JP6397634B2 - 駆動シャフトを並進作動させるモータ付きギアシフト装置 - Google Patents

Description

本発明は、自転車用のギアシフト装置（変速装置）に関する。自転車用のギアシフト装置とは、自転車のトランスミッションの一部をなし、チェーンを案内するチェーンガイドを移動させることにより、その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異なるピニオン間で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）と、ペダルクランクと連結した異なるチェーンリング間でチェーンを移動させるフロントギアシフト装置（フロント変速装置）との両方を区別せずに指しているものと理解されたい。

通常、ギアシフトのアクチュエータ装置は、自転車のフレームに固定されるように意図された、複数の異なる動作形態を取ることができる、変形可能な関節型の運動機構（articulated kinematic mechanism）（典型的には、四辺形状又は平行四辺形状の関節型の運動機構）を備える。この変形可能な関節型の運動機構に保持されたチェーンガイドは、前記変形可能な関節型の運動機構の上記異なる動作形態に応じて、自転車のフレームに対して（したがって、複数の異なる歯車に対して）異なる位置を取ることができる。

本発明にかかるギアシフト装置は、電気モータを用いて上記変形可能な関節型の運動機構を変形させるモータ付きギアシフト装置(motorised gearshift)である。このような電気モータは、運転者による適切な指令入力を受けると、適切な運動機構を介して、変形可能な関節型の運動機構の様々な部品を互いに運動させる。これにより、関節型の運動機構が変形し、チェーンガイドが移動する。

モータ付きギアシフト装置が知られてから暫くになる。モータ付きギアシフト装置には、複数の異なる形態を確保するにあたり、回転電気モータの回転駆動シャフトの回転を適宜伝達・減速させた後、変形可能な関節型の運動機構の回転体を角方向に運動させることによって前記変形可能な関節型の運動機構の所望の変形を得るものと、変形可能な関節型の運動機構における所与の部品を（ねじ−ナットのカップリングを介して）別の部品に対して並進運動（move in translation）させることによって前記変形可能な関節型の運動機構の所望の変形を得るものとがある。

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。特に、モータ付きギアシフト装置では、変形可能な関節型の運動機構の変形動作を、手動のギアシフト装置で用いられているケーブルを介さずに極めてダイレクトに行うので、その要件の重要性がさらに増す。

出願人は、所与の部品を別の部品に対して並進させることによって変形可能な関節型の運動機構の変形を得るギアシフト装置のほうが、優れた作動精度を確保できることに気付いた。その一方で、出願人は、特にこのタイプのギアシフト装置の場合において、路面で走らせるうちに、ギアシフト装置のなかでも相対移動を起こす部品に泥や土が蓄積することで、作動精度に障害が生じることにも気付いた。

以上を踏まえて、本発明は、請求項１に記載のギアシフト装置に関する。好適な構成は、従属請求項に記載されている。

詳細には、本発明にかかる自転車用のモータ付きギアシフト装置は、
−自転車のフレームに固定されるように意図された、複数の異なる動作形態を取ることができる、変形可能な関節型の運動機構と、
−前記変形可能な関節型の運動機構に保持されており、前記変形可能な関節型の運動機構の前記異なる動作形態に応じて、前記自転車のフレームに対して異なる位置を取ることができる、チェーンガイドと、
−モータケーシングおよび前記モータケーシングから直接突出するマスタ駆動シャフト（master drive shaft）を含み、前記関節型の運動機構を変形させて前記異なる動作形態を取らせるように前記関節型の運動機構に取り付けられた、モータ部材と、
を備え、さらに、前記マスタ駆動シャフトが、回転不能（immobile in rotation）であり、かつ、前記モータケーシングに対して軸方向に並進運動可能(mobile in translation in the axial direction)である。

なお、マスタ駆動シャフトには「シャフト」という文言が含まれているものの、それ自体は回転せず、軸方向の並進のみを行う。

出願人は、このようなギアシフト装置とすることにより、マスタ駆動シャフトに泥や土が付いても、その泥や土によってマスタ駆動シャフトの運動が妨げられることがないので、使用時の精度が向上することに気付いた。事実、前記マスタ駆動シャフトの運動はシンプルな並進運動である。一方で、噛合する部品同士は、相対移動を起こさない（互いの位置が移動しない）ように構成されている。これにより、噛合する部品同士が相対移動を起こす構成で典型的に発生する、泥や土によって摩擦が（大幅に）増大し、操作の精度が損なわれるといった状況を回避することができる。

