CN1095954C - 内装有离合器之轮毂 - Google Patents

Abstract

本发明提供：即使因有较大驱动力加诸在供选择“内装型变速装置”的复数个驱动力传递路径用的离合器上而产生较大的“妨碍分离的阻力”时，仍可很容易进行操作的「内装有离合器之轮毂」。在轮毂轴上具备用来操作离合器的变速键，在离合器上与这个变速键抵接的部分系具有对轴芯呈倾斜的凸轮面。变速键抵接到这个凸轮面的话，传递到离合器的旋转驱动力将被转换成操作该离合器移位的力量，因此即使“妨碍分离的阻力”较大时，也能够利用旋转驱动力来操作离合器。

Description

内装有离合器之轮毂

本发明系关于具备：轮毂轴；用以固定链轮之可在前述轮毂轴周围旋转的驱动体；可在前述轮毂轴周围旋转的轮毂筒；可在前述轮毂轴周围旋转的行星齿轮；用以支撑前述行星齿轮的行星齿轮框；配置在前述行星齿轮的直径方向的外侧的环齿轮；设在前述轮毂轴上，接受来自前述驱动体的旋转驱动力后，可在前述轮毂轴的圆周方向上旋转，同时又可沿着前述轮毂轴的轴芯移动之用来选择从前述驱动体传递到前述轮毂筒的复数个驱动力传递路径之离合器；以及用来操作前述离合器的离合器操作装置之内装有离合器之轮毂。

关于“内装型变速装置”的已知例子，系可参考美国发明专利No.5,078,664号公报所揭示的变速装置。一般而言，“内装型变速装置”系设有离合器，该离合器可用来选择：经由具有设在内部的行星齿轮等的“齿轮机构”来传递驱动力的复数个“驱动力传递路径”；可藉由操作被安装在车把(handle)等上面的变速操作装置，将变速操作用缆线的内部缆线予以抽拉或挠曲，进而操作该离合器。当进行抽拉内部缆线的操作时，可利用拉力来操作离合器，但是在进行放松内部缆线的操作时，并没有拉力，所以必须利用“复位弹簧”等的弹压(或推迫)力量来操作该离合器。

就“内装型变速装置”而言，当重踩脚踏板而加诸较大的驱动负荷时，将会在“内装型变速装置”内的齿轮机构产生较大的妨碍分离的阻力。亦即，当有驱动力的负荷时，在齿轮与齿轮之间，或者在爪片与齿的卡合部分的摩擦加大，导致以离合器来进行切换的操作趋于困难，这是其中一种问题。针对于这种问题，虽然可以想到加大复位弹簧的弹力，以资当进行放松内部缆线的操作时，也可使复位弹簧的弹力大过于妨碍分离的阻力而顺利进行切换操作，但是，这样地加大复位弹簧的弹力的话，当进行抽拉内部缆线的操作时，又必须对抗这个复位弹簧的弹力以进行操作，所以需要很大的抽拉操作力。

换言之，如果减弱复位弹簧的弹力的话，则当进行放松内部缆线操作时，离合器的操作力将会减弱，相反地，如果加大复位弹簧的弹力的话，则当进行抽拉内部缆线操作时，又必须运用较大的操作力，这是无法两全其美的问题。

为了解决前述课题起见，本发明的“内装有离合器之轮毂”系具有：设在轮毂轴上，可作为用来操作离合器的操作装置的一部分的第1变速键；而且在于离合器具有：当该第1变速键抵接于离合器时，可用来将加诸在离合器上的旋转驱动力转换成使离合器往轴芯方向移位之第1凸轮面。

根据这种构成方式，可将脚踏车的旋转驱动力转换成用来操作离合器的移位。亦即，当进行“内装有离合器之轮毂”的变速操作时，可有效地利用脚踏车的旋转驱动力，使得变速操作更为顺畅。这种效果对于前述的“当有较大的驱动负荷，妨碍分离的阻力较大”的时候，具有特别大的效果。

在本发明的较佳实施例中，系可设置周来将前述离合器朝往第1变速键的方向弹压的第1弹压弹簧。利用这个第1弹压弹簧，前述离合器将朝往第1变速键方向移动而可位于与任意的变速段对应的位置，直到该第1弹压弹簧的弹力与该离合器经由前述第1变速键传递的操作力互相制衡为止。

此外，也可以设置用来将前述变速键朝往前述离合器的方向弹压的第3弹压弹簧。这个第3弹压弹簧的作用系为：当变速键将操作力传递到前述离合器时，可当作辅助弹簧增加操作力。

此外，也可以设置一个介于前述第1变速键与前述离合器之间的第2弹压弹簧，当这个第2弹压弹簧同时抵接在前述第1变速键和前述离合器双方时，可朝使前述第1变速键和前述离合器分开的方向对于两者施加弹压力。利用这个第2弹压弹簧，当加诸在内装型变速装置的齿轮机构的驱动力较小，妨碍分离的阻力较小的情况下，使第1变速键往离合器的方向移动时，第1变速键就可经由第2弹压弹簧来顶推该离合器以进行操作，所以即使第1变速器尚未抵接到离合器的前述凸轮面，也可使离合器进行操作。也可采用：被限定在所设定长度的定位弹簧(setspring)来作为这个第2弹压弹簧，而能够设定当第1变速键与第2弹压弹簧抵接时的第2弹压弹簧的弹力。如此一来，当妨碍分离的阻力不大时，第1变速键和离合器之间的间隔就变成这个第2弹压弹簧的设定长度，而能够更正确地执行离合器的定位。因此，前述的“设定长度”最好是设定成：当前述第1变速键往前述离合器的方向移动时，能够让前述第1变速键较之前述离合器更先抵接到前述第2弹压弹簧。

