JP3207826B2 - 自転車用クランク軸組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車のフレーム
のハンガ部に固定され両端に左右のクランクが装着可能
な自転車用クランク軸組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動モータを補助動力として使用する、
アシストバイクと呼ばれる自転車では、駆動トルクに応
じて補助動力を出力している。したがって、この種のア
シストバイクでは、駆動トルクを検出するトルクセンサ
がたとえばクランク軸組立体に設けられている。

【０００３】クランク軸組立体に設けられた、この種の
アシストバイクに使用するトルクセンサは、たとえば特
開平８−２９７０５９号公報及び特開平８９−３１３３
７５号公報に開示されている。

【０００４】前者の公報に開示されたトルクセンサは、
クランク軸に嵌合固定され一端にチェーンホイールが装
着された駆動シェルと、駆動シェルに被着された磁性材
料と、ハンガ部の磁性材料の外周側に装着されたコイル
ユニットとを備えている。このトルクセンサでは、クラ
ンクアームの回転により駆動シェルにねじり力が発生す
ると、磁性材料がトルクの大小に応じた歪みを発生す
る。磁性材料に歪みが発生すると、この歪みに応じて磁
性材料の透磁率が変化し、コイルユニットの電圧が変化
する。この電圧の変化によりトルクを検出している。

【０００５】後者の公報に開示されたトルクセンサは、
チェーンホイールと一体回転しクランク軸に回転自在に
装着された従動円板と、クランク軸とともに回転する駆
動円板と、両円板を連結するスプリングプレートと、両
円板に対向して配置され両円板の位相差を検出するため
の近接スイッチとを備えている。このトルクセンサで
は、クランクアームの回転が、クランク軸、駆動円板、
スプリングプレート、従動円板を介してチェーンホイー
ルに伝達される。このとき、駆動トルクの大小に応じて
両円板の位相差が変化する。この位相差を両近接スイッ
チの出力信号により検出してトルクを検出している。

【０００６】このようなトルクセンサは、アシストバイ
クのモータの出力制御だけではなく、たとえば自動変速
装置の変速タイミングの制御にも使用できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前者の公報に記載の従
来のトルクセンサでは、磁性材料の歪みの大小によりト
ルクを検出しているので、わずかな歪みを検出するため
の電気回路が複雑になる。さらにわずかな歪みを測定す
るために磁性材料やコイルユニットの取付精度を高精度
に維持する必要がある。このため、センサの取付が困難
である。また、ハンガ部にコイルユニットを装着しなけ
ればならないので、規格化された自転車のハンガ部にト
ルクセンサを有するクランク軸組立体を装着できず、市
販のクランク軸組立体との互換性を維持できない。

【０００８】後者の公報に記載の従来のトルクセンサで
は、クランク軸の回りに２つの円板を設けるとともに、
その円板に対向して近接スイッチを設けなければならな
いので、クランク軸組立体の構成が複雑になるとともに
その径方向の寸法が大きくなる。このため、後者のトル
クセンサでは、ハンガー回りの寸法が大きくなる。した
がって、後者のトルクセンサを有するクランク軸組立体
も規格化され自転車のハンガ部に装着できず、市販のク
ランク軸組立体との互換性を維持できない。

【０００９】本発明の課題は、トルクを検出可能でかつ
コンパクトな構成で市販のものと互換性を維持できるク
ランク軸組立体を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明１に係る自転車用ク
ランク軸組立体は、自転車のフレームのハンガ部に固定
され両端に左右のクランクが装着可能なクランク軸組立
体であって、右筒状部材と、左筒状部材と，軸受ハウジ
ングと、クランク軸と、１対の転動体群と、第１及び第
２圧力センサとを備えている。右筒状部材は、ハンガ部
の右クランク装着側内周部に装着可能な部材である。左
筒状部材は、ハンガ部の左クランク装着側内周部に装着
可能な部材である。軸受ハウジングは、両筒状部材の内
周側に配置され両筒状部材に支持されるものである。ク
ランク軸は、軸受ハウジングから両端が突出するように
軸受ハウジングの内周側に配置され両端に左右のクラン
クを回転不能に装着可能な軸である。１対の転動体群
は、軸方向に間隔を隔てて配置されており、周方向に間
隔を隔てて配置され軸受ハウジングと前記クランク軸と
に接触可能な複数の転動体を有している。第１及び第２
圧力センサは、軸受ハウジングと右筒状部材との間に位
置する第１位置及び軸受ハウジングと左筒状部材との間
で第１位置と径方向に対向する第２位置にそれぞれ配置
され、クランク軸に作用するトルクを検出するためのも
のである。

【００１１】このクランク軸組立体では、ハンガ部に左
右の筒状部材のいずれか一方を装着した後、軸受ハウジ
ングと転動体群とクランク軸との組立体と他方の筒状部
材とをハンガ部に装着する。このとき、第１圧力センサ
を軸受ハウジングと右筒状部材との間の第１位置に、第
２圧力センサを軸受ハウジングと左筒状部材との間の 第
２位置にそれぞれ配置しておく。そして、クランク軸が
回転するとチェーンホイールによりクランク軸を後方に
倒そうとする力が作用する。すると、その力により転動
体群を介して軸受ハウジングに曲げ力が作用し、その力
により発生した圧力が第１及び第２圧力センサにより検
出される。ここでは、トルクを圧力により検出している
ので、トルクをコンパクトな構成で検出できる。そして
軸受ハウジングを支持する左右の筒状部材を規格化され
たハンガ部に装着可能な形状にすることで、トルクを検
出可能なクランク軸組立体を規格化されたハンガ部に装
着でき、トルクセンサを設けても市販のクランク軸組立
体との互換性を維持できる。しかも取付手順も市販のク
ランク軸組立体とほぼ同様であり、取付作業も容易であ
る。また、クランク軸の左右のクランクの内側の両端部
でかつ力が作用する側の軸受ハウジングの前後の２カ所
で圧力を検出できるので、トルク検出精度が向上する。

【００１２】発明２に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１に記載の組立体において、第１及び第２位置
とクランク軸の径方向に対向する第３位置及び第４位置
にそれぞれ配置された第３及び第４圧力センサをさらに
備える。この場合には、力が作用する側と逆側での圧力
をも検出しているので、その圧力により検出側の圧力を
補正することができ、トルク検出精度がさらに向上す
る。

【００１３】発明３に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１又は２に記載の組立体において、左右の筒状
部材のいずれかをハンガ部に対して回転方向で位置決め
して固定するためのロック部材をさらに備える。この場
合には、左右の筒状部材の回転方向を位置決めすること
で、圧力センサの回転方向の位置決めを行うことがで
き、取付時に圧力センサを前後位置に配置することでト
ルク検出精度を向上させることができる。

【００１４】発明４に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明３に記載の組立体において、左右の筒状部材
は、前記ハンガ部にねじ込み固定される雄ネジ部をそれ
ぞれ有する。この場合には、規格化されたネジに雄ネジ
部のサイズを合わせることで、市販の自転車用フレーム
にクランク軸組立体を装着できる。

【００１５】発明５に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明４に記載の組立体において、ロック部材は、左
右の筒状部材のいずれかの雄ネジ部に螺合するロックナ
ットである。この場合には、ロックナットという簡素な
構成で筒状部材の回転方向の位置決めを行える。

【００１６】発明６に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明３から５に記載の組立体において、ロック部材
により固定される筒状部材と軸受ハウジングとを軸方向
移動不能に連結する連結部材をさらに備える。この場合
には、ロック部材により固定される筒状部材が連結部材
により軸受ハウジングと軸方向移動不能に連結されてい
るので、ロック部材で筒状部材の回転方向の位置決めを
行うと、圧力センサの回転方向の位置決めを行うことが
できる。

【００１７】発明７に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明３から６に記載の組立体において、ロック部材
により固定される筒状部材と軸受ハウジングとの回転方
向の位置決めを行うための位置決め手段をさらに備え
る。この場合には、ロック部材により位置決めされる筒
状部材と軸受ハウジングとが回転方向に位置決めされる
ので、予め軸地受けハウジングと筒状部材とを回転方向
で位置決めしておけば、筒状部材を回転方向に位置決め
するだけで圧力センサの回転方向の位置決めを行える。

【００１８】発明８に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明３から６に記載の組立体において、ロック部材
により固定されない筒状部材と軸受ハウジングとの回転
方向の位置決めを行うための位置決め手段をさらに備え
る。この場合には、ロック部材により固定されていない
筒状部材と軸受ハウジングとが位置決めされているの
で、取り付けた後に軸受ハウジングの回転方向の位置を
変更でき、圧力センサの回転方向の位置をより正確に設
定できる。

