(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の変速ステージを有する変速機構と、
前記変速機構にトルクを伝達可能なモータとを含み、
前記変速機構は、
第１の軸心まわりに回転可能に設けられる第１の入力側回転体および第２の入力側回転体と、
前記第１の軸心に平行な第２の軸心にまわりに回転可能に設けられ、前記第１の入力側回転体に連結される第１の出力側回転体と、
前記第２の軸心まわりに回転可能に設けられ、前記第２の入力側回転体に連結される第２の出力側回転体と、
前記第１の出力側回転体および前記第２の出力側回転体の回転が伝達される出力部と、
前記第１の入力側回転体の回転を前記出力部に伝達する第１の状態と、前記第２の入力側回転体の回転を前記出力部に伝達する第２の状態とを切替可能な切替機構とを含み、
前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体から前記出力部には、前記モータのトルクのみが伝達され、
前記出力部から出力されるトルクは、前記出力部から車輪までの駆動力の伝達経路において、人力駆動力と合流する、自転車用ドライブユニット。
【請求項２】
前記出力部は、クランク軸によって構成されている、請求項１に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項３】
前記出力部は、クランク軸を内周に配置可能な中空軸によって構成されている、請求項１に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項４】
前記出力部に連結される前記クランク軸をさらに含む、請求項３に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項５】
前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体は、直径の異なる歯車によって構成され、
前記第１の出力側回転体は、前記第１の入力側回転体に噛み合う歯車によって構成され、
前記第２の出力側回転体は、前記第２の入力側回転体に噛み合う歯車によって構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項６】
前記第１の軸心まわりに回転可能に設けられる第１の回転軸をさらに含み、
前記第１の出力側回転体および前記第２の出力側回転体は、前記出力部に固定され、
前記切替機構は、前記第１の状態において、前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを一体に回転可能にし、前記第１の回転軸と前記第２の入力側回転体とを相対的に回転可能にし、前記第２の状態において、前記第１の回転軸と前記第２の入力側回転体とを一体に回転可能にし、前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを相対的に回転可能にする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項７】
前記第１の入力側回転体の回転数に対する前記第１の出力側回転体の回転数の比は、前記第２の入力側回転体の回転数に対する前記第２の出力側回転体の回転数の比よりも小さくなるように構成され、
前記切替機構は、
前記第２の状態において、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体を連結し、前記第１の状態において、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の相対回転を許容する連結切替部と、
前記第１の回転軸および前記第１の入力側回転体の間に設けられるワンウェイクラッチとを含む、請求項６に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項８】
前記ワンウェイクラッチは、第１の回転方向における前記第１の入力側回転体の回転速度が前記第１の回転軸の回転速度と等しい場合に前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを一体に回転させ、前記第１の回転方向における前記第１の入力側回転体の回転速度が前記第１の回転軸の回転速度よりも大きい場合に前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを相対的に回転させる、請求項７に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項９】
前記連結切替部は、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の一方から突出可能な爪、および、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の他方に前記爪が引っ掛かるように設けられる係合部を備え、前記爪を前記係合部に引っ掛けることによって前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体を連結し、前記爪を前記係合部から離すことによって前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の相対回転を許容する、請求項７または８に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項１０】
前記切替機構は、前記連結切替部を制御する制御部をさらに備える、請求項７〜９のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項１１】
