特許 7336739 電動アシスト自転車および駆動ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-24

(45)【発行日】2023-09-01

(54)【発明の名称】電動アシスト自転車および駆動ユニット

(51)【国際特許分類】

   B62M 6/55 20100101AFI20230825BHJP

【ＦＩ】

B62M6/55

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022035752

(22)【出願日】2022-03-09

(62)【分割の表示】P 2018028353の分割

【原出願日】2018-02-21

(65)【公開番号】P2022066490

(43)【公開日】2022-04-28

【審査請求日】2022-04-04

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川上 将史

【審査官】高瀬 智史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１８１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９７１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｍ ６／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペダルからの踏力による人力駆動力に、モータによ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取り付けられ、前記モータを備えた駆動ユニットであって、
前記駆動ユニットを貫通して配置され、前記ペダルからの前記人力駆動力がクランクアームを介して伝達されるクランク軸と、
前記駆動ユニット内で前記クランク軸の外周に凹凸部を介して嵌め合わされている人力伝達体と、
前記人力伝達体の回転が伝達される駆動力出力輪体と、
を有し、
前記クランク軸からの前記人力駆動力が前記人力伝達体を介して前記駆動力出力輪体に伝達され、
前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される凹凸形状の山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする駆動ユニット。

【請求項2】

前記凹凸部はスプラインまたはセレーションからなり、
前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所の外径は、前記人力伝達体が嵌合される箇所の外径よりも大きく、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された前記スプラインまたはセレーションの谷部間の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。

【請求項3】

前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、
前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される山部が設けられている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さく、
前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径は、前記人力伝達体が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動ユニット。

【請求項4】

前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、
前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される山部が設けられている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さく、
前記クランク軸における前記人力伝達体が嵌合される箇所と、前記人力伝達体における前記クランク軸が嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間を有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。

【請求項5】

前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所とに、それぞれスプラインまたはセレーションが形成されており、
前記スプラインまたはセレーションはそれぞれ複数の山部および谷部を有し、
前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される山部が設けられている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の駆動ユニット。

【請求項6】

前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所との間の部分が、軸受により回転自在に支持され、
前記クランク軸における前記軸受により支持されている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される箇所の外径および前記クランクアームが嵌合される箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された前記凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の駆動ユニット。

【請求項7】

前記クランク軸における、前記軸受の軸心方向両側に、前記軸受を軸心方向に対して位置決めをする規制部材が嵌合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。

【請求項8】

前記クランク軸と前記軸受との間に、オイルシール材が配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の駆動ユニット。

【請求項9】

前記人力駆動力に前記モータによる前記補助駆動力を合わせた合力が前記駆動力出力輪体に伝達されることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の駆動ユニット。

【請求項10】

前記クランク軸とは異なる軸心で回転する中間軸が設けられ、
前記中間軸には、減速歯車と、無端状駆動力伝達体に歯合する補助スプロケットとが取り付けられ、
前記モータによる前記補助駆動力が前記減速歯車を介して前記補助スプロケットに伝達されることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の駆動ユニット。

【請求項11】

前記請求項１～１０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、
前記駆動ユニットが前輪と後輪との間の中間位置に配設されていることを特徴とする電動アシスト自転車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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電動アシスト自転車およびこの電動アシスト自転車に取り付けられる駆動ユニットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

電源としてのバッテリと、このバッテリから給電されるモータを備えた駆動ユニットとを有し、ペダルに加えられる踏力による人力駆動力に、前記駆動ユニットの補助駆動力（アシスト力）を加えることで、上り坂等でも楽に走行することが可能な電動アシスト自転車（電動自転車とも称せられる）は既に広く知られている。

【0003】

この電動アシスト自転車において、モータなどが内蔵された駆動ユニットを、クランク軸が設けられている箇所に配設したものがある。このような配置構成の電動アシスト自転車は、重量が比較的大きい駆動ユニットが、電動アシスト自転車の前後方向の中央（すなわち、前輪と後輪との間の中間）の低い位置に配置される。したがって、この配置構成の電動アシスト自転車は、モータが前輪のハブや後輪のハブに内蔵されているものと比較して、前輪や後輪を持ち上げ易くて、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、車体の取り回しがよく、また、走行安定性も良好である利点がある。

【0004】

このように、電動アシスト自転車の前後方向の中央位置に、駆動ユニットが配置されている構造が、例えば特許文献１等に開示されている。図２１に示すように、駆動ユニット１１０には、クランク軸１０１が左右方向に貫通した姿勢で軸受１０３、１０４により回転自在に支持されている。クランク軸１０１の左右両側部分は駆動ユニット１１０より左右に突出し、クランクアーム１０２を介して、踏力が負荷されるペダル（図示せず）が回転自在に取り付けられている。

【0005】

駆動ユニット１１０の内部には、駆動源としてのモータ１１１や、モータ１１１からの駆動力を減速しながら伝達する（すなわち、モータ１１１からのトルクを増加させる）複数対の減速歯車１２１～１２６などからなる減速機構１２０、人力駆動力を検出するトルクセンサ（人力検知部）１１２などが設けられている。なお、１１６は、駆動ユニット１１０の内部で、クランク軸１０１やモータ１１１の回転軸１１１ａと平行に配設されている中間軸である。中間軸１１６には、大径の減速歯車１２２や小径の減速歯車１２３、１２４などが設けられている。

【0006】

駆動ユニット１１０の内部におけるクランク軸１０１の外周の一部（図２１における左寄り側箇所）には、スプラインまたはセレーションなどの凹凸部１０１ａを介して、筒状の人力伝達体１１３が一体的に回転する状態で嵌め込まれている。また、人力伝達体１１３の内周におけるクランク軸１０１の凹凸部１０１ａに対応する箇所にもスプラインまたはセレーションなどの凹凸部１１３ａが形成されている。すなわち、人力伝達体１１３の凹凸部はクランク軸１０１の凹凸部１０１ａと噛み合っている。

【0007】

また、人力伝達体１１３の外周表面には、磁気異方性を付与した磁歪発生部１１２ｂが形成されている。人力伝達体１１３の磁歪発生部１１２ｂの外周に一定の隙間（空間）を介してコイル１１２ａが配設され、これらの磁歪発生部１１２ｂおよびコイル１１２ａにより磁歪式のトルクセンサ１１２が構成されている。そして、クランク軸１０１からスプライン（またはセレーション）１０１ａ、１１３ａを介して人力伝達体１１３に伝達された人力駆動力が、トルクセンサ１１２により検出される。

