自転車用リアハブ
【課題】駆動力を計測可能であって、組立ての精度の影響を受けにくい自転車用リアハブを提供する。
【解決手段】自転車用リアハブ１０は、ハブ軸２０と、駆動部２２と、ハブシェル２４と、駆動力計測部２６と、を備える。駆動部２２は、ハブ軸２０に回転自在に支持され、スプロケット集合体を装着可能である。ハブシェル２４は、ハブ軸２０に回転自在に支持され、駆動部２２の回転が伝達される。駆動力計測部２６は、駆動部２２とハブシェル２４との間の駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子５４および磁歪素子５４に対向して設けられる検出コイル５６を有する。
【解決手段】自転車用リアハブ１０は、ハブ軸２０と、駆動部２２と、ハブシェル２４と、駆動力計測部２６と、を備える。駆動部２２は、ハブ軸２０に回転自在に支持され、スプロケット集合体を装着可能である。ハブシェル２４は、ハブ軸２０に回転自在に支持され、駆動部２２の回転が伝達される。駆動力計測部２６は、駆動部２２とハブシェル２４との間の駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子５４および磁歪素子５４に対向して設けられる検出コイル５６を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハブ、特に、自転車の後輪のハブを構成する自転車用リアハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車用リアハブは、後輪の回転中心に配置されるハブ軸と、ハブ軸回りに回転自在に装着されるハブシェルと、ハブシェルに軸方向に隣接して配置されるフリーホイールと、を備えている。フリーホイールは、チェーンに噛み合うスプロケットの回転をハブシェルに伝達する。このフリーホイールとハブシェルとの間にライダーの駆動力を測定可能な駆動力測定部が配置される自転車用リアハブが、従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の自転車用リアハブは、フリーホイールとハブシェルとを連結する連結部材を有する。連結部材は、円筒形状に形成され、一端部にスプロケットが装着され、他端部がハブシェルと連結される。連結部材には、その連結部の捩れを検出するための歪みゲージが設けられ、連結部の捩れ量が検出される。この計測された捩れ量により、ライダーの駆動力を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４１８７９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のリアハブでは、歪みゲージを連結部に直接貼り付けており、たとえば貼り付けるための接着剤の厚みを均一にする必要があるため、精度よく組立てることが難しい。
【０００６】
本発明の課題は、駆動力を計測可能であって、組立ての精度の影響を受けにくい自転車用リアハブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明１に係る自転車用リアハブは、ハブ軸と、駆動部と、ハブシェルと、駆動力計測部と、を備える。駆動部は、ハブ軸に回転自在に支持され、駆動力伝達部材を装着可能である。ハブシェルは、ハブ軸に回転自在に支持され、駆動部の回転が伝達される。駆動力計測部は、駆動部からハブシェルにわたる駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子および磁歪素子に対向して設けられる検出コイルを有する。
【０００８】
この自転車用リアハブでは、駆動部の回転がハブシェルに伝達されるとき、駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子の透磁率が、駆動力に応じて駆駆動力伝達経路に発生するトルクに応じて変化する。磁歪素子の透磁率の変化によって検出コイルのインダクタンスが変化する。検出コイルのインダクタンスの変化を電気信号として検出することにより駆動力を測定することができる。ここでは、磁歪素子と検出コイルにより駆動力の変化を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【０００９】
発明２に係る自転車用リアハブは、発明１に記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルは、磁歪素子に対向可能な位置でハブ軸に装着される。この場合には回転しないハブ軸に検出コイルが装着されるので、検出コイルの出力をハブシェル外部に取り出しやすい。
【００１０】
発明３に係る自転車用リアハブは、発明２に記載の自転車用リアハブにおいて、ハブ軸に回転不能に装着され、かつ磁歪素子に対向可能な装着部材をさらに備える。検出コイルは、装着部材に装着される。この場合には、検出コイルをハブ軸に直接ではなくハブ軸に固定される装着部材に配置できるので、検出コイルの配置の自由度を大きくすることができる。
【００１１】
発明４に係る自転車用リアハブは、発明１に記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルは、磁歪素子に対向可能な位置でハブシェルに装着される。この場合には、検出コイルを磁歪素子よりもハブ軸の径方向外側に容易に配置できる。
【００１２】
発明５に係る自転車用リアハブは、発明１から４のいずれかに記載の自転車リアハブにおいて、検出コイルは、ハブ軸と磁歪素子との間に設けられる。この場合には、検出コイルをハブ軸に直接装着できる。このため、検出コイルの装着構造が簡素化する。
発明６に係る自転車用リアハブは、発明１から４のいずれかに記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルは、磁歪素子とハブシェルとの間に設けられる。
【００１３】
発明７に係る自転車用リアハブは、発明１から６のいずれかに記載の自転車用リアハブにおいて、駆駆動力伝達経路に設けられるスリーブをさらに備え、磁歪素子は、スリーブに保持される。この場合には、たとえば磁歪素子を、駆動力の伝達必要な剛性と切り離して形成することができるので、検出に最適な透磁率を有する材料を用いることができる。
【００１４】
発明８に係る自転車用リアハブは、発明７に記載の自転車用リアハブにおいて、駆動部とスリーブとは一体形成される。この場合には、駆動部とスリーブとが一体形成されるので、構成が簡素になる。
【００１５】
発明９に係る自転車用リアハブは、発明１から８のいずれかに記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルの出力に基づく情報を無線により外部に送信する無線送信部をさらに備える。たとえば検出コイルがハブシェルとともに回転しても、その出力を外部に取り出すことが容易となる。
【００１６】
発明１０に係る自転車用リアハブは、発明１から９のいずれかに記載のリアハブにおいて、検出コイルに電力を供給する電源をさらに備える。この場合には、電源が設けられるので、リアハブと別体で電源を設ける必要がない。
【００１７】
発明１１に係る自転車用リアハブは、発明１０に記載の自転車用リアハブにおいて、電源は電池である。この場合には、電源の構成が簡素になる。
【００１８】
発明１２に係る自転車用リアハブは、発明１０に記載の自転車用リアハブにおいて、電源は発電機である。この場合には、自転車が走行していると発電するため、外部からの充電または電池の交換が不要になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、磁歪素子と検出コイルにより駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】スプロケットが装着された本発明の第１実施形態による自転車用リアハブの半截断面図。
【図２】図１における自転車用リアハブの要部断面図。
【図３】スリーブの斜視図。
【図４】第２実施形態の図２に相当する図。
