CN1068838C - 自行车用曲柄及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能得到轻量、强度大且设计自由度高的自行车用曲柄及其制造方法。该自行车用曲柄结构为：轴柄的长度方向两端部做成中实构造，长度方向中央部做成中空结构，上述中空结构是在上述曲柄的内侧面形成向长度方向延伸的凹槽，而在该凹槽的开放面成为焊接盖构件的构造。
Description
本发明涉及一种自行车用曲柄及其制造方法，尤其是涉及一种有助于轻量化的自行车用曲柄及其制造方法。
自行车是希望能尽量轻量化，为此对于所有自行车零件也尽可能使之轻量化较理想。对于自行车用曲柄，已知有例如日本专利公报特公平2-18652号，将管予以成形制造，并将曲柄内部作为中空构造以达到轻量化。
因现有的中空曲柄是将管予以成形，因此强度较弱。而且因成形管的关系，故曲柄形状的设计自由度较少。另外，即使有材料力学上不需要的部分也因无法成形等理由而形状被限制。又，即使有设计上的要求，因成形加工的限制在外观上无法显示高级感等的缺点。
本发明是在上述的技术性背景下所做的发明，可达到以下的目的。
本发明的目的是在于提供一种轻量且强度大，又设计自由度高的自行车用曲柄及其制造方法。
为了达成上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种自行车用曲柄，其特征为：
上述曲柄1的长度方向两端部2,4做成中实构造，长度方向中央部3做成中空结构；
上述中空构造是在上述曲柄的内面形成向长度方向延伸的凹槽31，而在该凹槽的开放面固定盖构件33的构造。
上述凹槽31的两端部附近的槽深越是接近上述凹槽31的两端部越小，且上述凹槽的底面形状做成船底型。
所述的自行车用曲柄，其特征为：上述固定是通过焊接上述凹槽31与上述盖构件33的周围而进行固定的。
所述的自行车用曲柄，其特征为，上述曲柄1是在曲柄轴5安装侧形成较粗，而在踏板安装侧形成较细。
所述的自行车用曲柄，其特征为：上述曲柄1是用铝合金所制成。
所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为包括：
将盖构件133配置于上述凹槽31上，使上述凹槽31与上述盖构件133的外周部构成焊接的对接部的盖构件载置过程；
将上述盖构件133的外周，从外部一边作出内焊道，一边进行焊接的盖构件焊接过程；
在上述盖构件焊接过程之后，切除由于焊接造成的向上述外部突起的焊道的焊道除厚过程。
所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为，在上述凹槽31的周围一部分形成在上述盖构件载置过程载置上述盖构件133用的台阶部。
所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为，上述盖构件133是一块板，且在外周形成有坡口。
所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为，上述凹槽31的长度方向的两端部侧的侧面的与上述盖构件133的对接部，形成与上述盖构件133大约相等厚度。
本发明的自行车用曲柄，其特征为：上述曲柄的长度方向两端部做成中实构造，长度方向中央部做成中空构造，上述中空构造是在上述曲柄的内面形成向长度方向延伸的凹槽，而在该凹槽的开放面固定盖构件的构造。上述凹槽31的两端部附近的槽深越是接近上述凹槽31的两端部越小，且上述凹槽的底面形状做成船底型。
上述固定是通过焊接上述凹槽与上述盖构件的周围而进行的固定较理想。
上述曲柄是在曲柄轴安装侧形成较粗，而在踏板安装侧形成较细，形成向曲柄施加基本上一定的应力的形状。
上述曲柄是用铝合金制成较理想。
上述自行车用曲柄是至少以如下的制造方法制作。
将盖构件133配置于上述凹槽31上，使上述凹槽31与上述盖构件133的外周部构成焊接的对接部的盖构件载置过程；
将上述盖构件133的外周，从外部一边作出内焊道，一边进行焊接的盖构件焊接过程；
在上述盖构件焊接过程之后，切除由于焊接造成的向上述外部突起的焊道的焊道除厚过程。
在上述凹槽的周围一部分形成在上述盖构件载置过程中形成载置上述盖构件所用的台阶部较理想。又上述盖构件由一块板，且在外周形成坡口的较理想。
