(57)【要約】  電動アシスト自転車に使用される補助動力機構の簡素化を図ると共に、自転車車体フレームへの取り付けを容易にする。  電動力により踏力を補助して走行可能な電動アシスト自転車は、踏力を駆動輪に伝達するため回転可能なスプロケット（２）と、電動力を出力軸（３７ａ）から出力する電動モーター（３７）と、出力軸にギア機構（４０）を介して連結されたアシストギア（３０）と、アシストギアをスプロケットに同軸に連結するピン（１２３）と、を備える。これらの構成要素は、共通ベース（５０）上に配列され、車体フレームに着脱自在の１つのユニット（１１）を構成する。ピンのヘッド部には弾性部材（１２９）が覆われている。弾性部材は、ピンとの係合領域に設けられている。かくして、アシストギアに提供された電動力は、ピン及び弾性部材を介してスプロケットに伝達される。
2008120311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動力により踏力を補助して走行可能な電動アシスト自転車であって、
踏力を駆動輪に伝達するため回転可能なスプロケットと、
前記電動力を出力軸から出力する電動力出力手段と、
前記電動力出力手段の出力軸にギア機構を介して連結されたアシストギアと、
前記アシストギアを前記スプロケットに同軸に連結する連結手段と、
を備える、電動アシスト自転車。
【請求項２】
前記アシストギア、前記連結手段及び前記スプロケットの動力伝達経路上に介在された弾性部材を備える、請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項３】
前記連結手段は、前記アシストギア及び前記スプロケットを厚さ方向に貫通して取り付けたピンである、請求項１又は２に記載の電動アシスト自転車。
【請求項４】
前記弾性部材は、前記スプロケット及び前記アシストギアの少なくともいずれかと前記ピンとの係合領域に設けられている、請求項３に記載の電動アシスト自転車。
【請求項５】
前記アシストギアは、前記スプロケットから独立にベアリングを介して回転可能に支持されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
【請求項６】
前記ギア機構は、
前記電動力出力手段の出力軸に連動する第１のギアと、
前記第１のギアと噛み合う、減速用の第２のギアと、
前記第２のギアに同軸に連結され、前記アシストギアと噛み合う第３のギアと、
を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
【請求項７】
前記電動力出力手段及び前記ギア機構は、共通ベース上に固定され、
前記スプロケット及び前記アシストギアは、前記共通ベースに回転可能に取り付けられている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
【請求項８】
前記電動力出力手段と前記ギア機構の少なくとも一部とが、ハウジング内に収容され、該ハウジングは、前記共通ベースに連結され若しくは該共通ベースと一体に成形されている、請求項７に記載の電動アシスト自転車。
【請求項９】
前記踏力の適用により回転するドライブシャフトを更に備え、
前記ドライブシャフトは、前記共通ベース上に回転可能に軸支されている、請求項７又は８に記載の電動アシスト自転車。
【請求項１０】
前記ドライブシャフトは、シャフトハウジングに収容され、該シャフトハウジングは、前記共通ベースに連結され若しくは該共通ベースと一体に成形されている、請求項９に記載の電動アシスト自転車。
【請求項１１】
前記シャフトハウジングが貫通されるシャフト孔を有する、請求項１０に記載の電動アシスト自転車。
【請求項１２】
前記スプロケットは、前記ドライブシャフトに一方向クラッチを介して取り付けられ、前記一方向クラッチは、前記ドライブシャフトに適用された踏力の一方向の回転のみを前記スプロケットに伝達する、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
【請求項１３】
前記踏力に応じて変化する前記一方向クラッチの物理量を検出する検出手段と、
少なくとも前記検出手段により検出された物理量に基づいて前記電動力を制御する制御手段と、
を備える、請求項１２に記載の電動アシスト自転車。
【請求項１４】
自転車車体フレームに取り付け可能な電動アシスト自転車用ユニットであって、少なくとも、
踏力を駆動輪に伝達するため回転可能なスプロケットと、
踏力を補助するための電動力を出力軸から出力する電動力出力手段と、
前記電動力出力手段の出力軸にギア機構を介して連結されたアシストギアと、
前記アシストギアを前記スプロケットに同軸に連結する連結手段と、
を共通ベース上に配列してなる、前記ユニット。
【請求項１５】
