JP2006142947A - 自転車用クランク軸組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランクにより軸受を押圧して玉当たりを調整可能な自転車クランク軸組立体において、クランクの着脱の都度の玉当たりの調整を不要にする。
【解決手段】 クランク軸組立体５０は、自転車のフレーム１１に設けられたハンガー部２９に装着される組立体であって、左右の軸受ハウジング６０，６１と、軸受６３，６４と、クランク軸５４と、固定部材５６とを備えている。軸受ハウジング６０，６１は、軸受収納部６０ａ，６１ａと、軸受収納部と並べて配置されハンガー部２９の端部に回転不能に装着される装着部６０ｂ，６１ｂとをそれぞれ有する部材である。軸受６３，６４は、軸受収納部６０ａ，６１ａに各別に収納された軸受である。クランク軸５４は、軸受６３，６４を押圧可能なクランク５２一端に装着され軸受６３，６４に回転自在に支持される軸である。固定部材５６は、クランク５２と軸受６３とに接触して配置されクランク軸に固定及び固定解除可能な部材である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、クランク軸組立体、特に、自転車のフレームに設けられたハンガー部に装着される自転車用クランク軸組立体に関する。

自転車のハンガー部には、ボトムブラケットと呼ばれるクランク軸組立体が装着される。従来のクランク軸組立体は、第１及び第２軸受収納部を有しハンガー部の両端に各別にねじ込まれる第１及び第２軸支持部材と、第１及び第２軸支持部材に収納された第１及び第２軸受と、第１及び第２軸受に支持されるクランク軸とを有している。クランク軸の両端には、左右のクランクが回転不能に装着される。このような構成のクランク軸組立体において、クランク軸へのクランクの装着と同時に軸方向のがたなくすための玉当たりを調整できるクランク軸組立体が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

従来のクランク軸組立体では、右側のギヤクランクはクランク軸の右端に一体でカシメ固定されている。第１及び第２軸受の内輪は、左右のクランクの内側端部により挟持されており左右のクランクにより押圧可能に配置されている。左クランクはクランク軸の左端に内周面に螺合するボルトによりクランク軸に装着される。このボルトでクランクをクランク軸に装着すると、左右のクランクが第１及び第２軸受の内輪の外側面に接触して内輪を内方に押圧する。この押圧力の加減により玉当たりを調整し軸方向のがたをなくすことができる。
特開２００４−２４９７７０号公報

従来のクランク軸組立体では、メンテナンスや交換などの際にクランクを外すと、軸受への押圧力が解除される。このため、クランクを着脱する都度玉当たりを再度調整する必要が生じる。

本発明の課題は、クランクにより軸受を押圧して玉当たりを調整可能な自転車クランク軸組立体において、クランクの着脱の都度の玉当たりの調整を不要にすることにある。

発明１に係る自転車用クランク軸組立体は、自転車のフレームに設けられたハンガー部に装着される組立体であって、第１軸支持部材と、第２軸支持部材と、第１及び第２軸受と、クランク軸と、固定部材とを備えている。第１軸支持部材は、第１軸受収納部と、第１軸受収納部と並べて配置されハンガー部の一端に回転不能に装着される第１装着部とを有する部材である。第２軸支持部材は、第２軸受収納部と、第２軸受収納部と並べて配置されハンガー部の他端に回転不能に装着される部材である。第１及び第２軸受は、第１及び第２軸受収納部に各別に収納された軸受である。クランク軸は、第１及び第２軸受を押圧可能なクランクが両端の少なくともいずれかに装着され第１及び第２軸受に回転自在に支持される軸である。固定部材は、クランクと第１及び第２軸受のいずれかに接触して配置されクランク軸に固定及び固定解除可能な部材である。

このクランク軸組立体では、第１及び第２軸支持部材をハンガー部に固定し、クランク軸を装着し、クランクをクランク軸の両端に装着する。このとき、第１及び第２軸受のいずれかとクランクとの間に固定部材を固定解除した状態でクランク軸に装着する。そして、クランクにより固定部材を介して軸受を押圧し、玉当たりを調整する。玉当たりの調整が完了すると、固定部材をクランク軸に固定する。すると、軸受は固定部材により押圧された状態になる。この結果、クランクを外しても玉当たりが調整された状態を維持できる。ここでは、軸受とクランクとの間にクランク軸に固定及び固定解除可能であり両者に接触する固定部材を配置し、玉当たりが完了した後に固定部材をクランク軸に固定できるようにしたので、一度玉当たりを調整するとそれが固定部材により維持される。このため、一度玉当たりを調整すれば、クランクを着脱する都度玉当たりを調整する必要がなくなる。

