JP2000142542A - 自転車用自動変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動変速が行われる場合に運転者に不快感がな
く、併せて変速装置等にも不必要な負担がかからないよ
うにした自転車用自動変速装置を提供する。 【解決手段】車輪のハブ体２に内装した変速機５０の軸
心部から延出したロッドピン３を押圧する位置に設けら
れ、ロッドピン３側へ押圧力を与えるギアードモータ６
と、ロッドピン３との間に介装される蓄圧部８０と、を
有するアクチュエータ４と、アクチュエータ４を制御す
る制御基板５と、を備え、アクチュエータ４は、制御基
板５からの指令によりギアードモータ６が作動した際、
内装式変速機５０が変速可能な状態になるまでロッドピ
ン３への押圧力を前記蓄圧部８０に蓄圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車用の自動変
速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より自動車の電子制御式自動変速機
は実用化されているが、近年、自転車においても電子制
御方式の自動変速装置が提案されている。

【０００３】この種の装置はＬＳＩなどからなる回路基
板、この回路基板により制御されるギアードモータ、車
輪の回転速度を検出するセンサ、及びこれらのデバイス
に電源を供給する電池を備えている。

【０００４】その概要は、自転車後輪のスポークに設け
たマグネットを、チェーンステー等に固定した回転セン
サ（磁気センサ）によりセンシングし、この信号を回路
基板にて解析して車速を求める構成となっている。そし
て、回路基板には予め変速機の変速パターン（例えば、
設定する速度範囲に対応する変速ポジション）を記憶さ
せてあり、変速が必要と判断した場合にはギアードモー
タに電力を与える。そして、ギアードモータには減速機
を介して自転車の変速機に接続されたワイヤを押し引き
し、これによって、適切なギア比に自動的にギアチェン
ジされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、自転車用
自動変速装置は車速や負荷（ペダル負荷等）をセンシン
グすることによって、運転者の意志に関係なく自動的に
変速が行われる。

【０００６】ところで、自転車の変速機は内装式、外装
式に拘わらず、一般的に、噛み合い式のギアを切り替え
て変速する構造を採っている。このため、変速時には駆
動力すなわちペダルの踏力を抜かなければスムースな変
速ができないという性質がある。

【０００７】これを、前記した自動変速と併せて考える
と、運転者はペダルを踏んでいる最中に不意の自動変速
を体験することとなる。これでは、変速が円滑にできな
いばかりか、変速装置や変速用のモータに無理な負担を
かけて故障の原因になる虞れがある。

【０００８】本発明は前記事項に鑑みなされたものであ
り、自動変速が行われる際に運転者に不快感を感じさせ
ない自転車用自動変速装置を提供することを技術的課題
とする。

【０００９】また、変速装置等に無理な負担がかからな
いようにした自転車用自動変速装置を提供することを技
術的課題とする。また、変速動作を円滑に行えるように
した自転車用自動変速装置を提供することを技術的課題
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は自転車用自動変
速装置であり、前述した技術的課題を解決するために以
下のように構成されている。

【００１１】すなわち、第１の発明は、車輪のハブ体２
に内装した変速機５０の軸心部から延出した変速用ロッ
ド３を押圧する位置に設けられ、変速用ロッド３側へ押
圧力を与えるモータ６と、前記モータと６変速用ロッド
３との間に介装される蓄圧部８０と、を有するアクチュ
エータ４と、前記アクチュエータ４を制御する制御部５
と、を備え、前記アクチュエータ４は、前記制御部５か
らの指令によりモータ６が作動した際、内装式変速機５
０が変速可能な状態になるまで前記変速用ロッド３への
押圧力を前記蓄圧部８０に蓄圧することを特徴とする
（請求項１に対応）。

【００１２】第２の発明は、第１の発明において、前記
蓄圧部８０は、前記モータ６によりスライド可能に設け
られたスライダ７と、このスライダ７にスプリング８を
介して連結され前記変速用ロッド３を直接押圧する押圧
部９とを備えることを特徴とする（請求項２に対応）。

【００１３】第３の発明は、第２の発明において、前記
スライダ７と押圧部９との相対位置を検出する位置検出
センサ１０と、この位置検出センサ１０からの信号に基
づき作動する警報装置１１とを備え、前記警報装置１１
は、前記スライダ７と押圧部９との相対位置が変速待機
位置にあるときに作動することを特徴とする（請求項３
に対応）。

