(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドル軸を回転可能に支持するヘッドパイプと、ペダルからの踏力により回転するペダル軸と、車体フレームに支持された補助動力装置と、前記ペダル軸からの踏力による回転を増速させた回転力と補助動力装置からの回転力とを融合して合力軸を回転させる合力装置と、前記合力軸の回転を後輪に伝達する伝達手段とを備えた動力補助自転車において、
車体側面から見て、前記合力軸は、前記ペダル軸および後輪の車軸より上の位置にあり、前記補助動力装置は、前記合力軸より前側で前記車体フレームに支持され、前記後輪の車軸と前記合力軸とを結ぶ位置にチェーンステーが前上がりに配置され、
前記合力装置は、前記ペダル軸と合力軸との間に介在する人力回転軸と、前記ペダル軸と人力回転軸との間に、前記ペダル軸の回転を増速して人力回転軸に伝達する第１の増速手段を備え、前記人力回転軸と前記合力軸との間に、この人力回転軸の回転をさらに増速して前記合力軸に伝達する第２の増速手段を備え、
前記後輪の車軸に後輪車軸スプロケットを連結し、かつ前記合力軸に前記後輪車軸スプロケットより小径の合力軸スプロケットを連結し、これら後輪車軸スプロケットと合力軸スプロケットとにチェーンを巻回することによって、前記合力軸の回転を減速して後輪に伝達することを特徴とする動力補助自転車。
【請求項２】
前記補助動力装置は、エンジン又はモータからなり、その出力軸を車体の前後方向を含む平面内に配置したことを特徴とする請求項１に記載の動力補助自転車。
【請求項３】
前記補助動力装置は、実質上吊下げ状態で前記車体フレームに支持され、この支持位置は、車体側面から見てヘッドパイプ下端とペダル軸とを結ぶ線より上側にあることを特徴とする請求項１または２に記載の動力補助自転車。
【請求項４】
前記補助動力装置の支持位置に弾性材を介装したことを特徴とする請求項３に記載の動力補助自転車。
【請求項５】
車体側面から見て、合力軸を中心にしてペダル軸と後輪の車軸とのなす角を鈍角にし、合力軸を中心にしてペダル軸と補助動力装置の出力軸とのなす角を鋭角にしたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の動力補助自転車。
【請求項６】
前記合力装置は、人力回転軸と合力軸との間に設けた遊星増速機構を備え、この遊星増速機構は、前記合力軸に連結されたリングギヤと、前記人力回転軸に対し回転可能に装着されたサンギヤと、前記人力回転軸に固定されたキャリヤと、前記リングギヤ及びサンギヤに係合して前記キャリヤに回転可能に装着された遊星ギヤとからなり、前記サンギヤと連動して回転するアクチュエータと、前記サンギヤがトルク反力により回転するときにアクチュエータからのトルクを受けるスプリングとを有し、前記アクチュエータの回転量に対応して前記補助動力装置の出力を制御する出力制御手段をさらに備え、前記スプリングに対向する位置に、前記アクチュエータの戻り速度を緩めるためのダンパーを設け、前記アクチュエータを前記サンギヤと一体に形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の動力補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補助動力装置を備えた動力補助自転車に関し、特に駆動系の配置構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ペダルからの踏力に加えて、エンジン（内燃機関）やモータ（電動機）等の補助動力を合力させて駆動系を構成する動力補助自転車が開発実用化されている。このような動力補助自転車は、ハンドル軸を回転可能に支持するヘッドパイプと、ペダルからの踏力により回転するペダル軸と、車体フレームに支持された補助動力装置と、前記ペダル軸からの回転力と補助動力装置からの回転力とを融合して合力軸を回転させる合力装置と、前記合力軸の回転を後輪に伝達する伝達手段とを備えている。
【０００３】
従来の動力補助自転車においては、ペダル軸上に合力装置を設け、エンジン等の補助動力装置からの回転力をペダル軸上で合力させて後輪を駆動する構成であり、合力軸はペダル軸と同軸であった。
【０００４】
このような駆動系において、エンジンの動力と人力による踏力とを融合する場合、エンジンからの回転力は人力による回転速度に合せるため一旦大きく減速しなければならない。この大きく減速されたエンジン出力が合力軸上でペダルからの踏力と合力され、これを増速してチェーン等の伝達手段を介して後輪を駆動する構成であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の駆動系の構成では、エンジン回転を一旦大きく減速してこれを再び増速して後輪を駆動するため、エンジン回転の伝達効率が悪く、ロスも大きかった。