(57)【要約】  【課題】小型かつ軽量であってクランクとクランク軸の結合剛性が高く、かつクランクとクランク軸との着脱が容易な車両用連結構造を提供する。  【解決手段】端部にスプラインＳ１２を有するクランク軸Ｓ１０と、該クランク軸Ｓ１０の端部に結合するクランク１５と、前記クランク１５を前記クランク軸Ｓ１０に結合するための締め付け手段（ボルト）とを具備する。前記締め付け手段は、その締め付け部に、前記クランク軸Ｓ１０の端部に軸方向から締め付けることによって前記クランク軸Ｓ１０の径方向又は周方向に与圧を加えることができるテーパ部を備える。前記締め付け手段は、例えば、前記締め付け部が、テーパ角を一定とするテーパねじ部、テーパ部と定径ねじ部、又は第１テーパ部と該第１テーパ部よりテーパ角を緩くした第２テーパねじ部とからなる、ボルトＮ１０、Ｎ２０又はＮ３０で構成できる。  【選択図】図４
2006117091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に備えられ、端部にスプラインを有するクランク軸手段と、
前記クランク軸手段の端部に結合されるクランク手段と、
前記クランク軸手段の端部に軸方向から締め付けられて、前記クランク手段を該クランク軸手段に結合する締め付け手段とを具備する車両用連結構造において、
前記締め付け手段は、テーパ部を有する締め付け部と該締め付け部との境目より大径の鍔部とからなり、前記締め付け手段を締め付けることにより、前記締め付け部は前記クランク軸手段の径方向又は周方向に与圧を加え、前記鍔部は前記クランク手段の係合部に当接することを特徴とする車両用連結構造。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用連結構造において、
前記締め付け部は、テーパ角が一定のテーパねじ部からなることを特徴とする車両用連結構造。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用連結構造において、
前記締め付け部は、前記鍔部側のテーパ部と、軸方向において前記鍔部と反対側に位置する定径ねじ部とからなることを特徴とする車両用連結構造。
【請求項４】
請求項１に記載の車両用連結構造において、
前記締め付け部は、前記鍔部側の第１テーパ部と、軸方向において前記鍔部と反対側に位置して前記第１テーパ部よりテーパ角を緩くした第２テーパねじ部とからなることを特徴とする車両用連結構造。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用連結構造において、
前記車両は、変速機を内部に有する変速機ケースを備え、
前記クランク軸手段は、軸受を介して前記変速機ケースに支持され、
前記軸受は、前記クランク軸手段と前記締め付け手段とが連結される連結部に隣接し、
前記締め付け手段は、前記クランク軸手段の軸方向において前記軸受よりも外側の位置で締め付けられることを特徴とする車両用連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用連結構造に関し、特に小型軽量であってクランクとクランク軸の結合剛性が高く、かつクランクとクランク軸との着脱が容易な車両用連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自転車におけるクランクとクランク軸の取り付け構造において、クランク軸の両端部をほぼ四角柱状に形成し、クランク側には四角柱状の穴を設け、該両者を嵌合して固定する方式では、芯出し精度を十分に高める必要があり、回転方向の結合強度を確保するための特別な構造が必要であった。例えば、結合強度を高めるためにクランクを割り締めとする手法では、クランクとクランク軸の重量および加工コストが増大すると共に、クランクをクランク軸から脱着するのに手間がかかるという課題があった。
【０００３】
特許文献１には、上記の課題を解決するため、中空パイプ状に形成したクランク軸の両端部の内周面に雌ねじを切り、該クランク軸の両端部の外周面をテーパ状の芯出し部とした上で回転方向に結合するためのセレーションを設け、一方のクランク側には前記クランク軸のテーパおよびセレーションと嵌合する加工を施して、前記クランクと前記クランク軸との嵌合を、前記雌ねじと螺合するボルトで締め付けることで前記両者を結合する技術が開示されている。
