JP3319234B2 - 補助動力アシスト式自転車 - 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、自転車の車体に電
動モータを搭載し、その補助動力でペダル踏力をアシス
トすることにより、登坂走行や向い風を受けながらの走
行を容易にした補助動力アシスト式自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような補助動力アシスト式自転車に
は、クランク軸に加わるペダル踏力と電動モータの補助
動力を合成し、その合力を駆動輪に伝える合力装置が設
けられている。この合力装置としては、従来から遊星ギ
ヤ装置や差動装置等が広く用いられている。

【０００３】合力装置によりペダル踏力と補助動力とを
合成する際には、補助動力によるアシスト比、即ちペダ
ル踏力と補助動力の比率が常に一定になるように、好ま
しくはアシスト比が常に１対１になるように電動モータ
の出力を制御し、ペダルを踏んだ感覚を自然にして補助
動力アシスト式自転車の走行フィーリングを良好に保つ
必要がある。その際、いかなる場合でも補助動力がペダ
ル踏力を上回ることがないよう、特に注意しなければな
らない。

【０００４】従来の補助動力アシスト式自転車は、ペダ
ル踏力を専用の検出手段（トルクセンサ等）により検出
して、その信号を制御装置（小型のＣＰＵ等）に入力
し、この制御装置がペダル踏力に合わせて電動モータに
流す電流を制御し、アシスト比を１対１あるいは任意の
比率に設定していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ペダル
踏力を検出する検出手段の精度や、電流値に対する電動
モータの出力特性、あるいは合力装置のフリクションロ
ス等は、各個体毎に僅かずつ差があり、これらの小さな
差が累積されれば、アシスト比が容易に変動してしま
う。

【０００６】故に、アシスト比を正確に１対１あるいは
任意の比率に設定するには、ペダル踏力検出手段の精度
を始め、電動モータの出力特性、合力装置のフリクショ
ンロス等を厳密に全数チェックし、これらを全部組み立
ててから再度電動モータの出力をチェックする必要があ
り、このような組立方法を採ることにより多大なコスト
アップと生産性の低下を余儀なくされる。

【０００７】しかも、仮に新車時にバッテリが正しく充
電された条件の元でアシスト比が１対１であったとして
も、万一バッテリが過充電されて電動モータの出力が向
上した場合や、ならし運転後に合力装置のフリクション
ロスが軽減して相対的に電動モータの出力が向上した場
合には、補助動力がペダル踏力を上回る場合があるの
で、必ずしもアシスト比が１対１にならない。

【０００８】もし補助動力がペダル踏力を上回ると、補
助動力アシスト式自転車の走行フィーリングが不自然に
なるばかりか、乗員が予期しない加速力がもたらされる
ため、この事態を避けるために予め電動モータの出力を
小さめに設定し、バッテリが過充電されたり合力装置の
フリクションロスが軽減した場合でも補助動力がペダル
踏力を上回らないようにする必要がある。

【０００９】ところが、バッテリが過充電されたり合力
装置のフリクションロスが軽減した場合に備えて予め電
動モータの出力を小さめに設定すると、バッテリが正し
く充電されている時や、合力装置のフリクションロスの
大きい新車時においては電動モータの出力が低くなり過
ぎ、やはりアシスト比を１対１に保つことができない。
なお、バッテリの電圧が低下している時には電動モータ
の出力が一段と弱まり、一層アシスト比が小さくなる。

【００１０】このような問題点に加えて、従来の補助動
力アシスト式自転車の合力装置は遊星ギヤ装置や差動装
置を利用した複雑で高価な構造であったため、補助動力
アシスト式自転車が大型かつ高重量化するとともに、製
造コストも高くつくという欠点があった。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、電動モータの補助動力によるアシ
スト比を正確に１対１または任意の比率に容易に制御す
ることのできる補助動力アシスト式自転車を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】また、本発明のもう一つの目的は、合力装
置の作動性を良くすると同時に、合力装置のコンパクト
化と生産性の向上を図り、併せて合力装置の耐久性を向
上させることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る補助動力アシスト式自転車は、請求項
１に記載したように、ペダル踏力により回転駆動される
クランク軸と、補助動力を発生する電動モータと、上記
ペダル踏力および補助動力を合成し、その合力を駆動輪
側に出力する合力装置とを備えた補助動力アシスト式自
転車において、合力装置を、クランク軸に軸支されて駆
動輪側にペダル踏力および補助動力の合力を伝達する出
力回転部材と、この出力回転部材に軸方向移動手段を介
して回転一体に、かつ軸方向には移動自在に設けられた
合力回転部材と、ペダル踏力および補助動力を合力回転
部材に伝達すると同時にペダル踏力および補助動力に比
例する強度を持つ２つのスラスト分力をクランク軸の軸
方向に沿って合力回転部材の両側から作用させる分力発
生手段と、合力回転部材を軸方向移動範囲の中立位置に
保つ付勢手段とを備えて構成し、上記付勢手段を上記分
力発生手段よりも径方向の内周側に配置するとともに、
上記２つのスラスト分力を受けて軸方向に移動する出力
回転部材の中立位置からの移動方向および移動量を検出
する移動検出手段と、この移動検出手段からの入力に基
づいて上記２つのスラスト分力の強度差を検知し、この
強度差を０および任意の強度差にするべく電動モータの
出力を制御する制御装置とを備えて構成したことを特徴
としている。