【図５】第３実施形態の図２に相当する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、本発明の第１実施形態による自転車用リアハブ１０は、自転車のフレームの後部に設けられるハブ軸装着部１０２に装着可能である。リアハブ１０は、ハブ軸２０と、駆動部２２と、ハブシェル２４と、駆動力計測部２６と、無線送信部２８と、を備える。ハブシェル２４は、ハブ軸２０に第１軸受４６により回転自在に支持される。駆動部２２は、ハブ軸２０に第２軸受４７により回転自在に支持される。駆動力計測部２６は、ライダーの駆動力を測定可能である。無線送信部２８は、測定された駆動力に関する情報を無線送信する。無線送信された駆動力に関する情報は、たとえば自転車のハンドル部に装着可能な図示しないサイクルコンピュータに表示される。なお、サイクルコンピュータには、自転車の速度、クランクの回転速度（ケイデンス）、走行距離等の情報も表示される。
【００２２】
＜ハブ軸＞
ハブ軸２０は、クイックレリーズ機構２９が装着される中空の軸本体３０と、軸本体３０の第１端部（図２の左側の端部）に装着される第１ロックナット３２と、軸本体３０の第２端部（図２右側の端部）に装着される第２ロックナット３４と、を有する。第１ロックナット３２および第２ロックナット３４にハブ軸装着部１０２が装着可能となっている。ここでは、第１ロックナット３２および第２ロックナット３４がハブ軸装着部１０２に装着される構成を記載しているが、軸本体３０がフレームにハブ軸装着部１０２に装着される構成としてもよい。
【００２３】
図２に示すように、軸本体３０の第１端部の内周面には、雌ネジ部３０ａが形成される。軸本体３０の第１および第２端部の外周面には、第１雄ネジ部３０ｂおよび第２雄ネジ部３０ｃがそれぞれ形成される。第１ロックナット３２は、雌ネジ部３０ａに螺合する雄ねじ部を有し、軸本体３０にねじ込んで固定される。第２ロックナット３４は、第２雄ネジ部３０ｃに螺合する雌ねじ部を有し、軸本体３０にねじ込んで固定される。
【００２４】
＜駆動部＞
駆動部２２は、いわゆるフリーホイールと呼ばれる部材を含んで構成される。駆動部２２は、ハブ軸２０に回転自在に支持される第１部材４０と、第１部材４０の外周側に配置される第２部材４２と、第１部材４０と第２部材４２との間に配置されるワンウェイクラッチ４４と、スリーブ５２と、を有する。
【００２５】
第１部材４０は、第２軸受４７によりハブ軸２０に回転自在に支持される筒状の部材である。第２軸受４７は、第２内輪体４７ａと、第２外輪体４７ｂと、複数の第２転動体４７ｃと、を有する。第２内輪体４７ａは、外周部にねじが形成され、軸本体３０の第２雄ネジ部３０ｃにねじ込んで固定される。第２外輪体４７ｂは、内周部にねじが形成され、第１部材４０の外周面に形成される雄ねじ部にねじ込んで固定される。複数の第２転動体４７ｃは、第２内輪体４７ａおよび第２外輪体４７ｂの間に周方向に間隔を隔てて設けられる。第２転動体４７ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第２転動体４７ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００２６】
第１部材４０は、ワンウェイクラッチ４４のクラッチ爪４４ａが収納される凹部４０ａを外周部に有する。第１部材４０の第１端部（図２の左側の端部）は、ハブシェル２４の内周側まで延びている。第１部材４０の外周面には、第２部材４２を回転自在に支持する第３軸受４８の第３玉押し面４８ａおよびハブシェル２４を回転自在に支持する第５軸受５０の第５玉押し面５０ａが形成される。第１部材４０の第１端部の外周部には、スリーブ５２の第１端部（図２の左側の端部）が連結される第１連結部４０ｂが形成される。スリーブ５２は、第１部材４０とともに一体的に回転する。
【００２７】
第２部材４２は、第３軸受４８および第４軸受４９により第１部材４０に対して回転自在に支持される筒状部材である。第３軸受４８は、前述した第３玉押し面４８ａと、第３玉受け面４８ｂと、複数の第３転動体４８ｃとによって形成される。第３玉受け面４８ｂは、第２部材４２の第１端部（図２の左側の端部）の内周面に形成される。複数の第３転動体４８ｃは、第３玉押し面４８ａと第３玉受け面４８ｂとの間に周方向に間隔を隔てて設けられる。第３転動体４８ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第３転動体４８ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００２８】
第４軸受４９は、第２外輪体４７ｂの外周面に形成された第４玉押し面４９ａと、第４玉受け面４９ｂと、複数の第４転動体４９ｃとによって形成される。第４玉受け面４９ｂは、第２部材４２のハブ軸方向の中間部の内周面に形成される。複数の第４転動体４９ｃは、第４玉押し面４９ａと第４玉受け面４９ｂとの間に周方向に間隔を隔てて設けられる。第４転動体４９ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第４転動体４９ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００２９】
第２部材４２は、図１に示すように、外周面にスプロケット集合体８０を装着するスプロケット装着部４２ａを有する。スプロケット集合体８０は、第２部材４２と一体的に回転する。スプロケット集合体８０は、駆動力伝達部材の一例である。スプロケット装着部４２ａは、たとえば、外周部に周方向に間隔を隔てて配置された凸部または凹部を有するスプラインを有する。スプロケット集合体８０は、歯数が異なる複数（たとえば９個）のスプロケット８０ａ〜８０ｉを有する。スプロケット集合体８０のいずれかのスプロケットに噛み合うチェーン８１により、図示しないクランクの回転が駆動部２２に伝達される。ここでは、スプロケット装着部４２ａに複数のスプロケットが装着されるが、スプロケット装着部４２ａに装着されるスプロケットの数は、１つであってもよい。
【００３０】
図２に示すように、ワンウェイクラッチ４４は、第２部材４２の自転車の進行方向の回転だけを第１部材４０に伝達するために設けられる。これにより、クランクの進行方向の回転だけがハブシェル２４に伝達される。またハブシェル２４の進行方向の回転は第２部材４２に伝達されない。ワンウェイクラッチ４４は、凹部４０ａに第１姿勢および第２姿勢に揺動自在に設けられるクラッチ爪４４ａと、第２部材４２の内周面に形成されたラチェット歯４４ｂと、クラッチ爪４４ａを付勢する付勢部材４４ｃと、を有する。クラッチ爪４４ａは第１姿勢でラチェット歯４４ｂに接触し、第２姿勢でラチェット歯４４ｂから離脱する。付勢部材４４ｃは、第１部材４０に形成された環状溝に装着される。付勢部材４４ｃは、金属線材をＣ字状に湾曲して形成されたバネ部材であり、クラッチ爪４４ａを第１姿勢側に付勢する。
【００３１】
スリーブ５２は、駆動部２２からハブシェル２４にわたる駆動力伝達経路に設けられる。スリーブ５２は、第１端部（図２の左側の端部）が駆動部２２の第１部材４０に連結される。スリーブ５２と第１部材４０とは一体的に回転する。この実施形態では、スリーブ５２は、駆動部２２の第１部材４０の第１端部とハブシェル２４の第２端部（図１の右側の端部）の内周面との間に設けられる。スリーブ５２は、図３に示すように、筒状の部材であり、第１端部（図３の左側の端部）に第１連結部４０ｂに係合する第１係合部５２ａを有する。第１係合部５２ａは、ハブ軸方向に凹んだ凹部およびハブ軸方向に突出した凸部の少なくともいずれかを有する。本実施の形態では、第１係合部５２ａはハブ軸方向に凹凸状に形成される。スリーブ５２は、第２端部（図３の右側の端部）に第２連結部２４ｃに係合する第２係合部５２ｂを有する。第２係合部５２ｂは、ハブ軸方向に凹んだ凹部およびハブ軸方向に突出した凸部の少なくともいずれかを有し、本実施の形態では、第２係合部５２ｂはハブ軸方向に凹凸状に形成される。スリーブ５２をスプロケット集合体８０に近接するハブシェル２４の第２端部に接続することによって、第１部材４０のハブ軸方向の大きさをできるだけ小さくして、重量の増加を抑制することができる。ここでは、第１および第２係合部５２ａおよび５２ｂは、ハブ軸方向に凹凸状に形成されるが、半径方向に突出する凹部または凸部を有する形状としてもよく、セレーションであってもよい。
