JP2002116099A - Stepping force detecting device - Google Patents

Stepping force detecting device

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JP2002116099A
JP2002116099A JP2000309226A JP2000309226A JP2002116099A JP 2002116099 A JP2002116099 A JP 2002116099A JP 2000309226 A JP2000309226 A JP 2000309226A JP 2000309226 A JP2000309226 A JP 2000309226A JP 2002116099 A JP2002116099 A JP 2002116099A
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JP
Japan
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force
electrode
helical
dielectric
detecting device
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JP2000309226A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Honda
聡 本田
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate assembly and improve strength by simplifying the structure of a stepping force sensor. SOLUTION: Part of a stepping force which rotates a crankshaft 36 by a helical drive gear 36H and a helical driven gear (slider) 43 is separated into the component of force in the axial direction of the crankshaft. The slider 43 id deflected by the divided component of force and presses a load detecting part 40 via a thrust bearing 45. The load detecting part 40 is formed of a resin dielectric and two opposed electrodes sandwiching the resin dielectric. The dielectric is compressed according to the deflecting force (representing the stepping force) of the slider 43 to change the distance between the electrodes. The distance between the electrodes is processed at a detecting circuit to detect the stepping force.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、車椅子のハンドル
リムに手で加えられる回転トルクや、自転車および足漕
ぎボート等のペダルに加えられる踏力(以下、これら回
転トルクや踏力を統合的に「踏力」という)を検知する
踏力検出装置に係り、特に、加えられた踏力によって変
化する静電容量に基づいて踏力の大きさを検出する踏力
検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary torque applied to a handle rim of a wheelchair by hand, and a pedaling force applied to a pedal of a bicycle, a pedal boat or the like (hereinafter referred to as "pedaling force"). The present invention relates to a tread force detection device for detecting a tread force, and more particularly to a tread force detection device that detects the magnitude of a tread force based on a capacitance that changes according to an applied tread force.

【0002】[0002]

【従来の技術】踏力を静電容量の変化として検出する踏
力検出装置が知られている。例えば、特開2000−1
18476号公報には、踏力入力手段から入力した踏力
を、弾性部材を介して駆動輪に連結された駆動力入力手
段へ伝達するよう構成された装置において、駆動力入力
手段と踏力入力手段との相対回転量に応答して変化する
静電容量に基づいて、前記相対回転量に対応する踏力値
を出力する踏力検出装置が記載されている。
2. Description of the Related Art A pedaling force detecting device for detecting a pedaling force as a change in capacitance has been known. For example, JP-A-2000-1
Japanese Patent No. 18476 discloses an apparatus configured to transmit a treading force input from a treading force inputting means to a driving force inputting means connected to a driving wheel via an elastic member. A tread force detection device that outputs a tread force value corresponding to the relative rotation amount based on a capacitance that changes in response to the relative rotation amount is described.

【0003】同公報に記載された可変容量センサは、互
いに絶縁膜の表面に蒸着された第1および第2の電極を
積層し、かつこれをロール状に巻き込んでなり、このロ
ール状センサは、前記各入力手段の相対回転量に応じて
径方向に加圧される。
[0003] The variable capacitance sensor described in the publication has a structure in which a first electrode and a second electrode deposited on the surface of an insulating film are laminated on each other and are wound in a roll shape. Pressure is applied in the radial direction according to the relative rotation amount of each of the input means.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の踏力検出装
置では、踏力により可変容量センサの電極が加圧される
構成となっているため、大きい加圧力に耐える機械的性
質が要求される上、構造が複雑である。また、絶縁膜に
電極が蒸着される構造であるため、強度および耐久性の
向上を図ることが容易ではない。このように、従来のセ
ンサでは構造や部品の材質の選択等において制約が大き
い。
In the above-described conventional treading force detecting device, since the electrode of the variable capacitance sensor is pressurized by the treading force, a mechanical property that can withstand a large pressing force is required. The structure is complicated. Further, since the electrode is deposited on the insulating film, it is not easy to improve strength and durability. As described above, in the conventional sensor, there are great restrictions in selecting the material of the structure and the parts.

【0005】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、高い耐久力を得ることができる構造を有する踏力検
出装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a pedaling force detecting device having a structure capable of obtaining high durability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、駆動軸を回転させる踏力の一部を該
駆動軸の軸方向に分力する分力手段と、前記軸方向の分
力が作用され、該分力の大きさに応じて静電容量が変化
する静電容量センサとを具備した点に第1の特徴があ
る。また、本発明は、前記分力手段が、踏力によって回
転されるヘリカル駆動ギヤおよびヘリカル被動ギヤから
なり、前記ヘリカル駆動ギヤおよびヘリカル被動ギヤの
いずれかを、前記駆動軸の軸方向に偏倚可能に構成する
とともに、前記偏倚による付勢力に応じて電極間距離が
変化するよう前記静電容量センサを配置した点に第2の
特徴がある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a force-dividing means for partially applying a portion of a pedaling force for rotating a drive shaft in the axial direction of the drive shaft; The first feature is that a capacitance sensor is provided in which the component force is applied and the capacitance changes according to the magnitude of the component force. Further, according to the present invention, the component force means includes a helical drive gear and a helical driven gear rotated by a treading force, and any one of the helical drive gear and the helical driven gear can be biased in the axial direction of the drive shaft. A second feature of the present invention is that the capacitance sensor is arranged so that the distance between the electrodes changes according to the biasing force of the bias.

