(57)【要約】【課題】体力レベルの異なる乗員二人が、各々に適した着座姿勢および漕ぎ方で、体力差を気にせず、互いにコミュニケーションを図りながらサイクリングを楽しむ事ができ、さらに乗員の一人が高齢者や身障者の場合は適度な運動によるリハビリテーション効果があり、かつ安全な二人乗り自転車を提供する。【解決手段】多数の車輪により停車時も安定する車体フレーム１１に、一般自転車形式の主乗員席サドル２とリカンベント形式の副乗員席シート４を備え、それぞれに主乗員１と副乗員３が乗車して両者のペダル踏力によって回転動力を発生させて走行する。副乗員のペダル形式は揺動式であり、フットレバー２７の揺動運動の角度範囲は任意で、さらに交互、同時、片足のみなど様々な漕ぎ方を可能とした。さらに、主乗員席サドル２に乗車した主乗員１が操向を担当するため、副乗員３は自らに適したペダル踏力を発生するだけでよく、あらゆる人が乗車可能である。【選択図】  図１
2004155398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪と後輪を前後端に備える車体フレームに、主乗員が着座して乗車する一般自転車形式の主乗員席サドルと、副乗員が着座して乗車するリカンベント形式の副乗員席シートとを車体進行方向の前後または左右に設けて、副乗員のペダル形式は左右一対のペダルを交互にまたは同時に踏み込み可能であり、さらに踏み込み停止によるリリース状態が可能な揺動式となっている二人乗り自転車であって、
前記主乗員のペダル踏力を回転動力に変換して前記後輪に伝達する主駆動系と、
前記副乗員の揺動式によるペダル踏力を回転動力に変換して前記主乗員の回転動力に付加する副駆動系と、
前記主乗員のペダル踏力による負荷を軽減するための電動アシスト装置と、を備えたことを特徴とする二人乗り自転車。
【請求項２】
前記主駆動系が、
前記車体フレームに回転自在に軸支されて主乗員のペダル踏力による回転動力が付与される主クランクシャフトと、
この主クランクシャフトの同軸上に設けられた入出力機構を介して、主乗員のペダル踏力による回転動力と副乗員のペダル踏力による回転動力がいずれも正回転方向の場合は両回転動力を合成して前記後輪へ出力するとともに、それら主副両乗員の一方の回転動力が逆回転方向であればそれをリリースし、他方の正回転方向の回転動力のみ後輪へ出力する動力合成装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二人乗り自転車。
【請求項３】
前記副駆動系が、
前記車体フレームに回転自在に軸支されて副乗員の揺動式のペダル踏力による往復回転動力が付与される副クランクシャフトと、
この副クランクシャフトと同軸上に設けられた往復回転動力合成機構により、前記左右それぞれの副クランクシャフトの交互または同時の往復回転動力を一方向の間欠的な回転動力に変換するとともに、それら左右２つの間欠回転動力を合成して出力する踏力統合装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の二人乗り自転車。
【請求項４】
主クランクシャフトの回転速度に対して副クランクシャフトの回転速度を調整するための多段変速機を前記副クランクシャフトの同軸上に設けるか、または前記後輪の回転速度に対して前記主クランクシャフトの回転速度を調整するための多段変速機を後輪の車軸上に設けたことを特徴とする請求項１，２または３に記載の二人乗り自転車。
【請求項５】
請求項２，３に記載の前記主クランクシャフトおよび前記副クランクシャフトをそれぞれ独立して並行な動力伝達手段によって後輪に連結し、その独立した動力伝達手段のそれぞれにワンウェイクラッチを備え、正回転方向への回転動力のみ後輪へ伝達するようになっている主副動力独立伝達機構であって、
後輪の回転速度に対して、主クランクシャフトの回転速度を調整するための多段変速機を後輪の車軸上に設けるか、または後輪の回転速度に対して、副クランクシャフトの回転速度を調整するための多段変速機を前記副クランクシャフトの同軸上に設けたことを特徴とする二人乗り自転車。
【請求項６】
前記主クランクシャフトおよび前記副クランクシャフト間に第１の中間シャフトを設け、この第１の中間シャフトに主クランクシャフトの回転速度に対して副クランクシャフトの回転速度を調整するための多段変速機を設けたことを特徴とする請求項２，３または４に記載の二人乗り自転車。
【請求項７】
前記副クランクシャフトおよび前記後輪の車軸間に第２の中間シャフトを設け、この第２の中間シャフトに後輪の回転速度に対して副クランクシャフトの回転速度を調整するための多段変速機を設けたことを特徴とする請求項５に記載の二人乗り自転車。
【請求項８】
前記電動アシスト装置は、
主副両乗員のペダル踏力によって発生する回転トルクを検出するそれぞれのトルク検出手段と、
車体走行速度を検出する車速検出手段と、
主副の両乗員による回転動力を補う電動アシストモータと、
前記トルク検出手段および前記車速検出手段からの検出信号に基づいて前記電動アシストモータの出力を制御する電動アシスト制御装置と、
前記車体フレームに搭載された電力供給手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二人乗り自転車。
【請求項９】
前記主副両乗員それぞれが発生する回転トルクに対応して前記電動アシストモータから出力される補助するべきアシスト力の割合を主乗員の操作で調整できるようにしたアシスト力調整手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の二人乗り自転車。
【請求項１０】
前記電動アシストモータが、請求項２に記載の前記動力合成装置、請求項３に記載の前記踏力統合装置および前記後輪の車軸上のいずれかに配置され、アシスト力をそれらいずれかに付与するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の二人乗り自転車。
【請求項１１】
前記主駆動系が、主乗員と副乗員の体力差による両者のペダル回転数の差を調整する回転数調整装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二人乗り自転車。
【請求項１２】
前記回転数調整装置が、
環体の内側に歯車状の歯を有して前記主クランクシャフトと同軸上に回転自在に軸支され、副駆動系からの回転動力を逆回転で入力して前記主クランクシャフトとは逆方向に回転する外周ギアと、
回転動力を後輪へ出力する出力端部に設けられて前記主クランクシャフトと同軸上でかつ同一方向に回転する出力ギアと、
この出力ギアと前記外周ギアに挟まれてできる同心円上の隙間に配置されて両歯車に噛合して自転する中間ギアと、
前記主クランクシャフトの外周同軸上に結合されて一体に回転し、前記中間ギアを軸支して自転させつつ主クランクシャフトまわりの回転軌道上を公転させるためのギア支持フレームと、
を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の二人乗り自転車。
【請求項１３】
