JP2009196633A - 自転車用部品位置補正装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品動作に対応して、自転車用部品の位置を補正する。
【解決手段】この装置は、第1センサと、第2センサと、比較部と、位置調整部と、を備えている。第1センサは、自転車用部品の可動部に関する位置角の現在の絶対値を検出する。第2センサは、可動部に関する移動方向および移動量を検出する。比較部は、部品動作コマンドに対応して、可動部に関する位置角の現在の絶対値と、可動部に関する位置角の予め格納された参照値と、を比較する。位置調整部は、第1、第2センサの検出結果に応じて、可動部に関する位置角の絶対値を調整する調整コマンドを可動部に対して選択的に出力する。
【選択図】図13

Description

本発明は、一般に自転車用部品位置補正装置、より詳細には、電気制御された自転車用部品の位置を補正するための自転車用部品位置補正装置に関する。
自転車に乗ることは、移動手段のみならず、レクリエーションの一形態として、ますます一般的になっている。さらに、サイクリングはアマチュア、プロを問わず、非常に人気のあるスポーツ競技になっている。自転車産業は、レクリエーション、移動、競技等の用途に関係なく自転車の様々な部品を常に改良している。特に、自転車用変速機は、これまでに多大な変化を遂げている。
ディレーラ動作型自転車用変速機は、典型的には、複数のスプロケットと、ディレーラと、を備えている。スプロケットは他の回転部材(例えば、自転車のフロントのクランクおよび/またはリアホイール)と共に回転する。ディレーラは複数のスプロケット間でチェーンをシフトする。例えば、従来のディレーラ動作型変速機は、自転車ハンドルに装着されたレバーまたはツイストグリップ等の手動型アクチュエータによって手動制御されている。なお、ディレーラはボーデンケーブルによってアクチュエータに接続されている。
近年、利用者がより楽しく気楽に自転車に乗れるように、自転車には様々な電気部品が装備されており、なかには電気制御型シフトシステムが装備されているものもある。特に、電気制御型シフトシステムにおいて、フロントディレーラとリアディレーラには、様々なギア位置を確保するために、チェーンガイドを移動させるためのモータが備えられている。一般的な操作パラメータは、複数のスプロケットに対するディレーラの位置である。ディレーラの位置を特定するために、ディレーラの様々な移動部品と連動するポテンショメータがこれまで使用されてきた。通常、ディレーラの動作範囲は比較的狭いので、上記目的のために精度の高いポテンショメータが求められてきた。こうした状況が特に当てはまるのは、複数のスプロケット間でチェーンをシフトするために、電気装置がポテンショメータから得られる情報を使用する場合である。残念ながら高精度のポテンショメータは比較的高価であるので、高精度のポテンショメータを備えた電気制御型ディレーラは大量生産に適していない。一方、安価なポテンショメータは非線形特性を有しており、当該特性はポテンショメータ間でばらつきが見られる。したがって、このようなポテンショメータを使用して実際にディレーラ位置を特定することは困難であり、ポテンショメータ間でばらつきのある予測不能な特性が原因となり、このようなポテンショメータを備えたディレーラが大量生産に不向きになっている。電気制御型自転車用ディレーラの例は、特許文献1および特許文献2に開示されている。こうした従来の電気制御型自転車ディレーラにおいては、ディレーラのシフト位置を制御するために、アナログ位置センサとデジタル位置センサが使用されている。
特に、特許文献2において、電気制御型自転車ディレーラは、モータのモータドライブトレインの出力シャフトの位置を検出するポテンショメータによって構成されたアナログ位置センサと、モータのモータドライブトレインの出力シャフトの回転方向と位置角とを検出するシャッタホイールとフォトインタラプタとで構成されたデジタル位置センサと、を備えている。
米国特許第6,945,888号 米国特許第7,306,531号
一般に、特許文献2に開示された電気制御型自転車用ディレーラを使用した場合、アナログセンサは、トップギアまたはローギアの範囲を検出するために、キャリブレーション(較正)モードの実行時のみ機能する。また、各シフト動作においては、デジタルセンサのみが機能する。したがって、ディレーラが何かに衝突して、ずれてしまった場合、センサは、シフト中のモータの開始位置または停止位置の絶対値が正しいか否かを検出しないので、シフト位置が不確実になる可能性がある。
以上を鑑みると、この開示により、改良された自転車用ディレーラ位置調整装置の必要性は、当業者にとって明白である。また、この開示により、本発明が上記技術分野における当該必要性および他の必要性を主張するものであることは、当業者にとって明白である。
本発明の目的は、部品動作に対応して、自転車用部品の位置を補正する自転車用部品位置調整装置を提供することにある。
上記目的は、基本的に、第1センサと、第2センサと、比較部と、位置調整部と、を備えた自転車用部品位置補正装置を提供することにより達成し得る。第1センサは、自転車用部品の可動部に関する位置角の現在の絶対値を検出する。第2センサは、可動部に関する移動方向および移動量を検出する。比較部は、部品動作コマンドに対応して、可動部に関する位置角の現在の絶対値と、可動部に関する位置角の予め格納された参照値と、を比較する。位置調整部は、第1、第2センサの検出結果に応じて、可動部に関する位置角の絶対値を調整する調整コマンドを可動部に対して選択的に出力する。
本発明に関する上記および他の目的、特徴、態様および利点は、図面と共に併用され、本発明の好ましい実施の形態を開示する下記の詳細な説明により、当業者にとって明白なものとなる。
以上のような本発明では、部品動作に対応して、自転車用部品の位置を補正することができる。