【００３２】
スリーブ５２には、周方向に間隔を隔てて形成される複数の孔５２ｃが形成される。孔５２ｃは、周方向に長細い長円形であり、スリーブ５２を貫通している。この実施形態では、孔５２ｃは、中間部を挟んでスリーブ５２の第１および第２端部側のそれぞれに設けられる。この孔５２ｃは、駆動部２２からハブシェル２４に駆動力（トルク）が伝達されるときに、スリーブ５２を駆動力に応じて捩れやすくするために設けられる。
【００３３】
＜ハブシェル＞
ハブシェル２４は、図２に示すように、第１端部（図２の左側の端部）が第１軸受４６によりハブ軸２０の軸本体３０に回転自在に支持される。ハブシェルの第２端部（図２の右側の端部）は、前述したように第５軸受５０により駆動部２２を介してハブ軸２０の軸本体３０に回転自在に支持される。第１軸受４６は、内周面にねじが形成され、軸本体３０の第１雄ネジ部３０ｂにねじ込んで固定される第１内輪体４６ａと、第１外輪体４６ｂと、複数の第１転動体４６ｃと、を有する。第１転動体４６ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第１転動体４６ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００３４】
第５軸受５０は、前述した第５玉押し面５０ａと、ハブシェル２４の第２端部の内周部にたとえば圧入固定された第５外輪体５０ｂと、複数の第５転動体５０ｃと、を有する。第５転動体５０ｃは、第５玉押し面５０ａと第５外輪体５０ｂとの間に周方向に間隔を隔てて配置される。第５転動体５０ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第５転動体５０ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００３５】
ハブシェル２４の外周部には、図１に示すように、自転車の後輪のスポークを連結するための第１ハブフランジ２４ａおよび第２ハブフランジ２４ｂがハブ軸２０の軸方向に間隔を隔てて環状に突出して形成される。ハブシェル２４の第２端部（図２の右側の端部）の内周部に、第５軸受５０に隣接してスリーブ５２の第２端部を連結する第２連結部２４ｃが形成される。
【００３６】
＜駆動力計測部＞
駆動力計測部２６は、磁歪素子５４と、検出コイル５６と、を有する。
【００３７】
磁歪素子５４は、スリーブ５２の外周面の中間部に固定して設けられる。磁歪素子５４はスリーブに、たとえば接着して固定される。磁歪素子５４および検出コイル５６は、磁性材料の逆磁歪効果を利用したセンサである。磁歪素子５４は、スリーブ５２にトルクが作用し、スリーブ５２表面の主応力が変化すると透磁率が変化する。磁歪素子５４は、第１磁化容易軸５４ｃを有する帯状の第１磁歪材５４ａと、第１磁化容易軸５４ｃと交差する第２磁化容易軸５４ｄを有する第２磁歪材５４ｂと、を有する。この実施形態では、第１磁化容易軸５４ｃと第２磁化容易軸５４ｄとは直交している。
【００３８】
検出コイル５６は、図２に示すように、ハブ軸２０の軸本体３０に回転不能に連結される装着部材５８に固定される。装着部材５８の内周面は、磁歪素子５４の外周面に対向して配置される。装着部材５８は、軸本体３０に固定される軸本体３０から外周側に延びる第１部分と、第１部分の端部からハブ軸方向に延びる第２部分とを有する。ここでは第１部分および第２部分は環状または筒状に形成される。検出コイル５６は、第２部分に設けられる。検出コイル５６は、第１磁歪材５４ａに対向して配置される第１コイル５６ａと、第２磁歪材５４ｂに対向して配置される第２コイル５６ｂと、を有する。本実施の形態では、検出コイル５６は、磁歪素子５４とハブシェル２４との間に設けられる。
【００３９】
駆動力計測部２６は、磁歪素子５４の透磁率の変化によって生じる検出コイル５６のインダクタンスの変化を電気信号として検出することにより駆動力を測定する。駆動力は、トルクを含む。
【００４０】
＜無線送信部＞
無線送信部２８は、図１に示すように、たとえばハブシェル２４の第１端部のハブ軸方向外側に配置される。無線送信部２８は、ハブ軸２０の外周部に固定されるケース部２８ａを有する。ケース部２８ａは、ハブ軸２０に固定される固定部２８ｄを有する。固定部２８ｄには、軸本体３０が挿通する。固定部２８ｄは、第１ロックナット３２を締めることによって、第１ロックナット３２と第１外輪体４６ａとの間で、これらに直接または間接的に挟まれて固定される。ケース部２８ａの内部には、回路基板２８ｂが配置される。検出コイル５６と回路基板２８ｂとは図示しない配線で電気的に接続される。回路基板２８ｂには、マイクロコンピュータ、検出コイル５６からの出力を増幅する増幅器、増幅器によって増幅された信号をデジタル信号に変換するＡＤ（Analog-Digital）変換回路および無線送信回路等の電子部品と、電源としての充電池２８ｃとが搭載される。本実施形態では、マイクロコンピュータ、増幅器、およびＡＤ変換回路は、駆動力計測部２６の一部を構成する。
【００４１】
無線送信部２８は、検出コイル５６の出力に基づく情報を無線送信する。無線送信部２８から無線送信された情報は、図示しないサイクルコンピュータにより駆動力、トルク、およびパワーの少なくともいずれかとして表示される。検出コイル５６の出力に基づいて、回路基板２８ｂに設けられるマイクロコンピュータにおいて、駆動力、トルクおよびパワーの少なくともいずれかを算出してもよく、またサイクルコンピュータにおいて、受信した情報に基づいて、駆動力、トルクおよびパワーの少なくともいずれかを算出してもよい。充電池２８ｃの代わりに、一次電池を設けてもよい。充電池２８ｃまたは一次電池は、ケース部２８ａから着脱可能に設けられる。ケース部２８ａには、たとえば充電池２８ｃを充電するときに用いられる端子が設けられてもよい。
【００４２】
このように構成されたリアハブ１０では、自転車に取り付けられてライダーがペダルをこぐと、ライダーの踏力が駆動力として駆動部２２からハブシェル２４に伝達される。このとき、駆動部２２のスリーブ５２の主応力が変化し、磁歪素子５４の透磁率が変化し検出コイル５６のインダクタンスが変化する。この変化を表す電気信号を回路基板２８ｂで処理し、無線送信部２８がサイクルコンピュータに無線送信する。サイクルコンピュータでは、無線送信された駆動力を表す情報を受信して表示する。これにより、ライダーは、自分が発生している駆動力、トルク、パワーなどを知ることができる。
【００４３】
ここでは、磁歪素子５４と検出コイル５６により駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
前記実施形態では、検出コイル５６をハブ軸２０に固定される装着部材５８に装着し、磁歪素子５４を検出コイル５６とハブ軸２０の軸本体３０との間に配置している。第２実施形態では、図４に示すように、検出コイル１５６をハブ軸２０の軸本体３０の外周面に直接配置する。なお、以降の説明では、第１実施形態と構成および形状が同様な部材についての説明を省略する。
【００４５】
図４に示すように、リアハブ１１０において、駆動部１２２のスリーブ１５２は、駆動部１２２の第１部材１４０と一体形成される棒状の部分である。スリーブ１５２の内周部に駆動力計測部１２６の磁歪素子１５４が保持される。スリーブ１５２は、ハブシェル２４の内部で第１部材１４０に一体で形成される。第１部材１４０の第１端部（図４の左側の端部）は、ハブシェル２４の第２端部（図４の右側の端部）に向けて折り曲げられている。この第１部材１４０の先端部は、ハブシェル２４の第２連結部２４ｃに一体的に回転可能に連結される。ここでスリーブ１５２は、ハブ軸まわりの周方向に間隔をあけて設けられる複数の棒状部分によって形成されるが、前記実施の形態と同様に円筒状に形成されてもよく、また第１部材１４０とは別体で設けられてもよい。
【００４６】
検出コイル１５６は、前述したようにハブ軸２０の軸本体３０の外周面に直接固定される。したがって、第２実施形態では検出コイル１５６は、磁歪素子１５４とハブ軸２０との間に設けられる。