また、ペダル軸と同軸の合力軸からチェーンを介して後輪を駆動する構成では、ペダル軸位置と後輪の車軸位置がほぼ同じ高さであるため、チェーンやその支持体を構成するチェーンステー等がほぼ水平に配置され、ペダル軸と後輪間スペースのロードクリアランスが小さくなり、悪路走行に支障を来すおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、エンジン等の補助動力装置からの回転伝達を効率よく行うとともにロードクリアランスを大きくし、しかもコンパクトな構造で振動防止が図られる動力補助自転車の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、ハンドル軸を回転可能に支持するヘッドパイプと、ペダルからの踏力により回転するペダル軸と、車体フレームに支持された補助動力装置と、前記ペダル軸からの踏力による回転を増速させた回転力と補助動力装置からの回転力とを融合して合力軸を回転させる合力装置と、前記合力軸の回転を後輪に伝達する伝達手段とを備えた動力補助自転車において、車体側面から見て、前記合力軸は、前記ペダル軸および後輪の車軸より上の位置にあり、前記補助動力装置は、前記合力軸より前側で前記車体フレームに支持され、前記後輪の車軸と前記合力軸とを結ぶ位置にチェーンステーが前上がりに配置され、前記合力装置は、前記ペダル軸と合力軸との間に介在する人力回転軸と、前記ペダル軸と人力回転軸との間に、前記ペダル軸の回転を増速して人力回転軸に伝達する第１の増速手段を備え、前記人力回転軸と前記合力軸との間に、この人力回転軸の回転をさらに増速して前記合力軸に伝達する第２の増速手段を備え、前記後輪の車軸に後輪車軸スプロケットを連結し、かつ前記合力軸に前記後輪車軸スプロケットより小径の合力軸スプロケットを連結し、これら後輪車軸スプロケットと合力軸スプロケットとにチェーンを巻回することによって、前記合力軸の回転を減速して後輪に伝達することを特徴とする動力補助自転車を提供する。このように合力軸をペダル軸と別個に設ける構成によれば、合力軸の回転をペダル軸の回転に対しこれを一旦増速してから合力増速することが出来るため、従来のようにエンジンからの回転を大きく減速することなく合力軸上で適度な減速比でペダル軸からの回転と効率的に融合させ、この合力回転を後輪に円滑に伝達することができる。
【０００８】
また、合力軸をペダル軸および後輪車軸より高い位置に設けるため、合力軸から車輪への動力伝達系が高い位置に配置され、例えば合力軸をペダル軸より後側に設けた場合、ペダル軸と合力軸と車軸とが山形を形成して、ペダル軸と後輪との間のロードクリアランスが大きくなり、悪路等でも円滑に走行ができる。この場合、合力軸と車軸とを結んでチェーンステーを設ければ、このチェーンステーが前上がりとなり、チェーンステー部分のロードクリアランスが大きくなる。また、補助動力装置を合力軸より前側に設けて、ペダル軸の上側に合力軸と補助動力装置とを前後に並列させ、バランスのよいレイアウトとしてコンパクトな支持構造とすることが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
好ましい実施の形態においては、前記補助動力装置は、エンジン又はモータからなり、その出力軸を車体の前後方向を含む平面内に配置したことを特徴としている。
【００１０】
この構成により、出力軸が車幅方向に突出しないため、車体構造がスリムになり、フレーム構造が簡素化される。
【００１１】
さらに好ましい実施の形態においては、前記補助動力装置は、実質上吊下げ状態で前記車体フレームに支持され、この支持位置は、車体側面から見てヘッドパイプ下端とペダル軸とを結ぶ線より上側にあることを特徴としている。
【００１２】
このように、補助動力装置を吊って支持することにより、支持部の車幅方向の寸法を短くすることができるとともにフレームを高い位置に配置することができ、ロードクリアランスを大きくすることができる。この場合、補助動力装置の慣性中心は、支持位置よりも低くなるため、この慣性中心を、車体の捩り軸（ヘッドパイプ下端とペダル軸とを結ぶ線）に近づけることができ、補助動力装置の捩り軸回りのモーメントを小さくして走行安定性を増すことができる。
【００１３】
さらに好ましい実施の形態においては、前記補助動力装置の支持位置に弾性材を介装したことを特徴としている。
これにより、補助動力装置の振動がさらに効果的に抑制される。
【００１４】
【実施例】
図１は、本発明に係る動力補助自転車の全体側面図である。この動力補助自転車１は、ハンドル２により回転するハンドル軸３を回転可能に支持するヘッドパイプ４を有し、このヘッドパイプ４の下側でハンドル軸３にフロントフォーク５が接続され、前輪６を保持する。ヘッドパイプ４には金属材料からなる車体フレーム７が固着される。車体フレーム７は、後述の図３（Ａ−Ａ断面）および図５（Ｂ−Ｂ断面）に示すように、逆Ｕ字形断面で車体の左右を覆う。この車体フレーム７には、補助動力ユニット８および合力ユニット９が固定される。補助動力ユニット８は、エンジン部８ａと伝達部８ｂとからなり、伝達部８ｂの後端部に合力ユニット９が接続される。これらの補助動力ユニット８および合力ユニット９の下側に人力部１０が備る。人力部１０はペダル１１の踏込みにより回転するペダル軸７０を有する。合力ユニット９の合力軸８６は、後述のように、ペダル軸７０からの踏力が増速された人力回転軸７４と同軸上に設けられる。この合力軸８６は、ペダル軸７０の後方で且つペダル軸７０および後輪１４の車軸２４より高い位置に設けられる。車体フレーム７全体は、樹脂性の車体カバー２７で覆われる。この車体カバー２７の上側は、後述の図５に示すように開閉可能なカバー２７аで覆われる。このカバー２７ａ着脱可能である。
【００１５】
人力部１０からの踏力と、補助動力ユニット８からのエンジン駆動力は、後述のように、合力部９で融合され、その合力が合力軸８６を介してチェーン１２により後輪１４のスプロケット１３を回転駆動する。前記スプロケット１３によって、本発明でいう後輪車軸スプロケットが構成されている。
【００１６】
車体フレーム７の内側の前部には燃料タンク１５が設けられ、その下部に燃料コック１６が備り燃料を気化器１８に送る。車体中央部の車体フレーム７の内側で補助動力ユニット８の上側には、エアクリーナ１７が備り、気化器１８および吸気管１９を介して混合気をエンジン部８ａに送る。エンジン部８ａからの排気は排気管２０を通してマフラー２１に送られ、テールパイプ３００を介して外部に放出される。
