JP2014084019A - 駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】自転車の駆動ユニットにおいて、踏力の検出を簡素な構成で実現する。
【解決手段】駆動ユニット１０は、クランク軸１４と、第１回転伝達部材１６と、中間軸１８と、第２回転伝達部材２０と、支持軸２２と、第３回転伝達部材２４と、センサ部２６と、を含む。第１回転伝達部材１６は、クランク軸に設けられ、第１および第２クランクアーム１０１ａ，１０１ｂの回転が伝達される。中間軸１８は、クランク軸１４から離反して配置される。第２回転伝達部材２０は、中間軸１８に設けられる。第２回転伝達部材２０は、第１回転伝達部材１６の回転が伝達される。支持軸２２は、クランク軸１４および中間軸２２から離反して配置される。第３回転伝達部材２４は、支持軸２２に設けられる。第３回転伝達部材２４は、第２回転伝達部材２０の回転が伝達される。センサ部２６は、中間軸１８に作用する力を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動ユニット、特に、自転車のクランクの近傍に設けられる駆動ユニットに関する。

補助動力としてモータ出力を使用する電動補助自転車の駆動ユニットとして、特許文献１に記載された発明がある。特許文献１に係る駆動ユニットは、クランク軸と、クランク軸を支持するハウジングと、ハウジングに収納されたモータ、ギアユニット、ギアホルダ、および踏力検出手段と、を備える。ギアホルダは、ギアユニットを収納し、クランク軸に対して回転自在である。ギアユニットは、クランク軸の回転をスプロケットに伝達する複数のギアを有する。踏力検出手段は、ハウジングに装着され、ギアホルダに作用するクランク軸回りの回転モーメントを検出する。

特許第３５４７８４７号明細書

特許文献１の自転車の駆動ユニットでは、クランク軸まわりに回転するギアホルダを踏力の検出対象としているため、踏力を検出する構成が複雑になる。

本発明の課題は、自転車の駆動ユニットにおいて、踏力の検出を簡素な構成で実現することにある。

発明１に係る駆動ユニットは、自転車のクランクの近傍に設けられる。駆動ユニットは、第１軸と、第１回転伝達部材と、第２軸と、第２回転伝達部材と、第３軸と、第３回転伝達部材と、作用力検出部と、を含む。第１回転伝達部材は、第１軸に設けられ、クランクアームの回転が伝達される。第２軸は、第１軸から離反して配置される。第２回転伝達部材は、第２軸に設けられる。第２回転伝達部材は、第１回転伝達部材の回転が伝達される。第３軸は、第１軸および第２軸から離反して配置される。第３回転伝達部材は、第３軸に設けられる。第３回転伝達部材は、第２回転伝達部材の回転が伝達される。作用力検出部は、第２軸に作用する力を検出する。

この駆動ユニットでは、踏力を第１軸に作用する力ではなく、第１軸の回転が伝達され、第３軸に回転を伝達する第２軸に作用する力によって検出する。第２軸に作用する力は、第１回転伝達部材から第２回転伝達部材への回転力の伝達および第２回転伝達部材から第３回転伝達部材への回転力の伝達だけによって生じる。このため、ギアホルダ等の部材を設けることなく、第２軸に作用する力を検出することによって、踏力を検出できる。これによって、自転車の駆動ユニットにおいて、踏力の検出を簡素な構成で実現きる。

発明２に係る駆動ユニットは、発明１に記載の駆動ユニットにおいて、第２軸に作用する力は、第１作用力と、第２作用力と、を含む。第１作用力は、第１回転伝達部材から第２回転伝達部材への回転の伝達によって第２軸の径方向に作用する。第２作用力は、第２回転伝達部材から第３回転伝達部材への回転の伝達によって第２軸の径方向に作用する。この場合には、第２軸に作用する第１作用力と第２作用力との合力によって、第２軸に作用する力を精度良く検出できる。

発明３に係る駆動ユニットは、発明１または２に記載の駆動ユニットにおいて、作用力検出部は、第２軸を支持する支持部と、第２軸に作用する力を、支持部を介して検出するセンサと、を含む。この場合には、第２軸にセンサを設けるのではなく、第２軸を支持する支持部にセンサを設けているので、センサを配置しやすくなり、センサへの配線作業が容易になる。

発明４に係る駆動ユニットは、発明３に記載の駆動ユニットにおいて、センサは、支持部のひずみを検出するひずみセンサを含む。この場合には、第２軸に作用する力によって生じる支持部のひずみを直接検出できるので、第２軸に作用する力を高精度に検出できる。

発明５に係る駆動ユニットは、発明４に記載の駆動ユニットおいて、支持部は、第２軸の軸方向の端部を支持する軸支持部と、軸支持部に接触する起歪部と、を含む。ひずみセンサは、起歪部に設けられる。この場合に、第２軸を支持する軸支持部ではなく、軸支持部に接触し、第２軸に作用する力が軸支持部から伝達されてひずみを発生する起歪部にひずみセンサが設けられる。このため、第２軸に作用する力をさらに高精度に検出できる。

発明６に係る駆動ユニットは、発明４または５に記載の駆動ユニットにおいて、ひずみセンサは、ひずみゲージ素子である。

発明７に係る駆動ユニットは、発明３から６のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材を収容するハウジングをさらに含み、支持部は、ハウジングに保持される。この場合には、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材を安定して保持することができる。

発明８に係る駆動ユニットは、発明１から７のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２軸は、第２回転伝達部材を回転自在に支持する。この場合には、第２回転伝達部材が回転し、第２軸が回転しないので、第２軸に作用する力を検出しやすい。

発明９に係る駆動ユニットは、発明１から８のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第３軸は、第３回転伝達部材を回転自在に支持する。

発明１０に係る駆動ユニットは、発明１から９のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１軸、第２軸および第３軸は、平行に延びる。この場合には、第１軸の回転が伝達される第２回転伝達部材および第３回転伝達部材を支持する第２軸および第３軸が第１軸と平行に配置されるので、ギア、スプロケット、およびプーリなどを各回転伝達部材に用いることができる。これによって、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３伝達部材を簡素な構造にすることができる。

発明１１に係る駆動ユニットは、発明１から１０のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材は、ギア、スプロケットおよびプーリからなる群のいずれかから選ばれる。この場合には、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材の構造が簡素になる。特に、スプロケットまたはプーリを用いれば、一つの軸と他の軸の配置の制限が緩和されるので、駆動ユニットの設計の自由度が高くなる。

発明１２に係る駆動ユニットは、発明１から９のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材と第２回転伝達部材とは直接接触する。この場合には、駆動ユニットの小型化を図りやすい。

発明１３に係る駆動ユニットは、発明１から１１のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材の回転を第２回転伝達部材に伝達する第１連結体をさらに含む。この場合には、第１回転伝達部材と第２回転伝達部材の配置の制限が緩和される。

発明１４に係る駆動ユニットは、発明１から１３のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２回転伝達部材と前記第３回転伝達部材とは直接接触する。この場合には、駆動ユニットの小型化を図りやすい。

発明１５に係る駆動ユニットは、発明１から１３のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２回転伝達部材の回転を第３回転伝達部材に伝達する第２連結体をさらに含む。この場合には、第２回転伝達部材と第３回転伝達部材の配置の制限が緩和される。

発明１６に係る駆動ユニットは、発明１３または１５に記載の駆動ユニットにおいて、第１連結体および第２連結体は、チェーンまたはベルトである。

発明１７に係る駆動ユニットは、発明１から１２のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２回転伝達部材の回転を第３回転伝達部材に伝達するチェーンをさらに含む。第１回転伝達部材は、第１ギアを備える。第２回転伝達部材は、第１ギアに噛み合う第２ギアと、第２ギアと一体で回転する第１スプロケットと、を備える。第３回転伝達部材は、第２スプロケットを備える。この場合に、第２回転伝達部材と第３回転伝達部材との回転方向を同じ方向に揃えることができる。

発明１８に係る駆動ユニットは、発明１から１７のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第３回転伝達部材の回転力が伝達される動力伝達部と、動力伝達部に駆動力を付与可能なモータと、をさらに含む。この場合には、クランクの回転が与えられる動力伝達部にモータの回転を付与して、駆動を補助するアシスト機能を実現できる。

発明１９に係る駆動ユニットは、発明１８に記載の駆動ユニットにおいて、第１軸の回転軸と、モータの回転軸とは、同軸に設けられる。この場合には、モータの内部機構を簡略化することができるので、駆動ユニットのさらなる簡素化を図ることができる。

発明２０に係る駆動ユニットは、発明１８または１９に記載の駆動ユニットにおいて、第３回転伝達部材と動力伝達部との間の動力伝達経路に配置される変速機構をさらに含む。この場合には、変速機構によって複数のギア比を選択可能であるので、効率的にモータによる補助駆動を行うことができる。また、変速機構に内装変速機を用いても、変速機構にはモータの駆動力が作用しないので力が、任意のタイミングで変速動作を行える。

発明２１に係る駆動ユニットは、発明１８から２０のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、モータの駆動力は、ワンウェイクラッチを介して、動力伝達部に伝達される。この場合には、踏力が、モータに伝達されることを防止できる。

発明２２に係る駆動ユニットは、発明１から２１のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１軸は、クランク軸であり、第１回転伝達部材は、第１軸に固定される。

本発明によれば、自転車の駆動ユニットにおいて、踏力の検出を簡素な構成を実現できる。

本発明に係る駆動ユニットを組み込んだ電動補助自転車の側面図。 図１の切断線II−IIによって切断した駆動ユニットの断面図。 センサ部の正面図。 図３の切断線IV−IVによって切断したセンサ部の断面図。 センサ部の分解斜視図。 回転伝達構造を説明する駆動ユニットの正面図。 駆動ユニットの断面拡大図。 他の実施形態の図５に相当する駆動ユニットの正面図。

図１は、本発明に係る駆動ユニット１０を組み込んだ電動補助自転車の一例を表す左側面図である。図１では、駆動部分に関連する部分のみを示している。この電動補助自転車は、ペダル１００に作用する踏力を、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランクアーム１０１ｂ→駆動ユニット１０→フロントスプロケット３８→第１チェーン１０４→リヤスプロケット１０５という経路を経て、後車輪の車軸１０６回りに回転可能に設けられるハブ体に伝達する。その過程で、駆動ユニット１０は、モータ出力を補助動力として合成し、走行をアシストする。この電動補助自転車は、後述するセンサ部２６によってクランク軸１４に作用するトルクに応じた力を検出する。そして、この電動補助自転車は、その検出値が設定値を超えたところで、モータを起動して踏力に応じたトルクを補助動力として発生させる。アシスト用のモータを含む駆動ユニット１０は、一般にフレームのシートチューブの下端部とフレームのダウンチューブの後端部との連結部付近に配置される。モータ駆動用のバッテリは、リアキャリア、ダウンチューブまたはシートチューブ沿って配置される。

＜駆動ユニットの全体構成＞
駆動ユニット１０は、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランクアーム１０１ｂを備えるクランク１０１の近傍に配置される。駆動ユニット１０は、図２に示すように、ハウジング１２と、クランク軸１４と、第１回転伝達部材１６と、中間軸１８と、第２回転伝達部材２０と、支持軸２２と、第３回転伝達部材２４と、センサ部２６と、を含む。クランク軸１４は、第１軸の一例である。中間軸１８は、第２軸の一例である。支持軸２２は、第３軸の一例である。センサ部２６は、作用力検出部の一例である。

