CN100357117C - 自行车变速花毂结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行车变速花毂结构，主要由轴心(axle)、驱动器(driver)、花毂壳(hub shell)、至少一组变速用行星齿轮系及藉以控制行星齿轮系动力传递路径的离合器单元(clutch)与用以操控离合器工作的换档机构组成；该换档机构机构具一旋转操作的控制接口，且其安装位置位于变速花毂与车架后叉端之间，藉旋转操作该控制接口，可使离合器作直线的移动，以切换动力传动路径及变速；进而免除习用技术需要轴心钻孔，增进轴心强度与安全性，且控制接口位于车架后叉端内可避免碰撞损坏。

Description

自行车变速花毂结构

技术领域

本发明涉及一种旋转换档的变速花毂结构，特别是一种利用旋转方式驱动变速花毂进行换档功能而具有加工容易、降低成本与控制接口不易损坏的优点的旋转换档的变速花毂结构。

背景技术

随着科技的进步与发展，及国民所得的逐年提升，脚踏车已经由传统农业社会中的代步工具，逐渐转变为休闲运动工具，同时为了追求更佳的骑乘舒适性，业者也不断在脚踏车上不断投入研发，以变速器为例，早期的变速器主要系在脚踏车的后轮轮轴外设置多数个直径大小不同的链轮，然后藉由一控制器来拨动链条来变换与该链条结合传动的链轮而达到变速换档的效果。由于该变速机构系暴露于外界因此在经过长时间的雨淋日晒之后，链轮本身极容易产生锈蚀的现象。因此即有业者研发推出一种将变速结构隐藏于后轮花毂内的变速花毂结构，该变速花毂结构主要由行星架(planet)、行星齿轮(planet pinion)、离合器(clutch)、离合器驱动结构、环齿轮(ringgear)及花毂壳(hub shell)组成，其主要藉由离合器驱动装置推动离合器(clutch)产生位移，进一步改变动力传动路径，而达到变速的功效，由于该变速花毂的产品众多也有许多相关前案，因此其详细工作及变速原理在此不再予以赘述。而习用的变速花毂结构如美国专利USUS6267704(如图1A所示)其所揭露的结构中，其主要是在车轴(axle)A上钻一个轴向深孔B与径向四个槽孔(groove)C，然后利用一旋转控制件(rotating control)D插入车轴(axle)A中央的轴向深孔B内，然后藉由该旋转控制件(rotating control)D旋转利用滚珠(ball)E间接带动离合器(clutch wheel)F产生位移而达到换档变速的功效，然而前述专利所揭露的结构仍具有以下的缺陷(1)车轴(axle)A上要钻一个轴向深孔B与四个槽孔C(groove)，不仅加工制造困难导致成本增加，同时也会影响该车轴(axle)A的整体强度。(2)旋转控制件(rotating control)D会外露于车架的后叉(folk end)G，容易遭到外力的撞击而损坏。(3)离合器(clutch wheel)F不稳定，当脚踏车震动或倾斜时离合器(clutch wheel)F容易偏离位置，造成非预期的换档或是噪音震动。(4)换档(Up-shift and Down-shift)一定要在骑乘状态下才能完成。

请参见图1B，其为台湾专利公告号386961，在其所揭露的结构中，主要是在车轴(axle)H上钻一个轴向的操作孔(operation hole)I与径向螺旋沟(through-groove)J，然后将一可被曲柄(crank)K推动的压杆(push rod)L置入操作孔(operation hole)I内，压杆(push rod)L的前端设有一移动键(shift key)M，使其可以藉由控制钢索(control cable)N拉动曲柄(crank)K进而推动压杆(push rod)L前进来达到带动离合器构件(clutch member)P移动的目的，但前述专利所揭露的结构仍具有以下的缺陷(1)车轴(axle)H上要钻一个操作孔(operation hole)I与径向螺旋沟(through-groove)J，不仅加工制造困难导致成本增加，同时也会影响该车轴(axle)H的整体强度。(2)曲柄(crank)K等控制组件会外露于车架的后叉(folk end)(图中未示)，容易遭到外力的撞击而损坏。(3)离合器(clutch member)P不稳定，当脚踏车震动或倾斜时离合器(clutch member)P容易偏离位置，造成非预期的换档或是噪音震动。(4)降档(Down-shift)时一定要在骑乘状态下才能完成。