発明２に係る自転車用クランク軸組立体は、発明１に記載の組立体において、固定部材は、径方向に形成されたスリットを有する座金部材と、スリットを横断するように配置されスリットの幅を調整するねじ部材とを有している。この場合には、スリット幅をねじ部材で調整することにより固定部材をクランク軸に容易に固定・固定解除できる。

発明３に係る自転車用クランク軸組立体は、発明１又は２に記載の組立体において、ハンガー部は、両端に第１及び第２雌ねじ部を有し、第１及び第２装着部は、第１及び第２軸受収納部の内側に配置され第１及び第２雌ねじ部に螺合する第１及び第２雄ねじ部を有する。この場合には、第１及び第２軸支持部材がハンガー部にねじ込みされるので、圧入等の固定手段に比べて第１及び第２軸支持部材の固定状態が安定する。

発明４に係る自転車用クランク軸組立体は、発明１から３のいずれかに記載の組立体において、第１及び第２軸受収納部は、ハンガー部の軸方向外側に配置される。この場合には、軸受がハンガー部の軸方向外側に配置されるので、軸受間距離が長くなり、クランク軸の剛性を高めることができる。

発明５に係る自転車用クランク軸組立体は、発明４に記載の組立体において、第１及び第２軸受収納部は、第１及び第２装着部より大径である。この場合には、軸受が装着部より大径になるので、軸受の許容耐荷重が大きくなる。

発明６に係る自転車用クランク軸組立体は、発明１から５のいずれかに記載の組立体において、クランク軸の右端に右クランクが一体的に固定され、固定部材は、左クランクと第１軸受との間に配置されている。この場合には、左クランクにより玉当たりを簡単に調整できるとともに、部品点数を減らしてクランクを含む組立体の軽量化を図ることができる。

発明７に係る自転車用クランク軸組立体は、発明１から６のいずれかに記載の組立体において、第１及び第２軸支持部材を同芯に連結し内部をクランク軸が通過可能な連結部材をさらに備える。この場合には、２つの軸支持部材を連結することにより、クランク軸が連結部材により一方の軸支持部材から他方の軸支持部材に案内される。このため、クランク軸の装着が容易になる。

本発明によれば、軸受とクランクとの間にクランク軸に固定及び固定解除可能であり両者に接触する固定部材を配置し、玉当たりが完了した後に固定部材をクランク軸に固定できるようにしたので、一度玉当たりを調整するとそれが固定部材により維持される。このため、一度玉当たりを調整すれば、クランクを着脱する都度玉当たりを調整する必要がなくなる。

図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は、たとえばドロップタイプのハンドル部１４を有するロードバイク１０である。ロードバイク１０は、車体の骨格をなすダイヤモンド形のフレーム１１を備えている。フレーム１１は、フレーム体１２と、フレーム体１２の前部に斜め縦軸回りに回転自在に支持され、下部が２股に分かれたフロントフォーク１３とを有している。また、ロードバイク１０は、フロントフォーク１３に連結されたハンドル部１４と、フレーム体１２の下部に取り付けられ、踏み力を駆動力に変換する駆動部１５と、フロントフォーク１３の下端に回転自在に支持された前輪１６と、フレーム体１２の後部に回転自在に支持された後輪１７と、前後の制動装置１８，１９とを備えている。

フレーム体１２は、三角形状の前三角２０と、前三角２０の後方に配置された後三角２１とを有している。前三角２０は、横方向に配置された上パイプ２５と、上パイプ２５の下方に前上がりに配置された下パイプ２６と、上パイプ２５および下パイプ２６の前端を接合するヘッドパイプ２７と、上パイプ２５および下パイプ２６の後端を接合し、斜め上方に延びる立パイプ２８とから構成されている。立パイプ２８にはサドル３２を固定したシートポスト３３が上下位置を調節可能に固定されている。立パイプ２８と下パイプ２６との接合部には、筒状のハンガー部２９（図２）が形成されている。後三角２１は、立パイプ２８に前端が接合され２股に分かれて斜め下方に延びるシートステイ３０と、立パイプ２８の下端から後方に２股に分かれて延び、シートステイ３０の後端に接合されたチェーンステイ３１とから構成されている。

フロントフォーク１３の上部にはハンドル部１４を構成するハンドルステム３５が上下に移動可能に固定されている。ハンドルステム３５の上端には、左右に延びる両端が湾曲したハンドルバー３６が固定されている。ハンドルバー３６の両端には、変速機能付のブレーキレバー３８が取り付けられている。