此外，在本发明的更佳实施例中，系将前述第3弹压簧的弹簧系数设计成大于前述第1和第2弹压弹簧的弹簧系数，如此一来，当妨碍分离的阻力很小的情况下，进行放松内部缆线的操作时，第3弹压弹簧的弹簧力将克服第1和第2弹压弹簧的弹簧力，使离合器产生移位。

在本发明的更佳实施例中，系将前述导引面设在前述轮毂轴上所设的键沟，且可将该导引面设成相对于前述轮毂轴的轴芯倾斜达到所设定的沟倾斜角度。如此一来，可藉由将第1变速键的导引面较之轮毂轴芯更加倾斜一定的角度，而使要移动第1变速键时所需的轴方向的力变大。

当第1变速键和离合器抵接时，第1变速键和离合器都可以往轴方向移动，因此将有其中一个会移动。当驱动负荷非常大时，第1变速键将朝从离合器离开的方向移动，当驱动负荷小于设定值时，由于第1变速键的作用，将变成离合器系朝从第1变速键离开的方向移动。「到底是其中那一个将会移动？」虽然是受到驱动负荷、弹压弹簧的平衡状况所影响，但是受到第1变速键的导引面之相对于轮毂轴芯的「沟倾斜角度」的影响最大。

亦即，「沟倾斜角度为零度」和「沟倾斜角度并非零度」的情况比较之下，后者的情况想要将第1变速键对抗第3弹压簧的弹力而朝向从离合器离开的方向移动时所需的力将变大。因此，可以藉由将这个沟的角度设定成适度的大小，以资调节出「当第1变速键与离合器互相抵接时，应有何种程度的“妨碍分离的阻力存在”，才不至于让第1变速键透过前述凸轮面使离合器朝轴方向移动，而是让第1变速键从离合器脱离开」。

将前述沟倾斜角度设定在10度至50度之间为佳，若将前述凸轮面的倾斜角度设定在20度至70度之间，更大于前述沟倾斜角度的话，当第1变速键和离合器互相抵接时，第1变速键所实际移动的沟的角度小于离合器的凸轮面，所以第1变速器可以朝离开离合器的移动。

在本发明的更佳实施例中，是将前述第1变速键作成以矩形体扭转的形状，而且将前述第1变速键配置成让该第1变速键的长度方向系垂直于前述轮毂轴。在较佳实施例中，前述第1变速键用的键沟虽然被设成贯通过轮毂的轴芯的状态，但是以平面图观察这个键沟时，看起来好像键沟是在轮毂轴的前侧与对面侧朝相反方向倾斜。因此，如果是矩形体的话，将无法对应这个键沟的形状，所以就制作以矩形体扭转而成的形状。

此外，在更佳的实施例中，系利用设在轮毂轴上的第2变速键、设在前述离合器上的第2凸轮面，即使当进行与「由第1变速键所行的变速方法」相反方向的变速操作时，也可以利用脚踏车的旋转力，因此非常方便。

附图图面简单说明如下：

图1是脚踏车的侧面图。

图2是根据本申请所揭示的发明之轮毂的部分断面图。

图3是轮毂的断面图。

图4是显示离合器的立体图。

图5是显示本发明中设在离合器的内面的凸轮面与第1变速键互相抵接的样子之断面图。

图6是显示包含本发明中的第1变速键和离合器等重要部分的部分断面图。

图7是显示驱动前的轮毂在高档位置时的各构件的位置关系的示意图。

图8是显示驱动后的轮毂在高档位置时的各构件的位置关系的示意图。

图9是显示轮毂在中档位置时的各构件的位置关系的示意图。

图10是显示轮毂在低档位置时的各构件的位置关系的示意图。

图11是显示图7所示的状态下的离合器与传动爪片的位置关系的部分断面图。

图12是显示图8所示的状态下的离合器与传动爪片的位置关系的部分断面图。

图13是显示图9所示的状态下的离合器与传动爪片的位置关系的部分断面图。

图14是显示图10所示的状态下的离合器与传动爪片的位置关系的部分断面图。

图15是传动爪片的断面图。

图16是其他实施例的轮毂的断面图。

图17是显示其他实施例的离合器的形状的立体图。

图18是显示其他实施例的第2变速键以及与该第2变速键对应的离合器的凸轮面的断面图。

下面详细说明本发明的实施形态：

图1是显示搭载本发明“内装有离合器之轮毂”9(以下简称轮毂9)的脚踏车1的外观。其中，2是前轮，3是后轮，4是车把，5是用来操作轮毂9进行变速的变速装置，5a是被变速装置5抽拉操作的缆线。6是脚踏板，发生在脚踏板6的驱动力是经由前链轮7、链条8及后车轮3的链轮20将动力传递到轮毂9。在以后的说明中，将与脚踏车1的前进方向相对应的脚踏板6以及其他可转动的零件的旋转方向称为「第1旋转方向」或「正转方向」，将其相反方向称为「第2旋转方向」或「逆转方向」。

将脚踏板6朝向第1旋转方向转动操作时，其驱动力将以对应于变速装置5所设定的变速段的“减速比”或“增速比”传递到后车轮3。此外，在本第1实施例中，变速段是3段，可分别在第1变速位置(高档位)、第2变速位置(中档位)、第3变速位置(低档位)之间进行切换操作。进而，如果将脚踏板6朝反转方向旋转操作的话，内设在轮毂9内的「惯性运转型(逆踩型)制动机构(coaster brake)」将作动，而将制动力作用到后车轮3上。

以下，参照附图，详细说明本发明中的内装型变速装置。大致上如图2所示，该内装型变速装置具备有：轮毂轴10、可转动地被支撑于该轮毂轴之供固定链轮20用的驱动体25、被支撑成可相对于轮毂轴10和驱动体25进行转动之供固定脚踏车的车轮之轮辐(spoke)用的轮毂筒70、介装在驱动体25和轮毂筒70之间，包含有可将来自驱动体25的驱动力经过复数个驱动路径传递到轮毂筒70的行星齿轮之齿轮机构、以及用来选择复数个驱动路径的离合器手段等。

