JPH11105768A - 電動自転車用のフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助動力装置の強度に頼らず簡潔な構造で十
分な強度と剛性を有する電動自転車用のフレームを提供
する。 【解決手段】 アッパーチューブとロアーチューブとを
一本に纏めたモノチューブ形のメインチューブ７３、シ
ートチューブ７５及びチエンステー７６のそれぞれの一
端を、強度、剛性が大きく補助動力装置の上部を囲む下
向きのＵ字状の部材であるセンターブラケット７４で曲
げモーメントに対して剛に連結するとともに、このセン
ターブラケット７４はほぼ一様のチャンネル形とし、力
の集中するメインチューブ７３及びシートチューブ７５
との接合部はそれぞれのチューブ７３、７５に左右から
接する補強板７９、８０を溶接して伝達する力を分散さ
せて強度と剛性を増強するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は電動自転車用のフレ
ームに関し、特に運転者がペダルを踏んで生ずる人力ト
ルクと、バッテリ付補助動力装置によって発生する補助
トルクとの合力によって走行する電動自転車の車体フレ
ームとして有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】電動モータの動力で人力を補助して走行
を容易にした補助動力アシスト式自転車（以下電動自転
車と呼ぶ）の従来技術を特開平８−１７５４６３号公報
に開示された技術を例に採り図５〜図７に基づき説明す
る。 【０００３】図５はこの電動自転車の左側面図、図６は
図５のII矢視の部分平面図、図７（ａ）は図５の IIIＡ
部の拡大図、図７（ｂ）は図７（ａ）の IIIＢ部におけ
る拡大縦断面図である。 【０００４】この電動自転車１は、パラレルチューブ型
の車体フレーム２を備えており、この車体フレーム２の
中央下部に補助動力装置３が搭載されている。 【０００５】車体フレーム２は、その前頭部にヘッドパ
イプ４が位置し、このヘッドパイプ４からアッパーチュ
ーブ５とロアーチューブ６が平行して後斜め下方に延び
ている。アッパーチューブ５の中間部とロアーチューブ
６の後端部付近は補強材７により連結され、アッパーチ
ューブ５の後端部は急角度に設けられたシートチューブ
８の下端部にシートラグ９を介して接合されている。 【０００６】シートラグ９からは左右一対のジョイント
チューブ１１が下方に向かって延びており、このジョイ
ントチューブ１１の下端部は左右に開かれ、車幅方向に
延びているパイプ状のチェンラグ１２が固着されてお
り、チェンラグ１２からは左右一対のチェンステー１３
が後方に向かって延びている。 【０００７】一方、シートチューブ８の上端部付近から
は左右一対のシートステー１４が後斜め下方に延びてお
り、これらのシートステー１４の下端部がリヤエンド１
５を介して前記チェンステー１３の後端部に接合されて
いる。 【０００８】ロアーチューブ６の後端部とチェンラグ１
２の下部には、それぞれ前部ブラケット１６と後部ブラ
ケット１７が固着されており、これら前後部ブラケット
１６，１７に補助動力装置３がボルト１８で固定され
る。このため、ロアーチューブ６の後端部は補助動力装
置３を介してチェンラグ１２に連結され、補助動力装置
３が車体フレーム２の構造部材を兼ねている。 【０００９】車体フレーム２のヘッドパイプ４にはフロ
ントフォーク１９が回動自在に軸支され、このフロント
フォーク１９の下端部に前輪２０が支持される。フロン
トフォーク１９の上部にはハンドルポスト２１を介して
ハンドルバー２２が固定され、さらにフロントフォーク
１９には前輪２０を覆うフロントフェンダ２３と、前輪
制動用のフロントブレーキ２４、そして荷物積載用のバ
スケット２５等が回動一体に設けられている。 【００１０】また、車体フレーム２の後端部に位置する
リヤエンド１５には後輪２６が軸支され、この後輪２６
を覆うリヤフェンダ２７がチエンステー１３とシートス
テー１４及びリヤエンド１５に固定され、後輪制動用の
リヤブレーキ２８がシートステー１４に設けられてい
る。なお、リヤエンド１５には駐車時に車体を立てるた
めのスタンド装置２９も設けられている。 【００１１】シートチューブ８には上方からシートポス