前記アシストギア、前記連結手段及び前記スプロケットの動力伝達経路上に介在された弾性部材を備える、請求項１４に記載のユニット。
【請求項１６】
前記連結手段は、前記アシストギア及び前記スプロケットを厚さ方向に貫通して取り付けたピンである、請求項１４又は１５に記載のユニット。
【請求項１７】
前記弾性部材は、前記スプロケット及び前記アシストギアの少なくともいずれかと前記ピンとの係合領域に設けられている、請求項１６に記載のユニット。
【請求項１８】
前記アシストギアは、前記スプロケットから独立にベアリングを介して回転可能に支持されている、請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のユニット。
【請求項１９】
前記ギア機構は、
前記電動力出力手段の出力軸に連動する第１のギアと、
前記第１のギアと噛み合う、減速用の第２のギアと、
前記第２のギアに同軸に連結され、前記アシストギアと噛み合う第３のギアと、
を備える、請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載のユニット。
【請求項２０】
前記電動力出力手段及び前記ギア機構は、共通ベース上に固定され、
前記スプロケット及び前記アシストギアは、前記共通ベースに回転可能に取り付けられている、請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載のユニット。
【請求項２１】
前記電動力出力手段と前記ギア機構の少なくとも一部とが、ハウジング内に収容され、該ハウジングは、前記共通ベースに連結され若しくは該共通ベースと一体に成形されている、請求項２０に記載のユニット。
【請求項２２】
前記踏力の適用により回転するドライブシャフトを更に備え、
前記ドライブシャフトは、前記共通ベース上に回転可能に軸支されている、請求項２０又は２１に記載のユニット。
【請求項２３】
前記ドライブシャフトは、シャフトハウジングに収容され、該シャフトハウジングは、前記共通ベースに連結され若しくは該共通ベースと一体に成形されている、請求項２２に記載のユニット。
【請求項２４】
前記シャフトハウジングが貫通されるシャフト孔を有する、請求項２３に記載のユニット。
【請求項２５】
前記スプロケットは、前記ドライブシャフトに一方向クラッチを介して取り付けられ、前記一方向クラッチは、前記ドライブシャフトに適用された踏力の一方向の回転のみを前記スプロケットに伝達する、請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載のユニット。
【請求項２６】
前記踏力に応じて変化する前記一方向クラッチの物理量を検出する検出手段と、
少なくとも前記検出手段により検出された物理量に基づいて前記電動力を制御する制御手段と、
を備える、請求項２５に記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動力により踏力を補助して走行可能な電動アシスト自転車、並びに、自転車の車体フレームに取り付け可能な電動アシスト自転車用ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動力により踏力を補助して走行可能な電動アシスト自転車には、踏力及び電動力の合力機構が設けられている。このような合力機構の一例として、特開２００２−３６２４６８号公報に記載された合力機構を備えた電動アシスト自転車が開発された。この電動アシスト自転車は、同公報の図３に示されるように、踏力を駆動輪に伝達するため回転可能なスプロケット２と、スプロケット２と共に同軸で回転可能なアシストギア３０と、所定条件下で踏力に応じた電動力を出力する駆動ユニットと、出力された電動力により回転される動力スプロケット３３と、アシストギア３０及び動力スプロケット３３の間に張設されたアシストチェーン３２と、を備えて構成されている。この技術は、合力機構の設置自由度が大幅に拡大し、専用フレームの必要性が事実上無くなるという利点を有していた。
【特許文献１】特開２００２−３６２４６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術による合力機構では、踏力センサーの主要部分と補助駆動ユニットとが別々の構造ユニットになっており、機構の簡素化並びに車体フレームへの取り付けの容易さという点で改良の余地が残っていた。本発明は、この点に鑑みてなされたもので、電動アシスト自転車に使用される補助動力機構の簡素化を図ると共に、自転車車体フレームへのその取り付けを容易にすることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、電動力により踏力を補助して走行可能な電動アシスト自転車において、踏力を駆動輪に伝達するため回転可能なスプロケットと、電動力を出力軸から出力する電動力出力手段と、電動力出力手段の出力軸にギア機構を介して連結されたアシストギアと、アシストギアをスプロケットに同軸に連結する連結手段と、を備えて構成したものである。好ましくは、アシストギア、連結手段及びスプロケットの動力伝達経路上に介在された弾性部材を備える。例えば、弾性部材は、スプロケット及びアシストギアの少なくともいずれかとピンとの係合領域に設けられている。連結手段の一例は、アシストギア及びスプロケットを厚さ方向に貫通して取り付けたピンである。好ましくは、アシストギアは、スプロケットから独立にベアリングを介して回転可能に支持されている。【０００５】
