JP4199401B2 - 電動補助自転車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペダルから入力された踏力に応じた補助動力をチェーンへ入力する電動補助ユニットを備えた電動補助自転車に係り、特に、電動補助ユニットから発生する補助動力をクランク軸後方のチェーンラインから入力することが難しいフレーム構造を有する電動補助自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自転車フレームに大きな設計変更を加えることなく電動補助ユニットを後付けし、その補助動力をチェーンラインから入力するようにした電動補助自転車が、たとえば実公昭４８−３３１７５号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、シートポストと後輪との間のチェーンラインに補助動力が入力されるが、車輪径が大径の自転車では、シートポストと後輪との間に電動補助ユニットやバッテリの搭載空間を確保することがで難しい。これとは逆に、車輪径が小径の自転車では、シートポストの上部から後輪軸へ達するリヤステーやリヤフォーク等が急角度で後方下部に延びるため、やはりシートポストと後輪との間に電動補助ユニットやバッテリの搭載空間を確保することが難しい。したがって、上記した従来技術では、シートポストと後輪との間のチェーンラインに補助動力を入力するために、ホイルベースを既存の自転車よりも延長しなければならなかった。
【０００４】
さらに、二輪車両では電動補助ユニットやバッテリなどの重量物は車体中央部に集中配置することが望ましい。しかしながら、上記した従来技術には、重量物を車体中央部に集中配置するといった技術思想がなかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、クランク軸と後輪との間に電動補助ユニットの搭載スペースを確保できない自転車でも電動補助自転車化を可能にし、さらには、重量物を車体中央部に集中配置して、走行安定性に優れた電動補助自転車を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、ペダルから入力された踏力に応じた補助動力をチェーンへ入力する電動補助ユニットを備えた電動補助自転車において、電動補助ユニットの出力軸に設けられた駆動スプロケットが、クランク軸よりも前方で前記チェーンに歯合されるようにした。
【０００７】
上記した特徴によれば、クランク軸と後輪との間に電動補助ユニットの搭載スペースを確保できない自転車や、クランク軸と後輪との間のチェーンライン上に前記電動補助ユニットの駆動スプロケットとの歯合スペースを確保できない自転車であって電動補助自転車化が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である電動補助自転車の側面図であり、バッテリ２をシートポスト７１の前方（Ｆ）に搭載し、電動補助ユニット８６が発生する補助動力を、クランク軸８３よりも前方（Ｆ）でチェーンラインに入力する構造（Ｆ／Ｆ構造）の電動補助自転車の一例を示している。
【０００９】
図２は、前記図１の構成からチェーンカバー９１を取り外した状態でのクランク軸８３周辺の部分側面図であり、図３は、自転車フレーム６７への電動補助ユニット８６の固定方法を示した構成図である。
【００１０】
本実施形態の自転車フレーム６７は、通常の自転車用に設計・製造された既存の自転車用フレームであり、前端のヘッドパイプ６８と、ヘッドパイプ６８から後下りに車体前方から後方へ延びるダウンパイプ（メインフレーム）６９と、ダウンパイプ６９の後端に固着されて左右に延びる支持パイプ６６（図３）と、支持パイプ６６から上方に立上がるシートポスト７１とを備える。
【００１１】
ヘッドパイプ６８にはフロントフォーク７２が操向可能に支承され、フロントフォーク７２の下端に前輪７３が軸支されている。フロントフォーク７２の上端には操向ハンドル７４が設けられている。シートポスト７１から後方側に延出される左右一対のリヤフォーク７０の後端間には、駆動輪としての後輪７８が軸支されている。左右一対のステー７７は、リヤフォーク７０の後端からシートポスト７１を経由してダウンパイプ６９に達する。シートポスト７１には、上端にシート７６を備える支持軸７５が、シート７６の上下位置を調整可能として装着されている。
【００１２】
シート７６の下方でシートポスト７１の前部には、電動補助ユニット８６へ電力を供給するバッテリ２が、後に詳述するバッテリホルダ８７により着脱可能に固定されている。バッテリホルダ８７は、シートポスト７１に形成された各左右一対のボス７１Ａ，７１Ｂにおいて固定される。
【００１３】
自転車フレーム６７の支持パイプ２４を同軸に貫通するクランク軸８３の左端および右端には一対のクランクペダル７９が連結される。クランクペダル７９に加えられた踏力はクランク軸８３へ伝達され、ペダルスプロケット８０を介してチェーン８２へ入力される。ペダルスプロケット８０には、自転車フレーム６７と同色に塗装されたスプロケットカバー６４が装着されている。
【００１４】
前記電動補助ユニット８６は、種々想定される既存の自転車フレームに若干の加工を施すのみで各自転車フレームへ適用できるように、図３に示したように、自転車フレーム６７への固定用に供されるボス３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ）の形成スペースを少なくとも３か所３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃに備え、車両構造や自転車フレームの形状に応じて、いずれか２つのボス３４のみを選択的に利用して自転車フレーム６７へ固定される。前記各ボスの形成スペース３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃを結ぶ線分は仮想的な三角形を形成する。
【００１５】
自転車フレーム６７の支持パイプ２４およびダウンパイプ６９には、それぞれフランジ３５Ａ、３５Ｂが、溶接等の適宜の手法により後付け固定されている。前記電動補助ユニット８６は、前記３か所のボス形成スペース３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの内の２か所３３Ａ、３３Ｂに形成された２つのボス３４Ａ、３４Ｂを、それぞれ前記フランジ３５Ａ、３５Ｂに対してネジ止めすることにより、その駆動スプロケット８４がクランク軸８３よりも前方においてチェーン８２と歯合するように、その位置および姿勢を固定される。
【００１６】
なお、電動補助ユニット８６のボス形成スペース３３Ｃには、図示したように、利用しないボス３４Ｃを他のボス３４Ａ、３４Ｂと同様に形成しておいても特に不都合はないが、図３に併記したように、電動補助ユニット８６のケースを鋳造（あるいは鍛造等）する際に、前記ボス形成スペース３３Ａ、３３Ｂのみにフランジ３５Ａ、３５Ｂを選択的に形成し、当該自転車フレーム６７への固定に不要なボス３４Ｃはボス形成スペース３３Ｃに形成しないようにしても良い。
【００１７】
無端状のチェーン８２は、前記ペダルスプロケット６８、電動補助ユニット８６で駆動される駆動スプロケット８４および後輪７８の車軸に設けられた被動スプロケット８１に巻掛けられている。チェーン８２に張力を与えるテンショナ３６の２つのスプロケット３７Ａ、３７Ｂは、ペダルスプロケット６８および被動スプロケット７０間でチェーン７２に噛合されている。前記テンショナ３６は、自転車フレーム６７のリヤフォーク７０に形成されたボス３２にネジ止め固定される。
【００１８】
このように、本実施形態では電動補助ユニット８６の補助動力をクランク軸８３よりも前方でチェーンラインに入力するようにしたので、クランク軸８３と後輪７８との間に電動補助ユニット８６の搭載スペースを確保できない自転車であっても電動補助自転車化が可能になる。
【００１９】
また、本実施形態によれば、図２に示したように、駆動スプロケット８４をクランク軸８３よりも上方に配置することで電動補助ユニット８６内の駆動スプロケット８４下方に空間が確保され、この下方空間内に駆動モータ２１を配置することができるので、低重心化による走行安定性の向上が可能になる。
【００２０】
ところで、本実施形態のように、通常の自転車用に設計・製造された既存の自転車フレームに電動補助ユニット８６を後付けし、その電動補助動力を駆動スプロケット８４によりチェーンラインへ入力する構造では、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０のみならず、駆動スプロケット８４もチェーンカバーにより同様に覆う必要がある。
【００２１】
