JP6675110B2 - 駆動ユニットおよび電動アシスト自転車 - Google Patents

Description

本発明は、駆動ユニットおよび駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車に関する。

バッテリなどの蓄電器から給電されるモータを有し、ペダルに加えられる踏力からなる人力駆動力を検出してこの人力駆動力に対応した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アシスト自転車は既に知られている。

従来の電動アシスト自転車に備えられた駆動ユニットとしては、例えば図３３に示すように、クランク軸２０１を有する人力駆動系と、クランク軸２０１に加えられた踏力に応じてモータ２０２の出力が増減するモータ駆動系とが備えられ、筒状の合力軸２０３がクランク軸２０１と同一軸線上に回転自在に設けられている構成のものがある（特許文献１等）。両駆動系は合力軸２０３の一端に連結され、人力駆動系と補助駆動力（アシスト力）とが合成された合力が、合力軸２０３の他端から電動アシスト自転車の後輪へ伝達される。

クランク軸２０１は筒状の人力伝達軸２０４を貫通し、人力伝達軸２０４は、合力軸２０３に隣接するとともに、クランク軸２０１と同一軸線上に回転自在に設けられている。また、人力伝達軸２０４の一端は一方向クラッチ２０５を介して合力軸２０３に連結され、人力伝達軸２０４の他端はクランク軸２０１に連結されている。

合力軸２０３の一端には大径の外周部に複数の歯２０３ａが形成されている。合力軸２０３の他端部には駆動力（合力）を出力する出力スプロケット２０７が設けられ、出力スプロケット２０７には駆動力（合力）を後輪に伝達するチェーン２０８が巻回されている。また、モータ２０２の出力軸２０９には出力歯車２０９ａが形成され、出力歯車２０９ａと合力軸２０３の歯２０３ａとの間には、減速機２１１の歯車２１２，２１３が噛み合った状態で配設されている。

この構成により、ペダルを踏むことにより、人力駆動力がクランク軸２０１から人力伝達軸２０４および一方向クラッチ２０５を介して合力軸２０３に伝達される。また、モータ２０２から発生する補助駆動力が減速機２１１を介して合力軸２０３に伝達され、合力軸２０３は人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって回転する。そして、合力軸２０３と共に出力スプロケット２０７が回転することにより、合力がチェーン２０８を介して後輪に伝達され、後輪が回転する。

特開平１０−２５０６７３号公報

しかしながら上記の駆動ユニット２１５は変速機構を備えていないため、電動アシスト自転車で急な上り坂を走行する場合、モータ２０２や自転車の搭乗者に過大な負荷がかかるといった問題がある。

本発明は、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって合力伝達体が回転し、この合力伝達体の回転が後輪に伝えられる駆動ユニットおよび電動アシスト自転車において、モータや搭乗者の負荷を軽減することができることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の駆動ユニットの共通構成は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、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アシスト自転車に設けられる駆動ユニットであって、人力駆動力により回転されるクランク軸と、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって回転自在な合力伝達体と、合力伝達体の回転が伝達される駆動力出力輪体と、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体に伝達する変速機構と、を備え、クランク軸と合力伝達軸とが同軸に配設され、変速機構は、低速段変速歯車および高速段変速歯車を含む複数の変速歯車と、高速段変速歯車の駆動力を合力伝達体に伝達可能な高速段クラッチと、高速段クラッチに係脱自在とされ、選択された変速段に応じて移動されるクラッチ切換体と、を備え、クラッチ切換体が高速段クラッチに当接した際に、高速段クラッチを合力伝達体に対して接続姿勢から切断姿勢となるようにクラッチ切換体から高速段クラッチに力を与える力付与機構が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、電動アシスト自転車で走行している際、走行路面の傾斜等に応じて最適な変速段を選択することにより、モータや搭乗者の負荷を軽減することができて、走行路面に適した走行が行える。また、クラッチ切換体が高速段クラッチに当接した際に、高速段クラッチを合力伝達体に対して接続姿勢から切断姿勢となるようにクラッチ切換体
から高速段クラッチに力を与える力付与機構が設けられているので、高速段から低速段に変速する際に、クラッチ切換体を高速段クラッチに当接させることで、高速段クラッチが切断姿勢となるように力を付与されて、良好に変速動作を行うことが可能となる。
また、本発明は、変速機構が、人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力を変速することを特徴とする。
また、本発明は、変速機構が、低速段変速歯車の駆動力を合力伝達体に伝達可能な低速段クラッチを有することを特徴とする。
また、本発明は、クランク軸の外周に、人力駆動力が伝達される人力伝達体が配設され、人力伝達体に人力駆動力を検出するトルクセンサの磁歪発生部が形成され、クランク軸の軸心方向に対して、磁歪発生部と駆動力出力輪体との間の位置に変速機構の高速段クラッチと低速段クラッチとが配設されていることを特徴とする。
なお、高速段クラッチが、高速段変速歯車およびクラッチ切換体に係脱自在の係合部材を有する構成とすることが好適である。

また、クラッチ切換体が係合部材に係合して係合部材が傾倒姿勢にされることで、係合部材が高速段変速歯車から離脱して、高速段変速歯車から合力伝達体への駆動力が伝達されない切断状態とすると好適である。また、係合部材は、合力伝達体または合力伝達体に連動する連動回転体から起立傾倒自在に配設されていると好適である。

また、本発明は、力付与機構としてクラッチ切換体にカム面が形成され、このカム面は、係合部材が摺接しながらクランク軸と同じ軸心を中心として所定方向に公転することで係合部材が傾倒するように荷重を付与することを特徴とする。この場合には、クラッチ切換体のカム面が、係合部材がクランク軸の軸心方向に沿って出退自在に入り込む箇所の手前側ほど広がるように傾斜して形成されていると好適である。なお、クラッチ切換体のカム面が、高速段クラッチの係合部材の数の整数倍（ただし２以上の整数）設けられていてもよい。

この構成により、高速段から低速段に変速する際に、人力駆動力や補助駆動力によって係合部材が公転している際の力を用いて、クラッチ切換体のカム面により係合部材が傾倒されることで、高速段クラッチが切断姿勢とされて、良好に変速動作を行うことが可能となる。

また、本発明は、力付与機構としてクラッチ切換体に面取り形状部が形成され、この面取り形状部は、クラッチ切換体がクランク軸の軸心方向に沿って移動されることで係合部材が傾倒するように荷重を付与することを特徴とする。この場合には、クラッチ切換体にカム面が形成されている箇所のクランク軸の軸心方向奥側にも面取り形状部が形成されていると好適である。

この構成によれば、高速段から低速段に変速する際に、電動アシスト自転車が停止されている場合でも、クラッチ切換体がクランク軸の軸心方向に沿って移動されると、クラッチ切換体に形成された面取り形状部により係合部材を傾倒させて高速段クラッチを切断姿勢として、良好に変速動作を行うことが可能となる。

なお、高速段クラッチの係合部材における爪部の背面部に外周側に向けて山形状に盛り上げられてなる肉盛り部が形成されていると好適である。

また、本発明は、高速段クラッチおよび低速段クラッチが、クランク軸および合力伝達軸と同じ軸心を中心として公転するように配設されていることを特徴とする。また、本発明は、クランク軸と、モータとが、互いに異なる軸心を中心として回転するように配設されていることを特徴とする。

また、本発明は前記駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車であって、後輪に後部輪体が設けられ、駆動力出力輪体と後部輪体とに無端状の駆動力伝達体が掛け渡されていることを特徴とする。

