CN102145731B - 自行车强制变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车强制变速装置，其特征在于，在棘爪控制环(15)上设置施压部件，并在输送部(20)的内边缘形成键槽(27、27a、27b)，其根据输送部(20)的旋转，使施压部件移动来按压棘爪(12、13)，从而解除棘爪(12、13)与太阳齿轮(23、24)的啮合状态。因此，可以提高自行车强制变速装置的功能性和实用性。

Description

自行车强制变速装置

技术领域

本发明涉及一种自行车的强制变速装置，更详细地说，涉及一种这样的自行车强制变速装置，其对设置在自行车的后轮花鼓内部的变速装置的动作进行辅助，以便只使用微小力量也可以使变速装置的档数切换动作更顺畅地进行。 

背景技术

在利用施加于脚踏板的力量而运行的自行车上，为了变换轮胎的旋转速度，设置具有多个变速档的变速装置。一般来说，这种变速装置中最常用的是下述的外装变速装置：即，在后轮上安装多个链轮(sprocket)，并具有脱轨器(derailer)，其中，在该链轮上设置链条，该脱轨器选择性地把链条连接在多个链轮当中的一个上。 

然而这种外装变速装置在驱动过程当中，往往发生链条从链轮脱离的情形，而导致使用者随时都要将链条重新挂在链轮的问题。此时，由于链条上涂布像润滑脂等的润滑油，以便更顺畅地进行用于变速的链条移动，所以一不小心被润滑油弄脏衣服，另外在重新挂链条的过程中，也能弄脏手导致很不方便。除此之外，对于女性或小孩等使用者而言，很不容易将被脱离的链条重新挂在链轮上。 

为了解决这些现有的外装变速装置所具有的问题，最近开发使用将变速装置设置于自行车花鼓内部的内装变速装置，例如，由本发明人所开发而获得专利权的自行车变速装置(韩国专利第10-0436697号)。 

上述文献中公开的变速装置，如图1所示，包括：纵向链轮100、多档变速部、变速输出部、以及变速控制部。其中，纵向链轮100从驱动链轮接受动力。多档变速部包括：输送部210，其一侧附着在上述纵向链轮而接受动力，而在另外一侧上设置多个多档行星齿轮 220；两个以上的太阳齿轮231、232，其与上述多档行星齿轮220的各档啮合在一起，并在其内边缘形成棘齿轮；以及环齿轮240，其与上述多档行星齿轮220啮合在一起。变速输出部包括：花鼓主体(HubShell)310，其接受上述输送部210和环齿轮240的动力而旋转的同时，向轮胎传送动力；以及离合器单元320，其设置在上述输送部210和花鼓主体310之间、以及上述环齿轮240和花鼓主体310之间而传递动力，仅选择性地作用于先行的一方。除此之外，变速控制部包括：花鼓轴410，其具有上述结构，并在一侧形成棘爪安装部；两组以上的棘爪421、422，其分别与上述两个以上的太阳齿轮231、232的内边缘的棘齿轮结合或解除；棘爪控制环430，其控制上述棘爪421、422的位置；变速盘450，其在外边缘形成用于卷绕线缆的凹槽451，并在外边缘一侧形成悬挂部，从而当拉紧线缆时，该变速盘450旋转一定角度，通过变换媒介部440，对上述棘爪控制环430的位置进行变换；弹簧460，其能让上述变速盘450回到原位；以及间隔维持部470，其为了使上述变速盘450的移动更顺畅而保持间隔。 

另外，设置在上述变速盘的悬挂部的线缆，与被设置于方向盘的变速档杆连接在一起。 

当利用由如上所述的结构构成的变速装置进行自行车的变速时，首先使用者操作变速档杆，与该变速档杆连接在一起的线缆能让变速盘旋转，根据此旋转力，让棘爪控制环能旋转到适当的位置的同时，控制棘爪，此时，该棘爪能与一个或多个太阳齿轮当中任何一个太阳齿轮的内表面上形成的棘齿轮连接在一起而传送旋转力，接着，与该太阳齿轮的外边缘啮合在一起的行星齿轮开始旋转，从而能完成适当的变速。此时，若选择大太阳齿轮，则变成高速状态，若选择小太阳齿轮，则变成中速状态，若未选择任何太阳齿轮，则变成低速状态。 

另外，以高速骑自行车时，若遇到上坡路，则为了使旋转扭力变大，开始减速，此时，即使操作档杆而想将棘爪控制环旋转到减速位置，也因为在棘爪被啮合在太阳齿轮的内边缘上形成的棘齿轮的状态之下，棘爪一直持续推压棘齿轮，所以很难让棘爪控制环旋转，其结果，需要至少使用能够穿越棘齿轮的倾斜面的过大的力量来操作档 杆，才能完成变速工作。 

