JP2013230719A - 電動アシスト自転車のクランク構造 - Google Patents

Abstract

【解決手段】トルクセンサーを備えた電動アシスト自転車のクランク構造であって、
クランク本体１１に連結板３１を連結する連結部１９、前記連結板３１に位相差を形成させる位相形成部２０、一体的に形成したものである。クランク本体１１の円盤部１３をその周縁部１７から中心にかけて凹んだ皿状の形態にし、そこから連結部１９と位相形成部２０を突出させる。
【効果】部品数を少なくすることで製造コストを低減するとともに、部品間の隙間を少なくして防塵機能を上げることができる。しかも、クランク部分が肥大化せずにコンパクトな構造にすることができるため、ペダル間が広くならず、乗り易い電動アシスト自転車とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動アシスト自転車において、使用者によるペダルの踏力をチェーンに伝達するためのクランク構造であって、トルク検出機構を備えたものに関する。

従来から、ペダルからの踏力により第１回転円板を回転させ、バネを用いて第２回転円板との間に位相差を設け、磁性リングを用いてその位相差を検出するトルク検出機構を備えたクランク構造は存在した（例えば特許文献１参照）。

また、このクランク構造を簡略化したものも存在した（例えば特許文献２参照）。

特許文献２に記載の発明は、図１１に示すように、ペダル１０１、軸１１１を構成するクランク１０２、外カバー１０３、能動部材１０４、受動部材１０５、磁性リング１０６、内カバー１０７、ＰＣＢ板１０８とからなる。
この技術は、クランク１０２の一方端にペダル１０１を取り付け、もう一方端を折曲した軸１１１に能動部材１０４を取り付ける。そして、能動部材１０４に重ね合わせるように受動部材１０５を取り付け、さらに磁性リング１０６を取り付ける。そして、これらの両側に外カバー１０３、内カバー１０７が取り付けられる。

受動部材１０５はバネ１０９が配置され、バネ１０９の一方端には能動部材１０４のツメ部１１０が係合する。使用者がペダル１０１を踏み込むと、その踏力がクランク１０２を介して、能動部材１０４に伝わり、これが回動し、この回転によるバネ１０９の収縮により、連結された受動部材１０５が能動部材１０４に遅れ、その位相差をもって回動する。この能動部材１０４と受動部材１０５との位相差を磁性リング１０６と、これを検知するＰＣＢ板１０８により検出して、使用者の踏力のトルクを検出する。これが、従来技術の簡略化されたトルク検出機構を備えたクランク構造であった。

特開平１１−３０５５５号公報 中華人民共和国特許出願第２０１１１００８７７２４．０号

特許文献１に示すクランク構造は複雑な構造であり、重量も重く、大型化しており、使用者が使用し易いものではなかった。
特許文献２に示すクランク構造は、簡略化された構造ではあるが、クランクに能動部材と受動部材を取り付ける等、部品数が多く、製造コストが大きくなっていた。また、部品数が多くなることで、それぞれの部品間の隙間から粉塵が入り込みやすく、防塵対策に適した構造ではなかった。しかも、部品点数の増加や複雑な構造により、クランク部分が大きくなることで、電動アシスト自転車の両ペダル間の距離が大きくなり、通常の自転車に比べて使用者の両脚間隔が広がり、特に女性が足を広げながら乗らなければならず、使用に適したものではなかった。

そこで、部品数を少なくし、製造コストを低減するとともに、防塵機能を上げ、クランク部分の肥大化を防ぐクランク構造が望まれていた。

そこで、本発明の電動アシスト自転車のクランク構造は、トルクセンサーを備えた電動アシスト自転車のクランク構造であって、ペダルを取り付けるクランク本体と、クランク本体の回転に対し位相差をもって回転するよう連結された連結板と、前記位相差を検出するための検出部と、からなり、前記クランク本体は、前記連結板と連結するための連結部と、前記連結板に位相差を形成させるための位相形成部と、ペダルが位置する外側から当該クランク本体を覆うカバーとを、一体的に成形したことを特徴とするものである。

また、クランク本体は、一方端にペダルを取り付けるクランクアームと、クランクアームのもう一方の端部を幅広にした円盤状の円盤部とからなり、円盤部はその裏面が外周縁を形成する周縁部から中心にかけて凹んだ皿状の形態であって、その裏面から連結部と位相形成部を突出させて設けることが好ましい。

また、クランク本体と連結板とは、クランク本体の連結部のネジ孔に、前記連結板の回転方向に湾曲した長孔状の連結ネジ通し孔を通した連結ネジを螺着することにより連結するものであって、前記連結ネジ通し孔よりも、径が大きいネジ頭を有する連結ネジにより連結することが好ましい。

