專利名稱：自行車變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及自行車變速器，更具體地涉及一種這樣的自行車變速器，其具有可沿一個方向運動以拉動和釋放控制線纜的單個控制桿。
背景技術：
傳統的自行車變速器設計成包括分開的控制桿，一個桿用于拉動控制線纜而另一個桿用于釋放控制線纜。兩桿變速器的缺點包括增加了重量，以及在兩桿之間反復操縱手和手指的不舒適性。也有自行車變速器設計成包括可沿兩個方向操作的單個桿，一個方向用于拉動控制線纜而另一個方向用于釋放控制線纜。盡管對一些應用是可接受的，但在變速時，當騎車者操縱其手和手指以改變該桿的方向時會導致不舒適性和失去控制。
發明內容
本發明提供了一種具有單個控制部件的自行車變速器，該控制部件可在第一方向上運動以拉動和釋放連接至齒輪變速機構的控制線纜。該自行車變速器包括可安裝到自行車把手上的外殼，該外殼包圍了可沿線纜拉動方向和線纜釋放方向運動以拉動和釋放控制線纜的卷繞部件。通常，該卷繞部件被控制線纜中的張力沿線纜釋放方向偏壓，但也可能被卷繞部件復位彈簧等偏壓。一保持機構將卷繞部件保持在選定的齒輪位置，同時一驅動機構可響應于控制部件的致動而操作以將該保持部件分離，從而允許卷繞部件運動。為了變速，騎車者使控制部件沿相同的變速方向運動，以進行使卷繞部件沿線纜釋放方向運動的第一變速運動，或者進行使卷繞部件沿線纜拉動方向運動的第二變速運動。每個第一變速運動對應于單個齒輪變換，而第二變速運動對應于一個或多個齒輪變換。而且，控制部件的第二變速運動比第一變速運動大。控制部件朝向靜止位置(rest position)被偏壓。
在本發明的一個實施例中，所述卷繞部件可繞一軸線轉動，以在其上沿線纜拉動方向纏繞或沿線纜釋放方向退繞控制線纜。所述控制部件優選地為可轉動地安裝到位于所述外殼內的軸上的控制桿。該變速器還包括一棘輪，該棘輪優選地具有多個繞其外圍不均勻間隔開的齒，該棘輪可與所述卷繞部件一起轉動，而所述保持機構包括保持爪，該保持爪可與所述棘輪齒嚙合以將所述卷繞部件保持在選定的齒輪位置。所述保持爪具有本體和從該本體延伸的突出部(nose)，該突出部被偏壓以與所述棘輪的齒嚙合。
所述驅動機構包括可轉動地安裝在控制桿上的驅動爪，而所述變速器包括用于使所述驅動爪從所述棘輪分離的分離元件。所述驅動爪具有本體、從該本體延伸的突出部以及尾部。所述驅動爪的突出部受到一彈簧偏壓以與所述棘輪齒嚙合，并可與所述保持爪的突出部嚙合以從所述棘輪齒釋放所述保持爪。所述驅動爪的尾部可與所述分離元件(優選地為所述外殼的分離壁)嚙合，從而使得所述驅動爪轉動并使所述驅動爪的突出部與所述棘輪齒分離。
在驅動之前，所述控制桿處于靜止位置，所述驅動爪的尾部靠在所述分離爪上，所述驅動爪的突出部與所述棘輪齒分離。而且，所述保持爪的突出部與所述棘輪的相應第一齒嚙合，從而將所述卷繞部件保持在選定的齒輪位置。
為了進行線纜釋放操作，沿變速方向致動控制桿，以使控制桿繞其軸轉動，并使驅動爪繞其自身的軸線樞轉以使驅動爪的突出部向著棘輪齒運動。當所述控制桿進一步轉動時，驅動爪與保持爪突出部嚙合，從而將其從與棘輪上第一齒的嚙合釋放。在替換實施例中，中間元件可在驅動爪和保持爪之間傳遞運動。一旦分離，則卷繞部件和棘輪可自由地沿線纜釋放方向轉動，直到驅動爪的突出部與棘輪的同一第一齒嚙合。驅動爪突出部與棘輪的剛剛釋放的第一齒的嚙合，向騎車者提供了聲音和觸覺反饋，示意此時停止沿變速方向移動控制桿并釋放控制桿以實現線纜釋放操作。在釋放控制桿時，此時其朝向其靜止位置轉動，驅動爪的尾部抵靠分離壁，使驅動爪轉動以使驅動爪突出部與棘輪齒分離。在驅動爪突出部與棘輪的第一齒分離時，卷繞部件和棘輪在控制線纜的張力的作用下沿線纜釋放方向轉動，直到保持爪的突出部與相鄰的第二齒嚙合，從而導致沿線纜釋放方向的一個齒輪增量的變速。在線纜釋放操作結束時，驅動爪返回到其靠著分離壁的靜止位置，從而使控制桿位于其靜止位置。