【0007】また、本発明は、前記ヘリカル駆動ギヤお
よびヘリカル被動ギヤのいずれかの偏倚による付勢力を
受けるスラスト軸受を具備するとともに、前記静電容量
センサが、弾性を有する誘電体と、前記誘電体を挟んで
配置された電極とからなり、前記電極の一方に前記スラ
スト軸受を介して前記付勢力が作用するよう構成されて
いる点に第3の特徴がある。
Further, the present invention comprises a thrust bearing for receiving an urging force due to a bias of any one of the helical drive gear and the helical driven gear, wherein the capacitance sensor has an elastic dielectric, A third feature lies in that it is constituted by electrodes arranged so as to sandwich the body, and the biasing force is applied to one of the electrodes via the thrust bearing.

【0008】また、本発明は、前記誘電体が、シート状
の接着性樹脂材、または複数の樹脂球状体と該樹脂球状
体間を埋める接着剤とからなる点に第4の特徴がある。
さらに、本発明は、前記静電容量センサと電極を共通に
し、該静電容量センサに隣接して配置された参照用静電
容量センサを設けた点に第5の特徴がある。
Further, the present invention has a fourth feature in that the dielectric comprises a sheet-shaped adhesive resin material or a plurality of resin spherical bodies and an adhesive filling the space between the resin spherical bodies.
Further, the present invention has a fifth feature in that the capacitance sensor and the electrode are made common, and a reference capacitance sensor arranged adjacent to the capacitance sensor is provided.

【0009】第1〜第5の特徴によれば、踏力の一部が
分力されて、静電容量センサの電極間距離を変化させる
よう作用される。特に第2の特徴によれば、前記分力は
ヘリカルギヤのねじれ角によって生じさせられる。第3
の特徴によれば、ヘリカルギヤによって生じる推力が、
スラスト軸受を介して弾性を有する誘導体に作用し、誘
導体を挟んでいる電極間距離が変化して静電容量が変化
する。
According to the first to fifth features, a part of the treading force is divided and acts to change the distance between the electrodes of the capacitance sensor. According to a second characteristic, in particular, said component force is generated by the helix angle of the helical gear. Third
According to the characteristics of the thrust generated by the helical gear,
It acts on the dielectric having elasticity via the thrust bearing, and the distance between the electrodes sandwiching the dielectric changes to change the capacitance.

【0010】第4の特徴によれば、誘電体は、その接着
性によって両側の電極に接着・固定される。第5の特徴
によれば、環境温度や外乱の影響を低減することができ
る。
According to the fourth feature, the dielectric is adhered and fixed to the electrodes on both sides by its adhesiveness. According to the fifth feature, it is possible to reduce the influence of environmental temperature and disturbance.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図1は、本発明の踏力検出装置を有する電動補
助自転車の側面図、図2は図1のクランク軸を含む線上
での断面図である。図1において、電動補助自転車の車
体フレーム21Aは、その前端のヘッドパイプ22と、
ヘッドパイプ22から後下りに延びるダウンパイプ23
と、ダウンパイプ23の後端に固着されて車体の左右方
向に延びる支持パイプ24と、支持パイプ24から上方
に立上がるシートポスト25とを備える。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of an electric assisted bicycle having a pedaling force detection device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line including the crankshaft of FIG. In FIG. 1, a body frame 21A of the electric assisted bicycle includes a head pipe 22 at a front end thereof,
Down pipe 23 extending backward from head pipe 22
And a support pipe 24 fixed to the rear end of the down pipe 23 and extending in the left-right direction of the vehicle body, and a seat post 25 rising upward from the support pipe 24.

【0012】ヘッドパイプ22にはフロントフォーク2
6が回動自在に支承されている。フロントフォーク26
の下端には前輪WFが軸支され、この前輪WFはフロン
トフォーク26の上端に設けられたハンドル27によっ
て操向可能である。シートポスト25から後方側に延出
される左右一対のリヤフォーク28の後端には、この一
対のリヤフォーク28間に配された駆動輪としての後輪
WRが軸支される。シートポスト25の上部と両リヤフ
ォーク28との間には、左右一対のステー29が設けら
れる。
The head pipe 22 has a front fork 2
6 is rotatably supported. Front fork 26
A front wheel WF is pivotally supported at a lower end of the front fork 26. The front wheel WF is steerable by a handle 27 provided at an upper end of a front fork 26. At the rear ends of a pair of left and right rear forks 28 extending rearward from the seat post 25, a rear wheel WR as a drive wheel disposed between the pair of rear forks 28 is supported. A pair of left and right stays 29 is provided between an upper portion of the seat post 25 and both rear forks 28.

【0013】シートポスト25には、シート30の高さ
を調整できるよう、シート30を上端に備える支持軸3
1が装着される。シート30の下方でシートポスト25
の前部には、バッテリを着脱自在に収納するバッテリ収
納箱32が設けられる。
The seat post 25 has a support shaft 3 having an upper end with the seat 30 so that the height of the seat 30 can be adjusted.
1 is attached. The seat post 25 below the seat 30
A battery storage box 32 for detachably storing a battery is provided at the front of the battery pack.

【0014】支持パイプ24よりも車両後方寄りには、
バッテリ収納箱32に収納されたバッテリから電力を供
給される電動モータ34を有するパワーユニット35が
配置される。パワーユニット35は、支持パイプ24お
よび右側のリヤフォーク28で支持される。
On the vehicle rear side of the support pipe 24,
A power unit 35 having an electric motor 34 supplied with electric power from a battery stored in the battery storage box 32 is arranged. The power unit 35 is supported by the support pipe 24 and the right rear fork 28.

