JPH0543557B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自転車に取り付けられる自転車用変
速装置に関し、手動レバーにより手動で変速操作
を行なわせる手動変速機能とモータにより機械力
で変速操作を行わせる電動変速機構とを共に有す
る自転車用変速装置に関する。

従来の自転車用手動変速装置は、後部車輪近傍
に設けられた変速手段と、ハンドル部又は股間フ
レーム部に設けた手動レバーとの間にワイヤーを
張り、このワイヤーを手動レバーで引張つたり緩
めたりして変速手段のガイド装置を動かせて、チ
エーンの切り替えていた。

また他の電動変速装置は、変速手段近傍にワイ
ヤーを巻き上げたり、巻き戻したりするモータを
設け、手元スイツチによりモータを可逆運転して
変速するものがあつた。

また他の自動変速装置は、自転車の車速または
クランク回転速度に応じてマイクロコンピユータ
が最適のギヤー段数を選定し、そのギヤー位置へ
ガイド装置を動かすようにワイヤーを巻くものも
あつた。

しかしながら、上記手動変速装置は、手動レバ
ーの操作に労力を要し、また操作が煩わしくなる
ときがある。

一方、上記電動変速装置や自動変速装置は、制
御回路やモータを動かす電源（主として電池）が
必要で、使用途中での電池切れのときは変速困難
となる。

また自動変速装置のものにあつては、自分の好
みのギヤー位置へ変速することができず、これも
運転者にははなはだ不便なときがある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされた
もので、任意に手動変速と電動変速とを切り替え
うるようにした自転車用変速装置を提供するもの
である。

以下、図に示す実施例に基いて、この発明を詳
説する。ただし、これによりこの発明が限定され
るものではない。

第１図に示す１は自転車で、第２図に示すよう
に後車輪２に装設した５段のチエンジギヤ３Ａ，
３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ、第１および第２ワイヤ
ー４Ａ，４Ｂおよびこれらのワイヤー４Ａ，４Ｂ
を択一的に引つ張つたり緩めたりすることにより
移動可能なガイド装置５からなる歯車式変速手段
６を有しており、ペダル７を足踏駆動することに
より回転するクランクギヤ８から前記ガイド装置
５で段階的に移動されるチエーン９を介して前記
チエンジギヤ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの何
れかに駆動力を伝達し、変速段階を１段から５段
に切り替える周知の構成をしている。より詳しく
説明すると、第２図に示すようにガイド装置５に
は、その中間部に、それぞれ第１ワイヤー４Ａお
よび第２ワイヤー４Ｂの下端がビス止めにより連
結されている。また、第１ワイヤー４Ａおよび第
２ワイヤー４Ｂはいずれも、ガイド装置５の中間
部に直接連結された鋼索部と、この鋼索部を移動
可能に収納・保護するさや部とを備えている。

電動シフト手段は、自転車１の前車輪１０の前
ホーク１１に装備された車輪速度センサー１２
と、クランクギヤ８近傍の車体パイプに装備され
たクランクギヤ回転センサー１３と、荷台ステー
に取り付けられた電動変速機構１５とから構成さ
れている。

手動シフト手段５０は、股間フレーム部に回動
可能に設けられた手動レバー５１と、レバー位置
検出具としてのトツプ位置センサースイツチ５３
とを有している。手動レバー５１は、第２ワイヤ
ー４Ｂと連結されており、手による回動操作で第
２ワイヤー４Ｂを張緩することにより手動変速作
動を行う。そして、第２ワイヤー４Ｂを最も緩め
た状態にしたときにトツプギヤが入るようにされ
ている。トツプ位置センサースイツチ５３は、第
７図ロに示すように、手動レバー５１の回動軸５
２の後方側の下方に設けられている。このトツプ
位置センサースイツチ５３は、手動レバー５１に
より第２ワイヤー４Ｂを最も緩めた状態にしたと
きに手動レバー５１の位置を検出する。この自転
車の変速装置はまた、制御手段を備えている。制
御手段は制御ボツクス１４を備えている。この制
御ボツクス１４は、変速のための制御回路を有す
るとともに自動変速と手動変速とを切り替える切
替スイツチを有してなる。

