(57)【要約】【課題】クランク軸９の回転をチェーン１２で後輪ＷＲに伝達する車両の踏力検出装置において、クランク軸９に入力される踏力が後輪ＷＲに直接伝達されるダイレクト感を損なうことなく踏力検出出力を得ることができる踏力検出装置を提供する。【解決手段】クランク軸９に結合されるクランクスプロケット１３と、モータ１１で駆動される合力スプロケット１４と、後輪スプロケット１６とにチェーン１２を架け渡す。クランク軸９を支持する軸受２７、２８のうち、クランクスプロケット１３側の軸受２８を収容する軸受収容凹部３５の内径を、軸受２８の外径より僅かに大きくする。軸受２８の外周面に対して車体後方から当接するピストン３８と、ピストン３８およびセンサ受圧部７６間に設けた油圧室４２とを有する油圧センサ３６を設ける。【選択図】図４
2011085573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルクランク（１０Ｌ、１０Ｒ）に入力される踏力で回転するクランク軸（９）と、クランク軸（９）を２点で支持する軸受（２７、２８）と、クランク軸（９）に結合されたクランクスプロケット（１３）および後輪スプロケット（１６）間に架け渡されたチェーン（１２）とを有する車両の踏力検出装置において、
前記軸受（２７、２８）の一方が、車体フレームに対して間隙（Ｇ）を設けて配置されており、
ペダルクランク（１０Ｌ、１０Ｒ）のペダリングによって前記間隙（Ｇ）を設けて配置された軸受（２８）が該間隙（Ｇ）の範囲で移動可能に構成するとともに、
前記間隙（Ｇ）を設けて配置された軸受（２８）の外周に当接して配置され、該軸受（２８）の移動に応じて変位するピストン（３８）と、該ピストン（３８）により加減圧される非圧縮流体を収容する流体圧室（４２）と、該流体圧室（４２）の圧に応じたペダル踏力を出力する流体圧センサ（３６）とを備えていることを特徴とする車両の踏力検出装置。
【請求項２】
前記間隙（Ｇ）を設けて配置された軸受が、前記軸受（２７、２８）のうち、クランクスプロケット（１３）側の軸受（２８）であり、該軸受（２８）の外周面と、該軸受（２８）を収容する軸受収容凹部（３５）との間の、少なくとも車体後方側に前記間隙（Ｇ）が形成されるように、該軸受収容凹部（３５）の寸法が決定されていることを特徴とする請求項１記載の車両の踏力検出装置。
【請求項３】
前記複数の軸受（２７、２８）のうち、クランクスプロケット（１３）から遠い側の軸受（２７）が自動調心軸受であることを特徴とする請求項２記載の車両の踏力検出装置。
【請求項４】
ペダルクランク（１０Ｌ、１０Ｒ）に入力される踏力で回転するクランク軸（９１）を２点で支持する軸受（９４ａ、９４ｂ、９２）と、クランク軸（９１）に結合されたクランクスプロケット（８４）と、クランクスプロケット（８４）および後輪スプロケット（８６）間に架け渡されたチェーン（１２）とを有する車両の踏力検出装置において、
前記軸受（９４ａ、９４ｂ、９２）のうち、前記クランクスプロケット（８４）側から遠い側を支持する軸受（９２）を収容する軸受箱（８９）と、
前記軸受（９４ａ、９４ｂ、９２）のうち、前記クランクスプロケット（８４）側に近い側を支持する軸受（９４ａ、９４ｂ）を収容する第２の軸受箱（９３）と、
前記軸受箱（８９）および前記第２の軸受箱（９３）の外周を保持する筒状ホルダ（７９）と、
流体圧ピストン（３８）および該流体圧ピストン（３８）の変位を受圧部（７６）に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室（４２）を有する流体圧センサ（３６）とを備え、
前記第２の軸受箱（９３）が、前記筒状ホルダ（７９）に対して変位可能なように、互いに間隙（Ｇ）を有して係合し、かつ前記筒状ホルダ（７９）から前記クランクスプロケット（８４）側に突出している部分（９３ａ）を有しており、
前記流体圧センサ（３６）のピストン（３８）が前記第２の軸受箱（９３）の前記突出部分（９３ａ）に当接配置されていることを特徴とする車両の踏力検出装置。
【請求項５】
前記後輪スプロケット（８６）が、前記クランク軸（９１）に入力される踏力、および後輪（ＷＲ）のハブに設けられたパワーユニット（８７）の出力で駆動されることを特徴とする請求項４記載の車両の踏力検出装置。
【請求項６】
前記流体圧センサ（３６）のピストン（３８）、受圧部（７６）、流体圧室（４２）、および流体圧室（４２）につながるセンサ本体（４０）が一列に整列して配置され、その整列方向が車体の前後方向に沿って設定されていることを特徴とする請求項１または４記載の車両の踏力検出装置。
【請求項７】
ペダルクランク（１０Ｌ、１０Ｒ）に入力される踏力で回転するクランク軸（２１９）と、クランク軸（２１９）にギヤ対（２３２、２３４）を介して連結される合力軸（２３３）と、駆動補助機としてのモータ（２２１）と、該モータ（２２１）の出力軸（２４３）の回転を、減速して前記合力軸（２３３）に連結する減速ギヤと、前記合力軸（２３３）の回転を外部に導出するパワーユニット出力軸（２３７）と、パワーユニット出力軸（２３７）に結合される駆動側スプロケット（２３８）と、駆動側スプロケット（２３８）および従動側スプロケット（２２７）間に架け渡されたチェーン（１２）とを有する車両の踏力検出装置において、
前記ギヤ対（２３２、２３４）がヘリカルギヤによって構成され、
前記クランク軸（２１９）の回転によって前記ギヤ対（２３２、２３４）に生じるスラストで前記合力軸（２３３）が所定量変位可能なように、該合力軸（２３３）を軸受（２５１、２５２）で支持するとともに、
前記合力軸（２３３）の端部に当接配置され、前記スラストによる合力軸（２３３）の変位に応じて変位するピストン（２５５）および該ピストン（２５５）の変位を受圧部に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室（２５４）を有する流体圧センサ（３６）とを備えていることを特徴とする車両の踏力検出装置。
【請求項８】
流体圧室（４２）の油圧が所定値以上の過大な圧力となったときに、該流体圧室（４２）内の流体を流体圧室（４２）から排出するリリーフ装置（６８）を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の車両の踏力検出装置。
【請求項９】
ペダルクランク軸（９１）およびペダルクランク軸（９１）に付加された人力トルクをドライブチェーン（１２）で後輪（ＷＲ）に伝達するクランクスプロケット（８４）と、前記ペダルクランク軸（９１）に付加された人力トルクを検出するトルク検出手段（３６）とを有する踏力検出装置において、
前記ペダルクランク軸（９１）の長手方向に変位可能に設けられるピストン（１４４）と、
前記クランクスプロケット（８４）の側部に設けられ、該クランクスプロケット（８４）で駆動される後輪負荷と前記ペダルクランク軸（９１）に負荷される人力トルクとの差によって前記ピストン（１４４）をペダルクランク軸（９１）の長手方向に変位させる機構（１４１、１５６）と、
前記ピストン（１４４）の変位に応じて内部の油圧が変化する油圧室（１５３）とを備え、
前記トルク検出手段（３６）が、前記油圧室（１５３）に接続され、該油圧室（１５３）の油圧を、前記人力トルクを代表する情報として検出するように構成されていることを特徴とする車両の踏力検出装置。
【請求項１０】
前記トルク検出手段（３６）は、その長手方向が、車幅方向を指向するように配置されていることを特徴とする請求項９記載の車両の踏力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、踏力検出装置に関し、特に、二輪車のクランク軸に結合されたスプロケットを回転させている踏力の大きさを検出する車両の踏力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク軸に加えられている踏力を検出し、その踏力に応じた電動補助力を駆動輪に付加することによって人力を補助するようにした駆動補助機付き自転車が知られている。この駆動補助機付き自転車ではクランク軸に加えられた踏力の大きさを正確に検出することで適当な補助力を発生することができることから、種々の踏力検出装置が考えられている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、自転車の踏力検出装置であって、クランク軸の支持部内周とクランク軸を支持するベアリングの外周と、ベアリングを支持する支持部の内周との間に、機械的な歪みに応じて電気抵抗が変化する特性を有するセンサチップを内蔵するセンサスリーブを設け、このセンサチップで自転車に作用する駆動力と逆向きの駆動トルクを検出する踏力検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５８０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された踏力検出装置では、ベアリングと、車体フレームに設けられたベアリング支持部との間にセンサチップ（歪みセンサ）を内蔵するセンサスリーブを配置しているので、車体フレームやベアリングなどの製造誤差（公差）や経年劣化によって生じる部品同士の隙間の変化により、センサチップに加えられる踏力にばらつきが生じるため、このようなばらつきへの対応が必要であった。
