JP2010095203A - 電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータと制御部とを一まとめにした電動モータユニットを、前輪と後輪との間の中間位置に配設して、自転車としての前後の重量バランスを良好に保つことができながら、受動回転駆動力を伝達する専用のチェーンなどを別途に設けなくても済む電動自転車を提供する。
【解決手段】モータ駆動ユニットを、前輪と後輪との間の中間位置に配設し、ペダルからの踏力を後輪に伝達する駆動力伝達チェーンに、モータ駆動ユニットのモータスプロケットを噛合させ、後輪のハブに、少なくとも人力駆動力が加えられて走行する自力走行時にリアスプロケット２６の回転を変速段に応じて変速してハブ胴体４２に伝達する内装変速機５０と、受動走行時に締結されて、後輪からハブ胴体４２に伝達された受動回転駆動力を、リアスプロケット２６に伝達させる逆回転締結クラッチ６２とが設けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、ブレーキ操作時などに電動モータを回転させてバッテリを充電する回生動作を実行可能である電動自転車に関するものである。

バッテリと、このバッテリから給電される電動モータを備えたモータ駆動ユニットとを有し、ペダルに加えられる踏力による人力駆動力に、前記モータ駆動ユニットの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動自転車は既に知られている。また、この種の電動自転車において、ブレーキ操作時などに電動モータによる回生電力を発生させてバッテリに充電し、バッテリの充電作業回数に対する走行距離を増加させる構造を有するものも知られている。

例えば、特許文献１には、前輪のハブ内に電動モータを配設し、ブレーキにより制動させる際に、前輪の電動モータを発電機として用いて、前輪の電動モータを回生制御する技術が開示されている。

この種の前輪に配設した電動モータを回生制御する電動自転車の長所としては、回転している前輪のハブの中心に電動モータを配置することで、比較的簡単な構造で回生動作を実現できる利点がある。

しかしながら、このように前輪のハブに電動モータを配設して回生制御する電動自転車は、上記長所を有する一方で、以下のような短所がある。電動自転車の制御部は、前輪や後輪など、接地面から直接振動が伝わる箇所には、振動による悪影響を受ける可能性があるので配設箇所としては好ましくなく、一般には、前輪と後輪との間の中間位置、例えば、クランクシャフトを回転自在に支持する軸受などが配設されているハンガラグの後方箇所やその近傍箇所などに配設されることが多い。したがって、電動モータなどが配設されている電動モータ部と制御部とを分離させざるを得ず、いわゆる一体型ユニットとしては構成できないので、それぞれ個別にハウジングなどの部品が必要となって部品点数が多くなり、ひいては製造コストの増加を招き易くなる。また、制御部と電動モータとを接続する配線をメインフレームやフロントフォークに沿って配設せざるを得ないため、配線が長くなり、その分だけ、配線が損傷する可能性が高くなる。さらに、前輪のハブに電動モータが配設されているため、前輪側が重たくなり、電動自転車の重量バランスが前側に寄ってしまう欠点がある。また、回生動作を行った際に、前輪だけが減速してしまうために、後輪側が浮き上がるような姿勢で制動されて電動自転車の安全性が低下するおそれがある。また、このために、前輪の制動力をより大きくする回生動作を積極的には行えない。

このような短所や欠点などを生じさせない構造として、特許文献２には、電動モータ部と制御部とを一まとめにした電動モータユニットを、電動自転車の前輪と後輪との間の中間位置である、いわゆる中央部に配設し、後輪が接地面から受ける回転力（受動回転駆動力と称す）を電動モータユニットに伝達する受動回転駆動力伝達チェーンを、クランク軸の回転を後輪に伝える駆動力伝達チェーンとは別途に配設した構造が開示されている。つまり、電動自転車を含めた一般の自転車においては、下り坂を走行している場合や惰性走行などを行っている際に、ペダルの回転を止めても支障をきたさないように、後輪と後輪のハブに設けられているリアスプロケットとの間や、後輪のハブに設けられている内装変速機に一方向クラッチが配設されて、後輪の受動回転駆動力が駆動力伝達チェーンには伝達されないよう構成されている。したがって、後輪が接地面から受ける受動回転駆動力を、電動モータに伝達するための受動回転駆動力伝達チェーンを別途に設けて、下り坂のブレーキ操作時などに、後輪が受ける受動回転駆動力を、受動回転駆動力伝達チェーンを介して、電動モータに伝達させて回転させることで、回生動作可能に構成している。

この特許文献２に開示された構造によれば、電動モータユニットにより電動モータ部と制御部とを一体化できるため、ハウジングを１つで済すことができる。また、電動自転車の中央部に電動モータユニットを配設するため、自転車としての前後の重量バランスも良好に維持できる利点がある。また、回生動作を行った際に、この回生動作により後輪を制動させるよう構成することで、前輪を制動させた場合に生じる後輪の浮き上がりを生じることなく制動できて、制動操作時の電動自転車の挙動が不安定となることもない。したがって、回生動作による制動も強めにすることも可能で、この場合には、回生動作による電気エネルギーをより多く蓄電することができる。

なお、電動自転車を含めた一般の自転車において、後輪のハブに内装変速機を内装したものは、広く知られており、上り坂等で変速段を低速段側に切り換えることで、運転者への踏力の負担を軽減することができる。この内装変速機は、後輪のハブ外側に多段のギアを有する外装変速機を用いた場合と比較して、トラブルの発生が少なくて、メンテナンスが殆ど必要ない利点がある。つまり、外装変速機では、多段のギアが外部に露出しているため、これらのギアと駆動力伝達チェーンとの間に異物などを噛み込むなどして、駆動力伝達チェーンが外装変速機のギアから外れることがあるが、内装変速機ではこのような不具合が発生しないので、メンテナンスを殆どしなくても済んで、取り扱いが容易である。
特開２００４−１４９００１号公報 特開２００４−２６８８４３号公報

しかしながら、前記特許文献２に開示された構造では、上記したように、ハウジングが１つで済むとともに、自転車としての前後の重量バランスがよい利点がある一方で、駆動力伝達チェーンとは別に受動回転駆動力伝達チェーンが必要であるために、以下の短所を有する。

まず第１に、駆動力伝達チェーンと受動回転駆動力伝達チェーンとが干渉しないように配設するための配置設計が難しいとともに、一方のチェーンの張り具合を調整すると、他方のチェーンの張り具合にも影響を受けてしまい、両方のチェーンを良好に張るように調整することに、多くの時間や手間がかかってしまう。第２に、チェーンが２つあるために、チェーンステーなどにチェーンが接触してしまうおそれが高くなる。第３に、チェーンを２つ設けなければならないため、極めて特殊な構造となり、一般的に用いられているハブ構造の自転車部品との互換性が低下し、この結果、製造コストの増加を招いてしまう。第４に、各チェーンに噛み合う合計２つのスプロケットが必要となるため、これらのスプロケットを備えたハブの幅方向寸法が大きくなり、ひいては自転車の後部寸法幅が増加する。第５に、２つのチェーンとこれに係わる部品やその配置構成によって、自転車の外観が一般の自転車とは大きく異なってしまう欠点もある。

本発明は前記欠点などを解消するもので、電動モータと制御部とを一まとめにした電動モータユニットを、前輪と後輪との間の中間位置に配設して、自転車としての前後の重量バランスを良好に保つことができながら、受動回転駆動力を伝達する専用のチェーンなどを別途に設けなくても済む電動自転車を提供することを目的とするものである。

前記欠点などを解決するために、本発明の電動自転車は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、バッテリから給電される電動モータにより発生する補助駆動力を加えて、走行可能であるとともに、人力駆動力および補助駆動力が加えられておらず後輪が接地面からの受動回転駆動力を受けて走行する受動走行時において前記受動回転駆動力を利用して前記電動モータを回転させて前記バッテリを充電する回生動作を実行可能に構成した電動自転車であって、電動モータと補助駆動力を出力する補助駆動力出力輪体と制御部とを備えたモータ駆動ユニットが、前輪と後輪との間の中間位置に配設され、ペダルからの踏力を後輪に伝達する無端状駆動力伝達体に、モータ駆動ユニットの補助駆動力出力輪体が噛合され、後輪のハブに、ハブ軸と、このハブ軸を中心として回転自在に配設され、前記無端状駆動力伝達体に噛み合う後部輪体が取り付けられた後部輪体取付体と、ハブ胴体と、複数の変速段に切換可能に構成され、少なくとも人力駆動力が加えられて走行する自力走行時に後部輪体取付体の回転を変速段に応じて変速してハブ胴体に伝達する内装変速機と、前記受動走行時に締結されて、後輪からハブ胴体に伝達された受動回転駆動力を、後部輪体取付体に伝達させる逆回転締結クラッチとが設けられていることを特徴とする。

この構成により、電動モータと補助駆動力出力輪体と制御部とを備えたモータ駆動ユニットを、前輪と後輪との間の中間位置に配設し、かつ内装変速機により変速可能に構成しながら、走行時に後輪が接地面から受ける受動回転駆動力を、ハブ胴体、逆回転締結クラッチ、および後部輪体取付体、後部輪体を介して、ペダルからの踏力を後輪に伝達する無端状駆動力伝達体に伝達することができ、この結果、無端状駆動力伝達体に噛合する補助駆動力出力輪体を介して電動モータを回転させて回生動作を行わせることができる。したがって、後輪が受ける受動回転駆動力を伝達するための専用の駆動力伝達体（チェーン）などを設けることなく、無端状駆動力伝達体を介して、補助駆動力出力輪体および電動モータに受動回転駆動力を伝達することができる。

また、本発明の電動自転車は、内装変速機は、複数の遊星歯車、複数の太陽歯車、遊星キャリアおよび外輪歯車を有する遊星歯車機構を備え、自力走行時において後部輪体取付体の回転数よりも後輪のハブ胴体の回転数が同等以上となる増速型のものであることを特徴とする。

また、本発明の電動自転車は、逆回転締結クラッチが、自力走行時において最も高速となる変速段に切り換えられた際にハブ軸に対して固定される太陽歯車と、ハブ軸との間に介装されており、この逆回転締結クラッチは、受動走行時に、前記太陽歯車がハブ軸に対して締結されるように駆動されて、ハブ胴体側からの回転が遊星歯車機構を介して、後部輪体取付体および後部輪体を介して無端状駆動力伝達体に伝達させることを特徴とする。

この構成により、増速型の内装変速機を用いた場合でも、逆回転締結クラッチが設けられた内装変速機を介して、受動走行時において、走行時に後輪が接地面から受ける受動回転駆動力を、後部輪体取付体、後部輪体および無端状駆動力伝達体に伝達することができる。

また、本発明の電動自転車は、後退時において逆回転締結クラッチが締結されることを阻止して、後退動作を可能とする逆回転締結クラッチ解除機構が設けられていることを特徴とし、この構成により、増速型の内装変速機を用いた場合でも、電動自転車を支障なく後退させることができる。

また、本発明の電動自転車の逆回転締結クラッチ解除機構は、後退時においてハブ胴体の回転動作に連動して駆動されて逆回転締結クラッチを解除することを特徴とし、この構成により、電動自転車の後退時において自動的に逆回転締結クラッチが解除されることになり、後退時に逆回転締結クラッチ解除機構を手動で操作するなどの手間を省くことができる。

また、本発明の電動自転車の逆回転締結クラッチ解除機構は、ハブの外部に設けられた後退用切換手段からの切換動作により駆動されて逆回転締結クラッチを解除することを特徴とする。

