JPS6018402A - 自転車の駆動部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自転車用ユニットハブに関し、とくに、ハブ
体をハブ軸に刻して回転可能に支持するための構造と、
チェーンからの駆動力をハブ体に対し正方向（自転車の
右方がら見てハブ軸に関して右回り方向、以下、自転車
の右方より見てハブ軸まわり右回転方向を正、左回転方
向を逆という）にのみ伝達し、走行中ペダル回転を停止
するとハブ体が正方向にフリー回転しうるようにするた
めのいわゆる一方向クラッチとをユニット化した自転車
用ユニットハブにおいて、前記の一方向クラッチのクラ
ッチ切れがスムースかつ確実に行なわれるように改良し
たものに関する。

本発明者は、先に、ＪＩＳ　Ｄ　９４１９に示されてい
る一般的な構造のユニットハブにおいては、一方向クラ
ッチとしていわゆるラチェット機構が用いられている点
を改め、チェノによって回転させられる駆動体に形成し
た右ねじの送りねじにねし付けたクラッチコーンを前記
駆動体の正逆回転によりハブ軸方向に移動しうるように
し、駆動体を正転させたとき前記クラッチコーンがハブ
シェルの内周に形成したコーン状のクラッチ内面に近付
くように移動してこれに係合し、駆動体の回転駆動力を
ハブシェルに伝達する一方、駆動体を逆転させたとき前
記クラッチコーンが前記クラッチ内面から離れるように
移動して駆動体ないしクラッチコーンとハブシェルとの
連繋を断ち、ハブシェルがフリー回転しうるようにした
ことを基本構成とするユニットハブを提案したく特願昭
５８−４６９４２号、特願昭５８　＝　４２”９４３号
、５８−３７８０３号参照）。すなわち、このユニット
ハブは、たとえば上記特願昭５８−４６９４２号の第１
図ないし第４図に表れているように、駆動体の送りねじ
にねじ付けられたクラッチコーンをバネによって常時ハ
ブ体のクラッチ内面から離れる方向に付勢するとともに
、・ハブ体の内面に設けるべきクラッチ内面とクラッチ
コーンの外周に設けるべきクラッチ外面を単なる摩擦ク
ラッチとするのではなく、その双方に互いに逆向きの爪
歯、すなわち、クラッチ内面のクラッチ外面に対する相
対正転のみ容易とする向きに形成した爪歯を設け、クラ
ッチコーンがハブ体に対して相対正転駆動しようとする
ときは前記各爪歯が互いに掛合してクラッチコーンの回
転駆動力を確実にハブ体に伝えるとともに、クラッチコ
ーンがハブ体に対して相対逆転しようとするときは前記
バネの弾力によって前記爪歯の互いの掛合が速やかに解
除され、クラッチコーンからハブ体への動力伝達経路を
断ち、ハブ体がフリー回転するようにしている。このよ
うなユニットハブは、一方向クラッチとして自転車の分
野において一般的に用いられていたラチェット機構を構
造簡単なコーンクラッチに置き換えている点に重大な意
義を有している。

ところで、上記の本発明者が提案した新形式のユニット
ハブにおけるコーンクラッチ部分は、第１図に示すよう
な、ペダルを逆転することによっても前進駆動走行しう
る自転車のハブに応用することができる。この自転車の
原理は次の通りである。

ハブｌには、フリーギヤがハブ１に対して相対正転する
ことができず、かつ、相対逆転することができるように
構成した一対のフリーホイール２゜３が並設されており
、これらのフリーホイール２゜３にはチェーンＣが図の
ようにかけられている。

前記のフリーホイール２．３は、通常のフリーホイール
と同様に、中子とこれに回転可能に支持したフリーギヤ
体との間に一方向クラッチたるラチェソ＋−機構が組み
込まれたものが用いられている。

