專利名稱：自行車用曲柄及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自行車用曲柄及其制造方法。具體涉及到用鑄造方法制造內(nèi)部有芯料的自行車用曲柄，輕型自行車用曲柄及其制造方法。
人們總是希望自行車盡可能地輕量化，為此也希望自行車的部件盡可能是輕型的。因而自行車用的曲柄，例如已知有特公平2-18652號公報所述的按管狀成形制造，使曲柄內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)而輕量化的。
已提出有經(jīng)擠壓鍛造實心壞料使其內(nèi)部形成空洞的方法(特開平5116670號公報)。該中空的曲柄是把管或曲柄壞料通過焊接或塑性變形來做成的，因而曲柄形狀的設計自由度小。此外，即使是存在有材料力學上不必要的部分也不能成形，因而由于這樣一類理由，使形狀受到了約束。再有，縱然是設計上有要求，由于加工方面的限制，具有外觀上也不易有高雅感的問題。
另一方面，已知有用輕合金通過鑄造法來制造自行車的曲柄的制造方法(例如，特開昭58-93554號公報所示)。采用鑄造法時雖然可擺脫前述的對形狀的約束，但在使內(nèi)部空心化時對于小型部件的曲柄就有困難，而且機械強度也差。為此提出過在內(nèi)部將管材等整體鑄入的形式(實開昭48-7948號公報，實開昭61-131391號公報)，但通常所鑄造出的曲柄的機械強度都弱。
本發(fā)明便是在上述技術背景下提出的，并且是為了實現(xiàn)下述目的。
本發(fā)明的目的在于提供一種通過鑄造來制造的，設計自由度大的自行車用曲柄及其制造方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過輕量化鑄造制造的自行車用曲柄及其制造方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種通過對所鑄造的曲柄坯料進行型鍛，而能獲得既輕量化又有充分強度的自行車用曲柄及其制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了下述措施。
本發(fā)明的第一方案的自行車用曲柄的特征是，所述曲柄內(nèi)部具有實心的芯料，而所述曲柄的重量則比僅由所述曲柄母材金屬材料形成的同形曲柄要輕。
本發(fā)明的第二方案是在第一方案的自行車用曲柄中，所述芯料是由多孔質(zhì)體構(gòu)成，此多孔質(zhì)體的內(nèi)部有氣孔、空洞、空隙等，亦即是具有獨立的氣泡，而氣泡又有連續(xù)的氣泡(氣孔)，這種多孔質(zhì)體最好具備能經(jīng)受鑄造的耐熱性以及機械強度。
本發(fā)明的第三方案的特征在于，在第一或第二方案的自行車用曲柄中，所述芯料是由火山玻璃組成。
本發(fā)明的第四方案是一種自行車用曲柄的制造方法，此方法的特征在于，制成比所述曲柄母材金屬比重輕的芯料并將其嵌入鑄造此曲柄的鑄模中，熔化構(gòu)成所述曲柄的金屬并將其注入和凝固于所述鑄模中，一體鑄造所述芯料使所述芯料作為所述曲柄的結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明的第五方案的特征在于，在第四方案的自行車用曲柄的制造方法中，所述鑄造方法是使熔融金屬借重力對模具加壓的重力模鑄法。
本發(fā)明的第六方案的特征是，在第四或第五方案的自行車用曲柄的制造方法中，于所述鑄造之后通過對所述曲柄進行型鍛來加壓而對所述曲柄的坯料鍛壓。
本發(fā)明的第七方案的特征是，在第四、第五與第六方案中任選一項的自行車用曲柄的制造方法中，所述的芯料是火山性玻璃的燒結(jié)物。
根據(jù)本發(fā)明的曲柄及其制造方法，由于是曲柄中的芯料采用了比曲柄母材金屬比重輕的材料而使此曲柄輕量化。此外，由于是通過鑄造來制造曲柄，故能設計成任意的形狀，而由于設計自由度的增加，易使外觀高雅。
同時，由于對鑄造的曲柄進行了型鍛，故除輕量化外還能獲得充分的強度。再有，芯料既然是在內(nèi)部，故其形狀不會因型鍛而碎散。
圖1是本發(fā)明的左曲柄1的后視圖。
圖2是本發(fā)明的左曲柄1的俯視圖。
圖3是此左曲柄1的側(cè)視剖面圖。
圖4是此左曲柄1的正視圖。
