JP5938646B2 - 電動自転車 - Google Patents

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（人力駆動力）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、クランク軸からクランクギヤ（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。

ところで、クランク軸の外周自体にトルクセンサの構成部品を配設すると、左側のペダルまたは右側のペダルからのトルクが不均等に入力されるおそれがあるとともに、左側のペダルや右側のペダルに踏み込まれた体重によって、クランク軸の端部が下方に力を受けるため、クランク軸に対する回転方向のトルク以外に、クランク軸を下方に曲げる力の影響を大きく受けるおそれがある。したがって、一般には、クランク軸と、このクランク軸の外周に配設させたトルク検知筒とを、セレーション部などの係合部を介して係合させて、トルク検知筒の外周にトルクセンサの構成部品を配設している。なお、クランク軸とトルク検知筒とは、クランク軸におけるクランクギヤから離れた側の軸受で回転自在に支持されている箇所の近傍（軸受に隣接する箇所）で係合させている。

この構成によれば、クランク軸ではなくて、クランク軸の外周に配設されたトルク検知筒にトルクセンサの構成部品を配設しているため、クランク軸の外周自体にトルクセンサの構成部品を配設した場合と比較して、クランク軸を下方に曲げる力の影響を受け難くなる。

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

しかし、クランク軸の外周に配設されたトルク検知筒にトルクセンサの構成部品を配設した場合でも、クランク軸は軸受の近傍箇所で大きな曲げモーメントが作用するため、クランク軸における大きな曲げモーメントが作用している箇所の近傍箇所で係合しているトルク検知筒にも、曲げモーメントの影響を受けるおそれがある。また、ハンガの内部にクランク軸、人力伝達軸、およびトルクセンサを配設しようとすると、ハンガの直径に応じてクランク軸の直径をあまり大きくすることができないため、曲げモーメントの影響をより受け易くなるおそれもある。

さらに、ハンガの内部空間が限られるため、クランク軸とトルク検知筒とを軸受の近傍箇所で係合させると、トルク検知筒にその構成部品を配設したトルクセンサの配線部の接続箇所と軸受外周部とが干渉して、トルクセンサの配線部をうまく取り出せない場合がある。

これらの問題に対処する方法としては、図１２に示すように、クランク軸７１とトルク検知筒７２との係合部（セレーション部）７３を、クランク軸７１を回転自在に支持する軸受７４、７５の間の中間部寄りの位置に配設することが考えられる。

このように構成すれば、トルクセンサ７６の構成部品（磁歪部）を配設したトルク検知筒７２と、クランク軸７１との係合部７３を、軸受７４、７５から離れた位置に配設できて、クランク軸７１に作用する曲げモーメントの影響を最小限に抑えることができる。また、トルク検知筒７２と軸受７５との間の空間を利用して、トルクセンサ７６の配線部７７や配線接合部７８を良好に配設できる。

しかしながら、図１２に示す構造においては、クランク軸７１は、トルク検知筒７２やトルクセンサ７６とともにハンガ７０の内部に配設されるとともに、クランク軸７１の片側（軸受７５により支持される側の端部側で、図１２においては、クランク軸７１の左側）からトルク検知筒７２が外周に嵌合され、さらに、軸受７５に挿入する構造である。したがって、クランク軸７１、特に、クランク軸７１の軸受７５に挿入する部分７１ａや、組付け時にトルク検知筒７２を挿入する側の部分７１ｂの直径をあまり大きくできない。

このため、例えば、軸受７５の軸心方向の位置決めが確実に行われていないと、クランク軸７１の細径側に取り付けられているクランクアーム７９から下向きの大きな力が加わった際などに、軸受７５がクランク軸７１に対して軸心方向に移動（摺動）して、大きな曲げモーメントが作用する、クランク軸７１における軸受７５で支持されている箇所（被支持部）７１ａが損傷したり、変形したりするおそれがある。また、クランク軸７１における軸受７５で支持されている箇所（被支持部）７１ａとセレーション部が形成されている係合部７３との間の部分７１ｂが、セレーション部の細径部分の直径以下の丸棒形状であるので、この部分７１ｂについても、クランクアーム７９から下向きの大きな力が加わった際などに、損傷したり、変形したりするおそれがある。

