JP2007261573A - 自転車のペダルクランク・アセンブリおよび関連の部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ペダルクランクの軸孔は、孔の縁に応力が集中して、疲労破壊しやすいので、疲労寿命の向上を目ざす。
【解決手段】ボトム・ブラケットとの連結のための第１端部およびペダルとの連結のための第２端部を有しているペダルクランク２において、少なくとも一方の端部が、それぞれの軸１００との連結のため、ペダルクランク２の側面８から延びる孔７を有している自転車のペダルクランク・アセンブリ１であって、ペダルクランク２の前記側面８の近傍において孔７の周囲に広がっており、前記軸１００の当接部１０３を自身に当接させて受け止めるように構成された部分１２を有している補強部材３を有しており、ペダルクランク２および補強部材３が、孔７の軸心Ｘに直交する平面には完全には含まれないそれぞれの表面１３、１５に沿って、接触するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、自転車のペダルクランク・アセンブリ、ペダルクランク、および自転車のペダルクランクのための補強部材に関する。

自転車のペダルクランクは、ペダルまたはボトム・ブラケットの軸を収容するための孔をそれぞれ備えているペダルとの連結のための領域およびボトム・ブラケットとの連結のための領域に、弱点を有している。孔には、ペダルクランクと軸との間の相互の回転を防止するため、典型的にはねじ切りが設けられ、あるいはいずれにせよ非平滑な壁面が形成されており、例えば孔が、特には正方形または六角形であるが多角形の断面を有しており、あるいは溝または突起を有する円柱形または円錐形の孔である。

このような種類の孔は、方向が急激に変化する内表面を共通に有しており、そのような場所に応力が集中して割れが始まる。割れは、ペダル漕ぎの際など、ペダルクランクに繰り返しの荷重が加わるにつれて拡大するが、自転車乗りは、割れの拡大を知覚することができない。ペダルクランクの抵抗断面が、ペダル漕ぎの荷重を支えるためにはもはや充分でない程度まで減少すると、ペダルクランクが突然に破壊し、自転車乗りの安全に深刻なリスクをともなう。この種の破壊は、疲労破壊として知られている。

本発明の根底にある技術的課題は、自転車のペダルクランクをより安全にし、特には疲労寿命を向上させることにある。

本発明は、その第１の態様において、ボトム・ブラケットとの連結のための第１端部およびペダルとの連結のための第２端部を有しているペダルクランクを有しており、前記第１端部および前記第２端部の少なくとも一方が、ペダルまたはボトム・ブラケットのそれぞれの軸との連結のため、ペダルクランクの一側面（それぞれ、遠位側または近位側）から延びる孔を有している自転車のペダルクランク・アセンブリであって、ペダルクランクの前記側面の近傍または前記側面において前記孔の周囲に広がり、かつ前記軸の当接部を当接して受け止めるように構成された部分を有している補強部材またはワッシャを有しており、ペダルクランクおよび補強部材が、前記孔の軸心に直交する平面には完全には含まれないそれぞれの面に沿って接触していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリに関する。

本件出願の出願人は、ペダルクランクの疲労破壊の主たる原因が、自転車乗りによってペダルが押されるときに前記孔の周囲の領域に生じる引っ張り応力であることを見出した。

さらに、本件出願の出願人は、最大の引っ張り応力が、前記孔のうちのペダルまたはボトム・ブラケットの軸が突き出す側の表面領域に生じることに気が付いた。

本発明によるペダルクランク・アセンブリにおいては、ペダルクランクおよび補強部材の相互の接触面において生じる摩擦力のおかげで、補強部材が孔の前記表面領域における応力の一部を吸収することができ、ペダルクランクと一緒にひずんで、ペダルクランクの荷重を引き取ることができる。このようにして、ペダルクランクに残される引っ張り応力が、孔の表面の方向の変化において割れを発生および伝搬させるためにもはや充分ではなくなり、ペダルクランクをより安全に使用することができる。

好ましくは、相互の接触面は、摩擦力を補強部材の本体により分散させることができるよう、前記軸に対して全体として斜めの推移を有している。

本明細書および添付の特許請求の範囲において、全体として斜めの推移とは、接触面が局所的に円錐面から逸脱してもよいことを意味している。

典型的には、孔の表面は、少なくとも補強部材の近傍の部分において、非平滑な壁面を有する表面である。その結果、軸が、少なくとも最大応力の領域において効果的に保持される。

孔の軸心の方向において、好ましくは相互の接触面は、孔の広がりよりも短い広がりを有しており、より好ましくは孔の広がりの半分よりも短く、さらに好ましくは孔の広がりの５分の１よりも短い広がりを有している。この方法で、ペダルクランクの総重量を小さくすることができる。

とくに好ましい方法においては、前記軸の方向において、相互の接触面の広がりが、孔の内側のねじ切りのピッチの１つ分から２つ分の範囲である。

本発明のペダルクランク・アセンブリのとくに好ましい特徴によれば、補強部材が、ペダルクランクの弾性率よりも大きい弾性率を大きい弾性率を有しており、ペダルクランクの引っ張り応力のかなりの部分を吸収することができる。

好ましくは、所望の弾性率を有する補強部材の作製に使用される材料は、これらに限られるわけではないが、鋼、チタニウム合金、およびアルミニウム合金の中から選択される。

第１の実施形態においては、相互の接触面が、円錐面である。

この場合、摩擦力が、前記軸に直交する平面であって、円錐形の接触領域の広がりの実質的に全体にわたって互いに隣接して連続的に位置する多数の平面に対して作用する。したがって、摩擦の作用が、補強部材の本体の全体にわたって一様に加えられる。

