(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車のギアシフトに用いられるアクチュエータ装置（１００）であって、
前記ギアシフトのディレイラを移動させるように変形する作動運動機構（１０１）と、
モータ（１２１）と当該モータ（１２１）によって回転されるねじ付きの駆動軸（１２２）を有し、前記作動運動機構（１０１）の変形を制御する駆動部材（１２０）と、
前記作動運動機構（１０１）および前記駆動軸（１２２）に接続されるナット（１０）と、を備え、
当該アクチュエータ装置（１００）の第１の動作状態では、前記ナット（１０）は、前記駆動軸（１２２）と係合状態にあり、前記駆動軸（１２２）が回転すると前記作動運動機構（１０１）が変形するように設定された自転車のギアシフトのアクチュエータ装置において、
さらに、スナップ機構（２００）を備え、
当該アクチュエータ装置（１００）の前記第１の動作状態では、前記スナップ機構（２００）が、前記ナット（１０）を前記係合状態に保持し、
当該アクチュエータ装置（１００）が所定の値を超える力を受けると、前記スナップ機構（２００）が、前記ナット（１０）を前記作動運動機構（１０１）が前記駆動軸（１２２）から完全に分離された解除状態にして、前記駆動軸（１２２）が回転しても前記作動運動機構（１０１）が変形しないように設定し、
前記スナップ機構（２００）は可逆的な機構で、部品を交換する必要なしに前記第１の動作状態に戻すことを特徴とする、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ナット（１０）は、
第１方向（Ａ）に沿って延びる第１の空洞（１３１）、および前記第１方向（Ａ）に直交する第２方向（Ｂ）に沿って延びる第２の空洞（１３２）を備えたチューブ状本体（１１）と、
前記チューブ状本体（１１）に連結固定され、前記第１方向（Ａ）および前記第２方向（Ｂ）の両方に直交する第３方向（Ｃ）に沿って延びる２つの対向するピン部（１２）と、
前記第２方向（Ｂ）に沿って摺動可能に前記チューブ状本体（１１）内に挿入され、前記駆動軸（１２２）と係合するねじ付きのチューブ状スリーブ（１６）と、
を有し、
前記スナップ機構（２００）が、前記チューブ状本体（１１）と前記チューブ状スリーブ（１６）との間で前記第１方向（Ａ）に沿って動作する、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記スナップ機構（２００）が、
前記動作状態では、前記チューブ状本体（１１）を前記チューブ状スリーブ（１６）に対して所定の動作位置に保持し、
前記解除状態では、前記チューブ状本体（１１）を前記所定の動作位置から前記第２方向（Ｂ）に沿って自由に移動可能とする、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記スナップ機構（２００）は、
前記チューブ状本体（１１）の前記第１の空洞（１３１）内に少なくとも一部が収容されるボール（１５）と、
前記チューブ状本体（１１）の前記第１の空間（１３１）内に収容され、前記ボール（１５）に作用して当該ボール（１５）を前記第１方向（Ａ）に沿って前記チューブ状スリーブ（１６）に向かって押圧する予圧ばね（３０）と、
前記チューブ状スリーブ（１６）に設けられ、前記動作状態において前記ボール（１５）を部分的に収容する第１シート（１７ａ）と、
前記チューブ状スリーブ（１６）における前記第２方向（Ｂ）に沿って前記第１シート（１７ａ）に隣接する位置に設けられ、前記解除状態において前記ボール（１５）を部分的に収容する、少なくとも１つの第２シート（１７ｂ）と、
を有する、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項４において、前記少なくとも１つの第２シート（１７ｂ）が、前記第２方向（Ｂ）に沿って延びる溝で形成されている、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項５において、前記溝の長さが、少なくとも前記チューブ状スリーブ（１６）の半分の長さに等しい、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項において、前記第１シート（１７ａ）と、前記少なくとも１つの第２シート（１７ｂ）とは、前記チューブ状スリーブ（１６）に設けられた隆起部（１７ｃ）により互いに分離されている、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項７において、前記隆起部（１７ｃ）が、前記第１シート（１７ａ）と前記少なくとも１つの第２シート（１７ｂ）とに、傾斜した接合面を介して接合されている、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項９】
請求項４から８のいずれか一項において、前記チューブ状本体（１１）が、前記空洞（１３１）内で摺動する押圧部材（３１）と、前記空洞（１３１）を閉じるカバー（１４）とを有し、
前記予圧ばね（３０）が、前記押圧部材（３１）と前記カバー（１４）との間で押し付けられることによって作用する、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記カバー（１４）は、ねじによって前記チューブ状本体（１１）に接続され、
