JPH0986475A - 補助動力アシスト式自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】補助動力によるアシスト比を制御できるように
するとともに、ペダル踏力および補助動力の大きさを把
握可能にする。 【解決手段】合力装置55を、出力回転部材65と、ボール
スプライン93を介して回転一体かつ軸方向に移動自在に
設けられた合力回転部材80と、ペダル踏力伝達部材56
と、補助動力伝達部材61と、ペダル踏力に比例するスラ
スト分力を作用させるペダル踏力伝達トルクカム99と、
補助動力を伝達すると同時にスラスト分力を作用させる
補助動力伝達トルクカム100 と、中立位置Ｅに保つコイ
ルスプリング102L,102R と、移動方向および移動量を検
出するポジションセンサ106 と、上記２つのスラスト分
力の強度差を検知し、電動モータ31の出力を制御する制
御装置とを備え、カム99カム100 を、回転自在に設けら
れて回転中心軸がクランク軸11に直交するカムローラ97
Ｒ，97Ｌと、カム溝95Ｒ，95Ｌとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車の車体に電
動モータを搭載し、その補助動力でペダル踏力をアシス
トすることで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に
は、クランク軸に加わるペダル踏力と電動モータの補助
動力とを合成し、その合力を駆動輪側に出力する合力装
置が設けられている。この合力装置としては、従来から
遊星ギヤ装置や差動装置等が広く用いられている。

【０００３】合力装置によりペダル踏力と補助動力とを
合成する際には、補助動力によるアシスト比、即ちペダ
ル踏力と補助動力の比率が常に一定になるように、好ま
しくはアシスト比が常に１対１になるように電動モータ
の出力を制御し、ペダルを踏んだ感覚を自然にして補助
動力アシスト式自転車の走行フィーリングを良好に保つ
必要がある。そして、いかなる場合でも補助動力がペダ
ル踏力を上回ることがないよう、特に注意しなければな
らない。

【０００４】従来の補助動力アシスト式自転車は、ペダ
ル踏力を専用の検出手段（トルクセンサ等）により検出
して、その信号を制御装置（小型のＣＰＵ等）に入力
し、この制御装置がペダル踏力に合わせて電動モータに
流す電流を制御し、アシスト比を１対１あるいは任意の
比率に設定していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ペダル
踏力を検出する検出手段の精度や、電流値に対する電動
モータの出力特性、あるいは合力装置のフリクションロ
ス等は、各個体毎に僅かずつ差があり、これらの小さな
差が累積されれば、アシスト比が容易に変動してしま
う。

【０００６】故に、アシスト比を正確に１対１あるいは
任意の比率に設定するには、ペダル踏力検出手段の精度
を始め、電動モータの出力特性、合力装置のフリクショ
ンロス等を厳密に全数チェックし、これらを全部組み立
ててから再度電動モータの出力をチェックする必要があ
り、このような組立方法を採ることにより多大なコスト
アップと生産性の低下を余儀なくされる。

【０００７】しかも、仮に新車時にバッテリが正しく充
電された条件の元でアシスト比が１対１であったとして
も、万一バッテリが過充電されて電動モータの出力が向
上した場合や、慣らし運転後に合力装置のフリクション
ロスが軽減して相対的に電動モータの出力が向上した場
合には、補助動力がペダル踏力を上回る場合があるの
で、必ずしもアシスト比が１対１にならない。

【０００８】もし補助動力がペダル踏力を上回ると、補
助動力アシスト式自転車の走行フィーリングが不自然に
なるばかりか、乗員が予期しない加速力がもたらされる
ため、この事態を避けるために予め電動モータの出力を
小さめに設定し、バッテリが過充電されたり合力装置の
フリクションロスが軽減した場合でも補助動力がペダル
踏力を上回らないようにする必要がある。

【０００９】ところが、バッテリが過充電されたり合力
装置のフリクションロスが軽減した場合に備えて予め電
動モータの出力を小さめに設定すると、バッテリが正し
く充電されている時や、合力装置のフリクションロスの
大きい新車時においては電動モータの出力が低くなり過
ぎ、やはりアシスト比を１対１に保つことができない。
なお、バッテリの電圧が低下している時には電動モータ
の出力が一段と弱まり、一層アシスト比が小さくなる。

【００１０】また、従来の合力装置として用いられてい
た遊星ギヤ装置や差動装置はフリクションロスが大きく
て微小なトルク変動等に追従できなかったため、この点
でもアシスト比を正確に定めにくかった。

【００１１】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、電動モータの補助動力によるアシ
スト比を正確に１対１または任意の比率に容易に制御す
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。

【００１２】また、これに関連する本発明のもう一つの
目的は、合力装置に加わるペダル踏力および補助動力の
大きさをより正確に把握可能にすることにある。

【００１３】そして、本発明のもう一つの別な目的は、
合力装置の分解、組立性を損なわずに各部の材質を異な
らせて合力装置の耐久性を向上させるとともに、合力装
置内部のデッドスペースを有効に活用して合力装置の大
形化を防ぐことにある。

