CN1094862C - 气体致动的脚踏车换档器 - Google Patents

Abstract

脚踏车用之气体致动换档器包括基件，支撑导链器的可动件，将基件连接于可动件成为使得可动件相对于基件移动的连接机构，以及响应压缩气体来使可动件相对于基件移动的致动机构。

Description

气体致动的脚踏车换档器

本发明涉及脚踏车换档器，尤其涉及由压缩气体致动的脚踏车换档器。

具有多个齿轮的换档单元被用在一脚踏车上，以使爬山更容易或在平地可骑得更快。换档单元一般具有骑车者用来进行换档的换档控制组件，及借着缆线而连接于换档控制组件的换档机构。

举例而言，换档控制组件具有二换档杆和一卷线器，其中卷线器在换档杆被操作时经由棘轮机构而旋转。换档机构有外部型和内部型。外部型换档机构具有互相平行设置且具有不同数目的齿的多个链轮，和于链轮的轴向(下文称为「换档方向」)来回移动且被用来引导链条至链轮之一的一换档器。换档器具有安装于脚踏车车架的一安装组件，和相对于安装组件移动且于换档方向引导链条的一链条引导组件。内部型换档机构具有设置在后车轮轮毂内部的多个具有不同齿轮比的传动机构，和于轮毂轴向或绕轮毂轴线来回移动且选择多个传动机构之一的一控制器。

以传统的换档单元，换档杆之一的操作造成卷线器经由棘轮机构而一方向旋转一档。结果，缆线卷绕卷线器，并且换档机构进行换档，例如从较高档位到较低档位。另一换档杆的操作使棘轮机构被释放，且使卷线器于另一方向旋转一档。结果，卷绕在卷线器上的缆线被放出，且换档机构于相反方向进行换档。

骑车者在骑车期间(特别是比赛期间)所花费的力气有绝大部分是用来踩踏板。因此，换档单元的重要评估是其能将骑车者必须施加来操作换档杆的力气减少多少。为减少骑车者必须施加来操作换档杆的力气，换档杆的行程必须缩短，并且其操作力必须减小。然而，此二需求互相抵触。举例而言，如果操作行程缩短，则操作力增加，而如果操作力减小，则操作行程变长。因此，在借着换档杆以卷绕缆线来进行换档的系统之下，要同时满足此二需求是几乎不可能的。

解决此问题的一已知手段为外部辅助换档系统，其利用来自电池的动力来移动换档器的链条引导组件。日本公开专利申请案第5-338581号揭示此系统。此辅助换档系统配备有转换机构，控制机构，及分度机构。转换机构具有凸轮及其它设置在链条引导组件内侧的构件。转换机构的目的为将构成链条引导组件的滑轮及其它旋转构件的旋转转换成于换档方向的位移，亦即将旋转移动转换成线性的往复移动。控制机构具有连接于转换机构且来回移动的一控制轴，和杆端与控制轴的横向表面啮合的一对电磁线圈。此机构被用来控制链条引导组件的换档方向。具有倾斜表面及垂直表面的多个凹部根据换档位置形成在控制轴的横向表面上，并且倾斜表面在凹部中的位置形成在横向表面上的互相相反之侧上。动力是从电池经由安装在车把或另一合适位置上的换档操作开关而被供应至电磁线圈，并且电磁线圈由此换档操作开关致动。当电磁线圈被致动且杆端与凹部啮合时，控制轴与链条引导组件于换档方向的任一个不可移动地啮合。在换档方向由控制机构控制之下，分度机构作用来在链条引导组件移动之后将链条引导组件保持在换档位置。此分度机构设置有互补导体，其被用来在换档方向被保持时关闭电磁线圈。

以此辅助换档系统，当踏板转动时，旋转构件被链条旋转，并且此旋转使控制轴于换档方向来回移动。当换档操作开关届时被操作时，电磁线圈根据开关被致动，且电磁线圈的杆端与在控制轴的横向表面上的一组凹部啮合。结果，链条引导组件(包括其滑轮)与控制轴一起于一换档方向移动，并且被分度机构保持在换档位置。当链条引导组件被分度机构保持时，电磁线圈缩回且换档完成。

以此辅助换档系统，可借着经由开关的操作来致动电磁线圈而换档，因此骑车者不须施加太大的力气来换档。然而，因为利用电池成为电源(驱动源)，所以如果使用干电池或其它此类的可丢弃式电池，则必须在每次电力耗尽时进行更换。如此，确保有可用的驱动源造成成本的提高。另一方面，如果使用镍镉电池或其它此类的可充电式电池，则与确保驱动源有关的成本较低，但是充电花费很长的时间，并且一旦电力耗尽，则在重新充电完成之前，辅助换档系统都不能被致动。为避免此情形发生，必须在考虑充电时间及充电电池的使用寿命下准备多个电池，并且这些电池必须永远保持于完全充电的状态，此表示电池的维持不方便。

电力操作装置的另一问题在装置被用在潮湿环境中时发生。如果在雨中或在登山脚踏车比赛中的使用期间，泥水或类似者黏着于电磁线圈，互补导体，或其它电零件，则有不良的绝缘可能使电磁线圈故障的危险。因此，可以可靠地使用此系统的环境受限制。