前記チューブ状本体（１１）に対する前記カバー（１４）の位置が、ねじを回すことで調節可能である、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項１１】
請求項９において、前記カバー（１４）は、圧入によって前記チューブ状本体（１１）に接続され、
前記チューブ状本体（１１）に対する前記カバー（１４）の位置が、所定の位置となる、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項１２】
請求項２から１１のいずれか一項において、前記チューブ状スリーブ（１６）の少なくとも一部の外側部分が、前記チューブ状本体（１１）の多角形状の内側部分と合致する多角形状である、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項１３】
請求項２から１２のいずれか一項において、前記チューブ状スリーブ（１６）が、一端部に、着脱可能な閉塞キャップ（１９）を有する、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記閉塞キャップ（１９）が、前記解除状態において前記チューブ状本体（１１）が抜け外れるのを防ぐ鍔状当接部（１９ａ）を有する、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置。
【請求項１５】
自転車のギアシフトのアクチュエータ装置（１００）に用いられるナット（１０）であって、
第１方向（Ａ）に沿って延びる第１の空洞（１３１）、および前記第１方向（Ａ）に直交する第２方向（Ｂ）に沿って延びる第２の空洞（１３２）が設けられたチューブ状本体（１１）と、
前記チューブ状本体（１１）に連結固定され、前記第１方向（Ａ）および前記第２方向（Ｂ）の両方に直交する第３方向（Ｃ）に沿って延びる２つの対向するピン部（１２）と、
前記第２方向（Ｂ）に沿って摺動可能に前記チューブ状本体（１１）内に挿通された、チューブ状スリーブ（１６）と、
を備え、
前記チューブ状スリーブ（１６）は内面にねじが切られ、このねじにより、前記チューブ状スリーブ（１６）が前記アクチュエータ装置（１００）のモータ（１２１）の駆動軸（１２２）と係合する、アクチュエータ装置（１００）用のナット（１０）において、
さらに、前記チューブ状本体（１１）と前記チューブ状スリーブ（１６）との間で作用するスナップ機構（２００）を備え、
前記スナップ機構（２００）により、前記チューブ状本体（１１）が前記チューブ状スリーブ（１６）に対して所定の動作位置に保持される第１の動作状態と、前記チューブ状本体（１１）が前記所定の動作位置から前記第２方向（Ｂ）に沿って自由に動く解除状態とが設定されることを特徴とする、アクチュエータ装置用のナット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車のギアシフト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に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願の明細書および特許請求の範囲をとおして、「ギアシフト」は、自転車の後輪に結合された種々のスプロケット間でチェーンを移動させる後側のギアシフト、またはクランクアームに結合された種々のクラウン（crown）、すなわち歯車間でチェーンを移動させる前側のギアシフトを区別せずに指すものとする。一般的に、チェーンは、作動運動機構に接続された変速機（ディレイラ）の動作を介して移動する。
【０００３】
近年、モータ駆動式の自転車用ギアシフトが市場に出回っている。このようなギアシフトでは、ディレイラは、例えば電気的に、適切に制御された駆動部材を介して動作する。
【０００４】
そのようなギアシフトの開発にあたっては、従来の手動によるギアシフトと少なくとも同程度の速さおよび精度でギアシフトを実行できるように、十分な注意が払われている。
【０００５】
しかしながら、通常使用時において、ギアシフトが何かに接触して軽微な損傷が発生した場合であっても、モータ駆動のギアシフトの性能が低下することがある。
【０００６】
実際、この種のギアシフトでは、作動運動機構は、駆動部材に機械的に固定されたシステムである。例えば、自転車の転倒時の衝撃や、車両に自転車を積んだり、車両から自転車を降ろしたり、車両で自転車を輸送したりするといった作業時の衝撃によって、ギアシフトは様々な程度の損傷を受ける。特に激しい衝撃では、最悪の場合、ギアシフトの部品が破損してしまうこともある。それよりも弱い衝撃であっても、肉眼では直ぐに分からない程度の、ギアシフトの部品の小さな変形やギアシフトの部品間の小さな位置ずれが生じる場合があり、そのように小さなものであっても、ギアシフトの精度を低下させ、それによりギアシフトの正確な動作に支障をきたす可能性がある。他の事例では、このような変形や位置ずれは、ギアシフト実行中に運動機構が駆動部材に対して一時的にロックすることでも起こり得る。このようなロックは、チェーンとスプロケットとの間の機械的な干渉後に（特に、チェーンが小径のスプロケットから大径のスプロケットに移動する際に）生じることがある。