请继续参阅图1C，其为美国专利USUS5769750，于该发明所揭露的结构中，该用以驱动离合器产生位移的离合器驱动结构，主要是在主轴(spindle)Q中央钻一深孔R，再利用一凸轮套筒(sleeve)S及控制键(key)(图中未示)带动离合器(clutch)T移动。但述专利所揭露的结构仍具有以下的缺陷(1)主轴(spindle)Q上要钻一个深孔R，不仅加工制造困难导致成本增加，同时也会影响该主轴(spindle)Q的整体强度(2)操作时系由内侧(左侧，朝向行星齿轮系的一端)拉动离合器(clutch)T，凸轮套筒(sleeve)S与控制键(key)的长度也得深入离合器(clutch)T内，过长的长度将会造成旋转时的扭转或偏位而导致卡死不易转动，且控制键过于细长，容易造成断裂(3)由于凸轮套筒(sleeve)S与控制键(key)的长度得深入离合器(clutch)T内，因此凸轮套筒(sleeve)S就得做的薄一点，但如此该零件就容易扭曲变形而不稳定，要不就是要放大离合器(clutch)T，但如此一来，来带所有包围离合器(clutch)T的零件也得一起放大，重量就跟着增加了，同样会造成极大的不便与困扰。

因此，从前述几个前案可以轻易的发现，虽然驱动离合器(clutch)的结构都不尽相同，但其之间仍然存在几个共同的缺失，(1)车轴(axle)上要钻一个深孔(hole)，不仅加工制造困难导致成本增加，同时也会影响该车轴(axle)的整体强度。(2)控制组件会外露于车架的后叉(folk end)，容易遭到外力的撞击而损坏。前述结构上的缺陷会影响到该脚踏车整体的耐用性，甚至会严重影响到骑乘的安全性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种旋转换档的变速花毂结构，其主要是针对变速花毂中实际负责变速工作的离合器的推动方式做一改良，主要利用一旋转控制接口(rotating control)带动一侧边设有螺旋凸轮(cam)的换档致动器(shiftactuator)在轴心上转动，藉由其上的螺旋凸轮(cam)推动与其接触的平移套筒(follower sleeve)产生位移，进而达到推动离合器(clutch)位移，因此不需在轴心(axle)上钻孔，不但可有效降低加工成本，且可大幅增加轴心(axle)的整体强度，增加行车的安全性。

本发明的另一目的是提供一种旋转换档的变速花毂结构，其中，由于本发明的旋转控制接口(rotating control)绕于轴心外围运作，因此可以将其设置于车架后叉内，藉以有效降低遭到外力撞击损坏的机率，大幅提升产品的耐用性。

本发明的另一目的是提供一种旋转换档的变速花毂结构，其中，由于本发明利用压缩弹簧(spring)来推动离合器(clutch)由高速档变换至低速档，不须靠人的操作力量，因此当由高速档欲变换至低速档时，都可以轻松的换档。

为达到前述的目的，本发明提供一种旋转换档的变速花毂结构，其主要是由轴心(axle)、驱动器、花毂壳与至少一组变速用行星齿轮系组成，其中，于该轴心(axle)上设有一个以上的滑槽，而驱动器与花毂壳，则可绕着轴心(axle)旋转，另外，变速用行星齿轮系系藉由离合器(clutch)切换动力输入输出路径以达到变速，其中，离合器(clutch)与行星齿轮系间设有一弹性组件(spring)，离合器(clutch)的移动是由一将旋转运动转换为平移的换档机构来控制，此换档机构进一步由旋转控制接口(rotating control)、换档致动器(shiftactuator)及平移套筒(follower sleeve)所组成，其中，旋转控制接口(rotatingcontrol)安装于变速花毂的外恻，可供导线带动旋转，而换档致动器(shiftactuator)套设于轴心(axle)上，其一端与旋转控制接口(rotating control)固接连动，另一端具有一个以上的螺旋凸轮(cam)；另外，平移套筒(follower sleeve)中央设有一轴孔，孔内设有至少一凸块，令其可以套设于轴心(axle)的滑槽上前后平移，所述的平移套筒位于离合器(clutch)与换档致动器(shift actuator)之间，该平移套筒(follower sleeve)相对于换档致动器(shift actuator)的一侧设有可与螺旋凸轮(cam)配合的从动件(cam follower surface)，另一侧则与离合器(clutch)接触。藉由前述的结构，当操作者扳动控制器通过导线令旋转控制接口(rotating control)旋转的同时，可以带动与该旋转动控制接口固接连动的换档致动器(shift actuator)转动，藉由换档致动器(shift actuator)上的螺旋凸轮(cam)推动平移套筒(follower sleeve)而达到推动离合器(clutch)的功效。

为了便于进一步了解本发明的功效与特征，下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1A为美国专利第US6267704号的剖面示意图；

