JP7054812B2 - 電動アシスト自転車および駆動ユニット - Google Patents
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Description
本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車およびこの電動アシスト自転車に取り付けられる駆動ユニットに関するものである。
電源としてのバッテリと、このバッテリから給電されるモータを備えた駆動ユニットとを有し、ペダルに加えられる踏力による人力駆動力に、前記駆動ユニットの補助駆動力(アシスト力)を加えることで、上り坂等でも楽に走行することが可能な電動アシスト自転車(電動自転車とも称せられる)は既に広く知られている。
この電動アシスト自転車において、モータなどが内蔵された駆動ユニットを、クランク軸が設けられている箇所に配設したものがある。このような配置構成の電動アシスト自転車は、重量が比較的大きい駆動ユニットが、電動アシスト自転車の前後方向の中央(すなわち、前輪と後輪との間の中間)の低い位置に配置される。したがって、この配置構成の電動アシスト自転車は、モータが前輪のハブや後輪のハブに内蔵されているものと比較して、前輪や後輪を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、車体の取り回しがよく、また、走行安定性も良好である利点がある。
このように、電動アシスト自転車の前後方向の中央位置に、駆動ユニットが配置されている構造が、例えば特許文献1等に開示されている。図21に示すように、駆動ユニット110には、クランク軸101が左右方向に貫通した姿勢で軸受103、104により回転自在に支持されている。クランク軸101の左右両側部分は駆動ユニット110より左右に突出し、クランクアーム102を介して、踏力が負荷されるペダル(図示せず)が回転自在に取り付けられている。
駆動ユニット110の内部には、駆動源としてのモータ111や、モータ111からの駆動力を減速しながら伝達する(すなわち、モータ111からのトルクを増加させる)複数対の減速歯車121~126などからなる減速機構120、人力駆動力を検出するトルクセンサ(人力検知部)112などが設けられている。なお、116は、駆動ユニット110の内部で、クランク軸101やモータ111の回転軸111aと平行に配設されている中間軸である。中間軸116には、大径の減速歯車122や小径の減速歯車123、124などが設けられている。
駆動ユニット110の内部におけるクランク軸101の外周の一部(図21における左寄り側箇所)には、スプラインまたはセレーションなどの凹凸部101aを介して、筒状の人力伝達体113が一体的に回転する状態で嵌め込まれている。また、人力伝達体113の内周におけるクランク軸101の凹凸部101aに対応する箇所にもスプラインまたはセレーションなどの凹凸部113aが形成されている。すなわち、人力伝達体113の凹凸部はクランク軸101の凹凸部101aと噛み合っている。
また、人力伝達体113の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部112bが形成されている。人力伝達体113の磁歪発生部112bの外周に一定の隙間(空間)を介してコイル112aが配設され、これらの磁歪発生部112bおよびコイル112aにより磁歪式のトルクセンサ112が構成されている。そして、クランク軸101からスプライン(またはセレーション)101a、113aを介して人力伝達体113に伝達された人力駆動力が、トルクセンサ112により検出される。
また、この駆動ユニット110では、駆動ユニット110の内部におけるクランク軸101の外周側の一部(図20における右寄り側箇所)には、連動筒体114や合力伝達体115などがクランク軸101に対して回転自在に配設されている。合力伝達体115は、人力伝達体113から、連動筒体114などを介して伝達された人力駆動力と、モータ111から減速機構120を介して伝達された補助駆動力とを合成する。そして、合力伝達体115の端部が駆動ユニット110より突出され、この突出箇所に取り付けられた駆動スプロケット105からチェーン106を介して合力(人力駆動力と補助駆動力とが合成された駆動力)が後輪側に伝達される。
なお、この駆動ユニット110を組み付ける際には、クランク軸101に、トルクセンサ112が組み付けられている人力伝達体113が嵌め込まれた状態で、軸受103に嵌め込まれるなどして、駆動ユニット110が組み付けられる。この後、クランク軸101の端部にクランクアーム102が嵌め込まれて取り付けられる。したがって、このような組み付け作業を支障なく行えるよう、クランク軸101の直径は、図22に簡略的に拡大するとともに強調して示すように、クランクアーム102が取り付けられる箇所(連結嵌合部)101bの直径(詳しくは最大径となる外周部の直径)d1よりも、軸受103により受けられる箇所101cの直径d2が大きく、さらに、合力伝達体115が嵌め合わされる箇所(スプライン(またはセレーション)101aが形成されている箇所)の直径(詳しくは最大径となる外周部の直径)d3が大きくなるように形成されている。すなわち、クランク軸101は、いわゆる2段の段付形状(段付部で順に太くなる形状)に形成されている。
また、上記するとともに図23に簡略的に示すように、クランク軸101における人力伝達体113が嵌め込まれるスプライン(またはセレーション)101aの箇所には外径(山部)となる凸部101aaと内側に窪む凹部(谷部)101abとが形成されている。また、これに対応して、図24に簡略的に示すように、人力伝達体113におけるクランク軸101が嵌め込まれるスプライン(またはセレーション)113aの箇所には内側に突出する凸部113aaと外側に窪む凹部(谷部)113abとが形成されている。
そして、図23、図24に示すように、クランク軸101におけるクランクアーム102が嵌合される箇所(連結嵌合部)101bの外径と人力伝達体115が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション))101aの外径との半径方向の差(軸心からの差)Aが、人力伝達体113におけるクランク軸101が嵌め込まれる箇所(スプライン(またはセレーション)113a)の内面の凸部113aaと凹部113abとの半径方向の寸法差(いわゆる高低差)Bよりも、大きく形成されている。
ところで、このような駆動ユニット110をより小型化して、一般的な自転車(いわゆるスポーツ型自転車など)に近づけるように望まれる場合がある。しかし、クランク軸101における、クランクアーム102との連結嵌合部101bの直径d1はある程度の寸法を確保して、この箇所の連結強度として十分な強度を維持しなければならない。すなわち、図22に示すように、クランク軸101の、クランクアーム102との連結嵌合部101bの直径d1よりも、軸受103により受けられる箇所101cの直径d2が大きく、さらに、合力伝達体115が嵌め合わされる箇所(スプライン(またはセレーション)101aが形成されている箇所)の直径d3が段付部で順に太い。また図23、図24に示すように、クランク軸101におけるクランクアーム102が嵌合される箇所(連結嵌合部)101bの外径と人力伝達体115が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション))101aの外径との半径方向の差Aが、人力伝達体113におけるクランク軸101が嵌め込まれる箇所(スプライン(またはセレーション)113a)の凸部113aaと凹部113abとの半径方向の寸法差(いわゆる高低差)Bよりも大きく形成されている。この構造を採用すると、これに対応してトルクセンサ112も大きくなってしまう。したがって、トルクセンサ112と、中間軸116に組み付けている大径の減速歯車122とが当接しないように配置しようとすると、クランク軸101と中間軸116との軸間距離もある程度大きくせざるを得ず、この結果、駆動ユニット110を小型化できなくなるという課題があった。
また、近年、自転車のボトムブラケット(クランク軸周辺部)の規格として、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が比較的大きいISIS規格(International Spline Interface Standard)などの規格があり、このような規格に対応したスポーツタイプの自転車が好まれる傾向がある。このように、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が大きいと、クランクアームからクランク軸により大きな力が作用しても十分な耐久性(強度)を有するため、信頼性を向上させることができるが、この場合には、さらに、クランク軸101の、合力伝達体115が嵌め合わされる箇所の直径R3や、トルクセンサ112も大きくなってしまうので、さらに、クランク軸101と中間軸116との軸間距離もより大きくなり、駆動ユニット110を小型化できなくなる。