美国专利第4352503号及欧洲专利EPO120571号揭示以压缩气体来操作的换档器。在骑车期间，一气体泵唧机构借着车轮的旋转而被操作。泵唧机构操作成使得高速的骑乘产生高的气体压力，而低速的骑乘产生低的气体压力。气体压力与一活塞连通，而活塞又连接于换档器操作缆线。如此，换档器的位置是借着由泵唧机构所产生的气体压力来决定。

此型系统的一缺点在于泵唧机构在骑乘期间在车轮或其它旋转零件上产生阻力，因而增加骑车者必须施加的力气。另外，如果骑车者想要选择特定档位，则骑车者必须靠直觉来学习必须有多少的气体压力来选择该档位，然后骑车者必须集中注意来操作想要的阀一段正确的时间，直到换档器到达想要的档位。此种分心在比赛期间或在其它高性能骑乘期间可能令人非常困扰。

本发明的目的在于提供一种气体致动的脚踏车换档器，其可被用在很广泛的环境范围中，易于维护，并且允许骑车者在不分心下快速地且可靠地选择档位。

在本发明的一实施例中，一种气体致动的脚踏车换档器，包括：一基件；一可动件，支撑一导链器；一连接机构，将该基件连接于该可动件，使得该可动件相对于该基件移动；及一致动机构，响应压缩气体来使该可动件相对于该基件移动；其特征在于该致动机构包括：一第一气体致动器，用来使该可动件相对于该基件于一第一方向移动；一第二气体致动器，用来使该可动件相对于该基件于一相反方向移动；及一分度机构，靠近该基件设置，用来将该可动件设定及保持于多个位置。因为换档器为气体致动，所以潮湿不会造成换档器的故障，并且可使用泵或压缩机来维持及快速恢复气体压力。

在一更特定的实施例中，致动机构不须改变气体压力来移动换档器。取而代之的是，致动机构可响应具有大致固定的压力的压缩气体来使可动件移动至想要的档位的任何之一。举例而言，致动机构可包括第一及第二气体致动器。在此情况中，第一气体致动器使可动件相对于基件于第一方向移动，而第二气体致动器使可动件相对于基件于相反方向移动。如此，换档器的位置不依赖施加于致动机构的有变化的气体压力。

在上述的任一实施例中，致动机构可包括分度机构，用来将可动件设定及维持于多个位置。结果，换档器不须有固定的气体压力施加于其来将其维持于想要的位置。在包括第一及第二气体致动器的实施例中，分度机构可包括具有连接于连接机构的第一端部的一控制组件，用来拉动及释放控制组件的第二端部的一收紧组件，以及连接于收紧组件，第一气体致动器，及第二气体致动器的一棘轮与掣子机构，用来将收紧组件驱动至选定位置且用来将收紧组件维持于该选定位置。在此情况中，第一气体致动器包括响应气体压力的连续施加及移除而往复运动的一第一往复元件，而第二气体致动器包括响应气体压力的连续施加及移除而往复运动的一第二往复元件。如果想要，棘轮与掣子机构可包括连接于收紧组件以与其一起移动的一棘轮，连接于第一往复元件以用来将棘轮驱动至选定位置的一驱动掣子，以及连接于第二往复元件以用来选择性地将棘轮维持于该选定位置及将棘轮从该选定位置释放的一定位掣子。在一非常特定的实施例中，控制组件可由一控制缆线形成，并且收紧组件可形成为用来交替地卷绕及退绕控制缆线的一卷线鼓。如果想要，分度机构可装配在基件内以减小换档器的尺寸。

在根据本发明的气体致动换档器的另一实施例中，连接机构包括第一连接件及第二连接件，二者可枢转地连接于基件及可动件，以与基件及可动件一起形成四连杆型连接机构。为防止倾向于磨损连杆枢轴及降低效率的不想要的弯曲力，控制缆线可与第一连杆的中心大致对齐，并且两个回动弹簧可被用来平衡组件之间的回动弹簧力。更明确地说，两个回动弹簧具有连接于基件的第一端部，以及连接于可动件的第二端部。一回动弹簧被定位在第一连杆的一侧，而另一回动弹簧被定位在第一连杆的相反侧。取决于换档器的设计，回动弹簧可具有不同的弹簧常数，以微调换档器组件上的平衡力。