前記回転数調整装置および前記副駆動系間に捲回されたチェーンなどからなる動力伝達手段のギア比と前記回転数調整装置を構成する各ギアのギア比とによって決定される副乗員が発生するべき回転トルクが、所要値よりも小さい場合に不足分の回転トルクを補うための副乗員アシスト装置を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の二人乗り自転車。
【請求項１４】
前記副乗員アシスト装置が、
副駆動系からの回転動力を増力するための副乗員アシストモータと、
前記トルク検出手段および前記車速検出手段からのそれぞれ検出信号に基づいて、前記副乗員アシストモータの出力を制御する副乗員アシスト制御装置を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の二人乗り自転車。
【請求項１５】
前記副乗員アシスト制御装置が、
主乗員および副乗員にそれぞれ対応の前記トルク検出手段からの検出信号に基づき、両検出信号を比較演算することにより正規のトルク比か否かを判断するとともに、副乗員のトルク不足と判断した場合は副駆動系からの回転動力を補うために必要な前記副乗員アシストモータの出力を算出し、副乗員アシストモータを電力制御することを特徴とする請求項１４に記載の二人乗り自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポーツサイクリングやポタリング（自転車による散歩）、リハビリテーションに好適な二人乗り自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スポーツサイクリングやポタリング（自転車による散歩）は自然の中を自らの力で爽快に走る魅力から、多くの人々に親しまれている。さらにレジャーとしてのサイクリングやポタリングでは、一人で黙々と走るよりも複数人で楽しく会話しながら走る事が出来ればさらに魅力は高まる。しかしこうした場合、同伴者は同じ体力レベルとは限らず、高齢化社会にあっては、高齢者や身障者のように体力レベルの比較的低い人の場合が多くなるものと考えられる。こうした体力レベルの異なる人同士が一緒にペダルを踏んでコミュニケーションを図りながらサイクリングを楽しむことができれば、サイクリングの魅力は大きく広がることになる。
【０００３】
また、高齢者や身障者などの被介護者にあっては、健常な介護者に同伴されてのサイクリングはリハビリテーションなどの健康快復や維持にも大きな効果がある。
【０００４】
従来、体力レベルの比較的低い人向けに、電動モータで乗員のペダル踏み込み動力を補う自転車式乗物が周知となっている。さらにリハビリ目的では、特開２０００−２１１５７３号公報に多輪の一人乗りカートの前端部にほぼ水平方向の往復運動ペダルを取り付け、ペダル踏み込み動力を電動モータで補う「一人乗り」ペダル漕ぎ式の小型車両が開示されている。
【０００５】
しかしながら、そうした一人乗り小型車両の場合、同行者同士のコミュニケーションに欠けるため、楽しみながらのサイクリングやリハビリテーションには向かず、特に高齢者や身障者にとっては十分な魅力のある物とはいえない。
【０００６】
一人乗り形式のかかる問題点を解消するために、一般自転車の車体フレームを前後に長く形成して前輪と後輪を取り付け、踏み込みペダルと着座用サドルからなる二式ずつを車体前後に設けて、前後二人の乗員が一般自転車の乗車姿勢で同時にペダルを漕いで走行する「二人乗り」自転車形式も周知である。この二人乗り自転車では、二人の乗員のペダル踏力で発生する回転動力を合成するにあたって、乗員二人によるペダル回転運動をチェーンなどで直結する。それにより、乗員二人から発生する回転トルクを合成し、両者のペダル踏み込み回転数の比率を伝達系のギア比に応じて一定となるようにしている。これに関する代替技術として、たとえば実開昭５０−３８０４０号公報では、乗員二人のペダル踏み込み回転数を合成し、両者が発生すべき回転トルクの比率をギア比で一定とするような動力合成方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる公報を代表例とする従来の二人乗り形式の自転車の場合、つぎの点において問題がある。
（１）通常の自転車漕ぎの姿勢で上体を両腕で支えるために、特に高齢者や身障者にとっては厳しい姿勢を強いることになる。
（２）ペダル踏み込みを前提にしたサドル跨座による乗車形式であるから、ペダル漕ぎを止める休息時や停車時は臀部中央でのみ体重を支えることになり、不快感を伴う。
（３）同じ二人乗り形式であって、乗員二人がいずれもペダルを寝漕ぎするリカンベント形式車体の自転車が海外で発表されてはいるが、健常な乗員にとって寝漕ぎ姿勢は特に登坂時や長時間走行時に負担を強いられ、有効な走行動力を発生させにくい。また、このリカンベント形式の車体は寝漕ぎ姿勢であるがために車体フレームが長く大型化し、旋回性能が悪く、車体重量も増大し、人力動力で走行するうえで大きな支障となる。
（４）二人乗りで一人が特に高齢者や身障者といった被介護者の場合、他の一人の健常な介護者とのペダル踏み込み回転速度や踏力に差があるため、互いに相手との違和感が伝わり、また最悪時にはペダル踏み込み回転速度の違いで足首がペダルから外れる不具合がある。
（５）高齢者や身障者のように、足の可動範囲が健常者ほどに大きくない場合、従来からの回転クランク式ペダルでは、ペダルの運動軌跡を任意に変更できないため、足の動きの範囲が大きすぎ、負担となる。
【０００８】
以上から、本発明の主な目的は、主乗員たる一人の健常な乗員がハンドル、ブレーキ操作などを担い、体力レベルの比較的低い副乗員をその前方に座らせて観察しつつ互いにコミュニケーションを図りながら走行することで、体力差のある二人が自然の中を一緒に走り回る爽快感を味わい、かつ高齢者や身障者のリハビリなどにも効果をあげることができる二人乗り自転車を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の目的は、乗員二人のペダル踏み込み回転速度と回転トルクを簡便に調整可能として、安全かつ効果的な二人乗り自転車を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる請求項１に記載の二人乗り自転車は、前輪と後輪を前後端に備える車体フレームに、主乗員が着座して乗車する一般自転車形式の主乗員席サドルを設けるともに、副乗員が着座して乗車するリカンベント形式の副乗員席シートとを車体進行方向の前後または左右に設けて、副乗員のペダル形式は左右一対のペダルを交互にまたは同時に踏み込み可能であり、さらに踏み込み停止によるリリース状態が可能な揺動式となっている二人乗り自転車であって、前記主乗員のペダル踏力を回転動力に変換して後輪に伝達する主駆動系と、前記副乗員の揺動式によるペダル踏力を回転動力に変換して前記主乗員の回転動力に付加する副駆動系と、前記主乗員のペダル踏力による負荷を軽減するための電動アシスト装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
作用：