【０００６】
また、センサチップに踏力が直接作用することになるので、センサチップへの衝撃荷重に対する配慮をしたり、より高い耐久性の要求に応えたりすることが必要であった。
本発明の目的は、上記課題に対して、製造誤差や経年劣化によるセンサ装置の隙間ばらつきを比較的低コストで解決し、センサへの耐衝撃荷重や耐久性に優れたペダル踏力の検出構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明は、ペダルクランクに入力される踏力で回転するクランク軸と、クランク軸を２点で支持する軸受と、クランク軸に結合されたクランクスプロケットおよび後輪スプロケット間に架け渡されたチェーンとを有する自転車の踏力検出装置において、前記軸受の一方が、車体フレームに対して間隙を設けて配置されており、ペダルクランクのペダリングによって前記間隙を設けて配置された軸受が該間隙の範囲で移動可能に構成するとともに、前記間隙を設けて配置された軸受の外周に当接して配置され、該軸受の移動に応じて変位するピストンと、該ピストンにより加減圧される非圧縮流体を収容する流体圧室と、該流体圧室の圧に応じたペダル踏力を出力する流体圧センサとを備えている点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記軸受のうち、クランクスプロケット側の軸受の外周面と、該軸受を収容する軸受収容凹部との間の、少なくとも車体後方側に間隙が形成されるように、該軸受収容凹部の寸法が決定されている点に第２の特徴がある。
また、本発明は、前記複数の軸受のうち、クランクスプロケットから遠い側の軸受が自動調心軸受である点に第３の特徴がある。
【０００９】
また、本発明は、ペダルクランクに入力される踏力で回転するクランク軸を２点で支持する軸受と、クランク軸に結合されたクランクスプロケットと、クランクスプロケットおよび後輪スプロケット間に架け渡されたチェーンとを有する駆動補助機付き自転車の踏力検出装置において、前記軸受のうち、前記クランクスプロケット側から遠い側を支持する軸受を収容する軸受箱と、前記軸受のうち、前記クランクスプロケット側に近い側を支持する軸受を収容する第２の軸受箱と、前記軸受箱および前記第２の軸受箱の外周を保持する筒状ホルダと、流体圧ピストンおよび流体圧ピストンの変位を受圧部に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室を有する流体圧センサとを備え、前記第２の軸受箱が、前記筒状ホルダに対して変位可能なように、互いに間隙を有して係合し、かつ前記筒状ホルダから前記クランクスプロケット側に突出している部分を有しており、前記流体圧センサのピストンが前記第２の軸受箱の前記突出部分に当接配置されている点に第４の特徴がある。
【００１０】
また、本発明は、前記後輪スプロケットが、前記クランク軸に入力される踏力、および後輪のハブに設けられたパワーユニットの出力で駆動される点に第５の特徴がある。
【００１１】
また、本発明は、前記流体圧センサのピストン、受圧部、流体圧室、および流体圧室につながるセンサ本体が一列に整列して配置され、その整列方向が車体の前後方向に沿って設定されている点に第６の特徴がある。
【００１２】
また、本発明は、ペダルクランクに入力される踏力で回転するクランク軸と、クランク軸にギヤ対を介して連結される合力軸と、駆動補助機としてのモータと、該モータの出力軸の回転を、減速して前記合力軸に連結する減速ギヤと、前記合力軸の回転を外部に導出するパワーユニット出力軸と、パワーユニット出力軸に結合される駆動側スプロケットと、駆動側スプロケットおよび従動側スプロケット間に架け渡されたチェーンとを有する車両の踏力検出装置において、前記ギヤ対がヘリカルギヤによって構成され、前記クランク軸の回転によって前記ギヤ対に生じるスラストで前記合力軸が所定量変位可能なように、該合力軸を軸受で支持するとともに、前記合力軸の端部に当接配置され、前記スラストによる合力軸の変位に応じて変位するピストンおよび該ピストンの変位を受圧部に伝達する非圧縮性流体を収容した流体圧室を有する流体圧センサとを備えている点に第７の特徴がある。
【００１３】
さらに、本発明は、流体圧室の油圧が所定値以上の過大な圧力となったときに、該流体圧室内の流体を流体圧室から排出するリリーフ装置を備えている点に第８の特徴がある。
【００１４】
また、本発明は、ペダルクランク軸に付加された人力トルクをドライブチェーンで後輪に伝達するクランクスプロケットと、前記ペダルクランク軸に付加された人力トルクを検出するトルク検出手段とを有する踏力検出装置において、前記ペダルクランク軸の長手方向に変位可能に設けられるピストンと、前記クランクスプロケットの側部に設けられ、該クランクスプロケットで駆動される後輪負荷と前記ペダルクランク軸に負荷される人力トルクとの差によって前記ピストンをペダルクランク軸の長手方向に変位させる機構と、前記ピストンの変位に応じて内部の油圧が変化する油圧室とを備え、前記トルク検出手段が、前記油圧室に接続され、該油圧室の油圧を、前記人力トルクを代表する情報として検出するように構成されている点に第９の特徴がある。
【００１５】
また、前記トルク検出手段は、その長手方向が、車幅方向を指向するように配置されている点に第１０の特徴がある。
【発明の効果】
【００１６】
第１および第４の特徴を有する本発明によれば、クランク軸の軸受が車体フレームとの間に間隙を有して配置しているので、ペダリング時に生ずる踏力によって前記間隙の中で軸受が変位し、この軸受の変位がピストンに伝達され、さらにピストンの変位は、オイル等の非圧縮流体を介してセンサに伝達される。したがって、踏力検出装置の部品の製造誤差や経年劣化によって生ずる各部品間の隙間の変動は、前記予め設けられている間隙によって吸収される。また、流体圧センサにペダリング時の衝撃荷重が影響する程度が小さくなるので、耐久性を向上させることもできる。
【００１７】
また、非圧縮性流体に踏力を作用させるので、クランク軸への摩擦抵抗の影響を低減できるし、歪みセンサを使用する従来の装置におけるペダリング時のロストモーションがないので、ロストモーションによって使用者がペダリング中に違和感を覚えることを防止することができる。
【００１８】
第２の特徴を有する本発明によれば、クランク軸の軸受と軸受収容凹部との間に間隙を設けることによって、軸受が変位するのを許容し、この変位に基づいて踏力検知が可能である。
【００１９】
第３の特徴を有する本発明によれば、クランク軸のうち、クランクスプロケットが結合されている側が自動調心軸受を中心に容易に変位可能である。
【００２０】
第５の特徴を有する本発明によれば、クランク軸周りにパワーユニットを設けていないので、筒状ホルダ内に、軸受箱および第２の軸受箱を支持させるようにし、かつ油圧センサを筒状ホルダに取り付けるだけの変更で、既存の車両に踏力検知装置を容易に組み込むことができる。
【００２１】
第６の特徴を有する本発明によれば、流体圧センサを車体の前後方向に延びる細長いスペースに収容することができる。
【００２２】
第７の特徴を有する本発明によれば、クランク軸の回転がヘリカルギヤを介して合力軸に伝達されるときに、合力軸にスラストを発生させ、このスラストが踏力を代表する力として流体圧センサで検出される。スラストは、クランク軸がチェーン張力の反力で車体後方に変位する力と比べて小さいので、流体圧センサを小型化することができる。
【００２３】
第８の特徴を有する本発明によれば、衝撃荷重等によって流体圧センサに過大な圧力がかかったときに流体圧室の圧力を減圧して流体圧センサを保護し、その耐久性を向上させることができる。
【００２４】
