CN101384473A - 自行车用变速装置 - Google Patents

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CN101384473A CNA2007800051533A CN200780005153A CN101384473A CN 101384473 A CN101384473 A CN 101384473A CN A2007800051533 A CNA2007800051533 A CN A2007800051533A CN 200780005153 A CN200780005153 A CN 200780005153A CN 101384473 A CN101384473 A CN 101384473A
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藤原久男
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Fujiwara Wheel Inc
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Fujiwara Wheel Inc
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Abstract

本发明涉及一种内置式自行车用变速装置，其结构简单、安装在通用的各种自行车上。在主轴(51)的外周嵌入爪旋转体(1)，在该爪旋转体(1)的外周并列配置与变速级数对应的多个主齿轮(2、3、4、5)，通过与主轴平行设置的副轴(6)能够旋转地一体支承以规定的速度比与各主齿轮连动的多个副齿轮(7、8、9、10)，在爪旋转体(1)上设置与各主齿轮对应的棘爪(15、16、17、18)，棘爪所啮合的棘齿(19)形成在各主齿轮的内周侧，随着使棘爪从爪旋转体(1)的外周面进出的切换部件(20)的操作，使棘爪(15、16、17、18)与棘齿(19)卡合脱离，切换经由副齿轮(7、8、9、10)传递驱动力的主齿轮(2、3、4、5)，从而使输入侧和输出侧的旋转速度比变化而变速。

Description

自行车用变速装置
技术领域
本发明涉及一种通过传递驱动力的齿轮的切换来变速的内置式的自行车用变速装置。
背景技术
通常，作为与行驶的路面的坡度对应而调节踏板的踏入负载的自行车用变速装置，在运动用的自行车上安装将链条改挂在多级的链轮上的外置式的结构，但是日常的街头乘用自行车多装备采用能够容易且顺畅进行变速操作的使用行星齿轮机构的内置式的结构。
作为该内置式变速装置，在下述专利文献1中，相对于组装在车架上的齿轮箱和由踏板的踏力而旋转的曲轴自由旋转地设置从动旋转体，在其一侧固定链轮，在与曲轴一体旋转的托架上轴支多级的行星齿轮，在行星齿轮的各级内侧分别啮合能够旋转的太阳齿轮，并且在行星齿轮的任一级的外侧啮合设于从动旋转体上的内齿齿轮，在托架和从动旋转体之间设置吸收旋转速度差的棘型结构，通过允许和阻止各级的太阳齿轮的旋转的单向离合器的切换操作，从而代替相对于曲轴增速的内齿齿轮而进行变速。
另外，在下述专利文献2中有这样的记载，相对于固定在车架上的齿轮箱和通过踏板的踏力而旋转的曲轴旋转自如地设置在一侧和另一侧一体形成链轮和大径的太阳齿轮的从动旋转体，在与曲轴一体旋转的托架上轴支大小两级的行星齿轮，在行星齿轮的大径级内侧啮合能够相对于曲轴旋转的小径的太阳齿轮，在行星齿轮的小径内侧啮合大径的太阳齿轮，并且在行星齿轮的各级外侧分别啮合内齿齿轮，在小径的太阳齿轮和从动旋转体之间设置吸收旋转速度差的棘型结构，通过允许和阻止各级的内齿齿轮相对于齿轮箱的旋转的单向离合器的切换操作，从而切换相对于曲轴增速的太阳齿轮而进行变速。
专利文献1：特开平6—263081号公报
专利文献2：特开平6—298153号公报