好ましくは、相互の接触面の母線が、前記軸に直交する平面に対し、５°〜４５°の範囲の角度だけ傾いており、好ましくは２５°〜３５°の範囲の角度だけ傾いている。

ペダルクランクおよびワッシャの相互の接触面の面積、したがって摩擦力をさらに増加させるため、相互の接触面を、２つ以上の変曲点が存在する曲線状の母線を有する回転面、１つの変曲点が存在する曲線状の母線を有する回転面、円弧状の母線を有する回転面、階段状の母線を有する回転面、あるいは例えば上記の組み合わせから導出される他の表面とすることができる。

また、ペダルクランクおよびワッシャの相互の接触面は、例えば多面体形状の面および好ましくは角錐台形状など、回転面でなくてもよい。

上述の実施形態および他の実施形態において、補強部材の接触面が、全体としてペダルクランクに向かって収束できる一方で、ペダルクランクの接触面が、全体として補強部材に向かって広がることができ、あるいは反対に、補強部材の接触面が、全体としてペダルクランクに向かって広がることができる一方で、ペダルクランクの接触面が、全体として補強部材に向かって収束することができる。

前記ペダルクランクは、補強部材を収容するため、凹状の座部を有することができる。

あるいは、ペダルクランクが、補強部材を収容するため、突き出している座部を有してもよい。

好ましくは、ペダルクランクおよび補強部材の相互の滑りを、無にできないまでも最小限にするため、ペダルクランクと補強部材との間に機械的な拘束がさらに設けられる。これにより、補強部材またはワッシャが、ペダルクランクと一緒の一部品としてさらにひずまされ、その効果が大きくなる。

前記機械的な拘束は、かしめを含むことができ、とくには前記凹状の座部または前記突き出している座部の周囲でのペダルクランクおよび／または補強部材のかしめを含むことができる。

ペダルクランクが、複合材料から作られる場合には、前記機械的な拘束を、補強部材をペダルクランクに同時に成型することによって達成することができる。

ペダルクランクと補強部材との間の相互の接触面は、前記軸の周囲の異なる角度位置において、異なる広がりを有することができる。

自転車乗りによってペダルへと加えられる力の強さは、ペダル漕ぎのサイクルの最中に変化し、すなわちペダルクランク・アセンブリの角度位置の関数として変化するため、上述のようにすることで、ペダル漕ぎのサイクルのうちの加わる力が最小である部分に比べ、加わる力が最大である部分において摩擦が大きくなるように、相互の接触面を変更することが可能である。

１つの実施形態においては、ペダルクランクおよび補強部材の相互の接触面が、前記孔に対して偏心した面である。

好ましくは、この場合には、相互の接触面の軸心が、前記孔の軸心と平行であるとともに、相互の接触面の軸心と前記孔の軸心とによって定められる平面が、ペダルクランクの長手方向中心線に対して３０°〜７０°の範囲の角度だけ傾いている。

他の実施形態においては、ペダルクランクおよび補強部材の相互の接触面が、前記軸の周囲の異なる角度位置において、異なる傾きを有している。

本発明は、その第２の態様において、ボトム・ブラケットの軸との連結のための第１端部およびペダルとの連結のための第２端部を有しており、ペダルまたはボトム・ブラケットのそれぞれの軸との連結のため、前記第１端部および前記第２端部の少なくとも一方に一側面（それぞれ、遠位側または近位側）から延びる孔を、有している自転車のペダルクランクであって、前記側面の近傍または前記側面に、補強部材と接触するように構成され、前記孔の軸心に直交する平面には完全には含まれない表面を有していることを特徴とするペダルクランクに関する。

このペダルクランクは、好ましくは、ペダルクランク・アセンブリに関して上述した特徴のうちの１つ以上を有している。

本発明は、その第３の態様において、自転車のペダルクランクのための補強部材であって、ペダルまたはボトム・ブラケットのそれぞれの軸が貫通可能に構成された孔、前記軸の当接部に当接して前記軸の当接部を受け止めるように構成された部分、およびペダルクランクと接触するように構成され、前記孔の軸心に直交する平面には完全には含まれない面を有することを特徴とする補強部材に関する。

この補強部材は、好ましくは、ペダルクランク・アセンブリに関して上述した特徴のうちの１つ以上を有している。

本発明のさらなる特徴および利点が、あくまで本発明を限定するものではない例として添付の図面を参照しつつ行われる本発明のいくつかの好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

図１〜４を参照すると、本発明の第１の実施形態に係るペダルクランク・アセンブリ１は、ペダルクランク２および少なくとも１つの補強部材すなわちワッシャ３を有している。

ペダルクランク２は、金属材料、典型的にはアルミニウム合金などの軽合金から作製することができ、あるいは複合材料から作製することができる。使用される複合材料は、好ましくは、ポリマー材料に埋め込んだ構造繊維からなる。典型的には、構造繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されるが、カーボン繊維が好ましい。好ましくは、ペダルクランクのポリマー材料は熱硬化性であるが、熱可塑性の材料であってもよい。さらに好ましくは、ポリマー材料がエポキシ樹脂からなる。

ワッシャ３は、ペダルクランク２の材料の弾性率よりも大きい弾性率を有する材料からなる。好ましくは、ワッシャ３は金属製であり、さらに好ましくは、鋼、チタニウム合金、およびアルミニウム合金の中から選択される材料で作られ、ペダルクランク２の材料と同じかまたは異なる材料で作られる。

