自転車用内装変速ハブアセンブリ
【課題】装置全体を大きくすることのない位置決め機構を備えた内装変速ハブアセンブリを提供する。
【解決手段】このハブアセンブリは、ハブ軸２４と、それぞれハブ軸２４に回転自在に支持された駆動体２６及びハブシェル２８と、複数の動力伝達経路を有する動力伝達機構１４と、シフト制御機構１６と、を備えている。ハブ軸２４はポジショナ２２を有しており、ポジショナ２２はハブ軸２４に対して径方向に移動自在である。シフト制御機構１６は、両回転方向において、ハブ軸２４に対して複数の位置決め位置に移動自在な爪制御部材１８を備えている。各位置は、動力伝達機構１４の複数の動力伝達経路のそれぞれの選択に１対１で対応する。ポジショナ２２は、爪制御部材１８を付勢して、複数の位置決め位置のうち、任意の選択された方向に維持するように配置されている。
【解決手段】このハブアセンブリは、ハブ軸２４と、それぞれハブ軸２４に回転自在に支持された駆動体２６及びハブシェル２８と、複数の動力伝達経路を有する動力伝達機構１４と、シフト制御機構１６と、を備えている。ハブ軸２４はポジショナ２２を有しており、ポジショナ２２はハブ軸２４に対して径方向に移動自在である。シフト制御機構１６は、両回転方向において、ハブ軸２４に対して複数の位置決め位置に移動自在な爪制御部材１８を備えている。各位置は、動力伝達機構１４の複数の動力伝達経路のそれぞれの選択に１対１で対応する。ポジショナ２２は、爪制御部材１８を付勢して、複数の位置決め位置のうち、任意の選択された方向に維持するように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内装変速ハブアセンブリ、特に、内部位置決め部材を備えた自転車用内装変速ハブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクリングは、交通手段のみならず、レクリエーションの一形態としてもますます普及している。さらに、サイクリングはプロ／アマを問わず非常に人気のある競技スポーツになっている。自転車がレクリエーション、交通、競技のいずれに使用される場合であっても、自転車産業は自転車の様々な部品に絶えず改良を加えている。広く設計を繰り返してきた部品は、自転車用の内装変速ハブアセンブリである。
【０００３】
内装変速ハブアセンブリは、例えば特許文献１に示されるように、一般的には後輪ハブであり、後輪ハブは、複数の動力伝達経路（ギア比）を乗り手に提供するために変速可能なギア機構を内部に備えている。
【０００４】
このような内装変速ハブアセンブリを使用した場合、乗り手は、自転車のハンドルバーに、あるいはこのハンドルバーに隣接して設置された従来のレバー作動型シフト機構を操作することによって、変速を行っている。レバー作動型シフト機構の操作はボーデン型ケーブルによって内装変速ハブアセンブリに伝達される。動力伝達経路（ギア比）は、レバー作動型シフト機構の位置変化に対応して選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２６５１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内装変速ハブアセンブリおよび従来のレバー作動型シフト機構を用いたシステムにおいては、内装変速ハブアセンブリ内の構成部材の位置決めが、レバー作動型シフト機構およびケーブルの位置決めのみに依存する。このため、レバー作動型シフト機構が正確な位置あるいは向きにセットされていない場合、内装変速ハブアセンブリ内の構成部材が適切に位置決めされない場合がある。内装変速ハブアセンブリ内の構成部材が適切に位置決めされない場合は、所望の動力伝達経路を選択するために、レバー作動型シフト機構を細かく操作することが必要となる。
【０００７】
内装変速ハブアセンブリは、一般的に、ハブ軸周りの弓状経路に沿って移動するように設けられた爪制御部材を有する。爪制御部材は、複数の爪収容凹部を有する少なくとも１つの制御アームを備えている。複数の爪収容凹部は、複数のワンウェイクラッチ爪と係合あるいは係合解除する。これにより、爪制御部材は所望の動力伝達経路を選択するための手段として機能する。最近では、爪制御部材の軸方向端部における突出部と接触する複数のギア歯を有するリングを備えた位置決め機構が開発されている。ここで、内装変速ハブアセンブリはコンパクトな機構である。しかし、前述のような位置決め機構を内装変速ハブアセンブリの内部に収容するためには、装置全体が大きくなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、所望の動力伝達経路の選択に際して、正確かつ確実な切換が可能な内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、選択された動力伝達経路を構成するすべての部材の配置を適切にするための内部位置決め機構を備えた内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、動力伝達経路間の切換を確実かつ正確に行うことができる内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、装置全体を大きくすることのない位置決め機構を備えた内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る自転車用内装変速ハブアセンブリは、固定ハブ軸と、駆動体と、ハブシェルと、動力伝達機構と、シフト制御機構と、を備えている。固定ハブ軸はポジショナを有しており、ポジショナは固定ハブ軸に対して径方向に移動自在である。駆動体は固定ハブ軸に回転自在に支持されている。ハブシェルは固定ハブ軸に回転自在に支持されている。動力伝達機構は、複数の動力伝達経路を通じて駆動体からハブシェルに回転力を伝達するために、駆動体とハブシェルとの間に配置されている。シフト制御機構は、両回転方向において、固定ハブ軸に対して複数の位置決め位置に移動自在な爪制御部材を備えている。各位置は、動力伝達機構の複数の動力伝達経路のそれぞれの選択に１対１で対応する。ポジショナは、爪制御部材を付勢して、複数の位置決め位置のうち、任意の選択された方向に維持するように配置されている。
【００１３】
本発明に関する上記およびその他の目的、特徴、態様、利点は、添付図面と共に、本発明の好ましい実施形態を開示する以下の詳細な説明から、当業者にとって明らかなものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内装変速ハブアセンブリでは、正確かつ確実な切換によって所望の動力伝達経路の選択を行うことができる。また、本発明では、選択された動力伝達経路の構成部材を適切に配置することができる。さらに、本発明では、確実かつ正確に動力伝達経路間の切り換えを行うことができる。さらに、本発明では、装置全体を大きくすることのない位置決め機構を備えた内装変速ハブアセンブリが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるハブアセンブリを備えた自転車の後部側面図。
【図２】第１実施形態によるハブアセンブリの動力伝達機構とシフト制御機構とポジショナの構成を示す断面図。
【図３】第１実施形態によるハブアセンブリのシフト制御機構における、ハブ軸と、爪制御部材と、シフトキーガイドと、を示す部分斜視図。
【図４】第１実施形態によるハブアセンブリおよびハブ軸から取り外された状態の爪制御部材およびシフトキーガイドの斜視図。
【図５】第１実施形態によるハブアセンブリのシフトキーガイドと爪制御部材の機械的接続を示す図。
【図６】第１実施形態によるハブアセンブリのポジショナと爪制御部材の一部との相互作用を示すための、図３の６−６断面図。
【図７】第１実施形態によるハブアセンブリの動力伝達機構の第１動力伝達経路を示す図。
【図８】前記動力伝達機構の第２動力伝達経路を示す図。
【図９】前記動力伝達機構の第３動力伝達経路を示す図。
【図１０】前記動力伝達機構の第４動力伝達経路を示す図。
【図１１】前記動力伝達機構の第５動力伝達経路を示す図。
【図１２】前記動力伝達機構の第６動力伝達経路を示す図。
【図１３】前記動力伝達機構の第７動力伝達経路を示す図。
【図１４】前記動力伝達機構の第８動力伝達経路を示す図。
【図１５】前記動力伝達機構の第９動力伝達経路を示す図。
【図１６】前記動力伝達機構の第１０動力伝達経路を示す図。
【図１７】前記動力伝達機構の第１１動力伝達経路を示す図。
