JPH04283190A - 自転車用クランク軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野及び発明の概要】本発明は自転車用
クランク軸の製造方法に関するもので、軽量で強度の高
いクランク軸の製造を可能ならしめるものである。

【０００２】

【従来技術及び課題】左右のクランクを結合してこれら
を一体回転させ得るようにした自転車用クランク軸とし
て図７に示すようなものがあり、このものでは次のよう
にして製作される。中実状の円柱材料を準備し、該円柱
材料の両端部及び中央部の外面を加圧して該部分を小径
状に絞る。すると、後述する転動ボールを受ける為の玉
受け鍔（１１）（１１）が両端寄り部分に形成された棒
状の中間品ができる。次に、上記中間品の両端外周を加
圧して該部分に角柱状のクランク嵌合部（１３）（１３
）を形成すると共に、該中間品の軸心部に軽量化のため
の空洞（１４）をドリルで穿設し、爾後、焼き入れ及び
仕上げ加工をすれば図７の如きクランク軸（１）が完成
する。

【０００３】このものでは、同図のように転動ボール（
Ｃ）（Ｃ）を介してハンガラッグ（Ｆ）でクランク軸（
１）を支持し、これの両端のクランク嵌合部（１３）（
１３）にクランク（Ｂ）（Ｂ）を嵌合して使用する。 しかしながら、上記クランク軸（１）を前記した方法で
製造する場合には、該クランク軸（１）の軽量化が図り
難いという問題があった。本来的には外径を絞る必要の
ないクランク軸（１）の中央域（玉受け鍔（１１）（１
１）の間の部分）に位置する空洞（１４）の直径は、ク
ランク軸（１）のクランク嵌合部（１３）（１３）の外
径から制限を受けてあまり大径に形成できない。そして
、かかる条件下でクランク軸（１）の中央域の外径を絞
らない場合は、該部分の肉厚が厚くなって部品の重量化
を招来することとなる。そこで、上記従来のものでは、
上記玉受け鍔（１１）（１１）の間に位置する中央域の
外径を絞ってある程度の軽量化を図っているが、この場
合には、該部分の小径化によってその強度が低下するか
ら該部分の肉厚をあまり小さくできず、結果的にクラン
ク軸（１）の十分な軽量化が図れないのである。本発明
は、上記の点に鑑みて成されたもので、クランク軸（１
）の両端に形成されたクランク嵌合部（１３）（１３）
を除く中間部分を一層薄肉にすることにより、該クラン
ク軸（１）の一層の軽量化が図れるようにすることをそ
の課題とする。

【０００４】

【技術的手段】上記課題を解決するための本発明の技術
的手段は、『製造すべきクランク軸（１）の最大外径部
と同一外径を有する円筒材料を準備し、該円筒材料の両
端部を絞ってクランク嵌合部（１３）（１３）等を形成
した』ことである。

【０００５】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。製造す
べきクランク軸（１）の最大外径部と同一外径を有する
円筒材料の両端部分を絞ってクランク嵌合部（１３）（
１３）等を形成すると、上記円筒材料は、その中央域で
太く両端部で細くなった形状になる。そして、クランク
軸（１）の内部には、該クランク軸（１）の上記外周輪
郭と相似形の空洞（１４）が形成される。即ち、既述従
来の単純円柱状の空洞（１４）に代ってクランク軸（１
）の両端部で小径でこれらの間の部分で大径になった空
洞（４）が形成されるのである。これにより、クランク
嵌合部（１３）（１３）の間に位置する中央域を太くし
て強度向上を図っても、軽量化の阻害原因となる該領域
の肉厚は厚くならないこととなる。

【０００６】即ち、クランク軸（１）の中央域の強度に
関係する該部分の断面係数や断面二次極モーメントは該
部分の半径の３乗又は４乗に比例して著しく増加するの
に対し、該部分の重量に関する断面積は該部分の半径の
２乗にしか比例しないから、該部分の強度増加率に比べ
て重量増加率は小さくなる。換言すれば、クランク軸（
１）の強度向上を図っても重量はあまり大きくならない
のである。