本発明は上記課題を解決するもので、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径を、十分な連結強度を得ることが可能な寸法としながら、クランク軸における、トルクセンサが取り付けられる人力伝達体との嵌合部分の直径を比較的小さくすることができる電動アシスト自転車および駆動ユニットを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の電動アシスト自転車は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータによる補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車であって、ペダルからの人力駆動力がクランクアームを介して伝達されるクランク軸と、クランク軸の外周に凹凸部を介して嵌め合わされ、外周にトルクセンサの歪発生部が形成されている人力伝達体と、を有し、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする。
この構成によれば、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいので、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の直径を比較的大きくした場合でも、クランク軸における、人力伝達体が嵌合される箇所の外径を小さく抑えることができ、トルクセンサの大きさ(直径)も小さく抑えることができる。
また、本発明の電動アシスト自転車は、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の外径は、人力伝達体が嵌合される箇所の外径よりも大きく、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成されたスプラインまたはセレーションの谷部間の直径よりも小さいことを特徴とする。
この構成によれば、クランク軸と人力伝達体との嵌合箇所において、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径となる部分と、人力伝達体におけるこれに対応する箇所(対向する箇所)との間に隙間を形成する(いわゆる遊びを持たせる)ことができる。これにより、クランク軸と人力伝達体との嵌合箇所において、圧入するなどして隙間なく嵌合させた場合と比較して、クランク軸を曲げようとする力(すなわち、トルクセンサのトルク検知に悪影響を及ぼす恐れがある力)が人力伝達体に伝達することを低減することができる。
また、本発明の電動アシスト自転車は、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径は、人力伝達体が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径以下であることを特徴とする。
また、本発明の電動アシスト自転車は、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、クランク軸における人力伝達体が嵌合される箇所と、人力伝達体におけるクランク軸が嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間を有することを特徴とする。
この構成によれば、クランク軸における人力伝達体が嵌合される箇所と、人力伝達体におけるクランク軸が嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間を形成する(いわゆる遊びを持たせる)ことができる。これにより、クランク軸と人力伝達体との嵌合箇所において、圧入するなどして隙間なく嵌合させた場合と比較して、クランク軸を曲げようとする力(すなわち、トルクセンサのトルク検知に悪影響を及ぼす恐れがある力)が人力伝達体に伝達することを低減することができる。
また、本発明の電動アシスト自転車は、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所とに、それぞれスプラインまたはセレーションが形成されていることを特徴とする。
また、本発明の駆動ユニットは、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所との間の部分が、軸受により回転自在に支持され、クランク軸における前記軸受により支持されている箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径およびクランクアームが嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする。なお、この場合に、クランク軸における、前記軸受の軸心方向両側に、前記軸受を軸心方向に対して位置決めをする規制部材が嵌合されていると好適である。また、クランク軸と前記軸受との間に、オイルシール材が配置されていてもよい。
また、本発明の電動アシスト自転車は、モータを有する駆動ユニットが設けられ、クランク軸が駆動ユニットを貫通して配置されていることを特徴とする。また、この場合に、クランク軸とは異なる軸心で回転する中間軸が設けられ、中間軸には減速歯車が取り付けられていると好適である。この構成によれば、クランク軸と中間軸との軸間距離を最小限に抑えることができ、ひいては、駆動ユニットを小型化することも可能となる。
また、本発明の駆動ユニットは、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータによる補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車に取り付けられ、前記モータを備えた駆動ユニットであって、駆動ユニットを貫通して配置され、前記ペダルからの人力駆動力がクランクアームを介して伝達されるクランク軸と、駆動ユニット内でクランク軸の外周に凹凸部を介して嵌め合わされ、外周にトルクセンサの歪発生部が形成されている人力伝達体と、を有し、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする。
本発明によれば、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さくすることにより、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の直径を比較的大きくした場合でも、クランク軸における、人力伝達体が嵌合される箇所の外径を小さく抑えることができ、トルクセンサの大きさ(直径)も小さくに抑えることができる。また、このようなトルクセンサやモータを備えた駆動ユニットが設けられている場合には、クランク軸と中間軸との軸間距離を小さく抑えることができて、駆動ユニットを小型化することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車および駆動ユニットについて図面に基づき説明する。なお、以下の説明における左右方向および前後方向とは、進行方向に向って当該電動アシスト自転車に搭乗した状態での方向を言う。また、この発明の構成が以下で述べる構成に限定されるものではない。
図1における1は本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車である。図1に示すように、電動アシスト自転車1は、ヘッドパイプ2a、前フォーク2b、上パイプ2c、下パイプ2g、立パイプ2d、チェーンステー2e、シートステー2fなどからなる金属製のフレーム2と、前フォーク2bの下端に回転自在に取り付けられた前輪3と、チェーンステー2eの後端に回転自在に取り付けられた後輪4と、前輪3の向きを変更するハンドル5と、搭乗者が着座するサドル6と、踏力からなる人力駆動力がかけられるクランク7およびペダル8と、補助駆動力(アシスト力)を発生させる駆動源としての電動のモータ21(図2も参照)およびこのモータ21を含めた各種の電気的制御を行う制御部などが設けられた駆動ユニット20と、モータ21に駆動用の電力を供給する二次電池などからなるバッテリ12と、ハンドル5などに取り付けられて、搭乗者などが操作可能で、当該電動アシスト自転車1の電源の切り換えや走行モードなどを設定変更可能な手元操作部18と、クランク軸7aと同軸心で一体的に回転するように取り付けられ、人力駆動力および補助駆動力が合わされた合力を出力する駆動力出力輪体としての駆動スプロケット(前スプロケット、クランクスプロケットや前ギヤとも称せられる)13と、後輪4のハブ(後ハブとも称する)9に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット(後ギヤとも称せられることがある)14と、駆動スプロケット13と後スプロケット14とにわたって回転可能な状態で無端状に巻回された無端状駆動力伝達体としてのチェーン15と、などを備えている。
