JP2003075274A - 踏力検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トーションバーを用いることなく、簡単、軽
量かつ安価な構成で踏力を良好に検知できる踏力検知装
置を提供する。 【解決手段】 クランク軸２０１に対して回動自在に軸
支され、補助動力により駆動されるギヤ列に歯合された
ファイナルドライブギヤ２０２と、クランク軸２０１と
同軸状に、軸方向への摺動自在に支持されたスライダ２
０４と、スライダ２０４をクランク２０１およびファイ
ナルドライブギヤ２０２の間で支持するボールねじ手段
２０５，２０６等と、スライダ２０４の変位量を検知す
る手段１５２，１５１，１５０とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動補助自転車な
どのクランク軸に入力される踏力を検知する踏力検知装
置に係り、特に、簡単、軽量かつ安価な構成で踏力を良
好に検知できる踏力検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】踏力による駆動系と電動モータによる駆
動系とを併設した電動補助自転車、いわゆるアシスト自
転車では、クランクペダルに加えられた踏力を踏力セン
サで検知し、この検知結果に基づいて電動モータの駆動
トルクが制御される。

【０００３】図１６は、従来のアシスト自転車に用いら
れる踏力検知機構を備えた回転軸の断面図であり、特許
公報第２９６７３９１号などに開示されている。

【０００４】この回転軸１０２は、軸方向に２分割され
て同軸状に配置された入力軸１０２ａおよび出力軸１０
２ｂと、各入出力軸１０２ａ，１０２ｂの内部に挿通さ
れて各軸１０２ａ，１０２ｂと両端部でスプライン結合
されたトーションバー１０２ｃと、前記各入出力軸１０
２ａ，１０２ｂを相互に軸方向へ弾発するスプリング１
１１とを主要な構成とする。

【０００５】入力軸１０２ａの大径部には、端面に凸状
カム部９２１ａを有するスライダ９２１がスプライン結
合により軸方向への摺動を許容して結合されている。入
力軸１０２ａのボールカップ９２４には、一端をピン１
５３によって揺動自在に支持された変位検知レバー１５
２の略中央部が係合しており、変位検知レバー１５２の
他端にはストロークセンサ１５０のストローク検知シャ
フト１５１が連結されている。

【０００６】前記ボールカップ９２４は、コイルスプリ
ング１９９により出力軸１０２ｂ側へ常時押し付けられ
るので、ボールカップ９２４は前記スライダ９２１を、
その回転を吸収しながら出力軸１０２ｂ側へ常時押し付
ける。前記出力軸１０２ｂの端面には、前記スライダ９
２１の凸カム部９２１ａと係合する２つの凹状カム溝９
２２が円周方向に形成されている。

【０００７】前記入力軸１０２ａの小径部に形成された
小径のギヤ歯１１３には踏力が入力される。出力軸１０
２ｂのギヤ歯１０２ｅには、図示しない駆動モータから
アシスト力が入力される。出力軸１０２ｂの小径部に結
着されたギヤ１０２ｄは、図示しない出力スプロケット
軸と歯合される。

【０００８】このような構成において、踏力に応じてト
ーションバー１０２ｃが捩れると、入力軸１０２ａおよ
び出力軸１０２ｂ間に回転方向の位相差が生じ、出力軸
１０２ｂとスライダ９２１との間にも位相差が生じる。

【０００９】この位相差に応じてボールカップ９２４が
軸方向に変位すると、変位検知レバー１５２が揺動する
ので、これがストロークセンサ１５０に伝達されて検知
される。この結果、本実施形態では、変位検知レバー１
５２の軸方向への変位量が、回転軸１０２に入力された
踏力を代表することになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のトルク
検知機構では、トーションバーのように高価で製造の難
しい部品を用いなければならず、また構造が複雑化する
ため、装置の大型化や製造工程の煩雑化を招き易かっ
た。

【００１１】本発明の目的は、上記した従来技術の課題
を解決し、トーションバーを用いることなく、簡単かつ
小型でありながら良好な踏力検知を行える踏力検知装置
を提供することにある。

