(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と、
該外管と同軸に配置されるように、該外管に挿設される介在管と、
該外管と同軸に配置されるように、該介在管に挿設される転動軸と、
前記外管と介在管との間に環装される少なくとも１つの外軸受と、
前記介在管と転動軸との間に環装される少なくとも１つの内軸受と、
該介在管と転動軸との間に設置されると共に、一端が前記介在管に、他端が前記転動軸に連結される弾性部材と、
前記転動軸に環装される環状の第一プレートと、
前記転動軸に環装されると共に、前記第一プレートと接近するように前記介在管に位置する環状の第二プレートと、
前記外管に設置されると共に、前記第一プレートと第二プレートとの角度の差を感知する感知ユニットと、を備えるトルクセンサを有し、
前記介在管は、内周面に凸設される第一止め部と、内周面における、該第一止め部と離間する位置に凸設される第二止め部とを有し、
前記転動軸は、外周面における前記介在管の第一止め部と第二止め部との間に設けられる第一当接部と、外周面における、該第一当接部と離間する位置に設けられると共に、該第一当接部と前記第二止め部との間に位置するように該第二止め部に当接されることができる第二当接部と、を有することを特徴とするトルク感知装置。
【請求項２】
前記第一プレートである基準プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の貫通孔が形成され、
前記第二プレートである遮蔽プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の感知部が形成され、該各感知部は、遮蔽プレートにおける周縁に沿って配列される複数のセンサ孔からなり、
前記感知ユニットは、前記基準プレートの貫通孔を通過して信号を送る送信部材と、該送信部材からの信号を受信する受信部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載のトルク感知装置。
【請求項３】
前記第二プレートである基準プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の貫通孔が形成され、
前記第一プレートである遮蔽プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の感知部が形成され、該各感知部は、遮蔽プレートにおける周縁に沿って配列される複数のセンサ孔からなり、
前記感知ユニットは、前記基準プレートの貫通孔を通過して信号を送る送信部材と、該送信部材からの信号を受信する受信部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載のトルク感知装置。
【請求項４】
前記弾性部材は、一端が前記介在管に、他端が前記転動軸に連結されるように、前記転動軸に環装されるねじばねであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルク感知装置。
【請求項５】
前記弾性部材は、圧縮可能なものであり、前記介在管の第一止め部と転動軸の第一当接部との間に設置され、その両端がそれぞれ、該介在管の第一止め部及び該転動軸の第一当接部に当接されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルク感知装置。
【請求項６】
前記介在管の一端に係合溝が凹設され、
前記転動軸の一端に掛合溝が凹設され、
前記弾性部材は、一端が該介在管の係合溝に、他端が該転動軸の掛合溝に連結されることを特徴とする請求項４に記載のトルク感知装置。
【請求項７】
前記転動軸の外周面に、一側面が前記介在管の他端と対応する当接リングが環装され、
前記第一プレート及び第二プレートは、前記転動軸の当接リングと介在管の他端との間に位置し、また、該第一プレートは、前記転動軸の当接リングの一側面に設置されると共に、該第二プレートは、前記介在管の端部の端面に設置されることを特徴とする請求項１乃至３何れかの１項に記載のトルク感知装置。
【請求項８】
前記転動軸の外周面に、一側面が前記介在管の他端と対応する当接リングが環装され、
前記第一プレート及び第二プレートは、前記転動軸の当接リングと介在管の他端との間に位置し、また、該第一プレートは、前記転動軸の当接リングの一側面に設置されると共に、該第二プレートは、前記介在管の端部の端面に設置されることを特徴とする請求項４に記載のトルク感知装置。
【請求項９】
前記転動軸の外周面に、一側面が前記介在管の他端と対応する当接リングが環装され、