【0008】

また、この駆動ユニット１１０では、駆動ユニット１１０の内部におけるクランク軸１０１の外周側の一部（図２０における右寄り側箇所）には、連動筒体１１４や合力伝達体１１５などがクランク軸１０１に対して回転自在に配設されている。合力伝達体１１５は、人力伝達体１１３から、連動筒体１１４などを介して伝達された人力駆動力と、モータ１１１から減速機構１２０を介して伝達された補助駆動力とを合成する。そして、合力伝達体１１５の端部が駆動ユニット１１０より突出され、この突出箇所に取り付けられた駆動スプロケット１０５からチェーン１０６を介して合力（人力駆動力と補助駆動力とが合成された駆動力）が後輪側に伝達される。

【0009】

なお、この駆動ユニット１１０を組み付ける際には、クランク軸１０１に、トルクセンサ１１２が組み付けられている人力伝達体１１３が嵌め込まれた状態で、軸受１０３に嵌め込まれるなどして、駆動ユニット１１０が組み付けられる。この後、クランク軸１０１の端部にクランクアーム１０２が嵌め込まれて取り付けられる。したがって、このような組み付け作業を支障なく行えるよう、クランク軸１０１の直径は、図２２に簡略的に拡大するとともに強調して示すように、クランクアーム１０２が取り付けられる箇所（連結嵌合部）１０１ｂの直径（詳しくは最大径となる外周部の直径）ｄ１よりも、軸受１０３により受けられる箇所１０１ｃの直径ｄ２が大きく、さらに、合力伝達体１１５が嵌め合わされる箇所（スプライン（またはセレーション）１０１ａが形成されている箇所）の直径（詳しくは最大径となる外周部の直径）ｄ３が大きくなるように形成されている。すなわち、クランク軸１０１は、いわゆる２段の段付形状（段付部で順に太くなる形状）に形成されている。

【0010】

また、上記するとともに図２３に簡略的に示すように、クランク軸１０１における人力伝達体１１３が嵌め込まれるスプライン（またはセレーション）１０１ａの箇所には外径（山部）となる凸部１０１ａａと内側に窪む凹部（谷部）１０１ａｂとが形成されている。また、これに対応して、図２４に簡略的に示すように、人力伝達体１１３におけるクランク軸１０１が嵌め込まれるスプライン（またはセレーション）１１３ａの箇所には内側に突出する凸部１１３ａａと外側に窪む凹部（谷部）１１３ａｂとが形成されている。

【0011】

そして、図２３、図２４に示すように、クランク軸１０１におけるクランクアーム１０２が嵌合される箇所（連結嵌合部）１０１ｂの外径と人力伝達体１１５が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション））１０１ａの外径との半径方向の差（軸心からの差）Ａが、人力伝達体１１３におけるクランク軸１０１が嵌め込まれる箇所（スプライン（またはセレーション）１１３ａ）の内面の凸部１１３ａａと凹部１１３ａｂとの半径方向の寸法差（いわゆる高低差）Ｂよりも、大きく形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】国際公開ＷＯ２０１５／１８６１５９公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ところで、このような駆動ユニット１１０をより小型化して、一般的な自転車（いわゆるスポーツ型自転車など）に近づけるように望まれる場合がある。しかし、クランク軸１０１における、クランクアーム１０２との連結嵌合部１０１ｂの直径ｄ１はある程度の寸法を確保して、この箇所の連結強度として十分な強度を維持しなければならない。すなわち、図２２に示すように、クランク軸１０１の、クランクアーム１０２との連結嵌合部１０１ｂの直径ｄ１よりも、軸受１０３により受けられる箇所１０１ｃの直径ｄ２が大きく、さらに、合力伝達体１１５が嵌め合わされる箇所（スプライン（またはセレーション）１０１ａが形成されている箇所）の直径ｄ３が段付部で順に太い。また図２３、図２４に示すように、クランク軸１０１におけるクランクアーム１０２が嵌合される箇所（連結嵌合部）１０１ｂの外径と人力伝達体１１５が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション））１０１ａの外径との半径方向の差Ａが、人力伝達体１１３におけるクランク軸１０１が嵌め込まれる箇所（スプライン（またはセレーション）１１３ａ）の凸部１１３ａａと凹部１１３ａｂとの半径方向の寸法差（いわゆる高低差）Ｂよりも大きく形成されている。この構造を採用すると、これに対応してトルクセンサ１１２も大きくなってしまう。したがって、トルクセンサ１１２と、中間軸１１６に組み付けている大径の減速歯車１２２とが当接しないように配置しようとすると、クランク軸１０１と中間軸１１６との軸間距離もある程度大きくせざるを得ず、この結果、駆動ユニット１１０を小型化できなくなるという課題があった。

【0014】

また、近年、自転車のボトムブラケット（クランク軸周辺部）の規格として、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が比較的大きいＩＳＩＳ規格（International Spline Interface Standard）などの規格があり、このような規格に対応したスポーツタイプの自転車が好まれる傾向がある。このように、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が大きいと、クランクアームからクランク軸により大きな力が作用しても十分な耐久性（強度）を有するため、信頼性を向上させることができるが、この場合には、さらに、クランク軸１０１の、合力伝達体１１５が嵌め合わされる箇所の直径Ｒ３や、トルクセンサ１１２も大きくなってしまうので、さらに、クランク軸１０１と中間軸１１６との軸間距離もより大きくなり、駆動ユニット１１０を小型化できなくなる。

【0015】

本発明は上記課題を解決するもので、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径を、十分な連結強度を得ることが可能な寸法としながら、クランク軸における、人力伝達体との嵌合部分の直径を比較的小さくすることができる電動アシスト自転車および駆動ユニットを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

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、モータによ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取り付けられ、前記モータを備えた駆動ユニットであって、前記駆動ユニットを貫通して配置され、前記ペダルからの前記人力駆動力がクランクアームを介して伝達されるクランク軸と、前記駆動ユニット内で前記クランク軸の外周に凹凸部を介して嵌め合わされている人力伝達体と、前記人力伝達体の回転が伝達される駆動力出力輪体と、を有し、前記クランク軸からの前記人力駆動力が前記人力伝達体を介して前記駆動力出力輪体に伝達され、前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される凹凸形状の山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする。

