JP2000131161A

JP2000131161A - トルク検出装置及びこれを備えた電動アシスト自転車

Info

Publication number: JP2000131161A
Application number: JP10302730A
Authority: JP
Inventors: Kyosuke Kokatsu; 京介小勝; Akihito Yoshiie; 彰人吉家
Original assignee: Sunstar Engineering Inc
Current assignee: Sunstar Engineering Inc
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】トルク検出装置のスペース及び重量の削減を
図り、機構を簡単化する。【解決手段】スプロケット２は、ドライブシャフト４
が貫通する剛性の中央部２９と、複数の隆起部２７及び
複数の孔部２８とが周方向に交互に形成された弾性を有
する応力変形部２６と、スプロケット２の最外周部に形
成された複数の歯２４を含む剛性の歯部２６と、を有す
る。ドライブシャフト４を介して伝達された踏み込みト
ルクとこれに抗するチェーン１２の作用によりスプロケ
ットの応力変形部２６それ自体に応力変形が生じる。こ
れに伴って隆起部２７の高さがトルクに応じて低下す
る。この隆起部２７に位置検出用円板３２を当接し、該
円板の検出面の変位量を検出センサー３４により検出す
る。検出された軸方向変位量に基づいて踏み込みトルク
を検出する。弾性体を追加する必要が無いので、省スペ
ース及び軽量化を実現させた簡素なトルク検出装置を提
供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スプロケットに作
用するトルクを検出するトルク検出装置及びこれを備え
た電動アシスト自転車に係り、より詳しくは、トルクの
作用によりスプロケットそれ自体に生じた応力変形量か
らトルクを検出するトルク検出装置及びこれを備えた電
動アシスト自転車に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、人力で駆動する自転車に電気駆
動系を並列に付加し、人力による踏力の変化に基づいて
電気駆動系の出力を制御し、これによって人力をアシス
トする電動アシスト自転車が製造・販売されている。

【０００３】このような電動アシスト自転車では、電気
駆動系の出力を決定するため、ペダル踏力に応じて回転
機構に作用する踏み込みトルクを検出するトルク検出機
構を備えたものが一般的である。このようなトルク検出
機構として、従来では、以下のような手段が講じられて
いた。

【０００４】（１）クランクシャフト内又は後輪車軸
上にペダル踏力に応じてねじれ変形するトーションバー
を備え、該トーションバーのねじれ変形をトーションバ
ーに連結されたカム等により直線運動に変換し、この直
線運動に連動したポテンショメータの抵抗の変化を入力
トルクとして検出する。或いはトーションバーのねじれ
回転角度を直接検出する（特開平９−２０７８６８
号）。

【０００５】（２）後輪のギヤホルダの一端にコイル
スプリングを接続し、チェーンを介して後輪のフリーギ
ヤに伝達されたペダル踏力がコイルスプリングを介して
後輪と一体のプーリーに伝達されるように構成し、該コ
イルスプリングのたわみ量を入力トルクとして検出す
る。

【０００６】（３）ペダルへの入力をクランク軸側か
ら受けて他の機構に伝達する円板部材をクランク軸と同
軸をなした状態で回転可能かつ軸方向に移動可能にフレ
ームに支持し、クランク軸を内側に挿通させた状態で一
端部がクランク軸に固定され他端部が上記円板部材に固
定されたコイルスプリングを設け、円板部材のフレーム
に対する距離変化を駆動トルクとして検出する（特開平
８−２３０７５６号）。

【０００７】（４）車軸支持部を前後に長く形成した
長孔で構成し、該長孔に車軸を支持し、車軸と一体の可
動コアとメインフレームとの間に配設した圧縮コイルバ
ネによって車軸及びスプロケットを後方に弾性付勢する
ことにより長孔の後端位置に車軸及びスプロケットを保
持し、スプロケットのメインフレームに対する前後方向
での変位即ち無端回動チェーンの巻き掛け張力を駆動ト
ルクとして検出する（特開平９−３０１２６３号）。

【０００８】（５）クランク軸に連結され、該軸と共
に回転する入力プレートと、該入力プレートとその回転
方向に付勢するスプリングを介して連結された出力プレ
ートと、該出力プレートに外軸を介して固定連結された
スプロケットと、を有し、ロータリーエンコーダ等を用
いて前記スプリングの圧縮変形量即ち入力プレートと出
力プレートとの相対回転量をペダルへの踏み込みトルク
として検出する（特開平８−１６９３８５号）。

【０００９】（６）ペダルが取り付けられるクランク
の回転中心部に取り付けられ、且つ、多数の第１のスリ
ットが円形状に形成された第１のスリット板と、該第１
のスリットと同じ形状、同一ピッチに形成された同一数
の第２のスリットを有し、且つ、該第２のスリットが前
記第１のスリットと所定の位相差で対向するように前記
第１のスリット板と略平行にチェーンスプロケットに固
定された第２のスリット板と、前記クランクの回転中心
部と前記チェーンスプロケットとの間に配設された弾性
部材と、第１のスリットと第２のスリットとを光が通過
する時間を検出することによりクランク回転中心部とチ
ェーンスプロケットとの間の位相差を求め、該位相差を
ペダル踏み込みにより生じたトルクとして演算する検出
手段と、を有する（特開平６−２１１１７９号）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術はいずれも、ペダルから後輪スプロケットまで踏
力が伝達される経路にある動力伝達機構内に、ペダル踏
力に応じて変形する弾性部材を、スプロケット等などの
構成要件とは別体に新たに追加している。かかる弾性部
材は、これに直接加えられるペダル踏力に抗するべく高
い剛性及び大きな弾性率をもたされている。このため、
かかる弾性部材の新規追加に起因して動力伝達機構が占
めるスペース及び重量が増加するのみならず、該弾性部
材を踏力に応じて変形させるための他の伝達機構が更に
必要となって、トルク検出機構がよりいっそう複雑化・
大型化するという問題が生じる。

【００１１】本発明は、上記事実に鑑みなされたもの
で、トルク検出機構が占めるスペース及び重量を大幅に
軽減した簡易な構成のトルク検出装置及びこれを備える
ことにより軽快な運転を実現した電動アシスト自転車を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、スプロケットに作用するトルク
を検出するトルク検出装置において、前記トルクの作用
により前記スプロケットそれ自体に生じた応力変形に伴
ってスプロケット面が変位したときの変位量に基づい
て、前記スプロケットに作用したトルク又は該トルクに
関連する物理量を検出することを特徴とする。

【００１３】スプロケットにトルクが作用すると、弾性
を有するスプロケットの部分が応力変形し、これに伴っ
て、スプロケット面の位置が変位する。この変位量は、
作用したトルクが大きいほど大きくなる。請求項１の発
明は、この点に着眼し、トルクの作用によりスプロケッ
トそれ自体に生じたスプロケット面の変位量に基づいて
トルクを検出する。このように本発明では、スプロケッ
ト等などの構成要件とは別体に大きな弾性体を付加する
必要が無いので、検出機構をきわめて単純に構成できる
のみならず、この機構が占めるスペース及び重量を大幅
に軽減することができる。

【００１４】応力変形に伴う変位量を大きくしてトルク
の検出精度を向上するためには、スプロケットの変位量
を検出する部分に弾性を備える必要がある。そこで、請
求項２の発明では、請求項１のスプロケットが、チェー
ンと嵌合するため前記スプロケットの外周に形成された
剛性の歯部と、前記スプロケットに前記トルクを伝達す
るドライブ軸を固定支持するための剛性の軸部と、前記
歯部と前記軸部との間に形成された弾性を有する応力変
形部と、から構成されている。