そして、当該電動アシスト自転車1は、ペダル8からの踏力による人力駆動力に、モータ21により発生する補助駆動力を加えて走行可能であり、人力駆動力に補助駆動力を加えた合力が、駆動スプロケット13からチェーン15および後スプロケット14などを介して後輪4に伝達される。
なお、バッテリ12は蓄電器の一例であり、二次電池が好適であるが、キャパシタなどであってもよい。なお、クランク7は、左右にそれぞれ設けられるクランクアーム7bと、左右のクランクアーム7b同士を連結するクランク軸7aとなどからなり、クランクアーム7bの端部にペダル8が回転自在に取り付けられている。
図1に示すように、この電動アシスト自転車1では、駆動ユニット20が、前輪3と後輪4との間の中間位置、より詳しくはクランク軸7aが貫通される箇所に配設されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きい駆動ユニット20が、電動アシスト自転車1の前後方向中央に配置される。これにより、前輪3や後輪4を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動アシスト自転車1の車体(フレーム2など)の取り回しがよく、また、走行安定性も良好とされている。
図2に示すように、駆動ユニット20は、第1~第3のケース22a~22cからなるユニットケース22により外殻部などが構成され、駆動ユニット20(この実施の形態では駆動ユニット20の後部)をクランク軸7aが左右に貫通している。また、第1、第2のケース22a、22bの一部に、取付用ボルト(図示せず)などが挿通されて、当該駆動ユニット20をフレーム2(下パイプ2gの下端部近傍箇所や、立パイプ2dの下端部近傍箇所、チェーンステー2eの前端部近傍箇所など)に取り付ける取付部22dが設けられている。さらに、クランク軸7aの外周に、クランク軸7aからの人力駆動力が伝達される略筒状の人力伝達体28と、人力伝達体28からの人力駆動力が伝達される連動筒体23と、連動筒体23からの人力駆動力が一方向クラッチ(補助駆動力切断用の一方向クラッチ)30などを介して伝達されるとともに人力駆動力とモータ21からの補助駆動力とを合成した合力を駆動スプロケット13に伝達する合力伝達体29とが、配設されている。また、クランク軸7aや人力伝達体28、連動筒体23、合力伝達体29などは同軸心で配置されている。
また、駆動ユニット20のユニットケース22内には、モータ21の回転を減速して合力伝達体29側(この実施の形態では中間軸40)に伝達する減速機構25と、補助駆動力(アシスト力)駆動源としてのモータ21とが配設されている。駆動ユニット20のユニットケース22内には、各種の電気的制御を行う電子部品が設けられた基板(駆動基板や主基板とも称せられる)24も配設されており、基板24とこの基板に装着された電子部品などにより制御部が構成されている。なお、図2、図3に示すように、モータ21の回転軸21aの軸心と、クランク軸7aの軸心と、後述する中間軸40の軸心とは、互いに異なっている。また、この実施の形態では、前方から順にモータ21の回転軸21a、中間軸40、クランク軸7aが配置されている。しかし、これに限るものではなく、モータ21の回転軸21a、中間軸40、クランク軸7aが前後方向に逆の向きで配置されていてもよい。
また、駆動ユニット20内(詳しくは駆動ユニット20のユニットケース22内)に、クランク軸7aの両端部を除く部分と、人力伝達体28、連動筒体23、合力伝達体29、減速機構25、モータ21、後述するトルクセンサ31、回転検出体11、回転検出器(回転センサ)10などが設けられる。駆動ユニット20内で人力駆動力と補助駆動力とが合成され、この合成された合力が、駆動ユニット20の外(詳しくは駆動ユニット20のユニットケース22の外)に設けられた駆動スプロケット13から出力される。
駆動ユニット20についてさらに詳しく述べる。図2、図3に示すように、クランク軸7aが、駆動ユニット20の後部を左右に貫通した状態で軸受(クランク軸軸受)26、27により回転自在に配設されている。クランク軸7aにおける左側寄り部分の外周に、凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7cを介して、筒状の人力伝達体28がクランク軸7aと一体的に回転する状態で嵌め合わされている。なお、人力伝達体28の内周におけるクランク軸7aのスプライン(またはセレーション)7cに対応する箇所にも凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)28bが形成されてクランク軸7aのスプライン(またはセレーション)7cと噛み合っている。
人力伝達体28の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部31aが形成されている。また、磁歪発生部31aの外周に一定の隙間(空間)を介してコイル31bが配設されている。そして、これらの磁歪発生部31aおよびコイル31bにより磁歪式のトルクセンサ(人力検知部)31が構成されている。これにより、クランク軸7aからの人力駆動力が人力伝達体28に伝達されるとともに、トルクセンサ31により人力駆動力が検出される。また、この磁歪式のトルクセンサ31では、磁歪発生部31bが、人力伝達体28の軸心方向に対して例えば+45度と-45度とをなす螺旋形状に形成されている。そして、人力伝達体28に人力駆動力が伝達されると、人力伝達体28の表面の磁歪発生部31bに歪みが発生して透磁率の増加部分と減少部分とが発生するため、コイル31aのインダクタンス差を測定することでトルク(人力駆動力)の大きさを検出できるよう構成されている。本実施の形態では、トルクセンサ31として磁歪式のトルクセンサを用いたが、人力伝導体28の物理的な歪を検知する歪センサを人力伝達体28の外周表面に配置した歪感知式のトルクセンサを用いても良い。
連動筒体23は、クランク軸7aの外周における人力伝達体28の右側に隣接した箇所で、クランク軸7aに対して回転自在の状態で配設されている。人力伝達体28の右端部外周に形成されたスプライン(またはセレーション)28aと、連動筒体23の左端部内周に形成されたスプライン(またはセレーション)23aと、が嵌合されて、連動筒体23が人力伝達体28と一体的に回転する。なお、この実施の形態では、人力伝達体28のスプライン(またはセレーション)28aに、連動筒体23の左端部内周に形成されたスプライン(またはセレーション)23aが外側から嵌合されている。
また、この実施の形態では、連動筒体23の左側部分の外周に、連動筒体23の回転状態を検出するための回転検出体11が取り付けられている。また、回転検出体11を外周側から臨むように、クランク軸回転センサとしての回転検出器(回転センサ)10がユニットケース22側に取り付けられて固定されている。例えば、回転検出器10は、出射部と受光部とを有する光センサが回転検出体11の回転方向に並べられている(図示せず)。回転検出体11は、その外周側箇所に、くし(櫛)歯状に右側に延びる多数の歯部を有している。そして、回転検出体11の歯部がある場合には、出射された光が歯部で反射して回転検出器10により受けられる。これにより、光の入射状態と非入射状態とを回転検出器10の受光部により電気的に検知するとともに、この信号を制御部で入力して連動筒体23の回転数(回転量)および回転方向を検知する。なお、光センサに代えてホールICなどの磁気センサを設けて連動筒体23の回転数(回転量)および回転方向を検知してもよい。ここで、連動筒体23は人力伝達体28と一体的に回転し、人力伝達体28はクランク軸7aと一体的に回転する。これにより、連動筒体23の回転量および回転方向を検知して、クランク軸7aやペダル8の回転数(回転量)や回転方向も検知できる。
また、連動筒体23の右側部分の外周に、一方向クラッチ(補助駆動力切断用の一方向クラッチ)30を介して、合力伝達体29が配設されている。そして、ペダル8を漕いで前進している場合には、連動筒体23に伝達された人力駆動力が一方向クラッチ30を介して合力伝達体29に伝達される。
