TW201536627A - 鏈輪 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種位於自行車之腳踏曲柄上的前鏈輪，其由一金屬齒環與一塑膠導引環構成。利用此種解決方案能夠廉價地實現不同結構。此外在次用本發明之設計方案後，僅需為金屬組成部分與塑膠組成部分設置一個軸向接觸面，毋需將金屬齒環埋入塑膠材料。

Description

鏈輪 發明領域

本發明係有關於一種用於自行車之鏈輪。在設有鏈條系統之自行車中，用作傳動鏈之滾子鏈在腳踏曲柄上的一鏈輪與後輪上的一小齒輪之間延伸。為實現相應較大數目之可切換的檔位，在後輪上設有多個小齒輪，在腳踏曲柄上亦佈置有兩或三個鏈輪。

發明背景

為在各檔位之最小與最大的傳動裝置間實現足夠大的張開，相鄰鏈輪間的齒數差相應較大，此點主要在越野單車上係通常之舉。而相鄰小齒輪上的齒數差則小得多，其原因主要在於，此等小齒輪之數目較大且需要對檔位進行細分。

為使自一較小的鏈輪延伸至一小齒輪的鏈條不致擦到相鄰之較大鏈輪並發出干擾性噪音，相鄰鏈輪間的軸向距離大於相鄰小齒輪間的距離。為防止滾子鏈在自較大鏈輪脫落的情況下卡在鏈輪間的間隙中，US 3,550,465提出一種鏈條導盤，其連同此二鏈輪一起藉由緊固螺釘緊 固在腳踏曲柄上。與FR 2219709所提出之方案相比，該解決方案的特點在於易於製造，因為毋需在整個周邊上對板金件實施複雜的成形工藝。EP 0 386 685透過以下方式來實現易於製造性：僅在選定之周邊區域上成形一沿軸向突出之隆起。

由一前變速器所切換之滾子鏈之在較小與較大鏈輪之間延伸的區段會產生更多技術難題，在相鄰之鏈輪之間切換滾子鏈可解決此等技術難題。若滾子鏈自較小的鏈輪切換至較大的鏈輪，則必須將該滾子鏈提昇至一較大的徑向水平。為此而在較大的鏈輪上佈置若干上升鉚釘，用於卡入滾子鏈中之一對鏈板之各板片之間的空隙。此外，朝向較小鏈輪之較大鏈輪的軸向側上設有若干凹槽，其用於容置滾子鏈的組成部分且確保徑向向內地支撐鏈節。相應構建有一位於相鄰鏈輪之間的鏈條導盤或者該在較大鏈輪上成形的隆起，在製造過程中透過成形工藝或者藉由切削製造法來實現此點。兩種製造法皆花費不菲。

DE 10 2006 022 343、EP 1 609 714及EP 1 504 988等文獻係採用塑膠，因為藉由常見射出成形法便能廉價地製成不同形狀。其中，透過相應的結構性設計方案來為由一種金屬材料及該塑膠構成之若干組成部分構建緊固接合。舉例而言，該塑膠部件將金屬部件之內周邊包含在內，且其通常埋入三個彼此豎向之表面。此外，金屬部件中的貫穿式通孔係緊固連接的前提。實施射出成形工藝時，塑膠材料自兩側流入此等通孔並以不可解除的方式結合成一 塑膠“銷件”，其又與位於金屬部件兩側的塑膠殼連接成一體。從而為塑膠部件與金屬部件產生不可解除之接合。此外還需防止總是會起作用的夾緊力隨著塑膠組成部分而轉移，因為塑膠在此等條件下會發生流動並無法保持穩定的形態。上述情形正會發生在鏈輪被緊固螺釘固定在曲柄上的位置，以及發生在鏈輪之用於徑向向內地支撐於曲柄上之內周邊上。DE 10 2006 022 343據此而提出，塑膠組成部分實現一種相對設有若干齒件之金屬部件的軸向可動性。

