(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車のハンガパイプに回転可能に支持されるとともに、中間部、この中間部の一端側に段部を介してテーパ縮径状に延びる第１の小径部、および、上記中間部の他端側に段部を介してテーパ縮径状に延びる第２の小径部をもつクランク軸と、このクランク軸の上記第１の小径部に取り付けられ、前ギヤとクランクアームとが一体化されたギヤクランクと、上記クランク軸の上記第２の小径部に取り付けられたクランクアームと、を備えた自転車用ギヤクランク装置であって、
上記ギヤクランクは、これに形成された第１のボス部の中央貫通孔を上記クランク軸の上記第１の小径部に相対回転不能に嵌合させることにより、上記クランク軸の上記第１の小径部に取り付けられており、
上記第１のボス部の外周面と上記ハンガパイプの内周面との間に第１のベアリングが介装されているとともに、上記クランク軸の上記第１の小径部と上記第１のボス部の中央貫通孔との嵌合部は上記第１のベアリングに対して上記クランク軸の軸線方向に重なっており、
上記クランクアームは、これに形成された第２のボス部の中央貫通孔を上記クランク軸の上記第２の小径部に相対回転不能に嵌合させることにより、上記クランク軸の上記第２しの小径部に取り付けられており、
上記第２のボス部の外周面と上記ハンガパイプの内周面との間に第２のベアリングが介装されているとともに、上記クランク軸の上記第２の小径部と上記第２のボス部の中央貫通孔との嵌合部は上記第２のベアリングに対して上記クランク軸の軸線方向に重なっており、かつ、
上記第１のボス部の外周面は、上記前ギヤの中心と一致した中心軸線をもっていることを特徴とする、自転車用ギヤクランク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自転車用ギヤクランク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車用ギヤクランク装置は、自転車フレームのハンガ部に回転可能に支持されたクランク軸と、このクランク軸の左端部に取り付けられたクランクアームと、このクランク軸の右端部に取り付けられたギヤクランクとで構成されている。ギヤクランクは、右側のクランクアームと前ギヤとが一体化されたものである。各クランクアームの先端にはペダルが取り付けられている。この構成において、乗員が左右のペダルに踏力を付与することにより、前ギヤをクランク軸周りに回転させることができる。前ギヤの回転は、この前ギヤに掛け回されたチェーンを介して後ギヤに伝達され、自転車の後輪が回転させられる。
【０００３】
この種の自転車用ギヤクランク装置は従来、特許文献１に示された構成をもつのが一般的であった。すなわち、クランク軸は、左右のベアリングによってハンガパイプないしはこれと一体的な部材に対して回転可能に支持されており、左側のクランクアームおよび右側のギヤクランクは、上記のようにハンガパイプに支持されたクランク軸に対してその両端部に取り付けられていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６０１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成の自転車用ギヤクランク装置は、次のような問題がある。
【０００６】
第１に、クランクアームあるいはギヤクランクは、これらに設けたボス部をクランク軸の軸端に嵌合させることによりクランク軸に取り付けられるが、クランク軸自体の軸端部の製作誤差や、ボス部の製作誤差が積み重なり、前ギヤの回転軸心がかならずしも前ギヤの中心と一致しなくなることがあった。このことは、前ギヤがわずかに偏心しながら回転するような状態が現出しうることを意味し、自転車用ギヤクランク装置による駆動力伝達効率の面で悪影響を及ぼすことがあった。
【０００７】
第２に、クランク軸をハンガパイプに支持するためのベアリングのクランク軸方向の位置と、クランク軸に対するクランクアームまたはギヤクランクの取り付け部のクランク軸方向の位置とが大きく離れるため、乗員の踏力に起因した強大な曲げ応力がクランク軸のベアリング支持部付近に集中する。そのため、クランク軸の必要強度が非常に大きくなり、材料面でクランク軸が高価となったり、重量面で不利となったりすることがあった。
【０００８】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものである。本願発明は、前ギヤの中心と前ギヤの回転軸心との間に生じる誤差を少なくすることができるとともに、乗員の踏力に起因したクランク軸への曲げ応力の集中を少なくすることができる自転車用ギヤクランク装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を採用している。
【００１０】
