JPH07205872A - 自転車用変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】変速操作を行う変速用ワイヤーを少量の力によ
り操作可能な変速装置を提供する。 【構成】変速用ワイヤの一方の端部に接続された変速機
構を備え、変速用ワイヤの作動により変速機構を制御す
る自転車用変速装置において、変速用ワイヤの途中部分
をワイヤの交差方向に移動して変速用ワイヤを作動させ
るワイヤ操作手段を備える自転車用変速装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車用の変速装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車の変速装置としては、複数
段の変速ギヤと、この複数段の変速ギヤにチェーンを掛
け替えるディレーラと、このディレーラに接続する変速
用ワイヤとを備えたものがある。この装置は、前記変速
用ワイヤの先端部に取り付けられたギヤレバーを手動操
作することにより、変速用ワイヤを長さ方向に作動さ
せ、ギヤの位置を選定している。

【０００３】しかし、このような変速装置では、減速時
にはブレーキレバーを握るため減速と変速を同時に行え
ないという欠点があった。そこで、変速操作を自動的に
行う装置も考案されている。例えば実開平２ー１３３９
９１号に記載されたものがある。この自転車の自動変速
装置は、自転車のタイヤの回転数に応じて生じるソレノ
イドの推力によって変速ワイヤをその長さ方向に引張り
変速するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような装置では減
速時に変速ワイヤをその長さ方向に引張るため、大きな
引き力を要することより、多くの電力を消費することと
なり、装置全体が大型化、コスト高となり、実用には適
さないものとなってしまう。

【０００５】本発明は前記事項に鑑みなされたものであ
り、変速操作を行う変速用ワイヤを少量の力により操作
可能な変速装置を提供することを技術的課題とする。ま
た、変速用ワイヤを少量の力により操作可能な変速装置
を既存の自転車に容易に後付けにて取り付けられること
も可能とする装置を提供することを技術的課題とする。

【０００６】また、自動的に変速を行う装置を、簡易な
構造で低コストにて提供することを技術的課題とする。
さらに、消費電力の少ない電動変速装置を提供すること
を技術的課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。 ＜本発明の要旨＞本発明は、変速用ワイヤの一方の端部
に接続された変速機構を備え、変速用ワイヤの作動によ
り変速機構を制御する自転車用変速装置において、前記
変速用ワイヤを作動させるワイヤ操作手段を備えてい
る。

【０００８】〔構成要素〕前記ワイヤ操作手段は、変速
用ワイヤの途中部分をワイヤの交差方向に移動（変位）
して変速用ワイヤを作動させるものである。

【０００９】そして、前記ワイヤ操作手段は、変速用ワ
イヤの途中部分をワイヤの直角方向（直交方向）に移動
するように構成することが好ましい。また、前記ワイヤ
操作手段は、変速用ワイヤの途中部分に連接する連接具
と、この連接具に接続する作動用ロープと、前記作動用
ロープを引張または弛緩するモータと、このモータと接
続する電源とを備えることが好ましい。

【００１０】さらに、前記変速用ワイヤと前記連接具と
は摺動可能に連接することが好ましい。 ＜本発明における付加的構成要件＞本発明は、前記必須
の構成要素からなるが、以下の構成を付加した上でも成
立する。

【００１１】〔第１の付加的構成要素〕前記ワイヤ操作
手段に加え、手動操作手段を付加することも可能であ
る。この手動操作手段は、変速用ワイヤの他方の端部に
取り付けられて変速用ワイヤをその長さ方向に移動する
ものであり、例えばギヤレバーを例示できる。

【００１２】〔第２の付加的構成要素〕前記ワイヤ操作
手段に加え、スピードセンサ及び制御部（ＥＣＵ）を付
加することも可能である。前記スピードセンサは、車両
の速度を検出するものであり、例えば車輪速度センサを
例示できる。また、前記制御部は、スピードセンサから
の信号に基づき前記ワイヤ操作手段を制御し、車両速度
に応じたギヤ位置にするものである。

【００１３】〔第３の付加的構成要素〕前記ワイヤ操作
手段に加え、クランク回転検出センサを付加することも
可能である。このクランク回転検出センサは、クランク
の回転を検知して信号を出力するものであり、例えばペ
ダルの回転を検出するセンサ、クランク軸の回転を検出
するセンサ、クランク自体の回転を検出するセンサを例
示できる。

