Bicycle hub unit

本発明は、自転車用ハブに関するものであり、特に、スポークを介して入力される車輪からの荷重をシャフト側へと伝達させるとともに、当該車輪を上記シャフト周りにおいて円滑に回転運動させる役目を果たす自転車用ハブ装置に関するものである。

従来のこの種のものとしては、例えば特開２００６−１５４６号公報記載のもの等が挙げられる。 このものは、タイヤ及びリム等からの荷重をスポークを介してハブに入力させるとともに、この入力荷重を円筒状のベアリングホルダ並びに当該ベアリングホルダ内に設けられたボールベアリングを介してシャフトへと伝達させ、これによって、上記タイヤ及びリムからの荷重を受けるとともに、上記ハブを基礎に形成される車輪を上記シャフト周りにて円滑に回転運動させるようにしているものである。

ところで、上記従来のものにおいては、車輪の中心部に設けられるハブ機構周りの構成が、スポークの取付けられるハブと、当該ハブの内側に設けられるものであって、円筒状の形態からなるとともに、その両端部にはベアリング保持部を有するベアリングホルダと、からなるものである。 そして、このようなベアリングホルダの両端部に形成されるベアリング保持部のところにはアンギュラーコンタクトボールベアリングが設けられるようになっている。 そして更に、このように内部にベアリングホルダを有する状態のものが、上記ベアリングを介してシャフト周りに回転自在なように設けられるようになっているものである。 このように、従来のものにおいては、車輪側からの荷重等は、ベアリングホルダを介してベアリングへと、更にはシャフトへと伝達されるようになっているものであり、ハブ周りには別部品が設けられるようになっている。 このような別部品を有しない、構造の簡略化された自転車用ハブ装置を提供しようとするのが本発明の目的（課題）である。

上記課題を解決するために、本発明においては次のような手段を講ずることとした。 すなわち、請求項１記載の発明である第一の発明においては、車輪の回転運動を支持するとともに、当該車輪を形成するタイヤ側からの荷重をシャフト側へ伝達する役目を果たす自転車用ハブ装置に関して、その基礎となるハブを、円環状の形態からなるものであってスポークの一端が取付けられるスポーク取付部と、車輪の中心部に形成されるものであって、その両端部にはベアリング保持部を有する筒状の形態からなるボデー部と、当該ボデー部の外周部のところに、放射状に、かつ、カンチレバー状に設けられるものであって、その先端部は、上記円環状のスポーク取付部のところに一体的に連結されるとともに、所定の幅を有するフィンガー部と、からなるようにした構成を採ることとした。

次に、請求項２記載の発明である第二の発明においては、請求項１記載の自転車用ハブ装置に関して、上記ハブを形成するフィンガー部を、当該フィンガー部の一方の端部が連結される筒状の形態からなるボデー部に対して、当該ボデー部の軸線方向に平行なように、かつ、所定の間隔を有した状態で配置するようにした構成を採ることとした。

次に、請求項３記載の発明である第三の発明においては、車輪の回転運動を支持するとともに、当該車輪を形成するタイヤ側からの荷重をシャフト側へ伝達する役目を果たす自転車用ハブ装置に関して、その基礎となるハブを、円環状の形態からなるものであってスポークの一端が取付けられるスポーク取付部と、車輪の中心部に形成されるものであって、その両端部にはベアリング保持部を有する筒状の形態からなるボデー部と、当該ボデー部の外周部のところに、当該ボデー部と同心円状に設けられるものであって、その先端部は、上記円環状のスポーク取付部のところに全体が一体的に連結される筒状部と、からなるようにした構成を採ることとした。

次に、請求項４記載の発明である第四の発明においては、請求項１ないし請求項３記載の自転車用ハブ装置に関して、上記ハブを形成するスポーク取付部、ボデー部、フィンガー部、及び筒状部を、アルミニウム（Ａｌ）合金またはチタン（Ｔｉ）合金を含む所定の金属にて、あるいは、炭素繊維強化プラスチック材（ＣＦＲＰ）にて一体的に形成させるようにした構成を採ることとした。

