(57)【要約】フレーム（１０）内に少なくとも２つの接続点（２２、２３）にて固定された軸（２１）の周囲で回転可能な本体（２０）上に係合した駆動チェーン（２６）内のチェーン力（ＦＫ）を測定する方法について説明する。本方法は、第１接続点（２２）にて軸（２１）とフレーム（１０）との間の反力（ＦＬ）を測定するステップと、第２接続点（２３）にて軸（２１）とフレーム（１０）との間の反力（ＦＬ）を測定するステップと、測定した２つの反力（ＦＬ、ＦＲ）を追加するステップとを備える。
2008531394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チェーン力センサが一体形成されたドロップアウト（５０、２００、３００、４００）であって、
自転車フレーム（１０）に接続するフレーム接続部分（５３、２１０、３１０、４１０）と、
車輪軸（２１）に接続する軸受容部分（５１、２２０、３２０、４２０）と、
前記フレーム接続部分（５３、２１０、３１０、４１０）と前記軸受容部分（５１、２２０、３２０、４２０）との間の弾性変形可能な推移部分（６１、６２、２３０、３３０、４３０）と、
前記フレーム接続部分（５３、２１０、３１０）と前記軸受容部分（５１、２２０、３２０）との間の相互変位と、前記推移部分（６１、６２、２３０、３３０、４３０）の変形とを示す測定信号を提供するための少なくとも１個のセンサ（７０、３７０、４７０）とを備える、ドロップアウト。
【請求項２】
前記弾性変形可能な推移部分（６１、６２）が、前記軸受容部分（５１）を前記フレーム接続部分（５３）に結合させるための、少なくとも２本の実質的に垂直な脚（６１、６２）を備え、前記脚（６１、６２）が、曲げを介し、前記軸受容部分（５１）を前記フレーム接続部分（５３）に関連して、前記軸の前記長手方向に対して実質的に垂直な方向へ、実質的に水平に変位させることができる、請求項１に記載のドロップアウト。
【請求項３】
前記ドロップアウト（５０）の変形を検出する少なくとも１個の変形センサ（７０）をさらに設けた、請求項１または２に記載のドロップアウト。
【請求項４】
前記変形センサ（７０）が、実質的に垂直に向いた中心本体（７２）を備え、前記中心本体の第１端部（７３）が前記ドロップアウト（５０）の前記フレーム接続部分（５３）に接続しており、反対側の端部（７４）が前記軸受容部分（５１）に接続しており、
前記中心本体（７２）の少なくとも１つの表面上に曲げセンサ（７５）が配置されており、前記曲げセンサは少なくとも１個のひずみ計を備えることが好ましい、請求項３に記載のドロップアウト。
【請求項５】
前記軸受容部分（３２０）が、少なくとも１本の曲げアーム（３６１、３６２）の手段によって前記フレーム接続部分（３１０）に結合した測定部分（３２３）を設けており、前記アーム（３６１、３６２）が、曲げを介して、前記軸受容部分（３２０）を前記フレーム接続部分（３１０）に関連して、前記軸の長手方向に対し実質的に垂直な方向へ、実質的に水平に変位（３７３）させることが可能になり、
前記ドロップアウトが、前記水平変位（３７３）を測定する検出手段（３７０、３７２）を設けている、請求項１に記載のドロップアウト。
【請求項６】
前記検出手段（３７０、３７２）が、磁石要素（３７２）と磁石センサ（３７０）、好ましくはホールセンサとを備え、
前記磁石要素（３７２）が前記軸受容部分（３２０）に取り付けられ、前記磁石センサ（３７０）が前記フレーム接続部分（３１０）に取り付けられるか、あるいは、前記磁石要素（３７２）が前記フレーム接続部分（３１０）に取り付けられ、前記磁石センサ（３７０）が前記軸受容部分（３２０）に取り付けられる、請求項５に記載のドロップアウト。
【請求項７】
前記磁石センサ（３７０）がセンサ表面（３７１）を有し、前記磁石センサ（３７０）は、前記センサ表面（３７１）が、前記磁石要素（３７２）と前記磁石センサ（３７０）との間の前記水平な相対変位（３７３）と実質的に平行する形で搭載されている、請求項６に記載のドロップアウト。
【請求項８】
前記軸受容部分のストロークリミッタとしての停止部（６３）をさらに設けている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のドロップアウト。
【請求項９】
前記弾性変位可能な推移部分（２３０、４３０）が、相互の上に実質的に垂直に配置された少なくとも２本の接続アーム（２３２、２３３、４３２、４３３）を備え、前記アームが前記軸受容部分（２２０、４２０）を前記フレーム接続部分（２１０、４１０）に結合し、前記アーム（２３２、２３３、４３２、４３３）が、実質的に垂直な軸（２３４、４３４）の周囲での曲げを介して、前記フレーム接続部分（２１０、４１０）に関連した前記軸受容部分（２２０、４２０）の水平な曲げを可能にする、請求項１に記載のドロップアウト。
【請求項１０】
前記ドロップアウトの曲げを検出する少なくとも１個の変形センサをさらに備える、請求項９に記載のドロップアウト。
【請求項１１】
前記変形センサが実質的に水平に向いた材料ブリッジ（２４１）を備え、前記材料ブリッジの一端が前記フレーム接続部分（２１０）に接続し、他端は前記軸受容部分（２２０）に接続しており、
前記材料ブリッジ（２４１）の少なくとも１つの表面上に曲げセンサ（２４２）が配置されており、前記曲げセンサが少なくとも１つのひずみ計を備えることが好ましい、請求項１０に記載のドロップアウト。
【請求項１２】
実質的に水平に向いた測定リップ（４２４）をさらに備え、前記測定リップの自由端部が、前記実質的に垂直な軸（４３４）の周囲で屈曲する際に、前記測定リップ（４２４）の前記自由端部が前記フレーム接続部分（４１０）に関連して実質的に水平に向くように変位される形で前記軸受容部分（４２０）に固定される、請求項９に記載のドロップアウト。
【請求項１３】
前記センサ（４７０）が、前記測定リップ（４２４）の自由端部と前記フレーム接続部分（４１０）との前記相互変位を表す測定信号を提供するように適合されている、請求項１２に記載のドロップアウト。
【請求項１４】
磁石要素（４７２）と磁石センサ（４７０）、好ましくはホールセンサをさらに備え、前記磁石要素（４７２）が前記測定リップ（４２４）の前記自由端部に取り付けられ、前記測定センサ（４７０）が前記フレーム接続部分（４１０）に取り付けられており、あるいは、前記磁石要素（４７２）が前記フレーム接続部分（４１０）に取り付けられ、前記磁石センサ（４７０）が前記測定リップ（４２４）の自由端部に取り付けられている、請求項１３に記載のドロップアウト。
【請求項１５】
前記磁石センサ（４７０）がセンサ表面（４７１）を有し、前記磁石センサ（４７０）は、前記表面（４７１）が前記磁石要素（４７２）と前記磁石センサ（４７０）との間の前記水平な相対変位（４７３）と実質的に平行する形で搭載される、請求項１４に記載のドロップアウト。
【請求項１６】
測定ブロック（１００）であって、
自転車フレームに取り付けられるフレーム接続部分（１０２）と、
ドロップアウトに取り付けられる第２接続部分（１０３）と、
前記フレーム接続部分（１０２）と前記第２接続部分（１０３）との間の弾性変形可能な推移部分（１０４、１０５）と、
前記第２接続部分（１０３）と前記フレーム接続部分（１０２）との間の相互変位を表す測定信号を提供する少なくとも１個のセンサ（７０、１０６）とを備える、測定ブロック。
【請求項１７】
前記弾性変形可能な推移部分が、前記第２接続部分（１０３）を前記フレーム接続部分（１０２）に結合する、少なくとも２本の実質的に垂直な脚（１０４、１０５）を備え、前記脚（１０４、１０５）が、曲げを介して、前記フレーム接続部分（１０２）に関連した前記第２接続部分（１０３）の水平変位を可能にする、請求項１６に記載の測定ブロック。
【請求項１８】
前記変形センサ（７０）が、実質的に垂直に向いた中心本体（７２）を備え、前記中心本体の第１端部（７３）が前記測定ブロック（１００）のフレーム接続部分（１０２）に取り付けられ、他端（７４）が前記第２接続部分（１０３）に取り付けられており、
曲げセンサ（７５）が前記中央本体（７２）の少なくとも１つの面上に配置されており、前記曲げセンサが少なくとも１つのひずみ計を備えることが好ましい、請求項１７に記載の測定ブロック。
【請求項１９】
前記変形センサ（１０６）が脚（１０４、１０５）の側面（１０７）上に配置されている、請求項１７に記載の測定ブロック。
【請求項２０】
前記第２接続部分（１０３）のストロークリミッタとしての停止部（１１２、１１３）をさらに設けている、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の測定ブロック。
【請求項２１】
フレーム（１０）内の少なくとも１つの接続点（２２、２３）に固定された軸（２１）の周囲で回転可能な本体（２０）上に係合した駆動チェーン（２６）内のチェーン力（ＦＫ）を測定する方法であって、
前記方法は、
第１接続点（２２）において、軸（２１）とフレーム（１０）との間の反力（ＦＬ）を測定するステップと、
