(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後下がりに延びるダウンチューブと、このダウンチューブの後部から後上方に立ち上がるシートチューブと、このシートチューブの上端部から後下がりに延びて後端が後輪軸付近に連結された左右一対のシートステーとを有する車体フレームと、モータおよびモータに給電するバッテリケースと、後輪の上方で前後方向に延びる荷台とを備えた電動自転車において、前記バッテリケースを車幅方向の寸法がシートチューブ幅より大きくなりかつ上下方向に細長い箱状に形成してその長手方向が車載状態で上下方向を指向するようにシートチューブと後輪との間にシートチューブに沿って斜めに配置し、前記左右一対のシートステーの前部間隔を、前記バッテリケースの車幅方向寸法より大きくなるように形成し、かつ前記バッテリケースより前方で前端を車幅方向内側へ屈曲させて前記シートチューブに結合させることにより、前記バッテリケースを左右シートステーの間を通して斜め上下方向に着脱自在とし、このバッテリケースを車載状態でその上端部が前記シートステーより上方に位置するように形成し、このシートステーにおける側面視においてバッテリケースの後端部が交差する部位の近傍に、前記荷台の前端部から前下がりに傾斜して延びる荷台用前部ステーの前端部を支持させ、前記バッテリケースに放電用コネクタを設け、車体フレーム側に、前記バッテリケースの装着操作により前記放電用コネクタに接続し、かつバッテリケースの取外し操作により放電用コネクタから離間する負荷側コネクタを設けてなる電動自転車。
【請求項２】
請求項１記載の電動自転車において、上方に向けて開放される支持部材を車体フレーム側に固定し、この支持部材内にバッテリケースを着脱自在に嵌合させる構造とし、前記支持部材の底部に前記負荷側コネクタを配設してなる電動自転車。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電動自転車において、シートチューブの上端にサドルを装着し、前記サドルは、シートチューブに対してバッテリケース着脱時にバッテリケースの上方空間が開放される位置まで傾動自在としてなる電動自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補助動力としてモータを使用する電動自転車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、補助動力としてモータを使用する電動自転車としては、例えば、実開昭５６−６０６９８号公報に開示されたものがある。この公報に示された電動自転車は、ダウンチューブの下方であってかつクランク軸の後方にモータおよび電動装置が配置され、このモータに給電するバッテリがシートチューブと後輪との間に配置されていた。なお、シートチューブの上端部から後方へ延びるシートステーは、バッテリケースの上方を通されていた。
【０００３】
前記バッテリはバッテリケースに収容され、充電するときにはバッテリケース毎に車体から外して行うように構成されていた。バッテリケースを車体から外すには、バッテリケースを、その下端部を支点として上部を車幅方向の一方に傾斜させ、その状態でバッテリケース上部を引っ張り下端係合部を外すことによって行う構造になっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、このようにバッテリケースを車幅方向へ傾斜させた状態で車体に対して着脱させる構成を採ると着脱操作がし難いばかりか、バッテリの容量が制約されてしまうという問題があった。これは、シートチューブと後輪との間に位置するバッテリ容量を増やすには、バッテリケースを上方へ延長してその容量を増やさなければならないからである。
【０００５】
すなわち、バッテリケースを上方へ延長すると、バッテリケースの上方を車体前後方向に横切るシートステーをも上方へずらさなければならず、その分だけシートチューブも長くなり、シートチューブ上端に装着されるサドルを最も低い位置に位置づけたとしてもサドル高さが高くなってしまう。このため、婦人や子供用の自転車には適用できなくなる。なお、バッテリー容量を増大させるためには、容量増加により重量が重くなってもバッテリケースを簡単に着脱できるようにしなければならない。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、車体の小型化を図るとともにバッテリケースの着脱性を向上させながら、バッテリーの容量を決める上での自由度を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る電動自転車は、後下がりに延びるダウンチューブと、このダウンチューブの後部から後上方に立ち上がるシートチューブと、このシートチューブの上端部から後下がりに延びて後端が後輪軸付近に連結された左右一対のシートステーとを有する車体フレームと、モータおよびモータに給電するバッテリケースと、後輪の上方で前後方向に延びる荷台とを備えた電動自転車において、前記バッテリケースを車幅方向の寸法がシートチューブ幅より大きくなりかつ上下方向に細長い箱状に形成してその長手方向が車載状態で上下方向を指向するようにシートチューブと後輪との間にシートチューブに沿って斜めに配置し、前記左右一対のシートステーの前部間隔を、前記バッテリケースの車幅方向寸法より大きくなるように形成し、かつ前記バッテリケースより前方で前端を車幅方向内側へ屈曲させて前記シートチューブに結合させることにより、前記バッテリケースを左右シートステーの間を通して斜め上下方向に着脱自在とし、このバッテリケースを車載状態でその上端部が前記シートステーより上方に位置するように形成し、このシートステーにおける側面視においてバッテリケースの後端部が交差する部位の近傍に、前記荷台の前端部から前下がりに傾斜して延びる荷台用前部ステーの前端部を支持させ、前記バッテリケースに放電用コネクタを設け、車体フレーム側に、前記バッテリケースの装着操作により前記放電用コネクタに接続し、かつバッテリケースの取外し操作により放電用コネクタから離間する負荷側コネクタを設けたものである。
