モータ内蔵自転車用ハブ
【課題】モータ内蔵自転車用ハブにおいて、軸受の外輪をすきま嵌めでロータに装着しても騒音を抑えることができるようにする。
【解決手段】モータ内蔵ハブは、ハブ軸１５と、モータと、第１軸受６６ａと、第２軸受６６ｂと、移動制限部６８と、押圧部７３と、を備えている。モータは、ロータ２１と、ロータ２１の外周側に配置されるステータと、を有する。第１軸受６６ａ及び第２軸受６６ｂは、ハブ軸１５に装着される第１内輪７１ａ及び第２内輪７２ａとロータ２１に装着される第１外輪７１ｂ及び第２外輪７２ｂと両輪の間に配置される第１転動体７１ｃ及び第２転動体７２ｃとを有する。移動制限部６８は、第１内輪７１ａの、第２軸受６６ｂから離反する方向の移動を制限する。押圧部７３は、第１外輪７１ｂを第２軸受６６ｂに向けて押圧可能である。
【解決手段】モータ内蔵ハブは、ハブ軸１５と、モータと、第１軸受６６ａと、第２軸受６６ｂと、移動制限部６８と、押圧部７３と、を備えている。モータは、ロータ２１と、ロータ２１の外周側に配置されるステータと、を有する。第１軸受６６ａ及び第２軸受６６ｂは、ハブ軸１５に装着される第１内輪７１ａ及び第２内輪７２ａとロータ２１に装着される第１外輪７１ｂ及び第２外輪７２ｂと両輪の間に配置される第１転動体７１ｃ及び第２転動体７２ｃとを有する。移動制限部６８は、第１内輪７１ａの、第２軸受６６ｂから離反する方向の移動を制限する。押圧部７３は、第１外輪７１ｂを第２軸受６６ｂに向けて押圧可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ハブ、特に、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力をモータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。アシスト自転車には、モータ内蔵自転車用ハブが設けられているものがある。モータ内蔵自転車用ハブにおいて、ロータを左右一対の転がり軸受で支持されたものが従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３５５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば組立て性を考慮して、外輪をすきま嵌めでロータに装着する必要がある場合では、外輪のガタツキによる騒音が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明の課題は、モータ内蔵自転車用ハブにおいて、軸受の外輪をすきま嵌めでロータに装着しても騒音を抑えることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブである。モータ内蔵自転車用ハブは、ハブ軸と、モータと、第１軸受と、第２軸受と、移動制限部と、押圧部と、を備えている。モータは、ハブ軸回りに回転するロータと、ハブ軸に対して回転不能でありロータの外周側に配置されるステータと、を有する。第１軸受は、第１内輪と第１外輪と第１転動体とを有し、ロータをハブ軸に回転自在に支持するためのものである。第１内輪は、ハブ軸に装着される。第１外輪は、ロータに装着される。第１転動体は、第１内輪及び第１外輪の間に配置される。第２軸受は、第２内輪と第２外輪と第２転動体とを有し、ハブ軸方向に第１軸受とは間隔を隔てて配置され、ロータをハブ軸に回転自在に支持するためのものである。第２内輪は、ハブ軸に装着される。第２外輪は、ロータに装着される。第２転動体は、第２内輪及び第２外輪の間に配置される。移動制限部は、第１内輪の、第２軸受から離反する方向の移動を制限する。押圧部は、第１外輪を第２軸受に向けて押圧可能である。
【０００７】
このモータ内蔵自転車用ハブでは、第１外輪は、押圧部により第２軸受に向けて押圧されている。また、第１内輪は、移動制限部により第２軸受から離反する方向の移動が規制されている。これにより、第１外輪をすきま嵌めでロータに装着しても、移動制限部材によって移動が制限される第１内輪に対して、第１外輪だけ第２軸受とは反対側に移動しようとすることを抑制することができる。第１外輪の第２軸受とは反対側への移動を規制することにより第１外輪のガタツキを抑えることができ、軸受の外輪をすきま嵌めでロータに装着しても騒音を抑えることができる。
【０００８】
発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、押圧部は、第１外輪を付勢する付勢部材を有する。
【０００９】
この場合には、弾性体及びばね部材等の付勢部材により第１外輪を押圧できるので、安定して第１外輪を押圧できる。
【００１０】
発明３に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、付勢部材は、ばね部材である。
【００１１】
この場合には、コイルばねや皿ばね等のばね部材は、ゴム等の弾性体に比べて長期間にわたり安定して第１外輪を付勢できる。
【００１２】
発明４に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１から３のいずれかに係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、ロータの回転を減速する減速機構をさらに備える。ロータは、減速機構に連結されている。
【００１３】
この場合には、モータの回転が減速機構により減速されるので、車輪の回転トルクを大きくすることができる。
【００１４】
発明５に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明４に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、付勢部材は、第１端が減速機構に当接し、第２端が第１外輪に当接する。
【００１５】
この場合には、付勢部材が異なる部材に当接しているため、付勢部材の形状及び配置の自由度が高くなる。また付勢部材を配置するときに、減速機構との間に生じる空間を効率的に利用することができ、付勢部材を配置するために自転車用ハブが大型化することを抑制することができる。
【００１６】
発明６に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明５に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、押圧部は、減速機構に装着された第１位置決め部と、ロータに軸方向移動自在に装着された第２位置決め部と、を有する。第１位置決め部は、付勢部材の第１端側をハブ軸の径方向に位置決めする。第２位置決め部は、付勢部材の第２端側をハブ軸の径方向に位置決めする。
【００１７】
この場合には、付勢部材のハブ軸の径方向の位置が位置決めされるので、ロータが回転して付勢部材に遠心力が作用しても、付勢部材が付勢方向以外に移動しにくくなり、付勢力が安定する。
【００１８】
発明７に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明５又は６に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、減速機構は、ロータに一体回転可能に連結された太陽ギアを有する遊星歯車機構である。付勢部材の第１端は、太陽ギアに当接している。
【００１９】
この場合には、付勢部材が一体回転する太陽ギアに当接するので、ロータが回転したときに、付勢部材を第１外輪とともに回転させることが可能となり、付勢部材と第１外輪との擦動を抑制することができる
発明８に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１から７のいずれかに係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、移動制限部は、ハブ軸の外周面から突出して形成され、第１内輪に接触可能な突起を有する。
【００２０】
この場合には、ハブ軸に突起を設けるだけの簡素な構成で第１内輪の移動を規制できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、移動制限部側の第１外輪は、押圧部により第２軸受に向けて押圧されている。また、第１内輪は、移動制限部により第２軸受から離反する方向の移動が規制されている。これにより、第１外輪をすきま嵌めでロータに装着しても、移動制限部材によって移動が制限される第１内輪に対して、第１外輪だけ第２軸受とは反対側に移動しようとすることを抑制することができる。第１外輪の第２軸受とは反対側への移動を規制することによって、第１外輪のガタツキを抑えることができ、軸受の外輪をすきま嵌めでロータに装着しても騒音を抑えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態によるモータ内蔵ハブの斜視図。
