JP4789441B2 - 弾性的に変形可能な部材と機械的安全機構とを備える、自転車用変速機のアクチュエータ装置、および該アクチュエータ装置に用いられるナット - Google Patents

Description

本発明は、自転車用変速機のアクチュエータ装置であって、駆動部材によって駆動されて変速機のディレイラを駆動する駆動機構を備えるアクチュエータ装置、および該アクチュエータ装置に用いられるナットの両者に関する。

本明細書および添付の特許請求の範囲の文脈において言及されている「変速機」は、自転車の後輪に組み合わされた種々のスプロケットの間でチェーンを動かす後部の変速機でもよく、ペダル・クランクに組み合わされた種々のクラウンの間でチェーンを動かす前側の変速機でもよい。

比較的最近においては、動力によって駆動される自転車用変速機が、広く用いられるようになってきており、通常は電気的に駆動部材を適切に動作させることにより、チェーンを動かすディレイラを移動させている。このような変速機の開発においては、当然ながら、従来の手動による変速機と少なくとも同程度に素早くかつ正確に変速を実行できるよう、変速機の駆動方法には多大な注意が払われている。しかしながら、本発明の発明者らは、通常の使用において、変速機自身が目に見えない衝撃を受けた結果として生じるわずかの損傷によってさえも、動力駆動の変速機の性能が損なわれることがあることに気がついた。

実際、この形式の変速機では、駆動機構は駆動部材に機械的に連結されたシステムである。自転車が倒れたことによる衝撃で、あるいは単に自転車を車両に積み込み、積み下ろし、運搬したことによる衝撃でさえも、変速機は様々な程度の損傷を受ける可能性がある。とくに大きな衝撃では、最も深刻な場合には変速機の部材の一部が破損する可能性があり、一方、より軽い衝撃では、変速機に部材にわずかな変形が生じたり、あるいは変速機の部材間でわずかな相対変位が生じたりする可能性がある。このような小さな変形や変位は、一見してすぐに気づくことができない場合もしばしばあるが、それでも変速機の精度は損なわれてしまっており、したがって変速機の良好な作動が損なわれることになる。その他、このような変形や変位は、チェーンとスプロケットとの間で生じる機械的干渉のような、駆動部材に対する駆動機構の一時的な噛み込みにより、変速の際にも生じる可能性がある。

本発明の出発点となる課題は、動力駆動の変速機の駆動機構を、簡単かつ効率的な方法で保護することにある。

本発明は、最も広くいえば、第１の態様においては請求項１に記載の自転車用変速機用アクチュエータ装置に関し、第２の態様においては請求項１４に記載の自転車用変速機のアクチュエータ装置に用いられるナットに関する。好ましい特徴については、従属請求項に示されている。

駆動機構の部材のうちの１つは、所定のしきい値応力を超える応力にさらされたときに弾性的に変形する、つまりしきい値以下では殆ど変形しないが、しきい値を超えると、降伏したかのように大きな弾性変形を生じるため、衝撃が加わった際に、この部材が他の部材の代わりに弾性的に変形することになる。この部材の弾性的復元作用により、変速機の動作を容易に妨げる可能性のある変形が残ることなく、該部材は元の状態に完全に復元する。

このような解決策を後輪の変速機に適用すると、車輪の組み付けおよび取り外しが極めて容易になるという追加の利点がある。実際、作業者は前記弾性変形を利用することにより、チェーンのスプロケットからの着脱を容易に行うことができる。

変速機の通常使用において、前記駆動機構がディレイラを駆動すべく駆動部材によって駆動されるとき、前記弾性変形する部材が、前記所定のしきい値応力以下の応力にさらされているとき、前記部材が実質的に剛体であると好ましい。このようにすることで、変速機の通常の動作が、前記部材の変形によって妨げられることはない。つまり、変速機の通常動作では、前記部材は弾性的に変形することなく、変速機の動作に影響を与えない。このように、所定のしきい値は、駆動機構が、外力に対して実質的に剛体として作用する状態と、弾性変形する状態との分岐点となる応力である。

駆動機構のシステムの素早い応答が得られる動作範囲を広げたい場合、前記しきい値応力を高く設定すると有利である。一方、アクチュエータ装置がわずかの衝撃さえも吸収できるようにしたい場合、しきい値応力の値をより小さく選択することになるが、その場合、該システムの素早い応答が得られる範囲は狭くなる。

前記弾性変形可能な部材が、予荷重を与えられたばねを含むと好ましい。「ばね」とは、引張、圧縮、ねじり、および曲げ等の弾性的作用を有する要素を意味し、例えば、金属製コイルばね、金属製ねじりばね、金属製皿ばね、可撓性箔、空気ばね、種々の形状のエラストマースプリング等である。「予荷重」とは、ばねが静止時に所望のしきい値応力に等しい、ゼロでない弾性応力を生成するように、例えば予め圧縮されている、あるいは予め引っ張られているなど、予め応力が加えられた状態で使用されることを意味する。この結果、ばねは、衝撃の際など、所定のしきい値応力の値よりも大きい応力が加わったときにのみ弾性的に変形し、一方、変速機の通常使用の際など、加わる応力が所定しきい値応力より小さい場合には、ばねは変形しない。

