JP5872973B2 - 磁歪軸結合構造及び自転車 - Google Patents

Description

本発明は、磁歪軸結合構造及び自転車に関する。

電動モータを補助動力とする自転車では、クランク軸に作用するトルクに応じて補助動力を出力するため、トルクを検出するための検出装置が必要となる。

下記特許文献１には、中空形状の磁歪軸の内部にクランク軸が挿通され、クランク軸に形成されたスプラインの軸部に、磁歪軸に形成されたスプラインの孔部が嵌合（スプライン嵌合）される構造が開示されている。

特開平８−２９７０５９号公報

しかし、上記特許文献１に記載の構造では、クランク軸に形成されたスプラインの軸部に磁歪軸に形成されたスプラインの孔部が嵌合されているため、クランク軸と磁歪軸とが相対的に移動するのを防止するための抜け止め構造が必要となる。このため、寸法精度によってはクランク軸と磁歪軸との間にガタツキが発生する可能性があると共に、組み付け工程が煩雑となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、クランク軸と磁歪軸との間のガタツキの発生を抑制し、組み付け時の作業性を向上することができる磁歪軸結合構造及び自転車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、請求項１に記載の発明に係る磁歪軸結合構造は、両端部にクランクアームが取り付けられるクランク軸と、前記クランク軸の軸方向の一端側に設けられた雄ねじ部と、自転車に固定された支持部材に対して回転可能に設けられると共に中空状に形成され、前記クランク軸の軸方向の一端側から他端側までの外周面に外挿されると共に前記クランク軸と一体的に回転し、前記クランク軸に作用するトルクに応じて生じる歪により透磁率が変化する磁歪軸と、前記磁歪軸の軸方向の一端部に形成され、前記雄ねじ部に締結される雌ねじ部と、を有し、前記クランク軸の前記雄ねじ部が、自転車の前進方向に対して前記クランク軸の軸方向の左側に設けられている。

請求項１に記載の発明では、クランク軸の軸方向の一端側に雄ねじ部が設けられている。磁歪軸は、自転車に固定された支持部材に対して回転可能に設けられると共に中空状に形成されており、磁歪軸の軸方向の一端部に雌ねじ部が形成されている。磁歪軸はクランク軸の軸方向の一端側から他端側までの外周面に外挿されると共に、磁歪軸の雌ねじ部とクランク軸の雄ねじ部とが締結されることで、クランク軸と一体的に磁歪軸が回転する。さらに、クランク軸の雄ねじ部が、自転車の前進方向に対してクランク軸の軸方向の左側に設けられている。これにより、磁歪軸に、クランク軸に作用するトルクの大小に応じた捩れを生じさせることができる。

この構成では、磁歪軸の雌ねじ部とクランク軸の雄ねじ部とが締結されることで、組み付け時の作業性が向上する。また、磁歪軸の雌ねじ部とクランク軸の雄ねじ部とが締結されることで、クランク軸と磁歪軸との間のガタツキの発生が抑制され、磨耗による精度劣化が発生しにくい。また、クランク軸と磁歪軸との間のガタツキの発生が抑制されるため、磁歪軸を用いたトルク検出の反応性が良好となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の磁歪軸結合構造において、前記磁歪軸の軸方向の他端部に駆動側回転部材が取り付けられている。

請求項３に記載の発明では、磁歪軸の軸方向の一端部の雌ねじ部とクランク軸の雄ねじ部とが締結されていることで、クランク軸と一体的に磁歪軸が回転し、磁歪軸の回転により磁歪軸の軸方向の他端部に取り付けられた駆動側回転部材が回転する。このため、クランク軸にトルクが作用すると、磁歪軸に捩れを生じさせ、磁歪軸の歪により透磁率が変化する。これにより、磁歪軸を用いたトルク検出の反応性がより一層良好となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造において、前記クランク軸の前記雄ねじ部と隣接する位置に、半径方向外側に突出し、かつ前記雄ねじ部に前記雌ねじ部が締結されたときに前記磁歪軸の端面が突き当たる突起部を備える。

請求項４に記載の発明では、クランク軸の雄ねじ部と隣接する位置に、半径方向外側に突出した突起部が設けられており、磁歪軸の端面が突起部に突き当たるまでクランク軸の雄ねじ部に磁歪軸の雌ねじ部を締めこむ。これにより、磁歪軸とクランク軸とが相対的に移動するのを防止する抜け止め構造が不要となると共に、組み付け時の作業性が向上する。