【図２】モータ内蔵ハブの断面図。
【図３】ロータ支持部分の断面拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１において、本発明の一実施形態によるモータ内蔵ハブ１０は、人力による駆動をモータにより補助するアシスト自転車に用いられる。
【００２４】
＜モータ内蔵ハブの概略構成＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪のハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、自転車のフロントフォークの先端の前爪部１０３ａに装着されており、人力による駆動を補助するためのものである。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、モータ１１と、第１軸受６６ａと、第２軸受６６ｂと、スペーサ６７と、移動制限部６８と、押圧部７３と、を備えている。また、モータ内蔵ハブ１０は、モータケース１７と、モータケース１７内に収納された回転伝達機構２５と、をさらに備えている。モータ１１は、ハブ軸１５回りに回転するロータ２１と、ハブ軸１５に対して回転不能でありロータ２１の外周側に配置されるステータ２２と、を有している。第１軸受６６ａは、ロータ２１をハブ軸１５に回転自在に支持するための転がり軸受である。第２軸受６６ｂは、ハブ軸方向に第１軸受６６ａとは間隔を隔てて配置され、ロータ２１をハブ軸１５に回転自在に支持するための転がり軸受である。移動制限部６８は、第１軸受６６ａの第２軸受６６ｂから離反する方向の移動を制限する。押圧部７３は、第１軸受６６ａの後述する第１外輪７１ｂを第２軸受６６ｂに向けて押圧する。
【００２５】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、焼き入れが行われていない鋼鉄等の鉄系金属製であり、前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、前爪部１０３ａに固定するためのナット部材５０が螺合する左右１対の第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂの外周面には、互いに平行な二面を有する第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄが形成されている。第２係止部１５ｄのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２を回転不能に連結するための回転係止部１５ｅが形成されている。第１雄ねじ部１５ａには、ナット部材５０と、第１ロックナット５１と、が螺合している。第２雄ねじ部１５ｂには、ナット部材５０と、第１ケース部材３２をハブ軸１５に固定する第２ロックナット５２と、が螺合している。ナット部材５０の軸方向内方には、第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォークの装着溝に係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ５４がそれぞれ装着されている。
【００２６】
また、第１雄ねじ部１５ａのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第２ケース部材３４の第２端を回転自在に支持する軸受３１が螺合する第３雄ねじ部１５ｆが形成されている。ハブ軸１５の中間部分は、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂより大径である。
【００２７】
ハブ軸１５の第１軸受６６ａの装着部分には、外周面から突出する突起で構成される移動制限部６８が形成されている。移動制限部６８は、この実施形態では、ハブ軸１５と一体形成された環状突起６８ａで構成されている。移動制限部６８は、第１軸受６６ａの後述する第１内輪７１ａに接触して、第１内輪７１ａの第２軸受６６ｂから離反する方向の移動を規制する。
【００２８】
＜モータケース＞
図２に示すように、モータケース１７は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、第１ケース部材３２に第１端（図２右端）が、ハブ軸１５に第２端（図２左端）がそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００２９】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に固定されるカバー部材３８と、有している。カバー部材３８とケース本体３６との間には、空間が形成される。ケース本体３６及びカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３０】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される円形の隔壁部３６ｂと、隔壁部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５の回転係止部１５ｅに回転不能に連結される非円形の連結孔３６ｄが形成されている。ケース本体３６は、第２ロックナット５２によりハブ軸１５に回転不能に固定される。
【００３１】
隔壁部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。隔壁部３６ｂの内側面には、モータ１１のステータ２２の位置を調整するための筒部４３ｄが形成されている。筒部４３ｄの径方向外方の隔壁部３６ｂの内側面には、モータ１１のステータ２２をボルト部材３９により固定するための複数（たとえば３つ）のネジ穴４３ｅが周方向に間隔を隔てて形成されている。隔壁部３６ｂの第１円筒部３６ｃと筒部４３ｄの間には、周方向に間隔を隔てて配置された複数（たとえば３つ）の取付部４３ｆが形成されている。
【００３２】
第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の軸受３０の内輪３０ａが装着されている。第１円筒部３６ｃの先端部外周面には、第１円筒部３６ｃに回転不能に連結される筒状のギア取付部３５が同芯に位置決めして嵌合している。ギア取付部３５は、第１円筒部３６ｃの外周面に嵌合する一端（図２右端）が円筒部分３５ａと、円筒部分３５ａの内周面に一体形成される環状の取付部分３５ｂと、を有している。円筒部分３５ａの他端（図２左端）の内周面には、後述する内歯ギア４８ｂが回転不能に連結されるセレーション部３５ｃを有している。ギア取付部３５は、３つの取付部４３ｆにボルト部材４５により固定されている。
【００３３】
カバー部材３８は、図１に示すように、外側面に凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。凹部３２ａは、様々な形状のフロントフォークを挿入可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。
【００３４】
図２に示すように、第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状部の部材である。第２ケース部材３４は、軸受３１に支持される第２ボス部３４ｂと、第２ボス部３４ｂと一体形成された円板部３４ｃと、円板部３４ｃの外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。
【００３５】
第２ボス部３４ｂの内周面には、ハブ軸１５との間に軸受３１が装着されている。軸受３１は、内輪３１ａがハブ軸１５に形成された第３雄ねじ部１５ｆに螺合して軸方向位置を調整可能である。調整後の内輪３１ａは、第１ロックナット５１により回り止めされる。外輪３１ｂは、第２ボス部３４ｂの内周面に装着されている。
【００３６】
第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に軸受３０の外輪３０ｂが装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪のリムとモータ内蔵ハブ１０とをスポークにより連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔て形成されている。
