CN1098786C - 自行车用变速装置 - Google Patents

Abstract

一种自行车用变速装置，内装变速曲柄具有曲柄轴，可旋转地支承曲柄轴的下轴承架，可旋转地连结于曲柄轴左右端的左右曲柄臂，配置在曲柄轴外周侧的变速部、链轮。变速部包括直接传递与减速传递路线，连结曲柄轴与链轮的行星齿轮机构，用于从2条动力传递路线中选择一条的离合器机构，用于使离合器机构进行选择动作的同时，使向减速传递路线的选择动作以与曲柄臂的上死点与下死点相配合地来进行的离合器动作机构。

Description

自行车用变速装置

本发明涉及一种变速装置，特别是从多种变速比中选择出规定的变速比，对来自曲柄的动力进行变速而输出的自行车用变速装置。

一般对于自行车用的内装变速装置来说，有在自行车的曲柄轴上变速的前变速装置与在后轮毂上变速的后变速装置。

这种内装变速装置，一般具有行星齿轮机构。行星齿轮机构具有内齿轮，中心齿轮，与内齿轮和中心齿轮相啮合的行星齿轮，支承行星齿轮的支座。众所周知，在这种具有行星齿轮机构的内装变速装置中，利用有锁定爪的离合器机构有选择地锁定与解除锁定行星齿轮机构的构成元件中的任一个来进行变速。锁定爪是利用离合器动作机构强制地向锁定解除方向动作，该离合器动作机构具有容纳锁定爪前端的容纳孔。

在这种利用离合器动作机构操作离合器机构的锁定爪来进行变速的结构中，在传递脚踏板的踏力的状态下，通过锁定爪将动力传递给构成元件时，欲要解除锁定爪就需要较大的力，因而变速操作加重，难以进行变速操作。因此，在利用锁定爪进行变速的内装变速装置中，通常，在变速时要停止蹬脚踏板，通过锁定爪不再传递动力。

为了在蹬脚踏板时也能进行变速操作，在日本特开昭64-18792号公报上公开了辅助变速操作的前变速装置。该前变速装置，具有将锁定爪控制到锁定位置与锁定解除位置的离合器爪，利用离合器动作机构使离合器爪动作，使锁定爪强制地向锁定解除方向动作。

在上述现有的利用离合器动作机构通过离合器爪强制地使锁定爪动作的变速装置中，不是利用离合器动作机构直接使锁定爪动作，而是通过离合器爪间接地使其动作。因此，即使正在通过锁定爪将动力传递给构成元件时，也能与锁定爪无关地进行变速操作。但是，由于在离合器动作机构与锁定爪之间夹装有离合器爪，有可能使得变速操作所用的机构复杂，增加重量与价格。

本发明的课题是既不增加重量与价格，也可以较小的力进行变速操作。

一种涉及发明1的自行车用变速装置，是从多种变速比中选择出规定的变速比对来自曲柄的动力进行变速而输出的装置。包括驱动体，动力传递机构，从动体，离合器机构，离合器动作机构。驱动体是能与曲柄连结的构件。动力传递机构具有变速比不同的多种动力传递路线，通过所选择出的动力传递路线来传递驱动体的旋转所用的机构。从动体是通过动力传递机构与驱动体连结的构件。离合器机构是用于从多种动力传递路线中选择其中之一的机构。离合器动作机构是使离合器机构进行选择动作的同时，使其中的至少一个选择动作与曲柄的规定旋转相位相配合地进行的机构。

在该变速装置中，当曲柄旋转时，驱动体即旋转，驱动体的旋转通过由离合器机构选择出的动力传递路线传递给从动体，从动体则以规定的变速比进行旋转。在进行变速操作时，离合器动作机构使离合器机构进行选择动作，选择出多条动力传递路线中之一。该选择动作之中至少有一种选择动作，是利用离合器动作机构以与曲柄的规定旋转相位相配合地来进行。将该规定的旋转相位设定在传递力矩变小的例如曲柄的上死点或下死点附近，能使选择动作在离合器机构为低负荷的状态下来进行。在此，用于利用离合器动作机构直接使离合器机构进行选择动作，并且至少使一个选择动作是以与曲柄的旋转相位相配合地来进行，所以，不论在任何状态下进行变速操作，也能使实际的选择动作以与曲柄的旋转相位相配合地来进行。这样，既不增加重量也可以较小的力进行变速操作。