以上の構成により、リカンベント形式の副乗員席シートには高齢者や身障者をはじめとする比較的体力レベルの低い副乗員を乗せて前方に配置し、後方の一般自転車形式の主乗員席サドルにはこれより健脚な主乗員が乗って走行する場合に最適である。その場合、主副乗員二人のペダル踏力を合成した回転動力を発生させることができ、さらに主乗員が車体の操向を担当するので、それだけ副乗員の負担は軽減する。また、副乗員は自らに適したペダル踏力だけを発生させればよく、あくまでアシストとして主乗員による回転動力に付与する形であるため、副乗員の負担が少なく、互いにコミュニケーションを図る余裕が生まれて、二人が快適走行を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる二人乗り自転車の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
第１実施の形態
図１は、本実施の形態による二人乗り自転車を示す側面図である。一般自転車形式の主乗員席サドル２に主乗員１が乗車し、椅子形式の副乗員席シート４に副乗員３が乗車した態様を示している。この場合、主乗員１を健脚な人とすれば、副乗員２はたとえば高齢者、身障者をはじめとする比較的体力レベルの低い人を想定することができる。
【００１４】
図２の平面図で示すように、車体フレーム１１はその前端にこの場合サブフレーム１０を一体的に備え、そのサブフレーム１０の左右端には一対の前輪１２が操舵および回転自在に取り付き、車体フレーム１１の後端には１つの後輪１３を回転自在に軸支した三輪自転車形式とすることができる。走行中や停駐車時の安定性を考えた場合、前後二輪の一般自転車よりも本例のような三輪自転車形式とする方が好ましく、あるいは四輪車形式、または前１輪、後ろ２輪の３輪車形式とすることも可能である。このような構造の場合、低速走行では車体が安定し、安心感があるが、高速でカーブを曲がる際には遠心力に耐えきれずに横転する危険がある。これを回避するためには、たとえば車体フレーム１１とサブフレーム１０を、進行方向に沿った軸で回転可能とし、通常はバネ力によって中立位置に保持し、カーブを曲がる際には車体フレーム１１ごと、乗員が内側にバンクできるようにするなど、適切な工夫が考えられる。そうした三輪自転車において、後輪１３のやや前方の車体フレーム１１からはサドル支持ステイ１４が立ち上がり、そのステイ上端に主乗員席サドル２が取り付けられている。また、車体フレーム１１の長手方向中央部にはシート固定台１５を介して副乗員用のシート４が固定され、このシート４には背もたれ４ａが備わっている。
【００１５】
以下は、主乗員１に対応する車体構造を示す。副乗員席シート４の背もたれ４ａ背後に、サドル２に跨る姿勢で乗車した主乗員１が両手で握って走行中の車体の移動方向を操向するハンドル１６が備わっている。ハンドル１６の左右回転操作による操向トルクはハンドルシャフト１７の下端からたとえばシーソー式の第１揺動リンク１８に伝わり、この第１揺動リンク１８の両端にピン結合された長棒状の左右一対の操向ロッド１９に伝わるようになっている。左右の操向ロッド１９は車体進行方向に沿って交互に、一方が前進方向へ平行移動すれば他方が後退方向へ平行移動する。操向ロッド１９の各先端部はシーソー式の第２揺動リンク２０に連結され、この第２揺動リンク２０の左右の動きでもって前輪１２の向きを左方向か右方向に自由に変えることができる。
【００１６】
また、ハンドル１６には主乗員用ブレーキレバー２１が備わっており、それを主乗員１が操作して車体の走行速度を減速したり停車させるなど、制動が可能となっている。ブレーキ制動力は最終的に前輪１２および後輪１３の車軸上に一体に設けたディスクブレーキ装置２２のブレーキパッド２３に伝わり、ディスク摩擦力で両車輪の回転を制動するようになっている。ただし、図示のような構造のディスクブレーキ装置に限定されず、所要のブレーキ制動機能を備えた他の装置や機構も可能である。
【００１７】
また、主乗員１が両脚を交互に動作させて踏み込むことで一回転する左右一対のクランク形式の主乗員ペダル２４が備わり、ペダル踏力を左右一対のクランクアーム２５を介して回転トルクとして本発明でいう主駆動系に伝え、ここから出力する回転動力で後輪１３を前進方向へ正回転できるようになっている。
【００１８】
一方、副乗員３に対応する車体構造について、シート４に着座して乗車した副乗員３は、主乗員１のように車体の移動方向の操向には関与せずともよく、主乗員１が働いて回転させる後輪１３に回転動力を加担できるようになっている。すなわち、副乗員３は座した状態で両脚を交互または同時に動作させて左右一対の副乗員ペダル２６を踏み込み、フットレバー２７を交互または同時に揺動させて、それらの回転トルクを副駆動系に設けられた踏力統合装置４０に伝える。するとこの踏力統合装置４０が往復揺動運動を一方向の回転動力に変換し、主駆動系からの回転動力に付加するようになっている。副乗員ペダル２６の形状は、図１に示すように、副乗員３の足の踵を保持して重量を支え、ペダル踏み込みの負担を少しでも軽減し、漕ぎやすく工夫することができる。
【００１９】
副乗員席シートの前方には、金属パイプなどを主体として車体フレーム１１から立ち上がった乗員ガード９０を備え、事故の際は副乗員を保護し、さらに心理的にも副乗員に安心感を与えることが出来る。また、この乗員ガードの上端付近から副乗員３の前方に向かってバーグリップ９１が備わり、着座した副乗員３が自ら姿勢の安定を図るための支えとなる。またこのバーグリップに備えられた副乗員用ブレーキレバー２９により、副乗員３もまた走行速度を減速したり停車させる制動を行えるようになっている。この場合も前記のようにブレーキ制動力を前記ブレーキパッド２３に伝え、ディスク摩擦力で両車輪の回転を制動するようにすることが出来る。さらに副乗員の様々な身体条件に対応するために、シート４の両側または片側にも、上体支持グリップ２８および副乗員用ブレーキレバー２９が備わり、副乗員が上体を支えたりブレーキ操作が出来るようになっている。走行速度の制動は、主乗員１と副乗員３が協働して利かせたり、いずれか一方が自らのブレーキレバー２１，２９を操作して利かせることができる。
【００２０】
つぎに、主乗員１および副乗員３がそれぞれ漕いで発生させたペダル踏力による回転トルクは駆動部において回転動力に変換され、後輪１３に伝えられるようになっている。駆動部は、図３に示す主乗員１に対応する主駆動系の動力合成装置３０と、図４に示す副乗員３に対応する副駆動系の踏力統合装置４０を主体にして構成されている。
【００２１】
まず、図３において、動力合成装置３０は、後輪１３のやや前方位置の車体フレーム１１に直交して主クランクシャフト３１がこの両端部でそれぞれ軸受３２ａ，３２ｂを介して回転自在に軸支されている。それら両軸受の外側でシャフト両端にはクランクアーム２５が先端に主乗員ペダル２４を備えてほぼ１８０°の位相角度をもって結合されている。したがって、主乗員１が主乗員ペダル２４を踏み込んで漕ぐことにより、そのペダル踏力がクランクアーム２５に働き、主クランクシャフト３１に車体前進方向への正回転トルクとして伝えられる。主クランクシャフト３１の正回転トルクは、ワンウェイクラッチなどで構成される本発明でいう入出力機構部からなる動力合成装置３０に伝達され、この動力合成装置の出力端であるスプロケット５３から動力伝達手段であるこの場合駆動チェーン５４を介して後輪１３に伝えられ、この後輪を前進方向へ正回転させるようになっている。
