JP5202707B2 - 電動自転車の人力駆動力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は電動自転車の人力駆動力検出装置に関する。

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、ペダルに加えられる踏力などの人力駆動力を、トルクセンサなどからなる人力駆動力検出装置により検出し、前記人力駆動力に、この人力駆動力に対応した電動モータの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、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とも称せられる）は既に知られている。

前記人力駆動力の検出方法の１例として、左右のペダルを踏み込んだ際にクランク軸が捩れる性質を利用し、クランク軸の外周表面やクランク軸からの人力駆動力が伝達される円筒軸の外周表面に、磁気異方性を付与した磁歪検出層を形成し、その外周に一定の隙間をあけてコイルを配設した磁歪式トルクセンサが知られている。この磁歪式トルクセンサでは、クランク軸の捩れ状態や、クランク軸からの人力駆動力が伝達される円筒軸の捩れ状態を検出している（特許文献１等）。なお、前記クランク軸や前記円筒軸（人力伝達回転軸と称す）は、ベアリング軸受などにより回転自在に支持されている。

しかし、この磁歪式のトルクセンサは、磁歪発生部の加工やコイルが必要であり、多くの製造コストがかかるとともに工程管理も困難であり、多くの手間や時間がかかる短所がある。

人力駆動力を検出する他の例として、特許文献２に開示された電動自転車のトルク検出装置がある。電動自転車を含めた自転車では、クランク軸などの人力伝達回転軸に、人力駆動輪体としての駆動スプロケット（前スプロケットや前ギヤ、クランクスプロケットとも称せられる）が取り付けられ、後輪に取り付けられた従動輪体としての従動スプロケットと、前記駆動スプロケットとにわたって、チェーンなどの駆動力伝達体が掛け渡されている。そして、人力駆動力が、前記駆動スプロケットから前記駆動力伝達体を介して前記従動輪体に伝達され、後輪が回転されることにより走行される。したがって、電動自転車でも、一般の自転車と同様に、走行時に、駆動スプロケットによってチェーンなどの駆動力伝達体を前方に引張る力が発生し、この反力によって、クランク軸が後方に弾性変形する。

前記特許文献２に開示された電動自転車のトルク検出装置は、自転車の上記構造を応用したものである。図１４や図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、クランク軸１０１が後方に弾性変形しようとする力をクランク軸１０１から受けて支持する薄板状の弾性変形部（支持板部）１０２を設け、この弾性変形部１０２に、その弾性変形量を検出する歪み検出センサ（歪みゲージ）１０３を取り付けている。なお、弾性変形部１０２および歪み検出センサ１０３は、図１４に示す構造においては、ハンガ部１０４（ボトムブラケットとも称せられる）の周囲に箱状の保持枠部１０５を形成し、この保持枠部１０５により弾性変形部１０２を支持している。また、図１５（ａ）、（ｂ）に示す構造においては、ハンガ部１０４を特殊な形状として弾性変形部１０２を支持している。

ところが、図１４や図１５（ａ）、（ｂ）に示す構造では、構造自体は簡単ではあるものの、ハンガ部１０４の周囲に保持枠部１０５を形成したり、ハンガ部１０４を特殊な形状としたりしているので、一般の自転車に適用することが困難である難点がある。

この難点に対処可能な構造として、特許文献３には、図１６〜図１９に示すように、ハンガ部１５０の端部から外周に広がるような形状のアダプタ部材１５１と、このアダプタ部材１５１に形成された太径部１５１ａの内側に嵌め込まれる主本体（センサ本体部）１５２とを設け、前記センサ本体部１５２の一部に、歪み計１５３、１５４、１５５、１５６を貼り付けた構成のものが開示されている。ここで、図１６〜図１８に示すように、アダプタ部材１５１は、ハンガ部１５０の端部内周面に嵌まり込む取付部１５１ｂと、ハンガ部１５０よりも大きい径の太径部１５１ａと、これらを接続するフランジ部１５１ｃとを有する。また、図１９に示すように、センサ本体部（主本体）１５２は、アダプタ部材１５１の太径部１５１ａに取り付けられる外リング（外側部分）１５２ａと、クランク軸１５８を回転自在に支持する軸受１５９の外周に組みつけられる内リング（内側部分）１５２ｂと、これらの外リング１５２ａと内リング１５２ｂとの上端部同士と下端部同士とを接続する接続部１５２ｃ、１５２ｄとを有する。そして、外リング１５２ａと内リング１５２ｂとの下端部同士を接続する接続部１５２ｄの側面における表面と裏面とに、それぞれ２枚組みとなった歪み計１５３、１５４と歪み計１５５、１５６とが、接続部１５２ｄの各側面に沿うとともに互いに直交する姿勢で貼り付けられている。

この構造によれば、一般的なハンガ部１５０に、アダプタ部材１５１およびセンサ本体部（主本体）１５２を組み付けることができるので、一般的な自転車のフレーム構造を有する電動自転車を実現できる。

特開平９−９５２８９号公報 特開２００２−１９６８３号公報 欧州特許公開２２４８７１５号公報

しかしながら、特許文献３に開示されている構造では、軸受１５５を介してクランク軸１５８からの人力駆動力を支持する経路が、外リング１５２ａと内リング１５２ｂとを形成するとともに、これらの上端部同士と下端部同士とを接続して、極めて小さな断面積である接続部１５２ｃ、１５２ｄに集中する構造である。したがって、電動自転車に対して地面などから大きな衝撃を受けた際に、前記接続部１５２ｃ、１５２ｄが損傷したり、変形したりする恐れがある。この場合には、人力駆動力の測定精度が大きく低下したり、人力駆動力を測定できなくなったりする恐れがあり、電動自転車としての信頼性も低下する。