【図１８】本発明の第２実施形態によるハブアセンブリのポジショナと爪制御部材の一部との相互作用を示すための断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、下記の実施形態の説明は、説明目的で提供されるものであり、特許請求の範囲およびその等価物の定義により本発明を制限する目的で提供するものではない。
【００１７】
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態による内装変速ハブアセンブリ（以下、単にハブアセンブリと記す）１２を備えた自転車１０が図示されている。図２に示すように、ハブアセンブリ１２はシフト制御機構１６とともに動力伝達機構１４を備えている。シフト制御機構１６は、爪制御部材１８（図４参照）およびクラッチリング２０の動作を制御する。爪制御部材１８およびクラッチリング２０は複数の位置に選択的に移動可能であり、図７〜図１７に示す複数の動力伝達経路（詳細は後述する）を通じてトルクを伝達する動力伝達機構１４の様々な構成要素を構成する。さらに、本発明のハブアセンブリ１２はポジショナ２２を備えている。ポジショナ２２は、複数の各位置に爪制御部材１８を正確に位置決めするものである。複数の各位置は、乗り手が選択可能な複数の動力伝達経路に対応する位置である。
【００１８】
図２に示すように、ハブアセンブリ１２は、基本的に、ハブ軸２４と、駆動体２６と、ハブシェル２８と、動力伝達機構１４と、シフト制御機構１６と、を備えている。ハブ軸２４は、自転車１０に設置された場合、駆動体２６およびハブシェル２８がハブ軸２４周りに回転自在な状態で自転車１０に固定されるので、固定ハブ軸として構成されている。
【００１９】
ハブアセンブリ１２の動力伝達機構１４は、駆動体２６からの回転力を複数の動力伝達経路を通じてハブシェル２８に伝達するために、駆動体２６とハブシェル２８との間に配置されている。
【００２０】
図３に示すように、ハブ軸２４は、爪受け溝３０、爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６等、多くの従来構成を有する。爪受け溝３０は、ハブ軸２４の外周面に沿って軸方向に延在する。爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６は、ハブ軸２４の外周面において、周方向にかつ互いに平行に延びている。さらに、ハブ軸２４は、所望の動力伝達経路を選択するために、爪制御部材１８がハブ軸２４周りに周方向に移動して動力伝達機構１４の対応部分に係合可能なように構成されている。爪受け溝３０および爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６は従来周知の構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２１】
ここで、本発明に関する新たなハブ軸２４の構成について説明する。図３に示すように、ハブ軸２４は、位置決めアーム凹部４０を有する。位置決めアーム凹部４０は、爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６と平行に周方向に延びており、２つの爪制御アーム受け凹部３４，３６間に配置されている。図２に示すように、ハブ軸２４は、径方向に延びる穴４２を有する。この径方向穴４２は、ハブ軸２４内に閉塞端を有し、位置決めアーム凹部４０に対して開口している。
【００２２】
ポジショナ２２および付勢ばね４４は、図２および図６に示すように、径方向穴４２内に配置されている。ポジショナ２２は、ハブ軸２４の径方向穴４２内で径方向に移動自在である。ポジショナ２２の底部は、内部が部分的に中空となっている。このポジショナ２２の中空内部に付勢ばね４４が配置されている。付勢ばね４４は、ハブ軸２４の径方向穴４２内において、ポジショナ２２を爪制御部材１８に対して径方向外方に付勢する。ポジショナ２２および付勢ばね４４については、後述の爪制御部材１８の説明の後でさらに説明する。
【００２３】
駆動体２６は、従来周知の構成と同様に、ハブ軸２４周りを回転するように配置されている。ハブシェル２８も従来と同様の構成であり、ハブ軸２４周りを回転するように配置され、また駆動体２６の一部の周りを回転するように配置されている。
【００２４】
駆動体２６は、チェーンＣ（図１）に機械的に連結され、乗り手がペダルを踏み込む際に生じるトルクを受けるように構成されている。チェーンＣからのトルクは、複数のトルク伝達経路（詳細は後述する）を通じて、駆動体２６から動力伝達機構１４を介してハブシェル２８に伝達される。
【００２５】
ハブシェル２８は複数の従来と同様の部品を有するので、本発明に固有の構成または本発明に関する構成のみを以下で説明する。具体的には、ハブシェル２８は、第１ギア４６および第２ギア４８を有する。第１ギア４６および第２ギア４８は、ハブシェル２８の内周面に配置されており、動力伝達機構１４のワンウェイクラッチ機構（詳細は後述する）とそれぞれ係合するように構成されている。
【００２６】
ここで、特に図２を参照し、動力伝達機構１４について簡単に説明する。
【００２７】
動力伝達機構１４は、第１太陽ギア５０と、第２太陽ギア５２と、第３太陽ギア５４と、第４太陽ギア５６と、を有している。また、動力伝達機構１４は、第１リングギア５８と、第２リングギア６０と、を有している。さらに動力伝達機構１４は、第１遊星ギアキャリア６２と、第２遊星ギアキャリア６４と、第３遊星ギアキャリア６６と、第１遊星ギア６８と、第２遊星ギア７０と、第３遊星ギア７２と、第４遊星ギア７４と、を有している。さらに動力伝達機構１４は、第１クラッチ７６（ワンウェイクラッチ）と、第２クラッチ７８（ワンウェイクラッチ）と、第３クラッチ８０（ワンウェイクラッチ）と、第４クラッチ８２（ワンウェイクラッチ）と、第５クラッチと、クラッチリング２０と、を備えている。これらの動力伝達機構１４の各構成要素は、例えば米国特許公開公報第２００９／０００５２１１号に記載されているような構成と同様に動作する。動力伝達機構１４の各構成要素の動作は一般的であるので、それらの説明は省略する。
【００２８】
なお、本発明の第１クラッチ７６は、第２クラッチ７８に隣接する第１遊星ギアキャリア６２の径方向外側部６２ａに配置されている点で、米国特許公開公報第２００９／０００５２１１号に記載の構成と異なる。さらに、詳細は後述するが、第１クラッチ７６は複数のトルク伝達経路において第１ギア４６と係合し、第２クラッチ７８は複数のトルク伝達経路において第２ギア４８と係合するように構成されている。
【００２９】
シフト制御機構１６は、図２〜図４に示すように、第１爪９０と、第２爪９２と、第３爪９４と、シフトキーガイド９６と、カム部９８と、爪制御部材１８と、ポジショナ２２と、を備えている。図２に示すように、第１爪９０、第２爪９２、および第３爪９４は軸方向に互いに離間しており、従来の構成と同様に、図３に示す爪受け溝３０内に抜け止めされている。これらの爪９０，９２，９４はトルク伝達用として機能する。
【００３０】
ハブ軸２４周りの複数の周方向位置のうちの選択された位置に爪制御部材１８を位置決めすることにより、第１爪９０、第２爪９２、および第３爪９４の動作が制御される。より具体的には、第１爪９０が動作可能となった場合、第１爪９０は、第１太陽ギア５０の歯と係合するワンウェイクラッチとして機能し、第１太陽ギア５０のハブ軸２４周りの回転を禁止する。さらに、第２爪９２が爪制御部材１８の位置決めにより動作可能になった場合、第２爪９２は、第２太陽ギア５２の歯と係合するワンウェイクラッチとして機能し、第２太陽ギア５２のハブ軸２４周りの回転を禁止する。第３爪９４が爪制御部材１８の位置決めにより動作可能になった場合、第３爪９４は、第３太陽ギア５４の歯と係合するワンウェイクラッチとして機能し、第３太陽ギア５４の回転を禁止する。第１爪９０、第２爪９２、および第３爪９４の機能は周知であるので、 さらなる説明を省略する。例えば、各爪の動作は、米国特許公開第２００９／０００５２１０号公報において、より詳細に記載されている。
【００３１】
シフトキーガイド９６は、図３〜図５に示すように、中央開口部１００およびガイド孔１０２を有する。また、シフトキーガイド９６は、軸方向に延びる複数の突出部を備えている。図３に示すように、中央開口部１００はハブ軸２４を受けるように構成されており、これにより、シフトキーガイド９６はハブ軸周りに回転する。図３〜図５に示すように、ガイド孔１０２は爪制御部材１８の軸方向端部１０４を受けるように構成されている。シフトキーガイド９６の動作および位置決めは、シフト制御機構１６の構成要素を介して乗り手により制御される。これは、例えば米国特許公開公報第２００９／０００５２１０号に記載されているように、周知の構成および動作である。
