TW201625462A - 內變速器控制機構 - Google Patents

Abstract

本案創作係為一種通用於無鏈傳動自行車及鏈條傳動自行車的內變速器控制機構，其特徵在於：控制機構係由內變速器中的動力旋轉件(如：輸入環、內齒輪、行星架、輸出環等)以凸輪或類凸輪結構帶動離合所需控制的離合機構作動，或藉由凸輪或類凸輪結構帶動一連動裝置旋轉或平移予以離合所需控制的離合機構作動，進以達到凸輪結構或類凸輪結構或連動裝置旋轉一定角度即完成控制機構的快速切換效果，以及主要變速動力來自動力旋轉件，而非控制切換動作的撥桿，使撥桿動作更輕巧、變速更確實、整體控制機構更加簡易，相對的使重量減輕、體積更精減，進而提昇內變速器的整體產業利用性及實用效益性。

Description

內變速器控制機構

一種通用於無鏈傳動自行車及鏈條傳動自行車的內變速器控制機構，尤指控制機構係由內變速器中的動力旋轉件(如：輸入環、內齒輪、行星架、輸出環等)以凸輪或類凸輪結構帶動離合所需控制的離合機構作動，或藉由凸輪或類凸輪結構帶動一連動裝置旋轉或平移予以離合所需控制的離合機構作動，進以達到凸輪結構或類凸輪結構或連動裝置旋轉一定角度即完成控制機構的快速切換效果，以及主要變速動力來自動力旋轉件，而非控制切換動作的撥桿。

一般已知自行車內變速器的技術創作，如相關的公告第M415071號「內變速式公路自行車」、公告第I323232號「自行車十六速內變速器裝置」、公告第M341648號「自行車內變速裝置之齒盤結構」、公告第I296256號「用於腳踏車之內變速器」、公告第I285613號「自行車九速內變速器裝置」、公告第I277561號「自行車之內變速器」、公告第M282914號「自行車五速內變速器裝置」、公告第492932號「自行車內變速器(追加一)」、公告第464623號「自行車內變速器」、公告第410206號「自行車自動內變速器系統」、公告第392661號「自行車內變速器之變速主體」、公告第390325號「電動自行車之輪圈內變速裝置」、公告第360185號「自行車內變速器之變速控制機構」及公告第330544號「自行車內變速機構」等先前技術文獻。

但，綜觀上述先前技術創作文獻可知，該等已知的內變速器 的控制機構不但結構較為複雜，且延伸出結構體積大、重量重、成本高的問題，同時也造成變速器在實際操縱變速時的靈敏度與速度的不盡理想，而該等缺點亦直接降低了內變速器以及整體自行車品質的降低，所以在相關的自行車內變速器的結構設計上，業界不斷的力求創新與突破。

而在自行車變速器的設計上，除了內變速機構中齒輪的運用與路徑設計創新之外，對於直接影響變速操縱的相關控制機構，則更關係到整體內變速器的結構、重量、成本以及變速操縱的靈敏度與換檔速度；因此，如何設計出一種結構精簡、重量輕、成本低以及變速操縱靈敏度高與換檔速度快的內變速器控制機構，則為自行車產業界所急待技術提昇與創新的目標。

本案創作係為一種通用於無鏈傳動自行車及鏈條傳動自行車的內變速器控制機構，其創作目的在於：

1.提供一種可通用於無鏈傳動自行車及鏈條傳動自行車的內變速器控制機構，使單一技術創作能廣泛通用於無鏈傳動自行車及鏈條傳動自行車的內變速器。

2.有效達到節省空間及減輕整體重量之優點。

3.降低產業成本，提昇整體產業產效。

4.有效簡化自行車內變速器控制機構，提昇組立與維修效率，進而提高產業利用性及經濟效益性。

5.由內變速器中的動力旋轉件(如：輸入環、內齒輪、行星架、輸出環等)以凸輪或類凸輪結構帶動離合所需控制的離合機構作動，或藉由凸輪或類凸輪結構帶動一連動裝置旋轉或平移予以離合所需控制的離合機構作動，進以達到凸輪結構或類凸輪結構或連動裝置旋轉一定角度即完成控制 機構的快速切換效果。

