JPH09229100A - 自励式クラッチ機構及びこのクラッチ機構を使用した自転車用動力補助機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電動機の回転トルクを主トルク伝達板に伝達し
てこの主トルク伝達板を最終出力段に圧接させ、電動機
のトルクを出力回転軸に確実に伝達する。 【解決手段】電動機の回転を減速機２３の最終出力段ギ
ア２１及び前段の減速ギア２２に伝達し、前段の減速ギ
アによりクラッチギア３７が回転し、このクラッチギア
の遠心力でウエイト板３８が従動リング４０に係合し、
従動リングも回転する。従動リングに摩擦接触している
クラッチシュー４３によって主トルク伝達板２７が回転
し、この主トルク伝達板の回転により、トルク伝達軸２
８と連結主軸２６の斜面２６ａ，２８ａが係合し、さら
に主トルク伝達板のブレーキ材４２が最終出力段ギアの
テーパ面２１ｂに圧接し、これにより、主トルク伝達板
と最終出力段ギアが強く圧接して電動機の回転トルクを
連結主軸に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば動力補助機
付き自転車の動力補助機等に使用される自励式クラッチ
機構及びこの自励式クラッチ機構を使用した自転車用動
力補助機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車用動力補助機としては、２
つのタイプに大別することができる。１つは、駆動スイ
ッチ又は制御アクセルをハンドル部に設け、モータ動力
はアクセルにより任意の大きさに制御できるもので、原
動機付き自転車と呼ばれ免許証が必要となる。もう１つ
は、人力によってペダルを漕いだ時のペダル駆動トルク
を検出して、この駆動トルクに等しい動力を補助するも
ので、１５ｋｍ／ｈまでは人力と補助動力の比が１を越
えないことが自転車として認定されるための条件の１つ
となり、免許証なしで乗ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】免許証なしで乗ること
ができる動力補助機付き自転車において、ペダル駆動ト
ルクを検出して補助動力を定める場合、ペダルの踏込み
力を検出する手段の他、補助動力出力とペダル出力とを
結合して前方方向のみにトルク伝達を可能にする出力軸
を設ける必要がある。しかし、出力軸をペダルクランク
軸と別の軸にすると特別な専用の構造の自転車が必要と
なり、通常の自転車に簡単に取付けることができないと
いう問題があった。

【０００４】そこで請求項１及び２記載の発明は、電動
機の回転トルクを主トルク伝達板に伝達してこの主トル
ク伝達板を減速機の最終出力段に圧接させ、これにより
電動機のトルクを自励により出力回転軸に確実に伝達で
きる自励式クラッチ機構を提供する。

【０００５】また、請求項３乃至９記載の発明は、市販
されている普通自転車に簡単に取付けることができて汎
用性を向上でき、しかも電動機のトルクをペタルクラン
ク軸に確実に伝達できて適切な動力補助ができる自励式
クラッチ機構を使用した自転車用動力補助機を提供す
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
電動機の回転により、この電動機に連結した減速機の最
終出力段が回転し、この最終出力段に対して主トルク伝
達板が摩擦接触して回転し、この主トルク伝達板の回転
により、この主トルク伝達板が固定したトルク伝達軸と
出力回転軸との間に設けた係合部の係合状態が強まり、
主トルク伝達板の最終出力段に対する圧接力が増大し、
電動機のトルクを出力回転軸に伝達するものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、出力回転軸に嵌合
するトルク伝達軸と、このトルク伝達軸に固定し、電動
機に連結した減速機の最終出力段に対して摩擦部を介し
て圧接可能に設けた主トルク伝達板と、この主トルク伝
達板の最終出力段に対する圧接力を支える保持手段と、
主トルク伝達板を最終出力段に接触させる手段と、主ト
ルク伝達板を最終出力段から離間させる手段とを備え、
保持手段は、出力回転軸とトルク伝達軸との間に、電動
機からのトルク伝達に伴って主トルク伝達板の最終出力
段に対する圧接力が増大するよう作用を為す斜面を有す
る係合部を設けたものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、ペダルクランク軸
に貫通装着するとともにペダルクランクを固定したペダ
ル連結軸を取付けた連結主軸を設け、この連結主軸にク
ラッチ機構を取付け、多段減速機付き電動機からのトル
クをクラッチ機構、連結主軸を介してペダルクランク軸
に伝達し動力を補助する自転車用動力補助機において、
クラッチ機構は、連結主軸に嵌合するトルク伝達軸と、
このトルク伝達軸に固定し、減速機の最終出力段に対し
て摩擦部を介して圧接可能に設けた主トルク伝達板と、
この主トルク伝達板の最終出力段に対する圧接力を支え
る保持手段と、主トルク伝達板を最終出力段に接触させ
る手段と、主トルク伝達板を最終出力段から離間させる
手段とを備え、保持手段は、連結主軸とトルク伝達軸と
の間に、電動機からのトルク伝達に伴って主トルク伝達
板の最終出力段に対する圧接力が増大するよう作用を為
す斜面を有する係合部を設けたものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項３記載の自
励式クラッチ機構を使用した自転車用動力補助機におい
て、連結主軸は摺動材を介して主トルク伝達板からの圧
接力を支えるものである。