【００１９】発明９に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明７又は８に記載組立体において、位置決め手段
は、位置決めされる筒状部材の端面と軸受ハウジングの
当接面とが凹凸嵌合する凹凸部を有している。この場合
には、セレーションやローレット等の簡単な凹凸嵌合に
より両者を任意の位置で位置決めできる。

【００２０】発明１０に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１から９のいずれかに記載の組立体において、
第１及び第２圧力センサは、円弧状に形成された板状部
材であり、軸受ハウジングの第１位置及び第２位置にそ
れぞれに形成された凹所に移動不能に装着されている。
この場合には、第１及び第２圧力センサが薄型コンパク
トな円弧状の板状部材でありそれが凹所に装着されてい
るので、軸受ハウジングに第１及び第２圧力センサを装
着しても軸受ハウジングの径方向寸法があまり大きくな
らず、コンパクトな構成を維持できる。

【００２１】発明１１に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明２から１０に記載の組立体において、第３及び
第４圧力センサは、円弧状に形成された板状部材であ
り、前記軸受ハウジングの前記第３位置及び第４位置に
それぞれに形成された凹所に移動不能に装着されてい
る。この場合にも、トルク検出精度を高めるために第３
及び第４圧力センサを装着しても、それらが薄型コンパ
クトな円弧状の板状部材でありそれが凹所に装着されて
いるので、軸受ハウジングの径方向寸法があまり大きく
ならず、コンパクトな構成を維持できる。

【００２２】発明１２に記載の自転車用クランク軸組立
体は、発明１から１１に記載の組立体において、第１位
置及び第２位置は、転動体群の外周側に位置している。
この場合には、転動体群を介してクランク軸から軸受ハ
ウジングに作用する力を効率よく検出でき、第１及び第
２圧力センサによるトルク検出精度をさらに向上させる
ことができる。

【００２３】発明１３に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明２から１２のいずれかに記載の組立体におい
て、第３位置及び第４位置は、前記転動体群の外周側に
位置している。この場合にも、転動体群を介してクラン
ク軸から軸受ハウジングに作用する力を効率よく検出で
き、第３及び第４圧力センサによるトルク検出精度をさ
らに向上させることができる。

【００２４】発明１４に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１から９のいずれかに記載の組立体において、
軸受ハウジングは、１対の転動体群が軸方向に間隔を隔
てて内周側に配置された筒状のハウジング本体と、ハウ
ジング本体の少なくとも一端に装着され第１圧力センサ
及び第２圧力センサのいずれかを装着可能な装着面を有
するセンサ装着部材とを有する。この場合には、転動体
群が配置されたハウジング本体の外側に圧力センサが装
着されるので、圧力センサを径方向中心側に配置でき
る。このため、径方向寸法を大きくすることなく圧力セ
ンサを装着できる。

【００２５】発明１５に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１４に記載の組立体において、センサ装着部材
の外周側と筒状部材との間に配置され、装着面に装着さ
れた圧力センサに密着可能に配置されたセンサ押圧部材
をさらに備える。この場合には、センサ押圧部材により
圧力センサが装着面に密着されるので、圧力センサがが
たつかず確実に固定できる。このため、圧力センサに力
が効率よく伝達され、圧力センサの感度が高くなる。

【００２６】発明１６に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１５に記載の組立体において、センサ押圧部材
は、外周面が軸方向外方側に先細りの円周面であり、左
右の筒状部材は、内周面がセンサ押圧部材の外周面に係
合する先細りの円周面でありかつ外周面がハンガ部に螺
合するネジ面である。この場合には、筒状部材をハンガ
部にねじ込むと、先細りの円周面の係合によりセンサ押
圧部材を径方向内方に押圧して縮径させ、圧力センサを
センサ装着部材に密着させることができる。

【００２７】発明１７に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１６に記載の組立体において、第１及び第２圧
力センサは矩形板状の外形を有し、センサ押圧部材は、
内周面の断面が８角形であり、センサ装着部材は、セン
サ押圧部材に対向する外周面の断面が８角形であり、か
つ装着面と装着面に隣接する両面と両面に対向する対向
面とでセンサ押圧部材と隙間をあけて配置され、両面と
対向面との間の面でセンサ押圧部材に接触している。こ
の場合には、センサ装着部材とセンサ押圧部材との間に
隙間があいているので、センサ押圧部材を径方向に伸縮
しやすくなる。

【００２８】発明１８に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１５から１７のいずれかにに記載の組立体にお
いて、センサ押圧部材は、軸方向に内外周を貫通して切
り欠かれた１又は複数のスリットを有する。この場合に
は、センサ押圧部材が径方向に伸縮しやすくなり、圧力
センサをセンサ装着部材に密着させやすくなる。

【００２９】発明１９に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１８に記載の組立体において、スリットは、少
なくともセンサ装着部分に対向する位置に形成されてい
る。この場合には、センサ押圧部材がセンサ装着部分で
大きく縮径しやすくなり、圧力センサを効率よくセンサ
装着部材に密着させることができる。

【００３０】発明２０に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１５に記載の組立体において、センサ押圧部材
は、装着面に装着された圧力センサに接触する内周側の
第１接触面が圧力センサの接触面より大きい平面で構成
され、かつ筒状部材と接触する外周側の第２接触面が径
方向外方に碗状に膨出した曲面で構成された板状の部材
であり、筒状部材は、センサ押圧部材と接触する部分の
内周面がセンサ押圧部材の第２接触面の頂点に接触する
平面であり、かつ外周面がハンガ部に螺合するネジ面で
ある。この場合には、筒状部材と圧力センサとの間に配
置されたセンサ押圧部材により圧力センサが押圧された
とき、センサ押圧部材と筒状部材とがほぼ点接触に近い
狭い領域で接触する。このため、圧力センサに偏荷重が
作用しにくくなり圧力センサのトルク検出精度を高く維
持できる。また、圧力センサがセラミックス製の場合に
は、圧力センサに偏荷重が作用しにくいので、圧力セン
サが割れにくくなり、圧力センサの損傷を抑えることが
できる。しかも接触する領域が狭いので、筒状部材とセ
ンサ押圧部材との間の精度を高く維持する必要がなく、
加工コストを削減できる。

【００３１】発明２１に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明２０に記載の組立体において、第２接触面は、
クランク軸の軸方向及び回転方向に湾曲した曲面であ
る。この場合には、センサ押圧部材をクランク軸の軸方
向及び回転方向の２方向で加工することにより、頂点を
有する碗状に膨出した曲面を簡単な加工で得ることがで
きる。

【００３２】発明２２に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明２０又は２１に記載の組立体において、圧力セ
ンサは矩形板状の外形を有し、筒状部材とセンサ装着部
材とは、装着面とクランク軸を挟んで対向する第１接触
位置で面接触しているとともに、第１接触位置とクラン
ク軸回りに９０度離反した２つの第２接触位置で線接触
している。この場合には、第１接触位置で面接触してい
るので、筒状部材とセンサ装着部材との間で力が効率よ
く伝達されるとともに、それと９０度離反した第２接触
位置で筒状部材とセンサ装着部材とが線接触しているの
で、トルクの発生により第２接触位置で筒状部材とセン
サ装着部材との間で力が伝達されたとき、第２接触面で
の接触面積が小さくなり摩擦が小さくなる。このため、
摩擦による損失が少なくなり、圧力センサへのトルクの
伝達効率の低下を抑えることができ、圧力センサのトル
ク検出精度を高く維持できる。

【００３３】発明２３に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明２２に記載の組立体において、第２接触位置で
クランク軸に平行に配置され筒状部材又はセンサ装着部
材に装着されたローラをさらに備え、センサ装着部材の
外周面又は筒状部材の内周面はローラに接触する平面で
構成されている。この場合には、第２接触位置で転動す
るローラの周面でセンサ装着部材と筒状部材とが接触す
るので、摩擦がさらに小さくなり、圧力センサのトルク
検出精度をさらに高く維持できる。

【００３４】発明２４に係る自転車用クランク軸組立体
は、発明１４から２３のいずれかに記載の組立体におい
て、センサ装着部材と筒状部材とは一体形成されてお
り、圧力センサを装着するための装着面が形成された装
着空間を有し、装着空間は、クランク軸に作用するトル
クにより変形し、センサ押圧部材は、装着空間に配置さ
れている。この場合には、トルクの発生により装着空間
が変形して圧力センサによりトルクが検出される。ここ
では、センサ装着部材と筒状部材とが一体形成されてい
るので、組立体を組み立てやすくなる。

【００３５】発明２５に係る自転車用トルクセンサは、
発明１から２４のいずれかに記載のセンサにおいて、各
圧力センサは、作用する圧力により抵抗が変化する抵抗
素子である。この場合には、抵抗値の変化によりトルク
を検出できるので、電気回路の構成がさらに簡素化す
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】〔実施形態１〕 図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は
軽快車であり、ダブルループ形のフレーム体２とフロン
トフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４
と、駆動部５と、前輪６と、４段変速の電動内装変速ハ
ブ１０が装着された後輪７と、前後のブレーキ装置８
（前用のみ図示）と、電動内装変速ハブ１０を手元で操
作するための変速操作部９とを備えている。