請求項１記載の発明である第一の発明について説明する。 本発明によれば、上記構成を採ることにより、タイヤ側からの入力荷重を上記フィンガー部のところで逃がしてやり、タイヤ側からの衝撃力等をベアリング側へは伝達させないようにすることができるようになる。 すなわち、タイヤ側からの衝撃荷重等が入力されるスポークは、その一端が円環状のスポーク取付部のところに取付けられるようになっている。 従って、スポークを介して上記スポーク取付部のところに入力される衝撃荷重等は、円筒状のボデー部に対してカンチレバー状に形成されたフィンガー部の撓み変形によって緩和されることとなる。 そして、この緩和された荷重が筒状のボデー部へと伝達され、更にはベアリングのところへと伝達されて、最終的にはシャフトにて受止められることとなる。 その結果、本発明のものにおいては、車輪を形成するタイヤ等への衝撃荷重の入力下においても、シャフトへの入力荷重は緩和された状態となり、車輪は上記シャフトを軸にして常に円滑な回転運動を保持することができるようになる。

また、請求項２記載の発明である第二の発明においては、上記第一の発明の有する効果に加えて、更に、次のような効果を得ることができるようになる。 すなわち、フィンガー部は筒状の形態からなるボデー部の外周上に等間隔状に配置されるようになっていることより、各フィンガー部間には等間隔状に隙間が形成されることとなる。 従って、上記各フィンガー部は冷却フィンとしての機能を発揮することとなる。 特に、このようなフィンガー部の先端部のところには円環状（円盤状）のスポーク取付部が一体的に形成されるようになっていることより、この円盤状のスポーク取付部と相まって冷却効果はより高められることとなる。 その結果、筒状の形態からなるボデー部の両端部に設けられるベアリングの冷却効果が高められることとなり、これによって、ベアリングの耐久性向上が図られることとなる。

また、請求項３記載の発明である第三の発明においては、上記構成を採ることにより、タイヤ側からの入力荷重を筒状部のところで逃がしてやり、タイヤ側からの衝撃力等をベアリング側へは伝達させないようにすることができるようになる。 すなわち、タイヤ側からの衝撃荷重等が入力されるスポークは、その一端が円環状のスポーク取付部のところに取付けられるようになっている。 従って、スポークを介して上記スポーク取付部のところに入力される衝撃荷重等は、円筒状のボデー部の外側のところに設けられた筒状部の撓み変形によって緩和されることとなる。 そして、この緩和された荷重が円筒状のボデー部へと伝達され、更にはベアリングのところへと伝達されて、最終的にはシャフトにて受止められることとなる。 その結果、本発明のものにおいては、車輪を形成するタイヤ等への衝撃荷重の入力下においても、シャフトへの入力荷重は緩和された状態となり、車輪は上記シャフトを軸にして常に円滑な回転運動を保持することができるようになる。

また、請求項４記載の発明である第四の発明においては、これら各部からなる本自転車用ハブが、Ａｌ合金またはＴｉ合金等の所定の金属にて、あるいは炭素繊維強化プラスチック材にて一体的に形成されるようになっていることより、全体的に軽量化、あるいは製造コストの低減化等が図られることとなる。 すなわち、本発明のものにおいては、軽量化、あるいは製造コストの低減化の図られた自転車用ハブ装置が得られることとなる。

本発明の全体構成を示す展開斜視図である。

本発明の全体構成を示す縦断面図である。

本発明にかかるハブ装置への荷重入力時におけるフィンガー部の変形状態を示す図である。

本発明にかかるハブのフィンガー部周りの構成を示すものであって、その横断面形状を示す図である。

本発明におけるフィンガー部の本数を多く採ったものの全体構成、並びに、その横断面形状を示す図である。

本発明におけるフィンガー部の本数を少なく採ったものの全体構成、並びに、その横断面形状を示す図である。

円筒状ボデー部の外側に上記フィンガー部に換わってソリッド状の筒状部を形成させるようにしたものの全体構成、並びに、その縦断面形状を示す図である。

本発明を実施するための形態について、図１ないし図７を基に説明する。 本実施の形態にかかるものは、図１に示す如く、車輪からの荷重を受けるとともに、当該車輪を回転運動可能なように支持する自転車用ハブ装置に関するものである。 具体的には、このものは、図１または図２に示す如く、円筒状の形態からなるボデー部１５と、当該ボデー部１５を基礎に、当該ボデー部１５の略両端部のところに、当該ボデー部１５に対して直角状に設けられる円盤状のスポーク取付部１２と、からなるハブ１を主に形成されるものである。