上記実施形態の自転車用のギアシフト装置は、所望により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。

前記モータ部材は、前記マスタ駆動シャフトの並進運動を直接生成することができるモータ要素を含むものであってもよい。

しかしながら、好ましくは、前記モータ部材は、回転電気モータ、前記回転電気モータによって回転される一次駆動シャフト、および前記一次駆動シャフトと前記マスタ駆動シャフトとの間に運動学的に（kinematically）設けられた伝動機構を含み、これら回転電気モータ、一次駆動シャフトおよび伝動機構が、前記モータケーシング内に完全に収容されている。

このように、簡素な構成、信頼性および低コストの面からみて好適な、回転電気モータを使用することができる。さらに、ケーシング内に、この回転電気モータ、前記一次駆動シャフト、および（回転電気モータの回転運動を前記マスタ駆動シャフトの直線運動に変換する）前記伝動機構が完全に収容されているので、前記モータ部材において泥や土が付着する可能性のある部品は、静止している部品（前記モータケーシング）や、シンプルな並進動作による可動部品（前記マスタ駆動シャフト）のみに限られ、噛合する部品は除外することができる。

前記伝動機構の構成としては、様々なものが考えられる。好ましくは、前記伝動機構は、二次駆動シャフト、前記一次駆動シャフトと前記二次駆動シャフトとの間に設けられた回転減速用のギア列、および前記二次駆動シャフトに一体回転可能（so as to rotate as a unit on the secondary drive shaft）に取り付けられたピニオンを具備しており、また、前記マスタ駆動シャフトにラックが形成されており、前記二次駆動シャフトの前記ピニオンが前記ラックと係合している。この構成は、必要とされる動作変換を、小さいスペースで行うことができるので、前記モータケーシング内に完全に収容させる構成として好適である。また、一次駆動シャフトと二次駆動シャフトとの間の減速用のギア列により、回転を大幅に減速させることができ、さらに、その二次駆動シャフトの（極めて低速の）回転を、ピニオン−ラックのペアにより、前記マスタ駆動シャフトの並進に容易に変換することができる。

好ましくは、前記ラックは、前記マスタ駆動シャフトの、前記関節型運動機構のどの動作形態においても前記モータケーシング内に常に留まる第１の部位に形成されている。さらに好ましくは、前記モータケーシングは、前記マスタ駆動シャフトがスライド自在に係合する筒部を有しており、前記マスタ駆動シャフトの第２の部位において、前記筒部と前記マスタ駆動シャフトとの間に、スライドシールするガスケットが設けられている。この場合、前記マスタ駆動シャフトの第２の部位を、滑らかな表面に加工することにより、前記ガスケットとのカップリングによる密封を向上させることができる。好ましくは、前記ガスケットは、一般にＯリングとして知られる、環状のガスケット（toroidal gasket）である。

好ましくは、前記一次駆動シャフトが一次軸心に沿って配設され、前記二次駆動シャフトが二次軸心に沿って配設されており、これら一次軸心と二次軸心とは互いに平行であり、前記ギア列は、前記一次軸心および前記二次軸心の両方に対して垂直な回転軸心を有する回転部材を具備している。このような配置構成により、前記伝動機構を小型化することができる。

好ましくは、前記伝動機構は、さらに、前記一次駆動シャフトから前記マスタ駆動シャフトへ一方向に動作を伝達するギア対を具備している。さらに好ましくは、単方向伝動を行う前記ギア対は、歯付きセクタとカップリングするウォームねじを含む。この機械的に簡素な解決手段により、回転軸心が９０°方向転換する構成を、最も有効活用することができる。

既述したように、前記ギアシフト装置は、リア・ギアシフト装置とフロントギアシフト装置のどちらにもなり得る。

好ましい実施形態において、前記ギアシフト装置はリア・ギアシフト装置であり、
−前記変形可能な関節型の運動機構が、四辺形状の関節型の運動機構（４バーのリンク機構）であり、前記四辺形状の関節型の運動機構は、ベース体(base body)および可動体（mobile body）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、
−前記モータ部材が、前記四辺形状の関節型の運動機構に、前記四辺形状の関節型の運動機構の第１の領域と第２の領域との間で取り付けられており、これら第１の領域と第２の領域との間の距離は、前記四辺形状の関節型の運動機構の動作形態に応じて変化する。

この場合に、前記マスタ駆動シャフトを並進作動させるための前記モータ部材の特殊な構成が、最も効果を発揮する。事実、ギアシフトに必要な、関節接続された四辺形の変形を、比較的小さい力で引き起こすことができる。したがって、作動精度の向上につながる。

好ましい実施形態において、前記モータ部材は、前記モータケーシングが前記４つのピン要素のうちの第１のピン要素によって保持されて前記マスタ駆動シャフトが前記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第２のピン要素に拘束されるように取り付けられている。

この場合、関節接続された四辺形の対角線に沿って配置構成が組まれる。これにより、前記マスタ駆動シャフトを、運動学的に最も好適な条件で動作させることができるので、ギアシフト装置の操作の精度及び信頼性を、確実に最大限に向上させることができる。

