JPH08216968A - 補助動力アシスト式自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】補助動力発生手段からのキックバックがペダル
に伝達されることを防止して乗車感を向上させる。 【構成】本発明に係る補助動力アシスト式自転車は、ク
ランク軸33の正転方向への回転のみを差動装置54の人力
入力ギヤ69に伝達し、その際にクランク軸33の回転速度
が人力入力ギヤ69の回転速度を上回ることを阻止する人
力側ワンウェイクラッチＡと、差動装置54の補助動力入
力ギヤ72の正転方向への回転のみを差動キャリア74に伝
達し、その際に補助動力入力ギヤ72の回転速度が差動キ
ャリア74の回転速度を上回ることを阻止する補助動力側
ワンウェイクラッチＢとを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車の車体に小型の
エンジンや電動モータ等の補助動力発生手段を搭載し、
その動力で人力をアシストすることによって登坂走行や
向い風を受けながらの走行を容易にした補助動力アシス
ト式自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような補助動力アシスト式自転車の
中で、差動装置を用いて人力と補助動力とを合成し、そ
の合力を駆動輪に効率良く伝達するようにしたものがあ
る。図13は、従来の補助動力アシスト式自転車における
差動装置の一例を示している。この差動装置αは、自転
車の駆動輪である後輪βの車軸γに設置されており、車
軸γ上に対向して回転自在に軸支された一対の大傘歯ギ
ヤδ，εと、これらの大傘歯ギヤδ，εに噛み合うよう
に設けられた複数の小傘歯ギヤζと、各小傘歯ギヤζを
その内周に軸支する内輪ηとを備えて構成されている。
内輪ηの外周にはスポークθを介して外輪（リム）κが
同軸的に固定され、この外輪κにタイヤλが嵌め込まれ
て後輪βが構成されている。

【０００３】一側の大傘歯ギヤδにはスプロケットμが
回転一体に設けられており、このスプロケットμには図
示しないエンジンや電動モータ等の補助動力発生手段が
もたらす補助動力がチェーンνを経て入力される。ま
た、他側の大傘歯ギヤεにはワンウェイクラッチξを介
してスプロケットπが設けられており、このスプロケッ
トπに人力、即ちペダル踏力がチェーンρを経て入力さ
れる。

【０００４】大傘歯ギヤδに補助動力を入力することな
く、人力のみによって走行する場合には、大傘歯ギヤδ
が停止して大傘歯ギヤεのみが回転するため、大傘歯ギ
ヤδと大傘歯ギヤεとの間に回転差（差動）が生じ、各
小傘歯ギヤζが自転しながら大傘歯ギヤδおよびεの周
りを公転する。この小傘歯ギヤζの公転速度が内輪η、
即ち後輪βの回転速度となる。この場合、後輪βの回転
速度は大傘歯ギヤεの回転速度に対して二分の一とな
る。

【０００５】この状態で補助動力を大傘歯ギヤδに入力
すると、大傘歯ギヤδと大傘歯ギヤε間の回転差が小さ
くなり、各小傘歯ギヤζの自転速度は遅くなるが公転速
度は速くなる。このようにして人力と補助動力とが合成
されて後輪βに伝達され、ペダル踏力が軽減される。

【０００６】ところで、このような補助動力アシスト式
自転車は、常に補助動力のアシスト比（人力と補助動力
の比率）が人力を上回ることのないように設定しないと
原動機付自転車の扱いとなり、運転に際して運転免許の
取得や車両の登録等が義務付けられる上に、車道以外で
の走行が出来なくなるので自転車としての手軽さが大幅
に損なわれてしまう。

【０００７】したがって、補助動力によるアシストを最
大限に利用しながらも自転車として手軽に乗れるように
するためには、アシスト比を常に１対１付近に設定する
ことが必要である。

【０００８】図13に示す補助動力アシスト式自転車の補
助動力発生手段が電動モータである場合は、図示しない
制御装置により、電動モータに印加されるバッテリ電流
が常に調整されて差動装置αの大傘歯ギヤδと大傘歯ギ
ヤεとの間に回転速度の差が生じないように制御され
る。これにより、人力と補助動力の比率が常に１対１付
近に設定されることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな差動装置αを備えた補助動力アシスト式自転車にお
いて、例えば定速走行中にペダルを急に強く踏み込んで
クランク軸の回転速度を上げ、その直後にペダルを停止
あるいは逆転させるというような運転（いわゆるシーソ
ー漕ぎ）を行った場合、次のような問題が起こり得る。

【００１０】即ち、ペダルが急に強く踏み込まれたこと
により、前記制御装置が人力と補助動力の大きさを釣り
合わせようとし、電動モータの出力を向上させる。とこ
ろが、これには若干の応答遅れが伴うため、実際に電動
モータの出力が向上した頃にはペダルが止められてい
る。