また、接続部１５２ｄの側面における表面と裏面とに、合わせて４枚の歪み計１５３〜１５６を、各側面において互いに直交する姿勢で貼り付けられなければならないので、生産工程における歪み計１５３〜１５６の組付工数が多くなる。また、組付時の歪み計１５３〜１５６の位置決めも厳密に行わなければならないため、多くの手間がかかる短所もある。

本発明は上記課題を解決するもので、一般的なハンガ部を用いることができて、製造コストの低減化を図ることができると同時に組付作業も容易かつ迅速に行え、しかも良好な信頼性を維持することができる電動自転車の人力駆動力検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電動自転車の人力駆動力検出装置は、ハンガ部から側方に突出しかつ突出した部分がハンガ部よりも太径の段つき形状に広がり、ハンガ部の端部内周に取り付けられる細径筒部と、この細径筒部の端部から径方向に広がる拡径側壁部と、この拡径側壁部より側方に筒状に延びる太径筒部と、を有する取付用部材と、クランク軸を回転自在に支持する軸受の外周面と前記取付用部材の太径筒部の内周面との間に環状に配設され、外周の一部が切欠かれた形状とされて周方向に隣接する部分よりも径方向に薄肉となった弾性変形部を有するセンサ支持部材と、このセンサ支持部材の弾性変形部に取り付けられた歪検出センサとを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、太径筒部を有する取付用部材を、ハンガ部から側方に突出するように取付け、軸受の外周面と前記取付用部材の太径筒部の内周面との間に、歪検出センサを取り付けたセンサ支持部材を配設することで、一般の自転車と同様な形状のハンガ部を用いることができながら、容易にセンサ支持部材を組み付けることができる。また、ハンガ部よりも太径の太径筒部の内側に環状のセンサ支持部材を配設する構成であるので、センサ支持部材がハンガ部よりも太径である場合などでも支障なくセンサ支持部材を組み付けることができる。さらに、センサ支持部材が環状であり、一部に径方向に薄肉となった弾性変形部を有する簡単な構造である。したがって、環状のセンサ支持部材として、弾性変形部をも含めて径方向に十分な厚みを有して、十分な強度を有するものを用いることができて、電動自転車に対して地面などから大きな衝撃を受けた際でも、センサ支持部材の測定精度が低下するほど損傷したり、変形したりすることがない。また、センサ支持部材において径方向に薄肉となった弾性変形部に歪検出センサを貼り付ける構成であるので、歪検出センサを少ない枚数で済ますことができるとともに、歪検出センサの弾性変形部への組付け作業も容易かつ迅速に行える。

また、本発明の人力駆動力検出装置が組みつけられる電動自転車は、後輪を回転駆動させるためのチェーンなどの駆動力伝達体が、クランク軸と一体的に回転する駆動スプロケットなどの人力駆動輪体と、後輪に取り付けられた従動輪体とにわたって架け渡され、ペダルからの踏力による人力駆動力に基づいて補助駆動力を付加可能に構成されており、前記弾性変形部は、前記駆動力伝達体を、前記人力駆動力により略前方に引張る力の反力によりクランク軸が後方に変形しようとする力を受けて弾性変形することを特徴とする。

この構成により、ペダルを踏み込んだ際にクランク軸などにかけられる人力駆動力における、チェーンなどの駆動力伝達体を介して後輪に伝達されて、実際に走行に寄与する人力駆動力を良好に測定することができる。

また、本発明は、センサ支持部材が、センサ支持部材のクランク軸に対する周方向の姿勢を調整可能に取り付けられていることを特徴とする。この構成により、歪検出センサが取り付けられたセンサ支持部材を、良好な姿勢に調整した状態で取り付けることができる。ここで、弾性変形部および歪検出センサは、側面視にて、人力駆動輪体により駆動力伝達体を前方に引張る方向と平行でクランク軸の軸心を通る線よりも斜め下方に傾斜した後方位置に配設されていることが好適であり、このように配設することで、駆動力伝達体を略前方に引張る力をより良好に測定できるだけでなく、ペダルの踏み方などに起因する実際には駆動力伝達体の上側部分を引張ることに寄与しない力などの影響を極めて少なく抑えることができて、信頼性が向上する。

また、本発明は、前記取付用部材が、細径筒部と拡径側壁部と太径筒部の外周部分とを有する第１取付用部材と、太径筒部の内周部分をなしてセンサ支持部材を外周から保持する第２取付用部材とから構成されていることを特徴とする。この構成により、ハンガ部の形状などが異なっている場合には、第１取付用部材の細径筒部の形状を変更することで容易に対応できる。また、センサ支持部材の形状が変更された場合でも、第２取付用部材の形状を変更することで容易に対応できる。

また、本発明は、第１取付用部材と第２取付用部材との互いに嵌合する面に、複数の凹凸部が形成され、この凹凸部の嵌合位置を変えることで、センサ支持部材のクランク軸に対する周方向の姿勢を調整可能とされていることを特徴とする。これにより、比較的簡単な構成で、センサ支持部材のクランク軸に対する周方向の姿勢を容易に調整することができる。