前記弾性変形可能な部材は、すでに述べたとおり、変速機自体の保護を希望する種類の衝撃が変速機に加わったときに応力にさらされる部材であれば、駆動機構の任意の部材でよい。前記部材は、駆動機構が通常備えている部材（例えば、レバー、連接棒、ナット、シャフト、ピン）が前記弾性特性を有するように形成されたものでもよく、あるいは、前記弾性特性を有し、他の２つの部材間に配置される追加の部材であってもよい。以下、駆動部材がモータおよび該モータによって回転するねじ溝付き駆動軸を有する典型的な場合について、好ましい解決策をいくつか説明する。

第１の好ましい解決策においては、駆動機構は、
４本の連接棒を４つのピン部材によって４つのピン軸を中心としてヒンジ連結した関節型四辺形機構であって、第１の連接棒が自転車のフレームに堅固に連結され、第２の連接棒が、該関節型四辺形機構において前記第１の連接棒と対向するとともに、ディレイラを支持する支持体に固定される関節型四辺形機構、
前記ピン部材のうちの第１のピン部材に組み合わされた、モータを支持する支持体、および
前記ピン部材のうちの、前記第１のピン部材と対向する第２のピン部材に組み合わされるとともに、前記モータの動作によって、前記対向する２つの第１および第２のピン部材が接近または離間して、前記関節型四辺形機構が変形するように、駆動軸と係合し、また、弾性的に変形する部材を含むナット
を備えている。

第２の好ましい解決策においては、駆動機構は、
４本の連接棒を４つのピン部材によって４つのピン軸を中心としてヒンジ連結した関節型四辺形機構であって、第１の連接棒が自転車のフレームに堅固に連結され、第２の連接棒が、該関節型四辺形機構において前記第１の連接棒と対向するとともに、ディレイラを支持する支持体に固定される関節型四辺形機構、
該関節型四辺形機構の第３の連接棒に一体に形成されたアーム部、および
該アーム部に取り付けられた第５のピン部材に組み合わされるとともに、モータの動作によって、前記アーム部を動かして、前記関節型四辺形機構が変形するように、駆動軸と係合し、また弾性的に変形する部材を含むナット
を備えている。

関節型四辺形機構の対角線上で動作するモータを備えた変形可能な四辺形機構は、通常は後輪側の変速機であり、一方、アーム部に作用するモータを備えた変形可能な四辺形機構は、通常は前側の変速機である。ナットに前記弾性変形可能な部材を設けることを提案するこの解決策は、該部材により、前記問題を左右するモータ（停止中および動作時の両者において静止している）の直近で四辺形機構の保護を可能にするため、簡単さおよび効果の点で有利である。

前記ナットは、好ましくは、
内部が中空である筒状体、
該筒状体の両端に形成された軸方向の２つの当接面、
該筒状体に一体に形成され、かつ該筒状体に直交する２つの対向するピン部分、
駆動軸と係合するとともに、前記筒状体内で軸方向に摺動可能なように挿入されたねじ溝付き筒状スリーブ、
該筒状スリーブの両端に設けられた２つの突出した当接鍔、および
弾性的に変形可能な部材であるばねであって、前記筒状スリーブの当接鍔のうちの第１の当接鍔と前記筒状体の当接面のうちの第１の当接面との間で圧縮された状態で、前記筒状スリーブ上に挿入されており、また、該ばねの弾性力押力によって、前記筒状スリーブの当接鍔のうちの第２の当接鍔が、前記筒状体の当接面のうちの第２の当接面に面しているばね、
を備えている。

この構造は、簡単、小型、かつ効果的である。しきい値応力の値は、ばねの寸法を適切に選定することにより、および、鍔の位置と筒状体の長さとを適切に選択してばねを正確に圧縮することにより、容易に定めることができる。ばねの圧縮を精密に調節するために、前記鍔に種々の厚さのスペーサリングを設けてもよい。

このようなナットは、通常のナットに代えて用いることができ、したがって、既存のアクチュエータ装置を、本発明によるアクチュエータ装置に改良することができる。

さらに、このような構造により、ばねがそれ以上保護効果を奏しえない最大圧縮位置にまで達する可能性のある極めて激しい衝撃に対し、更なる安全機構を設けることも容易に可能である。前記鍔のうちの１つを、或る最大値よりも大きい応力にさらされたときに変形するような寸法とすることで、一種の「機械的安全機構」を得ることができる。この安全機構は、衝撃の後に自身で元の状態に戻ることができず、何らかの技術的修理を必要とするが、損傷した場合に修理がはるかに高価につく、駆動機構の他の部材を保護することができ、貴重である。

変速機の保護が望まれる衝撃に対する駆動部材の作用的構成のため、衝撃がねじ溝付き駆動軸に押圧力または引張力を生じさせる。そこで、駆動軸が第１の当接鍔の側または第２の当接鍔の側から筒状スリーブ内に挿入されるように、ナットを駆動軸に取り付けることができる。

他の好ましい解決策においては、ナットは、前記筒状スリーブの当接鍔のうちの第１の当接鍔と前記筒状体の当接面のうちの第１の当接面との間で、前記ねじ溝付き筒状スリーブ上に挿入された第１のばねと、前記筒状スリーブの当接鍔のうちの第２の当接鍔と前記筒状体の当接面のうちの第２の当接面との間で、前記ねじ溝付き筒状スリーブ上に挿入された第２のばねとを備えてもよい。このようにすることで、ねじ溝付き駆動軸に圧力をかける衝撃、およびねじ溝付き駆動軸に引張力をかける衝撃の両者から、変速機を保護できる。