但是，在上述那样的变速装置中，须由多个构成与棘型机构和各级的太阳齿轮或与内齿齿轮对应的单向离合器，除了结构复杂外，还有不能安装在外径和宽度变大、使用通用部件的自行车上的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种结构简单、能够通用地安装在各种自行车上的内置式的自行车用变速装置。
一种自行车用变速装置，其特征在于，在主轴的外周嵌合爪旋转体，在爪旋转体的外周并列配置与变速级数对应的多个主齿轮，通过与主轴平行设置的副轴能够旋转地一体支承以规定的速度比相对于各主齿轮连动的多个副齿轮，在爪旋转体上设置与各主齿轮对应的棘爪，将棘爪啮合的棘齿形成在各主齿轮的内周侧，伴随使棘爪从爪旋转体的外周面进出的切换部件的操作，使棘爪与棘齿卡合脱离，切换经由副齿轮而传递驱动力的主齿轮，从而使输入侧和输出侧的旋转的速度比变化而进行变速。
上述的自行车用变速装置中，将切换部件设置在爪旋转体的内周侧，在切换部件的外周针对各主齿轮错开相位而形成多个凹部，使切换部件相对于爪旋转体相对旋转，使棘爪与切换部件的外周滑动接触，从而棘爪从爪旋转体进出。
在上述的自行车用变速装置中，在不旋转的固定部件和伴随操作用拉线的拉回而旋转的操作部件上分别轴支差动齿轮，各差动齿轮分别与形成在切换部件和爪旋转体上的外齿啮合，并且分别与设于其外侧的环体的内齿啮合，通过切换部件和爪旋转体伴随操作部件的旋转的差动而变速。
在上述自行车用变速装置中，以通过踏板的踏力旋转的曲轴作为主轴，从作为输入侧的曲轴向作为输出侧的前侧的链轮传递旋转。
在上述的自行车用变速装置中，以支承后轮的车轴作为主轴，从作为输入侧的后侧的链轮向作为输出侧的外壳传递旋转。
发明效果：
在本发明的自行车用变速装置中，以规定的速度比使与变速级数对应的多个主齿轮和副齿轮连动，伴随切换部件的操作，棘爪与棘齿卡合脱离，切换将驱动力向副齿轮传递的主齿轮而变速，所以不需要设置多级的行星齿轮和太阳齿轮、内齿齿轮等而对它们的传递路径进行切换，除了结构简单、制造成本降低外，还能够提高使用时的可靠性。另外，能够紧凑设计、对使用通用的部件的自行车的安装也容易，即使是多级变速，也能够适当设定变速比的级段而没有不适感。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的变速装置的四速状态的轴向剖面图。
图2是上述的右侧剖面图。
图3是上述的切换机构的左剖面图。
图4是上述的切换机构的右剖面图。
图5是表示上述变速装置的三速状态的轴向剖面图。
图6是表示上述变速装置的二速状态的轴向剖面图。
图7是表示上述变速装置的一速状态的轴向剖面图。
图8是表示本发明的第二实施方式的变速装置4的状态的轴向剖面图。
图9是上述的右侧剖面图。
图10是上述的切换机构的左剖面图。
图11是上述的切换机构的右剖面图。
图12是表示上述的变速装置的三速状态的轴向剖面图。
图13是表示上述的变速装置的二速状态的轴向剖面图。
图14是表示上述的变速装置的一速状态的轴向剖面图。
附图标记说明
1 爪旋转体
2、3、4、5 主齿轮
6 副轴
7、8、9、10 副齿轮
11 齿轮箱
12 紧固螺栓
13 轴承
14 链轮(前侧)
15、16、17、18 棘爪
19 棘齿
20 切换部件
21 凹部
22 操作部件
23 切换轴
24 切换齿轮
25 拉线
26 盘簧
27 差动齿轮
28 环体
29 分隔板
30 接受螺母
31 中受环体(中受リング)
32 切换环体
33、34 轴承座
35 轴承
36 轴承座
37 轴承
38、39 螺母
40 安装板
51 曲轴
52 曲轴臂
53 曲轴箱
54 曲轴轴套
55 轴承
56 链条箱
57 承受板
58 止动件
59 链条
61 车轴
62 链轮(后侧)
63 外壳
64 突缘
65 支承件
具体实施方式
首先，根据图1～图7说明安装在自行车的曲轴侧的内置四级式的本发明的第一实施方式。
该变速装置如图1和2所示，插通作为主轴的曲轴51，并嵌合固定与曲轴臂52一体形成的曲轴箱53的突起。曲轴51经由轴承55支承在臂的曲轴轴套54上，通过曲轴臂52的前端踏板的踏力来旋转。