【００２２】
同じく図３において、スプロケット５２に入力された副駆動系の踏力統合装置４０からの正回転トルクは、上記動力合成装置３０によって主乗員が発生した正回転トルクに合成される構造となっている。合力された正回転トルクは回転動力として、動力合成装置３０の出力端であるスプロケット５３から駆動チェーン５４を介して後輪１３に伝えられる。
【００２３】
かかる動力合成装置において、主クランクシャフト３１の外周上にラセット方式やフリーホイル方式などによるワンウェイクラッチ機構を構成する部材の１つであるクラッチ板３３Ａが、スプライン嵌合など適宜固定手段で一体化して取り付けられている。クラッチ板３３Ａはこの外周部でクラッチボックス３４の内周に放射状に等間隔に配設した受け駒３５に係脱可能となっており、主クランクシャフト３１の正回転にともなってクラッチ板３３Ａが正回転した場合はこれが受け駒３５に係合してクラッチボックス３４にトルクを伝え、これを同じ正回転の方向へ回転させる。クラッチボックス３４は一端で軸受３６ｄを介して回転自在に支持されている。クラッチ板３３Ａは、走行中に主乗員１が休息をとりたくなって踏み込みを一時停止などしたり、また何かの拍子で逆回転させた場合は受け駒３５から離脱して空転状態にリリースするようになっている。そうしたクラッチボックス３４の外端に上記スプロケット５３がかしめ、ボルト結合などの適宜結合手段で一体化され、クラッチボックス３４と一体に正回転が可能となっている。
【００２４】
同じく主クランクシャフト３１において、そのシャフト外周に軸受３６ａ，３６ｃを介して筒形状のスプロケットボス３８が回転自在に支持されている。このスプロケットボス３８の外端に、副駆動系の踏力統合装置４０からの正回転トルクの入力端である上記スプロケット５２をかしめ、嵌合、ボルト結合などの適宜固定手段で一体化して設け、そのスプロケット５２に踏力統合装置４０からの伝動チェーン５１を捲回している。また、スプロケットボス３８の外周には、クラッチボックス３４の他端をボルト結合などして閉塞しているカバー部材３４ａが軸受３６ｂで回転自在に支持されている。さらに、そうしたスプロケットボス３８の外周にクラッチ板３３Ｂがスプライン嵌合など適宜固定手段で結合して一体化されている。クラッチ板３３Ｂは、クラッチボックス３４の内周に放射状に等間隔に配設した受け駒３５に係脱可能となっており、スプロケット５２およびスプロケットボス３８と一体に正回転するクラッチ板３３Ｂが受け駒３５に係合することにより、クラッチボックス３４を同じ正回転の方向へ回転させるようになっている。その場合、クラッチ板３３Ｂは、副乗員３が踏み込みを休息などのために一時停止したり、スプロケット５２を逆回転させたりすることがあった場合、受け駒３５から離脱して空転状態にリリースするようになっている。
【００２５】
一方、図４は副駆動系の主構成要素である踏力統合装置４０の構造を示す断面図である。前輪１２のやや後方位置の車体フレーム１１において、それに直交する形で左右一対の副クランクシャフト４２がワンウェイクラッチを介して同軸上に配置され、同タイミングで同一方向への回転が可能であり、かつ間欠的な時間差をもって独立した交互の回転が可能となっている。
【００２６】
図でいう右側の副クランクシャフト４２は、車体フレーム１１に軸受４４ａを介して回転可能に軸支され、その外端に副乗員ペダル２６を先端に備えるフットレバー２７の基端が一体的に結合されている。また、左側の副クランクシャフト４２も車体フレーム１１に軸受４４ｂを介して回転可能に軸支され、その外端にフットレバー２７の基端が一体的に結合されている。したがって、副乗員３が左右の副乗員ペダル２６を交互または同時に踏み込むと、それぞれのフットレバー２７を介して左右一対の副クランクシャフト４２を間欠的時間差をもってまたは同タイミングで正回転させることが可能である。そうした副クランクシャフト４２の独立した動きを回転動力に統合するのが以下の構成からなるワンウェイクラッチである。
【００２７】
一方の副クランクシャフト４２の外周にはスプライン嵌合などで固定して一体的に回転する円板形のクラッチ板４５が備わっている。他方の副クランクシャフト４２の外周にも同様な円板形のクラッチ板４５が一体化して設けられ、一方のクラッチ板４５と左右対称形に配置されている。
【００２８】
それら左右一対のクラッチ板４５を内部に収容して筐体状のクラッチボックス４７が備わっている。このクラッチボックス４７は左右の副クランクシャフト４２の双方に跨って外周に軸受４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄを介して回転自在に支持されている。クラッチボックス４７は内部の左右両側に空所４７ａが形成されており、それら左右の空所４７ａにクラッチ板４５が収容され、空所４７ａの周面に沿って複数の受け駒４６が放射状に等間隔で設けられている。クラッチ板４５は受け駒４６に係脱し、クラッチ板４５が一方向へ回転したときだけ、この場合前進方向へ正回転したときだけ受け駒４６に係合し、クラッチボックス４７に正回転トルクを伝える。クラッチ板４５が逆回転したときは、受け駒４６との拘束が解かれてクラッチボックス４７に回転トルクが付与されず、いわゆる空回りのリリース状態となるようになっている。また、クラッチ板４５のリリース状態は逆回転時だけでなく、副乗員３が疲れて休息を要するなどの際はペダル踏み込みを停止させても、クラッチ板４５の一方または両方同時にリリース可能となっている。
【００２９】
かかるクラッチボックス４７の外端において、同軸上に踏力統合装置４０の出力端であるスプロケット５０がかしめ、溶接、ボルト締結などの固定手段で一体化して備わり、このスプロケット５０と上記動力合成装置３０の入力端であるスプロケット５２との間に伝動チェーン５１が捲回されている。
【００３０】
すなわち、副乗員３が両脚で左右の副乗員ペダル２６を揺動のごとき動作で交互にまたは同時に踏み込んで漕ぐことにより、ペダル踏力が間欠的な時間差をもってまたは同時にフットレバー２７を介して副クランクシャフト４２に往復回転運動として伝わる。その交互または同時の正回転トルクが逐一ワンウェイクラッチで合成され、クラッチボックス４７に一体のスプロケット５０から伝動チェーン５１によって動力合成装置３０のスプロケット５２に入力される。そのようにして副乗員３の発生する回転トルクを主乗員１の発生する回転トルクに加担させ、加増した正回転トルクを回転動力として後輪１３に伝達するようになっている。
【００３１】
なお、左右のフットレバー２７は、副乗員３が副乗員ペダル２６の踏み込みを開始するに最適な原位置に復帰する方向へばね部材などで付勢されている。したがって、副乗員ペダル２６の踏み込みを緩めれば、フットレバー２７は原位置に復帰し、副クランクシャフト４２と一体にクラッチ板４５は逆回転するが、受け駒４６との係合はリリースされるので、逆回転トルクを出力しない。
【００３２】
以上の構成からなる第１実施の形態の二人乗り自転車について、その動作および作用を説明する。
【００３３】
図１に示すように、主乗員席サドルのサドル２にたとえば健常者である主乗員１が乗車し、副乗員席シート４にはこの場合高齢者や身障者といった比較的体力レベルの低い副乗員３が乗車する。