本発明は上記課題を解決するもので、ハンガ内にクランク軸、トルク検知筒、トルクセンサが配設されている構造において、ペダルからの踏力に基づく回転力としての人力駆動力を良好に検出することができ、かつ、クランク軸が損傷したり変形したりすることを防止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、クランク軸と、このクランク軸に係合されて人力駆動力が伝達されるととも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とが配設され、クランク軸とトルク検知筒との係合部が、それぞれクランク軸を回転自在に支持するクランクギヤ側の第１軸受と反クランクギヤ側の第２軸受との間の中間部に配置され、クランク軸における前記第２軸受により支持された部分と前記係合部との間の箇所に、筒状体が外嵌されて、または前記係合部をなすセレーション部が軸心方向に沿って延長されたセレーション延長部が形成されて、前記筒状体または前記セレーション延長部が前記第２軸受に当接され、前記筒状体または前記セレーション延長部により、前記第２軸受が軸心方向沿って前記係合部側に移動することが規制されていることを特徴とする。

この構成により、筒状体やセレーション延長部によって第２軸受が位置規制されるので、第２軸受が軸心方向沿って移動しなくなる。また、クランク軸における前記第２軸受により支持された部分と前記係合部との間の箇所は、筒状体が外嵌されたり、セレーション延長部が形成されたりしているために曲げ強度などが増加する。

また、本発明は、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。この構成によれば、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、本発明は、ハンガの内側に、前記第１軸受と前記第２軸受とがその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、本発明は、ハンガの片側の内周に補助筒が嵌めこまれ、この補助筒の内周に中筒の先端部が嵌めこまれ、補助筒と中筒との間に環状の弾性部材が配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、ハンガを含めたフレームを形成際の精度が悪い場合でも、弾性部材によって中筒の位置が自動的に調整され、中筒がトルクセンサに強く当接したり接触したりするなどしてトルクセンサに悪影響を与えることを防止できる。また、立パイプを通してハンガ内に雨水などが流入し、さらに、補助筒と中筒との間の隙間を通して、中筒の端部側から内部に雨水などが流入しようとした場合でも、このような雨水の流入が弾性部材により阻止される。

本発明によれば、クランク軸における第２軸受により支持された部分と係合部との間に、筒状体を外嵌させたり、セレーション延長部が形成されたりして、前記筒状体やセレーション延長部によって第２軸受が軸心方向沿って係合部側に移動することを規制することにより、第２軸受が軸心方向沿って移動することが防止される。これにより、クランク軸の端部側に下向きの大きな力が加わった際でも、クランク軸における第２軸受で受けられている部分が損傷したり、変形したりすることを防止できて、信頼性が向上する。また、クランク軸における第２軸受により支持された部分と係合部との間の箇所は、筒状体を外嵌させたり、セレーション延長部を形成させたりしているために曲げ強度などが増加する。これにより、クランク軸の端部側に下向きの大きな力が加わった際でも、クランク軸における第２軸受により支持された部分と係合部との間の箇所が損傷したり、変形したりすることを防止できて、信頼性が向上する。

また、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、ハンガの内側に、第１軸受と第２軸受とがその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、ハンガの片側の内周に補助筒を嵌めこみ、この補助筒の内周に中筒の先端部を嵌めこみ、補助筒と中筒との間に環状の弾性部材を配設することにより、ハンガを含めたフレームを形成際の精度が悪い場合でも、弾性部材によって中筒の位置が自動的に調整され、中筒がトルクセンサに強く当接したり接触したりするなどしてトルクセンサに悪影響を与えることを防止できて、信頼性が向上する。また、立パイプを通してハンガ内に雨水などが流入し、さらに、補助筒と中筒との間の隙間を通して、中筒の端部側から内部に雨水などが流入しようとした場合でも、このような雨水の流入が弾性部材により阻止される。