クランク軸１４の軸芯と、中間軸１８の軸芯と、支持軸２２の軸芯とは、互いに離反して配置される。クランク軸１４と中間軸１８と支持軸２２とは、平行に延びる。また、駆動ユニット１０は、第２チェーン２８と、モータ３０と、変速機構３２と、減速機構３４と、動力伝達部（出力部）３６と、フロントスプロケット３８と、をさらに含む。

＜ハウジング＞
ハウジング１２は、図２に示すように、第１回転伝達部材１６、第２回転伝達部材２０、第３回転伝達部材２４、動力伝達部３６、モータ３０、変速機構３２、および減速機構３４を収容する。

ハウジング１２は、たとえば、アルミニウムなどの金属製の部材である。ハウジング１２は、第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂを有する。第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂは、クランク軸１４の延びる方向に離間し、対向するように設けられる。ハウジング１２は、第２側壁１２ｂを含むハウジング本体と、第１側壁１２ａを含む蓋部材とを有する。ハウジング本体の開口に、蓋部材がボルトなどの固定部材によって着脱可能に固定されて、第１回転伝達部材１６、第２回転伝達部材２０、第３回転伝達部材２４、動力伝達部３６、モータ３０、変速機構３２、および減速機構３４を収容する収容空間が形成される。第１側壁１２ａは、第１側壁本体１２ｃと、第１板部材１２ｄと、を有する。第１板部材１２ｄは、第１側壁本体１２ｃに形成された第１係合孔１２ｅに回転不能かつ着脱可能に装着される。第２側壁１２ｂは、第２側壁本体１２ｆと、第２板部材１２ｇと、を有する。第２板部材１２ｇは、第２側壁本体１２ｆに形成された第２係合孔１２ｈに回転不能かつ着脱可能に装着される。第１係合孔１２ｅは第２係合孔１２ｈと同芯に配置される。

第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇは、好ましくは第１側壁本体１２ｃおよび第２側壁本体１２ｆとは異なる金属材料によって構成される。第１板部材１２ｄはハウジング１２の外側から第１側壁本体１２ｃに対して着脱可能である。また第２板部材１２ｇはハウジング１２の外側から第２側壁本体１２ｆに対して着脱可能である。第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇは、ここでは円板状に形成され、外周部に第１係合孔１２ｅに係合するセレーションおよびフランジが形成される。第１板部材１２ｄのセレーションは第１係合孔１２ｅに係合し、第２板部材１２ｇのセレーションは第２係合孔１２ｈに係合する。第１板部材１２ｄのフランジは第１側壁本体１２ｃの側面に接触し、第２板部材１２ｇのフランジは第２側壁本体１２ｆの側面に接触する。第１係合孔１２ｅには、第１板部材１２ｄのセレーションに嵌め合うセレーションが形成され、これによって、第１板部材１２ｄが第１側壁本体１２ｃに対してまわり止めされる。また第２係合孔１２ｈには、第２板部材１２ｇのセレーションに嵌め合うセレーションが形成され、これによって、第２板部材１２ｇが第２側壁本体１２ｆに対してまわり止めされる。変速機構３４を支持する支持軸２２に装着されるナット４２を締めることによって、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇが相互に近接する方向に押圧されて、第１板部材１２ｄが第１側壁本体１２ｃに対して、第２板部材１２ｇが第２側壁本体１２ｆに対して、それぞれ固定される。

ハウジング１２は、円形の一対の第１孔１３ａおよび第１孔１３ｂと、一対の第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄと、第３孔１３ｅと、を有する。第１孔１３ａおよび第１孔１３ｂは、第１側壁本体１２ｃおよび第２側壁本体１２ｆに形成される。第１孔１３ａには、たとえば、玉軸受の形態の第１軸受３９ａが設けられ、第１孔１３ｂには、たとえば、玉軸受の形態の第２軸受３９ｂが設けられる。

一対の第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄは、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇに形成される。第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄには、支持軸２２が回転不能に装着される。第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄは、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇの中央にそれぞれ形成される。ここでは、第１板部材１２ｄは第１側壁本体１２ｃから着脱可能に、第２板部材１２ｇは第２側壁本体１２ｆから着脱可能に構成されているが、第１板部材１２ｄは第１側壁本体１２ｃに、第２板部材１２ｇは第２側壁本体１２ｆに、それぞれ圧入して一体に形成されてもよい。また第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄは、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇの中央からオフセットして形成されてもよい。この場合は、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇを周方向に回転させることによって、第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄの位置を変更することができるようになり、第２チェーン２８の弛みを調整することができるようになる。

図３および図４に示すように、第３孔１３ｅは、ハウジング１２の一方の側壁に形成される。ここでは、第３孔１３ｅは、第１側壁本体１２ｃに形成される。第３孔１３ｅには、センサ部２６が設けられる。第３孔１３ｅは、ハウジング１２の幅方向（クランク軸１４の延びる方向）から見て概ね長方形状に形成される。第３孔１３ｅは、後述する軸支持部５０が配置される第１部分１３ｆと、後述する起歪部５２が配置される第２部分１３ｇと、を有する。第３孔１３ｅの周囲には、ハウジング１２の内壁面から凹んだ保持凹部１３ｉが形成される。保持凹部１３ｉは、後述するセンサーケース４４の位置決めを行うことができ、ハウジング１２の外側への移動を規制できる構成であればよい。ここでは第３孔１３ｅは、貫通孔であるが、ハウジング１２の内壁に形成される凹みまたは溝であってもよい。

＜クランク軸＞
クランク軸１４は、たとえば、鉄またはステンレスなどの金属製の軸部材である。クランク軸１４は、第１軸受３９ａおよび第２軸受３９ｂによってハウジング１２に回転自在に支持される。クランク軸１４の両端は、第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂから突出して配置される。クランク軸１４の第１側壁１２ａ側の端部には、第１クランクアーム１０１ａがクランク軸１４に一体で回転可能かつ着脱可能に取り付けられる。クランク軸１４の第２側壁１２ｂ側の端部には、第２クランクアーム１０１ｂがクランク軸１４と一体で回転可能かつ着脱可能に取り付けられる。クランク軸１４の第１側壁１２ｃ側の端部には、第１回転伝達部材１６を軸方向に位置決めするための大径のフランジ部１４ａと、第１回転伝達部材１６を一体回転可能に連結するためのセレーション部１４ｂと、が形成される。フランジ部１４ａとセレーション部１４ｂとは隣接して配置される。フランジ部１４ａは、クランク軸１４の周方向の全周にわたって形成されていてもよく、周方向に断続的にクランク軸１４から突出するように形成されてもよい。

＜第１回転伝達部材＞
第１回転伝達部材１６は、クランク軸１４に設けられ、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランクアーム１０１ｂの回転が伝達される。第１回転伝達部材１６は、たとえば、合成樹脂製または金属製の第１ギア１６ａを備える。第１ギア１６ａは、クランク軸１４のセレーション部１４ｂに、クランク軸１４と一体で回転可能に連結される。第１ギア１６ａは、圧入、接着などの適宜の固定手段によって、クランク軸１４に固定される。第１ギア１６ａは、クランク軸１４のフランジ部１４ａに接触してクランク軸１４の軸方向に位置決めされる。第１ギア１６ａは、第１軸受３９ａを介してハウジング１２に回転自在に支持される。したがって本実施の形態では、クランク軸１４は、第１軸受３９ａおよび第１ギア１６ａを介してハウジング１２に回転自在に支持される。

＜中間軸＞
中間軸１８は、鉄、ステンレスなどの金属製の軸部材である。中間軸１８は、第３孔１３ｅに配置される第１端部１８ａと、第１端部１８ａと反対側の第２端部１８ｂと、を有する。第１端部１８ａは、第３孔１３ｅに装着されるセンサ部２６の後述する支持部４６に支持される。第２端部１８ｂは、モータ３０の後述するモータケース５６の第２ケース５６ｂに支持される。中間軸１８は、支持部４６および後述する第２ケース５６ｂに固定される。中間軸１８は、第２回転伝達部材２０を回転自在に支持する。

＜第２回転伝達部材＞
第２回転伝達部材２０は、第１回転伝達部材１６の回転が伝達される部材である。第２回転伝達部材２０は、第１ギア１６ａに直接接触して噛み合う第２ギア２０ａと、第２ギア２０ａと一体で回転する第１スプロケット２０ｂと、を備える。第２回転伝達部材２０は、たとえば、合成樹脂または金属製の部材である。第２回転伝達部材２０は、たとえば、針状コロ軸受の形態の軸受４０を介して中間軸１８に回転自在に支持される。第２ギア２０ａは、第１スプロケット２０ｂの内周部２０ｄに係合する係合部２０ｃを有する。係合部２０ｃは、第２ギア２０ａの歯面うち第１ギア１６ａに噛み合わない歯面を含んで形成される。第１スプロケット２０ｂの内周部２０ｄには、第２ギア２０ａの少なくとも一部と噛み合う凹凸部が形成され、これによって第２ギア２０ａと第１スプロケット２０ｂの回転が規制される。また第２ギア２０ａには、第１スプロケット２０ｂの中間軸１８方向への移動を規制する規制部が設けられる。この規制部は、第１スプロケット２０ｂの中間軸１８方向の両側に設けられる。

＜支持軸＞
支持軸２２は、変速機構３２を支持するために設けられる。支持軸２２は、両端が第２孔１３ｃ，１３ｄをそれぞれ貫通する。支持軸２２の両端部は、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇにナット４２によって固定され、これによって第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂに固定される。支持軸２２は、変速機構３２の後述する変速モータユニット３２ａ、回転入力部６４、および変速部６６を貫通する。支持軸２２は、第３回転伝達部材２４を回転自在に支持する。

＜第３回転伝達部材＞
第３回転伝達部材２４は、第２回転伝達部材２０の回転が伝達される部材である。第２回転伝達部材２０の回転は、第２チェーン２８によって第３回転伝達部材２４に伝達される。第２チェーン２８は、第２連結体の一例である。第３回転伝達部材２４は、第２チェーン２８に噛み合う第２スプロケット２４ａを備える。第２チェーン２８は、第１スプロケット２０ｂおよび第２スプロケット２４ａに巻回される。第２スプロケット２４ａは、支持軸２２に回転自在に支持された変速機構３２の後述する回転入力部６４に一体に回転可能に連結される。回転入力部６４は、支持軸２２に回転自在に支持される。これにより、第２スプロケット２４ａは、回転入力部６４を介して支持軸２２に回転自在に支持される。

＜センサ部＞
センサ部２６は、中間軸１８に作用する力を検出することによって、クランク軸１４に作用するトルクを検出するために設けられる。乗り手がペダル１００を踏むことによって、クランク軸１４が図６の矢印Ａに示す反時計回りに回転すると、第１ギア１６ａが第２ギア２０ａを圧力角で決まる方向に押圧する。この押圧力は、第２ギア２０ａが第１ギア１６ａから離反する方向の力（第１分力）Ｆ１と、第２ギア２０ａと第１ギア１６ａとの接線方向の力（第２分力）Ｆ２とを含む。第１分力Ｆ１は、第１ギア１６ａおよび第２ギア２０ａを支持する中間軸１８の半径方向に作用することになる。第２分力Ｆ２は、第１ギア１６ａのピッチ円と第２ギア２０ａのピッチ円とが接触する点の接線方向に作用することになる。また、第１スプロケット２０ｂおよび第２スプロケット２４ａに噛み合う第２チェーン２８に張力Ｆ３が生じる。第１分力Ｆ１および第２分力Ｆ２は、第１作用力の一例である。張力Ｆ３は、第２作用力の一例である。したがって、中間軸１８に作用する力は、第１分力Ｆ１、第２分力Ｆ２および張力Ｆ３の合力Ｆ４となる。この合力Ｆ４は、クランク軸１４に作用する回転力の成分だけであるので、ペダル荷重などの影響を受けない。このため、センサ部２６によって、クランク軸１４に作用する回転力（トルク）、すなわち踏力を精度良く検出できる。矢印Ａは、自転車を前進させるときにクランク軸１４を回転させる方向である。