また、連結板の外周縁部に、中心部分が開放されたギヤ板を取り付けることが好ましい。

請求項１に記載の発明により、従来のクランク構造における軸を含むクランク本体、能動部材とカバーとを一体的に成形することで、部品点数が少なく、生産性を向上させることができ、なおかつ、クランク構造の肥大化を防止し、コンパクトなクランク構造とすることができる。また、部品点数が少なくなることで、各部材間の隙間の数を減少させ、埃が入り込み難い形態として、防塵機能に優れたクランク構造とすることができる。

請求項２に記載の発明により、円盤部の裏面を凹ませて連結部と位相形成部を形成することで、連結部と位相形成部の強度を保持しつつ、クランク構造がコンパクトな構成とすることが可能になる。また、円盤部の周囲の周縁部により円盤部の裏面部分に埃等の浸入を防ぐことができ、防塵作用に優れる。

請求項３に記載の発明により、連結板との連結を強固にすることができる。従来の連結手段では、キノコ状に突出する部材が能動部材に形成されていたが、これは強度が低く、一体成形には適していなかった。この連結部の連結手段をとる場合、強度を担保しつつクランク本体を一体的に成形することが可能になる。

請求項４に記載の発明により、ギヤ歯が破損した場合等に本発明のクランク構造からの交換を容易に行うことができる。ギヤ交換の度にクランク構造を解体しなければならない場合に粉塵が侵入する可能性があるが、この発明によりギヤ交換の際の防塵効果を上げることができる。

本発明のクランク本体に連結板、インナーカバー、ギヤ板を取り付けた状態の一例を示す断面図である。 図２は、本発明のクランク本体の一例を示す正面図である。 図３は、本発明のクランク本体の一例を示すもので、（ａ）はその背面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、本発明のクランク本体の円盤部の裏面の構造の一例を示す斜視図である。 本発明の連結板の一例を示す正面図である。 本発明のインナーカバーの一例を示す正面図である。 本発明のギヤ板の一例を示す正面図である。 クランク本体と連結板とを連結する状態の一例を示す斜視図である。 連結板、マグネットヨーク、インナーカバーとギヤ板とを取り付ける状態の一例を示す斜視図である。 図１は、本発明のクランク構造を用いた電動アシスト自転車の全体を示す側面図である。 従来例の電動アシスト自転車のクランク構造を示す斜視図である。

本発明の実施の一例を図面に沿って説明する。
図１０は、電動アシスト自転車１の全体を示す。電動アシスト自転車１は、使用者がペダル２を回転させた踏力を動力とし、チェーン３を介して後輪４を駆動させるとともに、バッテリー５から供給される電力をもって車輪の駆動をアシストするものである。本発明のクランク構造は、チェーンカバー６の内側に構成されるクランク本体１１等に関するものであって、トルク検出機構を備えたものである。

図１に示すように、本実施例におけるクランク構造は、ペダル２をその一方端のペダル取付孔１６に回動自在に取り付けたクランク本体１１に連結板３１を連結し、そこにマグネットヨーク５１、インナーカバー６１、ギヤ板７１を取り付けて構成する。

図２に示すように、クランク本体１１は、所定長さのクランクアーム１２と、所定の厚みをもつ円盤状の円盤部１３とからなり、一体的に鍛造成形される。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、円盤部１３の表面１４は、従来品である図１１に示すクランク１０２に外カバー１０３を取り付けた状態と同じく、壁面となっている。このように、外カバー１０３を用いることがなく、一体的に形成されていることから、部品数を減少させるとともに、防塵対策に優れたクランク構造となっている。また、従来技術の軸１１１が露出していないことからも、コンパクトな構成が実現できる。

クランクアーム１２はペダル２の踏力を回転力に変換して伝達するものである。図２、図３（ａ）、（ｂ）、図４に示すように、長手方向に所定の長さを有するクランクアーム１２は、その一方端にペダル２を回動自在に取り付けるためのペダル取付孔１６を形成する。クランクアーム１２のペダル取付孔１６が形成されている端部と反対側の端部から幅広となって円盤状の円盤部１３が形成される。

円盤部１３の裏面１５は外周縁に所定の厚みをもつ周縁部１７が形成される。そして、円盤部１３の裏面１５はその周縁部１７から中心側が凹んだ皿状の形状となる。

円盤部１３の裏面１５は、その中心部分に台座１８が形成される。この台座１８は中央部と６方向へ放射状に延びる部分を有する。放射状に延びた先は段差になっており、この段差に連結板３１の中央開口部３４の周端部が載置されるように形成されている。なお、図４に示す台座１８は第二の実施例によるものであり、その形状は放射状に延びるものではなく、全体として円形の部材からなる。

