JP2016078618A - 自転車用アシストユニット - Google Patents

Abstract

【課題】機械要素がリングギアから離脱するときに機械要素にかかる負荷を小さくすることができる自転車用アシストユニットを提供する。
【解決手段】複数のリングギアを備える遊星歯車機構と、前記複数のリングギアのうちの１つのリングギアの回転を選択的に規制する回転規制機構とを備え、クランク軸の回転が伝達される変速機と、アシストモータと含み、前記変速機の出力部からフロントスプロケットまでの間の動力伝達経路において、前記変速機から出力される第１駆動力に、前記アシストモータから出力される第２駆動力が加えられる、自転車用アシストユニット。
【選択図】図４

Description

本発明は自転車用アシストユニットに関する。

特許文献１は、アシストモータおよび変速機を備える自転車用アシストユニットを開示している。変速機は、遊星歯車機構により構成されている。変速機は、遊星歯車機構を構成する複数のリングギアのうちの１つに機械要素が結合することによりリングギアの回転が規制され、変速比が決められる。

特開平１０−１９４１８６号公報

特許文献１の自転車用アシストユニットはアシストモータのトルクが与えられた後に変速機により変速比の変更が行われるため、リングギアに大きなトルクがかかる。このため、変速時におけるリングギアの制動が難しく、変速性能が低下してしまう。

本発明の目的は、変速性能を向上させることができる自転車用アシストユニットを提供することである。

〔１〕本発明の一形態に従う自転車用アシストユニットは、複数のリングギアを備える遊星歯車機構と、前記複数のリングギアの回転を選択的に規制する回転規制機構とを備え、クランク軸の回転が伝達される変速機と、アシストモータと含み、前記変速機の出力部からフロントスプロケットまでの間の動力伝達経路において、前記変速機から出力される第１駆動力に、前記アシストモータから出力される第２駆動力が加えられる。

〔２〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記変速機の前記出力部は、前記遊星歯車機構のキャリアである。
〔３〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記遊星歯車機構の回転軸に関して、径方向の外側に前記アシストモータが配置される。

〔４〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記第２駆動力を前記動力伝達経路に伝達する伝達機構をさらに備える。
〔５〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記伝達機構は、前記アシストモータの出力軸の回転を減速する。

〔６〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記伝達機構は前記変速機の出力部に結合される出力側の伝達ギアを備える。
〔７〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記伝達機構は、前記アシストモータの出力軸と噛み合う入力側の伝達ギア、前記入力側の伝達ギアと結合される伝達軸、および、前記伝達軸と結合され、前記出力側のギアと噛み合う中間の伝達ギアをさらに備える。

〔８〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記回転規制機構は前記複数のリングギアのそれぞれに対応する複数の爪部を備え、前記爪部は前記リングギアと係合することにより前記リングギアの回転を規制し、前記リングギアから離脱することにより前記リングギアの回転を許容する。

〔９〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記アシストモータの出力軸と前記クランク軸とが平行である。
〔１０〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記遊星歯車機構の出力部と前記クランク軸とは同軸まわりに回転する。

〔１１〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記遊星歯車機構の出力部と前記クランク軸とは、異なる軸まわりに回転する。
〔１２〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記複数のリングギアが前記クランク軸の軸方向に並べて配置され、前記複数のリングギアにおいて前記出力部との距離が相対的に短いリングギアは前記出力部との距離が相対的に長いリングギアよりも内径が小さい。

〔１３〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記クランク軸の回転を増速して、前記変速機に入力する増速機構を有する。
〔１４〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記増速機構と、前記変速機との間に設けられるワンウェイクラッチとをさらに有する。

〔１５〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記増速機構は、サンギア、プラネタリギア、キャリアおよびリングギアを有する遊星歯車機構を有し、前記キャリアからクランク軸の回転が入力され、前記サンギアから回転が出力される。

〔１６〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記増速機構のリングギアに与えられる人力駆動力を検出するセンサをさらに備える。
〔１７〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記センサは歪センサである。

自転車用アシストユニットは、変速性能を向上させることができる。

第１実施形態の自転車用アシストユニットを搭載する自転車の側面図。 図１のアシストユニットの右側面図。 図１のアシストユニットの左側面図。 図２のアシストユニットの３−３線に沿う断面図。 図４の回転規制機構の斜視図。 図５の接続部材と変速用スリーブとを示す分解斜視図。 第１の変形例のアシストユニットの右側面図。 図７の８−８線に沿う断面構造を示す模式図。 図８のアシストユニットの構成を示す模式図。 第２の変形例のアシストユニットの構成を示す模式図。 第３の変形例のアシストユニットの構成を示す模式図。

図１を参照して、自転車用アシストユニットを搭載する自転車１０の構成について説明する。
自転車１０は、フレーム１２、ハンドルバー１４、前輪１６、後輪１８、駆動機構２０、バッテリユニット２２、変速制御装置２４、および、アシストユニット５０を備えている。

駆動機構２０は、左右のクランクアーム２６、左右のペダル２８、フロントスプロケット３０、リアスプロケット３２、および、チェーン３４を含む。左右のクランクアーム２６は、アシストユニット５０のクランク軸５２の両端部にそれぞれ取り付けられ、クランク軸５２を介して回転可能にフレーム１２に取り付けられている。ペダル２８は、ペダル軸まわりに回転可能にクランクアーム２６に取り付けられている。

フロントスプロケット３０は、クランク軸５２に連結されている。フロントスプロケット３０は、クランク軸５２と同軸に設けられる。
リアスプロケット３２は、後輪１８の車軸１８Ａまわりに回転可能に取り付けられている。リアスプロケット３２は、ワンウェイクラッチを介して後輪１８に連結される。チェーン３４は、フロントスプロケット３０とリアスプロケット３２とに巻き掛けられている。ペダル２８に加えられる人力駆動力によりクランクアーム２６が回転するとき、フロントスプロケット３０、チェーン３４、および、リアスプロケット３２によって、後輪１８が回転する。