【０００７】
これに鑑みて、衝撃や不所望な一時的変形／位置ずれからギアシフトを保護するシステムを備えたアクチュエータ装置が開発された。以降、不所望な一時的変形／位置ずれのことを、単に「過剰な力」と称する。
【０００８】
モータの動作を複数のギア歯車を介して作動運動機構に伝達する、モータ駆動式ギアシフト用アクチュエータ装置がある（例えば、特許文献１）。このアクチュエータ装置では、過剰な力からギアシフトを保護するために、モータと作動運動機構との間にクラッチ装置を設け、該クラッチ装置は、モータ軸に連結固定された駆動部材と、作動運動機構に連結固定された被駆動部材と、被駆動部材を駆動部材に付勢するねじりばねとからなり、被駆動部材は、通常動作状態で駆動部材に形成された台座（seat）内に収容される歯部を有している。過剰な力が生じると、所定の値を超える回転力が被駆動部材に発生する。このような力により、被駆動部材と駆動部材との間で相対回転が生じ、歯部が台座から滑り外れる。このようにして過剰な力は吸収され、作動運動機構の部品には伝達されない。歯部と駆動部材とのカップリング面は、歯部が台座から外れても互いの接触面が十分に大きくなるように形成されている。これにより、歯部が台座から外れた動作状態であってもギアシフト動作を通常どおり行うことができる。
【０００９】
本願の出願人は、特許文献１の装置は、モータと作動運動機構との間に複数のギア歯車があるから、構造的に極めて複雑なうえに、装置が過剰に大きくなることに気付いた。
【００１０】
本願の出願人は、過剰な力からギアシフトを保護するためのシステムを備え、前記装置よりも簡単な構造のアクチュエータ装置を提案している（特許文献２）。このアクチュエータ装置では、作動運動機構にナットが結合されており、このナットが駆動軸に直接係合している。ナットには、予圧ばねが設けられ、該ばねは駆動軸と同心に配置されている。アクチュエータ装置の最初の動作状態では、ナットが駆動軸と係合状態にあって、駆動軸が回転すると作動運動機構が変形する。過剰な力が生じても、ばねが変形してこの過剰な力を吸収するので、過剰な力が作動運動機構の部品には伝達されない。このばねは、一端部でカラー（collar）に接続されており、特に大きな過剰な力を受けると変形する。
【００１１】
前述のアクチュエータ装置は、駆動軸と直接係合するナットを用いているので、構造が簡単で且つ小形化できるという大きな利点を備えており、本願の出願人は、このアクチュエータ装置に関連して、過剰な力かギアシフトを保護する新たなシステムを開発した。
【００１２】
上述のアクチュエータ装置では、大きな過剰な力を受けるとカラーが破損し、これにより、ナットの交換が必要になったり、カラーやばね等の機械部品が制限を受けずに自由に動くことで自転車の部品やギアシフトの部品が損傷したりする可能性があることに、出願人は気付いた。
【００１３】
また、出願人は、上述のアクチュエータ装置では、変形後もばねが、過剰な力に対して反力を及ぼし続けていることにも気付いた。そのため、長期間にわたって過剰な力を受けた場合、作動運動機構の部品は、過剰な力とばねの反力との合成力による応力に曝されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】欧州特許第１９７０２９９号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１５０４９８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、前述の課題に鑑みてなされたもので、衝撃から効果的に保護されるシステムを備え、簡単な構造で且つ小形なアクチュエータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の構成は、自転車のギアシフトに用いられるアクチュエータ装置に関する。このアクチュエータ装置は：
前記ギアシフトのディレイラを移動させるように変形する作動運動機構と、
モータと当該モータによって回転されるねじ付きの駆動軸を有し、前記作動運動機構の変形を制御する駆動部材と、
前記作動運動機構および前記駆動軸に接続されるナットと、を備え、
当該アクチュエータ装置の第１の動作状態では、前記ナットは、前記駆動軸と係合状態にあり、前記駆動軸が回転すると前記作動運動機構が変形するように設定された自転車のギアシフトのアクチュエータ装置において、
さらに、スナップ機構を備え、
当該アクチュエータ装置の前記第１の動作状態では、前記スナップ機構が、前記ナットを前記係合状態に保持し、
当該アクチュエータ装置が所定の値を超える力を受けると、前記スナップ機構が、前記ナットを解除状態にして、前記駆動軸が回転しても前記作動運動機構が変形しないように設定することを特徴とする。
【００１７】
本明細書および特許請求の範囲をとおして、「スナップ機構」とは、第１の動作状態から別の状態への突然の移行またはその逆の移行を制御することが可能な、あらゆる機構を指す。このような突然の移行は、例えば、本明細書および特許請求の範囲に記載されている、「解除」という用語で表現される効果をもたらすものである。
【００１８】