また、本発明の電動自転車の内装変速機は、何れの変速段においても、後部輪体が取り付けられる後部輪体取付体の回転数より後輪のハブ胴体の回転数が同等以下となる減速型であり、ハブ胴体と後部輪体取付体との間に逆回転締結クラッチが介装されていることを特徴とする。なお、減速型の内装変速機としては、例えば、内装変速機が複数の遊星歯車機構を有しているものを用いる。

この構成により、減速型の内装変速機を用いることで、ハブ胴体と後部輪体取付体との間に逆回転締結クラッチを介装しただけの比較的簡単な構成で、受動走行時において、走行時に後輪が接地面から受ける受動回転駆動力を、後部輪体取付体、後部輪体および無端状駆動力伝達体に伝達することができる。また、電動自転車の後退時においても、支障なく電動自転車を後退させることができる。

また、本発明の電動自転車は、無端状駆動力伝達体の弛みを吸収するテンショナ装置を備え、前記テンショナ装置は、無端状駆動力伝達体の上側部分に上方から摺接する上側摺接輪体と、無端状駆動力伝達体の下側部分に下方から摺接する下側摺接輪体と、前記上側摺接輪体と下側摺接輪体とをそれぞれ上下に揺動自在に支持する支持アームとを有し、人力駆動力、補助駆動力、受動回転駆動力の何れかの駆動力を無端状駆動力伝達体で伝達する際に、上側摺接輪体および下側摺接輪体の一方の摺接輪体が無端状駆動力伝達体から受ける力により、他方の摺接輪体を連動させることで、無端状駆動力伝達体の弛みを吸収するように構成したことを特徴とする。

この構成により、１つの無端状駆動力伝達体で、受動回転駆動力も伝達する場合でも、無端状駆動力伝達体の弛みを良好に吸収することができる。

以上のように本発明によれば、後輪のハブに、ハブ軸と、このハブ軸を中心として回転自在に配設され、前記無端状駆動力伝達体に噛み合う後部輪体が取り付けられた後部輪体取付体と、ハブ胴体と、複数の変速段に切換可能に構成され、少なくとも人力駆動力が加えられて走行する自力走行時に後部輪体取付体の回転を変速段に応じて変速してハブ胴体に伝達する内装変速機と、前記受動走行時に締結されて、後輪からハブ胴体に伝達された受動回転駆動力を、後部輪体取付体に伝達させる逆回転締結クラッチとが設けられているので、モータ駆動ユニットを、前輪と後輪との間の中間位置に配設し、かつ内装変速機により変速可能に構成しながら、専用の受動回転駆動力伝達チェーンなどを設けることなく、１つの無端状駆動力伝達体を介して、補助駆動力出力輪体および電動モータに受動回転駆動力を伝達することができる。これにより、モータ駆動ユニットは１つで済むので、ハウジングを１つで済ますことができるとともに、自転車としての重量バランスを良好に維持することができながら、一般的に用いられているハブ構造の自転車部品を用いることも可能となり、製造コストの増加も最小限に抑えることができ、別途に、受動回転駆動力伝達チェーンを必要とする場合のような不具合を生じることがなく、電動自転車の外観が一般の自転車とは大きく異なってしまうこともない。

また、本発明によれば、増速型の内装変速機を用いた場合に、逆回転締結クラッチが、自力走行時において最も高速となる変速段に切り換えられた際にハブ軸に対して固定される太陽歯車と、ハブ軸との間に介装されており、この逆回転締結クラッチは、受動走行時に、前記太陽歯車がハブ軸に対して締結されるように駆動されて、ハブ胴体側からの回転が遊星歯車機構を介して、後部輪体取付体および後部輪体を介して無端状駆動力伝達体に伝達させるよう構成することにより、増速型の内装変速機を介して、受動走行時において、走行時に後輪が接地面から受ける受動回転駆動力を、後部輪体取付体、後部輪体および無端状駆動力伝達体に伝達することができる。

また、増速型の内装変速機を用いた場合に、後退時において逆回転締結クラッチが締結されることを阻止して、後退動作を可能とする逆回転締結クラッチ解除機構を設けることにより、増速型の内装変速機を用いた場合でも、電動自転車を支障なく後退させることができる。

また、本発明の電動自転車の内装変速機として、何れの変速段においても、後部輪体が取り付けられる後部輪体取付体の回転数より後輪のハブ胴体の回転数が同等以下となる減速型を用いるとともに、ハブ胴体と後部輪体取付体との間に逆回転締結クラッチを介装することにより、ハブ胴体と後部輪体取付体との間に逆回転締結クラッチを介装しただけの比較的簡単な構成で、受動走行時において、走行時に後輪が接地面から受ける受動回転駆動力を、後部輪体取付体、後部輪体および無端状駆動力伝達体に伝達することができるとともに、支障なく電動自転車を後退させることができる。

また、無端状駆動力伝達体の弛みを吸収するテンショナ装置として、無端状駆動力伝達体の上側部分に上方から摺接する上側摺接輪体と、無端状駆動力伝達体の下側部分に下方から摺接する下側摺接輪体と、前記上側摺接輪体と下側摺接輪体とをそれぞれ上下に揺動自在に支持する支持アームとを有し、人力駆動力、補助駆動力、受動回転駆動力の何れかの駆動力を無端状駆動力伝達体で伝達する際に、上側摺接輪体および下側摺接輪体の一方の摺接輪体が無端状駆動力伝達体から受ける力により、他方の摺接輪体を連動させることで、無端状駆動力伝達体の弛みを吸収するように構成したものを用いることで、１つの無端状駆動力伝達体で、受動回転駆動力も伝達する場合でも、無端状駆動力伝達体の弛みを良好に吸収することができる。

以下、本発明に係る電動自転車の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。

以下、本発明の実施の形態に係る電動自転車を図面に基づき説明する。
図１〜図４などに示すように、本発明の実施の形態に係る電動自転車は、ヘッドパイプ１、フロントフォーク２、メインフレーム３、立パイプ４、ハンガラグ５（図３参照）、チェーンステー６、バックフォーク７などからなるフレーム体１０と、フロントフォーク２の下端部に回転自在に組み付けられた前輪１１と、ヘッドパイプ１に上方から挿入されてフロントフォーク２と一体的に回転するように組み付けられたハンドルステム１２およびハンドル１３と、立パイプ４に挿入されたシートポスト８の上端部に取り付けられたサドル９と、人力駆動力としての踏力が加えられるペダル１４と、このペダル１４がクランク１５を介して取り付けられたクランク軸１６を回転自在に支持するとともに、補助駆動力を発生する電動モータ１７や減速機構１８（モータ軸１７ａおよび減速歯車１８ａ、１８ｂ、出力軸１８ｃ）、補助駆動力を出力する補助駆動力出力輪体としてのモータスプロケット１９、ペダル１４からの踏力を検知するトルクセンサ２９、制御部３０などが設けられたモータ駆動ユニット２０と、チェーンステー６の後端に回転自在に取り付けられた後輪２１と、立パイプ４と後輪２１との間に配置されて、電動モータ１７などに給電するバッテリ２２と、クランク軸１６にクランク一方向クラッチ２３および回転軸２４を介して連結されて、クランク軸１６が止まっていても回転可能に配設された人力駆動力出力輪体としてのフロントスプロケット（クランクスプロケット）２５と、後輪２１のハブである後部ハブ４０に組み付けられた内装変速機５０および後部輪体としてのリアスプロケット２６と、フロントスプロケット２５からの人力駆動力およびモータスプロケット１９からの補助駆動力をリアスプロケット２６に伝達する無端状駆動力伝達体としての駆動力伝達チェーン２７と、後部ハブ４０に内装された内装変速機５０と、フロントスプロケット２５、駆動力伝達チェーン２７の上側箇所およびモータ駆動ユニット２０を側方から覆うカバー２８と、駆動力伝達チェーン２７の弛みを吸収するテンショナ装置８０などを備えている。

なお、モータ駆動ユニット２０は、ペダル１４からの踏力を、モータ駆動ユニット２０内部に設けられたトルクセンサ２９により検出し、この踏力に応じて電動モータ１７から発生させた補助駆動力を、モータスプロケット１９を介して出力し、これらの人力駆動力と補助駆動力とを合わせて駆動力伝達チェーン２７およびリアスプロケット２６、内装変速機５０などを介して後輪２１側に伝達し、これにより登り坂などでも楽に走行可能に構成している。モータ駆動ユニット２０には、補助駆動力の発生を含めた各種の制御を行う制御基板や記憶手段などからなる制御部３０が内蔵されている。モータ駆動ユニット２０は、支持ブラケット２０ａ、２０ｂを介して、フレーム体１０におけるハンガラグ５の近傍箇所に固定されており、これにより、モータ駆動ユニット２０は、前輪１１と後輪２１との間の中間位置（いわゆる中央部）に配設されている。なお、３１は、駆動力伝達チェーン２７がモータスプロケット１９に噛み合う巻き角度を増加させるように案内するガイドプーリである。また、この実施の形態では、トルクセンサ２９をモータ駆動ユニット２０の内部に設けた場合を述べたが、これに限るものではなく、トルクセンサ２９などの踏力検知手段はクランク軸１６の軸受部近傍箇所な、モータ駆動ユニット２０の外部に設けられていても何ら差し支えない。

図５に示すように、ハンドル１３の両端部に取り付けられたグリップの下方には、左右のブレーキレバー３２Ａ、３２Ｂが回動自在に枢支された状態で取り付けられている。一方（例えば右側）のブレーキレバー３２Ａには、ブレーキワイヤ３３Ａを介して、前輪１１に対して機械的に制動力を与える前部ブレーキ装置３６が物理的に連動するように連結されている。他方（例えば左側）のブレーキレバー３２Ｂには、ブレーキワイヤ３３Ｂを介して、後輪２１に対して機械的に制動力を与える後部ブレーキ装置３７が物理的に連動するように連結されている。また、ハンドル１３の一方（例えば右側）には、内装変速機５０の変速段を切り換えるための変速用操作部３８が取り付けられており、例えば、変速用操作部３８に設けられた操作グリップ３８ａを回転することにより、変速用ワイヤ３９を介して、内装変速機５０が物理的に連動するように連結されている。さらに、この電動自転車では、ブレーキ操作時に電動モータ１７による回生電力を発生させてバッテリ２２を充電する回生動作を実行可能に構成しており、ハンドル１３の一部には、補助駆動力の追加動作（いわゆるアシスト動作）や回生動作を電気的にＯＮ・ＯＦＦするためのスイッチボタン（図示せず）などを複数備えた動作用操作部４７が取り付けられている。また、各ブレーキレバー３２Ａ、３２Ｂの取付箇所には、各ブレーキレバー３２Ａ、３２Ｂの操作状態を検知するブレーキスイッチ３４Ａ、３４Ｂが配設され、これらのブレーキスイッチ３４Ａ、３４Ｂによりブレーキレバー３２Ａ、３２Ｂの操作状態を検知しながら、制御部３０により回生充電機能を適切に働かせるように制御されている。

