JPH07257474A

JPH07257474A - 自転車用変速装置

Info

Publication number: JPH07257474A
Application number: JP5552094A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Seki; 洋和関; Eiji Shindo; 英二進藤; Hitoshi Furukawa; 仁古川; Toshifumi Maehara; 利史前原
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】円滑な変速を行う自動変速装置を得ること。【構成】変速機構を有する自転車において、クランク軸
を中心としたペダルの回転位置を検出する回転角センサ
と、回転角センサからの信号を入力するとともに指示信
号を変速機構に出力する制御部とを備え、制御部は、回
転角センサからの情報に基づき、ペダルがペダル操作力
の少ない回転位置にあるときに変速機構を作動させるよ
うに構成した。

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２−１３３９
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用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】前記実開平２−１３３
９９１号に記載された自動変速装置は、車輪の回転速度
のみによって変速の時期を決定している。このため、変
速のタイミングによっては（例えば、ペダルを強く踏み
込んでいる時点の変速等）、変速時の衝撃が大きく、運
転者に違和感、不快感が生じることがあった。

【０００５】本発明は前記事項に鑑みなされたものであ
り、円滑な変速を行う変速装置を得ることを技術的課題
とする。また、運転操作感の良好な変速装置を提供する
ことを技術的課題とする。

【０００６】また、円滑に自動変速を行う装置を、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。

【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、変速機構を有する自転車に
おいて、ペダルの回転位置を検出する回転角センサと、
この回転角センサからの信号を入力すするとともに指示
信号を前記変速機構に出力する制御部とを備える。

【０００８】〔構成要素〕＜変速機構＞前記変速機構は、複数段の変速ギヤと、こ
の複数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、この変
速用ワイヤを移動させるワイヤ操作手段とから構成する
ことができる。

【０００９】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が好ましい。また、前記ワイヤ操
作手段は、前記変速用ワイヤをその長さ方向に移動させ
るものでもよい。

【００１０】＜回転角センサ＞前記回転角センサは、ク
ランク軸を中心としたペダルの回転位置を検出するもの
であり、クランクの回転角を検出するセンサ、クランク
軸の回転角を検出するセンサを例示することができる。

【００１１】＜制御部＞前記制御部は、回転角センサか
らの信号に基づきペダルがペダル操作力の少ない回転位
置にあるときに前記変速機構を作動させるように構成さ
れている。

【００１２】前記制御部は、クランク軸を中心としたペ
ダルの回転円周上におけるペダルの最高点あるいは最低
点をペダル操作力の少ないペダル回転位置であると判断
するように構成することができる。

【００１３】また、前記制御部は、クランク軸を中心と
したペダルの回転円周上におけるペダルの最高点を０度
とした場合の３４０度を含む３３０度から０度の範囲を
ペダル操作力の少ないペダル回転位置であると判断する
ように構成することもできる。

【００１４】さらに、前記制御部は、クランク軸を中心
としたペダルの回転円周上におけるペダルの最高点を０
度とした場合の０度を含む３３０度から１０度の範囲を
ペダル操作力の少ないペダル回転位置であると判断する
ように構成することもできる。

【００１５】＜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。

【００１６】〔付加的構成要素〕前記変速機構と回転角
センサと制御部に加え、スピードセンサを付加すること
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。

【００１７】

【作用】

＜本発明の必須構成要素による作用＞回転角センサによ
り検出された情報が制御部に入力され、制御部はこの情
報に基づきペダルがペダル操作力の少ない回転位置にあ
るときに変速機構を作動させる。

【００１８】＜付加的構成要素を付加した場合の作用＞
前記制御部は、スピードセンサからの信号に基づいて車
両速度に応じたギヤ位置を選定し、ペダルがペダル操作
力の少ない回転位置にあるときに前記選定したギヤ位置
となるように前記変速機構を作動させる。

【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、クランク軸を中心とした
ペダル４４の回転位置を検出する回転角センサ９０と、
前記スピードセンサ２０及び回転角センサ９０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。また、チ
ェーン８はフロント側にてチェーンリング４６にかけら
れている。