ここで、本実施形態ではチェーンカバー９１を、図１に示したように、主に駆動スプロケット８４を覆う駆動スプロケットカバー部９２Ａと、主にチェーン８２の張架部を覆うチェーンカバー部９２Ｂと、主にペダルスプロケット８０の上側半分を覆うペダルスプロケットカバー部９２Ｃとで一体に形成している。このような構成によれば、電動補助動力がチェーンラインから入力されるように構成（改造）された電動補助自転車のチェーンおよび各スプロケットを、部品点数を増やすことなく簡単な構成で確実に覆うことができる。
【００２２】
但し、本実施形態のように、一つのチェーンカバー９１でチェーン８２および各スプロケット８０，８４を全て覆うようにすると、駆動スプロケット８４を覆う駆動スプロケットカバー部９２Ａが追加された分だけ、チェーンカバー９１が従来の見慣れた形状から乖離した異形状となり、これが視覚的に違和感を生じさせる場合があり得る。
【００２３】
そこで、本実施形態では駆動スプロケット８４を覆うスプロケットカバー部９２Ａに、駆動スプロケット８４の外形状に合わせて円形状の色彩加工および凹凸加工を施し、これを装飾の一部として積極的に利用することで、上記した違和感を緩和させるようにしている。
【００２４】
図４は上記したバッテリ２の斜視図であり、図５は前記バッテリ２の正面図である。バッテリ２は複数のバッテリセル（図示せず）、およびバッテリセルを収容した略直方体のバッテリパック４２６を有している。バッテリパック４２６は、その長手方向に沿った割面４２７で２分割されたパック部分４２６Ｒ，４２６Ｌからなり、これらパック部分４２６Ｒ，４２６Ｌは割面４２７を境に対称形状となっている。
【００２５】
バッテリ２の正面には、バッテリセルの正極および負極にそれぞれ接続された端子４２８，４２９が、前記割面４２７に対して対称位置に露出して配置されている。バッテリパック４２６の正面寄り頂部には、後述するスロット４に設けられたロック装置に係合する係合穴４３０が形成されている。また、バッテリ２をスロット４に収容するときのスロット４の壁面との摺動性、および収容した後の安定性を確保するため、バッテリパック４２６の底面両側には、長手方向に延びた筋状凸部４４１が形成されている。
【００２６】
パック部分４２６Ｒ，４２６Ｌはネジ孔４４２を利用してボルト（図示せず）で一体に組み付けることができる。溝４４４は持ち運びの際の手掛かりとなり、把持操作性の向上に貢献する。また、バッテリパック４２６の横断面形状の寸法は、人が手でつかみ易いように、いわゆる手のひらサイズに設定されている。例えば、正面から見たときの高さｈは約８０ｍｍであり、幅ｂが手のひらサイズの約５５ｍｍである。
【００２７】
バッテリパック４２６を横に貫通した孔４４５は、バッテリ２を当該車両に搭載したときに、鍵の一部をなすワイヤまたはロープ部分を通すのに利用できる。また、バッテリパック４２６の角に形成された凹状部４４６は、バッテリ２を電動アシスト自転車に搭載したときに、バッテリ２を車体に固定するのに利用される引掛部となる。
【００２８】
図６は、前記バッテリホルダ８７の斜視図、図７は、バッテリ２が搭載されていない状態での側面図であり、図８は、バッテリ２が搭載されている状態での側面図である。
【００２９】
本実施形態のバッテリホルダ８７は、バッテリ２が載置される受皿部８７１と、受皿部８７１の一側面から上方へ延設された背板部８７２と、前記背板部８７２の端部から切り起されてバッテリ２を左右方向に位置決めする左右一対の側板部８７３と、前記側板部８７３とは逆側に切り倒された左右一対の第１フランジ部８７４と、前記受皿部８７１の両側面から前記背板部８７２を越えて延設された左右一対の第２フランジ部８７５とを含む。当該バッテリホルダ８７は、前記第１および第２フランジ部８７４、８７５において、シートフレーム７１に設けられた前記ボス７１Ａ，７１Ｂにボルト８９５，８９６により固定されている。
【００３０】
シートフレーム７１を挟んで前記受皿部８７１と前後反対側（本実施形態では後側）には、バックル８８が左右方向の揺動軸８９３により、前記第１フランジ部８７４に対して揺動自在に軸支されている。止め輪８９の両端は前記バックル８８の前記揺動軸８９３から離れた偏心位置９２で保持されている。受皿部８７１の底には、前記バッテリ２の端子４２８，４２９と電気的に接触する一対の円柱状電極８０８、８０９が露出している。
【００３１】
このような構成において、バッテリ２は前記端子４２８，４２９の形成面を下にして受皿部８７１上に収納される。これにより、バッテリ２がバッテリホルダ８７に対して位置決めされ、バッテリ２の各端子４２８，４２９および受皿部８７１の各電極８０８、８０９が電気的に接触する。前記受皿部８７１の下方には前記電極８０８、８０９と接続された給電部９０が設けられ、この給電部９０から給電ライン１１０を経由して電動補助ユニット８６へ電力が供給される。
【００３２】
バッテリ２は、図８に示したように、止め輪８９をバッテリ２の上端部に形成された前記凹状引掛部４４６に引掛け、かつバックル８８を図７に示された位置から図８に示された位置まで回動させることにより、シートポスト７１に対して確実に固定される。前記受皿部８７には、バッテリパック４２６の貫通孔４４５に適合する孔９２が形成されており、図９に示したように、この孔９２およびバッテリパック４２６の貫通孔４４５に施錠ワイヤ５３を通し、さらに後輪７８にかけ渡して施錠することにより、当該電動補助自転車自身のみならず、バッテリ２の盗難も同時に防止できる。
【００３３】
なお、前記受皿部８７に露出する電極形状は、上記したような円柱形状電極８０８、８０９に限定されず、例えば図１０に示した各電極８１８，８１９のように、ＡＣ１００Ｖの家庭用コンセントに装着されるＡＣプラグと同様の規格を有する汎用的な平型電極であっても良い。
【００３４】
このように、本実施形態によればバッテリ２がシートポスト７１の前面に搭載されるので、シートポスト背面に生じるデッドスペースが小さい場合でも、バッテリを車体の略中央部に配置することができる。したがって、シートポストと後輪との間にバッテリの搭載スペースを確保できない自転車においても、重量物を車体中央部に集中させることができる。
【００３５】
図１１は、本発明の他の実施形態である第２の電動補助自転車の側面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００３６】
当該車両もバッテリ２をシートポスト７１の前方（Ｆ）に搭載し、電動補助ユニット８６が発生する電動補助動力をクランク軸８３よりも前方（Ｆ）でチェーンラインに入力するＦ／Ｆ構造であるが、自転車フレームの構造およびチェーンカバー９１の形状が、前記第１実施形態とは若干異なっている。
【００３７】
図１２は、本実施形態における自転車フレーム６７と電動補助ユニット８６との固定方法を示した構成図であり、図１３は、前記図１１の電動補助自転車を背面から見込んだ側面図である。
【００３８】
本実施形態でも、自転車フレーム６７は通常の自転車用に設計・製造された既存の自転車フレームであり、図１２に示したように、自転車フレーム６７の支持パイプ２４およびダウンパイプ６９には、それぞれフランジ３５Ａ、３５Ｂが後付け固定されている。前記電動補助ユニット８６は、前記３か所のボス形成スペース３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの内の２か所３３Ａ、３３Ｂに形成された２つのボス３４Ａ、３４Ｂを、それぞれ前記フランジ３５Ａ、３５Ｂに対してネジ止めすることにより、その駆動スプロケット８４がクランク軸８３よりも前方においてチェーン８２と歯合するように、その位置および姿勢を固定される。
【００３９】
なお、本実施形態でもボス３４Ｃがボス形成スペース３３Ｃに形成されているが、第１実施形態の場合と同様に、その形成を予め省略しても良い。
【００４０】
このように、本実施形態でも電動補助ユニット８６の補助動力をクランク軸８３よりも前方でチェーンラインに入力するようにしたので、クランク軸８３と後輪７８との間に電動補助ユニット８６の搭載スペースを確保できない自転車であっても電動補助自転車化が可能になる。
【００４１】
また、本実施形態でも、図１２に示したように、駆動スプロケット８４をクランク軸８３よりも上方に配置することにより電動補助ユニット８６内の駆動スプロケット８４下方に空間が確保され、この下方空間内に駆動モータ２１を配置することができるので、低重心化による走行安定性の向上が可能になる。
【００４２】
さらに、本実施形態でも、バッテリ２がシートポスト７１の前面に搭載されるので、シートポスト背面に生じるデッドスペースが小さい場合でも、バッテリを車体の略中央部に配置することができる。したがって、シートポストと後輪との間にバッテリの搭載スペースを確保できない自転車においても、重量物を車体中央部に集中させることができる。
【００４３】