前側の変速機に好適な他の好ましい解決策においては、駆動機構は、
４本の連接棒を４つのピン部材によって４つのピン軸を中心としてヒンジ連結した関節型四辺形機構であって、第１の連接棒が自転車のフレームに堅固に連結され、第２の連接棒が、該関節型四辺形機構において前記第１の連接棒と対向するとともに、ディレイラを支持する支持体に固定される関節型四辺形機構、
該関節型四辺形機構の第３の連接棒に連結されたレバー、
モータの動作によって該レバーが動かされるように、駆動軸に係合し、前記レバーに一体形成された部分歯車、および
前記レバーと前記第３の連接棒のと間で作用し、弾性的に変形可能な部材であるばね
を備えている。

この解決策も、動力駆動の変速機の駆動機構を保護するという課題の解決に適していることが明らかである。

前記レバーと前記第３の連接棒との連結方法は、レバーによって連接棒が回転（角度変位）する限りにおいて、種々の形式にすることができる。例えば、好ましくは、
前記レバーが、前記第１の連接棒と前記第３の連接棒とに用いられる共通のピン部材にヒンジ連結されるとともに、角度回転方向に第１の当接面を有し、
前記第３の連接棒が、該レバーの第１の当接面に面する第１の当接面を角度回転方向に有している。

この場合、弾性変形可能な部材は、
前記レバーが、前記第１の当接面に対して角度的に反対方向に面する第２の当接面を有し、
前記第３の連接棒が、前記第１の当接面に対して角度的に反対方向に面し、かつ前記レバーの第２の当接面に面する第２の当接面を有し、
ばねが、前記レバーの第２の当接面と前記第３の連接棒の第２の当接面との間で圧縮されて、前記レバーおよび前記第３の連接棒を、それぞれの第１の当接面が互いに押し付け合わせられるように、角度方向に互いに押し付ける構成とされる。

この場合も、すでに述べたように、しきい値応力の値を、ばねの寸法を適切に選定することにより、およびレバーおよび第３の連接棒の当接面の位置を適切に選択して、ばねを正確に圧縮することにより、容易に定めることができる。

代替的に、前述したものと同一の結果を、ねじりばねをレバーと第３の連接棒との間で予荷重を与えて取り付けて、レバーおよび第３の連接棒を、それぞれの第１の当接面が互いに押し付け合わせられるように、角度方向に互いに押し付けることによって得ることも可能である。この場合、構造がより簡潔になり、しきい値応力の値は、ねじりばねの寸法によって定めることになる。

本発明による自転車用変速機用のアクチュエータ装置およびナットのその他の特徴および利点は、好ましい実施形態の以下の説明で明らかになるであろう。これらの実施形態は、あくまで例であり、添付の図面に示されている。

図１および２に、本発明の第１の実施形態による、自転車用変速機のアクチュエータ装置、とくに後輪側変速機のアクチュエータ装置１００を示している。

装置１００は、駆動部材１２０によって駆動されて、自転車の後輪側変速機の一般的なディレイラ（図示されていない）を駆動するよう構成された、関節型四辺形機構、より正確には関節型平行四辺形機構である駆動機構１０１を有している。他の実施形態（図示されていない）においては、関節型四辺形機構を平行四辺形ではなく、台形などの不等辺四辺形とすることもできる。

駆動機構１０１は、４本のピン部材によって互いに関節連結された４つの連接棒を含む。これら連接棒は、自転車のフレームへの取り付けに用いられる支持体１１２に組み合わされた第１の連接棒１０２と、第１の連接棒１０２に対向するとともに、ディレイラを固定する支持体１１３に組み合わされた第２の連接棒１０３と、第３の連接棒１０４と、第４の連接棒１０５とからなる。ピン部材は、第１のピン部材１０６（第１の連接棒１０２と第３の連接棒１０４との間）、第１のピン部材１０６と対向する第２のピン部材１０７（第２の連接棒１０３と第４の連接棒１０５との間）、第３のピン部材１０８（第１の連接棒１０２と第４の連接棒１０５との間）、および第３のピン部材１０８と対向する第４のピン部材１０９（第２の連接棒１０３と第３の連接棒１０４との間）からなる。

駆動部材１２０を支持する支持体１１６は、第１のピン部材１０６と組み合わされている。ここで、ピン部材または連接棒に関連する部材について言及する用語「組み合わされた」は、本明細書において、当該部材が、ピン部材もしくは連接棒に機械的に連結されているか、ピン部材もしくは連接棒と一体に形成されているか、または当該部材がピン部材または連接棒の機能を果たすことが可能な形状に形成されていることを意味するものとする。駆動部材１２０は、ねじ溝付き駆動軸１２２を備える電動モータ１２１（図示されていないケーブルおよび制御部材から電力の供給および制御を受ける）を含み、駆動軸１２２は駆動軸１２３に沿って延びており、モータ１２１によって回転させられる。図示の実施形態では、駆動軸１２３がピン１０６の軸とほぼ交差する状態でモータ１２１を収容できるよう、支持体１１６は略揺りかご形となっている。

