(57)【要約】【課題】内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車において、装置を複雑化することなく回生充電を可能とする。【解決手段】駆動輪のハブ１に遊星歯車機構からなる変速機構３と逆入力用ワンウェイクラッチ２とクラッチ切替装置９とを備える。変速機構３は太陽歯車３ａを有し、駆動力をスプロケット４を通じて駆動輪に伝達する。また、駆動力に対して、太陽歯車３ａを車軸５回りに回転可能又は回転不能とに切り替えて変速を行う変速制御機構１０を備え、逆入力用ワンウェイクラッチ２は太陽歯車３ａ側に設けた逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ａと車軸５側に設けた逆入力用クラッチカム面２ｇを備え、クラッチ切替装置９によって逆入力に対して太陽歯車が車軸５回りに回転可能又は回転不能とに切り替えられる。クラッチ切替装置９は、車軸５内を通ってその一端が前記車軸５から外部に引き出された逆入力操作部９ａにより構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を駆動輪に伝達可能とし、前進非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備えた電動補助自転車に用いる電動補助自転車用リアハブ内装変速装置において、
前記駆動輪に設けたハブ（１）に変速機構（３）と逆入力用ワンウェイクラッチ（２）とクラッチ切替装置（９）とを備え、
前記変速機構（３）は遊星歯車機構によって構成されて、少なくとも一つの太陽歯車を有し、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケット（４）を通じて前記駆動輪に伝達する機能を有して、そのスプロケット（４）からの駆動力に対して、前記太陽歯車（３ａ）を車軸（５）回りに回転可能又は回転不能とに切り替えて変速を行う変速制御機構（１０）を備えており、
前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）は少なくとも一つの太陽歯車（３ａ）と車軸（５）との間に設けられて、前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）はラチェットクラッチによって構成され、前記クラッチ切替装置（９）によって前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）は前記駆動輪からの逆入力に対して、前記太陽歯車（３ａ）が車軸（５）回りに回転可能又は回転不能とに切り替えられる機能を有しており、前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）は、前記太陽歯車（３ａ）に設けられた逆入力用ワンウェイクラッチ爪（２ａ）と、前記車軸（５）の外面に設けられた逆入力用クラッチカム面（２ｇ）を備え、前記クラッチ切替装置（９）は、前記車軸（５）内を通ってその一端が前記車軸（５）から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な逆入力操作部（９ａ）を備え、その逆入力操作部（９ａ）を軸方向に移動操作することによって、前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）の切り替えが可能であり、
駆動時には、前記スプロケット（４）からの駆動力は前記変速機構（３）を通じて駆動輪に伝達され、前進非駆動時には、前記クラッチ切替装置（９）の逆入力操作部（９ａ）の操作により前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）における前記太陽歯車（３ａ）と車軸（５）とを逆入力に対して回転不能とすることによって、前記駆動輪からの逆入力トルクを前記スプロケット（４）に伝達できる機能を有することを特徴とする電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項２】
前記クラッチ切替装置（９）は、切欠部（９ｅ）が設けられた逆入力用スリーブ（９ｂ）を備え、前記逆入力操作部（９ａ）を軸方向に移動操作することによって前記切欠部（９ｅ）が前記逆入力用クラッチカム面（２ｇ）の位置と前記逆入力用クラッチカム面（２ｇ）から退避した位置との間で移動し、その移動によって、前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）の切り替えを行うことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項３】
前記逆入力用スリーブ（９ｂ）の切欠部（９ｅ）は、その軸方向端部にテーパ部（９ｄ）を備えることを特徴とする請求項２に記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項４】
前記逆入力用スリーブ（９ｂ）の切欠部（９ｅ）は、その周方向端部にテーパ部を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項５】
前記逆入力用スリーブ（９ｂ）は、前記車軸（５）に設けられた逆入力用横穴（９ｇ）に挿入された逆入力用ピン（９ｆ）によってその車軸（５）に固定され、前記逆入力用ピン（９ｆ）を前記逆入力操作部（９ａ）によって前記逆入力用横穴（９ｇ）内で軸方向へ移動操作することにより、前記逆入力用スリーブ（９ｂ）の軸方向への移動を行うことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項６】
前記逆入力用スリーブ（９ｂ）は、逆入力用弾性部材（９ｃ）によって、軸方向に付勢されている請求項２乃至５のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項７】
前記変速機構（３）は、前記太陽歯車（３ａ）を車軸（５）回りに回転可能又は回転不能とに切り替える変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）を備え、その変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）の前記車軸（５）に対する回転可能又は回転不能の切り替えが前記変速制御機構（１０）によって行われるようになっており、前記変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）は、前記太陽歯車（３ａ）に設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）と、前記車軸（５）の外面に設けられた変速用クラッチカム面（３ｆ）とを備えたラチェットクラッチであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項８】
前記変速制御機構（１０）は、前記車軸（５）内を通ってその一端が前記車軸（５）から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な変速操作部（１０ａ）を備え、その変速操作部（１０ａ）を軸方向に移動操作することによって、前記変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）の切り替えが可能であることを特徴とする請求項７に記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項９】
