TWI236445B - Transmission hub structure of bicycle for rotary gear shift - Google Patents

Description

1236445 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域^ —本發明係有關於重旋轉換槽 — 種利用旋轉方式驅動變速花鼓一 ^花鼓結構，尤指 ”、p条低成本與控制介面不易損：之::功能而具有加工 、交速花鼓結構者。 、之優點的旋轉換檔之 【先前技術】 按，隨著 昇，腳踏車已 為休閒運動工 也不斷在腳踏 變速器主要係 不同的鏈輪， 條結合傳動之 構係暴露於外 本身極容易產 將變速結構隱 鼓結構主要係 pinion )、離 (ring gear ) 藉由離合器驅 步改變動力傳 鼓之產品眾多 原理在此不再 所得的逐年提 工具，逐漸轉變 乘舒適性，業者 器為例，早期之 多數個直徑大小 條來變換與該鍵 。由於該變速機 曰曬之後，鏈輪 者研發推出一 # 結構，該變速花 齒輪（p 1 anet 結構、環齒輪 組成，其主要係 產生位移，進_ ’由於該變速花 詳細作動及變逮 鼓結構如美國專 科技的進步與發展， 經由傳統農業社會中 具，同時為了追求更 車上不斷投入研發， 在腳踏車之後輪輪軸 然後藉由一控制器來 鏈輪而達到變速換構 界因此在經過長時間 生鏽钮之現象。因此 藏於後輪花鼓内之變 由行星架（planet ) 合器（clutch)、離合 及花鼓殼（h u b s h e 動骏置推動離合器（c 動路徑，而達到變速 也有許多相關前案， 予以贅述。而習用之

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五、發明說明（2) 利第US62 6 7704號（如圖一A所示）其所揭露之結構中，苴 主要係在車軸（axle ) A上鑽一個軸向深孔β與徑向四個槽 孔（groove ) C，然後利用一旋轉控制件（r〇taU control ) D插入車軸（axle ) A中央之軸向深孔8内，缺後 精由該旋轉控制件（rotating c〇ntr〇1 ) D旋轉利用滾珠 (ball ) E間接帶動離合器（clutch wheel ) F產生位移而 達到換檔變速之功效，惟前述專利所揭露之結構仍具有以 下之缺失（1 )車軸（ax 1 e ) A上要鑽一個軸向深孔b與四 個槽孔C (groove )，不僅加工製造困難導致成本增加， 同時也會影響該車轴（axle ) A之整體強度。（2)旋轉控 制件（rotating control ) D會外露於車架之後叉（f〇lk e n d ) G，容易遭到外力之撞擊而損壞。（3 )離合器 j clutch wheel ) F不穩定，當腳踏車震動或傾斜時離合 為（c 1 utch whee 1 ) F容易偏離位置，造成非預期的換檔 或是噪音震動。（4)換檔（Up-shift and Down-shift) 一定要在騎乘狀態下才能完成。 〇月貝番查委貝參閱圖一 B其係為中華民國專利公告號 386 9 6 1，其所揭露之結構中，其主要係在車軸（axle ) η 上鑽一個軸向之操作孔（〇perat i on ho 1 e ) I與徑向螺旋

/冓（through-groove ) J ’ 然後將一可被曲柄（crank ) K 推動之壓桿（push rod) L置入操作孔（operation hole) I内，壓桿（push rod) L之前端設有一移動鍵 (shift key)M，使其可以藉由控制鋼索（control cable )N拉動曲柄（crank )K進而推動壓桿（push rod)

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\j ^!J 2； ! )UL ^ λ / τ動離合器構件（clutch member)P移動之 日曰〕，拖、4_、古 車轴則返專利所揭露之結構仍具有以下之缺失（1 ) /n a Xle) Η 上要鑽一個操作孔（operation hole) I 與 秘向螺斿、、兽 ,+ u 成、霉Uhrough — gro〇ve ) J，不僅加工製造困難導 产〇 增加’同時也會影響該車轴（ax 1 e ) Η之整體強 乂（ 2)曲柄（crank) Κ等控制元件會外露於車架之後 ^。 y1 k end_)(圖中未示），容易遭到外力之撞擊而損 二 、3) _合裔（clutch member)P不穩定，當腳踏車 展或傾斜日t離合器（clutch member ) p容易偏離位置， 造成非預期的換檔或是噪音震動。（4 )降檔（D〇wn — Shlft^)時&一定要在騎乘狀態下才能完成。 々η貝番查委員繼續參閱圖一 C，其係為美國發明專 利，US576975 0號，於該發明所揭露之結構中，該用以驅 動離合器產生位移之離合器驅動結構，主要是在主軸 (spindle ) Q中央鑽一深孔r，再利用一凸輪套筒 (sleeve ) S及控制鍵（key )(圖中未示）帶動離合器 (cl utch)T移動。惟前述專利所揭露之結構仍具有以下之 缺失（1 )主轴（spindle ) Q上要鑽一個深，不僅加工 製造困難導致成本增加，同時也會影響該主輛 (spindle ) Q之整體強度（2 )操作時0係由内側（左側， 朝向打星齒輪系之一端）拉動離合器（cUtch)T，凸輪套 筒（sleeve )S與控制鍵（key)之長度也得深入離合器 〔clUtch)T内，過長之長度將會造成旋轉時的扭轉或偏位 而導致卡死不易轉動’且控制鍵過於細長，容易造成斷裂

