JP5100920B1

JP5100920B1 - 電動自転車

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Publication number: JP5100920B1
Application number: JP2012532399A
Authority: JP
Inventors: 将史川上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: CN104144848B; EP2824025A1; JPWO2013132535A1; EP2824025B1; WO2013132535A1; US20150020621A1; US9434446B2; EP2824025A4; CN104144848A

Abstract

クランク軸におけるクランクアームとの結合部の直径を太くできるとともに、ハンガの内部にトルクセンサを配置できながら、製造コストの増加を抑えたり、ハンガの巨大化を最小限に抑えたりすることができる電動自転車を提供する。クランク軸１７を、トルクセンサ２３が外周側に配設されているクランク軸本体１７Ａと、このクランク軸本体１７Ａの片側に連結されるクランク補助軸１７Ｂとに分割して構成する。また、クランク補助軸１７Ｂにおけるクランクアーム１８Ｂとの結合部の直径Ｄ１と、クランク軸本体１７Ａにおけるクランクアーム１８Ａとの結合部の直径Ｄ３とが、クランク軸本体１７Ａにおけるクランク補助軸１７Ｂとの連結部の直径Ｄ２よりも大きく形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動自転車に関するものである。

バッテリなどの蓄電器と、この蓄電器から給電される電動モータとを有し、この電動モータの補助駆動力（アシスト力）を、ペダルからの踏力（人力駆動力）に加えることで、上り坂等でも楽に走行できる電動自転車（電動アシスト自転車）は既に知られている。この電動自転車では、ペダルに加えられる踏力に対応する力をトルクセンサにより検出して、踏力に対応する補助駆動力を電動モータから発生させている。

この場合に、踏力に対応する力をトルクセンサにより検出する方法としては、トルクセンサをクランク軸近傍箇所などに配設し、クランク軸からチェーンリング（前スプロケットやクランクギヤとも称される）に伝達される力をトルクセンサにより検出する方法と、トルクセンサを後輪のハブ内などに配設し、チェーンを介して後輪に伝達された力をトルクセンサにより検出する方法とがある。

しかし、チェーンを介して後輪に伝達された力をトルクセンサにより検出する方法については、チェーンなどの力の伝達経路を経由した力が検出されるので、チェーンなどの力の伝達経路で力の方向や量が変更されたり失われたりして、ペダルを踏み込む力を直接測定できず、踏力との対応関係が低くなる可能性があった。

これに対して、クランク軸からチェーンリングに伝達される力をトルクセンサにより検出する方法を用いると、チェーンなどの伝達経路を経由しないので、ペダルを踏み込む力を比較的良好に測定できる。

このように、クランク軸からクランクギヤに伝達される力をトルクセンサにより検出する場合、従来は、例えば、下パイプ（メインパイプとも称される）と立パイプ（シートチューブとも称される）とチェーンステーとを連結するハンガ（ボトムブラケットとも称される）の下方に、ブラケットを介して電動モータも内蔵されたモータユニットを配設し、このモータユニットの前寄り部分に前記トルクセンサを配設していた。詳しくは、ハンガの下方に配設したモータユニットの前寄り部分において、クランク軸を回転自在に支持するとともに、クランク軸の外周に、クランク軸と同軸心で、クランク軸の回転をクランクギヤに伝達するトルク検知筒を配設し、このトルク検知筒にトルクセンサを取り付けていた（特許文献１等）。

しかし、一般的な自転車においては前記ハンガが設けられている箇所でクランク軸を回転自在に支持する構造であるので、上記のようにハンガの下方に配設したモータユニットなどによりクランクを支持する構造では、一般的な自転車と異なるフレーム構造となって、違和感を生じたり、製造コストが増加したりする短所があった。また、クランク軸の地面からの設置高さを、一般の自転車と同じにしようとすると、下パイプなどが結合されているハンガを上方寄りに配置しなければならないため、下パイプも上方寄りに配置することとなって、電動自転車に乗ったり降りたりする際に、下パイプの上から足を抜き難くなるという短所も生じていた。

このような短所を改善するものとして、特許文献２、３等に、一般の自転車と同じようにハンガが設けられている箇所でクランク軸を回転自在に支持するとともに、ハンガの内部にトルクセンサを配設した電動自転車が開示されている。この構成によれば、一般的な自転車と似たフレーム構造となって、違和感を少なめに抑えたり、製造コストの増加をある程度抑えたりすることができる。また、ハンガや下パイプの位置も一般的な自転車と同様となるので、下パイプの上から足を抜き難くなることもない。

特開２００３−１１８６７３号公報特開平８−２９７０５９号公報特開２００７−２３０４１０号公報

ところで、マウンテンバイク等の競技用の自転車やスポーツ用の自転車においては、クランクアームとクランク軸との結合部が、一般用の自転車よりも結合部の剛性を増加させるために太径のものが用いられることがある。マウンテンバイク等の競技用の電動自転車やスポーツ用の電動自転車を製造する場合にも、自転車の場合と同様に、一般用の自転車よりも、クランクアームとクランク軸との結合部に大きな力が作用する可能性が高いので、クランクアームとクランク軸との結合部を、一般用の電動自転車よりも結合部の剛性を増加させるべく太径のものを用いることが望ましい。