そして、このような構成からなる上記ハブ１の円筒状ボデー部１５の中心部のところには、本自転車用ハブ装置全体を回転自在なように支持するシャフト２が設けられ、当該シャフト２の両端部のところにはベアリング３、３が設けられるようになっている。 また、当該ベアリング３、３の一方の端面側には、当該ベアリング３、３をシャフト２の端末部のところに固定する役目を果たす球面ナット５、５が設けられるようになっている。 これら球面ナット５、５の取付け（絞め付け）によって本自転車用ハブ装置が形成されることとなる。 このような自転車用ハブ装置を形成する上記球面ナット５、５の外側のところには、Ｏリング６、６及び球面ワッシャ７、７が取付けられ、これらを介して、本自転車用ハブ装置を有する車輪がスポーク（図示せず）のところに取付けられるようになっているものである。

このような構成からなるものにおいて、本自転車用ハブ装置の基礎をなすハブ１の具体的構成について、図２を基に説明する。 このものは、円筒状の形態からなるボデー部１５と、当該ボデー部１５を基礎として、当該ボデー部１５の外周面上に、放射状に、かつ、等間隔に、更には、上記ボデー部１５の軸線方向に平行なように設けられるものであって、所定の幅を有するカンチレバー状の複数本のフィンガー部１１と、当該フィンガー部１１の先端部のところに当該フィンガー部１１と一体的に設けられるものであって、かつ、上記ボデー部１５の軸線（中心線）に直角な方向に設けられる円盤状のスポーク取付部１２と、からなることを基本とするものである。

このような構成からなるものにおいて、上記円筒状ボデー部１５の延長上であって上記フィンガー部１１並びに円盤状のスポーク取付部１２の内径側のところには、円筒状の形態からなるベアリング保持部１３が形成されるようになっている。 そして更に、このようなベアリング保持部１３と上記フィンガー部１１の内側との間には、隙間１１１が形成されるようになっている。 このような構成からなるものにおいて、例えば図３に示す如く、上記スポーク取付部１２のところにタイヤ側からの荷重が入力されると、上記フィンガー部１１のところが適宜撓み変形をし、図３（Ｂ）に示す如く、上記隙間１１１は狭められるようになる。 すなわち、上記隙間１１１は、フィンガー部１１の弾性変形を許容するように形成されているものである。 このようなフィンガー部１１の弾性変形（撓み変形）によって、タイヤ側からの荷重入力に対して、ベアリング保持部１３のところは、常に真円状態が保持されることとなる。 その結果、ベアリング３、３は常に円滑な回転運動を保持することができるようになる。

また、このようなベアリング保持部１３、具体的には、ボデー部１５の両端部に形成された延長部のところ（図３参照）には、ボールベアリング等からなるベアリング３、３が設けられるようになっている。 このように、両ベアリング３、３は、荷重入力部である両スポーク取付部１２、１２の間隔よりも大きなスパンを有した状態で取付けられるようになっており、このベアリング３、３のところに入力される荷重は、スポーク取付部１２、１２のところに入力されるものよりも小さな値となる。 これによって、ベアリング３、３の保護が図られることとなる。 その結果、上記構成を有するハブ１を基礎に形成される車輪は、上記シャフト２を中心にして、その全体が常に円滑な回転運動を維持することができるようになる。

また、このような構成からなる上記フィンガー部１１の周りには、例えば図２ないし図４に示す如く、所定の幅を有するスリット１４が設けられるようになっている。 すなわち、上記ボデー部１５とスポーク取付部１２との間には、カンチレバー状の形態からなるフィンガー部１１と、スリット１４とが、円周上に交互に形成されるようになっているものである（図４〜図６参照）。 そして、このようなスリット１４、更には隙間１１１を介して、ベアリング保持部１３周りの空間部は、ボデー部１５並びに両スポーク取付部１２、１２にて形成される空間部と連通するようになっている。 従って、車輪が回転運動を開始すると、両スポーク取付部１２、１２にて形成される空間部側の空気は、スリット１４、隙間１１１を介して、上記ベアリング保持部１３周りへと流動するようになる。 そして、このとき、この流動空気は、上記フィンガー部１１のところを冷却するようになる。 これによって、上記ベアリング保持部１３周りが冷却され、最終的にベアリング３、３が冷却されることとなる。 このようにしてベアリング３、３の保護が図られることとなる。

