(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗員の踏力による人力駆動系と原動機による補助動力駆動系を一体化したペダルクランク軸一体型のパワーユニットによって後輪を駆動するようにした補助動力付き自転車において、後輪の前方に配置されるパワーユニットが、後端部に後輪を軸支するリヤアームに対して、両者が一体的に固定されるように、着脱可能に取り付けられていると共に、パワーユニットを取り付けた状態のリヤアームが、パワーユニットとリヤアームとが一体的にセットされた全体として、車体の前側フレームに対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする補助動力付き自転車。
【請求項２】
パワーユニットの補助動力駆動系を制御するためのコントローラーが、リヤアーム側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の補助動力付き自転車。
【請求項３】
パワーユニットを取り付けた状態のリヤアームが、全体として、車体の前側フレームに対し、クッション部材を介装させた状態で、前端側を回動中心として揺動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の補助動力付き自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗員の踏力による人力駆動系と原動機による補助動力駆動系を一体化したペダルクランク軸一体型のパワーユニットによって後輪を駆動するようにした補助動力付き自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワーアシストシステムのハイブリッド動力自転車、すなわち、乗員がペダルを踏んでクランク軸を回転させる人力駆動の負担の大きさに応じて電動モーターによる補助駆動力が提供される補助動力付き自転車では、乗員の踏力による人力駆動系に対して電動モーターによる補助動力駆動系を一体化させたパワーユニットが、通常、車体の前後分担荷重のバランスの関係から、ペダルクランク軸一体型のパワーユニットとして、後輪の前方、すなわち、ダウンチューブとシートチューブとリヤアーム（チェーンステー）の連結部付近に設置されている。
【０００３】
そのような補助動力付き自転車では、パワーユニットを車体フレームに対して取り付けるために、従来は、ダウンチューブとシートチューブとリヤアームの間に板金製の連結部材を一体的に介装させ、該連結部材を介してダウンチューブとシートチューブとリヤアームを一体的に連結すると共に、該連結部材に対してパワーユニットを着脱可能に取り付けるというようなことが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の補助動力付き自転車では、普通の自転車と比べて、ペダルクランク軸一体型のパワーユニットを車体に設置するために、板金製の連結部材が必要になると共に、ダウンチューブとシートチューブとリヤアームの連結部付近での車体フレームの構造が、普通の自転車とは異なったものとなるため、車体フレーム全体を専用フレームとする必要があって、そのため、用途や使用者の好み等に応じてデザインを変更するということが簡単にはできないという問題がある。
【０００５】
また、パワーユニットの車体に対する着脱について、大きな車体フレームの下面側から重いパワーユニットを組み付けるため、その着脱作業が面倒なものであり、特に、パワーユニットの補助動力駆動系を制御するためのコントローラーが車体フレーム側に取り付けられていると、パワーユニットの着脱のたびに狭い空間で配線のコネクターを着脱しなければならず、パワーユニットの着脱作業が一層困難なものとなってくる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、上記の請求項１に記載したように、乗員の踏力による人力駆動系と原動機による補助動力駆動系を一体化したペダルクランク軸一体型のパワーユニットによって後輪を駆動するようにした補助動力付き自転車において、後輪の前方に配置されるパワーユニットが、後端部に後輪を軸支するリヤアームに対して、両者が一体的に固定されるように、着脱可能に取り付けられていると共に、パワーユニットを取り付けた状態のリヤアームが、パワーユニットとリヤアームとが一体的にセットされた全体として、車体の前側フレームに対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