(57)【要約】【課題】踏力が伝達されるときの応答遅れや衝撃による不快感を生じ難くすることができると共に、耳障りな打音をなくし、さらに構造を簡素化できる電動アシスト自転車用の動力伝達装置を提供すること。【解決手段】クランク軸１０６に貫装される第１管状部１０と一体に形成され断面円形状の外周面１２ａを有する内輪１２と、内輪１２に対向する断面円形状の内周面２４ａを有し第２管状部２０と一体に形成される外輪２４と、外輪２４及び内輪１２間に配設されるスプラグ３０とを備えているので、内周面２４ａ及び外周面１２ａが単純な断面円形状であり、第１管状部１０や第２管状部２０と一体に形成することで構造を簡素化できる。また、内周面２４ａ等とスプラグ３０の係合面との遊びがほぼゼロのため、踏力が伝達されるときの応答遅れや衝撃を防ぎ不快感を生じ難くできると共に、耳障りな打音を防止できる。【選択図】図２
2011189772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルの踏力で回転されるクランク軸と、そのクランク軸の回転に伴って回転し車輪に動力を伝達するドライブスプロケットと、そのドライブスプロケットの回転を前記ペダルの踏力または回転数に応じて補助駆動する電動モータとを備える電動アシスト自転車用の動力伝達装置であって、
前記クランク軸が貫装されると共に、一端側が前記クランク軸に固定される第１管状部と、
前記クランク軸が貫装されると共に、一端側が前記ドライブスプロケットに固定される第２管状部と、
前記第１管状部の他端側または前記第２管状部の他端側の一方と一体に形成され断面円形状の外周面を有する内輪と、
その内輪の外周面に対向する断面円形状の内周面を有し前記第１管状部の他端側または前記第２管状部の他端側の他方と一体に形成される外輪と、
その外輪の内周面および前記内輪の外周面にそれぞれ接する係合面を有し前記内輪の外周面および前記外輪の内周面の対向間において円周方向に複数配設されるスプラグと、
そのスプラグに付勢力を付与して前記内輪の外周面および前記外輪の内周面に前記スプラグの係合面が接するようにそのスプラグを円周方向のセルフロック方向へ傾動させる付勢部材とを備え、
前記スプラグは、前記車輪を前進回転させる方向に前記第１管状部が回転されることにより、前記セルフロック方向へ傾動しつつ前記内輪の外周面および前記外輪の内周面に前記係合面が係合して前記内輪と前記外輪との一定方向への相対回転を規制することを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記スプラグは、前記内輪の外周面および前記外輪の内周面の対向間において円周方向に等間隔に配設され、
一のスプラグとそのスプラグの隣に位置する他のスプラグとの間隔は、前記内輪の外周面および前記外輪の内周面に係合する通常位置を越えて前記一のスプラグが前記セルフロック方向へ傾動すると、前記内輪の外周面および前記外輪の内周面に前記一のスプラグの係合面が係合しつつ少なくとも一部が前記他のスプラグに当接可能な間隔であることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記第１管状部または前記第２管状部は、前記ペダルの踏力により透磁率が変化するものとして外周表面に形成される磁歪部を備え、
その磁歪部が外周表面に一体に形成される前記第１管状部または前記第２管状部の端部に、前記内輪が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アシスト自転車用の動力伝達装置に関し、特に、踏力が伝達されるときの応答遅れや衝撃による不快感を生じ難くすることができると共に、耳障りな打音をなくし、さらに構造を簡素化できる動力伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動モータの動力を利用してペダルの踏力を低減し坂道を登ることを容易にすると共に、乗る者の疲労低減を図る電動アシスト自転車が普及している。その電動アシスト自転車として、例えば、特許文献１に開示されるものが知られている。特許文献１に開示される電動アシスト自転車は、ペダルを踏み込む踏力で回転されるクランク軸と、ペダルの踏力を検出するトルク検出部と、クランク軸の回転に伴って回転し車輪に動力を伝達するドライブスプロケットと、そのドライブスプロケットの回転をペダルの踏力に応じて補助駆動する電動モータとを備えるものである。特許文献１に開示される技術では、ペダルの踏力はクランク軸からラチェットワンウェイクラッチに伝達される。ラチェットワンウェイクラッチでは、ラチェット歯とクラッチ爪とが噛み合うことでドライブスプロケットへと動力が伝達され、車輪が前進方向へ回転駆動される。一方、クランク軸を逆回転させると、ラチェットワンウェイクラッチのラチェット歯とクラッチ爪とは噛み合うことができず、動力の伝達は遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９５２８９号公報（段落００１９，００２０、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されるラチェットワンウェイクラッチでは、ラチェット歯とクラッチ爪との噛み合いに遊びがあるので、停止状態にあるペダルに踏力を与えると、その遊びのために若干の空振りが生じた後、ラチェット歯とクラッチ爪とが衝突して噛み合う。この噛み合い遊びにより、応答遅れが生じていた。また、噛み合った時には衝撃が生じ、この反力がペダルから足に伝わっていた。これらの応答遅れや衝撃が、電動アシスト自転車に乗る者に不快感を与えるという問題点があった。
