JP4073929B2 - 自転車用車輪駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪駆動装置、特に、自転車の車輪をモータにより駆動する自転車用車輪駆動装置に関する。

近年、モータ等を利用して、ペダルを漕ぐ力を補助する電動補助付自転車（電動アシスト自転車）等の普及、発展は、著しく、特に、中国国内では、車輪のハブにモータを内蔵し、車輪の回転を補助したり、または、車輪の回転自身をモータに行わせ、ペダルを漕がなくても、自転車が前進したりする電動自転車の普及、発展が著しい。

しかしながら、これら電動自転車は、モータやその電源となる電池が必要になり、自転車自身が重くなり、また、モータの駆動、アシストを受けて走行するため、通常の自転車より、高速で走行可能であるので、走行中の慣性力が大きくなるにもかかわらず、これらの電動自転車には、通常の自転車と同じ、内拡ブレーキや、バンドブレーキや、カンチブレーキ等の一般的なブレーキが利用されており、その制動力不足が疑問視されている。

このような、電動自転車に搭載される従来のモータ内蔵ハブが知られている（たとえば、特許文献１参照）。従来のモータ内蔵ハブは、ハブ軸と、ハブ軸を保護するケーシングとを備えている。ケーシングは、ハブ軸に固定された固定側ケーシングと、ハブ軸を覆うハブシェル（回転ドラム）とを備えている。固定側ケーシングには、内拡ブレーキ装置のブレーキシューが設けられている。内拡ブレーキ装置のブレーキドラムは、ハブシェルの軸受支持部分から突出して形成された筒状部に固定されている。
特開２００４−２５９４１号公報

モータ内蔵ハブが自転車に装着されると、自転車の質量が大きくなるとともに、自転車が高速で走行できるようになる。このため、制動力も大きな制動力が得られるものが必要になる。しかし、前記従来のモータ内蔵ハブでは、装着されたブレーキ装置が内拡ブレーキ装置であるため、揺動するブレーキシューの一部だけがブレーキドラムに接触する。この結果、制動力を強くすると発熱が高くなり、摩擦係数が低下して安定して充分な制動力を得にくい。

本発明の課題は、モータにより駆動する自転車用車輪駆動装置において、充分な制動力を安定して得ることができるようにすることにある。

発明１に係る自転車用車輪駆動装置は、ハブ軸と、ハブシェルと、モータ駆動部と、ローラブレーキ装置とを備えている。ハブシェルは、ハブ軸の外周側に配置され、外周にハブフランジを有し、内部に収納空間を有するものである。モータ駆動部は、収納空間に収納され、ハブ軸に対してハブシェルを回転させるものである。ローラブレーキ装置は、収納空間の外側でハブシェル内に配置された装置である。

ローラブレーキ装置は、自転車に固定可能な固定ブラケットと、ハブシェルに一体回転可能に設けられ内周面に制動面を有する円筒状のブレーキドラムと、固定ブラケットに対して回転不能であり、制動面に接触可能な接触面を有し、ブレーキドラムに制動作用する複数のブレーキシューと、ブレーキシューを径方向内方に付勢する付勢部材と、周方向に間隔を隔てて配置された複数のローラと、回動によりローラを径方向外方に押圧するカム機構とを有し、ブレーキシューを前記ブレーキドラムに圧接させるブレーキ動作部と、を有し、ハブシェルは、一端にハブフランジの基端部より小径の筒状のブレーキ装着部を有し、ブレーキドラムは、外周面にハブシェルのブレーキ装着部の内周面に回転不能に係合する係合部を有する。

この車輪駆動装置では、これを自転車の前輪又は後輪に装着すると、モータを含む駆動部によりハブシェルが駆動され、自転車が電動走行可能になる。このような車輪駆動装置を自転車に装着すると自転車の質量が大きくなるとともに車速も早くなる。この結果、制動力を人力駆動される自転車より大きなものが必要になる。ここでは、ハブシェル内にローラブレーキ装置を配置したので、ブレーキシューの全体がローラにより押圧されてブレーキドラム接触して制動する。このため、大きな制動力で制動しても発熱が少なくなり摩擦係数が低下しにくくなり、大きな制動力を安定して得ることができる。したがって、車輪駆動装置の装着により質量の増加や車速の増加が生じても充分な制動力を安定して得ることができる。

