けられた前記ギヤ装置（１）は、数個の固定手段により、前記取付ブラケット（５）に着脱可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１５のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ハウジング（２）は、前記ギヤ装置（１）の点検および整備のために、容易に着脱可能なカバー（７）を備えることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１７】
自転車のクランクシャフトと後輪ハブとの間の変速比を設定する、好ましくは請求項１から請求項１６のいずれかに記載のギヤ装置において、
その内部に軸受け取り付けされたクランクシャフト（６）を備えるコンパクトハウジング（２）と、
前記クランクシャフト（６）に摺動可能に設置された第１の駆動スプロケット（１８）と、
前記クランクシャフト（６）に平行に、比較的短い距離だけ離れて前記ハウジング（２）内に軸受け取り付けされた第２シャフト（８）と、
前記ハウジング（２）内の前記第２シャフト（８）に取り付けられ、それぞれ異なる直径を有する第２のスプロケット群２２と、
前記ハウジング（２）内の、前記クランクシャフト（６）と前記第２シャフト（８）との間に配置されるディレイラー（３２）と、
前記第１の駆動スプロケット（１８）と、前記ディレイラーによって選択された前記第２のスプロケット群（２２）の内の一つとの間に延在するとともに、好ましくは最大でほぼ３／８”（９．５ｍｍ）のピッチを有する第１のローラチェーン（２０）として構成されるディレイラーチェーンと、
前記ハウジング（２）の外側まで延びる前記第２シャフト（８）の一部に取り付けられ、第２のローラチェーン（２７）によって前記後輪ハブ（２９）の第４のスプロケット（２８）と連結する第３の駆動スプロケット（２５）とを備え、
上記構成要素は、前記ハウジング内で湿気、汚れおよび損傷から保護される前記ギヤ装置が、自転車のクランク間の通常のスペース内に適合して設置されるようにコンパクトに寸法決めされることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のギヤ装置において、
前記ディレイラー（３２）は、比較的短い距離だけ離れて互いに連結される平行な２つのプレート（３４，３５）と、前記プレート間に設置され、少なくとも前記ディレイラーチェーン（２０）を案内して張るチェーン引張装置（４２）とを備え、前記ディレイラー全体が前記第１の駆動スプロケット（１８）と前記第２のスプロケット群（２２）の間のスペース内に実質的に配置可能で、操作機構、とくに前記プレート（３４，３５）に係合する操作ケーブル（４０）により、前記クランクシャフト（６）に平行に移動可能であるように寸法決めされることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のいずれかに記載のギヤ装置を備える自転車において、
前記第２シャフトは、前記クランクシャフト（６）と前記後輪ハブ（２９）との間に、前記クランクシャフト（６）とほぼ同じ高さに配置されることを特徴とする自転車。
【請求項２０】
請求項１から請求項１８のいずれかに記載のギヤ装置を備える自転車において、
前記第２シャフト（８）は、サドル（６０）から前記クランクシャフト（６）の方向へ延びるフレームチューブ（５８）の端部の近傍に配置されることを特徴とする自転車。
【請求項２１】
請求項１２から請求項１８のいずれかに記載のギヤ装置を設置する方法において、
前記ハウジング（２）内のギヤ装置（１）は、前記自転車に設けられた取付ブラケット（５）に挿入され、その後、前記取付ブラケット（５）に固定されることを特徴とするギヤ装置の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、自転車のクランクシャフトと後輪ハブとの間の変速比を設定するギヤ装置に関する。
【０００２】
一般的に、ギヤ装置において、後輪ハブに設けられ、直径の異なる複数のスプロケットを有するスプロケットカセットを、クランクシャフトに固定されたスプロケットによって自転車のチェーンを介して駆動するものが知られている。クランクシャフトと後輪ハブとの間の所望の変速比を得るために、後輪ハブの近傍に配置されたディレイラー（変速機）によって、チェーンが後輪ハブの異なるスプロケット間を移動する。そのために、ディレイラーは２つの案内輪を有するチェーン引張装置を備えており、チェーンは２つの案内輪の回りおよびその間を通って導かれる。平行な２つのアームを用いることによって、これらの案内輪はそれぞれのスプロケットに正対するように配置され、案内輪とスプロケットの間にあるチェーンの一部を平行移動させることができる。