すなわち、本願発明によって提供される自転車用ギヤクランク装置は、自転車のハンガパイプに回転可能に支持されるとともに、中間部、この中間部の一端側に段部を介してテーパ縮径状に延びる第１の小径部、および、上記中間部の他端側に段部を介してテーパ縮径状に延びる第２の小径部をもつクランク軸と、このクランク軸の上記第１の小径部に取り付けられ、前ギヤとクランクアームとが一体化されたギヤクランクと、上記クランク軸の上記第２の小径部に取り付けられたクランクアームと、を備えた自転車用ギヤクランク装置であって、上記ギヤクランクは、これに形成された第１のボス部の中央貫通孔を上記クランク軸の上記第１の小径部に相対回転不能に嵌合させることにより、上記クランク軸の上記第１の小径部に取り付けられており、上記第１のボス部の外周面と上記ハンガパイプの内周面との間に第１のベアリングが介装されているとともに、上記クランク軸の上記第１の小径部と上記第１のボス部の中央貫通孔との嵌合部は上記第１のベアリングに対して上記クランク軸の軸線方向に重なっており、上記クランクアームは、これに形成された第２のボス部の中央貫通孔を上記クランク軸の上記第２の小径部に相対回転不能に嵌合させることにより、上記クランク軸の上記第２しの小径部に取り付けられており、上記第２のボス部の外周面と上記ハンガパイプの内周面との間に第２のベアリングが介装されているとともに、上記クランク軸の上記第２の小径部と上記第２のボス部の中央貫通孔との嵌合部は上記第２のベアリングに対して上記クランク軸の軸線方向に重なっており、かつ、上記第１のボス部の外周面は、上記前ギヤの中心と一致した中心軸線をもっていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成においては、クランク軸の一端部がベアリングを介してハンガパイプに支持されるのではなく、ギヤクランクが第１のベアリングを介してハンガパイプに支持されている。したがって、クランク軸の軸端部の製作誤差やギヤクランクの第１のボス部の孔の製作誤差の影響を受けることなく、ギヤクランクをハンガパイプに対して回転可能に支持することができる。その結果、前ギヤの回転軸心を前ギヤの中心に一致させることができ、前ギヤがわずかに偏心した状態で回転するといった状態が現出することを防止することができる。
【００１２】
上記構成においてはまた、上記第１のボス部の外周面は、上記前ギヤの中心と一致した中心軸線をもっている。
【００１３】
上記ギヤクランクにおいて、前ギヤないし第１のボス部を一体に形成する場合、前ギヤの中心と第１のボス部の外周面の中心軸線とを一致させる加工は容易である。この場合、前ギヤは、正確にその中心を回転軸心として回転することができるようになる。
【００１４】
上記構成においてはまた、上記ギヤクランクは、上記クランク軸の上記第１の小径部に上記ギヤクランクの上記第１のボス部の中央貫通孔を相対回転不能に嵌合させることにより、上記クランク軸の上記第１の小径部に取り付けられており、上記クランク軸の上記第１の小径部と上記第１のボス部の中央貫通孔との嵌合部は、上記第１のベアリングに対して上記クランク軸の軸線方向において重なっている。
【００１５】
このような構成によれば、乗員の踏力に起因する曲げモーメントを、ギヤクランクの第１のボス部を介して、クランク軸にその一部を受け止めさせるとともに、第１のベアリングを介してハンガパイプにも受け止めさせることができる。したがって、クランク軸に作用する曲げ応力を低減することができ、その結果、クランク軸の必要強度を低減し、その軽量化を図ることができる。
【００１６】
上記構成においてはさらに、上記クランク軸の上記第２の小径部には、クランクアームが取り付けられており、上記クランクアームには、第２のボス部が形成されているとともに、この第２のボス部の外周面と上記ハンガパイプとの間に第２のベアリングが介装されている。
【００１７】
また、上記クランクアームは、上記クランク軸の上記第２の小径部に上記クランクアームの上記第２のボス部の中央貫通孔を相対回転不能に嵌合させることにより、上記クランク軸の上記第２の小径部に取り付けられており、上記クランク軸の上記第２の小径部と上記クランクアームの第２のボス部の中央貫通孔との嵌合部は、上記第２のベアリングに対して上記クランク軸の軸線方向に重なっている。
【００１８】
このような構成においては、クランク軸の他端部がベアリングを介してハンガパイプに支持されるのではなく、クランクアーム自体が第２のベアリングを介してハンガパイプに支持されている。また、乗員の踏力に起因する曲げモーメントを、クランクアームの第２のボス部を介して、クランク軸にその一部を受け止めさせるとともに、第２のベアリングを介してハンガパイプにも受け止めさせることができる。したがって、クランク軸に作用する曲げ応力を低減することができ、その結果、クランク軸の必要強度をさらに低減し、その軽量化を図ることができる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１ないし図３は、本願発明の参考例に係る自転車用ギヤクランク装置を示している。この自転用ギヤクランク装置１０Ａは、自転車のハンガ部１００に回転可能に支持されたクランク軸２００と、このクランク軸２００の右端部に取り付けられたギヤクランク３００と、上記クランク軸２００の左端部に取り付けられたクランクアーム４００とを備えている。なお、ギヤクランク３００は、クランクアーム３２０と前ギヤ５００とが一体化されたものである。