【００１４】前記内装式変速機５０は、後輪３５のハブ
体２に内装されたギアを切り替えることで減速比を３段
程度に変速できるものであり、そのギアの切り替えを内
装式変速機５０の軸心部と同軸上（車軸２ａと同軸上）
に設けた変速用ロッド（ロッドピン）３の出没によって
行うようになっている。

【００１５】ロッドピン３はハブ体２に内装したコイル
スプリングによって突出方向に付勢されており、最大に
突出させた状態では３速、すなわち高速ギア比となる。
一方、ロッドピン３を最大に沈めた位置では１速、すな
わち低速ギア比となる。

【００１６】前記アクチュエータ４にはモータ（ギアー
ドモータ）６が内装されており、前記ロッドピン３を直
接押圧して変速を行うよう機能する。押圧機構としては
ウオームギアによるものやラックピニオン機構が例示で
きる。また、ロッドピン３をどの位置まで押しているか
を検出するために、ポテンショメータ等の動作位置検出
手段を設けることができる。

【００１７】なお、前記スライダ７と押圧部９との相対
位置が変速待機位置にあるとは、スプリング８が作動し
ている状態、すなわち、ギアードモータ６はある変速位
置に変速しようとしているが、まだ変速が完了していな
い状態を示している。このとき位置検出センサ１０がこ
の変速待機位置を検出してその信号が制御部（制御基
板）５に入力され、制御基板５が警報装置１１を作動さ
せる。

【００１８】そして、前記ロッドピン３が押せない状態
（運転者のペダル操作により所定以上の駆動力が生じて
いる状態）にて、ギアードモータ６からの押圧力がロッ
ドピン３側へ働くと、その押圧力はスプリング８の圧縮
作用により蓄えられ、ギアードモータ６に過剰な負荷は
かからないこととなる。すなわち、ギアードモータ６
が、無理にロッドピン３を押し下げるまで作動するとい
うことはない。

【００１９】このように、本発明の自転車用自動変速装
置は、変速の待機状態を運転者に知らせることができる
ため、運転者がペダル踏力を緩めるなどの対応をするこ
とにより、円滑な変速を行わせることができる。

【００２０】制御基板５は、マイクロコンピュータと入
出力ポート、及び電力制御回路から構成されており、マ
イクロコンピュータの一部を構成するメモリに処理手順
（アプリケーションソフト）と基本プログラム（オペレ
ーティングシステム）が記憶させてある。なお、この制
御基板５には受信機を含ませることができる。

【００２１】この受信機は自転車のハンドル等に取り付
けた送信機からの変速指令を受けてマイクロコンピュー
タに入力するものであり、運転者の意志によるマニュア
ル変速を無線にて行うことができるようになる。

【００２２】これら装置の電源は電池であり、一般的な
アルカリ電池の他、ニッカド電池、ニッケル水素電池、
及びリチウム電池等の二次電池を使用することもでき
る。二次電池を使用した場合は別に設けた太陽パネルや
外部電源により充電することができる。

【００２３】そして、前記した各デバイスと車輪の回転
センサとは同一の筐体内に収容することができる。以上
述べたように、ギアードモータ６からロッドピン３への
押圧力を、スプリング８の反発力以下に保つよう構成し
たので、無理な自動変速が行われることはなく、円滑に
変速可能な状態になるまで変速動作が待機される。ま
た、ペダル踏力が少なくなるペダルの上下死点位置など
の変速可能な状態になれば、スプリング８の作用によ
り、即座に変速がなされる。

【００２４】このため、運転者が不快感を感じたり、変
速装置等に不必要な負担がかかることは極力防止でき
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の自転車用自動変速
装置を図１〜図１２に示される実施形態について更に詳
細に説明する。

【００２６】自転車１の後輪３５のハブ体２には内装式
変速機５０が設けられており、この内装式変速機５０の
軸心部（車軸２ａ）から変速用のロッドピン３が延出さ
れている。そして、このロッドピン３の先端側を内部に
収容する位置に筐体２０が取り付けられている。前記筐
体２０には図２に示すように、自転車１のチェーンステ
ー１ａに取り付けられており、筐体２０内には制御基板
５、電池２３、受信機５ａ、警報を発する警報装置１
１、及び後輪３５の回転速度を検出するための回転セン
サ２１が設けられている。

