专利名称：脚踏车用之气动式传动系统的制作方法
技术领域：
本发明关于脚踏车拔链器，更特定的说是关于由高压气体所启动的脚踏车换档器。
一种有若干齿轮的换档单元被用在一脚踏车中以更轻松的爬山或在平地时可骑得更快。一个换档系统包括一个换档控制元件及一个换档机构，骑车者用换档控制元件进行换档动作，换档机构经钢线连接换档控制元件。
举例而言，换档控制元件包括两支换档杆与一个卷线器，换档杆被操控时，卷线器经一个棘轮机构转动。换档机构有外部型及内部型。外部型换档机构有许多链轮与一换档器，这些链轮彼此平行且有不同数量的齿，换档器在这些链轮的轴向(此后被称为换档方向)往复移动且被用以引导链条到这些链轮之一上。换档器有一安装元件与导链元件，安装元件被设在脚踏车上，导链元件相对于安装元件移动并依换档方向引导链条。内部换档机构有许多传动机构及控制器，这些传动机构被设在后轮毂里且有不同齿轮比，控制器可依轮毂轴向移动或绕轮毂轴转动并选择这些传动机构之一。
在常用换档单元中，换档杆之一的操作造成卷线器经棘轮机构依一方向转动一档。结果，钢线被绕在卷线器上，且换档机构完成一次换档(例如从较高齿轮到较底齿轮)。其他换档杆的操作使棘轮机构被释放且卷线器依其他方向转动一档。结果，原先被绕在卷线器上的钢线瞬间被放松而立刻又被拉紧，且换档机构依反向完成一次换档。
骑车者在骑车时，(特别在比赛时)把大部分的努力(气力)放在踩踏板上。因此，对换档单元的重要评价是它能把骑车者为操作换档所付出的努力降低多少。为降低骑车者为操作换档所付出的努力，换档杆的行程须被缩短且它们的操作力须被减少。然而，此二需求是相抵的。举例而言，若操作行程被缩短，则操作力被增加，且若操作力被减少，则操作行程被拉长。结果，在藉换档杆卷钢线进行换档的系统中，要满足此二需求几乎不可能。
为解决此问题所用的一已知手段是受外力辅助的换档系统，其采用来自电池的动力以移动换档器的导链元件。日本公开专利申请案5-338581揭示此系统。此受辅助的系统配备有转换机构、控制机构及分度机构。转换机构具有凸轮及诸如此类被设在导链元件内部的构件，转换机构的目的是把滑轮及其他转动元件(构成导链元件)的转动转换成依换档方向的位移，亦即把转动转换成往复移动。控制机构有控制轴连接转换机构且往复移动及一对电磁线圈(electric solenoid)，其杆端啮合控制轴的侧面。此机构被用以控制导链元件的换档方向。若干有斜面及垂直面的凹部形成在控制轴的侧面而对应换档位置，且在凹部里的斜面的位置形成在侧面上的相对面，藉设在把手杆(handlebar)或另一适当位置的换档操作切换器，动力从电池被送至电磁线圈，且电磁线圈被换档操作切换器启动。当电磁线圈被启动且杆端啮合凹部，控制轴及导链元件依任一换档方向不可移动的被啮合。分度机构于导链元件被移动后把它保持在换档位置，换档方向被控制机构控制。指示机构设有辅助导体而于维持换档方向时使电磁线圈断电。
以此受辅助的换档系统，当踏板被转动，转动元件被链条转动，且此转动使控制轴依换档方向前、后移动。当换档操作切换器稍后被操作，电磁阀依据切换器被启动，且电磁阀的杆梢啮合在控制轴的若干侧面上的若干凹部之一组。结果，导链元件，包括其滑轮与控制轴一起依一换档方向移动，且被分度机构维持在换档位置。当导链元件被分度机构维持，电磁阀缩回完成换档。
以此受辅助的换档系统，通过切换的操作可启动电磁阀而进行换档，所以，骑车者不必施加比现在大的力来换档。然而，由于采用电池做为动力源(驱动源)，若使用干电池或诸如此类一次性电池，则每次电力耗尽后，须予以更换。如此，要确保可用的驱动源，不可避免会提高成本。在另一方面，若用镍铬电池或其他充电式电池，则可以较低成本确保可用的驱动源，但充电需时甚久，且一旦电力耗尽，则受辅助的换档系统不能启动，直到重新充电完成。为避免此情形发生，必须准备多个电池(考虑充电时间及使用寿命)，且这些电池须一直维持在完全充电的状态，这表示电池的维护是不方便的。
电动式设备，被用在潮湿环境中时，会发生另一个问题。若电磁阀或其他电子零件，在雨中或在登山脚踏车赛中使用时，沾到泥水，则不良的绝缘可能使电磁阀发生故障。因此，能让此电动式设备在其中可靠运作的环境受到了限制。
USP 4,352,503及EP 0 120 571揭示利用压缩气体予以操作的换档器。骑车时，藉轮子的转动，操作打气机。打气机的运作方式是高速骑乘产生高气压，低速骑乘产生低气压。气压被通往活塞，活塞连到换档器操作钢线。因此，藉打气机所产生的气压决定换档器的位置。
此系统的一个缺点是骑车时打气机对轮子或其其他转动零件造成拖累，如此增加骑车者须付出的努力。此外，若骑车者要选择特定档，则须从经验学得需多少气压以选择该档，然后须注意操作所要的阀，经过正确时间，直到换档器到达所要的档。此种分心可能在脚踏车赛或高表现骑乘时造成困扰。
