JP2017043333A - 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】車輪の回転力を電力に変換することで発電する発電部と、ブレーキレバーを介した人力の伝達により前記車輪を制動する人力ブレーキと、人力により前記ブレーキレバーに生じた変位、または前記ブレーキレバーに与えられた人力を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づく演算を行う演算部と、前記演算部の演算結果に基づき、前記車輪をさらに制動する補助ブレーキと、を備え、前記演算部は、前記発電部から供給される電力により駆動され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、
車輪の回転力を電力に変換することで発電する発電部（３１）と、
ブレーキレバーを介した人力の伝達により前記車輪を制動する人力ブレーキ（後輪人力ブレーキ１３、前輪人力ブレーキ２３）と、
人力により前記ブレーキレバーに生じた変位、または前記ブレーキレバーに与えられた人力を検出する検出部（左ブレーキセンサ１１、右ブレーキセンサ２１）と、
前記検出部の検出結果に基づく演算を行う演算部（補助ブレーキ制御部４０）と、
前記演算部の演算結果に基づき、前記車輪をさらに制動する補助ブレーキ（後輪補助ブレーキ１２、前輪補助ブレーキ２２）と、を備え、
前記演算部（補助ブレーキ制御部４０）は、前記発電部（３１）から供給される電力により駆動される
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電力が発電部３１から供給されるため、補助ブレーキを制御する構成である演算部などに電力を供給するためのバッテリなどを必要としない構成にすることができる。

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。

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。 キャリブレーション処理の具体例を示すフローチャート。

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、ブレーキセンサ１１、２１、後輪補助ブレーキ１２、前輪補助ブレーキ２２、及び発電部３１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、ブレーキレバー１０、２０とは、後述の左ブレーキレバー１０及び右ブレーキレバー２０の総称である。また、ブレーキセンサ１１、２１とは、後述の左ブレーキレバー１１及び右ブレーキレバー２０の総称である。その他の構成についても同様に、左右または前後輪で同様の構成については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、左ブレーキセンサ１１、補助ブレーキ制御部４０、後輪補助ブレーキ１２、及び後輪人力ブレーキ１３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、右ブレーキセンサ２１、補助ブレーキ制御部４０、前輪補助ブレーキ２２、及び前輪人力ブレーキ２３を備える。さらに、本実施形態の自転車は、バッテリ３０及び発電部３１を備える。なお、補助ブレーキ制御部４０は、左右のブレーキのための共通の構成である。

図３は、本実施形態の自転車におけるブレーキ装置である後輪補助ブレーキ１２の構成を示す図である。この構成は、後輪補助ブレーキ１２の構成であるが、前輪補助ブレーキ２２も同様の構成である。図３に示されるように、本実施形態の後輪補助ブレーキ１２は、固定具５０、板バネ５１、ギアードモータユニット５２、ワイヤー５３、第１アーム５４、第２アーム５５、及びブレーキシュー５６を含んで構成される。また、この後輪補助ブレーキ１２は、ギアードモータユニット５２が補助ブレーキ制御部４０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。当該図は左ブレーキの構成について示しているが、右ブレーキについても同様の構成である。図４に示されるように、自転車のグリップ６０には、左ブレーキレバー１０が連結されている。グリップ６０と左ブレーキレバー１０との連結箇所には、左ブレーキセンサ１１が配置される。左ブレーキレバーは、搭乗者により操作されることで変位し、これによりグリップ６０に対して左ブレーキレバー１０が移動する。

＜ブレーキレバー１０、２０＞
ブレーキレバー１０、２０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６０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６０に対して変位（移動）し（図４参照）、これによりグリップ６０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１３、１４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。

＜ブレーキセンサ１１、２１＞
ブレーキセンサ１１、２１は、左ブレーキセンサ１１及び右ブレーキセンサ２１の総称である。ブレーキセンサ１１、２１は、図１、図２及び図４に示されるように、グリップ６０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６０に対するブレーキレバー１０、２０の状態を検出する。ブレーキセンサ１１、２１は、角度センサ、エンコーダを利用した位置センサ、もしくは圧力センサ、またはこれらの組み合わせにより構成される。ブレーキセンサ１１、２１は、これらの構成により、搭乗者の力によりブレーキレバー１０、２０に発生した変位（移動量）、またはブレーキレバー１０、２０に搭乗者が与えた力を検出する。ブレーキセンサ１１、２１は、検出結果（センサ情報とも呼ぶ）を補助ブレーキ制御部４０に出力する。

