TWI534042B - 用於一自行車撥鏈器之運動阻抗裝置 - Google Patents

用於一自行車撥鏈器之運動阻抗裝置 Download PDF

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    • B62M9/1348—Mechanisms for shifting laterally limiting or positioning the movement characterised by the use of biasing means, e.g. springs; Arrangements thereof
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Description

用於一自行車撥鏈器之運動阻抗裝置
本發明係關於自行車撥鏈器，更具體地說，關於一種用於一自行車撥鏈器的運動阻抗裝置。
一代表性的自行車撥鏈器包括一用於結合至一自行車車架的基部部件、一被結合以相對於該基部部件移動的可移動部件、及一結合至該可移動部件以在複數個鏈輪間引導一鏈條的鏈條引導件。在一後撥鏈器中，該鏈條引導件支撐一上引導滑輪及一下張力滑輪，該鏈條引導件經由一樞軸被樞軸安裝至該可移動部件。一彈簧被安裝於該可移動部件及該鏈條引導件之間用於以一順時針方向偏置該鏈條引導件。
當該後撥鏈器被安裝至該自行車，該引導滑輪位於複數個被安裝至該後輪的後鏈輪之下。被結合至前鏈輪總成的該自行車鏈條嚙合該複數個後鏈輪中之一個的頂部及後部、嚙合該引導滑輪之前部、嚙合該張力滑輪之後部，然後回到該前鏈輪總成。在騎乘時，該鏈條從當前嚙合的前鏈輪移動至該張力滑輪、該引導滑輪然後至該被選定之後鏈輪。因為該鏈條長度被設定使得該鏈條可嚙合最大的前鏈輪及最大的後鏈輪，所以當該鏈條嚙合一較小的前鏈輪及/或一較小的後鏈輪時將變鬆弛。當此情況發生時，該偏置彈簧轉動該鏈條引導件使得該張力滑輪佔據該鏈條上的鬆弛部分並防止該鏈條從該等鏈輪上掉下。
舉例來說，登山車通常被高速騎乘於粗糙地形上。其結果係該自行車經常會遭受許多震動。如此之震動可促使該鏈條引導件逆時針轉動，從而恢復該鏈條之鬆弛並促使該鏈條發生故障。為防止如此之故障，一些後撥鏈器包含阻抗該鏈條引導件之順時針運動的單向摩擦離合器，一些後撥鏈器包含阻抗該鏈條引導件之突然運動的液壓震動吸收器。
本發明係關於一自行車變速控制裝置的多種特徵。在一實施例中，一自行車撥鏈器裝置包括一用於結合至一自行車車架的基部部件、一被結合以相對於該基部部件移動的可移動部件、一被結合至該可移動部件以便回應該可移動部件的移動在複數個鏈輪之間引導一鏈條的鏈條引導件、及一向該鏈條引導件提供一偏置力以拉緊該鏈條的偏置裝置。一運動阻抗裝置具有一用於一信號施加的控制元件，該控制元件促使該運動阻抗裝置改變對該鏈條引導件之運動的阻抗度。附加創新特徵將基於如下之描述而變得明顯，這些特徵本身或與上述該等特徵及其等價物之組合可形成在請求項中列出的其他發明內容之基礎。
1‧‧‧自行車
2‧‧‧車架
2b‧‧‧座管
2c‧‧‧後下叉
3‧‧‧前叉
4‧‧‧把手
5‧‧‧前輪
6‧‧‧後輪
7‧‧‧驅動單元
8‧‧‧前輪刹車
9‧‧‧後輪刹車
10‧‧‧曲柄單元
11、12‧‧‧刹車控制桿
15‧‧‧前進檔控制裝置
16‧‧‧後進檔控制裝置
17‧‧‧前撥鏈器
18‧‧‧後撥鏈器
19a‧‧‧前鏈輪總成
19b‧‧‧後鏈輪總成
23‧‧‧鏈條