【００１７】
後輪１４の車軸２４と合力ユニット９の合力軸８６とを結ぶ位置に左右一対のチェーンステー２２が設けられる。このチェーンステー２２の後端にはブラケット２２ａが溶接されており、このブラケット２２ａに後輪の車軸２４が支持されている。チェーンステー２２の前端は合力ユニット９のケーシング７７（後述の図４参照）にボルトで固定される。合力軸８６は後輪の車軸２４より高い位置にあるため、このチェーンステー２２は前上がりに配置される。これにより、チェーンステー部分のロードクリアランスが大きくなる。
【００１８】
チェーンステー２２のブラケット２２ａにはさらに、左右一対のシートステー２３の後端が固定される。このシートステー２３の前端は車体フレーム７にボルトで固定される。このようにして、車体フレーム７およびこれに固定された合力ユニット９を介して、チェーンステー２２とシートステー２３とにより三角形状のフレームが形成され、コンパクトな構成で大きな強度を有する後輪支持枠が得られる。この場合、チェーンステー２２とシートステー２３の前端部同士を別のステーで連結し、さらに強度を高めてもよい。また、シートステー２３の端部とフレーム７との間にスプリングを介装して後輪からの振動を吸収するように構成することもできる。
【００１９】
図２は、図１の補助動力ユニット８の内部構造を示す詳細図である。エンジン部８ａは、前側をエンジンカバー４８で覆われたエンジン４０を備える。エンジン４０は、シリンダブロック４４内を摺動するピストン４１を有し、このピストン４１はピストンピン４２およびコンロッド４３を介してクランク軸４５に連結される。このクランク軸４５の回転軸心は、車体前後方向の中心軸にほぼ平行に配置される。これにより、車幅方向の寸法を小さくすることができスリムな形状となる。
【００２０】
シリンダブロック４４の下側にはクランク軸４５を覆ってクランクケース４６が図示しないボルト等により固定され、クランク室を構成する。このクランク室には、気化器１８から吸気管１９が接続され、その入口部分にリード弁４７が設けられる。エンジンカバー４８には開口５０が設けられ、この開口５０に臨んで、空冷用のファン４９がクランク軸４５の端部に装着される。シリンダブロック４４には排気導出部５１が開口し、排気管２０が連通する。５７は点火プラグである。
【００２１】
伝達部８ｂは、エンジンのクランク軸４５の回転を伝達する伝達軸６５をクランク軸４５と同軸上に有する。エンジンのクランク軸４５の端部にボルト１８３によりフライホイルマグネトウ５３が固定される。伝達部８ｂはこのフライホイルマグネトウ５３を内包するミッションカバー５４で覆われる。フライホイルマグネトウ５３の内側にはコイル５２が備る。このフライホイルマグネトウ５３の外面側には遠心クラッチを構成するシュー５５が備り、一定回転以上になると、拡開しドラム５６に圧接して、クラッチが接続される。ミッションケース５４の内面には、凹凸部５８が設けられ、この凹凸部５８にリングギヤ５９の外周部が係合する。したがって、リングギヤ５９は固定状態に維持される。このリングギヤ５９の内側にはサンギヤ６２が装着される。このサンギヤ６２はドラム５６に一体的に固定され、伝達軸６５に対しては回転可能である。このサンギヤ６２とリングギヤ５９との間に遊星ギヤ６０が噛み合う。この遊星ギヤ６０は、キャリヤ６１に装着され、このキャリヤ６１は一方向クラッチ６３を介して伝達軸６５上に装着される。
【００２２】
クランク軸４５が所定値以上の回転数になると遠心クラッチが接続され、ドラム５６が回転し、これに伴ってサンギヤ６２が回転する。これにより、遊星ギヤ６０が回転し、一方向クラッチ６３を介して伝達軸６５が回転する。このような遊星歯車機構は減速機構を構成し、エンジン４０の回転を減速して伝達軸６５に伝達する。
【００２３】
フライホイルマグネトウ５３と伝達軸６５間には別の一方向クラッチ６４が介装されている。この一方向クラッチ６４は、伝達軸６５の回転をエンジン側に伝達する方向に作用し、エンジン側の回転は伝達軸６５に伝えない。この一方向クラッチ６４は、エンジン始動時に、伝達軸６５の後端部に設けたドッグクラッチ（図４の７９）が接続の状態で、ペダルの踏込み回転動力により、この人力回転をエンジン側に伝達してエンジンを始動させるためのものである。したがって、エンジン始動後の通常運転時には、エンジン回転は、この一方向クラッチ６４を介しては伝達されず、前述の遠心クラッチおよび遊星歯車機構により減速されたエンジン回転が前述の一方向クラッチ６３を介して伝達軸６５に伝達される。
【００２４】
エンジン始動時には、伝達軸６５に一方向クラッチ６３が介装されているため、伝達軸６５側からキャリヤ６１、遊星ギヤ６０、サンギヤ６２等の遊星機構やドラム５６にはペダル回転は伝達されない。したがって、伝達軸６５からの踏力は一方向クラッチ６４を介して有効にクランク軸回転のために用いられ、小さな踏力でエンジンを始動させることができる。なお、補助動力走行時にもドッグクラッチは接続状態である。
【００２５】
一方、エンジンの補助動力を止めて、人力のみにより走行する場合には、ドッグクラッチをオフにして、合力ユニット９と補助動力ユニット８とを分離し、ペダル軸７０および合力軸８６をエンジン側に連結された伝達軸６５から分離させる。
【００２６】
このような補助動力ユニット８は、後述のように、ラバーマウント２８を介して車体フレーム７（図１）に実質上吊下げ状態で支持される。
【００２７】