記の請求項１に記載した補助動力付き自転車において、上記の請求項２に記載したように、パワーユニットの補助動力駆動系を制御するためのコントローラーが、リヤアーム側に配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、上記の請求項１又は２に記載した補助動力付き自転車において、上記の請求項３に記載したように、パワーユニットを取り付けた状態のリヤアームが、全体として、車体の前側フレームに対し、クッション部材を介装させた状態で、前端側を回動中心として揺動可能に取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の補助動力付き自転車の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の補助動力付き自転車の一実施形態に係る自転車全体の概略を示すもので、本実施形態の補助動力付き自転車１は、前輪２と後輪３のそれぞれに対してクッション付きのサスペンションを配備したマウンテンバイクタイプのもので、乗員がペダルを踏んで走行するのに要する負担の大きさに応じて電動モーターによる補助駆動力が提供される、所謂パワーアシストシステムのハイブリッド動力自転車である。
【００１１】
自転車１のメインフレームとして車体前部から斜め下方に延びるダウンチューブ４は、通常よりもかなり太めのものであって、その前端には、ヘッドチューブ５が溶接により一体的に結合されており、ダウンチューブ４の途中には、略水平方向で後方に延びる略同じ太さの連結チューブ６が、ダウンチューブ４との結合部で片持ち状に支持されるように、溶接により一体的に結合されていて、連結チューブ６の後端には、短いシートチューブ７が、下端側を宙に浮かせた状態で、溶接により一体的に結合されている。
【００１２】
ヘッドチューブ５には、その軸線を中心にして回動自在なように、上部が前方に屈曲したハンドルステム８が挿通されており、ハンドルステム８の一体的に屈曲した上部前端には、左右に延びるハンドルバー９が固定され、ハンドルステム８の下部には、左右一対に分かれてから下方に延びるフロントフォーク１０の上端結合部が連結されていて、途中にクッション部分１０ａを備えたフロントフォーク１０の左右の下端に渡って、前輪２の車軸が固定されている。
【００１３】
連結チューブ６の後端に結合されているシートチューブ７は、通常のものと比べて、下部が途中からカットされたような状態の短いものであって、下端側を宙に浮かせた状態のシートチューブ７には、その上端側からシートピラー１１が上下調節自在に挿着されており、シートピラー１１の上端部には、サドル１２が調整可能に固定されている。
【００１４】
上記のように各チューブ４，５，６，７を溶接で結合して一体的に形成した前輪２の側の車体フレーム、すなわち、車体の前側フレームに対して、自転車の走行駆動輪となる後輪３を支持するリヤアーム１３は、側方から見て略三角形状で、上記の前側フレームとは別体に形成されていて、本実施形態では、後輪３を駆動するためのペダルクランク軸一体型のパワーユニット１４と、後輪３からの衝撃を弾性的に受け止めるためのクッション部材１５を介して、クッション部材１５の伸縮範囲に応じて前側フレームに対して揺動可能なように、着脱可能に取り付けられている。
【００１５】
リヤアーム１３の後端部には、後輪３の車軸が固定されており、また、パワーユニット１４には、そのケースから左右両側にペダルクランク軸１６が突出されていて、クランク軸１６の左右両端にはそれぞれクランクアーム１７が固定され、各クランクアーム１７の先端には、それぞれペダル１８が回転自在に取り付けられている。
【００１６】
なお、図示していないが、パワーユニット１４のケースの片側には、後述する合力軸が、ペダルクランク軸１６と同軸的に突出されていて、該合力軸の突出部分には、後輪３に駆動力を伝達するためのチェーン１９が巻装される駆動スプロケット２０が一体的に取り付けられている。
【００１７】
パワーユニット１４は、リヤアーム１３に対して複数箇所でボルト締め等により着脱可能に取り付けられることで、予めリヤアーム１３に対して揺るぎなく一体的に固定されていて、本実施形態では、ダウンチューブ４の後端にピボット軸２１でパワーユニット１４を回動可能に取り付けると共に、クッション部材１５を介してリヤアーム１３を前側フレームと連結することにより、リヤアーム１３が、パワーユニット１４を介し、ピボット軸２１を回動中心として、クッション部材１５の伸縮範囲に応じて揺動可能なように、前側フレームに対して取り付けられることとなる。