【０００８】
本発明によれば、シートステーとバッテリケースとの干渉を避けながら、バッテリケースをシートチューブの後方で上下方向に長く形成してバッテリ容量を増大させることができる。また、バッテリケースの着脱操作によってコネクタが自動で接離する。
【０００９】
請求項２に記載した発明に係る電動自転車は、請求項１に記載した発明に係る電動自転車において、上方に向けて開放される支持部材を車体フレーム側に固定し、この支持部材内にバッテリケースを着脱自在に嵌合させる構造とし、前記支持部材の底部に前記負荷側コネクタを配設したものである。
この発明によれば、車載状態においては常にバッテリケースの重量が支持部材との係合方向に加えられ、バッテリケースと支持部材との係合状態が安定する。また、負荷側コネクタにバッテリケースの重量を作用させることができる。
【００１０】
請求項３に記載した発明に係る電動自転車は、請求項１または請求項２に記載した発明に係る電動自転車において、シートチューブの上端にサドルを装着し、前記サドルは、シートチューブに対してバッテリケース着脱時にバッテリケースの上方空間が開放される位置まで傾動自在としたものである。
この発明によれば、サドルを傾動させることによりバッテリケースの上方空間が解放される。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図９によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る電動自転車の側面図、図２は電動自転車の一部を拡大して示す平面図、図３はパワーユニットおよびモータの側面図、図４は図３におけるパワーユニットのＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図４における一方向クラッチのＶ−Ｖ線断面図、図６は図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面図、図７は一方向クラッチの一部を拡大して示す斜視図、図８はバッテリケース装着部分を拡大して示す側面図、図９は電動自転車の動力伝達経路を示す図である。
【００１３】
これらの図において、１は電動自転車、２はこの電動自転車１のフレームである。このフレーム２は、前輪３が回転自在に設けられたフロントフォーク４を操舵自在に支持するヘッドパイプ２ａと、このヘッドパイプ２ａから後下がりに延びるダウンチューブ２ｂと、このダウンチューブ２ｂの後部に中ラグ５を介して連結されたシートチューブ２ｃと、前記中ラグ５から後方へ延びるダウンチューブ２ｂの後端にハンガーラグ６を介して連結された左右一対のチェーンステー２ｄと、前記シートチューブ２ｃの上部と前記チェーンステー２ｄの後端部とを連結する左右一対のシートステー２ｅ等とから構成されている。
【００１４】
そして、前記フロントフォーク４の上端部には操向ハンドル７が装着されている。また、前記チェーンステー２ｄの後端部およびシートステー２ｅの下端部には、後輪８を回転自在に支持するための後輪ブラケット２ｆが一体的に設けられている。前記シートステー２ｅの前部の間隔は、後述するバッテリケース１０の車幅方向寸法より大きくなるように形成されており、バッテリケース１０より前方で前端を車幅方向内側へ屈曲させて前記シートチューブ２ｃに結合されている。
【００１５】
９はこの電動自転車１の補助動力装置で、この補助動力装置９は、バッテリケース１０に収納されたバッテリ１１から給電されると共に後述する制御ユニットによって制御されるモータ１２と、クランク軸１３を有するパワーユニット１４と、クランク軸１３における車体右側端部に軸装されたクランクギヤ１５（図４）、クランク１６およびペダル１７等を備えている。
【００１６】
そして、この補助動力装置９は、パワーユニット１４がクランク軸１３を中心として形成され、モータ１２をクランク軸１３より車体前方であってダウンチューブ２ｂの下方にダウンチューブ２ｂに沿わせて配置されており、前記中ラグ５およびハンガーラグ６に連結ブラケット１８，１９を介して連結されている。実施例では、この補助動力装置９はモータ１２の後述する回転軸１２ａがダウンチューブ２ｂと平行になるようにフレーム２に搭載されている。
【００１７】
なお、この補助動力装置９は、車体右側に位置するクランクギヤ１５がチェーン２０を介して後輪８のフリーホイール（図示せず）に連結されている。このフリーホイールは、チェーン２０から後輪８へのみ動力を伝える公知の一方向クラッチによって構成されている。なお、図１においてチェーン２０に沿うように設けられた符号２０ａで示すものはチェーンカバーである。
【００１８】
この補助動力装置９のモータ１２には、ダウンチューブ２ｂに取付けられた制御ユニット２１およびメインスイッチ２２が接続されている。
