JP2009166509A - 電動アシスト自転車用のバッテリーブラケット及び該バッテリーブラケットを使用した電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】自転車フレームへのバッテリーブラケットの取り付け可能な位置を増加させ、バッテリーの着脱を容易にする。
【解決手段】バッテリー１７ａをバッテリーブラケット１８０に装着するとき、バッテリーブラケット１８０の長さ方向に対し斜めのＡ方向からバッテリー１７ａを挿入し、バッテリーの溝１９３をバッテリーブラケット１８０の隆起部１９２に適合させる。この適合状態で隆起部１９２の軸方向の回りをバッテリー１７ａを矢印方向Ｃに沿って旋回させながらブラケット１８０内に押し込み、最終的な装着位置で係止される。バッテリー１７ａをブラケットから取り外すときは、掛かり止め又は鍵を外し、最終装着位置（点線で表示）から隆起部１９２の軸方向の回りをバッテリー１７ａを矢印方向Ｄに沿って旋回させる。バッテリー１７ａが適度な角度だけ傾いたとき、矢印方向Ｂに沿ってバッテリー１７ａをブラケットから引き出すことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動アシスト自転車用のバッテリーブラケット、並びに、該バッテリーブラケットを使用した電動アシスト自転車に関する。

電動力により踏力を補助して走行可能な電動アシスト自転車には、充電可能なバッテリーが備え付けられている。一般には、このバッテリーは、内部に１又は複数の電池を収容したケースとして作られ、該バッテリーのケース（以下、単に「バッテリー」と称する）は、バッテリーブラケットに着脱自在に取り付けられている。これによって、バッテリーをブラケットから取り出して室内で充電器等に取り付けることができ、また、バッテリー劣化時の交換作業を容易に実行することができる。

例えば、このようなバッテリーブラケットとして、特開２００２年３６２４５６号に開示されたものがある。同公報の図１に示されるように、バッテリーブラケット１６５は、電動アシスト自転車１のシートポスト３ａに固定される。このバッテリーブラケット１６５は、バッテリー１６２を着脱自在に収容し、収容されたバッテリーを鍵で係止可能なブラケット部１７０と、シートポスト３ａを挟持するようにブラケット部１７０と連結される、ブラケット止め１８３と、を有する。バッテリーブラケット１６５は、バッテリー１６２を水平に着脱可能に配置される。この従来技術によれば、バッテリーの盗難防止を図ると共に、バッテリーの着脱動作を迅速にすることができる。
特開２００２−３６２４５６号

しかしながら、上記従来の技術では、バッテリーブラケット１６５の長さ方向に沿って、その長さ方向に細長く延びたバッテリーを抜き差しするため、取り付け位置によってはバッテリーがフレームと干渉したり、着脱するのが容易でなくなる可能性がある。このように従来技術では、取り付け位置が限定されることが多かった。

最近では、通常の自転車のフレーム又は幾分改変されたフレームに電動アシスト自転車用のユニットを取り付け、電動アシスト自転車を製作するニーズが高まってきている。こうしたニーズの下では、多種多様な自転車フレームに電動アシストユニット及びバッテリーブラケットを容易に取り付け可能にすること、或いは、当該ユニット及びバッテリーブラケットのフレームへの設置の自由度を高めることが望まれている。また、バッテリーは、頻繁に取り出して充電するため、着脱のし易さにも配慮することが望ましい。

本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、電動アシスト自転車用バッテリーブラケットの自転車フレームへの取り付け可能な位置を増加させること、並びに、バッテリーブラケットからのバッテリーの着脱操作を容易にすることをその目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、バッテリーを電動アシスト自転車に取り付けるためのバッテリーブラケットであって、該バッテリーブラケットの長さ方向に対して垂直及び平行に延びるいずれの方向とも異なる軌跡に沿って前記バッテリーを着脱することを可能にする。

本発明のバッテリーブラケットを電動アシスト自転車に取り付けたとき、該バッテリーブラケットの長さ方向に対して垂直及び平行に延びるいずれの方向とも異なる軌跡に沿ってバッテリーを着脱することができる。これにより、バッテリー着脱時にバッテリーとフレームとが干渉する可能性が少なくなり、取り付け位置設定の自由度が増大する。

この軌跡として、例えば、長さ方向に対して斜め方向がある。この場合、例えば、バッテリーブラケットをその長さ方向がフレームに沿うように取り付けることによりバッテリーブラケットの嵩張りを回避しつつ、該長さ方向に対して斜め上方にバッテリーを着脱可能に配置することにより、バッテリー着脱を容易に行うことができる。また、自転車の車体の側面に対して斜め上方の方向にバッテリーを着脱可能にすることもできる。この場合、フレームの干渉を全く受けることがなくバッテリーを着脱することができ、更には、ブラケットの長さ方向に垂直な方向（クランク軸に平行な方向）の着脱に比べて、バッテリーブラケットを低い位置に取り付けたとしてもバッテリーを容易に着脱することができる。従って、本発明によれば、バッテリーの着脱を容易にすると共に、多種多様なフレームに対応することが可能となる。

好ましくは、バッテリーブラケットは、バッテリーを該バッテリーブラケットに着脱するとき、前記軌跡に沿ってバッテリーを案内するための案内手段を有し、バッテリーは、該案内手段と適合する被案内手段が形成されている。案内手段及び被案内手段の協働により、バッテリーの着脱が案内されるため、着脱を更に容易に行うことができる。軌跡が上記斜め方向の場合、バッテリーブラケットは、バッテリーの一対の側面と各々対面する、一対の側壁部を少なくとも有し、該一対の側壁部の内面には、斜め方向に延在する案内手段が各々形成され、バッテリーの一対の側面には、案内手段と嵌合する被案内手段が各々形成される。好ましくは、案内手段及び被案内手段のうち一方は、斜め方向に延在する隆起部であり、案内手段及び被案内手段のうち他方は溝であり、隆起部は該溝に沿って摺動する。

