JP2014162477A - 改良された精密制御により制御される自転車用のギアシフト装置 - Google Patents

改良された精密制御により制御される自転車用のギアシフト装置 Download PDF

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Abstract

【課題】改良された精密制御により制御される自転車用のギアシフト装置を提供する。
【解決手段】4バー・リンク機構型の運動機構11のベース体12は、自転車のフレーム20に対する取付グループ23を具備し、この運動機構の可動体14は、取付グループ34でチェーンガイド21に連結する。ギアシフト作動手段28は、運動機構を変形させて、ベース体に対する可動体の変位を決める結果、チェーンガイドの軸方向の主変位を決める。少なくとも1つの取付グループ23,34が、チェーン27が係合した状態のチェーンガイドのセットアップを決めるチェーンテンション調整ばね25,35を含む。本発明の自転車用のギアシフト装置10は、チェーンテンション調整ばねのプリロードをチェーンガイドの主変位に応じて調節することで、チェーンガイドのセットアップの変化を決める運動機構45を備えることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、改良された精密制御により制御される自転車用のギアシフト装置に関する。
自転車用のギアシフト装置とは、伝動チェーンが係合したチェーンガイドを移動させることにより、その伝動チェーンを異なる歯車間で移動させる機械装置である。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で、ギアシフト装置について言及する際には、自転車の後輪に設けられたコグセット(cogset)における異なるスプロケット間で伝動チェーンを移動させるリアギアシフト装置(リア変速装置)を指しているものと理解されたい。
通常、自転車用のギアシフト装置は、4バー・リンク機構型の運動機構[典型的には、平行四辺形状の関節接続型(articulated parallelogram)の運動機構]を備えている。このような4バー・リンク機構の形態の運動機構は、ベース体(base body)および前記ベース体の反対側に位置する可動体(mobile body)を具備する。これらベース体と可動体とは、一対のコネクティングロッドを介して互いに接続されており、前記一対のコネクティングロッドは、4つのピン要素で、4つのヒンジ接続軸心に沿って上記ベース体および可動体にヒンジ接続される。ベース体は自転車のフレームに固定され、可動体はチェーンガイドに固定される。
4バー・リンク機構の変形により、自転車のフレームに対するチェーンガイドの軸方向(コグセットを基準とした軸方向)変位が決まり、これにより、ギアシフト(ギアチェンジ)が行われる。
4バー・リンク機構の変形は、制御レバーを動かして、その動作をボーデンケーブルを介して4バー・リンク機構に伝達させる手動ベースの作動、あるいは、運転者が適切なコマンドを入力すると電気モータが適切な機構を介して4バー・リンク機構の様々な部品を相対的に運動させるモータベースの作動によって生じ、チェーンガイドを移動させる。
例えば、特許文献1に、モータベースで作動する自転車用のギアシフト装置が記載されている。このギアシフト装置では、4バー・リンク機構の互いに反対側に位置するピン同士を近付けたり引き離したりすることにより、上記運動機構の作動を行う。
ギアシフト装置の製造者にとっての現在の課題は、ギアシフト装置の操作の行い易さ及び信頼性を左右する、作動精度を向上させることである。
ハイレベルな自転車競技に使用されるギアシフト装置であるほど、この要件の重要性が増す。
既知の自転車用のギアシフト装置では、精密制御を可能にするため、自転車の初期調整で、フレームの形状および構造ならびに後輪に設けられるコグセットの形状および構造に合わせてチェーンのテンション(張り)を最適化させる。
その初期調整では、運動機構内に挿入された少なくとも1つのばねを操作することにより(多くの場合、ばねにプリロードを印加することにより)、異なる走行形態にかかわらず伝動チェーンの正確なテンションが維持されるようにする。
一部のギアシフト装置、特に、ロードバイクに用いられるギアシフト装置では、2つのチェーンテンション調整ばねが運動機構内に挿入されており、これらのばねが互いに拮抗して動作する(working in antagonism)ことにより、トランスミッションのチェーンが係合した状態のチェーンガイドのセットアップが定められる。これにより、システムの融通性および柔軟性が向上する。ギアシフト装置には、その他にも、チェーンテンション調整ばねが1つのものがある。
チェーンテンション調整ばねのプリロードの初期設定は、チェーンガイドを上げて、これをスプロケットにできる限り近付かせるように行われる。
事実、チェーンガイドとスプロケットとの間の距離を短くする程、制御の感度が向上する。というのも、このような状態にすることで、チェーンガイドを変位させる際の、スプロケットの軸心に平行な変位成分が、あるスプロケットから別のスプロケットにチェーンを変位させるのに必要な前記チェーンに加えられる斜め運動(inclination)と略合致するようになるからである。
欧州特許出願公開第1357023号明細書
しかしながら、チェーンガイドを上げてスプロケットに近付ける調整は、最大径のスプロケットによる制限を受ける。また、最大径のスプロケットに近付け過ぎた場合、ロー側のギア(lowest gears)の隣合うギア間でギアシフトを行った際に、そのギアシフトが突発的に感じられたり、ローギア(lowest gear)の場合や後方にペダルを漕いだ際に、チェーンとチェーンガイドとの間ですべりが発生したりするなどといった障害の原因となる。
出願人は、上記のように最大径のスプロケットの寸法に基づいてスプロケットにできる限り近付かせる調整構成では、チェーンガイドと小径側のスプロケットとの間に、上下方向に大きな間隔が開くので、トップ側のギア(highest gears)間でのギアシフトの制御の精度が、ロー側のギア間でのギアシフトの制御の精度よりも低下することに気付いた。
以上を踏まえて、本発明の根底をなす課題は、前述した障害を回避すること、具体的には、向上した精密ギアシフト(ギアチェンジ)を実現可能な自転車用のギアシフト装置を提供することでそのような障害を回避することである。
より具体的に説明すると、本発明の根底をなす課題は、チェーンガイドを最大径のスプロケットに近付け過ぎることに起因する前述した障害を伴うことなく、チェーンガイドと小径側のスプロケットとの間の位置決め距離を、既知のギアシフト装置よりも減少させることのできる自転車用のギアシフト装置を製造することである。