【００３４】
そうした主副両乗員１，３は協力してそれぞれのペダル２４，２６を踏み込んで漕ぎ、前進方向へ走行開始する。ペダル２４，２６への踏力はクランクアーム２５とフットレバー２７を介して対応する主クランクシャフト３１および副クランクシャフト４２に伝えられる。
【００３５】
まず、主乗員１のペダル踏力は主クランクシャフト３１に車体前進方向への正回転トルクとして伝えられる。主クランクシャフト３１の正回転トルクは動力合成装置３０のクラッチ板３３Ａからクラッチボックス３４と一体のスプロケット５３に伝えられ、駆動チェーン５４によって後輪１３に前進方向への回転動力として伝達される。
【００３６】
一方、副乗員３は座した状態で両脚を交互にまたは同時に動作させて副乗員ペダル２６を体力に応じて揺動させるように踏み込み、発生させたペダル踏力を左右一対のフットレバー２７を介して副クランクシャフト４２に間欠的なタイミングまたは同時タイミングの往復回転運動として伝える。副乗員３から付与された往復回転運動からワンウェイクラッチを介して車体前進方向への正回転トルクのみが取り出され、スプロケット５０に伝達され、伝動チェーン５１を介して動力合成装置３０のスプロケット５２に入力される。そのようにして副乗員３の発生する正回転トルクを主乗員１が発生する正回転トルクに合成する。
【００３７】
すなわち、副駆動系に備わる踏力統合装置４０の正回転トルクは、スプロケット５０から伝動チェーン５１によって動力合成装置３０側のスプロケット５２に伝達される。そうした副駆動系からの正回転トルクは動力合成装置３０の入出力機構部に入力され、出力端のスプロケット５３に主乗員１と副乗員３のペダル踏力によるそれぞれの正回転トルクを加算して伝え、加増された回転動力でもって駆動チェーン５４から後輪１３に伝達する。
【００３８】
走行中、体力レベルの比較的低い乗員である副乗員３が疲れないように、そのペダル踏み込み操作を適時停止して休息させることができる。場合によっては、副乗員３は片方の足の踏み込みだけでも自由にペダル踏み込みを行うこともできる。そうした際、副クランクシャフト４２の一方はリリースした状態に停止していても、他方は踏み込みによって回転トルクを伝えたり、リリースさせることができる。そのようにしてときには副乗員３をリハビリさせたり、リラックスして走行を楽しませることができる。
【００３９】
なお、上記第１実施の形態の変形例として、次に示すいくつかの構成も可能である。
【００４０】
主乗員ペダル２４の回転速度に対し、副乗員ペダル２６の回転速度を調整するための多段変速機を図４で示した副クランクシャフト４２の同軸上に設けることができる。あるいは、後輪１３の回転速度に対して主乗員ペダル２４の回転速度を調整するために、上記とは別個に多段変速機を後輪１３の車軸上に設けることもできる。
【００４１】
また、上記第１実施の形態では、副駆動系の伝動チェーン５１を動力合成装置３０のスプロケット５２に捲回して一度中継した構造となっているが、その伝動チェーン５１を直に後輪１３の車軸ハブに連結した構造も可能である。すなわち、後輪１３と主クランクシャフトの間に捲回した主駆動系の駆動チェーン５４と、副駆動系の上記伝動チェーン５１を互いに独立して並行に直に後輪１３の車軸ハブに連結し、主副動力独立伝達機構とすることができる。その場合、主副の動力は後輪車軸ハブに至って初めて合成されるので、主駆動系に動力合成装置は用いずともよく、単純に主クランクシャフト３１の回転トルクをスプロケット５３に直結して、駆動チェーン５１から後輪１３へと伝達すれば良い。さらにこの場合、後輪１３の回転速度に対して、主乗員ペダル２４の回転速度を調整するための多段変速機を後輪１３の車軸ハブ上に設けたり、または後輪１３の回転速度に対して副乗員ペダル２６の回転速度を調整するための多段変速機を副クランクシャフト４２の同軸上に設けることができる。また、そうした主副動力独立伝達機構にあっては、独立した並行な伝動チェーン５１と駆動チェーン５４の正回転方向への回転動力のみ、ワンウェイクラッチを介して後輪１３へ伝達可能に構成することも可能である。
【００４２】
さらに、図５は他の変形例を示す。この場合、主クランクシャフト３１および副クランクシャフト４２間に第１の中間シャフト６０を設け、この第１の中間シャフト６０に主乗員ペダル２４の回転速度に対して副乗員ペダル２６の回転速度を調整するための多段変速機を設けることができる。またこの場合は伝動チェーン５１を５１ａ，５１ｂに二分割することで、チェーンのたるみ防止などにも有効である。図中符号６２は多段変速機のスプロケットであり、パンタグラフ式などの公知の自転車用多段変速機によりチェーンを掛け替えるようにすることができる。スプロケット６１からの動力は伝動チェーン５１ｂを介して主駆動系へと伝達される。同じ事を先の主副動力独立伝達機構の例でいえば、副クランクシャフト４２と後輪１３の車軸ハブ間に捲回された伝動チェーン５１上に第２の中間シャフトを設け、この第２の中間シャフトに後輪１３の回転速度に対して副乗員ペダル２６の回転速度を調整するための多段変速機を設けることも可能である。
【００４３】
第２実施の形態
上記第１実施の形態の動作および作用で示したように、主乗員１としては体力的にも優れた健常な人を想定し、副乗員３には比較的体力レベルの低い高齢者などである場合が好適例である。しかしながら、登坂走行時や長時間走行すると、健常な主乗員１としても負担が大きい。このため第２実施の形態は、そうした主乗員１のペダル踏力による負荷を軽減するために電動アシスト装置を設けた構成である。
【００４４】
この電動アシスト装置は、公知の技術を応用して車体フレーム１１の適所に搭載することができる。本発明の電子制御部分の概略ブロック図である図１１をもとに装置の具体例を述べると、主副両乗員１，３のペダル踏力によって発生する回転トルクを検出するそれぞれのトルクセンサＢ１，Ｂ２、車体走行速度を検出する車速センサＢ３、主副両乗員１，３による回転動力を補う電動アシストモータ１００、上記のトルクセンサＢ１およびＢ２、車速センサＢ３からの検出信号に基づいて電動アシストモータの出力を制御するためのＣＰＵ（中央演算ユニット）などからなる電動アシスト制御装置Ｂ６、そして車体フレーム１１の適所に搭載された電力供給手段であるバッテリ５６などによって構成することができる。
【００４５】
この場合、主副両乗員１，３それぞれが発生する回転トルクの大きさに対応して、前記電動アシストモータ１００からそれら乗員の回転トルクの補助力として出力されるアシスト力の割合を、主乗員１がハンドル１６の手許操作で調整できるよう、図１および１１中に符号１０１で示したアシスト力調整ダイヤルを設けることができる。また、その電動アシストモータは、主駆動系の動力合成装置３０、副駆動系の踏力統合装置４０、また後輪１３の車軸上のいずれかに配置し、アシスト力をそれらいずれかに直に付与するようにした構造も可能である。
【００４６】
第３実施の形態