【００２７】前記ロッドピン３の軸の延長上にはギアー
ドモータ６を有するアクチュエータ４が配置されてい
る。このギアードモータ６は、高減速比のギア６ｃの終
段ギア６ｂにネジ棒６ａを貫通させてあり、ネジ棒６ａ
にはスライダ７が外嵌している。前記スライダ７は筒状
体に形成され、その側面からガイドピン７ａが突設され
ている。このガイドピン７ａはアクチュエータ４の側壁
に形成されたガイド溝４ａ内にスライド自在に貫通させ
てあり、ネジ棒６ａの回転によって矢示Ｆ方向に移動で
きるようになっている。

【００２８】また、前記スライダ７の内部にはスプリン
グ８を介して押圧部９がスライド可能に内嵌されてい
る。この押圧部９にはピン９ａが設けられている一方、
スライダ７にはスライド溝７ｂが形成されており、両者
はスライド可能に係合している。 なお、このスライド
溝７ｂは、押圧部９を内部に装着するという組み立ての
便宜上、図４に示すようなカギ型溝となっている。

【００２９】押圧部９の先端には位置検出センサ１０と
しての電極が設けられており、図１０に示すように、押
圧部９がスプリング８の弾発力に抗してスライダ７内に
引き込んだ状態では、電極（１０）とスライダ７が接触
して通電し、警報装置１１を作動させて位置検出ができ
るようになっている。なお、警報装置１１は、位置検出
センサ１０からの直接の指令により作動させるようにし
てもよいし、あるいは、位置検出センサ１０からの信号
を制御基板５が入力し、この制御基板５からの指令によ
り警報装置１１を作動させるようにしてもよい。なお、
警報装置１１としては電子ブザー、あるいはサンプリン
グ音声により［力を抜いて下さい］、［変速待機中］な
どの音声インフォメーションを使用することができる。

【００３０】また、スライダ７には接点バー７ｃが設け
られており、この接点バー７ｃはスライダ位置検出基板
３２に接触するようになっている。スライダ位置検出基
板３２には、内装式変速機５０の段数分（ここでは３
段）だけの接点３２ａ、３２ｂ、３２ｃが形成されてお
り、接点バー７ｃと接点３２ａが接触した場合には３
速、接点バー７ｃと接点３２ｂが接触した場合には２
速、接点バー７ｃと接点３２ｃが接触した場合には１速
であると夫々検出される。そして、この検出信号は制御
基板５のソフトウエアによって、自動変速のための演算
の基礎データとなる。

【００３１】なお、自転車１のハンドル３１には送信機
（コントローラ）３０が設けられている。この送信機３
０は前記受信機５ａに変速指令信号を送出するためのも
のであり、運転者によるボタン操作にて変速段数を指定
することができるようになっている。

【００３２】以上の構成とすることで、前記内装式変速
機５０は、手動変速と自動変速の双方を可能とすること
ができる。すなわち、手動変速は運転者が送信機３０を
操作し、筐体２０内の受信機５ａでこの信号を受けてギ
アードモータ６を制御する。一方、自動変速は回転セン
サ２１にて後輪３５の回転速度を検出し、制御基板５に
予め記憶された変速手順に応じてギアードモータ６を制
御する。例えば、車輪の回転速度信号に基づき、自転車
が８ｋｍ／ｈ未満の速度のときには、マイクロコンピュ
ータ（回路基板５）がローギアを選択する。また、自転
車が８ｋｍ／ｈ以上１５ｋｍ／ｈ未満の速度のときに
は、マイクロコンピュータはセカンドギアを選択する。
同様に、自転車が１５ｋｍ／ｈ以上の速度のときには、
マイクロコンピュータはサード（トップ）ギアを選択す
る、というように内装式変速機５０を自動的に制御する
ものである。

【００３３】そして、前記筐体２０はこれを包囲するよ
う金属で形成された保護ブラケット３３を介して自転車
１側に固定される。前記した構成において、その動作を
図９〜図１１により説明する。

【００３４】ここで、内装式変速機５０が３速から２速
へ変速される場合を想定すると、まず、制御基板５から
の指令によりギアードモータ６が回転する。このため、
ネジ棒６ａが回転しウオームギアのようにスライダ７を
矢示Ｇ方向に押し出す。

【００３５】すると、スプリング８は押圧部９を押し出
してロッドピン３を押し変速を完了させようとするが、
現状が内装式変速機５０にトルクがかかっていて（ペダ
ルを所定以上の踏力にて踏んでいて）変速できない状態
であれば、スプリング８が圧縮されて押圧部９は現状の
ままの位置に止まる。