前記測定した反力（ＦＬ）から前記チェーン力（ＦＫ）を計算するステップとを備える、方法。
【請求項２２】
前記反力が、前記接続点（２２）の位置にて前記フレーム（１０）の変形を測定することで測定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記反力が、前記第１接続点（２２）の位置において、２つのフレーム部分の相互変位を測定することで測定される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記相互変位は、前記チェーン力と実質的に平行な方向において測定される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記相互変位が、前記チェーン力に対して実質的に垂直な方向において測定される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記軸（２１）が、前記フレーム（１０）内の少なくとも２つの接続点（２２、２３）において固定されており、前記方法はさらに、
第２接続点（２３）において、軸（２１）とフレーム（１０）との間の前記反力（ＦＲ）を測定するステップと、
前記２つの測定された反力（ＦＬ、ＦＲ）を追加するステップとを備える、請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記軸（２１）が前記フレーム（１０）内の少なくとも２つの接続点（２２、２３）に固定されており、前記本体（２０）には、駆動チェーン（２６）が係合できる少なくとも２個のチェーン車輪（２５）が設けられており、前記方法はさらに、
どのチェーン車輪が前記駆動チェーンと係合するかを決定するステップと、
係合している前記チェーン車輪の位置に基づいて、前記２つの接続点（２２、２３）における前記反力（ＦＬ、ＦＲ）間の比率を決定するステップと、
前記２つを追加して、反力（ＦＬ、ＦＲ）を決定するステップとを備える、請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
車両（１）の駆動チェーン（２６）内の前記チェーン力（ＦＫ）に基づいて補助モータ（Ｍ）を制御する方法であって、
前記チェーン力（ＦＫ）が、請求項２１〜２７のいずれか一項による方法で測定される方法。
【請求項２９】
車両（１）の駆動チェーン（２６）内の前記チェーン力（ＦＫ）に基づいて自動シフトギア機構を調整する方法であって、
前記チェーン力（ＦＫ）が、請求項２１〜２７のいずれか一項による前記方法で測定される方法。
【請求項３０】
電力サポート型自転車（１）であって、
チェーン（２６）によって駆動される車輪（２０）を備え、前記車輪は、フレーム（１０）内の少なくとも１つの接続点（２２、２３）に固定された軸（２１）上に回転可能に搭載されており、
前記接続点（２２）の最初の１つに配置された第１センサ（３１）をさらに備え、前記第１センサは、前記第１接続点（２２）における軸（２１）とフレーム（１０）との間の前記反力（ＦＬ）を表す測定信号（Ｓ１）を提供するためのものであり、
補助モータ（Ｍ）をさらに備え、
前記ペダル力によって前記駆動チェーン（２６）で得られる前記チェーン力（ＦＫ）に依存して、補助モータ（Ｍ）を付勢する制御装置（４０）をさらに備え、
前記制御装置（４０）が、前記センサ信号（Ｓ１）に基づいてモータ付勢信号（ＳＣ）を生成するように適合されている、電力サポート型自転車。
【請求項３１】
電力サポート型自転車（１）であって、
チェーン（２６）により駆動される車輪（２０）を備え、前記車輪が、フレーム（１０）内の少なくとも２個の接続点（２２、２３）に固定された軸（２１）上に回転可能に搭載されており、
前記接続点（２２）の最初の１つに配置された第１センサ（３１）をさらに備え、前記第１センサは、この第１接続点（２２）における軸（２１）とフレーム（１０）との間の前記反力（ＦＬ）を表す測定信号（Ｓ１）を提供し、
前記接続点（２３）の第２接続点に配置された第２センサ（３２）をさらに備え、前記第２センサは、前記第２接続点（２３）における軸（２１）とフレーム（１０）との間の反力（ＦＲ）を表す測定信号（Ｓ２）を提供し、
補助モータ（Ｍ）をさらに備え、
ペダル力によって前記駆動チェーン（２６）内に得られる前記チェーン力（ＦＫ）に依存して、前記補助モータ（Ｍ）を付勢する制御装置（４０）をさらに備え、
前記制御装置（４０）が、両センサ信号（Ｓ１、Ｓ２）に基づいて前記モータ付勢信号（ＳＣ）を生成するように適合されている、電力サポート型自転車。
【請求項３２】
前記制御装置（４０）が、前記第１センサ信号（Ｓ１）を受信するために前記第１センサ（３１）に結合した第１センサ入力部（４１）と、前記第２センサ信号（Ｓ２）を受信するために前記第２センサ（３２）と結合した第２センサ入力部（４２）とを有し、
前記制御装置（４０）が、両入力信号（Ｓ１、Ｓ２）の和に基づいて前記モータ付勢信号（ＳＣ）を生成するために適合されている、請求項３１に記載の電力サポート型自転車。
【請求項３３】
追加のセンサ信号（ＳＡ）を得るために両センサ信号（Ｓ１、Ｓ２）を追加する手段を設けており、
前記制御装置（４０）が、前記追加のセンサ信号（ＳＡ）を受信するために結合した信号入力部（４４）を有し、
前記制御装置（４０）が、前記モータ付勢信号（ＳＣ）を、その入力信号（ＳＡ）に基づいて生成するように適合されている、請求項３１に記載の電力サポート型自転車。
【請求項３４】
電力サポート型自転車（１）であって、
チェーン（２６）により駆動される車輪（２０）を備え、前記車輪が、フレーム（１０）内の少なくとも１個の接続点（２２、２３）に固定された軸（２１）上に回転可能に搭載されており、前記車輪（２０）が、前記駆動チェーン（２６）が係合できる少なくとも２個のチェーン車輪（２５）を設けており、
前記接続点（２２）の最初の点に配置された第１センサ（３１）をさらに備え、前記第１センサは、前記第１接続点（２２）における軸（２１）とフレーム（１０）との間の反力（ＦＬ）を表す測定信号（Ｓ１）を提供し、
どのチェーン車輪が前記駆動チェーンと係合しているかを表す測定信号を提供する第２センサ（９００）をさらに備え、
補助モータ（Ｍ）をさらに備え、
ペダル力によって前記駆動チェーン（２６）内に得られた前記チェーン力（ＦＫ）に従って、前記補助モータ（Ｍ）を付勢する制御装置（４０）をさらに備え、
前記制御装置が、両センサ信号に基づいてモータ付勢信号（ＳＣ）を生成するように適合されている、電力サポート型自転車。
【請求項３５】
補助モータ（Ｍ）および／または自動ギア装置を設けており、前記自転車が、請求項１〜１５のいずれか一項により、少なくとも１個のドロップアウトを設けている電力サポート型自転車（１）。
【請求項３６】
フレーム（９４１）に関連したケーブル（９４０）の位置を測定する測定装置（９００）であって、
ハウジング（９０２）を備え、
前記ハウジング（９０２）に固定接続した磁場センサ（９０１）をさらに備え、
前記ハウジング（９０２）内に変位可能に配置した磁石要素（９３０）をさらに備え、前記磁石要素（９３０）が、これを前記ケーブル（９４０）に結合するための結合手段（９３２）を設けており、
前記磁石要素（９３０）の前記磁場を前記磁場センサ（９０１）に結合するための結合部材（９１０、９２０）をさらに備え、前記結合部材（９１０、９２０）は、一方で前記磁場センサ（９０１）との磁気結合を有し、他方で前記磁石要素（９３０）との磁気結合を有しており、
前記結合部材（９１０、９２０）と前記磁石要素（９３０）との前記磁気結合が、前記ハウジング（９０２）内の前記磁石要素（９３０）の位置に依存する、測定装置。
【請求項３７】
前記ケーブルによって前記ハウジング（９０２）内で生じた前記磁石要素（９３０）の変位により、前記磁石要素（９３０）と前記磁場センサ（９０１）との間の相互距離が変化し、前記磁石要素（９３０）と前記磁場センサ（９０１）との間の距離が増加すると、前記結合部材（９１０、９２０）と前記磁石要素（９３０）との間の前記磁気結合が減少する、請求項３６に記載の測定装置。
【請求項３８】
前記ケーブルによって前記ハウジング（９０２）内で生じた前記磁石要素（９３０）の変位がＸ方向への直線変位を備え、前記結合部材（９１０、９２０）が、このＸ方向、好ましくは前記Ｘ方向の両側に沿って延びる脚（９１１、９２１）を有する、請求項３６または３７に記載の測定装置。
【請求項３９】
前記磁石要素（９３０）が、前記Ｘ方向に対して実質的に垂直に向いた磁軸を有する、請求項３８に記載の測定装置。
【請求項４０】
前記結合部材（９１０、９２０）の前記脚（９１１、９２１）が、前記磁石要素（９３０）の変位経路の少なくとも一部に沿って、Ｘ位置の関数として変化する横寸法を有する、請求項３６〜３９のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項４１】