バッテリユニット２２は、バッテリ３６、および、バッテリ３６をフレーム１２に着脱可能に取り付けるためのバッテリホルダ３８を備えている。バッテリ３６は、１または複数のバッテリセルを含む。バッテリ３６は、２次電池によって構成される。バッテリ３６は、アシストユニット５０に電気的に接続されて、アシストユニット５０に電力を供給する。

変速制御装置２４は、ハンドルバー１４に取り付けられている。変速制御装置２４は、レバーを操作する方式の変速制御装置であってもよく、ハンドルのまわりに操作部を回転させる方式の変速制御装置であってもよい。変速制御装置２４にはケーブル４０（図３参照）の一端が取り付けられている。ケーブル４０（図３参照）のインナーケーブル４０Ａ（図３参照）は変速制御装置２４によって巻き取り可能に取り付けられている。変速制御装置２４の操作により、インナーケーブル４０Ａ（図３参照）の巻き取り量が変化する。ケーブル４０（図３参照）は、ボーデンケーブルである。

図２に示されるように、アシストユニット５０は、クランク軸５２、クランク軸５２を回転可能に支持するハウジング５４、および、図４に示されるフロントスプロケット３０に連結される出力軸５６を備えている。図４に示されるように、ハウジング５４の内部には、クランク軸５２に入力された回転を増速する増速機構５８、増速機構５８により増速された回転を変速する変速機６０、および、クランク軸５２を回転させる人力駆動動力をアシストするアシスト装置６２が配置されている。

ハウジング５４には、一方の側壁にクランク軸５２および出力軸５６を貫通させるための孔５４Ａが形成されている。ハウジング５４には、他方の側壁にクランク軸５２を貫通させるための孔５４Ｂが形成されている。クランク軸５２の両端部は、ハウジング５４から突出する。図３に示されるように、ハウジング５４には、ハウジング５４を自転車のフレームに取り付けるための取付け部５４Ｃが設けられる。取付け部には、ボルトが通過する孔が形成されている。

図４に示されるように、クランク軸５２の外周には、出力軸５６が配置されている。出力軸５６は、筒状に形成されており、出力軸５６とクランク軸５２とは同軸まわりに回転可能である。なお、クランク軸５２は円柱状に形成されていてもよい。出力軸５６のハウジング５４から突出する第１端部５６Ａには、外周部にスプラインが形成されている。フロントスプロケット３０の内周面には、スプラインが形成されている。フロントスプロケット３０の内周面のスプラインが、出力軸５６の第１端部５６Ａのスプラインと噛み合うことにより、フロントスプロケット３０が出力軸５６に対して周方向にまわり止めされる。第１端部５６Ａの内周面には雌ねじが形成され、この雌ねじに中空のボルト４４が取り付けられる。フロントスプロケット３０の出力軸５６とは反対側の端面とボルト４４のヘッド４４Ａとの間には、スペーサ４８が配置される。フロントスプロケット３０は、スペーサ４８を介してボルト４４によって押され、アシストユニット５０に着脱可能に位置が固定される。フロントスプロケット３０を保護するチェーンガイド４２がボルト４４を介して出力軸５６に取り付けられる。チェーンガイド４２は、複数のボルトＢによってフロントスプロケット３０にも固定されている。ボルト４４の軸方向は、出力軸５６の軸方向と一致している。

クランク軸５２は、その軸方向に間隔をあけた少なくとも２つの位置で、回転可能にハウジング５４に保持される。クランク軸５２のうち、フロントスプロケット３０が装着される側の第１部分５２Ａは、ベアリングおよびスリーブの少なくとも一方を介して出力軸５６に回転可能に保持される。第１部分５２Ａは、出力軸５６に間接的に保持されていてもよい。出力軸５６は、ベアリングまたはスリーブを介して、ハウジング５４の孔５４Ａが形成される側壁に回転可能に保持される。クランク軸５２のうち、フロントスプロケット３０が装着されない側の第２部分５２Ｂは、ベアリングまたはスリーブを介して、ハウジング５４の孔５４Ｂが形成される側壁に回転可能に保持される。

図３に示されるように、アシストユニット５０の側面には、ケーブル４０の他端が取り付けられる連結体６４が取り付けられている。図１に示す変速制御装置２４の操作により、変速制御装置２４のケーブル４０のインナーケーブル４０Ａ（図３参照）の巻き取り量が変化し、インナーケーブル４０Ａが移動する。連結体６４のインナーケーブル４０Ａが巻き掛けられている回転体６５は、インナーケーブル４０Ａの移動方向に応じて一方または他方に回転する。連結体６４は、図４に示す回転規制機構８０に連結されている。

増速機構５８は、遊星歯車機構により構成されている。増速機構５８は、サンギア６８、複数のプラネタリギア７０、キャリア７２、および、リングギア７４を備えている。
サンギア６８は、クランク軸５２に対して回転可能に、ベアリングまたはスリーブを介してクランク軸５２に支持されている。複数のプラネタリギア７０は、サンギア６８のまわりに配置されている。キャリア７２は、クランク軸５２に取り付けられて、クランク軸５２と一体的に回転する。キャリア７２は、複数のプラネタリギア７０を支持している。リングギア７４は、ハウジング５４の内面に取り付けられている。なお、リングギア７４は、ハウジング５４と一体に形成されてもよい。

増速機構５８には、キャリア７２からクランク軸５２の回転が入力される。キャリア７２のクランク軸５２まわりの回転は、プラネタリギア７０をリングギア７４の内周およびサンギア６８まわりにおいて回転させる。プラネタリギア７０の回転は、サンギア６８に伝達される。サンギア６８の回転は、変速機６０の遊星歯車機構７８に伝達される。

