TW201634345A - 自行車的變速裝置 - Google Patents

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Abstract

要提供能使變速性能提升的自行車的變速裝置。 自行車的變速裝置具備有：輸入旋轉軸、輸出部、變速機構、以及切換機構；該變速機構，可將從上述輸入旋轉軸所輸入的旋轉增速，而輸出到上述輸出部；該切換機構，可切換：經由上述變速機構，將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第1狀態、與未經由上述變速機構，將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第2狀態；上述變速機構具備有：可與上述輸入旋轉軸一體旋轉的第1旋轉體、可繞著相對於上述輸入旋轉軸位置不變的軸芯旋轉，傳達第1旋轉體的轉矩的第2旋轉體、可與上述第2旋轉體一體旋轉的第3旋轉體、及傳達上述第3旋轉體的轉矩，可與上述輸出部一體旋轉的第4旋轉體。

Description

自行車的變速裝置
本發明是關於自行車的變速裝置。
在專利文獻1記載的自行車的變速裝置，具備有：將輸入到曲柄軸的旋轉減速而輸出到輸出部的變速機構；以及可切換將曲柄軸與輸出部連結的狀態、與解除曲柄軸與輸出部連結的狀態的切換機構。當切換機構的狀態為解除曲柄軸與輸出部的狀態時，輸入到曲柄軸的旋轉藉由變速機構減速而輸出到輸出部。當切換機構的狀態為連結曲柄軸與輸出部的狀態時，輸入到曲柄軸的旋轉則未藉由變速機構減速而輸出到輸出部。也就是說，變速裝置，藉由切換機構可得到兩種變速比。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5523636號
上述變速裝置的變速機構，將曲柄軸的旋轉減速而輸出到輸出部。因此輸出部的轉矩大於曲柄軸的轉矩。而且施加於切換機構的轉矩越大，則切換機構越難解除曲柄軸與輸出部的連結。因此讓變速性能降低。
本發明的目的要提供能使變速性能提升的自行車的變速裝置。
〔1〕本發明的自行車的變速裝置具備有：輸入旋轉軸、輸出部、變速機構、以及切換機構；該變速機構，可將從上述輸入旋轉軸所輸入的旋轉增速，而輸出到上述輸出部；該切換機構，可切換：經由上述變速機構，將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第1狀態、與未經由上述變速機構，將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第2狀態；上述變速機構具備有：可與上述輸入旋轉軸一體旋轉的第1旋轉體、可繞著相對於上述輸入旋轉軸位置不變的軸芯旋轉，傳達第1旋轉體的轉矩的第2旋轉體、可與上述第2旋轉體一體旋轉的第3旋轉體、及傳達上述第3旋轉體的轉矩，可與上述輸出部一體旋轉的第4旋轉體。
〔2〕藉由上述自行車的變速裝置，上述切換機構，在上述第1狀態，在上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體之間、在上述第1旋轉體與上述第2旋轉體之間、在 上述第2旋轉體與上述第3旋轉體之間、在上述第3旋轉體與上述第4旋轉體之間、及上述第4旋轉體與輸出部之間全部，傳達轉矩；在上述第2狀態，在上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體之間、在上述第1旋轉體與上述第2旋轉體之間、在上述第2旋轉體與上述第3旋轉體之間、在上述第3旋轉體與上述第4旋轉體之間、及上述第4旋轉體與輸出部之間的其中任一，不傳達轉矩。
〔3〕藉由上述自行車的變速裝置，上述切換機構，進一步具備有單向離合器，該單向離合器，當上述輸入旋轉軸的一方向的旋轉速度為上述輸出部的一方向的旋轉速度以上時，則使上述輸入旋轉軸與上述輸出部一體旋轉，且當上述輸入旋轉軸的一方向的旋轉速度小於上述輸出部的一方向的旋轉速度時，允許上述輸入旋轉軸與上述輸出部的相對旋轉。
〔4〕藉由上述自行車的變速裝置，上述變速機構具備有：用來支承上述第2旋轉體及上述第3旋轉體之變速軸。
〔5〕藉由上述自行車的變速裝置，上述變速軸，與上述第2旋轉體及上述第3旋轉體的至少其中一方一體旋轉。
〔6〕藉由上述自行車的變速裝置，上述切換機構具備有切換部，該切換部至少其中一部分配置在：上述變速軸與上述第2旋轉體之間、上述變速軸與上述第3旋轉體之間、或上述第4旋轉體與上述輸出部之間。
〔7〕藉由上述自行車的變速裝置，上述切換部，至少一部分配置在上述變速軸與上述第3旋轉體之間，且具備有：可將上述變速軸與上述第3旋轉體連結的連結構件、與將上述連結構件從上述變速軸或上述第3旋轉體分離的控制構件。
〔8〕藉由上述自行車的變速裝置，上述連結構件具備有：設置於上述變速軸的外周且可朝向在上述第3旋轉體的內周形成的溝部突出、或從上述溝部脫離的爪部。
〔9〕藉由上述自行車的變速裝置，上述控制構件，可朝上述變速軸的軸方向移動。
〔10〕藉由上述自行車的變速裝置，上述變速機構，藉由上述第1旋轉體及上述第2旋轉體增速，藉由上述第3旋轉體及上述第4旋轉體減速。