駆動部材１２０は、ナット１０によって駆動機構１０１に連結されている。詳細には、ナット１０が、ねじ溝付き駆動軸１２２とねじ係合し、第２のピン部材１０７に組み合わされて、駆動部材１２０は駆動機構１０１に連結されている。駆動部材１２０は、ナット１０および支持体１１６を介して駆動機構１０１を駆動することが可能なため、ピン部材１０６とピン部材１０７との間の対角線を、長くしたり短くしたりすることができる。詳しくは、装置１００が自転車の後輪側変速機に使用されている場合、前記対角線を長くすると、上方変速（スプロケットのうち、より径の大きい内側のスプロケットにチェーンが移動する）が実行され、一方、反対に、前記対角線を短くすると、下方変速（スプロケットのうち、より径の小さい外側のスプロケットにチェーンが移動する）が実行される。

本発明によれば、ナット１０（図７および８）は、軸Ａに沿って延びる筒状体１１を有し、この筒状体１１は、軸Ａにほぼ直交する軸Ｂに沿って延びており、互いに対向して整列された２つの同一のピン部分１２と一体形成されている。ピン部分１２は、筒状体１１との一体物であり、好ましくは、筒状体１１と一体に形成されている。筒状体１１は、内部に多角形断面の貫通孔１３を備えており、該貫通孔１３は２つの環状の当接面、すなわち筒状体１１の両端に形成された第１の当接面１４および第２の当接面１５の間を、軸Ａに沿って延びている。

さらにナット１０は、駆動軸１２２とナット１０との係合を可能にするため、内面に駆動軸１２２の外面のねじ溝と係合する雌ねじが切られた筒状のスリーブ１６を含む。スリーブ１６は、断面が円形の部位１６ａおよび断面が多角形の部位１６ｂを有している。部位１６ｂの断面は、貫通孔１３ａの断面と合致しているため、筒状体１１の貫通孔１３内に挿入されたスリーブ１６は、軸Ａに沿って摺動可能であるが、この軸Ａを中心とする回転は行えない。スリーブ１６は、２つの突出した当接鍔すなわち第１の鍔１７および第２の鍔１８を、両端に備えている。

第１の鍔１７は、弾性の環状ワッシャであり、スリーブ１６の円形部位１６ａに、スリーブ１６の外表面に形成された対応する円周溝からなるのど部２０を介して取り付けられている。第２の鍔１８は、スリーブ１６の部位１６ｂの頭部が円板状に張り出した形状となっている。あるいは、鍔１７を構成するワッシャを、単にスリーブ１６の円形部位１６ａに挿入し、スリーブ１６上に設けた対応する溝へと着脱可能に収容される弾性リング（シーガー・リング）によって、その位置に保持することもできる。

ナット１０は、さらに、スリーブ１６上に挿入されたばね３０を有している。ナット１０が取り付けられた状態（図７）では、第２の鍔１８が第２の当接面１５に面し、ばね３０が第１の当接鍔１７と第１の当接面１４との間で圧縮された状態で、スリーブ１６が筒状体１１内に挿入されている。

例として示されているばね３０は、金属製のコイルばねであるが、これに代えて、筒状エラストマースプリング、あるいはナット１０において同一の作用を奏する他の任意のばねを使用することもできる。

ばね３０の選択、寸法、および圧縮、ならびにナット１０の組み立ては、ナット１０が組み込み先であるアクチュエータ装置内で求められる保護機能に応じて行なわれる。

装置１００において、装置１００に対する方向Ｕ１（図２）の衝撃が、装置１００の損傷を引き起こさないようにすることが必要である。つまり、ナット１０を弾性的に変形させることによって、モータ１２１が動いていないときにもピン部材１０６とピン部材１０７との間の対角線が長くなる（換言すれば、少なくともモータ１２１が動作している時に生じる対角線の長さの変化とは異なる）ように変化することが必要である。そのため、ナット１０は、ねじ溝付き駆動軸１２２を第２の当接鍔１８側からスリーブ１６内に挿入することによって取り付けられており、この結果、衝撃は、ばね３０を圧縮して、スリーブ１６を筒状体１１内で摺動させる。

別の実施形態（図示されていない）においては、ばね３０を、第２の当接鍔１８と第２の当接面１５との間に配置している。そのようにした場合、装置１００に対する方向Ｕ１’（図２）の衝撃によって生じる損傷を防止することができる。これはすなわち、ナット１０が弾性的に変形することによって、ピン部材１０６とピン部材１０７との間の対角線が、ばねの圧縮のため短くなることを意味する。衝撃が無くなると、ばねは元の状態へと伸びるため、対角線したがって変速機が元の正規の状態に戻る。このようなナット１０の弾性的変形の特徴は、有利なことに、すでに述べたとおり対角線が長くなる上方変速においても活用される。チェーンが径の小さいスプロケットから径の大きいスプロケットへと移る際、駆動機構はチェーンとスプロケットとの間で生じる干渉によって一時的に動かなくなる一方で、駆動部材はスリーブ１６を最終位置まで駆動し続けている。このような移行段階において、ばねが圧縮されて、スリーブ１６と筒状体１１との間の相対移動が可能となる。チェーンによる干渉が無くなると、ばねの弾性力が筒状体１１を所望の最終位置へと押し、変速の正確な実行を実現する。