本発明によれば、電動力出力手段が所定条件下で踏力に応じた電動力を出力すると、該電動力はギア機構を介してアシストギアに伝達され、該アシストギアを回転させる。アシストギアに伝達された電動力は、ピン等の連結手段及び弾性手段を介してスプロケットに伝達される。スプロケットは踏力及び電動力の合力を駆動輪に伝達する。【０００６】
ギア機構の好ましい例は、電動力出力手段の出力軸に連動する第１のギアと、該第１のギアと噛み合う、減速用の第２のギアと、該第２のギアに同軸に連結され、アシストギアと噛み合う第３のギアと、を備える。【０００７】
このように本発明では、アシストギアからスプロケットまでピンを介して動力伝達を行うようにしたので、部品点数を少なくして機構を簡単にでき、更には、車体フレームへの取り付けを容易にする構造を容易に実現可能となる。また、アシストギア、連結手段及びスプロケットの動力伝達経路上に弾性部材を介在させているため、非常に円滑な動力伝達を実現することができる。【０００８】
本発明の別の好ましい形態では、電動力出力手段及びギア機構は、共通ベース上に固定され、スプロケット及びアシストギアは、共通ベースに回転可能に取り付けられている。この形態によれば、電動力出力手段と合力機構とを１つのユニットに組み込むことが可能となり、車体フレームへの取り付けを容易にすることができる。また、共通ベースを加工することにより、任意形式の車体フレームに、当該ユニットを自在に取り付けることができる。【０００９】
好ましくは、電動力出力手段とギア機構の少なくとも一部とが、ハウジング内に収容され、該ハウジングは、共通ベースに連結され若しくは該共通ベースと一体に成形されている。【００１０】
また、本発明の他の形態に係る電動アシスト自転車は、踏力の適用により回転するドライブシャフトを更に備え、該ドライブシャフトは、共通ベース上に回転可能に軸支されている。本形態では、ドライブシャフトは、シャフトハウジングに収容され、該シャフトハウジングは、共通ベースに連結され若しくは該共通ベースと一体に成形されているのが好ましい。この場合、電動アシスト自転車の車体フレームには、シャフトハウジングが貫通されるシャフト孔を有するのが好ましい。即ち、シャフトハウジングは、電動アシスト自転車に形成されたシャフト孔を貫通可能に形成されている。これにより、シャフト孔にシャフトハウジングを挿入することで、電動力出力手段と合力機構との一体ユニットの車体フレームへの着脱がきわめて容易となる。【００１１】
更に、本発明の別の形態に係る電動アシスト自転車では、スプロケットが、ドライブシャフトに一方向クラッチを介して取り付けられ、一方向クラッチは、ドライブシャフトに適用された踏力の一方向の回転のみをスプロケットに伝達する。この形態において、電動アシスト自転車は、踏力に応じて変化する一方向クラッチの物理量を検出する検出手段と、少なくとも検出手段により検出された物理量に基づいて電動力を制御する制御手段と、を備えるのが更に好ましい。これによって、電動力出力手段及び合力機構のみならず、踏力検出手段をも全体として簡単な機構で一体ユニット内に組み込むことが可能となる。【００１２】
一方、アシストギアは、ベアリングを介して共通ベースに回転可能に取り付けられているのが好ましい。これにより、電動力を安定してスプロケットに伝達することができる。【００１３】
本発明の別の態様は、自転車の車体フレームに取り付け可能な電動アシスト自転車用のユニットに関する。このユニットは、少なくとも、踏力を駆動輪に伝達するため回転可能なスプロケットと、踏力を補助するための電動力を出力軸から出力する電動力出力手段と、電動力出力手段の出力軸にギア機構を介して連結されたアシストギアと、アシストギアをスプロケットに同軸に連結する連結手段と、
を共通ベース上に配列してなる。【００１４】
本発明の他の目的及び利点は、以下で説明される本発明の好ましい実施例を参酌することによって、より明瞭に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係る電動アシスト自転車の概略図である。