【０００３】
従来のギヤ装置の欠点は、スプロケットカセットおよびディレイラーが後輪ハブ上およびその近傍で多くのスペースをとってしまうことである。その結果、後輪のスポークは非対称に配置されることとなり、後輪の安定性と強度が損なわれてしまう。さらに、この装置を湿気および汚れから遮断することは困難であった。
【０００４】
本発明は、従来のギヤ装置の効果は維持したままで、その欠点を回避するものである。そのため、本発明によるギヤ装置は、請求項１に記載の特徴を有する。
スプロケット群とディレイラーとを後輪ハブからクランクシャフト付近の第２シャフトに移動することにより、非常にコンパクトなギヤ装置を実現することができる。このギヤ装置の寸法が限られているため、容易に保護ハウジング内に備えることができる。さらに、後輪ハブには第４スプロケット一つのみを設ければよい。従って、後輪のスポークを対称に張るスペースを確保することができ、スポークおよびリムに均等な負荷を作用させて後輪の強度および安定性を得ることができる。
【０００５】
効果的な実施の形態として、本発明によるギヤ装置は請求項２に記載の特徴を有する。
第１の駆動スプロケットがクランクシャフトの軸方向に移動可能であるため、非常にコンパクトなディレイラーを、理想的にはクランクシャフトの両端に取り付けられたクランクの間のスペースに、組み込むことができる。このディレイラーを用いることにより、両側のクランクの間に収まり、フレームの両端からほとんど突出しないギヤ装置を実現することができる。
【０００６】
さらなる実施の形態として、本発明によるギヤ装置は請求項３に記載の特徴を有する。
本発明によるディレイラーを用いることにより、第１の駆動スプロケットは、いずれの場合においても、駆動される第２のスプロケットに正対して配置される。これにより、第１のローラチェーンはこれらのスプロケットの間で一列になり、長手方向のみに負荷が作用する。これは、ローラチェーンの長寿命化に効果的である。さらに、ローラチェーンのよじれや曲がりを補整する必要がないので、非常に短いチェーンで十分であり、クランクシャフトと第２シャフトとの距離を減少させることができる。これにより、より一層コンパクトなギヤ装置を実現することができる。
【０００７】
さらに効果的な実施の形態として、本発明によるギヤ装置は請求項５または請求項６に記載の特徴を有する。
第１および第３の駆動スプロケット、および駆動される第２および第４のスプロケットの寸法設定の自由度が高いため、クランクシャフトと後輪ハブとの間の所望の変速比を維持しながらギヤ装置の形態を最適化することができる。例えば、ギヤ装置の寸法を最適化することができる。より一層コンパクトなギヤ装置とするために、第２シャフトの第３の駆動スプロケットの寸法を比較的小さく設定して、第２シャフトとクランクシャフトとの距離を減少することができる。第３の駆動スプロケットを小さくする一方で、第１の駆動スプロケットの寸法を増加、および／または後輪ハブの第４のスプロケットおよび／または第２シャフトの第２のスプロケット群の寸法を減少して、クランクシャフトと後輪ハブとの間の変速比を十分に大きな値に維持するようにする。
【０００８】
同様にして、他の形態、例えばディレイラーの動作を最適化することもできる。これは、順次の第２のスプロケット間の直径の差が小さくなるように選択したり、第２シャフトに取り付けられる第２および第３のスプロケットを低減することにより低下する第２シャフトに作用する力を選択することにより、ディレイラーの動作を向上させることができる。
【０００９】
さらなる実施の形態として、本発明によるギヤ装置は請求項７に記載の特徴を有する。
ギヤ装置の変速範囲および順次の変速比間の差は、第２のスプロケット群の歯車の数とともに、順次の第２のスプロケット群の間の歯数の差によって決定される。従って、順次の変速比の差が比較的大きく変速範囲が大きなもの、あるいは細かな調整が可能な小さな変速範囲を実現することができる。すなわち、第２のスプロケット群を選択することにより、種々の自転車の種類および走行状況に合わせてギヤ装置を調整することができる。
【００１０】
効果的な実施の形態として、本発明によるギヤ装置は請求項１０に記載の特徴を有する。
幅の狭いローラチェーンを用いることによって、第２のスプロケット群のスプロケット同士の間隔を狭く配置することができ、幅の狭いギヤ装置を実現することができる。ただし、ギヤ装置の幅は変更せずに、より多くの第２のスプロケットを設けて、ギヤ装置のスピードレンジを増加させることもできる。
【００１１】
特に効果的な実施の形態として、本発明によるギヤ装置は請求項１２に記載の特徴を有する。
