自転車用クランクアーム、およびその製造方法
【課題】強度面において優れ、生産効率を高めるのに適した自転車用クランクアームを提供する。
【解決手段】自転車用クランクアーム３、４は、クランク軸２と嵌合する嵌合部を有するボス部３１、４１と、このボス部３１、４１につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部３２、４２とを備え、アーム部３２、４２は、その長手方向に沿う中空部３２１（４２１）を有しており、中空部３２１、４２１は、アーム部３２、４２の上記基端側において開口している。
【解決手段】自転車用クランクアーム３、４は、クランク軸２と嵌合する嵌合部を有するボス部３１、４１と、このボス部３１、４１につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部３２、４２とを備え、アーム部３２、４２は、その長手方向に沿う中空部３２１（４２１）を有しており、中空部３２１、４２１は、アーム部３２、４２の上記基端側において開口している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用クランクアーム、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車の駆動部は、フレームのハンガ部に回転可能に支持されたクランク軸の両端部に左右のクランクアームが取付けられ、各クランクアームの先端部には、それぞれペダルが取付けられて構成されている。右側のクランクアームの基端には、前ギヤが取付けられる。
【０００３】
クランクアームは、クランク軸に取り付けられるボス部と、このボス部につながる基端から長手状に延びるアーム部とを備えて構成されている。ボス部は、クランク軸と嵌合するための筒状の嵌合部を有する。アーム部の先端には、ペダル取付け用のねじ孔が形成されている。
【０００４】
自転車は軽量化することが望まれており、自転車用クランクアームについても、軽量化の要請が強い。かかる要請に対し、自転車用クランクアームのアーム部を中空構造とし、軽量化を図った構成が知られている（たとえば特許文献１，２を参照）。
【０００５】
特許文献１に開示された自転車用クランクアームにおいては、アーム部の長手方向に沿って凹溝を形成し、この凹溝の開放面に蓋部材を溶接することにより、中空構造のアーム部が構成される。
【０００６】
特許文献２に開示された自転車用クランクアームにおいては、中子を用いて、鋳造により、アーム部およびボス部に対応するクランクアーム素材が一体成形される。中子は、アーム部の先端側（ペダル取付け側）から基端側に向けて長手方向に沿って延びるのに対応した形状とされている。鋳造後のクランクアーム素材においては、先端部（ペダル側端部）に開口部が形成されており、クランクアーム素材の内部は、開口部から長手方向に沿って中子砂が占めている。次に、クランクアーム素材の先端側にペダル用の下孔を形成するとともに、クランクアーム素材を鍛造により再度成形し、ペダル側端部の開口部を押し潰す。その後、ペダル用下孔から中子砂を取り出す。このようにして、中空構造のアーム部が形成される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたように、溶接によって中空構造のアーム部を形成する場合には、たとえば溶接不良によって強度低下を招く虞れがあった。また、特許文献２に記載されたように、クランクアーム素材の成形後にペダル側端部の開口を潰す場合には、製造工程が煩雑であるので生産性低下および生産コスト上昇を招き、また、アーム部におけるペダル取付部の信頼性・耐久性に不安があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１３６６８５号公報
【特許文献２】特開平１０−１８１６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、強度面において優れ、生産効率を高めるのに適した自転車用クランクアーム、およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本発明の第１の側面によって提供される自転車用クランクアームは、クランク軸と嵌合する嵌合部を有するボス部と、このボス部につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部とを備える自転車用クランクアームであって、上記アーム部は、その長手方向に沿う中空部を有しており、上記中空部は、上記アーム部の上記基端側において開口していることを特徴としている。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記ボス部は、上記アーム部に対してクランク軸の軸方向内方に変位させられていることにより、上記アーム部の基端にはこのアーム部の外側面から上記ボス部の軸方向外面につながる段差壁が形成されており、この段差壁に上記中空部の開口が形成されている。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、上記中空部は、上記アーム部の先端側の端部において閉じた有底状とされている。
【００１４】
好ましい実施の形態においては、上記中空部は、上記アーム部の基端から先端に向かうにつれて断面積が減少する先細り状とされている。
【００１５】
好ましい実施の形態においては、上記中空部の開口を閉塞する蓋をさらに備える。
【００１６】
好ましい実施の形態においては、上記ボス部からクランク軸の半径方向に放射状に延びる複数のギヤ取付部をさらに備える。
【００１７】
好ましい実施の形態においては、上記複数のギヤ取付部は、クランク軸の軸方向視において、上記中空部の開口が臨む方向と重ならない位置にある。
【００１８】
本発明の第２の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、鍛造もしくは鋳造により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子もしくは中子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子もしくは上記中子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００１９】
本発明の第３の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、樹脂材料を用いた型成形により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００２０】
本発明の第４の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、鍛造もしくは鋳造により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００２１】
本発明の第５の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、樹脂材料を用いた型成形により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００２２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る自転車用クランクアームを備えて構成された自転車用ギヤクランク装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す自転車用ギヤクランク装置の右側面図である。
【図３】図１に示す自転車用ギヤクランク装置の左側面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】本発明に係る自転車用クランクアームを製造する方法の一部の工程を示す断面図である。
