TWM513168U - 能反向空轉進行後變速之自行車機構 - Google Patents

Description

能反向空轉進行後變速之自行車機構

本創作係一種能反向空轉進行後變速之自行車機構，尤指在一自行車之車架上，鄰近飛輪的位置分別裝設二後變速器，令該自行車之踏板向前踩踏或向後空轉時，該等後變速器皆能正確且精準地帶動鏈條，以完成變速調整的機構。

近年來，國人健身休閒風氣日盛，自行車由於兼具運動、代步及踏青的優點，故吸引越來越多人投入參與，而廠商為了能獲得消費者的青睞，亦針對自行車上的各個配件，不斷進行研發改良，以改善騎乘性能與便利性，其中，變速器(derailleur)是現今自行車上十分重要且常用的配件之一，其能調整自行車上鏈條之位置，以改變使用者踩踏力道的傳輸路徑，讓使用者能根據不同的路況，選擇相對應的騎乘方式。雖然，變速器的發展已有數十年的歷史，然而，在許多看似必要的操作方式中，其實存在有許多可改良之處，能讓自行車的性能更符合使用者的需求。

茲扼要說明自行車的變速原理如後，請參閱第1圖所示，係一自行車的架構示意圖，該自行車1的車架(包括立管A1(seat tube)、下管A2(down tube)、上管A3(top tube)、後下叉A4(chain stay)、後上叉A5(seat stay))上分別設有一大齒盤11(chain wheel)及複數個不同大小的飛輪12(free wheel)，該大齒盤11之心軸的兩端係分別透過一曲柄111， 樞接有踏板112(pedal)，該等飛輪12則樞接於該自行車之後輪上，在使用者向前踩踏踏板112時，該大齒盤11能透過一鏈條13(chain)，帶動相囓接的飛輪12，以使自行車之後輪向前轉動；而在使用者向後踩踏踏板112時，該大齒盤11雖亦能帶動相囓接的飛輪12，但此時該等飛輪12之心軸並無法帶動該後論，而會呈現空轉狀態。

承上，第1圖所示係自行車的「後變速」機制(亦有「前變速」機制，原理與「後變速」相同，故在此即不贅述)，該後變速器14係裝設於該自行車上鄰近該等飛輪12之位置，在使用者轉動或撥動握把15(grip)上之一後變速控制桿16(shifter，多裝設於鄰近握把之位置)時，該後變速控制桿內之一變速線160會隨之拉緊或放鬆，以調整該後變速器14的位置，例如：使用者調整該後變速控制桿16至「低檔位」時，該後變速器14及其上相囓合的鏈條13會位移至對應於最小飛輪12之位置，令使用者能較為省力地踩踏，但自行車的前進速度較慢；反之，使用者調整該後變速控制桿16至「高檔位」時，該後變速器14及其上相囓合的鏈條13會位移至對應於最大飛輪12之位置，此時使用者的踩踏雖然較為費力，但自行車的前進速度較快，如此，使用者便能依不同的地形與騎乘需求，將鏈條調整至適合的飛輪上。

由於，後變速器14的原理係透過改變鏈條13的位置，切換至不同的飛輪12，故，使用者必須在騎乘過程中轉動或撥動該後變速控制桿16，始能確保鏈條13切換時的正確及精準；若使用者係在自行車「靜止」或「空轉」時撥動該後變速控制桿16，則鏈條13將會由飛輪12上脫落，形成無法正常運轉的「落鏈」狀態，致使使用者必須花費額外的時間重新 將鏈條13組裝至飛輪12上。

前述「只有在自行車前進時，才能進行變速切換」的控制方式已成為變速器在使用上的絕對準則，然而，此一控制方式仍會造成使用者在騎乘上的若干不便，例如：當使用者控制自行車處於「高檔位」之狀態，並因為路況緣故(如：紅綠燈或行人)停下後，此時，若使用者欲重新前進時，將必須耗費極大力道，始能克服「高檔位」狀態下的囓合力，以推動該大齒盤11，且必須在自行車重新開始前進後，始能再度調整檔位。有鑑於前述問題，創作人乃思及，是否能對自行車之變速機構進行調整，以突破「只有在自行車前進時，才能進行變速切換」的刻板印象與規則？因此，如何設計出一種新的自行車機構，以改變變速的控制方式，即成為本創作在此亟欲探討並解決之一重要課題。