また、このような構成からなるものにおいて、上記フィンガー部１１の本数を、例えば図４ないし図６に示す如く、変えたものについて検討する。 このものは、基本的には、図４の（イ）、（ロ）に示す如く、ボデー部１５とスポーク取付部１２との間に、フィンガー部１１が、例えば図４の（ロ）に示す如く、ボデー部１５の円周上に放射状に、複数本、等間隔状に設けられるようになっているものである。 このような構成を採ることにより、スポーク（図示せず）を介してスポーク取付部１２のところに入力された荷重（力）は、カンチレバー状のフィンガー部１１を介してボデー部１５へと伝播されることとなる。 このとき、上記フィンガー部１１は、上記入力荷重に対して、本フィンガー部１１の弾性率（撓み剛性）に応じて弾性変形をし、上記スポーク取付部１２に入力した衝撃荷重を和らげた状態でボデー部１５、ベアリング保持部１３、更にはベアリング３等へと伝播させるようにしているものである。 このような衝撃荷重を和らげた状態でのベアリング３への荷重伝播によって、両ベアリング３、３は、シャフト２周りにおいて円滑な回転運動を行うことができるようになる。

次に、例えば、図５の（イ）、（ロ）に示す如く、フィンガー部１１の本数を多く採ったものについて説明する。 この場合においては、スポーク取付部１２に入力された荷重（特に衝撃荷重）は、フィンガー部１１の撓み変形を介してボデー部１５へと入力され、ベアリング３、３のところから車体側へと伝播される。 このようなハブ１が車輪に取付けられた場合においては、衝撃荷重は比較的直接的に車体側へと伝播されることとなり、衝撃力は強い状態で直接搭乗者に伝播されることとなる。 これに対して、図６の（イ）、（ロ）に示す如く、フィンガー部１１の本数を少なく採ったものにおいては、カンチレバー状のフィンガー部１１全体の撓み剛性は小さな値を有するようになる。 その結果、フィンガー部１１全体は柔らかな弾性変形（撓み変形）をし、これによって、スポーク取付部１２に入力された衝撃荷重はフィンガー部１１のところで緩和されてベアリング３、３へ、更には車体側へと伝播されることとなる。 このように、フィンガー部１１の本数を適宜変更することによって、主に搭乗者の体重または積載荷重の大小等に対応させた状態で、更には、乗り手、漕ぎ手の脚力の強弱に対応させた状態で、フィンガー部の弾性率を最適状態に設定することができるようになる。

なお、このようなフィンガー部１１に換わって、フィンガー部１１の周りに形成されるスリット１４を廃止するようにした円形断面形状を有するものも考えられる。 このものは、例えば図７に示す如く、円筒状のボデー部１５の外側には、同じく円筒状の形態からなる筒状部１９が設けられるようになっているものである。 そして、この筒状部１９の先端部のところは、円盤状のスポーク取付部１２に垂直状に連結されるようになっているものである。 なお、このような構成からなるものにおいて、上記筒状部１９のところは、その肉厚（Ｅ）の値が、周りの部材よりも小さな値を有するように（薄く）設定されている。 従って、スポーク取付部１２から入力した荷重に対しては、上記筒状部１９のところが、例えば図７（Ｂ）に示す如く、撓んで、入力荷重に対して柔軟に対応することができるようになっている。 この筒状部１９に関しても、上記フィンガー部１１の場合と同様、その肉厚（Ｅ）の値を適宜設定することによって、搭乗者の体重あるいは積載荷重の大小等に合せて、適宜対応させることができるようになっている。

このような構成からなるものにおいて、上記ハブ１は、ボデー部１５、フィンガー部１１、スポーク取付部１２、筒状部１９等が、Ａｌ合金またはＴｉ合金を含む所定の金属にて一体的に形成されるようになっている。 これによって、本ハブ１全体の軽量化が図られたうえで、全体の強度・剛性の向上が図られることとなる。 また、このようなハブ１を炭素繊維強化プラスチック材（ＣＦＲＰ）にて一体的に形成させるようにすることも考えられる。 これによって、更に軽量化が図られることとなる。

１ ハブ １１ フィンガー部 １１１ 隙間 １２ スポーク取付部 １３ ベアリング保持部 １４ スリット １５ ボデー部 １９ 筒状部 ２ シャフト ３ ベアリング ５ 球面ナット ６ Ｏリング ７ 球面ワッシャ