【図９】クランクアーム素材の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ矢視図である。
【図１０】本発明に係る自転車用クランクアームを製造する方法の一部の工程を示す断面図である。
【図１１】クランクアーム素材の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩｂ−ＸＩｂ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１〜図７は、本発明に係る自転車用クランクアームを備えて構成された自転車用ギヤクランク装置の一例を示している。図１〜図３に表れているように、この自転車用ギヤクランク装置Ａは、自転車のハンガ部１に回転可能に支持されたクランク軸２と、このクランク軸２の右端部に取り付けられたクランクアーム３と、クランク軸２の左端部に取り付けられたクランクアーム４と、ギヤ５とを備えている。ギヤ５は、クランクアーム３に一体的に取り付けられており、これらクランクアーム３およびギヤ５により、ギヤクランク６が構成される。なお、図４〜図７においては、クランク軸２およびクランクアーム４を省略している。
【００２６】
クランク軸２は、一様な外径の中間部２１と、左端のスプライン状大径部２２と、右端の小径部２３とを有し、中空の筒状を呈している。右端の小径部２３は、右方に向けてテーパ縮径状に突出しており、スプライン様の外周を有する異形断面形状となっているとともに、軸線方向に貫通するねじ孔２４が形成されている。
【００２７】
クランクアーム３は、ボス部３１と、このボス部３１につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部３２と、ボス部３１からクランク軸２の半径方向に放射状に延びる複数（本実施形態では５つ）のギヤ支持ステー３３とが一体的に形成されたものであり、たとえばアルミニウム合金からなる。
【００２８】
アーム部３２は、その長手方向に沿う複数（本実施形態では３つ）の中空部３２１，３２２，３２３を有している（図１、図２、図５、図６参照）。中空部３２１，３２２，３２３は、アーム部３２の基端側において開放する開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａを有している。また、中空部３２１，３２２，３２３は、アーム部３２の先端側（上記開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａとは反対側）の端部において閉じた有底状とされている。図１、図２、図６、図７に表れているように、中空部３２１，３２２，３２３は、アーム部３２の基端から先端に向かうにつれて断面積が減少する先細り状とされている。中空部３２１は、アーム部３２の中心線に沿って位置している。中空部３２２，３２３は、中空部３２１を挟んでその両側に位置しており、いずれも、長手方向の深さが中空部３２１よりも浅く、かつ細くされている。アーム部３２の先端には、ペダル取付け用のねじ孔３２４が形成されている。
【００２９】
ボス部３１は、アーム部３２およびギヤ支持ステー３３に対してクランク軸２の軸方向内方に突出するとともに、中央貫通孔３１１を備えて構成されている。ボス部３１は、アーム部３２に対して上記軸方向内方に変位させられていることにより、アーム部３２の基端には、このアーム部３２の外側面からボス部３１の軸方向外面（後述する座ぐり部３１１ｂに相当）につながる段差壁３２５が形成されている。この段差壁３２５に中空部３２１の開口３２１ａが形成されている。本実施形態では、中空部３２２，３２３は、アーム部３２ないしギヤ支持ステー３３に跨って形成されており、これら中空部３２２，３２３の開口３２２ａ，３２３ａは、アーム部３２ないしギヤ支持ステー３３に形成されている。
【００３０】
ボス部３１の中央貫通孔３１１は、軸方向中間部に形成した内向フランジ３１１ａと、この内向フランジ３１１ａより外側の座ぐり部３１１ｂと、上記内向フランジ３１１ａより内側のクランク軸受容部３１１ｃとを備えている。クランク軸受容部３１１ｃは、クランク軸２の上記小径部２３を相対回転不能に受容嵌合するように、内方に向けて上記小径部２３と同程度にテーパ状に拡径しているとともに、上記小径部２３の外周形状と対応したスプライン様の異形孔の形態をなしている。
【００３１】
図１に表れているように、ギヤ支持ステー３３は、アーム部３２の開口３２１ａよりもクランク軸２の軸方向内方に変位させられており、周方向において均等に配されている。図２に表れているように、ギヤ支持ステー３３は、クランク軸２の軸方向視において、中空部３２１の開口３２１ａが臨む方向と重ならない位置にある。各ギヤ支持ステー３３の先端には、ギヤ取付け用のねじ孔３３１が形成されている。本実施形態では、ギヤ支持ステー３３に大小サイズの異なる２枚のギヤ５が支持されている。
【００３２】
クランク軸２の左端部に取り付けられたクランクアーム４は、ボス部４１と、このボス部４１につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部４２とを備え、これらが一体的に形成されたものであり、たとえばアルミニウム合金からなる。このクランクアーム４は、組み付け状態において、クランクアーム３と１８０°逆方向に延出する。
【００３３】
アーム部４２は、その長手方向に沿う中空部４２１を有している。中空部４２１は、アーム部４２の基端側において開放する開口４２１ａを有している。また、中空部４２１は、開口４２１ａとは反対側の端部において閉じた有底状とされている。アーム部４２の先端には、ペダル取付け用のねじ孔４２２が形成されている。
【００３４】
ボス部４１は、アーム部４２に対してクランク軸２の軸方向内方に突出するとともに、中央貫通孔４１１を備えて構成されている。ボス部４１は、アーム部４２に対して上記軸方向内方に変位させられていることにより、アーム部４２の基端には、このアーム部４２の外側面からボス部４１の軸方向外面（後述する座ぐり部４１１ｂに相当）につながる段差壁４２３が形成されている。この段差壁４２３に中空部４２１の開口４２１ａが形成されている。
【００３５】
ボス部４１の中央貫通孔４１１は、軸方向内方に形成したクランク軸受容部４１１ａと、このクランク軸受容部４１１ａより外側の座ぐり部４１１ｂとを備えている。クランク軸受容部４１１ａは、クランク軸２の左端部に対して、相対回転不能に嵌合させられる。本実施形態では、クランク軸２の左端部が上記したようにスプライン状大径部２２となっており、クランクアーム４のクランク軸受容部４１１ａを対応するスプライン孔として、スプライン状大径部２２を圧入嵌合させることにより、クランク軸２の左端部に対してクランクアーム４が相対回転不能に連結される。
【００３６】
本実施形態において、ハンガ部１は、ハンガパイプ１１自体によって構成されている。クランク軸２は、その一端部（右端）にギヤクランク６を一体化した状態で、このハンガパイプ１１に回転可能に支持される。図１に表れているように、この実施形態に係る自転車用ギヤクランク装置Ａでは、クランク軸２の右端部および左端部については、クランク軸２の外周面とハンガパイプ１１の内周面との間にベアリング７Ａ，７Ｂを介装することにより、直接的にハンガパイプ１１に支持されている。
【００３７】
上記構成の自転車用ギヤクランク装置Ａは、次のようにして組み立てることができる。
【００３８】
まず、ハンガパイプ１１の軸方向所定位置において、ベアリング７Ａ，７Ｂを圧入装着しておく。次に、クランクアーム４のボス部４１にクランク軸２を左方から挿入し、クランク軸受容部４１１ａとスプライン状大径部２２とを嵌合させる。この状態において、クランク軸２をハンガパイプ１１の左方から挿入してゆくとともに、クランクアーム３のボス部３１をハンガパイプ１１の右方から挿入し、クランク軸２の小径部２３とクランクアーム３のボス部３１のクランク軸受容部３１１ｃとを上記のようにスプライン嵌合させる。その際、クランクアーム４とクランクアーム３とが１８０°反対方向に延びるように調整する。そして、ボス部３１の中央貫通孔３１１にその右方から挿入したボルト３４をクランク軸２の小径部２３のねじ孔２４にねじ付ける。