【０００５】
また、ラチェットワンウェイクラッチで動力の伝達が遮断されているときは、ラチェット歯の凹凸につれてクラッチ爪がラチェット歯に衝突して打音（カチャカチャ音）が生じ、耳障りであるという問題点があった。
【０００６】
また、ラチェット歯の凹凸形状やクラッチ爪を保持する保持部の形状が複雑であるため、構造を簡素化することが困難であるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、踏力が伝達されるときの応答遅れや衝撃による不快感を生じ難くすることができると共に、耳障りな打音をなくし、さらに構造を簡素化できる動力伝達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および発明の効果】
【０００８】
この目的を達成するために、請求項１記載の動力伝達装置によれば、内輪は、第１管状部の他端側または第２管状部の他端側の一方と一体に形成され断面円形状の外周面を有し、外輪は、内輪の外周面に対向する断面円形状の内周面を有し第１管状部の他端側または第２管状部の他端側の他方と一体に形成され、スプラグは、外輪の内周面および内輪の外周面にそれぞれ接する係合面を有し内輪の外周面および外輪の内周面の対向間において円周方向に複数配設されるので、単純な断面円形状の外周面を有する内輪と、単純な断面円形状の内周面を有する外輪とが第１管状部および第２管状部と一体に形成されることで、構造を簡素化できる効果がある。
【０００９】
また、付勢部材により、スプラグに付勢力を付与して内輪の外周面および外輪の内周面にスプラグの係合面が接するようにスプラグが円周方向のセルフロック方向へ傾動されるので、内輪の外周面および外輪の内周面とスプラグの係合面との遊びをほぼゼロにすることができる。さらに、スプラグは、車輪を前進回転させる方向に第１管状部が回転されることにより、セルフロック方向へ傾動しつつ内輪の外周面および外輪の内周面に係合面が係合して内輪と外輪との一定方向への相対回転を規制するので、踏力が伝達されるときの応答遅れを防ぎ、不快感を生じ難くできる効果がある。
【００１０】
また、踏力が伝達されるときに、スプラグは外輪および内輪と係合し、係合面でころがり接触する。スプラグが受ける負荷は反力として外輪および内輪に作用し、外輪および内輪がわずかに弾性変形することで、ねじり剛性を適度に調整できる。これにより、ペダルを踏み込んだ瞬間の衝撃が緩和され、踏み込み感が柔らかくなり、足への負担を軽減させる。これにより、衝撃による不快感を抑制できる効果がある。
【００１１】
さらに、内輪の外周面および外輪の内周面は単純な断面円形状であるため、動力の伝達が遮断されているときに、スプラグの係合面と内輪の外周面および外輪の内周面とが衝突することがなく、滑らかに回転されるので、衝突による耳障りな打音を防止できる効果がある。
【００１２】
請求項２記載の動力伝達装置によれば、スプラグは、内輪の外周面および外輪の内周面の対向間において円周方向に等間隔に配設され、一のスプラグとそのスプラグの隣に位置する他のスプラグとの間隔は、内輪の外周面および外輪の内周面に係合する通常位置を越えて一のスプラグがセルフロック方向へ傾動すると、内輪の外周面および外輪の内周面に一のスプラグの係合面が係合しつつ少なくとも一部が他のスプラグに当接可能な間隔であるので、過大な踏力が伝達されて、内輪の外周面および外輪の内周面に係合する通常位置を越えてスプラグが傾動しても、隣のスプラグに当接することによって、それ以上にスプラグが傾動することが防止される。また、傾動したスプラグの係合面は内輪の外周面および外輪の内周面に係合しているので、内輪と外輪との一定方向への相対回転が規制され、スプラグを介して動力が伝達される。このように過大な踏力が伝達されたときも、スプラグ同士が当接することで内輪および外輪とスプラグとの係合が維持されるので、請求項１記載の動力伝達装置の奏する効果に加え、動力が伝達されなくなることが防止され、信頼性を向上させる効果がある。
【００１３】
請求項３記載の動力伝達装置によれば、磁歪部が一体に形成される第１管状部または第２管状部は、踏力により透磁率が変化する金属磁性材料製で形成される。内輪は、その第１管状部または第２管状部の端部に形成されているので、第１管状部または第２管状部を単純な管状に形成することができる。これにより、請求項１又は２に記載の動力伝達装置の奏する効果に加え、金属磁性材料製の第１管状部または第２管状部を簡易に製造でき、生産性を向上できる効果がある。
【００１４】
また、踏力が伝達されるときの衝撃を防ぐことで、磁歪部にピーク応力が入力されることを防ぎ、電動モータにピーク電流が入力されることを防止できる。その結果、電動モータを長寿命化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施の形態における動力伝達装置が搭載される電動アシスト自転車の側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における動力伝達装置の軸方向断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における動力伝達装置の断面図である。