其次，详细说明这些构成的各部分。

在以下的说明当中，所谓「轴方向」意指：与轮毂轴10的轴芯X之同一方向。「轴方向的第1端」意指：图3中所示的右侧轮毂轴端部10c。「轴方向第2端」意指：位于与第1端相反侧，亦即轮毂轴10的左侧端部10d。「直径方向」或「外周方向」意指：以轮毂轴10当作基准的直径方向或外周方向。

轮毂轴10系被固定在脚踏车的后叉部1a上。驱动体25是利用轴承机构可转动自如地被支撑在轮毂轴10。此一轴承机构是由：设在轮毂轴10的一端侧区域之形成轮毂轴10的大径部的滚珠承盘10a、在轮毂轴10的外周方向上被设置复数个的轴承11、和位于驱动体25的直径方向内侧，且被设成朝向轮毂轴10的轴方向外侧的轴承面25a所构成。因此，复数个轴承11是由位于滚珠承盘10a的直径方向外侧，且面向轴方向内侧的轴承面10b、以及驱动体25的轴承面25a所包夹。

驱动体25整体上是呈朝轴方向延伸的筒状，在其轴方向第1端10c侧是固定有链轮20，该链轮20系与链条8卡合。在驱动体25和轮毂轴10之间，设有阻止尘埃、砂粒等进入内装型变速装置的内部的环状盖体12。这个盖体12的直径方向内侧的部分被固定在轮毂轴10，而且其直径方向外侧的部分系抵接在驱动体25，因此刚好可将轮毂轴10和驱动轴25之间的间隙子以封塞起来。

在驱动体25的直径方向上的外侧面设有：轴承面25b，该轴承面25b系抵接在用来将轮毂筒70支撑成可转动自如的轴承26，且具有推迫滚珠的作用。驱动体25的直径方向上的内侧，在轴承面25a的轴方向内侧是设有可与后述的离合器30卡合用的栓槽部(spline)25c。这个栓槽部25c是从驱动体的轴方向内侧部25e沿着轴方向延伸，其长度约横跨驱动体25的轴方向长度的一半以上。

轮毂筒70整体上是呈可近乎涵盖轮毂轴10的全长的筒状，在轴方向的第1端侧，系利用轴承26a可转动地支撑于驱动体10。在轮毂筒70与驱动体25之间系设有用来封塞这两个构件间的间隙之盖体27，且被固定在驱动体25上。在轮毂筒70的第2端侧也具备同样的轴承机构，系利用轴承26b可转动地支撑在轮毂轴10上。

其次，说明用以从驱动体25将驱动力经由复数个驱动路径传递到轮毂筒70所用的齿轮机构。

这个齿轮机构是由：供与驱动体25卡合用的离合器30、供操作离合器30用的后述之操作装置、设在轮毂轴10的外周的太阳齿轮11、与这个太阳齿轮11卡合之可一方面进行自转一方面在轮毂轴10的外周进行转动之行星齿轮41、供支撑这个行星齿轮41用的行星齿轮框40、位于行星齿轮的直径方向的外侧的环齿轮50、和被枢支成可相对于此环齿轮50进行摆动，且可对于轮毂筒70传递驱动力的传动爪片55等所构成的。

在详细说明齿轮机构的各部分之前，先简单说明各部分的概要。离合器30是由两个部分，亦即，第1离合器31、以及另外一个第2离合器32所构成。这两个部分系可一体地朝轴方向及外周方向移动，也可以改变在轴方向上的相对位置。用来移动这个离合器30以进行操作的是包含有第1变速键100的离合器操作装置。这个第1离合器31系卡合在驱动体25。第1离合器31也可抵接到传动爪片55，可藉由抵接到这个传动爪片55的端部55a而将这个传动爪片55扳倒，而解除传动爪片55与轮毂筒70的卡合。第2离合器32系既可与行星齿轮框40卡合，也可与环齿轮50卡合，第2离合器32可藉由朝往轴方向移动而卡合到行星齿轮框40或环齿轮50的其中一方。行星齿轮40是卡合在环齿轮50上，可将经由离合器30所传递过来的驱动力传递到环齿轮50，进而又经由传动爪片55传递到轮毂筒70，或者接受来自环齿轮50的驱动力后，经由行星齿轮框40和滚子离合器机构65传递到轮毂筒70。

接下来，详细说明离合器30的详细构造以及其操作装置。本实施例系说明可进行三段变速的例子，可藉由使离合器30在轮毂轴10的轴芯X方向上间隔开的第1和第2和第3位置移动，而执行第1变速段(高档位)、第2变速段(中档位)和第3变速段(低档位)的三段变速。这个离合器30整体是被第1弹压弹簧13朝向轮毂轴10的第2端方向亦即第1变速键100的方向弹压。第1离合器31整体上呈朝轴方向延伸的筒状，在第1轴端部方向的外周面设有与驱动体25卡合的复数个齿31a。

第2离合器32在第2轴端部的外周面具有可与行星齿轮框40或环齿轮50卡合的卡合爪片32a。这个第2离合器32a与第1离合器31一起在轮毂轴10上朝轴方向移动时，卡合爪片32a将与行星齿轮框40卡合，或与环齿轮50卡合。

第1变速键100系可藉由移动这个第2离合器32而移动操作整个离合器30。

如图3和图6所示，第1变速键100系贯穿在键沟12上，而键沟12则被设在轮毂轴10上，系将轮毂轴10的轴芯X朝直径方向贯通后所形成的沟。藉由将第1变速键100与「配置在将轮毂轴10往轴芯X方向贯通孔10d内的操作棒101」互相抵接，就可从内装型变速装置的外侧来操作该第1变速键100。这个操作棒101系如图3所示，只有在第1变速键的长度方向上的中央部位与第1变速键100在第2端侧的端部互相抵接而已，并未连结在一起。因此，操作棒101虽然可进行将第1变速键100往第2端方向推的操作，但是却无法将第1变速键100往第1端方向抽拉。因此，第1变速键100往第1端方向的移动是利用后述的第3弹压弹簧15的弹压力来执行的。