また、本発明は、センサ支持部材が取り付けられる取付用部材に、センサ支持部材に対する組み付け位置を示す位置決め部と、前記駆動力伝達体における人力駆動輪体により引張られる箇所との相対方向をしめす目印部とを設けたことを特徴とする。これにより、生産上の検査確認工程や、販売後の修理等を行う際でも、適した位置にセンサ支持部材を配設できて、良好な信頼性を維持することができる。

また、本発明は、センサ支持部材を固定する固定部材が３つ以上設けられ、これらの固定部材のうちの少なくとも２つが、センサ支持部材への押圧力を調整可能な状態で配設されていることを特徴とする。この構成により、センサ支持部材を固定する固定部材を用いて、歪検出センサの感度調整も容易に行うことができるとともに、歪検出センサの感度調整用の部品を別途に設ける場合と比較して部品点数を削減することができる。

また、本発明は、第１取付用部材および第２取付用部材に外装されて、第１取付用部材と第２取付用部材との各凹凸部同士が嵌合した状態に保持する外装部材を設け、この外装部材と前記第２取付用部材とを結合する結合部と、外装部材を前記第１取付用部材に固定する外装部材固定部とを設けたことを特徴とする。この構成によれば、外装部材固定部による外装部材と第１取付用部材との固定が解除され、かつ、結合部による外装部材と第２取付用部材との結合が解除されない限り、第１取付用部材と第２取付用部材との各凹凸部同士が離脱方向に移動して、歪検出センサを取り付けたセンサ支持部材の姿勢が変わることがない。これにより、センサ支持部材の姿勢が変わることによる不正な歪検出センサの出力変動を良好に防止することができ、電動自転車として良好な信頼性を維持することができる。

また、本発明の人力駆動力検出装置は、歪検出センサに接続された配線を引き出した状態で、外周の一部が切欠かれた形状部分に相当する箇所に樹脂が注入されて、歪検出センサが防水されていることを特徴とする。この構成により、歪検出センサを良好に防水することができ、信頼性が向上する。

本発明によれば、ハンガ部よりも太径の段つき形状に広がる太径筒部の内側に、外周の一部が切欠かれた形状とされて周方向に隣接する部分よりも径方向に薄肉となった弾性変形部を有する環状のセンサ支持部材を配設する構成であるので、一般的なハンガ部を用いることができるとともに、環状のセンサ支持部材として、弾性変形部をも含めて十分な強度を有するものを用いる。したがって、電動自転車に対して地面などから大きな衝撃を受けた際でも、センサ支持部材の測定精度が低下するほど損傷したり、変形したりすることがなく、良好な信頼性を維持することができる。

本発明の実施の形態に係る人力駆動力検出装置を備えた電動自転車の全体側面図 同電動自転車の後部側面図 同電動自転車のペダル、クランク、ハンガ部およびその近傍箇所の斜視図 同電動自転車の人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の斜視図 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の背面図 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の部分切欠斜視図 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の断面図（但し下半部は、歪検出センサが設けられている部分で切断） 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の縦断面図 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の分解斜視図 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の分解斜視図 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の、第２取付用部材やセンサ支持部材などを取り付けていない状態での縦断面図 同人力駆動力検出装置およびその近傍箇所の、第２取付用部材やセンサ支持部材などを取り付けていない状態での部分切欠斜視図 同人力駆動力検出装置のセンサ支持部材および歪検出センサなどの配設位置を説明するための側面図 従来の人力駆動力検出装置の分解斜視図 （ａ）は同従来の人力駆動力検出装置の変形例の平面断面図、（ｂ）は図１５（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した側面断面図 他の従来の人力駆動力検出装置が設けられているクランク軸およびその近傍箇所の正面断面図 同他の従来の人力駆動力検出装置の正面断面図 同他の従来の人力駆動力検出装置の分解正面断面図 （ａ）〜（ｃ）は同他の従来の人力駆動力検出装置の主本体の左側面図、正面図および右側面図

以下、本発明の実施の形態に係る電動自転車および電動自転車の人力駆動力検出装置について図面に基づき説明する。なお、以下の説明における左右とは、電動自転車に搭乗して前方（進行方向）に向いた状態での左右方向をいう。

図１、図２における１は本発明の実施の形態に係る人力駆動力検出装置を備えており、電動アシスト自転車とも称される電動自転車である。図１、図２に示すように、この電動自転車１は、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、メインパイプ２ｃ、立パイプ２ｄ、チェーンステー２ｅ、シートステー２ｆなどからなる金属製のフレーム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７ａおよびクランクアーム７ｂからなるクランク７と、クランク７の両端部に回転自在に取り付けられ、人力駆動力としての踏力が加えられる左右のペダル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としての制御ユニット１１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、搭乗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輪体としての駆動スプロケット（前スプロケットや前ギヤ、クランクスプロケットやクランクギヤとも称せられる）１３と、後輪４のハブ（後ハブとも称せられる）９に取り付けられた従動輪体としての従動スプロケット（後スプロケットや後ギヤ、後輪ギヤとも称せられる）１４と、駆動スプロケット１３と従動スプロケット１４とにわたって架け渡された無端状の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。

そして、ペダル８に人力駆動力である踏力が加えられると、クランク７がクランク軸７ａを中心に回転し、この人力駆動力が、駆動スプロケット１３、チェーン１５、および従動スプロケット１４を介して後輪４に伝達されて回転される。なお、この実施の形態では、電動モータ１０が、前輪３の中心部に配設されている金属製のハブ（以下、前ハブとも称する）１６に内蔵されている。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。