増速機構５８と変速機６０とは、ワンウェイクラッチ７６を介して連結されている。ワンウェイクラッチ７６は、ローラクラッチまたは爪式のクラッチによって構成される。ワンウェイクラッチ７６は、クランク軸５２を正回転させたときの増速機構５８の出力回転数が変速機６０の入力回転数以上のときに増速機構５８の回転を変速機６０に伝達する。

変速機６０は、遊星歯車機構７８および回転規制機構８０を備えている。
遊星歯車機構７８は、サンギア８２、複数のプラネタリギア８４、変速機６０の出力部であるキャリア８６、および複数のリングギアを備えている。本実施の形態では、複数のリングギアとして、第１のリングギア８８、第２のリングギア９０、および、第３のリングギア９２を備えている。変速機６０は、第１のリングギア８８、第２のリングギア９０、および、第３のリングギア９２のうちの１つの回転を規制することにより、３段階の変速比を実現する。

サンギア８２は、ワンウェイクラッチ７６を介して増速機構５８のサンギア６８に支持されている。複数のプラネタリギア８４は、サンギア８２のまわりに配置されている。プラネタリギア８４は、クランク軸５２の周方向に等間隔をあけて、たとえば３つ設けられる。複数のプラネタリギア８４は、いわゆる段付きのプラネタリギアである。複数のプラネタリギア８４は、それぞれ、第１のギア部８４Ａ、第１のギア部８４Ａよりも歯数が少なく小径の第２のギア部８４Ｂ、および、第２のギア部８４Ｂよりも歯数が少なく小径の第３のギア部８４Ｃを備えている。第１のギア部８４Ａ、第２のギア部８４Ｂ、および、第３のギア部８４Ｃは、この順に入力側であるサンギア８２側から遊星歯車機構７８の出力部であるキャリア８６のフロントスプロケット３０側の端部側に並んでいる。

キャリア８６は、複数のプラネタリギア８４を貫通するピン８５のサンギア８２まわりの位置を保持することにより、複数のプラネタリギア８４を回転可能に支持している。キャリア８６とクランク軸５２とは同軸まわりに回転する。キャリア８６のフロントスプロケット３０側の端部は円筒形状を有し、その内周は、出力軸５６に連結されている伝達ギア１１４にセレーション嵌合されている。キャリア８６と伝達ギア１１４とは一体的に回転する。

リングギア８８，９０，９２は、ハウジング５４の内面に回転可能に取り付けられている。リングギア８８，９０，９２の外周部のうち、クランク軸５２の方向の一部分が、ハウジング５４の内面に支持されている。なお、リングギア８８，９０，９２の外周部は、ベアリングまたはスリーブを介して、ハウジング５４の内面に支持されてもよい。リングギア８８，９０，９２の外径は等しい。リングギア８８，９０，９２は、クランク軸５２の軸方向に並べて配置されている。リングギア８８，９０，９２において変速機６０の出力部（キャリア８６のフロントスプロケット３０側の端部）との距離が相対的に短いリングギア８８，９０，９２は、変速機６０の出力部との距離が相対的に長いリングギア８８，９０，９２よりも内径が小さい。具体的には、リングギア８８，９０，９２は、第１のリングギア８８、第２のリングギア９０、および、第３のリングギア９２の順に、入力側であるサンギア８２側から出力部側に並んでいる。そして、リングギア８８，９０，９２は、第１のリングギア８８、第２のリングギア９０、および、第３のリングギア９２の順に、歯数が少なくなり、内径が小さくなっている。

第１のリングギア８８は、第１のギア部８４Ａと噛み合っている。第２のリングギア９０は、第２のギア部８４Ｂと噛み合っている。第３のリングギア９２は、第３のギア部８４Ｃと噛み合っている。

変速機６０には、サンギア８２から増速機構５８により増速されたクランク軸５２の回転が入力される。サンギア８２の回転は、複数のプラネタリギア８４をリングギア８８，９０，９２の内周において回転させる。複数のプラネタリギア８４の回転は、キャリア８６をサンギア８２まわりに回転させる。キャリア８６の回転は、キャリア８６の内周に取り付けられている出力軸５６に伝達される。本実施の形態では、変速機６０のサンギア６８と増速機構５８のサンギア８２とは外径が等しく形成され、第１のリングギア８８の内径と増速機構５８の内径とは等しく形成され、変速機６０のプラネタリギアのうち最も径の大きな第１のギア部８４Ａの外径と増速機構５８のプラネタリギア７０の外径が等しく形成されている。

回転規制機構８０は、シャフト９４、変速用スリーブ９５、第１のクラッチ部材９６、第２のクラッチ部材９８、および、第３のクラッチ部材１００を備えている。回転規制機構８０は、リングギア８８，９０，９２のうちの１つのリングギア８８，９０，９２の回転を選択的に規制する。

シャフト９４は、リングギア８８，９０，９２の径方向の外側に配置されている。シャフト９４の軸方向は、リングギア８８，９０，９２の軸方向と平行している。シャフト９４の外周には、シャフト９４の軸方向において第１のクラッチ部材９６、第２のクラッチ部材９８、および、第３のクラッチ部材１００が配置されている。

第１のクラッチ部材９６は、シャフト９４と第１のリングギア８８との間に配置されている。第２のクラッチ部材９８は、シャフト９４と第２のリングギア９０との間に配置されている。第３のクラッチ部材１００は、シャフト９４と第３のリングギア９２との間に配置されている。第１のクラッチ部材９６、第２のクラッチ部材９８、および、第３のクラッチ部材１００は、爪式のクラッチであり、突出位置と、退避位置との間で移動可能に構成される。第１のクラッチ部材９６、第２のクラッチ部材９８、および、第３のクラッチ部材１００は、ばねによって突出位置に向けて押圧されている。