附图简述如下：

图1为结合根据本发明的气体致动换档器的一特定实施例的脚踏车的侧视图；

图2为图1所示的脚踏车车架的部分剖开视图；

图3为与图1所示的脚踏车一起使用的后换档器换档机构的示意图；

图4为与图1所示的脚踏车一起使用的前换档器换档机构的示意图；

图5为可与根据本发明的前及/或后换档机构一起用的致动机构的一特定实施例的剖面图；

图6A及6B为显示图5所示的缆线卷绕进给棘轮的操作的侧视图；

图7A及7B为显示图5所示的缆线释放进给棘轮的操作的侧视图；

图8为显示图5所示的定位棘轮的操作的侧视图；

图9为显示图5所示的释放凸轮的操作的侧视图；

图10A至10C为显示在缆线释放操作期间定位棘轮及释放凸轮的操作的侧视图；

图11为根据本发明的气体致动换档机构的另一实施例的示意图；

图12为根据本发明的气体致动换档机构的另一实施例的部分剖开视图；

图13为根据本发明的气体致动换档机构的另一实施例的侧视图；

图14为图13所示的气体致动换档机构的后视图；

图15为图13所示的气体致动换档机构的底视图；

图16为图13所示的气体致动换档机构的部分剖开视图，显示分度机构的特定实施例；

图17为沿图16中的线XVII-XVII所取的视图；

图18A为显示在退档操作中所用的分度机构组件的部份剖开视图；

图18B至18E显示在退档操作期间分度机构的操作；

图19A为显示在进档操作中所用的分度机构组件的部份剖开视图；且

图19B至19E显示在进档操作期间分度机构的操作。

在图1中，采用本发明的实施例的MTB型(山地型)脚踏车配备构成脚踏车的骨架的钻石型车架1。车架1具有由一前三角形及一后三角形构成的车架本体2，及前叉3，其在车架本体2的前方部份处绕一对角直立轴线被可旋转地支撑，并且在其下方部份处配备有两个气动悬吊片3a。脚踏车还配备有连接于前叉3的车把组件4，附着于车架本体2的下方部份且将踩踏力转换成为驱动力的驱动组件5，可卸除地安装在前叉3的下端上的前车轮6，可卸除地安装在车架本体2的后方部份上的后车轮7，以及前车单元8及后车单元9。

如图2所示，车架本体2具有可旋转地支撑前叉3的头部组件10，被用来可旋转地支撑曲柄心轴(未显示)的底部托架组件11，被用来固定鞍座(以下讨论)的鞍座固定组件12，及连接上述的组件10至12的管架件13。这些组件是例如借着熔接由铝，铬钼钢，钛合金，或另外的此类材料制成的金属管而制成。

管架件13包括下管15，上管16，座管17，座撑18，及链撑19。下管15从头部组件10对角线地向下延伸，并且底部托架组件11被设置于下管15的后端部。上管16在下管15的上方从头部组件10向后延伸。座管17连接上管16的后端部与下管15的后端部。圆柱形鞍座固定组件12被熔接及固定于座管17的上端部的后方部份。如图1所示，鞍座29b固定于此鞍座固定组件12成为使得固定于上端部的座柱29a的上下位置可被调整。座撑18以双叉方式从上管16的后端部对角线地向下延伸。链撑19以双叉方式从底部托架组件11向后延伸，并且经由实心后叉端部19a而连接于座撑18的后端部。

管架件13的内部与外界气密地密封，但是相邻管件内部的空间互相连通。因此，车架形成可容纳例如最大大约10kg/cm²的压缩气体的气体充填组件20。此处，下管15的内部空间与上管16的内部空间在头部组件10的后方的部份处连接，并且座管17的内部空间分别在座管17的上端部及下端部处与上管16的内部空间及下管15的内部空间连通。上管16的内部空间与座撑18的内部空间经由形成在上管1 6的后方处的连通孔18a而连通，并且下管15的内部空间与链撑19的内部空间在底部托架组件11的上方部份处连通。

上管16的上表面设置有用来以压缩气体充填气体充填组件20的一充气器开口21，以及用来将内部容纳的压缩气体供应至外部的两个气体供应开口22。举例而言，美国型的轮胎阀安装于充气器开口21，并且其结构为使得压缩气体可容易地借着脚踏车空气泵或自动空气泵而被引入。两个气体供应开口22在上管16的前方部份处于纵向平行设置。用来显示存留的空气量以及气体充填组件20内部的原始压力的压力计23安装在气体供应开口22之一处，并且配备有压力计24的压力调节器25安装在另一气体供应开口22处。

多个环状空气管支座26从上管16至座撑18的下方部份以适当的间隔设置。另外，用来安装后  车单元9的垫片27形成在沿着座撑18的中途，并且用来安装前换档器(稍后讨论)的托架28形成在座管17的下端的后方部份处。

如图1所示，构成车把组件4的一部分的车把柱30固定于前叉3的上方部份。向左右延伸的车把31固定于车把柱30的上端。端杆32安装于车把31的两端部。握把(未显示)安装在端杆32的内侧，并且车杠杆33安装在握把的内侧。分别被用来使前换档器38及后换档器39换档的一对换档阀34a及34b附着在车杠杆33的内侧。这些换档阀34a及34b为手动操作的阀，其在常态下关闭且各具有一杠杆，并且其具有三个口，亦即入口，出口及排气口。换档阀34a及34b使相应于杠杆的操作的空气量从入口通至出口，并且当杠杆不操作时，空气从出口排放至排气口。

如同换档阀34a及34b的另一对换档阀34c及34d也被设置在端杆32的远末端于两端部处。换档阀34a及34c为退档阀，而换档阀34b及34d为进档阀。此处，「退档」指的是从较小的齿轮换档到较大的齿轮，而「进档」指的是从较大的齿轮换档到较小的齿轮。结果，当骑车者握住端杆32时，例如在上坡路段时，骑车者可在不将手从端杆32移去之下使前换档器38及后换档器39换档。