【００１４】

【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、請求項
１に記載したように、ペダル踏力により回転駆動される
クランク軸と、補助動力を発生する電動モータと、上記
ペダル踏力および補助動力を合成し、その合力を駆動輪
側に出力する合力装置とを備え、上記合力装置を、クラ
ンク軸に軸支されて駆動輪側にペダル踏力および補助動
力の合力を伝達する出力回転部材と、ボールスプライン
を介して上記出力回転部材に回転一体かつ軸方向に移動
自在に設けられた合力回転部材と、この合力回転部材に
ペダル踏力を伝達するペダル踏力伝達部材と、合力回転
部材に補助動力を伝達する補助動力伝達部材と、上記ペ
ダル踏力伝達部材からのペダル踏力を合力回転部材に伝
達すると同時にペダル踏力に比例する強度を持つスラス
ト分力をクランク軸の軸方向に沿って合力回転部材の一
側から作用させるペダル踏力伝達トルクカムと、上記補
助動力伝達部材からの補助動力を合力回転部材に伝達す
ると同時に補助動力に比例する強度を持つスラスト分力
をクランク軸の軸方向に沿って合力回転部材の他側から
作用させる補助動力伝達トルクカムと、合力回転部材を
軸方向移動範囲の中立位置に保つ付勢手段と、上記２つ
のスラスト分力を受けて軸方向に移動する合力回転部材
の中立位置からの移動方向および移動量を検出する移動
検出手段（位置センサ）と、上記移動検出手段からの入
力に基づいて上記２つのスラスト分力の強度差を検知
し、この強度差を０および任意の強度差にするべく電動
モータの出力を制御する制御装置とを備えて構成し、さ
らに上記ペダル踏力伝達トルクカムおよび補助動力伝達
トルクカムを、ペダル踏力伝達部材と補助動力伝達部材
とに回転自在に設けられて回転中心軸がクランク軸に直
交するカムローラと、合力回転部材に螺旋方向に形成さ
れて上記カムローラが係合されるカム溝とを備えて構成
した。

【００１５】また、本発明に係る補助動力アシスト式自
転車は、請求項２に記載したように、前記ペダル踏力伝
達部材に設けた軸支面と、前記補助動力伝達部材に設け
た軸支面とがクランク軸の軸方向に離間して位置するよ
うに構成し、前記合力回転部材を上記２つの軸支面の間
に跨がらせて軸支した。

【００１６】さらに、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車は、請求項３に記載したように、前記合力回転部
材を、そのボールスプライン構成部とカム構成部とが別
体になるように形成し、このボールスプライン構成部と
カム構成部とをネジ締結により組み立てるようにした。

【００１７】そして、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車は、請求項４に記載したように、前記合力回転部
材のボールスプライン構成部とカム構成部のネジ締結部
を前記ペダル踏力伝達部材の軸支面外周に設けた。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
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。

【００１９】この補助動力アシスト式自転車１は、例え
ば金属管製の車体フレーム２を備えており、この車体フ
レーム２の前頭部には前輪３を支持するフロントフォー
ク４がハンドルバー５やバスケット６等と共に左右回動
自在に設けられる一方、車体フレーム２の後部には後輪
７が軸支され、車体フレーム２の中央上部にはサドル８
が設置されている。

【００２０】そして、車体フレーム２の中央下部には電
動モータが内蔵された補助動力アシスト装置10が搭載さ
れている。この補助動力アシスト装置10には車幅方向に
延びるクランク軸11が軸支されており、このクランク軸
11の両端部にクランク12Ｌおよびクランク12Ｒが回転一
体に固定され、両クランク12Ｌ，12Ｒの先端部にそれぞ
れペダル13が回転自在に設けられている。

【００２１】また、クランク軸11には補助動力アシスト
装置10の右側に位置するドライブスプロケット15が軸装
されており、このドライブスプロケット15と、後輪７に
設けられたドリブンスプロケット16との間にチェーン17
が巻装されている。

【００２２】クランク軸11は、サドル８に着座した乗員
が足でペダル13を踏むことにより矢印Ａで示す前転方向
に回転駆動され、これとともにドライブスプロケット15
がクランク軸11と同一方向に回転し、この回転がチェー
ン17によりドリブンスプロケット16に伝達されて後輪７
が駆動される。

【００２３】さらに、車体フレーム２の前半部には、補
助動力アシスト装置10に内蔵された電動モータを作動さ
せるためのバッテリユニット20が固定されている。この
バッテリユニット20は、例えば十数個の小型バッテリ21
と図示しない充電器とがバッテリケース22の中に密封さ
れた構成となっている。なお、補助動力アシスト装置10
の上部には上記電動モータの出力を制御する制御装置23
が取り付けられている。この制御装置23は、例えば小型
のＣＰＵである。

【００２４】図２は、補助動力アシスト装置10の横断面
図であり、図３は図２のIII-III 矢視による補助動力ア
シスト装置10の左側面図である。

【００２５】補助動力アシスト装置10の外殻をなすケー
シング25は、例えばアルミ合金製であり、図２に示すよ
うに左サイドケース25Ｌと、センターケース25Ｍと、右
サイドケース25Ｒとが数本のボルト26で固定された構造
となっている。なお、図３には左サイドケース25Ｌが取
り外された状態が示されている。

【００２６】前記クランク軸11はケーシング25の後部に
て軸受27,28 により回転自在に軸支されており、ケーシ
ング25から左右に突出するクランク軸11の両端部に前記
クランク12Ｌおよび12Ｒがボルト29で固定される。

【００２７】ケーシング25の前部には前述の電動モータ
31が設置されている。この電動モータ31は補助動力を発
生するもので、その外ケース32が数本のボルト33により
センターケース25Ｍに固定されている。

【００２８】電動モータ31の主軸34はクランク軸11に平
行しており、この主軸34の左端には軸受35に軸支された
管状のジョイント部材36を介してドライブ軸37が回転一
体に連結されている。このドライブ軸37の左端は左サイ
ドケース25Ｌ側に設けられた軸受38に支持され、ドライ
ブ軸37には一次ドライブギヤ40が回転一体に設けられて
いる。

