(57)【要約】【課題】高い検出精度を得る電動補助自転車の踏力検出装置を提供する。【解決手段】トーションパイプ４０が、クランク軸３０の外周面３０ｃに配置される。トーションパイプ４０の中心軸線方向Ｘ１の一端部４０ａがクランク軸３０に固定され、他端部４０ｂがワンウェイクラッチ５に接続される。一端部４０ａに多極磁石４１が連結され、他端部４０ｂに一対の磁気ヨーク４３が連結される。磁気センサ４８が、多極磁石４１と磁気ヨーク４３とで構成される磁気回路に発生する磁束を検出する。検出部４９が、磁気センサ４８からの出力信号に基づいて、クランク軸３０に入力された踏力をトーションパイプ４０の捩じれ量として検出する。トーションパイプ４０が、一端部４０ａと他端部４０ｂとの間にトーションパイプ４０の捩じり剛性を抑制する傾斜長孔９０（肉抜き部）を含む。【選択図】図１
2018203223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動補助自転車のクランク軸に入力された踏力を検出する踏力検出装置において、
前記クランク軸の外周面に配置されたトーションパイプであって、中心軸線方向に一端部と他端部とを有し、前記一端部が前記クランク軸に固定され、前記他端部が前記クランク軸の一方向の回転トルクのみを伝達するワンウェイクラッチに接続されたトーションパイプと、
前記一端部および前記他端部の一方に連結された多極磁石と、
前記一端部および他端部の他方に連結され、前記多極磁石とともに磁気回路を構成する一対の磁気ヨークと、
前記磁気回路に発生する磁束を検出する磁気センサと、
前記磁気センサからの出力信号に基づいて前記踏力をトーションパイプの捩じれ量として検出する検出部と、を備える、電動補助自転車の踏力検出装置。
【請求項２】
前記トーションパイプは、前記一端部と前記他端部との間に配置されて当該トーションパイプの捩じり剛性を抑制する肉抜き部を含む、請求項１に記載の電動補助自転車の踏力検出装置。
【請求項３】
前記肉抜き部は、前記他端部側から前記一端部側に向けて前記一方向に傾斜する方向に延びる貫通または非貫通の傾斜長孔である、請求項２に記載の電動補助自転車の踏力検出装置。
【請求項４】
前記傾斜長孔は、その長手方向に関して、前記トーションパイプの前記一端部側の一端部と、前記トーションパイプの前記他端部側の他端部とを有し、
前記傾斜長孔の前記一端部および前記他端部のそれぞれは、湾曲状縁部で区画され、
前記傾斜長孔の前記一端部を区画する湾曲状縁部では、前記一方向の反対方向側の部分の曲率半径が、前記一方向側の部分の曲率半径よりも大きくされており、
前記傾斜長孔の前記他端部を区画する湾曲状縁部では、前記一方向側の部分の曲率半径が、前記反対方向側の部分の曲率半径よりも大きくされている、請求項３に記載の電動補助自転車の踏力検出装置。
【請求項５】
前記傾斜長孔は、その長手方向の端部における前記中心軸線方向に対する傾斜角度が長手方向の中間部における前記中心軸線方向に対する傾斜角度よりも大きくされている、請求項３に記載の電動補助自転車の踏力検出装置。
【請求項６】
前記肉抜き部が、前記トーションパイプの周方向に複数設けられる、請求項１〜５の何れか一項に記載の電動補助自転車の踏力検出装置。
【請求項７】
前記トーションパイプの前記他端部および該他端部と一体回転する部材の少なくとも一方に設けられた被係合部と、前記クランク軸に設けられ、前記トーションパイプが所定量捩じられたときに前記被係合部に係合することにより前記トーションパイプが前記所定量を超えて捩じられることを規制する係合部と、を含む捩じり量規制機構を備える、請求項１〜６の何れか一項に記載の電動補助自転車の踏力検出装置。
【請求項８】
前記係合部は、前記クランク軸の外周面に周方向に並べて配置された複数の係合歯により構成され、
前記被係合部は、それぞれ対応する係合歯と噛み合い可能な複数の被係合歯により構成される、請求項７に記載の電動補助自転車の踏力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動補助自転車の踏力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動補助自転車のペダルからクランク軸に入力された踏力を検出する踏力検出装置として、クランク軸の外周面に配置されて、一端側がペダルスプロケットに連結され、他端側がクランク軸に固定されたトーションパイプを用いるものがある（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１では、クランク軸の周面から放射方向に立設されたピン状部材の根元部が、トーションパイプの一端側近傍に設けられた係合作用部に係合される。ピン状部材は、クランク軸とトーションパイプの一端側との位相差に応じて傾倒される。そして、前記係合作用部よりもトーションパイプの径方向の外側に配置された検知機構によって、ピン状部材の傾倒量（トーションパイプの捩じり方向に関するピン状部材の先端部の移動量）として、機械的に増幅されて検知される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０２０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、トーションパイプの僅かな捩じれをピン状部材の傾倒量（捩じり方向への移動量）として機械的に増幅している。しかしなから、寸法精度のばらつきによって、ピン状部材と係合作用部との機械的接触部分の当接状態がばらつく。