JPH08304194A - 自転車用トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自転車のトルクを液圧を介して検出するよう
にして、ダイレクトなフィーリングが得られるようにす
ると共に、装置の小型軽量化を図って、設計の自由度を
増すこと。 【構成】 自転車のクランク軸４にスプロケット６を回
転自在に設けると共に、このスプロケット６のボス部に
太陽歯車１５を形成する。クランク軸４とスプライン嵌
合した回転体１８をキャリヤとして太陽歯車１５と噛合
する遊星歯車１９を回転自在に枢支し、この遊星歯車１
９と噛合する内歯歯車２１を車体３に対してわずかな角
度だけ回動可能に設ける。この内歯歯車２１よりアーム
２２を突設し、このアーム２２の端部と対向する位置に
オイルハウジング２３を設け、このオイルハウジング２
３内に密嵌したプレス板２４の外面にアーム２２の端部
を係合し、オイルハウジング２３内の油圧を検出する圧
力センサー２５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主に、電動モータを補助
動力とする自転車の駆動トルクの検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電動モータを補助動力とする自転車は、
その人力による駆動トルクに応じて補助動力を出力する
ようになっているため、人力による駆動トルクの検出装
置が必要である。このトルク検出装置としては、自転車
のクランク軸部に組み込まれた装置によって機械的に検
出するもの、および駆動用チェーンの張力によってトル
クを検出する装置が従来装置として知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の機械的トルク検出装置は、機械的な変位をトルク
の大小と判断しているので、その変位分だけの機械的な
逃げを機構上必要とするから、駆動力としての踏力を実
際にクランクペダルにかけた場合に、前記した逃げの分
だけクランクペダルの作動に遊びが生じるため、トルク
検出上ダイレクトなフィーリングが得られないという問
題点があった。

【０００４】また従来の機械的トルク検出装置による変
位測定方式では、その変位方向が機械的に限定されてし
まうので、機械的構成やセンサーの配置に自由度が少な
いから、その制約を越えて設計するには、変位方向の変
換が必要となるため、構成部品の点数が増加すると共
に、重量も増大する結果、製造コストも嵩むという問題
点があった。

【０００５】また駆動用チェーンの張力によってトルク
を検出する装置は、車輪を車体に組み付ける場合に、チ
ェーンの張り具合によってトルクの検出値にばらつきが
生じやすいため、トルクの検出が不正確になるという問
題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため本発明においては、自転車のクランク軸に駆動チェ
ーン用スプロケットを回転自在に設けると共に、このス
プロケットのボス部に太陽歯車を形成し、前記クランク
軸と共に回転するようにした回転体をキャリヤとして前
記太陽歯車と噛合する遊星歯車を回転自在に枢支し、こ
の遊星歯車と噛合する内歯歯車を車体に対してわずかな
角度だけ回動可能に設けると共に、この内歯歯車よりア
ームを突設し、このアームの端部と対向する位置にオイ
ルハウジングを設け、このオイルハウジング内に密嵌し
たプレス板の外面に前記アームの端部を係合し、このオ
イルハウジング内の油圧を検出する圧力センサーを設け
て自転車用トルク検出装置を構成する。

【０００７】また本発明においては、自転車のクランク
軸に駆動チェーン用スプロケットを回転自在に設けると
共に、このスプロケットのボス部に太陽歯車を形成し、
前記クランク軸と共に回転するようにした回転体をキャ
リヤとして前記太陽歯車と噛合する遊星歯車を回転自在
に枢支し、この遊星歯車と噛合する内歯歯車を車体に対
してわずかな角度だけ回動可能に設けると共に、この内
歯歯車よりアームを突設し、このアームの端部と対向す
る位置にオイルハウジングを設け、このオイルハウジン
グ内に密嵌したプレス板の外面に前記アームの端部を係
合し、このオイルハウジング内の油室の径を奥に向かっ
て縮小し、この縮小した孔内にピストンを摺動自在に設
け、このピストンの外側端部にポテンションメータのセ
ンサーロッドを係合して自転車用トルク検出装置を構成
する。

【０００８】また本発明においては、自転車のクランク
軸に駆動チェーン用スプロケットを回転自在に設けると
共に、このスプロケットと一体的に従動円板体を設け、
この従動円板体と対向する駆動円板体を前記クランク軸
にスプライン嵌合し、この駆動円板体と前記従動円板体
との接合面に互に嵌合する山形突起と凹部を設け、前記
駆動円板体の他側に中空リング状のオイルハウジングを
設け、このオイルハウジング内に密嵌したリング状のプ
レス板の外面と前記駆動円板体との間にスラストベアリ
ングを介装し、前記オイルハウジング内の油圧を検出す
る圧力センサーを設けて自転車用トルク検出装置を構成
する。