次に電動シフト手段の各部分について説明する
と、先ず前記車輪速度センサー１２はホール素子
を内蔵し、前車輪１０のスポークに取り付けられ
た磁石１２ａが該センサー１２を通過するときに
車輪回転パルスを出力する。また第３図に示すよ
うに、前記クランクギヤ回転センサー１３も同様
にホール素子を内蔵し、クランクギヤ８裏面に取
り付けられた磁石１３ａが該センサー１３を通過
する時にクランクギヤ回転パルスを出力する。

さらに第４図に示すように前記電動変速機構１
５は正逆回転モータ１６と減速ギヤ１７とギヤ位
置センサー１８を有する巻き取りドラム１９と電
池電源２０とで構成され、制御ボツクス１４内の
電子回路からのギヤアツプ、ギヤダウン、ブレー
キの各信号で前記モータ１６を正逆転して所定位
置で停止することにより巻き取りドラム１９にワ
イヤー４Ａを巻き込みあるいは巻き戻して該ワイ
ヤー４Ａにより前記歯車式変速手段６のガイド装
置５を移動し、以つてチエーン９を前記チエンジ
ギヤ３Ａ…３Ｅの何れかに掛け替えるようになつ
ており、さらに前記ギヤ位置センサー１８が、前
記チエンジギヤ３Ａ…３Ｅの何れにチエーン９が
掛かつているか、即ち変速段数が何れであるかを
検出し、制御ボツクス１４内の電子回路に伝える
ようになつている。

前記ギヤ位置センサー１８は、第５図に示すよ
うに、減速ギヤ箱体に固定された固定板２１とこ
の固定板２１に取り付けられた第１，第２，第
３，第４接片２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚ，２２Ｗと
巻き取りドラム１９に同軸に軸支されたプリント
基板製回動板２３とよりなつている。そしてこの
回動板２３のの表面全体は銅箔板製導電面２４と
なつていると共に、前記第１，第２，第３接片２
２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚの摺接部分には前記ガイド
装置５が前記第１段のチエンジギヤ３Ａから第５
段のチエンギヤ３Ｅに対向した位置、即ち変速段
数が１段目の位置から５段目の位置で停止したと
きに対応する3bitのバイナリーコードが得られる
ようにエツチングにより絶縁部分２５，２５…が
設けられており、さらに第４接片２２Ｗは常時該
導電面２４に摺接することにより該導電面２４が
第４接片２２Ｗから給電されており、この結果第
１，第２，第３接片２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚが該
導電面２４に摺接すればハイレベル状態（Ｈ状
態）の信号を、絶縁部分２５，２５…に摺接すれ
ばローレベル状態（Ｌ状態）の信号を、夫々得る
ようになつているもので、従つてこの第１，第
２，第３接片２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚからは変速
段数の第１段目における停止位置〈Ａ位置〉では
（Ｈ，Ｌ，Ｌ）、変速段数の２段目における停止位
置〈Ｂ位置〉では（Ｌ，Ｈ，Ｌ）、変速段数の３
段目における停止位置〈Ｃ位置〉では（Ｈ，Ｈ，
Ｌ）、変速段数の４段目における停止位置〈Ｄ位
置〉では（Ｌ，Ｌ，Ｈ）、変速段数の５段目にお
ける停止位置〈Ｅ位置〉では（Ｈ，Ｌ，Ｈ）の検
出信号が得られるようになつている。