このように、本発明では各自転車フレームに固有の適所にフランジ３５Ａ、３５Ｂを後付け固定することにより、自転車フレームの形状にかかわらず同一の電動補助ユニット８６を補助動力源として用いることができる。したがって、既存の自転車フレームに若干の加工を施すのみで、同一の電動補助ユニット８６を各自転車フレームで共用することができる。
【００４４】
さらに、本実施形態でもチェーンカバー９１が、図１１に示したように、駆動スプロケット８４を覆う駆動スプロケットカバー部９２Ａと、チェーン８２の張架部を覆うチェーンカバー部９２Ｂと、ペダルスプロケット８０の上側半分を覆うペダルスプロケットカバー部９２Ｃとを一体に形成して構成されるが、第１実施形態とは異なり、従来からあるペダルスプロケット８０の輪郭相当領域に濃色の色彩を施し、駆動スプロケット８４の領域には特にアクセントを設けず、駆動スプロケット８４の存在を意識させない形状としている。
【００４５】
図１４〜１６はいずれも、上記と同様のＦ／Ｆ型電動補助自転車の他の実施形態の側面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。自転車フレーム６７に対する電動補助ユニット８６の取付方法は上記した各実施形態と同様なので、ここではチェーンカバー９１の特徴についてのみ説明する。
【００４６】
図１４に示した第３の電動補助自転車では、駆動スプロケット８４、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０を単一のチェーンカバー９１で完全に覆っている。また、駆動スプロケット８４の存在を目立たせないように、チェーンカバー部９２Ｂおよびペダルスプロケットカバー部９２Ｃは同一の明色とし、駆動スプロケットカバー部９２Ａは、その他の部分と連続する一体的な形状で同一の濃色としている。
【００４７】
図１５に示した第４の電動補助自転車では、駆動スプロケット８４、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０を単一のチェーンカバー９１で完全に覆うと共に、駆動スプロケット８４の存在を目立たせないように、駆動スプロケットカバー部９２Ａは、チェーンカバー部９２Ｂと連続する一体的な形状で同一色としている。
【００４８】
図１６に示した第５の電動補助自転車では、駆動スプロケット８４およびチェーン張架部を単一のチェーンカバー９１で完全に覆い、駆動スプロケット８４の存在が目立たないように、駆動スプロケットカバー部９２Ａはチェーンカバー部９２Ｂと同色としている。
【００４９】
上記した各チェーンカバーによれば、駆動スプロケットカバー部９２Ａが目立たなくなるので、駆動スプロケットカバー部９２Ａが追加されたことによる違和感が緩和され、かつ駆動スプロケットカバー部９２Ａの存在に左右されないデザインが可能になる。
【００５０】
図１７は、本発明を適用した第６の電動補助自転車の側面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５１】
本実施形態でも、通常の自転車用に設計・製造された既存の自転車フレームを用いるが、バッテリ２を上記した各実施形態とは逆にシートポスト７１の後方（Ｒ）に搭載し、電動補助ユニット８６が発生する電動補助動力も、上記した各実施形態とは逆に、クランク軸８３よりも後方（Ｒ）でチェーンラインに入力するＲ／Ｒ構造を採用している。
【００５２】
図１８は、本実施形態における自転車フレーム６７と電動補助ユニット８６との固定方法を示した構成図であり、図１９は、前記図１７の電動補助自転車を背面から見込んだ側面図である。
【００５３】
本実施形態では、図１８に示したように、自転車フレーム６７の支持パイプ２４およびリヤフォーク７０に、それぞれにフランジ３５Ｃ、３５Ｂが後付け固定されており、前記電動補助ユニット８６は、前記３か所のボス形成スペース３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの内の２か所３３Ｃ、３３Ｂに形成された２つのボス３４Ｃ、３４Ｂを、それぞれ前記フランジ３５Ｃ、３５Ｂに対してネジ止めすることにより、その駆動スプロケット８４がクランク軸８３よりも後方でチェーン８２と歯合するように位置決めされる。なお、本実施形態ではボス形成スペース３３Ａに形成されるべきボス３４Ａの形成が省略されている。
【００５４】
チェーンカバー９１は、図１７に示したように、駆動スプロケットカバー部９２Ａ、チェーンカバー部９２Ｂおよびペダルスプロケットカバー部９２Ｃを一体に形成して構成され、駆動スプロケットカバー部９２Ａを他の部分と同一色とすることで、駆動スプロケットカバー部９２Ａと他のカバー部９２Ｂ，９２Ｃとに一体感を持たせている。
【００５５】
図２０〜２２はいずれも、上記したＲ／Ｒ車両の他の実施形態の側面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。自転車フレーム６７に対する電動補助ユニット８６の取付方法は上記した各実施形態と共通なので、ここではチェーンカバー９１の特徴について説明する。
【００５６】
図２０に示した第７の電動補助自転車では、前記駆動スプロケット８４、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０の上部が単一のチェーンカバー９１で覆われている。また、本実施形態では、駆動スプロケットカバー部９２Ａを、駆動スプロケット８４の外形状に合わせた円形状とし、これを装飾の一部として積極的に利用している。
【００５７】
図２１に示した第８の電動補助自転車では、前記駆動スプロケット８４、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０を単一のチェーンカバー９１で完全に覆うと共に、駆動スプロケット８４の存在が目立たないように、駆動スプロケットカバー部９２Ａをペダルスプロケットカバー部９２Ｃと同じ濃色に塗装している。
【００５８】
図２２に示した第９の電動補助自転車では、前記駆動スプロケット８４、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０の上部が単一のチェーンカバー９１で覆われている。また、駆動スプロケットカバー部９２Ａをデザイン的に独立形状とし、これを装飾の一部として積極的に利用している。
【００５９】
図２３は、本発明を適用した第１０の電動補助自転車の側面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００６０】
本実施形態でも、通常の自転車用に設計・製造された既存の自転車フレームを用い、バッテリ２をシートポスト７１の前方（Ｆ）に搭載し、電動補助ユニット８６が発生する電動補助動力を、クランク軸８３よりも後方（Ｒ）でチェーンラインに入力するＦ／Ｒ構造を採用している。
【００６１】
また、駆動スプロケット８４をクランク軸８３よりも後ろ側に配置した場合も、チェーンカバー９１の形状や色彩を工夫することにより、駆動スプロケットカバー部９２Ａが追加されたことによる違和感が緩和され、駆動スプロケットカバー部９２Ａの存在に左右されないデザインが可能になる。
【００６２】
図２４は、本実施形態における自転車フレーム６７と電動補助ユニット８６との固定方法を示した構成図であり、図２５は、前記図２４の電動補助自転車を背面から見込んだ側面図である。
【００６３】
本実施形態では、自転車フレームの支持パイプ２４およびリヤフォーク７０に、それぞれフランジ３５Ｃ、３５Ｂが後付け固定されており、前記電動補助ユニット８６は、前記３か所のボス形成スペース３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの内の２か所３３Ｃ、３３Ｂに形成された２つのボス３４Ｃ、３４Ｂを、それぞれ前記フランジ３５Ｃ、３５Ｂに対してネジ止めすることにより、その駆動スプロケット８４がクランク軸８３よりも後方でチェーン８２と歯合するように、位置および姿勢を固定される。なお、本実施形態ではボス形成スペース３３Ａに形成されるべきボス３４Ａの形成が省略されている。
【００６４】
本実施形態のチェーンカバー９１は、前記図２０に関して説明した実施形態と同様に、駆動スプロケット８４、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０の上部を単独で覆い、駆動スプロケットカバー部９２Ａを、駆動スプロケット８４の外形状に合わせて円形状とし、これを装飾の一部として積極的に利用している。
【００６５】
上記したように、本発明の各実施形態では、通常の自転車用に設計・製造された既存の自転車フレーム上の、各フレームに固有の箇所にフランジを形成すると共に、電動補助ユニットにも、選択的に利用される複数のボスを形成したので、自転車フレームの種別ごとに、電動補助ユニットを自転車フレーム上の固有の位置に固有の姿勢で装備することができる。したがって、同一の電動補助ユニットを複数種の自転車フレームで共用することができる。