【００１４】また、請求項２に記載したように、上記合
力装置の軸方向移動手段を上記分力発生手段および付勢
手段よりも径方向の外周側に配置している。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る
補助動力アシスト式自転車の左側面図である。

【００１６】この補助動力アシスト式自転車１は、例え
ば金属管製の車体フレーム２を備えており、この車体フ
レーム２の下部に補助動力アシスト装置３が搭載されて
いる。

【００１７】車体フレーム２は、その前頭部にヘッドパ
イプ４が位置し、このヘッドパイプ４からアッパーチュ
ーブ５とロアーチューブ６が後斜め下方に延ばされてい
る。アッパーチューブ５の中間部とロアーチューブ６の
後端部付近はブリッジ部材７により連結され、アッパー
チューブ５の後端部は急角度に設けられたシートチュー
ブ８の下端部にシートラグ９を介して接合されている。

【００１８】シートラグ９からは左右一対のジョイント
チューブ11が下方に向かって延びており、このジョイン
トチューブ11の下端部は左右に開かれ、車幅方向に延び
るパイプ状のチェーンラグ12が固着されている。そし
て、チェーンラグ12からは左右一対のチェーンステー13
が後方に向かって延びている。

【００１９】一方、前記シートチューブ８の上端部付近
からは左右一対のシートステー14が後斜め下方に延びて
おり、これらのシートステー14の下端部がリヤエンド15
を介して前記チェーンステー13の後端部に接合されてい
る。

【００２０】前記ロアーチューブ６の後端部とジョイン
トチューブ11の中間部とチェーンラグ12の下部には、そ
れぞれ取付ブラケット16,17,18が固着されており、これ
らの取付ブラケット16,17,18に前記補助動力アシスト装
置３がボルトで固定される。このため、ロアーチューブ
６の後端部は補助動力アシスト装置３を介してチェーン
ラグ12に連結され、補助動力アシスト装置３が車体フレ
ーム２の構造部材を兼ねている。

【００２１】ヘッドパイプ４にはフロントフォーク19が
左右回動自在に軸支され、このフロントフォーク19の下
端部に前輪20が支持される。フロントフォーク19の上部
にはハンドルポスト21を介してハンドルバー22が固定さ
れ、さらにフロントフォーク19には前輪20を覆うフロン
トフェンダ23と、前輪制動用のフロントブレーキ24、そ
して荷物積載用のバスケット25等が回動一体に設けられ
る。

【００２２】また、車体フレーム２の後端部に位置する
前記リヤエンド15には後輪26が軸支され、この後輪26を
覆うリヤフェンダ27がチェーンステー13とシートステー
14およびリヤエンド15に固定され、後輪制動用のリヤブ
レーキ28がシートステー14に設けられる。なお、リヤエ
ンド15には駐輪時に車体を立てるためのスタンド装置29
が設けられている。

【００２３】前記シートチューブ８には上方からシート
ポスト31が差し込まれて固定され、このシートポスト31
の上端部にサドル32が取り付けられる。一方、補助動力
アシスト装置３には車幅方向に延びるクランク軸33が軸
支されており、このクランク軸33の両端部にクランク34
Ｌおよびクランク34Ｒが回転一体に固定され、両クラン
ク34Ｌ，34Ｒの先端部にそれぞれペダル35が回転自在に
設けられている。

【００２４】また、クランク軸33には補助動力アシスト
装置３の右側に位置するドライブスプロケット36が軸装
されており、このドライブスプロケット36と、後輪26に
設けられたドリブンスプロケット37との間にチェーン38
が巻装されている。

【００２５】クランク軸33は、サドル32に着座した乗員
が足でペダル35を踏むことにより矢印Ａで示す前転方向
に回転駆動され、その際にドライブスプロケット36がク
ランク軸33と同一方向に回転し、この回転がチェーン38
によりドリブンスプロケット37に伝達されて後輪26が駆
動される。

【００２６】車体フレーム２のアッパーチューブ５とロ
アーチューブ６との間には、補助動力アシスト装置３に
内蔵された電動モータを作動させるためのバッテリユニ
ット40が固定されている。このバッテリユニット40は、
例えば十数個の小型バッテリ41と図示しない充電器とが
合成樹脂製のバッテリケース42の中に密封された構成と
なっている。なお、補助動力アシスト装置３の上部には
上記電動モータの出力を制御する制御装置43が取り付け
られている。