【００１８】
なお、リヤアーム１３に対して一体的に固定されるパワーユニット１４は、本実施形態では、それ自体、パワーアシストシステムのハイブリッド動力自転車においては従来から知られた構造のペダルクランク軸一体型パワーユニットであって、その具体的な構造の詳細な説明については省略するが、ペダルクランク軸と同軸的に設けられて車両駆動力の出力軸となる合力軸と、乗員の踏力を合力軸に伝達する人力伝達手段と、踏力を検出してコントローラーに出力する踏力検出手段と、検出された踏力に応じた補助動力を発生する電動モーターと、電動モーターによる補助動力を合力軸に伝達する補助動力伝達手段とを一体的に組み付けたものである。
【００１９】
図２は、上記のような本実施形態の補助動力付き自転車１におけるパワーユニット１４とリヤアーム１３の固定状態を示すもので、リヤアーム１３は、左右一対の上アーム部１３ａと、左右一対の下アーム部１３ｂと、リヤアーム１３の前部において両アーム部１３ａ，１３ｂの上下の間隔を維持するための補強部１３ｃを有し、上アーム部１３ａと下アーム部１３ｂの後端が、左右のそれぞれ毎に車軸固定部１３ｄを介して一体的に連結されていて、側方から見て略三角形となるように形成された、トライアングルフレームタイプのリヤアームである。
【００２０】
図３〜図５は、そのようなリヤアーム１３の前部を示すもので、左右の各上アーム部１３ａの前端は、図３および図４に示すように、何れも補強部１３ｃから前方に延び、上アーム連結部１３ｅにより一体的に連結されていて、上アーム連結部１３ｅの前面には、クッション部材１５の後端取付部を回動自在に取り付けるためのクッション取付軸受部１３ｆが一体的に形成されていると共に、左右の各下アーム部１３ｂの前端は、何れも補強部１３ｃの下方後側に延び、補強部１３ｃの下端に連結された下アーム連結部１３ｇの後面にそれぞれ一体的に連結されている。
【００２１】
補強部１３ｃは、図３および図４に示すように、その上端部分が、上アーム連結部１３ｅよりも後方で、左右両側の上アーム部１３ａに対して、その内側面と下面とに渡ってそれぞれ一体的に連結されると共に、上端部分よりも下方の部分が、その下端部付近を除いて、横断面コ字状に形成され、その下端部が、下アーム連結部１３ｇの上面に一体的に連結されていて、横断面コ字状部分の下部両側には、取付孔１３ｈを開設したパワーユニット取付用部分がそれぞれ形成されている。
【００２２】
下アーム連結部１３ｇは、図３および図５に示すように、前側と下側が開放された状態の、横断面コ字状で縦断面Ｌ字状に形成されたもので、その上面に補強部１３ｃの下端が連結され、その後面に左右の下アーム部１３ｂの各前端がそれぞれ連結されるものであって、その左右両側部には、パワーユニット取付用の取付孔１３ｋがそれぞれ開設されている。
【００２３】
一方、パワーユニット１４は、図２に示すように、合力軸，人力伝達手段，補助動力伝達手段、踏力検出手段等を収納した鋳造のケース本体１４ａに対して、電動モーター部分１４ｂを、モーター軸が上下方向となるように、一体的に組み付けたものであり、ダウンチューブ２の後端のピボット軸２１に対応するピボット軸受部１４ｃをケース本体１４ａの前面側に一体的に形成したものであって、上記のようなリヤアーム１３に対して、そのケース本体１４ａが、補強部１３ｃに形成された取付孔１３ｈの部分と、下アーム連結部１３ｇに形成された取付孔１３ｋの部分で、ボルト等により着脱可能に取り付けられることで、左右両側のそれぞれの複数箇所による固定によってパワーユニット１４とリヤアーム１３とは揺るぎなく一体的に固定されている。
【００２４】
なお、本実施形態では、図１および図４に示すように、踏力検出手段の検出結果に基づいて電動モーターに送る電流を制御するためのコントローラー２２は、リヤアーム１３の補強部１３ｃの横断面コ字状部分の凹部内に配置されており、パワーユニット１４の電動モーターやコントローラー２２の電源となるバッテリーを内蔵したバッテリーボックス２３は、図１に示すように、サドル１２の後部下方に配置されている。
【００２５】
また、バッテリーボックス２３からコントローラー２２に接続される配線２４は、シートピラー１１の中空部からシートチューブ７の中空部を通して、その下端から下方に位置するコントローラー２２にコネクターを介して接続されており、その途中では、リヤアーム１３の揺動に対応できるように、伸縮可能なコイル状とされている。
【００２６】