一种涉及发明2的自行车用内装变速装置，在发明1所述的装置上，离合器动作机构能使由大的变速比向小的变速比、或由小的变速比向大的变速比进行变速的选择动作，全部以与曲柄的规定旋转相位相配合地来进行。在这种情况下，能使变速操作上需要力的高速一侧或低速一侧的变速方向中任一方向上的变速，以与曲柄的规定旋转方向相配合地来进行。

一种涉及发明3的自行车用内装变速装置，在发明1所述的装置上，离合器动作机构只使由第1变速比向第2变速比进行变速的选择动作以与曲柄的规定的旋转相位相配合地来进行。在这种情况下，可使在变速操作上最需要力的变速以与曲柄的规定旋转相位相配合地来进行。

一种涉及发明4的自行车用内装变速装置，在发明1～3中任一所述的装置上，离合器动作机构是当曲柄配置在上死点与下死点附近时，使离合器机构进行至少一种选择动作。在这种情况下，不论负荷是在任何状态下进行变速操作，由于实际的选择动作是在曲柄处于上死点或下死点负荷最低时进行，所以能以较小的力进行变速操作。

一种涉及发明5的自行车用内装变速装置，在发明1～4中任一所述的装置上，驱动体为与曲柄连结，旋转自如地支承在自行车的车架上的曲柄轴，从动体是架设链条的链轮。在这种情况下，前变速既不增加重量与价格，也可以较小的力进行变速操作。

一种涉及发明6的自行车用内装变速装置，在发明1～4中任一所述的装置上，驱动体是为了安装通过链条与曲柄齿轮连结的小齿轮，而旋转自如地支承在自行车的轮毂轴上的构件，从动体是构成自行车后轮的轮毂壳。在这种情况下，后变速既不增加重量与价格，也可以较小的力进行变速操作。

一种涉及发明7的自行车用内装变速装置，在发明1～5中任一所述的装置上，动力传递机构具有围绕着曲柄轴旋转自如的中心齿轮，围绕着曲柄轴旋转自如的支座，旋转自如地安装在支座上并与中心齿轮相互啮合的行星齿轮，不可旋转地固定在自行车的车架上并与行星齿轮相互啮合的内齿轮，以及当曲柄轴向前进方向旋转时、连结中心齿轮与曲柄轴的第1单向超越离合器；离合器机构具有在连结状态与隔断状态之间摆动自如地安装在曲柄轴上、并且在连结状态时前端能与支座卡合的锁定爪，以及使锁定爪向连结状态一侧依附的施力构件。在这种情况下，利用离合器动作机构使锁定爪成为连结状态时，旋转由曲柄轴传递给支座，曲柄的旋转原封不动地传递给链轮，链轮以与曲柄轴相同的旋转速度旋转。另一方面，离合器动作机构使锁定爪由连结状态成为隔断状态时，曲柄轴的旋转通过第1单向超越离合器传递给中心齿轮而减速，然后通过支座传递给链轮。在欲要由该连结状态成为隔断状态时，由于动力正在通过锁定爪由曲柄轴传递给支座，所以，通常需要大的操作力。但是，若按照曲柄的规定旋转相位使离合器动作机构由连结状态成为隔断状态时，小的操作力即可。

一种涉及发明8的自行车用内装变速装置，在发明7所述的装置上，还包括当曲柄轴向后退方向旋转时，连结支座与曲柄轴的第2单向超越离合器。在这种情况下，当曲柄轴向后退方向旋转时，旋转由曲柄轴传递给支座，链轮向后退方向旋转。因此，在装有具备倒轮制动的后轮毂的自行车上，也能使用该变速装置。

图1是采用本发明的一实施例的自行车侧视图，

图2是其变速操作部的立体图，

图3是其内装变速曲柄的半剖视图，

图4是内装变速曲柄的正面局部剖视图，

图5是离合器动作机构的分解立体图，

图6是离合器动作机构的分解立体图，

图7是离合器接通时的放大剖视图，

图8是离合器断开时的放大剖视图。

在图1中，采用本发明的一实施例的自行车是轻便车，包括车架1，车把部4，装有高低2级变速的内装变速曲柄18的驱动部5，前轮6，后轮7，前后制动装置8(图中只示出前轮用)，以及用于在手边操作内装变速曲柄18的变速操作部9，上述车架1具有双框形架体2与前叉3。

