专利名称：自行车变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自行车变速器，更具体地涉及一种这样的自行车变速器，其具有可沿一个方向运动以拉动和释放控制线缆的单个控制杆。
背景技术：
传统的自行车变速器设计成包括分开的控制杆，一个杆用于拉动控制线缆而另一个杆用于释放控制线缆。两杆变速器的缺点包括增加了重量，以及在两杆之间反复操纵手和手指的不舒适性。也有自行车变速器设计成包括可沿两个方向操作的单个杆，一个方向用于拉动控制线缆而另一个方向用于释放控制线缆。尽管对一些应用是可接受的，但在变速时，当骑车者操纵其手和手指以改变该杆的方向时会导致不舒适性和失去控制。
发明内容
本发明提供了一种具有单个控制部件的自行车变速器，该控制部件可在第一方向上运动以拉动和释放连接至齿轮变速机构的控制线缆。该自行车变速器包括可安装到自行车把手上的外壳，该外壳包围了可沿线缆拉动方向和线缆释放方向运动以拉动和释放控制线缆的卷绕部件。通常，该卷绕部件被控制线缆中的张力沿线缆释放方向偏压，但也可能被卷绕部件复位弹簧等偏压。一保持机构将卷绕部件保持在选定的齿轮位置，同时一驱动机构可响应于控制部件的致动而操作以将该保持部件分离，从而允许卷绕部件运动。为了变速，骑车者使控制部件沿相同的变速方向运动，以进行使卷绕部件沿线缆释放方向运动的第一变速运动，或者进行使卷绕部件沿线缆拉动方向运动的第二变速运动。每个第一变速运动对应于单个齿轮变换，而第二变速运动对应于一个或多个齿轮变换。而且，控制部件的第二变速运动比第一变速运动大。控制部件朝向静止位置(rest position)被偏压。
在本发明的一个实施例中，所述卷绕部件可绕一轴线转动，以在其上沿线缆拉动方向缠绕或沿线缆释放方向退绕控制线缆。所述控制部件优选地为可转动地安装到位于所述外壳内的轴上的控制杆。该变速器还包括一棘轮，该棘轮优选地具有多个绕其外围不均匀间隔开的齿，该棘轮可与所述卷绕部件一起转动，而所述保持机构包括保持爪，该保持爪可与所述棘轮齿啮合以将所述卷绕部件保持在选定的齿轮位置。所述保持爪具有本体和从该本体延伸的突出部(nose)，该突出部被偏压以与所述棘轮的齿啮合。
所述驱动机构包括可转动地安装在控制杆上的驱动爪，而所述变速器包括用于使所述驱动爪从所述棘轮分离的分离元件。所述驱动爪具有本体、从该本体延伸的突出部以及尾部。所述驱动爪的突出部受到一弹簧偏压以与所述棘轮齿啮合，并可与所述保持爪的突出部啮合以从所述棘轮齿释放所述保持爪。所述驱动爪的尾部可与所述分离元件(优选地为所述外壳的分离壁)啮合，从而使得所述驱动爪转动并使所述驱动爪的突出部与所述棘轮齿分离。
在驱动之前，所述控制杆处于静止位置，所述驱动爪的尾部靠在所述分离爪上，所述驱动爪的突出部与所述棘轮齿分离。而且，所述保持爪的突出部与所述棘轮的相应第一齿啮合，从而将所述卷绕部件保持在选定的齿轮位置。
为了进行线缆释放操作，沿变速方向致动控制杆，以使控制杆绕其轴转动，并使驱动爪绕其自身的轴线枢转以使驱动爪的突出部向着棘轮齿运动。当所述控制杆进一步转动时，驱动爪与保持爪突出部啮合，从而将其从与棘轮上第一齿的啮合释放。在替换实施例中，中间元件可在驱动爪和保持爪之间传递运动。一旦分离，则卷绕部件和棘轮可自由地沿线缆释放方向转动，直到驱动爪的突出部与棘轮的同一第一齿啮合。驱动爪突出部与棘轮的刚刚释放的第一齿的啮合，向骑车者提供了声音和触觉反馈，示意此时停止沿变速方向移动控制杆并释放控制杆以实现线缆释放操作。在释放控制杆时，此时其朝向其静止位置转动，驱动爪的尾部抵靠分离壁，使驱动爪转动以使驱动爪突出部与棘轮齿分离。在驱动爪突出部与棘轮的第一齿分离时，卷绕部件和棘轮在控制线缆的张力的作用下沿线缆释放方向转动，直到保持爪的突出部与相邻的第二齿啮合，从而导致沿线缆释放方向的一个齿轮增量的变速。在线缆释放操作结束时，驱动爪返回到其靠着分离壁的静止位置，从而使控制杆位于其静止位置。