驱动组件5具有链轮曲柄组件35，附着于后车轮17的自由轮毂的轮毂镶齿组件36，在链轮曲柄组件35与轮毂镶齿组件36之间形成环圈的链条37，用来换档的前换档器38和后换档器39，以及前换档致动机构40f及后换档致动机构40r。前换档致动机构40f经由控制缆线48(图4)而连接于前换档器38，并且其被用来使前换档器38于曲柄心轴方向一次来回移动一档。后换档致动机构40r经由控制缆线49(图3)而连接于后换档器38，并且其被用来使后换档器39于轮毂轴方向一次来回移动一档。

链轮曲柄组件35具有右链轮曲柄42及左链轮曲柄(未显示)，而踏板41附着于右左链轮曲柄的远末端。右链轮曲柄42与左链轮曲柄由曲柄心轴连接。曲柄心轴由底部托架组件11可旋转地支撑。具有不同齿数的例如三个链轮于曲柄心轴方向成列地安装在右链轮曲柄42上。具有不同齿数的例如八个轮毂镶齿于曲柄心轴方向成列地安装在轮毂镶齿组件36上。

如图4所示，前换档器38具有由一对翼板构成且被用来于链轮的轴向引导链条37的链条引导组件43，及用来将链条引导组件43支撑成为可相对于车架1于链轮轴向移动的连接机构44。连接机构44固定于座管17，并且由弹簧(未显示)偏压成使得其将链条引导组件43移动至进文件侧。

如图3所示，后换档器39具有包括在施加张力于链条37之下于链轮的轴向引导链条37的二滑轮的链条引导组件45，及用来将链条引导组件45支撑成为可相对于车架1于链轮轴向移动的连接机构46。连接机构46以螺钉连接于后叉端部19a，并且由弹簧47偏压成使得其将链条引导组件45移动至进文件侧。

换档致动机构40f及40r具有相同的结构，因而在此处的叙述中使用换档致动机构40r成为例子。换档致动机构40r为气体致动型，并且如图3所示，其具有二气缸(致动器)50及51，以及由气缸(致动器)50及51致动且用来致动后换档器39的一致动组件(致动机构)52。气缸50及51为各在内部具有一回动弹簧的单动式气缸。当压缩气体被供应至供应开口50a及51a时，这些气缸向前移动一特定行程，然后在供应移除时回至其开始位置。

如图5至9所示，致动组件52具有连接于气缸50且在气缸50上摆动的定位臂53，连接于气缸51且在气缸51上摆动的释放臂54，以及容纳在外壳60内的卷线器组件55和缆线送出组件56。卷线器组件55借着定位臂53的摆动而于一方向旋转一档。缆线送出组件56借着释放臂54的摆动而于另一方向旋转一档，并且其被用来送出控制缆线49的内缆线49a。

卷线器组件55具有进给棘轮57，与进给棘轮57成整体地旋转的定位棘轮58，以及与定位棘轮58成整体地旋转的卷线器59。这些棘轮57及58以及卷线器59由固定于外壳60的旋转轴61可旋转地且成整体地支撑，并且其借着一端部固定于外壳60的螺旋弹簧62而于图6及8中的逆时针方向(缆线送出方向)被偏压。

如图6A所示，例如三十个棘齿57a绕进给棘轮57的外周边以相等的间隔形成。与这些棘齿57a啮合的进给掣子53a可摆动地设置于定位臂53。此进给掣子53a被朝向棘齿57a偏压。此处，当气缸50被致动一行程时，如图6B所示，定位臂53摆动，进给掣子53a顺时针旋转进给棘轮57一个棘齿57a，并且卷线器59旋转12度。

如图8所示，例如十五个棘齿58a绕定位棘轮58的外周边以相等的间隔形成。与这些棘齿58a啮合的定位掣子63a及63b以于周边方向60度的间隔配置在定位棘轮58的外侧。这些定位掣子63a及63b被可摆动地支撑在外壳60内，并且被偏压朝向棘齿58a。这些定位掣子63a及63b的远末端啮合棘齿58a，并且保持定位棘齿58的旋转位置。定位掣子63a及63b之一固持定位棘轮58，另一个则否。换言之，定位掣子63a及63b交替地固持定位棘轮58。定位掣子63a及63b也延伸至在进给棘轮57的任一侧的一释放臂的外侧(稍后会参考图9讨论)。

如图5所示，缆线送出组件56具有一进给棘轮65，以及与进给棘轮65成整体地旋转的一释放凸轮66。进给棘轮65及凸轮66由固定于外壳60的旋转轴61可旋转地且成整体地支撑。如图7A所示，例如十八个棘齿65a绕进给棘轮65的外周边以相等的间隔形成。与这些棘齿65a啮合的进给掣子54a可摆动地设置于释放臂54。此进给掣子54a被偏压朝向棘齿65a。此处，当气缸51被致动一行程时，如图7B所示，释放臂54摆动，进给掣子54a顺时针旋转进给棘轮65一个棘齿65a，并且释放凸轮66旋转20度。

如图9所示，例如九个凸轮齿66a绕释放凸轮66的外周边以相等的间隔形成。定位掣子63a及63b之一(亦即固持定位棘轮58的掣子)接触这些凸轮齿66a。结果，当释放凸轮66旋转时，正在固持定位棘轮58的定位掣子63a或63b摆动至外侧，并且定位棘轮58的固持立刻被释放。进结掣子53a也延伸至释放凸轮66的外周边，并且其由于释放凸轮66的旋转而与定位掣子63a或63b同时向外摆动。当这些掣子摆动时，定位棘轮58由于螺旋弹簧62的偏压力而立刻于缆线送出方向旋转。因此，有实时的于缆线送出方向的换档。

