JP2019156337A - Bicycle crank assembly with built-in torque transmission mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自転車用クランク組立体に関し、さらに詳しくは、変速機構を利用して走行する自転車に装着して用いるのに適したトルク伝達機構を内蔵する自転車用クランク組立体に関する。 The present invention relates to a bicycle crank assembly, and more particularly, to a bicycle crank assembly incorporating a torque transmission mechanism suitable for use in a bicycle that travels using a speed change mechanism.
上記変速機構を備える自転車は、単一のフロントスプロケット、複数のリアスプロケット、フロントスプロケットと所望のリアスプロケットとを連結するチェーン、そしてチェーンと係合するリアスプロケットを変えるリアディレイラを含む。そして、リアディレイラの操作によってチェーンと係合するリアスプロケットを変えることにより変速が行われる。このような変速機構を備えた自転車は通常、変速機付き自転車と呼ばれるている。 A bicycle including the speed change mechanism includes a single front sprocket, a plurality of rear sprockets, a chain connecting the front sprocket and a desired rear sprocket, and a rear derailleur that changes the rear sprocket engaged with the chain. Then, shifting is performed by changing the rear sprocket engaged with the chain by operating the rear derailleur. A bicycle equipped with such a transmission mechanism is usually called a bicycle with a transmission.
変速機付き自転車は、変速に際して、チェーンと係合するリアスプロケットの位置によっては、フロントスプロケットとリアスプロケットとを連結するチェーンがフロントスプロケットに対して斜め方向に配置される場合があり、この場合には、フロントスプロケットのチェーン保持力が低下するため、走行時の振動により、チェーンがフロントスプロケットから脱落するおそれがある。 In a bicycle with a transmission, depending on the position of the rear sprocket that engages with the chain during shifting, the chain that connects the front sprocket and the rear sprocket may be arranged obliquely with respect to the front sprocket. Since the chain holding force of the front sprocket is reduced, the chain may fall off the front sprocket due to vibration during traveling.
上記の自転車走行時に発生することのあるトラブルを回避するための変速機構を備える自転車として、特許文献1には、フロントスプロケットをその回転中心軸心に沿う移動が可能なように構成したフロントスプロケット移動機構を備えたクランク組立体が提案されている。このクランク組立体の移動機構は、フロントスプロケットの周縁部とクランクアームとの間に複数の軸体を配置し、この複数の軸体を介してフロントスプロケットが、クランクアームとの距離の変更をもたらす移動が可能なように構成されている。 As a bicycle equipped with a speed change mechanism for avoiding troubles that may occur when the bicycle is traveling, Patent Document 1 discloses that the front sprocket moves so that the front sprocket can move along the center axis of rotation. A crank assembly with a mechanism has been proposed. In the crank assembly moving mechanism, a plurality of shaft bodies are arranged between the peripheral portion of the front sprocket and the crank arm, and the front sprocket changes the distance from the crank arm via the plurality of shaft bodies. It is configured to be movable.
特許文献2には、変速操作時あるいは自転車走行時に発生する可能性のある前記のトラブルを回避するために有効な、フロントスプロケットをその回転中心軸心に沿う移動が可能なように構成したフロントスプロケット摺動機構を備えたクランク組立体が開示されている。この特許文献2に開示されたクランク組立体の摺動機構は、クランクアームの回転軸(すなわち、クランク軸)の内部を中空とし、その中空部に該回転軸の軸方向に摺動する摺動軸を挿入した摺動機構とし、この摺動機構の一方の端部にフロントスプロケットを装着した構成とされている。そして、この摺動機構の例としては、摺動軸の周囲にボールベアリングなどの転動体を配置し、その転動体の転動を利用しての、上記回転軸内での摺動軸の軸方向での円滑な摺動、そしてクランクアームの回転により発生する上記回転軸のトルクの摺動機構を介してのフロントスプロケットへの伝達が行われるようにされた構成が開示されている。 Patent Document 2 discloses a front sprocket that is configured so that the front sprocket can be moved along the center axis of rotation, which is effective in avoiding the above-described trouble that may occur during shifting operation or bicycle traveling. A crank assembly with a sliding mechanism is disclosed. The sliding mechanism of the crank assembly disclosed in Patent Document 2 has a hollow inside the rotating shaft of the crank arm (that is, the crankshaft) and slides in the hollow portion in the axial direction of the rotating shaft. The sliding mechanism has a shaft inserted therein, and a front sprocket is attached to one end of the sliding mechanism. As an example of this sliding mechanism, a rolling element such as a ball bearing is arranged around the sliding shaft, and the axis of the sliding shaft in the rotating shaft using the rolling of the rolling element is used. A configuration is disclosed in which smooth sliding in the direction and transmission of torque of the rotating shaft generated by rotation of the crank arm to the front sprocket through the sliding mechanism are disclosed.
