(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル（６１）に連結された前側歯車（３０）と、後輪の中心軸に連結された後側歯車（３６）と、前記前側歯車（３０）および前記後側歯車（３６）に咬合して、前記ペダル（６１）から入力された踏力を前記後輪に伝えるチェーン（３２）と、モーターからの駆動力が伝えられると共に前記チェーン（３２）に咬合し、前記駆動力をチェーン（３２）に伝達する駆動歯車（３３）とからなるチェーン機構（Ｘ）を備え、前記駆動歯車（３３）が前記チェーン（３２）のうち下側のチェーン（３２ｂ）の一部を下側に追いやるようにして前記下側のチェーン（３２ｂ）に咬合し、前記駆動歯車（３３）が咬合する部分のチェーンと前記後側歯車（３６）に咬合する部分のチェーンとの間のチェーン（３２）を略上方向に押圧するテンショナー（３４）がチェーン（３２）に咬合している、電動式自転車。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動式自転車に関し、より詳細には、前側歯車、後側歯車、モーターからの駆動力が伝達される駆動歯車などからなるチェーン機構における各部材の配置を所定の配置にすることにより、チェーンの寿命を延ばすと共に、駆動歯車の軸心を必要以上に供することを不要とする電動式自転車に関する。
【０００１】
【従来の技術】
近年、自転車にバッテリー、モーター等からなる推進補助機構を備え、特に低速時にモーターの駆動力を利用して走行をアシストする電動式自転車が市販されている（特開平７−１５６８５６号公報等を参照のこと）。
【０００２】
このような電動式自転車の仕組みについて、図７を用いて簡単に説明すると、ペダル８１の軸心に備えられた速度・トルク検出器９１により検出された速度・トルクなどに基づき、ＣＰＵ、メモリなどを内蔵したコントロールユニット（図示せず）がモーター９２の駆動力を決定し、このモーター９２の駆動力がチェーン９４に咬合した駆動歯車（図７においては図示せず）に伝達し、モーター９２の駆動力が自転車の推進を補助する力となる。このようにして、自転車の走行がアシストされている。
【０００３】
チェーンと駆動歯車との関係を詳述すると、図８に示すように、モーター９２の駆動力を伝達する駆動歯車９３が、確実にその駆動力をチェーン９４に伝達できるように、上側のチェーン９４ａの上側から咬合している。このような構造にしている理由は、運転者がペダル８１をこいでいる時には、前側歯車９５に対して図８の矢印Ｂで示したような時計回りの回転力が加わるため、上側のチェーン９４ａが緊張した状態（すなわち、ピンと張った状態）になって矢印Ａで示したように上方向に若干押圧付勢し、この押圧付勢により上側のチェーン９４ａと駆動歯車９３とが確実に咬合するからである。特に静止した状態（すなわち、速度０の状態）からペダル８１をこぎ始めたときが、緊張状態における緊張力が非常に大きくなっていることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、上側のチェーン９４ａが緊張状態となり、矢印Ａで示すように上方向に若干押圧付勢しているため、チェーン９４は駆動歯車９３にしっかりと咬合するが、言い換えれば、しっかりと咬合すればするほど、駆動歯車９３によるチェーン９４に対する摩擦が大きくなり、その分、チェーン９４が摩耗してしまう。実際、通常の自転車におけるチェーンの摩耗速度と比較して、電動式自転車のチェーン９４の摩耗速度は速いことが経験および実験により知られている。
【０００５】
逆に駆動歯車９３から見ると、上側のチェーン９４ａによる上方向に対する押圧力は、駆動歯車の軸心９３１に加わる。