(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と変速制御機構１０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、変速制御機構１０は、駆動力に対して、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅを介して遊星キャリア３ｃと太陽歯車３ａとを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替え、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉを介して太陽歯車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い、直結状態と少なくとも一段階の高速状態とに変速することを可能とする。また、逆入力に対しては、逆入力用ワンウェイクラッチ２を介して太陽歯車３ａを車軸５回りに回転不能とすることにより逆入力を伝達可能とする。【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（３ａ）を有して、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、前記変速機構（３）は、前記太陽歯車（３ａ）と係合する少なくとも１つの歯車部を有する遊星歯車（３ｂ）と、前記遊星歯車（３ｂ）と係合する外輪歯車（３ｄ）と、前記遊星歯車（３ｂ）を保持する遊星キャリア（３ｃ）とを備えており、駆動力に対して前記遊星キャリア（３ｃ）と前記太陽歯車（３ａ）とを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）、及び、駆動力に対して前記太陽歯車（３ａ）を車軸（５）周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）とを有し、前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）及び前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の切替を外部操作により行うことが可能な変速制御機構（１０）を備えており、
駆動力に対して前記遊星キャリア（３ｃ）と前記太陽歯車（３ａ）とを相対回転不能に且つ前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（５）とを相対回転可能とすることにより、前記スプロケット（４）から、前記遊星キャリア（３ｃ）、前記遊星歯車（３ｂ）、前記外輪歯車（３ｄ）を介してハブケース（７）に駆動力を伝達する低速状態と、駆動力に対して前記遊星キャリア（３ｃ）と前記太陽歯車（３ａ）とを相対回転可能に且つ前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（５）とを相対回転不能とすることにより、前記スプロケット（４）から、前記遊星キャリア（３ｃ）、前記遊星歯車（３ｂ）、前記外輪歯車（３ｄ）を介してハブケース（７）に駆動力を伝達する少なくとも一段階の高速状態とに変速することが可能であり、
前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）は、前記太陽歯車（３ａ）と前記車軸（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、前記駆動輪からの逆入力に対して前記太陽歯車（３ａ）を前記車軸（５）周りに回転不能とする機能を有しており、前記駆動輪からの逆入力を前記ハブケース（７）から前記スプロケット（４）に伝達可能とするハブ（１）を備えた電動補助自転車。
【請求項２】
前記遊星歯車（３ｂ）は複数の歯車部を有し、前記太陽歯車（３ａ）は前記歯車部の数と同数設けられて、前記各歯車部に対してそれぞれ一つの前記太陽歯車（３ａ）が噛み合っており、駆動力に対して複数の前記太陽歯車（３ａ）のいずれか一つを選択的に前記車軸（５）に相対回転不能とすることにより、前記高速状態における複数段階の変速を可能としたことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
【請求項３】
前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）がラチェットクラッチによって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動補助自転車。
【請求項４】
前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）及び前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）がラチェットクラッチによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電動補助自転車。
【請求項５】
前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）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、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（２ｇ）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（２ｆ）とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の電動補助自転車。
【請求項６】
前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の変速用クラッチカム面（３ｆ）と前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）の逆入力用クラッチカム面（２ｆ）との両方の機能を発揮する凹凸（１１）を前記車軸（５）の外周に設けたことを特徴とする請求項５に記載の電動補助自転車。
【請求項７】
前記変速制御機構（１０）は、前記車軸（５）周りに切欠部（１０ｉ）を有する変速用スリーブ（１０ｂ）を備え、その変速用スリーブ（１０ｂ）は前記車軸（５）の軸方向に移動自在であり、前記変速用スリーブ（１０ｂ）を軸方向に移動操作することによって、前記切欠部（１０ｉ）が、前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の変速用クラッチカム面（３ｆ）の位置と、前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の変速用クラッチカム面（３ｆ）の位置から退避した位置との間で移動し、その移動によって、前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の切り替えを行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の電動補助自転車。
【請求項８】
前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）は、前記太陽歯車（３ａ）の外面に揺動運動可能に支持された変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｊ）と、前記遊星キャリア（３ｃ）の内面に設けられた変速用クラッチカム面（３ｋ）とを備え、前記変速用スリーブ（１０ｂ）は第一変速用ワンウェイクラッチ切替部（１０ｅ）を備え、前記変速用スリーブ（１０ｂ）の前記軸方向への移動操作によって、前記第一変速用ワンウェイクラッチ切替部（１０ｅ）が、前記変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｊ）から退避した位置と、前記変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｊ）と当接した位置との間で移動し、その移動によって、前記第一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に記載の電動補助自転車。
