JP3149374B2 - 自転車用中空クランクとその製造方法 - Google Patents

自転車用中空クランクとその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自転車用中空クラ
ンクとその製造方法に関する。特に内部を中空とした自
転車用中空クランクを鋳造により製造して軽量化した自
転車用中空クランクとその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】自転車はできるだけ軽量化することが望
まれているが、そのためにすべての自転車用部品につい
ても可能な限り軽量化することが好ましい。そこで、自
転車用クランクについても、例えば、特公平2−186
52号公報のように管を成形して製造し、クランク内部
を中空構造として軽量化したものが知られている。
【0003】中実素材から押出し鍛造により内部に空洞
を形成する方法も提案されている(特開平5−1166
70号公報)。この中空クランクは、パイプ又はクラン
ク素材を溶接又は塑性変形により行うものであったの
で、クランク形状の設計の自由度が少ない。更に材料力
学上必要のない部分があっても成形ができない等の理由
から形状が制約される。更に、デザイン上からの要請が
あっても、加工の制約から外見に高級感等を出しにくい
問題があった。
【0004】一方、自転車のクランクを軽合金で鋳造法
により製造する製造方法は知られている(例えば、特開
昭58−93554号公報)。これらの鋳造法によれ
ば、前記形状の制約からは解放されるが内部を空洞化す
ることは小部品であるクランクでは困難であり、かつ機
械的強度も劣る。このため、内部にパイプ等を一体に鋳
込んだものも提案されている(実開昭48−7948号
公報、実開昭61−131391号公報等)。
【0005】強度の強いパイプ等の部材を一体に埋め込
むことは、クランクの強度は保てるが軽量化という点で
は問題が残る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な技術的背景で発明されたものであり、次の目的を達成
することにある。
【0007】本発明の目的は、鋳造により製造したので
設計の自由度の多い自転車用中空クランクとその製造方
法を提供することにある。
【0008】本発明の他の目的は、鋳造したクランク素
材を型鍛造したので、軽量化した上で十分な強度を得る
ことができる自転車用中空クランクとその製造方法を提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、自転車用
の中空クランクであって、前記中空クランクの長手方向
中央部の内部を中空構造とし、前記中空構造は、外部と
連通し開放され、鋳造時に前記中空に充填された砂を取
り出すための開口部(15)を備えた構造であり、前記
開口部(15)は、前記中空クランクへペダル軸を取付
けるためのペダル取付穴(6)に開口されている前記開
口部(15)を鍛圧して、ほぼ密閉状態まで前記開口部
(15)を塞いだ接合面(14)が形成されていること
を特徴とする。
【0010】第2の本発明は、内部に空洞を備えた自転
車用中空クランクの製造方法であって、前記中空クラン
クを鋳造する鋳型に砂型の中子(24)を作ってはめ込
み、前記鋳型に前記中空クランクを構成する金属を溶解
して注入凝固させた鋳造後、前記空洞(7)の中の前記
中子(24)を構成する砂を開口部(15)から取り出
して、前記空洞部(7)を構成し、前記開口部(15)
は、前記中空クランクへペダル軸を取付けるためのペダ
ル取付穴(6)に開口され、前記開口部(15)を鍛圧
して、ほぼ密閉状態まで前記開口部(15)を塞いだ接
合面(14)を形成することを特徴とする。
【0011】第3の発明は、第2の発明の自転車用中空
クランクの製造方法であって、前記鋳造法は、溶融金属
を重力により金型に注入する重力金型鋳造法であると良
い。
【0012】第4の本発明は、内部に空洞を備えた自転
車用中空クランクの製造方法であって、前記中空クラン
クを鋳造する鋳型に砂型の中子を作ってはめ込み、前記
鋳型に前記中空クランクを構成する金属を溶解して注入
凝固させてクランク素材を鋳造し、前記クランク素材を
鍛造により加圧し、前記空洞(7)を作り出すために前