【００２３】
クランク軸２００は、一様な外径の中間部２１０と、左端のスプライン状大径部２１０ａと、右端の小径部２２０とを有し、概して中空の筒状を呈している。右端の小径部２２０は、段部２２１を介して右方に向けてテーパ縮径状に突出しており、図３に示されるように、スプライン様の外周を有する異形断面形状となっているとともに、軸線方向に貫通するネジ穴２２２が形成されている。
【００２４】
ギヤクランク３００は、中心部に位置するボス部３１０と、このボス部３１０から半径方向に延出するクランクアーム３２０と、同じくボス部３１０から放射状に延びる複数本のギヤ支持ステー３３０とが一体的に形成されているとともに、このギヤ支持ステー３３０に、２枚のギヤ５００が支持されて構成されている。ボス部３１０は、ギヤ支持ステー３３０に対して内方に突出するとともに、中央貫通孔３１１を備えて構成されている。このボス部３１０は、段部３１２を介して内方に突出する小径筒部３１３を有しており、この小径筒部３１３の外径は、クランク軸２００の軸方向中間部２１０の外径と対応させられている。また、このボス部３１０の中央貫通孔３１１は、軸方向中間部に形成した内向フランジ３１１ａと、この内向フランジ３１１ａより外側の座ぐり部３１１ｂと、上記内向フランジ３１１ａより内側のクランク軸受容部３１１ｃとを備えている。クランク軸受容部３１１ｃは、クランク軸２００の上記小径部２２０を相対回転不能に受容嵌合するように、内方に向けて上記小径部２２０と同程度にテーパ状に拡径しているとともに、上記小径部２２０の外周形状と対応したスプライン様の異形孔の形態をなしている。
【００２５】
クランク軸２００とギヤクランク３００とは、上記小径部２２０に上記クランク軸受容部３１１ｃを嵌合させるとともに、上記中央貫通孔３１１にその外端部から挿入したボルト３４０を上記ネジ穴２２２にねじ付けることにより、一体化させられる。このとき、上記小径部２２０と上記クランク軸受容部３１１ｃとは、テーパ状に嵌合すると同時に、スプライン嵌合しているので、嵌合部の接触面圧を著しく高めることができる。これにより、クランク軸２００とギヤクランク３００とは、相対回転不能に、かつきわめて大きな連結強度をもって一体化される。
【００２６】
この自転用ギヤクランク装置１０Ａにおいて上記ハンガ部１００は、ハンガパイプ１１０自体によって構成されている。上記クランク軸２００は、その一端部（右端）にギヤクランク３００を一体化した状態で、このハンガパイプ１００に回転可能に支持される。この自転車用ギヤクランク装置１０Ａでは、クランク軸２００の左端部については、クランク軸２００の外周面とハンガパイプ１１０の内周面との間に第２のベアリング６０Ｂを介装することにより、直接的にハンガパイプ１１０に支持されているが、右端部、すなわち、ギヤクランク３００が連結されている側は、ギヤクランク３００のボス部３１０における上記小径筒部３１３の外周面とハンガパイプ１１０の内周面との間に第１のベアリング６０Ａを介装することにより、間接的にハンガパイプ１１０に支持されている。図１および図３に表れているように、第１のベアリング６０Ａが着座する上記小径筒部３１３には、クランク軸受容部３１１ｃが軸心方向に形成され、かつこれにクランク軸２００の小径部２２０が嵌合している。このように、クランク軸２００とギヤクランク３００の相互嵌合部は、第１のベアリング６０Ａに対してクランク軸２００の軸方向に重なった格好となる。なお、この自転車用ギヤクランク装置１０Ａでは、第１のベアリング６０Ａおよび第２のベアリング６０Ｂは、ともに、外輪６１と内輪６２との間に複数個のボール６３が転動可能に介装されて構成される、市販の転がり玉軸受が使用されている。
【００２７】
なお、クランク軸２００の左端部には、クランクアーム４００が取付けられる。このクランクアーム４００は、ボス部４１０とこのボス部４１０から半径方向に延出するアーム部４２０とを備える。このクランクアーム４００は、組み付け状態において、上記ギヤクランク３００のクランクアーム３２０と１８０°逆方向に延出する。このクランクアーム４００はまた、そのボス部４１０の中央貫通孔４１１を上記クランク軸２００の左端部に対して、相対回転不能に嵌合させられる。この自転車用ギヤクランク装置１０Ａでは、クランク軸２００の左端部が上記したようにスプライン状大径部２１０ａとなっており、クランクアーム４００のボス部４１０の中央貫通孔４１１を対応するスプライン孔として、これらを相互嵌合させることにより、クランク軸２００の左端部に対してクランクアーム４００が相対回転不能に連結される。