【００３７】
＜モータ＞
モータ１１は、前述したように、ロータ２１と、ロータ２１の外周側にロータ２１と対向して配置されるステータ２２と、を有している。
【００３８】
ロータ２１は、ハブ軸１５に回転自在に支持されている。ロータ２１は、たとえば周方向に複数の磁極を有する磁石２１ａと、磁石２１ａを保持する磁石保持部２１ｂとを有している。磁石保持部２１ｂは、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置される第１軸受６６ａ及び第２軸受６６ｂによりハブ軸１５に回転自在に支持されている。
【００３９】
ステータ２２は、ロータ２１の外周側に配置されている。ステータ２２は、ケース本体３６の隔壁部３６ｂに固定され、周方向に間隔を隔てて配置される複数（たとえば６つ）のコイル部４６を有している。また、ステータ２２は、コイル部４６を固定するための取付部４９を有している。取付部４９は、ヨークとして機能する。取付部４９は、金属製の筒状部材であり、一端外周面に３つの固定用の凸部４９ａを有している。取付部４９は、芯出し筒部４３ｄの外周面に装着され、内周面が芯出し筒部４３ｄにより芯出される。この実施形態では、凸部４９ａを貫通してネジ穴４３ｅに螺合する３本のボルト部材３９により、取付部４９は、隔壁部３６ｂに固定されている。複数のコイル部４６は、図示しないモータ制御回路によりスイッチングされた交流により順次励磁され、ロータ２１を自転車の進行方向に回転させる。
【００４０】
＜第１軸受及び第２軸受並びにスペーサ＞
第１軸受６６ａは、図３に示すように、ロータ２１の回転軸線方向の第１端の内周面とハブ軸１５の外周面との間に配置されている。第１軸受６６ａは、ハブ軸１５に装着される第１内輪７１ａと、ロータ２１に装着される第１外輪７１ｂと、第１内輪７１ａ及び第１外輪７１ｂの間に配置される第１転動体７１ｃとを有している。第１内輪７１ａは、前述したように移動制限部６８に接触して配置されている。第１内輪７１ａは、ハブ軸１５の外周面にしまり嵌めで装着されている。したがって、第１内輪７１ａは、ハブ軸１５の外周面に圧入により移動制限部６８に接触して固定されている。また第１内輪７１ａはスペーサ６７、第２内輪７２ｂ、第１ボス部３６ａおよび第２ロックナット５２を含む第１内輪押圧構造によって、移動制限部６８側に押圧されている。第１外輪７１ｂは、ロータ２１の第１端の内周面で磁石保持部２１ｂに凹んで形成された第１軸受収納部２１ｃに第２軸受６６ｂ側への移動が制限された状態で、すきま嵌めで装着されている。第１外輪７１ｂの第２軸受６６ｂ側の側面は、磁石保持部２１ｂの凹部の段差部分に接触してもよく、磁石保持部２１ｂの凹部の段差部分からわずかに離反していてもよい。
【００４１】
第２軸受６６ｂは、ロータ２１の磁石保持部２１ｂの回転軸線方向の第２端の内周面とハブ軸１５の外周面との間に配置されている。第２軸受６６ｂは、ハブ軸１５に装着される第２内輪７２ａと、ロータ２１に装着される第２外輪７２ｂと、第２内輪７２ａ及び第２外輪７２ｂの間に配置される第２転動体７２ｃとを有している。第２内輪７２ａは、第１内輪７１ａとスペーサ６７を挟んで配置されている。第２内輪７２ａは、ハブ軸１５の外周面にすきま嵌めで装着されている。しかし、第２内輪７２ａは、スペーサ６７とケース本体３６の第１ボス部３６ａとの間に配置されており、ハブ軸方向に移動できない。
【００４２】
ハブ軸１５において、第１内輪と第２内輪との内径が同一の場合には、第２内輪７２ａの第２装着部分１５ｈは、第１内輪７１ａの第１装着部分１５ｇより外径が僅かに小さい。これにより、第２内輪７２ａをすきま嵌めで装着できる。なお、図３では、わかりやすくするために第１装着部分１５ｇと第２装着部分１５ｈの外径の差を実際より大きく描いている。第１内輪の内径が第２内輪との内径よりもわずかに大きい場合には、第２装着部分１５ｈを第１装着部分１５ｇと等しい外形とすることができる。第２外輪７２ｂは、ロータ２１の第２端で磁石保持部２１ｂの内周面に凹んで形成された第２軸受収納部２１ｄにしまり嵌めで装着されている。したがって、第２外輪７２ｂは第２軸受収納部２１ｄに圧入により固定されている。第２外輪７２ｂの第１外輪７１ａ側の側面が、磁石保持部２１ｂの凹部の段差部分に接触し、第２外輪７２ｂは位置決めされる。
【００４３】
なお、ハブ軸１５において、第２装着部分１５ｈと第２雄ネジ部１５ｂが形成された部分との段差１５ｉは、第２軸受６６ｂの第１軸受６６ａとは反対側の端面より第１軸受６６ａ側に位置している。また、第１装着部分１５ｇと第２装着部分１５ｈとの境界部分１５ｊは、第２軸受６６ｂの第１軸受６６ａ側の端面より第１軸受６６ａ側に位置している。
【００４４】
スペーサ６７は、第１内輪７１ａと第２内輪７２ａとの間に配置された金属製の筒状の部材である。スペーサ６７は、ハブ軸１５の外径より大きい内径を有している。スペーサ６７の第１内輪７１ａに接触する部分の外径は、第１外輪７１ｂの内径より小さければよく、スペーサ６７の第２内輪７２ａに接触する部分の外径は、第２外輪７２ｂの内径より小さければよい。この実施形態では、スペーサ６７の外径は、第１内輪７１ａおよび第２内輪７２ａの外径よりも小さい。このスペーサ６７により、すきま嵌めでハブ軸１５に装着された第２軸受６６ｂの第２内輪７２ａの軸方向及び回転方向の移動を抑制している。これを実現するために、第２ロックナット５２が押圧部材として機能し、第２内輪７２ａを第１内輪７１ａ側に押圧する。第２ロックナット５２は、前述したように、ケース本体３６をハブ軸に固定するためのものである。しかし、第２ロックナット５２を締め込むと、第２ロックナット５２がケース本体３６を押圧し、ケース本体３６の第１ボス部３６ａが第２内輪７２ａを押圧する。第２内輪７２ａが押圧されてスペーサ６７に接触すると、スペーサ６７はそれ以上移動できないため、第２内輪７２ａは、第２ロックナット５２により押圧された状態になる。これより、第２内輪７２ａは、ハブ軸方向及び回転方向の移動が規制される。このため、第１内輪７１ａ及び第２内輪７２ａがハブ軸１５に対して滑りにくくなり、ハブ軸１５、第１内輪７１ａ及び第２内輪７２ａが磨耗しにくくなる。ここではケース本体３６が第２内輪７２ａに接触しているが、ケース本体３６と第２内輪７２ａとの間に環状の部材を設け、この環状の部材を介してケース本体３６が第２内輪７２ａを押圧する構成としてもよい。
【００４５】
＜回転伝達機構＞
回転伝達機構２５は、図２に示すように、ロータ２１の回転を第２ケース部材３４に減速して伝達する。また、回転伝達機構２５は、回生制動時には、第２ケース部材３４の回転を増速してロータ２１に伝達する。回転伝達機構２５は、遊星歯車機構４８を有している。遊星歯車機構４８は、減速機構の一例である。遊星歯車機構４８は、太陽ギア４８ａと、太陽ギア４８ａの外周側に配置された内歯ギア４８ｂと、太陽ギア４８ａと内歯ギア４８ｂとに噛み合う複数（たとえば３つ）の遊星ギア４８ｃと、を有している。太陽ギア４８ａは、ロータ２１と連結するための連結部分４８ｅを有している。連結部分４８ｅは、たとえば筒状に形成され、太陽ギア４８の歯が形成される部分よりも大きな内径を有する。太陽ギア４８ａは、連結部分４８ｅに装着されたボルト部材５５によりロータ２１の磁石保持部２１ｂに一体回転可能に連結されている。内歯ギア４８ｂはケース本体３６のギア取付部３５に回転不能に連結されている。複数の遊星ギア４８ｃは、キャリア４８ｄによって回転可能に支持されている。各遊星ギア４８ｃは、歯数の異なる２つの第１のギア部５６ａ及び第２のギア部５６ｂを有する。第１のギア部５６ａは、太陽ギア４８ａに噛み合い、第２のギア部５６ｂは、内歯ギア４８ｂに噛み合っている。キャリア４８ｄは、第２ケース部材３４の円板部３４ｃの内側面に固定されている。この遊星歯車機構４８では、ケース本体３６に設けられた内歯ギア４８ｂがハブ軸１５に回転不能に固定されるため、ロータ２１が連結された太陽ギア４８ａの回転が減速して第２ケース部材３４に伝達される。
【００４６】
＜押圧部＞
押圧部７３は、図３に示すように、回転軸線方向の第１端が太陽ギア４８ａに当接し、第２端が第１外輪７１ｂに当接する付勢部材７４を有している。また、押圧部７３は、付勢部材７４の第１端側をハブ軸１５の径方向に位置決めする第１位置決め部７５と、付勢部材７４の第２端側をハブ軸１５の径方向に位置決めする第２位置決め部７６と、をさらに有している。付勢部材７４は、ハブ軸１５の外周側に配置され、太陽ギア４８ａと第１外輪７１ｂとの間に圧縮状態で配置されたばね部材としてのコイルばね７４ａを有している。このコイルばね７４ａにより、すきま嵌めされた第１外輪７１ｂのガタツキを抑えることができる。