本発明の最も好ましい態様に係るバッテリーブラケットは、案内手段として支軸部を有し、バッテリーは、被案内手段として該支軸部に適合する支軸適合部を有し、バッテリーは、該バッテリーをバッテリーブラケットに着脱するとき、支軸適合部を支軸部に適合させた状態で該支軸部の回りを旋回する軌跡を描く。

この態様によれば、バッテリーをバッテリーブラケットに着脱するとき、支軸適合部を支軸部に適合させ、この状態でバッテリーを該支軸部の回りに旋回させながら着脱動作を行う。着脱中にバッテリーは、支軸部により支持されながら回動させることができるため、着脱動作を大幅に容易に楽に行うことができる。また、着脱の軌跡は、支軸適合部を支軸部に適合させた後では実質的に弧状となるため、上述した取り付け位置設定の自由度を増大させるという効果も享受することができる。

好ましくは、支軸部及び支軸適合部のうち一方は、バッテリーの着脱方向に垂直に延びる隆起部であり、支軸部及び支軸適合部のうち他方は、溝である。これによって、バッテリーブラケットの機構を簡単にすることができる。また、支軸部は、バッテリーブラケットの底部内側においてバッテリー挿入口端部に形成され、支軸適合部は、バッテリーの底部の後方端部に形成されてもよい。好ましくは、隆起部は、半円筒状に形成されている。これにより、支軸適合部を支軸部に最初に当てるバッテリーの傾斜角度又はブラケットから取り外す際のバッテリーの傾斜角度を一定範囲内で任意好適に選択することができ、バッテリーブラケットの更なる取り付け範囲の拡大を図ることができる。

バッテリーの着脱を更に容易にするため、バッテリーブラケットは、バッテリーの着脱経路に位置する頂上部及び前面部が少なくとも部分的に開放されているのが好ましい。バッテリーブラケットは、バッテリーが該バッテリーブラケットに着けられるときバッテリーの挿入が係止された位置でバッテリーを掛かり止めする鍵部を備えるのが好ましい。また、バッテリーブラケットの内部には、バッテリーから電流を引き出すための電気接点部が設けられている。

更に好ましくは、バッテリーブラケットの電動アシスト自転車への取り付け面には、締め金具が通過するための孔が形成され、該締め金具のヘッドがバッテリーブラケットの内面側に配置された状態で、該バッテリーブラケットを電動アシスト自転車に取り付けることを可能にする。バッテリーをバッテリーブラケットに着けると、締め金具のヘッドは、バッテリーにより覆われるため、バッテリーブラケットを自転車フレームから取り外すことによる盗難を防止することができる。

本発明の他の態様に係る電動アシスト自転車は、上記したバッテリーブラケットがフレームに取り付けられている。

本発明の他の目的及び利点は、以下で説明される本発明の好ましい実施例を参酌することによって、より明瞭に理解されよう。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）には、本発明の第１の実施形態に係るバッテリーブラケット１８０と、該バッテリーブラケット１８０に着脱可能なバッテリー１７ａとが示されている。

図１（ａ）、（ｂ）の分解図に示されるように、バッテリーブラケット１８０は、バッテリー１７ａと係合可能に構成された内側ハウジング１８２と、該内側ハウジングを外側から覆う外側ハウジング１８４と、鍵部カバー１８６と、を備える。

内側ハウジング１８２は、バッテリーが該バッテリーブラケットに着けられるときバッテリーの挿入が係止された位置で該バッテリーを掛かり止めする鍵部（図示せず）を収容する鍵収容部１９０を備える。鍵部カバー１８６は、鍵収容部１９０を覆うために使用される。内側ハウジング１８２には、重量軽減孔１８３と、前面取り付け孔１８５と、側面取り付け孔１８８と、が形成されている。前面取り付け孔１８５及び側面取り付け孔１８８は、バッテリーブラケット１８０を自転車フレームに固定するためのボルト等の締め金具が通過するための孔として形成されている。ボルトのヘッドがバッテリーブラケット１８０の内面側に配置された状態で、ボルトのねじが電動アシスト自転車のフレーム等の部分に螺合されることにより、該バッテリーブラケット１８０を電動アシスト自転車に取り付けることができる。前面取り付け孔１８５及び側面取り付け孔１８８は、図示のように、ボルトなどの頭を沈めるために、孔の口を広げたカウンターボアとして形成されるのが好ましい。

更に、内側ハウジング１８２の底部内側には、ハウジング内部へと隆起し、バッテリーの幅方向に延びる隆起部１９２が形成されている。この隆起部１９２は、半円筒状に形成されるのが好ましい。

なお、内側ハウジング１８２は、図示のように、重量軽減のため、一方の側面には、切り込み部が形成され、強度を維持するため切り込み部は、内側ハウジングのコーナーまでは延びていない。

外側ハウジング１８４は、内側ハウジング１８２の前面取り付け孔１８５に整列された位置に取り付け孔１８７を有し、内側ハウジング１８２の側面取り付け孔１８８に整列された位置に切れ込み１８９を有する。これにより、ボルト等の締め金具は、外側ハウジング１８４及び内側ハウジング１８２を貫通して自転車フレームに至ることができる。

また、バッテリー１７ａには、バッテリー着脱時の操作性を向上させるためのハンドル部１８１が設けられている。また、バッテリー１７ａは、その底部（例えば、底部の後方端部）に、内側ハウジング１８２の隆起部１９２と適合するようにバッテリー幅方向に延在する溝１９２（図２参照）が形成されている。最終的に、図１（ｃ）に示すように、内側ハウジング１８２と外側ハウジング１８４と鍵部カバー１８６とは、バッテリーブラケット１８０として組み立てられ、バッテリー１７ａは、該バッテリーブラケット１８０に装着することができる。バッテリーブラケット１８０は、頂上部の一部が開放され、バッテリー前面部が完全に開放されていることがわかる。