【００６６】
さらに、上記した本発明の各実施形態では、駆動スプロケット８４、チェーン８２の張架部およびペダルスプロケット８０を単一のチェーンカバー９１で覆うと共に、駆動スプロケットカバー部９２Ａの形状・色彩を他の部分と積極的に異ならせて装飾の一部として利用したり、あるいは逆に、他の部分と連続する形状で同一色とすることで目立たなくし、駆動スプロケットカバー部９２Ａの存在によるデザイン上の制約を最小限に抑えた。したがって、チェーンカバーが従来の見慣れた形状から乖離した異形状となっても、これに違和感を感じることが少なくなる。
【００６７】
図２６は、本発明を適用した第１１の電動補助自転車の側面図、図２７は、図２６のクランク軸近傍の部分側面図、図２８は、図２７を車体背面から見込んだ側面図、図２９は、車体中央部を上方より見込んだ図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００６８】
本実施形態は、直径が２７インチ以上（本実施形態は、２７インチ）の大径車輪７３，７８を装備する大型車両を対象とし、通常の自転車用に設計・製造された既存の自転車フレームを用いている。
【００６９】
電動補助ユニット８６は、前記３か所のボス形成スペース３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの内の２か所３３Ｂ、３３Ｃに形成された２つのボス３４Ｂ（図２８）、３４Ｃ（図２７）を、それぞれ前記フランジ３５Ｂ、３５Ｃに対してネジ止めすることにより、その駆動スプロケット８４がクランク軸８３の前方上部においてチェーン８２と歯合するように、その位置および姿勢を固定される。
【００７０】
なお、本実施形態でもボス３４Ａがボス形成スペース３３Ａに形成されているが、前記と同様に、その形成を予め省略しても良い。
【００７１】
本実施形態のような２７インチ車両では、後輪７８とシートポスト７１との間隙が他の車両に比べて狭くなるので、図１７に示した実施形態のように、バッテリ２をシートポスト７１の背面に沿って搭載することが難しい。また、ダウンパイプ（メインフレーム）６９の地上高が高くなるので、バッテリ２をシートポスト７１の前面でダウンパイプ６９より上に搭載することも難しい。
【００７２】
そこで、本実施形態ではバッテリ２をダウンパイプ６９に沿って略水平状態で搭載することにより、２７インチ車両への長手状バッテリ２の搭載、すなわち２７インチ車両の電動補助自転車化を可能にした。
【００７３】
なお、本実施形態では特に、車両への乗降時にバッテリ２が障害物とならないように、バッテリ２をダウンパイプ６９の下側面に沿って搭載した。これにより、乗降時にバッテリ２が障害物とならないのみならず、重量物であるバッテリ２を低い位置に搭載できるので車両の低重心化が可能になる。
【００７４】
さらに、バッテリ２をダウンパイプ６９の下側面に沿って搭載すれば、バッテリ２が電動補助ユニット８６に近接配置されるため、重量物が車体中央部に集中してマスの集中化が図られる。しかも、電動補助ユニット８６内では、その上部に電動モータ２１が配置されており、電動モータ２１とバッテリ２とが近接するので、更なるマスの集中化が達成されるのみならず、図２８に示したように、バッテリ２と電動補助ユニット８６とを結ぶ電源ラインＬを短くすることもできる。また、地面から車両を見込んだときに、樹脂ケースで覆われたバッテリ２が、アルミ製ケースで覆われた電動補助ユニット８６の背後に隠れるので、地面からの飛び石や障害物によってバッテリ２が損傷を受ける被害も防止できる。
【００７５】
さらに、本実施形態では、図２９に示したように、バッテリ２の車載状態での左右方向の幅をダウンパイプ６９の幅と同等としたので、乗降時にバッテリ２が障害物とならないのみならず、バッテリ２の存在によって外観上の意匠が損われてしまうこともない。
【００７６】
続いて、前記クランク軸８３に装着された人力による駆動装置を説明する。図３３はクランク軸８３周辺の断面図であり、図３４は図３３のＡ−Ａ矢視図である。ダウンパイプ６９に固着された支持パイプ２４の両端にはキャップ３８Ｌ，３８Ｒが螺挿されていて、キャップ３８Ｌ，３８Ｒとクランク軸８３に形成された段差との間にはボールベアリング３９Ｌ，３９Ｒがそれぞれ嵌挿されている。すなわち、ボールベアリング３９Ｌ，３９Ｒはクランク軸８３にかかるスラスト方向およびラジアル方向の荷重を受けてクランク軸８３を回転自在に支承している。
【００７７】
クランク軸８３の左右端にはクランク８３Ａがそれぞれ設けられていて（右側のみ図示）、クランク軸８３の端部に形成されたボルト８３Ｂに適合するナット８３Ｃで固定されている。クランク軸８３上で、クランク８３Ａと支持パイプ２４との間にはワンウェイクラッチ４１の内輪４２が固定されている。内輪４２の外周にはペダルスプロケット８０がブッシュ４２Ａを介して回動自在に支承されている。ペダルスプロケット８０のスラスト方向の位置はナット５０Ａとプレート５０Ｂとによって規制されている。
【００７８】
ペダルスプロケット８０には蓋体６４が一体的に設けられていて、これらペダルスプロケット８０と蓋体６４で囲繞された空間には、伝達プレート４０が配設されている。この伝達プレート４０はペダルスプロケット８０に対して同軸で、かつクランク軸８３を軸とした回転方向では互いに予定量のずれが許容されるよう支持されている。
【００７９】
ペダルスプロケット８０および伝達プレート４０にまたがって、複数（ここでは６個）の窓５４（図３４参照）が穿設されており、この窓５４の内側には圧縮コイルばね５６がそれぞれ収容されている。圧縮コイルばね５６はペダルスプロケット８３および伝達プレート４０の間で、互いに回転方向のずれが生じたときに、ずれに対する抗力を生ずるように作用する。
【００８０】
伝達プレート４０のハブの内周にはワンウェイクラッチ４１の外輪としてのラチェット歯４６が形成されていて、このラチェット歯４６は前記内輪４２に支持されて放射方向にばね４５で付勢されているラチェット爪４４と係合する。ワンウェイクラッチ４１には防塵のためのカバー６６が設けられている。
【００８１】
伝達プレート４０には、踏力伝達用の突起部４８（詳細は後述）が係合する係止孔５２が設けられている。駆動用スプロケット８０には、突起部４８を係止孔５２に係合可能にするための窓５１が設けられていて、突起部４８はこの窓５１を貫通して、係止孔５２に嵌合される。
【００８２】
ペダルスプロケット８０および伝達プレート４０にまたがって、前記窓５４とは別の小窓６０が複数（ここでは３個）穿設されており、この小窓６０の内側には圧縮コイルばね６３がそれぞれ収容されている。圧縮コイルばね６３は伝達プレート４０をその回転方向５８側に付勢するように配置されている。すなわち、ペダルスプロケット８０と伝達プレートとの結合部のガタを吸収する方向に作用しており、伝達プレート４０の変位がペダルスプロケット８０へ良好な応答性で伝達されるように機能する。
【００８３】
ペダルスプロケット８０の、車体寄りつまりダウンパイプ６９側には、踏力検知装置のセンサ部分１が装着されている。センサ部分１はペダルスプロケット８０に固定された外側リング２と、この外側リング２に対して回転自在に設けられ、磁気回路を形成するためのセンサ本体３とを有する。
【００８４】
外側リング２は電気絶縁性を有する材料で形成されており、図示しないボルトでペダルスプロケット８０に固定される。外側リング２の、ペダルスプロケット８０側にはカバー４９が設けられ、止めねじ５３で外側リング２に固定されている。
【００８５】
図３０は電動補助ユニット８６の断面図である。図３１は図３０のＢ−Ｂ断面図である。また、図３２は図３０においてカバー９７除去後の電動モータ２１の軸方向視（Ａ方向）図である。
【００８６】
図３０において、電動補助ユニット８６のケーシング９４は、第１ケーシング半体９５と、第１ケーシング半体９５に結合されて該第１ケーシング半体９５との間に第１収納室９８を形成する第２ケーシング半体９６と、第１ケーシング半体９５との間に第２収納室９９を形成して第１ケーシング半体９５に結合されるカバ−９７とからなる。
【００８７】
第２収納室９９内には、前記クランク軸８３と平行な軸を有する電動モータ２１が収納されており、電動モータ２１は第１ケーシング半体９５で固定的に支持される。電動モータ２１の出力は、前記ペダル７９に加わる踏力を補助すべく、減速ローラ式減速機１００、減速ギヤ列１０１および第２ワンウェイクラッチ１０２を介して駆動スプロケット８４に伝達される。
【００８８】