有鑑於習知自行車僅能在前進時進行變速切換，致使使用者無法根據當前路況，隨時自由切換變速的缺憾，創作人憑藉著多年來研究自行車結構的經驗，手動對自行車的各個結構進行測試、改良與拆解，經過反覆的實驗後，終於設計出本創作之一種能反向空轉進行後變速之自行車機構，期能提供一種更為便利且人性化的自行車技術。

本創作之一目的，係提供一種能反向空轉進行後變速之自行車機構，包括一車架、至少一大齒盤、複數個飛輪、一第一後變速器、一第二後變速器及一鏈條，該車架上裝設有一後變速控制桿，該後變速控制桿上延伸設有一變速線；該大齒盤之心軸樞接在該車架之一立管、一下管及一後下叉之銜接處，且其兩端分別固定有一曲柄，各該曲柄分別樞接有 一踏板，以在該等踏板被向前踩踏的情況下，該大齒盤能向前轉動；該等飛輪之心軸兩端係固定在該車架之該後下叉與一後上叉之銜接處，且該飛輪之心軸僅能在向前轉動時同步帶動一後輪向前轉動，該飛輪之心軸向後轉動時則呈空轉狀，不會帶動該後輪；該第一後變速器之一端係固定在該後下叉與該後上叉之銜接處，且能與該變速線相連接，該第一後變速器之另一端則樞設有一第一輪板，該第一輪板上樞接有一第一操控輪及一第一惰輪，該第一操控輪與該第一惰輪間保持一間距；該第二後變速器之一端係固定至該後下叉，且能與該變速線相連接，該第二後變速器之另一端樞設有一第二輪板，該第二輪板上樞接有一第二操控輪；該鏈條係依序囓接在該大齒盤、第二操控輪、該等飛輪的其中之一個、第一操控輪、第一惰輪及大齒盤上，以在該等踏板被向前踩踏，且該第一後變速器及第二後變速器被該後變速控制桿之變速線帶動，而變速至另一飛輪時，該第一操控輪會使該鏈條上即將囓接至當前之該飛輪的一預定鏈部位移至該另一飛輪的垂直位置，令該預定鏈部無法與當前之該飛輪上的一預定輪齒相囓接，嗣，該預定輪齒會隨著當前之該飛輪的向前轉動，將鏈條由當前之該飛輪撥離，令該鏈條能完全囓接至該另一飛輪；反之，在該等踏板被向後踩踏，使該後輪呈現空轉，且該第一後變速器及第二後變速器被該後變速控制桿之變速線帶動，而變速至另一飛輪時，該第二操控輪會使該鏈條上即將囓接至當前之該飛輪的一預定鏈部位移至該另一飛輪的垂直位置，令該預定鏈部無法與當前之該飛輪上的一預定輪齒相囓接，嗣，該預定輪齒會隨著當前之該飛輪的向後轉動，將鏈條由當前之該飛輪撥離，令該鏈條能完全囓接至該另一飛輪。

為便 貴審查委員能對本創作之技術、結構特徵及其目的有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

1‧‧‧自行車

11‧‧‧大齒盤

111‧‧‧曲柄

112‧‧‧踏板

12‧‧‧飛輪

120‧‧‧預定輪齒

13‧‧‧鏈條

130‧‧‧預定鏈部

14‧‧‧後變速器

15‧‧‧握把

16‧‧‧後變速控制桿

160‧‧‧變速線

161‧‧‧模式切換鈕

21‧‧‧第一後變速器

210‧‧‧第一輪板

211‧‧‧第一操控輪

212‧‧‧第一惰輪

22‧‧‧第二後變速器

220‧‧‧第二輪板

221‧‧‧第二操控輪

222‧‧‧第二惰輪

223‧‧‧軌道槽

224‧‧‧滾筒

51‧‧‧前變速臂

52‧‧‧後變速臂

A1‧‧‧立管

A2‧‧‧下管

A3‧‧‧上管

A4‧‧‧後下叉

A5‧‧‧後上叉

P1、P2‧‧‧脫離點

第1圖係習知自行車機構之示意圖；第2圖係本創作之自行車機構之示意圖；第3圖係本創作之自行車機構之鏈條運行示意圖；第4A圖係本創作之自行車機構之順向轉動之局部示意圖；第4B圖係本創作之自行車機構之反向轉動之局部示意圖；第5圖係本創作之自行車機構之變速器結構圖；及第6圖係本創作之另一實施例之示意圖。