駆動部１５は、ハンガー部２９に設けられたクランク部４１と、後輪１７のフリーハブに回転不能に取り付けられた小ギヤ部４３と、クランク部４１と小ギヤ部４３との間に架け渡されたチェーン４４と、変速用のフロントディレーラ４５およびリアディレーラ４６とを有している。フロントディレーラ４５は、チェーン４４が挿通するチェーンガイド４５ａを有している。

クランク部４１は、図２に示すように、フレーム１１のハンガー部２９に回転自在に支持されたクランク軸５４を有するクランク軸組立体５０と、クランク軸５４の右端に一体的にカシメ固定され先端にペダル５３（図１）が装着された右クランク５１と、クランク軸５４の左端に着脱自在に固定される左クランク５２とを有している。

クランク軸組立体５０は、図２に示すように、クランク軸５４と、ハンガー部２９に装着されクランク軸５４を回転自在に支持するボトムブラケット５５とを有している。

クランク軸５４は、たとえばクロムモリブデン鋼等の高剛性を有する合金製の中空のパイプ状部材である。クランク軸５４の左端内周面には、左クランク５２を固定するために固定ボルト５９がねじ込まれる雌ねじ部５４ａが形成されている。また、クランク軸５４の左端外周面には、図３に示すように、左クランク５２を回転不能に連結するためのセレーション５４ｂが形成されている。

ボトムブラケット５５は、ハンガー部２９の両端からねじ込まれる左右の軸受ハウジング（第１及び第２軸支持部材の一例）６０，６１と、左右の軸受ハウジング６０，６１を同芯に連結する筒状の連結部材６２と、左右の軸受ハウジング６０，６１に装着された左右の軸受６３，６４と、左右の軸受６３，６４の内輪とクランク軸５４との間に装着される左右のカバー部材６５，６６とを有している。

左右の軸受ハウジング６０，６１は、段付き筒状の部材であり、軸受６３，６４が各別に収納される軸受収納部６０ａ，６１ａと、軸受収納部６０ａ，６１ａと並べて配置されハンガー部２９の端部に回転不能に装着される装着部６０ｂ，６１ｂとをそれぞれに有している。軸受収納部６０ａ，６１ａは、軸受装着部６０ａ，６１ａの軸方向外側に配置されており、装着部６０ｂ，６１ｂより大径である。ハンガー部２９は、左右の両端内周面に雌ねじ部２９ａ，２９ｂを有しており、装着部６０ｂ，６１ｂは、軸受収納部６０ａ，６１ａの内側に配置され雌ねじ部２９ａ，２９ｂに螺合する雄ねじ部６０ｃ，６１ｃを有している。通常、クランクの回転による緩みを防止するため、左側の雌ねじ部２９ａは右ねじで右側の雌ねじ部は左ねじである。したがって、これらに螺合する雄ねじ部６０ｃは右ねじ、雄ねじ部６１ｃは左ねじである。

連結部材６２は、クランク軸５４が通過可能な内径を有する筒状の部材であり、両端内周面が左右の軸受ハウジング６０，６１の装着部６０ｂ，６１ｂの内周面に嵌合している。連結部材６２と軸受ハウジング６０，６１との連結部分には、Ｏリング６８，６９が装着されている。

軸受６３，６４は、内輪６３ａ，６４ａ及び外輪６３ｂ，６４ｂを有する玉軸受等の転がり軸受である。軸受６３，６４は、カバー部材６５，６６を介して左右のクランク５２，５１により内輪６３ａ，６４ａのそれぞれ軸方向外側（軸受６３は図２左側、軸受６４は図２右側）への移動が規制され、軸受ハウジング６０，６１により外輪６３ｂ，６４ｂのそれぞれ軸方向内側（軸受６３は図２右側、軸受６４は図２左側）への移動が規制されるように配置されている。軸受６３，６４は、内輪６３ａ，６４ａと外輪６３ｂ，６４ｂとの間にシールが装着されたシールドベアリングであり、グリースが予め封入されたものである。これにより、潤滑のためのメンテナンスを省くことができる。このように、ハンガー部２９の軸方向外側に軸受６３，６４を配置することによりクランク軸５４の軸径を大きくすることができ、クランク軸５４を中空形状にして軽量化を図ってもクランク軸５４の強度や剛性を高く維持できる。

カバー部材６５，６６は、軸受ハウジング６０，６１の外側端面をカバーするたとえば硬質な合成樹脂製の部材であり、左右のクランク５２，５１と軸受６３，６４の内輪６３ａ，６４ａとに挟まれた状態で配置されている。