不过在下坡路上以微小力量驱动脚踏板时，棘爪和棘齿轮之间的结合状态变松弛，此时使用微小的力量也可以进行变速，因此，虽然在上坡路上以大的力量驱动脚踏板时，仍存在着不容易变速的问题，但是此问题不属于很严重的问题。 

但是，对于作为自行车动力以电动机来替代脚踏板的的电动自行车而言，若适用如上所述的变速装置，则由于棘爪和棘齿轮之间始终以一定的力量啮合在一起，所以很难进行上述的速度变换。尤其是操作电子开关等的产生相对微弱的驱动力的电子装置进行变速时，更难进行速度变换。 

另外，在日本公开专利特开平10-96453号中，公开了一种当棘爪和太阳齿轮的棘齿轮啮合在一起的状态下也可以进行变速的技术。具体地，具备小型变速控制用电动机，利用该小型电动机使棘爪控制环旋转，此时，当所需要的旋转力大于电动机的输出时，将从驱动力抽取部所抽取出来的轮胎驱动力传送给棘爪控制环而完成变速动作。该发明虽然使用小型电动机，但因为实际上利用轮胎的驱动力，所以不仅对于零配件造成负担，还会发生驱动力损失的问题。还有，用于将从驱动器抽取部抽取出来的驱动力传送给棘爪控制环的机制非常复杂，因此不容易适用于实际生产方面。 

发明内容

本发明的目的为；为解决上述现有的自行车的变速装置所存在的问题，提供一种既结构简单，又不损失驱动力，而使用微小力量也可顺畅地完成变速的自行车强制变速装置。 

根据本发明的自行车强制变速装置，其特征在于，在棘爪控制环上设置施压部件，在输送部的内边缘形成键槽，其根据上述输送部的旋转移动上述施压部件，从而按压上述棘爪，由此解除棘爪和与其啮合在一起的太阳齿轮的啮合状态。 

根据本发明的强制变速装置，可以将棘爪和太阳齿轮的啮合状态既简单又正确地解除，因此可以确保变速装置的变速动作的可靠性， 并由于采用非常简单的结构，所以容易拼装生产，也可以有效地降低成本。 

而且根据本发明，由于不需要为了进行变速而暂时停止驱动来解除棘爪和太阳齿轮的啮合状态，因此可以广泛适用于使用电动机的电动自行车等。 

另外，在使用本发明的强制变速装置时，由于只需使用轻微的力量，即可完成变速操作，由此可以用信号线和电子开关等简单的电子部件来替代用于变速操作的档杆以及线缆等机械部件，提高了便利性。 

根据本发明的另一方面的自行车强制变速装置，只提供一个第一棘爪12和/或一个第二棘爪13，以便简化配置。并且，根据本发明的优选实施方式的自行车强制变速装置，提供两个第一棘爪12和/或两个第二棘爪13，以便容易地进行负荷分配。 

附图说明

图1是以往的自行车变速装置的剖面图。 

图2是适用根据本发明的自行车强制变速装置的变速装置的示意图。 

图3是图2的分解示意图。 

图4是图2的剖面图。 

图5是根据本发明的花鼓轴的示意图。 

图6A是根据本发明的棘爪安装部与第一、第二棘爪的示意图。 

图6B是根据本发明的棘爪安装部与第一、第二棘爪的使用状态图。 

图7A、图7B是根据本发明的棘爪控制环的第一实施例的示意图。 

图8A、图8B是根据本发明的棘爪控制环的第二实施例的示意图。 

图9A是根据本发明的输送部的示意图。 

图9B是根据本发明的输送部的正面图。 

图10A是根据本发明的第一太阳齿轮的示意图。 

图10B是根据本发明的第二太阳齿轮的示意图。 

图11是根据本发明的输送部的背面示意图。 

图12A、图12B是根据本发明的键槽的正面图。 

图13是根据本发明的花鼓轴与输送部的结合状态的剖面图。 

图14是根据本发明的花鼓主体的示意图。 

图15是根据本发明的棘爪、棘爪控制环、键槽的结合结构的剖面图。 

图16A、16B、16C、16D、16E、16F是图15的动作状态图。 

图17是根据本发明的棘爪、棘爪控制环、键槽的另一种结合结构的剖面图。 

图18A、18B、18C、18D、18E、18F是图17的动作状态图。 

图19是根据本发明的施压部件的另一种实施例的剖面图。 

图20是根据本发明的键槽的另一种实施例的剖面图。 

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。 

当变速装置从高速档减速为低速档时，即使使用者操作档杆而进行变速，也因为棘爪和太阳齿轮之间始终以一定的力量啮合在一起，所以很难进行变速，因此，本发明的强制变速装置1为了解决此问题，以选择性的方式对于棘爪施施压力，而强制解除棘爪和棘齿轮的啮合状态。 