本発明によれば、電動アシスト自転車で走行している際、走行路面の傾斜等に応じて最適な変速段を選択することにより、モータや搭乗者の負荷を軽減することができ、走行路面に適した走行が行える。また、クラッチ切換体が高速段クラッチに当接した際に、高速段クラッチを合力伝達体に対して接続姿勢から切断姿勢となるようにクラッチ切換体から高速段クラッチに力を与える力付与機構を設けることで、高速段から低速段に変速する際に、良好に変速動作を行うことが可能となる。

また、力付与機構としてクラッチ切換体にカム面を形成し、このカム面が、係合部材が摺接しながらクランク軸と同じ軸心を中心として所定方向に公転することで係合部材が傾倒するように荷重を付与するよう構成することで、高速段から低速段に変速する際に、人力駆動力や補助駆動力によって係合部材が公転している際の力を用いて、良好に変速動作を行うことが可能となる。

また、力付与機構としてクラッチ切換体に面取り形状部を形成し、この面取り形状部が、クラッチ切換体がクランク軸の軸心方向に沿って移動されることで係合部材が傾倒するように荷重を付与するよう構成することで、高速段から低速段に変速する際に、電動アシスト自転車が停止されている場合でも、良好に変速動作を行うことが可能となる。

また、高速段クラッチの係合部材における爪部の背面部に外周側に向けて山形状に盛り上げられてなる肉盛り部を形成することにより、爪部が損傷することを防止できたり、安定して係合部材を傾倒させることができたりし、これにより、当該電動アシスト自転車の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アシスト自転車の全体左側面図 同電動アシスト自転車の駆動ユニットの左側面図 同駆動ユニットの右側面図で、駆動スプロケットや右側ケースなどを取り外した状態 同駆動ユニットの平面断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの要部拡大平面断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの低速段クラッチと高速段クラッチとの概念的な側面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの平面断面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの要部拡大平面断面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの低速段クラッチと高速段クラッチとの概念的な側面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの合力伝達体の斜視図 同駆動ユニットの高速段変速歯車の斜視図 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の斜視図 同駆動ユニットの高速段クラッチの係合部材（ラチェット爪）の斜視図 同高速段クラッチの係合部材（ラチェット爪）の側面図 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が低速段（第１速）の状態 同駆動ユニットの変速段切換機構の断面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットのクラッチ切換体の斜視図 同クラッチ切換体の右側面図 同クラッチ切換体の断面図で、図１８のＦ−Ｆ線で切断した断面図 同クラッチ切換体の断面図で、図１８のＨ−Ｈ線で切断した断面図 同駆動ユニットの高速段クラッチの要部側面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 同駆動ユニットの高速段クラッチの要部側面図で、変速段が高速段（第２速）から低速段（第１速）に切り換わる際の状態 一般的な係合部材（ラチェット爪）の側面図 一般的な係合部材（ラチェット爪）が高速段クラッチに用いられた場合の要部側面図で、変速段が高速段（第２速）の状態 一般的な係合部材（ラチェット爪）が高速段クラッチに用いられた場合の要部側面図で、変速段が高速段（第２速）から低速段（第１速）に切り換わる際の状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の部分切欠平面図で、クラッチ切換体が高速段クラッチの係合部材に接触していない状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の平面図で、高速段クラッチの係合部材がクラッチ切換体のカム面に嵌り込もうとしている状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の部分右側面図で、高速段クラッチの係合部材がクラッチ切換体のカム面に嵌り込んだ状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の平面図で、高速段クラッチの係合部材がクラッチ切換体のカム面に嵌り込んで傾倒している状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の部分右側面図で、高速段クラッチの係合部材がクラッチ切換体のカム面に嵌り込んで傾倒している状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の平面図で、高速段クラッチの係合部材がクラッチ切換体のカム面から離脱した状態 同駆動ユニットの合力伝達体、高速段クラッチおよびクラッチ切換体の部分右側面図で、高速段クラッチの係合部材がクラッチ切換体のカム面から離脱した状態 従来の電動アシスト自転車における駆動ユニットの平面断面図

以下、本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車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方向および前後方向とは、進行方向に向って当該電動アシスト自転車１に搭乗した状態での方向を言う。また、この発明の構成が以下で述べる構成に限定されるものではない。

図１における１は本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車である。図１に示すように、この電動アシスト自転車１は、ヘッドパイプ２ａ、前フォーク２ｂ、上パイプ２ｃ、下パイプ２ｇ、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、搭乗者が着座するサドル６と、踏力からなる人力駆動力がかけられるクランク７およびペダル８と、補助駆動力（アシスト力）を発生させる駆動源としての電動のモータ２１（図４など参照）およびこのモータ２１を含めた各種の電気的制御を行う制御部２４（図４参照）などが設けられた駆動ユニット２０と、モータ２１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で、後述する変速機構（減速変速機構）２５の速度（低速段（第１速）または高速段（第２速））を設定する変速段手元操作部１８と、ハンドルなどに取り付けられて、搭乗者などが操作可能で、当該電動アシスト自転車１の電源の切り換えや走行モードなどを設定する手元設定部（図示せず）と、クランク軸７ａと同軸心で一体的に回転するように取り付けられ、人力駆動力および補助駆動力が合わされた合力を出力する駆動力出力輪体としての駆動スプロケット（前スプロケット、クランクスプロケットや前ギヤとも称せられる）１３と、後輪４のハブ（後ハブとも称する）９に取り付けられた後部輪体としての後スプロケット（後ギヤとも称せられることがある）１４と、駆動スプロケット１３と後スプロケット１４とにわたって回転可能な状態で無端状に巻回された無端状駆動力伝達体としてのチェーン１５と、などを備えている。そして、当該電動アシスト自転車１は、ペダル８からの踏力による人力駆動力に、モータ２１により発生する補助駆動力を加えて走行可能であり、人力駆動力に補助駆動力を加えた合力が、駆動スプロケット１３からチェーン１５および後スプロケット１４などを介して後輪４に伝達される。

なお、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。なお、クランク７は、左右にそれぞれ設けられるクランクアーム７ｂと、左右のクランクアーム７ｂ同士を連結するクランク軸７ａとからなり、クランクアーム７ｂの端部にペダル８が回転自在に取り付けられている。

図１に示すように、この電動アシスト自転車１では、駆動ユニット２０が、クランク軸７ａの近傍箇所など、前輪３と後輪４との間の中間位置（より詳しくは中間位置の下部）に配置されている。そして、このような配置構成にすることで、重量が比較的大きい駆動ユニット２０が、電動アシスト自転車１の前後方向中央に配置されるため、前輪３や後輪４を持ち上げ易くて、走行路に段差があっても容易に乗り越えることができるなど、電動アシスト自転車１の車体（フレーム２など）の取り回しがよく、また、走行安定性も良好とされている。

図２〜図４などに示すように、駆動ユニット２０は、モータケース２２ａ、左側ケース２２ｂ、右側ケース２２ｃ、切換部カバー２２ｄからなるユニットケース２２により外殻部などが構成され、駆動ユニット２０（この実施の形態では駆動ユニット２０の後部）をクランク軸７ａが左右に貫通している。また、クランク軸７ａの外周に、クランク軸７ａからの人力駆動力が伝達される略筒状の人力伝達体２８と、人力伝達体２８からの人力駆動力が伝達される連動筒体２３と、連動筒体２３からの人力駆動力が一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０などを介して伝達されるとともに、人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とを合成した合力を駆動スプロケット１３に伝達する合力伝達体２９とが、配設されている。