図５に示されるように、連結体６４の回転体６５は、シャフト９４に設けられている被連結部６６に連結される。被連結部６６の外周には径方向に突出する突起６６Ａが設けられ、回転体６５の内周部には被連結部６６の突起に嵌る凹部６５Ａが形成されている。被連結部６６と変速用スリーブ９５とは、接続部材６７を介して連結されている。接続部材６７は、第１接続部材６７Ａおよび第２接続部材６７Ｄを含む。第１接続部材６７Ａおよび第２接続部材６７Ｄは、筒状に形成されている。なお、回転体６５または被連結部６６と、変速用スリーブ９５とを直接的に接続することもできる。第２接続部材６７Ｄは、一端がシャフト９４に対して固定されるリターンスプリング（図示略）の他端と連結されている。リターンスプリング（図示略）は、コイルスプリングであり、第２接続部材６７Ｄの外周に設けられる。シャフト９４には、径方向に突出する凸部９４Ａが固定して設けられている。リターンスプリング（図示略）の一端は、この凸部９４Ａに連結される。リターンスプリング（図示略）は、第２接続部材６７Ｄを介して変速用スリーブ９５に、この変速用スリーブ９５を初期位置に戻す力を付与する。

図６に示されるように、第１接続部材６７Ａは、シャフト９４（図５参照）の軸方向において被連結部６６側に突出した第１凸部６７Ｂと、第１凸部６７Ｂとは反対側に突出した第２凸部６７Ｃとを備えている。第２接続部材６７Ｄは、シャフト９４（図５参照）の軸方向に延びる第１凹部６７Ｅと、第２凹部６７Ｆとを備えている。図５に示されるように、第１凸部６７Ｂは、被連結部６６に形成される凹部６６Ｂに嵌め込まれる。図６に示されるように、第２凸部６７Ｃは、第１凹部６７Ｅに嵌め込まれる。変速用スリーブ９５のうちの基部９５Ａの一端部は、第２凹部６７Ｆに嵌め込まれる。基部９５Ａの他端部は、シャフト９４の外周に設けられる円環状の保持部材６９に保持される。変速制御装置２４（図１参照）の操作によって生じる被連結部６６の回転にともなって、変速用スリーブ９５がシャフト９４の外周に沿って回転する。

図５に示されるように、変速用スリーブ９５は、軸方向に延びる基部９５Ａと、基部９５Ａからシャフト９４の周方向に延びる複数のアーム９５Ｂとを有する。複数のアーム９５Ｂは、それぞれ第１のクラッチ部材９６、第２のクラッチ部材９８、および、第３のクラッチ部材１００に対応する。クラッチ部材９６，９８，１００は、爪部９６Ａ，９８Ａ，１００Ａと、被制御部分９６Ｂ，９８Ｂ，１００Ｂとをそれぞれ有する。クラッチ部材９６，９８，１００は、その被制御部分９６Ｂ，９８Ｂ，１００Ｂが各アーム９５Ｂと、シャフト９４との間に配置される。各アーム９５Ｂには、シャフト９４の周方向の一部に溝９５Ｃが形成されている。アーム９５Ｂをシャフト９４の周方向に移動させることによって、被制御部分９６Ｂ，９８Ｂ，１００Ｂが溝９５Ｃに出入りし、クラッチ部材９６，９８，１００の爪部９６Ａ，９８Ａ，１００Ａを退避位置に移動させたり、突出位置に移動させたりする。なお、溝９５Ｃは、孔にすることもできる。

変速用スリーブ９５の回転位相に応じて、変速用スリーブ９５の各アーム９５Ｂが被制御部分９６Ｂ，９８Ｂ，１００Ｂに接触して、クラッチ部材９６，９８，１００を制御する。図６に示すように変速用スリーブ９５の各アーム９５Ｂにおける溝９５Ｃは、互いにシャフト９４まわりの位相が異なっている。このため、変速用スリーブ９５は、回転位相に応じてクラッチ部材９６，９８，１００のうちの１つの爪部９６Ａ，９８Ａ，１００Ａのみを選択的に突出位置へ移動させることができる。

図４に示す変速用スリーブ９５が回転することにより、第１のクラッチ部材９６が退避位置から突出位置に変化するとき、第１のクラッチ部材９６の爪部９６Ａが第１のリングギア８８の外周に形成される凹８８Ａに嵌まり込み、第１のリングギア８８の回転が規制される。第１のクラッチ部材９６が突出位置から退避位置に変化するとき、第１のクラッチ部材９６の爪部９６Ａが第１のリングギア８８の外周に形成される凹８８Ａから離脱し、第１のリングギア８８の回転が許容される。凹８８Ａは第１のリングギア８８の周方向に複数設けられ、好ましくはラチェット歯のように形成される。

変速用スリーブ９５が回転することにより、第２のクラッチ部材９８が退避位置から突出位置に移動すると、第２のクラッチ部材９８の爪部９８Ａが第２のリングギア９０の外周に形成される凹９０Ａに嵌まり込み、第２のリングギア９０の回転が規制される。第２のクラッチ部材９８が突出位置から退避位置に移動すると、第２のクラッチ部材９８の爪部９８Ａが第２のリングギア９０の外周に形成される凹９０Ａから離脱し、第２のリングギア９０の回転が許容される。凹９０Ａは第２のリングギア９０の周方向に複数設けられ、好ましくはラチェット歯のように形成される。

変速用スリーブ９５が回転することにより、第３のクラッチ部材１００が退避位置から突出位置に移動すると、第３のクラッチ部材１００の爪部１００Ａが第３のリングギア９２の外周に形成される凹９２Ａに嵌まり込み、第３のリングギア９２の回転が規制される。第３のクラッチ部材１００が第突出位置から退避位置に移動すると、第３のクラッチ部材１００の爪部１００Ａが第３のリングギア９２の外周に形成される凹９２Ａから離脱し、第３のリングギア９２の回転が許容される。凹９２Ａは第３のリングギア９２の周方向に複数設けられ、好ましくはラチェット歯のように形成される。