＜補助ブレーキ制御部４０＞
補助ブレーキ制御部４０は、図２に示されるように、ブレーキセンサ１１、２１の検出結果（センサ情報）を受け取り、このセンサ情報に基づく演算を行い、補助ブレーキ１２、２２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４０は、センサ情報に基づき、補助ブレーキ１２、２２により車輪に与えられる制動力（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、または搭乗者によりブレーキレバーに与えられた力が強いほど、補助ブレーキ制御部４０は、補助ブレーキ１２、２２から車輪に対して発生される制動力を大きくする。

＜補助ブレーキ１２、２２＞
補助ブレーキ１２、２２は、後輪補助ブレーキ１２及び前輪補助ブレーキ２２の総称である。補助ブレーキ１２、２２は、補助ブレーキ制御部４０の制御により、所定の力で車輪を制動する。車輪に与えられる制動力（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）、またはブレーキレバー１０、２０に搭乗者が与えた力により変化する。

＜人力ブレーキ１３、２３＞
人力ブレーキ１３、２３は、後輪人力ブレーキ１３、及び前輪人力ブレーキ２３の総称である。人力ブレーキ１３、２３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、自転車の車体におけるブレーキセンサ１１、２１の近傍に設置され、図２に示されるようにブレーキセンサ１１、２１に対して電力を供給する。バッテリ３０は、電池などで構成される。なお、バッテリ３０は本発明に必須の構成ではなく、発電部３１によりブレーキセンサ１１、２１に電力が供給される構成としてもよい。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。

＜発電部３１＞
発電部３１は、図１に示されるように、自転車の前輪の中央部分に連結されて配置され、補助ブレーキ制御部４０、及び補助ブレーキ１２、２２に対して電力を供給する。

＜固定具５０＞
図３に示されるように、固定具５０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５０は、ブレーキ装置の動作の軸となる。

＜板バネ５１＞
板バネ５１は、ブレーキ装置の第１アーム５４に取り付けられたブレーキシュー５６と第２アーム５５に取り付けられたブレーキシュー５６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５２が動作していない定常状態では、板バネ５１の作用により第１アーム５４のブレーキシュー５６と第２アーム５５のブレーキシュー５６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５２＞
ギアードモータユニット５２は、第２アーム５５の一端に固定される。ギアードモータユニット５２は、補助ブレーキ制御部４０から制御信号を受信し、これに基づいてブレーキシュー５６を動作させるため、ワイヤー５３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５２が動作することで、ブレーキシュー５６が車輪に対して制動力を与えるよう動作する。

＜ワイヤー５３＞
ワイヤー５３は、ギアードモータユニット５２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５３が伸縮すると、ワイヤー５３に連結された第１アーム５４の一端と第２アームの一端が動かされ、これによりブレーキシュー５６が動作する。

＜第１アーム５４＞
第１アーム５４は、固定具５０により車体に取り付けられ、その一端はワイヤー５３に連結され、その他端にはブレーキシュー５６を備える。上記のとおり、第１アーム５４は板バネ５１により付勢力が与えられ、これにより、第１アーム５４のブレーキシュー５６は、第２アーム５５のブレーキシュー５６に対して離れる方向に力が与えられる。

＜第２アーム５５＞

第２アーム５５は、固定具５０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５２が固定されると共にワイヤー５３が挿通される。第２アーム５５の他端にはブレーキシュー５６を備える。上記のとおり、第２アーム５５は板バネ５１により付勢力が与えられ、これにより、第２アーム５５のブレーキシュー５６は、第１アーム５４のブレーキシュー５６に対して離れる方向に力が与えられる。

＜ブレーキシュー５６＞
ブレーキシュー５６は、車輪を両側から挟みこむことで車輪に対して制動力を与えるよう構成される。つまり、補助ブレーキ制御部４０は、補助ブレーキ１２、２２が備えるブレーキシュー５６を間接的に動作させることで車輪に対して制動力を与える。

＜グリップ６０＞
図４に示されるように、グリップ６０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６０と左ブレーキレバー１０との連結部には、左ブレーキセンサ１１が設置される。

＜（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。後述する図６は、本実施形態の自転車におけるキャリブレーション処理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４０は、ギアードモータユニット５２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のブレーキシュー５６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、ブレーキセンサ１１、２１が、搭乗者によりブレーキレバー１０、２０に与えた変位、またはブレーキレバー１０、２０に搭乗者が与えた力を検出する。これにより、ブレーキセンサ１１、２１はセンサ情報を取得する（Ｓ１２０）。そして、ブレーキセンサ１１、２１は、補助ブレーキ制御部４０に対してセンサ情報を出力する。