モータ21はモータ軸軸受32、33によりその回転軸21aおよびロータ21bが回転自在に支持されている。また、モータ21の回転軸21aが右側方に突出され、この突出部の外周に後述するモータ軸減速歯車39が形成されている。
減速機構25は、クランク軸7aと平行に配設された中間軸40と、合力伝達体29の左寄り部分に形成された大径の減速歯車(第1の減速歯車:クランク軸側減速歯車)36を含めた2対の減速歯車36~39などを有しており、2段の減速機構を構成している。そして、減速機構25は、クランク軸7aを通して伝達された人力駆動力とモータ21から伝達された補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を合力伝達体29に伝達する。
中間軸40は、駆動ユニット20の前後方向中央部において左右に延びてクランク軸7aと平行な姿勢で、軸受(中間軸軸受)34、35により回転自在に支持された状態で配設されている。中間軸40には、大径の第2の中間軸減速歯車37と、小径の第3の中間軸減速歯車38と、人力駆動力切断用の一方向クラッチ42とが取り付けられている。
人力駆動力切断用の一方向クラッチ42は、中間軸40の外周と第2の中間軸減速歯車37の内周との間に配設されており、ペダル8からの人力駆動力を切断するためのものである。すなわち、この一方向クラッチ42により、モータ21が駆動されずに補助駆動力が発生していない場合には、ペダル8からの人力駆動力が、人力駆動力切断用の一方向クラッチ42により切断されて、モータ21のロータ21bを回転させなくても済むように構成されている。一方、モータ21が駆動されて回転している場合には、中間軸40と第2の中間軸減速歯車37とが一方向クラッチ42を介して接続され、第2、第3の中間軸減速歯車37、38は中間軸40とともに一体的に回転する。
そして、モータ21の回転軸21aに形成された小径のモータ軸減速歯車39が大径の第2の中間軸減速歯車37に噛み合っているため、モータ21が回転されて補助駆動力が出力される場合に、モータ21の回転が減速され、モータ21からの補助駆動力のトルクが増幅されて中間軸40側に伝達される。また、小径の第3の中間軸減速歯車38は、合力伝達体29に一体形成された大径の第1の減速歯車36に噛み合っているため、中間軸40に伝達された補助駆動力のトルクがさらに増幅されて第1の減速歯車36に伝達される。そして、第1の減速歯車36が一体形成されている合力伝達体29において、人力駆動力とモータ21からの補助駆動力とが合成されて、駆動力出力輪体としての駆動スプロケット13から出力される。
ここで、図4~図10に拡大して示すように、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所の外径(詳しくは、外周部の直径)D1と人力伝達体28が嵌合される箇所の外径D2との半径方向差(クランク軸7aの軸心Xからの半径方向寸法の差)A1が、人力伝達体28のクランクアーム7bが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)28bの半径方向の差(いわゆる凹凸部の高低差)B1よりも小さくされている。また、この実施の形態では、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所にも、凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7dが形成され、これに対応して、クランクアーム7bにおけるクランク軸7aの嵌合箇所にも凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7eが形成されている。
すなわち、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所と、これに対応して人力伝達体28におけるクランク軸7aが嵌合する箇所とには、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有する凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7c、28bが形成されている。また、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所と、クランクアーム7bにおけるクランク軸7aが嵌合される箇所とにも、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とが所定角度毎に設けられてなる凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7d、7eが形成されている。また、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bに嵌合するスプライン(またはセレーション)7dの山部が設けられている箇所の直径である外径D1は、クランク軸7aにおける人力伝達体28に嵌合するスプライン(またはセレーション)7cの山部が設けられている箇所の直径である外径D2よりも大きく、人力伝達体27のクランク軸7aが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の内面に形成された内径(人力伝達体27のスプラインまたはセレーション7dの谷部間の直径)よりも小さく形成されている。そして、上記したように、クランクアーム7bが嵌合される箇所の外径D1と人力伝達体28が嵌合される箇所の外径D2との半径方向差(クランク軸7aの軸心Xからの半径方向寸法の差)A1が、人力伝達体28のクランクアーム7bが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)28bの半径方向の差(いわゆる凹凸部の高低差)B1よりも小さくされている。
また、図11にさらに拡大して示すように、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所と、人力伝達体28におけるクランク軸7aが嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間(いわゆる遊び)を有するように形成されている。この隙間の好適な寸法は、クランク軸7aと人力伝達体28との嵌合部であるスプライン(またはセレーション)7c、28bが設けられている箇所におけるm(モジュール)=d(基準円直径)/z(歯数)で示した場合に、クランク軸7aの山部とこれに対応する人力伝達体28の箇所との間の隙間Eは、0~0.25m(0より大きく(例えば0.001m以上)、0.25m以下)とすると好適である。また、クランク軸7aの谷部とこれに対応する人力伝達体28の箇所との間の隙間Fは、0~0.1m(0より大きく(例えば0.001m以上)、0.1m以下)すると好適である。なお、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所であるスプライン(またはセレーション)7cの高さ(半径方向寸法)は例えば2.25mとされているが、これに限るものではない。
また、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所に形成されているスプライン(またはセレーション)7cは、軸受26と嵌合している箇所まで延ばされて形成されている。すなわち、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)とクランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)との間の部分は、軸受(この実施の形態では左側に配置されている軸受)26により回転自在に支持されている。そして、クランク軸7aにおける軸受26により支持されている箇所の外径D3と、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション))の外径D2およびクランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の外径D1と、の半径方向差(クランク軸7aの軸心Xからの半径方向寸法の差)が、人力伝達体28のクランクアーム7bが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)28bの半径方向の差(いわゆる凹凸部の高低差)B1よりも小さくされている。なお、この実施の形態では、クランク軸7aにおける軸受26により支持されている箇所の外径D3が、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2と同じとされているが、これに限るものではない。