【0015】クランク軸36によって駆動される駆動ス
プロケット48と、後輪WRに結合される被動スプロケ
ット70との間には、チェーン71が掛け渡される。駆
動スプロケット48の回転はこのチェーン71によって
被動スプロケット70に伝達され、後輪WRが駆動され
る。チェーン71は駆動スプロケット48と被動スプロ
ケット70との間でパワーユニット35の出力スプロケ
ット69にも掛かっており、パワーユニット35の出力
つまり電動モータ34による駆動力がペダル37R,3
7Lから入力される踏力に付加される。電動モータ34
は踏力の大きさに応じて出力が制御される。踏力に応じ
た電動モータ34の制御のために、後で詳述する踏力検
出装置が設けられる。なお、チェーン71のテンション
はケーシング75から延びたアームに装着されたアイド
ルスプロケット73によって調節できる。
A chain 71 extends between a driving sprocket 48 driven by the crankshaft 36 and a driven sprocket 70 connected to the rear wheel WR. The rotation of the driving sprocket 48 is transmitted to the driven sprocket 70 by the chain 71, and the rear wheel WR is driven. The chain 71 is also applied to the output sprocket 69 of the power unit 35 between the driving sprocket 48 and the driven sprocket 70, and the output of the power unit 35, that is, the driving force of the electric motor 34 is applied to the pedals 37R, 37.
It is added to the pedaling force input from 7L. Electric motor 34
The output is controlled according to the magnitude of the pedaling force. For controlling the electric motor 34 according to the treading force, a treading force detection device described in detail later is provided. The tension of the chain 71 can be adjusted by an idle sprocket 73 mounted on an arm extending from the casing 75.

【0016】図2において、前記車体フレーム21Aに
設けられる支持パイプ24の両端にはボールベアリング
39L,39Rが設けられ、これらボールベアリング3
9L,39Rによって、駆動軸としてのクランク軸36
が支持される。クランク軸36の左端および右端にはク
ランクペダル37L,37Rがそれぞれ連結され、それ
ぞれナット54,55で固定される。ボールベアリング
39Lはそのハウジングが支持パイプ24の端部に螺着
されて支持され、ボールベアリング39Rはキャップ5
6を支持パイプ24の端部外周に螺着することによって
支持される。
In FIG. 2, ball bearings 39L and 39R are provided at both ends of a support pipe 24 provided on the body frame 21A.
9L, 39R, the crankshaft 36 as a drive shaft
Is supported. Crank pedals 37L, 37R are connected to the left end and the right end of the crankshaft 36, respectively, and fixed with nuts 54, 55, respectively. The housing of the ball bearing 39L is supported by being screwed to the end of the support pipe 24. The ball bearing 39R is
6 is supported by being screwed onto the outer periphery of the end of the support pipe 24.

【0017】支持パイプ24の右端には踏力センサとし
て機能する荷重検出部40および回路基板41を収容す
るセンサケース42が固定される。クランク軸36の右
端近傍にはクランクペダル37Rの内側(車体中心側)
に隣接してヘリカルスプラインが36Hが形成され、ヘ
リカルスプライン36Hの外周には円筒状のスライダ4
3が設けられる。スライダ43にはヘリカルスプライン
36Hと結合するスプラインが形成されており、ヘリカ
ルスプライン36Hとともに回転する。さらに、スライ
ダ43の外周にはラチェッ機構を含むワンウェイクラッ
チ44を介して駆動スプロケット48が支持される。
At the right end of the support pipe 24, a load detector 40 functioning as a treading force sensor and a sensor case 42 accommodating a circuit board 41 are fixed. Near the right end of the crankshaft 36, the inside of the crank pedal 37R (vehicle center side)
A helical spline 36H is formed adjacent to the helical spline 36H.
3 are provided. The slider 43 has a spline connected to the helical spline 36H, and rotates with the helical spline 36H. Further, a driving sprocket 48 is supported on the outer periphery of the slider 43 via a one-way clutch 44 including a ratchet mechanism.

【0018】クランクペダル37L,37Rを踏んだと
き、駆動スプロケット48の回転を阻止するように作用
する力つまり踏力により、スライダ43がクランク軸3
6の軸方向に荷重検出部40に偏倚する推力を受けるよ
う、ヘリカルスプライン36Hの向きが設定される。ヘ
リカルスプライン36Hと前記荷重検出部40との間に
はスラストベアリング45が設けられ、前記スライダ4
3が受けた推力はこのスラストベアリグ45を介してヘ
リカルスプライン36Hから荷重検出部40に伝達され
る。スライダ43とクランクペダル37Rとの間には、
スライダ43、ワンウェイクラッチ44、およびスプロ
ケット48のハブを覆うカバー46が被せられる。
When the crank pedals 37L and 37R are depressed, the slider 43 moves the crankshaft 3 by the force acting to prevent the rotation of the driving sprocket 48, that is, the pedaling force.
The direction of the helical spline 36H is set so as to receive a thrust biasing the load detector 40 in the axial direction of No. 6. A thrust bearing 45 is provided between the helical spline 36H and the load detector 40,
The thrust received by 3 is transmitted to the load detection unit 40 from the helical spline 36H via the thrust bear rig 45. Between the slider 43 and the crank pedal 37R,
A cover 46 that covers the slider 43, the one-way clutch 44, and the hub of the sprocket 48 is put on.