ペダルクランク２は、自転車のボトム・ブラケット（図示されていない）の軸との連結のための第１端部４と、ペダル（図示されていない）の軸１００との連結のための第２端部５とを有している。

ペダルクランク２の第１端部４は、ペダルクランクの使用において自転車のボトム・ブラケット（図示されていない）の軸が挿入される孔６を有している。

ペダルクランク２の第２端部５には、軸心Ｘを有する孔７が形成されており、ペダルクランクの使用において、この孔７に軸１００が挿入される。孔７は、自転車の中心を基準にしてペダルクランク２の遠位側の面８から、ペダルクランク２の本体内を延びている。図示の実施形態においては、孔７が、自転車の中心を基準にしてペダルクランク２の本体の近位側の面９にまで延びている。換言すると、図示の実施形態においては、孔７が、ペダルクランク２に形成された貫通孔であるが、他の実施形態においては、止まり孔であってもよい。

図示の実施形態の孔７は、内側にピッチＰのねじ切り１０を有する円筒形の孔であるが、代案としては、とくには正方形または六角形といった多角形の断面を有する孔、溝または突起を有する円柱形または円錐形の孔、あるいは少なくともペダルクランク２の遠位側の面８の付近、すなわちワッシャ３の付近の一部分において、他の方法で軸心Ｘを中心とする軸１００およびペダルクランク２の相対回転を防止するように構成されている孔であってよい。

ワッシャ３は、ペダルクランク２の遠位側の面８において、孔７の周囲に延びている。より具体的には、ワッシャ３は孔７の端部９９の近傍まで延びている。

ワッシャ３は、軸１００を挿入することができるよう、ペダルクランク２の孔７の断面に一致し、あるいはペダルクランク２の孔７を含むような形状および寸法の孔１１を有している。孔１１は、軸心Ｘに一致する軸心を有している。図３には、例として、ねじ切り１０の大きい方の径Ｄよりも大径の内径ｄを有するワッシャ３を示している。

ワッシャ３は、実質的に平坦な第１の表面１２、および表面１２の実質的に反対側に位置する第２の表面１３を有している。

ワッシャ３の第２の表面１３は、ペダルクランク２との接触のための円錐形状の面であり、その軸心は、軸心Ｘに一致している。

ペダルクランク２は、ワッシャ３を収容するため、ワッシャ３の形状に一致する形状の座部１４を有しており、とくには座部１４が、ワッシャ３との接触のための円錐面１５を、その軸を軸心Ｘに一致させて有している。

軸心Ｘ方向において、ペダルクランク２の座部１４が、広がりＨ１を有し、ワッシャ３が、広がりＨ２を有し、ペダルクランク２とワッシャ３との間の接触領域が、広がりＨ３を有し、孔７が、広がりＨ４を有している。なお、図３において、ワッシャ３が座部１４の外側にわずかに突き出しているが、代案として、ワッシャ３が座部１４の外縁と同一面であって、すなわちＨ３が実質的にＨ２に等しくてもよく、あるいはワッシャ３が座部１４の外縁よりも低く収容されてもよい。

広がりＨ１、Ｈ２、およびＨ３は、好ましくは、孔７の広がりＨ４よりも小さく、より好ましくは、孔７の広がりＨ４の半分よりも小さく、さらに好ましくは、孔７の広がりＨ４の５分の１よりも小さい。

さらに、最も好ましい実施形態においては、前記広がりＨ１、Ｈ２、およびＨ３が、孔７のねじ切り１０のピッチＰ１つ〜２つ分の範囲の長さである。

さらに、好ましくは、ペダルクランク２の座部１４の円錐面１５およびワッシャ３の円錐面１３のそれぞれが、それぞれペダルクランク２の孔７およびワッシャ３の孔１１の軸心Ｘに直交する平面に対して、５°〜４５°の範囲、より好ましくは２５°〜３５°の範囲の角度αの傾斜を有する。

すでに述べたように、使用時には、ペダルが軸１００を介してペダルクランク・アセンブリ１に連結される。

軸１００は、ワッシャ３の孔１１へと進入して、ペダルクランク２の孔７に連結されるように構成された端部１０１を有している。

図示の実施形態においては、軸１００の端部１０１が、ペダルクランク２の孔７の内側のねじ切り１０に一致するねじ切り１０２を有している。他の実施形態においては、軸１００の端部１０１が、ペダルクランク２の孔７の断面に一致する多角形の断面を有するものであってよく、あるいは畝または溝を備えることができる。

さらに軸１００は、当接面１０３を、典型的には自身のフランジ１０４に形成して有している。

なお、図示の実施形態においては、軸１００が、ワッシャ３の孔１１の内壁が軸１００に接触しないよう、外周の溝１０５を当接面１０３と端部１０１との間に形成してさらに有しているが、他の実施形態においては、溝１０５が存在せず、ワッシャ３の孔１１の内壁が軸１００に接してもよい。

本件出願の出願人は、本発明に係るペダルクランク・アセンブリ１の良好な性能を、次のように説明できると考えている。

軸１００の端部１０１が、ペダルクランク２の孔７へとねじ込まれるとき、当接面１０３が、ワッシャ３の実質的に平坦な表面１２に突き当たる。軸１００によるワッシャ３への押しによって、接触面１３および１５の相対滑りと逆方向の摩擦力Ａ（図３および４Ａ）が生じる。