本創作係一種能反向空轉進行後變速之自行車機構，請參閱第1及2圖所示，係本創作之第一較佳實施例，該自行車機構包括一車架、至少一大齒盤11、複數個飛輪12、一第一後變速器21(rear derailleur)、一第二後變速器22及一鏈條13。該車架上鄰近握把15之位置裝設有一後變速控制桿16，該後變速控制桿16係延伸設有一變速線160，在使用者轉動或撥動該後變速控制桿16時，該後變速控制桿16能拉動或放鬆該變速線160，由於，該後變速控制桿16之內部結構係屬於業界普遍的公知技術，故在此即不贅述。

該大齒盤11之心軸係樞接在該車架之一立管A1、一下管A2及一後下叉A4之銜接處，該大齒盤11之心軸兩端分別固定有一曲柄 111，各該曲柄111分別樞接有一踏板112，以令該等踏板112被向前踩踏時，能透過該等曲柄111，帶動該大齒盤11向前轉動(以下簡稱「順向轉動」)；各該飛輪12之直徑各不相同，其心軸之兩端係固定在該車架之該後下叉A4與一後上叉A5之銜接處，該飛輪12之心軸僅能在向前轉動時同步帶動一後輪向前轉動，該飛輪12之心軸向後轉動時係呈空轉狀(以下簡稱「反向轉動」)，不會帶動該後輪。

請參閱第1~3圖所示，該第一後變速器21之一端係固定在該後下叉A4與該後上叉A5之銜接處，其另一端樞設有一第一輪板210(cage plate)，該第一輪板210上樞接有一第一操控輪211(jockey pulley)及一第一惰輪212(idler pulley)，該第一操控輪211與該第一惰輪212間保持一間距，該第一後變速器21之一端係能連接至該後變速控制桿16之變速線160，在該後變速控制桿16拉緊或放鬆該變速線160時，該第一操控輪211之位置會沿著該等飛輪12之心軸的方向同步移動，以對應至其中一個飛輪12。

該第二後變速器22之一端係固定至鄰近該後下叉A4之位置(亦可直接鎖固在該後下叉A4上)，其另一端樞設有一第二輪板220，該第二輪板220上樞接有一第二操控輪221。該第二後變速器22之一端亦能連接至該後變速控制桿16之變速線160，在該後變速控制桿16拉緊或放鬆該變速線160時，該第二操控輪22之位置會沿著該等飛輪12之心軸的方向同步移動，以對應至其中一個飛輪12。該鏈條13係依序囓接在該大齒盤11、第二操控輪221、飛輪12、第一操控輪211、第一惰輪212及大齒盤11上，以能使該等元件同步轉動。

本創作所實現的變速技術，係在傳統的變速機構上，增加「反向空轉」時的第二道變速機構，意即，在踏板「順向轉動」，使自行車前進時，本創作主要透過第一後變速器21來進行變速切換，其原理與第1圖所示之習知技術大致相同，而當踏板「反向轉動」，自行車處於空轉狀態時，則主要透過該第二後變速器22進行變速切換。為使 貴審查委員能更易於理解，茲先說明習知技術中，使用者若在踏板112「反向轉動」時進行變速切換，容易「落鏈」的原因如後。

請參閱第1~3圖所示，係自行車架構的簡化示意圖(為清楚表現變速的原理，在第3圖中僅保留該大齒盤11、飛輪12及該第一後變速器21及第二後變速器22上的操控輪及惰輪)，以「高檔位」切換到「低檔位」為例，在使用者順向踩踏踏板112，並同時切換該後變速控制桿16時，該變速線160將會拉動該等後變速器21、22，使該等後變速器21、22變速至另一飛輪12(即，位移至另一飛輪12的垂直位置)，此時，如第3及4A圖所示，「該第一操控輪211」會使該鏈條13上即將囓接至當前之該飛輪12的一預定鏈部130位移至該另一飛輪12的垂直位置，令該預定鏈部130無法與當前之該飛輪12上的一預定輪齒120相囓接。