図３、図４および図５に示すように、センサ部２６は、センサーケース４４と、中間軸１８を支持する支持部４６と、中間軸１８に作用する力を、支持部４６を介して検出するセンサ４８と、を備える。センサーケース４４は、第３孔１３ｅにハウジング１２の内側から嵌合する。ここでは第３孔１３ｅは、概ね矩形形状である。センサーケース４４は、たとえば、金属製の部材である。センサーケース４４は、それぞれがハウジング１２の内壁面よりも凹んで形成される第１収納部４４ａおよび第２収納部４４ｂを有する。第１収納部４４ａは、第３孔１３ｅの第１部分１３ｆに配置される。第２収納部４４ｂは、第２部分１３ｇに配置される。第１収納部４４ａは、第２収納部４４ｂよりも幅が狭い。第１収納部４４ａと第２収納部４４ｂとの２つの境界部分の第１境界内壁４４ｄおよび第２境界内壁４４ｅは、第１収納部４４ａの内壁から第２収納部４４ｂの内壁に向かって相互に離反する方向に傾斜して延びる。センサーケース４４の外側面には、第３孔１３ｅの保持凹部１３ｉに係合する段差部４４ｃが形成される。この段差部４４ｃが保持凹部１３ｉに係合することによって、センサーケース４４の中間軸１８の軸方向外側への移動が規制される。

支持部４６は、中間軸１８の第１端部１８ａを支持する軸支持部５０と、軸支持部５０に接触して設けられる起歪部５２と、を備える。起歪部５２は、軸支持部５０によって押圧されて歪む。軸支持部５０は、概ね直方体形状であり、正面から見て概ね矩形形状である。軸支持部５０は、センサーケース４４の第１収納部４４ａに収納される。軸支持部５０は中間軸１８のまわりの外壁面に第１側面５０ａから第４側面５０ｄを有する。第１側面５０ａから第４側面５０ｄは、それぞれ平面で構成される。第１側面５０ａから第３側面５０ｃは、第１収納部４４ａの３つの内壁に接触するように配置される。第４側面５０ｄは、起歪部５２に接触するように配置される。軸支持部５０は、表面の中央に中間軸１８の第１端部１８ａが嵌合する嵌合凹部５０ｅを有する。嵌合凹部５０ｅは、軸支持部５０の裏面まで貫通しないように形成される。軸支持部５０の第２側面５０ｂと第１収納部４４ａの内壁とは面接触する。軸支持部５０の第２側面５０ｂは、駆動ユニット１０が自転車のフレームに取り付けられたとき、中間軸１８の下側となるように配置される。

起歪部５２は、たとえば、金属製であり、環状に形成される。起歪部５２は、たとえば４つの角が丸められた四角筒状に形成され、正面から見て概ね矩形に形成される。起歪部５２は、外周面に平面で構成される第１側面５２ａから第４側面５２ｄを有する。起歪部５２の中央部には、貫通孔５２ｅが形成される。貫通孔５２ｅは、正面から見て４つの角が丸められた矩形形状を有する。起歪部５２の軸支持部５０に対向する第１側面５２ａは、軸支持部５０の第４側面５０ｄに接触する。起歪部５２の第１側面５２ａに対向する第４側面５２ｄは、第２収納部４４ｂの内壁に接触する。第２側面５２ｂおよび第３側面５２ｃは、第２収納部４４ｂの内壁と隙間をあけて配置される。起歪部５２のうち、第１側面５２ａと第２側面５２ｂとの間の第１円周面５２ｆは、第２境界内壁４４ｅに接触する。起歪部５２の第１側面５２ａと第３側面５２ｃとの間の第１円周面５２ｆは、第１境界内壁４４ｄに接触する。起歪部５２のうち、第１側面５２ａと第３側面５２ｃとの間の第２円周面５２ｇは、第２境界内壁４４ｅに接触する。

起歪部５２の第２側面５２ｂおよび第３側面５２ｃは、軸支持部５０によって押圧されて曲げひずみが生じる。第２側面５２ｂおよび第３側面５２ｃの少なくともいずれかには、センサ４８を構成するひずみゲージ素子４８ａが設けられる。ここでは、第２側面５２ｂにひずみゲージ素子４８ａが設けられる。しかし、第３側面５２ｃ、または第２側面５２ｂと第３側面５２ｃの両方にひずみゲージ素子を設けてもよい。ひずみゲージ素子４８ａは、たとえば起歪部５２に接着剤によって接合され、起歪部５２とモジュール化される。ひずみゲージ素子４８ａは、軸支持部５０によって押圧された起歪部５２に生じるひずみを検出するひずみセンサである。

このセンサ部２６は、軸支持部５０が起歪部５２を押圧する方向、すなわち中間軸１８に垂直な面において、中間軸１８の中心軸から起歪部５２との中心軸とを結ぶ方向（図６において、矢印Ｂで示す方向）が、合力Ｆ４の方向から所定の角度範囲θとなるように設けられる。θは、たとえば９０度未満であり、好ましくは４５°未満であり、さらに好ましくは２０°未満である。このようにセンサ部２６を設けることによって、中間軸１８に作用する力を検出しやすくなる。軸支持部５０が起歪部５２を押圧する方向は、ひずみゲージ素子４８ａの分解能に応じ適宜に設定される。本実施の形態では、ひずみセンサの感度などを考慮して、矢印Ｂで示す方向を、合力Ｆ４の方向から２０°未満の範囲でわずかに異ならせており、使用するひずみセンサの感度に応じて、センサ部２６の向きを決定すればよい。矢印Ｂで示す方向と合力Ｆ４の方向とを一致させてもよく、この場合には起歪部５２に作用する力を最も大きくすることができ、センサの出力を大きくすることができる。

また本実施の形態では、駆動ユニット１０が取り付けられる自転車が平地に置かれたときに、軸支持部５０の第２側面５０ｂと第１収納部４４ａの内壁との接触面が、水平面により近くなるように、前記矢印Ｂの方向を、前記合力Ｆ４の方向からずらしている。軸支持部５０の第２側面５０ｂと第１収納部４４ａの内壁との接触面を水平面に近づけることによって、軸支持部５０が前記第１収納部４４ａの内壁に沿って面接触して安定して移動することができ、センサの検出精度を向上させることができる。

センサーケース４４には、少なくとも起歪部５２が設けられる第２収納部４４ｂを覆うカバー部材が設けられてもよい。センサーケース４４の凹部の開口部に段差を設けて、この段差にカバー部材を係合してもよく、接着剤またはネジなどの固定部材によってカバーをセンサーケース４４に固定してもよい。カバー部材は、センサーケース４４の凹部の開口部を全体に亘って覆ってもよく、この場合、カバー部材には、中間軸１８を挿通する貫通孔が形成される。

＜モータ＞
モータ３０は、図２に示すように、インナーロータ式のモータである。モータ３０は、モータケース５６と、モータケース５６に回転自在に支持されるロータ５８と、モータケース５６に装着されるステータ６０と、を備える。モータケース５６は、ハウジング１２の一体で形成される第１ケース５６ａと、第１ケース５６ａに着脱自在に装着される第２ケース５６ｂと、を有する。この第２ケース５６ｂに中間軸１８の第２端部１８ｂを支持する軸支持凹部５６ｃが形成される。

ロータ５８は、クランク軸１４と同芯（同軸）に配置され、クランク軸１４が貫通する筒状の部材である。ロータ５８は、外周部に周方向に並べて設けられる複数の磁極を有する磁石５８ａを含む。ロータ５８は、外周側に配置され、軸方向に間隔を隔てて配置された、たとえば、玉軸受の形態の一対の軸受６２ａおよび軸受６２ｂによってモータケース５６に回転自在に支持される。一対の軸受６２ａおよび軸受６２ｂはロータ５８の外周側に配置される。軸受６２ａは、第１ケース５６ａに装着され、軸受６２ｂは、第２ケース５６ｂに装着される。

ステータ６０は、ロータ５８の外周側にロータ５８と対向して配置される。ステータ６０は、周方向に間隔を隔てて配置された複数のコイル６０ａを有する。ステータ６０は、第１ケース５６ａの内周部に固定される。

なお、モータ３０は図示を省略したインバータによって駆動される。インバータは、図示しない制御部によって駆動され、制御部は、踏力および自転車の速度に応じて、インバータを制御する。

このように、モータ３０の軸芯とクランク軸１４の軸芯とが同軸に配置されるため、モータ３０の内部機構を簡略化することができる。このため、駆動ユニット１０のさらなる簡素化を図ることができる。

＜変速機構＞
変速機構３２は、第３回転伝達部材２４と、動力伝達部３６との間の動力伝達経路に配置される。変速機構３２は、変速モータユニット３２ａと、変速機構本体３２ｂと、を備える。変速モータユニット３２ａは、ハンドルに装着された変速操作部（図示せず）における乗り手の指示により、変速機構本体３２ｂの係止体を所定の位相に回転させる。変速モータユニット３２ａとして、例えば、特許第３５２９７２３号に開示されている公知のモータユニットを利用することができる。変速機構本体３２ｂは、複数（たとえば、８つ）のギア比を選択可能な変速機である。変速機構本体３２ｂとして、例えば、実用新案登録第３１４６１３８号に開示されている公知の変速機を利用することができる。

変速機構本体３２ｂは、第３回転伝達機構２４の回転が伝達される回転入力部６４と、変速部６６と、回転出力部６８と、を備える。回転入力部６４、変速部６６、および回転出力部６８は、それぞれ支持軸２２によって支持される。回転入力部６４は、支持軸２２に回転自在に支持される。回転入力部６４に第３回転伝達部材２４の第２スプロケット２４ａが一体で回転可能に連結される。変速部６６は、回転入力部６４に伝達された回転を、直結を含めて複数段階（たとえば、８段階）に変速する。変速部６６は、少なくとも一つの遊星歯車機構を有する。回転出力部６８は、変速部６６で変速された回転を動力伝達部３６に出力する。

このように、変速機構３２を駆動ユニット１０に設けると、変速機構３２によって複数のギア比を選択可能であるので、効率的にモータ３０による補助駆動を行うことができる。また、変速機構３２に内装変速機を用いても、変速機構３２に作用する力が小さいため、任意のタイミングで変速動作を行える。