本発明は、請求項1に記載の自転車用のギアシフト装置に関する。この自転車用のギアシフト装置の好適な構成は、従属請求項2〜15に記載されている。
詳細には、本発明は、4バー・リンク機構型の運動機構(four-bar linkage-kinematic mechanism)を備える自転車用のギアシフト装置に関する。この運動機構は、ベース体および可動体を具備しており、これらベース体と可動体とは、一対のコネクティングロッドを介して互いに接続されており、前記一対のコネクティングロッドは、4つのピン要素で、前記ベース体および前記可動体に関節接続されており、前記4つのピン要素のうちの、互いに反対側から向かい合うピン要素の各対が、前記4バー・リンク機構型の運動機構の対角線を規定しており、前記ベース体は、自転車のフレームに対する第1の取付グループを具備し、前記可動体は、第2の取付グループでチェーンガイドに連結しており、前記4バー・リンク機構型の運動機構には、この4バー・リンク機構型の運動機構を変形させて、前記ベース体に対する前記可動体の変位を決める結果、前記チェーンガイドの、コグセットの軸心を基準とした軸方向の主変位(primary displacement of the chain guide)を決める、ギアシフト作動手段が設けられており、前記第1の取付グループおよび前記第2の取付グループの少なくとも1つが、自転車用のトランスミッションのチェーン(伝動チェーン)が係合した状態の前記チェーンガイドのセットアップを決めるチェーンテンション調整ばねを含む。このような自転車用のギアシフト装置は、さらに、前記チェーンテンション調整ばねのプリロードを前記チェーンガイドの前記主変位に応じて調節することで、前記チェーンガイドの前記セットアップの変化を決める、運動機構を備えることを特徴とする。
有利なことに、少なくとも1つのチェーンテンション調整ばねのプリロードの上記のような変化により、前記4バー・リンク機構の制御変形(controlled deformation)によって生じる前記チェーンガイドの変位時の、そのチェーンガイドの軌道の変化が決まることとなる。
この軌道は、チェーンガイドと、前記チェーンガイドによってチェーンが引っ掛けられるスプロケットとの間の距離が、それがどのスプロケットであるかに関わらず実質同一となるように、小径側のスプロケットになるにつれて徐々にスプロケットの方向に近付くようにして変化する。
このように、従来の解決手段よりも小径側のスプロケットに近付けることができるので、チェーンガイドの軸方向変位を優れた感度で行うことのできるシステムを提供することができる。したがって、全体としてのギアシフトの制御の精度、特に、ロー側のギア間でのギアシフトの制御の精度が向上する。
上記実施形態の自転車用のギアシフト装置は、所望に複数組み合わせることのできる後述の付加的構成により、さらに改良可能である。
本発明の好ましい一実施形態において、前記第1の取付グループが第1のチェーンテンション調整ばねを含み、前記第2の取付グループが第2のチェーンテンション調整ばねを含み、これら第1のチェーンテンション調整ばねと第2のチェーンテンション調整ばねとが互いに拮抗して動作することにより前記チェーンガイドの前記セットアップが決まり、プリロードを調節する前記運動機構は、前記第1のチェーンテンション調整ばねおよび前記第2のチェーンテンション調整ばねの少なくとも1つに作用する。
2つのチェーンテンション調整ばねが設けられている場合、システム全体としての融通性および柔軟性が向上する。さらに、プリロードを調節する前記運動機構が複数の方向(way)に働きかけることにより、前記チェーンガイドの軌道を、小径側のスプロケットになるにつれて徐々にスプロケットの方向に近付くようにして変化させることができる。
本発明の好ましい他の実施形態において、少なくとも1つのチェーンテンション調整ばねのプリロードを調節する前記運動機構は、回転体、この回転体に形成された歯付きセクタ、およびこの歯付きセクタに係合して前記歯付きセクタに制御回転を伝達する少なくとも1つのピニオンを具備しており、前記回転体には、前記回転体の回転が前記チェーンテンション調整ばねのプリロードの変化を決めるように、前記チェーンテンション調整ばねが前記チェーンテンション調整ばねの第1の端部で係合しており、前記ピニオンは、前記ギアシフト作動手段によって直接または間接的に回転される。
これにより、ギアシフト装置に印加された作動運動(actuation)を、プリロードを調節する前記運動機構に自動的に確実に高い信頼性で且つ正確に伝達させることができる。
好ましくは、前記第1の取付グループおよび第2の取付グループは、前記自転車のフレームまたは前記チェーンガイドに固定されるように意図された支持体を含み、前記チェーンテンション調整ばねは、前記チェーンテンション調整ばねの第2の端部で前記支持体に拘束されており、前記歯付きセクタを具備する前記回転体は、前記第1の取付グループおよび第2の取付グループのうちの1つにおいて、前記支持体に対して自由に回転できるように設けられている。
このような実施形態にすると、前記歯付きセクタの回転により、前記チェーンテンション調整ばねのプリロードの変化を容易に且つ高い信頼性で確実に引き起こすことができる。
プリロードを調節する前記運動機構は、前記第1のチェーンテンション調整ばねのプリロード、前記第2のチェーンテンション調整ばねのプリロード、または両方のチェーンテンション調整ばねのプリロードを調節するものであってもよい。
より具体的に説明すると、本発明では、プリロードを調節する前記運動機構が、前記4バー・リンク機構の前記ベース体と自転車のフレームとの間に配置された前記第1のチェーンテンション調整ばねに作用する場合、その運動機構は、前記チェーンガイドが最大径のスプロケットに向かって移動する際には前記チェーンテンション調整ばねのプリロードを減少させ、前記チェーンガイドが最小径のスプロケットに向かって移動する際には前記チェーンテンション調整ばねのプリロードを増加させる。
他方、プリロードを調節する前記運動機構が、前記4バー・リンク機構の前記可動体と前記チェーンガイドとの間に配置された前記第2のチェーンテンション調整ばねに作用する場合、その運動機構は、前記チェーンガイドが最大径のスプロケットに向かって移動する際には前記チェーンテンション調整ばねのプリロードを増加させ、前記チェーンガイドが最小径のスプロケットに向かって移動する際には前記チェーンテンション調整ばねのプリロードを減少させる。
好ましい一実施形態において、プリロードを調節する前記運動機構は、ギアシフト装置の前記4バー・リンク機構型の運動機構内に挿入された両方のチェーンテンション調整ばねに対し、上記の様式で作用する。
本発明の特に有利な一実施形態において、前記ピニオンは、前記4つのピン要素のうちの、前記コネクティングロッドのうちの1つに接続固定されたピン要素に、接続固定状態(mounted in a fixedly connected manner )で取り付けられている。
