(57)【要約】【課題】本発明は、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータの駆動力を人力による駆動力の変化に対応して制御するようにした電動モータ付き自転車に使用される踏力検出装置に関するもので、小型な踏力検出装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】転がり軸受２１を内側に取着するラジアル方向に配設された応力伝達部材２２における変形部２４に歪検出部材２５を設ける構成としたものである。【選択図】図１
2012018127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸用の転がり軸受を内側に取着するとともに当接部を設けかつ前記転がり軸受から外径方向に向かって作用する荷重が伝達され、変形する変形部を設けさらにラジアル方向に配設された応力伝達部材と、この応力伝達部材における当接部と当接する突部を設けた支持部材とを備え、前記応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設ける構成とした踏力検出装置。
【請求項２】
回転軸用の転がり軸受を内側に取着するとともに前記転がり軸受から外径方向に向かって作用する荷重が伝達され、変形する変形部を設けかつラジアル方向に配設された応力伝達部材と、この応力伝達部材の外周側を支持する支持部材とを備え、前記応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設ける構成とした踏力検出装置。
【請求項３】
応力伝達部材における変形部の両端側と転がり軸受との間に一対の間隙を設け、この間隙により、前記転がり軸受が変形部に向かって直接に作用する応力以外の応力を吸収するようにした請求項２記載の踏力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータの駆動力を人力による駆動力の変化に対応して制御するようにした電動モータ付き自転車に使用される踏力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の踏力検出装置は、図１０に示すように構成されていた。
【０００３】
以下、従来の踏力検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０は従来の踏力検出装置を自転車のペダルアームの回転軸周りに装着した状態を示す側断面である。
【０００５】
図１０において、１は転がり軸受である。２は回転駆動体で、この回転駆動体２は自転車（図示せず）のペダル３に加わる回転方向の踏力が伝達されるとともに、スラスト方向の外力も伝達されている。４は静止体で、この静止体４は回転駆動体２に加わるスラスト方向の外力が、転がり軸受１を介して伝達されている。５は保持体で、この保持体５は静止体４と接続されるとともに、回転駆動体２に加わるスラスト方向の外力により、弾性変形するものである。６は応力センサで、この応力センサ６は、一端を保持体５に固定させるとともに、他端を車体７に取り付けている。
【０００６】
以上のように構成された従来の踏力検出装置について、以下にその動作を説明する。
【０００７】
人が自転車のペダル３を踏み込むと、この踏み込みによりスラスト方向の力が回転駆動体２に加わる。そして、このスラスト方向の力は、転がり軸受１、静止体４を介して保持体５を弾性変形させ、保持体５をペダルシャフト８の軸方向にわずかに移動させる。そして、このスラスト力は、応力センサ６の一端部を付勢する。すなわち、車体７に対して他端部を固定された応力センサ６が歪むことにより、ペダル３の踏み込み力を検出するものであった。
【０００８】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１５３５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の構成においては、転がり軸受１の周囲に設けた静止体４、保持体５および応力センサ６が外径方向に突出しているため、踏力検出装置が大型化してしまうという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型な踏力検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転軸用の転がり軸受を内側に取着するとともに当接部を設けかつ転がり軸受から外径方向に向かって作用する荷重が伝達され、変形する変形部を設けさらにラジアル方向に配設された応力伝達部材と、この応力伝達部材における当接部と当接する突部を設けた支持部材とを備え、応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設けたもので、この構成によれば、転がり軸受を内側に取着するラジアル方向に配設された応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設けたため、踏力検出装置が外径方向に突出することがなくなり、踏力検出装置を小型に出来るという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、回転軸用の転がり軸受を内側に取着するとともに転がり軸受から外径方向に向かって作用する荷重が伝達され、変形する変形部を設けかつラジアル方向に配設された応力伝達部材と、この応力伝達部材の外周側を支持する支持部材とを備え、応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設けたもので、この構成によれば、転がり軸受を内側に取着するラジアル方向に配設された応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