本発明の電動自転車では、ペダル１４が踏み込まれず、踏力が殆ど検知されていない状態で走行する際には、後述するように、後輪２１が接地面から受ける受動回転駆動力が、内装変速機５０およびリアスプロケット２６を介して駆動力伝達チェーン２７に伝達されるように構成されており、前記受動回転駆動力がモータ駆動ユニット２０のモータスプロケット１９を介して電動モータ１７が回転される。そして、このような状況（受動走行時と称す）下で、ブレーキレバー３２（３２Ａ、３２Ｂ）が操作されてこの状態がブレーキスイッチ３４Ａ、３４Ｂで検知された際に、回生動作を実行するように制御部３０により制御されており、この際には電動モータ１７の回転を利用して回生動作が実行されてバッテリ２２が充電される。なお、ペダル１４が踏み込まれていない状態では、駆動力伝達チェーン２７は後輪２１の回転に伴って駆動（移動）されるが、フロントスプロケット２５とクランク軸１６との間にクランク一方向クラッチ２３が介装されているので、クランク軸１６やクランク１５、ペダル１４は回転しない。

駆動力伝達チェーン２７の弛みを吸収するテンショナ装置８０は、図２に示すように、チェーンステー６に枢支軸８１を介して揺動自在に枢支され、枢支軸８１の枢支部分から略後方に水平に延びるとともに途中部分で斜め下方に延びる形状とされた下支持アーム８２と、前記途中部分に設けられた連結軸８３を介して略上方に延びる上支持アーム８４と、上支持アーム８４の上端部に上回転支軸を介して回転自在に取り付けられて、駆動力伝達チェーン２７の上側部分に上方から摺接する上側摺接輪体としての上ローラ８５と、下支持アーム８２の下端部に下回転支軸を介して回転自在に取り付けられて、駆動力伝達チェーン２７の下側部分に下方から摺接する下側摺接輪体としての下ローラ８６とを備えている。そして、人力駆動力、補助駆動力、受動回転駆動力の何れかの駆動力を駆動力伝達チェーン２７で伝達する際に、上ローラ８５および下ローラ８６の一方のローラが駆動力伝達チェーン２７から受ける上下方向に移動する力を用いて、他方のローラを上下方向に連動させることで、駆動力伝達チェーン２７の弛みを吸収するように構成している。

つまり、ペダル１４を踏み込みながら人力駆動力および補助駆動力の力により走行している場合（自力走行時と称す）には、フロントスプロケット２５が右回り（なお、以下の説明における回転方向は、図１や図２に示す状態、すなわち電動自転車の右側側面を、前方が右側となるように見た場合を基準として表す）に回転されるため、これに伴って駆動力伝達チェーン２７も右回りに移動し、駆動力伝達チェーン２７の上側部分が前方に引っ張られてできるだけ直線状になろうとする。これにより、テンショナ装置８０において、動力伝達チェーン２７により上ローラ８５が引き上げられる方向に力が作用し、これに伴って、上支持アーム８４、連結軸８３、下支持アーム８２を介して、下ローラ８６も引き上げられる方向に力が作用し、この結果、下ローラ８６に摺接している駆動力伝達チェーン２７の下側部分が持ち上げられて弛むことが抑えられ、駆動力伝達チェーン２７は全体として良好に張られた状態に維持される。

一方、ペダル１４が踏み込まれていない状態で、電動自転車が走行している場合（惰性走行時やブレーキ操作時などの受動走行時）は、後輪２１が接地面から受ける受動回転駆動力が、後述するように、内装変速機５０を介して、リアスプロケット２６に後輪２１の回転方向と同方向に伝達され、さらに駆動力伝達チェーン２７に伝達されるように構成されている。したがって、この際に、駆動力伝達チェーン２７は、リアスプロケット２６から受動回転駆動力を受けながら右回りに移動し、駆動力伝達チェーン２７の下側部分が後方に引っ張られてできるだけ直線状になろうとする。これにより、テンショナ装置８０において、駆動力伝達チェーン２７により下ローラ８６が引き下げられる方向に力が作用し、これに伴って、下支持アーム８２、連結軸８３、上支持アーム８４を介して、上ローラ８５も引き下げられる方向に力が作用し、この結果、上ローラ８５に摺接している駆動力伝達チェーン２７の上側部分が引き下げられて弛むことが抑えられ、駆動力伝達チェーン２７は良好に張られた状態に維持される。

ところで、従来の内装変速機では、ペダル１４が踏み込まれず、後輪２１が接地面から受動回転駆動力を受けていた際には、この受動回転駆動力が内装変速機を介する際にリアスプロケット２６側に伝達されない構造とされており、これにより、特許文献２に示すように、別途にチェーンを設けるなどして、上記した短所や不具合などを生じていた。

これに対して、本発明の内装変速機５０では、ペダル１４が踏み込まれず、後輪２１が接地面から受動回転駆動力を受けていた際（受動走行時）でも、この受動回転駆動力が、後述する逆回転締結クラッチ６２を有する内装変速機５０を介してリアスプロケット２６に伝達される構造（第１〜第４の実施の形態）であり、この点が本発明の内装変速機５０の大きな特徴である。

図６（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る電動自転車の後部ハブ４０および内装変速機５０の縦断面図（後部ハブ４０を前後に２分割して後部ハブの前側部分を後方から前方に向かって見た図）であり、図６（ｂ）は、この箇所を右側から見た（透視した）簡略的な側面図である。なお、後部ハブ４０および内装変速機５０の各部品の配置に関する説明においては、図６（ａ）における左右方向を表す。

図６（ａ）および（ｂ）において、４１は、左右のチェーンステー６の後端部に跨って水平姿勢に固定されたハブ軸、４２は、第１、第２の軸受４３、４４などを介してハブ軸４１に対して回転自在に配設され、左側部分が細径、右側部分が太径に形成されたハブ胴体、４５、４６は、ハブ胴体４２の外周部から外側に延ばされ、後輪２１のスポークの中心側端部が取り付けられるスポーク用鍔である。これらのハブ軸４１、ハブ胴体４２、軸受４３、４４、スポーク用鍔４５、４６により後部ハブ４０の骨格部分が構成され、後部ハブ４０のハブ胴体４２内にその中央部および左側部分が内装された状態で内装変速機５０が後部ハブ４０に組み付けられている。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、内装変速機５０は、ハブ軸４１に第２、第３の軸受４４、４７を介して、ハブ胴体４２の太径部右端縁とハブ軸４１とに対してそれぞれ回転自在に取り付けられ、その細径部分にリアスプロケット２６が一体的に回転する状態で固定された第１遊星キャリア５１と、ハブ胴体４２の細径部内にキャリア一方向クラッチ５２を介して回転可能に配設された第２遊星キャリア５３と、第１遊星キャリア５１と第２遊星キャリア５３とに跨って周方向に対して所定角度間隔（本実施の形態では１２０度間隔）で３箇所に配設されたキャリア連結部５４と、このキャリア連結部５４を中心としてそれぞれ回転自在に支持され、大歯数の大遊星歯車部５５ａおよび小歯数の小遊星歯車部５５ｂとが一体に形成されている３つの遊星歯車５５と、ハブ胴体４２の太径部内側に固定され（あるいは、周方向に対して位置規制された状態でスプライン結合などにより取り付けられ）、遊星歯車５５の大遊星歯車部５５ａに外側から噛み合う歯面がその内周に形成された外輪歯車５６と、第１一方向クラッチ５７を介してハブ軸４１に外嵌され、遊星歯車５５の大遊星歯車部５５ａに内側から噛み合う歯面がその外周に形成された第１太陽歯車５８と、第１太陽歯車５８と並んで、第２一方向クラッチ５９を介してハブ軸４１に外嵌された状態で配置され、遊星歯車５５の小遊星歯車部５５ｂに内側から噛み合う歯面がその外周に形成された第２太陽歯車６０と、ハブ軸４１に沿って、軸方向または周方向に移動可能に配設され、図５に示す変速用操作部３８に連結された変速用ワイヤ３９に連結されて移動されることで、第１一方向クラッチ５７と第２一方向クラッチ５９とを、それぞれ接続状態または分離状態に切り換える（ハブ軸４１に対して固定された状態と回転自在な状態とに切り換えられる）クラッチ調整具６１とを備えている。そして、さらに、ハブ軸４１と第２太陽歯車６０との間に介装され、ハブ軸４１に対して第２太陽歯車６０が左回りに回転することを阻止する機能を付与可能な逆回転締結クラッチ６２と、電動自転車を後退させる際に、逆回転締結クラッチ６２の機能を解除する逆回転締結クラッチ解除機構６７とが内装変速機５０に取り付けられている。なお、この第１の実施の形態を含む第１〜第４の実施の形態では、第１遊星キャリア５１は、リアスプロケット２６を取り付けられた後部輪体取付体（スプロケット取付体）としての機能と、キャリア連結部５４を支持する遊星キャリアとしての機能とを兼ねている。

ここで、ハブ胴体４２と第２遊星キャリア５３との間に介装されたキャリア一方向クラッチ５２は、第２遊星キャリア５３の外周に取り付けられ、相対的に、第２遊星キャリア５３がハブ胴体４２に対して右回りとなる際に、キャリア一方向クラッチ５２がハブ胴体４２に係合して回転力が伝達される一方、第２遊星キャリア５３がハブ胴体４２に対して左回りとなる際に、回転力が伝達されずに空回りする。したがって、第２遊星キャリア５３の右回りの回転数（キャリア一方向クラッチ５２による連結部での回転速度）が、ハブ胴体４２の右回りの回転数よりも大きい場合と、ハブ胴体４２の左回りの回転数が、第２遊星キャリア５３の左回りの回転数よりも大きい場合とには、それぞれ回転力が伝達される。一方、第２遊星キャリア５３の右回りの回転速度よりもハブ胴体４２の右回りの回転速度が大きい場合には、回転力が伝達されない。

内装変速機５０は１速（低速）、２速（中速）、３速（高速）の３段切り換え（変速段）とされている。そして、変速用操作部３８が１速に位置する際には、第１一方向クラッチ５７および第２一方向クラッチ５９が、これらに設けられている起立、傾倒自在の爪が傾倒姿勢となることなどにより解放状態とされて、第１太陽歯車５８および第２太陽歯車６０の何れもハブ軸４１に対して拘束されず自由に回転できる状態である。変速用操作部３８が２速の位置に切り換えられた場合には、変速用ワイヤ３９を介して、クラッチ調整具６１がハブ軸４１回りに所定角度だけ回転される（またはハブ軸方向に移動される）ことにより、第１一方向クラッチ５７の爪が起立するなどして、ハブ軸４１に対して第１太陽歯車５８が相対的に右回りに回転されようとした際には、この回転が阻止されて、第１太陽歯車５８がハブ軸４１に締結された状態となる。一方、第２一方向クラッチ５９は解放状態のままであり、第２太陽歯車６０はハブ軸４１に対して拘束されず自由に回転できる状態である。変速用操作部３８が、３速に切り換えられた場合には、変速用ワイヤ３９を介してクラッチ調整具６１がハブ軸方向にさらに移動または所定角度だけさらに回転されることにより、第１一方向クラッチ５７が解放状態に切り換えられて、第１太陽歯車５８はハブ軸４１に対して拘束されず自由に回転できる状態である。一方、第２一方向クラッチ５９の爪が起立するなどして、ハブ軸４１に対して第２太陽歯車６０が相対的に右回りに回転されようとした際には、この回転が阻止されて、第２太陽歯車６０がハブ軸４１に締結された状態となる。なお、第１一方向クラッチ５７および第２一方向クラッチ５９は、起立、傾倒自在の爪の傾倒姿勢にかかわらず、ハブ軸４１に対して第１太陽歯車５８や第２太陽歯車６０が相対的に左回りに回転されようとした際には、この回転を拘束しない構造とされ、したがって、何れの変速段においても、ハブ軸４１に対する第１太陽歯車５８や第２太陽歯車６０の相対的な左回りに回転は許容される。