图1B为台湾专利公告386961号的剖面示意图；

图1C为美国专利第US5769750号的剖面示意图；

图2为本发明的剖面示意图；

图3为本发明换档机构的立体分解图；

图4为本发明中换档致动器(shift actuator)另一面的立体图；

图5为本发明中平移套筒(follower sleeve)另一面的立体图。

附图标记说明：A车轴；B轴向深孔；C槽孔；D旋转控制件；E滚珠；F离合器；G后叉；H车轴；I操作孔；J螺旋沟；K曲柄；L压杆；M移动键；N钢索；P离合器；Q主轴；R深孔；S凸轮套筒；T离合器；l轴心；11滑槽；2驱动器；3花毂壳；4行星齿轮系；5离合器；6弹性组件；7换档机构；7l旋转控制接口；711导线；712凹槽；72换档致动器；721螺旋凸轮；722凸块；73平移套筒；731轴孔；732凸块；733从动件；734定位平面；74回力弹簧。

具体实施方式

首先参见图2与图3所示的本发明的剖面示意图与换档机构的立体分解图，本发明一种旋转换档的变速花毂结构，其主要由轴心(axle)1、驱动器2、花毂壳3与至少一组变速用行星齿轮系4组成，其中，于该轴心(axle)1上设有一个以上的滑槽11，而驱动器2与花毂壳3则可绕着轴心(axle)1旋转，另外，变速用行星齿轮系4藉由离合器(clutch)5切换动力输入输出路径以达到变速的目的，其中，离合器(clutch)5与行星齿轮系4间设有一弹性组件(spring)6，离合器(clutch)5的移动是由一将旋转运动转换为平移的换档机构7来控制，此换档机构7进一步由旋转控制接口(rotating control)71、换档致动器(shift actuator)72及平移套筒(follower sleeve)73组成，其中，旋转控制接口(rotating control)71安装于变速花毂的外恻，可供操作者于把手前端操作一控制器(图中未示)并利用一导线711带动该旋转控制接口(rotating control)71旋转，而换档致动器(shift actuator)72套设于轴心(axle)1上，其一端与旋转控制接口(rotatingcontrol)71固接连动，另一端具有一个以上的螺旋凸轮(cam)721；另外，平移套筒(follower sleeve)73的中央设有一轴孔731，该轴孔731内设有至少一凸块732(如图5所示)，令其可以套设于轴心(axle)1的滑槽11上前后平移，其位于离合器(clutch)5与换档致动器(shift actuator)72之间，该平移套筒(followersleeve)73相对于换档致动器(shift actuator)72的一侧设有可与换档致动器(shiftactuator)72上螺旋凸轮(cam)721配合的从动件(cam follower surface)733，另一侧则与离合器(clutch)5接触。

前段所述设于离合器(clutch)5与行星齿轮系4间的弹性组件(spring)6为压缩弹簧(spring)，而旋转控制接口(rotating control)71上进一步设有一回力弹簧(spring)74。

藉由前述的结构，当操作者扳动控制器通过导线711令旋转控制接口(rotating control)71旋转的同时，可以带动与该旋转动控制接口(rotatingcontrol)71固接连动的换档致动器(shift actuator)72转动，此时平移套筒(followersleeve)73并不会跟着旋转而是会在轴心(axle)1上的滑槽11进行平移运动，进而达到推动离合器(clutch)5产生位移换档。

于前述的结构中，本发明可以有两个不同的较佳实施例，其中一个是当旋转控制接口(rotating control)71因导线711拉紧作用而旋转时，带动换档致动器(shift actuator)72旋转，平移套筒(follower sleeve)73将不会跟着旋转，而会形成平移运动，进而推动离合器(clutch)5由较低速档往较高速档位置移动，并压缩该介于离合器(clutch)5与行星齿轮系4间的压缩弹簧(spring)6，达到升档的目的，而当旋转控制接口(rotating control)71因为导线711放松而旋转时，平移套筒(follower sleeve)73失去螺旋凸轮(cam)721的压制，此时离合器(clutch)5及平移套筒(follower sleeve)73将会受到压缩弹簧(spring)6所释放先前蓄积的力量，由较高速档往较低速档位置移动，达到降档的目的。

本发明的另一实施例，则是将前段所述结构中换档致动器(shiftactuator)72的螺旋凸轮(cam)721方向颠倒，同时配合改变平移套筒(followersleeve)73上所设从动件(cam follower surface)733的方向，因此当旋转控制接口(rotating control)71因为导线711放松藉由回力弹簧(spring)7所提供的力量而旋转时，带动换档致动器(shift actuator)72旋转，平移套筒(follower sleeve)73将不会跟着旋转，而会形成平移运动，进而推动离合器(clutch)5由较低速档往较高速档位置移动，并压缩该藉于离合器(clutch)5与行星齿轮系4间的压缩弹簧(spring)6，达到升档的目的，而当旋转控制接口(rotating control)71因导线711拉紧而旋转时，平移套筒(follower sleeve)73失去螺旋凸轮(cam)721的压制，此时离合器(clutch)5及平移套筒(follower sleeve)73将会受到压缩弹簧(spring)6所释放先前蓄积的力量，由较高速档往较低速档位置移动，达到降档的目的，前述实施例的结构由于利用回力弹簧(spring)74所提供的力量来驱动换档致动器(shift actuator)72转动进而推动平移套筒(follower sleeve)73及离合器(clutch)5产生位移，因此该回力弹簧(spring)74所能提供的弹力必须大于压缩弹簧(spring)6所能提供的弹力大小。

