JP4659100B2 - 自転車用ハブブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハブブレーキ装置、特に、自転車のフレームに装着される車輪のハブを制動する自転車用ハブブレーキ装置に関する。

自転車用ブレーキ装置には、車輪のハブを制動する、ローラブレーキなどのハブブレーキ装置が従来知られている。ローラブレーキ装置は、フレームに固定可能な固定ブラケットと、固定ブラケットに対向して配置されたブレーキドラムと、動作アーム部、ローラ及びカム部材を有するブレーキ動作部と、ローラによりブレーキドラムに押圧されるブレーキシューと、を備えている。動作アーム部は、ブレーキレバーとブレーキケーブルを介して連結されている。カム部材は、動作アーム部の揺動に応じて制動解除位置から所定角度ハブ軸回りに回動する。カム部材の外周面には、制動解除位置から徐々に外径が大きくなるカム面が形成されている。ローラは、周方向に間隔を隔てて複数配置されており、カム部材とブレーキシューとの間に配置されている。動作アーム部が制動方向に揺動すると、ブレーキシューは、ローラを介してカム部材により押圧されてブレーキドラムに接触する。ブレーキシューは、ばね部材によりブレーキドラムから離反する方向に付勢されており、動作アーム部が制動解除方向に揺動すると、ばね部材の作用によりブレーキドラムから離反する方向に移動する。

このようなローラブレーキ装置において、従来は、カム部材のカム角度は一定に設定されている。カム部材のカム角度を一定にすると、ブレーキレバーを握り込んだときに、制動力が突然曲線的に上昇するおそれがある。

そこで、ブレーキレバーの握り始めは軽い力でブレーキを効かせ、握り込むと所望の制動力が得られる制動特性を有するものが知られている。このような機能を実現するために、従来は、カム部材のカム面の角度を、握り始めから徐々に大きくなるように設定している（例えば、特許文献１参照）。このようにカム面の角度を徐々に大きくすることにより、ブレーキレバーを充分に握り込んだときの制動力が小さくなる。この結果、ブレーキレバーのストロークに対して制動力が直線的に上昇する制動特性を得ることができる。このよう直線的な制動特性により、握り込んだときに所望の制動力が得られるようにしている。

特許第３６８２９５７号公報

一般に、ローラブレーキ装置では、経年使用によるブレーキドラム又はブレーキシューの磨耗若しくはカム部材（すなわち、動作アーム部）の初期位置のばらつきにより、ブレーキシューとブレーキドラムとの隙間が変化する。この隙間が変化すると、ブレーキシューがブレーキドラムに接触する制動開始時のカム部材の回動位置が変化する。前記従来のカム面の角度を徐々に大きくする構成では、このように制動開始時のカム部材の回動位置が変化すると、制動開始時からの制動特性が変化するおそれがある。

具体的には、磨耗によりブレーキシューとブレーキドラムとの隙間が広がると、ブレーキレバーで制動を開始するまでのストロークが大きくなる。すると、制動開始時の動作アーム部の揺動位置、つまりカム部材の回動位置が、磨耗が無い場合に比べて制動方向に変化し、制動開始後の制動特性が変化する。

また、制動開始までのストロークが大きい場合、ブレーキケーブルの張りをブレーキレバー側で調整したり、ブレーキケーブルを張り直したりする。すると、動作アーム部が制動方向に揺動し、ローラを介してカム部材により押圧されてブレーキシューがブレーキドラム方向に移動する。これにより、ブレーキシューとブレーキドラムとの隙間が狭くなり、制動開始までのストロークを小さくすることができる。このような調整を行っても、調整しない場合と同じように、制動開始時の動作アーム部の揺動位置、つまりカム部材の回動位置が制動方向に変化して制動開始後の制動特性が変化し、所望の制動特性を維持できない。

本発明の課題は、自転車用ハブブレーキ装置において、制動開始時のカム部材の揺動位置に関わらず制動開始後の所望の制動特性を維持できるようにすることにある。

発明１に係る自転車用ハブブレーキ装置は、自転車のフレームに装着される車輪のハブを制動可能な装置である。ハブブレーキ装置は、固定ブラケットと、ブレーキドラムと、ブレーキ動作部と、円弧状の複数のブレーキシューと、を備えている。固定ブラケットは、フレームに回転不能に装着可能なものである。ブレーキドラムは、内周面に形成された制動面を有し、固定ブラケットに対向して配置されハブと一体回転可能な円筒状のものである。ブレーキ動作部は、動作アーム部と、カム部材と、複数のローラと、を有している。動作アーム部は、固定ブラケットにハブの軸回りに揺動自在に装着され、自転車に装着されたブレーキレバーと連結可能なものである。カム部材は、動作アーム部と一体的に回動し、外周面に周方向で外径が徐々に大きくなる第１カム部を有する。複数のローラは、第１カム部に接触しかつ回転方向に間隔を隔てて設けられ、カム部材の回動により転動しつつ径方向に移動する。複数のブレーキシューは、カム部材とでローラを挟むように配置され、ブレーキドラムの制動面に接触可能な接触面、及びローラとの接触部分にハブの回動中心からの距離が徐々に変化するように形成された第２カム部、を有している。ブレーキシューは、固定ブラケットに対して実質的に回転不能であり、ブレーキドラムに制動作用する。

