CN106061828A - 脚踏车的变速杆装置 - Google Patents

Abstract

一种不同于且远离脚踏车刹车杆的脚踏车齿轮变速装置，脚踏车具有一变速器以及与变速器连接的一变速线，齿轮变速装置包含一单一控制杆、一外壳以及在外壳内的一装设件与一移动控制机构。单一控制杆只进行脚踏车齿轮的变速操作。当单一控制杆在第一枢转方向运动以及在第二实质线性方向上运动时，装设件固定单一控制杆。当单一控制杆在第一枢转方向上运动时，移动控制机构控制脚踏车的齿轮在第一移动方向上变速，以及当单一控制杆在第二实质线性方向上运动时，移动控制机构控制脚踏车的齿轮在与第一移动方向相反的第二移动方向上变速。

Description

脚踏车的变速杆装置

技术领域

本发明涉及一种脚踏车变速器(bicycle shifter)，且特别是指向一种脚踏车用的变速杆装置(shift lever arrangement)，此变速杆装置使用可沿着两个正交轴运动以在不同的方向上换档(shifting)的一单一控制杆。

背景技术

传统上，脚踏车的变速器是装设在手把(handlebar)上，并且不同于且远离刹车杆(brake lever)。一般来说，单一控制杆可在一方向上旋转作升档(upshifting)动作以及可在一相反方向上旋转作降档(downshifting)动作。

然而，当在不同方向上换档时，提供不同的触觉感受(tactile sensation)。在此，Kojima等人所申请的美国专利编号5,921,138揭露有一第一控制杆与一第二控制杆；控制杆可作线性运动，以在一第一方向上换档；以及第二控制杆可在不同于第一方向的一第二方向上枢转，以在一相反方向变速。然而，即使触觉感受不同，仍需要两个不同的控制杆。

上述的发明人在西元2009年5月5日公告的美国专利编号7,527,137中提出一种可实现刹车操作和齿轮变速(gear shifting)操作的单一控制杆。虽然一杆状物在单一控制杆中沿着线性方向运动，但此杆状物也需要随单一控制杆进行枢转运动，以实现一变速操作。具体来说，需要按下一按钮来提供反向的变速操作。结果，变速杆中的凸轮面(cammingsurface)会接合一滚轮(roller wheel)，进而逆着与变速杆中的一活塞杆(plunger rod)结合的一线状螺旋弹簧(linear coil spring)的拉力，向上推动此活塞杆。活塞杆的平坦的上表面接合一缆线载体棘爪(cable carrier pawl)100的自由连接端。接着，通过按下所述的按钮，变速/刹车杆会再次以其枢轴(pivot pin)为中心旋转，以实现所述的反向变速操作。因此，此专利会要求枢轴控制杆内的杆状物作线性运动，之后也要求此控制杆进行枢转运动。再者，由于此单一控制杆也会用于进行刹车操作，使得此结构变得相当复杂。

此发明人也在公开2006年5月15日提出的美国申请专利编号11/434,324中提出一种装置，在这装置中有一单一控制杆用以刹车和在两个方向上进行齿轮变速。在此发明中，此单一控制杆在一第一方向上枢转，以进行刹车动作；此单一控制杆在一第二方向上枢转，以进行一第一齿轮变速操作；以及此单一控制杆只在变速杆的纵向方向上作线性方向运动，以进行一第二反向的齿轮变速操作；但此单一控制杆不作枢转动作。

然而，后一个装置会因为需要将刹车装置和单一控制杆结合而变得相对地复杂。

因此，实在是需要提供一种具有不同的触觉感受且用于在彼此相对的不同方向上变速但不用于刹车的单一控制杆。

发明内容

因此，本发明的其中一目的在于提供一种脚踏车的变速杆装置，此变速杆装置可克服前述先前技术中的问题。

本发明的另一目的在于提供一种脚踏车的变速杆装置，此变速杆装置采用一种可在两种方向上变速但不提供刹车操作的单一控制杆。

本发明的再一目的在于提供一种脚踏车的变速杆装置，在此变速杆装置中，单一控制杆进行枢转动作进而在一方向上切换齿轮，以及进行线性运动进而在相反方向上切换齿轮。

本发明的再一目的在于提供一种脚踏车的变速杆装置，此变速杆装置包含一移动控制装置，在进行两个方向上的换档时，此移动控制装置利用其内部共同的元件与单一控制杆交互作用。

本发明的再一目的在于提供一种小巧的、经济的且容易使用的脚踏车的变速杆装置。

根据本发明的一面向，在于提供一种脚踏车的齿轮变速装置(gear shiftarrangement)，此齿轮变速装置相隔于且不同于所述脚踏车的一刹车杆，所述的脚踏车具有一变速器(derailleur)以及与所述的变速器连接的一变速线(derailleur cable)。所述的齿轮变速装置包含一单一控制杆、一外壳(housing)、一装设件(mounting arrangement)以及一移动控制机构(shift control mechanism)。所述的单一控制杆适于只进行脚踏车齿轮的变速操作。所述的装设件位于所述的外壳内，并且为了单一控制杆在一第一枢转方向上的运动以及在一第二实质线性方向上的运动，所述的装设件用以固定所述的单一控制杆。移动控制机构位于所述的外壳中，当所述的单一控制杆在所述的第一枢转方向上运动时，移动控制机构用以控制所述的脚踏车齿轮在一第一移动方向上变换，以及当所述的单一控制杆在所述的第二实质线性方向上运动时，移动控制机构用以控制所述的脚踏车齿轮在一第二相反移动方向上移动。

所述的移动控制机构包含一滑轮(pulley)和一起动装置(actuatingarrangement)。所述的滑轮包含环绕滑轮的多组轮齿(gear teeth)。所述的起动装置包含用以根据单一控制杆的运动接合轮齿的多个棘爪(pawl)。所述的滑轮可转动地装设在所述的外壳内，且所述的变速线延伸环绕此滑轮。所述的起动装置连接于所述的装设件和所述的滑轮之间，用以根据单一控制杆的运动，控制所述的滑轮旋转，进而拉动或释放所述的变速线。