【００１０】請求項５記載の発明は、請求項３又は４記
載の自励式クラッチ機構を使用した自転車用動力補助機
において、主トルク伝達板を最終出力段に接触させる手
段は、減速機からトルクを受けて回転駆動する第１の回
転体と、この第１の回転体の回転による遠心力により突
出し、この第１の回転体の回転を主トルク伝達板に伝達
する結合部とを備え、主トルク伝達板の回転によりこの
主トルク伝達板を最終出力段に接触させるものである。

【００１１】請求項６記載の発明は、請求項５記載の自
励式クラッチ機構を使用した自転車用動力補助機におい
て、第１の回転体は、減速機の最終出力段を駆動する前
段の駆動回転体と同軸に設けた前段の従動回転体によっ
て回転駆動し、結合部は、第１の回転体の中心軸側に弾
性体を介して固定し、この第１の回転体の回転による遠
心力により第１の回転体の周面から突出する係合突起を
設けたウエイト板と、このウエイト板の係合突起により
係合して第１の回転体と共に回転する第２の回転体と、
この第２の回転体の周面に摩擦接触し、この第２の回転
体の回転力を主トルク伝達板に伝達するクラッチシュー
からなるものである。

【００１２】請求項７記載の発明は、請求項３又は４記
載の自励式クラッチ機構を使用した自転車用動力補助機
において、主トルク伝達板を最終出力段に接触させる手
段は、減速機の最終出力段の主トルク伝達板側側面に固
定したフレームと、このフレームにバネ部材を介して固
定し、最終出力段の回転による遠心力によりこの最終出
力段の外周側に突出して主トルク伝達板に係合するウエ
イト部材とを備え、主トルク伝達板の回転によりこの主
トルク伝達板を最終出力段に接触させるものである。

【００１３】請求項８記載の発明は、請求項３、４、
５、６又は７記載の自励式クラッチ機構を使用した自転
車用動力補助機において、主トルク伝達板を最終出力段
から離間させる手段は、バネ力により主トルク伝達板を
最終出力段から離間させるものである。

【００１４】請求項９記載の発明は、ペダルクランク軸
に貫通装着するとともにペダルクランクを固定したペダ
ル連結軸を取付けた連結主軸を設け、この連結主軸にク
ラッチ機構を取付け、多段減速機付き電動機からのトル
クをクラッチ機構、連結主軸を介してペダルクランク軸
に伝達し動力を補助する自転車用動力補助機において、
クラッチ機構は、連結主軸に嵌合するトルク伝達軸と、
このトルク伝達軸に固定し、外周部に摩擦材を設け、減
速機の最終出力段ギアに対して摩擦材を介して圧接可能
に設けた主トルク伝達板と、連結主軸の外周面とトルク
伝達軸の内周面に互いに係合するねじ状の斜面を形成
し、主トルク伝達板の回転よりこの主トルク伝達板を斜
面に沿ってスラスト方向に移動させ最終出力段ギアに対
する主トルク伝達板の圧接力を増大させる係合部と、減
速機からトルクを受けて回転駆動する第１の回転体と、
この第１の回転体の中心軸側にスプリングにより固定
し、この第１の回転体の回転による遠心力により第１の
回転体の周面から突出する係合突起を設けたウエイト板
と、このウエイト板の係合突起により係合して第１の回
転体と共に回転する第２の回転体と、この第２の回転体
の周面に摩擦接触し、この第２の回転体の回転力を主ト
ルク伝達板に伝達するクラッチシューと、主トルク伝達
板に取付け、電動機の回転停止によりこの主トルク伝達
板を最終出力段から離間させるバネ部材とを設けたもの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、汎用自転車のペダルクラン
ク軸は四角形にカットした軸にネジボスの付いたタイプ
と、菊形溝のある軸の中心にネジ穴を設けてペダルクラ
ンクを取付けるタイプの２種類に統一されている。ま
た、車体の右側にはチェーンホイールが取付けられてい
るが、左側は空間になっている。さらに、チェーンホイ
ールと前輪との間には空間がある。このような点から各
実施の形態では汎用自転車の空間部を利用して本発明の
動力補助機を取付ける。

【００１６】（第１の実施の形態）図１は自転車の全体
構成を示す斜視図で、１は車体フレームである。この車
体フレーム１は、ヘッドパイプ２と、このヘッドパイプ
２から後方に延出したトップチューブ３と、このトップ
チューブ３からボトムブラケット（図示せず）に延出し
たシートチューブ４と、前記ヘッドパイプ２からボトム
ブラケットに延出したダウンチューブ５と、ボトムブラ
ケットから後方に延出した左右一対のリヤーステー（図
示せず）と、前記シートチューブ４の上端とリヤーステ
ーの後端とを接続する左右一対のシートステー６とで構
成している。