第1実施形態に係るモータ駆動型フロントディレーラおよびリアディレーラと、複数の制御装置の一部が備えられた自転車(マウンテンバイク)に関する側面図。 複数の制御装置が第1実施形態に係る直線ハンドルバーに装着された、図1に示す自転車のハンドルバー領域に関する斜視図。 図1に示す自転車のフロントスプロケットおよびリアスプロケットの配置の一例を示す概略図。 図1に示すモータ駆動型リアディレーラに関する拡大側面図。 図1に示すモータ駆動型フロントディレーラに関する拡大側面図。 図1に示す第1実施形態に係る自転車の電動シフトシステムに関するブロック図。 図4に示すモータ駆動型リアディレーラのモータ部に関する簡略斜視図。 工場において制御装置のメモリに格納された初期値の一例を示すテーブル。 乗り手による較正操作後に制御装置のメモリに格納された更新値の一例を示すテーブル。 較正中のディレーラの移動シーケンスを示すキャリブレーション方法の一例を示す図。 較正中のディレーラの移動シーケンスを示すキャリブレーション方法の他の例を示す図。 ディレーラの較正後に制御装置によって実行されたプロセスを示すフローチャート。 ギアシフトコマンドに対応してディレーラのチェーンガイドの位置補正を行うために制御装置によって実行されたプロセスを示すフローチャート。 ギアシフトコマンドに対応してディレーラのチェーンガイドの位置補正を行うために制御装置によって実行された代替プロセスを示すフローチャート。 図3、4のモータ駆動型フロントディレーラおよびリアディレーラと、複数の制御装置の一部が備えられた、第2実施形態に係る自転車(ロードバイク)に関する側面図。 複数の制御装置が第2実施形態に係るドロップハンドルバーに装着された、図15に示す自転車のハンドルバー領域に関する斜視図。 第2実施形態に係る図1、2に示す複数の自転車制御(ブレーキ/シフト)装置の一つに関する側面図。 ブレーキレバーのシフト位置が点線で示された、図17に示す自転車制御(ブレーキ/シフト)装置に関する背面図。 ブレーキレバーのシフト位置が点線で示された、図17に示す自転車制御(ブレーキ/シフト)装置に関する背面図。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。この開示により、本発明の一実施形態に関する下記の記載は、例証目的で提供されたものに過ぎず、特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されるように、本発明を制限するものではないことは、当業者にとって明白である。
まず 、図1を参照すると、本発明の第1実施形態に係る電動シフトシステムを備えた自転車10が図示されている。図1および2に示すように、電動シフトシステムは、基本的には、右側制御装置12と、左側制御装置14と、モータ駆動リアディレーラ16と、モータ駆動フロントディレーラ18と、電気制御部20と、を備えている。以下に説明するように、自転車10は電動シフトシステム以外の任意の種類の自転車であってもよい。したがって、自転車10において、電動シフトシステムの理解に役立つ部品以外については、ここでは説明しないものとする。
自転車10は、オフロード用マウンテンバイクである。特に、自転車10は、基本的には、フレーム22と、ハンドルバー24と、フロントフォーク26と、を備える。ハンドルバー24はフロントフォーク26の上端に従来の方法で装着されている。ハンドルバー24は対向する端部に装着された制御装置12、14を有する。リアディレーラ16はフレーム22のチェーンステイ下部に従来の方法で装着されている。フロントディレーラ18はフレーム22のシートチューブに従来の方法で装着されている。
図3に図示するように、自転車10は、ドライブトレインと、複数のフロントスプロケットF1〜F3と、をさらに備える。ドライブトレインは、リアホイールのリア軸芯に従来の方法で装着された複数のリアスプロケットR1〜R7を有する。フロントスプロケットF1〜F3は従来の方法でクランク軸芯に装着されている。なお、チェーン28は、リアスプロケットR1〜R7と、フロントスプロケットF1〜F3との間に、従来の方法で動作自在に接続されている。制御装置12、14は、リアスプロケットR1〜R7に対するリアディレーラ16の移動と、フロントスプロケットF1〜F3に対するフロントディレーラ18の移動と、を制御するために、乗り手によって操作される。
制御装置12はハンドルバー24の右側に装着され、制御 装置14はハンドルバー24の左側に装着されている。制御装置12、14は、左右対称であることを除いて構造および動作が本質的に同一である。制御装置12は、リアブレーキレバー30と、リア電動シフト装置31と、を備えており、制御装置14は、フロントブレーキレバー32と、フロント電動シフト装置33と、を備えている。リアブレーキレバー30は、リアディスクブレーキ(図示せず)に接続されたボーデンケーブルに接続されている。同様に、フロントブレーキレバー 32は、フロントディスクブレーキ(図示せず)に接続されたボーデンケーブルに接続されている。
再び図2を参照すると、リア電動シフト装置31は、リアディレーラシフトダウンスイッチ31aと、リアディレーラシフトアップスイッチ31bと、リアディレーラモードスイッチ31cと、を備えている。当該スイッチ31a〜31cは、電気制御部20に動作自在に接続された押しボタン型スイッチである。電気制動装置20は、サイクルコンピュータであり、必要及び/または要望に応じて、他の機能を有することが好ましい。スイッチ31a、31bは、ギアシフトコマンドおよびキャリブレーションコマンドを入力するための入力部を構成し、スイッチ31cは、モードコマンドを入力するための入力部を構成する。通常、スイッチ31aがリアディレーラ16をシフトダウンするために使用され、スイッチ31bがリアディレーラ16をシフトアップするために使用される。スイッチ31cは、スイッチ31a、31bをシフトモードから他のモードに変更するために使用される。なお、他のモードは、リアディレーラ16のギア位置を較正するためのキャリブレーションモードを含むが、このモードに限定されない。
同様に、図2に示すように、フロント電動シフト装置33は、フロントディレーラシフトダウンスイッチ33aと、フロントディレーラシフトアップスイッチ33bと、フロントディレーラモードスイッチ33cと、を備えている。当該スイッチ33a〜33cは、サイクルコンピュータ20に動作自在に接続された押しボタン型スイッチである。スイッチ33a、33bはギアシフトコマンドおよびキャリブレーションコマンドを入力するための入力部を構成し、スイッチ33cはモードコマンドを入力するための入力部を構成する。通常、スイッチ33aがフロントディレーラ 18をシフトダウンするために使用され、スイッチ33bがフロントディレーラ 18をシフトアップするために使用される。スイッチ33cは、スイッチ33a、33bをシフトモードから他のモードに変更するために使用される。なお、他のモードは、フロントディレーラ18のギア位置を較正するためのキャリブレーションモードを含むが、このモードに限定されない。