なお、内側ハウジング１８２と外側ハウジング１８４と鍵部カバー１８６とは例えば、ねじ等で連結されてもよい。本実施形態では、バッテリーブラケット１８０を３つの構成部品を有する例として示したが、一体形成されてもよく、バッテリーブラケットの構成、形状等に関しても本発明の範囲内で任意好適に変更することができる。また、バッテリーブラケット１８０の内部には、バッテリーから電流を引き出すための電気接点部（図示せず）が設けられている。

次に、バッテリー１７ａをバッテリーブラケット１８０に装着する操作について図２を用いて説明する。

図２に示すように、バッテリー１７ａをブラケットに装着するときは、バッテリーブラケット１８０の長さ方向（図の紙面の縦方向）に対して斜めとなるＡ方向からバッテリー１７ａを挿入し、バッテリーの溝１９３を隆起部１９２に適合させる。この適合した状態で該隆起部１９２の軸方向（図の紙面に垂直な方向）の回りをバッテリー１７ａを矢印方向Ｃに沿って旋回させながらブラケット１８０内に押し込み、最終的な装着位置（点線で表示）で係止される。この最終的な装着位置に達したとき、自動的にバッテリーが掛かり止めされたり、或いは、鍵がかかったりするようにしてもよい。

逆に、バッテリー１７ａをブラケットから取り外すときは、掛かり止め又は鍵を外し、最終的な装着位置（点線で表示）から隆起部１９２の軸方向の回りをバッテリー１７ａを矢印方向Ｄに沿って旋回させる。バッテリー１７ａが適度な角度だけ傾いたとき、矢印方向Ｂに沿ってバッテリー１７ａを引き出すことによりバッテリーを取り外すことができる。

本実施形態では、バッテリー着脱操作で、バッテリーの重量を支軸である隆起部１９２で支えながら旋回動作させるだけで済むので、着脱操作をきわめて楽に容易に行うことができる。更には、バッテリーブラケット１８０の頂部が部分的に開放しているため、その頂部がバッテリーの着脱を妨害しない範囲の任意の角度でバッテリーを傾けた後、バッテリーを斜め方向に着脱させることができる。これにより、操作性が向上するのみならず、フレームとバッテリー着脱経路との衝突を回避できる可能性が増大するためバッテリーブラケット１８０の取り付け位置設定の自由度を増大させることができる。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、電動アシスト自転車１のシートポスト３ａにバッテリーブラケット１８０を介してバッテリー１７ａを取り付けた例を示す。なお、図３で、１１は後述する電動アシストユニットである。

バッテリーブラケット１８０及びバッテリー１７ａは、図３（ａ）では、特許文献１の技術と同様に、シートポスト３ａ後方、図３（ｂ）では、シートポスト３ａの下方側面、図３（ｂ）では、シートポスト３ａの前方に取り付けられている。特に、図３（ｃ）の取り付け例のようにブラケットの長さ方向をシートポスト３ａに沿って配置した場合には、特許文献１の技術では、バッテリーがサドル又は下側のフレームと干渉する可能性があることが理解できる。
（第２の実施の形態）
図４及び図５には、第２の実施形態に係るバッテリーブラケット２００が示されている。これらの図では、バッテリー１７を矢印方向に沿ってバッテリーブラケット２００に挿入しようとする収容前の状態、並びに、バッテリー１７をバッテリーブラケット２００に完全に収容した後の状態が各々示されている。

図４及び図５で理解されるように、バッテリーブラケット２００は、後壁部２０２と、底壁部２０３と、一対の側壁部２０４、２０６と、前壁部２０８と、を備え、バッテリー１７の着脱経路に位置する頂上部が開放されている。また、前壁部２０８は後壁部２０２よりも背が低く形成されており、これによってバッテリーブラケット２００は、バッテリー１７の着脱経路に位置する前面部が部分的に開放されている。

バッテリーが完全に収容された図に示されるように、後壁部２０２は、収容されたバッテリー１７の背面と対面し、底壁部２０３は、バッテリー１７の底面を支持し、一対の側壁部２０４、２０６は、バッテリー１７の両側面と対面し、前壁部２０８が収容されたバッテリーの前面を部分的に覆っている。

一対の側壁部２０４、２０６の内面には、斜め方向に延びる溝２１０、２１２が各々形成されている。ここで、斜め方向とは、図５のＳ方向に示されるように、バッテリーブラケット２００の長さ方向（例えば図５の後壁部２０２が延びる方向）に対して０度を超え、９０度未満の角度で延びる方向をいう。この斜めの角度は、車体フレームの種類や取り付け位置に応じて任意好適に設定することができる。

一対の側壁部の内面と各々対面するバッテリー１７の一対の側面には、溝２１０、２１２と嵌合し、溝に沿って摺動する隆起部２１４，２１６が形成されている。この溝と隆起部との構成によって、バッテリー１７を斜め方向Ｓに維持した状態で確実にバッテリーブラケット２００内に収容することができる。

また、バッテリーブラケット２００の前壁部２０８には、収容されたバッテリー１７を係止可能な鍵２２０が設けられている。更に、バッテリーブラケット２００の内部（図の例では底壁部２０３）には、収容されたバッテリー１７から電流を引き出すための電気接点部２２２が設けられている。なお、バッテリーブラケット２００の電動アシスト自転車のフレームへの取り付け方法は、任意の手段を用いることができる。例えば、バッテリーブラケット２００に金属バンドを予め取り付けておき、該金属バンドでフレームを挟持させることにより、ブラケット２００をフレームに固定することができる。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係るバッテリーブラケット２００によれば、バッテリー１７は、矢印に示される斜め方向Ｓに沿って、ブラケットに妨害されることなくバッテリーブラケット２００に着脱可能となる。収容されたバッテリー１７は、後面、側面及び前面を覆われるので、バッテリー１７をより安定して固定することができる。