【図４】図３のＩＶで示す部分を拡大して示した動力伝達装置の部分拡大断面図である。
【図５】通常位置を越えて傾動したスプラグを示す模式図である。
【図６】第２実施の形態における動力伝達装置の軸方向断面図である。
【図７】第３実施の形態における動力伝達装置の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施の形態における動力伝達装置が搭載される電動アシスト自転車１００の側面図である。図１に示すように、電動アシスト自転車１００は、ペダルアーム１０１を介してペダル１０２が連結される動力伝達装置１（後述する）及び後車輪１０３の回転を補助駆動する電動モータ（図示せず）が収容されるケーシング１０４を主に備えて構成されている。電動モータは、電動アシスト自転車１００に搭載される電池１０５により電力が供給される。
【００１７】
次いで、図２を参照して、ケーシング１０４に収容される動力伝達装置１の詳細構成について説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における動力伝達装置１の軸方向断面図である。動力伝達装置１が装着されるクランク軸１０６は、ケーシング１０４に貫設されつつ、両側にペダルアーム１０１が着脱自在に装着される部材である。クランク軸１０６は、一端側がボールベアリング１０７を介してケーシング１０４に回転自在に嵌装されている。ペダル１０２（図１参照）は、ペダルアーム１０１の先端に回転自在に枢着されている。
【００１８】
動力伝達装置１を構成する第１管状部１０は、断面略円形の管状に形成されクランク軸１０６が貫装される部材であり、第１スプライン１０８を介して一端側がクランク軸１０６の一端側に嵌着されている。第１管状部１０は外周表面に磁歪部１１を有している。磁歪部１１は、第１スプライン１０８を介して第１管状部１０に作用する踏力による歪みによって透磁率が変化する部位である。第１管状部１０の他端側は、後述する内輪１２及び先端部１３が一体に形成されている。
【００１９】
本実施の形態では、第１管状部１０は金属磁性材料で形成されている。磁歪部１１に対向してコイル１０９が配設されている。磁歪部１１に作用する歪みによるコイル１０９の自己インダクタンスの変化を検出することで、ペダル１０２（図１参照）に加えられる踏力を検出できる。
【００２０】
動力伝達装置１を構成する第２管状部２０は、断面略円形の管状に形成されクランク軸１０６が貫装される部材であり、一端側がボールベアリング１１０を介してケーシング１０４に回転自在に嵌装されると共に、ニードルベアリング１１１を介してクランク軸１０６の外周に回転自在に嵌装されている。ドライブスプロケット１１２は、チェーン等の伝達部材（図示せず）を介して後車輪１０３（図１参照）に動力を伝達する部材であり、ケーシング１０４から露出した第２管状部２０の一端部に第２スプライン１１３を介して嵌着されている。
【００２１】
第２管状部２０は、他端側から外周方向に突き出た略円形状の第１突出部２１と、第１突出部２１の先端から軸心Ｏと平行方向に延設される筒部２２と、筒部２２から外周方向に突き出た略円形状の第２突出部２３と、第２突出部２３の先端から軸心Ｏと平行方向に延設される外輪２４とを備えて構成されている。第１突出部２１、筒部２２、第２突出部２３及び外輪２４は、第２管状部２０の一部として一体に形成されている。筒部２２は、軸心Ｏと同軸状に形成されると共に、内周面が第１管状部１０の先端部１３の外周面に摺接可能に構成されている。これにより、筒部２２は、第１管状部１０の先端部１３を軸心Ｏ回りに保持することができるので、踏力による第１管状部１０の歪みを磁歪部１１に正確に与えることができる。その結果、踏力の検出精度を高めることができる。
【００２２】
外輪２４は、内輪１２と同軸状に構成されており、内輪１２と外輪２４との間にはスプラグ３０が配設されている。スプラグ３０は、保持器４０によって所定の位置で傾動可能に保持され、付勢部材５０により外輪２４の内周面２４ａ及び内輪１２の外周面１２ａの円周方向に付勢されている。これら内輪１０、外輪２０、スプラグ３０を主に備えて構成される部位が、内輪１０から外輪２０に動力を伝達する一方、外輪２０から内輪１０への動力の伝達を遮断するワンウェイクラッチを構成している。
【００２３】
その結果、ペダル１０２（図１参照）の踏力で前進方向にクランク軸１０６が回転されると、第１スプライン１０８を介して第１管状部１０が回転し、内輪１２が回転する。内輪１２の回転はスプラグ３０を介して外輪２４に伝達され、第２管状部２０が回転される。第２管状部２０はドライブスプロケット１１２を回転させ、伝達部材（図示せず）を介して後車輪１０３（図１参照）を回転させる。一方、クランク軸１０６が逆回転されると、第１スプライン１０８を介して第１管状部１０が回転し、内輪１２が回転する。しかし、動力の伝達はスプラグ３０で遮断され、内輪１２は空転する。
【００２４】
電動モータ（図示せず）は、踏力（人力）によるドライブスプロケット１１２の回転を補助駆動する装置であり、コイル１０９で検出された踏力に基づき算出されたモータ駆動力に従って駆動される。電動モータの駆動力は、減速機（図示せず）を介して、後車輪１０３（図１参照）のドリブンスプロケット（図示せず）とドライブスプロケット１１２とに掛架されるチェーン等の伝達部材（図示せず）に出力される。その結果、電動モータの駆動力は伝達部材の上で踏力（人力）と合力され、ドライブスプロケット１１２の回転が補助駆動される。これら動力が後車輪１０３（図１参照）に伝達されて電動アシスト自転車１００の走行に供される。