【特許文献１】特許３５２６６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、ボルトのねじ径が一定であるので、結合剛性を高めるためには、ねじ部の軸方向長さやねじ径を大きくする必要があり、これによってねじの加工工程の増大や、結合部の大型化によるボルトおよびクランク軸の重量増加を招くという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、小型軽量であってクランクとクランク軸の結合剛性が高く、かつクランクとクランク軸との着脱が容易な車両用連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した目的を達成するために、本発明は、車両に備えられ、端部にスプラインを有するクランク軸手段と、前記クランク軸手段の端部に結合されるクランク手段と、前記クランク軸手段の端部に軸方向から締め付けられて、前記クランク手段を前記クランク軸手段に結合する締め付け手段とを具備する車両用連結構造において、前記締め付け手段は、テーパ部を有する締め付け部と該締め付け部との境目より大径の鍔部とからなり、前記締め付け手段を締め付けることにより、前記締め付け部は前記クランク軸手段の径方向又は周方向に与圧を加え、前記鍔部は前記クランク手段の係合部に当接するようにした点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、前記締め付け部は、テーパ角が一定のテーパねじ部からなるようにした点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、前記締め付け部は、前記鍔部側のテーパ部と、軸方向において前記鍔部と反対側に位置する定径ねじ部とからなるようにした点に第３の特徴がある。
【０００９】
また、前記締め付け部は、前記鍔部側の第１テーパ部と、軸方向において前記鍔部と反対側に位置して前記第１テーパ部よりテーパ角を緩くした第２テーパねじ部とからなるようにした点に第４の特徴がある。
【００１０】
さらに、前記車両は、変速機を内部に有する変速機ケースを備え、前記クランク軸手段は、軸受を介して前記変速機ケースに支持され、前記軸受は、前記クランク軸手段と前記締め付け手段とが連結される連結部に隣接し、前記締め付け手段は、前記クランク軸手段の軸方向において前記軸受よりも外側の位置で締め付けられるようにした点に第５の特徴がある。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、前記締め付け手段は、テーパ部を有する締め付け部と該締め付け部との境目より大径の鍔部とからなり、前記締め付け手段を締め付けることにより、前記締め付け部は前記クランク軸手段の径方向に与圧を加え、前記鍔部は前記クランク手段の係合部に当接するようにしたので、クランク手段とクランク軸手段との間に与圧を発生させて前記両者の結合剛性を高めることができるようになる。また、前記クランク手段と前記クランク軸手段の着脱は前記締め付け手段の締結のみで行われるため、前記構成要素のそれぞれを小型かつ軽量に仕上げることができ、加えて、前記クランク手段と前記クランク軸手段の着脱性を向上させることができるようになる。さらに、締め付け手段の鍔部によって、締め付け手段の締め込み過多を防止できると共に、クランク手段の抜け止めを行うことができるようになる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、前記締め付け部は、テーパ角が一定のねじ部からなるようにしたので、前記締め付け手段の加工が容易になる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、前記締め付け部は、前記鍔部側のテーパ部と、軸方向において前記鍔部と反対側に位置する定径ねじ部とからなるようにしたので、該定径ねじ部で結合の精度を向上させ、前記テーパ部にて均一に与圧を加えることができるようになる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、前記締め付け部は、前記鍔部側の第１テーパ部と、軸方向において前記鍔部と反対側に位置して前記第１テーパ部よりテーパ角を緩くした第２テーパねじ部とからなるようにしたので、第２テーパねじ部が予備与圧を発生することによって、締め始めでの位置ずれを防いで、その後の本締めを簡単かつ確実に行うことができるようになる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、前記車両は、変速機を内部に有する変速機ケースを備え、前記クランク軸手段は、軸受を介して前記変速機ケースに支持され、前記軸受は、前記クランク軸手段と前記締め付け手段とが連結される連結部に隣接し、前記締め付け手段は、前記クランク軸手段の軸方向において前記軸受よりも外側の位置で締め付けられるようにしたので、前記締め付け手段と前記軸受との位置が重なることがなく、前記軸受に前記与圧の影響が及ばないようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明を適用した自転車の一実施形態の側面図である。