專利名稱：一種自行車的變檔裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用自行車的變檔裝置，尤其涉及較現有變檔機構緊湊且易用的變檔機構。
背景技術：
美國專利第5,203,213號曾揭示一種指示的變檔裝置，如該專利的圖3和4所示，其變檔機構包含一固定于手把上的托架(B)的支承軸11；一可旋轉地裝于支承軸11上的緊線卷輪2用以拉動或釋放控制線(I)；一可繞支承軸11樞轉的第一控制柄4可使緊線卷輪2拉動控制線(I)；及第二控制柄7可使緊線卷輪2釋放控制線(I)。第一控制柄4藉饋送掣子41嚙合緊線卷輪2的饋送齒21，使緊線卷輪(2)轉動于線拉動方向。第二控制柄7藉兩掣子32，62嚙合緊線卷輪2上兩組定位齒31，61，使緊線卷輪轉動于線釋放方向。第一控制柄4及第二控制柄7均位于手把下方，以供乘騎者拇指及食指操作。
許多使用者相當滿意上述自行車變檔裝置。然而，該變檔裝置結構亦有些缺點。例如，用于釋放控制線的兩個掣子機構增加制造成本，結構復雜且重。附加組件亦增加變檔裝置整體尺寸及厚度或直徑。尺寸變大后亦降低變檔裝置的美觀性。
通常欲建造用于指示自行車多速變檔裝置單一掣子釋放機構(如7個或更多)均告失敗。其中一問題源自每一齒輪的線拉動量不同，此需具有變化相鄰齒距的定位齒，而嚙合定位齒的掣子須可配合不同的間距。然而當變速數目增加時，定位齒的間距必須減小，否則變檔裝置尺寸須增加。顯然增加變檔裝置之尺寸并不可行。減少定位齒間距須相對減小定位掣子尺寸。然而掣子厚度須配合尺寸減小而變小。為適合傳統釋放機構產生高作用力，掣子須以燒結金屬或更昂貴的方法制成。
此外，變檔柄位于手把下方常不利變檔機構的高性能操作。由于手把常妨礙變檔柄視線，尤其對經驗少的使用者以食指操作換檔柄時，使用者不熟悉組件位置，或無法靈巧操作，又不能自視確認變檔柄的位置以正確撥換。這樣，既費時又惱人，更有甚者，變檔柄的位置使之無法同時變檔且剎車，這就限制了賽車手有效競爭，并阻礙乘騎者欲同時剎車及變檔之高性能使用。
發明內容
本發明涉及適用自行車的變檔裝置，結構較現有變檔機構精巧，并且可高性能騎乘。簡言之，本發明的變檔裝置可采用單一掣子機構釋放控制線而減少尺寸。為方便操作控制柄，將控制柄裝設后，剎車操作組件(例如既安裝托架又安裝剎車柄)乃置于控制柄之間。這樣乘騎者至少可立即目視一控制柄，并可同時操作剎車及變檔裝置。
更明確地，本發明的一實施例為一種自行車傳動變檔裝置，包含一固定件；一緊線元件，其可轉動地支承于固定件以使之可擇一地于傳動元件繞線方向與解繞方向轉動，緊線元件偏向傳動元件解繞方向；第一控制件，可藉單向傳動組件嚙合緊線元件，以于傳動元件繞線方向轉動緊線元件；一定位組件，與緊線元件偶合，可調換成定位狀態以固持緊線元件于選定位置，或調換成釋放狀態，使緊線元件于傳動元件解繞方向轉動，定位組件僅包含與緊線元件偶合的單一定位掣子；及第二控制件，可嚙合定位組件以于定位及釋放狀態間轉換定位組件。
為建造具有單一掣子的釋放機構的變檔裝置，傳動元件的緊線元件包含一控制件，其具有多個定位齒以嚙合單一釋放掣子，其中至少多個定位齒的兩對定位齒之間的間距為固定值。為適應指示的變檔系統的變化拉線要求，緊線元件的繞線表面為不規則形。就一些應用例，此可意指繞線表面距離緊線元件的樞點的半徑漸增。