【図２】図２は、本発明の電動アシスト自転車の制御系を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に係る、電動アシスト自転車に取り付けられるユニットを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は横断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施例に係るユニットを自転車フレームに取り付ける手順を説明するための概略図であって、（ａ）は、当該ユニットを自転車フレームに取り付けたときの右側から見た斜視図、（ｂ）は、図４（ａ）に示すユニットの拡大図、（ｃ）は、当該ユニットを自転車フレームに取り付ける前の斜視図、（ｄ）は、当該ユニットの一部を自転車フレームに挿入したときの斜視図、（ｅ）は、当該ユニットを自転車フレームに固定したときの斜視図、及び、（ｆ）は、当該ユニットを自転車フレームに取り付けたときの左側から見た斜視図である。
【図５】図５は、図３に示された一方向クラッチの分解斜視図である。
【図６】図６は、本発明の電動アシスト自転車の踏力検出の原理を説明するため一方向クラッチ（ラチェットギア）の歯及び駒の嵌合状態を示す図である。
【図７】図７は、ドライブシャフトに対する駒部の相対回転を防止する回転防止手段の例を示す図であり、（ａ）はボールスプライン、（ｂ）はスプラインキー、（ｃ）はキー溝の概略構成を示す上面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    電動アシスト自転車
２    スプロケット
４    ドライブシャフト
１１    ユニット
１２    チェーン
１３    駆動ハウジング
１４    マイクロコンピュータ
１５    増幅回路
１７    バッテリー
２２    駆動輪（後輪）
３０    アシストギア
３７    電動モーター
３７ａ  電動モーターの出力軸
３８    第１のギア
４０    ギア機構
４２    第２のギア
４５    第３のギア
５０    共通ベース
５２    シャフトハウジング
７０    ベアリング
８０    シャフト孔
９９    一方向クラッチ
１００    駒部
１０２    ラチェット駒
１１２    歯部
１１４    ラチェット歯
１２３    ピン
１２４    皿バネ
１２６    歪みゲージ
１２９    弾性部材
【実施例】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。【００１８】
図１には、本発明の第１実施例に係る電動アシスト自転車１の概略が示されている。同図に示すように、この電動アシスト自転車１の主要な骨格部分は、通常の自転車と同様に、金属管製の車体フレーム３から構成され、該車体フレーム３には、前輪２０、後輪２２、ハンドル１６、及びサドル１８などが周知の態様で取り付けられている。【００１９】
また、車体フレーム３の中央下部には、ドライブシャフト４が回転自在に軸支され、その左右両端部には、クランク棒６Ｌ、６Ｒを介してペダル８Ｌ、８Ｒが各々取り付けられている。このドライブシャフト４には、車体の前進方向に相当するＲ方向の回転のみを伝達するための一方向クラッチ（後述する図３（ｂ）の９９）を介して、スプロケット２が同軸に取り付けられている。このスプロケット２と、後輪２２の中央部に設けられた後輪動力機構１０との間には無端回動のチェーン１２が張設されている。【００２０】
本実施例の電動アシスト自転車１は、少なくとも車体走行速度及び踏力から決定されたアシスト比率（補助動力／踏力）で踏力をアシストする制御を行う。本実施例では、電動アシスト自転車の制御と、電動力と踏力との合力動作とは、補助動力機構であるユニット１１により実行される。【００２１】
電動アシスト自転車１の制御系の概略が図２に示されている。本実施例に係る電動アシスト自転車１の制御系は、該自転車全体の電子的処理を一括して制御する１個のマイクロコンピュータ１４と、ＰＷＭ制御可能な電動モーター３７と、マイクロコンピュータ１４に直接接続され、その制御信号の電力を増幅する増幅回路１５と、該増幅回路１５に接続され電動モーター３７に電源供給するバッテリー１７と、を含む。【００２２】
マイクロコンピュータ１４には、少なくとも走行速度を演算するための回転速度信号、及び、踏力を演算するための歪みゲージ信号１、２が入力される。これらの入力信号を発生する手段については後述する。マイクロコンピュータ１４は、これらの入力信号から走行速度及び踏力を演算し、所定のアルゴリズムに基づいてアシスト比率を決定する電子的処理を行う。次に、マイクロコンピュータ１４は、決定されたアシスト比率に対応する補助動力を発生させるよう電動モーター３７を指令するため、該補助動力に応じたＰＷＭ指令を順次出力する。【００２３】