自転車の使用時に、ペダルが自転車乗りによって押されると、孔７において軸１００がペダルクランク２へと張力をさらに伝える。

自転車乗りが最大の押しをペダルへと作用させる最も厳しい条件において、ペダルクランクの長手方向軸Ｙは、第２端部５をボトム・ブラケットの軸を通過する水平線の上方に位置させつつ、水平線に対して約４５°傾いており、したがって自転車乗りによって加えられる力は、実質的に、図３および４Ａに示されておりペダルクランク２の長手方向中心線Ｙに対して約４５°傾いている矢印Ｆの方向にて、ペダルクランク２へと伝えられる。ここでの説明においては、分かり易くするため、ペダルクランク２の中央面に直交する平面（図４Ａの紙面に直交する平面）内の力の成分、および力Ｆのモーメントまたはトルクを、無視している。

したがって、ペダルクランク２の第２端部５のうち、力Ｆに隣接する領域１６が張力にさらされる一方で、孔７の軸心Ｘに対して反対側の領域１７には、張力が加わることがない。したがって、ペダルクランク２が引っ張り荷重にさらされ、これが領域１６および１７の間に広がる領域１８および１９において、弾性伸びを生じさせようとする。換言すると、ペダルクランク２の孔７が、使用時に「楕円形になる」傾向がある。

ペダル漕ぎの際の繰り返しの荷重サイクルゆえ、とくにはペダルクランク２の遠位側の面８の近傍において、孔７のねじ切り１０（または、孔７の壁面の他の急激な方向の変化点）の溝状の部分に割れのおそれが存在し、結果としてペダルクランク２が疲労によって破損するおそれが存在する。

ペダルクランク２およびワッシャ３の互いの接触面１３、１５を円錐形にすることで、ワッシャ３をペダルクランク２と一緒にひずませる、すなわち「楕円形にする」ことができ、張力の一部を吸収して上述のおそれを軽減することができる。これは、相互の接触面１３および１５の間で矢印Ａの方向に作用する摩擦力が、ペダルクランク２とワッシャ３との間の相対的な滑りを防止するためである。さらに具体的には、領域１６、１８、および１９において、摩擦力Ａが、ペダルクランク２と一緒に一部品として伸びるようにワッシャ３の該当領域を引っ張る一方で、領域１７においては、摩擦力Ａが、ワッシャ３の該当領域をペダルクランク２上での滑りに抗して保持する。

とくには、ワッシャ３の構成材料の弾性率がペダルクランク２の構成材料の弾性率よりも大きいため、ワッシャ３が、孔７の表面領域における張力の大部分を吸収する。

さらには、図３に強調されているように、摩擦力Ａが、ペダルクランク２とワッシャ３との間の接触領域の広がりＨ３の実質的に全体にわたって、軸心Ｘに直交する多数の平面に対して作用する。したがって、ワッシャ３の保持および張力への引っ張りの作用が、実質的にワッシャ３の広がりＨ２の全体、すなわちワッシャ３の本体の全体にわたって分布し、引っ張り応力のうちのより多くの部分が、ワッシャ３そのものによって吸収される。

同様に、座部１４の断面の変化が、ペダルクランク２の応力を、軸心Ｘに直交する平坦な接触面の場合に比べ、より広い材料領域へと分散させる。したがって、局所応力の絶対値が小さくなる。

ペダルクランク２における局所応力の最大値が、より良好な分布およびワッシャ３による吸収の両者ゆえに小さくなるため、孔７の遠位側の面８において割れが開始するおそれが小さくなり、したがってペダルクランク２の疲労寿命が向上する。

図５〜９は、ペダルクランク・アセンブリ１の他の実施形態を示しており、ペダルクランク２とワッシャ３との相互の接触面の面積が、上述の実施形態の場合に比べて大きく設定されており、したがって好都合なことに、摩擦力Ａがさらに大きくなっている。

図４Ｂは、ワッシャ３は周方向に連続的であることが好ましいことを示している。すなわち、ワッシャ３に分割スプリットや切り欠きがあると弾性的になって補強作用が低下するので、ワッシャ３は分割スプリットや切り欠きのない連続的な形状を有している。

詳しくは、図５が、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面２０、２１が、それぞれ２つの変曲点が存在する曲線状の母線を有する回転面であるペダルクランク・アセンブリ１を示している。さらに具体的には、ワッシャ３の接触面２０の母線が、２つの凹部２２、２３およびこれらの間の凸部２４を有しており、ペダルクランク２の接触面２１の母線が、２つの凸部２５、２６およびこれらの間の凹部２７を有している。

３つ以上の変曲点を有する母線を持つ回転面も、相互の接触面として使用することが可能である。

図６は、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面２８、２９が、それぞれ１つの変曲点が存在する曲線状の母線を有する回転面であるペダルクランク・アセンブリ１を示している。さらに具体的には、ワッシャ３の接触面２８の母線が、凹部３０および凸部３１を有しており、ペダルクランク２の接触面２９の母線が、凸部３２および凹部３３を有している。

図７は、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面３４、３５が、それぞれ円弧状の母線を有する回転面であるペダルクランク・アセンブリ１を示している。さらに具体的には、ワッシャ３の相互接触面３４の母線が、凸状であり、ペダルクランク２の接触面３５の母線が、凹状である。円弧の中心Ｃは、軸心Ｘ上には位置していないが、そのような可能性も排除はされず、その場合には、表面３４、３５が球状になる。