本発明の第２の実施形態に係るバッテリーブラケット２００は、バッテリーをバッテリーブラケットから着脱する際に、バッテリーが斜め方向に移動するため、バッテリーブラケットの取り付け可能位置を増大させ、多種多様なフレームに対応することが可能となる。例えば、図６に示す電動アシスト自転車１ａのフレームでは、一例としてＡ、Ｂ、及びＣの３箇所にバッテリーブラケット２００が取り付け可能となる。これ以外の位置にも取り付け可能であることはいうまでもない。

以下、本発明の実施形態に係るバッテリーブラケットが取り付けられた電動アシスト自転車の詳細な実施例を示す。

図７には、電動アシスト自転車１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、通常の自転車と同様に、金属管製の車体フレーム３から構成され、該車体フレーム３には、前輪２０、後輪２２、ハンドル１６、及びサドル１８などが周知の態様で取り付けられている。

また、車体フレーム３の中央下部には、ドライブシャフト４が回転自在に軸支され、その左右両端部には、クランク棒６Ｌ、６Ｒを介してペダル８Ｌ、８Ｒが各々取り付けられている。このドライブシャフト４には、車体の前進方向に相当するＲ方向の回転のみを伝達するための一方向クラッチ（後述する図９（ｂ）の９９）を介して、スプロケット２が同軸に取り付けられている。このスプロケット２と、後輪２２の中央部に設けられた後輪動力機構１０との間には無端回動のチェーン１２が張設されている。

電動アシスト自転車１は、少なくとも車体走行速度及び踏力から決定されたアシスト比率（補助動力／踏力）で踏力をアシストする制御を行う。本例では、電動アシスト自転車の制御と、電動力と踏力との合力動作とは、補助動力機構であるユニット１１により実行される。

電動アシスト自転車１の制御系の概略が図８に示されている。電動アシスト自転車１の制御系は、該自転車全体の電子的処理を一括して制御する１個のマイクロコンピュータ１４と、ＰＷＭ制御可能な電動モーター３７と、マイクロコンピュータ１４に直接接続され、その制御信号の電力を増幅する増幅回路１５と、該増幅回路１５に接続され電動モーター３７に電源供給するバッテリー１７ａ又は１７と、を含む。このバッテリー１７ａ又は１７は、例えば図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれかの位置に固定されたバッテリーブラケット１８０内に収容され、或いは、例えば図６に示されたＡ、Ｂ及びＣのいずれかの位置に固定されたバッテリーブラケット２００内に収容されている。

マイクロコンピュータ１４には、少なくとも走行速度を演算するための回転速度信号、及び、踏力を演算するための歪みゲージ信号１、２が入力される。これらの入力信号を発生する手段については後述する。マイクロコンピュータ１４は、これらの入力信号から走行速度及び踏力を演算し、所定のアルゴリズムに基づいてアシスト比率を決定する電子的処理を行う。次に、マイクロコンピュータ１４は、決定されたアシスト比率に対応する補助動力を発生させるよう電動モーター３７を指令するため、該補助動力に応じたＰＷＭ指令を順次出力する。

次に、電動アシスト自転車１における補助動力機構としてのユニット１１を図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図９（ａ）及び（ｂ）に示すユニット１１は、スプロケット２に同軸に連結されたアシストギア３０と、電動力を出力する電動モーター３７と、該電動モーターの出力軸３７ａからアシストギア３０までギアを介して電動力を伝達するためのギア機構４０と、を備える。従って、電動モーター３７が回転されると、そのトルクがギア機構４０を介してアシストギア３０に提供され、該アシストギア３０に対し固定された、踏力により回転されるスプロケット２に直ちに伝達される。かくして、補助動力及び踏力の合力が達成される。

ギア機構４０は、電動モーター３７の出力軸３７ａに連動する第１のギア３８と、該第１のギア３８と噛み合う、減速用の第２のギア４２と、該第２のギア４２に同軸に連結され、アシストギア３０と噛み合う第３のギア４５と、を備える。

なお、電動モーター３７からアシストギア３０への補助動力の伝達経路の途中には、一方向にだけ動力を伝達する、いわゆる一方向クラッチ（図示せず）が設けられている。この一方向クラッチは、電動モーター３７からの補助動力をアシストギア３０に伝達するが、その逆方向、即ちアシストギア３０から電動モーター３７へはトルクを伝達しないように構成・接続される。電動モーター３７が回転していないときは、図示しない上記一方向クラッチにより、モーターの回転負荷はアシストギア３０に伝達されることがなく、軽快な運転が可能となる。

スプロケット２と、アシストギア３０と、電動モーター３７と、ギア機構４０と、は共通ベース５０上に取り付けられている。また、電動モーター３７及びギア機構４０全体は、共通ベース５０に対して動かないように固定されている。更に、電動モーター３７、並びに、ギア機構４０のうち第１のギア３８及び第２のギア４２は、駆動ハウジング１３により覆われている。この駆動ハウジング１３は、共通ベース５０に連結され若しくは該共通ベース５０と一体に成形されている。

スプロケット２は、ドライブシャフト４に一方向クラッチ９９を介して共通ベース５０上に回転可能に取り付けられている。一方向クラッチ９９は、後述するようにドライブシャフト４に適用された前進方向の回転のみをスプロケット２に伝達する。ドライブシャフト４は、シャフトハウジング５２内で、回転可能に軸支され、該シャフトハウジング５２は、車体フレームに形成されたシャフト孔８０内に挿入された状態で該車体フレームに固定されている。シャフトハウジング５２は、共通ベース５０に連結され若しくは一体成形されている。

スプロケット２とアシストギア３０とは、ピン１２３（図９（ａ）の例では、１２０度間隔で３箇所）を介して同軸に連結されている。これによって、アシストギア３０に伝達された電動力は、ピン１２３を介してスプロケット２に伝達する。ピン１２３は、図９（ｂ）に示されるように、アシストギア３０及びスプロケット２を厚さ方向に貫通して取り付けられている。図９（ｂ）の例では、ピン１２３の脚部は、アシストギア３０の孔部に挿入、固定されており、ピン１２３のヘッド部は、スプロケット２に形成された孔を貫通しており、抜け防止のためピン１２３の先端は、該孔の直径より大きい直径を有している。