次に、電動アシスト自転車１における補助動力機構としてのユニット１１を図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。【００２４】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すユニット１１は、スプロケット２に同軸に連結されたアシストギア３０と、電動力を出力する電動モーター３７と、該電動モーターの出力軸３７ａからアシストギア３０までギアを介して電動力を伝達するためのギア機構４０と、を備える。従って、電動モーター３７が回転されると、そのトルクがギア機構４０を介してアシストギア３０に提供され、該アシストギア３０に対し固定された、踏力により回転されるスプロケット２に直ちに伝達される。かくして、補助動力及び踏力の合力が達成される。【００２５】
ギア機構４０は、電動モーター３７の出力軸３７ａに連動する第１のギア３８と、該第１のギア３８と噛み合う、減速用の第２のギア４２と、該第２のギア４２に同軸に連結され、アシストギア３０と噛み合う第３のギア４５と、を備える。【００２６】
なお、電動モーター３７からアシストギア３０への補助動力の伝達経路の途中には、一方向にだけ動力を伝達する、いわゆる一方向クラッチ（図示せず）が設けられている。この一方向クラッチは、電動モーター３７からの補助動力をアシストギア３０に伝達するが、その逆方向、即ちアシストギア３０から電動モーター３７へはトルクを伝達しないように構成・接続される。電動モーター３７が回転していないときは、図示しない上記一方向クラッチにより、モーターの回転負荷はアシストギア３０に伝達されることがなく、軽快な運転が可能となる。【００２７】
スプロケット２と、アシストギア３０と、電動モーター３７と、ギア機構４０と、は共通ベース５０上に取り付けられている。また、電動モーター３７及びギア機構４０全体は、共通ベース５０に対して動かないように固定されている。更に、電動モーター３７、並びに、ギア機構４０のうち第１のギア３８及び第２のギア４２は、駆動ハウジング１３により覆われている。この駆動ハウジング１３は、共通ベース５０に連結され若しくは該共通ベース５０と一体に成形されている。【００２８】
スプロケット２は、ドライブシャフト４に一方向クラッチ９９を介して共通ベース５０上に回転可能に取り付けられている。一方向クラッチ９９は、後述するようにドライブシャフト４に適用された前進方向の回転のみをスプロケット２に伝達する。ドライブシャフト４は、シャフトハウジング５２内で、回転可能に軸支され、該シャフトハウジング５２は、車体フレームに形成されたシャフト孔８０内に挿入された状態で該車体フレームに固定されている。シャフトハウジング５２は、共通ベース５０に連結され若しくは一体成形されている。【００２９】
スプロケット２とアシストギア３０とは、ピン１２３（図３（ａ）の例では、１２０度間隔で３箇所）を介して同軸に連結されている。これによって、アシストギア３０に伝達された電動力は、ピン１２３を介してスプロケット２に伝達する。ピン１２３は、図３（ｂ）に示されるように、アシストギア３０及びスプロケット２を厚さ方向に貫通して取り付けられている。図３（ｂ）の例では、ピン１２３の脚部は、アシストギア３０の孔部に挿入、固定されており、ピン１２３のヘッド部は、スプロケット２に形成された孔を貫通しており、抜け防止のためピン１２３の先端は、該孔の直径より大きい直径を有している。【００３０】
また、ゴム等の弾性部材１２９が、ピン１２３のヘッド部及び軸部の周囲に設けられている。即ち、弾性部材は、スプロケット２とピン１２３との間の係合領域に設けられている。これにより、アシストギア３０やスプロケット２のガタ揺れ等を吸収し、アシストギア３０とスプロケット２との間の動力伝達を非常に円滑にすることができる。【００３１】
なお、スプロケット２とアシストギア３０と間の連結手段は、図示のピンに限定されるものではない。例えば、ボルトでもよく、或いはピン１２３の脚部が、アシストギア３０に一体形成されていてもよい。また、弾性部材１２９は、アシストギア３０、ピン１２３及びスプロケット２の任意の動力伝達経路上に設けられていてもよい。例えば、アシストギア３０とピン１２３との間の係合領域等に単独で又は追加的に設けられてもよい。【００３２】
また、アシストギア３０は、スプロケット２とは独立にベアリング７０を介して共通ベース５０に回転可能に取り付けられている。これにより、アシストギア３０からスプロケット２へのより安定した動力伝達が可能となる。【００３３】