第９の特徴を有する本発明によれば、ピストンがペダルクランク軸の長手方向に変位可能に設けられるので、ピストンはペダルクランク軸の周囲に拡張した形状にすることができ、ピストン径を大きくすることができる。したがって、トルク検出手段として、比較的低油圧に対応するセンサを使用することができ、コストを低減することができる。また、ピストンをペダルクランク軸の長手方向に変位させる機構は、これをクランクスプロケットの側部に設けることで、既存の自転車に備えられるクランクハブ機構を含む車体フレーム構造に変更を加えることなく人力トルク（踏力）を検出することが可能である。
【００２５】
第１０の特徴を有する本発明によれば、ペダルクランク軸の長手方向（軸方向）に沿った部分のデッドスペースを有効に活用できるので、効率的なレイアウトが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る踏力検出装置を有する駆動補機付き自転車の左側面図である。
【図２】図１に記載した自転車の要部拡大図である。
【図３】図１に記載した自転車のパワーユニットの平面断面図である。
【図４】図３に示したパワーユニットの要部拡大断面図である。
【図５】第１実施形態に係る踏力検出装置の拡大断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る踏力検出装置を有する駆動補助機付き自転車の左側面図である。
【図７】第２実施形態に係る踏力検出装置を含む駆動補助機付き自転車の要部平面断面図である。
【図８】第２実施形態に係る踏力検出装置を含む駆動補助機付き自転車の後輪に設けられたパワーユニットの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る踏力検出装置を含む駆動補助機付き自転車の左側面図である。
【図１０】第３実施形態における踏力検出装置を含むパワーユニットのギヤ配列を示す模式図である。
【図１１】図１０におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１２】図１０におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１３】図１２に示したパワーユニットの要部拡大図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る踏力検出装置を含む駆動補助機付き自転車の左側面図である。
【図１５】図１４におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図１６】図１５の要部拡大図である。
【図１７】油圧センサ保護機構を示す図１６の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る踏力検出装置を備えた駆動補助機付き自転車の左側面図、図２は、同要部拡大図である。図１、２において、駆動補助機付き自転車（以下、単に「自転車」という）１の車体フレームは、ヘッドパイプ２と、メインパイプ３と、立パイプ４と、シートステー５と、チェーンステー６とを備える。メインパイプ３の後端部および立パイプ４の下端部は、ブラケット７に接合され、ブラケット７は、詳細を後述するパワーユニット８にボルトで結合される。チェーンステー６は、前端部がパワーユニット８の後方上部に連結される。シートステー５の前端部は立パイプ４に連結され、シートステー５の後端部は、チェーンステー６の後端部と連結されて後輪ＷＲの支持部を構成している。
【００２８】
パワーユニット８に支持されるクランク軸９の両端には、ペダルを有する車体左側クランク１０Ｌおよび車体右側クランク１０Ｒがそれぞれ連結される。パワーユニット８に支持されたクランク軸９とモータ１１とによる駆動力を後輪ＷＲに伝達するドライブチェーン（以下、単に「チェーン」という）１２が、クランクスプロケット１３、合力スプロケット１４、アイドルスプロケット１５、および後輪スプロケット１６に架け渡されている。チェーン１２の上方には、チェーンカバー１７が設けられる。パワーユニット８には、クランク軸９の車体後方側に踏力検知ユニット１８が配置されている。
【００２９】
後輪ＷＲには、後輪泥よけ１９が設けられ、後輪泥よけ１９の前部と立パイプ４との間のスペースにはパワーユニット８の電源となるバッテリユニット２０と、コントローラ２１とが配置される。
【００３０】
ヘッドパイプ２を上下方向に貫通してステアリング軸２２が延び、ステアリング軸２２の上部には車幅左右方向に延びたステアリングハンドル２３が結合される。ヘッドパイプ２の下方でステアリング軸２２の下端にはフロントフォーク２４の上部が結合され、フロントフォーク２４の下端には前輪軸２５によって前輪ＷＦが回転自在に支持される。
【００３１】
図３は、パワーユニットの平面断面図、図４は、図３の要部拡大図である。図３、図４において、パワーユニット８は、中央ケース部分８１、車体左側ケース部分８２、および車体右側ケース部分８３からなるケース２６を備える。ケース２６の前部（図中左側部位）には、車体左側ケース部分８２および車体右側ケース部分８３に固定された玉軸受２７、２８で回転自在にクランク軸９が支持される。軸受２７は、内輪が2列の軌道をもち、外輪の軌道が球面をなしていている自動調心玉軸受であるのがよい。軸受２７とクランク軸９との間にはダストシール２９が設けられ、軸受２８とクランク軸９との間にはダストシール３０が設けられる。また、軸受２８の外周と車体右側ケース部分８３と間にはオーリング３１が設けられる。
【００３２】
ケース２６から車体両側に突出したクランク軸９の突出部分に、クランク１０Ｌ、１０Ｒが結合される。車体右側のクランク１０Ｒと軸受２８との間で、クランク軸９には、ラチェットワンウェイ３２を介してクランクスプロケット１３が結合される。ラチェットワンウェイ３２は、クランク軸９に対してスプライン係合により結合された内輪３２ａと爪部３２ｂと外輪３２ｃとを有し、外輪３２ｃとクランクスプロケット１３とがリベット３３で結合される。クランクスプロケット１３と外輪３２ｃは軸受３４を介して内輪３２ａの外周に対して回転自在に設けられる。クランク軸９の一方向の回転（車体を後輪ＷＲによって推進させる方向の回転）のみが爪部３２ｂを介して内輪３２ａから外輪３２ｃに伝達され、クランクスプロケット１３が駆動される。
【００３３】
軸受２８を収容するため車体右側ケース８３に形成された軸受収容凹部３５の内径は、軸受２８の外径より僅かに大きく形成されるか、車体後方側が削られるかして、軸受２８の外周面と凹部３５の内周面との間に隙間が形成された状態で、軸受２８が軸受収容凹部３５内に収容される。したがって、軸受２８は、軸受２７の調心中心２７ａを中心にして、少なくとも車体後方へ微小寸法だけ変位自在である。
【００３４】
車体右側ケース８３には、踏力検知ユニット１８の一要素である油圧センサ３６を収容するセンサ収容凹部３７が形成される。油圧センサ３６は、凹部３７の長手方向に変位可能に配置されたピストン３８と、ピストン３８を軸受２８寄りに付勢するように作用するコイルバネ３９と、センサ本体４０とからなる。ピストン３８は、センサ収容凹部３７の内周面との間を液密に維持するオーリング４１を備え、ピストン３８の先端小径部３８ａは、センサ収容凹部３７の底部に形成された孔を貫通して軸受２８の外周面に当接する。コイルバネ３９は、センサ本体４０とピストン３８との間に形成される油圧室４２内に配置される。油圧室４２は、後述するオイルリザーバのオイル溜めに連通する。ピストン３８が軸受２８側に付勢された状態では、軸受２８の外周面とセンサ収容凹部３７を形成している車体右側ケース８３との間には、隙間Ｇが生じている。センサ本体４０は、センサ収容凹部３７との間に設けられたストップリング４３によって車体右側ケース部分８３に保持される。このように、油圧センサ３６は軸受２８に当接するピストン４１、コイルバネ３９、センサ本体４０がクランク軸９に直交して車体の前後方向に整列して配置される。このような配置によって、ケース２６とクランクスプロケット１３との間のスペースに油圧センサ３６を容易に配置できる。
【００３５】
軸受２７と２８との間で、クランク軸９上には、その回転方向に所定間隔をおいて突起９ａが形成され、この突起９ａの形成位置に、対向配置して、クランク軸９の回転数センサ４４が配置される。回転数センサ４４は、車体左側ケース部分８２の前部壁を貫通して配置されており、ボルト４５を使用して車体左側ケース部分８２に固定される。
【００３６】