圖5是沿圖4中a-a、b-b、c-c、d-d各剖線的向視剖面圖。圖5(a)、5(b)、5(c)與5(d)分別是a-a、b-b、c-c與d-d向視剖面圖。
圖6是示明左曲柄1的鑄造狀態(tài)的剖面圖。
圖7是示明芯料模具的立體圖。
圖8是示明將曲柄坯料29置入半密閉模具35中的狀態(tài)的剖面圖。
圖9概示經(jīng)鍛造加工后的曲柄坯料29。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明的實施形式1。圖1示明本發(fā)明的左曲柄1的后視圖。左曲柄1由鋁合金制成，如圖1所示，形成為使安裝踏板的踏板軸端部4這一側(cè)細，而使安裝曲柄軸(圖中未示明)的曲柄軸端部2一側(cè)的斷面較粗。通過使左曲柄1的粗細如以上所述根據(jù)位置而變化來改變剖面的大小，可作出使施加到左曲柄上的應力在任何剖面上都為一定的強度設計。
在左曲柄1里側(cè)的兩角部處形成了倒角部11(參看圖2)。左曲柄1的曲柄軸端部2中形成有用來使左曲柄1安裝到曲柄軸上的曲柄軸安裝孔5。通過插入此曲柄軸安裝孔5內(nèi)后就能使左曲柄1安裝到曲柄軸上。在左曲柄1的踏板安裝側(cè)的踏板軸端部4中則形成有踏板安裝孔6。踏板的踏板軸(圖中未示明)的一端裝配于該安裝孔6內(nèi)。
圖2是左曲柄1的俯視圖。圖3是將左曲柄1沿圖1中III-III線剖開時的剖面圖。以曲柄中央部3為中心從踏板軸端部4一側(cè)直到曲柄軸端部2一側(cè)形成有芯料7。芯料(也稱作芯)7的比重較構(gòu)成左曲柄1的金屬的小，為了使其能耐壓有很強的壓縮荷重，可以采用浮石等。本例中采用以氧化硅、氧化鋁為主要成分的火山玻璃經(jīng)發(fā)泡而成的中空發(fā)泡體。
圖4為左曲柄1的正視圖。芯料7的剖面結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5是沿圖4中a-a、b-b、c-c、d-d各剖線的向視剖面圖。圖5(a)、5(b)、5(c)、5(d)分別是a-a、b-b、c-c、d-d向視剖面圖。通過曲柄中央部3的內(nèi)部芯料7，可以實現(xiàn)輕量化。此外，芯料7對于彎曲等機械應力也能起到一定作用。
曲柄中央部3取厚度基本上相同的結(jié)構(gòu)。芯料7的剖面結(jié)構(gòu)為于曲柄軸端部2的一側(cè)形成將圓切斷而成的半圓形。在踏板軸端部4的一側(cè)是長方形變形成的扁平形。芯料7的剖面積連續(xù)地減小，至兩端的厚度變?yōu)樽钚?。這就是說，芯料7的形狀大致為船底型。
曲柄軸端部2上設有曲柄軸安裝孔5，孔內(nèi)表面設有從其內(nèi)表面?zhèn)韧怀龅耐咕?，與此凸緣8的里側(cè)相連接地設置著凹形細齒9。細齒9如圖1所示在本例中為8個。齒數(shù)太少時，擰合強度就不充分，齒數(shù)過多則加工困難且增加費用，同時在裝配中于轉(zhuǎn)動方向上確定分度位置的作業(yè)時也易出錯。
曲柄軸安裝孔5的比細齒9更靠里面的部分則構(gòu)成錐形孔的定心部10(也稱作導向部)。定心部10是里面增大的圓筒式錐孔形，本例中形成的錐度為2-3°。定心部10的錐面與曲柄軸(圖中未示明)的定心部10的錐面密切結(jié)合，當兩者的中心正好一致時，兩者就能牢靠地連結(jié)成一體。
上述的左曲柄1由下述方法制造。圖6為表明左曲柄1的鑄造狀態(tài)的鑄模的剖面圖。模具20與模具21之間供熔融金屬流入的熔融空間22在模具20與模具21之中相分開。溶融空間22是按同左曲柄1大致相應的形狀而壓分出的空間，但考慮到熔融金屬的收縮性而稍大一些。在熔融空間22中插入配置著芯料7。
芯料7是通過燒結(jié)發(fā)泡性火山玻璃制成。芯料7是用耐火材料制的型芯模具30燒成。圖7是示明此型芯模具的立體圖。型芯模具30是由兩個分開的模具組成。型芯模具30的內(nèi)部形成有與芯料7對應的內(nèi)部空間31以及注入口32。經(jīng)此注入口32將砂狀的火山玻璃加到內(nèi)部空間31中。當火山玻璃在預定壓力下附著并固化后，便與型芯模具30一同投入燒結(jié)燒(圖中未示明)內(nèi)，升溫至火山玻璃硬化的溫度。
在經(jīng)上述加熱使火山玻璃硬化后，型芯模型30內(nèi)的火山玻璃即硬化制成芯料7。硬化好的芯料7在分開型芯模具30后從空間31中取出。取出的芯料7上的注入口32的部分由于沒有用而將其切斷。