如图3及4所示，空气控制组件70f及70r分别被配置在气缸50及51与气体充填组件20之间。空气控制组件70f及70r具有相同的结构，因此使用空气控制组件70r成为例子。空气控制组件70r具有上述的四个换档阀34a至34d，以及分别连接于换档阀34a及34c的出口及换档阀34b及34d的出口的节流阀71a及71b。当杠杆被操作时，入口与出口互相连通，并且空气只通过此部份。当杠杆被释放且回至其开始位置时，出口与排气口互相连通，并且超过出口的管路中的空气被释放。

换档阀34b及34d的入口一起连接于调节器25，而排气口开口至外部。节流阀71a被设置成使得当换档阀34a及34c(或换档阀34b及34d)之一操作时，空气不会从另一换档阀34c或34a泄漏，并且被设置成可选择换档阀34a及34c(或换档阀34b及34d)的哪一个会操作。节流阀71a及71b的出口分别连接于供应开口50a及51a。各种不同的阀及气缸由空气管件连接。

以下叙述使用气体充填组件20中所容纳的压缩气体的脚踏车后换档器39的换档操作。前换档器38的变换程序也相同，因此省略其叙述。

在使用脚踏车之前，以压缩气体充填气体充填组件20。此时，例如连接于在加油站处的用来将空气注入汽车轮胎的压缩机的与美国式轮胎阀一起使用的接合器被安装在充气器开口21上。气体充填组件20被充填例如大约5至8kg/cm²的压缩空气。然后，以调节器25将供应压力调整至大约2kg/cm²。当压力计23上的压力读数降至例如2kg/cm²或与供应压力相同的位准时，压缩空气不会从气体充填组件20输出。因此，在此情况中，必须使用手动脚踏车泵或压缩机来以更多的压缩空气重新充填气体充填组件20。然而，此空气充填只花费很短的时间，在数秒至数分钟的范围。

当后换档器39要从高档换档至低档(退档)时，换档阀34a或34c的杠杆被操作一次。当换档阀34a或34c被操作一次时，在杠杆正被操作的同时，已经由调节器25调整至大约2kg/cm²的压缩空气经由换档阀34a或34c及节流阀71a被供应至气缸50。此时，节流阀71a内部的阀体72a被压缩空气推至与空气供应侧相反之侧，因此压缩空气不能回流至在相反侧的换档阀34c或34a的出口。

当空气被供应至气缸50时，气缸50的气缸杆推进特定的行程，并且使定位臂53摆动特定的角度。如图6所示，进给掣子53a啮合棘齿57a，因此当定位臂53摆动特定角度时，进给棘轮57顺时针旋转12度。此旋转也伴随有定位棘轮58及卷线器59的成整体旋转。当定位棘轮58已经旋转12度时，如果其在旋转之前被定位掣子63a固持，则此固持会被释放，并且其会换由定位掣子63b来固持。此12度旋转将控制缆线49的内缆线49a于图3中箭头A的方向拉动，并且后换档器39退一档。当届时杠杆被释放时，出口与排气口互相连通，气缸50内部的空气压力被释放，并且气缸杆借着弹簧而回至其开始位置。此时，即使定位臂53返回，定位棘轮58仍然由定位掣子63a或63b固持，使得卷线器59被保持在其后旋转位置。

同时，当后换档器39要从低档换档至高档(进档)时，换档阀34b或34d的杠杆被操作。当换档阀34b或34d被操作一次时，在杠杆正被操作的同时，压缩空气经由换档阀34b或34d及节流阀71b被供应至气缸51。此时，节流阀71b内部的阀体72b被压缩空气推至与空气供应侧相反之侧，使得压缩空气不能回流至在相反侧的换档阀34d或34b的出口。

当空气被供应至气缸51时，气缸51的气缸杆推进特定的行程，并且使释放臂54摆动特定的角度。如图7所示，进给掣子54a啮合棘齿65a，使得进给棘轮65顺时针旋转20度。结果，释放凸轮66也成整体地一起旋转。如图10A所示，当释放凸轮66已经旋转20度时，如果定位棘轮58在旋转之前由定位掣子63a固持，则释放凸轮66会踢定位掣子63a而使其摆动至外侧，并且定位棘轮58由定位掣子63a的固持会被释放(图10B)。进给掣子53a也由于释放凸轮66而摆动至外侧，因而进给掣子53a也被释放。结果，当这些掣子摆动时，定位棘轮58由于螺旋弹簧62的偏压力而立刻向后旋转(图10中的逆时针方向)。如图10C所示，当定位掣子63b啮合棘齿58a时，底侧定位棘齿58由定位掣子63b固持。结果，卷线器59向后转动一档，控制缆线49的内缆线49a于图3中箭头B的方向送出，并且后换档器39进一档。

因为换档器38及39是借着气动式换档致动机构40f及40r而经由控制缆线49被致动，所以对于换档致动机构40f及40r的附着位置没有任何限制。并且，因为换档是借着利用由压缩空气致动的致动器(气缸50及51)来致动致动机构而进行，所以与使用以电池作用成为电源的电致动器相比，驱动源的维护较容易。另外，在雨中或在泥泞路面上骑乘的期间，万一气缸50及51或致动组件52被水溅到，故障的危险也很小。