又，上述凹槽的长度方向的两端部侧的侧面的与上述盖构件的对接部，形成与上述盖构件133大约相等厚度较理想。本发明的效果：
因曲柄中央部做成中空结构，因此曲柄变为轻型。因中空结构是在凹槽固定盖构件的结构，因此也可将曲柄的形状设计成任何形状，而增加设计的自由度。在外观容易显出高级感。
由于做成施加于曲柄的应力为大约一定的剖面形状，故除可轻量化外还可得到充分的强度。
由于将凹槽的底面形状做成船底型，曲柄本体的剖面积连续地变化，故应力不会集中在特定位置而可增加作为曲柄整体的强度。
由于将曲柄通过焊接及焊道除厚加工进行制造，因此可制造外观上无接头，轻量且具有充分强度的自行车用曲柄。
由于曲柄本体与盖构件的对接部的厚度大约相同，故焊接时的熔融接合部均匀且稳定。
以下参照附图，对本发明的实施例做详细说明：
图1是表示本发明的右曲柄1的正面图。
图2是表示本发明的右曲柄1的侧面图。
图3是表示从侧面观看右曲柄1的剖面图。
图4是表示从背面观看右曲柄1的图式。
图5是表示图1的A-A,B-B,C-C线的剖面图。
图6是表示曲柄轴5的外观图。
图7是表示将在曲柄1安装于曲柄轴5的曲柄装配体图。
图8是表示本发明的左曲柄100的正面图。
图9是表示左曲柄100的侧面图。
图10是表示从侧面观看左曲柄100的剖面图。
图11是表示从背面观看左曲柄100图。
图12A是表示图8的A-A线的剖面图。
图12B是表示图8的B-B线的剖面图。
图12C是表示图8的C-C线的剖面图。
图13是表示盖构件，图13A是平面图，第13B是表示图13A的B-B线剖面图。
图14是表示在载置盖构件133时图11表示的ⅪJ-ⅪV线切剖的剖面图。
图15是表示在载置盖构件133时，图11表示的ⅩⅤ-ⅩⅤ线切剖的剖面图。
图16是表示在载置盖构件133时，图11表示的ⅩⅤ-ⅩⅤ线切剖的其它情况的剖面图。
参照图式说明本发明的实施例形态1，图1是表示本发明的在曲柄1的正面图。右曲柄1是由铝合金制成，如图1所示，踏板安装侧曲柄端部4形成较细，而曲柄轴安装侧曲柄端部2侧形成剖面较粗。将右曲柄1的粗细随位置有所变化，根据改变剖面积的大小而施加于右曲柄的应力在任何剖面均可成为大约一定。
在右曲柄1的表侧表面通过激光标记等，可刻印制造厂商的标记(logomark)或表示制造名称的商标等。又，在右曲柄1的表侧两角隅部形成有倒角部11，该倒角在曲柄轴安装侧曲柄端部2附近较大，而越是接近踏板安装侧曲柄端部4就越小。
在右曲柄1的曲柄轴安装侧曲柄端部2，形成有将右曲柄1安装于曲柄轴5所用的曲柄轴安装孔21。如图7所示，通过将柄轴5插入该曲柄安装孔21，使右曲柄安装于曲柄轴5。又，在右曲柄1的踏板安装侧曲柄端部4，形成有踏板安装孔41。在该踏板安装孔41安装有未图示的踏板的踏板轴的一端。
图2是表示右曲柄的侧面图。图3是表示从侧面观看右曲柄1的剖面图。在曲柄中央部3的内面侧，形成有向长度方向延伸的凹槽31。凹槽31的形状是在凹槽31的两端部附近，槽深向两端形成连续地变小，而在两端部，槽深变成最小。即，凹槽31的底面形状是所谓船底型。凹槽31的中央部底面是与曲柄中央部3的表侧面大约平行。
该凹槽31的开放面侧形成有台阶部32，在该台阶部32嵌入盖构件33，通过使用氮气体的惰性气体保护弧焊接固定盖构件33的周围与右曲柄1本体。右曲柄1本体的背侧表面与盖部33的表面配置成相同面。由于焊接形成的焊接部34是在焊接后通过切削加工切除，成为相同面在美观上较理想。
盖构件33与右曲柄1的本体之间的固定方法，除了焊接以外，也可通过粘接剂施以粘接。作为粘接剂，可使用环氧树脂，氰基丙烯酸酯树脂等。另外，也可将用依铆接的固定与粘接剂。此时，在铆接的连接部的间隙填充粘接剂，因而可防止水等的侵入。
在曲柄轴安装侧曲柄端部2设有曲柄轴安装孔21。在曲柄轴安装孔21的内面，向内面侧突出设有凸缘22，连接于该凸缘22的内面侧，设有内锯齿状缺口23。比曲柄轴安装孔21的锯齿状缺口23更内面侧的部分是构成作为定心部24。定心部24是向内面侧扩展的圆筒的锥形孔形状，在本实施例，锥形角度为2-3°。
定心部24的锥形面是密接于曲柄轴5的定心部52的锥形面而将两者的芯成为一致而且将两者一体地连接。在曲柄轴安装侧端部2的内面突出部的外周基部，形成有齿轮板6止回用的外锯齿状缺口25，而在内面突出部的外周部，形成有齿轮板6固定用的内螺旋26。
