JPH01502176A - 電気機械式自転車用変速機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気機械式自転車用変速機構 説明 この発明は、請求項第１項において定義される電気機械式自転車用変速機構に関 するものである。

この種の電気機械式変速機構に関する技術としては、米国特許第３９１９８９１ 号に開示されたものがあり、３面から成る伸縮自在のハウジングの一端を自転車 のフレームに取り付け、他端をピンを介してアクチュエータ部材に連結させた構 成となっている。この固着されたハウジング部においては、外側のハウジング部 を車輪軸に対して平行に伸縮出し入れを行う電気モータによって駆動される構成 とされたスピンドルが、ネジを有する駆動部材としてハウジング内に設けられて いる。この種のアクチュエータ機構におけるアクチュエータ部材と車輪軸間の距 離は、通常、シフトアクチュエータ部材それ自体が平行に、さらに弧状の軌跡を 描いて移動する平行四辺形の構成から成るリンケージを有した脱線ギヤシフト機 構において、周知となっている運動とは著しく異なり、一定に保たれている。米 国特許第３９１９８９１号に開示されたこの種のギヤシフト機構においては、チ ェーンの反力、運動による衝撃及び振動、または比較的可動し易いハウジング部 に対して過度の負荷をかけるギヤシフト力等により短期間に摩損が生じてしまい 正確なギヤシフトが達成されず、各スプロケットへのチェーンの移動御及び各ギ ヤとのかみ合いが困難になる。

さらに、他のタイプの電気機械式自転車よう変速機構としては、米国特許第４０ ４１７８８号において開示されたものがある。この機構においては、電気モータ が、後輪軸に平行に延びる軸線に沿って、シフトアクチュエータを反対方向に移 動させるスピンドル駆動機構に対し、二つのかみ合い位置を有するように適合さ れた浮き装置（フローティングギヤ）を支持するレバーアームを動かす機構とな っており、このスピンドル駆動機構は、チェーンの動きにより回転する構成とさ れている。テンションレバーが正確なギヤのかみ合い位置に到達して、浮き装置 より正確に設定されたタイミングで外れた時に、ギヤシフト操作の制御モータを 反転させることにより、各ギヤのかみ合い位置におけるシフトアクチュエータの 正確な位置決め及びそのモータを制御する電気回路に設けられた複数の位置決め 用ワイパ接点が、浮き装置を支持するレバーアーム及びチェーンテンションレバ ーと関連する機構となっている。

また、フランス特許第１００３３７３号及び第１２７７６９１号においては、チ ェーンテンションレバーあるいはディフレクタスプロケットとして構成されたシ フトアクチュエータのキャリアが、単純スライドガイド内のハウジング内に案内 されており、縦溝に係合しているガイドピン若しくはキャリアの非円形の断面に よってキャリアのいかなる回転をも防止可能な構成とされた自転車用変速機構が 開示されている。

さらに、フランス特許第２２３３２２０号より公知となっている自転車用電気機 械式変速機構においては、キャリアが、横ガイド溝内に固定されることなく設け られると共に電気モータに連結しているスピンドルと螺合しているシフトアクチ ュエータとして作動する構成とされており、モータの制御回路は、直列に接続し たリードスイッチと制御用リレー及びダイオードを有した単純切り替えスイッチ から構成されている。

フランス特許第２５８７０７９号の電気機械式自転車用変速機構においては、車 輪軸に対して平行に移動可能なシフトアクチュエータを有した構成が開示されて おり、このアクチュエータの露出した横ガイド棒上へのガイドは不適切なもので ある。モータ用の制御回路は、プリント回路及び複数のワイパ接点とから構成さ れており、この接点は、傷や汚れに対し非常に影響を受け易い構造となっている 。

最後に、イギリス特許第００４０５０９号においては１、フォトセル、受光要素 及び長手方向に延びたスケールから成り、モータの位置を表す可算信号を発生す る電気光学式検出装置によって、移動自在な構成とされたモータ部の位置をモニ タするステップ移動タイプのりニアモータが開示されている。

したがって、この発明は、冒頭において定義した型の電気機械式自転車用変速機 構であって、高精度な変速を可能とし、長期的使用に対しても耐摩耗特性を有し た変速機構を提供することを目的とする。

この発明によれば、カーソルはハウジングによって安全に保護されており、許容 移動範囲にわたり正確にガイドされた構成とされている。したがって、チェーン からの反力、走行に起因する衝撃及び振動、または変速時の作用力が、カーソル から／％ウジングの広範囲にわたり伝達される。このカーソルは、多少の力でも 容易に移動するものであり、ガイド部への泥や水滴の侵入を防止する構成となっ ている。このような構成により、高精度でかつ正確なシフト動作の繰り返しが可 能となり、損傷の起因となるシフト操作が頻繁に行なわれても長期間の使用が保 証される。

好適実施例としては、カーソルが、ハウジングよりスライドシールガスケットを 介して突出した延長部を有した構成とし、これにより泥や水滴の侵入を効果的に 防止することが望ましい。このスライドシールガスケットは、正確な操作を行う 上で必要不可決なものではないが、カーソルのガイド機構に有用なものである。