【００４７】
このような構成の第２実施形態のリアハブ１１０でも、第１実施形態と同様に、磁歪素子１５４と検出コイル１５６により駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【００４８】
＜第３実施形態＞
第１および第２実施形態では、検出コイルをハブ軸２０に回転不能に装着するが、第３実施形態では、図５に示すように、リアハブ２１０の駆動力計測部２２６の検出コイル２５６をハブシェル２２４に装着する。検出コイル２５６とハブシェル２２４とは一体的に回転する。ハブシェル２２４の内周部には、検出コイル２５６を装着するための環状のコイル装着部材２５８が設けられる。スリーブ２５２は、駆動部２２４の第１部材２４０の途中に配置される。第１部材２４０は、ハブ軸方向でハブシェル２２４の中央部にセレーションによって連結される。スリーブ２５２の概略構成は、第１実施形態のスリーブ５２と同様な構成であるが、スリーブ２５２の両端は第１部材２４０に固定されている。このスリーブ２５２の外周面に磁歪素子２５４が保持される。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に検出コイル２５６は、磁歪素子２５４とハブシェル２２４との間に設けられる。
【００４９】
第３実施形態では、検出コイル２５６が回転するため、無線送信部２２８は、ハブシェル２２４に固定される。ここでは、ハブシェル２２４の内周部に無線送信部２２８が固定される。無線送信部２２８をハブシェル２２４の内周部に固定する場合であっても、アンテナはハブシェル２２４の外部に配置するのが好ましい。
【００５０】
また、リアハブ２１０では、磁歪素子２５４及び無線送信部２２８の電源として発電機６０が設けられる。発電機６０は、ハブ軸２０の軸本体３０の外周面に固定される磁石６２と、磁石６２の外周側に磁石６２に対向して配置される回転子６４とを有する。回転子６４は、ハブシェル２２４の内周面に固定されるコイルボビンと、コイルボビンに巻き付けられる発電コイルと、発電コイルの周囲に配置されるヨークと、を有する。発電コイルの出力が無線送信部２２８に設けられる整流器によって直流に整流され、電源として使用される。
【００５１】
このような第３実施形態のリアハブ２１０でも、第１および第２実施形態と同様に、磁歪素子２５４と検出コイル２５６により駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。また、第１および第２の実施の形態よりもハブシェル２２４のハブ軸方向の中間部の外径を小さくすることができる。
【００５２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５３】
（ａ）前記実施形態では、ワンウェイクラッチを有するいわゆるフリーハブを含んで駆動部２２を構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、フリーハブを有さないリアハブにも本発明を適用できる。
【００５４】
（ｂ）前記実施形態では、クイックレリーズ機構２９を有するリアハブを例示したが、クイックレリーズ機構を有さないリアハブにも本発明を適用できる。
【００５５】
（ｄ）前記実施形態では、電源として発電機及び充電池を例示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、充電可能なコンデンサ等の蓄電素子を用いてもよい。また、電源として充電不能な一次電池を用いてもよい。
【００５６】
（ｅ）前記第３実施形態では、発電機６０は検出コイル５６および無線送信部２８の電力供給に用いられるが、本発明はこれに限定されない。無線送信部において、発電機６０から出力される交流の電力波形を検波してリアハブの回転速度信号を得てもよい。得られた回転速度信号に関する情報と、駆動力測定部によって測定した駆動力であるトルクとを用いて、マイクロコンピュータにおいてパワーを計算してもよい。また、無線送信部が回転速度信号に関する情報をサイクルコンピュータに送信することにより、後輪の周長を乗算することにより、サイクルコンピュータでの車速表示に用いることができる。
【００５７】
（ｆ）前記各実施の形態の構成は、相互に組み合わせることができる。たとえば、第１および第２の実施の形態において、第３の実施の形態のようにハブシェルの内部に発電機を設けてもよい。この場合、発電機は、ハブ軸に発電コイルを設けて、ハブシェルまたは第１部材に磁石を設ける構成とすることができる。また第３の実施の形態において、発電機の代わりに一次電池または二次電池を設けてもよい。またたとえば、第３の実施の形態において、検出コイルをハブ軸に設けてもよい。またたとえば第１の実施の形態において、検出コイルをハブシェル２４に設けてもよい。
【００５８】
（ｇ）前述した各実施の形態では、磁歪素子をスリーブに設ける構成としているが、磁歪素子をスリーブとを一体で形成してもよい。この場合には部品点数を少なくすることができる。
【００５９】
（ｈ）前記実施形態では、スリーブにはスリーブを貫通する孔が形成されるが、貫通する孔の代わりに凹所を形成してもよく、また孔を設けない構成としてもよい。
【００６０】
（ｉ）前記実施形態において、第１軸受から第５軸受のいずれか１つまたは複数をすべり軸受けに変更してもよい。この場合には、重量を軽減することができる。
【００６１】
（ｊ）前記実施形態において、第１部材のうち、フリーホイールを構成する部分を、他の部分から着脱自在に構成してもよい。このように構成するとフリーホイールを自由に交換することができる。第１部材のうち着脱可能な部分は、セレーションなどの連結機構によって他の部分に結合されればよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０ リアハブ
２０ ハブ軸
２２ 駆動部
２４ ハブシェル
２６ 駆動力計測部
２８ 無線送信部
２８ｃ 充電池
５２ スリーブ
５４ 磁歪素子
５６ 検出コイル
５８ 装着部材
６０ 発電機
８０ スプロケット集合体
１１０ リアハブ
１２２ 駆動部
１２６ 駆動力計測部
１５２ スリーブ
１５４ 磁歪素子
１５６ 検出コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハブ、特に、自転車の後輪のハブを構成する自転車用リアハブに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車用リアハブは、後輪の回転中心に配置されるハブ軸と、ハブ軸回りに回転自在に装着されるハブシェルと、ハブシェルに軸方向に隣接して配置されるフリーホイールと、を備えている。フリーホイールは、チェーンに噛み合うスプロケットの回転をハブシェルに伝達する。このフリーホイールとハブシェルとの間にライダーの駆動力を測定可能な駆動力測定部が配置される自転車用リアハブが、従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の自転車用リアハブは、フリーホイールとハブシェルとを連結する連結部材を有する。連結部材は、円筒形状に形成され、一端部にスプロケットが装着され、他端部がハブシェルと連結される。連結部材には、その連結部の捩れを検出するための歪みゲージが設けられ、連結部の捩れ量が検出される。この計測された捩れ量により、ライダーの駆動力を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４１８７９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のリアハブでは、歪みゲージを連結部に直接貼り付けており、たとえば貼り付けるための接着剤の厚みを均一にする必要があるため、精度よく組立てることが難しい。
【０００６】