在曲轴51的外周嵌套螺合有爪旋转体1，能够旋转地一体固定在曲轴51上。在爪旋转体1的外周上，与变速级数的四级相对应从右侧向左侧能够相对旋转地顺次配置四速、三速、一速以及二速的主齿轮2、3、4、5。
围绕曲轴51以120°间隔与曲轴51平行设置三根副轴6，通过该副轴6，与主齿轮2、3、4、5啮合而以规定的速度比连动的副齿轮7、8、9、10由突起部一体化并能够旋转地支承。
主齿轮2、3、4、5和副齿轮7、8、9、10收纳在圆筒状的齿轮箱11中，副轴6的端部由齿轮箱11支承。齿轮箱11的左右的部件由三根紧固螺栓12固定，并由止动件58相对于链条箱56的承受板57止动。
主齿轮5经由轴承13能够旋转地被支承在爪旋转体1上，主齿轮5的左侧从齿轮箱11突出，在该突出部上安装有链轮14，该链轮14上挂有后轮驱动用链59。齿轮箱11的外径形成为嵌入链轮14的凹部的大小。
爪旋转体1上设有与各主齿轮2、3、4、5对应而向突出方向施力的棘爪15、16、17、18，其前端部分别与形成在主齿轮2、3、4、5的内周侧上的棘齿19卡合。
在爪旋转体1的内周侧相对于曲轴51和爪旋转体1能够相对旋转地设有圆筒状的切换部件20，在切换部件20的外周针对各主齿轮2、3、4、5错开相位形成多个凹部21作为贯通孔。棘爪15、16、17、18的基端部与切换部件20的外周滑动接触。
在爪旋转体1的右侧外周，如图1和3所示，相对于爪旋转体1能够相对旋转地设有仅在外周120°的范围内具有外齿的操作部件22，在支承于齿轮箱11上的切换轴23上设有与操作部件22的齿部啮合的切换齿轮24，该切换齿轮24与切换轴23一起旋转。
切换轴23上卷绕连接从设于方向把侧的操纵杆延伸的拉线25的芯线和盘簧26，伴随变速操作而拉动拉线25的芯线，使切换齿轮24向一方向旋转，另外，通过盘簧26的弹性而使切换齿轮24向另一方向旋转，拉回拉线25的芯线。
在操作部件22上隔开90°间隔而旋转自如地轴支四个差动齿轮27，各差动齿轮27与形成在爪旋转体1上的外齿啮合，并且与设于其外侧的环体28的内齿啮合。
另外，如图1和4所示，作为不旋转的固定部件的齿轮箱11的右侧也隔开90°间隔旋转自如地轴支四个差动齿轮27，各差动齿轮27与形成在切换部件20上的外齿啮合，并与环体28的内齿啮合。
在操作部件22的差动齿轮27和齿轮箱11的差动齿轮27之间为了防止其相互接触而插入环状的分隔板29。
在上述那样的变速装置中，如图1所示，例如在作为最高速的四速的状态下，形成棘爪15的基端部嵌入切换部件20的凹部21，棘爪15的前端部与主齿轮2的内齿19啮合，其他的棘爪16、17、18与主齿轮3、4、5的内齿19的啮合被解除的状态。
并且，作为输入侧的曲轴51的旋转经由爪旋转体1而传递给最大径的主齿轮2，通过主齿轮2的周速而使副齿轮7旋转，经由与其一体旋转的副齿轮10而将旋转传递给主齿轮5，通过作为输出侧的链轮14的旋转以最高速驱动后轮。
这时，爪旋转体1的旋转经由操作部件22的差动齿轮27传递给环体28，从逆转的环体28经由齿轮箱11的差动齿轮27将旋转传递给卡合部件20，所以卡合部件20与爪旋转体1同步旋转。
接着，伴随着向三速的变速操作，如图5所示，当拉线25的芯线被拉动，操作部件22与切换齿轮24一起进行一级段旋转时，则差动齿轮27的轴向曲轴51的周向移动，环体28和爪旋转体1产生相位的错位，卡合部件20相对于爪旋转体1相对旋转。
由此，棘爪16的基端部嵌入卡合部件20的凹部21，棘爪16的前端部从爪旋转体1突出而与主齿轮3的内齿19啮合，棘爪15没入爪旋转体1，形成棘爪15、17、18和主齿轮2、4、5的内齿19的啮合被解除的状态。
并且，曲轴51的旋转经由爪旋转体1而传递给外径比主齿轮2小一级的主齿轮3，通过主齿轮3的周速而使副齿轮8旋转，经由与其一体旋转的副齿轮10而将旋转传递给主齿轮5，通过链轮14的旋转，后轮被一级减速驱动。
另外，变速向二速的变速操作，如图6所示，操作部件22进行二级段旋转，则与上述同样地，卡合部件20相对于爪旋转体1相对旋转，棘爪18从爪旋转体1突出而与主齿轮5的内齿19啮合，棘爪15、16、17和主齿轮2、3、4的内齿19的啮合被解除，通过与主齿轮5一体的链轮14的旋转，后轮被二级减速驱动。