前記制御部は、前記爪が前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の一方から突出するように前記爪に力を与える付勢部材と、前記爪が前記係合部から離れるように前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の他方に対して前記爪を動作させることが可能な可動部材と、前記可動部材を移動させることによって前記第１の状態および前記第２の状態を切り替える駆動部とを備える、請求項９を引用する請求項１０に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項１２】
前記第１の回転軸は、前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体のそれぞれに設けられる穴に挿入される、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項１３】
前記爪は、前記第１の回転軸の外周と前記第２の入力側回転体の内周との間に配置される、請求項９を引用する請求項１２に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項１４】
前記モータの回転を減速して前記変速機構に伝達する減速機構をさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項１５】
前記モータの一部は、前記第１の軸心および前記第２の軸心に垂直な平面において、前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体の少なくとも一方と同一の平面上に配置される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
【請求項１６】
前記第１の出力側回転体および前記第２の出力側回転体は一体に形成されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自転車用ドライブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用ドライブユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
人力駆動力をアシストするモータを備える自転車用ドライブユニットが知られている。自転車用ドライブユニットは、モータの他に、モータの回転を減速して出力する減速機、および、減速機およびクランク軸のそれぞれから回転が伝達される出力部等をさらに含む。特許文献１は、従来の自転車用ドライブユニットの一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６２３４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の自転車用ドライブユニットでは、モータの回転速度は、クランクの回転速度に比例する。モータは、回転速度に応じて出力トルクが変動する特性を有するので、クランクの回転速度によっては、モータの出力トルクが不足してアシスト力が小さくなってしまうおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、クランクの回転速度の変化に伴ってアシスト力が低下してしまうことを抑制することができる自転車用ドライブユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔１〕本発明に従う自転車用ドライブユニットの一形態は、複数の変速ステージを有する変速機構と、前記変速機構にトルクを伝達可能なモータとを含み、前記変速機構は、第１の軸心まわりに回転可能に設けられる第１の入力側回転体および第２の入力側回転体と、前記第１の軸心に平行な第２の軸心にまわりに回転可能に設けられ、前記第１の入力側回転体に連結される第１の出力側回転体と、前記第２の軸心まわりに回転可能に設けられ、前記第２の入力側回転体に連結される第２の出力側回転体と、前記第１の出力側回転体および前記第２の出力側回転体の回転が伝達される出力部と、前記第１の入力側回転体の回転を前記出力部に伝達する第１の状態と、前記第２の入力側回転体の回転を前記出力部に伝達する第２の状態とを切替可能な切替機構とを含み、前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体から前記出力部には、前記モータのトルクのみが伝達され、前記出力部から出力されるトルクは、前記出力部から車輪までの駆動力の伝達経路において、人力駆動力と合流する。
【０００７】
〔２〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記出力部は、クランク軸によって構成されている。
〔３〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記出力部は、クランク軸を内周に配置可能な中空軸によって構成されている。
【０００８】
〔４〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記出力部に連結される前記クランク軸をさらに含む。
〔５〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体は、直径の異なる歯車によって構成され、前記第１の出力側回転体は、前記第１の入力側回転体に噛み合う歯車によって構成され、前記第２の出力側回転体は、前記第２の入力側回転体に噛み合う歯車によって構成される。
【０００９】