【0019】図3は荷重検出部40や回路基板41等を
含む踏力センサの要部を示す拡大断面図、図4は同分解
斜視図である。センサケース42に形成されたボス部4
2Aの中心孔にはクランク軸36が貫通する。センサケ
ース42に固定される回路基板41には第1電極57が
形成され、この第1電極57上には誘電体58が配置さ
れる。さらに、誘電体58には第2電極59および第3
電極60が隣接配置される。誘電体58、第2電極59
および第3電極60はいずれも環状に形成され、ボス部
42Aの中心孔と同軸上に配置される。第2電極59の
外周に第3電極60が位置するよう、第2電極59の外
径より第3電極60の内径の方が大きく設定される。誘
電体58は片面が第1電極57に接着され、他の面が第
2電極59に接着される。誘電体58は樹脂等の弾性材
料が使用され、それ自体接着性を有するのが好ましい。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a main part of a tread force sensor including a load detecting section 40, a circuit board 41 and the like, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the same. Boss part 4 formed in sensor case 42
The crankshaft 36 passes through the center hole of 2A. A first electrode 57 is formed on the circuit board 41 fixed to the sensor case 42, and a dielectric 58 is disposed on the first electrode 57. Further, the dielectric 58 has the second electrode 59 and the third
Electrodes 60 are arranged adjacently. Dielectric 58, second electrode 59
Each of the third electrode 60 and the third electrode 60 is formed in an annular shape, and is arranged coaxially with the center hole of the boss 42A. The inner diameter of the third electrode 60 is set to be larger than the outer diameter of the second electrode 59 so that the third electrode 60 is located on the outer periphery of the second electrode 59. The dielectric 58 has one surface adhered to the first electrode 57 and the other surface adhered to the second electrode 59. The dielectric 58 is made of an elastic material such as a resin, and preferably has adhesiveness itself.

【0020】第2電極59および第3電極60はリード
部59A,60Aを通じて回路基板41のプリント配線
回路59B,60Bに接続される。回路基板41上には
図示しない回路素子が装着される。第3電極60に隣接
して、踏力によるスライダ43の推力を第3電極60に
伝達するスラストベアリング45が配置される。
The second electrode 59 and the third electrode 60 are connected to the printed wiring circuits 59B and 60B of the circuit board 41 through the lead portions 59A and 60A. A circuit element (not shown) is mounted on the circuit board 41. A thrust bearing 45 that transmits the thrust of the slider 43 due to the treading force to the third electrode 60 is disposed adjacent to the third electrode 60.

【0021】上記構成により、第1電極57と第2電極
59および第3電極60との間にそれぞれ第1コンデン
サおよび第2コンデンサが形成される。図5は、第1お
よび第2コンデンサの等価回路を示す図である。第1電
極57および第2電極59によって形成される第1コン
デンサCAは、踏力に応じて静電容量が変化する。すな
わち、踏力によるスライダ43の推力が第2電極59に
加わると誘電体58は、推力つまり推力を発生させる踏
力に応じて圧縮される。これによって、第1電極57お
よび第2電極59間の距離が小さくなり静電容量は大き
くなる。
With the above configuration, a first capacitor and a second capacitor are formed between the first electrode 57 and the second electrode 59 and the third electrode 60, respectively. FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of the first and second capacitors. The capacitance of the first capacitor CA formed by the first electrode 57 and the second electrode 59 changes according to the pedaling force. That is, when the thrust of the slider 43 due to the treading force is applied to the second electrode 59, the dielectric 58 is compressed according to the thrust, that is, the treading force that generates the thrust. As a result, the distance between the first electrode 57 and the second electrode 59 decreases, and the capacitance increases.

【0022】一方、第3電極60はスラストベアリング
45に当接していないので、踏力によっても第3電極6
0および第1電極57間の誘電体は圧縮されない。した
がって、第1電極57および第3電極60によって形成
される第2コンデンサCBの静電容量は前記踏力によっ
ても変化しない。第2コンデンサCBは環境温度や浮遊
容量等による外乱を相殺して第1コンデンサの容量変化
を正確に検出するための参照用コンデンサとして機能す
る。
On the other hand, since the third electrode 60 does not contact the thrust bearing 45, the third electrode 6 is
The dielectric between the zero and the first electrode 57 is not compressed. Therefore, the capacitance of the second capacitor CB formed by the first electrode 57 and the third electrode 60 does not change due to the pedaling force. The second capacitor CB functions as a reference capacitor for accurately detecting a change in capacitance of the first capacitor by canceling disturbance due to environmental temperature, stray capacitance, and the like.

【0023】図6は、上記第1および第2コンデンサC
A,CBを含む踏力検出回路を示す図である。同図にお
いて、第1コンデンサ(以下、「検出コンデンサ」とい
う)CA、抵抗R3、およびコンパレータIC2を含む
第1発振器と、第2コンデンサ(以下、「参照コンデン
サ」という)CB、抵抗R4、およびコンパレータIC
1を含む第2発振器とが構成される。
FIG. 6 shows the first and second capacitors C
FIG. 3 is a diagram illustrating a pedaling force detection circuit including A and CB. In the figure, a first oscillator including a first capacitor (hereinafter, referred to as “detection capacitor”) CA, a resistor R3, and a comparator IC2, a second capacitor (hereinafter, referred to as “reference capacitor”) CB, a resistor R4, and a comparator IC
And a second oscillator including the first oscillator.

