JP3654846B2 - 自転車用変速補助装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速補助装置、特に、自転車のフレームに回転自在に装着されたクランク軸の周りに配置され、変速装置を変速操作するために連結部材により変速装置と連結された変速操作部の操作に連動して変速操作を補助する自転車用変速補助装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自転車用の変速装置として、後輪のハブ内に装着された内装変速装置とクランク軸の周囲及び後輪ハブに装着された外装変速装置とが従来知られている。内装変速装置は一般に遊星歯車機構を用いており、後輪のハブ内にコンパクトに収納されている。内装変速装置は、たとえばハンドルバーに装着された変速操作部に対して、インナーケーブルとアウターケーシングとを有する変速ケーブルで連結されており、変速操作部を操作することにより変速ケーブルのインナーケーブルを移動させて変速動作が行われる。変速操作部を一方向に操作すると、インナーケーブルは変速操作部側に移動し、他方向に操作すると、変速操作部又は内装変速装置に設けられたリターンバネによって内装変速装置側に移動する。
【０００３】
内装変速装置には、プッシュロッド型のものと、回転カム式のものとがある。プッシュロッド型の内装変速装置は、自転車のフレームに固定されたハブ軸の中心を軸方向に移動自在に装着されたプッシュロッドと、プッシュロッドにより軸方向に移動するクラッチ機構とを有している。プッシュロッド型の内装変速装置では、変速操作部によりプッシュロッドを軸方向に移動させてクラッチ機構を軸方向に移動させることにより遊星歯車機構の動力伝達経路を切り換えて変速している。
【０００４】
回転カム型の内装変速装置は、異なる歯数の複数の歯が軸方向に並べて形成された遊星ギア及び太陽ギアを有する遊星歯車機構を有している。また、内装変速装置は、複数のカムが軸方向に並べて配置されハブ軸に回転自在に装着されたカム軸と、太陽ギアの複数の歯に応じてハブ軸方向に並べて配置されカムにより動力伝達状態と動力遮断状態とに切り換えられる複数のクラッチ機構とを有している。回転カム型の内装変速装置では、カム軸を変速操作部により回動させて、複数のクラッチ機構をカムにより動力伝達状態と動力遮断状態とに切り換えることにより遊星歯車機構の伝達経路を切り換えて変速している。
【０００５】
外装変速装置は、複数のスプロケットを有するチェーンホイール及び複数のスプロケットのいずれかにチェーンをかけるためのフロントディレーラを有する前変速部と、後輪のハブに装着された複数のスプロケットを有するリアスプロケットホイール及び複数のスプロケットのいずれかにチェーンをかけるためのリアディレーラとを有する後変速部との少なくともいずれかを有している。
【０００６】
外装変速装置では、変速時にはクランクを回した状態でディレーラによりチェーンを強制的に軸方向に変位させ、別のスプロケットにチェーンを架け替えている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の内装変速装置では、いずれの装置であっても、動力伝達状態のクラッチ機構を変速操作によってプッシュロッドやカムで動力遮断状態に切り換えるのには力を要する。このため、前記従来の構成では、ペダルをこぐのを止めたときやペダルが上死点や下死点に位置したときのように、クラッチ機構に動力がほとんど作用しないような状態にしなければ、変速操作に力を要し変速操作を容易に行えないという問題がある。特に、変速操作によりインナーケーブルが変速操作部から内装変速装置側に移動するとき、リターンスプリングによってインナーケーブルが移動するため、プッシュロッドやカム軸にあまり大きな力を作用させることができず、上記のようにしなければ変速動作を実際に行えない。
【０００８】
一方、外装変速装置では、クランクを回さなければ変速できないため、変速時には、チェーンにテンションが作用している状態になる。このため、テンションが作用しているチェーンをディレーラにより軸方向に変位させるのには、変速操作に力を要し、変速操作を容易に行いにくい。
【０００９】
本発明の課題は、ペダルをこいだ状態で変速装置の変速操作を容易に行えるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明１に係る自転車用変速補助装置は、自転車のフレーム又はフレームに固定された固定部材に装着された回転する駆動装置の周りに配置され、変速装置を変速操作するための変速操作部の操作に連動して変速操作を補助する自転車用変速補助装置であって、制動機構と、連動機構とを備えている。制動機構は、フレーム、固定部材、及び駆動装置のいずれかに装着され、制動力を制御可能な制動制御部を有し、駆動装置を制動するための機構である。連動機構は、変速操作部の操作に連動して制動機構を動作させる機構である。
【００１１】
この変速補助装置では、変速操作部が操作されると、連動機構により制動機構が動作して駆動装置が制動される。このため、駆動装置に作用した負荷は制動機構によって吸収され、駆動装置から後輪側に動力がすべて伝達されなくなる。このため、変速装置が円滑に切り換えられ、変速操作が容易になる。ここでは、変速操作時に変速操作に連動して制動機構により駆動機構に作用する負荷を吸収するようにしたので、変速操作時に変速装置に動力がすべて伝達されず、ペダルをこいだ状態で変速操作しても、変速操作を容易に行えるようになる。また、制動機構の制動力を制御できるので、ペダルをこぐのに要する力を急変しないようにすることができ、ペダルをこぎやすくなる。