为了拉动所述的变速线，所述的起动装置包含可转动地装设在所述的外壳内的一旋转件(rotatable element)。当所述的单一控制杆在第一枢转方向上运动时，此旋转件会被所述的装设件带动由一初始位置旋转至一第一旋转位置。上述多个棘爪中的一推进棘爪(advance pawl)被枢设在所述的旋转件上，且一推进棘爪弹簧(advance pawl spring)使所述的推进棘爪偏移而与所述的滑轮上的一第一组轮齿啮合，以使所述的滑轮旋转至所述的第一旋转位置，进而拉动所述的变速线。所述的推进棘爪的设置使得所述的推进棘爪适于与所述的滑轮接合并使所述的滑轮只在一方向上旋转，进而拉动所述的变速线。

所述的起动装置更包含一旋转件弹簧(rotatable element spring)，此旋转件弹簧用以使所述的旋转件偏移至所述的初始位置。上述多个棘爪中的一主棘爪(main pawl)是可枢设于所述的外壳。当所述的变速杆被释放时，以及当所述的旋转件和所述的推进棘爪被所述的旋转件弹簧转回到所述的初始位置时，此主棘爪用以在所述的第一旋转位置上托住所述的滑轮。一主棘爪弹簧(main pawl spring)使所述的主棘爪偏移而与所述的滑轮上的一第二组的轮齿啮合。

所述的装设件包含装设在所述的外壳内的一滑座(slide)，此滑座连接所述的变速杆，用以随着变速杆进行实质线性地滑动以及旋转运动。所述的装设件也包含一限制装置(limiting arrangement)，当所述的单一控制杆在所述的第一枢转方向上运动时，此限制装置用以避免所述的滑座进行实质线性地滑动。

所述的滑座适于在所述的外壳内运动，当所述的单一控制杆在实质线性方向上运动时，所述的滑座用以从所述的初始位置开始实质线性地滑动至一第一线性滑动位置。所述的起动装置更包含一实质线性偏移装置(substantially leaner biasingarrangement)，此实质线性偏移装置用以使所述的滑座偏移至所述的初始位置。上述多个棘爪中的一夹持棘爪(hold pawl)是枢设于所述的外壳，用以允许所述的滑轮进行增量旋转运动(incremental rotational movement)。一棘爪偏移装置(pawl biasingarrangement)位于所述的滑座上，当所述的单一控制杆在实质线性方向上运动至所述的第一线性滑动位置时，此棘爪偏移装置用以使所述的夹持棘爪偏移而与所述的滑轮上的一第三组的轮齿啮合，进而实现所述的滑轮的增量旋转运动。

所述的棘爪偏移装置包含一凸起拱座(raised abutment)，当所述的单一控制杆和滑座在实质线性方向上运动至所述的第一线性滑动位置时，此凸起拱座接合所述的夹持棘爪的一端，使所述的夹持棘爪偏移而与第三组轮齿啮合，以及使所述的主棘爪偏移而脱离所述的第二组轮齿。第三组轮齿的齿距大于所述的夹持棘爪的宽度，使得当所述的夹持棘爪一开始与第三组的轮齿啮合时，第三组轮齿允许所述的滑轮在一方向上进行增量旋转，进而释放所述的变速线。当所述的变速杆和滑座回到所述的初始位置时，所述的棘爪偏移装置不再使所述的夹持棘爪偏移而与第三组的轮齿啮合，并且所述的主棘爪弹簧使所述的主棘爪偏移而与所述的第二组轮齿啮合，进而在一被增量旋转的变速线释放位置(incrementally rotated cable release position)上托住所述的滑轮。

所述的起动装置也包含一夹持装置(holding arrangement)，在所述的单一控制杆在实质线性方向上运动期间，此夹持装置用以夹持所述的推进棘爪，使其脱离所述的第一轮齿。

另有一限制装置用以当所述的单一控制杆在实质线性方向上运动时，避免所述的旋转件进行旋转运动。

附图说明

图1是为根据本发明所绘示之装设在手把上的移位器的一端的透视图；

图2是为根据本发明所绘示之装设在手把上的移位器的另一端的透视图；

图3是为去除图1中第二半外壳罩后的透视图；

图4是为去除图1中第二半外壳罩、三联齿轮滑轮和后套筒后的透视图；

图5是为根据本发明所绘示之移位器的分解图；

图6是为第一半外壳罩的外透视图；

图7是为第一半外壳罩的内透视图；

图8是为第一半外壳罩的内部平面图；

图9是为第二半外壳罩的上透视图；

图10是为第二半外壳罩的下透视图；

图11是为第二半外壳罩的左外侧透视图；

图12是为第二半外壳罩的左内侧透视图；

图13是为第二半外壳罩的右内侧透视图；

图14是为第二半外壳罩的对内朝向侧的平面图；

图15是为滑座的外部透视图；

图16是为滑座的内部透视图；

图17是为图13的外部平面图；

图18是为图14的内部平面图；

图19是为单一控制杆的透视图；

图20是为后套筒的对内朝向侧的透视图；

图21是为后套筒的对外朝向侧的透视图；

图22是为单一控制杆归位弹簧的透视图；

图23是为三联齿轮滑轮的对内朝向侧的透视图；

图24是为三联齿轮滑轮的对外朝向侧的透视图；

图25是为三联齿轮滑轮的对内朝向侧的正视图；

图26是为三联齿轮滑轮的对外朝向侧的正视图；

图27是为三联齿轮滑轮的右侧的正视图；

图28是为三联齿轮滑轮的左侧的正视图；

图29是为齿轮归位弹簧的透视图；

图30是为棘爪凸缘的对内朝向侧的透视图；

图31是为棘爪凸缘的对外朝向侧的透视图；

图32是为夹持棘爪的对内朝向侧的透视图；

图33是为夹持棘爪的对外朝向侧的透视图；

图34是为主棘爪的透视图；

图35是为主棘爪弹簧的透视图；

图36是为推进棘爪的对内朝向侧的透视图；

图37是为推进棘爪的对外朝向侧的透视图；

图38是为推进棘爪弹簧的透视图；

图39是为推进棘爪扣环的透视图；

图40是为归位弹簧分隔件的透视图；

图41是为在执行第一方向上的齿轮变速操作期间，根据本发明所绘示之移位器的透视图；以及

图42是为在执行第一方向上的齿轮变速操作期间，根据本发明所绘示的移位器的透视图。

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照附图中的细节，尤其先参考附图1-5，根据本发明所提供的适用于脚踏车的一变速装置(shift arrangement)10包含一外壳16，外壳16是通过一卡固件(clamp)14被固定在脚踏车的一手把12上。