【００２８】
上記構成の自転車用ギヤクランク装置１０Ａは、次のようにして組み立てることができる。
【００２９】
ハンガパイプ１１０には、第１のベアリング６０Ａおよび第２のベアリング６０Ｂを、ハンガパイプ１１０の軸方向所定位置において、圧入装着しておく。クランクアーム４００のボス部４１０にクランク軸２００を左方から挿入し、スプライン孔４１１とスプライン状大径部２１０ａとを嵌合させておく。この状態において、クランク軸２００をハンガパイプ１１０の左方から挿入してゆくとともに、ギヤクランク３００のボス部３１０をハンガパイプ１１０の右方から挿入し、クランク軸２００の小径部２２０とギヤクランク３００のボス部３１０のクランク軸受容部３１３ｃとを上記のようにスプライン嵌合させる。その際、ボス部３１０の小径筒部３１３の外周面に第１のベアリング６０Ａが着座するようにするとともに、クランクアーム４００とギヤクランク３００のクランクアーム３２０とが１８０°反対方向に延びるように調整する。そして、ボス部３１０の中央貫通孔３１１にその右方から挿入したボルト３４０をクランク軸２００の小径部２２０のネジ穴２２２にねじ付ける。
【００３０】
次に、上記構成の自転車用ギヤクランク装置の作用の説明をする。
【００３１】
上記構成の自転車用ギヤクランク装置１０Ａにおいては、ギヤクランク３００がそのボス部３１０の小径筒部３１３において、第１のベアリング６０Ａを介してハンガ部１００に対して回転可能に支持されている。この小径筒部３１３の中心を前ギヤ５００の中心と一致するように加工することは比較的容易である。したがって、前ギヤ５００の回転軸心を前ギヤ５００の中心と一致させることができ、従来のように前ギヤがわずかに偏心した状態で回転するといった状態が現出することを防止し、円滑な駆動状態を実現することができる。
【００３２】
また、ギヤクランク３００のボス部３１０と、クランク軸２００の小径部２２０との間の嵌合部が、第１のベアリング６０Ａとクランク軸２００の軸方向において重なって位置させられている。このような構成によれ、乗員の踏力に起因してギヤクランク３００に作用する曲げモーメントを、ギヤクランク３００のボス部３１０を介して、一部をクランク軸２００に受け止めさせることができるとともに、一部を第１のベアリング６０Ａを介してハンガ部１００にも受け止めさせることができる。これにより、クランク軸２００に作用する曲げ応力を低減することができ、その結果、クランク軸２００の必要強度を低減し、その軽量化を図ることができる。
【００３３】
図４は、本願発明に係る自転車用ギヤクランク装置の一実施形態を示している。この自転車用ギヤクランク装置１０Ｂは、上記した参考例に係る自転車用ギヤクランク装置１０Ａに比較し、クランク軸２００の左端部におけるハンガ部１００に対する支持構造において異なり、クランク軸２００の右端部、すなわち、ギヤクランク３００を支持する側の支持構造は、自転車用ギヤクランク装置１０Ａと同様である。以下においては、クランク軸２００の左端部における支持構造について説明し、クランク軸２００の右端部の支持構造については、自転車用ギヤクランク装置１０Ａと同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
クランク軸２００の左端部には、右端部と同様の小径部２３０が形成されている。すなわち、この小径部２３０は、段部２３１を介して左方に向けてテーパ縮径状に突出しており、図３に示されるように、スプライン様の外周を有する異形断面形状となっており、かつ、軸線方向に貫通するネジ穴２３２が形成されている。
【００３５】
一方、クランクアーム４００のボス部４１０には、段部４１２を介して内方に突出する小径筒部４１３が形成されており、この小径筒部４１３の外径は、ギヤクランク３００の小径筒部３１３の外径と対応させられている。また、このボス部４１０の中央貫通孔４１１は、軸方向中間部に形成した内向フランジ４１１ａと、この内向フランジ４１１ａより外側の座ぐり部４１１ｂと、上記内向フランジ４１１ａより内側のクランク軸受容部４１１ｃとを備えている。クランク軸受容部４１１ｃは、クランク軸２００の上記小径部２３０を相対回転不能に受容嵌合するように、内方に向けて上記小径部２３０と同程度にテーパ状に拡径しているとともに、上記小径部２３０の外周形状と対応したスプライン様の異形孔の形態をなしている。クランク軸２００の左端部とクランクアーム４００とは、上記小径部２３０に上記クランク軸受容部４１１ｃを嵌合させるとともに、上記中央貫通孔４１１にその外端部から挿入したボルト４４０を上記ネジ穴２３２にねじ付けることにより、一体化させられる。また、第２のベアリング６０Ｂは、クランクアーム４００のボス部４１０の上記小径筒部４１３の外周面とハンガパイプ１１０との間に介装されている。すなわち、この実施形態においては、上記した自転車用ギヤクランク装置１０Ａにおけるクランク軸２００の右端部とギヤクランク３００との連結構造と同様の構造がクランク軸２００の左端部とクランクアーム４００との連結構造に採用されている。