自転車１は、林道などに高速コーナやジャンプセクションを設けた未舗装のコースを下るダウンヒル競技での使用に好適とされる。自転車１の車体フレーム２は、下端部で前輪WFを回転可能に軸支する左右１対のフロントフォーク３を操舵可能に支持するヘッドパイプ４と、該ヘッドパイプ４から後方斜め下方に延びる左右１対のメインフレーム５と、該メインフレーム５の前端下部から下方斜め後方に延びるダウンチューブ６と、前記メインフレーム５の中央部から延びてサドル７を支持するサドルフレーム８とを備えている。
【００１７】
前記メインフレーム５の後方下部５ａに設けられたピボット軸９には、後輪WRを回転可能に軸支する左右１対のスイングアーム１０の前端部が軸支される。該スイングアーム１０は、前記ピボット軸９を中心に上下方向に揺動可能であり、前記スイングアーム１０と前記メインフレーム５との間に備えられたショックユニット１２によって、路面から受ける衝撃によって発生する前記揺動運動が減衰制御される。
【００１８】
前記メインフレーム５の後方下部５ａと前記ダウンチューブ６との間には、変速装置１４を含む駆動力伝動装置が設けられる。符号Ｗは、変速装置１４内に収納された変速機構と連結されて該変速機構を駆動するための変速用ワイヤであり、その上端部は、乗員が操作するレバー等と連結されている。
【００１９】
前記変速装置１４の下方には、該変速装置１４を車幅方向に貫通するようにクランク軸手段としてのクランク軸Ｓ１０が配置され、箱状をなす前記変速装置１４の外側に突出したクランク軸Ｓ１０の左右両端部には、クランク手段としてのクランク１５がそれぞれ結合されている。該クランク１５のもう一方の端部にはペダル１６が回転可能に取り付けられており、乗員が車体左右のペダル１６を交互に踏んで前記クランク軸Ｓ１０を回転させることで、出力軸１７および該出力軸１７と同軸上に配置された駆動側スプロケット１８が回転する。そして、該駆動側スプロケット１８の回転は、ドライブチェーン１９によって被動側スプロケット２０へ伝達され、該被動側スプロケット２０と同軸上に支持された後輪WRを回転させることで、自転車１は前進のための駆動力を得ることになる。
【００２０】
図２は、図１に示す自転車の変速装置１４のＡ−Ａ線一部断面図である。変速装置１４は、前記クランク軸Ｓ１０と同軸上に支持される入力側スプロケット２４と、前記出力軸１７と同軸上に支持される変速スプロケット群２８と、前記変速用ワイヤＷと連結される変速機構としてのディレイラ２９との間に、無端伝動帯としての変速チェーン３０が巻き掛けられて構成される。前記の各構成要素は、出力軸１７の車幅方向右端部と、軸受２２に軸支された前記クランク軸Ｓ１０の両端部と、変速用ワイヤＷを除いて、変速機ケース２１内に収納されている。また、前記入力側スプロケット２４は、一方向クラッチ２３を介して前記クランク軸Ｓ１０に連結されており、前記一方向クラッチ２３は、クランク軸Ｓ１０の正転方向（自転車１を前進させる方向）の回転のみを入力側スプロケット２４に伝達する。
【００２１】
前記クランク軸Ｓ１０と入力側スプロケット２４との間には、該入力側スプロケット２４をその回転軸方向へ摺動可能とするスライド機構が設けられる。該スライド機構は、スライド機構軸受３５，３６を介して該クランク軸Ｓ１０と同軸上に支持された内筒２５と、入力側スプロケット２４と結合されて前記クランク軸Ｓ１０と同軸上に支持される外筒２６と、内筒２５と外筒２６との間に設けられた係合素子としてのボール列２７とから構成される。該ボール列２７は、内筒２５の外周面と外筒２６の内周面にそれぞれ回転軸方向に形成された収容溝（不図示）に跨って配置されているため、前記入力側スプロケット２４は、クランク軸Ｓ１０と一体的に回転しながら、その軸方向へスライドすることができる。
【００２２】
前記変速スプロケット群２８は、１速用の２８ａから７速用の２８ｇまでの７枚の変速スプロケットが順次高速になるよう配列されて、前記出力軸１７と同軸上にその外周面にてスプライン結合されている。変速の動作は、該変速スプロケット２８ａ〜２８ｇにおいて、択一的に選択される前記変速チェーン３０の巻き掛け位置を変えることで実現される。
【００２３】
