JP6254865B2 - センサ収容体 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば電動アシスト自転車に搭載されてペダルの踏力や回転数を検知するセンサを収容したセンサ収容体に関するものである。

電動アシスト自転車にて発生するアシスト力は、自転車の速度等に応じた規制があるため、ペダルの踏力を搭載センサにて検知し、検知結果に応じてアシスト力が随時設定される必要がある。また、搭乗者にとって良好な乗り心地（乗りあじ）を創出する観点から、ペダルの踏力のほかにもペダルの回転数を精度よく検知し、適正なアシスト力を発生させる必要がある。

通常は、クランクアームが固定されたクランク軸がハンガーパイプに回転自在に挿通され、ハンガーパイプ内において、クランク軸の周囲にトルクセンサが取り付けられている。トルクセンサで検知された検知データはリード線を介してコントローラに送り出され、コントローラにて駆動モータが制御されるようになっている。なお、クランク軸の周囲に取り付けられるセンサとしては、トルクセンサのほかにも回転センサがあり、トルクセンサと回転センサの双方が取り付けられることによって、一層高度な制御が実行可能な電動アシスト自転車も一般に普及されている。

ハンガーパイプとセンサの組み付け構成をより詳細に説明すると、センサはセンサカバーに収容されてセンサユニットを構成し、センサユニットとハンガーパイプが組み付けられてセンサ収容体が形成され、このセンサ収容体にクランク軸が挿通されている。

このセンサユニットとハンガーパイプの組み付けの一例として、ハンガーパイプにセンサユニットを挿入し、この際に、センサユニットから延びたリード線の束からなるワイヤーハーネスをハンガーパイプに開設されているワイヤー孔に通した後、ハンガーパイプに対してセンサユニットを圧入もしくはねじ込むことによって双方の組み付けをおこなう方法が挙げられる。

この組み付け方法では、ワイヤーハーネスをハンガーパイプのワイヤー孔に通した状態でセンサユニットとハンガーパイプの組み付けをおこなう必要があることから、センサユニットはハンガーパイプに対して予め規定された位置に位置決めされなければならない。そこで、センサユニットを構成するセンサカバーの外周面に係合溝を設けておき、ハンガーパイプに対してセンサユニットを位置決めした後、ハンガーパイプに開設されたボルト孔を介してボルトをねじ込み、ボルトの先端を係合溝に係合させて双方の位置決め固定が図られている。

このセンサユニットとハンガーパイプの位置決めに関して従来の方法では、ワイヤーハーネスをワイヤー孔に通した後、センサカバーの係合溝とハンガーパイプのボルト孔もしくはボルト孔に既に挿通されているボルト）の位置決めを手探りでおこなっており、したがってこの位置決め作業に手間と時間を要していた。

ここで、特許文献１にはトルク検出装置に関する技術が開示されているが、特にその図９，１０で示す実施形態において、既述するセンサユニット相当部材とハンガーパイプの位置決めおよびボルトによる双方の組み付けが開示されており、したがって、既述する位置決めに手間と時間を要するといった同様の課題を内在する技術となっている。

特開平９−１０５６８６号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、センサユニットとハンガーパイプの位置決めが容易なセンサ収容体を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるセンサ収容体は、ハンガーパイプと、該ハンガーパイプ内に固定されるセンサユニットと、から構成され、前記センサユニットは、クランク軸と、クランク軸の周囲に配設されたトルクセンサと回転センサのいずれか一方もしくは双方からなるセンサと、センサを包囲するセンサカバーと、から構成されているセンサ収容体において、センサカバーの外周面とハンガーパイプの内周面のうち、いずれか一方には突起が配設され、他方には前記突起が係合する係合溝と該係合溝に連続するガイド溝が設けてあるものである。

本発明のセンサ収容体は、センサカバーの外周面とハンガーパイプの内周面のうち、いずれか一方には突起が設けられ、他方には突起が係合する係合溝が設けられていることのほかに、この係合溝に連続するガイド溝が設けてあることにより、突起をガイド溝で案内させながら係合溝に導くことで突起と係合溝の係合を容易に実行することができ、センサユニットとハンガーパイプの位置決めを容易におこなうことを可能としたものである。