但し、図9、図10に示すように、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径(谷部径)T1は、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径(谷部径)T2より、小さい。このように、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径(谷部径)T1が、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径(谷部径)T2以下の場合、クランク軸への谷部の加工が容易である。また、この実施の形態では、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部および谷部の数が、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の山部および谷部の数の2倍とされており、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の山部となる箇所は、そのままクランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部に対応するように形成されている。すなわち、この実施の形態では、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の山部が、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部に対して、1つおきに(すなわち、隣り合う山部が周方向に2倍の角度毎に)形成されている。
また、図4、図5に示すように、この実施の形態では、クランク軸7aにおける軸受26の軸心方向両側(左側と右側)には、スプライン(スプライン(またはセレーション)7c)の山部の外周側部分が削られて溝部7fが形成され、これらの溝部7fに、軸受26を軸心方向に対して(すなわち、左右方向に対して)移動しないように位置決めをする規制部材43がそれぞれ嵌合されている。また、軸心方向に対して(すなわち、左右方向に対して)、両方の規制部材43の間の中間箇所には、スプライン(スプライン(またはセレーション)7c)の谷部と同じ深さで周方向に延びる溝部7gが形成され、この溝部7gに、径方向に対してクランク軸7aと人力伝達体28との間を密閉するオイルシール材44が配置されている。そして、このオイルシール材44により、ユニットケース22の外部から内部に水や泥が侵入することを防止できる。また、減速歯車36~39などに塗られている潤滑油が、駆動ユニット20内から、クランク軸7aと人力伝達体28との間の隙間を通って、駆動ユニット20の外部に洩れ出さないようになっている。
なお、この実施の形態では、クランクアーム7bにおけるクランク軸7aのスプライン(またはセレーション)7dと嵌合するスプライン(またはセレーション)7dに隣接して、内周側に突出する鍔状部7iが一体形成されている。そして、クランク軸7aにクランクアーム7bを組み付ける際には、クランクアーム7bの鍔状部7iがクランク軸7aに側方から突き当たるまで嵌合された後に、クランクアーム7bの外側から、固定用部材45の雄ねじ部45aをクランク軸7aの端部内周に形成されている雌ねじ部7hにねじ込んで、クランクアーム7bが外れないように固定されている。なお、46はクランクアーム7bと固定用部材45との間に挟み込まれるワッシャで、必要に応じて設ければよい。
上記構成によれば、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の外径D1と人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2との半径方向差A1が人力伝達体28のクランク軸7aが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7cの半径方向B1の差よりも小さい。また、本実施の形態では、さらに、クランク軸7aにおける軸受26により支持されている箇所の外径D3も人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2と同じである。したがって、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の直径(外径)を比較的大きくした場合でも、クランク軸7aにおける、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2を小さく抑えることができて、トルクセンサ31の大きさ(直径)も小さく抑えることができる。これにより、クランク軸7aと中間軸40との軸間距離を小さく抑えることができて、ひいては駆動ユニット20を小型化することが可能となる。
なお、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の外径D1と人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2との半径方向差A1は、人力伝達体28のクランク軸7aが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)28bの半径方向の差B1の90%以内が好適であり、さらに望ましくは、50%以内がより好適である。
また、上記実施の形態では、クランク軸7aにおける軸受26により支持されている箇所の外径D3と人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション))の外径D2およびクランクアーム7bが嵌合される箇所の外径D1との半径方向差A1が人力伝達体28のクランク軸7aが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)28bの半径方向の差B1よりも小さい。これによっても、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の直径(外径)を比較的大きくした場合でも、クランク軸7aにおける、軸受26により支持されている箇所の外径D3やクランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2を小さく抑えることができて、トルクセンサ31の大きさ(直径)も小さく抑えることができる。これにより、クランク軸7aと中間軸40との軸間距離を小さく抑えることができて、ひいては駆動ユニット20を小型化することが可能となる。
また、近年、自転車のボトムブラケット(クランク軸周辺部)の規格として、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が比較的大きいISIS規格(International Spline Interface Standard)などの規格があり、このような規格に対応すべく、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bとの連結嵌合部の直径を比較的大きくして、クランクアーム7bからクランク軸7aにより大きな力が作用しても十分な耐久性(強度)を有するよう構成した場合でも、上記のように、クランク軸7aにおける、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2を小さく抑えることができて、トルクセンサ31の大きさ(直径)も小さく抑えることができ、ひいては駆動ユニット20を小型化することが可能となる。
また、上記構成によれば、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)と、人力伝達体28におけるクランク軸7aが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)28b)との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間E、Fが形成されている。これにより、クランク軸7aと人力伝達体28との嵌合箇所において、圧入するなどして隙間なく嵌合させた場合と比較して、クランク軸7aを曲げようとする力(すなわち、トルクセンサ31のトルク検知に悪影響を及ぼす恐れがある力)が人力伝達体28に伝達することを低減することができる。