【００１２】

【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、電動補助自転車のクランク軸に入力
された踏力を検知する踏力検知装置において、クランク
軸に対して回動自在に軸支され、補助動力により駆動さ
れるギヤ列に歯合されたファイナルドライブギヤと、前
記クランク軸と同軸状に、軸方向への摺動自在に支持さ
れたスライダと、前記スライダを前記クランク軸とファ
イナルドライブギヤとの間で支持するボールねじ手段
と、前記スライダの変位を検知する検知手段とを含み、
前記ボールねじ手段は、前記スライダを前記クランク軸
とファイナルドライブギヤとの回転位相差に応じた量だ
け軸方向に変位させることを特徴とする。

【００１３】上記した特徴によれば、クランク軸に踏力
が入力されると、このクランク軸とファイナルドライブ
ギヤとの間に位相差が生じる。クランク軸とファイナル
ドライブギヤとの間では、ボールねじ手段を介してスラ
イダが支持されており、このスライダは、クランク軸と
ファイナルドライブギヤとの位相差に応じて軸方向へ変
位するので、この変位量で踏力を代表することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本
発明の踏力検知装置を適用した電動補助自転車の側面図
であり、図２は、その電動補助ユニット近傍の拡大側面
図であり、図３は、車体フレーム構造を示した組み立て
図である。なお、図２、３では図面を見易くするため
に、図１のチェーンカバー４２等は、その図示を省略し
ている。

【００１５】踏力検知装置を内蔵する電動補助ユニット
１が搭載される車体フレームは、電動補助ユニット１
と、電動補助ユニット１が後方下部に連結されるフロン
トフレーム２と、電動補助ユニット１が前方下部に連結
されるリアフレーム３とから構成される。

【００１６】フロントフレーム２は、図１に示したよう
に、車体前方に位置するヘッドパイプ２１と、ヘッドパ
イプ２１から後下りに延びるダウンパイプ２２とを備え
る。前記ヘッドパイプ２１の上部には操向ハンドル４が
回動自在に挿通され、下部には前記操向ハンドル４によ
り操舵されるフロントフォーク５が操向可能に支承され
ている。

【００１７】フロントフォーク５の終端には前輪ＷＦが
回転自在に軸支されている。前記電動補助ユニット１の
電源スイッチ２３はダウンパイプ２２上のヘッドパイプ
２１の近傍に設けられている。なお、電源スイッチ２３
はハンドル２７上に設けても良い。

【００１８】リアフレーム３は、シートポスト３１と、
左右一対のチェーンステイ３４と、シートポスト３１の
上部および両チェーンステイ３４の終端間に接合される
左右一対のシートステイ３３とを備える。シートポスト
３１には、上端にシート６を備えるシートパイプ７が、
シート６の上下位置を調整可能とすべく、シートポスト
３１内で摺動可能に装着されている。

【００１９】前記フロントフレーム２の後方下部では、
図２，３に示したように、ダウンパイプ２２の終端部に
板金製の連結部材２２ａが溶接固定されており、電動補
助ユニット１とフロントフレーム２とは当該連結部材２
２ａにおいて、２つのボルト４４によりネジ止め固定さ
れている。

【００２０】前記リアフレーム３の前方下部では、シー
トポスト３１の下端部およびチェーンステイ３４の前端
部に板金製の連結部材３１ａが溶接固定されており、電
動補助ユニット１とリアフレーム３とは当該連結部材３
１ａにおいて、２つのボルト４５によりネジ止め固定さ
れている。

【００２１】電動補助ユニット１の上部には、バッテリ
８を収納するバッテリ収納ケース１１が一体的に取り付
けられている。電動補助ユニット１の内部からバッテリ
収納ケース１１の底部には、後述する正負接点８５１が
貫通し、その表面が露出している。バッテリ８は略直方
体のバッテリケースに収容された複数のバッテリセルを
含み、シートポスト３１の前面に沿って、その長手方向
が略上下方向となる起立姿勢で収容される。