〔６〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第１の軸心まわりに回転可能に設けられる第１の回転軸をさらに含み、前記第１の出力側回転体および前記第２の出力側回転体は、前記出力部に固定され、前記切替機構は、前記第１の状態において、前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを一体に回転させ、前記第１の回転軸と前記第２の入力側回転体とを相対的に回転させ、前記第２の状態において、前記第１の回転軸と前記第２の入力側回転体とを一体に回転させ、前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを相対的に回転させる。
【００１０】
〔７〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第１の入力側回転体の回転数に対する前記第１の出力側回転体の回転数の比は、前記第２の入力側回転体の回転数に対する前記第２の出力側回転体の回転数の比よりも小さくなるように構成され、前記切替機構は、前記第２の状態において、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体を連結し、前記第１の状態において、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の相対回転を許容する連結切替部と、前記第１の回転軸および前記第１の入力側回転体の間に設けられるワンウェイクラッチとを含む。
【００１１】
〔８〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記ワンウェイクラッチは、第１の回転方向における前記第１の入力側回転体の回転速度が前記第１の回転軸の回転速度と等しい場合に前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを一体に回転させ、前記第１の回転方向における前記第１の入力側回転体の回転速度が前記第１の回転軸の回転速度よりも大きい場合に前記第１の回転軸と前記第１の入力側回転体とを相対的に回転させる。
【００１２】
〔９〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記連結切替部は、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の一方から突出可能な爪、および、前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の他方に前記爪が引っ掛かるように設けられる係合部を備え、前記爪を前記係合部に引っ掛けることによって前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体を連結し、前記爪を前記係合部から離すことによって前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の相対回転を許容する。
【００１３】
〔１０〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記切替機構は、前記連結切替部を制御する制御部をさらに備える。
〔１１〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記制御部は、前記爪が前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の一方から突出するように前記爪に力を与える付勢部材と、前記爪が前記係合部から離れるように前記第１の回転軸および前記第２の入力側回転体の他方に対して前記爪を動作させることが可能な可動部材と、前記可動部材を移動させることによって前記第１の状態および前記第２の状態を切り替える駆動部とを備える。
【００１４】
〔１２〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第１の回転軸は、前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体のそれぞれに設けられる穴に挿入される。
【００１５】
〔１３〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記爪は、前記第１の回転軸の外周と前記第２の入力側回転体の内周との間に配置される。
〔１４〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記モータの回転を減速して前記変速機構に伝達する減速機構をさらに備える。
【００１６】
〔１５〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記モータの一部は、前記第１の軸心および前記第２の軸心に垂直な平面において、前記第１の入力側回転体および前記第２の入力側回転体の少なくとも一方と同一の平面上に配置される。
【００１７】
〔１６〕前記自転車用ドライブユニットの一例によれば、前記第１の出力側回転体および前記第２の出力側回転体は一体に形成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の自転車用ドライブユニットは、クランクの回転速度の変化に伴ってアシスト力が低下してしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の自転車用ドライブユニットを備える電動アシスト自転車の一部の側面図。
【図２】切替機構が第１の状態のときの図１の２−２線の断面図。
【図３】切替機構が第２の状態のときの図１の２−２線の断面図。
