JPH09136685A - 自転車用クランクとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】軽量でかつ強度が強く、さらに設計の自由度が
高い構造と製造方法を得る。 【構成】右クランク１の長手方向両端部２，４は中実構
造とし、長手方向中央部３は中空構造とし、前記中空構
造は、前記クランクの裏面に長手方向に延びる凹溝３１
を形成し、該凹溝の開放面に蓋部材３３を溶接した構造
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自転車用クランク
及びその製造方法に関し、特に軽量化に寄与する自転車
用クランク及び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】従来の中空クランクは、パイプを成形した
ものであったので、強度が比較的弱い。また、パイプを
成形する関係から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、成形加工の制約から外見に高
級感等を出しにくい欠点があった。

【０００４】

【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。

【０００５】本発明の目的は、軽量でかつ強度が強く、
さらに設計の自由度の多い自転車用クランク及びその製
造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における自転車用クランクは、クランクの長
手方向両端部は中実構造とし、長手方向中央部は中空構
造とし、前記中空構造は、前記クランクの裏面に長手方
向に延びる凹溝を形成し、該凹溝の開放面に蓋部材を固
着した構造であるものである。

【０００７】また、前記固着は前記凹溝と前記蓋部材の
周囲を溶接により固着したものであることが好ましい。

【０００８】さらに、前記クランクはクランク軸取付側
が太く、ペダル取付側が細く形成され、クランクに加わ
る応力がほぼ一定になるような形状とすることができ
る。

【０００９】そして、前記凹溝の両端部付近における溝
の深さを前記凹溝の両端部に向かって小さくし、かつ前
記凹溝の底面の形状を船底型とすることが好ましい。ま
た、前記クランクはアルミ合金で作られていることが好
ましい。

【００１０】前記自転車用クランクは、少なくとも次の
製造方法で作られる。

【００１１】前記凹溝（３１）と前記蓋部材（３３）の
周囲の溶接の突き合わせ部に、隙間を設けずに前記凹溝
（３１）に前記蓋部材（３３）を配置する蓋部材載置工
程と、前記蓋部材（３３）の外周を外部から裏ビードを
作りながら溶接する蓋部材溶接工程と、前記蓋部材溶接
工程後、前記溶接により作られた前記外部に突起したビ
ードを切除するビード徐肉工程とからなる。

【００１２】前記凹溝（３１）の周囲の一部に前記蓋部
材載置工程で前記蓋部材（３３）を載置するための段部
を形成すると良い。更に、前記蓋部材（３３）が１枚の
板で、かつ外周に開先が形成されているものが良い。

【００１３】また、前記凹溝（３１）の長手方向の両端
部側の側面における、前記蓋部材（１３３）との突き合
わせ部が、前記蓋部材（１３３）とほぼ等しい厚さに形
成されていることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】

［本発明の実施の形態１］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に本発明の右クランク
１の正面図を示す。右クランク１はアルミ合金で作られ
ており、図１に示すように、ペダル取付側クランク端部
４側が細く、クランク軸取付側クランク端部２側が断面
が太くなるように形成されている。右クランク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右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ことができる。

【００１５】右クランク１の表側表面にはレーザーマー
キング等により、製造メーカーのロゴマークや製品名を
表す商標等を刻印することができる。また、右クランク
１の表側両角部には面取部１１が形成され、その面取り
の大きさは、クランク軸取付側クランク端部２付近では
大きく、ペダル取付側クランク端部４に向かって連続的
に小さくなっている。

【００１６】右クランク１のクランク軸取付側クランク
端部２には、右クランク１をクランク軸５に取り付ける
ためのクランク軸取付穴２１が形成されている。図７に
示すように、このクランク軸取付穴２１にクランク軸５
を挿入することによって、クランク軸５に右クランク１
が取り付けられる。また、右クランク１のペダル取付側
クランク端部４には、ペダル取付穴４１が形成されてい
る。このペダル取付穴４１に図示しないペダルのペダル
軸の一端が取り付けられる。