【００２５】
次に、図３及び図４を参照して、動力伝達装置１の詳細構成について説明する。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における動力伝達装置１の断面図であり、図４は、図３のＩＶで示す部分を拡大して示した動力伝達装置１の部分拡大断面図である。なお、図４では、ケーシング１０４の記載を省略している。図３及び図４に示すように、動力伝達装置１は、内輪１２と、その内輪１２の外周を囲む外輪２４と、それら内輪１２と外輪２４との間に配設される複数のスプラグ３０とを主に備えて構成されている。
【００２６】
内輪１２は、動力を伝達する機能を担う部位であり、図３及び図４に示すように、断面円形状の外周面１２ａを備え、軸心Ｏ回りに回転可能に構成されている。外輪２４は、内輪１２と共に動力を伝達する機能を担う部位であり、内輪１２の外周面１２ａに対向する断面円形状の内周面２４ａを備え、内輪１２と同様に軸心Ｏ回りに回転可能に構成されている。
【００２７】
スプラグ３０は、内輪１２と外輪２４とを係合する機能を担う部材であり、外周面１２ａ及び内周面２４ａにそれぞれ接する係合面３１，３２（図４参照）を備え、図３に示すように、外周面１２ａ及び内周面２４ａの対向間において円周方向に等間隔で複数配設されている。また、このスプラグ３０は、コイルスプリング（図４参照）からなる付勢部材５０により内周面２４ａ及び外周面１２ａの円周方向に付勢されている。
【００２８】
保持器４０は、スプラグ３０を外周面１２ａ及び内周面２４ａの円周方向へ傾動可能に保持する部材である。スプラグ３０は、保持器４０で保持されることによって、内輪１２と外輪２４との間に所定の間隔をあけて均等に配設される。ここで、図４を参照して、動力伝達装置１のさらに詳細な構成について説明する。
【００２９】
付勢部材５０は、スプラグ３０に付勢力を付与して、外周面１２ａ及び内周面２４ａに係合面３１，３２が接するようにスプラグ３０に図４の矢印Ｓ方向（以下「セルフロック方向」と称す）の回転モーメントを発生させる部材であり、コイルスプリングにより構成されている。但し、この付勢部材５０は、金属材料に波状の曲げ加工を施して形成されるリボンスプリングにより構成しても良い。付勢部材５０によりスプラグ３０に付勢力が付与されることで、外周面１２ａ及び内周面２４ａに係合面３１，３２が接するようにスプラグ３０がセルフロック方向へ傾動する。その結果、図４に示すように、内周面２４ａと係合面３２との接点Ａ及び外周面１２ａと係合面３１との接点Ｂに摩擦力が発生すると共に、外周面１２ａ及び内周面２４ａの円周方向における各接点Ａ，Ｂの位置ずれにより、内輪１２及び外輪２４が所定の方向へ回転する場合には、内輪１２及び外輪２４にスプラグ３０が係合する。
【００３０】
即ち、外輪２４がスプラグ３０に対して、内輪１２との相対回転で内輪１２側から見て、図４の矢印Ｓｏ方向（以下「ロック方向」と称す）へ回転する場合には、内輪１２及び外輪２４にスプラグ３０が係合する。これにより、内輪１２と外輪２４との相対回転が規制され、内輪１２は外輪２４と共に回転する。一方、外輪２４がスプラグ３０に対して、内輪１２との相対回転で内輪１２側から見て、図４の反矢印Ｓｏ方向（以下「フリー方向」と称す）へ回転する場合には、接点Ａに作用する摩擦力によりスプラグ３０が付勢部材５０の付勢力に抗して反セルフロック方向（セルフロック方向とは反対の方向）へ傾動し、内輪１２及び外輪２４へのスプラグ３０の係合が解除される。その結果、外輪２４は内輪１２を空転する。
【００３１】
また、内輪１２がスプラグ３０に対して、外輪２４との相対回転で外輪２４側から見て、図４の矢印Ｓｉ方向（ロック方向）へ回転する場合には、内輪１２及び外輪２４にスプラグ３０が係合する。その結果、内輪１２と外輪２４との相対回転が規制され、外輪２４は内輪１２と共に回転する。一方、内輪１２がスプラグ３０に対して、外輪２４との相対回転で外輪２４側から見て、図４の反矢印Ｓｉ方向（フリー方向）へ回転する場合には、接点Ｂに作用する摩擦力によりスプラグ３０が付勢部材５０の付勢力に抗して反セルフロック方向へ傾動し、外輪２４は内輪１２を空転する。
【００３２】
次いで、図４を参照して、スプラグ３０に作用する力の関係について説明する。図４に示すように、内輪１２及び外輪２４にスプラグ３０が係合している状態では、付勢部材５０によりスプラグ３０に付与された荷重Ｐにより、スプラグ３０をセルフロック方向（図４反時計回りの矢印Ｓ方向）へ傾動させる回転モーメントが生じる。それに伴い接点Ａ及び接点Ｂに押付け荷重（図示せず）が作用する。その反力として、スプラグ３０に対して、接点Ａにおいて内周面１２ａの法線方向へ反力ＦＡが作用すると共に、接点Ｂにおいて外周面２４ａの法線方向へ反力ＦＢが作用する。
【００３３】
また、スプラグ３０が内輪１２及び外輪２４に係合して内輪１２及び外輪２４の回転に伴い軸心Ｏ回りに公転すると、スプラグ３０に遠心力Ｋが働く。スプラグの重心Ｇ（遠心力Ｋの作用点）は、接点Ａ及び接点Ｂを結ぶ仮想面Ｃでスプラグ３０を二分割する区域３０ａ，３０ｂの内、接点Ａに係合する係合面３２におけるセルフロック方向前側（図４左側）の区域３０ａに位置しており、スプラグ３０の重心Ｇ（遠心力Ｋの作用点）と荷重Ｐの作用点との間を、接点Ａ及び接点Ｂを結ぶ直線（仮想面Ｃ）が通過しているので、遠心力Ｋは、スプラグ３０に反セルフロック方向（図４反矢印Ｓ方向）の回転モーメントを発生させ、接点Ａ及び接点Ｂにおける荷重Ｐによるスプラグ３０の押付け荷重を減少させる。