つまり、ペダル8が踏まれると、クランク軸7aには軸回転方向に捻れる力に加えて、軸心Xと直交する方向にクランク軸7aを曲げようとする力が働く。前記隙間E、Fがないと、クランク軸7aを曲げようとする力が、人力伝達体28を介してトルクセンサ31の磁歪発生部31aに直接伝達される。このクランク軸7aを曲げようとする力は、トルクセンサ31のトルク(軸回転方向に捻れる力)を検知するに際して、ノイズとなり悪影響を与えるため、トルクセンサ31の検出精度を低下させる。
これに対して、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)と、人力伝達体28におけるクランク軸7aが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)28b)との間に隙間E、Fを設けることで、クランク軸7aを曲げようとする力が人力伝達体28に伝達することが低減され、ひいては、トルクセンサ31の検出精度が低下し難くなり、ひいては、当該電動自転車1の信頼性を向上させることができる。
また、上記構成によれば、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部および谷部の数が、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の山部および谷部の数の2倍とされており、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の山部となる箇所は、そのままクランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部に対応するように形成されているので、クランク軸7aに作用する人力駆動力(踏力)を、多くの山部および谷部が形成されているスプライン(またはセレーション)7cを通して人力伝達体28に伝達することができるので、人力伝達体28の外周に磁歪発生部31bが形成されているトルクセンサ31によって良好な感度でトルクを検知することができる。つまり、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所であるスプライン(またはセレーション)7cの形状を、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所であるスプライン(またはセレーション)7dの形状と同じに形成した場合でも、クランク軸7aに人力伝達体28を嵌合されることは可能であるが、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部および谷部の数がより多いと、良好な感度(精度)でトルクを検出できて、信頼性が向上する。
また、クランク軸7aにおける人力伝達体28の嵌合箇所とクランクアーム7bの嵌合箇所との互いの山部の数を異ならせたり、谷部の直径を異ならせたりすることで、クランクアーム7bの、クランク軸7aの軸心方向(この実施の形態では左右方向)に対する位置規制を行って組み付けることも可能である。
また、上記構成によれば、径方向に対してクランク軸7aと人力伝達体28との間を密閉するオイルシール材44を設けることで、減速歯車36~39などに塗られている潤滑油が、駆動ユニット20内から、クランク軸7aと人力伝達体28との間の隙間を通って、駆動ユニット20の外部に洩れ出ることを良好に防止することができる。
また、上記実施の形態では、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bに嵌合するスプライン(またはセレーション)7dの山部が設けられている箇所の直径である外径D1が、クランク軸7aにおける人力伝達体28に嵌合するスプライン(またはセレーション)7cの山部が設けられている箇所の直径である外径D2よりも大きく形成されている場合を述べたが、これに限るものではない。すなわち、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bに嵌合するスプライン(またはセレーション)7dの山部が設けられている箇所の直径である外径D1が、クランク軸7aにおける人力伝達体28に嵌合するスプライン(またはセレーション)7cの山部が設けられている箇所の直径である外径D2よりも小さく形成されていてもよい。
また、図12~図15に示すように、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所の外径D1(詳しくは、外周部の直径)と、人力伝達体28が嵌合される箇所の外径D2とを同じ寸法としてもよい(第1の実施の形態の変形例)。すなわち、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bに嵌合するスプライン(またはセレーション)7dの山部が設けられている箇所の直径である外径D1と、クランク軸7aにおける人力伝達体28に嵌合するスプライン(またはセレーション)7cの山部が設けられている箇所の直径である外径D2とが、同じ寸法とされている。
また、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)とクランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)との間の部分は、軸受(この実施の形態では左側に配置されている軸受)26により回転自在に支持されているが、クランク軸7aにおける軸受26により支持されている箇所の外径D3も、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2およびクランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の外径D1と同じとされている。
上記構成によれば、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の外径D1と、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2と、が同じである(本実施の形態では、さらに、クランク軸7aにおける軸受26により支持されている箇所の外径D3も同じである)。したがって、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の直径(外径)を比較的大きくした場合でも、クランク軸7aにおける、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2を最小限に抑えることができて、トルクセンサ31の大きさ(直径)も最小限に抑えることができる。これにより、クランク軸7aと中間軸40との軸間距離を最小限に抑えることができて、ひいては駆動ユニット20を小型化することが可能となる。
また、上記実施の形態では、駆動ユニット20内で人力駆動力と補助駆動力とが合成され、この合成された合力が、駆動ユニット20の外(詳しくは駆動ユニット20のユニットケース22の外)に設けられた駆動スプロケット13から出力される構成(いわゆる一軸式の駆動ユニット20)の場合を述べたが、これに限るものではない。
図16に示すように、この実施の形態では、モータ21からの補助駆動力が、減速機構25の減速歯車37などを介して、駆動ユニット20’の外に露出する状態で回転自在に支持されている補助スプロケット61に出力される。すなわち、いわゆる二軸式の駆動ユニット20’である。そして、クランク軸7aと同軸心で回転自在の駆動スプロケット13からはペダル8に入力された人力駆動力のみが出力され、駆動力伝達手段としてのチェーン15により、人力駆動力とモータ21からの補助駆動力とが合成されて、後輪4側に出力される。なお、図15に示す実施の形態では、連動筒体23Aの回転が、一方向クラッチを介して伝達される補助連動筒体23Bに人力駆動力を出力する駆動スプロケット13が取り付けられている。
この実施の形態においても、クランク軸7aや、トルクセンサが設けられる駆動力伝達体28の嵌合部の構成や、クランク軸7aとクランクアーム7bとの嵌合部の構成は、上記実施の形態と同様である。なお、上記実施の形態と同様な作用を有する部材には、同じ符号を付す。
また、上記実施の形態と同様に、この実施の形態(第2の実施の形態)においても、図16および図6~図11に示すように、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所の外径(詳しくは、外周部の直径)D1と人力伝達体28が嵌合される箇所の外径D2との半径方向差(クランク軸7aの軸心Xからの半径方向寸法の差)A1が、人力伝達体28のクランクアーム7bが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)28bの半径方向の差(いわゆる凹凸部の高低差)B1よりも小さくされている。また、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所にも、凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7dが形成され、これに対応して、クランクアーム7bにおけるクランク軸7aの嵌合箇所にも凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7eが形成されている。