電気機械式自転車用変速機構においては、容易な保全管理と高い信頼性が要求さ れており、さらに、従来の構造においては、自転車用変速機構が自転車外観より 突出しているために小型化が望まれている事実に鑑みて、この発明に係る構成に おいては、可動機構の総てが適切に組み立てられると共に、可能な限りの小空間 に設置される構成とされ、最小限の体積とされている。

さらに好適実施例としては、カーソルがそのガイドと消極的に協調しており、カ ーソルの移動に対するスライド抵抗は、実際には時間及び温度に無関係な定数と されている。また、長期間の使用の結なわれることはなく、さらに、大量生産等 により高精度で、かつ、比較的低コストの製造を可能とするカーソルとされてい る。また、断面形状を楕円とすることにより、高精度な寸法と広い空間のガイド が保証されるため、比較的大きな作用力の下でも正確なカイトを得ることが可能 となる。この楕円形状は、／％ウジングの楕円断面形状にも約一致しているため 、ハウジングを十分小型な形状とすることができ、すべり軸受けは、単に穴に打 ち込みされた構成とされている。

さらに、好適な実施例によれば、シフト操作に要する力は、ガイドに近接したラ ックに伝達され、有害なトルク負荷の大部分が防止される。カーソル上のラック 及びカーソルの下側にある縦方向に延びた位置決め要素は、ハウジングに適する 所望の最小寸法の取り付は位置となっている。

他の好適な実施例においては、脱線器は、チェーン用の二つのスプロケットアイ ドラを支持し、障壁に固定された軸受はスタッド上に設けられたテンションアー ムと、一回転方向に付勢されたスプリングから構成されている。したがって、脱 線器をカーソル内に容易に収容することが可能となり、このことが小型化に貢献 し、テンションアームのコンパクトな安定した保持を可能としている。実際には 、カーソルの全長及びその延長部が、脱線器の取り付けに有益なものであため、 カーソルと脱線器間にはいかなる露出部品をも必要とされることがない。また、 変速機構のハウジングをチェーンに近接して設けることにより、自転車の外観よ りの突出を最小限とすることができる。したがって、ハウジングに与えるキズや 損傷は、著しく低減される。

単純構造で取り付けが容易な実施例としては、テンションア−ム、適度な引っ張 り摩擦を発生させる動きを成すのみでなく、いかなる遊びも生ずることなくカー ソルと連結することにより、正確にシフト動作をチェーンに伝達し、カーソルの 確実なガイドによって得られるシフトもテンションアームが精度よく成し得るこ とが保証される。

米国特許第４０４１７８８号から公知な変速機構においては、ワイパ接点列がハ ウジングの一側壁に取り付けてられており、テンションアームを動かすと、それ に取り付けられた接触子がワイパ接点上に移動する。どの接点の接触もテンショ ンアームが所定の変速位置に達したことを意味し、モータによる駆動ギヤ用のシ フトレバ−の作動が可能となり、テンションアームの動作が終了する。しかし、 この構造においては、ワイパ接点が摩耗及び腐食する傾向が強く、また複数の構 成体から成る機械式フィードバック機構を使用する構成及び主な作用は、選択さ れた変速位置に相当する正確な位置においてテンションアームが停止することを 常に保証し得ないという欠点がある。また、この位置から多少脱線しても各スプ ロケット上へチェーンが捩れて、変速機構の効率が著しく低下する結果となる。

また、この発明は、電気モータの制御回路の一部を構成して、障壁と対応して移 動する位置決め要素と一直線上に位置した障壁用の位置決め手段とを収納したハ ウジングを有する電気機械式自転車用変速機構において、電気回路の組み込み及 び位置決め要素との関連機構を可能な限り単純にし、さらに、損傷のない信頼性 の高い位置決め要素との作用を保証することを目的とする。

この目的を達成するための手段としては、ハウジング内に付加的空間を設けるこ となく容易な組み込みを可能とする回路支持板が提供される。この板は、同時に 位置決め装置の支持板としても機能するものである。位置決め要素は、障壁とし て作用するカーソルと組み合わされた構造のため、小型化が可能となる。位置決 め要素と位置決め装置間の非接触構成、特に、光学電気式センサによる構成は、 損傷等を効果的に防止し、障壁の実位置の指示を直接電気回路に伝送する。この センサは、一般に市販されている安価な構成のものであり、ハウジング内へ組み 込まれて保護されるために長期間にわたり故障のない構成となっている。

さらに、実施例によれば、ギヤシフトが限度位置を越えた場合には、もはやその 位置に相当するスプロケットは存在しないため、チェーンの脱線を引き起こすシ フトパルスが誤って入力されても、電気モータの回転方向が反転して変速機構は 自動的にその限界シフト位置を維持するように動作する構成が提供される。なお 、米国特許第４０４１７８８号に開示されたギヤシフト機構においては、この問 題に関する解決手段は示されていない。