図4に示すように、リアディレーラ16は電気制御可能に構成されている。リアディレーラ16は、基本的には、装着(固定)部材16aと、可動部材16bと、4点リンク(連結)機構16cと、チェーンガイド16dと、を有する。当該技術分野において、リアディレーラ16等のモータ駆動ディレーラは周知である。したがって、ここではリアディレーラ16の詳細な説明および図示を省略する。さらに、実際には任意の電動リアディレーラを使用してもよい。
基本的には、装着部材16aは、ボルト 34を使用して、フレーム22のチェーンステイ後部に従来の方法で固定される。4点リンク機構16cは2つのリンクを有する。当該2つのリンクは、第1端部が装着部材16aに揺動自在に接続され、第2端部が可動部材16bに揺動自在に接続されている。したがって、4点リンク機構16cは、チェーンガイド 16dを装着部材16aに移動自在に連結するように配置されている。チェーンガイド16dはチェーンケージを有し、当該チェーンケージにはチェーン28を受ける2つのプーリが備えられている。また、チェーンケージは揺動可能に可動部材16bに連結されている。装着部材16aは、可動部材16bをフレーム22に対して水平方向に移動させるための電動駆動部(モータ部)36(図6,7参照)を備えている。当該電動駆動部(モータ部)36は、4点リンク機構16cに動作自在に連結されている。また、チェーン28がリアスプロケットR1〜R7の1つから他のリアスプロケットに選択的にシフトできるように、可動部材16bの水平移動によって、チェーンガイド16dがフレーム22に対して水平方向に移動する。図3に示すように、チェーンガイド 16dは、制御装置12のギアシフト操作に対応して、リアスプロケットR1〜R7のいずれかに移動するように構成されている。これにより、チェーン28がリアスプロケットR1〜R7の内、対応するスプロケットに移動する。
図5に示すように、フロントディレーラ18は電気制御可能に構成されている。フロントディレーラ18は、基本的には、装着(固定)部材18aと、可動部材18bと、4点リンク(連結)機構18cと、チェーンガイド18dと、を有する。当該技術分野において、フロントディレーラ18等のモータ駆動ディレーラは周知である。したがって、ここでは、フロントディレーラ18の詳細な説明および図示を省略する。さらに、実際には、任意の電動フロントディレーラを使用してもよい。
基本的に、装着部材18aは、ボルト を使用して、フレーム22のシートチューブに従来の方法で固定される。4点リンク(連結)機構18cは、2つのリンクを備えている。当該2つのリンクは、第1端部が装着部材18aに揺動自在に接続され、第2端部が可動部材18bに揺動自在に接続されている。したがって、4点リンク機構18cは、チェーンガイド 18dを装着部材18aに移動自在に接続するように配置されている。チェーンガイド18dは、チェーン28を受けるためのチェーンケージを備えている。装着部材18aは、可動部材18bをフレーム22に対して水平方向に移動させるための電動駆動部(モータ部)38(図6参照)を備えている。当該電動駆動部(モータ部)38は、4点リンク機構18cに動作自在に接続されている。また、チェーン28がフロントスプロケットF1〜F3の1つから他のフロントスプロケットに選択的にシフトできるように、可動部材18bの水平移動によって、チェーンガイド18dがフレーム22に対して水平方向に移動する。図3に図示するように、チェーンガイド 18dは、制御装置12のギアシフト動作に対応して、フロントスプロケットF1〜F3のいずれかに移動するように構成されている。これにより、チェーン28がフロントスプロケットF1〜F3の内、対応するスプロケットに移動する。
ここで図6を参照すると、本実施形態の電動シフトシステムが、各部分の相互関係をより容易に理解できるように、ブロック図として模式的に図示されている。電気制御部20は処理機構であり、マイクロコンピュータ40を有している。マイクロコンピュータ40は、キャリブレーション制御プログラムと、位置補正プログラムと、を有する。キャリブレーション制御プログラムは、リアディレーラ16のチェーンガイド16dの位置と、フロントディレーラ18のチェーンガイド18dの位置と、を較正するためのプログラムである。位置補正プログラムは、リアディレーラ16のチェーンガイド16dの位置と、フロントディレーラ18のチェーンガイド18dの位置と、を補正するためのプログラムである。また、電気制御部20は、他の従来部品(例えば、入力インターフェイス回路、出力インターフェイス回路、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等の記憶装置)を有している。電気制御部20の内部RAMは、動作フラグの状態や様々な制御データを記憶する。電気制御部20の内部ROMは、様々なシフト動作用の所定のパラメータを記憶する。第1実施形態においては、制御部20は制御装置12、14とは別体である。
また、電気制御部20は、アナログ位置メモリ42と、デジタル位置メモリ44と、位置カウンタ46と、更新機構48と、リアディレーラモータドライバ50と、フロントディレーラモータドライバ52と、ディスプレイ54と、を備えている。電気制御部20のマイクロコンピュータ40は、比較部と、位置調整部と、を構成する。比較部は、検出値と、予め格納されている参照値と、を比較する。位置調整部は、以下に説明するように、リアディレーラ16のチェーンガイド16dの位置と、フロントディレーラ18のチェーンガイド18dの位置と、を調整する。アナログ位置メモリ42は、複数のアナログ位置値を記憶する。デジタル位置メモリ44は、複数のデジタル位置と、位置カウンタ46のカウント値と、を記憶する。アナログ位置メモリ42とデジタル位置メモリ44は、ディレーラ(部品)の位置に対して、予め格納されている少なくとも1つの参照値を有する記憶部を構成する。更新機構48は、アナログ位置メモリ42とデジタル位置メモリ44の内、少なくとも1つを更新する。更新機構48は参照値更新部を構成する。当該参照値更新部は、調整または補正された位置に基づいて、ディレーラ(部品)の位置に対して予め格納された参照値を、最新の参照値に更新するように構成されている。リアディレーラモータドライバ50はリアディレーラ16を移動させるための信号を提供する。フロントディレーラモータドライバ52はフロントディレーラ18を移動させるための信号を提供する。