图11为根据本发明的气体致动换档机构的另一实施例的示意图。如图11所示，换档器39a也可由致动组件52直接致动，以取代后换档器39是经由控制缆线49来致动的结构。在此情况中，配备有调节器81的高压气缸80被使用成为压缩空气体源，以取代使用车架本体2成为压缩空气源。高压气缸80例如充填有处于大约60kg/cm²的压力的液化二氧化碳。后换档器39a具有链条引导组件45a，及用来将链条引导组件45a支撑成可相对于车架于链轮轴向移动的连接机构46a。连接机构46a由弹簧47r偏压成使得其移动至进档侧。连接机构46a的连接轴在由致动组件52定位之下旋转。此导致连接机构46a使链条引导组件45a于轮毂镶齿轴向一次移动一档。将致动组件52直接附着于后换档器39a使得不再需要调整控制缆线的的伸长量，并且其方便换档调整。

图12为根据本发明的气体致动换档机构的另一实施例的部分剖开视图。如图12所示，本发明也可应用于内部型换档机构而非外部型换档机构。在此情况中，容纳内部型换档机构的后车轮轮毂90可借着在轮毂轴91内部于轴向来回移动的致动轴92而在四个档位之间换档。此致动轴92形成为借着换档致动机构93而于轴向来回移动。换档致动机构93具有致动组件94，及用来致动致动组件94的气缸95。致动组件94具有连接于气缸95且在气缸95上摆动的定位臂96，借着定位臂96的摆动而于一方向一次旋转一档的进给棘轮97，与进给棘轮97成整体地一起旋转的定位棘轮98，以及固定这些组件的旋转轴99。定位臂96，进给棘轮97，及定位棘轮98的结构与上述者相同，因而此处省略其叙述。

旋转轴99装配于致动轴92内，并且其将致动轴92支持成为使得其可于轴向移动。交错的螺旋凹槽99a绕着旋转轴99的致动轴92装配部份的的外周边表面形成，并且与螺旋凹槽99a啮合的啮合件92a安装在致动轴92的端部。由于此啮合件92a与螺旋凹槽99a啮合，因此当旋转轴99于一方向旋转一档时，致动轴92于轴向移动一档。当致动轴92移动四档时，其到达移动的末端，然后其于相反方向一次返回一档。换言之，当旋转轴99于一方向旋转时，致动轴92来回移动三次，并且使换档机构换档。在此情况中，换档致动机构的结构可较为简单，因为进档及退档可以单一气缸来进行。如果想要，换档机构可从致动组件经由控制缆线来致动，并且换档可借着使用两个气缸来实施定位及位置释放而进行。

图13至15分别为根据本发明为后换档器100的形式的气体致动换档机构的另一实施例的侧视图，后视图，及底视图。换档器100包括基件104，支撑具有引导滑轮116及张力滑轮120的导链器112的可动件108，将基件104连接于可动件108成为使得可动件108相对于基件104移动的连接机构124，以及响应压缩气体以使可动件108相对于基件104移动的致动机构130。连接机构124包括经由枢销101(图16)而可枢转地连接于基件104且经由枢销102而可枢转地连接于可动件108的第一连杆134(图15)，以及经由枢销103而可枢转地连接于基件104且经由枢销105而可枢转地连接于可动件108的第二连杆138。致动臂137大致垂直于第二连杆138延伸，并且低侧调整螺钉135安装于第二连杆138。第一连杆134及第二连杆138与基件104及可动件108一起形成一四杆型连接机构。位在连杆138之一侧的第一回动弹簧139具有连接于基件104的第一端部140及连接于可动件108的第二端部141，并且位在连杆138的相反侧的第二回动弹簧142具有连接于基件104的第一端部143及连接于可动件108的第二端部144。回动弹簧139及142将可动件108偏压于进档方向，典型上是从脚踏车的后车轮横向向外。

致动机构130包括进档气体致动器150，退档气体致动器154，以及分度机构158。与图3所示的气缸50及51相同，进档气体致动器150及退档气体致动器154为各具有一内部回动弹簧的单动式致动器。进档气体致动器150包括响应气体压力的连续施加及移除而往复运动的第一往复元件162(图19A)。更明确地说，当压缩气体供应至进档气体致动器150时，往复元件162向前移动一特定行程。当压缩气体压力被移除时，往复元件162回至其开始位置。当被致动时，进档气体致动器150使可动件108相对于基件104于进档方向移动。类似的，退档气体致动器154包括响应气体压力的连续施加及移除而往复运动的第二往复元件166(图18A)。当压缩气体供应至退档气体致动器154时，往复元件166向前移动一特定行程。当压缩气体压力被移除时，往复元件166回至其开始位置。当被致动时，退档气体致动器154使可动件108相对于基件104于退档方向移动。