【０００９】

【作用】上述のように本発明のトルク検出装置は、クラ
ンクアームのペダル踏力を油圧に変換して、その油圧を
測定してトルクを検出するようにしている。そして密閉
容器内の油圧は、圧力をかけた場合に機械的な移動量な
しで油圧が変化するから、本発明装置によれば、トルク
検出上ダイレクトなフィーリングが得られる。

【００１０】また密閉容器内の油圧は、容器のどの位置
で測定しても同じであるから、本発明によれば、圧力伝
達機構や、センサー配置上の制約が少なくなって設計上
の自由度が高まる。

【００１１】また第２発明のようにした場合は、油圧の
検出をポテンションメータ（変位検出センサー）によっ
て検出することができるし、第３発明のようにした場合
は、踏力を広い受圧面積のプレス板を介して密閉油室に
伝えるから、その圧力を分散することができる。すなわ
ち圧力センサーに作用する圧力を低くすることによっ
て、密閉油室周辺の部材の強度を低くできると共に、圧
力センサーを小型軽量化することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を説明す
る。図中１（図１参照）は自転車の前輪、２は後輪、３
は車体（フレーム）、３ａはメインパイプ、３ｂは立パ
イプ、３ｃはチェーンステー、４はクランク軸、５はク
ランクアーム、６はクランク軸４に固着した前スプロケ
ット、７は後車軸、８は後車軸７に嵌装した後スプロケ
ット、９は前スプロケット６と後スプロケット８にかけ
渡したチェーンである。

【００１３】また１０は補助電動装置用の電源であるバ
ッテリー、１１はコントローラ、１２はモーターおよび
伝動歯車等よりなる補助電動ユニットであり、１３（図
１〜５参照）は本発明に係るフレーム３のハブ部に設け
たトルク検出ユニットである。

【００１４】図１〜図５は本発明の第１実施例を示すも
ので、本実施例においては、図４および図５に詳細に示
すように、駆動チェーン用の前スプロケット６を中空円
筒１４の一端部に螺合して固着すると共に、この中空円
筒１４の他端部に太陽歯車１５を形成し、この中空円筒
１４をローラベアリング１６を介してクランク軸４に回
転自在に設ける。１７はローラベアリング１６の両側端
のクランク軸４に嵌装した止め輪である。

【００１５】また前記太陽歯車１５と隣接してほぼ円板
状の回転体１８をクランク軸４とスプライン嵌合して設
ける。４ａ（図４参照）はクランク軸４に形成したスプ
ライン部である。また回転体１８をキャリヤとして前記
太陽歯車１５と噛合する４個の遊星歯車１９を軸２０に
より回転自在に枢支する。

【００１６】また前記４個の遊星歯車１９と噛合する内
歯歯車２１を車体３に対してわずかな角度だけ回動可能
に設けると共に、この内歯歯車２１よりアーム２２を突
設し、このアーム２２の端部２２ａと対向する位置にオ
イルハウジング２３を設け、このオイルハウジング２３
内に密嵌したプレス板２４の外面に前記アーム２２の端
部２２ａを係合し、このオイルハウジング２３内の油圧
を検出する圧力センサー２５を設ける。２５ａはオイル
ハウジング２３に対して螺合した圧力センサー２５の圧
力導入部、２５ｂはセンサーケーブル、２６はシールパ
ッキンである。

【００１７】また２７は前記した各構成部材を外包する
ハウジングで、その一側のボス部２７ａは軸受２８を介
してクランク軸４に連結しており、他側の開放側にはサ
イドカバー２９がボルト３０（図２，３参照）によって
取り付けられている。３１はサイドカバー２９と前記中
空円筒１４との間に設けた軸受、３２ａ，３２ｂは内歯
歯車２１の外周面とハウジング２７の内周面との間に介
挿したニードルローラ、２３ａはオイルハウジング２３
と一体に形成したクランク軸嵌合部である。

【００１８】３３はクランク軸嵌合部２３ａと前記キャ
リヤ１８との間のクランク軸４に嵌合したカラー、１７
は止め輪、２７ｂはハウジング２７と一体に形成した圧
力センサー収納部、２７ｃ（図５参照）はチェーンステ
ー取り付け部、３４はオイルハウジング２３とプレス板
２４との間に介挿したウェーブワッシャーである。