US 4,586,914及DE 202 18 755亦公開過將金屬與塑膠結合起來使用。

發明概要

本發明之目的在於，提供一種由金屬及塑膠構成的鏈輪，其與先前技術中的解決方案相比在製造方面具有優勢。實驗表明，在特定條件下，僅需在一就鏈輪圍繞中軸軸線進行旋轉而言的軸向側上設置由塑膠構成的部件。為此，需要採取相應措施來在塑膠組成部分與金屬組成部分之接觸點上實現非常牢固的支撐或者緊固接合。作為替代方案，亦可在視需要連接之位置上在金屬部件與塑膠部件之間設置連接元件，該等連接元件使得作用於該塑膠元件的作用力僅以較小的距離穿過該塑膠部件。

根據本發明之鏈輪的一種改進方案，除該等微孔外還在該齒環中置入若干凹槽，隨後，該導引環的數個突出部卡入該等凹槽並可形成一接合。該等點狀錨定結構主 要在以下情況下起作用：齒環與導引環間產生該接合且形成一通常以一邊緣區域為出發點的裂紋。在此情況下，該等錨定結構將防止出現以下現象：該裂紋進一步擴大，整個接合最後不再有效。上述之裂紋產生及裂紋擴大主要會出現在以下地點：發生力傳遞的位置及會產生拉應力及推應力的作用力的位置，且此等作用力會超過金屬與塑膠之相界上的可承受應力。本文中涉及的是鏈輪之具有緊固孔的位置及被緊固螺釘旋緊在腳踏曲柄上的位置，以及在滾子鏈之鏈節所卡合之齒件的周圍。

可採用常見的切削法製造該等凹槽。較佳採用使用某個刀具的銑削法，該刀具適於形成一具有底切的空腔。為此，首先將該截錐形刀具藉其指向齒環的較大直徑以鑽孔運動的方式垂直於該齒環地進給，再使其相對該刀具之旋轉軸線進行運動，在此過程中主要沿一垂直於該旋轉軸線的方向。

該凹槽較佳並非貫穿至該金屬部件之相對表面，而是實施為盲孔。因此，毋需對該孔洞採取密封措施以防止液態塑膠在實施射出成形法過程中流出。

進給過程中，當該刀具沿一圓形軌跡圍繞刀具旋轉軸線之位置進行偏轉時，產生一具有一底切的凹槽，其防止導引環垂直於齒環之表面進行移動。自該凹槽出發或者自該板狀齒環的一邊緣出發，該刀具可實施更多圓形偏轉運動，從而製成若干底切。透過上述方式便能提供反作用於導引環在平行於齒環表面的方向上相對該齒環進行移 動的底切。

下面藉由多個實施例對本發明進行描述。

1‧‧‧鏈輪

2‧‧‧齒環

3‧‧‧導引環

4‧‧‧齒件

5‧‧‧緊固孔

6‧‧‧定心面

7‧‧‧夾緊面

8‧‧‧傳動旋轉方向

9‧‧‧齒件空隙

10‧‧‧螺栓孔

11‧‧‧標記

12‧‧‧下行巷

13‧‧‧上行巷

14‧‧‧栓釘

15‧‧‧閉合之自由空間

16‧‧‧曝露之自由空間

17‧‧‧斜面

18‧‧‧金屬內周面

19‧‧‧塑膠外周面

20‧‧‧塑膠內周面

21‧‧‧接觸面

22‧‧‧凹槽

23‧‧‧突出部

24‧‧‧微孔

25‧‧‧旋轉軸線

26‧‧‧通孔

27‧‧‧卡扣

28‧‧‧凸起

31‧‧‧錨定結構

32‧‧‧底切

33‧‧‧中軸線

34‧‧‧主鏤空

35‧‧‧輔助鏤空

36‧‧‧階部

37‧‧‧邊緣

圖1為本發明之鏈輪的較佳實施例；圖2為金屬部件與塑膠部件的分解圖，方便瞭解相應結構；圖3為在平行於中軸軸線之方向上的視圖；圖4為在垂直於中軸軸線之方向上的視圖；圖5為金屬部件與塑膠部件之第二實施方式的分解圖，方便瞭解相應結構；圖6為本發明之鏈輪的第三替代實施方式，係沿自行車車架視之；圖7為圖6所示鏈輪之自自行車車架一側視之的視圖；圖8為一在齒環中具有底切的凹槽，其反作用於導引環垂直於齒環表面的移動；圖9為圖8所示之具有射出成形之導引環的齒環，被該齒環中的凹槽切開，該導引環的一突出部卡入該凹槽並形成錨定結構；圖10為鏈輪之導引環之位於兩個緊固孔之間的區域的俯視圖，圖中示意性示出該下方之齒環中的一長形凹槽的走向；及圖11為一自齒環之邊緣出發或自齒環中的一階部出發在齒環中具有底切的凹槽，其反作用於導引環在平行於齒環表面的方向上進行移動。