为了进行线缆拉动操作，在线缆释放过程中在保持爪与棘轮分离的时候并不释放控制杆，而是使控制杆沿变速方向进一步转动。控制杆的进一步转动使驱动爪沿线缆拉动方向驱动卷绕部件和棘轮，同时保持爪自由分离，而保持爪突出部沿棘轮的齿自由滑动。骑车者可沿变速方向转动控制杆，直到保持爪突出部与对应于在线缆拉动方向上的单个、或多个齿轮变速增量的棘轮齿啮合。一旦达到了期望的齿轮位置，控制杆就被释放并向着其静止位置转动，此时就使驱动爪突出部在棘轮齿上自由分离，而保持爪将卷绕部件保持在选定的齿轮位置。
从以下结合附图对本发明的各个实施例的描述中，将更加完全地理解本发明的这些和其它特征和优点。
在附图中图1是根据本发明一个实施例的自行车变速器的局部剖视图；图2是图1的自行车变速器的放大局部剖视图；图3a至图3f是处于线缆释放操作不同阶段的保持机构和驱动机构的剖视图；以及图4a至图4h是处于线缆拉动操作不同阶段的保持机构和驱动机构的剖视图。
具体实施例方式
图1至图4示出了根据本发明一个实施例的自行车变速器10。该自行车变速器10拉动或释放连接至齿轮变速机构(未示出)的控制线缆11，以在各个齿轮位置之间进行切换。齿轮变速机构可以是变速齿轮传动机构、或其它外部或内部的齿轮变速装置。自行车变速器10通过夹具14和螺栓16安装到把手12上。所示的自行车变速器10为在公路自行车上使用的公路变速器(road shifter)。然而，类似的变速器也可适于在其它类型的自行车(包括山地自行车)上使用。在本实施例中，自行车变速器10大体包括外壳18、控制部件20、卷绕部件22、保持机构24和驱动机构26。在本实施例中，变速器10与制动杆28一体。制动杆28绕枢轴制动器30枢转，拉动制动线缆(未示出)以使自行车减速。可替换地，制动杆28可以与变速器10分开形成。
在本实施例中，外壳18安装到把手12上，并且安装轴32延伸穿过外壳18。控制部件20(在本实施例中为控制杆20)包括第一部分34和第二部分36，该第一部分34可转动地安装在轴32上。控制杆20被预先加载的控制杆复位弹簧38向着静止位置偏压。控制杆复位弹簧38的第一支脚40容纳在外壳18中的开口42内，而控制杆复位弹簧38的第二支脚44容纳在控制杆20中的开口46内。控制杆20的第二部分36除了与第一部分34一起绕轴32转动之外，还绕安装在控制杆20的第一部分34上的垂直杆轴48转动。控制杆20的第二部分36被与杆轴48同轴安装的预先加载的复位弹簧50偏压。复位弹簧50的第一支脚容纳在控制杆20的第二部分36中的开口内，而复位弹簧50的第二支脚由控制杆20的第一部分34支撑。在本实施例中，控制杆20包括两个部分34、36，以允许控制杆20的第二部分36在致动制动杆28时与制动杆28一起运动。在其它的实施例中，控制杆20可形成为一个构件。
卷绕部件22(在本实施例中为卷轴)可转动地安装在轴32上。卷绕部件22包括沿其外围的凹槽52，用于容纳控制线缆11。卷绕部件22被控制线缆11内的张力、而且优选地被卷绕部件复位弹簧54沿线缆释放方向偏压。卷绕部件复位弹簧54设置在卷绕部件22和外壳18之间。复位弹簧54包括容纳在卷绕部件22中的开口58内的第一支脚56、以及容纳在外壳18中的开口62内的第二支脚60。
变速器10包括棘轮64，该棘轮优选地具有多个绕其外周不均匀间隔开的齿66，而保持机构24包括可与齿66啮合以防止卷绕部件22退绕的保持爪68。棘轮64可转动地安装在轴32上，并与卷绕部件22一起转动。棘轮齿66对应于齿轮变速机构的齿轮位置。可替换地，棘轮64以及卷绕部件22可形成为一个构件。保持爪68可绕固定在外壳18上的保持爪枢轴70转动，并由定位环72轴向定位。保持爪68包括本体74以及从该本体74延伸的突出部76。保持爪突出部76被同轴安装在保持爪枢轴70上的预先加载的保持爪弹簧78偏压从而与棘轮齿66啮合。保持爪弹簧78的第一支脚80容纳在外壳18中的开口内，而第二支脚86由保持爪68支撑。