ギヤ装置の構造がコンパクトであるため、ギヤ装置を容易にハウジング内に収めることができる。これにより、ギヤ装置を外部からの影響、例えば湿気や汚れから保護することができる。さらに部品の損傷の減少、整備の減少、および長寿命を得ることができる。これに加えて、ハウジングにより、例えば泥をはねてしまったり衣服を稼働部分に巻き込まれるというおそれからサイクリストを保護することができる。さらに、ハウジングは駆動部分、すなわちクランクシャフトや第２シャフトの構造を保持するためにも効果的である。これらのシャフトはハウジング内に容易に軸受け取付することができる。最後に、ハウジングによってギヤ装置の自転車への設置および取付が容易になり、取付ブラケットによってハウジングが自転車のフレームに固定されると、より容易に設置できる。
【００１２】
本発明は、本発明によるギヤ装置を備える、請求項１９に記載の特徴を有する自転車にも関する。
ギヤ装置の限られた寸法およびハウジングの剛性により、ギヤ装置は様々な位置で自転車のフレームに取付けられる。ここで、クランクシャフトの位置は実質的に固定され、クランクシャフトに関する第２シャフトの位置は変更可能である。その結果、ギヤ装置は種々の形状およびサイズのフレームへの設置に適合する。
【００１３】
従属する請求項において、本発明によるギヤ装置およびギヤ装置を備える自転車のさらなる効果的な実施の形態が記載されている。
【００１４】
本発明をより明確にするために、本発明によるギヤ装置の一実施の形態を、ギヤ装置の動作および自転車への設置方法とともに図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明によるギヤ装置の図２のＩ−Ｉ線による側面断面図である。
図２は、図１に示すギヤ装置の図１のＩＩ−ＩＩ線による上面断面図である。
図３は、図１および図２に示すディレイラーのチェーン引張装置の２つの位置を示す側面図である。
図４は、本発明によるギヤ装置の設置手順を示す図である。
図５は、本発明によるギヤ装置の自転車への設置位置として考えられる２つの例を示す図である。
【００１５】
図１および図２は、自転車３０のクランクシャフト６近傍の、フレーム部の間に設置されるギヤ装置１の側面断面図および上面断面図をそれぞれ示す。サイクリストによって駆動されるクランクシャフト６と後輪ハブ２９との間の変速比、すなわち加速度（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）は、ギヤ装置１によって、走行状況およびサイクリストの好みに合わせて調整できる。以降、駆動軸の回転数と非駆動軸の回転数との関係を、変速比とする。クランクシャフトおよび後輪ハブの間の変速比と、自転車の車輪の直径との積が加速度である。
【００１６】
ギヤ装置１は、第１の側板３および第２の側板４を有するハウジング２内に収められており、第１の側板３および第２の側板４は、取付ブラケット５によってその周囲に沿って互いに連結されている。ギヤ装置１は、この取付ブラケット５によって後述する方法により自転車に取り付けられる。クランクシャフト６は、第１および第２のボールベアリング９，１０を用いて、第１の側板３および第２の側板４の間に軸受け取付される。クランクシャフト６に平行で、かつクランクシャフト６から比較的短い距離だけ離れて、第２シャフト８が第３および第４のボールベアリング１１，１２それぞれによって軸受け取付される。第２シャフト８は、クランクシャフト６によって、具体的には、クランクシャフト６に設けられた第１の駆動スプロケット１８によって駆動される。第１の駆動スプロケット１８は、第１のローラチェーン２０を介して、第２シャフト８のスプロケットカセット２１の一部を構成する第２のスプロケット２２に連結される。一方、第２シャフト８は、第３のスプロケット２５を用いて、後輪ハブ２９を駆動する。第３のスプロケット２５は、第２のローラチェーン２７を介して後輪ハブ２９の第４のスプロケットに係合される
【００１７】
クランクシャフト６を駆動するため、このクランクシャフト６の両端部１３，１４はハウジング２の外側まで達しており、周知の方法によりクランク１６を介してペダル（不図示）に連結される。クランク１６とクランクシャフト端部１３，１４との連結により、サイクリストからペダルに加えられた実質的な力をクランクシャフト６に伝達できるように構成されている。これは、周知の方法、例えば、キー連結により、または図１および図２に示すようにキーなしで完結する連結方法により実現することができる。キーなし連結によって、テーパ状のクランクシャフト端部１３，１４の平らな４側面を介して上述した力が伝達される。
【００１８】
