JPS5996086A - 自転車用変速装置 - 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】 本発明は、自転車に取シ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シ機械力で変速操作を行わせる
電動変速機能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邪に設け
た手動レバーとの間にワイヤーを張り、このワイヤーを
手動レバーで引張ったり緩めたシして変速手段のガイド
装置を動かせて、チェーンを切り替えていた。

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９１巻き戻した９するモータを設け、手元スイ
ッチによりモータを可逆運転して変速するものがあった
。

また他の自動変速装置は、自転車の車速またはクランク
自転速度に応じてマイクロコンビエータが最適のギヤ一
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った。

しかしながら、上記手動変速装置は、手動レバ−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
モータと動かす電源（主として電池）が必要で、使用途
中での電池切れのさきは変速困難となる。

また自動変速装置のものにあっては、自分の好みのギヤ
ー位置へ変速する仁とができず、これも運転者にはけｆ
ｘに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匹て、この発明を詳説する。

ただし、これにょシこの発明が限定されるものではなめ
。

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段のチェンジギヤ（３Ａ）（３
１３）　（３Ｃ）　（３Ｄ）　（３ｎ）　、ワイヤー（
４Ａ）　（４Ｂ）およびワイヤー（４人）または（４Ｂ
）を引っ張ったシ緩めたシすることにょル移動可能なガ
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、！７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ェーン（９）を介して前記チェンジ
ギヤ（３Ａ）（３１３）（ａｃ）　（３１））　（，３
Ｅ）の阿れかに駆動力を伝達し、変速段数を１段から５
段に切り替える周知の構成をしている。

電動シフト手段は、自転車（１）の前車輪α０の前ボー
クＣＩＩＩＫ装備された車輪速度七ン丈−０２）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−（１３＋　（！：　、ハンドルの中
央部分に取シ付けられた制御ボックスＣｌ４１と、荷台
ステーに取り付けられた電動変速装置回とから構成され
てｂる。

手動シフト手段の０１は、手動レバー６Ｄを有している
０ 次に電動シフト手段の各部分くついて説明すると、先ず
前記車輪速度センサー口２はホール素子を内蔵し、前車
輪αＱのスポークに取ｐ付けられた磁石（ｉ　２ａ）が
該センサーα力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ＯＪ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（１３１を通過する時にクランクギヤ回′４云パル
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４ｓａｓは正
逆回転モータ０６）と減速ギヤｄηとギヤ位置センサー
印金有する巻き収りドラムｕ９）と電池電源（支）とで
構成され、制御ボックス１１４）内の電子回路からのギ
ヤアップ、ギヤダウン、ブレーキの各信号で前記モータ
側を正逆転して所定位置で停止することによＱ巻き取シ
トラム回にワイヤー（４Ａ）を巻き込みあるいは巻き戻
して該ワイヤー（４Ａ）を段階的に引っ張ったシ緩めた
シし、このワイヤー（４Ａ）によシ前記歯車式変速手段
（６）のガイド装置（５）を移動し、以ってチェーン田
）をＩＩ己チェンジギヤ（３Ａ）・・・（３Ｂ）の同れ
かに掛は替えるようになっており、さらに前記ギヤ位置
センサー囮が、前記チェンジギヤ（３Ａ）・・・（３Ｅ
）の阿れにチェーン（９）が掛がっているか、即ち変速
段数が何れであるかを検出し、制御ボックス０滲内の電
子回路に伝えるようになっている。