【００３９】
次に、上記した自転車用ギヤクランク装置Ａを構成するクランクアーム３，４の製造方法の一例を図８〜図１１を参照して説明する。
【００４０】
クランクアーム３の製造においては、まず、クランクアーム素材を成形する。クランクアーム素材の成形は、鍛造（熱間型鍛造）によって行う。図８は、クランクアーム素材鍛造用の金型８（下金型８Ａおよび上金型８Ｂ）を示す。金型８は、クランクアーム３の外形形状に対応する形状を有している。本方法では、所定温度に加熱したアルミニウム合金を金型８内に配置し、上下金型８Ａ，８Ｂをプレスしつつ、中空部３２１，３２２，３２３に対応する形状を有する入れ子８Ｃを金型８の分割面の側方から油圧によって押圧する（第１工程）。これにより、ボス部３１、アーム部３２、およびギヤ支持ステー３３に対応する形状を有するクランクアーム素材３’が一体成形される。その後、入れ子８Ｃを抜き取るとともに、上下金型８Ａ，８Ｂを分離して、クランクアーム素材３’に中空部３２１，３２２，３２３が形成される（第２工程）。図９は、クランクアーム素材３’を表す。
【００４１】
次に、クランクアーム素材３’に対し、ドリル等を用いて機械加工を施すことにより、クランクアーム３を形成する。ここで、ペダル取付け用のねじ孔３２４、中央貫通孔３１１、段差壁３２５、およびギヤ取付け用のねじ孔３３１が形成される。このようにして、図１〜図７を参照して上述したクランクアーム３が得られる。
【００４２】
クランクアーム４の製造においては、まず、クランクアーム素材を成形する。クランクアーム素材の成形は、鍛造（熱間型鍛造）によって行う。図１０は、クランクアーム素材鍛造用の金型９（下金型９Ａおよび上金型９Ｂ）を示す。金型９は、クランクアーム４の外形形状に対応する形状を有している。本方法では、所定温度に加熱したアルミニウム合金を金型９内に配置し、上下金型９Ａ，９Ｂをプレスしつつ、中空部４２１に対応する形状を有する入れ子９Ｃを金型９の分割面の側方から油圧によって押圧する（第１工程）。これにより、ボス部４１、およびアーム部４２に対応する形状を有するクランクアーム素材４’が一体成形される。その後、入れ子９Ｃを抜き取るとともに、上下金型９Ａ，９Ｂを分離して、クランクアーム素材４’に中空部４２１が形成される（第２工程）。図１１は、クランクアーム素材４’を表す。
【００４３】
次に、クランクアーム素材４’に対し、ドリル等を用いて機械加工を施すことにより、クランクアーム４を形成する。ここで、ペダル取付け用のねじ孔４２２、中央貫通孔４１１、および段差壁４２３が形成される。このようにして、図１〜図３を参照して上述したクランクアーム４が得られる。
【００４４】
次に、上記構成のクランクアーム３，４の作用について説明する。
【００４５】
上記構成のクランクアーム３（４）においては、アーム部３２（４２）に形成された中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、ボス部３１（４１）につながる基端側において開放する開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ（４２１ａ）を有している。このように開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ（４２１ａ）を有する中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、たとえば鍛造によって形成することができる。したがって、上記構成の中空部３２１，３２２，３２３（４２１）を備えたクランクアーム３（４）によれば、本実施形態と異なり溶接によって中空構造のアーム部を形成する場合と比べて、溶接不良による強度低下等の問題が生ずることはなく、強度面において優れる。また、アーム部３２（４２）の基端に開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ（４２１ａ）を有する構成によれば、本実施形態と異なりアーム部の先端（ペダル側端部）が開口する中空構造のアーム部を形成する場合と比べて、クランクアーム素材の成形後において開口を潰す工程が不要である。したがって、上記構成のクランクアーム３（４）によれば、製造工程の簡素化を図ることができ、生産効率を高めるのに適している。
【００４６】
クランクアーム３（４）においては、ボス部３１（４１）がアーム部３２（４２）に対してクランク軸２の軸方向内方に変位させられている。このような構成では、アーム部３２（４２）の基端ないしボス部３１（４１）において、比較的にボリュームが大きくなるところ、アーム部３２（４２）の外側面とボス部３１（４１）の軸方向外面との間に段差壁３２５（４２３）が形成され、この段差壁３２５（４２３）に中空部３２１（４２１）の開口３２１ａ（４２１ａ）が形成されている。これにより、アーム部３２（４２）の基端においては、中空構造のパイプ状となっており、このパイプ状部分がボス部３１（４１）につながっている。このようなパイプ状の構成は、棒状の構成に比べて、捻り剛性や曲げ剛性に優れている。自転車において、ペダルの踏力によって作用する応力はアーム部３２（４２）の先端よりも基端の方が大きいが、上記の基端側に開口３２１ａ（４２１ａ）を有するアーム部３２（４２）の構成は、クランクアーム３（４）の軽量化に適するとともに、強度面においても有利である。
【００４７】
クランクアーム３（４）に形成された中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、アーム部３２（４２）の先端側（開口とは反対側）の端部において閉じた有底状とされている。このような構成によれば、中空部３２１，３２２，３２３（４２１）の基端からの深さを適宜設定することにより、アーム部３２（４２）の先端の所定範囲において中空部３２１，３２２，３２３（４２１）が形成されない中実構造とすることができる。したがって、上記構成によれば、アーム部３２（４２）先端の所望の位置にペダル取付け用のねじ孔３２４（４２２）を形成することができ、ペダルの取り付け位置の変更等にも容易に対応することが可能である。
【００４８】
アーム部３２（４２）に形成された中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、アーム部３２（４２）の基端から先端に向かうにつれて先細り状とされている。かかる構成によれば、鍛造成形時において中空部３２１，３２２，３２３（４２１）を形成するための入れ子８Ｃ（９Ｃ）を適切に抜き取ることができ、また、アーム部３２（４２）の各所に作用する応力に応じて無駄のない断面形状（断面積）とするのに適している。このことは、クランクアーム３（４）について、生産効率を高めるとともに軽量化および強度向上を図るうえで好適である。
【００４９】
クランクアーム３は、ボス部３１から放射状に延びるギヤ支持ステー３３を有しており、当該ギヤ支持ステー３３は、クランク軸２の軸方向視において、中空部３２１の開口３２１ａが臨む方向と重ならない位置に設けられている。このような構成によれば、ギヤ支持ステー３３を設ける場合であっても、中央貫通孔３１１や段差壁３２５等の形成時の加工用スペースを十分に確保することができ、ギヤ支持ステー３３が機械加工の妨げとなり難い。このことは、クランクアーム３の生産効率を高めるうえで好適である。また、機械加工の妨げとなり難い、上記ギヤ支持ステー３３の配置によれば、ギヤ支持ステー３３を余分に切削する必要がなく、強度面において有利である。
【００５０】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。本発明に係る自転車用クランクアームの各部の具体的な形状や材質なども、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