また、図４などに示すように、駆動ユニット２０のユニットケース２２内には、モータ２１の回転を減速して合力伝達体２９側（この実施の形態では中間軸４４）に伝達する減速機構２５と、複数の変速段に応じて合力伝達体２９への回転速度を変更して伝達する変速機構１７とが配設されている。また、駆動ユニット２０のユニットケース２２内には、モータ２１が配設されているとともに、各種の電気的制御を行う電子部品が設けられた制御基板２４ａや各種情報の記憶部などを有する制御部２４も配設されている。

駆動ユニット２０についてさらに詳しく述べる。図４、図５、図７、図８などに示すように、クランク軸７ａが、駆動ユニット２０の後部を左右に貫通した状態で軸受２６、２７により回転自在に配設され、このクランク軸７ａにおける左側寄り部分の外周に、セレーション部（またはスプライン部）７ｃを介して、筒状の人力伝達体２８がクランク軸７ａと一体的に回転する状態で嵌め込まれている。なお、人力伝達体２８の内周におけるクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃに対応する箇所にもセレーション部（またはスプライン部）２８ｂが形成されてクランク軸７ａのセレーション部（またはスプライン部）７ｃと噛み合っている。

人力伝達体２８の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部３１ｂが形成されているとともに、その外周に一定の隙間（空間）を介してコイル３１ａが配設され、これらの磁歪発生部３１ｂおよびコイル３１ａにより磁歪式のトルクセンサ（人力検知部）３１が構成されている。これにより、クランク軸７ａからの人力駆動力が人力伝達体２８に伝達されるとともに、トルクセンサ３１により人力駆動力が検出される。また、この磁歪式のトルクセンサ３１では、磁歪発生部３１ｂが、人力伝達体２８の軸心方向に対して例えば＋４５度と−４５度とをなす螺旋形状に形成されている。そして、人力伝達体２８に人力駆動力が伝達されると、人力伝達体２８の表面の磁歪発生部３１ｂに歪みが発生して透磁率の増加部分と減少部分とが発生するため、コイル３１ａのインダクタンス差を測定することでトルク（人力駆動力）の大きさを検出できるよう構成されている。

連動筒体２３は、クランク軸７ａの外周における人力伝達体２８の右側に隣接した箇所で、クランク軸７ａに対して回転自在の状態で配設されているが、人力伝達体２８の右端部外周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２８ａと、連動筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａとで嵌合されて、人力伝達体２８と一体的に回転する。なお、この実施の形態では、人力伝達体２８のセレーション部（またはスプライン部）２８ａに、連動筒体２３の左端部内周に形成されたセレーション部（またはスプライン部）２３ａが外側から嵌合されている。

また、この実施の形態では、連動筒体２３の左側部分の外周に、連動筒体２３の回転状態を検出するための回転検出体１１が取り付けられている。また、回転検出体１１を左右から微小隙間をあけて挟むように、回転検出器１０がユニットケース２２側に取り付けられて固定されている。例えば、回転検出器１０は、出射部と受光部とからなる対となった光センサが回転検出体１１の回転方向に２つ並べられて構成され、回転検出体１１は、くし（櫛）歯状に外周方向に延びる多数の歯部（遮光部）を有している。そして、回転検出体１１の歯部が回転検出器１０の出射部と受光部との間を通過することにより、光の入射状態と遮光状態とを回転検出器１０により電気的に検知して、この信号を入力する制御部２４において、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知する。なお、光センサに代えて磁気センサを設けて連動筒体２３の回転量および回転方向を検知してもよい。ここで、連動筒体２３は人力伝達体２８と一体的に回転し、人力伝達体２８はクランク軸７ａと一体的に回転するため、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知することで、クランク軸７ａやペダル８の回転量や回転方向も検知できるよう構成されている。

また、図４〜図９などに示すように、連動筒体２３の右側方および外周側に、一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体２９に伝達する変速機構１７が配設されている。変速機構１７は、低速段変速歯車３６および高速段変速歯車４１と、高速段変速歯車４１の駆動力を合力伝達体２９に伝達可能な高速段クラッチ５５と、高速段クラッチ５５に係脱自在とされ、選択された変速段に応じて移動されるクラッチ切換体６１と、低速段変速歯車３６の駆動力を合力伝達体２９に伝達可能な低速段クラッチ５１などを備えている。そして、ペダル８を漕いで前進している場合には、連動筒体２３に伝達された人力駆動力が変速機構１７の低速段変速歯車３６に伝達される。

低速段変速歯車３６は、高速段変速歯車４１よりも大径であり、大径の外周部に形成された歯部３６ａと、内周部に形成されて右側へ突出する小径の円筒部３６ｂとを有している。そして、低速段変速歯車３６は、回転筒４２を介してクランク軸７ａの外周に回転自在に配設されている。また、低速段変速歯車３６と連動筒体２３とは一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）３０を介して連動可能であり、一方向クラッチ３０は、周方向において、低速段変速歯車３６と連動筒体２３とを接続および離脱する。

図１０および図４〜図９などに示すように、合力伝達体２９は、クランク軸７ａに回転自在に外嵌された円筒状の部材であり、左側に形成された中径筒状部２９ａと、右側に形成された小径筒状部２９ｂと、中径筒状部２９ａの内周に形成された歯部２９ｄと、中径筒状部２９ａにおいて周方向所定角度毎に設けられて、後述する高速段クラッチ５５の係合部材５６（ラチェット爪やカムとも称せられる）が起立傾倒可能な状態で収容される収容凹部２９ｃと、後述する高速段クラッチ５５のスプリングからなる付勢ばね５７が収縮された状態で収容される付勢ばね収容溝部２９ｆと、高速段クラッチ５５の係合部材５６が左側に移動することを規制する規制ばねが収容される規制ばね収容溝部２９ｇと、小径の右側筒状部の外周面に形成されて、駆動スプロケット１３が装着されるセレーション部（またはスプライン部）２９ｈなどを有している。なお、合力伝達体２９はクランク軸７ａの外周に同軸かつ回転自在の状態で配設されている。また、合力伝達体２９の小径筒状部２９ｂの右端部は、ユニットケース２２より外側に突出されて、この小径筒状部２９ｂの突出部分に駆動スプロケット１３が外嵌され、合力伝達体２９と駆動スプロケット１３とが一体的に回転する。

図４〜図９などに示すように、低速段変速歯車３６の円筒部３６ｂは合力伝達体２９の中径筒状部２９ａ内に挿入され、低速段変速歯車３６の円筒部３６ｂの外周には一方向クラッチからなる低速段クラッチ（低速段一方向クラッチ）５１が設けられている。図５，図６，図８，図９に示すように、低速段クラッチ５１は、径方向に起立横倒自在なラチェット爪（カム）からなる複数の係合部材５２と、係合部材５２が起立するように径方向外側へ付勢する円環状のスプリングからなる付勢ばね５３と、を有している。低速段クラッチ５１の係合部材５２は合力伝達体２９の歯部２９ｄに係脱自在であり、図６に示すように、係合部材５２が起立姿勢に切り換えられた場合、係合部材５２は合力伝達体２９の歯部２９ｄに係合し、図９に示すように、係合部材５２が傾倒姿勢に切り換えられた場合、係合部材５２は合力伝達体２９の歯部２９ｄから離脱する。

図４〜図９、図１１などに示すように、高速段変速歯車４１は、軸受４８を介して、合力伝達体２９の小径筒状部２９ｂに回転自在に外嵌されている。高速段変速歯車４１は、大径の外周部に形成された歯部４１ａと、小径の内周部に形成されて右側へ突出する小径円筒部４１ｂと、歯部４１ａと小径円筒部４１ｂとの間に形成されて左側へ突出する中径円筒部４１ｃと、中径円筒部４１ｃの内周に形成された歯部４１ｄとを有している。なお、高速段変速歯車４１の歯部４１ａの直径は低速段変速歯車３６の歯部３６ａの直径よりも小さい。