図２に示すように、制御ユニット（制御部）１１は、電動自転車１の中央下部に、メインパイプ２ｃの後端部と立パイプ２ｄの下端部とを連結するように配設されたボトムブラケットとも称せられる円筒形状のハンガ部２０（図３、図４なども参照）と、このハンガ部２０とチェーンステー２ｅの前端部とを連結するように配設された支持ブラケット１９などを介して吊り下げられた姿勢で支持されている。制御ユニット１１は、電動自転車１の各構成要素（電動モータ１０を含む）の制御を行う制御基板や記憶回路やユニットケースなどから構成されている。また、支持ブラケット１９の上方にバッテリ１２が載せられており、バッテリ１２は、立パイプ２ｄにも係止された状態で、立パイプ２ｄと後輪４との間の空間に配設されている。

図３〜図７に示すように、ハンガ部２０には、クランク軸７ａが横方向（左右の水平方向）に挿通されている。また、図６、図７に示すように、ハンガ部２０の左端部の内側には、クランク軸７ａの左側部分を回転自在に支持する軸受２５が配設されている。ハンガ部２０の右端部には、後述する取付用部材３１やセンサ支持部材３２などを有する人力駆動力検出装置３０が配設され、この人力駆動力検出装置３０が設けられている箇所の内側に、クランク軸７ａの右側部分を回転自在に支持する軸受２６が配設されている。なお、図６などにおける２７Ａ、２７Ｂは、クランク軸７ａにおける軸受２６の位置を規制するＣ字形状のリング体（いわゆるＣリング）である。また、クランク軸７ａにおける人力駆動力検出装置３０が設けられている箇所の右側近傍箇所に、駆動スプロケット１３が取り付けられている。

人力駆動力検出装置３０は、ハンガ部２０から右側方に突出しかつ突出した部分がハンガ部よりも太径の段つき形状に広がった取付用部材３１と、クランク軸７ａの右側部分を回転自在に支持する軸受２６の外周面と取付用部材３１に形成された太径筒部３１ｃの内周面との間に環状に配設されたセンサ支持部材３２と、センサ支持部材３２に形成された弾性変形部３２ａに貼り付けられるなどして取り付けられた歪検出センサ３３と、取付用部材３１の太径部分などを覆って保持する外装部材３６などから構成されている。

取付用部材３１は、ハンガ部２０の右端部内周に取り付けられる細径筒部３１ａと、この細径筒部３１ａの端部から径方向に広がる拡径側壁部３１ｂと、この拡径側壁部３１ｂより右側方に筒状に延びる太径筒部３１ｃとを有する。また、この実施の形態では、取付用部材３１は、いわゆるセンサケースである第１取付用部材３４と、いわゆるセンサカバーである第２取付用部材３５とから構成されている。そして、第１取付用部材３４に細径筒部３１ａと拡径側壁部３１ｂと太径筒部３１ｃの外周部分（以下、第１取付用部材３４の太径筒部３４ａと称する）とが設けられている。一方、第２取付用部材３５は、取付用部材３１の太径筒部３１ｃの内周部分（以下、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄと称する）を有してセンサ支持部材３２を外周から保持するとともに、筒状部３５ｄの右端部から径方向に円板状に延びる側壁覆い部３５ａが形成され、この側壁覆い部３５ａによってセンサ支持部材３２および軸受２６の右側面などを覆っている。

取付用部材３１（第１取付用部材３４）の細径筒部３１ａの外周面と、これに対応するハンガ部２０の右端部内周面とには互いに螺合するねじ部３４ｄ、２０ａが形成され、取付用部材３１の細径筒部３１ａがハンガ部２０の右端部の内周にねじ込まれることで結合される。また、図８に示すように、ハンガ部２０を貫通して、細径筒部３１ａにねじ込まれる位置決め固定ねじ３７が１箇所に設けられ、ハンガ部２０に取付用部材３１（第１取付用部材３４）が固定された後には、取付用部材３１（第１取付用部材３４）の位置がずれないよう図られている。なお、図７の下半部の人力駆動力検出装置３０などの切断面は、図６に示す場合と同様に、歪検出センサ３３や弾性変形部３２ａがある位置での切断面を示す。一方、図８の下半部の人力駆動力検出装置３０などの切断面は、人力駆動力検出装置３０を真下に伸びるように切断した場合の切断面を示す。つまり、この実施の形態では、ハンガ部２０の真下部分に位置決め固定ねじ３７が設けられている。しかし、位置決め固定ねじ３７の配設位置は、ハンガ部２０の右端部の周方向のどの位置に設けられていてもよい。

図９〜図１１に示すように、互いに嵌合する、第１取付用部材３４の太径筒部３４ａの内周面と、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄの外周面とには、断面三角形状または断面矩形状などの多数（例えば数十から数百個）の凹凸部３４ｂ、３５ｂが形成されている。そして、予め、ハンガ部２０に第１取付用部材３４を取り付けて固定し、第２取付用部材３５の内側にセンサ支持部材３２を取り付けて固定した状態で、この凹凸部３４ｂ、３５ｂの嵌合位置を変えて、第１取付用部材３４に対する第２取付用部材３５の相対位置を調整することで、センサ支持部材３２のクランク軸７ａに対する周方向の姿勢を調整可能とされている。また、必要に応じて、第１取付用部材３４の太径筒部３４ａの内周面と、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄの外周面とにおける、凹凸部３４ｂ、３５ｂが設けられていない箇所に、防水性を高めるためのシール材３８などを配設してもよい。また、第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａの外周面所定箇所には、センサ支持部材３２が所定位置に組みつけられるように、目印部３５ｃが形成されている（詳しくは後述する）。