為了進行線纜拉動操作，在線纜釋放過程中在保持爪與棘輪分離的時候并不釋放控制桿，而是使控制桿沿變速方向進一步轉動。控制桿的進一步轉動使驅動爪沿線纜拉動方向驅動卷繞部件和棘輪，同時保持爪自由分離，而保持爪突出部沿棘輪的齒自由滑動。騎車者可沿變速方向轉動控制桿，直到保持爪突出部與對應于在線纜拉動方向上的單個、或多個齒輪變速增量的棘輪齒嚙合。一旦達到了期望的齒輪位置，控制桿就被釋放并向著其靜止位置轉動，此時就使驅動爪突出部在棘輪齒上自由分離，而保持爪將卷繞部件保持在選定的齒輪位置。
從以下結合附圖對本發明的各個實施例的描述中，將更加完全地理解本發明的這些和其它特征和優點。
在附圖中圖1是根據本發明一個實施例的自行車變速器的局部剖視圖；圖2是圖1的自行車變速器的放大局部剖視圖；圖3a至圖3f是處于線纜釋放操作不同階段的保持機構和驅動機構的剖視圖；以及圖4a至圖4h是處于線纜拉動操作不同階段的保持機構和驅動機構的剖視圖。
具體實施例方式
圖1至圖4示出了根據本發明一個實施例的自行車變速器10。該自行車變速器10拉動或釋放連接至齒輪變速機構(未示出)的控制線纜11，以在各個齒輪位置之間進行切換。齒輪變速機構可以是變速齒輪傳動機構、或其它外部或內部的齒輪變速裝置。自行車變速器10通過夾具14和螺栓16安裝到把手12上。所示的自行車變速器10為在公路自行車上使用的公路變速器(road shifter)。然而，類似的變速器也可適于在其它類型的自行車(包括山地自行車)上使用。在本實施例中，自行車變速器10大體包括外殼18、控制部件20、卷繞部件22、保持機構24和驅動機構26。在本實施例中，變速器10與制動桿28一體。制動桿28繞樞軸制動器30樞轉，拉動制動線纜(未示出)以使自行車減速。可替換地，制動桿28可以與變速器10分開形成。
在本實施例中，外殼18安裝到把手12上，并且安裝軸32延伸穿過外殼18。控制部件20(在本實施例中為控制桿20)包括第一部分34和第二部分36，該第一部分34可轉動地安裝在軸32上。控制桿20被預先加載的控制桿復位彈簧38向著靜止位置偏壓。控制桿復位彈簧38的第一支腳40容納在外殼18中的開口42內，而控制桿復位彈簧38的第二支腳44容納在控制桿20中的開口46內。控制桿20的第二部分36除了與第一部分34一起繞軸32轉動之外，還繞安裝在控制桿20的第一部分34上的垂直桿軸48轉動。控制桿20的第二部分36被與桿軸48同軸安裝的預先加載的復位彈簧50偏壓。復位彈簧50的第一支腳容納在控制桿20的第二部分36中的開口內，而復位彈簧50的第二支腳由控制桿20的第一部分34支撐。在本實施例中，控制桿20包括兩個部分34、36，以允許控制桿20的第二部分36在致動制動桿28時與制動桿28一起運動。在其它的實施例中，控制桿20可形成為一個構件。
卷繞部件22(在本實施例中為卷軸)可轉動地安裝在軸32上。卷繞部件22包括沿其外圍的凹槽52，用于容納控制線纜11。卷繞部件22被控制線纜11內的張力、而且優選地被卷繞部件復位彈簧54沿線纜釋放方向偏壓。卷繞部件復位彈簧54設置在卷繞部件22和外殼18之間。復位彈簧54包括容納在卷繞部件22中的開口58內的第一支腳56、以及容納在外殼18中的開口62內的第二支腳60。
變速器10包括棘輪64，該棘輪優選地具有多個繞其外周不均勻間隔開的齒66，而保持機構24包括可與齒66嚙合以防止卷繞部件22退繞的保持爪68。棘輪64可轉動地安裝在軸32上，并與卷繞部件22一起轉動。棘輪齒66對應于齒輪變速機構的齒輪位置。可替換地，棘輪64以及卷繞部件22可形成為一個構件。保持爪68可繞固定在外殼18上的保持爪樞軸70轉動，并由定位環72軸向定位。保持爪68包括本體74以及從該本體74延伸的突出部76。保持爪突出部76被同軸安裝在保持爪樞軸70上的預先加載的保持爪彈簧78偏壓從而與棘輪齒66嚙合。保持爪彈簧78的第一支腳80容納在外殼18中的開口內，而第二支腳86由保持爪68支撐。