この制御ユニット２１は、メインスイッチ２２がＯＮ状態のときであってペダル１７からクランク軸１３に乗員の踏力が加えられたときのみに、モータ１２を回転させてクランク軸１３にモータ１２からの動力を伝える構成になっている。すなわち、ペダル１７を踏むと、クランク軸１３にはその踏力に加えてモータ１２からの回転トルクが付与されることになる。このモータ１２の出力は、ペダル１７に加えられた踏力に略比例するように、制御ユニット２１によって制御される。なお、前記踏力は、後述するパワーユニット１４内の踏力検出機構により検出される。
【００１９】
そして、この制御ユニット２１およびメインスイッチ２２の取付け位置は、ダウンチューブ２ｂの下方であってモータ１２の前方とされている。このため、メインスイッチ２２，制御ユニット２１，モータ１２およびパワーユニット１４は、ダウンチューブ２ｂに沿って前後に一列に並べられることになる。
【００２０】
前記メインスイッチ２２は、キー（図示せず）を差し込んで例えば図１において中立位置から時計方向に回したときに前記制御ユニット２１とバッテリ１１とを電気的に接続し、反時計方向に回したときに後述するバッテリケース用ロック機構を解除する構造になっている。
【００２１】
ここで、上述した補助動力装置９の構造を図３〜図６によってさらに詳細に説明する。補助動力装置９は、クランク軸１３をパワーユニット１４のケース２３に回転自在に支持させると共に、このケース２３の一端部にモータ１２をその軸線方向がクランク軸１３と直交するように固定し、前記クランク軸１３とモータ１２の回転軸１２ａとの間に遊星歯車式増速機２４および遊星ローラ式減速機２５等を介装して形成されている。また、この補助動力装置９では、クランク軸１３と同軸上に配置される回転部品は、小型化を図って最低地上高を確保する目的から全てその外径がクランクギヤ１５より小さくなっている。
【００２２】
前記ケース２３は、図４に示すように、クランク軸１３が貫通すると共に遊星歯車式増速機２４を収容する筒状部およびこの筒状部からクランク軸とは直交する方向へ延びかつ遊星ローラ式減速機２５を収容するモータ取付部が一体成形されたケース本体２３ａと、前記筒状部の両端の開口部のうち開口径が大きい方の車体左側開口部に取付ねじ２３ｂによって固定されかつこの開口部を塞ぐと共にクランク軸１３の左側端部を軸受２３ｃによって回転自在に支持する蓋体２３ｄとから形成されている。本実施例では、蓋体２３ｄの外側に側面視略円形状のカバー２６が固着されている。
【００２３】
そして、ケース本体２３ａにこの補助動力装置９の主要構成部材（モータ１２、遊星歯車式増速機２４、遊星ローラ式減速機２５等）が全て取付けられている。このように構成することで各主要構成部材を高精度に連結させることができると共に、組立て強度を確保することができる。
【００２４】
前記遊星歯車式増速機２４は、遊星歯車２７がクランク軸１３に一方向クラッチ２８を介して支持され、太陽歯車２９がクランク軸１３に回転自在に支持され、外周歯車３０が車幅方向に延びる略筒状に形成されて筒状出力軸３１にリベット止めされている。前記外周歯車３０の外周部は、遊星歯車２７が噛合する部分より筒状出力軸３１側が細径に形成され、遊星歯車式増速機２４が無用に大型化しない構造になっている。前記一方向クラッチ２８は、クランク軸１３が遊星歯車式増速機２４に対して図３において左回りに回転するときのみに、クランク軸１３から動力が遊星歯車式増速機２４に伝わるように構成されている。
【００２５】
この一方向クラッチ２８は図５および図７に示すように、クランク軸１３にスプライン嵌合によって固定された略円環状の内輪３２と、この内輪３２を収容する中空部が形成されかつ内周部に断面略鋸歯状の係合歯３３が全周にわたって形成された外輪３４と、内輪３２と外輪３４との間に介装された爪片３５と、この爪片３５を前記係合歯３３に係合するように付勢するばね３６とから形成されている。また、前記外輪３４には前記遊星歯車２７を回転自在に支持する支軸２７ａが立設されている。
【００２６】
前記内輪３２は、外周部に径方向外側へ突出しかつ周方向へ延びる摺接突部としての突起３７が周方向に間隔をおいて４箇所に形成されると共に、これらの突起３７の間となる部分に、内輪３２の外周面を断面円弧状に凹ませてなる爪片支承用凹部３８が形成されている。また、前記各突起３７の突出側端面３７ａは、内輪３２の軸心を中心とする円弧面になっており、内輪３２を外輪３４の中空部に装填した状態で全ての突起３７の突出側端面３７ａが係合歯３３の頂部に摺接するように構成されている。さらに、この突起３７には、ばね３６を挿入するための凹溝３９が周方向に沿って形成されている。
【００２７】
前記爪片３５は、前記内輪３２の凹部３８に摺動自在に嵌合する断面円弧状の凸曲面が形成された基部３５ａと、この基部３５ａから動力伝達時の内輪３２の回転方向（図５においては左回り）前側へ延出されて延出端が係合歯３３に係合する係合部３５ｂとから形成されている。なお、係合歯３３は、頂部に対して動力伝達時の内輪３２の回転方向前側が比較的緩やかに傾斜され、反対側が急峻に傾斜されている。そして、この爪片３５には、ばね３６が挿入される切欠き３５ｃが延出端から基部３５ａへ向けて形成されている。この切欠き３５ｃの底面は平坦に形成され、図５に示すように係合部３５ｂの延出方向に対して傾斜されている。
【００２８】