本发明涉及一种换档器，其可用在多种环境中，并允许骑车者快速且可靠的选档而不分心。在本发明的一实施例中，脚踏车所用的气动式换档器包括基件、可动件、连接机构及启动机构，该可动件支持导链器，该连接机构居中连接该基件及该可动件，以使该可动件相对该基件移动，该启动机构回应压缩气体(compressed gas)而使可动件相对该基件移动。由于换档器是气动的，潮湿不会使换档器造成故障，且藉气泵或压气机可维持并快速回复气压。
在一特定的实施例中，启动机构不需变化气压以移动换档器。取而代之，启动机构可回应有大致上恒定的气压的压缩气体(compressedgas)而使该可动件移至任一所要的档。举例而言，该启动机构可能包括第一和第二气体启动器。在此实施例中，第一气体启动器使该可动件依一方向相对该基件移动，且第二气体启动器使该可动件依反向相对该基件移动。因此，换档器的位置不依赖被供到启动机构的变化气压。
在上述任一实施例中，该启动机构包括分度机构，以设定并维持可动件在若干位置。结果，换档器不需恒定气压便能维持换档器在所要的位置。在一个包括第一、第二启气体启动器的实施例中，该分度机构可能包括控制件、卷线件(take-up element)及棘轮与棘爪机构(ratchet and pawl mechanism)，该控制件有第一端连接该连接机构，该卷线件能拉紧并放松该控制件的第二端，该棘轮及棘爪机构连接该卷线件、该第一气体启动器及该第二气体启动器，以驱使该卷线件移至选定的位置并维持该卷线件在该选定位置。在此实施例中，该第一气体启动器包括第一往复件，其回应气压的连续供应及排除而往复移动，且该第二气体启动器包括第二往复件，其回应气压的连续供应的排除而往复移动。若有需要，该棘轮与棘爪机构可能包括棘轮、驱动棘爪及定位棘爪，该棘轮连接该卷线件而能一起移动，该驱动棘爪连接该第一往复件以驱动该棘轮至选定的位置，该定位棘爪连接该第二往复件以选择性维持该棘轮在选定的位置及从选定的位置释放该棘轮。在一非常特定的实施例中，该控制件可由控制钢线形成，且该卷线件可被做成卷线鼓以交替地卷紧及放松该控制钢线。若有需要，该分度机构可被塞入该基件而缩小换档器的尺寸。
在本发明的气动式换档器的另一实施例中，该连接机构包括第一连接件及第二连接件，二者枢接该基件及该可动件，以形成四连杆型连接机构。为了避免不要的弯曲力(倾向磨损该连杆枢轴并降低效率)，该控制钢线可能近于与第一连杆的中心对齐，两个回复弹簧可能被用来平衡在这些元件之间的回复弹簧力。更具体地说，两个回复弹簧的第一端连接该基件且其第二端连接该可动件。一个回复弹簧被设在第一连杆的一侧，且另一个回复弹簧被设在该第一连杆的另一侧。依据换档器设计，这些回复弹簧可有不同弹簧常数，以微调施加在各换档器元件上的平衡的力。
附面简述如下
图1是一辆使用本发明的气动式换档器的一个特定实施例的脚踏车的侧视图图2是图1所示的脚踏车架的局部剖视图；图3是与图1所示的脚踏车一起使用的后换档器变速机构的示意图；图4是与图1所示的脚踏车一起使用的后换档器变速机构的示意图；图5是可能与本发明的前及/或后变速机构一起使用的启动机构的一个特定实施例的剖视图；图6A及6B是侧视图，其显示图5所示的卷线进给棘轮的操作情况；图7A及7B是侧视图，其显示图5所示的放线进给棘轮的操作情况；图8是侧视图，其显示图5所示的放线进给棘轮的操作情况；图9是侧视图，其显示图5所示的释放凸轮的操作情况；图10A至10C是侧视图，其显示在放线操作中定位棘轮及释放凸轮的操作；图11是本发明的气动式换档机构的另一个实施例的示意图；图12是本发明的气动式变速机构的另一个实施例的局部剖视图；图13是本发明的气动式换档机构的另一个实施例的侧视图；图14是图13所示的气动式变速机构的后视图；图15是图13所示的气动式换档机构的仰视图；图16是图13所示的气动式换档机构的局部剖视图，其显示分度机构有特定实施例；图17是沿图16中的线XVII-XVII所取的图；图18A显示在退档(downshifting)作业中所用的分度机构元件；图18B至18E显示在退档作业中分度机构的作业；图19A是局部剖视图，其显示在进档(upshifting)作业中所周的分度机构元件；以及图19B至19E显示在进档作业中分度机构的作业。
在图1中，一辆采用本发明的一个实施例的MTB(山地)型脚踏车配备有钻石型车架1，其构成脚踏车的骨架。车架1有车架体2及前叉3，车架体2由前三角形与后三角形组成，前叉3可依在车架体2的前部的对角垂直轴线转动且在其下方配备有两个气动悬吊片3a。脚踏车还包括把手杆件4(handlebar component)、驱动件5、前轮6、后轮7、前刹车单元8及后刹车单元9。把手杆件4连到前叉3。驱动件5固定在车架体2的下部并把踏力转换成驱动力。前轮6可拆卸的被安装在前叉3的下端。后轮7可拆卸的被安装在车架体2的后部。
如图2所示，车架体有头件10、底支架件11、鞍固定件12及管架件13(tube frame member)。头件10可转动的支持前叉3。底支架件11被用来可转动的支持曲柄轴(未图示)。鞍固定件12被用来固定鞍(稍后讨论)。管架件13连接元件10至12。举例而言，这些元件是藉焊接由铝、铬钼钢、钛合金等诸如此类材料的金属管而制成的。