嗣，在後續向前轉動的過程中，該預定輪齒120會隨著當前之該飛輪12的向前轉動，將鏈條13上相互囓接的鏈部由當前之該飛輪12上撥離，令該鏈條13能完全囓接至該另一飛輪12，進而順利完成變速。反之，若是在「反向轉動」、且不具備該第二後變速器22的情況下，由於當前之該飛輪12上的預定輪齒120係朝「當前之飛輪12上已與該鏈條13相囓接之鏈部」的反方向位移，故將無法隨著轉動而撥正該鏈條13，致使鏈 條13會因為同時與不同大小的飛輪12相囓接，而產生「落鏈」問題。

復請參閱第1~3及4A圖所示，由另一個角度來說，在自行車上僅設有第一後變速器21的情況下，由於進行變速切換時，鏈條13脫離當前飛輪12的「脫離點P1」係位於當前之該飛輪12的下方(如第4A圖所示，實際上的脫離點P1係會依飛輪12的位置、大小之不同而有所差異，為凸顯出結構變化，第4A圖中係以飛輪12約左下角的位置進行解說)，故，當「順向轉動」(如第3圖所示之實心箭號)時，該第一後變速器21會將該鏈條13上已切換位置的鏈部(即，鏈條13的下段部)以正確方向送入該另一飛輪12，而順利完成變速；而當「反向轉動」(如第3圖所示之空心箭號)時，由於該第一後變速器21係將「當前之該飛輪12上已囓合的鏈部」朝「另一飛輪12」的方向拉動，但卻無法阻止「由該大齒盤11送往當前之該飛輪12之鏈部」的方向，故，在鏈條13上不同部位分別對應到不同飛輪12的情況下，自然會造成「落鏈」情況，而無法順利變速。

本創作之自行車機構因為加入了該第二後變速器22，因此，在「反向轉動」時，將會創造出另一個脫離點P2，以避免發生前述的「落鏈」情況，請參閱第1~3及4B圖所示，在該等踏板112被向後踩踏，使該後輪呈現空轉，且該第一後變速器21及第二後變速器22被該後變速控制桿16之變速線160帶動，而變速至另一飛輪12時，「該第二操控輪22」會使該鏈條13上即將囓接至當前之該飛輪12的一預定鏈部130位移至該另一飛輪12的垂直位置，令該預定鏈部130無法與當前之該飛輪12上的一預定輪齒120相囓接，嗣，該預定輪齒120會隨著當前之該飛輪12的向後轉動，將鏈條13由當前之該飛輪12撥離，令該鏈條13能完全囓接至該 另一飛輪12，而順利變速。如此，使用者即能在自行車駐車等紅燈時，將該鏈條13由小飛輪12變速至大飛輪12，以令自行車在綠燈起步時，能大幅增加後輪之扭力，使得起步更為省力且順暢。

由第2~3圖可清楚看出，藉由該第二後變速器22之設計，在「反向轉動」時，除了該第一後變速器21所產生的一脫離點P1外，當前之該飛輪12的上半部尚會產生另一脫離點P2，據此，由於該第二後變速器22能將調整方向後的鏈條13送入該另一飛輪12，故能避免落鏈之問題產生。

在本創作之第一較佳實施例中，該第二後變速器22係利用三司達公司生產之型號為RD-A070之後變速器改造而成，請參閱第2及5圖所示，第5圖係該第二後變速器22的俯視示意圖，該第二後變速器22包括一前變速臂51及一後變速臂52，該前變速臂51之一端係與該變速線160相連接，該後變速臂52則連接於該前變速臂51之另一端，且其上樞設有該第二操控輪221，創作人係將RD-A070後變速器上原有的第二惰輪拆除，並將該第二操控輪221上之第二輪板220切除一半，以作為置放鏈條之一軌道槽223(在本實施例中，係具有二第二輪板220，故能形成一軌道槽223)，且該軌道槽223之間設有一滾筒224(該滾筒224之兩端係樞接於各該第二輪板220上)，該滾筒224能托住該鏈條13，確保鏈條13位移時的穩定，如此，當該變速線160被放鬆或拉動時，該前變速臂51將能隨之轉動，進而令該後變速臂52及其上之該第二操控輪221帶動該鏈條13。