前記車軸（５）の外面に周方向に沿って複数の凹凸を設け、その凹凸に、前記逆入力用クラッチカム面（２ｇ）と前記変速用クラッチカム面（３ｆ）の両方の機能を発揮させることを特徴とする請求項７又は８に記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１０】
前記変速制御機構（１０）は、切欠部（１０ｅ）が設けられた変速用スリーブ（１０ｂ）を備え、前記変速操作部（１０ａ）を軸方向に移動操作することによって前記切欠部（１０ｅ）が前記変速用クラッチカム面（３ｆ）の位置と前記変速用クラッチカム面（３ｆ）から退避した位置との間で移動し、その移動によって、前記変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）の切り替えを行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１１】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）の切欠部（１０ｅ）は、その軸方向端部にテーパ部（１０ｄ）を備えることを特徴とする請求項１０に記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１２】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）の切欠部（１０ｅ）は、その周方向端部にテーパ部を備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１３】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）は、前記車軸（５）に設けられた変速用横穴（１０ｇ）に挿入された変速用ピン（１０ｆ）によってその車軸（５）に固定され、前記変速用ピン（１０ｆ）を前記変速操作部（１０ａ）によって前記変速用横穴（１０ｇ）内で軸方向へ移動操作することにより、前記変速用スリーブ（１０ｂ）の軸方向への移動を行うことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１４】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）は、変速用弾性部材（１０ｃ）によって、軸方向に付勢されている請求項１０乃至１３のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１５】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）の前記変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）を覆う部分と、前記逆入力用スリーブ（９ｂ）の前記逆入力用ワンウェイクラッチ爪（２ａ）を覆う部分とは、それぞれ前記車軸（５）を夾んで両側に配置されるとともに相互に前記車軸（５）周りに９０°位相がずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１６】
前記スプロケット（４）は前記ハブケース（７）内の軸方向一方寄りに配置されており、前記クラッチ切替装置（９）を前記ハブケース（７）内の軸方向一方寄りに配置し、前記変速制御機構（１０）を他方寄りに配置したことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【請求項１７】
前記クラッチ切替装置（９）の操作をブレーキ操作と連動させたことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一つに記載の電動補助自転車用リアハブ内装変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車に用いられる、電動補助自転車用リアハブ内装変速装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動モータにより人力駆動系に補助力を付加させる電動補助自転車には、電動補助力を与えるためのモータ用電源としてバッテリが搭載される。このバッテリは、１回の充電で長時間走行できることが望ましいことから、自走中のエネルギーを有効に利用し、その自走中の回生発電により、バッテリを充電する機能を備えた電動補助自転車が開発されている。
【０００３】
その回生発電によるバッテリの充電装置として、例えば、特許文献１に、ブレーキレバーの操作を検出して回生装置に回生作動を指令する回生制御装置の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この種の電力回生機能を搭載する場合、例えば、特許文献２に示すように、車軸周辺にモータ及び変速機を設けた電動補助自転車（ハブモータ方式）の場合は、車軸とモータのロータを直結とすることで、電力回生は比較的容易に実現できる（例えば、特許文献２参照）。
しかし、このハブモータ方式の場合、モータから二次電池までの距離が遠くなりがちであり、その二次電池までの配線の取り回しが煩雑になる傾向がある。また、モータをフロントの車軸に配置すると操作性が悪化し、リア側に配置すると変速機との両立が困難になるという問題もある。
【０００５】
このため、電力回生機能を搭載する場合、操作性と構造の簡素化を求めるならば、例えば、特許文献３のように、クランク軸及びその軸受等を含む人力駆動系と、モータによる補助動力をクランク軸に合力させる駆動系とを単一のハウジングに収容した駆動装置、いわゆるセンタモータユニットを備えた構造（センタモータ方式）とするのが有利である（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
センタモータ方式で、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献４に示すものがある。
この電動補助自転車では、モータ出力軸と駆動スプロケットとの間に第一ワンウェイクラッチを設け、踏力が入力されるペダルクランク軸と駆動スプロケットとの間に第二のワンウェイクラッチを設け、さらにブレーキ操作に応じて第一ワンウェイクラッチをロックする直結手段を設けることで、制動時の電力回生を実現している。なお、リアハブとリアスプロケットとは、回生時にタイヤからの逆入力トルクをモータに伝えることができるように直結されている。
【０００７】
また、同じく、電力回生機能を搭載した電動補助自転車として、例えば、特許文献５に示すものがある。
この電動補助自転車では、センタモータユニット内で、モータの出力軸にブレーキ操作に連動してロック方向を切り替えることが出来るツーウェイクラッチを設け、制動時の電力回生を実現している。
【０００８】
すなわち、モータアシスト時には、ツーウェイクラッチを正回転方向でロックさせることにより、モータの出力を車軸に伝達することができ、モータアシストが可能となる。また、乗員のブレーキ操作に連動してツーウェイクラッチのロック方向を切替え、ツーウェイクラッチを逆回転方向でロックさせれば、車軸側からの逆入力トルク（正回転方向）をモータに伝達することができ、これによって回生発電およびブレーキアシストが可能となる。この構成では、回生時に車軸側からの逆入力トルクをモータ側に伝達させる必要があるため、リアハブとリアスプロケットとは直結としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１４０２１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６５６３号公報