上記実施形態においては、中空部３２１，３２２，３２３，４２１の開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ，４２１ａが外部に露出する構成について説明したが、これら開口を閉塞するための蓋を設けてもよい。開口閉塞用の蓋は、金属製あるいは樹脂製のものを適宜採用することができる。また、開口３２１ａを閉塞するための蓋については、クランク軸２とクランクアーム３を結合するためのボルト３４をも覆うように構成可能であり、開口４２１ａを閉塞するための蓋については、クランク軸２の左端開口をも覆うように構成可能である。また、上記実施形態のように開口３２１ａ（４２１ａ）を有する中空部３２１（４２１）を備えた自転車用クランクアームによれば、たとえば、クランク回転速度やクランクに作用する応力を計測するための各種の検出装置（回転数センサや踏力センサなど）を、開口を通じて中空部内に容易に挿入することができる。開口を通じて中空部内面に各種センサを装着する場合、上記した開口閉塞用の蓋を設ける構成は、センサの機能を適切に維持するうえで好ましい。
【００５２】
上記実施形態では、クランクアーム４は、クランク軸２の左端部に対し圧入嵌合により取り付けられていたが、これに限定されず、クランクアーム４は、クランクアーム３の場合と同様にボルトを用いてクランク軸２の左端部に取り付ける構造としてもよい。
【００５３】
上記実施形態では、クランク軸２とクランクアーム３，４との嵌合部分は、スプライン状とされていたが、他の嵌合構造を採用してもよい。たとえば、クランク軸の端部にテーパ状角軸部（たとえば四角）を設け、クランクアームのボス部において上記角軸部に嵌合可能なテーパ状角穴を設けた構成としてもよい。
【００５４】
上記実施形態では、ギヤ支持ステー３３（ギヤ取付部）をクランクアーム３に一体成形する場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、別体のギヤ取付部をボルト等の適宜手段によりクランクアームに取り付ける構成としてもよい。
【００５５】
上記実施形態では、鍛造によりクランクアーム素材を成形する場合について説明したが、クランクアーム素材の成形は、たとえば鋳造により行うこともできる。鋳造によりクランクアーム素材を成形する場合、中空部に対応する形状の中子を用いればよく、鋳造後において中子を抜き取れば、中空部が形成される。さらに、クランクアーム素材の成形は、樹脂材料を用いた型成形により行うこともできる。樹脂型成形によりクランクアーム素材を成形する場合、使用する樹脂材料としては、たとえば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹樹脂などの合成樹脂、あるいは合成樹脂母材に炭素系フィラーやガラス系フィラー等を添加した繊維強化樹脂などが挙げられる。また、樹脂型成形においては、中空部に対応する形状の入れ子を用い、成形後において当該入れ子を抜き取れば、中空部が形成される。
【００５６】
また、クランクアームにおける中空部の形成は、機械加工により行うこともできる。機械加工により中空部を形成する場合、鋳造、鍛造、もしくは樹脂型成形により、アーム部の外形形状に対応する中実状のアーム部原形、およびボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を成形し、上記アーム部原形にドリル等の機械加工を施すことにより、中空部を有する所定形状のクランクアームを得ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
Ａ 自転車用ギヤクランク装置
１ ハンガ部
２ クランク軸
３，４ クランクアーム
５ ギヤ
６ ギヤクランク
７Ａ，７Ｂ ベアリング
８，９ 金型
８Ａ，９Ａ 下金型
８Ｂ，９Ｂ 上金型
８Ｃ，９Ｃ 入れ子
１１ ハンガパイプ
２１ 中間部
２２ スプライン状大径部
２３ 小径部
２４ ねじ孔
３１ ボス部
３１１ 中央貫通孔
３１１ａ 内向フランジ
３１１ｂ 座ぐり部
３１１ｃ クランク軸受容部
３２ アーム部
３２１，３２２，３２３ 中空部
３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ 開口
３２４ ねじ孔
３２５ 段差壁
３３ ギヤ支持ステー（ギヤ取付部）
３３１ ねじ孔
４１ ボス部
４１１ 中央貫通孔
４１１ａ クランク軸受容部
４１１ｂ 座ぐり部
４２ アーム部
４２１ 中空部
４２１ａ 開口
４２２ ねじ孔
４２３ 段差壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車用クランクアーム、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車の駆動部は、フレームのハンガ部に回転可能に支持されたクランク軸の両端部に左右のクランクアームが取付けられ、各クランクアームの先端部には、それぞれペダルが取付けられて構成されている。右側のクランクアームの基端には、前ギヤが取付けられる。
【０００３】
クランクアームは、クランク軸に取り付けられるボス部と、このボス部につながる基端から長手状に延びるアーム部とを備えて構成されている。ボス部は、クランク軸と嵌合するための筒状の嵌合部を有する。アーム部の先端には、ペダル取付け用のねじ孔が形成されている。
【０００４】
自転車は軽量化することが望まれており、自転車用クランクアームについても、軽量化の要請が強い。かかる要請に対し、自転車用クランクアームのアーム部を中空構造とし、軽量化を図った構成が知られている（たとえば特許文献１，２を参照）。
【０００５】
特許文献１に開示された自転車用クランクアームにおいては、アーム部の長手方向に沿って凹溝を形成し、この凹溝の開放面に蓋部材を溶接することにより、中空構造のアーム部が構成される。
【０００６】
特許文献２に開示された自転車用クランクアームにおいては、中子を用いて、鋳造により、アーム部およびボス部に対応するクランクアーム素材が一体成形される。中子は、アーム部の先端側（ペダル取付け側）から基端側に向けて長手方向に沿って延びるのに対応した形状とされている。鋳造後のクランクアーム素材においては、先端部（ペダル側端部）に開口部が形成されており、クランクアーム素材の内部は、開口部から長手方向に沿って中子砂が占めている。次に、クランクアーム素材の先端側にペダル用の下孔を形成するとともに、クランクアーム素材を鍛造により再度成形し、ペダル側端部の開口部を押し潰す。その後、ペダル用下孔から中子砂を取り出す。このようにして、中空構造のアーム部が形成される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたように、溶接によって中空構造のアーム部を形成する場合には、たとえば溶接不良によって強度低下を招く虞れがあった。また、特許文献２に記載されたように、クランクアーム素材の成形後にペダル側端部の開口を潰す場合には、製造工程が煩雑であるので生産性低下および生産コスト上昇を招き、また、アーム部におけるペダル取付部の信頼性・耐久性に不安があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１３６６８５号公報