〔11〕藉由上述自行車的變速裝置，在上述第2旋轉體或上述輸出部結合著用來傳達轉矩的輔助馬達。
〔12〕藉由上述自行車的變速裝置，上述變速機構進一步具備有：將上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體結合的傳達體，在上述傳達體安裝有轉矩感應器。
〔13〕藉由上述自行車的變速裝置，上述輸入旋轉軸，是用來輸入人力驅動力的曲柄軸。
〔14〕藉由上述自行車的變速裝置，在上述輸出部，具有可安裝鏈輪的安裝部。
〔15〕藉由上述自行車的變速裝置，上述單向離合器 為滾子離合器。
〔16〕藉由上述自行車的變速裝置，進一步具備有：將上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體結合的傳達體，上述傳達體，形成為筒狀，設置成將上述輸出部的一部分覆蓋，上述單向離合器，配置於上述傳達體的內周與上述輸出部的外周之間。
〔17〕藉由上述自行車的變速裝置，上述傳達體與上述第1旋轉體形成為一體。
上述自行車的變速裝置，能使變速性能提升。
10‧‧‧變速裝置
14‧‧‧輸入旋轉軸(曲柄軸)
16‧‧‧輸出部
16A‧‧‧安裝部
20‧‧‧變速機構
22‧‧‧切換機構
26‧‧‧變速軸
28‧‧‧傳達體
30‧‧‧第1旋轉體
32‧‧‧第2旋轉體
34‧‧‧第3旋轉體
34B‧‧‧溝部
36‧‧‧第4旋轉體
38‧‧‧切換部
44‧‧‧單向離合器(滾子離合器)
46‧‧‧連結構件
46A‧‧‧爪部
48‧‧‧控制構件
50‧‧‧輔助馬達
54‧‧‧轉矩感應器
第1圖是針對第1實施方式的自行車的變速裝置，當變速機構為第1狀態時的變速裝置的剖面圖。
第2圖是當第1圖的變速機構為第2狀態時的變速裝置的剖面圖。
第3圖是第2實施方式的自行車的變速裝置的剖面圖。
第4圖是第3實施方式的自行車的變速裝置的剖面圖。
第5圖是第1實施方式的第1變形例的變速裝置的示 意圖。
第6圖是第1實施方式的第2變形例的變速裝置的示意圖。
第7圖是第1實施方式的第3變形例的變速裝置的示意圖。
第8圖是第1實施方式的第4變形例的變速裝置的剖面圖。
第9圖是第1實施方式的第5變形例的變速裝置的剖面圖。
(第1實施方式)
參考第1圖及第2圖針對第1實施方式的自行車的變速裝置加以說明。
如第1圖所示，變速裝置10具備有：曲柄軸也就是輸入旋轉軸14、輸出旋轉的輸出部16、殼體18、可將從輸入旋轉軸14所輸入的旋轉輸出到輸出部16的變速機構20、切換機構22、及輔助機構24。
殼體18安裝於自行車的框架(省略圖示)。殼體18用來收容：局部的輸入旋轉軸14、局部的輸出部16、變速機構20、及切換機構22。
輸入旋轉軸14可旋轉地被支承於殼體18。輸入旋轉軸14的兩端露出於殼體18的外部。在輸入旋轉軸 14的兩端可安裝自行車的曲柄臂(省略圖示)，經由曲柄臂輸入人力驅動力。輸入旋轉軸14也可是中空軸。輸入旋轉軸14的軸方向的一端部的外周部，經由軸承19A而被支承於殼體18。輸入旋轉軸14的軸方向的另一端部的外周部，經由軸承19B而被支承於輸出部16。
輸出部16形成為筒狀，在輸入旋轉軸14周圍配置成與輸入旋轉軸14同軸。在輸出部16的內周部設置有：在軸方向隔著間隔配置的軸承19B。輸出部16經由軸承19B而可旋轉地支承輸入旋轉軸14。輸出部16露出的部分的附近的外周部，經由軸承19C而被支承於殼體。輸出部16的一端露出於殼體18的外部。輸出部16具有：可將鏈輪S安裝於輸入旋轉軸14的軸方向的一端的內周之安裝部16A。在安裝部16A之外周部形成有花鍵。鏈輪S的內周部的花鍵嵌入於安裝部16A。在安裝部16A之內周部形成有母螺紋。藉由隔著鏈輪S將螺栓B旋入於安裝部16A，則將鏈輪S安裝於輸出部16。
變速機構20具備有：變速軸26、傳達體28、第1旋轉體30、第2旋轉體32、第3旋轉體34、及第4旋轉體36。
變速軸26配置於輸入旋轉軸14的徑向外側。變速軸26設置成與輸入旋轉軸14平行。變速軸26可旋轉地被支承於殼體18。變速軸26的軸方向的一端部及另一端部，分別經由軸承19D而被支承於殼體18。變速軸26可繞著相對於輸入旋轉軸14位置不變的軸芯C旋轉。
傳達體28形成為筒狀。傳達體28，在輸入旋轉軸14周圍配置成與輸入旋轉軸14同軸。傳達體28藉由花鍵嵌合或壓入等方式而不能相對旋轉地被支承於輸入旋轉軸14。因此傳達體28可與輸入旋轉軸14一體旋轉。
第1旋轉體30，具有圓筒形狀，其軸方向的一端嵌入於傳達體28。也就是說，傳達體28將輸入旋轉軸14與第1旋轉體30結合。在第1旋轉體30的外周形成有齒輪30A。
第2旋轉體32，在變速軸26周圍配置成與變速軸26同軸。第2旋轉體32藉由花鍵嵌合及壓入等方式而不能相對旋轉地被支承於變速軸26。因此，第2旋轉體32，可繞著軸芯C而與變速軸26一體旋轉。在第2旋轉體32的外周形成有齒輪32A。齒輪32A與第1旋轉體30的齒輪30A嚙合。因此，第1旋轉體30的轉矩，經由傳達體28傳達到第2旋轉體32。第2旋轉體32的齒輪32A的齒數少於第1旋轉體30的齒輪30A。因此，第1旋轉體30的旋轉被增速而傳達到第2旋轉體32。