【００２７】図２は、補助動力アシスト装置３の横断面
図であり、図３は図２のIII-III 矢視による補助動力ア
シスト装置３の左側面図である。なお、図２は図３のII
-II線に沿って展開されている。

【００２８】補助動力アシスト装置３の外殻をなすケー
シング45は、例えばアルミ合金製であり、図２に示すよ
うに左側のケース半身46と、右側のケース半身47とが数
本のボルト48で固定され、ケース半身46の左側開口部に
アウターカバー49が数本のボルト50で固定された構造と
なっている。なお、図３にはアウターカバー49が取り外
された状態が示されている。

【００２９】前記クランク軸33はケーシング45の後部に
軸受51,52,53を用いて回転自在に軸支されており、ケー
シング45から左右に突出するクランク軸33の両端部に前
記クランク34Ｌおよび34Ｒがボルト54で固定される。

【００３０】ケーシング45の前部には電動モータ室55が
画成され、その内部に前述の電動モータ56が設置されて
いる。この電動モータ56は補助動力を発生するもので、
その外ケース57が数本のボルト58によりケース半身46に
固定されており、その主軸59はクランク軸33に平行して
いる。

【００３１】そして、電動モータ56の左側にはローラ式
の遊星減速機構61が設けられている。この遊星減速機構
61の太陽ローラ62は軸状に形成されており、その左端が
アウターカバー49側に設けられた軸受63に軸支され、右
端がケース半身46側に設けられた軸受64に軸支されると
ともに、電動モータ56の主軸59の左端にスプライン嵌合
されて回転一体に連結されている。

【００３２】また、ケース半身46には環状のリングロー
ラ65がボルト66で固定され、このリングローラ65の左側
には減速キャリア67が軸受68を介して太陽ローラ62廻り
に回転自在に軸支されている。減速キャリア67には太陽
ローラ62に平行する４本のローラ軸69が固定されてお
り、これらのローラ軸69にそれぞれ遊星ローラ71が回転
自在に軸支されている。４個の遊星ローラ71の外周面は
リングローラ65の内周面と太陽ローラ62の外周面とに接
する。また、減速キャリア67の左側面には一次ドライブ
ギヤ72が回転一体に設けられている。

【００３３】電動モータ56の主軸59が回転すると、遊星
減速機構61の太陽ローラ62も一体に回転し、固定された
リングローラ65と回転する太陽ローラ62との間で各遊星
ローラ71が自転しながら太陽ローラ62の廻りを公転し、
これにより減速キャリア67と一次ドライブギヤ72が減速
回転駆動される。なお、主軸59と太陽ローラ62は矢印Ｂ
で示す方向に回転し、減速キャリア67と一次ドライブギ
ヤ72も同じ方向に回転する。

【００３４】ところで、本実施例では遊星減速機構61が
ローラ式に構成されているが、例えば太陽ローラ62の外
周にピニオンギヤを設けるとともにリングローラ65をリ
ングギヤ（内歯ギヤ）に変更し、各遊星ローラ71を上記
ピニオンギヤおよびリングギヤに噛み合う遊星ギヤに変
更することにより、遊星減速機構61をギヤ式に構成して
もよい。

【００３５】一方、太陽ローラ62とクランク軸33との間
には中間軸73が軸受74,75 により回転自在に軸支されて
いる。この中間軸73はクランク軸33に平行に架設され、
その左端部には前記一次ドライブギヤ72に噛み合う大径
な一次ドリブンギヤ76が回転一体に設けられ、この一次
ドリブンギヤ76の右側には小径な二次ドライブギヤ77が
設けられている。

【００３６】二次ドライブギヤ77は中間軸73の周囲にワ
ンウェイクラッチ78を介して軸装されたギヤスリーブ79
の周囲に設けられており、ワンウェイクラッチ78は中間
軸73と一次ドリブンギヤ76が図３中に矢印Ｃで示す方向
に回転した時にはギヤスリーブ79と二次ドライブギヤ77
を中間軸73と一体に回転させるが、ギヤスリーブ79と二
次ドライブギヤ77の回転速度が中間軸73の回転速度を上
回るような場合にはクラッチ接続を断ってギヤスリーブ
79と二次ドライブギヤ77を中間軸73の周囲で空転させ
る。

【００３７】さらに、クランク軸33の左端部付近には、
二次ドライブギヤ77に噛み合う二次ドリブンギヤ81が軸
装されている。この二次ドリブンギヤ81のボス82はメタ
ル軸受83を介してクランク軸33に回転自在に軸支されて
おり、ボス82の外周に前記軸受51, 52が設けられてい
る。

【００３８】４個のギヤ72,76,77,81 は減速ギヤ列84を
構成しており、電動モータ56が発生する補助動力は遊星
減速機構61により一段減速された後に減速ギヤ列84によ
り二段階に減速され、合せて三段階に減速されてから後
述する合力装置87に伝達される。