【００１７】図２は、右クランク１の側面図である。図
３は、右クランク１を側面から見た断面図である。クラ
ンク中央部３の裏面側には、長手方向に延びる凹溝３１
が形成されている。凹溝３１の形状は、凹溝３１の両端
部付近では、溝の深さが両端部に向かって連続的に小さ
くなり、両端部では溝の深さが最小になっている。すな
わち、凹溝３１の底面形状はいわゆる船底型と言われる
ものである。凹溝３１の中央部の底面は、クランク中央
部３の表側表面とほぼ平行である。

【００１８】この凹溝３１の開放面側は段部３２が形成
され、この段部３２に蓋部材３３をはめ込み、蓋部材３
３の周囲と右クランク１本体をアルゴンガスを使用した
イナートガスアーク溶接により固着している。右クラン
ク１本体の裏側表面と、蓋部材３３の表面は面一となる
ように配置されている。また、溶接による肉盛り部３４
は、溶接後に切削加工等により削り取り、面一とするこ
とが美観上好ましい。

【００１９】蓋部材３３と右クランク１の本体との固着
方法は、溶接以外にも、接着剤により接着してもよい。
接着剤としては、エポキシ樹脂、シアノアクリレート等
が使用できる。また、カシメによる固着と接着剤とを併
用してもよい。この場合、カシメの接続部の隙間に接着
剤が充填され、水等の侵入を防止することができる。

【００２０】クランク軸取付側クランク端部２には、ク
ランク軸取付穴２１が設けられている。クランク軸取付
穴２１の内面にはフランジ２２が内面側に突出して設け
られ、そのフランジ２２の裏面側に連接して、雌のセレ
ーション２３が設けられている。クランク軸取付穴２１
のセレーション２３より裏面側の部分は、芯出し部２４
として構成されている。芯出し部２４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°である。

【００２１】芯出し部２４のテーパ面は、クランク軸５
の芯出し部５２のテーパ面に密着させて両者の芯を一致
させると共に両者を一体に連結する。クランク軸取付側
クランク端部２の裏面突出部の外周根元部には、ギヤ板
６回り止め用の雄のセレーション２５が形成されてお
り、裏面突出部の外周部には、ギヤ板６固定用の雌ネジ
２６が形成されている。

【００２２】図４は、右クランク１を裏面から見た図で
ある。セレーション２３、２５は、図４に示すように８
歯のものが適当である。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、また、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。

【００２３】図５は、図１におけるＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ
−Ｃ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矢視断面図である。クランク中央部３の
断面内部は、ほとんどの部分がこのように凹溝３１とし
て形成され、軽量化が図られている。

【００２４】図６は、クランク軸５の外観を示す図であ
る。クランク軸５の両端部には、芯出し部５２が形成さ
れている。芯出し部５２は、端部側が細くなるテーパ形
状であり、テーパ角は２〜３°である。芯出し部５２よ
りさらに端部側には、雄のセレーション５１が設けられ
ている。セレーション５１は８歯構成であり、歯の外周
面は芯出し部５２の外周面と連続した表面となってい
る。

【００２５】クランク軸５の端面には、右クランク１固
定用の雌ネジ５３が設けられている。クランク軸５は中
空パイプ形状であり、図７に示すように中央部では両端
部よりもさらに肉厚が薄くなるように形成されている。
クランク軸５の材質はアルミ合金であり、中空であるこ
とと相まって軽量化に貢献している。

【００２６】図７は、クランク軸５と右クランク１とギ
ヤ板６とを組み立てた組立体を表す。一方の右クランク
１にはギヤ板６が取り付けられ、セレーション２５によ
り回り止めされてナット６１により固定されている。そ
のギヤ板６が固定された右クランク１がクランク軸５の
一方の端部に取り付けられ、ボルト５４により固定され
ている。クランク軸５の他端には、ギヤ板の無い右クラ
ンク１が取り付け固定されている。右クランク１の芯出
し部２４とクランク軸５の芯出し部５２は密嵌合し、両
者の芯出しを高精度に行う。また、右クランク１の雌セ
レーション２３とクランク軸５の雄セレーション５１は
互いに噛み合い、回転方向の高強度の結合を行う。