驅動機構26包括繞固定在控制桿20上的驅動爪樞軸90可轉動安裝的驅動爪84。驅動爪84在軸向上由定位環92定位。驅動爪84包括本體94、從本體94延伸的突出部96、以及尾部98。驅動爪彈簧100向著棘輪齒66偏壓驅動爪突出部96。在控制桿20處于其靜止位置時，驅動爪84的尾部98靠在分離元件88上，在本實施例中該分離元件88為外殼18的分離壁88。
為了切換齒輪變速機構，使控制桿20沿變速方向轉動，以進行釋放控制線纜11的第一變速運動，并且使其沿相同方向轉動，以進行拉動控制線纜11的第二變速運動，所述第二變速運動比第一變速運動大。參見圖3a至圖3f描述線纜釋放操作。在致動控制桿20之前，驅動爪84的尾部98靠在分離壁88上，從而使控制桿20位于其靜止位置處(圖3a)。而且，卷繞部件22以及棘輪64被保持爪68保持在選定的齒輪位置處，且示出了與相應的第一齒102嚙合。
參見圖3b，在騎車者致動控制桿20時，控制桿20繞軸32轉動，以使驅動爪84遠離分離壁88運動，并使驅動爪突出部96朝向棘輪齒66樞轉。參見圖3c，在進一步轉動桿20時，驅動爪突出部96與保持爪突出部76嚙合，從而使得保持爪68釋放棘輪64的第一齒102。一旦被釋放，棘輪64就繞軸32沿線纜釋放方向轉動，直到第一齒102與驅動爪突出部96嚙合。如果期望進行線纜釋放操作，則所述動作就向騎車者提供了聲音和觸覺反饋，示意騎車者釋放控制桿20。
參見圖3d，在釋放了控制桿20從而使其朝向其靜止位置樞轉時，棘輪64沿線纜釋放方向轉動。而且，保持爪突出部76朝向與和棘輪64的相鄰第二齒106相關的凹部104嚙合而運動，而驅動爪尾部98朝向與分離壁88嚙合而運動。在控制桿20進一步向著其靜止位置轉動時，由于在驅動爪尾部98抵靠分離壁88時產生的力矩，驅動爪突出部96進一步遠離棘輪齒66樞轉(圖3e)。在驅動爪84與棘輪齒66分離時，棘輪64在控制線纜11和卷繞部件復位彈簧54的力的作用下沿線纜釋放方向轉動，直到保持爪突出部76與相鄰的第二棘輪齒106嚙合，從而導致沿線纜釋放方向的一個齒輪增量的變速。在線纜釋放操作結束時，驅動爪84返回到其靠著分離壁88的靜止位置，從而使控制桿20位于其靜止位置(圖3f)。
參見圖4a至圖4h描述線纜拉動操作。在致動控制桿20之前，驅動爪尾部98靠在分離壁88上，使控制桿20處于其靜止位置(圖4a)。如此定位使得棘輪64保持在選定的齒輪位置，而保持爪68與第一棘輪齒102嚙合。當騎車者沿變速方向致動控制桿20時，驅動爪84遠離分離壁88，從而將驅動爪突出部96定位成朝向棘輪齒66(圖4b)。
參見圖4c，在進一步轉動控制桿20時，驅動爪突出部96與保持爪突出部76嚙合，從而驅動保持爪突出部76以脫離與第一棘輪齒102的嚙合。一旦被釋放，棘輪64就沿線纜釋放方向轉動，直到第一齒102與驅動爪突出部96嚙合。當控制桿20沿變速方向進一步轉動時，驅動爪84沿線纜拉動方向驅動棘輪64，且當保持爪68自由分離時，保持爪突出部76沿棘輪齒66自由滑動(圖4d)。
參見圖4e，在進一步轉動控制桿20時，驅動爪84進一步使棘輪64沿線纜拉動方向轉動，直到保持爪68與棘輪64上的下一個第三齒110嚙合，從而導致沿線纜拉動方向的單齒輪變速。當然，騎車者不限于沿線纜拉動方向的單齒輪變速增量。騎車者通過簡單地沿變速方向持續移動控制桿直到達到期望的齒輪位置，而能容易地沿線纜拉動方向以多齒輪變速增量進行變速。當經過每個齒輪變速增量時，向騎車者提供聲音和觸覺反饋。
參見圖4f，在到達期望的齒輪位置之后，騎車者釋放控制桿20，以使得控制桿20和驅動爪84在控制桿復位彈簧38的力的作用下向著它們的靜止位置轉動。在控制桿20進一步向著其靜止位置轉動時，驅動爪尾部98抵靠在分離壁88上，從而產生了使驅動爪84遠離棘輪齒66的力矩(圖4g)。參見圖4h，驅動爪84位于其靠著分離壁88的靜止位置，而驅動爪突出部96與棘輪64分離。