ト３１が差し込まれて固定され、このシートポスト３１
の上端部にサドル３２が取り付けられる。一方、補助動
力装置３には車幅方向に延びるクランク軸３３が軸支さ
れており、このクランク軸３３の両端部にクランク３４
Ｌ及びクランク３４Ｒが固定され、両クランク３４Ｌ，
３４Ｒの先端部にそれぞれペダル３５が設けられてい
る。 【００１２】また、クランク軸３３には補助動力装置３
の右側に位置するドライブスプロケット３６が軸装され
ており、このドライブスプロケット３６と、後輪２６に
設けられたドリブンスプロケット３７との間にチェン３
８が巻装されている。 【００１３】クランク軸３３は、サドル３２に着座した
乗員が足でペダル３５を踏むことによって矢印で示す正
転方向に回転駆動され、ドライブスプロケット３６はク
ランク軸３３と同方向に回転し、この回転がチェン３８
によってドリブンスプロケット３７に伝達され、後輪２
６が駆動されるようになっている。 【００１４】車体フレーム２のアッパーチューブ５とロ
アーチューブ６との間には、補助動力装置３に内蔵され
た電動モータ４５を作動させるためのバッテリパッケー
ジ４０が固定されている。このバッテリパッケージ４０
は、例えば１５個のバッテリ４１と図示しない充電器と
が合成樹脂製のバッテリケース４２中に封入された構成
となっている。 【００１５】特に図７に詳細に示すように、補助動力装
置３の上部には電動モータ４５の出力を制御する制御装
置４３が取付けられている。この制御装置４３は、補助
動力装置３のケーシング４４の上部に配置され、かつ車
体フレーム２の構成部材であるアッパーチューブ５、ロ
アーチューブ６、シートラグ９、ジョイントチューブ１
１等の間に配置されている。 【００１６】ケーシング４４は例えばアルミ合金製であ
り、このケーシング４４の内部には、前方に電動モータ
４５が、後方に動力合成手段としての差動装置４６が、
それぞれ内蔵されている。なお、クランク軸３３は差動
装置４６と同軸的に軸支されている。 【００１７】特に図６に詳細に示すように、電動モータ
４５のピニオンギヤ４８と差動装置４６との間には減速
ギヤ列４９が設けられている。電動モータ４５はバッテ
リパッケージ４０の電力により起動し、その回転力が減
速ギヤ列４９により減速されて差動装置４６に入力され
る。 【００１８】一方、人力、即ちクランク軸３３の回転力
も差動装置４６に入力され、差動装置４６によって入力
と電動モータ４５の回転力（補助動力）とが合成され、
この合力がドライブスプロケット３６から出力されて駆
動輪である後輪２６に伝達される。 【００１９】制御装置４３は図７（ａ）及び図７（ｂ）
に示すように、ケーシング４４の上部に設けられた制御
装置収納部５１に収納されており、この制御装置収納部
５１は、ケーシング４４の上部に一体に設けられた収納
基部５２と、この収納基部５２に固定される合成樹脂製
の収納カバー５３とを備えて構成される。この制御装置
４３は例えばＣＰＵユニット４３ａや可変抵抗器４３ｂ
などの電装部品から構成されていて、電動自転車１の走
行時には発熱するが、この制御装置４３が取り付けられ
ている収納基部５２が厚みのあるアルミ合金製であり、
アルミ合金は熱伝導性に優れているため、収納基部５２
自体が制御装置４３の放熱体となって発生する熱をケー
シング４４側に発散させるようになっている。 【００２０】次に、補助動力装置を装備しない普通の自
転車の車体フレームを図８に基づいて説明しておく。な
お、図５〜図７の各部品に機能的に対応する部品には同
一の番号を付す。 【００２１】従来の普通の自転車の車体フレームは、図
８の（ａ）に示すヘッドパイプ４、アッパーチューブ
５、ロアーチューブ６、チェンステー１３及びシートス
テー１４が５角形を作るダイアモンド型、（ｂ）に示す
アッパーチューブ５とロアーチューブ６が平行なパラレ
ルチューブ型、（ｃ）に示すアッパーチューブ５とロア
ーチューブ６が一本となったモノチューブ型、（ｄ）に
示すアッパーチューブ５とロアーチューブ６及びチエン
ステー１３とシートステー１４とが一直線に並んでシー
トチューブ８とクロスした十字型等があり、十字型以外
はシートチューブ８より前方は四角形のラーメン構造で
シートチューブ８より後方が三角形のトラス構造になっ
ている。また、前後輪軸、ハンドル、クランクハブ（ク