第3旋轉體34具有圓筒形狀。第3旋轉體34，在變速軸26周圍配置成與變速軸26同軸。第3旋轉體34經由切換機構22被支承於變速軸26。也可將第3旋轉體34可旋轉地被支承於變速軸26。第3旋轉體34，當藉由切換機構22結合於變速軸26時，可繞著軸芯C而與第2旋轉體32及變速軸26一體旋轉。在第3旋轉體 34的內周形成有與切換機構22結合的溝部34B。溝部34B在周方向隔著預定間隔形成有複數個。溝部34B具有與所謂的棘輪溝同樣的形狀。在第3旋轉體34的外周形成有齒輪34A。
第4旋轉體36具有圓筒形狀。第4旋轉體36，在輸出部16周圍配置成與輸出部16同軸。第4旋轉體36，藉由花鍵嵌合或壓入等方式結合於輸出部16。因此第4旋轉體36可與輸出部16一體旋轉。在第4旋轉體36的外周形成有齒輪36A。齒輪36A與第3旋轉體34的齒輪34A嚙合。因此，第3旋轉體34的轉矩，傳達到第4旋轉體36。第4旋轉體36的齒輪36A的齒數多於第3旋轉體34的齒輪34A。因此，第3旋轉體34的旋轉以預定的減速比被減速而傳達到第4旋轉體36。第1旋轉體30與第2旋轉體32之間的增速比大於第3旋轉體34與第4旋轉體36之間的預定的減速比。因此，當將旋轉從第1旋轉體30，經由第2旋轉體32及第3旋轉體34傳達到第4旋轉體36時，第4旋轉體36的旋轉速度大於第1旋轉體30。
切換機構22是用來切換：經由變速機構20而將輸出部16及輸入旋轉軸14連結的第1狀態、與未經由變速機構20而將輸出部16及輸入旋轉軸14連結的第2狀態。
切換機構22，在第1狀態，在輸入旋轉軸14與第1旋轉體30之間、在第1旋轉體30與第2旋轉體 32之間、在第2旋轉體32與第3旋轉體34之間、在第3旋轉體34與第4旋轉體36之間、及第4旋轉體36與輸出部16之間全部，傳達轉矩。切換機構22，在第2狀態，在第2旋轉體32與第3旋轉體34之間不傳達轉矩。
切換機構22具備有：配置於變速軸26與第3旋轉體34的內周之間的切換部38、使切換部38動作的變速凸輪40、使變速凸輪40動作的致動器42、及配置於傳達體28的內周與輸出部16的外周之間的單向離合器44。致動器42例如是電動馬達。
切換部38具備有：至少其中一部分配置於變速軸26的外周與第3旋轉體34的內周之間的連結構件46、彈性構件47、及控制構件48。
連結構件46設置於變速軸26的外周。連結構件46可將變速軸26與第3旋轉體34連結。連結構件46具備有：可從變速軸26朝向第3旋轉體34的內周突出的爪部46A。爪部46A的內周部被支承於變速軸26且連結於變速軸26。
彈性構件47例如為環形的彈簧。彈性構件47嵌入於：在複數的連結構件46的外面形成的溝部46B。彈性構件47，將朝向第3旋轉體34的內周突出的方向的力量施加到爪部46A。
控制構件48具有圓筒形狀。控制構件48，在變速軸26周圍設置成與變速軸26同軸。控制構件48可朝變速軸26的軸方向移動。控制構件48，設置成不能繞 著變速軸26旋轉。控制構件48，其內周部藉由與殼體18連結的支承部18A，被支承為可朝變速軸26的軸方向移動。控制構件48具備有：錐狀面48A、及與變速凸輪40的凸輪面40A接觸的接觸部48B。錐狀面48A，在變速軸26的軸方向形成在與爪部46A相對向側。接觸部48B，在控制構件48之中，在變速軸26的軸方向形成在錐狀面48A的相反側。在控制構件48安裝有未圖示的彈壓構件。彈壓構件，將從連結構件46離開的力量施加到控制構件48。彈壓構件例如為彈簧。
變速凸輪40配置在與接觸部48B相對向的位置。變速凸輪40具備有凸輪面40A。變速凸輪40結合於致動器42。隨著致動器42也就是電動馬達的一方向的旋轉，使控制構件48移動往：變速凸輪40的凸輪面40A在變速軸26的軸方向接近爪部46A的方向。隨著致動器42也就是電動馬達的另一方向的旋轉，允許控制構件48往變速凸輪40在變速軸26的軸方向遠離控制構件48的方向移動，彈壓構件(省略圖示)使控制構件48朝遠離爪部46A的方向移動。
單向離合器44為滾子離合器。單向離合器44，當輸入旋轉軸14的一方向的旋轉速度為輸出部16的一方向的旋轉速度以上時，則使輸入旋轉軸14與輸出部16一體旋轉。單向離合器44，當輸入旋轉軸14的一方向的旋轉速度小於輸出部16的一方向的旋轉速度時，則允許輸入旋轉軸14與輸出部16的相對旋轉。一方向的旋 轉，相當於自行車(省略圖示)前進時的輸入旋轉軸14的旋轉方向。
當控制構件48在變速軸26的軸方向朝離開連結構件46側移動而位於與連結構件46相離的位置時，也就是說，當變速機構20在第1狀態時，錐狀面48A離開爪部46A，讓爪部46A朝向第3旋轉體34的溝部34B突出。藉此讓爪部46A嵌入於溝部34B。因此第3旋轉體34相對於變速軸26及第2旋轉體32不能相對旋轉。因此，變速軸26及第2旋轉體32的轉矩，傳達到第3旋轉體34。