25‧‧‧前變速線
26‧‧‧後變速線
30‧‧‧撥鏈器裝置
42‧‧‧阻抗控制裝置
46‧‧‧運動阻抗裝置
50‧‧‧控制單元
52‧‧‧電力供應
54‧‧‧安裝托架
54a‧‧‧安裝軸套
56‧‧‧進檔按鈕
56a‧‧‧手指接觸表面
58‧‧‧降檔控制桿
58a‧‧‧手指接觸表面
62‧‧‧進檔阻抗控制按鈕開關
66‧‧‧降檔阻抗控制按鈕開關
70‧‧‧通信路徑
74‧‧‧基部部件
78‧‧‧可移動部件
82‧‧‧連桿機構
82a‧‧‧外連桿
82b‧‧‧內連桿
86‧‧‧鏈條引導件
86a、86b‧‧‧支撐片
90‧‧‧復位彈簧
94‧‧‧引導滑輪
98‧‧‧張力滑輪
102‧‧‧第一安裝轂
104‧‧‧第二安裝轂
106‧‧‧盲孔
110‧‧‧扭轉彈簧
114‧‧‧安裝螺栓
118‧‧‧樞軸
122‧‧‧鏈條引導件控制齒輪
130‧‧‧馬達離合器
134‧‧‧輸出軸
138‧‧‧離合器控制齒輪
140、144‧‧‧輸入端子
圖1為一自行車之一特定實施例的側視圖；圖2為一種包含一電操作運動阻抗裝置的自行車撥鏈器之一特定實施例的概念方塊圖；圖3為一被附接至一把手的變速控制裝置之一特定實施例的俯視圖；圖4為該變速控制裝置之一前視圖；圖5為一包含一運動阻抗裝置之後撥鏈器之一特定實施例的側視圖； 圖6為該後撥鏈器之一部分截面前視圖。
圖1為一自行車1之一特定實施例的側視圖。自行車1為一登山車，其包括一鑽石形車架2、一可旋轉地安裝至車架2的前叉3、一安裝至前叉3之上部的把手4、一可旋轉地附接至前叉3之下部的前輪5、一可旋轉地附接至車架2之後部的後輪6、及一驅動單元7。一前輪刹車8被提供用於刹住前輪5，而一後輪刹車9則被提供以刹住後輪6。
驅動單元7包括一鏈條23、一與一具有踏板之踏板曲柄單元10同軸安裝的前鏈輪總成19a(包括複數個前鏈輪)、一附接至車架2之一座管2b的前撥鏈器17、一與後輪6同軸安裝的後鏈輪總成19b(包括複數個後鏈輪)、及一被安裝至車架2之一後下叉(或稱平叉)2c之後端的後撥鏈器18。在此實施例中，前鏈輪總成19a包括三個與曲柄單元10同軸安裝的鏈輪，而後鏈輪總成19b則包括九個與後輪106r同軸安裝的鏈輪。前撥鏈器17移動至三個操作位置以便在該三個前鏈輪中被選定的鏈輪之間轉移鏈條23，後撥鏈器18移動至九個操作位置以便在該九個後鏈輪中被選定的鏈輪之間轉移鏈條23。
前撥鏈器17及後撥鏈器18經由前及後變速線25及26連接至各自的前及後變速控制裝置15、16。前及後變速控制裝置15及16被安裝至經安裝於把手4上的刹車控制桿11及12之內側並靠近該等刹車控制桿11、12。該前及後變速控制裝置15及16具有一對稱結構，除了變速級別之數量外，各個控制裝置之組態及操作大體相同。
圖2為一可被應用於自行車1的自行車撥鏈器裝置30之一特定實施例的概念方塊圖。自行車撥鏈器裝置30包含後變速控制裝置16、後撥鏈器18；一操作性結合至後變速控制裝置16的阻抗控制裝置42；及一操作性結合至後撥鏈器18的運動阻抗裝置46。在此實施例中，前撥鏈器17及後撥鏈器18係被機械操作，但此處之教示亦可被應用於一種 電操作的自行車，該自行車被揭示於例如美國專利第6,741,045號中，其全文以引用方式併入本文中。因此，一根據例如美國專利第6,741,045號之教示而構建的可選用控制單元50被用於顯示此處之教示在如此一種自行車中的應用。取決該應用，一電力供應52可被操作性結合至阻抗控制裝置42、運動阻抗裝置46、及/或控制單元50，若該控制單元50被提供。電力供應52可為一電池、由一發電機提供之電力、太陽能電力或任何適用的電力源。