【００１４】

【作用】

＜本発明の必須構成要素による作用＞ワイヤ操作手段
が、変速用ワイヤの途中部分をワイヤの交差方向に移動
して変速用ワイヤを作動させることにより変速機構を制
御する。

【００１５】ワイヤ操作手段が連接具、作動用ロープ、
モータ及び電源を備える場合、電源から供給される電力
によりモータが駆動し、このモータの力が作動用ロープ
及び連接具を介して変速用ワイヤに伝わり、変速用ワイ
ヤをその交差方向に移動する。

【００１６】＜第１の付加的構成要素を付加した場合の
作用＞ワイヤ操作手段にて変速用ワイヤの途中部分をワ
イヤの交差方向に移動する変速用ワイヤの変位と、手動
操作手段にてワイヤの長さ方向に変速用ワイヤを移動す
る変速用ワイヤの変位との双方により変速機構を制御す
ることができる。

【００１７】＜第２の付加的構成要素を付加した場合の
作用＞制御部は、スピードセンサからの信号に基づいて
前記ワイヤ操作手段を制御して、車両速度に応じたギヤ
位置に変更する。

【００１８】＜第３の付加的構成要素を付加した場合の
作用＞クランクの回転をクランク回転検出センサが検知
した場合、ワイヤ操作手段の作動が許容される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 ＜実施例１＞本発明の第１実施例を図１〜図５に基づき
説明する。

【００２０】本実施例の自転車用変速装置は、複数段の
変速ギヤ３２と、この複数の変速ギヤ３２にチェーン８
を掛け替えるリアディレーラ３４と、このリアディレー
ラ３４に接続する変速用ワイヤ４と、変速用ワイヤ４を
変位（移動）するワイヤ操作手段１０及び手動操作手段
９と、スピードセンサ２０と、このスピードセンサ２０
からの信号を入力するとともにワイヤ操作手段１０に信
号を出力する制御部５と、クランク４３の回転を検知す
るクランク回転検出センサ４７とから構成されている。

【００２１】前記変速用ワイヤ４の一方の端部は、リア
ディレーラ３４と接続している。また、変速用ワイヤ４
の他方の端部は、手動操作手段であるギヤレバー９と接
続している。前記リアディレーラ３４が車輪の軸方向に
移動することにより、チェーン８が後輪軸３１に取り付
けられた複数の変速ギヤ３２間を掛け替えられ、変速が
行われるようになっている。なお、リアディレーラ３４
は、チェーン８の張力を調整するためのテンションプー
リ３４ａとジョッキープーリとを有している。

【００２２】前記ワイヤ操作手段１０は、前記変速用ワ
イヤ４の途中部分にて、変速用ワイヤ４がその長さ方向
に移動可能となるように連接する連接具１１と、この連
接具１１に接続する作動用ロープ１２と、前記作動用ロ
ープ１２を引張または弛緩するモータ１３と、このモー
タ１３に電力を供給する電源７とを備えている。そし
て、モータ１３は、作動用ロープ１２と連接具１１とを
介して変速用ワイヤ４をワイヤの直角（直交）方向に引
張または戻すようになっている。また、前記モータ１３
は超音波モータにより構成され、変速用ワイヤ４からの
作動力では回転せずに、制御部５からの駆動指令時のみ
に回転作動するようになっている。なお、前記連接具１
１は、前記変速用ワイヤ４が張設される範囲における中
間部分（変速用ワイヤ４の他方の端部とクランク軸４１
付近に設けられるワイヤ用ガイドリングとの範囲におけ
る中間部分）に取り付けられている。

【００２３】前記スピードセンサ２０は、シートステー
２５に取り付けられた磁気検知部２１と、後輪側のスポ
ークに取り付けられた磁性体２２とにより構成されてい
る。そして、後輪３の回転に伴って磁性体２２が磁気検
知部２１に近接する度に（すなわち車輪が一回転する度
に）、磁気検知部２１がパルス信号を発信するようにな
っている。

