(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
踏力による人力駆動系と原動機による動力駆動系とが共に後輪を駆動可能にした原動機付き自転車において、前輪および操向ハンドルを回動自在に保持するヘッドパイプから斜め下後方へのびるダウンチューブとこのダウンチューブ後端から立上がるシートチューブとを有する前フレームと、この前フレームのダウンチューブ下端からシートチューブ下部付近に前部が着脱可能に結合されて後方へのび後端に後輪を保持する後フレームとを備え、
前記後フレームには、その前部を人力駆動系のクランク軸が横断して回転自在に保持されると共にこのクランク軸の後方に前記原動機が配設され、前記人力駆動系および動力駆動系の合力を後輪に伝える伝動装置が設けられていることを特徴とする原動機付き自転車。
【請求項２】
後フレームは前後に長い略箱状のケースで形成され、このケース内に足踏みペダルと原動機との駆動力を後輪に伝える伝動装置が収容され、このケースの後端に後輪が保持されている請求項１の原動機付き自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人力駆動系と動力駆動系とを持つ原動機付き自転車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータや小型エンジン等の原動機付きの自転車が従来よりあるが、従来のものは自転車のフレームに原動機やその付属機器を離散的に取付けていた。例えば踏力を検出し、踏力の変化に対応して原動機の駆動力を変化させるものが考えられているが、この場合、踏力検出手段、原動機の制御手段、踏力および原動機の伝動機構、動力源となる電池や燃料タンク等を車体フレームに個別に取付けていた。
【０００３】
【従来の技術の問題点】
自転車においては、用途や運転者の体格、あるいは好みに対応して種々のフレーム形状、デザインが採用される。このような要求に答えるためには前記従来のものでは、異なるフレームの自転車と、これに取付ける動力駆動系の機器を設計、製作しなおさなければならない。
【０００４】
このため設計、製作に多くの工数を必要とし、部品点数の増加と、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【０００５】
また動力駆動系の機器を車体フレームに対し離散的に配置するから、各機器間を接続する電気配線などが長く複雑になるという問題もある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、用途、運転者の体格、好み等に容易かつ安価に対応でき、また動力駆動系の機器をつなぐ電気配線などを短くし簡単にすることができる原動機付き自転車を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の構成】
本発明によればこの目的は、踏力による人力駆動系と原動機による動力駆動系とが共に後輪を駆動可能にした原動機付き自転車において、前輪および操向ハンドルを回動自在に保持するヘッドパイプから斜め下後方へのびるダウンチューブとこのダウンチューブ後端から立上がるシートチューブとを有する前フレームと、この前フレームのダウンチューブ下端からシートチューブ下部付近に前部が着脱可能に結合されて後方へのび後端に後輪を保持する後フレームとを備え、
前記後フレームには、その前部を人力駆動系のクランク軸が横断して回転自在に保持されると共にこのクランク軸の後方に前記原動機が配設され、前記人力駆動系および動力駆動系の合力を後輪に伝える伝動装置が設けられていることを特徴とする原動機付き自転車により達成される。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の第１の実施例の側面図、図２はそのＩＩ−ＩＩ線展開図、図３は図１における  ＩＩＩ−ＩＩＩ  線断面図、図４はその動力系統図、図５はそのコントローラの機能を示すブロック図、図６は補助率の制御特性の一例を示す図、図７はこの実施例の外観図である。
