JPH09169291A - ペダルアシスト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンを定速回転させたアシスト駆動系の
提供。 【解決手段】 アシスト駆動系１５を定回転ガバナスロ
ットルコントロール付のエンジン１６、アキシアル型油
圧ポンプ２０、油圧レギュレター２１、油圧モータ２
２、チャージポンプ２３で構成し、エンジン１６で回転
されることにより油圧ポンプ２０に発生する一定油量を
油圧レギュレター２１から油圧モータ２２へ導入して油
圧モータ２２を回転させることによりアシスト動力を得
る。油圧ポンプ２０を定速回転させるとともに油圧レギ
ュレター２１に設けた定圧バルブ３８のリリーフ圧をペ
ダル踏力に比例して変化させることにより、油圧モータ
２２から踏力に比例したトルクを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ペダル駆動を補
助エンジンの動力でアシストする補助エンジン付自転車
におけるペダルアシスト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特公昭５２−４５０９８号には、ペダル
駆動をアシストするため、踏力に応じてエンジンのスロ
ットルを制御する補助エンジン付自転車が示されてい
る。さらに、特公昭５６−２５０７７号には、車速等の
諸要素をパラメータとしてスロットルをコンピュータ制
御するものが示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アシスト駆
動における必要な動力特性は、エンジンの低回転時に大
きなトルクが得られることであり、トルクを縦軸、回転
数を横軸にとった場合、右下がりのグラフ特性となるこ
とである（図７参照）。

【０００４】しかし、前記従来例ではいずれもこのよう
なエンジンの出力特性を有するものでなく、しかも、ペ
ダル踏力に応じてエンジンの回転数が変化するので、ペ
ダルを踏む毎にエンジンの回転が変化し、音や振動が発
生し易くなる。

【課題を解決するための手段】

【０００５】上記課題を解決するため、請求項１に係る
発明は、補助エンジン付自転車のペダル駆動力をエンジ
ンの動力で補うペダルアシスト装置において、アシスト
駆動系は、負荷に応じてスロットル開度をコントロール
することにより回転を一定に維持する定回転エンジン
と、これにより駆動されて一定油量の加圧油を発生する
油圧ポンプと、この油圧ポンプから供給された加圧油に
より回転してアシスト動力を出力する油圧モータとを備
えるとともに、ペダル踏力に応じて油圧ポンプから油圧
モータへ供給される加圧油の油量をコントロールするバ
ルブを設け、これによりアシスト動力をペダル踏力に比
例して出力させることを特徴とする。

【０００６】請求項２に係る発明は、前記請求項１のペ
ダルアシスト装置において、前記バルブが、油圧ポンプ
と油圧モータを連絡する高圧油路に設けた定圧バルブで
あり、この定圧バルブのリリーフ圧をペダルクランクシ
ャフトに設けたトルク検出手段によりペダル踏力に応じ
て調節することを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて一実施の形
態を説明する。図２はこの補助エンジン付自転車全体の
側面図であり、斜め下がり後方へ延びるボックス型のフ
レーム１の前部にはハンドル軸２が支持されている。

【０００８】ハンドル軸２の上部にはハンドル３が取り
つけられ、下部にはフロントフォーク４を介して前輪５
が支持されている。

【０００９】フレーム１の後端部にリヤフォーク６の前
端部が取りつけられ、この後端部には後輪７が支持さ
れ、フレーム１の後部から上方にはシートポスト８が延
び、その上端部にシート９が取りつけられている。

【００１０】フレーム１内には駆動系部品が収納され、
主動力として、フレーム１から外方ヘ延出するペダル１
０及びペダルクランク１１を介して回転される主スプロ
ケット１２が設けられ、チェーン１３を介して後輪７の
従スプロケット１４を駆動するようになっている。

【００１１】フレーム１の内部にはさらにアシスト駆動
系１５を備え、アシスト駆動系１５を構成するエンジン
１６の上方には燃料タンク１７が収納されている。１８
は気化器である。