次に第６図に示すように、前記制御ボツクス１
４において、１４ａはその表示操作画であるが、
この表示操作画１４ａにおいて、２６は走行速度
あるいはクランクギヤ回転速度あるいは変速段数
表示用の４桁の８セグメント数字表示器、２７，
２８，２９，３０はこの数字表示器２６に表示し
ている内容が走行速度が走行距離か走行時間かク
ランクギヤ回転速度かを示す速度表示ランプ、距
離表示ランプ、時間表示ランプ、クランクギヤ速
度表示ランプで、さらに３１，３２，３３は後述
するギヤアツプ表示ランプ、ギヤ適正表示ラン
プ、ギヤダウン表示ランプである。さらにこの表
示操作画１４ａにおいて、３４はスタート・スト
ツプキースイツチ、３５は速度キースイツチ、３
６は距離キースイツチ、３７は時間キースイツ
チ、３８は時間リセツトキースイツチ、３９はク
ランクギヤ回転速度キースイツチで、さらに４０
は自動変速と手動変速とを切り替える切替スイツ
チ、４４は変速段数を前記８セグメント数字表示
器２６に表示するギヤリコールキースイツチ、４
５は電源スイツチである。また４２は、切替スイ
ツチ４０により手動変速から自動変速に切り替え
が行われたとき、手動レバー５１をトツプギヤの
位置にさせて、ワイヤ４Ｂを最も緩めさせるため
の表示ランプである。

前記制御ボツクス１４には第８図に示すごとき
演算用のマイクロコンピユータ装置４６を含む電
子回路が内蔵されており、さらにこのマイクロコ
ンピユータ装置４６の記憶部には後述するプログ
ラムがストアされている。

次に手動シフト手段５０の各部分について説明
すると、第７図に示すように、手動レバー５１は
軸５２を中心に回動して第２ワイヤー４Ｂを引つ
張つたり緩めたりし、この第２ワイヤー４Ｂによ
り前記歯車式変速手段６のガイド装置５を移動
し、以つてチエーン９を前記チエンジギヤ３Ａ…
３Ｅの何れかに掛け替えるようになつている。第
７図に破線で示す手動レバー５１の位置は、トツ
プギヤの位置に対応し、このとき第２ワイヤー４
Ｂが最も緩められ、トツプ位置センサースイツチ
５３がオンとなる。５４はロツク機構で、手動レ
バー５１がトツプ位置にあるときに、ロツクピン
５５を電磁石５６の力で突出させると、手動レバ
ー５１はトツプ位置で固定される。電磁石５６の
通電を断てば、スプリング５７の力でロツクピン
５５が引つ込むので、手動レバー５１を操作でき
るようになる。

さて次に作動を説明する。まず、電源スイツチ
４５をOFFにしているときには、モータ１６は
第１ワイヤー４Ａを最も緩めた位置で停止してお
り、手動レバー５１はロツクされていないので、
手動レバー５１を操作することにより手動で変速
を行いうる。

電源スイツチ４５をONにすると、マイクロコ
ンピユータ装置４６は、記憶しているプログラム
に基いて、第９図に示すような作動を行う。

すなわち、切替スイツチ４０で手動が選択され
ていると、第１ワイヤー４Ａがガイド装置５の動
きを拘束しないようにモータ１６を駆動して第１
ワイヤー４Ａを最も緩めた位置トツプギヤの入る
位置。「トツプ位置」ともいうで停止し、手動レ
バー５１のロツク機構５４を解除し、そののち速
度表示などモータ１６を駆動する以外の処理を行
う。その際、切替スイツチ４０をモニターしてい
る。そこで、変速は手動レバー５１にて行うこと
ができ、速度、距離、時間、クランク変速又はギ
ヤ位置などの表示を任意に得られる。なお、速度
表示などの処理についての詳細は、後述する説明
により明らかになるであろう。