しかしながら、電動自転車において、従来のクランク軸よりも太径のものを用いようとすると、トルクセンサとしても太径のクランク軸に対応できるような特殊なものを用いなければならず、製造コストが大幅に増加してしまう恐れがある。また、クランク軸として太径のものを用いる場合には、トルクセンサも大型化するため、ハンガの内部にトルクセンサを配置しようとすると、ハンガとして極めて太径の特殊なものが必要となる。したがって、ハンガとして極めて太径の特殊なものを使用することにより、製造コストがさらに増加したり、ハンガの巨大化により違和感を生じ易くなったりする恐れがある。

本発明は上記課題を解決するもので、クランク軸におけるクランクアームとの結合部の直径を太くできるとともに、ハンガの内部にトルクセンサを配置できながら、製造コストの増加を抑えたり、ハンガの巨大化を最小限に抑えたりすることができる電動自転車を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の共通構成は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動自転車であって、立パイプの下端部に結合されたハンガの内部に、クランク軸が回転自在に配設されるとともに踏力に対応する力を検出するトルクセンサが配設され、前記クランク軸が、トルクセンサが外周側に配設されているクランク軸本体と、このクランク軸本体の片側に連結されるクランク補助軸とに分割されて構成され、前記クランク補助軸におけるクランクアームとの結合部の直径と、前記クランク軸本体におけるクランクアームとの結合部の直径とが、クランク軸本体におけるクランク補助軸との連結部の直径よりも大きく形成されていることを特徴とする。なお、前記クランク軸本体が、太径部と、太径部よりも細径の細径部とを有し、前記細径部に、トルクセンサの磁歪部が外周に形成されたトルク検知筒が一体的に回転する状態で外装され、細径部の端部に前記クランク補助軸が結合されていることが好ましい（請求項２に係る本発明）。

この構成により、クランク軸を、トルクセンサが外周側に配設されているクランク軸本体と、このクランク軸本体の片側に連結されるクランク補助軸とに分割して構成し、前記クランク補助軸におけるクランクアームとの結合部の直径と、クランク軸本体におけるクランクアームとの結合部の直径とを、クランク軸本体におけるクランク補助軸との連結部の直径よりも大きく形成したので、クランク補助軸やクランク軸本体のクランクアームとの結合部の直径を太くできて良好な剛性を維持できる。

また、クランク軸を、クランク軸本体とクランク補助軸とに分割して構成したので、クランク軸本体トルクセンサを装着する箇所を細く形成しても、この後に、クランク軸本体にクランク補助軸を連結して、ハンガ内でのクランク軸やトルクセンサの組み付け作業を、支障なく行うことができる。また、クランク軸本体を従来のクランク軸と同じ直径とすることで、トルクセンサとしても従来と同様な大きさや形式のものを用いることができる。これにより、従来よりも太いクランク軸やこれに対応する大きいトルクセンサを用いた場合と比較して、クランク軸やトルクセンサ、ひいてはハンガとしてコンパクトなもの（巨大化を抑えたもの）を用いることができるとともに、従来型のトルクセンサを用いることが可能であるので製造コストを安価に抑えることができる。

また、請求項１に係る本発明は、前記クランク軸本体における前記クランク補助軸との結合部近傍箇所が軸受により回転自在に支持され、前記軸受と、ハンガ内に配設される中筒との間に、配線案内部材が配設され、トルクセンサに接続されたトルクセンサ接続配線が前記配線案内部材を側方に通されてハンガの外部に取り出されていることを特徴とする。この構成により、トルクセンサ接続配線をハンガの外部に良好に取り出すことができる。

また、請求項１に係る本発明は、トルクセンサ接続配線の、ハンガより側方に出された箇所を覆う側面視円環状の配線キャップが設けられていることを特徴とする。この構成により、トルクセンサ接続配線がハンガの周方向のどの位置から取り出された場合でも、配線キャップの所定の箇所から取り出すことができる。

また、請求項３に係る本発明は、ハンガの内側に、クランク軸本体を回転自在に支持する軸受が左右両端部内側に配設された金属製の中筒が配設され、前記中筒は、トルクセンサと、トルクセンサの磁歪部が外周に形成されたトルク検知筒と、クランク軸本体における両軸受間の領域とを覆っていることを特徴とする。

この構成により、立パイプを通してハンガ内に雨水などが流入した場合でも、中筒によってトルクセンサの配設部分に前記雨水が流入することを阻止できる。また、金属製の中筒により、外部からのノイズなどがトルクセンサの信号線に入ることも防止できる。さらに、クランク軸やトルクセンサの配設部分が中筒で覆われた部分にユニット化することができるので、ハンガへの組付作業なども比較的容易かつ能率的に行うことができる。

また、請求項４に係る本発明は、前記クランク軸本体の太径部に、太径軸受部を介して回転力伝達筒が回転自在に外嵌され、この回転力伝達筒と前記トルク検知筒とが一体的に回転する状態で接続され、前記回転力伝達筒に、複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体が、一体的に回転する状態で外嵌されていることを特徴とする。

この構成により、複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体が、前記回転力伝達筒および太径軸受部を介して、クランク軸本体の太径部に対応する箇所に配設されるので、ギヤ部を切り換えた際などに大きな力が駆動力出力輪体からクランク軸本体側などに作用した場合でも、この力を良好に受けることができる。