【０００９】
この実施例の自転車は、図１に示すように、略Ｕ字状の前フレーム１０に後方から後フレーム１２を固定したものである。前フレーム１０はヘッドパイプ１４と、ここから斜下後方へのびるダウンチューブ１６と、ダウンチューブ１６後端から立上がるシートチューブ１８と、ヘッドパイプ１４に回動自在に保持された操向ハンドル２０および前フォーク２２と、この前フォーク２２に保持された前輪２４と、シートチューブ１８の上端に保持されたサドル２６とを持つ。
【００１０】
後フレーム１２は、片持ちのリヤアーム２８が一体に作られたアルミ鋳造製の略箱状の伝動機ケース３０で形成され、この伝動機ケース３０にはその後端に位置する後輪３２と、このケース３０の前部に取付けられた左右一対のクランクアーム３４、３４（図２参照）と、ケース３０の前部上面に取付けられた電動モータ３６（図３参照）と、このモータ３６の上方に取付けられた電池３８、３８とが保持されている。
【００１１】
この後フレーム１２は、前フレーム１０に固着した３つのブラケット４０、４２、４４にボルト４０Ａ、４２Ａ、４４Ａでボルト止めされる。すなわち伝動機ケース３０の前部がブラケット４０、４２に固定され、伝動機ケース３０の上面から立上がりモータ３６の上端にのびる電池保持フレーム４６がブラケット４４に固定される。この電池保持フレーム４６には、図１に示すように、コントローラ４８も取付けられている。サークル錠５０、ブレーキ５２は伝動機ケース３０に取付けられている。
【００１２】
伝動機ケース３０は図２、３に示すように左右半体３０ａ、３０ｂをつき合わせた箱状に作られ、クランク軸５４がこのケース３０を貫通してその両端に前記クランクアーム３４、３４が固定されている。ケース３０内には、クランク軸５４の斜上後方に合力軸５６が回転自在に保持されている。クランク軸５４の回転は歯付きベルト５８によってこの合力軸５６に伝えられる。なおこのベルト５８が掛け回されるクランク軸５４側のプーリ６０には、図２に示すように一方向クラッチ６２が装着されている。このクラッチ６２は、クランク軸５４の回転をプーリ６０に伝えるがその逆方向の回転は伝えない。
【００１３】
またこのベルト５８の張り側には、図１に示すように踏力センサ６４が取付けられている。この踏力センサ６４は、ベルト５８に転接してその弛みを吸収するアイドルローラを備え、このアイドルローラの変位量からベルト５８の張力すなわち踏力ＦＬ  を検出する。
【００１４】
合力軸５６には、一方向クラッチ６６を介して減速大傘歯車６８が取付けられ、この歯車６８には前記モータ３６により駆動される減速小傘歯車７０が噛合している。このためモータ３６の回転は、歯車６８、７０からなる減速部７２と一方向クラッチ６６とを介して合力軸５６に伝えられる。なお合力軸５６からモータ３６への回転伝達はクラッチ６６により遮断される。
【００１５】
合力軸５６の左端には駆動スプロケット７４が一体的に固着され、後輪３２のハブ７６には一方向クラッチ７８を介して被動スプロケット８０が取付けられている。一方向クラッチ７８は合力軸５６の回転を後輪３２に伝えるが、その逆方向の回転は伝えない。これらのスプロケット７４、８０には、ケース３０のリヤアーム２８内を通るチェーン８２が掛け回されている。なおハブ７６には変速機を内装しておいてもよい。
【００１６】
図４において８４は車速センサであり、例えば図１に示す前輪２４のハブ８６に設けておくことができる。この車速センサ８４は人力駆動系の途中に設けておいてもよい（図４の仮想線参照）。前記踏力センサ６４が検出する踏力ＦＬ  と、車速センサ８４が検出する車速Ｓとはコントローラ４８に入力される。コントローラ４８は踏力ＦＬ  の変化に対応してモータ電流を制御し、モータ３６の出力ＦＭ  を制御する。
【００１７】
ここに人力駆動系および電気駆動系の減速比は異なるから、クランクアーム３４に加わる踏力とモータ３６の出力とが同じでも後輪３２における駆動力は異なる。ここではこの減速比の差の影響を受けなくするため、踏力ＦＬ  およびモータ出力ＦＭ  はそれぞれが後輪３２に加わる駆動力を表すものとする。