在车架1上，装有包括车座11与车把部4的各部。车把部4具有固定在前叉3上部的车把轴管14与固定在车把轴管14上的车把杆15。在车把杆15的两端，装有构成制动装置8的制动杠杆16与把手17。在右侧的制动杠杆16上，装有通过变速缆绳(后述)与内装变速曲柄18连结的变速操作部9。

变速操作部9如图2所示，具有与摆动自如地支承右侧(前轮用)的制动杠杆16的制动支架一体形成的主体部20，转动自如地安装在主体部20上的操作部23。在主体部20上，设有用于表示高低(H，L)2级变速位置的指示器22。在主体部20上，还固定着变速缆绳21的外壳21a。变速缆绳21的内缆绳21b固定在操作部23上，由于操作部23的转动在外壳21a内进退。

驱动部5具有设置在架体2的筒状吊架部2a(图3)内的内装变速曲柄18，架设在内装变速曲柄18上的链条19，装有小齿轮的后轮毂10。

内装变速曲柄18如图3与图4所示，具有曲柄轴(驱动体的一例)31，安装在架体2的吊架部2a内，旋转自如地支承曲柄轴31的下轴承架32，不可旋转地连结在曲柄轴31的左右端的左右曲柄臂33a与33b，配置在曲柄轴31外周侧的具有高低2级变速比的变速部34，通过变速部34连结在曲柄轴31上的链轮(从动体的一例)35。

曲柄轴31是在两端具有剖面大致为矩形的圆锥面31a的中空筒状构件，在圆锥面31a上不可旋转地安装着左右曲柄臂33a，33b。曲柄臂33a，33b是由轴螺栓31b固定。

下轴承架32具有支承曲柄轴31的筒状轴承架主体41，图3中与轴承架主体41的右端一体形成的有底筒状壳体部42，图3中安装于轴承架主体41左端的筒状螺母43。下轴承架32是安装在吊架部2a内，是将由吊架部2a的右端插入内部的轴承架主体41由左端一侧的筒状螺母43锁紧。

壳体部42是有底筒状的构件，如图7所示，具有壁部42a，在壁部42a的外周侧与壁部42a一体形成的筒部42b，壁部42a的内周侧的突出部42c。在壳体部42的壁部42a上，如图5所示，用螺栓固定着导板44。

导板44是环形的板状构件。在导板44的周边部形成有卡在架体2上的止动部44a，从止动部44a向前方延伸的缆绳止动部44b，从止动部44a向后方延伸的弹簧止动部44c。一端止动在变速操作部9的主体部20上的变速缆绳21的外壳21a的另一端止动在缆绳止动部44b上。将后述的转动板81(图6)拉向后方的螺旋弹簧86的一端，挂在弹簧止动部44c上。壳体部42借助导板44不可旋转地卡在架体2上。

在曲柄臂33a，33b之中，左侧的曲柄臂33a与现有的曲柄臂具有相同的构造。右侧的曲柄臂33b，在其根端部具有皿状的容纳部50，并且在容纳部50的中心部具有轮毂部51。在容纳部50内装有变速部34的一部与反转用单向超越离合器52。单向超越离合器52只把曲柄臂33a，33b的后退方向的旋转通过变速部34传递给链轮35。右滚珠压套53可向旋转方向旋转规定角度地安装在轮毂部51的外周上，单向超越离合器52通过右滚珠压套53与变速部34连结。在该右滚珠压套53左侧面上，固定有用于在反转时使后述的单向超越离合器55倾倒而断开的隔离环53a。

变速部34包括：有直结传递路线与减速传递路线这样两条动力传递路线的行星齿轮机构60，用于从两条动力传递路线中选择一条的离合器机构61，为使离合器机构61在进行选择动作时，至少使其中的一个选择动作以与曲柄臂33a与33b的上死点与下死点相配合地来进行的离合器动作机构62。