上述したように、特許文献2には、一方の端部に開口部を備えた内部空間を有するクランク軸;クランク軸の上記一方の端部に取り付けられたクランク;クランク軸の内部空間に内蔵された、クランク軸の軸方向に延びる複数列の溝部を外周面に備えた摺動軸;及び摺動軸の複数列の溝部のそれぞれに収容された複数個の転動体を含むトルク伝達機構;そして トルク伝達機構の摺動軸の周囲に取り付けたスプロケットを含む自転車用クランク組立体が開示されている。 As described above, in Patent Document 2, a crankshaft having an internal space with an opening at one end; a crank attached to the one end of the crankshaft; built in the internal space of the crankshaft A sliding shaft having a plurality of rows of grooves extending in the axial direction of the crankshaft on the outer peripheral surface; and a torque transmission mechanism including a plurality of rolling elements housed in each of the plurality of rows of grooves of the sliding shaft; A bicycle crank assembly is disclosed that includes a sprocket mounted around a sliding shaft of a torque transmission mechanism.
特許文献2に開示されたフロントスプロケットの摺動機構は、外筒と摺動軸との間にボールベアリングなどの回転体を介在させることにより、外筒内での摺動軸の軸方向の円滑な移動を実現する機構であって、一般的に、「直動軸受」と呼ばれる構成を利用する機構であると理解される。そして、特許文献2に具体的に記載のある摺動機構では、クランクアームに結合する中空の回転軸(クランク軸)を直動軸受の外筒に模した形状とし、その内部にボールベアリングに代表される回転体(転動体と同じ)を収容保持する回転体保持器(転動体保持器と同じ)を介して、一方の端部にフロントスプロケットが装着された摺動軸を挿入した構成としている。なお、この特許文献2に具体的に開示されている摺動機構では、摺動軸として断面が六角形(図面には、正六角形と見られる六角形の形状が示されている)であって、その各角部に、軸方向に延びる溝部が合計六条列形成され、その各条列の溝部のそれぞれに複数個の転動体が収容保持された構成が採用されている。 The sliding mechanism of the front sprocket disclosed in Patent Document 2 has a smooth axial direction of the sliding shaft in the outer cylinder by interposing a rotating body such as a ball bearing between the outer cylinder and the sliding shaft. It is understood that it is a mechanism that realizes a simple movement, and generally uses a configuration called “linear motion bearing”. In the sliding mechanism specifically described in Patent Document 2, a hollow rotating shaft (crankshaft) coupled to the crank arm is shaped like an outer cylinder of a linear motion bearing, and the inside is represented by a ball bearing. A rotating shaft (same as a rolling element holder) that accommodates and holds a rotating body (same as a rolling element) is inserted into a sliding shaft with a front sprocket attached to one end. . The sliding mechanism specifically disclosed in Patent Document 2 has a hexagonal cross section as a sliding shaft (a hexagonal shape seen as a regular hexagon is shown in the drawing). A total of six rows of grooves extending in the axial direction are formed at each corner, and a plurality of rolling elements are accommodated and held in each of the grooves of each row.
本発明の発明者、即ち本発明者の検討の結果、特許文献2に開示の変速機構を備えた変速機付き自転車の走行を長期間行った場合、その自転車走行期間や走行条件(走行条件の過酷度など)にもよるが、クランクアームからのフロントスプロケットへの円滑なトルクの伝達に不具合が発生する場合があることが判明した。 As a result of the study of the inventor of the present invention, that is, the inventor of the present invention, when the bicycle with a transmission provided with the speed change mechanism disclosed in Patent Document 2 is run for a long period of time, Although it depends on the severity, etc., it has been found that there may be a problem in smooth torque transmission from the crank arm to the front sprocket.
本発明者は、上記の長期間の走行経過後あるいは過酷な走行に際して発生し易い円滑なトルクの伝達の不具合の原因を究明するために、さらに検討を続けた結果、特許文献2に具体例として記載されている、六条列の溝を断面六角形の各角部を備えた摺動軸を用いる摺動機構は、クランクアーム回転軸内での摺動軸の円滑な摺動のためには非常に好ましい摺動機構と云うことができるものの、クランクアームの回転により発生するトルクをフロントスプロケットに伝達するための機構としては必ずしも最適であるとは云えないとの知見を得た。 The present inventor conducted further studies to investigate the cause of the problem of smooth torque transmission that is likely to occur after the above-mentioned long-term traveling or severe traveling, and as a specific example in Patent Document 2 The described sliding mechanism using a sliding shaft having hexagonal cross sections with six rows of grooves is very useful for smooth sliding of the sliding shaft within the crank arm rotation shaft. Although it can be said to be a preferable sliding mechanism, it has been found that the mechanism for transmitting the torque generated by the rotation of the crank arm to the front sprocket is not necessarily optimal.