【００３６】
このような構成によれば、乗員の踏力に起因してクランクアーム４００に作用する曲げモーメントを、クランクアーム４００のボス部４１０を介して、一部をクランク軸２００に受け止めさせることができるとともに、一部を第２のベアリング６０Ｂを介してハンガ部１００にも受け止めさせることができる。これにより、クランク軸２００の左端部に作用する曲げ応力についてもこれを低減することができ、その結果、クランク軸２００の必要強度を低減し、そのさらなる軽量化を図ることができる。
【００３７】
図５および図６は、本願発明の他の参考例に係る自転車用ギヤクランク装置を示している。この自転車用ギヤクランク装置１０Ｃは、上記した実施形態に係る自転車用ギヤクランク装置１０Ｂに比較し、ハンガ部１００を、ハンガパイプ１１０と、このハンガパイプ１１０の両端部にねじ付けたベアリング支持部材１２０とによって形成し、このベアリング支持部材１２０の内周に第１のベアリング６０Ａおよび第２のベアリング６０Ｂを介装している点が異なる。その余の点は、自転車用ギヤクランク装置１０Ｂと同様であるので、同一の部材または部分に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】
この構成においては、比較的小径のハンガパイプ１１０の両端部の内周に雌ネジ部１１１が形成される一方、上記ベアリング支持部材１２０は、外周に上記雌ネジ部１１１と螺合しうる雄ネジ部１２１が形成された筒部１２２と、この筒部１２２の外端部に一体につながる大径筒部１２３とを備え、上記雄ネジ部１２１を上記雌ネジ部１１１にねじ込むことにより、ハンガパイプ１１０に一体化され、かつ、大径筒部１２３の内周に第１および第２のベアリング６０Ａ，６０Ｂが保持されている。
【００３９】
このような構成においても、乗員の踏力に起因してギヤクランク３００あるいはクランクアーム４００に作用する曲げモーメントをハンガ部１００とクランク軸２００とに分散させて受け止めさせることができるため、クランク軸２００の必要強度を削減してその軽量化を図ることができる。また、図５に表れているように、第１のベアリング６０Ａのクランク軸方向の位置を、より前ギヤ５００のクランク軸方向の位置に近づけることができるため、駆動力の伝達効率を高めることもできる。
【００４０】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本願発明の範囲に含まれる。
【００４１】
実施形態では、第１および第２のベアリングとして、市販の転がり玉軸受を用いているが、これに限らず、いわゆるカップ・アンド・コーン型のベアリングを採用しても、もちろんよい。
【００４２】
ギヤクランクとしては、複数枚の前ギヤを備えるもののほか、１枚の前ギヤを備えるもであってももちろんよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本願発明の参考例に係る自転車用ギヤクランク装置の断面図である。
【図２】図１の自転車用ギヤクランク装置の側面図である。
【図３】図１および図４のIII-III線断面図である。
【図４】本願発明の一実施形態に係る自転車用ギヤクランク装置の断面図である。
【図５】本願発明の他の参考例に係る自転車用ギヤクランク装置の断面図である。
【図６】図５のVI-VI線断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ    自転車用ギヤクランク装置
１００        ハンガ部
１１０        ハンガパイプ
１２０        ベアリング支持部材
２００        クランク軸
２１０        中間部
２２０，２３０    小径部
２２２，２３２    ネジ穴
３００        ギヤクランク
３１０        ボス部
３１１        中央貫通孔
３１１ｃ      クランク軸受容部
３１３        小径筒部
４００        クランクアーム
４１０        ボス部
４１１        中央貫通孔
４１１ｃ      クランク軸受容部
４１３        小径筒部
５００        前ギヤ
６０Ａ        第１のベアリング
６０Ｂ        第２のベアリング
【図１】
0004648928.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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