【００１２】図１はアシスト駆動系１５の側面図、図３
はその平断面図であり、アシスト駆動系１５はユニット
ケース１９内にエンジン１６、アキシアル型油圧ポンプ
２０、油圧レギュレター２１、アキシアル型の油圧モー
タ２２及びチャージポンプ２３を備えた動力部（図１）
と、この動力部の横に並列されたギヤ列からなる伝達部
を有する（図３）。

【００１３】エンジン１６は、負荷に応じてスロットル
開度を変化させ回転を一定に保つ定回転ガバナスロット
ルコントロール付エンジンであり、その出力軸２４のプ
ライマリギヤ２５はアキシアル型油圧ポンプ２０の入力
軸２６に設けられた第１ギア２７と噛み合っている。

【００１４】入力軸２６には、第１ギア２７の他に、一
体回転する第２ギヤ２８及びローラワンウエイ２９を介
する第３ギヤ３０が設けられ（図３）、第２ギヤ２８は
チャージポンプ２３の第４ギヤ３１（図１）と噛み合
い、その吐出口は油圧ポンプ２０の吸入側へ連通されて
いる。

【００１５】油圧ポンプ２０は入力軸２６とスプライン
結合して一体回転する回転部３２と、入力軸２６と平行
方向へ出入自在に設けられたピストン３３と、入力軸２
６に傾斜するガイド部材３４を備えている。

【００１６】ガイド部材３４はピストン３３が回転時に
その突出端が摺動するように、ピストンの突出端の回転
軌跡に沿って設けられ、一対のレース３４ａ間にニード
ルベアリング３４ｂを挟み、かつ周囲をリング状のベア
リングガイド３４ｃで囲った軸受様の部材である。

【００１７】ピストン３３は入力軸２６の軸周り等間隔
に複数個設けられ、回転部３２の回転に伴って、ピスト
ン３３の突出端がガイド部材３４のガイド面を摺動する
ことにより軸方向へ往復運動するようになっている。

【００１８】油路は、図１に明らかなように、高圧側油
路３５、低圧側油路３６及び両油路を連通する環流路３
７並びにチャージ油路３９からなる。

【００１９】油圧レギュレター２１には、略コ字状をな
す高圧側油路３５が設けられ、その一端側３５ａは油圧
ポンプ２０の吐出部へ接続し、他端側３５ｂは油圧モー
タ２２の流入部へ接続している。

【００２０】連絡部３５ｃの中間部分には定圧バルブ３
８が設けられるとともに、この定圧バルブ３８を介して
環流路３７の一端側が連絡部３５ｃと接続されている。

【００２１】環流路３７の他端側は、油圧モータ２２の
吐出部と油圧ポンプ２０の流入部を接続している低圧側
油路３６の中間部へ接続している。

【００２２】この、低圧側油路３６の中間部には、チャ
ージポンプ２３の吐出部が接続されている。チャージポ
ンプ２３の流入部にはチャージ油路３９が接続され、そ
の先端のストレーナ３９ａから作動油を補充している。

【００２３】油圧モータ２２は、油圧ポンプ２０とほぼ
同様の構造をなし、出力軸４０、これとスプライン結合
された回転部４１、円周方向へ所定間隔で配設された複
数のピストン４２、ガイド部４３を備え、出力軸４０に
は出力ギヤである第４ギヤ４４が設けられている。

【００２４】油圧モータ２２は高圧側油路３５を介して
油圧ポンプ２０から供給される油圧により、図３に明ら
かなように、ピストン４２がガイド部４３方向へ突出す
るように付勢され、その突出端がガイド部４３へ押しつ
けられることにより、回転部４１が回転するようになっ
ている。

【００２５】ピストン４２をガイド部４３方向へ突出さ
せた加圧油は、回転部４１の回転によって降圧し、その
後、油圧モータ２２の吐出部から低圧側油路３６へ戻さ
れる。

