JPH11227672A - 電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペダル踏み込み力の大小と走行速度との相関
関係から、駆動補助のためのモータ駆動のオンオフ、そ
の駆動力の調整等を自動的に簡単に制御する。 【解決手段】 ペダル（７）の踏み込みとこの踏み込み
によって走行方向に駆動回転する駆動歯車４との駆動差
を検知して、ペダルの踏み込みで駆動歯車４を駆動回転
するときはオンし、ペダルの踏み込みが空転するときは
オフとなるスイッチ１５を備えたペダルスイッチ機構１
０を設ける。ペダルスイッチ機構１０のオン状態で駆動
するモータ２１の駆動力を伝達して回転する駆動補助歯
車３１を介して駆動歯車４の駆動を補助する走行補助動
力機構２０を設ける。また走行補助動力機構２０には、
駆動歯車４の走行負荷が大きいときは当接摩擦してモー
タ２１の駆動力を駆動補助歯車３１側に伝達し、走行負
荷が小さいときはスリップしてモータ２１の駆動力を減
少して駆動補助歯車３１側に伝達せず、走行負荷に対応
して駆動力を調整伝達するようにしたトルククラッチ機
構４０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータを内蔵するこ
とで例えば上り坂等の登坂走行を円滑にするようにした
電動補助自転車において、自転車の走行速度と走行負荷
に対応したペダルに対する踏み込み力の大小との相対的
な比較によってモータをオン・オフし、またその走行速
度に対応した補助駆動力を自動的に制御伝達して常時安
定した走行が得られるようにした電動補助自転車に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から自転車には各種の変速制御機構
が組み込まれていて、発進時、登坂走行時等では減速さ
せることでペダルに対する踏み込み力を弱めて身体に対
する負担を軽減するようにし、また平坦走行路面での走
行時では逆に増速させることで走行速度を増大するよう
にしている。この増減速作用は変速制御機構内に配設さ
れている大小の複数の歯車の噛み合わせを変更させるこ
とで得られるものとなっており、そのためにはギヤチェ
ンジ操作が必要とされるものである。一方、近時はこう
したギヤチェンジ操作の煩わしさから解放させるために
特に上り坂等の登坂走行時における負担を軽減するよう
に組み込まれたモータの駆動力を補助的に利用するいわ
ゆる電動補助自転車が提案されてもいる。

【０００３】この電動補助自転車は、例えば走行速度が
時速０〜１５Ｋｍではその推進力の半分程度をモータ駆
動力で補助するために、例えば上り坂でもその登坂力が
得られて軽く登れるようにし、時速１５〜２４Ｋｍでは
補助力が次第に減少し、２４Ｋｍを越えると補助力がな
くなって通常の自転車に乗っているのと同じ状態とする
ものである。そのためこの電動補助自転車には、その補
助動力源としてのモータ、電力源としての蓄電池、モー
タのオン・オフ等を制御する制御回路等が配装されてい
るのである。

【０００４】特にその制御回路では、低速時、登坂時等
ではペダルに対する踏み込み力が大きく強くなってその
走行補助を必要とすることになるから、その踏み込み力
を検出する圧力センサー、また自転車自体の走行速度に
ほぼ対応するチェーンの回転速度を検出する速度センサ
ー等が組み込まれ、それらのセンサーによる踏み込み
力、走行速度等を検出してそれらの相関関係からモータ
のオン・オフ等をコンピュター制御している。すなわち
走行速度が遅くなって踏み込み力が大きい場合にはモー
タをオンさせて補助動力が発生するようにして走行を補
助（アシスト）し、逆に走行速度が速くなって踏み込み
力が小さい場合にはモータ駆動力を小さく更にはオフさ
せて補助動力を発生させずに搭乗者自身のペダルに対す
る踏み込み力のみで走行させるようにするのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがこうした従来
の電動補助自転車における上述の制御回路ではコンピュ
ーターを介しての間接制御であるから、その制御コー
ド、回路構成等が複雑なものとなるばかりでなく、ＩＣ
その他の高価な電気部品を使用しなければならないから
極めて高価なものとならざるを得ないのである。またモ
ータ駆動力による速度制御はインバータ方式としている
ために、この点でも同様に回路的な構成が複雑となり、
高価なものとなっているものである。