【特許文献２】特開平１０−１８１６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、強度面において優れ、生産効率を高めるのに適した自転車用クランクアーム、およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本発明の第１の側面によって提供される自転車用クランクアームは、クランク軸と嵌合する嵌合部を有するボス部と、このボス部につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部とを備える自転車用クランクアームであって、上記アーム部は、その長手方向に沿う中空部を有しており、上記中空部は、上記アーム部の上記基端側において開口していることを特徴としている。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記ボス部は、上記アーム部に対してクランク軸の軸方向内方に変位させられていることにより、上記アーム部の基端にはこのアーム部の外側面から上記ボス部の軸方向外面につながる段差壁が形成されており、この段差壁に上記中空部の開口が形成されている。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、上記中空部は、上記アーム部の先端側の端部において閉じた有底状とされている。
【００１４】
好ましい実施の形態においては、上記中空部は、上記アーム部の基端から先端に向かうにつれて断面積が減少する先細り状とされている。
【００１５】
好ましい実施の形態においては、上記中空部の開口を閉塞する蓋をさらに備える。
【００１６】
好ましい実施の形態においては、上記ボス部からクランク軸の半径方向に放射状に延びる複数のギヤ取付部をさらに備える。
【００１７】
好ましい実施の形態においては、上記複数のギヤ取付部は、クランク軸の軸方向視において、上記中空部の開口が臨む方向と重ならない位置にある。
【００１８】
本発明の第２の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、鍛造もしくは鋳造により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子もしくは中子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子もしくは上記中子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００１９】
本発明の第３の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、樹脂材料を用いた型成形により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００２０】
本発明の第４の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、鍛造もしくは鋳造により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００２１】
本発明の第５の側面によって提供される自転車用クランクアームの製造方法は、本発明の第１の側面に係る自転車用クランクアームを製造する方法であって、樹脂材料を用いた型成形により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴としている。
【００２２】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る自転車用クランクアームを備えて構成された自転車用ギヤクランク装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す自転車用ギヤクランク装置の右側面図である。
【図３】図１に示す自転車用ギヤクランク装置の左側面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】本発明に係る自転車用クランクアームを製造する方法の一部の工程を示す断面図である。
【図９】クランクアーム素材の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＸｂ−ＩＸｂ矢視図である。
【図１０】本発明に係る自転車用クランクアームを製造する方法の一部の工程を示す断面図である。
【図１１】クランクアーム素材の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩｂ−ＸＩｂ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１〜図７は、本発明に係る自転車用クランクアームを備えて構成された自転車用ギヤクランク装置の一例を示している。図１〜図３に表れているように、この自転車用ギヤクランク装置Ａは、自転車のハンガ部１に回転可能に支持されたクランク軸２と、このクランク軸２の右端部に取り付けられたクランクアーム３と、クランク軸２の左端部に取り付けられたクランクアーム４と、ギヤ５とを備えている。ギヤ５は、クランクアーム３に一体的に取り付けられており、これらクランクアーム３およびギヤ５により、ギヤクランク６が構成される。なお、図４〜図７においては、クランク軸２およびクランクアーム４を省略している。
【００２６】
クランク軸２は、一様な外径の中間部２１と、左端のスプライン状大径部２２と、右端の小径部２３とを有し、中空の筒状を呈している。右端の小径部２３は、右方に向けてテーパ縮径状に突出しており、スプライン様の外周を有する異形断面形状となっているとともに、軸線方向に貫通するねじ孔２４が形成されている。
【００２７】
クランクアーム３は、ボス部３１と、このボス部３１につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部３２と、ボス部３１からクランク軸２の半径方向に放射状に延びる複数（本実施形態では５つ）のギヤ支持ステー３３とが一体的に形成されたものであり、たとえばアルミニウム合金からなる。
【００２８】
アーム部３２は、その長手方向に沿う複数（本実施形態では３つ）の中空部３２１，３２２，３２３を有している（図１、図２、図５、図６参照）。中空部３２１，３２２，３２３は、アーム部３２の基端側において開放する開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａを有している。また、中空部３２１，３２２，３２３は、アーム部３２の先端側（上記開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａとは反対側）の端部において閉じた有底状とされている。図１、図２、図６、図７に表れているように、中空部３２１，３２２，３２３は、アーム部３２の基端から先端に向かうにつれて断面積が減少する先細り状とされている。中空部３２１は、アーム部３２の中心線に沿って位置している。中空部３２２，３２３は、中空部３２１を挟んでその両側に位置しており、いずれも、長手方向の深さが中空部３２１よりも浅く、かつ細くされている。アーム部３２の先端には、ペダル取付け用のねじ孔３２４が形成されている。
【００２９】
ボス部３１は、アーム部３２およびギヤ支持ステー３３に対してクランク軸２の軸方向内方に突出するとともに、中央貫通孔３１１を備えて構成されている。ボス部３１は、アーム部３２に対して上記軸方向内方に変位させられていることにより、アーム部３２の基端には、このアーム部３２の外側面からボス部３１の軸方向外面（後述する座ぐり部３１１ｂに相当）につながる段差壁３２５が形成されている。この段差壁３２５に中空部３２１の開口３２１ａが形成されている。本実施形態では、中空部３２２，３２３は、アーム部３２ないしギヤ支持ステー３３に跨って形成されており、これら中空部３２２，３２３の開口３２２ａ，３２３ａは、アーム部３２ないしギヤ支持ステー３３に形成されている。
【００３０】
ボス部３１の中央貫通孔３１１は、軸方向中間部に形成した内向フランジ３１１ａと、この内向フランジ３１１ａより外側の座ぐり部３１１ｂと、上記内向フランジ３１１ａより内側のクランク軸受容部３１１ｃとを備えている。クランク軸受容部３１１ｃは、クランク軸２の上記小径部２３を相対回転不能に受容嵌合するように、内方に向けて上記小径部２３と同程度にテーパ状に拡径しているとともに、上記小径部２３の外周形状と対応したスプライン様の異形孔の形態をなしている。
【００３１】