図９、図１０などに示すように、センサ支持部材３２は、外周の一部が切欠かれた形状とされて周方向に隣接する部分よりも径方向に薄肉となった弾性変形部３２ａを有する。また、この実施の形態では、軸受２６の後部における上寄り部分と下寄り部分と、センサ支持部材３２の内周面の後部における上寄り部分と下寄り部分との間に隙間を有する形状となるように、センサ支持部材３２の内周部にも２つの切欠部３２ｂを形成している。そして、軸受２６の後部とセンサ支持部材３２の後部とにおいて、後部の中央部分だけで、軸受２６とセンサ支持部材３２とが当接して、クランク軸７ａからの力が、弾性変形部３２ａが設けられている箇所に良好に負荷されるよう構成されている。また、センサ支持部材３２の外周面には第２取付用部材３５との位置を決めるための凹溝３２ｃが１箇所に形成されているとともに、これに対応して、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄの内周面に、凹溝３２ｃに嵌まり込むリブ３５ｅが１箇所に形成されている。すなわち、第２取付用部材３５のリブ３５ｅにセンサ支持部材３２の凹溝３２ｃが嵌合する状態で、第２取付用部材３５にセンサ支持部材３２を組み付けることにより、第２取付用部材３５に対するセンサ支持部材３２の相対位置が決められる。

センサ支持部材３２の弾性変形部３２ａに歪検出センサ３３が貼り付けられるなどして取り付けられている。したがって、歪検出センサ３３は、クランク軸７ａの軸心に平行に沿う線に接する面に沿って配設されている。ここで、歪検出センサ３３が取り付けられている弾性変形部３２ａは周方向に対して他の隣接する部分よりは径方向に薄肉であるものの、センサ支持部材３２全体が、径方向に十分な厚みを有する形状であり、弾性変形部３２ａにおいても十分な厚みを有して、十分な強度を有する。また、センサ支持部材３２の弾性変形部３２ａおよび歪検出センサ３３は、ペダル８にかけられた人力駆動力（踏力）によって駆動スプロケット１３によりチェーン１５を略前方に引張る力の反力によりクランク軸７ａが後方に変形しようとする力を受けて弾性変形する位置に配設されている。具体的には、おおよそクランク軸７ａの後方となる位置に配設されているが、より詳細には、クランク軸７ａに対して少し下方に傾斜した後方となる位置に配設されている。つまり、図１３に示すように、側面視して、駆動スプロケット１３によりチェーン１５の上側部分を前方に引張る方向と平行で、クランク軸７ａの軸心７ｂを通る線Ｈに対して、下方に傾斜角度α（例えば傾斜角度αが約１０〜１５度）だけ下方に傾斜する後方位置に配設することがより好ましい。このように配設することで、チェーン１５を略前方に引張る力をより良好に測定できるだけでなく、ペダル８の踏み方などに起因する実際にはチェーン１５の上側部分を引張ることに寄与しない力などの影響を極めて少なく抑えることができる。なお、図１２では理解し易いように、チェーン１５の上側部分を引張る方向が水平である場合を示しているが、これに限るものではなく、一般の電動自転車（自転車）では、後方ほど下がるように傾斜している場合が多い。

また、この実施の形態では、第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａに形成された目印部３５ｃの線が、チェーン１５における駆動スプロケット１３の上端に接している上側部分の線に対して直交するように記載されている。しかしながら、これに限るものではなく、センサ支持部材３２を組み付けた第２取付用部材３５の位置（姿勢）が認識できるように印が形成されていればよい。

また、図６、図７、図９、図１０などにおける３９は、センサ支持部材３２の弾性変形部３２ａに貼り付けられた歪検出センサ３３にその一端部が接続された複数（この実施の形態では３本）の配線部である。これらの配線部３９の他端は、図外の接続コードなどを介して、制御ユニット１１の基板と接続されている。第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａには、配線部３９を通過させる挿通孔３５ｇが形成されている。配線部３９は挿通孔３５ｇを通して、第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａから外側に出された後、径方向外側から外装部材３６の外周部分に沿うように左側に屈曲されて外部に出されている。また、挿通孔３５ｇが設けられている箇所を通して、外部から雨水や埃などが歪検出センサ３３の配設箇所へ浸入しないように、配線カバー４２が取り付けられている。さらに、歪検出センサ３３の配設箇所、すなわち、センサ支持部材３２の弾性変形部３２ａとこれに臨む第１取付用部材３４の太径筒部３４ａおよび拡径側壁部３１ｂと、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄおよび側壁覆い部３５ａとで囲まれた空間には、防水用の樹脂４１などが充填され、シールされている。なお、この実施の形態では、配線部３９が第２取付用部材３５の筒状部３５ｄに接触しないように筒状部３５ｄの内面の一部が切欠かれているが、これに限るものではない。

さらに、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄの３箇所には、第２取付用部材３５に対して、センサ支持部材３２を固定する固定部材としての固定ねじ４３をねじ込むためのねじ孔３５ｆが筒状部３５ｄを貫通して設けられている。ここで、固定ねじ４３は、センサ支持部材３２を外周から周方向にほぼ同様の角度ずつずれた状態で配置され、ねじ込むことで、筒状部３５ｄ内に埋め込まれるようになっている。また、この実施の形態では、１つのねじ孔３５ｆが第２取付用部材３５のリブ３５ｅを貫通して形成されているがこれに限るものではない。