また、請求項５に係る本発明は、前記回転力伝達筒が、軸受を介して、ハンガの内側に配設された金属製の中筒に回転自在に配設され、複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体が前記回転力伝達筒に外嵌され、前記軸受の軸方向への位置を規制する位置規制リングが、前記中筒に形成された溝部に嵌合され、前記溝部に、前記軸受配設部側ほど拡径する傾斜面が形成され、前記位置規制リングは、縮径された状態で前記溝部に配設されていることを特徴とする。

この構成により、前記回転力伝達筒を回転自在に支持する軸受や複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体が、前記位置規制リングによりクランク軸の軸方向に対して良好に位置決めされた状態で配設される。これにより、人力駆動力出力輪体に形成された各ギヤ部も軸方向に対して良好に位置決めされるので、チェーンの各ギヤ部に対する変更動作が不良となるような不具合の発生を防止できて、チェーンの各ギヤ部に対する変更動作を良好に行うことができる。

本発明によれば、クランク軸を、トルクセンサが外周側に配設されているクランク軸本体と、このクランク軸本体の片側に連結されるクランク補助軸とに分割して構成し、前記クランク補助軸におけるクランクアームとの結合部の直径と、前記クランク軸本体におけるクランクアームとの結合部の直径とを、クランク軸本体におけるクランク補助軸との連結部の直径よりも大きく形成したことにより、クランク補助軸やクランク軸本体のクランクアームとの結合部の直径を太くできて、前記結合部として良好な剛性を維持でき、ひいては電動自転車としての信頼性を向上できる。また、クランク補助軸とクランクアームとの結合部の直径を太くできながら、クランク軸本体として従来のクランク軸と同じ直径のものを用いるとともに、トルクセンサとして従来と同様な大きさや形式のトルクセンサを用いることができるので、クランク軸やトルクセンサ、ひいてはハンガとしてコンパクトなもの（巨大化を抑えたもの）を用いることができるとともに、従来型のトルクセンサを用いることが可能であるので製造コストを安価に抑えることが可能となる。

また、クランク軸本体を回転自在に支持する軸受と、ハンガ内に配設される中筒との間に、配線案内部材を配設し、トルクセンサに接続されたトルクセンサ接続配線を前記配線案内部材に側方に通してハンガの外部に取り出すことで、前記トルクセンサ接続配線をハンガの外部に良好に取り出すことができる。また、トルクセンサ接続配線の、ハンガより側方に出された箇所を覆う側面視円環状の配線キャップを設けることで、トルクセンサ接続配線がハンガの周方向のどの位置から取り出された場合でも、配線キャップの所定の箇所から取り出すことができるとともに、前記トルクセンサ接続配線を配線キャップにより良好に覆うことができて、見栄えがよくなる利点がある。

また、ハンガの内側に、クランク軸本体を回転自在に支持する軸受が左右両端部内側に配設された金属製の中筒を配設し、前記中筒により、トルクセンサと、トルクセンサの磁歪部が外周に形成されたトルク検知筒と、クランク軸本体における両軸受間の領域とを覆うことにより、立パイプを通してハンガ内に雨水が流入した場合でも、中筒によってトルクセンサの配設部分に前記雨水が流入することが阻止されるので信頼性が向上する。また、金属製の中筒により、外部からのノイズなどがトルクセンサの信号線に入ることを防止できて、これによっても信頼性が向上する。さらに、クランク軸やトルクセンサの配設部分が中筒で覆われた部分にユニット化することができるので、組付作業なども比較的容易かつ能率的に行うことができる。

また、前記クランク軸本体の太径部に、太径軸受部を介して回転力伝達筒を回転自在に外嵌し、この回転力伝達筒と前記トルク検知筒とを一体的に回転する状態で接続し、前記回転力伝達筒に、複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体を、一体的に回転する状態で外嵌することにより、ギヤ部を切り換えた際などに大きな力が駆動力出力輪体からクランク軸本体側などに作用した場合でも、この力を良好に受けることができ、これによっても信頼性が向上する。

また、前記回転力伝達筒を、軸受を介して、ハンガの内側に配設された金属製の中筒に回転自在に配設し、複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体を前記回転力伝達筒に外嵌し、前記軸受の軸方向への位置を規制する位置規制リングを、前記中筒に形成された溝部に嵌合させ、前記溝部に、前記軸受配設部側ほど拡径する傾斜面を形成し、前記位置規制リングを、縮径させた状態で前記溝部に配設することで、前記人力駆動力出力輪体が、前記軸受に当接してハンガ内部側へ移動しないように良好に位置規制された状態で前記回転力伝達筒に外嵌されるので、チェーンの各ギヤ部に対する変更動作が不良となるような不具合の発生を防止できて、これによっても信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る電動自転車の全体側面図同電動自転車の部分切欠側面図同電動自転車のハンガおよびクランクユニットの分解斜視図同電動自転車のハンガおよびハンガ近傍箇所の縦断面図同電動自転車の図４のV−V線矢視側面断面図同電動自転車の図４のVI−VI線矢視側面断面図同電動自転車の図４のVII−VII線矢視側面断面図同電動自転車の要部拡大断面図同電動自転車のクランク軸やクランクセンサなどを組み立てる組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図同電動自転車の組立工程を示す断面図