管架件13包括下管15、上管16、座管17(seat tube)、座撑18(seatstay)及链撑19(chain stay)。下管15从头件10沿对角向下伸，底支架件11被设在下管15的后端。上管16在下管15之上方从头件10往后伸。座管17居中连接上管16的后端及下管15的后端。柱形鞍固定件12被焊接到座管17的上端的后部。如图1所示，鞍29b被固定至鞍固定件12，以便调整固定至鞍固定件12的上端的座柱29a(saddle post)的上、下位置。座撑18以双叉方式从上管16的后端沿对角往下伸。链撑19以双叉方式从底支架件11往后伸并经实心后叉端19a连接至座撑18的后端。
管架件13与外界是气密的，但在管子里的空间是相通的。因此，管架件13形成被充气的元件20而能容纳最大是约10kg/cm2(举例而言)的压缩气体。在此，下管15的内空间与上管16的内空间在头件10之后方相通，且座管17的内空间分别与上管16的内空间及下管15的内空间相通于座管17的上、下端。上管16的内空间与座撑18的内空间透过在上管16之后方的通孔(communicaition hole)18a相通，且下管15的内空间与链撑19的内空间在底支架件11的上部相通。
上管16的上表面设有一个充气机开口21及两个供气开口22，充气机开口21被用来把压缩气注入被充气的元件20，供气开口22被用来把存在内部的压缩气体供到外界。举例而言，美国型胎阀(tire valve)被设在充气机开口21上，以使压缩空气可藉脚踏车打气机或自动打气机轻易注入。两个供气开口22依纵向平行地被设在上管16的前端。压力计23被设在这些供气开口22之一而被用来显示在被充气的元件20里原先的气压及残存的空气量，一个配备气压计24的调压器25被设在另一供气开口22上。
若干环状气管支持件26被设在上管16及座撑18，其间有适当距离。此外，一个被用来安装后刹车单元9的垫片27被设在座撑18的两端间，一个用来安装前换档器(稍后讨论)的托架28被设在座管17的下端的后部。
如图1所示，一支构成把手杆元件4的部分的把手杆柱(handlebarstem)30被固定至前叉3的上部。往左、右伸的把手杆31被固定至把手杆柱30的上端。端杆32被设在把手杆31的两端。握把(grip，未图示)被安装在端杆32的内侧，且刹车杠杆33被设在握把的内侧。一对分别被用来变换前换档器38及后换档器39的换档阀34a及34b被固定在刹车杠杆33的内侧。这些换档阀34a及34b是常闭的手动操作阀，其各有一支杆，且各有三个阀口，亦即入口、出口及排放口。换档阀34a及34b依据杆的操作而把一定量的空气从入口送到出口，且当这些杆未被操作，空气从出口被排出至排放口。
与换档阀34a及34b相似的另一对换档阀34c及34d亦被设在端杆32的两端。换档阀34a及34c是退档阀，换档阀34b及34d是进档阀。在此“退档”指从较小齿轮移到较大齿轮，“进档”指从较大齿轮移到较小齿轮。结果，当骑车者握住端杆32时(例如在上坡直路段)，可变换前换档器38及后换档器而不必从端杆32移走他的手。
驱动件5具链轮曲柄件35、毂嵌齿件(hubcog)36，链条37，前换档器38，后换档器39、前换档启动机构40f及后换档启动机构40r。毂嵌齿件36附着后轮7的自由毂上。链条37套住链轮曲柄件35及毂嵌齿件36。前、后换档器38、39被用来变速。前换档启动机构40f经控制钢线48(图4)连到前换档器38，且被用来使前换档器38依曲柄轴方向每次前、后移动一齿。后换档启动机构40r经控制钢线49(图3)连到后换档器38，且被用来使后换档39依毂轴方向每次前、后移动一齿。
链轮曲柄件35具有右链轮曲柄42及左链轮曲柄(未示)，踏板41固定至右、左链轮曲柄的末端。右链轮曲柄42与左链轮曲柄由曲柄轴居中连接。曲柄轴被下支架件11支承而可转动。举例而言，三个有不同数量的齿的链轮依曲柄轴方向成列地被安装在右链轮曲柄42上。举例而言，八个有不同数量的齿的毂嵌齿依曲柄轴方向成列地被安装在毂嵌齿件36上。
如图4所示，前换档器38具有导链件43及连接机构44，导链件43由一对翼板组成且被用来依链轮的轴向引导链条37，连接机构44被用来支承导链件43依链轮轴向相对车架1移动。连接机构44被固定至座管17，且被弹簧(未示)偏压，以使其将导链件43移动至进档侧。
如图3所示，后换档器39具有导链件45及连接机构46，导连件45有两个滑轮且被用来依链轮的轴向引导链条37并施加张力于链条37，连接机构46被用来支承导链件45依链轮轴向相对车架1移动。连接机构46被螺丝锁在后叉端19a，且被弹簧47偏压，以使其将导链件45移动至进档侧。
换档启动机构40f及40r有相同的结构，在此以换档启动机构40r为例予以描述。换档启动机构40r是气动式，且如图3所示，其具有二气缸(启动器)50及51及一启动件(启动机构)52，启动件52被气缸50及51启动且被用来启动后换档器39。气缸50及51是单动缸，在其内部各有一弹簧。当压缩气被供到供气开口51a及51a，这些气缸向前移动一特定行程，然后，当供气体被除去，这些气缸回到起始位置。