請求項２に記載の発明は、両端部にクランクアームが取り付けられるクランク軸と、前記クランク軸の軸方向の一端側に設けられた雄ねじ部と、自転車に固定された支持部材に対して回転可能に設けられると共に中空状に形成され、前記クランク軸の軸方向の一端側から他端側までの外周面に外挿されると共に前記クランク軸と一体的に回転し、前記クランク軸に作用するトルクに応じて生じる歪により透磁率が変化する磁歪軸と、前記磁歪軸の軸方向の一端部に形成され、前記雄ねじ部に締結される雌ねじ部と、を有し、前記クランク軸の前記雄ねじ部が、自転車の前進方向に対して前記クランク軸の軸方向の左側に設けられると共に、前記クランク軸と前記磁歪軸が左ねじとされ、又は、前記クランク軸の前記雄ねじ部が、自転車の前進方向に対して前記クランク軸の軸方向の右側に設けられると共に、前記クランク軸と前記磁歪軸が右ねじとされている。

請求項２に記載の発明では、クランク軸の雄ねじ部が、自転車の前進方向に対してクランク軸の軸方向の左側に設けられると共に、クランク軸と磁歪軸が左ねじとされていることで、自転車の前進方向のトルク負荷で、左ねじであれば締まり方向になり、磁歪軸が緩みにくい。又は、クランク軸の雄ねじ部が、自転車の前進方向に対してクランク軸の軸方向の右側に設けられると共に、クランク軸と前記磁歪軸が右ねじとされていることで、自転車の前進方向のトルク負荷で、右ねじであれば締まり方向になり、磁歪軸が緩みにくい。つまり、自転車の前進時が締まり方向になるねじにすることで、磁歪軸が緩むことを防止又は抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造において、前記磁歪軸の軸方向の他端部側と前記クランク軸との間に、前記磁歪軸に捩れを生じさせることを許容する軸受けが設けられている。

請求項５に記載の発明では、磁歪軸の軸方向の他端部側とクランク軸との間に軸受けが設けられているため、クランク軸と一体的に磁歪軸が回転したとき、軸受けにより磁歪軸の軸方向の他端部側にクランク軸に対して捩れを発じさせることが可能となる。このため、磁歪軸に、クランク軸に作用するトルクの大小に応じた捩れを生じさせることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造において、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とに接着剤が充填又は塗布されている。

請求項６に記載の発明では、雄ねじ部と雌ねじ部とに接着剤が充填又は塗布されており、磁歪軸とクランク軸とを強固に固定できると共に、雄ねじ部と雌ねじ部とが緩むのを防止又は抑制することができる。

請求項７に記載の発明に係る自転車は、支持部材に設けられ、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造と、前記磁歪軸の周囲に設けられたトルクセンサと、前記磁歪軸の軸方向の両端部を回転可能に支持するベアリングと、を有する。

請求項７に記載の発明では、支持部材に請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造を備えており、磁歪軸の雌ねじ部とクランク軸の雄ねじ部とが締結されていることで、クランク軸と一体的に磁歪軸が回転する。磁歪軸の軸方向の両端部は、ベアリングにより回転可能に支持されている。このため、クランク軸と磁歪軸との間のガタツキの発生が抑制され、磨耗による精度劣化が発生しにくい。また、磁歪軸の周囲にトルクセンサが設けられており、クランク軸と磁歪軸との間のガタツキの発生が抑制されることで、トルク検出の反応性が良好となる。

本発明によれば、クランク軸と磁歪軸との間のガタツキの発生を抑制し、組み付け時の作業性を向上することができる。

本発明の一実施形態である磁歪軸結合構造が適用された自転車のハンガーパイプ及びセンサユニット付近の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態である磁歪軸結合構造が適用された自転車のハンガーパイプ及びセンサユニット付近の構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態である磁歪軸結合構造を示す斜視図である。 図３に示す磁歪軸結合構造の断面図である。 図３に示す磁歪軸結合構造に用いられるクランク軸と磁歪軸の分解斜視図である。 本発明の一実施形態である磁歪軸結合構造が適用された自転車を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図において適宜示される矢印ＵＰは自転車上方側を示しており、矢印ＦＲは自転車前方側を示しており、矢印Ｗは自転車幅方向外側又は内側を示している。

