JP2009184539A - 自転車用流体圧シリンダ構造及び自転車用流体圧式操作装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧シリンダ構造において、ばね部材のバランスに関わりなくピストン部は中立位置を精度よく維持できるようにする。
【解決手段】油圧シリンダ構造３６は、移動部５２と、シリンダ部５４と、第１及び第２係止部５６，５８と、付勢部６０と、第１及び第２押圧部６４，６６と、を備える。移動部は、軸部７０と、ピストン部７２と有する。シリンダ部は収納部５４ａを有する。第１係止部は、第１方向に移動自在かつ第１方向と逆の第２方向への移動が制限されるように収納部に収納されている。第２係止部は、第２方向に移動自在かつ第１方向への移動が制限されるように収納部に収納されている。付勢部は、ピストン部の両側に係止された第１及び第２ばね部材６１，６２を有し、第１及び第２係止部をピストン部から離反する方向に付勢する。第１及び第２押圧部は、第１及び第２係止部をピストン部側に向けて押圧する。
【選択図】図３

Description

発明は、自転車に取り付け可能な自転車用流体圧シリンダ構造及びそれを用いて自転車用部品を操作する自転車用流体圧式操作装置に関する。

空圧や油圧や水圧などの流体圧を用いたシリンダ構造において、ピストン（ピストン部の一例）がピストンロッド（軸部の一例）の中間部に配置された自転車用の複動式流体圧シリンダが従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。このような流体圧シリンダにおいて、ピストンの両側にコイルばねのようなばね部材を配置し、ばね部材の付勢力によりピストンをシリンダ部の中央部の中立位置に配置することが考えられる。このような流体圧シリンダを用いれば、流体圧による二つの操作や流体圧による二つの動作を一つの流体圧シリンダだけで行える。
独国特許出願公開第１９５１４２６７号明細書

ばね部材により、ピストンをシリンダ部の中央部の中立位置に配置しようとすると、ばね部材のばね力のバランスにより中立位置が決定される。このため、ばね部材のバランスを合わせないと、中立位置を精度よく維持できない。

本発明の課題は、ばね部材を用いて中立位置にピストン部が配置される流体圧シリンダ構造において、ばね部材のバランスに関わりなくピストン部は中立位置を精度よく維持できるようにすることにある。

発明１に係る自転車用流体圧シリンダ構造は、自転車に取付可能な構造であって、移動部と、シリンダ部と、第１係止部と、第２係止部と、付勢部と、第１及び第２押圧部と、を備えている。移動部は、軸部と軸部より大径のピストン部とを有する。シリンダ部は、移動部を軸方向移動自在に収納可能でありかつ作動流体を保持可能な収納部と、ピストン部を挟んで配置可能であり収納部に連通する第１及び第２ポートとを有する。第１係止部は、第１方向に移動自在かつ第１方向と逆の第２方向への移動が制限されるように収納部に収納されている。第２係止部は、第２方向に移動自在かつ第１方向への移動が制限されるように収納部に収納されている。付勢部は、ピストン部の第１側に第１端が係止され、第１係止部に第２端が係止された第１ばね部材と、ピストン部の第２側に第１端が係止され、第２係止部に第２端が係止された第２ばね部材とを有し、第１及び第２係止部をピストン部から離反する方向に付勢する。第１押圧部は、軸部に一体移動可能に設けられ、第１係止部を第１方向に押圧可能である。第２押圧部は、軸部に一体移動可能に設けられ、第２係止部を第２方向に押圧可能である。

このシリンダ構造では、外部からの押圧により軸部が第１方向に移動すると、第２ポートから作動流体が排出される。このとき、第１押圧部により押圧されて第１係止部は移動制限位置（位置決めされた状態）から第１方向に移動するが、第２係止部は、第１方向への移動が制限されたままの状態である。したがって、ピストン部の第２側に第１端が係止された第２ばね部材だけが縮む。この状態で外部からの押圧が解除されると、第２ばね部材の付勢力により、第１係止部は移動制限位置まで移動し、ピストン部が中立位置に位置決めされる。また、移動部が逆方向に移動したときも同様である。