首先，说明可适用这种强制变速装置1的自行车变速装置的结构和动作关系，以便更容易理解本发明的结构。 

如图2～图6所示，自行车的变速装置包括；花鼓轴10，在其外表面设置第一、第二棘爪12、13；棘爪控制环15，其控制上述第一、第二棘爪12、13；输送部20，其形成在上述棘爪控制环15的外侧；第一、第二太阳齿轮23、24，其根据上述棘爪12、13的动作，与上述花鼓轴10啮合在一起；多档行星齿轮22，其与上述太阳齿轮23、24啮合在一起；花鼓主体30，其收容上述输送部20，并具有与上述多档行星齿轮22啮合在一起的环齿轮31；盖子40，其将上述花鼓主体30密闭；变速单元50，其位于花鼓主体30的外侧，使棘爪控制 环15旋转；以及支撑单元60，其支撑上述花鼓轴10。 

如图5所示，花鼓轴10的两端被固定设置于自行车的框架(未图示)上，而且在两端之间沿长度方向形成棘爪安装部11，在该棘爪安装部11上设置第一、第二棘爪12、13。 

第一、第二棘爪12、13通过棘爪控制环15的旋转而调整其设置角度，由此，花鼓轴10与第一、第二太阳齿轮23、24当中一个或两个太阳齿轮的内表面啮合在一起，从此完成变速，其中，第一、第二太阳齿轮23、24能够包围着第一、第二棘爪12、13的外边缘而进行旋转。 

更详细地说，如图6A(参照图10A、10B)所示，设置于棘爪安装部11的第一、第二棘爪12、13包括：第一、第二固定棘爪12a、13a，其被扣住固定于形成在第一、第二太阳齿轮23、24的内径上的第一、第二固定凸起23b、24b上；第一、第二受压棘爪12b、13b，其位于与第一、第二固定棘爪12a、13a同一个线上而向棘爪安装部11的侧端延伸；以及第一、第二连接部12c、13c，其将第一、第二固定棘爪12a、13a和第一、第二受压棘爪12b、13b连接在一起。 

如图6B所示，具有上述结构的第一、第二棘爪12、13始终受到连接它们的环形弹簧S的收缩力的影响，其顶端能保持立起状态，而且如图7和图8所示，在向棘爪安装部11的侧端延伸的第一、第二受压棘爪12b、13b的外边缘上，设置棘爪控制环15，并且该棘爪控制环15包围着第一、第二受压棘爪12b、13b。由此，当棘爪控制环15旋转时，能按压或解除第一、第二受压棘爪12b、13b上所立起的顶端。此时与它连接在一起的第一、第二固定棘爪12a、13a也能变成被按压或解除的状态，同时使原本与它们啮合在一起或分离的状态的第一、第二太阳齿轮23、24变成分离或啮合在一起的状态。为此，在棘爪控制环15的内表面上形成可控制第一、第二受压棘爪12b、13b的第一、第二按压凸起16a、16b、19a、19b。 

如图4和图9A、9B以及图11所示，输送部20在其一侧设置多个多档行星齿轮22，而且在多档行星齿轮22的相反一侧具有链轮安装部21a，以便设置链轮26。 

此时，如图2和图9A以及图11所示，在输送部20上另外设置棘轮部件25，当花鼓主体30向正向旋转时，棘轮部件25使输送部20与花鼓主体30结合在一起，相反地，向逆向旋转时，棘轮部件25使输送部20与花鼓主体30解除结合状态而仅使花鼓主体30进行旋转，此时，棘轮部件25受到螺旋弹簧(未图示)的弹力一直保持向外凸出的状态。 

另外，如图10A、10B所示，第一、二太阳齿轮23、24在其外边缘上分别形成第一、第二齿轮部23a、24a，该第一、第二齿轮部23a、24a分别与多档行星齿轮22的大齿轮部和小齿轮部啮合在一起。另外，第一、第二太阳齿轮23、24的内边缘上分别形成第一、第二固定凸起23b、24b，该第一、第二固定凸起23b、24b与第一、第二棘爪12、13上所立起的顶端啮合在一起。 

如图13所示，输送部20在其内部可以收容花鼓轴10上设置的棘爪控制环15，而且在输送部20设置的多档行星齿轮22与花鼓轴10之间以水平方向设置第一、第二太阳齿轮23、24，它们分别与多档行星齿轮22的大齿轮部和小齿轮部啮合在一起，在此状态下，第一、第二棘爪12、13当中的一个棘爪受到棘爪控制环15的旋转控制力而啮合于形成在第一、第二太阳齿轮23、24的内边缘的第一、第二固定凸起23b、24b时，与第一、第二棘爪12、13啮合在一起的第一、第二太阳齿轮23、24连接到花鼓轴10的同时，链轮26的旋转驱动力传送到与多档行星齿轮22啮合在一起的大齿轮部或小齿轮部当中的任何一个齿轮之后，以一定齿轮比率进行旋转，就此完成变速动作。 