行星齿轮机构60如图7所示，配置在壳体部42的内部，具有通过单向超越离合器55与曲柄轴31连结的中心齿轮63，形成于壳体部42的筒部42b内周面上的内齿轮64，与中心齿轮63和内齿轮64相互啮合的3个行星齿轮65(图中只示出1个)，旋转自如地支承3个行星齿轮65的支座66。

中心齿轮63同心地配置在曲柄轴31的外周侧，通过单向超越离合器55与曲柄轴31连结。单向超越离合器55只将曲柄轴31的前进方向的旋转(图4中顺时针方向的旋转)传递给中心齿轮63。该单向超越离合器55在反转时由隔离环53a使其倾倒。

3个行星齿轮65等间隔地配置在圆周方向，具有沿轴向并排配置的大齿轮部65a与小齿轮部65b。大齿轮部65a与内齿轮64相互啮合，小齿轮部65b与中心齿轮63相互啮合。行星齿轮65由齿轮轴67旋转自如地支承在支座66上。

支座66是大致筒状的构件，在外周部具有容纳3个行星齿轮65的3个空间。支座66的右端内周面由轴支承部68旋转自如地支承在曲柄臂33b上。支座66的左端外周面由轴承部69旋转自如地支承在壳体部42内。因此，支座66围绕着曲柄轴31旋转自如。在支座66的右端部不可旋转地安装有链轮35。在支座66的右端内周面上还装有单向超越离合器52。另外，在支座66的左端内周面上安装有离合器机构61。

离合器机构61在离合器接通状态下，只将曲柄轴31的前进方向的旋转传递给支座66，在离合器断开状态下，将支座66与曲柄轴31隔断。离合器机构61具有在连结状态与解除状态之间摆动自如地安装在曲柄轴31上的2个锁定爪70，使2个锁定爪70向连结状态一侧依附的弹簧构件71，形成于支座66的内周面上的锁定齿72。锁定爪70与支座66的左端内周部相对向地配置，并在圆周方向上呈间隔配置。锁定齿72在支座66的与锁定爪70相对向的内周面上形成为波形。

其结果，支座66在曲柄臂33a，33b向后退方向(图4中逆时针方向)旋转时，通过单向超越离合器52向后退方向旋转，在离合器机构61处于接通状态下，当曲柄轴31向前进方向(图4中顺时针方向)旋转时，与曲柄轴31一起向前进方向旋转。

离合器动作机构62是用于使离合器机构61的锁定爪70由连结状态强制地倒向隔断状态的机构。离合器动作机构62如图5～图7所示，具有与支座66的左侧面隔以间隔相对向地配置的凸轮板80，隔着壳体部42的壁部42a与凸轮板80相对向配置的转动板81，连结凸轮板80与转动板81的3根连结销82，使凸轮板80靠向支座66一侧的3个螺旋弹簧83。

凸轮板80由3根连结销82左右移动自如地支承在壳体部42的壁部42a上。另外，内周部移动自如地支承在壳体部42的突出部42c上。在凸轮板80的内周部，在相距180度的2处形成有向支座66一侧突出的凸轮85。凸轮85是为了在锁定解除时利用曲柄轴31的旋转，使离合器机构61的锁定爪70从连结状态倒向隔断状态而形成的，具有向图5右方突出的平坦面85a，从平坦面85a向比其低的基准面85c倾斜形成的导向面85b，以使平坦面85a的外周侧比内周侧长。该凸轮85的导向面85b，其形成是为了在由于曲柄轴31的旋转而使锁定爪70从连结状态倒向隔断状态时，将锁定爪70引导到凸轮板80的内周面上。该导向面85b的形成位置是在曲柄臂33a，33b处于上死点与下死点附近时，使2个锁定爪70同时倒向隔断状态的位置。

转动板81如图6所示，是一部分为缺口的环状，在圆周方向隔以间隔地形成有3个连结销82贯穿其中的3个通孔81a。转动板81借助贯穿该通孔81a的3个连结销82转动自如地支承于壳体部42上。在图6中形成通孔81a的部分的左侧面上，形成有凸轮部87。凸轮部87具有向左方突出的平坦面87a，由平坦面87a向比平坦面87a低的基准面87c沿圆周方向倾斜的倾斜面87b。在转动板81的一端形成有沿着径向突出的突出部81b，在该突出部81b上形成有凹部81c与弹簧止动部81d。在凹部81c上，装有使变速缆绳21的内缆绳21a止动的止动螺母89。另外，螺旋弹簧86的一端止动于导板44的弹簧止动部44c上，其另一端止动于弹簧止动部81d上。因此，使转动板81在图6中始终保持顺时针旋转方向。