また、カム機構を一方向に回動させるとローラを介してブレーキシューがブレーキドラムに圧接され、カム機構を他方向に回動させると、付勢部材によりブレーキシューがブレーキドラムから離反して制動解除される。さらに、ブレーキドラムとハブシェルとを別体にすることができるので、ブレーキ装置のメンテナンスが容易になる。

発明２に係る自転車用車輪駆動装置は、発明１に記載の装置において、係合部は、周方向に並べて多数の凹凸部を有するセレーションである。この場合には、凹凸部を有するセレーションによりハブシェルとブレーキドラムとを連結するので、ハブシェルの回転方向に限定されずに強く伝達トルクで制動力をブレーキドラムからハブシェルに伝達できる。

発明３に係る自転車用車輪駆動装置は、発明１に記載の装置において、係合部は、車輪が進行方向に回転した状態で制動したときに締まるネジ方向のねじである。この場合には、制動時に車輪がブレーキドラムに対して進行方向に回転してもねじが緩まないで締まるので制動力をブレーキドラムからハブシェルに確実に伝達できる。

発明４に係る自転車用車輪駆動装置は、発明１から３のいずれかに記載の装置において、ブレーキドラムは、軸受を介してハブ軸に回転自在に支持されており、ハブシェルのブレーキ装着部は、ブレーキドラムを介してハブ軸に回転自在に支持されている。この場合には、ブレーキドラムの回転がスムーズになる。

発明５に係る自転車車輪駆動装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、ブレーキ装着部は、端部内周面に係合部より大径の大径部を有し、固定ブラケットには、大径部の内周面に近接して配置される部材が装着されている。

本発明によれば、ハブシェル内にローラブレーキ装置を配置したので、ブレーキシューの全体がローラにより押圧されてブレーキドラムに接触して制動する。このため、大きな制動力で制動しても発熱が少なくなり摩擦係数が低下しにくくなり、大きな制動力を安定して得ることができる。したがって、車輪駆動装置の装着により質量の増加や車速の増加が生じても充分な制動力を安定して得ることができる。

図１において、本発明の一実施形態を装着した自転車１０は、フロントフォーク１２ａを含むフレーム１２と、フレーム１２の前後に配置された前輪１４及び後輪１６と、人力で後輪１６を駆動するための人力駆動部１８とを有している。人力駆動部１８は、フロント及びリアスプロケットやチェーンやクランクなどを含んでいる。後輪１６の中心には、モータで後輪１６を回転駆動するためのモータ内蔵ハブ（自転車用車輪駆動装置の一例）２０が装着されている。

モータ内蔵ハブ２０は、図２に示すように、自転車１０のフレーム１２の後端部に装着可能なハブ軸２２と、ハブ軸２２の外周側に配置され内部に収納空間２４ｂを有するハブシェル２４と、収納空間２４ｂに収納され、ハブ軸２２に対してハブシェル２４を回転させるモータ駆動部２６と、収納空間２４ｂの外側でハブシェル２４内に配置されたローラブレーキ装置２８とを備えている。

ハブシェル２４は、外周面に１対のハブフランジ２４ａを有しており、図１に示すように、後輪１６のリム１６ａにスポーク１６ｂを介して連結されている。ハブシェル２４の図２左端には、ローラブレーキ装置２８を収納空間２４ｂの外側で内部に装着するための筒状のブレーキ装着部２４ｃが形成されている。ブレーキ装着部２４ｃの内周面には、図３に示すように、後述するブレーキドラム４０を一体回転可能に連結するための凹凸部２４ｄが形成されている。凹凸部２４ｄは、いわゆるセレーションやスプラインと呼ばれる、たとえば１〜３ｍｍ程度の幅を有する凸部が周方向に間隔を隔てて形成されたものである。図２に示すように、モータ駆動部２６は、ハブ軸２２に固定され、モータによりハブシェル２４を回転させる。

ローラブレーキ装置２８は、図３から図５に示すように、ブレーキドラム４０と、フレーム１２に回転不能に装着される固定ブラケット４２と、ブレーキドラム４０に圧接して制動作用するブレーキシュー４４と、ブレーキシュー４４を径方向内方に付勢するリターンばね（付勢部材の一例）５４と、ブレーキシュー４４をブレーキドラム４０に圧接させるブレーキ動作部４６とを有している。