本発明の課題は、駆動力を計測可能であって、組立ての精度の影響を受けにくい自転車用リアハブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明１に係る自転車用リアハブは、ハブ軸と、駆動部と、ハブシェルと、駆動力計測部と、を備える。駆動部は、ハブ軸に回転自在に支持され、駆動力伝達部材を装着可能である。ハブシェルは、ハブ軸に回転自在に支持され、駆動部の回転が伝達される。駆動力計測部は、駆動部からハブシェルにわたる駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子および磁歪素子に対向して設けられる検出コイルを有する。
【０００８】
この自転車用リアハブでは、駆動部の回転がハブシェルに伝達されるとき、駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子の透磁率が、駆動力に応じて駆駆動力伝達経路に発生するトルクに応じて変化する。磁歪素子の透磁率の変化によって検出コイルのインダクタンスが変化する。検出コイルのインダクタンスの変化を電気信号として検出することにより駆動力を測定することができる。ここでは、磁歪素子と検出コイルにより駆動力の変化を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【０００９】
発明２に係る自転車用リアハブは、発明１に記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルは、磁歪素子に対向可能な位置でハブ軸に装着される。この場合には回転しないハブ軸に検出コイルが装着されるので、検出コイルの出力をハブシェル外部に取り出しやすい。
【００１０】
発明３に係る自転車用リアハブは、発明２に記載の自転車用リアハブにおいて、ハブ軸に回転不能に装着され、かつ磁歪素子に対向可能な装着部材をさらに備える。検出コイルは、装着部材に装着される。この場合には、検出コイルをハブ軸に直接ではなくハブ軸に固定される装着部材に配置できるので、検出コイルの配置の自由度を大きくすることができる。
【００１１】
発明４に係る自転車用リアハブは、発明１に記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルは、磁歪素子に対向可能な位置でハブシェルに装着される。この場合には、検出コイルを磁歪素子よりもハブ軸の径方向外側に容易に配置できる。
【００１２】
発明５に係る自転車用リアハブは、発明１から４のいずれかに記載の自転車リアハブにおいて、検出コイルは、ハブ軸と磁歪素子との間に設けられる。この場合には、検出コイルをハブ軸に直接装着できる。このため、検出コイルの装着構造が簡素化する。
発明６に係る自転車用リアハブは、発明１から４のいずれかに記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルは、磁歪素子とハブシェルとの間に設けられる。
【００１３】
発明７に係る自転車用リアハブは、発明１から６のいずれかに記載の自転車用リアハブにおいて、駆駆動力伝達経路に設けられるスリーブをさらに備え、磁歪素子は、スリーブに保持される。この場合には、たとえば磁歪素子を、駆動力の伝達必要な剛性と切り離して形成することができるので、検出に最適な透磁率を有する材料を用いることができる。
【００１４】
発明８に係る自転車用リアハブは、発明７に記載の自転車用リアハブにおいて、駆動部とスリーブとは一体形成される。この場合には、駆動部とスリーブとが一体形成されるので、構成が簡素になる。
【００１５】
発明９に係る自転車用リアハブは、発明１から８のいずれかに記載の自転車用リアハブにおいて、検出コイルの出力に基づく情報を無線により外部に送信する無線送信部をさらに備える。たとえば検出コイルがハブシェルとともに回転しても、その出力を外部に取り出すことが容易となる。
【００１６】
発明１０に係る自転車用リアハブは、発明１から９のいずれかに記載のリアハブにおいて、検出コイルに電力を供給する電源をさらに備える。この場合には、電源が設けられるので、リアハブと別体で電源を設ける必要がない。
【００１７】
発明１１に係る自転車用リアハブは、発明１０に記載の自転車用リアハブにおいて、電源は電池である。この場合には、電源の構成が簡素になる。
【００１８】
発明１２に係る自転車用リアハブは、発明１０に記載の自転車用リアハブにおいて、電源は発電機である。この場合には、自転車が走行していると発電するため、外部からの充電または電池の交換が不要になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、磁歪素子と検出コイルにより駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】スプロケットが装着された本発明の第１実施形態による自転車用リアハブの半截断面図。
【図２】図１における自転車用リアハブの要部断面図。
【図３】スリーブの斜視図。
【図４】第２実施形態の図２に相当する図。
【図５】第３実施形態の図２に相当する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、本発明の第１実施形態による自転車用リアハブ１０は、自転車のフレームの後部に設けられるハブ軸装着部１０２に装着可能である。リアハブ１０は、ハブ軸２０と、駆動部２２と、ハブシェル２４と、駆動力計測部２６と、無線送信部２８と、を備える。ハブシェル２４は、ハブ軸２０に第１軸受４６により回転自在に支持される。駆動部２２は、ハブ軸２０に第２軸受４７により回転自在に支持される。駆動力計測部２６は、ライダーの駆動力を測定可能である。無線送信部２８は、測定された駆動力に関する情報を無線送信する。無線送信された駆動力に関する情報は、たとえば自転車のハンドル部に装着可能な図示しないサイクルコンピュータに表示される。なお、サイクルコンピュータには、自転車の速度、クランクの回転速度（ケイデンス）、走行距離等の情報も表示される。
【００２２】
＜ハブ軸＞
ハブ軸２０は、クイックレリーズ機構２９が装着される中空の軸本体３０と、軸本体３０の第１端部（図２の左側の端部）に装着される第１ロックナット３２と、軸本体３０の第２端部（図２右側の端部）に装着される第２ロックナット３４と、を有する。第１ロックナット３２および第２ロックナット３４にハブ軸装着部１０２が装着可能となっている。ここでは、第１ロックナット３２および第２ロックナット３４がハブ軸装着部１０２に装着される構成を記載しているが、軸本体３０がフレームにハブ軸装着部１０２に装着される構成としてもよい。
【００２３】
図２に示すように、軸本体３０の第１端部の内周面には、雌ネジ部３０ａが形成される。軸本体３０の第１および第２端部の外周面には、第１雄ネジ部３０ｂおよび第２雄ネジ部３０ｃがそれぞれ形成される。第１ロックナット３２は、雌ネジ部３０ａに螺合する雄ねじ部を有し、軸本体３０にねじ込んで固定される。第２ロックナット３４は、第２雄ネジ部３０ｃに螺合する雌ねじ部を有し、軸本体３０にねじ込んで固定される。
【００２４】
＜駆動部＞
駆動部２２は、いわゆるフリーホイールと呼ばれる部材を含んで構成される。駆動部２２は、ハブ軸２０に回転自在に支持される第１部材４０と、第１部材４０の外周側に配置される第２部材４２と、第１部材４０と第２部材４２との間に配置されるワンウェイクラッチ４４と、スリーブ５２と、を有する。
【００２５】
第１部材４０は、第２軸受４７によりハブ軸２０に回転自在に支持される筒状の部材である。第２軸受４７は、第２内輪体４７ａと、第２外輪体４７ｂと、複数の第２転動体４７ｃと、を有する。第２内輪体４７ａは、外周部にねじが形成され、軸本体３０の第２雄ネジ部３０ｃにねじ込んで固定される。第２外輪体４７ｂは、内周部にねじが形成され、第１部材４０の外周面に形成される雄ねじ部にねじ込んで固定される。複数の第２転動体４７ｃは、第２内輪体４７ａおよび第２外輪体４７ｂの間に周方向に間隔を隔てて設けられる。第２転動体４７ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第２転動体４７ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００２６】