このような実施形態では、プリロードを調節する前記運動機構が、前記ベース体/前記可動体とコネクティングロッドとの間の相対回転によって直接作動される。
この場合、前記4バー・リンク機構の変形と前記チェーンテンション調整ばねのプリロードの変化とを、構造的な観点からみて極めて簡素な構成(solution)により、高い信頼性で相関させることが可能となる。
あるいは、前記ピニオンが、前記ギアシフト作動手段によって回転される作動ピンに接続固定状態で取り付けられており、この作動ピンは、前記ピン要素と実質的に平行であり、前記ギアシフト作動手段によって固定して回転している。
好ましくは、前記ピニオンは、前記ピニオンに合致する中空形状をした保護要素によって覆われており、この保護要素には、前記ピニオンを前記回転体の前記歯付きセクタに係合させるのを可能にする開口(window)が設けられており、また、この保護要素は、前記ピン要素に回転可能に取り付けられている。
好ましくは、前記ギアシフト作動手段は、モータ式であり、前記4バー・リンク機構型の運動機構の対角線に沿ってシャフトを変位駆動(a motor that drives the displacement of a shaft)するモータを含む。
この特に有利な一実施形態では、前記チェーンテンション調整ばねのプリロードを変化させる動作を、モータで駆動することができるので、ギアシフトの精度が向上する。また、ギアシフトだけでなく、前記ギアシフト作動手段の動作によって生じる前記チェーンテンション調整ばねのプリロードの変化もモータで実行されるので、運転者は、最小限の作動力を加えるだけで済む。
さらに好ましくは、前記モータは、前記4バー・リンク機構型の運動機構の内側で、前記4つのピン要素のうちの第1のピン要素に傾動可能に拘束された支持シェルを介して支持されており、前記シャフトは、前記4つのピン要素のうちの前記第1のピン要素に対して対角の位置にあるピン要素に作用する。
この実施形態は、自転車用のギアシフト装置に求められる特徴的なコンパクト性を維持したまま、既知のものや市場で広く普及しているものも含め幅広い種類の作動手段を採用することができるので、融通性が極めて高い。
また、この実施形態では、有利なことに、前記第1のピン要素を、前記支持シェルのうちの互いに反対側に位置する2つの座部に自由に回転可能に係合する、一対のハーフピン(half-pin)で構成することができ、かつ、前記ピニオンを、その一対のハーフピンのうちの第1のハーフピンに接続固定状態で取り付けることができる。
好ましくは、前記モータは、前記シャフトと直交する出力軸心を有しており、また、前記モータは、前記作動ピンを回転させ、前記作動ピンは、前記作動ピンと一体回転可能であり且つ前記シャフトに形成されたラックと形状カップリングする、歯付きスピンドルを保持しており、これにより、前記作動ピンは、前記シャフトの並進変位を決める。
好ましくは、前記ラックは、前記作動ピンに遊着したガイドシェルの筒部内で、並進案内され、このガイドシェルは、前記歯付きスピンドルと前記ラックとの形状カップリングを維持するように前記歯付きスピンドルを収容している。
出願人は、このような構造とすることにより、極めてコンパクトで且つ高精度な構成(solution)が得られることに気付いた。さらに、モータにより、プリロードを調節する前記運動機構を実質的に直接作動させることができる。
一変形例において、前記ギアシフト作動手段は、メカニカルタイプであり、
−外側のシースに対して内側のケーブルコアが自由にスライドすることができる制御ケーブルを支持し、前記内側のコアがスライドできるように前記外側のシースを定位置に固定する、シース座部、
−前記内側のコアの端部の保持クリップ、および
−前記4バー・リンク機構型の運動機構を、前記制御ケーブルの前記外側のシースと前記内側のコアとの間の相対並進によって生じる牽引に抗して変形させるように前記ピン要素のうちの1つのピン要素に設けられた、戻しばね、
を含み、前記シース座部および前記クリップは、前記4バー・リンク機構型の運動機構の、互いに対角に位置するピン要素の略位置(近傍)に設けられている。
上記の機械ベースの作動による変形例は、この機械ベースのような直接作動系にとって特徴的な利点である、作動コマンドに対する応答時間の面で有利である。
好ましくは、前記第1の取付グループは、一方の締付けねじが他方の締付けねじの内側をスライドすることができるように互いに同軸に配置された一対の締付けねじ、および前記締付けねじに対して回転可能なロック要素を含み、このロック要素には、前記フレームに対する前記ロック要素の回転を制限する止め歯が設けられており、前記第1のチェーンテンション調整ばねは、前記第1のチェーンテンション調整ばねの第2の端部で、前記ロック要素の孔に係合しており、これら締付けねじおよびロック要素は、前記第1のチェーンテンション調整ばねの前記支持体としての役割を果たす。
有利なことに、この実施形態では、前記第1のチェーンテンション調整ばねが、ギアシフト装置に損傷を与えかねない、所与の上限を超える外力が発生した場合にこれを吸収する、衝撃吸収ばねとしての役割を果たすことができる。
好ましくは、前記第2の取付グループは、第5のピン要素を含み、この第5のピン要素は、前記第5のピン要素の第1の端部で、前記チェーンガイドに接続固定状態で連結しており、また、この第5のピン要素には、前記第1の端部と反対側の第2の端部に、前記可動体に対する連結インターフェースが設けられており、さらに、この第5のピン要素は、前記第2のチェーンテンション調整ばねの前記支持体としての役割を果たす。
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しながら行う、好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。また、同じ態様のなかでも、異なる構成同士を、そのような組合せによって生じる利点を得たい場合に、上記の説明にならって所望に組み合わせることも可能である。
本発明にかかる自転車用のギアシフト装置を採用した競走用自転車の概略側面図である。 自転車のフレーム及びコグセットに接続された、本発明にかかる自転車用のギアシフト装置を示す図である。 本発明の第1の実施形態の自転車用のギアシフト装置の分解図である。 本発明の第1の実施形態の自転車用のギアシフト装置の、図2の線B−Bに沿った断面図である。 本発明の第2の実施形態の自転車用のギアシフト装置の分解図である。 本発明の第2の実施形態の自転車用のギアシフト装置の、図2の線B−Bに沿った断面図である。 本発明の第3の実施形態の自転車用のギアシフト装置の分解図である。 本発明の第3の実施形態の自転車用のギアシフト装置の、図2の線B−Bに沿った断面図である。 本発明の第4の実施形態の自転車用のギアシフト装置の分解図である。 本発明の第4の実施形態の自転車用のギアシフト装置の、図2の線B−Bに沿った断面図である。 従来のギアシフト装置の、一番前の位置における背面図である。 本発明にかかるギアシフト装置の、一番前の位置における背面図である。 従来のギアシフト装置の、一番奥の位置における背面図である。 本発明にかかるギアシフト装置の、一番奥の位置における背面図である。