クランク軸９に対して車体後方に配置されるモータ１１は、ロータ４６、ステータ４７およびモータ軸４８とを備える。モータ軸４８は中央ケース部分８１に保持された軸受４９と車体左側ケース部分８２に保持された軸受５０とによって支持され、ロータ４６は、このモータ軸４８に例えばスプライン係合される。ステータ４７は、ステータコイル５１を備え、中央ケース部分８１にボルト５２で固定される。
【００３７】
モータ軸４８の一端（車体右側）にはピニオン５３が設けられる。このピニオン５３と噛み合う中間ギヤ５４を有する減速軸５５が、軸受５６、５７によって中央ケース部分８１と、車体右側ケース部分８３とに支持される。減速軸５５には、中間ギヤ５４より小径の減速ギヤ５８が固定されており、この減速ギヤ５８と噛み合う最終段ギヤ５９を有する出力軸６０が、軸受６１、６２によって中央ケース部分８１と、車体右側ケース部分８３とに支持される。出力軸６０の端部には、合力スプロケット１４が結合される。
【００３８】
また、車体右側ケース部分８３には、アイドル軸（ボルト）６３が立設されており、このボルト６３によって、軸受６４を介してアイドルスプロケット１５が回転自在に支持される。クランクスプロケット１３、合力スプロケット１４、およびアイドルスプロケット１５、さらには、図１、図２に示した後輪スプロケット１６は、平面視で１列に整列される。
【００３９】
このパワーユニット８の構成において、ペダルを踏んでクランク１０Ｌ、１０Ｒを回転させると、クランクスプロケット１３が回転し、チェーン１２によってクランクスプロケット１３の回転は後輪スプロケット１６に伝達される。
【００４０】
さらに、踏力検知ユニット１８によって、クランク軸９に入力される踏力（クランク軸９を回転させる力）が検知され、検知された踏力に応じて予め設定された電流（または通電デューティ）でモータ１１が駆動される。そうすると、ロータ４６の回転はピニオン５３、中間ギヤ５４、減速ギヤ５８、および最終段ギヤ５９を介して合力ピニオン１４に伝達される。その結果、チェーン１２は、人力による踏力と、モータ１１による駆動力（補助動力）とが後輪スプロケット１６に伝達されて、自転車は小さい踏力で走行可能となる。
【００４１】
なお、駆動補助機付き自転車１は、踏力に応じてモータ１１を駆動するのに限らず、踏力が入力されていないときにモータ１１のみで後輪を駆動する構成とすることができる。つまり、人力とモータ駆動力とを、個別にまたは双方を合力して後輪を駆動するハイブリッド形式の自転車であってもよい。
【００４２】
図５は、踏力検知ユニット１８の拡大断面図である。図５において、センサ収容凹部３７が形成された車体右側ケース部分８３には、さらにオイルリザーバ６５が、センサ収容凹部３７に直交して形成されている。オイルリザーバ６５は、油圧センサ３６側の油圧室４２に通路６６を介して連通されるオイル溜め６７を有している。通路６６には、逆止弁６８が螺着されている。逆止弁６８は、ハウジング６９と、弁体７０と、弁体７０を図中下方に付勢するばね７１と弁体７０下方のチェックボール７２と、ボール保持具７３とからなる。オイル溜め６７には、オーリング７４で封止されたキャップ７５が螺着される。
【００４３】
弁体７０は、ばね７１で下方に押し下げられていて、弁体７１の下面（座）がチェックボール７２と当接している。この弁体７１とチェックボール７２との当接圧は、油圧室４２内の圧力が油圧センサ３６の検出圧力範囲の上限値とほぼ同一となるように設定されている。したがって、検出範囲内の通常の圧力では、弁体７１とチェックボール７２との当接は維持される一方、衝撃荷重等によって、油圧室４２内の圧力が検出範囲を超えるような大きいものとなったときには、高まった油圧によって弁体７１がばね７１の力に抗して押し上げられ、弁体７１の座とチェックボール７２との間に隙間が生じ、油圧室４２は減圧される。つまり、油圧のリリーフ機能が作用する。このリリーフ機能は、油圧センサ３６に衝撃荷重等による過大な圧力がかかるのを防止して、油圧センサ３６の耐久性向上に大いに貢献することができる。
【００４４】
センサ本体４０は、油圧室４２を挟んでピストン３８に対向する受圧部７６を有していて、センサ本体４０とセンサ収容凹部３７との間にはオーリング７７が配置され、センサ本体４０とセンサ収容凹部３７との間を液密に維持している。
【００４５】
この踏力検知ユニット１８の作用は、次の通りである。クランク軸９に踏力が作用すると、チェーン１２に張力が作用し、その反力（チェーン反力）が、軸受２８を軸受収容凹部３５内で右内壁側、つまりピストン３８側に変位させようとする力（矢印７８）を生じさせる。
【００４６】
軸受２８が力７８によって変位しようとすると、ピストン３８の先端小径部３８ａに圧力が加わり、ピストン３８が変位する。このピストン３８の変位によって油圧室４２内の非圧縮性オイルが加圧されてチェックボール７２が弁体７０を塞ぐ。前記間隙Ｇはチェックボール７２が弁体７０に着座するストロークを確保するために設けられる。チェックボール７２が弁体７０に着座した後は、前記力７８は油圧室４２内の非圧縮性オイルを介して受圧部７６に伝達される。このように、ピストン３８を介して受圧部７６に伝達される力に応じてセンサ本体４０は踏力を表す検出信号を出力する。なお、軸受２７を自動調心型としているので、踏力増大によるチェーン反力によってピストン３８側に軸受２８が容易に変位可能である。
【００４７】
続いて、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、パワーユニットが後輪側に設けられた自転車に関する。図６は、第２実施形態に係る自転車を示す左側面図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。自転車１００のメインパイプ３および立パイプ４ならびにチェーンステー６のそれぞれの端部は、クランク軸９１を支持する筒状ホルダ７９に接合される。クランク軸９１には、ドライブスプロケット８４が連結され、後輪側には後輪スプロケット８６が設けられる。ドライブスプロケット８４の回転を後輪スプロケット８６に伝達するためのチェーン１２が、ドライブスプロケット８４と後輪スプロケット８６との間に架け渡される。
【００４８】
後輪スプロケット８６に補助駆動力を付与するパワーユニット８７が設けられる。パワーユニット８７は車体左右に１本ずつ設けられるチェーンステー６、６によって軸支される。
【００４９】
筒状ホルダ７９の前部（車体前方側部位）には、回転数センサ４４が取り付けられ、筒状ホルダ７９の後部（車体後方側部位）には、油圧センサ３６を含む踏力検知ユニット１８が取り付けられる。
【００５０】
図７は、第２実施形態に係る自転車の要部平面断面図である。筒状ホルダ７９の一端部（車体左側部分）には、軸受箱８９が螺着され、さらに軸受箱８９の外周には、ナット９０が螺着されている。つまり軸受箱８９はダブルナット方式で筒状ホルダ７９に固定される。軸受箱８９には、自動調心玉軸受９２が収容される。
【００５１】
筒状ホルダ７９の他端部（車体右側部分）には、第２の軸受箱９３が設けられる。第２の軸受箱９３は、２個の軸受９４ａ、９４ｂを収容している。第２の軸受箱９３は筒状であり、その外周面と、筒状ホルダ７９の内周面との間に隙間を有するように、第２の軸受箱９３の外径と筒状ホルダ７９の内径が決定されている。このため、軸受９４ａ、９４ｂとクランク軸９１との位置関係（クランク軸９１の長手方向における軸受９４ａ、９４ｂの位置）を固定するため、環状スペーサ９４とストップリング９５が配置される。つまり、車体右側からクランク軸９１に軸受９４ａ、９４ｂを順に嵌め込み、軸受９４ａがクランク軸９１の段部９１ａに当接する位置まで寄せる。それから、スペーサ９４をクランク軸９１に嵌めて、さらにストップリング９６で固定する。この構造により、第２の軸受箱９３はクランク軸９１の長手方向には、位置が固定される一方、自動調心玉軸受９２の調心中心９２ａを中心とする変位は、筒状ホルダ７９と第２の軸受箱８９との間に形成される隙間Ｇの範囲で可能である。つまり、図７において、第２の軸受箱９３は左右に変位可能である。
【００５２】
第２の軸受箱９３には、ドライブスプロケット８４側端部にフランジ９３ａが形成されており、このフランジ９３ａの外周端面にピストン３８の先端小径部３８ａが当接するように油圧センサ３６が配置される。油圧センサ３６は、センサハウジング３６ａに形成されるセンサ収容凹部３７に収容される。センサ収容凹部３７を有するセンサハウジング３６ａは、図５に関して説明したものと同様のオイル溜めを有する図示しないオイルリザーバに接続される。
【００５３】