【００２６】図３に明らかなように、第４ギヤ４４に続
く減速ギヤ列は、アイドル軸４５に設けられたアイドル
ギヤである大径の第５ギヤ４６と、同軸で小径の第６ギ
ヤ４７と、ファイナルリダクションギヤである第７ギヤ
４８からなっている。

【００２７】第７ギヤ４８は、ペダルクランク１１のシ
ャフト部４９周囲にローラーベアリング５０を介して嵌
装された転動軸５１の周囲にスプラグワンウエイ５２を
介して支持されている。

【００２８】転動軸５１の周囲には、さらに始動用の第
８ギヤ５３が一体回転可能に設けられ、このギヤは第３
ギヤ３０と噛み合っている。転動軸５１の軸端部には主
スプロケット１２が取付けられている。

【００２９】さらに、クランク軸４４のシャフト４９の
周囲には、皿バネ状の反力スプリング６０とトルク検出
部であるトルクカム６１が設けられ、このトルクカム６
１は、互いに軸方向で摺接する合わせ面を形成するバル
ブリフター６２とラチェットボス６３からなる。

【００３０】ラチェットボス６３と転動軸５１の間はラ
チェットワンウエイ５４で連結され、シャフト部４９の
正転方向の回転のみを転動軸５１ヘ伝達するようになっ
ている。符号５５、５６はボールである。

【００３１】バルブリフター６２とラチェットボス６３
の合わせ面には面カムが形成され、バルブリフター６２
は踏力によりバルブリフター６２が一定の変位を起こさ
せるための反力スプリング６０によりラチェットボス６
３へ押し付けられ、ラチェットボス６３はシャフト部４
９のフランジ５６で移動を規制されている。

【００３２】トルクカム６１は、ラチェットボス６３が
シャフト部４９と一体に回転することにより、ペダルク
ランク軸１１へ加えられるトルクに応じてバルブリフタ
ー６２を反力スプリング６０に抗して図の左方へ移動さ
せるようになっている。

【００３３】バルブリフター６２にはバルブリフターア
ーム６５のトルクカム側端部６６が当接し、バルブリフ
ター６２の中央部は軸６７により回動自在に取りつけら
れ、バルブ側端部６８は後述するように定圧バルブ３８
へ当接している。

【００３４】軸６７は初期位置調節ネジ６９を介してユ
ニットケース１９側へ固定され、初期位置調節ネジ６９
を回転させることによりその軸方向へ移動自在であり、
その結果、初期位置調節ネジ６９の軸方向において軸６
７の位置が調節自在になっている。

【００３５】これらのトルクカム６１、反力スプリング
６０及びバルブリフターアーム６５並びに初期位置調節
ネジ６９でトルク検出部が構成されている。なお、反力
スプリング６０はコイルスプリングなど適当な他のバネ
手段であってもよい。

【００３６】図４は定圧バルブ３８と油圧レギュレータ
２１の油路を概略的に示した図であり、この図に示すよ
うに、連絡部３５ｃを横断する方向に形成されたリリー
フ通路７０は還流路３７（図１）と接続するとともに、
この接続部を定圧バルブ３８で開閉される。

【００３７】定圧バルブ３８は、リリーフ通路７０を開
閉するチェックボール７１、ピストン７２、リリーフス
プリング７３、スプリングキャップ７４を備える。ピス
トン７２はシリンダ部７５内を摺動し、その移動によっ
てチェックボール７１を移動させる。

【００３８】リリーフスプリング７３は一端でピストン
７２へ当接し、他端がスプリングキャップ７４で覆わ
れ、スプリングキャップ７４をバルブ側端部６８で押す
ことにより、ピストン７２をシリンダ部７５の内方へ移
動させ、チェックボール７１でリリーフ通路７０を閉じ
る。

【００３９】チェックボール７１がリリーフ通路７０の
内圧に抗してこれを閉じる力、すなわちリリーフ圧は、
バルブ側端部６８からリリーフスプリング７３へ加えら
れる力に比例する。