【００２７】［本発明の実施の形態２］本発明の実施の
形態２について図面を参照して説明する。前記実施の形
態１では右クランクを例にとって説明したが以下に示す
本発明の実施の形態２では左クランクを例にして、特に
その製造方法について説明する。図８に本発明の左クラ
ンク１００の正面図を示す。図９は、左クランク１００
の側面図である。図１０は、左クランク１００を側面か
ら見た断面図である。図１１は、左クランク１００を裏
面から見た図である。

【００２８】図１２（Ａ）は図８のＡ−Ａ矢視断面図、
図１２（Ｂ）は図８のＢ−Ｂ矢視断面図、図１２（Ｃ）
は図８のＣ−Ｃ矢視断面図である。図１３は蓋部材を示
し、図１３（Ａ）は平面図であり、図１３（Ｂ）は図１
３（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。本例の左クランク
１００は前記した実施の形態１の右クランク１と構造は
基本的には同一であるが一部相違する。以下、相違する
点のみを説明する。

【００２９】前記右クランク１は、クランク軸取付側ク
ランク端部２の裏面突出部の外周根元部にギヤ板６回り
止め用の雄のセレーション２５が形成されており、裏面
突出部の外周部には、ギヤ板６固定用の雌ネジ２６が形
成されている（図２，３参照）。

【００３０】これに対して、左クランク１００はギヤ板
６がないのでこれらの部分は構成されてはいない。前記
右クランク１と同一符号については同様のものであり、
その説明は重複するので省略する。凹溝３１の両端には
段部１３２が形成されており、この段部１３２は凹溝３
１の周壁から僅かに（本例では１．０mmの幅）突出して
いる。段部１３２は後記する蓋部材１３３を溶接すると
き仮止めのために載置するものである。

【００３１】左クランク１００の凹溝３１の外側壁２９
は、内部壁２８と角度θ（本例では５°）が形成されて
いる。凹溝３１の上端は開放されており、その周囲に開
先が形成され、角度４５°の開先斜面１３０及び開先平
坦面１３１を備えている。図１３に蓋部材１３３を示
す。蓋部材１３３は１枚のアルミ合金の板で作られてお
り、凹溝３１の開先斜面１３０に沿って蓋をして組立で
きるようにその形状に沿って曲がっている（図１３
（Ｂ）参照）。蓋部材１３３の外周の角部には角度４５
度の開先斜面１３４が形成されている。

【００３２】［左クランク１００の製造方法］以下、前
記左クランク１００の製造方法について詳記する。最初
に左クランク１００の本体を冷間鍛造でアルミ合金の素
材を成形する。冷間鍛造後、バリを機械加工により切削
して切除し前記したような形状に加工する。同様に蓋部
材１３３も冷間鍛造により前記した形状に加工する。こ
れらの部品の加工が終了すると、凹溝３１の両端の段部
１３２に蓋部材１３３を載置し仮止めする。

【００３３】この載置した状態の開先の状態を図１４、
図１５に示す。図１４は蓋部材１３３を載置したときに
図１１に示すXIV−XIV線で切断した断面図であり、図１
５はXV−XV線で切断した断面図である。なお、図１４、
図１５は溶接後のビードの状態を模式的に描いたもので
あり、実際の金属組織とは異なる。図１４で理解される
ように、凹溝３１の両側は蓋部材１３３と左クランク１
００の本体との間に若干の隙間１３５が形成されるよう
になる。ただし、この隙間１３５は設計上なくても蓋部
材１３３を突き合わせるだけでも良い。したがって、本
発明でいう隙間１３５は接触して接合した状態も含む意
味である。

【００３４】この状態で溶接すると、表ビード１３６が
形成される。同時に溶融した溶接金属であるアルミ合金
は、隙間１３５を通り凹溝３１内部に垂れるようにして
裏ビード１３７が形成される。なお、隙間１３５がなく
ても突き合わせ状態でも同様に母材が溶融されて裏ビー
ド１３７を作る。