以下の説明では、同じ機能を有する構成要素には、同じ符号を付している。
図面では、自転車用のギアシフト装置の全体を、符号10で示す。自転車用のギアシフト装置10について言及する際には、それは、自転車100の後輪22に設けられた、軸心Aを有する複数のスプロケット33間で、伝動チェーン(トランスミッションのチェーン)27を移動させるリアギアシフト装置を指しているものと理解されたい。
自転車用のギアシフト装置10は、4バー・リンク機構(4-bar linkage)の形態の運動機構11を備える。この運動機構11は、ベース体12および可動体14を具備しており、これらベース体12と可動体14とは、一対のコネクティングロッド13,15を介して互いに接続されている。これらのうち、第1のコネクティングロッド13は、第1のピン要素16によって第1のヒンジ接続軸心でベース体12に関節接続されると共に、第2のピン要素17によって第2のヒンジ接続軸心で可動体14に関節接続される。他方の第2のコネクティングロッド15は、第3のピン要素18によって第3のヒンジ接続軸心でベース体12に関節接続されると共に、第4のピン要素19によって第4のヒンジ接続軸心で可動体14に関節接続される。
ベース体12は、自転車100のフレーム20に回転可能に固定されるように意図されている。
可動体14は、4バー・リンク機構11においてベース体12の反対側に位置し、チェーンガイド21を保持する。
チェーンガイド21は、上側のローラ38aおよび下側のローラ38bを支承するロッカーアーム37を具備している、これら上側のローラ38aおよび下側のローラ38bは、閉ループ状の伝動チェーン27を受け渡す。
ベース体12と自転車100のフレーム20とを回転可能にカップリングさせるために、第1の取付グループ23が設けられている。第1の取付グループ23は、一方の締付けねじが他方の締付けねじの内側をスライドすることができるように互いに同軸に配置された一対の締付けねじ24a,24bを含み、これにより、ベース体12をフレーム20に締付け固定する。
好ましくは、第1のチェーンテンション調整ばね25が、締付けねじ24a,24bに前記締付けねじ24a,24bと同心になるように取り付けられている。
また、第1のチェーンテンション調整ばね25のプリロードを設定する手段(図示せず)が設けられている。
そのような第1のチェーンテンション調整ばね25の初期調整は、一般的には組付時に実行されるものであり、自転車用のギアシフト装置10を、異なる種類のフレーム20およびスプロケット33に順応させる目的でなされる。フレーム20およびスプロケット33の種類が異なれば、そのフレーム20に対してチェーンガイド21が取り得る位置に影響が生じ、その結果、スプロケット33に対してチェーンガイド21が取り得る位置にも影響が生じる。
より具体的に説明すると、第1のチェーンテンション調整ばね25は、ベース体12に対し、このベース体12とフレーム20との間の相対回転に抵抗する/相対回転を制限する動作伝達を行い、伝動チェーン27を正確なテンション状態に維持する。この目的のために、第1のチェーンテンション調整ばね25は、第1の端部25aで、ベース体12に間接的に接続されている。
第1のチェーンテンション調整ばね25の第2の端部25bは、ロック要素26の孔(図示せず)に係合している。ロック要素26には、自転車のフレーム20に形成された突起(図示せず)に当接する止め歯26aが設けられている。
ロック要素26および締付けねじ24a,24bは、ベース体12に対して回転可能であり、さらに、第1のチェーンテンション調整ばね25の支持体としての役割を果たす。
可動体14とチェーンガイド21のロッカーアーム37とを回転可能にカップリングさせるために、第2の取付グループ34が設けられている。第2の取付グループ34は、第5のピン要素36を含む。この第5のピン要素36は、第1の端部36aに、可動体14に対する連結インターフェースが設けられており、さらに、その第1の端部36aと反対側の第2の端部36bで、ロッカーアーム37に固定状態で連結している。
好ましくは、第2のチェーンテンション調整ばね35が、第5のピン要素36に前記第5のピン要素36と同心になるように取り付けられている。
第2のチェーンテンション調整ばね35が、第1のチェーンテンション調整ばね25と拮抗するようにして伝動チェーン27に作用することにより、均衡の取れた状態が決まる。そして、この均衡の取れた状態により、自転車のフレーム20に対してチェーンガイド21が取る位置が決まる。
第2のチェーンテンション調整ばね35は、可動体14とロッカーアーム37との間の相対回転に抵抗して/相対回転を制限して伝動チェーン27を正確なテンション状態に維持するように、第1の端部35aで、可動体14に対する前記連結インターフェースに係合している。
第5のピン要素36の第2の端部36bには、第2のチェーンテンション調整ばね35のプリロードの調節システム39が設けられている。図示の実施形態において、この調節システム39は、歯付きリング41のように形成された-ベースに作用するねじ40を具備しており、そのベースは、底部が、第2のチェーンテンション調整ばね35の第2の端部35bで前記第2のチェーンテンション調整ばね35に拘束されている。
第2のチェーンテンション調整ばね35の場合も、プリロードの初期調整は、自転車用のギアシフト装置10を、異なる種類のフレーム20およびスプロケット33に順応させる目的でなされる。
また、ギアシフトの作動手段(ギアシフト作動手段)28が設けられている。この作動手段28は、4バー・リンク機構型の運動機構11のセットアップを変化させて、可動体14をベース体12側に移動させる相対運動/可動体14をベース体12側から遠ざける相対運動を決める結果、フレーム20に対するチェーンガイド21の変位を決める。
図3a及び図3bに示す第1の好ましい実施形態、ならびに図6a及び図6bに示す第4の好ましい実施形態では、メカニカルタイプの作動手段28が設けられる。このメカニカルタイプの作動手段28は、4バー・リンク機構型の運動機構11にボーデン型の制御ケーブル(図示せず)を介して接続配置された、少なくとも1つの制御レバー(図示せず)を含む。そのボーデン型の制御ケーブルは、名前が指すとおり、外側のシースに対して内側のケーブルコアが自由にスライドすることができる制御ケーブルである。