【００２２】本実施形態では、フロントフレーム２のダ
ウンパイプ２２とリアフレーム３のシートポスト３１お
よびチェーンステイ３４とが電動補助ユニット１を介し
て連結されるので、電動補助ユニット１を低位置に配置
でき、低重心化およびマスの集中化が可能となるのみな
らず、フレームの高さを低く抑えられるので“跨ぎ易
さ”が向上する。

【００２３】前記電動補助ユニット１は前記バッテリ８
によって給電され、その出力軸およびチェーン９を介し
て後輪ＷＲのホイールスプロケット１４へ駆動力を伝達
する。前記電動補助ユニット１の全部およびチェーン９
の一部はチェーンカバー４２で覆われている。

【００２４】図４は、バッテリ収容ケース１１の底部内
側を上部から見込んだ図であり、バッテリの搭載面には
接点ホルダ８６０が形成され、接点ホルダ８６０内では
一対の正負接点８５１ａ，８５１ｂが露出すると共に、
電動補助ユニット１内の制御回路から入出力されるスイ
ッチング信号、センサ信号等の制御系信号を伝達するた
めのグロメット８５２が形成されている。バッテリ８の
底面には、バッテリ収容ケース１１への収容時に前記各
電極８５１ａ，８５１ｂと接触して電気的に接続される
接点、および前記グロメット８５２と接続されるソケッ
ト（図示せず）が設けられている。

【００２５】図５は、前記電動補助ユニット１の部分透
過側面図、図６は、図５のＡ−Ａ線に沿ったギヤ列を示
した断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等
部分を表している。

【００２６】図６において、電動補助ユニット１のケー
スはアルミ製であり、その左半体（左ケース）１０Ｌお
よび右半体（右ケース）１０Ｒを複数のボルト（図示せ
ず）で結合して構成される。

【００２７】踏力が入力されるクランク軸２０１は、後
に詳述する踏力検知機構を具備し、その一端が左ケース
１０Ｌに対してベアリング２８１により回転自在に軸支
されている。クランク軸２０１の他端の外周部にはファ
イナルドライブギヤ２０２がニードルベアリング２９１
を介して遊貫され、当該ファイナルドライブギヤ２０２
はベアリング２８２により右ケース１０Ｒに対して回転
自在に軸支されている。右ケース１０Ｒから露出したフ
ァイナルドライブギヤ２０２の外周部にはペダルスプロ
ケット２００がスプライン結合され、ナット７８２によ
り締め付けられている。

【００２８】前記クランク軸２０１の後方では、第１ア
イドル軸２１０がベアリング２８４，２８５によって軸
支され、その外周に形成されたギヤ歯２６２が前記ファ
イナルドライブギヤ２０２の大径部外周に形成されたギ
ヤ歯１９２と歯合している。第１アイドル軸２１０には
さらに、ワンウエイラチェット２６３を介してギヤ２６
４が連結されている。

【００２９】前記第１アイドル軸２１０の後方では、第
２アイドル軸２２０がベアリング２８６，２８７によっ
て軸支され、その外周に形成されたギヤ歯２６５が前記
第１アイドル軸２１０のギヤ２６４と歯合している。前
記第２アイドル軸２２０の一端には樹脂ギヤ２６６が連
結されており、この樹脂ギヤの採用によりギヤ音を抑制
できる。樹脂ギヤ２６６の車体左側には、樹脂カバー１
０Ａが左ケース１０Ｌにボルト７８３により締結されて
おり、防音効果をさらに高めている。

【００３０】前記第２アイドル軸２２０の後方では、電
動モータＭの回転軸２３０が、ベアリング２８８，２８
９によって回転自在に軸支されている。回転軸２３０に
はロータ２３１が固定され、ロータ２３１の周囲にはス
テータ２３２が設けられている。回転軸２３０の一端に
はギヤ歯２６７が形成され、当該ギヤ歯２６７は前記第
２アイドル軸２２０の樹脂ギヤ２６６と歯合している。
モータハウジング１０ＭはＯリング１０Ｓを介して左ケ
ース１０Ｌに締結されている。