【0024】コンパレータIC1およびコンパレータI
C2の比較端子(プラス端子)には、参照コンデンサC
Bおよび検出コンデンサCAの電位がそれぞれ供給され
る。コンパレータIC1,IC2の基準電位REF は抵抗
R5,R6,R7で決定される。コンパレータIC2の
出力は反転回路N3を介して抵抗R0およびコンデンサ
C0からなる時定数回路に入力される。抵抗R0および
コンデンサC0間の電位はアンプ回路AMPに入力され
て増幅される。アンプ回路AMPの出力はCPU61の
A/D変換器入力端子に入力される。なお、アンプ回路
AMPに含まれる演算増幅器IC3の反転入力端子の電
位はCPU61から、D/A変換器62を経由して供給
される。
Comparator IC1 and comparator I
The comparison terminal (plus terminal) of C2 has a reference capacitor C
B and the potential of the detection capacitor CA are supplied. The reference potential REF of the comparators IC1, IC2 is determined by the resistors R5, R6, R7. The output of the comparator IC2 is input to a time constant circuit including a resistor R0 and a capacitor C0 via an inverting circuit N3. The potential between the resistor R0 and the capacitor C0 is input to the amplifier circuit AMP and amplified. The output of the amplifier circuit AMP is input to an A / D converter input terminal of the CPU 61. The potential of the inverting input terminal of the operational amplifier IC3 included in the amplifier circuit AMP is supplied from the CPU 61 via the D / A converter 62.

【0025】コンパレータIC1の基準電位端子には、
抵抗R5,R6,R7によって作られる基準電位REF-L
,REF-H が入力される。各基準電位同士は次の関係に
設定される。「基準電位REF-L <REF-H 」。コンパレー
タIC1の出力は反転回路N1に入力され、反転回路N
1の出力は反転回路N2ならびに抵抗R7、R4,R3
に入力される。反転回路N2の出力側には抵抗R1,R
2が直列に接続される。抵抗R1および抵抗R2間の電
位は検出コンデンサCAに接続されたトランジスタTr
のベースに接続される。
The reference potential terminal of the comparator IC1
Reference potential REF-L generated by resistors R5, R6, and R7
, REF-H are input. The respective reference potentials are set in the following relationship. “Reference potential REF-L <REF-H”. The output of the comparator IC1 is input to the inverting circuit N1,
The output of 1 is an inverting circuit N2 and resistors R7, R4, R3.
Is input to The resistors R1 and R are connected to the output side of the inverting circuit N2.
2 are connected in series. The potential between the resistors R1 and R2 is determined by the transistor Tr connected to the detection capacitor CA.
Connected to the base.

【0026】上記の構成による踏力検出回路の動作を図
7の波形図を参照して説明する。同図において、波形A
は参照コンデンサCBの電位(図6の点Aの電位)Ecb
、波形Bは反転回路N1の出力波形(図6の点Bの電
位)、波形Cは静電容量が小さいときの検出コンデンサ
CAの電位(図6の点Cの電位)Eca 、波形C´は静電
容量が大きいときの検出コンデンサCAの電位(図6の
点Cの電位)Eca 、波形Dは静電容量が小さいときの反
転回路N3の出力波形、波形D´は静電容量が大きいと
きの反転回路N3の出力波形を、それぞれ示す。
The operation of the pedaling force detection circuit having the above configuration will be described with reference to the waveform diagram of FIG. In FIG.
Is the potential of the reference capacitor CB (potential at point A in FIG. 6) Ecb
, Waveform B is the output waveform of the inverting circuit N1 (potential at point B in FIG. 6), waveform C is the potential of the detection capacitor CA when the capacitance is small (potential at point C in FIG. 6) Eca, and waveform C ′ is The potential Eca of the detection capacitor CA when the capacitance is large (potential at point C in FIG. 6) Eca, the waveform D is the output waveform of the inverting circuit N3 when the capacitance is small, and the waveform D 'is when the capacitance is large. Output waveforms of the inverting circuit N3 of FIG.

【0027】コンパレータIC1の出力が「ロー」のと
き、コンパレータIC1の基準電位端子には基準電位RE
F-H が入力され、点Aの電位Ecb は抵抗R4と参照コン
デンサCBで決まる時定数に従って上昇する。電位Ecb
が基準電位REF-H を超えるまでは反転回路N1の出力は
ハイレベルである。電位Ecb が基準電位REF-H を超える
と、コンパレータIC1の基準電位端子に供給される電
位は基準電位REF-L となり、参照コンデンサCBは放電
状態となる。基準電位REF-L に切り替わり、参照コンデ
ンサCBが放電を開始すると、反転回路N1の出力は直
ちにローレベルに変化する。
When the output of the comparator IC1 is "low", the reference potential terminal of the comparator IC1 has a reference potential RE.
FH is input, and the potential Ecb at the point A rises according to a time constant determined by the resistor R4 and the reference capacitor CB. Potential Ecb
Is higher than the reference potential REF-H, the output of the inverting circuit N1 is at the high level. When the potential Ecb exceeds the reference potential REF-H, the potential supplied to the reference potential terminal of the comparator IC1 becomes the reference potential REF-L, and the reference capacitor CB is discharged. When the voltage is switched to the reference potential REF-L and the reference capacitor CB starts discharging, the output of the inverting circuit N1 immediately changes to the low level.