兹由图5和图6可看出：键沟12系被设定成相对于轮毂轴芯X倾斜被称为「沟倾斜角度B 」的设定角度(由平面图观看时)。又，键沟12的内面之与第1变速键100抵接的部分系具有导引面12a的作用，当从内装型变速装置的外部操作第1变速键100时，第1变速键100将会沿着键沟12移动。

第1变速键100的形状，整体上系将矩形体扭转而得的形状，结果，其垂直于长度方向的断面系呈平行四边形。此外，第1变速键100在长度方向上的长度系大于轮毂轴10的直径，当插入到轮毂轴10的键沟12时，只有突出部分100a从轮毂轴10的外周面突出来。这个突出部分100a是用来抵接第2离合器32。

离合器30系被第1弹压弹簧13朝第1变速键100的方向弹压。这个第1弹压弹簧13的一端系抵接到轮毂轴10的前述大径部10a的侧面，另一端则是抵接到设在第1离合器31的第1端侧的内径面上的第1弹簧卡止用沟31f。

如图3所示，在轮毂轴10的外周处，且介于第1变速键100与第2离合器32之间的位置，系设有第2弹压弹簧14。并且利用“弹簧定位垫片”来设定第2弹压弹簧14的长度，以使其长度成为：当将第1变速键100往第2离合器32的方向移动时，让第1变速键100较第2离合器32更先抵接到第2弹压弹簧14的「设定长度」。此外，在轮毂轴10上又设有可将第1变速键100朝往第2离合器32的方向弹压的第3弹压弹簧15。第1弹压弹簧13与第2弹压弹簧14的弹簧系数被设定成几乎相等，而第3弹压弹簧15的弹簧系数则是设定成大于第1弹压弹簧13与第2弹压弹簧14的弹簧系数。因此，当操作被安装在车把上的变速操作装置5以抽拉内缆线时，将会经由操作棒101使第1变速键100抵抗第3弹压弹簧的弹压力而朝向第2端方向移动。相反地，如果是朝放松内缆线的方向进行操作的话，第1变速键将会受到第3弹压弹簧15的弹压力而往第2离合器32的方向移动。

接下来，说明第2离合器32的内面，也就是具有「可将来自驱动体25的旋转驱动力转变成离合器30之往轴方向的位置变动(变位)」的“凸轮面32a”者。

当第1变速键100往第2离合器方向移动时，在第1变速键100抵接到第2离合器32之前，先抵接到第2弹压弹簧14，而使离合器30往第1端方向移动，但是，在后述的说明可知，如果有：由驱动力所产生的负荷加诸到齿轮机构的话，有时将会产生“即使第1变速键1 00抵接到第2弹压弹簧14，离合器30也不会移动”的情形。在这状态下，将第1变速键100更进一步朝第2离合器32的方向(第1端部方向)移动的话，第1变速键100将会抵接到第2离合器32的内面。如图4和图5所示，在这个第2离合器32的内面系设有：由平面图观察时系与轴芯X成直角且朝直径方向延伸的抵接面32b、以及朝向直径方向延伸，由平面图观察时系对轴芯X倾斜“设定的角度A”之第1凸轮面32c。兹由图5可明显看出这个第1凸轮面32c之相对于轴芯X的倾斜角度A，是以设定成“相等于”或者“大于”轮毂轴10的第1变速键用导引面12a的沟倾斜角度B，以介于20度至70度之间为宜。而这个第1凸轮面32c的设定角度A以介于35度至55度尤佳。

其次，说明第1凸轮面32c的设定角度A与设在轮毂轴10上的第1变速键用导引面12a的角度B之间的关系。因为驱动体25是由脚踏板6受到踩踏而被驱动，对应于驱动体25的被驱动，第1和第2离合器就朝正转方向转动。

此处，为了简化说明起见，最初先假定第1变速键100系固定而不会朝轴方向移动。然后，当第1变速键100受到变速操作装置5的操作而与第2离合器32的凸轮面32c抵接时，来自驱动体25的旋转驱动力将加诸到第1变速键100。这个力具有轴芯X方向的分力。亦即，凸轮面32c系朝第2端方向推压第1变速键100。然而，将会产生相反方向上的相同力作为反作用力。因此，如果假定第1变速键100是固定的话，离合器30将会在轴方向上朝第1端方向改变位置。

然而，实际上这个第1变速键100并未被固定，所以有时候将会因为旋转驱动力的轴芯X方向的分力大过第3弹压弹簧的弹力，使得第1变速键100朝往第2端方向(图面左方)移动。为了要使这种现象不易发生，乃将设置在轮毂轴10上的变速键用沟12设计成对于轴芯X倾斜「沟倾斜角B 」的角度。换言之，沟倾斜角B的角度愈大的话，要抵抗第3弹压弹簧的弹压力使第1变速键100往第2端方向移动所需的力也变得愈大。因此，可以藉由这个「沟倾斜角度B」和「凸轮面的倾斜角度A」以及调节第1至第3弹压弹簧的弹簧力，而调节出「当第1变速键100与第2离合器32抵接时，应该要有何种程度的驱动力加诸到驱动体25的情况下，离合器30才会朝第1端的方向(图面右方)移动」。

兹参照图4详细说明离合器30的构成要素即第1离合器31与第2离合器32的连结关系。

在第1离合器31的内周面系形成数个朝直径方向突出的卡合部31e。这些卡合部31e都是与轴芯X方向平行延伸的略呈矩形体形状的突出部，其两端系分别成有平面31b、31c。在第2离合器32的第1端部侧系形成有：可被插入到第1离合器31的第2端部侧的内周，且可在前述卡合部31e上滑动的被卡合部32e。此外，前述被卡合部32e的第1端部侧系形成有复数个脚部32k，前述各脚部32k分别形成有：与轴方向呈平行延伸的平面部32f、与轴方向呈倾斜的倾斜面32g、由这个倾斜面32g再往轴芯X方向平行延伸的延伸面32h。