このハブブレーキ装置では、走行中にブレーキレバーを操作して動作アーム部を制動方向に揺動させると、カム部材が回動し、第１カム部がローラを介してブレーキシューを押圧し、ブレーキシューがブレーキドラムに接触する。ブレーキシューがブレーキドラムに接触して制動が開始されると、第１カム部の回動によりローラがブレーキシューに形成された第２カム部に接触して転がる。これにより、ブレーキシューが第１及び第２カム部のカム形状に応じてブレーキドラムを押圧する。このとき、第１カム部のカム角度を一定に設定しても、ブレーキレバーを握り込んだときの制動力を小さくすることができ、制動開始時から第２カム部で直線的に制動力を上昇させることができる。

ここでは、制動開始後はブレーキシューに形成した第２カム部のカム形状により制動特性を直線的に変化させることができる。このため、ブレーキシュー又はブレーキドラムの磨耗により、制動開始時の動作アーム部の回動位置が変化しても、制動開始後の制動特性が変化しにくい。したがって、制動開始時のカム部材の回動位置に関わらず制動開始後の制動特性を維持できるようになる。

発明２に係る自転車用ハブブレーキ装置は、自転車のフレームに装着される車輪のハブを制動可能な装置である。ハブブレーキ装置は、固定ブラケットと、ブレーキドラムと、ブレーキ動作部と、円弧状の複数のブレーキシューと、を備えている。ブレーキ動作部は、動作アーム部と、カム部材と、複数のローラと、を有している。動作アーム部は、固定ブラケットにハブの軸回りに揺動自在に装着され、自転車に装着されたブレーキレバーと連結可能なものである。カム部材は、動作アーム部と一体的に回動し、外周面に周方向で外径が徐々に大きくなる第１カム部を有する。複数のローラは、第１カム部に接触しかつ回転方向に間隔を隔てて設けられ、カム部材の回動により転動しつつ径方向に移動する。複数のブレーキシューは、カム部材とでローラを挟むように配置され、ブレーキドラムの制動面に接触可能な接触面、及びローラとの接触部分の第１位置でのハブの回動中心との距離が、第１位置から離反した第２位置での回動中心との距離と異なるように形成された第２カム部と、を含む。ブレーキシューは、固定ブラケットに対して実質的に回転不能であり、ブレーキドラムに制動作用する円弧状のものである。

このハブブレーキ装置では、走行中にブレーキレバーを操作して動作アーム部を制動方向に揺動させると、カム部材が回動し、第１カム部がローラを介してブレーキシューを押圧し、ブレーキシューがブレーキドラムに接触する。ブレーキシューがブレーキドラムに接触して制動が開始されると、第１カム部の回動によりローラがブレーキシューに形成された第２カム部に接触して第１位置から第２位置に向かって転がる。この第１位置は第２位置より回転軸芯からの距離が長いので、第２カム部によってブレーキシューはさらに押圧される。これにより、ブレーキシューが第１及び第２カム部のカム形状に応じてブレーキドラムを押圧し、制動開始時から第２カム部で直線的に制動力を上昇させることができる。

ここでは、制動開始後はブレーキシューに形成した第２カム部のカム形状により制動特性を直線的に変化させることができる。このため、ブレーキシュー又はブレーキドラムの磨耗により、制動開始時の動作アーム部の回動位置が変化しても、制動開始後の制動特性が変化しにくい。したがって、制動開始時のカム部材の回動位置に関わらず制動開始後の制動特性を維持できるようになる。

発明３に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明１に記載の装置において、ブレーキ動作部は、固定ブラケットに制動開始位置から所定距離回動可能に設けられ、ローラを周方向に間隔を隔てて配置するローラケースと、ローラケースを制動開始位置側に付勢する付勢部材と、をさらに有する。

この場合には、ブレーキシューがブレーキドラムに接触する制動時にローラケースが制動開始位置から移動しても、ブレーキシューがブレーキドラムから離反する制動解除時に付勢部材の付勢力によりローラケースが制動解除位置に戻る。このため、制動解除時のローラの位置を一定に維持できる。

発明４に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明２に記載の装置において、ブレーキ動作部は、固定ブラケットに制動開始位置から所定距離回動可能に設けられ、ローラを周方向に間隔を隔てて配置するローラケースと、ローラケースを制動開始位置側に付勢する付勢部材と、をさらに有する。

この場合には、ブレーキシューがブレーキドラムに接触する制動時にローラケースが制動開始位置から移動しても、ブレーキシューがブレーキドラムから離反する制動解除時に付勢部材の付勢力によりローラケースが制動解除位置に戻る。このため、制動解除時のローラの位置を一定に維持できる。

発明５に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明３に記載の装置において、第２カム部は、制動解除状態のときにローラが配置される内径が最も大きい制動解除カムと、制動解除カムの少なくとも片側に形成された制動カムと、有する。

この場合には、動作アーム部を制動解除方向に揺動させて制動解除すると、ローラが制動カムから制動解除カムに移動するので、制動解除時にローラが制動解除カムに確実に移動する。

発明６に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明５に記載の装置において、制動カムは、制動解除カムから離反するに連れて回動中心からの距離が徐々に小さくなるように形成されている。この場合には、ローラが制動カムを転がると、制動力が直線的に大きくなる制動特性を得ることができる。

発明７に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明４に記載の装置において、第２カム部は、制動解除状態のときにローラが接触する内径が最も大きい制動解除カムと、制動解除カムの少なくとも片側に形成された制動カムと、有する。

この場合には、動作アーム部を制動解除方向に揺動させて制動解除すると、ローラが制動カムから制動解除カムに移動するので、制動解除時にローラが制動解除カムに確実に移動する。