【００１１】この瞬間、人力が入力される大傘歯ギヤε
が無負荷状態となる一方、大傘歯ギヤδは電動モータの
出力向上により回転速度が上昇しようとする。そして、
各小傘歯ギヤζ（内輪η）には後輪βからの負荷が掛か
っているため、大傘歯ギヤδの回転速度上昇により差動
装置αが差動し、その反力が大傘歯ギヤεを逆転させよ
うとする。

【００１２】したがって、大傘歯ギヤεが逆転しようと
する力がチェーンρを経てペダルに伝わり、ペダルを踏
んでいる乗員の足にキックバックとして感じられる。こ
のキックバックは、ペダルを止める度に感じられるの
で、これにより乗車感が大幅に損なわれてしまう。

【００１３】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、補助動力発生手段からのキックバ
ックがペダルに伝達されることを防止して乗車感を向上
させることのできる補助動力アシスト式自転車を提供す
ることを目的とする。

【００１４】また、本発明のさらなる目的は、上記キッ
クバックを差動装置の部分で防止すると同時に、補助動
力発生手段として電動モータを使用する場合に、この電
動モータに流れる電流を制御することによって電気的な
面からもキックバックを防止可能にすることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る補助動力アシスト式自転車は、人力に
より回転駆動されるクランク軸と、このクランク軸の動
力が入力される人力入力ギヤと、補助動力発生手段から
の補助動力が入力される補助動力入力ギヤと、上記人力
入力ギヤおよび補助動力入力ギヤに噛み合う遊星ギヤ
と、上記遊星ギヤを保持して遊星ギヤの公転を人力と補
助動力の合力として出力する差動キャリアとを含んで構
成された差動装置を備えるとともに、上記人力入力ギヤ
と補助動力入力ギヤの回転速度が一致するように補助動
力発生手段の出力を制御する制御装置を備えた補助動力
アシスト式自転車において、上記クランク軸の正転方向
への回転のみを上記人力入力ギヤに伝達し、その際にク
ランク軸の回転速度が人力入力ギヤの回転速度を上回る
ことを阻止する人力側ワンウェイクラッチと、上記補助
動力入力ギヤの正転方向への回転のみを上記差動キャリ
アに伝達し、その際に補助動力入力ギヤの回転速度が差
動キャリアの回転速度を上回ることを阻止する補助動力
側ワンウェイクラッチとを設けた。

【００１６】

【作用】このように構成された補助動力アシスト式自転
車は、補助動力発生手段からのキックバックを招くよう
な運転、例えば定速走行中にペダルを急に強く踏み込
み、その直後にペダルを停止あるいは逆転させるといっ
た運転をした場合、次のように作用する。

【００１７】まず、定速走行中にペダルが急に強く踏み
込まれることにより、クランク軸と人力入力ギヤの回転
速度が上昇するため、制御装置が補助動力入力ギヤの回
転速度を人力入力ギヤの回転速度に合わせるべく補助動
力発生手段の出力を向上させる。

【００１８】しかし、これには若干の応答遅れが伴うた
め、補助動力発生手段の出力が向上した頃にはペダル回
転（クランク軸回転）が停止あるいは逆転していて人力
入力ギヤが差動装置の差動により逆方向に回転しようと
するので、差動キャリアの回転速度が低下している。こ
のため、補助動力入力ギヤの回転速度が差動キャリアの
回転速度を上回ろうとするが、前記補助動力側ワンウェ
イクラッチの作用により阻止され、結果的に差動装置が
ロックされる。

【００１９】したがって、補助動力入力ギヤの回転速度
上昇により差動装置が差動し、その反力で人力入力ギヤ
が逆転するといった事態が避けられ、このような人力入
力ギヤの逆転によるキックバックがペダルへ伝達される
ことが防止される。

【００２０】このように補助動力側ワンウェイクラッチ
が作用して差動装置がロックされると、補助動力アシス
ト式自転車が一時的に補助動力発生手段の動力のみで走
行することになる。補助動力発生手段が電動モータであ
る場合、差動装置をロックさせて電動モータの動力のみ
で走行するには電動モータに流す電流を急激に増加させ
なければならない。

【００２１】したがって、電動モータに流れる電流値の
急激な増加を抑えるような電流制御を行えば、ペダルが
停止あるいは逆転すると同時に電動モータの出力が急上
昇することがなくなり、電気的な面でもキックバックが
防止される。

【００２２】なお、差動装置のロックによって補助動力
アシスト式自転車が一時的に補助動力発生手段の動力の
みで走行することになった場合、補助動力発生手段の動
力が急激に差動キャリアを駆動しても、そのショックに
よるキックバック（人力入力ギヤを正転させる方向への
衝撃力）は前記人力側ワンウェイクラッチの作用により
ペダルには伝達されない。

【００２３】また、この人力側ワンウェイクラッチが設
けられたことにより、ペダルの逆転が軽くなり、普通の
自転車と同様な走行フィーリングが得られる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は、本発明に係る補助動力アシ
スト式自転車の左側面図である。