次に、図６〜図８は、本発明にかかる第３実施の形態として、主乗員１と副乗員３の体力差を解消することを目的とした体力差調整装置を設けた構造を示している。この体力差調整装置は、図６に示す主副両乗員１，３のペダル回転数の差を調整する回転数調整装置７０と、そして図７および図８中符号８０で示す副乗員アシストモータを備えてなっている。この場合、図７で模式的に示すように、踏力統合装置４０から出力された前進方向への正回転〔図中の矢印（＋）記号〕のトルクは、一度８の字状にクロスした伝動チェーン５１によって逆回転〔図中の矢印（−）記号〕のトルクに変換され、動力合成装置３０の入力端であるスプロケット５２に入力する構造例が示されている。
【００４７】
まず、図６に示す回転数調整装置７０は上記第１，第２実施の形態の図１〜図５の各図で示された動力合成装置３０の構造を応用したものである。それら図１〜図５に示す部材と対応するものには同一符号を付してある。すなわち、この場合主クランクシャフト３１の外周上に例えば十字形に形成されたギア支持フレーム７１がボス部７１ａでスプライン嵌合などの固定方法で一体化され、主クランクシャフト３１と一体に正回転する。そのギア支持フレーム７１の突端に４個の中間ギア７２が等間隔に支軸７３を介して回転自在に支持されている。それら４個の中間ギア７２の歯７２ａに内側から出力ギア７４がこの外周に形成した歯７４ａで噛合し、外側からは筐体状の外周ギア７５がこの内周面に形成した歯７５ａで噛合している。外周ギア７５の図６でいう右端には副駆動系からの入力端であるスプロケット５２が溶接、かしめやボルト結合など適宜手段で一体化して備わり、前述のように、８の字状にクロスした伝動チェーン５１を介して踏力統合装置４０から逆回転トルクが伝達されるようになっている。
【００４８】
そこで、中間ギア７２においては、主クランクシャフト３１と一体化して正回転するギア支持フレーム７１に担持されているので、主クランクシャフト軸線Ｃ−Ｃまわりに円軌道を描いて公転する。その一方で、踏力統合装置４０からの逆回転トルクによってスプロケット５２を介して外周ギア７５が主クランクシャフト軸線Ｃ−Ｃまわりに逆回転する。それにより、中間ギア７２は逆回転する外周ギア７５との噛合によって同じく逆回転方向へ自転する。すなわち、中間ギア７２は自転しつつ主クランクシャフト軸線Ｃ−Ｃまわりにギア支持フレーム７１と同一回転速度（ｒｐｍ）でもって公転することになる。出力ギア７４はその中間ギア７２の自転と公転によって正回転トルクを受け、出力ギア７４の端部に一体的に結合されている出力側スプロケット５３を正回転させ、駆動チェーン５４を介して前進方向への正回転トルクを回転動力として後輪１３に伝達する構造である。
【００４９】
なお、出力ギア７４は軸周りに筒状のボス部７６が一体に結合されており、そのボス部７６を介して軸受７７ａ，７７ｂにより主クランクシャフト３１の外周に回転自在に支持されている。また、外周ギア７５は一側で軸受７７ｃを介して主クランクシャフト３１の外周に回転自在に支持され、他側で軸受７７ｄを介して上記出力ギア７４のボス部７６上に回転自在に支持されている。
【００５０】
以上により、回転数調整装置７０は次のように動作する。まず、主乗員１のペダル踏力は主クランクシャフト３１に車体前進方向への正回転トルクとして伝えられる。主クランクシャフト３１の正回転トルクはギア支持フレーム７１から出力ギア７４およびボス部７６を経て出力端スプロケット５３に伝えられ、駆動チェーン５４によって後輪１３に前進方向への回転動力として伝達される。
【００５１】
一方、副乗員３は座した状態で両脚を交互にまたは同時に動作させて副乗員ペダル２６を踏み込み、発生させたペダル踏力を左右一対のフットレバー２７を介して副クランクシャフト４２に間欠的なタイミングまたは同時タイミングの往復回転運動として伝える。副乗員３から付与された往復回転運動からワンウェイクラッチを介して車体前進方向への正回転トルクのみが取り出され、スプロケット５０に伝達され、８の字状にクロスした伝動チェーン５１によって一度反転した状態で動力合成装置３０のスプロケット５２に入力される。そのようにして副駆動系からの逆回転トルクを回転数調整装置７０のスプロケット５２に入力する。
【００５２】
その副駆動系からの逆回転トルクはスプロケット５２と一体の外周ギア７５に伝達され、中間ギア７２を介して出力ギア７４の正回転に変換する。出力ギア７４の正回転はボス部７６からスプロケット５３に伝達され、そのようにして主乗員のペダル回転速度に加算され、スプロケット５３から駆動チェーン５４を介して後輪１３に回転動力として付与される。
【００５３】
その際、出力ギア７４の回転速度は、ギア支持フレーム７１と外周ギア７５のそれぞれ回転速度を因子として決まり、それら双方の回転速度よりも高い回転速度となって変換される。そのように加増された回転速度による回転動力がスプロケット５３から出力され、駆動チェーン５４を介して後輪１３に伝えられる。このため、両乗員のペダル回転速度の差は、特別に変速などの操作をすることなくして任意に調整可能であり、その時々における両乗員のペダル回転速度に応じて後輪の回転速度が決まる。
【００５４】
ところで、主乗員が主クランクシャフト３１に、ある回転トルクを発生させた場合、副乗員３は回転数調整装置７０における上記各ギアのギア比とスプロケット５０，５２の歯数比とによって決定される回転トルクを副クランクシャフトに付加せねばならないが、実際に副乗員が発生する回転トルクがこの所要値よりも小さい場合が多々ある。そうした副乗員３の回転トルクの不足分を補うための副乗員アシスト装置を設けることができる。
【００５５】
その副乗員アシスト装置は、踏力統合装置４０からの回転動力を増力するための図７および図８に示す副乗員アシストモータ８０を備え、図１１に示す前述の電動アシスト装置のトルクセンサＢ１，Ｂ２からのそれぞれ検出信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、副乗員アシストモータ８０の出力を制御する副乗員アシスト制御装置Ｂ５などを備えて構成することができる。副乗員アシスト制御装置Ｂ５は、前記主乗員および副乗員の回転トルク検出信号Ｖ１，Ｖ２に基づき、両検出信号を比較演算することにより正規のトルク比か否かを判断する。その際、副乗員３のトルク不足と判断すると、踏力統合装置４０からの回転動力を補うための所要の副乗員アシストモータ８０の出力を算出する。
【００５６】
なお、図６において、出力ギア７４はスプロケット５３と駆動チェーン５４によって直接後輪１３に連結しており、車体を推進させるのに大きな抵抗力が発生している部材である。すなわち、本例のように健脚な主乗員１が大きなペダル踏力でギア支持フレーム７１に正回転トルクを付与すると、その反力が本来逆回転すべき外周ギア７５に正回転トルクとして働く。その結果、伝動チェーン５１からスプロケット５０へ逆流的に副乗員３に副乗員ペダル２６を通してキックバック力が働き、副乗員３が不快な体感をもったり、最悪足がペダル２６から外れたりする不都合がある。反対に、副乗員３からの踏力が主乗員１に対してキックバックすることも考えられるが、比較的に体力の弱い副乗員３からの踏力ということで、大きな問題にはならない。
【００５７】
それを解消する手段として、図７および図８に示すように、伝動チェーン５１の中間位置の交差個所にワンウェイクラッチ方式のキックバック吸収用スプロケット５５を配置することができる。このスプロケット５５によって動力合成装置３０からのキックバック力を吸収して副駆動系に伝達しないようにすることができる。