上記の知見に引き続き、本発明者はさらに検討を続け、その検討の結果、意外にも、五条列乃至三条列の溝を断面が五角形乃至三角形の多角形の各角部に備えた摺動軸を用いる摺動機構、あるいは二条列の溝を摺動軸の中心軸に対して軸対象の位置に備えた摺動軸を用いる摺動機構を利用することによって、クランクアーム回転軸内での摺動軸の円滑な摺動を確保することが可能であり、かつ変速機付き自転車の長期間及び/又は過酷な走行にも拘わらず、クランクアームの回転により発生するトルクのフロントスプロケットへの円滑な伝達機能の低下が現れにくくなることを見出した。 Following the above findings, the present inventor continued to further study, and as a result of the study, surprisingly, a sliding shaft provided with five or three rows of grooves at each corner of a polygon having a cross section of a pentagon or a triangle. Or a sliding mechanism using a sliding shaft provided with two rows of grooves at the position of the axis relative to the central axis of the sliding shaft. It is possible to ensure smooth sliding of the drive shaft, and smooth the torque generated by the rotation of the crank arm to the front sprocket despite the long-term and / or severe driving of the bicycle with a transmission. It was found that a decrease in transmission function is less likely to appear.
以上に記載の本発明者に検討により判明した新規な知見に基づき、本発明により、下記の構成の自転車用クランク組立体が提供される。
一方の端部に開口部を備えた内部空間を有するクランク軸、
クランク軸の上記一方の端部に取り付けられたクランク、
クランク軸の内部空間に内蔵された、クランク軸の軸方向に延びる複数列の溝部を外周面に備えた摺動軸、及び摺動軸の複数列の溝部のそれぞれに収容された複数個の転動体を含むトルク伝達機構、そして
トルク伝達機構の摺動軸の周囲に取り付けられたスプロケット、
を含む自転車用クランク組立体であって、
トルク伝達機構の摺動軸の外周面に延びる溝部が五条列以下であることを特徴とする自転車用クランク組立体。
Based on the above-described novel findings found by the inventors, the present invention provides a bicycle crank assembly having the following configuration.
A crankshaft having an internal space with an opening at one end;
A crank attached to the one end of the crankshaft;
A sliding shaft provided in the outer space with a plurality of rows of grooves extending in the axial direction of the crankshaft, and a plurality of rollers housed in each of the plurality of rows of grooves on the sliding shaft. A torque transmission mechanism including a moving body, and a sprocket mounted around the sliding shaft of the torque transmission mechanism,
A bicycle crank assembly comprising:
A crank assembly for a bicycle, wherein a groove extending on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism has five rows or less.
なお、「クランク軸の内周面に接するよう収容された複数個の転動体」との文言は、溝部に収容されている複数個の転動体の全てがクランク軸の内周面に接している構成、及び当該複数個の転動体の大部分(例えば、転動体の個数を基準として80%以上)がクランク軸の内周面に接している構成の双方を含む意味の文言である。 The phrase “a plurality of rolling elements accommodated in contact with the inner peripheral surface of the crankshaft” means that all of the plurality of rolling elements accommodated in the groove are in contact with the inner peripheral surface of the crankshaft. The term includes both the configuration and a configuration in which most of the plurality of rolling elements (for example, 80% or more based on the number of rolling elements) are in contact with the inner peripheral surface of the crankshaft.
なお、特許文献2に記載の六条列の溝を断面六角形の各角部を備えた摺動軸を用いる摺動機構が、前述のように、上記の長期間の自転車の走行経過後あるいは過酷な走行に際して、円滑なトルクの伝達の不具合の発生が見られる場合があることの原因については、現時点では必ずしも確認できていない。しかしながら、本発明者のこれまでの検討によると、六条列の溝を断面六角形の各角部を備えた摺動軸を用いる摺動機構からのクランクアームの回転により発生するトルクの摺動機構の摺動軸に取り付けられたフロントスプロケットへの伝達は、摺動軸の周囲の各溝に配置され合計六組のボールベアリングなどの転動体とクランク軸の内周面との接触領域を介して伝達されるものの、自転車の長期間の走行あるいは過酷な走行の結果として、それらの転動体の内の一個であっても、その転動体に不均一な摩耗や部分的な損傷が発生した場合、あるいはクランク軸に変形が生じた場合には、上記のトルクの伝達が不均一となり、このため、フロントスプロケットへのトルクの伝達の不均一が発生する結果となるのであろうと推定している。さらに、クランクアームの回転軸、摺動軸、そして摺動軸の周囲に配置された溝部などの加工に際して僅かな対称性の不均一が発生した場合であっても、クランクアームの回転により生じるトルクの摺動機構の摺動軸への伝達に不均一が発生することも考えられる。 In addition, the sliding mechanism using the sliding shaft provided with the hexagonal cross section of each of the six rows of grooves described in Patent Document 2 is, as described above, after the above-mentioned long-term bicycle running or severe The cause of the occurrence of troubles in smooth torque transmission during smooth driving has not necessarily been confirmed at this time. However, according to the present inventors' previous studies, a sliding mechanism for torque generated by rotation of a crank arm from a sliding mechanism using a sliding shaft having hexagonal cross-sectional corners in six rows of grooves. The transmission to the front sprocket attached to the sliding shaft is through the contact area between the rolling elements such as a total of six sets of ball bearings and the inner peripheral surface of the crankshaft. If it is transmitted, but even if one of those rolling elements is unevenly worn or partially damaged as a result of long-term or severe driving of the bicycle, Alternatively, when the crankshaft is deformed, it is estimated that the torque transmission described above will be non-uniform, which will result in non-uniform torque transmission to the front sprocket. Furthermore, even if slight non-uniformity of symmetry occurs during machining of the crank arm rotation shaft, sliding shaft, and grooves disposed around the sliding shaft, torque generated by rotation of the crank arm It is also conceivable that non-uniformity occurs in the transmission of the sliding mechanism to the sliding shaft.