如图5至9所示，启动元件52具有定位臂53、释放臂54、装在一壳60内的卷线件55及钢线松卷件56(play-out component)。定位臂53连接气缸50并可在其上摆动，释放臂54连接气缸51并可在其上摆动。藉定位臂53的摆动，可依一方向转动卷线件55一个档，卷线件55被用来卷绕控制线49的内线49a。藉定位臂54的摆动，可依另一方向转动钢线松卷件56一个档，且钢线松卷件56被周来松开控制线49的内线49a。
卷线器元件55有进给棘轮57、定位棘轮58及卷线器59，定位棘轮58与进给棘轮57成一体转动，卷线器59与定位棘轮58成一体转动。棘轮57及58及卷线器59一起被一固定至壳60的转轴61可转动地支承，且一个有一端被固定至壳60的螺旋弹簧62依图6及8所示的逆时钟方向(钢线松开方向)提供能量给它们。
如图6A所示，举例而言，30个棘齿57a等间距地形成在进给棘轮57的外周。若干与棘齿57a啮合的进给棘爪53a被设在定位臂53上而可摆动。进给棘爪53a被迫移往棘齿57a。在此，当气缸50被移动一个行程，如图6B所示，定位臂53摆动，进给棘爪53a使进给棘轮57逆时钟转动一个棘齿57a，且卷线器59被转动12度。
如图8所示，举例而言，15个棘齿58a等间距地形成在定位棘轮58的外周。若干与棘轮齿58a啮合的定位棘爪63a及63b相隔69度角的形成在定位棘轮58的外周。定位棘爪63a及63b被支承在壳60里而可摆动，且被偏压而移往棘齿58a。定位棘爪63a及63b的末端啮合棘齿58a并保持定位棘轮58的转动位置。定位棘爪63a及63b之一抓住定位棘轮58，另一个则否。换言之，定位棘爪63a及63b交替的抓住定位棘轮58。定位棘爪63a及63b还伸到在进给棘轮57的任一侧的释放臂的外侧(稍后结合图9讨论)。
如图5所示，钢线松卷件56具有一个进给棘轮65及一个释放凸轮66，二者一起转动。固定至壳60上的转轴61成一体地支承进给棘轮65及凸轮66以致它们可转动。如图7A所示，举例而言，18个棘齿65a等间距地形成在进给棘轮65的外周。一个啮合棘齿65a的进给棘爪54a被设在释放臂54上而可摆动。该进给棘爪54a被偏压移往棘齿65a。在此，当气缸51被移动一个行程，如图7B所示，释放臂54摆动，进给棘爪54a使进给棘轮65顺时钟转动一个棘齿65a，且释放凸轮66被转动20度。
如图9所示，举例而言，9个齿66a等间距地形成在释放凸轮66的外周。定位棘爪63a及63b之一，亦即抓住定位棘轮58的棘爪接触这些凸轮齿66a。结果，当释放凸轮66被转动，正抓住定位棘轮58的定位棘爪63a或63b摆到外界，且定位棘轮58的抓持立刻被释放。进给棘爪53a还伸到释放凸轮66的外周，且因释放凸轮66的转动而同时往外摆。当这些棘爪摆动，定位棘轮58立刻因螺旋弹簧62的偏压力而依钢线松卷方向转动。因此，具有立刻的依钢线松卷方向的换档。
如图3及4所示，气体控制件70f及70r分别被安排在气缸50及51与被充气的元件20之间。气体控制件70f及70r具有相同的构造，因此用气体控制件70r来作为例子。气体控制件70r具有四个换档阀34a至34d(如上述)及往复阀(shuttle valve)71a及71b，它们分别连到换档阀34a及34c的出口及换档阀34b及34d的出口。该四个换档阀34a至34d如上所述是常闭的三阀口手动操作阀，各具有一控制杆。当杆被操作，入口及出口互通，且空气仅通过此部分。当杆被释放并回到它们的起始位置，出口及排放口互通，且在管中的空气经出口向外释放。
换档阀34b及34d的入口一起连到调压器25，且排放口对外界开放。设置往复阀71a，使得当换档阀34a及34c(或换档阀34b及34d)之一被操作，空气不会从另一换档阀34c或34a漏出，并且可选择换档阀34a及34c(或换档阀34b及34d)中之何者将被操作。往复阀71a及71b的出口分别连到供应口50a及51a。各个阀及气缸被气管连接。
现在描述使用容纳在被充气的元件20的压缩空气的脚踏车的后换档器39的换档作业。前换档器39的换档程序与后换档器38的换档程序相同，因此，予以省略。
使用脚踏车以前，把压缩空气注入被充气的元件20。在此时，举例而言，可将用于美国式轮胎阀的连接器(连到压缩机以在加油站等处把空气注入车胎)安装在打气机开口21上。举例而言，被充气的元件20被灌了5至8kg/cm2的压缩空气。然后，用调压器25把供气压力调节至约为2kg/cm2。当在气压计23上的气压读数降至例如2kg/cm2或与供气压力相同的程度，压缩空气将不会从被充气的元件20被输出。因此，在此例中，须用手动脚踏车打气机或压缩机补充更多压缩空气给被充气的元件20。然而，空气的补充仅占用短时间，约数秒至数分。