この底面の傾斜角度は、基部３５ａを凹部３８に嵌合させると共に係合部３５ｂを係合歯３３に係合させた図５に示す状態において、底面における動力伝達時の内輪３２の回転方向後側端部が前側端部より径方向外側へ突出するように設定されている。そして、この底面の突出端部に前記ばね３６が接触している。このばね３６は、一部が切断された環状に形成され、径を拡げるようにして内輪３２に弾装されている。すなわち、前記切欠き３５ｃの底面におけるばね３６に接触している端部が内輪３２の径方向中心側へ押され、爪片３５は基部３５ａを中心にして図５において右回りに付勢される。このため、係合部３５ｂが常に係合歯３３に押し付けられることになる。
【００２９】
このように構成された一方向クラッチ２８では、外輪３４はその係合歯３３の頂部に内輪３２の全ての突起３７が摺接することによって、内輪３２と同一軸線上に配置されると共に、内輪３２に鋼球等を使用することなく回転自在に支持されることになる。そして、クランク軸１３および内輪３２が外輪３４に対して図５において左回りに回ったときのみに動力（ペダル１７を踏むことによって生じる踏力）が内輪３２から爪片３５を介して外輪３４に伝えられることになる。また、クランク１６を前進時とは反対方向へ回したり、モータ１２の動力によって外輪３４が内輪３２より速く左回りに回転するようなときには、この一方向クラッチ２８での動力伝達は行われなくなる。
【００３０】
この遊星歯車式増速機２４では、前記外輪３４が内輪３２と共に回転する場合、太陽歯車２９がこれらの部材に対して回転しないようにすることによって、外周歯車３０が同方向に所定の速比で増速されて回転する。そして、この外周歯車３０がリベット止めされた筒状出力軸３１およびこの筒状出力軸３１の軸端部に固定されたクランクギヤ１５が回転することによって、クランク軸１３の動力がチェーン２０およびフリーホイールを介して後輪８に伝えられることになる。なお、筒状出力軸３１は、図４に示すように、後述する遊星ローラ式減速機２５から動力が伝えられるリングギヤ４０が前記外周歯車３０と共にリベット止めされ、軸受４１を介してケース本体２３ａに回転自在に支持されている。また、この筒状出力軸３１の中空部には、軸受４２を介してクランク軸１３の車体右側軸端部が回転自在に支持されている。
【００３１】
前記太陽歯車２９の回転を規制するに当たっては、本実施例では図３中に符号４３で示すストッパーと、４４で示す踏力検出機構が用いられている。ストッパー４３は、ケース本体２３ａに螺着されてケース内側の先端が太陽歯車２９のアーム２９ａの下端面に当接する構造になっている。また、踏力検出機構４４は、前記アーム２９ａの突出端にリベット止めされた当て板部材４５に上方から当接するポテンショメータ装置４６と、このポテンショメータ装置４６を当て板部材４５側へ付勢する加圧装置４７とから構成されている。なお、前記当て板部材４５は、面圧を下げるために前記アーム２９ａより幅広に形成されている。
【００３２】
踏力検出機構４４のポテンショメータ装置４６は、前記当て板部材４５に揺動端部が当接するレバー４６ａと、このレバー４６ａに連結されたポテンショメータ本体４６ｂとから形成され、ケース本体２３ａに支持固定されている。ポテンショメータ本体４６ｂは、レバー４６ａに連結される入力軸４６ｃが図３の紙面と直交する方向を軸線として回動自在に設けられており、この入力軸４６ｃの回動角度を検出してリード線４６ｄを介して前記制御ユニット２１に出力するように構成されている。なお、前記入力軸４６ｃは軸受４６ｅによってケース本体２３ａに回転自在に支持されている。
【００３３】
加圧装置４７は、前記レバー４６ａの揺動端部に当接する押圧子４７ａと、この押圧子４７ａをレバー４６ａに対して進退自在に支持しかつケース本体２３ａに支持固定されたケース４７ｂと、前記押圧子４７ａをレバー４６ａ側へ付勢する圧縮コイルばね４７ｃとから形成されている。
【００３４】
すなわち、前記外輪３４と共に遊星歯車２７が図３において左回りに回るときには太陽歯車２９が外周歯車３０からの回転反力によって左回りに回転付勢されるが、その力は当て板部材４５およびレバー４６ａを介して加圧装置４７に伝えられて加圧装置４７で吸収される。このため、太陽歯車２９は加圧装置４７の押圧子４７ａの移動量に相当する分だけ回動が許容された状態で回り止めされることになる。
【００３５】
このように太陽歯車２９が回動すると、ポテンショメータ本体４６ｂがその回動量を検出して制御ユニット２１に出力することになる。このとき、制御ユニット２１は、ポテンショメータ本体４６ｂからの検出信号に応じてモータ１２を制御する。このモータ１２の制御は、モータ１２の回転数が太陽歯車２９の回動量に比例するように行われる。詳述すると、外周歯車３０の回転数を図３中に符号４８で示す回転センサで検出し、この外周歯車３０の回転数と、ポテンショメータ本体４６ｂによって検出された太陽歯車２９の回動量とから図９に示すように制御ユニット２１でモータ駆動力を演算しモータ１２を駆動する。このため、ペダル１７を踏むことによって生じる踏力に略比例したトルクになるようにモータ１２が制御されることになる。なお、前記回転数センサ４８は、ケース本体２３ａに螺着されてケース内端部が外周歯車３０の車体左側端部に微小間隙をおいて対向しており、外周歯車３０に多数形成された歯部３０ａによって磁気抵抗が変化することを利用した公知のものが使用されている。このように外周歯車３０の端部に形成された歯部３０ａを利用して回転数を検出すると、回転数センサ４８を用いて回転数を検出するにあたって特別な被回転数検出部品が不要になる。
【００３６】