好ましい他の実施形態において、前記モータ部材は、
−前記モータケーシングが前記４つのピン要素のうちの第１のピン要素の近傍で前記ベース体にヒンジ接続されて、および／または
−前記マスタ駆動シャフトが前記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第２のピン要素の近傍で前記可動体に拘束されるように、前記四辺形状の関節型の運動機構に取り付けられている。

このような前記モータケーシングの組付けおよび／または前記マスタ駆動シャフトの前記ベース体への拘束は、ピン要素を用いずに行うので、堅牢なギアシフト装置にすることができ、また、ギアシフト装置の構成を簡素にすることができる。

好ましくは、前記マスタ駆動シャフトは、メカニカルヒューズ（すなわち、伝達する力を制限する装置）を介して、前記変形可能な四辺形状の関節型の運動機構に（前記４つのピン要素のうちの前記第２のピン要素にまたは前記可動体に）拘束されている。メカニカルヒューズとは、歪みに対する抵抗が、他のどの構成要素よりも小さい、所定の限られたものである機械要素のことを意味する。このような装置により、ギアシフト装置を保護することができ、特に、自転車の落下や突然の衝突でギアシフト装置に衝撃が加わった場合に、前記モータ部材が損傷するのを防ぐことができる。より具体的に説明すると、そのような状況で歪みが所定の閾値を超えると、上記装置が、前記マスタ駆動シャフトとピンとを互いに切り離して、危険な力の伝達を防止する。

前記メカニカルヒューズの構成としては、様々なものが考えられる。

好ましい一実施形態において、前記メカニカルヒューズは、前記第２のピン要素のボディに形成された座部と、この座部に対向し且つこの座部の対となる、前記マスタ駆動シャフトの前記第２の部位に形成された対向座部と、前記座部にスライド可能に取り付けられて前記対向座部に弾性的に押し付けられて係合する押圧体とを含む。好ましくは、前記押圧体は、ボールと、このボールと前記座部に調節可能に連結した底部との間で圧縮された押しばねとで構成される。この構成によれば、前記底部を操作して前記ボール（したがって、前記マスタ駆動シャフトの対向座部）に対するばねの押圧を増減させることにより、前記メカニカルヒューズの介入閾値（intervention threshold）を簡単に調節することができる。

なお、前記モータ部材の突き出す動作（thrusting action）を変形可能な関節接続された四辺形の対角線に正確に沿って又は略沿って行うギアシフト装置では、メカニカルヒューズが特に重要である。事実、そのような配置構成では、ギアシフト装置に衝撃が加わると、極めて大きい応力が前記モータ部材に伝達する可能性がある。

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。

本発明の第１の実施形態にかかるギアシフト装置の部分分解斜視図である。 図１ａのギアシフト装置の細部の断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかるギアシフト装置の部分分解斜視図である。 図２ｂとは異なる角度からみた、本発明の第２の実施形態にかかるギアシフト装置の部分分解斜視図である。 図２ａ及び図２ｂのギアシフト装置の、モータ部材が完全に展開した動作形態を示す図である。 図３ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図２ａ及び図２ｂのギアシフト装置の、モータ部材が完全に後退した動作形態を示す図である。 図４ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図４ａの破線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 図２ａ及び図２ｂのギアシフト装置のモータ部材の一部を示す部分分解斜視図である。

図１ａでは、本発明の第１の実施形態にかかる自転車用のモータ付きギアシフト装置の全体を、符号１０で示す。一具体例として、このギアシフト装置１０は、コグセット（cogset）の近傍で自転車のフレームに装着されてそのコグセットのピニオン間で伝動チェーンを移動させる、リア・ギアシフト装置である。

ギアシフト装置１０は、変形可能な関節型の運動機構を備える。この具体例では、その運動機構は四辺形状の関節型の運動機構（４バーのリンク機構）２０であり、ベース体２１、可動体２２、およびベース体２１と可動体２２との間に位置する２本のコネクティングロッドで構成される。この２本のコネクティングロッドは、コネクティングロッド（自転車にギアシフト装置が装着される位置を基準として、外側のコネクティングロッドとも称される）２３と、コネクティングロッド（自転車にギアシフト装置が装着される位置を基準として、内側のコネクティングロッドとも称される）２４である。これらベース体２１、可動体２２、および２本のコネクティングロッド２３，２４が、４つのピン要素３１，３２，３３，３４で、４つの対応する平行なヒンジ接続軸心Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に沿って互いに関節接続されることにより、前述の四辺形状の関節型の運動機構２０を形成している。なお、図１ａでは、１つの軸心を複数個描いている。具体的に説明すると、この図は分解図なので、ヒンジ接続される２つの部品のそれぞれにつき各軸心が描かれている。ベース体２１が自転車のフレームに取り付けられるように意図され、可動体２２がチェーンガイド４０を保持する。これにより、チェーンガイド４０は、四辺形状の関節型の運動機構２０の異なる動作形態に応じて、自転車のフレームに対して異なる位置を取ることができる。