上記構成において、運転者がペダル１４を踏み込みながら走行する自力走行時で、変速段が１速である場合には、第１太陽歯車５８および第２太陽歯車６０の何れもハブ軸４１に対して自由に回転できる状態である。自力走行時に、ペダル１４からの踏力によりフロントスプロケット２５が右回りに回転され、これに伴って、駆動力伝達チェーン２７も右回りに回転され、補助駆動力が加えられる際には、モータスプロケット１９からも駆動力伝達チェーン２７に補助駆動力が伝達される。

これに伴って、リアスプロケット２６が右回りに回転されるとともに、第１遊星キャリア５１およびキャリア連結部５４も一体的に回転し、キャリア連結部５４に連結された第２遊星キャリア５３が右回りに回転することで、第２遊星キャリア５３の外周に取り付けられたキャリア一方向クラッチ５２がハブ胴体４２に係合して回転される。この結果、内装変速機５０およびハブ胴体４２を介して、後輪２１を、リアスプロケット２６と同じ回転数の状態（低速状態）で回転させながら走行できる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。なお、ハブ胴体４２の回転に伴ってこの内周側に取り付けられた外輪歯車５６も一体的に回転され、これに伴って、外輪歯車５６の内周に噛み合う遊星歯車５５が回転するとともに、第１太陽歯車５８や第２太陽歯車６０も回転するが、これらの第１太陽歯車５８や第２太陽歯車６０はハブ軸４１に対して拘束されていないので、それぞれ自由に回転している空まわり状態であり、他の部品の動き等に影響を与えることはない。

自力走行時において変速段が２速に切り換えられた場合には、第１一方向クラッチ５７の爪が起立するなどして、ハブ軸４１に対して第１太陽歯車５８が相対的に右回りに回転することが阻止された状態となる。この状態で、ペダル１４からの踏力によりフロントスプロケット２５、駆動力伝達チェーン２７を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転されると、これに伴って、第１遊星キャリア５１およびキャリア連結部５４も一体的に回転する。キャリア連結部５４の回転に伴い、遊星歯車５５も回転するが、この際に、第１太陽歯車５８がハブ軸４１に対して相対的に右回りに回転することが阻止されて固定されるので、遊星歯車５５は、キャリア連結部５４を中心として、第１太陽歯車５８から反力を与えられた状態で自転しながら、公転する。これにより、外輪歯車５６は、第１太陽歯車５８の歯数がＡ、外輪歯車５６の歯数がＬとした場合に、増速比１＋（Ａ／Ｌ）で増速された状態（中速状態）で回転する。この結果、内装変速機５０およびハブ胴体４２を介して、後輪２１を、リアスプロケット２６よりも若干大きな回転数の状態（中速状態）で回転させながら走行できる（図７（ｃ）、（ｄ）参照）。

なお、この際に、第１遊星キャリア５１およびキャリア連結部５４とともに第２遊星キャリア５３も一体的に回転するが、ハブ胴体４２が第２遊星キャリア５３よりも大きな回転数で回転し、キャリア一方向クラッチ５２は解放された（いわゆるクラッチが切られた）状態となっている。また、遊星歯車５５の回転に伴い、第２太陽歯車６０も回転するが、この第２太陽歯車６０はハブ軸４１に対して拘束されておらず、自由に回転している状態であり、他の部品の動き等に影響を与えることはない。

自力走行時において変速段が３速に切り換えられた場合には、第２一方向クラッチ５９の爪が起立状態となるなどして、ハブ軸４１に対して第２太陽歯車６０が相対的に右回りに回転することが阻止された状態となる。この状態で、ペダル１４からの踏力によりフロントスプロケット２５、駆動力伝達チェーン２７を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転されると、これに伴って、第１遊星キャリア５１およびキャリア連結部５４も一体的に回転する。キャリア連結部５４の回転に伴い、遊星歯車５５も回転するが、この際に、第２太陽歯車６０がハブ軸４１に対して相対的に右回りに回転することが阻止されて固定されるので、遊星歯車５５は、キャリア連結部５４を中心として、第２太陽歯車６０から反力を与えられた状態で自転しながら、公転する。これにより、外輪歯車５６は、第２太陽歯車６０の歯数がＢ、外輪歯車５６の歯数がＬ、遊星歯車５５の大遊星歯車部５５ａの歯数がＣ、遊星歯車５５の小遊星歯車部５５ｂの歯数がＤとした場合に、増速比１＋（（（Ｂ／Ｄ）×Ｃ）／Ｌ）で増速された状態（高速状態）で回転する。この結果、内装変速機５０およびハブ胴体４２を介して、後輪２１を、リアスプロケット２６よりも大きな回転数の状態（高速状態）で回転させながら走行できる（図７（ｃ）、（ｄ）参照）。

なお、この際も、ハブ胴体４２が第２遊星キャリア５３よりも大きな回転数で回転するので、キャリア一方向クラッチ５２は解放された（いわゆる切られた）状態となっている。また、遊星歯車５５の回転に伴い、第１太陽歯車５８も回転するが、ハブ軸４１に対して拘束されていないので、自由に回転するだけである。

上記構成において、運転者がペダル１４を踏み込んで漕ぐことを止めた状態で走行する走行状態（惰性走行時やブレーキ操作時などのクランク１５を回転させていない状態：受動走行時）では、後輪２１が接地面からの力（受動回転駆動力と称す）を受けて、後輪２１およびハブ胴体４２が右回りに回転する。ここで、クランク１５が回転されていないため、駆動力伝達チェーン２７はフロントスプロケット２５からの力を受けず、駆動力伝達チェーン２７とともにリアスプロケット２６や第１遊星キャリア５１、キャリア連結部５４、第２遊星キャリア５３はその位置に止まろうとする。したがって、キャリア連結部５４で支持された遊星歯車５５を介して、第１太陽歯車５８や第２太陽歯車６０は左回りに回転しようとする。

しかしながら、本発明においては、ハブ軸４１と第２太陽歯車６０との間に逆回転締結クラッチ６２が介装されており、この逆回転締結クラッチ６２は、ハブ軸４１に対して第２太陽歯車６０が左回りに回転することを阻止する機能を付与できるように構成されている。そして、受動走行時には、この逆回転締結クラッチ６２により第２太陽歯車６０がハブ軸４１に対して左回りに回転することを阻止する機能が働くよう構成されている（詳しくは後述する）。この結果、受動走行時では、後輪２１およびハブ胴体４２が右回りに回転された際に、第２太陽歯車６０が左回りに回転することが阻止されてハブ軸４１に固定されたような状態となり、遊星歯車５５が、キャリア連結部５４を中心として、第２太陽歯車６０から反力を与えられた状態で右回りに自転しながら、右回りに公転する。これにより、第１遊星キャリア５１、キャリア連結部５４および第２遊星キャリア５３が、減速比１＋（（（Ｂ／Ｄ）×Ｃ）／Ｌ）で減速された状態で右回りに回転する。この結果、内装変速機５０や第１遊星キャリア５１を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転し（図７（ｅ）、（ｆ）参照）、これにより、駆動力伝達チェーン２７が右回りに回転し、これに伴い、モータスプロケット１９を介して、電動モータ１７が回転される。したがって、ブレーキ動作時などに、回生制御することで、回生充電を実行できる。

なお、この構成においては、自力走行状態で、逆回転締結クラッチ６２により太陽歯車が左回りに回る必要がある場合には、自力走行において、ロック状態となってしまい支障をきたすため、逆回転締結クラッチ６２は、自力走行において左回りすることの無い、最も高い段数の太陽歯車、この実施の形態においては、第２太陽歯車６０に設けなければならない。

ところで、電動自転車を含めた自転車においては、駐輪場などにおいて、電動自転車から降りた状態で後退させることがあるが、この後退時には、後輪２１が左回りに回転するため、ハブ胴体４２や外輪歯車５６も左回りに回転する。そして、この時、キャリア一方向クラッチ５２がハブ胴体４２に係合した状態となるため、第１遊星キャリア５１、キャリア連結部５４、第２遊星キャリア５３も左回りに回転しようとし、すなわち、第１太陽歯車５８および第２太陽歯車６０も含めてこれらの部品が、左回りに回転することで、後退することが可能となる。しかしながら、逆回転締結クラッチ６２の締結機能が作動すると、これらの部品の左回りへの回転ができない、いわゆるロック状態（ハブ胴体４２が内装変速機５０を介してハブ軸４１に固定された状態）となるため、電動自転車を後退させることができなくなる。

このような不具合を防止すべく、本発明のこの実施の形態では、電動自転車を支障なく後退させることができるように、後退時においては、逆回転締結クラッチ６２の機能が作動しないようにする逆回転締結クラッチ解除機構６７が設けられている（図６、図８参照）。この実施の形態においては、逆回転締結クラッチ解除機構６７は、ハブ胴体４２における第１の軸受４３の近傍位置に固定されたバック用爪部材６３と、ハブ軸４１に沿って軸方向に移動自在で、かつ回転自在に配設され、バック用爪部材６３に当接して、バック用爪部材６３の回転方向により軸方向に密接する位置と離間する位置とに移動可能なバック用爪係合部材６４と、ハブ軸４１に沿って軸方向に移動自在に配置され、バック用爪係合部材６４により押圧されて、逆回転締結クラッチ６２を接続状態または分離状態に切り換える逆回転クラッチ塞ぎロッド６５と、前記バック用爪係合部材６４をハブ軸方向に対してバック用爪部材６３に密着させるとともに、前記逆回転クラッチ塞ぎロッド６５を逆回転締結クラッチ６２内から退避させる方向に付勢するロッド押圧ばね６６とを有している。

そして、バック用爪部材６３とバック用爪係合部材６４とは、バック用爪部材６３に対してバック用爪係合部材６４が所定回転方向（この実施の形態では右回り）に回転されている状態で係合した場合には、図６（ａ）に簡略的に示すように、ハブ軸方向に対して密着して噛み合い、反対方向（この実施の形態では左回り）に回転されている状態で係合した場合には、図８に簡略的に示すように、ハブ軸方向に対してある程度離間した状態で噛み合う構造となっている。ここで、このような動作をするバック用爪部材６３やバック用爪係合部材６４の一つの具体例としては、図９（ａ）に示すように、ハブ胴体４２に固定されているバック用爪部材６３として、ハブ胴体４２に固定されている円筒形状の基部６３ａから突出する爪６３ｂが周方向に対して所定角度毎（図７においては９０度毎）に一体形成されているものを用いるとよい。また、バック用爪係合部材６４としては、図９（ｂ）に示すように、円筒形状の基部６４ａから傾斜面６４ｂおよび凹部６４ｃを有する係合突部６４ｄが周方向に対して所定角度毎（図７においては９０度毎）に一体形成されているものを用いるとよい。なお、６４ｆは、バック用爪係合部材６４における係合突部６４ｄが形成されておらず、大きく窪んでいる谷部である。