次に、モータ１２に連結された動力伝達系の構造について説明する。
モータ１２は、図４に示すように、その回転軸１２ａが遊星ローラ式減速機２５、モータ側一方向クラッチ５１、出力歯車部材５２およびこの出力歯車部材５２に噛合する前記リングギヤ４０を介して前記筒状出力軸３１に連結されている。
【００３７】
遊星ローラ式減速機２５は、丸棒からなるモータ１２の回転軸１２ａより大径な円筒状に形成されてモータ１２の軸端部に回転軸１２ａと同軸に固定された外輪５３と、この外輪５３と前記回転軸１２ａとの間に複数配置されてこれら両者に各々が添接する遊星ローラ５４と、これらの遊星ローラ５４を回転自在に保持するピン５５を備えかつモータ側一方向クラッチ５１を介して出力歯車部材５２に動力を伝える出力軸部材５６とから形成されている。
【００３８】
前記外輪５３は、遊星ローラ５４の軸方向の移動を規制するためのガイド板５７，５８が軸方向両端部に添接され、固定ボルト５９によってモータ１２に固定されている。外輪５３およびガイド板５７，５８における固定ボルト５９が貫通する穴は固定ボルト５９より大径に形成されており、固定ボルト５９によって径方向に対する位置が規制されないようになっている。また、この外輪５３の外周部に図６に示すようにケース本体２３ａの円形嵌合部６０が嵌合している。なお、モータ１２は、このように外輪５３を円形嵌合部６０に嵌合させた状態で図３に示すように連結ボルト６１によってケース本体２３ａに連結されている。
【００３９】
前記遊星ローラ５４は、本実施例では図６に示すように、外輪５３の周方向に等間隔おいて４個装着され、各々が出力軸部材５６のピン５５に軸受６２によって回転自在に支持されている。また、この遊星ローラ５４を保持する出力軸部材５６は、底部に前記ピン５５が突設された有底円筒状に形成されており、中空部にモータ側一方向クラッチ５１および出力歯車部材５２が装着されている。
【００４０】
このように構成された遊星ローラ式減速機２５では、モータ１２の回転軸１２ａが図６中に矢印で示すように右回りに回転することによって、遊星ローラ５４が回転軸１２ａとは反対側へ自転すると共に、外輪５３の内周面上を転動して右回りに公転するようになる。これによって出力軸部材５６が図６において右回りに所定の減速比をもって回転するようになる。
【００４１】
この出力軸部材５６の中空部に装着されたモータ側一方向クラッチ５１は、出力軸部材５６が出力歯車部材５２に対して図６において右回りに回転するときのみにその回転を出力歯車部材５２に伝えるように構成されている。また、出力歯車部材５２は、軸受６３によってケース本体２３ａに軸方向への移動を規制された状態で回転自在に支持されており、モータ側軸端部がモータ側一方向クラッチ５１に連結され、これとは反対側の軸端部に傘歯車が形成されてリングギヤ４０に噛合している。
【００４２】
すなわち、出力軸部材５６が上述したように回転するときには、モータ１２の動力が出力軸部材５６から出力歯車部材５２およびリングギヤ４０を介して前記筒状出力軸３１に伝えられることになる。
【００４３】
このようにモータ１２の動力伝達経路中にモータ側一方向クラッチ５１を介装させたのは、バッテリ１１の電力が不足してモータ１２の回転が遅くなったり、モータ１２の動力を故意に断って人力のみによって走行するときに、クランク軸１３からの動力がリングギヤ４０から出力歯車部材５２および遊星ローラ式減速機２５を介してモータ１２に伝わり、駆動抵抗が大きくなるのを防ぐためである。
【００４４】
なお、前記回転軸１２ａと出力軸部材５６の底面との間および出力軸部材５６の内側底面と出力歯車部材５２の軸端との間に設けられた符号６４，６５で示すものは、出力軸部材５６に軸方向の推力が加わったときに出力軸部材５６が回転軸１２ａや出力歯車部材５２に当接するのを防ぐためのボールである。これらのボール６４，６５は、回転軸１２ａあるいは出力歯車部材５２の軸端に凹設された円形穴に係入されている。
【００４５】
ここで、モータ１２および遊星ローラ式減速機２５をケース本体２３ａに組込む手順について説明する。組込みにあたっては、先ず、外輪５３に出力軸部材５６を装着させる。このときには、出力軸部材５６と外輪５３との間にガイド板５８を介在させると共に、ピン５５に軸受６２および遊星ローラ５４を装着させて外輪５３の内周側に収容させる。そして、このように出力軸部材５６の取付けられた外輪５３を、ガイド板５７をモータ１２との間に介在させてモータ１２に固定する。このときには、各遊星ローラ５４の間にモータ１２の回転軸１２ａを係入させ、回転軸１２ａに対して遊星ローラ５４および出力軸部材５６が回転できるようにする。これと共に、ボール６４を回転軸１２ａと出力軸部材５６との間に介装させておく。このようにすることによって、回転軸１２ａに対して外輪５３および出力軸部材５６が同一軸線上に位置づけられる。
【００４６】
次に、外輪５３およびガイド板５７，５８を固定ボルト５９によってモータ１２に固定する。これによって遊星ローラ式減速機２５がモータ１２に装着されることになる。すなわち、遊星ローラ式減速機２５をモータ１２に連結するに当たっては、特別な嵌合構造を用いることなく行うことができる。
【００４７】
しかる後、外輪５３の外周部をケース本体２３ａの円形嵌合部６０に嵌合させる。なお、このときには、出力軸部材５６の中空部あるいは出力歯車部材５２にモータ側一方向クラッチ５１を予め装着させておき、モータ１２の取付と同時にモータ側一方向クラッチ５１の装着を行う。また、ボール６５も出力歯車部材５２に予め装着させておく。