＜減速機構＞
減速機構３４は、図７に示すように、ロータ５８の回転をトルク伝達部材７０に伝達する。減速機構３４は、１つ以上のギアを有する。図７の例は、減速機構３４は第１の遊星歯車機構７２と、第２の遊星歯車機構７４と、を有する場合を示す。第１の遊星歯車機構７２は、ロータ５８に連結される第１太陽ギア部７２ａと、複数の第１遊星歯車７２ｂと、複数の第１遊星歯車７２ｂを回転可能に支持する第１キャリア部７２ｃと、ハウジング１２に固定される第１リングギア部７２ｄとを含む。第２の遊星歯車機構７４は、第１キャリア部７２ｃに連結される第２太陽ギア部７４ａと、複数の第２遊星歯車７４ｂと、複数の第２遊星歯車７４ｂを回転可能に支持する第２キャリア部７４ｃと、ハウジング１２に固定される第２リングギア部７４ｄとを含む。減速機構３４の出力は、トルク伝達部材７０を介して、動力伝達部３６に伝達される。トルク伝達部材７０は、第２キャリア部７２ｃに結合され、ここでは一体に形成されている。トルク伝達部材７０は、動力伝達部３６の後述する第２ギア部材７８に回転可能に支持される。トルク伝達部材７０はワンウェイクラッチ８０の複数のクラッチ爪８０ａを支持する。

＜動力伝達部＞
動力伝達部３６は、図２に示すように、モータ３０の回転力およびクランク軸１４の回転力をフロントスプロケット３８に伝達する。動力伝達部３６は、変速機構３２の回転出力部６８に一体で回転可能に連結された第１ギア部材７６と、第１ギア部材７６に噛み合う第２ギア部材７８と、ワンウェイクラッチ８０と、を備える。

第２ギア部材７８は、図７に示すように、ハウジング１２に第２軸受３９ａを介して回転自在に支持される。第２ギア部材７８の内周部とクランク軸１４の外周面との間には、たとえば、玉軸受の形態の軸受８２が装着される。したがって、クランク軸１４は、第２ギア部材７８を介してハウジング１２に回転自在に支持される。

また、第２ギア部材７８は、ワンウェイクラッチ８０が設けられる第１環状凹部７８ａと、軸受８２が設けられる第２環状凹部７８ｂと、フロントスプロケット３８が一体回転可能に装着される環状のスプロケット装着部７８ｃと、を有する。第１環状凹部７８ａは、ハウジング１２の第２側壁１２ｂと反対側の面に環状に形成される。第１環状凹部７８ａの半径方向内側の外周部は、トルク伝達部材７０を回転自在に支持する。

第２環状凹部７８ｂは、ハウジング１２の第２側壁１２ｂと対向する面に環状に形成される。第２環状凹部７８ｂには、第２軸受３９ｂの内輪が装着される。スプロケット連結部７８ｃは、第２環状凹部７８ｂの半径方向内側の外周面から軸方向に環状に延びる。第２ギア部材７８において、第２第２環状凹部７８ｂは第１環状凹部７８ａの周方向内側に形成される。スプロケット装着部７８ｃの内周面には、フロントスプロケット３８がスプロケット装着部７８ｃと一体で回転可能に連結される連結部７８ｄが設けられる。連結部７８ｄは、たとえばセレーションで構成される。この連結部７８ｄにフロントスプロケット３８が圧入され、かつかしめ固定により塑性変形されて、第２ギア部材７８とフロントスプロケット３８とが一体で回転可能になる。

ワンウェイクラッチ８０は、自転車の進行方向に駆動する方向のモータ３０の回転だけを第２ギア部材７８に伝達する。したがって、第２ギア部材７８の進行方向の回転はモータ３０に伝達されない。ワンウェイクラッチ８０は、爪式のものであり、クラッチ爪８０ａと、ラチェット歯８０ｂと、内側部材８０ｃと、を有する。クラッチ爪８０ａは、内側部材８０ｃの外周面に起伏自在に収納され、かつ起立姿勢に付勢される。ラチェット歯８０ｂは、第１環状凹部７８ａの半径方向外側の内周面に形成される。内側部材８０ｃは、環状に形成され、内側部材８０ｃの内周部にトルク伝達部材７０が一体で回転可能に連結される。

＜フロントスプロケット＞
フロントスプロケット３８は、図７に示すように、スプロケット歯３８ａが外周部に形成された環状部３８ｂと、環状部３８ｂの内周部に一体形成された筒状部３８ｃと、を有する。この筒状部３８ｃの外周面が第２環状凹部７８ｂの内周部に圧入され、かつ筒状部３８ｃの先端部分がかしめ固定される。なお、フロントスプロケット３８の固定方法は、圧入などに限定されず、ネジ止め、接着、溶接などの適宜の固定方法を用いることができる。

＜実施形態の効果＞
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態の駆動ユニット１０では、踏力をクランク軸１４で検出するのではなく、クランク軸１４の回転が伝達され、支持軸２２に回転を伝達する中間軸１８に作用する力によって検出する。中間軸１８に作用する力は、第１回転伝達部材１６から第２回転伝達部材２０への回転力の伝達および第２回転伝達部材２０から第３回転伝達部材２４への回転力の伝達だけによって生じる。このため、ギアホルダ等の部材を設けることなく、中間軸１８に作用する力によって、クランク軸１４に作用する回転力に応じて変化する踏力を検出できる。これによって、自転車の駆動ユニット１０において、踏力の検出を簡素な構成で実現きる。
＜駆動ユニットの動作＞
次に、駆動ユニット１０の動作について説明する。

乗り手の踏力によるトルクは、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランク１０１ｂ→クランク軸１４→第１回転伝達部材１６→第２回転伝達部材２０→第３回転伝達部材２４→変速機構本体３２ｂ→第１ギア部材７６→第２ギア部材７８へと変速機構３２を介して伝達される。一方、モータ３０からの出力トルクは、減速機構３４→トルク伝達部材７０→ワンウェイクラッチ８０→第２ギア部材７８へと伝達される。第２ギア部材７８は、これら２つのトルクを合成し、フロントスプロケット３８に合成したトルクを伝達する。これにより、モータ３０によるアシストが実現される。

このとき、中間軸１８に作用する力（合力Ｆ４）がセンサ部２６の起歪部５２をひずませる。このひずみをひずみゲージ素子４８ａによって検出し、検出されたひずみを踏力とみなし、踏力に応じてモータ３０のアシスト制御がなされる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。

（ａ）上記実施形態では、第１回転伝達部材１６として第１ギア１６ａを、第２回転伝達部材２０として、第２ギア２０ａおよび第１スプロケット２０ｂを、第３回転伝達部材２４として第２スプロケット２４ａを例示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図８において、第１回転伝達部材１１６は、第１プーリ１１６ａを含む。第２回転伝達部材１２０は、第２プーリ１２０ａと第１ギア１２０ｂと、を含む。また、第３回転伝達部材１２４は、第１ギア１２０ｂに噛み合う第２ギア１２４を含む。第１プーリ１１６ａと第２プーリ１２０ａとには、第１連結体であるベルト１２８が巻回される。ベルト１２８によって、第１プーリ１１６ａの回転が第２プーリ１２０ａに伝達される。図８では、第１プーリ１１６ａおよび第２プーリ１２０ａは、それぞれ歯付きプーリであるが、通常のＶプーリまたは平プーリを用いてもよい。

なお、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材、および第３回転伝達部材は、ギア、スプロケットおよびプーリからなる群のいずれかから選ぶことができる。

（ｂ）上記実施形態において、軸受は、玉軸受または針状コロ軸受に限定されない。軸受は、部材を回転自在に装着可能なものであればどのような軸受でもよい。たとえば、玉軸受および針状コロ軸受以外のコロ軸受などの転がり軸受またはブッシュなどの滑り軸受でもよい。

（ｃ）上記実施形態では、駆動ユニット１０にモータ３０および変速機構３２を設けたが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、モータおよび変速機構を設けずに、たとえば、支持軸の一端に第３回転伝達部材を設け、他端に第１ギア部材を一体回転可能に設けてもよい。また、モータを設けずに、変速機構だけを設けてもよい。モータを設けない場合、減速機構および動力伝達部のうちのワンウェイクラッチを設けなくてもよい。また、変速機構を設けずにモータだけを設けた場合、支持軸に一端に第３回転伝達部材を設け、支持軸の他端に第１ギア部材を設けてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、起歪部５２のひずみを検出するひずみセンサとしてひずみゲージ素子を用いたが、たとえばひずみを検出可能な半導体センサであってもよく、ひずみセンサは起歪部５２のひずみを検出できるものであればどのようなものでもよい。

（ｅ）上記実施形態では、ハウジング１２を金属製としたが、ハウジングの一部または全部を合成樹脂によって形成してもよい。

（ｆ）上記実施形態では、センサーケース４４をハウジング１２とは別体で構成したが、センサーケース４４とハウジング１２とを一体で構成してもよい。この場合には、ハウジング１２の第１側壁１２ａに凹部を設け、この凹部に軸支持部５０と起歪部５２とを配置すればよい。

（ｇ）上記実施形態では、ひずみセンサを起歪部５２に設けていたが、ひずみセンサは中間軸１８自体に設けられてもよい。この場合にはひずみセンサが、中間軸１８のひずみを直接検出する。

（ｈ）上記実施形態では、起歪部５２は環状に形成されているが、起歪部５２の形状はこれに限らず、軸支持部５０によって押圧されたときにひずみ易い形状であればよい。

１０ 駆動ユニット
１２ ハウジング
１４ クランク軸（第１軸の一例）
１６，１１６ 第１回転伝達部材
１８ 中間軸（第２軸の一例）
２０，１２０ 第２回転伝達部材
２２ 支持軸（第３軸の一例）
２４，１２４ 第３回転伝達部材
２６ センサ部（作用力検出部の一例）
２８ 第２チェーン（第２連結体の一例）
３０ モータ
３２ 変速機構
３６ 動力伝達部
５２ 起歪部
８０ ワンウェイクラッチ
１０１ クランク

本発明は、駆動ユニット、特に、自転車のクランクの近傍に設けられる駆動ユニットに関する。

補助動力としてモータ出力を使用する電動補助自転車の駆動ユニットとして、特許文献１に記載された発明がある。特許文献１に係る駆動ユニットは、クランク軸と、クランク軸を支持するハウジングと、ハウジングに収納されたモータ、ギアユニット、ギアホルダ、および踏力検出手段と、を備える。ギアホルダは、ギアユニットを収納し、クランク軸に対して回転自在である。ギアユニットは、クランク軸の回転をスプロケットに伝達する複数のギアを有する。踏力検出手段は、ハウジングに装着され、ギアホルダに作用するクランク軸回りの回転モーメントを検出する。

特許第３５４７８４７号明細書

特許文献１の自転車の駆動ユニットでは、クランク軸まわりに回転するギアホルダを踏力の検出対象としているため、踏力を検出する構成が複雑になる。

本発明の課題は、自転車の駆動ユニットにおいて、踏力の検出を簡素な構成で実現することにある。

発明１に係る駆動ユニットは、自転車のクランクの近傍に設けられる。駆動ユニットは、第１軸と、第１回転伝達部材と、第２軸と、第２回転伝達部材と、第３軸と、第３回転伝達部材と、作用力検出部と、を含む。第１回転伝達部材は、第１軸に設けられ、クランクアームの回転が伝達される。第２軸は、第１軸から離反して配置される。第２回転伝達部材は、第２軸に設けられる。第２回転伝達部材は、第１回転伝達部材の回転が伝達される。第３軸は、第１軸および第２軸から離反して配置される。第３回転伝達部材は、第３軸に設けられる。第３回転伝達部材は、第２回転伝達部材の回転が伝達される。作用力検出部は、第２軸に作用する力を検出する。第１軸の軸芯と、第２軸の軸芯と、第３軸の軸芯とは、互いに離反して配置される。第２軸に作用する力は、第１作用力と、第２作用力と、を含む。第１作用力は、第１回転伝達部材から第２回転伝達部材への回転の伝達によって第２軸の径方向に作用する。第２作用力は、第２回転伝達部材から第３回転伝達部材への回転の伝達によって第２軸の径方向に作用する。作用力検出部は、第２軸を支持する支持部と、第２軸に作用する力を、支持部を介して検出するセンサと、を含む。