【0017】

この構成によれば、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいので、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の直径を比較的大きくした場合でも、クランク軸における、人力伝達体が嵌合される箇所の外径を小さく抑えることができる。

【0018】

また、本発明の駆動ユニットは、前記凹凸部はスプラインまたはセレーションからなり、前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所の外径は、前記人力伝達体が嵌合される箇所の外径よりも大きく、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された前記スプラインまたはセレーションの谷部間の直径よりも小さいことを特徴とする。

【0019】

この構成によれば、クランク軸と人力伝達体との嵌合箇所において、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径となる部分と、人力伝達体におけるこれに対応する箇所（対向する箇所）との間に隙間を形成する（いわゆる遊びを持たせる）ことができる。これにより、クランク軸と人力伝達体との嵌合箇所において、圧入するなどして隙間なく嵌合させた場合と比較して、クランク軸を曲げようとする力（すなわち、トルクセンサのトルク検知に悪影響を及ぼす恐れがある力）が人力伝達体に伝達することを低減することができる。

【0020】

また、本発明の駆動ユニットは、前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される山部が設けられている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さく、前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径は、前記人力伝達体が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径である谷部径以下であることを特徴とする。

【0021】

また、本発明の駆動ユニットは、前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所とは、それぞれ径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有し、前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される山部が設けられている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さく、前記クランク軸における前記人力伝達体が嵌合される箇所と、前記人力伝達体における前記クランク軸が嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間を有することを特徴とする。

【0022】

この構成によれば、クランク軸における人力伝達体が嵌合される箇所と、人力伝達体におけるクランク軸が嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間を形成する（いわゆる遊びを持たせる）ことができる。これにより、クランク軸と人力伝達体との嵌合箇所において、圧入するなどして隙間なく嵌合させた場合と比較して、クランク軸を曲げようとする力（すなわち、トルクセンサのトルク検知に悪影響を及ぼす恐れがある力）が人力伝達体に伝達することを低減することができる。

【0023】

また、本発明の駆動ユニットは、前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所とに、それぞれスプラインまたはセレーションが形成されており、前記スプラインまたはセレーションはそれぞれ複数の山部および谷部を有し、前記クランク軸における前記クランクアームが嵌合される山部が設けられている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される山部が設けられている箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする。

【0024】

また、本発明の駆動ユニットは、前記クランク軸における、前記クランクアームが嵌合される箇所と、前記人力伝達体が嵌合される箇所との間の部分が、軸受により回転自在に支持され、前記クランク軸における前記軸受により支持されている箇所の外径と前記人力伝達体が嵌合される箇所の外径および前記クランクアームが嵌合される箇所の外径との半径方向差が、前記人力伝達体の前記クランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された前記凹凸部の半径方向の差よりも小さいことを特徴とする。なお、この場合に、前記クランク軸における、前記軸受の軸心方向両側に、前記軸受を軸心方向に対して位置決めをする規制部材が嵌合されていると好適である。また、前記クランク軸と前記軸受との間に、オイルシール材が配置されていてもよい。

【0025】

また、本発明の駆動ユニットは、前記人力駆動力に前記モータによる前記補助駆動力を合わせた合力が前記駆動力出力輪体に伝達されることを特徴とする。
また、本発明の駆動ユニットは、前記クランク軸とは異なる軸心で回転する中間軸が設けられ、前記中間軸には、減速歯車と、無端状駆動力伝達体に歯合する補助スプロケットとが取り付けられ、前記モータによる前記補助駆動力が前記減速歯車を介して前記補助スプロケットに伝達されることを特徴とする。

【0026】

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、
前記駆動ユニットが前輪と後輪との間の中間位置に配設されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、クランク軸におけるクランクアームが嵌合される箇所の外径と人力伝達体が嵌合される箇所の外径との半径方向差が、人力伝達体のクランク軸が嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差よりも小さくすることにより、クランク軸における、クランクアームが嵌合される箇所の直径を比較的大きくした場合でも、クランク軸における、人力伝達体が嵌合される箇所の外径を小さく抑えることができる。これにより、クランク軸と中間軸との軸間距離を小さく抑えることができて、駆動ユニットを小型化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第１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

【図2】同実施の形態の電動アシスト自転車の駆動ユニットなどの平面断面図

【図3】同駆動ユニットの簡略的な左側面断面図

【図4】同駆動ユニットの要部拡大平面断面図

【図5】同駆動ユニットの要部をさらに拡大した要部拡大平面断面図

【図6】同駆動ユニットのクランク軸の、クランクアームとの嵌合部の左側面図

【図7】同駆動ユニットのクランク軸の、人力伝達体との嵌合部の側面断面図

【図8】同駆動ユニットの人力伝達体の、クランク軸との嵌合部の側面断面図

【図9】同駆動ユニットの人力伝達体およびクランク軸の嵌合箇所の側面断面図

【図10】同駆動ユニットの人力伝達体およびクランク軸の嵌合箇所の要部拡大側面断面図

【図11】同駆動ユニットの人力伝達体およびクランク軸の嵌合箇所をさらに拡大した要部拡大側面断面図

【図12】同実施の形態の駆動ユニット変形例の要部を拡大した要部拡大平面断面図

【図13】同駆動ユニット変形例の人力伝達体およびクランク軸の嵌合箇所の側面断面図

【図14】同駆動ユニットの変形例の人力伝達体およびクランク軸の嵌合箇所の要部拡大側面断面図

【図15】同駆動ユニットの変形例の人力伝達体およびクランク軸の嵌合箇所をさらに拡大した要部拡大側面断面図

【図16】本発明の他の実施の形態（第２の実施の形態）の駆動ユニットなどの平面断面図

【図17】本発明の第３の実施の形態に係る電動アシスト自転車の全体右側面図

【図18】同電動アシスト自転車の要部右側面図

【図19】同電動アシスト自転車のハンガおよびクランクユニットの分解斜視図

【図20】同電動アシスト自転車のハンガおよびハンガ近傍箇所の縦断面図

【図21】従来の電動アシスト自転車の駆動ユニットなどの平面断面図

【図22】同従来の電動アシスト自転車のクランク軸の要部拡大平面断面図

【図23】同従来の電動アシスト自転車のクランク軸の要部拡大側面図

【図24】同従来の電動アシスト自転車の人力伝達体の要部拡大側面断面図

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態に係る電動アシスト自転車および駆動ユニット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。