したがって、自力走行時や受動走行時など、電動自転車の前進に伴う後輪２１の右回りの回転に伴って、ハブ胴体４２とともにバック用爪部材６３が右回りに回転した場合には、バック用爪部材６３の爪部６３ａがバック用爪係合部材６４の谷部６４ｆに係合して、バック用爪部材６３とバック用爪係合部材６４とがハブ軸方向に対してある程度密着した状態（詳しくは、バック用爪部材６３の基部６３ａとバック用爪係合部材６４の基部６４ａとの離間距離が小さい状態）で噛み合う。これにより、逆回転クラッチ塞ぎロッド６５が逆回転締結クラッチ６２内から退避された状態に維持されて、逆回転締結クラッチ６２が作動可能な状態で保持される。

一方、後退時には、電動自転車の後退に伴う後輪２１の左回りの回転に伴って、ハブ胴体４２とともにバック用爪部材６３が左回りに回転した場合には、バック用爪部材６３の爪部６３ａがバック用爪係合部材６４の凹部６４ｃに係合して、バック用爪係合部材６４における凹部６４ｃ以外の箇所では、バック用爪部材６３とバック用爪係合部材６４とがハブ軸方向に対してある程度離間した状態（詳しくは、バック用爪部材６３の基部６３ａとバック用爪係合部材６４の基部６４ａとの離間距離が大きい状態）で噛み合う。これにより、逆回転クラッチ塞ぎロッド６５が、ロッド押圧ばね６６の付勢力に抗して、逆回転締結クラッチ６２の内側に突入し、逆回転締結クラッチ６２の機能が解除された状態で保持される。

したがって、電動自転車の後退時には、逆回転締結クラッチ６２が作動せず、これにより、電動自転車は支障なく後退できる。なお、後輪２１の回転に伴って逆回転締結クラッチ６２の動作・解除を切り換えることができればよく、上記逆回転締結クラッチ解除機構６７の構成に限るものではない。

上記構成により、特許文献２に開示されているような受動回転駆動力を伝達するための専用の受動回転駆動力伝達チェーンなどを設けることなく、人力駆動力や補助駆動力を伝達するための駆動力伝達チェーン２７を介して、補助駆動力出力輪体としてのモータスプロケット１９および電動モータ１７に受動回転駆動力を伝達する手段としても用いることができる。したがって、受動回転駆動力伝達チェーンを必要とした場合のように、２つの駆動力伝達チェーンが干渉しないように配設するための配置設計が難しかったり、両方のチェーンの張り具合を調整する際に多くの時間や手間をかけたりしなければならなかったり、チェーンステーなどに一方の駆動力伝達チェーンが接触してしまったりする等の問題を発生することがない。

また、チェーンとして、従来から用いられている駆動力伝達チェーン２７を用いるだけで済むので、内装変速機５０として逆回転締結クラッチ６２や逆回転締結クラッチ解除機構６７を有するものを用いる以外は、一般的に用いられているハブ構造の自転車部品との互換性を保つことができ、内装変速機５０以外の部品の共通化や製造工程の共通化を図ることができて、製造コストの増加を最小限に抑えることができる。また、内装変速機５０を用いているため、外装変速機を用いた場合と比較して、トラブルの発生が少なくて、メンテナンスが殆ど必要ない利点を維持することができる。

また、上記のように、後退時において逆回転締結クラッチ６２が締結されることを阻止して、後退動作を可能とする逆回転締結クラッチ解除機構６７を設けたので、増速型の内装変速機５０を用いた場合でも、電動自転車を支障なく後退させることができる。また、上記構成によれば、逆回転締結クラッチ解除機構６７は、後退時においてハブ胴体４２の回転動作に連動して駆動されて逆回転締結クラッチ６２を解除する構成であるので、電動自転車の後退時において自動的に逆回転締結クラッチ６２が解除されることになり、後退時に逆回転締結クラッチ解除機構を手動で操作するなどの手間を省くことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態では、図１０に示すように、逆回転締結クラッチ９１が、第２太陽歯車６０とハブ軸４１との間ではなくて、第２太陽歯車６０の左側外周面に臨んだ状態で配設されている。すなわち、図１０、図１１に示すように、第２太陽歯車６０の外周面における、歯面が形成されていない箇所を外周側から囲むように有底円筒形状のクラッチ保持具９２が配設され、さらにこのクラッチ保持具９２の円筒部分と第２太陽歯車６０の外周面との間に、ハブ軸４１に対して第２太陽歯車６０が左回りに回転することを阻止する機能を付与可能な逆回転締結クラッチ９１が設けられている。

この実施の形態においても、上記逆回転締結クラッチ解除機構６７と類似する逆回転締結クラッチ解除機構６７’が設けられている。この逆回転締結クラッチ解除機構６７’は、図１２に示すように、前記逆回転締結クラッチ解除機構６７のバック用爪部材６３と同形状のバック用爪部材６３と、前記逆回転締結クラッチ解除機構６７のバック用爪係合部材６４とは爪の形状が逆向きのバック用爪係合部材６４’と、クラッチ保持具９２のハブ軸４１側に延びる円板状部分とハブ軸４１との間においてスプライン結合などによりハブ軸４１に沿って移動自在に配設されたロックピン９３と、ロックピン９３がクラッチ保持具９２内から離脱する方向に付勢する保持具押圧ばね６６とを備えている。ロックピン９３には、ロックピン９３から径方向に突出する突起部９３ａが形成され、このロックピン９３の突起部９３ａは、クラッチ保持具９２の円板状部分に形成された孔部９２ａから径方向に広がる凹部９２ｂに係合可能に構成されている。

そして、バック用爪係合部材６４’の片面が、ロックピン９３に当接されており、バック用爪部材６３とバック用爪係合部材６４’とは、バック用爪部材６３に対してバック用爪係合部材６４’が所定回転方向（この実施の形態では右回り）に回転されている状態で係合した場合には、図１０（ａ）に簡略的に示すように、ハブ軸方向に対してある程度互いに離間した状態（詳しくは、バック用爪部材６３の基部６３ａとバック用爪係合部材６４’の基部６４ａとの離間距離が大きい状態）で噛み合い、反対方向（この実施の形態では左回り）に回転されている状態で係合した場合には、ハブ軸方向に対して密着して噛み合う状態（詳しくは、バック用爪部材６３の基部６３ａとバック用爪係合部材６４’の基部６４ａとの離間距離が小さい状態）となる構造となっている。

この構成において、自力走行時や受動走行時など、電動自転車の前進に伴って後輪２１が右回りに回転している際には、図１０（ａ）に示すように、ハブ胴体４２とともにバック用爪部材６３が右周りに回転し、これにより、バック用爪係合部材６４’がバック用爪部材６３から離間した状態で噛み合う。これにより、ロックピン９３の突起部９３ａがクラッチ保持具９２の凹部９２ｂに嵌まり込んで係合した状態となり、クラッチ保持具９２はロックピン９３を介してハブ軸４１に固定された状態となる。

しかしながら、自力走行状態では、第２太陽歯車６０は左回りに回転することが無いので、第２太陽歯車６０が逆回転締結クラッチ９１によりハブ軸４１に固定されることはない。したがって、自力走行状態では、上記第１の実施の形態と同様に、リアスプロケット２６からの人力駆動力や補助駆動力が内装変速機５０を介してハブ胴体４２に伝達されて、良好に走行できる。

また、後輪２１が受動回転駆動力を受けて走行する受動走行時では、上記第１の実施の形態と同様に、後輪２１およびハブ胴体４２が受動回転駆動力を受けて右回りに回転された際に、逆回転締結クラッチ９１が作動して、第２太陽歯車６０が左回りに回転することが阻止されてハブ軸４１に固定されたような状態となる。そして、遊星歯車５５が、キャリア連結部５４を中心として、第２太陽歯車６０から反力を与えられた状態で右回りに自転しながら、右回りに公転し、第１遊星キャリア５１、キャリア連結部５４および第２遊星キャリア５３が、１＋（（（Ｂ／Ｄ）×Ｃ）／Ｌ）の減速比で減速された状態で右回りに回転する。この結果、内装変速機５０を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転し、これにより、駆動力伝達チェーン２７が右回りに回転し、これに伴い、モータスプロケット１９を介して、電動モータ１７が回転される。したがって、ブレーキ動作時などに、回生制御することで、回生充電を実行できる。

また、図１０（ｂ）に示すように、後退時には、ハブ胴体４２とともにバック用爪部材６３が左回りに回転して、バック用爪係合部材６４’がバック用爪部材６３に密着した状態で噛み合うことで、ロックピン９３の突起部９３ａがクラッチ保持具９２の凹部９２ｂから外れた状態となる。すなわち、逆回転締結クラッチ解除機構６７’が作動して、逆回転締結クラッチ６２が作動しない。したがって、後退時には、後輪２１が左回りに回転するため、ハブ胴体４２や外輪歯車５６も左回りに回転するが、第２太陽歯車６０の左回りの回転が規制されないため、第１遊星キャリア５１、キャリア連結部５４、第２遊星キャリア５３も支障なく左回りに回転できて、電動自転車は支障なく後退できる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態では、図１３に示すように、第２太陽歯車６０’の側面に、側方に突出する係合突起６０ｂが周方向適当角度（この実施の形態では９０度毎に）ごとに複数（この実施の形態では４箇所）形成されているとともに、この第２太陽歯車６０’の係合突起６０ｂに対応して係合離脱可能な複数の係合凹部９５ａが形成された太陽歯車連結具９５（図１４（ａ）、（ｂ）参照）が、逆回転締結クラッチ９１の内周側に配設されている。そして、逆回転締結クラッチ９１を介して太陽歯車連結具９５を囲むように、クラッチ保持具９２が配設され、このクラッチ保持具９２が、前記第２の形態における逆回転締結クラッチ解除機構６７’と同様な構造の、バック用爪係合部材６４’によりハブ軸４１に沿って押圧されるよう構成されている。

すなわち、前記第１、第２の実施の形態における第２太陽歯車６０が、その幅方向に対して第２太陽歯車６０’と太陽歯車連結具９５とに２分割され、ハブ軸方向に対して、太陽歯車連結具９５が第２太陽歯車６０’に接近離間するように移動されて、太陽歯車連結具９５の係合凹部９５ａに第２太陽歯車６０’の係合突起６０ｂが挿入離脱されることで、逆回転締結クラッチ９１の機能を付与あるいは解除するよう構成されている。なお、図１３における６６は、太陽歯車連結具９５を第２太陽歯車６０’から離脱する方向へ付勢する付勢ばね、図１４（ａ）、（ｂ）における９６は、太陽歯車連結具９５が、クラッチ保持具９２から外れないよう防止するための外れ止めリングである。

この第３の実施の形態において、自力走行時や受動走行時など、電動自転車の前進に伴って後輪２１が右回りに回転している際には、図１３（ａ）に示すように、ハブ胴体４２とともにバック用爪部材６３が右周りに回転し、バック用爪係合部材６４’がバック用爪部材６３から離間した状態で噛み合う。これにより、クラッチ保持具９２および太陽歯車連結具９５が、第２太陽歯車６０’側に移動して、太陽歯車連結具９５と第２太陽歯車６０’とが係合した状態となり、クラッチ保持具９２はロックピン９３を介してハブ軸４１に固定された状態となり、逆回転締結クラッチ９１が作動可能な状態となる。

しかしながら、自力走行状態では、第２太陽歯車６０は左回りに回転することが無いので、第２太陽歯車６０が逆回転締結クラッチ９１によりハブ軸４１に固定されることはない。したがって、自力走行状態では、上記第１の実施の形態と同様に、リアスプロケット２６からの人力駆動力や補助駆動力は、内装変速機５０を介してハブ胴体４２に伝達されて、良好に走行できる。