図２、図４に示すように、円盤部１３の裏面１５の周縁部１７の内側には、４つの連結部１９、１９、４つの位相形成部２０、２０が形成されている。連結部１９、１９、位相形成部２０、２０は周縁部１７の内側で、各々交互に一定の間隔をおいて、配置される。この配置は、後述のように、円盤部１３と連結する連結板３１の連結ネジ通し孔３６、３６、バネ保持孔３５、３５に相当する位置に形成されている。

図３（ｂ）、図４に示すように、４つの連結部１９、１９は、凹んでいる円盤部１３の裏面１５から係合面２１、２１を立設形成され、その係合面２１の中央にネジ切りされたネジ孔２２、２２が形成される。この立設形成された係合面２１、２１とネジ孔２２、２２により連結部１９、１９が構成される。この連結部１９、１９は、凹んだ円盤部１３の裏面１５から周縁部１７よりも高くなるように形成される。

また、位相形成部２０、２０も、連結部１９、１９と同様、凹んでいる円盤部１３の裏面１５から立設形成されている。位相形成部２０、２０も周縁部１７よりも高くなるように立設形成されることも同じである。位相形成部２０、２０は、その一部が円盤部１３の回転方向（図２の状態から反時計回りの方向）に向けて突出する円盤部側凸部２３、２３が形成される。この円盤部側凸部２３、２３は後述のように、コイルバネ３８、３８の一方の端部に配置される。

図５に、本実施例における連結板３１を示す。連結板３１は、所定の厚みをもつ円形の部材であり、その外周縁の上下左右位置からギヤ板取付孔３３、３３があるギヤ板取付孔部３２、３２を各々延長して形成される。

連結板３１は、中央部分を開口する中央開口部３４が形成され、その中央開口部３４の周囲に、４つのバネ保持孔３５、３５、と４つの連結ネジ通し孔３６、３６が適宜配置される。円形の連結板３１の中心円部分には中央開口部３４があり、中央開口部３４の周縁の外側にマグネットヨーク取付孔４０がある。そのため、連結板３１は、その中央部分から外周縁にかけて、中央開口部３４、マグネットヨーク取付孔４０、４０、バネ保持孔３５、３５と連結ネジ通し孔３６、３６、ギヤ板取付孔部３２、３２の順番に形成されることとなる。

４つのバネ保持孔３５、３５は、横長の開口面を持つものであり、円周方向に沿って湾曲している。バネ保持孔３５、３５は、その開口部分に、連結板凸部３７、３７が突出するように形成される。連結板凸部３７、３７は連結板の回転方向（図５では反時計回りの方向）と逆方向に突出する。位相形成部２０、２０は、連結板３１と円盤部１３とを連結したときに、バネ保持孔３５、３５の開口部分から外方へ突出するように、位置することになる。図８に示すように、このバネ保持孔３５、３５にコイルバネ３８、３８を取り付けるが、バネ保持孔３５、３５の左側面と位相形成部２０、２０によりコイルバネ３８、３８を挟み込むように取り付ける。このとき、図１に示すように、バネ保持孔３５、３５の連結板凸部３７、３７と位相形成部２０、２０の円盤部側凸部２３、２３がコイルバネ３８、３８の中心部分に入り込むようにして、保持している。

このように、コイルバネ３８、３８をバネ保持孔３５、３５と位相形成部２０、２０とで保持しているので、使用者がペダル２を踏み付けて回転させた場合、クランクアーム１２とともにクランク本体１１が回転し、位相形成部２０、２０により回転力がいったんコイルバネ３８、３８を圧縮させた後に連結板３１が回転する。このクランク本体１１と連結板３１との間で回転に差が生じることで、位相差が形成される。この位相差により検出部でトルクを検知することが可能になる。

図５に示すように、連結ネジ通し孔３６、３６は、円盤部１３の連結部１９、１９のネジ孔２２、２２に相当する位置に配置されている。連結ネジ通し孔３６、３６は、バネ保持孔３５、３５と同じく、横長の長孔状の形状であって、円形の連結板の円周に沿って湾曲している。この連結ネジ通し孔３６、３６の形状により、上記のごとく連結板３１と円盤部１３とを連結し、使用者がペダル２を回転させると、この長孔の長手方向長さの分の位相差を発生させつつ、両者を連結することができる。

図８に示すように、円盤部１３と連結板３１とは、連結ネジ８１、８１で連結する。連結ネジ８１、８１は、ネジ頭９１、９１とネジ部９２、９２とからなり、ネジ頭９１、９１は、頭の大きい円形状で、その直径は横長の連結ネジ通し孔３６、３６の孔幅よりも大きい。連結板３１を円盤部１３の連結部１９、１９の係合面２１、２１に接触して係合させた後に、この連結ネジ８１、８１を連結板３１の連結ネジ通し孔３６、３６を通したうえで、円盤部１３のネジ孔２２、２２に通す。これにより、頭の大きいネジ頭９１が、連結板３１にある横長の連結ネジ通し孔３６、３６の周囲に係合して、連結ネジ通し孔３６、３６の形状に沿って、連結板３１が移動できるように円盤部１３と連結することができる。