又本发明的结构中，换档致动器(shift actuator)72与旋转控制接口(rotatingcontrol)71间的连结，主要是在换档致动器(shift actuator)72上相邻于旋转控制接口(rotating control)71的一侧设有一个以上的凸块722(请参阅图4及图2所示)，且在旋转控制接口(rotating control)71上的相对位置设有可供配合的凹槽712，令该凸块722可以插入旋转控制接口(rotating control)71上所设置凹槽712内达到连结固定的功效。

由前述的结构说明可以很清楚的发现，本发明只需再在轴心(axle)1上设置滑槽11而完全不需在轴心(axle)1上加工钻设深孔，不仅可以有效降低加工成本，另一方面，实心状的轴心(axle)1亦较习用部份中空管状的轴心(axle)整体结构来坚固且耐用，因此不但可以增加该轴心(axle)1的耐用性，且相对的也可以有效提升骑乘的安全性。此外由于本发明利用凸轮结构将原本旋转位移转变为轴向的位移且该旋转控制接口(rotating control)71包覆于轴心外转动，因此可以将其设置于车架后叉内，藉此有效降低遭到外力撞击损坏的机率，大幅提升产品的耐用性。

又，本发明于平移套筒(follower sleeve)73上的从动件733(cam followersurface)上设有至少一阶梯状的定位平面(index step surface)734，该定位平面(index step surface)734的位置就设在每一档位的定位处，藉以增进在每一档位时平移套筒(follower sleeve)73与离合器(clutch)5的稳定性。

以上的说明仅是本发明的较佳实施例，本发明所涵盖的范围并不限于本发明所示的实施例，凡依本发明内容所作的改变；其产生的功效与特征与本发明的实施例类似，并且可由本领域熟练技术人员所构想的，均属本发明所涵盖的范围。

综上所述，本发明旋转换档的变速花毂结构，不仅可以简化习用复杂的结构，其不需在轴心(axle)上加工设置深孔的方式，不仅可以有效降低加工成本，另一方面，实心状的轴心(axle)亦较习用部份中空管状的轴心(axle)整体结构来强且耐用，因此不但可以增加该轴心(axle)的耐用性，且相对的也可以有效提升骑乘的安全性，且厚度相对较薄的旋转控制接口(rotating control)亦可以藉此设置于车架后叉内，有效降低遭到外力撞击损坏的机率。

Claims (7)

1、一种旋转换档的变速花毂结构，主要包括：

一轴心；

一驱动器与花毂壳，可绕着轴心旋转；

至少一组变速用行星齿轮系，其藉由离合器切换动力输入输出路径以达到变速，离合器的移动是由一将套设于轴心上将旋转运动转换为平移的换档机构来控制，此换档机构通过安装于变速花毂与车架后叉端之间的旋转控制接口与导线带动而旋转；其特征在于：

此换档机构进一步包含：

一换档致动器，套设于轴心上，其一端与旋转控制接口固接连动，另一端具有一个以上的螺旋凸轮；

一平移套筒，中央设有一轴孔，孔内设有至少一凸块，套设于轴心的滑槽上前后平移，所述的平移套筒位于离合器与换档致动器之间，该平移套筒相对于换档致动器的一侧设有可与螺旋凸轮配合的从动件，另一侧与离合器接触。

2、如权利要求1所述的旋转换档的变速花毂结构，其中，换档机构是从离合器低速档位置朝高速档位置推动离合器。

3、如权利要求1所述的旋转换档的变速花毂结构，其中，离合器与行星齿轮系间设有一弹性组件。

4、如权利要求1所述的旋转换档的变速花毂结构，其中，旋转控制接口上进一步设有一回力弹簧。

5、如权利要求1所述的旋转换档的变速花毂结构，其中，换档致动器与旋转控制接口间的连结，主要是在换档致动器上相邻于旋转控制接口的一侧设有一个以上的凸块，且在旋转控制接口上的相对位置设有供配合的凹槽。

6、如权利要求1所述的旋转换档的变速花毂结构，其中，平移套筒上的从动件上设有至少一阶梯状的定位平面。

7、如权利要求3所述的旋转换档的变速花毂结构，其中，该设于离合器与行星齿轮系间的弹性组件为压缩弹簧。

Images