これに対して、本発明者は、本発明に従う自転車用クランク組立体では、クランク軸の回転軸からのトルク伝達機構を構成する摺動軸の外周面に延びる溝部が五条列以下の複数列と減るため、自転車の長期間の走行あるいは過酷な走行によって発生し易い転動体の不均一な摩耗や部分的な損傷が生じる個数が減少し、またクランクアームの回転軸、摺動軸、そして摺動軸の周囲に配置された溝部などの加工に際して発生しやすい僅かな対称性の不均一が発生する箇所の数も減少するのであろうと推定している。一方、摺動軸のクランク軸(クランク回転軸)内における軸方向の円滑な摺動は、五条列以下の複数列の溝部に収容された転動体の作用により充分に確保されると推定される。 On the other hand, the inventor of the present invention, in the bicycle crank assembly according to the present invention, the grooves extending on the outer peripheral surface of the sliding shaft constituting the torque transmission mechanism from the rotating shaft of the crankshaft have a plurality of rows of five rows or less. Therefore, the number of rolling elements that are likely to be unevenly worn or partially damaged due to long-term or severe running of the bicycle is reduced, and the rotation axis, sliding axis, and sliding of the crank arm are reduced. It is estimated that the number of locations where slight non-uniformity of symmetry, which is likely to occur during machining of the groove portions arranged around the shaft, will also decrease. On the other hand, it is presumed that smooth sliding in the axial direction within the crankshaft (crank rotating shaft) of the sliding shaft is sufficiently ensured by the action of the rolling elements housed in a plurality of rows of grooves not more than five rows. .
本発明に従う自転車用クランク組立体の好ましい態様を以下に記載する。
(1)上記摺動軸の外周面に備えられた複数列の溝部に収容されている転動体が接するクランク軸の内周面に、クランク軸の軸方向に延びる凹み(好ましくは、軸方向に垂直な平面で切断した断面が弧状を持つ)が形成されている。このクランク軸内周面の軸方向の凹み(特に弧状断面を持つ凹み)の形成により、溝部に収容されている複数の転動体とクランク軸内周面との接触面積が増加し、その結果、クランク軸の回転により生じるトルクのフロントスプロケットへの伝達効率が向上する。
Preferred embodiments of the bicycle crank assembly according to the present invention are described below.
(1) A recess extending in the axial direction of the crankshaft (preferably in the axial direction) is formed on the inner peripheral surface of the crankshaft that is in contact with the rolling elements housed in a plurality of rows of grooves provided on the outer peripheral surface of the sliding shaft. A section cut along a vertical plane has an arc shape). Due to the formation of the axial recesses (particularly the recesses having an arcuate cross section) of the crankshaft inner peripheral surface, the contact area between the plurality of rolling elements housed in the groove and the crankshaft inner peripheral surface is increased. The transmission efficiency of the torque generated by the rotation of the crankshaft to the front sprocket is improved.
(2)上記トルク伝達機構の摺動軸の外周面に延びる溝部が三条列であって、それぞれの溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点とする三角形の各頂点に位置している。摺動軸の外周面に備えられる溝部を摺動軸の中心軸の位置を中心点とする三角形の各頂点に位置させることにより、クランク軸内の摺動軸の軸方向の円滑な摺動を損なうことなく、摺動機構の簡素化が実現する。さらに、三条列の溝の夫々に収容された転動体とクランク軸内周面との接触のバランスが向上する。
このような、三条列の溝の夫々に収容された転動体とクランク軸内周面との接触のバランスの向上は、以下に述べるような、特に摺動軸の外周面に備えられる溝部を摺動軸の中心軸の位置を中心点とする正三角形の各頂点に位置させた場合に顕著に現れる。なお、本明細書で言及する「正三角形」とは、数学的な厳密な意味での「正三角形」を意味するものではなく、通常の機械工作により製作された物品の評価として、「正三角形」であると判断される形状を意味する。
(3)上記トルク伝達機構の摺動軸の外周面で軸方向に延びる溝部が三条列であって、それぞれの溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点とする正三角形の各頂点に位置している。
(2) The groove portions extending on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism are in a triple row, and each groove portion is positioned at each vertex of a triangle centering on the position of the central axis of the sliding shaft. . By positioning the groove provided on the outer peripheral surface of the sliding shaft at each vertex of the triangle centering on the position of the central axis of the sliding shaft, smooth sliding in the axial direction of the sliding shaft in the crankshaft is achieved. The simplification of the sliding mechanism is realized without loss. Furthermore, the balance of the contact between the rolling elements housed in the three rows of grooves and the inner peripheral surface of the crankshaft is improved.
