JP2017149327A - ハンドルロック装置および移動体 - Google Patents

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浩之 鬼塚
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宏昭 竹谷
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Abstract

【課題】ハンドルにて走行方向を切り換える移動体において利用でき、破壊などの強硬な手法によるロック解除が行い難いハンドルロック装置を提供する。
【解決手段】ハンドルロック装置20は、ハンドルと一体に回転するステアリングコラム11の内部に固定されるロックユニットと、ヘッドチューブ12の内部に固定される固定ブラケット70とを備え、ロックユニットは、ステアリングコラム11の案内用長孔11aから先端部31aが突出するロックピン31と、ロックピン31を軸方向に往復移動させるロックピン駆動機構とを備え、固定ブラケット70は、ロックピン31が係合する係合溝71を有している。
【選択図】図10

Description

本発明は、ハンドルにて走行方向を切り換える移動体に搭載可能なハンドルロック装置、および移動体に関する。
自転車などのハンドルは駐車中に自然に回転する場合があり、特に前輪上に取り付けられた荷籠に荷物が入っているとその重みで簡単に回転し、自転車などが転倒してしまうという問題がある。そのため、従来からハンドルの回転を制限するハンドルロック装置が知られている。
例えば、特許文献1には、自転車のフロントフォークの上部に二股状のストッパ片を上下に搖動可能に取り付け、該ストッパ片でメインフレームを挟むことでハンドルをロックするハンドルロック装置が記載されている。
また、特許文献2には、スライド可能に設けられたハンドル固定部材を、第1バネ部材の付勢に反して自転車のステアリングコラムパイプに取り付けられた受部材に押し込んで嵌め込むことでハンドルをロックするハンドロック装置が記載されている。
一方、従来から、自動二輪などにおいては、盗難防止のために、ハンドルを回転させた状態でしかキーが抜けない構成となっている。
特開2009−214807号公報(2009年9月24日公開) 特開2000−233783号公報(2000年8月29日公開)
自転車に限定されるものではないが、ハンドルにて走行方向を切り換える移動体においては、自動二輪などに採用されているように、ハンドルを回転させた状態でロックして駐輪しておくことで、盗難され難い構成となる。そのため、ハンドルロック装置は、転倒の抑制だけでなく、盗難防止のための錠としても機能させることができる。
しかしながら、前記特許文献1,2に記載されているハンドルロック装置の構成では、ハンドルロック装置自体が自転車などの移動体に露出して設けられており、ストッパ片やハンドル固定部材を操作することで、ユーザーに限らず誰でも解除することができる。そのため、従来の転倒抑制のためのハンドルロック装置をそのまま盗難防止のための錠として利用することはできない。
なお、ハンドルロック装置に、ロック状態を維持するための錠を別途設け、この錠の鍵を所持するユーザー以外は、ロックを解除できない構成とすることも考えられる。しかしながら、ハンドルロック装置が露出しているため、破壊などの強硬な手法が用いられた場合には、比較的容易にロックが解除されてしまう。
本願発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハンドルにて走行方向を切り換える移動体において利用でき、破壊などの強硬な手法によるロック解除が行い難いハンドルロック装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明のハンドルロック装置は、ハンドルにて走行方向を切り換える移動体に搭載されるハンドルロック装置であって、前記移動体の外装部の一部を成す第1筒の内部に固定される固定部と、前記第1筒の内部に位置し、ハンドルと一体に回転するロックピンと、前記第1筒の内部に位置し、前記ロックピンを前記第1筒の軸方向に往復移動させるロックピン駆動機構と、を備え、前記固定部は、前記ロックピンの先端部が係合する係合溝を有し、前記ロックピン駆動機構は、ロック時、前記先端部が前記係合溝に係合するように前記ロックピンを移動させ、ロック解除時、前記先端部が前記係合溝から離れるように前記ロックピンを移動させる、ことを特徴としている。
上記構成によれば、ロックピンは、ハンドルと一体に回転し、固定部は、移動体の外装部の一部を成す第1筒の内部に固定される。固定部には、軸方向の端面に、ロックピンの先端部が係合する係合溝が形成されている。ロックピン駆動機構が、ロックピンを移動させてその先端部を、固定部に形成された係合溝に係合させることで、ハンドルの回転が規制され、ハンドルがロックされる。ロック解除時は、ロックピン駆動機構がロックピンを移動させてその先端部を係合溝から離脱させる。これにより、ハンドルの規制が解除され、回転可能となる。
しかも、上記構成によれば、ロックピン、ロックピン駆動機構、および固定部は、移動体の外装部の内部に収容されるので、移動体の外部から視認できない。そのため、ハンドルロック装置を破壊するなどの強硬な手法を用いてのロック解除が行い難い。また、ロック時のハンドルを、移動体を真っ直ぐに進めることが困難な程度に切っておくことで、盗難防止のための錠としても利用することができる。
この場合、前記ロックピンは、前記ハンドルと一体に回転する第2筒に形成された孔から先端部が突出し、前記ロックピン駆動機構は、前記第2筒の内部に位置している構成としてもよい。
本発明のハンドルロック装置は、さらに、前記ロックピン駆動機構は、移動部品と、前記移動部品を、第1位置および該第1位置よりも前記固定部から離れた第2位置の間で移動させる駆動部と、前記ロックピンを前記固定部に向かって付勢する付勢部と、を備え、前記移動部品が前記第1位置にあるとき、前記先端部が前記付勢部の付勢力にて前記係合溝に係合可能であり、前記移動部品が前記第2位置にあるとき、前記付勢部の付勢力による前記先端部の前記係合溝への係合が不可能である構成とすることもできる。