【特許文献３】特開平１０−２５０６７３号公報
【特許文献４】特開２００１−２１３３８３号公報
【特許文献５】特開２００４−２６８８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、電動補助自転車は、モータを、クランク軸周辺に設けたセンタモータ方式と、モータを、フロントハブ若しくはリアハブに内装したハブモータ方式とに大別できる。
【００１１】
ハブモータ方式では、モータの他、減速機も併せてリアハブ内に組み込む必要があるが、スペース的に高減速比とすることが困難で、大きなトルクを得ることが出来ないという問題がある。また、重量物が、自転車の重心から離れた位置に配置されることで、操縦性が悪く、モータと電池が離れることで配線の取り回しも複雑になるという問題がある。さらには、タイヤからの衝撃が直接減速機及びモータに伝わるため、故障が起きやすいという欠点がある。そのため、現在ではセンタモータ方式が主流となっている。
【００１２】
センタモータ方式の駆動系において、電力回生機能を搭載する場合、車輪からの逆入力トルクをモータ軸に伝えるため、上記特許文献４や特許文献５では、リアハブとリアスプロケットは直結されている。
【００１３】
この点、一般的な自転車の変速機構は、クランク軸又はリア車軸の何れか一方、もしくは両方の同軸上に多段のスプロケットを設け、ディレイラーによってチェーンをスプロッケット間で移動させることによって変速する方式（外装変速機）とリアハブの内部に設けた歯車を掛けかえることによって変速する方式（内装変速機）がある。内装変速機内には通常ワンウェイクラッチが設けられており、タイヤからの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。
外装変速機は構造が簡単で軽量であるが、スプロケットやチェーンが摩耗する原因になり、チェーン外れの原因にもなる。一方、内装変速機は防塵、防水性があり、メンテナンスフリーであるためシティサイクルに使われることが多い。現在のところ、電動アシスト自転車はシティサイクル自転車を中心に展開しており、その殆どが内装変速機を採用している。
【００１４】
しかし、このように、内装変速機を採用すると、そのままでは、車輪からの逆入力はリアハブからリアスプロケットに伝わらない。このため、車輪からの逆入力によりセンタモータを回転、回生することができない。
逆入力に対応するため、例えば、車軸からクランク軸、及び車軸からモータ軸をそれぞれ別々の動力伝達要素で結合することも可能であるが、２本の伝達要素を用いることはレイアウト的にもコスト的にも商品価値の大幅な低下を招く。
【００１５】
そこで、この発明は、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車において、できる限り装置を複雑化することなく、回生充電を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、この発明は、前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータを取り付け、クランク軸から伝達された踏力又は前記モータの出力による駆動力を駆動輪に伝達可能とし、前進非駆動時には、前記駆動輪から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を前記二次電池に還元する回生機構を備えた電動補助自転車に用いる電動補助自転車用リアハブ内装変速装置において、前記駆動輪に設けたハブに変速機構と逆入力用ワンウェイクラッチとクラッチ切替装置とを備え、前記変速機構は遊星歯車機構によって構成されて、少なくとも一つの太陽歯車を有し、前記踏力又は前記モータの出力による駆動力をスプロケットを通じて前記駆動輪に伝達する機能を有して、そのスプロケットからの駆動力に対して、前記太陽歯車を車軸回りに回転可能又は回転不能とに切り替えて変速を行う変速制御機構を備えており、
前記逆入力用ワンウェイクラッチは少なくとも一つの太陽歯車と車軸との間に設けられて、前記逆入力用ワンウェイクラッチはラチェットクラッチによって構成され、前記クラッチ切替装置によって前記逆入力用ワンウェイクラッチは前記駆動輪からの逆入力に対して、前記太陽歯車が車軸回りに回転可能又は回転不能とに切り替えられる機能を有しており、前記逆入力用ワンウェイクラッチは、前記太陽歯車に設けられた逆入力用ワンウェイクラッチ爪と、前記車軸の外面に設けられた逆入力用クラッチカム面を備え、前記クラッチ切替装置は、前記車軸内を通ってその一端が前記車軸から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な逆入力操作部を備え、その逆入力操作部を軸方向に移動操作することによって、前記逆入力用ワンウェイクラッチの切り替えが可能であり、駆動時には、前記スプロケットからの駆動力は前記変速機構を通じて駆動輪に伝達され、前進非駆動時には、前記クラッチ切替装置の逆入力操作部の操作により前記逆入力用ワンウェイクラッチにおける前記太陽歯車と車軸とを逆入力に対して回転不能とすることによって、前記駆動輪からの逆入力トルクを前記スプロケットに伝達できる機能を有することを特徴とする電動補助自転車用リアハブ内装変速装置を採用した。
【００１７】
上記構成により、駆動前進時には、変速機構を介して駆動輪のスプロケットからハブに駆動力が伝達され、自転車は前進する。前進非駆動時には、逆入力用ワンウェイクラッチを介して、駆動輪のハブからの逆入力がスプロケットに伝達され、さらに、スプロケットから動力伝達要素を通してモータ駆動スプロケットにトルクが伝わることで、回生発電が可能となる。なお、駆動力に対しては、逆入力用ワンウェイクラッチは常に空転するため、駆動時において、クラッチ切替装置の状態は限定されない。
このように、ラチェットクラッチからなる逆入力用ワンウェイクラッチ、及びそのラチェットクラッチを切り替える機能を有するクラッチ切替装置を、太陽歯車と車軸との間に配置することで、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車に用いられる電動補助自転車用リアハブ内装変速装置において、装置を複雑化することなく、駆動力の伝達と逆入力の伝達とを実現できる。
【００１８】
また、前記クラッチ切替装置は、逆入力操作部が車軸内を通って外部に引き出されて、その逆入力操作部を車軸の外部から軸方向へ移動させる操作が可能な構成となっているから、簡素な構成で、前記逆入力用ワンウェイクラッチにおける前記太陽歯車の車軸に対する回転可能又は回転不能を切り替えできる機能を実現できる。このとき、ラチェットクラッチの逆入力用クラッチ爪を太陽歯車側に配置し、逆入力用クラッチカム面を車軸側に設けていることから、車軸の構造をシンプルにすることができる。
【００１９】
この構成において、前記クラッチ切替装置は、切欠部が設けられた逆入力用スリーブを備え、前記逆入力操作部を軸方向に移動操作することによって前記切欠部が前記逆入力用クラッチカム面の位置と前記逆入力用クラッチカム面から退避した位置との間で移動し、その移動によって、前記逆入力用ワンウェイクラッチの切り替えを行う構成を採用することができる。
【００２０】
また、その構成において、前記逆入力用スリーブの切欠部は、その軸方向端部にテーパ部を備える構成とすることができる。また、それに代えて、あるいは、それに加えて、前記逆入力用スリーブの切欠部は、その周方向端部にテーパ部を備える構成を採用することができる。
【００２１】