前記結合部材（９１０、９２０）の前記脚（９１１、９２１）間の前記相互距離が、前記磁石要素（９３０）の前記変位経路の少なくとも一部に沿って、前記Ｘ位置の関数として変化する、請求項３６〜４０のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項４２】
前記結合部材（９１０、９２０）の前記脚（９１１、９２１）が、前記磁石要素（９３０）の変位経路の少なくとも一部に沿ってらせん形の外形を有する、請求項３６〜４１のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項４３】
前記脚（９１１、９２１）の前記らせん形の外形が、半らせんピッチに関連した長さを有する、請求項４２に記載の測定装置。
【請求項４４】
前記ケーブルによって前記ハウジング（９０２）内で生じた前記磁石要素（９３０）の変位が、前記Ｘ軸の周囲での回転を備える、請求項３６〜４３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項４５】
前記磁石要素（９３０）が前記Ｘ方向に沿って変位する際に、前記Ｘ軸の周囲での前記磁石要素（９３０）の回転を達成する案内手段（９０５、９０６）をさらに備える、請求項４４に記載の測定装置。
【請求項４６】
フレーム（９１０）と調整ケーブル（９４０）を備え、測定装置を設けた、請求項３６〜４５のいずれか一項に記載の自転車であり、前記ハウジング（９０２）が前記フレーム（９４１）に保持され、前記調整ケーブル（９４０）が前記磁石要素（９３０）に結合されており、
前記ハウジング（９０２）が、例えば前記フレーム（９４１）に取り付けられ、および／または前記調整ケーブル（９４０）が、例えば、前記フレーム（９４１）に取り付けられた外部シースを設け、前記外部シースに前記ハウジング（９０２）が取り付けられたＢｏｗｄｅｎタイプのものである、自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して力の測定に関する。本発明は特に、自転車の駆動チェーン内の力の測定に関するため、本発明は、これ以降この用途に特化して説明を行う。しかし、本発明はこれに限定されるものではないことを強調しておく。駆動チェーンは他の車両にも使用される。さらに、チェーンの代わりにベルトや紐、その他の適用も可能である。またさらに、チェーンを車両の駆動に用いずに、そのエネルギーを別の理由、例えばジェネレータ、工具の駆動、あるいはホームトレーナやスピニングバイクなどのトレーニング装置の駆動のために伝達することができる。
【０００２】
本発明の重要な適用分野は、単に電力自転車とも呼ばれる電力サポート型自転車の分野である。電力サポート自転車とは電気補助モータを設けた自転車であり、使用者がペダル力を発すると、このペダル力に依存する補助モータが補助駆動力を発することで自転車が駆動され、ペダル力が大きいほど、補助モータから発せられる補助駆動力も大きくなる。電力サポート型自転車は本質的に周知であるため、ここではこれについてのより詳細な説明を省く。補助モータには、発せられたペダル力の大きさを表す、あるいは少なくともチェーン内の駆動力の大きさを表す入力信号が必要である点を述べれば十分である。
【０００３】
本発明の別の重要な用途は、自動シフトギア機構を装備した自転車の分野である。このような自転車も本質的に周知である。このような自転車の場合、一般にギアは駆動速度に基づいて選択され、固定の、所定の速度でより高いギアに、またはより低いギアにシフトする。シフトポイントの特徴は、乗員が供給した力に関連して適合され、乗車によってさらに力が加えられる場合（例えば坂道や、風による）、乗員がより高いギアへのシフトに必要なペダル力を生成できないといったことがないよう、高速走行中のみにより高いギアへのシフトが起こるようになっている。またこの場合、ギア機構は、発せられたペダル力の大きさを表す、または少なくともチェーン内の駆動力の大きさを表す入力信号を必要とする。
【背景技術】
【０００４】
過去にも、チェーン内の駆動力の大きさを表す信号を測定する提案が既になされてきた。これに関しては、例えば国際公開ＷＯ２００１／３０６４３号を参照でき、本出願で説明されている発明は、乗員がペダル力を発すると自転車フレーム全体が何らかの変形を経験し、この自転車フレームの変形を測定することで測定信号が得られるという観察に基づいている。さらに、国際公開ＷＯ２００３／０７３０５７号を参照でき、本出願は、乗員がペダル力を発する際の被駆動軸（後部軸）の曲げを測定する測定ブッシュについて説明している。
【０００５】
本発明の目的は、比較的少ない追加費用で自転車において実現でき、軸またはハブの適合が不要であり、非常に使用に適した測定信号を提供できる、単純かつ万能な構造を得ることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既知の測定構造に伴う問題は、変速ギアシステムを装備した自転車の場合、後部軸上に複数のチェーン車輪が配置されており、乗員がギアを選択することで、使用するチェーン車輪が決定される点である。これはつまり、チェーンが物理的に別のチェーン車輪と係合され、これを行う際に、チェーンが後部軸に沿って水平方向（軸方向）に変位され、その結果測定信号が生成されるということである。どのチェーン車輪がチェーンと係合するかがわからなければ、単純に測定信号からチェーン力を導出することはこれ以上不可能となる。
【０００７】
本発明はこの問題の解決も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の重要な態様によれば、フレームにかかる被駆動軸の反力を表す測定信号が生成される。特定の実施形態では、ドロップアウトが、チェーン力が生じた結果、所定の方向に向かう測定可能な変形を経験する形で実現される。別の実施形態では、変形可能な結合ブロックが設けられており、このブロックの一端はフレームに取り付けられ、他端はドロップアウトに取り付けられている。
【０００９】
本発明の別の重要な態様によれば、フレーム上の反力が軸の両端において測定される。この２つの反力の合計は、十分な近似においてチェーン力と等しい。チェーン車輪を変更する際に、チェーン力の作用点が後部軸に沿って変位することで、反力が軸の一端において増加し、他端において減少するが、その合計は依然として、十分な近似においてチェーン力と等しい。
【００１０】
本発明の別の重要な態様によれば、どのチェーン車輪がチェーンと係合しているかが検出される。この目的のために、本発明は、制御ケーブルの位置を検出する比較的単純なセンサ装置を提供する。この位置がわかると、これを、チェーンが後部軸と係合している場所（被駆動チェーン車輪の軸位置）から減じることができる。これがわかれば、２つの軸端部における反力間の比率を算出できるため、反力を測定は一方の軸端部において行えばよく、次に、この比率を考慮して、測定した力から合計のチェーン力を算出することができる。これには特に、力検出器を１個だけ設ければよく、測定システムの全ての構成部品を自転車の片側に、短い接続配線を用いてコンパクトに取り付けられるという利点がある。
【００１１】
図面を参照した以下の説明において、本発明のこれらおよびその他の態様、特徴、利点についてさらに説明する。複数の図面にわたり、類似の部品には同一の参照符号を付している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、自転車１の一部分、特に自転車１の被駆動後部軸における一部分の上面図を、一部断面図にて概略的に示す。自転車１はフレーム１０を有し、図１にはフレーム１０の２本のフレーム管１０Ｌ、１０Ｒが示されている。各フレーム管１０Ｌ、１０Ｒの後端部には、後部軸を取り付けるための結合部分１１Ｌ、１１Ｒのそれぞれが設けられている。このような結合部分は「後部ドロップアウト」としても知られているため、これ以降、簡単に「ドロップアウト」として示す。
【００１３】
さらに、自転車１は後部軸２１が固定された後輪２０を有し、後部軸２１の端部２２、２３はドロップアウト１１Ｌ、１１Ｒのそれぞれに接続している。後輪２０は、固定された後部軸２１の周囲に回転可能に搭載された車輪ハブ２４をさらに有する。車輪ハブ２４は、簡略化のために図１には示されていないスポークを設けている。車輪ハブ２４上には数個のチェーン車輪２５が隣り合って搭載されている。図１にはそのうち３個が示されており、それぞれに符号Ａ、Ｂ、Ｃを付して相互を区別している。図１に破線で示されているチェーン２６は、チェーン車輪２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの１個に選択的に結合され得る。
【００１４】
使用者がペダル（簡略化のために図示にはない）に力をかけると、チェーン２６によって、対応するチェーン車輪２５に（通常は実質的に水平方向に）チェーン力ＦＫがかかる。その結果、後部軸２１の端部２２、２３と、これに対応するドロップアウト１１Ｌ、１１Ｒとが互いに対して反力ＦＬ、ＦＲを相互的に発する。図１では、ドロップアウトから軸端部にかかる力を矢印で示している。次式の適用が容易に理解される。