図５，図６，図８、図９、図１２〜図１４などに示すように、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａの外周側には一方向クラッチからなる高速段クラッチ５５が設けられている。高速段クラッチ５５は、径方向に起立傾倒自在なラチェット爪（カム）からなる複数の係合部材５６と、係合部材５６が起立するように径方向外側へ付勢する円環状のスプリングからなる付勢ばね５７とを有している。高速段クラッチ５５の係合部材５６は高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに係脱自在であり、図９に示すように、係合部材５６が起立姿勢に切り換えられた場合、係合部材５６は高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに係合し、図６に示すように、係合部材５６が傾倒姿勢に切り換えられた場合、係合部材５６は高速段変速歯車４１の歯部４１ｄから離脱する。なお、係合部材５６は後述するクラッチ切換体６１にも係脱自在である。

このように、本実施の形態では、クランク軸７ａの軸心方向に対して、トルクセンサ３１（トルクセンサ３１の磁歪発生部３１ｂ）や回転検出体１１と、駆動力出力輪体としての駆動スプロケット１３との間に、高速段クラッチ５５や低速段クラッチ５１を有する変速機構１７が配設されている。クランク軸７ａの軸心を中心として、低速段クラッチ５１の外側に高速段クラッチ５５が配設されている。

なお、図４，図５，図７，図８などに示すように、クランク軸７ａの左端部は一方の軸受２６を介して回転自在にユニットケース２２（詳しくは左側ケース２２ｂ）に支持され、高速段変速歯車４１の小径円筒部４１ｂは、クランク軸７ａの右端部と合力伝達体２９とともに、他方の２つの軸受２７Ａ、２７Ｂを介して回転自在にユニットケース２２（詳しくは右側ケース２２ｃ）に支持されている。

モータ２１は、ステータ部２１ｃと、モータ軸受３２、３３により回転自在に支持されたロータ部２１ｂと、ロータ部２１ｂと一体に回転自在なモータ回転軸２１ａとを有している。モータ２１のモータ回転軸２１ａが右側方に突出され、この突出軸部の外周に減速機構２５のモータ軸減速歯車４０が形成されている。

減速機構２５は、クランク軸７ａとモータ回転軸２１ａとの間に平行に設けられた中間軸４４と、中間軸４４に設けられた第１〜第３の減速歯車３７〜３９と、人力駆動力切断用の一方向クラッチ４７とを有している。中間軸４４は一対の軸受３４、３５を介してユニットケース２２内に回転自在に配設されている。第１の減速歯車３７の直径は第２の減速歯車３８および第３の減速歯車３９の直径よりも大きく、第２の減速歯車３８の直径は第１の減速歯車３７および第３の減速歯車３９の直径よりも小さく、第３の減速歯車３９の直径は第２の減速歯車３８の直径よりも大きく且つ第１の減速歯車３７の直径より小さい。

第１の減速歯車３７はモータ軸減速歯車４０に噛み合い、第２の減速歯車３８は低速段変速歯車３６に噛み合い、第３の減速歯車３９は高速段変速歯車４１に噛み合っている。これにより、低速段変速歯車３６と高速段変速歯車４１とは減速機構２５を介してモータ２１に連動している。また、一方向クラッチ４７は、中間軸４４の外周と第１の減速歯車３７の内周との間に配設されており、人力駆動力を切断するためのものである。すなわち、この一方向クラッチ４７により、モータ２１が駆動されずに補助駆動力が発生していない場合には、ペダル８からの力によりモータ２１のロータ部２１ｂを回転させなくても済むように構成されている。中間軸４４と第１の減速歯車３７とが一方向クラッチ４７を介して接続されている場合には、第１〜第３の減速歯車３７〜３９は中間軸４４とともに一体的に一方向へ回転する。

変速機構１７はギヤ比の異なる選択可能な低速段（いわゆる第１速で、変速段の一例）と高速段（いわゆる第２速で、変速段の一例）とを有している。低速段が選択された場合、低速段変速歯車３６の回転が合力伝達体２９に伝えられ、高速段が選択された場合、高速段変速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝えられる。また、変速機構１７には、変速段を切り換える変速段切換機構６０（図１５、図１６参照）が設けられている。

変速段切換機構６０は、図５、図８などに示すように、高速段クラッチ５５の係合部材５６の姿勢を切り換えるクラッチ切換体６１と、図３、図５、図８、図１５、図１６などに示すように、駆動ユニット２０内でクランク軸７ａと平行に支持された切換用案内軸６３に沿って低速段切換位置Ｌ（図１５参照）と高速段切換位置Ｈ（図１６参照）とに移動自在で半円弧状のフォーク体６５などを有するフォークからなる切換体移動部６２とを有している。

図１７〜図２０などに示すように、クラッチ切換体６１は、円環状の部材であり、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａの外周面２９ａ’（図１０参照）に摺接して、クランク軸７ａの軸心を中心として回転自在で、かつクランク軸７ａの軸心方向に移動自在（スライド自在）の状態で外嵌されている。クラッチ切換体６１の右側面には外周側に鍔状に延びる鍔部６１ａが一体形成され、また、クラッチ切換体６１の外周の左寄り部分には、Ｃ字形状の取付リング６１ｂを装着する装着溝６１ｃが形成されている。そして、クラッチ切換体６１の外周（詳しくは、クラッチ切換体６１の鍔部６１ａの左側の断面凹形状部分６１ｅ）に、切換体移動部６２のフォーク体６５を組付けた状態で、取付リング６１ｂ（図１９、図２０参照）が装着される。また、切換体移動部材６２のフォーク体６５の右側面と、これに対向するクラッチ切換体６１の鍔部６１ａの左側面とには、互いに噛み合う凹凸部６１ａ’が形成され、これにより、クラッチ切換体６１が周方向に回転しないように規制されている。

ここで、クラッチ切換体６１には、このクラッチ切換体６１を高速段クラッチ５５に当接させた際に、高速段クラッチ５５の係合部材５６を合力伝達体２９に対して接続姿勢から切断姿勢となるようにクラッチ切換体６１から高速段クラッチ５５に力を与える力付与機構が設けられている。この力付与機構の１つとして、クラッチ切換体６１の右側部内周に、端面に近づくほど径方向外側へ傾斜しながら拡がる面取り形状部６１ｄ（図１７〜図２０など参照）が形成されている。この面取り形状部６１ｄは、クラッチ切換体６１がクランク軸７ａの軸心方向に沿って右方向に移動されることで高速段クラッチ５５の係合部材５６に左側方から当接してこの係合部材５６が傾倒するように荷重を付与する。

また、他の力付与機構として、クラッチ切換体６１の面取り形状部６１ｄの一部を外周側楕円円弧形状に窪ませるように、側面視して周方向所定角度（この実施の形態では９０度）毎に複数（この実施の形態では４つ）のカム面６１ｆが形成されている。このクラッチ切換体６１のカム面６１ｆは、当該電動アシスト自転車１が走行中であり、高速段クラッチ５５の係合部材５６が合力伝達体２９とともにクランク軸７ａと同じ軸心を中心として公転する際に、係合部材５６が嵌り込んで徐々に内径側に押圧することで、係合部材５６を傾倒姿勢に導くよう荷重を付与する。