第１の駆動スプロケット１８は、キー１９によってクランクシャフト６に取り付けられる。そのために、クランクシャフト６にはキー溝が設けられており、一方、第１のスプロケット１８には軸穴が設けられている。これにより、第１のスプロケット１８は、キーによって案内されて図２の矢印Ａで示すようにクランクシャフト６の軸方向には移動できるが、クランクシャフト６に対して回転することはできない。なお、周知の他の方法によりこのような連結を実現できることは明らかである。例えば、第１のスプロケット１８の軸穴に設けたカムを用い、カムをクランクシャフト６の表面に軸方向に延在するスロットと係合させることができる。または、クランクシャフト６の長さ方向に延在するキー歯と、キー歯に対応する形状をした第１のスプロケット１８の軸穴とを用いることもできる。
【００１９】
第３の駆動スプロケット２５は、例えばプーリ２６を用いて、第２の側板４を貫通してハウジング２の外側まで延びた第２シャフト８の端部３１に固定される。さらに、この第２シャフト８には、スプロケットカセット２１が取り付けられており、例えば図２に示すように第２のキー２３および固定ナット２４を用いて、第２シャフト８の回転に抗して固定されている。スプロケットカセット２１は、直径および歯数の異なる第２のスプロケット群２２を備えている。第２のスプロケット群２２は、大きいものから小さいものへと順に配置され、最大の第２のスプロケット５５は、第２シャフト８に作用するねじれ力を低減するために第３の駆動スプロケット２５付近に配置されることが好ましい。
【００２０】
第１の駆動スプロケット１８と、それに対応する第２のスプロケット群２２のうちの一つのスプロケットとの間の第１のローラチェーン２０は、好ましくは最大で３／８”（９．５ｍｍ）のピッチをもつリンクを有している。ギヤ装置１の幅方向に取り得るスペースは、自転車のタイプ毎によって異なるクランク１６間の距離Ｂによって決定される。比較的幅の狭いローラチェーン２０を用いることにより、限られた幅Ｂの中により多くの第２のスプロケット群２２を配置することができ、可能な変速比の段数が増加する。
【００２１】
第２のスプロケット群２２の間でローラチェーン２０を移動させるために、ギヤ装置１にはディレイラー（変速機）３２が設けられている。ディレイラー３２は、第１プレート３４およびそれに平行な第２プレート３５を備えている。これらのプレート３４，３５は、２つの案内ピン３７，３８に沿って移動可能であり、２つの案内ピン３７，３８は、ハウジング２の第１および第２の側板３，４の間にクランクシャフト６に平行に取り付けられている。プレート３４，３５は、第２シャフト８のスプロケットカセット２１とクランクシャフト６の間に延在し、第１の駆動スプロケット１８の両側を、少なくとも部分的に覆っている。プレート３４，３５間の相対距離は、プレート３４，３５が案内ピン３７，３８に沿って移動するときに、第１の駆動スプロケット１８がその間をともに移動し、クランクシャフト６に沿って移動するように、一方、プレート３４，３４が静止しているときには、好ましくは第１の駆動スプロケット１８がプレート３４，３５の間を回転自在となるように設定されている。ディレイラー３２のプレート３４，３５は、互いから離れた側の面で、操作ケーブル４０の第１端部と連結されている。操作ケーブルは、その第２の端部で、自転車３０のハンドルバー５９上、またはその近傍に設けられた操作ハンドル４１に連結されている。この操作ハンドル４１およびケーブル４０によって、プレート３４，３５、およびプレート３４，３５間に配置される第１のスプロケット１８は、それぞれ案内ピン３７，３８，およびクランクシャフト６に沿って移動することができる。
【００２２】
ディレイラーには、さらにチェーン引張装置４２が設けられている。チェーン引張装置４２は、それぞれ異なる第２のスプロケット群２２に沿ったローラチェーン２０の横方向の移動に同調し、また、移動に伴うチェーン長さの変化を補整する。そのために、チェーン引張装置４２は、回動ピン４５を中心として回動可能で、プレート３４，３５に直交する２つの平行アーム４３，４４を備えている。回動アーム４３，４４の両端部の間には、第１および第２の案内輪４６，４７がプレート３４，３５の間で回動可能に取り付けられている。回動ピン４５から所定距離だけ離れた位置で、引っ張りバネ４８が２つの回動アーム４３，４４と係合しており、引っ張りバネ４８により、２つの案内輪４６，４７の間に導かれるチェーン２０が張られる。図３Ａおよび３Ｂは、ローラチェーン２０が最大直径の第２のスプロケット５５と係合した場合、および最小直径の第２のスプロケット５４と係合した場合の、チェーン引張装置４２の位置をそれぞれ示している。図３Ａに示す第１の位置においては、例えば、第１の駆動スプロケット１８および第２のスプロケット５５に掛け回すために、ローラチェーン２０の全長が必要となる。チェーン引張装置４２は最長位置にあり、引っ張りばね４８は伸張され、ローラチェーン２０は案内輪４６，４７の間でほぼ伸張されている。