本発明のセンサ収容体の適用例としては、電動アシスト自転車のクランク軸の周囲に配設される適用例のほか、電動アシスト式の足こぎボートのクランク軸の周囲に配設される適用例、発電機の回転軸の周囲に配設される適用例など、その用途は多様である。

また、電動アシスト自転車には、別体で成形されたハンガーパイプに車体フレームが溶接等にて接続された構造のほかにも、ハンガーパイプが車体フレームに一体成形された形態（すなわち、ハンガーパイプそのものが存在しない形態）もある。しかしながら、本明細書における「ハンガーパイプ」には、車体フレームに別体に成形されたハンガーパイプのほかにも、ハンガーパイプの存在しない車体フレームにおけるハンガーパイプ相当箇所（クランク軸が挿通されてセンサが搭載される箇所）も包含されるものとする。

また、「クランク軸の周囲に配設されたトルクセンサと回転センサのいずれか一方もしくは双方からなるセンサ」とは、トルクセンサのみを搭載する形態、回転センサのみを搭載する形態、トルクセンサと回転センサの双方を並列搭載する形態のいずれかを意味している。トルクセンサのみならず、回転センサを搭載することで、より高度な制御が実現できる。たとえば、自転車が止まっている際に乗員がペダルに足をかけることでトルクの発生があるものの、実際にはアシスト力は一切不要である場合に、回転センサにて回転の有無、回転の状態を検知することでアシスト力の要否やより精緻なアシスト力の特定が可能となる。また、多様なギヤ比の設定の中で、タイヤの回転とクランク軸の回転の双方を確認することで、現在どの段数に入っているのかを確認できる点からも回転センサを併用する効果がある。

センサに関してさらに言及すると、このセンサは磁歪式センサ、機械式センサのいずれであってもよい。

また、「センサカバーの外周面とハンガーパイプの内周面のうち、いずれか一方には突起が配設され、他方には前記突起が係合する係合溝と該係合溝に連続するガイド溝が設けてある」とは、センサカバーの外周面に係合溝とガイド溝が設けられ、ハンガーパイプの内周面に突起が設けられた形態と、その逆の構成の形態のいずれか一方を意味している。

ここで、係合溝に連続するガイド溝の形態としては、係合溝から左右に一定の勾配で延びた１段勾配の形態や、係合溝から左右に比較的急な勾配で延び、さらにそれよりも緩やかな勾配で左右に延びた２段勾配の形態などがあり、その線形も直線のほか、曲線、直線と曲線の組み合わせなど、多様な形状形態が適用できる。

たとえば上記する２段勾配の形態によれば、突起を外側の緩い勾配で拾い、この緩い勾配から急勾配に突起を移行させて係合溝に案内することができ、より一層高い位置決め効率が享受できる。

また、「突起」には、ボルト孔にねじ込まれるボルトのほか、ハンガーパイプの内周面もしくはセンサカバーの外周面に予め一体成形等された突起などが含まれている。

中でも、ハンガーパイプに突起が配設されている場合において、突起はハンガーパイプに開設されたボルト孔にねじ込まれたボルトであるのが好ましい。

ハンガーパイプ内にセンサユニットが収容されて双方の位置決めがなされ、かつ、双方の固定が図られることでハンガーパイプ内におけるセンサユニットの回転が抑止されることになるが、ボルトをねじ込む形態であれば、センサユニットの外側寸法（外径）が多様に変化した場合でもボルトによるセンサユニットの固定が可能になることがその理由である。

また、センサユニットとハンガーパイプ双方の固定は、ハンガーパイプとセンサユニット双方の端部に固定部を設けておき、ハンガーパイプに対してセンサユニットを圧入して双方の固定部を嵌合させて固定する方法がある。また、別の方法として、ハンガーパイプの端部の固定部とセンサユニットの端部の固定部の双方にねじ切りを設けておき、双方の端部同士をねじ込んで固定する方法がある。

