JP4446541B2 - Electric bicycle - Google Patents
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Description
【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BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric bicycle, and more specifically, by arranging each member in a chain mechanism including a front gear, a rear gear, a drive gear to which a driving force from a motor is transmitted, and the like in a predetermined arrangement, The present invention relates to an electric bicycle that extends the life of a chain and eliminates the need for providing an axis of a drive gear more than necessary.
[0001]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, electric bicycles that are equipped with a propulsion assist mechanism including a battery, a motor, and the like on a bicycle and assist driving by using the driving force of the motor at a low speed are commercially available (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-156856, etc.). )
[0002]
The mechanism of such an electric bicycle will be briefly described with reference to FIG. 7. Based on the speed / torque detected by the speed /
[0003]
The relationship between the chain and the drive gear will be described in detail. As shown in FIG. 8, the upper chain 94a is connected so that the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the upper chain 94a is in a tension state and is slightly pressed and biased upward as indicated by the arrow A, the
[0005]
Conversely, when viewed from the
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric bicycle that extends the life of the chain and eliminates the need for providing the shaft center of the drive gear more than necessary. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The electric bicycle according to the present invention that solves the above problems is engaged with the front gear 30 connected to the
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an electric bicycle 1 according to a reference example will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the electric bicycle 1 according to the reference example includes a front wheel 71, a
[0012]
( Reference example )
In the reference example , as shown in FIG. 2, the chain mechanism X includes a front gear 30 connected to the
[0013]
The movement of the lower chain 32b from the front gear 30 to the rear gear will be described. When the
[0014]
When the chain 32b pushed down substantially downward by the
[0015]
As described above, in the reference example , since the
[0016]
As described above, for example, when the
[0017]
Next, the
[0018]
Moreover, it is preferable that the
[0019]
In the reference example , it is preferable to provide a
[0020]
Further, since the
[0021]
In the illustrated electric bicycle, the shaft center of the
[0022]
(In the form state of implementation)
Figure 4 shows an implementation in the form of a chain mechanism in the electric bicycle 1 according to the present invention. Chain mechanism X for definitive the form status of the present embodiment ', the pedal front wheel 30 coupled to a (not shown in FIG. 4)' and, after being coupled to the central axis of the rear wheel (not shown in FIG. 4) A
[0023]
The movement of the lower chain 32b from the front gear 30 'to the rear gear 36' will be described. When the pedal is stepped on, the chain 32b engaged with the front gear 30 'by the stepping force is moved to the left in FIG. As a result, the engagement with the front gear 30 'is released and the engagement with the drive gear 33' is made. Next, the meshing with the drive gear 33 'is released and it is pushed down substantially upward by the tensioner 34'. Thus, in the present invention, the lower chain 32 'meanders in a crank shape.
[0024]
The chain 32b 'pushed down substantially upward by the tensioner 34' is then released from the engagement with the
[0025]
As described above, Oite the form status of the present embodiment, 'rather than the lower side of the chain 32 b'
[0026]
Further, the area surrounded by the chain 32 'can be reduced as compared with the reference example . Therefore, the whole chain mechanism X can be reduced in size, the electric bicycle 1 according to the present invention can be made compact, and the aesthetic appearance can be enhanced.
[0027]
Next, the
[0028]
Further, the
[0029]
(About frame hanger)
In this reference example , as shown in FIGS. 5 and 6, a
[0030]
The
[0031]
The pair of
[0032]
In the conventional electric bicycle, once the speed /
[0033]
However, in the reference example , as described above, by loosening the
[0034]
In the above description, the
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, the life of the
[Brief description of the drawings]
[1] a chain mechanism X in a state where the
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
33 ...
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