すなわち、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所と、これに対応して人力伝達体28におけるクランク軸7aが嵌合する箇所とには、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有する凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7c、28bが形成されている。また、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所と、クランクアーム7bにおけるクランク軸7aが嵌合される箇所とにも、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とが所定角度毎に設けられてなる凹凸部としてのスプライン(またはセレーション)7d、7eが形成されている。また、この実施の形態では、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bに嵌合するスプライン(またはセレーション)7dの山部が設けられている箇所の直径である外径D1は、クランク軸7aにおける人力伝達体28に嵌合するスプライン(またはセレーション)7cの山部が設けられている箇所の直径である外径D2よりも大きく、人力伝達体27のクランク軸7aが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の内面に形成された内径(人力伝達体27のスプラインまたはセレーション7dの谷部間の直径)よりも小さく形成されている。また、その他のクランク軸7aと、人力伝達体28、トルクセンサ31、クランクアームの連結構造は上記の第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様とされている。
また、図15にさらに拡大して示すように、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所と、人力伝達体28におけるクランク軸7aが嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間(いわゆる遊び)を有するように形成されている。
すなわち、この構成においても、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の外径D1と人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2との半径方向差が人力伝達体28のクランク軸7aが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としての(スプライン(またはセレーション)7c)の半径方向の差よりも小さい。この構成により、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の直径(外径)を比較的大きくした場合でも、クランク軸7aにおける、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2を小さく抑えることができて、トルクセンサ31の大きさ(直径)も小さく抑えることができる。これにより、クランク軸7aと中間軸40との軸間距離を小さく抑えることができて、ひいては駆動ユニット20を小型化することが可能となる。
上記第1、第2の実施の形態では、クランク軸7aが、補助駆動力を発生するモータ21が設けられている駆動ユニット20の内部を貫通する構造である場合を述べたが、これに限るものではない。
図17~図20は、本発明の第3の実施の形態に係る電動アシスト自転車50を示すもので、図17に示すように、この実施の形態の電動アシスト自転車50では、電動モータ21が前輪3のハブ(前ハブとも称する)16の内部に配設されている。また、制御部(図示せず)がバッテリ12の装着部近傍箇所などに配設されているが、制御部は、手元操作部などの他の箇所に配設されていてもよい。なお、電動モータ10は、前ハブ16の内部に配設される代わりに、後輪4のハブ(後ハブ)の内部に配設されていてもよい。なお、前記第1の実施の形態に係る電動アシスト自転車1と同様な構成要素には同符号を付す。
この実施の形態では、補助駆動力を発生する駆動ユニットは、前ハブ16(または後ハブ)の内部に設けられ、補助駆動力が、前輪3の前ハブ16または後輪4の後ハブから付加されるようになっている。一方、踏力による人力駆動力を検出するトルクセンサ31自体の構造は、上記実施の形態と同様とされている。
図18において簡略的に示すように、この実施の形態では、下パイプ2gの後端部と立パイプ2dの下端部とチェーンステー2eの前端部とが、ハンガ2hで連結された状態で配設されている。そして、図19、図20などに示すように、ハンガ2hの内部に、クランク軸7aが軸受26、27を介して回転自在に配設されるとともに、踏力に対応する力を検出するトルクセンサ31が配設されている。なお、図9において、駆動スプロケット13については、スパイダとも称される駆動スプロケット13におけるギヤ部13aを支持する部分のみを示す。
図20に示すように、この実施の形態では、ハンガ2hの内部に金属製の中筒51が配設され、中筒51の内側に設けられた軸受26、27を介してクランク軸7aなどが回転自在に支持されている。クランク軸7aの外周には、筒状の人力伝達体28や、駆動スプロケット13と連動する連動筒体23などが配置されている。なお、図19、図20における52は、ハンガ2h内に中筒などを挿入した状態で左側から嵌め込まれて固定する固定筒である。
図20に示すように、上記実施の形態と同様に、クランク軸17は、軸心方向の中間部に、人力駆動力を伝達する人力伝達体28が外周から嵌合されるスプライン(またはセレーション)7cが形成されており、これに対応して、人力伝達体28の左側部分の内周にも、クランク軸17のスプライン(またはセレーション)7cに嵌合するスプライン(またはセレーション)28bが形成されている。また、人力伝達体28と連動筒体23ともスプライン(またはセレーション)23a、28aを介して一体的に連動するように構成され、さらに、連動筒体23と駆動スプロケット13ともスプライン(またはセレーション)23b、13bを介して一体的に連動するように構成され、これにより、クランク軸7aの回転駆動力(人力駆動力)が、人力伝達体28および連動筒体23を介して、駆動スプロケット13に伝達されるよう構成され、さらに、チェーン15を介して後輪4側に伝達されるよう構成されている。なお、連動筒体23は、クランク軸7aの外周に回転自在に配置されており、連動筒体23の外周に組付けられた軸受27により、この連動筒体23およびクランク軸7aが回転自在に支持されている。
上記構成においても、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の外径D1と人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2との半径方向差(クランク軸7aの軸心Xからの半径方向寸法の差)A1が、人力伝達体28のクランクアーム7bが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としての半径方向差が、人力伝達体28のクランク軸7aが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差(いわゆる凹凸部の高低差)B1よりも小さくされている(図9~図11などを参照)。したがって、クランク軸7aにおける、クランクアーム7bが嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7d)の直径(外径)を比較的大きくした場合でも、クランク軸7aにおける、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2を小さく抑えることができて、トルクセンサ31の大きさ(直径)も小さく抑えることができる。これにより、ハンガ2hの直径を大きくしなくても、ハンガ2h内に、クランク軸7aおよびトルクセンサ31を支障なく配置することが可能となる。