【００４８】
そして、モータ１２を連結ボルト６１によってケース本体２３ａに固定することによって、モータ１２および遊星ローラ式減速機２５の組込みが終了する。
また、この補助動力装置９をフレーム２に搭載するには、図３に示すようにケース本体２３ａに穿設されたボルト穴６６，６７を前記連結ブラケット１８，１９のボルト穴に合わせ、ケース本体２３ａを連結ブラケット１８，１９にボルト止めして行う。
【００４９】
次に、前記モータ１２に給電するバッテリ１１を収容するバッテリケース１０の構造について説明する。
バッテリケース１０は上下方向に細長い箱状に形成され、図１および図８に示すように内部にバッテリ１１を２つ収納する構造になっており、シートチューブ２ｃと後輪８との間に配置されている。また、このバッテリケース１０は、図１に示す車載状態において、上端部がシートステー２ｅより上方に位置するように形成されている。
すなわち、このバッテリケース１０は、図２に示すようにその車幅方向の寸法がシートチューブ幅より大きく左右のシートステー２ｅどうしの間を通される寸法に設定されると共に、前後方向の寸法がシートチューブ２ｃと左右一対の補助シートチューブ７１との間を通される寸法に設定されている。なお、この補助シートチューブ７１は、左右のシートステー２ｅ間に架け渡されたクロス部材とダウンチューブ２ｂの後端部との間にシートチューブ２ｃと略平行に架け渡されている。
【００５０】
また、図２に示すように、このバッテリケース１０や上述した補助動力装置９、制御ユニット２１は、左右のクランク１６，１６の間に全て収容されている。
【００５１】
このバッテリケース１０を車体に取付ける構造は、ダウンチューブ２ｂの後端部に上方へ向けて開口する有底角筒状の支持箱７２を設け、この支持箱７２内にバッテリケース１０の下端部を上方から嵌合させる構造になっている。前記支持箱７２が請求項３に記載した発明に係る支持部材を構成している。この支持箱７２は、その下部前側部分が前記中ラグ５のブラケット７３に連結されてこのブラケット７３および中ラグ５を介してフレーム２に支持されている。このため、バッテリケース１０は車体に対して上下方向に着脱自在に取付けられることになる。また、支持箱７２の底部には、バッテリケース１０の下端部に設けられた雌コネクタ１０ａに電気的に接続される雄コネクタ７２ａが取付けられると共に、バッテリケース１０が第３者によって車体から外されるのを防ぐロック機構７４が取付けられている。前記雌コネクタ１０ａが本発明に係る放電用コネクタを構成し、前記雄コネクタ７２ａが本発明に係る負荷側コネクタを構成している。
【００５２】
前記雄コネクタ７２ａは、メインスイッチ２２を介して制御ユニット２１やモータ１２に電気的に接続され、接触子が支持箱７２内に突出する構造になっている。すなわち、バッテリケース１０を支持箱７２に上方から嵌合させることによって、雄コネクタ７２ａにバッテリケース１０側の雌コネクタ１０ａが電気的に接続され、メインスイッチ２２や他の電気機器にバッテリ１１から給電されるようになる。
【００５３】
前記ロック機構７４は、支持箱７２に回動自在に設けられてバッテリケース１０に係脱自在に構成された係止爪７４ａを備え、バッテリケース１０を支持箱７２に嵌合させることによってロックされる構造になっている。また、係止爪７４ａは操作ワイヤ７４ｂを介して前記メインスイッチ２２に連結され、メインスイッチ２２のキーをロック解除側（図１において反時計方向）に回したときにロックが解除される構造になっている。
【００５４】
なお、図１に示した状態では、バッテリケース１０を上方へ引き上げるとシートチューブ２ｃの上端部に位置するサドル７５が邪魔になるが、このサドル７５は、後述するサドル傾動機構７６によってバッテリケースの着脱経路上から離間される。
【００５５】
前記サドル７５はシートピラーチューブ７７の上端部に取付けられ、このシートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃに嵌挿させることによってフレーム２に装着されている。このサドル７５は、本実施例ではクッション付きのものが使用されている。前記シートピラーチューブ７７は乗員の体格に合わせてサドル７５の高さを変えることができるようにある程度長さをもって形成され、下端部にサドル傾動機構７６が設けられている。なお、サドル７５の高さを変えるには、先ず、シートチューブ２ｃの上端に設けられてシートチューブ２ｃの上端開口径を変えるシートピン７８を緩め、サドル７５を引っ張ってシートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃから上側へ引き出す。そして、サドル７５を所望の高さに位置づけた後、前記シートピン７８を締めてシートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃの上側開口部で緊縛させる。
【００５６】
前記サドル傾動機構７６は、シートピラーチューブ７７の下端に挿入固着された上側部材７６ａと、この上側部材７６ａに枢支ピン７６ｂを介して揺動自在に連結され、かつシートチューブ２ｃに嵌挿される下側部材７６ｃとから構成されている。また、前記枢支ピン７６ｂは、その軸線を車幅方向に向けて取付けられている。このため、下側部材７６ｃに対して上側部材７６ａが前後方向に揺動するが、本実施例では、上側部材７６ａが下側部材７６ｃに対して前側のみに傾斜するように構成されている。
【００５７】