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 同電動自転車のクランク軸および筒状体を示す斜視図 同電動自転車のクランク軸に作用する曲げモーメントについて説明する図 同電動自転車の係合部の要部拡大図 本発明の他の実施の形態に係る電動自転車のハンガおよびハンガ近傍箇所の縦断面図 本発明のその他の実施の形態に係る電動自転車のハンガおよびハンガ近傍箇所の縦断面図 従来の電動自転車のハンガおよびハンガ近傍箇所の縦断面図

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において、１は電動自転車である。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（正確には、クランク７および、後述するトルク検知筒２４や回転力伝達筒２７）と一体的に回転するようにクランク７の片側の位置に取り付けられたクランクギヤ（前スプロケットやチェーンリングとも称される）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、クランクギヤ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（人力駆動力）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、クランクギヤ１３については、スパイダとも称されるクランクギヤ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部に位置する、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１７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の一端部内周に形成された歯状のセレーション部からなる係合部２４ａと、クランク軸１７における、クランクギヤ側の第１軸受２９Ａと反クランクギヤ側の第２軸受２９Ｂとの間の中間部寄り位置に配置され、クランク軸本体１７Ａの細径部１７Ａｂの外周に形成された歯状のセレーション部からなる係合部１７Ａｂａとが噛み合って係合することで、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に示すように、クランク軸１７の太径部１７Ａａには、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、左端部内周に歯状係合部（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の歯状係合部（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係合部（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、クランクギヤ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、クランクギヤ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、クランクギヤ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、クランクギヤ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係合部（セレーション部）１３ｂ、２７ｂが形成されており、これらの歯状係合部（セレーション部）１３ｂ、２７ｂが噛み合うことで、回転力伝達筒２７の回転がクランクギヤ１３に伝達されてクランクギヤ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がねじ込まれており、中筒２８は左右の軸受２９（２９Ａ、２９Ｂ）を外周側から保持している。
右側、すなわちクランクギヤ１３が配設されている側（クランクギヤ側）の第１軸受２９Ａは、中筒２８の右端部内周面と回転力伝達筒２７の左端部外周面との間に組み付けられて固定されている。また、左側、すなわちクランクギヤ１３が配設されている側とは反対側に配設されている側（反クランクギヤ側）の第２軸受２９Ｂ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第２軸受２９Ｂの外周部に組み付けられて固定されている。なお、何れの軸受２９（２９Ａ、２９Ｂ）も側面部にシール部（図４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２ｇｂ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。また、この実施の形態では、補助筒３０の内周面に環状の溝部が形成され、この溝部に、中筒２８の外周面に当接する環状の弾性部材４２が配設されている。なお、補助筒３０に溝部を形成する代わりに、中筒２８の外周面に溝部を形成して弾性部材４２を配設させて、この弾性部材４２を補助筒３０の内周面に当接させてもよい。

中筒２８の左端部は、補助筒３０の内周に接触する箇所から第２軸受２９Ｂ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、第２軸受２９Ｂ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（トルクセンサ接続部）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。

また、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クランクギヤ１３が、クランク軸１７の軸心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、クランクギヤ１３の左端部外周にねじ込まれた取付リング３５により、クランクギヤ１３が、クランク軸１７の軸心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。

クランク軸１７やトルクセンサ２３は、図４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が、ハンガ２ｇ内に組み込まれている。