各アーム９５Ｂは、互いに形状が異なっている。このため、変速用スリーブ９５の回転位相に応じて、回転が許容されるリングギア８８，９０，９２の組み合わせが異なる。リングギア８８，９０，９２は互いに歯数が異なっているため、回転が許容されるリングギア８８，９０，９２の組み合わせに応じて、遊星歯車機構７８の各要素の回転状態が異なる。このため、回転規制機構８０の動作により、変速機６０の変速比が変化する。

アシスト装置６２は、アシストモータ１０２、アシストモータ１０２を制御するドライブユニット１０４、アシストモータ１０２の第２駆動力を動力伝達経路に伝達する伝達機構１０６を備えている。

アシストモータ１０２は、遊星歯車機構７８の回転軸に関して、遊星歯車機構７８の径方向の外側に配置されている。アシストモータ１０２の出力部１０２Ａとクランク軸５２とは平行である。アシストモータ１０２は、電気モータである。アシストモータ１０２は、ハウジング５４に固定される。アシストモータ１０２は、図示しないロータおよびステータを含む本体１０２Ｂがハウジング５４の外部に設けられ、出力部１０２Ａがハウジング５４内に設けられる。アシストモータ１０２の本体１０２Ｂは、ハウジング５４に取り付けられるカバー部材５５によって覆われる。

伝達機構１０６は、減速機構であり、アシストモータ１０２の出力部１０２Ａの回転を減速する。伝達機構１０６は、アシストモータ１０２の出力部１０２Ａと噛み合う入力側の伝達ギア１０８、入力側の伝達ギア１０８と結合される伝達軸１１０、伝達軸１１０と結合される中間の伝達ギア１１２、および、中間の伝達ギア１１２と噛み合い、変速機６０のキャリア８６と結合される出力側の伝達ギア１１４を備えている。伝達ギア１１４は、セレーションによって出力軸５６に連結されている。伝達ギア１１４は、ベアリングを介してクランク軸５２に回転可能に保持されている。なお、キャリア８６と、伝達ギア１１４とは一体に形成されていてもよい。アシストモータ１０２の出力部１０２Ａは、アシストモータ１０２のロータ（図示略）と連結される、または、一体的に形成される出力軸によって構成されてもよいし、出力軸に固定されたギアによって構成されてもよい。伝達軸１１０の両端は、ベアリングまたはスリーブを介して、ハウジング５４に回転可能に支持されている。伝達ギア１１２の両端は、ベアリングまたはスリーブを介して、ハウジング５４に回転可能に支持されている。伝達軸１１０の回転軸および伝達ギア１１２の回転軸は、クランク軸５２に平行に設けられる。

入力側の伝達ギア１０８と伝達軸１１０とは、ワンウェイクラッチ１１６を介して連結されている。ワンウェイクラッチ１１６は、ローラクラッチまたは爪部式のクラッチによって構成される。ワンウェイクラッチ１１６は、入力側の伝達ギア１０８の回転速度が伝達軸１１０の回転速度以上のときに、アシストモータ１０２の回転力を伝達軸に伝達する。伝達軸１１０の外周部には伝達ギア１１２と噛み合う歯１１０Ａが形成されている。

アシストユニット５０は、人力駆動力を検出するセンサ１１８をさらに備えている。センサ１１８は、歪センサである。センサ１１８は、増速機構５８のリングギア７４に取り付けられている。センサ１１８は、リングギア７４に加えられる人力駆動力に応じた信号を出力する。クランク軸５２またはキャリア７２には、クランク軸５２の回転速度を検出するための磁石１２０が設けられる。ハウジング５４には磁石を検出するために、磁石検出用センサ１２２が設けられる。

ドライブユニット１０４は、ハウジング５４内に設けられ、ハウジング５４の内周部に固定される。ドライブユニット１０４は、回路基板を含み、回路基板の主面はクランク軸５２に垂直な方向に延びるように配置される。ドライブユニット１０４は、センサ１１８および磁石検出用センサ１２２の少なくとも一方の出力に基づいてアシストモータ１０２を駆動する。なお、ドライブユニット１０４は、センサ１１８，１２２、および、自転車１０の速度を検出するセンサ（図示略）からの出力の少なくとも１つに基づいて、アシストモータ１０２を駆動してもよい。

アシストユニット５０は、以下の作用および効果を奏する。
（１）伝達機構１０６は、アシストモータ１０２の回転をキャリア８６に伝達する。すなわち、アシストユニット５０は、変速機６０の出力部であるキャリア８６からフロントスプロケット３０までの間の動力伝達経路において、変速機６０から出力される第１駆動力に、アシストモータ１０２から出力される第２駆動力が減速されて加えられている。このため、変速機６０のリングギア８８，９０，９２には、人力駆動力によって発生するトルクのみが与えられる。このため、アシストモータ１０２から出力される第２駆動力を変速機６０の入力部以前に加える場合と比較して、爪部９６Ａ，９８Ａ，１００Ａがリングギア８８，９０，９２から離脱するときに爪部９６Ａ，９８Ａ，１００Ａにかかる負荷が小さい。したがって、爪部９６Ａ，９８Ａ，１００Ａがリングギア８８，９０，９２から離脱するために要する時間が長くなることにより変速にかかる時間が長くなったり、爪部９６Ａ，９８Ａ，１００Ａがリングギア８８，９０，９２から離脱できず変速が失敗したりすることを抑制することができる。このため、変速性能が向上する。