さらに図８も、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面３６、３７が、それぞれ円弧状の母線を有する回転面であるペダルクランク・アセンブリ１を示している。この場合には、ワッシャ３の接触面３６の母線が、凹状であり、ペダルクランク２の接触面３７の母線が、凸状である。

図９は、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面３８、３９が、それぞれ階段状の母線を有する回転面であるペダルクランク・アセンブリ１を示している。３つの段が図示されているが、２つ、４つ、またはそれ以上の段を持つ母線を有する回転面も、使用可能である。

上述の各実施形態においては、ペダルクランク２およびワッシャ３の相互の接触面は、全体として孔７の軸心Ｘに対する斜めの推移を有している。さらに具体的には、ワッシャ３の接触面が、全体としてペダルクランク２に向かって収束しており、ペダルクランク２の接触面が、全体としてワッシャ３に向かって広がっている。

図１０は、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面４０、４１が、それぞれ全体として孔７の軸心Ｘに対する斜めの推移を有しているが、上述の各実施形態と比べて反対の向きを有しているペダルクランク・アセンブリ１を示している。詳しくは、ワッシャ３の接触面４０が、全体としてペダルクランク２に向かって広がっており、ペダルクランク２の接触面４１が、全体としてワッシャ３に向かって収束している。さらに具体的には、相互の接触面４０、４１が円錐形であるが、代案として、図５〜９を参照してすでに説明したものと同様の表面であってよい。

また、ペダルクランク２の接触面４１は、ペダルクランク２の遠位側の面８から突き出している座部４２に形成されている。

上述した他の実施形態においても、ワッシャ３を収容すべくペダルクランク２へと凹状の座部１４を、突き出している座部４２によって置換可能であることを、理解すべきである。

上述のさらなる実施例とちょうど同じように、図１１は、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面４３、４４が、それぞれ段差とされ、全体として孔７の軸心Ｘに対して斜めの推移を有しており、ワッシャ３の接触面４３が、全体としてペダルクランク２に向かって広がっており、ペダルクランク２の接触面４４が、全体としてワッシャ３に向かって収束しているペダルクランク・アセンブリ１を示している。

ワッシャ３の摩擦の効果に加え、ペダルクランク２とワッシャ３との間の機械的な拘束によって、ワッシャ３をペダルクランク２と一体の一部品としてさらにひずませて、遠位側の面８の近傍における孔７での割れの発生から、ペダルクランク２をさらに保護することも可能である。

そのような機械的な拘束は、ペダルクランク２の材料の一部がワッシャ３を部分的に覆い、あるいはその反対であるよう、ワッシャ３のための座部１４または４２の周囲においてペダルクランク２および／またはワッシャ３をかしめることによって、達成することができる。これが、図１２に示され、図１３に拡大図にて示されているペダルクランク・アセンブリ１の実施形態に、あくまで例として示されており、ペダルクランク２の材料の一部分４５が、ワッシャ３を部分的に覆っている。図１２および１３に示した実施形態は、他の部分については図１〜４Ｂの実施形態に相当しているが、ペダルクランク２およびワッシャ３の相互の接触面を、上述した他の実施形態に従って作製してもよいことを、理解すべきである。

ペダルクランクが複合材料から作製される場合、同時成型によってワッシャ３をペダルクランク２へと拘束することが、とくに簡単である。ペダルクランク２の複合材料が、硬化時にワッシャに接着して互いの相対運動を防止する。

この場合、ワッシャ３を、かしめの材料４５と同様にワッシャ３を部分的に覆うペダルクランク２の材料によって保持することができ、あるいはワッシャ３の側壁に形成された他の突出部または突起によって保持することができる。

さらなる代案として、図１４の実施形態においては、図１０の実施形態と同様、ワッシャ３の接触面４６が、ペダルクランク２に向かって広がる円錐形であり、ペダルクランク２の接触面４７が、ワッシャ３に向かって収束する円錐形であるが、ワッシャ３を受け止めるための座が、ペダルクランク２における凹状の座部１４である。

この場合、ペダルクランク２の円錐形の接触面４７が座部１４内へと突き出し、ワッシャ３の接触面４６の拡径部内にくさびのように押し込まれている。ペダルクランク２の突起が、孔７に挿入された軸１００の引っ張り応力によって広げられるとき、ワッシャ３へと引っ張りの応力を加え、やはりこの場合にも、摩擦の効果に機械的な効果が追加される。

なお、ペダルクランク２の座部１４とワッシャ３との間に環状のすき間が存在しているが、このすき間が存在しなくてもよい。

自転車乗りによってペダルへと加えられる力の強さが、ペダル漕ぎのサイクルの最中にペダルクランク・アセンブリ１の角度位置の関数として変化するという事実に照らし、機械的拘束の提供に代え、あるいは機械的拘束の提供に加えて、ペダルクランク２およびワッシャ３の相互の接触面を、ペダル漕ぎのサイクルのうちの加わる力が最小である部分に比べ、加わる力がより大きい部分において、摩擦Ａを増加させるように変更することが可能である。

これは、ペダルクランクおよびワッシャの相互の接触面の広がりを、軸心Ｘの周囲の異なる角度位置において異なるようにすることで、達成することができる。

すなわち、図１５および１６に示した実施形態において、ワッシャ３の接触面４９およびペダルクランク２の接触面５０が円錐形であるが、ペダルクランク２の孔７およびワッシャ２の中央の孔１１に対して偏心している。相互の接触面４９、５０を定める円錐の軸心Ｘ１は、好ましくは軸心Ｘと平行であり、好ましくは、軸心Ｘと軸心Ｘ１とによって画定される平面εは、ペダルクランク２の長手方向中心線Ｙに対して３０°〜７０°の範囲の角度βだけ傾いている。