図において、ペダルを正回転させると、チェノＣは、Ａ
方向に走行し、フリーホイール２のみが正転してチェノ
の駆動力をハブ１に伝え、自転車は前進する。このとき
フリーホイール３ばフリー逆転している。一方、ペダル
を逆回転させる場合、チェノＣがＢ方向に走行し、フリ
ーホイール３のみが正転してチェノＣの駆動力をハブ１
に伝え、この場合においても自転車は前進する。このと
きもう１個のフリーホイール２はフリー逆転する。

したがって、この自転車は、ペダルを正転しているとき
も逆転しているときも前進することになる。

前記２１１１１１のフリーホイールの歯数が異なるよう
にしておけば、ペダルを正転させるときと逆転させると
きで自転車の走行速度が変わる２段変速機能を有する自
転車が達成されるし、また、ペダルを回転させるのでは
なくシーソーのように揺動するようにこいでも前進する
というユニークなものととすることもできる。しかしな
がら、このような自転車においてハブに何の考応：も施
さないと、この自転車をバンクさゼることができない、
という問題が生じる。ずなわぢ、自転車をバックさせハ
ブを逆転しようとすると、前記の２個のフリーホイール
はともにフリーギヤ体が中子に対して相対逆転できて相
対正転しえないようになっているため、逆転する中子は
２個のフリーギヤ体をともに逆転させようとするのであ
る。しかしながら図のようなチェノのかけかたから明ら
かなように、事実上２個のフリーギヤがともにおなし方
向に回転することはできないため、結果的にこの自転車
をバンクさせることばできないことになる。たとえば駐
車させた自転車を後方へ引き出すことなどを想定すると
、上記ｄ問題を解決しない限り、この自転車を実用化す
ることができないことは明らかである。

第１図に示す自転車における上記のような問題を解決す
るには、自転車の停止時に２個のフリーホイールとは無
関係にハブ体が自由回転しうるようにすることが必要で
ある。ただし、走行中にフリーホイールと無関係にハブ
体が自由回転すると通常の走行ができなくなるので、走
行中は、フリーホイールとハブ体の動力伝達経路を確保
しておかなければならない。ここに、前にのべた、コー
ンクラッチを内臓したユニットハブの構造を適用する余
地が生じるのである。本発明によって改良された自転車
用ユニットハブを第１図の自転車のハブに適用すると、
この自転車の上記の問題は兄事に解決され、この自転車
の実用化がはじめて可能となる。

すなわち、本発明の目的は、駆動体の停止時にハブ体が
正転すると、駆動体と／＼ブ体との間の動力伝達経路が
完全に断たれ、このときハブ体が駆動体に対して正逆の
双方向に自白回転することができる一方、駆動体が正転
するとこの駆動体と前記ハブ体とを連結し、駆動体の回
転力がハブ体に伝達されるようにしたクラッチを有する
ユニットハブを提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明では次の技術的手段
を購じている。

すなわち、（ａ）　ハブ体もしくはこれと一体関係にあ
る部材の内周になめらかな突部を有するコーン状のクラ
ッチ内面を設けたこと、（ｂ）　スプロケットを取付け
るべき駆動体に設けた右ねじの送りねじに螺合されてハ
ブ軸方向に移動可能としたクラッチコーンの外周に前記
クラッチ内面と接合しうるなめらかな突部を有するコー
ン状のクラッチ外面を設けたこと、（Ｃ１前記クラッチ
コーンのハブ軸に対する相対回転に一定の抵抗を与えた
こと、および、（ｄ＋　前記クラッチコーンを常時前記
クラッチ内面から離れる方向に弾力付勢したこと、であ
る。