図３Ｂに示す第２の位置においては、第１のスプロケット１８と第２のスプロケット５４に掛け回すためのチェーン長さは短くてよい。引っ張りばね４８によって、第１の案内輪４６は上方向の力を、第２の案内輪４７は下方向の力をローラチェーン２０に作用させ、チェーン２０の余分な長さ部分を２つの案内輪４６，４７の間にＳ字状に張るようにする。これにより、チェーン２０がそれぞれ異なるスプロケット２２，５４，５５の間を移動する間、およびこれらと共働する間、チェーン２０の適切な張力が維持される。ここで、チェーン引張装置４２は、用いられ得るあらゆる種類のチェーンを、第１のスプロケット１８と第２のスプロケット群２２の内の一つのスプロケットとの間に案内して張力をかけるために適した案内部材を意味するものである。
【００２３】
プレート３４，３５間のスペースは限られているため、回動アーム４３，４４および引っ張りバネ４８は、例えば図１および図２に示すようにプレート３４，３５の外側に設置されている。さらに、最大および最小のスプロケット位置の間をローラチェーンが案内される間に案内輪４６，４７が通過する通路となるように、プレート３４，３５には２つのアーチ形のスロット４９，５０が設けられている。
【００２４】
さらに、ディレイラー４２には、クランクシャフト６に沿った第１の駆動スプロケット１８の移動量を制限するように制限手段５１を設けることが好ましい。これにより、第１の駆動スプロケット１８がそれぞれ最も外側に位置する２つのスプロケット５４，５５を越えて移動することを防止する。例えば、第１の側板３および／または第２の側板４と、プレート３４，３５との間に、突起部または種々のスペーサを設けることによって、このような制限手段を形成することができる。
【００２５】
上述したギヤ装置１の動作を、以下に説明する。例えば、図２に示す位置、すなわち第１の駆動スプロケット１８が最大の第２のスプロケット５５に対向する位置を、スタート位置とする。この位置は、ギヤ装置の最小の変速比、すなわち最低スピードに対応する。この位置において、操作ハンドル４１もまた最左位置にあり、図２に示す左操作ケーブル４０Ｌがこれ以上左側に引っ張られないようになっている。また、このために、上述したような制限手段５１を設けることもできる。操作ハンドル４１が反対方向、すなわち右側操作ケーブル４０Ｒを引っ張る方向に操作されると、２つのプレート３４，３５が案内ピン３７，３８に沿って右側に移動し、これにより第１の駆動スプロケット１８もまたクランクシャフト６に沿って移動する。さらに、ローラチェーン２０が横方向に引っ張られ、所定のタイミングで最大のスプロケットではなく次のスプロケット５６の１本の歯がローラチェーン２０のリンクとかみ合い、残りの歯とリンクが続いてかみ合う。スプロケット５６に掛け回すために必要なチェーン長さは、スプロケット５５に必要なチェーン長さよりも短い。この長さの差は、上述したチェーン引張装置４２を用いた方法により補整される。このようにして、第１の駆動スプロケット１８は、最小の第２のスプロケット５４まで第２のスプロケット群２２を順に移動する。制限手段５１は、第１の駆動スプロケット１８が最小のスプロケット５４側からさらに移動することを防止するように組み込まれることが好ましい。操作ハンドル４１を反対方向に操作することにより、第１の駆動スプロケット１８は、上述した方法と同様にして最大のスプロケット５５の方向に戻る。ただし、この場合、必要となるローラチェーンの長さは増加していく。したがって、スプロケット１８がクランクシャフト６に沿って移動する間、チェーン引張装置４２は図３Ｂに示す位置から図３Ａに示す位置へと移動する。
【００２６】
図４は、ギヤ装置１がどのようにして自転車３０に設置されるかの一例を示す図である。取付ブラケット５は、例えば溶接によって自転車フレームの数本のバーに固定される。この取付ブラケット５は、推進力を吸収して残りの自転車フレームに伝達することができる強度および剛性を持つように設計されている。ブラケットは、例えば鋼から製造することができる。ただし、軽量化の観点から、アルミニウムやプラスチック等から製造することが好ましい。ブラケット５を固定した後、クランクシャフト６，第２シャフト８，スプロケットカセット２１およびディレイラー３２をその間に備えた第１および第２の側板３，４の全体を、取付ブラケット５の中に挿入する。ブラケット５とハウジングプレート３，４は、ボルトとナットを用いてブラケット５とハウジングプレート３，４とが互いに組み付けられるように、それぞれ対応する位置に穴部６０が設けられている。そして、ギヤ装置が挿入されるブラケット５の入口位置にはカバー７が設けられる。これにより、取り付けられた状態で、第１の側板３，第２の側板４，取付ブラケット５およびカバー７によって閉鎖されたハウジング２が形成される。もちろん、ハウジング２とブラケット５を自転車に一度に取り付けることも可能である。