第１部材４０は、ワンウェイクラッチ４４のクラッチ爪４４ａが収納される凹部４０ａを外周部に有する。第１部材４０の第１端部（図２の左側の端部）は、ハブシェル２４の内周側まで延びている。第１部材４０の外周面には、第２部材４２を回転自在に支持する第３軸受４８の第３玉押し面４８ａおよびハブシェル２４を回転自在に支持する第５軸受５０の第５玉押し面５０ａが形成される。第１部材４０の第１端部の外周部には、スリーブ５２の第１端部（図２の左側の端部）が連結される第１連結部４０ｂが形成される。スリーブ５２は、第１部材４０とともに一体的に回転する。
【００２７】
第２部材４２は、第３軸受４８および第４軸受４９により第１部材４０に対して回転自在に支持される筒状部材である。第３軸受４８は、前述した第３玉押し面４８ａと、第３玉受け面４８ｂと、複数の第３転動体４８ｃとによって形成される。第３玉受け面４８ｂは、第２部材４２の第１端部（図２の左側の端部）の内周面に形成される。複数の第３転動体４８ｃは、第３玉押し面４８ａと第３玉受け面４８ｂとの間に周方向に間隔を隔てて設けられる。第３転動体４８ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第３転動体４８ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００２８】
第４軸受４９は、第２外輪体４７ｂの外周面に形成された第４玉押し面４９ａと、第４玉受け面４９ｂと、複数の第４転動体４９ｃとによって形成される。第４玉受け面４９ｂは、第２部材４２のハブ軸方向の中間部の内周面に形成される。複数の第４転動体４９ｃは、第４玉押し面４９ａと第４玉受け面４９ｂとの間に周方向に間隔を隔てて設けられる。第４転動体４９ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第４転動体４９ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００２９】
第２部材４２は、図１に示すように、外周面にスプロケット集合体８０を装着するスプロケット装着部４２ａを有する。スプロケット集合体８０は、第２部材４２と一体的に回転する。スプロケット集合体８０は、駆動力伝達部材の一例である。スプロケット装着部４２ａは、たとえば、外周部に周方向に間隔を隔てて配置された凸部または凹部を有するスプラインを有する。スプロケット集合体８０は、歯数が異なる複数（たとえば９個）のスプロケット８０ａ〜８０ｉを有する。スプロケット集合体８０のいずれかのスプロケットに噛み合うチェーン８１により、図示しないクランクの回転が駆動部２２に伝達される。ここでは、スプロケット装着部４２ａに複数のスプロケットが装着されるが、スプロケット装着部４２ａに装着されるスプロケットの数は、１つであってもよい。
【００３０】
図２に示すように、ワンウェイクラッチ４４は、第２部材４２の自転車の進行方向の回転だけを第１部材４０に伝達するために設けられる。これにより、クランクの進行方向の回転だけがハブシェル２４に伝達される。またハブシェル２４の進行方向の回転は第２部材４２に伝達されない。ワンウェイクラッチ４４は、凹部４０ａに第１姿勢および第２姿勢に揺動自在に設けられるクラッチ爪４４ａと、第２部材４２の内周面に形成されたラチェット歯４４ｂと、クラッチ爪４４ａを付勢する付勢部材４４ｃと、を有する。クラッチ爪４４ａは第１姿勢でラチェット歯４４ｂに接触し、第２姿勢でラチェット歯４４ｂから離脱する。付勢部材４４ｃは、第１部材４０に形成された環状溝に装着される。付勢部材４４ｃは、金属線材をＣ字状に湾曲して形成されたバネ部材であり、クラッチ爪４４ａを第１姿勢側に付勢する。
【００３１】
スリーブ５２は、駆動部２２からハブシェル２４にわたる駆動力伝達経路に設けられる。スリーブ５２は、第１端部（図２の左側の端部）が駆動部２２の第１部材４０に連結される。スリーブ５２と第１部材４０とは一体的に回転する。この実施形態では、スリーブ５２は、駆動部２２の第１部材４０の第１端部とハブシェル２４の第２端部（図１の右側の端部）の内周面との間に設けられる。スリーブ５２は、図３に示すように、筒状の部材であり、第１端部（図３の左側の端部）に第１連結部４０ｂに係合する第１係合部５２ａを有する。第１係合部５２ａは、ハブ軸方向に凹んだ凹部およびハブ軸方向に突出した凸部の少なくともいずれかを有する。本実施の形態では、第１係合部５２ａはハブ軸方向に凹凸状に形成される。スリーブ５２は、第２端部（図３の右側の端部）に第２連結部２４ｃに係合する第２係合部５２ｂを有する。第２係合部５２ｂは、ハブ軸方向に凹んだ凹部およびハブ軸方向に突出した凸部の少なくともいずれかを有し、本実施の形態では、第２係合部５２ｂはハブ軸方向に凹凸状に形成される。スリーブ５２をスプロケット集合体８０に近接するハブシェル２４の第２端部に接続することによって、第１部材４０のハブ軸方向の大きさをできるだけ小さくして、重量の増加を抑制することができる。ここでは、第１および第２係合部５２ａおよび５２ｂは、ハブ軸方向に凹凸状に形成されるが、半径方向に突出する凹部または凸部を有する形状としてもよく、セレーションであってもよい。
【００３２】
スリーブ５２には、周方向に間隔を隔てて形成される複数の孔５２ｃが形成される。孔５２ｃは、周方向に長細い長円形であり、スリーブ５２を貫通している。この実施形態では、孔５２ｃは、中間部を挟んでスリーブ５２の第１および第２端部側のそれぞれに設けられる。この孔５２ｃは、駆動部２２からハブシェル２４に駆動力（トルク）が伝達されるときに、スリーブ５２を駆動力に応じて捩れやすくするために設けられる。
【００３３】
＜ハブシェル＞
ハブシェル２４は、図２に示すように、第１端部（図２の左側の端部）が第１軸受４６によりハブ軸２０の軸本体３０に回転自在に支持される。ハブシェルの第２端部（図２の右側の端部）は、前述したように第５軸受５０により駆動部２２を介してハブ軸２０の軸本体３０に回転自在に支持される。第１軸受４６は、内周面にねじが形成され、軸本体３０の第１雄ネジ部３０ｂにねじ込んで固定される第１内輪体４６ａと、第１外輪体４６ｂと、複数の第１転動体４６ｃと、を有する。第１転動体４６ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第１転動体４６ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００３４】
第５軸受５０は、前述した第５玉押し面５０ａと、ハブシェル２４の第２端部の内周部にたとえば圧入固定された第５外輪体５０ｂと、複数の第５転動体５０ｃと、を有する。第５転動体５０ｃは、第５玉押し面５０ａと第５外輪体５０ｂとの間に周方向に間隔を隔てて配置される。第５転動体５０ｃは、図示しないリテーナに回転可能に保持されて、周方向に所定の間隔をあけて配置される。第５転動体５０ｃは、球体であってもよく、ローラであってもよい。
【００３５】
ハブシェル２４の外周部には、図１に示すように、自転車の後輪のスポークを連結するための第１ハブフランジ２４ａおよび第２ハブフランジ２４ｂがハブ軸２０の軸方向に間隔を隔てて環状に突出して形成される。ハブシェル２４の第２端部（図２の右側の端部）の内周部に、第５軸受５０に隣接してスリーブ５２の第２端部を連結する第２連結部２４ｃが形成される。
【００３６】
＜駆動力計測部＞
駆動力計測部２６は、磁歪素子５４と、検出コイル５６と、を有する。
【００３７】
磁歪素子５４は、スリーブ５２の外周面の中間部に固定して設けられる。磁歪素子５４はスリーブに、たとえば接着して固定される。磁歪素子５４および検出コイル５６は、磁性材料の逆磁歪効果を利用したセンサである。磁歪素子５４は、スリーブ５２にトルクが作用し、スリーブ５２表面の主応力が変化すると透磁率が変化する。磁歪素子５４は、第１磁化容易軸５４ｃを有する帯状の第１磁歪材５４ａと、第１磁化容易軸５４ｃと交差する第２磁化容易軸５４ｄを有する第２磁歪材５４ｂと、を有する。この実施形態では、第１磁化容易軸５４ｃと第２磁化容易軸５４ｄとは直交している。
【００３８】