本發明還提供了一種自行車傳動變檔裝置，包含一安裝件；一緊線元件，其可轉動地支承于安裝件，以使可擇一地于傳動元件繞線方向及解繞方向轉動，緊線元件偏向傳動元件解繞方向；一定位元件，置于緊線元件上以供轉動，定位元件具有多個驅動齒及多個定位齒；第一控制件，藉一單向傳動組件嚙合多個驅動齒，以于傳動元件繞線方向轉動緊線元件；及第二控制件，可轉動地偶合于安裝件以嚙合單一定位掣子，定位掣子嚙合多個定位齒，定位掣子包含兩分隔的叉件，叉件相隔距離約等于一對相鄰定位齒的距離。
附圖簡介下面將通過示例并參考附圖而對本發明的優選裝置進行詳細描述，其中
圖1為本發明的自行車變檔裝置的特定實施例的頂視圖；圖2為圖1所示變檔裝置的截面圖；圖3為圖1所示變檔裝置的擴大圖；圖4說明圖3所示掣子位置及控制件；圖5A-5E說明圖3所示變檔裝置的釋放操作；圖6為根據本發明變檔裝置另一實施例的透視圖；及圖7為圖6所示變檔裝置的截面圖。
優選實施例的說明圖1為根據本發明的自行車變檔裝置10的特定實施例的頂視圖。變檔裝置10包含一安裝托架14，可安裝變檔裝置10于自行車手把18或其他結構件上；一套件22可套裝變檔元件；一主柄26可使變檔裝置10拉動變檔纜線組件的內線28(見圖2)；一釋放柄34可使變檔裝置10釋放內線28。
圖2及3顯示變檔裝置10的詳細結構。一下蓋38裝于托架14以形成套件22的下部，托架14藉安裝螺釘40固定于手把18上。一主樞桿44延伸穿過安裝托架14的開口48。緊線元件52籍一軸套56裝于主樞桿44并以彈簧60使之偏向于線解繞方向。一纜線固持件64是在內纜線28一端，并由緊線元件52內的端接件66以已知方式固持。變檔操作時，內線28由繞線槽68導引。一控制件72固定于緊線元件52，因而可整體配合轉動，一固持板76安裝于控制件72上。如下詳述，控制件72包含多個定位齒80及多個驅動齒84，用以轉動及控制與主柄26及釋放柄34接合的緊線元件52的位置。一上蓋88裝于托架14以形成套件22的上部。
釋放桿34可轉動地裝于釋放樞桿92，樞桿再裝于托架14。一彈簧94裝于釋放柄34與釋放樞桿92之間使釋放柄34偏向原本位置(如圖1實線所示)。一釋放掣子98亦可轉動地裝于釋放樞桿92，并以釋放掣子彈簧102而偏向于順時針方向。釋放掣子98包含分開的叉頭104，106，用來以下文會討論的方式嚙合控制件72上的定位齒80。釋放掣子98及釋放掣子彈簧102被C型夾110固持于釋放樞桿92上。釋放柄34上的釋放柄片101可配合釋放掣子98上的掣子片103使釋放掣子反時針樞轉，以對應釋放柄34的反時針移動。
主柄26藉一軸套112及一固持螺釘113裝于主樞桿44。一螺釘蓋115裝于螺釘113上。一分隔件114置于主柄26及固持板76之間。一彈簧118裝于主柄26與固持板76上的彈簧片122之間致使主柄26偏向原本位置(圖1實線所示)。驅動掣子130裝于驅動樞桿134，樞桿134再依次裝于主柄26。驅動掣子130被彈簧138偏向于順時針方向，驅動掣子130及彈簧138均以C型夾142固定于主樞桿134上。
圖4說明緊線元件52及控制件72的詳細結構，及釋放掣子98與驅動掣子130如何分別配合定位齒80及驅動齒84的。本實施例中，有8個定位齒80與8與驅動齒84以提供8速自行車傳動。叉頭104，106相隔一段距離，約等于相鄰定位齒80間的距離。擬假設本實施例的自行車傳動為變速飛輪組合，以利下列討論其中變速裝置由一飛輪鏈盤移動驅動鏈條至另一鏈盤。亦可視需要采用其他傳動方式。由于緊線元件52被彈簧60偏向于反時針方向，因此當定位齒80H抵靠釋放掣子98的叉頭104時，驅動鏈條可嚙合最小飛輪鏈盤，當定位齒80G抵靠釋放掣子98的叉頭104時，驅動鏈條乃嚙合第二小飛輪鏈盤，如此當定位齒80A抵靠釋放掣子98的叉頭104時，鏈條嚙合最大的飛輪鏈盤。