図６には、本発明の一実施形態である磁歪軸結合構造が適用される自転車１０が側面図にて示されている。

図６に示されるように、自転車１０は、前方側に斜め上下方向に沿って配置されるヘッドパイプ１２と、ヘッドパイプ１２より後方側に斜め上下方向に沿って配置されるシートパイプ１４と、ヘッドパイプ１２とシートパイプ１４とを前後斜め方向に沿って連結するメインパイプ１６と、ヘッドパイプ１２の下部に連結された前ホーク１８の下端部に回転可能に取り付けられた前輪２０と、を備えている。また、自転車１０は、メインパイプ１６の後方側に配置されて後輪２２の中心に向かって延在されるチェーンステー２４と、シートパイプ１４の上端部とチェーンステー２４の後端部とを繋ぐと共に後輪２２を回転可能に支持するバックホーク２６と、を備えている。

さらに、自転車１０は、メインパイプ１６の下端部に幅方向に沿って取り付けられる（固定される）支持部材としてのハンガーパイプ２８と、ハンガーパイプ２８の内部に回転可能に設けられるクランク軸３０と、クランク軸３０の幅方向両側に取り付けられるクランクアーム３２と、クランク軸３０によって駆動される駆動側回転部材としての駆動スプロケット３４と、を備えている。また、自転車１０は、バックホーク２６の下端部に設けられる後輪軸３６と、後輪軸３６に回転可能に取り付けられる後スプロケット３８と、駆動スプロケット３４と後スプロケット３８とに掛け渡されるチェーン４０と、を備えている。自転車１０では、クランクアーム３２に設けられたペダルを踏むと、クランク軸３０を介して駆動スプロケット３４が回転し、チェーン４０が周回移動することで後スプロケット３８が回転する。後スプロケット３８の回転により後輪２２に駆動力が伝達され、自転車１０が走行するようになっている。

また、自転車１０の前輪２０には、補助電動装置の駆動モータ４２が設けられている。シートパイプ１４には、補助電動装置の電源であるバッテリー４４と、補助電動装置を制御するコントローラ４６と、が設けられている。

図１には、本発明の一実施形態である磁歪軸結合構造５０が適用されるハンガーパイプ２８及びセンサユニット５２付近の構成が断面図にて示されている。また、図２には、図１に示す磁歪軸結合構造５０が適用されるハンガーパイプ２８及びセンサユニット５２付近の構成が分解斜視図にて示されている。

図２に示されるように、自転車１０は、軸方向が自転車１０の幅方向に沿って配置されている前記ハンガーパイプ２８と、ハンガーパイプ２８の軸方向の一端２８Ａ側から矢印Ａ方向に挿入されるセンサユニット５２と、ハンガーパイプ２８の軸方向の一端２８Ａとセンサユニット５２との間に介在される回り止め部材５４と、ハンガーパイプ２８の軸方向の他端２８Ｂ側から矢印Ｂ方向に挿入されてセンサユニット５２をハンガーパイプ２８に固定する円筒状の固定部材５６と、を備えている。

図１及び図２に示されるように、センサユニット５２は、略円筒状のハウジング６０を備えており、このハウジング６０内に、本発明の一実施形態である磁歪軸結合構造５０が適用されている。ハウジング６０は、ほぼ一定の外径に形成された円筒部６０Ａと、円筒部６０Ａの軸方向の端部が円筒部６０Ａの外径より拡径された大径部６０Ｂと、を備えている。円筒部６０Ａの軸方向の端部である大径部６０Ｂと反対側の外周面には、雄ねじ部６０Ｃが形成されている。ハウジング６０の大径部６０Ｂには、環状体６２が外挿されており、環状体６２の端縁にはフランジ部６２Ａが形成されている。本実施形態では、環状体６２とハウジング６０の大径部６０Ｂとはねじ止めされている。なお、ねじ止めに限定されるものではなく、ハウジング６０の大径部６０Ｂが環状体６２に圧入される構成でもよい。また、ハウジング６０と環状体６２は一体で形成されてもよい。