また、後輪２１が受動回転駆動力を受けて走行する受動走行時では、上記第１の実施の形態と同様に、後輪２１およびハブ胴体４２が受動回転駆動力を受けて右回りに回転された際に、逆回転締結クラッチ９１が作動して、第２太陽歯車６０が左回りに回転することが阻止されてハブ軸４１に固定されたような状態となる。そして、遊星歯車５５が、キャリア連結部５４を中心として、第２太陽歯車６０から反力を与えられた状態で右回りに自転しながら、右回りに公転し、第１遊星キャリア５１、キャリア連結部５４および第２遊星キャリア５３が、１＋（（（Ｂ／Ｄ）×Ｃ）／Ｌ）の減速比で右回りに回転する。この結果、内装変速機５０を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転し、これにより、駆動力伝達チェーン２７が右回りに回転し、これに伴い、モータスプロケット１９を介して、電動モータ１７が回転される。したがって、ブレーキ動作時などに、回生制御することで、回生充電を実行できる。

また、図１３（ｂ）に示すように、後退時には、ハブ胴体４２とともにバック用爪部材６３が左回りに回転して、バック用爪係合部材６４’がバック用爪部材６３に密着した状態で噛み合うことで、第２太陽歯車６０’の係合突起６０ｂが太陽歯車連結具９５の係合凹部９５ａから外れた状態となる。すなわち、後退時には、逆回転締結クラッチ解除機構６７’が作動して、第２太陽歯車６０’の左回りの回転が規制されない（逆回転締結クラッチ６２が作動しない）ため、後輪２１が左回りに回転して、ハブ胴体４２や外輪歯車５６も左回りに回転しようとした際に、第１遊星キャリア５１、キャリア連結部５４、第２遊星キャリア５３も支障なく左回りに回転できて、電動自転車は支障なく後退できる。

次に、上記第１〜第３の実施の形態では、後退時に逆回転締結クラッチ６２を自動的に解除する、バック用爪部材６３やバック用爪係合部材６４、６４’を有する逆回転締結クラッチ解除機構６７、６７’を設けた場合を述べたが、これに限るものではなく、逆回転締結クラッチ６２の機能を外部から解除できるような逆回転締結クラッチ解除機構を設けてもよい。すなわち、図１５（ａ）、（ｂ）に示す本発明の第４の実施の形態に係る電動自転車においては、バック用爪部材６３やバック用爪係合部材６４、６４’を設ける代わりに、クラッチ保持具９２を直接移動させる移動ロッド９８を設けている。そして、電動自転車を後退させる際に、この移動ロッド９８を移動させるワイヤなどを介して接続された操作レバー（図示せず）などを運転者が操作することで、後退時に、逆回転締結クラッチ６２の機能を解除するよう構成すればよい。なお、図１５（ａ）、（ｂ）における９９は、太陽歯車連結具９５を第２太陽歯車６０’から離脱する方向へ付勢する付勢ばねである。この構成によっても、電動自転車を支障なく後退させることができる。

さらに、図１６は本発明の第５の実施の形態に係る電動自転車の後部ハブ４０および内装変速機１１０の縦断面図である。
この実施の形態に係る内装変速機１１０では、２組の遊星歯車機構（第１の遊星歯車機構１２０と第２の遊星歯車機構１５０）が用いられている。そして、自力走行時には、これらの遊星歯車機構１２０、１５０を介することで、リアスプロケット２６の回転よりもハブ胴体４２および後輪２１の回転が同等以下となる、いわゆる減速型のものが用いられている。すなわち、上記第１〜第４の実施の形態においては、リアスプロケット２６の回転よりもハブ胴体４２および後輪２１の回転が同等以上である、いわゆる増速型の内装変速機５０が用いられていたが、本実施の形態では、減速型の内装変速機１１０が用いられている点が上記第１〜第４の実施の形態とは異なっている。

また、上記第１〜第４の実施の形態とは異なり、逆回転締結クラッチ６２が、リアスプロケット２６が取り付けられているスプロケット保持部材１５１とハブ胴体４２との間に配設されており、受動走行時など、電動自転車の前進に伴って後輪２１が右回りに回転している際には、後輪２１からの受動回転駆動力を受けて、ハブ胴体４２の右回りの回転数が、スプロケット保持部材１５１の回転数よりも大きくなった（早くなった）場合に、逆回転締結クラッチ６２が締結状態となって、ハブ胴体４２の右回りの回転がスプロケット保持部材１５１に伝達されるよう構成されている。

この実施の形態に係る内装変速機１１０では、自力走行時において、第１の遊星歯車機構１２０が、リアスプロケット２６の回転を減速して第２の遊星歯車機構１５０に伝達し、第２の遊星歯車機構１５０において、リアスプロケット２６の回転以下の範囲内で増速して変速段を切り換えるよう構成されている。なお、第２の遊星歯車機構１５０は、上記第１〜第４の実施の形態の遊星歯車と類似したものが用いられており、第２の遊星歯車機構１５０を含めて同様な機能を有する構成部品には同符号を付す。

具体的には、この内装変速機１１０は、図１６に示すように、ハブ軸４１に第２、第３の軸受４４、４７を介して、ハブ胴体４２の右端縁とハブ軸４１とに対してそれぞれ回転自在に取り付けられ、その細径部分にリアスプロケット２６が一体的に回転する状態で固定されたスプロケット保持部材１５１と、ハブ胴体４２の左端寄り箇所内にキャリア一方向クラッチ５２を介して回転可能に配設された遊星キャリア５３’と、スプロケット保持部材１５１と遊星キャリア５３’とに跨って周方向に対して所定角度間隔（本実施の形態では１２０度間隔）で３箇所に配設されたキャリア連結部５４と、キャリア連結部５４の右側寄り部分を中心としてそれぞれ回転自在に支持され、大歯数の大遊星歯車部１２１ａおよび小歯数の小遊星歯車部１２１ｂとが一体に形成されている３つの第１遊星歯車１２１と、ハブ胴体４２の右寄り部分の内側領域において、リアスプロケット２６の外側から第１遊星歯車１２１の大遊星歯車部１２１ａの外側にかけて配設され、スプロケット伝達クラッチ１２２を介して、リアスプロケット２６の左側部分の外周に回転自在に支持されているとともに、第１遊星歯車１２１の大遊星歯車部１２１ａに外側から噛み合う歯面がその内周に形成された第１外輪歯車１２３と、ハブ軸４１に固定された状態で外嵌され、第１遊星歯車１２１の小遊星歯車部１２１ｂに内側から噛み合う歯面がその外周に形成された固定太陽歯車１２６と、キャリア連結部５４の左側寄り部分を中心としてそれぞれ回転自在に支持され、大歯数の大遊星歯車部５５ａおよび小歯数の小遊星歯車部５５ｂとが一体に形成されている３つの第２遊星歯車５５’と、外輪伝達クラッチ１２４を介してハブ胴体４２の内側に回転自在に支持されているとともに、第２遊星歯車５５’の小遊星歯車部５５ｂに外側から噛み合う歯面がその内周に形成された第２外輪歯車１２５と、第１一方向クラッチ５７を介してハブ軸４１に外嵌され、第２遊星歯車５５’の小遊星歯車部５５ｂに内側から噛み合う歯面がその外周に形成された第１太陽歯車５８と、第１太陽歯車５８と並んで、第２一方向クラッチ５９を介してハブ軸４１に外嵌された状態で配置され、第２遊星歯車５５’の大遊星歯車部５５ａに内側から噛み合う歯面がその外周に形成された第２太陽歯車６０と、ハブ軸４１に沿って、軸方向または周方向に移動可能に配設され、変速用操作部３８に連結された変速用ワイヤ３９に連結されて移動されることで、第１一方向クラッチ５７と第２一方向クラッチ５９とを、それぞれ接続状態または分離状態に切り換える（ハブ軸４１に対して固定された状態と回転自在な状態とに切り換えられる）クラッチ調整具６１とを備えている。そしてさらに、スプロケット保持部材１５１とハブ胴体４２との間に逆回転締結クラッチ６２が配設されている。なお、第１外輪歯車１２３、第１遊星歯車１２１、キャリア連結部５４、固定太陽歯車１２６により、第１の遊星歯車機構１２０が構成され、第２外輪歯車１２５、第２遊星歯車５５’、キャリア連結部５４、第１太陽歯車５８、第２太陽歯車６０、遊星キャリア５３’により、第２の遊星歯車機構１５０が構成され、キャリア連結部５４は、第１の遊星歯車機構１２０と第２の遊星歯車機構１５０との共通部品とされている。

ここで、図１７（ａ）に簡略的に示すように、スプロケット保持部材１５１とハブ胴体４２との間に介装された逆回転締結クラッチ６２は、相対的に、スプロケット保持部材１５１がハブ胴体４２に対して右回りとなる際には、回転力が伝達されずに空回りする一方、ハブ胴体４２がスプロケット保持部材１５１に対して右回りとなる際に、ハブ胴体４２からスプロケット保持部材１５１への回転力（受動回転駆動力）を伝達する。図１７（ｂ）に簡略的に示すように、スプロケット保持部材１５１と第１外輪歯車１２３との間に介装されたスプロケット伝達クラッチ１２２は、相対的に、スプロケット保持部材１５１が第１外輪歯車１２３に対して右回りとなる際には、スプロケット保持部材１５１から第１外輪歯車１２３への回転力を伝達する一方、第１外輪歯車１２３がスプロケット保持部材１５１に対して右回りとなる際には、回転力が伝達されずに空回りする。

図１７（ｃ）に簡略的に示すように、第２外輪歯車１２５とハブ胴体４２との間に介装された外輪伝達クラッチ１２４は、第２外輪歯車１２５がハブ胴体４２に対して右回りとなる際には、第２外輪歯車１２５からハブ胴体４２へ回転力を伝達する一方、ハブ胴体４２が第２外輪歯車１２５に対して右回りとなる際には、回転力が伝達されずに空回りする。図１７（ｄ）に簡略的に示すように、遊星キャリア５３’とハブ胴体４２との間に介装されたキャリア一方向クラッチ５２は、遊星キャリア５３’がハブ胴体４２に対して右回りとなる際には、遊星キャリア５３’からハブ胴体４２へ回転力を伝達する一方、ハブ胴体４２が遊星キャリア５３’に対して右回りとなる際には、回転力が伝達されずに空回りする。

上記構成において、運転者がペダル１４を漕ぎながら走行する走行状態（自力走行状態と称す）では、ペダル１４からの踏力によりフロントスプロケット２５が右回りに回転され、これに伴って、駆動力伝達チェーン２７およびモータスプロケット１９、リアスプロケット２６が右回りに回転される。したがって、リアスプロケット２６の回転力（人力駆動力や補助駆動力）がスプロケット保持部材１５１に伝達され、スプロケット伝達クラッチ１２２を介して第１外輪歯車１２３が一体的に右回りに回転される。なお、この際、逆回転締結クラッチ６２は空回り状態になる。第１外輪歯車１２３が右回りに回転されると、この第１外輪歯車１２３に噛み合っている第１遊星歯車１２１の大遊星歯車部１２１ａは、キャリア連結部５４を中心に右回りに回転しようとする。この場合に、第１遊星歯車１２１は、その小遊星歯車部１２１ｂが、ハブ軸４１に固定されている固定太陽歯車１２６に噛み合っているので、固定太陽歯車１２６のまわりを、小遊星歯車部１２１ｂが右回りに自転及び公転し、これによりキャリア連結部５４が大きく減速された状態で（この際に、固定太陽歯車１２６の歯数がＥ、第１外輪歯車１２３の歯数がＦ、小遊星歯車部１２１ｂの歯数がＧ、大遊星歯車部１２１ａの歯数がＨとした場合に、減速比１／（１＋（（（Ｅ／Ｇ）×Ｈ）／Ｆ））で右回りに回転する。