【００１５】請求項２の発明では、軸部にドライブ軸か
らのトルクが伝達されると、スプロケット全体がこのト
ルクにより回転しようとする。このとき、加えられたト
ルクは、応力変形部を介して歯部に伝達されるが、歯部
にチェーンが嵌合していると、チェーンの引張力が該ト
ルクに対抗する負荷として作用する。従って、軸部と歯
部との間に形成された応力変形部は、弾力を有している
ため拮抗する応力によって弾性変形し、これに伴ってス
プロケット面が大きく変位する。よって、検出精度を向
上できる。このとき、軸部と歯部とが剛性を有している
ため、スプロケットに軸部を介して加えられたトルクは
確実にチェーンに伝達される。

【００１６】応力による変位量をさらに大きくするた
め、請求項３の発明は、請求項２の応力変形部のスプロ
ケット面が、前記トルクの作用による応力変形が主とし
て予め定められた検出方向の変位量として現れるような
特定形状に成形されていることを特徴とする。この場
合、請求項４の発明のように、請求項３の予め定められ
た検出方向が、スプロケットの軸方向であるのが、変位
量を大きくするために好ましい。

【００１７】このような特定形状として、例えば請求項
５の発明のように、請求項３又は請求項４の応力変形部
の前記特定形状が、その周囲のスプロケット面に対して
隆起するように形成された複数の隆起部と、前記スプロ
ケットを貫通する複数の孔部と、が周方向に沿って交互
に形成された形状であるのが好ましい。

【００１８】請求項５の発明では、応力変形部内に発生
した拮抗する応力によって隆起部がその裾部分の両側か
ら引っ張られると、隆起部の高さが低下するので、この
低下量を軸方向の変位量としてきわめて効率的に検出す
ることができる。また、隣接した箇所に孔部が形成され
ているため、隆起部の自由度が増して弾性が大幅に向上
し応力変形量が大きくなる。また、孔部があると、隆起
部を成形しやすくなる。

【００１９】隆起部の形状としてより具体的には、請求
項６の発明のように、請求項５の隆起部が、隆起した側
の反対側のスプロケット面で凹んでおり、隣接する前記
孔部に面する両側部には面部分を有しないのがさらに好
ましい。このように本発明では、応力を受けにくい方向
に面部分を有さず、また隆起部の反対側が凹んでいるの
で、拮抗する応力による隆起部の低下がより顕著に現れ
る。

【００２０】この隆起部の形状として、例えば、請求項
７の発明のように、請求項６の隆起部が、隆起部分の断
面形状が凸状であるように形成されてもよい。また、請
求項８の発明のように請求項６の隆起部が、隆起部分の
断面形状が、傾斜部と平坦な頂上部とを有する形状であ
ってもよい。

【００２１】ところで、応力変形部内に生じる応力は、
軸部から伝達されたトルクとチェーンの引張力との拮抗
によるため、径方向に対し斜めの方向が最大の応力方向
となる。即ち、応力分布は渦を巻くような形状となる。
従って、隆起部が応力により引き伸ばされる方向もこの
最大応力方向に沿った方が変位量を大きくするためには
好ましくなる。

【００２２】そこで、請求項９の発明は、請求項５乃至
請求項８のいずれか１項の前記隆起部及び前記孔部が、
前記スプロケットの軸方向から見た形状が前記スプロケ
ットの回転方向に渦を巻くような形状に形成されている
ことを特徴とする。即ち、請求項１０の発明のように、
請求項９の隆起部は、前記スプロケット面内で前記スプ
ロケットの径方向に対し斜めに交わるように延在してい
る。

【００２３】請求項９及び請求項１０の発明では、複数
の隆起部が、応力により引き伸ばされる方向に沿って渦
巻き形状に延在しているため、トルクの作用による応力
変形をスプロケット面の変位量として効率的に引き出す
ことができ、検出精度の向上が図れる。

【００２４】請求項１１の発明は、請求項２乃至請求項
１０のいずれか１項に記載の発明において、前記歯部
と、前記応力変形部と、前記軸部とは、それぞれ別体の
構成部品として形成され、前記スプロケットは、これら
の構成部品を連結してなることを特徴とする。

【００２５】請求項１１の発明では、スプロケットがそ
れぞれ別体の構成部品から構成されるため、応力変形部
に弾性を持たせるように成形することがきわめて容易と
なる。換言すれば、応力変形部の弾性を大きくするよう
に容易に成形できる。例えば、応力変形部を弾性率の大
きい材料から構成したり、歯部や軸部と比較して剛性を
減少させるため、板厚の薄い同一の金属材料から成形す
る。或いは弾性率が大きくなるような形状に成形しても
よい。

【００２６】請求項１１の発明の場合、例えば、請求項
１２の発明のように、前記歯部には、その中央部に形成
された中央孔に前記軸部がはめ込まれており、前記応力
変形部は、前記中央軸部と前記歯部とをスプロケットの
片面から連結しているように各構成部品を成形するのが
好ましい。これによって、歯部と軸部とからくる応力の
拮抗を効率的に応力変形部に反映することができる。

【００２７】請求項１２の前記応力変形部は、請求項１
３の発明のように、前記ドライブ軸を貫通するための中
央孔を備えた環状部材であるようにしてもよい。

【００２８】より好ましくは、請求項１４の発明のよう
に、請求項１２又は請求項１３に記載の発明において、
前記軸部は円盤に形成され、前記歯部の中央孔にはめ込
まれた状態で回転が可能であると共に、前記軸部及び前
記歯部には、一定範囲内の角度を越えた回転を係止させ
る係止手段が、それぞれ設けられているのがよい。

【００２９】請求項１４の発明では、ドライブ軸から軸
部にトルクが伝達されると、軸部は、歯部の中央孔には
め込まれた状態でこのトルクの大きさに応じた回転角度
まで回転する。一定以上の限界トルクが作用すると、係
止手段が軸部の回転を係止させる。この係止によって、
応力変形部がその弾性限界を越えて変形することを防止
することができる。

【００３０】また、スプロケットを複数の部品から構成
する他の態様として、請求項１５の発明のように、請求
項１１の発明において、前記応力変形部は更に複数の弾
性部材からなり、前記スプケットは、前記複数の弾性部
材を用いて前記歯部と前記軸部とを連結させてなるよう
にしてもよい。

【００３１】以上のようにスプロケットを複数の構成部
品から構成するのが好ましいが、応力変形部のみを弾性
を有するように成形できる場合には、請求項１６の発明
のように、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記
載の発明において、前記スプロケットを一体成形で成形
してもよいことは勿論である。

【００３２】ところで、応力変形部の軸方向変位を検出
する際には、回転によって特定の検出位置まで回ってき
た隆起部の軸方向の位置を順次検出していき、検出され
た軸方向位置からこの隆起部の軸方向変位を求めること
が好ましい。このとき、複数の隆起部は離散的に配置さ
れ、隣接する各隆起部の間には孔部しか存在しないた
め、ある隆起部が回転によって上記検出位置を離れ、次
の隆起部がこの検出位置までくる間にある一定の時間が
経過する。このため、この一定時間、軸方向変位の検出
ができないこととなり、連続的で滑らかな検出が困難と
なる。

【００３３】そこで、請求項１７の発明は、請求項５乃
至請求項１６のいずれか１項に記載の発明において、略
平坦な検出面を備え、且つ、前記軸方向に弾力的に変位
可能な被検出部材を更に有し、該被検出部材を前記複数
の隆起部に当接して配置したことを特徴とする。