図１に示されるように、磁歪軸結合構造５０は、軸方向の両端部にクランクアーム３２（図６参照）が取り付けられる前記クランク軸３０と、クランク軸３０に外挿されると共にクランク軸３０の軸方向の一端３０Ａ側に固定される中空状（略円筒状）の磁歪軸６６と、を備えている。磁歪軸６６の軸方向の両端部は、ハウジング６０内の軸方向両側に配置されたベアリング６４を介してハウジング６０に回転可能に支持されている。

図１、及び図３〜図５に示されるように、磁歪軸６６は、外径がほぼ同じに形成された大径部６６Ａと、軸方向の一端部が大径部６６Ａよりも小径とされた小径部６６Ｂと、を備えている。小径部６６Ｂの内径は、大径部６６Ａの内径よりも小径とされている。小径部（軸方向の一端部）６６Ｂの内周面には、雌ねじ部８６が形成されている。

また、クランク軸３０の軸方向の一端３０Ａ側の外周面には、雌ねじ部８６が螺合される雄ねじ部８８が形成されている。また、クランク軸３０の軸方向の一端３０Ａ側の雄ねじ部８８に隣接する端部側には、半径方向外側に突出した突起部９０が設けられている。突起部９０は、クランク軸３０の周方向に沿って設けられている。そして、磁歪軸６６の雌ねじ部８６をクランク軸３０の雄ねじ部８８に螺合させ、磁歪軸６６の軸方向の一端部である小径部６６Ｂの端面がクランク軸３０の突起部９０に突き当たるまで締めこむことで、磁歪軸６６がクランク軸３０の軸方向の一端３０Ａ側に固定されている。

その際、磁歪軸６６の雌ねじ部８６とクランク軸３０の雄ねじ部８８に接着剤が塗布された状態で雌ねじ部８６と雄ねじ部８８とが螺合され、又は雌ねじ部８６と雄ねじ部８８との締結部に接着剤が充填されていることが好ましい。このように接着剤を塗布又は充填することで、磁歪軸６６をクランク軸３０に強固に固定することができると共に、雌ねじ部８６と雄ねじ部８８とが緩むのを防止又は抑制することができる。

また、磁歪軸６６の大径部６６Ａ（軸方向の中央部及び他端部側）の内周面とクランク軸３０の外周面との間には、所定のクリアランスが設けられている（隙間が形成されている）。大径部６６Ａの軸方向の他端部（小径部６６Ｂと反対側）の内周面とクランク軸３０の軸方向の他端３０Ｂ側の外周面との間には、軸受けとしての円筒状のすべり軸受け６８が介在されている。

本実施形態では、磁歪軸６６の雌ねじ部８６をクランク軸３０の雄ねじ部８８に締結固定した後、大径部６６Ａの軸方向の他端部とクランク軸３０の軸方向の他端３０Ｂ側の外周面との間にすべり軸受け６８をガタなく介挿している。

図１に示されるように、磁歪軸６６の大径部６６Ａの周囲には、クランク軸３０に作用するトルクを検出するトルクセンサ７０が配設されている。トルクセンサ７０は、磁歪軸６６の外周面を囲むように配置されており、ハウジング６０に回転しないように固定されている。トルクセンサ７０にはハーネス７６が接続されており、ハーネス７６はハウジング６０に形成された開口６１から外側に延びている。

また、図１及び図４に示されるように、磁歪軸６６の大径部６６Ａの軸方向の他端部には、軸方向に沿って複数の突部が形成された嵌合部６６Ｃが形成されている。その嵌合部６６Ｃに前記駆動スプロケット３４の半径方向内側の円筒部３４Ａが嵌合されている。駆動スプロケット３４の円筒部３４Ａは、大径部６６Ａの端部に形成された周溝に嵌入された止め輪９４によって磁歪軸６６に対して抜け止めされており、駆動スプロケット３４が磁歪軸６６と一体となって回転する（図３参照）。

図３及び図５に示されるように、磁歪軸６６の大径部６６Ａには、軸方向と交差する方向に配置された複数のスリット６７Ａが設けられた磁歪効果を持つ磁歪箔が巻きつけられ止着されている。スリット６７Ａは、周方向に沿ってほぼ平行に複数配置されると共に、これらが軸方向に３列配置されている。また、これらの３列の複数のスリット６７Ａの図中の右隣りには、３列の複数のスリット６７Ａと略左右対称に配置された３列の複数のスリット６７Ｂが磁歪箔に設けられている。磁歪箔は、例えば、鉄系アモルファス合金、ニッケル系合金、クロム系合金等の磁歪効果を持つ磁性材料で形成されている。