図３は、図２のＡ−Ａ部の断面図である。逆Ｕ字形状の車体フレーム７の外側が車体カバー２７で覆われる。ミッションケース５４は、車体フレーム７に設けられた支持リング１８０およびゴム等の弾性材１８１からなるラバーマウント２８を介して、ミッションケース５４の上部両側２ヵ所でボルト１８２により、実質上吊下げ状態で支持される。１８３は前述のクランク軸とフライホイルマグネトウ５３を結合するボルトであり、６４は始動時の人力回転伝達用の一方向クラッチである。このように、ラバーマウント２８を介して補助動力ユニットを吊下げ支持することにより、車幅方向の寸法を広げることなく、振動防止を図りながらエンジンを確実に支持することができる。
【００２８】
また、このラバーマウント２８の位置は、車体の捩り軸（ヘッドパイプ４下端とペダル軸７０とを結ぶ線）Ｍより上側に設ける。この捩り軸Ｍは、ペダル走行時にハンドルとペダル間の力の相互作用により、車体が捩れる中心軸である。これにより、補助動力ユニット８の慣性中心は吊下げ位置より下側になるため、この慣性中心を上記捩り軸Ｍに近づけることができ、補助動力装置の捩り軸Ｍ回りのモーメントを小さくして、特に加速走行時やベダルを強く踏み込んだ時の走行安定性を高めることができる。
【００２９】
図４は、図１の合力部（合力ユニット）９の詳細図であり、図５はそのＢ−Ｂ断面図、図６はＣ−Ｃ断面図である。合力部９全体はケーシング７７で覆われる。前述の伝達部８ｂのミッションケース５４の後端部は，このケーシング７７の前端部に弾性リング７８を介して装着される。ケーシング７７は、その上部２ヵ所でボルト８１により車体フレーム７に固定される。このケーシング７７とペダル軸７０のハウジング７０ａ（図５、図６）間には３つのリブ９２аを有するリブプレート９２がアルミ鋳造で一体形成される。
【００３０】
ペダル１１（図１）はクランク１１ａを介してペダル軸７０に連結される。ペダル軸７０には大径のスプロケット７１が装着され、合力部９の人力回転軸７４（図６）には小径のスプロケット７３が装着され、両スプロケット７１、７３間はチェーン７２で連結される。これにより、踏力による回転が増速されて人力回転軸７４側に伝達される。前記スプロケット７１，７３とチェーン７２とによって、本発明でいう第１の増速手段が構成されている。
【００３１】
前述の伝達部８ｂの伝達軸６５は、ドッグクラッチ７９を介して合力部９側の伝達軸８０に接続される。伝達軸８０の後端部にはベベルギヤ７６が設けられ、このベベルギヤ７６が人力回転軸７４に装着したベベルリングギヤ７５に噛み合う。
【００３２】
図６のＣ−Ｃ断面に示すように、回転軸（人力回転軸）７４上には、前述の踏力を伝達するスプロケット７３が装着されるとともに、遊星増速機構の一部をなすサンギヤ９３がローラベアリング８４を介して装着される。このサンギヤ９３は、回転軸７４に対し遊転し、ケーシングに対し後述のスプリングを介して位置が固定されている。
【００３３】
スプロケット７３のハブ部分には一方向クラッチ８７が装着され、ペダルの正転方向の回転のみを人力回転軸７４に伝達し、逆方向の回転は空回りさせて伝達しない。
【００３４】
人力回転軸７４には前記ベベルリングギヤ７５がローラベアリング８５を介して装着され、このベベルリングギヤ７５にベベルギヤ７６（図４）を介してエンジンからの回転が減速されて伝達される。このベベルリングギヤ７５の人力回転軸７４への装着部分が合力軸８６となる。このベベルリングギヤ７５の内側にリングギヤ３０１が設けられ、このリングギヤ３０１とサンギヤ９３との間に人力回転軸７４にセレーション１６２により固定したキャリヤ１６１に支持された遊星ギヤ９４が噛み合う。このように構成された遊星増速機構を介してペダル軸の回転は更に増速されて合力軸８６に伝達される。こうしてエンジンと踏力との各回転力を融合した回転力でベベルリングギヤ７５の後端部の合力軸８６を回転させ、この合力軸８６に装着したスプロケット８３を回転させる。この合力による回転が、スプロケット８３およびチェーン１２（図１、図４）を介して後輪１４に減速して伝達される。前記サンギヤ９３、遊星ギヤ９４、リングギヤ３０１、キャリア１６１などによって、本発明でいう第２の増速手段が構成されている。
【００３５】
このようにして、エンジン回転は、前述のように、遊星機構で減速され、ベベルギヤで減速、さらにチェーンにより後輪に減速されて伝達される。また、ペダルからの踏力は、ペダル軸７０から人力回転軸７４へ増速されて伝達され、さらに遊星増速機構で増速されてエンジン駆動力と合力され、これがチェーンにより減速されて後輪に伝達される。
【００３６】
回転軸７４に装着したサンギヤ９３には、トルク伝達レバー９６が噛み合う。このトルク伝達レバー９６は、車体フレーム側に固定した軸９５廻りに回動可能であり、図７のＤ−Ｄ断面に示すように、レバー９６の先端が当接部材９７を介してスプリング９９を押圧する構成である。ペダル踏込みトルクが大きくなると、サンギヤ９３に加わるトルク反力が大きくなり、トルク伝達レバー９６が回転してスプリング９９を押圧して変位させるとともに、レバー先端に接続されたワイヤ１００を引張る。このワイヤ１００は、気化器１８のバタフライ弁に連結され、人力による踏込みトルクが大きくなると吸気量を増してエンジンからの補助トルクを大きくする。この場合、サンギヤ９３を装着した回転軸７４は、ペダル軸７０より増速された状態であるため、低いトルク状態でトルク変化を検出できる。したがって、スプリング強度等も小さくてすみ、簡単な検出機構を用いて充分な耐久性を得ることができる。
【００３７】
図８は本発明の別の実施例に係る動力補助自転車の要部側面図である。なお、以下の実施例において、前述の実施例と同じまたは対応する部材には同じ番号を付して説明を省略する。
【００３８】