6.主要變速動力來自動力旋轉件，而非控制切換動作的撥桿，使撥桿動作更輕巧、換檔更快速確實、整體控制機構更加靈敏簡易。

本案創作特徵在於：控制機構係由內變速器中的動力旋轉件(如：輸入環、內齒輪、行星架、輸出環等)以凸輪或類凸輪結構帶動離合所需控制的離合機構作動，或藉由凸輪或類凸輪結構帶動一連動裝置旋轉或平移予以離合所需控制的離合機構作動，進以達到凸輪結構或類凸輪結構或連動裝置旋轉一定角度即完成控制機構的快速切換效果，以及主要變速動力來自動力旋轉件，而非控制切換動作的撥桿，使撥桿動作更輕巧、變速更確實、整體控制機構更加簡易，相對的使重量減輕、體積更精減，進而提昇內變速器的整體產業利用性及實用效益性。

1‧‧‧內變速器

10‧‧‧中心軸

101‧‧‧導溝

2‧‧‧棘齒環

21‧‧‧棘爪回位彈簧

22‧‧‧左棘爪

23‧‧‧右棘爪

24‧‧‧凸輪座

25‧‧‧制動滑塊座

26‧‧‧左右制動滑塊

261‧‧‧左右止檔棘爪

27‧‧‧左右滑塊回位彈簧

271‧‧‧止檔棘爪回位彈簧

272‧‧‧左爪基座

273‧‧‧左爪基座

28‧‧‧左齒輪

29‧‧‧右齒輪

201‧‧‧左彈簧座

202‧‧‧右彈簧座

3‧‧‧旋轉環

31‧‧‧棘爪軸

32‧‧‧上行星系動力棘爪

33‧‧‧下行星系動力棘爪

34‧‧‧棘爪回位彈簧

35‧‧‧棘爪控制板

36‧‧‧左控制爪

37‧‧‧右控制爪

38‧‧‧控制爪回位彈簧

39‧‧‧控制爪軸

391‧‧‧控制爪制動座

4‧‧‧旋轉環

41‧‧‧棘爪軸

42‧‧‧上行星系動力棘爪

43‧‧‧下行星系動力棘爪

44‧‧‧棘爪回位彈簧

45‧‧‧棘爪控制板

46‧‧‧輔助撥爪

461‧‧‧撥爪回位彈簧

47‧‧‧左限制板

471‧‧‧左控制爪

48‧‧‧右限制板

481‧‧‧右控制爪

49‧‧‧控制爪回位彈簧

40‧‧‧控制爪固定座

401‧‧‧控制爪軸

5‧‧‧旋轉件

51‧‧‧滑環

52‧‧‧軸向彈簧

53‧‧‧徑向彈簧

54‧‧‧銷

55‧‧‧徑向控制凸輪環

56‧‧‧軸向控制凸輪環

57‧‧‧間隔環

A、B、C‧‧‧撥桿

第1圖：本創作實施例剖視圖。

第2圖：本創作太陽齒輪固定與否之軸向切離控制機構剖視圖(左齒輪固定)。

第3圖：第2圖之軸向切離控制機構剖視圖(右齒輪固定)。

第4圖：本創作太陽齒輪固定與否之徑向切離控制機構剖視圖。

第5圖：第4圖徑向切離控制機構之棘爪構造閉合方式的動作示意圖。

第6圖：本創作太陽齒輪固定與否之左右棘爪運作示意圖。

第7圖：本創作開閉離合機構之控制機構的控制爪位於旋轉件上的實施例剖視圖。

第8圖：第7圖之離合爪閉合動作示意圖。

第9圖：本創作開閉離合機構之控制機構的控制爪位於固定件上的實施例剖視圖。

第10圖：第9圖之離合爪閉合動作示意圖。

第11圖：本創作徑向凸輪環及軸向凸輪環切換機構之實施例剖視圖(軸向凸輪環及滑環旋轉狀態)。

第12圖：本創作徑向凸輪環及軸向凸輪環切換機構之實施例剖視圖(徑向凸輪環及滑環旋轉狀態)。

請參閱第1圖所示本案創作內變速器控制機構的實施例，於該實施例的控制機構中包括：用於控制太陽齒輪固定與否的控制機構、用於控制兩側內齒輪與行星架輸入或輸出的控制機構，及可泛用於控制太陽齒輪或內齒輪與行星架的泛用型控制機構。本創作的主要重點在於：控制機構變換的主要動力來自必旋轉的動力旋轉件(如：輸入環、內齒輪、行星架、輸出環等)配合使用撥桿的位移(該撥桿位移可為左右位移、上下位移、角度旋轉位移，本案圖式及說明以左右位移為例說明，但不因此而侷限本案撥桿的不同位移實施運用)，予以控制凸輪或類凸輪的是否作用，再藉凸輪或類凸輪結構帶動離合所需控制的離合機構作動，或藉由凸輪或類凸輪結構帶動一連動裝置旋轉或平移予以離合所需控制的離合機構作動。