上記構成によれば、ロックピンの先端部を係合溝へ係合させるにあたり、付勢部の付勢力を用いており、付勢力を用いた係合の可否が移動部品の位置によって切り換えられる。これにより、ロックピンの先端部と係合溝との位置が合わなかった場合でも、付勢部が圧縮するなどして駆動部にかかる負荷を吸収することができ、ハンドルロック装置を故障し難い構成とできる。
この場合は、さらに、前記係合溝は、丸みを帯びると共に複数形成されている構成とすることが好ましい。
上記構成では、ロック状態にあるハンドルが強い力で回された場合に、ロックピンの先端部が係合溝の丸みに沿って移動しようとし、付勢部が圧縮することでその移動が可能になって、先端部は係合溝を乗り越え、係合溝と係合溝との間の端面に移動する。ここで、一旦、ハンドルのロックは解除されるが、先端部は直ぐに隣接する係合溝に入り込むので、再びロック状態となる。これにより、ロック状態を保持しつつ、ロック状態にあるハンドルに加わる強い力を逃がして、ハンドルロック装置の故障を回避できる。
本発明のハンドルロック装置は、さらに、前記ロックピン駆動機構は、前記ロックピンを電動で移動させる構成とすることが好ましい。
機械的な構成のみを採用して、ロックピン、ロックピン駆動機構、および固定部を移動体の外装部の内部に収容して移動体の外部から視認できないように取り付けるには、複雑な設計が必要となる。しかしながら、上記構成にように、電動でロックピンを移動させる構成とすることで、本発明の移動体の外部から視認できないハンドルロック装置を容易に実現することが可能となる。
本発明のハンドルロック装置は、さらに、前記ロックピンによる前記ハンドルのロック状態を、前記ロックピンの位置に基づいて検出するロック状態検出部と、前記ロック状態検出部にて検出されたハンドルのロック状態を外部に通知する処理を行う通知処理部と、を備える構成とすることもできる。
上記構成によれば、ロック状態検出部が、前記ロックピンによるハンドルのロック状態を検出し、通知処理部が、検出されたハンドルのロック状態を外部に通知する。上述したように、本発明のハンドルロック装置では、ハンドルがロックされているか否かを移動体の外部から視認することはできないため、ロック状態を確認するには、ハンドルを実際に動かしてみるなどの操作が必要となる。そこで、このように、ロック状態が外部に通知されることで、ハンドルを実際に動かしてみるような操作を行うことなく、ロック状態を確認することができる。
なお、通知処理部としては、外部に情報を通信し、外部の機器を介してロック状態を通知するものであっても、装置内部に音発生器などを備え、装置内部から音を発生して外部に通知するものであってもよい。
本発明のハンドルロック装置は、さらに、前記ロックピンによる前記ハンドルのロック状態を、前記ロックピンの位置に基づいて検出するロック状態検出部と、前記ロック状態検出部にて検出されたハンドルのロック状態を外部に通知する処理を行う通知処理部と、を備え、前記ロック状態検出部は、前記移動部品の位置を検出する移動部品位置検出部と、前記ロックピンの位置を検出するロックピン位置検出部と、を備え、前記移動部品位置検出部および前記ロックピン位置検出部の各検出結果に基づいて、前記移動部品が第1位置にあり、かつ、前記ロックピンが、前記先端部が前記係合溝に係合する位置に未到達の位置である場合に、ロックが不完全な状態であることを検出する構成とすることもできる。
上記構成によれば、ロックピン駆動機構が、移動部品や駆動部を有する前述の構成において、ロックが不完全な状態であること、ロックの解除が不完全な状態であること、を簡単に検出することができる。
本発明は、本発明のハンドルロック装置を備えた移動体も、発明の範疇としている。
本発明は、ハンドルにて走行方向を切り換える移動体において利用でき、破壊などの強硬な手法によるロック解除が行い難いハンドルロック装置の提供を可能にするといった効果を奏する。
本実施の形態に係る、ハンドルロック装置が搭載された移動体である自転車の概観を示す図であり、(a)は横から見た図、(b)は真上から見た図、(c)は(a)において円で示すフロント部分の拡大図である。 上記ハンドルロック装置の外観図であり、(a)は、ロックピンの軸方向を正面に見た図であり、(b)はロックピンの軸方向を横に見た図である。 上記ハンドルロック装置が取り付けられた自転車のフロント要部の分解斜視図である。 上記ハンドルロック装置のロックユニットが内部に固定されたステアリングコラムを示すもので、(a)は斜視図、(b)は分解斜視図である。 上記ロックユニットを示すもので、(a)は斜視図、(b)は分解斜視図である。 上記ロックユニットを示すもので、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A線矢視断面図である。 上記ロックユニットの内部に備えられるロックピン駆動機構の分解斜視図である。 上記ロックユニットの内部に備えられる制御基板部の分解斜視図である。 上記ハンドルロック装置の固定ブラケットと、該固定ブラケットが内部に固定されるヘッドチューブとを示す分解斜視図である。 上記ハンドルロック装置におけるロックピンと係合溝との係合状態を示す、フロント要部の一部切欠正面図であり、(a)はロック解除時、(b)はロック時、(c)はロック不完全時である。 図2のA−A線矢視断面図に相当するハンドルロック装置の断面図であり、(a)はロック解除時、(b)はロック時、(c)はロック不完全時である。 上記ハンドルロック装置の機能ブロック図である。 ロック指示を受けてロック解除状態からロック状態へと移行する時の、モータの駆動信号、上および下の各駆動位置センサの出力信号、ロックピン位置センサ、ユーザーインターフェイスによる表示内容を示すタイミングチャートである。 ロック指示を受けてロック解除状態からロック不完全状態を経てロック状態へと移行する時の、モータの駆動信号、上および下の各駆動位置センサの出力信号、ロックピン位置センサ、ユーザーインターフェイスによる表示内容を示すタイミングチャートである。 ロック解除指示を受けてロック状態からロック解除状態へと移行する時の、モータの駆動信号、上および下の各駆動位置センサの出力信号、ロックピン位置センサ、ユーザーインターフェイスによる表示内容を示すタイミングチャートである。 ロック状態で、ハンドルが強い力で回転されて、ロック不完全状態を経て、再度ロック状態へと移行する時の、モータの駆動信号、上および下の各駆動位置センサの出力信号、ロックピン位置センサ、ユーザーインターフェイスによる表示内容を示すタイミングチャートである。 上記自転車に搭載されたユーザーインターフェイスによるハンドルロック装置の動作状態をユーザーに通知する表示例の図である。