驱动机构26包括绕固定在控制杆20上的驱动爪枢轴90可转动安装的驱动爪84。驱动爪84在轴向上由定位环92定位。驱动爪84包括本体94、从本体94延伸的突出部96、以及尾部98。驱动爪弹簧100向着棘轮齿66偏压驱动爪突出部96。在控制杆20处于其静止位置时，驱动爪84的尾部98靠在分离元件88上，在本实施例中该分离元件88为外壳18的分离壁88。
为了切换齿轮变速机构，使控制杆20沿变速方向转动，以进行释放控制线缆11的第一变速运动，并且使其沿相同方向转动，以进行拉动控制线缆11的第二变速运动，所述第二变速运动比第一变速运动大。参见图3a至图3f描述线缆释放操作。在致动控制杆20之前，驱动爪84的尾部98靠在分离壁88上，从而使控制杆20位于其静止位置处(图3a)。而且，卷绕部件22以及棘轮64被保持爪68保持在选定的齿轮位置处，且示出了与相应的第一齿102啮合。
参见图3b，在骑车者致动控制杆20时，控制杆20绕轴32转动，以使驱动爪84远离分离壁88运动，并使驱动爪突出部96朝向棘轮齿66枢转。参见图3c，在进一步转动杆20时，驱动爪突出部96与保持爪突出部76啮合，从而使得保持爪68释放棘轮64的第一齿102。一旦被释放，棘轮64就绕轴32沿线缆释放方向转动，直到第一齿102与驱动爪突出部96啮合。如果期望进行线缆释放操作，则所述动作就向骑车者提供了声音和触觉反馈，示意骑车者释放控制杆20。
参见图3d，在释放了控制杆20从而使其朝向其静止位置枢转时，棘轮64沿线缆释放方向转动。而且，保持爪突出部76朝向与和棘轮64的相邻第二齿106相关的凹部104啮合而运动，而驱动爪尾部98朝向与分离壁88啮合而运动。在控制杆20进一步向着其静止位置转动时，由于在驱动爪尾部98抵靠分离壁88时产生的力矩，驱动爪突出部96进一步远离棘轮齿66枢转(图3e)。在驱动爪84与棘轮齿66分离时，棘轮64在控制线缆11和卷绕部件复位弹簧54的力的作用下沿线缆释放方向转动，直到保持爪突出部76与相邻的第二棘轮齿106啮合，从而导致沿线缆释放方向的一个齿轮增量的变速。在线缆释放操作结束时，驱动爪84返回到其靠着分离壁88的静止位置，从而使控制杆20位于其静止位置(图3f)。
参见图4a至图4h描述线缆拉动操作。在致动控制杆20之前，驱动爪尾部98靠在分离壁88上，使控制杆20处于其静止位置(图4a)。如此定位使得棘轮64保持在选定的齿轮位置，而保持爪68与第一棘轮齿102啮合。当骑车者沿变速方向致动控制杆20时，驱动爪84远离分离壁88，从而将驱动爪突出部96定位成朝向棘轮齿66(图4b)。
参见图4c，在进一步转动控制杆20时，驱动爪突出部96与保持爪突出部76啮合，从而驱动保持爪突出部76以脱离与第一棘轮齿102的啮合。一旦被释放，棘轮64就沿线缆释放方向转动，直到第一齿102与驱动爪突出部96啮合。当控制杆20沿变速方向进一步转动时，驱动爪84沿线缆拉动方向驱动棘轮64，且当保持爪68自由分离时，保持爪突出部76沿棘轮齿66自由滑动(图4d)。
参见图4e，在进一步转动控制杆20时，驱动爪84进一步使棘轮64沿线缆拉动方向转动，直到保持爪68与棘轮64上的下一个第三齿110啮合，从而导致沿线缆拉动方向的单齿轮变速。当然，骑车者不限于沿线缆拉动方向的单齿轮变速增量。骑车者通过简单地沿变速方向持续移动控制杆直到达到期望的齿轮位置，而能容易地沿线缆拉动方向以多齿轮变速增量进行变速。当经过每个齿轮变速增量时，向骑车者提供声音和触觉反馈。
参见图4f，在到达期望的齿轮位置之后，骑车者释放控制杆20，以使得控制杆20和驱动爪84在控制杆复位弹簧38的力的作用下向着它们的静止位置转动。在控制杆20进一步向着其静止位置转动时，驱动爪尾部98抵靠在分离壁88上，从而产生了使驱动爪84远离棘轮齿66的力矩(图4g)。参见图4h，驱动爪84位于其靠着分离壁88的静止位置，而驱动爪突出部96与棘轮64分离。