【０００７】

【効果】本発明は次の特有の効果を有する。クランク軸
（１）の中央域を太くして該部分の強度向上を図っても
、該部分の重量はあまり大きくならないから、十分な強
度を有するにもかかわらず軽量なクランク軸（１）の製
造が可能となる。

【０００８】

【実施例】次に、上記した本発明の実施例を図面に従っ
て詳述する。図１に示すように、後述するクランク軸（
１）の最大外径と同一外径を有する円筒材料（２）と、
後述するクランク固定用のボルトを螺入するナット部材
（２５）（２５）を準備する。そして、該ナット部材（
２５）の内面にはネジ孔（２７）を形成しておくと共に
、その外面には抜け止め用の凹部（２８）（２８）を形
成しておく。尚、上記ナット部材（２５）（２５）はク
ランク軸の大きさや種類によっては必ずしも必要はなく
、この点については後述する。他方、クランク軸（１）
の両端部を加圧する為の鍛造機の第１加圧型（３）（３
）の両端部（３０）（３０）の近傍には、平坦部（３２
）とその内側に位置する曲面部（３３）が形成されてい
る。又、上記第１加圧型（３）の端部の平坦部（３２）
には、上記したナット部材（２５）の凹部（２８）（２
８）に対応する凸部（３１）（３１）が突設せしめられ
ている。更に、図３に示す第２加圧型（４）（４）には
、これらを互いに突合わせた際に矩形状空間を形成する
こととなる凹部（４０）（４１）が形成されていると共
に、該第２加圧型（４）（４）には、クランク軸（１）
の小径円筒部（１５）を形成する小径凹部（４３）と、
クランク軸（１）の大径部（１８）大径凹部（４４）が
形成されている。

【０００９】上記各部品を使用してクランク軸（１）を
製造するときは、図１に示すように、円筒材料（２）の
両端部にナット部材（２５）（２５）を内挿した状態に
して該部分を鍛造機の第１加圧型（３）（３）で加圧す
る。すると、第１加圧型（３）の平坦部（３２）によっ
て円筒材料（２）の端部が上下に圧縮変形せしめられて
クランク嵌合部（１３）の一部が形成される。又、ナッ
ト部材（２５）は、円筒材料（２）の端部で上下に圧迫
される。更に、第１加圧型（３）の曲面部（３３）によ
って後述する転動ボール受けとして機能する小径円筒部
（１５）の一部が形成される。即ち、円筒材料（２）の
端面形状は図２の状態になると共に、第１加圧型（３）
の端部近傍に形成された凸部（３１）（３１）の作用に
よって、図２の破線で示すように、円筒材料（２）の素
材がナット部材（２５）の外面の凹部（２８）に侵入し
て該ナット部材（２５）が抜け止め状態に保持される。

【００１０】次に、図２の状態にある円筒材料（２）の
端部外周の未加工側（同図に於ける左右側）を、図３に
示すように第２加圧型（４）（４）で圧縮する。すると
、図４に示すように、矩形断面状のクランク嵌合部（１
３）と、これに続く小径円筒部（１５）及び大径部（１
８）を具備するクランク軸（１）が完成する。このとき
、上記実施例のものでは、円筒材料（２）の端部にナッ
ト部材（２５）を挿入した状態で該部分を加圧変形させ
るから、該ナット部材（２５）を挿入しない場合に比べ
て円筒材料（２）の端部を正確に角柱状に変形させるこ
とができる利点がある。上記のようにして製造されたク
ランク軸（１）は、その両端のクランク嵌合部（１３）
（１３）部分及びこれに続く小径円筒部（１５）の部分
を除いて大径に形成されていると共に、該大径部分の内
部に位置する空洞（１４）の直径はその他の部分に比べ
て大径になっている。