この実施例の動力補助自転車１は、ヘッドパイプ４に固定した左右２本の前フレーム２００を有し、この左右２本の前フレーム２００間にまたがってその上面は着脱自在な樹脂カバー２０１で覆われる。この前フレーム２００のほぼ中央部に、ブラケット２０２および弾性材からなるエンジンマウント２０３を介して補助動力ユニット（エンジンユニット）８が、後述のように、懸架されて支持される。エンジンユニット８の上部のエンジン後方側の左右前フレーム２００間には燃料ポンプ付き気化器１８およびエアクリーナ１７が備る。エアクリーナ１７の後方にはオイルタンク２０５が備り、例えば分離給油方式でエンジンユニット８に取付けられ、エンジンによって駆動されるオイルポンプ２０４によりエンジン内にオイルが供給される。
【００３９】
シート３０２を支持するシートチューブ２０９は、左右前フレーム２００の後端部間に固定される。この前フレーム２００の後端部にはアルミ鋳物製の左右のサイドメンバー２０７が左右両側から嵌合固定される。このサイドメンバー２０７はさらに車体の後フレームを構成するシートステー２３の前端部を両側から挟んで固定する。シートステー２３の前端はブラケット２０６を介してチェーンステー２２の前端と連結される。サイドメンバー２０７の後方には燃料タンク２０８が左右のサイドメンバー２０７に挟まれて装着される。
【００４０】
上記構成において、車体側面から見て、合力軸をペダル軸７０より後方に配置し、合力軸８６の軸心を中心として、後輪の車軸２４とペダル軸７０とのなす角βを鈍角とし、エンジンのクランク軸（出力軸）の軸線Ｐとペダル軸７０とのなす角αを鋭角とする。
【００４１】
このような角度配置においては、エンジンのクランク軸方向に対応した角度αが鋭角であるため、エンジンユニット８の長手方向の上向きの度合いが小さくなり、エンジンが低い位置に配設される。これにより、ペダル操作したとき膝がエンジンユニット８に干渉しにくくなり、ペダル操作がしやすくなって、運転性が向上する。
【００４２】
また、前記角度βが鈍角であるため、ペダル軸に対し合力軸が後方に下がり、これによりエンジンが後方寄りに配置され、重心位置が車体中央に近づいて安定するとともに、ヘッドパイプ等の配置の自由度が高まり容易に最適なレイアウトを実現することができる。
【００４３】
図９は前フレーム２００の上面図である。図示したように、左右２本の前フレーム２００は、その前端部でヘッドパイプ４に固着されたブラケット２１０に溶接等により接合される。左右の前フレーム２００の上面にはカバー２０１が着脱自在に取付けられる。又前フレーム２００とカバー２０１の前側にはヘッドパイプ４を挟んでワイヤ類の通し穴３０５を有するフェンダ部３０３が固着される。左右前フレーム２００の後端部中央には、シートチューブ２０９が配設され、このシートチューブ２０９の左右側面に固着された支持パイプ２１２が各前フレーム２００を貫通し溶着される。左右前フレーム２００から外側に突出する各支持パイプ２１２の端部は、左右のサイドメンバー２０７の内面側の肉厚支持部２１３ に設けた凹部内に嵌合して固定保持される。左右のサイドメンバー２０７は前フレーム２００の上部で相互に突合されてシートチューブ２０９を両側から挟んで保持し、シートチューブ２０９の前後で相互に合面が当接して２ヵ所のボルト２１４（図８）で相互に固定される。左右のサイドメンバー２０７同士はさらに、シートステー２３を挟んで固定するためのボルト２１５（図８、図１０）により相互に固定される。
【００４４】
図１０および図１１はそれぞれ後フレームを構成するシートステー２３およびチェーンステー２２の上面図である。図示したように、左右シートステー２３の前端部同士は、クロスパイプ２１６で連結される。このクロスパイプ２１６の左右両端部は、それぞれサイドメンバー２０７の内側の肉厚支持部２１７に設けた凹部内に嵌合してこれらを貫通するボルト２１５により固定保持される。クロスパイプ２１６の左右下側にはブラケット２０６が溶接等により固着される。シートステー２３の後端部はチェーンステー２２の後端部に設けたブラケット２２ａに接合される。左右のチェーンステー２２の前端部同士はクロスパイプ２１８で連結され、このクロスパイプ２１８はブラケット２０６に固定される。これにより、シートステー２３とチェーンステー２２の前端部同士および後端部同士はそれぞれブラケット２０６およびブラケット２２ａを介して相互に連結固定される。
【００４５】
図１２は、慣性主軸マウント方式によるエンジンマウント構造を示す断面図である。左右の前フレーム２００の下側にそれぞれ懸架ブラケット２１９が溶接等により固着される。この懸架ブラケット２１９に対しボルト２２０によりブラケット２０２が固定される。このブラケット２０２には、弾性材からなるエンジンマウント２０３を介して、エンジンユニット８のケーシング２２５にボルト２２４で固定される支持ブラケット２２３が取付けられている。左右上部のエンジンマウント２０３は、その軸Ｃがエンジンユニット８のほぼ中心の慣性主軸Ｑの方向に向けて配設される。このエンジンマウント２０３は、慣性主軸Ｑ廻りの回転動作Ｒに対しては柔軟であり、軸Ｃ方向の伸縮動作Ｄに対しては剛性が高い構造である。このようなマウント構造により、クランク軸回転によるエンジンの回転方向の振動が効果的に吸収されるとともに、エンジンユニット８の重量が安定して支持される。
【００４６】
このようなエンジンマウント構造とともに、本実施例では、弾性リング７８（図４、図１６）を介してエンジンユニット８と合力ユニット９が接続されているため、クランク軸廻りの振動が吸収されるとともに、上記エンジンマウント廻りの振動が吸収され、さらにエンジン自体の振動も効果的に吸収される。
【００４７】