當自行車傳動未處于變檔過程時，驅動掣子130的嚙合突起140停于固持板76的端接件144上。當驅動鏈條切換至次大飛輪鏈盤時，主柄26順時針轉至圖1虛線所示位置。這就使驅動掣子130依圖4箭頭方向移動，故驅動掣子130的嚙合突起140越過固持板76的端接件140，落入驅動齒84F及84G的間隙中，并壓靠驅動齒84G側。緊線元件52及控制件72然后順時針轉動。由于釋放掣子98可轉動地裝于釋放樞桿92，當定位齒80F壓靠釋放掣子98，掣子98即逆時針轉動，于是容許定位齒80F移動至叉頭104另一側。然后，主柄26釋放時，彈簧118使主柄26回歸圖1實線所示位置，驅動掣子130退縮至圖4所示位置。由于緊線件52及控制件72以彈簧60偏向逆時針方向，控制件開始轉動。然而當定位齒80F抵靠叉頭104，控制件72停止轉動，使緊線元件52維持于所定位置。
當鏈條變換至較小齒輪時，釋放柄34逆時針轉至圖1虛線位置。如此致使釋放柄片101壓靠掣子片103以逆時針轉動掣子98。圖5A-5E顯示鏈條由次小鏈盤(圖4所示位置)。至最小鏈盤的釋放掣子98的動作。最初，定位齒80G，抵靠叉頭104，如圖4及5A所示。當釋放掣子98逆時針轉動時，叉頭104上移定位齒80G側直至叉頭端104越過定位齒80G端。于是，受彈簧60逆時針偏向的控制件72乃逆時針轉動，直至定位齒80F抵靠圖5C所示叉頭106。由于驅動掣子130的嚙合突起140停于固持板76的端接件144，驅動掣子130并未干預控制件72轉動。當釋放柄34釋放后，彈簧94使釋放柄轉回圖1實線位置，于是使釋放柄片101自掣子片103脫離，如圖5D所示。由于彈簧102使釋放掣子順時針偏向，釋放掣子98開始順時針轉動，叉頭106上移定位齒80F側直至叉頭106端越過定位齒80F端。這樣，受彈簧60逆時針偏向的控制件乃逆時針移動，直至定位齒80H抵靠叉頭104，如圖5E所示，于是完成變檔動作。
當自行車傳動變檔時，傳動纜線或其他傳動元件的位移量就每一齒輪均有變化。在變速裝置/飛輪傳動中，此乃部分因連續飛輪齒輪間距離變化所致。在指示變檔裝置中，可設定定位齒彼此不同間隔而適應變化位移。此意謂釋放掣子必須因適應定位齒間最大間隔，因而增加變檔裝置的尺寸。再者，當變速數目增加時，定位齒間隔必須跟著減少，或增加變檔裝置尺寸。減小定位齒間距須相對減少定位掣子的尺寸。然而，當掣子尺寸減少時，掣子厚度必然必須減少，尤其如釋放掣子98中的叉頭104，106等掣子叉頭。為因應典型釋放機構遭遇高作用力，掣子必須以燒結金屬或其他昂貴方法制成。當變速數目持續曾加，叉頭變薄，單一掣子無法滿足所需功能。
本發明欲解決問題，仍不論傳動纜線的變化位移規格，設定相鄰位齒間距為等值。此實施例中，定位齒間距80B、80C；80C，80D；80E；80F及80F，80G為等值。此特定實施例中，固定間距為18°，但非關鍵性。實際間距視特定應用而定。為因應傳動纜線變化位移規格，纏繞面68為不規則形。本實施例中，纏繞表面68距離緊線元件52的樞點的半徑漸增。于是，盡管定位齒間距為等值，纜線位移量乃可變化，且不致增加變檔裝置整個尺寸。當然，實際纏繞面的形狀亦視應用而定，故可半徑漸減，維持不變的，平面的，是有一暫時尖頭的，或視應用而具其他形狀。
應注意的是，并非所有定位齒對須具固定間距。例如，定位齒80G，80H間距為25°，定位齒80A，80B間距為28.8°。具有固定間距的定位齒對數視所欲節省空間，自行車傳動變速數目及其他設計因素而定。本實施例中，定位齒80間距可容許控制件72提供7個以上速度，控制件直徑在30mm或更小。