設けたため、踏力検出装置が外径方向に突出することがなくなり、踏力検出装置を小型に出来るという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、応力伝達部材における変形部の両端側と転がり軸受との間に一対の間隙を設け、この間隙により、転がり軸受が変形部に向かって直接に作用する応力以外の応力を吸収するようにしたもので、この構成によれば、応力伝達部材における変形部の両端側と転がり軸受との間に一対の間隙を設け、この間隙により、転がり軸受が変形部に向かって直接に作用する応力以外の応力を吸収するようにしたため、踏力以外の余分な外力が歪検出装置に働いた場合には、間隙が転がり軸受に沿うこととなり、これにより、変形部が変形しなくなるから、踏力のみを正確に検出することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の踏力検出装置は、回転軸用の転がり軸受を内側に取着するとともに当接部を設けかつ転がり軸受から外径方向に向かって作用する荷重が伝達され、変形する変形部を設けさらにラジアル方向に配設された応力伝達部材と、この応力伝達部材における当接部と当接する突部を設けた支持部材とを備え、応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設けたもので、この構成によれば、転がり軸受を内側に取着するラジアル方向に配設された応力伝達部材における変形部に歪検出部材を設けたため、踏力検出装置が外径方向に突出することがなくなり、小型な踏力検出装置を提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における踏力検出装置の側断面図
【図２】同踏力検出装置における歪検出部材の上面図
【図３】同踏力検出装置を自転車に取り付けた状態を示す模式図
【図４】同踏力検出装置を自転車に取り付けた状態を示す部分拡大図
【図５】同踏力検出装置が動作する状態を示す側断面図
【図６】同踏力検出装置における第１の振動子および第２の振動子の周波数が変化する状態を示す図
【図７】本発明の実施の形態２における踏力検出装置の側断面図
【図８】同踏力検出装置が動作する状態を示す側断面図
【図９】同踏力検出装置に踏力と異なる方向の外力が加わる場合の状態を示す側断面図
【図１０】従来の踏力検出装置を自転車に取着した状態を示す側断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における踏力検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１における踏力検出装置の側断面図、図２は同踏力検出装置における歪検出部材の上面図である。
【００２０】
図１、図２において、２１は転がり軸受である。２２は円筒形状の応力伝達部材で、この応力伝達部材２２は転がり軸受２１を内側に取着するとともに、転がり軸受２１の全周にわたってラジアル方向に配設されている。また、応力伝達部材２２は内側に３つの支持部２２ａを設けており、この３つの支持部２２ａにより、転がり軸受２１を支持している。また、応力伝達部材２２の外周側には、段差形状の２つの当接部２３を設けている。そしてまた、応力伝達部材２２の外側面には直線状の変形部２４を設けている。２５は歪検出部材で、この歪検出部材２５は応力伝達部材２２における変形部２４に貼着されるとともに、図２に示すように、歪検出部材２５の長手方向に配設された両持梁からなる第１の振動子２６と、長手方向と垂直な方向に配設された両持梁からなる第２の振動子２７と、第１の振動子２６および第２の振動子２７の双方を振動駆動させるとともに出力信号を処理するＩＣ２８とにより構成されている。また、歪検出部材２５における第１の振動子２６および第２の振動子２７の双方には、Ｐｔ、ＰＺＴ、Ａｕを積層して構成された駆動部２９および検知部３０を設けている。そしてまた、歪検出部材２５における第１の振動子２６の駆動部２９、検知部３０と、第２の振動子２７における駆動部２９、検知部３０と、ＩＣ２８とはＡｕからなる配線パターン（図示せず）により、電気的に接続されている。３５は支持部材で、この支持部材３５は応力伝達部材２２の外周側に設けられるとともに、内側に突出する突部３６を設けており、この突部３６を応力伝達部材２２における当接部２３と当接させている。
【００２１】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における踏力検出装置について、次にその組立方法を説明する。
【００２２】
まず、Ｓｉからなる半導体基板（図示せず）をエッチングすることにより、第１の振動子２６および第２の振動子２７を形成する。
【００２３】
次に、半導体基板（図示せず）の上面に、Ａｕからなる配線パターン（図示せず）を蒸着した後、第１の振動子２６および第２の振動子２７の駆動部２９および検知部３０を設ける箇所にＰｔを蒸着する。
【００２４】
次に、Ｐｔの上面にＰＺＴを蒸着した後、さらに、Ａｕを蒸着して、第１の振動子２６および第２の振動子２７の上面に駆動部２９および検知部３０を形成する。
【００２５】
次に、ＩＣ２８を載置して、ＩＣ２８を第１の振動子２６および第２の振動子２７の双方の駆動部２９および検知部３０と電気的に接続し、歪検出部材２５を形成する。
【００２６】
次に、歪検出部材２５を応力伝達部材２２における変形部２４に貼着した後、応力伝達部材２２における支持部２２ａと転がり軸受２１の外周側が当接するように、応力伝達部材２２の内側に転がり軸受２１を嵌合させる。
【００２７】
最後に、応力伝達部材２２における当接部２３と、支持部材３５における突部３６が互いに当接するように、支持部材３５の内側に応力伝達部材２２を収納する。
【００２８】
以上のように構成、組立られた本発明の実施の形態１における踏力検出装置について、次にその動作を説明する。