以下的论述中，对内朝向侧或对内朝向面的参考基础是意指面向骑车者的一侧或表面，而对外朝向侧或对外朝向面的参考基础则是意指背对骑车者的一侧或表面。

具体来说，外壳16包含一第一半壳体(half housing shell)18和一第二半壳体20，第二半壳体20被固定于第一半壳体18，以容纳用来实现变速排挡(gear shifting)装配。

如图5-8所示，第一半壳体18包含一平坦、圆形的外壁22，外壁22在其周缘上具有一环形内翻的凸缘(annular inturned flange)24。三个等间距的耳部26由凸缘24向外延伸而出。每一个耳部26内皆有一螺纹孔(threaded opening)28，且螺纹孔28面向第二半壳体20。外壁22中有一中央的开口30(以下简称为开口30)，且开口30具有一稍微呈椭圆形或长方形的构造。两个凸起的挡块32和34由外壁22的开口30的边缘向内延伸，且挡块32和34以大约100度角的间距围绕开口30。在外壁22的内表面上且在挡块32和34之间有一弧形的导引壁36，导引壁36与开口30相隔开。导引壁36的一端和挡块34之间具有一间隙35，设置此间隙35的目的将于后续详细说明。

如图5和9-14所示，第二半壳体20在其周围包含平面、大致为圆形的一外壁40，外壁40具有一环形内翻的凸缘42。一环形壁44由凸缘42的周围向外延伸而出，且有三个等间距的耳部46由环形壁44向外延伸而出。每一个耳部46中具有一通孔(through bore)48。在此，多个螺栓(bolt)50(图1)可分别穿过通孔48并且随螺纹而旋进螺纹孔28中，使第二半壳体20和第一半壳体18牢固接合，且环形壁44会坐落在凸缘24上。

凸缘42包含一向外延伸的凸部52(以下简称为凸部52)，凸部52具有一常见的截头圆锥形(frusto-conical)结构，此截头圆锥形结构延伸有一略为锥形物，并且凸部52延伸有穿透其内部且可通到外壳16内侧的一中央孔54。如图1所示，凸部52配合线调整套管(cable adjust collar)56，并且变速线57延伸穿过线调整套管56和凸部52而进到外壳16内部，此部分将于之后详述。

一圆筒状的凸座(boss)58(以下简称为凸座58)由外壁40的对内朝向面的中心向内延伸而出且具有一大致为梯形的上端部60(以下简称为上端部60)，而上端部60较长的一侧为圆形，然而本发明并不限于此形状。通过凸座58和上端部60提供一中央的开口61(以下简称为开口61)，并且在上端部60中有较小偏移的开口63和65(以下简称为开口63和65)。在外壁40的对内朝向面的周围附近由凸部52开始沿着图14的逆时针方向偏移大约70度角的位置形成有一轻微凹陷处62(以下简称为凹陷处62)，并且在凹陷处62的中央形成有一通孔64。在外壁40的对内朝向面以及在凸缘42的对内朝向面上顺着图14的逆时针方向上的凹陷处62的一侧形成有一凸起的凸出物66，并且此凸出物66中有一螺纹孔68。凸出物66包含一三角形的凸出物70，并且此凸出物70是由凸缘42向内延伸而出。在凹陷处62的正后方的凸缘42的对内朝向面中形成有一大致呈三角形的凹槽72(以下简称为凹槽72)，且凹槽72向上延伸至环形壁44。一圆形的开口74延伸至凹槽72的底壁。在凸缘42的对内朝向面中有一U形的凹槽76形成至图14的顺时针方向上的轻微凹陷的相反侧且延伸其整个高度。最后，有一通孔78延伸穿过凸缘42且实质地在径向上相对于凹槽76。

现在请参考图5和15-18，以下将讨论作为变速杆的一装设件的一部分的一滑座80。滑座80是可滑动地装设于第一半壳体18的外壁22。具体来说，滑座80包含一圆盘82，且由圆盘82的对外朝向面的中心延伸有一圆形的凸座84。部份的凸座84被切除，以定义出一微凸起的底座(pedestal)86以及由底座86向上延伸的凸起壁87a和87b，且凸座84伴随有一大致呈圆形的外侧覆盖区(footprint)。凸起壁87a和87b在其两者之间共同定义出一大的矩形开放区域88(以下简称为开放区域88)，此开放区域88通过在凸起壁87a和87b之间的一中间弯曲的开放区域92(以下简称为开放区域92)连通至在凸起壁87a和87b之间的一小的矩形开放区域90(以下简称为开放区域90)，并且开放区域88、90和92皆位于底座86上方。在圆盘82的对外朝向面上的中心处设置有一中央螺纹孔94(以下简称为螺纹孔94)。在圆盘82的对外朝向面、相邻于开放区域90且高度低于底座86的位置上设置有一圆柱形的凸出物96(以下简称为凸出物96)。有一环形的推进滚轴(advance roller)97(以下简称为推进滚轴97)(图17)可转动地装设在凸出物96上，且尺寸适于穿过间隙35。