圖6為本發明的變檔機構200另一實施例的頂視圖。此例中，變檔裝置206的操作組件緊鄰剎車操作單元208安裝，故第一操作柄212位于剎車操作單元208下方，第二操作柄216位于剎車操作柄208上方。在此例中，第一柄212充當主柄，而第二柄216充當釋放柄，如箭頭所示動作。但柄的功能及移動方向可顛倒或視需要改變。此外，柄212，216可位于剎車操作單元208上下任何處，例如，柄212，216可位于安裝托架220、剎車柄224或任何其他剎車操作單元208部分的上下。這樣設計可同時變檔及剎車，高性能操作時柄可輕易視及。
圖7為圖6所示變檔裝置的截面圖。檢視后其操作組件204的結構明顯與第一實施例相同，除了主柄位置及釋放柄已顛倒外。主樞桿44以被加長配合托架14，本例中托架14已與剎車操作單元208整合一體。對應第一實施例中主要組件之組件均相同編碼，故于此不再述。
以上為本發明的各種不同的實施例的描述，然而可在不離開本發明的精神及范圍下采用另外的變化。例如，圖6-7的實施例可采用傳統多段釋放掣子操作組件。分開零件可整合一體，另件形狀，方向及位置可視需要改變。雖然使用線28為繞線傳動元件，亦可使用其他傳動元件(鏈條，皮帶等)。
因此，本發明的范圍不應受所揭示的特定結構的限制。本發明的真正范圍應由權利要求書來決定。當然，雖然在權利要求書中使用標號以便于參考附圖，但是本發明不應由于此標號而受限于附圖中的構造。
權利要求
1.一種自行車傳動變檔裝置，包含一固定件(14)；一緊線元件(52)，可轉動地支承于固定件(14)以使之可擇一地于傳動元件繞線方向與解繞方向轉動，緊線元件(52)偏向傳動元件解繞方向；第一控制件(26)，可藉單向傳動組件(72，84，130，144)嚙合緊線元件(52)，以于傳動元件繞線方向轉動緊線元件(52)；一定位組件(72，80，98)，與緊線元件(52)偶合，可調換成定位狀態以固持緊線元件(52)于選定位置，或調換成釋放狀態，使緊線元件(52)于傳動元件解繞方向轉動，定位組件(72，80，98)僅包含與緊線元件(52)偶合的單一定位掣子(98)；及第二控制件(34)，可嚙合定位組件(72，80，98)以于定位及釋放狀態間轉換定位組件(72，80，98)。
2.如權利要求1所述裝置，還包含偶合緊線元件(52)的一控制件(72)，及具有嚙合掣子(98)的多個定位齒(80)，其中多個定位齒(8)的至少兩對之間的間距為定值。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于緊線元件(52)包含一不規則形的繞線表面(68)。
4.如權利要求2所述裝置，其特征在于繞線表面(68)距離緊線元件(52)的樞點的半徑漸增。
5.如權利要求2所述裝置，其特征在于控制件(72)包含至少七個成串的定位齒(80)，其中該至少七個成串的定位齒中的鄰接的六個定位齒(80B-80G)中的每一對相鄰的定位齒之間的間距為定值，而第七個定位齒(80A)與相鄰的定位齒(80B)之間的間距與該定值不同。
6.如權利要求5所述裝置，其特征在于定值約為18°。
7.如權利要求5所述裝置，其特征在于第七個定位齒(80A)與相鄰的定位齒(80B)之間的間距大于該定值。
8.如權利要求2所述裝置，其特征在于控制件(72)包含至少8個依序成串的定位齒(80)，8個定位齒的中間6個(80B-80G)的鄰近對之間的間距為定值，第一定位齒(80A)與第二定位齒(80B)的間距異于定值，第7定位齒(80G)與第8定位齒(80H)間距異于定值。