また、制御部20のハードウェアおよび/またはソフトウェアは、コマンド検出設定部と、部品移動コマンド部と、に分割可能である。コマンド検出設定部は、キャリブレーションコマンドを検出し、検出されたキャリブレーションコマンドに対して選択された調整量および調整方向を設定するように構成された、制御部20のハードウェアおよび/またはソフトウェアを有する。部品移動コマンド部は、移動コマンドを発行するように構成された制御部20のハードウェアおよび/またはソフトウェアを有する。当該移動コマンドは、まず、キャリブレーションコマンドに対応して、ディレーラ(自転車部品)を第1方向に向かって選択された調整量よりも調整指示量(adjustment indicating amount)分だけさらに移動させ、次に、ディレーラ(自転車部品)を第2方向に向かって選択された調整位置まで移動させるためのコマンドである。なお、第2方向は第1方向に対して反対の方向であり、調整指示量は選択された調整量よりも大きい。以下に説明するように、部品移動コマンド部を構成する制御部20のハードウェアおよび/またはソフトウェアは、さらに、第1方向と選択された調整方向とが同一方向になるように移動コマンドを発行するように構成されている。
以下に説明するように、コマンド検出設定部を構成する制御部20のハードウェアおよび/またはソフトウェアは、さらに、所定期間P1内におけるスイッチ31a、31b、33aまたは33b(入力部)の操作回数を検出するように構成され、所定期間P1内におけるスイッチ31a、31b、33aまたは33b(入力部)の操作回数に基づいて、選択された調整量を設定する。また、部品移動コマンド部を構成する制御部20のハードウェアおよび/またはソフトウェアは、さらに、所定期間P1内におけるスイッチ31a、31b、33aまたは33b(入力部)の操作回数に応じて、選択された調整位置に対して、ディレーラ(自転車部品)が異なる量だけ移動されるように、移動コマンドを発行するように構成されている。
図6を参照すると、リアディレーラ16のモータ部36は、基本的には、リアディレーラモータ60と、リアディレーラモータドライブトレイン62と、リアディレーラアナログ位置センサ64と、リアディレーラデジタル位置センサ66と、を有する。アナログ位置センサ64とデジタル位置センサ66は、リアディレーラ位置制御機構を構成する。
同様に、フロントディレーラ18のモータ部38は、フロントディレーラモータ70と、フロントディレーラモータドライブトレイン72と、フロントディレーラアナログ位置センサ74と、フロントディレーラデジタル位置センサ76と、を有する。アナログ位置センサ74とデジタル 位置センサ76は、フロントディレーラ位置制御機構を構成する。
アナログ位置センサ64、74のそれぞれは、モータ(電動駆動)部36、38の可動部の少なくとも一方に関する位置角(回転角)の現在の絶対値を検出する機械/電気的位置検出装置を構成する。デジタル位置センサ66、76のそれぞれは、モータ部36、38の可動部の少なくとも一方に関する移動方向(回転方向)および回転移動量を検出するデジタル位置検出装置を構成する。
マイクロコンピュータ 40は、較正および/またはシフト中に、リアディレーラ16のギア位置および駆動量を特定するために、位置センサ64、66から信号を受信する。したがって、位置センサ64、66からの信号は、モータドライブトレイン62を介してリアディレーラ16を移動させるモータ60を駆動するために、モータドライバ50によって使用される。同様に、マイクロコンピュータ 40は、較正および/またはシフト中に、フロントディレーラ18のギア位置と駆動量とを特定するために、位置センサ74、76から信号を受信する。したがって、位置センサ74、76からの信号は、モータドライブトレイン72を介してフロントディレーラ18を移動させるモータ70を駆動するために、モータドライバ52によって使用される。
制御部20は、位置センサ64、66、74、76と連動し、自転車用部品位置補正装置を構成する。自転車用部品位置補正装置において、比較部として機能するマイクロコンピュータ(プロセッサ)40は、ディレーラギアシフトコマンドに対応して、モータドライブトレイン62、72(可動部)に関する位置角の現在の絶対値と、予め格納された参照値と、を比較する。また、位置調整部として機能するマイクロコンピュータ(プロセッサ)40は、位置センサ64、66、74、76の検出結果に応じて、モータドライブトレイン62、72(可動部)に関する位置角の絶対値を調整する調整コマンドをモータドライブトレイン62、72(可動部)に対して選択的に出力する。
ここで図7を参照し、リアディレーラ16のモータ部36に関する構造の一例を簡単に説明する。ここで説明する実施形態においては、モータ60は正逆回転が可能な電動モータである。モータ60は、電気コードを使用して、制御部20および動力源(電源または発電機)に従来の方法で電気的に接続される。モータドライブトレイン62は、基本的には、複数のギアを備えている。当該複数のギアは、出力シャフト62aによって4点リンク(連結)機構16cのリンクの一つに回転運動を伝達するために、モータ60の駆動 シャフト60aに動作自在に接続されている。
アナログ位置センサ64は、固定電気接触プレート64aおよび可動電気ブラシプレート64bを有するポテンショメータであることが好ましい。固定電気接触プレート64aは、印刷回路基板上に取り付けられた1または複数の固定電気接触部を有し、可動電気ブラシプレート64bは、印刷回路基板上に取り付けられた1または複数の可動電気ブラシを有する。可動電気ブラシプレート64bは、出力シャフト62aと共に回転するように出力シャフト62aに取り付けられている。これにより、出力シャフト62aがリアディレーラモータ60に対応して回転した場合、可動電気ブラシプレート64bの1または複数の可動電気ブラシは、固定電気接触プレート64aの固定電気接触部に沿って摺動する。アナログ位置センサ(ポテンショメータ)64は、リアディレーラ16のモータ部36のモータドライブトレイン62の現在位置を示すために制御部20に送信されるアナログ/機械信号を出力する。モータドライブトレイン62の出力シャフト62aは、4点リンク(連結)機構16cのリンクの1つに接続されているので、アナログ位置センサ64からの出力信号に基づいて、チェーンケージ16dの位置を特定することが可能である。