この場合の4バー・リンク機構型の運動機構11には、前記制御ケーブルを支持し、前記制御ケーブルの外側のシースを定位置に固定するシース座部42が設けられている。これにより、前記制御ケーブルの内側のコアと外側のシースとの間の相対的なスライドが可能となる。
また、4バー・リンク機構型の運動機構11には、シース座部42に対して対角の位置に、前記制御ケーブルのコアの端部の保持クリップ43が設けられている。これにより、前記制御ケーブルのシースとコアとの間の相対運動によって生じる牽引により、4バー・リンク機構型の運動機構11の変形が決まる。
図示の実施形態において、シース座部42は、ベース体12に形成されており、好ましくはベース体12において第3のピン要素18の略位置(近傍)に形成されている。さらに、保持クリップ43は、第1のコネクティングロッド13に設けられており、好ましくは第1のコネクティングロッド13において第2のピン要素17の略位置(近傍)に設けられている。
前記制御ケーブルのシースとコアとの間の相対運動によって生じる牽引は、第4のピン要素19に設けられた戻しばね44による抵抗を受ける。
図4a及び図4bに示す第2の好ましい実施形態、ならびに図5a及び図5bに示す第3の好ましい実施形態では、モータ式の作動手段28が設けられる。
このモータ式の作動手段28は、シャフト29を変位駆動するモータ30を含む。シャフト29は、互いに対角に位置するピン要素16,17,18,19間で動作し、可動体14とベース体12との間の相互変位を引き起こす。
よって、この作動手段28は、4バー・リンク機構型の運動機構11の対角線に沿って配設される。つまり、この作動手段28を作動させると、互いに反対側に位置する2つのピン要素16,17,18,19間の距離が長く/短くなり、これにより、4バー・リンク機構型の運動機構11が変形する。
好ましくは、シャフト29の自由端部(先端)は、切り離し要素(release element)57を介してピン要素16,17,18,19に拘束されている。
第2の好ましい実施形態では、モータ30は、4バー・リンク機構型の運動機構11の内側で、シャフト29の自由端部に拘束されたピン要素に対して対角の位置にあるピン要素に傾動可能に拘束された支持シェル31を介して支持されている。
この実施形態の一具体例では、シャフト29が第4のピン要素19に作用し、モータ30の支持シェル31が第1のピン要素16に傾動可能に拘束される。この目的のために、第1のピン要素16は、支持シェル31のうちの互いに反対側に位置する2つの座部32a,32bに自由に回転可能に係合する、2つのハーフピン16a,16bで構成される。
図4a及び図4bに示す好ましい実施形態において、モータ30は電気式(電気モータ)であり、シャフト29を変位駆動して、純粋に並進させる。
図示しない他の好ましい実施形態において、モータ30は、特許文献1に記載されたタイプのモータである。この場合のモータ30は、モータ軸心に沿った軸方向に配設されてモータ30によって回転されるねじ、およびモータ30の傾動シェル31を保持するピン要素16の反対側に位置するピン要素19に固定されて前記ねじに噛合係合する母ねじ(mother screw)を具備する。
図5a及び図5bに示す好ましい実施形態では、回転出力シャフト(図示せず)を有する電気モータ30が使用される。この第3の実施形態では、モータ30が、その回転出力軸心(図示せず)が互いに対角に位置するピン要素間に配設されたシャフト29と直交するように、4バー・リンク機構型の運動機構11の内側に設置されている。
また、減速段(図示せず)が設けられている。この減速段は、モータ30の出力シャフトの回転動作を、第1のピン要素16と第3のピン要素18との間に略位置した作動ピン50に伝達する。また、この作動ピン50は、第1のピン要素16および第3のピン要素18と実質的に平行である。
作動ピン50は、第1のコネクティングロッド13およびベース体12に対して自由に回転することができる。また、この作動ピン50は、前記作動ピン50と一体回転可能であり且つシャフト29によって形成されたラック51との形状カップリングによって協動する、歯付きスピンドル49を保持する。これにより、作動ピン50は、シャフト29の並進変位を決める。
好ましくは、歯付きスピンドル49とラック51との形状カップリングは、作動ピン50に遊着(idly mounted)したガイドシェル52を介して維持される。
ガイドシェル52には、筒部52aが設けられている。この筒部52a内で、ラック51が自由に並進することができる。
好ましくは、作動ピン50は、互いに連結固定した2つの作動ハーフピン50a,50bで構成される。これら2つの作動ハーフピン50a,50bは、第1のコネクティングロッド13およびベース体12に対して自由に回転することができる。この目的のために、第1の作動ハーフピン(semi-actuation pin)50aは、第1のスライドブッシュ53を介してベース体12に挿入される。
本発明において、自転車用のギアシフト装置10は、第1のチェーンテンション調整ばね25および第2のチェーンテンション調整ばね35の少なくとも一方のプリロードを調節する手段45を備える。この手段45は、その少なくとも一方のチェーンテンション調整ばね25,35のプリロードを、チェーンガイド21の、スプロケット33の軸心Aに沿った軸方向の主変位に応じて変化させることで、チェーンガイド21のセットアップの変化を決める。
少なくとも一方のチェーンテンション調整ばね25,35のプリロードを調節する前記手段45は、少なくとも1つの歯付きセクタ46aが設けられた回転体46、および少なくとも1つのピニオン47を具備している。回転体46には、この回転体46の回転によってチェーンテンション調整ばね25,35のプリロードの変化が決まるように、そのチェーンテンション調整ばね25,35が前記チェーンテンション調整ばね25,35の第1の端部25a,35aで係合している。少なくとも1つのピニオン47は、歯付きセクタ46aに係合して前記歯付きセクタ46aに制御回転を伝達する。好ましくは、この少なくとも1つのピニオン47は、円錐台の形状をしている。
より具体的に説明すると、回転体46は、少なくとも一方のチェーンテンション調整ばね25,35と同心になるように配置されており、かつ、そのチェーンテンション調整ばねが取り付けられる支持体に対して自由に回転することができる。(そのような支持体は、第1、第2及び第3の実施形態では締付けねじ24a,24bとロック要素26とで構成され、第4の実施形態では第5のピン要素36で構成される。)
ピニオン47は、ピン要素16,17,50またはハーフピン16b,50bに接続固定状態で取り付けられている。このピン要素16,17,50またはハーフピン16b,50bに制御回転が印加されると、それと併行するようにして、チェーンガイド21の、少なくとも1つの軸方向成分を有する変位が決まる。