有利なことに、ナットと駆動軸との接続にスナップ機構を使用することにより、所定の値を超える力が生じた際に、作動運動機構をアクチュエータ装置から完全に分離することができる。ある程度の衝撃や不所望な一時的変形／位置ずれは、スナップ機構により完全に吸収され、作動運動機構の部品やアクチュエータ装置のほかの部品に伝達しない。
【００１９】
スナップ機構は可逆的な機構であるから、ギアシフトの動作を妨げる残留変形が発生せず、しかも部品を交換する必要なしに、元の動作形態に戻す（すなわち、解除前の状態に戻す）ことができる。実際、機械部品が凹んだり破損したりすることがなく、また、機械部品が（損傷して、位置を保持されなくなることにより）何の制限もなく自由に移動し、自転車やギアシフトの部品に衝突してそれを損傷することもない。
【００２０】
さらに、前記スナップ機構を使用することにより、ギアシフトが故障したりロックしたりした場合でも、作動運動機構を手動で動かすことができるので、所望の変速比に常に設定することができる。また、後側のギアシフトの場合には、車輪の取付け、取外しが容易になる。実際、前述の解除を利用することにより、チェーンの着脱が容易になる。
【００２１】
好ましくは、前記ナットは、
第１方向に沿って延びる第１の空洞、および前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びる第２の空洞を備えたチューブ状本体と、
前記チューブ状本体に連結固定され、前記第１方向および前記第２方向の両方に直交する第３方向に沿って延びる２つの対向するピン部と、
前記第２方向に沿って摺動可能に前記チューブ状本体内に挿入され、前記駆動軸と係合するねじ付きのチューブ状スリーブと、
を有し、
前記スナップ機構が、前記チューブ状本体と前記チューブ状スリーブとの間で前記第１方向に沿って動作する。
【００２２】
この構成によれば、前記解除がナットの内部で生じるので、アクチュエータ装置の他の構成品に対して特別な変更を施す必要がない。さらに、スナップ機構が、ギアシフト実行時のナットの運動方向に直交する方向に作用するので、解除とギアシフト動作との干渉を避けることができる。
【００２３】
そのうえ、そのようなナットは、既存のアクチュエータ装置の動作を妨げることなく従来のナットと置換可能であり、既存のアクチュエータ装置を容易に本発明のアクチュエータ装置に変更することができる。
【００２４】
好ましくは、前記スナップ機構が、前記動作状態では、前記チューブ状本体を前記チューブ状スリーブに対して所定の動作位置に保持し、前記解除状態では、前記チューブ状本体（１１）を前記所定の動作位置から前記第２方向に沿って自由に移動可能とする。
【００２５】
本明細書および特許請求の範囲をとおして、「自由に動く」（または「自由運動」、あるいは、これらと類似した表現）は、反作用（counteraction）のない運動を指す（ただし、摩擦は無視する）。上記の例では、解除状態におけるナットの２つの構成品（チューブ状本体とチューブ状スリーブ）間の所定方向（第２方向）に沿った相対運動のことであり、そのような相対運動は何の反作用も受けない。
【００２６】
この構成によれば、前述したスナップ機構により、手動で解除状態にして、元の動作状態に戻すときまで、そのような解除状態（手動で達成した解除状態、あるいは、衝撃または不所望な移動／変形によって引き起こされた解除状態）を維持することができる。例えば、自転車の車両への積み下ろし作業または輸送作業の前、あるいは、自転車の使用前後に、意図的に解除状態とすることもできる。
【００２７】
好ましくは、前記スナップ機構は、
前記チューブ状本体の前記第１の空洞内に少なくとも一部が収容されるボールと、
前記チューブ状本体の前記第１の空間内に収容され、前記ボールに作用して当該ボールを前記第１方向に沿って前記チューブ状スリーブに向かって押圧する予圧ばねと、
前記チューブ状スリーブに設けられ、前記動作状態において前記ボールを部分的に収容する第１シートと、
前記チューブ状スリーブにおける前記第２方向に沿って前記第１シートに隣接する位置に設けられ、前記解除状態において前記ボールを部分的に収容する、少なくとも１つの第２シートと、
を有する。
【００２８】
「ばね」という用語は、あらゆる種類の弾性的反応を示すことができる部材のことを包括的に指す。そのような弾性的反応として、例えば、引張、圧縮、捻れ、曲げ等が挙げられる。ばねは、例えば、金属製のコイルばね、金属製のねじりばね、金属製の皿ばね、可撓性の金属箔、空気ばね、様々な形状のエラストマーばね等である。「予圧された」という形容詞は、ばねが予め付勢された状態、例えば、予め圧縮された状態、あるいは予め引っ張られた状態で用いられ、静止時でも弾性応力の数値がゼロではなく所望の値の力に等しいことを示す。つまり、ばねは、衝撃を受けた場合に付加された力がその所定の値を超えると弾性変形する。一方で、ギアシフトの通常使用時のように、付加された力が所定の値よりも小さい場合、ばねは全く変形しない。したがって、後者の状態では、ばねは実質的に剛体のように機能し、その変形（yielding）がギアシフトの通常動作に干渉しない。
【００２９】