｜ＦＫ｜＝｜ＦＬ｜＋｜ＦＲ｜  （１）
【００１５】
比率ＦＬ／ＦＲは選択したチェーン車輪に依存する。この選択が変化しない限り、軸端部における反力ＦＬ、ＦＲは、チェーン力に比例することから、チェーン力ＦＫを表すものとして考えられ得る。使用者が、例えばチェーンを第１チェーン車輪２５Ａの代わりに第２チェーン車輪２５Ｂに結合させることによって別の伝達比を選択した場合には、チェーン力ＦＫの作用点が第２軸端部２３へ変位し、（一定のチェーン力ＦＫがかかると）関連する反力ＦＲが増加し、これとは反対に、対向する軸端部２２において反力ＦＬが低減する。そのため、２つの軸端部におけるそれぞれの反力ＦＬ、ＦＲは、信頼できるチェーン力ＦＫの判断基準ではない。しかし、やはり式（１）が適用される。つまり、２つの反力ＦＬ、ＦＲの和は、やはりチェーン力ＦＫの信頼できる判断基準となる。
【００１６】
本発明による自転車１には、この明察に基づき、２つの力センサ３１、３２が設けられている。これらのセンサは、２つの反力ＦＬ、ＦＲの１つを測定するようにそれぞれ適合されている。ここでは、本質的に知られている力センサを使用できるので、これの使用に関するさらなる説明は省略する。本発明が提案するセンサの実施形態については以降で説明する。
【００１７】
自転車１はさらに、図２Ａ、図２Ｂに示すように、制御装置４０によって制御される電気補助モータＭを設けている。図２Ａには、制御装置４０は、力センサ３１、３２がそれぞれ接続する２個の測定入力４１、４２と、モータＭが接続する制御出力４３とを有してもよいことが示されている。制御装置４０は、追加の測定信号ＳＡを得るためと、この追加の測定信号ＳＡに基づいて、制御出力４３にてモータ制御信号ＳＣを生成するために、それぞれの力センサ３１、３２が生成した２つの測定信号Ｓ１、Ｓ２を受信するように適合されている。
【００１８】
図２Ｂでは、それぞれの力センサ３１、３２が生成した２つの測定信号Ｓ１、Ｓ２を追加された測定信号ＳＡに外部から追加することと、この追加された測定信号ＳＡを制御装置４０の信号測定入力４４に供給することが可能であることを示している。この場合、制御装置４０は、追加された測定信号ＳＡを受信し、さらに、信号入力信号ＳＡに基づいて、制御出口４３にてモータ制御信号ＳＣを生成するように適合されている。
【００１９】
特に適切な実施形態では、上記力センサ３１、３２のそれぞれがホイートストンのハーフブリッジとして実現され、また、力センサが相互に結合してホイートストンのフルブリッジを形成している。このフルブリッジの出力信号は両方のハーフブリッジの信号の合計である。
【００２０】
上記反力を測定するために、本発明は、反力が、対象のドロップアウトに測定可能な変形を生じさせるという事実を使用する。実際、この事実は、各ドロップアウトに、その構造に関係なく、より小さなまたは大きな規模で適合する。任意のドロップアウトにおいては、このドロップアウトも乗員の体重によって変形するため、測定結果に不利に影響する。次に、本発明は、ドロップアウトを、主に水平力に反応するが、重量の変化（垂直力）には殆ど反応しないように設計することを提案する。本発明はさらに、変形が上手く定義された形で、対象の反力と比例する優れた規模にて、測定が容易な形で実施されるようにドロップアウトを設計することを提案する。
【００２１】
一般に、チェーン力によって後部軸がフレームに対して前方へ変位され、この後部軸および／またはフレームが垂直な曲げ軸に関連して屈曲する。その結果、ドロップアウトは、第１の場合においては、後部軸に結合しているドロップアウト部分がフレームに結合したドロップアウト部分の方向へ水平に変位するように変形し、また、第２の場合においては、後部軸に結合したドロップアウト部分が屈曲するか、垂直屈曲軸の周囲で、フレームに結合したドロップアウト部分に関連して旋回するように変形する。一般に、ドロップアウトの変形はこれら２つの効果を組み合わせたものである。
【００２２】
次に、２つの設計変形例について説明する。第１の設計変形例では、後部軸に結合したドロップアウト部分が相当大きく水平変位するため、この水平変位のみによる変形の発生を測定することで、信頼性の高いチェーン力の測定を行える。第２の設計変形例では、垂直軸の周囲で相当大きな屈曲が生じるため、屈曲のみによる変形の発生を測定することで、信頼性の高いチェーン力の測定が可能となる。
【００２３】
いずれの場合にも、ドロップアウト部分の変形（屈曲、剪断、その他）に敏感なセンサによって信号を生成することができ、しかし、いずれの場合にも、２つのドロップアウト部分の相互に対する変位に敏感なセンサによって信号を生成することも可能である。
【００２４】
図３Ａは、本発明が提案するドロップアウト５０の略斜視図である。ドロップアウトとは、軸の端部が固定された、自転車フレーム１０の一部である。通常、ドロップアウトは板状で、厚さが数ミリメートルの、例えばアルミニウムや鋼鉄のような金属片で形成されている。ドロップアウトは、通常は刻み目状の軸受容空間を設ける軸受容部分を有し、また、一つまたは複数のフレーム管に固定的に結合した一つまたは複数の結合部分を有する。この固定的な結合は、ネジ、溶接、接着、その他の手段によって達成できるが、結合部分をフレームと一体に製造することも可能である。
【００２５】
最新技術によれば、ドロップアウトは、一方の軸受容部分と他方の結合部分（一つまたは複数）との間で硬質な結合が得られるよう、硬性体として実現される。本発明によるドロップアウトは、弾性変形可能な推移部分が一方の軸受容部分と他方の結合部分との間に配置されている点においてこの最新技術と区別される。この推移部分により、軸受容部分が結合部分（一つまたは複数）に関連して、上手く定義された方向へ小さく変位することができる。図３Ａ〜図３Ｂの実施形態では、この変位が自転車の水平方向、長手方向へ生じ、一方、ドロップアウトは他の方向に変形するために硬性になっている。
【００２６】
図３Ｂは、ドロップアウト５０の実施可能な実施形態の略側面図である。軸受容部分は符号５１で示され、また、円形の穴として示された軸受容空間５２を有する。軸受容空間５２は、簡略化のために図示していないが、本質的に知られた刻み目として実現することができる。
【００２７】
さらにドロップアウト５０は、一つまたは複数本のフレーム管に取り付けられる結合部分５３を有し、図３Ｂでは水平フレーム管の一端を概略的に示している。
【００２８】
下方縁５４からドロップアウト５０の高さの約半分にまで、実質的に垂直方向の溝５５が配置されている。溝５５の隣り、そして軸受容空間５２の上には、凹部５６が配置されている。原則としてこの凹部５６の正確な形状は重要ではないが、長さのほぼ等しい２つの実質的に垂直な側縁５７、５８を有することが好ましい。溝５５と凹部５６は、例えばレーザ切断によって作成できる。
【００２９】
凹部５５、５６の設計のために、軸受容部分５１は、固定結合部分５３に、２本の実質的に垂直な搬送脚６１、６２によって接続される。第１搬送脚６１は、溝５５と凹部５６の第１側縁５７との間に画定されている。第２搬送脚６２は、凹部５６の第２側縁５８と、やはり実質的に垂直に向いていることが好ましいドロップアウト５０の後部縁５９との間に画定されている。必須ではないが、脚６１、６２は長さが等しく、幅も等しいことが好ましい。２本の垂直な搬送脚６１、６２は、軸受容部分５１を固定結合部分５３に強力に取り付ける。垂直な負荷がかかると、これらの脚の長さは変化しないか、殆ど変化しない。軸受容部分５１に水平負荷がかかると、搬送脚６１、６２が多少屈曲して、軸受容部分５１が固定結合部分５３に対して小さい水平変位ができるようになる。ドロップアウト５０と搬送脚６１、６２の寸法に依存する特定の作業範囲内では、この水平変位は軸受容部分５１にかかる水平力成分と比例する。この水平力成分は、前述の説明を参照すると成分ＦＲまたはＦＬということになる。
【００３０】
上記の変位は、本質的に知られた変位センサで正確かつ容易に測定することができる。静電センサ、または光電池に基づいて機能するセンサの使用、またはレーザ干渉計の手段、その他の使用が考えられる。実用において適切であると実証されたセンサはひずみ計であるため、本発明によれば、ひずみ計に基づいて機能する測定電池を使用することが好ましい。
【００３１】
図４は、このような測定電池７０の略図を示す。測定電池７０は、厚さ約０．２〜０．３ｍｍの例えばアルミニウムや鋼鉄のような板材料を「Ｉ」字型に押し抜きした薄板状のキャリア７１を備える。このキャリア７１によって、測定電池７０の硬性がドロップアウト５０のものよりもかなり弱くなる。キャリア７１は中心本体７２（「Ｉ」字の中心フランジ）と、２つの接続端部７３、７４とを有する。中心本体７２は、搬送脚６１、６２の長さに関連した長さを有し、また、幅は約１０ｍｍであってよい。
【００３２】