【００４７】
第１位置決め部７５は、太陽ギア４８ａの連結部分４８ｅの内周側に配置される筒状の部材であり、第１鍔部７５ａと、第１筒部７５ｂとを有する。第１鍔部７５ａは、半径方向に延び、連結部分４８ｅの内周面に当接して設けられている第１鍔部７５ａは、連結部分４８ｅの内周面に固定されていてもよい。第１筒部７５ｂは、第１鍔部７５の内周部からハブ軸の軸線方向に延び、コイルバネ７４ａの内周側に配置されてコイルばね７４ａを径方向に位置決めする。
第２位置決め部７６は、第１位置決め部７５と同様な形状の鍔付き筒状の部材であり、第２鍔部７６ａと第２筒部７６ｂとを有する。第２位置決め部７６は、ロータ２１および連結部材４８ｅの少なくとも一方の内周部に配置される。第２位置決め部７６は、磁石保持部２１ｂの第１軸受収納部２１ｃに、ハブ軸方向移動自在に装着されている。第２鍔部７６ａは、第１外輪７１ｂの端面に当接している。また第２鍔部７６ａは、第１軸受収容部２１ｃによって半径方向の移動が規制されている。第２鍔部７６ａは、第１軸受収容部２１ｃに接触して設けられてもよい。第２筒部７６ｂは、第２鍔部７６の内周部からハブ軸の軸線方向に延び、コイルバネ７４ａの内周側に配置されてコイルばね７４ａを径方向に位置決めする。
第１位置決め部７５及び第２位置決め部７６により、ロータ２１が回転して付勢部材７４に遠心力が作用しても、付勢部材７４が付勢方向以外に移動しにくくなり、付勢力が安定する。また、コイルばね７４ａを太陽ギア４８ａと磁石保持部２１ｂとの間に装着するときに、第１位置決め部７５及び第２位置決め部７６によってコイルばね７４ａの脱落を防止できるので、コイルばね７４ａの装着が容易になる。
【００４８】
＜ロータの組み込み手順＞
ロータ２１をハブ軸１５に組み込む際には、最初に第１軸受６６ａをハブ軸１５の第１装着部分１５ｇに圧入する。圧入の際には、適宜の治具を用いて第１軸受６６ａの第１内輪７１ａが移動制限部６８に接触するまで第１内輪７１ａを押圧する。また、ロータ２１の磁石保持部２１ｂの第２軸受収納部２１ｄに第２軸受６６ｂの第２外輪７２ｂを圧入する。この圧入の際にも、適宜の治具を用いて第２軸受の第２外輪７２ｂが第２軸受収納部２１ｄの壁面に接触するまで第２外輪７２ｂを押圧する。第１軸受６６ａをハブ軸１５に装着し、第２軸受６６ｂをロータ２１に装着すると、ハブ軸１５の外周側にスペーサ６７を第１内輪７１ａに接触するように装着する。この状態で第２軸受６６ｂが装着されたロータ２１をハブ軸１５に装着する。このとき、第１軸受収納部２１ｃに第１軸受６６ａの第１外輪７１ｂを嵌合させ、ハブ軸１５の外周面に第２軸受６６ｂの第２内輪７２ａを嵌合させる。
【００４９】
次に、太陽ギア４８ａの筒状連結部分４８ｅ及び磁石保持部２１ｂの第１軸受収納部ｃに第１位置決め部７５及び第２位置決め部７６を各別に装着する。そして、コイルばね７４ａを第１位置決め部７５の第１筒部７５ｂ及び第２位置決め部７６の第２筒部７６ｂの外周側に配置して、太陽ギア４８ａを磁石保持部２１ｂにボルト部材５５により固定する。これにより、コイルばね７４ａが圧縮され、第１外輪７１ｂがコイルばね７４ａにより第２軸受に向けて押圧される。第１外輪７１ｂの第２軸受６６ｂとは反対側への移動を規制することにより第１外輪６６ａのガタツキを抑えることができる。このため、第１軸受６６ａの第１外輪７１ｂをすきま嵌めでロータ２１に装着しても騒音を抑えることができる。
【００５０】
そして、ステータ２２が予め装着されたケース本体３６の第１ボス部３６ａをハブ軸１５の回転係止部１５ｅに係合させる。次に、第２ロックナット５２を第２雄ネジ部１５ｂにねじ込んで締め付けることにより、第１ボス部３６ａが第２内輪７２ａを押圧する。押圧された第２内輪７２ａがスペーサ６７に接触した後、さらに第２ロックナット５２を締め込むと、第２内輪７２ａがスペーサ６７と第１ボス部３６ａとの間で第１ボス部３６ａを介して押圧される。これにより、第２内輪７２ａのハブ軸方向及び回転方向の移動が制限される。この結果、ハブ軸１５及び第２内輪７２ａの磨耗を軽減できる。
【００５１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５２】
（ａ）前記実施形態では、前輪用のモータ内蔵ハブを開示したが、後輪用のモータ内蔵ハブにも本発明を適用できる。
【００５３】
（ｂ）前記実施形態では、転がり軸受として玉軸受を図示したが、転がり軸受は玉軸受に限定されない。
【００５４】
（ｃ）モータ１１の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば前記実施形態では、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよい。
【００５５】
（ｄ）前記実施形態では、移動制限部６８の突起をハブ軸に一体形成された環状突起としたが、本発明はこれに限定されない。突起は、たとえば、ハブ軸と一体でも別体でもよい。また、突起は、外周面から突出して第１内輪の移動を制限できるものであればよく、たとえば放射状に複数設けられていてもよい。しかし、一体形成された環状突起は、機械加工が容易でありコストを低減できる。
【００５６】
（ｅ）前記実施形態では、押圧部７３を太陽ギア４８ａと第１外輪７１ｂとの間に配置したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、押圧部７３としては、第１軸受収納部２１ｃの内周面に一端が係止され、他端が第１外輪７１ｂに接触する皿ばね又は波板ばね等のばね部材やゴム等の弾性体を配置してもよい。したがって、ばね部材はコイルばねに限定されず前述した皿ばねや波板ばねでもよい。またタケノコばね等も用いることができる。
【００５７】
（ｆ）前記実施形態では、押圧部に用いる付勢部材としてばね部材を例示したが、押圧部材は第１外輪７１ｂを第２軸受６６ｂに向けて押圧可能な部材であればどのような形態でもよい。たとえば、第１軸受収納部２１ｃの内周面に雌ネジ部を形成し、雌ネジ部にネジ部材を螺合させて第１外輪７１ｂを押圧してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０ モータ内蔵ハブ
１１ モータ
１５ ハブ軸
２１ ロータ
２２ ステータ
４８ 遊星歯車機構
４８ａ 太陽ギア
６６ａ 第１軸受
６６ｂ 第２軸受
６８ 移動制限部
６８ａ 環状突起
７１ａ 第１内輪
７１ｂ 第１外輪
７１ｃ 第１転動体
７２ａ 第２内輪
７２ｂ 第２外輪
７２ｃ 第２転動体
７３ 押圧部
７４ 付勢部材
７４ａ コイルばね
７５ 第１位置決め部
７６ 第２位置決め部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ハブ、特に、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車において、人力による駆動力をモータにより補助するアシスト自転車が従来知られている。アシスト自転車には、モータ内蔵自転車用ハブが設けられているものがある。モータ内蔵自転車用ハブにおいて、ロータを左右一対の転がり軸受で支持されたものが従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３５５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば組立て性を考慮して、外輪をすきま嵌めでロータに装着する必要がある場合では、外輪のガタツキによる騒音が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明の課題は、モータ内蔵自転車用ハブにおいて、軸受の外輪をすきま嵌めでロータに装着しても騒音を抑えることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブは、自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブである。モータ内蔵自転車用ハブは、ハブ軸と、モータと、第１軸受と、第２軸受と、移動制限部と、押圧部と、を備えている。モータは、ハブ軸回りに回転するロータと、ハブ軸に対して回転不能でありロータの外周側に配置されるステータと、を有する。第１軸受は、第１内輪と第１外輪と第１転動体とを有し、ロータをハブ軸に回転自在に支持するためのものである。第１内輪は、ハブ軸に装着される。第１外輪は、ロータに装着される。第１転動体は、第１内輪及び第１外輪の間に配置される。第２軸受は、第２内輪と第２外輪と第２転動体とを有し、ハブ軸方向に第１軸受とは間隔を隔てて配置され、ロータをハブ軸に回転自在に支持するためのものである。第２内輪は、ハブ軸に装着される。第２外輪は、ロータに装着される。第２転動体は、第２内輪及び第２外輪の間に配置される。移動制限部は、第１内輪の、第２軸受から離反する方向の移動を制限する。押圧部は、第１外輪を第２軸受に向けて押圧可能である。