この軸心９３１は、直接モーター（図示せず）の軸心となっている場合もあり、またはこれに歯車等が備えられ、モーターの駆動力が伝達されるようになっている場合もあるが、いずれにせよ、軸心９３１にチェーン９４ａの上方向に対する押圧力が加わるため、軸心９３１を必要以上に強化しなければならないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、チェーンの寿命を延ばすと共に、駆動歯車の軸心を必要以上に供することを不要とする電動式自転車を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る電動式自転車は、ペダル６１に連結された前側歯車３０と、後輪の中心軸に連結された後側歯車３６と、前側歯車３０および後側歯車３６に咬合して、ペダル６１から入力された踏力を後輪に伝えるチェーン３２と、モーターからの駆動力が伝えられると共にチェーン３２に咬合し、駆動力をチェーン３２に伝達する駆動歯車３３とからなるチェーン機構Ｘを備え、駆動歯車３３がチェーン３２のうち下側のチェーン３２ｂの一部を下側に追いやるようにして下側のチェーン３２ｂに咬合し、駆動歯車３３が咬合する部分のチェーンと後側歯車３６に咬合する部分のチェーンとの間のチェーン３２を略上方向に押圧するテンショナー３４がチェーン３２に咬合している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、参考例に係る電動式自転車１を図面と共に詳細に説明する。
図１に示すように、参考例に係る電動式自転車１は、通常の電動式自転車と同様に、前輪７１、後輪７２、サドル９等を備えているが、通常の電動式自転車において通常通りに用いられている部材については、説明を省略する。
【００１２】
（参考例）
参考例においては、図２に示すように、チェーン機構Ｘが、ペダル６１に連結された前側歯車３０と、後輪の中心軸７３に連結された後側歯車（図示せず）と、これらの前側歯車３０および後側歯車に咬合するチェーン３２とを備えている。さらに、モーターからの駆動力が伝えられる駆動歯車３３は、下側のチェーン３２ｂの一部を持ち上げるようにしてチェーン３２に咬合しており、モーターの駆動力をチェーン３２に伝達している。また、このように持ち上げられた部分のチェーン３２ｃと後側歯車に咬合する部分のチェーン３２との間に、チェーン３２をほぼ下方向に押圧するテンショナー３４が設けられている。このテンショナー３４は、下側のチェーン３２ｂに咬合している。
【００１３】
前側歯車３０から後側歯車にかけての下側のチェーン３２ｂについて、その動きを説明すると、ペダル６１が踏まれると、その踏力により前側歯車３０と咬合していたチェーン３２ｂは図２左方向にすすみ、前側歯車３０との咬合が解除されると共に、駆動歯車３３により上方向に持ち上げられる。次いで、駆動歯車３３との咬合が解除されると共に、テンショナー３４によりほぼ下方向に押し下げられる。このように、参考例においては、下側のチェーン３２ｂが「へ」字状に蛇行している。
【００１４】
テンショナー３４によりほぼ下方向に押し下げられたチェーン３２ｂは、さらに図２左方向に進むと、テンショナー３４との咬合が解除され、この後、通常の自転車と同様に、後側歯車に向かって進み、後側歯車により折り返して図２右方向に進み、上側チェーン３２ａとなる。このようにして、ペダル６１を踏むことにより生じた踏力は、後側歯車に伝達されて推進力となる。もちろん、踏力が不足している場合など、モーターが駆動して参考例に係る電動式自転車１の走行をアシストする場合には、モーターからの駆動力は駆動歯車３３を介してチェーン３２に伝達され、これによりモーターにより参考例に係る電動式自転車１の走行がアシストされる。
【００１５】
上記のように、参考例においては、上側のチェーン３２ａではなく、下側のチェーン３２ｂに駆動歯車３３が咬合しているので、ペダル６１をこいでいるときの上側のチェーン３２ａに加わる緊張力は駆動歯車３３に加わらない。従って、従来の電動式自転車と比較してチェーン３２の摩擦を低減させることができるので、チェーン３２の寿命を長くすることができる。また、下側のチェーン３２ｂは上述のように「へ」字状に蛇行しているので、駆動歯車３３を介してモーターからの駆動力を着実にチェーン３２に伝達することができる。従来の電動式自転車とは異なり、上記緊張力が駆動歯車の軸心３３１に加わることもないので、必要以上に駆動歯車の軸心３３１を強化する必要もなくなる。
【００１６】