前記制御回転は、特定の実施形態に応じた様々な方法で、ピン要素16,17,50またはハーフピン16b,50bに印加することができる。
図3a及び図3bに示す第1の好ましい実施形態、ならびに図4a及び図4bに示す第2の好ましい実施形態において、プリロードを調節する前記手段45は、4バー・リンク機構型の運動機構11のベース体12と第1のコネクティングロッド13との間の相対回転によって作動する。
このようなベース体12と第1のコネクティングロッド13との間の相対回転は、さらに、4バー・リンク機構型の運動機構11の変形を決める結果、前記軸心Aに沿ったチェーンガイド21の主変位を決める。
ベース体12とコネクティングロッド13との間の相対回転は、さらに、第1のピン要素16または第1のピン要素16の第1のハーフピン16bに接続固定されたピニオン47の回転を定める。その第1のピン要素16または第1のピン要素16の第1のハーフピン16bは、第1のコネクティングロッド13に嵌め込まれている。
このようにして、第1のコネクティングロッド13の運動により、第1のピン要素16または第1のハーフピン16bの運動が引き起こされ、この運動がピニオン47の回転を決める結果、第1のチェーンテンション調整ばね25の第1の端部25aが係合する回転体46の歯付きセクタ46aの回転が決まる。
これにより、第1のチェーンテンション調整ばね25のプリロードの変化とチェーンガイド21の軸方向変位とを相関させることができる。
図5a及び図5bに示す第3の好ましい実施形態において、プリロードを調節する前記手段45は、モータ30によって減速段を介して引き起こされる作動ピン50(具体例では、第1の作動ハーフピン50a)の回転により作動する。
この場合、第1の作動ハーフピン50aに第2の作動ハーフピン50bが連結固定しており、さらに、この第2の作動ハーフピン50bにピニオン47が接続固定状態で取り付けられているので、ピニオン47の回転が生じ、前記ピニオン47が形状カップリングする回転体46の歯付きセクタ46aに回転動作が伝達される。
第1のチェーンテンション調整ばね25の第1の端部25aが係合する歯付きセクタ46aの回転により、そのチェーンテンション調整ばねのプリロードの変化が決まる。
モータ30によって引き起こされる作動ピン50の回転は、歯付きスピンドル49の回転を決める結果、その歯付きスピンドル49とラック51とのカップリングを経てシャフト29の直線並進も決める。つまり、4バー・リンク機構型の運動機構11の変形が同時に生じ、この同時に生じる変形が前記軸心Aに沿ったチェーンガイド21の主変位を決める。
したがって、この場合も、第1のチェーンテンション調整ばね25のプリロードの変化とチェーンガイド21の軸方向変位とを相関させることができる。
これら第1〜第3の好ましい実施形態では、4バー・リンク機構型の運動機構11の変形が完了し、伝動チェーン27とスプロケット33との間で安定した係合状態が得られると、回転体46の歯付きセクタ46aとピニオン47との間で固定拘束(fixed constraint)が成立するので、この固定拘束を介して第1のチェーンテンション調整ばね25の働きがベース体12に伝達されるようになる。
事実、上記の安定した状態では、ピニオン47が、ベース体12に接続固定された状態となったピン要素16,17,50またはハーフピン16b,50bに外嵌している。
図6a及び図6bに示す第4の好ましい実施形態において、プリロードを調節する前記手段45は、メカニカルタイプの作動手段28によって引き起こされる、4バー・リンク機構型の運動機構11の可動体14と第1のコネクティングロッド13との間の相対運動によって作動する。
この目的のために、ピニオン47は、第1のコネクティングロッド13に回転不能(its rotation is blocked) に拘束された第2のピン要素17に、接続固定状態で取り付けられている。
例えば、第2のピン要素17にローレット加工面部(knurled surface portion) 17aを形成することにより、上記のように第2のピン要素17と第1のコネクティングロッド13との間で相対回転が生じないようにすることができる。
有利なことに、ピニオン47は、中空形状(好ましくは、そのピニオンの形状に合致する中空形状)をした保護要素(protective element);54によって覆われており、この保護要素54には、ピニオン47を回転体46の歯付きセクタ46aに係合させることを可能にする開口(window)54aが設けられている。
図示の実施形態では、ピニオン47が円錐台の形状をしているが、この場合、保護要素54も円錐台の中空形状とされる。
保護要素54は、第2のピン要素17との間にスライド軸受55が介設されていることにより、第2のピン要素17に回転可能に取り付けられている。
第2のピン要素17は、可動体14との間に一対の第2のスライドブッシュ56が介設されていることにより、可動体14に対して回転することができる。これにより、第1のコネクティングロッド13と可動体14との間で相対回転が可能となる。
第1のコネクティングロッド13と可動体14との間の相対回転は、第2のピン要素17の回転を引き起こし、この第2のピン要素17の回転が、ピニオン47の回転、詳細には、第2のチェーンテンション調整ばね35の第1の端部35a(可動体14側の端部)が係合した歯付きセクタ46aに伝達される回転を決める。このようにして、第2のチェーンテンション調整ばね35のプリロードが変化する。
このような第1のコネクティングロッド13と可動体14との間の相対運動は、さらに、4バー・リンク機構11の形態の運動機構の変形を決める結果、前記軸心Aに沿ったチェーンガイド21の主変位を決める。
このようにして、この第4の好ましい実施形態では、第2のチェーンテンション調整ばね35のプリロードの変化とチェーンガイド21の軸方向変位とを相関させることができる。
以下では、本発明にかかる自転車用のギアシフト装置10の動作を説明する。
ギアシフト装置10が作動されると、チェーンガイド21は、少なくとも1つの軸方向成分(すなわち、スプロケット33の軸心Aと平行な成分)を有する方向に沿って、伝動チェーン27が引っ掛けられるスプロケット33に達するまで移動される。
図7a、図7bには、それぞれ、一番前の位置(すなわち、最小径のスプロケット33の位置)にある従来のギアシフト装置、一番前の位置にある本発明にかかるギアシフト装置が示されている。他方、図8a、図8bには、それぞれ、一番奥の位置(すなわち、最大径のスプロケット33の位置)にある従来のギアシフト装置、一番奥の位置にある本発明にかかるギアシフト装置が示されている。
このような変位は、どの実施形態であるかにもよるが、メカニカルタイプの作動手段28またはモータ式の作動手段28を介して制御される4バー・リンク機構型の運動機構11の変形で決まる。