第7頁 1236445 五、發明說明（4) 由於凸輪套筒（Sleeve )8與控制鍵（key)之長声 離合器（ClUtCh)T内，因此凸輪套筒（sleeVe)S\ 要^ 一點，但如此該零件就容易扭曲變形而不穩定， 就疋要放大離合器（clutch)T，但如此一 合器（:lrh)T的零件也得—起放大，重量= 曰 了 ’同樣會造成極大之不便與困擾。 合哭Cl'?、可述幾個前案可以輕易的發現’ •然驅動離 ^ I! Utch)之結構都不盡相同，但其之間仍然存在幾個 夂同，缺失，（"車轴〇上要鑽-個深孔（個 ’广僅加"製造困難導致成本增加，同時也會影變 = :t(axle)之整體強度。（2)控制元件會外露於車b 又（folk end)，容易遭到外力之撞擊而損壞 1、:構上的缺失都會影響到該腳踏車整體之耐用性， :::影響到騎乘之安全性，因此乃是極待吾人加以研 口又吾考'。 【發明内容】 ^ 务月之主要目的，係在於提供一種旋轉換檔之變速 化豉、，，》構，其主要係針對變速花鼓中實際負責變速工作之 離合器的推動方式做一改良，主要係利用一旋轉控制介面 (rotating control)帶動一側邊設有螺旋凸輪之換 檔致動器（shift actuator)在轴心上轉動，藉由其上之螺 旋凸輪（cam)推動與其接觸之平移套筒（f〇1 1〇wer 產生位移，進而達到推動離合器（clutch)位移之目的，因

1236445 五、發明說明（5) 此不需在輪心（a X 1 e )上鑽孔，不但 且可大幅増加軸心（ax 1 e )之整體強 者。 本奄明之另一目的，係在於提 花鼓結構，其中，由於本發明之旋 control)是繞於軸心外圍運作，因 後叉内’藉以有效降低遭到外力撞 昇產品之耐用性者。 本舍明之另一目的，係在於提 花鼓結構’其中，由於本發明係利 推動離合器（clutch)由高速檔變換 操作力量’因此當由高速檔欲變換 鬆的換檔。 為達到前述之目的，本發明提 花鼓結構，其主要係由軸心（axle) 少一組變速用行星齒輪系所組成， 上設有一個以上之滑槽，而驅動器 心（ax 1 e)旋轉，另外，變速用行星 (c 1 u t c h)切換動力輸入輸出路徑以 器（clutch)與行星齒輪系間設有一 合器（clutch)的移動是由一將旋轉 機構來作動，此換檔機構進一步係 (rotating control)、換檔致動器 移套筒（follower sleeve)所組成 可有效降低加工成本， 度’增加行車之安全性 供一種旋轉換檔之變速 轉控制介面（rotating 此可以將其設置於車架 擊損壞之機率，大幅提 供一種旋轉換檔之變速 用壓縮彈簣（spring)來 至低速檔，不須靠人之 至低速檔時，都可以輕 供一種旋轉換檔之變速 、驅動器、花鼓殼與至 其中’於該軸心（a X 1 e ) 與花鼓殼，則可繞著軸 裔輪系係藉由離合器 達到變速，其中，離合 彈性元件（s p r i n g )，離 運動轉換為平移之換檔 由旋轉控制介面 (shl ft actuator )及平 ’其中，旋轉控制介面