また、ゴム等の弾性部材１２９が、ピン１２３のヘッド部及び軸部の周囲に設けられている。即ち、弾性部材は、スプロケット２とピン１２３との間の係合領域に設けられている。これにより、アシストギア３０やスプロケット２のガタ揺れ等を吸収し、アシストギア３０とスプロケット２との間の動力伝達を非常に円滑にすることができる。

なお、スプロケット２とアシストギア３０と間の連結手段は、図示のピンに限定されるものではない。例えば、ボルトでもよく、或いはピン１２３の脚部が、アシストギア３０に一体形成されていてもよい。また、弾性部材１２９は、アシストギア３０、ピン１２３及びスプロケット２の任意の動力伝達経路上に設けられていてもよい。例えば、アシストギア３０とピン１２３との間の係合領域等に単独で又は追加的に設けられてもよい。

また、アシストギア３０は、スプロケット２とは独立に、本発明の実施例に係るベアリング７０を介して共通ベース５０に回転可能に取り付けられている。これにより、アシストギア３０からスプロケット２へのより安定した動力伝達が可能となる。

ベアリング７０は、ボール７３、７４を各々収容した一対の収容部７１、７２を、共通ベース５０の一部である底プレート７７上に配置し、アシストギア３０の中央ボアの内周壁部をボール７３、７４に当接させることによって構成される。更には、本ベアリング７０では、収容部７１の平坦区分を共通ベース５０の一部である後プレート７５と、アシストギア３０との間に配置し、収容部７２の平坦区分を、アシストギア３０と、アシストギア３０に連結した覆いプレート７６との間に配置させている。

以上のように、スプロケット２と、アシストギア３０と、電動モーター３７と、ギア機構４０と、ドライブシャフト４とを共通ベース５０上に取り付け、更に、図８に示す制御系の回路及び後述する踏力センサーを各々駆動ハウジング１３及び一方向クラッチ９９内部に取り付けることにより、電動アシストに必要となる全ての構成要素を組み込んだ１つのユニット１１を構成することが可能となる。それにより、補助動力機構全体の簡素化を達成できると共に、ユニット１１の車体フレームへの取り付けを容易にすることができる。なお、共通ベースを適宜加工することにより、任意形式の車体フレームに、当該ユニット１１を取り付けることができることが理解されよう。

ユニット１１を自転車フレームに取り付ける手順を図１０を用いて説明する。図１０（ａ）には、ユニット１１を自転車フレームに取り付けたときの右側から見た斜視図、図１０（ｂ）には、図１０（ａ）に示すユニット１１の拡大図、図１０（ｆ）は、ユニット１１を自転車フレームに取り付けたときの左側から見た斜視図が示されている。

先ず、図１０（ｃ）に示すように、シャフト孔８０の一方の端部から、ユニット１１のドライブシャフト４（シャフトハウジング５２により覆われている）を矢印の方向に沿って挿入する。次に、図１０（ｄ）に示すように、シャフト孔８０の反対側の端部からドライブシャフト４及びシャフトハウジング５２の先端が突出するまでユニット１１を挿入し、その突出先端に、取り付け金具８２及び締め金具８４を取り付ける。更に、両端部にボルト螺合用孔が形成された隆起部をユニット１１に設け、ボルト孔が各々形成され、平行に延在する一対のタブを車体フレームに設けておき、図１０（ｂ）の工程で、該隆起部を該一対のタブの間にボルト孔が整列された状態で配置するようにしてもよい。

最後に、図１０（ｃ）に示すように、締め金具８４をドライブシャフト４及びシャフトハウジング５２の先端部に締め付けてこれらを固定すると共に、締め金具８４により同時に締め付けられる取り付け金具８２の先端部をユニット１１の外側にボルト止めする。また、一対のタブ内に配置された隆起部のボルト螺合孔に両端部からボルトを締め付ける。以上のように、確実且つ簡単にユニット１１を車体フレームに取り付けることができる。
（踏力検出機構）
マイクロコンピュータ１４に入力される歪みゲージ信号１、２を出力する踏力検出機構を図９乃至図１３を用いて説明する。この踏力検出機構は、踏力に応じた一方向クラッチ９９の変形によって変化する歪みを検出する。

図９（ｂ）に示すように、スプロケット２は、一方向クラッチ９９を介してドライブシャフト４に軸支される。この一方向クラッチ９９は、図１１に示すように、駒部１００及び歯部１１２を備える。

駒部１００では、３つのラチェット駒１０２が周方向に沿って等角度毎にその第２の係合面１１０に配置されている。このラチェット駒１０２は剛体でできており、第２の係合面１１０の略径方向に沿った軸の回りに回動可能とされている。ラチェット駒１０２は、ラチェット駒１０２に力が作用していないとき、その長さ方向が第２の係合面１１０に対して所定の角度をなす（図１２の平衡方向１６０）ように駒立ち上げスプリング１０４によって付勢されている。図１２に示すように、ラチェット駒１０２が平衡方向１６０から上昇方向ａ又は下降方向ｂに偏倚するとき、駒立ち上げスプリング１０４は、その偏倚を平衡方向１６０に戻すようにラチェット駒１０２に僅かな弾性力を及ぼす。

また、駒部１００の中央部には、ドライブシャフト４を受け入れるための駒部ボア１０６が形成され、この駒部ボア１０６は、駒部１００の裏面１０１から突出した円筒部１０３も貫通している。裏面１０１には、円筒部１０３の外周囲に円状溝１５５（図９（ｂ））が形成され、該円状溝１５５の中には、多数の鋼球１５２が回転自在に嵌め込まれている。これによって、裏面１０１には、軸方向の荷重受け兼滑り軸受け用のベアリングが形成される。

