JPS6018626A - 自転車用ユニツトハブあるいはコ−スタ−ブレ−キ付きハブ等におけるクラツチ装置 - 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、例えばコースタ−ブレーキ付きハブなどにお
いて、スプロケットホイールを備えた駆動体によりねし
送りされるクラッチコーンと、１１１体の内周に形成さ
れたコーン状のクラッチ面とにより構成され、クラッチ
コーンをクラッチ面に押し付けることにより駆動体の回
転力をハブ体に伝える一方、クラッチコーンをクラッチ
面から離すことによりハブ体がフリー回転しうるように
機能するクラッチ装置の改良に関する。

本発明者は、先に、コースタ−ブレーキ（＝Ｊきハブ等
において、駆動体によってねし送りされるクラッチコー
ンのコーン状のクラッチ外面とハブ体の内周のコーン状
のクラッチ内面が互いにこすり合わせ状に接合して駆動
力を伝達するように構成された、いわゆるコーンクラッ
チが、従来そのテーパの開角が狭く、クラッチ接合時に
両クラッチ面がくさび状に食い付くという不都合があっ
た点を改良し、そのテーバの開角を大きくするとともに
両クラッチ面に互いに向きが逆の爪歯を形成することに
より、上記のような食い付きをなくすと同時に駆動力伝
達時には両クラッチ面の爪歯が掛合してクラッチのすべ
りを完全にな（すようにしたクラッチ装置を提案した（
特願昭５８−３７８０３号参照）。また、木発者は、上
記のように改良したクラッチ装置を、いわゆるフリーホ
イールに代わる一方向クラッチとして応用した自転車用
ユニットハブも提案している（特願昭５８−４２９４３
号および特１頭昭５８−４６９４２号参照）。

本発明は上記の本発明者が提案したクラッチ装置をさら
に改良し、クラッチ切れがよりスムースに行なわれるよ
うにすることにより、このクラッチ装置の用途をさらに
拡大しうるようにしたものである。

本発明にかかるクラッチ装置は、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
転車のハブに適用すると、こと自転車を初めて実用化す
ること可能となる。この自転車の原理は次の通りである
。

ハブ１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、中子とこれに回転可能に支持したフリーギヤ体
との間に一方向りラソヂたるラチェット機構が組み込ま
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は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２個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慮も施さないと、
この自転車をハックさせること力くできない、という問
題が生じる。すなわぢ、自転車をバックさせ／Ｓ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ｊ逆転できて相対止
転しえないようになっているため、逆転する中子は２ｔ
１１．Ｉのフリーギヤ体をともに逆転さ・Ｕ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」二２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
の自転車をハックさせることはできないことになる。た
とえば−１，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、」二記の問題を解決しない限り、この自
転車を実用化するご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」二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、本発明のクラッ
チ装置をハブ内に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クラッチ装置を第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見事
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、駆動体とハ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
方向に自由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装置を提供
することである。

このような目的を達成するため、本発明では次の技術的
丁一段を講している。

すなわち、ハブ体もしくはこれと一体関係にある部Ｈの
内周に設けられたコーン状のクラッチ内面、および、ス
プロケットを取付りるべき駆動体に設りた右ねじの送り
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
コーンの外周に設けられ、かつ、前記クラッチ内面と接
合しうるように形）ｉｋされたコーン状のクラッチ外面
の双方に、匂、いに掛合しうるなめらかな突部を形成し
たごと、である。

かくして、駆動体が正転駆動されるとき（自転車の右方
から見てハブ軸に関して右まわりの回転を正転、左回り
の回転を逆転という。以下おなし）、この駆動体の送り
ねしによってクラ・ノチコーンはハブ体のクラッチ内面
の方へ移動させられ、これのクラッチ外面はハブ体のク
ラッチ内面に接合するとともに両クラッチ面の突部が掛
合し、駆動体の駆動力を確実にハブ体に伝達する。一方
、走行中ペダルを止めて駆動体の回転が停止している場
合には、ハブ体は、自転車の惰力走行によって正転して
いるから、これのクラッチ内面の前記突部がクラッチコ
ーンの突部を引っ掛けてこのクラッチコーンを強制的に
正方向に回転させるため、このクラッチコーンは駆動体
の送りねじ上を前記クラッチ内面から離れる方向におく
られ、したがってクラッチ装置の動力伝達は確実に断た
れる。

クラッチ装置の動力伝達が断たれると、ハブ体は正方向
のみならず、逆方向にもフリー回転することができるよ
うになる。

また、従来、コースターブレーギ伺きハブ等に用いられ
ていたコーンクラソヂは、その駆動力を確実にハブ体に
伝達するようにするにはコーンのテーバの開角を狭め、
クラッチ接合時のくさび効果を高める必要があり、この
ようにすると逆にクラッチ切れが悪くなるという性質が
あり、その構造上、駆動伝達の確実性とクラッチ切れの
良好性を同時に満足することはできなかったのであるが
、本発明のクラッチ装置をコースタ−ブレーキ付きハブ
に適用すると駆動伝達の確実性を共に満足させることが
できる。

なお、上記の本発明の技術的手段のうち、両りラノヂ面
に設けるべき突部の形状をなめらかにしたことによる特
有の効果は、次に説明する実施例の説明において明らか
にする。