デジタル位置センサ66は、位置センサ部(シャッタホイール)66aと、フォトインタラプタ66bと、によって構成される。フォトインタラプタ66bは、シャッタホイール66aの一方の面に配置された光源またはLEDと、シャッタホイール66aの他方の面に配置されたフォトトランジスタなどの光検出器と、を有するデュアルチャネルフォトインタラプタであることが好ましい。シャッタホイール66aは、モータ部36のモータドライブトレイン62に動作自在に接続されている。これにより、モータドライブトレイン62がモータ60の動作に対応して回転する際に、シャッタホイール66aが回転する。モータ60によるシャッタホイール66aの回転により、フォトトランジスタへのLEDの光路は断続的に阻害される。これにより、シャッタホイール66aの回転率によって決定される期間を有するデジタル信号が生成される。したがって、デジタル信号の形状は、典型的には正方形または矩形の鋸歯形状であり、各パルスは出力シャフト62aの複数の角度位置の1つを示す。フォトインタラプタ66bは2つのチャネルを有するので、互いに位相がずれた2つのデジタル信号がインタラプタ66bによって生成される。したがって、デジタル位置センサ66は、モータ60のモータドライブトレイン62の出力シャフト62aの回転方向および角度位置を検出可能な光学断続センサとして機能する。デジタル位置センサ66は、出力シャフト62aの角度位置および回転方向を示す位置信号を制御部20に送信する。
ポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64は、リアディレーラモータ60のモータドライブトレイン62が回転を停止した場合(固定状態)において、モータドライブトレイン62に関する位置角(位置)の絶対値の検出に適している。一方、デジタル位置センサ66のフォトインタラプタ66bは、回転値および回転方向の検出に適している。2種類のセンサ64、66を使用することにより、リアディレーラ16の適切で安定したギアシフト位置を制御および維持することが可能である。さらに、以下に説明するように、ギアシフトを不正確な位置から正確な位置に調整することも容易である。
上記のセンサ64、66、74、76は、通常、エネルギーを節約するために電源オフ状態であることが好ましい。しかし、シフト信号が入力される場合、センサ64、66、74、76は、対応するアナログ位置センサを使用するモータドライブトレインの位置を検出し、対応するデジタル位置センサを使用するモータドライブトレインの回転量および回転方向を検出するために、電源オン状態に切り換えられる。即ち、センサ64、66、74、76は、シフト毎に対応するモータドライブトレインの位置、移動量、移動方向を検出することが可能である。さらに、シフト信号が入力されない場合、センサ64、66、74、76は、電力を節約するために非アクティブ状態となる。ここで説明する実施形態においては、シフト信号が入力される場合、アナログ位置センサ64、74のそれぞれのポテンショメータが、開始位置におけるディレーラの位置(例えば、モータドライブトレインの位置角度)の絶対値を検出する。
フロントディレーラ18のモータ部38に関する詳細な構成については、説明を簡略化するために省略する。モータ部38は、フロントディレーラに適用されるという点を除いて、リアディレーラ16のモータ部36と基本的に同一である。したがって、モータ70は、モータドライブトレイン62の場合と同様に、リンク(連結)機構18cのリンクの1つを移動させるために、モータドライブトレイン72を駆動する正逆回転可能な電動モータであることが好ましい。また、アナログ位置センサ74は、例えば図7に示すポテンショメータであることが好ましく、デジタル位置センサ76は、例えば図7に示す、位置センサ部(シャッタホイール)と、フォトインタラプタとを有することが好ましい。センサ74、76からの信号は、リアディレーラ16のモータドライブトレイン62における方法と同様に、フロントディレーラ18のモータドライブトレイン72の現在の位置を示すために制御部20に送信される。
ここで図8〜14を参照し、主にリアディレーラ16に関してディレーラキャリブレーション方法とディレーラ位置補正方法を説明する。言うまでもないが、本開示により、フロントディレーラ18に対してもディレーラキャリブレーション方法およびディレーラ位置補正方法を使用することは、当業者にとって明白である。図10、11に示すように、ディレーラキャリブレーション方法を使用した場合、乗り手は、チェーンガイド16d(18d)の移動および移動方向を確認できるように、より長い期間においてディレーラモータ60(70)を駆動することによって、調整が実行されたか否か、および/または、その調整方向を容易に確認することができる。
図8に示すように、電動シフトシステムが工場から出荷される際に、制御部20は、特定のリアスプロケットセットおよび特定のディレーラ用の各ギアに対して、少なくとも1つの初期テーブル(工場設定テーブル)を有しており、当該テーブルがアナログ位置メモリ42およびデジタル位置メモリ44に予め格納されている。特に、初期テーブルは、センサ64、66からの検出信号を使用してシフト操作を実行するためにモータ60を動作させる際に必要な通電量を特定するための参照値を有している。即ち、テーブルはディレーラの各位置の絶対値を有しており、当該絶対値は、ポテンショメータのカウント値(0〜250)に対応する。初期テーブルは、図9に示す各ギア位置に対応する参照値(モータドライブトレイン停止位置)を変更するために、ディレーラキャリブレーションモード実行中に調整可能である。
リアディレーラ16を較正する場合、スイッチ31a、31bをシフトモードからリアディレーラ16のギア位置を較正するためのキャリブレーションモードに変更するために、スイッチ31cが一度押下される。ここで、モータドライブトレイン62の停止位置を調整することによって、チェーンガイド16dのギアシフト位置を第1方向に調整するために、スイッチ31aを使用することができる。また、モータドライブトレイン62の停止位置を調整することによって、チェーンガイド16dのギアシフト位置を第1方向と反対方向の第2方向に調整するために、スイッチ31bを使用することができる。キャリブレーションモードにおいては、スイッチ31aがチェーンガイド16dのギアシフト位置を第1方向としてのシフトダウン方向に調整し、スイッチ31bがチェーンガイド16dのギアシフト位置を第2方向としてのシフトアップ方向に調整することが好ましい。