【０００７】
このモータ内蔵自転車用ハブでは、第１外輪は、押圧部により第２軸受に向けて押圧されている。また、第１内輪は、移動制限部により第２軸受から離反する方向の移動が規制されている。これにより、第１外輪をすきま嵌めでロータに装着しても、移動制限部材によって移動が制限される第１内輪に対して、第１外輪だけ第２軸受とは反対側に移動しようとすることを抑制することができる。第１外輪の第２軸受とは反対側への移動を規制することにより第１外輪のガタツキを抑えることができ、軸受の外輪をすきま嵌めでロータに装着しても騒音を抑えることができる。
【０００８】
発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、押圧部は、第１外輪を付勢する付勢部材を有する。
【０００９】
この場合には、弾性体及びばね部材等の付勢部材により第１外輪を押圧できるので、安定して第１外輪を押圧できる。
【００１０】
発明３に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明２に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、付勢部材は、ばね部材である。
【００１１】
この場合には、コイルばねや皿ばね等のばね部材は、ゴム等の弾性体に比べて長期間にわたり安定して第１外輪を付勢できる。
【００１２】
発明４に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１から３のいずれかに係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、ロータの回転を減速する減速機構をさらに備える。ロータは、減速機構に連結されている。
【００１３】
この場合には、モータの回転が減速機構により減速されるので、車輪の回転トルクを大きくすることができる。
【００１４】
発明５に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明４に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、付勢部材は、第１端が減速機構に当接し、第２端が第１外輪に当接する。
【００１５】
この場合には、付勢部材が異なる部材に当接しているため、付勢部材の形状及び配置の自由度が高くなる。また付勢部材を配置するときに、減速機構との間に生じる空間を効率的に利用することができ、付勢部材を配置するために自転車用ハブが大型化することを抑制することができる。
【００１６】
発明６に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明５に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、押圧部は、減速機構に装着された第１位置決め部と、ロータに軸方向移動自在に装着された第２位置決め部と、を有する。第１位置決め部は、付勢部材の第１端側をハブ軸の径方向に位置決めする。第２位置決め部は、付勢部材の第２端側をハブ軸の径方向に位置決めする。
【００１７】
この場合には、付勢部材のハブ軸の径方向の位置が位置決めされるので、ロータが回転して付勢部材に遠心力が作用しても、付勢部材が付勢方向以外に移動しにくくなり、付勢力が安定する。
【００１８】
発明７に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明５又は６に係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、減速機構は、ロータに一体回転可能に連結された太陽ギアを有する遊星歯車機構である。付勢部材の第１端は、太陽ギアに当接している。
【００１９】
この場合には、付勢部材が一体回転する太陽ギアに当接するので、ロータが回転したときに、付勢部材を第１外輪とともに回転させることが可能となり、付勢部材と第１外輪との擦動を抑制することができる
発明８に係るモータ内蔵自転車用ハブは、発明１から７のいずれかに係るモータ内蔵自転車用ハブにおいて、移動制限部は、ハブ軸の外周面から突出して形成され、第１内輪に接触可能な突起を有する。
【００２０】
この場合には、ハブ軸に突起を設けるだけの簡素な構成で第１内輪の移動を規制できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、移動制限部側の第１外輪は、押圧部により第２軸受に向けて押圧されている。また、第１内輪は、移動制限部により第２軸受から離反する方向の移動が規制されている。これにより、第１外輪をすきま嵌めでロータに装着しても、移動制限部材によって移動が制限される第１内輪に対して、第１外輪だけ第２軸受とは反対側に移動しようとすることを抑制することができる。第１外輪の第２軸受とは反対側への移動を規制することによって、第１外輪のガタツキを抑えることができ、軸受の外輪をすきま嵌めでロータに装着しても騒音を抑えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態によるモータ内蔵ハブの斜視図。
【図２】モータ内蔵ハブの断面図。
【図３】ロータ支持部分の断面拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１において、本発明の一実施形態によるモータ内蔵ハブ１０は、人力による駆動をモータにより補助するアシスト自転車に用いられる。
【００２４】
＜モータ内蔵ハブの概略構成＞
モータ内蔵ハブ１０は、自転車の前輪のハブを構成するものである。モータ内蔵ハブ１０は、自転車のフロントフォークの先端の前爪部１０３ａに装着されており、人力による駆動を補助するためのものである。モータ内蔵ハブ１０は、図２に示すように、ハブ軸１５と、モータ１１と、第１軸受６６ａと、第２軸受６６ｂと、スペーサ６７と、移動制限部６８と、押圧部７３と、を備えている。また、モータ内蔵ハブ１０は、モータケース１７と、モータケース１７内に収納された回転伝達機構２５と、をさらに備えている。モータ１１は、ハブ軸１５回りに回転するロータ２１と、ハブ軸１５に対して回転不能でありロータ２１の外周側に配置されるステータ２２と、を有している。第１軸受６６ａは、ロータ２１をハブ軸１５に回転自在に支持するための転がり軸受である。第２軸受６６ｂは、ハブ軸方向に第１軸受６６ａとは間隔を隔てて配置され、ロータ２１をハブ軸１５に回転自在に支持するための転がり軸受である。移動制限部６８は、第１軸受６６ａの第２軸受６６ｂから離反する方向の移動を制限する。押圧部７３は、第１軸受６６ａの後述する第１外輪７１ｂを第２軸受６６ｂに向けて押圧する。
【００２５】
＜ハブ軸＞
ハブ軸１５は、たとえば、焼き入れが行われていない鋼鉄等の鉄系金属製であり、前爪部１０３ａに両端部が回転不能に装着可能である。ハブ軸１５の両端外周面には、前爪部１０３ａに固定するためのナット部材５０が螺合する左右１対の第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂが形成されている。また、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂの外周面には、互いに平行な二面を有する第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄが形成されている。第２係止部１５ｄのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第１ケース部材３２を回転不能に連結するための回転係止部１５ｅが形成されている。第１雄ねじ部１５ａには、ナット部材５０と、第１ロックナット５１と、が螺合している。第２雄ねじ部１５ｂには、ナット部材５０と、第１ケース部材３２をハブ軸１５に固定する第２ロックナット５２と、が螺合している。ナット部材５０の軸方向内方には、第１係止部１５ｃ及び第２係止部１５ｄに各別に回転不能に係合し、かつフロントフォークの装着溝に係合してハブ軸１５を回り止めするための回り止めワッシャ５４がそれぞれ装着されている。
【００２６】