本発明のハンドルロック機構およびハンドルロック装置の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(自転車1の構成)
図1は、本実施の形態に係る、ハンドルロック装置20が搭載された移動体である自転車1の概観を示す図であり、(a)は横から見た図、(b)は真上から見た図、(c)は(a)において円で示すフロント部分の拡大図である。
図1の(a)〜(c)に示すように、自転車1は、フレーム2に、前輪3や、後輪4、ハンドル5、サドル6、ペダル7、フロントフォーク9、ハンドルステム10などが組み付けられた構成である。
ハンドルロック装置20は、フレーム2の内部に収容されており、外からは視認できない構成となっている。また、ハンドル5の中央部分には、自転車1とユーザーとを繋ぐユーザーインターフェイス8が設けられている。ここでは、ユーザーインターフェイス8は例えばタッチパネル式で、指示入力が可能であり、また、自転車1からユーザーへ通知する各種の情報も表示できる。
フレーム2は、ヘッドチューブや、トップチューブ、ダウンチューブ、シートチューブなどの複数の部分から構成されている。ヘッドチューブ12は、前輪3の上方に位置し、トップチューブ13およびダウンチューブ14が接続されている。
そして、ヘッドチューブ12の内部には、フロントフォーク9の軸部に相当するステアリングコラム11が挿入されている。フロントフォーク9は、前輪3の軸を支持しながら転舵させるものである。フロントフォーク9におけるステアリングコラム11よりも下の部分は、二手に分かれて前輪3へと延びており、ブレードと称される。フロントフォーク9の上端(ステアリングコラム11の上端)には、ハンドルステム10が取り付けられている。ハンドルステム10は、フロントフォーク9とハンドル5の中央とを繋ぐものである。これにより、ハンドル5とフロントフォーク9とが一体に動き、ハンドル5の回転を前輪3へと伝えることができる。
ハンドルロック装置20は、ヘッドチューブ12の内部に収容されており、自転車1の外部から視認できないように取り付けられている。詳細については後述するが、ハンドルロック装置20は、軸状のロックユニット30と環状の固定ブラケット(固定部)70とを備えている。ロックユニット30は、上記ステアリングコラム(第2筒)11の内部に固定され、ハンドル5と一体に動く。固定ブラケット70は、ヘッドチューブ(第1筒)12の内部に固定され、環の内側にステアリングコラム11が挿入される。ロックユニット30と固定ブラケット70とが、間にステアリングコラム11を挟んだ状態で係合することで、ステアリングコラム11の回転を規制し、ハンドル5をロックする。
(ハンドルロック装置20の概略構成)
図2は、ハンドルロック装置20の外観図であり、(a)は、ロックピン31の軸方向を正面に見た図であり、(b)はロックピン31の軸方向を横に見た図である。図2の(a)(b)に示すように、ロックユニット30は、円筒状のケース32を有する。ケース32には、軸方向に延びる案内用長孔32aが形成され、該案内用長孔32aにロックピン31が挿入されている。ロックピン31は、軸方向断面が円形をなし、先端部31aはケース32の外周面よりも突出している。このようなロックピン31は、ロックユニット30の中心軸を対称として対に設けられている。また、ケース32の内部には、ロックピン31を軸方向に往復移動させる、後述するロックピン駆動機構40および制御基板部60が備えられている(図5参照)。
固定ブラケット70は、ロックピン31の先端部31aが係合する係合溝71を有している。具体的には、係合溝71は、固定ブラケット70における軸方向の端面であって、環の内側に挿入されたロックユニット30のロックピン31と対向する側の端面70aに形成されている。係合溝71に先端部31aが係合することで、ロックユニット30が固定ブラケット70に係止され、その回転が規制される。係合溝71もロックピン31と同様に、固定ブラケット70の中心軸を対称として対に設けられている。このような係合溝71は、ハンドル5が正面を向いた状態以外の、左あるいは右に所定の角度、例えば45°(±5°)以上回転させた状態で先端部31aと向き合う位置に形成されていることが好ましい。これにより、ハンドル5を回転させた状態でロックすることができ、自転車1の移動が困難となり、ハンドルロック装置20を盗難防止のための錠として利用できる。
そして、本実施の形態では、このような係合溝71が、ハンドル5をロックする複数の角度位置に対応して複数形成されると共に、各係合溝71が丸みを帯びている。詳細については後述するが、係合溝71をこのように形成することで、ロック状態にあるハンドル5に対して無理に回転させるような強い力が加えられた場合に、ロックピン31を隣に位置する別の係合溝71へと移動させることが可能となる。これにより、ロック状態を保持しつつ、ハンドルロック装置20の故障を回避することができる。
(ハンドルロック装置20の詳細構成)
以下、図3〜図9を用いて、ハンドルロック装置20の構成をより詳細に説明する。図3は、ハンドルロック装置20が取り付けられた自転車1のフロント要部の分解斜視図である。図3に示すように、固定ブラケット70は、ヘッドチューブ12の内部に挿入され、外側からネジ74などで固定されている。固定ブラケット70が取り付けられたヘッドチューブ12に、内部にロックユニット30が固定されたステアリングコラム11が挿入される。ステアリングコラム11aには、ロックユニット30のケース32に形成された案内用長孔32aと対応して案内用長孔11aが形成されている。ロックピン31の先端部31aは、この案内用長孔11aを通ってステアリングコラム11の外周面よりも突出している。
図4は、ハンドルロック装置20のロックユニット30が内部に固定されたステアリングコラム11を示すもので、(a)は斜視図、(b)は分解斜視図である。図4の(a)(b)に示すように、ロックユニット30は、ステアリングコラム11の内部に、ロックユニット30側の案内用長孔32aとステアリングコラム11側の案内用長孔11aとの位置を合わせて挿入され、外側からネジ34などで固定される。ロックピン31は、ロックユニット30が内部に固定された状態で、ステアリングコラム11の外側から案内用長孔11aに挿入される。ロックピン31は、案内用長孔11aおよび案内用長孔32aを介して、後述するロックピン駆動機構40における昇降ガイド47に形成された嵌入穴47aに差し込まれる。