圖3為一被附接至把手4的後變速控制裝置16之一特定實施例的俯視圖，圖4為後變速控制裝置16之一前視圖。變速控制裝置16經構建以拉動及鬆開一Bowden型變速控制線26，且其包括一具有一環形安裝軸套54a的安裝托架54，該安裝軸套54a圍繞適接把手4以便以一習知方式將托架54固定至把手4。一個處於一具有一手指接觸表面56a之進檔按鈕56之形式的第一操作元件在把手4之下配置於安裝托架54中，如圖4所示，一處於一具有一手指接觸表面58a之降檔控制桿58之形式的第二操作元件亦在把手4之下延伸。其結果係兩個操作元件可用抓握把手4之手的拇指操作。後變速控制裝置16亦可根據美國專利第6,450,060號之教示而構建，其全文以引用方式併入本文中，該後變速控制裝置被此處之教示修改。
一處於一進檔阻抗控制按鈕開關62之形式的進檔阻抗控制裝置被結合至進檔按鈕56，一處於一降檔阻抗控制按鈕開關66之形式的降檔阻抗控制裝置被結合至降檔控制桿58。更具體地說，在此實施例中，進檔阻抗控制按鈕開關62(其可為一通常關閉的接觸按鈕)被安裝至進檔按鈕56之手指接觸表面56a，降檔阻抗控制按鈕開關66(其可為一通常關閉的接觸按鈕)被安裝至降檔控制桿58之手指接觸表面58a。來自進檔阻抗控制按鈕開關62及降檔阻抗控制按鈕開關66的信號在一通信路徑70上連通。當然，來自進檔阻抗控制按鈕開關62及降檔阻抗控制 按鈕開關66之信號在一些實施例中可無線連通。來自可選用電力供應52(其可被安裝至該自行車上的任意處)之電力亦可在通信路徑70上連通。然而，出於在下面討論的一些原因，此實施例中不需要一電力供應。
圖5為後撥鏈器18之一特定實施例之一側視圖，圖6為後撥鏈器18之一部分截面前視圖。後撥鏈器18包括一結合至車架2之後下叉2c之後端的基部部件74、一被結合以便經由一連桿機構82相對於基部部件74移動的可移動部件78、及一被結合至可移動部件78以便回應可移動部件78之移動而在後鏈輪總成19b中的該複數個鏈輪之間引導鏈條23的鏈條引導件86。連桿機構82包括一外連桿82a及一內連桿82b，其中外連桿82a及內連桿82b都具有一樞軸結合至基部部件74的第一端及一樞軸結合至可移動部件78的第二端。一復位彈簧90以一種習知方式結合於基部部件74及可移動部件78之間以便橫向向外地偏置鏈條引導件86。鏈條引導件86包括一對旋轉支撐一上引導滑輪94及一下張力滑輪98的支撐片86a及86b。
如圖6所示，可移動部件78包含一柱形第一安裝轂102及一柱形第二安裝轂104。一鏈條引導件安裝螺栓114旋轉支撐引導滑輪94並將支撐片86a及86b緊固至一樞軸118，該樞軸118被第一安裝轂102樞軸支撐。在此實施例中，樞軸118經由第一安裝轂102延伸，一鏈條引導件控制齒輪122被固定至樞軸118之外端使得樞軸118及鏈條引導件控制齒輪122作為一個單元而旋轉。
第一安裝轂102包含一個用於支撐一處於一扭轉彈簧110之形式的偏置裝置之盲孔106。彈簧110之一端被安裝至第一安裝轂102，彈簧110之另一端被安裝至支撐片86a。彈簧110以一種習知方式向鏈條引導件86(圖3中)提供一順時針偏置力以拉緊鏈條23。