【００３９】そして、ケーシング45の後部には合力装置
室86が画成され、ここに合力装置87が内蔵されている。
図４は合力装置87の拡大縦断面図である。この合力装置
87はクランク軸33と同軸的に設けられており、例えば以
下のように構成される。

【００４０】まず、クランク軸33の中間部分の外周には
略円筒状のペダル踏力伝達部材88が一対のメタル軸受8
9,90 を介して回転自在に軸支されている。このペダル
踏力伝達部材88の右端部は径が拡大されてクラッチハウ
ジング91が形成され、その内部にはワンウェイクラッチ
92が設けられている。このワンウェイクラッチ92はクラ
ンク軸33の正転方向Ａへの回転のみをペダル踏力伝達部
材88に伝え、クランク軸33が逆転した場合やペダル踏力
伝達部材88の回転速度がクランク軸33の回転速度を上回
るような場合にはクラッチ接続を断つように構成されて
いる。

【００４１】また、このペダル踏力伝達部材88の左端部
外周には環状の補助動力伝達部材93が回転自在に、かつ
サークリップ94で軸方向への動きを規制されながら軸装
されている。補助動力伝達部材93の左側面には環状のジ
ョイントプレート95がビス96で回転一体に固定されてお
り、このジョイントプレート95の内周部には内周歯状の
セレーション97が刻設され、このセレーション97が二次
ドリブンギヤ81のボス82の右端部外周に刻設された外周
歯状のセレーション99に噛み合っている。このため、二
次ドリブンギヤ81の回転、つまり電動モータ56の補助動
力が減速された回転がそのまま補助動力伝達部材93に伝
達されるようになっている。

【００４２】一方、クランク軸33の右端付近には出力回
転部材100 が軸受101 を用いて回転自在に軸支されてい
る。この出力回転部材100 は、右側に位置する出力ハウ
ジング102 と、左側に位置する出力スリーブ103 とを有
して構成されており、この両部品102,103 の接合部に形
成された接合フランジ104,105 が数本のボルト106 で締
結されて組み立てられている。

【００４３】出力回転部材100 の出力ハウジング102
は、その右端部がケーシング45の右側から外部に突出し
ており、この突出した部分に前述のドライブスプロケッ
ト36がスプラインやねじ等の結合手段107 により回転一
体に固定されている。また、出力ハウジング102 の内部
にビス108 で回転一体に固定されたホルダリング109 が
ペダル踏力伝達部材88の右端部に形成されたスラストフ
ランジ111 を保持している。このホルダリング109 は、
ペダル踏力伝達部材88と出力回転部材100 との間を相対
回転可能に保つと同時に、両部材88,100の軸方向への相
対移動を防いで両部材88,100をクランク軸33の定位置に
位置決めする部品である。

【００４４】図３にも示すように、出力スリーブ103 の
内周面には軸方向に延びる複数の内周スプライン溝113
が刻設されている。また、出力ハウジング102 と出力ス
リーブ103 との間には鋼板製のストッパプレート114 が
挟まれる一方、出力スリーブ103 は鋼板プレス製のスト
ッパカバー115 で覆われており、このストッパプレート
114 とストッパカバー115 はボルト106 で接合フランジ
104,105 に共締めされている。

【００４５】そして、出力回転部材100 に隣接して合力
回転部材116 が設けられている。この合力回転部材116
は、出力回転部材100 の出力スリーブ103 の内側に位置
する筒状の合力スリーブ117 と、この合力スリーブ117
の左端部に固定された合力フランジ118 とを備えて構成
されている。合力フランジ118 はドーナツ形の板で、そ
の内径部にペダル踏力伝達部材88が緩く挿通される。

【００４６】合力スリーブ117 の外周面には軸方向に延
びる複数の外周スプライン溝119 が刻設されており、出
力スリーブ103 の内周スプライン溝113 と合力スリーブ
117の外周スプライン溝119 との間に鋼球120 が配列さ
れてボールスプライン121 が構成されている。鋼球120
の列は、その両端がストッパプレート114 とストッパカ
バー115 とに形成された爪122,123 に保持され、これに
より内外周のスプライン溝113,119 からの鋼球120 の抜
脱が防止されている。このボールスプライン121 によっ
て合力回転部材116 は出力回転部材100 に対し回転一体
となり、しかも軸方向には相対移動自在に保たれる。こ
のボールスプライン121 は請求項１に記載した軸方向移
動手段となるものである。

【００４７】さらに、図２および図４、図５に示すよう
に合力回転部材116 の合力フランジ118 とペダル踏力伝
達部材88のクラッチハウジング91との間にはトルクカム
125が設けられ、合力フランジ118 と補助動力伝達部材9
3との間にはトルクカム126が設けられている。このトル
クカム125,126 は請求項１に記載した分力発生手段とな
るもので、前述のボールスプライン121 の内周側に設け
られている。