ハウジング２により、ギヤ装置１を容易に設置することができる。さらに、ハウジング２によってギヤ装置１は汚れ、湿気および予期しない外力から保護され、また、サイクリストが使用中にギヤ装置１の駆動部分と接触してしまうことを防止できる。さらに、ハウジング２，とくにブラケット５は、上述したように必要な剛性と強度とを備えるように構成される。このようなギヤ装置１の剛性および限られたコンパクトな寸法により、ギヤ装置の設置の自由度が向上する。クランクシャフト６の位置はほぼ固定しているが、第２シャフト８の位置は変更可能である。図５Ａおよび５Ｂに、設置位置の２つの例を示す。図５Ａにおいて、第２シャフト８は、進行方向に向かってクランクシャフト６の後方にクランクシャフト６とほぼ同じ高さに配置されている。一方、図５Ｂにおいて、第２シャフト８はクランクシャフト６の斜め上方に、サドルチューブに沿って配置されている。このような設置位置の違いは、とくにリアフォークの方向および長さに影響を及ぼす。曲げ荷重に代えて最適な軸荷重を実現するために、リアフォークが第２のローラチェーンの上半分と好ましくはほぼ平行に取り付けられると、図５Ｂに示す設置位置においてリアフォークを最短とすることができる。これは、例えばレーシングサイクルに適している。異なる配置が可能であることから、ギヤ装置１は形状およびサイズの異なる数多くのフレームへの使用に適している。
【００２７】
さらに、本発明によるギヤ装置１を用いることによって、後輪ハブ２９には第４のスプロケット２８一つのみを装着すればよいので、自転車の後輪のスポークを対称に張ることができる。さらに、第３の駆動スプロケット２５を適切に選択した場合には、このスプロケット２８の寸法をコンパクトにすることができる。これは、第２のスプロケットが後輪ハブに設置され多大なスペースを占めてしまうために、後輪の左右側で異なるスポークを使用し、異なる位置に配置しなければならなかった従来のギヤ装置とは対照的である。スポークが対称に張られた車輪は、車輪に作用する力がスポークに均等に分配されるため、強く、安定性があり、長寿命である。さらに、スポークが対称であれば製造が容易である。
【００２８】
なお、本発明は図面を用いて説明した上記実施の形態には限定されないことは明らかである。請求項に記載される本発明の範囲内で、種々の変更が可能である。
【００２９】
例えば、ギヤ装置を、ハウジングの外側に設けたオーバードライブ装置と組み合わせることもできる。そのために、第２シャフトの第３の駆動スプロケットの隣りにもう一つの駆動スプロケットを設けることができる。これは、周知の前方ディレイラーとともに設置することができる。ただし、第２シャフトと後輪ハブとの間の第２ローラチェーンを張った状態に維持するために、もう一つのチェーン引張装置が必要である。これにより、ギヤ装置において可能なスピード（変速比）の数を増加すること、または少ない第２のスプロケット群によって同じ数のスピード（変速比）を実現することができる。
【００３０】
また、本発明によるギヤ装置を、後輪ハブに最大で２つか３つのスプロケットのみを有する幅の狭いスプロケットカセットと、それと協調する第２のディレイラーとを設けた周知のギヤ装置と組み合わせることもできる。これにより、設定できる変速比の数がさらに増加する。ギヤハブ、例えば３段変速ハブを設置することによっても、同様の結果を得ることができる。さらに、操作ケーブルの内の一本を、ディレイラーのプレートとハウジングの側板との間のバネで置き換えることもできる。これにより、より簡単な操作機構を実現することができ、さらに、操作ケーブルが切れたり緩んだりした場合に、ディレイラーを所望の位置、例えば最小の第２スプロケットに対向する位置まで戻すことができる。異なる変速比の調整のために、周知の手段を用いることができる。
【００３１】
これらの変形例、およびその他の多くの変形例も、請求項に記載された本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるギヤ装置の図２のＩ−Ｉ線による側面断面図である。
【図２】図１に示すギヤ装置の図１のＩＩ−ＩＩ線による上面断面図である。
【図３】図１および図２に示すディレイラーのチェーン引張装置の２つの位置を示す側面図である。
【図４】本発明によるギヤ装置の設置手順を示す図である。
【図５】本発明によるギヤ装置の自転車への設置位置として考えられる２つの例を示す図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年5月17日(2002.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車のクランクシャフトと後輪ハブとの間の変速比を設定するギヤ装置において、