【００３２】
図２に示すように、カム部９８はハブ軸２４に回転不能に設置されている。カム部９８については、米国特許公開公報第２００９／０００５２１０号および第２００９／０００５２１１号に記載されている。したがって、カム部９８については説明を省略する。
【００３３】
ここで、特に図３〜図５を参照して、爪制御部材１８について説明する。爪制御部材１８は、ベーススリーブ１１０（図４参照）と、ベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４と、それぞれ円弧状の、第１制御スリーブ１１２と、第２制御スリーブ１１４と、第３制御スリーブ１１６と、位置決めアーム１１８と、を備える。
【００３４】
ベーススリーブ１１０は、ハブ軸２４の外周面に沿って軸方向に延びて形成されている。図３〜図５に示すように、ベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４は、ガイド孔１０２に嵌合している。このガイド孔１０２とベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４との結合により、爪制御部材１８の動作がシフトキーガイド９６の動作に従う。具体的には、シフトキーガイド９６をハブ軸２４周りに回転させると、爪制御部材１８はシフトキーガイド９６と共に移動する。
【００３５】
さらに、図５に示すように、ベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４はガイド穴１０２よりも僅かに小さい。したがって、爪制御部材１８のベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４とシフトキーガイド９６との間には、周方向において僅かな端部遊びＰが形成されている。より具体的には、詳細は後述するが、シフトキーガイド９６をハブ軸２４周りに回転させると、端部遊びＰによってシフトキーガイド９６と爪制御部材１８間の僅かな独立した動作が許容される。
【００３６】
図４に示すように、第１制御スリーブ１１２は爪制御面を有する爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを備えている。これらの凹部は第１爪９０を動作可能に位置決め及び構成されている。第２制御スリーブ１１４は爪制御面を有する爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃを備えている。これらの凹部は第２爪９２を動作可能に構成されている。同様に、第３制御スリーブ１１６は爪制御面を有する爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄを備えている。これらの凹部は第３爪９４を動作可能に構成されている。
【００３７】
図３に示すように、第１制御スリーブ１１２はハブ軸２４の爪制御アーム受け凹部３２内に配置され、第２制御スリーブ１１４はハブ軸２４の爪制御アーム受け凹部３４内に配置され、第３制御スリーブ１１６はハブ軸２４の爪制御アーム受け凹部３６内に配置されている。さらに、位置決めアーム１１８は、ハブ軸２４の位置決めアーム凹部４０内に配置されている。したがって、図６に示すように、位置決めアーム１１８は径方向穴４２を覆うように配置されていることになる。
【００３８】
本実施形態において、第１制御スリーブ１１２、第２制御スリーブ１１４、および第３制御スリーブ１１６は、米国特許公開公報第２００９／０００５２１１号に記載された内容と同様に、異なる１１個の動力伝達経路を提供する動力伝達機構１４に適用可能なように構成されている。しかし、本発明が異なる数の動力伝達経路を有する動力伝達機構にも適用可能であることは、図面およびここでの記載から明らかである。例えば、ハブアセンブリによっては、動力伝達経路の数が３個の場合もあり、６個、７個、８個の何れかの場合もある。本発明は、こうしたハブアセンブリ構成の何れにも適用可能である。
【００３９】
図６に示すように、位置決めアーム１１８は、ハブ軸２４の外周面２４ａに対向する内周面１１８ａを有する。さらに、位置決めアーム１１８は、内周面１１８ａに複数の位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１を有する。位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄの位置に対応するように形成されている。換言すると、位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれが、複数のトルク伝達経路のそれぞれに１対１で対応するように位置決めされている。位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、位置決めアーム１１８の内周面１１８ａの幅全体に沿って形成可能である。また、位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、位置決めアーム１１８の内周面１１８ａの中央部、若しくは、その一方の軸方向端部のみに沿って形成することも可能である。
【００４０】
ここで図６を参照して、ポジショナ２２についてさらに詳細に説明する。ポジショナ２２は、ハブ軸２４に対して軸方向に移動不能である。また、ポジショナ２２はハブ軸２４に対して径方向に移動自在であり、径方向外方に移動するように付勢ばね４４によって付勢される。より具体的には、付勢ばね４４は、ポジショナ２２を位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれと係合するように付勢する。
【００４１】
トルク伝達経路間の切り換えプロセス（例えば、自転車のハンドルバーに設置されたシフタの手動操作）により、シフト制御機構１６を介してシフトキーガイド９６が回転させられる。シフトキーガイド９６が回転すると、爪制御部材１８もハブ軸２４周りに周方向に移動する。より具体的には、爪制御部材１８は、ハブ軸２４に対して両回転方向における複数の位置に移動自在であり、各位置が動力伝達機構１４の複数の動力伝達経路のそれぞれの選択に１対１に対応する。位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれは、複数の動力伝達経路のそれぞれに対応するように位置決めされている。ポジショナ２２は、爪制御部材１８を付勢して複数の配向位置のうち、任意の選択された配向位置に維持するために、位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれと係合するように配置される。これにより、ポジショナ２２は、選択されたトルク伝達経路に爪制御部材１８を維持するように機能する。
【００４２】
より具体的には、ポジショナ２２は、爪制御部材１８の位置決めアーム１１８の位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれと接触するように構成および配列された先端部１２０を有する。図６に示すように、先端部１２０は一組の山型傾斜平坦面を有しており、爪制御部材１８の位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、ポジショナ２２と位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１の接触により爪制御部材１８を正確に位置決めするように、補完的な傾斜平坦面を有する。
【００４３】
図５に示す端部遊びＰにより、シフトキーガイド９６と爪制御部材１８との間で僅かな動作が可能となる。この動作によって、爪制御部材１８を付勢して選択されたトルク伝達経路に対応する所定位置に移動させるために、ポジショナ２２と位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれを係合させることができる。換言すれば、爪制御部材１８を適切に位置決めするために、ポジショナ２２に作用するばね付勢力に応じて、爪制御部材１８を必要に応じて僅かな角度だけ移動させることが、端部遊びＰによって許容される。
【００４４】
位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄと、に対して正確に配置されており、これにより、ポジショナ２２と係合することによって、影響を受ける動力伝達機構１４の部品は適切に配列される。しがたって、各トルク伝達経路を確実に選択、維持することが可能である。
【００４５】