盡管已經參考一個或多個優選實施例描述了本發明，但應理解的是，在上述發明概念的精神與范圍內可作出多種改變。因此，本發明不限于所公開的實施例，而旨在具有由所附權利要求允許的全部范圍。
權利要求
1.一種自行車變速器，用于拉動和釋放連接至齒輪變速機構的控制線纜，該自行車變速器包括外殼，其可安裝到把手上；卷繞部件，其可運動以沿線纜拉動方向拉動控制線纜并沿線纜釋放方向釋放控制線纜，該卷繞部件沿線纜釋放方向被偏壓；控制部件，其可從靜止位置沿變速方向運動，以進行允許所述卷繞部件沿線纜釋放方向運動的第一變速運動，該第一變速運動對應于單個齒輪變換，所述控制部件可從所述靜止位置沿所述變速方向運動，以進行使所述卷繞部件沿線纜拉動方向運動的第二變速運動，該第二變速運動對應于多個齒輪變換，所述控制部件的所述第二變速運動比所述第一變速運動大，所述控制部件朝向所述靜止位置被偏壓；保持機構，用于將所述卷繞部件保持在選定的齒輪位置；以及驅動機構，其可響應于所述控制部件的致動而操作，以從所述卷繞部件釋放所述保持機構并使所述卷繞部件運動。
2.根據權利要求1所述的自行車變速器，其特征在于，所述卷繞部件可繞一軸線轉動，以在其上纏繞和退繞控制線纜。
3.根據權利要求2所述的自行車變速器，其特征在于，還包括棘輪，其可與所述卷繞部件一起轉動并具有多個齒，所述保持機構包括保持爪，該保持爪被偏壓以與所述棘輪齒嚙合，從而將所述卷繞部件保持在選定的齒輪位置。
4.根據權利要求3所述的自行車變速器，其特征在于，所述保持爪可轉動地安裝在所述外殼上。
5.根據權利要求3所述的自行車變速器，其特征在于，所述保持爪被一彈簧偏壓以與所述棘輪嚙合。
6.根據權利要求3所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動機構包括可轉動地安裝在所述控制部件上并被偏壓以與所述棘輪齒嚙合的驅動爪，該驅動爪可響應于所述控制部件的致動而操作，以從所述棘輪齒釋放所述保持爪并且使所述卷繞部件轉動。
7.根據權利要求6所述的自行車變速器，其特征在于，還包括用于使所述驅動爪從所述棘輪分離的分離元件。
8.根據權利要求7所述的自行車變速器，其特征在于，所述分離元件為所述外殼的分離壁。
9.根據權利要求6所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪被一彈簧偏壓。
10.根據權利要求7所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪包括可樞轉地連接至所述控制部件的本體、可與所述棘輪齒嚙合的突出部、以及可與所述分離元件嚙合的尾部；而且所述保持爪包括可樞轉地連接至所述外殼的本體、以及可與所述棘輪齒嚙合的突出部。
11.根據權利要求10所述的自行車變速器，其特征在于，在所述第一變速運動之后，所述驅動爪的尾部抵靠所述分離元件，從而使所述驅動爪的突出部與所述棘輪齒分離。
12.根據權利要求11所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪的尾部在所述控制桿朝向其靜止位置運動的期間抵靠所述分離元件。
13.根據權利要求10所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪可響應于所述控制部件的致動而操作，以使得所述驅動爪的突出部使所述保持爪突出部與所述棘輪齒分離，從而允許所述卷繞部件轉動。
14.根據權利要求2所述的自行車變速器，其特征在于，所述控制部件為可樞轉的控制桿，該控制桿被一復位彈簧朝向所述靜止位置偏壓。