分度机构158连接于进档气体致动器150，退档气体致动器154，以及连接机构124，用来将可动件108相对于安装于后车轮(未显示)的多个链轮设定及保持于多个位置。分度机构158装配在基件104内于基件托架件172与174(图17)之间，以减小换档器100的整体尺寸。更明确地说，如图16及17所示，分度机构158包括为具有经由致动臂137而连接于连接机构124的第一端部184的缆线形式的控制组件180，为绕枢销101可旋转地安装的卷绕鼓形式以用来拉动及释放控制组件180的第二端部192的收紧组件188，以及连接于收紧组件188，进文件气体致动器150，及退档气体致动器154的棘轮与掣子机构196，用来将收紧组件188移动至选定位置，并且将收紧组件188保持于选定位置。

为防止倾向于磨损连杆枢轴及降低效率的不想要的弯曲力，此实施例中的控制组件180与连杆134的中心线对齐。此特征与二回动弹簧139及142一起平衡组件之间的回动弹簧力。取决于换档器的设计，回动弹簧139及142可具有不同的弹簧常数，以微调换档器组件上的平衡力。

棘轮与掣子机构196包括有齿棘轮200，释放凸轮202，驱动掣子204，以及定位掣子212。棘轮200绕收紧组件188的轴201安装，以与收紧组件188成整体一起旋转。作用成为定位构件的棘齿215之间的间隙被设定成使得每一棘齿相应于一链轮位置。释放凸轮202经由释放凸轮臂203(图19A)而连接于进档气体致动器150的往复元件162，并且还绕收紧组件188的轴201安装成使得释放凸轮202可相对于收紧组件188旋转。驱动掣子204经由驱动掣子臂208(图18A)而连接于退档气体致动器154的往复元件166，用来驱动棘轮200至选定位置。驱动掣子204绕掣子轴211可旋转地安装，而掣子轴211又被安装于驱动掣子臂208。掣子弹簧213安装在驱动掣子204与驱动掣子臂208之间，用来偏压驱动掣子204成为使得驱动掣子齿214与棘轮200的棘齿215之一啮合。定位掣子212绕枢销103可旋转地安装，用来选择性将棘轮200保持于选定位置及将棘轮200从选定位置释放。定位掣子212包括掣子齿218及220。掣子弹簧24安装在定位掣子212与连杆138之间，用来将定位掣子212于图16中的顺时针方向偏压。定位掣子212也包括啮合释放凸轮202的凸轮表面220a的凸轮从动臂228。以下会讨论凸轮从动臂228的功能。

图18B至18E显示在退档操作期间分度机构158的操作。一开始，棘轮200借着定位掣子212的掣子齿220与棘齿215A的啮合而被固持于定位。当压缩气体施加于退档气体致动器154时，往复元件166(图18A)移动至右侧，此又使驱动掣子臂208于顺时针方向旋转。然后，驱动掣子204的掣子齿214压抵于棘轮200的棘齿215B，并且顺时针旋转棘轮200。此又使控制组件180卷绕收紧组件188，使得控制组件180拉致动臂137，并且使可动件108于退档方向移动。

当棘轮200旋转时，棘齿215C压抵于定位掣子212的掣子齿220，并且使定位掣子212如图18B所示地逆时针移动。如图18C所示，当棘轮200继续顺时针旋转时，定位掣子212的掣子齿220骑到棘齿215C的尖端上，并且落入在棘齿215C的左侧的凹部内。如图18D所示，当压缩气体从退档气体致动器154被移除时，往复元件166移动至左侧，因而使驱动掣子204于逆时针方向移动。此时，棘轮200不逆时针旋转，因为其借着掣子齿220与棘齿215C的啮合而被固持在定位。结果，驱动掣子齿214骑到棘齿215D的尖端上，并且落入在棘齿215D的左侧的凹部内。驱动掣子204此时位在其起始位置，且完成一个链轮位置的退文件。

图19B至19E显示在进档操作期间分度机构158的操作。再次地，假设棘轮200在一开始是借着定位掣子212的掣子齿220与棘齿215A的啮合而被固持在定位。当压缩气体施加于进档气体致动器150时，往复元件162(图18A)移动至右侧，此又使释放凸轮臂203于顺时针方向旋转。因为释放凸轮臂203连接于释放凸轮202，所以释放凸轮202顺时针旋转。如图19B更清楚地显示，释放凸轮202的顺时针旋转使释放凸轮202的凸轮面250压抵于驱动掣子204的掣子齿214而逆时针旋转驱动掣子204，并且防止掣子齿214与任何棘齿215啮合。同时，释放凸轮202的凸轮面220a压抵于凸轮从动臂228，此又使定位掣子212逆时针旋转。然后，掣子齿220骑上棘齿215A的一侧，并且掣子齿218进入掣子齿215E与215F之间的谷部。如图19C所示，释放凸轮202的进一步顺时针旋转使定位掣子212进一步逆时针旋转，直到掣子齿220离开棘齿215A的尖端，并且掣子齿218位在棘齿215E与215F之间的谷部的底部为止。当掣子齿220离开棘齿215A的尖端时，由于回动弹簧139及142的偏压，因此棘轮200立刻开始逆时针旋转，因而使控制组件180从收紧组件188退绕。如图19D所示，当棘齿215F接触掣子齿218时，棘轮200的旋转停止。当压缩气体从进档气体致动器150移除时，往复元件162移动至左侧，因而使释放凸轮202于如图18E所示的逆时针方向移动。另外，释放凸轮202的凸轮面220a由于掣子弹簧224的偏压而允许定位掣子212顺时针旋转。然后，掣子齿218骑上棘齿215F的一侧，并且掣子齿220同时进入在棘齿215A与215G之间的谷部。当掣子齿218离开棘齿215F的尖端时，棘轮200由于掣子弹簧224的偏压而再次开始逆时针旋转，因而使控制组件180从收紧组件188进一步退绕，直到掣子齿220接触棘齿215G的一侧。棘轮200及收紧组件188因此借着掣子齿220与棘齿215G的啮合而被保持于此位置，因而完成进文件操作。