以上のように、本実施例では、スプロケット２と、アシストギア３０と、電動モーター３７と、ギア機構４０と、ドライブシャフト４とを共通ベース５０上に取り付け、更に、図２に示す制御系の回路及び後述する踏力センサーを各々駆動ハウジング１３及び一方向クラッチ９９内部に取り付けることにより、電動アシストに必要となる全ての構成要素を組み込んだ１つのユニット１１を構成することが可能となる。それにより、補助動力機構全体の簡素化を達成できると共に、ユニット１１の車体フレームへの取り付けを容易にすることができる。なお、共通ベースを適宜加工することにより、任意形式の車体フレームに、当該ユニット１１を取り付けることができることが理解されよう。【００３４】
本発明の一実施例に係るユニット１１を自転車フレームに取り付ける手順を図４を用いて説明する。図４（ａ）には、ユニット１１を自転車フレームに取り付けたときの右側から見た斜視図、図４（ｂ）には、図４（ａ）に示すユニット１１の拡大図、図４（ｆ）は、ユニット１１を自転車フレームに取り付けたときの左側から見た斜視図が示されている。【００３５】
先ず、図４（ｃ）に示すように、シャフト孔８０の一方の端部から、ユニット１１のドライブシャフト４（シャフトハウジング５２により覆われている）を矢印の方向に沿って挿入する。次に、図４（ｄ）に示すように、シャフト孔８０の反対側の端部からドライブシャフト４及びシャフトハウジング５２の先端が突出するまでユニット１１を挿入し、その突出先端に、取り付け金具８２及び締め金具８４を取り付ける。更に、両端部にボルト螺合用孔が形成された隆起部をユニット１１に設け、ボルト孔が各々形成され、平行に延在する一対のタブを車体フレームに設けておき、図４（ｂ）の工程で、該隆起部を該一対のタブの間にボルト孔が整列された状態で配置するようにしてもよい。【００３６】
最後に、図４（ｃ）に示すように、締め金具８４をドライブシャフト４及びシャフトハウジング５２の先端部に締め付けてこれらを固定すると共に、締め金具８４により同時に締め付けられる取り付け金具８２の先端部をユニット１１の外側にボルト止めする。また、一対のタブ内に配置された隆起部のボルト螺合孔に両端部からボルトを締め付ける。以上のように、確実且つ簡単にユニット１１を車体フレームに取り付けることができる。
（踏力検出機構）
マイクロコンピュータ１４に入力される歪みゲージ信号１、２を出力する踏力検出機構を図３乃至図７を用いて説明する。本実施例に係る踏力検出機構は、踏力に応じた一方向クラッチ９９の変形によって変化する歪みを検出する。【００３７】
図３（ｂ）に示すように、スプロケット２は、一方向クラッチ９９を介してドライブシャフト４に軸支される。この一方向クラッチ９９は、図５に示すように、駒部１００及び歯部１１２を備える。【００３８】
駒部１００では、３つのラチェット駒１０２が周方向に沿って等角度毎にその第２の係合面１１０に配置されている。このラチェット駒１０２は剛体でできており、第２の係合面１１０の略径方向に沿った軸の回りに回動可能とされている。ラチェット駒１０２は、ラチェット駒１０２に力が作用していないとき、その長さ方向が第２の係合面１１０に対して所定の角度をなす（図６の平衡方向１６０）ように駒立ち上げスプリング１０４によって付勢されている。図６に示すように、ラチェット駒１０２が平衡方向１６０から上昇方向ａ又は下降方向ｂに偏倚するとき、駒立ち上げスプリング１０４は、その偏倚を平衡方向１６０に戻すようにラチェット駒１０２に僅かな弾性力を及ぼす。【００３９】
また、駒部１００の中央部には、ドライブシャフト４を受け入れるための駒部ボア１０６が形成され、この駒部ボア１０６は、駒部１００の裏面１０１から突出した円筒部１０３も貫通している。裏面１０１には、円筒部１０３の外周囲に円状溝１５５（図３（ｂ））が形成され、該円状溝１５５の中には、多数の鋼球１５２が回転自在に嵌め込まれている。これによって、裏面１０１には、軸方向の荷重受け兼滑り軸受け用のベアリングが形成される。【００４０】
皿バネ１２４が、その中心孔１２７に円筒部１０３を通して駒部１００の裏面１０１に当接される。このとき、皿バネ１２４は、駒部１００からの圧力に弾力で対抗する方向に鋼球１５２即ち荷重受けベアリングを介して裏面１０１に滑動可能に接する。皿バネ１２４の表面には、１８０度の位置関係で対向する２個所に、歪みゲージ１２６が設置される。これらの歪みゲージ１２６は、リード線１２８を介してマイクロコンピュータ１４に電気的に接続される。更に好ましくは、３個以上の歪みゲージを皿バネ１２４に設置してもよい。このとき、複数の歪みゲージを、皿バネ１２４の表面上で夫々が回転対称の位置となるように設置するのが好ましい。【００４１】