【００３７】フレーム１には、サドル１１やハンドル部
４を含む各部が取り付けられている。また、図２に示す
ように、フレーム体２のチェーンスティ２ａには車速検
出用のリードスイッチを内蔵した車速センサ１２が装着
されている。この車速センサ１２は、後輪７のスポーク
７ａに装着された磁石１３を検出することで車速信号を
出力する。

【００３８】ハンドル部４は、フロントフォーク３の上
部に固定されたハンドルステム１４と、ハンドルステム
１４に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハ
ンドルバー１５の両端には、ブレーキ装置８を構成する
ブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されてい
る。右側のブレーキレバー１６には、変速操作部９の操
作パネル２０が一体で形成されている。変速操作部９
は、操作ケーブル９ａを介して接続された変速制御部２
５を有している。変速制御部２５は、チェーンスティ２
ａの基端部に装着されている。

【００３９】駆動部５は、図１及び図２に示すように、
フレーム体２のハンガ部２ｂに装着されたクランク軸組
立体３０と、クランク軸組立体３０の両端にそれぞれ回
転不能に装着された左右のクランク３１，３２と、右ク
ランク３２と一体で回転するチェーンホイール３３と、
チェーンホイール３３に掛け渡されたチェーン３４と、
内装変速ハブ１０とを備えている。

【００４０】クランク軸組立体３０は、図３〜図６に示
すように、ハンガ部２ｂの左右のクランク３１，３２装
着側内周部に装着される左右の筒状部材４０，４１と、
これらの筒状部材４０，４１に両端を支持される筒状の
軸受ハウジング４２と、軸受ハウジング４２に回転自在
に支持された中空のクランク軸４３と、クランク軸４３
と軸受ハウジング４２との間に配置された左右１対の転
動体群４４ａ，４４ｂと、軸受ハウジング４２と左右の
筒状部材４０，４１との間に装着された４つの圧力セン
サ４５ａ〜４５ｄとを備えている。

【００４１】左筒状部材４０の図３左端外周面には、ハ
ンガ部２ｂの左端内周面に形成された左雌ネジ部２ｃに
螺合する左雄ネジ部４０ａが形成されている。この左雌
ネジ部４０ａのサイズは、たとえばＪＩＳ自転車編 Ｄ
９４０１に記載されたＢＣ１．３７山２４であり、通
常の自転車のハンガ部に装着可能である。左筒状部材４
０の外側内周面には、ねじ込み工具係止用のスプライン
４０ｂが形成されている。また、内周面には他の部分よ
り小径の当接部４０ｃが形成されており、この当接部４
０ｃの内側端面に軸受ハウジング４２の左端部が当接し
ている。左筒状部材４０は、ロックナット５０により回
り止めされており、回転方向に位置決めされてハンガ部
２ｂに固定されている。ロックナット５０の外周面に
は、ねじ込み工具係止用の溝５０ａが周方向に間隔を隔
てて形成されている。

【００４２】右筒状部材４１は、鍔部４１ａを有する鍔
付き円筒形状の部材であり、その右端外周面には、ハン
ガ部２ｂの右端内周面に形成された右雌ネジ部２ｄに螺
合する右雄ネジ部４１ｂが形成されている。この右雄ネ
ジ部４１ｂのサイズは、たとえばＪＩＳ自転車編 Ｄ
９４０１に記載されたＢＣ１．３７山２４左で左雌ネジ
部４０ａと逆方向のネジであり、通常の自転車のハンガ
部に装着可能である。鍔部４１ａの外周面には、ねじ込
み工具係止用の溝４１ｃが形成されている。また、内周
面には他の部分より小径の当接部４１ｄが形成されてお
り、この当接部４１ｄの内側端面には、図６に示すよう
に、軸受ハウジング４２との回転方向の位置決め用の放
射状のローレット加工が施された位置決め溝部４１ｅが
形成されている。この位置決め溝部４１ｅに軸受ハウジ
ング４２の右端部が当接している。

【００４３】軸受ハウジング４２は、両筒状部材４０，
４１の内周側に配置されており、両端が両筒状部材４
０，４１に当接している。軸受ハウジング４２の図３右
端面には、位置決め溝部４１ｅに係合するローレット加
工された位置決め溝部（図示せず）が形成されている。
軸受ハウジング４２の外周面には、略矩形の４つのセン
サ装着凹部４６ａ〜４６ｄが形成されている。各センサ
装着凹部４６ａ〜４６ｄは、各圧力センサ４５ａ〜４５
ｄを軸受ハウジング４２と左右の筒状部材４０，４１と
の間にそれぞれ装着するために設けられている。センサ
装着凹部４６ａは、右クランク３２装着側の外周面の第
１位置に形成され、センサ装着凹部４６ｂは、第１位置
とクランク軸４３の軸方向の中心位置Ｃに対して逆側で
かつ径方向に対向した第２位置に形成されている。この
第１及び第２位置は、転動体群４４ｂ，４４ａが装着さ
れた位置の略外周側の位置である。センサ装着凹部４６
ｃは第１位置と径方向に対向した第３位置に形成され、
センサ装着凹部４６ｄは第２位置と径方向に対向した第
４位置に形成されている。この結果、圧力センサ４５ａ
と圧力センサ４５ｄとは軸方向に間隔を隔てて配置さ
れ、圧力センサ４５ｃと圧力センサ４５ｂとは軸方向に
間隔を隔てて配置される。また、軸受ハウジング４２の
各装着凹部間は他の部分より小径であり、その部分の一
部に配線用の溝部４７が形成されている。軸受ハウジン
グ４２の内周面には、軸方向に間隔を隔てて環状の玉受
け面４２ａ，４２ｂが形成されている。玉受け面４２
ａ，４２ｂは、クランク軸４３の中心位置Ｃに対して対
称の位置に形成されている。

【００４４】軸受ハウジング４２の外周面と左筒状部材
４０の内周面との間には、連結リング５１が介装されて
いる。連結リング５１は、軸受ハウジング４２と左筒状
部材４０とを軸方向移動不能かつ回転自在に連結するも
のであり、線材をリング状に曲げたばね部材である。

【００４５】クランク軸４３は、軸受ハウジング４２を
介してハンガ部２ｂに回転自在に支持されている。クラ
ンク軸４３の両端には、左右のクランク３１，３２を回
転不能に連結するためのセレーション部４３ａ，４３ｂ
が形成されている。またクランク軸４３の外周面におい
て玉受け面４２ａ，４２ｂに対向する位置には、環状の
玉受け面４３ｃ，４３ｄが形成されている。この玉受け
面４２ａ，４２ｂと玉受け面４３ｃ，４３ｄの間に両面
に接触して転動体群４４ａ，４４ｂを構成する複数の鋼
球４４ｃ，４４ｄが周方向に間隔を隔ててそれぞれ配置
されている。複数の鋼球４４ｃ，４４ｄは、リテーナ４
４ｅ，４４ｆに保持されて等間隔に配置されている。こ
の鋼球４４ｃ，４４ｄは、通常の玉軸受と同様に両者の
間に圧入によりはめ込まれている。この転動体群４４
ａ，４４ｂの外側には、シール部材６０ａ，６０ｂが装
着されている。

【００４６】圧力センサ４５ａ〜４５ｄは、図４に示す
ように、円筒の一部を構成するような扇形の断面を有す
る板状の部材であり、大径部分５５ａ〜５５ｄと小径部
分５６ａ〜５６ｄとを有している。圧力センサ４５ａ〜
４５ｄは、圧力に応じて抵抗が変化するセラミック素子
であり、各筒状部材４０，４１と軸受ハウジング４２と
の間に圧入されている。ここで、圧力センサ４５ａは、
図５に示すように、自転車の進行方向と逆側、つまり軸
受ハウジング４２の後部に位置するように配置され、圧
力センサ４５ｃは、軸受ハウジング４２の前部に位置す
るように配置されている。同様に圧力センサ４５ｄは軸
受ハウジング４２の前部に、圧力センサ４５ｂは軸受ハ
ウジング４２の後部に配置されている。

【００４７】このような位置に圧力センサ４５ａ，４５
ｂを配置すると、クランク３１，３２によりチェーンホ
イール３３を回転させてチェーン３４に張力が発生し、
その張力によりクランク軸４３が後方に倒れようとする
ときに、圧力センサ４５ａ，４５ｂでトルクに応じた圧
力の変化が大きくなり、クランク軸４３に作用するトル
クを精度よく検出できる。また、２つの圧力センサ４５
ａ，４５ｂと径方向に対向する位置に２つのセンサ４５
ｃ，４５ｄを設けることにより、圧力センサ４５ａ，４
５ｂでの出力を補正でき、クランク軸４３に作用するト
ルクをより精度よく検出できる。