【請求項９】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）の切欠部（１０ｉ）は、その軸方向端縁に、軸方向外側に向かって徐々に外径側に近づくテーパ面（１０ｊ）を有し、そのテーパ面（１０ｊ）に前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｇ）が当接す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。
【請求項１０】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）の第一変速用ワンウェイクラッチ切替部（１０ｅ）は、その軸方向端縁に、軸方向に沿って前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）に近づくにつれて徐々に内径側に近づくテーパ面（１０ｋ）を有し、そのテーパ面（１０ｋ）に前記第一変速用ワンウェイクラッチ（３ｅ）の変速用ワンウェイクラッチ爪（３ｊ）が当接する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。
【請求項１１】
前記変速制御機構（１０）は、前記車軸（５）周りに切欠部（１０ｈ）を有する逆入力用スリーブ（１０ｃ）を備え、その逆入力用スリーブ（１０ｃ）は前記車軸（５）の軸方向に移動自在であり、前記逆入力用スリーブ（１０ｃ）を軸方向に移動操作しても、前記切欠部（１０ｈ）が、常に前記逆入力用ワンウェイクラッチ（２）の逆入力用クラッチカム面（２ｆ）の位置にあることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一つに記載の電動補助自転車。
【請求項１２】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）及び前記逆入力用スリーブ（１０ｃ）は、前記車軸（５）内を通ってその一端が前記車軸（５）の外部に引き出された操作部（１０ａ）によって、前記車軸（５）外からその軸方向への移動操作が可能になっていることを特徴とする請求項１１に記載の電動補助自転車。
【請求項１３】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）及び前記逆入力用スリーブ（１０ｃ）は、弾性部材（１０ｄ）によって軸方向に付勢されていることを特徴とする請求項１２に記載の電動補助自転車。
【請求項１４】
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、前記変速制御機構（１０）を軸方向他方寄りに配置したことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電動補助自転車。
【請求項１５】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）及び前記逆入力用スリーブ（１０ｃ）は、それぞれ周方向に沿って断続的に設けられており、前記変速用スリーブ（１０ｂ）における前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の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（１０ｃ）における前記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（２ｇ）を覆う部分とを周方向に沿って交互に配置したことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一つに記載の電動補助自転車。
【請求項１６】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）における前記第二変速用ワンウェイクラッチ（３ｉ）の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（１０ｃ）における前記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（２ｇ）を覆う部分とは、それぞれ前記車軸（５）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（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１５に記載の電動補助自転車。
【請求項１７】
前記変速用スリーブ（１０ｂ）及び前記逆入力用スリーブ（１０ｃ）は、それぞれ周方向に沿って断続的に設けられており、前記逆入力用スリーブ（１０ｃ）における前記周方向への断続の繰り返し数よりも、前記変速用スリーブ（１０ｂ）における前記周方向への断続の繰り返し数の方が多く設定されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一つに記載の電動補助自転車。
【請求項１８】
モータの出力軸から駆動力伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記駆動力伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えたことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一つに記載の電動補助自転車。
【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て、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、前記変速機構は、前記太陽歯車と係合する少なくとも１つの歯車部を有する遊星歯車と、前記遊星歯車と係合する外輪歯車と、前記遊星歯車を保持する遊星キャリアとを備えており、駆動力に対して前記遊星キャリアと前記太陽歯車とを相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第一変速用ワンウェイクラッチ、及び、駆動力に対して前記太陽歯車を車軸周りに相対回転可能又は相対回転不能とに切り替える機能を有する第二変速用ワンウェイクラッチとを有し、前記第一変速用ワンウェイクラッチ及び前記第二変速用ワンウェイクラッチの切替を外部操作により行うことが可能な変速制御機構を備えており、駆動力に対して前記遊星キャリアと前記太陽歯車とを相対回転不能に且つ前記太陽歯車と前記車軸とを相対回転可能とすることにより、前記スプロケットから、前記遊星キャリア、前記遊星歯車、前記外輪歯車を介してハブケースに駆動力を伝達する低速状態と、駆動力に対して前記遊星キャリアと前記太陽歯車とを相対回転可能に且つ前記太陽歯車と前記車軸とを相対回転不能とすることにより、前記スプロケットから、前記遊星キャリア、前記遊星歯車、前記外輪歯車を介してハブケースに駆動力を伝達する少なくとも一段階の高速状態とに変速することが可能であり、前記逆入力用ワンウェイクラッチは、前記太陽歯車と前記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、前記駆動輪からの逆入力に対して前記太陽歯車を前記車軸周りに回転不能とする機能を有しており、前記駆動輪からの逆入力を前記ハブケースから前記スプロケットに伝達可能とするハブを備えた電動補助自転車の構成を採用した。
【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。このため、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。
また、遊星キャリアと太陽歯車との間に、切替可能な変速用のワンウェイクラッチを設けたことにより、いわゆる直結状態を構成することができ、変速段数を増やしつつ装置の構成を簡素化し得る。
【００１８】