第1旋轉體30的齒輪30A的齒數少於第4旋轉體36的齒輪36A的齒數。因此當切換機構22在第1圖所示的第1狀態時，將輸入到變速機構20的旋轉增速而輸出到輸出部16。當切換機構22在第1狀態時，輸入旋轉軸14及第1旋轉體30的旋轉速度小於輸出部16的旋轉速度。因此，單向離合器44允許輸入旋轉軸14及第1旋轉體30與輸出部16的相對旋轉。因此輸入旋轉軸14的旋轉，藉由變速機構20增速而輸出到輸出部16。
如第2圖所示，當控制構件48在變速軸26的軸方向往接近連結構件46側移動而位在與連結構件46接觸的位置時，也就是當變速機構20在第2狀態時，錐狀面48A將爪部46A下壓。藉此讓爪部46A從溝部34B脫離。也就是說，控制構件48將連結構件46從第3旋轉體34分離。因此第3旋轉體34相對於變速軸26及第2 旋轉體32可相對旋轉。因此，變速軸26及第2旋轉體32的轉矩，不會傳達到第3旋轉體34。
當切換機構22在第2圖所示的第2狀態時，轉矩不會從第2旋轉體32傳達到第3旋轉體34。因此當切換機構22在第2狀態時，輸入旋轉軸14及第1旋轉體30的旋轉速度為輸出部16的旋轉速度以上。因此，單向離合器44使輸入旋轉軸14及第1旋轉體30與輸出部16一體旋轉。因此輸入旋轉軸14的旋轉，不會藉由變速機構20增速而輸出到輸出部16。
輔助機構24，具備有輔助馬達50。輔助馬達50的輸出軸52在外周設置有齒輪52A。齒輪52A，在與第3旋轉體34的齒輪34A不同的位置，嚙合於第4旋轉體36的齒輪36A。也就是說，輔助馬達50是經由第4旋轉體36與輸出部16結合。
在傳達體28安裝有轉矩感應器54。轉矩感應器54，將與施加在傳達體28的轉矩因應的訊號輸出到控制裝置56。控制裝置56，根據轉矩感應器54的輸出訊號來控制輔助馬達50。轉矩感應器54例如藉由應變感應器所達成。應變感應器的訊號藉由無線方式傳輸到控制裝置56。控制裝置56控制致動器42。在控制裝置56，連接於未圖示的變速操作部，根據來自變速操作部的訊號來驅動致動器42。變速操作部，藉由設置於自行車的車把的變速開關、變速槓桿所達成。變速操作部，也可藉由電路配線連接於控制裝置56，也可藉由無線方式連接於控制裝 置56。控制裝置56，也可根據例如設置於自行車的感應器的檢測訊號，來驅動致動器42。感應器例如是用來檢測自行車的速度的速度感應器、用來檢測曲柄的踏頻的踏頻感應器等。藉由控制裝置56驅動致動器42，則變速裝置10能作為兩段式變速裝置的功能。
針對變速裝置10的作用來說明。
連結構件46配置在：將輸入旋轉軸14的旋轉增速後的變速軸26與第3旋轉體34之間。也就是說，施加到連結構件46的轉矩小於施加到輸入旋轉軸14的轉矩。因此，當變速機構20在第1狀態而連結構件46的爪部46A嵌入於第3旋轉體34的溝部34B時，能將爪部46A從溝部34B脫離用的力量減少。
變速裝置10達到以下的效果。
(1)切換機構22，用來切換：相較於輸入旋轉軸14旋轉速度較高且轉矩較小的變速軸26與第3旋轉體34之間的轉矩傳達。因此，與切換將輸入旋轉軸14的旋轉減速後的構件之間的轉矩傳達的情況相比，能提升變速性能。
(2)切換機構22具備有單向離合器44。因此，與例如設置電動離合器來控制輸入旋轉軸14或第1旋轉體30與輸出部16之間的轉矩傳達的情況相比，能簡化變速裝置10的構造。
(3)輔助馬達50，用來將轉矩傳達到第4旋轉體36。因此，在從輸入旋轉軸14起至輸出部16的動力傳達路線，與將輔助馬達50的轉矩傳達到較第4旋轉體 36更上游的情況相比，可以減少施加到連結構件46的轉矩。因此，藉由來自輔助馬達50的轉矩可以抑制變速性能降低。
(第2實施方式)
參考第3圖針對第2實施方式的自行車的變速裝置加以說明。針對與第1實施方式相同的構造加上相同的符號，省略其說明。
變速裝置10具備有：輸入旋轉軸14、輸出部16、殼體18、可將從輸入旋轉軸14所輸入的旋轉輸出到輸出部16的變速機構60、及切換機構62。
變速機構60具備有：變速軸26、傳達體28、第1旋轉體30、第2旋轉體32、第3旋轉體34、第4旋轉體36、第5旋轉體64、及第6旋轉體66。傳達體28與第1旋轉體30一體化。
第5旋轉體64，在變速軸26周圍配置成與變速軸26同軸。第5旋轉體64經由切換機構62的單向離合器68被支承於變速軸26。因此第5旋轉體64，當變速軸26朝預定方向旋轉時，可繞著軸芯C與變速軸26一體旋轉。在第5旋轉體64的外周形成有齒輪64A。
第6旋轉體66具有圓筒形狀。第6旋轉體66，在輸出部16周圍配置成與輸出部16同軸。第6旋轉體66，藉由花鍵嵌合或壓入等方式結合於輸出部16。因此第6旋轉體66可與輸出部16一體旋轉。在第6旋轉體 66的外周形成有齒輪66A。齒輪66A與第5旋轉體64的齒輪64A嚙合。因此，第5旋轉體64的轉矩，傳達到第6旋轉體66。第6旋轉體66的齒輪66A的齒數少於第5旋轉體64的齒輪64A的齒數。因此，第5旋轉體64的旋轉被減速而傳達到第6旋轉體66。第5旋轉體64與第6旋轉體66之間的減速比與第3旋轉體34與第4旋轉體36之間的預定的減速比不同。第5旋轉體64與第6旋轉體66之間的減速比小於第3旋轉體34與第4旋轉體36之間的預定的減速比。第1旋轉體30與第2旋轉體32之間的增速比小於第5旋轉體64與第6旋轉體66之間的減速比。因此，當將旋轉從第1旋轉體30，經由第2旋轉體32及第5旋轉體64傳達到第6旋轉體66時，第6旋轉體66的旋轉速度小於第1旋轉體74。