さらに、センサ支持部材３２を固定する前記固定ねじ４３は、センサ支持部材３２への押圧力を調整可能な状態で配設されている。そして、各固定ねじ４３の押圧具合を調整することで、歪検出センサの感度調整も容易に行うことができるよう構成されている。

また、図１１に示すように、外装部材３６は、第１取付用部材３４の太径筒部３４ａおよび第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａの外周部を覆う筒状部３６ａと、第１取付用部材３４の拡径側壁部３１ｂにおける外周寄り部分を側方から覆う側壁部３６ｂとを有する。また、外装部材３６の太径筒部３４ａの内周面における右側寄り箇所にはねじ部３６ｃが形成されている。そして、第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａの外周にもねじ部３５ｈが形成され、第２取付用部材３５と外装部材３６とが螺合するよう構成されている。一方、図９、図１０などに示すように、第１取付用部材３４の太径筒部３４ａの外周にはねじ部が形成されておらず、第１取付用部材３４と外装部材３６とは螺合しない。ただし、図８、図１１に示すように、外装部材３６には第１取付用部材３４に対して固定するための、外装部材固定部としての固定ねじ４４が１箇所に設けられている。

人力駆動力検出装置３０の組み付け作業は以下のようにして行う。まず、外装部材３６をハンガ部２０に挿通させた状態で、第１取付用部材３４のねじ部３４ｄをハンガ部２０のねじ部２０ａにねじ込んで、ハンガ部２０に第１取付用部材３４を取り付ける。さらに、第１取付用部材３４の細径筒部３１ａを貫通する位置決め固定ねじ３７をハンガ部２０のねじ部２０ａにねじ込んで、ハンガ部２０に対する第１取付用部材３４の位置を固定する。

次に、リング体２７Ａ、２７Ｂを用いて、クランク軸７ａに軸受２６を組み付ける。また、予め弾性変形部３２ａに歪検出センサ３３が取り付けられたセンサ支持部材３２を、このセンサ支持部材３２の凹溝３２ｃが第２取付用部材３５のリブ３５ｅに嵌まり込むように位置合わせして、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄの内側にセンサ支持部材３２を嵌め込む。そして、３箇所設けられている固定ねじ４３をねじ込んで、第２取付用部材３５にセンサ支持部材３２を固定するが、この際に、固定ねじ４３の押圧力を調整しながらねじ込むことで、歪検出センサ３３から歪が良好に検出されるように調整する。なお、必要に応じて、シールカバー４０を取り付けた状態で、歪検出センサ３３の回りに防水用などの樹脂４１を充填しておく。

この後、センサ支持部材３２や配線カバー４２が組み付けられた第２取付用部材３５を、ハンガ部２０に固定した第１取付用部材３４に、互いに形成された凹凸部３５ｂ、３４ｂを嵌め合わせながら組み付ける。この際、歪検出センサ３３が適正な位置になるように、第２取付用部材３５の目印部３５ｃが、駆動スプロケット１３の上端に接しているチェーン１５の上側部分に対して直交するような姿勢で、第２取付用部材３５を組み付ける。

さらに、外装部材３６を、そのねじ部３６ｃが第２取付用部材３５のねじ部３５ｈに螺合するように回転させながら組みつけて、センサ支持部材３２を内装した状態で、第１取付用部材３４と第２取付用部材３５とを密着させる。最後に、外装部材３６の位置決め固定ねじ４４をねじ込んで、外装部材３６の位置も固定する。このようにすることで、歪検出センサ３３を取り付けたセンサ支持部材３２を良好な状態で配設しながら、人力駆動力検出装置３０を良好に組み付けることができる。

上記構成において、人がペダル８を踏み込むと、この際の踏力による人力駆動力が、クランクアーム７ｂを介してクランク軸７ａおよび駆動スプロケット１３に伝達される。そして、駆動スプロケット１３によりチェーン１５を前方に引張る力に変えられて後輪４の従動スプロケット１４に伝達される。さらに、従動スプロケット１４への力が伝達されて後輪４が回転される。この際に、駆動スプロケット１３によりチェーン１５を前方に引張る力の反力として、駆動スプロケット１３およびクランク軸７ａが後方へ弾性変形しようとし、この力が軸受２５、２６により受けられる。この際、クランク軸７ａにおける駆動スプロケット１３が取り付けられている右側の軸受２６によって、より大きな反力が受けられる。そして、この力により、軸受２６とハンガ部２０との間に配設されているセンサ支持部材３２の後部に形成された弾性変形部３２ａが変形するため、この箇所の変形状態（人力駆動力であるトルク）を歪検出センサ３３により検出することができる。なお、この場合に、上記に述べたように、歪検出センサ３３を、環状のセンサ支持部材３２におけるクランク軸７ａの後方となる位置よりも少し下方に傾斜した後方となる位置に配設することで、ペダル８の踏み方などに起因する、チェーン１５の上側部分を引張ることに寄与しない力などの悪影響を極めて少なく抑えながら、実際に後輪を回転する駆動力となるチェーン１５の上側部分を引張る人力駆動力を良好に測定することができる。