測定電池７０は、中心本体７２が実質的に垂直に向き、凹部５６に橋渡しされる形でドロップアウト５０に取り付けられており、この場合、一方の接続端部７３はドロップアウト５０の固定結合部分５３に固定され、他方の接続端部７４はドロップアウト５０の軸受容部分５１に固定される。この取り付けを図３Ａに図示し、図３Ｂに点線で示している。第２接続端部７４はチェーン力がかけられると、第１接続端部７３に関連して、中心本体７２の長手方向に対して垂直方向へ変位し、その後、剪断のための力が加えられる。当業者には明らかであるように、一つまたは複数のひずみ計７５が、この中心本体７２上に、剪断に反応するように配置される（図４に概略的にのみ示す）。
【００３３】
測定電池７２のドロップアウト５０への接続はネジなどによって行えるため、これ以上の説明は不要である。測定電池に属する電子機器（制御装置４０）を凹部５６内に有利に収容すれば、小型で頑丈な全体構造が得られる。
【００３４】
剪断測定のための接続ではなく、屈曲測定あるいは延伸測定のためにも測定電池７０を接続することが可能であり、この場合には、例えば中心本体７２を水平に搭載して、溝５５に橋渡しすることで接続を行う。
【００３５】
上述の実施形態では、ドロップアウトはフレームと一体化した部分であるか、またはこれに固定的に取り付けられており、ドロップアウト自体は変形可能な範囲を有し、この範囲に、ひずみ計のような変形センサが取り付けられる。しかし、変形可能な範囲と別のドロップアウトとを備えた測定ブロックを別個に提供することも可能である。この場合には、測定ブロックはフレームに取り付けられ、ドロップアウトは測定ブロックに取り付けられている。これについては以降で説明する。
【００３６】
本実施形態の優れた利点は、その万能な適用性である。
【００３７】
図５Ａは、このような測定ブロック１００の特に単純な実施形態の略斜視図である。測定ブロック１００は、概して、中心穴１０１を設けた矩形のブロック型をしている。このために、測定ブロック１００は、比較的硬質な頂部接続部分１０２および底部接続部分１０３と、２つの実質的に垂直に向いた接続ブリッジ１０４、１０５とを有する。この接続ブリッジは、頂部接続部分１０２と底部接続部分１０３を接続する。測定ブロック１００の目的は、頂部接続部分１０２を自転車のフレームに固定し、ドロップアウト（図示せず）を底部接続部分１０３に固定することである。
【００３８】
接続ブリッジ１０４、１０５は若干曲がるため、図５Ａに矢印Ｐ２で示すように、底部接続部分１０３が頂部接続部分１０２に関連して水平に変位することができる。この変位を測定するために、測定ブロック１００に先述した測定電池７０を設けることができる。この場合、測定電池７０の頂部接続部分７３を測定ブロック１００の頂部接続部分１０２に取り付け、測定電池７０の底部接続部分７４を測定ブロック１００の底部接続部分１０３に取り付け、測定電池７０の中心本体７２が測定ブロック１００の中心穴１０１に橋渡しするように設ける。
【００３９】
さらに、図５Ａに示すように、例えばひずみ計１０６を接続ブリッジ１０４の側面１０７に取り付けることで、片方または両方の接続ブリッジ１０４、１０５の曲げを測定することも可能である。別個の測定電池７０を使用する利点は、予期しない欠陥が生じた場合に、比較的容易に交換できることである。
【００４０】
上述のドロップアウト５０と測定ブロック１００のそれぞれを寸法する際に、約２５００Ｎの最大チェーン力にて約０．２ｍｍの変形（変位）が予想され得る。０〜０．２ｍｍの範囲内の変位は、ひずみ計の手段によって非常に上手く測定できる。しかし、実際には、過負荷が生じる可能性があり、その場合には変形が非常に大きくなるため、ひずみ計が可塑変形するか、さらに悪状態を招くことになる。これを防止するために、ストロークリミッタとして機能する停止部を設けることで、過剰に大きなチェーン力（または外部の力）がかけられた場合でも、ドロップアウト５０と測定ブロック１００のそれぞれの変形が、例えば約０．２ｍｍの所定値を超えないようにすることが好ましい。
【００４１】
図３Ａ、図３Ｂのドロップアウトの実施形態では、溝５５の縁が停止部として機能する。ペダル力を発する際に、軸受容部分５１が水平方向前方（図３Ｂの左方向。矢印Ｐ１で示す）へ移動し、この場合に溝５５が圧迫される。図３Ｃは、溝５５の自由端部を拡大して示している。同図では、溝５５の側縁に参照符号６５、６６を付している。これらの側縁６５、６６が相互に接触すると（図３Ｃの右半分）、軸受容部分５１が結合部分５３に関連してそれ以上変位できなくなるため、測定電池７０のさらなる変形が防止される。
【００４２】
光学または磁気変位センサを使用する場合には、このような過負荷を保護するストロークリミッタを省略し得ることに留意されたい。
【００４３】
信頼性の高いストロークリミッタでは、溝５５の幅、少なくともその自由端部を相当に高い精密度数で作成できる必要がある。しかしそれ以外では、ドロップアウト５０は、例えばレーザ切断により、公差約０．１５ｍｍで、比較的安価に製造できる。その後、この公差を溝５５の製造にも使用できることが望ましい。図３Ｄは、これを可能にするための詳細を示している。
【００４４】
図３Ｄによれば、溝５５の自由底端部にて、好ましくは固定結合部分５３の上に、調整可能な停止部６３が設けられている。図に示すように、溝５５には、その全長にわたって比較的広い、例えば約０．５ｍｍの幅が設けられている。自由底端部のみにて、即ち、底部縁５４へ推移する部分にて、側縁６５には、側縁６５から反対側の縁６６へ突出した突起６３が設けられている。この突起６３と反対側の縁６６との間の距離は、溝５５の溝幅よりも短い。突起６３と反対側の縁６６との間の空間を間隙６４として示す。
【００４５】
レーザ切断処理の直後には、この間隙６４の幅は所望の間隙幅よりもまだ広く、結合部分５３に対する軸受容部分５１の自由変位を定義する。
【００４６】
本発明によれば、比較的単純な機械仕上げが実施される。この場合には、突起６３がハンマーなどによって、例えば図３Ｄの平面に対して垂直な方向に殴打される。その結果、突起６３の材料が側方へ、さらに側縁６６と反対の方向へ変位することで、間隙６４の幅が狭くなる。これにより、この間隙６４の幅を所望の間隙幅に正確に調整することが可能となる。この利点は、上記のハンマー殴打などを実施する前にこの間隙６４内に測定した充填板を挿入すれば、一打で得ることができる。挿入された、好ましくは硬化鋼鉄から作られる充填板は、流れる突起６３の材料のための停止部を形成する。
【００４７】
突起６３の変形を促進するために、やはりレーザ切断処理によって図示のような穴６７を突起６３に設けてもよい。
【００４８】
図５Ｂは、やはりストロークリミッタとして機能する調整可能な停止部が設けられた、測定ブロック１００の変形例の略側面図である。本実施形態では、頂部接続部分１０２と底部接続部分１０３が短い距離をもって相互に遭遇する。この内容では、垂直縁１１４、１１５を設けた凹部１１２が頂部接続部分１０２の底側部に配置され、底部接続部分１０３の頂側部には、垂直縁１１６、１１７を備えた突起リップ１１３が設けられている。リップ１１３は、凹部１１２内に殆ど遊びなく嵌合する。緩和状態（チェーン力がない状態）では、リップ１１３は凹部の縁に触れない。底部接続部分１０３が水平に（例えば右方向へ）変位する場合には、この底部接続部分１０３は、リップ１１３の右側縁１１７が凹部１１２の右側縁１１５と接触するまで、自由に変位することができる。反対方向への自由な水平変位は、リップ１１３の左側縁１１６と凹部１１２の左側縁１１４との間の間隙１１８の幅によって制限される。
【００４９】
さらにこの場合には、移動の自由度を、間隙１１８、１１９の水平幅を設定することにより、実際にはリップ１１３上、および／または凹部１１２の両側における頂部接続部分１０２の材料部分上をハンマー殴打することにより設定できる。
【００５０】
前述した実施形態では、フレームと軸との間の反力（図１のＦＲ、ＦＬを参照）を常に測定する。チェーン力ＦＫと反力ＦＬ、ＦＲの組み合わせによっても、軸２１内に（垂直軸に関連した）モーメントが生じ、この曲げモーメントがそれぞれのドロップアウト１１Ｌ、１１Ｒに転嫁される。また、この曲げモーメントはチェーン力ＦＫの良好な判断基準であるため、有利に測定を行うことができる。図６は、内部に発生した曲げモーメントを測定できるように適合されたドロップアウト２００の略斜視図である。
【００５１】
ドロップアウト２００は、自転車のフレームに接続されるフレーム接続部分２１０を備える。ここでは、フレーム接続部分２１０は、２個の搭載穴２１１、２１２を設けた硬性の垂直片の形状をしている。
【００５２】
さらにドロップアウト２００は、軸に接続するための挿入刻み目２１１と、変速機に接続するための穴２２２とを設けた軸受容部分２２０を備える。
【００５３】
ドロップアウト２００は、フレーム接続部分２１０と軸受容部分２２０との間に、軸受容部分２２０をフレーム接続部分２１０に接続するための、弾性変形可能な推移部分２３０を有する。
【００５４】