位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１と、爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄと、の正確な位置関係をより十分に理解するために、各トルク伝達経路を実現する動力伝達機構１４の各構成要素の動作を下記表１及び表２に示す。
【００４６】
さらに、クラッチリング２０の一部は、シフトキーガイド９６の動作によっても、カム部９８と接触するように付勢される。具体的には、クラッチリング２０は、シフトキーガイド９６（および爪制御部材１８）の位置に応じて、図７〜図１２に示す非係合位置と、図２および図１３〜図１７に示す係合位置との間を移動する。係合位置において、クラッチリング２０は駆動体２６と第３遊星ギアキャリア６６との間でトルクを直接伝達する。
【００４７】
下記の表１は、各トルク伝達経路に対する動力伝達機構１４のシフトキーガイド９６および爪制御部材１８の位置決めによって制御される様々な構成要素の動作または状態（遊転状態または固定状態）を一覧で示している。また、表１は、ポジショナ２２によって係合される位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のうち、対応する１つの位置決め歯と、各トルク伝達経路（固有のギア比に対応）との相互関係を示している。
【００４８】
【表１】
【００４９】
下記表２において、各トルク伝達経路におけるトルクの伝達に必要な特定の構成要素をさらに示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
[第２実施形態]
図１８に第２実施形態によるポジショナ１２２およびハブ軸１２４を示す。第１および第２実施形態の類似点を考慮し、第２実施形態における第１実施形態との同一部分については、第１実施形態における当該同一部分に付与された参照番号を付与するものとする。さらに、第２実施形態における第１実施形態との同一部分に関しては、簡略化のために説明を省略する場合がある。
【００５２】
ハブ軸１２４は、第１実施形態における径方向穴４２が、この穴４２よりも小径の径方向穴１４２と置き換えられている点を除いて、ハブ軸２４と対応する特徴がすべて同一である。また、第１実施形態におけるポジショナ２２は、このポジショナ２２よりも小径のポジショナ１２２に置き換えられている。
【００５３】
この第２実施形態では、径方向穴１４２に付勢ばね４４が配置されており、付勢ばね４４は、一端が径方向穴１４２の底面に当接し、他端がポジショナ１２２の底部端面に当接している。
【００５４】
このような実施形態においても、爪制御部材１８の位置に対するポジショナ１２２の動作および機能は、前記実施形態のポジショナ２２の動作および機能と同一である。
【００５５】
[一般的な用語の解釈]
本発明の範囲を理解するにあたり、ここで使用する「備える」などの用語およびその派生語は、記載された特徴、要素、部品、グループ、完全体、ステップのいずれか、若しくは、そのすべての存在を特定する非限定的な用語であるものとするが、他の記載しない特徴、要素、部品、グループ、完全体、ステップのいずれか、若しくは、そのすべての存在を排除するものではない。
【００５６】
上記内容は、例えば「含む」、「有する」などの用語、およびその派生語のように、同様の意味を有する用語にも適用される。また、「部分」、「領域」、「部」、「部材」または「要素」などの用語が単数で用いられる場合、これらの用語は単複両方を意味することが可能である。ここで本発明の説明に用いられる「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「垂直」、「水平」、「下」、「横」などの方向を示す用語、ならびに、他の同様の方向を示す用語は、本発明を備えた自転車の方向について言及するものである。したがって、本発明を説明する場合、当該用語は一般的な乗車位置で使用される本発明を備えた自転車を基準に解釈すべきものである。最後に、ここで使用する「実質的に」、「約」、「略」等の程度を示す用語は、最終結果が著しく変化しないような、妥当な量の変化を意味する修正用語である。
【００５７】
本発明の説明において所定の実施形態のみが選択されているが、特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく、ここで様々な変更および修正を加えることが可能であることは、当業者にとって明白である。さらに、本発明による実施形態の説明は、説明目的で提供されるものであり、特許請求の範囲およびその等価物による定義により本発明を制限する目的で提供されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１２ 内装変速ハブアセンブリ
１６ シフト制御機構
１４ 動力伝達機構
１８ 爪制御部材
２２，１２２ ポジショナ
２４ ハブ軸
２６ 駆動体
２８ ハブシェル
４２，１４２ 径方向穴
４４ 付勢ばね
９０ 第１爪
９２ 第２爪
９４ 第３爪
１１２ 第１制御スリーブ
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ 爪制御凹部
１１４ 第２制御スリーブ
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ 爪制御凹部
１１６ 第３制御スリーブ
１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ 爪制御凹部
１１８ 位置決めアーム
Ｔ１〜Ｔ１１ 位置決め歯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内装変速ハブアセンブリ、特に、内部位置決め部材を備えた自転車用内装変速ハブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクリングは、交通手段のみならず、レクリエーションの一形態としてもますます普及している。さらに、サイクリングはプロ／アマを問わず非常に人気のある競技スポーツになっている。自転車がレクリエーション、交通、競技のいずれに使用される場合であっても、自転車産業は自転車の様々な部品に絶えず改良を加えている。広く設計を繰り返してきた部品は、自転車用の内装変速ハブアセンブリである。
【０００３】
内装変速ハブアセンブリは、例えば特許文献１に示されるように、一般的には後輪ハブであり、後輪ハブは、複数の動力伝達経路（ギア比）を乗り手に提供するために変速可能なギア機構を内部に備えている。
【０００４】
このような内装変速ハブアセンブリを使用した場合、乗り手は、自転車のハンドルバーに、あるいはこのハンドルバーに隣接して設置された従来のレバー作動型シフト機構を操作することによって、変速を行っている。レバー作動型シフト機構の操作はボーデン型ケーブルによって内装変速ハブアセンブリに伝達される。動力伝達経路（ギア比）は、レバー作動型シフト機構の位置変化に対応して選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２６５１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内装変速ハブアセンブリおよび従来のレバー作動型シフト機構を用いたシステムにおいては、内装変速ハブアセンブリ内の構成部材の位置決めが、レバー作動型シフト機構およびケーブルの位置決めのみに依存する。このため、レバー作動型シフト機構が正確な位置あるいは向きにセットされていない場合、内装変速ハブアセンブリ内の構成部材が適切に位置決めされない場合がある。内装変速ハブアセンブリ内の構成部材が適切に位置決めされない場合は、所望の動力伝達経路を選択するために、レバー作動型シフト機構を細かく操作することが必要となる。
【０００７】