また、近年、自転車のボトムブラケット(クランク軸周辺部)の規格として、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が比較的大きいISIS規格(International Spline Interface Standard)などの規格があり、このような規格に対応すべく、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bとの連結嵌合部の直径を比較的大きくして、クランクアーム7bからクランク軸7aにより大きな力が作用しても十分な耐久性(強度)を有するよう構成した場合でも、上記のように、クランク軸7aにおける、人力伝達体28が嵌合される箇所(スプライン(またはセレーション)7c)の外径D2を小さく抑えることができて、トルクセンサ31の大きさ(直径)も小さく抑えることができ、ひいてはハンガ2h内に、クランク軸7aおよびトルクセンサ31を支障なく配置することが可能となる。
また、上記構成によれば、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部および谷部の数が、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の山部および谷部の数の2倍とされており、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所の山部となる箇所は、そのままクランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部に対応するように形成されているので、クランク軸7aに作用する人力駆動力(踏力)を、多くの山部および谷部が形成されているスプライン(またはセレーション)7cを通して人力伝達体28に伝達することができるので、人力伝達体28の外周に磁歪発生部31bが形成されているトルクセンサ31によって良好な感度でトルクを検知することができる。つまり、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所であるスプライン(またはセレーション)7cの形状を、クランク軸7aにおけるクランクアーム7bが嵌合される箇所であるスプライン(またはセレーション)7dの形状と同じに形成した場合でも、クランク軸7aに人力伝達体28を嵌合されることは可能であるが、クランク軸7aにおける人力伝達体28が嵌合される箇所の山部および谷部の数がより多いと、良好な感度(精度)でトルクを検出できて、信頼性が向上する。
また、クランク軸7aにおける人力伝達体28の嵌合箇所とクランクアーム7bの嵌合箇所との互いの山部の数を異ならせたり、谷部の直径を異ならせたりすることで、クランクアーム7bの、クランク軸7aの軸心方向(この実施の形態では左右方向)に対する位置規制を行って組み付けることも可能である。
本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である各種の電動アシスト自転車およびこの電動アシスト自転車に取り付けられる各種の駆動ユニットに適用可能である。
1 電動アシスト自転車
2 フレーム
3 前輪
4 後輪
5 ハンドル
7 クランク
7a クランク軸
7b クランクアーム
7c、7d スプライン(またはセレーション)(凹凸部)
8 ペダル
12 バッテリ(蓄電器)
13 駆動スプロケット(駆動力出力輪体)
14 後スプロケット
15 チェーン(無端状駆動力伝達体)
20 駆動ユニット
21 モータ
23 連動筒体
28 人力伝達体
28b スプライン(またはセレーション)(凹凸部)
40 中間軸
2 フレーム
3 前輪
4 後輪
5 ハンドル
7 クランク
7a クランク軸
7b クランクアーム
7c、7d スプライン(またはセレーション)(凹凸部)
8 ペダル
12 バッテリ(蓄電器)
13 駆動スプロケット(駆動力出力輪体)
14 後スプロケット
15 チェーン(無端状駆動力伝達体)
20 駆動ユニット
21 モータ
23 連動筒体
28 人力伝達体
28b スプライン(またはセレーション)(凹凸部)
40 中間軸
Claims (11)
- ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータによる補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車であって、
ペダルからの人力駆動力がクランクアームを介して伝達されるクランク軸と、
クランク軸の外周に凹凸部を介して嵌め合わされ、外周にトルクセンサの歪発生部が形成されている人力伝達体と、
を有し、
クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする電動アシスト自転車。 - クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の外径は、人力伝達体が嵌合される箇所の外径よりも大きく、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成されたスプラインまたはセレーションの谷部間の直径よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の電動アシスト自転車。
- クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、
クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径は、人力伝達体が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の電動アシスト自転車。 - クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、
クランク軸における人力伝達体が嵌合される箇所と、人力伝達体におけるクランク軸が嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間を有することを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の電動アシスト自転車。 - クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所とに、それぞれスプラインまたはセレーションが形成されていることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の電動アシスト自転車。
- クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所と、人力伝達体が嵌合される箇所との間の部分が、軸受により回転自在に支持され、
クランク軸における前記軸受により支持されている箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径およびクランクアームが嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の電動アシスト自転車。 - クランク軸における、前記軸受の軸心方向両側に、前記軸受を軸心方向に対して位置決めをする規制部材が嵌合されていることを特徴とする請求項6に記載の電動アシスト自転車。
- クランク軸と前記軸受との間に、オイルシール材が配置されていることを特徴とする請求項6または7に記載の電動アシスト自転車。
- モータを有する駆動ユニットが設けられ、
クランク軸が駆動ユニットを貫通して配置されている
ことを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の電動アシスト自転車。 - クランク軸とは異なる軸心で回転する中間軸が設けられ、中間軸には減速歯車が取り付けられていることを特徴とする請求項9に記載の電動アシスト自転車。
- ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータによる補助駆動力を加えて走行可能である電動アシスト自転車に取り付けられ、前記モータを備えた駆動ユニットであって、
駆動ユニットを貫通して配置され、前記ペダルからの人力駆動力がクランクアームを介して伝達されるクランク軸と、
駆動ユニット内でクランク軸の外周に凹凸部を介して嵌め合わされ、外周にトルクセンサの歪発生部が形成されている人力伝達体と、
を有し、
クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする駆動ユニット。
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