JP2017043332A - ブレーキ装置及び自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】握力が弱い者であっても十分な強さのブレーキ力を発生させることが可能なブレーキ装置を提供する。【解決手段】ブレーキレバーを介した人力の伝達により車輪を制動する人力ブレーキと、前記ブレーキレバーに生じた変位を検出して無線で送信する無線送信部と、前記無線送信部より受信した前記変位に応じて、前記車輪をさらに制動する補助ブレーキと、を備えるブレーキ装置を採用する。【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、自転車などに搭載されるブレーキ装置などに関する。

従来から、人力でブレーキを動作させ、これによって車輪を制動する自転車などのブレーキ装置では、搭乗者の手元にあるレバーを搭乗者が操作することでブレーキが動作するため、ブレーキングの力（ブレーキ力）は操作者の握力に依存していた。

特開２０１４−０４２４５０号公報

しかしながら、上記従来のブレーキ装置では、握力が弱い者は、走行速度に対して十分な力でブレーキをかけることが困難となる場合があった。また、例えば連続してブレーキを掛けようとする場合には、操作者の腕が疲れてしまうなどの課題もあった。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
ブレーキレバーを介した人力の伝達により車輪を制動する人力ブレーキ（ブレーキレバー１０、２０、及び人力ブレーキ用ブレーキシュー１６、２６）と、
前記ブレーキレバーに生じた変位を検出して無線で送信する無線送信部（近接センサ１１、２１、及び無線送信部１２、２２）と、
前記無線送信部より受信した前記変位に応じて、前記車輪をさらに制動する補助ブレーキ（無線受信部１３、２３、補助ブレーキ制御部１４、２４、及び補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５）と、を備える
ブレーキ装置である。

上記のブレーキ装置によれば、人力ブレーキに加え、補助ブレーキを備えているため、握力が弱い者が操作している場合、またはユーザが疲労した場合であっても十分な強さのブレーキ力を発生させることができる。また、補助ブレーキを機能させるための、ブレーキレバーに生じた変位を示す信号が無線で送受信されるため、複雑な配線などを行うことなく、補助ブレーキ装置を自転車などに搭載することができる。

上記ブレーキ装置において、好ましくは、
前記人力ブレーキと前記補助ブレーキとは、互いに別構成により前記車輪を制動する。

上記のブレーキ装置によれば、人力ブレーキとは別構成の補助ブレーキを備えるため、人力ブレーキのためのブレーキシューなどの摩耗を抑制することができ、部品交換頻度を低減することなどが可能となる。

上記ブレーキ装置において、好ましくは、
前記変位検出送信部は、ブレーキレバーに生じた変位を検出する近接センサを含む。

上記のブレーキ装置によれば、近接センサにより、ユーザがブレーキレバーに生じさせた変位を検出するため、ブレーキレバーに負荷をかけることなく、ブレーキレバーに生じた変位を検出することが可能となる。

また、本発明の別の手段は、上記いずれかのブレーキ装置を含む自転車である。

上記の自転車によれば、握力が弱いものが搭乗していたとしても、または搭乗者が疲労した場合であっても、十分な強さのブレーキ力を発生させることが可能となる。

自転車の外観を示す図。 ブレーキ装置の機能的構成を示す図。 ブレーキ部分の構成を示す図。 ブレーキレバー部分の構成を示す図。 補助ブレーキの動作例を示すフローチャート。 近接センサにより検出された距離と、ブレーキシューに与えられるブレーキ力との関係を示す図。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
（１）自転車の構成例
（２）補助ブレーキの動作例
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態の自転車に搭載されたブレーキ装置の特徴のひとつは、人力ブレーキに加え、補助ブレーキを備えており、特に、補助ブレーキの動作のための信号を無線で送受信している点である。以下、本実施形態の特徴的なブレーキ装置を備える自転車について、図面を参照しながら具体的に説明する。

＜（１）自転車の構成例＞
図１は、本実施形態の自転車の外観を示す図である。図１に示されるように、本実施形態の自転車は、ブレーキレバー１０、２０、無線送信部１２、２２、後輪無線受信部１３、前輪無線受信部２３、及びバッテリ３０を含んで構成される。本実施形態の自転車は、これらの特徴的な構成以外にも、車輪、車体、ペダル、およびチェーンなどの、通常の自転車が備える構成を備えているが、本発明の特徴部分ではないためこれらの構成については説明を省略する。なお、左ブレーキレバー１０と右ブレーキレバー２０とを総称して、ブレーキレバー１０、２０と呼ぶように、左右または前後輪で同様の構成についてはその総称で呼ぶことがある。