【００４８】図５に示すように、右側のトルクカム125
は合力フランジ118 の右側面に形成された斜面カム状の
インナーカム127 と、クラッチハウジング91の左側面に
形成されて上記インナーカム127 に噛み合うアウターカ
ム128 とから構成されている。また、左側のトルクカム
126 は、合力フランジ118 の左側面に形成された斜面カ
ム状のインナーカム129 と、補助動力伝達部材93の右側
面に形成されて上記インナーカム129 に噛み合うアウタ
ーカム130 とから構成されている。

【００４９】トルクカム125 とトルクカム126 のカム形
状は合力フランジ118 を挟んで対称である。トルクカム
125 のカム形状は、ペダル踏力伝達部材88がクランク軸
33の回転（ペダル踏力Ｐ）を受けてＡ方向に回動した際
に、ペダル踏力Ｐを合力回転部材116 の合力フランジ11
8 に伝達すると同時に、ベクトルで示すようにペダル踏
力Ｐに比例する強度を持つスラスト分力ｐを発生させ、
このスラスト分力ｐにより合力フランジ118 を左方に押
圧するような形状とされている。

【００５０】一方、トルクカム126 のカム形状は、補助
動力伝達部材93が電動モータ56の補助動力Ｍを受けてＡ
方向に回動した際に、補助動力Ｍを合力フランジ118 に
伝達すると同時に、補助動力Ｍに比例する強度を持つス
ラスト分力ｍを発生させ、このスラスト分力ｍにより合
力フランジ118 を右方に押圧するような形状とされてい
る。

【００５１】さらに、合力装置87の内部には左右一対の
コイルスプリング131,132 が設けられている。これらの
コイルスプリング131,132 は、請求項１に記載した付勢
手段となるものであり、それぞれトルクカム125,126 の
内周側に設けられている。右側のコイルスプリング131
は合力フランジ118 とペダル踏力伝達部材88のクラッチ
ハウジング91との間に弾装され、左側のコイルスプリン
グ132 は合力フランジ118 と補助動力伝達部材93との間
に弾装されている。なお、左右のコイルスプリング131,
132 の形状寸法およびバネ定数は同一に設定されてい
る。

【００５２】ペダル踏力伝達部材88（のクラッチハウジ
ング91）と補助動力伝達部材93はクランク軸33の軸方向
には不動であり、その間にある合力フランジ118 はクラ
ンク軸33の軸方向に移動自在であるため、均等な付勢力
を持った２個のコイルスプリング131,132 により合力フ
ランジ118 が両側から押圧されると、コイルスプリング
131,132 の長さが等しくなる位置Ｄでコイルスプリング
131,132 の付勢力が釣り合い、合力フランジ118 が停止
する。この位置Ｄは合力フランジ118 の中立位置となる
もので、合力回転部材116 がクランク軸33の軸方向に移
動できる範囲の中間点となるように定められている。

【００５３】以上のように合力装置87は構成されてお
り、図２〜図４から明らかなように、この合力装置87の
付勢手段であるコイルスプリング131,132 は分力発生手
段であるトルクカム125,126 よりも径方向の内周側に配
置され、軸方向移動手段であるボールスプライン121 は
トルクカム125,126 およびコイルスプリング131,132 よ
りも径方向の外周側に配置されている。

【００５４】ところで、合力フランジ118 の外周部の例
えば左方には位置センサ134 が設けられている。この位
置センサ134 は、請求項１に記載した移動検出手段とな
るものである。位置センサ134 は、ビス135 等でケーシ
ング45に固定されたセンサホルダ136 と、このセンサホ
ルダ136 内に保持されたセンサ本体137 と、センサホル
ダ136 から合力フランジ118 の外周部に向かって出没自
在に保持された測定子138 と、この測定子138 の先端を
合力フランジ118 に押し付けるスプリング139とを備え
て構成されており、センサ本体137 から延びる測定針14
0 が測定子138の尾部に押し当てられた状態に組み立て
られている。

【００５５】合力フランジ118 （合力回転部材116 ）が
クランク軸33の軸方向に移動した場合、それに合せて位
置センサ134 の測定子138 がセンサホルダ136 から出没
し、その動きがセンサ本体137 に読み取られて出力回転
部材118 （合力回転部材116）の中立位置Ｄからの移動
方向および移動量が検出される。

【００５６】位置センサ134 は、図６に示すように前記
制御装置43に電気的に接続されており、位置センサ134
の測定による合力フランジ 118（合力回転部材116 ）の
移動方向および移動量が制御装置43に入力されるように
なっている。なお、制御装置43には前記バッテリユニッ
ト40と電動モータ56と回転速度センサ142 が電気的に接
続されている。回転速度センサ142 は、例えば遊星減速
機構61の近傍でボルト143 によりケーシング45内に固定
されており、電動モータ56が作動して遊星減速機構61の
減速キャリア67が回転した際に、減速キャリア67の外周
面に等間隔で刻設された凹部144 の動きを読み取ること
によって電動モータ56の回転速度を検出し、そのデータ
を制御装置43に入力する。