また、製造コストが安価で、取り付けが容易な構成の位置決め要素が提供される 。この位置決め要素は、走査範囲の設定を容易に行うことによりシフト走査の所 望する精度が達成され、一対の光センサは信頼性の高い方法で剛帯と協調した構 成となっている。

ギヤシフトの限界位置を誤って越えてしまった場合には、テンションアームと共 に障壁が多少移動した後にモータの回転方向は反転して、ギヤシフトの限度位置 に復帰することによりチェーンの脱線が防止される。このモータの反転前におけ る障壁のわずかな移動により、限界位置のスプロケットに対してチェーンはある 程度捩れた状態となるが、その移動は非常にわずかな距離であるために殆ど影響 は生じない。

また、他の実施例においては、センサと共にその論理回路が、チェーンがスムー ズで信頼性のあるシフト動作を行うように作動しない限り、その論理回路は、シ フト操作を開始しない構成となっている。

例えば、交差点において停止信号により、最大の変速比のギヤに入った状態で停 止した場合には、ギヤのシフト操作を行うことなく最小の変速比のギヤによる走 行を可能にするストップリセット機能が提供される。

上述した米国特許においても、ＤＣモータを使用した電気機械式自転車用変速機 構の制御回路に関する記載がある。この制御回路は、ＤＣモータに接続したワイ パ接点盤及びその反対側において回転自在に取り付けられて各ギヤに対応する構 成とされた複数のワイパ接ギヤシフト機構の脱線器と同様の構造の脱線器が接続 されている。

ワイパ接点に電気的に接続され、回転レバーによって操作されるスイッチ接点が 自転車のハンドレバーに設けられているため、スイッチ接点の位置及び接点盤の 回転位置に応じてＤＣモータは所望の動作を行うことになる。電気機械式構成要 素及びワイパ接点の部品数が多数に及ぶため、この変速機構は製造コストが非常 に高くなり、さらには、自転車特有の走行状態の変動の下においては、適切な変 速機構の操作は殆ど不可能となる。

したがって、電気機械式自転車用変速機構の制御回路は、ＤＣモータの使用によ り、より一層の改良化が達成され、制御回路の機械的構造部分を簡略化できると 共に操作上の信頼性が向上される。

次に、添付図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、電気機械式ギヤシフト機構を有した自転車を示した図である。

第２図は、後輪駆動トランスミッションシステムと電気機械式ギヤシフト機構の 部分断面斜視図である。

第３図は、第２図の部分断面拡大斜視図である。

第４図は、第２図に拡大詳細図である。

第５図は、自転車用電気機械式ギヤシフト機構、特に、第１図から第４図に基づ いて説明した機構の制御回路図である。

第６図は、第５図の制御回路図の詳細図である。

第７図は、第５図の制御回路のさらに詳細部を示す図である。

自転車１は、前輪３と後端部５に通常の方法で取り付けられた後輪４とを備えた フレーム２を有する構成となっている。この後輪４は、チェーン９を介してペダ ルクランク用スプロケット６と、図式的に示したペダルクランク用スプロケット の周速度の伝達比を変える各変速段を決定する複数のチェーンスプロケットで構 成されたスプロケットスタック７によって回転する構成とされており、電気機械 式変速装置機構８の異なる変速段を選定するフレーム後端部５への取り付けは、 第１図において単に図式的に示したものである。電流源１０は、変速装置機構及 び自転車用照明器具（図示せず）へ切り替え可能に電流を供給するものであり、 変速機構８は、例えば、ハンドルバーに取り付けられた変速セレクタ１１により 操作される構成となっている。また、ペダルクランク用スプロケット６は、電流 源としても使用可能とされる典型的なりランクベアリングダイナモ！２と関連し た構成となっている。

次に、第２図に基づいて変速機構８及びスプロケットスタック７を詳細に説明す る。

後輪ハブ１３は、変速段の数に応じた多数のスプロケットを支持するスプライン 構成とされた駆動変速機スリーブ１４に固定されている。この第２図において、 最小の変速比を有する限界変速段用のスプロケット１５ａ及びこれと隣接して最 大変速比を有する変速段用のスプロケットＪ５ｂを示す。変速比を大きく選定す るにつれてそれに応じたペダルクランク用スプロケット６の回転数が後輪４の回 転数に伴なって増加する。

閉塞されたハウジング】８の側壁１６は、後輪の取り付は用として使用する締め 付はネジ１９及びダウェルピン１７によってフレーム２の後端部５に固定されて いる。したがって、後端部５に対する側壁１６及びハウジング１８の取り付は位 置は、調整ネジ２０により微調整が可能とされている。

駆動ピニオン２３と減速ギヤ２２から成る電気モータＭのハウジング２】は、そ の後端を突出させるように駆動ピニオン２３を取り付ける構成でハウジング１８ 内に組み込まれている。モータＭの縦軸は、ハウジング１８の縦軸に対して約直 角の関係、すなわち、後輪４に関して約平行に延びており、ハウジング１８の縦 軸は、後輪軸に対して約平行に延びている。ハウジング１８は、円周状に延びた 外壁２４と自転車１に対して外側の面に取り付けられたカバー２５とから成る。