【０００６】そこで本発明は叙上のような従来存した諸
事情に鑑み創出されたもので、走行時のペダルに対する
踏み込み力の大小と走行速度との相関関係からのモータ
駆動のオン・オフ、走行負荷に対応した補助駆動力の大
小の設定その他の制御を電気的な構成によらずに機械的
な検出構成によって簡単に行なうことができるものと
し、また機構的に極めて簡素な構成とできて故障も少な
く確実に作動するようにし、しかも安価に提供できる電
動補助自転車を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明にあっては、ペダル３の踏み込みによる駆
動歯車４の駆動回転で駆動チェーン５を介して後輪を回
転させて走行する自転車本体１にモータ２１を搭載し、
このモータ２１の駆動力によって走行時の走行駆動力を
補助して走行するものにおいて、ペダル３に対する踏み
込みとこの踏み込みによって走行方向に駆動回転される
駆動歯車４との駆動差を検知し、ペダル３の踏み込みに
よって駆動歯車４が駆動回転されるときにはオンとな
り、ペダル３の踏み込みが空転するときにはオフとなる
スイッチ１５を備えたペダルスイッチ機構１０と、この
ペダルスイッチ機構１０のオン状態で駆動するモータ２
１を備え、モータ２１の駆動力が伝達されることで駆動
補助歯車３１を介して駆動歯車４の駆動回転を補助する
走行補助動力機構２０と、この走行補助動力機構２０に
介装されていて、駆動歯車４における走行負荷が大きい
ときには当接摩擦してモータ２１の駆動力を駆動補助歯
車３１側に伝達し、逆に走行負荷が小さいときにはスリ
ップしてモータ２１の駆動力を減少して駆動補助歯車３
１側に伝達せず、走行負荷に対応して駆動力を調整伝達
するようにしたトルククラッチ機構４０とを有して成る
ものである。ペダルスイッチ機構１０は、自転車本体１
のペダル部におけるペダル軸６に固着のペダルクランク
アーム７と、ペダル軸６にフリー回転自在にして嵌め合
わせた駆動歯車４とを係合する係合手段１１を介して正
逆転のいずれの方向にも相互に係合しておくと共に、ペ
ダルクランクアーム７の走行方向の回転によってオンさ
れるスイッチ１５を係合手段１１に関連付設したものと
できる。また係合手段１１は、駆動歯車４あるいはペダ
ルクランクアーム７の側面のいずれか一方に回転方向の
前後に沿って一対の係合突部１２Ａ，１２Ｂを突設する
と共に、この係合突部１２Ａ，１２Ｂ相互の間隙内に嵌
め合わせられるキー突体１３をペダルクランクアーム７
あるいは駆動歯車４の側面のいずれか他方に設けたもの
である。走行補助動力機構２０は、自転車フレーム２に
固定配置したモータ２１と、このモータ２１の駆動力を
伝達すべく自転車フレーム２に支承した伝達手段２２
と、この伝達手段２２からの駆動力を駆動補助歯車３１
には伝達するも、駆動補助歯車３１からは伝達手段２２
側に回転駆動作用を伝達しない一方向クラッチ手段２６
とを備えているものとできる。また一方向クラッチ手段
２６は、駆動補助歯車３１外周縁に対して揺動自在にな
るよう支承した揺動アーム２７と、伝達手段２２に常時
噛み合っていて、伝達手段２２の回転に伴なう揺動アー
ム２７の駆動補助歯車３１側への揺動によって駆動補助
歯車３１に噛み合うよう揺動アーム２７に回転自在に支
承した伝達歯車２８とを有して成るものである。トルク
クラッチ機構４０は、モータ２１側に配されるトルク入
力軸４１と、このトルク入力軸４１に一体的に設けられ
ていて、外周縁に複数の転動子支持溝４３が形成されて
いる保持部４２と、トルク入力軸４１の径方向にスライ
ド自在にして転動子支持溝４３内に装入された例えばロ
ーラー状の転動子４４と、保持部４２外周に回転自在に
囲繞配置されていて、転動子４４が内周面に圧止される
トルクリング４５と、このトルクリング４５外周面に当
接している当接部４７を有すると共にトルク入力軸４１
と同軸上にしてトルク入力軸４１外周に嵌め合わせら
れ、駆動補助歯車３１側に連繋されるトルク出力軸４６
とを備えて成るものとできる。