【００３４】
ここで、スプラグ３０に作用する接点Ｂ回りの回転モーメントＭＢを考えると、スプラグ３０には荷重Ｐ、反力ＦＡ及び遠心力Ｋが作用しているので、ＭＢ＝−Ｌｐ・Ｐ＋Ｌｓ・sinβ・ＦＡ−Ｌｋ・Ｋ（以下「式（１）」と称す）となる。但し、式（１）において、接点Ｂから荷重Ｐの作用点までの水平距離をＬｐ、接点Ｂから反力ＦＡの作用点までの直線距離をＬｓ、接点Ｂからスプラグ３０の重心Ｇまでの水平距離をＬｋ、各接点Ａ，Ｂを結ぶ仮想線（仮想面Ｃ）と、接点Ａと軸心Ｏとを結ぶ仮想線とがなす角度をβとし、図４において接点Ｂ回りの時計回りの回転モーメントを正とする。
【００３５】
また、スプラグ３０に作用する接点Ａ回りの回転モーメントＭＡを考えると、スプラグ３０には荷重Ｐ、反力ＦＢ及び遠心力Ｋが作用しているので、ＭＡ＝−（Ｌｐ−Ｌｓ・sinβ）・Ｐ＋Ｌｓ・sinβ・ＦＢ・cosα＋Ｌｓ・cosβ・ＦＢ・sinα＋（Ｌｓ・sinβ−Ｌｋ）・Ｋ＝−（Ｌｐ−Ｌｓ・sinβ）・Ｐ＋Ｌｓ・Ｆｐ・sin（α＋β）＋（Ｌｓ・sinβ−Ｌｋ）・Ｋ（以下「式（２）」と称す）となる。但し、式（２）において、各接点Ａ，Ｂと軸心Ｏとを結ぶ各仮想線のなす角をαとし、図４における接点Ａ回りの時計回りの回転モーメントを正とする。
【００３６】
ここで、回転モーメントＭＡ≧０又は回転モーメントＭＢ≧０となると共に、反力ＦＡ≦０又は反力ＦＢ≦０となれば、内輪１２の外周面１２ａ又は外輪２４の内周面２４ａとスプラグ３０とが接触しなくなるので、結果的にμ≒０となり、内輪１２及び外輪２４へのスプラグ３０の係合が解除される。
【００３７】
しかしながら、内輪１２及び外輪２４へのスプラグ３０の係合が解除されてしまうと、第１管状部１０が空転することになる。第１管状部１０が空転すると、踏力がドライブスプロケット１１２に伝達されなくなるだけでなく、磁歪部１１にも歪みが生じなくなるため、電動モータによるドライブスプロケット１１２の駆動補助もなくなる。従って、内輪１２及び外輪２４へのスプラグ３０の係合は解除されないことが必要である。
【００３８】
ここで、接点Ｂにおいて、内輪１２の外周面１２ａとスプラグ３０との係合が解除されるのは、式（１）において、ＭＢ＝０かつＦＡ≦０となる場合である。式（１）にこれらを代入すると、Ｌｋ・Ｋ≧Ｌｐ・Ｐとなる。これにより、Ｐ≦Ｌｋ／Ｌｐ・Ｋのときに外周面１２ａとスプラグ３０との係合が解除される。従って、内輪１２の外周面１２ａとスプラグ３０との係合が解除されないためには、Ｐ＞Ｌｋ／Ｌｐ・Ｋであることが必要である。
【００３９】
また、接点Ａにおいて、外輪２４の内周面２４ａとスプラグ３０との係合が解除されるのは、式（２）において、ＭＡ＝０かつＦＢ≦０となる場合である。式（２）にこれらを代入すると、（Ｌｓ・sinβ−Ｌｋ）・Ｋ≧（Ｌｐ−Ｌｓ・sinβ）・Ｐとなる。これにより、Ｐ≦（Ｌｓ・sinβ−Ｌｋ）／（Ｌｐ−Ｌｓ・sinβ）・Ｋのときに内周面２４ａとスプラグ３０との係合が解除される。従って、外輪２４の内周面２４ａとスプラグ３０との係合が解除されないためには、Ｐ＞（Ｌｓ・sinβ−Ｌｋ）／（Ｌｐ−Ｌｓ・sinβ）・Ｋであることが必要である。
【００４０】
電動アシスト自転車１００（図１参照）の最高速度や最高加速度は推定できるので、それに基づいて遠心力Ｋの最大値を推定することが可能である。そして、Ｐ＞Ｌｋ／Ｌｐ・Ｋ、かつ、Ｐ＞（Ｌｓ・sinβ−Ｌｋ）／（Ｌｐ−Ｌｓ・sinβ）・Ｋを満たすように、スプラグ３０の形状、寸法および質量、さらに付勢部材５０の特性を設定することで、電動アシスト自転車１００の実用範囲内において、内輪１２及び外輪２４へのスプラグ３０の係合が解除されることを防止できる。これにより、電動アシスト自転車１００を安定して走行させることが可能となる。
【００４１】
次に、以上のように構成される動力伝達装置１を用いた電動アシスト自転車１００（図１参照）の走行動作について説明する。電動アシスト自転車１００を停止させた状態から、後車輪１０３を前進回転させるようにペダル１０２の踏力で前進方向にクランク軸１０６（図２参照）が回転されると、第１スプライン１０８を介して第１管状部１０が回転し、内輪１２がスプラグ３０に対して、外輪２４との相対回転で外輪２４側から見て、図４の矢印Ｓｉ方向（ロック方向）へ回転する。その結果、内輪１２及び外輪２４にスプラグ３０が係合する。これにより、内輪１２と外輪２４との相対回転が規制され、外輪２４は内輪１２と共に回転し、第２管状部２０が回転される。第２管状部２０はドライブスプロケット１１２を回転させ、伝達部材（図示せず）を介して後車輪１０３（図１参照）を回転させる。また、第１管状部１０に形成された磁歪部１１（図２参照）に作用する踏力（ねじり歪み）がコイル１０９で検出されると、コイル１０９で検出された踏力に基づき電動モータ（図示せず）が駆動される。電動モータの駆動力によりドライブスプロケット１１２の回転が補助駆動される。これら動力が後車輪１０３（図１参照）に伝達されて電動アシスト自転車１００が前進走行する。
【００４２】