一馬達離合器130被安裝至第二安裝轂104。馬達離合器130包含 一輸出軸134，一離合器控制齒輪138被安裝至輸出軸134使得輸出軸134及離合器控制齒輪138作為一個單元而旋轉。離合器控制齒輪138嚙合鏈條引導件控制齒輪122。馬達離合器130被結合至通信路徑70以接收來自進檔阻抗控制按鈕開關62及降檔阻抗控制按鈕開關66之信號。在此實施例中，馬達離合器130、離合器控制齒輪138及鏈條引導件控制齒輪122組成如圖2所示之運動阻抗裝置46，該運動阻抗裝置46阻抗鏈條引導件86之移動以幫助維持鏈條之張力。
馬達離合器130為一通常嚙合(阻抗或鎖定)的離合器，其阻抗或防止離合器控制齒輪122(因此以及鏈條引導件控制齒輪122及鏈條引導件86)之旋轉，除非從進檔阻抗控制按鈕開關62或降檔阻抗控制按鈕開關66提供適當信號。換言之，鏈條引導件86之角度位置被維持正常。然而，當騎士按下進檔按鈕56或降檔控制桿58時，該騎士將同時按下相應的進檔阻抗控制按鈕開關62或降檔阻抗控制按鈕開關66。由進檔阻抗控制按鈕開關62或降檔阻抗控制按鈕開關66提供之信號將馬達離合器130設定至脫離狀態使得離合器控制齒輪138、鏈條引導件控制齒輪122、樞軸118及鏈條引導件86自由旋轉。這允許鏈條引導件86快速旋轉以便為該目的檔位設定鏈條23之適當張力而不會產生被由先前技術之離合器及吸震機構所引起的非理想阻抗及降速。當該騎士從進檔按鈕56或降檔控制桿58移除其拇指時，該等相應的進檔阻抗控制按鈕開關62或降檔阻抗控制按鈕開關66提供一將馬達離合器130重新設定至該嚙合狀態的信號。其結果係在變檔操作發生時鏈條引導件86旋轉，但之後鏈條引導件86被禁止在該順時針及逆時針方向中旋轉，即使在最困難之騎乘條件下，鏈條23上的恰當張力亦可被維持。
在此實施例中，馬達離合器130為一電操作DC馬達，其具有兩個輸入(控制)端子140及144形式的控制元件。該馬達離合器130被操作使得當輸入端子140、144被打開時，馬達軸134可相對自由地旋轉。然而， 當輸入端子140及144短路，該DC馬達中之磁場將在馬達軸130上產生一明顯的阻抗。因此，當與一通常關閉的進檔阻抗控制按鈕開關62及一通常關閉的降檔阻抗控制按鈕開關66組合、在輸入端子140及144之間串聯時，馬達離合器130之輸入端子140及144通常短路至一第一操作條件(即輸入端子140及144接收一零阻抗或一足夠小的阻抗以便在馬達軸134上產生可操作阻抗)，馬達離合器130處於一通常嚙合的阻抗狀態，該狀態阻抗離合器控制齒輪122(因此以及鏈條引導件控制齒輪122及鏈條引導件86)之旋轉。當進檔阻抗控制按鈕開關62或降檔阻抗控制按鈕開關66被按下時，那麼連續性被打破(即輸入端子140及144接收一無限阻抗或一足夠大的阻抗以便產生馬達軸134之可操作自由旋轉)使得馬達離合器130之輸入端子140及144處於一打開的第二操作條件，離合器控制齒輪138、鏈條引導件控制齒輪122、樞軸118及鏈條86自由旋轉。
雖然上述描述了具有創新特性的多種實施例，但亦可做出其他修改而不脫離本發明之精神及範圍。舉例來說，雖然馬達離合器130阻抗鏈條引導件86之順時針及逆時針旋轉，但亦可使用一單向離合器。此外，馬達離合器130可用一電操作磁流變吸震器、一電磁離合器或一些其他的電磁操作阻抗裝置替代。在一些應用中，通信路徑70可包括光纖。因此，此處使用之該術語"電操作"可被應用至主要被電信號(當然，包含一阻抗信號)、主要被磁氣信號、被轉換成電脈衝的光信號及等價信號操作的裝置。雖然鏈條引導件86之旋轉被阻抗，該運動阻抗裝置亦可阻抗或防止其他鏈條鬆弛運動以便在複數個鏈輪之間引導鏈條23，不管如此之運動是否包含鏈條引導件86之運動。