【００３１】電動モータＭの回転トルク（補助動力）
は、ギヤ歯２６７、樹脂ギヤ２６６、第２アイドル２２
０およびワンウエイラチェット２６３を介して第１アイ
ドル軸２１０へ伝達され、さらにはギヤ歯２６２を介し
てファイナルドライブギヤ２０２へ伝達される。ファイ
ナルドライブギヤ２０２へ伝達された踏力および補助動
力の合力は、ペダルスプロケット２００およびチェーン
９を介して後輪ＷＲへ伝達される。

【００３２】前記ファイナルドライブギヤ２０２の大径
部内側には、ボスラチェット２０３，インナスライダ２
０４、ボール２０５，２０６、アウタリテイナ２０７お
よびインナリテイナ２０８が同軸状に組み込まれてい
る。

【００３３】リフタ２０９は、クランク軸２０１に対し
て軸方向への摺動を許容して結合されている。リフタ２
０９のボールカップ２６０は変位検知レバー１５２と係
合し、スプリングホルダ２６１により支持されたコイル
スプリング２７１によりペダルスプロケット２００側へ
常時弾発されている。前記ボールカップ２６０は前記リ
フタ２０９を、その回転を吸収しながらスプロケット２
００側へ常時押し付ける。

【００３４】本実施形態では、以下に詳述するように、
前記インナスライダ２０４がクランク軸２０１とファイ
ナルドライブギヤ２０２との間で、前記ボール２０５，
２０６を含むボールねじ機構により指示されている。こ
の結果、クランク軸２０１に入力された踏力によりクラ
ンク軸２０１とファイナルドライブギヤ２０２との間に
回転位相差が生じると、この位相差に応じた量だけ、前
記インナスライダ２０４が軸方向に変位する。なお、図
６では、クランク軸２０１の左側は、踏力が検知されて
いない状態を示し、その右側は、踏力によりインナスラ
イダ２０４が車体左側へ変位した状態を示している。

【００３５】次いで、図７ないし図１５を参照して、前
記踏力検知機構の構成およびその動作について詳細に説
明する。

【００３６】図７は、前記クランク軸２０１の軸に沿っ
た部分断面図［同図(b) ］ならびに一端および他端から
見込んだ図［同図(a)，(c)］であり、その円周方向の３
カ所に等間隔でねじ溝５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃが
形成されている。

【００３７】図８は、前記ファイナルドライブギヤ２０
２の軸に沿った断面図［同図(a)］および一端から見込
んだ図［同図(b)］であり、その大径部の内周面にはラ
チェット溝５０２が円周方向に沿って一様に形成され、
前記大径部の外側にギヤ歯１９２が形成されている。

【００３８】図９は、前記ボスラチェット２０３の軸に
沿った断面図［同図(b) ］ならびに一端および他端から
見込んだ図［同図(a)，(c)］であり、その内周面には、
円周方向の３カ所に等間隔でねじ溝５０３ａ，５０３
ｂ，５０３ｃが形成され、外周部には、前記ファイナル
ドライブギヤ２０２のラチェット溝５０２と歯合してラ
チェット機構を構成するラチェット歯５１１が形成され
ている。

【００３９】図１０は、前記インナスライダ２０４の軸
に沿った断面図［同図(b) ］ならびに一端および他端か
ら見込んだ図［同図(a)，(c)］で有り、その外周面およ
び内周面には、それぞれ円周方向の３カ所に等間隔でね
じ溝５０４ａ〜５０４ｃ、同５０５ａ〜５０５ｃが形成
されている。

【００４０】前記外周面の各ねじ溝５０４は、図１４の
外周展開図に示したように、軸の直行方向に対して７０
°の角度で形成されている。内周面の各ねじ溝５０５
は、図１５の内周展開図に示したように、軸の直行方向
に対して７８°の角度で形成されている。