図１１に示す従来のクランク機構では、能動部材１０４と受動部材１０５がバネ１０９、１０９により位相差を生じ、この位相差をもってトルクを検出していた。このときに、能動部材１０４と受動部材１０５とは、能動部材１０４に４つ形成されたキノコ型の突起１１２と、受動部材１０５に４つ形成された横長の長孔１１３とによって、連結されていた。

従来の突起１１２と長孔１１３との連結では、突起１１２に負荷がかかる部材であるにもかかわらず、そのキノコ型の形状から鋳造しなければならず、強度的に問題があった。しかも、この突起１１２が破損した場合にも交換は能動部材１０４全体を交換しなければならなかった。そこで、本実施例の円盤部１３と連結板３１とを連結ネジ８１、８１で連結する手段をとることにより、連結板３１や円盤部１３を鍛造成形することで強度を確保し、連結ネジ８１、８１が破損した場合であっても、随時交換ができる。

また、図５に示すように、連結板３１の中央開口部３４の周縁の外側にあるマグネットヨーク取付部分４１には、マグネットヨーク取付孔４０、４０が６カ所に形成される。このマグネットヨーク取付孔４１、４１に、マグネットヨーク５１の取付片（図示しない）を挿入して取り付ける。

本実施例で用いる連結板３１に取り付けられた検出部であるマグネットヨーク５１は、円盤部１３の台座１８に取り付けられた磁性部材（図示しない）を検知し、連結板３１との位相差を検知し、使用者の踏力のトルクを検出することができる。本実施例におけるトルクの検出部は、このマグネットヨーク５１が好ましいが、これに代わり、従来技術で用いられる磁性リングやその他の磁性手段等の検知、検出手段を用いても良い。

図５に示すように、連結板３１のバネ保持孔３５、３５と連結ネジ通し孔３６、３６が周方向に並んで配置されている部分に適宜４カ所にインナーカバー取付孔４２、４２が形成されている。

図６に示すように、インナーカバー６１は中央部分が開放されたリング状の形状であり、その裏面に連結板３１のインナーカバー取付孔４２、４２に対応する位置に、取付片（図示しない）が突出して形成されている。この取付片を連結板３１のインナーカバー取付孔４２、４２に係合して、インナーカバー６１を連結板３１に取り付ける。

インナーカバー６１は、前記のとおりリング状の形状であり、連結板３１のバネ保持孔３５、３５、連結ネジ通し孔３６、３６が周方向に配置されている部分を覆う。これにより、外部からバネ保持孔３５、３５及び連結ネジ通し孔３６、３６への接触を防止することができ、防塵機能に優れる。

インナーカバー６１のうち、連結板３１のギヤ板取付孔３３、３３に相当する部分を凹ませた凹み部６３、６３を形成する。これにより、インナーカバー６１を装着した状態で、ギヤ板７１を適宜交換することができる。

図７に示すように、ギヤ板７１は、一般的な円盤状のギアのうち、ギヤ歯７２、７２とその周辺の取付保持部７３のみで、その中心部分を広く開放した形状である。取付保持部７３のうち、連結板３１のギヤ取付孔３３、３３に相当する位置に、取付孔７４、７４が４つ形成される。

図９に示すように、連結板３１のギヤ板取付孔３３、３３と、ギヤ板７１の取付孔７４、７４に、ギヤ板固定間座８３、８３を介して、ギヤ板固定ナット８２、８２とギヤ板固定ボルト８４、８４により、固定する。

このように、連結板３１にギヤ板７１を固定することにより、使用によりギヤ板７１のギヤ歯７２が摩耗等で破損した場合であっても、ギヤ板７１のみを簡単に交換することができる。しかも、ギヤ板７１の交換にあたり、円盤部１３と連結板３１との連結状態をなんら解除せずに、交換することができるため、交換時にトルクセンサーの配線等を考慮することなく行うことができる。

１…電動アシスト自転車
２…ペダル
１１…クランク本体
１２…クランクアーム
１３…円盤部
１５…裏面
１７…周縁部
１９…連結部
２０…位相形成部
２２…ネジ孔
２３…円盤部側凸部
３１…連結部
３５…バネ保持孔
３６…連結ネジ通し孔
３７…連結板凸部
３８…コイルバネ
６１…インナーカバー
７１…ギヤ板

本発明は、電動アシスト自転車において、使用者によるペダルの踏力をチェーンに伝達するためのクランク構造であって、トルク検出機構を備えたものに関する。

従来から、ペダルからの踏力により第１回転円板を回転させ、バネを用いて第２回転円板との間に位相差を設け、磁性リングを用いてその位相差を検出するトルク検出機構を備えたクランク構造は存在した（例えば特許文献１参照）。