側壁１６とカバー２５の間は、断面形状が楕円のカーソル２７に離間して設置さ れる棒状ガイド２６に対して平行となっている。カーソル２７の長さは、ハウジ ング１８の内壁の長さより短くなっており、（第３図参照）側壁１６に取り付け られたスライドシール３５を通って延びる円筒部２８と一体的に構成されている 。

選定された変速段とかみ合う変速作動部Ｓはカーソル２７に固定されている。ま た、この実施例においては、変速作動部Ｓは、いわゆるスプロケットアイドラー ３０及び３０ａ（第３図参照）を回転自在に支持するテンションアーム２９であ る。

第１図と第２図より明らかなように、チェーン９の下側は、ペダルクランク用ス プロケット６からスプロケットアイドラー３０の周囲にその下側より延びており 、さらにもう一方のスプロケットアイドラー３０ａを介して、選定されたスプロ ケット１５ａあるいは１５ｂの背部に達し、それから再びスプロケット６の前面 に戻ってくる機構となっている。

ハウジングの底部あるいはハウジングの底部の上面（図示せず）としてモータＭ 用の制御回路（図示せず）を支え、変速セレクタ及び電流源１０に接続されたプ レート３１が、ハウジング１８内に設けられている。

ラック３２は、カーソル２７の上面上にその長手方向に延びるように取り付けら れるか、あるいは、それらと一体的に形成されて駆動ピニオン２３とかみ合う構 成と成っている。この実施例においては長手方向に延びて直立したストリップ、 あるいは、ウェブ（第４図）として示しである位置決め要素３３は、カーソル２ ７の底部側に固着した構成、あるいは、その底部と共に一体的に形成された構成 となっている。位置決め装置は、位置決め要素３３と協調するように設けられて おり、一対の光センサ３４を存した構成として第２図に示す。

第３図によれば、カーソル２７は、圧力鋳造、あるいは、射出成型により形成さ れ、楕円形の断面を有して円筒部２８と一体的に形成されたプラスチック部材か ら成る。カーソル２７は、縦軸に対して平行に延びて、カーソル２７を棒状のガ イド２６上に導く直線摩擦軸受け３６をその内部に打ち込んだ二つのボア５２を 備えている。

カーソル２７のボア５２の間には、径の大きい段付きボア３７が形成されており 、このボア３７内において、コイルスプリング３９は軸受はスタッド３８の一部 分を被覆するように取り付けられており、テンシぢンアーム２９の軸受はスタッ ド３８は、そのスプリング３９により付勢されると共に回転自在に取り付けられ ている。コイルスプリング３９の一端４０は、軸受はスタッド３８のカラー４３ に固定されており、他端４２は、円筒部２８内に固定されている。

付勢されたコイルスプリング３９は、第３図上において時計回りにテンションア ーム２９を偏らせるため、テンションアーム２９は反時計回りの作用力を受ける ことになるが、自動的に逆方向に戻る構成とされている。円筒部２Ｂの前端部分 の段付きボア３７は、軸受はスタッド３８を内部に取り付けた摩擦軸受け４１． あるいは、テンションアーム２９の回転を容品にするようにテンションアーム２ ９の方向に沿った輪状の軸受は面によって構成される摩擦軸受けによって構成す ることも可能である。保持ボルト４４は、段付きボルト３７の他端より軸受はス タッド３８内に擬造まれており、その頭部４５及び保持ボルト４４の軸部の一部 分が摩擦軸受け４６内に回転自在に支持されており、保持ボルト４４は、頭部４ ５用に輪状の軸受面４７の構成とすることも可能であり、テンシジンアーム２９ によって構成する組立体、軸受はスタッド３８及び保持ボルト４４は、軸方向に 対する遊びもなくカーソル２７内において容易に回転する。

次に、第５図から第７図に示す制御回路を支持するプレート３１の、一対の光セ ンサ３４、第２光センサｍ及び第３光センサ３４ａによって構成される位置決め 装置の支持方法を第４図に示す。

一対の光センサ３４ｍは、各変速位置及びカーソル２７の各々の正確な位置決定 に関して重要な構成要素である。一対の光センサ３４及び３４λは、限界光セン サとして機能し、誤作動が生じた場合に有効とされるものであり、チェーンを、 両端のスプロケット、例えば、１５＆より逸脱する位置へのカーソルの動きを防 止する。

上述したように直立した薄板あるいはプラスチックのストリップで構成された位 置決め要素３３は、カーソル２７の底部に固定されており、この実施例において は、変速段の間隔に対応する間隔で形成された穴による構成とされた複数の走査 位ｌ！４８を有している。