ここで、上記構成によれば、太径筒部３１ｃを有する取付用部材３１（第１取付用部材３４と第２取付用部材３５とからなる）を、ハンガ部２０から側方に突出するように取付け、取付用部材３１の太径筒部３１ｃと軸受２６との間に、歪検出センサ３３を取り付けたセンサ支持部材３２を配設することで、一般の自転車と同様な形状のハンガ部２０を用いながら、非常に簡単な構成で、容易にセンサ支持部材３２を組み付けることができる。

また、センサ支持部材３２が環状であり、一部に径方向に薄肉となった弾性変形部３２ａを有する極めて簡単な構造である。つまり、特許文献３に開示されているような、外リング１５２ａと内リング１５２ｂとの上端部同士と下端部同士とを接続して、極めて小さな断面積である接続部１５６、１５７に集中するような複雑で強度の低下する部分を有する構造ではない。

したがって、環状のセンサ支持部材３２として、弾性変形部３２ａをも含めて比較的厚肉で十分な強度を有するものを容易に用いることができる。これにより、電動自転車１に対して地面などから大きな衝撃を受けた際でも、センサ支持部材３２の測定精度が低下するほど損傷したり、変形したりすることがなく、電動自転車１として良好な信頼性を維持することができる。

また、上記構成によれば、センサ支持部材３２において径方向に薄肉となった弾性変形部３２ａに歪検出センサ３３を貼り付ける構成であるので、歪検出センサ３３を少ない枚数（１枚または２枚）で済ますことができるとともに、歪検出センサ３３の弾性変形部３２ａへの組付け作業も容易かつ迅速に行える。

また、上記構成によれば、取付用部材３１を、ハンガ部２０に取り付けられ、太径筒部３１ｃの外周部分（太径筒部３４ａ）を有する第１取付用部材３４と、太径筒部３１ｃの内周部分（筒状部３５ｄ）をなしてセンサ支持部材３２を外周から保持する第２取付用部材３５とから構成している。これにより、第１取付用部材３４および第２取付用部材３５に設けられている凹凸部３４ｂ、３５ｂを利用して、歪検出センサ３３が取り付けられたセンサ支持部材３２を、良好な姿勢に調整した状態で取り付けることができる。また、ハンガ部２０の直径寸法が異なっている場合でも、第１取付用部材３４の細径筒部３１ａの形状を変更することで容易に対応できる。また、センサ支持部材３２の直径寸法が変更された場合でも、第２取付用部材３５の筒状部３５ｄの形状を変更することで容易に対応できる。また、第１取付用部材３４の拡径側壁部３１ｂと第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａによりセンサ支持部材３２を両側から良好に保持することもできる。

さらに、センサ支持部材３２が取り付けられる取付用部材３１（この実施の形態では第２取付用部材３５）には、センサ支持部材３２に対する組み付け位置を示す位置決め部としてのリブ３５ｅと、チェーン１５に対する組み付け位置を示す目印部３５ｃとが形成されているので、生産上の検査確認工程や、販売後の修理等を行う際でも、適した位置にセンサ支持部材３２を配設できて、良好な信頼性を維持することができる。なお、上記実施の形態では、リブ３５ｅや凹溝３２ｃにより、取付用部材３１（第２取付用部材３５）のセンサ支持部材３２に対する組み付け位置を示す位置決め部を形成したが、突起と窪み部など、相対位置を決めることができるものであればよく、これに限るものではない。

また、上記構成によれば、センサ支持部材３２を固定する固定部材としての固定ねじ４３を設けるとともにこれらの固定ねじ４３によりセンサ支持部材３２への押圧力を調整可能としたので、これらの固定ねじ４３により、歪検出センサ３３の感度調整も容易に行うことができる。また、別途に感度調整用の部品を設ける場合と比較して、部品点数を削減することができるので、ひいては製造コストを低減することができる。なお、固定部材としての固定ねじ４３を３つ以上設けることにより、歪検出センサ３３を取り付けたセンサ支持部材３２への押圧力を周方向に対して任意に設定することが可能となる。なお、センサ支持部材３２への押圧力を調整可能なものは、２つ以上設けられていればよい。また、固定ねじ４３を４つ以上設けていてもよい。

また、上記構成においては、第１取付用部材３４および第２取付用部材３５に外装されて、これらの部材の各凹凸部３４ｂ、３５ｂ同士が嵌合した状態に保持する外装部材３６を設け、この外装部材３６と第２取付用部材３５とを結合する結合部としてのねじ部３６ｃおよびねじ部３５ｈと、外装部材３６を第１取付用部材３４に固定する外装部材固定部としての固定ねじ４４とを設けている。この構成によれば、人力駆動力検出装置３０を完全に組み付けた状態から、固定ねじ４４が緩み、かつ、外装部材３６のねじ部３６ｃが第２取付用部材３５のねじ部３５ｈから外れない限り、第１取付用部材３４と第２取付用部材３５との相対位置がずれて、凹凸部３４ｂ、３５ｂ同士が離脱することはない。すなわち、外装部材３６が第１取付用部材３４および第２取付用部材３５から外れない限り、歪検出センサ３３を取り付けたセンサ支持部材３２の姿勢が変わることによる歪検出センサ３３の不正な出力変動を防止でき、電動自転車として良好な信頼性を維持することができる。