但し、図１９、図２０に示すように、クラッチ切換体６１のカム面６１ｆは、係合部材５６がクランク軸７ａの軸心方向に沿って出退自在に入り込む箇所の手前側ほど少し広がるように傾斜して形成されており（図１９に示す図１８のＦ−Ｆ断面では傾斜角度α、図２０に示す図１８のＨ−Ｈ断面では傾斜角度β）、これにより、係合部材５６が所定値以上の大きな力で高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに噛み合っている場合には、カム面６１ｆの傾斜に沿って右側に移動して、カム面６１ｆから離脱可能に構成されている（図３１、図３２参照）。さらに、図１９、図２０に示すように、このカム面６１ｆの径方向に切断した場合の傾斜角度は、係合部材５６が円周方向に、公転して進むにつれて、徐々に小さくなるように形成されている（すなわち、傾斜角度β＞傾斜角度α）。なお、前記カム面６１ｆのクランク軸心方向に対する傾斜角度α、βは、２５度以下であることが好ましい。

また、電動アシスト自転車１が停止している状態で、クラッチ切換体６１が右側に移動された際に、係合部材５６がクラッチ切換体６１のカム面６１ｆに嵌り込んだ場合でも、係合部材５６を傾倒できるように、クラッチ切換体６１におけるカム面６１ｆが形成されている箇所のクランク軸７ａの軸心方向奥側（左側）にも面取り形状部６１ｇが形成されている。

また、この実施の形態では、図１３、図１４に示すように、高速段クラッチ５５の係合部材５６における爪部５６ｂの背面部の一部が山形状に盛り上げられてなる肉盛り部５６ｄが形成されている（図１４においては、分かりやすいように斜線部で示している。）。高速段クラッチ５５の係合部材５６は、合力伝達体２９の中径筒状部２９ａに形成された収容凹部２９ｃに摺接して、係合部材５６を揺動自在に支持する側面視略半円形の揺動基部５６ａと、この揺動基部５６ａから径方向（図１３、図１４における横方向）に延びる爪部５６ｂと、爪部５６ｂの幅方向中央箇所に切り込まれて付勢ばね５７が挿通される溝部５６ｃとを有している。ここで、従来の一般的な係合部材（ラチェット爪）５８は、図２３に示すように、その爪部５８ｂが側面視して単なる矩形状とされているが、本実施の形態の高速段クラッチ５５の係合部材５６は、爪部５６ｂにおける背面部の一部が略山形状に盛り上げられて肉盛り部５６ｄが一体形成されている。また、この高速段クラッチ５５の係合部材５６が係合する高速段変速歯車４１の歯部４１ｄは、図１１、図２２などに示すように、側面視して、のこぎり形状ではなくて、略歯車の歯形状とされている。

そして、このように肉盛り部５６ｄが形成されていることで、後述するように、高速段クラッチ５５の係合部材５６が高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに係合した場合に、噛み合い部分のせん断荷重のかかる部位の断面積が、肉盛り部５６ｄが形成されていない従来の一般的な係合部材５８のものよりも、増加するよう図られている（図２１参照）。また、図２２に示すように、高速段クラッチ５５の係合部材５６における爪部５６ｂ先端の角部５６ｂ’が高速段変速歯車４１の歯部４１ｄの角部４１ｄ’に中途半端な状態で噛み合った（係合した）状態でも、肉盛り部５６ｄが形成されていることで、この高速段クラッチ５５の係合部材５６における爪部５６ｂ先端の角部５６ｂ’が削れるなどして損傷することを防止できるようになっている。

また、高速段クラッチ５５の係合部材５６に肉盛り部５６ｄが形成されているので、高速段から低速段に切り換えるために、係合部材５６がクラッチ切換体６１のカム面６１ｆに当接する際に、この肉盛り部５６ｄが、カム面６１ｆにおける比較的広幅の部分で当接して、安定して係合部材５６を傾倒させることができるよう構成されている。

図５，図８、図１５、図１６などに示すように、変速段切換機構６０の切換体移動部６２は、クラッチ切換体６１を移動させる部材であり、切換軸６３と、フォーク体６５と、連動筒６６と、止め輪６７などを有している。切換軸６３は、ユニットケース２２（左側ケース２２ｂと右側ケース２２ｃ）内に設けられた一対の支持部６８Ａ、６８Ｂに支持され、クランク軸７ａと平行に配設され、軸心方向Ａに移動自在である。なお、図３、図１５、図１６における２２ｄは、切換軸６３の一端部などを覆う切換部カバーである。

フォーク体６５は、筒状部６５ａと、筒状部６５ａに繋がるＣ字形状のフォーク部６５ｂとを有している。図１９、図２０などに示すとともに上述したように、フォーク部６５ｂがクラッチ切換体６１の装着溝６１ｃに外周側から嵌め込まれている。図１５、図１６に示すように、止め輪６７は、切換軸６３に外嵌され、フォーク体６５の筒状部６５ａと連動筒６６との間に位置している。切換軸６３はフォーク体６５の筒状部６５ａと連動筒６６とに挿通されており、フォーク体６５と連動筒６６とは切換軸６３と共に軸心方向Ａへ移動自在である。また、切換体移動部６２は、コイル状のばね６９によって、高速段切換位置Ｈから低速段切換位置Ｌの方向へ移動するように付勢されている。なお、切換体移動部６２は、前記ばね６９よりも小さい付勢力のばね８３により、フォーク体６５が連動筒６６に連動するよう構成されているが、このばね８３は、極めて小さい付勢力しか有していない。

さらに、本実施の形態では、図１５、図１６、および図２、図３などに示すとともに上述したように、切換体移動部６２（連動筒６６など）を低速段切換位置Ｌや高速段切換位置Ｈに移動させる切換体移動機構の一例である電動変速機構７０が設けられている。電動変速機構７０は、２分割可能なケース部７１と、基板８２上に載せられた小型の切換用モータ７２と、この切換用モータ７２などに接続されたコネクタ部７３と、切換用モータ７２の軸に取り付けられた小径のモータ減速歯車７４と、このモータ減速歯車７４に噛み合う大径の第１減速歯車７５と、この第１減速歯車７５と一体的に回転する円筒ウォーム７６と、この円筒ウォーム７６に噛み合う大径のウォームホイール７７と、ウォームホイール７７と一体的に回転する小径の第２減速歯車７８と、第２減速歯車７８にその円弧状歯部７９ａで噛み合うとともに、連動筒６６に係合するアーム部７９ｂが設けられた駆動体７９などを有する。駆動体７９は支持軸７９ｃを中心として、回転自在とされ、アーム部７９ｂが、連動筒６６に形成された凹部６６ａに挿入されている。そして、切換用モータ７２が駆動されることで、減速歯車７４、７５、７８や円筒ウォーム７６、ウォームホイール７７を介して減速されながら、駆動体７９のアーム部７９ｂが駆動され、これにより、連動筒６６を介して、切換体移動部６２およびフォーク体６５を駆動可能とされている。

また、駆動体７９には扇形状の磁石８０が貼り付けられているとともに、駆動体７９が所定の変速段位置（低速段）となった際に、磁石８０に近接する位置に駆動体７９の位置を検出するためのリニアホールＩＣからなる位置検出センサ８１が基板８２上に取り付けられている。この位置検出センサ８１は、駆動体７９の位置（この実施の形態では、低速段および高速段およびこれらの間の中間位置）をリニア状態、すなわち、直線または曲線状に位置を多段階（無数段階）で検出することが可能とされている。

また、電動変速機構７０の切換用モータ７２や位置検出センサ８１は、コネクタ部７３に接続された配線を介して制御部２４に接続され、ハンドル５に取り付けられた変速段手元操作部１８の搭乗者による操作に応じて切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９が移動される。また、この実施の形態では、クラッチ切換体６１に連動する連動部品としての切換体移動部６２（フォーク体６５、切換軸６３および連動筒６６など）が高速段切換位置Ｈ側から低速段切換位置Ｌ側、例えば、高速段切換位置Ｈから中間位置に移動したことを位置検知センサ８１により検知した際には、制御部２４により補助駆動力を一時的に低下させるようにモータ２１を制御して、高速段から低速段への切り換え動作が良好に行われるよう構成されている。