ランク軸支持部）、サドルの関係位置は長い経験から適
宜の範囲に限定されており、車体フレームの各部材はこ
れらの各点を繋ぐように構成されているが、チェンステ
ー１３は構造上の理由から殆どがクランクハブと後車軸
を結ぶ方向に設けられている。 【００２２】 【発明が解決しようとする課題】補助動力装置をクラン
ク軸と一体のユニットとする場合は、補助動力装置を持
たない普通自転車のクランクハブ近傍が補助動力装置に
よって占められるので、車体フレームのこの部分の構造
が必然的に変化する。 【００２３】図５〜図７に示す従来技術では、シートチ
ューブ８の下端部のシートラグ９から左右一対のジョイ
ントチューブ１１を下方に向けて延設し、このジョイン
トチューブ１１の先端に設けたチェンラグ１２と後方の
リヤエンド１５をチェンステー１３で連結し、チェンス
テー１３がクランク軸３３と後輪２６を結ぶ線上に乗る
ように構成されており、補助動力装置３はロアーチュー
ブ６の後端に設けられたブラケット１６とチェンラグ１
２に設けられたブラケット１７に取付けられていて、車
体フレーム２の構成部材の一部を兼ねている。このため
取付部近傍の車体フレーム２の構造が複雑になる。ま
た、ジョイントチューブ１１が追加されるためにシート
チューブ８より後方のトラス構造がラーメン構造となっ
て不静定となるため、シートステー１４にかかる曲げモ
ーメントは補助動力装置３のケーシング４４の強度の助
けを期待する構造となり、補助動力装置３を取外した状
態では剛性が不足するという問題がある。 【００２４】本発明は、上記従来技術に鑑み、補助動力
装置の強度に頼らず簡潔な構造で十分な強度と剛性を有
する電動自転車用のフレームを提供することを目的とす
る。 【００２５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の点を特徴とする。 【００２６】１） バッテリと該バッテリによって作動
する補助動力装置を備え、運転者がペダルを踏んで生ず
る人力トルクと、前記補助動力装置によって発生する補
助トルクとの合力によって走行する電動自転車のフレー
ムであって、フロントフォークを回転自在に支持するヘ
ッドパイプに一端が固着されて斜め下方に延び、下端で
僅かに上側に屈曲するメインチューブと、上端でシート
ポストを支持するシートチューブと、該シートチューブ
の上部に一端を固着して斜め下方に延びるフォーク状の
シートステーと、リヤエンドを介して一端を前記シート
ステーの他端と連結するとともにほぼ水平に前方に延び
るフォーク状のチェンステーと、前記メインチューブ、
シートチューブ及びチエンステーのそれぞれの他端と剛
に連結し、断面がチャンネル形及び側面が下向きのＵ字
状で、前記補助動力装置をボルトを介して支持する強
度、剛性の大きいセンターブラケットとを有すること。 【００２７】２） 上記１）に記載する電動自転車用の
フレームにおいて、 センターブラケットとメインチュ
ーブ及びシートチューブとのそれぞれの結合部を左右対
の板で溶接補強したこと。 【００２８】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００２９】図１は本発明の実施の形態に係るフレーム
を有する電動自転車７０の全体の構成を示す左側面図
で、７１が本形態に係る電動自転車用のフレーム、９０
がフレーム７１の中央下部に装着された補助動力装置、
９１がナットと螺合して補助動力装置９０を固着する取
付けボルト、９２がバッテリパッケージ、９３が化粧カ
バーである。その他の部品は図５〜図７に示す従来技術
に係る電動自転車１とほぼ同様であるため、図５〜図７
の各部品と機能的に対応する部品には図５〜図７と同様
の符号を付し重複する説明は省略する。 【００３０】図１に示すように、本形態を適用する電動
自転車７０は、運転者の乗降性を良くする為にモノチュ
ーブ型のフレーム７１を用い、更に補助動力装置９０用
のバッテリパッケージ９２を立ててシートチューブ７５
に添わせて装着する方式を採っている。 【００３１】図２は本形態に係る電動自転車用のフレー
ム７１の左側面図、図３は図２の後半部のＣ矢視図、図
４は図２の中央部の斜視図である。 【００３２】これらの図において、７２はヘッドパイ
プ、７３はメインチューブ、７４はセンターブラケッ
ト、７５はシートチューブ、７６はチェンステー、７７