【００１９】図６は第２実施例を示すもので、図中前記
符号と同一の符号は同等のものを示している。第１実施
例との相違点のみを説明すれば次の通りである。

【００２０】本実施例においては、オイルハウジング２
３内の油圧２３ａの径を奥に向って縮小し、この縮小し
た孔２３ｂ内にピストン３５を設け、このピストン３５
には鍔部３５ａを突設し、この鍔部３５ａが移動できる
オイルハウジング２３内の空室２３ｃにコイルばね式の
戻しばね３６を設け、空室２３ｃの開口部に螺合したば
ね止め３７によってセットする。３８はオイルハウジン
グ２３にねじ部３８ａを介して螺合したポテンションメ
ータで、３８ｂはばね止め３７を貫通してピストン３５
と衝合させたセンサーロッド、３８ｃはセンサーケーブ
ルである。

【００２１】また図７および図８は第３実施例を示すも
ので、図中前記符号と同一の符号は同等のものを示して
いる。第１実施例との相違点のみを説明すれば次の通り
である。

【００２２】本実施例においては、前スプロケット６と
螺合した中空円筒体１４の内側端部に従動円板体３９を
設け、この従動円板体３９と対向する駆動円板体４０を
前記クランク軸４にスプライン嵌合し、この駆動円板体
４０の従動円板体３９との接合面に図７に示すような山
形突起４０ａを突設するとともに、従動円板体３９にこ
の山形突起４０ａと嵌合する凹部３９ａを設け、前記駆
動円板体４０の他側に中空リング状のオイルハウジング
４１を設け、このオイルハウジング４１内に密嵌したリ
ング状のプレス板４２の外面と前記駆動円板体４０との
間にスラストベアリング４３を介装し、前記オイルハウ
ジング４１内の油圧を検出する圧力センサー２５を設け
る。

【００２３】図中４４はキャップ、４５はクランク軸４
とオイルハウジング４１の内周面との間に介挿したロー
ラーベアリング、４６は駆動円板体４０と従動円板体３
９との間に介挿したウェーブワッシャーである。

【００２４】つぎに上述のように構成した本発明装置の
作用を説明する。前ギヤ６が回転することによってチェ
ーン９、後ギヤ８を介して後輪２が回転して自転車が前
進する。この場合図１〜図５の第１実施例で、前スプロ
ケット６を介してキャリヤ１８が図５の矢印Ａ方向に回
転すると、各遊星歯車１９は矢印Ａ方向に公転すると共
に、矢印Ｂ方向に自転するが、その場合内歯歯車２１に
矢印Ｃ方向の反力が生ずる。そしてこの矢印Ｃ方向の反
力がアーム２２を介してプレス板２４に作用するため、
オイルハウジング２３内の油圧が前記反力の大小に応じ
て昇降する。この発生した油圧は圧力センサー２５によ
って検出され、センサーケーブル２５ｂを介して前記コ
ントローラ１１に送られるから、このコントローラ１１
によって補助電動ユニット１２が制御される。

【００２５】また図６の装置では、オイルハウジング２
３の油室２３ａ内の油がプレス板２４によって上方へ押
されると、油室２３ａは奥に向かって径が縮小している
ため、プレス板２４がわずかに上昇してもピストン３５
は大きく上方へ移動する。すなわちピストン３５の上端
が戻しばね３６に抗してポテンションメータ３８のセン
サーロッド３８ｂを押すことによってトルクを検出する
ことができる。

【００２６】また図７および図８の装置では、クランク
軸４からスプライン部４ａを介して駆動回転体４０に図
７の矢印Ｄ方向の回転力が作用すると、山形突起４０ａ
と凹部３９ａとの斜面の作用によって駆動円板体４０に
矢印Ｅ方向の力が作用するため、スラストベアリング４
３およびプレス板４２を介してオイルハウジング４１内
の油圧がトルクに比例して上昇する。この油圧を圧力セ
ンサー２５によって検出することによりトルクを検出す
ることができる。

【００２７】

【発明の効果】上述のように本発明のトルク検出装置
は、クランクアームのペダル踏力を油圧に変換して、そ
の油圧を測定してトルクを検出するようにしている。そ
して密閉容器内の油圧は、圧力をかけた場合に機械的な
移動量なしで油圧が変化するから、本発明装置によれ
ば、トルク検出上ダイレクトなフィーリングが得られる
という効果が得られる。

【００２８】また密閉容器内の油圧は、容器のどの位置
で測定しても同じであるから、本発明によれば、圧力伝
達機構や、センサー配置上の制約が少なくなって設計上
の自由度が高まるから製造上有利である。また本発明に
よれば、従来装置のように、トルクを直接受けるばね材
が不要になると共に、作動不良や機械部の固着等の異常
発生がなくなり、安定したトルク検出ができる。