例えば、小トルク伝達時に、ピン状部材とトーションパイプの係合作用部との間に隙間が生じて踏力を検出できなかったり、大トルク伝達時に、ピン状部材と係合作用部との間に滑りが生じたりする。このような機械的接触部分の当接状態のばらつきによる悪影響で、検出精度が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、高い検出精度を得ることのできる電動補助自転車の踏力検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、電動補助自転車のクランク軸（３０）に入力された踏力を検知する、電動補助自転車の踏力検知装置（４）において、前記クランク軸の外周面（３０ｃ）に配置されたトーションパイプ（４０；４０Ｐ；４０Ｑ；４０Ｒ）であって、中心軸線方向（Ｘ１）に一端部（４０ａ）と他端部（４０ｂ）とを有し、前記一端部が前記クランク軸に固定され、前記他端部が前記クランク軸の一方向の回転トルクのみを伝達するワンウェイクラッチ（５）に接続されたトーションパイプと、前記一端部および前記他端部の一方に連結された多極磁石（４１）と、前記一端部および他端部の他方に連結され、前記多極磁石とともに磁気回路を構成する一対の磁気ヨーク（４３）と、前記磁気回路に発生する磁束を検出する磁気センサ（４８）と、前記磁気センサからの出力信号に基づいて前記踏力をトーションパイプの捩じれ量として検出する検出部（４９）と、を備える、電動補助自転車の踏力検出装置（４）を提供する。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、請求項１において、前記トーションパイプは、前記一端部と前記他端部との間に配置されて当該トーションパイプの捩じり剛性を抑制する肉抜き部（９０；１００；２００）を含んでいてもよい。
【０００８】
請求項３のように、請求項２において、前記肉抜き部は、前記他端部側から前記一端部側に向けて前記一方向に傾斜する方向に延びる貫通または非貫通の傾斜長孔（９０；１００）であってもよい。
請求項４のように、請求項３において、前記傾斜長孔は、その長手方向（Ｌ）に関して、前記トーションパイプの前記一端部側の一端部（９０ａ）と、前記トーションパイプの前記他端部側の他端部（９０ｂ）とを有し、前記傾斜長孔の前記一端部および前記他端部のそれぞれは、湾曲状縁部（９１，９２）で区画され、前記傾斜長孔の前記一端部を区画する湾曲状縁部（９１）では、前記一方向の反対方向（Ｙ２）側の部分（９１ａ）の曲率半径（Ｒ１ａ）が、前記一方向側の部分（９１ｂ）の曲率半径（Ｒ１ｂ）よりも大きくされており（Ｒ１ａ＞Ｒ１ｂ）、前記傾斜長孔の前記他端部を区画する湾曲状縁部（９２）では、前記一方向側の部分（９２ａ）の曲率半径（Ｒ２ａ）が、前記反対方向側の部分（９２ｂ）の曲率半径（Ｒ２ｂ）よりも大きくされていてもよい。
【０００９】
請求項５のように、請求項３において、前記傾斜長孔（１００）は、その長手方向の端部（１１０，１２０）における前記中心軸線方向に対する傾斜角度（θ１，θ２）が長手方向の中間部（１３０）における前記中心軸線方向に対する傾斜角度（θ３）よりも大きくされていてもよい。
請求項６のように、請求項１〜５の何れか一項において、前記肉抜き部が、前記トーションパイプの周方向（Ｚ）に複数設けられてもよい。
【００１０】
請求項７のように、請求項１〜６の何れか一項において、前記トーションパイプの前記他端部および該他端部と一体回転する部材（５０）の少なくとも一方に設けられた被係合部（４０ｇ；５０ｂ；５２０；６２０）と、前記クランク軸に設けられ、前記トーションパイプが所定量捩じられたときに前記被係合部に係合することにより前記トーションパイプが前記所定量を超えて捩じられることを規制する係合部（３０ｄ；３０ｅ；５１０；６１０）と、を含む捩じり量規制機構（３００；４００；５００；６００）を備えていてもよい。
【００１１】
請求項８のように、請求項７において、前記係合部は、前記クランク軸の外周面に周方向に並べて配置された複数の係合歯（３０ｄ；３０ｅ）により構成され、前記被係合部は、それぞれ対応する係合歯と噛み合い可能な複数の被係合歯（４０ｇ；５０ｂ）により構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、トーションパイプの一端部と他端部との間に生ずる捩じり量を非接触式である磁気センサで検出する。このため、特許文献１のようにトーションパイプの捩じれ量を機械的に増幅するピン状部材を用いる場合のように、検出精度が、機械的接触部分の寸法精度のばらつきの影響を受けて悪化するようなことがなく、踏力（捩じり量）の検出精度を高くすることができる。
【００１３】
請求項２の発明では、肉抜き部によってトーションパイプの捩じり剛性が低く抑えられるため、捩じりトルクに対して、トーションパイプの一端部と他端部との間に生ずる捩じり量自体が大きくされる。これにより、分解能を高めて、検出精度を高くすることができる。
請求項３の発明では、肉抜き部としての傾斜長孔が、前記他端部側から前記一端部側に向けて前記一方向に傾斜する方向に延びる。このため、中心軸線方向に延びる長孔を用いる場合と比較して、トーションパイプにおいて捩じり変形に寄与する部分を長くすることができる。トーションパイプの中心軸線方向の長さを長くせずとも、捩じり剛性を低く抑制することができる。
【００１４】
請求項４の発明では、クランク軸に固定されるトーションパイプの一端部が、トーションパイプの他端部に対して前記一方向側に捩じられる。また、トーションパイプの他端部が、トーションパイプの一端部に対して前記一方向の反対方向側に捩じられる。