【０００８】以上のように構成された本発明に係る電動
補助自転車にあって、ペダルスイッチ機構１０において
係合手段１１を介して相互に係合されているよう、ペダ
ル３を連繋しているペダルクランクアーム７と駆動チェ
ーン５が掛巡されている駆動歯車４との間では、ペダル
３に対する踏み込みによってペダルクランクアーム７を
介して駆動歯車４を駆動回転させ、駆動チェーン５によ
って後輪を回転させる。それと同時に、このペダル３の
走行方向での回転はスイッチ１５をオンさせて走行補助
動力機構２０のモータ２１を駆動させる。駆動されたモ
ータ２１の駆動力は伝達手段２２、一方向クラッチ手段
２６を介して、駆動補助歯車３１を回転させて駆動歯車
４による走行駆動を補助し、駆動歯車４を回転させるた
めのペダル３への直接の踏み込み力を軽減させる。走行
補助動力機構２０の一方向クラッチ手段２６において、
伝達手段２２を経て回転力が伝達されて伝達歯車２８が
回転されるとき、その回転に伴ない揺動アーム２７が駆
動補助歯車３１側に揺動して伝達歯車２８が駆動補助歯
車３１に噛み合い、モータ２１の駆動力を駆動補助歯車
３１に伝達させる。逆にモータ２１側からの駆動力がな
く、また駆動伝達力が駆動補助歯車３１の回転力に比し
小さいとき、駆動補助歯車３１の回転力すなわち駆動歯
車４の駆動回転によって共回りするときの回転力は伝達
歯車２８を従動回転させず、また伝達歯車２８自体を駆
動補助歯車３１から離反させ、駆動歯車４側の回転はモ
ータ２１側に伝達させられない。走行補助動力機構２０
に介装したトルククラッチ機構４０において、モータ２
１の駆動力で回転されるトルク入力軸４１が保持部４２
を回転させ、保持部４２を囲繞しているトルクリング４
５に遠心作用で転動子４４を当接させ、トルクリング４
５を同期的に回転させる。このトルクリング４５の回転
は、このトルクリング４５に当接部４７を介して当接し
ているトルク出力軸４６をも摩擦回転させて駆動補助歯
車３１側にモータ２１の駆動力を伝達させる。このトル
ククラッチ機構４０においてのトルクリング４５とトル
ク出力軸４６とは、駆動補助歯車３１における回転すな
わちこの駆動補助歯車３１によって補助駆動される駆動
歯車４の回転が、自転車自体の走行が登坂状態、悪路走
行状態等で大きな走行負荷が付与されることで小さくな
っていると、摩擦力は大きくなって駆動補助歯車３１を
大きく回転させて駆動歯車４を回転させるためのペダル
３に対する踏み込みを軽減させる。逆に自転車自体の走
行が下り坂、平坦走行路等における高速走行状態等で小
さな走行負荷しか付与されていないことで大きくなって
いると、摩擦力は小さくなって駆動補助歯車３１を小さ
く回転させて駆動歯車４に対する駆動補助を小さくし、
ペダル３に対する踏み込み力に変化を与えない。こうし
たトルクリング４５とトルク出力軸４６との当接摩擦
は、駆動歯車４における走行負荷の大小に自動的に対応
調整させられ、走行負荷が大きいと当接摩擦が大きくな
って駆動補助を大きくさせ、走行負荷が小さいとスリッ
プして駆動補助を小さくさせる。またローラー状の転動
子４４はトルクリング４５との接触面積を大きくして、
トルク入力軸４１からの回転駆動をトルクリング４５に
確実に伝達させる。またペダルスイッチ機構１０におい
てのスイッチ１５は、下り坂走行、高速惰性走行等の走
行負荷が極めて小さくなってペダル３に対する踏み込み
が不要となったり、踏み込みが解除されていたりする
と、オフとなって走行補助動力機構２０による駆動補助
を行なわせない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明するに、図において示される符号１は自
転車本体であり、その自転車フレーム２のペダル部に支
承したペダル軸６に一体のペダルクランクアーム７に連
繋してあるペダル３に対する踏み込みによって駆動歯車
（スプロケットホイール）４を回転し、駆動チェーン５
を介して後輪を回転走行させるものである。そして図１
１に示すようにペダル部には、後述する走行補助動力機
構２０においてのモータ２１の駆動、停止を制御するよ
うに、ペダル３に対する踏み込みとこの踏み込みによっ
て走行方向に駆動回転される駆動歯車４との駆動差、す
なわちペダル３の踏み込みによって駆動歯車４が駆動回
転されるときにはモータ回路を閉成すべくオンとなり、
走行による駆動歯車４の回転惰性が大きくなる等のペダ
ル３への踏み込みが空転するときにはモータ回路を開成
すべくオフとなるペダルスイッチ機構１０が設けられて
いる。またペダル部近傍の自転車フレーム２には、後輪
を駆動チェーン５を介して回転させる駆動歯車４の駆動
を補助（アシスト）して回転させるべく、自転車フレー
ム２に着脱自在に搭載される充電池５１によって駆動さ
れるモータ２１を備えた走行補助動力機構２０が設けら
れており、その駆動の補助は、ペダル部におけるペダル
クランクアーム７、駆動歯車４等と同軸上にして設けて
いるペダル軸６に固着した駆動補助歯車３１を回転させ
るものとしている。そしてこの走行補助動力機構２０に
おいては、例えば上り坂の登坂状態、悪路走行状態等の
後輪を走行回転させるときの走行負荷が大きいときには
駆動歯車４による回転駆動を補助すべくその補助力を大
きくし、下り坂、平坦走行路等における通常走行・高速
走行状態等の後輪に付与される走行負荷が小さいときに
は駆動歯車４に対する駆動補助を小さく、更には一定速
度に到達したときの駆動補助を停止するよう機械的に作
動するトルククラッチ機構４０を介装してある。

【００１０】しかしてペダルスイッチ機構１０は走行補
助動力機構２０におけるモータ回路を開閉するスイッチ
となるもので、図１乃至図４に示すようにペダル部にお
けるペダル軸６に固着の、ペダル３が連繋されているペ
ダルクランクアーム７と、ペダル軸６にフリー回転自在
にして嵌め合わせた前記の駆動歯車４とを好ましくは若
干の遊びが設定されている状態で係合する係合手段１１
を介して正逆転のいずれの方向にも相互に係合しておく
と共に、ペダルクランクアーム７の走行方向である正方
向の回転によってオンされるマイクロスイッチであるス
イッチ１５を係合手段１１に関連付設したものである。

【００１１】図示例における係合手段１１はペダルクラ
ンクアーム７の裏面と駆動歯車４の表面との間で係合す
るよう、駆動歯車４の表面に回転方向の前後に沿って一
対の係合突部１２Ａ，１２Ｂを突設する一方、この係合
突部１２Ａ，１２Ｂ相互の間隙内に回転方向の前後夫々
で所定幅員のクリアランスを設定して嵌め合わせられる
キー突体１３をペダルクランクアーム７の裏面に設けた
ものである。またスイッチ１５はペダルクランクアーム
７の裏面に配置し、その押圧出没するスイッチ端は自転
車自体を走行させるべくペダルクランクアーム７を回転
させるときの正方向である回転方向の前方に位置する一
方の係合突部１２Ａに対向させて臨ませてあり、駆動歯
車４に対するペダルクランクアーム７の相対的な正方向
の回転（図１における時計方向）は、スイッチ１５のス
イッチ端を係合突部１２Ａに衝接させることでモータ回
路をオンさせるものとなり（図４参照）、同様に相対的
な逆方向の回転はモータ回路をオフさせるものとなって
いる（図３参照）。なお図示を省略したが、この係合手
段１１においての係合突部１２Ａ，１２Ｂはペダルクラ
ンクアーム７に、キー突体１３は駆動歯車４に夫々配置
するものとしてもよいのである。

【００１２】また自転車自体を走行させていないとき等
の走行補助動力機構２０を非作動状態としておくときの
スイッチ１５を常時オフ状態とさせておくように、キー
突体１３にはその回転方向の前面側から突出する伸張傾
向のコイルスプリングの如き弾撥体１６を挿入してあ
り、この弾撥体１６による弾撥力でスイッチ端を一方の
係合突部１２Ａ側からは常時離反させるものとしてあ
る。なお図示例にあっては、一方の係合突部１２Ａを他
方のそれに比し長くすることでスイッチ端が衝接する部
位をも一体形成するものとしてあるも、この係合突部１
２Ａにおいては、キー突体１３を挟み込む部位とスイッ
チ端との衝接部位夫々を別体のものとして形成すること
も可能である。