【００３５】一方、蓋部材１３３の両端部は、段部１３
２に載せられて載置されているので正確に位置決めされ
て溶接前の仮止めがなされていることになる。蓋部材１
３３を固定するための溶接治具が必要ない。この部分は
溶接されると、前記同様に表ビード１３６及び裏ビード
１３７が形成される。なぜならば、段部１３２の幅は極
めて狭く溶接すると溶融した溶接金属又は母材が裏にも
回ることになるためである。

【００３６】溶接が完了すると、表ビード１３６の余分
な一部１３６ａはミーリング加工等の機械加工により母
材のレベルまで徐肉される。この徐肉加工により蓋部材
１３３を溶接したものであることが外観からは判別でき
なくなる。また、裏ビード１３７は徐肉されることはな
いが、溶接された部分の接合強度を保つのに効果的であ
る。

【００３７】左クランク１００の凹溝３１の長手方向の
両端側における溶接部は、図１５からも分かるように、
蓋部材１３３の厚さと左クランク１００の本体の厚さが
極端に異なっている。このため蓋部材１３３と左クラン
ク１００本体の熱容量が全く異なり、溶接を行った場合
に、蓋部材１３３側と左クランク１００本体側とで溶融
接合部が均一なものとならず、外観、強度等に悪影響を
及ぼす。このような不都合を解消するために、溶接突き
合わせ部を図１６のように成形する。

【００３８】図１６は、図１１に示すXV−XV線で切断し
た断面図である。凹溝３１のクランク軸取付側クランク
端部２側の側面も同様の構造になっている。左クランク
１００の側面には図１６に示すように側面凹部１０１が
形成され、蓋部材１３３の厚さと左クランク１００の突
き合わせ部の厚さがほぼ等しくされている。側面凹部１
０１を形成するには、凹溝３１の側面に対してミーリン
グ加工等により除肉加工を行えばよい。このような構造
とすることにより、突き合わせ部の両側の部材の厚さが
ほぼ等しく、熱容量もほぼ等しいため、溶接時における
熱の拡散が両側の部材に対して均等に行われ、均一で安
定な溶融接合部が得られる。

【００３９】なお、側面凹部１０１を形成することによ
り、左クランク１００の中心軸近傍の段部１３２は削り
取られてしまうが、中心軸から離れた部分の段部１３２
を残しておけば、蓋部材１３３を載置位置決めすること
に支障はない。もしくは、段部１３２を無くして、蓋部
材１３３を仮止めするための溶接治具を使用するように
してもよい。

【００４０】

【実施例】以下のような材質、寸法の条件において、軽
量でかつ強度においても十分な自転車用クランクとなっ
た。

【００４１】右クランク１、左クランク１００の本体の
材質：アルミ合金Ａ７７７９ クランク中央部３の表側表面と凹溝３１の中央部の底面
との間のクランク本体の肉厚：１．５mm 蓋部材３３の材質：アルミ合金Ａ７７７９ 蓋部材３３の肉厚：１．５mm 蓋部材１３３の肉厚：３．０mm

【００４２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。

【００４３】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、中空構造が凹溝に蓋
部材を固着した構造であるので、クランクの形状をどの
ようにでもデザインでき、設計の自由度が増える。外見
に高級感を出しやすい。

【００４４】クランクに加わる応力がほぼ一定になるよ
うな断面形状とすることにより、軽量化した上で十分な
強度を得ることができる。

【００４５】凹溝の底面の形状を船底型とすることによ
り、クランク本体の断面積が連続的に変化するから、応
力が特定の場所に集中することがなくなりクランク全体
としての強度が増加する。

【００４６】クランクを溶接およびビード除肉加工によ
り製造することにより、外観上継ぎ目のなく、軽量でか
つ十分な強度を有する自転車用クランクを製造すること
が可能となる。

【００４７】クランク本体と蓋部材の突き合わせ部の厚
さをほぼ同じになるように形成することにより、溶接に
おける溶融接合部を均一かつ安定なものとすることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の右クランク１の正面図であ
る。