図３１を併せて参照すると、減速ローラ式減速機１００は、電動モータ２１のモータ軸１０３と、モータ軸１０３を囲繞する碗状の外輪８５と、モータ軸１０３の外面および外輪８５の内面に接触して転動可能な複数（ここでは３つ）の減速ローラ１０４，１０５，１０６とを備え、電動モータ２１からのアシスト動力を静粛にかつ減速して減速ギヤ列１０１側に伝達する機能を果す。
【００８９】
モータ軸１０３は、第１ケーシング半体９５に設けられる円筒状の第１軸受部１０７にボールベアリング１０８を介して回転自在に支承され、第２収納室９９から第１収納室９８側に突出される。外輪８５は、モータ軸１０３の第１収納室９８側への突出端部を囲繞するようにして第１収納室９８内に配置されており、この外輪８５の閉塞端部中央には出力軸１１５の基端部が同軸に固着される。一方、第２ケーシング半体９６には、出力軸１１５の先端部に対応した円筒状の第２軸受部１０９が設けられており、出力軸１１５の先端部はボールベアリング１１０を介して第２軸受部１０９で回転自在に支承される。
【００９０】
減速ローラ１０４，１０５，１０６は、ローラ軸１１１，１１２，１１３に、ニードルベアリング１１６，１１７，１１８を介して回転自在に支承されるものであり、各ローラ軸１１１〜１１３の一端は第１ケーシング半体９５で支持され、各ローラ軸１１１〜１１４の他端は支持板１１９で支持される。支持板１１９は、各減速ローラ１０４〜１０６相互間で第１ケーシング半体９５に一体に設けられたボス部１２０…にねじ部材１２１…で締着される。
【００９１】
各減速ローラ１０４〜１０６のうち、減速ローラ１０４，１０５はモータ軸１０３の周方向に沿う位置を固定として左ケーシング半体９５および支持板１１９に支持されており、減速ローラ１０４，１０５におけるローラ軸１１１，１１２の一端をそれぞれ嵌合せしめる有底の嵌合孔１２２…が第１ケーシング半体９５に設けられる。
【００９２】
また、減速ローラ１０４〜１０６のうち、減速ローラ１０６はモータ軸１０３の回転時にモータ軸１０３との摩擦係合によりモータ軸１０３および外輪８５間に食込むように移動すべく、モータ軸１０３の周方向に沿う位置が、制限された範囲内で変化可能となるようにして、第１ケーシング半体９５および支持板１１９に支持される。
【００９３】
第１ケーシング半体９５には、減速ローラ１０６のローラ軸１１３の一端を嵌合させる有底の嵌合孔１２３が設けられ、この嵌合孔１２３にはローラ軸１１３を押圧するピン（図示せず）を付勢するばね１２４が設けられている。減速ローラ１０６は、モータ軸１０３および外輪８５間に食込む方向にばね１２４によって付勢されている。
【００９４】
各減速ローラ１０４〜１０６のうち、減速ローラ１０４，１０６が同一外径を有するものであるのに対し、減速ローラ１０５の外径は、減速ローラ１０４，１０６の外径よりも大径に形成されており、モータ軸１０３の軸線に対して出力軸１１５の軸線は偏心している。
【００９５】
このような減速ローラ式減速機１２０によれば、電動モータ２１の作動に応じてモータ軸１０３が図３１の矢印１２５の方向に回転すると、減速ローラ１０６がモー夕軸１０３および外輪８５間に食込むように引き込まれて楔作用をする。そうすると、各減速ローラ１０４〜１０６と、モータ軸１０３および外輪８５との間の接触面圧が増加し、電動モータ２１の出力トルクがモータ軸１０３から各減速ローラ１０４〜１０６および外輪８５を介して出力軸１１５に伝達される。この際、モータ軸１０３は、その周囲の３方向から減速ローラ１０４，１０５，１０６で拘束されることになり、減速ローラ１０４〜１０６およびモータ軸１０３間に電動モータ２１の駆動トルクに比例した力が働くので、電動モータ２１で生じる振動を減速ローラ式減速機１００で減衰することができる。
【００９６】
減速ギヤ列１０１は、動力伝達部としての駆動ギヤ１２６と、駆動ギヤ１２６に噛合される被動ギヤ１２７とからなり、駆動ギヤ１２６は、第２ケーシング半体９６の第２軸受部１０９と、外輪８５との間で、出力軸１１５に一体に設けられる。
【００９７】
上述の減速ローラ式減速機１００において、モータ軸１０３はボールベアリング１０８を介して第１ケーシング半体９５の第１軸受部１０７に支持され、また出力軸１１５はボールベアリング１１０を介して第２ケーシング半体９６の第２軸受部１０９で片持ち支持されるのであるが、ボールベアリング１０８の中心から各減速ローラ１０４〜１０６の軸方向中心までの長さＬＡがモータ軸１０３における各減速ローラ１０４〜１０６への接触部の外径ＤＡの２倍よりも大きく（ＬＡ＞ＤＡ×２）設定され、また各減速ローラ１０４〜１０６の軸方向中心からボールベアリング１１０の軸方向中心までの長さＬＢが外輪８５の内径ＤＢの１／２よりも大きく（ＬＢ＞ＤＢ×１／２）設定される。
【００９８】
このような寸法設定によると、減速ローラ式減速機１００の各減速ローラ１０４〜１０６およびモータ軸１０３の組付精度を比較的粗く設定しながらも、その影響が出力軸１１５の駆動ギヤ１２６への被動ギヤ１２７の噛合部で最小となるように、モータ軸１１３のボールベアリング１０８からの支持長さと、出力軸１１５のボールベアリング１１０からの片持ち支持長さとがそれぞれ適正に設定されることになる。
【００９９】
減速ギヤ列１０１の被動ギヤ１２７は、回転駆動軸１２８を同軸に囲繞して配置され、該回転駆動軸１２８は、ボールベアリング１２９を介して第２ケーシング半体９６に回転自在に支承されるとともに、ボールベアリング１３０を介して第１ケーシング半体９５に回転自在に支承され、回転駆動軸１２８の第２ケーシング半体９６からの突出端部に駆動スプロケット８４が固着される。
【０１００】
回転駆動軸１２８および被動ギヤ１２７間には、ボールベアリング１３１が設けられるとともに、第２ワンウェイクラッチ１０２が設けられる。第２ワンウェイクラッチ１０２は、被動ギヤ１２７に一体に設けられるクラッチ外輪１３２と、回転駆動軸１２８に一体に設けられるクラッチ内輪１３３とを有し、第１ワンウェイクラッチ４１と同様に構成される。第２ワンウェイクラッチ１０２は、電動モータ２１の作動に伴なって減速ローラ式減速機１００および減速ギヤ列１０１で減速されたトルクを回転駆動軸１２８すなわち駆動スプロケット８４に伝達することを許容するが、電動モータ２１の作動が停止したときには、ペダル７９にかかる踏力による駆動スプロケット８４の回転を妨げることがないように回転駆動軸１０９の空転を許容する働きをする。ケーシング９４に形成されたハンガー部１３４は前記ダウンパイプ６９に固着されたブラケット９３に締結される。
【０１０１】
図３２を併せて参照すると、第２収納室９９内で電動モータ２１の側方および後方には、電動モータ２１の作動を制御する制御ユニットが収納されている。制御ユニットは、第１ケーシング半体９５の内壁に取付け部材１５１ａ〜１５１ｃによって取り付けられる第１制御基板１３６と、該第１制御基板１３６との間に所定の間隔を開けて第１ケーシング半体９５に取付けられる第２制御基板１３５を有している。第２制御基板１３５は第１制御基板１３６の一部と重なり合う位置に設けられ、両者の間隔は、ボルトに嵌挿されたカラー１４２とカラー１４３により確保されている。
【０１０２】
第１制御基板１３６は好ましくはプリント基板で構成され、第１ケーシング半体９５の内側周囲壁から第１軸受部１０７の周囲にまで及ぶ面積を有している。換言すれば、電動モータ２１の軸方向視（Ａ方向視）で、モータ２１と重なる位置まで延びる広さの面積を有している。第１制御基板１３６上には、ＣＰＵ２０、コンデンサ２９、リレー３１等の制御素子が実装されており、第１制御基板１３６上のスペースを有効に利用するために、高さが低く比較的大面積のＣＰＵ２０は電動モータ２１との重なり合せ部の間隙に配置されている。
【０１０３】
第２制御基板１３５は熱伝導性の良好な軽金属基板、好ましくはアルミ基板で構成され、第１ケーシング半体９５の内壁面に直付けされている。第２制御基板１３５上であって第１制御基板との間には、ＦＥＴ２７、ダイオード２８等の素子が実装されており、これらの素子からの発熱は、第２制御基板１３５を介して第１ケーシング半体９５に発散される。このため、前記素子が高温になるのを効果的に防止することができる。
【０１０４】
さらに、第１ケーシング半体９５の前記アルミ基板１３５が取り付けられている面の裏面には、被動ギヤ１２７に設けられた磁性体１４４を検知して被動ギヤ１２７の回転スピードを検出するためのスピードセンサ１４５が取り付けられている。
【０１０５】
動作時、人力によってペダル７９が駆動方向に踏まれると、クランク軸８３に固定されている内輪４２が回転し、その回転はラチェット爪４４を介してラチェット歯４６に伝達される。伝達プレート４０の回転は圧縮コイネばね５６を介してペダルスプロケット８０に伝達されるが、ペダルスプロケット８０には負荷がかかっているので、伝達プレート４０の回転はただちにペダルスプロケット８０に伝達されない。まず、負荷に応じて圧縮コイルばね５６がたわみ、そのたわみ荷重と負荷とがバランスしたところで、ペダルスプロケット８０は回転する。こうして、伝達プレート４０およびペダルスプロケット８０は、負荷に対応した回転方向のずれを有した状態で回転し、チェーン８２を通じて後輪に駆動力を与える。ペダルスプロケット８０にかかる負荷は運転者がペダル７９を踏み込む力つまり踏力として検出される。