切換機構62經由變速機構60切換第1狀態與第2狀態。
切換機構62，在第1狀態，在輸入旋轉軸14與第1旋轉體30之間、在第1旋轉體30與第2旋轉體32之間、在第2旋轉體32與第3旋轉體34之間、在第3旋轉體34與第4旋轉體36之間、及第4旋轉體36與輸出部16之間全部，傳達轉矩，且在第2旋轉體32與第5旋轉體64之間不傳達轉矩。切換機構62，在第2狀態，在輸入旋轉軸14與第1旋轉體30之間、在第1旋轉體30與第2旋轉體32之間、在第2旋轉體32與第5旋轉體64之間、在第5旋轉體64與第6旋轉體66之間、及第6旋 轉體66與輸出部16之間全部，傳達轉矩，且在第2旋轉體32與第3旋轉體34之間不傳達轉矩。
切換機構62具備有：切換部38、致動器42、及配置於傳達體28的內周與輸出部16的外周之間的單向離合器68。
單向離合器68為滾子離合器。單向離合器68，當變速軸26及第2旋轉體32的一方向的旋轉速度為第5旋轉體64的一方向的旋轉速度以上時，則使變速軸26與第5旋轉體64一體旋轉。單向離合器68，當變速軸26及第2旋轉體32的一方向的旋轉速度小於第5旋轉體64的一方向的旋轉速度時，則允許變速軸26與第5旋轉體64相對旋轉。一方向的旋轉，相當於自行車(省略圖示)前進時的變速軸26及第2旋轉體32的旋轉方向。
當變速機構60在第1狀態時，爪部46A會嵌入於溝部34B，所以將變速軸26及第2旋轉體32的轉矩傳達到第3旋轉體34。傳達到第3旋轉體34的旋轉，經由第4旋轉體36輸出到輸出部16。當切換機構62在第1狀態時，變速軸26及第2旋轉體32的旋轉速度小於：從輸出部16經過第6旋轉體66而輸入到第5旋轉體64的第5旋轉體64的旋轉速度。因此，單向離合器68允許變速軸26與第5旋轉體64的相對旋轉。因此輸入旋轉軸14的旋轉，因應於第1旋轉體30與第2旋轉體32之間的變速比、及第3旋轉體34及第4旋轉體36之間的變速比而變速然後輸出到輸出部16。
當變速機構60在第2狀態時，爪部46A會從溝部34B脫離，所以不會將變速軸26及第2旋轉體32的轉矩傳達到第3旋轉體34。因此當切換機構62在第2狀態時，變速軸26及第2旋轉體32的旋轉速度為輸入到第5旋轉體64的第5旋轉體64的旋轉速度以上。因此，單向離合器68使變速軸26與第5旋轉體64一體旋轉。因此輸入旋轉軸14的旋轉，因應於第1旋轉體30與第2旋轉體32之間的變速比、及第5旋轉體64及第6旋轉體66之間的變速比而變速然後輸出到輸出部16。藉由本實施方式的變速裝置10，可達到與第1實施方式的效果相同的效果。
(第3實施方式)
參考第4圖針對第3實施方式的自行車的變速裝置加以說明。針對與第1實施方式相同的構造加上相同的符號，省略其說明。
變速裝置10具備有：輸入旋轉軸14、輸出部16、殼體18、可將從輸入旋轉軸14所輸入的旋轉輸出到輸出部16的變速機構70、及切換機構72。
變速機構70具備有：變速軸26、傳達體28、第1旋轉體74、第2旋轉體76、第3旋轉體78、及第4旋轉體80。
第1旋轉體74，具有圓筒形狀，其軸方向的一端嵌入於傳達體28。也就是說，傳達體28將輸入旋轉軸14 與第1旋轉體74結合。在第1旋轉體74的外周形成有齒輪74A。
第2旋轉體76，在變速軸26周圍配置成與變速軸26同軸。第2旋轉體76經由切換機構72的單向離合器86被支承於變速軸26。因此，第2旋轉體76，可繞著軸芯C而與變速軸26一體旋轉。在第2旋轉體76的外周形成有齒輪76A。齒輪76A與第1旋轉體74的齒輪74A嚙合。因此，第1旋轉體74的轉矩，經由傳達體28傳達到第2旋轉體76。第2旋轉體76的齒輪76A的齒數少於第1旋轉體74的齒輪74A的齒數。因此，第1旋轉體74的旋轉被增速而傳達到第2旋轉體76。
第3旋轉體78，在變速軸26周圍配置成與變速軸26同軸。第3旋轉體78藉由花鍵嵌合及壓入等方式而不能相對旋轉地被支承於變速軸26。因此，第3旋轉體78，可繞著軸芯C而與變速軸26一體旋轉。在第3旋轉體78的外周形成有齒輪78A。
第4旋轉體80具有圓筒形狀。第4旋轉體80，在輸出部16周圍配置成與輸出部16同軸。第4旋轉體80，藉由花鍵嵌合或壓入等方式結合於輸出部16。因此第4旋轉體80可與輸出部16一體旋轉。在第4旋轉體80的外周形成有齒輪80A。齒輪80A與第3旋轉體78的齒輪78A嚙合。因此，第3旋轉體78的轉矩，傳達到第4旋轉體80。第4旋轉體80的齒輪80A的齒數少於第3旋轉體78的齒輪78A的齒數。因此，第4旋轉體80的旋 轉被減速而傳達到第4旋轉體80。第1旋轉體74與第2旋轉體76之間的增速比小於第3旋轉體78與第4旋轉體80之間的預定的減速比。因此，當將旋轉從第1旋轉體74，經由第2旋轉體76及第3旋轉體78傳達到第4旋轉體80時，第4旋轉體80的旋轉速度小於第1旋轉體74。
切換機構72是用來切換：經由變速機構70而將輸出部16及輸入旋轉軸14連結的第1狀態、與未經由變速機構20而將輸出部16及輸入旋轉軸14連結的第2狀態。