【００１３】更にスイッチ１５における接点は図２に示
すようにペダル軸６内部を通り、ペダル軸６における自
転車フレーム２に対する軸受８でスリップリング構造に
よって電気的に接続されている。

【００１４】走行補助動力機構２０はモータ２１の駆動
力を伝達手段２２、一方向クラッチ手段２６を介して前
記駆動補助歯車３１に伝達させることでこの駆動補助歯
車３１を回転させるものとしてあり、そのモータ２１の
定格はこれの駆動力による走行速度が安全速度、例えば
法定安全速度である時速２４Ｋｍ乃至２５Ｋｍとなるよ
うにしてある。すなわちこの走行補助動力機構２０は自
転車フレーム２に例えば充電池５１を収納するボックス
に一体形成のモータケース内に収納固定することで、適
宜に固定配置したモータ２１と、このモータ２１の駆動
力を伝達すべく自転車フレーム２、モータケース等に適
宜支承した適数の歯車２３，２４，２５から成る伝達手
段２２と、この伝達手段２２からの駆動力を駆動補助歯
車３１には伝達するも、駆動補助歯車３１からは伝達手
段２２側に回転駆動作用を伝達しない一方向クラッチ手
段２６とを備えているものである。

【００１５】モータ２１はペダル部後方で配置形成した
前記のモータケース内に収納固定すること等によって自
転車フレーム２部位に固定されており、例えば着脱自在
に搭載セットされる充電式の蓄電池５１からの電力によ
って駆動される。

【００１６】図示例における伝達手段２２はモータ２１
の出力軸に関連固着の小径のモータ歯車２３と、自転車
フレーム２、モータケース等に関連支承した大径の中間
歯車２４と、この中間歯車２４と同軸上に配したクラッ
チ歯車２５とを有して成り、これらの歯車間の歯数の比
によってモータ２１の駆動回転を所定回転数に減速させ
ている。もとより、この伝達手段２２は図示のような複
数の歯車構成による場合に限らず、ベルト伝動式等の他
の動力伝達構造のものとして構成することも可能であ
る。

【００１７】一方向クラッチ手段２６は図示のように、
駆動補助歯車３１の外周縁に形成されている歯に噛み合
うようにその外周縁外側に配装されており、自重によっ
て駆動補助歯車３１外周縁に対して揺動自在になるよう
クラッチ歯車２５あるいは中間歯車２４と同軸上にして
支承した揺動アーム２７と、クラッチ歯車２５に常時噛
み合っていて、クラッチ歯車２５の回転に伴なう揺動ア
ーム２７の駆動補助歯車３１側への揺動によって駆動補
助歯車３１に噛み合うよう揺動アーム２７に回転自在に
支承した伝達歯車２８とを有して成るものである（図５
参照）。揺動アーム２７自体は中間歯車２４あるいはク
ラッチ歯車２５等の軸を中心して揺動し、クラッチ歯車
２５がモータ２１の駆動力によって伝達従動回転されて
いることで伝達歯車２８を回転させているときは駆動補
助歯車３１側へ揺動してこの駆動補助歯車３１に伝達歯
車２８を噛み合わせるも（図６参照）、駆動補助歯車３
１が回転されていてもモータ２１側からの駆動伝達がな
いときは駆動補助歯車３１側から退避するように揺動す
るものとなっている（図７参照）。すなわちこの一方向
クラッチ手段２６はモータ２１側からの駆動力は駆動補
助歯車３１側には伝達しても、駆動補助歯車３１側から
モータ２１側へは回転力を伝達しないものとなっている
のである。なお図中符号２９は揺動アーム２７における
一端側の伝達歯車２８との重量バランスを均衡化させる
ように他端側に設けられたバランサーである。

【００１８】また走行負荷の大小に対応してその駆動補
助力の大小を自動調整するよう走行補助動力機構２０に
設けられるトルククラッチ機構４０は、図示にあっては
モータ２１のモータ出力軸に関連して、入力側はモータ
出力軸に、出力側は前記モータ歯車２３に夫々接続し、
このモータ歯車２３と同軸上にして配装することでその
自動調整を効率的に行なえるようにしてあるも、その配
装箇所は図示例、説明例等に限定されないことは勿論で
ある（図１、図２参照）。このトルククラッチ機構４０
は、図５乃至図９に示すようにモータ出力軸に連繋され
ることで従動回転されるようモータ２１側に配されるト
ルク入力軸４１と、このトルク入力軸４１に一体的に設
けられていて、外周縁に複数の転動子支持溝４３が形成
されている保持部４２と、トルク入力軸４１の径方向に
スライド自在にして転動子支持溝４３内に装入された転
動子４４と、保持部４２外周に回転自在に囲繞配置され
ていて、転動子４４が内周面に圧止されるトルクリング
４５と、このトルクリング４５外周面に当接している当
接部４７を有すると共にトルク入力軸４１と同軸上にし
てトルク入力軸４１外周に嵌め合わせられ、駆動補助歯
車３１側に連繋されるトルク出力軸４６と、更には内部
に生じる摩擦熱を放熱する放熱手段４８とを備えてい
る。

【００１９】トルク入力軸４１は例えばモータ出力軸に
嵌め合わせてネジ止め固着されるように筒状に形成され
ており、また図示にあっては保持部４２と一体状に形成
されていることで側断面でほぼＴ字形を呈するものとな
っており、またトルク出力軸４６とはベアリングを介し
て相互にフリーに回転する入れ子構造となしてこれらの
軸芯を一致させてある（図８参照）。