当然ながら、上述した他の相互の接触面も、やはり偏心させることが可能である。

さらなる例として、図１７に示した実施形態においては、ワッシャ３の接触面５１およびペダルクランク２の接触面５２が、軸心Ｘを中心とする角度位置の関数として変化する傾きを有している。図１７においては、ペダルクランク２の長手方向軸Ｙによって定められる２つの角度位置における２つの傾きα’およびα’’が特定されている。

傾きは、軸心Ｘの全周を巡って漸進的な様相で、例えば５°〜４５°の間で変化することができる。とくに実行が容易な実施形態においては、漸進的に変化する傾きを有する接触面５１、５２が、孔７の軸心Ｘに対して傾いた軸を有する円錐面である。

しかしながら、表面５１、５２の傾きが、扇形の領域ごとに変化していてもよく、あるいは最小の傾きを備えて第１の所定の円弧に対して広がる第１領域と、最大の傾きを備えて第２の所定の円弧について広がる第２領域と、最小の傾きと最大の傾きとの間で傾きが徐々に、好ましくは直線的に変化する２つのつなぎ領域とが存在してもよい。

例えば角錐台形状の面またはより一般的な多面体形状の面など、回転面ではない、すなわち円対称性を有していないペダルクランク２およびワッシャ３の相互の接触面を、使用することが可能である。この場合、図１５および１６ならびに図１７の実施形態の場合と同様に、軸心Ｘを中心とするペダルクランク２とワッシャ３との間の相互の回転が、やはり防止される。

あくまで例として、図１８が、ワッシャ３およびペダルクランク２の相互の接触面５３、５４が、それぞれ縁が滑らかにされた正方形の角錐台形状であるペダルクランク・アセンブリ１を示している。

角錐台の基部は、任意の数の辺を有することができ、さらには多面体形状または角錐台形状の相互接触面の場合にも、軸を軸心Ｘに対して傾けることができ、さらには／あるいは偏心させることができる。

さらに、上述のさまざまな実施形態において、ワッシャ３の実質的に平坦な表面１２および／または軸１００の当接面１０３を、刻み付き、溝付き、または他の加工済みの表面に置き換えることができる。また、ワッシャ３の孔１１が円錐形であってよく、あるいはより一般的には、より薄くて軽量である好都合なワッシャ３を得るため、孔１１が、ペダルクランク２との接触のための表面の全体推移に一致する発散または収束の推移を有することができる。

また、ペダルとの連結のための孔７に代え、あるいはペダルとの連結のための孔７に加えて、上述の説明および例示が、ボトム・ブラケットの軸との連結のための孔６にも当てはまることを、当業者であれば理解できるであろう。

ボトム・ブラケットの軸との連結のための孔６およびペダルとの連結のための孔７のうちの一方または他方を、ペダルクランクと一体に作製される軸によって置き換え、代わりに孔を、それぞれペダルまたはボトム・ブラケットに設けることも可能である。

本発明に係るペダルクランク・アセンブリの部分断面側面図であり、ペダルの軸が連結されている。 図１のペダルクランク・アセンブリと軸との間の連結領域の一部分を示す拡大断面図である。 図１のペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域の一部分を示す拡大断面図であり、補強部材へと作用する力が概略的に示されている。 図１のペダルクランク・アセンブリのペダルクランクの平面図であり、補強部材へと作用する力が概略的に示されている。 図１のペダルクランク・アセンブリのペダルクランクおよびワッシャを示す部分分解図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の別の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 図１２のペダルクランク・アセンブリのワッシャとペダルクランクとの間の連結領域を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図である。 本発明の別の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域を示す断面図であり、ペダルクランクおよびワッシャの相互の接触面が、異なる角度位置において異なる広がりを有している。 図１５のペダルクランク・アセンブリのペダルクランクの平面図である。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリのペダル連結領域の断面であり、ペダルクランクおよびワッシャの相互の接触面が、異なる角度位置において異なる広がりを有している。 本発明の他の実施形態によるペダルクランク・アセンブリの一部分の斜視図である。

Claims (51)