【００２９】また、ドライブ軸37とクランク軸11との間
には第一中間軸41と第二中間軸42が架設されている。前
記一次ドライブギヤ40に噛み合う一次ドリブンギヤ43は
ワンウェイクラッチ44を介して第一中間軸41に軸支され
ており、この一次ドリブンギヤ43のボス45が右方に延び
てセンターケース25Ｍ側に設けられた軸受46に軸支され
ている。第一中間軸41の左端は左サイドケース25Ｌ側に
設けられた軸受47に支持され、この軸受47と一次ドリブ
ンギヤ43との間に二次ドライブギヤ48が第一中間軸41に
回転一体に設けられている。

【００３０】上記二次ドライブギヤ48に噛み合う二次ド
リブンギヤ49は第二中間軸42に回転自在に軸支されてお
り、この二次ドリブンギヤ49の右側に回転一体に設けら
れた三次ドライブギヤ50がクランク軸11に回転自在に軸
支された三次ドリブンギヤ51に噛み合わされる。

【００３１】図３に示すように、ドライブ軸37と一次ド
ライブギヤ40は矢印Ｂで示す回転方向に回転し、一次ド
リブンギヤ43と二次ドライブギヤ48は回転方向Ｃに、そ
して二次ドリブンギヤ49と三次ドライブギヤ50は回転方
向Ｄにそれぞれ回転し、三次ドリブンギヤ51はクランク
軸11の回転方向Ａに回転する。

【００３２】なお、一次ドリブンギヤ43に設けられたワ
ンウェイクラッチ44は一次ドリブンギヤ43のＣ方向への
回転のみを第一中間軸41と二次ドライブギヤ48に伝え、
第一中間軸41と二次ドライブギヤ48の回転速度が一次ド
リブンギヤ43の回転速度を上回るような場合にはワンウ
ェイクラッチ44の接続が断たれて第一中間軸41と二次ド
ライブギヤ48が空転するようになっている。

【００３３】一方、ケーシング25の後部には合力装置55
が設置されている。図４は合力装置の部分を拡大した横
断面図である。この合力装置55はクランク軸11と同軸的
に設けられており、例えば次のように構成されている。

【００３４】まず、クランク軸11には略円筒状のペダル
踏力伝達部材56がメタル軸受57を介して回転自在に軸支
されている。このペダル踏力伝達部材56の右端部は径が
拡大されてクラッチハウジング58が形成され、その内部
にはワンウェイクラッチ59が設けられている。このワン
ウェイクラッチ59はクランク軸11の正転方向Ａへの回転
のみをペダル踏力伝達部材56に伝え、クランク軸11が逆
転した場合やペダル踏力伝達部材56の回転速度がクラン
ク軸11の回転速度を上回るような場合にはクラッチ接続
を断つように構成されている。なお、クラッチハウジン
グ58の外周部には左方へ円筒状に延びるカムローラホル
ダ60が一体に形成されている。

【００３５】また、このペダル踏力伝達部材56の左端部
外周には補助動力伝達部材61が回転自在に、かつサーク
リップ62により左方への動きを規制されながら軸装され
ている。この補助動力伝達部材61には右方へ円筒状に延
びるカムローラホルダ63が一体に形成され、さらに補助
動力伝達部材61の外周には前述の三次ドリブンギヤ51が
一体に設けられている。このため、三次ドリブンギヤ51
の回転、つまり電動モータ31の補助動力がギヤ40,43,4
8,49,50により減速された回転がそのまま補助動力伝達
部材61に伝達されるようになっている。

【００３６】一方、クランク軸11の右端付近には出力回
転部材65が回転自在に軸支されている。この出力回転部
材65は、円盤状の出力ディスク66と、この出力ディスク
66の左側に順次連結される筒状の出力ジョイント67およ
び出力スライダ68の３部品から構成されており、これら
の３部品66〜68はノックピン69,70 により同心に位置決
めされ、ビス71で結合されている。

【００３７】出力ディスク66の右端には出力ボス73が形
成され、この出力ボス73内に配置された軸受74が出力回
転部材65全体をクランク軸11廻りにに回転自在に軸支す
る。この出力ボス73はケーシング25（右サイドケース25
Ｒ）から外部に突出しており、ここに前述のドライブス
プロケット15がスプラインやねじ等の結合手段により回
転一体に固定される。また、出力ジョイント67および出
力スライダ68の内周には軸方向に延びる複数の内周スプ
ライン溝76が刻設されている（図３も参照）。

【００３８】出力回転部材65はサークリップ77で軸方向
への動きを阻止され、ペダル踏力伝達部材56の右端部に
環装されたサークリップ78は出力回転部材65の出力ディ
スク66と出力ジョイント67との間に挟持されているた
め、ペダル踏力伝達部材56の軸方向への動きも阻止され
ている。なお、ペダル踏力伝達部材56と出力回転部材65
の間の相対回転は自由である。

【００３９】そして、出力回転部材65の出力ディスク66
と出力ジョイント67の内周側には合力回転部材80が設け
られている。この合力回転部材80は、略円筒状に形成さ
れた合力ハウジング81と、同じく略円筒状に形成されて
上記合力ハウジング81の内側に固定されるカムスリーブ
82と、合力ハウジング81の外側に固定される環状のポジ
ションセンサリング83とを備えて構成されている。上記
ポジションセンサリング83の外周には環状の溝84が形成
される。