以下、本発明の一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１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ユニットハブに本発明を適用
した例を示しである。

第２図および第３図において、１１はハブ体、１２は外
方部に歯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
１３を有する駆動体、１４は駆動体１２の送りねし１３
に螺合され、かつ駆り」体１２が回転することによりハ
ブ軸１５方向に往復移動’ｉ＝Ｊ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ば、駆動体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１
７．１８をねじイ］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１
２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をねし付けた後前記螺軸部１６とおなし径の
螺軸を形成したアクソチメント１９をフリーホイール３
の中子１８のねし穴にねし付け、さらにこのアクソチメ
ント１９にフリーホイール２の中子１７をねし付けるよ
うにして、フリーホイール２をフリーホイール３の外側
に適宜っ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はラチェソ］・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さ
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にねじ付レノられた玉押し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１
５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
の左方部にねじ付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、次に説明する本発明のクラッチ装置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１２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。

前記クラッチ装置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
４＝Ｊ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を形成することにより構成
され、さらに本実施例においては、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伺与し、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
弾力的に付勢する止いう構成を付加しである。

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３ｏおよび３２は、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、本実施例のクラッチ装置２９において、前記クラ
ッチコーン１４を當時クラッチ内面３１から離れる方向
、すなわち図示例においては第２図Ｑ方向に向は弾力付
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に介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
圧縮コイルハネ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縮径させてハブ軸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３９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。かくして前記圧縮
コイルハネ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方向に弾力的にイ」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
に適当な係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付勢するための手段と
して、図示例においては係止板３９の右側に圧縮コイル
バネを介装して、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ＩＦｊ、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図の方
向に引っ張るようυこしてもよいことは勿論である。

さらに、本実施例のクラッチ装置２９においては、クラ
ッチコーン１４のハブ軸１５に対する相り１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に女Ｊして固定状の玉受け２
４の内方部に形成した軸部４１に取付けられ、かつ、外
周部がクラッチコーン１４の内周面に弾性的に摺接する
渦巻きハネ４２を介装することにより構成している。な
お、前記の圧縮コイルハネ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」二記の渦巻きハネ４２を省略することができる
。なお、クラッチコーンのハフ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
送りねじ１３の一方または双方には、クラッチコーン１
４の送りを円滑にするため、たとえばフッ素樹脂コーテ
ィングを施す等、＋ｇ擦低抵抗低減するための手段を講
じておくことが好ましい。

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１図に模式的に示した自転車と同様にチェノ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
行し、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の止転がハブ体１１に伝達
される。したがってペダルをごく力がハブ体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ｔａ
＋に示しである。両りラソヂ面の突部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９Ｊ
Ｊ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ずることは全く
なく、したがって駆動体１２の回転駆動力を確実にハブ
体１１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く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ば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に引っ掛けられ
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（ｂｌおよび（Ｃ）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ｉ卦かりもなくなり、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ｉｐをハッ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、ハックさせる場合などにおい″ζ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、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、そして、好ましくは
クラッチコーン１４をクラッチ内面３１から８１１れる
力量、すなわち、第２図矢印Ｑ方向に弾性イ（１勢する
という構成を付加することにより、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方向に伺勢するとこのクラ
ッチコーン１４は送りねし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
性が完全になくなるまでＱ方向に移行するのである。ま
た、仮に内炎部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、ＩＪ）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
れることばない。なお、本実施例のようにとくにクラッ
チコーン１４を第２図矢印Ｑ方向に付勢しなくとも、前
記内炎部３０．３２をなめらかにするという構成だけで
、ハブ体１１が逆転するときにこの内炎ｑｌ＋３ｏ、３
２が不用意に掛合することを回避しうろことはいうまで
もない。

以上説明したように、本発明のクラッチ装置は、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ので、た
とえば、第１図に示すような自転車のハブ内に使用する
クラッチとじ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、通常の自転車
のハブにおける一方向伝動クラッチとして用いれば、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、自転車をハックさせ
るときペダルが逆回転しないので、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。さらに本発明の
クラッチ装置は、コースタ−ブレーキ付きハブにおいて
、駆動体の回転力をハブ体に伝達したり、その駆動力の
伝達を解除したりするコーンクラッチに代えて使用しう
ろことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のクラッチ装置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しｌ、第４図（ａｌは、ク
ラッチコーンの一部断面図、第４１家１　（ｂｌは、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（ａ）は、第２図の■−Ｖ線断面図、第５図
（ｂｌは、クラッチ装置のクラッチ内面とクラッチ外面
が離れたときの第５図ｔａ）に相当する図、第６図（ａ
）　（ｂｌ　（Ｃ１はクラッチ内面およびクラッチ外面
の詳細および作用説明図である。 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・・・・・・クラッチ外面出願人　マエダ工業
株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハブ体もしくはこれと一体関係にある部材の内周
   に設けられたコーン状のクラッチ内面、および、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
   ンの外周に設けられ、かつ、前記クラッチ内面と接合し
   ろるように形成されたコーン状のクラッチ外面の双方に
   、互いに掛合しうるなめらかな突部を形成したことを特
   徴とする、自転車用ユニットハブあるいはコースタ−ブ
   レーキ付きハブ等におけるクラッチ装置。