復請參閱第1~6圖所示，在前述實施例中，該第二後變速器22僅設有一第二操控輪221，此一作法係為了避免該第二後變速器22佔 用的空間過大，故實際施作上，業者亦可直接沿用習知的後變速器，作為該第二後變速器22使用，意即，在其他實施例中，該第二輪板上尚樞接有一第二惰輪222(請參閱第6圖所示之示意圖)，該第二操控輪221與該第二惰輪222間亦保持一間距，以令該鏈條13能通過其間，而分別囓接至該第二操控輪221與該第二惰輪222，且令該鏈條13能係依序囓接在該大齒盤11、第二操控輪221、第二惰輪222、飛輪12、第一操控輪211、第一惰輪212及大齒盤11上；如此，在該等踏板112被向前踩踏時，該大齒盤11能透過該鏈條13，依序帶動第二操控輪221、該第二惰輪222、飛輪12、第一操控輪211、第一惰輪212，同步向前轉動；反之，在該等踏板112被向後踩踏時，該大齒盤11透過該鏈條13，依序帶動第一操控輪211、該第一惰輪212、飛輪12、第二惰輪222、第二操控輪221，同步向後轉動。

另，為提高該第二後變速器22之控制性能，創作人尚針對該自行車結構做了諸多調整，茲逐一說明各細部特徵如後：

(1)以彈簧帶動第二輪板220：在三司達公司生產之型號為RD-A070之後變速器中，該後變速臂52上係設有一彈簧，以能朝上帶動該第二輪板220，創作人係保留了該彈簧，以在變速時，該第二輪板220能略為朝上推動鏈條13，以提高位移時的順暢，但該彈簧的彈力必須稍做調降(即，小於該第一後變速器51上既有的彈簧)，以防止過大彈力破壞位移的精準性。

(2)後變速器的同步與否：在前述實施例中，該後變速控制桿16係透過該變速線160，同步拉動或放鬆該第一後變速器21及第二後變速器22，惟，業者亦可設計成該後變速控制桿16之變速線係「非同步」控 制該第一後變速器21及第二後變速器22，例如：在自行車機構上設置一模式切換鈕161(如：鎖固於車架上)，該模式切換鈕161係設於該後變速控制桿160與該等後變速器21、22之間，以能調整該後變速控制桿160帶動該第一後變速器21及第二後變速器22的先後順序。如此，在該自行車向前行進，且該等踏板112被向前踩踏之模式下，該模式切換鈕161能令該第一後變速器21較該第二後變速器22先被該後變速控制桿16控制，變速至另一飛輪12；反之，在自行車處於靜止，且該等踏板112被向後踩踏之模式下，該模式切換鈕161能令該第二後變速器22較該第一後變速器21先被該後變速控制桿16控制，變速至另一飛輪12，據此，將能進一步確保在不同模式下之變速穩定性，而不致發生掉鏈或卡鏈之問題。

(3)模式切換鈕161的裝設位置：該模式切換鈕161係能固定在該車架之一上管A3或一握把15上，以方便使用者在不同模式下，分別操控該後變速控制桿16或該模式切換鈕161。當然，該模式切換鈕161亦能與該後變速控制桿16整合成一體(同理，該後變速控制桿16亦可被設於握把15、上管A3等部位)。

前述該模式切換鈕161的設計方式繁多，例如：該後變速控制桿16係具有二變速線，分別帶動二個後變速器21、22，在一般情況下，兩條變速線係同步連動，而該模式切換鈕161能解除該同步連接關係，令使用者可分別手動啟動各該後變速器21、22的切換動作(如：該後變速控制桿16或模式切換鈕161上設有兩個對應控制鈕)；或，該變速線160可進一步分岔為兩條子線，且模式切換鈕161上之一撥動開關可改變不同子 線的受力方向或角度，進而改變各該後變速器21、22被帶動的時機。

以上所述，僅為本創作之一較佳實施例，惟，本創作之技術特徵並不侷限於此，凡相關技術領域之人士，在參酌本創作之技術內容後，所能輕易思及之等效變化，均應不脫離本創作之保護範疇。