図１３および図１４は、燃料タンク保持構造を示す上面図および縦断面図である。図示したように、左右の各サイドメンバー２０７は、外側に円弧状に膨らむ膨出部２０７ａと、この膨出部２０７ａの上側の突合せ部２０７ｂと側面部２０７ｃとからなる（図１参照）。燃料タンク２０８はその上部両側の膨らみ部が左右サイドメンバー２０７の膨出部２０７ａ内に挿入され嵌め込まれて保持される。左右サイドメンバー２０７の上部の突合せ部２０７ｂ同士は、合せ面Ｓで突合わされ、突合せ面Ｓの前部にシートチューブ保持部２０７ｄを有し、後部に半円の開口２０７ｅを有する。両側のシートチューブ保持部２０７ｄ同士を当接させて図のように筒状の孔を形成し、この中に前述のようにシートチューブ２０９を挟んで保持する。後部の半円開口２０７ｅ同士を対向させて突合せ、円形の孔を形成し、この孔の周縁により燃料タンク２０８のフィラーチューブ２２７を挟んで保持する。２２６はフィラーチューブ２２７のキャップである。このように、燃料タンク２０８を左右のサイドメンバー２０７間に挟んで保持することにより、前述のように、前フレーム２００と後側のシートステー２３およびチェーンステー２２とを連結して一体のフレーム構造を形成するためのサイドメンバー２０７を利用して、部品点数を増やすことなく容易に確実に燃料タンクを保持することができ、軽量でコンパクトな構造が得られる。
【００４８】
図１５は、図８の実施例のエンジンユニット部分の内部構成図である。エンジンユニット８の前部のエンジン部８ａ内に図示しないエンジンが収容され、その前側のクランク軸４５の先端にフライホイルマグネトウ５３が装着される。このフライホイルマグネトウ５３は空冷ファン４９を備えている。フライホイルマグネトウ５３に隣接して発電用のコイル２２８が設けられる。クランク軸４５の後端部には、カップリング２２９がテーパ嵌合により固定される。このカップリング２２９に樹脂製のブシュ（図示しない）が装着され、このブシュにピン２３０が挿入される。このピン２３０によりカップリング２２９とその背面側に配置した連結軸２３１が一体的に結合される。クランク軸４５と同一軸上にクランク軸４５の出力回転を伝達する伝達軸６５が配設される。この伝達軸６５の先端部と連結軸２３１との間には、前述の実施例と同様に、エンジン始動時に伝達軸６５側からの回転をクランク軸４５に伝えるための一方向クラッチ６４が装着される。
【００４９】
連結軸２３１にはシュー５５を備えたシュー支持板２３２が一体的に固定される。エンジンが所定回転数以上になると、前述の実施例と同様に、シュー５５が拡開してドラム５６に圧接し、ドラム５６を回転させる。ドラム５６は、伝達軸６５に対し回転可能に装着されたサンギヤ６２と一体的に結合されている。このサンギヤ６２の外側に設けたリングギヤ５９の外周面が、エンジンユニット８のケーシング内側に設けた凹凸部（図示しない）に係合して固定される。リングギヤとサンギヤとの間に遊星ギヤ６０が噛み合って装着される。この遊星ギヤ６０は、サンギヤ６２に対し回転可能なキャリヤ６１に支持される。キャリヤ６１は、前述の実施例と同様に、一方向クラッチ６３を介して伝達軸６５上に装着される。これにより、クランク軸４５の回転が、シュー５５およびドラム５６からなる遠心クラッチ機構およびリングギヤ５９、遊星ギヤ６０、キャリヤ６１およびサンギヤ６２等からなる減速遊星機構を介して伝達軸６５に伝達される。なおキャリア６１の一方向クラッチ６３収容部に対応した外周面にはウォームホイール（不図示）が固着され、これによりオイルポンプ２０４が駆動される。
【００５０】
エンジン側の伝達軸６５の後端部にはドッグクラッチ７９が備り、合力ユニット９側の伝達軸８０との接続をオンオフさせる。このドッグクラッチ７９は、ワイヤ２３５の手動操作によりレバー２３４を回動させ、これにより、後述のように、駆動レバー２３２を回動させてクラッチをオンオフさせる。
【００５１】
図１６は上記実施例のドッグクラッチ部分の詳細図である。エンジン側の伝達軸６５の後端部分に植設されたピン２４１を介してスライダ２４２が軸方向にスライド自在かつ周方向に一体的に固定される。このスライダ２４２には溝２４３が形成され、この溝２４３内に駆動レバー２３２の先端が係入する。駆動レバー２３２はその軸２４４廻りに矢印Ｆのように回転可能であり、この回転により、スライダ２４２を伝達軸６５の軸方向に沿ってスライドさせる。スライダ２４２の後面側には爪２４５が備り、スライダ２４２のスライド動作により、この爪２４５が伝達軸６５に遊転可能に軸支されたクラッチ部材２３６の爪３０４と噛み合い、または分離する（図は噛み合った状態を示す）。クラッチ部材２３６はその後方に設けた弾性部材２３７に対し、軸廻りの円周上に設けた係合部２３６ａで相互に噛み合って一体的に連結される。この弾性部材２３７は同じくその後端側に設けた係合部２４６ｂにおいて、合力ユニット側の伝達軸８０に対しセレーションにより一体的に結合された繋ぎ部材２４６と一体的に連結される。クラッチ部材２３６および弾性部材２３７は、伝達軸６５の後端部６５ａ上に回転可能に装着される。
【００５２】
このような構造において、図示したクラッチオンの状態では、スライダ２４２が右側に移動してその爪２４５がクラッチ部材２３６の爪３０４に係合される。したがって、エンジンユニット８の伝達軸６５の回転は、スライダ２４２→クラッチ部材２３６→係合部２３６ａ→弾性部材２３７→係合部２４６ｂ→繋ぎ部材２４６→伝達軸８０の順番で合力ユニット９に伝達される。
【００５３】
駆動レバー２３２の操作によりスライダ２４２を左にスライドさせると、スライダ２４２の爪２４５がクラッチ部材２３６から外れてクラッチオフ状態になる。この状態では、伝達軸６５の回転はクラッチ部材２３６に伝達されず、伝達軸６５の後端部６５ａは弾性部材２３７内で空転する。
【００５４】