か（して、駆動体が正転すると、クラッチコーンばハブ
体に対して相対的に回転しにくくなっているから、駆動
体の送りねじによって前記クラッチ内面の方へ送られ、
がっ、クラッチ外面とクラッチ内面が接合して、駆動体
からクラッチコーンを介してハブ体への動力伝達経路が
成立する。クラッチコーンのクラッチ外面とハブ体のク
ラッチ内面が互いに接合すると、クラッチコーンはそれ
以上移動することができないから、駆動体と共回りし、
これがコーンクラッチを介してハブ体を回転させるので
ある。一方、駆動体の回転が止まると、ハブ体が正回転
す、るが、このときそのクラッチ内面の突部がクラッチ
コーンのクラッチ外面の突部を引っ掛けることによりク
ラッチコーンを強制的に正方向につれまわりさせるため
、このクラッチコーンは、停止している駆動体の送りね
じ上を前記クラッチ内面から離れる方向に動き、やがて
前記クラッチ内面とクラッチ外面との連繋は完全に切れ
る。クラッチコーンは、バネにより常時前記クラッチ内
面から離れる方向に弾力付勢されているため、このクラ
ッチコーンが不用意にクラッチ内面の方へもどるという
ことはない。したがってこのとき、ハブ体はハブ軸に対
して正方向に自由回転することができるのみならず逆方
向にも自由回転することができる。このためこのユニッ
トハブを第１図の自転車のハブとして用いると、駆動体
が停止していても自転車をバックすることができること
になる。また、前記クラッチ内面およびクラッチ外面に
設けるべき突部はいずれもなめらかなものとしているの
で、たとえ上記のようにクラッチが切れているべきた状
態において、不用意にクラッチコーンがクラッチ内面に
近付いても、双方のクラッチ面の突部がごずり合わされ
るだけでこれらが掛合するには至らない。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照しつつ具体
的に説明する。

図面には、第り図に示した自転車の駆動部に使用するよ
うに特に構成したものを示しである。

第２図および第３図において薯１はハブ体、１２は外方
部に色数の異なる一対のフリーホイール２．３が取付け
られ、ハブ体１１の内部に延入する右ねじの送りねじ１
３を有する駆動体、１４は駆動体１２の送りねじ１３に
螺合され、かつ駆動体１２が回転することによりハブ軸
１５方向に往復移動可能なりラッチコーンをそれぞれ示
す。

前記一対のフリーホイール２．３は、駆ＩＪ＋体１２の
外方部に形成した螺軸部１６に軸方向にならべてその中
子１７．１８をねじ付けるとよいが、本実施例において
は、フリーホイール３の中子１８の軸方向長さを駆動体
１２の螺軸部１６より長くし、まず、螺軸部１６にフリ
ーホイール３をねじ付けた後前記螺軸部１６とおなし径
の螺軸を形成したアタッチメント１９をフリーホイール
３の中子１８のねし穴にねじ付け、さらにこのアタッチ
メント１９にフリーホイール２の中子１７をねじ付ける
ようにして、フリーホイール２をフリーホイール３の外
側に適宜つなげうるように構成しである。これらのフリ
ーホイール２．３はラチェット機構を介装することによ
り中子に対してギヤ体が一方向にのみ回転可能に支持声
せた公知の構造のものを利用することができる。

駆動体１２は、その外方内周に形成されたワン２０と、
ハブ軸１５にねじ付けられた玉押し２１との間に転勤可
能な複数の鋼球２２を介装することにより、ハブ軸１５
に対して回転可能となっている。また、ハブ体１１は、
これの左端部内周に設けられたワン２３とハブ軸１５の
左方部にねじイ」けられた玉受は部材２４との間、およ
び、ハブ体１１の右端部内周に形成した玉受け２５と駆
動体１２のフリーホイールより内側の肩部に形成した玉
受は面２６との間にそれぞれ転勤可能な複数個の鋼球２
７，２８を介装することにより、ハブ軸１５に対しても
駆動体１２に対しても相対回転可能となっている。上記
ハブ体１１は、次に説明する自動クラッチ機構２９によ
り、駆動体１２が正転駆動しようとするときはこの駆動
力により確実に正方向に回転させられ、一方、駆動体１
２の駆動力が解除されたとき、または駆動体１２が停止
しているときは、正方向のみならず逆方向にも自由回転
することができるようになっている。