【００１２】
発明２に係る自転車用変速補助装置は、自転車のフレーム又はフレームに固定された固定部材に装着された回転する駆動装置の周りに配置され、変速装置を変速操作するための変速操作部の操作に連動して変速操作を補助する自転車用変速補助装置であって、制動機構と、連動機構とを備えている。制動機構は、フレーム、固定部材、及び駆動装置のいずれかに装着され、駆動装置を制動するための機構である。連動機構は、変速操作部の操作に連動して制動機構を動作させる機構である。変速装置と変速操作部とは、変速操作部及び内装変速装置の動作部分に係止されるインナーケーブルとインナーケーブルの外周側にインナーケーブルと相対移動自在に配置されるアウターケーシングとを有する連結部材に より連結されており、連動機構は、インナーケーブルが変速操作部から変速装置に向かって移動する際に、その移動に連動して制動機構を動作させる。
【００１３】
この変速補助装置では、変速操作部が操作されると、連動機構により制動機構が動作して駆動装置が制動される。このため、駆動装置に作用した負荷は制動機構によって吸収され、駆動装置から後輪側に動力がすべて伝達されなくなる。このため、変速装置が円滑に切り換えられ、変速操作が容易になる。ここでは、変速操作時に変速操作に連動して制動機構により駆動機構に作用する負荷を吸収するようにしたので、変速操作時に変速装置に動力がすべて伝達されず、ペダルをこいだ状態で変速操作しても、変速操作を容易に行えるようになる。また、インナーケーブルが変速操作部から変速装置に向かって移動する変速操作に連動して駆動装置が制動されるので、変速操作を容易に行える。
【００１４】
発明３に係る自転車用変速補助装置は，発明２に記載の装置において、制動機構は、制動力を制御可能な制動制御部を有する。この場合には、制動機構の制動力を制御できるので、ペダルをこぐのに要する力を急変しないようにすることができ、ペダルをこぎやすくなる。
【００１５】
発明４に係る自転車用変速補助装置は、発明１から３のいずれかに記載の装置において、駆動装置は、自転車のフレームに回転自在に装着されたクランク、クランク軸及び駆動ギアのいずれかひとつを含む。この場合には、自転車の駆動装置としての主要部を制動して変速操作を容易に行えるようになる。
【００１６】
発明５に係る自転車用変速補助装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、連動機構は、変速操作部の操作に連動して制動機構とフレーム又は固定部材若しくは制動機構と駆動装置とを連結・連結解除する連結機構を含む。この場合には、変速操作に連動して連結機構により駆動装置と制動装置とを連結・連結解除することで、変速操作を容易に行える。
【００１７】
発明６に係る自転車用変速補助装置は、発明５に記載の装置において、制動機構は、フレーム又は固定部材に装着され、連結機構は制動機構と駆動装置とを連結・連結解除する。この場合には、制動機構が固定側に配置されるので、駆動装置の慣性力が小さくなる。
【００１８】
発明７に係る自転車用変速補助装置は、発明５又は６に記載の装置において、連結機構は、駆動装置が１回転する間、制動機構を駆動装置に連結する。この場合には、駆動装置が１回転する間だけ、連結状態になり変速装置に動力が伝達されないので、その間の変速操作が容易になる。
【００１９】
発明８に係る自転車用変速補助装置は、発明７に記載の装置において、制動制御部は、駆動装置が１回転する間、制動力を徐々に変化させる制動力調整部を有する。この場合には、制動機構の制動力が徐々に変化するので、ペダルをこぐのに要する力が急変しなくなり、ペダルをこぎやすくなる。
【００２０】
発明９に係る自転車用変速補助装置は、発明６から８のいずれかに記載の装置において、制動機構は、フレームに取り付けられたブラケットと、ブラケットに取り付けられ第１摩擦面を有する固定部と、第１摩擦面と対向して配置された第２摩擦面を有し、ブラケットに回転自在に装着され固定部と接触可能な回転部とを有し、連結機構は、駆動装置と回転部とを連結・連結解除する。この場合には、連結機構によって駆動装置と回転部とが連結されると、ブラケットに固定された固定部と第１摩擦面と回転自在に装着された回転部の第２摩擦面とが接触して回転部が制動され回転部に連結された駆動装置も制動される。ここでは、対向する摩擦面により駆動装置を確実に制動してスムーズに変速操作を行える。
【００２１】
発明１０に係る自転車用変速補助装置は、発明９に記載の装置において、制動力調整部は、回転部の回転に応じて回転部と固定部との摩擦力を増加させる部分と減少する部分とを１回転中に有している。この場合には、変速操作により制動機構と駆動装置とが連結されると制動力が徐々に大きくなった後に小さくなるので、変速操作時であってもペダルに負荷が作用し違和感なくペダルをこぐことができる。
【００２２】
発明１１に係る自転車用変速補助装置は、発明９又は１０に記載の装置において、ブラケットは、フレームに係止される係止部と、係止部に固定され固定部を回転不能に係止する第１円筒部と、第１円筒部の内周側に間隔を隔てて配置され第１円筒部と回転不能に連結された第２円筒部とを有し、固定部は、第１円筒部の内周面に取り付けられた複数の第１摩擦ディスクを有し、回転部は、第２円筒部の外周面に回転自在に装着された筒状の回転部材と、回転部材の外周面に取り付けられ、第１摩擦ディスクと交互に配置された複数の第２摩擦ディスクとを有する。この場合には、交互に配置された複数の摩擦ディスクによりクランク軸などの駆動装置が制動されるので、制動力が細かく変動する。