この構成によれば、システムが高速で応答できる動作範囲を広げたい場合、所定の値を高く設定すればよい。一方で、小さい衝撃も吸収するようにアクチュエータ装置を構成したい場合、この場合システムが高速で応答できる範囲は狭まるが、所定の値を低く設定すればよい。所定の値の量は、ばねのサイズを適宜設定すると共に、ばねが正確に圧縮するようにチューブ状本体の長さを適宜選択することによって簡単に決定することができる。特に、様々な厚さのスペーサリングを使用することにより、圧縮量を微調節することができる。
【００３０】
この構成によれば、スナップ機構により、前述のボールは第１シートから第２シートに移動する。よって、ナットは、解除状態（ボールが第２シートに位置する状態）においても、構造的に完全な状態を維持したままであり、部品を交換する必要なく元の形態に戻すことができる。
【００３１】
好ましくは、前記少なくとも１つの第２シートは、前記第２方向に沿って延びる溝で形成されている。これにより、ボールは、解除状態に移行した場合に前述の第２方向に沿って自由に移動できるので、第２方向に沿った所定の位置に保持されない。
【００３２】
より好ましくは、このような溝の長さは、少なくとも前記チューブ状スリーブの半分の長さに等しい。
【００３３】
好ましくは、前記第１シートと前記少なくとも１つの第２シートとは、前記チューブ状スリーブの隆起部（すなわち、丘部）により互いに分離されている。
【００３４】
好ましくは、前記隆起部は、前記第１シートと前記少なくとも１つの第２シートに、傾斜した接合面を介して接合されている。これにより、動作状態から解除状態への移行またはその逆の移行が容易になり、衝撃または望ましくない移動／変形に対する反力をばねの予圧のみとすることができる。
【００３５】
好ましくは、前記チューブ状本体は、前記空洞内で摺動する押圧部材と、前記空洞を閉じるカバーとを有し、前記ばねは、前記押圧部材と前記カバーとの間で押し付けられることによって作用する。
【００３６】
この構成によれば、空洞を閉じるカバーは、チューブ状本体に塵やホコリが入るのを防止する機能と、ばねを予圧状態に維持する上側当接部を形成する機能との２つの機能を有する。他方、押圧部材は、ボールを押圧する機能と、ばねを前述の予圧状態に維持する下側当接部を形成する機能とを有する。
【００３７】
本発明にかかるアクチュエータ装置の一実施形態において、前記カバーは、ねじによって前記チューブ状本体に接続され、前記チューブ状本体に対する前記カバーの位置が、を回すことでねじ調節可能である。これにより、ばねの予圧が調節可能となり、その結果、所定の値を変化させることができる。
【００３８】
本発明にかかるアクチュエータ装置の他の実施形態において、前記カバーは、圧入によって前記チューブ状本体に接続され、前記チューブ状本体に対する前記カバーの位置が、所定の位置となる。この場合、ばねの予圧は、設計段階で設定される固有値となる。
【００３９】
好ましくは、前記チューブ状スリーブの少なくとも一部の外側部分が、前記チューブ状本体の多角形状の内側部分と合致する多角形状である。これにより、前記ナットが回転して解除状態に移行するのを防ぐことができる。
【００４０】
好ましくは、前記チューブ状スリーブは、一端部において、着脱可能な閉塞キャップを有する。このようなキャップにより、チューブ状スリーブに塵やホコリが入るのを防ぐことができる。
【００４１】
好ましくは、前記閉塞キャップは、前記解除状態において前記チューブ状本体が滑り外れるのを防ぐ鍔状当接部を有する。
【００４２】
本発明の第２の構成は、自転車のギアシフトのアクチュエータ装置に用いられるナットに関する。このようなナットは、
第１方向に沿って延びる第１の空洞、および前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びる第２の空洞が設けられたチューブ状本体と、
前記チューブ状本体に連結固定され、前記第１方向および前記第２方向の両方に直交する第３方向に沿って延びる２つの対向するピン部と、
前記第２方向に沿って摺動可能に前記チューブ状本体内に挿通されたチューブ状スリーブと、
を備え、
前記チューブ状スリーブは内面にねじが切られ、このねじにより、前記チューブ状スリーブが前記アクチュエータ装置のモータの駆動軸と係合する、アクチュエータ装置用のナットにおいて、
さらに、前記チューブ状本体と前記チューブ状スリーブとの間で作用するスナップ機構を備え、
前記スナップ機構により、前記チューブ状本体が前記チューブ状スリーブに対して所定の動作位置に保持される第１の動作状態と、前記チューブ状本体が前記所定の動作位置から前記第２方向に沿って自由に動く解除状態とが設定されることを特徴とする。
【００４３】
有利なことに、そのようなナットは、前述の本発明にかかるアクチュエータ装置に使用可能である。
【００４４】
好ましくは、前述のナットは、本発明にかかるアクチュエータ装置に関して説明した構造的特徴および機能的特徴の各特徴またはそれらの特徴の組合せを有するので、上述の全ての利点および技術的効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の好ましい一実施形態にかかるアクチュエータ装置を示す斜視図である。
【図２】図１のアクチュエータ装置の他の斜視図である。
【図３】図１のアクチュエータ装置に使用されている、本発明にかかるナットを示す斜視図である。