この構成において、遊星歯車は複数の歯車部を有し、前太陽歯車は前記歯車部の数と同数設けられて、各歯車部に対してそれぞれ一つの太陽歯車が噛み合っており、駆動力に対して複数の太陽歯車のいずれか一つを選択的に車軸に相対回転不能とすることにより、高速状態における複数段階の変速を可能とした構成を採用することができる。この構成によれば、高速状態における変速段数を、例えば２段、３段等のように複数段階に増やすことができる。
【００１９】
これらの各構成において、各ワンウェイクラッチとしてスプラグクラッチ、ローラクラッチ等種々の構造を採用し得るが、例えば、第一変速用ワンウェイクラッチとしてラチェットクラッチを採用することができる。また、第一変速用ワンウェイクラッチとしてラチェットクラッチを採用した場合、ラチェットクラッチ以外を採用した場合のいずれの構成においても、第二変速用ワンウェイクラッチ、逆入力用ワンウェイクラッチのいずれか、あるいはその両方にラチェットクラッチを採用することができる。
【００２０】
このとき、第二変速用ワンウェイクラッチ、逆入力用ワンウェイクラッチの各ワンウェイクラッチ爪を太陽歯車側に設けることにより、車軸の構造をシンプルにすることができる。すなわち、第二変速用ワンウェイクラッチは、太陽歯車に設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪と、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、逆入力用ワンウェイクラッチは、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、車軸の外面に設けられた逆入力用クラッチカム面とを備えた構成である。
【００２１】
また、第二変速用ワンウェイクラッチの第二変速用クラッチカム面と、逆入力用ワンウェイクラッチの逆入力用クラッチカム面との両方の機能を発揮する凹凸を前記車軸の外周に設けた構成を採用することができる。このようにすれば、その凹凸が、変速用クラッチカム面と逆入力用クラッチカム面の両方の機能を有する両方向クラッチカム面となり、車軸の構造を簡素化することができる。
【００２２】
第二変速用ワンウェイクラッチ、逆入力用ワンウェイクラッチの各ワンウェイクラッチ爪を太陽歯車側に設けた構成において、変速制御機構は、車軸周りに切欠部を有する変速用スリーブを備え、その変速用スリーブは車軸の軸方向に移動自在であり、変速用スリーブを軸方向に移動操作することによって、切欠部が、第二変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面の位置と、第二変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面の位置から退避した位置との間で移動し、その移動によって、第二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。
【００２３】
また、第一変速用ワンウェイクラッチは、太陽歯車の外面に揺動運動可能に支持された変速用ワンウェイクラッチ爪と、遊星キャリア内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場合において、変速用スリーブは第一変速用ワンウェイクラッチ切替部を備え、変速用スリーブの前記軸方向への移動操作によって、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部が、前記変速用ワンウェイクラッチ爪から退避した位置と、前記変速用ワンウェイクラッチ爪と当接した位置との間で移動し、その移動によって、前記第一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。
すなわち、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部が、変速用ワンウェイクラッチ爪の一端から退避した位置では変速用ワンウェイクラッチ爪が変速用クラッチカム面に噛み込み、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部が、変速用ワンウェイクラッチ爪の一端と接触する位置に移動すると、変速用ワンウェイクラッチ爪が揺動運動し、変速用クラッチカム面との係合が解除されることにより、第一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。この構成によれば、第二変速用ワンウェイクラッチを切り替える機能を有する変速用スリーブを、第一変速用ワンウェイクラッチの切り替えにも用いることができる。
【００２４】
ここで、変速用スリーブの部材が、第二変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面を覆えば、第二変速用ワンウェイクラッチ爪がそれらのカム面に噛み込むことはない。変速用スリーブがそのカム面上をスライドし、切欠部が第二変速用ワンウェイクラッチ爪とカム面との間に位置すると、第二変速用ワンウェイクラッチ爪はカム面に噛み込むことが可能となる。
【００２５】
このとき、変速用スリーブの切欠部は、その軸方向端縁に、軸方向外側に向かって徐々に外径側に近づくテーパ面を有し、そのテーパ面に前記第二変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪が当接する構成を採用することができる。
また、変速用スリーブの第一変速用ワンウェイクラッチ切替部は、その軸方向端縁に、軸方向に沿って前記第一変速用ワンウェイクラッチに近づくにつれて徐々に内径側に近づくテーパ面を有し、そのテーパ面に前記第一変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪が当接する構成を採用することができる。
【００２６】
変速用スリーブの切欠部の端縁や、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部の端縁にテーパ面を設け、そのテーパ面に、対応する各ワンウェイクラッチ爪が当接する構成とすれば、クラッチカム面に噛み込んだワンウェイクラッチ爪と、切欠部や第一変速用ワンウェイクラッチ切替部の一端が接触した際に、そのテーパ面の傾斜面によってワンウェイクラッチ爪をカム面から外す力を大きくすることができる。
また、変速用スリーブの切欠部にテーパ面を設けることもできる。このようにすれば、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、ワンウェイクラッチ爪はテーパ面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。
【００２７】
これらの各構成において、逆入力用ワンウェイクラッチについては、変速用スリーブと異なる構成からなるスリーブを適用することが望ましい。すなわち、変速制御機構は、車軸周りに切欠部を有する逆入力用スリーブを備え、その逆入力用スリーブは車軸の軸方向に移動自在であるが、切欠部はいずれの変速段においても逆入力用ワンウェイクラッチ爪上に位置しており、前進非駆動時には逆入力用ワンウェイクラッチ爪は常に逆入力用クラッチカム面に噛み込むことができる構成を採用することができる。
前進非駆動時は、いずれの変速段においても逆入力用ワンウェイクラッチが常にロックし、逆入力用スリーブは、変速用ワンウェイクラッチ爪が両方向クラッチカム面に噛み込むのを防ぐ機能を有する。
【００２８】
この逆入力用スリーブの切欠部は、その周方向端部にテーパ面を設けた構成を採用することができる。テーパ面の効果は、変速用スリーブの場合と同様である。
【００２９】
また、変速用スリーブ及び逆入力用スリーブは、車軸内を通ってその一端が前記車軸の外部に引き出された操作部によって、車軸外からその軸方向への移動操作が可能になっている構成を採用することができる。このようにすれば、簡素な構成で、第一変速用ワンウェイクラッチ、第二変速用ワンウェイクラッチや、逆入力用ワンウェイクラッチにおける切り替え機能を実現できる。
【００３０】