【００３４】請求項１７の発明では、略平坦な検出面を
備えた被検出部材を複数の隆起部に当接して配置したた
め、隣接する隆起部の間の間隙にも検出面が延在する。
しかも、この被検出部材は、軸方向に弾力的に変位可能
なたため、各隆起部の軸方向変位に応じてその検出面が
軸方向に変位し、隣接する隆起部の間の検出面でも、信
頼性の高い軸方向位置を示すことができる。これによっ
て、各隆起部の離散的な変位は検出面上の連続量に変換
され、高精度の検出をきわめて容易に行うことが可能と
なる。

【００３５】例えば、請求項１８の発明のように、請求
項１７の前記被検出部材が、周方向に沿って配列された
複数の略平坦な検出面部と、隣接する検出面部の間に各
々形成された幅の狭い伸縮自在の複数のひだ部と、を有
し、前記検出面部が前記隆起部に当接した状態で配置さ
れるようにしてもよい。

【００３６】また、請求項１９の発明は、請求項１７の
前記被検出部材が、前記複数の隆起部が当接された略平
坦な検出面を備えた円板部と、前記検出面とは反対側の
前記円板部の面に当接するように配置された軸方向に伸
縮可能な弾性部材と、該弾性部材を他端部で固定支持す
る支持部材と、を有するようにしてもよい。

【００３７】請求項１９に係る被検出部材は、請求項１
８の部材と比べて簡単に成形することができる。この場
合、請求項１９の前記弾性部材は、請求項２０の発明の
ように、周方向に波状となるように湾曲された波状円
板、又は、コイルばねであるようにすることができる。

【００３８】検出面の特定位置を検出する手段の一態様
として、請求項２１の発明は、固定位置から前記被検出
部材の検出面までの距離を検出する検出センサーを備え
たことを特徴とする。

【００３９】ここで、固定位置とは、スプロケットの外
部において、該スプロケットに対して静止している位置
をいう。例えば電動アシスト自転車にこのトルク検出装
置を適用した場合、車体フレームに取り付けられた位置
などである。

【００４０】請求項２１の発明では、検出センサーが、
この固定位置から、トルク作用による応力変形に伴う各
隆起部の変位に応じて軸方向に変位する検出面までの距
離を検出する。検出された距離は、トルク作用を受けて
いない場合の距離との差分をとることによって、作用し
たトルクの大きさを反映する軸方向変位量に変換するこ
とができる。

【００４１】好ましくは、請求項２２の発明のように、
請求項２１の前記検出センサーが、前記スプロケットの
応力変形に伴う軸方向変位量が最大となる検出面内の特
定位置までの距離を検出できるように取り付けられるの
がよい。

【００４２】このように請求項２２の発明では、検出セ
ンサーが軸方向変位量が最大となる特定位置までの距離
を検出できるため、検出精度を向上することができる。
ここで、この特定位置は、自転車の場合、スプロケット
の歯がチェーンの張り側まで回ってきたところにある
（後述する最大応力変形位置Ｍ）。

【００４３】請求項２３の発明は、電動アシスト自転車
において、請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記
載のトルク検出装置と、指令信号に応じて回転する電動
モータと、前記電動モータの電動トルクを前記電動アシ
スト自転車の動力機構に付加するように設けられた動力
付加手段と、前記トルク検出装置により検出された前記
スプロケットに作用したトルク又は該トルクに関連する
物理量に基づき、所定の制御方法に従って前記電動モー
タを制御するための指令信号を出力する制御手段と、を
有することを特徴とする。

【００４４】請求項２３の発明では、制御手段が、請求
項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載のトルク検出
装置により検出された踏み込みトルク等に基づき、所定
の制御方法に従って電動モータを制御するための指令信
号を出力する。電動モータは、指令信号に応じて回転
し、動力付加手段を介して電動トルクを自転車の動力機
構に付加する。例えば、検出された踏み込みトルクが一
定以上の場合に電動モータをオン、そうでない場合には
オフとなるように指令する。

【００４５】このように本発明では、従来と同様の電動
アシスト制御によりペダル踏み込みが楽に行えると共
に、省スペース及び軽量を図った簡素なトルク検出装置
を搭載してるため、きわめて軽快に運転することができ
る。

【００４６】請求項２４の発明は、請求項２３の前記動
力付加手段が、前記スプロケットに取り付けられた被駆
動側プーリーと、前記電動モータの回転軸に取り付けら
れた駆動側プーリーと、前記被駆動側プーリーと前記駆
動側プーリーとの間に架けられたベルトと、を含んで構
成したものである。

【００４７】請求項２４の発明では、電動モータの電動
トルクが駆動側プーリー、ベルト及び被駆動側プーリー
を介して、スプロケットに、直接、加えられる。

【００４８】請求項２５の発明は、請求項２４の前記被
駆動側プーリーが、前記スプロケットの剛性を有する歯
部の内周側近傍を介して前記スプロケットに取り付けら
れたホルダーに装着されており、さらに、前記スプロケ
ットのドライブ軸をベアリング受けしていることを特徴
とする。

【００４９】請求項２５の発明では、被駆動側プーリー
がドライブ軸をベアリング受けし、さらに、ホルダーを
介して剛性を有するスプロケット部分に電動トルクを伝
達するため、回転中心を揺らがせることなく、より効率
的に電動トルクをスプロケットに伝達することができ
る。また、ベアリングによって、スプロケットの逆方向
の回転が電動モータに伝達されないので、ペダル回転の
負荷が増大することを防止できる。さらに、歯部の内周
側近傍を介して電動トルクをスプロケットに作用するた
め、トルク検出装置は、踏み込みトルクを高精度で検出
することができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、電動モータによって入力駆
動の補助を行ういわゆる「電動アシスト自転車」に本発
明の各実施形態に係るトルク検出装置を適用した例につ
いて図面を参照して説明する。

【００５１】（第１実施形態）図１には、本発明の第１
実施形態に係るトルク検出装置が適用された電動アシス
ト自転車の概略が示されている。同図に示すように、こ
の電動アシスト自転車１の主要な骨格部分は、金属管製
の車体フレーム３から構成されており、該車体フレーム
３には、前輪２０、該前輪を操舵するためのハンドル１
６、後輪２２及びサドル１８などが周知の態様で取り付
けられている。

【００５２】また、車体フレーム３の中央下部には、ス
プロケット２が回転自在に軸支されており、該スプロケ
ット２はこれと同軸を有するドライブシャフト４を介し
て左右両側にスプロケット２と一体に回転するクランク
棒６Ｌ、６Ｒが各々取り付けられ、これらのクランク棒
の先端にはペダル８Ｌ、８Ｒが各々設けられている。更
に、後輪２２の中央部には、該後輪に動力を与えるため
後輪動力機構１０が設けられており、該後輪動力機構の
内部に設けられた図示しないフリーホイールとスプロケ
ット２との間には無端回動のチェーン１２が張設されて
いる。即ち、周知のように、ペダル８に与えられた前進
方向の踏力は、クランク棒６を介して図のＲ方向の踏み
込みトルクとしてスプロケット２に作用し、該踏み込み
トルクはチェーン１２を介して後輪動力機構１０に伝達
され、その結果、後輪２２を回転させて自転車１を前方
に走らせる。

【００５３】図２には、電動アシスト自転車１に適用さ
れた第１実施形態のトルク検出装置及び電動アシスト手
段の概略構成が示されている。なお、同図は、ドライブ
シャフト４の中心軸線５を通って取られた水平断面の上
図として示されたものであり、簡単化のため、左側のク
ランク棒６Ｌ及びペダル８Ｌのみが示されている。