左右のクランクアーム３２（図６参照）によりクランク軸３０に回転が伝えられると、磁歪軸６６の軸方向一端部の小径部６６Ｂに形成された雌ねじ部８６がクランク軸３０の一端３０Ａ側の雄ねじ部８８に締結固定されているため、クランク軸３０と一体的に磁歪軸６６が回転する。さらに、磁歪軸６６の軸方向他端部の嵌合部６６Ｃには駆動スプロケット３４が固定されており、駆動スプロケット３４に回転が伝えられる。

その際、クランクアーム３２からクランク軸３０にトルクが作用すると、磁歪軸６６にトルクの大小に応じた捩り力が作用する。磁歪軸６６に捩り力が作用すると、磁歪箔のスリット６７Ａ、６７Ｂの一方に引張力が作用し、他方に圧縮力が作用することで、磁歪箔にトルクの大小に応じた捩れ、すなわち歪が発生する。磁歪箔に歪が発生すると、磁歪箔を構成する磁性材料の透磁率が変化する。図１に示されるように、トルクセンサ７０には、軸方向の両側に磁歪軸６６の外周面を囲むコイル７４が設けられており、透磁率の変化によりコイル７４に誘起されるインダクタンスが変化する。このコイル７４に誘起されるインダクタンスの変化量を検出することで、クランク軸３０に作用するトルクを検出する。図６に示されるように、コントローラ４６では、検出されたトルクに基づき、駆動モータ４２を制御し、補助動力を出力して前輪２０を駆動するようになっている。

本実施形態では、駆動スプロケット３４が自転車１０の進行方向右側に備えられている（図６参照）。この構成では、クランク軸３０の雄ねじ部８８が、自転車１０の前進方向に対して左側に設けられると共に、クランク軸３０と磁歪軸６６が左ねじとされている。これにより、自転車１０の前進方向のトルク負荷で、左ねじであれば締まり方向になり、磁歪軸６６は突起部９０に突き当たっているので緩むことを防止又は抑制できる。逆回転はフリー機構によりトルクはかからない。

一方、駆動スプロケットが自転車の進行方向左側に備えられている場合は、クランク軸の雄ねじ部が、自転車の前進方向に対して右側に設けられると共に、クランク軸と前記磁歪軸が右ねじとされていることが好ましい。これにより、自転車の前進方向のトルク負荷で、右ねじであれば締まり方向になり、磁歪軸は突起部に突き当たっているので緩むことを防止又は抑制できる。つまり、自転車の前進時が締まり方向になるねじにすることで、磁歪軸が緩むことを防止又は抑制できる。

図２に示されるように、センサユニット５２には、ハウジング６０内に磁歪軸結合構造５０を構成する磁歪軸６６及びクランク軸３０が予め回転可能に組み込まれている（図１参照）。この状態でセンサユニット５２が、自転車１０のメインパイプ１６（図６参照）の下端部に固定されたハンガーパイプ２８に組み付けられる。

ここで、センサユニット５２のハンガーパイプ２８への組み付け構造について説明する。図２に示されるように、センサユニット５２は、ハウジング６０の雄ねじ部６０Ｃ側が、ハンガーパイプ２８の軸方向の一端２８Ａ側から矢印Ａ方向にハンガーパイプ２８の内部に挿入される。その際、ハンガーパイプ２８の軸方向の一端２８Ａとセンサユニット５２のフランジ部６２Ａとの間に回り止め部材５４が介在されている。

センサユニット５２のフランジ部６２Ａには、半径方向内側に凹んだ複数の凹部６３が設けられている。本実施形態では、複数の凹部６３は、フランジ部６２Ａの周方向に沿ってほぼ等間隔（フランジ部６２Ａの中心部に対して約９０°の位置）に４つ設けられている。

回り止め部材５４は、環状の本体部５４Ａと、本体部５４Ａの外周部から組み付け時のセンサユニット５２側に突出した複数の第１係合部５４Ｂと、本体部５４Ａの外周部から第１係合部５４Ｂと反対側（組み付け時のハンガーパイプ２８側）に突出した複数の第２係合部５４Ｃと、を備えている。本実施形態では、第１係合部５４Ｂは、本体部５４Ａの中心部から約１８０°の位置に２つ設けられており、第１係合部５４Ｂがセンサユニット５２の凹部６３にそれぞれ係合されるようになっている。