図１に表れているように、ギヤ支持ステー３３は、アーム部３２の開口３２１ａよりもクランク軸２の軸方向内方に変位させられており、周方向において均等に配されている。図２に表れているように、ギヤ支持ステー３３は、クランク軸２の軸方向視において、中空部３２１の開口３２１ａが臨む方向と重ならない位置にある。各ギヤ支持ステー３３の先端には、ギヤ取付け用のねじ孔３３１が形成されている。本実施形態では、ギヤ支持ステー３３に大小サイズの異なる２枚のギヤ５が支持されている。
【００３２】
クランク軸２の左端部に取り付けられたクランクアーム４は、ボス部４１と、このボス部４１につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部４２とを備え、これらが一体的に形成されたものであり、たとえばアルミニウム合金からなる。このクランクアーム４は、組み付け状態において、クランクアーム３と１８０°逆方向に延出する。
【００３３】
アーム部４２は、その長手方向に沿う中空部４２１を有している。中空部４２１は、アーム部４２の基端側において開放する開口４２１ａを有している。また、中空部４２１は、開口４２１ａとは反対側の端部において閉じた有底状とされている。アーム部４２の先端には、ペダル取付け用のねじ孔４２２が形成されている。
【００３４】
ボス部４１は、アーム部４２に対してクランク軸２の軸方向内方に突出するとともに、中央貫通孔４１１を備えて構成されている。ボス部４１は、アーム部４２に対して上記軸方向内方に変位させられていることにより、アーム部４２の基端には、このアーム部４２の外側面からボス部４１の軸方向外面（後述する座ぐり部４１１ｂに相当）につながる段差壁４２３が形成されている。この段差壁４２３に中空部４２１の開口４２１ａが形成されている。
【００３５】
ボス部４１の中央貫通孔４１１は、軸方向内方に形成したクランク軸受容部４１１ａと、このクランク軸受容部４１１ａより外側の座ぐり部４１１ｂとを備えている。クランク軸受容部４１１ａは、クランク軸２の左端部に対して、相対回転不能に嵌合させられる。本実施形態では、クランク軸２の左端部が上記したようにスプライン状大径部２２となっており、クランクアーム４のクランク軸受容部４１１ａを対応するスプライン孔として、スプライン状大径部２２を圧入嵌合させることにより、クランク軸２の左端部に対してクランクアーム４が相対回転不能に連結される。
【００３６】
本実施形態において、ハンガ部１は、ハンガパイプ１１自体によって構成されている。クランク軸２は、その一端部（右端）にギヤクランク６を一体化した状態で、このハンガパイプ１１に回転可能に支持される。図１に表れているように、この実施形態に係る自転車用ギヤクランク装置Ａでは、クランク軸２の右端部および左端部については、クランク軸２の外周面とハンガパイプ１１の内周面との間にベアリング７Ａ，７Ｂを介装することにより、直接的にハンガパイプ１１に支持されている。
【００３７】
上記構成の自転車用ギヤクランク装置Ａは、次のようにして組み立てることができる。
【００３８】
まず、ハンガパイプ１１の軸方向所定位置において、ベアリング７Ａ，７Ｂを圧入装着しておく。次に、クランクアーム４のボス部４１にクランク軸２を左方から挿入し、クランク軸受容部４１１ａとスプライン状大径部２２とを嵌合させる。この状態において、クランク軸２をハンガパイプ１１の左方から挿入してゆくとともに、クランクアーム３のボス部３１をハンガパイプ１１の右方から挿入し、クランク軸２の小径部２３とクランクアーム３のボス部３１のクランク軸受容部３１１ｃとを上記のようにスプライン嵌合させる。その際、クランクアーム４とクランクアーム３とが１８０°反対方向に延びるように調整する。そして、ボス部３１の中央貫通孔３１１にその右方から挿入したボルト３４をクランク軸２の小径部２３のねじ孔２４にねじ付ける。
【００３９】
次に、上記した自転車用ギヤクランク装置Ａを構成するクランクアーム３，４の製造方法の一例を図８〜図１１を参照して説明する。
【００４０】
クランクアーム３の製造においては、まず、クランクアーム素材を成形する。クランクアーム素材の成形は、鍛造（熱間型鍛造）によって行う。図８は、クランクアーム素材鍛造用の金型８（下金型８Ａおよび上金型８Ｂ）を示す。金型８は、クランクアーム３の外形形状に対応する形状を有している。本方法では、所定温度に加熱したアルミニウム合金を金型８内に配置し、上下金型８Ａ，８Ｂをプレスしつつ、中空部３２１，３２２，３２３に対応する形状を有する入れ子８Ｃを金型８の分割面の側方から油圧によって押圧する（第１工程）。これにより、ボス部３１、アーム部３２、およびギヤ支持ステー３３に対応する形状を有するクランクアーム素材３’が一体成形される。その後、入れ子８Ｃを抜き取るとともに、上下金型８Ａ，８Ｂを分離して、クランクアーム素材３’に中空部３２１，３２２，３２３が形成される（第２工程）。図９は、クランクアーム素材３’を表す。
【００４１】
次に、クランクアーム素材３’に対し、ドリル等を用いて機械加工を施すことにより、クランクアーム３を形成する。ここで、ペダル取付け用のねじ孔３２４、中央貫通孔３１１、段差壁３２５、およびギヤ取付け用のねじ孔３３１が形成される。このようにして、図１〜図７を参照して上述したクランクアーム３が得られる。
【００４２】
クランクアーム４の製造においては、まず、クランクアーム素材を成形する。クランクアーム素材の成形は、鍛造（熱間型鍛造）によって行う。図１０は、クランクアーム素材鍛造用の金型９（下金型９Ａおよび上金型９Ｂ）を示す。金型９は、クランクアーム４の外形形状に対応する形状を有している。本方法では、所定温度に加熱したアルミニウム合金を金型９内に配置し、上下金型９Ａ，９Ｂをプレスしつつ、中空部４２１に対応する形状を有する入れ子９Ｃを金型９の分割面の側方から油圧によって押圧する（第１工程）。これにより、ボス部４１、およびアーム部４２に対応する形状を有するクランクアーム素材４’が一体成形される。その後、入れ子９Ｃを抜き取るとともに、上下金型９Ａ，９Ｂを分離して、クランクアーム素材４’に中空部４２１が形成される（第２工程）。図１１は、クランクアーム素材４’を表す。
【００４３】
次に、クランクアーム素材４’に対し、ドリル等を用いて機械加工を施すことにより、クランクアーム４を形成する。ここで、ペダル取付け用のねじ孔４２２、中央貫通孔４１１、および段差壁４２３が形成される。このようにして、図１〜図３を参照して上述したクランクアーム４が得られる。
【００４４】
次に、上記構成のクランクアーム３，４の作用について説明する。
【００４５】
上記構成のクランクアーム３（４）においては、アーム部３２（４２）に形成された中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、ボス部３１（４１）につながる基端側において開放する開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ（４２１ａ）を有している。このように開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ（４２１ａ）を有する中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、たとえば鍛造によって形成することができる。したがって、上記構成の中空部３２１，３２２，３２３（４２１）を備えたクランクアーム３（４）によれば、本実施形態と異なり溶接によって中空構造のアーム部を形成する場合と比べて、溶接不良による強度低下等の問題が生ずることはなく、強度面において優れる。また、アーム部３２（４２）の基端に開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ（４２１ａ）を有する構成によれば、本実施形態と異なりアーム部の先端（ペダル側端部）が開口する中空構造のアーム部を形成する場合と比べて、クランクアーム素材の成形後において開口を潰す工程が不要である。したがって、上記構成のクランクアーム３（４）によれば、製造工程の簡素化を図ることができ、生産効率を高めるのに適している。