すなわち、このサドル傾動機構７６は、シートピラーチューブ７７をシートチューブ２ｃに固定した走行時には図１に示すようにシートチューブ２ｃ内に挿入される。また、シートピラーチューブ７７の全てをシートチューブ２ｃ上に引き出して下側部材７６ｃの上部をシートチューブ２ｃの上側開口部から突出させた状態では、枢支ピン７６ｂを中心にしてシートピラーチューブ７７およびサドル７５を図８中に二点鎖線で示す上方引き出し位置から実線で示すように前側へ傾斜させることができるようになる。
【００５８】
図１において符号７９は車体カバーである。この車体カバー７９は、上下に分割形成されたカバー本体８０，８１からなり、これらのカバー本体８０，８１によってダウンチューブ２ｂおよびこのダウンチューブ２ｂに取付けられた電装品（メインスイッチ２２，制御ユニット２１，補助動力装置９等）を挾むようにして覆う構造になっている。また、下カバー本体８１は制御ユニット２１の下部前面と対応する部分（この部分を図１中符号Ａで示す）が開口されており、この開口に制御ユニット２１の下部が臨んでいる。このようにすると、走行風を前記開口から制御ユニット２１に当てることができるから、発熱し易い制御ユニット２１を効率よく冷却することができる。
【００５９】
次に上述したように構成された電動自転車１の動作を図９によって説明する。メインスイッチ２２がＯＦＦ状態のときは、モータ１２からの補助動力は加わらず、クランク軸１３の回転がクランク軸側一方向クラッチ２８、遊星歯車増速機２４、筒状出力軸３１、チェーン２０および後輪側のフリーホイールに伝えられ、ペダル１７を踏むことにより生じる踏力のみによって後輪８が駆動される。
【００６０】
メインスイッチ２２がＯＮ状態のときは、踏力に比例する補助動力がモータ１２から筒状出力軸３１に加えられ、踏力と補助動力との合力によって後輪８が駆動されることになる。このときには、踏力検出機構４４によって検出された踏力と、回転センサ４８によって検出された外周歯車３０（筒状出力軸３１）の回転数とが制御ユニット２１に入力され、踏力に比例したトルクとなるように制御ユニット２１がモータ１２を制御する。すなわち、モータ１２の動力は、回転軸１２に連結された遊星ローラ式減速機２５からモータ側一方向クラッチ５１、出力歯車部材５２、リングギヤ４０を介して筒状出力軸３１に伝えられ、この筒状出力軸３１でクランク軸１３からの踏力と合成され、チェーン２０、フリーホイールを介して後輪に伝達されることになる。
【００６１】
したがって、この電動自転車１は、バッテリケース１０を車幅方向の寸法がシートチューブ幅より大きくなるように形成してその長手方向が車載状態で上下方向を指向するようにシートチューブ２ｃと後輪８との間に配置し、後端が後輪軸付近に連結された左右一対のシートステー２ｅの前部間隔を、前記バッテリケース１０の車幅方向寸法より大きくなるように形成し、かつ前記バッテリケース１０より前方で前端を車幅方向内側へ屈曲させて前記シートチューブ２ｃに結合させることにより、前記バッテリケース１０を左右シートステー２ｅの間を通して上下方向に着脱自在としたから、シートステー２ｅとバッテリケース１０との干渉を避けながら、バッテリケース１０をシートチューブ２ｃの後方で上下方向に長く形成してバッテリ容量を増大させることができる。
【００６２】
また、バッテリケース１０に雌コネクタ１０ａを設け、フレーム２側に、前記バッテリケース１０の装着操作により前記雌コネクタ１０ａに接続し、かつバッテリケース１０の取外し操作により雌コネクタ１０ａから離間する雄コネクタ７２ａを設けているから、バッテリケースの着脱操作によってコネクタが自動で接離し、着脱操作を容易に行うことができる。
【００６３】
さらに、バッテリケース１０の前方にシートチューブ２ｃが位置するとともに、平面視において、バッテリケース１０の左右両側方にシートステー２ｅが位置し、さらに、バッテリケース１０の後方には後輪８が位置しているから、車体が倒れたときにバッテリケース１０を前記フレーム部材と後輪８とによって保護することができる。さらにまた、この電動自転車１は、重量物であるバッテリケース１０が車体中心の近傍に配置されてマスの集中化を図ることができる。
【００６４】
加えて、この電動自転車１のバッテリケース１０は、車載状態でその上端部が前記シートステー２ｅより上方に位置しているから、シートステー２ｅより上方の空間を利用してバッテリケース１０を上下方向に長く形成することができ、より一層バッテリ容量を増大させることができる。
【００６５】
また、この電動自転車１は、上方に向けて開放される支持箱７２をフレーム２側に固定し、この支持箱７２内にバッテリケース１０を着脱自在に嵌合させる構造とし、前記支持箱７２の底部に前記雄コネクタ７２ａを配設しているから、車載状態においては常にバッテリケース１０の重量が支持箱７２との係合方向に加えられ、バッテリケース１０と支持箱７２との係合状態が安定する。また、雄コネクタ７２ａにバッテリケース１０の重量を作用させることができる。
【００６６】
さらに、この電動自転車１は、シートチューブ２ｃの上端にサドル７５を装着し、前記サドル７５は、シートチューブ２ｃに対してバッテリケース着脱時にバッテリケース１０の上方空間が開放される位置まで傾動自在とされているから、サドルを傾動させることによりバッテリケース１０の上方空間が解放され、バッテリケース１０を簡単に着脱することができる。
【００６７】