【００１８】
コントローラ４８は図５に示すように、ＣＰＵ９０と、メモリ９２と、モータ電力制御手段９４と、その他種々の装置を備える。ＣＰＵ９０は走行制御手段９６と、発進判別手段９８と、その他の機能を持つ種々の制御手段を持つ。
【００１９】
走行制御手段９６はクランクアーム３４から入力される踏力Ｆに基づいて、踏力ＦＬ  の周期に同期して変化するモータ出力（トルク）ＦＭ  ＝η・ＦＬ  を出力させる。すなわち踏力ＦＬ  に対応してデューティ比が変化するＰＷＭ（パルス幅制御）信号をモータ電力制御手段９４に出力する。ここに補助率ηは、図６に示すように変化するが、この点については後記する。モータ電力制御手段９４はこのデューティ比でオン・オフするモータ電流をモータ３６に供給し、所定の出力ＦＭ  を発生させる。
【００２０】
発進判別手段９８は、自転車の発進から安定して自立走行が可能になる速度までの速度範囲を低速域として判別するものである。この実施例では車速センサ８４の出力である車速Ｓに基づいて、図６に示すようにＳ≒０から約６ｋｍ／ｈまでの加速中の範囲（図中点ａ→ｂ）を低速域（Ｌ）と判断する。なお発進時の低速域（Ｌ）だけを判別し、停止直前の減速時にはこの低速域（Ｌ）を判別する必要はない。図５で１００はメインスイッチ、１０２はブレーキスイッチである。
【００２１】
前記走行制御手段９６では補助率ηを図６に示すように車速Ｓに対して変化させる。すなわち発進判別手段９８が発進中の低速域（Ｌ）にあることを判別すると、走行制御手段９６は補助率ηを中速域（Ｍ）の補助率ηＭ  （例えば１．０）に対して約３倍に増加させる。ここに中速域（Ｍ）は約６〜１５ｋｍ／ｈの範囲（図中点ｂ→ｄ）であり、中速域（Ｍ）の初期（約６〜８ｋｍ／ｈ）範囲（図中点ｂ→ｃ）では、補助率ηは低速の補助率ηＬ  ≒３．０から中速の補助率ηＭ  ≒１．０に滑らかに変化する。
【００２２】
また車速Ｓが１５ｋｍ／ｈ以上になると高速域（Ｈ）に入り、この速度域（図中点ｄ→ｅ）では車速Ｓの増加に対して補助率ηＨ  は漸減する。この補助率ηＨ  は図６に示すように直線的に減少させてもよいが、非直線的に減少させてもよい。
【００２３】
このように発進判別手段９８は発進時の低速域（Ｌ、点ａ→ｂ）を判別し走行制御手段９６はこの範囲で補助率ηＬ  を約３倍に増加させるから、発進時における加速性能が向上し、安定した自立走行可能な車速（例えば約６ｋｍ／ｈ）に速やかに到達する。このため脚力が弱い人が乗る場合や坂道で発進する場合にも、発進時に車体がふらつく期間が短くなり、安定して発進できる。
【００２４】
なお発進判別手段９８は減速時には低速域（Ｌ）を判別しないから、走行制御手段９６はこの時の補助率ηＬ０を中速域（Ｍ）の補助率ηＭ  と同一に維持する（図６で点ｃ→ｆ）。従って停車するために減速する際には補助率ηが増大することがなく、不必要にモータ出力ＦＭ  が増大しなくなる。この減速中か否かの判別は、車速Ｓを監視することにより判別することができるが、ブレーキスイッチ１０２がオン（ブレーキ作動中）となったことから判別してもよい。
【００２５】
以上のように構成された自転車は、図７に示すように車体カバーで覆われる。図１、７において１０４は前フォーク２２に固定された前フェンダであり、前輪２４の上方を覆う。１０６と１０８とはヘッドパイプ１４を前後から覆うヘッドパイプカバーである。ダウンチューブ１６およびシートチューブ１８は上方からメインカバー１１０で覆われ、このメインカバー１１０の前端はヘッドパイプカバー１０６、１０８に連続している。
【００２６】
後フレーム１２は、後輪３２を覆う後フェンダ１１２を持ち、この後フェンダ１１２の前部はモータ３６およびコントローラ４８を左右から覆いつつ伝動機ケース３０の前部上面に連続する。また電池３８、３８は電池ケース１１４に収容され、この電池ケース１１４と共にブラケット４６およびシートチューブ１８に着脱可能に固定されている。