15.一種自行車變速器，用于拉動和釋放連接至齒輪變速機構的控制線纜，該自行車變速器包括外殼，其可安裝到把手上；卷繞部件，其可運動以沿線纜拉動方向拉動控制線纜并沿線纜釋放方向釋放控制線纜，該卷繞部件沿線纜釋放方向被偏壓；棘輪，其可與所述卷繞部件一起轉動，并具有多個不均勻間隔開的齒；控制部件，其可從靜止位置沿變速方向運動，以進行允許所述卷繞部件沿線纜釋放方向運動的第一變速運動，該第一變速運動對應于單個齒輪變換，所述控制部件可從所述靜止位置沿所述變速方向運動，以進行使所述卷繞部件沿線纜拉動方向運動的第二變速運動，該第二變速運動對應于至少一個齒輪變換，所述控制部件的所述第二變速運動比所述第一變速運動大，且所述控制部件朝向所述靜止位置被偏壓；保持機構，其包括被偏壓以與所述棘輪嚙合的保持爪，從而將所述卷繞部件保持在選定的齒輪位置；以及驅動機構，其包括驅動爪，該驅動爪可響應于所述控制部件的致動而操作，以使所述保持爪與所述卷繞部件嚙合并從所述卷繞部件釋放所述保持爪，并且使所述卷繞部件運動。
16.根據權利要求15所述的自行車變速器，其特征在于，所述卷繞部件可繞一軸線轉動，以在其上纏繞以及退繞控制線纜。
17.根據權利要求15所述的自行車變速器，其特征在于，所述保持爪可轉動地安裝在所述外殼上。
18.根據權利要求15所述的自行車變速器，其特征在于，所述保持爪被一彈簧偏壓以與所述棘輪嚙合。
19.根據權利要求15所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪可轉動地安裝在所述控制部件上，并被偏壓以與所述棘輪齒嚙合。
20.根據權利要求19所述的自行車變速器，其特征在于，還包括用于使所述驅動爪與所述棘輪分離的分離元件。
21.根據權利要求20所述的自行車變速器，其特征在于，所述分離元件為所述外殼的分離壁。
22.根據權利要求19所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪被一彈簧偏壓。
23.根據權利要求21所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪包括可樞轉地連接至所述控制部件的本體、可與所述棘輪齒嚙合的突出部、以及可與所述分離元件嚙合的尾部；而且所述保持爪包括可樞轉地連接至所述外殼的本體、以及可與所述棘輪齒嚙合的突出部。
24.根據權利要求23所述的自行車變速器，其特征在于，在所述第一變速運動之后，所述驅動爪的尾部抵靠所述分離元件，從而使所述驅動爪的突出部與所述棘輪齒分離。
25.根據權利要求24所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪的尾部在所述控制桿朝向其靜止位置運動的期間抵靠所述分離元件。
26.根據權利要求23所述的自行車變速器，其特征在于，所述驅動爪可響應于所述控制部件的致動而操作，以使得所述驅動爪突出部使所述保持爪突出部與所述棘輪齒分離，從而允許所述卷繞部件轉動。
27.根據權利要求16所述的自行車變速器，其特征在于，所述控制部件為可樞轉的控制桿，該控制桿被一復位彈簧朝向所述靜止位置偏壓。
全文摘要
一種自行車變速器，用于拉動和釋放連接至齒輪變速機構的控制線纜，包括可安裝到把手上的外殼、卷繞部件、控制部件、保持機構和釋放機構。卷繞部件可運動以沿線纜拉動方向拉動控制線纜并沿線纜釋放方向釋放控制線纜。控制部件可從靜止位置沿變速方向運動，以進行使卷繞部件沿線纜拉動方向運動的第一變速運動。第一變速運動對應單個齒輪變換。控制部件可從靜止位置沿變速方向運動，以進行使卷繞部件沿線纜拉動方向運動的比第一變速運動大的第二變速運動。第二變速運動對應多個齒輪變換。控制部件朝向靜止位置被偏壓。保持機構將卷繞部件保持在選定的齒輪位置。驅動機構可響應于控制部件的致動而操作，以從卷繞部件釋放保持機構并使卷繞部件運動。
文檔編號B62M25/04GK1827469SQ20061005786
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月1日 優先權日2005年3月3日
發明者布賴恩·喬丹, 凱文·韋斯林, 克里斯多佛·希普曼 申請人:什拉姆公司