切替スイツチ４０で自動を選択すると、マイク
ロコンピユータ装置４６は、手動レバー５１がト
ツプ位置すなわち第２ワイヤー４Ｂが最も緩めら
れた位置にあるか否かをチエツクし、そうでない
場合は表示ランプ４２を点灯して手動レバー５１
をトツプ位置とするよう促す。手動レバー５１が
トツプ位置になければ、第２ワイヤー４Ｂによつ
てガイド装置５が拘束された自由に電動変速を行
えないので、自動変速には入らない。手動レバー
５１がトツプ位置にされると、安全のためにロツ
ク機構５４で手動レバー５１をロツクし、そのの
ち自動変速処理と速度表示などの処理を行う。そ
の際、切替スイツチ４０をモニターしている。そ
こで、変速は後述するように自動で行われ、速度
などの表示も任意に得られる。

また、マイクロコンピユータ装置４５は、電源
ダウンを検知すると、最優先処理でモータ１６を
駆動してワイヤー４Ａを緩めるために、手動のル
ーチンに入る。

表示および自動変速処理についてさらに説明す
ると、マイクロコンピユータ装置４５には、前記
５段のチエンジギヤの夫々、即ち変速段数に対応
する走行速度範囲（後述）やクランクギヤ回転速
度範囲（後述）が予め入力されて記憶されている
もので、さらに第１０図に示される自動変速処理
手順も記憶されている。

而して運転者が、走行速度を知りたい場合は速
度キースイツチ３５を押圧する。すると前記車輪
速度センサー１２からの車輪回転パルスを電子回
路で計数演算処理して前記数字表示器２６に走行
速度をデジタル表示すると共に速度表示ランプ２
７を点灯し、さらに第１０図イで示す処理手順に
従つて現在設定されている変速段数に予め設定さ
れた走行速度範囲と、現在の走行速度の測定値と
を比較して現在の走行速度が設定走行速度範囲の
最高速度より大のときにはギヤアツプ表示ランプ
３１を点灯すると共に走行速度が設定走行速度範
囲に入る変速段数になるまでギヤアツプ信号を出
力し、一方、現在の走行速度が設定走行速度範囲
の最低速度より小のときにはギヤダウン表示ラン
プ３３を点灯すると共に走行速度が設定走行速度
範囲に入る変速段数になるまでギヤダウン信号を
出力し、これに対応して前記電動変速機構１５の
モータ１６が正回転してギヤアツプを行ないある
いは逆回転してギヤダウンを行ない、前記ギヤ位
置センサー１８から前記設定走行速度範囲に対す
る変速段数に対応するバイナリーコードが出力し
たときにブレーキ信号出力でモータ１６を停止
し、歯車式変速手段６を走行速度に対応した変速
段数で保持するようになつているもので、さらに
現在の走行速度が設定走行速度範囲内にあるとき
にはギヤ適正表示ランプ３２を点灯するものであ
る。

次にクランクギヤ８の回転速度を知りたい場合
にはクランクギヤ回転速度キースイツチ３９を押
圧する。すると前記クランクギヤ回転センサー１
３からのクランクギヤ回転パルスを電子回路で計
数演算処理して前記数字表示器２６にクランクギ
ヤ回転速度をデジタル表示すると共にクランクギ
ヤ速度表示ランプ３０を点灯し、さらに第１０図
ロに示す処理手順に従つて、現在設定されている
変速段数に予め設定されたクランクギヤ回転速度
範囲と、現在のクランクギヤ回転速度の測定値と
を比較して現在のクランクギヤ回転速度が設定ク
ランクギヤ回転速度範囲の最大クランクギヤ回転
速度より大のときにはギヤアツプ表示ランプ３１
を点灯すると共にクランクギヤ回転速度が設定ク
ランクギヤ回転速度範囲に入る変速段数になるま
でギヤアツプ信号を出力し、一方現在のクランク
ギヤ回転速度が設定クランクギヤ回転速度範囲の
最小クランクギヤ回転速度より小のときにはギヤ
ダウン表示ランプ３３を点灯すると共にクランク
ギヤ回転速度が設定クランクギヤ回転速度範囲に
入る変速段数になるまでギヤダウン信号を出力
し、これに対応して前記電動変速機構１５のモー
タ１６を正逆回転せしめてクランクギヤ回転速度
が略一定範囲内に収まるように歯車式変速手段６
を移動するもので、さらに現在のクランクギヤ回
転速度が設定クランクギヤ回転速度範囲内にある
ときには適正ギヤ表示ランプ３２を点灯してクラ
ンクギヤ回転速度と変速段数との対応が適正であ
ることを表示するようになつている。