【００１７】前記ヘッドパイプ２に前フォーク７とハン
ドルバー８を左右回動自在に保持し、前フォーク７に前
輪９を回転自在に取付け、前記ハンドルバー８にハンド
ル１０を固定している。前記リヤステーの後端に後輪１
１を回転自在に取付けている。前記シートチューブ４の
上端にサドル１２を上下動自在に取付けている。前記ボ
トムブラケット部位の右側には、チェーンホイール（図
示せず）を取付け、このチェーンホイールをチェーンホ
イールカバー１３で覆っている。そして前記チェーンホ
イールカバー１３の外側に右側のペダルクランク１４ａ
とペダル１５ａを設けている。前記ボトムブラケット部
位の左側には、ギアケース１６を取付け、このギアケー
ス１６の先端側の内側面に電動機１７を固定している。
前記チェーンホイールカバー１３の上に電源である電池
ケース１８を着脱可能に取付けている。そして前記ギア
ケース１６の外側に左側のペダルクランク１４ｂとペダ
ル１５ｂを設けている。

【００１８】図２は車体フレーム１を省略して自転車を
上から見た図で、ギアケース１６と電池ケース１８の配
置を示している。前記電池ケース１８には、複数の電
池、例えば３個の１２Ｖの密閉鉛蓄電池を直列に接続し
て収納し、この各電池から前記電動機１７に駆動電力を
供給するようになっている。

【００１９】前記ギアケース１６は、図３に示すよう
に、最終出力段ギア２１を含む複数の減速ギア２２，…
からなる減速機２３を収納している。前記減速ギア２２
はケース１６内に固定した軸２４にボールベアリング２
５によって回転自在に取付けている。

【００２０】そして、図４に示すように、前記最終出力
段ギア２１の中心孔２１ａを通して出力回転軸である連
結主軸２６と、主トルク伝達板２７を一体に固定したト
ルク伝達軸２８を、連結主軸２６の外周面の一部に形成
したねじ状の斜面２６ａとトルク伝達軸２８の内周面に
一部に形成したねじ状の斜面２８ａとを係合するように
して嵌め合わせ、この状態で自転車のボトムブラケット
２９に回転自在に取り付けてあるペダルクランク軸３０
に前記連結主軸２６を取り付け、締め付けナット３１に
より固定している。前記ねじ状の斜面２６ａとねじ状の
斜面２８ａは係合部を構成している。

【００２１】前記連結主軸２６にペダル連結軸３２を螺
着し、このペダル連結軸３２に左側ペダル１５ｂを取り
付けた前記ペダルクランク１４ｂを締め付けナット３３
によって固定している。前記ペダルクランク１４ｂには
締め付けナット３３が外部に露出しないようにキャップ
３４を螺着している。前記最終出力段ギア２１の中心孔
２１ａを形成する内周部に摺動材からなる軸受３５を取
付け、前記連結主軸２６に対する前記トルク伝達軸２８
の係合がスムーズにできるようになっている。

【００２２】前記最終出力段ギア２１は前段の駆動回転
体であるピニオンギア３６と噛合い、このピニオンギア
３６と同軸に設けた従動回転体である前段の減速ギア２
２に前記トルク伝達軸２８のねじ状の斜面２８ａを内周
面に設けた円筒部２８ｂの外周面に第１の回転体である
クラッチギア３７を回転自在に嵌合している。

【００２３】前記クラッチギア３７は、図７に示すよう
に、中央に円筒部３７ａを形成するとともにこの円筒部
３７ａの外側の外周部近くに一部を切り欠いた円形の突
出部３７ｂを形成し、かつ外周部にギア部３７ｃを形成
したもので、この円筒部３７ａの外周と突出部３７ｂの
内周との間に、図５に示す半円形で、かつ中央部を半円
形に切欠いたウエイト板３８を設けている。前記ウエイ
ト板３８は半円形部の外周中央に係合突起３８ａを形成
し、かつ半円形部の両端部にコイルバネ３９を取付け、
このコイルバネ３９の中央部を円筒部３７ａの外周と突
出部３７ｂの内周との間で、かつ前記突出部３７ｂの切
欠き３７ｄの反対側に固定している。そして、ウエイト
板３８の係合突起３８ａを前記突出部３７ｂの切欠き３
７ｄに挿入し、通常はウエイト板３８がコイルバネ３９
で引っ張られて半円形切欠き３８ｂの内周部が円筒部３
７ａの外周部に嵌合し、この状態では係合突起３８ａの
先端が突出部３７ｂの外周面より内側にあり、クラッチ
ギア３７が回転すると遠心力でコイルバネ３９のバネ力
に抗してウエイト板３８が外側にスライドし、係合突起
３８ａの先端が突出部３７ｂの外周面よりも外側に突出
するようになっている。

【００２４】前記クラッチギア３７の突出部３７ｂの外
周に第２の回転体である従動リング４０を嵌合してい
る。この従動リング４０は、外周の縁部両側にそれぞれ
突出部４０ａ，４０ｂを形成し、一方の突出部４０ａに
所定の間隔で所定幅の切欠き４０ｃを複数形成し、この
突出部４０ａ側を前記クラッチギア３７の突出部３７ｂ
の外周に嵌合するようになっている。