【００２３】
発明１２に係る自転車用変速補助装置は、発明１１に記載の装置において、制動力調整部は、両摩擦ディスクと並べて配置され、回転部材の回転に連動して両摩擦ディスクに対する押圧力を変化させる回転カム機構を有する。この場合には、回転部材に連動して簡素な構成で制動力を調整できる。
【００２４】
発明１３に係る自転車用変速補助装置は、発明１２に記載の装置において、回転カム機構は、第１円筒部の内周面及び回転部材の外周面のいずれか一方に取り付けられた第１カムディスクと、第１円筒部の内周面及び前記回転部材の外周面のいずれか他方に取り付けられ第１カムディスクと対向して配置され第１カムディスクとの相対回転により第１カムディスクに対して駆動装置の回転軸方向に移動して両摩擦ディスクを押圧可能な第２カムディスクと、両カムディスクを接近する方向に付勢するカム付勢部材とを有する。この場合には、連結機構により回転部材が駆動装置とともに回転すると、両カムディスクが接離する方向に移動し両摩擦ディスクの押圧力が変化し、制動力が変化する。ここでは、両カムディスクの駆動装置の回転軸方向の変位により簡単に制動力を調整できる。
【００２５】
発明１４に係る自転車用変速補助装置は、発明１３に記載の装置において、第１及び第２カムディスクは、円周方向に延び対向可能なそれぞれの第１及び第２カム突起を有する。この場合には、対向する両カム突起の回転軸方向の高さにより制動力を任意に設定できる。
【００２６】
発明１５に係る自転車用変速補助装置は、発明１１から１４のいずれかに記載の装置において、連結機構は、ブラケットに移動自在に設けられ、連結部材の動作に連動して係止位置と係止解除位置とに移動する移動部材と、移動部材の移動により回転部材と駆動装置とを連結する連結姿勢と連結解除する連結解除姿勢とに揺動自在に回転部材に設けられた揺動部材とを有し、揺動部材は、移動部材が係止位置にあるとき移動部材に係止されて連結解除姿勢をとり、移動部材が係止解除位置に移動すると連結姿勢に揺動する。この場合には、変速操作部の操作により連結部材が移動して移動部材が係止解除位置に移動すると、揺動部材が連結姿勢になり、クランク軸が制動機構により制動される。ここでは、揺動部材の揺動により制動機構と駆動装置とを簡単に連結・連結解除できる。
【００２７】
発明１６に係る自転車用変速補助装置は、発明１５に記載の装置において、ブラケットは、変速操作部側のアウターケーシングを係止する第１係止部を有し、連結機構は、移動部材を係止解除位置側に付勢する第１付勢部材を有し、移動部材は、連結部材の内装変速装置側のアウターケーシングを係止する第２係止部を有し、インナーケーブルが変速装置に向かって移動するときに第１付勢部材の付勢力により第２係止部に係止されたアウターケーシングとともに係止解除位置側に移動した後、変速動作が完了するとアウターケーシングによって押されて第１付勢部材の付勢力に抗して係止位置に戻る。この場合には、変速時にアウターケーシングに作用する力がなくなったときに第１付勢部材の付勢力により移動部材を移動させることができるので、変速操作時に確実に制動機構と駆動装置とを連結できる。
【００２８】
発明１７に係る自転車用変速補助装置は、発明１５又は１６に記載の装置において、連結機構は、揺動部材を連結位置側に付勢する第２付勢部材を有し、揺動部材は、移動部材が係止位置から係止解除位置に移動すると、第２付勢部材の付勢力により連結解除位置から連結位置に揺動する。この場合には、駆動装置との連結により連結機構が回転して遠心力が作用しても第２付勢部材により揺動部材を確実に連結姿勢に維持できる。
【００２９】
発明１８に係る自転車用変速補助装置は、発明１７に記載の装置において、連結機構は、駆動装置が１回転する間に係止位置に復帰した移動部材が係止可能な連結解除位置に前記揺動部材を戻す復帰手段をさらに有する。この場合には、復帰手段により揺動部材が連結解除位置に自動的にもどって移動部材に係止される。
【００３０】
発明１９に係る自転車用変速補助装置は、発明１から１８のいずれかに記載の装置において、変速装置は、自転車の後輪を構成する内装変速ハブであり、駆動装置は、自転車のフレームに回転自在に装着されたクランク軸である。この場合には、変速操作を行うとクランク軸が制動され、動力が内装変速ハブに全て伝達されなくなるので、内装変速ハブの変速操作を容易に行える。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車１０は、フロントフォーク１３を備えるフレーム１２と、フロントフォーク１３に装着された前輪１４とフレーム１２の後部に装着された後輪１６とを備えている。フレーム１２の中間下部には、クランク軸２０が配置されている。
【００３２】
クランク軸２０は、図３に示すように、フレーム１２のハンガー部１５にねじ込み固定されたボトムブラケット１９に回転自在に支持されている。図１及び図３に示すように、クランク軸２０の両端には、先端にペダル２２が装着された左右１対のクランク２４，２６が回転不能に装着されている。
【００３３】
後方から見て右側のクランク２６には、たとえば大小２枚のギア板２８ｃ，２８ｄを有するフロントスプロケット部２８が一体形成されている。フロントスプロケット部２８の中心には、クランク軸２０に回転不能に装着されるボス部２８ａが形成されており、外周側には、ギア装着部２８ｂが形成されている。フロントスプロケット部２８の外周部には、ギアカバー２９が装着されている。ギア装着部にはギア板２８ｃ，２８ｄが装着されており、いずれかのギア板２８ｃ，２８ｄにチェーン３０が巻回される。