このように、前記切欠部の軸方向端部にテーパ部を設けることで、カム面に噛み込んだラチェット爪と切欠部の一端が接触したときに、そのテーパ部の傾斜面によってラチェット爪をカム面から外す力を大きくすることができる。また、周方向端部にテーパ部を設けることで、逆方向の回転（逆入力用クラッチ部においては、駆動方向の回転）時に、ラチェット爪はテーパ部の傾斜面に沿ってカム面上を移動するため、スムーズな回転が可能となる。
【００２２】
ここで、切欠部が設けられた逆入力用スリーブが、逆入力用クラッチカム面上を覆うように設けられており、その逆入力用スリーブが、車軸内を通って軸方向に移動操作可能な逆入力操作部によって、軸方向にスライド操作可能としている。逆入力用スリーブが逆入力用クラッチカム面を覆えば、通常はカム面が塞がれているためラチェット爪がカム面に噛み込むことはない。前進非駆動時（タイヤからの逆入力時）に、前記逆入力操作部を軸方向に移動させることによって、逆入力用スリーブがカム面上をスライドし、前記切欠部がラチェット爪上に位置すると、ラチェット爪がカム面に噛み込むことが可能となり、逆入力に対して太陽歯車がロックし、タイヤからの逆入力をリアスプロケットに伝達可能となる。
【００２３】
また、前記逆入力用スリーブは、前記車軸に設けられた逆入力用横穴に挿入された逆入力用ピンによってその車軸に固定され、前記逆入力用ピンを前記逆入力操作部によって前記逆入力用横穴内で軸方向へ移動操作することにより、前記逆入力用スリーブの軸方向への移動を行う構成を採用することができる。
【００２４】
すなわち、逆入力操作部の軸方向移動操作と逆入力用スリーブの移動とを連動させるために、車軸に貫通した横穴を設けてその横穴にピンを挿入し、ピンと逆入力用スリーブを固定することで、逆入力操作部によってピンを押すことで逆入力用スリーブを移動させるようにしたものである。
【００２５】
このとき、逆入力用スリーブを逆入力用弾性部材によって軸方向に付勢する構成を採用すれば、例えば、その逆入力用弾性部材で、逆入力操作部がピンを軸方向に押し込むのとは逆向きの付勢力を与えることによって、操作部への外部からの負荷（押圧力）を除去することによって、逆入力用弾性部材の弾性力によって逆入力用スリーブを元の位置に戻すことができる。
【００２６】
なお、前記の逆入力用のクラッチ切替機構は、変速制御機構にも適用できる。すなわち、前述の各構成において、前記変速機構は、前記太陽歯車を車軸回りに回転可能又は回転不能とに切り替える変速用ワンウェイクラッチを備え、その変速用ワンウェイクラッチの前記車軸に対する回転可能又は回転不能の切り替えが前記変速制御機構によって行われるようになっており、前記変速用ワンウェイクラッチは、前記太陽歯車に設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪と、前記車軸の外面に設けられた変速用クラッチカム面とを備えたラチェットクラッチである構成を採用することができる。
【００２７】
このように、変速用ワンウェイクラッチにもラチェットクラッチ機構を用い、太陽歯車側にラチェット爪を配置し、車軸側に変速用クラッチカム面を設けることによって、車軸の構造をシンプルにすることができる。
【００２８】
前記変速制御機構の構成としては、クラッチ切替装置と同様の構造とすることが可能である。すなわち、変速制御機構は、前記車軸内を通ってその一端が前記車軸から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な変速操作部を備え、その変速操作部を軸方向に移動操作することによって、前記変速用ワンウェイクラッチの切り替えが可能である構成である。
【００２９】
また、逆入力用クラッチカム面と変速用クラッチカム面の両方の機能を有する凹凸を車軸上に設けることが可能となり、その点においても、構造をシンプルにすることができる。具体的には、前記車軸の外面に周方向に沿って複数の凹凸を設け、その凹凸に、前記逆入力用クラッチカム面と前記変速用クラッチカム面の両方の機能を発揮させるものが挙げられる。
【００３０】
また、この変速制御機構は、切欠部が設けられた変速用スリーブを備え、前記変速操作部を軸方向に移動操作することによって前記切欠部が前記変速用クラッチカム面の位置と前記変速用クラッチカム面から退避した位置との間で移動し、その移動によって、前記変速用ワンウェイクラッチの切り替えを行う構成を採用することができる。この点は、クラッチ切替装置の場合と同様である。
【００３１】
さらに、前記変速用スリーブの切欠部は、その軸方向端部にテーパ部を備える構成、又はそれに代えて、あるいは加えて、前記変速用スリーブの切欠部は、その周方向端部にテーパ部を備える構成を採用できる点も同様である。
【００３２】
また、前記変速用スリーブは、前記車軸に設けられた変速用横穴に挿入された変速用ピンによってその車軸に固定され、前記変速用ピンを前記変速操作部によって前記変速用横穴内で軸方向へ移動操作することにより、前記変速用スリーブの軸方向への移動を行う構成を採用することができる。
【００３３】
その変速用スリーブは、変速用弾性部材によって、軸方向に付勢されている構成を採用することができる。
【００３４】
これらの各構成において、例えば、逆入力用スリーブと変速用スリーブとを相対的に９０°位相のずれた位置に配置することによって、両者が干渉することが無くなり、小スペースで両方の機構を成立させることが可能となる。
具体的な構成としては、前記変速用スリーブの前記変速用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分と、前記逆入力用スリーブの前記逆入力用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分とは、それぞれ前記車軸の軸心を夾んで両側に配置されるとともに相互に前記車軸の軸心周りに９０°位相がずれた位置に配置されている構成である。
【００３５】
なお、これらの構成によれば、変速装置を制御する変速制御機構の方が、逆入力用ワンウェイクラッチを制御するクラッチ切替機構に比べ、軸方向への移動ストロークが長くなる傾向がある。変速装置は、複数の太陽歯車を備える場合が多いからである。そこで、逆入力用のクラッチ切替機構をリアスプロケット側に配置し、変速制御機構を逆側に配置することが好ましい。
すなわち、具体的な構成は、前記スプロケットは前記ハブケース内の軸方向一方寄りに配置されており、前記クラッチ切替装置を前記ハブケース内の軸方向一方寄りに配置し、前記変速制御機構を他方寄りに配置した構成である。
【００３６】
なお、これらの各構成において、前記クラッチ切替装置による、前記駆動輪からの逆入力に対する前記太陽歯車と車軸の回転可能又は回転不能との切り替えは、ブレーキ操作に連動して行われる構成を採用することができる。
【００３７】
また、センタモータユニット内においては、モータ出力軸とモータ駆動スプロケットとを直結することにより、駆動力及び逆入力の両方向のトルクを伝達することができ、また、クランク軸とクランクスプロケット（人力駆動スプロケット）との間には、駆動力のみ伝達し、逆入力時は空回りするセンタワンウェイクラッチを組み込むことにより、逆入力によりペダルが強制的に回転するのを防止することができる。すなわち、駆動輪に対して駆動力を伝達する方向にロックし、駆動輪からの逆入力に対して空転するセンタワンウェイクラッチである。
このセンタワンウェイクラッチとしては、ローラクラッチ、スプラグクラッチ、ラチェットクラッチ等を採用することができる。
【発明の効果】
【００３８】