さらにまた、前記クランク軸側一方向クラッチ２８は、内輪３２に突設された突起３７が実質的な軸受となって外輪３４が内輪３２に回転自在に支持されることになる。このため、内輪３２と外輪３４とを相互に回転自在に設けるに当たって鋼球が不要になる。しかも、突起３７によって外輪３４が内輪３２に対して同一軸線上に配置されるようになるから、複数配置された爪片３５を全て同様に係合歯３３に係合させることができる。
【００６８】
また、このクランク軸側一方向クラッチ２８は鋼球を使用しない関係から、組込みに当たっては予め組立てておく必要がなくなり、補助動力装置９を組立てるときに内輪３２と外輪３４を個別に組込むことができる。すなわち、組込み工数を削減できる。
【００６９】
さらに、本実施例で示したようにモータ１２をダウンチューブ２ｂの下方に配置すると、モータ１２およびパワーユニット１４をダウンチューブ２ｂの下方の広い空間に連続して配置できる。このため、モータ１２の動力伝達経路が単純かつ短くなる。
【００７０】
さらにまた、バッテリ１１をダウンチューブ２ｂの上方に配置すると、バッテリ１１の重量をダウンチューブ２ｂで受け易くなる。しかも、バッテリ１１をシートチューブ２ｃの後方に配置すると、シートチューブ２ｃの前方の足通し空間を広くとることができ、乗り降りに際しバッテリ１１が邪魔になることがない。
【００７１】
加えて、本実施例で示したようにパワーユニット１４の外周歯車３０、リングギヤ４０および筒状出力軸３１を別体に形成し、リベットによって結合させる構成を採ると、各々の部材をその機能に最も適した材料によって形成することができ、過剰品質になることがないから、コストを低く抑えることができる。
【００７２】
なお、本実施例では内輪３２に爪片３５を装着させると共に突起３７を形成し、外輪３４に係合歯３３を形成した例を示したが、爪片３５および突起３７を外輪３４に設けて内輪３２に係合歯を設けてもよい。このようにしても前記実施例と同等の効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シートステーとバッテリケースとの干渉を避けながら、バッテリケースをシートチューブの後方で上下方向に長く形成することができるから、シートチューブを婦人や子供に適したサドル高さが得られる長さに形成しつつ、バッテリケースを上下方向に延ばして容量を増やすことができる。また、バッテリケースの着脱方向が重力と略同方向であり、かつ着脱操作によってコネクタが自動で接離するから、バッテリ容量が増大して重量が重くなったとしても、バッテリケースの着脱操作を容易に行うことができる。
【００７４】
加えて、本発明によれば、バッテリケースの前方にシートチューブが位置するとともに、平面視でバッテリケースの左右両側方にシートステーが位置し、さらに、バッテリケースの後方には後輪が位置しているから、車体が倒れたときにバッテリケースを前記フレーム部材と後輪とによって保護することができる。さらにまた、この発明に係る電動自転車は、重量物であるバッテリケースが車体中心の近傍に配置されてマスの集中化を図ることができる。
【００７５】
さらにまた、本発明によれば、シートステーより上方の空間を利用してバッテリケースを上下方向に長く形成することができるから、より一層バッテリ容量を増大させることができる。
【００７６】
請求項２記載の発明によれば、車載状態においては常にバッテリケースの重量が支持部材との係合方向に加えられ、バッテリケースと支持部材との係合状態が安定する。また、負荷側コネクタにバッテリケースの重量を作用させることができる。このため、悪路を走行したり、急なカーブを曲がったりしてバッテリケースに前後方向または横方向に力が加えられたときに、バッテリケースを支持部材によって強固に保持することができるとともに、電気的接続の安定化を図ることができる。
【００７７】
請求項３記載の発明によれば、サドルを傾動させることによりバッテリケースの上方空間が解放されるから、サドルをバッテリケースの直上に位置づけたとしても、バッテリケースを上下方向に着脱させることができる。このため、シートチューブを婦人や子供に適したサドル高さが得られる長さに形成しつつ、バッテリケースを上下方向に延ばして容量を増やすことができる。しかも、バッテリケースを着脱させるに当たっては、シートを車体から取外してしまう必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動自転車の側面図である。
【図２】電動自転車の一部を拡大して示す平面図である。
【図３】パワーユニットおよびモータの側面図である。
【図４】図３におけるパワーユニットのＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図４における一方向クラッチのＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】一方向クラッチの一部を拡大して示す斜視図である。
【図８】バッテリケース装着部分を拡大して示す側面図である。
【図９】電動自転車の動力伝達経路を示す図である。
図である。
【符号の説明】
１…電動自転車、２…フレーム、２ｃ…シートチューブ、２ｅ…シートステー、１０…バッテリケース、１０ａ…雌コネクタ、７２…支持箱、７２ａ…雄コネクタ、７５…サドル、７６…サドル傾動機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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