前記第一プレート及び第二プレートは、前記転動軸の当接リングと介在管の他端との間に位置し、また、該第一プレートは、前記転動軸の当接リングの一側面に設置されると共に、該第二プレートは、前記介在管の端部の端面に設置されることを特徴とする請求項５に記載のトルク感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にシリンダが受けたトルクを感知するためのトルク感知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトルク感知装置は通常、一側に連結された部材が停止状態の時に、他側の部材におけるトルクを感知するように設計されていることから、両側の部材が共に稼動している状態においては、圧力やトルクなどを感知することができない。
【０００３】
一般に、トルク感知装置は、両側の部材が共に稼動しているという設計がよくあるので、従来のトルク感知装置により、それら部材のトルクを感知することができず、例えば、人力で駆動する自転車は、ペダルをこぐことにより、連動部材を回転させながら前輪及び後輪を回転させる時に、自動車に装着された従来のトルクコンバータまたはトルク感知装置は、トルクを感知することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のトルクコンバータまたはトルク感知装置を使用した自転車やエクササイズ用道具などを使って運動をする時は、使用者からの出力を感知することができず、また、使用者が実際にどの程度運動したのかを計算することができない。故に、本発明は、前記問題を解決すると共に、構造が簡単であり、高精度のトルク感知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電動自転車のトルク感知装置は、外管と、
軸方向が同一となるように該外管に挿設される介在管と、
軸方向が同一となるように該介在管に挿設される転動軸と、
前記外管と介在管との間に環装される少なくとも１つの外軸受と、
前記介在管と転動軸との間に環装される少なくとも１つの内軸受と、
該介在管と転動軸との間に設置されると共に、一端が前記介在管に、他端が前記転動軸に連結される弾性部材と、
前記転動軸に環装される環状の第一プレートと、
前記転動軸に環装されると共に、前記第一プレートと接近するように前記介在管に位置する環状の第二プレートと、
前記外管に設置されると共に、前記第一プレートと第二プレートとの角度の差を感知する感知ユニットと、を備えるトルクセンサを有し、
前記介在管は、内周面に凸設される第一止め部と、内周面における、該第一止め部と離間する位置に凸設される第二止め部とを有し、
前記転動軸は、外周面における前記介在管の第一止め部と第二止め部との間に設けられる第一当接部と、外周面における、該第一当接部と離間する位置に設けられると共に、該第一当接部と前記第二止め部との間に位置するように該第二止め部に当接されることができる第二当接部と、を有するものである。
【０００６】
前記第一プレートである基準プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の貫通孔が形成され、
前記第二プレートである遮蔽プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の感知部が形成され、該各感知部は、遮蔽プレートにおける周縁に沿って配列される複数のセンサ孔からなり、
前記感知ユニットは、前記基準プレートの貫通孔を通過して信号を送る送信部材と、該送信部材からの信号を受信する受信部材とを備えてもよい。
【０００７】
前記第二プレートである基準プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の貫通孔が形成され、
前記第一プレートである遮蔽プレートの周縁に間隔をおいて環状に複数の感知部が形成され、該各感知部は、遮蔽プレートにおける周縁に沿って配列される複数のセンサ孔からなり、
前記感知ユニットは、前記基準プレートの貫通孔を通過して信号を送る送信部材と、該送信部材からの信号を受信する受信部材とを備えてもよい。
【０００８】
前記弾性部材は、一端が前記介在管に、他端が前記転動軸に連結されるように、前記転動軸に環装されるねじばねであることが好ましい。
【０００９】
前記弾性部材は、圧縮可能なものであり、前記介在管の第一止め部と転動軸の第一当接部との間に設置され、その両端がそれぞれ、該介在管の第一止め部及び該転動軸の第一当接部に当接されることが好ましい。
【００１０】
前記介在管の一端に係合溝が凹設され、
前記転動軸の一端に掛合溝が凹設され、
前記弾性部材は、一端が該介在管の係合溝に、他端が該転動軸の掛合溝に連結されることが好ましい。
【００１１】
前記転動軸の外周面に、一側面が前記介在管の他端と対応する当接リングが環装され、