Such an improvement in the balance of contact between the rolling elements housed in each of the three rows of grooves and the inner peripheral surface of the crankshaft can be achieved by sliding the grooves provided on the outer peripheral surface of the sliding shaft, as described below. It appears prominently when it is placed at each vertex of an equilateral triangle whose center point is the position of the center axis of the dynamic axis. The “equilateral triangle” referred to in this specification does not mean an “equilateral triangle” in a mathematically strict sense, but as an evaluation of an article manufactured by ordinary machining, ”Means a shape that is determined to be.
(3) The groove portions extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism are in a triple row, and each groove portion is at each vertex of an equilateral triangle centering on the position of the central axis of the sliding shaft. positioned.
(4)上記トルク伝達機構の摺動軸の外周面で軸方向に延びる溝部が二条列であって、それぞれの溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点として対称の位置にある。このような二条列の溝部であっても、クランク軸内の摺動軸の軸方向の円滑な摺動を損なうことなく、摺動機構の簡素化が実現する。なお、ここで記載した「対称の位置」との用語も、数学的な厳密な意味での「対称の位置」を意味するものではないことは勿論であって、通常の機械工作により製作された物品の評価として、「対称の位置」であると判断される位置関係を意味する。 (4) The groove portions extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism are two rows, and each groove portion is in a symmetric position with the position of the central axis of the sliding shaft as a center point. Even with such two rows of grooves, the sliding mechanism can be simplified without impairing smooth sliding in the axial direction of the sliding shaft in the crankshaft. In addition, the term “symmetric position” described here does not mean “symmetric position” in a mathematically exact sense, and is manufactured by ordinary machining. It means a positional relationship that is determined to be a “symmetrical position” as the evaluation of an article.
(5)上記トルク伝達機構に転動体を保持する転動体保持器が含まれている。直動軸受における転動体保持器の装着は、転動体の確実な収容保持のために一般的に行われることであり、本発明の自転車用クランク組立体の摺動機構においても、その使用が好ましい。 (5) A rolling element holder for holding the rolling element is included in the torque transmission mechanism. Mounting of the rolling element cage in the linear bearing is generally performed for the reliable accommodation and holding of the rolling element, and its use is also preferable in the sliding mechanism of the bicycle crank assembly of the present invention. .
(6)上記トルク伝達機構の摺動軸の外周面で軸方向に延びる複数列の溝部が弧状の断面を持ち、その弧状の断面の弧状部の両端部を結ぶ直線が転動体の直径よりも小さい。摺動軸の外周面に形成される溝部をこのような形状とすることにより、溝部に収容されている転動体の円滑な転動が確保しやすい。
(7)上記トルク伝達機構の摺動軸の外周面で軸方向に延びる溝部の弧状の断面の弧状部の両端部の内の一方の端部が他方の端部よりも摺動軸の中心軸位置から遠い位置にまで延びている、請求項6に記載の自転車用クランク組立体。摺動軸の外周面に形成される溝部とその周辺をこのような形状とすることにより、転動体の円滑な転動と共に、転動時の転動体の溝内の保持が確実となり、さらに摺動軸の剛性も向上する。
(6) A plurality of rows of grooves extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism have an arc-shaped cross section, and a straight line connecting both ends of the arc-shaped section of the arc-shaped cross section is larger than the diameter of the rolling element. small. By making the groove part formed in the outer peripheral surface of a sliding shaft into such a shape, it is easy to ensure the smooth rolling of the rolling element accommodated in the groove part.
(7) One end portion of both ends of the arc-shaped portion of the arc-shaped cross section of the groove portion extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism is a central axis of the sliding shaft rather than the other end portion. The bicycle crank assembly according to claim 6, wherein the bicycle crank assembly extends to a position remote from the position. The groove formed on the outer peripheral surface of the sliding shaft and the periphery thereof have such a shape, so that the rolling element can be smoothly rolled and held in the groove of the rolling element at the time of rolling. The dynamic shaft rigidity is also improved.
(8)上記クランク軸の内周面と上記トルク伝達機構の摺動軸の複数列の溝部のそれぞれに収容された複数個の転動体とが互いに接触してトルク伝達面を形成している。 (8) The inner peripheral surface of the crankshaft and the plurality of rolling elements housed in the plurality of rows of grooves of the sliding shaft of the torque transmission mechanism are in contact with each other to form a torque transmission surface.