このため、傾斜長孔の長手方向の一端部を区画する湾曲状縁部では、前記一方向側の部分が圧縮応力を受ける一方、前記反対方向側の部分が引張応力を受けるため強度的により厳しくなる。また、傾斜長孔の長手方向の他端部を区画する湾曲状縁部では、前記反対方向側の部分が圧縮応力を受ける一方、前記一方向側の部分が引張応力を受けるため強度的により厳しくなる。そこで、傾斜長孔の各端部を区画する湾曲状縁部において、引張応力を受ける側の部分の曲率半径を相対的に大きくすることで、応力が分散されるので、強度の向上を図れる。
【００１５】
請求項５の発明では、傾斜長孔が、その長手方向の端部における傾斜角度が長手方向の中間部における傾斜角度よりも大きくされる。これにより、端部を区画する部分における引張応力を分散することができ、強度を向上することができる。
請求項６の発明では、肉抜き部が、トーションパイプの周方向に複数設けられることで、トーションパイプの捩じり剛性を十分に抑制することができる。
【００１６】
請求項７の発明では、トーションパイプの捩じり量が所定量に達すると、クランク軸に設けられた係合部が、トーションパイプの他端部等に設けられた被係合部と係合する。これにより、トーションパイプが前記所定量を超えて捩じられることが規制される。このため、トーションパイプに付与されるトルクが所定値以下に制限されてトーションパイプの破損が防止される一方、前記所定値を超えるトルクは、捩じり量規制機構を介してトルク伝達経路の下流側へ伝達される。万一、トーションパイプが破損する事態が生じても、捩じり量規制機構がトルクを伝達する機能を果たすことでフェールセーフが達成される。
【００１７】
請求項８の発明では、トーションパイプの他端部等の複数の被係合歯がクランク軸の外周面の複数の係合歯に係合される。このため、捩じり量規制機構の伝達可能トルクを高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の踏力検出装置が適用された電動補助自転車の概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、第１実施形態においてトーションパイプの概略斜視図である。図２（ｂ）は、第１実施形態においてトーションパイプの傾斜長孔の周辺の部分の概略図である。
【図３】図３は、ワンウェイクラッチの概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態における、トーションパイプの傾斜長孔の周辺の部分の概略図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、本発明の第３実施形態および第４実施形態におけるトーションパイプの概略図である。
【図６】図６は、本発明の第５実施形態の踏力検出装置が適用された電動補助自転車の概略断面図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は、第５実施形態における捩じり量規制機構の概略断面図である。図７（ａ）は、トーションパイプが捩じられていない状態を示し、図７（ｂ）は、トーションパイプが所定量捩じられた状態を示している。
【図８】図８は、本発明の第６実施形態の踏力検出装置が適用された電動補助自転車の概略断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第７実施形態における捩じり量規制機構の概略断面図であり、図９（ｂ）はトーションパイプが捩じられていない状態での係合ピンと被係合溝との関係を示す模式図であり、図９（ｃ）は、トーションパイプが所定量捩じられた状態での係合ピンと被係合溝との関係を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の第８実施形態における捩じり量規制機構の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の踏力検出装置が適用された電動補助自転車の駆動装置の概略断面図である。図１に示すように、駆動装置１は、ハウジング２と、クランク機構３と、踏力検出装置４と、ワンウェイクラッチ５と、チェーンスプロケット６とを含む。チェーンスプロケット６には、後輪駆動用のチェーン（図示せず）が巻き掛けられる。
【００２０】
ハウジング２は、筒状をなし、図示しない車体フレームに固定されている。クランク機構３の要部と、踏力検出装置４と、ワンウェイクラッチ５とが、ハウジング２内に収容されている。
クランク機構３は、クランク軸３０と、一対のクランクアーム３１と、一対のペダル３２とを含む。クランク軸３０は、ハウジング２を貫通しており、ハウジング２内で一対の軸受１１，１２を介して回転可能に支持されている。一方の軸受１１は、クランク軸３０の外周面３０ｃを直接、支持している。他方の軸受１２は、ワンウェイクラッチ５の一部を介してクランク軸３０の外周面３０ｃを間接的に支持している。
【００２１】
クランク軸３０は、中心軸線Ｃ１を有しており、中心軸線Ｃ１の回りに回転駆動される。クランク軸３０は、一端部３０ａと、他端部３０ｂと、外周面３０ｃとを有している。一端部３０ａと他端部３０ｂとは、クランク軸３０において中心軸線Ｃ１の方向の反対側に配置される。各端部３０ａ，３０ｂは、ハウジング２外に配置され、それぞれ対応するクランクアーム３１の基端部３１ａに接続されている。各ペダル３２は、対応するクランクアーム３１の先端部３１ｂに連結されている。