この発明は、回生エネルギーを二次電池に蓄えることができ、回生充電しない場合と比較して充電１回当たりの航続距離を大幅に延ばすことができる。また、現行の回生機能付き電動補助自転車は、フロント若しくはリアハブ内に重量の大きなモータを配置しているが、この発明によれば、モータを重心に近いクランク軸付近に配置することができるため、自転車全体の操縦性がよい。また、変速機構を備えているためにスタート時の踏力が少なくて済み、バランスを崩し難い上にアシストパワーも節約でき、更に航続距離が延びる。変速機構はハブに内装されるため、耐久性が高くメンテナンスフリーとすることができる。さらに、逆入力用ワンウェイクラッチを太陽歯車と車軸との間に設けたことで、フレームに固定されている車軸上に逆入力用ワンウェイクラッチを配置することができる。
すなわち、逆入力用ワンウェイクラッチを太陽歯車と車軸との間に配置することで、内装変速機を備えたセンタモータ方式の電動補助自転車において、装置を複雑化することなく、駆動力の伝達と逆入力の伝達とを実現できる。
【００３９】
また、前記クラッチ切替装置は、逆入力操作部が車軸内を通って外部に引き出されて、その逆入力操作部を車軸の外部から軸方向へ移動させる操作が可能な構成となっているから、簡素な構成で、前記逆入力用ワンウェイクラッチにおける前記太陽歯車の車軸に対する回転可能又は回転不能を切り替えできる機能を実現できる。このとき、ラチェットクラッチの逆入力用クラッチ爪を太陽歯車側に配置し、逆入力用クラッチカム面を車軸側に設けていることから、車軸の構造をシンプルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態の駆動時（直結時）を示す正面図
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図
【図３】実施形態の駆動時（増速１段時）を示す正面図
【図４】（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図
【図５】実施形態の駆動時（増速２段時）を示す正面図
【図６】（ａ）は図５のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ断面図
【図７】実施形態において逆入力トルクが伝達可能な状態（変速は２段目）を示す正面図
【図８】（ａ）は図７のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図７のＢ−Ｂ断面図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
この発明の実施形態を、図１乃至図８に基づいて説明する。この実施形態の電動補助自転車は、前輪と後輪間の中央部付近において、その前輪と後輪とを結ぶフレームに二次電池及び補助駆動用のモータ（センタモータユニット）を取り付けたセンタモータ方式である。
【００４２】
駆動時、すなわち、ペダルを通じてクランク軸から伝達された踏力、又は前記モータの出力による駆動力が入力された場合は、図示しないセンタモータユニットのクランクスプロケットと、駆動輪である後輪のリアスプロケット（スプロケット）４とを結ぶチェーン等の動力伝達要素を介して、その後輪に駆動力が伝達可能となっている。また、前進非駆動時には、後輪のリアハブ１から前記モータの出力軸への逆入力により生じた回生電力を、前記センタモータユニットの二次電池に還元する回生機構を備えている。
【００４３】
リアハブ１は、図１に示すように、後輪の車軸５と同軸に設けたハブケース７内に、変速機構３と、逆入力伝達用の逆入力用ワンウェイクラッチ２を備えている。逆入力用ワンウェイクラッチ２は、ラチェットクラッチで構成されている。なお、図１，３，５，７において、中心軸から上側を変速用クラッチの断面図とし、下側を逆入力用クラッチの断面図としている。
【００４４】
変速機構３は、直結と２段増速の合計３段変速が可能な遊星歯車機構で構成されている。その構成は、前記車軸５の外周に設けられた二つの太陽歯車３ａ（第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２と称する）が、それぞれ対応する変速用ワンウェイクラッチ３ｅ（第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１、第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２と称する）を介してその車軸５に接続可能とされている。
第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１、第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２は、それぞれ車軸５の外周に設けられた変速用クラッチカム面３ｆに、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇが係合、又は係合解除するよう動作するようになっている。
【００４５】
また、この実施形態では、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１、第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２は、ラチェットクラッチを採用している。
【００４６】
また、変速機構３は、前記第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２に対して噛み合う２段の歯車を有する遊星歯車３ｂ、その遊星歯車３ｂを保持する前記遊星キャリア３ｃ、及び前記遊星歯車３ｂに噛み合う外輪歯車と一体であるハブケース７、遊星キャリア３ｃとハブケース７との間に設けられた第一ワンウェイクラッチ８を備えている。なお、この実施形態では、外輪歯車はハブケース７と一体に形成されているが、外輪歯車とハブケース７とを別体で形成して、それらを共に回転するように噛み合わせる構成も考えられる。
【００４７】
この実施形態では、図１に示すように、第一ワンウェイクラッチ８はラチェットクラッチを採用しており、そのラチェットクラッチが備えるクラッチ爪が、遊星キャリア３ｃとハブケース７とが一方向へ相対回転する際に、その遊星キャリア３ｃの外周とハブケース７の内周との間に係合し、他方向へ相対回転する際には、その係合が解除されるようになっている。なお、第一ワンウェイクラッチ８として、ローラクラッチ、スプラグクラッチ等、他の構成からなるワンウェイクラッチを採用することは差し支えない。
【００４８】
また、遊星キャリア３ｃと車軸５との間、及びハブケース７と車軸５との間には、それぞれ軸受部１１，１２が設けられている。この軸受部１１，１２によって、遊星キャリア３ｃと車軸５、及びハブケース７と車軸５とは、それぞれ相対回転可能に支持されている。
また、遊星キャリア３ｃとハブケース７との間にも、軸受部１３が設けられている。この軸受部１３によって、遊星キャリア３ｃとハブケース７と車軸５とは相対回転可能に支持されている。
【００４９】
前記第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２は、それぞれに対応する第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１，第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２により、変速制御機構１０を操作することで、いずれかひとつを選択的に車軸５に固定するか、あるいは全てをフリーの状態にすることができる。
