自転車ハンドルバーに取り付けられた制御機構とリアブレーキ及びギアとの間の従来のリンク機構は、いくつかのいわゆる「フリースタイル」自転車で必要とされるようなハンドルバーの無制限の回転に適合することができない。この問題を解決しようとする従来の試みは、軸を中心として相対的に回転可能な２つの部分を有するベアリングを備えたリンク機構を利用する。しかし、この問題は、制御される２つ以上の機構、例えば、リアブレーキ及びギアがある状況に対処することができない。別の問題は、ベアリング表面間の砂埃がベアリングの詰まりを生じさせる恐れがあることである。本発明は、スロット（８Ａ）に嵌り、第１のベアリング部分（１５Ａ）のハンドルバーに対する回転を制限するピン（１５Ｃ）と、スロット（９Ａ）に嵌り、第２のベアリング部分（１５Ｂ）の自転車フレームに対する回転を制限するピン（１５Ｆ）とを提供する。上記スロットは、図５では見えない円筒形案内壁内に形成される。ベアリング（１５）の使用により、ボーデンケーブル（７Ａ、７Ｂ）又は従来のリンク機構に使用されるような同様のもののいかなる捻れも回避され、仮に任意の土埃がベアリングの２つの部分（１５Ａ、１５Ｂ）の間に進入したとしても、それにもかかわらず、ベアリングは互いに相対して回転するように強制され、それにより、ベアリングの焼き付きが回避される。本発明は、排他的に自転車に適用可能なわけではなく、ロボット機械及び他の機器の部分間のリンク機構に使用することも可能である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に回転する機械部分間、例えば、自転車のフレームと、ハンドルバー及び前輪フォークを支持するステムとの間で動作するように設計された機械的リンク機構に関する。より詳細には、本発明は、機械部分のうちの１つに対して固定された制御機構及び他の機械部分に対して固定された被制御機構に関する。上述した自転車の例では、「制御機構」は通常、何等かの形態のレバーを含む一方で、「被制御機構」は通常、ブレーキ又はギアである。
【背景技術】
【０００２】
自転車の前輪は、フレームに対して回転する必要があるため、リンク機構はこの回転移動に適合しなければならない。（特許文献１）には、自転車のステアリングステムを囲む回転式ベアリングを利用することにより、シングルリアブレーキに対してこれを行うことができる一方法が記載されている。これにより、ハンドルバーの無制限の回転が可能である。この技法に伴う問題は、２つ以上の制御機構、例えば、リアブレーキ及びギア又はリアブレーキ及び２つのギアを使用する可能性を提供しないことである。さらに、ベアリング表面間への砂埃又は他の不要物質の進入は、ベアリングの詰まりを生じさせ、リアブレーキの非意図的な操作に繋がる危険がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４６５３７６８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、互いに対して軸を中心として旋回する第１及び第２の機械部分を有する機械のための制御装置であって、第１の部分に対して固定された制御機構と第２の部分に対して固定された被制御機構との間で動作するように設計された機械的リンク機構を備え、リンク機構は、軸を中心として相対的に回転可能であり、制御機構及び被制御機構にそれぞれ接続された２つの部分を有するベアリングを備え、制御機構に接続された第１のベアリング部分の第１の機械部分に対する回転を制限する手段及び被制御機構に接続された第２のベアリング部分の第２の機械部分に対する回転を制限する手段を特徴とする、制御装置が提供される。
【０００５】
このようにして各機械部分に対するベアリング部分の回転を制限することにより、これら２つの部分が、対応する２つの機械部分の相対的な回転に伴って回転することが制限されるため、ベアリングがより詰まりにくくなるか、又は詰まり得なくなる。
【０００６】
対応する機械部分に対するベアリング部分の望ましくない回転は、ベアリング部分上の対応するピンを受ける、軸方向を向いたスロットを有するガイドの使用により回避することができる。これらスロット内にピンを配置することにより、ステアリングステム及びフレームと共にそれぞれ回転することを保証しながら、ベアリングが軸方向に移動することができる。その結果、装置のスムーズな動作を邪魔しがちなボーデンケーブル又は同等のリンク機構の撓みがない。また、仮に任意の砂埃が２つの部分間に進入したとしても、それにもかかわらず、互いに相対して回転するように強制され、それにより、ベアリングの焼き付きが回避される。