另外，如图13所示，多档行星齿轮22被多个销P固定在输送部20上，以便与分别形成于第一、第二太阳齿轮23、24的外边缘的第一、第二齿轮部23a、24a啮合在一起，并当输送部20开始旋转时，以太阳齿轮23、24的中心轴为基准公转，以销P的中心轴为基准自转。 

这些多档行星齿轮22的旋转力被传送到形成于花鼓主体30的内边缘的环齿轮31，由此花鼓主体30也进行旋转，接着，通过第一太阳齿轮23或第二太阳齿轮24和与其啮合在一起的多档行星齿轮22 的齿轮比率，以及多档行星齿轮22与环齿轮31的齿轮比率，完成从低速转变成高速的变速动作。 

如图14所示，在内部收容花鼓轴10与输送部20的花鼓主体30是圆筒形的壳体，而且在其内边缘上形成与多档行星齿轮22啮合在一起的环齿轮31、以及与棘轮部件25啮合在一起而仅向一个方向传送旋转力的棘齿轮32。另外，在花鼓主体30的外边缘设置自行车的驱动轮胎。 

如图4所示，密闭花鼓主体30的开放侧面的盖子40在被设置于花鼓主体30的一个侧面之后，受到外压的按压而形成与花鼓主体30一体型的状态，或者使用紧固部件形成紧固固定状态。 

具有上述结构的变速装置受到变速单元50的控制而动作，为此，在变速单元50上设置变速盘。一般来说，由于变速盘利用线缆(未图示)与位于自行车的把手的变速档杆(未图示)连接在一起，因此，当使用者操作变速档杆时，与它连接在一起的线缆变成被拉紧或松弛的状态，当线缆被拉紧时，变速盘受到线缆的力量开始旋转，此时，位于棘爪控制环15后方的调整杆17也跟着旋转，由此棘爪控制环15也跟着旋转。相反地，当线缆被松弛时，棘爪控制环15与变速盘受到位于棘爪控制环15一侧的复原弹簧(未图示)的弹性力影响，回到一体型的状态，由此，棘爪控制环15选择与第一、第二太阳齿轮23、24啮合在一起或分离的第一、第二棘爪12、13。 

另外，支撑单元60设置于花鼓轴10与花鼓主体30之间的空间，而且在花鼓主体30和花鼓轴10之间采用滚珠轴承方式，让花鼓主体30变得更顺畅地旋转。 

在具有上述结构的本发明的变速装置中，为了将链轮26的驱动力传送到轮胎上，第一、第二棘爪12、13与形成于第一、第二太阳齿轮23、24内边缘的第一、第二固定凸起23b、24b保持互相紧密啮合在一起的状态，此时，使用者为了将变速装置从高速减速到低速，操作位于把手上的档杆而降低档速的话，连接于档杆上的线缆使变速单元50的变速盘进行旋转，由此，棘爪控制环15也旋转一定角度的同时，需要解除第一、第二固定棘爪12a、13a和第一、第二太阳齿轮 23、24的第一、第二固定凸起23b、24b之间的啮合状态，然而，如上所述，由于它们保持互相紧密啮合在一起的状态，所以不容易解除。 

因此，本发明提供一种强制变速装置，其当变速盘被档杆进行旋转时，使用后述的形成在棘爪控制环15上的施压部件，以物理性方法轻松地解除第一、第二固定棘爪12a、13a和第一、第二太阳齿轮23、24的第一、第二固定凸起23a、24b之间的啮合状态，所以不需要施加太大的力量，也可以可靠而容易地切换档数。为了使本领域的技术人员容易实施，本发明的施压部件可以采用施压辊B或施压球B’。以下更详细说明这种强制变速装置。 

虽然在上述内容中，说明了棘爪控制环15的第一、第二按压凸起16a、16b形成于棘爪控制环15的环外壳16的内边缘上，其中，第一、第二按压凸起16a、16b用于控制第一、第二棘爪12、13的第一、第二受压棘爪12b、13b，但是，因为根据棘爪控制环15的第一、第二按压凸起16a、16b形成于何处，其动作方法和结构有所不同，因此，以下分别以实施例的方式说明。 

第一实施例 

在第一实施例中，将第一、第二按压凸起16a、16b如上所述地形成于棘爪控制环15的环外壳16的内边缘上。此时，如图7A、7B所示，强制变速装置包括：圆筒形的环外壳16；施压部件，其设置于环外壳16的外径上形成的多个安装槽18上；调整杆17，其设置于环外壳16的后方，受到变速单元50的旋转力后，使得环外壳16旋转；第一、第二按压凸起16a、16b，其形成于环外壳16的内边缘而按压或解除第一、第二棘爪12、13的第一、第二受压棘爪12b、13b；以及圆形固定环19，其设置于环外壳16的前方。 