なお、このとき、変速用スリーブ及び逆入力用スリーブは、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。このようにすれば、操作部を操作して前記変速用スリーブ及び前記逆入力用スリーブを軸方向へ移動させる際に、その軸方向一方又は他方への動きに弾性部材の付勢力を用いることができ、車軸外において操作部を操作させるために設けられる装置の構成を簡素化し得る。
【００３１】
また、このとき操作部の軸方向移動と変速用スリーブ及び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、その横穴に車軸の軸方向に交差する方向のピンを挿入し、そのピンと変速用スリーブ及び逆入力用スリーブを固定し、操作部によってピンを押すことで変速用スリーブ及び逆入力用スリーブをともに移動させるような構造とすることができる。
このとき、変速用スリーブ及び逆入力用スリーブを弾性部材によって、操作部がピンを軸方向に押し込む向きとは逆向きに荷重を与えることによって、操作部への外部からの負荷を除去すると、弾性部材によって変速用スリーブ及び逆入力用スリーブを元の位置に戻すことができる。
【００３２】
また、このとき、スプロケットはハブケース内の軸方向一方寄りに配置されており、変速制御機構を軸方向他方寄りに配置した構成を採用することができる。このように変速制御機構をリアスプロケットの逆側に配置すれば、装置がコンパクトになるため好ましい。
【００３３】
また、第二変速用ワンウェイクラッチの変速用クラッチカム面と逆入力用ワンウェイクラッチの逆入力用クラッチカム面との両方の機能を発揮する凹凸を車軸の外周に設けた構成、すなわち、車軸に両方向クラッチカム面を備えた構成において、変速用スリーブ及び逆入力用スリーブは、それぞれ、その両方向クラッチカム面の凹部（ワンウェイクラッチ爪が係合する凹部）を覆うような形状とすることができる。
【００３４】
この両方向クラッチカム面を備えた構成において、逆入力用スリーブは、逆入力用ワンウェイクラッチの逆入力用ワンウェイクラッチ爪上に常に切欠部が位置して、逆入力に対しては、常に逆入力用ワンウェイクラッチ爪がカム面に噛み込む構成とすることができる。このため、太陽歯車が車軸に対して固定され、前進非駆動時には、常に駆動輪からの逆入力がリアスプロケットに伝達される。
一方、第二変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪に対しては、通常は、カム面が変速用スリーブ及び逆入力用スリーブによって塞がれているため、その変速用ワンウェイクラッチ爪がカム面に噛み込むことはない。変速用スリーブを軸方向に移動操作することにより、切欠部が第二変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪上に位置すると、その変速用ワンウェイクラッチ爪がカム面に噛み込み、太陽歯車が車軸に対して固定され、設定された増速比でリアスプロケットからの駆動力は駆動輪に伝達される。
【００３５】
これらの各構成において、変速用スリーブにおける第二変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分と、逆入力用スリーブにおける逆入力用ワンウェイクラッチの逆入力用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分とは、それぞれ周方向に沿って断続的に設けられており、変速用スリーブにおける第二変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分と、逆入力用スリーブにおける逆入力用ワンウェイクラッチの逆入力用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分とを周方向に沿って交互に配置した構成を採用することができる。
また、特に、変速用スリーブにおける第二変速用ワンウェイクラッチの変速用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分と、逆入力用スリーブにおける逆入力用ワンウェイクラッチの逆入力用ワンウェイクラッチ爪を覆う部分とが、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周りに９０°位相がずれた位置に配置されている構成を採用することができる。
【００３６】
このようにすれば、逆入力用スリーブと変速用スリーブとが干渉することが無くなり、変速切替と逆入力伝達切替の両方をスムーズに行うことができるようになる。また、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。
【００３７】
ただし、変速切替性に重点をおく場合は、逆入力用スリーブよりも変速用スリーブが相対的に多くカム面とワンウェイクラッチ爪との間に現れる構成を採用することができる。
例えば、変速用スリーブ及び逆入力用スリーブは、それぞれ周方向に沿って断続的に設けられており、逆入力用スリーブにおける周方向への断続の繰り返し数よりも、変速用スリーブにおける周方向への断続の繰り返し数の方が多く設定されている構成である。
【００３８】
なお、これらの全ての各構成において、センタモータユニット内においては、モータの出力軸から駆動力伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記駆動力伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えた構成を採用することができる。
このようにすれば、アシストと回生発電の切替が容易となり、アシストがない状態でペダルを漕いだとき、モータの抵抗を切り離すことができるため望ましい。このツーウェイクラッチとしては、ローラクラッチ、スプラグクラッチ等を採用することができる。
【発明の効果】
【００３９】
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、逆入力伝達用のクラッチを車軸と太陽歯車との間に設け、遊星キャリアと太陽歯車間に、変速用の切替可能なワンウェイクラッチを設けたことにより、いわゆる直結状態を構成することができ、装置の構成を簡素化し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態の駆動時（直結時／低速状態）を示す正面断面図
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図
【図３】実施形態の駆動時（増速／変速２段目）を示す正面断面図
【図４】（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ断面図
【図５】実施形態の駆動時（増速／変速３段目）を示す正面断面図
【図６】（ａ）は図５のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図５のＣ−Ｃ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１段目）を示す正面断面図
【図８】（ａ）は図７のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図７のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図７のＣ−Ｃ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（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、変速用のクラッチを有する変速機構３や、逆入力伝達用のクラッチ等を備えている。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、下側を逆入力用の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。前記変速機構３は、前記車軸５の外周に設けられた２つの太陽歯車３ａ（以下、第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２と称する）が、それぞれ第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉを介してその車軸５と接続されている。