関連手段(the relative means)28による作動が始まると、2つのチェーンテンション調整ばね25,35の少なくとも一方に働くプリロードを調節する運動機構45も作動され、これにより、その少なくとも一方のチェーンテンション調整ばね25,35のプリロードが変化する。
それら2つのチェーンテンション調整ばね25,35が互いに拮抗して動作することにより、新たに均衡の取れたセットアップを得ることができる。さらに、大径側のスプロケットでは、そのような新たなセットアップを、最大限に高い位置で得ることができる。この場合、そのような最大限に高い位置で、チェーンガイド21と大径側のスプロケットとの間の上下方向の距離が定められることになる。
そのため、自転車100に組み付ける段階で、前側の位置でのチェーンガイド21と小径側のスプロケットとの間の距離が短く維持されるようにチェーンテンション調整ばね25,35を調整することが可能となる。
本発明にかかるギアシフト装置10で得られる形態変化効果は、図7a及び図7bと図8a及び図8bを比較すれば明らかである。
また、以上の説明から、本発明にかかる自転車用のギアシフト装置の各種特徴および異なる特徴間での相対的な利点も明らかである。
上記のように少なくとも1つのチェーンテンション調整ばねのプリロードを変化させることで得られるチェーンガイドとスプロケットとの相対的な位置により、制御の感度が、従来のギアシフト装置よりも向上し、さらに、チェーンガイドを最大径のスプロケットに近付け過ぎることに起因する障害を緩和することができる。
前述した実施形態のほかにも、さらなる変形例が想定され得る。そして、そのような変形例は、本発明の教示内容の範囲内に含まれる。
事実、プリロードを調節する運動機構を、両方のチェーンテンション調整ばねに対して同時に作用するものとした構成も想定され得る。
また、前記ギアシフト作動手段は、前述した好ましい実施形態と異なる種類のものであってもよいし、前述した好ましい実施形態における4バー・リンク機構型の運動機構の対角線と異なる対角線に沿って動作するものであってもよい。なお、前述した好ましい実施形態は、本発明を限定するものではない。
最後に、上記した想定可能な自転車用のギアシフト装置には、様々な変更や変形が施されてもよく、かつ、そのような変更及び変形の全てが、本発明に包含されることは明らかである。また、細部を、技術的に等価な構成要素に置き換えることも想定される。事実、使用する材料や寸法等は、その時々の技術的要件に応じてどのように選択されてもよい。

Claims (15)

  1. 自転車用のギアシフト装置(10)であって、
    4バー・リンク機構型の運動機構(11)を備えており、
    この運動機構(11)は、ベース体(12)および可動体(14)を具備しており、これらベース体(12)と可動体(14)とは、一対のコネクティングロッド(13,15)を介して互いに接続されており、前記一対のコネクティングロッド(13,15)は、4つのピン要素(16,17,18,19)で、前記ベース体(12)および前記可動体(14)に関節接続されており、
    前記4つのピン要素(16,17,18,19)のうちの、互いに反対側から向かい合うピン要素の各対(16,19;17,18)が、前記4バー・リンク機構型の運動機構(11)の対角線を規定しており、
    前記ベース体(12)は、自転車のフレーム(20)に対する第1の取付グループ(23)を具備し、前記可動体(14)は、第2の取付グループ(34)でチェーンガイド(21)に連結しており、
    前記4バー・リンク機構型の運動機構(11)には、この4バー・リンク機構型の運動機構(11)を変形させて、前記ベース体(12)に対する前記可動体(14)の変位を決める結果、前記チェーンガイド(21)の、コグセット(33)の軸心(A)を基準とした軸方向の主変位を決める、ギアシフト作動手段(28)が設けられており、
    前記第1の取付グループ(23)および前記第2の取付グループ(34)の少なくとも1つが、自転車用のトランスミッションのチェーン(27)が係合した状態の前記チェーンガイド(21)のセットアップを決めるチェーンテンション調整ばね(25,35)を含む、
    自転車用のギアシフト装置(10)において、さらに、
    前記チェーンテンション調整ばね(25,35)のプリロードを前記チェーンガイド(21)の前記主変位に応じて調節することで、前記チェーンガイド(21)の前記セットアップの変化を決める、運動機構(45)、
    を備えることを特徴とする、自転車用のギアシフト装置(10)。
  2. 請求項1に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記第1の取付グループ(23)が第1のチェーンテンション調整ばね(25)を含み、前記第2の取付グループ(34)が第2のチェーンテンション調整ばね(35)を含み、これら第1のチェーンテンション調整ばね(25)と第2のチェーンテンション調整ばね(35)とが互いに拮抗して動作することにより前記チェーンガイド(21)の前記セットアップが決まり、プリロードを調節する前記運動機構(45)が、前記第1のチェーンテンション調整ばね(25)および前記第2のチェーンテンション調整ばね(35)の少なくとも1つに作用する、自転車用のギアシフト装置(10)。
  3. 請求項1または2に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、少なくとも1つのチェーンテンション調整ばね(25,35)のプリロードを調節する前記運動機構(45)は、回転体(46)、この回転体(46)に形成された歯付きセクタ(46a)、およびこの歯付きセクタ(46a)に係合して前記歯付きセクタ(46a)に制御回転を伝達する少なくとも1つのピニオン(47)を具備しており、前記回転体(46)には、前記回転体(46)の回転が前記チェーンテンション調整ばね(25,35)のプリロードの変化を決めるように、前記チェーンテンション調整ばね(25,35)が前記チェーンテンション調整ばね(25,35)の第1の端部(25a,35a)で係合しており、前記ピニオン(47)は、前記ギアシフト作動手段(28)によって直接または間接的に回転される、自転車用のギアシフト装置(10)。
  4. 請求項3に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記第1の取付グループ(23)および第2の取付グループ(34)は、前記自転車のフレーム(20)または前記チェーンガイド(21)に取り付けられるように意図された支持体(24a,24b,26;36)を含み、前記チェーンテンション調整ばね(25,35)は、前記チェーンテンション調整ばね(25,35)の第2の端部(25b、35b)で前記支持体(24a,24b,26;36)に拘束されており、前記歯付きセクタ(46a)を具備する前記回転体(46)は、前記第1の取付グループ(23)および第2の取付グループ(34)のうちの1つにおいて、前記支持体(24a,24b,26;36)に対して自由に回転できるように設けられている、自転車用のギアシフト装置(10)。