【００４０】ところで、ペダル踏力伝達部材56のクラッ
チハウジング58外周には円筒面状の軸支面86が形成され
ており、補助動力伝達部材61の外周にも同じく円筒面状
の軸支面87が形成されている。この２つの軸支面86,87
はクランク軸11の軸方向に離間して位置しており、上述
の合力回転部材80はこの軸支面86,87 の間に跨がるよう
にして軸支されている。

【００４１】図５は、合力回転部材80から合力ハウジン
グ81を取り去ってカムスリーブ82のみを示した図であ
る。この図に示すようにカムスリーブ82の右端には雄ね
じ88が形成されており、この雄ねじ88が合力ハウジング
81の内周部右端に形成された雌ねじ89（図４に表示）に
締結されることによって両部品81,82 が一体に固定され
るようになっている。カムスリーブ82は、その右端が合
力ハウジング81の右端に形成された内フランジ90に当接
するまできつくねじ込まれる。なお、雄ねじ88と雌ねじ
89は、ペダル踏力伝達部材56の軸支面86の外周に位置す
るように配置されている。また、これらのねじ部88,89
は左ねじとして形成されている。一方、ポジションセン
サリング83は圧入やカシメ等の固定手段により合力ハウ
ジング81の外側に固定される。

【００４２】合力ハウジング81は請求項３に記載したボ
ールスプライン構成部となるものであり、その外周には
軸方向に延びる複数の外周スプライン溝91が刻設され
（図３も参照）、この外周スプライン溝91と出力回転部
材65の内周スプライン溝76との間に鋼球92が配列されて
ボールスプライン93が構成されている。このボールスプ
ライン93により合力回転部材80は出力回転部材65に対し
回転一体となり、しかも軸方向には移動自在に保たれ
る。

【００４３】また、合力回転部材80のカムスリーブ82は
請求項３に記載したカム構成部となるものである。図５
に示すように、カムスリーブ82には螺旋方向にＶ字状に
延びる左右一対のカム溝95Ｒ，95Ｌが形成されている。
このカム溝95Ｒ，95Ｌは、例えば120 ゜間隔でカムスリ
ーブ82の円周方向に３組形成され、カム溝95Ｒは左ねじ
方向に傾斜し、カム溝95Ｌは右ねじ方向に傾斜するよう
に形成される。なお、図２および図４に示すように、カ
ム溝95Ｒ，95Ｌの間には内側に起立するセンターフラン
ジ96が形成されている。このセンターフランジ96の内径
はペダル踏力伝達部材56の中間部の外径よりも僅かに大
きくされている。

【００４４】一方、ペダル踏力伝達部材56に形成された
カムローラホルダ60と、補助動力伝達部材61に形成され
たカムローラホルダ63の外周面には、それぞれ円周方向
に120 ゜の間隔でカムローラ97Ｒ，97Ｌが設けられてい
る。これらのカムローラ97Ｒ，97Ｌはローラピン98に回
転自在に軸支されており、各カムローラ97Ｒ，97Ｌの回
転中心軸（ローラピン98の軸芯）はクランク軸11に直交
している。

【００４５】そして、ペダル踏力伝達部材56側のカムロ
ーラ97Ｒがカムスリーブ82のカム溝95Ｒ内に係合されて
ペダル踏力伝達トルクカム99が構成され、補助動力伝達
部材61側のカムローラ97Ｌがカムスリーブ82のカム溝95
Ｌ内に係合されて補助動力伝達トルクカム100 が構成さ
れる。なお、カムローラ97Ｒ，97Ｌの直径は、カムロー
ラ97Ｒ，97Ｌがカム溝95Ｒ，95Ｌ内を自在に転動でき、
しかもカム溝95Ｒ，95Ｌの幅方向にはガタつかない大き
さに設定する。

【００４６】ペダル踏力伝達トルクカム99は、ペダル踏
力伝達部材56がクランク軸11の回転（ペダル踏力）を受
けてＡ方向に回動した際に、図５中にベクトルで示すよ
うにペダル踏力Ｐを合力回転部材80（カムスリーブ82）
に伝達すると同時に、ペダル踏力Ｐに比例する強度を持
つスラスト分力ｐを発生させ、このスラスト分力ｐによ
りカムスリーブ82を一側、例えば左方に押圧する。

【００４７】また、補助動力伝達トルクカム100 は、補
助動力伝達部材61が電動モータ31の補助動力を受けてＡ
方向に回動した際に、補助動力Ｍをカムスリーブ82に伝
達すると同時に、補助動力Ｍに比例する強度を持つスラ
スト分力ｍを発生させ、このスラスト分力ｍによりカム
スリーブ82を他側、例えば右方に押圧する。

【００４８】さらに、ペダル踏力伝達トルクカム99と補
助動力伝達トルクカム100 の内周側には、左右一対のコ
イルスプリング102R,102L が設けられている。これらの
コイルスプリング102R,102L は、請求項１に記載した付
勢手段となるものであり、右側のコイルスプリング102R
はカムスリーブ82のセンターフランジ96とペダル踏力伝
達部材56のクラッチハウジング58との間に弾装され、左
側のコイルスプリング102Lはセンターフランジ96と補助
動力伝達部材61との間に弾装されている。なお、左右の
コイルスプリング102R,102L の形状寸法およびバネ定数
は同一に設定されている。