また、このクランク構造を簡略化したものも存在した（例えば特許文献２参照）。

特許文献２に記載の発明は、図１１に示すように、ペダル１０１、軸１１１を構成するクランク１０２、外カバー１０３、能動部材１０４、受動部材１０５、磁性リング１０６、内カバー１０７、ＰＣＢ板１０８とからなる。
この技術は、クランク１０２の一方端にペダル１０１を取り付け、もう一方端を折曲した軸１１１に能動部材１０４を取り付ける。そして、能動部材１０４に重ね合わせるように受動部材１０５を取り付け、さらに磁性リング１０６を取り付ける。そして、これらの両側に外カバー１０３、内カバー１０７が取り付けられる。

受動部材１０５はバネ１０９が配置され、バネ１０９の一方端には能動部材１０４のツメ部１１０が係合する。使用者がペダル１０１を踏み込むと、その踏力がクランク１０２を介して、能動部材１０４に伝わり、これが回動し、この回転によるバネ１０９の収縮により、連結された受動部材１０５が能動部材１０４に遅れ、その位相差をもって回動する。 この能動部材１０４と受動部材１０５との位相差を磁性リング１０６と、これを検知するＰＣＢ板１０８により検出して、使用者の踏力のトルクを検出する。これが、従来技術の簡略化されたトルク検出機構を備えたクランク構造であった。

特開平１１−３０５５５号公報 中華人民共和国特許出願第２０１１１００８７７２４．０号

特許文献１に示すクランク構造は複雑な構造であり、重量も重く、大型化しており、使用者が使用し易いものではなかった。
特許文献２に示すクランク構造は、簡略化された構造ではあるが、クランクに能動部材と受動部材を取り付ける等、部品数が多く、製造コストが大きくなっていた。また、部品数が多くなることで、それぞれの部品間の隙間から粉塵が入り込みやすく、防塵対策に適した構造ではなかった。しかも、部品点数の増加や複雑な構造により、クランク部分が大きくなることで、電動アシスト自転車の両ペダル間の距離が大きくなり、通常の自転車に比べて使用者の両脚間隔が広がり、特に女性が足を広げながら乗らなければならず、使用に適したものではなかった。

そこで、部品数を少なくし、製造コストを低減するとともに、防塵機能を上げ、クランク部分の肥大化を防ぐクランク構造が望まれていた。

そこで、本発明の電動アシスト自転車のクランク構造は、トルクセンサーを備えた電動アシスト自転車のクランク構造であって、ペダルをクランクアームの一方端部に取り付けるクランク本体と、クランク本体の回転に対し位相差をもって回転するよう連結された連結板と、前記位相差を検出するための検出部と、からなり、前記クランク本体は、前記連結板と連結するための連結部と、前記連結板に位相差を形成させるための位相形成部と、クランクアームのもう一方の端部を幅広にした円盤状の円盤部とを、一体的に成形したことを特徴とするものである。

また、円盤部はその裏面が外周縁を形成する周縁部から中心にかけて凹んだ皿状の形態であって、その裏面から連結部と位相形成部を突出させて設けることが好ましい。

また、クランク本体と連結板とは、クランク本体の連結部のネジ孔に、前記連結板の回転方向に湾曲した長孔状の連結ネジ通し孔を通した連結ネジを螺着することにより連結するものであって、前記連結ネジ通し孔よりも、径が大きいネジ頭を有する連結ネジにより連結することが好ましい。

また、連結板の外周縁部に、中心部分が開放されたギヤ板を取り付けることが好ましい。

請求項１に記載の発明により、従来のクランク構造における軸を含むクランク本体、能動部材とカバーとを一体的に成形することで、部品点数が少なく、生産性を向上させることができ、なおかつ、クランク構造の肥大化を防止し、コンパクトなクランク構造とすることができる。また、部品点数が少なくなることで、各部材間の隙間の数を減少させ、埃が入り込み難い形態として、防塵機能に優れたクランク構造とすることができる。

請求項２に記載の発明により、円盤部の裏面を凹ませて連結部と位相形成部を形成することで、連結部と位相形成部の強度を保持しつつ、クランク構造がコンパクトな構成とすることが可能になる。また、円盤部の周囲の周縁部により円盤部の裏面部分に埃等の浸入を防ぐことができ、防塵作用に優れる。

請求項３に記載の発明により、連結板との連結を強固にすることができる。従来の連結手段では、キノコ状に突出する部材が能動部材に形成されていたが、これは強度が低く、一体成形には適していなかった。この連結部の連結手段をとる場合、強度を担保しつつクランク本体を一体的に成形することが可能になる。