【００２２】
踏力検出装置４は、トーションパイプ４０と、多極磁石４１と、保持筒４２と、一対の磁気ヨーク４３と、保持筒４４と、一対の集磁要素４５と、保持筒４６と、カバー部材４７と、磁気センサ４８と、検出部４９とを含む。
トーションパイプ４０は、クランク軸３０の外周面３０ｃに配置されている。トーションパイプ４０は、クランク軸３０の中心軸線Ｃ１に一致する中心軸線Ｃ２を有している。トーションパイプ４０は、一端部４０ａと、他端部４０ｂと、外周面４０ｃと、内周面４０ｄと、セレーション部４０ｅと、セレーション部４０ｆと、肉抜き部としての傾斜長孔９０とを含む。一端部４０ａおよび他端部４０ｂは、トーションパイプ４０の中心軸線Ｃ２の方向である中心軸線方向Ｘ１の反対側に配置されている。
【００２３】
トーションパイプ４０の一端部４０ａの内周面４０ｄには、セレーション部４０ｅが設けられている。トーションパイプ４０の一端部４０ａは、クランク軸３０の外周面３０ｃに、セレーション嵌合により連結固定されている。このため、トーションパイプ４０の一端部４０ａは、クランク軸３０と一体回転する。また、トーションパイプ４０の一端部４０ａの端面に、クランク軸３０の外周溝に係止された止め輪１３が当接されている。トーションパイプ４０は、止め輪１３によって、クランク軸３０の一端部３０ａ側への移動を規制されている。
【００２４】
トーションパイプ４０の他端部４０ｂは、クランク軸３０の外周面３０ｃに相対回転可能に支持されている。トーションパイプ４０の他端部４０ｂは、ワンウェイクラッチ５を介してチェーンスプロケット６に接続されている。クランク軸３０の回転は、トーションパイプ４０およびワンウェイクラッチ５を介してチェーンスプロケット６側に伝達される。ワンウェイクラッチ５は、クランク軸３０の一方向Ｙ１の回転トルクのみをチェーンスプロケット６に伝達するように機能する。トーションパイプ４０は、クランク軸３０の回転を、ワンウェイクラッチ５を介してチェーンスプロケット６に伝達するため、所要の強度が求められる。
【００２５】
トーションパイプ４０の傾斜長孔９０（肉抜き部）は、トーションパイプ４０の捩じり剛性を抑制するように機能する。具体的には、トーションパイプ４０の斜視図である図２（ａ）に示すように、傾斜長孔９０は、トーションパイプ４０の中心軸線方向Ｘ１に関して一端部４０ａと他端部４０ｂとの間に配置されている。傾斜長孔９０は、トーションパイプ４０の周方向Ｚに複数、等間隔離隔して設けられている。
【００２６】
図２（ｂ）は、傾斜長孔９０の周辺の部分の拡大図である。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、傾斜長孔９０は、他端部４０ｂ側から一端部４０ａ側に向けて一方向Ｙ１に傾斜する方向に延びる貫通孔からなる。
一方向Ｙ１の回転トルクを伝達するときに、トーションパイプ４０では、一端部４０ａがトルク伝達の入力側となり、他端部４０ｂが出力側となる。したがって、一端部４０ａは、他端部４０ｂに対して、一方向Ｙ１側に捩じられる。一方、他端部４０ｂは、一端部４０ａに対して一方向Ｙ１の反対方向Ｙ２側に捩じられる。
【００２７】
傾斜長孔９０は、その長手方向Ｌに関して、一端部９０ａと、他端部９０ｂと、中間部９０ｃとを有している。一端部９０ａが、トーションパイプ４０の一端部４０ａ側に配置され、他端部９０ｂが、トーションパイプ４０の他端部４０ｂ側に配置されている。
傾斜長孔９０の一端部９０ａを区画する湾曲状縁部９１は、一方向Ｙ１側の部分９１ａと、反対方向Ｙ２側の部分９１ｂとを含む。一端部９０ａを区画する湾曲状縁部９１では、反対方向Ｙ２側の部分９１ｂの曲率半径Ｒ１ｂが、一方向Ｙ１側の部分９１ａの曲率半径Ｒ１ａよりも大きくされている（Ｒ１ｂ＞Ｒ１ａ）。
【００２８】
また、他端部９０ｂを区画する湾曲状縁部９２は、一方向Ｙ１側の部分９２ａと、反対方向Ｙ２側の部分９２ｂとを含む。他端部９０ｂを区画する湾曲状縁部９２では、一方向Ｙ１側の部分９２ａの曲率半径Ｒ２ａが、反対方向Ｙ２側の部分９２ｂの曲率半径Ｒ２ｂよりも大きくされている（Ｒ２ａ＞Ｒ２ｂ）。
中間部９０ｃは、一端部９０ａと他端部９０ｂとの間に配置される。中間部９０ｃは、一方向Ｙ１側の直線状縁部９３と、反対方向Ｙ２側の直線状縁部９４との間に区画されている。一方向Ｙ１側の直線状縁部９３と反対方向Ｙ２側の直線状縁部９４とは、互いに平行に長手方向Ｌに延びている。一方向Ｙ１側の直線状縁部９３は、湾曲状縁部９１の一方向Ｙ１側の部分９１ａと湾曲状縁部９２の一方向Ｙ１側の部分９２ａとを接続している。反対方向Ｙ２側の直線状縁部９４は、湾曲状縁部９１の反対方向Ｙ２側の部分９１ｂと湾曲状縁部９２の反対方向Ｙ２側の部分９２ｂとを接続している。
【００２９】
図１を参照して、多極磁石４１は、Ｎ極とＳ極とを周方向の交互に配置した円筒状の多極磁石である。保持筒４２は、樹脂製であり、トーションパイプ４０の一端部４０ａの外周面４０ｃに圧入嵌合により固定されている。多極磁石４１は、保持筒４２に外嵌固定されている。これにより、多極磁石４１は、保持筒４２を介して、トーションパイプ４０の一端部４０ａの外周面４０ｃに固定されている。多極磁石４１は、トーションパイプ４０の一端部４０ａと一体回転する。
【００３０】
保持筒４４は、例えば樹脂製である。保持筒４４は、多極磁石４１の周囲に同心的に配置されている。一対の磁気ヨーク４３は、保持筒４４にモールドされて保持されている。一対の磁気ヨーク４３は、多極磁石４１の径方向外方に配置された軟磁性体からなり、多極磁石４１の磁界内に配置されている。一対の磁気ヨーク４３は、多極磁石４１とともに磁気回路を構成する。