图4是表示从背面观看右曲柄1的图式，锯齿状缺口23,25是如图4所示，以8齿者为宜。若齿数较少，则旋转结合的结合强度会不足，而若齿数较多，则加工较难，导致成本上升，又，在装配时旋转方向的分配定位作业也容易出错。
图5是表示在图1图2A-A,B-B,C-C切剖线的各箭头方向剖面图。图5(A)图是A-A箭头方向剖面图，图5(C)是图5B-B箭头方向剖面图，图5是C-C箭头方向剖面图。曲柄中央部3的剖面内部是大部分如此形成凹槽31，以便轻量化。
图6是表示曲柄轴5的外观图。在曲柄轴5的两端部，形成有定心部52。定心部52是端部侧变细的锥形形状，锥形角度为2-3°。锯齿状缺口51是8齿构成，齿的外周面是成为与定心部52的外周面连续的表面。
在曲柄轴5的端面，设有右曲柄1固定用的内螺旋53。曲柄轴5是中空管形状，如图7所示，在中央部形成比两端部更薄。曲柄轴5的材质是铝合金，与中空相辅相成对轻量化有贡献。
图7是表示装配曲柄轴5与右曲柄1及齿轮板6的装配体。在其中一方向的右曲柄1安装有齿轮板6，通过锯齿状缺口25防止旋转，而通过螺帽61施以固定。该齿轮6被固定的右曲柄1安装于曲柄轴5的其中一方的端部，通过螺栓54施以固定。曲柄轴5的另一端，安装固定有无齿轮板的右曲柄1。右曲柄1的定心部24与曲柄轴5的定心部52是密接地嵌合，高精度地进行两者的定心。又，右曲柄1的内锯齿状缺口23与曲柄轴5的外锯齿状缺口51是互相地啮合，进行旋转方向的高度强度的结合。本发明的实施例2：
参照图式说明本发明的实施2。上述实施例1例举右曲柄加以说明，以下表示的本发明的实施例2是以左曲柄作为例子，尤其是说明其制造方法。在图8表示本发明的左曲轴100的正面图。图9是表示左曲柄100的侧面图。图10是表示从侧面观看左曲柄100的剖面图，图11是表示从背面观看左曲柄100的图式。
图12A是表示图8的A-A箭头方向剖面图，图12B是表示图8的B-B箭视剖面图，图12C是表示图8的C-C箭头方向剖面图。图13是表示盖构件，图13A是表示平面图，图13B是表示图13A的B-B箭头方向剖面图。本例的左曲柄100是与上述的实施例形态1的右曲柄1，在构造上基本相同只有一部分不相同。以下仅说明不相同部分。
上述右曲柄，在曲柄轴安装侧曲柄端部2的内面突出部的外周基端部形成有齿轮板6止动用的外锯齿状缺口25，在内面突出部的外周部形，成有齿轮板6固定用的内螺栓26(参照图2，图3)。
反观，因左曲柄100是没有齿轮板6，因此未构成这些部分。对于与上述右曲柄1相同记号的是同样部分，因其说明重复，故省略说明。在凹槽31的两端形成有台阶部132，该台阶部132从凹槽31的围壁稍突出(在本例中为1.0mm的宽度)。台阶部132是在焊接下述的盖构件133时为了暂时固定而载置。
左曲柄100的凹槽31的外侧壁29与内部壁28形成有角度θ(在本例中为5。)。凹槽31的上端是开放的，而在其周围形成有坡口，具备角度45°的坡口斜面130及坡口平坦面131。在图13表示盖构件133。盖构件133是由一铝合金板制成，能够沿着凹槽31的坡口130盖上盖组装，以此形状弯曲(参照图13(B))。在盖构件133的外周角部形成有角度45度的坡口斜面134。
左曲柄100的制造方法
以下，详述上述左曲柄100的制造方法。首先，左曲柄100的本体以冷锻成形铝合金素材。冷锻后，由机械加上切削毛边经切除后加工成如上的形状。同样地，盖构件133也由冷锻加工成上述的形状。当完成这些的零件加工时，则将盖构件133载置于凹槽31两端的台阶部132并施以暂时固定。
将该载置状态的坡口状态表示于第14及图15。图14是表示载置盖构件133时图11的 ⅪⅤ-ⅪⅤ线切剖的剖面图，图15是表示ⅩⅤ-ⅩⅤ线切剖的剖面图。又，图14及图15是模式地描绘焊接后的焊道的状态，与实际的金属组织不相同。由图14可了解，凹槽31的两侧是在盖构件133与左曲柄100的本体的间形成有若干间隙135。但是，不设计该间隙135而使盖构件133对接也可以。因此，在本发明的所谓间隙135也包括接触并予以接合的状态。
在该状态下焊接时，则形成表面焊道136。同时作为熔融的焊接金属的铝合金经间隙135而滴到凹槽31内部，以此形成内焊道137。又，即使没有间隙135，在对接状态下也同样地母材被熔融而可制成内焊道137。