（２）アシストユニット５０は、遊星歯車機構７８の回転軸に関して、径方向において遊星歯車機構７８の外側にアシストモータ１０２が配置される。このため、アシストモータ１０２がクランク軸５２の軸方向において遊星歯車機構７８と隣り合う場合と比較して、アシストユニット５０の自転車１０の幅方向のサイズを小さくできる。

（３）増速機構５８と、変速機６０とは、ワンウェイクラッチ７６を介して接続されている。アシストユニット５０は、増速機構５８のリングギア７４に与えられる人力駆動力を検出するセンサ１１８を備えている。このため、センサ１１８は、アシストモータ１０２のトルクに影響されない人力駆動力を検出することができる。このため、アシストユニット５０は、より適切にアシストモータ１０２を駆動させることができる。

本アシストユニットが取り得る具体的な形態は、上記実施形態に例示された形態に限定されない。本アシストユニットは、上記実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記実施形態の変形例は、本アシストユニットが取り得る各種の形態の一例である。

・遊星歯車機構７８の出力部と前記クランク軸５２とを、異なる軸まわりに回転するように構成することもできる。この場合、遊星歯車機構７８の入力部も、クランク軸５２と、異なる回転軸まわりに回転する。またこのような駆動ユニットでは、遊星歯車機構７８のリングギアの径方向の外側にクランク軸５２が配置される。

例えば、図７に示されるように、遊星歯車機構７８および回転規制機構８０がクランク軸５２とアシストモータ１０２との間に配置される。遊星歯車機構７８は、クランク軸５２に平行に設けられるシャフト１２７に設けられる。シャフト１２７は、ハウジング５４に固定して設けられ、例えばシャフト１２７の軸線方向の両端部がハウジング５４の壁部にそれぞれ固定される。

図８に示すように、クランク軸５２の外周にはギア１２４が設けられている。ギア１２４は、遊星歯車機構７８の入力部であるサンギア（図示略）と一体的に回転する入力ギア１２６に噛み合わせられている。入力ギア１２６およびサンギア（図示略）は、シャフト１２７に回転可能に設けられる。ギア１２４と、入力ギア１２６とによって増速機構が構成される。ギア１２４はクランク軸５２に固定して設けられてもよく、ワンウェイクラッチを介してクランク軸５２に設けられてもよい。ギア１２４がクランク軸５２に固定して設けられている場合、入力ギア１２６とサンギアとの間にワンウェイクラッチを設けてもよい。遊星歯車機構７８のキャリア（図示略）と一体的に回転する出力部１２８には、伝達ギア１３０および出力ギア１３２が設けられている。出力部１２８、伝達ギア１３０、および、出力ギア１３２は、シャフト１２７に回転可能に設けられる。出力部１２８、伝達ギア１３０、および、出力ギア１３２と、シャフト１２７との間には、スリーブ、ベアリングなどの回転支持部材が設けられてもよい。ここでは、伝達ギア１３０および出力ギア１３２との歯数を異ならせているが、伝達ギア１３０および出力ギア１３２の歯数を同数にしてもよい。伝達ギア１３０および出力ギア１３２の歯数を同数にする場合、伝達ギア１３０および出力ギア１３２の機能を１枚のギアで構成することができる。伝達ギア１３０および出力ギア１３２は、一体的回転するように連結されている。

伝達ギア１３０には、アシストモータ１０２と連結される伝達機構１０６の伝達ギア１３４が噛み合わせられている。出力ギア１３２は、出力軸５６の外周に設けられる入力ギア１３６に噛み合わせられている。入力ギア１３６は、出力軸５６に固定して設けられ、出力軸５６と一体的に回転する。これにより、図９に示されるように、クランク軸５２の回転が遊星歯車機構７８の入力部に伝達され、アシストモータ１０２の出力が遊星歯車機構７８の出力部に伝達される。そして、遊星歯車機構７８の出力およびアシストモータ１０２の出力が出力軸５６に伝達される。

図８に示す構成にする場合、クランク軸５２とは別軸まわりに遊星歯車機構７８を設けることができるので、クランク軸５２まわりでこのハウジング５４が大きくなってしまうことを抑制することができる。通常の自転車においては、クランク軸５２まわりで最も地面との距離が小さくなる。このため、クランク軸５２とは別軸まわりに遊星歯車機構７８を配置することによって、地面とのクリアランスを確保することができる。自転車１０に取り付けた時に、遊星歯車機構７８およびモータ１０２は、クランク軸５２を挟んで、後輪１８とは反対側に配置されることが好ましい。このように配置すると、クランク軸５２とは別軸まわりに遊星歯車機構７８を配置することによって、クランク軸５２に後輪１８を近づけて配置することができるので、クランク軸５２と後輪１８との間の距離を小さくすることができる。

・図７〜９に示す変形例において、遊星歯車機構７８の出力部と出力軸５６とをチェーンおよびスプロケットにより接続することもできる。
・図７〜９に示す変形例において、クランク軸５２と遊星歯車機構７８とを、ギアではなく、チェーンおよびスプロケットを含む構成により接続してもよく、ギアとチェーンおよびスプロケットとを含む構成により接続してもよい。この場合、チェーンおよびスプロケットは、クランク軸５２の回転を増速する増速機構として機能する。

・図７〜９に示す変形例を、図１０に示すように変更することもできる。具体的には、アシストモータ１０２の出力が遊星歯車機構７８の出力部を介さずに出力軸５６に伝達される。

・図７〜９に示す変形例を、図１１に示すように変更することもできる。具体的には、図１０に示すように、出力軸５６を、遊星歯車機構７８のシャフト１２７と同軸まわりに配置する。この場合、アシストモータ１０２の出力が遊星歯車機構７８の出力部を介さずに出力軸５６に伝達されるようにしてもよく、アシストモータ１０２の出力が遊星歯車機構７８の出力部１２８（図８参照）に伝達されるようにしてもよい。この場合、フロントスプロケット３０をクランク軸５２とは異なる軸線まわりに回転させることができ、自転車１０の設計の自由度を向上させることができる。また出力軸５６は、クランク軸５２およびシャフト１２７とは異なる軸線まわりに回転するように、ハウジング５４に設けられてもよい。この場合、出力軸５６を回転可能に支持するシャフトをハウジング５４に設ける。