【００５４】まず、図２を参照して本実施形態のトルク
検出装置を説明する。同図に示すように、このトルク検
出装置は、スプロケット２それ自体の応力変形による軸
方向（軸線５と平行な方向）の変位量を検出できるよう
に構成されており、この軸方向変位量を検出しやすくす
るためにスプロケット２の一方の表面側（図では左側）
に当接された位置検出用円板３２と、この軸方向変位量
を検出するために用いられる検出センサー３４と、をさ
らに含んで構成されている。

【００５５】このうちスプロケット２は、所定の金属材
料から一体成形されており、図３（上面図及び概念的な
側面図）に示すように、ドライブシャフト４を貫通させ
るための中心孔３０を備えた中央部２９と、複数の隆起
部２７及び複数の孔部２８とが周方向に沿って交互に形
成された応力変形部２６と、スプロケット２の最外周部
に形成された複数の歯２４及び隣接する歯の間に形成さ
れた凹部２５からなる歯部２３と、を有するように形成
されている。

【００５６】ここに応力変形部２６の隆起部２７を、線
Ｂ−Ｂ’（図３の上面図）を視線方向として眺めたとき
の側面図を図７（ａ）に示す。同図に示すように、隆起
部２７は、応力による変形を軸方向の変位量に変換する
ため、スプロケット２の一方の表面側に隆起し、他方の
表面側で凹んでいる。図の例では、スプロケット２の平
坦な表面に対して傾斜した傾斜部２７ａと、平坦な頂上
部２７ｂと、を有する。また、この隆起部２７には、隣
接する孔部２８に面した側面に面部分が存在していない
ことがわかる。

【００５７】また、この隆起部２７を線Ａ−Ａ’を視線
方向として眺めたときの正面図を図７（ｂ）に示す。同
図に示すように、傾斜部２７ａは、傾斜した平坦な面部
分であることがわかる。

【００５８】なお、図７（ｃ）に示すように、隆起部２
７’を、頂上部２７ｂが形成されていない完全な凸状又
は半円状に構成してもよい。この隆起部２７’の線Ａ−
Ａ’から見た外観は、図７（ｂ）と類似であるので、図
示を省略する。

【００５９】このように形成された隆起部２７は、図６
に示すように、チェーン引張力と踏み込みトルクとの拮
抗から生じた応力Ｆ、−Ｆによってその両側から（即
ち、歯部２３の側及び中央部２９の側から：図６参照）
引っ張られたとき、傾斜部２７ａの傾斜が緩やかとなっ
て頂上部の高さが低下する。この高さの低下量が軸方向
変位量ΔＬであり、チェーン引張力の源である踏み込み
トルクを反映している。

【００６０】また、孔部２８は、応力変形部２６の剛性
を低下させて隆起部２７の応力変形量を増大させるよう
に、スプロケット２の厚さを貫通して開けられている。
なお、中央部２９及び歯部２６は、充分な剛性を持つよ
うに成形されるが、応力変形部２６の応力変形量を更に
増大させて検出精度を高めるために、応力変形部２６を
中央部２９等に比べて薄く成形した方が好ましい。

【００６１】更に、応力変形部２６は、応力による変形
を軸方向の変位量に、より効率的に変換するため、図３
（上面図）に示すように、隆起部２７及び孔部２８が自
転車１を前方に走らせる順回転方向Ｒに渦巻き形状を呈
するようにそれぞれ形成されている。これにより、単に
隆起部２７を径方向（円中心から放射状に延びる方向）
に放射状に形成した場合と比べて、隆起部２７の両側か
ら引っ張る力の向きは、最大応力の向きに近くなり、よ
り大きく隆起部を変形させることができる。

【００６２】なお、図３の上面図において、スプロケッ
ト２の中心Ｏを原点とし、自転車１の進行方向をＸ軸の
正方向、このＸ軸に対し鉛直上方向をＹ軸の正方向とす
ると、スプロケット２は、Ｘ軸及びＹ軸によって４つの
区画即ち第I象限、第II象限、第III象限及び第IV象限に
便宜上分類することができる。このとき、チェーン１２
が巻架けられた区画のうち、チェーン１２の張り側にあ
る第I象限が最も大きな引張力を受けて、これにより生
じる応力変形量が最大となる。また、第I象限の中で
も、最大の応力変形を被るところ（最大応力変形位置
Ｍ）が、Ｙ軸の正方向との交点よりＲ方向に２、３歯程
度進んだところといわれている。ただし、この最大応力
変形位置Ｍは、様々な条件によって変動する。

【００６３】また、位置検出用円板３２は、図４（ａ）
に示すように、中央部に形成された中心孔４０と、該中
心孔４０の外周部全体に亘って形成された、非伸縮性の
複数の平坦部３８と、隣接する平坦部３８の間に各々形
成された複数の伸縮ひだ部３９と、を有する。

【００６４】このうち伸縮ひだ部３９は、図４（ｂ）に
示すように、例えば板金を少なくとも三角状に折り曲げ
て溝を作ることによって形成することができる。従っ
て、この伸縮ひだ部３９は、弾力を有し、且つ、Ｐ方向
及びＱ方向に伸縮することができる。これによって、各
々の平坦部３８は、隣接する平坦部に対してＵ方向に上
下することができるのみならず、伸縮ひだ部３９の弾力
によって元の位置に戻る作用を受ける。

【００６５】位置検出用円板３２は、図２に示すよう
に、各々の平坦部３８がスプロケット２の各隆起部２７
にそれぞれ当接した状態でドライブシャフト４に固定支
持され、スプロケット２と共に回転する。各隆起部２７
が応力変形により軸方向に上下するのに応じて位置検出
用円板３２の各平坦部３８も隆起部に当接した状態でそ
れぞれ上下に変位する。この位置検出用円板３２をスプ
ロケット２に当接しておくことによって、離散的に配置
された各平坦部３８の変位量を連続的な変位量として検
出することが可能となる。

【００６６】この位置検出円板３２に向かって配置され
た検出センサー３４は、応力変形に伴うスプロケット２
の軸方向変位量が比較的大きくなるような位置検出円板
３２上の検出点までの距離を検出できるように車体フレ
ーム３に対し固定されている。この検出センサー３４
は、車体フレーム３（図１）に取り付けられたその固定
位置から位置検出用円板３２までの軸方向の距離を検出
し、該距離を示す検出信号を出力する。好ましくは、図
３の最大応力変形点Ｍまでの軸方向距離Ｌ１を検出でき
るように検出センサー３４を取り付ける。

【００６７】なお、この検出センサー３４は、例えば、
位置検出用円板３２の軸方向変位に応じて軸方向に移動
するように取り付けられたフェライト等の磁性材料から
なる検出体と、該検出体の近傍に配置されたコイルと、
該コイルのインダクタンスの変化を電気信号に変換して
検出することが可能な検出回路と、によって実現でき
る。この構成の場合、スプロケット２の軸方向変位量に
応じて検出体がコイルに接近したり或いは遠ざかるが、
検出体とコイルとの距離によりコイルのインダクタンス
が変化するので、コイルのインダクタンスの変化を検出
回路により検出することによってスプロケット２までの
軸方向距離Ｌ１を演算することができる。勿論、軸方向
距離Ｌ１を検出できる限り、これ以外の型式の任意の検
出センサーを用いることができる。

【００６８】検出センサー３４の出力端には、センサー
からの検出信号を受信するコントローラ１４が接続され
ている。このコントローラ１４は、いわゆるマイクロコ
ンピュータなどで実現することができ、受信した検出信
号に基づいてスプロケット２に作用したトルクを演算す
る演算機能などを有する。