皿バネ１２４が、その中心孔１２７に円筒部１０３を通して駒部１００の裏面１０１に当接される。このとき、皿バネ１２４は、駒部１００からの圧力に弾力で対抗する方向に鋼球１５２即ち荷重受けベアリングを介して裏面１０１に滑動可能に接する。皿バネ１２４の表面には、１８０度の位置関係で対向する２個所に、歪みゲージ１２６が設置される。これらの歪みゲージ１２６は、リード線１２８を介してマイクロコンピュータ１４に電気的に接続される。更に好ましくは、３個以上の歪みゲージを皿バネ１２４に設置してもよい。このとき、複数の歪みゲージを、皿バネ１２４の表面上で夫々が回転対称の位置となるように設置するのが好ましい。

皿バネ１２４は、椀状の支持器１３０の内底部１３２に収められる。支持器１３０には、ドライブシャフト４を貫通させるための支持ボア１３３及び後面から突出する支持円筒部１３４が形成される。支持円筒部１３４の外周表面には、ねじが切ってあり、これを車体取り付け部１４５のねじ切り内壁に螺合することによって、支持器１３０が車体に固定される。この支持円筒部１３４の内壁には、軸方向及び径方向の両荷重対応のベアリング１３８が係合され（図９（ｂ）参照）、ベアリング１３８は、ドライブシャフト４に形成されたストッパー斜面１４４によって係止される。同様に、ドライブシャフト４の反対側にもベアリング１３９（図１０（ｂ）参照）が取り付けられるので、ドライブシャフト４は車体に対して回転自在となる。

駒部ボア１０６の内壁には、軸方向５に延びる第１の回転防止用溝１０８が４個所に形成されている。駒部ボア１０６の内壁と摺接するドライブシャフト４の外壁部分にも、第１の回転防止用溝１０８と対面するように軸方向５に延びる第２の回転防止用溝１４０が４個所に形成されている。図１３（ａ）に示すように、第１の回転防止用溝１０８及びこれに対面する第２の回転防止用溝１４０は、軸方向に沿って延びる円柱溝を形成し、各々の円柱溝の中には、これを埋めるように多数の鋼球１５０が収容される。これによって、駒部１００は、軸方向５に沿って摩擦抵抗最小で移動できると共に、ドライブシャフト４に対する相対回転が防止される。これは、一種のボールスプラインであるが、他の形式のボールスプライン、例えば無端回動のボールスプラインなどを、このような摺動可能な回転防止手段として適用することができる。

また、駒部１００のドライブシャフト４への取り付け方法として、図１３（ａ）のボールスプライン以外の手段を用いることも可能である。例えば、図１３（ｂ）に示すように、軸方向に延びる突起部１４０ａをドライブシャフト４に設け、該突起部１４０ａを収容する第３の回転防止用溝１０８ａを駒部１００に形成する、いわゆるキースプライン形式も回転防止手段として適用可能である。なお、図１３（ｂ）において、突起部１４０ａを駒部１００側に、第３の回転防止用溝１０８ａをドライブシャフト４側に設けてもよい。更に、図１３（ｃ）に示すように、軸方向に延びる第４の回転防止用溝１０８ｂ及びこれに対面する第５の回転防止用溝１４０ｂを駒部１００及びドライブシャフト４に夫々設け、これらの溝が形成する直方体状の溝の中にキープレートを収容する、いわゆるキー溝形式も回転防止手段として適用可能である。

歯部１１２の第１の係合面１２１には、ラチェット駒１０２と係合するための複数のラチェット歯１１４が形成されている。ラチェット歯１１４は、歯部の周方向に沿って互い違いに周期的に形成された、第１の係合面１２１に対してより急な斜面１１８と、より緩やかな斜面１１６と、から構成される。

歯部１１２は、その第１の係合面１２１を駒部１００の第２の係合面１１０に対面させるようにドライブシャフト４にカラー１１１を介して摺接可能に軸支される。このとき、ラチェット駒１０２とラチェット歯１１２とが係合される（図１２）。即ち、ドライブシャフト４は、ラチェット駒１０２とラチェット歯１１２との係合部分を介してのみ歯部１１２と作動的に連結される。カラー１１１を介して歯部ボア１２０を通過したドライブシャフト４の端部１４２には、歯部１１２が軸方向外側にずれないようワッシャー１２２が嵌合される（図９（ｂ））。歯部１１２には、スプロケット２がピン１２３（図９（ｂ））を介して動かないように取り付けられ、更に、ドライブシャフト４の先端にはペダル軸１４６が取り付けられる。かくして、車体前進方向のペダル踏力による回転のみをスプロケット２に伝達するようにドライブシャフト４とスプロケット２とを連結するラチェットギアが完成する。

好ましくは、オフセット用バネ１３６が、ドライブシャフト４のストッパー斜面１４４と、駒部１００の裏面１０１との間に介在されるのがよい。このオフセット用バネ１３６は、ペダル踏力が所定値以下の場合（例えば事実上ゼロに近い場合）、裏面１０１に収容された鋼球１５２と皿バネ１２４との間にクリアランスを生じさせるように駒部１００を軸方向に偏倚させる。

次に、本踏力検出機構の作用を説明する。

搭乗者がペダル８Ｒ、８Ｌ（図７）にペダル踏力を与え、ドライブシャフト４を車体前進方向に回転させると、この回転力は、ドライブシャフト４に対し回転不可能且つ摺動可能に軸支された駒部１００に伝達される。このとき、図１２に示すように、ラチェット駒１０２は、駒部１００からペダル踏力に対応する力Ｆｄを与えられので、その先端部は歯部１１２のラチェット歯のより急な斜面１１８に当接し、この力をラチェット歯に伝達しようとする。ラチェット歯部１１２は、スプロケット２に連結されているので、ラチェット駒１０２の先端部は、駆動のための負荷による力Ｆｐをより急な斜面１１８から受ける。その両端部から互いに反対向きの力Ｆｐ及びＦｄを与えられたラチェット駒１０２は、ａ方向に回転して立ち上がる。このとき駒部１００は、ラチェット駒１０２の立ち上がりによって軸方向内側に移動し、駒部１００と支持器１３０との間に介在する皿バネ１２４を押し込む。皿バネ１２４は、これに対抗して弾性力Ｆｒを駒部１００に作用する。この力Ｆｒと、駒部１００を軸方向に移動させるペダル踏力を反映した力とは短時間で釣り合う。かくして、皿バネ１２４の応力歪み、駒部１００と歯部１１２との間のクリアランス、ラチェット駒１０２の第２の係合面１１０に対する角度、駒部１００の車体フレームに対する位置及び皿バネ１２４が押し込まれる圧力などはペダル踏力を反映する物理量となる。従って、これらのうち少なくとも１つを検出することによって踏力Ｔを推定することが可能となる。