(9)上記トルク伝達機構の摺動軸の複数列の溝部が摺動軸の外周に沿って互いに等間隔に配置されている。摺動軸外周面の溝部の配置をこのようにすることにより、摺動軸のより円滑な摺動を確保することができ、またより円滑なトルク伝達も実現する。 (9) A plurality of rows of groove portions of the sliding shaft of the torque transmission mechanism are arranged at equal intervals along the outer periphery of the sliding shaft. By arranging the grooves on the outer peripheral surface of the sliding shaft in this manner, smoother sliding of the sliding shaft can be ensured and smoother torque transmission can be realized.
(10)上記複数個の転動体がクランク軸(クランク回転軸)の内径の1/2以下の直径を持っている。
(11)上記摺動軸の外周面に備えられた複数列の溝部に収容されている回転体が接するクランク軸の内周面にクランク軸の軸方向に延びる凹みが形成されていて、各凹みの断面の両端部間の長さが転動体の直径よりも大きい。
(10) The plurality of rolling elements have a diameter that is ½ or less of the inner diameter of the crankshaft (crank rotation shaft).
(11) Recesses extending in the axial direction of the crankshaft are formed on the inner peripheral surface of the crankshaft, which is in contact with a rotating body housed in a plurality of rows of grooves provided on the outer peripheral surface of the sliding shaft. The length between both end portions of the cross section is larger than the diameter of the rolling element.
本発明に従う自転車用クランク組立体では、簡素な構造で、軽量化が可能である上に、摺動軸のクランク軸(クランク回転軸)内における軸方向の円滑な摺動が確保される。さらに、本発明に従う自転車用クランク組立体を用いることにより、自転車の長期間の走行あるいは過酷な走行によっても、クランクからのスプロケットへのトルク伝達効率の低下が現れにくくなる。 In the crank assembly for a bicycle according to the present invention, the weight can be reduced with a simple structure, and smooth sliding in the axial direction within the crankshaft (crank rotating shaft) of the sliding shaft is ensured. Furthermore, the use of the bicycle crank assembly according to the present invention makes it difficult for the torque transmission efficiency from the crank to the sprocket to appear even when the bicycle is run for a long time or severely.
本発明の自転車用クランク組立体について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。 The bicycle crank assembly of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の自転車用クランク組立体10の外観を示す斜視図であり、そして図2は、図1の自転車用クランク組立体10の内部構造を示す正面断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a bicycle crank
図1と図2の自転車用クランク組立体10は、内部を中空とし、一方の端部が閉鎖され、他方の端部で開口した管体の形状にあるクランク軸(クランク回転軸)11、クランク軸11の一方の端部に装着されたクランクアーム13a、クランク軸11の他方の端部に装着されたクランクアーム13b、そしてクランク軸11の内部空間に収容された摺動軸12、摺動軸の周囲に配置されたボールベアリングなどの転動体14、摺動軸12の一方の端部(クランク軸11の他方の端部側に突き出る端部)に、固定具15を介して固定されたフロントスプロケット16を主要な構成部材としている。なお、図2の自転車用クランク組立体では、外周面に延びる溝部が三条列であって、それぞれの溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点とする正三角形の各頂点に位置している摺動軸を用いる摺動機構が採用されている。ここで、「三条列の溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点とする正三角形の各頂点に位置している」とは、各溝部に収容される各転動体の中心あるいは各溝部の断面形状を円に近似した場合の当該円の中心のそれぞれを結ぶ線分、そしてそれぞれの中心と摺動軸の中心軸の位置を表す点(中心点)とを結ぶ線分により形成される多角形が正三角形であることを意味する。その具体例は、後に図5を参照して説明する。
The bicycle crank
図3は、図2に示した本発明の自転車用クランク組立体のクランク軸の正面図(a)、そして正面図(a)のC−C線に沿う側面断面図(b)を示す。側面断面図(b)には、本発明の自転車用クランク組立体で採用されている摺動機構の断面図が示されている。図4は、図3に示した本発明の自転車用クランク組立体の摺動機構の正面断面図(a)と右側面図(b)である。図4の正面断面図(a)は、右側面図(b)に記入したD−D線に沿った断面として示した。 3 shows a front view (a) of the crankshaft of the bicycle crank assembly of the present invention shown in FIG. 2, and a side cross-sectional view (b) taken along line CC of the front view (a). The side sectional view (b) shows a sectional view of the sliding mechanism employed in the bicycle crank assembly of the present invention. 4 is a front sectional view (a) and a right side view (b) of the sliding mechanism of the crank assembly for a bicycle of the present invention shown in FIG. The front cross-sectional view (a) of FIG. 4 is shown as a cross-section along the line D-D entered in the right side view (b).