【００４８】圧力センサ４５ａ，４５ｃ及び圧力センサ
４５ｂ，４５ｄの小径部分５６ａ，５６ｃ及び小径部分
５６ｂ，５６ｄには、取付リング５３，５２がそれぞれ
装着されている。取付リング５３，５２は、装着時に圧
力センサ４５ａ〜４５ｄが移動や脱落するのを防止する
ために設けられたものであり、線材をリング状に曲げた
ばね部材である。

【００４９】次に、このように構成されたクランク軸組
立体３０のハンガ部２ｂへの装着手順について説明す
る。なお、クランク軸４３は予め軸受ハウジング４２に
転動体群４４ａ，４４ｂを介して組み込まれている。ま
た、左筒状部材４０に軸受ハウジング４２が組み込ま
れ、連結リング５１により両者は予め連結されている。

【００５０】まず、右筒状部材４１をねじ込み工具を用
いてハンガ部２ｂの右雌ネジ部２ｄにねじ込む。このと
き、右雌ネジ部２ｄは左ネジのため、右筒状部材４１を
反時計回りに回転させる。次に、左筒状部材４０をねじ
込み工具を用いてハンガ部２ｂの左雌ネジ部２ｃにねじ
込む。左雌ネジ部２ｃは右ネジのため、左筒状部材４０
を時計回りに回転させる。そして、軸受ハウジング４２
の先端が右筒状部材４１の当接部４１ｄの位置決め溝部
４１ｅに当接した時点で圧力センサ４５ａ〜４５ｄが所
定の方向に向くように軸受ハウジング４２の回転位置を
調整し、調整後にロックナット５０により左筒状部材４
０を調整位置でロックする。このとき、軸受ハウジング
４２の位置決め溝部と右筒状部材４１の位置決め溝部４
１ｅとが噛み合っているので、一度調整を行うと、圧力
センサ４５ａ〜４５ｄの回転位置がずれにくい。最後に
左右のクランク３１，３２をクランク軸４３の両端に装
着し、チェーン３４をチェーンホイール３３と内装変速
ハブ１０とに掛け渡すとクランク３１，３２の回転が内
装変速ハブ１０を介して後輪７に伝達される。

【００５１】次に、自転車の走行時の作用について説明
する。クランク３１，３２を回転させると、その回転が
チェーンホイール３３，チェーン３４を介して内装変速
ハブ１０に伝達され、後輪７が回転する。このときチェ
ーンに発生する張力によりクランク軸４３にトルクが作
用する。クランク軸４３にトルクが作用すると、クラン
ク軸４３に後方に倒れようとする力が加わる。するとこ
の力は、転動体群４４ａ，４４ｂを介して軸受ハウジン
グ４２に伝達され、軸受ハウジング４２と両筒状部材４
０，４１の間に配置された圧力センサ４５ａ，４５ｂに
トルクに応じた圧力が発生する。この発生した圧力を変
速制御部２５でトルクに変換し、このトルクと車速とに
応じて、変速タイミングが制御される。

【００５２】ここでは、圧力によりトルクを検出してお
り、かつ圧力センサ４５ａ〜４５ｄは、軸受ハウジング
４２と両筒状部材４０，４１との間に配置可能であるの
で、トルクセンサのサイズを小さくすることができる。
また圧力センサが最も力が作用する位置付近に配置して
いるので、効率よく圧力を検出できる。しかし、この位
置の精度はあまり必要ではなく、取付作業が容易であ
る。

【００５３】〔実施形態２〕 前記実施形態１では、軸受ハウジング４２の転動体群４
４ａ，４４ｂの外周側に圧力センサ４５ａ，４５ｂを配
置したが、図８に示すように、転動体群１４４ａ，１４
４ｂの外方に圧力センサ１４５ａ，１４５ｂを配置して
もよい。

【００５４】クランク軸組立体１３０は、図８〜図１１
に示すように、ハンガ部２ｂの左右のクランク装着側内
周部に装着される左右の筒状部材１４０，１４１と、こ
れらの筒状部材１４０，１４１に両端を支持される筒状
の軸受ハウジング１４２と、軸受ハウジング１４２に回
転自在に支持された中空のクランク軸１４３と、クラン
ク軸１４３と軸受ハウジング１４２との間に配置された
左右１対の転動体群１４４ａ，１４４ｂと、軸受ハウジ
ング１４２と左右の筒状部材１４０，１４１との間に装
着された２つの圧力センサ１４５ａ，１４５ｂとを備え
ている。

【００５５】左筒状部材１４０の外周面には、ハンガ部
２ｂの左端内周面に形成された左雌ネジ部２ｃに螺合す
る左雄ネジ部１４０ａが形成されている。この左雄ネジ
部１４０ａのサイズは、たとえばＪＩＳ自転車編 Ｄ
９４０１に記載されたＢＣ１．３７山２４であり、通常
の自転車のハンガ部に装着可能である。左筒状部材１４
０の外側（図８左端）内周面には、ねじ込み工具係止用
のスプライン１４０ｂが形成されている。また、内側内
周面には軸方向外側が内側より小径のテーパ面１４０ｃ
が形成されており、このテーパ面１４０ｃに後述するセ
ンサ押圧部材１６０が当接している。左筒状部材１４０
のスプライン１４０ｂとテーパ面１４０ｃとの間には、
円板状の左壁部１４０ｄが形成されている。この左壁部
１４０ｄの中心をクランク軸１４３が貫通している。左
筒状部材１４０は、ロックナット１５０により回り止め
されており、回転方向に位置決めされてハンガ部２ｂに
固定されている。ロックナット１５０の外周面には、ね
じ込み工具係止用の溝１５０ａが周方向に間隔を隔てて
形成されている。

【００５６】右筒状部材１４１は、左筒状部材１４０と
略同様な形状の円筒形状の部材であり、その外周面に
は、ハンガ部２ｂの右端内周面に形成された右雌ネジ部
２ｄに螺合する右雄ネジ部１４１ａが形成されている。
この右雄ネジ部１４１ａのサイズは、たとえばＪＩＳ自
転車編 Ｄ ９４０１に記載されたＢＣ１．３７山２４
左で左雄ネジ部１４０ａと逆方向のネジであり、通常の
自転車のハンガ部に装着可能である。外側内周面には、
ねじ込み工具係止用のスプライン１４１ｂが形成されて
いる。また、内側内周面には軸方向外側が内側より小径
のテーパ面１４１ｃが形成されており、このテーパ面１
４１ｃに後述するセンサ押圧部材１６１が当接してい
る。右筒状部材１４１のスプライン１４１ｂとテーパ面
１４１ｃとの間には、円板状の右壁部１４１ｄが形成さ
れている。この右壁部１４１ｄの中心には、軸受ハウジ
ング１４２を回転不能に係止するための４つの矩形の切
欠き部１４１ｅ（図９，図１０）が形成されている。右
筒状部材１４１は、ロックナット１５１により回り止め
されており、回転方向に位置決めされてハンガ部２ｂに
固定されている。ロックナット１５１の外周面には、ね
じ込み工具係止用の溝１５１ａが周方向に間隔を隔てて
形成されている。

【００５７】軸受ハウジング１４２は、両筒状部材１４
０，１４１の内周側に配置されており、両端がセンサ押
圧部材１６０，１６１を介して両筒状部材１４０，１４
１に接触している。軸受ハウジング１４２は、１対の転
動体群１４４ａ，１４４ｂが軸方向に間隔を隔てて内周
側に配置された筒状のハウジング本体１６２と、ハウジ
ング本体１６２の両端に装着された１対のセンサ装着部
材１６３ａ，１６３ｂとを有している。ハウジング本体
１６２の内周面には、軸方向に間隔を隔てて環状の玉受
け面１４２ａ，１４２ｂが形成されている。玉受け面１
４２ａ，１４２ｂは、クランク軸１４３の中心位置Ｃに
対して対称の位置に形成されている。センサ装着部材１
６３ａ，１６３ｂと左右の筒状部材１４０，１４１のテ
ーパ面１４０ｃ，１４１ｃとの間には、圧力センサ１４
５ｂ，１４５ａに密着可能にセンサ押圧部材１６０，１
６１が配置されている。