上記のように、例えば、ペダル６１を踏んだ時などのように、上側のチェーン３２ａがピンと緊張した場合には、逆に下側のチェーン３２ｂは若干緩む。この下側のチェーン３２ｂの緩みを緩和するため、駆動歯車３３には１方向クラッチ（図示せず）を設けることが好ましい。この１方向クラッチにより、駆動歯車３３は、図２において左回り（すなわち、チェーン３２を順送りする方向）には自由に回転するが、右回り（すなわち、チェーン３２を逆転させる方向）には回転しなくなる。すなわち、下側のチェーン３２ｂの緩みは、駆動歯車３３を通過できるが、一旦駆動歯車３３を通過した緩みは１方向クラッチにより駆動歯車３３を越えて前側歯車３０に戻ることができない。このようにして、参考例においては下側のチェーン３２ｂの緩みを下側のチェーン３２ｂに全体に分散させることができる。これにより、チェーン３２が各歯車３０などから不用意に外れることが効果的に防止できる。
【００１７】
次に、下側のチェーン３２ｂをほぼ下方向に押圧するテンショナー３４について詳述する。テンショナー３４は歯車形状であって、この歯車が下側のチェーン３２ｂに咬合する。テンショナー３４は、駆動歯車３３により持ち上げられた部分のチェーン３２ｃが「へ」字状になるように、図２の矢印Ｃで示すような方向、すなわち、斜め前側下方向にチェーン３２を所定の圧力で押圧している。本明細書において、「略（ほぼ）下方向」とは、鉛直方向だけでなく、このような斜め前側下方向、および斜め後側下方向も含む。なお、この中でも、特に下側のチェーン３２ｂと駆動歯車３３とを確実に咬合させることができるように、テンショナー３４は斜め前側下方向に押圧していることが好ましい。図示していないが、テンショナー３４は、モーターなどのように参考例に係る電動式自転車１に固定された部材に取り付けられたバネなどの弾性部材によりチェーン３２を押圧している。
【００１８】
また、テンショナーの軸心３４１は、駆動歯車の軸心３３１より下に位置することが好ましい。これにより、持ち上げられた部分のチェーン３２ｃの長さを長くすることができ、より確実に駆動歯車３３の駆動力をチェーン３２に伝達することができるからである。換言すれば、駆動歯車３３を円とし、その周囲に咬合するチェーン３２の長さを円周とすれば、この円周の円周角（巻き角）を大きくできればできるほどより確実に駆動歯車３３の駆動力をチェーン３２に伝達することができるので、参考例においては、テンショナーの軸心３４１を、駆動歯車の軸心３３１より下に位置させることが好ましい。
【００１９】
参考例においては、図３に示すように、カバー５を設けることが好ましい。このカバー５は、前側歯車３０、駆動歯車３３、およびテンショナー３４を覆うと共に、上側のチェーン３２ａの少なくとも一部と、前側歯車３０から駆動歯車３３を通ってテンショナー３４にかけての下側のチェーン３２ｂを覆っており、このカバー５は一枚の金属またはプラスチックから形成されている。このようなカバー５を設けることにより、前側歯車３０等の錆、汚れを防止することができると共に、特にズボン、スカート等の衣類がチェーン機構Ｘに巻き込まれることを防止できる。特に、チェーン３２を覆う部分が断面コ字状または断面Ｕ字状に形成されていると、錆、汚れ、衣類の巻き込みをより効果的に防止できる。
【００２０】
また、カバー５は一枚の金属またはプラスチックから形成されているので、カバー５の取り外しを容易にすることができる。このため、チェーン機構Ｘに対するメンテナンスを容易に行うことができる。また、このようなカバー５により、参考例に係る電動式自転車１の美的外観を高めることができる。
【００２１】
なお、図示した電動式自転車においては、駆動歯車３３の軸心と、駆動歯車３３に駆動力を供給するモーターの軸心とは１本の軸心で連結されている。このように、モーターを上側のチェーン３２ａより下方に位置させることにより、参考例に係る電動式自転車のより一層の低重心化を図ることができる。より一層の低重心化は、運転者のより安定な走行に寄与することは言うまでもない。
【００２２】
（実施の形態）
図４は、本発明に係る電動式自転車１におけるチェーン機構の実施の形態を示している。本実施の形態におけるチェーン機構Ｘ’は、ペダル（図４では図示せず）に連結された前側歯車３０’と、後輪（図４では図示せず）の中心軸に連結された後側歯車３６’と、これらの前側歯車３０’および後側歯車３６’に咬合するチェーン３２’とを備えている。さらに、モーターからの駆動力が伝えられる駆動歯車３３’は、下側のチェーン３２ｂの一部を下側に追いやるようにして咬合しており、モーターの駆動力をチェーン３２に伝達している。また、このように下側に追いやられた部分のチェーン３２ｄと後側歯車３６’に咬合する部分のチェーン３２との間に、チェーン３２をほぼ上方向に押圧するテンショナー３４’が設けられている。このテンショナー３４’は、下側のチェーン３２ｂに咬合している。