【００４９】ペダル踏力伝達部材56のクラッチハウジン
グ58と補助動力伝達部材61はクランク軸11の軸方向には
不動であり、その間にあるセンターフランジ96はクラン
ク軸11の軸方向に移動自在であるため、均等な付勢力を
持った２個のコイルスプリング102R,102L によりセンタ
ーフランジ96が左右両側から押圧されると、両方のコイ
ルスプリング102R,102L の長さが等しくなる位置Ｅで付
勢力が釣り合い、センターフランジ96が停止する。この
位置Ｅは合力回転部材80（センターフランジ96）の中立
位置となるもので、Ｅは合力回転部材80がクランク軸11
の軸方向に移動できる範囲の中間点となるように定めら
れている。

【００５０】合力装置55は以上のように構成されてい
る。なお、合力装置55の左側に隣接して円盤状のセンサ
プレート103 がクランク軸11に対して回転一体に設けら
れており、このセンサプレート103 の外周には歯車状に
凹凸形状104 が形成されている。一方、図３に示すよう
にケーシング25（25Ｍ）には回転速度センサ105 が設置
されており、この回転速度センサ105 がセンサプレート
103 外周の凹凸形状104の動きを読み取ることによって
クランク軸11の回転速度が検出される。

【００５１】ところで、合力装置55の下部には図６にも
示すポジションセンサ106 が設けられている。このポジ
ションセンサ106 は、請求項１に記載した移動検出手段
となるものである。ポジションセンサ106 は、ボルト10
7 でケーシング25の下面に固定されており、その上面に
設けられた回動アーム108 の先端に軸支されたミニチュ
アベアリング109 がポジションセンサリング83のセンサ
溝84内に摺動自在に嵌合されている。

【００５２】合力回転部材80がクランク軸11の軸方向に
移動した場合、ポジションセンサリング83も合力回転部
材80と共に軸方向に移動するので、ポジションセンサ10
6 の回動アーム108 が回動し、合力回転部材80の中立位
置Ｅからの移動方向および移動量が検出される。

【００５３】ポジションセンサ106 は、図７に示すよう
に前記制御装置23に電気的に接続されており、ポジショ
ンセンサ106 の測定による合力回転部材80の移動方向お
よび移動量が制御装置23に入力されるようになってい
る。なお、制御装置23には前記バッテリユニット20、電
動モータ31、回転速度センサ105 等の機器類が電気的に
接続されている。

【００５４】次に、このように構成された補助動力アシ
スト式自転車１の作用について説明する。

【００５５】補助動力アシスト式自転車１の走行時に
は、クランク軸11がペダル踏力を受けてＡ方向に回転
し、このクランク軸11の回転が合力装置55のワンウェイ
クラッチ59を経てペダル踏力伝達部材56に伝達され、ペ
ダル踏力伝達部材56がＡ方向へ回転駆動される。一方、
電動モータ31の補助動力は６枚のギヤ40,43,48,49,50,5
1により３段階に減速されて補助動力伝達部材61に伝達
され、補助動力伝達部材61も同じくＡ方向に回転駆動さ
れる。

【００５６】ペダル踏力伝達部材56と補助動力伝達部材
61の回転力は、それぞれペダル踏力伝達トルクカム99お
よび補助動力伝達トルクカム100 を経て合力回転部材80
に伝達され、合力回転部材80はボールスプライン93を介
して出力回転部材65をＡ方向に回転させる。この出力回
転部材65の回転力はペダル踏力と補助動力の合力であ
り、この合力がドライブスプロケット15とチェーン17と
ドリブンスプロケット16によって駆動輪である後輪７に
出力される。このため、電動モータ31の補助動力により
ペダル踏力がアシストされ、小さなペダル踏力でも楽に
補助動力アシスト式自転車１を走行させることができ
る。

【００５７】ペダル踏力伝達トルクカム99および補助動
力伝達トルクカム100 は、ペダル踏力伝達部材56と補助
動力伝達部材61の回転力を合力回転部材80に伝達すると
同時に、図５に示すようにペダル踏力Ｐおよび補助動力
Ｍに比例する強度を持つ２つのスラスト分力ｐ，ｍを合
力回転部材80（のカムスリーブ82）に左右両側から作用
させるので、合力回転部材80はスラスト分力ｐ，ｍによ
り左右両側から押圧される。

【００５８】アシスト比が１対１である場合、つまりペ
ダル踏力Ｐと補助動力Ｍの強度が均等である場合には、
合力回転部材80の両側から作用する２つのスラスト分力
ｐ，ｍの強度も均等になって互いに相殺されるため、図
４および図８(B) に示すように合力回転部材80（センタ
ーフランジ96）の位置は中立位置Ｅに保たれる。

【００５９】しかし、アシスト比が１対１でなくなる
と、２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度が不均等になるた
め、合力回転部材80は強度の強い方のスラスト分力ｐま
たはｍに押圧されてクランク軸11の軸方向に移動する。
例えば、ペダル踏力Ｐが補助動力Ｍよりも強ければ、ペ
ダル踏力Ｐのスラスト分力ｐが補助動力Ｍのスラスト分
力ｍよりも強くなるので、合力回転部材80（センターフ
ランジ96）はスラスト分力ｐに押圧されて図８(A) に示
すように中立位置Ｅよりも左方へ移動する。

【００６０】また、補助動力Ｍがペダル踏力Ｐよりも強
ければ、補助動力Ｍのスラスト分力ｍがペダル踏力Ｐの
スラスト分力ｐよりも強くなるので、合力回転部材80
（センターフランジ96）はスラスト分力ｍに押圧されて
図８(C) に示すように中立位置Ｅよりも右方へ移動す
る。