【0030】

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、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２も参照）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などからなるバッテリ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、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変更可能な手元操作部１８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。

【0031】

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。

【0032】

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、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となどからなり、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。

【0033】

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、前輪３と後輪４との間の中間位置、より詳しくはクランク軸７ａが貫通される箇所に配設されている。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。これにより、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。

【0034】

図２に示すように、駆動ユニット２０は、第１～第３のケース２２ａ～２２ｃ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、第１、第２のケース２２ａ、２２ｂの一部に、取付用ボルト（図示せず）などが挿通されて、当該駆動ユニット２０をフレーム２（下パイプ２ｇの下端部近傍箇所や、立パイプ２ｄの下端部近傍箇所、チェーンステー２ｅの前端部近傍箇所など）に取り付ける取付部２２ｄが設けられている。さらに、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、クランク軸７ａや人力伝達体２８、連動筒体２３、合力伝達体２９などは同軸心で配置されている。

【0035】

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４０）に伝達する減速機構２５と、補助駆動力（アシスト力）駆動源としてのモータ２１とが配設されている。駆動ユニット２０のユニットケース２２内には、各種の電気的制御を行う電子部品が設けられた基板（駆動基板や主基板とも称せられる）２４も配設されており、基板２４とこの基板に装着された電子部品などにより制御部が構成されている。なお、図２、図３に示すように、モータ２１の回転軸２１ａの軸心と、クランク軸７ａの軸心と、後述する中間軸４０の軸心とは、互いに異なっている。また、この実施の形態では、前方から順にモータ２１の回転軸２１ａ、中間軸４０、クランク軸７ａが配置されている。しかし、これに限るものではなく、モータ２１の回転軸２１ａ、中間軸４０、クランク軸７ａが前後方向に逆の向きで配置されていてもよい。

【0036】

また、駆動ユニット２０内（詳しくは駆動ユニット２０のユニットケース２２内）に、クランク軸７ａの両端部を除く部分と、人力伝達体２８、連動筒体２３、合力伝達体２９、減速機構２５、モータ２１、後述するトルクセンサ３１、回転検出体１１、回転検出器（回転センサ）１０などが設けられる。駆動ユニット２０内で人力駆動力と補助駆動力とが合成され、この合成された合力が、駆動ユニット２０の外（詳しくは駆動ユニット２０のユニットケース２２の外）に設けられた駆動スプロケット１３から出力される。

【0037】

駆動ユニット２０についてさらに詳しく述べる。図２、図３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（クランク軸軸受）２６、２７により回転自在に配設されている。クランク軸７ａにおける左側寄り部分の外周に、凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）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合わされている。なお、人力伝達体２８の内周におけるクランク軸７ａのスプライン（またはセレーション）７ｃに対応する箇所にも凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）２８ｂが形成されてクランク軸７ａのスプライン（またはセレーション）７ｃと噛み合っている。

【0038】

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３１ａが形成されている。また、磁歪発生部３１ａの外周に一定の隙間（空間）を介してコイル３１ｂが配設されている。そして、これらの磁歪発生部３１ａおよびコイル３１ｂ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。本実施の形態では、トルクセンサ３１として磁歪式のトルクセンサを用いたが、人力伝導体２８の物理的な歪を検知する歪センサを人力伝達体２８の外周表面に配置した歪感知式のトルクセンサを用いても良い。

【0039】

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。人力伝達体２８の右端部外周に形成されたスプライン（またはセレーション）２８ａと、連動筒体２３の左端部内周に形成されたスプライン（またはセレーション）２３ａと、が嵌合されて、連動筒体２３が人力伝達体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のスプライン（またはセレーション）２８ａに、連動筒体２３の左端部内周に形成されたスプライン（またはセレーション）２３ａが外側から嵌合されている。

【0040】

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を外周側から臨むように、クランク軸回転センサとしての回転検出器（回転センサ）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、出射部と受光部とを有する光センサが回転検出体１１の回転方向に並べられている（図示せず）。回転検出体１１は、その外周側箇所に、くし（櫛）歯状に右側に延びる多数の歯部を有している。そして、回転検出体１１の歯部がある場合には、出射された光が歯部で反射して回転検出器１０により受けられる。これにより、光の入射状態と非入射状態とを回転検出器１０の受光部により電気的に検知するとともに、この信号を制御部で入力して連動筒体２３の回転数（回転量）および回転方向を検知する。なお、光センサに代えてホールＩＣなどの磁気センサを設けて連動筒体２３の回転数（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。これにより、連動筒体２３の回転量および回転方向を検知して、クランク軸７ａやペダル８の回転数（回転量）や回転方向も検知できる。

【0041】

また、連動筒体２３の右側部分の外周に、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、合力伝達体２９が配設されている。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一方向クラッチ３０を介して合力伝達体２９に伝達される。

【0042】

モータ２１はモータ軸軸受３２、３３によりその回転軸２１ａおよびロータ２１ｂが回転自在に支持されている。また、モータ２１の回転軸２１ａが右側方に突出され、この突出部の外周に後述するモータ軸減速歯車３９が形成されている。

【0043】

減速機構２５は、クランク軸７ａと平行に配設された中間軸４０と、合力伝達体２９の左寄り部分に形成された大径の減速歯車（第１の減速歯車：クランク軸側減速歯車）３６を含めた２対の減速歯車３６～３９などを有しており、２段の減速機構を構成している。そして、減速機構２５は、クランク軸７ａを通して伝達された人力駆動力とモータ２１から伝達された補助駆動力とを合成し、かつ、前記人力駆動力と前記補助駆動力とが合成されてなる合力を合力伝達体２９に伝達する。

【0044】

中間軸４０は、駆動ユニット２０の前後方向中央部において左右に延びてクランク軸７ａと平行な姿勢で、軸受（中間軸軸受）３４、３５により回転自在に支持された状態で配設されている。中間軸４０には、大径の第２の中間軸減速歯車３７と、小径の第３の中間軸減速歯車３８と、人力駆動力切断用の一方向クラッチ４２とが取り付けられている。