請先參閱附圖中第2圖及第4圖所示為本創作太陽齒輪固定與否之軸向切離控制機構及徑向切離控制機構的實施例，其主要區別係依據離合機構的運動方向予以分為軸向切離及徑向切離兩種型式，其中第2圖為太陽齒輪需要固定或自由轉動的軸向切離型控制機構，第4圖為太陽齒輪需要固定或自由轉動的徑向切離型控制機構。

如第2圖及第3圖所示的軸向切離型控制機構，包括位於內變速器1內部聯結必旋轉的動力旋轉件而做動力旋轉的棘齒環2、棘爪回位彈簧21、左棘爪22、右棘爪23、凸輪座24、制動滑塊座25、左右制動滑塊26、 左右滑塊回位彈簧27、左齒輪28、右齒輪29、左彈簧座201、右彈簧座202及撥桿A。其中在內變速器1的中心軸10上以至少一個內凹的導溝101供操作變速的撥桿隱設於中心軸10的表面，於中心軸10外部設置制動滑塊座25，於制動滑塊座25的表面設置有左齒輪28、棘齒環2及右齒輪29，其中該棘齒環2係設置在左齒輪28與右齒輪29之間，並於左齒輪28與中心軸10之間設置左彈簧座201、滑塊回位彈簧27，以及由滑塊回位彈簧27抵推受凸輪座24控制的制動滑塊26；而在右齒輪29與中心軸10之間設置右彈簧座201、滑塊回位彈簧27，以及由滑塊回位彈簧27抵推受凸輪座24控制的制動滑塊26；另於棘齒環2匹配處設置有凸輪座24，凸輪座24上設置有受撥桿A位移選擇操控的左棘爪22、右棘爪23及棘爪回位彈簧21。

請參閱第2圖所示軸向切離型控制機構之撥桿A的初始位置在左側，此時的左齒輪28為固定狀態，右齒輪29為可自由旋轉狀態，當要變速時，需將左齒輪28切換為可自由旋轉狀態，而右齒輪29切換為固定狀態，其作動流程為：

(1)撥桿A由左側移到右側位置，使左棘爪22向上彈而與棘齒環2咬合，帶動凸輪座24旋轉。

(2)於凸輪座24旋轉時，將左側制動滑塊26利用軸向凸輪推離左齒輪28，使左齒輪28自由，此時左側之滑塊回位彈簧27壓縮，左側制動滑塊26被凸輪座24之凸輪頂端撐住在更左方的位置。

(3)凸輪座24再繼續旋轉，使右側制動滑塊26利用右側之滑塊回位彈簧27回到相對左方位置，使右齒輪29與右側制動滑塊26咬合而固定。

經由上述作動後如第3圖所示狀態，同理將撥桿A由右側移到左側位置時，則回到第2圖所示的初始位置。

請參閱第4圖所示徑向切離控制機構實施例剖視圖，此實施 例旋轉主要機構與上述相同，差別處在於凸輪座24的凸輪方向為徑向，而左右制動滑塊26為改為左右止檔棘爪261，滑塊回位彈簧27改為止檔棘爪回位彈簧271構造，及配合的左爪基座272和左爪基座273，左爪基座272和左爪基座273固定於中心軸10的表面，該止檔棘爪261構造的閉合方式如第5圖中所示，其運作原理亦與上述相同。

請再參閱第1圖及第6圖所示，上述控制機構主要使用於太陽齒輪的固定與否的控制，且因棘齒環2固定於必旋轉件(如：輸入環、內齒輪、行星架、輸出環等只要內變速作動必會旋轉之構件)，而撥桿A的作用僅撐住棘爪22、23使之不與棘齒環2咬合，故不會直接受到輸入的扭力作用。同時，左右棘爪22、23為成對組成(如第4圖所示最簡單的兩對組成)，使每旋轉90度即作動一回合，所以其作動為一次前進一步的方式依序旋轉。