【００３４】
後輪１６には、内装変速ハブ３２が装着されている。内装変速ハブ３２は、ハンドル３４に装着された変速操作部３６と変速ケーブル３８により連結されている。内装変速ハブ３２は、たとえば回転カム式の４段変速のものであり、その後方から見て右端には、リアスプロケット４０が回転不能に連結されている。リアスプロケット４０にはチェーン３０が巻回されており、クランク２４，２６の回転力がフロントスプロケット部２８、チェーン３０を介してリアスプロケット４０に伝達され、さらに内装変速ハブ３２に伝達される。
【００３５】
変速ケーブル３８は、図２に示すように、変速操作部３６の動作部分と内装変速ハブ３２の動作部分とを連結するインナーケーブル４２と、インナーケーブル４２を覆うアウターケーシング４４とを有している。アウターケーシング４４は、インナーケーブル４２の外周側にインナーケーブル４２と相対移動自在に配置される。アウターケーシング４４は、さらに変速操作部３６から変速補助装置５０までの第１ケーシング４４ａと、変速補助装置５０から内装変速ハブ３２までの第２ケーシング４４ｂとに分割されている。第１ケーシング４４ａの両端はフレーム１２に対して移動不能であり、第２ケーシング４４ｂの内装変速ハブ３２側の端部はフレーム１２に対して移動不能である。第２ケーシング４４ｂの変速補助装置５０側の端部は後述する移動部材８０に係止されて移動する。
【００３６】
〔変速補助装置の構成〕
クランク軸２０の周囲においてフロントスプロケット部２８とフレーム１２との間には、本発明の一実施形態による変速補助装置５０が配置されている。変速補助装置５０は、変速操作時にクランク軸２０を制動してチェーン３０に作用するテンションを小さくし、変速操作を補助して変速動作を行いやすくするために設けられている。
【００３７】
変速補助装置５０は、図２〜図５に示すように、フレーム１２に装着された制動機構５１と、制動機構５１とフロントスプロケット部２８とを連結・連結解除する連結機構５２とを有している。
【００３８】
（制動機構の構成）
制動機構５１は、フロントスプロケット部２８を介してクランク軸２０を制動するものである。制動機構５１は、クランク軸２０の周りでフレーム１２に回転不能に装着されたブラケット５３と、ブラケット５３に回転不能に装着され第１摩擦面５７ａを有する固定部５４と、第１摩擦面５７ａと対向して配置された第２摩擦面５９ａを有し、ブラケット５３に回転自在に装着され固定部５４と接触可能な回転部５５と、制動力をクランク軸２０の一回転の間に変化させる制動力調整部構５６とを有している。
【００３９】
ブラケット
ブラケット５３は、ボトムブラケット１９によりハンガー部１５に取り付けられている。ブラケット５３は、円形の開口を有するブラケット本体６０と、ブラケット本体６０の開口を塞ぐ蓋部材６１とを有している。
【００４０】
ブラケット本体６０は、有底筒状の第１円筒部６２と、第１円筒部６２より小径の有底筒状の取付筒部６３と、第１円筒部６２の背面に形成された案内部６４と、第１円筒部６２の外周面から径方向に延びるフレーム係止部６５とを有している。第１円筒部６２の内周面には、制動機構５１の第１摩擦ディスク５７（後述）を回転不能に係止するための第１凹凸部６６が形成されている。第１凹凸部６６は、周方向に間隔を隔てて形成された多数の溝により構成されている。この第１円筒部６２に固定部５４、回転部５５及び制動力調整部５６が収納される。
【００４１】
取付筒部６３は、第１円筒部６２の背面側にわずかに背面側に突出して形成されており、その中心孔６３ａがハンガー部１５にねじ込み固定されたボトムブラケット１９により固定されている。案内部６４は、第１円筒部６２の背面側外周部に円弧と弦とで囲まれた欠円形状に突出して形成されている。
【００４２】
案内部６４には、変速ケーブル３８のインナーケーブル４２が挿通されている。案内部６４のインナーケーブル４２の変速操作部３６側には、第１ケーシング４４ａの一端を係止するアウター係止部６７が形成されている。また内装変速ハブ３２側には、連結機構５２の移動部材８０をケーブル挿通方向に移動自在に案内するための断面が矩形のガイド穴６８が形成されている。
【００４３】
フレーム係止部６５は、径方向外方に延びた後にクランク軸２０と平行な方向に曲げられ、先端に形成された半円形の凹部６５ａがシートチューブ１７に係止されている。これにより、ブラケット５３がクランク軸２０回りに回転不能になる。
【００４４】
蓋部材６１は、中心に第１円筒部６２より小径の第２円筒部７０を有するフランジ状の板状部材である。蓋部材６１は、第２円筒部６２の端面に複数のボルト７１によって着脱自在に固定されている。蓋部材６１の内周部とフロントスプロケット部２８のボス部２８ａとの間にはシール部材７２が装着されており、内部への液体や異物の侵入を防止している。
【００４５】
固定部
固定部５４は、第１円筒部６２の内周面に回転不能に係止された、たとえば３枚の第１摩擦ディスク５７を有している。第１摩擦ディスク５７の両面には第１摩擦面５７ａが形成され、外周部には、第１円筒部６２の第１凹凸部６６に係合する凹凸部５７ｂが形成されている。
【００４６】
回転部