ドロップアウト２００の全体は、厚さ数ミリメートルの、例えばアルミニウムや鋼鉄のような板状の金属片で製造されているため有利である。推移部分２３０は、フレーム接続部分２１０および軸受容部分２２０よりも薄く、したがってこれらよりも曲げに対する硬性が低い部分である。本実施形態では、凹部２３１は、フレーム接続部分２１０と軸受容部分２２０との間に配置されている。フレーム接続部分２１０は、第１接続アーム２３２と第２接続アーム２３３によって軸受容部分２２０に接続している。両接続アームは、フレーム接続部分２１０および軸受容部分２２０よりも薄く、また、相互の上に垂直に配置されて、推移部分２３０を形成している。このため、ドロップアウト２００に曲げモーメントがかけられると、曲げは主に推移部分２３０に生じる。選択された構成のために、推移部分２３０は垂直軸２３４の周囲の曲げに対して特に敏感である。
【００５５】
ドロップアウト２００はまた、凹部２３１に橋渡された水平材料ブリッジ２４１を設けており、この水平材料ブリッジ２４１の一端はフレーム接続部分２１０に接続し、他端は軸受容部分２２０に接続している。材料ブリッジ２４１は、接続アーム２３２、２３３よりも厚いことが好ましく、また、フレーム接続部分２１０と軸受容部分２２０と同じ厚さであることがより好ましい。曲げセンサ２４２は材料ブリッジ２４１の表面上に配置されており、さらに、材料ブリッジ２４１の反対側の表面上にも配置されていることが好ましいが、簡略化のためにこれは図示にはない。当業者には明白であるように、曲げセンサ２４２はひずみ計、または複数のひずみ計のシステムとして有利に実現される。ドロップアウト２００が屈曲すると、材料ブリッジ２４１が屈曲し、この屈曲が曲げセンサ２４２によって測定される。
【００５６】
先の説明では、図３Ａを参照して、ドロップアウトが後部軸のフレーム（前方）方向への水平変位に関連した変形を実質的に経験する設計変形例について述べ、一方、図６を参照して、ドロップアウトが垂直軸の周囲での屈曲に関連した変形を経験する設計変形例について述べた。いずれの場合でも、ドロップアウトの本体部分に生じた変形（剪断、屈曲）が、ひずみ計を使用して測定された。ひずみ計は一般的に知られたセンサであり、信頼性の高い測定結果を提供し、小規模な変形に対しても非常に敏感であるため、ここで説明した目的に確実に使用して優れた成果を得ることができる。しかし、ひずみ計には、測定する部分に精密に接着しなければならず、ひずみ計から供給された信号を特別な増幅器で増幅しなければならないという欠点がある。本発明は、これらの欠点のない代替品を提供する。この目的のために、本発明は、変形により、ドロップアウトの相互に接近した２つの点が直線的に変位するようにドロップアウトを設計し、この直線的な変位を変位センサによって測定することを提案する。
【００５７】
変位センサとして、例えば静電センサや光センサを使用することができる。しかし、好ましい実施形態ではホールセンサを使用する。このタイプのセンサは容易に入手でき、対象の（０〜０．２ｍｍ）変位範囲に対する感度に優れており、出力信号をさらなる処理に直接使用することができる。あるいは、別のタイプの磁場センサを使用することも可能である。
【００５８】
図７Ａは、図３Ａのドロップアウト５０と設計が類似している、本発明によるドロップアウト３００の側面図を示す。ドロップアウト３００は、搭載穴３１１、３１２、３１３を具備したフレーム接続部分３１０を有する。さらに、軸に接続するための挿入刻み目３２１と、変速機に接続するための穴３２２とを設けた軸受容部分３２０を備える。ドロップアウト３００は、フレーム接続部分３１０と軸受容部分３２０との間に弾性変形可能な推移部分３３０を有する。
【００５９】
ドロップアウト３００の全体は、厚さ数ミリメートル、一般には約４〜７ｍｍの、例えばアルミニウムや鋼鉄のような板状の金属片で有利に製造されている。ドロップアウト３００はまた、下方縁３０１から軸受容部分３２０の測定部分３２３にまで上方へほぼ垂直に延びた第１溝型カット部３５１と、測定部分３２３から変形可能な推移部分３３０にまで、第１溝型カット部３５１と実質的に一列に並んで上方へ延びた第２溝型カット部３５２とを有する。
【００６０】
ドロップアウト３００はさらに、第１カット部３５１、第２カット部３５２と実質的に平行に延び、測定部分３２３に橋渡しする第３溝型カット部３５３を有する。この第３溝型カット部３５２は第１溝型カット部３５１と共に第１横断アーム３６１を画定し、第２溝型カット部３５２と共に第２横断アーム３６２を画定する。第１横断アーム３６１はフレーム接続部分３１０によって測定部分３２３と結合し、第２横断アーム３６２はフレーム接続部分３１０によって測定部分３２３と結合する。これらの２本の横断アーム３６１、３６２は実質的に一列に配列されている。搭載された状態では、これらの２本の横断アーム３６１、３６２はチェーン力に対して実質的に垂直に向く。
【００６１】
チェーン力の影響下において、推移部分３３０は弾性変形し、測定部分３２３はフレーム接続部分３１０の方向へ変位する。この場合、２本の横断アーム３６１、３６２は若干屈曲するが、これにより、測定部分３２３が実質的に直線的な変位とは別の変位を経験することを防止する。
【００６２】
次に、フレーム接続部分３１０に固定的に接続したホールセンサによって、この直線的な変位を正確に測定することができる。この場合、磁石要素は、測定部分３２３に固定的に接続される。本内容では、この配列は、磁石要素がホールセンサのセンサ表面へと移動することで、磁石要素とホールセンサとの間の相互距離が、チェーン力により生じた測定部分３２３の変位によって影響を受けるものであってよい。しかし、チェーン力が大きい場合には、磁石要素がホールセンサに触れる可能性があるため、これを防止するために、他の状況においては、磁石要素とホールセンサとの間の相互距離をかなり大きく設けることが必要となり、これがホールセンサの感度に不利に影響してしまうという欠点が伴う。さらに、このような配置では、変位とセンサ出力信号の間の関係が非直線的であることも不利である。そのため、この配置は、磁石要素がホールセンサのセンサ表面上にわたって、このセンサ表面に対して実質的に平行に移動できることが好ましい。図７Ｂは、この配置を示す、図７Ａ中の線Ｂ−Ｂに従った略断面図である。
【００６３】
この測定部分３２３上に、ドロップアウト３００全体の厚さよりも薄く、第３カット部３５３に部分的に橋渡しするリップ３２４が形成される。フレーム接続部分３１０にはキャリア３７４が接続しており、このキャリアも第３カット部３５３に部分的に橋渡され、その端部にホールセンサ３７０を担持する。ホールセンサ３７０は、リップ３２４に向いた測定面３７１を有する（この場合、この測定面の、センサの感度方向と一致する垂直面が、リップ３２４に向くことを意味する）。リップ３２４の、ホールセンサ３７０に向いた側における、ホールセンサ３７０の測定面３７１から少し離れた場所には、磁石要素３７２が取り付けられている。ホールセンサ３７０の配線がキャリア３７４に、またはその内部に搭載されているが、簡略化の目的でこれは図面には示されていない。
【００６４】
あるいは、ホールセンサを可動リップに取り付け、磁石要素を固定フレーム接続部分に取り付けることが可能である。
【００６５】
チェーン力を発する際に、測定部分３２３がフレーム接続部分３１０に向かって移動する。この場合、磁石要素３７２を設けたリップ３２４は、矢印３７３で示すように、ホールセンサ３７０の測定面３７１に向かって、この測定面と平行に変位する。当業者に明白となるように、この結果、変位の大きさを表す測定信号が生成される。
【００６６】
図７Ｃは、ホールセンサ３７０と磁石要素３７２を設けたドロップアウト３００の展開斜視図を示す。
【００６７】
ホールセンサは、ドロップアウトにおいて、図３Ａを参照して説明したものと類似の方法で、または、図５Ｂを参照して説明した測定ブロック１００と類似の方法で実現できることが明白なはずである。
【００６８】
図８Ａ、図８Ｂは、図６のドロップアウト２００と類似して設計された、本発明によるドロップアウト４００の展開斜視図と側面図をそれぞれ示す。このドロップアウト４００は、搭載穴４１１、４１２、４１３を具備したフレーム接続部分４１０を有する。さらに、軸を接続するための挿入刻み目４２１と、変速機を接続するための穴４２２とを有する軸受容部分４２０を備える。ドロップアウト４００はフレーム接続部分４１０と軸受容部分４２０との間に、軸受容部分４２０をフレーム接続部分４１０に接続するための弾性変形可能な推移部分４３０を有する。
【００６９】
ドロップアウト４００全体は、厚さ数ミリメートルの、例えばアルミニウムや鋼鉄のような板状の金属片で有利に製造されている。推移部分４３０は、フレーム接続部分４１０および軸受容部分４２０よりも薄く、したがってこれらよりも曲げに対する硬性が低い部分である。図示の実施形態では、凹部４３１はフレーム接続部分４１０と軸受容部分４２０との間に配置されている。頂部縁４０２から凹部４３１にまで、厚さが低減された第１凹状部分４３２が延びている。また、下方縁４０１から凹部４３１にまで、厚さが低減された第２凹状部分４３３が延びている。２つの凹部４３２、４３３は相互に対して垂直に配置され、共に推移部分４３０を形成している。このため、ドロップアウト４００に曲げモーメントが発せられると、曲げは主に推移部分４３０内に生じる。選択された構成により、推移部分４３０は主に垂直軸４３４の周囲の曲げに対して敏感である。