較佳實施例之詳細說明

圖1係自朝向自行車的一側觀察該鏈輪(1)。其主要由一金屬齒環(2)及一由塑膠材料構成的導引環(3)構成。齒環(2)與導引環(3)在其接觸面(21)形成緊固接合。在鏈輪(1)之上區域內，一未繪示之滾子鏈沿一傳動旋轉方向(8)自拉緊側出發朝金屬齒環(2)的該等齒件(4)向上運行。而在鏈輪(1)之下區域內，該鏈條朝鬆弛側向下運行。鏈輪(1)適於藉由若干未繪示之緊固螺釘緊固在腳踏曲柄的臂部上。該等緊固螺釘穿過緊固孔(5)進行卡合，其中螺釘頭貼緊齒環(2)上的夾緊面(7)。從而防止以緊固螺釘為出發點的夾緊力穿過導引環(3)，此種情況在將來可能造成塑膠材料變形。

導引環(3)之可見表面具有不同的，用於對將滾子鏈切換至一相鄰之較小(未繪示)鏈環的換擋操作加以輔助。鏈輪(1)及該鏈環皆垂直於旋轉軸線(25)，其中，該鏈環以鄰近導引環(3)的方式佈置。為防止在將鏈輪(1)安裝在腳踏曲柄上時發生錯誤定位，鏈輪(1)在金屬內周面(18)上具有一標記(11)，其必須緊鄰該腳踏曲柄。此外，在齒環(2)中設有一供一未繪示之螺栓插入的螺栓孔(10)，在該滾子鏈並未正常地卡在該齒環(2)上的齒件(4)上並自該齒環滑落的情況下，該螺栓防止該滾子鏈卡緊在齒環(2)與腳踏曲柄之間。位於齒環(2)之周邊上的該等齒件(4)具有不同結構，對於在該鏈輪(1)與一軸向相鄰之未繪示鏈環間對 該滾子鏈進行正常切換操作而言，此類結構是必要的。該等結構非本發明實質所在，故不予描述。

圖2為實際上以緊固接合的形式不可解除地相連的齒環(2)及導引環(3)，為清楚起見而顯示為分離的部件。齒環(2)及導引環(3)所直接接觸的接觸面(21)具有用於構建該緊固接合的若干微孔(24)。該等微孔(24)較佳係藉由如EP 1 559 541之處理法而置入金屬表面。可採用射出成形法來製造導引環(3)。前述之EP 1 559 541係採用熱塑性射出成型法(英語稱作“overmolding”)。其中，流入微孔(24)並凝固的液態塑膠組成部分在導引環(3)上形成若干極小的突出部。從而建構成緊固接合並在齒環(2)與導引環(3)間順利地進行力傳遞。DE 10 2006 022 343所描述之軸向可動性是無法實現的，且未設置此種可動性。亦可順利地承受自遠離緊固孔(5)之位置作用於導引環(3)的作用力，轉移至齒環(2)並最後透過一緊固螺釘傳遞給腳踏曲柄。在滾子鏈貼緊位於導引環(3)上之該等下行巷(12)中的一個或該等上行巷(13)中的一個的情況下，即使該等下行巷(12)或該等上行巷(13)遠離該等相鄰之緊固孔(5)，亦不會出現任何問題。

導引環(3)採用某種構建方案，使其並不圍繞齒環(2)之金屬內周面。此舉為設計上述射出成型法之鑄模提供了有利條件。可將齒環(2)整面地放入鑄模，而後再使得液態塑膠材料流入，將齒環(2)遮蓋並形成該導引環(3)。設計該鑄模的更多有利條件在於，齒環(2)上的金屬內周面 (18)與導引環(3)上的塑膠內周面(20)對齊。此舉還能防止塑膠組成部分處於定心面(6)與處於腳踏曲柄之臂部上的未繪示插口之間。從而實現本發明所追求之金屬接觸的效果。