【図４】図３のナットの拡大断面図である。
【図５】図３のナットの第１の構造細部を示す側面図である。
【図６】図３のナットの第２の構造細部を上方からみた平面図である。
【図７】図３のナットの第１実施形態の第１の動作状態を示す断面図である。
【図８】図７のナットの第２の動作状態を示す断面図である。
【図９】図３のナットの第２実施形態の第１の動作形態を示す断面図である。
【図１０】図９のナットの第２の動作形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しながら行う好ましい実施形態についての以下の説明から明らかになる。なお、図面は例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００４７】
図１および図２には、本発明の好ましい一実施形態にかかる自転車のギアシフト、詳細には、後側のギアシフトのアクチュエータ装置が、符号１００で表されている。
【００４８】
このアクチュエータ装置１００は、連結式の四角形、詳細には、平行四辺形のような形状の作動運動機構１０１を備える。この作動運動機構１０１は、駆動部材１２０によって移動して、自転車の後側のギアシフトの一般的なディレイラ（図示せず）を動作させる。他の実施形態（図示せず）では、連結式の四角形は、平行四辺形でなく不等辺四角形であってもよい。
【００４９】
作動運動機構１０１は、４つのピン部材で互いに結合された４つのコネクティングロッドを有する。これらのコネクティングロッドは、自転車のフレームに取り付けるためのサポート１１２に結合された第１のコネクティングロッド１０２と、第１のコネクティングロッド１０２に対向し、ディレイラを取り付けるためのサポート１１３に結合された第２のコネクティングロッド１０３と、第３のコネクティングロッド１０４と、第４のコネクティングロッド１０５とで構成される。ピン部材は、第１のピン部材１０６（第１のコネクティングロッド１０２と第３のコネクティングロッド１０４との間）と、第１のピン部材１０６に対向する第２のピン部材１０７（第２のコネクティングロッド１０３と第４のコネクティングロッド１０５との間）と、第３のピン部材１０８（第１のコネクティングロッド１０２と第４のコネクティングロッド１０５との間）と、第３のピン部材１０８に対向する第４のピン部材１０９（第２のコネクティングロッド１０３と第３のコネクティングロッド１０４との間）とで構成される。
【００５０】
第１のピン部材１０６に、駆動部材１２０用のサポート１１６が結合されている。なお、本明細書おいて、ある部材とピン部材またはコネクティングロッドとが「結合」しているという表現は、部材がピン部材またはコネクティングロッドと機械的に接続されている状態、部材がピン部材またはコネクティングロッドと一体に形成されている状態、あるいは、部材がピン部材またはコネクティングロッドの機能を果たすように構成されている状態を指すものとする。
【００５１】
駆動部材１２０は、ねじ付きの駆動軸１２２を備えた電動モータ１２１（図示されていないケーブルおよび制御部材によって給電、制御される）を有し、駆動軸１２２は、駆動軸心１２３に沿って延び、モータ１２１によって回転される。図示の例において、サポート１１６は、ゆりかご形状をしており、駆動軸心１２３を有するモータ１２１を第１のピン部材１０６の軸で収容している。
【００５２】
駆動部材１２０は、ナット１０を介して、作動運動機構１０１と接続されている。ナット１０は、ねじ付きの駆動軸１２２にねじ係合されて、第２のピン部材１０７に連結されている。駆動部材１２０は、ナット１０とサポート１１６とを介して作動運動機構１０１を作動させ、第１のピン部材１０６と第２のピン部材１０７との間の対角線を長くしたり短くしたりする。具体的には、アクチュエータ装置１００を自転車の後側のギアシフトに使用した場合、そのような対角線を長くすることにより、ギアのアップシフト（スプロケットアセンブリの内側に位置する大径のスプロケットに向かうギアシフト）を実行することができる。一方で、対角線を短くすることにより、ギアのダウンシフト（スプロケットアセンブリの外側に位置する小径のスプロケットに向かうギアシフト）を実行することができる。
【００５３】
本発明に係るナット１０（図３および図４）は、方向Ａに沿って延びるチューブ状本体１１を有し、このチューブ状本体１１は、方向Ａに対してほぼ垂直な方向Ｃに沿って延びて互いに対向して並んだ２つのピン部１２を有する。２つのピン部１２は同一形状で、チューブ状本体１１に連結固定されており、好ましくは、チューブ状本体１１に一体に形成されている。ピン部１２は、作動運動機構１０１の第２のピン部材１０７と結合している。
【００５４】
図４に示すように、チューブ状本体１１の内側には、方向Ａに沿って延びる円形断面の貫通孔からなる、第１の空洞１３１が設けられている。この空洞１３１は、一端部がカバー１４で閉じられている。チューブ状本体１１の内側には、また、方向Ａおよび方向Ｃの両方に直交する方向Ｂに沿って延びる多角形状断面の貫通孔からなる第２の空洞１３２（図５）が設けられている。
【００５５】
第１の空洞１３１は、ボール１５の少なくとも一部を収容する幅狭断面部１３１ａを有する。第１の空洞１３１内部に、ばね３０と、第１の空洞１３１の壁に摺動可能に接合された押圧部材３１とが設けられている。