【００４５】
第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉは、車軸５の軸方向に並列して配置された第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２の二つからなる。第一太陽歯車３ａ−１には第一クラッチ部３ｉ−１が、第二太陽歯車３ａ−２には第二クラッチ部３ｉ−２が対応している。
【００４６】
この実施形態では、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの前記第一クラッチ部３ｉ−１及び前記第二クラッチ部３ｉ−２として、それぞれラチェットクラッチを採用している。第一クラッチ部３ｉ−１及び第二クラッチ部３ｉ−２は、それぞれ、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、車軸５の外周に設けられた変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２）に、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２）が係合、又は係合解除するように動作する。その変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２）は、図示しない弾性部材によって、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（３ｆ−１，３ｆ−２）に向かって、起き上がる方向に付勢されている。
以下、第一クラッチ部３ｉ−１のカム面は変速用クラッチカム面３ｆ−１、第二クラッチ部３ｉ−２のカム面は変速用クラッチカム面３ｆ−２と称する。また、第一クラッチ部３ｉ−１のクラッチ爪（ラチェット爪）は変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１、第二クラッチ部３ｉ−２のクラッチ爪（ラチェット爪）は変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２と称する。
【００４７】
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段の歯車部を有する遊星歯車３ｂ、その遊星歯車３ｂを保持する遊星キャリア３ｃ、及び遊星歯車３ｂに噛み合う外輪歯車３ｄと一体であるハブケース７を備えている。さらに、遊星キャリア３ｃと第一太陽歯車３ａ−１との間に、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅを備えている。遊星歯車３ｂの２段の歯車部のうち、図１の左側に示す径の大きい歯車部には第一太陽歯車３ａ−１が、右側に示す径の小さい歯車部には第二太陽歯車３ａ−２がそれぞれ噛み合っている。
【００４８】
この実施形態では、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅについても、ラチェットクラッチを採用している。この第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅの構成は、図２（ａ）に示すように、遊星キャリア３ｃの内周に設けられた変速用クラッチカム面３ｋに、第一太陽歯車３ａ−１に設けられた変速用ワンウェイクラッチ爪３ｊが係合、又は係合解除するように動作する。その変速用ワンウェイクラッチ爪３ｊは、図示しない弾性部材によって、その一端が、前記遊星キャリア３ｃ側に設けた変速用クラッチカム面３ｋに向かって、起き上がる方向に付勢されている。
【００４９】
また、図１に示すように、遊星キャリア３ｃと車軸５との間、遊星キャリア３ｃとハブケース７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１３，１４，１５が設けられ、互いに相対回転可能に支持されている。
【００５０】
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３ｄ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。
【００５１】
第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２は、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２とによって、スプロケット４からの駆動力に対して、いずれか一方を選択的に車軸５に固定するか、あるいは両方をフリーの状態にすることができる。この切り替えは、後述の変速制御機構１０を操作することで行うことができる。
【００５２】
また、第一太陽歯車３ａ−１と遊星キャリア３ｃとは、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅによって、スプロケット４からの駆動力に対して固定する（相対回転不能とする）か、あるいはフリーの状態にする（相対回転可能とする）ことができる。この切り替えは、同じく変速制御機構１０を操作することで行うことができる。これらの各動作により変速を行うことができる。
【００５３】
また、この実施形態では、逆入力用ワンウェイクラッチ２もラチェットクラッチで構成されている。この逆入力用ワンウェイクラッチ２の構成は、図２（ｂ）に示すように、第一太陽歯車３ａ−１の内周に逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇを有し、その逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇは、図示しない弾性部材によって、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２ｆに向かって、起き上がる方向に付勢されている。
【００５４】
また、車軸５の外面には、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力用クラッチカム面２ｆと、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用クラッチカム面３ｆ−１の両方の機能を有する両方向クラッチカム面１１が設けられている。すなわち、両方向クラッチカム面１１は、周方向に凹部と凸部が交互に並ぶ凹凸で構成され、逆入力用ワンウェイクラッチ２と第一クラッチ部３ｉ−１とは、車軸５の軸方向に対してほぼ同じ位置に設けられている（図２（ｂ）参照）。このため、その両方向クラッチカム面１１は、変速用クラッチカム面３ｆ−１と逆入力用クラッチカム面２ｆとの両方の機能を発揮することができる。
【００５５】
なお、第二クラッチ部３ｉ−２に対応する変速用クラッチカム面３ｆ−２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（ｃ）参照）。
【００５６】
これらの構成により、例えば、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅにより、駆動力に対して、第一太陽歯車３ａ−１を遊星キャリア３ｃに相対回転不能とし、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１及び第二クラッチ部３ｉ−２により、第一太陽歯車３ａ−１、第二太陽歯車３ａ−２を車軸５に対してフリーの状態にした場合に、リアスプロケット４から駆動力が入力されると、遊星キャリア３ｃを介して遊星歯車３ｂに駆動力が伝達されるが、第一太陽歯車３ａ−１が遊星キャリア３ｃと一体に回転可能であるため、等速（直結）で遊星歯車３ｂから外輪歯車３ｄ（ハブケース７）に駆動力が伝達される。
【００５７】