【０００７】
本発明による一構成では、ガイドが、一方が他方内にあり、間に管状断面のチャネルを画定する同軸シリンダにより形成される。３つ以上のこのようなシリンダを利用することにより、各ベアリングを受ける２つ以上のこのようなガイドチャネルを画定することが可能になる。これにより、ブレーキ及びギア等の２つ以上の異なる機構の制御が可能になる。これらシリンダはすべて、自転車のヘッドチューブ内に配置することができ、この特徴は特に整然とした構成に役立つ。
【０００８】
本発明を実施し得る一方法について、添付図面を参照して例としてこれより説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】前輪フォーク及びステムの部分を示す、本発明により構築された制御装置を有する自転車のヘッドチューブの斜視図である。
【図２】図１の軸Ｘ−Ｘ及び線ＩＩ−ＩＩを通る断面として部分的に示される図１のヘッドチューブの内部の斜視図である。
【図３】図２に示す部品の平面図であり、上部ベアリング支持体が取り外されて、内部支持シリンダが明らかになっており、他の内部部品はこの図には示されていない。
【図４】図３の内部支持シリンダのみの斜視図である。
【図５】図２ではあまり詳細には見えないリンクベアリングのうちの１つを通る詳細な軸方向断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず図１を参照すると、図示の自転車は、上部主要ベアリング組立体２Ａ及び下部主要ベアリング組立体２Ｂを担持するヘッドチューブ２を含むフレーム１を備える。ステアリングステム３がヘッドチューブを通り、軸Ｘ−Ｘを中心としてこれら主要ベアリング内で回転する。ステム３は、前輪フォーク４及びハンドルバー（図示せず）を担持する。
【００１１】
リアブレーキリンク機構が、ハンドルバーに取り付けられ、上部ボーデンケーブル７Ａに接続された手動制御機構（図示せず）を備える。これは、後述するリンク機構ベアリングを介して下部ボーデンケーブル７Ｂにリンクされ、下部ボーデンケーブル７Ｂは、自転車のリアブレーキ機構に繋がる。
【００１２】
ギアリンク機構が、これも又はンドルバーに取り付けられ、上部ボーデンケーブル６Ａに接続された手動制御機構（図示せず）を備える。これは、後述するリンク機構ベアリングを介して下部ボーデンケーブル６Ｂにリンクされ、下部ボーデンケーブル６Ｂはギア機構に繋がる。
【００１３】
第２のギアリンク機構が、これも又はンドルバーに取り付けられ、上部ボーデンケーブル５Ａに接続された手動制御機構（図示せず）を備える。これは、後述するリンク機構ベアリングを介して下部ボーデンケーブル５Ｂにリンクされ、下部ボーデンケーブル５Ｂは第２のギア機構に繋がる。
【００１４】
これより図２、図３、及び図４を参照すると、上部主要ベアリング２Ａは、上部ボーデンケーブル５Ａ、６Ａ、及び７Ａを受ける部分２Ｄを有し、部分２Ｄは円錐中央開口部を有し、上部主要ベアリング２Ａは、円錐中央開口部により、図示されていない圧縮嵌めによりステム３（図２には示されず）に把持される。ヘッドチューブの下部円錐ケース２Ｅが、下部ボーデンケーブル５Ｂ、６Ｂ、及び７Ｂ（６Ｂは図示せず）を受ける。部分２Ｄ及び２Ｅには、ヘッドチューブに対して同軸に、直径が徐々に増大する４つの円筒形ガイド８、９、１０、及び１１を配置するように機能する円形溝２Ｆ、リブ２Ｇ、及びリセス２Ｈが形成される。ガイド８及び１０は部分２Ｄに対して固定され、そのため、ハンドルバーと共に回転する一方で、ガイド９及び１１は部分２Ｅに固定され、そのため、自転車のヘッドチューブ及びフレームに対して固定される。ガイド１１はヘッドチューブ２内部にぴったりと嵌る。
【００１５】
円筒形支持体８、９、１０、及び１１は、それらの間に、内部で３つの軸方向管状ボールベアリング１５、１６、及び１７が案内される管状断面の３つの垂直チャネル１２、１３、及び１４を画定する。ベアリング１５、１６、及び１７はすべて、運動の両極端の中間にあるとき、同じ軸方向位置を有する。図２は、制御機構のうちの１つ又は複数を操作した結果、他のベアリングよりも低いベアリング１６を示す。これらベアリングはすべて、主に軸方向の力を伝達するように設計される。
【００１６】