滑座80的对内朝向面的相对处包含有一瘦长形的凹槽98(以下简称为凹槽98)且在与开放区域88相同的一纵长方向上延伸并与开放区域88有相同的中心。凹槽98的一端为一平坦端100。凹槽98的一侧设置有一三角形的凹槽102(以下简称为凹槽102)。凹槽102包含一导引壁103，此部份将于后续说明。为了减少材料的使用，在凹槽98的反侧上设置有另一凹槽104。此外，在大致与凹槽98在同一直线上但接近圆盘82的相对周边的位置上，有一稍微呈弧形的凸起壁106(以下简称为凸起壁106)向上延伸自滑座80的对内朝向面。由凸起壁106的一外周围角(outer circumferential corner)向上延伸出尺寸小于凸起壁106的另一稍微呈弧形的凸起壁108(以下简称为凸起壁108)。

滑座80是可滑动地装设于第一半壳体18的外壁22，因此滑座80的对外朝向面可靠在第一半壳体18的对内朝向面，并且凸起壁87a和87b可穿过开口30。

如图5和19所示，有一变速杆110附设在滑座80的对外朝向面的第一半壳体18的外侧。具体来说，变速杆110具有一般人类腿型的外观且包含一上腿部112及一下腿部114。上腿部112与下腿部114之间通过一膝部116呈大约140度角连接。下腿部114的自由端包含有一足部118，此足部118是由下腿部114大致沿一垂直角方向延伸而出。上腿部112包含一主体部120，此主体部120对应滑座80的开放区域88的尺寸的不同而具有不同的适于插入开放区域88的尺寸。经由一弧形裁减部122，上腿部112的自由端向下逐渐变细至一缩小的矩形的平行六面体部124。弧形裁减部122的尺寸会对应滑座80的开放区域92的尺寸不同而有所不同，因而弧形裁减部122可插入开放区域92中。矩形平行六面体部124的尺寸会对应开放区域90的尺寸的不同而有所不同，因此矩形平行六面体部124可安装在开放区域90上。在此位置中，在主体部120中有一通孔126是同轴对准于滑座80的螺纹孔94。铆钉、螺栓或类似物件(未绘示)可穿过通孔126和螺纹孔94，以牢固地结合变速杆110和滑座80。

因此，可以理解的是，变速杆110绕着通孔126的轴线旋转会带动滑座80相对于第一半壳体18旋转。此外，由于凸起壁87a和87b有一大致呈环形的外侧覆盖区，以及由于第一半壳体18的开口30具有微椭圆形或长方形的构造，所以凸起壁87a和87b可在开口30内滑动。因此，当使用者如图42所示地沿着变速杆110的轴向上由足部118的外表面推动变速杆110时，凸起壁87a和87b会在开口30内滑动。

请参考图5、20和21所示，在外壳16内设置有作为一起动装置的一旋转件的一后套筒(post sleeve)130，此后套筒130靠着滑座80的对内朝向面。具体来说,后套筒130包含一薄的、大致呈圆形的板件132(以下简称为板件132)，板件132具有两个耳部134和136，耳部134和136分别在板件132所在的水平面中向外延伸并且相隔大约100度角。在耳部134的外侧端设置有一凸座138，且凸座138在垂直于板件132所在的水平面的方向上延伸有一柱体140。同时，在板件132的相反侧上有一柱体142自耳部136延伸而出。在靠近柱体140的自由端的位置上设置有环绕柱体140的一环形槽141。在耳部136的反面上设置有一小开孔143。此外，板件132包含一中央通孔144。

一中央旋转轴(center shaft)146固定在凸座58的开口61中且穿过中央通孔144。在中央旋转轴146的自由端上有一后套筒滚轴(post sleeve roller)145(图4)，此后套筒滚轴145可滑动地插入凹槽98，凹槽98允许中央旋转轴146在其中旋转。在凹槽98的平坦端100与后套筒滚轴145之间设置有尺寸适合插入凹槽98的一压缩弹簧(compressionspring)147(图4和16)或其他适合的弹簧元件，以在一般情况下使后套筒滚轴145偏离平坦端100。

后套筒130可转动地装设在中央旋转轴146上，因此柱体142可以伸进滑座80的三角形凹槽102中。在柱体142上可转动地装设有一轮状的推进滚轴(annular advanceroller)148(以下简称为推进滚轴148)，当凸起壁87a和87b在开口30中滑动时，此推进滚轴148适于沿着滑座80的导引壁103行进，此部份将于后续说明。在图3中所示从柱体142脱开的推进滚轴148仅是作为较佳的示范性的说明。

如图5和22所示，对着后套筒130的对内朝向面装设一螺旋张力变速杆归位弹簧(coiled torsion shift lever return spring)131(以下简称为变速杆归位弹簧131)。变速杆归位弹簧131的内侧端被弯折而形成被固定在开口63中的一弯曲的弹簧凸起(bentspring projection)133，同时变速杆归位弹簧131的外侧端也被弯折而形成被固定在后套筒130的耳部136的开口143中的一弯曲的弹簧凸起135。藉此作法，变速杆归位弹簧131可使后套筒130沿着图3的顺时针方向偏移。结果，被装设在柱体142上的推进滚轴148会带动滑座80和变速杆110一起旋转。