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(rotating control)，安裝於變速花鼓之外惻，可供導線 V動旋轉，而換檔致動器（s h丨f t a c t u a t 〇 r)，係套設於軸 心（aXle)上，其一端與旋轉控制介面（rotating control) 固接連動，另一端具有一個以上之螺旋凸輪（cam);另 外，平私套筒（follower sleeve)，中央設有一軸孔，孔 内设有至少一凸塊，令其可以套設於軸心（ax丨e )之滑槽上 前後平移，其位於離合器（clutch)與換檔致動器（shift actuate^)之間，該平移套筒（f〇n〇wer sleeve)相對於換 樯致動(shi ft actuator)之一側設有可與螺旋凸輪 (cam)配 a 之攸動件（cam f〇ii〇wer surface)，另一側則 與離合器（clutch)接觸。藉由前述之結構，當操作者扳動 才工制為透過^線令旋轉控制介面（r 〇 t a t i n g c 〇 n t r 〇 1 )旋轉 的同時’可以帶動與該旋轉動控制介面固接連動之換檔致 動器（shift actuator)轉動，藉由換檔致動器（shift actuator)上之螺旋凸輪（cam)推動平移套筒（f〇1 1〇wer sleeve)而達到推動離合器（clutch)之目的者。 【實施方式】 為使 貴審查委員明瞭本發明之功效與特徵，茲配 合圖式詳細說明如后： 首先請貴審查委員參閱圖二與圖三，其係分別為本 愈明之剖面示意圖與換檔機構之立體分解圖，本發明一種 方疋轉換彳5之變速彳匕鼓結構’其主要係由軸心（a χ 1 e ) 1、驅 動器2、花鼓殼3與至少一組變速用行星齒輪系4所組成，

1236445 五、發明說明（7) 其中，於該軸心（ax 1 e ) 1上設有一個以上之滑槽1 1，而驅 動為2與花鼓殼3，則可繞著軸心（a X 1 e ) 1旋轉，另外，變 速用行星齒輪系4係藉由離合器（cl utch)5切換動力輸入輸 出路徑以達到變速之目的，其中，離合器（c 1 u t ch) 5與行 r星齒輪糸4間設有一彈性元件（s p r i n g) 6，離合器（c 1 u t c h) 5的移動是由一將旋轉運動轉換為平移之換檔機構7來作 動，此換檔機構7進一步係由旋轉控制介面（rotating control)71、換檔致動器（shift actuator)72及平移套筒 (f ο 1 1 〇 w e r s 1 e e v e ) 7 3所組成，其中，旋轉控制介面 (rotating control)71，安裝於變速花鼓之外惻，可供操 作者於把手前端操作一控制器（圖中未示）並利用一導線 711帶動該旋轉控制介面（rotating control)71旋轉，而 換檔致動器（shift actuator)72，係套設於轴心（axle)i 上，其一端與旋轉控制介面（rotating control)71固接連 動，另一端具有一個以上之螺旋凸輪（cam)721 ;另外，平 移套筒（fol lower sleeve) 73的中央設有一軸孔731，該軸 孔731内設有至少一凸塊732 (如圖五所示），令其可以套 設於軸心（a X 1 e ) 1之滑槽11上前後平移，其位於離合器 (clutch)5與換檔致動器（shift actuator)72之間，該平 移套筒（f 〇1 lower sleeve)73相對於換檔致動器（Shi f t actuator )72之一側設有可與換檔致動器（Shi ft actuator)72上螺旋凸輪（cam)721配合之從動件（cam follower surface) 73 3，另一側則與離合器（ciutch)5 接 觸。

第11頁 1236445 五、發明說明（8)