【００４１】図１１，１２は、それぞれ前記アウタリテ
イナ２０７およびインナリテイナ２０８の平面図であ
り、アウタリテイナ２０７は、その内側の３カ所に等間
隔でリテイナ（保持具）５０６ａ〜５０６ｃを備え、外
側の３カ所に等間隔で係止突起５０８ａ〜５０８ｃを備
えている。インナリテイナ２０８は、その外側の３カ所
に等間隔でリテイナ５０７ａ〜５０７ｃを備え、内側の
３カ所に等間隔で係止突起５０９ａから５０９ｃを備え
ている。

【００４２】図１３は、上記した各構成部材による踏力
検知機構の構造を示した組み立て図である。

【００４３】ファイナルドライブギヤ２０２は前記クラ
ンク軸２０１に挿貫され、ボスラチェット２０３は、前
記ファイナルドライブギヤ２０２の大径部の内側に収容
される。インナスライダ２０４はボスラチェット２０３
の内側に収容され、側面で対向する両者の各ねじ溝５０
４ａ、５０３ａ間、同５０４ｂ、５０３ｂ間、同５０４
ｃ、５０３ｃ間では、それぞれ３つのボール２０５が挟
持されて第２ボールねじ機構を構成する。

【００４４】前記クランク軸２０１の外周部に形成され
たねじ溝５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃと前記インナス
ライダ２０４の内側に形成されたねじ溝５０５ａ〜５０
５ｃとの間では、それぞれ３つのボール２０６が挟持さ
れて第１ボールねじ機構を構成する。前記ボール２０
５、２０６は、それぞれ前記アウタリテイナ２０７およ
びインナリテイナ２０８により各ねじ溝外への飛び出し
を阻止される。

【００４５】このような構成の踏力検知機構では、人力
としての踏力はクランク軸２０１に入力され、インナス
ライダ２０４、ボスラチェット２０３およびファイナル
ドライブギヤ２０２を介してペダルスプロケット２００
へ伝達される。

【００４６】ここで、本実施形態では前記図１４，１５
に関して説明したように、インナスライダ２０４とボス
ラチェット２０３とを係合させる第２ボールねじ手段の
ねじ溝角度（７０°）が、クランク軸２０１とインナス
ライダ２０４とを係合させる第１ボールねじ手段のねじ
溝角度（７８°）よりも小さいので、クランク軸２０１
の回転方向に加わった踏力は、前記各ねじ溝の角度に応
じた割合で、その一部が軸方向へのスラスト力として作
用する。スラスト力およびスラスト変位量は、前記各ね
じ溝の角度差により調整される。

【００４７】これにより、前記インナスライダ２０４が
軸方向を車体左側へ付勢され、前記リフタ２０９を弾発
するバネ２７１の弾性力に抗して変位する。しかも、本
実施形態では各ねじ溝を、円周方向の３カ所に等間隔で
設けたので、応力を均等にバランス良く分散させること
ができる。

【００４８】前記リフタ２０９の軸方向の変位量は、ピ
ン１５３により軸支された変位検知レバー１５２を介し
てストロークセンサ１５０の検知シャフト１５１を変位
させるので、踏力がストロークセンサ１５０によって検
知されることになる。検知された踏力は電気信号に変換
され、当該電動補助ユニット１を制御するコントロール
ユニット８０へ伝送される。

【００４９】コントロールユニット８０は、図５に示し
たように、バッテリ搭載面の裏面内側に配置されてお
り、皿状ケース８１内に制御回路基板８２を収容し、隙
間および基板表面を絶縁樹脂８３で樹脂モールドして構
成される。前記制御回路基板８２には、各種の制御回路
やパワートランジスタ（ＦＥＴ）８２１ａ、ダイオード
８２１ｂと共に回転センサ８２２が搭載され、発熱を伴
う各パワートランジスタ８２１ａおよびダイオード８２
１ｂは放熱板８２９に接触固定されている。