したがって、この走査位置４８ａ及び４８ｂは、第２図に示したスプロケット１ ５ａ及び１５ｂに対応するものである。さらに、位置決め要素３３は、限界光セ ンサ３４及び３４λと共に機能する前後の走査縁４９及び５０を有している。光 センサ３４ｍと各限界光センサ３４及び３４λとの間隔は、限界走査位置４８２ Ｌとその限界位置に対応する走査縁４９の間隔、あるいは、他方の限界走査位置 （第４図においては４８で示す）とそれに対応する走査縁５０との間隔より距離 ａだけ長くなっている。

次に、電気機械式変速機構の詳細について説明する。

チェーンが最小の変速比を有する限界変速段のスプロケット１５ユとかみ合った 状態において、乗り手がペダルを踏みながらチェーンを回転させ変速セレクタを 短時間作動させると、変速操作が開始されて、電気モータ制御回路がモータＭを 作動させることにより、ラック３２とピニオン２３がかみ合い所望の位置にカー ソル２７が移動する。したがって、走査位置４８３は、第４図において右手方向 （矢印５５）にカーソル２７が移動し一対の光センサ３４ｍから離れることにな る。制御回路は、この遮断された光センサ３４ｍが次ぎの走査位置４８ｂにおい て再び一直線になるまでモータＭを作動させた後、電気的ブレーキ機構を介して モータＭを停止させる。

したがって、この制御回路は、いわゆる、パルス障壁により構成されることにな り、１パルス処理後の次の連続性パルスのみを受け入れることになる。上述した 操作が行われている間に、テンシジンアーム２９は、正確な直線上の位置におい てスプロケット１５λからスプロケット１５ｂ上にチェーンをシフトさせる。

乗り手が誤って、チェーンがスプロケット１５ａより外れる危険性のある方向に パルス入力を行ったとしても、制御回路はモータＭを作動させ、第４図において 左手方向にカーソル２７を移動させる。

この場合には、カーソルの移動が＆を越えた。後に走査＆ｔ４９が限界光センサ ３４ａの光線を遮る。したがって、制御回路はモータＭの回転を反転させて、第 ４図において右手方向、つまり走査位置４８ａが再度光センサ３４ｍと直線にな る位置にカーソル２７を移動させるので、変速機構は直前に保持された限度変速 段を維持するようになる。その後においては、通常の状態で反対方向のシフト操 作を行うことは可能である。

また、ハウジング２８の縦軸とモータＭの軸が平行になるように取り付けること も可能であり、この場合には、ウオーム及びネジが形成されたスピンドル機構に よって、カーソルの移動を制御することができる。

ハブ変速機構においては、変速状態をシフトさせるシフトアクチュエータとして 作動する変速プランジャをテンイションアームと換えることも可能である。

ペダルクランク部が種々のサイズを有する複数のスプロケットで構成されている 場合は、変速段は少数となるが変速機構８に相当する変速機構をこの取り付は位 置に設けることも可能である。

次に、この発明に係る制御回路の好適実施例を第５図を参照して詳細に説明する 。制御回路３！は、第１のフリップフロップ回路６０と第２のフリップフロップ 回路６１を有している。第５図において、上段はシフトアップの操作用としての 第１のフリップフロップ回路６０であり、下段はシフトダウン用に作動する第２ のフリップフロップ６１である。この各回路６０及び６１は、反転出力Ｑと非反 転出力Ｑ、セット入力Ｓとリセット人力Ｒとを有している。直列に接続された二 つのオペアンプ７０ａ、７０ｂと７］ａ、７１ｂによって各々構成された第１及 び第２電源制仰回路は、ホオトトランジスタ６６及び６７を介して各フリップフ ロップ回路６０及び６１の反転出力Ｑに接続されている。共通入力分岐点７４に おいて、各電源制御回路７０及び７１は、電圧分割器７２及び７３から生じる第 １及び第２電圧の中間の電圧とされる基準電圧を有している。共通回路部７５は 、供給電圧と共に電源制御回路７０及び７１に設けられており、さらに、第１電 源制御回路７０は第２電圧を有し、第２電源制御回路は第１電圧を有している。

第１電源制御回路７０の入力信号が”ｈｉｇｈ”、第２電源制御回路の入力信号 が］ｏｖ”の状態においては、第１電源制御回路７０の出力信号は、第１電源と 約同等となり、一方、第２電源制御回路７１の出力信号は、第２電源と約同等で ある。第り電源制御回路７０の入力信号が”ｌｏｗ”で、第２電源制御回路７１ の入力信号が°ｈｉｇｈ”の状態にある時、第１ｉｔ源制御回路７０の出力信号 は、第２電源と約同等となり、一方、第２電源制御回路７１の出力信号は、第１ ｉｔ源と約同等となる。この電源制御回路７０及び７１の出力信号は、ＤＣモー タＭに供給される。

作動状態におけるフォトトランジスタ６５は、フリップフロップ回路６０及び６ 】のリセット入力を第２電源に接続するよう作動する。フォトトランジスタ６５ は発光ダイオード６２と協調して、すでに第４図において説明した第１の一対の 光センサ３４ｍを形成する。