さらに、より複雑な実施形態においては、第１の当接面１４と第１の鍔１７の間、および第２の当接面１５と第２の鍔１８の間の両方に、ばねを設けることができる。そのようにすることで、ナットは、両方の方向Ｕ１およびＵ１’からの衝撃を吸収することができる。

ばね３０の寸法および初期圧縮（予荷重）は、所定のしきい値応力を定めるように決定することができる。ばね３０は、しきい値応力よりも小さい応力にさらされたときは変形せず、ナット１０は剛体として作用し、一方、しきい値応力を超える応力にさらされた場合、ばね３０は弾性的に変形し、ナット１０が変形する。したがって、しきい値応力の値は、通常動作の際に駆動機構１０１に生じる最大応力の軸Ａに沿う分力の値を確実に上回るが、機構１０１の部材に損傷を与える可能性がある衝撃による最小応力の軸Ａに沿う分力の値を確実に下回るように選択される。

ナット１０が剛体として作用することにより、駆動部材の作動に続く駆動機構の敏速な応答が確保される。駆動機構のシステムが敏速に応答する動作範囲を広く取りたい場合には、しきい値応力を高く選択すると有利である。一方、アクチュエータ装置が小さい衝撃でさえも吸収できるようにしたい場合には、しきい値応力を低く選択することになるが、前記システムの敏速な応答が得られる動作範囲は狭くなる。

もちろん、駆動機構１０１の各部材の構造的強度は、前述の方法でしきい値応力を決定することができるよう、充分高くする必要がある。この目的のため、ばね３０の弾性変形が生じる軸Ａは、駆動部材１２０の変形力（動作時）または抵抗力（静止時）が加えられる軸と同じであると有利である。

アクチュエータ装置１００への衝撃は、ばね３０のみを変形させるに止まるため、該装置自身の他の部材の全て、さらに広くいえば変速機の他の部材の全てが保護される。このことは、ばね３０が衝撃によって最大圧縮位置まで圧縮されない限り保証される。実際、ばね３０が最大圧縮位置まで圧縮される場合には、応力の全成分が装置の他の部材にかかることになる。

この危険を回避するため、一変形例（図示されていない）では、例えば、或るしきい値を超える応力が加えられた場合に変形する（ナット１０の分解を引き起こす）ような、所定の機械的抵抗を有する鍔１７を採用することで、機械的な安全機能を設けることができる。代替的に、同一の機能を、適切な寸法とした当接鍔１８または別の変形例におけるシーガー・リングを用いて得ることができ、あるいはのど部２０において、のど部２０とスリーブ１６の端部とを隔てている肩部２１を適切な寸法とすることで得ることができる。いずれの場合においても、２つの保護機能を最適に組み合わせるため、安全機能の抵抗しきい値は、安全機能の変形が、ばね３０が最大圧縮位置に達する直前で生じるように設定する必要がある。

衝撃時のばね３０は、衝撃が収束するや否や、ばね３０が図７に示された元の状態に戻るという点で、完全かつ自動的に可逆であることに注目すべきである。

本発明の第２の実施形態が、図３に例示されており、自転車用変速機のアクチュエータ装置、とくに前側変速機のアクチュエータ装置が、符号２００で示されている。

装置２００は、駆動部材２２０によって駆動されて自転車の前側変速機の一般的なディレイラＤを駆動するよう構成された、関節型四辺形機構である駆動機構２０１、より正確には関節型平行四辺形機構である駆動機構２０１を含む。

駆動機構２０１は、４本のピン部材によって互いに関節連結された４つの連接棒を含む。これら連接棒は、自転車のフレームへの取り付けに用いられる支持体２１２と一体形成された第１の連接棒２０２と、第１の連接棒２０２に対向するとともに、ディレイラ取り付けのための支持体２１３と一体形成された第２の連接棒２０３と、第３の連接棒２０４と、第４の連接棒２０５とからなる。ピン部材は、第１のピン部材２０６（第１の連接棒２０２と第３の連接棒２０４との間）、第１のピン部材と対向する第２のピン部材２０７（第２の連接棒２０３と第４の連接棒２０５との間）、第３のピン部材２０８（第１の連接棒２０２と第４の連接棒２０５との間）、および第３のピン部材と対向する第４のピン部材２０９（第２の連接棒２０３と第３の連接棒２０４との間）からなる。

駆動部材２２０のための支持体２１６は、自転車のフレームＴに直接組み合わされている。駆動部材２２０は、ねじ溝付き駆動軸２２２を備える電動モータ２２１（図示されていないケーブルおよび制御部材から電力の供給および制御を受けている）を含み、駆動軸２２２は駆動軸２２３に沿って延びており、モータ２２１によって回転させられる。