請參閱第7圖所示為本案主要用於兩側內齒輪與行星架輸入或輸出的控制機構，並依據控制棘爪的位置而分為兩種型式：一種為控制爪位於與動力旋轉件連動的連動裝置上，另一種為控制爪位於固定件上。如第7圖所示為控制爪位於連動裝置上之實施例，該控制機構實施例包括：做動力必旋轉的旋轉環3、棘爪軸31、上行星系動力棘爪32、下行星系動力棘爪33、棘爪回位彈簧34、做為連動裝置的棘爪控制板35、左控制爪36、右控制爪37、控制爪回位彈簧38、控制爪軸39、控制爪制動座391及撥桿B。如第1圖及第7圖中所示實施例，在內變速器的中心軸外部設置撥桿B、控制爪制動座391及旋轉環3，在旋轉環3內側設置棘爪軸31以組裝上行星系動力棘爪32、下行星系動力棘爪33及棘爪回位彈簧34，於設置棘爪的下方位置設有做為連動裝置的棘爪控制板35，該棘爪控制板35係以控制爪軸39組合左右控制爪36、37及控制爪回位彈簧38。該控制機構之控制目標為上行星系動力棘爪32的閉合控制，如圖中所示，在初始狀態時撥桿B在左側，此時 上行星系動力棘爪32為開啟狀態，右控制爪37為閉合狀態，而要將上行星系動力棘爪32閉合的動作為：

(1)撥桿B從左控制爪36位置向右橫移至右控制爪37位置(如第8圖所示例的第一步驟和第二步驟)，此時左控制爪36無撥桿B撐住，而與固定件的控制爪座391咬合，使做為連動裝置的棘爪控制板35不動，即使棘爪控制板35相對於旋轉環3做旋轉運動。

(2)棘爪控制板35的旋轉運動則使上行星系動力棘爪32閉合，閉合後之左控制爪36接著被旋轉環3切離，而右控制爪37則移到缺口上，由撥桿B撐住。

請參閱第9圖所示為上述主要用於兩側內齒輪與行星架輸入或輸出的控制機構之控制爪位於固定件上的實施例，該控制機構包括：做動力旋轉的旋轉環4、棘爪軸41、上行星系動力棘爪42、下行星系動力棘爪43、棘爪回位彈簧44、做為連動裝置的棘爪控制板45、輔助撥爪46、輔助撥爪回位彈簧461、左限制板47、左控制爪471、右限制板48、右控制爪481、控制爪回位彈簧49、控制爪固定座40、控制爪軸401及撥桿B。其中係在內變速器的中心軸外部設置撥桿B、控制爪固定座40，於控制爪固定座40設置控制爪軸401、控制爪回位彈簧49、左控制爪471及右控制爪481，另於旋轉環4上以棘爪軸41組裝上行星系動力棘爪42、下行星系動力棘爪43及棘爪回位彈簧44，於設置棘爪的下方位置設有做為連動裝置的棘爪控制板45，在棘爪控制板45下方兩側設置有左限制板47、右限制板48以及輔助撥爪回位彈簧461，而於左控制板47與旋轉環4間設置有輔助撥爪46。如圖中所示位置設為控制爪固定座40及旋轉環4的起始位置，撥桿B位於左側位置，左控制爪471被撥桿B撐住，而無咬合棘爪控制板45，此時右控制爪481被輔助撥爪46及右限制板48阻擋，亦無法咬合棘爪控制板45，故棘爪控制板45不會 移動、不會變速。當撥桿B移動時，即開始變速，其作動順序原理如第10圖中所示例，亦即：

(1)依據第9圖所示，撥桿B向右移至右側檔位位置，故左控制爪471咬合棘爪控制板45，使棘爪控制板45固定不轉動。

(2)旋轉環4持續轉動，使棘爪控制板45上控制上行星系動力棘爪42的凸輪相對向左旋轉運動，使上行星系動力棘爪42關閉，而切離上行星系動力棘爪42。

(3)切離上行星系動力棘爪42後，旋轉環4繼續轉動，利用旋轉環4的軌道關閉輔助撥爪46，使左控制爪471回至切離狀態；此時撥桿B在右側檔位位置撐住右控制爪481，而完成一個變速回合。