なお、クラッチ部材２３６と繋ぎ部材２４６間に介装される弾性部材２３７によって弾性リング７８の作用とあいまってエンジン側の振動がさらに効果的に吸収される。
【００５５】
前述の図１５に示すように、合力ユニット９側の伝達軸８０の後端にはベベルギヤ７６が備り、前述の実施例と同様に、エンジンからの動力を減速して合力ユニット９内のベベルリングギヤ７５（図４、図６）に伝達し、これをペダル軸からの踏力と合力させる。この合力ユニット９には、前述のように、遊星増速機構が備り、そのサンギヤに対するトルク反力に応じてスプリングを押圧して踏力を検出し、気化器のスロットルの開度制御を行なう補助動力の出力制御手段が備る（図７参照）。図１５の例では、サンギヤ（図示しない）に噛み合うアクチュエータ２３９（図７のレバー９６に対応）によりトルクに応じてスプリング２３８を押圧し、その回転量に応じてワイヤ（図示しない）等の制御操作手段を介して気化器のバタフライ弁を開度制御する。この例ではさらに、後述のように、アクチュエータ２３９の戻り速度を緩めるためのダンパー２４０が備っている。
【００５６】
図１７は上記実施例におけるダンパー２４０の構成例を示す。この例では、合力ユニット９のハウジング２４７に取付けたシリンダチューブ２４８を有し、このシリンダチューブ２４８内にその軸方向に摺動するピストン２４９が嵌入され、このピストン２４９に連結されたピストンロッド２５０がシリンダチューブ２４８から突出している。シリンダチューブ２４８内はオイルで充填され、ピストン２４９によりその両側の２つの室２５１、２５２に仕切られる。このピストン２４９には、大径孔２５３と小径孔２５４が形成される。一方の室２５１内にはピストン２４９を押圧してピストンロッド２５０を突出させる方向に付勢するバネ２５６が設けられている。このバネ２５６を設けた室２５１側から大径孔２５３を閉じるリード弁２５５がピストン２４９に取付けられる。このダンパー２４０は、図１５に示すように、ピストンロッド２５０が当接するアクチュエータ２３９を間に挟んでスプリング２３８に対向して配設される。
【００５７】
このような構成において、サンギヤとともにアクチュエータ２３９がスプリング２３８を押圧する方向に回転すると、バネ２５６がピストン２４９を押圧して大径孔２５３を通してオイルがリード弁２５５を押し開いて室２５１側に流れ、ピストンロッド２５０はアクチュエータに円滑に追従する。これにより、踏力が大きくなりトルクを必要とする場合には、アクチュエータに連動してスロットルが速やかに開かれエンジン出力が高められる。
【００５８】
一方、踏力が小さくなってアクチュエータが戻る場合には、ダンパ２４０のピストンロッド２５０を介してピストン２４９がスプリング２３８により押し戻されるが、このとき大径孔２５３はリード弁２５５で閉じられ、小径孔２５４のみによりオイルが流通する。したがって、ピストン動作は緩慢となり、アクチュエータ２３９の戻り速度は減少する。これにより、踏力が小さくなって補助動力を減少させる場合に、トルク減少に応じて直ちにスロットルが閉じられることはなく、ゆっくりとスロットルが閉じられる。なお、図１７の実線のピストン２４９は、ストッパ２５７に当接してピストンロッド２５０が最も引込んだ状態を示している。
【００５９】
図１８は、上記アクチュエータの戻り動作を緩めるためのダンパーの作用効果をグラフにより説明した図である。図において、自転車を走行させるときには、左右のペダルを交互に繰り返し踏込んでペダル踏力を与え、このペダル踏力に比例したアクチュエータの回動により、スロットル弁の開度を増減させてエンジンからの補助動力を得る。
【００６０】
この場合、左右ペダルは交互に踏込まれ、ペダル軸に与えられるペダル踏力は曲線ａで示すように、増減を繰り返す。このとき、ダンパーがない場合には、ペダル踏力減少時には、これに比例してスロットル開度が直ちに減少し、曲線ｂ１で示すように、エンジン動力が急減し、これにより合成動力も曲線ｃ１で示すように、急激に減少する。このため、自転車走行中の補助動力の付与サイクルが大きく変動し走行がぎくしゃくして安定感が得られない。
【００６１】
これに対し、ダンパーを用いた場合には、このダンパーの作用により、ペダル踏力の減少時には、スロットル弁の開度減少速度が抑制されるため、グラフｂ２で示すように、エンジン動力の減少は抑制される。したがって、グラフｃ２で示すように、合成動力の減少が抑制される。これにより、補助動力の付与サイクルの変動が小さくなり、安定した運転感が得られ乗り心地が向上する。
【００６２】
図１９および図２０は、本発明の別の実施例の断面図および側面図である。この実施例は上記補助動力の出力制御手段を改良したものである。この例では、アクチュエータから踏力のトルクを受けるスプリング２３８とダンパ２４０のピストンロッド２５０を一直線上に対向させて配置し、アクチュエータ２３９はサンギヤ９３と一体に形成されている。このようにアクチュエータ２３９をサンギヤ９３と一体化することにより、部品点数が少なくなり構造が簡素化して組立て作業やメンテナンスが容易になる。また、サンギヤから一旦ギヤ等を介してトルクを伝達する場合に比べ、構造の簡素化とともに、バックラッシュ等による応答遅れがなくなり、追従性や作動の信頼性が高められる。その他の構成および作用効果は前述の実施例と同様である。
【００６３】
図２１は本発明のさらに別の実施例の側面図である。この実施例は、サンギヤ９３と一体のアクチュエータ２３９から踏力のトルクを受けるスプリング２３８とダンパ２４０のピストンロッド２５０とを相互に傾斜させて対向配置したものである。この傾斜角度は、サンギヤの軸心を中心としてアクチュエータの当接位置を半径とする円の接線方向に近いことが望ましい。このような配置により、回動するアクチュエータに対するスプリングおよびダンパの作用力が有効にアクチュエータに付与されトルク変動に対する追従性がさらに高められる。その他の構成および作用効果は前記実施例と同様である。