前記クランクシャフト（６）に取り付けられた第１の駆動スプロケット（１８）を備え、第１の駆動スプロケット（１８）は、第２シャフト（８）に取り付けられたそれぞれ直径の異なる第２のスプロケット群（２２）のうちの所望の一つのスプロケットに、第１のローラチェーン（２０）とディレイラー（３２）を介して連結可能であり、
前記第２シャフト（８）は、前記クランクシャフト（６）に平行に、比較的短い距離だけ離れて配置され、前記第２シャフト（８）には、さらに、第２ローラチェーン（２７）を介して前記後輪ハブ（２９）の第４スプロケット（２８）に連結される第３の駆動スプロケット（２５）が取り付けられるギヤ装置であって、
前記ディレイラーは、前記第１の駆動スプロケット（１８）と前記第２のスプロケット群（２２）との間のスペース内に実質的に配置可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のギヤ装置において、
前記第１の駆動スプロケット（１８）は、前記ディレイラー（３２）によって、前記クランクシャフト（６）の軸方向に沿って移動可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のギヤ装置において、
前記第１の駆動スプロケット（１８）は、前記ディレイラー（３２）によって、前記第２シャフト（８）に取り付けられた前記第２のスプロケット群（２２）のそれぞれのスプロケットと正対して配置可能であり、前記第１のローラチェーン（２０）はそれぞれの場合において前記第１および第２のスプロケット（１８，２２）と一列になり、実質的に長手方向に負荷が作用することを特徴とするギヤ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ディレイラー（３２）は、互いから所定距離だけ離れて連結される２つの平行なプレート（３４，３５）を備え、２つの平行なプレート（３４，３５）は、少なくとも一つの操作ケーブル（４０）を用いて前記クランクシャフト（６）に平行な方向に移動可能であり、
前記プレート（３４，３５）は、前記プレート（３４，３５）が静止した状態で、前記第１のスプロケット（１８）が前記プレートに接触することなくその間を回転可能で、前記プレート（３４，３５）が移動する間は、前記第１のスプロケット（１８）がその間を前記クランクシャフト（６）に沿って移動可能なように、前記第１の駆動スプロケット（１８）に関して配置されることを特徴とするギヤ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第２シャフト（８）上の前記第２のスプロケット群（２２）は、大から小の順に配置され、最大のスプロケット（５５）は好ましくは前記第３のスプロケット（２５）側に配置されることを特徴とするギヤ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第２シャフト（８）の前記最大のスプロケット（５５）の直径は、前記第１の駆動スプロケット（１８）の直径以下であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第２シャフト（８）の前記第２スプロケット群（２２）は、１１から２４本の歯を有することを特徴とするギヤ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第１のローラチェーンは、ディレイラーチェーンであり、そのピッチが１２．７ｍｍ（１／２”）未満、好ましくは９．５ｍｍ（３／８”）未満で、特にほぼ８ｍｍであることを特徴とするギヤ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記第１のローラチェーンは、そのリンク内幅が３．２ｍｍ（１／８”）未満、好ましくは２．６ｍｍであり、そのリンク外幅がほぼ７ｍｍであることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ディレイラー（３２）は、前記プレート（３４，３５）の間に、前記第１のローラチェーン（２０）を案内して張るチェーン引張装置（４２）を備えることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のギヤ装置において、
前記チェーン引張装置（４２）は、前記プレート（３４，３５）に平行に回動するアーム（４４）を備え、
前記アームの両端部には案内輪（４６，４７）が設けられ、案内輪（４６，４７）は、前記ローラチェーン（２０）を張るように、前記アームに連結された付勢バネ（４８）によって、前記ローラチェーン（２０）に対してそれぞれ反対の方向から押しつけ可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ギヤ装置（１）は、ハウジング（２）内に収められることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のギヤ装置において、