【0045】

人力駆動力切断用の一方向クラッチ４２は、中間軸４０の外周と第２の中間軸減速歯車３７の内周との間に配設されており、ペダル８からの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４２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からの人力駆動力が、人力駆動力切断用の一方向クラッチ４２により切断されて、モータ２１のロータ２１ｂを回転させなくても済むように構成されている。一方、モータ２１が駆動されて回転している場合には、中間軸４０と第２の中間軸減速歯車３７とが一方向クラッチ４２を介して接続され、第２、第３の中間軸減速歯車３７、３８は中間軸４０とともに一体的に回転する。

【0046】

そして、モータ２１の回転軸２１ａに形成された小径のモータ軸減速歯車３９が大径の第２の中間軸減速歯車３７に噛み合っているため、モータ２１が回転されて補助駆動力が出力される場合に、モータ２１の回転が減速され、モータ２１からの補助駆動力のトルクが増幅されて中間軸４０側に伝達される。また、小径の第３の中間軸減速歯車３８は、合力伝達体２９に一体形成された大径の第１の減速歯車３６に噛み合っているため、中間軸４０に伝達された補助駆動力のトルクがさらに増幅されて第１の減速歯車３６に伝達される。そして、第１の減速歯車３６が一体形成されている合力伝達体２９において、人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とが合成されて、駆動力出力輪体としての駆動スプロケット１３から出力される。

【0047】

ここで、図４～図１０に拡大して示すように、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所の外径（詳しくは、外周部の直径）Ｄ１と人力伝達体２８が嵌合される箇所の外径Ｄ２との半径方向差（クランク軸７ａの軸心Ｘからの半径方向寸法の差）Ａ１が、人力伝達体２８のクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）２８ｂの半径方向の差（いわゆる凹凸部の高低差）Ｂ１よりも小さくされている。また、この実施の形態では、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所にも、凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｄが形成され、これに対応して、クランクアーム７ｂにおけるクランク軸７ａの嵌合箇所にも凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｅが形成されている。

【0048】

すなわち、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所と、これに対応して人力伝達体２８におけるクランク軸７ａが嵌合する箇所とには、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有する凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｃ、２８ｂが形成されている。また、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所と、クランクアーム７ｂにおけるクランク軸７ａが嵌合される箇所とにも、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とが所定角度毎に設けられてなる凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｄ、７ｅが形成されている。また、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂに嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｄの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ１は、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８に嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｃの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ２よりも大きく、人力伝達体２７のクランク軸７ａが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の内面に形成された内径（人力伝達体２７のスプラインまたはセレーション７ｄの谷部間の直径）よりも小さく形成されている。そして、上記したように、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所の外径Ｄ１と人力伝達体２８が嵌合される箇所の外径Ｄ２との半径方向差（クランク軸７ａの軸心Ｘからの半径方向寸法の差）Ａ１が、人力伝達体２８のクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）２８ｂの半径方向の差（いわゆる凹凸部の高低差）Ｂ１よりも小さくされている。

【0049】

また、図１１にさらに拡大して示すように、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所と、人力伝達体２８におけるクランク軸７ａが嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間（いわゆる遊び）を有するように形成されている。この隙間の好適な寸法は、クランク軸７ａと人力伝達体２８との嵌合部であるスプライン（またはセレーション）７ｃ、２８ｂが設けられている箇所におけるｍ（モジュール）＝ｄ（基準円直径）／ｚ（歯数）で示した場合に、クランク軸７ａの山部とこれに対応する人力伝達体２８の箇所との間の隙間Ｅは、０～０．２５ｍ（０より大きく（例えば０．００１ｍ以上）、０．２５ｍ以下）とすると好適である。また、クランク軸７ａの谷部とこれに対応する人力伝達体２８の箇所との間の隙間Ｆは、０～０．１ｍ（０より大きく（例えば０．００１ｍ以上）、０．１ｍ以下）すると好適である。なお、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所であるスプライン（またはセレーション）７ｃの高さ（半径方向寸法）は例えば２．２５ｍとされているが、これに限るものではない。

【0050】

また、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所に形成されているスプライン（またはセレーション）７ｃは、軸受２６と嵌合している箇所まで延ばされて形成されている。すなわち、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）とクランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）との間の部分は、軸受（この実施の形態では左側に配置されている軸受）２６により回転自在に支持されている。そして、クランク軸７ａにおける軸受２６により支持されている箇所の外径Ｄ３と、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション））の外径Ｄ２およびクランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の外径Ｄ１と、の半径方向差（クランク軸７ａの軸心Ｘからの半径方向寸法の差）が、人力伝達体２８のクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）２８ｂの半径方向の差（いわゆる凹凸部の高低差）Ｂ１よりも小さくされている。なお、この実施の形態では、クランク軸７ａにおける軸受２６により支持されている箇所の外径Ｄ３が、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２と同じとされているが、これに限るものではない。

【0051】

但し、図９、図１０に示すように、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径（谷部径）Ｔ１は、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径（谷部径）Ｔ２より、小さい。このように、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径（谷部径）Ｔ１が、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の谷部が設けられている箇所の直径（谷部径）Ｔ２以下の場合、クランク軸への谷部の加工が容易である。また、この実施の形態では、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部および谷部の数が、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の山部および谷部の数の２倍とされており、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の山部となる箇所は、そのままクランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部に対応するように形成されている。すなわち、この実施の形態では、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の山部が、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部に対して、１つおきに（すなわち、隣り合う山部が周方向に２倍の角度毎に）形成されている。

【0052】

また、図４、図５に示すように、この実施の形態では、クランク軸７ａにおける軸受２６の軸心方向両側（左側と右側）には、スプライン（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の山部の外周側部分が削られて溝部７ｆが形成され、これらの溝部７ｆに、軸受２６を軸心方向に対して（すなわち、左右方向に対して）移動しないように位置決めをする規制部材４３がそれぞれ嵌合されている。また、軸心方向に対して（すなわち、左右方向に対して）、両方の規制部材４３の間の中間箇所には、スプライン（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の谷部と同じ深さで周方向に延びる溝部７ｇが形成され、この溝部７ｇに、径方向に対してクランク軸７ａと人力伝達体２８との間を密閉するオイルシール材４４が配置されている。そして、このオイルシール材４４により、ユニットケース２２の外部から内部に水や泥が侵入することを防止できる。また、減速歯車３６～３９などに塗られている潤滑油が、駆動ユニット２０内から、クランク軸７ａと人力伝達体２８との間の隙間を通って、駆動ユニット２０の外部に洩れ出さないようになっている。