はシートステー、７８はリヤエンドである。ヘッドパイ
プ７２にはフロントフォーク１９が回動自在に軸支さ
れ、フロントフォーク１９の上部にはハンドル２２の下
部に一体に固着されたハンドルポスト２１が取付けら
れ、シートチューブ７５の上部にはシートポスト３１が
取付けられ、また、フロントフォーク１９の下端及びリ
ヤエンド７８には前輪２０及び後輪２６がそれぞれ回転
自在に取付けられる。 【００３３】運転者が跨ぎ易いように、メインチューブ
７３はヘッドパイプ７２から強い傾斜角で斜め後方に下
がって延び、下端部を屈曲させて角度を弱めてクランク
軸３３の方向に向く形状をしており、メインチューブ７
３とシートチューブ７５の下側の間隔が広くなってお
り、チェンステー７６は一般の自転車と同様にクランク
軸３３の方向に向けられている。 【００３４】センターブラケット７４はこれらのメイン
チューブ７３、シートチューブ７５及びチエンステー７
６を連結し、補助動力装置９０を装着するための、やや
厚目の鉄板でできた断面がチャンネル形の強度及び剛性
の大きい構造メンバーで、補助動力装置９０の上部を下
向きにＵ字状（図２及び図４参照）に囲む側面形を有
し、外側が鈍角で交わる４つの平面（側面形では直線）
部をもつチャンネル部７４ａ，７４ｂ，７４ｃ及び７４
ｄ（図２及び図４参照）より形成されている。 【００３５】チャンネル部７４ａとチャンネル部７４ｃ
のウエップ（上壁）部７４ｅ（図４参照）には接合用の
ラグ（スリーブ）部７４ｆ及び７４ｇが面に直角に打出
されていてそれぞれメインチューブ７３及びシートチュ
ーブ７５の下端部が挿入されて溶接固定されている。ま
た、チャンネル部７４ｄのフランジ（両側壁）部（図４
参照）にはチェンステー７６が両側に溶接固定されてお
り、チャンネル部７４ｂのウエップ部７４ｅには重量軽
減孔７４ｉ（図４参照）が設けられている。 【００３６】チャンネル部７４ａ、チャンネル部７４ｂ
及びチャンネル部７４ｄのそれぞれのフランジ部には補
助動力装置９０を取付けるための３対の取付ボルト孔
（左右壁通し孔）７４ｊが設けられており、後側のチャ
ンネル部７４ｄのボルト孔７４ｊはチェンステー７６を
通してあけられている。補助動力装置９０はその取付ブ
ラケット部（図示せず）をセンターブラケット７４のチ
ャンネル部７４ａ〜７４ｄの内側に嵌められてナットと
螺合する取付けボルト（図１参照）によって固着され
る。 【００３７】左右２枚の補強板（ガセット）７９は、メ
インチューブ７３とセンターブラケット７４を繋いで溶
接された部材で、センターブラケット７４のラグ部７４
ｆと干渉を避ける逃げ孔７９ａと化粧カバー９３（図１
参照）の取付用のラグ部７９ｂを備えている。左右２枚
（図４では右側のみ図示）の補強板８０は、シートチュ
ーブ７５とセンターブラケット７４を繋いで溶接固定さ
れた部材で、センターブラケット７４のラグ部７４ｇと
干渉を避ける切欠部８０ａ及び化粧カバー９３取付用の
ラグ部８０ｂを備えている。補強板８１はチェンステー
７６の下側とセンターブラケット７４を繋いで溶接固定
された部材である。 【００３８】バッテリブラケット８２は、チャンネル部
７４ｃの上面に溶接固定されたバッテリパッケージ９２
の下部を受けてこれを動かないように支承する断面がチ
ャンネル形の部材で、ウエップ部にはセンターブラケッ
ト７４のウエップ部７４ｅと共に水抜き孔８２ａ（図４
参照）が設けられている。 【００３９】ラッチピン８３はシートチューブ７５の上
部に溶接固定された部材で、バッテリパッケージ９２の
上部のラッチ（図示せず）と係合してバッテリパッケー
ジ９２を固定する。 【００４０】上述の如き本形態における電動自転車用の
フレーム７１は、中央下部にセンターブラケット７４と
して側面形が補助動力装置９０の上半部を囲む下向きの
Ｕ字状で、断面が下側に開くチャンネル形をした強度剛
性の大きい構造メンバーを設け、このセンターブラケッ
ト７４を介して前側にメインチューブ７３、上側にシー
トチューブ７５及び後側にチエンステー７６と剛に連結
し、曲げモーメントが大きくなるメインチューブ７３及
びシートチューブ７５とセンターブラケット７４との接
合部は両側から補強板（ガセット）７９、８０を溶接し
て補強した構造となっているので、フレーム７１側では