＜Ｓ１４０＞
次に、補助ブレーキ制御部４０は、センサ情報を変数「ｉ」として保存（記憶）する。この変数「ｉ」は、補助ブレーキ制御部４０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４０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、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４０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、補助ブレーキ制御部４０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４０は、補助ブレーキ１２、２２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、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４０が補助ブレーキ１２、２２を動作させる。

＜Ｓ１８０＞
Ｓ１７０の処理が終わったら、またはＳ１６０の処理でｉ＝ｎであったら（センサ情報に変化が無ければ）、補助ブレーキ制御部４０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４０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４０により補助ブレーキ１２、２２のブレーキシュー５６に発生させられる制動力（ブレーキ力）は、搭乗者がブレーキレバー１０、２０に与えた変位（移動量）、またはブレーキレバー１０、２０に搭乗者が与えた力に応じて決定される。より具体的には、補助ブレーキ制御部４０は、搭乗者がブレーキレバー１０、２０に与えた変位が大きければ、大きな制動力を車輪に対して与え、または、搭乗者がブレーキレバー１０、２０に与えた力（握力）が強ければ、大きな制動力を車輪に対して与える。

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。

次に、本実施形態のブレーキ装置において行われるキャリブレーション処理について、図６を参照しながら説明する。

＜Ｓ３００〜Ｓ３１０＞
ブレーキ装置のキャリブレーション処理が開始されると（Ｓ３００）、ブレーキセンサ１１、２１は、搭乗者によりブレーキレバー１０、２０が握られておらず、解放された状態でのブレーキセンサにより検出された情報（センサ情報）を取得する（Ｓ３１０）。

＜Ｓ３２０＞
次に、補助ブレーキ制御部４０は、上記処理で取得されたセンサ情報を、変数「ＭＩＮ」として保存（記憶）する（Ｓ３２０）。

＜Ｓ３３０＞
次に、補助ブレーキ制御部４０は、搭乗者に対する通知機能（図示せず）により、搭乗者に対してブレーキレバー１０、２０を全力で握るよう促す。これに応じた搭乗者は、ブレーキレバー１０、２０を全力で握る（Ｓ３３０）。

＜Ｓ３４０＞
次に、補助ブレーキ制御部４０は、上記処理で取得されたセンサ情報を、変数「ＭＡＸ」として保存（記憶）する（Ｓ３４０）。

＜Ｓ３５０＞
上記処理により、搭乗者がブレーキレバー１０、２０に対して全く力を与えない状態でのセンサ情報「ＭＩＮ」と、搭乗者がブレーキレバー１０、２０に対して全力で力を与えた状態でのセンサ情報「ＭＡＸ」とが補助ブレーキ制御部４０により保存（記憶）されている。ここで、補助ブレーキ制御部４０は、これらの「ＭＡＸ」と「ＭＩＮ」とのセンサ情報に応じて、車輪に対して発生させるべき制動力（ブレーキ力）の１００％〜０％を対応させる処理を行う（Ｓ３５０）。

上記処理により、搭乗者がブレーキレバー１０、２０を全力で握ったときには、車輪に対して最も強い制動力が与えられることとなる。なお、センサ情報は、ブレーキレバー１０、２０の変位（移動量）、またはブレーキレバー１０、２０に与えられた人力（握力）を示している。

上記のようなキャリブレーション処理を実行することで、本実施形態の自転車のブレーキ装置では、搭乗者の握力に関わらず、より適切に、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。

＜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、車輪をブレーキシューにより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、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…左ブレーキセンサ
１２…後輪補助ブレーキ
１３…後輪人力ブレーキ
２０…右ブレーキレバー
２１…右ブレーキセンサ
２２…前輪補助ブレーキ
２３…前輪人力ブレーキ
３０…バッテリ
３１…発電部
４０…補助ブレーキ制御部
５０…固定具
５１…板バネ
５２…ギアードモータユニット
５３…ワイヤー
５４…第１アーム
５５…第２アーム
５６…ブレーキシュー
６０…グリップ

Claims (3)

1. 車輪の回転力を電力に変換することで発電する発電部と、
   ブレーキレバーを介した人力の伝達により前記車輪を制動する人力ブレーキと、
   人力により前記ブレーキレバーに生じた変位、または前記ブレーキレバーに与えられた人力を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づく演算を行う演算部と、
   前記演算部の演算結果に基づき、前記車輪をさらに制動する補助ブレーキと、を備え
   前記演算部は、前記発電部から供給される電力により駆動される
   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. 請求項１または請求項２のいずれか１個に記載のブレーキ装置を含む自転車。