上記構成において、高速段状態において、搭乗者が変速段手元操作部１８を操作して、低速段（第１速）を選択した場合には、切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９が図１５に示す位置まで移動される。そして、ばね６９の付勢力により切換体移動部６２（切換体移動部６２のフォーク体６５など）が低速段切換位置Ｌに移動する。

これにより、図５に示すように、クラッチ切換体６１が、フォーク体８９に連動してＢ方向に移動し、高速段クラッチ５５の係合部材５８に当接する。これにより、図６に示すように、係合部材５８が傾倒姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が切断される。

この状態でペダル８を踏み込むことにより、図４、図５に示すように、クランク軸７ａが回転し、人力伝達体２８と連動筒体２３とが回転する。このとき、連動筒体２３は、回転方向において、低速段クラッチ５１を介して低速段変速歯車３６に接続されている。このため、連動筒体２３の回転が低速段用変速歯車３６に伝達される。

また、モータ２１が駆動されてモータ回転軸２１ａが回転されることにより、減速機構２５の第１の減速歯車３７と中間軸４４とが回転する。これに伴い、第２および第３の減速歯車３８、３９が回転し、第２の減速歯車３８の回転が低速段変速歯車３６に伝達され、第３の減速歯車３９の回転が高速段変速歯車４１に伝達される。

これにより、低速段変速歯車３６および高速段変速歯車４１がそれぞれ回転し、この際、図４〜図６に示すように、低速段変速歯車３６は、回転方向において、低速段クラッチ５１を介して合力伝達体２９に接続されている。従って、低速段変速歯車３６の回転が合力伝達体２９に伝達されて合力伝達体２９が回転し、駆動スプロケット１３が回転するとともにチェーン１５が回動して、後輪４が回転する。この際、クランク軸７ａに作用する人力駆動力とモータ２１の補助駆動力とが合成された合力が、低速段変速歯車３６から合力伝達体２９に伝達され、合力によって合力伝達体２９が回転する。

なお、この際、高速段クラッチ５５の係合部材５６が傾倒姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が切断されているため、高速段変速歯車４１の回転は合力伝達体２９に伝達されない。

一方、搭乗者が、低速段状態において、搭乗者が変速段手元操作部１８を操作して、高速段（第２速）を選択した場合には、切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９が図１６に示す位置まで移動され、切換体移動部６２（切換体移動部６２のフォーク体６５など）がばね６９の付勢力に抗しながら高速段切換位置Ｈに移動する。

これにより、図８に示すように、クラッチ切換体６１が、フォーク体８９に連動してＣ方向に移動し、高速段クラッチ５５の係合部材５８から離反する。これにより、図８に示すように、係合部材５６が付勢ばね５７の付勢力によって起立姿勢に切り換わり、合力伝達体２９と高速段変速歯車４１との間が接続される。

この状態でペダル８を踏み込むことにより、クランク軸７ａが回転し、人力伝達体２８と連動筒体２３とが回転する。このとき、連動筒体２３は、回転方向において、低速段クラッチ５１を介して低速段変速歯車３６に接続されている。このため、連動筒体２３の回転が低速段変速歯車３６に伝達される。

また、モータ２１が駆動されてモータ回転軸２１ａが回転されることにより、減速機構２５の第１の減速歯車３７と中間軸４４とが回転する。これに伴い、第２および第３の減速歯車３８、３９が回転し、第２の減速歯車３８の回転が低速段変速歯車３６に伝達され、第３の減速歯車３９の回転が高速段変速歯車４１に伝達される。

これにより、低速段変速歯車３６と高速段変速歯車４１とがそれぞれ回転し、この際、高速段変速歯車４１は、回転方向において、高速段クラッチ５５を介して合力伝達体２９に接続されている。従って、高速段変速歯車４１の回転が合力伝達体２９に伝達されて、合力伝達体２９が回転し、この際、合成駆動力が高速段変速歯車４１から合力伝達体２９に伝達され、合成駆動力によって合力伝達体２９が回転する。

このとき、低速段変速歯車３６と高速段変速歯車４１とがそれぞれ回転しているが、ギヤ比の違いによって、高速段変速歯車４１の回転速度が低速段変速歯車３６の回転速度よりも高速となる。これにより、合力伝達体２９の回転速度も低速段変速歯車３６の回転速度より高速となり、図９に示すように、低速段クラッチ５１の係合部材５２が合力伝達体２９の歯部２９ｄに係合せず、低速段変速歯車３６は空回り状態に保たれる。

また、低速段に切り換えた場合（図５、図６参照）における低速段変速歯車３６から合力伝達体２９に伝達される合力のトルクは、高速段に切り換えた場合（図８、図９参照）における高速段変速歯車４１から合力伝達体２９に伝達される合力のトルクよりも大きい。

したがって、例えば電動アシスト自転車１で上り坂を走行する場合などにおいて、手元操作部１８を操作して低速段を選択することにより、高トルクの合力が後輪４に伝達されるため、モータ２１や搭乗者の負荷を軽減することができる。また、平坦な路面等を走行中に走行速度を高くしたい場合などにおいて、手元操作部１８を操作して高速段を選択することにより、合力伝達体２９のトルクは低下するが合力伝達体２９の回転速度が高くなるため、後輪４の回転速度が上がり、容易に電動アシスト自転車１の走行速度を上げることができる。

ところで、上記の構成において、高速段から低速段に変速する場合には、クラッチ切換体６１を高速段クラッチ５５の係合部材５６に当接させて、高速段クラッチ５５の係合部材５６を合力伝達体２９に対して接続姿勢から切断姿勢となるように変更する構成である。この場合に、高速段クラッチ５５の係合部材５６が合力伝達体２９に大きな力で接続されている（係合している）場合には、高速段クラッチ５５の係合部材５６を合力伝達体２９に対して切断姿勢とすることが困難となるおそれがある。また、強引に、高速段クラッチ５５の係合部材５６を合力伝達体２９に対して切断姿勢に切り換えようとすると、高速段クラッチ５５や合力伝達体２９、あるいは、クラッチ切換体６１の係合部材５６に当接させる箇所などが損傷するなどして、信頼性が低下する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態では、クラッチ切換体６１が高速段クラッチ５５に当接した際に、高速段クラッチ５５を合力伝達体２９に対して接続姿勢から切断姿勢となるようにクラッチ切換体６１から高速段クラッチ５５に力を与える力付与機構が設けられている。したがって、高速段から低速段に変速する際に、クラッチ切換体６１を高速段クラッチ５５に当接させることで、高速段クラッチ５５が切断姿勢となるように力を付与されて、良好に変速動作を行うことが可能となる。

具体的には、力付与機構の１つとしてクラッチ切換体６１には複数のカム面６１ｆが形成されている。したがって、当該電動アシスト自転車１が走行中である場合には、高速段クラッチ５５の係合部材５６は、クランク軸７ａと同じ軸心を中心として所定方向に公転している一方で、クラッチ切換体６１は回転していない。また、この際、電動変速機構７０により駆動体７９は、図１６に示す位置から図１５に示すような位置まで回動され、これにより、ばね６９の付勢力が、連動筒６６やフォーク体６５を介してクラッチ切換体６１に作用する。