前記第一プレート及び第二プレートは、前記転動軸の当接リングと介在管の他端との間に位置し、また、該第一プレートは、前記転動軸の当接リングの一側面に設置されると共に、該第二プレートは、前記介在管の端部の端面に設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るトルク感知装置は、ハイスピード、優れた感度、高精度などの特徴を有するトルクセンサを備えるものであり、各種の回転運動を行う機械に装着しても構わなく、また、トルクセンサによって、その回転運動を行う機械が受けたトルクを感知することができると共に、使用者が運動をするための力やトルクなどを算出することができ、さらに、トルクセンサを使用している時は消耗エネルギーが少ないので、感知精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るトルク感知装置の斜視図である。
【図２】本発明に係るトルク感知装置の部分分解斜視図である。
【図３】本発明に係るトルク感知装置におけるトルクセンサの部分分解斜視図である。
【図４】本発明に係るトルク感知装置におけるトルクセンサの部分側面断面図である。
【図５】本発明に係るトルク感知装置におけるトルクセンサの部分正面断面図である。
【図６】本発明に係るトルク感知装置における第一プレート及び第二プレートの部分拡大分解斜視図である。
【図７】本発明に係るトルク感知装置における第一プレート及び第二プレートの重なり合った状態を示す側面図である。
【図８】本発明に係るトルク感知装置における第一プレート及び第二プレートの回転状態を示す側面図である。
【図９】本発明に係るトルク感知装置における第一プレートが基準プレートであり、第二プレートが遮断プレートである実施例の部分拡大正面断面図である。
【図１０】本発明に係るトルク感知装置におけるトルクセンサの他の部分正面断面図である。
【図１１】本発明に係るトルク感知装置を電動アシスト自転車に装着した状態を示す正面図である。
【図１２】本発明に係るトルク感知装置をエアロバイクに装着した状態を示す正面図である。
【図１３】本発明に係るトルク感知装置における第一プレート及び第二プレートの他の部分拡大分解斜視図である。
【図１４】本発明に係るトルク感知装置における第二プレートが基準プレートであり、第一プレートが遮断プレートである実施例の部分拡大正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の適切な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１、図２及び図１０に示すように、本発明に係るトルク感知装置は、外管１１と、介在管１２、１２Ａと、転動軸１３、１３Ａと、少なくとも１つの外軸受１４と、少なくとも１つの内軸受１５と、弾性部材１６、１６Ａと、第一プレートと、第二プレートと、感知ユニット１９とからなるトルクセンサ１０を有する。
【００１６】
図３乃至図５に示すように、前記介在管１２、１２Ａは、前記外管１１と同軸に配置されるように、該外管１１に挿設され、第一端１２１と、第二端１２２と、該第二端１２２に凹設される係合溝１２３と、内周面に凸設される第一止め部１２４、１２４Ａと、内周面における、該第一止め部１２４、１２４Ａと離間する位置に凸設される第二止め部１２５、１２５Ａとを備える。
【００１７】
前記転動軸１３、１３Ａは、該外管１１と同軸に配置されるように、該介在管１２、１２Ａに挿設され、該介在管１２の第一端１２１と対応する第一軸端１３１と、該介在管１２の第二端１２２と対応する第二軸端１３２と、一側面が該介在管１２の第一端１２１と対応するように、外周面における該第一軸端１３１の近傍に環装される当接リング１３３と、外周面における、前記第一止め部１２４、１２４Ａと第二止め部１２５、１２５Ａとの間に設けられる第一当接部１３４、１３４Ａと、外周面における該第一当接部１３４、１３４Ａと離間するように、該第一当接部１３４、１３４Ａと第二止め部１２５、１２５Ａとの間に設けられる第二当接部１３５、１３５Ａと、該第二軸端１３２を切り欠くように外周面に凹設される掛合溝１３６とを備える。
【００１８】
前記少なくとも１つの外軸受１４は、前記外管１１と介在管１２との間に環装され、また、各外軸受１４の外周面が該外管１１の内周面に接触すると共に、内周面が該介在管１２の外周面に接触し、これにより、該介在管１２と外管１１とをスムーズに回転させることができる。
【００１９】
前記少なくとも１つの内軸受１５は、前記介在管１２と転動軸１３との間に環装され、外周面が該介在管１２の内周面に接触すると共に、内周面が該転動軸１３外周面に接触し、これにより、該転動軸１３と介在管１２とをスムーズに回転させることができる。
【００２０】
前記弾性部材１６、１６Ａは、前記介在管１２、１２Ａと転動軸１３、１３Ａとの間に設置され、トルクを受けてない時は、該介在管１２、１２Ａと転動軸１３、１３Ａとをそれぞれ所定の位置に保持し、その転動軸１３、１３Ａが回転した時、該弾性部材１６、１６Ａを介して該転動軸１３、１３Ａが該介在管１２、１２Ａを押し込んで回転させる。
【００２１】