本例では、一例として皿バネ１２４の応力歪みを検出するものである。マイクロコンピュータ１４は、皿バネ１２４に設けられた２つの歪みゲージ１２６からの信号を少なくとも加算演算する（平均演算を含む）。このように複数箇所の応力歪み量を平均化して計測することによって、同じ踏力でも出力変化を大きくとれ且つノイズ成分を平滑化することができるので、ＳＮ比を改善し、踏力推定精度を更に向上させることができる。この効果は、歪みゲージの個数が増えるほど大きくなる。

また、ペダル踏力が所定値以下の場合などでは、オフセット用バネ１３６は、駒部１００の裏面１０１と皿バネ１２４との間にクリアランスを生じさせているため、鋼球１５２が皿バネ１２４に頻繁に衝突することが少なくなる。これによって、歪みゲージ信号のノイズ成分が軽減して、踏力検出及び電動アシスト制御の安定性を向上させることができる。

次に、マイクロコンピュータ１４は、少なくとも演算された踏力Ｔに基づいて印加すべきアシスト用の補助動力Ｔｅを演算し、該補助動力で回転駆動するように電動モーター３７を指令する制御信号を演算出力する。好ましくは、マイクロコンピュータ１４は、回転速度センサー２２０により検出された回転速度信号を車速に変換し、踏力T及び車速の両方に基づいて適切な補助動力Tｅを決定し、該補助動力Ｔｅを発生させるよう電動モーター３７を制御する。

上記した踏力検出機構には以下のような更に優れた効果がある。
(1) 一方向クラッチと踏力検出機構とを一つの機構で実現したので、部品点数の削減化が図られ、小型、軽量化及び低コストを達成できる。
(2) 踏力を検出する部分に、受け荷重ユニットと荷重検出センサーとを一体化した皿バネを用い、２つの機能を１ユニットで実現したので、上記効果に加えて更に小型、軽量化及び低コストを達成できる。
(3) 上記項目(1)及び(2)に示したように踏力検出機構の小型、軽量化及び簡素化をより高いレベルで達成したので、通常の自転車であっても踏力検出機構を取り付ける可能性が更に広がった。
(4) 上記項目(1)及び(2)で示した理由により、従来機構に比べて荷重の伝達ロスが少なくなり、制御の応答性のよいアシストフィーリングを実現できる。
(5) 上記項目(1)及び(2)で示した理由により、従来機構（コイルバネ使用）に比べ、ペダルに無駄な動き（センサーが感知するまで）が無くなり、ペダルを踏み込んだときのフィーリングは、従来機構は踏み込み時に弾力感があったのに対し、上記例では、通常の自転車のフィーリングと同様になった。

なお、一方向クラッチ９９の駒及び歯のいずれか一方をスプロケットに取り付け、他方をドライブシャフトに取り付けるかは、任意好適に変更可能である。例えば駒部１００をスプロケット側に取り付け、歯部１１２をドライブシャフト４に摺動可能且つ回転不可能に取り付け、歯部１１２によって皿バネ１２４を押し込めるようにしてもよい。

また、上記例では、皿バネの応力歪みを踏力に関連する物理量として検出したが、本発明は、これに限定されず、一方向クラッチ９９の踏力に応じた変形によって変化する任意の物理量を検出することができる。例えば、ラチェット駒の傾き、ラチェット駒部及びラチェット歯部の相対間隔、ラチェット駒部及びラチェット歯部のいずれかの車体に対する位置、並びに、皿バネを押す圧力などを、踏力を反映する物理量として選択することができる。

更に、一方向クラッチ９９の変形に対抗して配置される弾性体も任意好適に種類及びその形状を変更可能である。皿バネやコイルバネ以外に例えばゴム弾性体などを用いることもできる。また、応力歪みを検出する手段として、歪みゲージを例にしたが、応力歪みに関連した物理量を検出できれば、これに限定されるものではない。

以上が本発明の実施例であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において任意好適に変更可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るバッテリーブラケット及びこれに着脱されるバッテリーの図であって、図１（ａ）は、バッテリーの後方左上から見た、バッテリーブラケットの分解斜視図、図１（ｂ）は、バッテリーの後方右下から見た、バッテリーブラケットの分解斜視図、図１（ｃ）は、バッテリーがバッテリーブラケットに装着された状態の斜視図である。 第１の実施形態に係るバッテリーブラケットにバッテリーを着脱させるときの軌跡を示した側面図である。 図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１の実施形態に係るバッテリーブラケットの電動アシスト自転車フレームへの取り付け可能位置を各々示した概略図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係るバッテリーブラケットを、バッテリー収容前及び収容後の両方で示した、斜視図である。 図５は、図４のバッテリーブラケットを、バッテリー収容前及び収容後の両方で示した、一部破断の側面図である。 図６は、第２の実施形態に係るバッテリーブラケットの電動アシスト自転車フレームへの取り付け可能位置を示した概略図である。 図７は、本発明の実施例に係る電動アシスト自転車の概略図である。 図８は、図７に示す電動アシスト自転車の制御系を示す概略図である。 図９は、図７に示す電動アシスト自転車に取り付けられるユニットを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は横断面図を示す。 図１０は、図９に示すユニットを自転車フレームに取り付ける手順を説明するための概略図であって、（ａ）は、当該ユニットを自転車フレームに取り付けたときの右側から見た斜視図、（ｂ）は、図１０（ａ）に示すユニットの拡大図、（ｃ）は、当該ユニットを自転車フレームに取り付ける前の斜視図、（ｄ）は、当該ユニットの一部を自転車フレームに挿入したときの斜視図、（ｅ）は、当該ユニットを自転車フレームに固定したときの斜視図、及び、（ｆ）は、当該ユニットを自転車フレームに取り付けたときの左側から見た斜視図である。 図１１は、図９に示された一方向クラッチの分解斜視図である。 図１２は、図７に示す電動アシスト自転車の踏力検出の原理を説明するため一方向クラッチ（ラチェットギア）の歯及び駒の嵌合状態を示す図である。 図１３は、ドライブシャフトに対する駒部の相対回転を防止する回転防止手段の例を示す図であり、（ａ）はボールスプライン、（ｂ）はスプラインキー、（ｃ）はキー溝の概略構成を示す上面図である。