11‧‧‧大齒盤

111‧‧‧曲柄

12‧‧‧飛輪

13‧‧‧鏈條

160‧‧‧變速線

161‧‧‧模式切換鈕

21‧‧‧第一後變速器

210‧‧‧第一輪板

212‧‧‧第一惰輪

22‧‧‧第二後變速器

220‧‧‧第二輪板

221‧‧‧第二操控輪

A1‧‧‧立管

A2‧‧‧下管

A4‧‧‧後下叉

A5‧‧‧後上叉

Claims (9)

1. 一種能反向空轉進行後變速之自行車機構，包括：一車架，其上裝設有一後變速控制桿，該後變速控制桿上延伸設有一變速線；至少一大齒盤，該大齒盤之心軸樞接在該車架之一立管、一下管及一後下叉之銜接處，且其兩端分別固定有一曲柄，各該曲柄分別樞接有一踏板，以在該等踏板被向前踩踏的情況下，該大齒盤能向前轉動；複數個飛輪，該等飛輪之心軸兩端係固定在該車架之該後下叉與一後上叉之銜接處，且該飛輪之心軸僅能在向前轉動時同步帶動一後輪向前轉動，該飛輪之心軸向後轉動時則呈空轉狀，不會帶動該後輪；一第一後變速器，其一端係固定在該後下叉與該後上叉之銜接處，且能與該變速線相連接，該第一後變速器之另一端則樞設有一第一輪板，該第一輪板上樞接有一第一操控輪及一第一惰輪，該第一操控輪與該第一惰輪間保持一間距；一第二後變速器，其一端係固定至該後下叉，且能與該變速線相連接，該第二後變速器之另一端樞設有一第二輪板，該第二輪板上樞接有一第二操控輪；及一鏈條，係依序囓接在該大齒盤、第二操控輪、該等飛輪的其中之一個、第一操控輪、第一惰輪及大齒盤上；據此，在該等踏板被向前踩踏，且該第一後變速器及第二後變速器被該後變速控制桿之變速線帶動，而變速至另一飛輪時，該第一操控輪會使該鏈條上即將囓接至當前之該飛輪的一預定鏈部位移至該另一飛輪的垂直位置，令該預定鏈部無法與當前之該飛輪上的一預定輪齒相囓接，嗣，該預定輪齒會隨著當前之該飛輪的向前轉動，將鏈條由當前之該飛 輪撥離，令該鏈條能完全囓接至該另一飛輪；反之，在該等踏板被向後踩踏，使該後輪呈現空轉，且該第一後變速器及第二後變速器被該後變速控制桿之變速線帶動，而變速至另一飛輪時，該第二操控輪會使該鏈條上即將囓接至當前之該飛輪的一預定鏈部位移至該另一飛輪的垂直位置，令該預定鏈部無法與當前之該飛輪上的一預定輪齒相囓接，嗣，該預定輪齒會隨著當前之該飛輪的向後轉動，將鏈條由當前之該飛輪撥離，令該鏈條能完全囓接至該另一飛輪。
2. 如請求項1所述之自行車機構，其中該第二後變速器上係樞設有二個第二輪板，且該等第二輪板之間能形成一軌道槽。
3. 如請求項2所述之自行車機構，該第二輪板上尚樞接有一第二惰輪，該第二操控輪與該第二惰輪間亦保持一間距，以令該鏈條能通過其間，而分別囓接至該第二操控輪與該第二惰輪，且令該鏈條能係依序囓接在該大齒盤、第二操控輪、第二惰輪、飛輪、第一操控輪、第一惰輪及大齒盤上。
4. 如請求項1、2或3所述之自行車機構，該後變速控制桿係同步控制該第一後變速器及第二後變速器，由當前之該飛輪變速至該另一飛輪。
5. 如請求項1、2或3所述之自行車機構，該後變速控制桿係非同步控制該第一後變速器及第二後變速器，由當前之該飛輪變速至該另一飛輪。
6. 如請求項5所述之自行車機構，尚包括一模式切換鈕，該模式切換鈕係固定在該車架上，位於該後變速控制桿與該等後變速器之間，以能調整該後變速控制桿帶動該第一後變速器及第二後變速器的先後順序。
7. 如請求項6所述之自行車機構，該後變速控制桿或該模式切換鈕係固定在該車架之一上管上。
8. 如請求項6所述之自行車機構，該後變速控制桿或該模式切換鈕係固定 在該車架之一握把上。
9. 如請求項6所述之自行車機構，該模式切換鈕與該後變速控制桿係整合成一體。