溶融空間22于模具20、21之間區(qū)分出而形成。如圖6所示，按通常方法于熔融空間22內(nèi)進行定位。為了使芯料7在熔融空間22內(nèi)正確定位，由泡沫苯乙烯等制成的隔件26對芯料7定位。熔融空間22經(jīng)流道27與澆口28連通。
熔融的鋁合金從澆口28注入，經(jīng)流道27進入熔融空間22。此熔融的金屬借重力對熔融空間22加壓。這種鑄造方法是不給熔融金屬加壓而只將重力這種壓力對熔融空間22加壓的普通澆鑄的模鑄法，即所謂的重力模鑄法。
鑄造后的曲柄坯料29從模具20、21中取出。但是，僅僅通過鑄造，會在此坯料內(nèi)部的金屬組織內(nèi)產(chǎn)生孔隙等。故經(jīng)鑄造后，要在芯料7處于曲柄坯料29內(nèi)的原樣狀態(tài)下進行型鍛。型鍛是裝載于半密閉型的鍛造用的半密閉模具35中作熱鍛。
用8是示明將曲柄坯料29置入下模具36內(nèi)狀態(tài)的剖面圖。在下模具36中裝載有曲柄坯料29。將此曲柄坯料29加熱到所需溫度置入下模具36后，用上模具37加壓進行鍛造加工。通過熱鍛，鑄出的曲柄坯料20的長度、厚度、壁厚以及表面均得到了良好的精加工，曲柄坯料29的材質(zhì)經(jīng)鍛壓均質(zhì)了，也強化了機械強度。
由于熱鍛的芯料7是在置入曲柄坯料29內(nèi)的狀態(tài)下鍛造，故能確保其形狀而不會潰散(參看圖9)。然后進行切削、磨削、研磨等機械加工完成圖1至5所示的左曲柄1的形狀。
實施例芯料7如下。
商品名 “テラハル-ン”，株式會社カルシ-ト”(千葉縣市原市五井南海岸8番2號)制成分(重量％)SiO2(77.3)，Al2O3(12.8)，F(xiàn)e2O3(1.7)，CaO(1.0)，MgO(0.1)，Na2O(3.2)，K2O(2.9)，TiO(0.2)，其它(0.9)。
粒度(μm)9.41(10％)，27.71(50％)，71.32(90％)密度輕裝密度(0.30)，重裝密度(0.46)，粒子密度(1.14)耐熱溫度(℃)1,100其它實施形式在前述實施形式中是把火山玻璃用作芯料，但也可采用天然的浮石、泡沫石膏等那樣的比母材金屬輕，對熔融金屬有耐熱性，而且具有耐鍛造壓力的壓縮強度的其它芯料。此外，泡沫材料可以是內(nèi)部空間獨立的泡沫體或可以是像磨石氣孔那樣的內(nèi)部空間連通的連續(xù)氣泡體等，它們在本發(fā)明中均稱作多孔質(zhì)體。
權(quán)利要求
1.一種自行車用曲柄，其特征在于，所述曲柄內(nèi)部具有實心的芯料，而所述曲柄的重量比僅由所述曲柄母材金屬形成的同形曲柄要輕。
2.如權(quán)利要求1所述的自行車用曲柄，其特征在于，所述芯料是由多孔質(zhì)體構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自行車用曲柄，其特征在于，所述芯料是由火山玻璃組成。
4.一種自行車用曲柄的制造方法，其特征在于，制成比所述曲柄母材金屬的比重輕的芯料并將其嵌入鑄造此曲柄的鑄模中，熔化構(gòu)成所述曲柄的金屬并使其注入和凝固于所述鑄模中，一體鑄造所述芯料使所述芯料作為所述曲柄的結(jié)構(gòu)材料。
5.如權(quán)利要求4所述的自行車用曲柄的制造方法，其特征在于，所述鑄造方法是使熔融金屬借重力對模具加壓的重力模鑄法。
6.如權(quán)利要求4或5所述的自行車用曲柄的制造方法，其特征在于，所述鑄造之后通過對所述曲柄進行型鍛來加壓而對所述曲柄的坯料鍛壓。
7.如權(quán)利要求4、5或6中任一項所述的自行車用曲柄的制造方法，其特征在于，所述的芯料是火山性玻璃的燒結(jié)物。
全文摘要
結(jié)合鑄造與熱鍛,獲得輕量、高強度與設計自由度大的結(jié)構(gòu)及其制造方法。于鑄造曲柄的鑄模中嵌入由火山玻璃等多孔質(zhì)體制成的比重輕的芯料7,再鑄成一體。此裝入芯料7的曲柄由于內(nèi)部是比重輕的材料而能輕量化。
文檔編號B62M3/00GK1190069SQ97125948
公開日1998年8月12日 申請日期1997年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者溝邊英治 申請人:株式會社島野