この駆動ユニットでは、踏力を第１軸に作用する力ではなく、第１軸の回転が伝達され、第３軸に回転を伝達する第２軸に作用する力によって検出する。第２軸に作用する力は、第１回転伝達部材から第２回転伝達部材への回転力の伝達および第２回転伝達部材から第３回転伝達部材への回転力の伝達だけによって生じる。このため、ギアホルダ等の部材を設けることなく、第２軸に作用する力を検出することによって、踏力を検出できる。これによって、自転車の駆動ユニットにおいて、踏力の検出を簡素な構成で実現できる。

また、第２軸に作用する第１作用力と第２作用力との合力によって、第２軸に作用する力を精度良く検出できる。

さらに、第２軸にセンサを設けるのではなく、第２軸を支持する支持部にセンサを設けているので、センサを配置しやすくなり、センサへの配線作業が容易になる。

発明２に係る駆動ユニットは、発明１に記載の駆動ユニットにおいて、センサは、支持部のひずみを検出するひずみセンサを含む。この場合には、第２軸に作用する力によって生じる支持部のひずみを直接検出できるので、第２軸に作用する力を高精度に検出できる。

発明３に係る駆動ユニットは、発明２に記載の駆動ユニットおいて、支持部は、第２軸の軸方向の端部を支持する軸支持部と、軸支持部に接触する起歪部と、を含む。ひずみセンサは、起歪部に設けられる。この場合に、第２軸を支持する軸支持部ではなく、軸支持部に接触し、第２軸に作用する力が軸支持部から伝達されてひずみを発生する起歪部にひずみセンサが設けられる。このため、第２軸に作用する力をさらに高精度に検出できる。

発明４に係る駆動ユニットは、発明２または３に記載の駆動ユニットにおいて、ひずみセンサは、ひずみゲージ素子である。

発明５に係る駆動ユニットは、発明１から４のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材を収容するハウジングをさらに含み、支持部は、ハウジングに保持される。この場合には、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材を安定して保持することができる。

発明６に係る駆動ユニットは、発明１から５のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２軸は、第２回転伝達部材を回転自在に支持する。この場合には、第２回転伝達部材が回転し、第２軸が回転しないので、第２軸に作用する力を検出しやすい。

発明７に係る駆動ユニットは、発明１から６のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第３軸は、第３回転伝達部材を回転自在に支持する。

発明８に係る駆動ユニットは、発明１から７のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１軸、第２軸および第３軸は、平行に延びる。この場合には、第１軸の回転が伝達される第２回転伝達部材および第３回転伝達部材を支持する第２軸および第３軸が第１軸と平行に配置されるので、ギア、スプロケット、およびプーリなどを各回転伝達部材に用いることができる。これによって、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３伝達部材を簡素な構造にすることができる。

発明９に係る駆動ユニットは、発明１から８のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材は、ギア、スプロケットおよびプーリからなる群のいずれかから選ばれる。この場合には、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材および第３回転伝達部材の構造が簡素になる。特に、スプロケットまたはプーリを用いれば、一つの軸と他の軸の配置の制限が緩和されるので、駆動ユニットの設計の自由度が高くなる。

発明１０に係る駆動ユニットは、発明１から９のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材と第２回転伝達部材とは直接接触する。この場合には、駆動ユニットの小型化を図りやすい。

発明１１に係る駆動ユニットは、発明１から９のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１回転伝達部材の回転を第２回転伝達部材に伝達する第１連結体をさらに含む。この場合には、第１回転伝達部材と第２回転伝達部材の配置の制限が緩和される。

発明１２に係る駆動ユニットは、発明１１に記載の駆動ユニットにおいて、第１連結体は、チェーンまたはベルトである。

発明１３に係る駆動ユニットは、発明１から１２のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２回転伝達部材と前記第３回転伝達部材とは直接接触する。この場合には、駆動ユニットの小型化を図りやすい。

発明１４に係る駆動ユニットは、発明１から１２のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２回転伝達部材の回転を第３回転伝達部材に伝達する第２連結体をさらに含む。この場合には、第２回転伝達部材と第３回転伝達部材の配置の制限が緩和される。

発明１５に係る駆動ユニットは、発明１４に記載の駆動ユニットにおいて、第２連結体は、チェーンまたはベルトである。

発明１６に係る駆動ユニットは、発明１から１０のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第２回転伝達部材の回転を第３回転伝達部材に伝達するチェーンをさらに含む。第１回転伝達部材は、第１ギアを備える。第２回転伝達部材は、第１ギアに噛み合う第２ギアと、第２ギアと一体で回転する第１スプロケットと、を備える。第３回転伝達部材は、第２スプロケットを備える。この場合に、第２回転伝達部材と第３回転伝達部材との回転方向を同じ方向に揃えることができる。

発明１７に係る駆動ユニットは、発明１から１６のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第３回転伝達部材の回転力が伝達される動力伝達部と、動力伝達部に駆動力を付与可能なモータと、をさらに含む。この場合には、クランクの回転が与えられる動力伝達部にモータの回転を付与して、駆動を補助するアシスト機能を実現できる。

発明１８に係る駆動ユニットは、発明１７に記載の駆動ユニットにおいて、第１軸の回転軸と、モータの回転軸とは、同軸に設けられる。この場合には、モータの内部機構を簡略化することができるので、駆動ユニットのさらなる簡素化を図ることができる。

発明１９に係る駆動ユニットは、発明１７または１８に記載の駆動ユニットにおいて、第３回転伝達部材と動力伝達部との間の動力伝達経路に配置される変速機構をさらに含む。この場合には、変速機構によって複数のギア比を選択可能であるので、効率的にモータによる補助駆動を行うことができる。また、変速機構に内装変速機を用いても、変速機構にはモータの駆動力が作用しないので力が、任意のタイミングで変速動作を行える。

発明２０に係る駆動ユニットは、発明１７から１９のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、モータの駆動力は、ワンウェイクラッチを介して、動力伝達部に伝達される。この場合には、踏力が、モータに伝達されることを防止できる。

発明２１に係る駆動ユニットは、発明１から２０のいずれかに記載の駆動ユニットにおいて、第１軸は、クランク軸であり、第１回転伝達部材は、第１軸に固定される。

本発明によれば、自転車の駆動ユニットにおいて、踏力の検出を簡素な構成を実現できる。

本発明に係る駆動ユニットを組み込んだ電動補助自転車の側面図。 図１の切断線II−IIによって切断した駆動ユニットの断面図。 センサ部の正面図。 図３の切断線IV−IVによって切断したセンサ部の断面図。 センサ部の分解斜視図。 回転伝達構造を説明する駆動ユニットの正面図。 駆動ユニットの断面拡大図。 他の実施形態の図５に相当する駆動ユニットの正面図。

図１は、本発明に係る駆動ユニット１０を組み込んだ電動補助自転車の一例を表す左側面図である。図１では、駆動部分に関連する部分のみを示している。この電動補助自転車は、ペダル１００に作用する踏力を、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランクアーム１０１ｂ→駆動ユニット１０→フロントスプロケット３８→第１チェーン１０４→リヤスプロケット１０５という経路を経て、後車輪の車軸１０６回りに回転可能に設けられるハブ体に伝達する。その過程で、駆動ユニット１０は、モータ出力を補助動力として合成し、走行をアシストする。この電動補助自転車は、後述するセンサ部２６によってクランク軸１４に作用するトルクに応じた力を検出する。そして、この電動補助自転車は、その検出値が設定値を超えたところで、モータを起動して踏力に応じたトルクを補助動力として発生させる。アシスト用のモータを含む駆動ユニット１０は、一般にフレームのシートチューブの下端部とフレームのダウンチューブの後端部との連結部付近に配置される。モータ駆動用のバッテリは、リアキャリア、ダウンチューブまたはシートチューブ沿って配置される。

＜駆動ユニットの全体構成＞
駆動ユニット１０は、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランクアーム１０１ｂを備えるクランク１０１の近傍に配置される。駆動ユニット１０は、図２に示すように、ハウジング１２と、クランク軸１４と、第１回転伝達部材１６と、中間軸１８と、第２回転伝達部材２０と、支持軸２２と、第３回転伝達部材２４と、センサ部２６と、を含む。クランク軸１４は、第１軸の一例である。中間軸１８は、第２軸の一例である。支持軸２２は、第３軸の一例である。センサ部２６は、作用力検出部の一例である。

クランク軸１４の軸芯と、中間軸１８の軸芯と、支持軸２２の軸芯とは、互いに離反して配置される。クランク軸１４と中間軸１８と支持軸２２とは、平行に延びる。また、駆動ユニット１０は、第２チェーン２８と、モータ３０と、変速機構３２と、減速機構３４と、動力伝達部（出力部）３６と、フロントスプロケット３８と、をさらに含む。

＜ハウジング＞
ハウジング１２は、図２に示すように、第１回転伝達部材１６、第２回転伝達部材２０、第３回転伝達部材２４、動力伝達部３６、モータ３０、変速機構３２、および減速機構３４を収容する。

ハウジング１２は、たとえば、アルミニウムなどの金属製の部材である。ハウジング１２は、第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂを有する。第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂは、クランク軸１４の延びる方向に離間し、対向するように設けられる。ハウジング１２は、第２側壁１２ｂを含むハウジング本体と、第１側壁１２ａを含む蓋部材とを有する。ハウジング本体の開口に、蓋部材がボルトなどの固定部材によって着脱可能に固定されて、第１回転伝達部材１６、第２回転伝達部材２０、第３回転伝達部材２４、動力伝達部３６、モータ３０、変速機構３２、および減速機構３４を収容する収容空間が形成される。第１側壁１２ａは、第１側壁本体１２ｃと、第１板部材１２ｄと、を有する。第１板部材１２ｄは、第１側壁本体１２ｃに形成された第１係合孔１２ｅに回転不能かつ着脱可能に装着される。第２側壁１２ｂは、第２側壁本体１２ｆと、第２板部材１２ｇと、を有する。第２板部材１２ｇは、第２側壁本体１２ｆに形成された第２係合孔１２ｈに回転不能かつ着脱可能に装着される。第１係合孔１２ｅは第２係合孔１２ｈと同芯に配置される。