図５は、例として、ベアリング１５及び直径以外は同様の他のベアリングを示す。このベアリング１５は、ケーブル７Ａに取り付けられ、円筒形外面にリセスが形成された上部リング１５Ａを有し、リセス内に、ボールレール１５Ｂが嵌る。部分１５Ａ及び１５Ｂはボアを有し、これらボアを通る３つのロールピン１５Ｃにより一緒にロックされて、ベアリングの上部を形成する。ベアリングは下部リング１５Ｄも有し、下部リング１５Ｄはケーブル７Ｂに取り付けられ、内面にリセスが形成され、リセス内にボールレース１５Ｅが嵌る。部分１５Ｄ及び部分１５Ｅは、３つのロールピン１５Ｆにより一緒にロックされて、ベアリングの下部を形成する。ボール１５Ｇはレース１５Ｂと１５Ｅとの間に保持され、座金１５Ｈが、上部１５Ｂと下部１５Ｄとの間に嵌り、ベアリングを通して圧縮力を伝達する。
【００１７】
ロールピン１５Ｃは、リング１５Ａの内面からガイド円筒形８内の３つそれぞれのスロット８Ａ内に内側に突出する。ガイド円筒形８はハンドルバーに対して固定されるため、これにより、部分１５Ａ及び１５Ｂを備えるベアリング１５の上半分が、ハンドルバーと共に回転し、空間１２内でぶつからないことが保証される。
【００１８】
ロールピン１５Ｆは、リング１５Ｄの外面からガイド円筒形９内の３つそれぞれのスロット９Ａ内に外側に突出する。ガイド円筒形９はフレームに対して固定されるため、これにより、部分１５Ｄ及び１５Ｅを含むベアリング１５の下半分がフレームに対して回転せず、空間１２内でぶつからないことが保証される。
【００１９】
ベアリング１６及び１７の構造並びにベアリング１６及び１７が空間１３及び１４内でぶつからずに案内される方法は、ベアリング１５と同様である。唯一の違いはベアリングの直径並びにどのロールピンが内側及び外側に突出するかの選択であり、これは常に、下部ベアリング部分（制御されるブレーキ又はギアに接続される）が、フレームに対して固定されたシリンダのスロット内に突出するピンを有する一方で、上部ベアリング部分（手動で操作可能な制御機構に接続される）が、ステアリングステムに対して固定されたシリンダのスロット内に突出するように選択される。内側及び外側のシリンダ８及び１１が、ベアリング１５及び１７のそれぞれの上部及び上部のピンを受ける３つのみのスロットを必要とする一方で、中間シリンダ９は、ベアリング１５及び１６の下部を案内する６つのスロットを必要とし、中間シリンダ１０も同様に、ベアリング１６及び１７の上部を案内する６つのスロットを必要とすることに留意する。
【００２０】
動作に際して、張力がブレーキケーブル７Ａに加えられると、ベアリング部分１５Ａが、チャネル１２の壁及び対応するスロット８Ａ内のピン１５Ｃの動作により案内されて、持ち上げられ、ピン１５Ｃの動作により、ピン１５Ｃがない場合には部分１５の摩擦のない回転に干渉する任意の砂埃又は他の不要な物質又は影響が存在する場合であっても、軸方向移動を許しながら、部分１５Ａがハンドルバーと共に回転することが制限される。換言すれば、ハンドルバーに対する部分１５Ａの回転は、スロット８Ａにより回避される。この動作により、ハンドルバーの回転中にボーデンケーブル７Ａの撓みがない。この回転防止動作がなければ発生し得るこの撓みは、ベアリングの傾斜、結果としてのチャネル１２内のベアリング１５の詰まり又は衝突を発生させる力を加えるという影響を有し得る。これにより、ブレーキを不注意で操作してしまうことも回避される。
【００２１】
ベアリング部分１５Ａ及び１５Ｂの上方移動により、部分１５Ｅ及び１５Ｄもチャネル１２内で上昇し、ボーデンケーブル７Ｂに張力をかけ、それにより、リアブレーキを動作させる。スロット９Ａ内のピン１５Ｆの動作により、ピン１５Ｆの動作がなければ部分１５Ｄの摩擦なしの回転に干渉する任意の砂埃又は他の不要な物質又は影響が存在する場合であっても、部分１５Ｄがフレームに対して回転することが防止される。この動作により、ハンドルバーの回転中にボーデンケーブル７Ｂの撓みがない。この回転防止動作がなければ発生し得るこの撓みは、ベアリングの傾斜、結果としてのチャネル１２内のベアリングの詰まり又は衝突を発生させる力を加えるという影響を有し得る。この動作は、ハンドルバーの回転により、不注意にブレーキを操作してしまう危険性も回避する。
【００２２】
両組のギアの動作は、リアブレーキシステムについて説明した原理と同じ原理に従う。
【００２３】
同心ガイドシリンダの使用により、ヘッドチューブ内に嵌り、砂埃又は土埃が存在する場合であってもベアリングを詰まらせる危険性なく、制御機構の信頼できる独立したスムーズな動作を行えることを保証しながら、ステアリングコラムの３６０度以上の回転を可能にする、コンパクトな構成で入れ子式に配置された２つ以上のベアリングの利用が可能になる。ケーブルの撓みが発生しないため、代替の構築では、ボーデンケーブルに代えて、機械式、電気機械式、水圧又は油圧式部品を含み得る撓まない連結部を利用することが可能である。