切換機構22，在第1狀態，在輸入旋轉軸14與第1旋轉體74之間、在第1旋轉體74與第2旋轉體76之間、在第2旋轉體76與第3旋轉體78之間、在第3旋轉體78與第4旋轉體80之間、及第4旋轉體80與輸出部16之間全部，傳達轉矩。切換機構72，在第2狀態，在第2旋轉體76與第3旋轉體78之間不傳達轉矩。
切換機構72具備有：配置於變速軸26與第3旋轉體78的內周之間的切換部82、使切換部82動作的致動器42、及配置於第2旋轉體76的內周與變速軸26的外周之間的單向離合器86。
切換部82具備有：至少其中一部分配置於輸出部16的外周與第1旋轉體74的內周之間的連結構件84、控制構件48、及變速凸輪40。
連結構件84設置於輸出部16的外周。連結構件84 可將輸出部16與第1旋轉體74連結。連結構件84具備有：可從輸出部16朝向第1旋轉體74的內周突出的爪部84A。
單向離合器86為滾子離合器。單向離合器86，當輸入旋轉軸14的一方向的旋轉速度為輸出部16的一方向的旋轉速度以下時，則使第2旋轉體76與變速軸26一體旋轉。單向離合器86，當輸入旋轉軸14的一方向的旋轉速度大於輸出部16的一方向的旋轉速度時，則允許輸入旋轉軸14與輸出部16的相對旋轉。一方向的旋轉，相當於自行車(省略圖示)前進時的輸入旋轉軸14的旋轉方向。
當控制構件48在輸出部16的軸方向往接近連結構件84側移動而位在與連結構件84接觸的位置時，也就是當變速機構20在第1狀態時，錐狀面48A將爪部84A下壓。藉此，爪部84A從在第1旋轉體74的內周形成的溝部74B脫離。也就是說，控制構件48將連結構件84從第1旋轉體74分離。因此第1旋轉體74相對於輸出部16可相對旋轉。因此，第1旋轉體74的轉矩，不會傳達到輸出部16。
因此，第1旋轉體74的轉矩，傳達到第2旋轉體76使第2旋轉體76旋轉。此時第3旋轉體78的旋轉速度，為第2旋轉體76的旋轉速度以下，所以第2旋轉體76經由單向離合器86及變速軸26使第3旋轉體78一體旋轉。第3旋轉體78的轉矩，經由第4旋轉體80傳 達到輸出部16。因此輸入旋轉軸14的旋轉，藉由變速機構70減速而輸出到輸出部16。
當控制構件48在輸出部16的軸方向朝離開連結構件84側移動而位於與連結構件84相離的位置時，也就是說，當變速機構70在第2狀態時，錐狀面48A離開爪部84A，讓爪部84A朝向在第1旋轉體74的內周形成的溝部74B突出。藉此讓爪部46A嵌入於溝部74B。因此第1旋轉體74相對於輸出部16不能相對旋轉。因此，第1旋轉體74的轉矩傳達到輸出部16。
因此，輸出部16的轉矩，經由第4旋轉體80傳達到第3旋轉體78。第3旋轉體78的齒輪78A的齒數多於第4旋轉體80的齒輪80A的齒數。因此輸入旋轉軸14、輸出部16、及第1旋轉體74的旋轉速度，小於第3旋轉體78及變速軸26的旋轉速度。因此第2旋轉體76，可藉由單向離合器86相對於變速軸26相對旋轉。因此，第2旋轉體76的旋轉，不會傳達到變速軸26。因此輸入旋轉軸14的旋轉，不會藉由變速機構70減速而輸出到輸出部16。
(變形例)
自行車的變速裝置所採取的具體型態，不限定於上述實施方式所舉例的型態。自行車的變速裝置可採取與上述實施方式不同的各種型態。以下所示的上述實施方式的變形例，是自行車的變速裝置所採取的各種型態的一個例 子。
也可將第1實施方式的連結構件46如第5圖所示配置在傳達體28與第1旋轉體30之間。在該情況，單向離合器44配置在輸入旋轉軸14與輸出部16之間。第3旋轉體34藉由花鍵嵌合或壓入等方式而不能旋轉地被支承於變速軸26。也能將連結構件46配置於輸入旋轉軸14與傳達體28之間。在該情況，與在將輸入到輸入旋轉軸14的旋轉較輸入旋轉軸14的旋轉更減速後，再配置連結構件46的情況相比，更能提升變速裝置10的變速性能。
也可將第1實施方式的連結構件46如第6圖所示配置在第2旋轉體32與變速軸26之間。在該情況，第3旋轉體34藉由花鍵嵌合或壓入等方式而不能旋轉地被支承於變速軸26。
也可將第1實施方式的連結構件46如第7圖所示配置在第4旋轉體36與輸出部16之間。在該情況，第3旋轉體34藉由花鍵嵌合或壓入等方式而不能旋轉地被支承於變速軸26。
也可將第1實施方式的連結構件46設置於第3旋轉體34的內周。在該情況，在變速軸26的外周形成有讓連結構件46的爪部46A嵌入的溝部。
也可將第1實施方式的傳達體28與第1旋轉體30如第8圖所示一體形成。
在第1及第2實施方式的變速機構20、60， 在第3旋轉體34與第4旋轉體36之間也可增速。在該情況，在第2實施方式，在第5旋轉體64與第6旋轉體66之間，有與第3旋轉體34與第4旋轉體36不同的增速比，能以較第3旋轉體34與第4旋轉體36的增速比更小的增速比進行增速。
也能將第1~第3實施方式的輔助馬達50結合於第2旋轉體32、76。具體來說，如第9圖所示，使輔助馬達50的輸出軸52的齒輪52A嚙合於第2旋轉體32的齒輪32A。在變速軸26的轉矩加上輔助馬達50的轉矩。因此當控制構件48的錐狀面48A與爪部46A接觸時，施加輔助馬達50的轉矩的力量，沿著錐狀面48A轉換成將爪部46A被下壓到變速軸26的力量，而能容易變速。