雖然進檔阻抗控制按鈕開關62或降檔阻抗控制按鈕開關66被分別直接安裝至進檔按鈕56或降檔控制桿58，該阻抗控制裝置亦可被安裝於其他地方。舉例來說，該阻抗控制裝置可被整體安裝，作為例如被揭示於美國專利第 6,216,078號或第6,698,567號中之變速控制開關的一部分。該阻抗控制裝置可被控制線23、外殼54中的元件或在撥鏈器18上的組件作動。雖然被揭示的係分離的阻抗控制開關，但這些開關亦可被整合成一單個開關。此外，該馬達體本身或該馬達的一些其他構造元件可被視作一輸入。這通常發生於當該馬達被附接至該自行車車架時該馬達外殼可充當一電路接地的情況中。該等電信號輸入可被機械信號輸入替代。此外，該輸入信號之值並不一定限於一打開或關閉阻抗信號。該信號可具有任何導致對鏈條引導件86之該運動之阻抗之恰當變化的值。
該等多種組件之尺寸、形狀、位置或方向可隨意改變。被顯示為直接連接或接觸彼此的元件可具有配置於其中的中間構造。分離之元件可被組合，反之亦然。一個元件之功能可被兩個元件執行，反之亦然。一個元件之功能可被另一個元件執行，功能可在該等元件之間互換。一個實施例之構造及功能可被另一個實施例採用。所有優點並不一定同時呈現於一特定實施例中。每個不同於先前技術的特徵，其本身或與其他特徵結合，亦應被認為係該申請人之其他發明之一單獨描述，包含被如此之(若干)特徵體現的構造性及/或功能性概念。使用於此之程度術語例如"大體"、"大約"包含被修飾之該術語的一個合理偏差量使得最終結果不會被明顯地改變。舉例來說，如此之術語可包含被修飾之術語的一個至少±5%的偏差，只要如此一偏差不否定其所修飾之該詞語之意思。因此，本發明之範圍不受被揭示之該等具體構造或該明顯的首要重點或一特定構造或特徵之重點的限制。
70‧‧‧通信路徑
74‧‧‧基部部件
78‧‧‧可移動部件
86‧‧‧鏈條引導件
86a、86b‧‧‧支撐片
94‧‧‧引導滑輪
98‧‧‧張力滑輪
102‧‧‧第一安裝轂
104‧‧‧第二安裝轂
106‧‧‧盲孔
110‧‧‧扭轉彈簧
114‧‧‧安裝螺栓
118‧‧‧樞軸
122‧‧‧鏈條引導件控制齒輪
130‧‧‧馬達離合器
134‧‧‧輸出軸
138‧‧‧離合器控制齒輪
140、144‧‧‧輸入端子

Claims (26)

  1. 一種自行車撥鏈器裝置，其包括：一用於結合至一自行車車架的基部部件；一被結合以相對於該基部部件運動的可移動部件；一鏈條引導件，被結合至該可移動部件以便回應於該可移動部件之運動自一原位鍊輪移動一鏈條至一目的鍊輪；一向該鏈條引導件提供一偏置力以拉緊該鏈條的偏置裝置；及一具有一控制元件的運動阻抗裝置，該控制元件被用於一信號施加以促使該運動阻抗裝置選擇性地施加及移除對該鏈條引導件之運動的阻抗，但不移除由該偏置裝置所提供之阻抗；其中當該鏈條引導件自該原位鍊輪移動該鏈條至該目的鍊輪時，該運動阻抗裝置可操作地移除對該鏈條引導件之運動的阻抗，但不移除由該偏置裝置所提供之阻抗。
  2. 如請求項1之裝置，其中在該鏈條引導件開始自該原位鍊輪移動該鏈條至該目的鍊輪前，該運動阻抗裝置可操作地移除對該鏈條引導件之運動的阻抗，但不移除由該偏置裝置所提供之阻抗。
  3. 如請求項1之裝置，其中該運動阻抗裝置為一電操作運動阻抗裝置。
  4. 如請求項1之裝置，其中該運動阻抗裝置包含一運動防止裝置，該運動防止裝置防止該鏈條引導件之除了用於自該原位鍊輪引導該鏈條至該目的鍊輪的運動以外的運動。