【００６９】次に、本実施形態の電動アシスト手段を説
明する。この電動アシスト手段は、図２に示すように、
スプロケット２の隆起部２７が凹んでいる側（図では右
側）に剛性の高い歯部の近傍から連結されたホルダー３
３と、ドライブシャフト４を受け入れるようにホルダー
３３に形成された被駆動側プーリー３５と、ドライブシ
ャフト４の軸線５にその回転軸３７ａが略平行となるよ
うに配置された電動モータ３７と、回転軸３７ａの先端
に取り付けられた駆動側プーリー３７ｂと、この駆動側
プーリー３７ｂと被駆動側プーリー３５との間に架けら
れたベルトと、検出センサー３４からの検出信号に基づ
いて電動モータ３７の回転を制御する上記のコントロー
ラ１４と、を含んで構成される。

【００７０】このように本実施形態では、電動モータ３
７の駆動力を、駆動側プーリー３７ｂ、ベルト３６、被
駆動側プーリー３５及びホルダー３３を介して、直接、
スプロケット２に伝達させる電動アシスト方法を一例と
して採用している。

【００７１】図５には、ホルダー３３についてより詳細
な上面図及び側断面図が示されている。同図に示すよう
に、ホルダー３３は、ドライブシャフト４が貫通される
中心孔４５と、該中心孔４５の周囲に形成されてドライ
ブシャフト４を受け入れる被駆動側プーリー３５と、ホ
ルダーをスプロケット２に連結するための最外周部４２
と、被駆動側プーリー３５を最外周部４２に固定支持す
るための梁部４４と、該梁部と交互に形成された孔部４
３と、を有する。このホルダー３３はスプロケット２の
剛性の高い歯部近傍から連結されるため、電動モータ３
７から電動トルクが伝達されても撓むことなくこの電動
トルクをスプロケット２に伝達することができる。

【００７２】また、被駆動側プーリー３５は、図５の側
断面図に示すように、図２のベルト３６が巻き架けら
れ、且つ該ベルトが外れないようにリップ部分が形成さ
れた外周部３５ａを有する。この外周部３５ａは、ベア
リング受けとしても機能するように形成され、該外周部
の内側にはドライブシャフト４を受け入れ該シャフトに
対して回転自在のベアリング３５ｂが組み込まれてい
る。これにより、被駆動側プーリー３５は、ドライブシ
ャフト５と同心を保った状態で電動モータ３７からの電
動トルクをホルダー３３を介してスプロケット２に、直
接、伝達することができる。また、ペダルの逆方向の回
転に対してもシャフトからの回転がモータに伝達してペ
ダル負荷が増大するのを回避することができる。スプロ
ケット２には、直接、踏み込みトルク及び電動トルクの
両方が作用する。

【００７３】次に、本発明の第１実施形態の作用を説明
する。

【００７４】搭乗者がペダル８Ｒ、８Ｌを踏んで自転車
１を前方に走らせるとき、スプロケット２はＲ方向に回
転する。このとき、スプロケット２はこれに嵌合したチ
ェーン１２に駆動力を伝達すると同時に、その負荷であ
るチェーン１２からの引張力よりスプロケットの各点に
は、該これらの力の拮抗に応じた応力が分布する。この
応力によって、スプロケット２は、その応力変形部２６
において最も大きな応力変形を受ける。この応力は、チ
ェーン１２の張り側にある図３の第I象限を通過してい
る間の応力変形部２６の区画において最も強く作用し、
図６に示すように、隆起部２７の両側からこれを引っ張
るように応力Ｆ及び−Ｆが作用する。この応力Ｆの大き
さに応じて、隆起部２７の軸方向高さは応力を受けてい
ない場合と比べて低下する。この低下量はペダル踏み込
みトルクが大きくなって応力Ｆが増加すればするほど増
大する。

【００７５】スプロケット２の回転に伴い、各隆起部２
７がその回転位置及び踏み込みトルクに応じて発生する
応力の作用によって軸方向にそれぞれ上下運動すると、
これに当接している弾性を有する位置検出用円板３２の
各平坦部３８も各隆起部２７の変動にそれぞれ完全に追
従して上下運動する。

【００７６】検出センサー３４は、車体フレーム３に対
して固定された取り付け位置から第I象限内の特定の検
出位置（例えば最大応力変形位置Ｍ）を通過中のスプロ
ケット部分までの距離を、常時、計測しており、この計
測結果を検出信号としてコントローラ１４に出力する。
なお、検出センサー３４は、上記検出位置までの距離
を、位置検出用円板３２を介して検出するため、その検
出信号は連続的に変動する信号となり、コントローラ１
４によるトルク演算やトルクによるアシスト判定をきわ
めて容易に行うことができる。

【００７７】検出信号を受信したコントローラ１４は、
予めメモりに記憶された、応力を受けていないときの軸
方向距離Ｌ０と、この検出信号が示す軸方向距離Ｌ１
と、の差分としてスプロケット２の軸方向変位量ΔＬ
（Ｌ０−Ｌ１；図６）を演算し、さらにこの軸方向変位
量ΔＬから所定の変換に従ってスプロケット２に作用し
たトルクＴを演算する。

【００７８】更に、コントローラ１４は、演算されたト
ルクＴに基づき所定の制御方法に従ってアシスト用の電
動トルクＴｅを演算し、該電動トルクで回転駆動するよ
うに電動モータ３７を指令する制御信号を演算出力す
る。

【００７９】最も簡単な電動アシスト制御の場合、例え
ば、演算されたトルクＴが所定値以上となったとき、踏
み込みトルクが一定以上となってとみなして、電動モー
タ３７をオンにする制御信号を出力し、それ以外では電
動モータをオフにする制御信号を出力する。この場合、
検出センサー３４により検出された軸方向距離Ｌ１が一
定値以上となったときのみに電動モータ３７をオンにす
るようにしてもよい。

【００８０】電動モータ３７がオンとなって回転する
と、この回転は、駆動側プーリー３７ｂ、ベルト３６、
被駆動側プーリー３５及びホルダー３３を介して、回転
中心が揺れ動くことなくスプロケット２の剛性の高い歯
部の近傍に伝達され、スプロケット２にアシスト用電動
トルクを加える。このように踏み込みトルクが一定以上
とみなされるような条件下で、アシスト用電動トルクが
加わるので、ペダル運転を楽に行うことができる。

【００８１】以上のように本実施形態では、剛性が高く
体積及び重量が大きい弾性部材や伝達機構などを、既存
の電動アシスト自転車に別途、追加することなく、スプ
ロケットそれ自体の応力変形量に基づいてトルクを演算
するようにしたので、上記従来技術（１）〜（６）と比
べてトルク検出機構のスペース及び重量を削減すると共
にその機構を大幅に簡素化することができ、よりスマー
トで軽快な運転が可能な電動アシスト自転車を提供する
ことができる。

【００８２】（第２実施形態）次に、第２実施形態に係
るトルク検出装置を説明する。このトルク検出装置は、
第１の実施形態のようにスプロケットを一体成形したも
のではなく、複数の部品から構成した点に特徴がある。
なお、第１の実施形態と同様の構成要件については同一
の符号を附して詳細な説明を省略する。

【００８３】図８には、第２実施形態に係るトルク検出
装置の検出対象となるスプロケットの各構成部品（上面
図及び概念的な側面図）が示されている。同図に示すよ
うに、本実施形態のスプロケットは、スプロケット歯部
５０Ａと、弾性変形部５０Ｂと、円盤部５０Ｃと、の３
つの構成部品からなる。

【００８４】このうちスプロケット歯部５０Ａは、その
最外周に亘って歯５１と凹部５２とが交互に複数形成さ
れた外周部５３と、中央部で開口する穿孔５６と、外周
部５３から穿孔５６に向かって径方向に突出し、周方向
に等角度毎に各々形成された３つの突起部５４と、を備
えている。このスプロケット歯部５０Ａは、チェーン１
２との嵌合を確実にするため剛性を有するように金属材
料から一体成形される。