【００２５】前記主トルク伝達板２７は、一方の側に湾
曲した第１のバネ部材２７ａを固定し、この第１のバネ
部材２７ａの両端に前記最終出力段ギア２１の端面に接
触するように離間釦４１を取付けている。また、前記主
トルク伝達板２７は、外周部に湾曲したブレーキ材４２
を取付け、このブレーキ材４２は外面が一部傾斜面４２
ａとなっていて、主トルク伝達板２７が前記最終出力段
ギア２１に接触する時、この傾斜面４２ａが最終出力段
ギア２１に形成したテーパ面２１ｂに圧接するようにな
っている。

【００２６】また、前記主トルク伝達板２７は図６に示
す湾曲した第２のバネ部材２７ｂも固定し、この第２の
バネ部材２７ｂの両端に図９に示すクラッチシュー４３
を取付け、このクラッチシュー４３の円弧面４３ａを前
記従動リング４０の外周面に圧接させている。

【００２７】前記主トルク伝達板２７、トルク伝達軸２
８、連結主軸２６の外周面に形成したねじ状の斜面２６
ａとトルク伝達軸２８の内周面に形成したねじ状の斜面
２８ａからなる係合部、クラッチギア３７、ウエイト板
３８、従動リング４０、第１のバネ部材２７ａ、離間釦
４１、第２のバネ部材２７ｂ、ブレーキ材４２、クラッ
チシュー４３で構成する機構部は自励式クラッチ機構を
構成している。

【００２８】この自励式クラッチ機構は以下に述べる動
作を行うようになっている。すなわち、前記電動機１７
の動作により減速機２３の各減速ギア２１，２２が回転
すると、クラッチギア３７が先ず回転し、この遠心力で
ウエイト板３８の係合突起３８ａがクラッチギア３７の
突出部３７ｂの切欠き３７ｄからこの突出部３７ｂの外
周面よりも外側に突出し、係合突起３８ａの先端部が従
動リング４０の切欠き４０ｃに係合することで従動リン
グ４０がクラッチギア３７と一体になって回転する。従
動リング４０が回転するとこの従動リング４０の外周面
に圧接しているクラッチシュー４３の摩擦により主トル
ク伝達板２７とトルク伝達軸２８が回転する。トルク伝
達軸２８が回転すると、連結主軸２６の外周面に形成し
たねじ状の斜面２６ａにトルク伝達軸２８の内周面に形
成したねじ状の斜面２８ａが入り込んで主トルク伝達板
２７のブレーキ材２２が最終出力段ギア２１のテーパ面
２１ｂに圧接し、これにより、連結主軸２６の外周面に
形成したねじ状の斜面２６ａにトルク伝達軸２８の内周
面に形成したねじ状の斜面２８ａが強く入込み主トルク
伝達板２７と最終出力段ギア２１との圧接力が増大す
る。そして、主トルク伝達板２７と最終出力段ギア２１
との間の滑りが減少し、やがて主トルク伝達板２７は最
終出力段ギア２１と一体に回転するようになる。こうし
て、主トルク伝達板２７、トルク伝達軸２８を介して連
結主軸２６に最終出力段ギア２１からの回転トルクが伝
達し、さらに自転車のペダルクランク軸３０に伝達す
る。

【００２９】また、前記電動機１７の動作が停止する
と、減速機２３の各減速ギア２１，２２の回転が停止
し、連結主軸２６の外周面に形成したねじ状の斜面２６
ａからトルク伝達軸２８の内周面に形成したねじ状の斜
面２８ａが外れる方向に回転が作用する。また、クラッ
チギア３７の回転が停止し、これにより遠心力がなくな
ってウエイト板３８の係合突起３８ａが引っ込み、従動
リング４０の回転が停止する。また、第１のバネ部材２
７ａと離間釦４１からなる離間手段により主トルク伝達
板２７が最終出力段ギア２１から離間するように作用す
る。こうして最終出力段ギア２１から主トルク伝達板２
７が離れ、主トルク伝達板２７、トルク伝達軸２８を介
しての連結主軸２６への回転トルクの伝達が停止され
る。

【００３０】また、自転車においては、人がペダル１５
ａ，１５ｂを漕ぐことによりこの動力補助機を動作させ
ることが必要となるが、これはペダル１５ａ，１５ｂの
回転速度、方向、加速度、傾斜角を検出して電動機１７
の動作開始や動作停止を制御することで実現できる。こ
の場合、補助動力である電動機１７からの回転トルクを
自転車の加速度と傾斜度を検知して制御し、人力を越え
ないように設定する。