此时，设置于环外壳16的前方的圆形固定环19可以防止设置在安装槽18上的施压部件脱离的情形。 

此时，作为施压部件，与其使用球状的球(ball)，不如使用以一个旋转轴为中心而旋转的圆筒形状的施压辊B。 

安装槽18以具有一定的间隔的方式形成，以便其内部设置的施压 部件在适当范围内向环外壳16的上下方向移动。但是由于在安装槽18的内外边缘上形成凸起部18a，所以施压部件不被脱离，其移动范围被限制在其范围内。 

另外，如图11、图12A、12B所示，在设置于棘爪控制环15外部的输送部20的内边缘上，形成键槽27、27a、27b。这些键槽让棘爪控制环15的施压部件随着键槽27、27a、27b的形状滚动，以便让施压部件能向棘爪控制环15的上下(内外)方向移动。 

以下，根据变速状态分开说明具有上述结构的强制变速装置的动作。 

①从低档切换到高档的齿轮变速 

此时，棘爪控制环15与输送部20共同向与自行车的行驶方向相同的方向旋转(以下简称“正旋转”)。 

初期加速时，如图16A所示，设置于花鼓轴10上的第一、第二棘爪12、13的第一、第二受压棘爪12b、13b，被棘爪控制环15的第一、第二按压凸起16a、16b按压而维持第一、第二棘爪12、13被压住的状态。由此，第一、第二太阳齿轮23、24不被固定于花鼓轴10上，因此不能产生按照多档行星齿轮22与第一、第二太阳齿轮23、24的齿轮比率进行变速的情形，从而链轮26所产生的驱动力直接通过棘轮部件25传送到棘齿轮32上，而使得花鼓主体30旋转，因此，此时不能发生增速而保持1∶1旋转的1档状态。 

接着，当使用者操作变速档杆而调到2档变速时，变速单元50的变速盘开始旋转，由此，棘爪控制环15能以适当角度旋转。 

此时，如图16B、16C、16D所示，形成于环外壳16内边缘的第一、第二按压凸起16a、16b受到棘爪控制环15的旋转力而产生位移，由此，被第一按压凸起16a按压的第一受压棘爪12b变成解除按压状态之后，受到弹簧S的弹力，与第一受压棘爪12b连接的第一棘爪12自动变成立起的状态，但是第二棘爪13仍然保持被第二受压棘爪13b按压的状态。 

从棘爪控制环15的压力被解除的第一棘爪12能与第一太阳齿轮23的内边缘上形成的第一固定凸起23b啮合在一起，从而第一太阳 齿轮23与花鼓轴10啮合在一起保持固定状态，接着，与第一太阳齿轮23啮合在一起的多档行星齿轮22开始旋转，按照齿轮比率进行2档变速。 

上述内容只说明了第一太阳齿轮23的齿轮比率比第二太阳齿轮24的齿轮比率低的情况。但在第一太阳齿轮23的齿轮比率比第二太阳齿轮24的齿轮比率高的情况下，第二太阳齿轮24替代第一太阳齿轮23会被固定。 

在经过上述过程而以2档变速行驶的过程中，如果使用者再次以高档变速的话，如图16E、16F所示，棘爪控制环15被变速单元50以适当角度再进行旋转，从此解除第二按压凸起16b的按压状态的同时，第二棘爪13也受到弹簧S的弹力而自动变成立起的状态，此时，被立起的第二棘爪13的第二固定棘爪13a固定于第二太阳齿轮24的第二固定凸起24b上，其结果，第一、第二太阳齿轮23、24都能固定于花鼓轴10。 

此时，第一、第二太阳齿轮23、24都固定于花鼓轴10，即使与它们啮合在一起的2组多档行星齿轮22都进入旋转状态，花鼓主体30也按照与旋转数较多的高档齿轮比率的第二太阳齿轮24啮合在一起的多档行星齿轮22的旋转速度，完成高档变速。 

②从高档切换到低档的齿轮变速 

此时，棘爪控制环15向与自行车行驶方向相反的方向旋转(以下简称“逆旋转”)，而输送部20正旋转。 

从高档切断到低档的变速按照图16F～图16E的顺序进行。从3档状态(图16F)变速为2档状态(图16E)的过程实质上与从2档状态(图16E)变速为1档状态(图16A)的过程相同，因此以下只举例说明从2档状态(图16E)变速为1档状态(图16A)的变速过程。 

在从2档状态(图16E)变速为1档状态(图16A)时，如果持续驱动脚踏板，则由于互相啮合在一起的第一、第二棘爪12、13的第一、第二固定棘爪12a、13a与第一、第二固定凸起23b、24b之间存在着强大的力量，所以很难进行变速，为解决此问题的过程如下。 

当第一按压凸起16a按压第一受压棘爪12b之前，成为施压部件先与第一受压棘爪12b接触的图16D的状态。此时，若第一固定棘爪12a与第一固定凸起23b之间存在着强大力量的话，由于第一受压棘爪12b的倾斜度的影响，施压部件呈现出向环外壳16的外侧凸出的情形。当脚踏板正在驱动的过程中，输送部20持续保持旋转状态，因此，施压部件向键槽27a的深处(谷部)移动，而成为图16C的状态。 