図２は、本実施形態の自転車の機能的構成を示す図である。図２に示されるように、本実施形態の自転車は、左ブレーキ（後輪用ブレーキ）のための構成として、左ブレーキレバー１０、左近接センサ１１、左無線送信部１２、後輪無線受信部１３、後輪補助ブレーキ制御部１４、後輪補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、及び後輪人力ブレーキ用ブレーキシュー１６を備える。また、本実施形態の自転車は、右ブレーキ（前輪用ブレーキ）のための構成として、右ブレーキレバー２０、右近接センサ２１、右無線送信部２２、前輪無線受信部２３、前輪補助ブレーキ制御部２４、前輪補助ブレーキ用ブレーキシュー２５、及び前輪人力ブレーキ用ブレーキシュー２６を備える。さらに、本実施形態の自転車は、バッテリ３０を備える。

図３は、本実施形態の自転車におけるブレーキ装置（補助ブレーキ）の構成を示す図である。この構成は、前輪用の補助ブレーキ、及び後輪用の補助ブレーキで同様の構成である。図３に示されるように、本実施形態のブレーキは、固定具４０、板バネ４１、ギアードモータユニット４２、ワイヤー４３、第１アーム４４、第２アーム４５、及びブレーキシュー１５、２５を含んで構成される。また、この補助ブレーキは、ギアードモータユニット４２が無線受信部（１３、２３）から信号を受信することで作動する。なお、人力ブレーキについては従来の一般的なブレーキ装置と同様の構成を採用する。

図４は、本実施形態の自転車におけるブレーキレバー部分の構成を示す図である。図４に示されるように、自転車のグリップ５０に連結されるよう、ブレーキレバー１０、２０が配置される。ブレーキレバー１０、２０及びグリップ５０には近接センサ１１、２１が配置される。

＜ブレーキレバー１０、２０＞
ブレーキレバーは、左ブレーキレバー１０及び右ブレーキレバー２０の総称である。ブレーキレバー１０、２０は、図１、図２、及び図４に示されるように、自転車のグリップ５０に連結されて配置される。ブレーキレバー１０、２０は、自転車の搭乗者により与えられたグリップ力によりグリップ５０に対して変位（移動）し（図４参照）、これによりグリップ５０とブレーキレバー１０、２０との距離が変化する。ブレーキレバー１０、２０が操作されると、このとき搭乗者により与えられた力（人力）は、人力ブレーキ用ブレーキシュー１６、２６に機械的に伝達され、これにより車輪にブレーキ力が与えられて制動される。

＜近接センサ１１、２１＞
近接センサ１１、２１は、左近接センサ１１及び右近接センサ２１の総称である。近接センサ１１、２１は、図２及び図４に示されるように、グリップ５０及びブレーキレバー１０、２０に結合され、これによってグリップ５０に対するブレーキレバー１０、２０の変位（近接距離）を検出する。近接センサ１１、２１は、検出結果を無線送信部１２、２２に出力する。

＜無線送信部１２、２２＞
無線送信部１２、２２は、左無線送信部１２及び右無線送信部２２の総称である。無線送信部１２、２２は、図１に示されるようにブレーキレバー１０、２０の近傍に配置され、図２に示されるように近接センサ１１、２１から検出結果を受け取る。無線送信部１２、２２は、近接センサ１１、２１から受信した、ブレーキレバー１０、２０の変位を示す、グリップ５０とブレーキレバー１０、２０との近接距離に関する情報を無線受信部１３、２３に無線で送信する。なお、近接センサ１１、２１と無線送信部１２、２２とは、「無線送信部」として一体的な構成であってもよい。

＜無線受信部１３、２３＞
無線受信部１３、２３は、後輪無線受信部１３、及び前輪無線受信部２３の総称である。無線受信部１３、２３は、図２に示されるように、無線送信部１２、２２から送信されたブレーキレバー１０、２０の変位を示す、グリップ５０とブレーキレバー１０、２０との近接距離に関する情報を無線で受信して、補助ブレーキ制御部１４、２４に出力するよう構成される。また、図１に示されるように、無線受信部１３、２３は車輪の近傍に配置される。なお、無線受信部１３、２３、後述の補助ブレーキ制御部１４、２４、及び後述の補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、１６は、「補助ブレーキ」として一体的な構成であってもよい。