本実施形態において、電気制御部20の位置調整部は、合計25の調整ステップ(初期参照値「0」からプラス/マイナス12ステップ)を有する。キャリブレーションステップにおいて、スイッチ31a、31bの何れかが押下される度に、リアディレーラ16の現在位置を1つのステップで調整するために、モータ60が動作される。スイッチ31a、31bの何れかが所定期間P1(例えば、1秒)内に二度押下される場合、リアディレーラ16の現在位置を2つのステップで調整するために、モータ60が動作される。モータ60の使用によりリアディレーラ16の位置が調整された後、アナログ位置センサ64がモータドライブトレイン62の調整後の位置を検出する。検出された調整後の位置データは、図9に示すテーブルに再び書き込み(再記録、リセット)される。
本実施形態において、リアディレーラ16は、ギア位置の何れか1つに位置する場合に調整可能であることが好ましい。特に、任意の2つのギア位置間のシフト間隔の全てが、図8、9に示すテーブルのデジタル位置メモリ44において予め決定(即ち、既定、プレインストール、または予め格納)されている。例えば、乗り手がディレーラの位置を第3速度位置に調整する場合、他の全ての速度位置(例えば、第1、第2速度位置と、第4〜第7速度位置)は、新たに調整された第3速度位置と、デジタル位置メモリ44に予め格納された既定のシフト幅に基づいて、自動的に調整される。
ここで図10を参照すると、ディレーラキャリブレーション方法によるキャリブレーションモード時において、乗り手が所定期間P1内にスイッチ31a、31bの何れかを一度だけ押下する場合、モータ60を動作させることによって選択した調整方向における選択した調整量A1を得るために、キャリブレーションコマンドが制御部20から送信される。例えば、スイッチ31aが一度だけ押下される場合、制御部20は当該操作(一度の押下およびシフトダウン方向)を検出し、モータ60をアクティブ状態にするために、リアディレーラ16にシフトダウン調整信号を出力する。そして、キャリブレーションコマンドに対応して、モータドライブトレイン62が調整指示量B1分だけシフトダウン方向(第1方向)に移動を開始する。図10に示すように、本実施形態において、モータドライブトレイン62は、まず5ステップ(調整指示量B1)を調整指示位置に移動し、次に、4ステップ(例えば、戻り量C1)をシフトアップ方向(第2方向)に向かって目標(選択された)調整位置に戻す。こうしてリアディレーラ16が目標位置にセットされ、図12に示すように、乗り手によってスイッチ31a、31bの何れかが押下され、所定期間P2(例えば5秒)が経過後、予め格納されたテーブルが更新保存される。したがって、乗り手は、チェーンガイド16dの移動および移動方向を確認できるように、モータ60をより長期間駆動することによって、調整実施の有無と、その調整方向と、を容易に判定することができる。
ここで図11を参照すると、ディレーラキャリブレーション方法によるキャリブレーションモード時に、乗り手が所定期間P1内にスイッチ31a、31bの何れかを二度押下する場合、モータ60を動作させることによって選択した調整方向における選択した調整量A2を獲得するために、キャリブレーションコマンドが制御部20から送信される。例えば、スイッチ31aが所定期間P1内に二度押下される場合、制御部20は当該動作(二度の押下およびシフトダウン方向)を検出し、モータ60をアクティブ状態にするために、リアディレーラ16にシフトダウン調整信号を出力する。そして、モータドライブトレイン62は、キャリブレーションコマンドに対応して、シフトダウン方向(第1方向)に調整指示量B2分の移動を開始する。図11に示すように、本実施形態において、モータドライブトレイン62は、まず、10ステップ(調整指示量B2)を調整指示位置に移動し、次に、8ステップ(例えば、戻り量C2)をシフトアップ方向(第2方向)に向かって目標(選択された)調整位置に戻す。こうしてリアディレーラ16は目標位置に設定され、図12に示すように、スイッチ31a、31bの何れかが乗り手によって押下され、所定期間P2が経過した後、予め格納されたテーブルが更新保存される。したがって、所定期間P1内にスイッチ31a、31b(入力部)のいずれかを操作することにより、所定期間P1内のスイッチ31a、31bのいずれかの操作回数に基づいて、制御部はキャリブレーションコマンドの選択された調整量を設定する。また、リアディレーラ16のチェーンガイド16dは、所定期間P1内におけるスイッチ31a、31bのいずれかの操作回数に応じて、調整指示量に対して異なる量だけ移動される。
フロントディレーラ18は同様の方法でキャリブレーションされる。したがって、まず、キャリブレーションコマンドに対応して、モータドライブトレイン72を第1方向に向かって(キャリブレーションコマンドの選択された調整量よりも大きな)調整指示量分だけ選択された調整量よりも遠くに移動させ、次に、モータドライブトレイン72を反対方向に向かって選択された調整位置に移動させるために、モータ70を駆動することによって、乗り手は、フロントディレーラ18の調整実行の有無と、その調整方向と、を容易に判定することができる。
ここで図12を参照すると、ディレーラキャリブレーション方法を使用して、スイッチ31a、31b、33a、33bの1つが乗り手により押下され、所定期間P2(例えば5秒)が経過した後、制御部20はテーブル更新ルーチンを実行する。ステップS1において、制御部20は、モータドライブトレイン62/72の現在位置(回転角)を示すポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74の値(電圧)を検出する。そして、ステップS2において、制御部20は、ポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74の検出値(電圧)と、予め格納されたテーブル内の予め格納された参照値と、を比較する。検出値が予め格納された参照値と一致する場合、ルーチンは終了する。しかし、検出値が予め格納された参照値と一致しない場合、ルーチンはステップ3に移行する。ステップ3において、制御部20は、ポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74の検出値(電圧)に応じて、以前のデータを上書きし、テーブルを更新する。