自転車用変速機構の各変速段での正確なかみ合い状態においては、この（第１） 発光ダイオード６２と（第１）フォトトランジスタ６５間のライトパスは、位置 決め要素３３の走査窓４８λ及び４８ｂを通って延びている。変速操作中におい て、位置決め要素３３がライトパスを遮断すると、第１のフォトトランジスタが オフ状態となる。

第１フリップフロップ回路６０のセット人力Ｓは、ＵＰスイッチ６８を介して第 ２フリップフロップ回路６１の反転出力Ｑと接続しており、第２フリップフロッ プ回路６１のセット人力Ｓは、ＤＯＷＮスイッチ６９を介して第１フリップフロ ップ回路の反転出力Ｑに接続している。第１のフリップフロップ回路６０の反転 出力は、さらに変速停止回路７７へ接続されており、この停止回路７７は、チェ ーンセンサ７８及びロータリ速度センサ７９に接続されている。

第６図に示すように、チェーンセンサ７８は、磁気電気移動センサ９０、相互に 反転した状態で接続された一組のダイオード９１゜スイッチアンプ９２及びチェ ーンの移動を感知する出力ダイオード９３とから構成されている。

ロータリ速度センサ７９は、自転車の速度に振幅比例するＡＣ出力信号を発信す る発生器８０に接続されている。このロータリ速度センサ７９は、ダイオード９ ４及びこの出力をＤＣ電圧信号に変換するＲＣ回路９５から９７より構成されて いる。なお、ＤＣ電圧信号の振幅は、自転車の実速度を表示する。変速停止回路 ７７が、それに接続されたチェーンセンサ７８とロークリ速度センサ７９の出力 信号に基づいて自転車の静的状態を感知すると、第２フリップフロップ回路のセ ット入力となる°ｈｉｇｈ”出力信号を送出する。

第２及び第３発光ダイオード６３及び６４は、第２及び第３フオトトランジスタ ６６及び６７と協調して、第４図においてその機能を詳述した限界光センサ４３ 及び３４λを形成する。位置決め要素３３は、その両側端が限界位置となると第 ２及び第３発光ダイオード６３及び６４から第２及び第３フオトトランジスタ６ ６及び６７へのライトパスが遮断されて、第２及び第３フオトトランジスタがオ フ状態となる。これによって、電源制御回路７０及び７１が切り特表平１−５０ ２１７６　（７） 変わり、モータ制御信号の極性が反転し、位置決め要素３３、走査位置４８λ及 び４８ｂが第１発光ダイオード６２と第１フォトトランジスタ６５間のライトパ スにおいて一直線になる位置に戻るまでモータは反転し、フリップフロップ回路 ６０及び６１はそのリセット状態に復帰する。

次に、上述した制御回路３１の構成要素の機能に関して以下説明する。

最初に、中間ギヤの変速状態から説明する。

Ｌ；Ｐスイッチ６８が作動すると、セット信号が第１フリップフロップ回路６０ に送出される。その結果、第１電源制御回路７０は”ｈｉｇｈ”出力信号を発信 し、モータＭは選択された方向に回転を開始する。モータＭの回転中及び位置決 め要素３３のギヤシフト間の移動に相当している間にスイッチ６８が開いたとし ても、第１フリップフロップ回路６０にリセット信号が入力されるまで、上述し た作動状態が維持される。このリセット信号は、次の走査窓が第１発光ダイオー ド６２と第１フオトトランジスタ６５によるライトパスとが一直線上に一致した 時に送出される。このリセット操作は、フリップフロップ回路６０及び６１の双 方をそのリセット状態に復帰させるために、電源制御回路７０及び７１の各出力 信号が”ｌｏｗ”となり、モータＭが停止する。ＤＯＵＷＮスイッチ６９が作動 するとシフトダウン操作が開始され、シフトアップ操作と同様の方法にて行われ る。

スイッチ６８及び６９が誤動作した場合でも、上述したように、第１若しくは第 ２の限界光センサ３４及び３４ａのフォトトランジスタ６６及び６７の応答によ って、いかなるシフト動作もｈ　ｉｇｈ又はｌｏｗの限界変速段を越えることは なく、位置決め要素がその限界位置に到達後、その動きが反転される。

自転車をハイギヤで停止すると、センサ７８及び７９による変速停止回路７７が この状態を感知し、状態に応じて°ｂｉｇｈ”制御信号が第２フリップフロップ 回路６１に送出されて、変速機構が最下位のギヤへシフトダウンする。

制御回路は、さらにヘッドランプ８８及びテールライト８９とライトスイッチ８ ７を介して接続された電流源ｌＯによって作動する。

この電流源ｌＯは、整流器８】を介してアキュームレイタ８２に接続されたジェ ネレータ８０を備えるのもであり、このジェネレータ８０たは、例えば、２秒程 度の所定の時間を越える期間内に最低値以下あるいはゼロボルトに低下している ジェネレータ出力信号に応答するタイマ回路が接続している。出力スイッチ８４ が開かれた場合には、自転車の静止状聾において制御回路及びＤＣモータにより 、それ以上のいかなる電流も消費されることはない。さらに、ジェネレータ８０ に接続しているイネーブルスイッチ回路８５は、スイッチ８６を作動させる。例 えば、ｌボルトの所定の最低値を越えるジェネレータ８０の出力電圧に応答し、 制御回路の最適な充電及び消費特性が得られることとなる。