【００６１】そして、この合力回転部材80（センターフ
ランジ96）の中立位置Ｅからの移動方向および移動量が
ポジションセンサ106 に読み取られ、そのデータが制御
装置23に入力される。制御装置23は、ポジションセンサ
106 からの入力に基づいて２つのスラスト分力ｐ，ｍの
強度差を検知し、この差が０になるように電動モータ31
の出力を制御する。つまり、図８(A) のように合力回転
部材80が中立位置Ｅよりも左方へ移動した場合には電動
モータ31の出力を向上させ、図８(C) のように合力回転
部材80が中立位置Ｅよりも右方へ移動した場合には電動
モータ31の出力を低下させる。これにより、合力装置55
は図８(B) の状態に維持され、アシスト比が常に１対１
に保たれる。

【００６２】なお、制御装置23に２つのスラスト分力
ｐ，ｍの強度差を任意に設定させることにより、アシス
ト比を１対１に限らず任意の比率に設定することもでき
る。例えば、２つのスラスト分力ｐとｍの強度差を１対
0.5 に設定した場合、ペダル踏力Ｐに対して補助動力Ｍ
が半分になる。

【００６３】この強度差の比率は、走行中に連続的に変
化させることも可能である。例えば補助動力アシスト式
自転車１の発進時にはアシスト比を最大比率の１対１に
設定し、車速が高まるにつれてアシスト比を低くして行
けば、人力の負担を低減しつつ電動モータ31の消費電力
を大幅に省くことができ、バッテリユニット20の放電量
を抑えて走行距離を大きく伸ばすことができる。

【００６４】さらに、制御装置23は回転速度センサ105
から入力されるクランク軸11の回転速度から車速を判断
し、例えば車速が一定以上になった時には電動モータ31
への電力供給量を減少させるか０にして車速が過大にな
らないようにする。

【００６５】なお、この補助動力アシスト式自転車１
は、電動モータ31を作動させずにペダル踏力だけで走行
することもできる。この場合、ペダル踏力を受けて合力
装置55全体がドライブスプロケット15とともにＡ方向に
回転し、ドライブスプロケット15の回転が後輪７に伝達
される。この時、合力装置55と共に三次ドリブンギヤ51
もＡ方向に回転し、三次ドライブギヤ50、二次ドリブン
ギヤ49、二次ドライブギヤ48、ならびに第一中間軸41が
逆駆動されるが、ワンウェイクラッチ44の接続が断たれ
るので一次ドリブンギヤ43と一次ドライブギヤ40は回転
せず、これにより電動モータ31の逆駆動が防止されてペ
ダル踏力が軽く保たれる。

【００６６】以上のように補助動力アシスト式自転車１
を構成すれば、ペダル踏力と補助動力とが合成される合
力装置55の部分で、直接かつ機械的にアシスト比が検出
されるので、アシスト比を誤差なく正確に割り出すこと
ができる。このため、従来のようにクランク軸11に加わ
るペダル踏力を一旦検出し、それに合わせて電動モータ
31の出力を制御するという必要性がなく、ペダル踏力を
検出するトルクセンサ等の検出手段が不要になる。

【００６７】したがって、このペダル踏力検出手段の誤
差を考慮しなくてもよく、しかも電動モータ31の正味出
力によりアシスト比が１対１あるいは任意の比率に設定
されるので、電動モータ31の出力特性のばらつきや、バ
ッテリユニット20の充電状態、あるいは慣らし運転の前
後における合力装置55のフリクションロスの変化等によ
るアシスト比への影響を一切無視することができ、アシ
スト比を正確かつ容易に制御することができる。

【００６８】しかも、ペダル踏力と補助動力の絶対値よ
りも大幅に小さいスラスト分力ｐ，ｍ間の強度差だけを
ポジションセンサ106 で読み取ればよいので、ポジショ
ンセンサ106 の読み取り誤差を非常に小さくすることが
でき、このことからもアシスト比を正確に制御し易くな
る。

【００６９】さらに、合力装置55のペダル踏力伝達トル
クカム99および補助動力伝達トルクカム100 がローラ式
に構成されているので作動時の抵抗が非常に小さく、動
きが滑らかである。このため、ペダル踏力Ｐの分力ｐと
補助動力Ｍの分力ｍの比率が僅かに変化しても、合力回
転部材80がこの微小な比率変化を敏感に感知して追従す
ることができる。したがって、アシスト比を一層正確に
制御することができる。なお、カム溝95Ｒ，95Ｌ内にグ
リースを封入できるので両トルクカム99,100の潤滑性が
大きく向上し、耐久性もアップする。

【００７０】これに加えて、合力装置55の合力回転部材
80がクランク軸11の軸方向に離間して位置するペダル踏
力伝達部材56の軸支面86と補助動力伝達部材61の軸支面
87との間に跨がって軸支されているため、合力回転部材
80全体のクランク軸11に対する芯振れが最小限となり、
これによってポジションセンサリング83の振れも非常に
小さくなる。このため、合力回転部材80の位置検知が正
確になり、合力装置55に加わるペダル踏力および補助動
力の大きさを正確に把握することができる。

【００７１】この合力回転部材80は、そのボールスプラ
イン構成部である合力ハウジング81と、カム構成部であ
るカムスリーブ82とが別体になるように構成されている
ので、合力ハウジング81の材質とカムスリーブ82の材質
を異ならせ、それぞれに適した材質を選択して合力装置
55の耐久性をめざましく向上させることができる。ま
た、この両部品81,82 はネジ締結で組み立てられるので
容易に分解することができ、合力装置55（合力回転部材
80）の分解、組立性を損なわずに各部の材質を異ならせ
ることができる。