接着，伴随向一速的变速操作，如图7所示，操作部件22进行三级段旋转，则与上述同样地，卡合部件20相对于爪旋转体1相对旋转，棘爪17从爪旋转体1突出，与最小径的主齿轮4的内齿19啮合，棘爪15、16、18和主齿轮2、3、5的内齿19的啮合被解除，经由与副齿轮9一体旋转的副齿轮10而使旋转传递给主齿轮5，通过链轮14的旋转，后轮被三级减速，以最低速被驱动。
另外，从该状态进行相反的变速操作，则通过盘簧26的施加力使切换轴23和切换齿轮24逆转，伴随操作部件22的旋转，卡合部件20顺次向复归方向旋转，切换棘爪15、16、17、18从爪旋转体1的进出，以与减速时相反的顺序切换驱动力的传递路径，向增速侧变速。
在上述那样的变速装置中，形成通过啮合的二轴的齿轮的齿数来确定变速比的结构，所以即使形成比一般的三级变速的结构级数多的四级以上的变速，能够比行星齿轮式类型紧凑形成，并且能够与各种行驶状态对应地没有不适感地适当设定变速比的级段。
另外，在各级的驱动状态下，棘爪15、16、17、18中仅传递驱动力的棘爪与棘齿19啮合，其他棘爪与棘齿19的啮合被解除，所以没有棘型结构的嗡鸣，而能够合适地行驶。
另外，在没有变速装置的现有的自行车上也能够从后面进行简单地安装，在安装于自行车上的状态下，切换机构在轴向上变短，所以在踩踏踏板时，不会以感到不适感的程度使曲轴臂向外侧伸出，变速装置的重量作用于自行车的中央部分，所以不会在提起自行车移动的情况等重量平衡恶化的出现。
接着，作为本发明的第二实施方式，安装在自行车的后轮侧的内置四级式结构根据图8～图14进行说明。另外，在此，与上述第一实施方式功能上共通的部分使用相同的附图标记，其说明省略。
该变速装置，如图8和图9所示，以后轮的车轴61作为主轴，从作为输入侧的后侧的链轮62向作为输出侧的外壳63传递旋转。在外壳63的外周隔开间隔安装两张突缘64，各突缘64上配置卡合后轮的辐条的卡合孔，该卡合孔在周向上等间隔配置。
在从车轴61的右端拧入的接受螺母30上嵌入中受环体31，其外侧能够相对旋转地嵌入切换环体32，并且嵌入轴承座33。在切换环体32上卷绕连接由支承件65支承的拉线25的芯线，伴随变速操作，切换环体32旋转。
间隙嵌入车轴61的外周的爪旋转体1的右端部经由拧入其外周的轴承座34和轴承座33之间的轴承35而被旋转自如地支承，链轮62与轴承座34一体化。
外壳63的右端部经由盖部件与主齿轮5能够旋转地一体连接，外壳63的左端部通过与车轴61嵌合的轴承座36而经由轴承37被旋转自如地支承。轴承座36和齿轮箱11通过从车轴61的左端拧入的螺母38、39固定在车轴61上。
操作部件22具有能够旋转地插入车轴61和卡合部件20之间的筒状部，其右端部与切换环体32卡合，切换环体32和操作部件22一体旋转。使操作部件22复归旋转的盘簧26与操作部件22的左端和螺母38连接。
在形成于操作部件22的左端的圆板部上，如图8和图10所示，以120°间隔旋转自如地轴支三个差动齿轮27，各差动齿轮27与形成于卡合部件20上的外齿啮合，并且与设于其外侧的环体28的内齿啮合。
另外，如图8和11所示，安装齿轮箱11的内部左侧的作为不旋转的固定部件的安装板40上也隔开120°间隔旋转自如地轴支三个差动齿轮27，各差动齿轮27与形成在爪旋转体1上的外齿啮合，并且与环体28的内齿啮合。
在上述那样的变速装置中，如图8所示，例如，作为最高速的四速的状态下，作为输入侧的链轮62的旋转经由爪旋转体1传递给最大径的主齿轮2，通过主齿轮2的周速而使副齿轮7旋转，经由与其一体旋转的副齿轮10将旋转传递给主齿轮5，通过作为输出侧的外壳63的旋转，安装在突缘64上的后轮以最高速被驱动。
接着，伴随向三速的变速操作，如图12所示，当拉动拉线25的芯线，操作部件22与切换环体32一起进行一级段旋转时，差动齿轮27的轴在车轴61的周向移动，环体28和爪旋转体1产生相位的错位，卡合部件20相对于爪旋转体1相对旋转。