【００５８】センサ押圧部材１６０，１６１は、圧力セ
ンサ１４５ｂ，１４５ａを軸受ハウジング１４２に密着
させ、圧力センサ１４５ａ，１４５ｂをガタなく確実に
軸受ハウジング１４２に固定するために設けられてい
る。センサ押圧部材１６０，１６１は、外周面に軸方向
外方側に先細りのテーパ面１６０ａ，１６１ａが形成さ
れた略円筒形状の弾性を有する金属製の部材である。セ
ンサ押圧部材１６０，１６１の内周面の断面はほぼ正８
角形であり、その正８角形の内周面に圧力センサ１４５
ａ，１４５ｂ及びセンサ装着部材１６３ａ，１６３ｂが
圧接されている。センサ押圧部材１６０，１６１には、
軸方向に内外周を貫通して切り欠かれた複数のスリット
１６０ｂ，１６１ｂが形成されている。スリット１６０
ｂ，１６１ｂは、センサ装着部分に形成されている。ス
リット１６０ｂ，１６１ｂは、それぞれセンサ押圧部材
１６０，１６１の両端から逆側の端部に向けて形成され
た１組の溝を径方向に等間隔に４組並べて配置した構成
である。このようなスリットを設けると、センサ押圧部
材１６０，１６１が径方向に伸縮しやすくなり、圧力セ
ンサ１４５ｂ，１４５ａを確実に密着させることができ
る。

【００５９】センサ装着部材１６３ａ，１６３ｂは、ハ
ウジング本体１６２の両端外周面にきつくはめ込まれる
大径の円筒部１６５ａ，１６５ｂと、円筒部１６５ａ，
１６５ｂの両端に一体形成された変形八角形状の外周面
を有する装着部１６６ａ，１６６ｂとを有している。円
筒部１６５ａ，１６５ｂの圧力センサ１４５ｂ，１４５
ａの装着部分に隣接して配線用の溝部１７１ａ，１７１
ｂが形成されている。

【００６０】装着部１６６ａ，１６６ｂは、センサ押圧
部材１６０，１６１の内周側に対向して配置されてお
り、圧力センサ１４５ｂ及び圧力センサ１４５ａを装着
可能な装着面１６４ａ，１６４ｂをそれぞれ外周面に有
している。装着部１６６ａ，１６６ｂは、図１０及び図
１１に示すように、センサ押圧部材１６０，１６１に対
向する外周面の断面が変形８角形であり、かつ装着面１
６４ａ，１６４ｂと、装着面１６４ａ，１６４ｂに隣接
する１対の両面１６７ａ，１６７ｂと、１対の両面１６
７ａ，１６７ｂに対向する１対の対向面１６８ａ，１６
８ｂとでセンサ押圧部材１６０，１６１の内周面と隙間
をあけて配置され、両面１６７ａ，１６７ｂと対向面１
６８ａ，１６８ｂとの間の対向する１対の接触面１６９
ａ，１６９ｂでセンサ押圧部材１６０，１６１の内周面
に接触している。右側の装着部１６６ｂの先端には、右
筒状部材１４１の右壁部１４１ｄの中心に形成された４
つの矩形の切欠き部１４１ｅに係止される４つの係止突
起１６６ｃが軸方向外方に突出して形成されている。こ
の係止突起１６６ｃが切欠き部１４１ｅに係止されるこ
とにより、後述するように圧力センサ１４５ａの軸受ハ
ウジング１４２の後部への位置決めが可能になる。

【００６１】クランク軸１４３は、軸受ハウジング１４
２を介してハンガ部２ｂに回転自在に支持されている。
クランク軸１４３の両端には、左右のクランクを回転不
能に連結するための面取り部１４３ａ，１４３ｂが形成
されている。またクランク軸４３の外周面において玉受
け面１４２ａ，１４２ｂに対向する位置には、環状の玉
受け面１４３ｃ，１４３ｄが形成されている。この玉受
け面１４２ａ，１４２ｂと玉受け面１４３ｃ，１４３ｄ
の間に両面に接触して転動体群１４４ａ，１４４ｂを構
成する複数の鋼球１４４ｃ，１４４ｄが周方向に間隔を
隔ててそれぞれ配置されている。複数の鋼球１４４ｃ，
１４４ｄは、リテーナ１４４ｅ，１４４ｆに保持されて
等間隔に配置されている。この鋼球１４４ｃ，１４４ｄ
は、通常の玉軸受と同様に両者の間に圧入によりはめ込
まれている。この転動体群１４４ａ，１４４ｂの外側
に、シール部材を兼ねてセンサ装着部材１６３ａ，１６
３ｂが装着されている。

【００６２】圧力センサ１４５ａ，１４５ｂは、図９に
示すように矩形板状の部材であり、圧力に応じて抵抗が
変化するセラミック素子である。圧力センサ１４５ｂ，
１４５ａは、軸受ハウジング１４２の左右のセンサ装着
部材１６３ａ，１６３ｂと左右の筒状部材１４０，１４
１との間に圧入されている。ここで、圧力センサ１４５
ａは、図１０に示すように、自転車の進行方向と逆側、
つまり軸受ハウジング１４２の後部に位置するように配
置され、図１１に示すように、圧力センサ１４５ｂは、
軸受ハウジング１４２の前部に位置するように配置され
ている。

【００６３】このような位置に圧力センサ１４５ａ，１
４５ｂを配置すると、クランク３１，３２によりチェー
ンホイール３３を回転させてチェーン３４に張力が発生
し、その張力によりクランク軸１４３が後方に倒れよう
とするときに、圧力センサ１４５ａ，１４５ｂでトルク
に応じた圧力の変化が大きくなり、クランク軸１４３に
作用するトルクを精度よく検出できる。

【００６４】次に、このように構成されたクランク軸組
立体１３０のハンガ部２ｂへの装着手順について説明す
る。なお、クランク軸１４３は予め軸受ハウジング１４
２に転動体群１４４ａ，１４４ｂを介して組み込まれて
いる。また、センサ押圧部材１６０，１６１及び圧力セ
ンサ１４５ｂ，１４５ａが軸受ハウジング１４２の両端
に装着されている。このとき、左右の圧力センサ１４５
ｂ，１４５ａは、対向する位置に配置されている。

【００６５】まず、右筒状部材１４１をねじ込み工具を
用いてハンガ部２ｂの右雌ネジ部２ｄに右筒状部材１４
１の切欠き部１４１ｅの一つが前部に向いた適宜の位置
までねじ込む。このとき、右雌ネジ部２ｄは左ネジのた
め、右筒状部材１４１を反時計回りに回転させる。次
に、両端にセンサ押圧部材１６０，１６１が装着された
軸受ハウジング１４２を圧力センサ１４５ａが後部に配
置されるように切欠き部１４１ｅに係止突起１６６ｃが
係止される位置までハンガ部２ｂ内に挿入する。そし
て、左筒状部材１４０をねじ込み工具を用いてハンガ部
２ｂの左雌ネジ部２ｃにねじ込む。左雌ネジ部２ｃは右
ネジのため、左筒状部材１４０を時計回りに回転させ
る。所定のトルクで左筒状部材１４０を締め込むと、セ
ンサ押圧部材１６０，１６１が両テーパ面１４０ｃ，１
６０ａ、１４１ｃ，１６１ａのくさび作用により縮径
し、圧力センサ１４５ｂ，１４５ａを装着面１６４ａ，
１６４ｂ側に強く密着させる。このため、圧力センサ１
４５ｂ，１４５ａのガタが少なくなり、確実に軸受ハウ
ジング１４２に固定できる。そして、圧力センサ１４５
ａ，１４５ｂの周方向の位置を調整後、ロックナット１
５０，１５１により左右の筒状部材１４０，１４１を調
整位置でロックする。最後に左右のクランク３１，３２
をクランク軸１４３の両端に装着し、チェーン３４をチ
ェーンホイール３３と内装変速ハブ１０とに掛け渡すと
クランク３１，３２の回転が内装変速ハブ１０を介して
後輪７に伝達される。

【００６６】ここでは、転動体群１４４ａ，１４４ｂが
配置されたハウジング本体１６２の外側に両圧力センサ
１４５ｂ，１４５ａが装着されるので、両圧力センサ１
４５ｂ，１４５ａを径方向中心側に配置できる。このた
め、径方向寸法を大きくすることなく両圧力センサ１４
５ｂ，１４５ａを装着できる。

【００６７】また、センサ押圧部材１６０，１６１によ
り圧力センサ１４５ｂ，１４５ａが装着面１６４ａ，１
６４ｂに密着されるので、圧力センサ１４５ｂ，１４５
ａがガタつかず確実に固定できる。このため、圧力セン
サ１４５ｂ，１４５ａに力が効率よく伝達され、圧力セ
ンサ１４５ｂ，１４５ａの感度が高くなる。

【００６８】なお、実施形態２の作用は実施形態１とほ
ぼ同じであるので説明を省略する。ここでは、補正用の
圧力センサを設けていないが、実用上はセンサ出力の補
正を行わなくともトルクを精度よく検出できる。