此时，输送部20受到脚踏板的驱动力而向驱动方向再进行旋转，由此，位于键槽27a的深处的施压部件受到键槽27a的倾斜面的影响，渐渐地向环外壳16的内侧凸出，而且在键槽27a的深度最浅(山部)的部位上，施压部件向环外壳16内侧最大程度地凸出，因此，与施压部件接触的第一受压棘爪12b受到强大压力而解除第一固定棘爪12a与第一固定凸起23b啮合在一起的状态，即变成图16B的状态。接着，第一按压凸起16a受到复原弹簧的弹力或线缆的拉力，容易控制处于解除啮合状态的第一受压棘爪12b，而成为图16A的1档状态而完成变速。 

因此，即使对于棘爪控制环15施加微小的力量，也由于受到脚踏板的驱动力而旋转的键槽27a与沿着键槽27a的倾斜面向环外壳16内侧凸出的施压部件能轻松地控制与第一、第二固定凸起23b、24b紧密啮合在一起的第一、第二棘爪12，13，从而很容易完成变速。 

如上所述，本发明即使在棘爪与固定部位紧密啮合在一起的状态下，也可以进行变速，因此不需要为完成变速而一时解除驱动力。 

第二实施例 

第二实施例与第一实施例不同的地方是，棘爪控制环15的第一、第二按压凸起19a、19b与施压部件并不是全部形成于环外壳16上，而是如图8A、8B和图17所示，棘爪控制环15的第一、第二按压凸起19a、19b形成于环外壳16前方的固定环19上，而施压部件与第一实施例相同地形成于环外壳16上，其余的结构与第一实施例相同。 

另外，在第二实施例中，棘爪控制环15与输送部20的动作与第 一实施例相反。 

以下，根据变速状态分开说明具有上述结构的强制变速装置的动作。 

①从高档切换到低档的变速(棘爪控制环15、输送部20＝正旋转) 

此时，棘爪控制环15与输送部20都向正旋转方向旋转。 

所谓的从高档切换到低档的变速指的是，从3档(图18A)变速为2档(图18E)的过程，或者从第2档(图18E)变速为第1档(图18F)的过程。但是由于从3档(图18A)变速为2档(图18E)的过程和从2档(图18E)变速为1档(图18F)的过程是相同的，因此以下只举例说明从3档(图18A)变速为2档(图18E)的变速过程。 

当从3档(图18A)变速为2档(图18E)时，如果持续驱动脚踏板，则由于互相啮合在一起的第二固定棘爪13a与第二固定凸起24b之间存在着强大的力量，所以很难进行变速，为解决此问题的过程如下。 

输送部20设置在棘爪控制环15的环外壳16的外部，在其内边缘上形成具有倾斜面与凹处(pocket)空间的键槽27b。输送部20受到脚踏板的驱动力而进行旋转，其内边缘上形成的键槽27b的倾斜面按压施压部件，使施压部件向环外壳16的内侧凸出，或者形成可以让施压部件移动的空间，使施压部件向环外壳16的外侧凸出。 

图18A的状态是3档驱动状态，在此状态下，第二固定棘爪13a与第二太阳齿轮24的第二固定凸起23b啮合在一起。此时，持续驱动脚踏板的同时操作线缆的话，变速盘受到线缆的拉力或复原弹簧的复原力而进行旋转。 

此时，在为了随着变速盘的旋转动作一起旋转而与变速盘组装在一起的棘爪控制环15的第二按压凸起19b与第二受压棘爪13b接触之前，施压部件先与第二受压棘爪13b接触而变成图18B的状态，此时，受到脚踏板的驱动旋转力影响，旋转体持续进行旋转的过程中，当成为旋专体的键槽27b的凹处空间与施压部件的位置一致的状态 时，施压部件向环外壳16外侧凸出而变成图18C状态。此时，受到脚踏板的驱动旋转力，旋专体持续旋转的话，位于旋专体的键槽27b的凹处空间的施压部件受到键槽27b的倾斜面的影响，向环外壳16的内侧强制凸出而推动第二受压棘爪13b，由此，第二棘爪13的第二固定棘爪13a变成图18D的状态。其结果，由于第二固定棘爪13a与第二固定凸起24b之间已解除啮合状态，所以，第二按压凸起19a很容易地控制第二受压棘爪13b而变成图18E的状态，即变成下一个变速档(2档)状态。 

②从低档切换到高档的变速 

在从低档切换到高档的变速时，首先，如图18F所示，在第一、第二棘爪12、13的啮合状态都被解除的1档状态之下，进行如图18E所示的动作，使第一棘爪12变成被立起的状态，此时，输送部20正旋转，棘爪控制环15逆旋转。 