【００２５】この補助動力アシスト式自転車１は、パラ
レルチューブ型の車体フレーム２を備えており、この車
体フレーム２の中央下部に補助動力アシスト装置３が搭
載されている。

【００２６】車体フレーム２は、その前頭部にヘッドパ
イプ４が位置し、このヘッドパイプ４からアッパーチュ
ーブ５とロアーチューブ６が平行して後斜め下方に延び
ている。アッパーチューブ５の中間部とロアーチューブ
６の後端部付近は補強材７により連結され、アッパーチ
ューブ５の後端部は急角度に設けられたシートチューブ
８の下端部にシートラグ９を介して接合される。

【００２７】シートラグ９からは左右一対のジョイント
チューブ11が下方に向かって延びており、このジョイン
トチューブ11の下端部は左右に開かれ、車幅方向に延び
るパイプ状のチェーンラグ12が固着されている。そし
て、チェーンラグ12からは左右一対のチェーンステー13
が後方に向かって延びている。

【００２８】一方、シートチューブ８の上端部付近から
は左右一対のシートステー14が後斜め下方に延びてお
り、これらのシートステー14の下端部がリヤエンド15を
介してチェーンステー13の後端部に接合されている。

【００２９】ロアーチューブ６の後端部とチェーンラグ
12の下部には、それぞれ前部ブラケット16と後部ブラケ
ット17が固着されており、これら前後のブラケット16,1
7 に補助動力アシスト装置３がボルトで固定される。こ
のため、ロアーチューブ６の後端部は補助動力アシスト
装置３を介してチェーンラグ12に連結され、補助動力ア
シスト装置３が車体フレーム２の構造部材を兼ねる。

【００３０】車体フレーム２のヘッドパイプ４にはフロ
ントフォーク19が回動自在に軸支され、このフロントフ
ォーク19の下端部に前輪20が支持される。フロントフォ
ーク19の上部にはハンドルポスト21を介してハンドルバ
ー22が固定され、さらにフロントフォーク19には前輪20
を覆うフロントフェンダ23と、前輪制動用のフロントブ
レーキ24、そして荷物積載用のバスケット25等が回動一
体に設けられる。

【００３１】また、車体フレーム２の後端部に位置する
リヤエンド15には後輪26が軸支され、この後輪26を覆う
リヤフェンダ27がチェーンステー13とシートステー14お
よびリヤエンド15に固定され、後輪制動用のリヤブレー
キ28がシートステー14に設けられる。なお、リヤエンド
15には駐輪時に車体を立てるためのスタンド装置29も設
けられている。

【００３２】シートチューブ８には上方からシートポス
ト31が差し込まれて固定され、このシートポスト31の上
端部にサドル32が取り付けられる。一方、補助動力アシ
スト装置３には車幅方向に延びるクランク軸33が軸支さ
れており、このクランク軸33の両端部にクランク34Ｌお
よびクランク34Ｒが固定され、両クランク34Ｌ，34Ｒの
先端部にそれぞれペダル35が設けられている。

【００３３】また、クランク軸33には補助動力アシスト
装置３の右側に位置するドライブスプロケット36が軸装
されており、このドライブスプロケット36と、後輪26に
設けられたドリブンスプロケット37との間にチェーン38
が巻装されている。

【００３４】クランク軸33は、サドル32に着座した乗員
が足でペダル35を踏むことにより矢印で示す正転方向に
回転駆動され、ドライブスプロケット36はクランク軸33
と同方向に回転し、この回転がチェーン38によってドリ
ブンスプロケット37に伝達されて後輪26が駆動される。

【００３５】車体フレーム２のアッパーチューブ５とロ
アーチューブ６との間には、補助動力アシスト装置３に
内蔵された電動モータを作動させるためのバッテリパッ
ケージ40が固定されている。このバッテリパッケージ40
は、例えば15個のバッテリ41と図示しない充電器とが合
成樹脂製のバッテリケース42内に封入された構成となっ
ている。なお、補助動力アシスト装置３の上部には上記
電動モータの出力を制御する制御装置43が取り付けられ
ている（図３も参照）。

【００３６】図２は、図１のII-II 線に沿って展開した
補助動力アシスト装置３の横断面図であり、図３は図２
のIII-III 線に沿う縦断面図である。補助動力アシスト
装置３の外殻をなすケーシング44は、例えばアルミ合金
製であり、図２に示すように左側のケース半身44Ｌと、
右側のケース半身44Ｒとがボルト等で接合される構造と
なっている。

【００３７】ケーシング44の内部空間は、隔壁45を境に
前側が電動モータ室46、後側が差動装置室47に区画され
ており、差動装置室47の中心部にクランク軸33が軸受4
8,49によって回転自在に軸支されている。