也能將第1~第3實施方式的單向離合器44、68、86作成具備有棘輪機構的單向離合器。
也能在第1~第3實施方式的變速裝置10設置防止輸出部16倒轉的單向離合器。單向離合器例如設置於輸入旋轉軸14與傳達體28之間。
也能在第1~第3實施方式的輔助馬達50與第3旋轉體34、78之間設置減速機構。
也能省略第1~第3實施方式的輔助機構24。
也可將第1~第3實施方式的變速裝置10設置在曲柄軸的徑向外側。在該情況，設置有：將曲柄軸的旋轉輸入到輸入旋轉軸的傳達機構。
也能省略第1~第3實施方式的致動器42。在該情況，能藉由纜線將安裝於自行車的操作裝置與切換機構22、62、72連接，藉由纜線的動作使變速凸輪40動作。
在上述各實施方式，變速裝置10，雖然是藉由齒輪將第1旋轉體與第2旋轉體連結，藉由齒輪將第3旋轉體與第4旋轉體連結，藉由齒輪將第5旋轉體與第6旋轉體連結，而也可如下述方式變更。也就是說，變速裝置10，也可讓第1~第6旋轉體是藉由鏈輪或滑輪所形成，第1旋轉體與第2旋轉體之間、第3旋轉體與第4旋轉體之間、第5旋轉體與第6旋轉體之間，分別藉由鏈條或皮帶等的環狀體所連結。
以下增加可以從上述實施方式及變形例所能掌握的技術思想。
(附記1)
自行車的變速裝置，具備有：輸入旋轉軸、輸出部、將從上述輸入旋轉軸所輸入的旋轉變速，而可輸出到上述輸出部的變速機構、及切換機構；上述變速機構，具備有：可與上述輸入旋轉軸一體旋轉的第1旋轉體、可繞著相對於上述輸入旋轉軸位置不變的軸芯旋轉，將第1旋轉體的旋轉增速而傳達的第2旋轉體、 可與上述第2旋轉體一體旋轉的第3旋轉體、以預定的變速比將上述第3旋轉體的轉矩減速而傳達，可與上述輸出部一體旋轉的第4旋轉體；且具備有：可與上述第2旋轉體一體旋轉的第5旋轉體、及以與上述預定的變速比不同的變速比將上述第5旋轉體的轉矩減速而傳達，可與上述輸出部一體旋轉的第6旋轉體；上述切換機構，可切換第1狀態與第2狀態；在上述第1狀態，在上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體之間、在上述第1旋轉體與上述第2旋轉體之間、在上述第2旋轉體與上述第3旋轉體之間、在上述第3旋轉體與上述第4旋轉體之間、及上述第4旋轉體與輸出部之間全部，傳達轉矩，且在第2旋轉體與第5旋轉體之間不傳達轉矩；在上述第2狀態，在上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體之間、在上述第1旋轉體與上述第2旋轉體之間、在上述第2旋轉體與上述第5旋轉體之間、在上述第5旋轉體與上述第6旋轉體之間、及上述第6旋轉體與輸出部之間全部，傳達轉矩，且在第2旋轉體與上述第3旋轉體之間不傳達轉矩。
(附記2)
自行車的變速裝置，具備有：輸入旋轉軸、輸出部、 將從上述輸入旋轉軸所輸入的旋轉減速，而可輸出到上述輸出部的變速機構、切換機構；該切換機構是用來切換：經由上述變速機構，將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第1狀態、與未經由上述變速機構而將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第2狀態；上述變速機構，具備有：可與上述輸入旋轉軸一體旋轉的第1旋轉體、可繞著相對於上述輸入旋轉軸位置不變的軸芯旋轉，將第1旋轉體的旋轉以預定倍增速而傳達的第2旋轉體、可與上述第2旋轉體一體旋轉的第3旋轉體、及將上述第3旋轉體的轉矩相較於上述預定倍更大幅減速而傳達，可與上述輸出部一體旋轉的第4旋轉體；上述切換機構，在上述第1狀態，在上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體之間、在上述第1旋轉體與上述第2旋轉體之間、在上述第2旋轉體與上述第3旋轉體之間、在上述第3旋轉體與上述第4旋轉體之間、及上述第4旋轉體與輸出部之間全部，傳達轉矩；在上述第2狀態，在上述第2旋轉體與上述第3旋轉體之間、或在上述第3旋轉體與上述第4旋轉體之間，不傳達上述轉矩。
10‧‧‧變速裝置
14‧‧‧輸入旋轉軸(曲柄軸)
16‧‧‧輸出部
16A‧‧‧安裝部
18‧‧‧殼體
18A‧‧‧支承部
19A‧‧‧軸承
19B‧‧‧軸承
19C‧‧‧軸承
19D‧‧‧軸承
20‧‧‧變速機構
22‧‧‧切換機構
24‧‧‧輔助機構
26‧‧‧變速軸
28‧‧‧傳達體
30‧‧‧第1旋轉體
30A‧‧‧齒輪
32‧‧‧第2旋轉體
32A‧‧‧齒輪
34‧‧‧第3旋轉體
34A‧‧‧齒輪
34B‧‧‧溝部
36‧‧‧第4旋轉體
36A‧‧‧齒輪
38‧‧‧切換部
40‧‧‧變速凸輪
40A‧‧‧凸輪面
42‧‧‧致動器
44‧‧‧單向離合器(滾子離合器)
46‧‧‧連結構件
46A‧‧‧爪部
46B‧‧‧溝部
47‧‧‧彈性構件
48‧‧‧控制構件
48A‧‧‧錐狀面
48B‧‧‧接觸部
50‧‧‧輔助馬達
52‧‧‧輸出軸
52A‧‧‧齒輪
54‧‧‧轉矩感應器
56‧‧‧控制裝置
B‧‧‧螺栓
C‧‧‧軸芯
S‧‧‧鏈輪

Claims (17)