皿バネ１２４は、椀状の支持器１３０の内底部１３２に収められる。支持器１３０には、ドライブシャフト４を貫通させるための支持ボア１３３及び後面から突出する支持円筒部１３４が形成される。支持円筒部１３４の外周表面には、ねじが切ってあり、これを車体取り付け部１４５のねじ切り内壁に螺合することによって、支持器１３０が車体に固定される。この支持円筒部１３４の内壁には、軸方向及び径方向の両荷重対応のベアリング１３８が係合され（図３（ｂ）参照）、ベアリング１３８は、ドライブシャフト４に形成されたストッパー斜面１４４によって係止される。同様に、ドライブシャフト４の反対側にもベアリング１３９（図４（ｂ）参照）が取り付けられるので、ドライブシャフト４は車体に対して回転自在となる。【００４２】
駒部ボア１０６の内壁には、軸方向５に延びる第１の回転防止用溝１０８が４個所に形成されている。駒部ボア１０６の内壁と摺接するドライブシャフト４の外壁部分にも、第１の回転防止用溝１０８と対面するように軸方向５に延びる第２の回転防止用溝１４０が４個所に形成されている。図７（ａ）に示すように、第１の回転防止用溝１０８及びこれに対面する第２の回転防止用溝１４０は、軸方向に沿って延びる円柱溝を形成し、各々の円柱溝の中には、これを埋めるように多数の鋼球１５０が収容される。これによって、駒部１００は、軸方向５に沿って摩擦抵抗最小で移動できると共に、ドライブシャフト４に対する相対回転が防止される。これは、一種のボールスプラインであるが、他の形式のボールスプライン、例えば無端回動のボールスプラインなどを、このような摺動可能な回転防止手段として適用することができる。【００４３】
また、駒部１００のドライブシャフト４への取り付け方法として、図７（ａ）のボールスプライン以外の手段を用いることも可能である。例えば、図７（ｂ）に示すように、軸方向に延びる突起部１４０ａをドライブシャフト４に設け、該突起部１４０ａを収容する第３の回転防止用溝１０８ａを駒部１００に形成する、いわゆるキースプライン形式も回転防止手段として適用可能である。なお、図７（ｂ）において、突起部１４０ａを駒部１００側に、第３の回転防止用溝１０８ａをドライブシャフト４側に設けてもよい。更に、図７（ｃ）に示すように、軸方向に延びる第４の回転防止用溝１０８ｂ及びこれに対面する第５の回転防止用溝１４０ｂを駒部１００及びドライブシャフト４に夫々設け、これらの溝が形成する直方体状の溝の中にキープレートを収容する、いわゆるキー溝形式も回転防止手段として適用可能である。【００４４】
歯部１１２の第１の係合面１２１には、ラチェット駒１０２と係合するための複数のラチェット歯１１４が形成されている。ラチェット歯１１４は、歯部の周方向に沿って互い違いに周期的に形成された、第１の係合面１２１に対してより急な斜面１１８と、より緩やかな斜面１１６と、から構成される。【００４５】
歯部１１２は、その第１の係合面１２１を駒部１００の第２の係合面１１０に対面させるようにドライブシャフト４にカラー１１１を介して摺接可能に軸支される。このとき、ラチェット駒１０２とラチェット歯１１２とが係合される（図６）。即ち、ドライブシャフト４は、ラチェット駒１０２とラチェット歯１１２との係合部分を介してのみ歯部１１２と作動的に連結される。カラー１１１を介して歯部ボア１２０を通過したドライブシャフト４の端部１４２には、歯部１１２が軸方向外側にずれないようワッシャー１２２が嵌合される（図３（ｂ））。歯部１１２には、スプロケット２がピン１２３（図３（ｂ））を介して動かないように取り付けられ、更に、ドライブシャフト４の先端にはペダル軸１４６が取り付けられる。かくして、車体前進方向のペダル踏力による回転のみをスプロケット２に伝達するようにドライブシャフト４とスプロケット２とを連結するラチェットギアが完成する。【００４６】
好ましくは、オフセット用バネ１３６が、ドライブシャフト４のストッパー斜面１４４と、駒部１００の裏面１０１との間に介在されるのがよい。このオフセット用バネ１３６は、ペダル踏力が所定値以下の場合（例えば事実上ゼロに近い場合）、裏面１０１に収容された鋼球１５２と皿バネ１２４との間にクリアランスを生じさせるように駒部１００を軸方向に偏倚させる。【００４７】
次に、本踏力検出機構の作用を説明する。【００４８】
搭乗者がペダル８Ｒ、８Ｌ（図１）にペダル踏力を与え、ドライブシャフト４を車体前進方向に回転させると、この回転力は、ドライブシャフト４に対し回転不可能且つ摺動可能に軸支された駒部１００に伝達される。このとき、図６に示すように、ラチェット駒１０２は、駒部１００からペダル踏力に対応する力Ｆｄを与えられので、その先端部は歯部１１２のラチェット歯のより急な斜面１１８に当接し、この力をラチェット歯に伝達しようとする。ラチェット歯部１１２は、スプロケット２に連結されているので、ラチェット駒１０２の先端部は、駆動のための負荷による力Ｆｐをより急な斜面１１８から受ける。その両端部から互いに反対向きの力Ｆｐ及びＦｄを与えられたラチェット駒１０２は、ａ方向に回転して立ち上がる。このとき駒部１００は、ラチェット駒１０２の立ち上がりによって軸方向内側に移動し、駒部１００と支持器１３０との間に介在する皿バネ１２４を押し込む。皿バネ１２４は、これに対抗して弾性力Ｆｒを駒部１００に作用する。この力Ｆｒと、駒部１００を軸方向に移動させるペダル踏力を反映した力とは短時間で釣り合う。かくして、皿バネ１２４の応力歪み、駒部１００と歯部１１２との間のクリアランス、ラチェット駒１０２の第２の係合面１１０に対する角度、駒部１００の車体フレームに対する位置及び皿バネ１２４が押し込まれる圧力などはペダル踏力を反映する物理量となる。従って、これらのうち少なくとも１つを検出することによって踏力Ｔを推定することが可能となる。【００４９】