発明８に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明７に記載の装置において、制動カムは、制動解除カムとの境界にある第１位置と回動中心との距離が、第２位置から前記回動中心までの距離より長くなるように形成されている。この場合には、制動解除カムとの境界の第１位置が第２位置より回転軸芯からの距離が長いので、制動解除カムから制動カムへのローラの移動によりブレーキシューに直線的に上昇する力で押圧できる。

発明９に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明５から８のいずれかに記載の装置において、制動カムは、制動解除カムの両側に形成されている。この場合には、制動解除カムを挟んで同じカム形状の制動カムを対称に配置すると、前輪の動作アーム部と後輪の動作アーム部とは、逆方向に揺動するので、一方の制動カムを前輪用に使用し、他方の制動カムを後輪用に使用することができる。このため、前輪用と後輪用のブレーキシューを共通化できる。

また、同じカム形状の制動カムが制動解除カムの両側に配置されているので、ブレーキシューの表裏を反転して装着しても問題が生じなくなり、組立ミスが減少する。

さらに、異なるカム形状の制動カムを制動解除カムの両側に配置すると、表裏を反転させることにより１つのブレーキシューで異なる制動特性を得ることができる。

発明１０に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明９に記載の装置において、制動カムは、制動解除カムを挟んで同じ割合で内径が徐々に小さくなる。この場合には、制動カムが制動解除カムを挟んで対称に配置されるので、ブレーキシューを表裏反転して装着しても同じ制動特性を得ることができる。また、前輪用のブレーキシューと後輪用のブレーキシューとを共通化できる。

発明１１に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明５から１０のいずれかに記載の装置において、制動解除カムと制動カムとの間には段差が形成されている。この場合には、段差を形成したので、段差によりブレーキシューを急速に径方向外方に移動させることができる。このため、制動解除状態から制動を開始するまでのブレーキケーブルのストロークを短くすることができる。

発明１２に係る自転車用ハブブレーキ装置は、発明１１に記載の装置において、ハブの回転中心と段差の始点及び終点とを結ぶ線分の差で表される段差の径方向の長さの差は、０．３ｍｍから０．７ｍｍの範囲である。この場合には、段差が小さいので、ブレーキケーブルのストロークを小さくするために段差を設けても、ローラがスムーズに段差を超えて転がることができる。

本発明によれば、制動開始後はブレーキシューに形成した第２カム部のカム形状により制動特性を直線的に変化させることができる。このため、ブレーキシュー又はブレーキドラムの磨耗により、制動開始時の動作アーム部の回動位置が変化しても、制動開始後の制動特性が変化しにくい。したがって、制動開始時のカム部材の回動位置に関わらず制動開始後の所望の制動特性を維持できるようになる。

本発明の一実施形態を採用した自転車の右側面図。 その自転車の制動システムの構成図。 前ブレーキ装置の側面図。 前ブレーキ装置の正面図。 前ブレーキ装置のカバー部材を外した状態の側面図。 前ブレーキ装置の半截断面拡大図。 前ブレーキ装置の分解斜視図。 ブレーキドラム及び固定ブラケットを除くブレーキ装置の正面図。 ブレーキシューのカム部分の拡大断面図。 前制動装置の制動動作を示す図。 前制動装置の制動動作を示す図。 レバー操作力と制動力との関係を示すグラフ。 レバーストロークと制動力との関係を示すグラフ。

＜全体構成＞
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は軽快車であり、フレーム体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、操舵用のハンドル部４と、ペダル５ａの回転を後輪７に伝達するための駆動部５と、前輪６と、後輪７と、前輪６及び後輪７を制動するための制動システム８とを備えている。

フレーム１には、ハンドル部４、駆動部５、前輪６、後輪７、腰掛け用のサドル９、及び制動システム８等の各部が取り付けられている。

ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１０と、ハンドルステム１０に固定されたハンドルバー１１とを有している。前輪６及び後輪７は、ハブ軸１５ａ（前輪用のみ図６に図示）を有する前後のハブ６ａ（前輪用のみ図４に図示）とハブ６ａの外周側に配置される前後のリム６ｂ，７ｂと、前後のリム６ｂ，７ｂに装着されるタイヤ６ｃ，７ｃと、ハブ６ａとリム６ｂ，７ｂとを連結するスポーク６ｄ，７ｄとを有している。ハブ６ａは、図６に示すように、フレーム１のフロントフォーク３に回転不能に装着されるハブ軸１５ａと、ハブ軸１５ａに回転自在に支持されるハブシェル１５ｂとを有している。前ハブ６ａは、図１に示すように、クイックレバー６ｅを有し、着脱が容易なクイックレリーズハブとなっている。ただし、クイックレリーズ部分の構造については、公知であるので、以下の説明ではクイックレリーズ部分の説明を省略し、通常の袋ナットで締め込むタイプのハブを用いた制動システムについて説明する。

＜制動システムの構成＞
制動システム８は、図２に示すように、前後の制動レバー１２ｆ，１２ｒと、前後の制動レバー１２ｆ，１２ｒによって動作するブレーキ装置１３ｆ，１３ｒと、前後の制動レバー１２ｆ，１２ｒと前後のブレーキ装置１３ｆ，１３ｒとにそれぞれ連結された前後の制動ケーブル１４ｆ，１４ｒとを有している。

制動ケーブル１４ｆ，１４ｒは両端が制動レバー１２ｆ，１２ｒ及びローラブレーキ装置１３ｆ，１３ｒに連結されたインナーケーブル１６ｆ，１６ｒと、インナーケーブル１６ｆ，１６ｒを覆うアウターケーブル１７ｆ，１７ｒと、を有している。