さらに前記時間キースイツチ３７を押圧すれば
前記数字表示器２６には使用時間が表示されるが
この時も走行速度が設定走行速度範囲内に収まる
ように変速段数が自動的に切り替わるものであ
る。

次に前記した夫々の変速段数に対応する設定速
度範囲の設定方法について述べる。これは自転車
を運転者や運転状況に対応して最も疲労すること
なく且つ最も効率よく運転するために走行速度に
対して変速段数を定めたもので、Ｘを噛合、V₁
を最高速度、V₂を最低速度として V₁＝aX〈Ｘ＝１，２，３，４〉 V₁＝ａ（Ｘ−１）−ｂ〈Ｘ＝２，３，４，５ただ
し （V₂＜０のときはV₂＝０）〉 で規定してマイクロコンピユータ装置４５の記憶
部に記憶させているもので、この定数ａ，ｂをた
とえば制御ボツクス１４裏面に設けた設定スイツ
チで入力することにより各変速段数に対応する走
行速度範囲が決定されるようになつており、例え
ばａ＝10，ｂ＝５としたときには走行速度と変速
段数との関係は第１１図イに示すようになる。な
お、第１０図イに示す処理手順図において、設定
定数ａ，ｂは運転者や運転状況によつて走行速度
範囲を調整するために前記設定用スイツチから入
力するもので、該設定定数によつて変速段数が運
転者や運転状況の設定条件により変化し、より適
切な条件設定ができるものである。

次に前記した夫々の変速段数に対応するクラン
クギヤ回転速度範囲の設定方法について述べる。

これは自転車の運転者がクランクギヤを過回転
したりあるいは過負荷運転をすることのないよう
にするためにクランクギヤ回転速度に対して変速
段数を定めたもので、そのためにクランクギヤ回
転速度を各変速段数において一定になるようにし
たものである。即ちクランクギヤ回転速度はクラ
ンクギヤ８の単位時間あたりの回転の数（ｒ，
ｐ，ｍ）で表わすことができるがV₃（ｒ，ｐ，
ｍ）を最高クランクギヤ回転速度、V₄（ｒ，ｐ，
ｍ）を最低クランクギヤ回転速度として変速段数
の１段目はV₃＝ｄ、V₄＝０、２段目から４段目
まではV₃＝ｄ、V₄＝ｅ、５段目はV₃＝∞、V₄＝
ｅで規定してマイクロコンピユータ装置４６の記
憶部に記憶させてているもので、この定数ｄ，ｅ
を前記設定スイツチで入力することにより各変速
段数に対応するクランクギヤ回転速度範囲が決定
されるようになつており、例えばｄ＝60（ｒ，ｐ，
ｍ）、ｅ＝（ｒ，ｐ，ｍ）としたときにはクランク
ギヤ回転速度と変速段数との関係は第１１図ロに
示すようになる。なお、第１０図ロに示す処理手
順図において設定定数ｄ，ｅや運転者や運転状況
によつてクランクギヤ回転速度範囲を調整するた
めに設定用スイツチから入力するものであり、ま
た、クランクギヤを回転させないで走行する所謂
惰性運転の場合はクランクギヤ回転数は殆んど零
となるので、この場合を除くためにクランクギヤ
回転速度の測定値が０（ｒ，ｐ，ｍ）から５（ｒ，
ｐ，ｍ）の場合にはクランクギヤ回転速度範囲と
の比較を行なわないようになつている。

尚、前記表示操作面１４ａにおいて、４８は電
子回路中に含まれる約2.8KHzと3.5KHzの発振器
により点鳴するブザーで、前記変速操作時におけ
るギヤアツプ時には高音を発し、ギヤダウン時に
は低音を発するようになつている。