なお、ジェネレータ８０は、ペダルクランクベアリングダイナモとすることも可 能である。

この発明に係る制御回路においては、電源主アウトレットから充電されるアキュ ームレイタにより作動する構成とすることも可能であり、この場合は、ジェネレ ータ８０と電流源ｌＯを省くことができる。

ジェネレータ８０の出力側に設けたスイッチは、ジェネレータ若しくはダイナモ を随意にオン、オフさせることが可能であり、上り坂においてはダイナモをオフ 状態とし、一方、下り坂を走行している時はアキュームレイタ８２を充電するこ とが可能となる。

この発明に係る制御回路は、上述した自転車用変速機構に限定されるものではな く、ＤＣモータを使用する自転車用変速機構であれば十分適用可能なものである 。

国際調査報告　ＰＣＴ／ＥＰ８７１００５２９−一一−１＾−−−輛−ＰＣＴ／ ＥＰ８７１００５２９．ｆ、、−＋Ａユ１．ｋ　ＰＣＴ／””／”５２９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気モータ（Ｍ）を収納すると共にフレームに固定されるハウジング（１８ ）と、ハブギヤ変速機の変速用プランジャ若しくは脱線器のテンションアーム（ ２９）から成り、車輪軸に対して平行に往復運動する前記ハウジングに設けられ た変速用アクチュエータ部（Ｓ）用キャリアと、電気モータ（Ｍ）により駆動さ れ前記キャリアと連結して作用する変速機駆動部と、変速セレクタ（１１）を介 して制御する前記電気モータ（Ｍ）の制御回路とから成る電気機械式自転車用変 速機構において、前記キャリアは、前記ハウジング（１８）に固着されて互いに 平行に離間した少なくとも二つのガイド部（２６）上の前記ハウジング（１８） 内に摺動自在に設けられたカーソル（２７）であることを特徴とする電気機械式 自転車用変速機構。 ２．前記カーソル（２７）の変速用アクチュエータ部（Ｓ）に面する面は、車輪 （４）に面する前記ハウジング（１８）の側壁（１６）内の摺動シールガスケッ ト（３５）を介して延びており好ましくは一体的に構成された延長部（２８）か ら構成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の電気機械式自転車用変速機 構。 ３．前記電気モータ（Ｍ）は、該モータ（Ｍ）の縦軸が前記カーソル（２７）の 移動方向に対して約水平に、かつ、垂直に延びるように前記ハウジング（１８） 内に組み込まれたギヤ変速機（２２）を有することを特徴とする請求の範囲第１ 項及び第２項に記載の電気機械式自転車用変速機構。 ４．前記変速機駆動部は、前記カーソル（２７）に固定されると共に前記ギヤ変 速機（２２）の駆動ピニオン（２３）にかみ合うラック（３２）であることを特 徴とする請求の範囲第１項記載の電気機械式自転車用変速機構。 ５．前記ガイド部（２６）は、ハウジング壁（１６、２５）間に固着されたロッ ドより構成され、前記カーソル（２７）は、各穴（５２）に固着された、好まし くは直線転がり軸受とされる摺動軸受け（３６）により前記ガイド（２６）上に 取り付けられ、前記延長部（２８）内を通り前記摺動軸受け（３６）用の前記穴 （５２）間に設けられた貫通穴（３７）から形成される楕円形の断面形状を有す る圧力鋳造金属体若しくは射出成型されたプラスチック体であることを特徴とす る請求の範囲第１項記載の電気機械式自転車用変速機構。 ６．前記ラック（３２）は、前記カーソル（２７）の上面に設けられ、好ましく は該カーソルと一体的に形成され、長手方向に延びる位置決め要素（３３）は、 前記カーソル（２７）の下面に設けられ、好ましくは該カーソルと一体的に形成 されることを特徴とする請求の範囲第４項記載の電気機械式自転車用変速機構。 ７．前記変速用アクチュエータ部は、チェーン（９）用の二つのスプロケットア イドラー（３０、３０ａ）から構成され、軸受けスタッド（３８）によって前記 キャリア上にばねを介して付勢した状態にて取り付けられたテンションアームか らなる構成の変速機構において、引張りばねと共に前記軸受けスタッド（３８） は、回転軸受け手段（４１、４６）と保持ボルト（４４）によって前記カーソル （２７）の貫通穴（３７）に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項 記載の電気機械式自転車用変速機構。 ８．