検出コイル５６は、図２に示すように、ハブ軸２０の軸本体３０に回転不能に連結される装着部材５８に固定される。装着部材５８の内周面は、磁歪素子５４の外周面に対向して配置される。装着部材５８は、軸本体３０に固定される軸本体３０から外周側に延びる第１部分と、第１部分の端部からハブ軸方向に延びる第２部分とを有する。ここでは第１部分および第２部分は環状または筒状に形成される。検出コイル５６は、第２部分に設けられる。検出コイル５６は、第１磁歪材５４ａに対向して配置される第１コイル５６ａと、第２磁歪材５４ｂに対向して配置される第２コイル５６ｂと、を有する。本実施の形態では、検出コイル５６は、磁歪素子５４とハブシェル２４との間に設けられる。
【００３９】
駆動力計測部２６は、磁歪素子５４の透磁率の変化によって生じる検出コイル５６のインダクタンスの変化を電気信号として検出することにより駆動力を測定する。駆動力は、トルクを含む。
【００４０】
＜無線送信部＞
無線送信部２８は、図１に示すように、たとえばハブシェル２４の第１端部のハブ軸方向外側に配置される。無線送信部２８は、ハブ軸２０の外周部に固定されるケース部２８ａを有する。ケース部２８ａは、ハブ軸２０に固定される固定部２８ｄを有する。固定部２８ｄには、軸本体３０が挿通する。固定部２８ｄは、第１ロックナット３２を締めることによって、第１ロックナット３２と第１外輪体４６ａとの間で、これらに直接または間接的に挟まれて固定される。ケース部２８ａの内部には、回路基板２８ｂが配置される。検出コイル５６と回路基板２８ｂとは図示しない配線で電気的に接続される。回路基板２８ｂには、マイクロコンピュータ、検出コイル５６からの出力を増幅する増幅器、増幅器によって増幅された信号をデジタル信号に変換するＡＤ（Analog-Digital）変換回路および無線送信回路等の電子部品と、電源としての充電池２８ｃとが搭載される。本実施形態では、マイクロコンピュータ、増幅器、およびＡＤ変換回路は、駆動力計測部２６の一部を構成する。
【００４１】
無線送信部２８は、検出コイル５６の出力に基づく情報を無線送信する。無線送信部２８から無線送信された情報は、図示しないサイクルコンピュータにより駆動力、トルク、およびパワーの少なくともいずれかとして表示される。検出コイル５６の出力に基づいて、回路基板２８ｂに設けられるマイクロコンピュータにおいて、駆動力、トルクおよびパワーの少なくともいずれかを算出してもよく、またサイクルコンピュータにおいて、受信した情報に基づいて、駆動力、トルクおよびパワーの少なくともいずれかを算出してもよい。充電池２８ｃの代わりに、一次電池を設けてもよい。充電池２８ｃまたは一次電池は、ケース部２８ａから着脱可能に設けられる。ケース部２８ａには、たとえば充電池２８ｃを充電するときに用いられる端子が設けられてもよい。
【００４２】
このように構成されたリアハブ１０では、自転車に取り付けられてライダーがペダルをこぐと、ライダーの踏力が駆動力として駆動部２２からハブシェル２４に伝達される。このとき、駆動部２２のスリーブ５２の主応力が変化し、磁歪素子５４の透磁率が変化し検出コイル５６のインダクタンスが変化する。この変化を表す電気信号を回路基板２８ｂで処理し、無線送信部２８がサイクルコンピュータに無線送信する。サイクルコンピュータでは、無線送信された駆動力を表す情報を受信して表示する。これにより、ライダーは、自分が発生している駆動力、トルク、パワーなどを知ることができる。
【００４３】
ここでは、磁歪素子５４と検出コイル５６により駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
前記実施形態では、検出コイル５６をハブ軸２０に固定される装着部材５８に装着し、磁歪素子５４を検出コイル５６とハブ軸２０の軸本体３０との間に配置している。第２実施形態では、図４に示すように、検出コイル１５６をハブ軸２０の軸本体３０の外周面に直接配置する。なお、以降の説明では、第１実施形態と構成および形状が同様な部材についての説明を省略する。
【００４５】
図４に示すように、リアハブ１１０において、駆動部１２２のスリーブ１５２は、駆動部１２２の第１部材１４０と一体形成される棒状の部分である。スリーブ１５２の内周部に駆動力計測部１２６の磁歪素子１５４が保持される。スリーブ１５２は、ハブシェル２４の内部で第１部材１４０に一体で形成される。第１部材１４０の第１端部（図４の左側の端部）は、ハブシェル２４の第２端部（図４の右側の端部）に向けて折り曲げられている。この第１部材１４０の先端部は、ハブシェル２４の第２連結部２４ｃに一体的に回転可能に連結される。ここでスリーブ１５２は、ハブ軸まわりの周方向に間隔をあけて設けられる複数の棒状部分によって形成されるが、前記実施の形態と同様に円筒状に形成されてもよく、また第１部材１４０とは別体で設けられてもよい。
【００４６】
検出コイル１５６は、前述したようにハブ軸２０の軸本体３０の外周面に直接固定される。したがって、第２実施形態では検出コイル１５６は、磁歪素子１５４とハブ軸２０との間に設けられる。
【００４７】
このような構成の第２実施形態のリアハブ１１０でも、第１実施形態と同様に、磁歪素子１５４と検出コイル１５６により駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。
【００４８】
＜第３実施形態＞
第１および第２実施形態では、検出コイルをハブ軸２０に回転不能に装着するが、第３実施形態では、図５に示すように、リアハブ２１０の駆動力計測部２２６の検出コイル２５６をハブシェル２２４に装着する。検出コイル２５６とハブシェル２２４とは一体的に回転する。ハブシェル２２４の内周部には、検出コイル２５６を装着するための環状のコイル装着部材２５８が設けられる。スリーブ２５２は、駆動部２２４の第１部材２４０の途中に配置される。第１部材２４０は、ハブ軸方向でハブシェル２２４の中央部にセレーションによって連結される。スリーブ２５２の概略構成は、第１実施形態のスリーブ５２と同様な構成であるが、スリーブ２５２の両端は第１部材２４０に固定されている。このスリーブ２５２の外周面に磁歪素子２５４が保持される。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に検出コイル２５６は、磁歪素子２５４とハブシェル２２４との間に設けられる。
【００４９】
第３実施形態では、検出コイル２５６が回転するため、無線送信部２２８は、ハブシェル２２４に固定される。ここでは、ハブシェル２２４の内周部に無線送信部２２８が固定される。無線送信部２２８をハブシェル２２４の内周部に固定する場合であっても、アンテナはハブシェル２２４の外部に配置するのが好ましい。
【００５０】
また、リアハブ２１０では、磁歪素子２５４及び無線送信部２２８の電源として発電機６０が設けられる。発電機６０は、ハブ軸２０の軸本体３０の外周面に固定される磁石６２と、磁石６２の外周側に磁石６２に対向して配置される回転子６４とを有する。回転子６４は、ハブシェル２２４の内周面に固定されるコイルボビンと、コイルボビンに巻き付けられる発電コイルと、発電コイルの周囲に配置されるヨークと、を有する。発電コイルの出力が無線送信部２２８に設けられる整流器によって直流に整流され、電源として使用される。
【００５１】
このような第３実施形態のリアハブ２１０でも、第１および第２実施形態と同様に、磁歪素子２５４と検出コイル２５６により駆動力を非接触で検出できるので、組立ての精度の影響を受けにくくすることができる。また、第１および第２の実施の形態よりもハブシェル２２４のハブ軸方向の中間部の外径を小さくすることができる。
【００５２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５３】
（ａ）前記実施形態では、ワンウェイクラッチを有するいわゆるフリーハブを含んで駆動部２２を構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、フリーハブを有さないリアハブにも本発明を適用できる。
【００５４】
（ｂ）前記実施形態では、クイックレリーズ機構２９を有するリアハブを例示したが、クイックレリーズ機構を有さないリアハブにも本発明を適用できる。
【００５５】