  5. 如請求項1之裝置，其進一步包括一控制該運動阻抗裝置之操作的阻抗控制裝置。
  6. 如請求項5之裝置，其中該阻抗控制裝置包括一開關。
  7. 如請求項5之裝置，其進一步包括一被用於控制該鏈條引導件自 該原位鍊輪至該目的鍊輪之運動的變速控制裝置，其中該阻抗控制裝置被安裝緊密靠近該變速控制裝置。
  8. 如請求項7之裝置，其中該阻抗控制裝置被結合至該變速控制裝置。
  9. 如請求項8之裝置，其中該變速控制裝置包含一操作元件，且其中該阻抗控制裝置被結合至該操作元件。
  10. 如請求項9之裝置，其中該阻抗控制裝置在該操作元件之操作期間移動。
  11. 如請求項10之裝置，其中該阻抗控制裝置在該操作元件之操作期間操作該運動阻抗裝置。
  12. 如請求項11之裝置，其中該阻抗控制裝置在該操作元件之操作期間與該操作元件一同移動。
  13. 如請求項12之裝置，其中該阻抗控制裝置包括一開關，該開關在該操作元件之操作期間被操作。
  14. 如請求項13之裝置，其中該開關被安裝至該操作元件之一手動操作部分。
  15. 如請求項14之裝置，其中該開關被安裝至該操作元件之一表面，該開關被手動按壓以操作該操作元件。
  16. 如請求項15之裝置，其中該開關包括一按鈕。
  17. 如請求項15之裝置，其中該操作元件包括一控制桿。
  18. 如請求項15之裝置，其中該操作元件包括一按鈕。
  19. 如請求項1之裝置，其中該鏈條引導件被旋轉結合至該可移動部件，其中該偏置裝置偏置該鏈條引導件以便在一第一旋轉方向中旋轉，且其中該運動阻抗裝置阻抗該鏈條引導件在一相反於該第一旋轉方向的第二旋轉方向中的旋轉。
  20. 如請求項19之裝置，其中該運動阻抗裝置阻抗該鏈條引導件在該 第一旋轉方向及該第二旋轉方向中的旋轉。
  21. 如請求項20之裝置，其進一步包括：一控制該運動阻抗裝置之操作的阻抗控制裝置；及一包含一手動操作元件的變速控制裝置，該手動操作元件被用於控制該鏈條引導件自該原位鍊輪至該目的鍊輪的移動，其中該阻抗控制裝置包括一被安裝至該操作元件之一表面的開關，該開關被按下以操作該操作元件。
  22. 如請求項21之裝置，其中該開關包括一按鈕。
  23. 如請求項1之裝置，其中該運動阻抗裝置改變對該鏈條引導件之運動的阻抗，其僅藉由改變阻抗但不改變由該偏置裝置所提供之阻抗。
  24. 一種自行車撥鏈器裝置，其包括：一用於結合至一自行車車架的基部部件；一被結合以相對於該基部部件運動的可移動部件；一鏈條引導件，被結合至該可移動部件以便回應於該可移動部件之運動自一原位鍊輪移動一鏈條至一目的鍊輪；一向該鏈條引導件提供一偏置力以拉緊該鏈條的偏置裝置；一具有一控制元件的運動阻抗裝置，該控制元件被用於一信號施加以促使該運動阻抗裝置選擇性地施加及移除對該鏈條引導件之運動的阻抗，但不移除由該偏置裝置所提供之阻抗；其中當該鏈條引導件自該原位鍊輪移動該鏈條至該目的鍊輪時，該運動阻抗裝置可操作地移除對該鏈條引導件之運動的阻抗，但不移除由該偏置裝置所提供之阻抗；及一控制該運動阻抗裝置之操作的阻抗控制裝置；其中該阻抗控制裝置定位遠離該運動阻抗裝置。
  25. 如請求項24之裝置，其中該阻抗控制裝置經構形以安裝至該自行 車之一把手。
  26. 如請求項24之裝置，其中該運動阻抗裝置改變對該鏈條引導件之運動的阻抗，其僅藉由改變阻抗但不改變由該偏置裝置所提供之阻抗。
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