以下、本発明の実施の形態に係る電動自転車について図面に基づき説明する。なお、以下の説明で左右方向とは、進行方向に向った状態での方向をいう。
図１、図２に示すように、１は電動自転車であり、この電動自転車１は、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、下パイプ（下パイプ２ｃとも称される）２ｃ、立パイプ（シートチューブとも称される）２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆ、ハンガ（ボトムブラケットとも称される）２ｇなどからなる金属製のフレーム（車体フレームとも称される）２と、前フォーク２ｂの下端に回転自在に取り付けられた前輪３と、チェーンステー２ｅの後端に回転自在に取り付けられた後輪４と、前輪３の向きを変更するハンドル５と、サドル６と、クランク軸１７と一対のクランクアーム１８とからなるクランク７と、クランクアーム１８の端部に回転自在に取り付けられたペダル８と、補助駆動力（アシスト力）を発生させる電動モータ１０と、電動モータ１０を含めた各種の電気的制御を行う制御部（図示せず）と、電動モータ１０に駆動用の電力を供給する二次電池からなるバッテリ１２と、ハンドル５などに取り付けられて、乗車者などが操作可能な手元操作部（図示せず）と、クランク７と一体的に回転するように取り付けられた人力駆動力出力輪体としてのチェーンリング（前スプロケットやクランクギヤとも称される）１３と、後輪４のハブ（後ハブとも称する）に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット（いわゆる後輪ギヤ）１４と、チェーンリング１３および後スプロケット１４に掛け渡された無端状駆動力伝達体としてのチェーン１５と、チェーン１５などを側方から覆うチェーンカバー２１などを備えている。なお、この実施の形態では、電動モータ１０が前輪３のハブ（前ハブとも称する）１６の内部に配設され、制御部（図示せず）がバッテリ１２の装着部近傍箇所などに配設されているが、制御部は、手元操作部などの他の箇所に配設されていてもよい。また、バッテリ１２は蓄電器の一例であり、二次電池が好適であるが、蓄電器の他の例としてはキャパシタなどであってもよい。また、電動モータ１０は、前ハブ１６の内部に配設される代わりに、後ハブの内部に配設されていてもよい。

図２、図３などに示すように、ハンガ２ｇは、下パイプ２ｃの後端部と、立パイプ２ｄの下端部と、チェーンステー２ｅの前端部に連結されたバッテリ搭載用のブラケット１９と、を連結する状態で配設されている。そして、図３、図４などに示すように、ハンガ２ｇの内部に、クランク軸１７が回転自在に配設されるとともに、踏力に対応する力を検出するトルクセンサ２３が配設されている。なお、図３において、チェーンリング１３については、スパイダとも称されるチェーンリング１３におけるギヤ部１３ａを支持する部分のみを示す。

図４に示すように、クランク軸１７は、トルクセンサ２３が外周側に配設されているクランク軸本体１７Ａと、このクランク軸本体１７Ａの片側（この実施の形態では左側）に連結されるクランク補助軸１７Ｂとに分割されて構成されており、これらのクランク軸本体１７Ａとクランク補助軸１７Ｂとが連結ボルト２５で連結されている。クランク軸本体１７Ａは、右側寄りに配設されて右側のクランクアーム１８（１８Ａ）などが結合されている太径部１７Ａａと、中央部および左側寄りに配設されて太径部１７Ａａよりも細径の細径部１７Ａｂとを有する。そして、クランク軸１７の左右方向の略中央に位置する、クランク軸本体１７Ａの細径部１７Ａｂに、トルクセンサ２３の磁歪部２３ａが外周に形成されたトルク検知筒（センシングパイプ）２４が一体的に回転する状態で外装されている。また、クランク軸本体１７Ａの細径部１７Ａｂの左端部に、クランク補助軸１７Ｂが結合されており、クランク補助軸１７Ｂにおける左側のクランクアーム１８（１８Ｂ）との結合部１７Ｂａの直径Ｄ１が、クランク軸本体１７Ａにおけるクランク補助軸１７Ｂとの連結部（細径部１７Ａｂの一部）１７Ａｃの直径Ｄ２よりも大きく形成されている。また、クランク軸本体１７Ａにおける右側のクランクアーム１８（１８Ａ）との結合部１７Ａｄの直径Ｄ３も、クランク軸本体１７Ａにおけるクランク補助軸１７Ｂとの連結部（細径部１７Ａｂの一部）１７Ａｃの直径Ｄ２よりも大きく形成されている。なお、図４における３４は、クランク軸にクランクアームを係止する係止ボルト、２ｇｃ、２ｇｄは、立パイプ２ｄから侵入してきた雨水などを外部（下方）に排出するために形成された孔部である。

トルク検知筒（センシングパイプ）２４は、このトルク検知筒２４に形成された歯状部（セレーション部）２４ａと、クランク軸本体１７Ａの細径部１７Ａｂの外周に形成された歯状部（セレーション部）１７Ａｂａとが噛み合うことで、クランク軸１７と一体的に回転する状態で外嵌されている。また、図４、図８に示すように、クランク軸１７の太径部１７Ａａには、太径軸受部２６を介して回転力伝達筒２７が回転自在に外嵌されている。回転力伝達筒２７には、左端部内周に歯状部（セレーション部）２７ａが形成されており、この回転力伝達筒２７の歯状部（セレーション部）２７ａが、トルク検知筒２４の右端部外周に形成された歯状部（セレーション部）２４ｂに噛み合うことで、トルク検知筒２４の回転が回転力伝達筒２７に伝達されてトルク検知筒２４とともに一体的に回転する。