内装変速ハブアセンブリは、一般的に、ハブ軸周りの弓状経路に沿って移動するように設けられた爪制御部材を有する。爪制御部材は、複数の爪収容凹部を有する少なくとも１つの制御アームを備えている。複数の爪収容凹部は、複数のワンウェイクラッチ爪と係合あるいは係合解除する。これにより、爪制御部材は所望の動力伝達経路を選択するための手段として機能する。最近では、爪制御部材の軸方向端部における突出部と接触する複数のギア歯を有するリングを備えた位置決め機構が開発されている。ここで、内装変速ハブアセンブリはコンパクトな機構である。しかし、前述のような位置決め機構を内装変速ハブアセンブリの内部に収容するためには、装置全体が大きくなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、所望の動力伝達経路の選択に際して、正確かつ確実な切換が可能な内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、選択された動力伝達経路を構成するすべての部材の配置を適切にするための内部位置決め機構を備えた内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、動力伝達経路間の切換を確実かつ正確に行うことができる内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、装置全体を大きくすることのない位置決め機構を備えた内装変速ハブアセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る自転車用内装変速ハブアセンブリは、固定ハブ軸と、駆動体と、ハブシェルと、動力伝達機構と、シフト制御機構と、を備えている。固定ハブ軸はポジショナを有しており、ポジショナは固定ハブ軸に対して径方向に移動自在である。駆動体は固定ハブ軸に回転自在に支持されている。ハブシェルは固定ハブ軸に回転自在に支持されている。動力伝達機構は、複数の動力伝達経路を通じて駆動体からハブシェルに回転力を伝達するために、駆動体とハブシェルとの間に配置されている。シフト制御機構は、両回転方向において、固定ハブ軸に対して複数の位置決め位置に移動自在な爪制御部材を備えている。各位置は、動力伝達機構の複数の動力伝達経路のそれぞれの選択に１対１で対応する。ポジショナは、爪制御部材を付勢して、複数の位置決め位置のうち、任意の選択された方向に維持するように配置されている。
【００１３】
本発明に関する上記およびその他の目的、特徴、態様、利点は、添付図面と共に、本発明の好ましい実施形態を開示する以下の詳細な説明から、当業者にとって明らかなものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内装変速ハブアセンブリでは、正確かつ確実な切換によって所望の動力伝達経路の選択を行うことができる。また、本発明では、選択された動力伝達経路の構成部材を適切に配置することができる。さらに、本発明では、確実かつ正確に動力伝達経路間の切り換えを行うことができる。さらに、本発明では、装置全体を大きくすることのない位置決め機構を備えた内装変速ハブアセンブリが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるハブアセンブリを備えた自転車の後部側面図。
【図２】第１実施形態によるハブアセンブリの動力伝達機構とシフト制御機構とポジショナの構成を示す断面図。
【図３】第１実施形態によるハブアセンブリのシフト制御機構における、ハブ軸と、爪制御部材と、シフトキーガイドと、を示す部分斜視図。
【図４】第１実施形態によるハブアセンブリおよびハブ軸から取り外された状態の爪制御部材およびシフトキーガイドの斜視図。
【図５】第１実施形態によるハブアセンブリのシフトキーガイドと爪制御部材の機械的接続を示す図。
【図６】第１実施形態によるハブアセンブリのポジショナと爪制御部材の一部との相互作用を示すための、図３の６−６断面図。
【図７】第１実施形態によるハブアセンブリの動力伝達機構の第１動力伝達経路を示す図。
【図８】前記動力伝達機構の第２動力伝達経路を示す図。
【図９】前記動力伝達機構の第３動力伝達経路を示す図。
【図１０】前記動力伝達機構の第４動力伝達経路を示す図。
【図１１】前記動力伝達機構の第５動力伝達経路を示す図。
【図１２】前記動力伝達機構の第６動力伝達経路を示す図。
【図１３】前記動力伝達機構の第７動力伝達経路を示す図。
【図１４】前記動力伝達機構の第８動力伝達経路を示す図。
【図１５】前記動力伝達機構の第９動力伝達経路を示す図。
【図１６】前記動力伝達機構の第１０動力伝達経路を示す図。
【図１７】前記動力伝達機構の第１１動力伝達経路を示す図。
【図１８】本発明の第２実施形態によるハブアセンブリのポジショナと爪制御部材の一部との相互作用を示すための断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、下記の実施形態の説明は、説明目的で提供されるものであり、特許請求の範囲およびその等価物の定義により本発明を制限する目的で提供するものではない。
【００１７】
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態による内装変速ハブアセンブリ（以下、単にハブアセンブリと記す）１２を備えた自転車１０が図示されている。図２に示すように、ハブアセンブリ１２はシフト制御機構１６とともに動力伝達機構１４を備えている。シフト制御機構１６は、爪制御部材１８（図４参照）およびクラッチリング２０の動作を制御する。爪制御部材１８およびクラッチリング２０は複数の位置に選択的に移動可能であり、図７〜図１７に示す複数の動力伝達経路（詳細は後述する）を通じてトルクを伝達する動力伝達機構１４の様々な構成要素を構成する。さらに、本発明のハブアセンブリ１２はポジショナ２２を備えている。ポジショナ２２は、複数の各位置に爪制御部材１８を正確に位置決めするものである。複数の各位置は、乗り手が選択可能な複数の動力伝達経路に対応する位置である。
【００１８】
図２に示すように、ハブアセンブリ１２は、基本的に、ハブ軸２４と、駆動体２６と、ハブシェル２８と、動力伝達機構１４と、シフト制御機構１６と、を備えている。ハブ軸２４は、自転車１０に設置された場合、駆動体２６およびハブシェル２８がハブ軸２４周りに回転自在な状態で自転車１０に固定されるので、固定ハブ軸として構成されている。
【００１９】
ハブアセンブリ１２の動力伝達機構１４は、駆動体２６からの回転力を複数の動力伝達経路を通じてハブシェル２８に伝達するために、駆動体２６とハブシェル２８との間に配置されている。
【００２０】
図３に示すように、ハブ軸２４は、爪受け溝３０、爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６等、多くの従来構成を有する。爪受け溝３０は、ハブ軸２４の外周面に沿って軸方向に延在する。爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６は、ハブ軸２４の外周面において、周方向にかつ互いに平行に延びている。さらに、ハブ軸２４は、所望の動力伝達経路を選択するために、爪制御部材１８がハブ軸２４周りに周方向に移動して動力伝達機構１４の対応部分に係合可能なように構成されている。爪受け溝３０および爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６は従来周知の構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２１】
ここで、本発明に関する新たなハブ軸２４の構成について説明する。図３に示すように、ハブ軸２４は、位置決めアーム凹部４０を有する。位置決めアーム凹部４０は、爪制御アーム受け凹部３２，３４，３６と平行に周方向に延びており、２つの爪制御アーム受け凹部３４，３６間に配置されている。図２に示すように、ハブ軸２４は、径方向に延びる穴４２を有する。この径方向穴４２は、ハブ軸２４内に閉塞端を有し、位置決めアーム凹部４０に対して開口している。
【００２２】
ポジショナ２２および付勢ばね４４は、図２および図６に示すように、径方向穴４２内に配置されている。ポジショナ２２は、ハブ軸２４の径方向穴４２内で径方向に移動自在である。ポジショナ２２の底部は、内部が部分的に中空となっている。このポジショナ２２の中空内部に付勢ばね４４が配置されている。付勢ばね４４は、ハブ軸２４の径方向穴４２内において、ポジショナ２２を爪制御部材１８に対して径方向外方に付勢する。ポジショナ２２および付勢ばね４４については、後述の爪制御部材１８の説明の後でさらに説明する。
【００２３】
駆動体２６は、従来周知の構成と同様に、ハブ軸２４周りを回転するように配置されている。ハブシェル２８も従来と同様の構成であり、ハブ軸２４周りを回転するように配置され、また駆動体２６の一部の周りを回転するように配置されている。
【００２４】
駆動体２６は、チェーンＣ（図１）に機械的に連結され、乗り手がペダルを踏み込む際に生じるトルクを受けるように構成されている。チェーンＣからのトルクは、複数のトルク伝達経路（詳細は後述する）を通じて、駆動体２６から動力伝達機構１４を介してハブシェル２８に伝達される。
【００２５】
ハブシェル２８は複数の従来と同様の部品を有するので、本発明に固有の構成または本発明に関する構成のみを以下で説明する。具体的には、ハブシェル２８は、第１ギア４６および第２ギア４８を有する。第１ギア４６および第２ギア４８は、ハブシェル２８の内周面に配置されており、動力伝達機構１４のワンウェイクラッチ機構（詳細は後述する）とそれぞれ係合するように構成されている。