9.如權利要求8所述裝置，其特征在于定值約為18°。
10.如權利要求8所述裝置，其特征在于第一定位齒(80A)與第二定位齒(80B)間距大于定值，第7定位齒(80G)與第8定位齒(80H)大于定值。
11.如權利要求2所述裝置，其特征在于控制件(72)包含多個驅動齒(84)，其中單向傳動組件(72，84，130，144)包含偶合第一控制件(26)的驅動掣子(130)；以對應第一控制件(26)動作而嚙合多個驅動齒組(84)。
12.如權利要求2所述裝置，其特征在于定位掣子(98)包含兩個隔開的叉件(104，106)。
13.如權利要求12所述裝置，其特征在于兩叉件(104，106)相隔距離約等于一對相鄰定位齒(80)的距離。
14.如權利要求13所述裝置，其特征在于定位掣子(98)可轉動地裝于固定件(14)，而第二控制件(34)嚙合定位掣子(98)，致使定位掣子(98)對應第二控制件(34)移動而轉動。
15.一種自行車傳動變檔裝置，包含一安裝件(14)；一緊線元件(52)，可轉動地支承于安裝件(14)，以使可擇一地于傳動元件繞線方向及解繞方向轉動，緊線元件(52)偏向傳動元件解繞方向；一定位元件(72)，置于緊線元件上以供轉動，定位元件(72)具有多個驅動齒(84)及多個定位齒(80)；第一控制件(26)，藉一單向傳動組件(130，144)嚙合多個驅動齒(84)，以于傳動元件繞線方向轉動緊線元件(52)；及第二控制件(34)，可轉動地偶合于安裝件(14)以嚙合單一定位掣子(98)，定位掣子(98)嚙合多個定位齒(80)，定位掣子(98)包含兩分隔的叉件(104，106)，叉件相隔距離約等于一對相鄰定位齒(80)的距離。
16.如權利要求15所述裝置，其特征在于單向傳動組件(130，144)包含一驅動掣子(130)，與第一控制件(26)偶合以對應第一控制件(26)的移動而嚙合多個驅動齒(84)；及一驅動掣子定位件(144)，設置成緊鄰多個驅動齒(84)，當第一控制件(26)位于原本位置時，保持驅動掣子(130)脫離多個驅動齒(84)，當第一控制件(26)離開第一控制件原本位置時，可容許驅動掣子(130)嚙合至少多驅動齒(84)之一。
17.如權利要求16所述裝置，包含第一彈簧(118)，可使第一控制件(26)偏向第一控制件原本位置；及第二彈簧(94)，可使第二控制件(34)偏向第二控制件原本位置。
18.如權利要求17所述裝置，其特征在于當使用者釋放第一控制件(26)時，第一控制件(26)可自動回歸到第一控制件原本位置，當使用者釋放第二控制(34)時，第二控制件(34)可自動回歸到第二控制件原本位置。
全文摘要
一種自行車傳動變檔裝置，其包含一固定件；一緊線元件，可轉動地支承于固定件以使之可擇一地于傳動元件繞線方向與解繞方向轉動，緊線元件偏向傳動元件解繞方向；第一控制件，可藉單向傳動組件嚙合緊線元件，以于傳動元件繞線方向轉動緊線元件；一定位組件，與緊線元件偶合，可調換成定位狀態以固持緊線元件于選定位置，或調換成釋放狀態，使緊線元件于傳動元件解繞方向轉動，定位組件僅包含與緊線元件偶合的單一定位掣子；及第二控制件，可嚙合定位組件以于定位及釋放狀態間轉換定位組件。
文檔編號B62K23/06GK1491850SQ0113430
公開日2004年4月28日 申請日期1997年1月20日 優先權日1996年1月19日
發明者增井卓二 申請人:株式會社島野