如图4所示，第1离合器31的第2端侧的端面31t系利用相当于「与缸体的外周面31k呈倾斜(由侧面图观察时)的第1抵接面」的段部31d来与缸体部31k相连续。

至于第2离合器32也可说是具有同样的构造。亦即，在第2离合器32的外周面的略中间部系形成有相当于「与轴芯X方向呈倾斜的第2抵接面」的段部32d。

此处，当本发明的轮毂9被装设在脚踏车1的状态，且在未让脚踏板发生驱动力的状态下，第1离合器31系被第1弹压弹簧(请参考图3)朝第2端侧弹压，第1离合器31的第2端侧的端面31t抵接在第2离合器32的脚部32k的基部32t时，离合器30系维持在轴芯X方向上的最短状态。接下来，由这种状态开始，将可使脚踏车前进的驱动力作用到脚踏板的话，驱动体25就朝第1方向即正转方向转动，而与该驱动体25连结并连动的第1离合器31也被朝同一方向转动。当正转方向的驱动力传递到第1离合器31时，卡合部31e的平面部31b侧就变成与第2离合器32的倾斜面32g抵接的状态，由于继续被施加朝同一方向的驱动力，前述卡合部31e的第2端侧就沿着前述倾斜面32g滑动移动，结果，第1离合器31就相对于第2离合器32而朝向第1端这一方进行相对性的移动。卡合部31e的平面31b与第2离合器32的延伸面32h抵接后，并不会在平面31b与延伸面32h之间发生使两者朝轴方向分开的力成分，所以第1离合器31之相对于第2离合器32在轴方向上的移动将停止，而成为使原先传递到第1离合器31的驱动力传递到第2离合器32的状态。

藉由以这种方式来构成第1离合器31和第2离合器32，可利用传递到链轮20的第1旋转方向的驱动力使得第1离合器31相对于第2离合器32分开地朝往轴方向上的第1端方向移动。

此外，试就在链轮20上产生与前述第1方向相反方向的驱动力的情况而言，这种情况，第1离合器31的卡合部31e之在图4中所示的反转方向外周侧的平面部31c变成抵接在第2离合器32的平面部32f侧，就变成第1离合器31将第2离合器32朝往与前述正转方向相反的逆转方向驱动。

如果在第1离合器31的平面部31b抵接在第2离合器32的延伸平面部32h的状态下，又有一个逆转方向的驱动力作用到脚踏板的话，原本处于抵接状态的第1离合器的平面31b会立即从延伸平面部32h分开，利用第1弹压弹簧之朝第2端部方向的弹压力，第1离合器3 1将朝第2离合器32这一方移动。是以，当有相反方向(第2旋转方向)的驱动力作用到脚踏板6时，第1离合器3 1将朝第2离合器32的第2端部这一方移动，所以离合器30将会变位成「在轴芯X方向上的全长最收缩的状态」。

其次，说明利用离合器30所进行的传动爪片55的操作。

在行星齿轮40的第1端侧部分40a的直径方向内侧，系设有朝轴方向延伸的锯齿状缺口(serration)40b。当离合器30位于与第1变速段对应的第1位置和与第2变速段对应的第2位置时，设在第2离合器32的直径方向侧的卡合爪片32a将与此锯齿状缺口40b卡合。因此，这个锯齿状缺口40b在轴方向上的长度系与当离合器30在第1和第2变速段时该离合器30朝轴方向的变位量几乎相同或者稍微长一点。行星齿轮41系可转动自如地被支撑在此行星齿轮框40的轴40c上。这个行星齿轮框40本身则是可转动自如地外嵌于轮毂轴10。

环齿轮构件50整体上系呈往轴方向延伸的筒状，系由：与行星齿轮41卡合的缸体部50a、和供支撑传动爪片55用的支撑部50b所构成。在缸体部50a的直径方向内侧系设有供与行星齿轮41卡合用的齿轮部，支撑部50b设有两个窗口可用来固定安装两个销55p，该两个销55p系被用来当作支撑轴可将传动爪片55支撑成能够摆动自如。在此支撑部50b的直径方向内侧则是设有一个锯齿状缺口50c，系当离合器30位于对应于第3变速段的第3位置时，供与第2离合器的卡合齿32a卡合之用。

传动爪片55系利用被安装于设在环齿轮构件50的支撑部50b的锁55p的外周的弹压弹簧，而可当作一种「单向(one way)机构」朝向与设在轮毂筒70上的卡合齿70a卡合方向进行弹压，系可在正在与轮毂筒70卡合中的「站立状态」以及解除卡合的「倒伏状态」之间进行变位。这种传动爪片55系具有：用来与轮毂筒70的卡合齿70a卡合的爪片部55a、用来与第1离合器31抵接的第1被抵接部55b、及被形成当作与第2离合器32抵接用的凸轮面的第2被抵接部55c，第1离合器31或第2离合器32与传动爪片55抵接的话，这个抵接部分被朝向直径方向的外侧上推，传动爪片55变成倒伏状态。

如图3所示，在环齿轮构件50与驱动体之间设有用来将环齿论构件50固定在第2端方向上的位置之「推迫弹簧16」。

行星齿轮框40系支撑着可直接将驱动力传递到轮毂筒70的滚子离合器机构65。这种滚子离合器机构65系由：数个滚子61、和用来将滚子61往直径方向外侧上推之设于行星齿轮框40的外周面上的滚子用凸轮面40d、和不同于行星齿轮框40而另成一体之可相对地转动的滚子外框60所组成。当行星齿轮框40相对于轮毂筒70较先朝向正转方向转动的时候，这种滚子离合器机构65会将旋转驱动力从行星齿轮框40传递到轮毂筒70，但是，如果是轮毂筒70相对于行星齿轮框40较先朝向正转方向转动的时候，滚子将会空转，旋转驱动力将不会被传递到行星齿轮框40。