【図４】変形例の自転車用ドライブユニットの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示される電動アシスト自転車１０は、自転車用ドライブユニット（以下では「ドライブユニット３０」）を備える。一例では、電動アシスト自転車１０は、一対のクランクアーム１２、一対のペダル１６、フロントスプロケット１８、リアスプロケット２０、チェーン２２、および、第１のクラッチ２４をさらに備える。
【００２１】
一対のクランクアーム１２は、ドライブユニット３０のクランク軸３２と一体に回転可能な状態でクランク軸３２の両端部のそれぞれに連結される。一対のクランクアーム１２は、クランク軸３２と共にクランクを構成する。一対のペダル１６は、それぞれペダル本体１７とペダル軸１４を有する。ペダル軸１４は、クランクアーム１２のそれぞれに連結される。ペダル本体１７は、ペダル軸１４に対する回転が可能な状態でペダル軸１４のそれぞれに支持される。
【００２２】
フロントスプロケット１８は、ドライブユニット３０の出力部５８を介してドライブユニット３０と連結される。リアスプロケット２０は、第１のクラッチ２４を介して電動アシスト自転車１０のリアホイール（図示略）と連結される。第１のクラッチ２４は、フロントスプロケット１８の回転をリアホイール伝達し、かつ、リアホイールの回転をフロントスプロケット１８に伝達しないワンウェイクラッチである。チェーン２２は、フロントスプロケット１８およびリアスプロケット２０に巻き掛けられる。
【００２３】
ドライブユニット３０の機能は、クランク軸３２に入力される人力駆動力をアシストすることである。ドライブユニット３０は、電動アシスト自転車１０のフレームに取り付けられ、フレームに対して着脱可能である。ドライブユニット３０とフレームとを結合する手段は、例えばボルトである。電動アシスト自転車１０のフレームに取り付けられるバッテリ（図示略）は、ドライブユニット３０に電気エネルギーを供給可能である。
【００２４】
図２に示されるとおり、ドライブユニット３０は、変速機構３６およびモータ３８を含む。モータ３８の一例は、電気モータである。一例では、ドライブユニット３０は、クランク軸３２、第２のクラッチ３４、ハウジング４０、第１の回転軸４２、および、減速機構４４、および、制御装置４６をさらに含む。
【００２５】
クランク軸３２は、ドライブユニット３０に対する回転が可能な状態でドライブユニット３０によって支持される。クランク軸３２の両端部は、ハウジング４０から突出する。変速機構３６、モータ３８、クランク軸３２、第２のクラッチ３４、第１の回転軸４２、減速機構４４、および、制御装置４６は、ハウジング４０に設けられている。
【００２６】
クランク軸３２は、第２のクラッチ３４を介して変速機構３６の出力部５８に連結されている。出力部５８の一方の端部５８Ａは、ハウジング４０から突出する。クランク軸３２は、両端部が出力部５８およびハウジング４０から突出するように出力部５８内に挿入される。クランク軸３２は、出力部５８を介してハウジング４０に支持される。
【００２７】
第２のクラッチ３４は、クランク軸３２の外周と出力部５８の内周との間に設けられている。第２のクラッチはワンウェイクラッチである。第２のクラッチ３４は、クランク軸３２が前方に回転する場合にクランク軸３２から出力部５８に回転を伝達し、クランク軸３２が後方に回転する場合にクランク軸３２から出力部５８に回転を伝達しないようにクランク軸３２および出力部５８と連結される。
【００２８】
フロントスプロケット１８は、ハウジング４０の外部においてハウジング４０の側方に配置される。フロントスプロケット１８は、ボルトＢによってドライブユニット３０に取り付けられる。ボルトＢは、出力部５８との間にフロントスプロケット１８が固定されるように出力部５８にねじ込まれる。
【００２９】
図１に示されるクランク軸３２を前方に回転させる人力駆動力がペダル１６に入力された場合、クランク軸３２が電動アシスト自転車１０のフレームに対して前方に回転する。この場合、クランク軸３２の回転が第２のクラッチ３４および出力部５８を介してフロントスプロケット１８に伝達され、フロントスプロケット１８の回転がチェーン２２を介してリアスプロケット２０に伝達される。クランク軸３２を後方に回転させる人力駆動力がペダル１６に入力された場合、クランク軸３２がフレームに対して後方に回転する。この場合、第２のクラッチ３４の作用によってクランク軸３２の回転が出力部５８およびフロントスプロケット１８に伝達されない。
【００３０】
図２に示されるとおり、減速機構４４は、モータ３８の回転を減速して変速機構３６に伝達する。減速機構４４は、第１の回転軸４２および第２の回転軸４８を含む。第１の回転軸４２は、第１の軸心ＣＡまわりに回転可能に設けられる。第１の回転軸４２は、ハウジング４０に回転可能に支持される。第１の回転軸４２は、軸線方向に間隔をあけて設けられる複数のベアリングを介して、ハウジング４０に支持されている。第１の軸心ＣＡは、第２の軸心ＣＢから離間し、第２の軸心ＣＢと平行に設けられている。第２の回転軸４８は、ハウジング４０に回転可能に支持されて、モータ３８の出力軸３８Ａに隣り合う位置に設けられる。第２の回転軸４８は、第１の回転軸４２と平行に設けられ、第１の回転軸４２から離間する。第２の回転軸４８は、軸線方向に間隔をあけて設けられる複数のベアリングを介して、ハウジング４０に回転可能に支持されている。
【００３１】
モータ３８は、変速機構３６にトルクを伝達可能である。モータ３８の一部は、第１の軸心ＣＡおよび第２の軸心ＣＢに垂直な平面において、第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２の少なくとも一方と同一の平面上に配置される。
【００３２】