【０１０６】
踏力検知装置のセンサ部分１から突出している突起部４８は伝達プレート４０とともに回転するので、この突起部４８を支持している踏力伝達リング（内側リング）５と、ペダルスプロケット８０に固定されている外側リング２との相対位置は踏力に応じて決定される。この相対位置は前記センサ部分１で検知され、踏力検知のため制御装置（図示せず）に供給される。
【０１０７】
なお、ペダル７９を駆動方向とは逆に踏んだ場合、または、走行中に踏むのを停止した場合は、ラチェット爪４４とラチェット歯４６との係合は外れる。したがって、ペダルスプロケット８０は回転しないし、走行中、ペダルスプロケット８０はクランク軸８３とは独立に回転する。
【０１０８】
以上のように、本実施形態によれば、モータの制御素子を搭載する基板が、モータの軸方向から見て、モータ軸と直交しかつその一部がモータと重なり合うように配置されているので、従来装置のようにモータケーシングの一部を下方に張り出したケーシングに前記制御基板を収容する必要がなく、電動補助ユニットを極力小型化することができる。また、前記第２制御基板を、モータの軸方向から見て第１制御基板と重なり合うように配置したので、電動補助ユニットを一層小型化することができる。
【０１０９】
次いで、前記センサ部分１を詳細に説明する。図３５はセンサ部分１の要部拡大側面図、図３６はセンサ部分１の正面図つまりペダルスプロケット８０側から見た図である。外側リング２は電気絶縁性を有する材料で形成されており、この外側リング２をペダルスプロケット８０に固定するためのボルトが貫通できるようボルト孔３０が３か所に設けられている。外側リング２の内周面に沿って第１誘導体４Ａが配置され、さらに第１誘導体４０Ａに隣接して第２誘導体４Ｂが配置されている。またさらに、第２誘導体４Ｂに外周が沿うよう踏力伝達リング５が設けられている。第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂは、アルミニウムやしんちゅう等の高導電率材料または軟磁性体材料からなり、それぞれ外側リング２および踏力伝達リング５に係止されている（詳細は後述する）。
【０１１０】
前記第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂを挟んで２枚１組のリング状のコアプレート６，７が配置され、かつ、これらコアプレート６，７の内周側にはコアカラー８が配置される。コアプレート６，７およびコアカラー８はソフトフェライト等の軟磁性材料からなる。コアカラー８の外周にはコイル９が巻回されていて、コアプレート６，７およびコアカラー８、ならびに第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂによって、コイル９に通電したときに生じる磁束が貫通して磁気回路が形成されるようにしている。コアプレート６，７およびコアカラー８は、スリーブ１０およびこのスリーブ１０のめねじに適合するおねじを有するフランジ１１によって支持されている。スリーブ１０およびフランジ１１は支持パイプ２４によって、回転が規制されている。
【０１１１】
前記コイル９に電流を供給するためのリード線１２はスリーブ１０を貫通して外部に引き出され、後述する制御装置に接続される。リング２とスリーブ１０との間にはオイルシール１３が設けられ、リング２と踏力伝達リング５との間、ならびに踏力伝達リング５とフランジ１１との間には、それぞれシール１４，１５が設けられている。踏力伝達リング５から直角に突き出した突起部４８は、前記係止孔５１に係合可能なよう、カバー４９に設けられた開口４９Ａから外部に臨んでいる。
【０１１２】
図３７は第１誘導体４Ａの正面図、図３８は同断面図である。第１誘導体４Ａは全体がリング状であり、その内周には複数の歯４４が形成されている。この歯４４と同様の歯が第２誘導体４Ｂにも設けられており、これらの歯が重なりあうことにより、コイル９によって生じる磁束が貫通する通路の一部を形成する。歯４４の間の２か所にはキャップ状の第１誘導体４Ａの底部から外方に打ち出された突起部４ｃが形成されている。突起部４ｃは、第１誘導体４Ａが外側リング２と一体的に回転可能となるよう、外側リング２に形成される凹部に嵌まるように設定されている。
【０１１３】
図３９は第２誘導体４Ｂの断面図である。第２誘導体４Ｂは第１誘導体４Ａと同様の形状をなす。しかし、外周は第１誘導体４Ａよりひとまわり小形に形成されている。さらに、図３９に示すように、第２誘導体４Ｂは、キャップ状の第２誘導体４Ｂの底部から内方に打ち出されている突起部４ｄを有している。この突起部４ｄは第２誘導体４Ｂに接する内側リング５に設けられる凹部に嵌まるように設定されている。
【０１１４】
図４０は前記コイル９によって生じる磁束が貫通する通路を示す模式図である。同図において、コイル９に通電されたときに発生する磁束Φは、コアプレート６，７およびコアカラー８、ならびに第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂを含む磁気回路を形成する。ここで、コイル９のインダクタンスは磁束Φが通過する通路の抵抗つまり磁気回路抵抗の関数である。一方、実質的に第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂではその内周に設けられた歯（第１誘導体４Ａでは歯４４）を磁束Φが通過するので、第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂのそれぞれの歯の重なり量によってこの部分の磁気回路抵抗は決定される。
【０１１５】
上述のように、外側リング２と内側リング５とは、踏力に応じて互いにずれを生じ、これに伴って、第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂの相対位置にもずれが生じる。その結果、第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂのそれぞれの歯の重なり程度も踏力に応じて変化する。
【０１１６】
図４１は、踏力の違いによる第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂのそれぞれの歯の重なり程度の違いを示す図である。図４１（ａ）は踏力が小さい場合、図４１（ｂ）は踏力が大きい場合をそれぞれ示す。これらの図に示すように、踏力が小さい場合には、第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂのそれぞれの歯の重なり程度が大きくなって磁気回路抵抗が小さくなるように、また、踏力が大きい場合には、第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂのそれぞれの歯の重なり程度が小さくなって磁気回路抵抗が大きくなるよう、外側リング２および内側リング５に対する第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂのそれぞれの係合位置を設定してある。
【０１１７】
このように、踏力に応じて磁束Φが通過する通路の抵抗を変化させられるので、この磁気回路抵抗の関数であるコイル９のインダクタンスを検知することによって踏力を検知することができる。
【０１１８】
図４２は、コイル９のインダクタンスに基づいて踏力を検知する制御装置の回路図であり、図４３はこの回路の所定位置での電圧を示す波形図である。制御装置１６に含まれる発振回路１７、ピークホールド回路１８、および抵抗１９は、コイル９とともに踏力検知装置の要部を構成する。ピークホールド回路１８の出力はＣＰＵ２０で処理される。発振回路１７は予定周波数の交流を出力する（点ａの波形として図４３（ａ）に示す）。第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂのそれぞれの歯の重なり程度が大きい場合は、コイル９で生じた磁束Φの磁気回路抵抗は大きく、したがって点ｂでの波形の振幅は大きくなる（図４３（ｂ）参照）。点Ｂの振幅はピークホールド回路１８でピークホールドされ、そのピークホールド値つまり点ｃの振幅値（図４３（ｃ）参照）は踏力値としてＣＰＵ２０に入力される。
【０１１９】
制御装置１６には電動補助ユニット８６（図１参照）に含まれる前記電動モータ２１が負荷として接続され、電源としてバッテリ２が接続される。また、制御装置１６およびバッテリ２にはカプラ２２およびメインスイッチ２３を通じて充電器２５を接続することができる。