以上のように、第１実施の形態における動力伝達装置１は、第１管状部１０の他端側と一体に形成され断面円形状の外周面を有する内輪１２と、その内輪１２の外周面１２ａに対向する断面円形状の内周面を有し第２管状部２０の他端側と一体に形成される外輪２４と、その外輪２４の内周面２４ａ及び内輪１２の外周面１２ａにそれぞれ接する係合面３１，３２を有し内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａの対向間において円周方向に複数配設されるスプラグ３０とを備えているので、内輪１２及び外輪２４を単純な断面円形状にすると共に、内輪１２や外輪２４を第１管状部１０や第２管状部２０と一体に形成することで、構造を簡素化できる。また、磁歪部１１を有する金属磁性材料で形成される第１管状部１０は、単純な管状に形成されているので、製造工程を簡素化することができる。
【００４３】
また、スプラグ３０に付勢力を付与して内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａに係合面３１，３２が接するようにスプラグ３０を円周方向のセルフロック方向へ傾動させる付勢部材５０を備えているので、内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａと係合面３１，３２との遊びをほぼゼロにすることができる。さらに、スプラグ３０は、第１管状部１０（内輪１２）の回転速度が第２管状部２０（外輪２４）の回転速度を上回ることにより、セルフロック方向へ傾動しつつ内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａに係合面３１，３２が係合して内輪１２と外輪２４との一定方向への相対回転を規制するので、ラチェットワンウェイクラッチのように踏力が伝達されるときに応答遅れや衝撃が生じることを防ぎ、不快感を生じ難くできる。
【００４４】
また、接点Ａ及びＢに生ずる押付け荷重により外輪２４及び内輪１２がわずかに弾性変形する。これにより、ねじり剛性を適度に調整できる。その結果、ペダル１０２（図１参照）を踏み込んだ瞬間のショックが緩和され、踏み込み感が柔らかくなり、足への負担を軽減させる。
【００４５】
また、ラチェットワンウェイクラッチでは、ラチェット歯とクラッチ爪とが衝突することでピーク応力が働き、このピーク応力に相当する検出信号をトルク検出部がピーク電流として出力する。そのピーク電流が電動モータに頻繁に入力されると、電動モータの寿命が短くなるという問題点があった。これに対し、踏力が伝達されるときの衝撃を防ぐことで、磁歪部１１にピーク応力が入力されることを防ぎ、電動モータにピーク電流が入力されることを防止できる。その結果、電動モータを長寿命化できる。
【００４６】
また、内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａは単純な断面円形状であるため、動力の伝達が遮断されているときに、スプラグ３０の係合面３１，３２と内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａとが衝突することがないため、ラチェットワンウェイクラッチの衝突による耳障りな打音を防止できる。
【００４７】
また、ラチェット歯のような複雑な凹凸や、クラッチ爪を保持する保持部を製造するときは製造方法や加工方法に制約を受けるが、外輪２４の内周面２４ａ及び内輪１２の外周面１２ａは単純な断面円形状であるため、製造方法や加工方法に関する制約を受け難く、切削や冷間鍛造等の簡易な製造方法や加工方法を採用できる。さらに、材質や熱処理等の選択の自由度も高くなるので、機械的強度の向上や耐久性向上の要求に柔軟に対応できる。
【００４８】
次いで、図５を参照して、スプラグ３０に過大な荷重が入力されることで、スプラグ３０が通常位置を越えて傾動した場合について説明する。図５は、通常位置を越えて傾動したスプラグ３０を示す模式図である。荷重伝達装置１に構成されるワンウェイクラッチは、ラチェットワンウェイクラッチのようなラチェット歯とクラッチ爪との噛み合いではなく、外周面１２ａ及び内周面２４ａとスプラグ３０との各接点Ａ，Ｂ（図４参照）に生じる摩擦力を利用して、スプラグ３０を係合するものである。そのため、坂道等のように路面の抵抗が大きく、かつ、乗り手の体重が大きくて過大な踏力が瞬時にクランク軸１０６に入力されるような場合に、スプラグ３０が通常位置を越えて大きく傾動してしまうおそれがある。このような場合に、スプラグ３０が外輪２４と内輪１２との間で係合保持されないと、スプラグ３０を介して動力を伝達できなくなる問題が生じる。
【００４９】
動力伝達装置１においては、スプラグ３０は、内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａの対向間において円周方向に等間隔に配設され（図３参照）、スプラグ３０とスプラグ３０との間隔は、図５に示すように、内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａに係合する通常位置を越えてスプラグ３０がセルフロック方向へ傾動すると、内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａにスプラグ３０の係合面３１，３２が係合しつつ、少なくとも一部が隣のスプラグ３０に当接可能な間隔に設定されている。これにより、過大な踏力が伝達されて、内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａに係合する通常位置を越えてスプラグ３０が傾動しても、スプラグ３０同士が当接することによって、それ以上にスプラグ３０が傾動することが防止される。また、傾動したスプラグ３０の係合面３１，３２は内輪１２の外周面１２ａ及び外輪２４の内周面２４ａに係合しているので、内輪１２と外輪２４との一定方向への相対回転が規制され、スプラグ３０を介して動力が伝達される。その結果、動力が伝達されなくなることが防止され、信頼性を向上させることができる。