なお、ベース体２１、可動体２２、２本のコネクティングロッド２３，２４、およびピン要素３１，３２，３３，３４は、簡素なものから複雑なものまで、どのような形状又は構成のものであってもよい。図示の例では、ベース体２１および可動体２２が、比較的肉厚な形状をしている。一方で、外側のコネクティングロッド２３は、実質的にプレート状の形状をしており、内側のコネクティングロッド２４は、２つの互いに平行なアーム２４ａ，２４ｂがブリッジ（連結部）２４ｃで連結した一体構造（monolithic structure）で構成されている。また、図示の例において、ピン要素３１は、ベース体２１に形成された２つのハーフピン（half-pin）で構成されている。これらのハーフピンは、外側のコネクティングロッド２３に形成されたヒンジ接続座部３１ａに挿入され、さらに、支持体３６に形成されたヒンジ接続座部３１ｂに挿入される。ピン要素３２も、ベース体２１に形成された２つのハーフピンで構成されている。これらのハーフピンは、外側のコネクティングロッド２３に形成されたヒンジ接続座部３２ａに挿入される。ピン要素３３は、シンプルなピンである。このシンプルなピンは、可動体２２に形成されたヒンジ接続座部３３ａ、および外側のコネクティングロッド２３に形成されたヒンジ接続座部３３ｂに挿入される。ピン要素３４は、ボディ３７に形成された複数のハーフピンで構成されている。これらのハーフピンは、内側のコネクティングロッド２４に形成されたヒンジ接続座部３４ａに挿入され、さらに、可動体２２に形成されたヒンジ接続座部３４ｂに挿入される。

寸法に関して説明する。図示のギアシフト装置１０では、ヒンジ接続軸心Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を２つの軸心からなるペアに分けると、ヒンジ接続軸心Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４間の距離は、ペアごとに等しくなる。つまり、軸心Ｐ１と軸心Ｐ２との間の距離は、軸心Ｐ３と軸心Ｐ４との間の距離に等しい。同様に、軸心Ｐ１と軸心Ｐ３との間の距離は、軸心Ｐ２と軸心Ｐ４との間の距離に等しい。すなわち、図示の四辺形状の関節型の運動機構２０は、厳密には平行四辺形状の関節型の運動機構である。したがって、ベース体２１が自転車のフレームに取り付けられている状態で、この四辺形状の関節型の運動機構２０が変形すると、可動体２２は、コネクティングロッド２３，２４によって規定される円軌道に沿って並進動作する。四辺形状の関節型の運動機構が平行四辺形状でない場合、可動体の動作には、並進成分だけでなく回動成分も含まれることになる。通常、このような状況は望ましくないが、チェーンガイドに何らかの動きを加えたい場合に有用である。

ギアシフト装置１０は、さらに、モータ部材５０を備える。モータ部材５０の全長は、モータ軸心Ｍに沿って可変である。事実、モータ部材５０は、モータケーシング５１およびこのモータケーシング５１から直接突出するマスタ駆動シャフト５２を含む。詳細には、このマスタ駆動シャフト５２は、モータケーシング５１に形成された開口５３から突出しており、四辺形状の関節型の運動機構２０の動作形態が異なることで、その長さも異なる。さらに、このマスタ駆動シャフト５２は、回転不能であり、かつ、モータケーシング５１に対して軸方向に並進運動可能である。

モータ部材５０は、四辺形状の関節型の運動機構２０において、この四辺形状の関節型の運動機構２０を変形させてマスタ駆動シャフト５２がモータケーシング５１から突出する程度に応じて前記運動機構２０に自転車のフレームに対して複数の異なる動作形態を取らせる位置に取り付けられている。詳細には、モータ部材５０のモータケーシング５１は、支持体３６によって保持されており、つまり、第１のピン要素３１に拘束されている。マスタ駆動シャフト５２は、ボディ３７に連結しており、つまり、ピン要素３４に拘束されている。したがって、モータ部材５０は、四辺形状の関節型の運動機構２０の対角線に沿って、互いに反対側に位置するピン要素３１とピン要素３４との間で取り付けられている。