【００４６】
クランクアーム３（４）においては、ボス部３１（４１）がアーム部３２（４２）に対してクランク軸２の軸方向内方に変位させられている。このような構成では、アーム部３２（４２）の基端ないしボス部３１（４１）において、比較的にボリュームが大きくなるところ、アーム部３２（４２）の外側面とボス部３１（４１）の軸方向外面との間に段差壁３２５（４２３）が形成され、この段差壁３２５（４２３）に中空部３２１（４２１）の開口３２１ａ（４２１ａ）が形成されている。これにより、アーム部３２（４２）の基端においては、中空構造のパイプ状となっており、このパイプ状部分がボス部３１（４１）につながっている。このようなパイプ状の構成は、棒状の構成に比べて、捻り剛性や曲げ剛性に優れている。自転車において、ペダルの踏力によって作用する応力はアーム部３２（４２）の先端よりも基端の方が大きいが、上記の基端側に開口３２１ａ（４２１ａ）を有するアーム部３２（４２）の構成は、クランクアーム３（４）の軽量化に適するとともに、強度面においても有利である。
【００４７】
クランクアーム３（４）に形成された中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、アーム部３２（４２）の先端側（開口とは反対側）の端部において閉じた有底状とされている。このような構成によれば、中空部３２１，３２２，３２３（４２１）の基端からの深さを適宜設定することにより、アーム部３２（４２）の先端の所定範囲において中空部３２１，３２２，３２３（４２１）が形成されない中実構造とすることができる。したがって、上記構成によれば、アーム部３２（４２）先端の所望の位置にペダル取付け用のねじ孔３２４（４２２）を形成することができ、ペダルの取り付け位置の変更等にも容易に対応することが可能である。
【００４８】
アーム部３２（４２）に形成された中空部３２１，３２２，３２３（４２１）は、アーム部３２（４２）の基端から先端に向かうにつれて先細り状とされている。かかる構成によれば、鍛造成形時において中空部３２１，３２２，３２３（４２１）を形成するための入れ子８Ｃ（９Ｃ）を適切に抜き取ることができ、また、アーム部３２（４２）の各所に作用する応力に応じて無駄のない断面形状（断面積）とするのに適している。このことは、クランクアーム３（４）について、生産効率を高めるとともに軽量化および強度向上を図るうえで好適である。
【００４９】
クランクアーム３は、ボス部３１から放射状に延びるギヤ支持ステー３３を有しており、当該ギヤ支持ステー３３は、クランク軸２の軸方向視において、中空部３２１の開口３２１ａが臨む方向と重ならない位置に設けられている。このような構成によれば、ギヤ支持ステー３３を設ける場合であっても、中央貫通孔３１１や段差壁３２５等の形成時の加工用スペースを十分に確保することができ、ギヤ支持ステー３３が機械加工の妨げとなり難い。このことは、クランクアーム３の生産効率を高めるうえで好適である。また、機械加工の妨げとなり難い、上記ギヤ支持ステー３３の配置によれば、ギヤ支持ステー３３を余分に切削する必要がなく、強度面において有利である。
【００５０】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。本発明に係る自転車用クランクアームの各部の具体的な形状や材質なども、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
上記実施形態においては、中空部３２１，３２２，３２３，４２１の開口３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ，４２１ａが外部に露出する構成について説明したが、これら開口を閉塞するための蓋を設けてもよい。開口閉塞用の蓋は、金属製あるいは樹脂製のものを適宜採用することができる。また、開口３２１ａを閉塞するための蓋については、クランク軸２とクランクアーム３を結合するためのボルト３４をも覆うように構成可能であり、開口４２１ａを閉塞するための蓋については、クランク軸２の左端開口をも覆うように構成可能である。また、上記実施形態のように開口３２１ａ（４２１ａ）を有する中空部３２１（４２１）を備えた自転車用クランクアームによれば、たとえば、クランク回転速度やクランクに作用する応力を計測するための各種の検出装置（回転数センサや踏力センサなど）を、開口を通じて中空部内に容易に挿入することができる。開口を通じて中空部内面に各種センサを装着する場合、上記した開口閉塞用の蓋を設ける構成は、センサの機能を適切に維持するうえで好ましい。
【００５２】
上記実施形態では、クランクアーム４は、クランク軸２の左端部に対し圧入嵌合により取り付けられていたが、これに限定されず、クランクアーム４は、クランクアーム３の場合と同様にボルトを用いてクランク軸２の左端部に取り付ける構造としてもよい。
【００５３】
上記実施形態では、クランク軸２とクランクアーム３，４との嵌合部分は、スプライン状とされていたが、他の嵌合構造を採用してもよい。たとえば、クランク軸の端部にテーパ状角軸部（たとえば四角）を設け、クランクアームのボス部において上記角軸部に嵌合可能なテーパ状角穴を設けた構成としてもよい。
【００５４】
上記実施形態では、ギヤ支持ステー３３（ギヤ取付部）をクランクアーム３に一体成形する場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、別体のギヤ取付部をボルト等の適宜手段によりクランクアームに取り付ける構成としてもよい。
【００５５】
上記実施形態では、鍛造によりクランクアーム素材を成形する場合について説明したが、クランクアーム素材の成形は、たとえば鋳造により行うこともできる。鋳造によりクランクアーム素材を成形する場合、中空部に対応する形状の中子を用いればよく、鋳造後において中子を抜き取れば、中空部が形成される。さらに、クランクアーム素材の成形は、樹脂材料を用いた型成形により行うこともできる。樹脂型成形によりクランクアーム素材を成形する場合、使用する樹脂材料としては、たとえば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹樹脂などの合成樹脂、あるいは合成樹脂母材に炭素系フィラーやガラス系フィラー等を添加した繊維強化樹脂などが挙げられる。また、樹脂型成形においては、中空部に対応する形状の入れ子を用い、成形後において当該入れ子を抜き取れば、中空部が形成される。
【００５６】
また、クランクアームにおける中空部の形成は、機械加工により行うこともできる。機械加工により中空部を形成する場合、鋳造、鍛造、もしくは樹脂型成形により、アーム部の外形形状に対応する中実状のアーム部原形、およびボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を成形し、上記アーム部原形にドリル等の機械加工を施すことにより、中空部を有する所定形状のクランクアームを得ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
Ａ 自転車用ギヤクランク装置
１ ハンガ部
２ クランク軸
３，４ クランクアーム
５ ギヤ
６ ギヤクランク
７Ａ，７Ｂ ベアリング
８，９ 金型
８Ａ，９Ａ 下金型
８Ｂ，９Ｂ 上金型
８Ｃ，９Ｃ 入れ子
１１ ハンガパイプ
２１ 中間部
２２ スプライン状大径部
２３ 小径部
２４ ねじ孔
３１ ボス部
３１１ 中央貫通孔
３１１ａ 内向フランジ
３１１ｂ 座ぐり部
３１１ｃ クランク軸受容部
３２ アーム部
３２１，３２２，３２３ 中空部
３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ 開口
３２４ ねじ孔
３２５ 段差壁