回転部５５は、第２円筒部７０の外周面に回転自在に装着された筒状の回転部材５８と、回転部材５８の外周面に回転不能に装着され、第１摩擦ディスク５７と交互に配置された、たとえば３枚の第２摩擦ディスク５９とを有している。回転部材５８の外周面には、第２摩擦ディスク５９を回転不能に係止するための第２凹凸部５８ａが形成されている。第２摩擦ディスク５９の両面には第２摩擦面５９ａが形成され、内周部には、第２凹凸部５８ａに係合する凹凸部５９ｂが形成されている。回転部材５８は、連結機構５２によりクランク軸２０と連結・連結解除される。この連結機構５２の連結用の揺動部材８１を支持するための揺動軸５８ｂと、揺動部材８１を連結姿勢側に付勢する捩じりコイルバネ８２を装着するためのバネ軸５８ｃとが回転部材５８の側部に立設されている。
【００４７】
制動力調整部
制動力調整部５６は、摩擦ディスク５７，５９と並べて配置され、回転部材５８の回転に連動して両摩擦ディスク５７，５９に対する押圧力を変化させる回転カム機構７５を有している。回転カム機構７５は、回転部材５８の外周面に回転不能に装着された第１カムディスク７６と、第１円筒部６２の内周面に回転不能に装着され第１カムディスク７６と対向して配置された第２カムディスク７７と、両カムディスク７６，７７を接近する方向に付勢する波板バネ７８とを有している。
【００４８】
第１カムディスク７６は、図６に示すように、内周部に第２凹凸部５８ａに係合する凹凸部７６ａを有し、第２カムディスク７７との対向面に周方向に延びる４種の第１カム突起７６ｂ，７６ｃ，７６ｄ，７６ｅを有している。４種の第１カム突起７６ｂ〜７６ｅは、第２カムディスク７７に向かってクランク軸方向に突出しており、図６にハッチングで示した突出部分７６ｆがそれぞれ９０度ずれた異なる径方向位置に配置されている。
【００４９】
第２カムディスク７７は、外周部に第１凹凸部６６に係合する凹凸部７７ａを有し、第１カムディスク７６との対向面に周方向に延びる４種の第２カム突起７７ｂ，７７ｃ，７７ｄ，７７ｅを有している。第２カムディスク７７は、第１カムディスク７６との相対回転により第１カムディスク７６に対してクランク軸方向に接離して両摩擦ディスク５７，５９を押圧可能である。４種の第２カム突起７７ｂ〜７７ｅは、第１カムディスク７６に向かってクランク軸方向に突出しており、図６にハッチングで示した突出部分７７ｆがそれぞれ９０度ずれた異なる径方向位置に配置され、突出部分７７ｆの両側部分が滑らかな斜面となっている。なお、第２カム突起７７ｂ〜７７ｅは、第１カム突起７６ｂ〜７６ｅより長い周方向長さで形成されている。このように両カム突起７６ｂ〜７６ｅ、７７ｂ〜７７ｅを配置することにより、常に９０度離れた４点で両カム突起７６ｂ〜７６ｅ、７７ｂ〜７７ｅが接触するので、相対回転しても傾きにくくなる。
【００５０】
波板バネ７８は、第２摩擦ディスク５９と、第１カムディスク７６との間に配置され、両カムディスク７６，７７を接近する方向に付勢する。これにより、制動力調整部５６による押圧力を小さくすることができる。
【００５１】
蓋部材６１の壁面内側には、案内部材７９がねじ止めされている。案内部材７９は、２枚のカムディスク７６，７７が円滑に軸方向に移動するように設けられている。
【００５２】
このように構成された、制動力調整部５６では、クランク軸２０と連結されて回転部材５８が１回転すると、第１カムディスク７６も回転し、回転の前半では図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、両カムディスク７６，７７の突出部分７６ｆ，７７ｆが徐々に重なって両カムディスク７６，７７が離反する。この結果、摩擦ディスク５７，５９への押圧力が強くなり、制動力が徐々に増加する。そして、突出部分７６ｆ，７７ｆが重なった後にずれていくと、波板バネ７８の付勢力より両カムディスク７６，７７が接近する。この結果、摩擦ディスク５７，５９への押圧力が弱くなり、制動力が徐々に減少する。このように、制動力調整部５６は、制動機構５１がクランク軸２０と連結すると、クランク軸２０の１回転のうち回転の前半で制動力を徐々に強め、回転の後半で制動力を徐々に弱める。
【００５３】
（連結機構の構成）
連結機構５２は、ブラケット５３の案内部６４のガイド穴６８に移動自在に設けられた移動部材８０と、連結姿勢と連結解除する連結解除姿勢とに揺動自在に回転部材５８に設けられた揺動部材８１と、フロントスプロケット部２８に固定され揺動部材８１が係止可能な係止リング８５とを有している
移動部材８０は、内部を変速ケーブル３８が挿通する矩形棒状の部材であり、アウターケーシング４４の第２ケーシング４４ｂの動作に連動してガイド穴６８内で係止位置（図４に示す位置）とそれより図４左下側の係止解除位置とに移動する。移動部材８０の一端面には、第２ケーシング４４ｂの一端を係止するアウター係止部８０ａが形成されている。第２ケーシング４４ｂの他端は、内装変速ハブ３２の近くでフレーム１２に係止されている。また、移動部材の一端には、クランク軸２０方向に延びる係止突起８０ｂが形成されている。係止突起８０ｂは、先端が鉤状に曲がっており、係止位置にあるとき、揺動部材８１を係止して連結解除姿勢で保持可能である。移動部材８０の他端面には、コイルバネ８３が装着される環状溝８０ｃが形成されている。コイルバネ８３は、移動部材８０を係止解除位置側に付勢している。移動部材８０は、通常は第２ケーシング４４ｂにより押圧されて係止位置側に配置され、変速操作時にインナーケーブル４２が内装変速ハブ３２側に移動して第２ケーシング４４ｂによる押圧力が弱まると、コイルバネ８３の付勢力により係止解除位置側に移動し、変速操作が終わって第２ケーシング４４ｂの押圧力が戻ると、係止位置側に戻る。
【００５４】