【００７２】なお、合力ハウジング81の雌ねじ89とカム
スリーブ82の雄ねじ88は左ねじとして形成されているの
で、カムスリーブ82はＡ方向へ回転駆動される際に合力
ハウジング81に締め込まれて行く。したがって作動中に
合力ハウジング81とカムスリーブ82の結合が緩むことは
ない。

【００７３】この合力ハウジング81とカムスリーブ82の
ネジ締結部はペダル踏力伝達部材56の軸支面86外周に配
置されているが、これによってペダル踏力伝達部材56の
クラッチハウジング58外周にあるデッドスペースを有効
に活用することができ、合力装置55の大形化を防止でき
る。

【００７４】ところで、この合力装置55において、例え
ばペダル踏力伝達トルクカム99と補助動力伝達トルクカ
ム100 の作動性に差が生じたり、左右のコイルスプリン
グ102R,102L のバネ定数に差が生じた場合には、合力回
転部材80の中立位置Ｅが少しずれてアシスト比が変化す
ることが考えられるが、その場合には、ずれた中立位置
Ｅに合わせてポジションセンサ106 の中立読取り値をリ
セットするだけでアシスト比を正確に１対１に戻すこと
ができるので、非常にメンテナンス性が良い。

【００７５】

【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、ペダル踏力により回転駆動さ
れるクランク軸と、補助動力を発生する電動モータと、
上記ペダル踏力および補助動力を合成し、その合力を駆
動輪側に出力する合力装置とを備え、上記合力装置を、
クランク軸に軸支されて駆動輪側にペダル踏力および補
助動力の合力を伝達する出力回転部材と、ボールスプラ
インを介して上記出力回転部材に回転一体かつ軸方向に
移動自在に設けられた合力回転部材と、この合力回転部
材にペダル踏力を伝達するペダル踏力伝達部材と、合力
回転部材に補助動力を伝達する補助動力伝達部材と、上
記ペダル踏力伝達部材からのペダル踏力を合力回転部材
に伝達すると同時にペダル踏力Ｐに比例する強度を持つ
スラスト分力をクランク軸の軸方向に沿って合力回転部
材の一側から作用させるペダル踏力伝達トルクカムと、
上記補助動力伝達部材からの補助動力を合力回転部材に
伝達すると同時に補助動力に比例する強度を持つスラス
ト分力をクランク軸の軸方向に沿って合力回転部材の他
側から作用させる補助動力伝達トルクカムと、合力回転
部材を軸方向移動範囲の中立位置に保つ付勢手段と、上
記２つのスラスト分力を受けて軸方向に移動する合力回
転部材の中立位置からの移動方向および移動量を検出す
る移動検出手段（位置センサ）と、上記移動検出手段か
らの入力に基づいて上記２つのスラスト分力の強度差を
検知し、この強度差を０および任意の強度差にするべく
電動モータの出力を制御する制御装置とを備えて構成
し、さらに上記ペダル踏力伝達トルクカムおよび補助動
力伝達トルクカムを、ペダル踏力伝達部材と補助動力伝
達部材とに回転自在に設けられて回転中心軸がクランク
軸に直交するカムローラと、合力回転部材に螺旋方向に
形成されて上記カムローラが係合されるカム溝とを備え
て構成したことを特徴とするものである。

【００７６】このように構成すれば、合力装置の部分で
直接かつ機械的にアシスト比が検出されるので、アシス
ト比を誤差なく正確に割り出すことができ、しかも電動
モータの正味出力によりアシスト比が１対１あるいは任
意の比率に設定されるので、電動モータの出力特性のば
らつきや、バッテリユニットの充電状態、あるいは慣ら
し運転の前後における合力装置のフリクションロスの変
化等によるアシスト比への影響を一切無視することがで
き、アシスト比を正確かつ容易に制御することができ
る。

【００７７】しかも、ペダル踏力伝達トルクカムおよび
補助動力伝達トルクカムをローラ式に構成したので、ペ
ダル踏力伝達トルクカムおよび補助動力伝達トルクカム
の作動時の抵抗を非常に小さくすることができ、これに
よってアシスト比を一層正確に制御することができる。

【００７８】また、本発明に係る補助動力アシスト式自
転車は、前記ペダル踏力伝達部材に設けた軸支面と、前
記補助動力伝達部材に設けた軸支面とがクランク軸の軸
方向に離間して位置するように構成し、前記合力回転部
材を上記２つの軸支面の間に跨がらせて軸支したため、
合力回転部材全体のクランク軸に対する芯振れが最小限
になって合力回転部材の位置検知が正確になる。このた
め、合力装置に加わるペダル踏力および補助動力の大き
さをより正確に把握することができる。

【００７９】さらに、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車は、前記合力回転部材を、そのボールスプライン
構成部とカム構成部とが別体になるように形成し、この
ボールスプライン構成部とカム構成部とをネジ締結によ
り組み立てるようにしたので、ボールスプライン構成部
とカム構成部の材質を異ならせて、それぞれに適した材
質を選択して合力装置の耐久性を大きく向上させること
ができる。また、ボールスプライン構成部とカム構成部
がネジ締結で組み立てられるので、分解が容易であり、
合力装置の分解、組立性を損なわずに各部の材質を異な
らせることができる。