図3と図4において、クランク軸の一方の端部11aと他方の端部11bのそれぞれには、図1と図2に示したように、クランクアーム13a、13bを装着固定するためのスプラインが形成されている。なお、閉鎖端部11aは、クランク軸の内部空間へのゴミや埃の侵入を避けるために閉鎖されていることが好ましいが、自転車の走行条件によっては、その一部あるいは全面を開口状態としたとしても、本発明で採用している摺動機構の作動に大きな影響を与えることのない場合もある。
3 and 4, spline for mounting and fixing the
図3の側面断面図(b)と図4の側面図(b)には、図2と同様に、周面に三条列の溝部が形成された摺動軸12の各条列の溝部にボールベアリングなどの転動体14が複数個並べて収容された図が示されている。そして、転動体14は、転動体保持器17によって、摺動軸12の溝部のそれぞれの内部にて確実に収容された状態で保持されている。
In the side cross-sectional view (b) of FIG. 3 and the side view (b) of FIG. 4, as in FIG. 2, balls are formed in the grooves of each row of the sliding
図5は、図3の自転車用クランク組立体の摺動機構の側面断面図(b)の拡大図であって、本発明の自転車用クランク組立体の代表的な構成である「トルク伝達機構の摺動軸の外周面で軸方向に延びる溝部が三条列であって、それぞれの溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点とする正三角形の各頂点に位置している」という構成における、各部品の位置関係、そしてここで云う「正三角形」の意味を図示する拡大図である。なお、図5に示されている「正三角形」は仮想図であることは勿論である。 FIG. 5 is an enlarged view of a side cross-sectional view (b) of the sliding mechanism of the bicycle crank assembly of FIG. 3, which is a representative configuration of the bicycle crank assembly of the present invention. The groove portions extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the sliding shaft are arranged in three rows, and each groove portion is located at each vertex of an equilateral triangle centering on the position of the central axis of the sliding shaft. '' FIG. 4 is an enlarged view illustrating the positional relationship of each component and the meaning of “regular triangle” referred to herein. Of course, the “regular triangle” shown in FIG. 5 is a virtual diagram.
図5に見られるように、摺動軸12の外周面に備えられた複数列の溝部18に収容されている転動体14が接するクランク軸11の内周面にクランク軸の軸方向に延びる凹み11aが形成されていることが好ましい。
As shown in FIG. 5, a recess extending in the axial direction of the crankshaft is formed on the inner peripheral surface of the
また、図5に示されているように、トルク伝達機構の摺動軸12の外周面で軸方向に延びる複数列の溝部18が弧状の断面を持ち、その弧状の断面の弧状部の両端部を結ぶ直線L1が転動体14の直径よりも小さいことが好ましい。そして、さらに、トルク伝達機構の摺動軸12の外周面で軸方向に延びる溝部18の弧状の断面の弧状部の両端部の内の一方の端部E1が他方の端部E2よりも摺動軸の中心軸位置Cから遠い位置にまで延びていることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 5, a plurality of rows of
そして、クランク軸11の内周面とトルク伝達機構の摺動軸12の複数列の溝部のそれぞれに収容された複数個の転動体14とが互いに接触してトルク伝達面TTを形成していることが好ましい。
The inner peripheral surface of the
トルク伝達機構の摺動軸12の複数列の溝部18は、摺動軸12の外周に沿って互いに等間隔で配置されていることが好ましい。
The plurality of rows of
複数個の転動体14は、クランク軸11の内径(内径が最大の部分の内径を意味する)L2の1/2以下の直径を持つことが好ましい。
It is preferable that the plurality of rolling
そして、摺動軸12の外周面に備えられた複数列の溝部18に収容されている転動体14が接するクランク軸の内周面にクランク軸の軸方向に延びる凹み11aが形成されていて、各凹み11aの断面の両端部間の長さL2が転動体14の直径よりも大きいことが好ましい。
And the
図6は、本発明の自転車用クランク組立体の摺動機構を構成する各部品を示す組立図である。図3及び図4と対応させて見れば理解できるように、本発明の自転車用クランク組立体は、直動軸受との観点で見れば外筒として機能する、内部に空間領域を有するクランク軸(クランク回転軸)11の内部空間に、転動体14を保持する転動体保持器17を周囲に装着した摺動軸11が収容される。図6においても、摺動軸11は、その周囲において軸方向に延び、かつ互いに均一な間隔を以て平行に配置された三条列の溝部18を備えている。これらの三条列の溝部18は、摺動軸11溝部形成領域を構成する形状が三角形(好ましくは正三角形)の断面の三個の角部に形成されていることが好ましい。なお、その他の部品は、クランク軸11の内部における摺動軸11や転動体保持器17の摺動領域を制限するためにクランク軸内部に装着する付属部品である。
FIG. 6 is an assembly view showing each part constituting the sliding mechanism of the bicycle crank assembly of the present invention. As can be understood from the correspondence with FIGS. 3 and 4, the bicycle crank assembly of the present invention functions as an outer cylinder from the viewpoint of the linear motion bearing. The sliding
図7は、本発明の自転車用クランク組立体の摺動機構の摺動軸の正面図(a)、斜視図(b)、(c)、そして左側面図(d)と右側面図(e)である。図7においても、摺動軸11は、その周囲に軸方向に、かつ互いに均一な間隔を以て平行に配置された三条列の溝部18を備えている。
FIG. 7 is a front view (a), perspective views (b) and (c), a left side view (d) and a right side view (e) of the sliding mechanism of the bicycle crank assembly according to the present invention. ). Also in FIG. 7, the sliding
図8は、本発明の自転車用クランク組立体の摺動機構の構成に好適に利用される転動体保持器の斜視図(a)、正面図(b)、そして側面図(c)である。なお、この図8の転動体保持器は、トルク伝達機構の摺動軸の外周面に延びる溝部が三条列であって、それぞれの溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点とする正三角形の各頂点に位置している構成の自転車用クランク組立体に用いる転動体保持器17とその転動体保持器17に収容保持されている転動体14を持つ例で示しているが、摺動軸の形状や摺動軸の周面に形成される溝部の列数や形状により、その構成や形状が変わることは云うまでもない。また、転動体保持器17に収容される転動体の個数も所望により変えうることも当然である。