【００２７】
すなわち電池ケース１１４の上部がシートチューブ１８に係止されると共に、その底部がブラケット４６に電池ケースロック１１４ａでロックされる。電池ケース１１４の上面には左右一対の起立壁間に掛渡されたグリップバー１１４ｂが設けられている。このグリップバー１１４ｂは、電池ケース１１４の着脱および電池運搬時に用いられると共に、電池ケース１１４を車体に固定した時には車体の取り回し時に用いられる。
【００２８】
この実施例によれば、前フレーム１０に設けたブラケット４０、４２、４４に後フレーム１２をボルト４０Ａ、４２Ａ、４４Ａで結合しているから、これらのボルト４０Ａ、４２Ａ、４４Ａを抜きとることにより前フレーム１０と後フレーム１２とを容易に分離できる。従ってクランクアーム３４やモータ３６による全ての駆動系を有する後フレーム１２を共通にし、前フレーム１０だけを変更することにより相当に広い範囲でデザイン変更に対応し得る。
【００２９】
図８に示す第２の実施例は、このように異なる前フレーム１０Ａを後フレーム１２に組合せることにより、通勤・通学用自転車としたものである。ここにこの前フレーム１０Ａは操向軸筒カバー１０６Ａに上方へ開閉可能な荷物箱１１６を持つ。図９に示す第３の実施例は、同様に異なる前フレーム１０Ｂを後フレーム１２に組合せたものであり、アップハンドル型の操向ハンドル２０Ｂの間に、買物かご１１８を取付けたものである。
【００３０】
また図１０に示す第４の実施例は、折畳み可能な前フレーム１０Ｃを後フレーム１２に組合せたものである。すなわち前フレーム１０Ｃのトップチューブ１２０の後端をシートチューブ１８Ｃの上部に軸着する一方、その前端をヘッドパイプ１４Ｃの上部にボルトで固定した。またダウンチューブ１６Ｃの下端をシートチューブ１８Ｃ下端に軸着した。
【００３１】
従ってトップチューブ１２０の前端をヘッドパイプ１４Ｃから分離することにより、ダウンチューブ１６Ｃや前輪２４等を一体にして図１０上で反時計方向へ折畳むことができる。またトップチューブ１２０も同方向に折畳むことができる。この結果自動車のトランク等に収納して容易に運搬することができる。
【００３２】
なお図８の実施例において、ヘッドパイプカバー１０６Ａの側面に、ヘッドパイプと平行に多数のＬＥＤ（発光ダイオード）１２２を取付け、これらを点滅させるようにしてもよい。これらＬＥＤ１２２の点滅により特に夜間における側方からの視認性が向上し、夜間走行の安全性が向上する。
【００３３】
なおＬＥＤ１２２は車両の走行に同期させて点滅させてもよい。図１１は、走行に同期させて点滅させた場合における人間の眼の残像効果を利用した表示例を示すものである。このようにＬＥＤ１２２を走行中に選択的に点滅させ残像効果により点灯中のＬＥＤが上下に連続移動しているように見せることにより走行時に例えば波状に変動する光の帯１２４を表現させることができ、注意力を一層引き付ける表示とすることができる。
【００３４】
図１２は第５の実施例の側面図、図１３はそのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線展開図である。この実施例では電動モータ３６Ａを横向きにして伝動機ケース３０の上面に取付けた。そしてモータ３０Ａの回転を歯付きベルト１５０によって合力軸５６Ａに伝達するものである。なおこのベルト１５０が巻掛けられる合力軸５６Ａ側のプーリ１５２には一方向クラッチ１５４が設けられている。この一方向クラッチ１５４は、モータ３６Ａの回転を合力軸５６Ａに伝えるが、その逆方向の回転は伝えない。またこれらの図１２、１３においては前記図１、２の対応する部分に同一符号を付したのでその説明は繰り返えさない。
【００３５】
この第５の実施例によれば前記第１の実施例に比べてモータ３６Ａの位置が低くなるので低重心化に適する。特にモータ３６Ａが低くなることにより電池ケース１１４も低くできるから、一層低重心化が図り易くなる。
【００３６】