揺動部材８１は、回転部材５８に立設された揺動軸５８ｂにより回転部材５８に揺動自在に装着されている。揺動部材８１は、捩じりコイルバネ８２（図５）により連結姿勢側に付勢されている。揺動部材８１の先端には、移動部材８０の係止突起８０ｂに係止される係止鉤部８１ａが移動部材８０に向かってクランク軸２０と平行に延びている。また、先端よりやや基端側には、係止リング８５
に当接可能な連結凹部８１ｂが形成されている。
【００５５】
一方、ブラケット５３の取付筒部６３の壁面内面には、揺動部材８１を連結姿勢から連結解除姿勢に戻すための復帰突起８６が形成されている。復帰突起８６は、揺動部材８１の係止鉤部８１ａに接触して揺動部材８１を連結解除姿勢に戻すための斜面８６ａを有している。
【００５６】
揺動部材８１は、移動部材８０が係止位置にあるとき移動部材８０に係止されて連結解除姿勢（図４）をとり、移動部材８０が係止解除位置に移動すると連結解除姿勢より先端がクランク軸２０側に傾いた連結姿勢に揺動する。
【００５７】
係止リング８５は、フロントスプロケット部２８のボス部２８ａにたとえばセレーション結合などの適宜の固定手段で回転不能に固定された部材である。係止リング８５は、連結姿勢にある揺動部材の連結凹部８１ｂに係止してクランク軸２０の回転を回転部材５８に伝達するための連結突起８５ａを外周部に有している。この連結突起８５ａに連結姿勢にある揺動部材８１の連結凹部８１ｂが当接することで、クランク軸２０の回転が回転部材５８に伝達されてクランク軸２０が制動され、揺動部材８１がクランク軸２０とともに回転して復帰突起８６を通過して連結解除姿勢側に戻ると、制動機構５１とクランク軸２０とが連結解除され、クランク軸２０の制動が解除される。したがって、変速操作が行われ、第２ケーシング４４ｂの押圧力が弱くなると、クランク軸２０が一回転する間、クランク軸２０が制動される。
【００５８】
〔変速補助装置の組み込み手順〕
変速補助装置５０をハンガー部１５に装着する際には、最初に移動部材８０をガイド穴６８内の奥に配置し、図３に示す固定ボルト９０をねじ込んでその位置で仮止めしておく。そして、変速操作部３６側に押し込んでボトムブラケット１９にブラケット５３の取付筒部６３を取り付けてボトムブラケット１９をハンガー部１５にねじ込む。このとき、フレーム係止部６５をシートチューブ１7に係止する。これによりブラケット５３がクランク軸２０回りに回転不能にフレーム１２に装着される。
【００５９】
続いて、変速ケーブル３８を変速補助装置５０にセットする。すなわち第１ケーシング４４ａを被せた状態でインナーケーブル４２の一端を変速操作部３６に係止させるとともに、他端を案内部６４と移動部材８０に挿通させ、第１ケーシング４４ａを案内部６４のアウター係止部６７に係止させる。つづいて、第２ケーシング４４ｂをインナーケーブル４２に被せ、インナーケーブル４２を内装変速ハブ３２の動作部分に固定するとともに、第２ケーシング４４ｂを移動部材８０のアウター係止部８０ａに係止させる。このとき、内装変速ハブ３２の動作部分を適宜調整し内装変速ハブ３２の回転カム（図示せず）が所定の位置に配置されているかを確認する。そして、移動部材８０の係止突起８０ｂに揺動部材８１の係止鉤部８１ａが引っ掛かっていることを確認する。
【００６０】
最後に、クランク軸２０の両端に左右のクランク２４，２６及びフロントスプロケット部２８を取り付け、チェーン３０を装着する。そして、仮止めのための固定ボルト９０を外して移動部材８０を移動自在な状態にする。この状態で、負荷をかけた状態で変速操作を行って変速補助装置５０が正常に動作するか否かを確認する。
【００６１】
〔変速補助動作〕
次に、変速操作時の変速補助装置５０の動作について説明する。
【００６２】
変速操作部３６によりインナーケーブル４２を変速操作部３６側に引っ張る操作をするとき、たとえば、内装変速ハブ３２で低速段から高速段への変速を行うときは、第２ケーシング４４ｂは、移動部材８０への押圧力を維持するので、変速補助装置５０の移動部材８０を係止位置に維持される。
【００６３】
変速操作部３６によりインナーケーブル４２を内装変速ハブ３２側に戻す操作をするとき、たとえば、内装変速ハブ３２で高速段から低速段への変速を行うときは、インナーケーブル４２の内装変速ハブ３２側への移動により第２ケーシング４４ｂの移動部材８０への押圧力は小さくなる。この結果、変速補助装置５０の移動部材８０が係止位置から係止解除位置に移動する。移動部材８０が係止解除位置に移動すると、移動部材８０との係止が解除され揺動部材８１が連結解除姿勢から連結姿勢に向けて内側に揺動する。
【００６４】
揺動部材８１が連結姿勢になると、連結凹部８１ｂが係止リング８５の連結突起８５ａに係止され、クランク軸２０と制動機構５１とが連結され、クランク軸２０とともに回転部材５８が回転する。回転部材５８が回転すると、回転の前半では制動力調整部５６により摩擦ディスク５７，５９の押圧力が大きくなって制動力が徐々に大きくなり、クランク軸２０が制動されてチェーン３０に作用する張力が小さくなる。この結果、ペダル２２の踏み力が制動機構５１により吸収されて内装変速ハブ３２に動力が伝達されず、内装変速ハブ３２に設けられたクラッチ機構（図示せず）が切り換わりやすくなり、変速動作がスムーズに行われる。このとき、クランク軸２０には制動機構５１の制動力が作用しているので、ペダル２２の踏み力が急に軽くならず、自転車のライダーが変速操作に伴う違和感を感じにくくなる。
【００６５】