中でも、双方の端部同士をねじ込み式でおこなう形態が好ましい。この形態では、センサユニットにおいて、ハンガーパイプに直接固定される固定部とセンサカバーを相対的に回転自在に構成しておくのがよい。固定部のみが回転してハンガーパイプと固定する際にセンサカバーの姿勢は回転することなく保持することができるからである。

圧入式の場合は、ハンガーパイプに対して圧入されるセンサユニットを精緻に位置合わせする必要があり、さらに、圧入のための治具や装置が必須となる。それに対し、ねじ込み式の場合は回転治具等の機具を使用する以外にも人力による作業が可能であり、また、ねじ込みに際して双方の精緻な位置決めは必要ない。また、圧入式の場合は、ハンガーパイプからセンサユニットが抜け出さないようにC-リング等を固定部に噛ます必要があるが、ねじ込み式の場合にはそのような別部材は不要である。さらに、メンテナンス等の際にハンガーパイプからセンサユニットを取り外すに当たり、圧入式で固定された場合の取り外しは容易でなく、少なくとも取り外し治具を要する一方で、ねじ込み式の場合はたとえば人力で容易に取り外しが可能である。これらがねじ込み式による固定が好ましい理由である。

また、本発明によるセンサ収容体の他の実施の形態は、センサからワイヤーハーネスが延設しており、ハンガーパイプに開設されたワイヤー孔を介してハンガーパイプの内側から該ワイヤーハーネスが挿通されてハンガーパイプの外側に所定長さ延設しているものである。

ここで、「ハンガーパイプに開設されたワイヤー孔を介してワイヤーハーネスがハンガーパイプの外側に所定長さ延設している」とは、ハンガーパイプの外側に延設しているワイヤーハーネスがハンガーパイプの外側にあるコントローラ等に通じていることより、ワイヤーハーネスの長さが長過ぎも短過ぎもしない、一定の長さであることを意味している。通常は雨水や泥水等がワイヤー孔を介してハンガーパイプ内に入り込まないようにワイヤー孔はワイヤーハーネスの外径と同程度か若干大きい程度に形成され、さらに、ワイヤー孔の配設位置も下方位置となるように取り付けられている。さらに、コントローラのフレーム取り付け位置も決まっていることから、ハンガーパイプの外側にワイヤーハーネスが所定長さ延設してコントローラに繋がる構成を保証する前提として、センサユニットとハンガーパイプの位置決めは規定位置に精緻におこなわれる必要がある。

本実施の形態のセンサ収容体によれば、ハンガーパイプの外側にワイヤーハーネスが所定長さ延設してコントローラに繋がる構成を保証しながら、センサユニットとハンガーパイプの位置決めを規定位置に精緻におこなうことができる。

また、センサカバーの外周面とハンガーパイプの内周面のいずれか一方には２以上のリブが設けてあり、ハンガーパイプ内にセンサユニットを挿入して固定する際に前記２以上のリブがハンガーパイプとセンサユニット双方の芯合わせ作用を有している形態が好ましい。

センサカバーの外周面とハンガーパイプの内周面のいずれか一方に２以上のリブが設けてあることで、ハンガーパイプにセンサユニットを挿入した際に、双方の芯合わせを自動的におこなうことができる。そのため、双方の芯がずれていて、突起が係合溝に係合できないといった問題は生じ得ない。

以上の説明から理解できるように、本発明によるセンサ収容体によれば、センサカバーの外周面とハンガーパイプの内周面のうち、いずれか一方には突起が配設され、他方には突起が係合する係合溝と係合溝に連続するガイド溝が設けてあることにより、ガイド溝に沿って突起を係合溝に案内することでハンガーパイプとセンサユニットの位置決めを容易に実行することができる。