ここでは、２つのばね部材のバランスが崩れていても、第１及び第２係止部は、ピストン部から離反する方向に第１及び第２ばね部材により付勢されて収納部により移動が制限され（位置決めされ）、かつ第１及び第２押圧部は、移動制限された第１及び第２係止部により位置決めされるので、第１及び第２ばね部材のバランスによる影響を受けることなく移動部が中立位置に位置決めされる。このため、第１及び第２ばね部材のバランスに関わりなくピストン部を中立位置に精度よく維持できるようになる。

発明２に係る自転車用流体圧シリンダ構造は、発明１に記載の構造において、軸部は、ピストン部が一体形成された中央部と、中央部の両端に一体移動可能に連結され第１押圧部及び第２押圧部が各別に一体形成された第１及び第２両端部と、を有する。この場合には、軸部より大径に形成されるピストン部と第１及び第２押圧部とが別部材で構成されるので、組み立てが容易になる。

発明３に係る自転車用流体圧シリンダ構造は、発明１又は２に記載の構造において、第１及び第２係止部は、収納部の内壁に摺動可能に装着された円筒部と、円筒部の内周面に一体形成された円板部と、を有し、円板部は、第１及び第２押圧部に接触する。この場合には、第１及び第２係止部の円筒部が収納部の内壁に摺動し、円板部が第１及び第２押圧部と接触することにより、第１及び第２押圧部で第１及び第２係止部を押圧しても、第１及び第２係止部がなめらかに移動する。

発明４に係る自転車用流体圧シリンダ構造は、発明１から３のいずれかに記載の構造において、軸部の端部は、球面形状の接触部を有する。

発明５に係る自転車用流体圧式操作装置は、自転車用部品を操作する装置であって、自転車に取り付け可能な取付部と、第１及び第２操作部と、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用流体圧シリンダ構造と、を備えている。第１及び第２操作部は、取付部に移動自在に装着されている。自転車用流体圧ピストン構造は、取付部に設けられ、第１及び第２操作部が軸部を移動可能に配置される。

この操作装置では、第１操作部又は第２操作部を移動操作すると、軸部が移動する。軸部が移動すると、前述したような作用でピストン部が移動するが、第１操作部又は第２操作部の操作を止めると軸部（ピストン部）は中立位置に戻り位置決めされる。このため、前記同様にばね部材のバランスに関わりなく中立位置を精度よく維持できるようになる。

本発明によれば、２つのばね部材のバランスが崩れていても、第１及び第２係止部は、ピストン部から離反する方向に第１及び第２ばね部材により付勢されるとともに、収納部により移動が制限される。第１及び第２押圧部は、移動が制限された（位置決めされた）第１及び第２係止部により位置決めされるので、ばね部材のバランスによる影響を受けることなく移動部（ピストン部）が中立位置に位置決めされる。このため、第１及び第２ばね部材のバランスに関わりなく中立位置を精度よく維持できるようになる。

図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は前後サスペンション付きのマウンテンバイクであり、リアサスペンション１３ｒ付きのスイングアーム２ａを有するフレーム体２とフロントサスペンション１３ｆ付きのフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、前後の変速装置８，９を含む駆動部５と、フロントフォーク３に装着された前輪６と、スイングアーム２ａの後部に装着された後輪７と、を備えている。

フレーム１のフレーム体２は、異形角パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１８や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。

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１２と、ハンドルステム１２に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端にはブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。ブレーキレバー１６の装着部分には、前後の変速装置８，９を変速操作するための本発明の一実施形態による油圧（流体圧の一例）式変速操作部２０ｆ，２０ｒが装着されている。

駆動部５は、フレーム体２の下部（ハンガー部）に設けられクランク２７と、外装式の前後の変速装置８，９とを有している。前変速装置８は、クランク２７に装着された３枚のスプロケットＦ１〜Ｆ３と、フレーム体２に装着されたフロントディレーラ２６ｆとを有している。後変速装置９は、たとえば８枚のスプロケットＲ１〜Ｒ８を有する多段ギア２５と、フレーム体２の後部に装着されたリアディレーラ２６ｒとを有している。クランク２７は、３枚のスプロケットＦ１〜Ｆ３が装着されたギアクランク２７ａと左クランク２７ｂとを有している。また、駆動部５は、ギアクランク２７ａと多段ギア２５のそれぞれいずれかのスプロケットＦ１〜Ｆ３，Ｒ１〜Ｒ８に掛け渡されたチェーン２９を有している。