【００３８】ケーシング44から左右に突出するクランク
軸33の両端部にはクランク34Ｌおよび34Ｒがボルト51で
固定される。また、クランク軸33の右寄りにはスプロケ
ットボス52が回転自在に軸装されており、このスプロケ
ットボス52にドライブスプロケット36が回転一体に固定
される。

【００３９】電動モータ室46内には前述の電動モータ53
が設置され、差動装置室47内には差動装置54が設置され
る。電動モータ53は補助動力を発生する補助動力発生手
段となるものであり、差動装置54は電動モータ53の補助
動力とクランク軸33の動力（人力）を合成して駆動輪で
ある後輪26に伝達するものである。

【００４０】電動モータ53のコイル55はケース半身44Ｒ
側にボルト56で固定されており、電動モータ53の主軸57
はクランク軸33に平行して軸受58,59 により回転自在に
軸支され、この主軸57にマグネットロータ60が回転一体
に設けられている。マグネットロータ60はコイル55を包
む椀状に形成されており、電動モータ53の作動時にはマ
グネットロータ60がコイル55の回りを周回して主軸57を
回転駆動する。

【００４１】電動モータ53の左側にはローラ式の遊星減
速機構62が設けられている。この遊星減速機構62は、ケ
ース半身44Ｌに固定されたリングローラ63と、このリン
グローラ63の内周面に接する例えば４個の遊星ローラ64
と、これらの遊星ローラ64を回転自在に軸支する減速キ
ャリア65とを備えて構成されており、減速キャリア65の
左側には一次ドライブギヤ66が回転一体に設けられてい
る。

【００４２】電動モータ53の主軸57の左端部には太陽ロ
ーラ67が同心的に形成されており、この太陽ローラ67が
４個の遊星ローラ64の間に圧入される。したがって、主
軸57が回転すると、固定されたリングローラ63と回転す
る太陽ローラ67との間で各遊星ローラ64が自転しながら
太陽ローラ67回りに公転し、これによって減速キャリア
65が減速駆動され、この減速キャリア65と一体に一次ド
ライブギヤ66が回転する。なお、電動モータ53の主軸57
（太陽ローラ67）はクランク軸33と同様に矢印で示す正
転方向に回転し、一次ドライブギヤ66も同じ方向に回転
する。

【００４３】ところで、この遊星減速機構62はローラ式
に構成されているが、例えば太陽ローラ67の外周にピニ
オンギヤを設け、リングローラ63をリングギヤ（内歯ギ
ヤ）に変更し、各遊星ローラ64を上記ピニオンギヤおよ
びリングギヤに噛み合う遊星ギヤに変更することによ
り、遊星減速機構62をギヤ式に構成してもよい。

【００４４】図４は、本発明の一実施例を示す補助動力
アシスト装置３の機構概念図である。図２〜図４に示す
ように、差動装置54はクランク軸33に対して同軸的に配
置されており、次のように構成されている。

【００４５】まず、クランク軸33に回転自在に軸支され
たスプロケットボス52の内側には、人力入力ギヤ69が人
力側ワンウェイクラッチＡを介して軸装されている。ま
た、人力入力ギヤ69の左側には筒状のクラッチスリーブ
70がクランク軸33に対して回転自在に、かつ軸方向へも
摺動自在に挿入されている。

【００４６】クラッチスリーブ70の外周部にはスプライ
ン71が形成されており、このスプライン71には補助動力
入力ギヤ72が嵌合されている。したがって、補助動力入
力ギヤ72はクラッチスリーブ70に回転一体であるととも
にクラッチスリーブ70の軸方向に摺動自在であり、しか
もクラッチスリーブ70とともにクランク軸33の周囲を自
由に回転することができる。なお、人力入力ギヤ69と補
助動力入力ギヤ72の歯数は同一に設定されている。

【００４７】クラッチスリーブ70と人力入力ギヤ69の間
にはドッグクラッチ73が設けられている。このドッグク
ラッチ73の一方の噛み合い部はクラッチスリーブ70の右
側の端部に形成され、他方の噛み合い部は人力入力ギヤ
69の左側面に形成されている。クラッチスリーブ70が人
力入力ギヤ69側に摺動すると、ドッグクラッチ73が結合
し、クラッチスリーブ70と人力入力ギヤ69、ならびに補
助動力入力ギヤ72が全て回転一体となる。

【００４８】そして、差動キャリア74がクランク軸33回
りに回転自在に設けられている。この差動キャリア74
は、差動装置54の出力部となるもので、左側のキャリア
半身74Ｌと右側のキャリア半身74Ｒとからなり、キャリ
ア半身74Ｌは補助動力入力ギヤ72の左側部に一体形成さ
れたキャリアボス75に補助動力側ワンウェイクラッチＢ
を介して軸支され、キャリア半身74Ｒはスプロケットボ
ス52に一体的に設けられている。なお、図４には差動装
置54の構造を解りやすくするために差動キャリア74を太
線状に省略して記入してある。