図5は、ロックユニット30を示すもので、(a)は斜視図、(b)は分解斜視図である。図5の(a)(b)に示すように、ケース32には、ロックピン31が挿入される案内用長孔32aの上方に、案内用長孔32bが形成されている。この案内用長孔32bは、ロックピン31が挿入される案内用長孔32aよりも細幅に形成されている。
また、ロックピン駆動機構40におけるモータアダプタ42、昇降ガイド47およびナット(移動部品)49には、ケース32の内側に形成された図示しない案内用突起と係合して、ケース32とロックピン駆動機構40との位置関係を決定する案内凹部42a,47b,49cが形成されている。昇降ガイド47およびナット49に形成された案内凹部47b,49cは、ロックピン31の昇降時の案内手段としても機能する。
ケース32の内部にロックピン駆動機構40が収容された状態で、案内用長孔32bにケース32の外側から昇降ピン36が挿入される。昇降ピン36は、案内用長孔32bを介して、ロックピン駆動機構40におけるナット49に形成された嵌入穴49aに差し込まれる。
図6は、ロックユニット30を示すもので、(a)はロックピン31の軸方向を正面に見た図、(b)は(a)のA−A線矢視断面図である。図7は、ロックユニット30の内部に備えられるロックピン駆動機構40の分解斜視図である。
図6の(a)(b)および図7に示すように、ロックピン駆動機構40は、モータ(駆動部)41、モータアダプタ42、カップリング43、ネジ軸44、スペーサ45、圧縮バネ(付勢部)46、昇降ガイド47、ロックピン用検出片48、ナット(移動部品)49、駆動用検出片50などにて構成されている。
モータ41は可逆回転モータであり、モータ41の駆動軸には、カップリング43にてネジ軸44の下端部が連結される。これにより、ネジ軸44は、モータ41の駆動に伴って可逆回転する。モータ41には図示しない電池やバッテリーより電力が供給される。モータ41とカップリング43との間には、モータアダプタ42が配設されている。モータアダプタ42は、ネジ51などでモータ41に取り付けられている。このモータアダプタ42を介して、ロックピン駆動機構40がケース32にネジ35などで固定されている。
ネジ軸44には、下端部側からスペーサ45および昇降ガイド47が順に環装され、上端部にナット49が螺合されている。昇降ガイド47には、嵌入穴47aにロックピン31が差し込まれている。また、昇降ガイド47の上面には、ロックピン用検出片48がネジ52などで固定されている。ロックピン用検出片48は、後述する制御基板部60に設けられたロックピン位置センサS3の検出片である。ロックピン用検出片48は、ナット49に形成された矩形孔49bを通ってナット49の上方に付き抜けている。ロックピン用検出片48は、先端部が鉤型に形成されており、先端部48aがロックピン位置センサS3を遮光する。
一方、ナット49には、嵌入穴49aに昇降ピン36が差し込まれている。また、ナット49の上面には、駆動用検出片50がネジ54などで固定されている。駆動用検出片50は、後述する制御基板部60に設けられた上および下の各駆動位置センサS1,S2の検出片である。駆動用検出片50は、先端部が鉤型に形成されており、先端部50aが上および下の各駆動位置センサS1,S2を遮光する。
また、カップリング43およびスペーサ45の外周には、圧縮バネ46が配設されている。圧縮バネ46は、下端をモータアダプタ42に突き当てると共に、上端を昇降ガイド47に突き当てた状態で配設されている。昇降ガイド47は、圧縮バネ46の付勢力にて、常時上方に向かって付勢されている。
図8は、ロックユニット30の内部に備えられる制御基板部60の分解斜視図である。図6、図8に示すように、制御基板部60は、基板アダプタ63、基板ブラケット62、センサ基板61などにて構成されている。センサ基板61は、CPU、RAM、ROMなどを搭載した制御基板である。センサ基板61における、基板ブラケット62に取り付けられる側とは反対側には、上および下の各駆動位置センサ(移動部品位置検出部)S1,S2と、ロックピン位置センサ(ロックピン位置検出部)S3が搭載されている。上および下の各駆動位置センサS1,S2は、ナット49の位置である駆動位置を検出するもので、ロックピン位置センサS3は、ロックピン31の位置を検出するものである。これら位置センサS1〜S3は、発光素子と受光素子とからなるフォトセンサである。
このようなセンサ基板61は、ネジ65などで基板ブラケット62に取り付けられ、基板ブラケット62の上面には、ネジ64などで基板アダプタ63が取り付けられる。基板アダプタ63を介して、制御基板部60がケース32にネジ37などで固定されている。
このような制御基板部60は、ハンドルロック装置20の外部と通信し、ロックあるいはロック解除を命じる信号を受信すると、ロックピン駆動機構40におけるナット49の移動を制御する。また、制御基板部60は、ナット49およびロックピン31それぞれの位置を検出し、検出した位置の情報に基づいて、当該ハンドルロック装置20における動作状態を判断し、判断結果をハンドルロック装置20の外部に送信する。制御基板部60にて、ロック状態検出部および通知処理部が構成されている。
図9は、ハンドルロック装置20の固定ブラケット70と、該固定ブラケット70が内部に固定されるヘッドチューブ12とを示す分解斜視図である。図9に示すように、固定ブラケット70は、取り付けられた状態で、ロックユニット30のロックピン31と対向する側の端面(下端面)70aに、ロックピン31の先端部31aが係合する係合溝71を有している。固定ブラケット70は、ヘッドチューブ12の内部に挿入され、ネジ74等にて外側からヘッドチューブ12に固定される。なお、図9では、ヘッドチューブ12として、上述したトップチューブやダウンチューブを継合するための継合部12a,12bを有する構成を例示している。
(ハンドルロック装置20の動作説明)