第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇは、好ましくは第１側壁本体１２ｃおよび第２側壁本体１２ｆとは異なる金属材料によって構成される。第１板部材１２ｄはハウジング１２の外側から第１側壁本体１２ｃに対して着脱可能である。また第２板部材１２ｇはハウジング１２の外側から第２側壁本体１２ｆに対して着脱可能である。第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇは、ここでは円板状に形成され、外周部に第１係合孔１２ｅに係合するセレーションおよびフランジが形成される。第１板部材１２ｄのセレーションは第１係合孔１２ｅに係合し、第２板部材１２ｇのセレーションは第２係合孔１２ｈに係合する。第１板部材１２ｄのフランジは第１側壁本体１２ｃの側面に接触し、第２板部材１２ｇのフランジは第２側壁本体１２ｆの側面に接触する。第１係合孔１２ｅには、第１板部材１２ｄのセレーションに嵌め合うセレーションが形成され、これによって、第１板部材１２ｄが第１側壁本体１２ｃに対してまわり止めされる。また第２係合孔１２ｈには、第２板部材１２ｇのセレーションに嵌め合うセレーションが形成され、これによって、第２板部材１２ｇが第２側壁本体１２ｆに対してまわり止めされる。変速機構３４を支持する支持軸２２に装着されるナット４２を締めることによって、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇが相互に近接する方向に押圧されて、第１板部材１２ｄが第１側壁本体１２ｃに対して、第２板部材１２ｇが第２側壁本体１２ｆに対して、それぞれ固定される。

ハウジング１２は、円形の一対の第１孔１３ａおよび第１孔１３ｂと、一対の第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄと、第３孔１３ｅと、を有する。第１孔１３ａおよび第１孔１３ｂは、第１側壁本体１２ｃおよび第２側壁本体１２ｆに形成される。第１孔１３ａには、たとえば、玉軸受の形態の第１軸受３９ａが設けられ、第１孔１３ｂには、たとえば、玉軸受の形態の第２軸受３９ｂが設けられる。

一対の第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄは、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇに形成される。第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄには、支持軸２２が回転不能に装着される。第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄは、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇの中央にそれぞれ形成される。ここでは、第１板部材１２ｄは第１側壁本体１２ｃから着脱可能に、第２板部材１２ｇは第２側壁本体１２ｆから着脱可能に構成されているが、第１板部材１２ｄは第１側壁本体１２ｃに、第２板部材１２ｇは第２側壁本体１２ｆに、それぞれ圧入して一体に形成されてもよい。また第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄは、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇの中央からオフセットして形成されてもよい。この場合は、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇを周方向に回転させることによって、第２孔１３ｃおよび第２孔１３ｄの位置を変更することができるようになり、第２チェーン２８の弛みを調整することができるようになる。

図３および図４に示すように、第３孔１３ｅは、ハウジング１２の一方の側壁に形成される。ここでは、第３孔１３ｅは、第１側壁本体１２ｃに形成される。第３孔１３ｅには、センサ部２６が設けられる。第３孔１３ｅは、ハウジング１２の幅方向（クランク軸１４の延びる方向）から見て概ね長方形状に形成される。第３孔１３ｅは、後述する軸支持部５０が配置される第１部分１３ｆと、後述する起歪部５２が配置される第２部分１３ｇと、を有する。第３孔１３ｅの周囲には、ハウジング１２の内壁面から凹んだ保持凹部１３ｉが形成される。保持凹部１３ｉは、後述するセンサーケース４４の位置決めを行うことができ、ハウジング１２の外側への移動を規制できる構成であればよい。ここでは第３孔１３ｅは、貫通孔であるが、ハウジング１２の内壁に形成される凹みまたは溝であってもよい。

＜クランク軸＞
クランク軸１４は、たとえば、鉄またはステンレスなどの金属製の軸部材である。クランク軸１４は、第１軸受３９ａおよび第２軸受３９ｂによってハウジング１２に回転自在に支持される。クランク軸１４の両端は、第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂから突出して配置される。クランク軸１４の第１側壁１２ａ側の端部には、第１クランクアーム１０１ａがクランク軸１４に一体で回転可能かつ着脱可能に取り付けられる。クランク軸１４の第２側壁１２ｂ側の端部には、第２クランクアーム１０１ｂがクランク軸１４と一体で回転可能かつ着脱可能に取り付けられる。クランク軸１４の第１側壁１２ｃ側の端部には、第１回転伝達部材１６を軸方向に位置決めするための大径のフランジ部１４ａと、第１回転伝達部材１６を一体回転可能に連結するためのセレーション部１４ｂと、が形成される。フランジ部１４ａとセレーション部１４ｂとは隣接して配置される。フランジ部１４ａは、クランク軸１４の周方向の全周にわたって形成されていてもよく、周方向に断続的にクランク軸１４から突出するように形成されてもよい。

＜第１回転伝達部材＞
第１回転伝達部材１６は、クランク軸１４に設けられ、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランクアーム１０１ｂの回転が伝達される。第１回転伝達部材１６は、たとえば、合成樹脂製または金属製の第１ギア１６ａを備える。第１ギア１６ａは、クランク軸１４のセレーション部１４ｂに、クランク軸１４と一体で回転可能に連結される。第１ギア１６ａは、圧入、接着などの適宜の固定手段によって、クランク軸１４に固定される。第１ギア１６ａは、クランク軸１４のフランジ部１４ａに接触してクランク軸１４の軸方向に位置決めされる。第１ギア１６ａは、第１軸受３９ａを介してハウジング１２に回転自在に支持される。したがって本実施の形態では、クランク軸１４は、第１軸受３９ａおよび第１ギア１６ａを介してハウジング１２に回転自在に支持される。

＜中間軸＞
中間軸１８は、鉄、ステンレスなどの金属製の軸部材である。中間軸１８は、第３孔１３ｅに配置される第１端部１８ａと、第１端部１８ａと反対側の第２端部１８ｂと、を有する。第１端部１８ａは、第３孔１３ｅに装着されるセンサ部２６の後述する支持部４６に支持される。第２端部１８ｂは、モータ３０の後述するモータケース５６の第２ケース５６ｂに支持される。中間軸１８は、支持部４６および後述する第２ケース５６ｂに固定される。中間軸１８は、第２回転伝達部材２０を回転自在に支持する。

＜第２回転伝達部材＞
第２回転伝達部材２０は、第１回転伝達部材１６の回転が伝達される部材である。第２回転伝達部材２０は、第１ギア１６ａに直接接触して噛み合う第２ギア２０ａと、第２ギア２０ａと一体で回転する第１スプロケット２０ｂと、を備える。第２回転伝達部材２０は、たとえば、合成樹脂または金属製の部材である。第２回転伝達部材２０は、たとえば、針状コロ軸受の形態の軸受４０を介して中間軸１８に回転自在に支持される。第２ギア２０ａは、第１スプロケット２０ｂの内周部２０ｄに係合する係合部２０ｃを有する。係合部２０ｃは、第２ギア２０ａの歯面うち第１ギア１６ａに噛み合わない歯面を含んで形成される。第１スプロケット２０ｂの内周部２０ｄには、第２ギア２０ａの少なくとも一部と噛み合う凹凸部が形成され、これによって第２ギア２０ａと第１スプロケット２０ｂの回転が規制される。また第２ギア２０ａには、第１スプロケット２０ｂの中間軸１８方向への移動を規制する規制部が設けられる。この規制部は、第１スプロケット２０ｂの中間軸１８方向の両側に設けられる。

＜支持軸＞
支持軸２２は、変速機構３２を支持するために設けられる。支持軸２２は、両端が第２孔１３ｃ，１３ｄをそれぞれ貫通する。支持軸２２の両端部は、第１板部材１２ｄおよび第２板部材１２ｇにナット４２によって固定され、これによって第１側壁１２ａおよび第２側壁１２ｂに固定される。支持軸２２は、変速機構３２の後述する変速モータユニット３２ａ、回転入力部６４、および変速部６６を貫通する。支持軸２２は、第３回転伝達部材２４を回転自在に支持する。

＜第３回転伝達部材＞
第３回転伝達部材２４は、第２回転伝達部材２０の回転が伝達される部材である。第２回転伝達部材２０の回転は、第２チェーン２８によって第３回転伝達部材２４に伝達される。第２チェーン２８は、第２連結体の一例である。第３回転伝達部材２４は、第２チェーン２８に噛み合う第２スプロケット２４ａを備える。第２チェーン２８は、第１スプロケット２０ｂおよび第２スプロケット２４ａに巻回される。第２スプロケット２４ａは、支持軸２２に回転自在に支持された変速機構３２の後述する回転入力部６４に一体に回転可能に連結される。回転入力部６４は、支持軸２２に回転自在に支持される。これにより、第２スプロケット２４ａは、回転入力部６４を介して支持軸２２に回転自在に支持される。

＜センサ部＞
センサ部２６は、中間軸１８に作用する力を検出することによって、クランク軸１４に作用するトルクを検出するために設けられる。乗り手がペダル１００を踏むことによって、クランク軸１４が図６の矢印Ａに示す反時計回りに回転すると、第１ギア１６ａが第２ギア２０ａを圧力角で決まる方向に押圧する。この押圧力は、第２ギア２０ａが第１ギア１６ａから離反する方向の力（第１分力）Ｆ１と、第２ギア２０ａと第１ギア１６ａとの接線方向の力（第２分力）Ｆ２とを含む。第１分力Ｆ１は、第１ギア１６ａおよび第２ギア２０ａを支持する中間軸１８の半径方向に作用することになる。第２分力Ｆ２は、第１ギア１６ａのピッチ円と第２ギア２０ａのピッチ円とが接触する点の接線方向に作用することになる。また、第１スプロケット２０ｂおよび第２スプロケット２４ａに噛み合う第２チェーン２８に張力Ｆ３が生じる。第１分力Ｆ１および第２分力Ｆ２は、第１作用力の一例である。張力Ｆ３は、第２作用力の一例である。したがって、中間軸１８に作用する力は、第１分力Ｆ１、第２分力Ｆ２および張力Ｆ３の合力Ｆ４となる。この合力Ｆ４は、クランク軸１４に作用する回転力の成分だけであるので、ペダル荷重などの影響を受けない。このため、センサ部２６によって、クランク軸１４に作用する回転力（トルク）、すなわち踏力を精度良く検出できる。矢印Ａは、自転車を前進させるときにクランク軸１４を回転させる方向である。

図３、図４および図５に示すように、センサ部２６は、センサーケース４４と、中間軸１８を支持する支持部４６と、中間軸１８に作用する力を、支持部４６を介して検出するセンサ４８と、を備える。センサーケース４４は、第３孔１３ｅにハウジング１２の内側から嵌合する。ここでは第３孔１３ｅは、概ね矩形形状である。センサーケース４４は、たとえば、金属製の部材である。センサーケース４４は、それぞれがハウジング１２の内壁面よりも凹んで形成される第１収納部４４ａおよび第２収納部４４ｂを有する。第１収納部４４ａは、第３孔１３ｅの第１部分１３ｆに配置される。第２収納部４４ｂは、第２部分１３ｇに配置される。第１収納部４４ａは、第２収納部４４ｂよりも幅が狭い。第１収納部４４ａと第２収納部４４ｂとの２つの境界部分の第１境界内壁４４ｄおよび第２境界内壁４４ｅは、第１収納部４４ａの内壁から第２収納部４４ｂの内壁に向かって相互に離反する方向に傾斜して延びる。センサーケース４４の外側面には、第３孔１３ｅの保持凹部１３ｉに係合する段差部４４ｃが形成される。この段差部４４ｃが保持凹部１３ｉに係合することによって、センサーケース４４の中間軸１８の軸方向外側への移動が規制される。