また、回転数センサ４４が、筒状ホルダ７９の前側に接合されるブラケット８０に、ボルト８５を使って固定される。回転数センサ４４の感知面４４ａは、ドライブスプロケット８４に設けられた円板９７に対向しており、円板９７に所定間隔で形成された孔９７ａの検知間隔に基づいて円板９７の回転数、すなわちクランク軸９１の回転数を検出する。例えば、回転数センサ４４は、光反射型センサで構成することができる。
【００５４】
この第２実施形態の自転車では、ペダルを踏んでドライブスプロケット８４を回転させると、チェーン１２の張力が増大し、図５に関して説明したのと同様、第２の軸受箱９３を後輪側に変位させるようにチェーン反力が生じ、油圧センサ３６のピストン３８を押圧する。その結果、油圧室４２内の非圧縮性オイルは、油圧センサ３６の受圧部７６に圧力変化を生じさせ、油圧センサ３６は踏力に応じた検出信号を出力する。
【００５５】
図８は、油圧センサ３６が出力する油圧信号に応じて駆動される駆動補助機としてのモータの断面図である。図８において、チェーンステー６の後端およびシートステー５（図６参照）の下端の接合部から後方に張り出したプレート９８には、変速機を組み込んだシリンダ９９が軸１０１で支持される。軸１０１はプレート９８に形成され、車体前後方向に長い長孔９８ａ内で、車体前後方向に位置調節可能に支持される。この位置調節によってチェーン１２の張力が調節される。なお、調節ボルト等を含む位置調節部材は、本発明の要部ではないし、周知の構造であるので図示は省略する。
【００５６】
シリンダ９９の外周にはホイールハブ１０２が嵌合される。ホイールハブ１０２は内筒１０２ａおよび外筒１０２ｂを有する環状体であり、内筒１０２ａの内周面がシリンダ９９の外周に当接する。ホイールハブ１０２の側面には、シリンダ９９から張り出したフランジ１０３がボルト１０４によって固定される。ホイールハブ１０２の外筒１０２ｂの内周にはパワーユニット８７に含まれるモータ１３０のロータ側磁極を構成するネオジウム磁石１０５が所定間隔をおいて配置される。すなわち、外筒１０２ｂは磁石１０５を保持したロータコアを構成する。
【００５７】
シリンダ９９の車体左側を覆うキャップ１０６が、ブレーキベース１０７とともに、軸１０１にナット１０８で共締め固定される。キャップ１０６の外周面には軸受１０９が嵌められ、この軸受１０９によってロータカバー１１０が支持される。ロータカバー１１０は、ホイールハブ１０２の外壁１０２ｂと同じ外径を有し、ホイールハブ１０２と組み合わさって、モータ１３０のステータ収容スペースを形成する。
【００５８】
キャップ１０６の開放側（図中右側）には、ステータ支持板１１１が接合される。ステータ支持板１１１は、環状であり、その内周には、軸受１１２が嵌められる。軸受１１２は、ホイールハブ１０２の内壁１０２ａに当接して、ホイールハブ１０２を支持する。ステータ保支持板１１１には、ステータ１１３がボルト１１４によって取り付けられる。ステータ１１３には、３相ステータコイル１１３ａが巻回されている。
【００５９】
ロータカバー１１０は、車体左側（図中下側）に向けて突出した環状壁１１５を有しており、この環状壁１１５の内周面には、摩擦板１１６が貼り付けられている。そして、ブレーキベース１０７には、ブレーキ軸１１８とブレーキ軸１１８に対して揺動自在に設けられるブレーキシュー（ハブ１１９のみを示す）と、ブレーキシューを摩擦板１１６側に付勢するカム１２０とを備える。カム１２０はブレーキベース１０７に回動自在に支持され、端部には、カム１２０を回動させるレバー１２１と戻しバネ１２２が設けられる。レバー１２１は、図示しないブレーキハンドルで操作される。
【００６０】
ホイールハブ１０２には、変速機に内蔵されるワンウェイクラッチを介して後輪スプロケット８６が連結される。ホイールハブ１０２の外壁１０２ｂには、リム１２３が接合されており、リム１２３には図示しない後輪スポークが結合される。
【００６１】
このように構成されたパワーユニット８７のモータ１３０のステータコイル１１３ａには、踏力検知ユニット１８で検出された踏力に応じて通電される。そうすると、この通電によって生じる磁界と磁石１０５との作用によりホイールハブ１０２が回転し、後輪スプロケット８６が回転される。モータ１３０の回転力は、人力によってクランク軸９１から、ドライブスプロケット８４およびチェーン１２を介して後輪スプロケット８６に伝達される回転力と合力されてホイールハブ１０２を駆動する。
【００６２】
なお、第２実施形態の自転車１００も、駆動補助機付き自転車に限らず、踏力の大小にかかわらずモータ１３０を独立して駆動するハイブリッド車両とすることができる。
【００６３】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図９は、第３実施形態に係る自転車の左側面図である。自転車２００は、前部アセンブリ２０１と、中央アセンブリ２０２と、後部アセンブリ２０３と、シートアセンブリ２０４とからなる。前部アセンブリ２０１は、車体前方に位置するヘッドパイプ２０５およびヘッドパイプ２０５に接合され、略水平後方に延びたパイプ状の前フレーム２０６を備える。ヘッドパイプ２０５には前フォーク２０７がその上部に形成された軸部を介して回動自在に保持される。この軸部の上端にはジョイント２０８を介してハンドルポスト２０９が結合され、ハンドルポスト２０９の上部にはステアリングハンドル２１０が結合される。ジョイント２０８はノブ２１１およびレバー２１２の操作によって緩めることができ、これらの操作により、ジョイント２０８を中心にハンドルポスト２０９を折り畳むことができる。前フォーク２０７の下端には前輪ＷＦが回転自在に軸支される。
【００６４】
ステアリングハンドル２１０の両端に設けられるブレーキレバー（図示せず）から下方に延びる前ブレーキワイヤ２１３の先端は前フォーク２０７に設けられた前ブレーキ２１４に結合される。ブレーキレバーにはさらに１本のワイヤ（後ブレーキワイヤ）２１５が結合され、この後ブレーキワイヤ２１５は車体沿って後方に延び、後ブレーキ２１６に結合される。後ブレーキワイヤ２１５は前フレーム２０６に設けられた止め具２１７によって垂れないように保持される。
【００６５】
中央アセンブリ２０２は、パワーユニット２１８と、パワーユニット２１８に電力を供給するバッテリ２１９とを個別に収容する空間を形成するケーシング２２０を有する。すなわち、ケーシング２２０はパワーユニットを収容する小部屋（駆動部ハウジング）と、バッテリ２１９を収容する小部屋（バッテリケース）とを一体で構成する。ケーシング２２０は、左右一対のアルミニュームのダイキャスト製品からなる分割フレームとして構成される。
【００６６】
パワーユニット２１８は人力駆動系およびモータ駆動系それぞれの動力伝達機構を備える。人力駆動系には、人力を入力するためのクランク軸２１９およびクランク軸２１９の両端に結合されるクランク２２０ならびに入力された人力の伝達歯車機構が含まれる。一方、モータ駆動系には、モータ２２１およびモータ動力の伝達歯車機構が含まれる。この歯車機構のうち、合力軸（後述）には、踏力検知ユニット１８が取り付けられる。歯車機構等についてはさらに後述する。
【００６７】
ケーシング２２０は、前方に前フレーム２０６との連結部２２２を有するとともに、前方上部にシートアセンブリ２０４との連結部２２３を備え、かつ、後方に後部アセンブリ２０３を連結する連結部２２４を備える。
【００６８】
後部アセンブリ２０３は中央アセンブリ２０２に連結部２２４で結合される後部フレーム２２５と、後部フレーム２２４の後端に設けられる軸受部２２６と、軸受部２２６で支持される従動側スプロケット２２７および後輪ＷＲとを有する。後部フレーム２２５は、車体の左右にそれぞれ設けられて対をなし、上部には、後ブレーキ２１６が装着される。従動側スプロケット２２７は、中央アセンブリ２０２に設けられる駆動側スプロケット（後述）とチェーン１２で連結される。
【００６９】
シートアセンブリ２０４は、シートポスト２２８と、シートポスト２２８の上端に設けられたシート２２９とからなり、シートポスト２２８にはリフレクタ２３０が取り付けられる。
【００７０】
中央アセンブリ２０２の前方上部に設けられた連結部２２３には、シートポスト２２８を保持するためのボスおよびボスを締め付けるクランパが設けられ、シートポスト２２８はこのボスをクランパで締め付けることにより、ケーシング２２０に確実に保持される。クランパを緩めることにより、シートポスト２２８を上下移動してシート２２９の高さを調節することができる。
【００７１】