【０１２０】
電動モータ２１のドライブ回路は、ＦＥＴ２７、ダイオード２８、コンデンサ２９を含んでいる。電動モータ２１のプラス端子には、接点３１ａを通じてバッテリ２のプラス電極が接続され、マイナス端子にはＦＥＴ２７を通じてバッテリ２のマイナス電極が接続される。
【０１２１】
接点３１ａはＣＰＵ２０の指令に従ってコイル３１ｂに通電されることによってオン動作する。電動モータ２１に供給される電流は、ＣＰＵ２０からＦＥＴ２７のゲートに印加される電圧によって決定される。ＣＰＵ２０は踏力値に対応する踏力値／電圧テーブルを参照するか、予定の演算式に従って演算するかして、踏力値に対応する電圧値を求め、その電圧値に応じた電圧をＦＥＴ２７のゲートに印加する。ＣＰＵ２０に入力される踏力値が増大するのに伴ってドライドモータ２１の出力が増大するように、前記踏力値／電圧テーブルおよび演算式を設定するのがよい。
【０１２２】
本実施形態によれば、例えば、組付精度のばらつきが生じて第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂ間においてコアプレート６，７の位置が軸方向にずれて、第１誘導体４Ａおよびコアプレート６間の距離が狭まったときは、第２誘導体４Ｂおよびコアプレート７間の距離は拡大する。これと逆に、第１誘導体４Ａおよびコアプレート６間の距離が広がったときは、第２誘導体４Ｂおよびコアプレート７間の距離が縮小する。このように、一方の間隔の変化は他方の間隔の変化でキャンセルされることになり、全体として磁気回路抵抗は一定に維持される。
【０１２３】
また、第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂ間においてコアプレート６，７の位置が半径方向にずれて、半径方向の一方で第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂとコアプレート６，７との重なりが大きくなったときは、半径方向の他方では第１誘導体４Ａおよび第２誘導体４Ｂとコアプレート６，７との重なりが小さくなる。したがって、一方で磁気回路抵抗が増大した分、他方で磁気回路抵抗が低減し、結果的に磁気回路抵抗は全体として一定に維持される。
【０１２４】
ところで、電動補助自転車のバッテリ２に関して、これまでは個人所有が基本であったが、近年ではバッテリ交換システムへの関心が高まりつつある。バッテリ交換システムは、返却されたバッテリを貸出し可能なバッテリと交換し、返却されたバッテリを充電して貸出し可能なバッテリとしてストックする。
【０１２５】
図４４は、前記バッテリ２を充電・交換するバッテリ交換装置の正面図、図４５は同側面断面図である。バッテリ交換装置９００は、外形が直方体をなす筐体からなる。この筐体は、複数のバッテリ２およびコントローラ（電源装置および制御装置からなる）９０３を収容するスペースを有する本体１ａと、本体１ａに対して開閉自在な蓋体１ｂとからなる。
【０１２６】
本体１ａには、バッテリ２を１つずつ収納した収納部としてのスロット９０４が設けられており、スロット９０４はそれぞれ横に６列、縦に５段設けられている。すなわち、本実施形態のバッテリ交換装置９００は合計３０個のバッテリを同時に収容可能である。スロット９０４はバッテリ２の保持機構９０５を有している。スロット９０４の底部つまり奥の壁面にはバッテリ充電のための端子９０６が設けられ、この端子９０６は充電器９０７に接続されている。
【０１２７】
スロット９０４はバッテリ２が挿入されたことを検出するセンサ手段を有し、バッテリ２の挿入が検出されると充電器９０７を付勢して該バッテリ２の充電を行う。バッテリ２の検出、充電の開始指示等は前記コントローラ９０３によって実行できる。コントローラ９０３の制御装置は、バッテリ２の充電が完了した場合、どのスロット９０４に充電済みバッテリが収納されているかが認識できるレジスタを含む制御手段を有している。このレジスタの内容によって表示手段による充電バッテリ表示が行われる。なお、充電器９０７は個々のスロット９０４にそれぞれ別個に設けるのではなく、例えば、３つのスロットで１つの充電器９０７を共用することができる。
【０１２８】
本体１ａの上部背面には排気用のファン９０８が設けられている。バッテリ交換装置９００に空調手段を設けると、そのために大きいスペースをとることになり、屋内での使用に適しない。そこで、本実施形態では、スペースを大きくとる空調手段を用いず、ファン９０８で外気（設置場所の雰囲気）との換気をするだけにした。その結果、後述のようにバッテリ交換装置９００の小型化が達成されている。
【０１２９】
蓋体１ｂには、スロット９０４の配置に対応して横長の窓９０９が５段設けられ、この窓９０９には６列のスロット９０４の前面を一体的に覆う共通の扉９１０が設けられている。扉９１０は透明の樹脂板で形成でき、上部に設けたヒンジ９１１によって開閉自在に支持されている。窓９０９の縁には、扉９１０を閉じたときにこの扉９１０の下端部裏面が当接するストッパ９１２が設けられている。ストッパ９１２は緩衝機能があるゴム等の弾性材料であるのが好ましい。また、窓９０９には各スロット９０４に対応して表示灯（例えばＬＥＤ）９１３が設けられていて、この表示灯９１３が点灯または点滅しているスロット９０４およびこのスロット９０４に収容されているバッテリ２に関してユーザがアクセス可能である。図４４においては便宜上、最下段のスロットについてのみストッパおよび表示灯を示す符号９１２，９１３を付している。
【０１３０】
バッテリ２を収納するスロット９０４は、上述の数に限らないのはもちろんである。また、窓９０９は横長に限らず、スロット９０４の列に合わせて縦長としてもよい。この場合、扉９１０も縦長となり、上下方向に伸びた回動軸を有するヒンジで支持するのがよいのはもちろんである。さらに、スロット９０４の数に応じて必要な数の窓９０９だけに開閉自在な扉９１０を設けることとし、スロット９０４の数が少ない場合は、使用しない窓９０９に蓋を取付けて塞いでおくようにしてもよい。そして、スロット９０４を増設した場合は、これに応じて、塞いであった窓９０９を開放し、そこに扉９１０を取付ければよい。
【０１３１】
蓋体１ｂの上部には表示パネル９１４が形成され、電源ランプ９１５、準備中表示器９１６、操作手順表示器９１７，９１８，９１９、カード返却ランプ９２０、およびカード使用残数表示器９２１が設けられている。準備中表示器９１６ならびに操作手順表示器９１７，９１８，９１９は、予めメッセージを書込んだ文字板と、この文字板を照射するランプとからなる。準備中表示器９１６には「準備中」の文字が、操作手順表示器９１７には「充電池を点灯の所に入れて下さい」の文字が、操作手順表示器９１８には「カードを入れて下さい」の文字が、操作手順表示器９１９には「点滅の所から充電池を取出して下さい」の文字がそれぞれ表示される。
【０１３２】
蓋体１ｂの最上段の窓９０９の側部にはプリペイドカードを挿入するための挿入口９２２が形成されている。挿入口９２２には、開閉自在な透明樹脂カバー９２２ａを設けることができる。
【０１３３】
バッテリ交換装置９００の下部には、脚９２３が設けられている。このバッテリ交換装置９００の高さＨは１２０ｃｍ、奥行Ｄは４５ｃｍ、幅Ｂは７２．５ｃｍである。これらの寸法のうち、特に、高さＨは、人間工学的にみたバッテリ２の出し入れ容易性や、コンビニエンスストア等の店舗に設置した場合の見通しの確保ならびに他の商品陳列台と共に配列したときの美観を考慮して決定するのが好ましく、１２０ｃｍの前後１０ｃｍの範囲であるのが好ましい。
【０１３４】
次に、バッテリ交換装置９００の動作について説明する。バッテリ交換装置９００は、充電済みのバッテリ２がない場合は準備中表示器９１６をオンにして「準備中」の文字を表示している。充電済みバッテリ２を貸出しできる場合は、準備中表示器９１６をオフにして「準備中」の文字を消し、これに代わって操作手順表示器９１７をオンにして「充電池を点灯の所に入れて下さい」の文字を表示する。また、この表示と共に、空きスロット９０４に対応した表示灯９１３を点灯させる。空きスロット９０４が複数あるときは、それらのすべての表示灯９１３を点灯させてもよいし、各スロット９０４が平均して利用されるようにスロット９０４のうち１つを選択して表示灯９１３を点灯させてもよい。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
【０１３６】
（１）請求項１の発明によれば、電動補助ユニットの補助動力をクランク軸よりも前方でチェーンラインに入力するようにしたので、クランク軸と後輪との間に電動補助ユニットの搭載スペースを確保できない自転車であっても電動補助自転車化が可能になる。
【０１３７】