【００８５】また、弾性変形部５０Ｂは、応力変形量を
大きくするため弾性体から一体成形されており、環状の
外周部５８と、これと同一中心でドライブシャフト４を
貫通させる中央孔６４を備えた中央内円部６２と、外周
部５８と中央内円部６２とを所定角度毎に連結する細長
い複数（図では６個）の連結部６１と、を有し、各連結
部６１の中央部には隆起部６０がそれぞれ形成され、隣
接する連結部６１の間には孔部６５がそれぞれ形成され
ている。なお、弾性変形部５０Ｂは、弾性率の大きい材
料又はスプロケット歯部５０Ａよりも厚さが小さい同一
金属材料から作ることができる。

【００８６】連結部６１は、径方向に対し傾けられた状
態で外周部５８と中央内円部６２とを橋渡ししている。
これによって、チェーン１２の引張力と踏み込みトルク
との拮抗により生じる応力Ｇが連結部６１の方向に沿っ
て効率的に作用し、隆起部６０の軸方向変位量を大きく
することができる。なお、この隆起部６０は、図７
（ｃ）の隆起部２７’と同様の形状である。

【００８７】また、円盤部５０Ｃは、剛性を有するよう
に金属材料から一体成形されており、外周円盤部６６
と、ドライブシャフト４を受け入れる中央孔７４を備え
た円筒状の円筒部７０と、を有し、外周円盤部６６の外
周には、径方向に凹んだ切り欠き部６８が等角度毎に複
数（図では３個）形成され、円筒部７０の中心孔７４の
内壁には、ドライブシャフト４と嵌合して固定するため
の内歯７２が形成されている。

【００８８】スプロケット歯部５０Ａの穿孔５６に円盤
部５０Ｃをはめ込むことができるように、円盤部５０Ｃ
の外径は、スプロケット歯部５０Ａの穿孔５６の内径に
ほぼ等しく、また、切り欠き部６８は、突起部５４と比
べて、その径方向の長さがほぼ等しく、その周方向の長
さがより長く形成される。このため、円盤部５０Ｃが、
スプロケット歯部５０Ａにはめ込まれた状態では、突起
部５４が切り欠き部６８の一方の内壁から他方の内壁ま
で係合する範囲内で円盤部５０Ｃを回転することができ
る。

【００８９】図９（ａ）に、図８の構成部品を組み合わ
せて完成させたスプロケット７７を示す。同図に示すよ
うに、各突起部５４がスプロケット７７の回転方向Ｒ’
に対して先方側にある各切り欠き部６８の内壁６８ａに
それぞれ当接した状態で円盤部５０Ｃがスプロケット歯
部５０Ａにはめ込まれている。そして、更に、弾性変形
部５０Ｂの中央孔６４に円盤部５０Ｃの円筒部７０が挿
入された状態で、弾性変形部５０Ｂがスプロケット歯部
５０Ａ及び円盤部５０Ｃを互いに連結している。これら
の構成部品は、当業者に周知なように、溶接又はリペッ
ト締め等で連結することができる。

【００９０】また、図９（ａ）（側面図）に示すよう
に、スプロケット７７には、弾性変形部５０Ｂの各隆起
部６０に当接するように円板８０が接しており、この円
板８０には、波状ワッシャ８４が当接されている。さら
にこの波状ワッシャ８４は、ドライブシャフト４（図
２）に固定されたばね押さえ板９０により他端部から押
圧されている。

【００９１】円板８０は、図１０（ａ）に示すように、
剛性を有する外周円板部８１と、中央部に形成されたド
ライブシャフト４を貫通させるための中央孔８２と、を
有し、検出センサーのための位置検出面として機能す
る。また、波状ワッシャ８４は、軸方向に弾力的に伸縮
可能な波状円板部８８と、中央部に形成されたドライブ
シャフト４を貫通させるための中央孔８２と、を有す
る。この波状円板部８８は、周方向に周期的に波状部分
が形成されるように板金を湾曲させて簡単に成形された
もので、これにより、波状ワッシャ８８は、軸方向に印
可された力に応じて弾力的に伸縮することが可能とな
る。

【００９２】図９（ａ）のスプロケット７７は、図２に
示すように、第１の実施形態のスプロット２の代わりに
ドライブシャフト４に嵌合される。このとき、図９
（ａ）に示すように、径方向に対し斜めに延在する連結
部６１は、スプロケット７７の回転方向Ｒ’に対し斜め
に倒れるように取り付ける。これにより、連結部６１及
び孔部６５が回転方向Ｒ’に渦巻き形状となるので、第
１実施形態と同様に、応力変形量を軸方向に効率的に反
映することができる。また、電動アシスト装置のホルダ
ー３３は、剛性を有するスプロケット歯部５０Ａに溶接
等で取り付けられる。

【００９３】また、円板８０、波状ワッシャ８４及びば
ね押さえ板９０は、全体として可撓性の位置検出用円板
を構成しており、第１の実施形態の位置検出用円板３２
の代わりに、スプロケット７７に当接した状態で取り付
けられる。このとき、検出センサー３４は、その固定位
置から円板８０までの距離を検出できるように車体フレ
ーム３に取り付けられる。これによって、スプロケット
７７の各隆起部６０の離散的な軸方向変位が連続量とし
て検出することができる。

【００９４】次に、第２の実施形態の作用を説明する。

【００９５】前方走行のための踏み込みトルクが円盤部
５０Ｃに伝達されたスプロケット７７は、全体として図
９（ａ）に示すように、Ｒ’方向に回転しようとする。
このとき、弾性変形部５０Ｂを介して円盤部５０Ｃに連
結されたスプロケット歯部５０Ａには踏み込みトルクに
抗するチェーン１２からの引張力が作用するので、スプ
ロケット歯部５０Ａは円盤部５０Ｃに対し相対的にＲ’
方向とは反対のＲ”方向に回転しようとし、これと共に
その突起部５４は切り欠き部６８の内壁６８ａから離れ
て切り欠き部６８の内部をＲ”方向に移動する。

【００９６】従って、上記のように互いに拮抗するスプ
ロケット歯部５０Ａ及び円盤部５０Ｃを仲介している弾
性変形部５０Ｂには、図８に示すように、主として連結
部６１に応力Ｇが作用するので、各隆起部６０は、応力
Ｇの方向にその大きさに応じて伸長し、弾性変形部５０
Ｂの弾力と応力Ｇとが釣り合ったところでその伸長が停
止する。この伸長と共に、各隆起部６０は、その軸方向
高さが低くなり、釣り合ったところでその高さを維持す
る。逆に踏み込みトルクが小さくなれば、弾性変形部５
０Ｂの弾力によって隆起部６０が収縮し、その高さが高
くなる。

【００９７】ただし、一定以上の踏み込みトルクが作用
した場合、Ｒ”方向に回転する突起部５４は、図９
（ｂ）の上面図に示すように、切り欠き部６８の他方側
の内壁６８ｂに接して係止されるので、これ以上のトル
クが印可されても弾性変形部５０Ｂのさらなる伸長が停
止され、弾性変形部５０Ｂの劣化を防止することができ
る。

【００９８】かくして、隆起部６０は、図９（ｂ）の側
面図に示すように、踏み込みトルクに応じた高さとなる
ように軸方向Ｈに所定範囲内で上下する。これと共に、
隆起部６０及び波状ワッシャ８４の狭間に配置された円
板８０は、各隆起部６０の高さに応じた配位をとる。そ
して、第１の実施形態と同様に、検出センサー３４は、
固定位置から円板８０までの軸方向距離を検出し、コン
トローラ１４は検出された軸方向距離に基づいて踏み込
みトルクの演算及び電動アシスト制御を行う。