駆動部材２２０は、ナット１０によって駆動機構２０１に連結されており、詳細には、ナット１０がねじ溝付き駆動軸２２２とねじ係合し、第３の連接棒２０４と一体に形成されたアーム部２１１に取り付けられた第５のピン部材２１０に組み合わされて、駆動部材２２０は駆動機構２０１に連結されている。駆動部材２２０は、ナット１０および支持体２１６を介して駆動機構２０１を駆動することが可能なため、ナット１０をモータ２２１に対して近づけたり遠ざけたりするようアーム部２１１を角度変位させる、すなわち、第３の連接棒２０４を内方または外方に駆動することができる。詳しくは、装置２００が自転車の前側変速機に使用されている場合、ナット１０がモータ２２１に向かって動くと、上方変速（クラウンのうち、より径の大きい外側のスプロケットにチェーンが移動する）が行われ、一方、反対に、ナット１０がモータ２２１から離れる方向に動くと、下方変速（クラウンのうち、より径の小さい内側のスプロケットにチェーンが移動する）が行われる。

装置２００におけるナット１０は、装置１００で用いたナット１０と同一であり、したがってさらに説明を加えることはしない。そのようなナット１０の寸法および構成に関する前記検討は、この第２実施形態においても同様に有効である。

装置２００では、装置２００に対する方向Ｕ２の衝撃が、装置２００に損傷を引き起こさないようにすることが必要である。これはすなわち、ナット１０の弾性変形によって、ディレイラＤ内での変位が許容されなければならず、したがって、モータ２２１が停止した状態で、ナット１０がモータ２２１から離れる方向に移動することが必要である。このため、ナット１０は、ねじ溝付き駆動軸２２２を、第２の当接鍔１８の側からスリーブ１６内に挿入することによって取り付けられ、その結果、衝撃は、ばね３０を圧縮してスリーブ１６を筒状体１１内で摺動させる。

本発明の第３の実施形態が、図４、５および６に例示されており、自転車用変速機のアクチュエータ装置、とくに前側変速機のアクチュエータ装置が符号３００で示されている。

装置３００は、前記した装置２００の駆動機構２０１と同様、関節型四辺形機構である駆動機構３０１、より正確には関節型平行四辺形機構である駆動機構３０１を含むが、図では一部分のみが示されている。図示されていない部分に関しては、装置３０１は装置２０１と同一である。

両装置の相違は、駆動軸と第３の連接棒との間の連結にある。ナットおよび連接棒と一体形成のアーム部を備えるシステムに代えて、装置３０１では、部分歯車３１０がレバー３１１と一体に設けられている。この部分歯車３１０が、駆動軸３２２と係合している。レバー３１１は、第１の連接棒３０２および第３の連接棒３０４に共通のピン部材３０６にヒンジ連結され、ピン部材３０６の軸を中心として径方向に対向するように向けられた第１および第２の当接面３３０および３３１を有している。これに対応して、第３の連接棒３０４は、ピン部材３０６の軸を中心として径方向に対向するように向けられた第１および第２の当接面３３２および３３３を有している。すなわち、レバー３１１の第１の当接面３３０が、第３の連接棒３０４の第１の当接面３３２と向かい合い、一方、レバー３１１の第２の当接面３３１が、第３の連接棒３０４の第２の当接面３３３と向かい合っている。

ばね４０が、圧縮された状態で、レバー３１１の第２の当接面３３１と第３の連接棒３０４の第２の当接面３３３との間に配置されて、レバー３１１および第３の連接棒３０４のそれぞれの第１の当接面３３０および３３２を、互いに角度方向に押し付け合わせている。

例として示したばね４０は、金属製のコイルばねであるが、これに代えて、エラストマースプリングや、レバー３１１と第３の連接棒３０４との間で同じ作用を奏することができる他の任意のばねを使用することもできる。例えば、ばね４０は（このばねを圧縮する第２の当接面３３１および３３３とともに）、レバー３１１および第３の連接棒３０４のそれぞれの第１の当接面３３０および３３２を、上述した様に、互いに押し付け合わせるように取り付けられたねじりばね（図示されていない）で置きかえることができる。

動作時、通常の状況での変速の際、レバー３１１と第３の連接棒３０４とは一体的に動作するため、ほぼ一体物としてみなされる。

ディレイラＤまたは第３の連接棒３０４に方向Ｕ３の衝撃が加わった場合、ばね４０が縮んで四辺形機構に加わる衝撃の力を吸収するため、第３の連接棒３０４の第１の当接面３３０がレバー３１１の第１の当接面３３２から離れるように、四辺形機構が変形する。衝撃による力が収束すると、ばね４０は元の状態に戻り、第３の連接棒３０４の第１の当接面３３０を、再びレバー３１１の第１の当接面３３２に当接させる。

本発明の第１の実施形態によるアクチュエータ装置の斜視図である。 図１の装置の別の斜視図である。 本発明の第２の実施形態の断面図である。 本発明の第３の実施形態の分解斜視図である。 図４の詳細部分Ａの拡大図である。 図４および５の装置の一部の断面図である。 図１〜３の装置で使用される、本発明によるナットの断面図である。 図７のナットの分解斜視図である。

Claims (14)