図13、14に示すように、第1位置補正ルーチンが図13に示されており、第2補正ルーチンが図 14に示されている。ディレーラ16、18の両方が位置補正ルーチンの1つを使用する。また、代替案としては、ディレーラ16、18の一方が位置補正ルーチンの一方を使用し、他方が補正位置ルーチンの他方を使用する。なお、図13の位置補正ルーチンはフロントディレーラ18に好ましいルーチンであり、図14の位置補正ルーチンはリアディレーラ16に好ましいルーチンである。本実施形態において、制御部20は、開始位置および/または停止位置におけるディレーラの位置(モータドライブトレインの位置角)の絶対値を検出するためのポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74を使用し、絶対値、位置角の値、回転方向の値の相互関係に対応してチェーンケージ16d/18dを適切な位置にシフトするために、モータドライブトレイン62/72を制御する。
ここで図13を参照すると、本実施形態に関する電動シフトシステムを使用する際に、何らかの外部からの力(例えば、チェーンガイドへの衝突)が原因でモータドライブトレイン62/72の現在位置が現在の予め格納されたテーブルの値からずれた場合、制御部20は、シフト操作の実行毎に、乗車中(操作中)に現在位置を自動補正することができる。特に、図13に示すように、スイッチ31a、31b、33aまたは33bを押下することによってシフト操作が実行される毎に、制御部20はギアシフトコマンド(信号)をそこから受信し、位置補正ルーチンを実行する。したがって、図13の位置補正ルーチンは、ギアシフトコマンドの受信毎に実行される。
ステップS10において、基本的には、ディレーラ16/18が移動しない(シフト中ではない)場合、制御部20は、ディレーラ16/18の位置(例えば、モータドライブトレイン62/72の位置)を確認するためのポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74を使用する。したがって、制御部20が、ディレーラの現在位置を示すアナログ位置センサ64/74の検出値(電圧)を獲得した後、ルーチンはステップS11に移行する。
ステップS11において、シフト操作前に、制御部20は、ポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74の検出値(電圧)と、予め格納されたテーブル内の予め格納された参照値と、を比較する。検出値が予め格納された参照値と一致しない場合、ルーチンはステップS12に移行する。しかし、検出値が予め格納された参照値と一致する場合、ルーチンはステップS13に移行する。
ステップS12において、ディレーラ16/18の位置が不適切であるので、制御部20は、予め格納されたテーブル内の予め格納された参照値に基づいて、シフト前にディレーラ16/18の位置を適切な位置に調整するために、モータ60/70を動作させる。ディレーラ16/18の位置を適切な位置に調整した後、ルーチンはステップS13に移行する。
ステップS13において、制御部20は、スイッチ31a、31b、33a、33bの1つを押下することにより生成されるギアシフトコマンドに基づいてシフト操作を実行するために、モータ60/70を動作させる。シフト中に、デジタル位置センサ66/76は、モータ60/70を動作させることによってチェーンガイド16d/18dを配置するために、モータドライブトレイン62/72の位置角と回転方向の値を確認する。シフト操作の完了後、ルーチンはステップS14に移行する。
ステップS14において、シフト後に、ディレーラ16/18が移動しない(シフト中ではない)場合、制御部20は、ディレーラ16/18の位置(例えば、モータドライブトレイン62/72の位置)を再確認するために、ポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74を使用する。したがって、制御部20がディレーラの現在位置を示すアナログ位置センサ64/74の検出値(電圧)を獲得した後、ルーチンはステップS15に移行する。
ステップS15において、シフト後に、制御部20は、ポテンショメータとして機能するアナログ位置センサ64/74の検出値(電圧)と、予め格納されたテーブル内の予め格納された参照値と、を比較する。検出値が予め格納された参照値と一致しない場合、ルーチンはステップS16に移行する。しかし、検出値が予め格納された参照値と一致する場合、ルーチンは終了する。
代替案としては、図14に示すように、制御部20は、ディレーラ16/18の位置がシフト後にのみ調整される代替ルーチンを実行することができる。特に図14に示すように、制御部20は、上記の通り、ギアシフトコマンドの受信毎にシフト動作を直ちに実行し、続いてステップS14〜S16を実行することができる。
[第2実施形態]
図15〜19に、第2実施形態に係る電動シフトシフテムを備えた自転車110が図示されている。第2実施形態の電動シフトシステムは、基本的に第1実施形態と同一であるが、当該電動シフトシステムがロードバイク用であり、制御装置12、14の代わりに制御装置112、114が使用されている点のみが異なる。第1、第2実施形態における類似点を鑑みて、第2実施形態の構成要素が第1実施形態の構成要素と同一の場合、第1実施形態と同一の参照番号が付与される。さらに、第1実施形態の構成要素と同一の第2実施形態の構成要素が同一の場合、説明を簡略化するために、第2実施形態の構成要素については説明を省略する。
自転車110はロードレーサ(競技用ロードバイク)であり、特に、フレーム122と、ハンドルバー124と、フロントフォーク126と、を備えている。ハンドルバー124は、フロントフォーク126の上端に従来の方法で装着されている。ハンドルバー124は、対向する端部に装着された制御装置112、114を有する。フレーム122のチェーンステイ後部には、第1実施形態に記載のリアディレーラ16が従来の方法で装着されている。また、フレーム 122のシートチューブには、第1実施形態に記載のフロントディレーラ18が従来の方法で装着されている。