尽管已经参考一个或多个优选实施例描述了本发明，但应理解的是，在上述发明概念的精神与范围内可作出多种改变。因此，本发明不限于所公开的实施例，而旨在具有由所附权利要求允许的全部范围。
权利要求
1.一种自行车变速器，用于拉动和释放连接至齿轮变速机构的控制线缆，该自行车变速器包括外壳，其可安装到把手上；卷绕部件，其可运动以沿线缆拉动方向拉动控制线缆并沿线缆释放方向释放控制线缆，该卷绕部件沿线缆释放方向被偏压；控制部件，其可从静止位置沿变速方向运动，以进行允许所述卷绕部件沿线缆释放方向运动的第一变速运动，该第一变速运动对应于单个齿轮变换，所述控制部件可从所述静止位置沿所述变速方向运动，以进行使所述卷绕部件沿线缆拉动方向运动的第二变速运动，该第二变速运动对应于多个齿轮变换，所述控制部件的所述第二变速运动比所述第一变速运动大，所述控制部件朝向所述静止位置被偏压；保持机构，用于将所述卷绕部件保持在选定的齿轮位置；以及驱动机构，其可响应于所述控制部件的致动而操作，以从所述卷绕部件释放所述保持机构并使所述卷绕部件运动。
2.根据权利要求1所述的自行车变速器，其特征在于，所述卷绕部件可绕一轴线转动，以在其上缠绕和退绕控制线缆。
3.根据权利要求2所述的自行车变速器，其特征在于，还包括棘轮，其可与所述卷绕部件一起转动并具有多个齿，所述保持机构包括保持爪，该保持爪被偏压以与所述棘轮齿啮合，从而将所述卷绕部件保持在选定的齿轮位置。
4.根据权利要求3所述的自行车变速器，其特征在于，所述保持爪可转动地安装在所述外壳上。
5.根据权利要求3所述的自行车变速器，其特征在于，所述保持爪被一弹簧偏压以与所述棘轮啮合。
6.根据权利要求3所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动机构包括可转动地安装在所述控制部件上并被偏压以与所述棘轮齿啮合的驱动爪，该驱动爪可响应于所述控制部件的致动而操作，以从所述棘轮齿释放所述保持爪并且使所述卷绕部件转动。
7.根据权利要求6所述的自行车变速器，其特征在于，还包括用于使所述驱动爪从所述棘轮分离的分离元件。
8.根据权利要求7所述的自行车变速器，其特征在于，所述分离元件为所述外壳的分离壁。
9.根据权利要求6所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪被一弹簧偏压。
10.根据权利要求7所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪包括可枢转地连接至所述控制部件的本体、可与所述棘轮齿啮合的突出部、以及可与所述分离元件啮合的尾部；而且所述保持爪包括可枢转地连接至所述外壳的本体、以及可与所述棘轮齿啮合的突出部。
11.根据权利要求10所述的自行车变速器，其特征在于，在所述第一变速运动之后，所述驱动爪的尾部抵靠所述分离元件，从而使所述驱动爪的突出部与所述棘轮齿分离。
12.根据权利要求11所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪的尾部在所述控制杆朝向其静止位置运动的期间抵靠所述分离元件。
13.根据权利要求10所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪可响应于所述控制部件的致动而操作，以使得所述驱动爪的突出部使所述保持爪突出部与所述棘轮齿分离，从而允许所述卷绕部件转动。
14.根据权利要求2所述的自行车变速器，其特征在于，所述控制部件为可枢转的控制杆，该控制杆被一复位弹簧朝向所述静止位置偏压。