【0028】反転回路N1の出力がハイレベルの間は、
検出コンデンサCAの電位Eca も上昇する。この上昇速
度は、検出コンデンサCAの静電容量が小さいほど大き
い(波形CおよびC´参照)。電位Eca が基準電位REF-
H を超えるとコンパレータIC2の出力はハイレベルに
転じ、反転回路N3の出力はローレベルに変化する(波
形D,D´参照)。しかし、反転回路N1の出力は、参
照コンデンサCBの電位Ecb が基準電位REF-H を超える
までハイレベルに維持されており、検出コンデンサCA
の電位Eca は依然として上昇を続ける(波形C,C´参
照)。
While the output of the inverting circuit N1 is at the high level,
The potential Eca of the detection capacitor CA also increases. This rising speed increases as the capacitance of the detection capacitor CA decreases (see waveforms C and C ′). The potential Eca is equal to the reference potential REF-
When it exceeds H, the output of the comparator IC2 changes to high level, and the output of the inverting circuit N3 changes to low level (see waveforms D and D '). However, the output of the inverting circuit N1 is maintained at a high level until the potential Ecb of the reference capacitor CB exceeds the reference potential REF-H.
Is still rising (see waveforms C and C ').

【0029】参照コンデンサCBの電位Ecb が基準電位
REF-H を超えると、反転回路N1の出力はローレベルに
転ずる一方、反転回路N2の出力はハイレベルに変化す
る。反転回路N2がハイレベルに変化することにより、
トランジスタTrはオンになり、検出コンデンサCAの
電位Eca は急激に低下して放電する(波形CおよびC´
参照)。その結果、コンパレータIC2の出力はローレ
ベルに急転し、反転回路N3の出力はハイレベルに変化
する(波形D,D´参照)。
The potential Ecb of the reference capacitor CB is equal to the reference potential.
When the voltage exceeds REF-H, the output of the inverting circuit N1 changes to low level, while the output of the inverting circuit N2 changes to high level. When the inverting circuit N2 changes to a high level,
The transistor Tr is turned on, and the potential Eca of the detection capacitor CA drops sharply and discharges (waveforms C and C ′).
reference). As a result, the output of the comparator IC2 rapidly changes to a low level, and the output of the inversion circuit N3 changes to a high level (see waveforms D and D ').

【0030】このように、踏力の大きさを代表する検出
コンデンサCAの静電容量は、踏力が大きくなるほど小
さくなる。それに伴って、コンパレータIC2の出力の
ハイレベル期間が短くなり(オン・デューティが小さく
なり)、反転回路N3の出力のオン・デューティは大き
くなる。
As described above, the capacitance of the detection capacitor CA, which represents the magnitude of the pedaling force, decreases as the pedaling force increases. Accordingly, the high-level period of the output of the comparator IC2 becomes shorter (the on-duty becomes smaller), and the on-duty of the output of the inverting circuit N3 becomes larger.

【0031】反転回路N3の出力は、出力抵抗R0とコ
ンデンサC0からなる時定数回路で、その時定数に従っ
て平滑化されてCPU61のA/D変換器入力端子に入
力される。同じ時定数であっても、反転回路N3の出力
のオン・デューティが大きくなるほど、A/D変換器入
力端子に入力される電位は高い。したがって、この電位
に基づいて、CPU61では踏力の大きさを判断し、電
動モータ34に供給する制御信号を決定する。
The output of the inverting circuit N3 is a time constant circuit comprising an output resistor R0 and a capacitor C0. The output is smoothed in accordance with the time constant and input to the A / D converter input terminal of the CPU 61. Even with the same time constant, the higher the on-duty of the output of the inverting circuit N3, the higher the potential input to the A / D converter input terminal. Therefore, based on this potential, the CPU 61 determines the magnitude of the pedaling force and determines a control signal to be supplied to the electric motor 34.

【0032】なお、踏力の大きさによっては容量が変化
しない参照コンデンサCBを用いることにより、例え
ば、環境の温度変化が生じても、検出コンデンサCAお
よび参照コンデンサCBの静電容量がともに変化して出
力Eca ,Ecb の周波数が変化するのみで、反転回路N3
の出力のオン・デューティ、つまりコンデンサC0の電
位には影響しない。
By using the reference capacitor CB whose capacitance does not change depending on the magnitude of the pedaling force, for example, even if the temperature of the environment changes, the capacitances of the detection capacitor CA and the reference capacitor CB both change. Only when the frequencies of the outputs Eca and Ecb change, the inverting circuit N3
Does not affect the on-duty of the output, i.e., the potential of the capacitor C0.

【0033】次に、踏力センサの変形例を説明する。図
8は変形例に係る荷重検出部40や回路基板41等を含
む踏力センサの要部を示す拡大断面図、図9は同分解斜
視図であり、図4,図5と同符号は同一または同等部分
を示す。回路基板41に形成される第1電極571は第
1電極57と異なり完全な環状ではなく、間欠部分を有
する馬蹄形である。そして、この間欠部分に位置するよ
う、プリント配線591B,601Bが形成される。第
1電極571上には配置される誘電体581には第2電
極591および第3電極601が隣接配置される。誘電
体581には、第2電極591およびプリント配線59
1Bを接続するリード部591Aと、第3電極601お
よびプリント配線601Bを接続するリード部601A
とが埋設される。リード部591B,601Bはいずれ
も導電性ゴムからなり、誘導体58の両面に両端部が露
出している。
Next, a modification of the tread force sensor will be described. FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a tread force sensor including a load detection unit 40, a circuit board 41, and the like according to a modification. FIG. 9 is an exploded perspective view, and the same reference numerals as in FIGS. Indicates equivalent parts. Unlike the first electrode 57, the first electrode 571 formed on the circuit board 41 is not a perfect ring but a horseshoe having an intermittent portion. Then, printed wirings 591B and 601B are formed so as to be located at the intermittent portions. The second electrode 591 and the third electrode 601 are arranged adjacent to the dielectric 581 arranged on the first electrode 571. The dielectric 581 includes a second electrode 591 and a printed wiring 59.
1B, and a lead 601A connecting the third electrode 601 and the printed wiring 601B.
Is buried. Both the lead portions 591B and 601B are made of conductive rubber, and both ends of the lead 58 are exposed on both surfaces.