図４および図９、図１０などに示すように、トルク検知筒２４の外周部の一部には、クランク軸１７を介してトルク検知筒２４に伝達された踏力の印加によってその透磁率が変化する磁歪部２３ａが形成されているとともに、この磁歪部２３ａから僅かな隙間を有した状態で、透磁率の変化を磁束の変化として読み取るサーチコイル２３ｂが配設されている。そして、これらの磁歪部２３ａとサーチコイル２３ｂとによりトルク検知筒２４のねじり力に基づく踏力を検知するトルクセンサ２３が構成されている。なお、サーチコイル２３ｂおよびこのサーチコイル２３ｂを保持するコイル保持体２３ｃはトルク検知筒２４に対して回転自在な状態で、トルク検知筒２４に外嵌されている。

また、この実施の形態では、チェーンリング１３および後スプロケット１４がそれぞれ３段の変速用ギヤで構成され、チェーンリング１３には、大径、中径、小径のギヤ部１３ａが組み付けられている。そして、ディレイラ２２（後輪側のディレイラ２２のみ図１、図２において図示する）によりチェーン１５の位置を変更することで、変速段を切換可能に構成されている。ここで、チェーンリング１３は回転力伝達筒２７と一体的に回転する状態で外嵌されている。なお、チェーンリング１３の内周（スパイダの内周）と回転力伝達筒２７の右寄り箇所外周とにはそれぞれ歯状部（セレーション部）１３ｂ、２７ｂが形成されており、これらの歯状部（セレーション部）１３ｂ、２７ｂが噛み合うことで、回転力伝達筒２７の回転がチェーンリング１３に伝達されてチェーンリング１３が回転力伝達筒２７と一体的に回転する。

ハンガ２の内側には金属製の中筒２８が配設されている。中筒２８は左右の軸受２９（２９Ａ、２９Ｂ）を介して回転自在に支持されている。左側の軸受２９Ａはその内周部が、クランク軸本体１７Ａの細径部１７Ａｂにおけるクランク補助軸１７Ｂとの連結部近傍箇所に組み付けられ、中筒２８における細径となっている左端部内周が左側の軸受２９Ａの外周部に組み付けられて固定されている。また、右側の軸受２９Ｂはその内周部が、回転力伝達筒２７の左端部外周に組み付けられて固定されている。なお、何れの軸受２９も側面部にシール部（図８において右側の軸受２９Ｂのシール部２９Ｂｓのみ示し、図５、図７では省略している）を有しており、軸受２９のボール部の配設空間などを通して、水などがトルクセンサ２３の配設空間に侵入しないようになっている。また、中筒２８の右端部側外周には鍔部２８ｂに続いて雄ねじ部２８ａが形成され、ハンガ２ｇの右端部側内周に形成された雌ねじ部２ｇａに螺合される。また、ハンガ２ｇの左端部側内周には、補助筒３０を介して、中筒２８の左端側が挿入されて組み付けられるよう構成されている。詳しくは、ハンガ２ｇの左端部側内周に形成された雌ねじ部２ｇａに、補助筒３０の鍔部３０ａに続いて形成された雄ねじ部３０ｂが螺合されて組み付けられる。そして、これらの中筒２８や補助筒３０をハンガ２ｇに組み付けた状態では、中筒２８により、トルクセンサ２３と、トルク検知筒２４と、クランク軸本体１７Ａにおける両軸受２９間の領域とを覆っている。

中筒２８の左端部は、補助筒３０の内周に接触する箇所から左側の軸受２９Ａの外周に接触する箇所まで径方向に延びているが、図５に示すように、この径方向に延びる側面部の一部は切欠かれ、この切欠箇所における、左側の軸受２９Ａと、中筒２８の左端外周部内面との間に、配線案内部材３１が配設されている。この配線案内部材３１はゴムなどの弾性を有する材料で構成され、この配線案内部材３１には、トルクセンサ２３に接続されたトルクセンサ接続配線３２が貫通して側方に通されてハンガ２ｇの外部に取り出されている。また、中筒２８の左側面部に臨む箇所には、側面視円環状の配線キャップ３３が設けられている。そして、この配線キャップ３３により、トルクセンサ接続配線３２の、ハンガ２ｇより側方に出された箇所を覆うようになっている。また、配線キャップ３３の外周部の一部が切欠かれており、この配線キャップ３３の切欠部３３ａからトルクセンサ接続配線３２が外部に取り出される。

また、トルクセンサ接続配線３２のトルクセンサ接続側端子を保持する端子保持部材３８が、トルクセンサ２３のコイル保持体２３ｃに連結されている。この端子保持部材３８は、図６に示すように、周方向の一部（この実施の形態に示す場合では、図６に示すように上部）に突部３８ａを有する円環形状とされて、中筒２８の上端部に形成された凹部２８ｅ内に突部３８ａが位置する状態で、コイル保持体２３ｃに連結されている。つまり、トルクセンサ２３のサーチコイル２３ｂやコイル保持体２３ｃは、サーチコイル２３ｂがトルク検知筒２４の外周に形成された磁歪部２３ａに対して僅かな隙間を有する状態で取り付けられているが、トルクセンサ２３のサーチコイル２３ｂやコイル保持体２３ｃがトルク検知筒２４とともに回転しようとした場合には、端子保持部材３８の突部３８ａが中筒２８の凹部２８ｅの内壁面に当接することで、トルクセンサ２３のサーチコイル２３ｂやコイル保持体２３ｃが、周方向に対して位置規制されている。