記クランク素材に機械加工により穴を開けて前記中子
(24)を取り出す、前記穴は、前記中空クランクへペ
ダル軸を取付けるためのペダル取付穴(6)の下穴であ
ることを特徴とする。
【0013】
【0014】
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態1について図
面を参照して説明する。図1に本発明の左クランク1の
背面図を示す。左クランク1はアルミニュウム合金で作
られており、図1に示すように、ペダルを取り付けるペ
ダル軸端部4側が細く、クランク軸(図示せず。)に取
り付けるクランク軸端部2側の断面が太くなるように形
成されている。左クランク1の太さをこのように、位置
により変化させることによって、断面積の大きさを変え
ることにより左クランクに加わる応力をどの断面におい
てもほぼ一定にするように強度設計されている。
【0016】また、左クランク1の裏側両角部には面取
部11(図2参照)が形成されている。左クランク1の
クランク軸端部2には、左クランク1をクランク軸に取
り付けるためのクランク軸取付穴5が形成されている。
このクランク軸取付穴5は、これにクランク軸を挿入す
ることによって、クランク軸に左クランク1が取り付け
られる。また、左クランク1のペダル取付側のペダル軸
端部4には、ペダル取付穴6が形成されている。このペ
ダル取付穴6にペダルのペダル軸(図示せず)の一端が
取り付けられる。
【0017】図2は、左クランク1の平面図である。図
3は、左クランク1を図1のIII−III線で切断したとき
の切断断面図である。クランク中央部3を中心にペダル
軸端部4側と、クランク軸端部2側に渡って空洞部7が
形成されている。図4は、左クランク1の正面である。
空洞部7の断面構造は、図5に示す。図5は、図4にお
けるa−a,b−b,c−c,d−d切断線での各矢視
断面図である。図5(a)はa−a矢視断面図、図5
(b)はb−b矢視断面図、図5(c)はc−c矢視断
面図、d−d矢視断面図である。クランク中央部3の断
面積はどの位置でも実質的に同じ応力になるように構成
されている。
【0018】空洞部7の断面構造は、クランク軸端部2
側では円を切断した半円形の形を成している。ペダル軸
端部4側では長方形の変形した扁平をなしている。空洞
部7の断面積は連続的に小さくなり、両端部では高さが
最小になっている。すなわち、空洞部7の形状は、概略
いわゆる船底型の形状を成している。クランク中央部3
の内部の空洞部7により、左クランク1の軽量化が図ら
れている。
【0019】空洞部7は、ペダル取付穴6と連通してお
り、ペダル取付穴6の側面に断面が扁平な開口部15を
備えている。この開口部15は、後記するように、中子
砂を取り出すための開口である。図3に示すように、ペ
ダル取付穴6の近傍の断面には、開口部15を押し潰し
た鍛造による接合面14が形成される。
【0020】クランク軸端部2には、クランク軸取付穴
5が設けられている。クランク軸取付穴5の内面にはフ
ランジ8が内面側に突出して設けられ、そのフランジ8
の裏面側に一体に、雌のセレーション9が設けられてい
る。セレーション9は、図1に示すように本例は8歯で
ある。歯の数が少ないと、回転結合の結合強度が不足
し、歯の数が多すぎると、加工が困難でコスト上昇につ
ながり、組立時に回転方向の割り出し位置決め作業もミ
スが出易くなる。
【0021】クランク軸取付穴5のセレーション9より
裏面側の部分は、同芯にテーパー孔である芯出し部(ガ
イド部ともいう。)10として構成されている。芯出し
部10は、裏面側に広がる円筒のテーパ穴形状であり、
本例ではテーパ角は2〜3°に形成されている。芯出し
部10のテーパ面は、クランク軸(図示せず。)の芯出
し部のテーパ面に密着させて両者の芯を正確に一致させ
ると共に両者を一体に強力に連結する。
【0022】[左クランク1の製造方法1]前記した左
クランク1は、次の製造方法により製造される。図6は
左クランク1の鋳造状態を示す断面図である。金型20
と金型21との間に溶融金属を流し込む溶融空間22が
金型20と金型21の中に区画されている。溶融空間2
2は、左クランク1とほぼ対応した形をして区画された
空間であるが、溶融金属の収縮を考慮して若干大きい。