【００４９】差動キャリア74には、人力入力ギヤ69に噛
み合う一対の第一遊星ギヤ76と、補助動力入力ギヤ72に
噛み合う一対の第二遊星ギヤ77とが回転自在に保持され
ており、第一遊星ギヤ76と第二遊星ギヤ77は互いに噛み
合わされている。なお、第一遊星ギヤ76と第二遊星ギヤ
77の歯数は同一に設定されている。

【００５０】図５は図４のＶ矢視図で、人力入力ギヤ69
と補助動力入力ギヤ72と第一および第二遊星ギヤ76,77
の位置関係を示している（差動キャリア74は非図示）。
本実施例では、第一遊星ギヤ76と第二遊星ギヤ77が一対
ずつ差動キャリア74に支持されているが、例えば二対以
上設けてもよい。

【００５１】図６は、図２のVI-VI 線に沿う人力側ワン
ウェイクラッチＡの縦断面図であり、図７は図２のVII-
VII 線に沿う補助動力側ワンウェイクラッチＢの縦断面
図である。

【００５２】人力側ワンウェイクラッチＡは、人力入力
ギヤ69の内周面に例えば３か所のローラホルダA1が形成
され、これらのローラホルダA1内にローラA2が保持され
た構成となっている。ローラホルダA1とクランク軸33の
外周面とに区画される空間は、クランク軸33の正転方向
（矢印の方向）に向かって狭くなる楔形状となってい
る。

【００５３】このため、クランク軸33が正転方向へ回転
した場合には、各ローラA2が各ローラホルダA1内を正転
方向に向かって転動し、ローラA2の楔作用によってクラ
ンク軸と人力入力ギヤ69とが回転一体となる。また、ク
ランク軸33が逆転した場合にはローラA2の楔作用がなく
なるため、人力入力ギヤ69は逆転せずクランク軸33のみ
が逆転する。

【００５４】したがって、この人力側ワンウェイクラッ
チＡにより、クランク軸33の正転方向への回転のみが人
力入力ギヤ69に伝達され、その際にクランク軸33の回転
速度が人力入力ギヤ69の回転速度を上回ることが阻止さ
れる。

【００５５】また、補助動力側ワンウェイクラッチＢ
は、キャリア半身74Ｌの内周面に例えば３か所のローラ
ホルダB1が形成され、これらのローラホルダB1内にロー
ラB2が保持された構成となっている。ローラホルダB1と
キャリアボス75の外周面とに区画される空間は、キャリ
アボス75の正転方向（矢印の方向）に向かって狭くなる
楔形状とされている。

【００５６】このため、キャリアボス75（補助動力入力
ギヤ72）が正転方向へ回転した場合には、各ローラB2が
各ローラホルダB1内を正転方向に向かって転動し、ロー
ラB2の楔作用によってキャリアボス75とキャリア半身74
Ｌ（差動キャリア74）とが回転一体となる。また、キャ
リアボス75が逆転した場合にはローラB2の楔作用がなく
なるため、キャリア半身74Ｌは逆転せずキャリアボス75
のみが逆転する。

【００５７】したがって、この補助動力側ワンウェイク
ラッチＢにより、補助動力入力ギヤ72の正転方向への回
転のみが差動キャリア74に伝達され、その際に補助動力
入力ギヤ72の回転速度が差動キャリア74の回転速度を上
回ることが阻止される。

【００５８】以上のように構成された差動装置54の左方
には二次ドリブンギヤ79が設置されている。この二次ド
リブンギヤ79は、クラッチスリーブ70に隣接してクラン
ク軸33に対し回転自在に、かつ軸方向には不動に軸支さ
れている。そして、二次ドリブンギヤ79とクラッチスリ
ーブ70との間にはドッグクラッチ80が設けられている。
このドッグクラッチ80は、クラッチスリーブ70が二次ド
リブンギヤ79側に摺動した際に結合し、クラッチスリー
ブ70と二次ドリブンギヤ79とを回転一体にするクラッチ
である。

【００５９】なお、二次ドリブンギヤ79の左方には円盤
状のセンサプレート81がクランク軸33に対し回転一体に
設けられており、このセンサプレート81の外周部には等
間隔で切欠き82が形成されている。一方、ケーシング44
（ケース半身44Ｌ）にはセンサプレート81の外周部に対
向するクランク軸回転センサ83が設置されている。この
ため、クランク軸33が回転すると、センサプレート81が
一体回転し、クランク軸回転センサ83がセンサプレート
81の切欠き82の動きを読み取ることによってクランク軸
33の回転速度が検出される。