本発明のセンサ収容体を搭載した電動アシスト自転車の側面図である。 本発明のセンサ収容体の分解斜視図である。 （ａ）、（ｂ）ともに、係合溝に連続するガイド溝の実施の形態を示した模式図であって、突起が案内されている状況をともに示した図である。 本発明のセンサ収容体の斜視図である。 図４のV−V断面図である。

以下、図面を参照して本発明のセンサ収容体の実施の形態を説明する。なお、図示例のセンサ収容体は車体フレームと別体に成形されたハンガーパイプを構成要素とするものであるが、車体フレームと一体成形されたハンガーパイプ相当部材を構成要素とするものであってもよいことは勿論のことである。また、図示例のセンサ収容体は、ハンガーパイプにボルトからなる突起が配設され、センサユニットを構成するセンサカバーの外周面に係合溝とガイド溝が形成されたものであるが、ハンガーパイプの内周面に係合溝とガイド溝が形成され、センサユニットを構成するセンサカバーの外周面に突起が配設された形態であってもよいことは勿論のことである。

（センサ収容体の実施の形態）
まず、図１を参照して本発明のセンサ収容体を搭載した電動アシスト自転車の構成を概説する。

図示する電動アシスト自転車は、前輪Ｗ１，後輪Ｗ２が車体フレームＦを構成するフロントフォークとチェーンステーに取り付けられ、サドルを支持する車体フレームＦ（シートチューブ）には電動装置用のバッテリーＢとコントローラＣＲが取り付けられている。シートチューブの下端にはハンガーパイプ１０が取り付けられ、ハンガーパイプ１０にクランク軸ＣＳが挿通され、クランク軸ＣＳの左右にペダルを備えたクランクアームＣＡが取り付けられている。さらに、クランク軸ＣＳの一端に駆動プーリＳ１が、後輪Ｗ２には従動プーリＳ２がそれぞれ取り付けられ、これら２つのプーリＳ１，Ｓ２間にベルトが架け渡されて大略構成されている。

次に、図２〜５を参照してセンサ収容体の実施の形態をその組み付け方法とともに説明する。なお、図２，４，５では、ハンガーパイプ１０と車体フレームＦとの接続構造を省略し、ハンガーパイプのみを図示している。

センサ収容体１００（図４参照）は、図２で示すように、ハンガーパイプ１０と、ハンガーパイプ１０内に位置決めされた状態で固定されるセンサユニット２０から構成される。

ハンガーパイプ１０は、アルミニウムもしくはその合金からなる筒体であり、筒体にはワイヤーハーネス４が挿通されるワイヤー孔１ａと、ボルト２（突起）が螺合されるボルト孔１ｂが開設されており、さらに、筒体の端部の内周面にはねじ切りを備えた固定部１ｃがあり、この固定部１ｃにセンサユニット２０がねじ込まれて固定されるようになっている。

センサユニット２０は、クランク軸ＣＳと、その周囲に配設された磁歪軸５ａと検出コイル５ｂからなる磁歪式のトルクセンサ５と（図５参照）、これらを包囲する樹脂製もしくはアルミニウム製のセンサカバー３と、から大略構成されている。なお、クランク軸ＣＳの左右端ＣＳ１にクランクアームＣＡが取り付けられる。

ここで、図５を参照してセンサユニット２０の構成をより詳細に説明すると、磁歪式のトルクセンサ５は磁歪軸５ａの一端５ａ１がクランク軸ＣＳにねじ止めされており、したがって磁歪軸５ａがクランク軸ＣＳとともに回転するようになっている。一方、磁歪軸５ａの他端側には駆動プーリＳ１が取り付けられており、駆動プーリＳ１に回転が伝えられるようになっている。

また、磁歪軸５ａとセンサカバー３はベアリング６を介して相対回転自在に組み付けられている。なお、回転センサをさらに搭載する場合は、磁歪式のトルクセンサ５の側方に回転センサが併設されることになる。