如图3、5和23-28所示，在变速杆归位弹簧131的对内朝向面，有一三联齿轮滑轮(triple gear pulley)150可转动地被装设在第二半壳体20的凸座58上。三联齿轮滑轮150包含有一大致为圆柱形的本体152(以下简称为圆柱体152)，此圆柱体152具有一中央通孔153，且凸座58可穿过此中央通孔153。圆柱体152具有环绕圆柱体152外围的一位于中央的环形线导引槽(centrally located annular cable guiding groove)154(以下简称为线导引槽154)，且变速线57延伸环绕此线导引槽154。一尖头状的三角形凸部(pointedtriangular nose)156(以下简称为凸部156)自圆柱体152的外侧周围向外延伸而出并且与线导引槽154相交。凸部156的一端有部分延伸穿过凸部156的一圆柱形凹槽158(以下简称为凹槽158)，以及凸部156的一相对端有一细长沟槽160(以下简称为沟槽160)，而沟槽160延伸进入与凹槽158相通的开放式通道。如图4所示，一般来说，凸部156位于朝向其右侧的一较低位置。以此方式，变速线57可进入外壳16内，并且从略向凸部156的左边的位置开始，在穿过沟槽160和凹槽158后，延伸进线导引槽154内。有一圆柱形的插梢(cylindricalplug)162(图4)被固定于变速线57的自由端且穿过凹槽158，以及插梢162的尺寸可插进凹槽158内，使得变速线57的自由端和三联齿轮滑轮150可在凸部156被稳固结合。在相邻于凸部156的对内朝向面中设置有一小开口157(以下简称为开口157)。

可理解的是，线导引槽154将三联齿轮滑轮150的外周围分成一内侧圆周部(innercircumferential section)和一外侧圆周部(outer circumferential section)。一第一组的内侧轮齿164延伸自内侧圆周部，一第二组的外侧轮齿166延伸自外侧圆周部，第一组的内侧轮齿164和第二组的外侧轮齿166皆从凸部156正上方的位置开始向上延伸并环绕三联齿轮滑轮150直至大致地完全相对于凸部156的一位置。可理解的是，第一组的内侧轮齿164具有一实质对称的梯形外观，而每一个外侧轮齿166在朝向凸部156的一方向上具有相同的倾斜度，并且外侧轮齿166间的齿距大于第一组的内侧轮齿164间的齿距。结果，从以下的论述可知，外侧轮齿166与第一组的内侧轮齿164之间稍微错开。一第三组的外侧轮齿168从微相隔于第二组的外侧轮齿166的一端的位置延伸环绕外侧圆周部至相邻于凸部156的反侧的位置。外侧轮齿168具有一实质对称的梯形外观。

如图5和29所示，一螺旋张力齿轮归位弹簧(coiled torsion gear returnspring)165(以下简称为齿轮归位弹簧165)被装设在第二半壳体20和三联齿轮滑轮150之间。齿轮归位弹簧165的内侧端被弯折而形成固定在第二半壳体20的开口65中的一弯曲的弹簧凸起167，同时齿轮归位弹簧165的外侧端也被弯折而形成被固定在相邻于三联齿轮滑轮150的凸部156的开口157中的一弯曲的弹簧凸起169。以此方式,齿轮归位弹簧165即可在一般情况下使齿轮归位弹簧165顺着图4的逆时针方向偏移。

如图3-5、30和31所示，有一棘爪凸缘(pawl flange)170固定于第二半壳体20的对外朝向面。棘爪凸缘170包含一板件171，板件171具有一主要部份172以及由主要部份172延伸出的一指状部份174。指状部份174包含一通孔176，因此一螺栓178(图3和4)可由此通孔176的对外朝向侧经由穿过此通孔176后随着螺纹孔68的螺纹而接合进螺纹孔68，进而将棘爪凸缘170和第二半壳体20紧密固定。棘爪凸缘170包含一矮柱体180(以下简称为柱体180)以及一高柱体182(以下简称为柱体182)。柱体180位于板件171的主要部份172的左端位置且延伸自棘爪凸缘170的对内朝向面。柱体182在板件171的主要部份172的较低位置且延伸自棘爪凸缘170的对内朝向面。

如图3-5、32和33所示，有一夹持棘爪184作为一起动装置的一部分可转动地装设在棘爪凸缘170的柱体182上。夹持棘爪184包含一棘爪操控杆(pawl lever)186，棘爪操控杆186具有实质地在中央的一中央通孔188且被装设在柱体182上。在棘爪操控杆186的一端上设置有一可向下倾斜的掣爪(pawl catch)190(以下简称为掣爪190)，此掣爪190用以与三联齿轮滑轮150的外侧轮齿166接合，此部份将于后续说明。再者，有一柱体192延伸自棘爪操控杆186的对外朝向面的相对于掣爪190的一端，此柱体192用以与凸起壁108的上弧形表面接合。

如图3-5和34所述，然后有一主棘爪194作为一起动装置的一部分可转动地被装设在夹持棘爪184上方的棘爪凸缘170的柱体182上。主棘爪194包含一棘爪操控杆(pawllever)196，棘爪操控杆196的一端具有一上接合面197和一通孔198，主棘爪194可藉由此通孔198装设在柱体182上。棘爪操控杆196的另一端具有一向下倾斜的掣爪200(以下简称为掣爪200)，此掣爪200用以与三联齿轮滑轮150的内侧轮齿164啮合，此部份将于后续说明。此外，在棘爪操控杆196邻近于掣爪200的一端，有一柱体202延伸自棘爪操控杆196的对外朝向面，此柱体202用以与凸起壁106的上弧面接合。

一主棘爪弹簧(main pawl spring)204通常会使掣爪200偏移而与内侧轮齿164啮合，如图3和4所示。具体来说,主棘爪弹簧204包含一圆柱形的底座206(以下简称为底座206)，此底座206具有可让柱体182穿过的一中央通孔208。在底座206的对内朝向端延伸有一第一弹簧臂210(以下简称为弹簧臂210)，此弹簧臂210与凸缘42的内表面接合。在底座206的对外朝向端上延伸有一第二L型弹簧臂212(以下简称为弹簧臂212)，此弹簧臂212与棘爪操控杆196的上接合面197接合。结果，当施加一外力来使掣爪200与内侧轮齿164分开时，弹簧臂210和212会拉紧，使得当此外力消失时，弹簧臂210和212则会以图3的逆时针方向推进主棘爪194，进而使掣爪200与内侧轮齿164啮合。