【００３６】この状態では押圧部９はスライダ７の内部
に沈入しており、位置検出センサ１０がスライダ７と接
触する（図１０）。そして、ペダル踏力が少なくなるペ
ダルの上下死点位置などにかかると内装式変速機５０に
所定以上のトルクが伝達しなくなり変速可能な状態とな
る。すると、押圧部９とロッドピン３は、弾性変形して
いたスプリング８の復元力で押され、２速への変速が完
了する。

【００３７】これと同様に２速から１速への変速も行わ
せることができる。また、３速での変速待機の状態のま
ま、直接１速への変速を行わせることもできる。なお、
内装式変速機５０が変速可能な状態では、ロッドピン３
の移動（押圧）は、スプリング８をほとんど圧縮させな
い状態（スライダ７と押圧部９との相対的な位置を変化
させない状態）にて行うことができる。

【００３８】このように、自動変速は変速が可能な状態
になるまで猶予されるため、運転者が不快感を感じた
り、変速装置等に不必要な負担がかかる虞れはない。な
お、警報装置１１を備えたものでは、位置検出センサ１
０がスライダ７と接触したことを制御基板５が感知し、
警報装置１１を鳴らす。このため、運転者は自動変速中
であることが認識でき、ペダルへの踏力を減じるなどし
てよりスムースな変速が可能となる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、制御部からの指令によ
りモータが作動した際、内装式変速機が変速可能な状態
になるまで変速用ロッドへの押圧力を蓄圧部にて蓄圧し
て、変速を待機するようにした。そして、ペダル踏力が
少なくなるペダルの上下死点位置などで変速が実行され
る。

【００４０】したがって、運転者が自動変速に伴う不快
感を感じることがない。また、変速装置等に過剰な（不
必要な）負荷がかかる状態にて強制的に自動変速が行わ
れることはない。

【００４１】さらに、警報装置を有するものでは、変速
の待機状態を運転者に知らせることができるため、運転
者のペダル踏力を抜くなどの対応にて、さらに円滑な変
速を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置のアクチュエータ部分の分解側面図である。

【図２】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置を自転車に装着した状態を示す平面図である。

【図３】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置のアクチュエータの蓄圧部付近の分解側面図である。

【図４】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置のアクチュエータの蓄圧部付近の分解側面図である。

【図５】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置のアクチュエータ部分の平面図である。

【図６】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置のアクチュエータ部分の側面図である。

【図７】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置のアクチュエータ部分の正面図である。

【図８】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置の位置検出センサを示す平面図である。

【図９】本発明の一実施形態である自転車用自動変速装
置の動作を説明するための蓄圧部付近の断面図である。

【図１０】本発明の一実施形態である自転車用自動変速
装置の動作を説明するための蓄圧部付近の断面図であ
る。

【図１１】本発明の一実施形態である自転車用自動変速
装置の動作を説明するための蓄圧部付近の断面図であ
る。

【図１２】本発明の一実施形態である自転車用自動変速
装置を自転車に装着した状態を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 自転車 ２ ハブ体 ３ ロッドピン（変速用ロッド） ４ アクチュエータ ５ 制御基板（制御部） ６ ギアードモータ（モータ） ７ スライダ ８ スプリング ９ 押圧部 １０ 位置検出センサ １１ 警報装置 ５０ 内装式変速機 ８０ 蓄圧部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車輪のハブ体に内装した変速機の軸心部か
   ら延出した変速用ロッドを押圧する位置に設けられ、変
   速用ロッド側へ押圧力を与えるモータと、前記モータと
   変速用ロッドとの間に介装される蓄圧部と、を有するア
   クチュエータと、 前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え前記ア
   クチュエータは、前記制御部からの指令によりモータが
   作動した際、内装式変速機が変速可能な状態になるまで
   前記変速用ロッドへの押圧力を前記蓄圧部に蓄圧するこ
   とを特徴とする自転車用自動変速装置。
2. 【請求項２】前記蓄圧部は、前記モータによりスライド
   可能に設けられたスライダと、このスライダにスプリン
   グを介して連結され前記変速用ロッドを直接押圧する押
   圧部とを備えることを特徴とする請求項１記載の自転車
   用自動変速装置。
3. 【請求項３】前記スライダと押圧部との相対位置を検出
   する位置検出センサと、この位置検出センサからの信号
   に基づき作動する警報装置とを備え、前記警報装置は、
   前記スライダと押圧部との相対位置が変速待機位置にあ
   るときに作動することを特徴とする請求項２に記載の自
   転車用自動変速装置。