次に、図10、図11を用いて、ハンドルロック装置20の動作を説明する。図10は、ハンドルロック装置20におけるロックピン31と係合溝71との係合状態を示す、フロント要部の一部切欠正面図であり、(a)はロック解除時、(b)はロック時、(c)はロック不完全時である。図11は、図2のA−A線矢視断面図に相当するハンドルロック装置20の断面図であり、(a)はロック解除時、(b)はロック時、(c)はロック不完全時である。
図10および図11の各(a)に示すように、ロック解除状態では、ロックピン31は、ステアリングコラム11に形成された案内用長孔11aの下側に位置している。また、ナット49は、最も下のホーム位置(第2位置)にあり、ナット49により上方への移動が規制された昇降ガイド47も最も下のホーム位置にある。圧縮バネ46は、昇降ガイド47の下面に押されて最も圧縮されている。そして、ナット49に固定された駆動用検出片50は、先端部50aが下駆動位置センサS2を遮光している。昇降ガイド47に固定されたロックピン用検出片48は、先端部48aがロックピン位置センサS3よりも下方に位置している(投光)。
図10および図11の各(a)に示すロック解除状態から、図10および図11の各(b)に示すロック状態へと移行するには、モータ41を正転駆動させる。これにより、モータ41の駆動軸とカップリング43で連結されたネジ軸44が正回転する。ネジ軸44に螺合されたナット49には、ケース32の案内用長孔32bを介して昇降ピン36が差し込まれている。そのため、ナット49は、案内用長孔32bにて回転止めされると共にガイドされ、ネジ軸44が正回転すると上方へと移動する(第1位置へ移動)。ナット49の上方への移動に伴い駆動用検出片50も移動し、先端部50aが下駆動位置センサS2を抜けて上駆動位置センサS1を遮光する。
このようなナット49の上方への移動で、ナット49に押さえられていた昇降ガイド47も圧縮バネ46の付勢力で上方へと移動する。昇降ガイド47が上方に移動することで、昇降ガイド47に差し込まれているロックピン31もステアリングコラム11の案内用長孔11a(およびケース32の案内用長孔32a)の中を上方へ移動する。
ここで、固定ブラケット70における係合溝71がロックピン31の先端部31aと向き合う位置にある場合は、図10の(b)に示すように、先端部31aが係合溝71に入り込んで係合する。これにより、ステアリングコラム11が回転できなくなり、ハンドル5がロックされる(ロック状態)。
このような昇降ガイド47の上方への移動に伴いロックピン用検出片48も上方へ移動し、図11の(b)に示すように、先端部48aがロックピン位置センサS3を遮光する。つまり、ロック状態では、駆動用検出片50が上駆動位置センサS1を遮光すると共に、ロックピン用検出片48がロックピン位置センサS3を遮光する。
これに対し、係合溝71が先端部31aと向き合う位置にない場合は、図10の(c)に示すように、先端部31aが固定ブラケット70における係合溝71と係合溝71との間の端面70aに突き当たり、係合溝71には入り込まない。その結果、ハンドル5はロック不完全な状態となる(ロック不完全状態)。そして、ロックピン31の移動が途中で規制されるため、図11の(c)に示すように、昇降ガイド47の移動も途中で止まる。
昇降ガイド47の上方への移動が不十分な場合、図11の(c)に示すように、ロックピン用検出片48の先端部48aがロックピン位置センサS3に到達せず投光のままとなる。つまり、ロック不完全状態では、上駆動位置センサS1が遮光されても、ロックピン位置センサS3が投光となる。
但し、このようなロック不完全状態になったとしても、ハンドル5を左右に回転させて、係合溝71と先端部31aとを向きあわせることで、ロック状態へと移行できる。係合溝71が先端部31aに向き合うと同時に、圧縮バネ46の付勢力で昇降ガイド47が押し上げられ、先端部31aが係合溝71に入り込む。
一方、図10および図11の各(b)に示すロック状態から、図10および図11の各(a)に示すロック解除状態へと移行するには、モータ41を逆転駆動させる。これにより、ネジ軸44が逆回転し、ナット49が下方に移動しホーム位置へ戻る。ナット49が下方へ移動すると、駆動用検出片50も下方へ移動し、先端部50aが上駆動位置センサS1を抜けて下駆動位置センサS2を遮光する。
また、ナット49の下方への移動により、昇降ガイド47も押し下げられてホーム位置に戻り、圧縮バネ46も圧縮される。これにより、図10の(a)に示すように、先端部31aが係合溝71から抜け出る(ロック解除状態)。このような昇降ガイド47の移動に伴い、図11の(a)に示すように、ロックピン用検出片48の先端部48aがロックピン位置センサS3の下方に下がる。
また、図10および図11の各(b)に示すロック状態にあるハンドル5に対して、無理に回転させるような強い力が加えられた場合にも、図10および図11の各(c)に示すロック不完全な状態へ移行する。これは、先端部31aと係合溝71との係合に、圧縮バネ46の付勢力が用いられると共に、係合溝71が丸みを帯びた形状を有しているためである。
このような構成とすると、ロック状態にあるハンドル5が強い力で回された場合に、ロックピン31の先端部31aが係合溝71の丸みに沿って移動しようとし、圧縮バネ46が圧縮することでその移動が可能になる。先端部31aは入り込んでいた係合溝71を乗り越えて、係合溝71と係合溝71との間の端面70aに移動する。ここで、一旦、ハンドル5のロックは解除されるが、先端部31aは直ぐに入り込んでいた係合溝71に隣接する別の係合溝71に入り込むので、再びロック状態となる。これにより、ロック状態を保持しつつ、ロック状態にあるハンドル5に加わる強い力を逃がして、ハンドルロック装置20の故障を回避できる。
なお、ロックピン31の先端部31aを係合溝71から係合溝71へと上記のように移動させるには、ロックピン31の先端部31aの形状、および先端部31aと係合溝71との係合の深さも関係し、先端部31aは軸方向断面が円形をなし、係合溝71に入り込んだ状態で、その一部が係合溝71の外側に出ている程度の浅い係合が好ましい。
なお、係合溝71が1つ(1対)しか設けられていない場合や、丸みを帯びていない構成、あるいは丸みを帯びてはいても、ロックピン31の径に対して係合溝71が深い構成では、ロック状態にあるハンドル5が強い力で回された場合の負荷を吸収することはできない。しかしながら、圧縮バネ46を用いていたことで、ロックピン31の先端部31aと係合溝71との位置が合わなかった場合でも、圧縮バネ46の圧縮によりモータ41にかかる負荷を吸収することが可能となり、ハンドルロック装置20を故障し難い構成とできる。