固定部材５６は、図３及び図４に示すように、径方向に形成されたスリット５７ａを有する座金部材５７と、スリット５７ａを横断するように配置されスリット５７ａの幅を調整するねじ部材５８とを有している。座金部材５７は、クランク軸５４の外径より僅かに大きな内径を有しており、左クランク５２と軸受６３との間に両者に接触して配置されている。スリット５７ａは、たとえば１ｍｍから５ｍｍ程度の幅を有している。スリット５７ａを挟んで座金部材５７には、ねじ部材５８が貫通可能な貫通孔５７ｂと、ねじ部材５８がねじ込まれるねじ孔５７ｃとがスリット５７ａと直交する方向に形成されている。また、貫通孔５７ｂの周囲はねじ部材５８の頭部５８ａが配置される切欠き部５７ｄとなっている。ねじ部材５８は、たとえば六角穴付きボルトである。

右クランク５１は、スプロケット７１，７２を装着可能なギヤクランクであり、円形の空間で構成されクランク軸５４の右端に回転不能に装着される係合凹部７８を有するクランク連結部７５と、クランク連結部７５から放射状に延びる大小２枚のスプロケット７１，７２を先端に装着可能な５つのアーム部７６と、クランク軸５４の右端に固定され先端にペダル装着孔７７ａが形成された右クランクアーム部７７とを有している。右クランク５１の連結部７５の軸方向の内側端面７５ａは、カバー部材６６を介して軸受６４の内輪６４ａを押圧可能である。

左クランク５２は、図２に示すように、先端にペダル５３がねじ込まれるペダル装着孔８５ａが形成された中空構造の左クランクアーム部８５を有している。左クランク５２は、中心にクランク軸５４に回転不能に連結される連結孔５２ａを有している。連結孔５２ａには、セレーション５４ｂに噛み合い、クランク軸５４に所定の回転位相で回転不能に連結するためのセレーション５２ｂが形成されている。左クランク５２の軸方向の内側端面５２ｃは、カバー部材６５及び固定部材５６を介して軸受６３の内輪６３ａを押圧可能である。左クランク５２は、クランク軸５４の雌ねじ部５４ａにねじ込まれる固定ボルト５９によりクランク軸５４に固定されるとともに、固定ボルト５９のねじ込みにより軸受６３，６４を左右のクランク５２，５１とともに内側に押圧可能である。これにより、軸受６３，６４の玉当たりを調整可能である。なお、左クランク５２のクランク軸５４に装着される連結孔５２ａにはスリット５２ｄが形成されており、スリット５２ｄを狭めるように、クランク軸５４の図２下方に配置された２本の取付ボルト６７ａ，６７ｂを締め付けることにより強固にクランク軸５４に固定されている。この２本の取付ボルト６７ａ，６７ｂは、たとえば六角穴付きボルトであり、頭部が異なる方向から挿入されている。

このような構成のクランク軸組立体５０をハンガー部２９に装着する際には、最初に左右の軸受ハウジング６０，６１に、軸受６３，６４やカバー部材６５，６６を予め装着しておく。また、いずれかの軸受ハウジング６０，６１に連結部材６２を装着しておく。この状態でハンガー部２９の雌ねじ部２９ａ，２９ｂに軸受ハウジング６０，６１を所定範囲のトルクでねじ込む。次に、クランク軸５４が一体で固定されたギヤクランク５１を軸受ハウジング６１側から挿入する。そして、左側の軸受ハウジング６０から突出したクランク軸５４の先端に固定部材５６を装着した後、右クランク５１と１８０度異なる回転位相で左クランク５２を装着する。このとき、ねじ部材５８は緩めておき、固定部材５６を固定解除状態にしておく。これにより、固定部材５６はクランク軸５４の外周を軸方向移動自在である。なお、セレーション５２ｂ，５４ｂには、右クランク５１と左クランク５２とが１８０度の回転位相に配置されるように他の部分より周方向長さが長い特別の凹凸部（図示せず）が、たとえば１つだけ形成されている。したがって、特別の凹凸部を係合させることにより、両クランク５２，５１は、１８０度の回転位相に配置される。

この状態で固定ボルト５９をクランク軸５４に装着し、左クランク５２をクランク軸５４に固定する。このとき、固定ボルト５９を締め込むとクランク軸５４が図２左側に移動し、左右のクランク５２，７７の内側端面５２ｃ，７５ａがカバー部材６５，６６及び固定部材５６を介して軸受６３，６４の内輪６３ａ，６４ａを内側に押圧する。この押圧量を調整してクランク軸５４の左右のがたをなくす玉当たりの調整を左クランク５２の装着と同時に行う。玉当たりの調整が終わると、固定部材５６のねじ部材５８を締め込み、固定部材５６をクランク軸５４の外周面に固定する。これにより、固定ボルト５９を緩めて左クランク５２を外しても玉当たりが維持され、玉当たりの再調整が不要になる。最後に、左クランク５２の取付ボルト６７ａ，６７ｂを締め付けて左クランク５２をクランク軸５４に強固に固定する。