・クランク軸５２の軸方向において遊星歯車機構７８と隣り合う位置にアシストモータ１０２を配置することもできる。たとえばアシストモータ１０２の出力軸を中空に形成し、アシストモータ１０２の出力部１０２Ａにクランク軸５２を挿通させ、アシストモータ１０２とクランク軸５２とを同軸まわりに回転させる構成としてもよい。この場合、伝達機構１０６を遊星歯車機構によって構成してもよい。また例えば、アシストモータ１０２の一部のみが、クランク軸５２の軸方向において遊星歯車機構７８と隣り合う位置に配置されてもよい。

・伝達機構１０６を省略し、アシストモータ１０２の出力部１０２Ａとキャリア８６または出力軸５６とを直接的に連結することもできる。伝達機構１０６の構成は前述した構成に限らず、アシストモータ１０２の性能、特性に応じて必要な減速比を得られるのであれば、ギアの数、ギアの歯数を任意に選択することができる。また例えば、伝達機構１０６を、ギアではなく、チェーンおよびスプロケットを含む構成としてもよく、ギアとチェーンおよびスプロケットとを含む構成であってもよい。この場合、チェーンおよびスプロケットは、アシストモータ１０２の回転を減速する減速機構として機能する。

・伝達機構１０６に設けられるワンウェイクラッチ１１６を省略することもできる。
・ワンウェイクラッチ１１６は、伝達ギア１０８と伝達軸１１０との間に限らず、アシストモータ１０２の出力部１０２Ａからフロントスプロケット３０までの経路のいずれかの部分に設けられてもよい。これによって人力駆動力によってアシストモータ１０２の出力部１０２Ａが回転させられることを防止することができる。

・アシストモータ１０２を出力部１０２Ａがクランク軸５２と平行しないように配置することもできる。この場合、例えば、伝達機構１０６に傘歯車を設けて、アシストモータ１０２とキャリア８６とを連結する。これによってアシストモータ１０２の配置の自由度を向上させることができる。

・出力部との距離が相対的に長いリングギア８８，９０，９２の内径を、出力部との距離が相対的に短いリングギア８８，９０，９２の内径よりも小さくすることもできる。
・増速機構５８を省略することもできる。この場合、クランク軸５２の回転が直接的にサンギア８２に伝達される。

・増速機構５８と変速機６０との間に設けられるワンウェイクラッチ７６を省略することもできる。この場合、クランク軸５２を逆回転させることによって、フロントスプロケット３０を逆回転させることができ、後輪１８にコースターブレーキが設けられている場合には、このコースターブレーキを操作することができる。

・増速機構５８を、変速機６０のキャリア７２に連結し、変速機６０により変速された後の回転を増速することもできる。この場合、出力側の伝達ギア１１４を増速機構５８の出力部に連結することもできる。

・センサ１１８をクランク軸５２、サンギア６８、プラネタリギア７０、またはキャリア７２に取り付けることもできる。この場合も、センサ１１８は、アシストモータ１０２のトルクに影響されない人力駆動力を検出することができる。

・センサ１１８を、遊星歯車機構７８に取り付けることもできる。
・アシスト装置６２と変速機６０とを、各別のハウジング内に配置することもできる。
・連結体６４を、電動で回転体６５を制御する電動変速ユニットに変更することもできる。電動変速ユニットは、電気モータおよび減速機を有し、変速制御装置２４と電気的に接続される。

・回転規制機構８０を、複数のリングギア８８，９０，９２のうちの２つのリングギア８８，９０，９２の回転を同時に規制するものに変更することもできる。
・回転規制機構８０を、複数のリングギア８８，９０，９２の外周と接触するベルトにより複数のリングギア８８，９０，９２の回転を選択的に規制するものに変更することもできる。ベルトにより複数のリングギア８８，９０，９２の回転を規制する構成においても、リングギア８８，９０，９２の回転を規制するときに、リングギア８８，９０，９２にかかるトルクが大きいほどリングギアの制動が難しく、変速性能が低下してしまう。このため、実施形態の（１）に準じた効果を奏することができる。

・２段の変速比を実現する変速機６０または４段以上の変速比を実現する変速機６０を採用することもできる。
・変速機６０の構成は適宜変更することができる。要するに、アシストユニット５０の変速機は、複数のリングギアを備える遊星歯車機構と、各リングギアの回転を選択的に規制する回転規制機構とを備え、クランク軸の回転が伝達される変速機であれば、いずれの変速機を採用することもできる。

１０…自転車
５０…アシストユニット
５２…クランク軸
５８…増速機構
６８…サンギア
７０…プラネタリギア
７２…キャリア
７４…リングギア
７６…ワンウェイクラッチ
６０…変速機
７８…遊星歯車機構
８２…サンギア
８４…プラネタリギア
８６…キャリア
８８…第１のリングギア
９０…第２のリングギア
９２…第３のリングギア
８０…回転規制機構
９６Ａ，９８Ａ，１００Ａ…爪部
１０２…アシストモータ
１０２Ａ…出力部（出力軸）
１０６…伝達機構
１０８…入力側の伝達ギア
１１０…伝達軸
１１２…中間の伝達ギア
１１４…出力側の伝達ギア
１１８…センサ