図示の状態において変速段は第７速にある。この状態から乗員がシフトダウンを行う場合は、前記変速用ワイヤＷに連結されたレバー等の操作によって、前記変速用ワイヤＷの他端に連結されたディレイラ２９を図示左上方向へ移動させる。すると、前記スライド機構を有する前記入力側スプロケット２４が、該ディレイラ２９の移動量に伴って前記変速チェーン３０を巻き掛けたまま前記クランク軸Ｓ１０上を図示左方向に順次スライドし、同時に前記変速スプロケット群２８における前記変速チェーン３０の巻き掛け位置が、２８ｇ、２８ｆ、２８ｅ…と順次変わっていく。したがって、前記出力軸１７は、前記入力側スプロケット２４と、前記変速チェーン３０を介して駆動連結された前記変速スプロケット群２８とにより決定される変速比で回転駆動されることになる。図中の２点鎖線は、変速スプロケット２８ａすなわち第１速が選択されたディレイラ２９の位置を示している。このような変速段の位置に関係なく、前記変速チェーン３０の張力は、前記ディレイラ２９に備えられるテンショナ（不図示）によって所定の値に保たれている。
【００２４】
以上の構成による変速装置は、変速段を切り換えるためのディレイラ２９の移動に追随して前記入力側スプロケット２４がスライドするので、該入力側スプロケット２４と前記変速スプロケット群２８との軸間距離が小さくなる場合でも迅速かつ確実に変速でき、変速装置の小型軽量化が実現できる等の特徴がある。
【００２５】
前記特徴を有する本実施形態の変速装置において、前記クランク１５と前記クランク軸Ｓ１０とが、締め付け手段としてのボルトＮ１０で締結されており、以下、この締結部分の連結構造に適用される本発明の実施形態の説明を行う。
【００２６】
図３に、本発明の第１実施形態に係るクランク軸Ｓ１０とボルトＮ１０を示す。図３（ａ）のボルトＮ１０は、前記クランク軸Ｓ１０との嵌合部（締め付け部）をテーパねじ部Ｎ１１とし、一端部にテーパネジ部Ｎ１１の径よりも大径に形成されると共に、軸方向端面で前記クランク１５と直接的に接触して係合する鍔部Ｎ１２を備えている。符号Ｎ１３は脱着用の工具と嵌合する溝である。また、図３（ｂ）のクランク軸Ｓ１０は、その全体を中空構造とし、外周面の端部に前記クランク１５と結合するためのスプラインＳ１２が設けられている。また、該クランク軸Ｓ１０の端部の内周面には、前記ボルトＮ１０のテーパねじ部Ｎ１１と螺合するテーパ雌ねじ部Ｓ１１が設けられる。
【００２７】
図４は、図３に示したクランク軸Ｓ１０とボルトＮ１０を、前記クランク１５を挟んで締結させた状態を示している。該締結状態において、前記スプラインＳ１２によって嵌合された前記クランク軸Ｓ１０と前記クランク１５の嵌合部には、ボルトＮ１０を締め込むことで軸の径方向外方又は周方向に発生した与圧が加えられている。すなわち、前記ボルトＮ１０のテーパねじ部Ｎ１１のねじ径が、前記ボルトＮ１０を締め込み切る前に前記クランク軸Ｓ１０のテーパ雌ねじ部Ｓ１１に当接するように設定されているため、前記当接の後にさらにボルトＮ１０を締め込んでいく（図４の締結状態に近づいていく）と、前記スプラインＳ１２が大径合わせの場合には前記テーパねじ部Ｎ１１が前記テーパ雌ねじ部Ｓ１１を径方向に押し広げようとし、その力が前記スプラインＳ１２の大径部に作用することから、軸の径方向外方への与圧が発生する。又、前記スプラインＳ１２が歯面合わせの場合には、前記テーパねじ部Ｎ１１が前記テーパ雌ねじ部Ｓ１１を径方向に押し広げようとし、その力が前記スプラインＳ１２の歯面に作用することから、軸の周方向へも与圧が発生する。
【００２８】
以上の構造によって、前記ボルトＮ１０の鍔部Ｎ１２の軸方向端面が前記クランク１５の係合部としての凸部１５ａを直接的に接触して押さえ込むだけでなく、前記クランク軸Ｓ１０と前記クランク１５の嵌合部に前記与圧が加わるので、前記両者の結合剛性がいっそう高められることになる。また、前記クランク１５と前記クランク軸Ｓ１０の着脱は、前記ボルトＮ１０の締結のみで行われるため、前記クランク１５と前記クランク軸Ｓ１０の着脱性が向上し、また、前記各締結要素が小型かつ軽量な連結構造を得ることができる。また、図ではテーパねじ部Ｎ１１のテーパ角を大きく示しているが、該テーパ角は、JIS（日本工業規格）に記載される例えば2.45°を選択するので、前記クランク軸Ｓ１０の肉厚を薄くすることができ、小型かつ軽量な連結構造を得ることができる。加えて、前記テーパ角の選択は、ねじ加工や使用部品の汎用性を高めるほか、クランク軸Ｓ１０の軸受部に前記与圧による変形の影響を及ぼさないという効果を奏する。一方、前記ボルトＮ１０の鍔部Ｎ１２を前記クランク１５の凸部１５ａに当接させる構成は、前記ボルトＮ１０と前記クランク１５を締結するだけでなく、ねじの締め込み過多によるねじ山の摩耗および耐久性の低下を防ぎ、ボルトの締め込み深さの管理を容易にする。さらに、前記ボルトＮ１０のテーパねじ部は、テーパ角が一定であるために加工が容易である。
【００２９】