【００５０】
例えば、前記第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２を、いずれも車軸５に対してフリーの状態とした場合に、リアスプロケット４から駆動力が伝達されると、遊星歯車機構は駆動力の増速には直接関与せず、遊星キャリア３ｃから第一ワンウェイクラッチ８を介してハブケース７に直接駆動力が伝達される（直結状態）。この場合、リアスプロケット４からの回転速度は変速されずにハブケース７に伝達される。
【００５１】
また、第一太陽歯車３ａ−１を車軸５に固定した場合、その第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、外輪歯車の歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車への増速比は
（ａ＋ｄ）／ｄ
となる。このとき、第二太陽歯車３ａ−２は空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００５２】
さらに、第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に固定した場合、その第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｂ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｃ、外輪歯車の歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車への増速比は、［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１となる。
このとき、第一太陽歯車３ａは空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００５３】
すなわち、前記各太陽歯車３ａ−１，３ａ−２は異なる歯数であり、全てフリーとするか、または、いずれか一つを車軸５に対し固定することで、増速比を変化させることができる。
【００５４】
また、逆入力用ワンウェイクラッチ２は、前記第一太陽歯車３ａ−１の内周に逆入力用クラッチ爪２ａを有し、その逆入力用クラッチ爪２ａは、弾性部材２ｈによって、その一端が、前記車軸５側に設けた逆入力用クラッチカム面２ｇに向かって、起き上がる方向に付勢されている。
【００５５】
また、変速用ワンウェイクラッチ３ｅについては、前記第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２の内周に、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇを有し、その変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇも弾性部材３ｈによって、その一端が、前記車軸５側に設けた変速用クラッチカム面３ｆに向かって起き上がる方向に付勢されている。
【００５６】
この実施形態では、逆入力用クラッチカム面２ｇと、変速用クラッチカム面３ｆの一部が共用されている。すなわち、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１と逆入力用ワンウェイクラッチ２が、車軸５の軸方向に対してほぼ同じ位置に配置されており、車軸５の外面には、逆入力用ワンウェイクラッチ２に対応する逆入力用クラッチカム面２ｇと、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１に対応する変速用クラッチカム面３ｆの両方の機能を有する両方向クラッチカム面１４が設けられている（図２（ｂ）参照）。
【００５７】
なお、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１に対応する変速用クラッチカム面３ｆは、それ単独として機能するように、車軸５の外面に設けられている（図２（ａ）参照）。
【００５８】
逆入力用ワンウェイクラッチ２は、クラッチ切替装置９によって、前記駆動輪からの逆入力に対して、前記第一太陽歯車３ａ−１が車軸５回りに回転可能又は回転不能とに切り替えられる機能を有している。
【００５９】
クラッチ切替装置９の構成は、前記車軸５の軸孔５ａ内を通ってその一端が前記車軸５から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な逆入力操作部９ａを備えている。その逆入力操作部９ａを軸方向に移動操作することによって、前記逆入力用ワンウェイクラッチ２の切り替えが可能である。
【００６０】
また、前記クラッチ切替装置９は、軸方向に一定の長さ、周方向に一定の長さを有する開口部で構成される切欠部９ｅが設けられた逆入力用スリーブ９ｂを備えている。
【００６１】
前記逆入力操作部９ａを軸方向に移動操作することによって、前記切欠部９ｅが前記逆入力用クラッチカム面２ｇの位置と前記逆入力用クラッチカム面２ｇから退避した位置との間で移動することができる。その移動によって、前記逆入力用ワンウェイクラッチ２の切り替えを行う。切欠部９ｅが、逆入力用クラッチカム面２ｇに臨んでいれば、逆入力用クラッチ爪２ａは、弾性部材２ｈの付勢力によって、その切欠部９ｅ内に入り込んで、その一端が車軸５側の逆入力用クラッチカム面２ｇに係合する。切欠部９ｅが、逆入力用クラッチカム面２ｇに対応する位置から退去していれば、逆入力用クラッチ爪２ａは、逆入力用スリーブ９ｂによって、逆入力用クラッチカム面２ｇへの係合は阻止される。
【００６２】
前記逆入力用スリーブ９ｂの切欠部９ｅは、その軸方向端部にテーパ部９ｄを、周方向端部にもテーパ部を備える。
このように、前記切欠部９ｅの軸方向端部にテーパ部９ｄを設けることで、逆入力用クラッチカム面２ｇに噛み込んだ逆入力用クラッチ爪２ａと切欠部９ｅの縁が接触したときに、そのテーパ部の傾斜面によって逆入力用クラッチ爪２ａを逆入力用クラッチカム面２ｇから外す力を大きくすることができる。
また、周方向端部にテーパ部を設けることで、逆方向の回転（逆入力用クラッチ部においては、駆動方向の回転）時に、逆入力用クラッチ爪２ａはテーパ部の傾斜面に沿ってカム面上を移動するため、スムーズな回転が可能となる。
【００６３】
また、図１に示すように、前記逆入力用スリーブ９ｂは、前記車軸５に設けられた逆入力用横穴９ｇに挿入された逆入力用ピン９ｆによってその車軸５に固定されている。前記逆入力用ピン９ｆを前記逆入力操作部９ａによって前記逆入力用横穴９ｇ内で軸方向へ移動操作することにより、前記逆入力用スリーブ９ｂの軸方向への移動を行うことができる。また、この逆入力用スリーブ９ｂは、逆入力用弾性部材９ｃによって、軸方向に付勢されている。
【００６４】
つぎに、前記変速制御機構１０の構成は、前記車軸５の軸孔５ａ内を通ってその一端が前記車軸５から外部に引き出されて外部から軸方向への移動の操作が可能な変速操作部１０ａを備えている。変速操作部１０ａは、逆入力操作部９ａを引き出した側とは反対側の車軸５の端部に引き出されている。その変速操作部１０ａを軸方向に移動操作することによって、前記変速用ワンウェイクラッチ３ｅの切り替えが可能である。
【００６５】
また、前記変速制御機構１０は、軸方向に一定の長さ、周方向に一定の長さを有する開口部で構成される切欠部１０ｅが設けられた変速用スリーブ１０ｂを備えている。
【００６６】