【図２】図２は、本発明の右クランク１の側面図であ
る。

【図３】図３は、右クランク１の側面から見た断面図で
ある。

【図４】図４は、右クランク１を裏面から見た図であ
る。

【図５】図５は、図１のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ切断線
での断面図である。

【図６】図６は、クランク軸５の外観を表す図である。

【図７】図７は、右クランク１をクランク軸５に取り付
けたクランク組立体を表す図である。

【図８】図８は、本発明の左クランク１００の正面図を
示す。

【図９】図９は、左クランク１００の側面図である。

【図１０】図１０は、左クランク１００を側面から見た
断面図である。

【図１１】図１１は、左クランク１００を裏面から見た
図である。

【図１２】図１２（Ａ）は、図８のＡ−Ａ矢視断面図、
図１２（Ｂ）は、図８のＢ−Ｂ矢視断面図、図１２
（Ｃ）は、図８のＣ−Ｃ矢視断面図である。

【図１３】図１３は、蓋部材示し図１３（Ａ）の平面図
であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断
面図である。

【図１４】図１４は、蓋部材１３３を載置したときに図
１１に示すXIV−XIV線で切断した断面図である。

【図１５】図１５は、蓋部材１３３を載置したときに図
１１に示すXV−XV線で切断した断面図である。

【図１６】図１６は、蓋部材１３３を載置したときに図
１１に示すXV−XV線で切断した他の形態の断面図であ
る。

【符号の説明】

１…右クランク ２…クランク軸取付側クランク端部 ３…クランク中央部 ４…ペダル取付側クランク端部 ５…クランク軸 ６…ギヤ板 １００…左クランク １０１…側面凹部 １３１…段部 １３３…蓋部材 １３６…表ビード １３７…裏ビード

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自転車用のクランク（１）であって、 前記クランク（１）の長手方向両端部（２，４）は中実
   構造とし、 長手方向中央部（３）は中空構造とし、 前記中空構造は、前記クランクの裏面に長手方向に延び
   る凹溝（３１）を形成し、該凹溝の開放面に蓋部材（３
   ３）を固着した構造であることを特徴とする自転車用ク
   ランク。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記固着は前記凹溝（３１）と前記蓋部材（３３）の周
   囲を溶接により固着したものであることを特徴とする自
   転車用クランク。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記クランク（１）はクランク軸（５）取付側が太く、
   ペダル取付側が細く形成されていることを特徴とする自
   転車用クランク。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれか１項において、 前記凹溝（３１）の両端部付近における溝の深さを前記
   凹溝（３１）の両端部に向かって小さくし、かつ前記凹
   溝の底面の形状を船底型とすることを特徴とする自転車
   用クランク。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか１項において、 前記クランク（１）はアルミ合金で作られていることを
   特徴とする自転車用クランク。
6. 【請求項６】請求項１乃至５から選択される１項記載の
   自転車用クランクの製造方法であって、 前記凹溝（３１）と前記蓋部材（１３３）の外周部とが
   溶接の突き合わせ部を構成するように、前記凹溝（３
   １）に前記蓋部材（１３３）を配置する蓋部材載置工程
   と、 前記蓋部材（１３３）の外周を外部から裏ビードを作り
   ながら溶接する蓋部材溶接工程と、 前記蓋部材溶接工程後、前記溶接により作られた前記外
   部に突起したビードを切除するビード徐肉工程とからな
   ることを特徴とする自転車用クランクの製造方法。
7. 【請求項７】請求項６において、 前記凹溝（３１）の周囲の一部に前記蓋部材載置工程で
   前記蓋部材（１３３）を載置するための段部を形成した
   ことを特徴とする自転車用クランクの製造方法。
8. 【請求項８】請求項６において、 前記蓋部材（１３３）が１枚の板で、かつ外周に開先が
   形成されていることを特徴とする自転車用クランクの製
   造方法。
9. 【請求項９】請求項７において、 前記凹溝（３１）の長手方向の両端部側の側面におけ
   る、前記蓋部材（１３３）との突き合わせ部が、前記蓋
   部材（１３３）とほぼ等しい厚さに形成されていること
   を特徴とする自転車用クランクの製造方法。