滚子外框60除了支撑滚子61之外，也支撑「惯性运转型(逆踩型)制动器(coaster brake)」用的滚子81。这种惯性运转型制动器80属于习知，因此将省略其详细的说明，但是该制动器系具备：当滚子81和驱动体25往反方向旋转时，用来将滚子81推往直径方向的外侧之设在行星齿轮框40的外周面上的凸轮面40d、和对于轮毂筒70的内面70b具有制动作用的刹车块82。

其次，参照图3、图7至图14说明在各变速段时的各个构件的位置关系与各构件的状态。

本实施例所揭示的：系可藉由将离合器30朝往在轮毂轴10的轴芯X方向上隔开间隔的第1和第2和第3位置之间移动，而能够进行第1变速段(高档位)、第2变速档(中档位)和第3变速档(低档位)之三段变速之例。

当操作变速装置5以执行抽拉内缆线的操作时，将会经由操作棒101，使第1变速键100抵抗第3弹压弹簧15的弹压力，朝向图3和图7和图8中所示的第1位置(对应于高档位的位置)移动。此时，利用第1弹压弹簧13的弹压力，第1离合器31与第2离合器32将一体地往第1变速键100的方向移动，直到第2弹压弹簧14抵接到第1变速键100，而与第1弹压弹簧13的弹力保持平衡为止。图7和图8系显示离合器30位于第1位置的状态。此处，图7系显示对应于正转方向的驱动力尚未作用到离合器30的第1离合器31的状态。图8系显示对应于正转方向的驱动力作用到离合器30的第1离合器31的状态。

亦即，在图7的状态中，系如图11(a)和(b)所示，第1离合器31被第1弹压弹簧13朝第2离合器32这一侧弹压，利用第1离合器31的第1抵接面31d使得传动爪片55的被抵接部55b变成上推的状态，传动爪片55在其连结销55p的外周摆动，传动爪片50的爪片部55a与轮毂筒70的卡合齿70a变成非抵接的状态。

接下来，如果在脚踏板6产生朝第1旋转方向即正转方向的驱动力的话，将会以前述方式，第1离合器31的卡合部31e的端部将沿着第2离合器32的倾斜面32g滑动，且如图8和图12(a)、(b)所示般，第1离合器31与第2离合器32成为在轴方向上分开的状态。在这个状态下，传动爪片55的被抵接侧的端部系与第1离合器31与第2离合器32保持成非接触状态，因此受到设在传动爪片55的枢支轴55p上的弹压弹簧55d所弹压而成为起立状态。因此，在变成这种状态时，传动爪片55的爪片部55a和轮毂筒70的卡合齿70a系变成啮合状态，所以能够传递环齿轮50与轮毂筒70的动力。

这种状态下之来自脚踏板6的驱动力传递路径就为：来自脚踏板6的正转方向即第1旋转方向的动力被传递到链轮20，以转动用来固定该链轮20的驱动25。如图8所示，经由栓槽部25c和第1离合器31的复数个卡合爪片31a将动力传递到第1离合器31。然后，形成在第1离合器31的内周面的卡合突起部31e的平面部31b与第2离合器32的延伸平面部32将会互相抵接而驱动该第2离合器32。并且藉由第2离合器32的卡合爪片32a与行星齿轮40的锯齿状缺口40b互相卡合使得驱动力传递到行星齿轮框40。然后，再利用以枢支状态支撑在行星齿轮框40上的行星齿轮41与环齿轮50d的啮合，来将驱动力传递到环齿轮构件50，因为连结在环齿轮构件50上的传动爪片55处于起立状态，所以环齿轮构件50的驱动力就经由轮毂筒70的内周上的卡合齿(棘轮)70a而传递到轮毂筒70。

亦即，如果将位于「高档位置」的动力传递路径简化时，就成为下列的顺序：

脚踏板6→链条8→链轮20→驱动体25→第1离合器31→第2离合器32→行星齿轮框40→行星齿轮41→环齿轮框50→传动爪片55→轮毂筒70→后车轮3。

以这种方式来将从脚踏板6所输入的驱动力传递到行星齿轮框40，再利用行星齿轮41之沿着轮毂轴10外周的公转以及行星齿轮41之沿着枢支轴外周的自转而将被环齿轮构件50所增速并传递该力量。

接下来，参照图9和图13(a)、(b)来说明操作前述变速操作装置5以将离合器30移动到第2位置(中档位置的状态)时的动力传递路径。

亦即，其动力传递路径为下列顺序：

脚踏板6→链条8→链轮20→驱动体25→驱动体25的栓槽部25c→第1离合器31的卡合爪片31a→第1离合器31→第1离合器31的卡合部31e→第2离合器32的脚部32k→第2离合器32→第2离合器32的卡合爪片32a→行星齿轮框40的锯齿状缺口40b→行星齿轮框40→行星齿轮框40的卡合面40e→滚子离合器机构65→轮毂筒70的内周被卡合面70c→轮毂筒70→后车轮3之顺序。

是以，被输入到脚踏板6的驱动力将经由离合器30以直接连结的形式传递到行星齿轮框40，再经由滚子离合器机构65传递到轮毂筒70。换言之，驱动体25的旋转数和轮毂筒70的旋转数实质上系变成相同。

其次，参照图10及图14(a)、(b)说明藉操作前述的变速操作装置5将离合器30移动到第3位置(低档位状态)时的动力传递路径。

亦即，其动力传递路径为下列顺序：

脚踏板6→链条8→链轮20→驱动体25→驱动体25的栓槽部25c→第1离合器31的卡合爪片31a→第1离合器31→第1离合器31的卡合部31e→第2离合器32的脚部32k→第2离合器32→第2离合器32的卡合爪片32a→环齿轮构件50的锯齿状缺口50c→环齿轮构件50→环齿轮50d→行星齿轮41→行星齿轮41的枢支轴40c→行星齿轮框40→行星齿轮框40的卡合面40e→滚子离合器机构65→轮毂筒70的内周被卡合面70c→轮毂筒70→后车轮3之顺序。