また、ハンガーパイプ２８の一端２８Ａ側の外周面には、半径方向内側に窪んだ複数の溝部２９が軸方向に沿って形成されている。本実施形態では、溝部２９は、ハンガーパイプ２８の中心部から約１８０°の位置に２つ設けられている。また、溝部２９の底面は、ハンガーパイプ２８の一端２８Ａの端縁から軸方向内側に向かうに従って徐々に浅くなる傾斜面とされている。

回り止め部材５４の第２係合部５４Ｃは、本体部５４Ａの中心部から約１８０°の位置に２つ設けられており、２つの第１係合部５４Ｂの間にそれぞれ設けられている。回り止め部材５４の第１係合部５４Ｂがセンサユニット５２の凹部６３にそれぞれ係合され、回り止め部材５４の第２係合部５４Ｃがハンガーパイプ２８の溝部２９にそれぞれ係合されることで、センサユニット５２のフランジ部６２Ａがハンガーパイプ２８の一端２８Ａに対して回転しないように連結される。

ハンガーパイプ２８の軸方向中央部（本実施形態では下部側）には、センサユニット５２から延びたハーネス７６が取り出される開口部８０が形成されている。センサユニット５２のフランジ部６２Ａが回り止め部材５４によりハンガーパイプ２８の一端２８Ａに対して回転しないように連結された状態で、センサユニット５２の円筒部６０Ａの外周面とハンガーパイプ２８の内周面との間には、所定のクリアランスが設けられている（図１参照）。このため、センサユニット５２をハンガーパイプ２８に組み付ける際には、ハーネス７６を予めハンガーパイプ２８の内側から開口部８０を通して外側に引き出した状態で、センサユニット５２の雄ねじ部６０Ｃ側をハンガーパイプ２８の内部に挿入することで、センサユニット５２から延びたハーネス７６をハンガーパイプ２８の開口部８０を通して外部に取り出すことができる。

固定部材５６は、内周面にセンサユニット５２の雄ねじ部６０Ｃに螺合される雌ねじ部５６Ａを備えている。固定部材５６の外周部には、ハンガーパイプ２８の他端２８Ｂ側の内周面８２に当接する当接部５６Ｂが形成されている。固定部材５６の当接部５６Ｂは、組み付け時のハンガーパイプ２８の軸方向外側に向かうに従って外径が徐々に拡大する傾斜面（テーパー面）とされている（図１参照）。固定部材５６の当接部５６Ｂの軸方向外側（組み付け時のハンガーパイプ２８への挿入方向と反対側）には、フランジ部５６Ｃが設けられている。

図１に示されるように、ハンガーパイプ２８の他端２８Ｂ側の内周面８２は、ハンガーパイプ２８の他端２８Ｂ側の端縁から内径が徐々に縮小する傾斜面（テーパー面）とされている。ハンガーパイプ２８の内周面８２の軸方向に対する傾斜角度は、固定部材５６の当接部５６Ｂの軸方向に対する傾斜角度に合わせて形成されている。これにより、固定部材５６の雌ねじ部５６Ａがセンサユニット５２の雄ねじ部６０Ｃに締結された状態で、固定部材５６の当接部（傾斜面）５６Ｂがハンガーパイプ２８の他端２８Ｂの内周面（傾斜面）８２に当接し、センサユニット５２の軸芯をハンガーパイプ２８の軸芯に位置させる。センサユニット５２の軸芯をハンガーパイプ２８の軸芯に位置させることで、センサユニット５２のハウジング６０にベアリング６４を介して回転可能に設けられた磁歪軸６６及びクランク軸３０の軸芯をハンガーパイプ２８の軸芯に位置させるようになっている。