(ハンドルロック装置20の制御部100の説明)
次に、図12〜図16を用いて、ハンドルロック装置20の制御部100について説明する。図12は、ハンドルロック装置20の機能ブロック図である。図12に示すように、ハンドルロック装置20は制御部100を備える。制御部100は、制御基板部60に搭載されたセンサ基板61からなり、モータ41、通信部101、上および下の各駆動位置センサS1,S2、ロックピン位置センサS3などが接続されている。
制御部100は、モータ41の正逆駆動およびそのON/OFFを制御し、また、上および下の各駆動位置センサS1,S2、ロックピン位置センサS3から入力される遮光,投光を示す信号に基づいて、ハンドルロック装置20の動作状態を判定する。動作状態としては、前述したロック状態、ロック解除状態、ロック不完全状態の他、ロック解除状態からロック状態へ移行する途中のロック移行中状態、およびロック状態からロック解除状態へ移行する途中のロック解除移行中状態などがある。
通信部(通知処理部)101は、ハンドルロック装置20と外部との通信を可能にするもので、センサ基板61に搭載されている。本実施の形態では、通信部101は、自転車1に搭載されたユーザーインターフェイス8と無線あるいは有線にて通信し、ユーザーインターフェイス8から入力されたロック指示あるいはロック解除指示を制御部100に送り、また、制御部100が判定したハンドルロック装置20の動作状態を示す情報をユーザーインターフェイス8に送信する。ユーザーインターフェイス8は、制御部100から受信したハンドルロック装置20の動作状態を示す情報に基づいて、ユーザーにハンドルロック装置20の動作状態を表示にて通知する。ユーザーインターフェイス8には、制御部8aが搭載されている。
図13は、ロック指示を受けてロック解除状態(図10、図11の(a)の状態)からロック状態(図10,図11の(b)の状態)へと移行する時の、モータ41の駆動信号、上および下の各駆動位置センサS1,S2の出力信号、ロックピン位置センサS3、ユーザーインターフェイス8による表示内容を示すタイミングチャートである。
図13に示すように、制御部100は、モータ41が停止し、下駆動位置センサS2の出力信号が遮光、ロックピン位置センサS3の出力信号が投光である場合、ロック解除状態であると判定する。ユーザーインターフェイス8には「ハンドルロック解除」が表示される。
この状態で、ロック指示の入力など、ハンドル5をロックさせるための信号が入力されると、制御部100はモータ41を正転駆動でONする。これにより、上述したように、ナット49が上方へ移動を開始し、下駆動位置センサS2が遮光から投光に変化し、次いで、上駆動位置センサS1が投光から遮光に変化する。制御部100は、上駆動位置センサS1が投光から遮光に変化したタイミングでモータ41をOFFする。
また、ナット49の移動に伴って、昇降ガイド47も押し上げられ、ハンドル5の向きがロックする位置として正しい場合、ロックピン31の先端部31aが係合溝71に入り込むことで、ロックピン位置センサS3が投光から遮光に変化する。上駆動位置センサS1が投光から遮光に変化したときに、ロックピン位置センサS3が投光から遮光に既に変化していれば、制御部100は、ロック状態であると判定する。ユーザーインターフェイス8には、正常にロックされたことを示す「ロック」が表示される。
また、制御部100は、モータ41を正転駆動でONしてから、ロック状態であることを判定するまでの間は、ロック状態へ移行する途中であると判定する。ユーザーインターフェイス8には、ロック状態へ移行する途中であることを知らせる「ロック移行中」が表示される。
図14は、ロック指示を受けてロック解除状態(図10、図11の(a)の状態)からロック不完全状態(図10,図11の(c)の状態)を経てロック状態(図10,図11の(b)の状態)へと移行する時の、モータ41の駆動信号、上および下の各駆動位置センサS1,S2の出力信号、ロックピン位置センサS3の出力信号、ユーザーインターフェイス8の表示内容を示すタイミングチャートである。
図13と比較するとわかるように、先端部31aが固定ブラケット70の係合溝71と係合溝71との間の端面70aに突き当たって係合溝71に入り込まないため、ロックピン位置センサS3が投光のままとなる。上駆動位置センサS1が投光から遮光に変化しても、ロックピン位置センサS3が投光のままのとき、制御部100は、ロック不完全状態であると判定する。ユーザーインターフェイス8には、ロックが不完全であることを知らせる「ロック不完全」が表示される。さらに、このとき、ユーザーインターフェイス8には、「ロック不完全」と共に、例えば「ハンドルを回して下さい」というような警告メッセージが表示される。
この後、ユーザーがハンドル5を回して先端部31aが係合溝71に入り込み、ロックピン位置センサS3が投光から遮光に変化すると、制御部100は、ロック状態であると判定する。ユーザーインターフェイス8の表示は、「ロック不完全」から、正常にロックされたことを知らせる「ロック」へと切り換わる。
図15は、ロック解除指示を受けてロック状態(図10,図11の各(b)の状態)からロック解除状態(図10,図11の各(a)の状態)へと移行する時の、モータ41の駆動信号、上および下の各駆動位置センサS1,S2の出力信号、ロックピン位置センサS3の出力信号、ユーザーインターフェイス8の表示内容を示すタイミングチャートである。
図15に示すように、制御部100は、モータ41が停止し、上駆動位置センサS1の出力信号が遮光で、ロックピン位置センサS3の出力信号も遮光である場合、ロック状態であると判定し、ユーザーインターフェイス8には「ロック」が表示される。
この状態で、ロック解除指示などの、ハンドル5のロックを解除させるための信号が入力されると、制御部100はモータ41を逆転駆動でONする。これにより、上述したように、ナット49がホーム位置に戻る下方に移動を開始し、上駆動位置センサS1が遮光から投光に変化し、次いで、下駆動位置センサS2が投光から遮光に変化する。制御部100は、下駆動位置センサS2が投光から遮光に変化したタイミングでモータ41をOFFする。