1. ボトム・ブラケットとの連結のための第１端部（４）およびペダルとの連結のための第２端部（５）を有しているペダルクランク（２）を備えており、前記第１端部（４）および前記第２端部（５）の少なくとも一方が、ペダルまたはボトム・ブラケットのそれぞれの軸（１００）との連結のため、ペダルクランク（２）の一側面（８）から延びる孔（７）を有している自転車のペダルクランク・アセンブリ（１）において、
   前記ペダルクランク（２）の前記一側面（８）の近傍において孔（７）の周囲に延びており、かつ前記軸（１００）の当接部（１０３）に当接して受け止めるように構成された部分（１２）を有している補強部材（３）を有しており、
   前記ペダルクランク（２）および補強部材（３）が、前記孔（７）の軸心（Ｘ）に直交する平面には完全には含まれないそれぞれの面（１３、１５；２０、２１；２８、２９；３４、３５；３６、３７；３８、３９；４０、４１；４３、４４；４６、４７；４９、５０；５１、５２；５３、５４）に沿って接触していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ。
2. 請求項１において、前記相互の接触面（１３、１５；２０、２１；２８、２９；３４、３５；３６、３７；３８、３９；４０、４１；４３、４４；４６、４７；４９、５０；５１、５２；５３、５４）が、全体として前記軸心（Ｘ）に対して傾いた推移を有していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
3. 請求項１または２において、前記軸心（Ｘ）方向に対する、前記相互の接触面（１３、１５；２０、２１；２８、２９；３４、３５；３６、３７；３８、３９；４０、４１；４３、４４；４６、４７；４９、５０；５１、５２；５３、５４）の広がり（Ｈ１、Ｈ２）が、前記孔（７）の広がり（Ｈ４）よりも短いことを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
4. 請求項３において、前記軸心（Ｘ）方向に対する、前記相互の接触面（１３、１５；２０、２１；２８、２９；３４、３５；３６、３７；３８、３９；４０、４１；４３、４４；４６、４７；４９、５０；５１、５２；５３、５４）の広がり（Ｈ１、Ｈ２）が、前記孔（７）の広がり（Ｈ４）の半分よりも短いことを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
5. 請求項４において、前記軸心（Ｘ）方向に対する、前記相互の接触面（１３、１５；２０、２１；２８、２９；３４、３５；３６、３７；３８、３９；４０、４１；４３、４４；４６、４７；４９、５０；５１、５２；５３、５４）の広がり（Ｈ１、Ｈ２）が、前記孔（７）の広がり（Ｈ４）の５分の１よりも短いことを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
6. 請求項１〜５の何れか一項において、前記軸心（Ｘ）方向に対する、前記相互の接触面（１３、１５；２０、２１；２８、２９；３４、３５；３６、３７；３８、３９；４０、４１；４３、４４；４６、４７；４９、５０；５１、５２；５３、５４）の広がり（Ｈ１、Ｈ２）が、前記孔（７）の内側のねじ切り（１０）のピッチ（Ｐ）１つ分から２つ分の範囲であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
7. 請求項１〜６の何れか一項において、前記補強部材（３）が、前記ペダルクランク（２）の弾性率よりも大きい弾性率を有していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
8. 請求項１〜７の何れか一項において、前記補強部材（３）が、鋼、チタニウム合金、およびアルミニウム合金で構成されるグループから選択された材料で作られていることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
9. 請求項１〜８の何れか一項において、前記相互の接触面（１３、１５；４０、４１；４６、４７；４９、５０）が、円錐形状の面であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
10. 請求項９において、前記円錐形状の相互の接触面（１３、１５；４０、４１；４６、４７；４９、５０）の母線が、軸心（Ｘ）に直交する平面に対して５°〜４５°の範囲の角度（α）傾いていることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
11. 請求項１〜８の何れか一項において、相互の接触面（２０、２１；２８、２９）が、少なくとも１つの変曲点が存在する曲線状の母線を有する回転面であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
12. 請求項１１において、曲線状の母線（２０、２１）に、少なくとも２つの変曲点が存在することを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
13. 請求項１〜８の何れか一項において、前記相互の接触面（３８、３９；４３、４４）が、階段状の母線を有する回転面であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
14. 請求項１〜８の何れか一項において、前記相互の接触面（３４、３５；３６、３７）が、円弧状の母線を有する回転面であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
15. 請求項１〜８の何れか一項において、前記相互の接触面（５３、５４）が、多面体形状の面であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
16. 請求項１５において、前記相互の接触面（５３、５４）が、角錐台形状であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
17. 請求項１〜１６の何れか一項において、前記補強部材（３）の接触面（１３；２０；２８；３４；３６；３８；４９；５１；５３）が、全体として前記ペダルクランク（２）に向かって収束しており、ペダルクランク（２）の接触面（１５；２１；２９；３５；３７；３９；５０；５２；５４）が、全体として補強部材（３）に向かって広がっていることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
18. 請求項１〜１６の何れか一項において、前記補強部材（３）の接触面（４０；４３；４６）が、全体として前記ペダルクランク（２）に向かって広がっており、ペダルクランク（２）の接触面（４１；４４；４７）が、全体として補強部材（３）に向かって収束していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
19. 請求項１〜１８の何れか一項において、前記ペダルクランク（２）が、前記補強部材（３）を収容するための凹状の座部（１４）を有していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
20. 請求項１〜１８の何れか一項において、前記ペダルクランク（２）が、補強部材（３）を収容するための突き出している座部（４２）を有していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