符号の説明

１ 電動アシスト自転車
２ スプロケット
３ａ シートポスト
４ ドライブシャフト
１１ ユニット
１２ チェーン
１３ 駆動ハウジング
１４ マイクロコンピュータ
１５ 増幅回路
１７、１７ａ バッテリー
２２ 駆動輪（後輪）
３０ アシストギア
３７ 電動モーター
３７ａ 電動モーターの出力軸
３８ 第１のギア
４０ ギア機構
４２ 第２のギア
４５ 第３のギア
５０ 共通ベース
５２ シャフトハウジング
７０ ベアリング
８０ シャフト孔
９９ 一方向クラッチ
１００ 駒部
１０２ ラチェット駒
１１２ 歯部
１１４ ラチェット歯
１２３ ピン
１２４ 皿バネ
１２６ 歪みゲージ
１２９ 弾性部材
１８０ バッテリーブラケット
１８１ ハンドル部
１８２ 内側ハウジング
１８３ 重量軽減孔
１８４ 外側ハウジング
１８５ 前面取り付け孔
１８６ 鍵部カバー
１８７ 取り付け孔
１８８ 側面取り付け孔
１８９ 切れ込み
１９０ 鍵収容部
１９２ 隆起部
２００ バッテリーブラケット
２０２ 後壁部
２０３ 底壁部
２０４、２０６ 側壁部
２０８ 前壁部
２１０、２１２ バッテリーブラケットの溝
２１４、２１６ バッテリーの隆起部
２２０ 鍵
２２２ 電気接点部

Claims (15)

1. バッテリーを電動アシスト自転車に取り付けるためのバッテリーブラケットであって、
   前記バッテリーブラケットの長さ方向に対して垂直及び平行に延びるいずれの方向とも異なる軌跡に沿って前記バッテリーを着脱することを可能にする、バッテリーブラケット。
2. 前記バッテリーブラケットは、前記バッテリーを該バッテリーブラケットに着脱するとき、前記軌跡に沿って前記バッテリーを案内するための案内手段を有し、前記バッテリーは、該案内手段と適合する被案内手段が形成されている、請求項１に記載のバッテリーブラケット。
3. 前記バッテリーブラケットは、前記案内手段として支軸部を有し、前記バッテリーは、前記被案内手段として該支軸部に適合する支軸適合部を有し、
   前記バッテリーは、該バッテリーを前記バッテリーブラケットに着脱するとき、前記支軸適合部を前記支軸部に適合させた状態で該支軸部の回りを旋回する軌跡を描く、請求項２に記載のバッテリーブラケット。
4. 前記支軸部及び前記支軸適合部のうち一方は、前記バッテリーの着脱方向に垂直に延びる隆起部であり、前記支軸部及び前記支軸適合部のうち他方は、溝である、請求項３に記載のバッテリーブラケット。
5. 前記支軸部は、前記バッテリーブラケットの底部内側においてバッテリー挿入口端部に形成されている、請求項３又は４に記載のバッテリーブラケット。
6. 前記支軸適合部は、前記バッテリーの底部の後方端部に形成される、請求項５に記載のバッテリーブラケット。
7. 前記隆起部は、半円筒状に形成されている、請求項４に記載のバッテリーブラケット。
8. 前記バッテリーブラケットの長さ方向に対して斜め方向の軌跡に沿って前記バッテリーを着脱することを可能にする、請求項１に記載のバッテリーブラケット。
9. 前記バッテリーブラケットは、前記バッテリーの一対の側面と各々対面する、一対の側壁部を少なくとも有し、該一対の側壁部の内面には、前記斜め方向に延在する案内手段が各々形成され、前記バッテリーの前記一対の側面には、前記案内手段と嵌合する被案内手段が各々形成されている、請求項８に記載のバッテリーブラケット。
10. 前記案内手段及び前記被案内手段のうち一方は、前記斜め方向に延在する隆起部であり、前記案内手段及び前記被案内手段のうち他方は溝であり、前記隆起部は該溝に沿って摺動する、請求項９に記載のバッテリーブラケット。
11. 前記バッテリーブラケットは、前記バッテリーの着脱経路に位置する頂上部及び前面部が少なくとも部分的に開放されている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のバッテリーブラケット。
12. 前記バッテリーブラケットは、前記バッテリーが該バッテリーブラケットに着けられるとき前記バッテリーの挿入が係止された位置で該バッテリーを掛かり止めする鍵部を備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のバッテリーブラケット。
13. 前記バッテリーブラケットの内部には、前記バッテリーから電流を引き出すための電気接点部が設けられている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のバッテリーブラケット。
14. 前記バッテリーブラケットの前記電動アシスト自転車への取り付け面には、締め金具が通過するための孔が形成され、該締め金具のヘッドが前記バッテリーブラケットの内面側に配置された状態で、該バッテリーブラケットを前記電動アシスト自転車に取り付けることを可能にする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のバッテリーブラケット。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のバッテリーブラケットがフレームに取り付けられている、電動アシスト自転車。

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