15.一种自行车变速器，用于拉动和释放连接至齿轮变速机构的控制线缆，该自行车变速器包括外壳，其可安装到把手上；卷绕部件，其可运动以沿线缆拉动方向拉动控制线缆并沿线缆释放方向释放控制线缆，该卷绕部件沿线缆释放方向被偏压；棘轮，其可与所述卷绕部件一起转动，并具有多个不均匀间隔开的齿；控制部件，其可从静止位置沿变速方向运动，以进行允许所述卷绕部件沿线缆释放方向运动的第一变速运动，该第一变速运动对应于单个齿轮变换，所述控制部件可从所述静止位置沿所述变速方向运动，以进行使所述卷绕部件沿线缆拉动方向运动的第二变速运动，该第二变速运动对应于至少一个齿轮变换，所述控制部件的所述第二变速运动比所述第一变速运动大，且所述控制部件朝向所述静止位置被偏压；保持机构，其包括被偏压以与所述棘轮啮合的保持爪，从而将所述卷绕部件保持在选定的齿轮位置；以及驱动机构，其包括驱动爪，该驱动爪可响应于所述控制部件的致动而操作，以使所述保持爪与所述卷绕部件啮合并从所述卷绕部件释放所述保持爪，并且使所述卷绕部件运动。
16.根据权利要求15所述的自行车变速器，其特征在于，所述卷绕部件可绕一轴线转动，以在其上缠绕以及退绕控制线缆。
17.根据权利要求15所述的自行车变速器，其特征在于，所述保持爪可转动地安装在所述外壳上。
18.根据权利要求15所述的自行车变速器，其特征在于，所述保持爪被一弹簧偏压以与所述棘轮啮合。
19.根据权利要求15所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪可转动地安装在所述控制部件上，并被偏压以与所述棘轮齿啮合。
20.根据权利要求19所述的自行车变速器，其特征在于，还包括用于使所述驱动爪与所述棘轮分离的分离元件。
21.根据权利要求20所述的自行车变速器，其特征在于，所述分离元件为所述外壳的分离壁。
22.根据权利要求19所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪被一弹簧偏压。
23.根据权利要求21所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪包括可枢转地连接至所述控制部件的本体、可与所述棘轮齿啮合的突出部、以及可与所述分离元件啮合的尾部；而且所述保持爪包括可枢转地连接至所述外壳的本体、以及可与所述棘轮齿啮合的突出部。
24.根据权利要求23所述的自行车变速器，其特征在于，在所述第一变速运动之后，所述驱动爪的尾部抵靠所述分离元件，从而使所述驱动爪的突出部与所述棘轮齿分离。
25.根据权利要求24所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪的尾部在所述控制杆朝向其静止位置运动的期间抵靠所述分离元件。
26.根据权利要求23所述的自行车变速器，其特征在于，所述驱动爪可响应于所述控制部件的致动而操作，以使得所述驱动爪突出部使所述保持爪突出部与所述棘轮齿分离，从而允许所述卷绕部件转动。
27.根据权利要求16所述的自行车变速器，其特征在于，所述控制部件为可枢转的控制杆，该控制杆被一复位弹簧朝向所述静止位置偏压。
全文摘要
一种自行车变速器，用于拉动和释放连接至齿轮变速机构的控制线缆，包括可安装到把手上的外壳、卷绕部件、控制部件、保持机构和释放机构。卷绕部件可运动以沿线缆拉动方向拉动控制线缆并沿线缆释放方向释放控制线缆。控制部件可从静止位置沿变速方向运动，以进行使卷绕部件沿线缆拉动方向运动的第一变速运动。第一变速运动对应单个齿轮变换。控制部件可从静止位置沿变速方向运动，以进行使卷绕部件沿线缆拉动方向运动的比第一变速运动大的第二变速运动。第二变速运动对应多个齿轮变换。控制部件朝向静止位置被偏压。保持机构将卷绕部件保持在选定的齿轮位置。驱动机构可响应于控制部件的致动而操作，以从卷绕部件释放保持机构并使卷绕部件运动。
文档编号B62M25/04GK1827469SQ20061005786
公开日2006年9月6日 申请日期2006年3月1日 优先权日2005年3月3日
发明者布赖恩·乔丹, 凯文·韦斯林, 克里斯多佛·希普曼 申请人:什拉姆公司