【００２６】
ここで、特に図２を参照し、動力伝達機構１４について簡単に説明する。
【００２７】
動力伝達機構１４は、第１太陽ギア５０と、第２太陽ギア５２と、第３太陽ギア５４と、第４太陽ギア５６と、を有している。また、動力伝達機構１４は、第１リングギア５８と、第２リングギア６０と、を有している。さらに動力伝達機構１４は、第１遊星ギアキャリア６２と、第２遊星ギアキャリア６４と、第３遊星ギアキャリア６６と、第１遊星ギア６８と、第２遊星ギア７０と、第３遊星ギア７２と、第４遊星ギア７４と、を有している。さらに動力伝達機構１４は、第１クラッチ７６（ワンウェイクラッチ）と、第２クラッチ７８（ワンウェイクラッチ）と、第３クラッチ８０（ワンウェイクラッチ）と、第４クラッチ８２（ワンウェイクラッチ）と、第５クラッチと、クラッチリング２０と、を備えている。これらの動力伝達機構１４の各構成要素は、例えば米国特許公開公報第２００９／０００５２１１号に記載されているような構成と同様に動作する。動力伝達機構１４の各構成要素の動作は一般的であるので、それらの説明は省略する。
【００２８】
なお、本発明の第１クラッチ７６は、第２クラッチ７８に隣接する第１遊星ギアキャリア６２の径方向外側部６２ａに配置されている点で、米国特許公開公報第２００９／０００５２１１号に記載の構成と異なる。さらに、詳細は後述するが、第１クラッチ７６は複数のトルク伝達経路において第１ギア４６と係合し、第２クラッチ７８は複数のトルク伝達経路において第２ギア４８と係合するように構成されている。
【００２９】
シフト制御機構１６は、図２〜図４に示すように、第１爪９０と、第２爪９２と、第３爪９４と、シフトキーガイド９６と、カム部９８と、爪制御部材１８と、ポジショナ２２と、を備えている。図２に示すように、第１爪９０、第２爪９２、および第３爪９４は軸方向に互いに離間しており、従来の構成と同様に、図３に示す爪受け溝３０内に抜け止めされている。これらの爪９０，９２，９４はトルク伝達用として機能する。
【００３０】
ハブ軸２４周りの複数の周方向位置のうちの選択された位置に爪制御部材１８を位置決めすることにより、第１爪９０、第２爪９２、および第３爪９４の動作が制御される。より具体的には、第１爪９０が動作可能となった場合、第１爪９０は、第１太陽ギア５０の歯と係合するワンウェイクラッチとして機能し、第１太陽ギア５０のハブ軸２４周りの回転を禁止する。さらに、第２爪９２が爪制御部材１８の位置決めにより動作可能になった場合、第２爪９２は、第２太陽ギア５２の歯と係合するワンウェイクラッチとして機能し、第２太陽ギア５２のハブ軸２４周りの回転を禁止する。第３爪９４が爪制御部材１８の位置決めにより動作可能になった場合、第３爪９４は、第３太陽ギア５４の歯と係合するワンウェイクラッチとして機能し、第３太陽ギア５４の回転を禁止する。第１爪９０、第２爪９２、および第３爪９４の機能は周知であるので、 さらなる説明を省略する。例えば、各爪の動作は、米国特許公開第２００９／０００５２１０号公報において、より詳細に記載されている。
【００３１】
シフトキーガイド９６は、図３〜図５に示すように、中央開口部１００およびガイド孔１０２を有する。また、シフトキーガイド９６は、軸方向に延びる複数の突出部を備えている。図３に示すように、中央開口部１００はハブ軸２４を受けるように構成されており、これにより、シフトキーガイド９６はハブ軸周りに回転する。図３〜図５に示すように、ガイド孔１０２は爪制御部材１８の軸方向端部１０４を受けるように構成されている。シフトキーガイド９６の動作および位置決めは、シフト制御機構１６の構成要素を介して乗り手により制御される。これは、例えば米国特許公開公報第２００９／０００５２１０号に記載されているように、周知の構成および動作である。
【００３２】
図２に示すように、カム部９８はハブ軸２４に回転不能に設置されている。カム部９８については、米国特許公開公報第２００９／０００５２１０号および第２００９／０００５２１１号に記載されている。したがって、カム部９８については説明を省略する。
【００３３】
ここで、特に図３〜図５を参照して、爪制御部材１８について説明する。爪制御部材１８は、ベーススリーブ１１０（図４参照）と、ベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４と、それぞれ円弧状の、第１制御スリーブ１１２と、第２制御スリーブ１１４と、第３制御スリーブ１１６と、位置決めアーム１１８と、を備える。
【００３４】
ベーススリーブ１１０は、ハブ軸２４の外周面に沿って軸方向に延びて形成されている。図３〜図５に示すように、ベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４は、ガイド孔１０２に嵌合している。このガイド孔１０２とベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４との結合により、爪制御部材１８の動作がシフトキーガイド９６の動作に従う。具体的には、シフトキーガイド９６をハブ軸２４周りに回転させると、爪制御部材１８はシフトキーガイド９６と共に移動する。
【００３５】
さらに、図５に示すように、ベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４はガイド穴１０２よりも僅かに小さい。したがって、爪制御部材１８のベーススリーブ１１０の軸方向端部１０４とシフトキーガイド９６との間には、周方向において僅かな端部遊びＰが形成されている。より具体的には、詳細は後述するが、シフトキーガイド９６をハブ軸２４周りに回転させると、端部遊びＰによってシフトキーガイド９６と爪制御部材１８間の僅かな独立した動作が許容される。
【００３６】
図４に示すように、第１制御スリーブ１１２は爪制御面を有する爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを備えている。これらの凹部は第１爪９０を動作可能に位置決め及び構成されている。第２制御スリーブ１１４は爪制御面を有する爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃを備えている。これらの凹部は第２爪９２を動作可能に構成されている。同様に、第３制御スリーブ１１６は爪制御面を有する爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄを備えている。これらの凹部は第３爪９４を動作可能に構成されている。
【００３７】
図３に示すように、第１制御スリーブ１１２はハブ軸２４の爪制御アーム受け凹部３２内に配置され、第２制御スリーブ１１４はハブ軸２４の爪制御アーム受け凹部３４内に配置され、第３制御スリーブ１１６はハブ軸２４の爪制御アーム受け凹部３６内に配置されている。さらに、位置決めアーム１１８は、ハブ軸２４の位置決めアーム凹部４０内に配置されている。したがって、図６に示すように、位置決めアーム１１８は径方向穴４２を覆うように配置されていることになる。
【００３８】
本実施形態において、第１制御スリーブ１１２、第２制御スリーブ１１４、および第３制御スリーブ１１６は、米国特許公開公報第２００９／０００５２１１号に記載された内容と同様に、異なる１１個の動力伝達経路を提供する動力伝達機構１４に適用可能なように構成されている。しかし、本発明が異なる数の動力伝達経路を有する動力伝達機構にも適用可能であることは、図面およびここでの記載から明らかである。例えば、ハブアセンブリによっては、動力伝達経路の数が３個の場合もあり、６個、７個、８個の何れかの場合もある。本発明は、こうしたハブアセンブリ構成の何れにも適用可能である。
【００３９】
図６に示すように、位置決めアーム１１８は、ハブ軸２４の外周面２４ａに対向する内周面１１８ａを有する。さらに、位置決めアーム１１８は、内周面１１８ａに複数の位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１を有する。位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄの位置に対応するように形成されている。換言すると、位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれが、複数のトルク伝達経路のそれぞれに１対１で対応するように位置決めされている。位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、位置決めアーム１１８の内周面１１８ａの幅全体に沿って形成可能である。また、位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、位置決めアーム１１８の内周面１１８ａの中央部、若しくは、その一方の軸方向端部のみに沿って形成することも可能である。