前記自動チラソチ機構２９は、前記ハブ体１１の内周面
になめらかな突部３０を有するコーン状のクラッチ内面
３１を形成するとともに、駆動体１２の送りねじ１３に
ねじ付けられたクラッチコーン１４の外周に前記クラッ
チ内面３１と接合しうる、なめらかな突部３２を有する
コーン状のクラッチ外面３３を形成し、前記クラッチコ
ーン１４とハブ軸１５との間に摩擦部材を介在させるこ
とによりこのクラッチコーン１４のハブ軸１５に対する
相対回転に一定の摩擦抵抗を付与し、さらに前記クラッ
チコーン１４を常時前記クラッチ内面３１から離れる方
向に弾力的に付勢することにより、基本的に構成される
。

前記クラッチ内面３１およびクラッチ外面３３に設ける
なめらかな突部３０および３２ば、たとえば、第６図に
詳細に示されているように、ゆるやかなのぼり斜面３４
とやや急なくだり斜面３５とをなめらかな曲線でつない
だような断面形状を有するラチェツト歯に似たものとす
ることができる。ただしラチェツト歯のように歯先が鋭
角状に切り立ったものは不可で、あくまでもその山形状
は鈍角状のなだらかなものとすることが肝要である。第
６図に示ささているように、クラッチ内面３１の突部３
０とクラッチ外面３３の突部３２は同様の形状に形成す
ればよいが、互いにほぼ密着しうるようにその向きが逆
となっている。また、クラッチコーン１４がハブ体１１
に駆動力を伝達するときは互いの急なくだり斜面３５同
志が接合する。これらの突部３０および３２は、図示例
のように形成しなければならないことは必ずしもなく、
たとえば断面が三角山、台形山あるいは丸状山、さらに
はこれらを組み合せたもの等種々の形態とすることがで
きる。また、図示例においては、クラッチ内面３１の突
部３０を連続的に形成し、クラッチ外面３３の突部３２
を間欠的に形成しであるが、これとは逆に、突部３２を
連続的に形成するとともに突部３０を間欠的に形成する
こと、あるいは、双方を連続的に形成し、または間欠的
に形成することもできる。

また、上記自動クラッチ機構２９において、前記クラッ
チコーン１４を常時クラッチ内面３１から離れる方向、
すなわら、図示例においては第２図Ｑ方向に向は弾カイ
］勢するのであるが、これは、たとえば次のように構成
することができる。

駆動体１２の送りねし１３部における軸方向の内孔３６
とハブ軸１５との間に空間３７を形成するとともに、こ
の空間３７に、ハブ軸１５に套挿するようにして圧縮コ
イルバネ３８を介装し、この圧縮コイルバネを利用して
前記クラッチコーン１４を弾力付勢するのである。この
圧縮コイルバネ３８の外端部は、たとえば玉押し２１の
内端壁に当接させるとともに若干！ｉ′ｉ径させてハブ
軸１５に巻付くようにする一方、内端部３８ａはハブ軸
１５に摺動自在にはめこまれたドーナツ円板状の係止板
３９の係合部に係合させである。さらに、この係止板３
９の外周部内壁は、クラッチコーン１４の内周にはめ込
んだ止め輪４０の外側壁に当接させである。か（して前
記圧縮コイルバネ３８の弾力により、第２図矢印Ｑ方向
に常時押しやられる前記の係止板３９が止め輪４０を第
２図矢印Ｑ方向に押すこととなるので、結果的にクラッ
チコーン１４は常時第２図矢印Ｑ方向に弾力的に付勢さ
れることとなる。この圧縮コイルバネ３８の外端部は上
記のようにハブ軸１５に巻付くようにするほか、玉押し
２１に適当な保合部を設けてこれに係合させるなどして
もよい。また、クラッチコーンを弾力伺勢するだめの手
段として、図示例においては係止板３９の右側に圧縮コ
イルハネを介装して、この係止板を第２図Ｑ方向に押す
ようにしているが、係止板３９の左側に引張ハネ（図示
略）を介装することにより、係止板３９を第２図Ｑ方向
に引っ張るようにしてもよいことは勿論である。