【００５６】
ばね３０は、カバー１４と押圧部材３１との間に予圧をかけられた状態で配置され、押圧部材３１をカバー１４から遠ざかる方向に押圧している。
【００５７】
押圧部材３１は、ばね３０と接する側と反対側の端部において、第１の空洞１３１の幅狭断面部１３１ａ内部で摺動する縮小部３１ａを有する。押圧部材３１の縮小部３１ａは、その自由端に、ボール１５の表面と合致する形状のシート３２を有する。ボール１５は、ばね３０の予圧によってカバー１４から遠ざかる方向に押圧され、ボール１５の少なくとも一部をチューブ状本体１１の第２の空洞１３２に突出させる。
【００５８】
図示のばね３０は金属製のコイルばねであるが、金属製のコイルばねの代わりに、チューブ状のエラストマーばねを使用してもよいし、あるいは、同様の押圧動作をナット１０内で行うことができるあらゆる種類のばねを使用することもできる。ばね３０の選択、サイズ、および圧縮強さは、ばね３０が取り付けられるアクチュエータ装置内においてナット１０が提供する保護作用に応じて決定される。その詳細は、後述する。
【００５９】
図７および図８には、本発明にかかるアクチュエータ装置１００が所定の値を超える力を受けた際における、図３のチューブ状本体１１の動作を示す。このような動作の詳細は、後述する。
【００６０】
図９および図１０は、図７および図８と類似しているが、本発明にかかるナット１０の他の実施形態に関する。このナットは、チューブ状本体１１の構造において、他の図のナットと異なる。
【００６１】
詳細には、図４、図７および図８の実施形態では、カバー１４は、所定の相対位置となるように圧入によってチューブ状本体１１に接続されている。図９および図１０の実施形態では、カバー１４およびチューブ状本体１１は、互いに噛み合うねじを有し、カバー１４をチューブ状本体１１にねじ込むことで接続されている。したがって、カバー１４のチューブ状本体１１に対するねじ込み量を調整することにより、ばね３０の予圧を調節することができ、これにより、ボール１５に対する押圧を調節できる。他の構成に関しては、図９および図１０の実施形態は図４、図７および図８の実施形態と同一である。
【００６２】
ナット１０は、さらに、駆動軸１２２の外面のねじ部と合致するねじ部が内面に設けられたチューブ状スリーブ１６を有し、これにより、駆動軸１２２とナット１０とが係合可能となっている。
【００６３】
図６に示すように、チューブ状スリーブ１６は、その長手方向軸（使用時に、ディレイラ１００の駆動軸心１２３およびチューブ状本体１１の方向Ｂと合致する）に沿って延びており、円形外表面部１６ａと、多角形外表面部１６ｂ（図示の例では六角形）とを有する。円形外表面部１６ａの外径は、多角形外表面部１６ｂの断面に外接する理想円周の直径よりも大きい。このような円形外表面部１６ａから多角形外表面部１６ｂへの遷移部により、チューブ状本体１１に対する当接面１６ｃが形成されている。
【００６４】
図７から図１０に示すように、チューブ状スリーブ１６は、チューブ状本体１１の内側の第２の空洞１３２内を摺動する。図３および図５に示すように、多角形外表面部１６ｂの外面は内側の第２の空洞１３２の断面と合致しており、チューブ状本体１１の第２の空洞１３２に挿通されたチューブ状スリーブ１６が、方向Ｂ周りに回転不能で、方向Ｂに沿って摺動可能となっている。
【００６５】
図４および図６に示すように、チューブ状スリーブ１６の多角形状外表面の一表面部で、円形外表面部１６ａと方向Ｂに沿って隣接する位置に、ボール１５の表面と合致する形状を有する第１シート（第１ハウジングシート）１７ａが形成されている。第１シート１７ａの方向Ｂに沿った側方に、方向Ｂに沿って延びる長手方向の溝からなる第２シート（第２ハウジングシート）１７ｂが形成されている。第２シート１７ｂは、チューブ状スリーブ１６の半分の長さを超える長さを有し、好ましくは、チューブ状スリーブ１６の３分の２の長さ以上である。
【００６６】
前記の第１および第２シート１７ａ，１７ｂは、チューブ状スリーブ１６の隆起部である丘部１７ｃにより互いに分離されている。図４に示すように、丘部１７ｃは、第１シート１７ａおよび第２シート１７ｂのそれぞれに、傾斜した結合面を介して結合されている。
【００６７】
チューブ状本体１１のボール１５、押圧部材３１、ばね３０およびカバー１４と、チューブ状スリーブ１６の第１シート１７ａ、第２シート１７ｂおよび丘部１７ｃとで、ナット１０におけるスナップ機構２００を構成している（図４）。後述するように、このスナップ機構２００により、ディレイラ１００が第１の動作状態（図３、４、７，９）から第２の動作状態である解除形態（図８，１０）に移動する。ここで、第１の動作状態とは、ボール１５が第１シート１７ａに収容され、駆動軸１２２が回転することにより作動運動機構１０１が変形してギアシフトが実行される状態をいい、解除状態とは、ボール１５が第２シート１７ｂに収容され、駆動軸が回転しても作動運動機構１０１が変形しない状態をいう。ばね３０のばね力により、ボールは、丘部１７ｃを介して第１シート１７ａから第２シート１７ｂに移動する。
【００６８】