さらに、上記構成に加えて、図４に示すように、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分と係合部１７Ａｂａとの間の箇所に、金属製などの十分な強度を有する筒状体４０が外嵌されている。そして、この筒状体４０は、その一端部（図４においては右端部）がトルク検知筒２４の一端部（図４においては左端部）に当接され、他端部（図４においては右端部）が第２軸受２９Ｂの一端面（図４においては右端面）に当接されている。これにより、筒状体４０によって、第２軸受２９Ｂが軸心方向沿って係合部１７Ａｂａ側（クランクギヤ１３側であり、図４においては右側）に移動することが規制されている。なお、この実施の形態では、第２軸受２９Ｂは、その一端面（図４においては右端面）がクランク補助軸１７Ｂの端部（図４においては右端部）に当接されて、第２軸受２９Ｂが軸心方向沿って反クランクギヤ１３側（図４においては左側）に移動することが規制されている。

上記構成によれば、図４に示すように、クランク軸１７とトルク検知筒２４との係合部（セレーション部）１７Ａｂａ、２４ａを、クランク軸１７を回転自在に支持する軸受２９Ａ、２９Ｂの間の中間部寄りの位置に配設している。これにより、トルクセンサ２３の構成部品（磁歪部２３ａ）を配設したトルク検知筒２４とクランク軸１７との係合部１７Ａｂａ、２４ａを、第１軸受２９Ａや第２軸受２９Ｂから離れた位置に配設できて、クランク軸１７に作用する曲げモーメントの影響を最小限に抑えることができる。すなわち、図８に簡略的に示すように、例えば、左側のペダル８に踏力が加えられて下向きの力が付加されると、この力によって、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂに近い位置ほど大きい曲げモーメントが作用する。しかし、トルク検知筒２４とクランク軸１７との係合部１７Ａｂａ、２４ａを、第２軸受２９Ｂから離れた位置に配設できたので、クランク軸１７に作用する曲げモーメントの影響を最小限に抑えることができる。また、同様に、トルク検知筒２４とクランク軸１７との係合部１７Ａｂａ、２４ａは第２軸受２９Ｂからも離れた位置に配設されているので、右側のペダル８に踏力が加えられて下向きの力が付加された場合でも、クランク軸１７に作用する曲げモーメントの影響を最小限に抑えることができる。また、トルク検知筒２４と第２軸受２９Ｂとの間の空間を利用して、トルクセンサ接続配線３２やトルクセンサ接続側端子（トルクセンサ接続部）を良好に配設できる。

そして、上記構成によれば、図４に示すように、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分とトルク検知筒２４との係合部１７Ａｂａとの間に筒状体４０を外嵌させ、この筒状体４０によって第２軸受２９Ｂを位置規制しているので、第２軸受２９Ｂが軸心方向沿って移動しなくなる。これにより、踏力によってクランク軸１７の端部側に下向きの大きな力が加わった際でも、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂで受けられている部分が損傷したり、変形したりすることを防止できて、信頼性が向上する。

また、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分と係合部１７Ａｂａとの間の箇所は、筒状体４０を外嵌させているために曲げ強度などが増加する。これにより、クランク軸１７の端部側に下向きの大きな力が加わった際でも、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分と係合部１７Ａｂａとの間の箇所が損傷したり、変形したりすることを防止できて、信頼性が向上する。

また、上記実施の形態では、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分と、筒状体４０を外嵌させている箇所とは、直径を同じ寸法にすることができて段差部を有しないので、曲げモーメントにより段差部に応力集中を生じることも防止できて、これによっても信頼性が向上する。

なお、図９に簡略的に示すように、クランク軸１７とトルク検知筒２４とが係合する係合部１７Ａｂａ、２４ａの一方または両方に、これらの係合部１７Ａｂａ、２４ａ同士を係合させる際に、互いに嵌め込まれやすくなるように、係合部１７Ａｂａ、２４ａの幅よりも細幅の細幅部４１ａと、この細幅部４１ａより両側に傾斜して広がる傾斜面部４１ｂとを形成してもよい。これによれば、クランク軸１７とトルク検知筒２４との係合動作（クランク軸１７へのトルク検知筒２４の挿入動作）を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、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、上記構成においては、ハンガ２ｇの片側（図４においては左側）の内周に補助筒３０を嵌めこみ、この補助筒３０の内周に中筒２８の先端部を嵌めこみ、補助筒３０と中筒との間に環状の弾性部材４２を配設している。これにより、ハンガ９ｇを含めたフレーム２を形成する際の精度が悪い場合でも、弾性部材４２によって中筒２８の位置が自動的に調整され、中筒２７がトルクセンサ２３に強く当接したり接触したりするなどしてトルクセンサ２３に悪影響を与えることを防止できて、信頼性が向上する。また、立パイプ２ｄを通してハンガ２ｇ内に雨水などが流入し、さらに、補助筒３０と中筒２８との間の隙間を通して、中筒２８の端部側から内部（例えば、第２軸受２９Ｂの配設部）に雨水などが流入しようとした場合でも、このような雨水の流入が弾性部材４２により阻止される。