【００５０】
次いで、図６を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、内輪１２が第１管状部１０の他端側に一体に形成され、外輪２４が第２管状部２０の他端側に一体に形成される場合について説明した。これに対し、第２実施の形態では、内輪１２が第２管状部２２０の他端側に一体に形成され、外輪２４が第１管状部２１０の他端側に一体に形成される場合について説明する。図６は、第２実施の形態における動力伝達装置２０１の軸方向断面図である。なお、第１実施の形態と同一の部分については同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００５１】
第１管状部２１０は、一端側が第１スプライン１０８を介してクランク軸１０６に嵌合され、他端側から外周方向に突き出た略円形状の突出部２１１と、突出部２１１の先端から軸心Ｏと平行方向に延設される外輪２４とを備えて構成されている。突出部２１１及び外輪２４は第１管状部２１０の一部として、金属磁性材料で一体に形成されている。
【００５２】
第２管状部２２０は、一端側が第２スプライン１１３を介してドライブスプロケット１１２に嵌着されており、外輪２４と対向する内輪１２が他端側に一体形成されている。スプラグ３０は、内輪１２の外周面１２ａと外輪２４の内周面２４ａとの間に複数配設されている。
【００５３】
これにより、電動アシスト自転車１００（図１参照）を停止させた状態から、後車輪１０３を前進回転させるようにペダル１０２の踏力で前進方向にクランク軸１０６が回転されると、第１スプライン１０８を介して第１管状部２１０が回転し、外輪２４がスプラグ３０に対して、内輪１２との相対回転で内輪１２側から見て、図４の矢印Ｓｏ方向（ロック方向）へ回転する。その結果、内輪１２及び外輪２４にスプラグ３０が係合する。これにより、内輪１２と外輪２４との相対回転が規制され、内輪１２は外輪２４と共に回転し、第２管状部２２０が回転される。第２管状部２２０はドライブスプロケット１１２を回転させ、伝達部材（図示せず）を介して後車輪１０３（図１参照）を回転させる。また、第１管状部２１０に形成された磁歪部１１に作用する踏力（ねじり歪み）がコイル１０９で検出されると、コイル１０９で検出された踏力に基づき電動モータ（図示せず）が駆動される。電動モータの駆動力によりドライブスプロケット１１２の回転が補助駆動される。これら動力が後車輪１０３に伝達されて電動アシスト自転車１００が前進走行する。
【００５４】
次いで、図７を参照して、第３実施の形態について説明する。第１実施の形態では、内輪１２が第１管状部１０の他端側に一体に形成され、外輪２４が第２管状部２０の他端側に一体に形成される場合について説明した。これに対し、第３実施の形態では、内輪１２が第２管状部３２０の他端側に一体に形成され、外輪２４が第１管状部３１０の他端側に一体に形成されると共に、磁歪部１１が、第２管状部３２０の外周表面に形成される場合について説明する。図７は、第３実施の形態における動力伝達装置３０１の軸方向断面図である。なお、第１実施の形態と同一の部分については同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００５５】
第１管状部３１０は、一端側が第１スプライン１０８を介してクランク軸１０６に嵌合され、他端側から外周方向に突き出た略円形状の突出部３１１と、突出部３１１の先端から軸心Ｏと平行方向に延設される外輪２４とを備えて構成されている。突出部３１１及び外輪２４は、第１管状部３１０の一部として一体に形成されている。
【００５６】
第２管状部３２０は、金属磁性材料で形成され、一端側が第２スプライン１１３を介してドライブスプロケット１１２に嵌着されており、外輪２４と対向する内輪１２が他端側に一体形成されている。第２管状部３２０の外周表面には、一対のスリット列で構成される磁歪部１１が形成されている。スプラグ３０は、内輪１２の外周面１２ａと外輪２４の内周面２４ａとの間に複数配設されている。
【００５７】
これにより、電動アシスト自転車１００（図１参照）を停止させた状態から、後車輪１０３を前進回転させるようにペダル１０２の踏力で前進方向にクランク軸１０６が回転されると、第１スプライン１０８を介して第１管状部３１０が回転し、外輪２４がスプラグ３０に対して、内輪１２との相対回転で内輪１２側から見て、図４の矢印Ｓｏ方向（ロック方向）へ回転する。その結果、内輪１２及び外輪２４にスプラグ３０が係合する。これにより、内輪１２と外輪２４との相対回転が規制され、内輪１２は外輪２４と共に回転し、第２管状部３２０が回転される。第２管状部３２０はドライブスプロケット１１２を回転させ、伝達部材（図示せず）を介して後車輪１０３（図１参照）を回転させる。また、第２管状部３２０に形成された磁歪部１１に作用する踏力（ねじり歪み）がコイル１０９で検出されると、コイル１０９で検出された踏力に基づき電動モータ（図示せず）が駆動される。電動モータの駆動力によりドライブスプロケット１１２の回転が補助駆動される。これら動力が後車輪１０３に伝達されて電動アシスト自転車１００が前進走行する。