クランク軸２０の回転の後半では、制動力調整部５６により制動力が徐々に小さくなる。クランク軸２０が一回転して、揺動部材８１が復帰突起８６に乗り上げると、揺動部材８１が連結解除姿勢に戻り、第２ケーシング４４ｂの押圧力により係止位置に戻っている移動部材８０に係止され連結姿勢を保持する。この結果、クランク軸２０に対する制動が解除される。
【００６６】
ここでは、変速操作時に変速ケーブル３８に連動してクランク軸２０に作用した負荷を制動機構５１で吸収するようにしたので、変速操作時に内装変速ハブ３２に動力が伝達されず、ペダルをこいだ状態で変速操作しても、内装変速ハブ３２の変速動作を常に行えるようになる。
【００６７】
〔他の実施形態〕
（ａ） 前記実施形態では、制動対象の駆動装置としてフロントスプロケット部２８を例示したが、制動対象の駆動装置としては、フロントスプロケット部２８の他にクランク軸２０やリアスプロケット４０などであってもよい。たとえば、制動機構５１とクランク軸２０とを直接連結する構成にしてもよい。このとき、図３左側に制動機構５１を配置し、クランク軸２０の左端と制動機構５１とを連結するようにしてもよい。さらにリアスプロケット４０を制動するようにしてもよい。
【００６８】
（ｂ） 前記実施形態では、制動機構５１をフレーム１２側に固定したが、制動機構をクランク軸２０側に固定し、連結機構によりフレーム１２と連結・連結解除するようにしてもよい。
【００６９】
（ｃ） 前記実施形態では、変速操作部と内装変速ハブとを連結する連結部材として変速ケーブルを例示したが、連結部材は、金属棒状のものや、油圧・空圧等によるものを含む。
【００７０】
（ｄ） 前記実施形態では、多板式の制動機構を例示したが、制動機構は、ドラム式やディスク式などの種々の制動構造を採用できる。
【００７１】
（ｅ） 前記実施形態では、変速装置として内装変速ハブを例示したが、本発明はディレーラと複数のスプロケットとを有する外装変速装置にも適用できる。外装変速装置の場合、クランクを回さなければ変速できないので、チェーンに張力が作用した状態でディレーラによりチェーンをクランク軸（ハブ軸）方向に移動させて変速動作を行っている。このようにチェーンに張力が作用した状態では、ディレーラによりチェーンを軸方向に移動させにくい。しかし、変速補助装置５０により変速操作時にクランク軸２０等の駆動装置を制動してトルクを吸収することにより、チェーンに作用する張力が小さくなり、変速操作を行いやすくなる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、変速操作時に変速操作に連動して制動機構により駆動機構に作用する負荷を吸収するようにしたので、変速操作時に変速装置に動力がすべて伝達されず、ペダルをこいだ状態で変速操作しても、変速操作を容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。
【図２】 その変速補助装置をフロントスプロケット部の分解斜視図。
【図３】 クランク軸周りの一部半截断面図。
【図４】 図３のIV−IV断面図。
【図５】 変速補助装置の分解斜視図。
【図６】 第１及び第２カムディスクの斜視図。
【図７】 第１及び第２カムディスクの動作を説明する図。
【符号の説明】
１２ フレーム
２０ クランク軸
２８ フロントスプロケット部
３２ 内装変速ハブ
３６ 変速操作部
３８ 変速ケーブル
４２ インナーケーブル
４４ アウターケーシング
４４ａ 第１ケーシング
４４ｂ 第２ケーシング
５０ 変速補助装置
５１ 制動機構
５２ 連結機構
５３ ブラケット
５４ 固定部
５５ 回転部
５６ 制動力調整部
５７ 第１摩擦ディスク
５８ 回転部材
５９ 第２摩擦ディスク
６２ 第１円筒部
６５ フレーム係止部
６７ アウター係止部
７０ 第２円筒部
７５ 回転カム機構
７６ 第１カムディスク
７６ｂ〜７６ｅ 第１カム突起
７７ 第２カムディスク
７７ｂ〜７７ｅ 第２カム突起
７８ 波板バネ
８０ 移動部材
８０ａ アウター係止部
８１ 揺動部材
８２ 捩じりコイルバネ
８３ コイルバネ
８６ 復帰突起

Claims (19)

1. 自転車のフレーム又は前記フレームに固定された固定部材に装着された回転する駆動装置の周りに配置され、変速装置を変速操作するための変速操作部の操作に連動して変速操作を補助する自転車用変速補助装置であって、
   前記フレーム、前記固定部材、及び前記駆動装置のいずれかに装着され、制動力を制御可能な制動制御部を有し、前記駆動装置を制動するための制動機構と、
   前記変速操作部の操作に連動して前記制動機構を動作させる連動機構と、
   を備えた自転車用変速補助装置。
2. 自転車のフレーム又は前記フレームに固定された固定部材に装着された回転する駆動装置の周りに配置され、変速装置を変速操作するための変速操作部の操作に連動して変速操作を補助する自転車用変速補助装置であって、
   前記フレーム、前記固定部材、及び前記駆動装置のいずれかに装着され、前記駆動装置を制動するための制動機構と、
   前記変速操作部の操作に連動して前記制動機構を動作させる連動機構とを備え、
   前記変速装置と前記変速操作部とは、前記変速操作部及び前記内装変速装置の動作部分に係止されるインナーケーブルと前記インナーケーブルの外周側に前記インナーケーブルと相対移動自在に配置されるアウターケーシングとを有する連結部材により連結されており、
   前記連動機構は、前記インナーケーブルが前記変速操作部から前記変速装置に向かって移動する際に、その移動に連動して前記制動機構を動作させる、自転車用変速補助装置。
3. 前記制動機構は、制動力を制御可能な制動制御部を有する、請求項２に記載の自転車用変速補助装置。