是以，被输入到脚踏板6的驱动力将经由离合器30毫无减速地传送到环齿轮构件50，然后由于环齿轮构件50与行星齿轮41的啮合，行星齿轮41被减速相当于其自转量后，将旋转力传递到行星齿轮框40。而行星齿轮框40的旋转力则经由滚子离合器机构65以直接连结的形式传递轮毂筒70。

利用这种方式来操作变速装置5，以使离合器30在三个位置移动就可进行变速到达所期望的变速段。此外，由以上的说明可知，在本实施例中只有被变速到对应于第1位置的高档位置时，才使第1离合器3 1相对于第2离合器32朝轴芯X方向变位，藉此可让传动爪片55在起立状态和倒伏状态之间进行切换操作。尤其是本实施例系将传动爪片55制作成：当驱动体25进行逆转时，传动爪片55系呈倒伏状态。

如果制作成：即使驱动体25逆转时，传动爪片55也不会呈倒伏状态的这种构造的话，将会产生以下的问题。亦即，当欲使「惯性运转型(逆踩型)制动器(coasterbrake)」作动，而逆向踩踏脚踏板6以使驱动体20逆转时，将会产生制动作用，轮毂筒70变成无法旋转的状态。此时，如果传动爪片55处于起立状态而正与轮毂筒70卡合在一起的话，当欲解除制动(刹车)而想要将脚踏板6往正转方向踩动时，将会因为驱动体25与轮毂筒70卡合在一起，且轮毂筒70又因为前述的制动作用而处于无法旋转的状态。因此将引起无法解除制动亦即「制动锁死」的问题。即使对于不具备「惯性运转型(逆踩型)制动器(coasterbrake)」的脚踏车而言，当驱动器25逆转时，传动爪片55与轮毂筒70互相抵接的话，传动爪片55将会抵接到轮毂筒70而导致所谓发生恼人噪音的问题。

然而若根据本实施例的内装型变速装置的话，在高档位置时，相当于第1旋转方向的驱动力若不发生作用，而呈现以第1弹压弹簧13将第1离合器31往第2离合器32弹压的状态时，也就是当离合器30在于轴芯X的方向上最为缩短的状态时，此时传动爪片55系呈倒伏状态，在这种状态下，即使将脚踏板6逆转，传动爪片55与轮毂筒70也不会接触，所以并不会引起所谓“制动锁死”的问题。

此外，在高档位置时，相当于第1旋转方向的驱动力若发生作用，而呈现第1离合器31在轴方向上与第2离合器32分开的状态时，也就是说即使离合器30处于延展的状态时，如果有逆转方向的驱动力作用到脚踏板6的话，第1离合器31将会朝第2离合器32的方向移动，因此传动爪片55将变成倒伏状态。所以，即使在这种状态下，想要逆踩脚踏板6也不会引起所谓“制动锁死”的问题。

此外，即使对于不具备「惯性运转型(逆踩型)制动器(coasterbrake)」的脚踏车而言，也不会引起“发生恼人噪音”的问题。

其次，参照图16和图17说明其他实施例。上述第1实施例是揭示：当执行放松“变速操作装置5”的操作例如：从第1变速段朝第2变速段之类的“朝减速方向”的变速操作时，利用驱动体25的旋转驱动力而可以进行变速操作的离合器操作装置。而此处将要说明的第2实施例的变速装置，则是具备有：不仅在执行“减速方向”操作时，即使在执行“增速方向”操作时，也能够利用旋转驱动力进行变速之第2变速键、和对应于该第2变速键之设在离合器30上的第2凸轮面的变速装置。基本上，只有在离合器30以及用来操作离合器30的离合器操作装置系与第1实施例有所不同，因此，在第2实施例中省略共通部分的详细说明。至于图面中的标号，与第1实施例重复的部分均标示同一标号。

由图16可看出键沟107是贯通在轮毂轴10的直径方向上，而第2变速键105则是贯穿在键沟107上。在第2变速键105的中央部设有一个孔105b可让操作棒101贯穿，而此操作棒101同时也从轮毂轴10的轴芯X方向贯穿着该轮毂轴10。孔105b系朝向与第2变速键105的长度方向成垂直的方向延伸，且被设在：当轮毂轴10被配置在其通常位置时，可与轮毂轴10的轴芯X重叠在一起的位置上。因此，第2变速键105不会被该操作棒101直接操作。但是，在操作棒101的外周之介于第1变速键100与第2变速键105之间，设有可对该操作棒101进行相对移动的管状体103。这个管状体103的第2端侧只是抵接于第1变速键100并未连结在一起，而第1端侧只是抵接于第2变速键105并未连结在一起。如此一来，当操作该变速操作装置5经由操作棒101使第1变速键100朝离合器30的方向亦即第1端方向变位时，管状体103将会与第1变速键100相抵接，而朝第1端方向移动，结果，第2变速键105也朝离开第1离合器31的方向亦即第1端方向移动。

此外，在轮毂轴10的大径部10a和第2变速键105之间设有可将第2变速键105朝第1离合器31的方向弹压的弹压弹簧110。因此，当第1变速键100朝离开离合器31的方向亦即朝第2端方向移动的话，则将会利用弹压弹簧110的弹力使得第2变速键105朝与离合器31卡合的方向移动。

此外，又在驱动体25与第1离合器31之间设有可将离合器30朝第2端方向弹压的弹压弹簧115。

第2变速键用的键沟107所设定的倾斜角度，从平面图观看时是相对于轴芯X呈“沟倾斜角度D”。并且利用键沟107的内面之与第2变速键105抵接的部分系具有导引面107a的作用，当从内装型变速装置的外部操作第2变速键105时，第2变速键105将会沿着键沟107移动。