【００２０】保持部４２自体は中央部が切欠された適宜
肉厚のドーナツ盤状を呈し、その中央部縁にてトルク入
力軸４１に一体化してあり、またその外周縁部にはほぼ
Ｕ字形の複数の転動子支持溝４３が外周縁から切欠状に
していわば放射状にして配列形成されており、この転動
子支持溝４３夫々には、保持部４２の回転に伴なう遠心
力で外方に突出されるようにボール状の、あるいは摩擦
接触の効率性が良好となるローラー状の転動子４４が装
入されているのである。

【００２１】トルクリング４５は保持部４２の外周縁を
囲繞するよう保持部４２の肉厚に比し小さくはない幅員
に設定された筒状に形成され、転動子支持溝４３夫々の
外周縁側の開口部全域を覆うようにしてある。

【００２２】トルク出力軸４６は当接部４７によってト
ルクリング４５に嵌め合わせられており、このトルク出
力軸４６自体の出力端は図示のように例えば走行補助動
力機構２０における中間歯車２４に噛み合う歯車状に形
成されている。またこのトルク出力軸４６は、保持部４
２の回転に伴ない転動子４４が遠心力によってトルクリ
ング４５内周面に当接しているとき、その保持部４２の
回転によってトルクリング４５、当接部４７を介して回
転させられるようになっているのである（図６、図９参
照）。なおこのトルク出力軸４６はトルク入力軸４１に
対して同一軸芯上で円滑に回転されるように、保持部４
２の内周縁とトルク入力軸４１の外周縁との間夫々に前
記のベアリングを介装させてあるのである。

【００２３】放熱手段４８は当接部４７の内部において
転動子４４とトルクリング４５との圧止に伴ない生じる
摩擦熱等を外部に放散させるもので、図８に示すように
トルク出力軸４６における当接部４７外周面に空冷方式
となる複数のフランジフィン状にして形成されている
も、場合によっては空冷方式によらずに水冷方式等のそ
の他の冷却放熱構造に形成されることもある。

【００２４】なお図示を省略したが、トルク入力軸４１
とトルク出力軸４６とを直接の入れ子構造のものとして
組み合わせずに、これらを包むボックス状構成のものと
することも可能である。

【００２５】以上のように構成されたトルククラッチ機
構４０において、駆動された走行補助動力機構２０にお
けるモータ２１の駆動力によってトルク入力軸４１、保
持部４２が回転されると、遠心力によって転動子支持溝
４３内の転動子４４が外側方に突出してトルクリング４
５内周面に圧止する（図６参照）。すると転動子４４と
トルクリング４５相互間での摩擦作用でトルクリング４
５が共に回転する結果、トルクリング４５外周面に当接
している当接部４７を介してトルク出力軸４６も回転
し、モータ２１の駆動力を伝達手段２２を介して駆動補
助歯車３１に伝達するのである。このとき駆動補助歯車
３１自体はその軸によって駆動歯車４と一体状であるこ
とで、駆動補助歯車３１における回転は駆動歯車４の回
転を補助するものとなり、例えば登坂状態等の低速走行
時では駆動歯車４の回転を補助して搭乗者によるペダル
踏み込み力を軽減させるのである。この駆動歯車４への
回転補助力は、駆動歯車４自体がペダル３に対する踏み
込みに伴ないオンされているペダルスイッチ機構１０に
よって走行補助動力機構２０が駆動状態とされて回転し
ているときにあって、駆動歯車４自体の回転駆動作用が
大きい場合にはトルクリング４５とトルク出力軸４６と
の摩擦力が小さくなってスリップすることで半ば空転状
態となって小さくなるのであり、逆に駆動歯車４自体の
回転駆動作用が小さい場合にはトルクリング４５とトル
ク出力軸４６との摩擦力が大きくなってきっちりと噛み
合い一体状となることで大きくなるのである。すなわち
駆動歯車４の回転駆動状態の大小・走行速度の遅速等
に、トルクリング４５とトルク出力軸４６との摩擦力の
強弱が自動的に対応することでモータ２１による駆動歯
車４への補助回転駆動力の大小を調整制御するのであ
る。

【００２６】更に図１０には走行補助動力機構２０にお
けるモータ２１の回路図が示されており、自転車フレー
ム２の適宜箇所に着脱自在に搭載される充電池５１とモ
ータ２１とを一方ではペダルスイッチ機構１０における
開閉されるスイッチ１５を介して接続させてあり、他方
では自転車フレーム２自体にアースさせることで接続さ
せてある。また充電池５１とスイッチ１５との間にはス
イッチ１５側に接続してあるように駆動補助歯車３１側
面に配装した旋回するリング状の集電リング５２と、充
電池５１側に接続してあるように自転車フレーム２に適
宜支持した集電ブラシ５３とが常時接触しているように
介在させてあるのである。また充電池５１には、例えば
自転車本体１におけるハンドル等にメインスイッチ５５
を設けてあって、走行補助動力機構２０による駆動補助
の要否を選択できるようにしてある。

【００２７】次にこれの使用の一例を説明するに、メイ
ンスイッチ５５を投入した状態にしておいてペダル３を
踏み込むことで走行を開始させればよく、ペダル３の踏
み込みによってペダルクランクアーム７と駆動歯車４と
が係合手段１１を介して係合していることで駆動歯車４
の回転に伴なう駆動チェーン５によって後輪を従動回転
させる一方では、駆動歯車４、ペダルクランクアーム７
両者の相対的な回転位相によってペダルスイッチ機構１
０におけるスイッチ１５がオン作動して走行補助動力機
構２０におけるモータ２１を駆動させる（図４参照）。
このモータ２１の駆動力はトルククラッチ機構４０にお
いて、トルク入力軸４１の回転に伴ない生じる遠心力で
転動子４４がトルクリング４５に圧止して当接部４７を
介してトルク出力軸４６を従動回転させる（図９参
照）。このトルク出力軸４６の回転は伝達手段２２を介
して一方向クラッチ手段２６の伝達歯車２８に伝達され
てこの伝達歯車２８を回転させ、その回転力は揺動アー
ム２７を駆動補助歯車３１側に揺動させて伝達歯車２８
を駆動補助歯車３１に噛み合わせ、その結果、モータ２
１の駆動力が駆動補助歯車３１を回転させるものとなる
（図６参照）。このようにして回転される駆動補助歯車
３１が、搭乗者によるペダル３に対する踏み込みによる
直接的な駆動歯車４の駆動回転を補助（アシスト）する
ものとなり、走行開始時の初期負荷を軽減させるのであ
る。