【００９９】以上のように第２の実施形態では、３つの
構成部品を組み合わせたスプロケット７７を一体成形の
スプロケットとほぼ同じ体積及び重量にし、このスプロ
ケット７７それ自体の弾性変形量により踏み込みトルク
を演算することを可能としたので、第１の実施形態と同
様、スプロケット外部に弾性体を設ける従来技術と比べ
て省スペース、軽量及び簡素な機構という優れた効果を
奏することができる。

【０１００】さらに、スプロケット７７では、剛性を有
するスプロケット歯部５０Ａ及び円盤部５０Ｃと、弾性
力を有する弾性変形部５０Ｂとを、それぞれ別部品とし
たので、一体成形で弾性を有する部分を形成する場合と
比較して、弾性変形部の成形がきわめて容易となる。換
言すれば、弾性率の大きい弾性変形部５０Ｂを容易に成
形することができるので、軸方向の変位量をより大きな
振幅とすることが可能となり、よって踏み込みトルクの
検出精度をさらに高めることができる。

【０１０１】さらに、ドライブシャフト４に固定された
円盤部５０Ｃと、チェーン１２に嵌合するスプロケット
歯部５０Ａとが弾性変形部５０Ｂを介して連結されてい
るので、チェーン１２に大きな力が急激に加わった場合
でも、弾性変形部５０Ａがショックアブソーバー的な役
割を果たす。これによって、歯部５０Ａのみならずドラ
イブシャフト４の回りに配置された例えば図示しないラ
チェットギヤなどを保護し、これらのギヤの寿命を延ば
すことができる。

【０１０２】また、第２の実施形態では、スプロケット
歯部５０Ａの外周のみが成形された金属材料から円盤部
５０Ｃを切断によって切り抜くことができるので、成形
工程において、コスト及び労力の削減を図れる。

【０１０３】以上が本発明のトルク検出装置の各実施形
態であるが、本発明は上記例にのみ限定されるものでは
ない。

【０１０４】例えば、上記各実施形態では、本発明のト
ルク検出装置を、電動モータ等の駆動手段を備えて入力
駆動の補助を行う二輪自転車に適用する例を示したが、
本発明はこれのみに限定されず、三輪車、車椅子、手漕
ぎボート等の装置、又はトルクを検出することによって
種々の制御を行う装置、例えば締め付け具合を調節する
ネジ締め機等のトルクを検出する手段として適用するこ
とができる。

【０１０５】また、第２の実施形態では、図８に示す３
つの構成部品からスプロケット７７を構成したが、本発
明は、これに限定されず、例えば、図１１に示すよう
に、ドライブシャフト４を貫通させてこれに固定される
ボス部９１と、スプロケットギヤ９２との間を、隆起部
９３を有する複数のばね部材９４で溶接等により連結さ
せることによって、スプロケット８９を構成してもよ
い。

【０１０６】また、位置検出用円板についても、第１実
施形態（図４（ａ），（ｂ））、第２実施形態（図１０
（ａ），（ｂ））以外の態様が考えられる。例えば、図
１２に示すように、円板９５をスプロケット８９のばね
部材９４の上に当接し、この円板９４の上からこれを押
圧する伸縮ばね９６をドライブシャフト４を通して配置
する。そして、この伸縮ばね９６の他端部をドライブシ
ャフト４に固定されたばね押さえ板９７で押さえること
によって、円板９５を隆起部９３の軸方向変位に応じて
上下する位置検出面として使用することができる。な
お、これらの位置検出用円板（図４、図１０、図１１）
は、各実施形態のスプロケット（図３、図９（ａ）、図
１１）のスプロケットのいずれにも任意に適用すること
ができる。

【０１０７】また、各実施形態では、検出センサー３４
を１個だけ取り付ける例を示したが、複数箇所にそれぞ
れ検出センサーを設け、これら検出センサーにより検出
された複数の検出信号に基づいてトルクを演算すること
も可能である。また、検出センサー３４の取り付け位置
に関しても、スプロケットの軸方向変位量が検出できれ
ば、車体フレーム３ではなくスプロケット上に取り付け
てもよい。

【０１０８】また、各実施形態では、スプロケット面に
対し垂直な軸方向変位量を検出するようにしたが、軸方
向に対して斜めの方向のスプロケット面の変位量を検出
するように構成することもできる。

【０１０９】さらに、本発明の電動アシスト自転車は、
電動モータによる電動トルクをスプロケットに直接作用
する例のみならず、例えば、電動トルクをチェーンに、
直接、加えたり、リニアモータ等の原理によって自転車
の車輪に加えたりする態様も含まれる。また、検出され
たトルクに基づく制御アルゴリズムも任意好適に変更可
能である。

【０１１０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１乃
至請求項２２の発明によれば、トルクの作用によりスプ
ロケットそれ自体に生じた応力変形に伴うスプロケット
面の変位量に基づいてトルクを検出するようにしたの
で、従来技術にみられるようにスプロケット等などの構
成要件とは別の箇所に他の弾性体を付加する必要が無く
なり、検出機構をきわめて簡素に構成できると共に、こ
の機構が占めるスペース及び重量を大幅に軽減すること
ができる、という優れた効果が得られる。

【０１１１】また、請求項２３乃至請求項２５の発明に
よれば、上記のような省スペース及び軽量化を図った簡
素なトルク検出装置を電動アシスト自転車に適用したの
で、従来のように急な坂道などでも楽なペダル踏み込み
運転が行えるという効果を享受しつつ、きわめて軽快に
運転することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルク検出装置が適用された電動
アシスト自転車の概略図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係るトルク検出装置及
び電動アシスト手段の概略構成を示す断面図である。

【図３】第１実施形態に係るトルク検出装置が適用され
た電動アシスト自転車のスプロケットの上面図及び側面
図である。

【図４】図３のスプロケットに当接してスプロケットの
変形量の測定を容易にすることを可能とする位置検出用
円板の概略図であって、（ａ）は位置検出用円板の上面
図、（ｂ）は該位置検出用円板の伸縮ひだ部の形状を示
す斜視図である。

【図５】電動トルクを伝達する被駆動側プーリーをスプ
ロケットに取り付けるためのホルダーの上面図及び断側
面図である。

【図６】スプロケットに形成された隆起部が応力を受け
た場合と受けていない場合とで、いかに応力変形して軸
方向変位を生じさせるかを説明する図である。

【図７】スプロケットに形成された隆起部の概略的な外
観図であって、（ａ）は、図３のＢ−Ｂ’線を視線方向
として見たときの側面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線を視線方
向として見た場合の隆起部の正面図、（ｃ）は他の形態
例に係る隆起部の側面図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係るスプロケットの
各構成部品に関する各々の上面図及び側面図である。

【図９】図８に示す第２の実施形態に係るスプロケット
構成部品を組み立てたときのスプロケットの上面図及び
このスプロケットをドライブシャフトに取り付けたとき
の側面図であって、（ａ）は、踏み込みトルクが加えら
れていない場合、（ｂ）は踏み込みトルクが最大限加わ
った場合におけるスプロケットをそれぞれ示す。

【図１０】第２実施形態に係る位置検出用円板の構成部
品の上面図及び側面図であって、（ａ）は、位置検出面
として機能する円板、（ｂ）はこの円板に弾性を付与す
るための波状ワッシャを示す。