＜補助ブレーキ制御部１４、２４＞
補助ブレーキ制御部１４、２４は、後輪補助ブレーキ制御部１４、及び前輪補助ブレーキ制御部２４の総称である。補助ブレーキ制御部１４、２４は、図２に示されるように、無線受信部１３、１４から入力される、ブレーキレバー１０、２０の変位を示す、グリップ５０とブレーキレバー１０、２０との近接距離に関する情報に基づいて、補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５を動作させる。これにより、後輪及び前輪がブレーキングにより制動される。補助ブレーキ制御部１４、２４は、ブレーキレバー１０、２０の変位情報に基づき、補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５に発生させる制動力（ブレーキング力、または車輪に対するグリップ力とも呼ぶ）を制御する。より具体的には、ブレーキレバー１０、２０の変位が大きいほど、すなわちグリップ５０とブレーキレバー１０、２０との距離が近いと検出されるほど、補助ブレーキ制御部１４、２４は、補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５に大きな制動力を発生させる。

＜補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５＞
補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５は、後輪補助ブレーキ用ブレーキシュー１５及び前輪補助ブレーキ用ブレーキシュー２５の総称である。補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５は、補助ブレーキ制御部１４、２４の制御により、所定の力で車輪を制動する。車輪の制動力（ブレーキング力、車輪のグリップ力）は、上記のとおり、ブレーキレバー１０、２０に搭乗者が与えた変位（移動距離）により変化する。

＜人力ブレーキ用ブレーキシュー１６、２６＞
人力ブレーキ用ブレーキシュー１６、２６は、後輪人力ブレーキ用ブレーキシュー１６、及び前輪人力ブレーキ用ブレーキシュー２６の総称である。人力ブレーキ用ブレーキシュー１６、２６は、従来の自転車に用いられる一般的なブレーキ機構により動作するブレーキシューであり、搭乗者がブレーキレバー１０、２０に与えた力の伝達を受けて車輪に対して制動力を与える。

＜バッテリ３０＞
バッテリ３０は、図１に示されるように自転車の車体に設置され、図２に示されるように無線受信部１３、１４、及び補助ブレーキ制御部１４、２４に対して電力を供給する。また、バッテリ３０は、近接センサ１１、２１、及び無線送信部１２、２２に対しても電力を供給してもよい。なお、バッテリ３０は本発明に必須の構成ではなく、車輪の回転により発生された電力を利用して、無線受信部１３、２３、及び補助ブレーキ制御部１４、２４を動作させてもよい。但し、安全性の観点よりバッテリ３０を備えることが好ましい。特に、電動自転車などであれば、車輪に対して駆動力を与えるバッテリと共通して利用することが好ましい。

＜固定具４０＞
図３に示されるように、固定具４０は、車体にブレーキ装置を取り付けるための構成であり、これによりブレーキ装置が車輪に対して安定的に支持される。また、固定具４０は、ブレーキ装置の動作の軸となる。

＜板バネ４１＞
板バネ４１は、ブレーキ装置の第１アーム４４に取り付けられたブレーキシューと第２アーム４５に取り付けられたブレーキシューとが離れる方向に付勢する（力を与える）よう構成される。すなわち、ギアードモータユニット４２が動作していない定常状態では、板バネ４１の作用により第１アーム４４のブレーキシューと第２アーム４５のブレーキシューとが、車輪に対して十分に離間し、車輪に対して制動力を与えない状態となっている。

＜ギアードモータユニット４２＞
ギアードモータユニット４２は、第２アーム４５の一端に固定される。ギアードモータユニット４２は、補助ブレーキ制御部１４、２４から制御信号を受信し、これに基づいて補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５を動作させるため、ワイヤー４３を巻き取る動作をするよう構成される。このように、ギアードモータユニット４２が動作することで、補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５が車輪に対して制動力を与えるよう動作する。