【００２８】そしてペダル３に対する踏み込みが継続し
ている間はペダルスイッチ機構１０のスイッチ１５がオ
ン状態となってモータ２１が駆動しているから、駆動歯
車４に対する直接の駆動ばかりでなく走行補助動力機構
２０による駆動補助も継続しているから搭乗者のペダル
３への踏み込み力を軽減するのである。そして所定速度
例えば法定安全速度に到達した場合には走行補助動力機
構２０のモータ２１による駆動補助走行、駆動歯車４に
対する直接の駆動走行と相俟ちそれを維持したものとな
るのである。

【００２９】また通常走行状態で駆動歯車４を直接に駆
動させるペダル３に対する踏み込み力が大きくなると、
この駆動歯車４の回転に同期する駆動補助歯車３１を回
転させるようトルク出力軸４６、伝達手段２２、一方向
クラッチ手段２６を介しての駆動力となる原動位置であ
るトルククラッチ機構４０においてはトルク入力軸４１
の回転に伴なう転動子４４に対する遠心力によるトルク
リング４５への圧止とこのトルクリング４５に当接部４
７を介して当接回転するトルク出力軸４６との間での回
転トルク伝達にスリップが生じるのである。このスリッ
プは、モータ２１の駆動力による駆動補助歯車３１の回
転による駆動歯車４への補助駆動作用と、駆動歯車４を
直接に駆動回転させるペダル３からの踏み込み作用とを
均衡させるのであり、駆動歯車４による駆動回転が速い
場合にはスリップが大きくなって駆動補助力が小さくな
り、逆に駆動歯車４による駆動回転が遅い場合にはスリ
ップが小さくなって駆動補助力が大きくなり、搭乗者は
ペダル３に対する踏み込み力の大小等の感覚その他に何
等の違和感なく安定した速度で自転車を走行させるので
ある（図６、図９参照）。

【００３０】特に上り坂等の登坂時ではペダル３に対す
る踏み込み力が大きく強くなるから、ペダルスイッチ機
構１０におけるスイッチ１５はオン状態のままで走行補
助動力機構２０が駆動している。ただこの場合は走行負
荷が大きくなっていて、駆動歯車４による駆動回転が小
さくなっていることによりトルククラッチ機構４０にお
けるスリップがほとんど生じないことになり、モータ２
１の駆動力がトルククラッチ機構４０を介して駆動補助
歯車３１を大きく駆動させ、大きな踏み込み力を必要と
する登坂時の駆動歯車４の駆動を補助し、小さい踏み込
み力で駆動歯車４を駆動回転させて上り坂等を登坂させ
るのである。

【００３１】逆に下り坂の走行時、平坦走行路等におけ
る高速走行時等でペダル３に対する踏み込み力がほとん
ど不要である場合において、そのペダル３に対する踏み
込みが全くなくなったり、逆回転の空回りをさせていた
りするとペダルスイッチ機構１０のスイッチ１５はオフ
状態となって走行補助動力機構２０は全く駆動しないか
ら（図３参照）、その走行惰性のみで自転車自体を走行
させることができ、充電池５１の電力を消耗しないので
ある。このときの再度のペダル３の踏み込みはペダルス
イッチ機構１０をオンさせて、上述したように走行補助
動力機構２０の駆動に伴ないトルククラッチ機構４０の
作用によって自動的に駆動補助することで調速された走
行速度として自転車を走行させるのである。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているた
め、走行時のペダル３に対する踏み込み力の大小とこの
踏み込みによる駆動歯車４の直接の駆動回転による走行
速度との相関関係から、走行補助動力機構２０における
モータ２１駆動のオン・オフ、更にはその駆動力による
駆動歯車４への駆動補助力の大小等の制御を電気的な構
成によらずに機械的な検出構成によって簡単に行なうこ
とができるばかりでなく、機構的に極めて簡素な構成で
ある故に故障も少なく確実に作動し、その保守点検も極
めて容易であり、しかも安価に提供できるものである。

【００３３】これはすなわち本発明において、ペダル３
の踏み込みとこの踏み込みによって走行方向に駆動回転
する駆動歯車４との駆動差を検知して、ペダル３の踏み
込みで駆動歯車４を駆動回転するときはオンし、ペダル
３の踏み込みが空転するときはオフとなるスイッチ１５
を備えたペダルスイッチ機構１０と、このペダルスイッ
チ機構１０のオン状態で駆動するモータ２１の駆動力を
伝達して回転する駆動補助歯車３１を介して駆動歯車４
の駆動を補助する走行補助動力機構２０と、駆動歯車４
の走行負荷が大きいときは当接摩擦してモータ２１の駆
動力を駆動補助歯車３１側に伝達し、走行負荷が小さい
ときはスリップしてモータ２１の駆動力を減少して駆動
補助歯車３１側に伝達せず、走行負荷に対応して駆動力
を調整伝達するようにしたトルククラッチ機構４０とを
備えたものとしたからであり、これによって、登坂時、
発進時、悪路走行時等の走行負荷が大きいことに伴ない
ペダル３に対する踏み込みが大きくなるときでは駆動歯
車４への駆動補助が得られ、逆に下り坂、平坦走行路等
の高速惰性走行時等の走行負荷が小さくなってペダル３
に対する踏み込みが小さくなり、またそれがないときで
は駆動補助が解除されるのであり、しかも走行負荷に対
応して補助駆動力の大小を自動調整し、搭乗者はそれら
のオン・オフ、補助駆動力の自動調整等が意識されず
に、全くの違和感なく円滑に走行できるものとなるので
ある。