減速機構４４は、モータ３８の出力軸３８Ａに設けられる歯車３８Ｂと、第２の回転軸４８に設けられる第１の歯車４８Ａおよび第２の歯車４８Ｂと、第１の回転軸４２に設けられる歯車４２Ａとをさらに含む。第１の歯車４８Ａは、第２の回転軸４８と同軸に設けられ、第１の歯車４８Ａと一体に回転する。第１の歯車４８Ａは、歯車３８Ｂと噛み合わせられる。歯車３８Ｂの歯数は、第１の歯車４８Ａよりも少ない。このため、モータ３８の回転が減速されて第２の回転軸４８に伝達される。第２の回転軸４８の第１の歯車４８Ａが設けられる部分と異なる部分には、第２の歯車４８Ｂが設けられている。第２の歯車４８Ｂは、第２の回転軸４８に同軸に設けられ、第２の回転軸４８に固定されて、第２の回転軸４８と一体に回転する。第２の歯車４８Ｂは、歯車４２Ａと噛み合わせられている。第２の歯車４８Ｂの歯数は、歯車４２Ａの歯数よりも少ない。このため、第２の回転軸４８の回転が減速されて第１の回転軸４２に伝達される。歯車３８Ｂは、モータ３８の出力軸３８Ａと一体に形成されていてもよく、別体に形成されて連結されていてもよい。第１の歯車４８Ａおよび第２の歯車４８Ｂの少なくともいずれか一方は、第２の回転軸４８と一体に形成されていてもよく、別体に形成されて連結されていてもよい。歯車４２Ａは、第１の回転軸４２と一体に形成されていてもよく、別体に形成されて連結されていてもよい。
【００３３】
変速機構３６は、複数の変速ステージを有する。変速機構３６は、第１の入力側回転体５０、第２の入力側回転体５２、第１の出力側回転体５４、第２の出力側回転体５６、出力部５８、および、切替機構６０を有する。
【００３４】
第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２は、第１の軸心ＣＡまわりに回転可能に設けられる。第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２は、第１の回転軸４２の軸方向において隣り合う位置に設けられる。第１の入力側回転体５０と第２の入力側回転体５２とは、相対回転可能である。第１の入力側回転体５０は歯車５０Ａを構成し、外周部には、複数の歯が形成されている。第２の入力側回転体５２は歯車５２Ａを構成し、外周部には複数の歯が形成されている。第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２は、直径の異なる歯車５０Ａ，５２Ａによって構成されている。歯車５０Ａの直径は、歯車５２Ａの直径よりも小さい。歯車５０Ａの歯数は、歯車５２Ａの歯数よりも少ない。第１の回転軸４２は、第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２のそれぞれに設けられる穴５０Ｂ，５２Ｂに挿入される。
【００３５】
第１の出力側回転体５４は、第２の軸心ＣＢまわりに回転可能に設けられる。第１の出力側回転体５４は、第１の入力側回転体５０に連結される。具体的には、第１の出力側回転体５４は、外周部に複数の歯を有し、第１の入力側回転体５０に噛み合う歯車５４Ａによって構成されている。第１の入力側回転体５０を構成する歯車５０Ａと第１の出力側回転体５４を構成する歯車５４Ａとが噛み合わせられる。このため、第１の回転軸４２から第１の入力側回転体５０に回転が入力されるとき、第１の出力側回転体５４が回転する。
【００３６】
第２の出力側回転体５６は、第２の軸心ＣＢまわりに回転可能に設けられる。第２の出力側回転体５６は、第２の入力側回転体５２に連結される。具体的には、第２の出力側回転体５６は、外周部に複数の歯を有し、第２の入力側回転体５２に噛み合う歯車５６Ａによって構成される、第２の入力側回転体５２を構成する歯車５２Ａと第２の出力側回転体５６を構成する歯車５６Ａとが噛み合わせられる。このため、第１の回転軸４２から第２の入力側回転体５２に回転が入力されるとき、第２の出力側回転体５６が回転する。
【００３７】
第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６は一体に形成されている。歯車５４Ａの直径は、歯車５６Ａの直径よりも大きい。歯車５４Ａの歯数は、歯車５６Ａの歯数よりも多い。このため、第１の入力側回転体５０の回転数に対する第１の出力側回転体５４の回転数の比は、第２の入力側回転体５２の回転数に対する第２の出力側回転体５６の回転数の比よりも大きくなるように構成されている。
【００３８】
出力部５８は、クランク軸３２を内周に配置可能な中空軸によって構成されている。出力部５８は、第２の軸心ＣＢまわりに回転可能にハウジング４０に設けられる。出力部５８の外周には、第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６が例えばスプライン嵌合、または、圧入等によって回転不能に設けられる。第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６は、出力部５８を加工することによって出力部５８と一体に形成されていてもよい。第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６は、出力部５８に固定される。このため、出力部５８には、第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６の回転が伝達される。
【００３９】
切替機構６０は、連結切替部６２、ワンウェイクラッチ６４、および、制御部６６を備えている。切替機構６０は、第１の入力側回転体５０の回転を出力部５８に伝達する第１の状態と、第２の入力側回転体５２の回転を出力部５８に伝達する第２の状態とを切替可能である。切替機構６０は、第１の状態において、第１の回転軸４２と第１の入力側回転体５０とを一体に回転可能にし、第１の回転軸４２と第２の入力側回転体５２とを相対的に回転可能にする。切替機構６０は、第２の状態において、第１の回転軸４２と第２の入力側回転体５２とを一体に回転可能にし、第１の回転軸４２と第１の入力側回転体５０とを相対的に回転可能にする。