在第一按压凸起19a受到棘爪控制环15的旋转力而进行旋转时，按压第一受压棘爪12b的压力被解除，第一受压棘爪12b的末端受到弹簧S的弹力而自动地以适当角度变成立起状态，从而与第一太阳齿轮23的第一固定凸起23b啮合在一起，其结果变速成2档状态。 

另外，从2档变速为3档时，从图18E开始，依照图18D、18C、18B、18A的顺序，环外壳16和固定环19以与输送部20相反的方向旋转，由此，被固定环19的第二按压凸起19b按压的第二受压棘爪13b变成解除按压的状态，第二固定棘爪13a的末端受到弹簧S的弹力而自动变成立起的状态，从而被固定在第二太阳齿轮24内边缘的第二固定凸起24b上。其结果变成第一、二太阳齿轮23、24都固定在花鼓轴10上的3档变速状态。 

在上述第二实施例中，说明了第一、第二按压凸起19a、19b形成在固定环19上，而且施压部件设置在环外壳16上的情况。但是实际应用时，也可以将施压部件与第一、第二按压凸起19a、19b的形成位置互相替换，如此一来，根据棘爪控制环15的旋转方向可以选择要从高档变速为低档或者从低档变速为高档，由此可以相应地提高设计自由度。 

另外，在上述说明中，没有很明确地说明棘爪控制环15的形状，其形状不一定要采用封闭的环状，依据内边缘上所形成的按压凸起的数量，可以采用半圆状或弧状的形状。因此本发明中所说的棘爪控制环包含所有这些形状。 

在上述实施例中，说明了通过脚踏板而施加驱动力的状态，即第一、第二固定棘爪12a、13a与第一、第二固定凸起23b、24b互相紧密啮合在一起的状态之下进行变速的情况。但是也可以适用于未驱动脚踏板的状态之下进行变速的情况，或者第一、第二固定棘爪12a、13a与第一、第二固定凸起23b、24b的啮合变得松弛的状态之下进行变速的情形。 

另外，在上述说明中，只举例说明了3档齿轮，但是也可以适用于6档、9档等更高的档数，或者为了赋予设计的弹性效果，可以对棘爪控制环15的结构和设置形态进行各种变更。 

另外，在上述第一、第二实施例中，举例说明了作为预先按压第一、第二棘爪12、13的施压部件使用由圆筒状的辊构成的施压辊B，但是代替圆筒状的施压辊B的另一种施压部件是如图19所示的施压球B’，该施压球B’被螺旋弹簧弹性支撑以使其一端向棘爪控制环15的环外壳16的内侧或外侧进行旋转。 

具有如上所述结构的施压球B’与施压辊B相同地，随着键槽27b的形状，渐渐向环外壳16的内侧移动，当到达键槽27b的最浅的(山)部位时，施压球B’向环外壳16内侧最大程度地被推进，此时选择性地按压第一、第二棘爪12、13，当施压球B’再移动到键槽27b的最深(谷)部位时，受到螺旋弹簧的弹力而开始旋转的同时，向环外壳16的内侧或外侧凸出。 

另外，在第一、第二实施例中，说明了在输送部20的内部，以一体型的方式形成键槽27。但是作为本发明的另外一种例子，如图12A、12B和图20所示，还可以在输送部20的内部设置形成有键槽27的键槽壳体29，并且键槽壳体29与输送部20的内边缘接触而进行旋转。 

如上所述，将形成有键槽27的键槽壳体29与输送部20分开设置 的主要原因是，如果在输送部20的内部面上以一体型的方式形成键槽27，则键槽27的旋转量只能与输送部20的旋转量相同，因此，在不进行变速动作而驾驶时，即使输送部20以高速旋转，棘爪控制环15的施压部件也可以不受到键槽27的影响，但是，如果在进行变速操作时使棘爪控制环15旋转，则施压部件被第一、第二棘爪12、13向棘爪控制环15的外侧推出来而受到键槽27的影响，因此当以高速驾驶的过程中突然进行变速，过大的旋转力传送到施压部件与棘爪控制环15而可能导致强制变速装置受损的情形。 

因此，将形成有键槽27的键槽壳体29与输送部20分开形成，从而利用键槽壳体29与输送部20之间的接触面的摩擦力，仅将适当的旋转力传送给棘爪控制环15，若传送超过适当旋转力的旋转力，则产生互相滑动(Slip)的效果而防止过大的旋转力传送到棘爪控制环15的施压部件，可以保护变速装置。 

此时，上述键槽壳体29与输送部20之间互相接触并进行旋转，虽然利用两者的材质之间的摩擦力可以设定可传送的旋转力的大小，但是为了让此过程变得更容易，在键槽壳体29与输送部20之间，可以另外设置分别与两者接触的传达部件28，并且，考虑到耐热性、耐磨性及摩擦力等的因素，传达部件28可采用与输送部20及键槽壳体29不同的异种金属材质。 