由此，棘爪16的基端部嵌入卡合部件20的凹部21，棘爪16的前端部从爪旋转体1突出而与主齿轮3的内齿19啮合，棘爪15没入爪旋转体1，形成棘爪15、17和主齿轮2、4、5的内齿19的啮合被解除的状态。
并且，链轮62的旋转经由爪旋转体1而传递给外径比主齿轮2小一级的主齿轮3，通过主齿轮3的周速而使副齿轮8旋转，经由与其一体旋转的副齿轮10而使旋转传递给主齿轮5，通过外壳63的旋转，后轮被一级减速而被驱动。
另外，伴随向二速的变速操作，如图13所示，操作部件22进行二级段旋转，则与上述同样地，卡合部件20相对于爪旋转体1相对旋转，棘爪18从爪旋转体1突出而与主齿轮5的内齿19啮合，棘爪15、16、17和主齿轮2、3、4的内齿9的啮合被解除，通过与主齿轮5一体的外壳63的旋转，后轮被二级减速驱动。
接着，伴随向一速的变速操作，如图14所示，操作部件22进行三级段旋转，则与上述同样地，卡合部件20相对于爪旋转体1相对旋转，棘爪17从爪旋转体1突出，与最小径的主齿轮4的内齿19啮合，棘爪15、16、18和主齿轮2、3、5的内齿19的啮合被解除，经由与副齿轮9一体旋转的副齿轮10而使旋转传递给主齿轮5，通过外壳63的旋转，后轮被三级减速而以最低速被驱动。
另外，从该状态进行相反的变速操作，则通过盘簧26的施加力使操作部件22逆转，卡合部件20顺次向复归方向旋转，棘爪15、16、17、18从爪旋转体1的进出以与上述减速时相反的顺序进行切换，驱动力的传递路径被切换，向增速侧变速。
在上述那样的变速装置中，即使比一般的三级变速多级的四级以上的变速，也能够与在周向和轴向都形成与内置三级式同样的大小，所以组装在新制造的自行车时，不需要专门设计后轮的安装部分，而能够使用通用的部件，能够抑制成本，并能够与路面的坡度等对应地选择适当的变速比，而适当地行驶。

Claims (5)

1、一种自行车用变速装置，其特征在于，在主轴(51、61)的外周嵌合爪旋转体(1)，在爪旋转体(1)的外周并列配置与变速级数对应的多个主齿轮(2、3、4、5)，通过与主轴(51、61)平行设置的副轴(6)，能够旋转地一体支承相对于各主齿轮(2、3、4、5)以规定的速度比连动的多个副齿轮(7、8、9、10)，在爪旋转体(1)上设置与各主齿轮(2、3、4、5)对应的棘爪(15、16、17、18)，在各主齿轮(2、3、4、5)的内周侧形成棘爪(15、16、17、18)啮合的棘齿(19)，伴随使棘爪(15、16、17、18)从爪旋转体(1)的外周面进出的切换部件(20)的操作，使棘爪(15、16、17、18)与棘齿(19)卡合脱离，经由副齿轮(7、8、9、10)切换传递驱动力的主齿轮(2、3、4、5)，从而使输入侧和输出侧的旋转的速度比变化而进行变速。
2、如权利要求1所述的自行车用变速装置，其特征在于，
将切换部件(20)设置在爪旋转体(1)的内周侧，在切换部件(20)的外周针对各主齿轮(2、3、4、5)错开相位地形成多个凹部(21)，使切换部件(20)相对于爪旋转体(1)相对旋转，使棘爪(15、16、17、18)与切换部件(20)的外周滑动接触，从而棘爪(15、16、17、18)从爪旋转体(1)进出。
3、如权利要求2所述的自行车用变速装置，其特征在于，
在不旋转的固定部件(11、40)和伴随操作用拉线(25)的拉回而旋转的操作部件(22)上分别轴支差动齿轮(27)，使各差动齿轮(27)分别与形成在切换部件(20)和爪旋转体(1)上的外齿啮合，并且分别与设于各差动齿轮(27)外侧的环体(28)的内齿啮合，通过伴随操作部件(22)的转动的切换部件(20)和爪旋转体(1)的差动而变速。
4、如权利要求1～3任一项所述的自行车用变速装置，其特征在于，
以通过踏板的踏力旋转的曲轴(51)作为主轴，从作为输入侧的曲轴(51)向作为输出侧的前侧的链轮(14)传递旋转。
5、如权利要求1～3任一项所述的自行车用变速装置，其特征在于，
以支承后轮的车轴作为主轴(61)，从作为输入侧的后侧的链轮(62)向作为输出侧的外壳(63)传递旋转。
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