【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強磁性体２２とにより構成されて
いる。そして、後輪３の回転に伴って強磁性体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】前記回転角センサ９０は、一方（右側）の
ペダル４４ａと接続する第１クランク４３ａの回転角を
検出する第１フォトインタラプタ９８と、他方（左側）
のペダル４４ｂと接続する第２クランク４３ｂの回転角
を検出する第２フォトインタラプタ９９とから構成され
ている。前記第１フォトインタラプタ９８は、図４に示
すように本体部９１に設けられた第１発光ダイオード９
２ａと第１フォトトランジスタ９３ａと、第１クランク
４３ａの内側に設けられた第１反射板９４ａとにより構
成されている。また、前記第２フォトインタラプタ９９
は、同様に本体部９１に設けられた第２発光ダイオード
９２ｂと第２フォトトランジスタ９３ｂと、第２クラン
ク３４ｂの内側に設けられた第２反射板９４ｂとにより
構成されている。なお、前記本体部９１はクランク軸４
１の垂直上方に位置するようにシートチューブ３７に固
定具９５により取り付けられている。したがって、第１
クランク４３ａあるいは第２クランク４３ｂがクランク
軸４１の垂直上方に位置したとき（ペダル４４ａあるい
はペダル４４ｂがクランク軸４１を中心としたペダルの
回転円周上におけるペダルの最高点に位置したとき）
に、第１フォトインタラプタ９８または第２フォトイン
タラプタ９９がクランク検出の旨の信号（「１」）を制
御部５に出力するようになっている。ここで、図５及び
図６を参照してペダルの回転位置とペダル操作力の関係
を説明する。右側ペダル４４ａ及び左側ペダル４４ｂの
いずれか一方が図５に示す０°の位置にあり、いずれか
他方が１８０°の位置にある場合、ペダル４４の操作力
（クランク軸４１の回転力）は、図６に示すように１回
転あたりの最小の値となる。

【００２５】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、回転角センサ９０で
ある第１フォトインタラプタ９８及び第２フォトインタ
ラプタ９９とが接続している。

【００２６】ＲＡＭには、図８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。

【００２７】また、ＲＯＭには、後述する実行プログラ
ムが格納してある。次に、制御部５における動作過程を
説明する。図７は制御部５における実行プログラムのフ
ローである。

【００２８】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１
０２において、クランク角度信号が「１」であるか否か
が判断される。クランク角度信号は、第１クランク４３
ａが第１フォトインタラプタ９８に検知されるか、また
は第２クランク４３ｂが第２フォトインタラプタ９９に
検知された場合に「１」の出力がなされ、それ以外は
「０」の出力がなされるようになっている。

【００２９】第１クランク４３ａまたは第２クランク４
３ｂが第１，第２フォトインタラプタ９８，９９に検知
されて、ペダル４４ａ及びペダル４４ｂが変速有効位置
にあることが確認されると、ステップ１０３に移行して
モータ１３を逆回転させてギヤを１速まで降下させ、ペ
ダル４４が変速有効位置にない場合はステップ１０２の
循環ルーチンとなる。

【００３０】次に、ステップ１０４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ＧＰ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。そして、ステップ１０
５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１０６に移行し、５
[_Km/h]よりも遅い場合はステップ１０８に移行する。ス
テップ１０６では、クランクが変速有効位置にあるか否
かが判断され、クランクが変速有効位置である旨の信号
「１」が出力されている場合はステップ１０７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、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。また、信号「１」が出力され
ていない場合（クランクが変速有効位置でない旨の信号
「０」が出力されている場合）は、ステップ１０６の循
環ルーチンとなる。

【００３１】また、前記ステップ１０８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１０
８からはステップ１０４への循環ルーチンとなる。

【００３２】前記ステップ１０７からはステップ１０４
の循環ルーチンとなり、ステップ１０４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１０８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１０
９に移行してクランクが変速有効位置にあるか否かが確
認され、信号「１」が出力されている場合はステップ１
１０にてモータ１３を逆転させ、元のギヤ位置から１を
減じた新たなギヤ位置（ＧＰ）を記憶し、ステップ１０
４の循環ルーチンとなる。また、ステップ１０９にて信
号「１」が出力されていない場合はステップ１０９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、ぺダルが
ペダル操作力の最も少ない回転位置である場合を検知し
て、このときに変速機構を作動させるようにしたので、
変速動作に伴う衝撃や振動を大幅に緩和することが可能
となった。