図３及び図４に示すように、本実施例における弾性部材１６は、ねじばねであり、一端が該介在管１２の係合溝１２３に、他端が該転動軸１３の掛合溝１３６に連結されるように、前記転動軸１３に環装され、その転動軸１３が介在管１２に対して回動した時、その回動によって、第一当接部１３４が第一止め部１２４に当接され、或いは、第二当接部１３５が第二止め部１２５に当接される。
【００２２】
また、図１０に示すように、他の実施例における弾性部材１６Ａは、圧縮可能な圧縮ばねを採用しており、一端が第一止め部１２４Ａに、他端が第一当接部１３４Ａに当接されるように、該介在管１２Ａの第一止め部１２４Ａと転動軸１３Ａの第一当接部１３４Ａとの間に設置され、その転動軸１３Ａが介在管１２Ａに対して回動した時、該転動軸１３Ａの第二当接部１３５Ａが介在管１２Ａの第二止め部１２５Ａに当接される。
【００２３】
図６及び図９に示すように、前記第一プレートは、環状を呈するものであり、前記転動軸１３の当接リング１３３の一側面に設置されると共に、該転動軸１３の当接リング１３３と介在管１２の第一端１２１との間に位置するように前記転動軸１３に環装される。尚、本実施例において、その第一プレートは基準プレート１７であり、その周縁に間隔をおいて環状に複数の貫通孔１７１が形成される。
【００２４】
一方、前記第二プレートは、環状を呈するものであり、該第一プレートと接近し、且つ、前記転動軸１３の当接リング１３３と介在管１２の第一端１２１との間に位置するように、前記介在管１２の第一端１２１の端面に設置されると共に、該転動軸１３に環装される。尚、本実施例において、その第二プレートは遮蔽プレート１８であり、その周縁に間隔をおいて環状に複数の感知部１８１が形成され、該各感知部１８１は、遮蔽プレート１８における周縁に沿って配列される複数のセンサ孔１８２からなる。
【００２５】
尚、図１３及び図１４に示すように、前記第二プレートを基準プレート１７とし、前記第一プレートを遮蔽プレート１８として使用してもよく、その場合、その転動軸１３が介在管１２に対して回動した時、回動した第一プレートの位置と回動した第二プレートの位置との間の角度の差によって、該介在管１２と転動軸１３との角度の差及び弾性部材１６、１６Ａの圧縮変形量を表すことができる。
【００２６】
前記感知ユニット１９は、前記第一プレートと第二プレートとの角度の差を感知するために、前記外管１１に設置されるものであり、送信部材１９１及び受信部材１９２を備え、その内、該送信部材１９１は、前記基準プレート１７と接近するように取り付けられ、該基準プレート１７の貫通孔１７１を通過可能な信号を送信し、一方、該受信部材１９２は、該送信部材１９１と対応して前記遮蔽プレート１８と接近するように取り付けられ、該送信部材１９１からの信号を受信するものである。この構成によれば、前記基準プレート１７及び遮蔽プレート１８が回動し、トルクセンサ１０が小さなトルクを受けると、受信部材１９２が、１つ程の少ない信号を受け、また、トルクセンサ１０が大きいなトルクを受けると、受信部材１９２が複数の信号を受ける。
【００２７】
図１１に示すように、本発明に係るトルク感知装置におけるトルクセンサ１０は、電動アシスト自転車４０のボトムブラケットに設置して使用するものであり、また、該電動アシスト自転車４０は、介在管１２の一端に設置されるチェーンギア４５と、該チェーンギア４５に巻回されるチェーン４１と、転動軸１３の第一軸端１３１及び第二軸端１３２にそれぞれ設置されるクランク４６と、回転可能に該各クランク４６の末端にそれぞれ設置されるペダル４７とを有し、この構造によれば、運転者がペダル４７をこげば、電動アシスト自転車４０を駆動することができる。
【００２８】
そして、運転者がペダル４７をこいでクランク４６を介して転動軸１３を回転させると、転動軸１３が弾性部材１６、１６Ａを押し込みながら介在管１２及びチェーンギア４５を回転させ、それにより、第一プレートが転動軸１３と同期に回転すると共に、第二プレートも介在管１２と同期に回転する。
【００２９】
図４に示すように、トルクセンサ１０に対する力がトルクセンサ１０により最大限と判断されると、その転動軸１３の第一当接部１３４と介在管１２の第一止め部１２４とが当接し、一方、トルクセンサ１０が力を受けてない時は、弾性部材１６によって、転動軸１３の第二当接部１３５と介在管１２の第二止め部１２５とが当接する。
【００３０】
図７に示すように、遮蔽プレート１８の感知部１８１は、基準プレート１７における隣接する２つの貫通孔１７１の間と対応するように位置することから、通常の状態において、送信部材１９１からの信号は感知部１８１を通過することができないので、感知ユニット１９の受信部材１９２は、送信部材１９１からの信号を受信することはできない。
【００３１】