【００５７】次に、このように構成された補助動力アシ
スト式自転車１の作用について説明する。

【００５８】補助動力アシスト式自転車１の走行時に
は、クランク軸33がペダル踏力を受けてＡ方向に回転
し、このクランク軸33の回転がワンウェイクラッチ92を
経て合力装置87のペダル踏力伝達部材88に伝達され、ペ
ダル踏力伝達部材88はＡ方向へ回転駆動される。一方、
電動モータ56の補助動力は遊星減速機構61および減速ギ
ヤ列84により減速されてから補助動力伝達部材93に伝達
され、補助動力伝達部材93も同じくＡ方向に回転駆動さ
れる。ペダル踏力伝達部材88と補助動力伝達部材93の回
転力は、トルクカム125,126 を経て合力回転部材116 の
合力フランジ118 に伝達され、合力回転部材118 はボー
ルスプライン121 を介して出力回転部材100をＡ方向に
回転させる。

【００５９】出力回転部材100 の回転力は、ペダル踏力
と補助動力の合力であり、この合力がドライブスプロケ
ット36とチェーン38とドリブンスプロケット37により駆
動輪である後輪26に出力される。このため、電動モータ
56の補助動力によってペダル踏力がアシストされること
になり、小さなペダル踏力でも楽に補助動力アシスト式
自転車１を走行させることができる。

【００６０】トルクカム125,126 は、ペダル踏力伝達部
材88と補助動力伝達部材93の回転力を合力回転部材116
に伝達すると同時に、図５に示すようにペダル踏力Ｐお
よび補助動力Ｍに比例する強度を持つ２つのスラスト分
力ｐ，ｍを合力回転部材116の合力フランジ118 に左右
両側から作用させるので、合力フランジ118 はスラスト
分力ｐ，ｍにより左右両側から押圧される。

【００６１】アシスト比が１対１である場合、つまりペ
ダル踏力Ｐと補助動力Ｍの強度が均等である場合には、
合力フランジ118 の両側に作用する２つのスラスト分力
ｐ，ｍの強度も均等になって互いに相殺されるため、図
５および図７(B) 、図８(B)に示すように合力回転部材1
16 の位置は中立位置Ｄに保たれる。

【００６２】しかし、アシスト比が１対１でなくなる
と、２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度が不均等になるた
め、合力回転部材116 は強度の強い方のスラスト分力ｐ
またはｍに押圧されてクランク軸33の軸方向に移動す
る。例えば、ペダル踏力Ｐが補助動力Ｍよりも強けれ
ば、ペダル踏力Ｐのスラスト分力ｐが補助動力Ｍのスラ
スト分力ｍよりも強くなるので、合力回転部材116 はス
ラスト分力ｐに押圧され、図７(A) および図８(A) に示
すように中立位置Ｄよりも左方へ移動する。

【００６３】また、補助動力Ｍがペダル踏力Ｐよりも強
ければ、補助動力Ｍのスラスト分力ｍがペダル踏力Ｐの
スラスト分力ｐよりも強くなるので、合力回転部材116
はスラスト分力ｍに押圧され、図７(C) および図８(C)
に示すように中立位置Ｄよりも右方へ移動する。

【００６４】そして、この合力回転部材116 の中立位置
Ｄからの移動方向および移動量が位置センサ134 に読み
取られ、そのデータが制御装置43に入力される。制御装
置43は、位置センサ134 からの入力に基づいて２つのス
ラスト分力ｐ，ｍの強度差を検知し、この差が０になる
ように電動モータ56の出力を制御する。つまり、図７
(A) および図８(A) のように合力回転部材116 が中立位
置Ｄよりも左方へ移動した場合には電動モータ56の出力
を向上させ、図７(C) および図８(C) のように合力回転
部材116 が中立位置Ｄよりも右方へ移動した場合には電
動モータ56の出力を低下させる。これにより、合力装置
87は図７(B) および図８(B) の状態に戻され、アシスト
比が常に１対１に保たれる。

【００６５】なお、制御装置43に２つのスラスト分力
ｐ，ｍの強度差を任意に設定させることにより、アシス
ト比を１対１に限らず任意の比率に設定することもでき
る。例えば、２つのスラスト分力ｐとｍの強度差を１対
0.5 に設定した場合、ペダル踏力Ｐに対して補助動力Ｍ
が半分になる。

【００６６】この強度差の比率は、走行中に連続的に変
化させることも可能である。例えば補助動力アシスト式
自転車１の発進時にはアシスト比を最大比率の１対１に
設定し、車速が高まるにつれてアシスト比を低くして行
けば、人力の負担を低減しつつ電動モータ56の消費電力
を大幅に省くことができ、バッテリユニット40の放電量
を抑えて走行距離を大きく伸ばすことができる。