【0053】

なお、この実施の形態では、クランクアーム７ｂにおけるクランク軸７ａのスプライン（またはセレーション）７ｄと嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｄに隣接して、内周側に突出する鍔状部７ｉが一体形成されている。そして、クランク軸７ａにクランクアーム７ｂを組み付ける際には、クランクアーム７ｂの鍔状部７ｉがクランク軸７ａに側方から突き当たるまで嵌合された後に、クランクアーム７ｂの外側から、固定用部材４５の雄ねじ部４５ａをクランク軸７ａの端部内周に形成されている雌ねじ部７ｈにねじ込んで、クランクアーム７ｂが外れないように固定されている。なお、４６はクランクアーム７ｂと固定用部材４５との間に挟み込まれるワッシャで、必要に応じて設ければよい。

【0054】

上記構成によれば、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の外径Ｄ１と人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２との半径方向差Ａ１が人力伝達体２８のクランク軸７ａが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｃの半径方向Ｂ１の差よりも小さい。また、本実施の形態では、さらに、クランク軸７ａにおける軸受２６により支持されている箇所の外径Ｄ３も人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２と同じである。したがって、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の直径（外径）を比較的大きくした場合でも、クランク軸７ａにおける、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２を小さく抑えることができて、トルクセンサ３１の大きさ（直径）も小さく抑えることができる。これにより、クランク軸７ａと中間軸４０との軸間距離を小さく抑えることができて、ひいては駆動ユニット２０を小型化することが可能となる。

【0055】

なお、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の外径Ｄ１と人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２との半径方向差Ａ１は、人力伝達体２８のクランク軸７ａが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）２８ｂの半径方向の差Ｂ１の９０％以内が好適であり、さらに望ましくは、５０％以内がより好適である。

【0056】

また、上記実施の形態では、クランク軸７ａにおける軸受２６により支持されている箇所の外径Ｄ３と人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション））の外径Ｄ２およびクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の外径Ｄ１との半径方向差Ａ１が人力伝達体２８のクランク軸７ａが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）２８ｂの半径方向の差Ｂ１よりも小さい。これによっても、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の直径（外径）を比較的大きくした場合でも、クランク軸７ａにおける、軸受２６により支持されている箇所の外径Ｄ３やクランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２を小さく抑えることができて、トルクセンサ３１の大きさ（直径）も小さく抑えることができる。これにより、クランク軸７ａと中間軸４０との軸間距離を小さく抑えることができて、ひいては駆動ユニット２０を小型化することが可能となる。

【0057】

また、近年、自転車のボトムブラケット（クランク軸周辺部）の規格として、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が比較的大きいＩＳＩＳ規格（International Spline Interface Standard）などの規格があり、このような規格に対応すべく、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂとの連結嵌合部の直径を比較的大きくして、クランクアーム７ｂからクランク軸７ａにより大きな力が作用しても十分な耐久性（強度）を有するよう構成した場合でも、上記のように、クランク軸７ａにおける、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２を小さく抑えることができて、トルクセンサ３１の大きさ（直径）も小さく抑えることができ、ひいては駆動ユニット２０を小型化することが可能となる。

【0058】

また、上記構成によれば、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）と、人力伝達体２８におけるクランク軸７ａが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）２８ｂ）との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間Ｅ、Ｆが形成されている。これにより、クランク軸７ａと人力伝達体２８との嵌合箇所において、圧入するなどして隙間なく嵌合させた場合と比較して、クランク軸７ａを曲げようとする力（すなわち、トルクセンサ３１のトルク検知に悪影響を及ぼす恐れがある力）が人力伝達体２８に伝達することを低減することができる。

【0059】

つまり、ペダル８が踏まれると、クランク軸７ａには軸回転方向に捻れる力に加えて、軸心Ｘと直交する方向にクランク軸７ａを曲げようとする力が働く。前記隙間Ｅ、Ｆがないと、クランク軸７ａを曲げようとする力が、人力伝達体２８を介してトルクセンサ３１の磁歪発生部３１ａに直接伝達される。このクランク軸７ａを曲げようとする力は、トルクセンサ３１のトルク（軸回転方向に捻れる力）を検知するに際して、ノイズとなり悪影響を与えるため、トルクセンサ３１の検出精度を低下させる。

【0060】

これに対して、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）と、人力伝達体２８におけるクランク軸７ａが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）２８ｂ）との間に隙間Ｅ、Ｆを設けることで、クランク軸７ａを曲げようとする力が人力伝達体２８に伝達することが低減され、ひいては、トルクセンサ３１の検出精度が低下し難くなり、ひいては、当該電動自転車１の信頼性を向上させることができる。

【0061】

また、上記構成によれば、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部および谷部の数が、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の山部および谷部の数の２倍とされており、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の山部となる箇所は、そのままクランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部に対応するように形成されているので、クランク軸７ａに作用する人力駆動力（踏力）を、多くの山部および谷部が形成されているスプライン（またはセレーション）７ｃを通して人力伝達体２８に伝達することができるので、人力伝達体２８の外周に磁歪発生部３１ｂが形成されているトルクセンサ３１によって良好な感度でトルクを検知することができる。つまり、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所であるスプライン（またはセレーション）７ｃの形状を、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所であるスプライン（またはセレーション）７ｄの形状と同じに形成した場合でも、クランク軸７ａに人力伝達体２８を嵌合されることは可能であるが、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部および谷部の数がより多いと、良好な感度（精度）でトルクを検出できて、信頼性が向上する。

【0062】

また、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８の嵌合箇所とクランクアーム７ｂの嵌合箇所との互いの山部の数を異ならせたり、谷部の直径を異ならせたりすることで、クランクアーム７ｂの、クランク軸７ａの軸心方向（この実施の形態では左右方向）に対する位置規制を行って組み付けることも可能である。

【0063】

また、上記構成によれば、径方向に対してクランク軸７ａと人力伝達体２８との間を密閉するオイルシール材４４を設けることで、減速歯車３６～３９などに塗られている潤滑油が、駆動ユニット２０内から、クランク軸７ａと人力伝達体２８との間の隙間を通って、駆動ユニット２０の外部に洩れ出ることを良好に防止することができる。