【００２４】前記制御部５は、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ），読み出し／書き込みメモリ（以下ＲＡＭと記
す）、読み出し専用メモリ（以下ＲＯＭと記す）、入出
力装置（以下Ｉ／Ｏと記す）を備え、これらはバスによ
り接続している。そして、Ｉ／Ｏには前記スピードセン
サ２０とワイヤ操作手段１０とクランク回転検出センサ
４７とが接続している。

【００２５】ＲＡＭには、図４に示す各ギヤ位置ごとの
設定値を格納する。なお、この設定値は、使用する自転
車の仕様や運転者の希望する変速速度域によって変更・
調整が行えるようになっている。または、基準となる設
定値の他に、新たな設定値をＲＡＭに読み込むようにし
てもよい。なお、図５は、ギヤの位置と車輪速度との関
係を表す図である。

【００２６】また、ＲＯＭには、後述する実行プラグラ
ムが格納してある。前記クランク回転検出センサ４７
は、ペダル４４の回転を検知して制御部５に信号を出力
するようになっている。

【００２７】次に、制御部５における動作過程を説明す
る。図３は制御部５における実行プログラムのフローで
ある。運転者の操作により電源が入れられると、ステッ
プ１０１にて初期設定がなされた後、ステップ１０２に
おいて、クランク回転検出センサ４７からの信号によ
り、クランク４３が回転しているか否かが判断される。
クランク４３が回転してチェーン８が回動している場合
は、ステップ１０３に移行してモータ１３を逆回転させ
てギヤを降下させ、クランク４７が回転せず、チェーン
８が停止している場合はステップ１０２の循環ルーチン
となる。

【００２８】ステップ１０４ではモータ１３の逆回転が
２秒に満たないか否かが判断される。モータ１３の逆転
が２秒に至らない場合は、ステップ１０３の循環ルーチ
ンとなり、モータ１３が２秒以上逆転した場合はステッ
プ１０５に移行してギヤ位置（Ｐ_G ）が１速であること
が記憶される。なお、本実施例では、モータ１３が２秒
逆転すれば、ギヤ位置がトップの状態から１速の状態ま
で降下するようになっている。

【００２９】次に、ステップ１０６にてギヤ位置（この
場合は１速）に対応する各設定値が呼び出される。すな
わち、ギヤ位置Ｐ_G が１速の場合は、ギヤアップ用しき
い値（Ｖ_UP）は５[_Km/h]であり、ギヤダウン用しきい値
（Ｖ_DOWN）は０[_Km/h]である。また、ギヤアップ用モー
タ駆動時間設定値（Ｔ_UP）は０.３[_SEC]であり、ギヤダ
ウン用モータ駆動時間設定値（Ｔ_DOWN）は０[_SEC]であ
る（図４参照）。

【００３０】そして、ステップ１０７にて、スピードセ
ンサ２０からの情報に基づき、自転車の速度（Ｖ）が１
速のギヤアップ用しきい値である５[_Km/h]よりも速いか
否かが判断される。自転車の速度が５[_Km/h]よりも速い
場合はステップ１０８に移行し、５[_Km/h]よりも遅い場
合はステップ１１２に移行する。ステップ１０８では、
クランク４３が回転しているか否かが判断され、回転し
ていない場合はステップ１０８の循環ルーチンとなり、
クランク４３が回転している場合はステップ１０９に移
行してモータ１３を正転させてギヤ位置をアップさせ
る。そして、ステップ１１０にてモータ１３の駆動時間
（Ｔ_M ）がギヤアップ用モータ駆動時間設定値である
０.３[_SEC]よりも少ないか否かが判断される。前記モー
タ１３の駆動時間（Ｔ_M ）が０.３[_SEC]よりも少ない場
合はステップ１０９の循環ルーチンとなり、０.３[_SEC]
に至った場合はモータ１３の駆動が停止され、ステップ
１１１で元のギヤ位置である１速に１を加えた新たなギ
ヤ位置の２速であることが記憶される。