如图3-5、36和37所示，一推进棘爪214作为一起动装置的一部分可转动地被装设在后套筒130的柱体140上。推进棘爪214包含一棘爪操控杆216，此棘爪操控杆216的一端具有一下接合面217和一通孔218，通过此通孔218，推进棘爪214可装设在后套筒130的柱体140上。在棘爪操控杆216的相对端设置有一向上倾斜的掣爪220(以下简称为掣爪220)，此掣爪220用以与三联齿轮滑轮150的外侧轮齿168啮合，此部份将于后续进行说明。

一推进棘爪弹簧222一般来说会使掣爪220偏移而与外侧轮齿168啮合，如图3、4和38所示。具体来说，推进棘爪弹簧222包含具有一中央通孔226的一圆柱形的底座224(以下简称为底座224)，中央通孔226被装设在推进棘爪214下方的后套筒130的凸座138上。在底座224的对外朝向端延伸有一第一L型弹簧臂228(以下简称为弹簧臂228)，此弹簧臂228用以与后套筒130的板件132的侧边缘接合。在底座224的对内朝向端延伸有一第二L型弹簧臂230(以下简称为弹簧臂230)，此弹簧臂230用以与推进棘爪214的较低接合面217接合。结果，当施加一外力使掣爪220和外侧轮齿168分开时，弹簧臂228和230会拉紧，使得当此外力移除时，弹簧臂228和230则会在图3的逆时针方向上推进推进棘爪214，进而使掣爪220与外侧轮齿168啮合。

如图3-5和39所示，一推进棘爪扣环(advance pawl retaining ring)232可卡扣到后套筒130的柱体140上并在柱体140的环形槽141中被托住，以保持推进棘爪214和推进棘爪弹簧222在适当的位置。

进一步来说，如图5和40所示，有一归位弹簧分隔件(return spring spacer)234被装设在介于后套筒130与三联齿轮滑轮150之间的凸座58的上端部60上。具体来说，归位弹簧分隔件234包含一大致呈圆形的圆板236(以下简称为圆板236)，此圆板236具有一中心大致呈梯形的通孔238(以下简称为通孔238)，此通孔238具有与上端部60相同的形状和尺寸，因此通孔238可环绕上端部60。结果，归位弹簧分隔件234不会转动。有一弧状的凸缘240(以下简称为凸缘240)以共面的方式由圆板236的边缘以大约90度角延伸而出，并且有两个相对的斜面242和244。

在操作上，在没有排档发生改变的中间位置或剩余的位置上，推进棘爪214的掣爪220座落在归位弹簧分隔件234的凸缘240上，藉此脱离外侧轮齿168。此时，主棘爪弹簧204也会使主棘爪194的掣爪200偏移而与内侧轮齿164啮合，因此变速器的特定齿轮会就位。虽然夹持棘爪184不会被偏移而与外侧轮齿166啮合，但可能会藉助重力而落入这些轮齿的其中一个。

为了可以在一方向上换档而拉动变速线57，使用者可以沿图41中的箭头方向246，也就是沿图41的逆时针方向，旋转变速杆110。由于滑座80被固定于变速杆110，因此滑座80也会沿着图3中相同的逆时针方向旋转。在此情况下，压缩弹簧147保持滑座80的位于中心的位置。滑座80的旋转量是受限于介于第一半壳体18的挡块32和34之间的推进滚轴97。此外，在一开始旋转期间，推进滚轴97会被转到导引壁36前面远离间隙35的位置，以防止变速杆110进行线性运动，也就是说只让变速杆110进行旋转运动。再者，因为推进滚轴148紧靠于滑座80的导引壁103，所以后套筒130也以此逆时针方向旋转。在此动作期间，推进棘爪214会随着后套筒130旋转，进而移动归位弹簧分隔件234的凸缘240。结果，凸缘240不再抑止推进棘爪214，并且推进棘爪弹簧222会使推进棘爪214偏移而与外侧轮齿168啮合。持续的旋转会使得推进棘爪214带动三联齿轮滑轮150在图3的逆时针方向上转动，以拉动变速线57。在此运动过程中，主棘爪194会藉由此旋转的力量抵抗主棘爪弹簧204的力量而脱离内侧轮齿164，接着弹簧204会使主棘爪194与下一个内侧轮齿164啮合。由于变速杆110在一单一运动中可旋转一距离而实现高达4个齿轮变速动作(gear shifting)，因此在此齿轮变速操作期间，主棘爪194会重复地作此动作，亦即由其中一个内侧轮齿164移开后再与下一个内侧轮齿164啮合等等。夹持棘爪184不限于以类似的方式进行类似的操作。

当施加在变速杆110上的旋转力量被松开时，变速杆归位弹簧131会使后套筒130在顺时针方向上偏移。由于推进滚轴148会抵靠着滑座80的导引壁103，因此滑座80与变速杆110也会沿此顺时针方向旋转。推进棘爪214的掣爪220的结构会使得掣爪220在此归位运动期间可移进和移出外侧轮齿168。换句话说，推进棘爪214用以使三联齿轮滑轮150只在所述的逆时针方向上运动。需注意的是，变速线57上的张力通常会促使三联齿轮滑轮150以顺时针方向回转。然而，由于没有推进棘爪214的旋转力量作用在三联齿轮滑轮150上，所以保持三联齿轮滑轮150在此已改变的档位下，主棘爪194啮合内侧轮齿164并保持三联齿轮滑轮150在适当的位置。在此，变速线57会被拉动而实现在一第一方向上的一变速操作。

为了在相反方向上换档，使用者可线性地沿着箭头方向248移动变速杆110，如图42所示。较佳的是，变速杆110不会旋转，也就是说，变速杆110只纯粹进行线性运动。由于滑座80是被固定于变速杆110，因此滑座80也会沿着此线性方向运动。因此，在滑座80上的推进滚轴97会行经第一半壳体18上的间隙35。

具体来说，围绕在中央旋转轴146的自由端的后套筒滚轴145可逆着压缩弹簧147的力量，在滑座80的凹槽98中滑动。此外，推进滚轴148顺着滑座80的导引壁103行进。然而，可以理解的是，后套筒130不会滑动，使得此时的后套筒130是不动的。结果，在这整个变速操作期间，归位弹簧分隔件234的凸缘240会抑制推进棘爪214，使得推进棘爪214脱离外侧轮齿168。