  5. 請求項2から4のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、プリロードを調節する前記運動機構(45)は、前記第1のチェーンテンション調整ばね(25)のプリロードを調節する、自転車用のギアシフト装置(10)。
  6. 請求項2から5のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、プリロードを調節する前記運動機構(45)は、前記第2のチェーンテンション調整ばね(35)のプリロードを調節する、自転車用のギアシフト装置(10)。
  7. 請求項3から6のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記ピニオン(47)が、前記4つのピン要素(16,17,18,19)のうちの、前記コネクティングロッド(13,15)のうちの1つに接続固定されたピン要素(16,17)に、接続固定状態で取り付けられている、自転車用のギアシフト装置(10)。
  8. 請求項3から6のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記ピニオン(47)が、前記ギアシフト作動手段(28)によって回転される作動ピン(50)に接続固定状態で取り付けられており、この作動ピン(50)は、前記ピン要素(16,17,18,19)と実質的に平行である、自転車用のギアシフト装置(10)。
  9. 請求項1から7のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記ギアシフト作動手段(28)は、メカニカルタイプであり、
    −外側のシースに対して内側のケーブルコアが自由にスライドすることができる制御ケーブルを支持し、前記内側のコアがスライドできるように前記外側のシースを定位置に固定する、シース座部(42)、
    −前記内側のコアの端部の保持クリップ(43)、および
    −前記4バー・リンク機構型の運動機構(11)を、前記制御ケーブルの前記外側のシースと前記内側のコアとの間の相対並進によって生じる牽引に抗して変形させるように前記ピン要素のうちの1つのピン要素(19)に設けられた、戻しばね(44)、
    を含み、前記シース座部(42)および前記クリップ(43)は、前記4バー・リンク機構型の運動機構(11)の、互いに対角に位置するピン要素(18,17)の略位置に設けられている、自転車用のギアシフト装置(10)。
  10. 請求項1から8のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記ギアシフト作動手段(28)は、モータ式であり、前記4バー・リンク機構型の運動機構(11)の対角線に沿ってシャフト(29)を変位駆動するモータ(30)を含む、自転車用のギアシフト装置(10)。
  11. 請求項10に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記モータ(30)は、前記4バー・リンク機構型の運動機構(11)の内側で、前記4つのピン要素(16,17,18,19)のうちの第1のピン要素(16)に傾動可能に拘束された支持シェル(31)を介して支持されており、前記シャフト(29)は、前記4つのピン要素(16,17,18,19)のうちの前記第1のピン要素(16)に対して対角の位置にあるピン要素(19)に作用する、自転車用のギアシフト装置(10)。
  12. 請求項8に従属する場合の請求項10に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記モータ(30)は、前記シャフト(29)と直交する出力軸心を有しており、また、前記モータ(30)は、前記作動ピン(50)の回転をコマンドし、前記作動ピン(50)は、前記作動ピン(50)と一体回転可能であり且つ前記シャフト(29)に形成されたラック(51)と形状カップリングする歯付きスピンドル(49)を保持しており、これにより、前記作動ピン(50)は、前記シャフト(29)の並進変位を決める、自転車用のギアシフト装置(10)。
  13. 請求項12に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記ラック(51)は、前記作動ピン(50)に遊着したガイドシェル(52)の筒部(52a)内で並進案内され、このガイドシェル(52)は、前記歯付きスピンドル(49)と前記ラック(51)との形状カップリングを維持するように前記歯付きスピンドル(49)を収容している、自転車用のギアシフト装置(10)。
  14. 請求項4から13のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記第1の取付グループ(23)は、一方の締付けねじが他方の締付けねじの内側をスライドすることができるように互いに同軸に配置された一対の締付けねじ(24a,24b)、および前記締付けねじ(24a,24b)に対して回転可能なロック要素(26)を含み、このロック要素(26)には、前記フレーム(20)に対する前記ロック要素(26)の回転を制限する止め歯(26a)が設けられており、前記第1のチェーンテンション調整ばね(25)は、前記第1のチェーンテンション調整ばね(25)の前記第2の端部(25b)で、前記ロック要素(26)の孔に係合しており、これら締付けねじ(24a,24b)およびロック要素(26)は、前記第1のチェーンテンション調整ばね(25)の前記支持体としての役割を果たす、自転車用のギアシフト装置(10)。
  15. 請求項4から14のいずれか一項に記載の自転車用のギアシフト装置(10)において、前記第2の取付グループ(34)は、第5のピン要素(36)を含み、この第5のピン要素(36)は、前記第5のピン要素(36)の第1の端部(36a)で、前記チェーンガイド(21)に接続固定状態で連結しており、また、この第5のピン要素(36)には、前記第1の端部(36a)と反対側の第2の端部(36b)に、前記可動体(14)に対する連結インターフェースが設けられており、さらに、この第5のピン要素(36)は、前記第2のチェーンテンション調整ばね(35)の前記支持体としての役割を果たす、自転車用のギアシフト装置(10)。
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