4. 前記駆動装置は、前記自転車のフレームに回転自在に装着されたクランク、クランク軸及び駆動ギアのいずれかひとつを含む、請求項１から３のいずれかに記載の自転車用変速補助装置。
5. 前記連動機構は、前記変速操作部の操作に連動して前記制動機構と前記フレーム又は固定部材若しくは前記制動機構と前記駆動装置とを連結・連結解除する連結機構を含む、請求項１から４のいずれかに記載の自転車用変速補助装置。
6. 前記制動機構は、前記フレーム又は前記固定部材に装着され、
   前記連結機構は前記制動機構と前記駆動装置とを連結・連結解除する、請求項５に記載の自転車用変速補助装置。
7. 前記連結機構は、前記駆動装置が１回転する間、前記制動機構を前記駆動装置に連結する、請求項５又は６に記載の自転車用変速補助装置。
8. 前記制動制御部は、前記駆動装置が１回転する間、制動力を徐々に変化させる制動力調整部を有する、請求項７に記載の自転車用変速補助装置。
9. 前記制動機構は、
   前記フレームに取り付けられたブラケットと、
   前記ブラケットに取り付けられ第１摩擦面を有する固定部と、
   前記第１摩擦面と対向して配置された第２摩擦面を有し、前記ブラケットに回転自在に装着され前記固定部と接触可能な回転部とを有し、
   前記連結機構は、前記駆動装置と前記回転部とを連結・連結解除する、請求項６から８のいずれかに記載の自転車用変速補助装置。
10. 前記制動力調整部は、前記回転部の回転に応じて前記回転部と前記固定部との摩擦力を増加させる部分と減少する部分とを前記１回転中に有している、請求項９に記載の自転車用変速補助装置。
11. 前記ブラケットは、前記フレームに係止される係止部と、前記係止部に固定され前記固定部を回転不能に係止する第１円筒部と、前記第１円筒部の内周側に間隔を隔てて配置され前記第１円筒部と回転不能に連結された第２円筒部とを有し、
    前記固定部は、前記第１円筒部の内周面に取り付けられた複数の第１摩擦ディスクを有し、
    前記回転部は、前記第２円筒部の外周面に回転自在に装着された筒状の回転部材と、前記回転部材の外周面に取り付けられ、前記第１摩擦ディスクと交互に配置された複数の第２摩擦ディスクとを有する、請求項９又は１０に記載の自転車用変速補助装置。
12. 前記制動力調整部は、
    前記両摩擦ディスクと並べて配置され、前記回転部材の回転に連動して前記両摩擦ディスクに対する押圧力を変化させる回転カム機構を有する、請求項１１に記載の自転車用変速補助装置。
13. 前記回転カム機構は、
    前記第１円筒部の内周面及び前記回転部材の外周面のいずれか一方に取り付けられた第１カムディスクと、
    前記第１円筒部の内周面及び前記回転部材の外周面のいずれか他方に取り付けられ前記第１カムディスクと対向して配置され前記第１カムディスクとの相対回転により前記第１カムディスクに対して前記駆動装置の回転軸方向に移動して前記両摩擦ディスクを押圧可能な第２カムディスクと、
    前記両カムディスクを接近する方向に付勢するカム付勢部材とを有する、請求項１２に記載の自転車用変速補助装置。
14. 前記第１及び第２カムディスクは、円周方向に延び対向可能なそれぞれの第１及び第２カム突起を有する、請求項１３に記載の自転車用変速補助装置。
15. 前記連結機構は、
    前記ブラケットに移動自在に設けられ、前記連結部材の動作に連動して係止位置と係止解除位置とに移動する移動部材と、
    前記移動部材の移動により前記回転部材と前記駆動装置とを連結する連結姿勢と連結解除する連結解除姿勢とに揺動自在に前記回転部材に設けられた揺動部材とを有し、
    前記揺動部材は、前記移動部材が係止位置にあるとき前記移動部材に係止されて前記連結解除姿勢をとり、前記移動部材が前記係止解除位置に移動すると前記連結姿勢に揺動する、請求項１１から１４のいずれかに記載の自転車用変速補助装置。
16. 前記ブラケットは、前記変速操作部側のアウターケーシングを係止する第１係止部を有し、
    前記連結機構は、前記移動部材を前記係止解除位置側に付勢する第１付勢部材を有し、
    前記移動部材は、前記連結部材の前記変速装置側のアウターケーシングを係止する第２係止部を有し、前記インナーケーブルが前記変速装置に向かって移動するときに前記第１付勢部材の付勢力により前記第２係止部に係止されたアウターケーシングとともに前記係止解除位置側に移動した後、変速動作が完了すると前記アウターケーシングによって押されて前記第１付勢部材の付勢力に抗して前記係止位置に戻る、請求項１５に記載の自転車用変速補助装置。
17. 前記連結機構は、前記揺動部材を前記連結位置側に付勢する第２付勢部材を有し、
    前記揺動部材は、前記移動部材が前記係止位置から前記係止解除位置に移動すると、前記第２付勢部材の付勢力により前記連結解除位置から前記連結位置に揺動する、請求項１５又は１６に記載の自転車用変速補助装置。
18. 前記連結機構は、前記駆動装置が１回転する間に前記係止位置に復帰した前記移動部材が係止可能な連結解除位置に前記揺動部材を戻す復帰手段をさらに有する、請求項１７に記載の自転車用変速補助装置。
19. 前記変速装置は、自転車の後輪を構成する内装変速ハブであり、
    前記駆動装置は、前記自転車のフレームに回転自在に装着されたクランク軸である、請求項１から１８のいずれかに記載の自転車用変速補助装置。

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