【００６９】〔実施形態３〕 前記実施形態２では、外周にテーパ面１６０ａ，１６１
ａを有する筒状のセンサ押圧部材１６０，１６１を介し
て左右の筒状部材１４０，１４１とセンサ装着部材１６
３ａ，１６３ｂとを接触させたが、筒状部材とセンサ装
着部材とを直接接触させてもよい。なお、実施形態３の
構成は実施形態２と同様な構成のため、同一又は同様な
部材については同じ番号又は符号を付している。また、
実施形態３では、１つの圧力センサ１４５ａによりトル
クを検出している。ただし、圧力センサを実施形態１又
は２と同様に２個以上設けてもよい。

【００７０】実施形態３によるクランク軸組立体１３０
ａは、図１２〜図１６に示すように、ハンガ部２ｂの左
右のクランク装着側内周部に装着される左右の筒状部材
１４０，１４１と、これらの筒状部材１４０，１４１に
両端を支持される筒状の軸受ハウジング１４２と、軸受
ハウジング１４２に回転自在に支持された中空のクラン
ク軸１４３と、クランク軸１４３と軸受ハウジング１４
２との間に配置された左右１対の転動体群１４４ａ，１
４４ｂと、軸受ハウジング１４２と右筒状部材１４１と
の間に装着された圧力センサ１４５ａとを備えている。

【００７１】左筒状部材１４０の外周面には、ハンガ部
２ｂの左端内周面に形成された左雌ネジ部２ｃに螺合す
る左雄ネジ部１４０ａが形成されている。この左雄ネジ
部１４０ａのサイズは、たとえばＪＩＳ自転車編 Ｄ
９４０１に記載されたＢＣ１．３７山２４であり、通常
の自転車のハンガ部に装着可能である。左筒状部材１４
０の外側（図１２左端）内周面には、ねじ込み工具係止
用のスプライン１４０ｂが形成されている。また、内側
内周面には軸受ハウジング１４２の左端外周面がきつく
はめ込まれる円周面が形成されている。

【００７２】右筒状部材１４１の外周面には、ハンガ部
２ｂの右端内周面に形成された右雌ネジ部２ｄに螺合す
る右雄ネジ部１４１ａが形成されている。この右雄ネジ
部１４１ａのサイズは、たとえばＪＩＳ自転車編 Ｄ
９４０１に記載されたＢＣ１．３７山２４左で左雄ネジ
部１４０ａと逆方向のネジであり、通常の自転車のハン
ガ部に装着可能である。

【００７３】右筒状部材１４１の外側（図１２右端）内
周面には、ねじ込み工具係止用のスプライン１４１ｂが
形成されている。右筒状部材１４１の内側内周面は、お
おむね円形であり、円周の一部にセンサ装着部材１６３
ｂに接触する平坦な接触面１４１ｆが形成されている。
接触面１４１ｆと対向する内側内周面には、圧力センサ
１４５ａ及びセンサ押圧部材１７０を装着するための装
着凹部１４１ｇが形成されている。装着凹部１４１ｇ
は、図１５に示すように、平面部１８５と、平面部１８
５の回転方向両側に配置された曲面部１８６とを有して
おり、平面部１８５にセンサ押圧部材１７０の頂点１７
０ｃ（図１４）が接触する。

【００７４】右筒状部材１４１の接触面１４１ｆと回転
方向両方向に９０度離反した位置には、１対のローラ１
８１が転動（回転）自在に装着されている。ローラ１８
１は、クランク軸１４３と平行に配置されており、右筒
状部材１４１とセンサ装着部材１６３ｂとを押圧方向と
直交する方向で線接触させるために設けられている。こ
のように線接触させると、右筒状部材１４１とセンサ装
着部材１６３ｂとの摩擦が小さくなり、右筒状部材１４
１とセンサ装着部材１６３ｂとの間で力が伝達されると
きに伝達損失が小さくなる。

【００７５】右筒状部材１４１は、ロックナット１５１
により回り止めされており、回転方向に位置決めされて
ハンガ部２ｂに固定されている。ロックナット１５１の
外周面には、ねじ込み工具係止用の複数の溝１５１ａが
周方向に間隔を隔てて形成されている。

【００７６】軸受ハウジング１４２は、両筒状部材１４
０，１４１の内周側に配置されており、両端が両筒状部
材１４０，１４１に接触している。軸受ハウジング１４
２は、１対の転動体群１４４ａ，１４４ｂが軸方向に間
隔を隔てて内周側に配置された筒状のハウジング本体１
６２と、ハウジング本体１６２の右端に装着されたセン
サ装着部材１６３ｂとを有している。ハウジング本体１
６２の内周面には、軸方向に間隔を隔てて環状の玉受け
面１４２ａ，１４２ｂが形成されている。玉受け面１４
２ａ，１４２ｂは、クランク軸１４３の中心位置Ｃに対
して対称の位置に形成されている。ハウジング本体１６
２の左端内周面には、先端がクランク軸１４３に接触す
るオイルシール１８０が装着されている。

【００７７】センサ装着部材１６３ｂは、大径の円筒部
１６５ｂと、円筒部１６５ｂの外側端に一体形成された
小径の装着部１６６ｂとを有している。円筒部１６５ｂ
は、ハウジング本体１６２の両端外周面にきつくはめ込
まれる。

【００７８】装着部１６６ｂは、右筒状部材１４１の内
周側に対向して配置されており、圧力センサ１４５ａを
装着可能な平坦な装着面１６４ｂが外周面に形成されて
いる。装着部１６６ｂ外周面の装着面１６４ｂとクラン
ク軸１４３を挟んで対向する位置には、右筒状部材１４
１の接触面１４１ｆに面接触する平坦な接触面１６６ｅ
が形成されている。この２つの接触面１４１ｆ，１６６
ｅの接触位置が第１接触位置である。装着部１６６ｂの
第１接触位置と回転方向両方向に９０度離反した外周面
には、右筒状部材１４１と線接触する平坦な１対の接触
面１６６ｆ，１６６ｆが形成されている。この接触面１
６６ｆには、右筒状部材１４１の内周面に転動自在に装
着されたローラ１８１の外周面が接触している。このロ
ーラ１８１との接触位置が第２接触位置である。

【００７９】装着凹部１４１ｇにおいて、センサ装着部
材１６３ｂと右筒状部材１４１との間には、圧力センサ
１４５ａに密着可能にセンサ押圧部材１７０が配置され
ている。

【００８０】センサ押圧部材１７０は、圧力センサ１４
５ａを軸受ハウジング１４２に密着させ、圧力センサ１
４５ａをガタなく確実に軸受ハウジング１４２に固定す
るために設けられている。センサ押圧部材１７０は、金
属製の板状の部材である。図１５及び図１６に示すよう
に、センサ押圧部材１７０は、圧力センサ１４５ａに接
触する内周側の第１接触面１７０ａが圧力センサ１４５
ａの接触面１４５ｃより大きい平面で構成され、かつ右
筒状部材１４１と接触する外周側の第２接触面１７０ｂ
が径方向外方に碗状に膨出した曲面で構成された部材で
ある。第２接触面１７０ｂは、クランク軸１４３の軸方
向及び回転方向に湾曲した曲面であり頂点１７０ｃが丸
みを帯びている。この第２接触面１７０ｂの頂点１７０
ｃが装着凹部１４１ｇの平面部１８５に接触している。
このため、センサ押圧部材１７０と右筒状部材１４１と
の第３接触位置は、ほぼ点接触の狭い領域に限定され
る。

【００８１】クランク軸１４３は、実施形態２と同様な
構成であり説明を省略する。転動体群１４４ａの外側に
は、オイルシール１８０が装着され転動体郡１４５ｂの
外側に、シール部材を兼ねてセンサ装着部材１６３ｂが
装着されている。

【００８２】圧力センサ１４５ａは、実施形態２と同様
な矩形板状の部材であり、圧力に応じて抵抗が変化する
セラミック素子である。圧力センサ１４５ａは、軸受ハ
ウジング１４２のセンサ装着部材１６３ｂと右筒状部材
１４１との間に圧入されている。ここで、圧力センサ１
４５ａは、自転車の進行方向と逆側、つまり軸受ハウジ
ング１４２の後部に位置するように配置されている。

【００８３】このような位置に圧力センサ１４５ａを配
置すると、クランク３１，３２によりチェーンホイール
３３を回転させてチェーン３４に張力が発生し、その張
力によりクランク軸１４３が後方に倒れようとするとき
に、圧力センサ１４５ａでトルクに応じた圧力の変化が
大きくなり、クランク軸１４３に作用するトルクを精度
よく検出できる。