このように、高速段クラッチ５５の係合部材５６が回転しており、ばね６９の付勢力により、クラッチ切換体６１が、図２６に示す状態から、図２７、図２８に示すように、Ｃ方向（この実施の形態では右側）に移動される。この結果、クラッチ切換体６１のカム面６１ｆに高速段クラッチ５５の係合部材５６が嵌り込み、さらに、高速段クラッチ５５の係合部材５６が回転（公転）することで、図２９、図３０に示すように、係合部材５６はカム面６１ｆに沿いながら傾倒方向に力を与えられて、傾倒状態となる。このように、係合部材５６が傾倒状態となった場合には、高速段クラッチ５５が切断状態となるので、良好に低速段への変速動作を行うことができる。

但し、クラッチ切換体６１には複数のカム面６１ｆは、図１９、図２０に示すように、係合部材５６がクランク軸７ａの軸心方向に沿って出退自在に入り込む箇所の手前側ほど広がるように傾斜して形成されている。これにより、高速段クラッチ５５の係合部材５６が合力伝達体２９に極めて大きい力で接続されている場合には、クラッチ切換体６１のカム面６１ｆの傾斜により、図３１、図３２に示すように、ばね６９の付勢力に抗してクラッチ切換体６１がＤ方向に移動して、高速段クラッチ５５は接続状態が保持される。したがって、強引に、高速段クラッチ５５の係合部材５６を合力伝達体２９に対して切断姿勢に切り換えられて、高速段クラッチ５５や合力伝達体２９、あるいは、クラッチ切換体６１の係合部材５６に当接させる箇所などが損傷することがなくなり、信頼性が低下することを防止できる。なお、この後も、高速段クラッチ５５の係合部材５６は、その公転に伴って、隣接するカム面６１ｆに嵌り込み、高速段クラッチ５５の係合部材５６が合力伝達体２９に接続されている際の力が減少した段階で係合部材５６が傾倒されて、低速段への変速動作が行われる。

また、他の力付与機構としてクラッチ切換体６１には、クラッチ切換体６１の右側部内周に、端面に近づくほど径方向外側へ傾斜しながら拡がる面取り形状部６１ｄ（図１６〜図２０など参照）が形成されている。この面取り形状部６１ｄは、クラッチ切換体６１がクランク軸７ａの軸心方向に沿って右方向に移動されることで高速段クラッチ５５の係合部材５６に左側方から当接してこの係合部材５６が傾倒するように荷重を付与する。また、クラッチ切換体６１におけるカム面６１ｆが形成されている箇所のクランク軸７ａの軸心方向奥側（左側）にも面取り形状部６１ｇが形成されている。

この構成により、当該電動アシスト自転車１が停止されている状態でも、手元操作部１８が操作されて高速段から低速段への変速指示が行われた場合には、クラッチ切換体６１が、クランク軸７ａの軸心方向に沿って右方向に移動されるため、クラッチ切換体６１がクラッチ切換体６１の係合部材５６に当接した場合に、面取り形状部６１ｄに当接して、係合部材５６が傾倒されたり、あるいは、カム面６１ｆの箇所に嵌り込んだ後に、このカム面６１ｆに続く面取り形状部６１ｇに当接して、係合部材５６が傾倒されたりする。すなわち、この場合にも、良好に低速段への変速動作が行われる。

また、本実施の形態では、ハンドル５に取り付けられた変速段手元操作部１８の搭乗者による操作に応じて切換用モータ７２が駆動されて駆動体７９が移動され、これにより、クラッチ切換体６１に連動する連動部品としての切換体移動部６２（フォーク体６５、切換軸６３および連動筒６６など）が高速段切換位置Ｈ側から低速段切換位置Ｌ側に移動したことを位置検知センサ８１により検知した際には、制御部２４により補助駆動力を一時的に低下させるようにモータ２１が制御される。これにより、高速段クラッチ５５の係合部材５６が高速段変速歯車４１の歯部４１ｄから外れて切断し易くなり、変速を行い易くなって利便性が向上する。

さらに、本実施の形態では、図１３、図１４に示すように、高速段クラッチ５５の係合部材５６における爪部５６ｂの背面部に外周側に向けて山形状に盛り上げられてなる肉盛り部５６ｄが形成されている。これにより、高速段クラッチ５５の係合部材５６が高速段変速歯車４１の歯部４１ｄに係合した場合に、噛み合い部分のせん断荷重のかかる部位の断面積が、肉盛り部５６ｄが形成されていない従来の一般的な係合部材５８のものよりも、増加して、爪部５６ｂ先端の角部５６ｂ’が削れるなどして損傷することを防止できる。これにより高速段クラッチ５５、ひいては、変速段切換機構６０などの信頼性を向上させることができる。

また、高速段クラッチ５５の係合部材５６に肉盛り部５６ｄが形成されているので、高速段から低速段に切り換えるために、係合部材５６がクラッチ切換体６１のカム面６１ｆに当接する際に、この肉盛り部５６ｄが、カム面６１ｆにおける比較的広幅の部分で当接して、安定して係合部材５６を傾倒させることができる。これによっても、変速段切換機構６０などの信頼性を向上させることができる。

また、本記実施の形態では、クラッチ切換体６１や切換体移動部６２を移動させて変速段を切り換える切換体移動機構として電動変速機構７０が設けられているため、手元操作部１８の操作をワイヤなどを用いて伝達する場合のように、長期間の使用により、ワイヤが伸びて、クラッチ切換体６１や切換体移動部６２への変速動作が不良となったり、定期的な調整などを要したりしなくても済む利点がある。

また、本記実施の形態では、クラッチ切換体６１や切換体移動部６２を移動させる駆動体７９の位置を、磁石やリニアホールＩＣからなる位置検出センサ８１により、低速段および高速段およびこれらの間の中間位置などを含めた、直線または曲線状に位置を多段階（無数段階）で検出することが可能である。すなわち、少ない部品点数で駆動体７９の位置を高精度で検出できる利点もある。

但し、これに限るものではなく、クラッチ切換体６１や切換体移動部６２を移動させて変速段を切り換える切換体移動機構として電動変速機構７０に代えて、手元操作部１８の操作による変動状態を、ワイヤなどを用いてクラッチ切換体６１や切換体移動部６２に伝達する構成としてもよいことはもちろんである。

また、上記実施の形態では、高速段クラッチ５５の係合部材５６を４つ設けた場合を述べたが、これに限るものではなく、１つ、または４つ以外の複数設けてもよいが、複数設けることが好ましい。また、クラッチ切換体６１のカム面６１ｆを、高速段クラッチ５５の係合部材５６と同数設けた場合を述べたが、これに限るものではなく、クラッチ切換体６１のカム面６１ｆを、高速段クラッチ５５の係合部材５６の数の整数倍（ただし２以上の整数）設けてもよい。この構成によれば、クラッチ切換体６１のカム面６１ｆを高速段クラッチ５５の係合部材５６と同数設けた場合と比較して、クラッチ切換体６１を高速段クラッチ５５の係合部材５６に当接させた際に、高速段クラッチ５５の係合部材５６がクラッチ切換体６１のカム面６１ｆに嵌り込む機会が増加するため、係合部材５６が傾倒姿勢になり易くなる。

なお、上記実施の形態では、無端状駆動力伝達体としてチェーン１５を用いて、駆動スプロケット１３からの力を、チェーン１５を介して後スプロケット１４に伝達する場合を述べた。しかし、これに限るものではなく、無端状駆動力伝達体として歯付きベルトを用いて、駆動スプロケットに相当する駆動ギヤからの力を、歯付きベルトを介して後ギヤに伝達するように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、駆動ユニット２０に２段変速機能を設けた場合を述べた。しかし、これに限るものではなく、減速用歯車として、３段に変速できる１〜３段用の減速歯車と変速用の３つの一方向クラッチ、および２つの選択クラッチなどを設けて、１速時には１速用の一方向クラッチのみが機能し、２速時には１速用の一方向クラッチおよび２速用の一方向クラッチのみが機能し、３速時には、全ての一方向クラッチが機能するように構成してもよい。これにより、３段変速機能を駆動ユニット２０に付加することが可能であり、この場合でも、ニュートラル状態（空回転状態）となることなく、変速させることができる。