マスタ駆動シャフト５２は、ボディ３７を介して、変形可能な四辺形状の関節型の運動機構２０に拘束されている。このボディ３７は、メカニカルヒューズ（すなわち、伝達する力を制限する装置）である。図１ｂから分かるように、この目的のために、座部３７１がボディ３７に形成され、この座部３７１に対向し且つこの座部３７１の対となる対向座部５２１がマスタ駆動シャフト５２に形成されている。座部３７１には、押圧体がスライド可能に取り付けられている。また、この押圧体は、対向座部５２１に弾性的に押し付けられて係合する。さらに、この押圧体は、座部３７１から対向座部５２１に向かって突き出たボール３７３と、このボール３７３に当接する小型のプレート３７４と、座部３７１の調節可能なベース部としてその座部３７１に螺合された底部３７５と、小型のプレート３７４と底部３７５との間で圧縮されたばね３７６とで構成される。この構成によれば、底部３７５を操作して小型のプレート３７４及びボール３７３（したがって、マスタ駆動シャフト５２の対向座部５２１）に対するばね３７６の押圧を増減させることにより、メカニカルヒューズ３７の介入閾値を簡単に調節することができる。

モータ部材５０は、ケーシング５１内に、マスタ駆動シャフト５２を並進作動させる電気機械的手段を含む。この電気機械的手段は、ケーブル４８によって作動・制御される。また、この電気機械的手段としては、様々な種類のものが考えられるが、ギアシフト装置１０との関連では図示していない。

図２〜図５では、本発明の第２の実施形態にかかる自転車用のモータ付きギアシフト装置の全体を、符号１１０で示す。一具体例として、このギアシフト装置１１０は、コグセットの近傍で自転車のフレームに装着されてそのコグセットのピニオン間で伝動チェーンを移動させる、リア・ギアシフト装置である。

後述の説明から分かるように、ギアシフト装置１１０は、特にモータ部材を除けば、ギアシフト装置１０と同様の装置である。出来るだけ理解し易いように、同一の構成要素については、その符号を、ギアシフト装置１０で使用した符号の先頭に「１」を付け加えたものとした。

ギアシフト装置１１０は、変形可能な関節型の運動機構を備える。この具体例では、その運動機構は四辺形状の関節型の運動機構１２０であり、ベース体１２１、可動体１２２、およびベース体１２１と可動体１２２との間に位置する２本のコネクティングロッドで構成される。この２本のコネクティングロッドは、コネクティングロッド（外側のコネクティングロッドとも称される）１２３と、コネクティングロッド（内側のコネクティングロッドとも称される）１２４である。これらベース体１２１、可動体１２２、および２本のコネクティングロッド１２３，１２４が、４つのピン要素１３１，１３２，１３３，１３４で、４つの対応する平行なヒンジ接続軸心Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に沿って互いに関節接続されることにより、前述の四辺形状の関節型の運動機構１２０を形成している。なお、図２ａ及び図２ｂでは、１つの軸心を複数個描いている。具体的に説明すると、これらの図は分解図なので、ヒンジ接続される２つの部品のそれぞれにつき各軸心が描かれている。ベース体１２１が自転車のフレームＴに取り付けられるように意図され、可動体１２２がチェーンガイド１４０を保持する。これにより、チェーンガイド１４０は、四辺形状の関節型の運動機構１２０の異なる動作形態に応じて、自転車のフレームＴに対して異なる位置を取ることができる。

ギアシフト装置１０と同様に、ベース体１２１、可動体１２２、２本のコネクティングロッド１２３，１２４、およびピン要素１３１，１３２，１３３，１３４は、簡素なものから複雑なものまで、どのような形状又は構成のものであってもよい。図示の例では、ベース体１２１および可動体１２２が、比較的肉厚な形状をしている。一方で、外側のコネクティングロッド１２３は、実質的にプレート状の形状をしており、内側のコネクティングロッド１２４は、２つの互いに平行なアーム１２４ａ，１２４ｂがブリッジ（連結部）１２４ｃで連結した一体構造で構成されている。また、図示の例において、ピン要素１３１は、ベース体１２１に形成された２つのハーフピンで構成されている。これらのハーフピンは、外側のコネクティングロッド１２３に形成されたヒンジ接続座部１３１ａに挿入される。ピン要素１３２は、シンプルなピンである。このシンプルなピンは、内側のコネクティングロッド１２４に形成されたヒンジ接続座部１３２ａ、およびベース体１２１に形成されたヒンジ接続座部１３２ｂに挿入される。ピン要素１３３は、シンプルなピンである。このシンプルなピンは、可動体１２２に形成されたヒンジ接続座部１３３ａ、および外側のコネクティングロッド１２３に形成されたヒンジ接続座部１３３ｂに挿入される。ピン要素１３４は、ボディ１３７に形成された複数のハーフピンで構成されている。これらのハーフピンは、内側のコネクティングロッド１２４に形成されたヒンジ接続座部１３４ａに挿入され、さらに、可動体１２２に形成されたヒンジ接続座部１３４ｂに挿入される。