【００３１】
カバー部材４７は、カバー部４７ａと、支持部４７ｂとを含む。カバー部４７ａは、トーションパイプ４０と同心の筒状をなして、一対の磁気ヨーク４３の径方向外方に配置され、ハウジング２により回転不能に支持されている。支持部４７ｂは、筒状のカバー部４７ａの軸方向の一端から径方向内方に延びる環状の内向フランジである。支持部４７ｂの内周面が、トーションパイプ４０の一端部４０ａの外周面４０ｃに相対回転可能に支持されている。また、中心軸線方向Ｘ１に支持部４７ｂを挟んだ両側に、トーションパイプ４０の一端部４０ａの外周溝に嵌合された止め輪１４が配置されており、各止め輪１４と支持部４７ｂとの間に、環状の低摩擦板１５が介在されている。
【００３２】
保持筒４６は、樹脂製である。保持筒４６は、カバー部材４７のカバー部４７ａの内周面４７ｃに嵌合固定されている。一対の集磁要素４５は、保持筒４６にモールドされて保持されている。一対の集磁要素４５は、対応する磁気ヨーク４３を取り囲むように配置された環状の軟磁性体からなり、それぞれ対応する磁気ヨーク４３と磁気的に結合されている。
【００３３】
磁気センサ４８は、前記磁気回路に発生する磁束を検出する。具体的には、磁気センサ４８は、一対の集磁要素４５の集磁突起４５ａ間に配置されて、一対の集磁要素４５間の磁束を検出するホールＩＣである。
磁気センサ４８の信号出力は、検出部４９に入力される。検出部４９では、磁気センサ４８から入力した信号を処理し、トーションパイプ４０に入力されたトルク（踏力）をトーションパイプの捩じれ量として検出する。検出部４９の踏力検出信号は、ＥＣＵ２０に出力される。ＥＣＵ２０では、入力された踏力検出信号に基づいて、モータ２１に、検出された踏力に応じた補助動力を発生させる。モータ２１の発生する補助動力は、図示しない動力伝達系を介して後輪側に伝達される。
【００３４】
図３はワンウェイクラッチ５の概略断面図である。図１および図３に示すように、ワンウェイクラッチ５は、ラチェットタイプのものであり、ラチェットベース５０と、ラチェット爪６０と、ラチェットギヤ７０と、付勢ばね８０とを含む。
図１に示すように、ラチェットベース５０は、ラチェットベース部５１と、フランジ部５２と、入力筒部５３とを一体に含む。ラチェットベース部５１は、クランク軸３０の外周面３０ｃに相対回転可能に支持された筒状部材である。ラチェットベース部５１の外周面５１ａは、ラチェット爪６０を保持する凹部からなる爪保持部５１ｂ（図３も参照）を含む。
【００３５】
図１に示すように、ラチェットベース部５１のチェーンスプロケット６側の端部の端面に、クランク軸３０の外周溝に係止された止め輪１６が当接している。ラチェットベース５０は、止め輪１６によって、チェーンスプロケット６側への移動が規制されている。
フランジ部５２は、ラチェットベース部５１の踏力検出装置４側の端部から径方向の外向きに延びる環状フランジである。入力筒部５３は、フランジ部５２の外径部からラチェットベース部５１とは反対側へ延設されている。入力筒部５３とラチェットベース部５１とは、クランク軸３０と同心に配置されている。
【００３６】
入力筒部５３は、トーションパイプ４０の他端部４０ｂに対して結合部材１７を介して一体回転可能に連結されている。具体的には、入力筒部５３の内周面には、スプライン部５３ａが設けられている。また、トーションパイプ４０の他端部４０ｂの外周面４０ｃには、セレーション部４０ｆが設けられている。結合部材１７の内周面は、トーションパイプ４０の他端部４０ｂの外周面にセレーション嵌合されており、入力筒部５３の内周面は、結合部材１７の外周面にスプライン嵌合されている。
【００３７】
また、結合部材１７に設けられた延設部１７ａが、踏力検出装置４の一対の磁気ヨーク４３を保持する保持筒４４の端部に内嵌固定されている。このため、ラチェットベース５０および一対の磁気ヨーク４３は、トーションパイプ４０の他端部４０ｂと一体に回転可能である。
ラチェットギヤ７０は、ラチェットギヤ部７１と、フランジ部７２と、出力筒部７３とを一体に含む。ラチェットギヤ部７１は、内周面に、ラチェット爪６０と噛み合う歯７４が形成された内歯歯車からなる（図３も参照）。図１に示すように、フランジ部７２は、ラチェットギヤ部７１のチェーンスプロケット６側の端部から径方向の内向きに延設された環状フランジである。
【００３８】
出力筒部７３は、フランジ部７２の内径部からラチェットギヤ部７１とは反対側に延設されている。出力筒部７３とラチェットギヤ部７１とは、クランク軸３０と同心に配置されている。出力筒部７３は、ハウジング２を貫通してチェーンスプロケット６側に突出されている。
出力筒部７３の外周面７３ａとハウジング２との内周面２ａの間には、軸受１２が介在している。出力筒部７３は、軸受１２によってハウジング２に回転可能に支持される。一方、出力筒部７３の内周面７３ｂとクランク軸３０の外周面３０ｃとの間には、軸受メタル等の軸受１８が介在している。すなわち、クランク軸３０において、チェーンスプロケット６側に近い部分は、軸受１２、出力筒部７３および軸受１８を介して、ハウジング２により回転可能に支持されている。
【００３９】
出力筒部７３の先端部の外周面７３ａには、スプライン部７３ｃが形成されている。出力筒部７３の先端部の外周面７３ａには、チェーンスプロケット６が、スプライン部７３ｃに嵌合した状態で取り付けられている。