【００５８】
図９は、図７に基づく構造の上記回転数調整装置７０などの具体例を模式的に示し、各部材の回転数（ｒｐｍ）や歯数ｎなどのパラメータを表示している。主乗員１が主クランクシャフト３１に与えた回転トルクＴ１は、主クランクシャフト３１と一体的に結合されたギア支持フレーム７１を介し、該ギア支持フレーム７１に回転自在に取りつけられた中間ギア７２を、出力ギア７４の外周に沿って正回転方向すなわち図のＴ１方向に公転させようとする。するとこの中間ギア７２と噛み合う出力ギア７４に対し、中間ギア７２からある大きさの回転トルクＴ３が付与されるが、一方でその反力が中間ギア７２を介して外周ギア７５に伝わり、外周ギア７５にトルクＴ２’を与える。その大きさは、遊星歯車の公式に基づいて計算すれば、
Ｔ２’＝ｎ２／（ｎ３＋ｎ２）×Ｔ１
である。ここでｎ２、ｎ３は図９に示したとおり、外周ギア７５および出力ギア７４の歯数である。回転数調整装置７０が正常に作動するためには、外周ギア７５に加わる反力トルクＴ２’と釣り合うトルクＴ２を外周ギア７５に加え、外周ギア７５を逆回転方向すなわち図のＴ２方向に回転させる必要がある。
【００５９】
一方、副乗員３が副クランクシャフト４２に与えた回転トルクＴ５ｏは、踏力統合装置４０の出力端であるスプロケット５０を正回転方向すなわち図のＴ５ｏ方向に回転させ、このトルクは伝動チェーン５１およびスプロケット５２を介して外周ギア７５に伝達され、外周ギア７５にトルクＴ５を与える。その大きさはＴ５＝ｎ４／ｎ５×Ｔ５ｏ
である。ここでｎ４、ｎ５は図９に示したとおり、主駆動系側および副駆動系側の各スプロケット５２，５０の歯数である。
【００６０】
ここで、副乗員３の回転トルクが本来発生すべき値より小さく、すなわちトルクＴ５が所要のトルクＴ２よりも小さかった場合、外周ギア７５はＴ２’の方向に回転してしまい、ひいては出力ギア７４をＴ３方向に回転させることができない。
【００６１】
さらに、本発明における副乗員３のペダル形式は揺動式であり、副乗員３は左右いずれかあるいは両方のペダルを踏みこむことで回転トルクを発生させるが、踏み込み後、そのペダルが原位置に戻るまではトルクを発生できない。したがって、副乗員３が外周ギア７５に与えるトルクＴ５は一定ではなく、図１０に示すように、時間的に変動する。主乗員１については揺動式でなく通常の回転式クランクペダルであるが、実際はペダル踏み込み時と、ペダルが上死点、下死点に来た時では、発生するトルクが異なるため、トルクＴ１も図１０のように時間的に変動している。このため外周ギア７５に加えるべき所要のトルクＴ２も図のように変化する。そこで本発明では、副乗員アシスト装置を用いて、トルクＴ２とＴ５の予測値をリアルタイムで算出し、その差を埋めるように副乗員トルクの補助を行う。
【００６２】
図１１は、前記副乗員アシスト装置および前記電動アシスト装置のブロック図の概略を示す。例えば主クランクシャフト３１まわりに設けられた主乗員トルクセンサＢ１で、主乗員トルクＴ１を検出する一方、副クランクシャフト４２まわりに設けられた副乗員トルク検出手段Ｂ２で副乗員トルクＴ５ｏを検出し、その両検出信号Ｖ１、Ｖ２を副乗員アシスト制御装置Ｂ５に入力する。するとこの副乗員アシスト制御回路では、これらの検出信号から、トルクＴ１およびＴ５ｏの値を読み込んで、該装置内の演算回路においてトルクＴ２とトルクＴ５の予測値を算出し、両者の比較演算を行い、もしＴ５が不足していると判断した場合には、両トルクを釣り合わせて前記回転数調整装置７０を正常に動作させるために外周ギア７５に加えるべき補助トルクＴＭを算出し（ＴＭ＝Ｔ２−Ｔ５）、この算出値に基づいて、回転数調整装置７０および踏力統合装置４０間に捲回されたチェーン上にスプロケット８２を介して接続された副乗員アシストモータ８０を制御し、チェーンを適切なトルクで駆動し、外周ギア７５をＴ２方向に回転させる。図１０においてＴＭは斜線で示した部分に相当する。
【００６３】
次に、図１２、１３を参照しながら、上に略記した副乗員アシスト制御装置内の演算回路における各種トルク値の読み込み、演算、比較と、それに基づく副乗員アシストモータ８０の制御などの各種動作の具体的な方法の一例を説明する。
【００６４】
図１２，１３は、副乗員アシスト制御装置の動作フローチャートの一例を示す。図１２で、主乗員の操作により装置の電源が入ると、まずステップのＳ１において、ループカウンタＮをリセットする。ループカウンタＮは、今後の動作処理の一部分である、図１２に示した第１ループの繰り返し数をカウントし、ループ繰り返しの判断材料とする。その後Ｓ２でトルクＴ１を読みこみ、Ｓ３において、このトルクＴ１の値から、主乗員がペダル２４を踏んでいるかどうかを判断する。したがってここでのしきい値は比較的小さな値を用いる。もし主乗員ペダル２４が踏まれていないと判断した場合はＳ４において副乗員アシストモータ８０を停止させ、その後は、図に点線で示した第１ループを繰り返したどってトルクＴ１の読込みを続け、主乗員がペダル２４を踏んだと判断されるまでこれを続ける。この過程を詳しく見ると、Ｓ５で第１ループの繰り返し数をカウントするループカウンタＮをひとつ上げ、Ｓ６で第１ループの繰り返しが規定回数に達しているかどうかを判断し、規定回数に達していなければＳ２へ戻って再び第１ループを繰り返し、Ｔ１の読込みと主乗員のペダル踏み込みの判断を続ける。もし規定回数に達していれば、Ｔ１の読込みを停止し、制御を終了する。この動作は、電源が入ったまま主乗員が一定時間以上ペダルを踏み込まなかった場合には、自動的に副乗員アシスト装置の動作を休止状態にする役割がある。
【００６５】
一方、Ｓ３においてトルクＴ１がしきい値を超えていたら、主乗員がペダル２４を踏んでいると判断し、後の制御に進む。Ｓ７で副乗員トルクＴ５ｏを読みこみ、Ｓ８で、このトルクＴ５ｏの値から、副乗員３がペダル２６を踏んでいるかどうかを判断する。したがってここでのしきい値は比較的小さな値を用いる。踏んでいると判断した場合は、図１３のＳ１０へ続き、Ｓ１０で、先のＳ２で読み込んだトルクＴ１の値からトルクＴ２の予測値Ｔ２ｐを算出する。計算式は、先述のとおり、
Ｔ２ｐ＝ｎ２／（ｎ３＋ｎ２）×Ｔ１
である。この式は遊星歯車の公式から導かれる物である。ここでｎ２，ｎ３は図９に示したとおり、外周ギア７５および出力ギア７４の歯数である。次にＳ１１において、先のＳ７で読み込んだトルクＴ５ｏの値から、トルクＴ５の予測値Ｔ５ｐを算出する。計算式はＴ５ｐ＝ｎ４／ｎ５×Ｔ５ｏである。ここでｎ４，ｎ５は図９に示したとおり、主駆動系側および副乗駆動系側の各スプロケット５２，５０の歯数である。ここまでの演算で、前記主乗員のトルクＴ１による反力Ｔ２’を受け止め、それに逆らって外周ギア７５を正回転させるためにその外周ギアに与えるべきトルクＴ２と、副乗員３がその外周ギアに与えるトルクＴ５の予測値Ｔ２ｐ、Ｔ５ｐが算出できた。次にＳ１２において、その両者を比較し、不足分を補うために外周ギア７４に与えるべきトルクＴＭを算出する。その式はＴＭ＝Ｔ２ｐ−Ｔ５ｐである。したがって、その所要のトルクＴＭを外周ギア７４に与えるために、副乗員アシストモータ８０が発生するべきトルクＴＭｏは、次のようになる。