【００４０】バルブ側端部６８の移動量は、バルブリフ
ターアーム６５のトルクカム側端部６６の移動量に比例
し、トルクカム側端部６６の移動量はペダル踏力に比例
する。したがって、ペダル踏力が大きくなれば比例して
リリーフ圧が高くなるようになっている。

【００４１】リリーフ圧が高くなると、それだけ多くの
油量が高圧側油路３５の他端側３５ｂから油圧モータ２
２へ供給され、油圧モータ２２のトルク出力が大きくな
るので、ペダル踏力に比例した分担トルクを油圧モータ
２２から出力できる。

【００４２】なお、バルブリフターアーム６５の回動中
心をその長さ方向の中央にすれば、軸６７から両端部ま
での距離が一致するので、バルブ側端部６８とトルクカ
ム側端部６６の移動量が１：１で対応する。このレバー
比は任意に設定可能である。

【００４３】リリーフ圧の初期設定は、初期位置調節ネ
ジ６９を軸方向へ進退させることにより軸６７の位置を
移動させ、これによりバルブ側端部６８の初期位置を調
節することによる。

【００４４】したがって、バルブ側端部６８の初期位置
を踏力０のときリリーフ圧も０になるように設定すれ
ば、チェックボール７１はリリーフ通路７０をその内圧
で開放するから、加圧油は油圧ポンプ２０から高圧側油
路３５、リリーフ通路７０、還流路３７、低圧側油路３
６、油圧ポンプ２０の間で循環するだけになり、油圧モ
ータ２２からの出力がなくなる。

【００４５】図５は定圧バルブ３８と油圧レギュレータ
２１の油路を詳細に示した図であり、図６はその６−６
線断面図である。これらの図に示すように、油圧レギュ
レータ２１に連絡部３５ｃを直交して横断する貫通穴を
設けて、これをシリンダ部７５とし、このシリンダ部７
５の一端側（バルブリフターアーム６５と反対側）から
バルブボデイ７６を挿入し、さらにボルト７７を取付け
て固定する。

【００４６】ボルト７７の周囲には雄ネジ部７８を形成
してシリンダ部７５の一端部側に形成された雌ネジ部と
締結する。バルブボデイ７６の高圧側油路３５が交差す
る部分は小径部にしてその外周側に環状溝７９を形成す
る。

【００４７】この環状溝７９とリリーフ通路７０とは、
連絡穴８０で連通される。リリーフ通路７０は、バルブ
ボデイ７６を軸方向へ貫通する穴及びボルト７７の軸方
向穴によって形成される。

【００４８】リリーフ通路７０の定圧バルブ３８側は大
径部８１となり、この大径部８１に変化する部分がテー
パー状の段になったチェックボール７１のシート部８２
となっている。

【００４９】大径部８１の外周部にも環状溝８３が形成
され、貫通穴８４と連通し、チェックボール７１がシー
ト部８２から離れると、リリーフ通路７０は、貫通穴８
４を介して環状溝８３と連通する。

【００５０】この環状溝８３は、図６に明らかなよう
に、環流路３７へ向かって斜めに形成された環流連絡路
８５と貫通穴８４で連通し、この環流連絡路８５は図１
の環流路３７と連通している。

【００５１】したがって、チェックボール７１がシート
部８２から離れた定圧バルブ３８の開弁状態では、加圧
油が、高圧側油路３５、リリーフ通路７０、環状溝８
３、環流連絡路８５、環流路３７の経路で油圧ポンプ２
０へ戻してしまうことになる。

【００５２】なお、図５に明らかなように、高圧側油路
３５の連絡部３５ｃとピストン７２の外周部間を直交す
る背圧通路８６が連通し、さらに空気抜き穴８９（図
６）を設けることにより、ピストン７２の動作をスムー
ズにしている。図５中の符号８７、８８は栓である。