【0064】

また、上記実施の形態では、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂに嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｄの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ１が、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８に嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｃの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ２よりも大きく形成されている場合を述べたが、これに限るものではない。すなわち、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂに嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｄの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ１が、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８に嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｃの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ２よりも小さく形成されていてもよい。

【0065】

また、図１２～図１５に示すように、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所の外径Ｄ１（詳しくは、外周部の直径）と、人力伝達体２８が嵌合される箇所の外径Ｄ２とを同じ寸法としてもよい（第１の実施の形態の変形例）。すなわち、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂに嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｄの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ１と、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８に嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｃの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ２とが、同じ寸法とされている。

【0066】

また、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）とクランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）との間の部分は、軸受（この実施の形態では左側に配置されている軸受）２６により回転自在に支持されているが、クランク軸７ａにおける軸受２６により支持されている箇所の外径Ｄ３も、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２およびクランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の外径Ｄ１と同じとされている。

【0067】

上記構成によれば、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の外径Ｄ１と、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２と、が同じである（本実施の形態では、さらに、クランク軸７ａにおける軸受２６により支持されている箇所の外径Ｄ３も同じである）。したがって、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の直径（外径）を比較的大きくした場合でも、クランク軸７ａにおける、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２を最小限に抑えることができて、トルクセンサ３１の大きさ（直径）も最小限に抑えることができる。これにより、クランク軸７ａと中間軸４０との軸間距離を最小限に抑えることができて、ひいては駆動ユニット２０を小型化することが可能となる。

【0068】

また、上記実施の形態では、駆動ユニット２０内で人力駆動力と補助駆動力とが合成され、この合成された合力が、駆動ユニット２０の外（詳しくは駆動ユニット２０のユニットケース２２の外）に設けられた駆動スプロケット１３から出力される構成（いわゆる一軸式の駆動ユニット２０）の場合を述べたが、これに限るものではない。

【0069】

図１６に示すように、この実施の形態では、モータ２１からの補助駆動力が、減速機構２５の減速歯車３７などを介して、駆動ユニット２０’の外に露出する状態で回転自在に支持されている補助スプロケット６１に出力される。すなわち、いわゆる二軸式の駆動ユニット２０’である。そして、クランク軸７ａと同軸心で回転自在の駆動スプロケット１３からはペダル８に入力された人力駆動力のみが出力され、駆動力伝達手段としてのチェーン１５により、人力駆動力とモータ２１からの補助駆動力とが合成されて、後輪４側に出力される。なお、図１５に示す実施の形態では、連動筒体２３Ａの回転が、一方向クラッチを介して伝達される補助連動筒体２３Ｂに人力駆動力を出力する駆動スプロケット１３が取り付けられている。

【0070】

この実施の形態においても、クランク軸７ａや、トルクセンサが設けられる駆動力伝達体２８の嵌合部の構成や、クランク軸７ａとクランクアーム７ｂとの嵌合部の構成は、上記実施の形態と同様である。なお、上記実施の形態と同様な作用を有する部材には、同じ符号を付す。

【0071】

また、上記実施の形態と同様に、この実施の形態（第２の実施の形態）においても、図１６および図６～図１１に示すように、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所の外径（詳しくは、外周部の直径）Ｄ１と人力伝達体２８が嵌合される箇所の外径Ｄ２との半径方向差（クランク軸７ａの軸心Ｘからの半径方向寸法の差）Ａ１が、人力伝達体２８のクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）２８ｂの半径方向の差（いわゆる凹凸部の高低差）Ｂ１よりも小さくされている。また、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所にも、凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｄが形成され、これに対応して、クランクアーム７ｂにおけるクランク軸７ａの嵌合箇所にも凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｅが形成されている。

【0072】

すなわち、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所と、これに対応して人力伝達体２８におけるクランク軸７ａが嵌合する箇所とには、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とを有する凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｃ、２８ｂが形成されている。また、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所と、クランクアーム７ｂにおけるクランク軸７ａが嵌合される箇所とにも、それぞれ、径方向に対して突出する山部と径方向に対して窪む谷部とが所定角度毎に設けられてなる凹凸部としてのスプライン（またはセレーション）７ｄ、７ｅが形成されている。また、この実施の形態では、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂに嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｄの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ１は、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８に嵌合するスプライン（またはセレーション）７ｃの山部が設けられている箇所の直径である外径Ｄ２よりも大きく、人力伝達体２７のクランク軸７ａが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の内面に形成された内径（人力伝達体２７のスプラインまたはセレーション７ｄの谷部間の直径）よりも小さく形成されている。また、その他のクランク軸７ａと、人力伝達体２８、トルクセンサ３１、クランクアームの連結構造は上記の第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様とされている。

【0073】

また、図１５にさらに拡大して示すように、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所と、人力伝達体２８におけるクランク軸７ａが嵌合される箇所との間に、山部および谷部の各部において、それぞれ隙間（いわゆる遊び）を有するように形成されている。

【0074】

すなわち、この構成においても、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の外径Ｄ１と人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２との半径方向差が人力伝達体２８のクランク軸７ａが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としての（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の半径方向の差よりも小さい。この構成により、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の直径（外径）を比較的大きくした場合でも、クランク軸７ａにおける、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２を小さく抑えることができて、トルクセンサ３１の大きさ（直径）も小さく抑えることができる。これにより、クランク軸７ａと中間軸４０との軸間距離を小さく抑えることができて、ひいては駆動ユニット２０を小型化することが可能となる。

【0075】

上記第１、第２の実施の形態では、クランク軸７ａが、補助駆動力を発生するモータ２１が設けられている駆動ユニット２０の内部を貫通する構造である場合を述べたが、これに限るものではない。

【0076】

図１７～図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る電動アシスト自転車５０を示すもので、図１７に示すように、この実施の形態の電動アシスト自転車５０では、電動モータ２１が前輪３のハブ（前ハブとも称する）１６の内部に配設されている。また、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。なお、電動モータ１０は、前ハブ１６の内部に配設される代わりに、後輪４のハブ（後ハブ）の内部に配設されていてもよい。なお、前記第１の実施の形態に係る電動アシスト自転車１と同様な構成要素には同符号を付す。