次に変速操作部（油圧式自転車用変速操作装置の一例）２０ｆ，２０ｒの構成について説明する。なお、変速操作部２０ｆ，２０ｒは、前後用とも同じ構造であるので、以降の説明では、リアディレーラ２６ｒ用の変速操作部２０ｒについて説明する。

変速操作部２０ｒは、図２に示すように、油圧配管４０，４１を介してケーブル位置決め機構４２に連結されている。ケーブル位置決め機構４２は、油圧シリンダ４３に連結され揺動する位置決めアーム４５と、油圧シリンダ４４に連結され揺動する解除アーム４６と、それぞれケース４８内に収納されたケーブル巻取部及びケーブル繰出部（図示せず）とを有している。ケーブル巻取部は、位置決めアーム４５の揺動により１変速段分ずつリアディレーラ２６ｒに連結された変速ケーブル４９のインナーケーブル４９ａを巻き取るためのものである。ケーブル繰出部は、解除アーム４６の揺動により１変速段ずつ変速ケーブル４９のインナーケーブル４９ａを繰り出すためのものである。

変速操作部２０ｒは、図３に示すように、自転車のハンドルバー１５（図１）に取り付け可能な取付部３０と、取付部３０の第１端に揺動自在に装着された第１操作部３２と、取付部３０の第２端に揺動自在に装着された第２操作部３４と、取付部３０に設けられ、第１及び第２操作部が両側に接触可能に配置された油圧シリンダ構造３６と、を備えている。

取付部３０は、バンド構造によりハンドルバー１５に固定可能である。取付部３０の両端部には、第１及び第２操作部３２，３４を揺動自在支持するための揺動支持部３０ａ，３０ｂが形成されている。揺動支持部３０ａ，３０ｂには、第１及び第２操作部３２，３４を支持するための揺動軸３１ａ，３１ｂがそれぞれ装着されている。

第１及び第２操作部３２，３４は、基端が揺動支持部３０ａ，３０ｂに支持され、基端から先端に向かって延びるレバー形状の部材である。第１及び第２操作部３２，３４は、たとえば、揺動軸３１ａ，３１ｂに装着された図示しない付勢部材（たとえば、ねじりばね）により内側（第１操作部３２は図３時計回り、第２操作部３４は図３反時計回り）に向けて付勢されている。

油圧シリンダ構造３６は、自転車用に取付可能な構造であって、移動部５２と、シリンダ部５４と、第１及び第２係止部５６，５８と、付勢部６０と、第１及び第２押圧部６４，６６と、を備えている。

移動部５２は、軸部７０と、軸部７０の中間部に配置され軸部７０より大径のピストン部７２と、有している。移動部５２は、この実施形態では、ピストン部７２の軸方向中央部を中心にして左右対称の形状に形成されている。軸部７０は、ピストン部７２が一体形成された中央部７０ａと、中央部７０ａの両端に一体移動可能に連結され、第１及び第２押圧部６４，６６が各別に一体形成された第１及び第２両端部７０ｂ，７０ｃと、を有している。中央部７０ａの両端面には、第１及び第２両端部７０ｂ，７０ｃがねじ込み固定される雌ねじ部７０ｄ，７０ｅが形成されている。第１及び第２両端部の内側端面には、雌ねじ部７０ｄ，７０ｅにねじ込まれる雄ねじ部７０ｆ，７０ｇが形成され、外側端面には、第１及び第２操作部３２，３４が接触可能な球面状の接触部７０ｈ，７０ｉが形成されている。ピストン部７２の外周面には、環状溝７２ａが形成されており、環状溝７２ａには、たとえばＯリングの形態のピストンリング７４が装着されている。

シリンダ部５４は、移動部５２を軸方向移動自在に収納可能であり、かつ作動流体を保持可能な収納部５４ａと、ピストン部７２を挟んで配置可能であり収納部５４ａに連通する第１及び第２ポート５４ｂ，５４ｃと、を有し、軸部７０の両端が外部に露出可能なものである。収納部５４ａは、ピストン部７２が移動可能な円柱状の大径筒部５４ｄと大径筒部５４ｄの両側に形成された小径筒部５４ｅ，５４ｆとを有している。小径筒部５４ｅ，５４ｆの外側部には、軸部７０の第１及び第２両端部７０ｂ，７０ｃに接触可能な、たとえばＯリングの形態のシール部材７６ａ，７６ｂがそれぞれ装着されている。