図示のギアシフト装置１１０では、ヒンジ接続軸心Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を２つの軸心からなるペアに分けると、ヒンジ接続軸心Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４間の距離は、ペアごとに等しくなる。つまり、軸心Ｑ１と軸心Ｑ２との間の距離は、軸心Ｑ３と軸心Ｑ４との間の距離に等しい。同様に、軸心Ｑ１と軸心Ｑ３との間の距離は、軸心Ｑ２と軸心Ｑ４との間の距離に等しい。すなわち、図示の四辺形状の関節型の運動機構１２０は、厳密には平行四辺形状の関節型の運動機構である。したがって、ベース体１２１が自転車のフレームに取り付けられている状態で、この四辺形状の関節型の運動機構１２０が変形すると、可動体１２２は、コネクティングロッド１２３，１２４によって規定される円軌道に沿って並進動作する。

ギアシフト装置１１０は、さらに、モータ部材１５０を備える。モータ部材１５０の全長は、モータ軸心Ｎに沿って可変である。事実、モータ部材１５０は、モータケーシング１５１およびこのモータケーシング１５１から直接突出するマスタ駆動シャフト１５２を含む。詳細には、このマスタ駆動シャフト１５２は、モータケーシング１５１に形成された開口１５３から突出しており、四辺形状の関節型の運動機構１２０の動作形態が異なることで、その長さも異なる。さらに、このマスタ駆動シャフト１５２は、回転不能であり、かつ、モータケーシング１５１に対して軸方向に並進運動可能である。

モータ部材１５０は、四辺形状の関節型の運動機構１２０において、この四辺形状の関節型の運動機構１２０を変形させてマスタ駆動シャフト１５２がモータケーシング１５１から突出する程度に応じて前記運動機構１２０に自転車のフレームＴに対して複数の異なる動作形態を取らせる位置に取り付けられている。詳細には、モータ部材１５０のモータケーシング１５１は、ヒンジ接続軸心Ｑ１の近傍に位置し且つこのヒンジ接続軸心Ｑ１に平行である軸心Ａに沿って、ベース体１２１にヒンジ接続されている。マスタ駆動シャフト１５２は、ボディ１３７に連結しており、つまり、ピン要素１３４に拘束されている。したがって、モータ部材１５０は、四辺形状の関節型の運動機構１２０の対角線に略沿って、互いに反対側に位置するピン要素１３１とピン要素１３４との間で取り付けられている。

マスタ駆動シャフト１５２は、ボディ１３７を介して、四辺形状の関節型の運動機構１２０に拘束されている。このボディ１３７は、ギアシフト装置１０のボディ３７と同一のメカニカルヒューズなので、ここでは詳細に説明しない。その特徴については、既述のボディ３７の説明を参照のこと。

モータ部材１５０は、ケーシング１５１内に、マスタ駆動シャフト１５２の並進作動させる電気機械的手段を含む。

より具体的に説明すると、モータ部材１５０は、回転電気モータ１５４、回転電気モータ１５４によって回転される一次駆動シャフト１５５、および一次駆動シャフト１５５とマスタ駆動シャフト１５２との間に運動学的に設けられた伝動機構１５６を含み、これら回転電気モータ１５４、一次駆動シャフト１５５および伝動機構１５６が、モータケーシング１５１内に完全に収容されている。

伝動機構１５６は、二次駆動シャフト１５８、一次駆動シャフト１５５と二次駆動シャフト１５８との間に設けられた回転減速用のギア列１６１、および二次駆動シャフト１５８に一体回転可能に取り付けられたピニオン１６２を具備している。また、マスタ駆動シャフト１５２にラック１６３が形成されており、二次駆動シャフト１５８のピニオン１６２がラック１６３と噛合係合している。図３ｂと図４ｂ／図４ｃを比べると分かるように、ラック１６３は、マスタ駆動シャフト１５２の、四辺形状の関節型の運動機構１２０のどの動作形態においてもモータケーシング１５１内に常に留まる第１の部位１６５に形成されている。

モータケーシング１５１は、マスタ駆動シャフト１５２がスライド自在に係合する筒部１６６を有している。マスタ駆動シャフト１５２の第２の部位１６９では、筒部１６６とマスタ駆動シャフト１５２との間に、スライドシールするガスケット(sliding sealing gasket)（好ましくは、環状のＯリング（toroidal O-ring））１６７が設けられている。

モータ部材１５０では、一次駆動シャフト１５５が一次軸心Ｃ１に沿って配設され、二次駆動シャフト１５８が二次軸心Ｃ２に沿って配設されており、これら一次軸心Ｃ１と二次軸心Ｃ２とは互いに平行である。ギア列１６１は、一次軸心Ｃ１および二次軸心Ｃ２の両方に対して垂直な副回転軸心Ｄ１，Ｄ２を有する回転部材を具備している。また、それらの副回転軸心Ｄ１，Ｄ２は、互いに平行である。