前制動レバー１２ｆはハンドルバー１１の左端に装着されたグリップ１８ａの内側に、後制動レバー１２ｒはハンドルバー１１の右端に装着されたグリップ１８ｂの内側にそれぞれ装着されている。制動レバー１２ｆ，１２ｒは、鏡像関係にある同じ構造の部材である。制動レバー１２ｆ，１２ｒは、ハンドルバー１１に装着されたレバーブラケット２０と、レバーブラケット２０に揺動自在に支持されたレバー部材２１と、レバーブラケット２０にねじ込み固定されたアウター係止部２２とを有している。

レバーブラケット２０は、レバー部材２１を揺動自在に支持するための揺動軸２０ａと、ハンドルバー１１に着脱自在に装着可能な装着部２０ｂと、アウター係止部２２をねじ込み可能であるとともにインナーケーブル１６ｆ，１６ｒが通過可能な雌ねじ部２０ｃとを有している。

レバー部材２１は、揺動軸２０ａに揺動自在に装着されており、図示しない付勢部材により制動解除側に付勢されている。レバー部材２１は、制動ケーブル１４ｆ，１４ｒのインナーケーブル１６ｆ，１６ｒを係止するインナー係止部２１ａを有している。

＜ブレーキ装置の構成＞
前後のブレーキ装置１３ｆ，１３ｒは、自転車用ハブブレーキ装置の一例であるローラブレーキである。ブレーキ装置１３ｆ，１３ｒは、図２に示すように、フレーム１に装着される前輪６及び後輪７のハブ６ａを制動するものである。ブレーキ装置１３ｆ，１３ｒ
は、図２、図３及び図７（前側のみ図示）に示すように、自転車のフレーム１に回転不能に固定される固定ブラケット３０ｆ，３０ｒと、固定ブラケット３０ｆ，３０ｒに対向して配置された円筒状のブレーキドラム４０と、固定ブラケット３０ｆ，３０ｒにハブ軸回りに揺動自在に装着されたブレーキ動作部３３ｆ，３３ｒと、ブレーキドラム４０に制動作用する複数のブレーキシュー４１と、を有している。

固定ブラケット３０ｆ，３０ｒは、ブレーキ装置１３ｆ，１３ｒをフレーム１のフロントフォーク３又はチェーンスティ２ａ（図１）に装着するためのものである。固定ブラケット３０ｆ，３０ｒは、たとえば鋼板をプレス成形して得られた第１面及び第２面を有するブラケット本体３４と、ブラケット本体３４に嵌合固定されブラケット本体３４の第２面を覆うカバー部材３５とを有している。カバー部材３５は、金属薄板をプレス成形して形成されており、その表面に焼付塗装が施されかつ型番などの意匠が施されている。

ブラケット本体３４は、ハブ軸１５ａ（図６に前側のみ図示）が貫通する基部３４ａと、基部３４ａから実質的に径方向に延びる先細りのアーム部３４ｂと、アーム部３４ｂの先端に形成された実質的に等幅の板状の係止部３４ｃとを有している。

ブラケット本体３４の基部３４ａは、図６に示すように、ハブ軸１５ａの一端にねじ込まれた袋ナット４５により押圧されてハブ軸１５ａに固定されている。基部３４ａにはアーム部３４ｂの延出部分を除いて僅かな長さで筒部３４ｄが形成されている。この筒部３４ｄには、後述するブレーキドラム４０の脱落を防止する第１抜け止め部材３６，３７を装着するための１対の装着孔３８ａ，３８ｂからなる部材装着部３８が形成されている。

ブラケット本体３４の係止部３４ｃは、ブラケット固定部材２５ｆ，２５ｒに固定されている。前側のブラケット本体３４の係止部３４ｃは、前輪６の着脱を容易にするためにブラケット固定部材２５ｆにワンタッチで着脱可能に係止されている。前側の係止部３４ｃの第１面（図６の表面）には、装着方向に延びかつ凹んだ凹部３４ｅが形成されている。

ブラケット固定部材２５ｆ及び固定ブラケット３０ｒには、アウターケーブル１７ｆ，１７ｒを係止可能なアウター装着部３１ｆ，３１ｒがそれぞれ装着されている。前側のブラケット固定部材２５ｆには、アウター装着部３１ｆがねじ止め固定されている。図４に示すように、アウター装着部３１ｆは、アウターケーブル１７ｆを係止可能なアウター係止部３１ａと、アウター係止部３１ａのケーブル軸線方向の係止位置をねじにより調整可能にアウター係止部３１ａを固定するアウター固定部３１ｂとを有している。この軸線位置の調整によりブレーキの遊び（ブレーキドラムとブレーキシューとの隙間）を調整できる。

なお、以降の説明では、前後のブレーキ装置１３ｆ，１３ｒにおいて、概ね構成が同じであるため、前ブレーキ装置１３ｆの構成について説明する。

＜ブレーキドラムの構成＞
ブレーキドラム４０は、図６に示すように、ハブと一体回転可能であり内周面に制動面５１ａを有する円筒状のドラム本体４３と、ブレーキドラム４０の外周側に固定されブレーキドラム４０に固定された冷却ディスク４４とを有している。

ドラム本体４３は、開口５０ａを有する底部５０と、底部５０の外周側に形成された円周部５１とを有する鉄製の皿状の部材である。開口５０ａの内周面には、ハブシェル１５ｂを構成する左玉受け１５ｃの外周面に一体回転可能に装着される凹凸部５０ｂが形成されている。