溶融空間22には、中子24が挿入配置されている。
【0023】中子24は、左クランク1の内部に形成さ
れた空洞部7とほぼ同一形状である。中子24は、中子
用の再生砂であり、中子として形状を保つために硬化材
としてレジン等の合成樹脂が再生砂にコーティングされ
たものである。中子24は、シリコンゴムで作られた中
子型30(図7参照)で焼いて作られる。中子24は、
左クランク1の空洞部7を作る空洞中子部23と、金型
20と金型21に埋め込んで中子24を固定させるため
の中子保持部25からなる。
【0024】図7は、中子型を示す斜軸投影軸である。
中子型30は、二つに分割された型で作られている。中
子型30の内部には、空洞中子部23と対応する空間3
1と中子保持部25に対応する空間32が形成されてい
る。この空間31及び空間32にレジンで表面がコーテ
ィングされた中子砂を投入する。中子砂を所定の圧力で
付き固めた後、中子型30と共に焼結炉(図示せず)に
投入し、レジンの硬化温度まで昇温させる。
【0025】この加熱により、中子砂の表面にコーティ
ングされたレジンが熱硬化して、中子型30内の中子砂
を硬化させて中子24を作る。中子24が硬化すると、
中子型30を割って空間31及び空間32の中から中子
24を取り出す。取り出した中子24は、硬化しており
形を成して弱い力で簡単に崩れることはない。
【0026】溶融空間22が金型20、金型21内に形
成される。溶融空間22に中子24を図6に示すように
位置決めする。溶融空間22に中子24を正確に位置決
めするために、発砲スチロール等で作られたスペーサ2
6で中子24は位置決めされる。溶融空間22は、湯道
27を介して注湯口28に連通されている。
【0027】溶融されたアルミ合金が注湯口28から注
湯されて、湯道27を通り溶融空間22入る。この鋳造
法は、圧力を加えずに重力のみの圧力で普通の鋳込みを
行う金型鋳造法、いわゆる重力金型鋳造と呼ばれている
鋳造方法である。図8に示すクランク素材29は、鋳造
後に金型20、金型21から取り出した状態を示す断面
図である。中子保持部25は、Aの位置で切断される。
更に、ペダル取付穴6の下穴がドリル33により開けら
れる。
【0028】この加工により、ペダル取付穴6の下穴と
開口15とは連通するので、開口15から中子砂を取り
出すことができる。中子砂を取り出すことにより、空洞
部7を形成する。この後、必要な左クランク1の形状に
切削、研削、及び研磨加工等の除肉加工により所用の加
工に仕上げて完成させる。
【0029】[左クランク1の製造方法2]前記左クラ
ンク1の製造方法1は、鋳造後に所用の切削、研削、及
び研磨加工等の除肉加工により所用の加工に仕上げてい
る。しかしながら、鋳造のみでは内部の金属組織に巣等
が発生することがある。この鋳造後の中子24をクラン
ク素材29内に入れた状態のまま型鍛造を行う。型鍛造
は、半密閉型鍛造用の半密閉金型35に載置して熱間鍛
造する。
【0030】図9は、下金型36に鋳造されたクランク
素材29を入れた状態を示す断面図である。下金型36
にクランク素材29に載置する前に、ペダル取付穴6の
開口部15の部分の近傍のみは中子砂を取り出して除去
する。この理由は、中子砂が残っているとこの部分が弱
くなり、このペダル取付穴6の機械的強度が弱くなるた
めである。
【0031】ペダル取付穴6の先端部の開口部15は押
し潰されて一部は中実になっている(図10参照)。押
し潰された開口部15の一部分は、接合面14として現
れる(図3参照)。このクランク素材29を所要温度に
加熱して下金型36に載置した後、上金型37により加
圧して鍛造加工を行う。この熱間鍛造により、鋳造され
たブランク27は、長さ、厚さ、肉厚、表面が精度良く
加工され、クランク素材29の材質が鍛錬され均質化さ
れ機械強度も強化される。
【0032】この熱間鍛造による中子24は、クランク
素材29内に入れられた状態で鍛造されるので空洞部7
は潰されることはなく空洞は確保される。ペダル取付穴
6がドリル33により穴加工により開けられる。この穴
加工によりペダル取付穴6と開口15は連通するので、
開口15から中子砂を取り出すことにより、空洞部7を
形成する。この後、図1から図5に示す左クランク1の
形状に機械加工に加工をして完成させる(図10参