ケーシング２２０には、分割された左右ケーシングを締め付け固定するボルトを貫通するためのボスが複数設けられ、そのうちのボス２３１が、シートポスト２２８の延長線上に位置してシートポスト２２８の前方上部と外周同士で当接するように設けられる。このような配置により、シート２２９に荷重がかかったとき、連結部２２３を中心にしてシートポスト２２８の下端が図中時計方向に変位するのを制止することができ、シート２２９にかかる大きい荷重も確実に支えることができる。
【００７２】
前フレーム２０６とケーシング２２０との連結部２２２は、車体上下方向に延びる枢軸を有するヒンジとびロック装置とを有していて、このロック装置のロックを解除することにより、ヒンジの枢軸で車体を折り畳むことができるし、さらにヒンジの結合を解除することにより、前部アセンブリ２０１および中央アセンブリ２０２を互いに分離することもできる。
【００７３】
後フレーム２２５とケーシング２２０との連結部２２４は、後フレーム２２５およびケーシング２２０の双方に形成されたボスと、このボスを貫通するボルト、ならびにこのボルトに螺着するナット（ボルト・ナットは図示していない）で構成される。
【００７４】
図１０は、パワーユニット２１８を構成するギヤ配列を示す模式図である。図１０において、クランク軸２１９にはラチェットワンウェイ（後述）を介して人力駆動ギヤ２３２が結合される。人力駆動ギヤ２３２は、合力軸２３３に形成された小ギヤ２３４と噛み合い、合力軸２３３の中ギヤ２３５は、出力軸２３５に結合された最終段ギヤ２３６と噛み合う。出力軸２３７には、前記従動側スプロケット２２７とチェーン１２で連結される駆動側スプロケット２３８が結合される（図１１参照）。
【００７５】
さらに、合力軸２３３上には、ラチェットワンウェイ（後述）を介して大ギヤ２３９が結合されている。この大ギヤ２３９には、減速軸２４０に結合された小ギヤ２４１が噛み合う。減速軸２４０にはさらに大ギヤ２４２が設けられており、この大ギヤ２４２はモータ２２１の出力軸２４３に結合されるピニオン２４４と噛み合う。
【００７６】
合力軸２３３の端部には、踏力検知ユニット１８が取り付けられる。踏力検知ユニット１８は油圧センサ３６とオイルリザーバ６５とからなる。詳細は後述する。
【００７７】
この構成において、クランク２２０によってクランク軸２１９に入力された踏力で、クランク軸２１９は回転し、その回転は、人力駆動ギヤ２３２と小ギヤ２３４を介して合力軸２３３に伝達される。
【００７８】
一方、モータ２２１の回転は、ピニオン２４４と大ギヤ２４２を介して減速軸２４０に伝達され、さらに、減速軸２４０の回転は小ギヤ２４１と、合力軸２３３上の大ギヤ２３９とを介して合力軸２３３に伝達される。こうして、合力軸２３３上で踏力とモータ２２１の動力とが合力され、合力された駆動力は、中ギヤ２３５および最終段ギヤ２３８を介して出力軸２３７に伝達され、駆動側スプロケット２３８を回転させる。
【００７９】
図１１は、Ａ−Ａ位置におけるパワーユニットの断面図、図１２は、Ｂ−Ｂ位置におけるパワーユニットの断面図である。図１１、図１２において、パワーユニット２１８は、右ケース２４５と左ケース２４６とからなる駆動部ハウジング２４７を備え、クランク軸２１９は右ケース２４５に保持された軸受２４８と左ケース２４６に保持された軸受２４９とで支持される。クランク軸２１９上の、駆動部ハウジング２４７内の左側（軸受２４９寄り）には、ラチェットワンウェイ２５０が取り付けられ、このラチェットワンウェイ２５０を介してクランク軸２１９に人力駆動ギヤ２３２が係合される。
【００８０】
合力軸２３３は、右ケース２４５に保持された軸受２５１と左ケース２４６に保持された軸受２５２とで支持される。合力軸２３３には、図中左から順に小ギヤ２３４、大ギヤ２３９、および中ギヤ２３５が設けられる。大ギヤ２３９は、ラチェットワンウェイ２５３を介して合力軸２３３に取り付けられる。人力駆動ギヤ２３２と合力軸２３３上の小ギヤ２３４は、ヘリカルギヤである。合力軸２３３の一端部（図中右端部）には、ピストン２５５を収容するとともに、油圧室２５４を有するピストン収容室が形成される。
【００８１】
減速軸２４０は、右ケース２４５に保持された軸受２５６と左ケース２５６に保持された軸受２５７とで支持される。
【００８２】
図１２において、モータ２２１は、出力軸２４３と、モータハウジング２５７とモータハウジング２５７に設けられた軸受２５８、２５９と、ステータ（磁石）２６１と、コイルを巻回されたロータ２６２と、ブラシ２６３とからなる。
【００８３】
図１１において、出力軸２３７は、右ケース２４５に保持された軸受２６４と左ケース２５６に保持された軸受２６５とで支持される。最終段ギヤ２３６は、出力軸２３７に対してスプライン係合により結合される。
【００８４】
図１３は、第３実施形態に係る自転車のパワーユニットの要部断面図である。図１３において、図１１、１２と同符号は同一または同等部分を示す。
【００８５】
図１３において、クランク軸２１９に形成されたフランジ２６６と保持リング部材２６７とで挟まれた段部２６８にラチェットワンウェイ２５０が設けられており、ラチェットワンウェイ２５０の爪は、人力駆動ギヤ２３２の内周部のラチェット歯２６９に係止する。保持リング部材２６７はストップリング２７０でクランク軸２１９の長手方向に関する位置を規制して固定される。軸受２４８とクランク軸２１９との位置関係は、ストップリング２７１で規定される。
【００８６】
合力軸２３３上の大ギヤ２３９も、人力駆動ギヤ２３２と同様、合力軸２３３に形成されたフランジ２７２と保持リング部材２７３とで挟まれた段部２７４にラチェットワンウェイ２５３が設けられており、ラチェットワンウェイ２５３の爪は、大ギヤ２３９の内周部のラチェット歯２７５に係止する。
【００８７】
人力駆動ギヤ２３２および合力軸２３３の小ギヤ２３４はヘリカルギヤであるため、人力駆動ギヤ２３２が回転すると、小ギヤ２３４と人力駆動ギヤ２３２との間には、互いに相反するスラスト（クランク軸２１９に平行な方向に作用する力）が発生する。本実施形態では、クランク軸２１９を、自転車２００が前進する方向に回転させると、合力軸２３３に図中右方向のスラスト（矢印２７６）が生じるように、ヘリカルギヤのねじれ方向を設定する。
【００８８】
合力軸２３３の右側に位置する右ケース２４５のピストン収容室２７７には、ピストン２５５が収容されている。ピストン２５５は、ピストン収容室２７７内に、オーリング２７８によって液密に収容されており、バネ２７９で、合力軸２３３側に付勢されている。ピストン２５５と合力軸２３３の端面との間にはボール（鋼球）２８０が介在されている。ピストン２５５の背後（合力軸２３３の側とは反対側）に、バネ２７９を有する油圧室２５４が設けられており、この油圧室２５４は、オイルリザーバ６５内のオイル溜めに連通する。なお、踏力検知ユニットのオイルリザーバ６５や油圧センサは第１実施形態（図５）のものと同様に構成される。
【００８９】
この構成により、ピストン２５５で押されている合力軸２３は、図中左側に付勢されているので、クランク軸２１９に踏力が作用していないとき、中ギヤ２３５と軸受２５１との間には隙間Ｇが生じる。
【００９０】
そして、自転車２００を走行させるためにクランク軸２１９に踏力を作用させたときは、スラスト２７６によって合力軸２３３は隙間Ｇを小さくする方向（車体右側）に変位しようとする。ピストン２５５が、図示しないオイルリザーバのチェックボールが弁体に着座するまでピストン収容室２７７内に押し込まれると、その後は、スラストにより、ピストン２５５および油圧室２５４内の非圧縮性オイルを介して油圧センサ３６のセンサ本体４の受圧部７６（図５参照）に作用する油圧を高め、センサ本体４は、スラスト力（踏力に対応）に応じた検出信号を出力する。
【００９１】
なお、モータ２２１による駆動力が合力軸２３３に加わって、相対的に踏力が小さくなっているときはスラスト力２７６が小さくなるので、ピストン２５５はバネ２７９に押されて合力軸２３３を変位させ、隙間Ｇが最大値側に開く。そして、駆動力が加わることによって、スラスト力２７６は小さくなるので、ピストン２５５が図中左側に変位して油圧室２５４の圧力が低下する。これにより、今度は、踏力が小さくなったことが検出され、モータ２２１による補助駆動力が低下し、踏力が増大するので、再びスラスト力２７６が増大する。
【００９２】
こうして、油圧センサ３６から出力される検出信号によってモータによる駆動力が合力軸２３３に付与されて、クランク２２０によってクランク軸２１９に入力される踏力が所定値以下に軽減される。