円周部５１の内周面には、円形の制動面５１ａが形成されている。制動面５１ａは、断面が径方向外方にいくにつれて幅が狭くなる等脚台形状に円周部５１の軸方向中央部に凹んで形成されている。制動面５１ａの両辺が交差する角度は８０度から１００度の範囲が好ましい。制動面５１ａは、制動面に径方向外方に向けて凹んで形成されグリースが内部に充填される環状のグリース充填溝５４を内周面に有している。グリース充填溝５４は、制動面５１ａの最も凹んだ部分に形成されている。グリース充填溝５４には組立時にグリースが充填されている。

冷却ディスク４４は、図４〜図７に示すように、アルミニウム合金製の部材であり、ドラム本体４３の外周面に圧入及びカシメにより固定されたものである。前側の冷却ディスク４４には、多数の冷却フィン４４ａが内側面（図４右側面）に放射状に形成されている。

このように、冷却ディスク４４をドラム本体４３に圧入後カシメ固定することにより、冷却ディスク４４をドラム本体４３に確実に固定できる。この圧入及びカシメによる作業は熱を加える必要がないとともに同じ場所で行える。このため、熱による変色や変形を防止できるとともに、製造作業の手間も簡素になり、冷却ディスク４４をドラム本体４３に簡単かつ安価に固定できるようになる。

＜ブレーキ動作部の構成＞
ブレーキ動作部３３ｆ，３３ｒは、形状は異なるが略同一の構成であるので、ここでは、前ブレーキ動作部３３ｆについて説明する。前ブレーキ動作部３３ｆは、固定ブラケット３０ｆに揺動自在に設けられ、ブレーキシュー４１をブレーキドラム４０側に圧接させるものである。

前ブレーキ動作部３３ｆは、図６及び図７に示すように、動作アーム部６０と、動作アーム部６０と一体的に回動するカム部材６１と、カム部材６１とブレーキシュー４１との間に配置されたローラ６２と、を有している。また、ブレーキ動作部３３ｆは、カム部材６１とブレーキシュー４１との間に両者に接触しかつ回転方向に間隔を隔てて設けられた複数（例えば６つ）のローラ６２と、回転方向に間隔を隔ててローラ６２を保持するローラケース６３とをさらに有している。

＜動作アーム部の構成＞
動作アーム部６０は金属板材の部材である。動作アーム部６０は、固定ブラケット３０ｆのブラケット本体３４に、ハブ軸１５ａ回りに制動解除位置（図１０）と、制動位置（図１１）とに揺動自在に装着されている。動作アーム部６０の先端には制動ケーブル１４ｆのインナーケーブル１６ｆの先端を係止するインナー装着部６４が着脱自在に装着されている。このインナーケーブル１６ｆによりインナー装着部６４を介して動作アーム部６０は、自転車のハンドル部４に装着された制動レバー１２ｆと連結される。動作アーム部６０の基端は、折れ曲がってブラケット本体３４の基部の内側に挿入されている。挿入部分には、カム部材６１の外周面に係合する係合孔６０ａ（図６，図７）が形成されている。動作アーム部６０は、第２ばね部材７０（図７）により制動解除方向に付勢されている。第２ばね部材７０は、捩じりコイルばねであり、一端がブラケット本体３４に係止され、他端が動作アーム部６０の先端まで延び先端に形成された係止孔６０ｂに係止されている。動作アーム部６０の外方はカバー部材３５により覆われている。動作アーム部６０の先端にインナー装着部６４が着脱自在に装着される。インナー装着部６４は、インナーケーブル１６ｆを係止可能なインナー係止部６８を有している。

＜カム部材の構成＞
カム部材６１は、動作アーム部６０に一体回動可能にカシメ固定されており、動作アーム部６０の揺動により回動する。カム部材６１は、図７、図８及び図１０に示すように、厚肉円筒状のたとえば鋼鉄製の部材である。カム部材６１の外周面には、制動レバー１２ｆのレバーストロークに比例して外径が徐々に大きくなる傾斜カム面６１ａと、傾斜カム面６１ａの間に配置され傾斜カム面６１ａより凹んで形成された凹部６１ｂとを有する第１カム部６１ｃが形成されている。この実施形態では、傾斜カム面６１ａは、図１０の時計回りに周方向の外径が徐々に大きくなるように形成されている。具体的には、カム角度が一定に設定されている。このため、第１カム部６１ｃによりローラ６２を押圧すると、動作アーム部６０の揺動位置に関わらず一定の制動特性が得られる。

＜ローラの構成＞
ローラ６２は、カム部材６１の回動によりブレーキシュー４１を径方向に押圧してブレーキシュー４１に圧接させるためのものである。ローラ６２は、カム部材６１の外周面とブレーキシュー４１の後述する第２カム部４１ｄとの間に装着されている。ローラ６２はローラケース６３によりブレーキドラム４０の回転方向に間隔を隔てて配置され径方向に移動自在である。ローラ６２は、カム部材６１の回動により転動しつつ径方向に移動する。具体的には、ローラ６２はカム部材６１の回動によって時計回りに自転しながら反時計回りに公転し、ローラケース６３はローラ６２の公転によって反時計回りに移動する。