＜ワイヤー４３＞
ワイヤー４３は、ギアードモータユニット４２によりその一端が巻き取られることで伸縮するよう構成される。ワイヤー４３が伸縮すると、ワイヤー４３に連結された第１アーム４４の一端と第２アーム４５の一端が動かされ、これにより補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５が動作する。

＜第１アーム４４＞
第１アーム４４は、固定具４０により車体に取り付けられ、その一端はワイヤー４３に連結され、その他端にはブレーキシュー１５、２５を備える。上記のとおり、第１アーム４４は板バネ４１により付勢力が与えられ、これにより、第１アーム４４のブレーキシュー１５、２５は、第２アーム４５のブレーキシュー１５、２５に対して離れる方向に力が与えられる。

＜第２アーム４５＞
第２アーム４５は、固定具４０により車体に取り付けられ、その一端にはギアードモータユニット４２が固定されると共にワイヤー４３が挿通される。第２アーム４５の他端にはブレーキシュー１５、２５を備える。上記のとおり、第２アーム４５は板バネ４１により付勢力が与えられ、これにより、第２アーム４５のブレーキシュー１５、２５は、第１アーム４４のブレーキシュー１５、２５に対して離れる方向に力が与えられる。

＜グリップ５０＞
図４に示されるように、グリップ５０は自転車の一般的なグリップであって、ユーザによる前輪の操作のために用いられるハンドルの端部に配置され、ブレーキレバー１０、２０と連結される。グリップ５０には、近接センサ１１、２１の一方が取り付けられる。

＜（２）補助ブレーキの動作例＞
ここで、上記のような構成を備える本実施形態の自転車における、補助ブレーキの動作例について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の自転車における補助ブレーキの動作例を示すフローチャートである。

＜Ｓ１００〜Ｓ１１０＞
補助ブレーキ機能が搭乗者により作動開始されると（Ｓ１００）、まず、補助ブレーキ制御部１４、２４は、ギアードモータユニット４２を駆動させ、補助ブレーキの位置を初期位置にする処理を行う（Ｓ１１０）。この処理では、補助ブレーキ、すなわち補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５が完全に解放され、車輪に対して全く制動力が与えられていない状態となる。

＜Ｓ１２０＞
次に、近接センサ１１、２１が、搭乗者によりブレーキレバー１０、２０に与えた変位を検出する。

＜Ｓ１３０＞
次に、無線送信部１２、２２は、検出されたブレーキレバー１０、２０に発生した変位を示す情報（近接センサ情報）を、無線受信部１３、２３に無線で送信する。

＜Ｓ１４０＞
ブレーキレバー１０、２０に発生した変位を示す情報（近接センサ情報）を受信した無線受信部１３、２３は、この近接センサ情報を変数「ｉ」として保存（記憶）する。この変数「ｉ」は、無線受信部１３、２３または補助ブレーキ制御部１４、２４が内部に備えるメモリに記憶される。

＜Ｓ１５０＞
次に、補助ブレーキ制御部１４、２４は、上記処理で保存された変数「ｉ」と、変数「ｎ」とを比較する。変数「ｎ」とは、次のＳ１６０で保存される、変数「ｉ」の過去の値である。すなわち、当該処理は、近接センサ情報に変化が生じたか否かを検知するための処理である。

＜Ｓ１６０＞
上記処理でｉ≠ｎであった場合には、補助ブレーキ制御部１４、２４は、変数「ｉ」の値を変数「ｎ」の値として保存（記憶）する。この変数「ｎ」も、変数「ｉ」同様、無線受信部１３、２３または補助ブレーキ制御部１４、２４が内部に備えるメモリに記憶される。

＜Ｓ１７０＞
次に、補助ブレーキ制御部１４、２４は、ギアードモータユニット４２を駆動することで補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５を動作させ、変数「ｎ」に対応するブレーキ力（制動力）を車輪に対して発生させる。すなわち、近接センサ情報に変化が発生した場合には、新たに検出された近接センサ情報に対応するブレーキ力が発生するよう、補助ブレーキ制御部１４、２４がギアードモータユニット４２を駆動して補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５を動作させる。

＜Ｓ１８０＞
Ｓ１７０の処理が終わったら、またはＳ１５０の処理でｉ＝ｎであったら（近接センサ情報に変化が無ければ）、補助ブレーキ制御部１４、２４は、この時点で補助ブレーキ機能がオンになったままであるか否かを確認する。補助ブレーキ機能がオンのままであれば（Ｓ１８０でＹＥＳ）、Ｓ１２０の処理に戻る。