クランクアームからクランク軸ＣＳにトルクが作用すると、磁歪軸５ａにトルクの大小に応じた捩り力が生じる。磁歪軸５ａに捩り力が生じると、磁歪軸５ａに止着されている不図示の磁歪箔にトルクの大小に応じた歪みが生じることになる。磁歪箔に歪が生じると、磁歪箔を構成する磁性材料の透磁率が変化し、透磁率の変化によって検出コイル５ｂに誘起されるインダクタンスが変化する。検出コイル５ｂに誘起されるインダクタンスの変化を検出することにより、クランク軸ＣＳに作用するトルクの検出をおこなうことができる。

図２に戻り、センサカバー３の端部には、ハンガーパイプ１０の固定部１ｃに直接固定されるねじ切りを備えた固定部３ｃがセンサカバー３に対して相対回転自在（Ｙ方向）に装着されている。

また、センサカバー３の外周面には、ハンガーパイプ１０のボルト孔１ｂに螺合されたボルト２が係合する係合溝３ａと、この係合溝３ａに連続するガイド溝３ｂが形成されている。

ここで、ガイド溝３ｂは、図３ａで詳細に示すように、係合溝３ａから左右に比較的急な勾配（角度θ２）で延びるテーパー部３ｂ２と、さらにそれよりも緩やかな勾配（角度θ１）で左右に延びるテーパー部３ｂ１からなる２段勾配の溝である。

なお、図３ｂで示すように、係合溝３ａから左右に一定の勾配で延びるテーパー部３ｂ’からなる１段勾配の溝であってもよい。また、図示を省略するが、曲線から形成されたガイド溝を適用してもよい。

図２に戻り、ハンガーパイプ１０にボルト２を螺合しておき、センサユニット２０をハンガーパイプ１０に挿入していく（Ｘ１方向）。

この挿入に当たり、検出コイル５ｂから延びて端部にコネクタ４ｂを備えたリード線４ａの束からなるワイヤーハーネス４を、ハンガーパイプ１０の内側からワイヤー孔１ａを介して外側に引き出す。

ワイヤーハーネス４を外側に引き出した後、このワイヤーハーネス４と検出コイル５ｂとの接続部をワイヤー孔１ａに対して所定の位置関係に合わせるべく、また、このワイヤーハーネス４がハンガーパイプ１０から所定長さ（図４で示す所定長さt）だけ延びた状態を形成するべく、ハンガーパイプ１０に対するセンサユニット２０の位置決めをおこなう。

この位置決めに際し、センサユニット２０を構成するセンサカバー３の外周面には２以上（たとえば３つの）のリブ３ｄがセンサカバー３の周方向にたとえば120度間隔に設けてあり、したがって、センサユニット２０をハンガーパイプ１０に挿入した際に自動的にセンサユニット２０とハンガーパイプ１０双方の芯合わせが実現できる。

ワイヤーハーネス４をワイヤー孔１ａから引き出した際に、ハンガーパイプ１０に対するセンサユニット２０の粗い位置合わせは既にできており、図３ａで示すように、勾配の緩い左右いずれかのテーパー部３ｂ１の途中位置にボルト２が位置している。

次に、ハンガーパイプ１０の固定部１ｃに対してセンサユニット２０の固定部３ｃをねじ込むと、図３ａで示すように、テーパー部３ｂ１がボルト２に摺接した状態でボルト２からの反力を受けることでセンサカバー３がその周方向に動き、センサカバー３が動くことでボルト２はテーパー部３ｂ１からテーパー部３ｂ２に移行する（Ｚ方向）。センサユニット２０の固定部３ｃをさらにねじ込むと、センサカバー３がさらにその周方向に動くことでボルト２は係合溝３ａに導かれ、ハンガーパイプ１０に対するセンサユニット２０の位置決めが実現される。すなわち、この状態において、ワイヤーハーネス４と検出コイル５ｂとの接続部をワイヤー孔１ａに対して所定の位置関係に合わせることができ、また、ワイヤーハーネス４がハンガーパイプ１０から所定長さだけ延びた状態が形成される。