一旦后换档器39被从高档换到低档(退档)，换档阀34a或34c的杆被操作。当换档阀34a或34c被操作一次(在此期间，杆被操作)，已被调压器25调为2kg/cm2的压缩空气通过换档阀34a或34c及往复阀71a被供到气缸50。在此时刻，在往复阀71a里的阀体72a被压缩空气推到供气侧的相反侧，以使压缩空气不能回流至换档阀34a或34c在相反侧的出口。
当空气被供到气缸50，气缸50的杆前进特定行程并使定位臂53摆动特定角。如图6所示，进给棘爪53a啮合棘齿57a，以致当定位臂53摆动特定角，进给棘轮57顺时钟转动例如12度。同时发生定位棘轮58及卷线器59的整体转动。当定位棘轮58转动12度，若它在转动前被定位棘爪63a抓住，则此时该抓住将被释放，且它将被定位棘爪63b抓住。此12度转动依图3里的箭头A拉动控制线49的内线49a，且后换档器39退一档。当杆稍后被释放，出口与排放口相通，在气缸50里的气压被释放，并且缸杆被弹簧送回其起始位置。其结果，定位臂53也返回其初始位置。在此时刻，虽然定位臂53也回到起始位置，定位棘轮58被定位棘爪63a或63b抓住，以致卷线器59被保持在其后转动位置。
同时，一旦后换档器39被从低档换到高档(进档)，换档阀34b或34d的杆被操作。当换档阀34b或34d被操作一次(在此期间，杆被操作)，压缩空气通过换档阀34b或34d及往复阀71b被供到气缸51。在此时刻，在往复阀71b里的阀体72b被压缩空气推到供气侧的相反侧，以致压缩空气不能回流至在换档阀34b或34d的另一侧出口。
当空气被供到气缸51，气缸51的气缸杆前进特定行程并使释放臂54摆动特定角。如图7所示，进给棘爪54a啮合棘轮齿65a，以致进给棘轮65顺时钟转动例如20度。其结果，释放凸轮66亦一起转动。如图10A所示，当释放凸轮66转动20度，若定位棘轮58在转动前被定位棘爪63a抓住，则释放被凸轮66将踢定位棘爪63a并使它摆到外界，且定位棘轮58将从定位棘爪63a被释放(图10B)，且进给棘爪53a亦将被释放。结果，当这些棘爪摆动，定位棘轮58由于螺旋弹簧62的力而立刻逆转(图10里的逆时钟)。如图10C所示，当定位棘爪63b啮合棘轮齿58a，下侧定位棘轮58被定位棘爪63b抓住。结果，卷线器59逆转一档，控制线49的内线49a依图3里的箭头B松卷，且后换档器39进一档。
由于换档器38及39是被气动式换档启动机构40f及40r经控制线49启动，对换档启动机构40f及40r的固定位置没有限制。又，由于是通过压缩空气启动启动器(气缸50及51)以启动启动机构而启动换档，动力源的维持比使用电池做为动力源的电子式启动器的维持容易。此外，在雨中或在泥泞路面上骑乘时，万一气缸50及51或启动件52被水溅到，失灵的机会很少。
图11是本发明的气动换档机构的另一实施例的示意图。如图11所示，换档器39a可直接被启动件52启动，以取代在其中后换档器39是经控制线49被启动的结构。在此实施例中，配备调压器81的高压气缸80被用做压缩空气源，以取代车架体2。举例而言，被充填了处于60kg/cm2的气压的液化的二氧化碳。后换档器39a具有导链件45a及连接机构46a，连接机构46a被用来支承导链件45a依链轮轴向相对车架移动。连接机构46a被弹簧47r偏压而移至进档侧。连接机构46a的连接轴被启动件52定位，同时转动。结果，连接机构46a使导链件45a依毂嵌齿件轴向每次移动一档。使启动件52直接固定至后换档器39a，就不必调整控制线的延长，且方便换档调整。
图12是本发明的气动换档机构的另一实施例的局部剖视图。如图12所示，本发明可应用在内换档机构，以取代外换档机构。在此例中，后轮毂90容纳内换档机构，启动轴92可在毂轴91里依轴向往复移动，以使内换档机在四个档之间滑动。换档启动机构93使启动轴92依轴向往复移动。换档启动机构93具有启动件94及气缸95，气缸95被用来启动启动件94。启动件84有定位臂96、进给棘轮97、定位棘轮98及转轴99。定位臂96连接气缸95并在其上摆动。进给棘轮97由于定位臂96摆动而依一方向每次移动一档。定位棘轮98与进给棘轮97一起转动。转轴99固定这些元件。定位臂96、进给棘轮97及定位棘轮98的结构与上述者相同，所以对它们的描述被省略。
转轴99被装配入启动轴92并支承其依轴向移动。交错的螺旋沟99a绕着启动轴92的外周面配合转轴99的部分，且啮合件92a(与螺旋沟99a啮合)被安装在启动轴92的末端。因啮合件92a与螺旋沟99a啮合，当转轴99依一方向转动一档，启动轴92依轴向移动一档。当启动轴92移动四档，它到达移动尽头，之后，依反向每次往回移动一档。换言之，当转轴99依一方向被转动，启动轴92往复移动三次并移动换档机构。在此例中，换档启动机构的结构可较为简单，因进档及退档可共用单气缸。若有需要，换档机构可由启动件经控制线启动，且可用两个气缸分别定位及释放位置而进行换档。图13至15分别是本发明应用于后换档器100时的气动换档机构的另一实施例的侧视图、后视图及仰视图。