【００８０】そして、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車は、前記合力回転部材のボールスプライン構成部
とカム構成部のネジ締結部を前記ペダル踏力伝達部材の
軸支面外周に配置したため、合力装置内部のデッドスペ
ースを有効に活用することができ、合力装置の大形化を
防止できる。

【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】本発明の一実施形態を示す補助動力アシスト装
置の横断面図。

【図３】図２のIII-III 矢視による補助動力アシスト装
置の左側面図。

【図４】合力装置を拡大した横断面図。

【図５】合力回転部材から合力ハウジングを取り去って
カムスリーブのみを示した図。

【図６】位置センサを示す平面図。

【図７】補助動力アシスト装置の制御系統を示すブロッ
ク図。

【図８】合力装置の作動状態を示す縦断面図で、(A) は
ペダル踏力が補助動力よりも強い場合を示し、(B) はペ
ダル踏力と補助動力が等しい場合を示し、(C) は補助動
力がペダル踏力よりも強い場合を示している。

【符号の説明】

１ 補助動力アシスト式自転車 ３ 補助動力アシスト装置 ７ 駆動輪である後輪 11 クランク軸 23 制御装置 31 電動モータ 55 合力装置 56 ペダル踏力伝達部材 61 補助動力伝達部材 65 出力回転部材 80 合力回転部材 81 合力回転部材のボールスプライン構成部である合力
ハウジング 82 合力回転部材のカム構成部であるカムスリーブ 86 ペダル踏力伝達部材に設けた軸支面 87 補助動力伝達部材に設けた軸支面 93 ボールスプライン 95Ｒ，95Ｌ カム溝 97Ｒ，97Ｌ カムローラ 99 ペダル踏力伝達トルクカム 100 補助動力伝達トルクカム 102L,102R 付勢手段としてのコイルスプリング 106 移動検出手段としてのポジションセンサ Ｐ ペダル踏力を示すベクトル Ｍ 補助動力を示すベクトル ｐ ペダル踏力に比例する強度を持つスラスト分力を示
すベクトル ｍ 補助動力に比例する強度を持つスラスト分力を示す
ベクトル Ｅ 合力回転部材の中立位置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダル踏力により回転駆動されるクラン
   ク軸11と、補助動力を発生する電動モータ31と、上記ペ
   ダル踏力および補助動力を合成し、その合力を駆動輪側
   に出力する合力装置55とを備え、上記合力装置55を、ク
   ランク軸11に軸支されて駆動輪側にペダル踏力および補
   助動力の合力を伝達する出力回転部材65と、ボールスプ
   ライン93を介して上記出力回転部材65に回転一体かつ軸
   方向に移動自在に設けられた合力回転部材80と、この合
   力回転部材80にペダル踏力を伝達するペダル踏力伝達部
   材56と、合力回転部材80に補助動力を伝達する補助動力
   伝達部材61と、上記ペダル踏力伝達部材56からのペダル
   踏力を合力回転部材80に伝達すると同時にペダル踏力Ｐ
   に比例する強度を持つスラスト分力ｐをクランク軸11の
   軸方向に沿って合力回転部材80の一側から作用させるペ
   ダル踏力伝達トルクカム99と、上記補助動力伝達部材61
   からの補助動力を合力回転部材80に伝達すると同時に補
   助動力Ｍに比例する強度を持つスラスト分力ｍをクラン
   ク軸11の軸方向に沿って合力回転部材80の他側から作用
   させる補助動力伝達トルクカム100と、合力回転部材80
   を軸方向移動範囲の中立位置Ｅに保つ付勢手段（例えば
   コイルスプリング102L,102R ）と、上記２つのスラスト
   分力ｐ，ｍを受けて軸方向に移動する合力回転部材80の
   中立位置Ｅからの移動方向および移動量を検出する移動
   検出手段（例えばポジションセンサ106 ）と、上記移動
   検出手段からの入力に基づいて上記２つのスラスト分力
   ｐ，ｍの強度差を検知し、この強度差を０および任意の
   強度差にするべく電動モータ31の出力を制御する制御装
   置23とを備えて構成し、さらに上記ペダル踏力伝達トル
   クカム99および補助動力伝達トルクカム100 を、ペダル
   踏力伝達部材56と補助動力伝達部材61とに回転自在に設
   けられて回転中心軸がクランク軸11に直交するカムロー
   ラ97Ｒ，97Ｌと、合力回転部材80に螺旋方向に形成され
   て上記カムローラ97Ｒ，97Ｌが係合されるカム溝95Ｒ，
   95Ｌとを備えて構成したことを特徴とする補助動力アシ
   スト式自転車。
2. 【請求項２】前記ペダル踏力伝達部材56に設けた軸支面
   86と、前記補助動力伝達部材61に設けた軸支面87とがク
   ランク軸11の軸方向に離間して位置するように構成し、
   前記合力回転部材80を上記２つの軸支面86,87 の間に跨
   がらせて軸支した請求項１に記載の補助動力アシスト式
   自転車。
3. 【請求項３】 前記合力回転部材80を、そのボールスプ
   ライン構成部（合力ハウジング81）とカム構成部（カム
   スリーブ82）とが別体になるように形成し、このボール
   スプライン構成部とカム構成部とをネジ締結により組み
   立てるようにした請求項１に記載の補助動力アシスト式
   自転車。
4. 【請求項４】 前記合力回転部材80のボールスプライン
   構成部(81)とカム構成部(82)のネジ締結部（雄ねじ88お
   よび雌ねじ89）を前記ペダル踏力伝達部材56の軸支面86
   外周に配置した請求項３に記載の補助動力アシスト式自
   転車。