自転車用制御装置112、114は、ドロップダウン式ハンドルバー124と共に使用されるロードブリフタ(road brifters)である。ここで、表示部120と電気制御部140は、制御装置112の本体に備えられており、他方の制御装置114は電気制御部140に電気的に接続されている。制御装置112、114は、構成および動作が本質的に同一であるが、互いに左右対称であり、制御装置112が電気制御部140を有する点のみが異なる。
したがって、ここでは、制御 装置112のみについて説明する。
さらに、本実施形態において、制御装置112は、1組のシフトレバー131aおよび131bと、モードスイッチ131cと、を有する。シフトレバー131a、131bは、シフトアップとシフトダウンを行うためのレバーである。モードスイッチ131cは、リアディレーラ16のギア位置を較正するために、シフトレバー131a、131bをシフトモードからキャリブレーションモードに変更するためのスイッチである。同様に、制御装置114は、1組のシフトレバー133aおよび133bと、モードスイッチと、を有する。シフトレバー133a、133bは、シフトアップおよびシフトダウンを行うためのレバーである。制御装置112が有するモードスイッチは、フロントディレーラ18のギア位置を較正するために、シフトレバー133a、133bをシフトモードからキャリブレーションモードに変更するためのスイッチである。したがって、シフトレバー131a、131b、133a、133bは、第1実施形態に記載のスイッチ31a、31b、33a、33bと同様の方法で、キャリブレーション方法と位置補正方法を実行するために使用される。なお、第2実施形態に関するさらに詳細な説明については、ここでは省略する。
[用語に関する一般的解釈]
本発明の範囲を理解する際に、装置の一部あるいは部分に関する説明に使用される用語「構成された」は、所望の機能を実行するために構成および/またはプログラムされたハードウェアおよび/またはソフトウェアを含む。また、本発明の範囲を理解する際に、ここで使用される「備えた」およびその派生語は、記載された特徴、要素、部分、グループ、完全体および/またはステップの存在を特定するためのオープンエンド型の用語であることが意図されているが、他の記載された特徴、要素、部品、グループ、完全体および/またはステップの存在を除外するものではない。また、上記内容は、例えば、「有する」などの用語およびそれらの派生語など、同様の意味を有する単語に適用される。また、「部分」または「要素」等の用語が単数で記載された場合、これらの用語は2つの意味(単数または複数の部分/要素)を有する。ここで本発明の記載に使用される「前方に、後方に、上に、下方に、垂直に、水平に、下に、横に」等の方向を示す用語は、同様に方向を示す他の任意の用語と同じく、本発明を備えた自転車の方向を示す。したがって、上記用語が本発明の記載に使用される場合、本発明を備えた自転車が通常の乗車位置で使用される場合に関連して解釈すべきである。最後に、ここで使用する「約/略」等の程度を示す用語は、最終的な結果が著しく変化しない程度に修正された用語の妥当な乖離量を意味するものである。
本発明の説明に一部の実施形態のみが選択されているが、本開示により、特許請求の範囲で定義された本発明の範囲を逸脱することなく、ここで様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明白である。さらに、本発明に係る実施形態に関する上記の記載は、例証目的で提供されたものにすぎず、特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義された本発明を制限する目的で提供されたものではない。
10 自転車
16 リアディレーラ
18 フロントディレーラ
20 電気制御部
16a,18a 装着部材
16b,18b 可動部材
16c,18c リンク機構
16d,18d チェーンガイド
40 マイクロコンピュータ
64,74 アナログ位置センサ
66,76 デジタル位置センサ
66a シャッタホイール
66b フォトインタラプタ

Claims (9)

  1. 自転車用部品の可動部に関する位置角の現在の絶対値を検出する第1センサと、
    前記可動部に関する移動方向および移動量を検出する第2センサと、
    部品動作コマンドに対応して、前記可動部に関する位置角の現在の絶対値と、前記可動部に関する位置角の予め格納された参照値と、を比較する比較部と、
    前記第1、第2センサの検出結果に応じて、前記可動部に関する位置角の絶対値を調整する調整コマンドを前記可動部に対して選択的に出力する位置調整部と、
    を備えた自転車用部品位置補正装置。
  2. 前記第1センサは、前記可動部に関する位置角の現在の絶対値を検出するアナログセンサを有する、請求項1に係る自転車用部品位置補正装置。
  3. 前記アナログセンサは、前記可動部に関する位置角の現在の絶対値を検出するポテンショメータを有する、請求項2に係る自転車用部品位置補正装置
  4. 前記第2センサは、前記可動部に関する移動方向および移動量を検出するデジタルセンサを有する、請求項1に係る自転車用部品位置補正装置。
  5. 前記デジタルセンサは、前記可動部に関する移動方向および移動量を検出するシャッタホイールおよびフォトインタラプタを有する、請求項4に係る自転車用部品位置補正装置。
  6. 前記第1センサは、前記可動部に関する位置角の現在の絶対値を検出するポテンショメータを有するアナログセンサを備え、
    前記第2センサは、前記可動部に関する移動方向および移動量を検出するシャッタホイールおよびフォトインタラプタを有するデジタルセンサを備える、
    請求項1に係る自転車用部品位置補正装置。
  7. 請求項1から6のずれかに記載の自転車用部品位置補正装置を備えた自転車用ディレーラであって、
    装着部材と、
    可動部材と、
    前記可動部材を前記装着部材に移動自在に接続するリンク機構と、
    前記可動部材に接続されたチェーンガイドと、を備え、
    電動駆動部が前記リンク機構に動作自在に接続されている、
    自転車用ディレーラ。
  8. 前記可動部は、前記電動駆動部のモータドライブトレインである、請求項7に係る自転車用ディレーラ
  9. 前記第1センサは、前記可動部に関する位置角の現在の絶対値を検出するアナログセンサを有する、請求項7に係る自転車用ディレーラ。
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