自力走行状態で、変速段が１速である場合には、第１太陽歯車５８および第２太陽歯車６０の何れもハブ軸４１に対して自由に回転できる状態である。したがって、キャリア連結部５４が右回りに回転すると、第２遊星歯車５５’および第１太陽歯車５８、第２太陽歯車６０が空回りしている状態で、キャリア連結部５４に連結された遊星キャリア５３’が右回りに回転することで、遊星キャリア５３’の外周に取り付けられたキャリア一方向クラッチ５２がハブ胴体４２に係合して回転される。この結果、内装変速機１１０およびハブ胴体４２を介して、後輪２１を、キャリア連結部５４と同じ回転数の状態（低速状態）で回転させながら走行できる（図１８（ａ）参照）。

自力走行状態で、変速段が２速に切り換えられた場合には、第１一方向クラッチ５７の爪が起立するなどして、ハブ軸４１に対して第１太陽歯車５８が相対的に右回りに回転することが阻止された状態となる。この状態で、ペダル１４からの踏力によりフロントスプロケット２５、駆動力伝達チェーン２７を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転されると、これに伴って、キャリア連結部５４が減速された状態で右回りに回転する。キャリア連結部５４の回転に伴い、第２遊星歯車５５’も回転するが、この際に、第１太陽歯車５８がハブ軸４１に対して相対的に右回りに回転することが阻止されて固定されるので、第２遊星歯車５５’は、キャリア連結部５４を中心として、第１太陽歯車５８から反力を与えられた状態で自転しながら、公転する。これにより、第２外輪歯車１２５は、第１太陽歯車５８の歯数がＡ、第２外輪歯車１２５の歯数がＬとした場合に、キャリア連結部５４に対して増速比１＋（Ａ／Ｌ）で増速された状態（中速状態：但し、リアスプロケット２６やスプロケット保持部材１５１よりは遅い状態）で回転する。この結果、内装変速機１１０およびハブ胴体４２を介して、後輪２１を、キャリア連結部５４よりも若干大きな回転数の状態（中速状態）で回転させながら走行できる（図１８（ｂ）参照）。

なお、この際に、キャリア連結部５４とともに遊星キャリア５３’も一体的に回転するが、ハブ胴体４２が遊星キャリア５３’よりも大きな回転数で回転するため、キャリア一方向クラッチ５２は解放された（いわゆる切られた）状態となる。また、第２遊星歯車５５’の回転に伴い、第２太陽歯車６０も回転するが、この第２太陽歯車６０はハブ軸４１に対して拘束されていないので、自由に回転している状態であり、他の部品の動き等に影響を与えることはない。

自力走行状態で、変速段が３速に切り換えられた場合には、第２一方向クラッチ５９の爪が起立状態となるなどして、ハブ軸４１に対して第２太陽歯車６０が相対的に右回りに回転することが阻止された状態となる。この状態で、ペダル１４からの踏力によりフロントスプロケット２５、駆動力伝達チェーン２７を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転されると、これに伴って、キャリア連結部５４が減速された状態で右回りに回転する。キャリア連結部５４の回転に伴い、第２遊星歯車５５’も回転するが、この際に、第２太陽歯車６０がハブ軸４１に対して相対的に右回りに回転することが阻止されて固定されるので、第２遊星歯車５５’は、キャリア連結部５４を中心として、第２太陽歯車６０から反力を与えられた状態で自転しながら、公転する。これにより、第２外輪歯車１２５は、第２太陽歯車６０の歯数がＢ、第２遊星歯車５５’の大遊星歯車部５５ａの歯数がＣ、第２遊星歯車５５’の小遊星歯車部５５ｂの歯数がＤ、第２外輪歯車１２５の歯数がＬとした場合に、キャリア連結部５４に対して増速比１＋（（（Ｂ／Ｃ）×Ｄ）／Ｌ）で増速された状態（高速状態：但し、リアスプロケット２６やスプロケット保持部材１５１よりは遅い状態）で回転する。この結果、内装変速機１１０およびハブ胴体４２を介して、後輪２１を、キャリア連結部５４よりも大きな回転数の状態（高速状態）で回転させながら走行できる（図１８（ｂ）参照）。

なお、この際も、ハブ胴体４２が遊星キャリア５３’よりも大きな回転数で回転するので、キャリア一方向クラッチ５２は解放された（いわゆる切られた）状態となる。また、第２遊星歯車５５’の回転に伴い、第１太陽歯車５８も回転するが、ハブ軸４１に対して拘束されていないので、自由に回転するだけである。

上記構成において、走行しているにも係わらず、ペダル１４が踏み込まれずに、人力駆動力や補助駆動力が与えられていない受動走行時では、後輪２１が接地面からの力（受動回転駆動力と称す）を受けて、後輪２１およびハブ胴体４２が右回りに回転する。ここで、クランク１５が回転されていないため、駆動力伝達チェーン２７はフロントスプロケット２５からの力を受けず、駆動力伝達チェーン２７とともにリアスプロケット２６やスプロケット保持部材１５１、キャリア連結部５４、遊星キャリア５３’、さらに、キャリア連結部５４により支持されている第２遊星歯車５５’や、これに噛み合う第２外輪歯車１２５はその位置に止まろうとする。したがって、右回りに回転されるハブ胴体４２に対して、遊星キャリア５３’との間に介装されているキャリア一方向クラッチ５２や、第２外輪歯車１２５との間に介装されている外輪伝達クラッチ１２４は、解放された（いわゆる切られた）状態となる。一方、ハブ胴体４２とスプロケット保持部材１５１との間に介装された逆回転締結クラッチ６２は、ハブ胴体４２がスプロケット保持部材１５１に対して右回りとなるため、ハブ胴体４２からスプロケット保持部材１５１への回転力（受動回転駆動力）を伝達する（図１９（ａ）参照）。この結果、内装変速機１１０を介して、リアスプロケット２６が右回りに回転し、これにより、駆動力伝達チェーン２７が右回りに回転し、これに伴い、モータスプロケット１９を介して、電動モータ１７が回転される。したがって、ブレーキ動作時などに、回生制御することで、回生充電を実行できる。なお、逆回転締結クラッチ６２を介してスプロケット保持部材１５１が右回りに回転すると、これに伴い、第１、第２の遊星歯車機構１２０、１５０を介して第２外輪歯車１２５や遊星キャリア５３’も右回りに回転することになるが、これらの第２外輪歯車１２５や遊星キャリア５３’は、何れの変速段にある場合でもハブ胴体４２よりも遅い回転速度で右回りに回転するため、キャリア一方向クラッチ５２や外輪伝達クラッチ１２４は、解放された（いわゆる切られた）状態が維持される。

一方、後退時には、電動自転車の後退に伴う後輪２１の左回りの回転に伴って、ハブ胴体４２が左回りに回転する。この際に、リアスプロケット２６やスプロケット保持部材１５１は、駆動力伝達チェーン２７側からの人力駆動力や補助駆動力を受けずに、その位置に止まろうとする。したがって、ハブ胴体４２とスプロケット保持部材１５１との間に介装された逆回転締結クラッチ６２は、ハブ胴体４２がスプロケット保持部材１５１に対して左回りとなるため、解放された（いわゆる切られた）状態となる。一方、ハブ胴体４２と遊星キャリア５３’との間に介装されたキャリア一方向クラッチ５２や、ハブ胴体４２と第２外輪歯車１２５との間に介装されている外輪伝達クラッチ１２４は、ハブ胴体４２が遊星キャリア５３’や第２外輪歯車１２５よりも左回りに回転する（すなわち、相対的には、遊星キャリア５３’や第２外輪歯車１２５がハブ胴体４２に対して右回りに回転する）ことになるので、接続された状態となり、遊星キャリア５３’、キャリア連結部５４、第２外輪歯車１２５、第２の遊星歯車機構１５０がハブ胴体４２とともに一体的に左回りに回転する。なお、この際、第１太陽歯車５８、第２太陽歯車６０は、第１一方向クラッチ５７、第２一方向クラッチ５９の状態に関係なく、左回りに空回りしている。ハブ胴体４２とともに一体的にキャリア連結部５４が左回りに回転することにより、第１遊星歯車１２１を介して第１外輪歯車１２３に増速して回転が伝達されようとし、さらには、スプロケット伝達クラッチ１２２を介してスプロケット保持部材１５１が増速して回転が伝達されようとするが、スプロケット保持部材１５１とハブ胴体４２との間に介装されている逆回転締結クラッチ６２によって、この回転が阻止される。この結果、第１太陽歯車５８、第２太陽歯車６０が空回りした状態で、ハブ胴体４２と第１の遊星歯車機構１２０、第２の遊星歯車機構１５０、スプロケット保持部材１５１がロック状態となり、ハブ胴体４２に伴ってスプロケット保持部材１５１が左回りに伴回りする。これにより、支障なく後退することができる。

上記構成によっても、特許文献２に開示されているような受動回転駆動力を伝達するための専用の受動回転駆動力伝達チェーンなどを設けることなく、人力駆動力や補助駆動力を伝達するための駆動力伝達チェーン２７を介して、補助駆動力出力輪体としてのモータスプロケット１９および電動モータ１７に受動回転駆動力を伝達する手段としても用いることができる。したがって、受動回転駆動力伝達チェーンを必要とした場合のように、２つの駆動力伝達チェーンが干渉しないように配設するための配置設計が難しかったり、両方のチェーンの張り具合を調整する際に多くの時間や手間をかけたりしなければならなかったり、チェーンステーなどに一方の駆動力伝達チェーンが接触してしまったりする等の問題を発生することがない。

また、チェーンとして、従来から用いられている駆動力伝達チェーン２７を用いるだけで済むので、減速型の内装変速機１１０と、逆回転締結クラッチ９１を有するものを用いる以外は、一般的に用いられているハブ構造の自転車部品との互換性を保つことができ、内装変速機５０以外の部品の共通化や製造工程の共通化を図ることができて、製造コストの増加を最小限に抑えることができる。また、内装変速機１１０を用いているため、外装変速機を用いた場合と比較して、トラブルの発生が少なくて、メンテナンスが殆ど必要ない利点を維持することができる。

さらに、上記構成によれば、第１〜第４の実施の形態のような逆回転締結クラッチ解除機構６７を設けなくても、電動自転車を支障なく後退させることができる利点がある。すなわち、本実施の形態では、逆回転締結クラッチ９１が、スプロケット保持部材１５１とハブ胴体４２との間に配設されている構成であるので、後退させる際でも、ハブ軸４１に内装変速機１１０が固定されることが無く、逆回転締結クラッチ解除機構６７を設けなくても済む。