【００３１】この制御としては、本発明者が先に提案し
出願した、特願平７−７００８７号や特願平７−７００
８８号に記載した技術を使用できる。例えば、ペダルク
ランク１４ｂの回転速度は、ペダルクランク軸３０と一
体に回転するストッパリング４４に回転検出用凹凸板４
５を取付け、この凹凸板４５の外周部に多極着磁したマ
グネットを接着固定し、ペダルクランク１４ｂの回転に
伴なうペダルクランク軸３０の回転により凹凸板４５を
回転し、この回転に伴うマグネットの磁極の変化をホー
ル素子からなるセンサで検知することによって検出でき
る。また、自転車の加速度は、例えば傾斜底面を有する
ケース内に鋼球を揺動自在に封入し、自転車の加速度に
応じて鋼球が傾斜底面の傾斜面を上る方向に移動する構
成にし、鋼球が傾斜面をどの位置まで上るかをホトセン
サで検知することで検出できる。

【００３２】このような構成の動力補助装置は、既存の
自転車の左側ペダルクランク１４ｂを取り外し、自励式
クラッチ機構があらかじめ組込まれている電動機１７を
取付けたギアケース１６中の連結主軸２６をペダルクラ
ンク軸３０に固定する。そして、連結主軸２６にペダル
連結軸３２を螺着し、さらに左側ペダルクランク１４ｂ
をペダル連結軸３２に締付けナット３３で固定する。こ
のようにして、自励式クラッチ機構を組込んだ動力補助
機を既存の自転車に簡単に取り付けることができる。

【００３３】ペダルの踏み込み動作を行わない自転車の
運転前の状態では最終出力段ギア２１から主トルク伝達
板２７は離れており、また、クラッチギア３７に対して
従動リング４０はフリーになっている。この状態でペダ
ル１５ａ，１５ｂを踏み込み、自転車の運転を開始する
と、ペダルクランク１４ａ，１４ｂの回転により、ペダ
ル連結軸３２、連結主軸２６、ペダルクランク軸３０、
ストッパリング４４が回転する。ストッパリング４４の
回転により、センサでペダルクランク１４ｂの回転速度
を検出する。またペダルクランク軸２７の回転により、
自転車は前進し、自転車の加速度が検出される。そし
て、回転速度が一定値以上で、かつ加速度が一定値以上
になると、モータ駆動信号が発生し、電動機１７が起動
する。

【００３４】電動機１７が起動すると電動機１７の回転
トルクが減速機２３に伝達され、減速ギア２２や最終段
ギア２１が回転する。減速キヤ２２の回転により、クラ
ッチギア３７が回転し、この遠心力でウエイト板３８の
係合突起３８ａが外側に突出して従動リング４０に係合
し、従動リング４０がクラッチギア３７と一体に回転す
る。従動リング４０が回転するとクラッチシュー４３の
摩擦により主トルク伝達板２７及びトルク伝達軸２８が
回転する。

【００３５】トルク伝達軸２８が回転すると、連結主軸
２６のねじ状の斜面２６ａにトルク伝達軸２８のねじ状
の斜面２８ａが入り込むとともに主トルク伝達板２７の
ブレーキ材２２が最終出力段ギア２１のテーパ面２１ｂ
に圧接する。こうして、主トルク伝達板２７と最終出力
段ギア２１との圧接力が増大し、やがて主トルク伝達板
２７は最終出力段ギア２１と一体に回転するようにな
り、電動機１７からのトルクが減速機２３を介してペダ
ルクランク軸２７に伝達され、動力補助が行われる。

【００３６】こうして、人力によるペダルトルクが小さ
くても電動機１７からのトルクによる動力補助が行わ
れ、これによりペダルクランク軸２７は十分な回転トル
クを得て自転車を動かすことになる。このようにして人
力によるペダル駆動動力に比例したトルク補助が簡単に
実現できる。

【００３７】また、ペダル漕ぎを停止したり、ペダルを
逆回転した場合は、電動機１７の動作が直ちに停止さ
れ、減速機２３の減速ギア２２及び最終出力段ギア２１
の回転が停止するので、連結主軸２６のねじ状の斜面２
６ａからトルク伝達軸２８のねじ状の斜面２８ａが外れ
る方向に回転が作用し、また、クラッチギア３７の回転
が停止し、これにより遠心力がなくなってウエイト板３
８の係合突起３８ａが引っ込み、従動リング４０の回転
が停止する。さらに、第１のバネ部材２７ａと離間釦４
１からなる離間手段により主トルク伝達板２７が最終出
力段ギア２１から離間するように作用する。

【００３８】こうして最終出力段ギア２１から主トルク
伝達板２７、トルク伝達軸２８を介して連結主軸２６へ
の回転トルクの伝達がスムーズに停止されるので、ペダ
ルを任意の位置で違和感なく停止させることができ、ま
た、ペダルをスムーズに逆回転させることもでき、自転
車本来の感覚を損なうことはない。

【００３９】また、連結主軸２６のねじ状の斜面２６ａ
にトルク伝達軸２８のねじ状の斜面２８ａが入り込むと
ともに主トルク伝達板２７のブレーキ材２２が最終出力
段ギア２１のテーパ面２１ｂに圧接することで、主トル
ク伝達板２７と最終出力段ギア２１との圧接力を増大し
ているので、最終出力段ギア２１から主トルク伝達板２
７、トルク伝達軸２８を介して連結主軸２６に回転トル
クが効率よく伝達でき、従って、電動機１７として小
形、軽量のものを使用しても動力補助が充分にできる。