【００８４】次に、このように構成されたクランク軸組
立体１３０ａのハンガ部２ｂへの装着手順について説明
する。なお、クランク軸１４３は予め軸受ハウジング１
４２に転動体群１４４ａ，１４４ｂを介して組み込まれ
ている。また、センサ押圧部材１７０及び圧力センサ１
４５ａが軸受ハウジング１４２のセンサ装着部材１６３
ｂの右端に装着されている。

【００８５】まず、右筒状部材１４１にセンサ装着部材
１６３ｂが装着された軸受ハウジング１４２を挿入す
る。このとき、センサ押圧部材１７０の頂点１７０ｃが
装着凹部１４１ｇの平面部１８５にほぼ点接触し、接触
面１４１ｆと接触面１６６ｅとが面接触する。さらに接
触面１６６ｆとローラ１８１の外周面とが線接触する。

【００８６】これにより、圧力センサ１４５ａは、装着
凹部１４１ｇにがたつき無く確実に装着される。また、
右筒状部材１４１とセンサ装着部材１６３ｂとの間で圧
力センサ１４５ａに向かってトルクに応じて力が伝達さ
れるとき、力の伝達部分は面接触しているので力が確実
に伝達される。また、相対移動部分では線接触している
ので摩擦が小さくなり力の伝達効率の低下を抑えること
ができる。さらに、センサ押圧部材１７０がほぼ点接触
で右筒状部材１４１と接触しているので、圧力センサ１
４５ａに対する偏荷重が生じにくくなり、偏荷重に起因
する圧力センサ１４５ａのトルク検出精度不良や損傷を
防止できる。

【００８７】続いて、ねじ込み工具を用いてハンガ部２
ｂの右雌ネジ部２ｄに右筒状部材１４１を接触面１４１
ｆが前方に向いた適宜の位置までねじ込む。このとき、
右雌ネジ部２ｄは左ネジのため、右筒状部材１４１を反
時計回りに回転させる。そして、左筒状部材１４０をね
じ込み工具を用いてハンガ部２ｂの左雌ネジ部２ｃにね
じ込む。左雌ネジ部２ｃは右ネジのため、左筒状部材４
０を時計回りに回転させる。そして、圧力センサ１４５
ａの周方向の位置を調整後、ロックナット１５０，１５
１により左右の筒状部材１４０，１４１を調整位置でロ
ックする。最後に左右のクランク３１，３２をクランク
軸１４３の両端に装着し、チェーン３４をチェーンホイ
ール３３と内装変速ハブ１０とに掛け渡すとクランク３
１，３２の回転が内装変速ハブ１０を介して後輪７に伝
達される。

【００８８】ここでは、転動体群１４４ａ，１４４ｂが
配置されたハウジング本体１６２の外側に両圧力センサ
１４５ｂ，１４５ａが装着されるので、両圧力センサ１
４５ｂ，１４５ａを径方向中心側に配置できる。このた
め、径方向寸法を大きくすることなく両圧力センサ１４
５ｂ，１４５ａを装着できる。

【００８９】また、右筒状部材１４１とセンサ装着部材
１６３ｂとの間で圧力センサ１４５ａに向かってトルク
に応じて力が伝達されるとき、力の伝達部分は面接触し
ているので力が確実に伝達される。また、相対移動部分
では線接触しているので摩擦が小さくなり力の伝達効率
の低下を抑えることができる。さらに、センサ押圧部材
１７０がほぼ点接触で右筒状部材１４１と接触している
ので、圧力センサ１４５ａに対する偏荷重が生じにくく
なり、偏荷重に起因する圧力センサ１４５ａのトルク検
出精度不良や損傷を防止できる。

【００９０】なお、実施形態３の作用は実施形態１及び
２とほぼ同じであるので説明を省略する。ここでは、実
施形態２のように２つの圧力センサでトルクを検出して
いないが、実用上は１つの圧力センサでもトルクを精度
よく検出できる。また、実施形態２のように２つの圧力
センサを装着すればさらにトルク検出精度が向上し、補
正用の圧力センサを追加すればさらに精度が向上する。
このため、実施形態３の構成で圧力センサを複数設けて
もよい。

【００９１】このように、圧力によりトルクを検出し、
かつ圧力センサを軸受ハウジングとハンガ部又は装着部
材との間に配置可能であるので、トルクセンサのサイズ
を小さくすることができる。また圧力センサをたとえば
最も力が作用する位置（たとえばチェーンホイール側で
かつ後部）付近に配置することで、圧力を効率よく検出
できる。しかし、この位置の精度はあまり必要ではな
く、取付作業が容易であ る。

【００９２】〔他の実施形態〕 （ａ） 図７に示すように、左筒状部材４０を鍔付き円
筒状の部材で構成し、右筒状部材４１をロックナット５
０で位置決めするようにしてもよい。この場合、軸受ハ
ウジング４２は、右筒状部材４１に連結リング５１を介
して連結されている。また、右筒状部材４１と軸受ハウ
ジング４２とはセレーション７０により回転方向の位置
決めがなされている。さらに、軸受ハウジング４２は、
左筒状部材４０に当接しておらず、支持されているだけ
である。他の構成は前記実施形態と同様であり説明を省
略する。

【００９３】このような構成のクランク軸組立体３０ａ
をハンガ部２ｂに装着する場合には、まず、左筒状部材
４０をハンガ部２ｂにねじ込む。続いて、軸受ハウジン
グ４２が回転方向に位置決めされて連結された右筒状部
材４１をハンガ部２ｂにねじ込む。そして、圧力センサ
４５ａ〜４５ｄが所望の回転位置になるように右筒状部
材４１の回転位置を調整してロックナット５０により右
筒状部材４１をハンガ部２ｂに回り止めして固定する。

【００９４】このような構成のクランク軸組立体３０ａ
も前記実施形態と同様な効果を奏する。 （ｂ） 前記実施形態では、圧力センサの出力により検
出されたトルクにより変速タイミングを制御したが、ア
シストバイクの場合には、トルクにより走行用のモータ
の出力制御を行うこともできる。

【００９５】（ｃ） 前記実施形態では、圧力センサを
４カ所に設けてトルク検出精度を向上させたが、圧力セ
ンサは１つでも２つでもよい。その装着位置も前記実施
形態に限定されない。

【００９６】（ｄ） 前記実施形態３では、センサ装着
部材１６３ｂと右筒状部材１４１とを別体にしたが、図
１７及び図１８に示すように一体にしてもよい。この場
合、一体となったセンサ装着部材１６３ｂと右筒状部材
１４１との間には、トルクの伝達により変形する装着空
間１９０が形成されている。装着空間１９０の回転方向
両側には、変形を促進するためのスリット１９１，１９
１が形成されている。このような構成では、別体にした
構成に比べて組み立てコストが低減する。しかし、２つ
の部材が一体化したため、トルクに応じた力の伝達効率
が低下し、トルクの検出精度が別体の場合に比べて低下
するおそれがある。

【００９７】

【発明の効果】本発明に係るクランク軸組立体によれ
ば、トルクを圧力により検出しているので、トルクをコ
ンパクトな構成で検出できる。そして軸受ハウジングを
支持する左右の筒状部材を規格化されたハンガ部に装着
可能な形状にすることで、トルクを検出可能なクランク
軸組立体を規格化されたハンガ部に装着でき、トルクセ
ンサを設けても市販のクランク軸組立体との互換性を維
持できる。しかも取付手順も市販のクランク軸組立体と
ほぼ同様であり、取付作業も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を採用した自転車の側面
図。

【図２】そのフレーム部分の側面図。

【図３】クランク軸組立体の平面断面図。

【図４】クランク軸組立体の斜視図。

【図５】図３のＶ−Ｖ断面図。

【図６】図３のVI−VI断面図。

【図７】他の実施形態の図３に相当する図。

【図８】実施形態２の図３に相当する図。

【図９】実施形態２の図４に相当する図。

【図１０】図９の一部破断右側面図。

【図１１】図９のXI−XI断面図。

【図１２】実施形態３の図３に相当する図。

【図１３】実施形態３の図４に相当する図。

【図１４】図１３の側面図。

【図１５】センサ押圧部材の側面拡大図。

【図１６】センサ押圧部材の正面拡大図。

【図１７】他の実施形態の図３に相当する図。

【図１８】図１７の側面図。

【符号の説明】

２ｂ ハンガ部 ３０，３０ａ，１３０，１３０ａ クランク軸組立体 ３１ 左クランク ３２ 右クランク ３３ チェーンホイール ４０，１４０ 左筒状部材 ４１，１４１ 右筒状部材 ４１ｅ 位置決め溝部 ４２，１４２ 軸受ハウジング゛ ４３，１４３ クランク軸 ４４ａ，４４ｂ、１４４ａ，１４４ｂ 転動体群 ４５ａ〜４５ｄ、１４５ａ，１４５ｂ 圧力センサ ４６ａ〜４６ｄ 装着凹部 ５０，１５０，１５１ ロックナット ５１ 連結リング １４５ｃ 接触面 １６０，１６１，１７０ センサ押圧部材 １６０ｂ，１６１ｂ スリット １６２ ハウジング本体 １６３ａ，１６３ｂ センサ装着部材 １６４ａ，１６４ｂ 装着面 １７０ａ 第１接触面 １７０ｂ 第２接触面 １７０ｃ 頂点 １８１ ローラ １８５ 平面部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 3/14 B62M 23/02