【００３１】また、前記ステップ１１２では、自転車の
速度（Ｖ）が１速のギヤダウン用しきい値である０[
_Km/h]よりも遅いか否かが判断される。０[_Km/h]よりも
遅いことはありえないので、１速の場合はステップ１１
２からはすべてステップ１１７へ移行する。ステップ１
１７では、速度（Ｖ）が０[_Km/h]であるか否かが判断さ
れ、速度が０で自転車が停止している場合はステップ１
１８に移行し、３分より長く停止し続けた場合は自動的
に装置全体がパワーオフとなる。また、ステップ１１７
及びステップ１１８の否定枝はステップ１０７の循環ル
ーチンとなる。

【００３２】前記ステップ１１１からはステップ１０６
の循環ルーチンとなり、ステップ１０６にて２速に対応
する各設定値が呼び出され、以下前述と同様に各ステッ
プの動作がなされる。

【００３３】なお、２速以上のギヤ位置においてステッ
プ１１２に至った場合、自転車の速度（Ｖ）がギヤダウ
ン用しきい値（Ｖ_DOWN）よりも遅い際は、ステップ１１
３に移行してクランク４３が回転しているか否かが判断
される。クランク４３が回転していない場合はステップ
１１３の循環ルーチンとなり、クランク４３が回転して
チェーン８が回動している場合はステップ１１４にてモ
ータ１３を逆転させた後、モータ駆動時間（Ｔ_M ）がギ
ヤダウン用モータ駆動時間設定値である０.５[ _SEC]より
も少ないか否かが判断される。そして、ステップ１１５
の肯定枝はステップ１１４の循環ルーチンとなり、否定
枝はステップ１１６に移行して元のギヤ位置から１を減
じた新たなギヤ位置（Ｐ_G ）を記憶し、ステップ１０６
の循環ルーチンとなる。

【００３４】以上のように本実施例によれば、ワイヤ操
作手段１０による変速用ワイヤ４の変位は、ワイヤをそ
の長さ方向に引張るよりも少ない力（２分の１程度）に
て行うことができる。

【００３５】つまり、変速用ワイヤ４を直角方向に引い
た状態を表す図６に示す如く、変速用ワイヤ４をその軸
方向に引く力をＰとし、変速用ワイヤ４の変形によって
出来る角度をθとし、変速用ワイヤ４を直角方向に引く
力をＦとすると、これらの力の関係は Ｆ＝２Ｐ・ＣＯ
Ｓ(θ/２) で表される。このことより、θが１５１度
以上における直角方向に引く力Ｆは、軸方向に引く力Ｐ
の半分以下となることが判る。なお、変速用ワイヤ４を
その交差方向に引く力Ｆは、軸方向に引く力Ｐよりも小
さくなり、更に変速用ワイヤ４をその直角方向に引くこ
とにより、不要な分力の発生を防止し、引く力Ｆをより
小さくできる。

【００３６】このように直角方向に引く力Ｆが小さいこ
とにより、モータ１３の消費電流が少なくて済み、装置
を小型化できるとともに、電源の容量を小さくすること
が可能となる。

【００３７】また、正確な速度に対応した適切なギヤ位
置を選定できる自動変速装置を簡易な構成により得るこ
とができる。さらに、ワイヤ操作手段１０を停止してギ
ヤ位置を１速（ＬＯＷギヤ）にして、変速用ワイヤ４が
戻った状態であれば、手動操作手段であるギヤレバー９
を手動により操作して変速を行うこともできる。

【００３８】また、リアディレーラの他に、クランク軸
側にフロントディレーラを設けた自転車の場合は、フロ
ントディレーラと接続する変速用ワイヤに、ワイヤ操作
手段１０と同様の装置を連接することができる。

【００３９】＜実施例２＞本発明の第２実施例を図７及
び図８を中心に説明する。本実施例は、変速用ワイヤ４
がアウターケーブル４８にてカバーされている自転車用
変速装置に関するものである。

【００４０】図示の如く、変速用ワイヤ４は、２つのア
ウターケーブルアンカ４９，４９の間で露出され、アウ
ターケーブル４８はその軸方向の移動をアウターケーブ
ルアンカ４９によって規制される。この構造は、変速機
構を車軸に内装した内装式変速機構に接続される変速用
ワイヤに多く使用されるものである。この内装式変速機
構は、クランクの回転無しにギヤチェンジが可能であ
り、クランクの回転検知を要しない。その他の構成は第
１の実施例と同様であり、説明は省略する。