前段所述設於離合器（clutch) 5與行星齒輪系4間之 性元件（sPring)6係為壓縮彈簧（spring)，而旋轉护制介 面（rotaUng contr〇l )71上進一步設有一回力彈箬 (spring)74者。 K 藉由前述之結構，當操作者扳動控制器透過導線Η工 令旋轉控制介面（rotaUng control)71旋轉的同時，可以 帶動與該旋轉動控制介面（r〇tating c〇ntr〇1)7i固接連動 之換檔致動器（shift actUat〇r)72轉動，此時平移套筒 (follower sleeve)73並不會跟著旋轉而是會在軸心 (axle)l上之滑槽丨丨進行平移運動，進而達到推動離合器 (clutch)5產生位移換檔之目的者。 於前述之結構中，本發明可以有兩個不同之較佳實施 例、，其中一種則疋當旋轉控制介面（rotating control) 71 因為導線7 1 1拉緊作用而旋轉時，帶動換檔致動器（sh丨f t actjator)72 旋轉，平移套筒（f〇11〇wer sleeve)73 將不會 跟著旋轉，而會形成平移運動，進而推動離合器（clutch) 5由較低速檔往較高速檔位置移動，並壓縮該介於離合器 (^lutch)5與行星齒輪系4間之壓縮彈簧（spring)6，達到 昇檔的目的’而當旋轉控制介面（r〇tating c〇ntr〇1)71因 為導線711放鬆而旋轉時，平移套筒（f〇u〇wer sleeve)73 失去螺旋凸輪（cam)721的壓制，此時離合器（clutch)5& 平移套筒（follower sleeve)73將會受到壓縮彈簧 (spring)6所釋放先前蓄積之力量，由較高速檔往較低速 檔位置移動，達到降檔之目的。 1236445 五、發明說明（9) 本發明的另一實施例，則是將前段所述結構中換檔致 動器（shi ft actuator ) 72的螺旋凸輪（cam)721方向顛倒， 同時配合改變平移套筒（fol 1〇wer sleeve)73上所設凸輪 (cam follower surface) 733之方向，因此當旋轉控制^ 面（rotatmg control)71因為導線711放鬆藉由回力彈笼 (spring)?所提供之力量而旋轉時，帶動換檔致動器只 (shift actuat〇r)72 旋轉，平移套筒（f〇u〇we;r sleev 73將不會跟著旋轉，而會形成平移運動，進而推動離合器 (clutch)5由較低速檔往較高速檔位置移動，並壓縮該萨 於離合益（clutch)5與行星齒輪系4間之壓縮彈簧（spri 6，達到昇檔的目的，而當旋轉控制介面（r〇tating control )71因為導線711拉緊而旋轉時，平移套筒 follower sleeve)73失去螺旋凸輪（cam)72i的壓制，此 ，離合器（clUtch)5及平移套筒（foll〇wer sleeve)73將合 文到壓縮彈簧（spring)6所釋放先前蓄積之力量，由較高0 J ^較低速檔位置移動’達到降檔之㈣，前述實施: =、'、。構由於係利用回力彈簧（spring)74所提供之力量 $換檔致動器（shlft actuat〇r)7M|動進而推動平移套筒 (ollowei： sleeve)73及離合器生位移，因此 广回力彈簧（spring)74所能提供之彈力必須大於壓縮彈箬 Cspring)6所能提供之彈力大小者。 … 又本發明之結構中，換檔致動器（shift actuat 二，轉控制介面（rotating c〇ntr〇：l)7l間之連結，主 奐軲致動器（shi ft actuat or) 72上相鄰於旋轉控制介面 1236445 (rotating contro 1 ) 7 i 一加！ 士 , ^ ^ 1之側设有一個以上之凸塊722 (請芩閱四及圖二所示），曰太诒絲^ ^ . 丨丁 J ，且在碇轉控制介面（r〇tating controi)?!上之相對位置設有可供配合之凹槽7i2，令該 凸塊7 2 2可以插入旋轉批制谷而「 + 疋平寻ί工制”面（rota ting control) 71上 所設置凹槽7 1 2内達到連結固定之功效者。 由前述之結構說明可以很清楚的發現，本發明只需再 在軸心UxleM上設置滑槽n而完全不需在軸心Uxie)i上 =工鑽設深孔，不僅可以有效降低加工成本，另一方面， 貝〜狀之軸心（a X 1 e ) 1亦較習用部份中空管狀之軸心 (axle)整體結構來堅固且耐用，因此不但可以增加該軸心 (ax 1 e) 1之耐用性’且相對的也可以有效提昇騎乘之安全 性者。再者由於本發明係利用凸輪結構將原本旋轉位移轉 變為軸向之位移且該旋轉控制介面（r〇tating c〇ntr〇1 )71 是包覆於軸心外轉動，因此可以將其設置於車架後叉内， 藉此有效降低遭到外力撞擊損壞之機率，大幅提昇產品之 耐用性者。 又’本發明於平移套筒（f〇ll〇wer sieeve)73上之凸 輪733(cam follower surface)上設有至少一階梯狀之定 位平面（index step surface ) 73 4，該定位平面（index step surface ) 7 34之位置就設在每一檔位之定位處，藉 以增進在每一槽位時平移套筒（follower sieeve)73與離 合器（clutch)5之穩定性者。 以上之說明乃本發明之較佳實施例，本發明所涵蓋之 範圍並不限於本發明所示之實施例，凡依本發明内容所作