【００６０】また、電動モータ53の主軸57とクランク軸
33との間にはアイドル軸84が架設されており、その両端
部はスプライン結合等によりケーシング44に固定されて
いる。アイドル軸84に設けられている中間ワンウェイク
ラッチ85のアウターボス86は軸受87,88 によってアイド
ル軸84に軸支され、このアウターボス86には大径な一次
ドリブンギヤ90と小径な二次ドライブギヤ91が回転一体
に設けられている。

【００６１】一次ドリブンギヤ90は一次ドライブギヤ66
に噛み合い、二次ドライブギヤ91は二次ドリブンギヤ79
に噛み合っている。また、中間ワンウェイクラッチ85
は、一次ドリブンギヤ90と二次ドライブギヤ91が図３お
よび図４中に示す矢印の方向に回転することのみを許容
する。

【００６２】したがって、電動モータ53からの補助動力
は、遊星減速機構62、一次ドライブギヤ66、一次ドリブ
ンギヤ90、二次ドライブギヤ91、二次ドリブンギヤ79の
順に伝達され、３段階に減速されてクラッチスリーブ70
に伝達される。

【００６３】ところで、クラッチスリーブ70の近傍には
切換機構92が設けられている。この切換機構92は、乗員
の任意の操作によってクラッチスリーブ70をクランク軸
33の軸方向に摺動させ、ドッグクラッチ73およびドッグ
クラッチ80を結合あるいは開放させる機構であり、以下
のように構成されている。

【００６４】図２および図８，図９に示すように、クラ
ッチスリーブ70の左端部には切換リング93が軸受94を介
してクラッチスリーブ70に対し回転自在に、かつ３個の
サークリップ95,96,97を用いて軸方向には不動に設けら
れている。

【００６５】この切換リング93の左側部とケース半身44
Ｌのインナーパネル44ａとの間にはスラストカム99が形
成されており、このスラストカム99の形状は、切換リン
グ93がクランク軸33の正転方向に回動した際に、図10に
示すように切換リング93をインナーパネル44ａから距離
Ｗだけ離反させるような斜面カム形状となっている。

【００６６】切換リング93には円周方向に突出するレバ
ー100 が一体に形成されており、このレバー100 には軸
101 によりケーブル受102 が首振り自在に設けられ、ケ
ーブル受102 に操作ケーブル103 のインナーケーブル10
4 末端部が係止されている。

【００６７】ケーシング44の上部には、操作ケーブル挿
通ボス105 が形成されており、この部分にケーブルスト
ッパ106 がサークリップ107 、固定プレート108 および
ビス109 を用いて固定されている。インナーケーブル10
4 はこのケーブルストッパ106 を貫通し、操作ケーブル
103 のアウターケーブル110 の端部がケーブルストッパ
106 の外部に保持される。なお、111 は防水キャップで
ある。

【００６８】ケーブルストッパ106 とケーブル受102 と
の間にはリターンスプリング112 が弾装されており、こ
れによって切換リング93がクランク軸33の正転方向とは
逆の回転方向に付勢されている。

【００６９】操作ケーブル103 の他端は補助動力アシス
ト式自転車１のハンドルバー22等に設けられた図示しな
い操作部に接続されており、この操作部を乗員が操作す
ると、インナーケーブル104 がリターンスプリング112
の付勢力に抗して切換リング93のレバー100 を100aの位
置まで引き、切換リング93がクランク軸33の回転方向に
回される。このため、スラストカム99の作用により切換
リング93がクラッチスリーブ70とともに人力入力ギヤ69
側に距離Ｗだけ移動する（図11および図12参照）。

【００７０】このようにクラッチスリーブ70が人力入力
ギヤ69側に移動すると、ドッグクラッチ73が結合される
ことによって人力入力ギヤ69と補助動力入力ギヤ72とが
クラッチスリーブ70を介して回転一体となる。このた
め、人力入力ギヤ69，補助動力入力ギヤ72，第一遊星ギ
ヤ76，第二遊星ギヤ77が差動キャリア74とともに一体回
転するようになる。また、ドッグクラッチ80の結合が解
かれるので、遊星減速機構62から二次ドリブンギヤ79ま
での動力伝達系統が差動装置54に対して分離される。

【００７１】切換機構92を操作せずにおけば、図２およ
び図４に示すようにクラッチスリーブ70が二次ドリブン
ギヤ79寄りに位置するため、ドッグクラッチ80が結合さ
れ、ドッグクラッチ73は開放される。このため、電動モ
ータ53からの補助動力が二次ドリブンギヤ79およびクラ
ッチスリーブ70を経て補助動力入力ギヤ72に入力され
る。一方、人力、即ち乗員がペダル35を踏む力は、クラ
ンク34Ｌ，34Ｒおよびクランク軸33を経て人力入力ギヤ
69に入力される。