换档器100包括基件104、可动件108、导链器112、连接机构124及启动机构130。可动件108支承导链器112。导链器112具有导滑轮116及张力滑轮120。连接机构124将基件104及可动件108相连，以使可动件108相对基件104移动。启动机构130回应压缩气体而使可动件108相对基件104移动。连接机构124包括第一连杆134(图15)及第二连杆138。第一连杆134(图15)经枢销101(图16)可转动地连接基件104。第一连杆138经枢销103及轴承230(图17)可转动地连接基件104，并经枢销105可转动地连接可动件108。启动臂137大致垂直于第二连杆138而延伸，且下侧调整螺栓135被安装在第二连杆138上。第一连杆134及第二连杆138与基件104及可动件108共同形成四连杆式连接机构。第一回复弹簧139(被设在连杆138的一侧)具有第一端140连接基件104及第二端141连接可动件108，第二回复弹簧142(系设在连杆138的另一侧)具有第一端143连接基件104及第二端144连接可动件108。回复弹簧139及142使可动件108依进档方向偏向，通常从脚踏车的后轮侧面往外伸。
启动机构130包括进档气动器150、退档气动器154及分度机构158。如图3所示之气缸50及51，进档气动器150及退档气动器154都是单动(single-acting)启动器且各有一内回复弹簧。进档气动器150包括第一往复件162(图19A)，其回应气压的连续施加及移走而往复移动。更具体地说，压缩气体被供至进档气动器150时，往复件162前进特定行程。当压缩气体被排放，往复件162回到其起始位置。当被启动，进档启动器150使可动件108依进档方向相对基件104移动。类似的，退档气动器154包括第二往复件166(图18A)，其回应气压的连续施加及移走而往复移动。更特定的说，压缩气体被供至退档气动器154时，往复件166前进特定行程。当压缩气体被排放，往复件166回到其起始位置。当被启动，退档启动器154使可动件108依退档方向相对基件104移动。
分度机构158连接进档气动器150、退档气动器154及连接机构124，以设定并维持可动件108在相对被安装在后轮(未予图示)的若干链轮的若干位置。分度机构158被装配在基件104里，在基件托架172及174之间(图17)，以缩小换档器的整体尺寸。更具体地说，如图16及图17所示，分度机构158包括控制件180、卷线件188及棘轮及棘爪机构196。控制件180是钢线，其有第一端184经启动臂137连接连接机构124。卷线件188是卷线鼓，其可转动地被安装在枢销101周围，以牵拉及释放控制件180的第二端192。棘轮及棘爪机构196连接卷线件188、进档气动器150及退档气动器154，以移动卷线件188至经选择的位置，并维持卷线件188在经选择的位置。
为避免会磨损连杆枢轴并降低效率的不希望有的弯曲力，在此实施例中，控制件几乎与连杆134的中心线对齐。此特点，配合回复弹簧139及142，平衡在这些元件间的回复弹簧力。依换档器设计，回复弹簧139及142可有不同弹性系数，以微调施加于换档器元件上的被平衡的力。
棘轮及棘爪机构196包括带齿的棘轮200、释放凸轮202、驱动棘爪204及定位棘爪212。棘轮200被安装在卷线件188的轴201的周围，以使二者一起转动。每两个棘齿215间之间距离使每一棘齿对应一个链轮(sprocket)位置。释放凸轮202经释放凸轮臂203(图19A)连接进档气动器150的往复件162，且还被安装在卷线件188的轴201周围，以使释放凸轮202能相对卷线件188转动。驱动棘爪204经驱动棘爪臂208(图18A)连接退档气动器154的往复件166，以驱动棘轮200至经选择的位置。驱动棘爪204可转动地被安装在棘爪轴211周围，接着，棘爪轴211被安装在驱动棘爪臂208上。棘爪弹簧213被设在驱动棘爪204及驱动棘爪臂208之间，以使驱动棘爪204偏向，以致驱动棘爪齿214与棘轮200的众多棘齿215之一啮合。定位棘爪212可转动地被安装在枢销103周围，以选择性地维持棘轮200在经选择的位置及从经选择的位置释放棘轮200。定位棘爪212包括棘爪齿218及220。棘爪弹簧24被设在定位棘爪212及连杆138之间，以使定位棘爪212依图16中的顺时钟方向偏向。定位棘爪212还包括凸轮随动臂228，其啮合释放凸轮202的凸轮面220。以下将讨论凸轮随动臂228的功能。
图18B至18E示出在退档时分度机构158的作业。开始，棘轮200被定位棘爪212的棘爪齿220与棘轮齿215A的啮合保持在位置上。当压缩气体被供到退档气动器154，往复件166(图18A)移动至右边，这使驱动棘爪臂208顺时钟转。驱动棘爪204的棘爪齿214随后压着棘轮200的棘轮齿215B，且顺时钟转动棘轮200。这使控制件180缠绕着卷线件188，以使控制件180拉动启动臂137并使可动件108依退档方向移动。