＜Ｓ１９０〜Ｓ２００＞
一方で、補助ブレーキ機能がオフになっていれば（Ｓ１８０でＮＯ）、補助ブレーキ制御部１４、２４は、補助ブレーキ位置を初期位置に戻して（Ｓ１９０）、補助ブレーキ処理を終了する（Ｓ２００）。

ここで、補助ブレーキ制御部１４、２４により補助ブレーキ用ブレーキシュー１５、２５に発生させられる制動力（ブレーキ力）について説明する。図６は、近接センサにより検出された距離（近接センサ情報が示すブレーキレバー１０、２０の変位情報）と、ブレーキ力との関係を示す図である。図６に示されるように、近接センサにより検出された距離が近いほど大きなブレーキ力が発生し、この距離が遠いほどブレーキ力が小さくなる。つまり、補助ブレーキ制御部１４、２４は、搭乗者がブレーキレバー１０、２０を大きく動作させる（変位させる）ことで、大きなブレーキ力が発生するような制御を行っている。

本実施形態の自転車は、上記のような構成のブレーキ装置を備え、また上記のような処理を実行可能であるため、この補助ブレーキの作用により、例えば握力が弱い者が自転車の搭乗者であった場合であっても、十分な強さのブレーキ力を発生させることが可能となる。また、補助ブレーキを機能させるための近接センサ情報は、無線通信により送受信させる構成としているため、複雑な配線などを行うことなく、自転車に補助ブレーキ機能を搭載することが可能となる。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明は、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

上記実施形態では、自転車を具体例として挙げて説明したが、本実施形態のブレーキ装置は必ずしも自転車にのみ適用されるものではない。本実施形態のブレーキ装置は、例えば駆動力を備える二輪車などにも適用可能である。また、２つの車輪を備える構成に限定されるものではなく、任意の数の車輪を備える構成に適用可能である。

また、上記実施形態では、車輪を直接的に制動するブレーキ装置を例に挙げて説明したが、車輪と結合されたディスクを制動することで車輪を間接的に制動するブレーキ装置としても適用可能である。

また、上記実施形態では、ブレーキレバー１０、２０の変位を検出するために近接センサ１１、２１を用いたが、ブレーキレバー１０、２０の変位を検出可能な近接センサ１１、２１に代わる構成を備えてもよい。

また、上記実施形態では、前輪と後輪とがそれぞれ別々に動作する構成を具体例として挙げているが、前輪と後輪とが連動して動作する構成であってもよい。また、前輪または後輪の一方のみが本実施形態のブレーキ装置を備えるような構成とすることも可能である。

本発明は、自転車に搭載されるブレーキ装置などとして好適に適用される。

１０…左ブレーキレバー
１１…左近接センサ
１２…左無線送信部
１３…後輪無線受信部
１４…後輪補助ブレーキ制御部
１５…後輪補助ブレーキ用ブレーキシュー
１６…後輪人力ブレーキ用ブレーキシュー
２０…右ブレーキレバー
２１…右近接センサ
２２…右無線送信部
２３…前輪無線受信部
２４…前輪補助ブレーキ制御部
２５…前輪補助ブレーキ用ブレーキシュー
２６…前輪人力ブレーキ用ブレーキシュー
３０…バッテリ
４０…固定具
４１…板バネ
４２…ギアードモータユニット
４３…ワイヤー
４４…第１アーム
４５…第２アーム
５０…グリップ

Claims (4)

1. ブレーキレバーを介した人力の伝達により車輪を制動する人力ブレーキと、
   前記ブレーキレバーに生じた変位を検出して無線で送信する無線送信部と、
   前記無線送信部より受信した前記変位に応じて、前記車輪をさらに制動する補助ブレーキと、を備える
   ブレーキ装置。
2. 前記人力ブレーキと前記補助ブレーキとは、互いに別構成により前記車輪を制動する
   請求項１に記載のブレーキ装置。
3. 前記無線送信部は、ブレーキレバーに生じた変位を検出する近接センサを含む
   請求項１または請求項２に記載のブレーキ装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１個に記載のブレーキ装置を含む自転車。