次に、磁歪軸結合構造５０の作用並びに効果について説明する。

図１及び図３〜図５に示されるように、クランク軸３０には、軸方向の一端３０Ａ側に雄ねじ部８８が形成されており、雄ねじ部８８に隣接する端部側には、半径方向外側に突出した突起部９０が設けられている。また、磁歪軸６６には、軸方向の一端部側の小径部６６Ｂに雌ねじ部８６が形成されている。そして、クランク軸３０の軸方向の他端３０Ｂ側から磁歪軸６６を外挿し、磁歪軸６６の雌ねじ部８６をクランク軸３０の雄ねじ部８８に螺合させ、磁歪軸６６の小径部６６Ｂの端面がクランク軸３０の突起部９０に突き当たるまで締めこむ。これにより、クランク軸３０の軸方向の一端３０Ａ側に磁歪軸６６が固定される。

すなわち、磁歪軸６６の小径部６６Ｂ以外の内周面(大径部６６Ａの内周面）とクランク軸３０の外周面との間に隙間が設けられた状態で、クランク軸３０の軸方向の一端３０Ａ側に磁歪軸６６の軸方向の一端部側の小径部６６Ｂが固定されており、クランク軸３０と一体的に磁歪軸６６が回転する。また、磁歪軸６６の大径部６６Ａにおける軸方向の他端部（小径部６６Ｂと反対側）とクランク軸３０の軸方向の他端３０Ｂ側の外周面との間にすべり軸受け６８が介在されている。このため、磁歪軸６６にトルクの大小に応じた捩り力が作用すると、磁歪軸６６の大径部６６Ａにおける軸方向の他端部とクランク軸３０の外周面とにすべりを発生させることが可能となる。このため、磁歪軸６６にトルクの大小に応じた捩れ、すなわち歪を発生させることができる。

この磁歪軸結合構造５０では、磁歪軸６６の雌ねじ部８６をクランク軸３０の雄ねじ部８８に締結するため、組み付け時の作業性が向上する。また、磁歪軸６６の雌ねじ部８６をクランク軸３０の雄ねじ部８８に締結するため、クランク軸３０と磁歪軸６６との間のガタツキの発生が抑制され、磨耗による精度劣化が発生しにくい。さらに、クランク軸３０と磁歪軸６６との間のガタツキの発生が抑制されるため、磁歪軸６６の周囲に設けられたトルクセンサ７０によるトルク検出の反応性が良好となる。

さらに、磁歪軸６６に雌ねじ部８６を形成し、クランク軸３０に雄ねじ部８８を形成するため、従来のスプライン嵌合と比較して、加工性が良い。また、従来のスプライン嵌合と比較して、クランク軸３０と磁歪軸６６との抜け止めのための止め輪や、クランク軸３０に止め輪を嵌入するための周溝を形成する必要がない。

また、磁歪軸６６の軸方向の一端部側の小径部６６Ｂがクランク軸３０に締結固定され、磁歪軸６６の軸方向の他端部側（小径部６６Ｂと反対側）の嵌合部６６Ｃには駆動スプロケット３４が取り付けられている。このため、クランク軸３０と一体的に磁歪軸６６が回転すると、磁歪軸６６の軸方向の雌ねじ部８６と反対側に取り付けられた駆動スプロケット３４が回転する。このため、クランク軸３０にトルクが作用すると、磁歪軸６６にトルクの大小に応じた捩り力が作用し、磁歪軸６６に巻きつけられた磁歪箔に歪が発生することで、磁歪箔の透磁率が変化する。これにより、磁歪軸６６の周囲に設けられたトルクセンサ７０によるトルク検出の反応性がより一層良好となる。

さらに、クランク軸３０の雄ねじ部８８と隣接する位置に、半径方向外側に突出する突起部９０が設けられており、クランク軸３０の雄ねじ部８８に磁歪軸６６の雌ねじ部８６を小径部６６Ｂの端面が突起部９０に突き当たるまで締め込むことで、磁歪軸６６がクランク軸３０に組み付けられる。このため、従来のスプライン嵌合と比較して、磁歪軸６６がクランク軸３０から抜けるのを防止する抜け止め構造が不要となると共に、組み付け時の作業性が向上する。

さらにまた、磁歪軸６６の雌ねじ部８６とクランク軸３０の雄ねじ部８８とに接着剤を予め塗布し、又は磁歪軸６６の雌ねじ部８６とクランク軸３０の雄ねじ部８８に接着剤を充填することで、磁歪軸６６とクランク軸３０とを強固に固定できると共に、雄ねじ部８８と雌ねじ部８６とが緩むのを防止又は抑制することができる。