整體而言，鏈輪(1)具有複雜的幾何形狀，以便滿足對滾子鏈進行切換的要求。儘管如此，本發明之解決方案能夠用一金屬板坯製成一易於成形的金屬齒環(2)。齒環(2)上的平坦式接觸面(21)還能實現一簡單的鑄模，其形成用於容置液態塑膠材料的空腔，必須將該空腔與外部環境隔絕。

圖5為齒環(2)及一與該齒環(2)分離之導引環(3)的一本發明之變體方案。該方案係藉由若干栓釘(14)將導引環(3)與齒環(2)相連。每個栓釘(14)皆為導引環(3)的緊固組成部分並卡入齒環(2)中的一通孔(26)。可將齒環(2)中的該緊固孔(5)用作通孔(26)。本實施例中透過栓釘(14)之塑膠材料來傳遞作用力。利用圖6及7所示之變體方案便能克服此項缺陷。

圖6及7示出一與圖5所示實施方式有所不同的本發明之鏈輪(1)，其包含一齒環(2)及一導引環(3)。齒環(2)同樣藉由若干穿過緊固孔(5)之緊固螺釘緊固在腳踏曲柄上。導引環中之通孔(26)的直徑大於齒環(2)中之緊固孔(5)的直徑。採用該方案後，即使在齒環(2)與導引環(3)在安裝完畢後彼此貼緊的情況下，用於承載緊固螺釘之任一螺釘頭的夾緊面(7)仍處自由狀態。在緊固孔(5)中，緊固螺 釘與齒環(2)存在金屬接觸，因此，塑膠材料不會在一定負荷下發生流動。

安裝完畢後，導引環(3)上的若干徑向突出之栓釘(14)卡入齒環(2)上的若干凹槽(22)。該等凹槽構建為通孔(26)，其亦可為盲孔。該等緊固孔(5)之邊緣上設有若干凸起(28)，以便該導引環上的若干卡扣(27)卡住該等凸起(28)並沿軸向將齒環與導引環不可解除地相連。

圖6及7所示齒環(2)在該等齒件(4)上或緊鄰該等齒件之處以及在齒件(4)與導引環(3)上之塑膠外周面(19)之間的徑向區域內還示出更多細節。圖中示出了若干曝露之自由空間(16)，其用於容置該自(較大)齒環(2)朝(較小)鏈環延伸之滾子鏈之組成部分。實施換擋操作前，該滾子鏈的鏈節係首先與齒環(2)上的該等齒件(4)嚙合，沿軸向被一未繪示之鏈條切換裝置擠壓，與該等齒件(4)脫離嚙合並在導引環(3)的一側以經過更多齒件的方式側向轉動。在此過程中，一曝露之自由空間(16)可為滾子鏈的組成部分相應空間。如圖所示，一閉合之自由空間(15)亦有助於該滾子鏈自邊上轉動，至少有助於容置外鏈板的一部分以及容置鏈節中的一至少突出於滾子鏈之外鏈板以外的螺栓。與曝露之自由空間(16)相比，閉合之自由空間(15)的優點在於，當滾子鏈卡入該等齒件時，下一齒件的抗彎能力較強。

圖8中的凹槽(22)藉其中軸線(33)垂直於齒環(2)之表面。該凹槽具有截錐體之形狀，該截錐體在齒環之表 面上具有較小直徑，故形成一底切(32)。為將此種凹槽(22)置入齒環(2)，首先將一截錐形之銑刀以鑽孔運動的方式沉入齒環(2)，在此過程中產生一圓柱形孔洞，其直徑處於該銑刀最厚的位置上。隨後，使得該銑刀沿一圓形軌跡進行運動，在此過程中產生該底切(32)。為使齒環之表面上的棱邊儘可能銳利，該圓形軌跡的直徑必須至少等於該銑刀的最大直徑與該銑刀在齒環(2)之表面上的直徑之差。齒環(2)中之凹槽(22)的底切(32)反作用於導引環(3)垂直於齒環(2)之表面的移動。