  1. 一種自行車的變速裝置，具備有：輸入旋轉軸、輸出部、變速機構、以及切換機構；該變速機構，可將從上述輸入旋轉軸所輸入的旋轉增速，而輸出到上述輸出部；該切換機構，可切換成：經由上述變速機構將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第1狀態、與未經由上述變速機構將上述輸出部及上述輸入旋轉軸連結的第2狀態；上述變速機構具備有：可與上述輸入旋轉軸一體旋轉的第1旋轉體、可繞著相對於上述輸入旋轉軸位置不變的軸芯旋轉且傳達第1旋轉體的轉矩的第2旋轉體、可與上述第2旋轉體一體旋轉的第3旋轉體、及傳達上述第3旋轉體的轉矩且可與上述輸出部一體旋轉的第4旋轉體。
  2. 如申請專利範圍第1項的自行車的變速裝置，其中，上述切換機構，在上述第1狀態，是在上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體之間、在上述第1旋轉體與上述第2旋轉體之間、在上述第2旋轉體與上述第3旋轉體之間、在上述第3旋轉體與上述第4旋轉體之間、及上述第4旋轉體與輸出部之間，全部都傳達轉矩；在上述第2狀態，是在上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體之間、在上述第1旋轉體與上述第2旋轉體之間、在上述第2旋轉體與上述第3旋轉體之間、在上述第3旋轉 體與上述第4旋轉體之間、及上述第4旋轉體與輸出部之間的其中任一，不傳達轉矩。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的自行車的變速裝置，其中，上述切換機構，進一步具備有單向離合器，該單向離合器，當上述輸入旋轉軸的一方向的旋轉速度為上述輸出部的一方向的旋轉速度以上時，則使上述輸入旋轉軸與上述輸出部一體旋轉，且當上述輸入旋轉軸的一方向的旋轉速度小於上述輸出部的一方向的旋轉速度時，允許上述輸入旋轉軸與上述輸出部的相對旋轉。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的自行車的變速裝置，其中，上述變速機構具備有：用來支承上述第2旋轉體及上述第3旋轉體之變速軸。
  5. 如申請專利範圍第4項的自行車的變速裝置，其中，上述變速軸，與上述第2旋轉體及上述第3旋轉體的至少其中一方一體旋轉。
  6. 如申請專利範圍第4或5項的自行車的變速裝置，其中，上述切換機構具備有切換部，該切換部之至少一部分配置在：上述變速軸與上述第2旋轉體之間、上述變速軸與上述第3旋轉體之間、或上述第4旋轉體與上述輸出部之間。
  7. 如申請專利範圍第6項的自行車的變速裝置，其中，上述切換部，至少一部分配置在上述變速軸與上述第3旋轉體之間，且具備有：可將上述變速軸與上述第3旋轉體連結的連結構件、與使上述連結構件從上述變速軸或 上述第3旋轉體分離的控制構件。
  8. 如申請專利範圍第7項的自行車的變速裝置，其中，上述連結構件具備有：設置於上述變速軸的外周且可朝向在上述第3旋轉體的內周形成的溝部突出、或從上述溝部脫離的爪部。
  9. 如申請專利範圍第7或8項的自行車的變速裝置，其中，上述控制構件，可朝上述變速軸的軸方向移動。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項的自行車的變速裝置，其中，上述變速機構，藉由上述第1旋轉體及上述第2旋轉體增速，藉由上述第3旋轉體及上述第4旋轉體減速。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項的自行車的變速裝置，其中，在上述第2旋轉體或上述輸出部結合著用來傳達轉矩的輔助馬達。
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項的自行車的變速裝置，其中，上述變速機構進一步具備有：將上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體結合的傳達體，在上述傳達體安裝有轉矩感應器。
  13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項的自行車的變速裝置，其中，上述輸入旋轉軸，是輸入人力驅動力的曲柄軸。
  14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項的自行車的變速裝置，其中，在上述輸出部，具有可安裝鏈輪的安 裝部。
  15. 如申請專利範圍第3項的自行車的變速裝置，其中，上述單向離合器為滾子離合器。
  16. 如申請專利範圍第3項的自行車的變速裝置，其中，進一步具備有：將上述輸入旋轉軸與上述第1旋轉體結合的傳達體，上述傳達體，形成為筒狀，設置成將上述輸出部的一部分覆蓋，上述單向離合器，配置於上述傳達體的內周與上述輸出部的外周之間。
  17. 如申請專利範圍第16項的自行車的變速裝置，其中，上述傳達體與上述第1旋轉體形成為一體。
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