図５は、本発明の第２実施形態に係るボルトＮ２０の側面図（図５（ａ））およびクランク軸Ｓ２０とボルトＮ２０の結合によるクランク１５との締結状態（図５（ｂ））を示す。前記ボルトＮ２０は、前記クランク軸Ｓ２０との嵌合部において、ねじを形成しないテーパ部Ｎ２１ａと定径ねじ部Ｎ２１ｂとを有している。また、前記ボルトＮ２０は、第１実施形態のボルトＮ１０と同様に、前記クランク１５と係合する鍔部Ｎ２２と、脱着用の工具と嵌合する溝Ｎ２３とを有する。前記クランク軸Ｓ２０は、第１実施形態のクランク軸Ｓ１０と同様に、その全体を中空構造とし、外周面の端部に回転方向に結合するためのスプラインＳ２２が設けられている。そして、該クランク軸Ｓ２０の端部の内周面には、前記ボルトＮ２０と嵌合する、テーパ部Ｓ２１ａと定径雌ねじ部Ｓ２１ｂとが設けられる。前記ボルトＮ２０を締め込んでいくと、該ボルトＮ２０のテーパ部Ｎ２１ａが、前記クランク軸Ｓ２０のテーパ部Ｓ２１ａを径方向に押し広げようとする。すなわち、前記クランク軸Ｓ２０と前記クランク１５の嵌合部に与圧を加えることになるため、結合剛性を高めることができる。また、定径ねじ部で結合の精度を向上させることができ、テーパ部では均一に与圧を加えることができる。
【００３０】
図６は、本発明の第３実施形態に係るボルトＮ３０の側面図（図６（ａ））およびクランク軸Ｓ３０とボルトＮ３０の結合によるクランク１５との締結状態（図６（ｂ））を示す。前記ボルトＮ３０は、前記クランク軸Ｓ３０との嵌合部において、第１のテーパ部Ｎ３１ａと、第１のテーパ部Ｎ３１ａよりテーパ角の緩い第２のテーパねじ部Ｎ３１ｂとを有している。また、前記ボルトＮ３０は、第１実施形態のボルトＮ１０と同様に、前記クランク１５と係合する鍔部Ｎ３２と、脱着用の工具と嵌合する溝Ｎ３３とを有する。前記クランク軸Ｓ３０は、第１実施形態のクランク軸Ｓ１０と同様に、その全体を中空構造とし、外周面の端部に回転方向に結合するためのスプラインＳ３２が設けられている。そして、該クランク軸Ｓ３０の端部の内周面には、前記ボルトＮ３０と嵌合する、第１テーパ面部Ｓ３１ａと第２テーパ雌ねじ部Ｓ３１ｂとが設けられる。前記ボルトＮ３０を締め込んでいくと、該ボルトＮ３０の第１のテーパ部Ｎ３１ａと第２のテーパねじ部Ｎ３１ｂとが、前記クランク軸Ｓ３０の第１テーパ面部Ｓ３１ａと第２テーパ雌ねじ部Ｓ３１ｂとを径方向に押し広げようとする。すなわち、前記クランク軸Ｓ３０と前記クランク１５の嵌合部に与圧を加えることになるため、結合剛性を高めることができる。また、第１テーパ部よりテーパ角が緩い第２テーパねじ部が予備与圧を発生することによって、締め始めでの位置ずれを防いで、その後の本締めを簡単かつ確実に行うことができるという効果を奏する。
【００３１】
なお、本発明における車両用連結構造は、前記実施形態における自転車のクランクとクランク軸のみではなく、エンジンのタイミングギヤとシャフト、自動二輪車のトップブリッジとステムシャフトとの締結等に幅広く応用することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用した自転車の概略の構成を示す側面図である。
【図２】図１に示す自転車の変速装置のＡ−Ａ線一部断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るボルトの側面図およびクランク軸の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るクランクの締結状態を示す一部断面側面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るボルトの側面図およびクランクの締結状態を示す一部断面側面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るボルトの側面図およびクランクの締結状態を示す一部断面側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１４…変速装置、１５…クランク、１５ａ…凸部、Ｎ１０…ボルト、Ｎ１１…テーパねじ部、Ｎ１２…鍔部、Ｎ１３…脱着工具用溝、Ｓ１０…クランク軸、Ｓ１１…テーパ雌ねじ部、Ｓ１２…スプライン、１７…出力軸、２４…入力側スプロケット、２８…変速スプロケット群、２９…ディレイラ、３０…変速チェーン
【図１】
2006117091.tif 000003
【図２】
2006117091.tif 000004
【図３】
2006117091.tif 000005
【図４】
2006117091.tif 000006
【図５】
2006117091.tif 000007
【図６】
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