前記変速操作部１０ａを軸方向に移動操作することによって、前記切欠部１０ｅが前記変速用クラッチカム面３ｆの位置と前記変速用クラッチカム面３ｆから退避した位置との間で移動することができる。前記切欠部１０ｅは、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１と、第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２に対して、それぞれ対応するものが軸方向に並列して設けられており、それらの切欠部１０ｅ−１，１０ｅ−２の位置によって、前記第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２のいずれかひとつを選択的に車軸５に固定するか、あるいは全てをフリーの状態に切り替えを行う。
【００６７】
切欠部１０ｅが、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１と第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２のどちらかの変速用クラッチカム面３ｆにのみ臨むことで、その臨んだ側の変速用クラッチ爪３ｇは、弾性部材３ｈの付勢力によって、その切欠部１０ｅ内に入り込んで、その一端が車軸５側の変速用クラッチカム面３ｆに係合する。切欠部１０ｅが同時に第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１と第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２の変速用クラッチカム面３ｆに臨むことはないように、軸方向に並ぶ切欠部１０ｅ−１，１０ｅ−２同士の間隔が決定されているので、切欠部１０ｅが臨んでいない側の変速用クラッチ爪３ｇは、変速用スリーブ１０ｂによって、変速用クラッチカム面３ｆへの係合は阻止される。
【００６８】
また、その変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｅは、その軸方向端部にテーパ部１０ｄを、周方向端部にもテーパ部を備える。
このように、前記切欠部１０ｅの軸方向端部にテーパ部１０ｄを設けることで、変速用クラッチカム面３ｆに噛み込んだ変速用クラッチ爪３ｇと切欠部１０ｅの縁が接触したときに、そのテーパ部１０ｄの傾斜面によって変速用クラッチ爪３ｇを変速用クラッチカム面３ｆから外す力を大きくすることができる。
また、周方向端部にテーパ部を設けることで、逆方向の回転（変速用クラッチ部においては、逆入力方向の回転）時に、変速用クラッチ爪３ｇはテーパ部の傾斜面に沿ってカム面上を移動するため、スムーズな回転が可能となる。
【００６９】
また、図１に示すように、前記変速用スリーブ１０ｂは、前記車軸５に設けられた変速用横穴１０ｇに挿入された変速用ピン１０ｆによってその車軸５に固定されている。前記変速用ピン１０ｆを前記変速操作部１０ａによって前記変速用横穴１０ｇ内で軸方向へ移動操作することにより、前記変速用スリーブ１０ｂの軸方向への移動を行うことができる。また、この変速用スリーブ１０ｂは、変速用弾性部材１０ｃによって、軸方向に付勢されている。
【００７０】
この実施形態では、図２（ｂ）に示すように、前記変速用スリーブ１０ｂの前記変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇを覆う部分と、前記逆入力用スリーブ９ｂの前記逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ａを覆う部分とは、それぞれ前記車軸５を夾んで両側に配置されるとともに相互に前記車軸５周りに９０°位相がずれた位置に配置されている。すなわち、図２（ｂ）に示す軸直交断面において、前記逆入力用スリーブ９ｂ、前記変速用スリーブ１０ｂが９０°毎に交互に現れる。このため、両者が干渉することが無くなり、小スペースで両方の機構を成立させることが可能となっている。
【００７１】
これらの構成により、駆動時には、前記スプロケット４からの駆動力は前記変速機構３を通じて駆動輪に伝達され、前進非駆動時には、前記クラッチ切替装置９の逆入力操作部９ａの操作により、前記逆入力用ワンウェイクラッチ２における前記太陽歯車と車軸５とを逆入力に対して回転不能とすることによって、前記駆動輪からの逆入力トルクを前記スプロケット４に伝達できる機能を発揮することができる。
【００７２】
さらに詳しく説明すると、まず、変速１段目の状態（直結状態）を図１及び図２に示す。リアスプロケット４は、ハブケース７内で軸方向一方寄りに設けてある。そして、逆入力用のクラッチ切替機構９をリアスプロケット側に、変速制御機構１０を逆側に配置している。
【００７３】
変速用ワンウェイクラッチ３ｅのうち、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１の変速用クラッチ爪３ｇ，及び第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２の変速用クラッチ爪３ｇは、逆入力用スリーブ９ｂ及び変速用スリーブ１０ｂによって、前記両方向クラッチカム面１４と隔てられている。
このため、リアスプロケット４からの駆動力に対して、第一太陽歯車３ａ−１及び第二太陽歯車３ａ−２は、車軸５周りに相対回転可能となっている。したがって、リアスプロケット４から駆動力は、遊星キャリア３ｃ、第一ワンウェイクラッチ８、ハブケース７の順に伝達される。
【００７４】
変速２段目（増速１）の状態を図３及び図４に示す。変速制御機構１０の変速操作部１０ａを、外部操作により軸方向に所定の位置まで押し込むことにより、図３に示すように、変速用スリーブ１０ｂが軸方向にスライドし、変速用第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１の変速用クラッチ爪３ｇの位置に変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｅが移動する。
これにより、図４（ｂ）に示すように、変速用第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１の変速用クラッチ爪３ｇは、変速用クラッチカム面３ｆ（両方向クラッチカム面１４）に噛み込み、第一太陽歯車３ａ−１は、駆動力に対して車軸５にロックされる。
【００７５】
なお、このとき、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ａは、逆入力用スリーブ９ｂによって、逆入力用クラッチカム面２ｇ（前記両方向クラッチカム面１４）への係合が阻止されている。
【００７６】
また、図４（ａ）に示すように、第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２の変速用クラッチ爪３ｇの位置では、逆入力用スリーブ９ｂ及び変速用スリーブ１０ｂによって、両方向クラッチカム面１４と変速用第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２の変速用クラッチ爪３ｇが隔てられている。このため、第二太陽歯車３ａ−２は、車軸５周りに回転可能である。
【００７７】
この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、ハブケース７に設けた外輪歯車の歯数をｄとすると、増速比（ａ＋ｄ）／ｄでハブケース７に伝達される。
【００７８】