ここでは、軸受６３と左クランク５２との間にクランク軸５４に固定及び固定解除可能であり両者に接触する固定部材５６を配置し、玉当たりが完了した後に固定部材５６をクランク軸５４に固定できるようにしたので、一度玉当たりを調整するとそれが固定部材５６により維持される。このため、一度玉当たりを調整すれば、左クランク５２を着脱する都度玉当たりを調整する必要がなくなる。

〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、軸受ハウジングがハンガー部にねじ込みされていたが、クランクの装着と同時に玉当たりを調整できるものであれば、ハンガー部に圧入される軸受ハウジングを有するクランク軸組立体にも本発明を適用できる。

（ｂ）前記実施形態では、ロードバイク用のクランク軸組立体を例に説明したが、本発明のクランク軸組立体は全ての形式の自転車に適用できる。

（ｃ）前記実施形態では、軸受収納部がハンガー部の軸方向外側に配置されているが、軸受収納部がハンガー部の内部に配置されていてもよい。

（ｄ）前記実施形態では、スリットを有する座金部材とねじ部材とで固定部材を構成したが、２つ割のリング部材とリング部材を連結するたとえば２本のねじ部材とで構成してもよい。

（ｅ）前記実施形態では、右クランクがクランク軸に一体で固定されていたが、右クランクがクランク軸にボルトなどにより連結されるクランク軸組立体にも本発明を適用できる。

（ｆ）前記実施形態では、カバー部材６５，６６及び固定部材を介してクランクが軸受を押圧しているが、クランクが直接及び固定部材を介して軸受を押圧する構成であってもよい。

本発明に係る一実施形態を採用した自転車の側面図。 クランク軸組立体の断面図 その左側の断面部分図。 固定部材の正面図。

符号の説明

１０ ロードバイク
１１ フレーム
２９ ハンガー部
２９ａ，２９ｂ 雌ねじ部
５０ クランク軸組立体
５１ 右クランク
５２ 左クランク
５４ クランク軸
５６ 固定部材
５７ 座金部材
５７ａ スリット
５８ ねじ部材
６０，６１ 軸受ハウジング（第１及び第２軸支持部材の一例）
６０ａ，６１ａ 軸受収納部
６０ｂ，６１ｂ 装着部
６０ｃ，６１ｃ 雄ねじ部
６２ 連結部材
６３，６４ 軸受

Claims (7)

1. 自転車のフレームに設けられたハンガー部に装着される自転車用クランク軸組立体であって、
   第１軸受収納部と、前記第１軸受収納部と並べて配置され前記ハンガー部の一端に回転不能に装着される第１装着部とを有する第１軸支持部材と、
   第２軸受収納部と、前記第２軸受収納部と並べて配置され前記ハンガー部の他端に回転不能に装着される第２装着部とを有する第２軸支持部材と、
   前記第１及び第２軸受収納部に各別に収納された第１及び第２軸受と、
   前記第１及び第２軸受を押圧可能なクランクが両端の少なくともいずれかに装着され前記第１及び第２軸受に回転自在に支持されるクランク軸と、
   前記クランクと前記第１及び第２軸受のいずれかに接触して配置され前記クランク軸に固定及び固定解除可能な固定部材と、
   を備えた自転車用クランク軸組立体。
2. 前記固定部材は、径方向に形成されたスリットを有する座金部材と、前記スリットを横断するように配置され前記スリットの幅を調整するねじ部材とを有している、請求項１に記載の自転車用クランク軸組立体。
3. 前記ハンガー部は、両端に第１及び第２雌ねじ部を有し、
   前記第１及び第２装着部は、前記第１及び第２軸受収納部の内側に配置され前記第１及び第２雌ねじ部に螺合する第１及び第２雄ねじ部を有する、請求項１又は２に記載の自転車用クランク軸組立体。
4. 前記第１及び第２軸受収納部は、前記ハンガー部の軸方向外側に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用クランク軸組立体。
5. 前記第１及び第２軸受収納部は、前記第１及び第２装着部より大径である、請求項４に記載の自転車用クランク軸組立体。
6. 前記クランク軸の右端に前記右クランクが一体的に固定され、
   前記固定部材は、前記左クランクと前記第１軸受との間に配置されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用クランク軸組立体。
7. 前記第１及び第２軸支持部材を同芯に連結し内部を前記クランク軸が通過可能な連結部材をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用クランク軸組立体。

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