第14頁 1236445 ____^--^ -—-- 五、發明説明（11) 之改變；其彥生之功效與特徵與本發明之實施例類似，並 且玎由熟知該技藝人員所構想者，均屬本發明所涵蓋之範 圍。 4»义 綜上所述，本發明旋轉換檔之變速花鼓結構，其不僅 可以簡化習用複雜之結構，其不需在轴心（aX 1 e )上加工設 置深孔之方式’不僅可以有效降低加工成本，另一方面， 實心狀之軸心（ax 1e)亦較習用部份中空管狀之軸心（ax 1e) 整體結構來強且耐用，因此不但可以增加該軸心（ax 1 e)之 耐用性，，且1對的也可以有效提昇騎乘之安全性，且厚度 相對权薄，轉控制介面（r 〇 t a t i n g c 0 n t r ◦ 1 )亦可以藉此 設置於==後又内，有效降低遭到外力撞擊損壞之機率， 是以其貫眭無庸置疑，此外，本發明申請前亦未曾見於 任何刊物^厶開場合，其新穎性及進步性毫無疑慮，誠已 符合發明所規定之要件，爰依法呈提發明專利之申 請，尚讲貝審查委員允撥時間惠予審查，並早日賜與專 利為禱。 ^

第15頁 1236445 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 圖一 A為美國專利第US 6 2 6 7 7 0 4號之剖面示意圖。 圖一 B為中華民國專利公告3 8 6 9 6 1號之剖面示意圖。 圖一C為美國專利第US5 76 9 75 0號之剖面示意圖。 圖二為本發明之剖面示意圖。 圖三為本發明換檔機構之立體分解圖。 圖四為本發明中換槽致動器（shift actuator)另一面 之立體圖。

圖五為本發明中平移套筒（follower sleeve)另一面 、之立體圖。 圖號之簡單說明： C、軸向深孔 Ε、旋轉控制件 G、離合器 I、 車轴 Κ、螺旋溝 Μ、壓桿 0、鋼索 R、主轴 Τ、凸輪套筒 II、 滑槽 3、花鼓殼

B、車軸 D、槽孔 F、滚珠 Η、後叉 J、操作孔 L、曲柄 Ν、移動鍵 Q、離合器 S、深孔 U、離合器 1 、轴心 2、驅動器

第16頁 1236445 圖式簡單說明 4、行星齒輪系 6、彈性元件 71、旋轉控制介面 7 1 2、凹槽 7 2 1、螺旋凸輪 73、平移套筒 7 3 2、凸塊 7 3 4、定位平面 5、離合器 7、換檔機構 7 1 1、導線 72、換檔致動器 7 2 2、凸塊 7 3 1、軸孔 7 3 3、從動件 74、回力彈簧

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Claims (1)

1. -

   92129296 範冒 曰 修正 個之滑 1 · 一種旋轉換檔之變速花鼓結構，主要包括有·· 一軸心（a X 1 e )，於該軸心（a X 1 e)上設有至少 槽； 一驅動器與花鼓殼，可繞著軸心（ax 1 e )旋轉； 至少一組變速用行星齒輪系，其係藉由離合器 (clutch)切換動力輸入輸出路徑以達到變速，其中離人哭 ^ 口 口口 (c 1 u t ch)與行星齒輪系間設有一彈性元件（spr丨ng )，離合 裔（c 1 u t c h )的移動是由一將旋轉運動轉換為平移之換檔機 構來作動，此換檔機構進一步包含有： 一旋轉控制介面（r〇tating control)，安裝於變速 花鼓之外側，可供導線帶動旋轉，另該旋轉控制介面 (rotating contr〇l)上並進一步設有一回力彈簀（spring) 者； 一換槽致動器（s h i f t a c t u a t 〇 r )，係套設於軸心 (axle)上’其一端與旋轉控制介面（rotating control)固 接連動’另一端具有一個以上之螺旋凸輪（cam); 一平移套筒（follower sleeve)，中央設有一軸 孔’孔内設有至少一凸塊，令其可以套設於軸心（ax丨e )之 滑槽上前後平移，其位於離合器（c lutch)與換檔致動器 (shift actuator)之間’該平移套筒（f〇ii〇wei* sieeve) 相對於換檔致動器（shift actuator)之一側設有可與螺旋 凸輪（cam)配合之從動件（cam f〇u〇wer surface)，另一 側則與離合器（clutch)接觸者。

   - 號 92129296 ~石、申請專利範圍 2.如申請專利範圍第1項所述之旋轉換檔之變速花鼓結構 ，其中，換檔致動器（shift actuator)與旋轉控制介面 (rotating control)間之連結，主要係在換檔致動器 (shift actuator)上相鄰於旋轉控制介面（rotating control)之一側設有一個以上之凸塊，且在旋轉控制介面 (rotating control)上之相對位置設有可供配合之凹槽 者。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之旋轉換檔之變速花鼓結構 ，其中，平移套筒（follower sleeve)上之凸輪（cam follower surface)上設有置少一階梯狀之定位平面 (index step surface )者。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之旋轉換檔之變速花鼓結構 ，其中，該設於離合器（c 1 u tch)與行星齒輪系間之彈性元 件（spring)係為壓縮彈簧（sPrinS)者。

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