変速３段目（増速２）の状態を図５及び図６に示す。変速制御機構１０の変速操作部１０ａを外部操作により軸方向に所定の位置まで押し込むことにより、図５に示すように、変速用スリーブ１０ｂが軸方向にスライドし、第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２の変速用クラッチ爪３ｇの位置に変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｅが移動する。
【００７９】
これにより、第三ワンウェイクラッチ３ｅ−２の変速用クラッチ爪３ｇは、両方向クラッチカム面１４に噛み込み、第二太陽歯車３ａ−２は、駆動力に対して車軸５にロックされる。
【００８０】
このとき、第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１の変速用クラッチ爪３ｇの位置では、逆入力用スリーブ９ｂ及び変速用スリーブ１０ｂによって、両方向クラッチカム面１４と第二ワンウェイクラッチ３ｅ−１の変速用クラッチ爪３ｇとが隔てられている。このため、第一太陽歯車３ａ−１は車軸５周りに回転可能である。
【００８１】
この状態では、リアスプロケット４からの駆動力は、第二太陽歯車３ａ−２の歯数をａ、第一太陽歯車３ａ−１と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｂ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車３ｂの歯数をｃ、外輪歯車の歯数をｄとすると、増速比［（ａ×ｂ）／（ｃ×ｄ）］＋１でハブケース７に伝達される。
【００８２】
なお、変速３段目から２段目に戻す場合や、変速２段目から１段目に戻す場合、変速操作部１０ａに加えられた負荷（押圧力）を解放又は減少させることで、変速用弾性部材１０ｃによって変速用スリーブ１０ｂが押し戻される。このとき、切欠部１０ｅの軸方向端部に設けられたテーパ部１０ｄによって、両方向クラッチカム面１４に噛み込んでいる変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇを押し上げる力が強くなり、変速用スリーブ１０ｂが戻り易くなるため、スムーズな切替が可能となる。
【００８３】
前進非駆動時（タイヤからの逆入力時）に逆入力用ワンウェイクラッチ２をロックした状態を図７及び図８に示す。各太陽歯車３ａ−１，３ａ−２の車軸５に対する回転方向は駆動力作用時と逆向きとなる。このとき、クラッチ切替装置９の逆入力操作部９ａを、外部操作により軸方向に押し込むと、逆入力用スリーブ９ｂが軸方向にスライドし、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力ワンウェイクラッチ爪２ａの位置に、逆入力用スリーブ９ｂの切欠部９ｅが移動する。
【００８４】
これにより、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力ワンウェイクラッチ爪２ａは、逆入力用クラッチカム面２ｇ（両方向クラッチカム面１４）に噛み込み、第一太陽歯車３ａ−１は逆入力に対して車軸５にロックされる。
タイヤからの逆入力は、第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、外輪歯車の歯数をｄとすると、減速比（ａ＋ｄ）／ｄでハブケース７からリアスプロケット４に伝達される。
【００８５】
なお、図７では、変速機構３に関し、変速２段目の状態の時を示しているが、いずれの変速段においても逆入力に対して、第一太陽歯車３ａ−１が車軸５にロックするため、タイヤからの逆入力の伝達経路は一定である。
【００８６】
なお、逆入力操作部９ａの軸方向への移動はブレーキ操作と連動させることが好ましい。すなわち、ブレーキが操作されると、逆入力操作部９ａが軸方向（図の右側）に移動し、逆入力に対して第一太陽歯車３ａ−１は、逆入力用ワンウェイクラッチ２を介して車軸５に固定され、タイヤからの逆入力トルクはリアスプロケット４へと伝達される構成である。
【００８７】
また、ブレーキを解除した場合、逆入力操作部９ａは逆入力用弾性部材９ｃの付勢力によって、元の位置に移動しようとする。
しかしながら、逆入力トルクがかかっている状態では、逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ａの回転抵抗（揺動抵抗）が大きいため、逆入力用ワンウェイクラッチ２のロックがはずれることはない。逆入力トルクが無くなると、逆入力用弾性部材９ｃによる付勢力によって、逆入力操作部９ａは元の位置に移動しロックが解除される。
【００８８】
この構成により、リアスプロケット４からの駆動力は、直結もしくは増速されてタイヤに伝達される。一方、タイヤからの逆入力は減速され、リアスプロケット４からチェーン等の動力伝達要素を通してモータ軸に伝わり、回生充電が可能な状態となるのである。
【００８９】
この実施形態は、逆入力用ワンウェイクラッチ２を第一太陽歯車３ａ−１と車軸５との間に設けているが、第二太陽歯車３ａ−２と車軸５との間に設けてもよい。また、この実施形態では、遊星歯車３ｂを２段としているが、１段もしくは３段以上の遊星歯車を用いても差し支えない。また、車軸５の前記軸孔５ａは、軸方向に伸びる穴が両端から空けられており、その車軸５の軸方向中央部は中実となっているが、これらを車軸５の軸方向全長に亘る貫通穴としてもよい。
【００９０】
なお、図示していないが、クランク軸とクランクスプロケットの間には、駆動力を伝達する方向にロックし、逆入力に対して空転するセンタワンウェイクラッチが設けられている。このため、逆入力によって、クランク軸やペダル等に対して駆動力が伝達されないようになっている。このセンタワンウェイクラッチとしては、ローラクラッチ、スプラグクラッチ、ラチェットクラッチ等、周知のワンウェイクラッチを採用できる。
【００９１】
また、後進非駆動時（自転車を降りて、後方に引くような状況）では、絶対的な回転方向は逆となるが、リアスプロケット４とハブケース７との相対回転の関係は、前進駆動時と同じである。
【符号の説明】
【００９２】
１  リアハブ
２  逆入力用ワンウェイクラッチ
２ａ  逆入力用ワンウェイクラッチ爪
２ｂ  クラッチ爪軸
２ｇ  逆入力用クラッチカム面
２ｈ  弾性部材
３  変速機構
３ａ  太陽歯車
３ａ−１  第一太陽歯車
３ａ−２  第二太陽歯車
３ｂ  遊星歯車
３ｃ  遊星キャリア
３ｄ  外輪歯車
３ｅ  変速用ワンウェイクラッチ
３ｅ−１  第二ワンウェイクラッチ
３ｅ−２  第三ワンウェイクラッチ
３ｆ  変速用クラッチカム面
３ｇ  変速用ワンウェイクラッチ爪
３ｈ  弾性部材
４  リアスプロケット
５  車軸
６  ハブフランジ
７  ハブケース
８  第一ワンウェイクラッチ
９  クラッチ切替装置
９ａ  逆入力操作部
９ｂ  逆入力用スリーブ
９ｃ  逆入力用弾性部材
９ｄ  テーパ部
９ｅ  切欠部
９ｆ  逆入力用ピン
９ｇ  逆入力用横穴
１０  変速制御機構
１０ａ  変速操作部
１０ｂ  変速用スリーブ
１０ｃ  変速用弾性部材
１０ｄ  テーパ部
１０ｅ  切欠部
１０ｆ  変速用ピン
１０ｇ  変速用横穴
１１，１２，１３  軸受部
１４  両方向クラッチカム面
【図１】
2011126416.tif 000003
【図２】
2011126416.tif 000004
【図３】
2011126416.tif 000005
【図４】
2011126416.tif 000006
【図５】
2011126416.tif 000007
【図６】
2011126416.tif 000008
【図７】
2011126416.tif 000009
【図８】
2011126416.tif 000010