図３に示すように、ラチェット爪６０は、ラチェットギヤ７０に対して傾動できるようにラチェットベース部５１の爪保持部５１ｂに保持され、付勢ばね８０により起立方向に回転付勢されている。ラチェット爪６０の先端部は、ラチェットギヤ７０のラチェットギヤ部７１の内周側の歯７４に係合している。ラチェットベース５０が、一方向Ｙ１に回転するときのみに、ラチェット爪６０とラチェットギヤ７０の歯７４とが同方向（一方向Ｙ１に相当）に回転し、ラチェットベース５０からラチェット爪６０を介してラチェットギヤ７０にトルクが伝達される。
【００４０】
本実施形態では、下記の作用効果を奏する。すなわち、クランク軸３０の一方向Ｙ１側の回転が、トーションパイプ４０およびワンウェイクラッチ５を介してチェーンスプロケット６側に伝達される。トーションパイプ４０には、捩じりトルクが付与される。トーションパイプ４０の一端部４０ａと他端部４０ｂとの間に生ずる捩じり量が非接触式である磁気センサ４８で検出される。このため、特許文献１のようにトーションパイプの捩じれ量を機械的に増幅するピン状部材を用いる場合のように、検出精度が、機械的接触部分の寸法精度のばらつきの影響を受けて悪化するようなことがなく、踏力（捩じり量）の検出精度を高くすることができる。
【００４１】
また、図２（ａ）に示すように、肉抜き部（傾斜長孔９０）によってトーションパイプ４０の捩じり剛性が低く抑えられるため、捩じりトルクに対して、トーションパイプ４０の一端部４０ａと他端部４０ｂとの間に生ずる捩じり量自体が大きくされる。これにより、分解能を高めて、踏力（捩じり量）の検出精度を高くすることができる。
また、肉抜き部としての傾斜長孔９０が、トーションパイプ４０の他端部４０ｂ側から一端部４０ａ側に向けて一方向Ｙ１に傾斜する方向に延びる。このため、中心軸線方向Ｘ１に平行に延びる長孔を用いる場合と比較して、トーションパイプ４０において捩じり変形に寄与する部分を長くすることができる。このため、トーションパイプ４０の中心軸線方向Ｘ１の長さを長くせずとも、捩じり剛性を低く抑制することができる。また、トーションパイプ４０として所要の強度を維持することができる。
【００４２】
また、図２（ｂ）に白抜き矢符に示すように、クランク軸３０に固定されるトーションパイプ４０の一端部４０ａが、トーションパイプ４０の他端部４０ｂに対して一方向Ｙ１側に捩じられる。このため、傾斜長孔９０の長手方向Ｌの一端部９０ａ（トーションパイプ４０の一端部４０ａ側の端部）を区画する湾曲状縁部９１では、その一方向Ｙ１側の部分９１ａが圧縮応力を受ける。一方、湾曲状縁部９１では、その反対方向Ｙ２側の部分９１ｂが引張応力を受けるため、反対方向Ｙ２側の部分９１ｂが、一方向Ｙ１側の部分９１ａよりも強度的に厳しくなる。
【００４３】
本実施形態では、湾曲状縁部９１の反対方向Ｙ２側の部分９１ｂの曲率半径Ｒ１ｂが、一方向Ｙ１側の部分９１ａの曲率半径Ｒ１ａよりも大きくされている（Ｒ１ｂ＞Ｒ１ａ）。引張応力を受ける側である、反対方向Ｙ２側の部分９１ｂの曲率半径Ｒ１ｂを相対的に大きくすることで、応力が分散（換言すると応力の集中が抑制）されるので、強度の向上を図れる。
【００４４】
また、図２（ｂ）に黒塗り矢符で示すように、トーションパイプ４０の他端部４０ｂが、トーションパイプ４０の一端部４０ａに対して一方向Ｙ１の反対方向Ｙ２側に捩じられる。傾斜長孔９０の長手方向Ｌの他端部９０ｂ（トーションパイプ４０の他端部４０ｂ側の端部）を区画する湾曲状縁部９２では、その反対方向Ｙ２側の部分９２ｂが圧縮応力を受ける。一方、湾曲状縁部９２では、その一方向Ｙ１側の部分９２ａが引張応力を受けるため、一方向Ｙ１側の部分９２ａが、反対方向Ｙ２側の部分９２ｂよりも強度的に厳しくなる。
【００４５】
本実施形態では、湾曲状縁部９２の一方向Ｙ１側の部分９２ａの曲率半径Ｒ２ａが、反対方向Ｙ２側の部分９２ｂの曲率半径Ｒ２ｂよりも大きくされている（Ｒ２ａ＞Ｒ２ｂ）。引張応力を受ける側である、一方向Ｙ１側の部分９２ａの曲率半径Ｒ２ａを相対的に大きくすることで、応力が分散（換言すると応力の集中が抑制）されるので、強度の向上を図れる。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態において、トーションパイプの傾斜長孔の周辺の部分の概略図である。図４の第２実施形態のトーションパイプ４０Ｐが、図２（ｂ）のトーションパイプ４０と異なるのは、下記である。
【００４６】
傾斜長孔１００が、一端部１１０と、他端部１２０と、中間部１３０とを有している。一端部１１０は、トーションパイプ４０Ｐの一端部４０ａ側に配置される。他端部１２０は、トーションパイプ４０Ｐの他端部４０ｂ側に配置される。中間部１３０は、一端部１１０と他端部１２０との間に配置される。
中間部１３０は、互いに平行に延びる一対の直線状縁部１３１，１３２の間に区画されている。中心軸線方向Ｘ１に対する各直線状縁部１３１，１３２の傾斜角度が、中心軸線方向Ｘ１に対する中間部１３０の傾斜角度θ３に相当する。
【００４７】
一端部１１０は、互いに平行に延びる一対の直線状縁部１１１，１１２と、一対の直線状縁部１１１，１１２の端部間を接続する湾曲状縁部１１３とを含む。湾曲状縁部１１３は、単一の曲率の円弧状に形成されている。中心軸線方向Ｘ１に対する各直線状縁部１１１，１１２の傾斜角度が、一端部１１０の傾斜角度θ１に相当する。一端部１１０の一対の直線状縁部１１１，１１２のそれぞれは、湾曲部を介して、中間部１３０の対応する直線状縁部１３１，１３２と滑らかに接続されている。
【００４８】