【００２３】
前側歯車３０’から後側歯車３６’にかけての下側のチェーン３２ｂについて、その動きを説明すると、ペダルが踏まれると、その踏力により前側歯車３０’と咬合していたチェーン３２ｂは図４左方向にすすみ、前側歯車３０’との咬合が解除され、駆動歯車３３’に咬合する。次いで、駆動歯車３３’との咬合が解除されると共に、テンショナー３４’によりほぼ上方向に押し下げられる。このように、本発明においては、下側のチェーン３２’がクランク状に蛇行している。
【００２４】
テンショナー３４’によりほぼ上方向に押し下げられたチェーン３２ｂ’は、その後、テンショナー３４との咬合が解除され、この後、通常の自転車と同様に、後側歯車３６’に向かって進み、後側歯車３６’により折り返して図４右方向に進み、上側チェーン３２ａ’となる。このようにして、ペダルを踏むことにより生じた踏力は、後側歯車３６’に伝達されて推進力となる。なお、モーターによる自転車の走行のアシストは、参考例と同様である。
【００２５】
上記のように、本実施の形態においては、上側のチェーン３２ａ’ではなく、下側のチェーン３２ｂ’に駆動歯車３３’が咬合しているので、参考例と同様に、チェーン３２’の寿命を長くすることができる。また、下側のチェーン３２は上述のようにクランク状に蛇行しているので、駆動歯車３３’を介してモーターからの駆動力を着実にチェーン３２’に伝達することができる。従来の電動式自転車とは異なり、上記緊張力が駆動歯車の軸心３３１’に加わることもないので、必要以上に駆動歯車の軸心３３１’を強化する必要もなくなる。
【００２６】
また、参考例と比較して、チェーン３２’により囲まれる面積を小さくすることができる。従って、チェーン機構Ｘ全体を小型化することができ、本発明に係る電動式自転車１をコンパクトに見せることができ、美的外観を高めることができる。
【００２７】
次に、下側のチェーン３２ｂ’をほぼ上方向に押圧するテンショナー３４’について詳述する。テンショナー３４’は歯車形状であって、この歯車が下側のチェーン３２ｂ’に咬合する。テンショナー３４’は、駆動歯車３３’に咬合する下側のチェーン３２ｂ’が全体としてクランク状になるように、図４の矢印Ｄで示すような方向、すなわち、斜め前側上方向にチェーン３２’を所定の圧力で押圧している。本明細書において、「略（ほぼ）上方向」とは、垂直方向だけでなく、このような斜め前側上方向、および斜め後側上方向も含む。なお、この中でも、特に下側のチェーン３２ｂ’と駆動歯車３３’とを確実に咬合させることができるように、テンショナー３４’は斜め前側上方向に押圧していることが好ましい。なお、テンショナー３４の弾性部材、駆動歯車３３’における１方向クラッチ、およびカバー５については、参考例と同様である。
【００２８】
また、テンショナーの軸心３４１’は、駆動歯車の軸心３３１’より上に位置することが好ましい。これにより、参考例と同様に、巻き角を大きくでき、確実に駆動歯車３３’の駆動力をチェーン３２’に伝達することができる。
【００２９】
（フレームハンガについて）
この参考例においては、図５および図６に示すように、サドル９の下部に備えられている立パイプ２７の下端には、円筒状のフレームハンガ４が設けられている。このフレームハンガ４には、電動式自転車１において、モーターの駆動力を決定するための情報である速度・トルクを検出する速度・トルク検出器４１が内挿される。フレームハンガ４からは速度・トルク検出器４１の軸心４２が突出しており、この突出した部分に前側歯車およびペダル（図５および図６ではいずれも図示せず）が備えられる。
【００３０】
フレームハンガ４は、円筒状のフレームハンガ本体４３からなり、このフレームハンガ本体４３には、参考例に係る電動式自転車１を寝かせた状態の図６に示すように、その筒の一端から軸方向に平行な割り４４が設けられている。この割り４４を挟むようにして、フレームハンガ本体４３の外周面には一対の締合部４５が設けられている。このように、フレームハンガ４は、割り４４が設けられた円筒状のフレームハンガ本体４３とこの割り４４を挟むようにしてフレームハンガ本体の外周面に設けられた一対の締合部４５とからなる。
【００３１】