【００７０】
さらにドロップアウト４００はリップ４２４を有し、このリップ４２４は凹部４３１に部分的に橋渡され、一端が軸受容部分４２０に固定されている。垂直軸４３４は、リップ４２４のこの端部の付近に配置されている。図示された本実施形態では、凹部４３１は水平脚を設けたＵ字型の溝として形成されているため、リップ４２４は、軸受容部分４２０を設けた完全体を形成する。この完全体の底部はフレーム接続部分４１０に向いており、脚の端部は軸受容部分４２０に向いている。
【００７１】
チェーン力の影響下で、推移部分４３０は水平方向へ、即ち垂直曲げ軸４３４の周囲で弾性的に屈曲する。この場合、軸受容部分４２０の本体平面は実質的に平坦に維持され、また、フレーム接続部分４１０の本体平面も実質的に平坦に維持されるが、これら２つの本体平面が共に１８０°と等しくない角度を作り出す。より具体的には、この角度は１８０°−αと書くことができ、この場合、αは、チェーン力と十分な近似において比例する。リップ４２４は軸受容部分４２０に固定的に接続しているため、リップ４２４の軸受容部分４２０に対する方位は保持される。その結果、リップ４２４の自由端部４２５が、曲げ軸４３４に対して垂直な面において、フレーム接続部分４１０に関連した変位を経験する。十分な近似において、小さい曲げ角度αについて、この変位を、図８Ｂの図面の平面に対して垂直で、曲げ角度α、さらにチェーン力と比例する距離にわたる直線変位と書くことができる。
【００７２】
この直線的な変位は、フレーム接続部分４１０に固定接続されたホールセンサによって正確に測定できる。この場合、磁石要素が軸受容部分４２０に固定接続されている。ここでも、磁石要素がホールセンサのセンサ表面にわたって、このセンサ表面と実質的に平行に移動することが好ましい。図８Ｂは、ホールセンサ４７０を端部に担持したキャリア４７４がフレーム接続部分４１０に取り付けられた状態を示す。ホールセンサ４７０は、リップ４２４の自由端部４２５に向いた測定面４７１（図８Ａを参照）を有する。磁石要素４７２はリップ４２４の自由端部４２５に、ホールセンサ３７０の測定面４７１から少し離れた場所に取り付けられている。ホールセンサ４７０の配線はキャリア４７４に、またはその内部に搭載されているが、簡略化の目的で図には示していない。
【００７３】
あるいは、ホールセンサを可動リップに取り付け、磁石要素を固定フレーム接続部分に取り付けてもよい。
【００７４】
チェーン力を発する際に、磁石要素４７２を設けたリップ４２４の自由端部４２５がホールセンサ３７０の測定面４７１にかけて、矢印４７３で示すようにこの測定面と平行に移動する。当業者に明白であるように、これにより、変位の大きさを表す測定信号が生成される。
【００７５】
本発明はさらに、選択された自転車のギアを表す信号を提供する装置を提供する。実際、この装置は制御ケーブルの位置を測定する。また、この提案された測定装置は、制御ケーブルの位置の測定が望ましい他の用途にも使用できる。
【００７６】
自転車のギアを制御する際、制御ケーブルが対極する２つの位置の間で約２ｃｍの距離で移動する。本発明は、ホールセンサでケーブルの位置を測定することを提案する。ホールセンサを使用するのは、比較的安価で入手でき、また、ホールセンサの出力信号を以降の処理に直接使用できるという事実のためである。あるいは、他のタイプの磁場センサを使用することもできる。
【００７７】
既知のとおり、ホールセンサは、センサに対する磁石要素の変位の測定基準となる測定信号を提供する。ホールセンサは、磁石の通過の検出と、短い距離の変位の測定には抜群に適しているが、２ｃｍの変位範囲をカバーする信頼性の高い測定信号を生成することは難しい。本発明はこの問題の解決を目的とする。
【００７８】
本発明の第１態様によれば、この測定装置は、ホールセンサが固定的に搭載されたハウジングと、このハウジングに関連して変位することができる磁石要素と、磁石要素を制御ケーブルと結合するための手段とを備える。目的は、磁石要素にギアの制御ケーブルを結合し、ハウジングを例えばフレームに取り付けることで保持することである。制御ケーブルを、フレームに補助的に固定されたケーブルシース（Ｂｏｗｄｅｎケーブル）内で案内する場合には、このケーブルシースを中断し、測定装置のハウジングをケーブルシース端部の、ケーブルシースが中断された位置に固定することができる。制御ケーブルを変位させてギアの調整を行うと、今度は磁石要素がホールセンサに関連して変位する。
【００７９】
本発明の第２態様によれば、この測定装置は、磁石要素とホールセンサとの間に、磁石要素の磁場をホールセンサへ案内するための磁石結合部材を備える。当業者には明白であるように、これらの結合部材は、例えば、磁場への伝導に優れた一つまたは複数の材料片を備えてもよく、この材料は、特に金属またはセラミック材料、あるいは十分に高い透磁性を有する適切な材料であってもよい。
【００８０】
本発明の第３態様によれば、一方の磁石結合部材と他方の磁石要素との間、あるいは一方の磁石結合部材と他方のホールセンサとの間、もしくは両方の間の結合は、ケーブルの位置によって異なる。
【００８１】
図９は、本発明が提案する測定原理を概略的に示す。測定装置９００は、２つの金属片９１０、９２０を備える。各金属片９１０、９２０は曲げられて、脚９１１、９２１と、足９１２、９２２とから作られるＬ字型となる。金属片を、足９１２、９２２が相互に平行になるよう隣り合わせて配置する。これらの足９１２、９２２の間にホールセンサ９０１を配置する。ホールセンサ９０１の感度方向を、足９１２、９２２の表面に対して垂直に、即ち図９の左から右へ向ける。金属片９１０、９２０とホールセンサ９０１を、符号９４１で概略的に示す自転車フレームに固定的に搭載する。
【００８２】
測定装置９００はさらに、北極Ｎと南極Ｚを設けた磁石要素９３０を備える。磁石要素９３０の磁軸（図では直立）は、金属片９１０、９２０の脚９１１、９２１の長手方向（図では水平）に対して実質的に垂直に向いている。磁石要素９３０にはケーブル（符号９４０で概略的に示す）が結合している。ケーブルは、フレーム９４１に対するその位置を測定して結合させる必要がある。ケーブル９４０は、金属片９１０、９２０の脚９１１、９２１の長手方向と平行に向けられる。このケーブル９４０をフレーム９４１に関連して調整すると、磁石要素９３０がこのケーブル９４０によって移動し、矢印９３１で示すように、金属片９１０、９２０の脚９１１、９２１の長手方向に沿って変位する。
【００８３】
図９には、北極Ｎは第１脚９１１の方向に向き、南極Ｚは第２脚９２１の方向に向いた状態が示されている。磁石９３０の磁場の磁界線は、脚９１１、９２１と、足９１２、９２２とを通る経路を追随し、第１金属片９１０から第２金属片９２０への推移時にホールセンサ９０１内に集中することが好ましい。漂遊電界（金属片９１０、９２０の外側を走行し、特にホールセンサ９０１を通過しない磁界線）は小さい。
【００８４】
ホールセンサ９０１で測定された場の強度、換言すれば金属片９１０、９２０内の「磁界線の数」は、これら金属片９１０、９２０と磁石要素９３０との間の磁気結合に依存する。本発明は、この結合が磁石要素９３０の位置に依存して行われ得るという洞察に基づく。
【００８５】
以下に、いくつかの実施形態変形例を、ＸＹＺ−座標システムによって説明する。この場合、Ｘ軸（ケーブル９４０の長手方向と一致する）は図９の平面において水平であり、Ｚ軸は図９の平面において垂直であり、Ｙ軸は図９の平面に対して垂直である。
【００８６】
図１０Ａは、装置９００の第１実施形態のＹＺ断面を、磁石要素９３０の３つの異なるＸ位置にて概略的に示す。この第１実施形態では、脚９１１、９２１はＸ軸に従った長手方向を有し、また、Ｘ位置の関数と共に減少する幅（Ｙ次元）を有する。足９１２、９２２（左側部分）の付近では、脚９１１、９２１の幅は相当に広く、足９１２、９２２までのＸ距離が増加するに従って脚９１１、９２１の幅が減少する。磁石要素９３０が足９１２、９２２の付近（図９の左側の位置）に配置されている場合には、幅広い脚９１１、９２１との優れた磁気結合が得られ、また、磁石要素９３０が足９１２、９２２から離れて（図９の右側の位置）配置されている場合には、狭い脚９１１、９２１との磁気結合は小規模になり、ホールセンサ９０１が生成する信号も小さくなる。
【００８７】