また、図示していないが、配線２４とコントローラー２２とを接続するコネクターは、コントローラー２２の上面に配置されており、補助動力システム全体のメインスイッチも、コントローラー２２の上方でリヤアーム１３の上アーム部１３ａの上面に配置されている。
【００２７】
上記のような構成を有する本実施形態の補助動力付き自転車１によれば、車体の前側フレームに対して、車体の後方に開放されている広い空間を利用して、リヤアーム１３と共にパワーユニット１４を一体的に着脱することができ、また、前側フレームから取り外したリヤアーム１３に対して、広い適当な場所を利用してパワーユニット１４を簡単に着脱することができるため、車体に対するパワーユニット１４の着脱が容易となり、車体の分解および組立の作業性を改善することができる。
【００２８】
また、リヤアーム１３が、パワーユニット１４を着脱可能に取り付けた状態で、車体の前側フレームに対して着脱可能に取り付けられているため、同じパワーユニット１４付きのリヤアーム１３を、仕様の異なる種々の前側フレームに対して装着することが可能となり、また、同じ前側フレームに対して、パワーユニット１４付きのリヤアーム１３を、通常のリヤアーム１３と取り替えることで、補助動力付き自転車を普通の自転車に戻すことも可能となり、さらに、パワーユニット１４を共通のものとしてリヤアーム１３を他の仕様に変えたり、逆に、リヤアーム１３を共通のものとしてパワーユニット１４を他の仕様に変えたりすることも可能となる等、用途や使用者の好みに応じて容易にデザインや仕様の変更を行うことができる。
【００２９】
以上、本発明の補助動力付き自転車の一実施形態について説明したが、本発明は、上記のような実施形態にのみ限定されるものではなく、その具体的な構造について適宜変更可能なものであり、例えば、リヤアーム１３の前側フレームに対する取り付けについて、パワーユニット１４を介してリヤアーム１３を間接的にピボット軸２１と連結するようなものだけではなく、例えば、下アーム部１３ｂの前端をパワーユニット１４よりも前方まで延ばして、該下アーム部１３ｂの前端部をピボット軸２１に連結するなどによって、リヤアーム１３を直接的にピボット軸２１と連結することで実施することも可能である。
【００３０】
また、パワーユニット１４を取り付けた状態のリヤアーム１３を、ピボット軸２１とクッション部材１５を介して前側フレームに対して揺動可能に取り付けるようなものだけではなく、クッション部材１５を介在させず、前側フレームに対して着脱可能で一体的に固着するように取り付けることで実施することも可能である。
【００３１】
さらに、パワーユニット１４自体についても、踏力に応じた補助動力を電動モーターにより発生させるような形式のパワーユニットだけでなく、例えば、電動モーターあるいはそれ以外の原動機を駆動源として、手動アクセル操作をすることで任意に補助動力を発生させるような、その他の形式のパワーユニットを使用することによって実施することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の補助動力付き自転車によれば、パワーユニットを車体に設置するために板金製の連結部材のようなものを必要とせず、ダウンチューブとシートチューブとリヤアームの連結部付近での車体フレームの構造が普通の自転車と格別に相違しないため、用途や運転者の好み等に応じて車体全体のデザインを簡単に変更することができると共に、リヤアームと共にパワーユニットを簡単に着脱することができ、且つ、リヤアームからパワーユニットを簡単に着脱することができるため、車体の分解および組立の作業性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補助動力付き自転車の一実施形態を示す側面図。
【図２】図１に示した実施形態におけるリヤアームとパワーユニットの取付状態を示す斜視図。
【図３】図１に示した実施形態におけるリヤアームの前部を示す側面図。
【図４】図３に示したリヤアームの矢印Ａ方向から見た上アーム部前部の上面図。
【図５】図３に示したリヤアームの矢印Ｂ方向から見た下アーム部前部の下面図。
【符号の説明】
１      補助動力付き自転車
３      後輪
４      ダウンチューブ（前側フレーム）
６      連結チューブ（前側フレーム）
１３    リヤアーム
１４    パワーユニット
１５    クッション部材
２２    コントローラー
【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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