虽然以上为本发明的各种不同实施例的叙述，但是在不离开本发明的精神及范围下可采用另外的修正。例如，虽然具有大致固定的压力的压缩气体被用在所揭示的各种不同的实施例中，但是可对进档操作使用一种压力，而对退档操作使用不同的气体压力。虽然所揭示的气体致动器及分度机构被建于换档器内，但是气体致动器及分度机构也可与换档器分开地形成为独立单元，分开的气体致动器及分度机构可远离换档器地安装于脚踏车，并且控制组件可连接于换档器。因此，本发明的范围不应受限于所揭示的特定结构。本发明的真实范围应由权利要求书来决定。

Claims (16)

1.一种气体致动的脚踏车换档器，包括：

一基件；

一可动件，支撑一导链器；

一连接机构，将该基件连接于该可动件，使得该可动件相对于该基件移动；及

一致动机构，响应压缩气体来使该可动件相对于该基件移动；

其特征在于该致动机构包括：

一第一气体致动器，用来使该可动件相对于该基件于一第一方向移动；

一第二气体致动器，用来使该可动件相对于该基件于一相反方向移动；及

一分度机构，靠近该基件设置，用来将该可动件设定及保持于多个位置。

2.根据权利要求1所述的换档器，其特征在于该连接机构包括：

一第一连杆，可枢转地连接于该基件及该可动件；及

一第二连杆，可枢转地连接于该基件及该可动件；

其中该第一连杆及该第二连杆与该基件及该可动件一起形成一四杆型连接结构。

3.根据权利要求2所述的换档器，其特征在于还包括：

一第一回动弹簧，具有连接于该基件的第一端部，及连接于该可动件的第二端部；及

一第二回动弹簧，具有连接于该基件的第一端部，及连接于该可动件的第二端部。

4.根据权利要求3所述的换档器，其特征在于该第一回动弹簧被定位在该第一连杆的一侧，并且该第二回动弹簧被定位在该第一连杆的一相反侧。

5.根据权利要求1所述的换档器，其特征在于该分度机构被装配在该基件内。

6.根据权利要求1所述的换档器，其特征在于该分度机构包括：

一控制组件，具有连接于该连接机构的第一端部；

一收紧组件，用来拉动及释放该控制组件的第二端部；及

一棘轮与掣子机构，连接于该收紧组件，该第一气体致动器，及该第二气体致动器，用来将该收紧组件移动至一选定位置以及将该收紧组件保持于该选定位置。

7.根据权利要求6所述的换档器，其特征在于该第一气体致动器包括响应气体压力的连续施加及移除而往复运动的一第一往复元件，并且该第二气体致动器包括响应气体压力的连续施加及移除而往复运动的一第二往复元件。

8.根据权利要求7所述的换档器，其特征在于该棘轮与掣子机构包括：

一棘轮，连接于该收紧组件以用来与该收紧组件一起移动；

一驱动掣子，连接于该第一往复元件，用来将该棘轮驱动至该选定位置；及

一定位掣子，用来选择性地将该棘轮保持于该选定位置及将该棘轮从该选定位置释放。

9.根据权利要求8所述的换档器，其特征在于该控制组件包括一控制缆线，并且该收紧组件包括用来交替地卷绕及退绕该控制缆线的一卷线鼓。

10.根据权利要求9所述的换档器，其特征在于该连接机构包括：

一第一连杆，经由一第一枢销而可枢转地连接于该基件，且经由一第二枢销而可枢转地连接于该可动件；及

一第二连杆，经由一第三枢销而可枢转地连接于该基件，且经由一第四枢销而可枢转地连接于该可动件；

其中该第一连杆及该第二连杆与该基件及该可动件一起形成一四杆型连接结构。

11.根据权利要求10所述的换档器，其特征在于该棘轮与该卷线鼓绕该第一枢销可旋转地安装。

12.根据权利要求11所述的换档器，其特征在于该定位掣子绕该第三枢销可旋转地安装。

13.根据权利要求12所述的换档器，其特征在于该连接机构包括从该第一连杆及该第二连杆之一延伸的一致动臂，并且该控制组件的该第一端部连接于该致动臂。

14.根据权利要求13所述的换档器，其特征在于该控制组件与该第一连杆的中心线对齐。

15.根据权利要求1所述的换档器，其特征在于该致动机构响应具有一第一压力的气体来使该可动件相对于该基件于该第一方向移动，使得以该第一压力，该致动机构将该可动件移动至多个不同位置；该致动机构响应具有一第二压力的气体来使该可动件相对于该基件于一相反方向移动，使得以该第二压力，该致动机构将该可动件移动至多个不同位置；并且该第一压力不小于该第二压力。

16.根据权利要求15所述的换档器，其特征在于该第一压力大致等于该第二压力。

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