【００６７】さらに、制御装置43は回転速度センサ142
から入力される電動モータ56の回転速度から車速を判断
し、例えば車速が一定以上になった時には電動モータ56
への電力供給量を減少させるか０にして車速が過大にな
らないようにする。

【００６８】以上のように補助動力アシスト式自転車１
を構成すれば、ペダル踏力と補助動力とが合成される合
力装置87の部分で、直接かつ機械的にアシスト比が検出
されるので、アシスト比を誤差なく正確に割り出すこと
ができる。このため、従来のようにクランク軸33に加わ
るペダル踏力を一旦検出し、それに合わせて電動モータ
56の出力を制御するという必要性がなく、ペダル踏力を
検出するトルクセンサ等の検出手段が不要になる。

【００６９】したがって、このペダル踏力検出手段の誤
差を考慮しなくてもよく、しかも電動モータ56の正味出
力によりアシスト比が１対１あるいは任意の比率に設定
されるので、電動モータ56の出力特性のばらつきや、バ
ッテリユニット40の充電状態、あるいはならし運転の前
後における合力装置87のフリクションロスの変化等によ
るアシスト比への影響を一切無視することができ、アシ
スト比を正確かつ容易に制御することができる。

【００７０】しかも、ペダル踏力と補助動力の絶対値よ
りも大幅に小さいスラスト分力ｐ，ｍ間の強度差だけを
位置センサ134 で読み取ればよいので、位置センサ134
の読み取り誤差を非常に小さくすることができ、このこ
とからもアシスト比を正確に制御し易くなる。

【００７１】ところで、合力装置87のコイルスプリング
131,132 はトルクカム125,126 よりも径方向の内周側に
配置されているので、コイルスプリング131,132 のコイ
ル平均径ｄ１が小さくなっている。このため、コイルス
プリング131,132 の線径を細くしても比較的高いバネ定
数を得ることができ、コイルスプリング131,132 のコン
パクト化、即ち合力装置87のコンパクト化を図ることが
できる。

【００７２】また、合力装置87のボールスプライン121
がトルクカム125,126 やコイルスプリング131,132 より
も径方向の外周側に配置されているので、ボールスプラ
イン121 の径ｄ２が大きくなっている。ボールスプライ
ン121 には、合力回転部材116 からの駆動力と後輪26か
らの駆動反力とが常に逆向きのトルクとして作用する
が、ボールスプライン121 の径ｄ２が大きくなる程、こ
れらのトルクが小さくなる。したがって、このようにボ
ールスプライン121 の径ｄ２を大きくすることによって
ボールスプライン121 の摺動をスムーズにすることがで
き、これに伴ってトルクカム125,126 の作動も円滑にな
るので、合力装置87の作動性が非常に良くなり、その耐
久性も大幅に向上する。

【００７３】なお、このように構成された合力装置87
は、その構造が非常に簡素であるため、合力装置87の生
産性を飛躍的に向上させることができる。

【００７４】ところで、例えば合力装置87の右側のトル
クカム125 と左側のトルクカム126の作動性に差が生じ
たり、左右のコイルスプリング131,132 のバネ定数に差
が生じた場合には、合力回転部材116 の中立位置Ｄが少
しずれてアシスト比が変化することが考えられるが、そ
の場合には、ずれた中立位置Ｄに合わせて位置センサ13
4 の中立読取り値をリセットするだけでアシスト比を正
確に１対１に戻すことができるので、非常にメンテナン
ス性が良い。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る補助
動力アシスト式自転車は、ペダル踏力と補助動力を合成
して駆動側に出力する合力装置を、クランク軸に軸支さ
れて駆動輪側にペダル踏力および補助動力の合力を伝達
する出力回転部材と、この出力回転部材に軸方向移動手
段を介して回転一体に、かつ軸方向には移動自在に設け
られた合力回転部材と、ペダル踏力および補助動力を合
力回転部材に伝達すると同時にペダル踏力および補助動
力に比例する強度を持つ２つのスラスト分力をクランク
軸の軸方向に沿って合力回転部材の両側から作用させる
分力発生手段と、合力回転部材を軸方向移動範囲の中立
位置に保つ付勢手段とを備えて構成し、上記付勢手段を
上記分力発生手段よりも径方向の内周側に配置するとと
もに、上記２つのスラスト分力を受けて軸方向に移動す
る合力回転部材の中立位置からの移動方向および移動量
を検出する移動検出手段と、この移動検出手段からの入
力に基づいて上記２つのスラスト分力の強度差を検知
し、この強度差を０および任意の強度差にするべく電動
モータの出力を制御する制御装置とを備えて構成したこ
とを特徴とするものである。