（ｄ）前記実施形態では、電源として発電機及び充電池を例示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、充電可能なコンデンサ等の蓄電素子を用いてもよい。また、電源として充電不能な一次電池を用いてもよい。
【００５６】
（ｅ）前記第３実施形態では、発電機６０は検出コイル５６および無線送信部２８の電力供給に用いられるが、本発明はこれに限定されない。無線送信部において、発電機６０から出力される交流の電力波形を検波してリアハブの回転速度信号を得てもよい。得られた回転速度信号に関する情報と、駆動力測定部によって測定した駆動力であるトルクとを用いて、マイクロコンピュータにおいてパワーを計算してもよい。また、無線送信部が回転速度信号に関する情報をサイクルコンピュータに送信することにより、後輪の周長を乗算することにより、サイクルコンピュータでの車速表示に用いることができる。
【００５７】
（ｆ）前記各実施の形態の構成は、相互に組み合わせることができる。たとえば、第１および第２の実施の形態において、第３の実施の形態のようにハブシェルの内部に発電機を設けてもよい。この場合、発電機は、ハブ軸に発電コイルを設けて、ハブシェルまたは第１部材に磁石を設ける構成とすることができる。また第３の実施の形態において、発電機の代わりに一次電池または二次電池を設けてもよい。またたとえば、第３の実施の形態において、検出コイルをハブ軸に設けてもよい。またたとえば第１の実施の形態において、検出コイルをハブシェル２４に設けてもよい。
【００５８】
（ｇ）前述した各実施の形態では、磁歪素子をスリーブに設ける構成としているが、磁歪素子をスリーブとを一体で形成してもよい。この場合には部品点数を少なくすることができる。
【００５９】
（ｈ）前記実施形態では、スリーブにはスリーブを貫通する孔が形成されるが、貫通する孔の代わりに凹所を形成してもよく、また孔を設けない構成としてもよい。
【００６０】
（ｉ）前記実施形態において、第１軸受から第５軸受のいずれか１つまたは複数をすべり軸受けに変更してもよい。この場合には、重量を軽減することができる。
【００６１】
（ｊ）前記実施形態において、第１部材のうち、フリーホイールを構成する部分を、他の部分から着脱自在に構成してもよい。このように構成するとフリーホイールを自由に交換することができる。第１部材のうち着脱可能な部分は、セレーションなどの連結機構によって他の部分に結合されればよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０ リアハブ
２０ ハブ軸
２２ 駆動部
２４ ハブシェル
２６ 駆動力計測部
２８ 無線送信部
２８ｃ 充電池
５２ スリーブ
５４ 磁歪素子
５６ 検出コイル
５８ 装着部材
６０ 発電機
８０ スプロケット集合体
１１０ リアハブ
１２２ 駆動部
１２６ 駆動力計測部
１５２ スリーブ
１５４ 磁歪素子
１５６ 検出コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車用リアハブであって、
ハブ軸と、
前記ハブ軸に回転自在に支持され、駆動力伝達部材を装着可能な駆動部と、
前記ハブ軸に回転自在に支持され、前記駆動部の回転が伝達されるハブシェルと、
前記駆動部と前記ハブシェルとの間の駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子および前記磁歪素子に対向して設けられる検出コイルを有する駆動力計測部と、
を備える自転車用リアハブ。
【請求項２】
前記検出コイルは、前記磁歪素子に対向可能な位置でハブ軸に装着される、請求項１に記載の自転車用リアハブ。
【請求項３】
前記ハブ軸に回転不能に装着され、かつ前記磁歪素子に対向可能な装着部材をさらに備え、
前記検出コイルは、前記装着部材に装着される、請求項２に記載の自転車用リアハブ。
【請求項４】
前記検出コイルは、前記磁歪素子に対向可能な位置で前記ハブシェルに装着される、請求項１に記載の自転車用リアハブ。
【請求項５】
前記検出コイルは、前記ハブ軸と前記磁歪素子との間に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項６】
前記検出コイルは、前記磁歪素子と前記ハブシェルとの間に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項７】
前記駆動部は、前記駆駆動力伝達経路に設けられるスリーブを含み、
前記磁歪素子は、前記スリーブに保持される、請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項８】
前記スリーブは、前記駆動部に一体形成される、請求項７に記載の自転車用リアハブ。
【請求項９】
前記検出コイルの出力に基づく情報を無線により外部に送信する無線送信部をさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項１０】
前記検出コイルに電力を供給する電源をさらに備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項１１】
前記電源は電池である、請求項１０に記載の自転車用リアハブ。
【請求項１２】
前記電源は発電機である、請求項１０に記載の自転車用リアハブ。
【請求項１】
自転車用リアハブであって、
ハブ軸と、
前記ハブ軸に回転自在に支持され、駆動力伝達部材を装着可能な駆動部と、
前記ハブ軸に回転自在に支持され、前記駆動部の回転が伝達されるハブシェルと、
前記駆動部と前記ハブシェルとの間の駆駆動力伝達経路に設けられる磁歪素子および前記磁歪素子に対向して設けられる検出コイルを有する駆動力計測部と、
を備える自転車用リアハブ。
【請求項２】
前記検出コイルは、前記磁歪素子に対向可能な位置でハブ軸に装着される、請求項１に記載の自転車用リアハブ。
【請求項３】
前記ハブ軸に回転不能に装着され、かつ前記磁歪素子に対向可能な装着部材をさらに備え、
前記検出コイルは、前記装着部材に装着される、請求項２に記載の自転車用リアハブ。
【請求項４】
前記検出コイルは、前記磁歪素子に対向可能な位置で前記ハブシェルに装着される、請求項１に記載の自転車用リアハブ。
【請求項５】
前記検出コイルは、前記ハブ軸と前記磁歪素子との間に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項６】
前記検出コイルは、前記磁歪素子と前記ハブシェルとの間に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項７】
前記駆動部は、前記駆駆動力伝達経路に設けられるスリーブを含み、
前記磁歪素子は、前記スリーブに保持される、請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項８】
前記スリーブは、前記駆動部に一体形成される、請求項７に記載の自転車用リアハブ。
【請求項９】
前記検出コイルの出力に基づく情報を無線により外部に送信する無線送信部をさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項１０】
前記検出コイルに電力を供給する電源をさらに備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の自転車用リアハブ。
【請求項１１】
前記電源は電池である、請求項１０に記載の自転車用リアハブ。
【請求項１２】
前記電源は発電機である、請求項１０に記載の自転車用リアハブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−４７０７８（Ｐ２０１３−４７０７８Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６５８９（Ｐ２０１１−１８６５８９）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００２４３９）株式会社シマノ (1,038)
【Ｆターム（参考）】
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