このようにハンガーパイプ１０に対してセンサユニット２０を所定の位置に位置決めした状態で、センサユニット２０の固定部３ｃをハンガーパイプ１０の固定部１ｃにねじ込み、図２で示すようにハンガーパイプ１０の他端からワン７ａを挿入することにより（Ｘ２方向）、ハンガーパイプ１０とセンサユニット２０が固定されてセンサ収容体１００が形成される。

なお、図３ｂで示す１段勾配の形態においても、同様にハンガーパイプ１０に対するセンサユニット２０のねじ込みにより、自動的にハンガーパイプ１０に対してセンサユニット２０を所定の位置に位置決めした状態で双方の固定が図られる。

このように、図示するセンサ収容体１００によれば、ハンガーパイプ１０のボルト孔１ｂに螺合されたボルト２からセンサカバー３の外周面に形成されたガイド溝３ｂが反力を受け、この反力によってセンサカバー３がその周方向に動き、センサカバー３が動くことでボルト２をガイド溝３ｂに沿って移動させて係合溝３ａに導くことにより、ハンガーパイプ１０に対するセンサユニット２０の精緻な位置決めを容易かつ短時間におこなうことができる。

また、このセンサ収容体１００は、センサカバー３の外周面に対して、係合溝３ａに連続するガイド溝３ｂを設けた改良構造ゆえに、センサ収容体１００の製作コストを何ら高騰させるものではない。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１ａ…ワイヤー孔、１ｂ…ボルト孔、１ｃ…固定部、２…突起（ボルト）、３…センサカバー、３ａ…係合溝、３ｂ…ガイド溝、３ｃ…固定部、３ｄ…リブ、４…ワイヤーハーネス、４ａ…リード線、４ｂ…コネクタ、５…トルクセンサ（磁歪式のトルクセンサ）、５ａ…磁歪軸、５ａ１…固定端、５ｂ…検出コイル、６…ベアリング、１０…ハンガーパイプ、２０…センサユニット、１００…センサ収容体、Ｆ…車体フレーム、Ｓ１…駆動プーリ、Ｓ２…従動プーリ、Ｂ…バッテリー、ＣＲ…コントローラ、ＣＳ…クランク軸、ＣＡ…クランクアーム

Claims (4)

1. ハンガーパイプと、該ハンガーパイプ内に固定されるセンサユニットと、から構成され、
   前記センサユニットは、クランク軸と、クランク軸の周囲に配設されたトルクセンサと回転センサのいずれか一方もしくは双方からなるセンサと、センサを包囲するセンサカバーと、から構成されているセンサ収容体において、
   前記センサカバーの外周面と前記ハンガーパイプの内周面のうち、いずれか一方には突起が配設され、他方には前記クランク軸の軸方向に延在し前記突起が係合する係合溝と該係合溝に連続するガイド溝が設けてあり、
   前記センサユニットにおいて、前記センサカバーの端部には前記ハンガーパイプに直接固定される固定部が該センサカバーに対して相対的に回転自在に装着されており、
   前記ハンガーパイプの内周面と前記センサユニットの固定部にねじ切りが設けてあり、
   前記ハンガーパイプの内周面に前記センサユニットの固定部がねじ込まれて該センサユニットは該ハンガーパイプに固定されるセンサ収容体。
2. 前記センサからワイヤーハーネスが延設しており、前記ハンガーパイプに開設されたワイヤー孔を介して該ハンガーパイプの内側から前記ワイヤーハーネスが挿通されて該ハンガーパイプの外側に所定長さ延設している請求項１に記載のセンサ収容体。
3. 前記センサカバーの外周面と前記ハンガーパイプの内周面のいずれか一方には２以上のリブが設けてあり、前記ハンガーパイプ内に前記センサユニットを挿入して固定する際に前記２以上のリブが該ハンガーパイプと該センサユニット双方の芯合わせ作用を有している請求項１または２に記載のセンサ収容体。
4. 前記ハンガーパイプに前記突起が配設されている場合において、該突起は該ハンガーパイプに開設されたボルト孔にねじ込まれたボルトである請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ収容体。

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