また、第１雄ねじ部１５ａのハブ軸方向内方には、モータケース１７の後述する第２ケース部材３４の第２端を回転自在に支持する軸受３１が螺合する第３雄ねじ部１５ｆが形成されている。ハブ軸１５の中間部分は、第１雄ねじ部１５ａ及び第２雄ねじ部１５ｂより大径である。
【００２７】
ハブ軸１５の第１軸受６６ａの装着部分には、外周面から突出する突起で構成される移動制限部６８が形成されている。移動制限部６８は、この実施形態では、ハブ軸１５と一体形成された環状突起６８ａで構成されている。移動制限部６８は、第１軸受６６ａの後述する第１内輪７１ａに接触して、第１内輪７１ａの第２軸受６６ｂから離反する方向の移動を規制する。
【００２８】
＜モータケース＞
図２に示すように、モータケース１７は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ケース部材３２と、第１ケース部材３２に第１端（図２右端）が、ハブ軸１５に第２端（図２左端）がそれぞれ回転自在に支持される第２ケース部材３４と、を有している。第２ケース部材３４は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００２９】
第１ケース部材３２は、ハブ軸１５に回転不能に装着されるケース本体３６と、ケース本体３６の外側面に固定されるカバー部材３８と、有している。カバー部材３８とケース本体３６との間には、空間が形成される。ケース本体３６及びカバー部材３８は、たとえばアルミニウム合金によって形成される。
【００３０】
ケース本体３６は、ハブ軸１５に回転不能に連結される第１ボス部３６ａと、第１ボス部３６ａと一体形成される円形の隔壁部３６ｂと、隔壁部３６ｂの外周部から第２ケース部材３４に向かって延びる筒状の第１円筒部３６ｃと、を有している。第１ボス部３６ａの内周面には、ハブ軸１５の回転係止部１５ｅに回転不能に連結される非円形の連結孔３６ｄが形成されている。ケース本体３６は、第２ロックナット５２によりハブ軸１５に回転不能に固定される。
【００３１】
隔壁部３６ｂの外側面は概ね平坦面である。隔壁部３６ｂの内側面には、モータ１１のステータ２２の位置を調整するための筒部４３ｄが形成されている。筒部４３ｄの径方向外方の隔壁部３６ｂの内側面には、モータ１１のステータ２２をボルト部材３９により固定するための複数（たとえば３つ）のネジ穴４３ｅが周方向に間隔を隔てて形成されている。隔壁部３６ｂの第１円筒部３６ｃと筒部４３ｄの間には、周方向に間隔を隔てて配置された複数（たとえば３つ）の取付部４３ｆが形成されている。
【００３２】
第１円筒部３６ｃの外周面には、第２ケース部材３４の第１端を回転自在に支持する、たとえば玉軸受の形態の軸受３０の内輪３０ａが装着されている。第１円筒部３６ｃの先端部外周面には、第１円筒部３６ｃに回転不能に連結される筒状のギア取付部３５が同芯に位置決めして嵌合している。ギア取付部３５は、第１円筒部３６ｃの外周面に嵌合する一端（図２右端）が円筒部分３５ａと、円筒部分３５ａの内周面に一体形成される環状の取付部分３５ｂと、を有している。円筒部分３５ａの他端（図２左端）の内周面には、後述する内歯ギア４８ｂが回転不能に連結されるセレーション部３５ｃを有している。ギア取付部３５は、３つの取付部４３ｆにボルト部材４５により固定されている。
【００３３】
カバー部材３８は、図１に示すように、外側面に凹部３２ａ及び膨出部３２ｂを有している。凹部３２ａは、様々な形状のフロントフォークを挿入可能にするために、通常のフロントフォークの先端の形状より僅かに幅広に形成されている。
【００３４】
図２に示すように、第２ケース部材３４は、通常の自転車用ハブのハブシェルに類似する構造であり、有底筒状部の部材である。第２ケース部材３４は、軸受３１に支持される第２ボス部３４ｂと、第２ボス部３４ｂと一体形成された円板部３４ｃと、円板部３４ｃの外周部からハブ軸方向内方に筒状に延びる第２円筒部３４ｄと、を有している。
【００３５】
第２ボス部３４ｂの内周面には、ハブ軸１５との間に軸受３１が装着されている。軸受３１は、内輪３１ａがハブ軸１５に形成された第３雄ねじ部１５ｆに螺合して軸方向位置を調整可能である。調整後の内輪３１ａは、第１ロックナット５１により回り止めされる。外輪３１ｂは、第２ボス部３４ｂの内周面に装着されている。
【００３６】
第２円筒部３４ｄは、第１円筒部３６ｃの外周側に配置されている。第２円筒部３４ｄの第１端側内周面に軸受３０の外輪３０ｂが装着されている。第２円筒部３４ｄの外周面には、前輪のリムとモータ内蔵ハブ１０とをスポークにより連結するための第１ハブフランジ４０ａ及び第２ハブフランジ４０ｂがハブ軸方向の両端部に間隔を隔て形成されている。
【００３７】
＜モータ＞
モータ１１は、前述したように、ロータ２１と、ロータ２１の外周側にロータ２１と対向して配置されるステータ２２と、を有している。
【００３８】
ロータ２１は、ハブ軸１５に回転自在に支持されている。ロータ２１は、たとえば周方向に複数の磁極を有する磁石２１ａと、磁石２１ａを保持する磁石保持部２１ｂとを有している。磁石保持部２１ｂは、ハブ軸方向に間隔を隔てて配置される第１軸受６６ａ及び第２軸受６６ｂによりハブ軸１５に回転自在に支持されている。
【００３９】
ステータ２２は、ロータ２１の外周側に配置されている。ステータ２２は、ケース本体３６の隔壁部３６ｂに固定され、周方向に間隔を隔てて配置される複数（たとえば６つ）のコイル部４６を有している。また、ステータ２２は、コイル部４６を固定するための取付部４９を有している。取付部４９は、ヨークとして機能する。取付部４９は、金属製の筒状部材であり、一端外周面に３つの固定用の凸部４９ａを有している。取付部４９は、芯出し筒部４３ｄの外周面に装着され、内周面が芯出し筒部４３ｄにより芯出される。この実施形態では、凸部４９ａを貫通してネジ穴４３ｅに螺合する３本のボルト部材３９により、取付部４９は、隔壁部３６ｂに固定されている。複数のコイル部４６は、図示しないモータ制御回路によりスイッチングされた交流により順次励磁され、ロータ２１を自転車の進行方向に回転させる。
【００４０】
＜第１軸受及び第２軸受並びにスペーサ＞
第１軸受６６ａは、図３に示すように、ロータ２１の回転軸線方向の第１端の内周面とハブ軸１５の外周面との間に配置されている。第１軸受６６ａは、ハブ軸１５に装着される第１内輪７１ａと、ロータ２１に装着される第１外輪７１ｂと、第１内輪７１ａ及び第１外輪７１ｂの間に配置される第１転動体７１ｃとを有している。第１内輪７１ａは、前述したように移動制限部６８に接触して配置されている。第１内輪７１ａは、ハブ軸１５の外周面にしまり嵌めで装着されている。したがって、第１内輪７１ａは、ハブ軸１５の外周面に圧入により移動制限部６８に接触して固定されている。また第１内輪７１ａはスペーサ６７、第２内輪７２ｂ、第１ボス部３６ａおよび第２ロックナット５２を含む第１内輪押圧構造によって、移動制限部６８側に押圧されている。第１外輪７１ｂは、ロータ２１の第１端の内周面で磁石保持部２１ｂに凹んで形成された第１軸受収納部２１ｃに第２軸受６６ｂ側への移動が制限された状態で、すきま嵌めで装着されている。第１外輪７１ｂの第２軸受６６ｂ側の側面は、磁石保持部２１ｂの凹部の段差部分に接触してもよく、磁石保持部２１ｂの凹部の段差部分からわずかに離反していてもよい。
【００４１】
第２軸受６６ｂは、ロータ２１の磁石保持部２１ｂの回転軸線方向の第２端の内周面とハブ軸１５の外周面との間に配置されている。第２軸受６６ｂは、ハブ軸１５に装着される第２内輪７２ａと、ロータ２１に装着される第２外輪７２ｂと、第２内輪７２ａ及び第２外輪７２ｂの間に配置される第２転動体７２ｃとを有している。第２内輪７２ａは、第１内輪７１ａとスペーサ６７を挟んで配置されている。第２内輪７２ａは、ハブ軸１５の外周面にすきま嵌めで装着されている。しかし、第２内輪７２ａは、スペーサ６７とケース本体３６の第１ボス部３６ａとの間に配置されており、ハブ軸方向に移動できない。
【００４２】
ハブ軸１５において、第１内輪と第２内輪との内径が同一の場合には、第２内輪７２ａの第２装着部分１５ｈは、第１内輪７１ａの第１装着部分１５ｇより外径が僅かに小さい。これにより、第２内輪７２ａをすきま嵌めで装着できる。なお、図３では、わかりやすくするために第１装着部分１５ｇと第２装着部分１５ｈの外径の差を実際より大きく描いている。第１内輪の内径が第２内輪との内径よりもわずかに大きい場合には、第２装着部分１５ｈを第１装着部分１５ｇと等しい外形とすることができる。第２外輪７２ｂは、ロータ２１の第２端で磁石保持部２１ｂの内周面に凹んで形成された第２軸受収納部２１ｄにしまり嵌めで装着されている。したがって、第２外輪７２ｂは第２軸受収納部２１ｄに圧入により固定されている。第２外輪７２ｂの第１外輪７１ａ側の側面が、磁石保持部２１ｂの凹部の段差部分に接触し、第２外輪７２ｂは位置決めされる。