1. 駆動部材（１２０、２２０、３２０）によって駆動されて変速機のディレイラ（Ｄ）を駆動する駆動機構（１０１、２０１、３０１）を備えた自転車用変速機のアクチュエータ装置において、
   前記駆動機構（１０１、２０１、３０１）が、所定のしきい値応力を超える応力にさらされたときに弾性的に変形可能な部材（３０、４０）であって、前記変速機の通常動作において、前記駆動機構が前記駆動部材（１２０、２２０、３２０）によって駆動されて、前記ディレイラ（Ｄ）を駆動する際、前記所定のしきい値応力以下の応力にさらされたときに、該弾性的に変形可能な部材（３０、４０）が、前記しきい値応力以下の応力にさらされたときは実質的に剛体である弾性的に変形可能な部材（３０、４０）と、
   前記駆動機構（１０１、２０１、３０１）が或る最大値よりも大きい応力にさらされたときに変形し、自身で元の状態に戻ることができない機械的安全機構（１７、１８、２１）と、
   を備え、
   前記弾性的に変形可能な部材（３０、４０）と前記機械的安全機構（１７、１８、２１）とが組み合わされていることを特徴とするアクチュエータ装置。
2. 請求項１において、前記弾性的に変形可能な部材（３０、４０）が、予荷重が加えられているばね（３０、４０）を備えているアクチュエータ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記駆動部材が、モータ（１２１）および該モータ（１２１）によって回転するねじ溝付き駆動軸（１２２）を備えており、
   前記駆動機構（１０１）が、４本の連接棒（１０２、１０３、１０４、１０５）を４つのピン部材（１０６、１０７、１０８、１０９）によって４つのピン軸を中心としてヒンジ連結された関節型四辺形機構であって、第１の連接棒（１０２）が自転車のフレームに堅固に連結され、第２の連接棒（１０３）が、該関節型四辺形機構において前記第１の連接棒（１０２）と対向するとともに、ディレイラを支持する支持体（１１３）に固定される関節型四辺形機構、
   前記ピン部材のうちの第１のピン部材（１０６）に組み合わされた、前記モータ（１２１）を支持する支持体（１１６）、および
   前記ピン部材のうちの、前記第１のピン部材（１０６）と対向する第２のピン部材（１０７）に組み合わされるとともに、前記モータ（１２１）の動作によって、前記対向する２つの第１および第２のピン部材（１０６、１０７）が接近または離間して、前記関節型四辺形機構が変形するように、前記駆動軸（１２２）と係合するナットを備え、
   前記ナット（１０）が、
   内部が中空である筒状体（１１）、
   該筒状体（１１）の両端に形成された軸方向の２つの当接面（１４、１５）、
   該筒状体（１１）に一体に形成され、かつ該筒状体（１１）に直交する２つの対向するピン部分（１２）、
   前記駆動軸（１２２、２２２）と係合するとともに、前記筒状体（１１）内で軸方向に摺動可能なように挿入されたねじ溝付き筒状スリーブ（１６）、
   前記機械的安全機構であって、該筒状スリーブ（１６）の両端に設けられた２つの突出した当接鍔（１７、１８）、および
   前記弾性的に変形可能な部材がばねであって、前記筒状スリーブ（１６）の当接鍔のうちの第１の当接鍔（１７）と前記筒状体（１１）の当接面のうちの第１の当接面（１４）との間で圧縮された状態で、前記筒状スリーブ（１６）上に挿入されており、また、該ばね（３０）の弾性的押力によって、前記筒状スリーブ（１６）の当接鍔のうちの第２の当接鍔（１８）が、前記筒状体（１１）の当接面のうちの第２の当接面（１５）に面しているばね（３０）
   を備えたアクチュエータ装置。
4. 請求項１または２において、
   前記駆動部材（２２０）が、モータ（２２１）および該モータ（２２１）によって回転するねじ溝付き駆動軸（２２２）を備えており、
   前記駆動機構（２０１）が、４本の連接棒（２０２、２０３、２０４、２０５）を４つのピン部材（２０６、２０７、２０８、２０９）によって４つのピン軸を中心としてヒンジ連結した関節型四辺形機構であって、第１の連接棒（２０２）が自転車のフレーム（Ｔ）に一体に連結され、第２の連接棒（２０３）が、該関節型四辺形機構において前記第１の連接棒（２０２）と対向するとともに、ディレイラ（Ｄ）を支持する支持体（２１３）に固定される関節型四辺形機構、
   該関節型四辺形機構の第３の連接棒（２０４）に一体に形成されたアーム部（２１１）、および
   該アーム部（２１１）に取り付けられた第５のピン部材（２１０）に組み合わされるとともに、前記モータ（２２１）の動作によって、前記アーム部（２１１）を動かして、前記関節型四辺形機構が変形するように、前記駆動軸（２２２）と係合するナットを備え、
   前記ナット（１０）が、
   内部が中空である筒状体（１１）、
   該筒状体（１１）の両端に形成された軸方向の２つの当接面（１４、１５）、
   該筒状体（１１）に一体に形成され、かつ該筒状体（１１）に直交する２つの対向するピン部分（１２）、
   前記駆動軸（１２２、２２２）と係合するとともに、前記筒状体（１１）内で軸方向に摺動可能なように挿入されたねじ溝付き筒状スリーブ（１６）、
   前記機械的安全機構であって、該筒状スリーブ（１６）の両端に設けられた２つの突出した当接鍔（１７、１８）、および