また、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅにより、駆動力に対して、第一太陽歯車３ａ−１を遊星キャリア３ｃに相対回転可能とするとともに、第一太陽歯車３ａ−１を車軸５に固定し、第二太陽歯車３ａ−２を車軸５にフリーとした場合、第一太陽歯車３ａ−１の歯数をａ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車３ｄへの増速比は
（ａ＋ｄ）／ｄ
となる。このとき、第二太陽歯車３ａ−２は車軸５に対して空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００５８】
また、このとき、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅは、変速制御機構１０が備える第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｅによって、強制的に変速用ワンウェイクラッチ爪３ｊが変速用クラッチカム面３ｋに噛み込まない状態となっている。
【００５９】
また、第一太陽歯車３ａ−１を車軸５に対してフリーとし、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の歯車部の歯数をｂ、第二太陽歯車３ａ−２と噛み合う遊星歯車３ｂの歯車部の歯数をｃ、外輪歯車３ｄの歯数をｄとすると、遊星キャリア３ｃから外輪歯車３ｄ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−１は車軸５に対して空転状態であり、トルク伝達に関与しない。
【００６０】
すなわち、第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２は異なる歯数であるから、車軸５に対して、第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２をフリーとして、第一太陽歯車３ａ−１と遊星キャリア３ｃとを固定するか、あるいは、第一太陽歯車３ａ−１と遊星キャリア３ｃとをフリーとして、車軸５に対して第一太陽歯車３ａ−１と第二太陽歯車３ａ−２のいずれか１つを固定することで増速比を変化させることができる。
【００６１】
つぎに、変速制御機構１０の構成について説明すると、前述のように、遊星キャリア３ｃの内面には、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅの変速用クラッチカム面３ｋが設けられている。また、車軸５の外面には、逆入力用ワンウェイクラッチ２の逆入力用クラッチカム面２ｆと第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第一クラッチ部３ｉ−１の変速用クラッチカム面３ｆ−１の両方の機能を有する凹凸からなる両方向クラッチカム面１１が設けられている。さらに車軸５の外面には、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの第二クラッチ部３ｉ−２の変速用クラッチカム面３ｆ−２も設けられている。
この両方向クラッチカム面１１、変速用クラッチカム面３ｆ−２を覆うように、車軸５の外周に変速用スリーブ１０ｂと逆入力用スリーブ１０ｃが周方向に沿って交互に配置されている（図２（ｂ）（ｃ）参照）。
【００６２】
変速用スリーブ１０ｂは、周方向に沿って断続的に設けられており、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの各変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１，３ｇ−２が対面する変速用クラッチカム面３ｆ−１，３ｆ−２を、外周側から覆うことができるようになっている。また、その軸方向２箇所に切欠部１０ｉを有する。
【００６３】
また、逆入力用スリーブ１０ｃも、周方向に沿って断続的に設けられており、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２ｇが対面する逆入力用クラッチカム面２ｆを、外周側から覆うことができるようになっている。また、その軸方向１箇所に切欠部１０ｈを有する。
【００６４】
この前記変速用スリーブ１０ｂの前記第二変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（変速用クラッチカム面３ｆ）を覆う部分と、前記逆入力用スリーブ１０ｃの前記逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇ（逆入力用クラッチカム面２ｆ）を覆う部分とは、周方向に沿って交互に配置されている。
【００６５】
特に、この実施形態では、前記変速用スリーブ１０ｂにおける第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１を覆う部分と、逆入力用スリーブ１０ｃにおける逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇを覆う部分とは、それぞれ車軸５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、変速用スリーブ１０ｂ、逆入力用スリーブ１０ｃ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。
【００６６】
なお、第二クラッチ部３ｉ−２に対応する図２（ｃ）に示す断面においても、変速用スリーブ１０ｂと逆入力用スリーブ１０ｃとの配置は同様となっている。すなわち、変速用スリーブ１０ｂ、逆入力用スリーブ１０ｃが９０°毎に交互に現れる断面が、少なくとも第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉ、逆入力用ワンウェイクラッチ２に対する有効範囲において、軸方向に沿って連続している。
【００６７】
なお、ここで、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃは、それぞれ周方向に沿って「部材のある部分」と「部材の無い部分」とが断続的に設けられており、「部材のある部分」の周方向長さ、「部材の無い部分」の周方向長さは、それぞれ両スリーブ１０ｂ，１０ｃ間で同じに設定されている。また、その断続の繰り返し数も同じである。
【００６８】
その変速用スリーブ１０ｂは車軸５の軸方向に移動自在であり、変速用スリーブ１０ｂを軸方向に移動操作することによって、切欠部１０ｉが、変速用クラッチカム面３ｆの位置と、前記第二変速用クラッチカム面３ｆの位置から退避した位置との間で移動し、その移動によって、前記第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの切り替えを行う。
【００６９】
また、変速制御機構１０は、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操作部１０ａを備えている。操作部１０ａを軸方向に移動操作することによって、変速用スリーブ１０ｂを動作させ、前記第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの前記切り替えが可能である。
【００７０】
ここで、図１に示すように、変速用スリーブ１０ｂは、車軸５に設けられた横穴１０ｇに挿入されたピン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を前記操作部１０ａによって前記横穴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、弾性部材１０ｄによって、軸方向に付勢されている。
【００７１】
また、その変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｉは、その軸方向端部にテーパ面１０ｊを、周方向端部にもテーパ面を備える。