さらに、この自動クラッチ機構においては、クラッチコ
ーン１４のハブ軸１５に対する相対回転に一定の摩擦抵
抗を伺与するのであるが、図示例においてはこれを、内
周部がハブ軸１５に対して固定状の玉受げ２４の内方部
に形成した軸部４１に数例げられ、かつ、外周部がクラ
ッチコーン１４の内周面に弾性的にＩ、（接する渦巻き
バネ４２を介装することにより構成している。なお、前
記の圧縮コイルバネ３８の弾力をある程度大きくすると
、前記係止板３９と前記止め輪４０との間にある程度の
摺動抵抗を得ることができるので、このようにした場合
」二記の渦巻きバネ４２を省略することができる。なお
、クラッチコーンのハブ軸に対する相対回転に抵抗を付
与するための手段としては、そのほか、クラッチコーン
１４とハブ軸１５との間隙に樹脂製の摩擦ブロック（図
示略）を充填するなど種々の手段が考えられる。

なお、前記クラッチコーン１４のねじ部および駆動体の
おくりねじ１３の一方または双方には、クラッチコーン
１４のお（りを円ン１寺にするため、たとえばフッ素樹
脂コーティングを施す等摩擦抵抗を低減するための手段
を講じておくことが好ましいい。

次に、本実施例の動作について説明する。

駆動体１２に取付けられた一対のフリーホイール２．３
には、第Ｆ図に模式的に示した自転車と同様にチェンＣ
が掛けられているものとする。

ペダルを正転方向にこぐと、外側のフリーホイール２が
駆動体１２を正方向に回転させる。このとき内側のフリ
ーホイール３は、逆方向にフリー回転してカチャカチャ
というラチェット音を発生させている。駆動体１２が正
転すると、クラッチコーン１４は、ハブ軸１５に対して
相対回転しにくくなっているから、回転しないまま駆動
体１２の送りねじ１３に送られて第２図矢印Ｐ方向に移
動し、そのクラッチ外面３３がハブ体１１のクラッチ内
面３１に接合する。クラッチ外面３３がクラッチ内面３
１に接合するとこのクラッチコーン１４はそれ以上矢印
Ｐ方向に移行することができないから、駆動体１２と共
回りを始め、この駆動体１２の正転がハブ体１１に伝達
される。したがってペダルをこぐ力がハブ体１１の正転
に伝達され、自転車は前進する。このときのクラッチ外
面３３およびクラッチ内面３１の接合状態を第５図（ａ
ｌに示しである。両りラッチ面の突部３０，３２はなめ
らかなものとなっているが、送りねじ１３のくさび効果
により両クラッチ面３１．３３は互いに強力に接合され
ているので、相対的にすべりが発生することは全くな（
、したがって駆動体１２の回転駆動力を確実にハブ体１
１に伝達することができるのである。

ペダルを逆転方向にこぐと内側のフリーホイール３が正
転し、これが駆動体１２を正転させる。

このとき外側のフリーホイール２は逆方向にフリー回転
し、ラチェット音を発生させている。この場合において
も駆動体１２は正転駆動されるので、上記と同様にハブ
体１１が正転させられる。ただし、図示例の場合、外側
のフリーホイール２の方が内側のフリーホイール３より
径が大きいので、ペダルを正方向にこぐ場合の方が大き
な力をハブ体１１に伝えることができる。

一方、走行中ペダル回転を停止すると、駆動体１２の回
転も停止する。しかし自転車は惰力により前方に走行し
ているからハブ体１１は正方向に回転している。クラッ
チコーン１２はそのクラッチ外面３３の突部３２がハブ
体１１例のクラッチ内面３１の突部３０に引っ掛は−ら
れて強制的に正方向に連れ回りさせられ、したがって送
りねじ１３上を第２図矢印Ｑ方向に移動させられる。こ
のときの状況を第５図（ｂ）および（Ｃ１に示しである
。このクラッチコーン１２がある程度矢印Ｑ方向に移行
させられるとやがて両クラッチ面３１．３３の突部３１
，３２の引っ掛かりもなくなり、ハブ体１１のクラッチ
コーン１４ないし駆動体１２との連繋は完全に遮断され
、したがってハブ体１１は正方向のみならず逆方向にも
自由回転することができるようになる。このことは、自
転車のペダルを止めた状態での惰力走行ができるととも
に、自転車をバンクすることができるということを意味
する。