由凸轮87止动的止动板82a安装在连结销82上，并随转动板81的转动而左右移动。螺旋弹簧83以压缩状态配置在连结销82的外周侧，在图6中向右方推压凸轮板80。

变速部34可通过直接传递路线与减速传递路线中任一条来传递动力，上述直接传递路线是动力从曲柄轴31经由离合器机构61～支座66直接传递给链轮35，减速传递路线是动力经由中心齿轮63～行星齿轮65～支座66传递给链轮35。

变速操作部9位于高速一侧时，转动板81受内缆绳21b牵引。于是，如图7所示，由于止动板82a位于凸轮部87的平坦面87a上，所以，连结销82位于左方，凸轮板80退避到左侧的非工作位置。在这种状态下，离合器机构61的锁定爪70成为不受凸轮板80限制的连结状态。其结果，曲柄轴31的旋转通过离合器机构61的锁定爪70直接传递给支座66，再由支座66传递给链轮35。因此，链轮35以与曲柄轴31相同的旋转速度高速旋转。

另一方面，若将变速操作部9操作到低速一侧，变速缆绳21的内缆绳21b松弛下来，转动板81受螺旋弹簧86牵引，在图6中沿顺时针方向转动。于是，如图8所示，由于止动板82a位于基准面87c上，所以，凸轮板80受螺旋弹簧83推动，向右向行进到工作位置一侧。

在这种状态下，当曲柄轴31旋转时，由于旋转使锁定爪70到达凸轮85的导向面85b时，锁定爪70的前端被引导向内周侧。当锁定爪70被引导到凸轮板80的内周面上时，受螺旋弹簧83挤压的凸轮板80进一步向右方前进，如图8所示，锁定爪70进入凸轮板80的内周面内，从连结状态倒向隔断状态。锁定爪70倒向隔断状态时，曲柄轴31的旋转从单向超越离合器55通过中心齿轮63传递给支座66。因此，链轮35进行减速旋转。这时，锁定爪70倾倒的时间由凸轮85的形成位置来决定，是曲柄臂33a，33b处于上死点或下死点附近时。因此，由于动力几乎不由锁定爪70传递，所以能使锁定爪70顺利地倾倒。

在此，假定大齿轮部65a的齿数T1为24，小齿轮部65b的齿数T2为15，中心齿轮63的齿数T3为51，内齿轮64的齿数T4为90时，则

变速比R＝(T1×T3)/((T1×T3)±(T2×T4))

将上述数值代入该式时，变速比R为0.4755，曲柄轴31旋转一圈时，链轮35旋转0.4755圈。

因此，与直接传递的情形相比，在减速的情况下，链轮35的转数约为1/2。象这样，由于以大齿轮部65a与小齿轮部65b构成行星齿轮65，并配置成使大齿轮部65a与内齿轮64相互啮合，小齿轮部65b与中心齿轮63相互啮合，所以，与使用齿部是一个行星齿轮的情形相比，能大大减速。

另外，当曲柄臂33a，33b向后退方向旋转时，曲柄轴31与右滚珠压套53相对旋转一规定角度，隔离环53a使单向超越离合器55的爪倾倒。这是为了避免在反转时由支座66通过行星齿轮65而被动旋转的中心齿轮63由曲柄轴31引起高速旋转，以致由2个单向超越离合器52，55而发生锁定的现象。其结果，不论在哪一种变速位置时，动力都不能通过离合器机构61和单向超越离合器55传递给行星齿轮机构60。这时，动力通过单向超越离合器52传递给支座66，链轮35向后退方向反转。其结果，后轮毂10反转，即使将倒轮制动机构安装在后轮毂10上，也可以进行制动操作。再者，在通常未安装倒轮制动的后轮毂的情况下，没有安装该单向超越离合器52与隔离环53a的必要。

在此，由于利用离合器动作机构62直接使离合器机构61进行选择动作，并且以与曲柄臂33a，33b的上死点或下死点相配合地进行由高速级到低速级的选择动作，所以，不论在任何状态下进行变速操作，都能使实际的选择动作以与曲柄臂33a，33b的旋转相位相配合地来进行。这样，既不增加重量与价格，也可以较小的力进行变速操作。