＜ローラケース６３の構成＞
ローラケース６３は、ハブ軸回りに僅かな距離だけ回動可能である。ローラケース６３には、ローラ６２を保持するためのハブ軸方向外方に突出した、たとえば６つの保持突起６３ａが回転方向に間隔を隔てて形成されている。一つの保持突起６３ａにさらにハブ軸方向外方に突出して形成された係止突起６３ｂが形成されている。この係止突起６３ｂは、ブラケット本体３４に制動開始位置から僅かな距離だけハブ軸回りに移動可能に係止されている。ブラケット本体３４には、図５、図６及び図７に示すように、この係止突起６３ｂが係合する円周方向に長い円弧状の長孔３４ｇが形成されている。長孔３４ｇは、円周方向の長さが係止突起６３ｂより長い。この長さの差だけローラケース６３は、制動開始位置から円周方向に回動可能である。ローラケース６３と係止突起６３ｂとの間には第３ばね部材７２が装着されている。第３ばね部材７２は、ローラケース６３を図５の時計回りに制動解除位置に向けて付勢している。このため、ローラケース６３に保持されたローラ６２は、カム部材６１の回動によりブレーキドラム４０に対して反時計回りに僅かの距離（長孔３４ｇと係止突起６３ｂの円周方向の長さの差の距離）だけ転動可能である。ローラケース６３内において、ローラ６２の周囲には防錆油が充填されている。これにより、カム部材６１の回動に対してローラ６２がスムーズに径方向に移動できる。

＜ブレーキシューの構成＞
ブレーキシュー４１は、図８に示すように、たとえば周方向で３つに分割されたリング状の、例えばクロムモリブデン鋼製の部材である。ブレーキシュー４１は、カム部材６１とでローラ６２を挟むように配置されている。ブレーキシュー４１は、図６に示すように、制動時に制動面５１ａに接触可能に接触面４１ａを外周面に有している。接触面４１ａは、断面が制動面５１ａに接触可能に凸に突出した等脚台形状に形成されている。接触面４１ａの両辺が交差する角度は、制動面５１ａの交差角度より大きいか等しい。接触面４１ａの中央部には、第１ばね部材５３が装着される環状の収納溝４１ｂが形成されている。収納溝４１ｂは、グリース充填溝５４の第１溝５４ａに対向するように形成されている。

ブレーキシュー４１の内周面には、回転方向に所定の長さで形成された回転止め部４１ｃが径方向外方に凹んで形成されている。この回転止め部４１ｃに固定ブラケット３０ｆのブラケット本体３４に形成された３つの係止突起３４ｆ（図６，図７）がはまり込み、分割されたブレーキシュー４１の回転を防止している。ただし、係止突起３４ｆと回転止め部４１ｃとの遊び分はブレーキシュー４１が僅かに回転する。

分割されたブレーキシュー４１の回り止め部４１ｃの両側内周面には、図８に示すように、ローラ６２に係合する第２カム部４１ｄが形成されている。第２カム部４１ｄは、ローラ６２との接触部分に内径が徐々に変化するように形成されている。第２カム部４１ｄは、制動解除時にローラ６２が配置される制動解除カム４１ｅと、制動解除カム４１ｅの両側に配置された制動カム４１ｆ，４９ｇと、を有している。

制動解除カム４１ｅは、回動中心Ｃ１を中心とし回動中心Ｃ１からの内径が最も大きい円弧状の部分である。制動解除カム４１ｅは、制動カム４１ｆとの間には、段差４１ｈが形成されている。段差４１ｈは、制動解除カム４１ｅと制動カム４１ｆとの間をつなぐ円弧で構成されている。前ハブ６ａの回動中心Ｃ１から段差４１ｈの始点及び終点を結ぶ２本の直線Ｌ１，Ｌ２の差で表せる段差４１ｈの径方向の長さは、０．３ｍｍから０．７ｍｍの範囲である。

制動カム４１ｆは、例えば前輪用のブレーキ装置１３ｆに用いられ、制動カム４１ｇは、後輪用のブレーキ装置１３ｒに用いられる。ブレーキ装置１３ｆの動作アーム部６０は、制動時に図２反時計回りに揺動し、ブレーキ装置１３ｒの動作アーム部６０は、図２時計回りに揺動する。このため、カム部材６１の回動方向が前輪用と後輪用とでは逆方向になる。この結果、ローラ６２の公転方向も逆になり、前輪用の場合は、ローラ６２が制御カム４１ｆ側に反時計回りに公転し、後輪用の場合は、時計回りに公転する。

制動カム４１ｆは、制動解除カム４１ｅ側の第１位置Ｄ１での回動中心Ｃ１からの距離が第１位置Ｄ１から離反した第２位置Ｄ２での回動中心Ｃ１からの距離より長く形成された傾斜カム面を有している。具体的には、制動カム４１ｆは、第１位置Ｄ１での回動中心Ｃ１から延びる直線Ｌ２の長さより第２位置Ｄ２での直線Ｌ３の長さが短くかつ第１位置Ｄ１から第２位置Ｄ２に向かって回動中心Ｃ１からの距離が徐々に短くなるような傾斜カム面を有している。この実施形態では、傾斜カム面は、概ね円弧状の曲線で構成されている。傾斜カム面の円弧の中心Ｃ２は、回動中心Ｃ１より制動解除カム４１ｅに接近しかつ制動解除カム４１ｅの中心部と回動中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ４より逆側の制動カム４１ｆ側に変位した位置にある。なお、傾斜カム面の中心Ｃ２は、上記位置に限定されない。また、傾斜カム面を円弧ではなく、複数の連続する直線や円弧と異なる曲線で形成してもよい。

制動カム４１ｇは、制動カム４１ｆと制動解除カム４１ｅを挟んで同じ割合で内径が徐々に小さくなるように形成されている。したがって、制動カム４１ｆと制動カム４１ｇとは、直線Ｌ４を挟んで線対称に配置されている。このため、たとえば、制動カム４１ｆを前輪用のブレーキ装置１３ｆに用い、制動カム４１ｇを後輪用のブレーキ装置１３ｒに用いても略同等の制動特性が得られる。