ブレーキドラム４０は、図３に示すように、ハブシェル２４と一体回転可能であり、筒状のドラム部５０と、ドラム部５０と一体形成された円板状の支持部５２とを有する有底筒状の部材である。ドラム部５０の内周面には、制動面５０ａが形成されている。制動面５０ａは、平坦な円周面で構成され、制動面５０ａには、軸方向に並べて配置された３つの環状のグリース充填溝５０ｂが形成されている。ドラム部５０の外周面には、ハブシェル２４のブレーキ装着部２４ｃの凹凸部２４ｄに一体回転可能に係合する凹凸部（係合部の一例）５０ｃが形成されている。凹凸部５０ｃは、いわゆるセレーションやスプラインと呼ばれる、たとえば１〜３ｍｍ程度の幅を有する凸部が周方向に間隔を隔てて形成されたものである。支持部５２の内周部には、ハブ軸２２に内輪３８ａが装着された軸受３８の外輪３８ｂが接触する軸受装着部５２ａが形成されている。これにより、ブレーキドラム４０はハブ軸２２に回転自在に支持されている。したがって、この実施形態では、ハブシェル２４の左端はブレーキドラム４０を介してハブ軸２２に回転自在に支持されている。

固定ブラケット４２は、ハブ軸２２に装着されかつフレーム１２に回り止めされている。固定ブラケット４２は、ブレーキシュー４４を回り止めするとともに、ブレーキ動作部４６を回動自在に支持する。固定ブラケット４２は、ハブ軸２２にねじ込まれる固定ナット８０によりハブ軸２２に装着される。

ブレーキシュー４４は、たとえば３つに分割されたリング状の部材であり、固定ブラケット４２に回り止めされた状態で配置されている。ブレーキシュー４４は、リターンばね５４により制動面５０ａから離反する方向（径方向内方）に付勢されている。リターンばね５４は、弾性線材を円形に湾曲して形成された環状のばね部材である。

ブレーキ動作部４６は、リターンばね５４により付勢されたブレーキシュー４４を付勢力に抗して制動面５０ａに圧接するものである。図４及び図５に示すように、ブレーキ動作部４６は、固定ブラケット４２に揺動自在に装着された動作アーム部６０（図４）と、動作アーム部６０と一体回動するカム部材（カム機構の一例）６２と、カム部材６２とブレーキシュー４４との間に両者に接触しかつ周方向に間隔を隔てて配置された、複数（たとえば６つ）のローラ６４と、ローラ６４を周方向に間隔を隔てて保持するローラケース６６とを有している。

動作アーム部６０は、金属板状の部材であり、制動ケーブル７０のインナーケーブル７０ａの一端が連結されている。インナーケーブル７０ａの他端は、ハンドル１２ｂに装着されたブレーキレバー７２（図１）に連結されている。カム部材６２は、回動に応じてローラ６４を径方向外方に押圧する、たとえば６つの傾斜面６２ａを外周面に有している。

このように構成されたローラブレーキ装置２８では、ブレーキレバー７２の操作によりインナーケーブル７０ａが引っ張られる（図４左方に移動する）と、動作アーム部６０がハブ軸２２回りに図４時計回りに揺動し、動作アーム部６０と一体回動するカム部材６２が回動してローラ６４を径方向外方に移動させ、ブレーキシュー４４をブレーキドラム４０の制動面５０ａに圧接させる。ブレーキレバー７２を解放すると、インナーケーブル７０ａが元に戻り動作アーム部６０が図４反時計回りに揺動する。この結果、ローラ６４による押圧が解除され、リターンばね５４によりブレーキシュー４４は、制動面５０ａから離反する径方向内方に移動する。

ここでは、ハブシェル２４内にローラブレーキ装置２８を配置したので、ブレーキシュー４４の全体がローラ４６により押圧されてブレーキドラム４０の制動面５０ａに接触して制動する。このため、大きな制動力で制動しても発熱が少なくなり摩擦係数が低下しにくくなり、大きな制動力を安定して得ることができる。したがって、モータ内蔵ハブ２０の装着により質量の増加や車速の増加が生じても充分な制動力を安定して得ることができる。