随棘轮200转动，棘轮齿215C压着定位棘爪212的棘爪齿220，并使定位棘爪212如图218B所示的逆时钟方向转。如图18C所示，随棘轮200继续顺时钟转，定位棘爪212的棘爪齿220骑上棘轮齿215C的末端，并落入在棘爪齿215C左边的凹部，如图18D所示，当压缩气体从退档气动器154被移走，往复件166移到右边，使驱动棘爪204逆时钟方向移动。此时，棘轮200不逆时钟转，因为它被棘爪齿220棘轮齿215C的啮合保持在位置上。结果，驱动棘爪齿214骑上棘轮齿215D的末端并落入在棘轮齿215D左边的凹部。驱动棘爪204被置于其起始位置，且完成退一档的动作。
图19B至19E示出在进档时分度机构158的作业。再次设定棘轮200开始被定位棘爪212的棘爪齿220与棘轮齿215A的啮合保持在位置上。当压缩气体被供到进档气动器150，往复件162(图19A)移动至右边，这使释放凸轮臂203顺时钟转。由于释放凸轮臂203连接释放凸轮202，释放凸轮202顺时钟转。如图19B清楚所示，释放凸轮202的顺时钟转使释放凸轮202的凸轮面250压着驱动棘爪204的棘爪齿214，以逆时钟转动驱动棘爪204，并防止棘爪齿214与任何棘轮齿215啮合。在同时，释放凸轮202的凸轮面220压着凸轮随动臂228，接着，凸轮随动臂228使定位棘爪212逆时钟转。棘爪齿220随后骑上棘轮齿215A的一侧，且棘爪齿218进入在棘爪齿215E及215F间的谷(valley)。如图19C所示，释放凸轮202的进一步顺时钟转使定位棘爪212进一步逆时钟转，直到棘爪齿220离开棘轮齿215A的顶端且棘爪齿218被置于在棘轮齿215E及215F间的谷底为止。当棘爪齿220离开棘轮齿215A的顶端，因回复弹簧139及142的偏压，棘轮200立刻开始逆时钟转，从卷线件188放松控制件180。如图19D所示，当棘爪齿215F接触棘爪齿218，棘轮200的转动停止。当压缩气体从进档气动器150被移走，往复件162移到右方，使释放凸轮202依图18E所示的逆时钟方向移动。结果，释放凸轮202的凸轮面250使驱动棘爪的棘爪齿214返回其原位。此外，释放凸轮202的凸轮面220允许定位棘爪212因棘爪弹簧224的偏压而顺时钟转。棘爪齿218随后骑上棘轮齿215F的一侧，且棘爪齿220同时进到在棘轮齿215A及215G间的谷。当棘爪齿218离开棘轮齿215F的顶端，棘轮200再度开始因棘爪弹簧224的偏压而逆时钟转，进一步从卷线件188放松控制件180，直到棘爪齿220接触棘轮齿215G的一侧。棘轮200及卷线件188被棘爪齿220与棘轮齿215G的啮合维持在此位置，藉以完成进档作业。
虽然上面叙述了本发明的各种实施例，但是可以进行其他改变而不致脱离本发明的精神和范围。例如，所述的各实施例中采用了具有恒定压力的压缩气体，也可以在进档作业时采用一种气压，而在退档时采用不合的气压，虽然上述的气动器和分度器是安装在换档器内，但是它们也可与换档器分开制造，作为单独的单元，气动器和分度器可以装在脚踏车上远离换档器的位置上，可将控制件与换档器相连接。因此，本发明的范围不应局限于所公开的具体结构，相反，本发明的真正范围应由权利要求书来确定。
权利要求
1.一种脚踏车用之气动式换档器，其包括a.基件b.可动件，其支持导链器；c.连接机构，其将基件及可动件相连，以使可动件相对基件移动；及d.启动机构，其回应压缩气体而使可动件相对基件移动；其中，启动机构包括分度机构以设定并维持可动件在若干位置。
2.根据权利要求1所述的换档器，其特征在于，连接机构包括a.第一连杆，其可枢转地连接基件及可动件；及b.第二连杆，其可枢转地连接基件及可动件；其中，第一连杆及第二连杆与基件及可动件共同形成四连杆式连接机构。
3.根据权利要求2所述的换档器，其特征在于还包括a.第一回复弹簧，其具有第一端及第二端，其第一端连接基件而其第二端连接可动件；及b.第二回复弹簧，其具有第一端及第二端，其第一端连接基件而其第二端连接可动件。
4.根据权利要求3所述的换档器，其特征在于，第一回复弹簧被设在第一连杆的一侧，第二回复弹簧被设在第一连杆的另一侧。
5.根据权利要求1所述的换档器，其特征在于，分度机构被装配在基件中。
6.根据权利要求1所述的换档器，其特征在于，启动机构包括a.第一气动器，其使可动件依第一方向相对基件移动；及b.第二气动器，其使可动件依反向相对基件移动。
7.根据权利要求6所述的换档器，其特征在于，分度机构包括a.控制件，其具有第一端连接连接机构；b.卷线件，可拉或释放控制件的第二端；及c.棘轮及棘爪机构，其连接卷线件，并连接第一气动器及第二气动器，以移动卷线件至经选择的位置，并维持卷线件在该经选择的位置上。
8.根据权利要求7所述的换档器，其特征在于，第一气动器包括第一往复件，其回应连续施加及除去的气压而往复移动；第二气动器包括第二往复件，其回应连续施加及除去的气压而往复移动。