他端部１２０は、互いに平行に延びる一対の直線状縁部１２１，１２２と、一対の直線状縁部１２１，１２２の端部間を接続する湾曲状縁部１２３とを含む。湾曲状縁部１２３は、単一の曲率の円弧状に形成されている。中心軸線方向Ｘ１に対する各直線状縁部１２１，１２２の傾斜角度が、他端部１２０の傾斜角度θ２に相当する。他端部１２０の一対の直線状縁部１２１，１２２のそれぞれは、湾曲部を介して、中間部１３０の対応する直線状縁部１３１，１３２と滑らかに接続されている。
【００４９】
一端部１１０の傾斜角度θ１と他端部１２０の傾斜角度θ２とは、互いに等しくされている（θ１＝θ２）。また、一端部１１０の傾斜角度θ１および他端部１２０の傾斜角度θ２は、中間部１３０の傾斜角度θ３よりも大きくされている（θ１＞θ３。θ２＞θ３）。このため、各端部１１０，１２０を区画する部分における引張応力を分散することができ、トーションパイプ４０Ｐの強度を向上することができる。また、各端部１１０，１２０における湾曲状縁部１１３，１２３の形状を簡単な形状である単一の曲率の円弧状とすることが実質的に可能となる。なお、本実施形態において、傾斜長孔１００がＳ字状に形成されてもよい。
（第３、第４実施形態）
図５（ａ）に示す第３実施形態のように、肉抜き部として、トーションパイプ４０Ｑの周方向Ｚに延びる周方向長孔２００が形成されてもよい。その場合、図５（ｂ）に示す第４実施形態のように、トーションパイプ４０Ｒに複数の周方向長孔２００が千鳥状に配置されてもよい。第３、第４実施形態においても、トーションパイプ４０Ｑ，４０Ｒの捩じり剛性を低く抑えて、踏力の検出精度を高くすることができる。また、トーションパイプとして所要の強度を得ることができる。
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態の踏力検出装置４Ｓの要部の断面図である。図６を参照して、第５実施形態の踏力検出装置４Ｓが、図１の第１実施形態の踏力検出装置４と異なるのは、トーションパイプ４０の捩じり量を規制する捩じり量規制機構３００が設けられる点である。
【００５０】
図６および踏力検出装置４Ｓの要部の断面図である図７（ａ）に示すように、捩じり量規制機構３００は、トーションパイプ４０の他端部４０ｂの内周面４０ｄの周方向Ｚに並べて設けられた被係合部としての複数の被係合歯４０ｇと、クランク軸３０の外周面３０ｃの周方向Ｚに並べて設けられ、各被係合歯４０ｇに係合する係合部としての複数の係合歯３０ｄとを含む。係合歯３０ｄおよび被係合歯４０ｇの歯形は、略三角形である。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、トーションパイプ４０に捩じり生じていない状態で、各係合歯３０ｄと、各係合歯３０ｄの周方向Ｚに隣り合う被係合歯４０ｇとの歯面どうしの間には、周方向Ｚに隙間Ｓが形成されている。トーションパイプ４０の捩じり量が所定量に達すると、図７（ｂ）に示すように、係合歯３０ｄが被係合歯４０ｇに対して周方向Ｚに係合する。
【００５２】
これにより、トーションパイプ４０が所定量を超えて捩じられることが規制される。このため、トーションパイプ４０に付与されるトルクが所定値以下に制限されてトーションパイプ４０の破損が防止される。一方、前記所定値を超えるトルクは、捩じり量規制機構３００を介してワンウェイクラッチ５側へ伝達され、ワンウェイクラッチ５からチェーンスプロケット６側へ伝達される。
【００５３】
換言すると、踏力検出装置４Ｓが適用された電動補助自転車において、ペダル３２を介してクランク軸３０に過大な踏力負荷が付与された場合でも、トーションパイプ４０が破損する等の故障を起こすことなく、アシスト能力を維持することができる。また、万一、トーションパイプ４０が破損する事態が生じても、捩じり量規制機構３００がトルク（踏力）を伝達する機能を果たすことでフェールセーフが達成される。
【００５４】
トーションパイプ４０の一端部４０ａと他端部４０ｂとが、クランク軸３０と直接係合することで、トーションパイプ４０の捩じり量が規制されるので、トーションパイプ４０の捩じり量が所定量に達した時点で遅れなく、トーションパイプ４０の捩じり量が所定量を超えて増大されることを規制することができる。
また、捩じり量規制機構３００の一部（被係合歯４０ｇ）が、トーションパイプ４０と一体に形成されてトーションパイプ４０としてユニット化されるので、構造を簡素化することができる。
（第６実施形態）
図８は、本発明の第６実施形態の踏力検出装置４Ｓの要部の断面図である。図８の第６実施形態が、図６の第５実施形態と異なるのは、捩じり量規制機構４００が、ワンウェイクラッチ５のラチェットベース５０（クランク軸３０とは別部材であってトーションパイプ４０の他端部４０ｂと一体回転する部材に相当）の内周面５０ａ（ラチェットベース部５１の内周面に相当）の周方向Ｚに並べて設けられた被係合部としての複数の被係合歯５０ｂと、クランク軸３０の外周面３０ｃの周方向Ｚに並べて設けられ、各被係合歯５０ｂに係合する係合部としての複数の係合歯３０ｅとを含む点である。係合歯３０ｅおよび被係合歯５０ｂの歯形は、図示していないが、略三角形である。
【００５５】
トーションパイプ４０の捩じり量が所定量未満のときは、トーションパイプ４０の他端部４０ｂとラチェットベース５０とは、クランク軸３０に対して相対回転可能である。トーションパイプ４０の捩じり量が所定量に達すると、捩じり量規制機構４００の働きで、トーションパイプ４０の他端部４０ｂとラチェットベース５０とは、クランク軸３０と一体に回転される。
【００５６】