實驗表明，使用最大直徑為2.5毫米的銑刀會獲得良好的結果。該凹槽(22)之深度為0.5毫米即可。

將一導引環射出成形於圖8所示之齒環(2)上，從而產生一如圖9所示之接合。該切口穿過凹槽(22)，故如圖所示，該導引環(3)的一突出部(23)卡入該凹槽(22)並形成一錨定結構(31)。

圖10為一導引環(3)之位於兩個緊固孔(5)之間的區域的俯視圖，圖中示意性示出該下方之齒環中的一長形凹槽(22)。該凹槽(22)沿縱向具有大體恆定之橫截面且構成一閉合環，其等距地與該導引環(3)之外緣的走向相符。該距離較佳為1.2毫米，其中可在以下二者間進行折衷：一方面儘可能縮短與導引環(3)之邊緣的距離，從而進一步增強在導引環(3)之邊緣前的錨定效果，另一方面係保持足夠的剩餘材料，從而防止剩餘金屬材料過度削弱。

圖11為位於齒環中的一階部(36)上(圖11上部)及 位於齒環(2)之邊緣(37)上(圖11下部)的不同凹槽(22)。在此情況下，毋需首先用銑刀實施鑽孔運動並製成底切。此處係可用該銑刀自階部(36)或邊緣(37)出發在該齒環(2)之金屬中銑出一凹口，其自始至終具有一底切(32)。

該等凹槽(22)皆具主鏤空及輔助鏤空。該等輔助鏤空之形狀產生一底切，其同樣防止導引環(3)在平行於齒環(2)之表面的方向上進行移動。

根據圖8所示凹槽(22)之實施方式的另一未繪示之補充實施方式，設有遠離該等主鏤空(34)之中心的若干輔助鏤空(35)，參閱圖11。該實施方式同樣產生一在齒環(2)中具有底切(32)的凹槽(22)，其反作用於導引環(3)在平行於齒環(2)之表面的方向上進行移動。

1‧‧‧鏈輪

4‧‧‧齒件

7‧‧‧夾緊面

8‧‧‧傳動旋轉方向

9‧‧‧齒件空隙

10‧‧‧螺栓孔

11‧‧‧標記

12‧‧‧下行巷

13‧‧‧上行巷

18‧‧‧金屬內周面

Claims (11)

1. 一種用於緊固在自行車之腳踏曲柄上的鏈輪，其適於連同該腳踏曲柄一起圍繞一中軸軸體的旋轉軸線相對一自行車車架進行旋轉，該鏈輪具有；一金屬齒環，在其徑向外緣上具有若干用於嚙合一滾子鏈的齒件，以便將一源於該滾子鏈中之拉力的作用力傳遞至該齒環；一非金屬之導引環，位於該齒環的一軸向側；其中，該齒環與該導引環在其接觸面上形成一緊固接合；其特徵在於，該緊固接合係藉由以下方式所建構成，該方式係為，該齒環在該接觸面之區域內具有若干供該導引環上的數個突出部卡入的凹槽。
2. 如請求項1之鏈輪，其特徵在於，藉由一熱塑性射出成型法在齒環與導引環之該接觸面上構建該緊固接合。
3. 如請求項1或2之鏈輪，其特徵在於，該齒環中的該凹槽為微孔。
4. 如請求項3之鏈輪，其特徵在於，該微孔透過一化學過程製成。
5. 如請求項1之鏈輪，其特徵在於，該突出部為栓釘。
6. 如請求項5之鏈輪，其特徵在於，該凹槽為通孔。
7. 如請求項1或2之鏈輪，其特徵在於，該等突出部卡入若干具有底切之凹槽。
8. 如請求項7之鏈輪，其特徵在於，該凹槽為長形凹槽。
9. 如請求項8之鏈輪，其特徵在於，該凹槽具有一截錐體之形狀，該截錐體之中軸線垂直於該齒環之表面且其最小直徑位於該齒環之表面上。
10. 如請求項8或9之鏈輪，其特徵在於，該凹槽具有一主鏤空，若干輔助鏤空連接該主鏤空。
11. 如請求項10之鏈輪，其特徵在於，該凹槽延伸至該齒環的一階部或一邊緣。