【００７２】そして、人力入力ギヤ69と補助動力入力ギ
ヤ72の回転により第一遊星ギヤ76および第二遊星ギヤ77
が公転し、この公転が差動キャリア74の回転となる。即
ち、差動装置54において人力と補助動力が合成され、そ
の合力が差動キャリア74から出力される。この差動キャ
リア74の回転は、キャリアボス52を介してドライブスプ
ロケット36に伝達され、ドライブスプロケット36の回転
がチェーン38およびドリブンスプロケット37を経て後輪
26に伝えられる。

【００７３】このように、電動モータ53のアシストを受
けることによってペダル35の踏力が大幅に低減され、走
行が非常に楽になる。なお、人力と補助動力とに差があ
る場合には、人力入力ギヤ69と補助動力入力ギヤ72の回
転速度に差が生じるので差動装置54が差動し、第一遊星
ギヤ76および第二遊星ギヤ77が自転することによって両
ギヤ69,72 の平均回転速度が差動キャリア74から出力さ
れる。

【００７４】人力入力ギヤ69と補助動力入力ギヤ72が同
じ回転速度になった時、つまり差動装置54が差動しなく
なった時には、人力と補助動力の比率が１対１となり、
理想的な動力比率となる。

【００７５】ところで、制御装置43は、クランク軸回転
センサ83から入力されるクランク軸33の回転速度と、図
示しないモータ回転センサから入力される電動モータ53
の回転速度の情報をもとにバッテリ41の電流を電動モー
タ53に印加し、常に人力と補助動力とが１対１の比率に
なるように、即ち差動装置54の人力入力ギヤ69と補助動
力入力ギヤ72の回転速度が同調するように電動モータ53
の出力を制御する。また、制御装置43は、例えばクラン
ク軸33あるいは電動モータ53の回転速度が一定以上にな
った時には走行速度が過大になったと見なして電動モー
タ53の出力を低下させる。

【００７６】また、電動モータ53の補助動力が付与され
なくなった場合（例えばバッテリ41の全放電時）には、
切換機構92を操作してクラッチスリーブ70を人力入力ギ
ヤ69側に摺動させ、ドッグクラッチ73を結合させるとと
もにドッグクラッチ80の結合を開放した状態で人力走行
を行う。

【００７７】こうすれば、差動装置54の差動がロックさ
れるとともに、遊星減速機構62から二次ドリブンギヤ79
までの動力伝達系統が差動装置54に対して分離されるた
め、クランク軸33の回転が減速なしでドライブスプロケ
ット36に伝達され、その際に動力伝達系統の回転抵抗や
回転慣性力が加わることもなく、普通の自転車と同様に
軽快に走行することができる。

【００７８】このように構成された補助動力アシスト式
自転車１は、電動モータ53からのキックバックが来るよ
うな運転、例えば定速走行中にペダル35を急に強く踏み
込み、その直後にペダル35を停止あるいは逆転させると
いった運転をしても、差動装置54に設けられた人力側ワ
ンウェイクラッチＡおよび補助動力側ワンウェイクラッ
チＢの作用により、キックバックがペダル35に伝達され
ることはない。

【００７９】つまり、補助動力アシスト式自転車１の定
速走行中にペダル35が急に強く踏み込まれることによ
り、クランク軸33と人力入力ギヤ69の回転速度が上昇す
るため、制御装置43が補助動力入力ギヤ72の回転速度を
人力入力ギヤ69の回転速度に合わせるべく電動モータ53
の出力を向上させる。

【００８０】ところが、これには若干の応答遅れが伴う
ため、電動モータ53の出力が向上した頃にはペダル35
（クランク軸33）の回転が停止あるいは逆転していて人
力入力ギヤ69が差動装置54の差動により逆方向に回転し
ようとするので、差動キャリア74の回転速度が低下す
る。このため、補助動力入力ギヤ72の回転速度が差動キ
ャリア74の回転速度を上回ろうとするが、補助動力側ワ
ンウェイクラッチＢの作用により阻止され、結果的に差
動装置54がロックされる。

【００８１】したがって、補助動力入力ギヤ72の回転速
度上昇により差動装置54が差動し、その反力で人力入力
ギヤ69が逆転するといった事態が避けられ、このような
人力入力ギヤ69の逆転によるキックバックがペダル35へ
伝達されることが防止される。

【００８２】また、このように補助動力側ワンウェイク
ラッチＢが作用して差動装置54がロックされると、補助
動力アシスト式自転車１が一時的に電動モータ53の動力
のみで走行することになるが、差動装置54をロックさせ
て電動モータ53の動力のみで走行すると電動モータ53に
加わる負荷が約２倍になるので、電動モータ53に流す電
流を急激に増加させる必要がある。

【００８３】したがって、電動モータ53に流れる電流値
の急激な増大を抑えるような電流制御を制御装置43に行
わせれば、ペダル35が停止あるいは逆転すると同時に電
動モータ53の出力が急上昇することがなくなり、電気的
な面からもキックバックを効果的に阻止することができ
る。