【0034】上記構成により、第1電極571と第2電
極591および第3電極601との間にそれぞれ検出コ
ンデンサおよび参照コンデンサが形成される。第1電極
571と第2電極591、第1電極571と第3電極6
01はそれぞれリード部591B,601Bを介して電
気的に接続されているので、図6の回路に、図3の踏力
センサと同様に適用して、踏力を検出することができ
る。そして、リード部を短縮できるので、浮遊容量によ
る検出誤差を低減することができる。
With the above configuration, a detection capacitor and a reference capacitor are formed between the first electrode 571, the second electrode 591 and the third electrode 601 respectively. First electrode 571 and second electrode 591, first electrode 571 and third electrode 6
Since 01 is electrically connected via the lead portions 591B and 601B, it can be applied to the circuit of FIG. 6 in the same manner as the tread force sensor of FIG. 3 to detect the tread force. Since the lead portion can be shortened, a detection error due to stray capacitance can be reduced.

【0035】上記の誘電体はシート状の接着性樹脂であ
ったが、このようなシート状に限らず、例えば、次のよ
うにしてもよい。図10は誘電体の変形例を示す断面図
である。同図において、回路基板41の上に形成された
第1電極57と第2電極59との間に、多数の樹脂の球
状体581が配置され、この球状体581の間に接着剤
582が充填されている。球状体581と接着剤582
とが誘電体として作用する。球状体581の直径は10
〜500μmの間で選択するのが良い。また、球状体5
81のと接着剤582とは予め混合させたものを第1電
極57上に塗布するのがよい。この球状体581と接着
剤582による誘電体によれば、それぞれの材料や体積
の比率を選択して、センサの特性を所望に変更すること
が比較的容易である。
Although the above-described dielectric material is a sheet-like adhesive resin, the present invention is not limited to such a sheet-like material, and may be, for example, as follows. FIG. 10 is a sectional view showing a modification of the dielectric. In the figure, a large number of resin spherical bodies 581 are arranged between a first electrode 57 and a second electrode 59 formed on a circuit board 41, and an adhesive 582 is filled between the spherical bodies 581. Have been. Spherical body 581 and adhesive 582
Act as a dielectric. The diameter of the spherical body 581 is 10
It is better to select between 500500 μm. In addition, spherical body 5
It is preferable to apply a mixture of the material 81 and the adhesive 582 in advance on the first electrode 57. According to the dielectric made of the spherical body 581 and the adhesive 582, it is relatively easy to change the characteristics of the sensor as desired by selecting the respective materials and volume ratios.

【0036】なお、本発明は、上記実施形態に限らず、
種々変形することができる。例えば、駆動側のヘリカル
ギヤ36Hの軸方向の動きを固定し、スライダ43を軸
方向に偏倚可能に構成したが、この関係は逆であっても
よい。すなわち、駆動側と被動側のヘリカルギヤのうち
被動側について軸方向の動きを固定し、駆動側を偏倚可
能にしてもよい。クランク軸36とヘリカルギヤ36H
とを別部品にし、クランク軸36に対してヘリカルギヤ
36Hを軸方向に摺動できるようにするとともに、この
ヘリカルギヤ36Hの軸方向の動きをスラストベアリン
グを介して静電容量センサの荷重検出部に伝達するよう
に構成することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications can be made. For example, the axial movement of the helical gear 36H on the driving side is fixed, and the slider 43 is configured to be able to be biased in the axial direction. However, the relationship may be reversed. That is, the axial movement of the driven side of the helical gears on the driving side and the driven side may be fixed, and the driving side may be biased. Crankshaft 36 and helical gear 36H
And the helical gear 36H can be slid in the axial direction with respect to the crankshaft 36, and the axial movement of the helical gear 36H is transmitted to the load detecting portion of the capacitance sensor via a thrust bearing. Can be configured.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上の説明のとおり、請求項1〜請求項
6の発明によれば、駆動軸の軸方向へ踏力の一部を作用
させることにより踏力センサの静電容量を変化させられ
る。特に、請求項2の発明によれば、ヘリカルギヤの回
転によって生じた推力を踏力センサに作用させられるの
で構造が簡単である。
As described above, according to the first to sixth aspects of the present invention, the capacitance of the tread force sensor can be changed by applying a part of the tread force in the axial direction of the drive shaft. In particular, according to the second aspect of the present invention, the thrust generated by the rotation of the helical gear can be applied to the tread force sensor, so that the structure is simple.