【００４０】
ここで図６を参照して、ポジショナ２２についてさらに詳細に説明する。ポジショナ２２は、ハブ軸２４に対して軸方向に移動不能である。また、ポジショナ２２はハブ軸２４に対して径方向に移動自在であり、径方向外方に移動するように付勢ばね４４によって付勢される。より具体的には、付勢ばね４４は、ポジショナ２２を位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれと係合するように付勢する。
【００４１】
トルク伝達経路間の切り換えプロセス（例えば、自転車のハンドルバーに設置されたシフタの手動操作）により、シフト制御機構１６を介してシフトキーガイド９６が回転させられる。シフトキーガイド９６が回転すると、爪制御部材１８もハブ軸２４周りに周方向に移動する。より具体的には、爪制御部材１８は、ハブ軸２４に対して両回転方向における複数の位置に移動自在であり、各位置が動力伝達機構１４の複数の動力伝達経路のそれぞれの選択に１対１に対応する。位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれは、複数の動力伝達経路のそれぞれに対応するように位置決めされている。ポジショナ２２は、爪制御部材１８を付勢して複数の配向位置のうち、任意の選択された配向位置に維持するために、位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれと係合するように配置される。これにより、ポジショナ２２は、選択されたトルク伝達経路に爪制御部材１８を維持するように機能する。
【００４２】
より具体的には、ポジショナ２２は、爪制御部材１８の位置決めアーム１１８の位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれと接触するように構成および配列された先端部１２０を有する。図６に示すように、先端部１２０は一組の山型傾斜平坦面を有しており、爪制御部材１８の位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、ポジショナ２２と位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１の接触により爪制御部材１８を正確に位置決めするように、補完的な傾斜平坦面を有する。
【００４３】
図５に示す端部遊びＰにより、シフトキーガイド９６と爪制御部材１８との間で僅かな動作が可能となる。この動作によって、爪制御部材１８を付勢して選択されたトルク伝達経路に対応する所定位置に移動させるために、ポジショナ２２と位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のそれぞれを係合させることができる。換言すれば、爪制御部材１８を適切に位置決めするために、ポジショナ２２に作用するばね付勢力に応じて、爪制御部材１８を必要に応じて僅かな角度だけ移動させることが、端部遊びＰによって許容される。
【００４４】
位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１は、爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄと、に対して正確に配置されており、これにより、ポジショナ２２と係合することによって、影響を受ける動力伝達機構１４の部品は適切に配列される。しがたって、各トルク伝達経路を確実に選択、維持することが可能である。
【００４５】
位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１と、爪制御凹部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、爪制御凹部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、爪制御凹部１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄと、の正確な位置関係をより十分に理解するために、各トルク伝達経路を実現する動力伝達機構１４の各構成要素の動作を下記表１及び表２に示す。
【００４６】
さらに、クラッチリング２０の一部は、シフトキーガイド９６の動作によっても、カム部９８と接触するように付勢される。具体的には、クラッチリング２０は、シフトキーガイド９６（および爪制御部材１８）の位置に応じて、図７〜図１２に示す非係合位置と、図２および図１３〜図１７に示す係合位置との間を移動する。係合位置において、クラッチリング２０は駆動体２６と第３遊星ギアキャリア６６との間でトルクを直接伝達する。
【００４７】
下記の表１は、各トルク伝達経路に対する動力伝達機構１４のシフトキーガイド９６および爪制御部材１８の位置決めによって制御される様々な構成要素の動作または状態（遊転状態または固定状態）を一覧で示している。また、表１は、ポジショナ２２によって係合される位置決め歯Ｔ１〜Ｔ１１のうち、対応する１つの位置決め歯と、各トルク伝達経路（固有のギア比に対応）との相互関係を示している。
【００４８】
【表１】
【００４９】
下記表２において、各トルク伝達経路におけるトルクの伝達に必要な特定の構成要素をさらに示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
[第２実施形態]
図１８に第２実施形態によるポジショナ１２２およびハブ軸１２４を示す。第１および第２実施形態の類似点を考慮し、第２実施形態における第１実施形態との同一部分については、第１実施形態における当該同一部分に付与された参照番号を付与するものとする。さらに、第２実施形態における第１実施形態との同一部分に関しては、簡略化のために説明を省略する場合がある。
【００５２】
ハブ軸１２４は、第１実施形態における径方向穴４２が、この穴４２よりも小径の径方向穴１４２と置き換えられている点を除いて、ハブ軸２４と対応する特徴がすべて同一である。また、第１実施形態におけるポジショナ２２は、このポジショナ２２よりも小径のポジショナ１２２に置き換えられている。
【００５３】
この第２実施形態では、径方向穴１４２に付勢ばね４４が配置されており、付勢ばね４４は、一端が径方向穴１４２の底面に当接し、他端がポジショナ１２２の底部端面に当接している。
【００５４】
このような実施形態においても、爪制御部材１８の位置に対するポジショナ１２２の動作および機能は、前記実施形態のポジショナ２２の動作および機能と同一である。
【００５５】
[一般的な用語の解釈]
本発明の範囲を理解するにあたり、ここで使用する「備える」などの用語およびその派生語は、記載された特徴、要素、部品、グループ、完全体、ステップのいずれか、若しくは、そのすべての存在を特定する非限定的な用語であるものとするが、他の記載しない特徴、要素、部品、グループ、完全体、ステップのいずれか、若しくは、そのすべての存在を排除するものではない。
【００５６】
上記内容は、例えば「含む」、「有する」などの用語、およびその派生語のように、同様の意味を有する用語にも適用される。また、「部分」、「領域」、「部」、「部材」または「要素」などの用語が単数で用いられる場合、これらの用語は単複両方を意味することが可能である。ここで本発明の説明に用いられる「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「垂直」、「水平」、「下」、「横」などの方向を示す用語、ならびに、他の同様の方向を示す用語は、本発明を備えた自転車の方向について言及するものである。したがって、本発明を説明する場合、当該用語は一般的な乗車位置で使用される本発明を備えた自転車を基準に解釈すべきものである。最後に、ここで使用する「実質的に」、「約」、「略」等の程度を示す用語は、最終結果が著しく変化しないような、妥当な量の変化を意味する修正用語である。
【００５７】
本発明の説明において所定の実施形態のみが選択されているが、特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく、ここで様々な変更および修正を加えることが可能であることは、当業者にとって明白である。さらに、本発明による実施形態の説明は、説明目的で提供されるものであり、特許請求の範囲およびその等価物による定義により本発明を制限する目的で提供されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１２ 内装変速ハブアセンブリ