図１４は第６の実施例の側面図、図１５はそのＸＶ−ＸＶ線展開図である。この実施例では電動モータ３６Ｂを伝動機ケース３０の中にその回転軸を前後方向にして収容した。すなわち前記の各実施例に比較して後輪３２Ｂを小径化するか、前後輪間のホイールベースを長くすることによって合力軸５６Ｂと後輪３２Ｂとの間隔を拡大し、合力軸５６Ｂの後方にモータ３６Ｂを収容するものである。
【００３７】
このモータ３６Ｂの回転は、前記第１の実施例と同様に減速小傘歯車７０Ｂ（図３参照）および減速大傘歯車６８Ｂ、一方向クラッチ６６Ｂを介して合力軸５６Ｂに伝えられる。これら図１４、１５においては、図１、２の対応する部分に同一符号を付したのでその説明は繰り返えさない。
【００３８】
この第６の実施例によれば、モータ３６Ｂは前記の第５の実施例よりもさらに低くなり、電池ケース１１４も低くなるから、さらに重心を低くすることができる。
【００３９】
図１６は第７の実施例の側面図である。この実施例では、図１、２に示した第１の実施例に比べて、電池ケース１１４Ｃを後フレーム１２Ｃに取付け、後フレーム１２Ｃと一体化した点が異なる。すなわち伝動機ケース３０から立上がる電池保持ブラケット４６Ｃと伝動機ケース３０の後端とに後荷台１５６を固定し、この後荷台１５６の下面に電池ケース１１４Ｃを取付けたものである。
【００４０】
この実施例によれば後フレーム１２Ｃを前フレーム１０Ｃから取外せば電池ケース１１４Ｃも同時に取外せる。この図では後荷台１５６および電池ケース１１４Ｃ以外は図１と同じであるから、対応部分に同一符号を付してその説明は繰り返えさない。
【００４１】
以上の実施例では、原動機として電動モータ３６、３６Ａ、３６Ｂを用い、踏力の増減に対応してモータ駆動力を変化させるようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えばモータは踏力と無関係にオン・オフ制御するものであったり、手動のアクセルレバーにより制御するものであったり、人力駆動系と動力駆動系とが独立に後輪を駆動するものであってもよい。
【００４２】
また電池は後フレームに設けてもよいが、電池は取外して充電あるいは定期的に交換するものであることを考慮すれば後フレームに限らず前フレームに設けたり、前・後両フレームに跨がって取付けるようにしてもよい。さらに原動機はモータに代えてガソリンエンジンであってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、前フレームと後フレームとを分割可能にし、後フレームに後輪、人力駆動系および動力駆動系等を保持したから、後フレームを共通にして前フレームだけを種々に変更するだけで多くのデザイン変更に対応し得る。従って用途、運転者の体格、好み等に応じて前フレームを選択することにより希望のものが容易に得られ、しかも安価である。
【００４４】
また動力駆動系は後フレームにまとめられているから、動力駆動系の種々の機器をつなぐ配線やワイヤー類などが短かくなり、構成が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の側面図
【図２】図１におけるII−II線展開図
【図３】図１における III−III 線断面図
【図４】その動力系統図
【図５】コントローラの機能ブロック図
【図６】補助率の特性図
【図７】この実施例の外観図
【図８】異なる前フレームと組合せた第２の実施例を示す図
【図９】異なる前フレームと組合せた第３の実施例を示す図
【図１０】異なる前フレームと組合せた第４の実施例を示す図
【図１１】第２の実施例におけるＬＥＤ表示例を示す図
【図１２】第５の実施例の側面図
【図１３】そのXIII−XIII線展開図
【図１４】第６の実施例の側面図
【図１５】そのXV−XV線展開図
【図１６】第７の実施例の側面図
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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