図７から図１０には、着脱可能な閉塞キャップ１８が円形外表面部１６ａの自由端に設けられた様子が示されている。この閉塞キャップ１８は、駆動部材１２０の駆動軸１２２が通過できるように孔が開けられている。多角形状外表面部１６ｂの自由端部にも、着脱可能な閉塞キャップ１９が配設されている。この閉塞キャップ１９には、鍔状の当接部１９ａが設けられ、ボール１５が第２シート１７ｂに収容された状態でチューブ状本体１１がチューブ状スリーブ１６から滑り外れるのを防いでいる。
【００６９】
アクチュエータ装置１００では、アクチュエータ装置１００に対する衝撃によって作動運動機構１０１が損傷しないようにする必要がある。
【００７０】
このような衝撃は、図８および図１０に示されている方向Ｕの成分を有する。このような衝撃（上述の不所望な移動／変形）には、ばね３０がボール１５をチューブ状スリーブ１６に向かって押圧する圧力で決まる反力が対抗する。ばね３０の寸法および初期の圧縮（予圧）を設定することにより、所定の値の力が決まる。
【００７１】
通常使用時の動作状態（ギアシフトを実行するとき）では、チューブ状本体１１がチューブ状スリーブ１６に結合し、ボール１５が第１シート１７ａに収容された第１の動作状態となる（図３、図４、図７および図９）。
【００７２】
アクチュエータ装置１００に対する衝撃が、ばね３０が所定の値よりも小さい力を受ける程度であれば、ばね３０は変形せず、チューブ状本体１１はチューブ状スリーブ１６に対する上記の位置に留まる。この場合、ナット１０は剛体のように機能するので、駆動軸１２２が回転するとチューブ状スリーブ１６が駆動軸心１２３方向（すなわち方向Ｂ）に移動する。チューブ状本体１１は、ボール１５と第１シート１７ａとのカップリングによってチューブ状スリーブ１６に結合固定されているので、チューブ状スリーブ１６に連結固定した状態で移動する。このような移動により、（第１のピン部材１０６と第２のピン部材１０７との間の対角線の長さが変化して）作動運動機構１０１が変形することで、チェーンが移動し、その結果としてギアが切り換えられる。
【００７３】
一方、アクチュエータ装置１００に対する衝撃が、ばね３０が所定の値よりも大きい力を受ける程度であると、ばね３０は押し戻され、ボール１５が第１シート１７ａから丘部１７ｃを乗り越えて第２シート１７ｂに移動する。この状態では、チューブ状本体１１は駆動軸心１２３方向に沿ってチューブ状スリーブ１６から完全に外れている。つまり、チューブ状スリーブ１６が（駆動軸１２２の回転によって）駆動軸心１２３方向に沿って移動するが、チューブ状本体１１は一緒に移動しない。これは、チューブ状本体１１は第２シート１７ｂに係合されているが、チューブ状スリーブ１６に駆動軸心１２３方向に沿って固定連結されていないからである。これにより、連結式の作動運動機構１０１が駆動軸１２２から解除した状態が達成される。
【００７４】
前述の所定の力の値は、通常動作時で作動運動機構１０１に生じる最大応力の駆動軸心１２３に沿った成分よりも確実に大きくなるように、かつ、衝撃によって発生して作動運動機構１０１の部品を損傷し得る応力の駆動軸心１２３に沿った成分よりも確実に小さくなるように選択される。
【００７５】
ナット１０が剛体として作用することにより、駆動部材１２０作動後の作動運動機構の応答は速くなる。上記構成では、システムが高速で応答できる動作範囲を広げたい場合、所定の値を高く設定すればよい。一方で、小さな衝撃も吸収するようにしたい場合、システムが高速で応答できる範囲は狭まるが、所定の値を低く設定すればよい。
【００７６】
なお、上述したシステムは完全な可逆的システムである。つまり、最初に解除状態（図８および図１０）であっても、チューブ状本体１１をボール１５が第１シート１７ａに収容される位置まで手動で動かすことにより、通常使用の第１の動作状態（図７および図９）に戻すことができる。さらに、上述したシステムでは、ユーザが必要に応じて通常使用時の第１の動作状態（図７および図９）から解除状態（図８および図１０）に手動で移行させることもできる。これは、例えば自転車を輸送する前や、使用時にギアシフトが故障した場合に、ディレイラを手動で変位させることができるので便利である。
【００７７】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、当業者であれば、前述の特許文献２に記載されているような前側のギアシフトのアクチュエータ装置に本発明のアクチュエータ装置を適用することができる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
１０  ナット
１１  チューブ状本体
１２  ピン部
１４  カバー
１５  ボール
１６  チューブ状スリーブ
１７ａ  第１シート
１７ｂ  第２シート
１７ｃ  隆起部（１７ｃ）
１９  閉塞キャップ
１９ａ  鍔状当接部
３０  ばね
３１  押圧部材
１００  アクチュエータ装置
１０１  作動運動機構
１２０  駆動部材
１２１  モータ
１２２  駆動軸
１３１  第１の空洞
１３２  第２の空洞
２００  スナップ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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