【００４０】
連結切替部６２は、第２の状態において、第１の回転軸４２および第２の入力側回転体５２を連結し、第１の状態において、第１の回転軸４２および第２の入力側回転体５２の相対回転を許容する。連結切替部６２は、爪６８、および、係合部７０を備えている。爪６８および係合部７０は、複数設けられることが好ましい。爪６８は、第１の回転軸４２の外周と第２の入力側回転体５２の内周との間に配置される。爪６８は、第１の回転軸４２から突出可能である。係合部７０は、第２の入力側回転体５２に爪６８が引っ掛かるように設けられる。連結切替部６２は、爪６８を係合部７０に引っ掛けることによって第１の回転軸４２および第２の入力側回転体５２を連結し、爪６８を係合部７０から離すことによって第１の回転軸４２および第２の入力側回転体５２の相対回転を許容する。係合部７０は、凹部または凸部の少なくともいずれかを、１または複数含む。係合部７０は、ラチェット溝によって形成されてもよい。
【００４１】
制御部６６は、連結切替部６２を制御する。制御部６６は、付勢部材７２、可動部材７４、および、駆動部７６を備えている。
付勢部材７２は、爪６８が第１の回転軸４２から突出するように爪６８に力を与える。付勢部材７２は、例えば環状のばねであり、第１の回転軸４２の外周部に、爪６８の一部を覆うように取り付けられる。
【００４２】
可動部材７４は、爪６８が係合部７０から離れるように第２の入力側回転体５２に対して爪６８を動作させることが可能である。可動部材７４は、環状の部材であり、第１の回転軸４２まわりに第１の回転軸４２と相対回転可能にハウジング４０に支持されている。可動部材７４は、軸方向の第１の端面７４Ａが爪６８と対向する位置に設けられる。第１の端面７４Ａは、爪６８に向かうに連れて直径が広がるテーパ状に形成されている。可動部材７４は、軸線方向において爪６８から離れる方向に、たとえばばねによって付勢されている。
【００４３】
駆動部７６は、可動部材７４を移動させることによって第１の状態および第２の状態を切り替える。駆動部７６は、変速用モータ７８、および、環状部材８０を備えている。環状部材８０は、第１の回転軸４２まわりに第１の回転軸４２と相対回転可能にハウジング４０に支持されている。環状部材８０は、軸線方向の端面にカム面８０Ａを備えている。環状部材８０のカム面８０Ａには、可動部材７４が接触している。
【００４４】
カム面８０Ａは、可動部材７４の軸方向の第２の端面７４Ｂと接触可能である。環状部材８０は、変速用モータ７８と接続されて、変速用モータ７８によって回転可能である。変速用モータ７８の駆動によって環状部材８０が回転するとき、その回転方向に応じて可動部材７４を爪６８に近付く方向、または、爪６８から離れる方向に移動させる。
【００４５】
ワンウェイクラッチ６４は、第１の回転軸４２および第１の入力側回転体５０の間に設けられる。ワンウェイクラッチ６４は、第１の回転方向における第１の入力側回転体５０の回転速度が第１の回転軸４２の回転速度と等しい場合に第１の回転軸４２と第１の入力側回転体５０とを一体に回転させる。ワンウェイクラッチ６４は、第１の回転方向における第１の入力側回転体５０の回転速度が第１の回転軸４２の回転速度よりも大きい場合に第１の回転軸４２と第１の入力側回転体５０とを相対的に回転させる。連結切替部６２によって、第２の状態が形成されているとき、第２の入力側回転体５２の回転が第２の出力側回転体５６に伝達される。この場合、第１の入力側回転体５０の回転が第１の出力側回転体５４に伝達されるときよりも出力部５８および第１の出力側回転体５４の回転速度は高い。このため、第１の出力側回転体５４の回転が第１の入力側回転体５０を第１の回転軸４２よりも高速で回転させる。このため、第１の入力側回転体５０の回転速度が、第１の回転軸４２の回転速度よりも大きくなり、ワンウェイクラッチ６４によって第１の入力側回転体５０と第１の回転軸４２とが相対的に回転する。なお、第１の回転方向は、電動アシスト自転車１０が前進するときの第１の入力側回転体５０の回転方向である。
【００４６】
図２に示されるとおり、可動部材７４が爪６８に近付いて爪６８を第１の回転軸４２まわりに回転させているとき、爪６８は係合部７０から離れている。このため、第１の回転軸４２と第２の入力側回転体５２との相対回転が許容される。このため、第１の回転軸４２の回転は、第１の入力側回転体５０の歯車５０Ａの歯数と第１の出力側回転体５４の歯車５４Ａの歯数の比に応じて変速される。歯車５０Ａの歯数は、歯車５４Ａの歯数よりも少ない。
【００４７】
図３に示されるとおり、可動部材７４が爪６８から離れているとき、爪６８は付勢部材７２によって係合部７０に向かって突出している。このとき、爪６８は係合部７０に係合するので、第１の回転軸４２と第２の入力側回転体５２とが一体に回転可能である。このとき、第１の回転軸４２の回転は、第２の入力側回転体５２の歯車５２Ａの歯数と第２の出力側回転体５６の歯車５６Ａの歯数の比に応じて変速される。歯車５２Ａの歯数は、歯車５６Ａの歯数以下であるので、第１の回転軸４２の回転は、等速または減速されて第２の出力側回転体５６に伝達される。また、第１の入力側回転体５０の回転数に対する第１の出力側回転体５４の回転数の比は、第２の入力側回転体５２の回転数に対する第２の出力側回転体５６の回転数の比よりも大きい。このため、図２に示す第１の状態のとき、第１の回転軸４２の回転は、図３に示す第２の状態のときよりも減速されて第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６に伝達される。
【００４８】
ドライブユニット３０は、トルクセンサ８２、および、回転速度センサ（図示略）をさらに含む。トルクセンサ８２は、例えば、歪ゲージ、半導体歪センサ、または、磁歪センサである。トルクセンサ８２は、出力部５８に取り付けられる。トルクセンサ８２は、出力部５８にかかるトルクを検出する。