【0077】

この実施の形態では、補助駆動力を発生する駆動ユニットは、前ハブ１６（または後ハブ）の内部に設けられ、補助駆動力が、前輪３の前ハブ１６または後輪４の後ハブから付加されるようになっている。一方、踏力による人力駆動力を検出するトルクセンサ３１自体の構造は、上記実施の形態と同様とされている。

【0078】

図１８において簡略的に示すように、この実施の形態では、下パイプ２ｇの後端部と立パイプ２ｄの下端部とチェーンステー２ｅの前端部とが、ハンガ２ｈで連結された状態で配設されている。そして、図１９、図２０などに示すように、ハンガ２ｈの内部に、クランク軸７ａが軸受２６、２７を介して回転自在に配設されるとともに、踏力に対応する力を検出するトルクセンサ３１が配設されている。なお、図９において、駆動スプロケット１３については、スパイダとも称される駆動スプロケット１３におけるギヤ部１３ａを支持する部分のみを示す。

【0079】

図２０に示すように、この実施の形態では、ハンガ２ｈの内部に金属製の中筒５１が配設され、中筒５１の内側に設けられた軸受２６、２７を介してクランク軸７ａなどが回転自在に支持されている。クランク軸７ａの外周には、筒状の人力伝達体２８や、駆動スプロケット１３と連動する連動筒体２３などが配置されている。なお、図１９、図２０における５２は、ハンガ２ｈ内に中筒などを挿入した状態で左側から嵌め込まれて固定する固定筒である。

【0080】

図２０に示すように、上記実施の形態と同様に、クランク軸１７は、軸心方向の中間部に、人力駆動力を伝達する人力伝達体２８が外周から嵌合されるスプライン（またはセレーション）７ｃが形成されており、これに対応して、人力伝達体２８の左側部分の内周にも、クランク軸１７のスプライン（またはセレーション）７ｃに嵌合するスプライン（またはセレーション）２８ｂが形成されている。また、人力伝達体２８と連動筒体２３ともスプライン（またはセレーション）２３ａ、２８ａを介して一体的に連動するように構成され、さらに、連動筒体２３と駆動スプロケット１３ともスプライン（またはセレーション）２３ｂ、１３ｂを介して一体的に連動するように構成され、これにより、クランク軸７ａの回転駆動力（人力駆動力）が、人力伝達体２８および連動筒体２３を介して、駆動スプロケット１３に伝達されるよう構成され、さらに、チェーン１５を介して後輪４側に伝達されるよう構成されている。なお、連動筒体２３は、クランク軸７ａの外周に回転自在に配置されており、連動筒体２３の外周に組付けられた軸受２７により、この連動筒体２３およびクランク軸７ａが回転自在に支持されている。

【0081】

上記構成においても、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の外径Ｄ１と人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２との半径方向差（クランク軸７ａの軸心Ｘからの半径方向寸法の差）Ａ１が、人力伝達体２８のクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部としての半径方向差が、人力伝達体２８のクランク軸７ａが嵌合される箇所の内面に形成された凹凸部の半径方向の差（いわゆる凹凸部の高低差）Ｂ１よりも小さくされている（図９～図１１などを参照）。したがって、クランク軸７ａにおける、クランクアーム７ｂが嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｄ）の直径（外径）を比較的大きくした場合でも、クランク軸７ａにおける、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２を小さく抑えることができて、トルクセンサ３１の大きさ（直径）も小さく抑えることができる。これにより、ハンガ２ｈの直径を大きくしなくても、ハンガ２ｈ内に、クランク軸７ａおよびトルクセンサ３１を支障なく配置することが可能となる。

【0082】

また、近年、自転車のボトムブラケット（クランク軸周辺部）の規格として、クランク軸におけるクランクアームとの連結嵌合部の直径が比較的大きいＩＳＩＳ規格（International Spline Interface Standard）などの規格があり、このような規格に対応すべく、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂとの連結嵌合部の直径を比較的大きくして、クランクアーム７ｂからクランク軸７ａにより大きな力が作用しても十分な耐久性（強度）を有するよう構成した場合でも、上記のように、クランク軸７ａにおける、人力伝達体２８が嵌合される箇所（スプライン（またはセレーション）７ｃ）の外径Ｄ２を小さく抑えることができて、トルクセンサ３１の大きさ（直径）も小さく抑えることができ、ひいてはハンガ２ｈ内に、クランク軸７ａおよびトルクセンサ３１を支障なく配置することが可能となる。

【0083】

また、上記構成によれば、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部および谷部の数が、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の山部および谷部の数の２倍とされており、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所の山部となる箇所は、そのままクランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部に対応するように形成されているので、クランク軸７ａに作用する人力駆動力（踏力）を、多くの山部および谷部が形成されているスプライン（またはセレーション）７ｃを通して人力伝達体２８に伝達することができるので、人力伝達体２８の外周に磁歪発生部３１ｂが形成されているトルクセンサ３１によって良好な感度でトルクを検知することができる。つまり、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所であるスプライン（またはセレーション）７ｃの形状を、クランク軸７ａにおけるクランクアーム７ｂが嵌合される箇所であるスプライン（またはセレーション）７ｄの形状と同じに形成した場合でも、クランク軸７ａに人力伝達体２８を嵌合されることは可能であるが、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８が嵌合される箇所の山部および谷部の数がより多いと、良好な感度（精度）でトルクを検出できて、信頼性が向上する。

【0084】

また、クランク軸７ａにおける人力伝達体２８の嵌合箇所とクランクアーム７ｂの嵌合箇所との互いの山部の数を異ならせたり、谷部の直径を異ならせたりすることで、クランクアーム７ｂの、クランク軸７ａの軸心方向（この実施の形態では左右方向）に対する位置規制を行って組み付けることも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0085】

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およびこの電動アシスト自転車に取り付けられる各種の駆動ユニットに適用可能である。

【符号の説明】

【0086】

１ 電動アシスト自転車
２ フレーム
３ 前輪
４ 後輪
５ ハンドル
７ クランク
７ａ クランク軸
７ｂ クランクアーム
７ｃ、７ｄ スプライン（またはセレーション）（凹凸部）
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
１５ チェーン（無端状駆動力伝達体）
２０ 駆動ユニット
２１ モータ
２３ 連動筒体
２８ 人力伝達体
２８ｂ スプライン（またはセレーション）（凹凸部）
４０ 中間軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】