【００８４】このように、電動モータ53の出力が急上昇
しないように電動モータ53への電流を制御することと、
電動モータ53の出力が急上昇した際に補助動力側ワンウ
ェイクラッチＢによって差動装置54をロックさせること
の両面から、ペダル35へ加わるキックバックを確実に防
止することができ、これによって補助動力アシスト式自
転車１の乗車感を大きく向上させることができる。

【００８５】なお、差動装置54のロックによって補助動
力アシスト式自転車１が一時的に電動モータ53の動力の
みで走行することになった場合、仮に電動モータ53の動
力が急激に差動キャリア74を駆動しても、そのショック
によるキックバック（人力入力ギヤ69を正転させる方向
への衝撃力）は人力側ワンウェイクラッチＡの作用によ
りペダル35には伝達されない。

【００８６】また、この人力側ワンウェイクラッチＡが
設けられたことにより、ペダル35の逆転が軽くなり、普
通の自転車と同様な走行フィーリングが得られる。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る補助
動力アシスト式自転車は、クランク軸の正転方向への回
転のみを差動装置の人力入力ギヤに伝達し、その際にク
ランク軸の回転速度が人力入力ギヤの回転速度を上回る
ことを阻止する人力側ワンウェイクラッチと、差動装置
の補助動力入力ギヤの正転方向への回転のみを差動キャ
リアに伝達し、その際に補助動力入力ギヤの回転速度が
差動キャリアの回転速度を上回ることを阻止する補助動
力側ワンウェイクラッチとを設けたことを特徴とするも
のである。

【００８８】このため、補助動力発生手段からのキック
バックが来るような運転、例えば定速走行中にペダルを
急に強く踏み込み、その直後にペダルを停止あるいは逆
転させるといった運転をしても、上記人力側ワンウェイ
クラッチおよび補助動力側ワンウェイクラッチの作用に
より、機械的、かつ電気的にもキックバックを阻止し、
乗車性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る補助動力アシスト式自転車の左側
面図。

【図２】図１のII-II 線に沿って展開した補助動力アシ
スト装置の横断面図。

【図３】図２のIII-III 線に沿う縦断面図。

【図４】本発明の一実施例を示す補助動力アシスト装置
の機構概念斜視図。

【図５】図４のＶ矢視図。

【図６】図２のVI-VI 線に沿う人力側ワンウェイクラッ
チの縦断面図。

【図７】図２のVII-VII 線に沿う補助動力側ワンウェイ
クラッチの縦断面図。

【図８】図２のVIII-VIII 矢視図。

【図９】図８のIX矢視図。

【図１０】切換リングがスラストカムの作用によって押
圧された状態を示す図。

【図１１】差動装置がロックされた状態を示す補助動力
アシスト装置の横断面図。

【図１２】差動装置がロックされた状態を示す補助動力
アシスト装置の機構概念斜視図。

【図１３】従来の技術を示す補助動力アシスト式自転車
の差動装置の平面図。

【符号の説明】

１ 補助動力アシスト式自転車 ２ 車体フレーム ３ 補助動力アシスト装置 33 クランク軸 36 ドライブスプロケット 37 ドリブンスプロケット 38 チェーン 41 バッテリ 43 制御装置 53 補助動力発生手段としての電動モータ 54 差動装置 69 人力入力ギヤ 70 クラッチスリーブ 72 補助動力入力ギヤ 73，80 ドッグクラッチ 74 差動キャリア 76 第一遊星ギヤ 77 第二遊星ギヤ 85 中間ワンウェイクラッチ 92 切換機構 Ａ 人力側ワンウェイクラッチ Ｂ 補助動力側ワンウェイクラッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力により回転駆動されるクランク軸33
   と、このクランク軸33の動力が入力される人力入力ギヤ
   69と、補助動力発生手段（電動モータ53）からの補助動
   力が入力される補助動力入力ギヤ72と、人力入力ギヤ69
   および補助動力入力ギヤ72に噛み合う遊星ギヤ76,77
   と、この遊星ギヤ76,77 を保持して遊星ギヤ76,77 の公
   転を人力と補助動力の合力として出力する差動キャリア
   74とを含んで構成された差動装置54を備えるとともに、
   人力入力ギヤ69と補助動力入力ギヤ72の回転速度が同調
   するように補助動力発生手段の出力を制御する制御装置
   43を備えた補助動力アシスト式自転車において、クラン
   ク軸33の正転方向への回転のみを人力入力ギヤ69に伝達
   し、その際にクランク軸33の回転速度が人力入力ギヤ69
   の回転速度を上回ることを阻止する人力側ワンウェイク
   ラッチＡと、補助動力入力ギヤ72の正転方向への回転の
   みを差動キャリア74に伝達し、その際に補助動力入力ギ
   ヤ72の回転速度が差動キャリア74の回転速度を上回るこ
   とを阻止する補助動力側ワンウェイクラッチＢとを設け
   たことを特徴とする補助動力アシスト式自転車。