つまり、一般に、内装変速機においては、変速段に応じて係合用の爪などが突出するなどして切り換える一方向クラッチ５７、５９が、ハブ軸４１に対して締結、解放される構造であり、これによって力の入出力経路を切り換えられる。そして、後退する際には、一方向クラッチ５７、５９は、前記係合用の爪の起立、傾倒状態（一方向クラッチ５７、５９の締結、解放状態）にかかわらず、空回りする向きに配置されているので、後退させる際にも、一方向クラッチ５７、５９が設けられた第１、第２の太陽歯車５８、６０がハブ軸４１に係合することは無い。しかしながら、上記第１〜第４の実施の形態のように、逆回転締結クラッチ５６を第２の太陽歯車６０とハブ軸４１との間に設けた場合には、後退する際に、逆回転締結クラッチ５６により、第２の太陽歯車６０とハブ軸４１とが締結されてしまい、ロック状態となって後退できなくなるので、この様な不具合の発生を防止するために、逆回転締結クラッチ解除機構６７、６７’が必要となっていた。これに対して、本実施の形態では、逆回転締結クラッチ９１が、太陽歯車とハブ軸４１との間ではなくて、スプロケット保持部材１５１とハブ胴体４２との間に配設されている構成であるので、後退させる際でも、ハブ軸４１に内装変速機１１０が固定されることが無く、逆回転締結クラッチ解除機構６７を設けなくても済み、通常の内装変速機１１０に対して追加するものとして、逆回転締結クラッチ９１だけで済み、製造コストの増加を最小限に抑えることができる。

なお、上記の実施の形態では、何れも内装変速機５０、１１０として３段変速の場合を述べたが、２段や、４段以上のものにも適用可能である。すなわち、増速型の内装変速機５０の場合には最も高速の太陽歯車とハブ軸との間に逆回転締結クラッチ６２を配設すればよく、また、減速型の内装変速機１１０の場合には、上記と同様に、逆回転締結クラッチ９１を、スプロケット保持部材１５１とハブ胴体４２との間に配設すればよい。

また、上記の実施の形態では、ペダル１４からの踏力を後輪に伝達する無端状駆動力伝達体として、チェーン（駆動力伝達チェーン２７）が用いられた場合を述べたが、これに限るものではなく、チェーンに代えて歯付きベルトを用いてもよい。また、同様に、歯付きベルト（駆動力伝達歯付きベルト）を用いる場合には、補助駆動力を出力する補助駆動力出力輪体として、モータスプロケットに代えてモータ出力歯車を用い、後部輪体としてリアスプロケット２６に代えてリア歯車、後部輪体取付体としてスプロケット取付体１５１に代えて歯車取付体を用いるとよい。

本発明の電動自転車は、人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能であるとともに、電動モータに対して回生動作を実行可能な各種の電動自転車に対応させることができる。

本発明の実施の形態に係る電動自転車の全体右側面図 同電動自転車の部分右側面図 同電動自転車のモータユニットおよびその近傍箇所の斜視図 同電動自転車のモータユニットの概略的な平面断面図 同電動自転車のハンドルとブレーキ装置とを概略的に示す図 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の縦断面背面図、（ｂ）は、この箇所を右側から見た（透視した）簡略的な側面図 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）、（ｆ）は同実施の形態の電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の縦断面背面図および側面図で、（ａ）、（ｂ）は変速段が１速の場合、（ｃ）、（ｄ）は変速段が２速、３速の場合、（ｅ）、（ｆ）は受動走行時の場合 同実施の形態の電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の縦断面背面図で、後退時の場合 （ａ）は同内装変速機の逆回転締結クラッチ解除機構におけるバック用爪部材の正面図および側面図、（ｂ）はバック用爪部材の側面図および正面図、（ｃ）は、バック用爪部材とバック用爪部材の前進時（自力走行時および受動走行時）の噛み合い状態を示す正面図、（ｄ）は、バック用爪部材とバック用爪部材の後退時の噛み合い状態を示す正面図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の縦断面背面図で、（ａ）は前進時（自力走行時および受動走行時）の場合、（ｂ）は後退時の場合 （ａ）および（ｂ）は、同内装変速機のハブ軸、クラッチ保持具、ロックピンの分解斜視図および組付け斜視図 （ａ）は同内装変速機の逆回転締結クラッチ解除機構におけるバック用爪部材の正面図および側面図、（ｂ）はバック用爪部材の側面図および正面図、（ｃ）は、バック用爪部材とバック用爪部材の前進時（自力走行時および受動走行時）の噛み合い状態を示す正面図、（ｄ）は、バック用爪部材とバック用爪部材の後退時の噛み合い状態を示す正面図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第３の実施の形態に係る電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の縦断面背面図で、（ａ）は前進時（自力走行時および受動走行時）の場合、（ｂ）は後退時の場合 （ａ）は同電動自転車の内装変速機の逆回転締結クラッチおよびその近傍箇所の断面図、（ｂ）は外れ止めリングの側面図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第４の実施の形態に係る電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の縦断面背面図で、（ａ）は前進時（自力走行時および受動走行時）の場合、（ｂ）は後退時の場合 本発明の第５の実施の形態に係る電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の縦断面背面図 （ａ）は同内装変速機の、スプロケット保持部材とハブ胴体との間に介装された逆回転締結クラッチを簡略的に示す側面図、（ｂ）は同内装変速機の、スプロケット保持部材と第１外輪歯車との間に介装されたスプロケット伝達クラッチを簡略的に示す側面図、（ｃ）は同内装変速機の、第２外輪歯車とハブ胴体との間に介装された外輪伝達クラッチを簡略的に示す側面図、（ｄ）は同内装変速機の、遊星キャリアとハブ胴体との間に介装されたキャリア一方向クラッチを簡略的に示す側面図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ同電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の自力走行時の縦断面背面図で、（ａ）は変速段が１速の場合、（ｂ）は変速段が２速、３速の場合 同電動自転車の後部ハブおよび内装変速機の受動走行時の縦断面背面図

符号の説明

１１ 前輪
１４ ペダル
１５ クランク
１６ クランク軸
１７ 電動モータ
１８ 減速機構
１９ モータスプロケット（補助駆動力出力輪体）
２０ モータ駆動ユニット
２１ 後輪
２２ バッテリ
２３ クランク一方向クラッチ
２５ フロントスプロケット（人力駆動力出力輪体：クランクスプロケット）
２６ リアスプロケット（後部輪体）
２７ 駆動力伝達チェーン（無端状駆動力伝達体）
３０ 制御部
４０ 後部ハブ
５０ 内装変速機
８０ テンショナ装置
８１ 枢支軸
８２ 下支持アーム
８３ 連結軸
８４ 上支持アーム
８５ 上ローラ
８６ 下ローラ
４１ ハブ軸
４２ ハブ胴体
５１ 第１遊星キャリア（後部輪体取付体）
５２ キャリア一方向クラッチ
５３ 第２遊星キャリア
５３’ 遊星キャリア
５４ キャリア連結部
５５ 遊星歯車
５５’ 第２遊星歯車
５５ａ 大遊星歯車部
５５ｂ 小遊星歯車部
５６ 外輪歯車
５７ 第１一方向クラッチ
５８ 第１太陽歯車
５９ 第２一方向クラッチ
６０、６０’ 第２太陽歯車
６１ クラッチ調整具
６２ 逆回転締結クラッチ
６７、６７’ 逆回転締結クラッチ解除機構
９１ 逆回転締結クラッチ
９２ クラッチ保持具
１１０ 内装変速機
１２０ 第１の遊星歯車機構
１２１ 第１遊星歯車
１２２ スプロケット伝達クラッチ
１２３ 第１外輪歯車
１２４ 外輪伝達クラッチ
１２５ 第２外輪歯車
１２６ 固定太陽歯車
１５０ 第２の遊星歯車機構
１５１ スプロケット保持部材

Claims (10)

1. ペダルからの踏力による人力駆動力に、バッテリから給電される電動モータにより発生する補助駆動力を加えて、走行可能であるとともに、人力駆動力および補助駆動力が加えられておらず後輪が接地面からの受動回転駆動力を受けて走行する受動走行時において前記受動回転駆動力を利用して前記電動モータを回転させて前記バッテリを充電する回生動作を実行可能に構成した電動自転車であって、
   電動モータと補助駆動力を出力する補助駆動力出力輪体と制御部とを備えたモータ駆動ユニットが、前輪と後輪との間の中間位置に配設され、
   ペダルからの踏力を後輪に伝達する無端状駆動力伝達体に、モータ駆動ユニットの補助駆動力出力輪体が噛合され、
   後輪のハブに、ハブ軸と、このハブ軸を中心として回転自在に配設され、前記無端状駆動力伝達体に噛み合う後部輪体が取り付けられた後部輪体取付体と、ハブ胴体と、複数の変速段に切換可能に構成され、少なくとも人力駆動力が加えられて走行する自力走行時に後部輪体取付体の回転を変速段に応じて変速してハブ胴体に伝達する内装変速機と、前記受動走行時に締結されて、後輪からハブ胴体に伝達された受動回転駆動力を、後部輪体取付体に伝達させる逆回転締結クラッチとが設けられている
   ことを特徴とする電動自転車。
2. 内装変速機は、複数の遊星歯車、複数の太陽歯車、遊星キャリアおよび外輪歯車を有する遊星歯車機構を備え、自力走行時において後部輪体取付体の回転数よりも後輪のハブ胴体の回転数が同等以上となる増速型のものであることを特徴とする請求項１記載の電動自転車。
3. 逆回転締結クラッチが、自力走行時において最も高速となる変速段に切り換えられた際にハブ軸に対して固定される太陽歯車と、ハブ軸との間に介装されており、この逆回転締結クラッチは、受動走行時に、前記太陽歯車がハブ軸に対して締結されるように駆動されて、ハブ胴体側からの回転が遊星歯車機構を介して、後部輪体取付体および後部輪体を介して無端状駆動力伝達体に伝達させることを特徴とする請求項２記載の電動自転車。
4. 後退時において逆回転締結クラッチが締結されることを阻止して、後退動作を可能とする逆回転締結クラッチ解除機構が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の電動自転車。
5. 逆回転締結クラッチ解除機構は、後退時においてハブ胴体の回転動作に連動して駆動されて逆回転締結クラッチを解除することを特徴とする請求項４記載の電動自転車。
6. 逆回転締結クラッチ解除機構は、ハブの外部に設けられた後退用切換手段からの切換動作により駆動されて逆回転締結クラッチを解除することを特徴とする請求項４記載の電動自転車。
7. 内装変速機は、何れの変速段においても、後部輪体が取り付けられる後部輪体取付体の回転数より後輪のハブ胴体の回転数が同等以下となる減速型であり、
   ハブ胴体と後部輪体取付体との間に逆回転締結クラッチが介装されていることを特徴とする請求項１記載の電動自転車。
8. 内装変速機が複数の遊星歯車機構を有していることを特徴とする請求項７記載の電動自転車。
9. 無端状駆動力伝達体の弛みを吸収するテンショナ装置を備え、
   前記テンショナ装置は、無端状駆動力伝達体の上側部分に上方から摺接する上側摺接輪体と、無端状駆動力伝達体の下側部分に下方から摺接する下側摺接輪体と、前記上側摺接輪体と下側摺接輪体とをそれぞれ上下に揺動自在に支持する支持アームとを有し、
   人力駆動力、補助駆動力、受動回転駆動力の何れかの駆動力を無端状駆動力伝達体で伝達する際に、上側摺接輪体および下側摺接輪体の一方の摺接輪体が無端状駆動力伝達体から受ける力により、他方の摺接輪体を連動させることで、無端状駆動力伝達体の弛みを吸収するように構成したことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の電動自転車。
10. 無端状駆動力伝達体が駆動力伝達チェーンであることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電動自転車。

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