このように、前記切欠部１０ｉの軸方向端部にテーパ面１０ｊ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ワンウェイクラッチ爪３ｇと切欠部１０ｉの縁が接触したときに、そのテーパ面１０ｊの傾斜面によって変速用ワンウェイクラッチ爪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面を設けることで、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、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇはテーパ面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。
【００７２】
切欠部１０ｉが、第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２のどちらかの変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２）にのみ臨むことで、その臨んだ側の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２）は、弾性部材の付勢力によって、その切欠部１０ｉ（１０ｉ−１，１０ｉ−２）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（３ｆ−１，３ｆ−２）に係合する。切欠部１０ｉ（１０ｉ−１，１０ｉ−２）が同時に第一クラッチ部３ｉ−１と第二クラッチ部３ｉ−２の各変速用クラッチカム面３ｆ−１，３ｆ−２に臨むことはないように、軸方向に並ぶ切欠部１０ｉ（１０ｉ−１，１０ｉ−２）同士の間隔が決定されているので、切欠部１０ｉ（１０ｉ−１，１０ｉ−２）が臨んでいない側の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２）は、変速用スリーブ１０ｂによって、変速用クラッチカム面３ｆ（３ｆ−１，３ｆ−２）への係合は阻止される。
【００７３】
また、逆入力用スリーブ１０ｃも、変速用スリーブ１０ｂとともに車軸５の軸方向に移動自在である。逆入力用スリーブ１０ｃを軸方向に移動操作することによって、その逆入力用スリーブ１０ｃが備える切欠部１０ｈが移動するが、切欠部１０ｈは常に逆入力用クラッチカム面２ｆ上に位置している。
【００７４】
この逆入力用スリーブ１０ｃの軸方向移動も、前述の操作部１０ａを軸方向に移動操作することによって行うことができる。
逆入力用スリーブ１０ｃと操作部１０ａとの接続構造は、変速用スリーブ１０ｂと操作部１０ａとの接続構造と同じである。逆入力用スリーブ１０ｃは、共通の弾性部材１０ｄによって、軸方向に付勢されている。
【００７５】
また、その逆入力用スリーブ１０ｃの切欠部１０ｈについても、その周方向端部にテーパ面を備えることもできる。テーパ面の効果は、変速用スリーブ１０ｂの場合と同様である。
【００７６】
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、前記逆入力用ワンウェイクラッチ２によって前記太陽歯車３ａと車軸５とが逆入力に対して回転不能となることによって、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。
【００７７】
この実施形態の作用について、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、変速制御機構１０をリアスプロケット４の逆側に配置している。
【００７８】
この状態で、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉの変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１及び変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２は、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃとによって両方向クラッチカム面１１と隔てられている。
【００７９】
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、それぞれ車軸５の軸周りに相対回転可能となっている。一方、遊星キャリア３ｃと第一太陽歯車３ａ−１は、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅによって、駆動力に対して相対回転不能となっている。
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、遊星歯車３ｂ、ハブケース７（外輪歯車３ｄ）の順に等速で伝達される。
【００８０】
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の操作部１０ａを、車軸５外からの操作により軸方向のある位置まで押し込むことにより、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃが軸方向にスライドし、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１の位置に、変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｉが移動する。
【００８１】
これにより、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１は、両方向クラッチカム面１１に噛み込み、第一太陽歯車３ａ−１は、駆動力に対して車軸５に対して相対回転不能となる。
このとき、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２の位置では、変速用スリーブ１０ｂによって、両方向クラッチカム面１１と第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２が隔てられている。このため、第二太陽歯車３ａ−２は、車軸５の軸周りに回転可能である。
【００８２】
このとき、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅの変速用ワンウェイクラッチ爪３ｊは、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｅのテーパ面１０ｋに当たって外径側に押圧される。このため、図４（ａ）に示すように、変速用ワンウェイクラッチ爪３ｊは、遊星キャリア３ｃの変速用クラッチカム面３ｋから切り離される。このため、遊星キャリア３ｃと第一太陽歯車３ａ−１は相対回転可能となる。
【００８３】
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、外輪歯車３ｄ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。
【００８４】
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の操作部１０ａを、車軸５外からの操作でさらに押し込むことにより、変速用スリーブ１０ｂ及び逆入力用スリーブ１０ｃがさらに図中左側へと軸方向にスライドする。
【００８５】
このスライドにより、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２の位置に、変速用スリーブ１０ｂの切欠部１０ｉが移動する。これにより、第二クラッチ部３ｉ−２の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−２は両方向クラッチカム面１１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。
【００８６】
このとき、第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１の位置では、変速用スリーブ１０ｂによって、両方向クラッチカム面１１と第一クラッチ部３ｉ−１の変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ−１が隔てられている。このため、第一太陽歯車３ａ−１は車軸５の軸周りに回転可能である。