【００３５】なお、ワイヤ操作手段１０を停止してギヤ
位置をＴＯＰ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。

【００３６】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。＜実施例２＞本発明の第２実施例を図９に基づき説明す
る。この実施例は、回転角センサ９０としてクランク軸
の回転角を検出するエンコーダを採用したものである。
なお、本実施例の回転角センサ以外の構成は第１実施例
と同様のため、説明を省略する。

【００３７】前記エンコーダ５２は、クランク軸４１に
取り付けられた回転子５１の検知部５１ａが近接した場
合に制御部５に信号「１」を出力するようになってい
る。そして、ペダル４４ａがクランク軸４１の垂直上方
に位置した点を０°とした場合の、１５０°〜１８０°
の間、及び３３０°〜３６０°（０°）の間にエンコー
ダ５２が反応するように、前記回転子５１の外周に検知
部５１ａは設けられている。すなわち、右側ペダル４４
ａあるいは左側ペダル４４ｂが、垂直上方付近に位置し
た場合にエンコーダ５２が反応するようになっている。
なお、前記検知部５１ａは、ペダル４４ａがクランク軸
の垂直上方に位置した点を０°とした場合の、１５０°
〜１９０°の間、及び３３０°〜１０°の間にペダル４
４ａがあるときにエンコーダ５２が反応するように設け
てもよい。

【００３８】以上のように本実施例によれば、ペダルの
変速有効位置に若干の許容範囲をもたせたので、車両の
速度が変速用しきい値を越えた場合に、変速動作が遅れ
ることはなく、円滑な走行をすることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の必須の構成要素により、円滑な
変速を行う変速装置を得ることができる。

【００４０】また、運転操作感の良好な変速装置を得る
ことができる。また、円滑に自動変速を行う装置を、簡
易な構造で低コストにて提供することが可能となる。

【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実施例のクランク付近を示す図

【図４】第１実施例の回転センサを示す概略図

【図５】第１実施例のペダル回転位置を説明するための
図

【図６】第１実施例のクランク角とペダルの踏込力との
関係を表す図

【図７】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８】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９】本発明の第２実施例の回転センサを示す概略図

【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・・強磁性体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３７・・シートチューブ４１・・クランク軸４３・・クランク４３ａ・・第１クランク４３ｂ・・第２クランク４４・・ペダル４４ａ・・右側ペダル４４ｂ・・左側ペダル４７・・クランク回転検出センサ９０・・回転角センサ９１・・本体部９２ａ・・第１発光ダイオード９２ｂ・・第２発光ダイオード９３ａ・・第１フォトトランジスタ９３ｂ・・第２フォトトランジスタ９４ａ・・第１反射板９４ｂ・・第２反射板９５・・固定具９８・・第１フォトインタラプタ９９・・第２フォトインタラプタ

───────────────────────────────────────────────────── 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内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変速機構を有する自転車において、クランク軸を中心としたペダルの回転位置を検出する回
転角センサと、この回転角センサからの信号を入力する
とともに指示信号を前記変速機構に出力する制御部とを
備え、前記制御部は、前記回転角センサからの情報に基づき、
ペダルがペダル操作力の少ない回転位置にあるときに前
記変速機構を作動させることを特徴とする自転車用変速
装置。
【請求項２】前記制御部は、クランク軸を中心とした
ペダルの回転円周上におけるペダルの最高点あるいは最
低点をペダル操作力の少ないペダル回転位置であると判
断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。
【請求項３】前記制御部は、クランク軸を中心とした
ペダルの回転円周上におけるペダルの最高点を０度とし
た場合の３４０度を含む３３０度から０度の範囲をペダ
ル操作力の少ないペダル回転位置であると判断すること
を特徴とする請求項１記載の自転車用変速装置。
【請求項４】前記制御部は、クランク軸を中心とした
ペダルの回転円周上におけるペダルの最高点を０度とし
た場合の０度を含む３３０度から１０度の範囲をペダル
操作力の少ないペダル回転位置であると判断することを
特徴とする請求項１記載の自転車用変速装置。