【００４０】また、最終出力段ギア２１に比べて３倍以
上の回転速度をもつ前段の減速ギア２２にクラッチギア
３７を噛合わせ、このクラッチギア３７にウエイト板３
８を取り付けているので、最終出力段ギア２１に直接ウ
エイト板３８を取り付ける場合に比べて９倍以上の遠心
力が得られ、ウエイト板３８の小形軽量化を図ることが
できるとともにクラッチ機構の応答性を良好にできる。
例えば、クラッチ機構が結合開始する回転速度を７５０
０ｒｐｍ前後とし、ウエイト板３８の質量を１０ｇｒと
すると、２０ｇｒ前後の遠心力が作用すればよく、この
ような適切な遠心力を得るには直径８０〜１００mmのク
ラッチギアを使用すればよい。ウエイト板３８を適切な
遠心力でスライドさせることでクラッチ機構をスムーズ
に結合させることができる。

【００４１】また、電動機１７として、トルクの垂下特
性を有するユニバーサルモータを使用することで、自転
車の起動時にも電気的制御手段なしに滑らかなトルク補
助ができ、また、高速運転になるにしたがって動力補助
トルクを減少させることができる。また、遠心力による
クラッチ動作の開始時間が早くなり、適切な動力補助を
行うための応答速度が早くなる。

【００４２】（第２の実施の形態）なお、この実施の形
態は自励式クラッチ機構を含む要部構成について述べ、
第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。

【００４３】図１０に示すように、最終出力段ギア２１
の外側縁部の一方の側にクラッチフレーム５１を固定
し、このクラッチフレーム５１の後端にバネ部材である
板バネ５２を固定し、この板バネ５２にウエイト部材５
３を固定したものである。すなわち、図１１に示すよう
に、最終出力段ギア２１の外側縁部の一方の側にクラッ
チフレーム５１の一端をネジ５４で固定し、このクラッ
チフレーム５１の後端にＬ字形状の板バネ５２の一端を
ネジ５５で固定し、この板バネ５２の他端にウエイト部
材５３を固定し、このウエイト部材５３の両側に位置す
るクラッチフレーム５１にウエイト部材５３がこのクラ
ッチフレーム５１から左右に飛び出さないようにストッ
パ５６，５７を設けたもので、最終出力段ギア２１が矢
印方向に回転すると、その遠心力でウエイト部材５３が
板バネ５２のバネ力に抗して矢印方向に飛び出し、この
ウエイト部材５３の先端部が主トルク伝達板２７の外周
部に固定したブレーキ材４２に当接し、これにより主ト
ルク伝達板２７及びトルク伝達軸２８が回転し、連結主
軸２６のねじ状の斜面２６ａにトルク伝達軸２８のねじ
状の斜面２８ａが入り込んで主トルク伝達板２７のブレ
ーキ材２２が最終出力段ギア２１のテーパ面２１ｂに圧
接し、主トルク伝達板２７と最終出力段ギア２１との圧
接力を増大させるものである。

【００４４】このようにしても、自励式クラッチ機構を
組込んだ動力補助機を既存の自転車に簡単に取り付ける
ことができ、また、人力によるペダル駆動動力に比例し
たトルク補助が簡単に実現でき、また、ペダルを任意の
位置で違和感なく停止させることができ、さらに、電動
機として小形、軽量のものを使用しても動力補助が充分
にできるなど第１の実施形態と同様の作用効果が得られ
る。但し、最終出力段ギア２１の回転速度が低速なた
め、ウエイト部材５３の重量を重くしたり、最終出力段
ギア２１の径を大きくするなどの工夫が必要となる。

【００４５】（第３の実施の形態）なお、この実施の形
態は自励式クラッチ機構を含む要部構成について述べ、
第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。

【００４６】図１２に示すように、電動機１７とは別に
ステッピングモータ６１を設け、このステッピングモー
タ６１の回転軸にピニオンギア６２を取付け、このピニ
オンギア６２に圧接リング６３の外周に形成したギア部
を噛合わせ、また、この圧接リング６３の内周部にこの
圧接リング６３を軸方向に前進及び後退移動させるネジ
を形成し、このネジをギアケース１６に形成したネジに
噛合わせている。

【００４７】この構成においては、ステッピングモータ
６１を正回転又は逆回転させることでピニオンギア６２
を正回転又は逆回転させ、これにより圧接リング６３を
正回転又は逆回転させる。そして、圧接リング６３が正
回転したとき、この圧接リング６３を主トルク伝達板２
７側に前進させて圧接リング６３で主トルク伝達板２７
を押圧し、この主トルク伝達板２７を最終出力段ギア２
１に圧接させる。また、圧接リング６３が逆回転したと
き、この圧接リング６３を主トルク伝達板２７側から後
退させて圧接リング６３による主トルク伝達板２７の押
圧を解除して、この主トルク伝達板２７をバネ部材２７
ａと離間釦４１からなる離間手段により最終出力段ギア
２１から離間させる。