【００４１】なお、第１実施例及び第２実施例において
は、ワイヤ操作手段として作動用ロープ１２を引張るこ
とにより変速するものを示したが、この作動用ロープ１
２及びその巻取り機構に替えて、モータの回転動作をラ
ックの往復動に変換して出力するリニアドモータとし、
そのラックの端部に連接具を取り付け、これによって変
速用ワイヤ４をワイヤの交差方向（作動用ロープ１２の
作動方向と同じ方向）に移動してもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明の必須の構成要素により、少量の
力にて変速用ワイヤを変位させて変速を行えるという効
果が生じる。

【００４３】また、付加的構成要素により、変速用ワイ
ヤの他端側にワイヤ操作手段を備える既存の自転車に、
少量の力にて変速用ワイヤの変位を行う装置を後付けに
て取り付けることにより、両装置の共用を図れるという
効果が生じる。

【００４４】また、自動的に変速を行う装置を、簡易な
構造で低コストにて提供できる。さらに、消費電力の少
ない電動変速装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における概略構成を示す図

【図２】第１実施例の変速装置を自転車に取り付けた状
態を示す図

【図３】第１実施例の制御部における実行プログラムの
フローチャート

【図４】第１実施例の制御部における各変速ギヤにおけ
る設定値を示す図

【図５】第１実施例の制御部における各変速ギヤの上昇
・降下の関係を示す図

【図６】第１実施例の変速用ワイヤ操作部における作用
力を示す図

【図７】本発明の第２実施例の変速用操作部を示す図

【図８】図７におけるＡ−Ａ断面を示す図

【符号の説明】

３・・後輪 ４・・変速用ワイヤ ５・・制御部（ＥＣＵ） ７・・電源 ８・・チェーン ９・・手動操作手段（ギヤレバー） １０・・ワイヤ操作手段 １１・・連接具 １２・・作動用ロープ １３・・モータ ２０・・スピードセンサ ２１・・磁気検知部 ２２・・磁性体 ２５・・シートステー ３１・・後輪軸 ３２・・変速ギヤ ３４・・リアディレーラ ３４ａ・・テンションプーリ ４１・・クランク軸 ４３・・クランク ４４・・ペダル ４７・・クランク回転検出センサ ４８・・アウターケーブル ４９・・アウターケーブルアンカ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前原 利史 埼玉県羽生市東５丁目４番71号株式会社曙 ブレーキ中央技術研究所

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変速用ワイヤの一方の端部に接続された
   変速機構を備え、変速用ワイヤの作動により変速機構を
   制御する自転車用変速装置において、 前記変速用ワイヤの途中部分をワイヤの交差方向に移動
   して変速用ワイヤを作動させるワイヤ操作手段を備える
   ことを特徴とする自転車用変速装置。
2. 【請求項２】 前記ワイヤ操作手段は、変速用ワイヤの
   途中部分を直角方向に移動することを特徴とする請求項
   １記載の自転車用変速装置。
3. 【請求項３】 前記ワイヤ操作手段は、変速用ワイヤの
   途中部分に連接する連接具と、この連接具に接続する作
   動用ロープと、前記作動用ロープを引張または弛緩する
   モータと、このモータと接続する電源とを備えることを
   特徴とする請求項１または請求項２に記載の自転車用変
   速装置。
4. 【請求項４】 前記変速用ワイヤと前記連接具とは摺動
   可能に連接し、 変速用ワイヤの他方の端部に、ワイヤを作動させる手動
   操作手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の自
   転車用変速装置。
5. 【請求項５】 車両の速度を検出するスピードセンサ
   と、このスピードセンサからの信号を入力するとともに
   ワイヤ操作手段に信号を出力する制御部とを備え、 前記制御部は、スピードセンサからの信号に基づき、前
   記ワイヤ操作手段を制御し、車両速度に応じたギヤ位置
   にすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか
   に記載の自転車用変速装置。
6. 【請求項６】 クランクの回転を検知するクランク回転
   検出センサを備え、 クランク回転検出センサがクランクの回転を検知し、ク
   ランクの回転に伴いチェーンが回動している場合にの
   み、前記ワイヤ操作手段を作動させることを特徴とする
   請求項５に記載の自転車用変速装置。