より具体的に説明すると、ギア列１６１は、一次駆動シャフト１５５から二次駆動シャフト１５８にかけて、：一次駆動シャフト１５５に一体回転可能に取り付けられた小径のピニオン１７１；副軸心Ｄ１に沿って配設された第１の副シャフト１７３に一体回転可能に取り付けられ、ピニオン１７１に係合する軸方向歯の歯車１７２；第１の副シャフト１７３に一体回転可能に取り付けられた小径のピニオン１７４；副軸心Ｄ２に沿って配設された第２の副シャフト１７６に一体回転可能に取り付けられ、ピニオン１７４に係合する歯車１７５；第２の副シャフト１７６に一体回転可能に取り付けられたウォームねじ１７７；および二次駆動シャフト１５８に一体回転可能に取り付けられ、ウォームねじ１７７に係合する歯付きセクタ１７８；を、この順序で具備している。

このギア列１６１では、ピニオン１７１と歯車１７２とで構成される高減速部、ピニオン１７４と歯車１７５とで構成される高減速部、およびウォームねじ１７７と歯付きセクタ１７８とで構成される高減速部の、３つの高減速部により、一次駆動シャフト１５５・二次駆動シャフト１５８間で、角速度の大幅な減少を達成することができる。また、ウォームねじ１７７と歯付きセクタ１７８とで構成されるギア機構（gearing）は、回転軸心を９０°方向転換可能なだけでなく、副シャフトベース体から二次駆動シャフト１５８への方向の伝達は許すが反対方向の伝達は許さない、単方向伝動を行うギア対とされている。周知のそのような単方向性は、衝撃によってチェーンガイド１４０が変位して不必要なギアチェンジが起きるのを防げるように、本発明にかかるギアシフト装置のような自転車用のギアシフト装置で特に求められる。

以上の説明により、本発明にかかる自転車用のモータ付きギアシフト装置の特徴および利点を明らかにした。

本発明にかかるギアシフト装置は、モータでマスタ駆動シャフトを回転ではなく並進作動させるので、優れた作動精度が、走らせるうちに泥や土が蓄積することによって損なわれることがない。事実、マスタ駆動シャフトの運動はシンプルな並進運動である。また、噛合する部品同士が、相対運動を起こさないように構成されている。これにより、噛合する部品同士が相対運動を起こす構成で典型的に発生する、泥や土によって摩擦が増大し、操作の精度が損なわれるといった状況を回避することができる。

Claims (10)