【００５０】前記回転センサ８２２は、制御回路基板８
２上でクランク軸２０１のファイナルドライブギヤ２０
２のギヤ歯と対向するように固定されている。皿状ケー
ス８１には位置決めピン８３１ａ，８３１ｂが形成さ
れ、ケース１０Ｒの対応部分には位置決め孔（図示せ
ず）が形成されている。コントロールユニット８０は、
前記各位置決めピン８３１ａ，８３１ｂが各位置決め孔
へ挿貫されたときに前記回転センサ８２２が制御回路基
板８２上の所定の位置に所定の高さで固定されてギヤ歯
との相対的な位置関係が予定の関係となるように位置決
めされる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、トーションバーを用い
ること無く、クランク軸の回転方向に生じる踏力を軸方
向のトラスト力に変位させることができるので、簡単、
軽量かつ安価な構成で踏力を良好に検知できるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態である電動補助自転車の
側面図である。

【図２】 図１の主要部の拡大側面図である。

【図３】 図１の車体フレーム構造を示した組み立て図
である。

【図４】 バッテリ収容ケースの底部内側を上部から見
込んだ図である。

【図５】 電動補助ユニットの部分透過側面図である。

【図６】 図５のＡ−Ａ線に沿った歯車列を示した断面
図である。

【図７】 クランク軸の構成を示した図である。

【図８】 ファイナルドライブギヤの構成を示した図で
ある。

【図９】 ボスラチェットの構成を示した図である。

【図１０】 インナスライダの構成を示した図である。

【図１１】 アウタリテイナの構成を示した図である。

【図１２】 インナリテイナの構成を示した図である。

【図１３】 踏力検知機構の構造を示した組み立て図で
ある。

【図１４】 インナスライダの外周展開図である。

【図１５】 インナスライダの内周展開図である。

【図１６】 従来の踏力検知装置の断面図である。

【符号の説明】

１…電動補助ユニット、２…フロントフレーム、３…リ
アフレーム、８…バッテリ、１１…バッテリ収納ケー
ス、２１…ヘッドパイプ、２２…ダウンパイプ、２０１
…クランク軸、５０１，５０３，５０４，５０５…ねじ
溝、２０２…ファイナルドライブギヤ、５０２…ラチェ
ット溝、２０３…ボスラチェット、２０４…インナスラ
イダ、２０７…アウタリテイナ、２０８…インナリテイ
ナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 政志 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動補助自転車のクランク軸に入力され
   た踏力を検知する踏力検知装置において、 前記クランク軸に対して回動自在に軸支され、補助動力
   により駆動されるギヤ列に歯合されたファイナルドライ
   ブギヤと、 前記クランク軸と同軸状に、軸方向への摺動自在に支持
   されたスライダと、 前記スライダを前記クランク軸およびファイナルドライ
   ブギヤの間で支持するボールねじ手段と、 前記スライダの変位量を検知する検知手段とを含み、 前記ボールねじ手段は、前記スライダを前記クランク軸
   とファイナルドライブギヤとの回転位相差に応じた量だ
   け軸方向に変位させることを特徴とする踏力検知装置。
2. 【請求項２】 前記ボールねじ手段は、 前記スライダおよびクランク軸の相互に対向する円周面
   のそれぞれに設けられて相互に対向するねじ溝、および
   当該ねじ溝上で回動するボール列を含む第１ボールねじ
   手段と、 前記スライダおよびファイナルドライブギヤの相互に対
   向する円周面のそれぞれに設けられて相互に対向するね
   じ溝、および当該ねじ溝上で回動するボール列を含む第
   ２ボールねじ手段とを含み、 前記第２ボールねじ手段のねじ溝角度が第１ボールねじ
   手段のねじ溝角度よりも小さいことを特徴とする請求項
   １に記載の踏力検知装置。
3. 【請求項３】 前記ねじ溝が円周方向の３カ所に等間隔
   で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の踏力検
   知装置。