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車のフレームのハンガ部に固定され両
   端に左右のクランクが装着可能なクランク軸組立体であ
   って、 前記ハンガ部の前記右クランク装着側内周部に装着可能
   な右筒状部材と、 前記ハンガ部の前記左クランク装着側内周部に装着可能
   な左筒状部材と、 前記両筒状部材の内周側に配置され前記両筒状部材に支
   持される筒状の軸受ハウジングと、 前記軸受ハウジングから両端が突出するように前記軸受
   ハウジングの内周側に配置され両端に前記左右のクラン
   クを回転不能に装着可能なクランク軸と、 周方向に間隔を隔てて配置され前記軸受ハウジングと前
   記クランク軸とに接触可能な複数の転動体を有し、軸方
   向に間隔を隔てて配置された１対の転動体群と、前記軸受ハウジングと前記右筒状部材との間に位置する
   第１位置及び前記軸受ハウジングと前記左筒状部材との
   間で第１位置と径方向に対向する第２位置にそれぞれ配
   置され、前記クランク軸に作用するトルクを検出するた
   めの第１及び第２圧力センサ と、 を備えた自転車用クランク軸組立体。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２位置と前記クランク軸の
   径方向に対向する第３位置及び第４位置にそれぞれ配置
   された第３及び第４圧力センサをさらに備えた、請求項
   １に記載の自転車用クランク軸組立体。
3. 【請求項３】 前記左右の筒状部材のいずれかを前記ハン
   ガ部に対して回転方向で位置決めして固定するためのロ
   ック部材をさらに備える、請求項１又は２に記載の自転
   車用クランク軸組立体。
4. 【請求項４】 前記左右の筒状部材は、前記ハンガ部にね
   じ込み固定される雄ネジ部をそれぞれ有する、請求項３
   に記載の自転車用クランク軸組立体。
5. 【請求項５】 前記ロック部材は、前記左右の筒状部材の
   いずれかの雄ネジ部に螺合するロックナットである、請
   求項４に記載の自転車用クランク軸組立体。
6. 【請求項６】 前記ロック部材により固定される筒状部材
   と前記軸受ハウジングとを軸方向移動不能に連結する連
   結部材をさらに備える、請求項３から５のいずれかに記
   載の自転車用クランク軸組立体。
7. 【請求項７】 前記ロック部材により固定される筒状部材
   と前記軸受ハウジングとの回転方向の位置決めを行うた
   めの位置決め手段をさらに備える、請求項３から６のい
   ずれかに記載の自転車用クランク軸組立体。
8. 【請求項８】 前記ロック部材により固定されない筒状部
   材と前記軸受ハウジングとの回転方向の位置決めを行う
   ための位置決め手段をさらに備える、請求項３から６の
   いずれかに記載の自転車用クランク軸組立体。
9. 【請求項９】 前記位置決め手段は、前記位置決めされる
   筒状部材の端面と前記軸受ハウジングの当接面とが凹凸
   嵌合する凹凸部を有している、請求項７又は８に記載の
   自転車用クランク軸組立体。
10. 【請求項１０】 前記第１及び第２圧力センサは、円弧状
    に形成された板状部材であり、前記軸受ハウジングの前
    記第１位置及び第２位置にそれぞれに形成された凹所に
    移動不能に装着されている、請求項１から９のいずれか
    に記載の自転車用クランク軸組立体。
11. 【請求項１１】 前記第３及び第４圧力センサは、円弧状
    に形成された板状部材であり、前記軸受ハウジングの前
    記第３位置及び第４位置にそれぞれに形成された凹所に
    移動不能に装着されている、請求項２から１０のいずれ
    かに記載の自転車用クランク軸組立体。
12. 【請求項１２】 前記第１位置及び第２位置は、前記転動
    体群の外周側に位置している、請求項１から１１のいず
    れかに記載の自転車用クランク軸組立体。
13. 【請求項１３】 前記第３位置及び第４位置は、前記転動
    体群の外周側に位置している、請求項２から１２のいず
    れかに記載の自転車用クランク軸組立体。
14. 【請求項１４】 前記軸受ハウジングは、 前記１対の転動体群が軸方向に間隔を隔てて内周側に配
    置された筒状のハウジング本体と、 前記ハウジング本体の少なくとも一端に装着され前記第
    １圧力センサ及び第２圧力センサのいずれかを装着可能
    な装着面を有するセンサ装着部材とを有する、請求項１
    から９のいずれかに記載の自転車用クランク軸組立体。
15. 【請求項１５】 前記センサ装着部材の外周側と前記筒状
    部材との間に配置され、前記装着面に装着された圧力セ
    ンサに密着可能に配置されたセンサ押圧部材をさらに備
    える、請求項１４に記載の自転車用クランク軸組立体。
16. 【請求項１６】 前記センサ押圧部材は、外周面が軸方向
    外方側に先細りの円周面であり、 前記筒状部材は、内周面が前記センサ押圧部材の外周面
    に係合する先細りの円周面でありかつ外周面が前記ハン
    ガ部に螺合するネジ面である、請求項１５に記載の自転
    車用クランク軸組立体。
17. 【請求項１７】 前記第１及び第２圧力センサは矩形板状
    の外形を有し、 前記センサ押圧部材は、内周面の断面が８角形であり、 前記センサ装着部材は、前記センサ押圧部材に対向する
    外周面の断面が８角形であり、かつ前記装着面と前記装
    着面に隣接する両面と前記両面に対向する対向面とで前
    記センサ押圧部材と隙間をあけて配置され、前記両面と
    対向面との間の面で前記センサ押圧部材に接触してい
    る、請求項１６に記載の自転車用クランク軸組立体。
18. 【請求項１８】 前記センサ押圧部材は、軸方向に内外周
    を貫通して切り欠かれた１又は複数のスリットを有す
    る、請求項１５から１７のいずれかに記載の自転車用ク
    ランク軸組立体。
19. 【請求項１９】 前記スリットは、少なくとも前記センサ
    装着部分に位置に形成されている、請求項１８に記載の
    自転車用クランク軸組立体。
20. 【請求項２０】 前記センサ押圧部材は、前記装着面に装
    着された圧力センサに接触する内周側の第１接触面が前
    記圧力センサの接触面より大きい平面で構成され、かつ
    前記筒状部材と接触する外周側の第２接触面が径方向外
    方に碗状に膨出した曲面で構成された板状の部材であ
    り、 前記筒状部材は、前記センサ押圧部材と接触する部分の
    内周面が前記センサ押圧部材の第２接触面の頂点に接触
    する平面であり、かつ外周面が前記ハンガ部に螺合する
    ネジ面である、請求項１５に記載の自転車用クランク軸
    組立体。
21. 【請求項２１】 前記第２接触面は、前記クランク軸の軸
    方向及び回転方向に湾曲した曲面である、請求項２０に
    記載の自転車用クランク軸組立体。
22. 【請求項２２】 前記圧力センサは矩形板状の外形を有
    し、 前記筒状部材と前記センサ装着部材とは、前記装着面と
    前記クランク軸を挟んで対向する第１接触位置で面接触
    しているとともに、前記第１接触位置と前記クランク軸
    回りに９０の離反した２つの第２接触位置で線接触して
    いる、請求項２０又は２１に記載の自転車用クランク軸
    組立体。
23. 【請求項２３】 前記第２接触位置で前記クランク軸に平
    行に配置され前記筒状部材又はセンサ装着部材に装着さ
    れたローラをさらに備え、前記センサ装着部材の外周面
    又は筒状部材の内周面は前記ローラに接触する平面で構
    成されている、請求項２２に記載の自転車用クランク軸
    組立体。
24. 【請求項２４】 前記センサ装着部材と前記筒状部材とは
    一体形成されており、前記圧力センサを装着するための
    装着面が形成された装着空間を有し、前記装着空間は、
    前記クランク軸に作用するトルクにより変形し、前記セ
    ンサ押圧部材は、前記装着空間に配置されている、請求
    項１４から２３のいずれかに記載の自転車用クランク軸
    組立体。
25. 【請求項２５】前記各圧力センサは、作用する圧力によ
    り抵抗が変化する抵抗素子である、請求項１から２４の
    いずれかに記載の自転車用クランク軸組立体。