前記ハウジング（２）は、前記自転車のフレームに取り付け、または組み込まれる取付ブラケット（５）を備えることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のギヤ装置において、
前記ハウジング（２）は、前記ハウジング（２）に軸受け取り付けされた前記クランクシャフト（６）の位置が前記自転車の前記クランクシャフト（６）の標準位置に一致するように、前記取付ブラケット（５）に取付可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載のギヤ装置おいて、
前記ハウジング（２）に予め取り付けられた前記ギヤ装置（１）は、数個の固定手段により、前記取付ブラケット（５）に着脱可能であることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１５のいずれかに記載のギヤ装置において、
前記ハウジング（２）は、前記ギヤ装置（１）の点検および整備のために、容易に着脱可能なカバー（７）を備えることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１７】
自転車のクランクシャフトと後輪ハブとの間の変速比を設定する、好ましくは請求項１から請求項１６のいずれかに記載のギヤ装置において、
その内部に軸受け取り付けされたクランクシャフト（６）を備えるコンパクトハウジング（２）と、
前記クランクシャフト（６）に摺動可能に設置された第１の駆動スプロケット（１８）と、
前記クランクシャフト（６）に平行に、比較的短い距離だけ離れて前記ハウジング（２）内に軸受け取り付けされた第２シャフト（８）と、
前記ハウジング（２）内の前記第２シャフト（８）に取り付けられ、それぞれ異なる直径を有する第２のスプロケット群２２と、
前記ハウジング（２）内の、前記クランクシャフト（６）と前記第２シャフト（８）との間に配置されるディレイラー（３２）と、
前記第１の駆動スプロケット（１８）と、前記ディレイラーによって選択された前記第２のスプロケット群（２２）の内の一つとの間に延在するとともに、好ましくは最大でほぼ３／８”（９．５ｍｍ）のピッチを有する第１のローラチェーン（２０）として構成されるディレイラーチェーンと、
前記ハウジング（２）の外側まで延びる前記第２シャフト（８）の一部に取り付けられ、第２のローラチェーン（２７）によって前記後輪ハブ（２９）の第４のスプロケット（２８）と連結する第３の駆動スプロケット（２５）とを備え、
上記構成要素は、前記ハウジング内で湿気、汚れおよび損傷から保護される前記ギヤ装置が、自転車のクランク間の通常のスペース内に適合して設置されるようにコンパクトに寸法決めされることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のギヤ装置において、
前記ディレイラー（３２）は、比較的短い距離だけ離れて互いに連結される平行な２つのプレート（３４，３５）と、前記プレート間に設置され、少なくとも前記ディレイラーチェーン（２０）を案内して張るチェーン引張装置（４２）とを備え、前記ディレイラー全体が前記第１の駆動スプロケット（１８）と前記第２のスプロケット群（２２）の間のスペース内に実質的に配置可能で、操作機構、とくに前記プレート（３４，３５）に係合する操作ケーブル（４０）により、前記クランクシャフト（６）に平行に移動可能であるように寸法決めされることを特徴とするギヤ装置。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のいずれかに記載のギヤ装置を備える自転車において、
前記第２シャフトは、前記クランクシャフト（６）と前記後輪ハブ（２９）との間に、前記クランクシャフト（６）とほぼ同じ高さに配置されることを特徴とする自転車。
【請求項２０】
請求項１から請求項１８のいずれかに記載のギヤ装置を備える自転車において、
前記第２シャフト（８）は、サドル（６０）から前記クランクシャフト（６）の方向へ延びるフレームチューブ（５８）の端部の近傍に配置されることを特徴とする自転車。
【請求項２１】
請求項１２から請求項１８のいずれかに記載のギヤ装置を設置する方法において、
前記ハウジング（２）内のギヤ装置（１）は、前記自転車に設けられた取付ブラケット（５）に挿入され、その後、前記取付ブラケット（５）に固定されることを特徴とするギヤ装置の設置方法。
【国際調査報告】
2004504229.tif 000030
2004504229.tif 000031