〔１〕本発明の一形態に従う自転車用アシストユニットは、複数のリングギアを備える遊星歯車機構と、前記複数のリングギアの回転を選択的に規制する回転規制機構とを備え、クランク軸の回転が伝達される変速機と、出力軸の軸線が前記クランク軸の軸線の径方向の外側であるアシストモータと、前記変速機および前記アシストモータの両方が設けられるハウジングとを含み、前記変速機の出力部からフロントスプロケットまでの間の動力伝達経路において、前記変速機から出力される第１駆動力に、前記アシストモータから出力される第２駆動力が加えられる。

〔６〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記伝達機構は前記変速機の出力部に結合される出力側の伝達ギアを備える。
〔７〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記伝達機構は、前記アシストモータの出力軸と噛み合う入力側の伝達ギア、前記入力側の伝達ギアと結合される伝達軸、および、前記伝達軸と結合され、前記出力側のギアと噛み合う中間の伝達ギアをさらに備える。
〔８〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記伝達軸は、前記伝達軸の軸線が前記アシストモータの軸線の径方向の外側になるように前記ハウジングに設けられている。
〔９〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記伝達軸は、前記伝達軸の軸線が前記変速機の軸線の径方向の外側になるように前記ハウジングに設けられている。

〔１０〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記回転規制機構は前記複数のリングギアのそれぞれに対応する複数の爪部を備え、前記爪部は前記リングギアと係合することにより前記リングギアの回転を規制し、前記リングギアから離脱することにより前記リングギアの回転を許容する。
〔１１〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記回転規制機構は、回転することにより前記爪部を前記リングギアと係合する突出位置および前記リングギアから離脱する退避位置とに変化させる変速用スリーブをさらに備える。

〔１２〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記アシストモータの出力軸と前記クランク軸とが平行である。
〔１３〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記遊星歯車機構の出力部と前記クランク軸とは同軸まわりに回転する。

〔１４〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記遊星歯車機構の出力部と前記クランク軸とは、異なる軸まわりに回転する。
〔１５〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記複数のリングギアが前記クランク軸の軸方向に並べて配置され、前記複数のリングギアにおいて前記出力部との距離が相対的に短いリングギアは前記出力部との距離が相対的に長いリングギアよりも内径が小さい。

〔１６〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記クランク軸の回転を増速して、前記変速機に入力する増速機構を有する。
〔１７〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記増速機構と、前記変速機との間に設けられるワンウェイクラッチとをさらに有する。

〔１８〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記増速機構は、サンギア、プラネタリギア、キャリアおよびリングギアを有する遊星歯車機構を有し、前記キャリアからクランク軸の回転が入力され、前記サンギアから回転が出力される。

〔１９〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記増速機構のリングギアに与えられる人力駆動力を検出するセンサをさらに備える。
〔２０〕前記自転車用アシストユニットの一形態によれば、前記センサは歪センサである。

Claims (17)

1. 複数のリングギアを備える遊星歯車機構と、前記複数のリングギアの回転を選択的に規制する回転規制機構とを備え、クランク軸の回転が伝達される変速機と、
   アシストモータと含み、
   前記変速機の出力部からフロントスプロケットまでの間の動力伝達経路において、前記変速機から出力される第１駆動力に、前記アシストモータから出力される第２駆動力が加えられる、自転車用アシストユニット。
2. 前記変速機の前記出力部は、前記遊星歯車機構のキャリアである
   請求項１に記載の自転車用アシストユニット。
3. 前記遊星歯車機構の回転軸に関して、径方向の外側に前記アシストモータが配置される
   請求項１または２に記載の自転車用アシストユニット。
4. 前記第２駆動力を前記動力伝達経路に伝達する伝達機構をさらに備える
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車用アシストユニット。
5. 前記伝達機構は、前記アシストモータの出力軸の回転を減速する
   請求項４に記載の自転車用アシストユニット。
6. 前記伝達機構は前記変速機の出力部に結合される出力側の伝達ギアを備える
   請求項４または５に記載の自転車用アシストユニット。
7. 前記伝達機構は、前記アシストモータの出力軸と噛み合う入力側の伝達ギア、前記入力側の伝達ギアと結合される伝達軸、および、前記伝達軸と結合され、前記出力側のギアと噛み合う中間の伝達ギアをさらに備える
   請求項６に記載の自転車用アシストユニット。
8. 前記回転規制機構は前記複数のリングギアのそれぞれに対応する複数の爪部を備え、
   前記爪部は前記リングギアと係合することにより前記リングギアの回転を規制し、前記リングギアから離脱することにより前記リングギアの回転を許容する
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車用アシストユニット。
9. 前記アシストモータの出力軸と前記クランク軸とが平行である
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車用アシストユニット。
10. 前記遊星歯車機構の出力部と前記クランク軸とは同軸まわりに回転する
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車用アシストユニット。
11. 前記遊星歯車機構の出力部と前記クランク軸とは、異なる軸まわりに回転する
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車用アシストユニット。
12. 前記複数のリングギアが前記クランク軸の軸方向に並べて配置され、
    前記複数のリングギアにおいて前記出力部との距離が相対的に短いリングギアは前記出力部との距離が相対的に長いリングギアよりも内径が小さい
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の自転車用アシストユニット。
13. 前記クランク軸の回転を増速して、前記変速機に入力する増速機構を有する
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用アシストユニット。
14. 前記増速機構と、前記変速機との間に設けられるワンウェイクラッチとをさらに有する
    請求項１３に記載の自転車用アシストユニット。
15. 前記増速機構は、サンギア、プラネタリギア、キャリアおよびリングギアを有する遊星歯車機構を有し、前記キャリアからクランク軸の回転が入力され、前記サンギアから回転が出力される
    請求項１３または１４に記載の自転車用アシストユニット。
16. 前記増速機構のリングギアに与えられる人力駆動力を検出するセンサをさらに備える
    請求項１５に記載の自転車用アシストユニット。
17. 前記センサは歪センサである
    請求項１６に記載の自転車用アシストユニット。