【００５８】
なお、磁歪部１１を有する金属磁性材料で形成される第２管状部３２０は、単純な管状に形成されているので、製造工程を簡素化することができる。
【００５９】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００６０】
上記各実施の形態では、磁歪部１１が、第１管状部１０，２１０，３１０や第２管状部２０，２２０，３２０の一部として一体に形成されている場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の磁歪部を採用することは当然可能である。他の磁歪部としては、例えば、金属磁性材料製の薄帯に形成され、１０，２１０，３１０や第２管状部２０，２２０，３２０の外周表面に巻き付けて接着されるものが例示される。この場合は、１０，２１０，３１０や第２管状部２０，２２０，３２０を金属磁性材料で構成しなくても良い。なお、金属磁性材料は非晶質体が好ましいが、これに限られるものではない。
【００６１】
また、上記各実施の形態では、磁歪部１１は軸心Ｏに対し４５°及び−４５°の傾きをもった一対のスリット列として構成され、磁歪部１１に対向して配設された一対のコイル１０９を用いて透磁率の変化を検出する場合について説明したが、踏力を透磁率の変化として検出できるように構成されていれば、必ずしもこの方式に限られるものではない。
【００６２】
上記各実施の形態では、磁歪部１１及びコイル１０９を用いて検出された踏力に応じてドライブスプロケット１１２の回転を電動モータで補助駆動する場合について説明したが、第１管状部または第２管状部は、必ずしも磁歪部１１を備えるものに限られるものではない。第１管状部または第２管状部が磁歪部１１を備えていなくても、例えば、ペダル１０２の回転数、即ちクランク軸１０６の回転数を検出し、検出された回転数に応じて電動モータでドライブスプロケット１１２の回転を補助駆動する電動アシスト自転車に適用することも可能である。この場合も、踏力が伝達されるときの応答遅れや衝撃を防止できる。
【００６３】
上記各実施の形態では、電動モータが、チェーン等の伝達部材を介してドライブスプロケット１１２の回転を補助駆動する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、電動モータの駆動力で第２管状部２０，２２０，３２０が回転されるようにすることも可能である。第２管状部は２０，２２０，３２０ドライブスプロケット１１２に固定されているので、この場合も電動モータでドライブスプロケット１１２を補助駆動できる。
【００６４】
上記第１実施の形態では、第２管状部２０は、他端側から外周方向に突き出た略円形状の第１突出部２１と、第１突出部２１の先端から軸心Ｏと平行方向に延設される筒部２２と、筒部２２から外周方向に突き出た略円形状の第２突出部２３とを備え、外輪２４は第２突出部２３から延設される場合について説明したが、第１突出部２１や筒部２２は設けなくても良い。また、上記第２実施の形態および第３実施の形態では、第１突出部や筒部を設けることなく突出部２２１，３１１から外輪２４を延設する場合について説明したが、第１実施の形態と同様に、第１突出部および筒部を設けることが可能である。
【００６５】
上記各実施の形態では、付勢部材５０が外輪２４に向けてスプラグ３０を付勢している場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、スプラグ３０を円周方向のセルフロック方向へ傾動させることができれば、内輪１２に向けてスプラグ３０を付勢することも可能である。具体的には、接点Ａ及び接点Ｂを結ぶ仮想面Ｃでスプラグ３０を二分割する区域３０ａ，３０ｂの内、接点Ａで係合する係合面３２におけるセルフロック方向前側（図４左側）の区域３０ａにおいて、重心Ｇと離間する点から内輪１２に向けて付勢力を作用させる。この場合も、上記各実施の形態で説明した作用と同様の作用が得られる。
【符号の説明】
【００６６】
１，２０１，３０１    動力伝達装置
１０，２１０，３１０  第１管状部
１１                  磁歪部
１２                  内輪
１２ａ                外周面
２０，２２０，３２０  第２管状部
２４                  外輪
２４ａ                内周面
３０                  スプラグ
３１，３２            係合面
５０                  付勢部材
１００                電動アシスト自転車
１０２                ペダル
１０６                クランク軸
１１２                ドライブスプロケット
【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】
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