如第11圖所示為可廣泛使用於徑向離合及軸向離合的控制機構實施例，該控制機構係包括：做必旋轉的動力旋轉件5、做為連動裝置的滑環51、軸向彈簧52、徑向彈簧53、銷54、徑向控制凸輪環55、軸向控制凸輪環56、間隔環57及撥桿C所組成。其中係在內變速器的中心軸外部設置撥桿C、徑向控制凸輪環55及軸向控制凸輪環56，於徑向控制凸輪環55與軸向控制凸輪環56之間設置間隔環57，而動力旋轉件5設置一做為連動裝置的滑環51，滑環51外部與旋轉件5之間設一軸向彈簧52，滑環51內部設一銷54及徑向彈簧53，且令該銷54能因滑環51的位移而切換於徑向控制凸輪環55及軸向控制凸輪環56兩個位置，並利用這兩個位置的切換來產生所要控制的(徑向或軸向)離合動作，其動作如下：

(1)當撥桿C移至徑向控制凸輪環55使之固定時，原本停在徑向控制凸輪環55的銷54被往上頂，經由軸向彈簧52將滑環51推向右側位置，此時滑環51及軸向控制凸輪環56跟隨旋轉件5旋轉，其結果如第11圖所示例。

(2)同理，當撥桿C固定軸向控制凸輪環56時，銷54被往左推至徑向控制凸 輪環55後，經由徑向彈簧53向下推，使滑環51卡在徑向控制凸輪環55位置，此時滑環51及徑向控制凸輪環55跟隨旋轉件5旋轉，其結果如第12圖所示例。

綜合上述，本創作內變速器的控制機構利用內變速器旋轉時必旋轉的動力旋轉件(如：輸入環、內齒輪、行星架、輸出環等)及凸輪或類凸輪來控制所需控制的離合機構(如：太陽齒輪的固定與否的控制、內齒輪與行星架輸入或輸出的控制)作動，亦或藉凸輪或類凸輪帶動一連動裝置旋轉或平移，以連動裝置的旋轉或平移予以控制所需離合的離合機構作動，進而達到變速的效果。

上述實施例僅是為了充分說明本案創作而所舉的較佳實施例，本案創作的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本技術創作基礎上所做的等同替代或變換，均在本案創作的保護範圍之內，特先聲明。

1‧‧‧內變速器

10‧‧‧中心軸

101‧‧‧導溝

2‧‧‧棘齒環

28‧‧‧左齒輪

29‧‧‧右齒輪

3‧‧‧旋轉環

32‧‧‧上行星系動力棘爪

33‧‧‧下行星系動力棘爪

34‧‧‧棘爪回位彈簧

35‧‧‧棘爪控制板

39‧‧‧控制爪軸

391‧‧‧控制爪制動座

A、B、C‧‧‧撥桿

Claims (9)