【００６４】
なお、このように合力機構を構成するサンギヤにアクチュエータを一体に形成する構造は、合力軸とペダル軸が分離した構造に限らず、合力軸とペダル軸が同軸上に設けられた合力ユニット構造に対しても適用可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、合力軸をペダル軸と別個に設ける構成であるため、エンジンからの回転を人力による回転に合せるために極端に減速することなく、適度な減速比で順次減速させて合力軸上でペダル軸からの増速された回転と効率的に融合させ、この合力回転を後輪に円滑に伝達することができる。また、合力軸をペダル軸および後輪車軸より高い位置に設けるため、合力軸から車軸への動力伝達系が高い位置に配置され、例えば合力軸をペダル軸より後側に設けた場合、ペダル軸と合力軸と車軸とが山形を形成して、ペダル軸と後輪との間のロードクリアランスが大きくなり、悪路等でも円滑に走行ができる。この場合、合力軸と車軸とを結んでチェーンステーを設ければ、このチェーンステーが前上がりとなり、チェーンステー部分のロードクリアランスが大きくなる。また、補助動力装置を合力軸より前側に設けて、ペダル軸の上側に合力軸と補助動力装置とを並列させ、バランスのよいレイアウトとしてコンパクトな支持構造とすることが可能になる。
【００６６】
また、補助動力としてエンジンを用いそのクランク軸を車体の前後方向を含む平面内に配置することにより、クランク軸が車幅方向に突出しないため、車体構造がスリムになり、フレーム構造が簡素化される。さらに、このエンジンを実質上吊下げ状態で前記車体フレームに支持することにより、支持部の車幅方向の寸法を短くすることができるとともにフレームを高い位置に配置することができ、ロードクリアランスを大きくすることができる。
【００６７】
また、エンジン（補助動力装置）の吊り下げ位置を、車体の捩り軸（ヘッドパイプ４下端とペダル軸７０とを結ぶ線）Ｍより上側に設けることにより、補助動力ユニット８の慣性中心は吊下げ位置より下側になるため、この慣性中心を上記捩り軸Ｍに近づけることができ、補助動力装置の捩り軸Ｍ回りのモーメントを小さくして、特に加速走行時やベダルを強く踏み込んだ時の走行安定性を高めることができる。この場合、吊り支持位置にラバーマウント等の弾性材を介装すればエンジン振動がさらに効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係る動力補助自転車の側面図。
【図２】  図１の自転車のエンジンマウント部の詳細図。
【図３】  図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】  図１の自転車の合力ユニット部の詳細図。
【図５】  図４のＢ−Ｂ断面図。
【図６】  図４のＣ−Ｃ断面図。
【図７】  図６のＤ−Ｄ断面図。
【図８】  本発明の別の実施例の要部側面図。
【図９】  図８の実施例の前フレームの上面図。
【図１０】  図８の実施例のシートステーの上面図。
【図１１】  図８の実施例のチェーンステーの上面図。
【図１２】  図８の実施例のエンジンマウント部分の断面図。
【図１３】  図８の実施例の燃料タンク保持部の上面図。
【図１４】  図８の実施例の燃料タンク保持部の断面図。
【図１５】  図８の実施例のエンジンユニットの内部構造図。
【図１６】  図８の実施例のドッグクラッチの構成図。
【図１７】  本発明に係る補助動力出力制御用のダンパーの構成図。
【図１８】  本発明のダンパーの作用説明図。
【図１９】  本発明の別の実施例の合力ユニット部分の断面図。
【図２０】  図１９の実施例の側面図。
【図２１】  本発明のさらに別の実施例の合力ユニット部分の側面図。
【符号の説明】
３：ハンドル軸、４：ヘッドパイプ、７：車体フレーム、
８：補助動力ユニット、９：合力ユニット、１０：人力部、１１：ペダル、
１２：チェーン、１４：後輪、２２：チェーンステー、
２３：シートステー、２４：車軸、２７：車体カバー、
２８：ラバーマウント、４０：エンジン、４５：クランク軸、
７０：ペダル軸、７４：人力回転軸、７５：ベベルリングギヤ、
８６：合力軸。
【図１】
0003939813.tif 000002
【図２】
0003939813.tif 000003
【図３】
0003939813.tif 000004
【図４】
0003939813.tif 000005
【図５】
0003939813.tif 000006
【図６】
0003939813.tif 000007
【図７】
0003939813.tif 000008
【図８】
0003939813.tif 000009
【図９】
0003939813.tif 000010
【図１０】
0003939813.tif 000011
【図１１】
0003939813.tif 000012
【図１２】
0003939813.tif 000013
【図１３】
0003939813.tif 000014
【図１４】
0003939813.tif 000015
【図１５】
0003939813.tif 000016
【図１６】
0003939813.tif 000017
【図１７】
0003939813.tif 000018
【図１８】
0003939813.tif 000019
【図１９】
0003939813.tif 000020
【図２０】
0003939813.tif 000021
【図２１】
0003939813.tif 000022