第１係止部５６は、収納部５４の大径筒部５４ｄと小径筒部５４ｅとの段差部分の大径筒部５４ｄ側に配置されており、第１方向Ａに移動自在かつ第１方向Ａと逆の第２方向Ｂへの移動が制限されるように収納部５４に収納されている。すなわち、収納部５４の大径筒部５４ｄと小径筒部５４ｅとの段差部分により第１係止部５６は第２方向Ｂへの移動が制限され、この位置で位置決めされる。一方、第２係止部５８は、収納部５４の大径筒部５４ｄと小径筒部５４ｆとの段差部分の大径筒部５４ｄ側に配置されており、第２方向Ｂに移動自在かつ第１方向Ａへの移動が制限されるように収納部５４に収納されている。すなわち、収納部５４の大径筒部５４ｄと小径筒部５４ｆとの段差部分により第２係止部５８は第１方向Ａへの移動が制限され、この位置で位置決めされる。第１及び第２係止部５６，５８は、収納部５４の大径筒部５４ｄの内壁に摺動可能に装着された円筒部５６ａ，５８ａと、円筒部５６ａ，５８ａの内周面に一体形成された円板部５６ｂ，５８ｂと、を有している。円板部５６ｂ，５８ｂは、第１及び第２押圧部６４，６６の軸方向内側に接触している。

付勢部６０は、ピストン部７２の第１側（図３左側）に第１端（図３右端）が係止され、第１係止部５６に第２端（図３左端）が係止された、たとえばコイルばねの形態の第１ばね部材６１と、ピストン部７２の第２側（図３右側）に第１端（図３左端）が係止され、第２係止部５８に第２端（図３右端）が係止された、たとえばコイルばねの形態の第２ばね部材６２とを有している。第１及び第２ばね部材６１，６２は、軸部７０の外周側に配置されている。付勢部６０は、第１及び第２係止部５６，５８をピストン部７２から離反する方向に付勢する。

第１及び第２押圧部６４，６６は、ピストン部７２を挟んで軸部７０に一体移動可能に設けられ、第１及び第２係止部５６，５８をそれぞれ第１及び第２方向Ａ，Ｂに押圧可能である。第１及び第２押圧部６４，６６は、両端部７０ｂ，７０ｃの雄ねじ部７０ｆ，７０ｇ側に他の部分より大径に形成されている。

次に、変速操作部２０ｒの変速操作について説明する。

図４に示すように、第１操作部３２を取付部３０側に向けて内側に揺動させると、第１操作部３２の途中に接触した移動部５２の軸部７０を図３右側に押圧して移動させる。すると、第１ポート５４ｂから作動油が流入し（図示しないリザーバタンクから作動油が供給される）かつ第２ポート５４ｂから作動油が流出して、たとえば、油圧配管４１から油圧シリンダ４４を動作させる。この結果、リアディレーラ２６ｒが、たとえば１段シフトアップする。このとき、第１押圧部６４により第１係止部５６が押圧されて右方向（第１方向Ａ）に移動する。そして第２ばね部材６２が圧縮する。この状態で第１操作部３２から手を離すと、第２ばね部材６２によりピストン部７２が押圧されて図３に示す元の中立位置に戻る。このとき、第１及び第２係止部５６，５８は、ピストン部７２から離反する方向に第１及び第２ばね部材６１，６２により付勢されて収納部５４ａ（段差部分）により移動制限（位置決め）され、かつ第１及び第２押圧部６４，６６は、位置決めされた第１及び第２係止部５６，５８により位置決めされるので、第１及び第２ばね部材６１，６２のバランスによる影響を受けることなく移動部５２（ピストン部７２）が中立位置に位置決めされる。このため、第１及び第２ばね部材６１，６２のバランスに関わりなくピストン部７２は中立位置を精度よく維持できるようになる。