また、上記の実施の形態では、高速段クラッチ５５として、一方向クラッチを採用した場合を述べた。しかし、これに限るものではなく、高速段クラッチ５５として、一方向クラッチに代えて、多板クラッチ、ドッグクラッチなどを用いてもよい。

本発明は、ペダルからの踏力による人力駆動力に、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アシスト自転車に適用可能である。

１ 電動アシスト自転車
２ フレーム
３ 前輪
４ 後輪
７ クランク
７ａ クランク軸
８ ペダル
１２ バッテリ（蓄電器）
１３ 駆動スプロケット（駆動力出力輪体）
１４ 後スプロケット（後部輪体）
１５ チェーン（無端状駆動力伝達体）
１７ 変速機構
１８ 変速段手元操作部
２０ 駆動ユニット
２１ モータ
２２ ユニットケース
２３ 連動筒体
２４ 制御部
２５ 減速機構
２８ 人力伝達体
２９ 合力伝達体
３０ 一方向クラッチ（補助駆動力切断用の一方向クラッチ）
３１ トルクセンサ（人力検知部）
３６ 低速段変速歯車
３７〜３９ 第１〜第３の減速歯車
４１ 高速段変速歯車
４４ 中間軸
４７ 一方向クラッチ（人力駆動力切断用の一方向クラッチ）
５１ 低速段クラッチ
５５ 高速段クラッチ
５６ 係合部材
５６ｂ 爪部
５６ｄ 肉盛り部
６０ 変速段切換機構
６１ クラッチ切換体
６１ｄ 面取り形状部（力付与機構）
６１ｆ カム面（力付与機構）
６１ｇ 面取り形状部（力付与機構）
６２ 切換体移動部
６３ 切換用案内軸
６５ フォーク体
７０ 電動変速機構

Claims (14)

1. ペダルからの踏力による人力駆動力に、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アシスト自転車に設けられる駆動ユニットであって、
   人力駆動力により回転されるクランク軸と、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって回転自在な合力伝達体と、合力伝達体の回転が伝達される駆動力出力輪体と、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体に伝達する変速機構と、を備え、
   クランク軸と合力伝達軸とが同軸に配設され、
   変速機構は、低速段変速歯車および高速段変速歯車を含む複数の変速歯車と、高速段変速歯車の駆動力を合力伝達体に伝達可能な高速段クラッチと、高速段クラッチに係脱自在とされ、選択された変速段に応じて移動されるクラッチ切換体と、を備え、
   クラッチ切換体が高速段クラッチに当接した際に、高速段クラッチを合力伝達体に対して接続姿勢から切断姿勢となるようにクラッチ切換体から高速段クラッチに力を与える力付与機構が設けられ、
   変速機構は、人力駆動力と補助駆動力とが合成されてなる合力を変速することを特徴とする駆動ユニット。
   ていることを特徴とする駆動ユニット。
2. 変速機構は、低速段変速歯車の駆動力を合力伝達体に伝達可能な低速段クラッチを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。
3. ペダルからの踏力による人力駆動力に、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アシスト自転車に設けられる駆動ユニットであって、
   人力駆動力により回転されるクランク軸と、人力駆動力と補助駆動力とが合成された合力によって回転自在な合力伝達体と、合力伝達体の回転が伝達される駆動力出力輪体と、ギヤ比の異なる複数の選択可能な変速段を有して駆動力を合力伝達体に伝達する変速機構と、を備え、
   クランク軸と合力伝達軸とが同軸に配設され、
   変速機構は、低速段変速歯車および高速段変速歯車を含む複数の変速歯車と、高速段変速歯車の駆動力を合力伝達体に伝達可能な高速段クラッチと、高速段クラッチに係脱自在とされ、選択された変速段に応じて移動されるクラッチ切換体と、を備え、
   クラッチ切換体が高速段クラッチに当接した際に、高速段クラッチを合力伝達体に対して接続姿勢から切断姿勢となるようにクラッチ切換体から高速段クラッチに力を与える力付与機構が設けられ、
   変速機構は、低速段変速歯車の駆動力を合力伝達体に伝達可能な低速段クラッチを有し、
   クランク軸の外周に、人力駆動力が伝達される人力伝達体が配設され、人力伝達体に人力駆動力を検出するトルクセンサの磁歪発生部が形成され、クランク軸の軸心方向に対して、磁歪発生部と駆動力出力輪体との間の位置に変速機構の高速段クラッチと低速段クラッチとが配設されていることを特徴とする駆動ユニット。
4. 高速段クラッチは、高速段変速歯車およびクラッチ切換体に係脱自在の係合部材を有し、
   クラッチ切換体が係合部材に係合して係合部材が傾倒姿勢にされることで、係合部材が高速段変速歯車から離脱して、高速段変速歯車から合力伝達体への駆動力が伝達されない切断状態とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動ユニット。
5. 高速段クラッチは、高速段変速歯車およびクラッチ切換体に係脱自在の係合部材を有し、
   係合部材は、合力伝達体または合力伝達体に連動する連動回転体から起立傾倒自在に配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動ユニット。
6. 高速段クラッチは、高速段変速歯車およびクラッチ切換体に係脱自在の係合部材を有し、
   力付与機構としてクラッチ切換体にカム面が形成され、このカム面は、係合部材が摺接しながらクランク軸と同じ軸心を中心として所定方向に公転することで係合部材が傾倒するように荷重を付与することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動ユニット。
7. クラッチ切換体のカム面が、係合部材がクランク軸の軸心方向に沿って出退自在に入り込む箇所の手前側ほど広がるように傾斜して形成されていることを特徴とする請求項６に記載の駆動ユニット。
8. クラッチ切換体のカム面が、高速段クラッチの係合部材の数の整数倍（ただし２以上の整数）設けられていることを特徴とする請求項６に記載の駆動ユニット。
9. 高速段クラッチは、高速段変速歯車およびクラッチ切換体に係脱自在の係合部材を有し、
   力付与機構としてクラッチ切換体に面取り形状部が形成され、この面取り形状部は、クラッチ切換体がクランク軸の軸心方向に沿って移動されることで係合部材が傾倒するように荷重を付与することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動ユニット。
10. クラッチ切換体にカム面が形成されている箇所のクランク軸の軸心方向奥側に、係合部
    材がクランク軸の軸心方向に沿って出退自在に入り込む箇所の手前側ほど広がるように傾斜する面取り形状部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の駆動ユニット。
11. 高速段クラッチは、高速段変速歯車およびクラッチ切換体に係脱自在の係合部材を有し、
    高速段クラッチの係合部材における爪部の背面部に外周側に向けて山形状に盛り上げられてなる肉盛り部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動ユニット。
12. 高速段クラッチおよび低速段クラッチが、クランク軸および合力伝達軸と同じ軸心を中心として公転するように配設されていることを特徴とする請求項２または３に記載の駆動ユニット。
13. クランク軸と、モータとが、互いに異なる軸心を中心として回転するように配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の駆動ユニット。
14. 請求項１〜１３の何れか１項に記載の駆動ユニットを備えた電動アシスト自転車であって、
    後輪に後部輪体が設けられ、
    駆動力出力輪体と後部輪体とに無端状の駆動力伝達体が掛け渡されていることを特徴とする電動アシスト自転車。

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