さらに、この実施の形態では、複数の変速用のギヤ部１３ａを有する人力駆動力出力輪体としてのチェーンリング１３が、クランク軸１７の軸方向に対してハンガ２ｇの内部側へ移動しないように位置規制された状態で回転力伝達筒２７に外嵌されている。また、チェーンリング１３の左端部外周にねじ込まれた取付リング３５により、チェーンリング１３が、クランク軸１７の軸方向外部側へ移動しないように位置規制された状態で組み付けられている。

つまり、図８により拡大して示すように、チェーンリング１３は、その歯状部１３ｂの左端部が、回転力伝達筒２７に形成された突条部２７ｄに右側から当接して、クランク軸１７の軸方向に対してハンガ２ｇの内部側へ移動しないように位置規制された状態で回転力伝達筒２７に外嵌されている。また、回転力伝達筒２７は、突条部２７ｄが右側の軸受２９Ｂの右側面に当接し、右側の軸受２９Ｂを左側より位置規制する位置規制リング３７に当接することで、クランク軸１７の軸方向に対して位置規制されている。

また、右側の軸受２９Ｂは、中筒２８の右端部寄り内周に形成された段部２８ｃと、中筒２８の右端部内周に形成された溝部２８ｄに嵌め込まれた位置規制リング３６とにより、クランク軸１７の軸方向に対して位置規制されて状態で取り付けられている。そして、位置規制リング３６が嵌め込まれている中筒２８の溝部２８ｄと、位置規制リング３７が嵌め込まれている回転力伝達筒２７の溝部２７ｆとにおける、軸受２９Ｂを配設する側と反対側の側面には、軸受２９Ｂを配設する箇所部側ほど拡径する傾斜面２８ｄａ、２７ｆａがそれぞれ形成されている。

位置規制リング３６、３７は何れも金属製で弾性を有しており、縮径された状態で溝部２８ｄ、２７ｆに配設されている。これにより、軸受２９Ｂを位置規制する位置規制リング３６、３７は、溝部２８ｄ、２７ｆに嵌め込まれた際に、傾斜面２８ｄａ、２７ｆａに当接しながら拡径しようとして軸方向に対して正確に位置決められた状態で配設され、この結果、右側の軸受２９Ｂが、軸方向に対して正確に位置決められている。したがって、回転力伝達筒２７およびチェーンリング１３も軸方向に対して正確に位置決められた状態で配設され、チェーンリング１３の各ギヤ部１３ａも軸方向に対して良好に位置決めされるので、チェーン１５を各ギヤ部１３ａに対して切り換える際に、変更動作が不良とならないよう図られている。

前記クランク軸１７やトルクセンサ２３は、図３および図９〜図１８に示すように、中筒２８内に組み込まれてユニット化され、ユニット化されたクランクユニット４０（図１４、図１５などを参照）が、ハンガ２ｇ内に組み込まれる。

ハンガ２ｇ内への組み手順を説明すると、図９、図１０に示すように、まず、トルクセンサ２３などを組み付けたトルク検知筒２４内に、クランク軸本体１７Ａ（詳しくはクランク軸本体１７Ａの細径部１７Ａｂ）を挿入し、トルク検知筒２４の位置規制をする位置規制リング４１をクランク軸本体１７Ａに組み付ける。次に、図１０、図１１に示すように、左側の軸受２９Ａおよび位置規制リング４２をクランク軸本体１７Ａの細径部１７Ａｂに組み付ける。そして、図１１、図１２に示すように、左側の軸受２９Ｂと太径軸受部２６となどを組み付けた回転力伝達筒２７と、位置規制リング（右側のクランクアーム１８の位置規制用）４２とを、クランク軸本体１７Ａの太径部１７Ａａに外嵌させる。

この後、図１２、図１３に示すように、トルクセンサ２３、トルク検知筒２４、回転力伝達筒２７などを組み付けたクランク軸本体１７Ａを中筒２８内に挿入するとともに、位置規制リング（右側の軸受２９Ｂの位置規制用）３６を装着する。次に、図１３、図１４に示すように、クランク軸本体１７Ａの左端部（細径部１７Ａｂの端部）にクランク補助軸１７Ｂを連結ボルト２５で取り付ける。これにより、クランク軸１７にトルクセンサ２３などが組みつけられ、中筒２８で覆われたクランクユニット４０が完成する。

この後、図１５に示すように、左側の軸受２９Ａから外側に出たトルクセンサ接続配線３２を保護部材４２により覆って保護した状態で、クランクユニット４０をハンガ２ｇに挿入し、さらに、図１６に示すように、治具４３を用いて補助筒３０をハンガ２ｇ内にねじ込んで、補助筒３０と中筒２８との間に挿入する。そして、図１７に示すように、左側の軸受２９Ａの側方に配線キャップ３３を被せて、所定方向にトルクセンサ接続配線３２を取り出す。また、取付リング３５を用いて回転力伝達筒２７にチェーンリング１３を組み付け、最後に、図１８に示すように、係止ボルト３４を用いてクランクアーム１８をクランク軸１７の両端部に取り付ける。これにより、ハンガ２ｇにクランク軸１７やトルクセンサ２３を良好に組み付けることができる。