請求項４に記載の発明により、ギヤ歯が破損した場合等に本発明のクランク構造からの交換を容易に行うことができる。ギヤ交換の度にクランク構造を解体しなければならない場合に粉塵が侵入する可能性があるが、この発明によりギヤ交換の際の防塵効果を上げることができる。

本発明のクランク本体に連結板、インナーカバー、ギヤ板を取り付けた状態の一例を示す断面図である。 本発明のクランク本体の一例を示す正面図である。 本発明のクランク本体の一例を示すもので、（ａ）はその背面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明のクランク本体の円盤部の裏面の構造の一例を示す斜視図である。 本発明の連結板の一例を示す正面図である。 本発明のインナーカバーの一例を示す正面図である。 本発明のギヤ板の一例を示す正面図である。 クランク本体と連結板とを連結する状態の一例を示す斜視図である。 連結板、マグネットヨーク、インナーカバーとギヤ板とを取り付ける状態の一例を示す斜視図である。 本発明のクランク構造を用いた電動アシスト自転車の全体を示す側面図である。 従来例の電動アシスト自転車のクランク構造を示す斜視図である。

本発明の実施の一例を図面に沿って説明する。
図１０は、電動アシスト自転車１の全体を示す。電動アシスト自転車１は、使用者がペダル２を回転させた踏力を動力とし、チェーン３を介して後輪４を駆動させるとともに、バッテリー５から供給される電力をもって車輪の駆動をアシストするものである。本発明のクランク構造は、チェーンカバー６の内側に構成されるクランク本体１１等に関するものであって、トルク検出機構を備えたものである。

図１に示すように、本実施例におけるクランク構造は、ペダル２をその一方端のペダル取付孔１６に回動自在に取り付けたクランク本体１１に連結板３１を連結し、そこにマグネットヨーク５１、インナーカバー６１、ギヤ板７１を取り付けて構成する。

図２に示すように、クランク本体１１は、所定長さのクランクアーム１２と、所定の厚みをもつ円盤状の円盤部１３とからなり、一体的に鍛造成形される。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、円盤部１３の表面１４は、従来品である図１１に示すクランク１０２に外カバー１０３を取り付けた状態と同じく、壁面となっている。このように、外カバー１０３を用いることがなく、一体的に形成されていることから、部品数を減少させるとともに、防塵対策に優れたクランク構造となっている。また、従来技術の軸１１１が露出していないことからも、コンパクトな構成が実現できる。

クランクアーム１２はペダル２の踏力を回転力に変換して伝達するものである。図２、図３（ａ）、（ｂ）、図４に示すように、長手方向に所定の長さを有するクランクアーム１２は、その一方端にペダル２を回動自在に取り付けるためのペダル取付孔１６を形成する。クランクアーム１２のペダル取付孔１６が形成されている端部と反対側の端部から幅広となって円盤状の円盤部１３が形成される。

円盤部１３の裏面１５は外周縁に所定の厚みをもつ周縁部１７が形成される。そして、円盤部１３の裏面１５はその周縁部１７から中心側が凹んだ皿状の形状となる。

円盤部１３の裏面１５は、その中心部分に台座１８が形成される。この台座１８は中央部と６方向へ放射状に延びる部分を有する。放射状に延びた先は段差になっており、この段差に連結板３１の中央開口部３４の周端部が載置されるように形成されている。なお、図４に示す台座１８は第二の実施例によるものであり、その形状は放射状に延びるものではなく、全体として円形の部材からなる。

図２、図４に示すように、円盤部１３の裏面１５の周縁部１７の内側には、４つの連結部１９、１９、４つの位相形成部２０、２０が形成されている。連結部１９、１９、位相形成部２０、２０は周縁部１７の内側で、各々交互に一定の間隔をおいて、配置される。この配置は、後述のように、円盤部１３と連結する連結板３１の連結ネジ通し孔３６、３６、バネ保持孔３５、３５に相当する位置に形成されている。

図３（ｂ）、図４に示すように、４つの連結部１９、１９は、凹んでいる円盤部１３の裏面１５から係合面２１、２１を立設形成され、その係合面２１の中央にネジ切りされたネジ孔２２、２２が形成される。この立設形成された係合面２１、２１とネジ孔２２、２２により連結部１９、１９が構成される。この連結部１９、１９は、凹んだ円盤部１３の裏面１５から周縁部１７よりも高くなるように形成される。

また、位相形成部２０、２０も、連結部１９、１９と同様、凹んでいる円盤部１３の裏面１５から立設形成されている。位相形成部２０、２０も周縁部１７よりも高くなるように立設形成されることも同じである。位相形成部２０、２０は、その一部が円盤部１３の回転方向（図２の状態から反時計回りの方向）に向けて突出する円盤部側凸部２３、２３が形成される。この円盤部側凸部２３、２３は後述のように、コイルバネ３８、３８の一方の端部に配置される。