第１図に示す自転車においては駆動体１２が逆転するこ
とができない、ということは前にも説明した。したがっ
て、バンクさせる場合などにおいてハブ体１１が逆転し
ているとき、不用意にこのハブ体１１の逆回転がクラッ
チコーンないし駆動体１２に伝達されるようなことがあ
ってはならないことが理解されるであろう。本発明にお
いては、クラッチコーン１４をクラッチ内面３１から離
れる方向、すなわち、第２図矢印Ｑ方向に弾性付勢する
とともに両クラッチ面３１．３３の突部３１゜３２をな
めらかな形状とすることにより、上記のような不都合が
生じることを効果的に回避しているのである。すなわち
、クラッチコーン１４をＱ方向に付勢することにより、
このクラッチコーン１４は送りねじ１３上を正転してＱ
方向に移行し易くなっているため、上記のようにハブ体
１１の突部３０に引っ掛けられて連れ回りさせられると
き、自身の惰力回転により前記突部３０に対する引っ掛
りの可能性が完全になくなって若干オーバーランするま
でＱ方向に移行するのである。また、仮に両突部３０．
３２が接触してもこの突部の頂部はなめらかな形状とな
っているため、掛合には至らず、ハブ体１１の逆転力が
クラッチコーン１４に伝達されることはない。

以上説明したように、本発明の自転車用ユニットハブは
、駆動体を停止したときハブ体を正逆両方向に自由回転
させることができるとともに駆動体が正転駆動する場合
にはその駆動力を確実にハブ体に伝達することができる
自動クラッチ機構を包含しているので、たとえば第１図
に示すような自転車のハブとして適用することができる
。また、本発明は第１図のような特殊な自転車のみなら
ず、通當の自転車のハブとして用いれば、ラチェット機
構を備えた従来のフリーホイールを省略することができ
る。またこの場合にも、自転車をバンクさせるときペダ
ルが逆回転しないので、ブ左右に隣の自転車が密接して
置かれた駐輪場から自己の自転車を引き出すときに都合
がよいなどの効果もでてくる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の自転Ｍ（用ユニットハブを適用する
と有利な自転車の一例の駆動部の概略構成図、第２図は
、本発明の一実施例の縦断面図、第３図は、第２図のも
のの構成部品を分解した状態で示す斜視図、第４図（ａ
ｌは、クラッチコーンの一部断面図、第４図（ｂｌば、
ハブ体の一部断面図、第４図（Ｃ１は、駆動体の一部断
面図、第５図（ａｌは、第２図のＶ−Ｖ線断面図、第５
図（ｂｌは、自動クラッチ機構が切れたときの第５図（
ａ）に相当する図、第６図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）はク
ラッチ内面およびクラッチ外面の作用説明図である。 １１・・・・・・ハブ体、１２・・・・・・駆動体、１
３・・・・・・送りねじ、１４・・・・・・クラッチコ
ーン、１５・・・・・・ハブ軸、３０・・・・・・突部
、３１・・・・・・クラッチ内面、３２・・・・・・突
部、３３・・・・・・クラッチ外面、３８・・・・・・
圧縮コイルバネ 出願人　マエダ工業株式会社 代理人　弁理士　樋口　豊治　はか２名第１図 第４図 市夕Ｌ゛１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１１ハブ体もしくはこれと一体関係にある部材の内周
   になめらかな突部を有するコーン状のクラッチ内面を設
   けるとともに、スプロケットを取付けるべき駆動体に設
   けた右ねじの送りねじに螺合されてハブ軸方向に移動可
   能としたクラッチコーンの外周に前記クラッチ内面と接
   合しうるなめらかな突部を有するコーン状のクラッチ外
   面を設ける一方、前記クラッチコーンのハブ軸に対する
   相対回転に一定の抵抗を与え、さらに、前記クラッチコ
   ーンを常時前記クラッチ内面から離れる方向に弾力付勢
   したことを特徴とする、自転車用ユニットハブ。