【００４９】
クランク軸３２の回転が出力部５８に伝達され、モータ３８の回転が出力部５８に伝達されない場合、トルクセンサ８２は、クランク軸３２に入力された人力駆動力を反映した信号を制御装置４６に出力する。クランク軸３２の回転およびモータ３８の回転が出力部５８に伝達される場合、トルクセンサ８２は、クランク軸３２に入力された人力駆動力と、変速機構３６を介して伝達されるモータ３８のトルクとが合成されたトルクを反映した信号を制御装置４６に出力する。
【００５０】
回転速度センサは、クランクの回転速度を検出するケイデンスセンサを含む。ケイデンスセンサは、たとえばクランク軸３２に設けられる磁石を検出する。ケイデンスセンサは、リードスイッチまたはホール素子などの磁気検出センサを含む。ケイデンスセンサは、クランク軸３２の回転速度に応じた信号を制御装置４６に出力する。ケイデンスセンサは、クランクアーム１２に設けられる磁石を検出する構成としてもよい。この場合、ケイデンスセンサは、クランクアーム１２の回転速度に応じた信号を制御装置４６に出力する。回転速度センサは、電動アシスト自転車１０のフロントホイールまたはリアホイールの回転速度を検出するスピードセンサをさらに含んでいてもよい。制御装置４６は、回転速度センサの検出結果に基づいて、クランクの回転速度を算出する。
【００５１】
制御装置４６は、モータ３８および変速用モータ７８を制御する。制御装置４６は、人力駆動力と、クランク軸３２の回転速度とに応じて、モータ３８および変速用モータ７８の回転を制御する。一例では、制御装置４６は、トルクセンサ８２によって検出された人力駆動力、および、回転速度センサによって検出された電動アシスト自転車１０の走行速度に基づいて、モータ３８および変速用モータ７８の出力を制御する。
【００５２】
制御装置４６は、クランクの回転速度が所定の速度以下から所定の速度よりも高くなると、変速用モータ７８を駆動し、第１の回転軸４２と第２の出力側回転体５６とを係合させる。制御装置４６は、クランクの回転速度が所定の速度以上から所定の速度よりも低くなると、変速用モータ７８を駆動し、第１の回転軸４２と第２の出力側回転体５６との係合を解除させる。これによってクランクの回転速度が高い領域において第１の回転軸４２の回転数に対する出力部５８の回転数の比が比較的大きく、クランクの回転速度が低い領域において第１の回転軸４２の回転数に対する出力部５８の回転数の比が比較的小さくなる。
【００５３】
変速機構３６によって変速された回転は、出力部５８に伝達される。すなわち、出力部５８において、モータ３８のトルクおよびクランク軸３２のトルクが合力される。このような構成によって、第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２から出力部５８には、モータ３８のトルクのみが伝達され、出力部５８から出力されるトルクは、出力部５８からリアスプロケット２０（図１参照）と接続される車輪（図示略）までの駆動力の伝達経路において、人力駆動力と合流する。フロントスプロケット１８には、変速機構３６の回転が伝達され、かつクランク軸３２の回転が変速機構３６を介さずに与えられる。
【００５４】
ドライブユニット３０の作用および効果について説明する。
（１）ドライブユニット３０は、モータ３８の回転を変速して出力部５８に伝達する変速機構３６を備える。変速用モータ７８を駆動することによって、変速機構３６の変速比を変更することができる。この構成によれば、モータ３８の回転速度を所定の範囲内に抑制しやすくすることができるので、クランクの回転速度の変化に伴ってアシスト力が低下してしまうことを抑制することができる。
【００５５】
（２）モータ３８の一部は、第１の軸心ＣＡおよび第２の軸心ＣＢに垂直な平面において、第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２と同一の平面上に配置される。このため、ドライブユニット３０のクランク軸３２の軸方向における大きさを小さくすることができる。
【００５６】
（３）切替機構６０は、ワンウェイクラッチ６４を備えている。このため、第１の入力側回転体５０と第１の出力側回転体５４との間に、第２の入力側回転体５２と第２の出力側回転体５６と同様の連結切替部６２を設ける場合と比較して、ドライブユニット３０の構成を簡単にすることができる。
【００５７】
（変形例）
上記実施の形態に関する説明は、本発明に従う自転車用ドライブユニットが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う自転車用ドライブユニットは、例えば以下に示される上記実施の形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
【００５８】
・実施の形態のドライブユニット３０の構成は、例えば、図４に示すとおり任意に変更可能である。図４のドライブユニット３０は、出力部５８がクランク軸３２によって構成されている。この構成においても、第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２から出力部５８には、モータ３８のトルクのみが伝達され、出力部５８から出力されるトルクは、出力部５８からリアスプロケット２０（図１参照）と接続される車輪（図示略）までの駆動力の伝達経路において、人力駆動力と合流する。
【００５９】
・実施の形態の切替機構６０の爪６８を、第２の入力側回転体から突出可能にすることもできる。この場合、係合部７０は、第１の回転軸４２に爪６８が引っ掛かるように設けられる。
【００６０】