同様に、第２操作部３４を取付部３０側に向けて内側に揺動させると、第２操作部３４の途中に接触した移動部５２の軸部７０を図３左側に押圧して移動させる。すると、第２ポート５４ｂから作動油が流入し（図示しないリザーバタンクから作動油が供給される）かつ第１ポート５４ｂから作動油が流出して、たとえば、油圧配管４０から油圧シリンダ４３を動作させる。この結果、リアディレーラ２６ｒが、たとえば１段シフトダウンする。このとき、第２押圧部６６により第２係止部５８が押圧されて左方向（第２方向Ｂ）に移動する。そして第１ばね部材６１が圧縮する。この状態で第２操作部３４から手を離すと、第１ばね部材６１によりピストン部７２が押圧されて元の中立位置に戻る。ここでも、前記同様に第１及び第２ばね部材６１，６２のバランスに関わりなくピストン部７２は中立位置を精度よく維持できるようになる。

＜他の実施形態＞
（ａ）前記実施形態では、自転車用変速操作部における作動油供給用に油圧シリンダ構造３６を適用したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、位置決め機構用の油圧シリンダ等のアクチュエータに本発明を適用してもよい。

（ｂ）前記実施形態では、変速操作部に本発明を適用したが、フロントサスペンションやリアサスペンション等の切り換え用など、自転車の他の部品の操作又は動作用に本発明を適用してもよい。

本発明の一実施形態が採用された自転車の側面図。 変速システムの油圧回路図。 本発明の一実施形態による油圧式変速操作部の断面図。 第１操作部を操作したときの図３に相当する図。 第２操作部を操作したときの図３に相当する図。

符号の説明

２０ｆ，２０ｒ 変速操作部（油圧式変速操作装置の一例）
３０ 取付部
３２，３４ 第１及び第２操作部
３６ 油圧シリンダ構造
５２ 移動部
５４シリンダ部
５６，５８ 第１及び第２係止部
５６ａ，５８ａ 第１及び第２円筒部
５６ｂ，５８ｂ 体１及び第２円板部
６０ 付勢部
６４，６６ 第１及び第２押圧部
７０ 軸部
７０ ａ 中央部
７０ｂ，７０ｃ 第１及び第２両端部
７０ｈ，７０ｉ 接触部
７２ ピストン部

Claims (5)

1. 自転車に取付可能な自転車用流体圧シリンダ構造であって、
   軸部と、前記軸部より大径のピストン部と、を有する移動部と、
   前記移動部を軸方向移動自在に収納可能でありかつ作動流体を保持可能な収納部と、前記ピストン部を挟んで配置可能であり前記収納部に連通する第１及び第２ポートと、を有するシリンダ部と、
   第１方向に移動自在かつ前記第１方向と逆の第２方向への移動が制限されるように前記収納部に収納された第１係止部と、
   前記第２方向に移動自在かつ前記第１方向への移動が制限されるように前記収納部に収納された第２係止部と、
   前記ピストン部の第１側に第１端が係止され、前記第１係止部に第２端が係止された第１ばね部材と、前記ピストン部の第２側に第１端が係止され、前記第２係止部に第２端が係止された第２ばね部材とを有し、前記第１及び第２係止部を前記ピストン部から離反する方向に付勢する付勢部と、
   前記軸部に一体移動可能に設けられ、前記第１係止部を前記第１方向に押圧可能な第１押圧部と、
   前記軸部に一体移動可能に設けられ、前記第２係止部を前記第２方向に押圧可能な第２押圧部と、
   を備えた自転車用流体圧シリンダ構造。
2. 前記軸部は、前記ピストン部が一体形成された中央部と、前記中央部の両端に一体移動可能に連結され前記第１押圧部及び前記第２押圧部が各別に一体形成された第１及び第２両端部と、を有する、請求項１に記載の自転車用流体圧シリンダ構造。
3. 前記第１及び第２係止部は、前記収納部の内壁に摺動可能に装着された円筒部と、前記円筒部の内周面に一体形成された円板部と、を有し、
   前記円板部は、前記第１及び第２押圧部に接触する、請求項１又は２に記載の自転車用流体圧シリンダ構造。
4. 前記軸部の端部は球面形状の接触部を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用流体圧シリンダ構造。
5. 自転車用部品を操作する自転車用流体圧式操作装置であって、
   自転車に取り付け可能な取付部と、
   前記取付部に移動自在に装着された第１及び第２操作部と、
   前記取付部に設けられ、第１及び第２操作部が前記軸部を移動可能に配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用流体圧シリンダ構造と、
   を備えた自転車用流体圧式操作装置。

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