9.根据权利要求8所述的换档器，其特征在于，棘轮及棘爪机构包括a.棘轮，其连接卷线件，以使二者一起移动；b.驱动棘爪，其连接第一往复件，以驱动棘轮至经选择的位置；及c.定位棘爪，其选择性地维持棘轮在经选择的位置及从经选择的位置释放棘轮。
10.根据权利要求9所述的换档器，其特征在于，控制件包括控制线，其中，控制件包括卷线鼓，以交替地卷取及松卷控制线。
11.根据权利要求10所述的换档器，其特征在于，连接机构包括a.第一连杆，其可枢转地连接基件及可动件；及b.第二连杆，其可枢转地连接基件及可动件。其中，第一连杆及第二连杆与基件及可动件共同形成四连杆式连接结构。
12.根据权利要求11所述的换档器，其特征在于，棘轮及卷线鼓可旋转地被设在第一枢销周围。
13.根据权利要求12所述的换档器，其特征在于，定位棘爪被可旋转地安装设在第三枢销周围。
14.根据权利要求13所述的换档器，其特征在于，连接机构包括启动臂从第一连杆及第二连杆之一伸出，控制件的第一端连接启动臂。
15.根据权利要求14所述的换档器，其特征在于，控制件与第一连杆的中心线对齐。
16.一种脚踏车用之气动式换档器，其包括a.基件b.可动件，其支持导链器；c.连接机构，其将基件及可动件相连，以使可动件相对基件移动；及d.启动机构，其回应有大致恒定压力的受压缩气体而使可动件相对基件移动；
17.一种脚踏车用之气动式换档器，其包括a.基件b.可动件，其支持导链器；c.连接机构，其将基件及可动件相连，以使可动件相对基件移动；及d.启动机构，其回应压缩气体而使可动件相对基件移动，其中，启动机构包括a.第一气动器，其使可动件依第一方向相对基件移动；及b.第二气动器，其使可动件依反向相对基件移动。
18.一种脚踏车用之气动式换档器，其包括a.基件b.可动件，其支持导链器；c.连接机构，其将基件及可动件相连，以使可动件相对基件移动；及d.偏压机构，其使可动件依第一方向相对基件移位；e.启动机构，其回应压缩气体而使可动件相对基件移动；其中，启动机构回应具有第一压力的气体而依第一方向相对基件移动；其中，启动机构回应具有第二压力的气体而依反向相对基件移动；其中，第一压力不小于第二压力。
19.根据权利要求18所述的换档器，其特征在于，第一压力大致等于第二压力。
20.一种脚踏车用之气动式换档器，其包括a.基件b.可动件，其支持导链器；c.连接机构，其将基件及可动件相连，以使可动件相对基件移动；及d.启动机构，其回应压缩气体而使可动件相对基件移动；其中，启动机构回应具有第一压力的气体而依第一方向相对基件移动；其中，启动机构回应具有第二压力的气体而依反向相对基件移动；其中，第一压力基本等于第二压力。
21.一种脚踏车用之启动机构，其包括a.气动装置，其具有启动件回应压缩气体而移动；b.控制件控制器，以控制控制件；及c.分度机构，其连接启动件及控制件控制器，以设定并维持控制件控制器在若干位置。
22.根据权利要求21所述的启动机构，其特征在于，分度机构包括a.卷线件，可牵拉或释放控制件的第二端，其中该卷线件构成控制件控制器；及b.棘轮及棘爪机构，其连接卷线件，并连接第一气动器及第二气动器，以移动卷线件至经选择的位置，并维持卷线件在经选择的位置上。
23.根据权利要求22所述的启动机构，其特征在于，棘轮及棘爪机构包括a.棘轮，其连接卷线件，以使二者一起移动；b.驱动棘爪，其连接第一往复件，以驱动棘轮至经选择的位置；及c.定位棘爪，其选择性地维持棘轮在经选择的位置及从经选择的位置释放棘轮。
24.根据权利要求23所述的启动机构，其特征在于，控制件包括控制线，其中，卷线件包括卷线鼓，以交替地牵拉及释放控制线。
25.根据权利要求21所述的启动机构，其特征在于，气动设备包括a.第一气动器，其包括第一往复件，其回应气压的连续施加及除去而往复移动，其中，b.第二气动器，其包括第二往复件，其回应气压的连续施加及除去而往复移动。
26.根据权利要求25所述的启动机构，其特征在于，分度机构包括a.卷线件，可牵拉且释放控制件的第二端；及b.棘轮及棘爪机构，其连接卷线件，并连接第一气动器及第二气动器，以移动卷线件至经选择的位置，并维持卷线件在经选择的位置上。
27.根据权利要求26所述的启动机构，其特征在于，分度棘轮及棘爪机构包括a.棘轮，其连接卷线件，以使二者一起移动；b.驱动棘爪，其连接第一往复件，以驱动棘轮至经选择的位置；及c.定位棘爪，其选择性地维持棘轮在经选择的位置及从经选择的位置释放棘轮。
28.根据权利要求27所述的启动机构，其特征在于，控制件包括控制线，其中，卷线件包括卷线鼓，以交替地牵拉及释放控制线。
全文摘要
脚踏车用之气动式换档器,其包括基件、可动件、连接件及启动机构。可动件支持导链器。连接机构使基件及可动件相连,以致可动件相对基件移动。启动机构回应压缩气而使可动件相对基件移动。
文档编号B62M25/08GK1184054SQ9711789
公开日1998年6月10日 申请日期1997年8月28日 优先权日1996年8月28日
发明者中村靖, 市田典 申请人:株式会社岛野