一対の締合部４５には重なり合う孔（図示せず）が設けられており、この孔にはボルト４６が貫通していると共に、このボルト４６をナット（図示せず）が受けている。ボルト４６を締めると、割り４４の幅が狭まるので、フレームハンガ４に内挿された速度・トルク検出器４１がフレームハンガ４内に確実に固定される。一方、ボルト４６を緩めると、割り４４の幅が元に戻るので、速度・トルク検出器４１を電動式自転車１の側面視手前・奥方向（図６における上下方向）にスライドさせることができ、速度・トルク検出器４１をフレームハンガ４に挿脱することができる。
【００３２】
従来の電動式自転車においては、速度・トルク検出器４１は、一旦フレームハンガ４に内挿されてしまうとその位置で固定され、速度・トルク検出器４１を手前・奥方向に若干移動させて微調整することが困難であった。そのため、速度・トルク検出器４１の軸心４２に連結される前側歯車と、後側歯車とが平面視（電動式自転車を上から見た場合）においてずれてしまい、前側歯車と後側歯車とに咬合するチェーンが平面視で蛇行してしまうということがあった。
【００３３】
しかし、参考例においては、上記のように、ボルト４６を緩めることにより、速度・トルク検出器４１を電動式自転車１の手前・奥方向にスライドさせることができるようになっているので、適宜速度・トルク検出器４１をスライドさせて、前側歯車と後側歯車とに咬合するチェーンが平面視直線になるように、微調整することができる。また、従来の電動式自転車と比較して、速度・トルク検出器４１を容易にフレームハンガ４に挿脱することができる。
【００３４】
なお、上記の説明では、ボルト４６とナットとを用いたが、これに代えて、一対の締合部４５に設けられる孔に雌ねじを刻設し、ボルト４６を締める方向に回転させれば一対の締合部４５が近接し、逆にボルト４６を緩める方向に回転させれば一対の締合部４５が離間するように構成しても良い。また、「速度・トルク検出器」とは、速度またはトルクのいずれかを検出する検出器であってもよく、または速度およびトルクのいずれをも検出する検出器であっても良い。
【００３５】
【発明の効果】
本発明により、チェーン機構Ｘに用いられるチェーン３２の寿命を長くすることができる。また、本発明においては、上側のチェーン３２ａに生じる緊張力が駆動歯車の軸心３３１に加わることもないので、必要以上に駆動歯車の軸心３３１を強化する必要もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例に係る電動式自転車１の全体の側面図
【図２】  参考例におけるチェーン機構Ｘを示す側面図
【図３】図２においてカバー５が設けられた状態のチェーン機構Ｘを示す拡大断面図
【図４】  本発明の実施の形態におけるチェーン機構Ｘ’を示す概略側面図
【図５】  参考例におけるフレームハンガ４の拡大図
【図６】  参考例に係る電動式自転車１を寝かせた状態におけるフレームハンガ４の拡大図
【図７】従来の電動式自転車の全体図
【図８】従来の電動式自転車におけるチェーン機構を示す概略側面図
【符号の説明】
１…電動式自転車
２７…センターパイプ
３０…前側歯車
３２…チェーン
３２ａ…上側のチェーン      ３２ｂ…下側のチェーン
３２ｃ…駆動歯車３３により持ち上げられた部分のチェーン
３２ｄ…下側に追いやられた部分のチェーン３２ｄ
３３…駆動歯車            ３３１…駆動歯車の軸心
３４…テンショナー        ３４１…テンショナーの軸心
３６…後側歯車
５…カバー
６１…ペダル
４…フレームハンガ
４１…速度・トルク検出器
４２…速度・トルク検出器の軸心
４３…フレームハンガ本体
４４…割り    ４５…一対の締合部  ４６…ボルト
７１…前輪    ７２…後輪          ７３…後輪の中心軸
８１…ペダル
９…サドル
９１…速度・トルク検出器    ９２…モーター
９３…駆動歯車              ９３１…駆動歯車の軸心
９４…チェーン              ９４ａ…上側のチェーン
９５…前側歯車
Ｘ…チェーン機構
【図１】
0004446541.tif 000002
【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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