(a)在上述实施例中对将本发明适用于前变速装置上的例子进行了说明，但本发明也能适用于安装在后轮毂10内的后变速装置上，其驱动体为了安装通过链条19与链轮35连结的小齿轮而旋转自如地支承在自行车的轮毂轴上，从动体是构成自行车后轮的轮毂壳。

(b)在上述实施例中，是利用凸轮使离合器机构动作，但离合器动作机构的构成不仅限于凸轮。

(c)在上述实施例中，是以高低2级变速的变速装置为例对本发明进行了说明，但是变速级数不仅限于2级，2级以上几级都可。

(d)在上述实施例中，2条动力传递路线是经由行星齿轮机构，但是直接传递路线也可以不必一定经由行星齿轮机构，也可以将驱动体与从动体直接连结。

如上所述，根据本发明，是利用离合器动作机构直接使离合器机构进行选择动作，并且使至少一种选择动作是以与曲柄的旋转相位相配合地来进行。因此，不论在任何状态下进行变速操作也能使实际的选择动作以与曲柄的旋转相位相配合地来进行。这样，既不增加重量及价格，也可以较小的力进行变速操作。

Claims (7)

1.一种自行车用前变速装置，包括：

可与自行车的曲柄连接的驱动体；

具有变速比不同的多条动力传递路线、通过所选择出的动力传递路线来传递上述驱动体的旋转的动力传递机构；

通过上述动力传递机构与上述驱动体连结的从动体；

具有用于从上述多种动力传递路线中选择一种的连结状态和隔断状态的离合器机构；

设置在上述自行车中的不能旋转但能沿轴向自由移动的、在上述连结状态和上述隔断状态间切换上述离合器机构的凸轮板构成的离合器动作机构，

其特征在于：

上述凸轮板在圆周方向上离开180度的位置设置仅有的两个凸轮，对于所述自行车而言，仅在上述曲柄转至规定的旋转位置时，上述离合器机构才到达上述凸轮板的上述仅有的两个凸轮位置，上述凸轮作用于上述离合器机构，将上述连结状态切换到上述隔断状态；

上述曲柄的上述规定的旋转位置处在该曲柄的上死点或下死点附近。

2.根据权利要求1所述的自行车用前变速装置，其特征在于：上述离合器机构由两个锁定爪构成，上述两个锁定爪到达上述两个凸轮位置时，这两个锁定爪同时切换到所述隔断状态。

3.根据权利要求1或2所述的自行车前用变速装置，其特征在于：上述离合器动作机构能使由大的变速比向小的变速比、或由小的变速比向大的变速比进行变速的所有选择动作，全部在曲柄的所述规定旋转位置进行。

4.根据权利要求1或2所述的自行车用前变速装置，其特征在于：上述离合器动作机构只使由第1变速比向第2变速比进行变速的选择动作在上述曲柄的所述规定旋转位置进行。

5.根据权利要求1或2所述的自行车用前变速装置，其特征在于：上述驱动体是与上述曲柄连结，旋转自如地支承在自行车架上的曲柄轴，上述从动体是架设链条的链轮。

6.根据权利要求1所述的自行车用前变速装置，其特征在于：上述驱动体是曲柄轴，上述动力传递机构包括围绕着上述曲柄轴旋转自如的中心齿轮；围绕着上述曲柄轴旋转自如的支座；旋转自如地安装在上述支座上，并且与上述中心齿轮相互啮合的行星齿轮；不可旋转地固定在上述自行车的车架上，并且与上述行星齿轮相互啮合的内齿轮；以及当上述曲柄轴向前进方向旋转时，连结上述中心齿轮与曲柄轴的第1单向离合器；上述离合器机构具有在连结状态与隔离状态之间摆动自如地安装在上述曲柄轴上，并且在连结状态时，前端能与上述支座卡合的锁定爪，以及使上述锁定爪向上述连结状态一侧依附的施力构件。

7.根据权利要求6所述的自行车用前变速装置，其特征在于：还具有上述曲柄轴向后退方向旋转时，连结上述支座与上述曲柄轴的第2单向离合器。

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