第2变速键105的形状，系与第1变速键100同样地，整体上系将矩形体扭转而得的形状，结果，其垂直于长度方向的断面系呈平行四边形。此外，第2变速键105在长度方向上的长度系大于轮毂轴10的直径，当插入到轮毂轴10的键沟107时，只有突出部分105a从轮毂轴10的外周面突出来。这个突出部分105a是用来抵接第1离合器31。

第2变速键105虽然与第1离合器31相抵接，但是本第2实施例中的第2离合器系与第1实施例中的第2离合器32完全相同。第1离合器整体上虽然也是完全相同于第1实施例的第1离合器31，但是在第1端侧之与第2变速键105抵接的部分有若干差异。因此，参照图17说明这个具有差异的部分。第1离合器31上虽然设有可与设在驱动体25的内面的锯齿状缺口25c卡合的齿31a，但又设有从这个位置朝第1端方向延伸的裙部31f。这个裙部31f的外径小于图4所示的第1离合器31的外周部31k的外径。并且在齿31a和裙部31f之间设有肩部，供弹压弹簧115的一端抵接到该肩部。在第1离合器31的内周设有与设在第2离合器32的内周的第1凸轮面32c同样的第2凸轮面31g。利用将这个第2凸轮面31g与第2变速键105互相抵接，可让传递到离合器30的驱动力变换成让离合器30朝往第2端方向变位的操作力。

图18系显示设在轮毂轴10上的第2变速键105用的键沟107的导引面107a相对于轮毂轴芯X的角度亦即“沟倾斜角度D”以及设在第1离合器31的内面上的第2凸轮面31g相对于轮毂轴芯X的角度C。这个沟倾斜角度D与第2凸轮面31g的角度之关系，系与第1实施例所说明过的第2离合器32的第1凸轮面32c相对于轮毂轴芯X的角度A与第1变速键100用的导引面12a的角度B的关系相同，因此此处省略其说明。

根据以上的构成方式，不仅在“减速方向”的变速操作，即使在“增速方向”的变速操作时，也能够利用旋转驱动力，因此即使对于「有驱动负荷加诸在齿轮机构，不易进行变速操作」的情况下，也可以执行顺畅的齿轮变速操作。

Claims (10)

1.一种内装有离合器之轮毂，系具备：

轮毂轴；

用以固定链轮的可在前述轮毂轴周围旋转的驱动体；

可在前述轮毂轴周围旋转的轮毂筒；

可在前述轮毂轴周围旋转的行星齿轮；

用以支撑前述行星齿轮的行星齿轮框；

配置在前述行星齿轮的直径方向的外侧的环齿轮；

设在前述轮毂轴上，接受来自前述驱动体的旋转驱动力后，可在前述轮毂轴的圆周方向上旋转，同时又可沿着前述轮毂轴的轴芯移动之用来选择从前述驱动体传递到前述轮毂筒的复数个驱动传递路径之离合器；以及

用来操作前述离合器的离合器操作装置；

其特征在于：

前述离合器操作装置系具备：设在前述轮毂轴上的第1导引面；和可藉由沿着前述第1导引面移动而操作前述离合器之第1变速键；

前述离合器则具备：可与前述第1变速键互相抵接，当与前述第1变速键抵接时，可将旋转驱动力转换成前述离合器之朝往轴方向的移位之对前述轮毂轴的轴芯呈倾斜之第1凸轮面。

2.根据权利要求1所述内装有离合器之轮毂，其特征在于又具备：用来将前述离合器朝往前述第1变速键的方向弹压之第1弹压弹簧；和用来将前述第1变速键朝往前述离合器的方向弹压之第3弹压弹簧。

3.根据权利要求1或2所述的内装有离合器之轮毂，其特征在于还具备：介装在前述第1变速键与前述离合器之间，当同时抵接在前述第1变速键与前述离合器之两者时，在前述第1变速键与前述离合器互相抵接之前，可利用其本身所发挥的弹力朝向使前述第1变速键与前述离合器两者分离的方向弹压之第2弹压弹簧。

4.根据权利要求1所述内装有离合器之轮毂，其特征在于前述第3弹压弹簧的弹簧系数大于前述第2弹压弹簧的弹性系数。

5.根据权利要求1或2所述的内装有离合器之轮毂，其特征在于在前述轮毂轴上设有贯通前述轮毂轴的轴芯的键沟，前述第1导引面就是形成前述键沟的面的一部分，而且设计成对前述轮毂轴的轴芯倾斜设定的沟倾斜角度。

6.根据权利要求5所述的内装有离合器之轮毂，其特征在于前述沟倾斜角度是介于10度至50度之间。

7.根据权利要求3所述的内装有离合器之轮毂，其特征在于前述第2弹压弹簧是长度被限定在所设定的长度之定位弹簧。

8.根据权利要求1所述的内装有离合器之轮毂，其特征在于前述第1凸轮面相对于前述轮毂轴的轴芯之倾斜角度是介于20度至70度之间。

9.根据权利要求1所述的内装有离合器之轮毂，其特征在于前述第1变速键作成以矩形体扭转的形状，而且前述第1变速键配置成让该第1变速键的长度方向是垂直于前述轮毂轴。

10.根据权利要求1所述的内装有离合器之轮毂，其特征在于前述离合器操作装置具有：

设在前述轮毂轴上，与前述第1导引面在轴方向上分开的第2导引面；和

可藉由沿着前述第2导引面移动而操作前述离合器的第2变速键，

前述离合器则具备：

可与前述第2变速键互相抵接，当与前述第2变速键抵接时，可将旋转驱动力转换成前述离合器之朝往前述轴方向的相反方向移位之对前述轮毂轴的轴芯呈倾斜之第2凸轮面。

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