另外，在本发明中说明了在输送部20的内部设置棘爪控制环15，并且，由输送部20的内边缘或键槽壳体29上形成的键槽27、27a、27b对施压部件以选择性的方式进行按压，而达到辅助变速动作的效果。但是，这仅是一个实施例，在将棘爪控制环15的位置变换时，棘爪控制环15还可以设置于除了输送部20以外的其他可旋转的结构的内部，此时，键槽形成于其他可旋转的结构的内边缘上。 

另外，虽然在本发明中举例说明了适用于自行车的强制变速装置，但本发明也可以适用于滑行车、摩托车、轮椅等。 

现有技术中存在从高档变速到低档时由于一直维持互相啮合在一起的状态而不容易解除啮合状态的技术问题，为了解决此问题，如上所述的自行车强制变速装置，另外设置施压部件与可控制该施压部件 的移动的键槽27，由此，从高档切换到低档的齿轮变速时，施压部件按压第一、第二受压棘爪12b、13b，从而强制解除与第一、第二固定凸起23b、24b的啮合状态，由此，第一、第二按压凸起16a、16b、19a、19b能够可靠而准确地控制第一、第二受压棘爪12b、13b。 

其结果，不需要为了解除第一、第二固定棘爪12a、13a与第一、第二固定凸起23b、24b之间的啮合状态而一时中断驱动力的供给，也可以容易完成变速。再加上，只需使用轻微的力量，即可完成变速装置的变速操作，由此可以用信号线和电子开关来替代用于变速操作的档杆以及与它连接的线缆，其结果可以大幅改善变速操作零件。 

Claims (6)

1.一种自行车强制变速装置，其特征在于，包括：

花鼓轴(10)，在其上设置第一棘爪(12)和第二棘爪(13)；

棘爪控制环(15)，其控制上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)；

输送部(20)，其形成在上述棘爪控制环(15)的外侧；

多个太阳齿轮(23、24)，其根据上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)的动作，与上述花鼓轴(10)啮合在一起；

多档行星齿轮(22)，其与上述太阳齿轮(23、24)啮合在一起；

花鼓主体(30)，其收容上述输送部(20)，并具有与上述多档行星齿轮(22)啮合在一起的环齿轮(31)；以及

变速单元(50)，其使上述棘爪控制环(15)旋转；

其中，在上述棘爪控制环(15)上设置施压部件，

在上述输送部(20)的内边缘形成键槽(27、27a、27b)，其根据上述输送部(20)的旋转，使上述施压部件移动来按压上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)，从而解除上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)与上述太阳齿轮(23、24)的啮合状态。

2.如权利要求1所述的自行车强制变速装置，其特征在于，

在上述棘爪控制环(15)上形成安装槽(18)；

上述施压部件是一种施压辊(B)，其在收容于上述安装槽(18)中的状态下，被上述键槽(27、27a、27b)向上述棘爪控制环(15)的内侧移动。

3.如权利要求1所述的自行车强制变速装置，其特征在于，

上述施压部件是一种施压球(B′)，其被螺旋弹簧弹性支撑，被上述键槽(27、27a、27b)向上述棘爪控制环(15)的内侧旋转移动。

4.如权利要求1所述的自行车强制变速装置，其特征在于，

上述棘爪控制环(15)包括：环外壳(16)；以及固定环(19)；其与上述环外壳(16)结合；

其中，在上述环外壳(16)和上述固定环(19)当中的任何一个上形成按压凸起(16a、16b、19a、19b)，其可以选择性地控制上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)。

5.一种自行车强制变速装置，其特征在于，包括：

花鼓轴(10)，在其上设置第一棘爪(12)和第二棘爪(13)；

棘爪控制环(15)，其控制上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)；

输送部(20)，其形成在上述棘爪控制环(15)的外侧；

多个太阳齿轮(23、24)，其根据上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)的动作，与上述花鼓轴(10)啮合在一起；

多档行星齿轮(22)，其与上述太阳齿轮(23、24)啮合在一起；

花鼓主体(30)，其收容上述输送部(20)，并具有与上述多档行星齿轮(22)啮合在一起的环齿轮(31)；以及

变速单元(50)，其使上述棘爪控制环(15)旋转；

其中，在上述棘爪控制环(15)上设置施压部件，

并且，还包括键槽壳体(29)，其与上述输送部(20)接触而旋转，并在内边缘形成键槽(27、27a、27b)，该键槽(27、27a、27b)使上述施压部件移动来按压上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)，从而解除上述第一棘爪(12)和上述第二棘爪(13)与上述太阳齿轮(23、24)的啮合状态。

6.如权利要求5所述的自行车强制变速装置，其特征在于，还包括：

传达部件(28)，其形成在上述键槽壳体(29)和上述输送部(20)之间。

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