【００２４】
本発明について、特に自転車に関連して説明したが、同じ原理は、２つ以上の機械的制御リンク機構を２つの相対的に回転する部分間を通す必要があるロボット機械及び農業機械を含む他の機械でも同等に使用可能である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対して軸を中心として旋回する第１及び第２の機械部分を有する機械のための制御装置であって、前記第１の部分に対して固定された制御機構と前記第２の部分に対して固定された被制御機構との間で動作するように設計された機械的リンク機構を備え、前記リンク機構は、前記軸を中心として相対的に回転可能であり、前記制御機構及び前記被制御機構にそれぞれ接続された２つの部分を有するベアリングを備え、前記制御機構に接続された第１のベアリング部分の前記第１の機械部分に対する回転を制限する手段及び前記被制御機構に接続された第２のベアリング部分の前記第２の機械部分に対する回転を制限する手段を特徴とする、制御装置。
【請求項２】
前記機械が自転車であり、前記第１の機械部分が前記自転車の前輪支持体を含み、前記第２の機械部分が前記自転車のフレームを含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
各ベアリング部分が突起を有し、前記装置が、前記第１の機械部分に対する回転を制限する前記第１のベアリング部分の前記突起を受けるスロットを有する第１のガイドと、前記第２の機械部分に対する回転を制限する前記第２のベアリング部分の前記突起を受けるスロットを有する第２のガイドとを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記ガイドが、前記軸と同軸の円筒形部材により画定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の自転車制御装置。
【請求項５】
前記軸を中心として相対的に回転可能であり、前記制御機構及び前記被制御機構にそれぞれ接続された２つの部分を有する少なくとも１つの第２のベアリングと、前記制御機構に接続された前記第２のベアリングの第１のベアリング部分の前記第１の機械部分に対する回転を制限する手段と、前記第２の機械部分に接続された前記第２のベアリングの第２のベアリング部分の前記第２の機械部分に対する回転を制限する手段とを特徴とし、前記ベアリングは前記軸から異なる半径方向距離のところに配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自転車制御構機。
【請求項６】
前記円筒形部材が間にチャネルを画定し、前記チャネル内で、前記ベアリングが軸方向移動に関して案内されることを特徴とする、請求項３に従属する場合の請求項４に記載の自転車。
【請求項７】
最も内側又は最も外側ではない前記又は各円筒形部材が、前記円筒形部材の内側及び外側にそれぞれ配置されたベアリング上の突起を受ける少なくとも２つのスロットを有することを特徴とする、請求項５に記載の自転車。
【請求項８】
前記又は各ベアリングが前記軸を囲む管を画定することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車制御機構。
【請求項９】
前記又は各ベアリングが、ステアリングステムが内部に回転可能に取り付けられた前記自転車のヘッドチューブ内に囲まれることを特徴とする、請求項２、又は請求項２に従属する場合は請求項３〜８のいずれか一項に記載の自転車制御装置。
【請求項１０】
前記被制御機構が、１つ又は複数のリアブレーキ及び／又はギアであることを特徴とする、請求項２若しくは９又は請求項２に従属する場合は請求項３〜８のいずれか一項に記載の制御装置。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【公表番号】特表２０１０−５４０３１９（Ｐ２０１０−５４０３１９Ａ）
【公表日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２６３７０（Ｐ２０１０−５２６３７０）
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／０５０８３５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０４４１８４
【国際公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（５１００７０２５６）
【Ｆターム（参考）】