本実施形態においても、第５実施形態と同じく、過大な踏力負荷に対してトーションパイプ４０の破損を防止することができる。また、電動補助自転車において、過大な踏力負荷に対しても、アシスト能力を維持することができる。また、万一、トーションパイプ４０が破損した場合にも、捩じり量規制機構４００を介してトルクが伝達されてフェールセーフが達成される。
【００５７】
また、ワンウェイクラッチ５のラチェットベース５０は、クランク軸３０の中心軸線方向Ｘ１に関する長さが比較的長いので、係合歯３０ｅおよび被係合歯５０ｂの歯幅（歯すじ方向の長さ）を長く確保することができる。このため、捩じり量規制機構４００による伝達可能トルクは高く維持しつつ、係合歯３０ｅおよび被係合歯５０ｂの歯数を少なくして、構造を簡素化することができる。
（第７、第８実施形態）
図９の第７実施形態に示すように、捩じり量規制機構として、クランク軸３０の外周面３０ｃの固定孔３０ｆに嵌合固定された係合部としての係合ピン５１０と、トーションパイプ４０の他端部４０ｂに形成された周方向Ｚに長い長溝からなる被係合部としての被係合溝５２０とを含む捩じり量規制機構５００が用いられてもよい。係合ピン５１０は、トーションパイプ４０の周方向Ｚに所定の遊びを有して被係合溝５２０の周方向端部（の内面）に係合する。
【００５８】
図１０の第８実施形態に示すように、捩じり量規制機構として、クランク軸３０の外周面３０ｃに形成されたキー溝３０ｇに嵌合固定された係合キー６１０と、トーションパイプ４０の他端部４０ｂに形成され係合キー６１０がトーションパイプ４０の周方向Ｚに所定の遊びを有して係合する被係合部としての被係合溝６２０とを含む捩じり量規制機構６００が用いられてもよい。
【００５９】
第７、第８実施形態では、係合部としての係合ピン５１０や係合キー６１０が、クランク軸３０と別体で設けられるため、クランク軸３０の加工が容易になる。
なお、第７、第８実施形態において、係合ピン５１０や係合キー６１０が、複数設けられ、それぞれ対応する被係合溝５２０；６２０に係合してもよい。また、係合ピン５１０や係合キー６１０が、トーションパイプ４０の他端部４０ｂに固定され、被係合溝５２０，６２０が、クランク軸３０の外周面４０ｃに形成されるものであってもよい。
【００６０】
また、図示していないが、被係合溝５２０，６２０が、ラチェットベース５０の内周面５０ａ（ラチェットベース部５１の内周面に相当）に形成され、係合ピン５１０や係合キー６１０が、クランク軸３０の外周面３０ｃに固定されてもよい。また、被係合溝５２０，６２０が、クランク軸３０の外周面３０ｃに形成され、係合ピン５１０や係合キー６１０が、ラチェットベース５０（ラチェットベース部５１）に固定されてもよい。
【００６１】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１実施形態の傾斜長孔９０の各端部９０ａ，９０ｂや第２実施形態の傾斜長孔１００の各端部１１０，１２０が、湾曲状の縁部ではなく、矩形状その他の多角形形状の縁部によって区画されていてもよい。また、各肉抜き部として、トーションパイプの軸方向に延びる軸方向長孔（図示せず）が形成されてもよい。また、各前記実施形態において、肉抜き部が、非貫通の孔で形成されてもよい。また、各前記実施形態において、トーションパイプ４０；４０Ｐ；４０Ｑ；４０Ｒの一端部４０ａに一対の磁気ヨーク４３が連結され、トーションパイプ４０の他端部４０ｂに多極磁石４１が連結されてもよい。また、第５、第６実施形態において、係合歯や被係合歯の歯形は、台形や丸形であってもよい。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…駆動装置、３…クランク機構、４…踏力検出装置、５…ワンウェイクラッチ、６…チェーンスプロケット、３０…クランク軸、３０ｃ…外周面、３０ｄ；３０ｅ…係合歯（係合部）、３１…クランクアーム、３２…ペダル、４０；４０Ｐ；４０Ｑ；４０Ｒ…トーションパイプ、４０ａ…一端部、４０ｂ…他端部、４０ｇ…被係合歯（被係合部）、４１…多極磁石、４３…磁気ヨーク、４８…磁気センサ、４９…検出部、５０…ラチェットベース（トーションパイプの他端部と一体回転する部材）、５０ａ…内周面、５０ｂ…被係合歯（被係合部）、９０…傾斜長孔、９０ａ…一端部、９０ｂ…他端部、９１，９２…湾曲状縁部、９１ａ，９２ａ…一方向側の部分、９１ｂ，９２ｂ…一方向の反対方向側の部分、１００…傾斜長孔、１１０…一端部、１２０…他端部、１３０…中間部、２００…周方向長孔、３００；４００；５００；６００…捩じり量規制機構、５１０…係合ピン（係合部）、５２０…被係合溝（被係合部）、６１０…係合キー、６２０…被係合溝（被係合部）、Ｃ２…（トーションパイプの）中心軸線、Ｌ…長手方向、Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ…曲率半径、Ｘ１…中心軸線方向、Ｙ１…一方向、Ｙ２…一方向の反対方向、Ｚ…周方向、θ１，θ２，θ３…傾斜角度
【図１】
2018203223.tif 000003
【図２】
2018203223.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018203223.tif 000007
【図６】
2018203223.tif 000008
【図７】
2018203223.tif 000009
【図８】
2018203223.tif 000010
【図９】
2018203223.tif 000011
【図１０】
2018203223.tif 000012