1. 一種內變速器控制機構，該控制機構包括：一用於控制太陽齒輪固定與否的控制機構、一用於控制兩側內齒輪與行星架輸入或輸出的控制機構，及一可泛用於控制太陽齒輪或內齒輪與行星架的泛用型控制機構；其特徵在於：各控制機構變換的主要動力來自必旋轉的動力旋轉件，配合使用撥桿的位移控制凸輪或類凸輪的是否作用，而予以控制所需離合的離合機構作動，進而完成控制機構的切換效果。
2. 依申請專利範圍第1項所述之內變速器控制機構，其中各控制機構變換的主要動力來自必旋轉的動力旋轉件，配合使用撥桿的位移予以控制凸輪或類凸輪的是否作用，再藉凸輪或類凸輪帶動一連動裝置旋轉或平移，以連動裝置的旋轉或平移予以控制所需離合的離合機構作動，進而完成控制機構的切換效果。
3. 依申請專利範圍第1項所述之內變速器控制機構，其中用於控制太陽齒輪固定與否的控制機構，依據離合機構的運動方向予以分為軸向切離控制機構及徑向切離控制機構，其中：軸向切離型控制機構包括做棘齒環、棘爪回位彈簧、左棘爪、右棘爪、凸輪座、制動滑塊座、左右制動滑塊、左右滑塊回位彈簧、左齒輪、右齒輪、左彈簧座、右彈簧座及撥桿；其中在內變速器的中心軸上以至少一個內凹的導溝供操作變速的撥桿隱設於中心軸表面的內凹導溝中，於中心軸外部設置制動滑塊座，制動滑塊座的表面設置有左齒輪、棘齒環及右齒輪；其中該棘齒環係設置在左齒輪與右齒輪之間，並於左齒輪與中心軸之間設置左彈簧座、滑塊回位彈簧及受滑塊回位彈簧抵推的制動滑塊，以及控制制動滑塊控制的凸輪座；而在右齒輪與中心軸之間設置右彈簧座、滑塊回位彈簧，以及受滑塊回位彈簧抵推的制動滑塊和受制動滑塊控制的凸輪 座；另於凸輪座上設置有受撥桿位移選擇操控的左棘爪、右棘爪及棘爪回位彈簧；徑向切離控制機構之旋轉主要機構與上述軸向切離型控制機構相同，差別處在於凸輪座的凸輪方向為徑向，而左右制動滑塊為左右止檔棘爪及止檔棘爪回位彈簧。
4. 依申請專利範圍第1項所述之內變速器控制機構，其中撥桿的位移可為左右位移、上下位移、角度旋轉位移。
5. 依申請專利範圍第1項所述之內變速器控制機構，其中用於兩側內齒輪與行星架輸入或輸出的控制機構，該控制機構之控制目標為行星系動力棘爪的閉合控制，並依據控制棘爪的位置分為控制爪位於旋轉連動裝置上及控制爪位於固定件上兩種型式。
6. 依申請專利範圍第5項所述之內變速器控制機構，其中該控制爪位於旋轉連動裝置件上之控制機構包括：旋轉環、棘爪軸、上行星系動力棘爪、下行星系動力棘爪、棘爪回位彈簧、棘爪控制板、左控制爪、右控制爪、控制爪回位彈簧、控制爪軸、控制爪制動座及撥桿；係在內變速器的中心軸外部設置撥桿、控制爪制動座及旋轉環，在旋轉環內側設置棘爪軸以組裝上行星系動力棘爪、下行星系動力棘爪及棘爪回位彈簧，於設置棘爪的下方位置設有棘爪控制板，該棘爪控制板係以控制爪軸組合左控制爪、右控制爪。
7. 依申請專利範圍第5項所述之內變速器控制機構，其中該控制爪位於固定件上之控制機構包括：旋轉環、棘爪軸、上行星系動力棘爪、下行星系動力棘爪、棘爪回位彈簧、棘爪控制板、輔助撥爪、撥爪回位彈簧、左限制板、左控制爪、右限制板、右控制爪、控制爪回位彈簧、控制爪固定座、控制爪軸及撥桿；係在內變速器的中心軸外部設置撥桿、控制爪固定座， 於控制爪固定座設置控制爪軸、控制爪回位彈簧、左控制爪及右控制爪，另於旋轉環上以棘爪軸組裝上行星系動力棘爪、下行星系動力棘爪及棘爪回位彈簧，於設置棘爪的下方位置設有棘爪控制板，在棘爪控制板下方兩側設置有左控制板、右控制板以及撥爪回位彈簧，而於左控制板與旋轉環間設置有撥爪。
8. 依申請專利範圍第1項所述之內變速器控制機構，其中可泛用於控制太陽齒輪或內齒輪與行星架的泛用型控制機構，係包括：旋轉件、滑環、軸向彈簧、徑向彈簧、銷、徑向控制凸輪環、軸向控制凸輪環、間隔環及撥桿；係在內變速器的中心軸外部設置撥桿、徑向控制凸輪環及軸向控制凸輪環，於徑向控制凸輪環與軸向控制凸輪環之間設置間隔環，而旋轉件設置一滑環，滑環外部與旋轉件之間設一軸向彈簧，滑環內部設一銷及徑向彈簧。
9. 依申請專利範圍第8項所述之內變速器控制機構，其中該銷能因滑環的位移而切換於徑向凸輪環及軸向凸輪環兩個位置，並利用這兩個位置的切換來控制離合機構的作動，進而完成控制機構的切換動作。