【００１１】上記クランク軸（１）の大径部（１８）は
、図７に示す従来のクランク軸（１）の両端近傍に形成
した玉受け鍔（１１）（１１）部分の外径と同一に形成
されてるが、その部分の肉厚は図７のものに比べて薄く
なっている。次に、図４に示すクランク軸（１）の大径
部の断面積Ａと、強度に関する断面二次極モーメントＩ
及び断面係数Ｚを、図７に示す従来のものと比較する。 クランク軸（１）に於ける大径部（１８）の外径をＤ，
内径をｄとすれば、 Ｉ＝π（Ｄ４−ｄ４）／６４ Ｚ＝π（Ｄ４−ｄ４）／（Ｄ×３２） Ａ＝π（Ｄ２−ｄ２）／４ であるから、これらＩ，Ｚ，Ａを従来のものと本発明で
製造したものとを比較すると次のようになる。既存の従
来の孔あきクランク軸（１）のＤ，ｄを測定すると、そ
れぞれ１６．５ｍｍ，７ｍｍであり、これから、従来の
ものにおける上記各値を計算すると、 Ｉ＝３５２０．５ Ｚ＝４２６．７ Ａ＝１７５．３ となる。

【００１２】他方、本発明で製造したクランク軸（１）
のものではＤは、既述従来のものにおける玉受け鍔（１
１）（１１）部分の外径と同様にＤ＝２１．５ｍｍに設
定し、この条件下でｄ＝１８．５ｍｍに選んで上記各値
を求めると、 Ｉ＝４７３８．９ Ｚ＝４４０．８ Ａ＝９４．２５ となる。

【００１３】よって、本発明で製造したクランク軸（１
）は、断面二次極モーメントＩ及び断面係数Ｚが共に従
来のものより大きいにも関わらず、重量に関係する断面
積Ａの値が半分近くになることが分り、同一強度を保ち
ながら著しい軽量化が図れることが分る。爾後、上記の
ようにして鍛造したクランク軸（１）を焼き入れや仕上
げ加工をすると最終製品が完成する。

【００１４】尚、図４に示すクランク軸（１）にクラン
ク（Ｂ）（Ｂ）を取付けるときは、既述従来のものと同
様に、小径筒部（１５）と大径部（１８）の境界部に形
成された段部（１６）（１６）にボール（Ｃ）（Ｃ）を
保持させる態様で、該クランク軸（１）をハンガラッグ
（Ｆ）に内挿すると共に、クランク嵌合部（１３）（１
３）部分にクランク（Ｂ）を外嵌させ、更に、該クラン
ク（Ｂ）とナット部材（２５）をボルト（Ｇ）で締付け
ればよい。又、図４のものでは、クランク軸（１）のク
ランク嵌合部（１３）（１３）部分にナット部材（２５
）（２５）を挿入するようにしたが、上記ボルト（Ｇ）
を螺入する雌ネジが刻設できる程度に円筒材料（２）の
端部を細く絞る場合には、上記ナット部材（２５）（２
５）を設ける必要はなく、細く絞った円筒材料（２）の
端部内周に直接雌ネジを刻設して該雌ネジ部分に上記ボ
ルト（Ｇ）を螺入すれば良い。更に、上記実施例では、
平坦部（３２）を有する第１加圧型（３）（３）と、矩
形状の凹部（４１）を有する第２加圧型を利用したが、
図５に示すように、端面三角形状の凹部（４７）（４７
）を具備する加圧型（４８）（４８）で鍛造しても良い
ことは言うまでもない。図６に示す第２実施例は、クラ
ンク軸の端部外径に適合する形状に形成された凹部（７
２）を有する雌型（７１）内に押圧部材（７）で円筒材
料（２）を圧人するものである。このものによれば、単
一種類の雌型（７１）を使用するだけでクランク軸が形
成できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒材料（２）の鍛造作業を示す説明図

【図２
】製造中間段階に於けるクランク軸（３）の端面図

【図３】第２加圧型（４）（４）で加圧変形した状態を
示すクランク軸（３）の端面図

【図４】完成したクランク軸（１）の断面図

【図５】加
圧型の変形例を示す断面図

【図６】第２実施例の説明図

【図７】従来例の説明図

【符合の説明】

（１）・・・クランク軸 （２）・・・円筒材料 （１３）・・・クランク嵌合部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求頂１】　　製造すべきクランク軸（１）の最大外
   径部と同一外径を有する円筒材料を準備し、該円筒材料
   の両端部を小径状に絞ってクランク嵌合部（１３）（１
   ３）等を形成する自転車用クランク軸の製造方法。
2. 【請求項２】　　円筒材料の両端部にナット部材（２５
   ）を内挿した状態で該部分を絞るようにした請求項１の
   自転車用クランク軸の製造方法。