上記構成によれば、クランク軸１７を、トルクセンサ２３が外周側に配設されているクランク軸本体１７Ａと、このクランク軸本体１７Ａの片側に連結されるクランク補助軸１７Ｂとに分割して構成し、クランク補助軸１７Ｂにおけるクランクアーム１８Ｂとの結合部の直径Ｄ１や、クランク軸本体１７Ａにおける右側のクランクアーム１８（１８Ａ）との結合部１７Ａｄの直径Ｄ３を、クランク軸本体１７Ａにおけるクランク補助軸１７Ｂとの連結部の直径Ｄ２よりも大きく形成したので、クランク補助軸１７Ｂやクランク軸本体１７Ａとクランクアーム１８Ｂ、１８Ａとの結合部の直径を太くできて良好な剛性を維持できる。また、クランク軸本体１７Ａにおける右側のクランクアーム１８（１８Ａ）との結合部１７Ａｄは、クランク軸本体１７Ａの太径部１７Ａａに近い太さなので、結合部として良好な剛性を維持できる。

また、クランク軸１７を、クランク軸本体１７Ａとクランク補助軸１７Ｂとに分割して構成したので、クランク軸本体１７Ａの細径部にトルクセンサ２３を装着しても、この後に、クランク軸本体１７Ａにクランク補助軸１７Ｂを連結することによって、ハンガ２ｇ内でのクランク軸１７やトルクセンサ２３の組み付け作業を、支障なく行うことができる。

また、クランク軸本体１７Ａにおけるトルクセンサ２３を装着する箇所である細径部１７Ａｂを従来のクランク軸と同じ直径とすることで、トルクセンサ２３としても従来と同様な大きさや形式のものを用いることができる。これにより、クランク軸１７やトルクセンサ２３、ひいてはハンガ２ｇとしてコンパクトなもの（巨大化を抑えたもの）を用いることができるとともに、従来型のトルクセンサを用いることが可能であるので製造コストを安価に抑えることが可能となる。つまり、従来よりも太いクランク軸やこれに対応する大きさのトルクセンサを用いる場合には、トルクセンサとして新型で大きいものを用いることとなるので、ハンガとして極めて大型のものが必要となり違和感を生じるおそれがあり、また、新型のトルクセンサが必要となるので製造コストも大幅に増加するおそれがあるが、本構造ではこのようなことがない。

また、上記構成によれば、クランク軸本体１７Ａを回転自在に支持する右側の軸受２９Ａと、ハンガ２ｇ内に配設される中筒２８との間に、配線案内部材３１を配設し、トルクセンサ接続配線３２を配線案内部材３２に側方に通してハンガ２ｇの外部に取り出すことで、トルクセンサ接続配線３２をハンガ２ｇの外部に良好に取り出すことができる。また、トルクセンサ接続配線３２の、ハンガ２ｇより側方に出された箇所を覆う側面視円環状の配線キャップ３３を設けることで、トルクセンサ接続配線３２がハンガ２ｇの周方向のどの位置から取り出された場合でも、配線キャップ３３の所定の箇所から取り出すことができる。つまり、クランク軸１７やトルクセンサ２３などが組み込まれているクランクユニット４０をハンガ２ｇにねじ込む構造であるので、トルクセンサ接続配線３２がハンガ２ｇの周方向のどの位置から取り出されるかは、決まっていないが、どの箇所からトルクセンサ接続配線３２が取り出された場合でも、トルクセンサ接続配線３２を配線キャップ３３内で周方向に沿わせて配設することで、トルクセンサ接続配線３２を配線キャップ３３から所定方向に取り出すことができる。これにより、トルクセンサ接続配線３２を配線キャップ３３により良好に覆うことができて、見栄えがよくなる。

また、ハンガ２ｇの内側に、クランク軸本体１７Ａを回転自在に支持する軸受２９（２９Ａ、２９Ｂ）が左右両端部内側に配設された金属製の中筒２８を配設し、中筒２８により、トルクセンサ２３と、トルク検知筒２４と、クランク軸本体１７Ａにおける両軸受２９（２９Ａ、２９Ｂ）間の領域とを覆うことにより、立パイプ２ｄを通してハンガ２ｇ内に雨水が流入した場合でも、中筒２８によってトルクセンサ２３の配設部分に前記雨水が流入することが阻止されるので信頼性が向上する。また、金属製の中筒２８により、外部からのノイズなどがトルクセンサ２３の信号線（トルクセンサ接続配線３２）に入ることを防止できて、これによっても信頼性が向上する。さらに、クランク軸１７やトルクセンサ２３の配設部分が中筒２８で覆われた部分にユニット化することができるので、ハンガ２ｇへの組付作業なども比較的容易かつ能率的に行うことができる。

また、上記構成によれば、クランク軸本体１７Ａの太径部１７Ａａに、太径軸受部２６を介して回転力伝達筒２７を回転自在に外嵌し、この回転力伝達筒２７とトルク検知筒２４とを一体的に回転する状態で接続し、回転力伝達筒２７に、複数段のギヤ部１３ａを有するチェーンリング１３を、一体的に回転する状態で外嵌している。したがって、ディレイラ２２によりチェーン１５の位置を変更してギヤ部１３ａを切り換えた際などに、大きな力がチェーンリング１３側からクランク軸本体１７Ａ側などに作用した場合でも、この力をクランク軸本体１７Ａの太径部１７Ａａで良好に受けることができ、これにより、電動自転車１の信頼性が向上する。