また、ナット49のホーム位置への移動に伴って、昇降ガイド47が押し下げられ、ロックピン31もホーム位置に戻り、先端部31aが係合溝71から抜け出て下方に下がると、ロックピン位置センサS3が遮光から投光に変化する。下駆動位置センサS2が投光から遮光に変化したときに、ロックピン位置センサS3が既に遮光から投光に変化していれば、制御部100は、ロック解除状態であると判定する。ユーザーインターフェイス8には、正常にロックが解除されたことを知らせる「ロック解除」が表示される。
また、制御部100は、モータ41を逆転駆動でONしてから、ロック解除状態であることを判定するまでの間は、ロック解除状態へ移行する途中であると判定する。ユーザーインターフェイス8には、ロック解除状態へ移行する途中であることを知らせる「ロック解除移行中」が表示される。
図16は、ロック状態(図10,図11の各(b)の状態)で、ハンドル5が強い力で回転されて、ロック不完全状態(図10,図11の各(c)の状態)を経て、再度ロック状態へと移行する時の、モータ41の駆動信号、上および下の各駆動位置センサS1,S2の出力信号、ロックピン位置センサS3の出力信号、ユーザーインターフェイス8の表示内容を示すタイミングチャートである。
図16に示すように、ロック状態であるので、モータ41は停止し、上駆動位置センサS1とロックピン位置センサS3とが遮光である。ハンドル5が強い力で回転されて、先端部31aが係合溝71と係合溝71との間の端面70aに乗り上がってロック不完全な状態(図10,図11の各(c)の状態)になると、ロックピン位置センサS3が遮光から投光に変化する。制御部100は、ロック状態からロック不完全状態への変化を判定する。ユーザーインターフェイス8には、ロックが外れたことを知らせる「ロックが外れました」などが表示される。さらに、このとき、ユーザーインターフェイス8には、「ハンドルを回して下さい」というような警告メッセージも表示される。
この後、ユーザーがハンドル5を回して先端部31aが係合溝71に入り込み、ロックピン位置センサS3が投光から遮光に変化すると、制御部100は、ロック状態に戻ったと判定する。ユーザーインターフェイス8の表示は、「ロックが外れました」から、正常なロックに戻ったことを知らせる「ロックされました」などの表示へと切り換わる。
なお、前述したように、ハンドル5が強い力で回転されてロック不完全状態に移行した場合は、回転の勢いで直ぐに隣接する係合溝71に係合する場合が多い。したがって、このような「ロックが外れました」などの警告が表示されるのは、通常は、非常に短い時間である。
さらに、制御部100は、通信部101を介してロック指示あるいはロック解除指示を受け付け、モータ41に駆動信号を出力したものの、上および下の各駆動位置センサS1,S2の出力信号に変化が無い場合や、モータ41の過電流を検出した場合には、ハンドルロック装置20の動作状態の1つとして「エラー発生状態」を判定する。エラー判定時、ユーザーインターフェイス8には、エラーの発生を知らせる「エラー発生」が表示され、また、「ハンドルロック装置のメンテナンスを実施して下さい」などのメッセージが表示される。
また、エラーの詳細として、ハンドルロック装置20の故障や、電池切れなど、エラーの内容が特定できる場合は、制御部100から特定したエラーの内容がユーザーインターフェイス8に送られ、ユーザーインターフェイス8には、「エラー発生」と共に、エラーの内容を通知する「ハンドルロック装置の故障」や「電池/バッテリー切れ」などのメッセージが表示される。
(ユーザーインターフェイス8による表示例)
図17にユーザーインターフェイス8によるハンドルロック装置20の動作状態の表示例を示す。(a)は、ロック解除状態でロック指示が入力され、正常にロックが完了した場合であり、(b)は、ロック状態でロック解除指示が入力され、正常にロック解除が完了した場合である。(c)は、ロック解除状態でロック指示が入力され、ロック不完全状態を経て、正常にロックが完了した場合、(d)は、ロック状態にあるハンドル5が強い力で回転されてロック不完全状態に一旦移行し、その後、正常なロック状態に戻った場合である。
図17の(a)〜(c)では、凹部を有する鍵穴パターンと、棒状の鍵パターンとの係合でロック状態を示し、非係合でロック解除状態を示している。(c)では、鍵穴パターンと棒状の鍵パターンとの係合と非係合を交互に繰り返し表示して、ロック不完全状態を示している。また、(c)(d)では併せて、「ハンドルを左右に回転させて下さい」のユーザーに対するメッセージが表示されている。なお、ロック移行中、ロック解除移行中についても、鍵穴パターンと棒状の鍵パターンとの係合と非係合を交互に繰り返し表示すればよい。
(変形例)
なお、上記実施の形態では、ロック/ロック解除の各指示、およびユーザーへのハンドルロック装置20の動作状態の通知を、自転車1に設けられたユーザーインターフェイス8を用いて行うようになっていたが、これに限るものではない。例えば、自転車1のユーザーが所持するスマートフォンなどの携帯端末に、専用のアプリケーションをダウンロードさせて、携帯端末から行う構成としてもよい。また、ハンドルロック装置20の動作状態の通知は、表示に限らず、音や音声などで通知する構成、および音と表示の組み合わせでもよい。なお、音で通知する構成の場合、ハンドルロック装置20に音発生装置を備えさせ、ハンドルロック装置20自身でその動作状態を通知する構成でもよい。
また、ハンドル5をロックする構成では、走行中に誤操作などでハンドルロック装置20が作動すると危険である。そのため、このような誤動作が発生しないように、走行中であることを、GPS機能や、ペダル7の回転の有無、スタンドの状態などから判断して、走行中である場合は、ロック指示が成されてもこれを無視するような仕組みが組まれるが、そのような場合にも、音や、表示、あるいは携帯端末の振動などで、走行中のユーザーに誤操作があったことを通知できる構成とすることが好ましい。