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（２１１とこの固定
板（社）に取シ付けられた第１．第２．第３．第４接片
（２２ＸＸ２２ＹＸ２２Ｚ）（２２Ｗ）、！ｌｌ取り）
”　ラム（１９）に同軸に軸支されたプリント基板製回
動板のとよりなっている。そしてこの回動板（ハ）の表
面全体は銅箔板製導電面（財）となっていると共に、前
記第１、第２　、　第３接片（２２ＸＸ２２ＹＸ２２Ｚ
）　　ノｍ接部分　　゛には前記ガイド装置（５）が前
記第１段のチェンジギヤ（３Ａ）から第５段のチェンジ
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３　ｂ
ｉｔのバイナリ−コードが得られるようにエツチングに
より絶縁部分（ロ）（至）・・・が設けられておシ、さ
らに第４接片（２２Ｗ）は常時該導電面（財）に摺接す
ることにより該導電面（２４１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（２
２Ｘ）　（２２Ｙ）　（２２Ｚ）が該導電面■に摺接す
ればハイレベル状態（Ｈ状態）の信号を、絶縁部分（２
）（ハ）・・・罠摺接すればローレベル状態（Ｌ状態）
の信号を、夫々得るようになっているもので、従ってこ
の第１．第２．ムτ３接点（ｚＸ）（２ｚＹ）（２ｚＺ
）カラハ変速ａ数ノ１８目における停止位置くＡ位置〉
では（Ｈ，Ｊｌ、、Ｌ）、変速段数の２段目における停
止位置くＢ位置〉では（Ｌ、）Ｉ、Ｌ）、変速段数の３
段目における停正位置くＣ位置〉では（Ｈ，Ｈ，Ｌ）、
変速段数の４段目における停止位置くＤ位置〉では（Ｌ
。

Ｌ、Ｈ）、変速段数の５段目における停止位置くＥ位置
〉では（Ｈ，Ｌ、Ｈ）の検出信号が得られるようになっ
ている。

次に第６図に示すように、前記制御ボックス０Φ′　に
おいてｓ　　（１４ａ）はその表示操作面であるが、こ
の表示操作面（１４ａ）において、伽）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、＠＠＠（至）はこの数字
表示器（至）に表示している内容が走行速度か走行距離
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＋（支）鍮は後述する
ギヤアップ表示ランプ、ギヤ適正表示ランプ、ギヤダウ
ン表示ランプである０さらにこの表示操作面（１４ａ）
において、（財）はスタート・ストップキースイッチ、
（ト）は速度キースイッチ、■は距離キースイッチ、（
（資）は時間キースイッチ、東は時間リセットキースイ
ッチ、ｒ３ＡＩはクランクギヤ回転速度キースイッチで
、さらに（社）は自動変速と手動変速とを切り替える切
替スイッチ、（４４１は変速段数を前記８セグメント数
字表示器凶に表示するギヤリコールキースイッチ、（４
９は電源スィッチである。またには、切替スイッチ顛に
よシ手動変速から自動変速に切り替えが行われたとき、
手動レバー乱をトップギヤの位置にさせて、ワイヤ（４
Ｂ）を最も緩めさせるための表示ランプである０ 前記制御ボックス＜１４）には第８図に示すごとき演算
用のマイクロコンピュータ装置（４６）を含む電子回路
が内蔵されておシ、さらにこのマイクロコンピュータ装
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印の各部分について説明すると、第
７図に示すように、手動し／（−（５１１は軸（５］を
中心に回動してワイヤー（４Ｂ）を引っ張ったり緩めた
りし、このワイヤー（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、以ってチェーン（
９）を前記チェンジギヤ（３Ａ戸・・（３Ｅ）の何れか
に掛は替えるようになっている。第７図に破線で示す手
動レバー（５１）の位置は、トップギヤの位置に対応し
、このときワイヤー（４Ｂ）が最も緩められ、トップ位
置センサースイッチＱがオンとなる。

図はロック機構で、手動レバー５１１がトップ位置にあ
るときに、ロックピン印を電磁石ωの力で突出させると
、手動レバー６１１はトップ位置で固定される。電磁石
−の通電を断てば、スプリング（５ηの力でロックビン
霞が引っ込むので、手動レノ（−ｆ５１）を操作できる
ようになる。

さて次に作動を説明する。まず、電源スィッチ（４５１
をＯＦＦにしているときには、モータα６）はワイヤー
（３Ａ）を最も緩めた位置で停止しておハ手動レバーの
１）はロックされていないので、手動レノく□−（５１
１を操作することによシ手動で変速を行いうる。