図５に、本実施例における連結板３１を示す。連結板３１は、所定の厚みをもつ円形の部材であり、その外周縁の上下左右位置からギヤ板取付孔３３、３３があるギヤ板取付孔部３２、３２を各々延長して形成される。

連結板３１は、中央部分を開口する中央開口部３４が形成され、その中央開口部３４の周囲に、４つのバネ保持孔３５、３５、と４つの連結ネジ通し孔３６、３６が適宜配置される。円形の連結板３１の中心円部分には中央開口部３４があり、中央開口部３４の周縁の外側にマグネットヨーク取付孔４０がある。そのため、連結板３１は、その中央部分から外周縁にかけて、中央開口部３４、マグネットヨーク取付孔４０、４０、バネ保持孔３５、３５と連結ネジ通し孔３６、３６、ギヤ板取付孔部３２、３２の順番に形成されることとなる。

４つのバネ保持孔３５、３５は、横長の開口面を持つものであり、円周方向に沿って湾曲している。バネ保持孔３５、３５は、その開口部分に、連結板凸部３７、３７が突出するように形成される。連結板凸部３７、３７は連結板の回転方向（図５では反時計回りの方向）と逆方向に突出する。位相形成部２０、２０は、連結板３１と円盤部１３とを連結したときに、バネ保持孔３５、３５の開口部分から外方へ突出するように、位置することになる。図８に示すように、このバネ保持孔３５、３５にコイルバネ３８、３８を取り付けるが、バネ保持孔３５、３５の左側面と位相形成部２０、２０によりコイルバネ３８、３８を挟み込むように取り付ける。このとき、図１に示すように、バネ保持孔３５、３５の連結板凸部３７、３７と位相形成部２０、２０の円盤部側凸部２３、２３がコイルバネ３８、３８の中心部分に入り込むようにして、保持している。

このように、コイルバネ３８、３８をバネ保持孔３５、３５と位相形成部２０、２０とで保持しているので、使用者がペダル２を踏み付けて回転させた場合、クランクアーム１２とともにクランク本体１１が回転し、位相形成部２０、２０により回転力がいったんコイルバネ３８、３８を圧縮させた後に連結板３１が回転する。このクランク本体１１と連結板３１との間で回転に差が生じることで、位相差が形成される。この位相差により検出部でトルクを検知することが可能になる。

図５に示すように、連結ネジ通し孔３６、３６は、円盤部１３の連結部１９、１９のネジ孔２２、２２に相当する位置に配置されている。連結ネジ通し孔３６、３６は、バネ保持孔３５、３５と同じく、横長の長孔状の形状であって、円形の連結板の円周に沿って湾曲している。この連結ネジ通し孔３６、３６の形状により、上記のごとく連結板３１と円盤部１３とを連結し、使用者がペダル２を回転させると、この長孔の長手方向長さの分の位相差を発生させつつ、両者を連結することができる。

図８に示すように、円盤部１３と連結板３１とは、連結ネジ８１、８１で連結する。連結ネジ８１、８１は、ネジ頭９１、９１とネジ部９２、９２とからなり、ネジ頭９１、９１は、頭の大きい円形状で、その直径は横長の連結ネジ通し孔３６、３６の孔幅よりも大きい。連結板３１を円盤部１３の連結部１９、１９の係合面２１、２１に接触して係合させた後に、この連結ネジ８１、８１を連結板３１の連結ネジ通し孔３６、３６を通したうえで、円盤部１３のネジ孔２２、２２に通す。これにより、頭の大きいネジ頭９１が、連結板３１にある横長の連結ネジ通し孔３６、３６の周囲に係合して、連結ネジ通し孔３６、３６の形状に沿って、連結板３１が移動できるように円盤部１３と連結することができる。

図１１に示す従来のクランク機構では、能動部材１０４と受動部材１０５がバネ１０９、１０９により位相差を生じ、この位相差をもってトルクを検出していた。このときに、能動部材１０４と受動部材１０５とは、能動部材１０４に４つ形成されたキノコ型の突起１１２と、受動部材１０５に４つ形成された横長の長孔１１３とによって、連結されていた。

従来の突起１１２と長孔１１３との連結では、突起１１２に負荷がかかる部材であるにもかかわらず、そのキノコ型の形状から鋳造しなければならず、強度的に問題があった。しかも、この突起１１２が破損した場合にも交換は能動部材１０４全体を交換しなければならなかった。そこで、本実施例の円盤部１３と連結板３１とを連結ネジ８１、８１で連結する手段をとることにより、連結板３１や円盤部１３を鍛造成形することで強度を確保し、連結ネジ８１、８１が破損した場合であっても、随時交換ができる。