【００５３】次に、本例の作用を説明する。まずペダル
１０を踏んでペダルクランク１１を回転させると、シャ
フト部４９はラチェットワンウエイ５５を介して転動軸
５１と結合され、主スプロケット１２を回転させること
によりチェーン１３を介して後輪７を駆動する。

【００５４】このとき、転動軸５１と第７ギヤ４８の間
はスプラグワンウエイ５２により駆動力の伝達が遮断さ
れる。同時に第８ギヤ５３が転動軸５１と一体回転する
ことにより第３ギヤ３０を回転し、さらにローラワンウ
エイ２９を介して出力軸２４を回転させることによりエ
ンジン１６を始動する。

【００５５】定回転ガバナスロットルコントロール付の
エンジン１６は、始動後の回転がスロットルコントロー
ルにより定速回転し、その回転は出力軸２４、プライマ
リギヤ２５、第１ギア２７を介して入力軸２６へ伝達さ
れ、油圧ポンプ２０の回転部３２を回転する。

【００５６】同時にエンジン１６によって回転される入
力軸２６の回転が第３ギヤ３０の回転よりも早くなるの
で、エンジンの始動後は第３ギヤ３０がローラーワンウ
エイ２９により入力軸２６から分離されて空転し、第３
ギヤ３０及び第８ギヤ５３を始動専用に機能させてい
る。

【００５７】回転部３２の回転によりピストン３３が軸
方向へ往復移動し、その結果、油圧レギュレター２１の
高圧側油路３５へ加圧油を送り出す。油圧ポンプ２０で
発生する油量は、エンジン１６及び回転部３２がそれぞ
れ定速回転するため一定である。

【００５８】この加圧油は油圧レギュレター２１の高圧
側油路３５を介して油圧モータ２２の吸入側へ送られる
が、同時にその一部又は全部が定圧バルブ３８のリリー
フ圧に応じて環流路３７から油圧ポンプ２０へ還流され
る。

【００５９】すなわち、ペダルに踏力の入らない場合、
加圧油（チャージポンプと同じ圧力）の油圧でチェック
ボール７１をシート部８２から離すので、加圧油は定圧
バルブ３８から環流路３７を通り油圧ポンプ２０に環流
し、油圧モータ２２を作動させない。

【００６０】ペダルに踏力が入るとチェックボール７１
がシート部８２へ押し当てられることにより環流路３７
が断たれ、油圧モータ２２を作動させるが、リリーフ圧
よりも高圧側油路３５側の内圧が高くなれば、定圧バル
ブ３８を開いて余分な油量がチェックされ環流する。

【００６１】この定圧バルブ３８のリリーフ圧は、ペダ
ル１０へ加える踏力に比例して変化するから、踏力が大
きくなる程リリーフ量が少なくなる。

【００６２】また、車速が上がると油圧ポンプ２０の排
出量が一定のため図７に示す右下がりの特性曲線にな
る。図７は縦軸にペダルクランク１１へ加わるトルク及
び踏力をとり、横軸にペダルクランク１１の回転数並び
に車速をとったものである。

【００６３】したがって、トルクカム６１で検出された
踏力の分力に比例した分担トルクが決定され、油圧モー
タ２２の第４ギヤ４４から出力され、減速ギヤ列を介し
て第７ギヤ４７へ伝達され、スプラグワンウエイ５２を
介して転動軸５１へ加えられ、ペダル駆動をアシストす
る。

【００６４】このようにすると、アシスト駆動系の動力
は理想的な右下がりの出力特性になるので、ペダルクラ
ンク１１の低速回転時に十分に大きなトルクを得ること
ができ、しかも、踏力に応じて理想的に変化するトルク
特性が得られる。また、踏力に応じてアシストトルクが
得られるため、ペダリング感覚を損なうことがない。