【００９３】
続いて、本発明の第４実施形態を説明する。図１４は、第４実施形態に係る自転車を示す左側面図であり、図１、図６と同符号は同一または同等部分を示す。第４実施形態の踏力検出装置を備えた自転車３００は、第２実施形態と同様、パワーユニットが後輪側に設けられた自転車である。図１４において、自転車３００のメインパイプ３および立パイプ４ならびにチェーンステー６のそれぞれの端部は、クランク軸９１を支持するハブ機構の構成要素である筒状ホルダ７９に接合される。クランク軸９１には、ドライブスプロケット８４が連結され、後輪側には後輪スプロケット８６が設けられる。
【００９４】
後輪スプロケット８６には、後輪スプロケット８６に補助駆動力を付与するパワーユニット８７の出力軸が連結される。パワーユニット８７は図８に関して説明したものと同じ構成とすることができる。クランク軸９１とドライブスプロケット８４との間には、油圧アクチュエータ１４０と、油圧センサ３６と、油圧センサ３６の保護機構１８０とを含む踏力検出ユニット１７０が装着される。
【００９５】
次に、踏力検出ユニット１７０の構成を説明する。図１５は、図１４のＣ−Ｃ矢視図である。図１５において、クランク軸９１は、車体幅方向に延在した筒状ホルダ７９の両端に設けられる玉軸受１７１、１７２で支持される。ドライブスプロケット８４側の玉軸受１７１は、筒状ホルダ７９の一端側から螺着されるハウジング１７３と複数の玉１７４とからなり、玉１７４は、ハウジング１７３とクランク軸９１の段部９１ａとで囲繞されたスペースに収容される。
【００９６】
一方、ドライブスプロケット８４から遠い側の玉軸受１７２は、筒状ホルダ７９の他端側から螺着されるハウジング１７５と、複数の玉１７６と、ハウジング１７５の外周に螺着されるナット１７７とからなる。玉１７６はハウジング１７５とクランク軸９１のもう一つの段部９１ｂとで囲繞されたスペースに収容される。なお、ナット１７７は、筒状ホルダ７９の端部と協働してハウジング１７３および１７５の緩み止め用ダブルナットとして作用する。
【００９７】
クランク軸９１のうち、玉軸受１７１から突き出した右部分９１Ｒの端部には車体右側クランク１０Ｒが取り付けられ、玉軸受１７２から突き出した左部分９１Ｌの端部には、車体左側クランク１０Ｌが取り付けられる。
【００９８】
クランク軸９１の右部分９１Ｒには、踏力検出ユニット１７０が装着される。踏力検出ユニット１７０は、ドライブスプロケット８４とともにクランク軸９１に組み付けられる油圧アクチュエータ１４０と油圧アクチュエータ１４０により油圧室（後述）に生じる油圧を検知する油圧センサ３６とからなる。
【００９９】
油圧アクチュエータ１４０は、クランク軸９１の右部分９１Ｒの外周に固定されるアタッチメント１４１を備える。アタッチメント１４１は、例えばスプラインによりクランク軸９１に係合する筒状部分１４１ａと筒状部分１４１ａの端部から外周方向に展開している円板部分１４１ｂとからなる。アタッチメント１４１は、筒状部分１４１ａの両端に位置してクランク軸９１の外周に係合するストップリング１４２、１４３によってクランク軸９１の長手方向の位置が規制されている。油圧アクチュエータ１４０は、さらに、ピストン１４４およびピストン１４４を収容する油圧室ハウジング１４５と、油圧センサ３６の保護機構１８０とを含む。
【０１００】
油圧室ハウジング１４５には、油圧室ハウジング１４５の回り止め用ボス１４６が形成される。回り止め用ボス１４６にはキャップ１４７が被せられ、このキャップ１４７は踏力検出ユニットカバー１４８に嵌装され、踏力検出ユニットカバー１４８は、玉軸受１７１のハウジング１７３と筒状ホルダ７９とによって挟持される。なお、踏力検出ユニットカバー１４８は、チェーンカバー１７と一体に形成することができる。
【０１０１】
油圧アクチュエータ１４０の構成を、図１６を参照して詳述する。図１６は図１５の要部拡大図である。図１６において、アタッチメント１４１の筒状部分１４１ａの外周側には油圧室ハウジング１４５が装着される。油圧室ハウジング１４５は、内周面がアタッチメント１４１の筒状部分１４１ａの外周面に対向する筒状部分１４５ａと、筒状部分１４５ａの端部から外周方向に展開している円板部分１４５ｂとを有する。円板部分１４５ｂの周縁はクランク軸９１の長手方向に沿って車体右側に向けて立ち上がった環状壁部１５０をなしている。
【０１０２】
この環状壁部１５０の内周面と筒状部分１４５ａの外周面との間に円板状のピストン１４４が配置される。ピストン１４４の中心部（ハブ）１４４ａの内周面は、環状シール１５１を介して油圧室ハウジング１４５の筒状部分１４５ａの外周に係合している。一方、ピストン１４４の外周縁はシール１５２を介して油圧室ハウジング１４５の環状壁部１５０の内周面に係合している。
【０１０３】
こうして、ピストン１４４と油圧室ハウジング１４５との間には、油圧室１５３が形成される。ピストン１４４と油圧室ハウジング１４５との対向面に波形座金（ウェーブワッシャ）１６５が配置される。ウェーブワッシャ１６５はピストン１４４と油圧室ハウジング１４５との対向面間隔を拡大する方向に力を作用させ、踏力低下で油圧室１５３の油圧が下がったときに、玉１５６とアタッチメント１４１およびドライブスプロケット８４間に隙間が生じないようにする。
【０１０４】
油圧室１５３は非圧縮性オイルで充満される。油圧室ハウジング１４５の円板部１４５ｂの外周寄りには、前記環状壁部１４８とは反対方向に突き出したセンサ取り付け用のボス１５４が形成される。ボス１５４には油圧室１５３に連通するセンサ取付用のねじ孔１５４ａが設けられ、このねじ孔１５４ａには、感知部が油圧室１５３に面するようにして油圧センサ３６がねじ込まれる。油圧センサ３６は、全体形状が略円柱状であり、その長手方向が、クランク軸９１の長手方向、つまり自転車３００の車幅方向を指向するように配置され、ボス１５４に取り付けられる。油圧センサ３６はハーネス１５５によって前記コントローラ２１と電気的に接続される。
【０１０５】
また、油圧室ハウジング１４５の円板部分１４５ｂの、外周寄りの他の部分にはセンサ保護機構１８０が設けられる。センサ保護機構１８０については、後で詳述する。
【０１０６】
アタッチメント１４１とピストン１４４との間には、ドライブスプロケット８４が配置される。ドライブスプロケット８４は、ハブ８４ａと外輪部８４ｂとからなり、両者は互いにリベット３３で結合されている。アタッチメント１４１の円板部分１４１ｂとドライブスプロケット８４のハブ８４ａとは玉１５６を収容する溝を有し、これら円板部分１４１ｂとハブ８４ａとは、玉１５６を挟んで対向している。ドライブスプロケット８４のハブ８４ａはクランク軸９１の長手方向に沿って立ち上がった環状壁部１５７を有しており、この環状壁部１５７の内周面にはアタッチメント１４１の円板部分１４１ｂの周縁部が環状のシール１５８を介して対向している。
【０１０７】
ドライブスプロケット８４のハブ８４ａとピストン１４４との間にはニードルスラスト軸受１５９が配置される。一方、アタッチメント１４１の筒状部分１４１ａの周囲には、油圧室ハウジング１４５の円板部分１４５bにかかるスラストを受けるニードルスラスト軸受１６２が配置される。ニードルスラスト軸受１６２に対して、筒状部分１４１ａの端部側にスラストプレート１６０が設けられ、スラストプレート１６０から筒状部分１４１ａのさらに端部側にはストップリング１６１が配置される。
【０１０８】
これらの構成要素を有する油圧アクチュエータ１４は、アタッチメント１４１に対して、ドライブスプロケット８４、並びにピストン１４４および油圧室ハウジング１４５を整列配置した状態で、アタッチメント１４１の筒状部分１４１ａに、ニードルスラスト軸受１６２を装着し、さらにスラストプレート１６０を嵌装した後、ストップリング１６１を筒状部分１４１ａに係合させて、スラストプレート１６０を固定する。
【０１０９】
なお、スラストプレート１６０と油圧室ハウジング１４５との間には、シール１６３が設けられ、ドライブスプロケット８４のハブ８４とピストン１４４との間にはシール１６４が設けられる。
【０１１０】
図１６を参照して踏力検出ユニット１７０の動作を説明する。図１６において、クランク軸９１が踏力によって回転すると、これとともにアタッチメント１４１が回転し、さらにアタッチメント１４１の回転は玉１５６を介してドライブスプロケット８４に伝達される。このドライブスプロケット８４の回転はチェーン１２によって後輪スプロケット８６に伝達され、前記パワーユニット８７の出力に合力されて後輪ＷＲが駆動させる。
【０１１１】