なお、図９では、回動中心Ｃ１と中心Ｃ２との半径方向の距離は正確には表されていない。

第１ばね部材５３は、弾性線材を円形に湾曲して形成された環状のばね部材である。第１ばね部材５３は、３つの分割されたブレーキシュー４１をブレーキドラム４０から離反する位置、つまり径方向内方に付勢している。第１ばね部材５３の一端には、径方向外方に折り曲げて突出した突出部５３ａが形成されている。突出部５３ａは、内周部から１．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で突出して形成されている。突出部５３ａの先端は、ブレーキシュー４１がブレーキドラム４０に接触する制動時にグリース充填溝５４の第１溝５４ａ内に位置し、ブレーキシュー４１がブレーキドラム４０から離反する制動解除時に第１溝５４ａ溝より径方向内方に位置する。これにより、制動時に突出部５３ａは、第１溝５４ａに充填されたグリースを制動面５１ａに向けてかき出すことができる。

＜制動システムの動作＞
制動ケーブル１４ｆ，１４ｒをセットした状態では、インナーケーブル１６ｆ，１６ｒは緊張状態になっているため、制動レバー１２ｆ，１２ｒに装着されたアウター係止部２２又は前後のブレーキ装置１３ｆ，１３ｒに装着されたアウター装着部３１ｆ，３１ｒによって遊びを調整する。これにより、制動レバー１２ｆ，１２ｒを操作しないと、図１０に示すように、ブレーキシュー４１とブレーキドラム４０との間に隙間（遊び）が形成される。

この状態で前制動レバー１２ｆを引き込み操作すると、インナーケーブル１６ｆが第２ばね部材７０の付勢力に抗して引っ張られ、動作アーム部６０が図１０に示す制動解除位置から図１１に示す制動位置に反時計回りに揺動する。動作アーム部６０が反時計回りに回動すると、カム部材６１も回動する。カム部材６１が回動すると、ローラ６２が第１カム部６１ｃの傾斜カム面６１ａに乗り上げる。これよりローラ６２が傾斜カム面６１ａに押圧されて第１ばね部材５３の付勢力に抗して径方向外方に移動する。この移動途中で、ブレーキシュー４１がブレーキドラム４０に接触すると、ローラ６２がブレーキシュー４１をブレーキドラム４０に向けて押圧する。また、ローラ６２がカム部材６１との摩擦等により図９に矢印Ｒで示す時計回りに転動し、ローラケース６３が反時計回りに回動する。

ローラ６２が時計回りに転動すると、ローラ６２は、第２カム部４１ｄの制動解除カム４１ｅから図９左側の制動カム４１ｆに向かって移動する。この結果、第１カム部６１ｃの径方向の増加量に加えて第２カム部４１ｄの径方向の減少量が加わって、レバーストロークに対して直線的に増加する制動力が得られる。

この様子を図１２及び図１３にグラフで示す。図１２は、制動レバー１２ｆの操作力を横軸に、制動力を縦軸に表したグラフである。また、図１３は、制動レバー１２ｆのレバーストロークを横軸に、制動力を縦軸に表したグラフである。ここで、実線は、ブレーキシュー４１の内周面に第２カム部４１ｄを有する本発明の一実施形態によるブレーキ装置１３ｆを示している。破線は、第１カム部を有さずかつカム部材の第１カム部のカム角度が一定の比較対照の従来のブレーキ装置を示している。

図１２及び図１３から明らかなように、第２カム部４１ｄの有無以外は全く同じ本実施形態のブレーキ装置１３ｆと従来のブレーキ装置とを比較した場合、レバー操作力又はレバーストロークが小さいときの制動力は略同じである。レバー操作力又はレバーストロークが大きいときの制動力は、第２カム部４１ｄがある本実施形態のブレーキ装置１３ｆの方が小さくなる。

従来の第２カム部を有さないブレーキ装置では、レバー操作力又はレバーストロークを徐々に大きくしていくと突然制動力が曲線的に上がる。これに対し、第２カム部４１ｄを有するブレーキ装置１３ｆでは、レバー操作力又はレバーストロークが大きいときでも制動力が突然大きくなることはなく、直線的になる。

また、カム部材６１が一定のカム角度を有しているので、どのような回動位相にあっても、ブレーキシュー４１がブレーキドラム４０に接触し制動を開始してからの制動特性が変動しにくい。したがって、制動開始時のカム部材６１の回動位置に関わらず制動開始後の制動特性を維持できるようになる。

前制動レバー１２ｆから手を離すと、第２ばね部材７０により動作アーム部６０が制動解除位置側に戻されるとともに、動作アーム部６０に連動するカム部材６１の回動に伴って第１ばね部材５３によりブレーキシュー４１が内周側に移動する。このとき、ローラケース６３も第３ばね部材７２により図１１時計回りに付勢されて回動する。これにより、ローラ６２は、制動解除カム４１ｅに配置される。

＜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。

（ａ）前記実施形態では、制動面５１ａや接触面４１ａを台形状に形成したが、平坦な円周面であってもよい。

（ｂ）前記実施形態では、第２カム部４１ｄをブレーキシュー４１の内周面に一体形成したが、別体で形成してもよい。

（ｃ）前記実施形態では、同じカム形状の制動カム４１ｆ，４１ｇを制動解除カム４１ｅの両側に配置した。このように、二つの制動カムのカム形状を同じにすれば、前輪用と後輪用とでブレーキシューの共通化を図れる。また、表裏を反転しても使用できるため、組立ミスを減少できる。しかし、本発明はこれに限定されない。たとえば、異なる形状の二つの制動カムを、制動解除カムを挟んで配置しても良い。この場合には、ブレーキシューの表裏を反転して装着すると、一つのブレーキシューで異なる制動特性を得ることができる。また、制動解除カムの片側にだけ制動カムを配置しても良い。