【００６５】また、エンジンの回転数が一定であるた
め、ペダル１０を踏む度にエンジンの回転数が変化する
ことがなく、音や振動が発生しにくくなる。

【００６６】なお、本願発明はこの実施形態に限定され
ず種々変形可能であり、油圧ポンプ及び油圧モータはい
ずれもトロコイド、ギヤその他の油圧ポンプを用いるこ
とができる。

【００６７】また、油圧モータに対する油圧調整は必ず
しも前記のトルク検出部及び定圧バルブ３８によらなく
てもよく、例えば、車速、ペダルクランクの回転数、踏
力等を適当なセンサで検出し、これらに基づいて油圧バ
ルブをマイコン制御してもよい。

【００６８】また、トルク検出部には、反力スプリング
６０及びバルブリフターアーム６５に代えてトーション
バー等を用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 駆動部の側面図

【図２】 ペダルアシスト自転車の側面図

【図３】 駆動部の平断面図

【図４】 トルク調節の概略的な説明図

【図５】 油圧レギュレター部分の詳細図

【図６】 図５の６−６線断面図

【図７】 出力特性図

【符号の説明】

１：フレーム、１０：ペダル、１１：ペダルクランク、
１５：アシスト駆動系、１６：エンジン、２０：油圧ポ
ンプ、２１：油圧レギュレター、２２：油圧モータ、３
８：定圧バルブ、４９：シャフト部、６１：トルクカ
ム、６５：バルブリフターアーム、７３：リリーフスプ
リング

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アシスト駆
動における必要な動力特性は、エンジンの低回転時に大
きなトルクが得られることであり、トルクを縦軸、回転
数を横軸にとった場合、トルクが回転数に対して右下が
りの特性となることである（図７参照）。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】さらに、ペダルクランク１１のシャフト４
９の周囲には、皿バネ状の反力スプリング６０とトルク
検出部であるトルクカム６１が設けられ、このトルクカ
ム６１は、互いに軸方向で摺接する合わせ面を形成する
バルブリフター６２とラチェットボス６３からなる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】バルブリフター６２にはバルブリフターア
ーム６５のトルクカム側端部６６が当接し、バルブリフ
ターアーム６５の中央部は軸６７により回動自在に取り
つけられ、バルブ側端部６８は後述するように定圧バル
ブ３８へ当接している。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアシスト駆動系の側面図

【図２】 補助エンジンアシスト自転車の側面図

【図３】 アシスト駆動系の平断面図

【図４】 トルク調節の概略的な説明図

【図５】 油圧レギュレター部分の詳細図

【図６】 図５の６−６線断面図

【図７】 アシスト駆動系の出力特性図

【符号の説明】 １：フレーム、１０：ペダル、１１：ペダルクランク、
１５：アシスト駆動系、１６：エンジン、２０：油圧ポ
ンプ、２１：油圧レギュレター、２２：油圧モータ、３
８：定圧バルブ、４９：シャフト部、６１：トルクカ
ム、６５：バルブリフターアーム、７３：リリーフスプ
リング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補助エンジン付自転車のペダル駆動力をエ
   ンジンの動力で補うペダルアシスト装置において、アシ
   スト駆動系は、負荷に応じてスロットル開度をコントロ
   ールすることにより回転を一定に維持する定回転エンジ
   ンと、これにより駆動されて一定油量の加圧油を発生す
   る油圧ポンプと、この油圧ポンプから供給された加圧油
   により回転してアシスト動力を出力する油圧モータとを
   備えるとともに、ペダル踏力に応じて油圧ポンプから油
   圧モータへ供給される加圧油の油量をコントロールする
   バルブを設け、これによりアシスト動力をペダル踏力に
   比例して出力させることを特徴とするペダルアシスト装
   置。
2. 【請求項２】前記バルブが、油圧ポンプと油圧モータを
   連絡する高圧油路に設けた定圧バルブであり、この定圧
   バルブのリリーフ圧をペダルクランクシャフトに設けた
   トルク検出手段によりペダル踏力に応じて調節すること
   を特徴とする請求項１記載のペダルアシスト装置。