在此滑动过程中，滑座80的凸起壁106会与主棘爪194的柱体202接合，使掣爪200脱离三联齿轮滑轮150的内侧轮齿164。同时，凸起壁108紧靠夹持棘爪184的柱体192，使掣爪190与三联齿轮滑轮150的外侧轮齿166啮合。因此，此时只有夹持棘爪184在适当的位置托住三联齿轮滑轮150。外侧轮齿166之间的间隔或齿距是大于掣爪190的宽度，因此在啮合动作的一开始，变速线57的拉力会使三联齿轮滑轮150以图3的顺时针方向稍微旋转相当于外侧轮齿166之间的间隔或齿距与掣爪190的宽度之间的差值的一短距离，直到掣爪190抵紧各别外侧轮齿166的边缘以在适当的位置托住三联齿轮滑轮150。

当施加在变速杆110的线性力量消除后，压缩弹簧147会使滑座80线性地运动至滑座80原初的位置。结果，凸起壁108不再紧靠夹持棘爪184的柱体192，藉此掣爪190可以脱离三联齿轮滑轮150的外侧轮齿166。这是由于变速线57的张力使三联齿轮滑轮150顺着图3的顺时针方向运动所造成，藉此这个旋转动作会使夹持棘爪184脱离外侧轮齿166。同时，滑座80的凸起壁106不再与主棘爪194的柱体202接合，藉此主棘爪弹簧204会使主棘爪194沿着图3的逆时针方向运动。然而，如上所述，三联齿轮滑轮150已经沿着图3的顺时针方向轻微转动。结果，主棘爪194不会与内侧轮齿164啮合。因此，变速线57的张力会使得三联齿轮滑轮150开始沿着图3的顺时针方向旋转直到主棘爪弹簧204使主棘爪194的掣爪200与下一个外侧轮齿166啮合，以在这个位置上夹持三联齿轮滑轮150为止。

可理解的是，可以对在请求项范围中的本发明进行各种不同的修改。举例来说，在反向变速操作期间变速杆110不会只在一线性方向上运动，变速杆110还可以在一稍呈弧形的路径上运动同时稍微旋转。再者，在变速杆110先旋转一小距离后，可能实现变速杆110的线性运动。在此，请求项中的参考实质地线性涵盖所有的这些装置。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求范围。

Claims (18)

1.一种齿轮变速装置，适用于一脚踏车，该齿轮变速装置远离且不同于该脚踏车的一刹车杆，该脚踏车具有一变速器以及与该变速器相连的一变速线，而该齿轮变速装置包含：

一外壳；

一单一控制杆，该单一控制杆固定在该外壳内，该单一控制杆可绕一轴线转动地固定在该外壳内且适于在一齿轮变速操作期间沿垂直于该轴线的一线性方向运动，以及该单一控制杆适于只进行该齿轮变速操作；

一装设件位于该外壳内，该装设件包含一细长沟槽；

一旋转轴，用以相对于该细长沟槽转动和滑动；

一第一装置，当一外部枢转力作用在该单一控制杆上以在一第一方向上换档时，该第一装置用以限制该单一控制杆只在一旋转方向上移动，进而使该单一控制杆只在该旋转轴与该装设件之间作相对旋转运动；以及

一第二装置，当沿着该单一控制杆的一纵向方向线性地施加一外力以在与该第一方向相反的一第二方向上换档时，该第二装置用以限制该单一控制杆在一实质线性方向上运动；

其中当该单一控制杆在该外壳内枢转时，该旋转轴只相对于该细长沟槽转动，以及当该单一控制杆在该外壳内作线性运动时，该旋转轴在一实质线性方向上运动。

2.根据权利要求1所述的齿轮变速装置，更包含：

一移动控制机构，该移动控制机构位于该外壳内且连接于该装设件，当该单一控制杆在该第一枢转方向上运动时，该移动控制机构用以控制该脚踏车的齿轮在一第一移动方向上移动，以及当该单一控制杆在该第二实质线性方向上运动时，该移动控制机构用以控制该脚踏车的齿轮在与该第一移动方向相反的一第二移动方向上移动，其中该移动控制机构包含一滑轮和一起动装置，该滑轮可转动地装设于该外壳内，该变速线围绕该滑轮，该起动装置连接于该装设件与该滑轮之间，该起动装置用以根据该单一控制杆的运动控制该滑轮旋转，以拉动或释放该变速线。

3.根据权利要求2所述的齿轮变速装置，其中该滑轮包含围绕该滑轮的多组轮齿，该起动装置包含多个棘爪，以及该些棘爪用以根据该单一控制杆的运动而与该些轮齿接合。

4.根据权利要求3所述的齿轮变速装置，其中该起动装置包含：

一旋转件可转动地装设于该外壳内，且适于当该单一控制杆在该第一枢转方向上的运动时，被该装设件转动；

一推进棘爪，该推进棘爪为该些棘爪的其中之一，该推进棘爪枢设在该旋转件上；以及

一推进棘爪弹簧，当该旋转件旋转时，该推进棘爪弹簧用以使该推进棘爪偏移而与在该滑轮上该多组的轮齿中的一第一组轮齿啮合，以转动该滑轮，进而拉动该变速线；

其中该推进棘爪的设置使得该推进棘爪适于与该滑轮接合并且使该滑轮只在一方向上旋转，进而拉动该变速线。

5.根据权利要求4所述的齿轮变速装置，其中该起动装置更包含：

一旋转件弹簧，用以使该旋转件偏转；

一主棘爪，该主棘爪是为该些棘爪的其中之一，该主棘爪枢设于该外壳，当该单一控制杆被松开时以及当该旋转件弹簧使该旋转件和该推进棘爪转回时，该主棘爪用以在旋转时托住该滑轮；以及