パワーユニット８７の駆動力を決定するための踏力は、アタッチメント１４１とドライブスプロケット８４との差動により検出される。つまり、踏力が小さい場合は、アタッチメント１４１の回転は玉１５６を介してドライブスプロケット８４に伝わり、ドライブスプロケット８４はアタッチメント１４１に追従して回転する。一方、踏力が増大した場合、つまり後輪ＷＲの負荷が増大した場合、この負荷はドライブスプロケット８４がアタッチメント１４１の回転を阻止する方向の力として作用する。したがって、ドライブスプロケット８４およびアタッチメント１４１の相対位置が変化しようとする。
【０１１２】
しかし、ドライブスプロケット８４とアタッチメント１４１との間には、玉１５６が介在しているので、ドライブスプロケット８４が玉１５６に乗り上げることで相対位置の変化が可能になる。つまり、ドライブスプロケット８４、アタッチメント１４１および玉１５６によってトルクカムの機能を有することになる。ここで、アタッチメント１４１は前記ストップリング１４２、１４３でクランク軸９１に対してクランク軸９１の長手方向の位置が規制されているのでクランク軸９１に対して動くことはなく、結局、ドライブスプロケット８４がクランク軸９１の長手方向でピストン１４４側に変位する。この変位は、ニードルスラスト軸受１５９を介してピストン１４４に伝達され、ピストン１４４は、油圧室ハウジング１４５の筒状部１４５ａの外周面と環状壁部１５０の内周面とで案内されて油圧室１５３を縮小させる方向に変位する。
【０１１３】
油圧室１５３内には非圧縮性オイルが充満されているので、ピストン１４４の変位によって油圧室１５３の圧力は上昇し、その圧力上昇は油圧センサ３６によって検知される。油圧室１５３の圧力は、アクチュエータ１４１とドライブスプロケット８４との回転方向の変位量、つまり踏力を表す。したがって、油圧センサ３６の検知信号はコントローラ２１に伝達され、コントローラ２１は、この検知信号で代表される踏力に応じた駆動力を出力させる指示をパワーユニット８７に送出する。
【０１１４】
油圧室１５３の圧力が上昇しすぎることを防止する観点で、油圧センサ保護機構１８０を設けるのが望ましい。図１７は、油圧センサ保護機構を示す踏力検出ユニットの要部拡大図である。図１７において、油圧室ハウジング１４５の周縁部に油圧センサ保護機構１８０が設けられる。油圧センサ保護機構１８０は、ボディ１８１と、ボディ１８１に螺着されてシールリング１８３で密着されたキャップ１８２とを備える。
【０１１５】
ボディ１８１とキャップ１８２とによって形成されるバルブ室１８４にはバルブ装置１８５が組み込まれる。バルブ室１８４は油圧室１５２に至る連通路１８６を有する。バルブ室１８４には、筒状のシート１８７が外周をシールリング１８８で封止された状態で配置される。シート１８７の孔には、チェックボール１８９が配置され、チェックボール１８９には、キャップ１８２側からリリーフバルブ１９０が配置される。リリーフバルブ１９０とキャップ１８２との間にはリリーフバルブ１９０をチェックボール１８９側に付勢するリリーフバルブスプリング１９１が設けられる。キャップ１８２には、ボディ１８１側に凹部１８２ａが形成されており、この凹部１８２ａとシート１８７の中空部は、リリーフバルブ１９０とリリーフバルブスプリング１９１を収容するとともに、オイル溜まりとしても機能する。
【０１１６】
このセンサ保護機構１８０によれば、油圧室１５３の圧力が上昇して、連通路１８６の圧力がリリーフバルブスプリング１９１の付勢力を上回ると、チェックボール１８９はシート１８７から離れて油圧室１５３のオイルがオイル溜まりに流入する。これによって、油圧室１５３の圧力が所定値以上に上昇するのを回避して油圧センサ３６を保護することができる。
【０１１７】
このように、第４実施形態では、玉１５６とアタッチメント１４１およびドライブスプロケット８４とで形成されるカム機構により、踏力を、クランク軸９１の長手方向におけるドライブスプロケット８４の動きに変換し、ピストン１４４を動かすことができる。その結果、踏力を油圧室１５３の圧力で代表させることができる。
【０１１８】
上述の第３実施形態の自転車２００、および第４実施形態の自転車３００はいずれも自転車１や１００と同様、踏力に応じてモータ２２１を駆動するのに限らず、踏力が入力されていないときにモータ２２１のみで後輪を駆動する構成し、人力とモータ駆動力とを、個別にまたは双方を合力して後輪を駆動するハイブリッド形式の自転車としてもよい。
【０１１９】
上述のように、第１、第２実施形態によれば、クランク軸の僅かな変位を油圧センサで検知して踏力を検出することができる。また、第３実施形態では、クランク軸にギヤを介して係合される合力軸の軸方向の変化を油圧センサで検知して踏力を検出することができる。
【０１２０】
また、第４実施形態では、クランク軸９１の一方側（車体右側）にアタッチメントとの結合が可能な加工、例えばスプライン等の加工を施すだけで、既存の車体フレーム構造に対して容易に踏力検出ユニットを装着することができる。
【０１２１】
したがって、いずれの実施形態においても、クランク軸の回転は、緩衝部材を介することなく直接、クランクスプロケットや駆動側スプロケットに伝達されるので、歪みセンサを使用する従来の装置において懸念されるペダリング時のロストモーションがなくなる。したがって、ロストモーションによって使用者がペダリング中に違和感を覚えることを防止し、良好な乗り心地が得られる。
【０１２２】
本明細書では、本発明を実施形態に従って説明したが、本発明はこれに限定されない。当業者は、請求項に記載した範囲で、周知技術を適用する等して本発明を実施することができる。例えば、第３実施形態において、モータ２２１を減速軸２４０の下方に配置したが、モータ２２１の位置は、減速軸２４０の後方（図９、図１０において右側）に設定してもよい。例えば、図１０に符号２４３ａで示す位置にモータ２２１の出力軸が位置するようにモータ２２１を配置することができる。これによって、パワーユニット２１８実質的な高さを小さくすることができる。
【０１２３】
なお、上述の実施形態では、２輪自転車を参照して本発明を説明したが、本発明の踏力検出装置が適用可能な車両は２輪自転車に限らず、３輪車、４輪車であってもよく、要は、クランク軸に入力される踏力で車輪が駆動され、かつ、少なくとも踏力に応じて踏力を補助するように駆動されるモータを備えた車両であればよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１、１００、２００…動力補助機付き自転車、  ２…ヘッドパイプ、  ３…メインフレーム、  ６…チェーンステー、  ８、８７…パワーユニット、  ９、９１、２１９…クランク軸、  １０Ｌ、１０Ｒ…クランク、  １１、１３０、２２１…モータ、  １２…チェーン、  １３、８４…クランクスプロケット、  １４…合力スプロケット、  １６、８６…後輪スプロケット、  １８…踏力検知ユニット、  ２６…パワーユニットケース、  ２７、９２…自動調心玉軸受、  ２８…軸受、  ３５…軸受収容凹部、  ３６…油圧センサ、  ３７…センサ収容凹部、  ３８…ピストン、  ３９…コイルバネ、  ４０…センサ本体、  ４１…オーリング、  ６５…オイルリザーバ、  ６７…オイル溜め、  ６８…逆止弁、  ７６…受圧部、  ７９…筒状ホルダ、  ８９…軸受箱、  ９３…第２の軸受箱、  １４０…油圧アクチュエータ、  １４１…アタッチメント、  １４４…ピストン、  １４５…油圧室ハウジング、  １７０…踏力検出ユニット、  １８０…油圧センサ保護機構、  ２２７…従動側スプロケット、  ２３８…駆動側スプロケット
【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】
2011085573.tif 000009
【図８】
2011085573.tif 000010
【図９】
2011085573.tif 000011
【図１０】
2011085573.tif 000012
【図１１】
2011085573.tif 000013
【図１２】
2011085573.tif 000014
【図１３】
2011085573.tif 000015
【図１４】
2011085573.tif 000016
【図１５】
2011085573.tif 000017
【図１６】
2011085573.tif 000018
【図１７】
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