【００３４】またペダルスイッチ機構１０は、ペダル軸
６に固着のペダルクランクアーム７と、ペダル軸６にフ
リー回転自在にして嵌め合わせた駆動歯車４とを係合手
段１１を介して係合してあるから、ペダルクランクアー
ム７の回転は係合手段１１を介して駆動歯車４を回転駆
動させるのであり、直接に駆動チェーン５によって後輪
を駆動回転できるから、従来の自転車と同様に違和感な
く搭乗走行できる。

【００３５】しかも係合手段１１では、駆動歯車４ある
いはペダルクランクアーム７の側面のいずれか一方に突
設した一対の係合突部１２Ａ，１２Ｂ相互の間隙内に嵌
め合わせられるキー突体１３を駆動歯車４あるいはペダ
ルクランクアーム７の側面の他方に設けてあり、またこ
の係合手段１１には、ペダルクランクアーム７の走行方
向の回転によってオンされるスイッチ１５を関連付設し
てあるから、駆動チェーン５によって駆動歯車４に負荷
される走行負荷とペダル３に対する踏み込み力との駆動
差によって、踏み込み力が大きいときはスイッチ１５を
オンさせて走行補助動力機構２０を駆動でき、駆動歯車
４が回転してペダル３に対する踏み込み力がほとんどな
いときには、走行補助動力機構２０を駆動させず、その
動力源である充電池５１エネルギーを無駄に消費しない
ものである。

【００３６】走行補助動力機構２０は、モータ２１の駆
動力を伝達する伝達手段２２からの駆動力を駆動補助歯
車３１には伝達するも、駆動補助歯車３１からは伝達手
段２２側に回転駆動作用を伝達しない一方向クラッチ手
段２６を備えているから、駆動歯車４側の駆動力が大き
く、これに対する補助駆動力が不要であるときには、モ
ータ２１側にペダル３への踏み込み力による人力駆動が
伝達されず、モータ２１の損傷等を未然に防止できるの
である。しかも一方向クラッチ手段２６は、揺動自在な
揺動アーム２７に、伝達手段２２に常時噛み合ってい
て、伝達手段２２の回転に伴なう揺動アーム２７の駆動
補助歯車３１側への揺動によって駆動補助歯車３１に噛
み合う伝達歯車２８を設けてあるから、モータ２１側か
らの補助駆動力が大きい場合には、揺動アーム２７の揺
動によって伝達歯車２８を駆動補助歯車３１に噛み合わ
せることで確実に駆動補助歯車３１を従動回転させて駆
動歯車４を補助駆動させるのである。

【００３７】トルククラッチ機構４０は、トルク入力軸
４１に一体的に設けられていて、外周縁に複数の転動子
支持溝４３が形成されている保持部４２、転動子支持溝
４３内に装入された転動子４４、保持部４２外周に回転
自在に囲繞配置されていて、転動子４４が内周面に圧止
されるトルクリング４５、このトルクリング４５外周面
に当接している当接部４７を有し、トルク入力軸４１と
同軸上にしたトルク出力軸４６を備えて成るから、モー
タ２１側からの回転トルクがあると、遠心力で外方に突
出する転動子４４がトルクリング４５を圧止し、当接部
４７を介してトルク出力軸４６を回転して駆動補助歯車
３１側に駆動を伝達できるのである。

【００３８】しかもこのトルククラッチ機構４０におい
て、トルクリング４５とトルク出力軸４６とは当接部４
７を介して当接しており、自転車自体の走行が登坂状
態、悪路走行状態等で大きな走行負荷が付与されること
で駆動歯車４自体による直接の駆動力が小さくなってい
ると、トルク出力軸４６とトルク出力軸４６との摩擦力
が大きくなるから駆動補助歯車３１を大きく回転させる
ことができ、駆動歯車４への補助駆動力が大きくなって
駆動歯車４を回転させるためのペダル３に対する踏み込
みを軽減できるのである。逆に自転車自体の走行が下り
坂、平坦走行路等の高速走行状態等で小さいな走行負荷
しか付与されていないことで駆動歯車４自体による直接
の駆動力が大きくなっていると、トルク出力軸４６とト
ルク出力軸４６との摩擦力は小さくなるから駆動補助歯
車３１を小さく回転させることができ、駆動歯車４への
補助駆動力が小さくなって、駆動歯車４自体による直接
の駆動力によっての走行を円滑にさせるのである。

【００３９】すなわち、こうしたトルクリング４５とト
ルク出力軸４６との当接摩擦は、ペダル３に対する踏み
込みによって直接に回転される駆動歯車４における走行
負荷の大小に自動的に対応調整させられているのであ
り、走行負荷が大きいと当接摩擦が大きくなって駆動補
助を大きくさせ、走行負荷が小さいとスリップして駆動
補助を小さくさせるものであり、しかもこれらの調整に
は人為的な操作は全く不要であるから、搭乗者は単に従
来と同様にペダル３を踏み込み、走行させていればよ
く、極めて簡単で取扱いも容易なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における要部の一部切欠
側面図である。