1. 自転車用のモータ付きギアシフト装置であって、
   −自転車のフレーム（Ｔ）に固定されるように意図された、複数の異なる動作形態を取ることができる、変形可能な関節型の運動機構（２０；１２０）と、
   −前記変形可能な関節型の運動機構（２０；１２０）に保持されており、前記変形可能な関節型の運動機構（２０；１２０）の前記の異なる動作形態に応じて、前記自転車のフレーム（Ｔ）に対して異なる位置を取ることができる、チェーンガイド（４０；１４０）と、
   −モータケーシング（５１；１５１）および前記モータケーシング（５１；１５１）から直接突出するマスタ駆動シャフト（５２；１５２）を含み、前記関節型の運動機構（２０；１２０）を変形させて前記異なる動作形態を取らせるように前記関節型の運動機構（２０；１２０）に取り付けられた、モータ部材（５０；１５０）と、
   を備える、自転車用のモータ付きギアシフト装置において、
   前記マスタ駆動シャフト（５２；１５２）が、回転不能であり、かつ、前記モータケーシング（５１；１５１）に対して軸方向に並進運動可能であり、
   前記マスタ駆動シャフト（１５２）は、第1の部位（１６５）と第２の部位（１６９）とから構成され、前記第１の部位（１６５）は、前記関節型の運動機構（１２０）のどの動作形態においても前記モータケーシング（１５１）内に常に留まり、
   前記モータケーシング（１５１）が、前記マスタ駆動シャフト（１５２）がスライド自在に係合する筒部（１６６）を有しており、
   前記マスタ駆動シャフト（１５２）の第２の部位（１６９）において、前記筒部（１６６）と前記マスタ駆動シャフト（１５２）との間に、スライドシールするガスケット（１６７）が設けられている、自転車用のモータ付きギアシフト装置。
2. 請求項１に記載の自転車用のモータ付きギアシフト装置において、前記モータ部材（５０；１５０）が、さらに、回転電気モータ（１５４）、前記回転電気モータ（１５４）によって回転運動される一次駆動シャフト（１５５）、および前記一次駆動シャフト（１５５）と前記マスタ駆動シャフト（１５２）との間に運動学的に設けられた伝動機構（１５６）を含み、これら回転電気モータ（１５４）、一次駆動シャフト（１５５）および伝動機構（１５６）が、前記モータケーシング（１５１）内に完全に収容されている、自転車用のモータ付きギアシフト装置。
3. 請求項２に記載の自転車用のモータ付きギアシフト装置において、前記伝動機構（１５６）が、二次駆動シャフト（１５８）、前記一次駆動シャフト（１５５）と前記二次駆動シャフト（１５８）との間に設けられた回転減速用のギア列（１６１）、および前記二次駆動シャフト（１５８）に一体回転可能に取り付けられたピニオン（１６２）を具備しており、前記マスタ駆動シャフト（１５２）にラック（１６３）が形成されており、前記二次駆動シャフト（１５８）の前記ピニオン（１６２）が前記ラック（１６３）と係合している、自転車用のモータ付きギアシフト装置。
4. 請求項３に記載の自転車用のモータ付きギアシフト装置において、前記マスタ駆動シャフト（１５２）の第１の部位（１６５）に、前記ラック（１６３）が形成されている、自転車用のモータ付きギアシフト装置。
5. 請求項３に記載の自転車用のモータ付きギアシフト装置において、前記一次駆動シャフト（１５５）が一次軸心（Ｃ１）に沿って配設され、前記二次駆動シャフト（１５８）が二次軸心（Ｃ２）に沿って配設されており、これら一次軸心（Ｃ１）と二次軸心（Ｃ２）とは互いに平行であり、前記ギア列（１６１）は、前記一次軸心（Ｃ１）および前記二次軸心（Ｃ２）の両方に対して垂直な回転軸心を有する回転部材（１７２，１７３，１７４，１７５，１７６，１７７）を具備している、自転車用のモータ付きギアシフト装置。
6. 請求項３に記載の自転車用のモータ付きギアシフト装置において、前記伝動機構（１５６）が、さらに、前記一次駆動シャフト（１５５）から前記マスタ駆動シャフト（１５２）への一方向に動作を伝達するギア対（１７７，１７８）を具備している、自転車用のモータ付きギアシフト装置。
7. 請求項６に記載の自転車用のモータ付きギアシフト装置において、単方向伝動を行う前記ギア対が、歯付きセクタ（１７８）とカップリングするウォームねじ（１７７）を含む、自転車用のモータ付きギアシフト装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の自転車用のモータ付きリア・ギアシフト装置において、
   −前記モータ付きギアシフト装置が、モータ付きリア・ギアシフト装置であり、
   −前記変形可能な関節型の運動機構が、四辺形状の関節型の運動機構（２０；１２０）であり、前記四辺形状の関節型の運動機構（２０；１２０）は、ベース体（２１；１２１）および可動体（２２；１２２）を具備しており、これらベース体（２１；１２１）と可動体（２２；１２２）とは、一対のコネクティングロッド（２３，２４；１２３，１２４）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（２３，２４；１２３，１２４）は、４つのピン要素（３１，３２，３３，３４；１３１，１３２，１３３，１３４）で、前記ベース体（２１；１２１）および前記可動体（２２；１２２）に関節接続されており、
   −前記モータ部材（５０；１５０）が、前記四辺形状の関節型の運動機構（２０；１２０）に、前記四辺形状の関節型の運動機構（２０；１２０）の第１の領域と第２の領域との間で取り付けられており、これら第１の領域と第２の領域との間の距離は、前記四辺形状の関節型の運動機構（２０；１２０）の動作形態に応じて変化する、自転車用のモータ付きリア・ギアシフト装置。
9. 請求項８に記載の自転車用のモータ付きリア・ギアシフト装置において、前記モータ部材（５０）は、前記モータケーシング（５１）が前記４つのピン要素のうちの第１のピン要素（３１）によって保持されて前記マスタ駆動シャフト（５２）が前記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第２のピン要素（３４）に拘束されるように取り付けられている、自転車用のモータ付きリア・ギアシフト装置。
10. 請求項３に従属する場合の請求項８に記載の自転車用のモータ付きリア・ギアシフト装置において、前記モータ部材（１５０）は、
    −前記モータケーシング（１５１）が前記４つのピン要素のうちの第１のピン要素（１３１）の近傍で前記ベース体（１２１）にヒンジ接続されて、および／または
    −前記マスタ駆動シャフト（１５２）が前記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第２のピン要素（１３４）の近傍で前記可動体（１２２）に拘束されるように、
    前記四辺形状の関節型の運動機構（１２０）に取り付けられている、自転車用のモータ付きリア・ギアシフト装置。
    
    

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