＜他の実施形態＞
（ａ）前記実施形態では、後輪に装着されるモータ内蔵ハブを例に説明したが、前輪に装着されるモータ内蔵ハブにも本発明を適用できる。

（ｂ）前記実施形態では、ブレーキドラム４０が凹凸部２４ｄ，５０ｂの係合によりハブシェル２４と一体回転可能に連結されている。しかし、図６に示すように、ローラブレーキ装置１２８のブレーキドラム１４０をブレーキ装着部１２４ｃにねじにより一体回転可能に連結してもよい。図６において、ハブシェル１２４のブレーキ装着部１２４ｃの内周面には、雌ねじ部１２４ｄが形成されている。またブレーキドラム１４０のドラム部１５０の内周面には、雌ねじ部１２４ｄに螺合する雄ねじ部（係合部の一例）１５０ｃが形成されている。これらのねじ部１２４ｄ，１５０ｃは、後輪１６が進行方向に回転した状態で制動したときに締まるねじ方向のねじであり、図６の場合、自転車を後方から見てハブシェル１２４の左側にローラブレーキ装置１２８が配置されているので、右ねじで構成されている。その他の構成は前記実施形態と同様なため説明を省略する。

本発明の一実施形態が採用された自転車の側面図。 モータ内蔵ハブの正面一部破断図。 モータ内蔵ハブのローラブレーキ取付部付近の断面拡大図。 ローラブレーキ装置の正面図。 ローラブレーキ装置の内部を示す断面図。 他の実施形態の図３に相当する図。

符号の説明

２０ モータ内蔵ハブ
２４ ハブシェル
２４ａ ハブフランジ
２４ｂ 収納空間
２６ モータ駆動部
２８ ローラブレーキ装置
４０，１４０ ブレーキドラム
４２ 固定ブラケット
４４ ブレーキシュー
４６ ブレーキ動作部
５０ａ 制動面
５０ｃ 凹凸部（係合部の一例）
５４ リターンばね（付勢部材の一例）
６２ カム部材（カム機構の一例）
６４ ローラ
１５０ｂ 雄ねじ部（係合部の一例）

Claims (5)

1. 自転車用車輪駆動装置であって、
   ハブ軸と、
   前記ハブ軸の外周側に配置され、外周にハブフランジを有し、内部に収納空間を有するハブシェルと、
   前記収納空間に収納され、前記ハブ軸に対して前記ハブシェルを回転させるモータ駆動部と、
   前記収納空間の外側で前記ハブシェル内に配置されたローラブレーキ装置と、を備え、
   前記ローラブレーキ装置は、
   前記自転車に固定可能な固定ブラケットと、
   前記ハブシェルに一体回転可能に設けられ内周面に制動面を有する円筒状のブレーキドラムと、
   前記固定ブラケットに対して回転不能であり、前記制動面に接触可能な接触面を有し、前記ブレーキドラムに制動作用する複数のブレーキシューと、
   前記ブレーキシューを径方向内方に付勢する付勢部材と、
   周方向に間隔を隔てて配置された複数のローラと、回動により前記ローラを径方向外方に押圧するカム機構とを有し、前記ブレーキシューを前記ブレーキドラムに圧接させるブレーキ動作部と、を有し、
   前記ハブシェルは、一端に前記ハブフランジの基端部より小径の筒状のブレーキ装着部を有し、
   前記ブレーキドラムは、外周面に前記ハブシェルの前記ブレーキ装着部の内周面に回転不能に係合する係合部を有する、自転車用車輪駆動装置。
2. 前記係合部は、周方向に並べて多数の凹凸部を有するセレーションである、請求項１に記載の自転車用車輪駆動装置。
3. 前記係合部は、前記車輪が進行方向に回転した状態で制動したときに締まるネジ方向のねじである、請求項１に記載の自転車用車輪駆動装置。
4. 前記ブレーキドラムは、軸受を介して前記ハブ軸に回転自在に支持されており、
   前記ハブシェルの前記ブレーキ装着部は、前記ブレーキドラムを介して前記ハブ軸に回転自在に支持されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用車輪駆動装置。
5. 前記ブレーキ装着部は、端部内周面に前記係合部より大径の大径部を有し、
   前記固定ブラケットには、前記大径部の内周面に近接して配置される部材が装着されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用車輪駆動装置。

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