FIG. 8 is a perspective view (a), a front view (b), and a side view (c) of a rolling element holder preferably used for the structure of the sliding mechanism of the bicycle crank assembly of the present invention. In the rolling element cage of FIG. 8, the groove portions extending on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism are arranged in three rows, and each groove portion is a positive point centered on the position of the central axis of the sliding shaft. Although shown in the example which has the rolling
転動体としては、直動軸受で一般的に用いられるボールベアリングが使用されるが、必要により、「ころ」状の転動体、「俵」状の転動体などの他の形状の転動体を用いることもできる。 As the rolling element, a ball bearing generally used in a linear motion bearing is used, but if necessary, a rolling element having a different shape such as a “roller” -shaped rolling element or a “俵” -shaped rolling element is used. You can also.
本発明の自転車用クランク組立体の摺動機構のこれまでの説明は、添付図面に図示した、周囲において軸方向に延び、かつ互いに均一な間隔を以て平行に配置された三条列の溝部を備えた溝部領域の断面が(正)三角形の摺動軸を用いた摺動機構を参照して行ったが、本明細書において前述したように、本発明の自転車用クランク組立体の摺動機構は、周囲において軸方向に延び、かつ互いに均一な間隔を以て平行に配置された五条列以下の溝部を備えた溝部領域の断面が五角形以下の多角形の角部の頂部に備えた摺動軸、あるいは、摺動軸の外周面で軸方向に延びる溝部が二条列であって、それぞれの溝部が摺動軸の中心軸の位置を中心点として対称の位置にある摺動軸を用いてもよい。 The above description of the sliding mechanism of the bicycle crank assembly according to the present invention includes three rows of grooves extending in the axial direction in the periphery and arranged in parallel at a uniform interval as shown in the accompanying drawings. Although the cross section of the groove region was made by referring to a sliding mechanism using a (equivalent) triangular sliding shaft, as described above in this specification, the sliding mechanism of the bicycle crank assembly of the present invention is: A sliding shaft provided at the top of a polygonal corner having a cross section of a pentagonal or less polygonal section having a grooved section having five or less rows of grooves extending in the axial direction at the periphery and arranged in parallel with each other at a uniform interval, or It is also possible to use a sliding shaft in which the groove portions extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the sliding shaft are two rows and each groove portion is symmetrical with respect to the position of the central axis of the sliding shaft.
10 クランク組立体
11 クランク軸
11a 凹部
12 摺動軸
13a、13b クランクアーム
14 転動体
15 固定具(スプロケット固定具)
16 フロントスプロケット
17 転動体保持器
18 溝部
C 摺動軸の中心軸位置
E1、E2 溝部の弧状の断面の弧状部の各端部
L1 溝部の弧状の断面の弧状部の両端部を結ぶ直線
L2 クランク軸の内径
TT トルク伝達面
DESCRIPTION OF
16
Claims (11)
クランク軸の上記一方の端部に取り付けられたクランク、
クランク軸の内部空間に内蔵された、クランク軸の軸方向に延びる複数列の溝部を外周面に備えた摺動軸、及び摺動軸の複数列の溝部のそれぞれにクランク軸の内周面に接するように収容された複数個の転動体を含むトルク伝達機構、
そして
トルク伝達機構の摺動軸の周囲に取り付けられたスプロケット、
を含む自転車用クランク組立体であって、
トルク伝達機構の摺動軸の外周面に延びる溝部が五条列以下であることを特徴とする自転車用クランク組立体。 A crankshaft having an internal space with an opening at one end;
A crank attached to the one end of the crankshaft;
A sliding shaft with a plurality of rows of grooves extending in the axial direction of the crankshaft built in the inner space of the crankshaft on the outer peripheral surface, and a plurality of rows of grooves on the sliding shaft on the inner peripheral surface of the crankshaft. A torque transmission mechanism including a plurality of rolling elements housed in contact with each other;
And a sprocket attached around the sliding shaft of the torque transmission mechanism,
A bicycle crank assembly comprising:
A crank assembly for a bicycle, wherein a groove extending on the outer peripheral surface of the sliding shaft of the torque transmission mechanism has five rows or less.
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