21. 請求項１〜２０の何れか一項において、前記ペダルクランク（２）と補強部材（３）との間の機械的な拘束を特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
22. 請求項２１において、前記機械的な拘束が、かしめ（４５）を含むことを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
23. 請求項２２において、前記ペダルクランク（２）が、前記補強部材（３）を収容するための凹状の座部（１４）を有しており、前記機械的な拘束が、補強部材（３）のための座部（１４）の周囲のペダルクランク（２）または補強部材（３）のかしめ（４５）を含むことを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
24. 請求項２２において、前記ペダルクランク（２）が、前記補強部材（３）を収容するための突き出している座部（４２）を有しており、前記機械的な拘束が、前記座部（４２）の周囲におけるペダルクランク（２）または補強部材（３）のかしめ（４５）を含むことを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
25. 請求項２１において、前記ペダルクランク（２）が、複合材料からなり、前記機械的な拘束が、前記ペダルクランク（２）への補強部材（３）の同時成型によって達成されていることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
26. 請求項１〜２５の何れか一項において、前記ペダルクランク（２）と前記補強部材（３）との間の相互の接触面（４９、５０；５１、５２）が、軸心（Ｘ）の周囲の異なる角度位置において、異なる広がりを有していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
27. 請求項２６において、前記ペダルクランク（２）と前記補強部材（３）との間の相互の接触面（４９、５０）が、前記孔（７）に対して偏心した面であることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
28. 請求項２７において、前記相互の接触面（４９、５０）の軸心（Ｘ１）が軸心（Ｘ）と平行であり、軸心（Ｘ）と軸心（Ｘ１）とによって画定される平面（ε）が前記ペダルクランク（２）の長手方向中心線（Ｙ）に対して３０°〜７０°の範囲の角度（β）だけ傾いていることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
29. 請求項２６において、前記ペダルクランク（２）および前記補強部材（３）の相互の接触面（５１、５２）が、前記軸心（Ｘ）の周囲の異なる角度位置において、異なる傾き（α’、α’’）を有していることを特徴とするペダルクランク・アセンブリ（１）。
30. ボトム・ブラケットの軸との連結のための第１端部（４）およびペダルとの連結のための第２端部（５）を有しており、ペダルまたはボトム・ブラケットのそれぞれの軸（１００）との連結のため、前記第１端部（４）および前記第２端部（５）の少なくとも一方に一側面（８）から延びる孔（７）を有している自転車のペダルクランク（２）において、
    前記一側面（８）の近傍に、補強部材（３）と接触するように構成された、前記孔（７）の軸心（Ｘ）に直交する平面には完全には含まれない面（１５；２１；２９；３５；３７；３９；４１；４４；４７；５０；５２；５４）を有していることを特徴とするペダルクランク（２）。
31. 請求項３０において、前記接触面（１５；２１；２９；３５；３７；３９；４７；５０；５２；５４）が、当該ペダルクランク（２）に凹状の座部（１４）を形成していることを特徴とするペダルクランク（２）。
32. 請求項３０において、前記接触面（４１；４４）が、当該ペダルクランク（２）の突起部（４２）を形成していることを特徴とするペダルクランク（２）。
33. 請求項３０〜３２の何れか一項において、前記接触面（１５；２１；２９；３５；３７；３９；４１；４４；４７；５０）が、回転面であることを特徴とするペダルクランク（２）。
34. 請求項３３において、前記回転面が、円錐面（１５；４１；４７；５０）であることを特徴とするペダルクランク（２）。
35. 請求項３３において、前記回転面（２１；２９）が、少なくとも１つの変曲点が存在する曲線状の母線を有していることを特徴とするペダルクランク（２）。
36. 請求項３３において、前記回転面（３９；４４）が、階段状の母線を有していることを特徴とするペダルクランク（２）。
37. 請求項３３において、前記回転面（３５；３７）が、円弧状の母線を有していることを特徴とするペダルクランク（２）。
38. 請求項３０〜３２の何れか一項において、前記接触面（５４）が、多面体形状の面とされていることを特徴とするペダルクランク（２）。
39. 請求項３８において、前記接触面（５４）が、角錐台形状であることを特徴とするペダルクランク（２）。
40. 請求項３０〜３９の何れか一項において、前記接触面（５０；５２）が、前記軸心（Ｘ）の周囲の異なる角度位置において、異なる広がりを有していることを特徴とするペダルクランク（２）。
41. 請求項２８において、前記接触面（５０）が、前記孔（７）に対して偏心した面であることを特徴とするペダルクランク（２）。
42. 請求項４０において、前記接触面（５２）が、前記軸心（Ｘ）の周囲の異なる角度位置において、異なる傾き（α’、α’’）を有していることを特徴とするペダルクランク（２）。
43. 自転車のペダルクランクのための補強部材（３）であって、
    ペダルまたはボトム・ブラケットのそれぞれの軸（１００）が貫通可能に構成された孔、前記軸（１００）の当接部（１０３）に当接して前記軸（１００）の当接部（１０３）を受け止めるように構成された部分（１２）、およびペダルクランクと接触するように構成され、前記孔（１１）の軸心（Ｘ）に直交する平面には完全には含まれない表面（１３；２０；２８；３４；３６；３８；４０；４３；４６；４９；５１；５３）を有することを特徴とする補強部材（３）。
44. 請求項４３において、前記当接面（１２）が、前記接触面（１３；２０；２８；３４；３６；３８；４０；４３；４６；４９；５１；５３）と実質的に反対向きの当接面（１２）であることを特徴とする補強部材（３）。
45. 請求項４３または４４において、前記接触面（１３；４０；４６；４９）が円錐形状であることを特徴とする補強部材（３）。
46. 請求項４３または４４において、前記接触面が、少なくとも１つの変曲点が存在する曲線状の母線を有する回転面（２０；２８）であることを特徴とする補強部材（３）。
47. 請求項４３または４４において、前記接触面が、円弧状の母線を有する回転面（３４；３６）であることを特徴とする補強部材（３）。
48. 請求項４３または４４において、前記接触面が、階段状の母線（３９；４３）を有する回転面であることを特徴とする補強部材（３）。
49. 請求項４３または４４において、前記接触面（５３）が多面体形状とされていることを特徴とする補強部材（３）。
50. 請求項４９において、前記接触面が、角錐台形状（５３）であることを特徴とする補強部材（３）。
51. 請求項４３〜５０の何れか一項において、前記接触面（４９）が、前記孔（７）に対して偏心していることを特徴とする補強部材（３）。
    

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