照)。
【0033】
【発明の効果】本発明のクランクとその製造方法は、ク
ランク中央部を中空構造としたことによりクランクが軽
量になる。また、鋳造によりクランクを製造するので、
形状をどのようにでもデザインでき、設計の自由度が増
えるので、外観に高級感を出しやすい。また、鋳造した
ブランクを型鍛造したので、軽量化した上で十分な強度
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の左クランク1の背面図であ
る。
【図2】図2は、本発明の左クランク1の平面図であ
る。
【図3】図3は、左クランク1の側面から見た断面図で
ある。
【図4】図4は、左クランク1の正面図である。
【図5】図5は、図4におけるa−a,b−b,c−
c,d−d切断線での各矢視断面図である。図5(a)
はa−a矢視断面図、図5(b)はb−b矢視断面図、
図5(c)はc−c矢視断面図、図5(d)はd−d矢
視断面図である。
【図6】図6は、左クランク1の鋳造状態を示す断面図
である。
【図7】図7は、中子型を示す斜軸投影図である。
【図8】図8は、鋳造後にクランク素材29を鋳造金型
から取り出した状態を示す図である。
【図9】図9は、半密閉金型30にクランク素材29を
入れた状態を示す断面図である。
【図10】図10は、鍛造加工後のクランク素材29を
示す図である。
【符号の説明】
1…左クランク 2…クランク軸端部 3…クランク中央部 4…ペダル軸端部 5…クランク軸取付穴 7…空洞部 24…中子 29…クランク素材 30…中子型 35…半密閉金型

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自転車用の中空クランクであって、 前記中空クランクの長手方向中央部の内部を中空構造と
    し、 前記中空構造は、外部と連通し開放され、鋳造時に前記
    中空に充填された砂を取り出すための開口部(15)
    備えた構造であり、 前記開口部(15)は、前記中空クランクへペダル軸を
    取付けるためのペダル取付穴(6)に開口されている前
    記開口部(15)を鍛圧して、ほぼ密閉状態まで前記開
    口部(15)を塞いだ接合面(14)が形成されている
    ことを特徴とする自転車用中空クランク。
  2. 【請求項2】内部に空洞を備えた自転車用中空クランク
    の製造方法であって、 前記中空クランクを鋳造する鋳型に砂型の中子(24)
    を作ってはめ込み、 前記鋳型に前記中空クランクを構成する金属を溶解して
    注入凝固させた鋳造後、 前記空洞(7)の中の前記中子(24)を構成する砂を
    開口部(15)から取り出して、前記空洞部(7)を構
    成し、前記開口部(15)は、前記中空クランクへペダル軸を
    取付けるためのペダル取付穴(6)に開口され、 前記開口部(15)を鍛圧して、ほぼ密閉状態まで前記
    開口部(15)を塞いだ接合面(14)を形成すること
    を特徴とする自転車用中空クランクの製造方法。
  3. 【請求項3】請求項に記載の自転車用中空クランクの
    製造方法であって、 前記鋳造法は、溶融金属を重力により金型に注入する重
    力金型鋳造法であることを特徴とする自転車用中空クラ
    ンクの製造方法。
  4. 【請求項4】内部に空洞を備えた自転車用中空クランク
    の製造方法であって、 前記中空クランクを鋳造する鋳型に砂型の中子を作って
    はめ込み、 前記鋳型に前記中空クランクを構成する金属を溶解して
    注入凝固させてクランク素材を鋳造し、 前記クランク素材を鍛造により加圧し、 前記空洞(7)を作り出すために前記クランク素材に機
    械加工により穴を開けて前記中子(24)を取り出す、前記穴は、前記中空クランクへペダル軸を取付けるため
    のペダル取付穴(6)の下穴である ことを特徴とする自
    転車用中空クランクの製造方法。
JP35808896A 1996-12-27 1996-12-27 自転車用中空クランクとその製造方法 Expired - Fee Related JP3149374B2 (ja)

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