【００２９】また第２発明のようにした場合は、油圧の
検出をポテンションメータ（変位検出センサー）によっ
て検出することができるし、第３発明のようにした場合
は、踏力を広い受圧面積のプレス板を介して密閉油室に
伝えるから、その圧力を分散することができる。すなわ
ち本発明によれば、圧力センサーに作用する圧力を低く
することによって、密閉油室周辺の部材の強度を低くで
きると共に、圧力センサーを小型軽量化することができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を付した自転車の側面図である。

【図２】本発明装置の正面図である。

【図３】本発明装置の背面図である。

【図４】図３の断面図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線による側断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す側断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を一部断面で示す背面図で
ある。

【図８】図７の断面図である。

【符号の説明】

１ 前輪 ２ 後輪 ３ 車体（フレーム） 3a メインパイプ 3b 立パイプ 3c チェーンステー ４ クランク軸 ５ クランクアーム ６ 前スプロケット ７ 後車軸 ８ 後スプロケット ９ チェーン 10 バッテリー 11 コントローラ 12 補助電動ユニット 13 トルク検出ユニット 14 中空円筒 15 太陽歯車 16 ローラベアリング 17 止め輪 18 回転体（キャリヤ） 19 遊星歯車 20 軸 21 内歯歯車 22 アーム 23 オイルハウジング 23a クランク軸嵌合部 24 プレス板 25 圧力センサー 25a 圧力導入部 25b センサーケーブル 26 シールパッキン 27 ハウジング 28 軸受 29 サイドカバー 30 ボルト 31 軸受 32a ，32b ニードルローラ 33 カラー 34 ウェーブワッシャー 35 ピストン 35a 鍔部 36 戻しばね 37 ばね止め 38 ポテンションメータ 38a ねじ部 38b センサーロッド 38c センサーケーブル 39 従動円板体 39a 凹部 40 駆動円板体 40a 山形突起 41 オイルハウジング 42 プレス板 43 スラストベアリング 44 キャップ 45 ローラーベアリング 46 ウェーブワッシャー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 俊晴 埼玉県上尾市中妻３−１−１ ブリヂスト ンサイクル株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車のクランク軸に駆動チェーン用ス
   プロケットを回転自在に設けると共に、このスプロケッ
   トのボス部に太陽歯車を形成し、前記クランク軸と共に
   回転するようにした回転体をキャリヤとして前記太陽歯
   車と噛合する遊星歯車を回転自在に枢支し、この遊星歯
   車と噛合する内歯歯車を車体に対してわずかな角度だけ
   回動可能に設けると共に、この内歯歯車よりアームを突
   設し、このアームの端部と対向する位置にオイルハウジ
   ングを設け、このオイルハウジング内に密嵌したプレス
   板の外面に前記アームの端部を係合し、このオイルハウ
   ジング内の油圧を検出する圧力センサーを設けたことを
   特徴とする自転車用トルク検出装置。
2. 【請求項２】 自転車のクランク軸に駆動チェーン用ス
   プロケットを回転自在に設けると共に、このスプロケッ
   トのボス部に太陽歯車を形成し、前記クランク軸と共に
   回転するようにした回転体をキャリヤとして前記太陽歯
   車と噛合する遊星歯車を回転自在に枢支し、この遊星歯
   車と噛合する内歯歯車を車体に対してわずかな角度だけ
   回動可能に設けると共に、この内歯歯車よりアームを突
   設し、このアームの端部と対向する位置にオイルハウジ
   ングを設け、このオイルハウジング内に密嵌したプレス
   板の外面に前記アームの端部を係合し、このオイルハウ
   ジング内の油室の径を奥に向かって縮小し、この縮小し
   た孔内にピストンを摺動自在に設け、このピストンの外
   側端部にポテンションメータのセンサーロッドを係合し
   たことを特徴とする自転車用トルク検出装置。
3. 【請求項３】 自転車のクランク軸に駆動チェーン用ス
   プロケットを回転自在に設けると共に、このスプロケッ
   トと一体的に従動円板体を設け、この従動円板体と対向
   する駆動円板体を前記クランク軸にスプライン嵌合し、
   この駆動円板体と前記従動円板体との接合面に互に嵌合
   する山形突起と凹部を設け、前記駆動円板体の他側に中
   空リング状のオイルハウジングを設け、このオイルハウ
   ジング内に密嵌したリング状のプレス板の外面と前記駆
   動円板体との間にスラストベアリングを介装し、前記オ
   イルハウジング内の油圧を検出する圧力センサーを設け
   たことを特徴とする自転車用トルク検出装置。