また、図５に示すように、連結板３１の中央開口部３４の周縁の外側にあるマグネットヨーク取付部分４１には、マグネットヨーク取付孔４０、４０が６カ所に形成される。このマグネットヨーク取付孔４１、４１に、マグネットヨーク５１の取付片（図示しない）を挿入して取り付ける。

本実施例で用いる連結板３１に取り付けられた検出部であるマグネットヨーク５１は、円盤部１３の台座１８に取り付けられた磁性部材（図示しない）を検知し、連結板３１との位相差を検知し、使用者の踏力のトルクを検出することができる。本実施例におけるトルクの検出部は、このマグネットヨーク５１が好ましいが、これに代わり、従来技術で用いられる磁性リングやその他の磁性手段等の検知、検出手段を用いても良い。

図５に示すように、連結板３１のバネ保持孔３５、３５と連結ネジ通し孔３６、３６が周方向に並んで配置されている部分に適宜４カ所にインナーカバー取付孔４２、４２が形成されている。

図６に示すように、インナーカバー６１は中央部分が開放されたリング状の形状であり、その裏面に連結板３１のインナーカバー取付孔４２、４２に対応する位置に、取付片（図示しない）が突出して形成されている。この取付片を連結板３１のインナーカバー取付孔４２、４２に係合して、インナーカバー６１を連結板３１に取り付ける。

インナーカバー６１は、前記のとおりリング状の形状であり、連結板３１のバネ保持孔３５、３５、連結ネジ通し孔３６、３６が周方向に配置されている部分を覆う。これにより、外部からバネ保持孔３５、３５及び連結ネジ通し孔３６、３６への接触を防止することができ、防塵機能に優れる。

インナーカバー６１のうち、連結板３１のギヤ板取付孔３３、３３に相当する部分を凹ませた凹み部６３、６３を形成する。これにより、インナーカバー６１を装着した状態で、ギヤ板７１を適宜交換することができる。

図７に示すように、ギヤ板７１は、一般的な円盤状のギアのうち、ギヤ歯７２、７２とその周辺の取付保持部７３のみで、その中心部分を広く開放した形状である。取付保持部７３のうち、連結板３１のギヤ取付孔３３、３３に相当する位置に、取付孔７４、７４が４つ形成される。

図９に示すように、連結板３１のギヤ板取付孔３３、３３と、ギヤ板７１の取付孔７４、７４に、ギヤ板固定間座８３、８３を介して、ギヤ板固定ナット８２、８２とギヤ板固定ボルト８４、８４により、固定する。

このように、連結板３１にギヤ板７１を固定することにより、使用によりギヤ板７１のギヤ歯７２が摩耗等で破損した場合であっても、ギヤ板７１のみを簡単に交換することができる。しかも、ギヤ板７１の交換にあたり、円盤部１３と連結板３１との連結状態をなんら解除せずに、交換することができるため、交換時にトルクセンサーの配線等を考慮することなく行うことができる。

１…電動アシスト自転車
２…ペダル
１１…クランク本体
１２…クランクアーム
１３…円盤部
１５…裏面
１７…周縁部
１９…連結部
２０…位相形成部
２２…ネジ孔
２３…円盤部側凸部
３１…連結板
３５…バネ保持孔
３６…連結ネジ通し孔
３７…連結板凸部
３８…コイルバネ
６１…インナーカバー
７１…ギヤ板

Claims (4)

1. トルクセンサーを備えた電動アシスト自転車のクランク構造であって、
   ペダルを取り付けるクランク本体と、
   クランク本体の回転に対し位相差をもって回転するよう連結された連結板と、
   前記位相差を検出するための検出部と、からなり、
   前記クランク本体は、前記連結板と連結するための連結部と、前記連結板に位相差を形成させるための位相形成部と、ペダルが位置する外側から当該クランク本体を覆うカバーとを、一体的に成形したことを特徴とする電動アシスト自転車のクランク構造。
2. クランク本体は、一方端にペダルを取り付けるクランクアームと、クランクアームのもう一方の端部を幅広にした円盤状の円盤部とからなり、
   円盤部はその裏面が外周縁を形成する周縁部から中心にかけて凹んだ皿状の形態であって、その裏面から連結部と位相形成部を突出させて設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車のクランク構造。
3. クランク本体と連結板とは、
   クランク本体の連結部のネジ孔に、
   前記連結板の回転方向に湾曲した長孔状の連結ネジ通し孔を通した連結ネジを螺着することにより連結するものであって、
   前記連結ネジ通し孔よりも、径が大きいネジ頭を有する連結ネジにより連結することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電動アシスト自転車のクランク構造。
4. 連結板の外周縁部に、中心部分が開放されたギヤ板を取り付けることを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載の電動アシスト自転車のクランク構造。

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