【００２９】
ＩＣ２８から第１の振動子２６における駆動部２９に、第１の振動子２６の固有振動数ｆａと略同一の周波数の交流電圧を印加するとともに、第２の振動子２７における駆動部２９に、第２の振動子２７の固有振動数ｆｂと略同一の周波数の交流電圧を印加する。そうすると、第１の振動子２６は固有振動数ｆａで弦振動し、一方、第２の振動子２７は固有振動数ｆｂで弦振動する。この状態において、第１の振動子２６における検知部３０からの出力信号をＩＣ２８により、処理すると、振動数ｆａが検出され、同様に、第２の振動子２７における検知部３０からは振動数ｆｂが検出される。そして、図３に示すように人が自転車のペダル（図示せず）を踏み込むと、この踏み込みにより、チェーン３８に張力が発生した状態で、図４に示すように回転軸３７が回転し、そして、この回転により、回転軸３７から転がり軸受２１に、転がり軸受２１が後輪側に向かって移動する力が作用する。そうすると、図５に示すように、支持部２２ａを介して、転がり軸受２１から応力伝達部材２２に力が作用し、応力伝達部材２２も後輪側に向かって移動しようとする。そして、支持部材３５における突部３６から応力伝達部材２２における当接部２３に反力が作用し、この反力が応力伝達部材２２における変形部２４に伝達されて、変形部２４に圧縮荷重が作用する。そして、図６に示すように、歪検出部材２５における第１の振動子２６の固有振動数ｆａは減少し、一方、第２の振動子２７の固有振動数ｆｂは増加する。したがって、第１の振動子２６および第２の振動子２７の双方の検知部３０からの出力信号をＩＣ２８により処理することにより、周波数の変化量として、踏力を検出することができるものである。
【００３０】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における踏力検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
なお、本発明の実施の形態２における踏力検出装置においては、実施の形態１における踏力検出装置と同様の構成においては、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
図７は本発明の実施の形態２における踏力検出装置の側断面図である。
【００３３】
図７において、４１は転がり軸受である。４２は円筒形状の応力伝達部材で、この応力伝達部材４２は転がり軸受４１を内側に取着するとともに、転がり軸受４１の外周全体にわたってラジアル方向に配設され、かつ外側面には直線状の変形部４３を設けている。また、応力伝達部材４２における変形部４３の両端側には一対の間隙４４を設けている。４５は歪検出部材で、この歪検出部材４５は応力伝達部材４２における変形部４３に貼着されるとともに変形部４３に加わっている応力を検出している。４６は支持部材で、この支持部材４６は応力伝達部材４２の外周側に設けられるとともに、応力伝達部材４２における外周と当接する内周部４７で、応力伝達部材４２を支持している。
【００３４】
以上のように構成、組立られた本発明の実施の形態２における踏力検出装置について、次にその動作を説明する。
【００３５】
踏力検出装置における転がり軸受４１の内側に自転車のペダル（図示せず）の踏み込みにより回転する回転軸４８を嵌合させた後、人が自転車のペダル（図示せず）を踏み込むと、この踏み込みにより回転軸４８が回転し、そして、この回転により、図８に示すように、回転軸４８から転がり軸受４１に、転がり軸受４１が後輪側に向かって移動する力が作用する。そうすると、転がり軸受４１から応力伝達部材４２における変形部４３に曲げ荷重が作用する。応力伝達部材における変形部４３には歪検出部材４５を設けており、この歪検出部材４５により、自転車のペダル（図示せず）の踏み込みにより加わる踏力を検出するものである。
【００３６】
ここで、図９に示すように、回転軸４８にペダルの踏込力以外の外力が加わることにより、転がり軸受４１に通常の使用状態に加わる応力と垂直な方向の応力が下方向に加わる場合を考えると、本発明の実施の形態２における踏力検出装置においては、変形部４３の下側に設けた間隙４４が、転がり軸受４１の下方向への移動を吸収し、変形部４３を変形させないこととなる。したがって、変形部４３に設けた歪検出部材４５からは、ペダルの踏込力以外の外力が検出されない。同様に、転がり軸受４１に通常の使用状態に加わる応力と垂直な方向の応力が上方向に加わる場合には、変形部４３の上側に設けた間隙４４が、転がり軸受４１の上方向への移動を吸収し、変形部４３を変形させないこととなり、変形部４３に設けた歪検出部材４５からは、ペダルの踏込力以外の外力が検出されないものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の踏力検出装置は、小型な踏力検出装置を提供できるという効果を有するものであり、特に、電動モータ付き自転車に使用される踏力検出装置において有用なものである。
【符号の説明】
【００３８】
２１、４１  転がり軸受
２２、４２  応力伝達部材
２３  当接部
２４、４３  変形部
２５、４５  歪検出部材
３５、４６  支持部材
３６  突部
４４  間隙
【図１】
2012018127.tif 000003
【図２】
2012018127.tif 000004
【図３】
2012018127.tif 000005
【図４】
2012018127.tif 000006
【図５】
2012018127.tif 000007
【図６】
2012018127.tif 000008
【図７】
2012018127.tif 000009
【図８】
2012018127.tif 000010
【図９】
2012018127.tif 000011
【図１０】
2012018127.tif 000012