一主棘爪弹簧，用以使该主棘爪偏移而与在该滑轮上该多组的轮齿中的一第二组轮齿啮合。

6.根据权利要求5所述的齿轮变速装置，其中该旋转轴装设于该外壳，该装设件包含一旋转滑动件，该单一控制杆固定于该旋转滑动件，该旋转滑动件具有该细长沟槽，该旋转滑动件用以藉由该细长沟槽而相对于该旋转轴滑动，以及该旋转滑动件用以相对于该旋转轴旋转。

7.根据权利要求6所述的齿轮变速装置，更包含：

一限制装置，连接于该旋转滑动件，当该单一控制杆在该第一枢转方向上运动时，该限制装置用以阻止该旋转滑动件实质线性地滑动。

8.根据权利要求6所述的齿轮变速装置，其中当该单一控制杆在该实质线性方向上运动时，该旋转滑动件适于在该外壳内被推动而实质线性地滑动；以及

其中该起动装置更包含：

一实质线性偏移装置，用以偏移该旋转滑动件；

一夹持棘爪，该夹持棘爪是为该些棘爪的其中之一，该夹持棘爪枢设于该外壳，该夹持棘爪用以允许该滑轮进行增量旋转运动；以及

一棘爪偏移装置，位于该旋转滑动件上，当该单一控制杆实质地在该线性方向上运动至该第一线性滑动位置时，该棘爪偏移装置用以使该夹持棘爪偏移而与在该滑轮上的该多组轮齿中的一第三组轮齿啮合，以实现该滑轮的增量旋转运动。

9.根据权利要求8所述的齿轮变速装置，其中该棘爪偏移装置包含一凸起拱座，当该单一控制杆和该旋转滑动件实质地在该线性方向上运动至该第一线性滑动位置，使该夹持棘爪偏移而与该第三组轮齿啮合以及使该主棘爪偏移脱离该第二组轮齿时，该凸起拱座与该夹持棘爪的一端接合；以及该第三组轮齿的齿距大于该夹持棘爪的宽度，以容许当该夹持棘爪一开始与该第三组轮齿啮合时，该滑轮在一方向上增量旋转，以释放该变速线。

10.根据权利要求9所述的齿轮变速装置，其中当该单一控制杆和旋转滑动件归位时，通过该棘爪偏移装置，该夹持棘爪不再偏移而与该第三组轮齿啮合，以及通过该主棘爪弹簧，该主棘爪与该第二组轮齿啮合，以在一被增量旋转的变速线释放位置上维持该滑轮。

11.根据权利要求8所述的齿轮变速装置，其中该起动装置更包含一夹持装置，当该单一控制杆在该实质线性方向上运动时，该夹持装置用以夹持该推进棘爪脱离该第一轮齿。

12.根据权利要求8所述的齿轮变速装置，更包含：

一限制装置，当该单一控制杆在该实质线性方向上运动时，该限制装置用以防止该旋转件作旋转运动。

13.根据权利要求3所述的齿轮变速装置，其中该旋转滑动件装设于该外壳内，当该单一控制杆在该实质线性方向上运动时，该旋转滑动件用以随着该单一控制杆由一初始位置实质线性地滑动至一第一线性滑动位置；以及

该起动装置包含：

一实质线性偏移装置，用以使该旋转滑动件偏移至该初始位置；

一夹持棘爪，该夹持棘爪是为该些棘爪的其中之一，该夹持棘爪枢设于该外壳，该夹持棘爪用以让该滑轮进行增量旋转运动；以及

一棘爪偏移装置，该棘爪偏移装置位于该旋转滑动件上，当该单一控制杆在该实质线性方向上运动至该第一线性滑动位置时，该棘爪偏移装置用以使该夹持棘爪偏移而与在该滑轮上的该多组轮齿中的一第一组轮齿啮合，以实现该滑轮进行增量旋转运动。

14.根据权利要求13所述的齿轮变速装置，其中该起动装置更包含：

一主棘爪，该主棘爪是为该些棘爪的其中之一，该主棘爪枢设于该外壳；以及

一主棘爪弹簧，当该单一控制杆在该实质线性方向上运动回到该初始位置时，该主棘爪弹簧用以使该主棘爪偏移而与在该滑轮上的该多组轮齿中的一第二组轮齿啮合，以在一被增量旋转的变速线释放位置上维持该滑轮。

15.根据权利要求14所述的齿轮变速装置，其中该棘爪偏移装置包含一凸起拱座，当该单一控制杆和旋转滑动件在该实质线性方向上运动至该第一线性滑动位置，使该夹持棘爪偏移而与该第一组轮齿啮合以及使该第二棘爪偏移而脱离该第二组轮齿时，该凸起拱座与该夹持棘爪的一端接合；以及该第一组轮齿的齿距大于该夹持棘爪的宽度，以容许当该夹持棘爪一开始与该第一组轮齿啮合时，该滑轮在一方向上作增量旋转，进而释放该变速线。

16.根据权利要求15所述的齿轮变速装置，其中当该单一控制杆回到该初始位置时，该夹持棘爪不再偏移而与该第一组轮齿啮合，而该主棘爪则被该主棘爪弹簧偏移而与该第二组轮齿啮合，以在一被增量旋转的变速线释放位置上维持该滑轮。

17.根据权利要求1所述的齿轮变速装置，其中该第一装置包含一滚轴和一弧形的引导壁，当一外部枢转力作用在该单一控制杆，使该脚踏车的齿轮在一第一方向上移动时，该弧形的引导壁用以限制该滚轴的运动，进而使该单一控制杆只在该旋转方向上运动。

18.根据权利要求1所述的齿轮变速装置，其中该第二装置包含一线性壁和一滚轴，当线性地沿着该单一控制杆的一纵向方向施加，使得该脚踏车的齿轮在与该第一方向相反的一第二方向上移动时，该滚轴用以沿着该线性壁运动，进而限制该单一控制杆在该实质线性方向上运动。