支持部４６は、中間軸１８の第１端部１８ａを支持する軸支持部５０と、軸支持部５０に接触して設けられる起歪部５２と、を備える。起歪部５２は、軸支持部５０によって押圧されて歪む。軸支持部５０は、概ね直方体形状であり、正面から見て概ね矩形形状である。軸支持部５０は、センサーケース４４の第１収納部４４ａに収納される。軸支持部５０は中間軸１８のまわりの外壁面に第１側面５０ａから第４側面５０ｄを有する。第１側面５０ａから第４側面５０ｄは、それぞれ平面で構成される。第１側面５０ａから第３側面５０ｃは、第１収納部４４ａの３つの内壁に接触するように配置される。第４側面５０ｄは、起歪部５２に接触するように配置される。軸支持部５０は、表面の中央に中間軸１８の第１端部１８ａが嵌合する嵌合凹部５０ｅを有する。嵌合凹部５０ｅは、軸支持部５０の裏面まで貫通しないように形成される。軸支持部５０の第２側面５０ｂと第１収納部４４ａの内壁とは面接触する。軸支持部５０の第２側面５０ｂは、駆動ユニット１０が自転車のフレームに取り付けられたとき、中間軸１８の下側となるように配置される。

起歪部５２は、たとえば、金属製であり、環状に形成される。起歪部５２は、たとえば４つの角が丸められた四角筒状に形成され、正面から見て概ね矩形に形成される。起歪部５２は、外周面に平面で構成される第１側面５２ａから第４側面５２ｄを有する。起歪部５２の中央部には、貫通孔５２ｅが形成される。貫通孔５２ｅは、正面から見て４つの角が丸められた矩形形状を有する。起歪部５２の軸支持部５０に対向する第１側面５２ａは、軸支持部５０の第４側面５０ｄに接触する。起歪部５２の第１側面５２ａに対向する第４側面５２ｄは、第２収納部４４ｂの内壁に接触する。第２側面５２ｂおよび第３側面５２ｃは、第２収納部４４ｂの内壁と隙間をあけて配置される。起歪部５２のうち、第１側面５２ａと第２側面５２ｂとの間の第１円周面５２ｆは、第２境界内壁４４ｅに接触する。起歪部５２の第１側面５２ａと第３側面５２ｃとの間の第１円周面５２ｆは、第１境界内壁４４ｄに接触する。起歪部５２のうち、第１側面５２ａと第３側面５２ｃとの間の第２円周面５２ｇは、第２境界内壁４４ｅに接触する。

起歪部５２の第２側面５２ｂおよび第３側面５２ｃは、軸支持部５０によって押圧されて曲げひずみが生じる。第２側面５２ｂおよび第３側面５２ｃの少なくともいずれかには、センサ４８を構成するひずみゲージ素子４８ａが設けられる。ここでは、第２側面５２ｂにひずみゲージ素子４８ａが設けられる。しかし、第３側面５２ｃ、または第２側面５２ｂと第３側面５２ｃの両方にひずみゲージ素子を設けてもよい。ひずみゲージ素子４８ａは、たとえば起歪部５２に接着剤によって接合され、起歪部５２とモジュール化される。ひずみゲージ素子４８ａは、軸支持部５０によって押圧された起歪部５２に生じるひずみを検出するひずみセンサである。

このセンサ部２６は、軸支持部５０が起歪部５２を押圧する方向、すなわち中間軸１８に垂直な面において、中間軸１８の中心軸から起歪部５２との中心軸とを結ぶ方向（図６において、矢印Ｂで示す方向）が、合力Ｆ４の方向から所定の角度範囲θとなるように設けられる。θは、たとえば９０度未満であり、好ましくは４５°未満であり、さらに好ましくは２０°未満である。このようにセンサ部２６を設けることによって、中間軸１８に作用する力を検出しやすくなる。軸支持部５０が起歪部５２を押圧する方向は、ひずみゲージ素子４８ａの分解能に応じ適宜に設定される。本実施の形態では、ひずみセンサの感度などを考慮して、矢印Ｂで示す方向を、合力Ｆ４の方向から２０°未満の範囲でわずかに異ならせており、使用するひずみセンサの感度に応じて、センサ部２６の向きを決定すればよい。矢印Ｂで示す方向と合力Ｆ４の方向とを一致させてもよく、この場合には起歪部５２に作用する力を最も大きくすることができ、センサの出力を大きくすることができる。

また本実施の形態では、駆動ユニット１０が取り付けられる自転車が平地に置かれたときに、軸支持部５０の第２側面５０ｂと第１収納部４４ａの内壁との接触面が、水平面により近くなるように、前記矢印Ｂの方向を、前記合力Ｆ４の方向からずらしている。軸支持部５０の第２側面５０ｂと第１収納部４４ａの内壁との接触面を水平面に近づけることによって、軸支持部５０が前記第１収納部４４ａの内壁に沿って面接触して安定して移動することができ、センサの検出精度を向上させることができる。

センサーケース４４には、少なくとも起歪部５２が設けられる第２収納部４４ｂを覆うカバー部材が設けられてもよい。センサーケース４４の凹部の開口部に段差を設けて、この段差にカバー部材を係合してもよく、接着剤またはネジなどの固定部材によってカバーをセンサーケース４４に固定してもよい。カバー部材は、センサーケース４４の凹部の開口部を全体に亘って覆ってもよく、この場合、カバー部材には、中間軸１８を挿通する貫通孔が形成される。

＜モータ＞
モータ３０は、図２に示すように、インナーロータ式のモータである。モータ３０は、モータケース５６と、モータケース５６に回転自在に支持されるロータ５８と、モータケース５６に装着されるステータ６０と、を備える。モータケース５６は、ハウジング１２の一体で形成される第１ケース５６ａと、第１ケース５６ａに着脱自在に装着される第２ケース５６ｂと、を有する。この第２ケース５６ｂに中間軸１８の第２端部１８ｂを支持する軸支持凹部５６ｃが形成される。

ロータ５８は、クランク軸１４と同芯（同軸）に配置され、クランク軸１４が貫通する筒状の部材である。ロータ５８は、外周部に周方向に並べて設けられる複数の磁極を有する磁石５８ａを含む。ロータ５８は、外周側に配置され、軸方向に間隔を隔てて配置された、たとえば、玉軸受の形態の一対の軸受６２ａおよび軸受６２ｂによってモータケース５６に回転自在に支持される。一対の軸受６２ａおよび軸受６２ｂはロータ５８の外周側に配置される。軸受６２ａは、第１ケース５６ａに装着され、軸受６２ｂは、第２ケース５６ｂに装着される。

ステータ６０は、ロータ５８の外周側にロータ５８と対向して配置される。ステータ６０は、周方向に間隔を隔てて配置された複数のコイル６０ａを有する。ステータ６０は、第１ケース５６ａの内周部に固定される。

なお、モータ３０は図示を省略したインバータによって駆動される。インバータは、図示しない制御部によって駆動され、制御部は、踏力および自転車の速度に応じて、インバータを制御する。

このように、モータ３０の軸芯とクランク軸１４の軸芯とが同軸に配置されるため、モータ３０の内部機構を簡略化することができる。このため、駆動ユニット１０のさらなる簡素化を図ることができる。

＜変速機構＞
変速機構３２は、第３回転伝達部材２４と、動力伝達部３６との間の動力伝達経路に配置される。変速機構３２は、変速モータユニット３２ａと、変速機構本体３２ｂと、を備える。変速モータユニット３２ａは、ハンドルに装着された変速操作部（図示せず）における乗り手の指示により、変速機構本体３２ｂの係止体を所定の位相に回転させる。変速モータユニット３２ａとして、例えば、特許第３５２９７２３号に開示されている公知のモータユニットを利用することができる。変速機構本体３２ｂは、複数（たとえば、８つ）のギア比を選択可能な変速機である。変速機構本体３２ｂとして、例えば、実用新案登録第３１４６１３８号に開示されている公知の変速機を利用することができる。

変速機構本体３２ｂは、第３回転伝達機構２４の回転が伝達される回転入力部６４と、変速部６６と、回転出力部６８と、を備える。回転入力部６４、変速部６６、および回転出力部６８は、それぞれ支持軸２２によって支持される。回転入力部６４は、支持軸２２に回転自在に支持される。回転入力部６４に第３回転伝達部材２４の第２スプロケット２４ａが一体で回転可能に連結される。変速部６６は、回転入力部６４に伝達された回転を、直結を含めて複数段階（たとえば、８段階）に変速する。変速部６６は、少なくとも一つの遊星歯車機構を有する。回転出力部６８は、変速部６６で変速された回転を動力伝達部３６に出力する。

このように、変速機構３２を駆動ユニット１０に設けると、変速機構３２によって複数のギア比を選択可能であるので、効率的にモータ３０による補助駆動を行うことができる。また、変速機構３２に内装変速機を用いても、変速機構３２に作用する力が小さいため、任意のタイミングで変速動作を行える。

＜減速機構＞
減速機構３４は、図７に示すように、ロータ５８の回転をトルク伝達部材７０に伝達する。減速機構３４は、１つ以上のギアを有する。図７の例は、減速機構３４は第１の遊星歯車機構７２と、第２の遊星歯車機構７４と、を有する場合を示す。第１の遊星歯車機構７２は、ロータ５８に連結される第１太陽ギア部７２ａと、複数の第１遊星歯車７２ｂと、複数の第１遊星歯車７２ｂを回転可能に支持する第１キャリア部７２ｃと、ハウジング１２に固定される第１リングギア部７２ｄとを含む。第２の遊星歯車機構７４は、第１キャリア部７２ｃに連結される第２太陽ギア部７４ａと、複数の第２遊星歯車７４ｂと、複数の第２遊星歯車７４ｂを回転可能に支持する第２キャリア部７４ｃと、ハウジング１２に固定される第２リングギア部７４ｄとを含む。減速機構３４の出力は、トルク伝達部材７０を介して、動力伝達部３６に伝達される。トルク伝達部材７０は、第２キャリア部７２ｃに結合され、ここでは一体に形成されている。トルク伝達部材７０は、動力伝達部３６の後述する第２ギア部材７８に回転可能に支持される。トルク伝達部材７０はワンウェイクラッチ８０の複数のクラッチ爪８０ａを支持する。

＜動力伝達部＞
動力伝達部３６は、図２に示すように、モータ３０の回転力およびクランク軸１４の回転力をフロントスプロケット３８に伝達する。動力伝達部３６は、変速機構３２の回転出力部６８に一体で回転可能に連結された第１ギア部材７６と、第１ギア部材７６に噛み合う第２ギア部材７８と、ワンウェイクラッチ８０と、を備える。

第２ギア部材７８は、図７に示すように、ハウジング１２に第２軸受３９ａを介して回転自在に支持される。第２ギア部材７８の内周部とクランク軸１４の外周面との間には、たとえば、玉軸受の形態の軸受８２が装着される。したがって、クランク軸１４は、第２ギア部材７８を介してハウジング１２に回転自在に支持される。

また、第２ギア部材７８は、ワンウェイクラッチ８０が設けられる第１環状凹部７８ａと、軸受８２が設けられる第２環状凹部７８ｂと、フロントスプロケット３８が一体回転可能に装着される環状のスプロケット装着部７８ｃと、を有する。第１環状凹部７８ａは、ハウジング１２の第２側壁１２ｂと反対側の面に環状に形成される。第１環状凹部７８ａの半径方向内側の外周部は、トルク伝達部材７０を回転自在に支持する。