【００８７】
また、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅの変速用ワンウェイクラッチ爪３ｊは、第一変速用ワンウェイクラッチ切替部１０ｅによって、遊星キャリア３ｃの変速用クラッチカム面３ｋから切り離されているため、遊星キャリア３ｃと第一太陽歯車３ａ−１は相対回転可能となっている。
【００８８】
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３ｄ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。
【００８９】
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、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、弾性部材１０ｄ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１０ｉの軸方向端部に設けられたテーパ面１０ｊによって、両方向クラッチカム面１１に噛み込んでいる変速用ワンウェイクラッチ爪３ｇ（３ｇ−１，３ｇ−２）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。
【００９０】
前進非駆動時（タイヤからの逆入力時）の状態を図７及び図８に示す。このとき、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。
【００９１】
この状態において、図７に示すように、いずれの変速段においても、第一太陽歯車３ａ−１の内面に設けられた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２ｇは、逆入力用スリーブ１０ｃの切欠部１０ｈ上に位置している。
このため、逆入力用ワンウェイクラッチ爪２ｇは、両方向クラッチカム面１１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。
【００９２】
このとき、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３ｄ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。
【００９３】
図７では、変速機構３に関し、変速１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。
【００９４】
なお、図示していないが、センタモータユニット内においては、モータの出力軸から駆動力伝達要素までの間に、アシスト時にはモータからの駆動力を伝達でき、回生発電時には前記駆動力伝達要素からの逆入力を伝達可能であるツーウェイクラッチを備えている。
これにより、アシストと回生発電の切替が容易となり、アシストがない状態でペダルを漕いだとき、モータの抵抗を切り離すことができるようになっている。
【００９５】
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。
【００９６】
この実施形態では、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、これを、第二太陽歯車３ａ−２と車軸５との間に設けてもよい。さらに、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅを、遊星キャリア３ｃと第一太陽歯車３ａ−１との間に設けているが、これを、遊星キャリア３ｃと第二太陽歯車３ａ−２との間に設けてもよい。
【００９７】
また、この実施形態では、変速用スリーブ１０ｂと逆入力用スリーブ１０ｃとを、周方向に沿って交互に同数ずつ配置しているが、相対的に変速用スリーブ１０ｂの数を多くすることもできる。
【００９８】
すなわち、前述のように、この実施形態では、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、変速用スリーブ１０ｂ及び前記逆入力用スリーブ１０ｃは、それぞれ周方向に沿って「部材のある部分」と「部材の無い部分」とが断続的に設けられており、「部材のある部分」の周方向長さ、「部材の無い部分」の周方向長さは、両スリーブ１０ｂ，１０ｃともに同じに設定されている。また、その断続の繰り返し数も同じである。
【００９９】
例えば、これを、変速用スリーブ１０ｂの「部材のある部分」の方が、逆入力用スリーブ１０ｃの「部材のある部分」よりも、周方向長さの合計が多くなるように設定することができる。このようにするためには、例えば、変速用スリーブ１０ｂの「部材のある部分」の１箇所当たりの周方向長さが、逆入力用スリーブ１０ｃの「部材のある部分」の１箇所当たりの周方向長さと同じである場合は、逆入力用スリーブ１０ｃの前記周方向への断続の繰り返し数よりも、前記変速用スリーブ１０ｂの前記周方向への断続の繰り返し数の方が多く設定することができる。このようにすると、変速切替のタイムラグが少なくなり、変速切替に重点を置くことができる。
【０１００】
また、車軸５は、軸方向に伸びる穴が軸方向片側から空けられており、その車軸５の軸方向他端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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
遊星歯車３ｂを３段以上とする場合、変速機構３は、その遊星歯車３ｂの歯車部の段数と同数の太陽歯車３ａを備えたものとする。
このとき、各太陽歯車３ａは、それぞれ、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉによって、スプロケット４からの駆動力に対して、いずれか一つを選択的に車軸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ように、変速制御機構１０によって制御されることとなる。
【０１０３】
また、この実施形態では、第一変速用ワンウェイクラッチ３ｅ、第二変速用ワンウェイクラッチ３ｉ、逆入力用ワンウェイクラッチ２は、いずれもラチェットクラッチを採用したが、これらに関して、変速制御機構１０によって、同様に制御され得る限りにおいて、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。
【符号の説明】
【０１０４】
１  リアハブ（ハブ）
２  逆入力用ワンウェイクラッチ
２ｆ  逆入力用クラッチカム面
２ｇ  逆入力用ワンウェイクラッチ爪
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  第一変速用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
３ｉ  第二変速用ワンウェイクラッチ
３ｉ−１  第一クラッチ部
３ｉ−２  第二クラッチ部
３ｊ  変速用ワンウェイクラッチ爪
３ｋ  変速用クラッチカム面
４  リアスプロケット（スプロケット）
５  車軸
６  ハブフランジ
７  ハブケース
１０  変速制御機構
１０ａ  操作部
１０ｂ  変速用スリーブ
１０ｃ  逆入力用スリーブ
１０ｄ  弾性部材
１０ｅ  第一変速用ワンウェイクラッチ切替部
１０ｆ  ピン
１０ｇ  横穴
１０ｈ，１０ｉ  切欠部
１０ｊ、１０ｋ  テーパ面
１１  凹凸（両方向クラッチカム面）
１３，１４，１５  軸受部
【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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【図８】
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