また、上記構成によれば、回転力伝達筒２７を、右側の軸受２９Ｂを介して、ハンガ２ｇの内側に配設された中筒２８に回転自在に配設し、複数段のギヤ部１３ａを有するチェーンリング１３を回転力伝達筒２７に外嵌し、右側の軸受２９Ｂの軸方向への位置を規制する位置規制リング３６を、中筒２８に形成された溝部２８ｄに嵌合させ、この溝部２８ｄに、軸受配設部側ほど拡径する傾斜面２８ｄａを形成し、位置規制リング３６を、縮径させた状態で前記溝部２８ｄに配設している。これにより、チェーンリング１３が、軸受２９Ｂに当接してハンガ２ｇの内部側へ移動しないように良好に位置規制された状態で回転力伝達筒２７に外嵌されるので、チェーン１５の各ギヤ部１３ａに対する変更動作が不良となるような不具合の発生を防止できて、これによっても電動自転車１の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、クランク軸１７とチェーンリング１３との間の、人力駆動力を伝達する経路に、一方向クラッチなどの回転力を伝達させない機構が入っていないので、ペダルを逆方向に回転させることで作動するコースターブレーキが後輪のハブに配設されている場合に適用すると好ましいが、これに限るものではなく、ハンドルに設けたブレーキレバーにより動作するドラムブレーキなどの一般のブレーキが設けられている場合にも適用可能である。

また、上記実施の形態では、ペダル８からの踏力を後輪４に伝達する駆動力伝達体として、チェーン１５を用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、チェーン１５に代えて歯付きベルトを用いてもよい。なお、歯付きベルト（駆動力伝達歯付きベルト）を用いた場合には、人力駆動力を出力する人力駆動力出力輪体として、チェーンリング１３に代えて駆動用前歯車を用い、後輪のハブに設けられる後部輪体として後スプロケット１４に代えて後歯車を用いるとよい。

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である各種の電動自転車に適用可能である。

Claims

ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動自転車であって、
立パイプの下端部に結合されたハンガの内部に、クランク軸が回転自在に配設されるとともに踏力に対応する力を検出するトルクセンサが配設され、
前記クランク軸が、トルクセンサが外周側に配設されているクランク軸本体と、このクランク軸本体の片側に連結されるクランク補助軸とに分割されて構成され、
前記クランク補助軸におけるクランクアームとの結合部の直径と、前記クランク軸本体におけるクランクアームとの結合部の直径とが、クランク軸本体におけるクランク補助軸との連結部の直径よりも大きく形成され、
前記クランク軸本体における前記クランク補助軸との結合部近傍箇所が軸受により回転自在に支持され、
前記軸受と、ハンガ内に配設される中筒との間に、配線案内部材が配設され、
トルクセンサに接続されたトルクセンサ接続配線が前記配線案内部材を側方に通されてハンガの外部に取り出され、
トルクセンサ接続配線の、ハンガより側方に出された箇所を覆う側面視円環状の配線キャップが設けられている
ことを特徴とする電動自転車。
前記クランク軸本体は、太径部と、太径部よりも細径の細径部とを有し、
前記細径部に、トルクセンサの磁歪部が外周に形成されたトルク検知筒が一体的に回転する状態で外装され、
細径部の端部に前記クランク補助軸が結合されている
ことを特徴とする請求項１記載の電動自転車。
ペダルからの踏力による人力駆動力に、電動モータにより発生する補助駆動力を加えて走行可能である電動自転車であって、
立パイプの下端部に結合されたハンガの内部に、クランク軸が回転自在に配設されるとともに踏力に対応する力を検出するトルクセンサが配設され、
前記クランク軸が、トルクセンサが外周側に配設されているクランク軸本体と、このクランク軸本体の片側に連結されるクランク補助軸とに分割されて構成され、
前記クランク補助軸におけるクランクアームとの結合部の直径と、前記クランク軸本体におけるクランクアームとの結合部の直径とが、クランク軸本体におけるクランク補助軸との連結部の直径よりも大きく形成され、
ハンガの内側に、クランク軸本体を回転自在に支持する軸受が左右両端部内側に配設された金属製の中筒が配設され、
前記中筒は、トルクセンサと、トルクセンサの磁歪部が外周に形成されたトルク検知筒と、クランク軸本体における両軸受間の領域とを覆っている
ことを特徴とする電動自転車。
前記クランク軸本体の太径部に、太径軸受部を介して回転力伝達筒が回転自在に外嵌され、
この回転力伝達筒と前記トルク検知筒とが一体的に回転する状態で接続され、
前記回転力伝達筒に、複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体が、一体的に回転する状態で外嵌されている
ことを特徴とする請求項２記載の電動自転車。
前記回転力伝達筒が、軸受を介して、ハンガの内側に配設された金属製の中筒に回転自在に配設され、
複数段のギヤ部を有する人力駆動力出力輪体が前記回転力伝達筒に外嵌され、
前記軸受の軸方向への位置を規制する位置規制リングが、前記中筒に形成された溝部に嵌合され、
前記溝部に、前記軸受配設部側ほど拡径する傾斜面が形成され、
前記位置規制リングは、縮径された状態で前記溝部に配設されている
ことを特徴とする請求項４に記載の電動自転車。