前記カーソル（２７）の貫通穴（３７）は、前記車輪（４）側の直径を大き い構成とする段付き穴として形成され、前記軸受けスタッド（３８）は、自転車 に面する方向より前記貫通穴（３７）内に挿入されると共にその反対方向より捩 込まれた前記保持ボルト（４４）によって保持されており、前記引張りばね（３ ９）は、その一端を前記軸受けスタッド（３８）に、他端を前記カーソル（２７ ）内に固着するコイルスプリングであり、前記軸受けスタッド（３８）及び前記 保持ボルト（４４）は、前記貫通穴（３７）に打ち込みされた摩擦軸受け（４１ 、４６）内に回転自在に取り付けられており、前記保持ボルト（４４）の頭部（ ４５）は、少なくとも前記カーソル（２７）の一端と同一平面にあり、前記テン ションアーム（２９）は、前記カーソル（２７）の車輪側の一端と接触、あるい は近接して設けられていることを特徴とする請求の範囲第７項記載の電気機械式 自転車用変速機構。 ９．前記ハウジング（１８）は、前記電気モータ（Ｍ）の制御用電気回路に接続 され前記キャリアと共に移動自在な位置決め要素（３３）と一直線上に段けられ た、前記カーソル（２７）用の位置決め装置を備える構成の変速機構であって、 前記電気回路はハウジング面に固着された台板（３１）上に設けられ、前記位置 決め要素（３３）は前記台板上に設けられた前記位置決め装置用に、変速段の離 間間隔と対応する間隔で相互に離間する複数の走査位置（４８、４８ａ．４８ｂ ．．．）から構成され、前記位置決め装置は非接触方式で位置決め要素（３３） と共に機能する少なくとも一つの光電センサ（３４ｍ）から成ることを特徴とす る請求の範囲第１項記載の電気機械式自転車用変速機構。 １０．前記電気モータ（Ｍ）の回転方向を反転させる二つのセンサ（３４、３４ ａ）と、好ましくは追従する関係を有する限界変速段（１５ａ）に関連する二つ の走査位置（４９、５０）を、走査位置（３８ａ．３８ｂ．．．）に加えて設け ることを特徴とする請求の範囲第９項記載の電気機械式自転車用変速機構。 １１．前記位置決め要素（３３）は、貫通開口部列と前端及び後端にスイッチ縁 （４９、５０）を有するストリップ部から成り、前記位置決め装置は、前記スト リップ部によって作動する三組の光センサ（３４、３４ｍ、３４ａ）から成るこ とを特徴とする請求の範第９項記載の電気機械式自転車用変速機構。 １２．各限界光センサ（３４、３４ａ）は、限界変速段用の各貫通開口部（３８ 、３８ａ）と該開口部に隣接する走査線（４９、５０）間の間隔より長さ（ａ） だけ大きい間隔で前記光センサ（３４ｍ）より離間しており、各限界光センサ（ ３４、３４ａ）は、前記電気モータ（Ｍ）の回転方向を反転させる各回路部に接 続されていることを特徴とする請求の範囲第９項記載の電気機械式自転車用変速 機構。 １３．前記電気回路は、前記チェーンが静止した状態においてはモータ（Ｍ）が 作動しないように、論理スイッチ部（６０、６１）を介して前記チェーンの移動 を検知する速度センサ（７８、７９）に接続することを特徴とする請求の範囲第 １０項記載の電気機械式自転車用変速機構。 １４．前記チェーン（９）用の前記速度センサ（７８、７９）は、前記車輪（４ ）の速度を検知する移動センサ（７８、７９）及び静止状態において変速比の小 さい変速段、すなわち最小変速比を有する限界変速段を選定するように前記電気 モータ（Ｍ）を自動的に作動させる変速停止回路（７７）を構成する前記論理ス イッチ部（６０、６１）と協調することを特徴とする請求の範囲第１３項記載の 電気機械式自転車用変速機構。 １５．出力電圧が入力信号に応答して第１若しくは第２電圧値を選択し、前記Ｄ Ｃモータの各入力端子と接続する第１及び第２電源制御回路と、反転及び非反転 出力、セット及びリセット入力を各々有する第１及び第２フリップフロップ回路 （６０、６１）から成り、前記フリップフロップ回路の非反転出力は各電源制御 回路（７０、７１）の入力部と接続しており、セット入力部は、ハイ又はローの 各変速段に前記自転車用変速機構を変速させる各スイッチ（６８、６９）に接続 しており、前記スイッチは他方のフリップフロップ回路の反転出力部に接続して おり、リセット入力部は、変速機構の変速段のかみ合い状態に応答して作動する 第１スイッチ（６５）を介して制御することを特徴とする、ＤＣモータを有する 電気機械式自転車用変速機構の制御回路。 １６．前記スイッチ（６５）は、前記モータ（Ｍ）と接続すると共に、該モータ により作用する位置決め要素（３３）が、前記変速機構の変速ギヤがかみ合った 状態において、発光ダイオード（６２）及びフォトトランジスタ（６５）間のラ イトパスを開放した時に、前記発光ダイオード（６２）と協調するフォトトラン ジスタであることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の制御回路。