一方面，因盖构件133的两端部放在台阶部132而被载置，故可正确地定位而进行焊接前的暂时固定。不需要固定盖构件133所用的焊接工模。一旦该部分被焊接，则与上述同样地形成有表面焊道136及内焊道137。因为若台阶部132的宽度焊接得极狭时，则熔融的焊接金属或母材也会绕到内面。
当完成熔接时，则表面焊道136的剩余部分136a是经磨整加工等的机械加工除去厚度使之成母材的水平。通过该除去厚度加工从外观无法判别盖构件133是焊接件。又，内焊道137不需被除去厚度，而在保持被焊接部分的接合强度上有效果。
左曲柄100的凹槽31的长度方向的两端侧的焊接部，是由图15可知，盖构件133的厚度与左曲柄100的本体的厚度非常不相同。因此，盖构件133与左曲柄100本体的热容量完全不相同，而在进行焊接时，则在盖构件133侧与左曲柄100本体侧，焊接接合部不会形成均匀，而对外观、强度等有不良影响。为了避免这种不方便，形成如图16的熔接相接部。
图16是表示图11所示的ⅩⅤ-ⅩⅤ线切剖的剖面图。凹槽31的曲柄轴安装侧曲柄端部2侧的侧面也是同样的构造。如图16所示在左曲柄100的侧面形成侧面凹部101，盖构件133的厚度与左曲柄100的对接部的厚度大约相等。欲形成侧面凹部101，则对于凹槽31的侧面通过磨整加工等实行除去厚度加工即可。因形成这种构造，对接部两侧的构件的厚度大约相等，因热容量也大约相等，故在焊接时的热扩散对于两侧构件均等地进行，可得到均匀又安全的熔融接合部。
又，因形成侧面凹部101，虽在曲柄100的中心轴近旁的段132会被削掉。但若留下离开中心轴的部分的台阶部132，则对载置定位盖构件133上没有妨碍。或者去掉台阶部132，使用暂时固定盖构件133所用的焊接工模也可以。
在如下的材质，尺寸的条件下，成为轻量且有足够的强度的自行车用曲柄。
在曲柄1左曲柄100的本体的材质；铝合金A7779。
曲柄中央部3的表侧表面与凹槽31的中央部底面之间的曲柄本体的厚度为：1.5mm
盖构件33的材质：铝合金A7779
盖构件33的厚度：1.5mm
盖构件133的厚度：3.0mm
Claims (8)
1、一种自行车用曲柄，其特征为：上述曲柄(1)的长度方向两端部(2、4)做成中实构造，长度方向中央部(3)做成中空结构；
上述中空构造是在上述曲柄的内面形成向长度方向延伸的凹槽(31)，而在该凹槽的开放面固定盖构件(33)的构造；
上述凹槽(31)的两端部附近的槽深越是接近上述凹槽(31)的两端部越小，且上述凹槽的底面形状做成船底型。
2、如权利要求1所述的自行车用曲柄，其特征为：上述固定是通过焊接上述凹槽(31)与上述盖构件(33)的周围而进行固定的。
3、如权利要求1所述的自行车用曲柄，其特征为，上述曲柄(1)是在曲柄轴(5)安装侧形成较粗，而在踏板安装侧形成较细。
4、如权利要求1至3中任何一项所述的自行车用曲柄，其特征为：上述曲柄(1)是用铝合金制成。
5、一种如权利要求1至3中任一项所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为：包括：
将盖构件(133)配置于上述凹槽(31)上，使上述凹槽(31)与上述盖构件(133)的外周部构成焊接的对接部的盖构件载置过程；
将上述盖构件(133)的外周，从外部一边作出内焊道，一边进行焊接的盖构件焊接过程；
在上述盖构件焊接过程之后，切除由于焊接造成的向上述外部突起的焊道的焊道除厚过程。
6、如权利要求5所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为，在上述凹槽(31)的周围一部分上，形成在上述盖构件载置过程中载置上述盖构件(133)用的台阶部。
7、如权利要求5所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为，上述盖构件(133)是一块板，且在外周形成有坡口。
8、如权利要求6所述的自行车用曲柄的制造方法，其特征为，上述凹槽(31)的长度方向的两端部侧的侧面的与上述盖构件(133)的对接部，形成与上述盖构件(133)大约相等的厚度。
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