３３ ギヤ支持ステー（ギヤ取付部）
３３１ ねじ孔
４１ ボス部
４１１ 中央貫通孔
４１１ａ クランク軸受容部
４１１ｂ 座ぐり部
４２ アーム部
４２１ 中空部
４２１ａ 開口
４２２ ねじ孔
４２３ 段差壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と嵌合する嵌合部を有するボス部と、このボス部につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部とを備える自転車用クランクアームであって、
上記アーム部は、その長手方向に沿う中空部を有しており、
上記中空部は、上記アーム部の上記基端側において開口していることを特徴とする、自転車用クランクアーム。
【請求項２】
上記ボス部は、上記アーム部に対してクランク軸の軸方向内方に変位させられていることにより、上記アーム部の基端にはこのアーム部の外側面から上記ボス部の軸方向外面につながる段差壁が形成されており、この段差壁に上記中空部の開口が形成されている、請求項１に記載の自転車用クランクアーム。
【請求項３】
上記中空部は、上記アーム部の先端側の端部において閉じた有底状とされている、請求項２に記載の自転車用クランクアーム。
【請求項４】
上記中空部は、上記アーム部の基端から先端に向かうにつれて断面積が減少する先細り状とされている、請求項１ないし３のいずれかに記載の自転車用クランクアーム。
【請求項５】
上記中空部の開口を閉塞する蓋をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の自転車用クランクアーム。
【請求項６】
上記ボス部からクランク軸の半径方向に放射状に延びる複数のギヤ取付部をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の自転車用クランクアーム。
【請求項７】
上記複数のギヤ取付部は、クランク軸の軸方向視において、上記中空部の開口が臨む方向と重ならない位置にある、請求項６に記載の自転車用クランクアーム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
鍛造もしくは鋳造により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子もしくは中子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、
この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子もしくは上記中子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
樹脂材料を用いた型成形により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、
この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
鍛造もしくは鋳造により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、
機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
樹脂材料を用いた型成形により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、
機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【請求項１】
クランク軸と嵌合する嵌合部を有するボス部と、このボス部につながる基端から長手状に延びて先端に至るアーム部とを備える自転車用クランクアームであって、
上記アーム部は、その長手方向に沿う中空部を有しており、
上記中空部は、上記アーム部の上記基端側において開口していることを特徴とする、自転車用クランクアーム。
【請求項２】
上記ボス部は、上記アーム部に対してクランク軸の軸方向内方に変位させられていることにより、上記アーム部の基端にはこのアーム部の外側面から上記ボス部の軸方向外面につながる段差壁が形成されており、この段差壁に上記中空部の開口が形成されている、請求項１に記載の自転車用クランクアーム。
【請求項３】
上記中空部は、上記アーム部の先端側の端部において閉じた有底状とされている、請求項２に記載の自転車用クランクアーム。
【請求項４】
上記中空部は、上記アーム部の基端から先端に向かうにつれて断面積が減少する先細り状とされている、請求項１ないし３のいずれかに記載の自転車用クランクアーム。
【請求項５】
上記中空部の開口を閉塞する蓋をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の自転車用クランクアーム。
【請求項６】
上記ボス部からクランク軸の半径方向に放射状に延びる複数のギヤ取付部をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の自転車用クランクアーム。
【請求項７】
上記複数のギヤ取付部は、クランク軸の軸方向視において、上記中空部の開口が臨む方向と重ならない位置にある、請求項６に記載の自転車用クランクアーム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
鍛造もしくは鋳造により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子もしくは中子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、
この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子もしくは上記中子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
樹脂材料を用いた型成形により、上記中空部に対応する形状を有する入れ子を用いて、上記アーム部および上記ボス部に対応する形状を有するクランクアーム素材を一体成形する第１工程と、
この第１工程によって得られた上記クランクアーム素材から上記入れ子を抜き取ることにより、中空部を形成させる第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
鍛造もしくは鋳造により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、
機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれかに記載の自転車用クランクアームを製造する方法であって、
樹脂材料を用いた型成形により、上記アーム部の外形形状に対応する形状を有する中実状のアーム部原形、および上記ボス部に対応する部分を一体成形してクランクアーム素材を得る第１工程と、
機械加工により、上記アーム部原形に、基端が開口する中空部を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする、自転車用クランクアームの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７１４１９（Ｐ２０１２−１７１４１９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３６５４（Ｐ２０１１−３３６５４）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（３０８０２８３８２）株式会社スギノエンジニアリング (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（３０８０２８３８２）株式会社スギノエンジニアリング (3)
【Ｆターム（参考）】
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