【００４３】
なお、ハブ軸１５において、第２装着部分１５ｈと第２雄ネジ部１５ｂが形成された部分との段差１５ｉは、第２軸受６６ｂの第１軸受６６ａとは反対側の端面より第１軸受６６ａ側に位置している。また、第１装着部分１５ｇと第２装着部分１５ｈとの境界部分１５ｊは、第２軸受６６ｂの第１軸受６６ａ側の端面より第１軸受６６ａ側に位置している。
【００４４】
スペーサ６７は、第１内輪７１ａと第２内輪７２ａとの間に配置された金属製の筒状の部材である。スペーサ６７は、ハブ軸１５の外径より大きい内径を有している。スペーサ６７の第１内輪７１ａに接触する部分の外径は、第１外輪７１ｂの内径より小さければよく、スペーサ６７の第２内輪７２ａに接触する部分の外径は、第２外輪７２ｂの内径より小さければよい。この実施形態では、スペーサ６７の外径は、第１内輪７１ａおよび第２内輪７２ａの外径よりも小さい。このスペーサ６７により、すきま嵌めでハブ軸１５に装着された第２軸受６６ｂの第２内輪７２ａの軸方向及び回転方向の移動を抑制している。これを実現するために、第２ロックナット５２が押圧部材として機能し、第２内輪７２ａを第１内輪７１ａ側に押圧する。第２ロックナット５２は、前述したように、ケース本体３６をハブ軸に固定するためのものである。しかし、第２ロックナット５２を締め込むと、第２ロックナット５２がケース本体３６を押圧し、ケース本体３６の第１ボス部３６ａが第２内輪７２ａを押圧する。第２内輪７２ａが押圧されてスペーサ６７に接触すると、スペーサ６７はそれ以上移動できないため、第２内輪７２ａは、第２ロックナット５２により押圧された状態になる。これより、第２内輪７２ａは、ハブ軸方向及び回転方向の移動が規制される。このため、第１内輪７１ａ及び第２内輪７２ａがハブ軸１５に対して滑りにくくなり、ハブ軸１５、第１内輪７１ａ及び第２内輪７２ａが磨耗しにくくなる。ここではケース本体３６が第２内輪７２ａに接触しているが、ケース本体３６と第２内輪７２ａとの間に環状の部材を設け、この環状の部材を介してケース本体３６が第２内輪７２ａを押圧する構成としてもよい。
【００４５】
＜回転伝達機構＞
回転伝達機構２５は、図２に示すように、ロータ２１の回転を第２ケース部材３４に減速して伝達する。また、回転伝達機構２５は、回生制動時には、第２ケース部材３４の回転を増速してロータ２１に伝達する。回転伝達機構２５は、遊星歯車機構４８を有している。遊星歯車機構４８は、減速機構の一例である。遊星歯車機構４８は、太陽ギア４８ａと、太陽ギア４８ａの外周側に配置された内歯ギア４８ｂと、太陽ギア４８ａと内歯ギア４８ｂとに噛み合う複数（たとえば３つ）の遊星ギア４８ｃと、を有している。太陽ギア４８ａは、ロータ２１と連結するための連結部分４８ｅを有している。連結部分４８ｅは、たとえば筒状に形成され、太陽ギア４８の歯が形成される部分よりも大きな内径を有する。太陽ギア４８ａは、連結部分４８ｅに装着されたボルト部材５５によりロータ２１の磁石保持部２１ｂに一体回転可能に連結されている。内歯ギア４８ｂはケース本体３６のギア取付部３５に回転不能に連結されている。複数の遊星ギア４８ｃは、キャリア４８ｄによって回転可能に支持されている。各遊星ギア４８ｃは、歯数の異なる２つの第１のギア部５６ａ及び第２のギア部５６ｂを有する。第１のギア部５６ａは、太陽ギア４８ａに噛み合い、第２のギア部５６ｂは、内歯ギア４８ｂに噛み合っている。キャリア４８ｄは、第２ケース部材３４の円板部３４ｃの内側面に固定されている。この遊星歯車機構４８では、ケース本体３６に設けられた内歯ギア４８ｂがハブ軸１５に回転不能に固定されるため、ロータ２１が連結された太陽ギア４８ａの回転が減速して第２ケース部材３４に伝達される。
【００４６】
＜押圧部＞
押圧部７３は、図３に示すように、回転軸線方向の第１端が太陽ギア４８ａに当接し、第２端が第１外輪７１ｂに当接する付勢部材７４を有している。また、押圧部７３は、付勢部材７４の第１端側をハブ軸１５の径方向に位置決めする第１位置決め部７５と、付勢部材７４の第２端側をハブ軸１５の径方向に位置決めする第２位置決め部７６と、をさらに有している。付勢部材７４は、ハブ軸１５の外周側に配置され、太陽ギア４８ａと第１外輪７１ｂとの間に圧縮状態で配置されたばね部材としてのコイルばね７４ａを有している。このコイルばね７４ａにより、すきま嵌めされた第１外輪７１ｂのガタツキを抑えることができる。
【００４７】
第１位置決め部７５は、太陽ギア４８ａの連結部分４８ｅの内周側に配置される筒状の部材であり、第１鍔部７５ａと、第１筒部７５ｂとを有する。第１鍔部７５ａは、半径方向に延び、連結部分４８ｅの内周面に当接して設けられている第１鍔部７５ａは、連結部分４８ｅの内周面に固定されていてもよい。第１筒部７５ｂは、第１鍔部７５の内周部からハブ軸の軸線方向に延び、コイルバネ７４ａの内周側に配置されてコイルばね７４ａを径方向に位置決めする。
第２位置決め部７６は、第１位置決め部７５と同様な形状の鍔付き筒状の部材であり、第２鍔部７６ａと第２筒部７６ｂとを有する。第２位置決め部７６は、ロータ２１および連結部材４８ｅの少なくとも一方の内周部に配置される。第２位置決め部７６は、磁石保持部２１ｂの第１軸受収納部２１ｃに、ハブ軸方向移動自在に装着されている。第２鍔部７６ａは、第１外輪７１ｂの端面に当接している。また第２鍔部７６ａは、第１軸受収容部２１ｃによって半径方向の移動が規制されている。第２鍔部７６ａは、第１軸受収容部２１ｃに接触して設けられてもよい。第２筒部７６ｂは、第２鍔部７６の内周部からハブ軸の軸線方向に延び、コイルバネ７４ａの内周側に配置されてコイルばね７４ａを径方向に位置決めする。
第１位置決め部７５及び第２位置決め部７６により、ロータ２１が回転して付勢部材７４に遠心力が作用しても、付勢部材７４が付勢方向以外に移動しにくくなり、付勢力が安定する。また、コイルばね７４ａを太陽ギア４８ａと磁石保持部２１ｂとの間に装着するときに、第１位置決め部７５及び第２位置決め部７６によってコイルばね７４ａの脱落を防止できるので、コイルばね７４ａの装着が容易になる。
【００４８】
＜ロータの組み込み手順＞
ロータ２１をハブ軸１５に組み込む際には、最初に第１軸受６６ａをハブ軸１５の第１装着部分１５ｇに圧入する。圧入の際には、適宜の治具を用いて第１軸受６６ａの第１内輪７１ａが移動制限部６８に接触するまで第１内輪７１ａを押圧する。また、ロータ２１の磁石保持部２１ｂの第２軸受収納部２１ｄに第２軸受６６ｂの第２外輪７２ｂを圧入する。この圧入の際にも、適宜の治具を用いて第２軸受の第２外輪７２ｂが第２軸受収納部２１ｄの壁面に接触するまで第２外輪７２ｂを押圧する。第１軸受６６ａをハブ軸１５に装着し、第２軸受６６ｂをロータ２１に装着すると、ハブ軸１５の外周側にスペーサ６７を第１内輪７１ａに接触するように装着する。この状態で第２軸受６６ｂが装着されたロータ２１をハブ軸１５に装着する。このとき、第１軸受収納部２１ｃに第１軸受６６ａの第１外輪７１ｂを嵌合させ、ハブ軸１５の外周面に第２軸受６６ｂの第２内輪７２ａを嵌合させる。
【００４９】
次に、太陽ギア４８ａの筒状連結部分４８ｅ及び磁石保持部２１ｂの第１軸受収納部ｃに第１位置決め部７５及び第２位置決め部７６を各別に装着する。そして、コイルばね７４ａを第１位置決め部７５の第１筒部７５ｂ及び第２位置決め部７６の第２筒部７６ｂの外周側に配置して、太陽ギア４８ａを磁石保持部２１ｂにボルト部材５５により固定する。これにより、コイルばね７４ａが圧縮され、第１外輪７１ｂがコイルばね７４ａにより第２軸受に向けて押圧される。第１外輪７１ｂの第２軸受６６ｂとは反対側への移動を規制することにより第１外輪６６ａのガタツキを抑えることができる。このため、第１軸受６６ａの第１外輪７１ｂをすきま嵌めでロータ２１に装着しても騒音を抑えることができる。
【００５０】
そして、ステータ２２が予め装着されたケース本体３６の第１ボス部３６ａをハブ軸１５の回転係止部１５ｅに係合させる。次に、第２ロックナット５２を第２雄ネジ部１５ｂにねじ込んで締め付けることにより、第１ボス部３６ａが第２内輪７２ａを押圧する。押圧された第２内輪７２ａがスペーサ６７に接触した後、さらに第２ロックナット５２を締め込むと、第２内輪７２ａがスペーサ６７と第１ボス部３６ａとの間で第１ボス部３６ａを介して押圧される。これにより、第２内輪７２ａのハブ軸方向及び回転方向の移動が制限される。この結果、ハブ軸１５及び第２内輪７２ａの磨耗を軽減できる。
【００５１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５２】