また、上記実施の形態では、ハンドル5をロックさせるための信号としてロック指示の入力を例示し、また、ハンドル5のロックを解除させるための信号として、ロック解除指示の入力を例示した。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば、自転車1から当該自転車1のユーザーが数メートル以上離れた状態が数秒経過した場合に、ハンドル5をロックさせるための信号を入力させたり、自転車1のスタンドが立てられた後、数秒経過した場合に、ハンドル5をロックさせるための信号を入力させたりしてもよい。また、ロックの解除は、自転車1に当該自転車1のユーザーが数メートル以内に近づき、かつ、自転車1のスタンドが外された場合に、ハンドル5のロックを解除させるための信号を入力させたりしてもよい。
また、ここでは二輪の自転車を例示したが、二輪に限らず、三輪や四輪などの移動体であってよい。また、自転車の場合も、電池を動力源として走行力の一部を電動モータから得る、電動アシスト自転車であってもよい。その場合は、電池やバッテリーに代えて電動モータを駆動する電源からハンドルロック装置20の電源を確保する構成であってもよい。さらに、移動体としては、自転車に限るものではない。
〔ソフトウェアによる実現例〕
制御部100、および制御部8aは、集積回路(ICチップ)などに形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
後者の場合、制御部100、および制御部8aは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ(またはCPU)で読み取り可能に記録されたROM(Read Only Memory)または記憶装置(これらを「記録媒体」と称する)、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などを備えている。そして、コンピュータ(またはCPU)が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波など)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
1 自転車(移動体)
2 フレーム
5 ハンドル
8 ユーザーインターフェイス
8a 制御部
9 フロントフォーク
11 ステアリングコラム(第2筒)
11a 案内用長孔(孔)
12 ヘッドチューブ(第1筒)
20 ハンドルロック装置
30 ロックユニット
31 ロックピン
31a 先端部
32 ケース
32a 案内用長孔
32b 案内用長孔
36 昇降ピン
40 ロックピン駆動機構
41 モータ
43 カップリング
44 ネジ軸
46 圧縮バネ(付勢部)
47 昇降ガイド
48 ロックピン用検出片
49 ナット(移動部品)
50 駆動用検出片
60 制御基板部
70 固定ブラケット(固定部)
71 係合溝
100 制御部(ロック状態検出部,通知処理部)
101 通信部(通知処理部)
S1 上駆動位置センサ(移動部品位置検出部)
S2 下駆動位置センサ(移動部品位置検出部)
S3 ロックピン位置センサ(ロックピン位置検出部)

Claims (8)

  1. ハンドルにて走行方向を切り換える移動体に搭載されるハンドルロック装置であって、
    前記移動体の外装部の一部を成す第1筒の内部に固定される固定部と、
    前記第1筒の内部に位置し、ハンドルと一体に回転するロックピンと、
    前記第1筒の内部に位置し、前記ロックピンを前記第1筒の軸方向に往復移動させるロックピン駆動機構と、を備え、
    前記固定部は、前記ロックピンの先端部が係合する係合溝を有し、
    前記ロックピン駆動機構は、ロック時、前記先端部が前記係合溝に係合するように前記ロックピンを移動させ、ロック解除時、前記先端部が前記係合溝から離れるように前記ロックピンを移動させる、ことを特徴とするハンドルロック装置。
  2. 前記ロックピンは、前記ハンドルと一体に回転する第2筒に形成された孔から先端部が突出し、
    前記ロックピン駆動機構は、前記第2筒の内部に位置している、ことを特徴とする請求項1に記載のハンドルロック装置。
  3. 前記ロックピン駆動機構は、
    移動部品と、
    前記移動部品を、第1位置および該第1位置よりも前記固定部から離れた第2位置の間で移動させる駆動部と、
    前記ロックピンを前記固定部に向かって付勢する付勢部と、を備え、
    前記移動部品が前記第1位置にあるとき、前記先端部が前記付勢部の付勢力にて前記係合溝に係合可能であり、前記移動部品が前記第2位置にあるとき、前記付勢部の付勢力による前記先端部の前記係合溝への係合が不可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載のハンドルロック装置。
  4. 前記係合溝は、丸みを帯びると共に複数形成されていることを特徴とする請求項3に記載のハンドルロック装置。
  5. 前記ロックピン駆動機構は、前記ロックピンを電動で移動させることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のハンドルロック装置。
  6. 前記ロックピンによる前記ハンドルのロック状態を、前記ロックピンの位置に基づいて検出するロック状態検出部と、
    前記ロック状態検出部にて検出されたハンドルのロック状態を外部に通知する処理を行う通知処理部と、を備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のハンドルロック装置。
  7. 前記ロックピンによる前記ハンドルのロック状態を、前記ロックピンの位置に基づいて検出するロック状態検出部と、
    前記ロック状態検出部にて検出されたハンドルのロック状態を外部に通知する処理を行う通知処理部と、を備え、
    前記ロック状態検出部は、
    前記移動部品の位置を検出する移動部品位置検出部と、
    前記ロックピンの位置を検出するロックピン位置検出部と、を備え、
    前記移動部品位置検出部および前記ロックピン位置検出部の各検出結果に基づいて、前記移動部品が前記第1位置にあり、かつ、前記ロックピンが、前記先端部が前記係合溝に係合する位置に未到達の位置である場合に、ロックが不完全な状態であることを検出する、ことを特徴とする請求項3又は4に記載のハンドルロック装置。
  8. 請求項1〜7の何れか1項に記載のハンドルロック装置を備えた移動体。
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