図１０Ｂは、装置９００の第２実施形態のＹＺ断面を、磁石要素９３０の３つの異なるＸ位置にて概略的に示す。この第２実施形態では、脚９１１、９２１はＸ軸を中心としてらせん形であり、一方、その幅（接線寸法）は一定である。足９１２、９２２に接近した位置（左側部分）では、脚９１１、９２１は磁石要素９３０の磁軸と整列する。足９１２、９２４までのＸ距離が増加すると、脚９１１、９２１に接続している磁界線と磁石要素９３０の磁軸とが増加する角度を形成することで磁気結合が小さくなり、その結果、センサ信号も小さくなる。この角度が９０°である場合には（右側部分）、磁気結合はほぼゼロであり、したがってセンサ信号もほぼゼロである。本実施形態では、脚が磁石要素９３０のＸ変位範囲にかけて半ピッチを有することで、装置９００のほぼ中心において図１０Ｂの右側に示す状況が得られ、一方、ホールセンサ９０１から離れた位置にある装置９００の端部において、第１脚９１１が南極Ｚと整列し、第２脚９２１が北極Ｎと整列する。この場合、ケーブルに隣接した範囲にかけて磁石要素９３０が変位すると、センサ信号が＋最大から−最大へ変化する。
【００８８】
図１０Ｃは、装置９００の第３実施形態のＹＺ断面を、磁石要素９３０の３つの異なるＸ位置にて概略的に示す。この第３実施形態では、脚９１１、９２１はやはりＸ軸と平行な直線形状であり、一方その幅（Ｙ次元）は一定である。この装置はらせん形の案内部を設けている。この案内部は磁石要素９３０に、そのＸ位置の関数としてＸ軸の周囲で回転させる。足９１２、９２２の付近にて（左側部分）、磁石要素９３０の磁軸が脚９１１、９２１と整列する。足９１２、９２２までのＸ距離が増加するにつれ、磁石要素９３０の磁軸と、脚９１１、９２１に接続している（垂直）磁界線とが増加する角度を形成し、これにより磁気結合が小さくなり、センサ信号も小さくなる。この角度は９０°である場合（右側部分）、磁気結合はほぼゼロであり、したがってセンサ信号もほぼゼロである。本実施形態では、上記のらせん形案内部が、磁石要素９３０のＸ変位範囲にかけて半ピッチを有し、これにより、装置９００のほぼ中央において図１０Ｃの右側の状況が得られ、一方、ホールセンサ９０１から離れた位置にある装置９００の端部において、北極Ｎが第２脚９２１と整列し、南極Ｚが第１脚９１１と整列する。この場合、磁石要素９３０がケーブルの調整範囲にかけて変位すると、センサ信号が＋最大から−最大へ変化する。
【００８９】
図１１は、長手断面図である図１０Ｃによる装置９００の斜視図を概略的に示す。円筒形ハウジングを参照符号９０２で示す。ハウジング９０２は、ケーブルが通過する穴９０４を具備したヘッド端部壁９０３を有する。さらに第１脚９１２もケーブルが通過する穴９１３を有する。ハウジング９０２には合成案内ブッシュ９０５が、磁石要素９３０用のらせん状溝９０６と共に内蔵されている。この例では、らせん状溝９０６の長さは半ピッチである。この例では、磁石要素９３０はケーブル９４０が通過する穴を有する。この穴の内部にはゴム製リング９３２が内設されているため、配設したケーブル９４０が磁石要素９３０内に留められ、磁石要素９３０をＸ方向に移動させることができる。
【００９０】
図１０Ｄは、装置９００の第４実施形態のＸＺ断面を概略的に示す。この第４実施形態でも脚９１１、９２１は直線形状であるが、ここではＸ軸と共に或る角度を形成し、その幅（Ｙ次元）は一定である。足９１２、９２２に接近した場所において（図の左側）、脚９１１、９２１の間の相互距離は比較的短く、足９１２、９２２までのＸ距離が増加するに従い、脚９１１、９２１の間の相互距離も延び、これにより磁気結合が小さくなり、センサ信号も小さくなる。
【００９１】
上述の機能原理を組み合わせた実施形態も可能であることが明白である。
【００９２】
別の実施形態では、磁石要素とセンサはハウジングに固定され、結合部材はケーブルに取り付けられている。またこの場合、磁石要素および／またはセンサに対する結合部材の相対位置はケーブルの位置に依存し、（適切な結合部材の構成内では）磁石要素と、センサ、さらにセンサ出力信号との間の磁気結合はケーブルの位置に依存する。
【００９３】
当業者には、本発明は、先に説明した例示的な実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義されたとおりの保護される本発明の範囲内において、いくつかの変形および修正が可能であることが明白となるだろう。例えば、本発明は自動ギア装置を装備した自転車に使用できる。
【００９４】
さらに、磁石要素９３０をＸ方向に向けて測定装置９００のハウジング９０２に固定し、この磁石要素９３０にケーブルを結合し、このケーブルがＸ方向に変位すると、この磁石要素９３０をＸ軸の周囲で回転させることが可能である。
【００９５】
またさらに、磁石要素９３０と結合部材との間の結合がＸ位置の関数として連続的に変化するのではなく、しかし、所定のケーブルの複数の作業位置に関連して、例えば相互に異なるギア位置に関連して段階的に変化するようにすることもできる。
【００９６】
ここまで本発明を、後輪の軸の両端をドロップアウトに取り付けた自転車に関連して説明した。しかし、片側のみに車輪を取り付ける、即ち後部軸の一端のみにフレームを結合し、他端を自由なままにすることも可能である。この場合、チェーン力への反力を感知するドロップアウトは１個のみであり、先述した測定原理によってこの反力、少なくとも水平成分を測定する。この場合、垂直重量力が測定結果に影響することはないため、チェーン力が直接供給される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】自転車の一部の上面図を、一部断面にて概略的に示す。
【図２Ａ】電力サポート型自転車の電気付勢回路のブロック線図を示す。
【図２Ｂ】電力サポート型自転車の電気付勢回路のブロック線図を示す。
【図３Ａ】本発明によるドロップアウトの一実施形態の略斜視図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａのドロップアウトの略側面図を示す。
【図３Ｃ】図３Ａのドロップアウトの詳細を示す。
【図３Ｄ】図３Ａのドロップアウトの詳細を示す。
【図４】変形測定電池の略正面図を示す。
【図５Ａ】本発明による測定ブロックの一実施形態の略斜視図を示す。
【図５Ｂ】図５Ａの測定ブロックの変形例の略側面図を示す。
【図６】本発明によるドロップアウトの別の実施形態の略斜視図を示す。
【図７Ａ】本発明によるドロップアウトの一実施形態の側面図を示す。
【図７Ｂ】図７Ａの線Ｂ−Ｂに従った略断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａのドロップアウトの展開斜視図を示す。
【図８Ａ】本発明によるドロップアウトの一実施形態の展開斜視図を示す。
【図８Ｂ】図８Ａのドロップアウトの側面図を示す。
【図９】本発明による測定原理を概略的に示す。
【図１０Ａ】図９の測定装置の第１実施形態のＹＺ断面を、磁石要素の３つの異なるＸ位置にて概略的に示す。
【図１０Ｂ】図９の測定装置の第２実施形態のＹＺ断面を、磁石要素の３つの異なるＸ位置にて概略的に示す。
【図１０Ｃ】図９の測定装置の第３実施形態のＹＺ断面を、磁石要素の３つの異なるＸ位置にて概略的に示す。
【図１０Ｄ】図９の測定装置の第４実施形態のＸＺ断面を概略的に示す。
【図１１】図１０Ｃによる測定装置の斜視図を概略的に示す。
【符号の説明】
【００９８】
１    自転車
１０    フレーム
１０Ｌ、１０Ｒ    フレーム管
１１Ｌ、１１Ｒ    ドロップアウト
２０    後輪
２１    後部軸
２４    車輪ハブ
２５    チェーン車輪
２６    チェーン
３１、３２    力センサ
【図１】
2008531394.tif 000003
【図２Ａ】
2008531394.tif 000004
【図２Ｂ】
2008531394.tif 000005
【図３Ａ】
2008531394.tif 000006
【図３Ｂ】
2008531394.tif 000007
【図３Ｃ】
2008531394.tif 000008
【図３Ｄ】
2008531394.tif 000009
【図４】
2008531394.tif 000010
【図５Ａ】
2008531394.tif 000011
【図５Ｂ】
2008531394.tif 000012
【図６】
2008531394.tif 000013
【図７Ａ】
2008531394.tif 000014
【図７Ｂ】
2008531394.tif 000015
【図７Ｃ】
2008531394.tif 000016
【図８Ａ】
2008531394.tif 000017
【図８Ｂ】
2008531394.tif 000018
【図９】
2008531394.tif 000019
【図１０Ａ】
2008531394.tif 000020
【図１０Ｂ】
2008531394.tif 000021
【図１０Ｃ】
2008531394.tif 000022
【図１０Ｄ】
2008531394.tif 000023
【図１１】
2008531394.tif 000024
【国際調査報告】
2008531394.tif 000025
2008531394.tif 000026
2008531394.tif 000027
2008531394.tif 000028
2008531394.tif 000029