また、上記構成においては、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分と係合部１７Ａｂａとの間の箇所に筒状体４０を外嵌させた場合を述べたが、これにかぎるものではない。例えば、筒状体４０を外嵌させる代わりに、図１０に示すように、クランク軸１７の係合部１７Ａｂａをなすセレーション部を軸心方向に沿って（図１０においては左側に）延長してセレーション延長部４３を形成する。そして、セレーション延長部４３の端部を第２軸受２９Ｂに当接させる。なお、図１０における４４は、セレーション部からなる係合部１７Ａｂａとセレーション延長部４３との間に溝に嵌め込まれたワッシャで、トルク検知筒２４が軸心方向に移動しないように規制している。

この構成によっても、セレーション延長部４３によって第２軸受２９Ｂが位置規制されて、第２軸受２９Ｂが軸心方向沿って移動しなくなる。これにより、踏力によってクランク軸１７の端部側に下向きの大きな力が加わった際でも、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂで受けられている部分が損傷したり、変形したりすることを防止できて、信頼性が向上する。

また、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分と係合部１７Ａｂａとの間の箇所は、セレーション延長部４３が形成されているので、セレーション延長部４３が形成されていない場合と比較して曲げ強度などが増加する。これにより、クランク軸１７の端部側に下向きの大きな力が加わった際でも、クランク軸１７における第２軸受２９Ｂにより支持された部分と係合部１７Ａｂａとの間の箇所が損傷したり、変形したりすることを防止できて、信頼性が向上する。

また、上記の実施の形態では、何れも、クランク軸１７が、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とに分割されて構成されている場合を述べたが、これに限るものではなく、図１１に示すように、クランク軸１７が、クランク軸本体１７Ａのみである場合にも、同様に、クランク軸１７（クランク軸１７）に筒状体４０を外嵌させたり、セレーション延長部４３を形成したりしてもよく、これらの筒状体４０やセレーション延長部４３に関する同様の作用効果を得られることはもちろんである。

なお、本実施の形態では、クランク軸１７とクランクギヤ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、クランクギヤ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 (4)

1. 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、クランク軸と、このクランク軸に係合されて人力駆動力が伝達されるととも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とが配設され、
   クランク軸とトルク検知筒との係合部が、それぞれクランク軸を回転自在に支持するクランクギヤ側の第１軸受と反クランクギヤ側の第２軸受との間の中間部に配置され、
   クランク軸における前記第２軸受により支持された部分と前記係合部との間の箇所に、筒状体が外嵌され、または前記係合部をなすセレーション部が軸心方向に沿って延長されたセレーション延長部が形成されて、前記第２軸受に前記筒状体または前記セレーション延長部が当接され、
   前記筒状体または前記セレーション延長部により、前記第２軸受が軸心方向沿って前記係合部側に移動することが規制されている
   ことを特徴とする電動自転車。
2. 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
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
3. ハンガの内側に、前記第１軸受と前記第２軸受とがその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
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動自転車。
4. ハンガの片側の内周に補助筒が嵌めこまれ、この補助筒の内周に中筒の先端部が嵌めこまれ、補助筒と中筒との間に環状の弾性部材が配設されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動自転車。

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