１ フレーム
６，７ 前輪及び後輪
６ａ 前ハブ
１３ｆ，１３ｒ 前後のブレーキ装置
３０ｆ，３０ｒ 前後の固定ブラケット
３３ｆ，３３ｒ 前後のブレーキ動作部
４０ ブレーキドラム
４１ ブレーキシュー
４１ａ 接触面
４１ｄ 第２カム部
４１ｅ 制動解除カム
４１ｆ，４１ｇ 制動カム
４１ｈ 段差
５１ａ 制動面
６０ 動作アーム部
６１ カム部材
６１ｃ 第１カム部
６２ ローラ
Ｃ１ 回動中心

Claims (12)

1. 自転車のフレームに装着される車輪のハブを制動可能な自転車用ハブブレーキ装置であって、
   前記フレームに回転不能に装着可能な固定ブラケットと、
   内周面に形成された制動面を有し、前記固定ブラケットに対向して配置され前記ハブと一体回転可能な円筒状のブレーキドラムと、
   前記固定ブラケットに前記ハブの軸回りに揺動自在に装着され、前記自転車に装着されたブレーキレバーと連結可能な動作アーム部、前記動作アーム部と一体的に回動し、外周面に周方向で外径が徐々に大きくなる第１カム部を有するカム部材、及び前記第１カム部に接触しかつ周方向に間隔を隔てて設けられ、前記カム部材の回動により転動しつつ径方向に移動する複数のローラ、を有するブレーキ動作部と、
   前記カム部材とで前記ローラを挟むように配置され、前記ブレーキドラムの前記制動面に接触可能な接触面、及び前記ローラとの接触部分に前記ハブの回動中心との距離が徐々に変化するように形成された第２カム部、を有し、前記固定ブラケットに対して実質的に回転不能であり、前記ブレーキドラムに制動作用する円弧状の複数のブレーキシューと、
   を備えた自転車用ハブブレーキ装置。
2. 自転車のフレームに装着される車輪のハブを制動可能な自転車用ハブブレーキ装置であって、
   前記フレームに回転不能に装着可能な固定ブラケットと、
   内周面に形成された制動面を有し、前記固定ブラケットに対向して配置され前記ハブと一体回転可能な円筒状のブレーキドラムと、
   前記固定ブラケットに前記ハブの軸回りに揺動自在に装着され、前記自転車に装着されたブレーキレバーと連結可能な動作アーム部、前記動作アーム部と一体的に回動し、外周面に周方向で外径が徐々に大きくなる第１カム部を有するカム部材、及び前記第１カム部に接触しかつ回転方向に間隔を隔てて設けられ、前記カム部材の回動により転動しつつ径方向に移動する複数のローラ、を有するブレーキ動作部と、
   前記カム部材とで前記ローラを挟むように配置され、前記ブレーキドラムの前記制動面に接触可能な接触面、及び前記ローラとの接触部分の第１位置での前記ハブの回動中心との距離が、前記第１位置から離反した第２位置での前記回動中心との距離と異なるように形成された第２カム部と、を含み、前記固定ブラケットに対して実質的に回転不能であり、前記ブレーキドラムに制動作用する円弧状の複数のブレーキシューと、
   を備えた自転車用ハブブレーキ装置。
3. 前記ブレーキ動作部は、
   前記固定ブラケットに制動開始位置から所定距離回動可能に設けられ、前記ローラを周方向に間隔を隔てて配置するローラケースと、
   前記ローラケースを前記制動開始位置側に付勢する付勢部材と、をさらに有する、請求項１に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
4. 前記ブレーキ動作部は、
   前記固定ブラケットに制動開始位置から所定距離回動可能に設けられ、前記ローラを周方向に間隔を隔てて配置するローラケースと、
   前記ローラケースを前記制動開始位置側に付勢する付勢部材と、をさらに有する、請求項２に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
5. 前記第２カム部は、制動解除状態のときに前記ローラが配置される内径が最も大きい制動解除カムと、前記制動解除カムの少なくとも片側に形成された制動カムと、有する、請求項３に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
6. 前記制動カムは、前記制動解除カムから離反するに連れて前記回動中心からの距離が徐々に小さくなるように形成されている、請求項５に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
7. 前記第２カム部は、制動解除状態のときに前記ローラが接触する内径が最も大きい制動解除カムと、前記制動解除カムの少なくとも片側に形成された制動カムと、有する、請求項４に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
8. 前記制動カムは、前記制動解除カムとの境界にある前記第１位置と前記回動中心との距離が、前記第２位置から前記回動中心までの距離より長くなるように形成されている、請求項７に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
9. 前記制動カムは、前記制動解除カムの両側に形成されている、請求項５から８のいずれか１項に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
10. 前記制動カムは、前記制動解除カムを挟んで同じ割合で内径が徐々に小さくなる、請求項９に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
    請求項９に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
11. 前記制動解除カムと前記制動カムとの間には段差が形成されている、請求項５から１０のいずれか１項に記載の自転車用ハブブレーキ装置。
12. 前記ハブの回転中心と前記段差の始点及び終点とを結ぶ線分で表される前記段差の径方向の長さは、０．３ｍｍから０．７ｍｍの範囲である、請求項１１に記載の自転車用ハブブレーキ装置。

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