（２）請求項２の発明によれば、駆動スプロケットがクランク軸よりも上方に配置されるので電動補助ユニット内の駆動スプロケット下方に空間が確保され、この下方空間内に、重量物である駆動モータを配置することができるので、低重心化により走行性能が良好になる。
【０１３８】
（３）請求項３の発明によれば、シートポスト背面と後輪との間、あるいはシートポスト前面にバッテリの搭載スペースを確保できない自転車であっても電動補助自転車化が可能になるのみならず、バッテリを車両中央部に装備することができ、さらには、重量物である駆動モータに近接することができる。したがって重量物の車体中央部への集中配置により走行性能が良好となる。
【０１３９】
（４）請求項４の発明によれば、シートポスト背面に生じるデッドスペースが小さい場合でも、バッテリを車体の略中央部に配置することができる。したがって、例えば車輪が大径等のためにシートポストと後輪との間にバッテリの搭載スペースを確保できない自転車においても、重量物を車体中央部に集中配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した第１の電動補助自転車（Ｆ／Ｆ構造）の側面図である。
【図２】 図１に示した電動補助自転車のペダルスプロケットと駆動スプロケットとの相対的な位置関係を示した図である。
【図３】 図１に示した電動補助自転車における車体フレームと電動補助ユニットとの取付構造を示した図である。
【図４】 バッテリの斜視図である。
【図５】 バッテリの正面図である。
【図６】 バッテリホルダの斜視図である。
【図７】 バッテリホルダの側面図である。
【図８】 バッテリ搭載状態でのバッテリホルダの側面図である。
【図９】 バッテリ搭載状態でのバッテリホルダの側面図（施錠状態）である。
【図１０】 バッテリホルダの他の実施形態の斜視図である。
【図１１】 本発明を適用した第２の電動補助自転車（Ｆ／Ｆ構造）の側面図である。
【図１２】 図１１に示した電動補助自転車における車体フレームと電動補助ユニットとの取付構造を示した図である。
【図１３】 図１１に示した電動補助自転車のペダルスプロケット周辺の構造を反対側の側面から示した図である。
【図１４】 本発明を適用した第３の電動補助自転車（Ｆ／Ｆ構造）のチェーンカバー近傍の側面図である。
【図１５】 本発明を適用した第４の電動補助自転車（Ｆ／Ｆ構造）のチェーンカバー近傍の側面図である。
【図１６】 本発明を適用した第５の電動補助自転車（Ｆ／Ｆ構造）のチェーンカバー近傍の側面図である。
【図１７】 本発明を適用した第６の電動補助自転車（Ｒ／Ｒ構造）の側面図である。
【図１８】 図１７に示した電動補助自転車における車体フレームと電動補助ユニットとの取付構造を示した図である。
【図１９】 図１７に示した電動補助自転車のペダルスプロケット周辺の構造を反対側の側面から示した図である。
【図２０】 本発明を適用した第７の電動補助自転車（Ｒ／Ｒ構造）のチェーンカバー近傍の側面図である。
【図２１】 本発明を適用した第８の電動補助自転車（Ｒ／Ｒ構造）のチェーンカバー近傍の側面図である。
【図２２】 本発明を適用した第９の電動補助自転車（Ｒ／Ｒ構造）のチェーンカバー近傍の側面図である。
【図２３】 本発明を適用した第１０の電動補助自転車（Ｆ／Ｒ構造）の側面図である。
【図２４】 図２３に示した電動補助自転車における車体フレームと電動補助ユニットとの取付構造を示した図である。
【図２５】 図２３に示した電動補助自転車のペダルスプロケット周辺の構造を反対側の側面から示した図である。
【図２６】 本発明を適用した第１１の電動補助自転車の側面図である。
【図２７】 図２６のクランク軸近傍の部分側面図である。
【図２８】 図２７を車体背面から見込んだ側面図である。
【図２９】 図２６の車体中央部を上方より見込んだ図である。
【図３０】 本発明の一実施形態の電動補助ユニットの断面図である。
【図３１】 図３０のＢ−Ｂ位置での断面図である。
【図３２】 図３０のカバー除去後のドライブモータの軸方向視（Ａ方向）図である。
【図３３】 踏力検知装置を組込んだ電動補助車両の要部断面図である。
【図３４】 図３３のＡ−Ａ矢視図である。
【図３５】 踏力検知装置のセンサ部分の要部断面図である。
【図３６】 踏力検知装置のセンサ部分の正面図である。
【図３７】 第１導電体の正面図である。
【図３８】 第１導電体の断面図である。
【図３９】 第２導電体の断面図である。
【図４０】 コイルによって生じる磁束が貫通する磁気回路を示す模式図である。
【図４１】 第１導電体と第２導電体との重なり程度を示す図である。
【図４２】 制御装置の踏力検知回路である。
【図４３】 コイルの電圧と踏力の関係を示す図である。
【図４４】 バッテリ交換装置の正面図である。
【図４５】 バッテリ交換装置の側面断面図である。
【符号の説明】
１…バッテリ交換装置、２…バッテリ、３…コントローラ、４…スロット、７…充電器、９…窓、１０…扉、１１…ヒンジ、１３…表示灯、１４…表示パネル、２８，２９…端子、３３…ボス形成スペース、３４…ボス、３５…フランジ、４６…テンショナ、７１…シートポスト、８６…電動補助ユニット、８７…バッテリホルダ、８８…バックル、９１…チェーンカバー、９２Ａ…駆動スプロケットカバー部、９２Ｂ…チェーンカバー部、９２Ｃ…ペダルスプロケットカバー部

Claims (7)

1. ペダルから入力された踏力に応じた補助動力をチェーンへ入力する電動補助ユニットを備えた電動補助自転車において、
   前記電動補助ユニットの出力軸に設けられて、ペダルスプロケットおよび被動スプロケットに巻きかけられるチェーンと噛合する駆動スプロケットが、側面視でクランク軸よりも前方において、その下端部が前記ペダルスプロケットの上端部より下方にあるように配置されていると共に、その後端部が、側面視で前記ペダルスプロケットの前端部より後方に配置されており、
   前記チェーンは、前記ペダルスプロケットと、前記被動スプロケットと、前記駆動スプロケットとに同時に巻きかけられる無端状とされ、
   前記電動補助ユニットに電力を供給するバッテリが、自転車フレームの前方から後方へ延びて、シートポストの略中間高さの位置に結合するメインフレームに装備されたことを特徴とする電動補助自転車。
2. 前記電動補助ユニットでは、前記駆動スプロケットが前記クランク軸よりも上方に位置し、当該電動補助ユニット内に設けられて前記補助動力を発生する駆動モータが前記駆動スプロケットよりも下方に位置することを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
3. 前記電動補助ユニットでは、前記駆動モータが前記駆動スプロケットよりも上方に位置し、前記電動補助ユニットに電力を供給するバッテリが、自転車フレームの前方から後方へ延びたメインフレームに装備されたことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
4. 前記チェーンに張力を与えるテンショナが、前記ペダルスプロケットの後部下方から前記チェーンに噛合することを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
5. 前記電動補助ユニットは、その最下部が前記ペダルスプロケットの最下部より上方に位置するように前記自転車フレームに対して前上がりに固定されていことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車。
6. ペダルから入力された踏力に応じた補助動力をチェーンへ入力する電動補助ユニットを備えた電動補助自転車において、
   前記電動補助ユニットの出力軸に設けられて、ペダルスプロケットおよび被動スプロケットに巻きかけられるチェーンと噛合する駆動スプロケットが、側面視でクランク軸よりも前方において、その下端部が前記ペダルスプロケットの上端部より下方にあるように配置されていると共に、その後端部が側面視で前記ペダルスプロケットの前端部より後方に配置されており、
   前記チェーンは、前記ペダルスプロケットと、前記被動スプロケットと、前記駆動スプロケットとに同時に巻きかけられる無端状とされ、
   前記電動補助ユニットに電力を供給するバッテリが、自転車フレームのシートポスト前面の略中間位置に装備されたことを特徴とする電動補助自転車。
7. リヤフォーク後端から前記シートポストを経由して自転車フレームのダウンパイプに達する左右一対のステーを備え、
   前記バッテリが前記左右のステー間に配置されると共に、前記電動補助ユニットが前記ダウンパイプと前記ステーとの結合部近傍に固定されることを特徴とする請求項６に記載の電動補助自転車。

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