ＴＭｏ＝ｎＭ／ｎ４×ＴＭ＝ｎＭ／ｎ４×（Ｔ２ｐ−Ｔ５ｐ）
そこで、Ｓ１３において所要のモータトルクを発生するように副乗員アシストモータの電流を制御し、一連の処理動作を終える。実際の走行中においては、これらの演算、比較、制御を繰り返し高速で行う事によって、変動する主副両乗員のトルクの差を埋め合わせつつ走行することができる。ところで、主乗員トルクが０になった場合、Ｓ３においてすぐに主乗員の踏み込み停止と判断され、副乗員アシストモータ８０は停止する。一方副乗員トルクが０になった場合、それが副乗員ペダル２６が原位置に復帰する間のブランクなのか、副乗員が疲労などの理由で踏み込みを止めたのかの判断はこの瞬間においてはまだつかない。このためＳ９においてすぐにモータを停止させてしまうと、副乗員ペダル２６が原位置に復帰する間の副乗員トルクの補助という役割を発揮できない。このためＳ９においては、そのトルクをわずかに減少させるように電流制御を行い、伝動チェーン５１の速度を徐々に落としながら第２ループを繰り返し、Ｔ５ｏの読込みと副乗員のペダル踏み込みの判断を続ける。その間にペダル２６をふたたび踏み込めばまた元通り副乗員アシストモータ８０によるアシストが再開され、ペダルが原位置に戻るまでの回転トルクのブランクはほぼ埋められる。しかし副乗員のペダル踏み込みがないまま第２ループの繰り返しが続くと、徐々に回転数が落ち、やがて副駆動系は停止することになる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる二人乗り自転車は、リカンベント形式の副乗員席シートに特に高齢者や身障者といった比較的体力レベルの低い人を副乗員として乗せて前方に配置し、後方の一般自転車形式の主乗員席サドルに健脚な人が主乗員として乗って走行する際、両乗員の踏力を合成した走行動力を発生させることができ、主副両乗員のペダル回転数やトルクの差を簡便に調整可能としている。また、副乗員のペダル形式は往復揺動式であり、そのペダル揺動運動の角度範囲は任意である。さらに主乗員席サドルに乗車した主乗員が操向やブレーキを担当する。こうして副乗員は、自らに適したペダル踏力だけを発生させればよいので、副乗員の負担は軽減し、相互にコミュニケーションを図る余裕が生まれて快適走行を行うことができ、サイクリングやリハビリテーションなどに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる二人乗り自転車の実施の形態を示す側面図である。
【図２】主駆動系と副駆動系からなる駆動部を示す平面断面図である。
【図３】主駆動系の主構成要素である動力合成装置の構造を示す断面図である。
【図４】副駆動系の主構成要素である踏力統合装置の構造を示す断面図である。
【図５】主副の両クランクシャフト間に第１の中間シャフトを設けた場合の、主副両駆動系の接続の様態を示す図である。
【図６】主駆動系の回転数調整装置の構造を示す断面図である。
【図７】回転数調整装置および副乗員アシストモータからなる体力差調整装置を取り入れた場合の図であり、副駆動系の正回転動力が一度逆回転して主駆動系に伝達される態様を模式的に示す図である。
【図８】図７と同様、体力差調整装置を取り入れた場合の主副両駆動系の接続の様態を示したものである。
【図９】図７，８で示されている体力差調整装置を含む駆動系の動作における各種パラメータ（トルクＴ，歯数ｎなど）を示した図である。
【図１０】図９に示した各トルクの時間変動を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明における電子制御部分のブロック図の一例を概略示した図である。
【図１２】副乗員アシスト制御装置の演算、制御のフローチャートの一例を示したものである。
【図１３】図１２の続きであり、副乗員アシスト制御装置の演算、制御のフローチャートの一例を示したものである。
【符号の説明】
１          主乗員
２          主乗員席サドル
３          副乗員
４          副乗員席シート
４ａ        背もたれ
１０        サブフレーム
１１        車体フレーム
１２        前輪
１３        後輪１３
１４        サドル支持ステイ
１５        シート固定台
１６        ハンドル
１７        ハンドルシャフト
１８        第１揺動リンク
１９        操向ロッド
２０        第２揺動リンク
２１        主乗員用ブレーキレバー
２２        ディスクブレーキ装置
２３        ブレーキパッド
２４        主乗員ペダル
２５        クランクアーム
２６        副乗員ペダル
２７        フットレバー
２８        上体支持グリップ
２９        副乗員用ブレーキレバー
３０        動力合成装置
３１        主クランクシャフト
３２ａ，ｂ  軸受
３３Ａ，Ｂ  クラッチ板（ワンウェイクラッチ機構）
３４        動力合成装置のクラッチボックス
３４ａ      クラッチボックスのカバー部材
３５        受け駒（ワンウェイクラッチ機構）
３６ａ，ｂ，ｃ，ｄ    軸受
３８        スプロケットボス
４０        踏力統合装置
４２        副クランクシャフト
４４ａ，ｂ  軸受
４５        クラッチ板（ワンウェイクラッチ機構）
４６        受け駒（ワンウェイクラッチ機構）
４７        副駆動系のクラッチボックス（ワンウェイクラッチ機構）
４７ａ      クラッチボックス４７の空所
４８ａ，ｂ，ｃ，ｄ    軸受
５０，５２，５３  スプロケット
５１        伝動チェーン
５４        駆動チェーン
５５        キックバック吸収用スプロケット
５６        バッテリ
６０        第１の中間シャフト
６１        スプロケット
６２        多段変速機のスプロケット
７０        回転数調整装置
７１        ギア支持フレーム
７１ａ      ギア支持フレームのボス部
７２        中間ギア
７２ａ      中間ギアの歯
７３        支軸
７４        出力ギア
７４ａ      出力ギアの歯
７５        外周ギア
７５ａ      外周ギアの歯
７６        出力ギアのボス部
７７ａ，ｂ，ｃ，ｄ    軸受
８０        副乗員アシストモータ
８１        副乗員アシストモータの出力軸
８２        副乗員アシストモータのスプロケット
９０        乗員ガード
９１        バーグリップ
１００      電動アシストモータ
１０１      アシスト力調整ダイヤル
【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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