本実施例では、一例として皿バネ１２４の応力歪みを検出する。マイクロコンピュータ１４は、皿バネ１２４に設けられた２つの歪みゲージ１２６からの信号を少なくとも加算演算する（平均演算を含む）。このように複数箇所の応力歪み量を平均化して計測することによって、同じ踏力でも出力変化を大きくとれ且つノイズ成分を平滑化することができるので、ＳＮ比を改善し、踏力推定精度を更に向上させることができる。この効果は、歪みゲージの個数が増えるほど大きくなる。【００５０】
また、ペダル踏力が所定値以下の場合などでは、オフセット用バネ１３６は、駒部１００の裏面１０１と皿バネ１２４との間にクリアランスを生じさせているため、鋼球１５２が皿バネ１２４に頻繁に衝突することが少なくなる。これによって、歪みゲージ信号のノイズ成分が軽減して、踏力検出及び電動アシスト制御の安定性を向上させることができる。【００５１】
次に、マイクロコンピュータ１４は、少なくとも演算された踏力Ｔに基づいて印加すべきアシスト用の補助動力Ｔｅを演算し、該補助動力で回転駆動するように電動モーター３７を指令する制御信号を演算出力する。好ましくは、マイクロコンピュータ１４は、回転速度センサー２２０により検出された回転速度信号を車速に変換し、踏力T及び車速の両方に基づいて適切な補助動力Tｅを決定し、該補助動力Ｔｅを発生させるよう電動モーター３７を制御する。【００５２】
本実施例の踏力検出機構には以下のような更に優れた効果がある。
（１）  一方向クラッチと踏力検出機構とを一つの機構で実現したので、部品点数の削減化が図られ、小型、軽量化及び低コストを達成できる。
（２）  踏力を検出する部分に、受け荷重ユニットと荷重検出センサーとを一体化した皿バネを用い、２つの機能を１ユニットで実現したので、上記効果に加えて更に小型、軽量化及び低コストを達成できる。
（３）  上記項目（１）及び（２）に示したように踏力検出機構の小型、軽量化及び簡素化をより高いレベルで達成したので、通常の自転車であっても踏力検出機構を取り付ける可能性が更に広がった。
（４）  上記項目（１）及び（２）で示した理由により、従来機構に比べて荷重の伝達ロスが少なくなり、制御の応答性のよいアシストフィーリングを実現できる。
（５）  上記項目（１）及び（２）で示した理由により、従来機構（コイルバネ使用）に比べ、ペダルに無駄な動き（センサーが感知するまで）が無くなり、ペダルを踏み込んだときのフィーリングは、従来機構は踏み込み時に弾力感があったのに対し、本実施例では、通常の自転車のフィーリングと同様になった。【００５３】
なお、一方向クラッチ９９の駒及び歯のいずれか一方をスプロケットに取り付け、他方をドライブシャフトに取り付けるかは、任意好適に変更可能である。例えば駒部１００をスプロケット側に取り付け、歯部１１２をドライブシャフト４に摺動可能且つ回転不可能に取り付け、歯部１１２によって皿バネ１２４を押し込めるようにしてもよい。【００５４】
また、上記例では、皿バネの応力歪みを踏力に関連する物理量として検出したが、本発明は、これに限定されず、一方向クラッチ９９の踏力に応じた変形によって変化する任意の物理量を検出することができる。例えば、ラチェット駒の傾き、ラチェット駒部及びラチェット歯部の相対間隔、ラチェット駒部及びラチェット歯部のいずれかの車体に対する位置、並びに、皿バネを押す圧力などを、踏力を反映する物理量として選択することができる。【００５５】
更に、一方向クラッチ９９の変形に対抗して配置される弾性体も任意好適に種類及びその形状を変更可能である。皿バネやコイルバネ以外に例えばゴム弾性体などを用いることもできる。また、応力歪みを検出する手段として、歪みゲージを例にしたが、応力歪みに関連した物理量を検出できれば、これに限定されるものではない。【００５６】
以上が本発明の実施例であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において任意好適に変更可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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