・実施の形態のモータ３８を、第１の軸心ＣＡおよび第２の軸心ＣＢに垂直な平面において、第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２と同一の平面上に配置しないようにすることもできる。例えば、図２のクランク軸３２の軸方向においてモータ３８の全体が第１の入力側回転体５０よりもフロントスプロケット１８から遠くなるようにモータ３８を配置することもできる。
【００６１】
・実施の形態のドライブユニット３０に３段階以上の変速ステージを有する変速機構３６を設けることもできる。例えば、第１の軸心ＣＡまわりに第３の入力側回転体を設け、第２の軸心ＣＢまわりに第３の出力側回転体を設ける。この場合、切替機構６０は、第１の回転軸４２と第３の入力側回転体とを一体的に回転できる第３の状態と第１の回転軸４２と第３の入力側回転体とが相対回転できる第４の状態とを切り替えることができる。
【００６２】
・実施の形態の第２の入力側回転体５２の歯車５２Ａの歯数を、第２の出力側回転体５６の歯車５６Ａの歯数よりも多くすることもできる。この場合、第１の回転軸４２と第２の出力側回転体５６とが一体に回転するとき、第１の回転軸４２の回転は増速されて第２の出力側回転体５６に入力される。
【００６３】
・上記の変形例において、第１の入力側回転体５０の歯車５０Ａの歯数を、第１の出力側回転体５４の歯車５４Ａの歯数以下にすることもできる。この場合、第１の回転軸４２と第２の入力側回転体５２とが相対的に回転するとき、第１の回転軸４２の回転は等速、または、増速されて第１の出力側回転体５４に入力される。
【００６４】
・実施の形態の第１の出力側回転体５４と第２の出力側回転体５６とを別体に形成し、各別に出力部５８に設けることもできる。
・上記の変形例において、切替機構６０を第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６と、出力部５８との間に設けることもできる。この場合、第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２は、第１の回転軸４２に固定され、第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６は、出力部５８に相対回転可能に設けられる。第１の入力側回転体５０および第２の入力側回転体５２が第１の回転軸４２に固定されている場合、モータ３８または減速機構４４は、第１の入力側回転体５０を構成する歯車の歯または第２の入力側回転体５２を構成する歯車の歯にトルクを伝達してもよい。
【００６５】
・実施の形態のドライブユニット３０は、トルクセンサ８２をクランク軸３２に取り付けることもできる。
・実施形態の減速機構４４は、第２の回転軸４８と第１の回転軸４２との間に、第２の回転軸４８の回転を減速して第１の回転軸４２に伝達する第３の回転軸を設けることもできる。すなわち、減速機構４４において、三段階以上の減速を行うこともできる。
【００６６】
・実施の形態のドライブユニット３０は、モータ３８と変速機構３６との間の伝達経路にワンウェイクラッチを設けることもできる。
・実施の形態のドライブユニット３０は、クランク軸３２を含まない形態を取り得る。この場合、自転車の構成要素としてのクランク軸３２がドライブユニット３０に設けられる。
【００６７】
・実施の形態のドライブユニット３０は、減速機構４４を含まない形態をとり得る。この場合、例えば、第１の回転軸４２の歯車４２Ａと、モータ３８の出力軸３８Ａの歯車３８Ｂとを噛み合わせることもできる。
【００６８】
・ドライブユニット３０が設けられる位置は、任意に変更可能である。一例では、ドライブユニット３０は、リアスプロケット２０付近に設けられる。この場合、後輪のハブシェルを連結部材として構成することができる。変速機構３６は、後輪のハブシェルに連結される。クランク軸３２の回転はリアスプロケット２０を介して後輪のハブシェルに伝達される。このため、後輪のハブシェルには、変速機構３６の回転が伝達され、クランク軸３２の回転が変速機構３６を介さないで与えられる。
【００６９】
・実施の形態において、第２のクラッチ３４を省略してもよい。
・実施の形態において、制御装置４６は、ハウジング４０の外部に設けられていてもよく、電動アシスト自転車１０のフレームに設けられていてもよい。
【００７０】
・実施の形態において、変速用モータ７８を省略することもできる。この場合、運転者が操作可能な操作レバーと駆動部７６の環状部材８０とをワイヤによって接続することもできる。
【００７１】
・各実施の形態において、トルクセンサ８２を、出力部５８のうち、クランク軸３２に第２のクラッチ３４を介して連結される部分と、第１の出力側回転体５４および第２の出力側回転体５６とが連結される部分との間に配置されるように構成されてもよい。この場合、トルクセンサ８２は、モータ３８が駆動していても人力駆動力のみを検出することができるようになる。
【符号の説明】
【００７２】
３０…ドライブユニット（自転車用ドライブユニット）、３２…クランク軸、３４…第２のクラッチ、３６…変速機構、３８…モータ、３８Ａ…出力軸、３８Ｂ…歯車、４０…ハウジング、４２…第１の回転軸、４４…減速機構、５０…第１の入力側回転体、５０Ａ…歯車、５０Ｂ…穴、５２…第２の入力側回転体、５２Ａ…歯車、５２Ｂ…穴、５４…第１の出力側回転体、５４Ａ…歯車、５６…第２の出力側回転体、５６Ａ…歯車、５８…出力部、６０…切替機構、６２…連結切替部、６４…ワンウェイクラッチ、６６…制御部、６８…爪、７０…係合部、７２…付勢部材、７４…可動部材、７６…駆動部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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