   前記弾性的に変形可能な部材がばねであって、前記筒状スリーブ（１６）の当接鍔のうちの第１の当接鍔（１７）と前記筒状体（１１）の当接面のうちの第１の当接面（１４）との間で圧縮された状態で、前記筒状スリーブ（１６）上に挿入されており、また、該ばね（３０）の弾性的押力によって、前記筒状スリーブ（１６）の当接鍔のうちの第２の当接鍔（１８）が、前記筒状体（１１）の当接面のうちの第２の当接面（１５）に面しているばね（３０）
   を備えたアクチュエータ装置。
5. 請求項３または４において、前記駆動軸（１２２、２２２）が、前記第１の当接鍔の側から前記筒状スリーブ（１６）内に挿入されているアクチュエータ装置。
6. 請求項３または４において、前記駆動軸（１２２、２２２）が、前記第２の当接鍔（１８）の側から前記筒状スリーブ（１６）内に挿入されているアクチュエータ装置。
7. 請求項３または４において、前記ねじ溝付き筒状スリーブ（１６）の第２の当接鍔（１８）と前記筒状体（１１）の当接面のうちの第２の当接面（１５）との間で、前記ねじ溝付き筒状スリーブ（１６）上に挿入された第２のばねを備え、
   前記第１のばね（３０）および該第２のばねが、それぞれ前記弾性的に変形可能な部材を構成していることを特徴とするアクチュエータ装置。
8. 請求項１または２において、
   前記駆動部材（３２０）が、モータ（３２１）および該モータ（３２１）によって回転するねじ溝付き駆動軸（３２２）を備えており、
   前記駆動機構（３０１）が、４本の連接棒（３０２、３０３、３０４、３０５）を４つのピン部材（３０６、３０７、３０８、３０９）によって４つのピン軸を中心としてヒンジ連結した関節型四辺形機構であって、第１の連接棒（３０２）が自転車のフレーム（Ｔ）に一体に連結され、第２の連接棒（３０３）が、該関節型四辺形機構において前記第１の連接棒（３０２）と対向するとともに、ディレイラ（Ｄ）を支持する支持体（３１３）に固定される関節型四辺形機構、
   該関節型四辺形機構の第３の連接棒（３０４）に連結されたレバー（３１１）、
   前記レバー（３１１）に一体形成され、前記モータ（３２１）の動作によって該レバー（３１１）が動かされるように、前記駆動軸（３２２）に係合する部分歯車（３１０）、および
   前記レバー（３１１）と前記第３の連接棒（３０４）との間で作用し、弾性的に変形可能な部材であるばね（４０）
   を備えたアクチュエータ装置。
9. 請求項８において、
   前記レバー（３１１）が、前記第１の連接棒（３０２）および前記第３の連接棒（３０４）に用いられる共通のピン部材（３０６）にヒンジ連結されるとともに、角度回転方向に第１の当接面（３３０）を有し、
   前記第３の連接棒（３０４）が、該レバー（３１１）の第１の当接面（３３０）に面する第１の当接面（３３２）を角度回転方向に有しているアクチュエータ装置。
10. 請求項９において、
    前記レバー（３１１）が、前記第１の当接面（３３０）に対して角度的に反対方向に面する第２の当接面（３１１）を有し、
    前記第３の連接棒（３０４）が、前記第１の当接面（３３２）に対して角度的に反対方向に面し、かつ前記レバー（３１１）の第２の当接面（３３１）に面する第２の当接面（３３３）を有し、
    前記ばね（４０）が、前記レバー（３１１）および前記第３の連接棒（３０４）の第２の当接面（３３１、３３３）の間で圧縮されて、前記レバー（３１１）および前記第３の連接棒（３０４）を、それぞれの第１の当接面（３３０、３３２）が互いに押し付け合わせられるように角度方向に互いに押し付けているアクチュエータ装置。
11. 請求項９において、前記ばねがねじりばねであり、該ばねは、前記レバー（３１１）と前記第３の連接棒（３０４）との間で予荷重を与えられて取り付けられており、前記レバー（３１１）および前記第３の連接棒（３０４）を、それぞれの第１の当接面（３３０、３３２）が互いに押し付け合わせられるように、角度方向に互いに押し付けているアクチュエータ装置。
12. 請求項３または４に記載のアクチュエータ装置に用いられるナットであって、
    内部が中空である筒状体（１１）、
    該筒状体（１１）の両端に形成された軸方向の２つの当接面（１４、１５）、
    該筒状体（１１）に一体に形成され、かつ該筒状体（１１）に直交する２つの対向するピン部分（１２）、
    前記筒状体（１１）内で軸方向に摺動可能なように挿入されたねじ溝付き筒状スリーブ（１６）、
    該筒状スリーブ（１６）の両端に設けられた２つの突出した当接鍔（１７、１８）、および
    前記筒状スリーブ（１６）の当接鍔のうちの第１の当接鍔（１７）と前記筒状体（１１）の当接面のうちの第１の当接面（１４）との間で圧縮された状態で、前記筒状スリーブ（１６）上に挿入されており、また、該ばね（３０）の弾性的押力によって、前記筒状スリーブ（１６）の当接鍔のうちの第２の当接鍔（１８）が、前記筒状体（１１）の当接面のうちの第２の当接面（１５）に面しているばね（３０）
    を備えたナット（１０）。
13. 請求項１２において、前記ばねが金属製コイルばねであるナット。
14. 請求項１２において、前記ばねが筒状エラストマースプリングであるナット。

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