【００４８】このように、ステッピングモータ６１を使
用して圧接リング６３を進退動作させることによっても
主トルク伝達板２７を最終出力段ギア２１に圧接させた
り、離間させたりできる。すなわち、クラッチ機構の結
合、解除ができる。

【００４９】その他、ステッピングモータ６１に代え
て、電磁ソレノイドを使用しても主トルク伝達板２７の
最終出力段ギア２１に対する圧接や離間が可能である。

【００５０】この実施の形態においても動力補助機を既
存の自転車に簡単に取り付けることができ、また、人力
によるペダル駆動動力に比例したトルク補助が簡単に実
現でき、また、ペダルを任意の位置で違和感なく停止さ
せることができ、さらに、電動機として小形、軽量のも
のを使用しても動力補助が充分にできるという点では第
１の実施形態と同様の作用効果が得られる。

【００５１】

【発明の効果】以上、請求項１及び２記載の発明によれ
ば、電動機の回転トルクを主トルク伝達板に伝達してこ
の主トルク伝達板を減速機の最終出力段に圧接させ、こ
れにより電動機のトルクを自励により出力回転軸に確実
に伝達できる。

【００５２】また、請求項３乃至９記載の発明によれ
ば、市販されている普通自転車に簡単に取付けることが
できて汎用性を向上でき、しかも電動機のトルクをペタ
ルクランク軸に確実に伝達できて人力によるペダル駆動
動力に比例した適切な動力補助ができる。また、ペダル
をスムースに逆回転させることができ、自転車感覚を損
なうことがない。さらに、電動機の小形軽量化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す自転車の斜視
図。

【図２】同実施形態における自転車を車体フレームを省
略して上から見た平面図。

【図３】同実施形態における要部構成を示す部分断面し
た平面図。

【図４】同実施形態における連結主軸、主トルク伝達板
及び最終出力段ギアを示す分解斜視図。

【図５】同実施形態におけるウエイト板の構成を示す図
で、(a) は側面図、(b) は平面図。

【図６】同実施形態における第１のバネ部材の構成を示
す図。

【図７】同実施形態における最終出力段ギアの構成を示
す図で、(a) は平面図、(b) は(a) のＡ−Ａ断面図。

【図８】同実施形態における従動リングの構成を示す図
で、(a) は平面図、(b) は(a)のＢ−Ｂ断面図。

【図９】同実施形態におけるクラッチシューの構成を示
す図で、(a) は平面図、(b) は(a) のＣ−Ｃ断面図。

【図１０】本発明の第２の実施形態における要部構成を
示す部分断面した平面図。

【図１１】同実施形態におけるウエイト部材取付部の構
成を示す図で、(a) は一方の側から見た部分拡大図、
(b) は他方の側から見た部分拡大図。

【図１２】本発明の第３の実施形態における要部構成を
示す部分断面した平面図。

【符号の説明】

１４ａ，１４ｂ…ペダルクランク １７…電動機 ２１…最終出力段ギア ２２…減速ギア ２３…減速機 ２６…連結主軸 ２７…主トルク伝達板 ２８…トルク伝達軸 ３０…ペダルクランク軸 ２６ａ，２８ａ…ねじ状の斜面 ３２…ペダル連結軸 ３７…クラッチギア ３８…ウエイト板 ４０…従動リング ４１…離間釦 ４２…ブレーキ材 ４３…クラッチシュー