【００７６】このように構成すれば、合力装置の部分で
直接かつ機械的にアシスト比が検出されるので、アシス
ト比を誤差なく正確に割り出すことができ、しかも電動
モータの正味出力によりアシスト比が１対１あるいは任
意の比率に設定されるので、電動モータの出力特性のば
らつきや、バッテリユニットの充電状態、あるいはなら
し運転の前後における合力装置のフリクションロスの変
化等によるアシスト比への影響を一切無視することがで
き、アシスト比を正確かつ容易に制御することができ
る。

【００７７】また、合力装置の構造が非常に簡素になる
ため、合力装置の生産性向上とコンパクト化を図ること
ができる。特に、合力装置の付勢手段が分力発生手段よ
りも径方向の内周側に配置されているので、付勢手段を
効果的に小形化することができ、この点からも合力装置
のコンパクト化に大きく貢献することができる。

【００７８】さらに、本発明に係る補助動力アシスト式
自転車は、合力装置の軸方向移動手段を分力発生手段お
よび付勢手段よりも径方向の外周側に配置したので、軸
方向移動手段の径を大きくすることができ、軸方向移動
手段に加わるトルクを軽減させて軸方向移動手段の作動
をスムーズにすることができる。これに伴い分力発生手
段の作動も円滑になるので、合力装置の作動性と耐久性
を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る補助動力アシスト式自転車の左側
面図。

【図２】補助動力アシスト装置の横断面図。

【図３】図２のIII-III 矢視による補助動力アシスト装
置の左側面図。

【図４】本発明の実施形態を示す合力装置の拡大縦断面
図。

【図５】合力装置のトルクカムの構造を示した部分断面
図。

【図６】補助動力アシスト装置の制御系統を示すブロッ
ク図。

【図７】合力装置の作動状態を示す縦断面図で、(A) は
ペダル踏力が補助動力よりも強い場合を示し、(B) はペ
ダル踏力と補助動力が等しい場合を示し、(C) は補助動
力がペダル踏力よりも強い場合を示している。

【図８】合力装置の作動状態を示す部分断面図で、(A)
はペダル踏力が補助動力よりも強い場合を示し、(B) は
ペダル踏力と補助動力が等しい場合を示し、(C) は補助
動力がペダル踏力よりも強い場合を示している。

【符号の説明】

１ 補助動力アシスト式自転車 26 駆動輪である後輪 33 クランク軸 43 制御装置 56 電動モータ 87 合力装置 100 出力回転部材 116 合力回転部材 121 軸方向移動手段としてのボールスプライン 125,126 分力発生手段としてのトルクカム 131,132 付勢手段としてのコイルスプリング 134 移動検出手段としての位置センサ Ｐ ペダル踏力 Ｍ 補助動力 ｐ ペダル踏力に比例する強度を持つスラスト分力 ｍ 補助動力に比例する強度を持つスラスト分力 Ｄ 合力回転部材の中立位置

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

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダル踏力により回転駆動されるクラン
   ク軸33と、補助動力を発生する電動モータ56と、上記ペ
   ダル踏力および補助動力を合成し、その合力を駆動輪側
   に出力する合力装置87とを備えた補助動力アシスト式自
   転車において、合力装置87を、クランク軸33に軸支され
   て駆動輪側にペダル踏力および補助動力の合力を伝達す
   る出力回転部材100 と、この出力回転部材100 に軸方向
   移動手段（ボールスプライン121 ）を介して回転一体
   に、かつ軸方向には移動自在に設けられた合力回転部材
   116 と、ペダル踏力Ｐおよび補助動力Ｍを合力回転部材
   116 に伝達すると同時にペダル踏力Ｐおよび補助動力Ｍ
   に比例する強度を持つ２つのスラスト分力ｐ，ｍをクラ
   ンク軸33の軸方向に沿って合力回転部材116 の両側から
   作用させる分力発生手段（トルクカム125,126 ）と、合
   力回転部材116 を軸方向移動範囲の中立位置Ｄに保つ付
   勢手段（コイルスプリング131,132 ）とを備えて構成
   し、上記付勢手段を上記分力発生手段よりも径方向の内
   周側に配置するとともに、上記２つのスラスト分力ｐ，
   ｍを受けて軸方向に移動する合力回転部材116 の中立位
   置Ｄからの移動方向および移動量を検出する移動検出手
   段（位置センサ134 ）と、この移動検出手段からの入力
   に基づいて上記２つのスラスト分力ｐ，ｍの強度差を検
   知し、この強度差を０および任意の強度差にするべく電
   動モータ56の出力を制御する制御装置43とを備えて構成
   したことを特徴とする補助動力アシスト式自転車。
2. 【請求項２】 上記合力装置の軸方向移動手段を上記分
   力発生手段および付勢手段よりも径方向の外周側に配置
   した請求項１に記載の補助動力アシスト式自転車。