第２環状凹部７８ｂは、ハウジング１２の第２側壁１２ｂと対向する面に環状に形成される。第２環状凹部７８ｂには、第２軸受３９ｂの内輪が装着される。スプロケット連結部７８ｃは、第２環状凹部７８ｂの半径方向内側の外周面から軸方向に環状に延びる。第２ギア部材７８において、第２第２環状凹部７８ｂは第１環状凹部７８ａの周方向内側に形成される。スプロケット装着部７８ｃの内周面には、フロントスプロケット３８がスプロケット装着部７８ｃと一体で回転可能に連結される連結部７８ｄが設けられる。連結部７８ｄは、たとえばセレーションで構成される。この連結部７８ｄにフロントスプロケット３８が圧入され、かつかしめ固定により塑性変形されて、第２ギア部材７８とフロントスプロケット３８とが一体で回転可能になる。

ワンウェイクラッチ８０は、自転車の進行方向に駆動する方向のモータ３０の回転だけを第２ギア部材７８に伝達する。したがって、第２ギア部材７８の進行方向の回転はモータ３０に伝達されない。ワンウェイクラッチ８０は、爪式のものであり、クラッチ爪８０ａと、ラチェット歯８０ｂと、内側部材８０ｃと、を有する。クラッチ爪８０ａは、内側部材８０ｃの外周面に起伏自在に収納され、かつ起立姿勢に付勢される。ラチェット歯８０ｂは、第１環状凹部７８ａの半径方向外側の内周面に形成される。内側部材８０ｃは、環状に形成され、内側部材８０ｃの内周部にトルク伝達部材７０が一体で回転可能に連結される。

＜フロントスプロケット＞
フロントスプロケット３８は、図７に示すように、スプロケット歯３８ａが外周部に形成された環状部３８ｂと、環状部３８ｂの内周部に一体形成された筒状部３８ｃと、を有する。この筒状部３８ｃの外周面が第２環状凹部７８ｂの内周部に圧入され、かつ筒状部３８ｃの先端部分がかしめ固定される。なお、フロントスプロケット３８の固定方法は、圧入などに限定されず、ネジ止め、接着、溶接などの適宜の固定方法を用いることができる。

＜実施形態の効果＞
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態の駆動ユニット１０では、踏力をクランク軸１４で検出するのではなく、クランク軸１４の回転が伝達され、支持軸２２に回転を伝達する中間軸１８に作用する力によって検出する。中間軸１８に作用する力は、第１回転伝達部材１６から第２回転伝達部材２０への回転力の伝達および第２回転伝達部材２０から第３回転伝達部材２４への回転力の伝達だけによって生じる。このため、ギアホルダ等の部材を設けることなく、中間軸１８に作用する力によって、クランク軸１４に作用する回転力に応じて変化する踏力を検出できる。これによって、自転車の駆動ユニット１０において、踏力の検出を簡素な構成で実現きる。
＜駆動ユニットの動作＞
次に、駆動ユニット１０の動作について説明する。

乗り手の踏力によるトルクは、第１クランクアーム１０１ａおよび第２クランク１０１ｂ→クランク軸１４→第１回転伝達部材１６→第２回転伝達部材２０→第３回転伝達部材２４→変速機構本体３２ｂ→第１ギア部材７６→第２ギア部材７８へと変速機構３２を介して伝達される。一方、モータ３０からの出力トルクは、減速機構３４→トルク伝達部材７０→ワンウェイクラッチ８０→第２ギア部材７８へと伝達される。第２ギア部材７８は、これら２つのトルクを合成し、フロントスプロケット３８に合成したトルクを伝達する。これにより、モータ３０によるアシストが実現される。

このとき、中間軸１８に作用する力（合力Ｆ４）がセンサ部２６の起歪部５２をひずませる。このひずみをひずみゲージ素子４８ａによって検出し、検出されたひずみを踏力とみなし、踏力に応じてモータ３０のアシスト制御がなされる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。

（ａ）上記実施形態では、第１回転伝達部材１６として第１ギア１６ａを、第２回転伝達部材２０として、第２ギア２０ａおよび第１スプロケット２０ｂを、第３回転伝達部材２４として第２スプロケット２４ａを例示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図８において、第１回転伝達部材１１６は、第１プーリ１１６ａを含む。第２回転伝達部材１２０は、第２プーリ１２０ａと第１ギア１２０ｂと、を含む。また、第３回転伝達部材１２４は、第１ギア１２０ｂに噛み合う第２ギア１２４を含む。第１プーリ１１６ａと第２プーリ１２０ａとには、第１連結体であるベルト１２８が巻回される。ベルト１２８によって、第１プーリ１１６ａの回転が第２プーリ１２０ａに伝達される。図８では、第１プーリ１１６ａおよび第２プーリ１２０ａは、それぞれ歯付きプーリであるが、通常のＶプーリまたは平プーリを用いてもよい。

なお、第１回転伝達部材、第２回転伝達部材、および第３回転伝達部材は、ギア、スプロケットおよびプーリからなる群のいずれかから選ぶことができる。

（ｂ）上記実施形態において、軸受は、玉軸受または針状コロ軸受に限定されない。軸受は、部材を回転自在に装着可能なものであればどのような軸受でもよい。たとえば、玉軸受および針状コロ軸受以外のコロ軸受などの転がり軸受またはブッシュなどの滑り軸受でもよい。

（ｃ）上記実施形態では、駆動ユニット１０にモータ３０および変速機構３２を設けたが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、モータおよび変速機構を設けずに、たとえば、支持軸の一端に第３回転伝達部材を設け、他端に第１ギア部材を一体回転可能に設けてもよい。また、モータを設けずに、変速機構だけを設けてもよい。モータを設けない場合、減速機構および動力伝達部のうちのワンウェイクラッチを設けなくてもよい。また、変速機構を設けずにモータだけを設けた場合、支持軸に一端に第３回転伝達部材を設け、支持軸の他端に第１ギア部材を設けてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、起歪部５２のひずみを検出するひずみセンサとしてひずみゲージ素子を用いたが、たとえばひずみを検出可能な半導体センサであってもよく、ひずみセンサは起歪部５２のひずみを検出できるものであればどのようなものでもよい。

（ｅ）上記実施形態では、ハウジング１２を金属製としたが、ハウジングの一部または全部を合成樹脂によって形成してもよい。

（ｆ）上記実施形態では、センサーケース４４をハウジング１２とは別体で構成したが、センサーケース４４とハウジング１２とを一体で構成してもよい。この場合には、ハウジング１２の第１側壁１２ａに凹部を設け、この凹部に軸支持部５０と起歪部５２とを配置すればよい。

（ｇ）上記実施形態では、ひずみセンサを起歪部５２に設けていたが、ひずみセンサは中間軸１８自体に設けられてもよい。この場合にはひずみセンサが、中間軸１８のひずみを直接検出する。

（ｈ）上記実施形態では、起歪部５２は環状に形成されているが、起歪部５２の形状はこれに限らず、軸支持部５０によって押圧されたときにひずみ易い形状であればよい。

１０ 駆動ユニット
１２ ハウジング
１４ クランク軸（第１軸の一例）
１６，１１６ 第１回転伝達部材
１８ 中間軸（第２軸の一例）
２０，１２０ 第２回転伝達部材
２２ 支持軸（第３軸の一例）
２４，１２４ 第３回転伝達部材
２６ センサ部（作用力検出部の一例）
２８ 第２チェーン（第２連結体の一例）
３０ モータ
３２ 変速機構
３６ 動力伝達部
５２ 起歪部
８０ ワンウェイクラッチ
１０１ クランク

Claims (22)

1. 自転車のクランクの近傍に設けられる駆動ユニットであって、
   第１軸と、
   前記第１軸に設けられ、クランクアームの回転が伝達される第１回転伝達部材と、
   前記第１軸から離反して配置される第２軸と、
   前記第２軸に設けられ、前記第１回転伝達部材の回転が伝達される第２回転伝達部材と、
   前記第１軸および前記第２軸から離反して配置される第３軸と、
   前記第３軸に設けられ、前記第２回転伝達部材の回転が伝達される第３回転伝達部材と、
   第２軸に作用する力を検出する作用力検出部と、
   を含む駆動ユニット。
2. 前記第２軸に作用する力は、
   前記第１回転伝達部材から前記第２回転伝達部材への回転の伝達によって前記第２軸の径方向に作用する第１作用力と、
   前記第２回転伝達部材から前記第３回転伝達部材への回転の伝達によって前記第２軸の径方向に作用する第２作用力と、を含む、請求項１に記載の駆動ユニット。
3. 前記作用力検出部は、
   前記第２軸を支持する支持部と、
   前記第２軸に作用する力を、支持部を介して検出するセンサと、を含む、請求項１または２に記載の駆動ユニット。
4. 前記センサは、前記支持部のひずみを検出するひずみセンサを含む、請求項３に記載の駆動ユニット。
5. 前記支持部は、
   前記第２軸の軸方向の端部を支持する軸支持部と、
   前記軸支持部に接触する起歪部と、を含み、
   前記ひずみセンサは、前記起歪部に設けられる、請求項４に記載の駆動ユニット。
6. 前記ひずみセンサは、ひずみゲージ素子である、請求項４又は５に記載の駆動ユニット。
7. 前記第１回転伝達部材、前記第２回転伝達部材および前記第３回転伝達部材を収容するハウジングをさらに含み、
   前記支持部は、前記ハウジングに保持される、請求項３から６のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
8. 前記第２軸は、前記第２回転伝達部材を回転自在に支持する、請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
9. 前記第３軸は、前記第３回転伝達部材を回転自在に支持する、請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
10. 前記第１軸、第２軸および第３軸は、平行に延びる、請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
11. 前記第１回転伝達部材、前記第２回転伝達部材および前記第３回転伝達部材は、ギア、スプロケットおよびプーリからなる群のいずれかから選ばれる、請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
12. 前記第１回転伝達部材と前記第２回転伝達部材とは直接接触する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
13. 前記第１回転伝達部材の回転を前記第２回転伝達部材に伝達する第１連結体をさらに含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
14. 前記第２回転伝達部材と前記第３回転伝達部材とは直接接触する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
15. 前記第２回転伝達部材の回転を前記第３回転伝達部材に伝達する第２連結体をさらに含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
16. 前記第１連結体および第２連結体は、チェーンまたはベルトである、請求項１３または１５に記載の駆動ユニット。
17. 前記第２回転伝達部材の回転を前記第３回転伝達部材に伝達するチェーンをさらに含み、
    前記第１回転伝達部材は、第１ギアを備え、
    前記第２回転伝達部材は、前記第１ギアに噛み合う第２ギアと、前記第２ギアと一体で回転する第１スプロケットと、を備え、
    前記第３回転伝達部材は、第２スプロケットを備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
18. 前記第３回転伝達部材の回転力が伝達される動力伝達部と、
    前記動力伝達部に駆動力を付与可能なモータと、をさらに含む、請求項１から１７のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
19. 前記第１軸の回転軸と、前記モータの回転軸とは、同軸に設けられる、請求項１８に記載の駆動ユニット。
20. 前記第３回転伝達部材と前記動力伝達部との間の動力伝達経路に配置される変速機構をさらに含む、請求項１８または１９に記載の駆動ユニット。
21. 前記モータの駆動力は、ワンウェイクラッチを介して、前記動力伝達部に伝達される、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
22. 前記第１軸は、クランク軸であり、
    前記第１回転伝達部材は、前記第１軸に固定される、請求項１から２１のいずれか１項に記載の駆動ユニット。

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