他の実施例としては、上記実施例の自動変速に
代えて、スイツチでギヤを選択しモータでシフト
する電動変速を用いたものが挙げられる。

この発明の自転車用変速装置は、上記のように
構成されているので、自転車に装着すると、自転
車の運転者は、電動変速および手動変速のいずれ
かを任意に選択して変速シフト操作を行うことが
できるようになる。そこで電動シフト機構の故障
時や電源ダウン時にも手動により変速シフト操作
を行えるようになり、大変便利である。また、こ
の変速装置には、第１ワイヤーおよび第２ワイヤ
ーの２本の変速操作用ワイヤーが備えられている
ので、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーのうちの
１本が何らかの原因で破断した場合でも、他の１
本のワイヤーにより変速操作を行うことが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は何れも本発明自転車用変速装置の実施例
に関し、第１図は自転車に取り付けた全体図、第
２図は歯車式変速手段の構成図、第３図はクラン
クギヤ回転センサーの構成図、第４図は電動変速
機構の構成図、第５図はギヤ位置センサーの構成
図でイは全体の関係図、ロは固定板の図、ハは回
動板の図、第６図は制御ボツクスの正面図、第７
図は手動シフト機構の構成図、第８図は電子回路
の概念ブロツク図、第９図は全体的な処理手順
図、第１０図イは走行速度表示選択時の処理手順
図、第１０図(ロ)はクランクギヤ回転速度表示撰択
時の処理手順図、第１１図イは走行速度と変速段
数との関係を示す図、第１１図ロはクランクギヤ
回転速度と変速段数との関係を示す図である。 １…自転車、２…後輪、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３
Ｄ，３Ｅ…チエンジギヤ、４Ａ，４Ｂ…ワイヤ
ー、５…ガイド装置、８…クランクギヤ、９…チ
エーン、１２…車輪速度センサー、１３…クラン
クギヤ回転センサー、１４…制御ボツクス、１５
…電動変速機構、１６…モータ、１８…ギヤ位置
センサー、４０…切替スイツチ、５１…手動レバ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自転車の後輪に装設される複数段の変速用ギ
   ヤと、それらのギヤの１つに選択的にチエーンを
   噛合させるガイドと、そのガイドにそれぞれ独立
   して連結される変速操作用の第１および第２ワイ
   ヤーとを有する変速手段、 自転車の車輪の近傍に設けられる車輪速度セン
   サーと、クランクギヤの近傍に設けられるクラン
   クギヤ回転センサーと、正・逆回転可能なモー
   タ、減速ギヤ、第１ワイヤー巻き取り用ドラムお
   よび電源を有してなり後輪の近傍に配される電動
   変速機構とを備え、電動変速機構のモータの正・
   逆回転で第１ワイヤーを張緩することにより電動
   変速作動を行う電動シフト手段、 自転車の所定箇所に回動可能に設けられて手に
   よる回動操作で第２ワイヤーを張緩することによ
   り手動変速作動を行いかつ第２ワイヤーを最も緩
   めた状態にしたときにトツプギヤが入る手動レバ
   ーと、この手動レバーの近傍に設けられて手動レ
   バーにより第２ワイヤーを最も緩めた状態にした
   ときにその手動レバーの位置を検出するレバー位
   置検出具とを備えた手動シフト手段および 変速のための制御回路を有するとともに自動変
   速と手動変速とを切り替える切替スイツチを有し
   てなり自転車の所定箇所に取り付けられる制御ボ
   ツクスを備え、この制御ボツクス内の制御回路か
   らのギヤアツプ、ギヤダウンおよびブレーキの信
   号により電動シフト手段のモータを制御するとと
   もに、切替スイツチで手動が指定されたときには
   第１ワイヤーを最も緩めた状態にするよう同モー
   タを制御する制御手段 を具備してなる自転車用変速装置。