【図２】同じく要部の平面図である。

【図３】同じくペダルスイッチ機構においてペダルの踏
み込み前にあってのスイッチのオフ時の側面図である。

【図４】同じくペダルスイッチ機構においてペダルの踏
み込み後にあってのスイッチのオン時の側面図である。

【図５】同じく走行補助動力機構、トルククラッチ機構
の一部切欠側面図である。

【図６】同じく走行補助動力機構、トルククラッチ機構
における駆動伝達時の一部切欠側面図である。

【図７】同じく走行補助動力機構、トルククラッチ機構
における駆動の非伝達時の側面図である。

【図８】同じくトルククラッチ機構における一部切欠の
正面図である。

【図９】同じくトルククラッチ機構における一部切欠の
側面図である。

【図１０】同じく回路図である。

【図１１】同じく自転車全体の側面図である。

【符号の説明】

１…自転車本体 ２…自転車フレー
ム ３…ペダル ４…駆動歯車 ５…駆動チェーン ６…ペダル軸 ７…ペダルクランクアーム ８…軸受 １０…ペダルスイッチ機構 １１…係合手段 １２Ａ，１２Ｂ…係合突部 １３…キー突体 １５…スイッチ １６…弾撥体 ２０…走行補助動力機構 ２１…モータ ２２…伝達手段 ２３…モータ歯車 ２４…中間歯車 ２５…クラッチ歯
車 ２６…一方向クラッチ手段 ２７…揺動アーム ２８…伝達歯車 ２９…バランサー ３１…駆動補助歯車 ４０…トルククラッチ機構 ４１…トルク入力
軸 ４２…保持部 ４３…転動子支持
溝 ４４…転動子 ４５…トルクリン
グ ４６…トルク出力軸 ４７…当接部 ４８…放熱手段 ５１…充電池 ５２…集電リング ５３…集電ブラシ ５５…メインスイ
ッチ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダルの踏み込みによる駆動歯車の駆動
   回転で駆動チェーンを介して後輪を回転させて走行する
   自転車本体にモータを搭載し、このモータの駆動力によ
   って走行時の走行駆動力を補助して走行するようにした
   電動補助自転車において、ペダルに対する踏み込みとこ
   の踏み込みによって走行方向に駆動回転される駆動歯車
   との駆動差を検知し、ペダルの踏み込みによって駆動歯
   車が駆動回転されるときにはオンとなり、ペダルの踏み
   込みが空転するときにはオフとなるスイッチを備えたペ
   ダルスイッチ機構と、このペダルスイッチ機構のオン状
   態で駆動するモータを備え、モータの駆動力が伝達され
   ることで駆動補助歯車を介して駆動歯車の駆動回転を補
   助する走行補助動力機構と、この走行補助動力機構に介
   装されていて、駆動歯車における走行負荷が大きいとき
   には当接摩擦してモータの駆動力を駆動補助歯車側に伝
   達し、逆に走行負荷が小さいときにはスリップしてモー
   タの駆動力を減少して駆動補助歯車側に伝達せず、走行
   負荷に対応して駆動力を調整伝達するようにしたトルク
   クラッチ機構とを有して成ることを特徴とする電動補助
   自転車。
2. 【請求項２】 ペダルスイッチ機構は、自転車本体のペ
   ダル部におけるペダル軸に固着のペダルクランクアーム
   と、ペダル軸にフリー回転自在にして嵌め合わせた駆動
   歯車とを係合する係合手段を介して正逆転のいずれの方
   向にも相互に係合しておくと共に、ペダルクランクアー
   ムの走行方向の回転によってオンされるスイッチを係合
   手段に関連付設してある請求項１記載の電動補助自転
   車。
3. 【請求項３】 係合手段は、駆動歯車あるいはペダルク
   ランクアームの側面のいずれか一方に回転方向の前後に
   沿って一対の係合突部を突設すると共に、この係合突部
   相互の間隙内に嵌め合わせられるキー突体をペダルクラ
   ンクアームあるいは駆動歯車の側面のいずれか他方に設
   けて成る請求項２記載の電動補助自転車。
4. 【請求項４】 走行補助動力機構は、自転車フレームに
   固定配置したモータと、このモータの駆動力を伝達すべ
   く自転車フレームに支承した伝達手段と、この伝達手段
   からの駆動力を駆動補助歯車には伝達するも、駆動補助
   歯車からは伝達手段側に回転駆動作用を伝達しない一方
   向クラッチ手段とを備えている請求項１乃至３のいずれ
   か記載の電動補助自転車。
5. 【請求項５】 一方向クラッチ手段は、駆動補助歯車外
   周縁に対して揺動自在になるよう支承した揺動アーム
   と、伝達手段に常時噛み合っていて、伝達手段の回転に
   伴なう揺動アームの駆動補助歯車側への揺動によって駆
   動補助歯車に噛み合うよう揺動アームに回転自在に支承
   した伝達歯車とを有して成る請求項４記載の電動補助自
   転車。
6. 【請求項６】 トルククラッチ機構は、モータ側に配さ
   れるトルク入力軸と、このトルク入力軸に一体的に設け
   られていて、外周縁に複数の転動子支持溝が形成されて
   いる保持部と、トルク入力軸の径方向にスライド自在に
   して転動子支持溝内に装入された転動子と、保持部外周
   に回転自在に囲繞配置されていて、転動子が内周面に圧
   止されるトルクリングと、このトルクリング外周面に当
   接している当接部を有すると共にトルク入力軸と同軸上
   にしてトルク入力軸外周に嵌め合わせられ、駆動補助歯
   車側に連繋されるトルク出力軸とを備えて成る請求項１
   乃至５のいずれか記載の電動補助自転車。
7. 【請求項７】 転動子はローラー状に形成されている請
   求項６記載の電動補助自転車。