【図１１】スプロケットを複数の部品から構成する第２
実施形態以外の他実施形態のスプロケットであって、こ
の弾性変形部を複数のばね部材から構成するスプロケッ
トの斜視図である。

【図１２】第１及び第２実施形態以外の他実施形態に係
る位置検出用円板を示す斜視図である。

【符号の説明】

１電動アシスト自転車２スプロケット３車体フレーム４ドライブシャフト５軸線１２チェーン１４コントローラ２３歯部２６応力変形部２７隆起部２７ａ傾斜部２７ｂ頂上部２８孔部２９中央部３２位置検出用円板３３ホルダー３４検出センサー３５被駆動側プーリー３６ベルト３７電動モータ３８平坦部３９伸縮ひだ部５０Ａスプロケット歯部５０Ｂ弾性変形部５０Ｃ円盤部５４突起部６０隆起部６１連結部６４切り欠き部６５孔部８０円板（位置検出面）８４波状ワッシャ９３ばね部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スプロケットに作用するトルクを検出す
るトルク検出装置であって、前記トルクの作用により前記スプロケットそれ自体に生
じた応力変形に伴ってスプロケット面が変位したときの
変位量に基づいて、前記スプロケットに作用したトルク
又は該トルクに関連する物理量を検出することを特徴と
する、トルク検出装置。
【請求項２】前記スプロケットは、チェーンと嵌合す
るため前記スプロケットの外周に形成された剛性の歯部
と、前記スプロケットに前記トルクを伝達するドライブ
軸を固定支持するための剛性の軸部と、前記歯部と前記
軸部との間に形成された弾性を有する応力変形部と、か
ら構成され、該応力変形部のスプロケット面の変位量に
基づいて前記トルク又は該トルクに関連した物理量を検
出することを特徴とする、請求項１に記載のトルク検出
装置。
【請求項３】前記応力変形部のスプロケット面は、前
記トルクの作用による応力変形が主として予め定められ
た検出方向の変位量として現れるような特定形状に成形
されていることを特徴とする、請求項２に記載のトルク
検出装置。
【請求項４】前記予め定められた検出方向は、前記ス
プロケットの軸方向であることを特徴とする、請求項３
に記載のトルク検出装置。
【請求項５】前記応力変形部の前記特定形状は、その
周囲のスプロケット面に対して隆起するように形成され
た複数の隆起部と、前記スプロケットを貫通する複数の
孔部と、が周方向に沿って交互に形成された形状である
ことを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載のトル
ク検出装置。
【請求項６】前記隆起部は、隆起した側の反対側のス
プロケット面で凹んでおり、隣接する前記孔部に面する
両側部には面部分を有しないことを特徴とする、請求項
５に記載のトルク検出装置。
【請求項７】前記隆起部は、隆起部分の断面形状が凸
状であることを特徴とする、請求項６に記載のトルク検
出装置。
【請求項８】前記隆起部は、隆起部分の断面形状が、
傾斜部と平坦な頂上部とを有する形状であることを特徴
とする、請求項６に記載のトルク検出装置。
【請求項９】前記隆起部及び前記孔部は、前記スプロ
ケットの軸方向から見た形状が、前記スプロケットの回
転方向に渦を巻くような形状に形成されていることを特
徴とする、請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載
のトルク検出装置。
【請求項１０】前記隆起部は、前記スプロケット面内
で前記スプロケットの径方向に対し斜めに交わるように
延在している、請求項９に記載のトルク検出装置。
【請求項１１】前記歯部と、前記応力変形部と、前記
軸部とは、それぞれ別体の構成部品として形成され、前
記スプロケットは、これらの構成部品を連結してなるこ
とを特徴とする、請求項２乃至請求項１０のいずれか１
項に記載のトルク検出装置。
【請求項１２】前記歯部には、その中央部に形成され
た中央孔に前記軸部がはめ込まれており、前記応力変形
部は、前記中央軸部と前記歯部とをスプロケットの片面
から連結していることを特徴とする、請求項１１に記載
のトルク検出装置。
【請求項１３】前記応力変形部は、前記ドライブ軸を
貫通するための中央孔を備えた環状部材であることを特
徴とする、請求項１２に記載のトルク検出装置。
【請求項１４】前記軸部は円盤に形成され、前記歯部
の中央孔にはめ込まれた状態で回転が可能であると共
に、前記軸部及び前記歯部には、一定範囲内の角度を越
えた回転を係止させる係止手段が、それぞれ設けられて
いることを特徴とする、請求項１２又は請求項１３に記
載のトルク検出装置。
【請求項１５】前記応力変形部は更に複数の弾性部材
からなり、前記スプロケットは、前記複数の弾性部材を
用いて前記歯部と前記軸部とを連結させてなることを特
徴とする、請求項１１に記載のトルク検出装置
【請求項１６】前記スプロケットは一体成形されてな
ることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれ
か１項に記載のトルク検出装置。
【請求項１７】略平坦な検出面を備え、且つ、前記軸
方向に弾力的に変位可能な被検出部材を更に有し、該被
検出部材を前記複数の隆起部に当接して配置したことを
特徴とする、請求項５乃至請求項１６のいずれか１項に
記載のトルク検出装置。
【請求項１８】前記被検出部材は、周方向に沿って配
列された複数の略平坦な検出面部と、隣接する検出面部
の間に各々形成された幅の狭い伸縮自在の複数のひだ部
と、を有し、前記検出面部が前記隆起部に当接した状態
で配置されたことを特徴とする、請求項１７に記載のト
ルク検出装置。
【請求項１９】前記被検出部材は、前記複数の隆起部
が当接された略平坦な検出面を備えた円板部と、前記検
出面とは反対側の前記円板部の面に当接するように配置
された軸方向に伸縮可能な弾性部材と、該弾性部材を他
端部で固定支持する支持部材と、を有することを特徴と
する、請求項１７に記載のトルク検出装置。
【請求項２０】前記弾性部材は、周方向に波状となる
ように湾曲された波状円板、又は、コイルばねであるこ
とを特徴とする、請求項１９に記載のトルク検出装置。
【請求項２１】固定位置から前記被検出部材の検出面
までの距離を検出する検出センサーを備えたことを特徴
とする、請求項１７乃至請求項２０のいずれか１項に記
載のトルク検出装置。
【請求項２２】前記検出センサーは、前記スプロケッ
トの応力変形に伴う軸方向変位量が最大となる検出面内
の特定位置までの距離を検出できるように取り付けられ
たことを特徴とする、請求項２１に記載のトルク検出装
置。
【請求項２３】電動アシスト自転車であって、請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載のトルク
検出装置と、指令信号に応じて回転する電動モータと、前記電動モータの電動トルクを前記電動アシスト自転車
の動力機構に付加するように設けられた動力付加手段
と、前記トルク検出装置により検出された前記スプロケット
に作用したトルク又は該トルクに関連する物理量に基づ
き、所定の制御方法に従って前記電動モータを制御する
ための指令信号を出力する制御手段と、を有することを特徴とする電動アシスト自転車。
【請求項２４】前記動力付加手段は、前記スプロケットに取り付けられた被駆動側プーリー
と、前記電動モータの回転軸に取り付けられた駆動側プーリ
ーと、前記被駆動側プーリーと前記駆動側プーリーとの間に架
けられたベルトと、を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の電動アシ
スト自転車。
【請求項２５】前記被駆動側プーリーは、前記スプロケットの剛性を有する歯部の内周側近傍を介
して前記スプロケットに取り付けられたホルダーに装着
されており、さらに、前記スプロケットのドライブ軸をベアリング受
けしていることを特徴とする、請求項２４に記載の電動
アシスト自転車。