【0038】請求項3の発明によれば、弾性を有する誘
電体で前記推力を受けられるので、この弾性体の圧縮・
拡張動作により、推力の大小に応じてコンデンサ電極間
の距離を容易に変化させられる。また、請求項4,5の
発明によれば、誘電体の接着力によって電極を所望間隔
に容易に対向配置することができる。したがって、組み
立て作業を簡単にすることができるし、簡単な構造であ
るため強度を大きくすることができる。請求項6の発明
によれば、環境温度や外乱の影響を低減できるし、電極
を共通にすることにより、2つの静電容量センサにおい
て電極間距離を揃えやすい。
According to the third aspect of the present invention, since the thrust can be received by the elastic dielectric, the compression and compression of the elastic body can be prevented.
By the extension operation, the distance between the capacitor electrodes can be easily changed according to the magnitude of the thrust. According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the electrodes can be easily arranged at desired intervals by the adhesive force of the dielectric. Therefore, the assembling work can be simplified, and the strength can be increased due to the simple structure. According to the sixth aspect of the present invention, the influence of environmental temperature and disturbance can be reduced, and by using a common electrode, the distance between the electrodes can be easily equalized in the two capacitance sensors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の踏力検出装置を有する電動補助自転
車の側面図である。
FIG. 1 is a side view of an electric assisted bicycle including a pedaling force detection device according to the present invention.

【図2】 図1のクランク軸を含む線上での断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view taken on a line including the crankshaft of FIG. 1;

【図3】 踏力センサの拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a tread force sensor.

【図4】 踏力センサの分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of the tread force sensor.

【図5】 踏力センサの要部等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a main part of a tread force sensor.

【図6】 踏力検出回路図である。FIG. 6 is a tread force detection circuit diagram.

【図7】 踏力検出回路における信号波形図である。FIG. 7 is a signal waveform diagram in the pedaling force detection circuit.

【図8】 変形例に係る踏力センサの拡大断面図であ
る。
FIG. 8 is an enlarged sectional view of a pedaling force sensor according to a modification.

【図9】 変形例に係る踏力センサの分解斜視図であ
る。
FIG. 9 is an exploded perspective view of a tread force sensor according to a modification.

【図10】 誘電体の変形例に係る要部拡大断面図であ
る。
FIG. 10 is an enlarged sectional view of a main part according to a modified example of a dielectric.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

24…支持パイプ、 36…クランク軸、37L,37
R…クランクペダル、40…荷重検出部、 41…回路
基板、 42…センサケース、 43…スライダ、 4
4…ワンウェイクラッチ、 45…スラストベアリン
グ、 48…駆動スプロケット、 57…第1電極、
58…誘電体、 59…第2電極、 60…第3電極
24 ... support pipe, 36 ... crankshaft, 37L, 37
R: crank pedal, 40: load detector, 41: circuit board, 42: sensor case, 43: slider, 4
4 one-way clutch, 45 thrust bearing, 48 drive sprocket, 57 first electrode,
58: dielectric, 59: second electrode, 60: third electrode

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動軸を回転させる踏力の一部を該駆動
軸の軸方向に分力する分力手段と、 前記軸方向の分力が作用され、該分力の大きさに応じて
静電容量が変化する静電容量センサとを具備したことを
特徴とする踏力検出装置。
1. A component force means for componentizing a part of a tread force for rotating a drive shaft in the axial direction of the drive shaft, wherein the component force in the axial direction is applied, and static force is applied according to the magnitude of the component force. A pedaling force detection device, comprising: a capacitance sensor whose electric capacity changes.
【請求項2】 前記分力手段が、 踏力によって回転されるヘリカル駆動ギヤおよびヘリカ
ル被動ギヤからなり、 前記ヘリカル駆動ギヤおよびヘリカル被動ギヤのいずれ
かを、前記駆動軸の軸方向に偏倚可能に構成するととも
に、 前記偏倚による付勢力に応じて電極間距離が変化するよ
う前記静電容量センサを配置したことを特徴とする請求
項1記載の踏力検出装置。
2. The helical drive gear and the helical driven gear that are rotated by a treading force, wherein one of the helical drive gear and the helical driven gear can be biased in the axial direction of the drive shaft. The pedaling force detecting device according to claim 1, wherein the capacitance sensor is arranged such that a distance between the electrodes changes according to a biasing force due to the bias.
【請求項3】 前記ヘリカル駆動ギヤおよびヘリカル被
動ギヤのいずれかの偏倚による付勢力を受けるスラスト
軸受を具備するとともに、 前記静電容量センサが、 弾性を有する誘電体と、 前記誘電体を挟んで配置された電極とからなり、 前記電極の一方に前記スラスト軸受を介して前記付勢力
が作用するよう構成されたことを特徴とする請求項2記
載の踏力検出装置。
A thrust bearing for receiving an urging force due to a bias of one of the helical drive gear and the helical driven gear, wherein the capacitance sensor comprises: a dielectric material having elasticity; The treading force detecting device according to claim 2, comprising an electrode disposed, wherein the urging force acts on one of the electrodes via the thrust bearing.
【請求項4】 前記誘電体が、シート状の接着性樹脂材
であることを特徴とする請求項3記載の踏力検出装置。
4. The pedaling force detecting device according to claim 3, wherein the dielectric is a sheet-like adhesive resin material.
【請求項5】 前記誘電体が、複数の樹脂球状体と、該
樹脂球状体間を埋める接着剤とからなることを特徴とす
る請求項3記載の踏力検出装置。
5. The pedaling force detecting device according to claim 3, wherein the dielectric comprises a plurality of resin spherical bodies and an adhesive filling between the resin spherical bodies.
【請求項6】 前記静電容量センサと電極を共通にし、
該静電容量センサに隣接して配置された参照用静電容量
センサを設けたことを特徴とする請求項請求項1〜5の
いずれかに記載の踏力検出装置。
6. An electrode common to the capacitance sensor and an electrode,
The treading force detecting device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a reference capacitance sensor disposed adjacent to the capacitance sensor.
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