補助動力装置９０に制約されない配置が可能で、メイン
チューブ７３とシートチューブ７５の下部の間隔を広
げ、補助動力装置９０の強度を期待せずにチエンステー
７６を一般の自転車と同様にクランク軸３３に向けて配
置することができる。また、補助動力装置９０側ではフ
レーム７１の配置に制約されずに十分なスペースを容易
に確保でき、断面をチャンネル形として補助動力装置９
０を上から挟んで容易に着脱ができると共に、曲げモー
メントの大きくなる局所のみ補強して重量の増加を押さ
えた簡潔な構造となっている。 【００４１】また、本形態に係るフレーム７１は運転者
の乗降性を良くする為に補助動力装置用のバッテリパッ
ケージ９２を立ててシートチューブ７５に添わせて装着
する方式のフレームであって、このバッテリパッケージ
９２の搭載に適した形状で、補助動力装置９０の取付け
に必要なスペースを確保したものとなっている。なお、
このフレーム７１を用いた電動自転車７０の走行時の態
様は図５〜図７に示す従来技術に係る電動自転車１の場
合と全く同様である。 【００４２】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項１〕に記載する発明によれば、メインチ
ューブ、シートチューブ及びチエンステーを、側面が補
助動力装置の上部を囲む下向きのＵ字状をしたセンター
ブラケットで連結し、補助動力装置をこのセンターブラ
ケットの凹部に取付ボルトを介して装着する構造とした
ので、フレーム側と補助動力装置側とが互いに相手の強
度を期待しない簡潔な構造の車体フレームとすることが
でき、デザインの自由度が大きい。 【００４３】また、〔請求項２〕に記載する発明によれ
ば、センターブラケットはほぼ同一断面のチャンネルを
用い、力が集中するメインチューブ及びシートチューブ
との接合部のみチューブに接する左右２枚の鉄板を溶接
して補強するので、構造重量の増加を軽減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態に係るフレームを適用した
電動自転車を示す左側面図である。 【図２】本発明の実施の形態に係る電動自転車用のフレ
ームを示す左側面図である。 【図３】図２のＣ矢視図である。 【図４】図２の中央部の斜視図である。 【図５】従来技術に係る電動自転車の左側面図である。 【図６】図５のII矢視による部分平面図である。 【図７】図５の部分拡大図で、（ａ）は図５の IIIＡ部
の拡大図、（Ｂ）は（ａ）の IIIＢ部の拡大縦断面図で
ある。 【図８】従来技術に係る電動ではない普通の自転車の車
体フレームを概念的に示す説明図である。 【符号の説明】 ７０ 電動自転車 ７１ フレーム ７３ メインチューブ ７４ センターブラケット ７５ シートチューブ ７６ チェンステー ７７ シートステー ７８ リヤエンド ７９，８０ 補強板 ９０ 補助動力装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 バッテリと該バッテリによって作動する
   補助動力装置を備え、運転者がペダルを踏んで生ずる人
   力トルクと、前記補助動力装置によって発生する補助ト
   ルクとの合力によって走行する電動自転車のフレームで
   あって、 フロントフォークを回転自在に支持するヘッドパイプに
   一端が固着されて斜め下方に延び、下端で僅かに上側に
   屈曲するメインチューブと、 上端でシートポストを支持するシートチューブと、 該シートチューブの上部に一端を固着して斜め下方に延
   びるフォーク状のシートステーと、 リヤエンドを介して一端を前記シートステーの他端と連
   結するとともにほぼ水平に前方に延びるフォーク状のチ
   ェンステーと、 前記メインチューブ、シートチューブ及びチエンステー
   のそれぞれの他端と剛に連結し、断面がチャンネル形及
   び側面が下向きのＵ字状で、前記補助動力装置をボルト
   を介して支持する強度、剛性の大きいセンターブラケッ
   トとを有することを特徴とする電動自転車用のフレー
   ム。 【請求項２】 〔請求項１〕に記載する電動自転車用の
   フレームにおいて、 センターブラケットとメインチューブ及びシートチュー
   ブとのそれぞれの結合部を左右対の板で溶接補強したこ
   とを特徴とする電動自転車用のフレーム。