また、上記構成においては、歪検出センサが取り付けられているセンサ支持部材３２の弾性変形部３２ａ、つまり、センサ支持部材３２の切欠部分を利用して、歪検出センサ３３に接続された配線部３９を、第２取付用部材３５の側壁覆い部３５ａから引き出している。そして、センサ支持部材３２の切欠部分に相当する箇所に防水用の樹脂４１が注入されて、歪検出センサ３３や歪検出センサ３３の配線部３９との接続部分が外部から侵入した水で濡れたり、埃で汚れたりすることが防止されている。これにより、歪検出センサ３３が良好に保護されて、良好な信頼性を維持することができる。また、一般的なハンガ部２０を用いながら、歪検出センサ３３からの信号を外部に引き出すことができる。

本発明は、実際に走行する電動自転車に好適に適用できるが、これに限るものではなく、スポーツジムなどに設置される固定されたトレーニング用の電動自転車にも適用することが可能である。

１ 電動自転車
２ フレーム
３ 前輪
４ 後輪
５ ハンドル
７ クランク
７ａ クランク軸
７ｂ クランクアーム
８ ペダル
９ ハブ（後ハブ）
１０ 電動モータ
１１ 制御ユニット
１２ バッテリ（蓄電器）
１３ 駆動スプロケット（人力駆動輪体）
１４ 従動スプロケット（従動輪体）
１５ チェーン（駆動力伝達体）
１６ ハブ（前ハブ）
２０ ハンガ部
２０ａ ねじ部
２６ 軸受
３０ 人力駆動力検出装置
３１ 取付用部材
３１ａ 細径筒部
３１ｂ 拡径側壁部
３１ｃ 太径筒部
３２ センサ支持部材
３２ａ 弾性変形部
３２ｂ 切欠部
３２ｃ 凹溝
３３ 歪検出センサ
３４ 第１取付用部材
３４ａ 太径筒部
３４ｂ 凹凸部
３４ｃ ねじ部
３４ｄ ねじ部
３５ 第２取付用部材
３５ａ 側壁覆い部
３５ｂ 凹凸部
３５ｃ 目印部
３５ｄ 筒状部
３５ｅ リブ
３５ｇ 挿通孔
３５ｈ ねじ部（結合部）
３６ 外装部材
３６ａ 筒状部
３６ｂ 側壁部
３６ｃ ねじ部（結合部）
３７ 位置決め固定ねじ
３９ 配線部
４２ 配線カバー
４１ 樹脂
４３ 固定ねじ（固定部材）
４４ 固定ねじ（外装部材固定部）

Claims (10)

1. ハンガ部から側方に突出しかつ突出した部分がハンガ部よりも太径の段つき形状に広がり、ハンガ部の端部内周に取り付けられる細径筒部と、この細径筒部の端部から径方向に広がる拡径側壁部と、この拡径側壁部より側方に筒状に延びる太径筒部と、を有する取付用部材と、
   クランク軸を回転自在に支持する軸受の外周面と前記取付用部材の太径筒部の内周面との間に環状に配設され、外周の一部が切欠かれた形状とされて周方向に隣接する部分よりも径方向に薄肉となった弾性変形部を有するセンサ支持部材と、
   このセンサ支持部材の弾性変形部に取り付けられた歪検出センサと
   を備えていることを特徴とする電動自転車の人力駆動力検出装置。
2. 人力駆動力検出装置が組みつけられる電動自転車は、後輪を回転駆動させるためのチェーンなどの駆動力伝達体が、クランク軸と一体的に回転する駆動スプロケットなどの人力駆動輪体と、後輪に取り付けられた従動輪体とにわたって架け渡され、ペダルからの踏力による人力駆動力に基づいて補助駆動力を付加可能に構成されており、
   前記弾性変形部は、前記駆動力伝達体を、前記人力駆動力により略前方に引張る力の反力によりクランク軸が後方に変形しようとする力を受けて弾性変形することを特徴とする請求項１記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
3. センサ支持部材が、センサ支持部材のクランク軸に対する周方向の姿勢を調整可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
4. 弾性変形部および歪検出センサが、側面視にて、人力駆動輪体により駆動力伝達体を前方に引張る方向と平行でクランク軸の軸心を通る線よりも斜め下方に傾斜した後方位置に配設されていることを特徴とする請求項１記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
5. 前記取付用部材が、細径筒部と拡径側壁部と太径筒部の外周部分とを有する第１取付用部材と、太径筒部の内周部分をなしてセンサ支持部材を外周から保持する第２取付用部材とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
6. 第１取付用部材と第２取付用部材との互いに嵌合する面に、複数の凹凸部が形成され、この凹凸部の嵌合位置を変えることで、センサ支持部材のクランク軸に対する周方向の姿勢を調整可能とされていることを特徴とする請求項５記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
7. センサ支持部材が取り付けられる取付用部材に、センサ支持部材に対する組み付け位置を示す位置決め部と、前記駆動力伝達体における人力駆動輪体により引張られる箇所との相対方向を示す目印部とを設けたことを特徴とする請求項１記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
8. センサ支持部材を固定する固定部材が３つ以上設けられ、これらの固定部材のうちの少なくとも２つが、センサ支持部材への押圧力を調整可能な状態で配設されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
9. 第１取付用部材および第２取付用部材に外装されて、第１取付用部材と第２取付用部材との各凹凸部同士が嵌合した状態に保持する外装部材を設け、この外装部材と前記第２取付用部材とを結合する結合部と、外装部材を前記第１取付用部材に固定する外装部材固定部とを設けたことを特徴とする請求項６に記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。
10. 歪検出センサに接続された配線を引き出した状態で、外周の一部が切欠かれた形状部分に相当する箇所に樹脂が注入されて、歪検出センサが防水されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電動自転車の人力駆動力検出装置。

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