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機の回転により、この電動機に連結
   した減速機の最終出力段が回転し、この最終出力段に対
   して主トルク伝達板が摩擦接触して回転し、この主トル
   ク伝達板の回転により、この主トルク伝達板が固定した
   トルク伝達軸と出力回転軸との間に設けた係合部の係合
   状態が強まり、前記主トルク伝達板の前記最終出力段に
   対する圧接力が増大し、前記電動機のトルクを前記出力
   回転軸に伝達することを特徴とする自励式クラッチ機
   構。
2. 【請求項２】 出力回転軸に嵌合するトルク伝達軸と、
   このトルク伝達軸に固定し、電動機に連結した減速機の
   最終出力段に対して摩擦部を介して圧接可能に設けた主
   トルク伝達板と、この主トルク伝達板の前記最終出力段
   に対する圧接力を支える保持手段と、前記主トルク伝達
   板を前記最終出力段に接触させる手段と、前記主トルク
   伝達板を前記最終出力段から離間させる手段とを備え、
   前記保持手段は、前記出力回転軸とトルク伝達軸との間
   に、前記電動機からのトルク伝達に伴って前記主トルク
   伝達板の前記最終出力段に対する圧接力が増大するよう
   作用を為す斜面を有する係合部を設けたことを特徴とす
   る自励式クラッチ機構。
3. 【請求項３】 ペダルクランク軸に貫通装着するととも
   にペダルクランクを固定したペダル連結軸を取付けた連
   結主軸を設け、この連結主軸にクラッチ機構を取付け、
   多段減速機付き電動機からのトルクを前記クラッチ機
   構、連結主軸を介して前記ペダルクランク軸に伝達し動
   力を補助する自転車用動力補助機において、 前記クラッチ機構は、前記連結主軸に嵌合するトルク伝
   達軸と、このトルク伝達軸に固定し、前記減速機の最終
   出力段に対して摩擦部を介して圧接可能に設けた主トル
   ク伝達板と、この主トルク伝達板の前記最終出力段に対
   する圧接力を支える保持手段と、前記主トルク伝達板を
   前記最終出力段に接触させる手段と、前記主トルク伝達
   板を前記最終出力段から離間させる手段とを備え、前記
   保持手段は、前記連結主軸とトルク伝達軸との間に、前
   記電動機からのトルク伝達に伴って前記主トルク伝達板
   の前記最終出力段に対する圧接力が増大するよう作用を
   為す斜面を有する係合部を設けたことを特徴とする自励
   式クラッチ機構を使用した自転車用動力補助機。
4. 【請求項４】 連結主軸は摺動材を介して主トルク伝達
   板からの圧接力を支えることを特徴とする請求項３記載
   の自励式クラッチ機構を使用した自転車用動力補助機。
5. 【請求項５】 主トルク伝達板を最終出力段に接触させ
   る手段は、減速機からトルクを受けて回転駆動する第１
   の回転体と、この第１の回転体の回転による遠心力によ
   り突出し、この第１の回転体の回転を主トルク伝達板に
   伝達する結合部とを備え、前記主トルク伝達板の回転に
   よりこの主トルク伝達板を最終出力段に接触させること
   を特徴とする請求項３又は４記載の自励式クラッチ機構
   を使用した自転車用動力補助機。
6. 【請求項６】 第１の回転体は、減速機の最終出力段を
   駆動する前段の駆動回転体と同軸に設けた前段の従動回
   転体によって回転駆動し、結合部は、前記第１の回転体
   の中心軸側に弾性体を介して固定し、この第１の回転体
   の回転による遠心力により前記第１の回転体の周面から
   突出する係合突起を設けたウエイト板と、このウエイト
   板の係合突起により係合して前記第１の回転体と共に回
   転する第２の回転体と、この第２の回転体の周面に摩擦
   接触し、この第２の回転体の回転力を主トルク伝達板に
   伝達するクラッチシューからなることを特徴とする請求
   項５記載の自励式クラッチ機構を使用した自転車用動力
   補助機。
7. 【請求項７】 主トルク伝達板を最終出力段に接触させ
   る手段は、減速機の最終出力段の前記主トルク伝達板側
   側面に固定したフレームと、このフレームにバネ部材を
   介して固定し、前記最終出力段の回転による遠心力によ
   りこの最終出力段の外周側に突出して前記主トルク伝達
   板に係合するウエイト部材とを備え、前記主トルク伝達
   板の回転によりこの主トルク伝達板を最終出力段に接触
   させることを特徴とする請求項３又は４記載の自励式ク
   ラッチ機構を使用した自転車用動力補助機。
8. 【請求項８】 主トルク伝達板を最終出力段から離間さ
   せる手段は、バネ力により主トルク伝達板を最終出力段
   から離間させることを特徴とする請求項３、４、５、６
   又は７記載の自励式クラッチ機構を使用した自転車用動
   力補助機。
9. 【請求項９】 ペダルクランク軸に貫通装着するととも
   にペダルクランクを固定したペダル連結軸を取付けた連
   結主軸を設け、この連結主軸にクラッチ機構を取付け、
   多段減速機付き電動機からのトルクを前記クラッチ機
   構、連結主軸を介して前記ペダルクランク軸に伝達し動
   力を補助する自転車用動力補助機において、 前記クラッチ機構は、前記連結主軸に嵌合するトルク伝
   達軸と、このトルク伝達軸に固定し、外周部に摩擦材を
   設け、前記減速機の最終出力段ギアに対して前記摩擦材
   を介して圧接可能に設けた主トルク伝達板と、前記連結
   主軸の外周面とトルク伝達軸の内周面に互いに係合する
   ねじ状の斜面を形成し、前記主トルク伝達板の回転より
   この主トルク伝達板を斜面に沿ってスラスト方向に移動
   させ前記最終出力段ギアに対する前記主トルク伝達板の
   圧接力を増大させる係合部と、前記減速機からトルクを
   受けて回転駆動する第１の回転体と、この第１の回転体
   の中心軸側にスプリングにより固定し、この第１の回転
   体の回転による遠心力により前記第１の回転体の周面か
   ら突出する係合突起を設けたウエイト板と、このウエイ
   ト板の係合突起により係合して前記第１の回転体と共に
   回転する第２の回転体と、この第２の回転体の周面に摩
   擦接触し、この第２の回転体の回転力を主トルク伝達板
   に伝達するクラッチシューと、前記主トルク伝達板に取
   付け、前記電動機の回転停止によりこの主トルク伝達板
   を前記最終出力段から離間させるバネ部材とを設けたこ
   とを特徴とする自励式クラッチ機構を使用した自転車用
   動力補助機。