図８に示すように、電動アシスト自転車４０で坂を上ったり、また加速したりする時には、運転者がペダル４７を強く踏み込んで大きいな力を発生させる必要がある。この時、運転者からの踏み込み力によって、弾性部材１６、１６Ａをねじって圧縮させ、また、遮蔽プレート１８が基準プレート１７に対して回転して遮蔽プレート１８の感知部１８１を基準プレート１７の貫通孔１７１から露出させ、これにより、送信部材１９１からの信号を該感知部１８１のセンサ孔１８２を通過させ、感知ユニット１９の受信部材１９２によりセンサ孔１８２を通過した信号を受信する。その受信部材１９２は、基準プレート１７の貫通孔１７１から露出した感知部１８１のセンサ孔１８２を数えて信号を受信した回数を得ることから、遮蔽プレート１８が基準プレート１７に対して回転することによって、回転した遮蔽プレート１８の位置と回転した基準プレート１７の位置との間の角度の差及び運転者が運動をするための力を算出することができる。
【００３２】
さらに、前記感知ユニット１９は、基準プレート１７と遮蔽プレート１８との角度の差を感知して信号を制御器に送り、その制御器が電動アシスト自転車４０の電動モータ４２を制御して前輪４３或いは後輪４４を回転させ、運転者に補助力を出力して電動アシスト自転車４０を駆動させる。この構成によれば、運転者が電動アシスト自転車４０に乗って坂を上る或いは加速する時、適度な補助力が出力されるので、運転者は、無理なく適当な運動を行うことができる。
【００３３】
図１２に示すように、本発明に係るトルク感知装置におけるトルクセンサ１０は、一般の自転車或いはエアロバイク５０に設置してもよく、例えば、エアロバイク５０にトルクセンサ１０を装着した場合、転動軸１３の第一軸端１３１及び第二軸端１３２にそれぞれクランク５１が取り付けられ、該各クランク５１にそれぞれペダル５２が枢設される。この実施例によれば、運動者がエアロバイク５０のペダル５２をこぐ時、トルクセンサ１０が運動者からのトルクを感知して運動者の運動量を計算して、その計算した結果を、エアロバイク５０の制御パネルで表示し、或いは運動者のスマートホンに送信して運動者の体力や運動能力などのデータを記録したり、分析したりできる。
【００３４】
上述したように、前記トルクセンサ１０は通常、転動軸１３が運動者からのトルクを受けて弾性部材１６、１６Ａを介して介在管１２を回転させることで起動させるが、介在管１２がトルクを受けて弾性部材１６、１６Ａを介して転動軸１３を回転させることにより起動しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係るトルク感知装置は上記の構成を有することから、構造が簡単であり、ハイスピード、優れた感度、高精度などの特徴を有するトルクセンサを備えるものであり、各種の回転運動を行う機械に装着しても構わなく、また、トルクセンサによって、その回転運動を行う機械が受けたトルクを感知することができると共に、使用者が運動をするための力やトルクなどを算出することができ、さらに、トルクセンサを使用している時は消耗エネルギーが少ないので、感知精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０              トルクセンサ
１１              外管
１２、１２Ａ      介在管
１２１            第一端
１２２            第二端
１２３            係合溝
１２４、１２４Ａ  第一止め部
１２５、１２５Ａ  第二止め部
１３、１３Ａ      転動軸
１３１            第一軸端
１３２            第二軸端
１３３            当接リング
１３４、１３４Ａ  第一当接部
１３５、１３５Ａ  第二当接部
１３６            掛合溝
１４              外軸受
１５              内軸受
１６、１６Ａ      弾性部材
１７              基準プレート
１７１            貫通孔
１８              遮蔽プレート
１８１            感知部
１８２            センサ孔
１９              感知ユニット
１９１            送信部材
１９２            受信部材
４０              電動アシスト自転車
４１              チェーン
４２              電動モータ
４３              前輪
４４              後輪
４５              チェーンギア
４６              クランク
４７              ペダル
５０              エアロバイク
５１              クランク
５２              ペダル
【図１】
0005422627.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005422627.tif 000014
【図１４】
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