１６ シフト制御機構
１４ 動力伝達機構
１８ 爪制御部材
２２，１２２ ポジショナ
２４ ハブ軸
２６ 駆動体
２８ ハブシェル
４２，１４２ 径方向穴
４４ 付勢ばね
９０ 第１爪
９２ 第２爪
９４ 第３爪
１１２ 第１制御スリーブ
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ 爪制御凹部
１１４ 第２制御スリーブ
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ 爪制御凹部
１１６ 第３制御スリーブ
１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ 爪制御凹部
１１８ 位置決めアーム
Ｔ１〜Ｔ１１ 位置決め歯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に移動可能なポジショナを有する固定ハブ軸と、
前記固定ハブ軸に回転自在に支持された駆動体と、
前記固定ハブ軸に回転自在に支持されたハブシェルと、
複数の動力伝達経路を通じて前記駆動体から前記ハブシェルに回転力を伝達するために、前記駆動体と前記ハブシェルとの間に配置された動力伝達機構と、
前記固定ハブ軸に対して両回転方向に複数の位置決め位置に移動可能な爪制御部材を有し、前記複数の位置決め位置のそれぞれが前記動力伝達機構の複数の動力伝達経路のそれぞれに対応しており、前記ポジショナが前記爪制御部材を付勢して前記複数の位置決め位置のうち、任意の選択された位置決め位置を維持するように配置されている、シフト制御機構と、
を備えた自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項２】
前記固定ハブ軸は前記ポジショナを受ける径方向に延びて形成された穴を有する、請求項１に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項３】
前記ポジショナは、前記固定ハブ軸の径方向穴内において径方向に移動自在な底部を備える、請求項２に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項４】
前記ポジショナは、底部に端部が開口する中空部を有し、
前記中空部に配置され、前記ポジショナを径方向外方の前記爪制御部材側に付勢する付勢ばねをさらに備えている、
請求項３に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
前記ポジショナは、前記固定ハブ軸の径方向穴内において径方向に移動自在な底部を備える、請求項２に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項５】
前記固定ハブ軸の径方向穴内に配置され、前記ポジショナの底部端面に当接して前記ポジショナを径方向外方の前記爪制御部材側に付勢する付勢ばねをさらに備えている、請求項３に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項６】
前記爪制御部材は位置決めアームを有し、前記位置決めアームは、前記固定ハブ軸の外周面の少なくとも一部に対向する内周面を有するとともに、前記内周面には複数の位置決め歯が形成されており、
前記ポジショナは、径方向に移動して先端部が前記位置決めアームの複数の位置決め歯のいずれかと選択的に接触可能である、
請求項１から５のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項７】
前記ポジショナの先端部は一組の山型傾斜平坦面を有しており、前記位置決めアームの位置決め歯のそれぞれは、前記ポジショナの先端部の接触によって前記爪制御部材が位置決めされるように、前記山型傾斜平坦面に対応する傾斜平坦面を備える、請求項６に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項８】
前記爪制御部材は、少なくとも１つの円弧状制御スリーブを有し、前記円弧状制御スリーブは、前記動力伝達機構のトルク伝達爪に接触するように構成された少なくとも１つの爪制御面を有しており、
前記位置決めアームは、前記円弧状制御スリーブと略平行に対応する円弧状に形成されている、
請求項７に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項１】
径方向に移動可能なポジショナを有する固定ハブ軸と、
前記固定ハブ軸に回転自在に支持された駆動体と、
前記固定ハブ軸に回転自在に支持されたハブシェルと、
複数の動力伝達経路を通じて前記駆動体から前記ハブシェルに回転力を伝達するために、前記駆動体と前記ハブシェルとの間に配置された動力伝達機構と、
前記固定ハブ軸に対して両回転方向に複数の位置決め位置に移動可能な爪制御部材を有し、前記複数の位置決め位置のそれぞれが前記動力伝達機構の複数の動力伝達経路のそれぞれに対応しており、前記ポジショナが前記爪制御部材を付勢して前記複数の位置決め位置のうち、任意の選択された位置決め位置を維持するように配置されている、シフト制御機構と、
を備えた自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項２】
前記固定ハブ軸は前記ポジショナを受ける径方向に延びて形成された穴を有する、請求項１に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項３】
前記ポジショナは、前記固定ハブ軸の径方向穴内において径方向に移動自在な底部を備える、請求項２に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項４】
前記ポジショナは、底部に端部が開口する中空部を有し、
前記中空部に配置され、前記ポジショナを径方向外方の前記爪制御部材側に付勢する付勢ばねをさらに備えている、
請求項３に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
前記ポジショナは、前記固定ハブ軸の径方向穴内において径方向に移動自在な底部を備える、請求項２に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項５】
前記固定ハブ軸の径方向穴内に配置され、前記ポジショナの底部端面に当接して前記ポジショナを径方向外方の前記爪制御部材側に付勢する付勢ばねをさらに備えている、請求項３に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項６】
前記爪制御部材は位置決めアームを有し、前記位置決めアームは、前記固定ハブ軸の外周面の少なくとも一部に対向する内周面を有するとともに、前記内周面には複数の位置決め歯が形成されており、
前記ポジショナは、径方向に移動して先端部が前記位置決めアームの複数の位置決め歯のいずれかと選択的に接触可能である、
請求項１から５のいずれかに記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項７】
前記ポジショナの先端部は一組の山型傾斜平坦面を有しており、前記位置決めアームの位置決め歯のそれぞれは、前記ポジショナの先端部の接触によって前記爪制御部材が位置決めされるように、前記山型傾斜平坦面に対応する傾斜平坦面を備える、請求項６に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【請求項８】
前記爪制御部材は、少なくとも１つの円弧状制御スリーブを有し、前記円弧状制御スリーブは、前記動力伝達機構のトルク伝達爪に接触するように構成された少なくとも１つの爪制御面を有しており、
前記位置決めアームは、前記円弧状制御スリーブと略平行に対応する円弧状に形成されている、
請求項７に記載の自転車用内装変速ハブアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２４７８２３（Ｐ２０１０−２４７８２３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７６２１（Ｐ２０１０−８７６２１）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【Ｆターム（参考）】
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