なお、磁歪軸６６に形成された複数のスリット６７Ａ、６７Ｂの形状、配置などは、本実施形態に限定されるものではなく、他の形状及び配置に変更可能である。

なお、本実施形態では、自転車に固定されるハンガーパイプ２８に磁歪軸結合構造が適用されているが、これに限定されず、自転車に固定される電動ユニット、ケース部材などの支持部材に本発明の磁歪軸結合構造を適用してもよい。

また、本実施形態では、磁歪軸に駆動スプロケットが設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、駆動プーリーと後プーリーに掛け渡させるベルトを用いた自転車においても本発明が適用可能である。ベルトを用いた自転車の場合、磁歪軸の軸方向の他端部に駆動側回転部材としての駆動プーリーを設けることが好ましい。

また、本実施形態では、磁歪軸６６とクランク軸３０との間にすべり軸受け６８が設けられているが、これに限定されるものではない。磁歪軸６６とクランク軸３０との間に、例えば、玉軸受けやコロ軸受けなどの転がり軸受けを設けてもよい。

１０ 自転車
２８ ハンガーパイプ（支持部材）
３０ クランク軸
３０Ａ 一端
３０Ｂ 他端
３２ クランクアーム
３４ 駆動スプロケット（駆動側回転部材）
３４Ａ 円筒部
５０ 磁歪軸結合構造
６４ ベアリング
６６ 磁歪軸
６６Ａ 大径部（軸方向の他端部側）
６６Ｂ 小径部（軸方向の一端部）
６６Ｃ 嵌合部（軸方向の他端部）
６８ すべり軸受け（軸受け）
７０ トルクセンサ
８６ 雌ねじ部
８８ 雄ねじ部
９０ 突起部

Claims (7)

1. 両端部にクランクアームが取り付けられるクランク軸と、
   前記クランク軸の軸方向の一端側に設けられた雄ねじ部と、
   自転車に固定された支持部材に対して回転可能に設けられると共に中空状に形成され、前記クランク軸の軸方向の一端側から他端側までの外周面に外挿されると共に前記クランク軸と一体的に回転し、前記クランク軸に作用するトルクに応じて生じる歪により透磁率が変化する磁歪軸と、
   前記磁歪軸の軸方向の一端部に形成され、前記雄ねじ部に締結される雌ねじ部と、
   を有し、
   前記クランク軸の前記雄ねじ部が、自転車の前進方向に対して前記クランク軸の軸方向の左側に設けられている磁歪軸結合構造。
2. 両端部にクランクアームが取り付けられるクランク軸と、
   前記クランク軸の軸方向の一端側に設けられた雄ねじ部と、
   自転車に固定された支持部材に対して回転可能に設けられると共に中空状に形成され、前記クランク軸の軸方向の一端側から他端側までの外周面に外挿されると共に前記クランク軸と一体的に回転し、前記クランク軸に作用するトルクに応じて生じる歪により透磁率が変化する磁歪軸と、
   前記磁歪軸の軸方向の一端部に形成され、前記雄ねじ部に締結される雌ねじ部と、
   を有し、
   前記クランク軸の前記雄ねじ部が、自転車の前進方向に対して前記クランク軸の軸方向の左側に設けられると共に、前記クランク軸と前記磁歪軸が左ねじとされ、
   又は、前記クランク軸の前記雄ねじ部が、自転車の前進方向に対して前記クランク軸の軸方向の右側に設けられると共に、前記クランク軸と前記磁歪軸が右ねじとされている磁歪軸結合構造。
3. 前記磁歪軸の軸方向の他端部に駆動側回転部材が取り付けられている請求項１又は請求項２に記載の磁歪軸結合構造。
4. 前記クランク軸の前記雄ねじ部と隣接する位置に、半径方向外側に突出し、かつ前記雄ねじ部に前記雌ねじ部が締結されたときに前記磁歪軸の端面が突き当たる突起部を備える請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造。
5. 前記磁歪軸の軸方向の他端部側と前記クランク軸との間に、前記磁歪軸に捩れを生じさせることを許容する軸受けが設けられている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造。
6. 前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とに接着剤が充填又は塗布されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造。
7. 支持部材に設けられ、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の磁歪軸結合構造と、
   前記磁歪軸の周囲に設けられたトルクセンサと、
   前記磁歪軸の軸方向の両端部を回転可能に支持するベアリングと、
   を有する自転車。