電源スィッチ（何をＯＮにすると、マイクロコンピュー
タ装置ｆ４０）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つすなわち、切替スイッ
チ（４０）で手動が選択されていると、ワイヤー（３人
）がガイド装置（５）の動きを拘束しないようにモータ
ａωを、駆動してワイヤー（３Ａ）を最も緩めた位置（
トップの位置）で停止し、手動レバー６ＩＪのロック機
構社を解除し、そののち速度表示などモータ叫を駆動す
る以外の処理を行う。その際、切替スイッチ囮をモニタ
ーしている。そこで、変速は手動レバー（５１１にて行
うことができ、速度、距離９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０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。

切替スイッチ（４０）で自動を選択すると、マイクロコ
ンピュータ装置（４６Ｊは、手動レノ＜−（５１）がト
ップ位置すなわちワイヤー（４Ｂ）が最も緩められた位
置にあるか否かをチェックし、そうでない場合は表示ラ
ンプ（４２１を点灯して手動レバー６１）をトップ位置
とするよう促す。手動レバーＧ１）がトップ位置になけ
ｈば、ワイヤー（・工【りによってガイド装置（５）が
拘束されて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）かトップ位置にされる
と、安全のためにロック機構８ｊで手動レバー（５Ｄを
ロックし、そののち■ｂ変速処理と速度表示などの処理
を行う。その際、切替スイッチ何０）をモニターしてｂ
る。そこで、変ｉｉｉ述するように自動で行われ、速度
などの表示もｆＴ：意に得られる０ １ｆｔｃ、マイクロコンピュータ装置Ｃωは、電源ダウ
ンを検知すると、最優先処理でモータＣ＋６）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
イクロコンピュータ装置ｆ４８には、前記５段のチェン
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）が予め大
刀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、走行速度を知ジたい場合は速度キース
イッチ＠）を押圧する。すると前期車輪速度センザーｏ
シからの車輪回転パルスを電子回路でｇｌ・数演算処理
して前記数字表示器（社）に走行速度をデジタル表示す
ると共に速度表示ランプ万を点灯し、さらに第１０図げ
）で示す処理手順に従っ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、現仕の走行速度の測
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ップ表示ランプ３１１
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ップ信号を出方し、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田を点灯すると兵に走行速度
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
ン信号を出方し、これに対応して前記電動変速機構（１
５１のモータ１１６１が正回転してギヤアンプを行ない
あるいは逆回転してギヤダウンを行な−、前記ギヤ位置
センサーａＱ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−コードが出力したときにブレー
キ信号出力でモータ（１６１’＆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
になって込るもので、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のと点灯
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ッチ国を押圧する。する
と前記クランクギヤ回転センサーＣｌ５Ｉ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
字表示器艶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廁を点灯し、さらに
第１θ図（ロ）で示す処理手順に従って現在設定されて
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シ大のときには
ギヤアップ表示ランプｑ）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ップ信号を出力し、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シ小のときにはギヤダウン
表示ランプの分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αｅ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（支）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
するようになっている。

さらに前記時間キースイッチゆを押圧すれば前記数字表
示器囚）には使用時間が表示されるがこの時も走行速）
（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を変速段数、Ｖｔを最高速度、ｖ２を最低速度と
してＶ１＝ａＸ　　（，１（＝１，２，３．４＞Ｖ２＝
ａ（Ｘ−１）−ｂ　　（Ｘ＝＝２．３，４．５ただしく
ｖ２＜ＯのときはＶ２＝　０　）　＞で規定してマイク
ロコンピュータ装置■の記憶部に記憶させているもので
、この定数ａ、ｂをたとえば制御ボックスｕＪ裏面に設
けた設定スイッチで入力することによ）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っておシ、例
えばａ＝ｌＱ、ｔ）＝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って走行速度範囲を調整
するために前記設定用スイッチから入力するもので、該
設定定数　によって変速段数が運転者や運転状況の設定
条件によシ変化し、よシ適切な条件設定かできるもので
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ｂ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りて
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　ｒｍ）で表わすことができるがＶ３（ｒ
、ｐ、ｓ）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Ｖｓ＝　ｄｌＶ＜＝０　、　ｊＱ目カラ４　Ｇ目
ｉ　テｌｄ、　Ｖ３＝ｄ。