（ａ）前記実施形態では、前輪用のモータ内蔵ハブを開示したが、後輪用のモータ内蔵ハブにも本発明を適用できる。
【００５３】
（ｂ）前記実施形態では、転がり軸受として玉軸受を図示したが、転がり軸受は玉軸受に限定されない。
【００５４】
（ｃ）モータ１１の機械的な構成は、上記構成に限定されない。たとえば前記実施形態では、インナーロータのモータであるが、アウターロータのモータであってもよい。
【００５５】
（ｄ）前記実施形態では、移動制限部６８の突起をハブ軸に一体形成された環状突起としたが、本発明はこれに限定されない。突起は、たとえば、ハブ軸と一体でも別体でもよい。また、突起は、外周面から突出して第１内輪の移動を制限できるものであればよく、たとえば放射状に複数設けられていてもよい。しかし、一体形成された環状突起は、機械加工が容易でありコストを低減できる。
【００５６】
（ｅ）前記実施形態では、押圧部７３を太陽ギア４８ａと第１外輪７１ｂとの間に配置したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、押圧部７３としては、第１軸受収納部２１ｃの内周面に一端が係止され、他端が第１外輪７１ｂに接触する皿ばね又は波板ばね等のばね部材やゴム等の弾性体を配置してもよい。したがって、ばね部材はコイルばねに限定されず前述した皿ばねや波板ばねでもよい。またタケノコばね等も用いることができる。
【００５７】
（ｆ）前記実施形態では、押圧部に用いる付勢部材としてばね部材を例示したが、押圧部材は第１外輪７１ｂを第２軸受６６ｂに向けて押圧可能な部材であればどのような形態でもよい。たとえば、第１軸受収納部２１ｃの内周面に雌ネジ部を形成し、雌ネジ部にネジ部材を螺合させて第１外輪７１ｂを押圧してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０ モータ内蔵ハブ
１１ モータ
１５ ハブ軸
２１ ロータ
２２ ステータ
４８ 遊星歯車機構
４８ａ 太陽ギア
６６ａ 第１軸受
６６ｂ 第２軸受
６８ 移動制限部
６８ａ 環状突起
７１ａ 第１内輪
７１ｂ 第１外輪
７１ｃ 第１転動体
７２ａ 第２内輪
７２ｂ 第２外輪
７２ｃ 第２転動体
７３ 押圧部
７４ 付勢部材
７４ａ コイルばね
７５ 第１位置決め部
７６ 第２位置決め部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブであって、
ハブ軸と、
前記ハブ軸回りに回転するロータと、前記ハブ軸に対して回転不能であり前記ロータの外周側に配置されるステータと、を有するモータと、
前記ハブ軸に装着される第１内輪と、前記ロータにすきま嵌めで装着される第１外輪と、前記第１内輪及び前記第１外輪の間に配置される第１転動体とを有し、前記ロータを前記ハブ軸に回転自在に支持するための第１軸受と、
前記ハブ軸に装着される第２内輪、前記ロータに装着される第２外輪、前記第２内輪と 前記第２外輪との間に配置される第２転動体を有し、前記ハブ軸方向に前記第１軸受とは間隔を隔てて配置され、前記ロータを前記ハブ軸に回転自在に支持するための第２軸受と、
前記第１内輪の、前記第２軸受から離反する方向の移動を制限する移動制限部と、
前記第１外輪を前記第２軸受に向けて押圧可能な押圧部と、
を備えたモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項２】
前記押圧部は、前記第１外輪を付勢する付勢部材を有する、請求項１に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項３】
前記付勢部材は、ばね部材である、請求項２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項４】
前記ロータの回転を減速する減速機構をさらに備え、
前記ロータは、前記減速機構に連結されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項５】
前記付勢部材は、第１端が前記減速機構に当接し、第２端が前記第１外輪に当接する、請求項４に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項６】
前記押圧部は、
前記減速機構に装着され、前記付勢部材の前記第１端側を前記ハブ軸の径方向に位置決めする第１位置決め部と、
前記ロータに軸方向移動自在に装着され、前記付勢部材の前記第２端側を前記ハブ軸の径方向に位置決めする第２位置決め部と、をさらに有する、請求項５に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項７】
前記減速機構は、前記ロータに一体回転可能に連結された太陽ギアを有する遊星歯車機構であり、
前記付勢部材の前記第１端は、前記太陽ギアに当接している、請求項５又は６に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項８】
前記移動制限部は、前記ハブ軸の外周面から突出して形成され、前記第１内輪に接触可能な突起を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項１】
自転車の車輪のハブを構成するモータ内蔵自転車用ハブであって、
ハブ軸と、
前記ハブ軸回りに回転するロータと、前記ハブ軸に対して回転不能であり前記ロータの外周側に配置されるステータと、を有するモータと、
前記ハブ軸に装着される第１内輪と、前記ロータにすきま嵌めで装着される第１外輪と、前記第１内輪及び前記第１外輪の間に配置される第１転動体とを有し、前記ロータを前記ハブ軸に回転自在に支持するための第１軸受と、
前記ハブ軸に装着される第２内輪、前記ロータに装着される第２外輪、前記第２内輪と 前記第２外輪との間に配置される第２転動体を有し、前記ハブ軸方向に前記第１軸受とは間隔を隔てて配置され、前記ロータを前記ハブ軸に回転自在に支持するための第２軸受と、
前記第１内輪の、前記第２軸受から離反する方向の移動を制限する移動制限部と、
前記第１外輪を前記第２軸受に向けて押圧可能な押圧部と、
を備えたモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項２】
前記押圧部は、前記第１外輪を付勢する付勢部材を有する、請求項１に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項３】
前記付勢部材は、ばね部材である、請求項２に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項４】
前記ロータの回転を減速する減速機構をさらに備え、
前記ロータは、前記減速機構に連結されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項５】
前記付勢部材は、第１端が前記減速機構に当接し、第２端が前記第１外輪に当接する、請求項４に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項６】
前記押圧部は、
前記減速機構に装着され、前記付勢部材の前記第１端側を前記ハブ軸の径方向に位置決めする第１位置決め部と、
前記ロータに軸方向移動自在に装着され、前記付勢部材の前記第２端側を前記ハブ軸の径方向に位置決めする第２位置決め部と、をさらに有する、請求項５に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項７】
前記減速機構は、前記ロータに一体回転可能に連結された太陽ギアを有する遊星歯車機構であり、
前記付勢部材の前記第１端は、前記太陽ギアに当接している、請求項５又は６に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【請求項８】
前記移動制限部は、前記ハブ軸の外周面から突出して形成され、前記第１内輪に接触可能な突起を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ内蔵自転車用ハブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１３６０８１（Ｐ２０１２−１３６０８１Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８２０３（Ｐ２０１０−２８８２０３）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
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