Ｖ４＝ｅ、５段目はＶＢ＝％、Ｖａ＝ｅ　　で規定して
マイクロコンピュータ装置αＧ）の記憶部に記憶させて
いるもので、この定ｆｉｄ、ｅを前記設定スイッチで入
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っており、例えばｄ＝
６０　（ｒ、ｐ、ｍ）、ｅ＝３９（ｒ。

ｐ　ｔ　”　）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、ｂｔｏ図（ロ）に示す処理手順図において設定定
数ｄ、θは運転者や運転状況によっ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ッチから入力する
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＋ｄ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
＋ａ）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っている。

尚、前記表示操作面（１４ａ）において、（４印は電子
回路中に含まれる約２．８ＫＨｚと８．５ＫＨｚの発振
器によシ点鳴するブザーで、前記変速操作時におけるギ
ヤアップ時には高音を発し、ギヤダウン時には低音を発
するようになっている０ 他の実施例としては、上記実施例の自動変速に代えて、
スイッチでギヤを選択しモータでシフトする電動変速と
用いたものが挙げられる０以上の説明から理解されるよ
うに、この発明は、自転車の後輪に装設される複数段の
ギヤとそれらのギヤの１つに選択的にチェーンを噛合さ
せるガイドとそのガイドに連結された第１および第２の
ワイヤーとを有する変速手段、モータにて前−記憶１の
ワイヤーを張緩することによシ変速作動を行いうる電動
シフト手段、手動レバーにて前記第２のワイヤーを張緩
することにより変速作動を行いうる手動シフト手段およ
び切替スイッチで手動が指定されたときには前記第１の
ワイヤーを最も緩めた位置とするよう電動機を制御する
制御手段を具備してなる自転車用変速装置を提供するカ
ーこれによシ運転者は手動でも電動でも任意に選択して
シフト動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変速を行えるよ
うになシ、大変便利になる。

【図面の簡単な説明】

図面は可れも本発明自転車用変速装置の実施例に関し、
第１図は自転車に堰り付けた全体図、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、ビ→は回動板の図、第６図は制御ボック
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ック図、第９図は全体的な処理手
順図、第１θ図（イ）は走行速度表示選択時の処理手順
図、第１０図（噂はクランクギヤ回転速度表示選択時の
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、（３
ＡＸ３ＢＸ３（−’Ｘ３Ｌ））（３Ｅ）・・・チェンジ
ギヤ、（４Ａ）（４Ｂ）・・・ワイヤー、（５）・・・
ガイド装置、（８）・・・クランクギヤ、（９）・・・
チェーン、（１２・・・車積速度センサー、 Ｏ３・・・クランクギヤ回転センサー、Ｏ４・・・制御
ボックス、（１５１・・・電動変速機構、０６Ｊ・・・
モータ、　　　　　　　ａｇＪ・・・ギヤ位置センサー
、（４■・・・切替スイッチ、（５Ｄ・・・手動レバー
。 第　２図 ７　　　　　　竿　３図 に 麿−７ １４ 第４”　　４３ａ−メ ５ 第６図 麦　ｉｆγ軌 第１１図　（１″） 筒１１図　　（ロ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、自転車の後輪に装設される複数段のギヤと、それら
   のギヤの１つに選択的にチェーンを噛合させるガイドと
   、そのガイドに連結された第１および第２のワイヤこと
   を有する変速手段、モータにて前記第１のワイヤーを張
   緩することによシ変速作動を行いうる電動シフト手段、
   手動Ｌ／／（−にて前記第２のワイヤーを張緩すること
   によシ変速作動を行いうる手動シフト手段および切替ス
   イッチで手動が指定されたときには前記第１のワイヤー
   を最も緩めた位置とするよう電動機を制御する制御手段
   を具備してなる自転車用変速装置。