TWI400177B

TWI400177B - Bicycle forced transmission

Info

Publication number: TWI400177B
Application number: TW099127533A
Authority: TW
Inventors: Hyuk Yoo; Tae-Jin Jung; Seong-Cheol An
Original assignee: Mbi Co Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2013-07-01
Also published as: TW201127691A; BRPI1100171A2; KR100954300B1; CN102145731B; EP2353990A3; RU2463195C1; WO2011099679A1; US20110195813A1; ZA201100951B; RU2011104057A; CN102145731A; AR080153A1; CA2730879A1; JP5105562B2; US8727930B2; JP2011162184A; EP2353990A2

Description

自行車強制變速裝置

本發明涉及一種自行車的強制變速裝置，更詳細地說，涉及一種這樣的自行車強制變速裝置，其對設置在自行車的後輪花鼓內部的變速裝置的動作進行輔助，以便只使用微小力量也可以使變速裝置的檔數切換動作更順暢地進行。

在利用施加於腳踏板的力量而運行的自行車上，為了變換輪胎的旋轉速度，設置具有多個變速檔的變速裝置。一般來說，這種變速裝置中最常用的是下述的外裝變速裝置：即，在後輪上安裝多個鏈輪(sprocket)，並具有脫軌器(derailer)，其中，在該鏈輪上設置鏈條，該脫軌器選擇性地把鏈條連接在多個鏈輪當中的一個上。

然而這種外裝變速裝置在驅動過程當中，往往發生鏈條從鏈輪脫離的情形，而導致使用者隨時都要將鏈條重新掛在鏈輪的問題。此時，由於鏈條上塗布像潤滑脂等的潤滑油，以便更順暢地進行用於變速的鏈條移動，所以一不小心被潤滑油弄髒衣服，另外在重新掛鏈條的過程中，也能弄髒手導致很不方便。除此之外，對於女性或小孩等使用者而言，很不容易將被脫離的鏈條重新掛在鏈輪上。

為瞭解決這些現有的外裝變速裝置所具有的問題，最近開發使用將變速裝置設置於自行車花鼓內部的內裝變速裝置，例如，由本發明人所開發而獲得專利權的自行車變速裝置(韓國專利第10-0436697號)。

上述文獻中公開的變速裝置，如第一圖所示，包括：縱向鏈輪100、多檔變速部、變速輸出部、以及變速控制部。其中，縱向鏈輪100從驅動鏈輪接受動力。多檔變速部包括：輸送部210，其一側附著在上述縱向鏈輪而接受動力，而在另外一側上設置多個多檔行星齒輪220；兩個以上的太陽齒輪231、232，其與上述多檔行星齒輪220的各檔嚙合在一起，並在其內邊緣形成棘齒輪；以及環齒輪240，其與上述多檔行星齒輪220嚙合在一起。變速輸出部包括：花鼓主體(Hub Shell)310，其接受上述輸送部210和環齒輪240的動力而旋轉的同時，向輪胎傳送動力；以及離合器單元320，其設置在上述輸送部210和花鼓主體310之間、以及上述環齒輪240和花鼓主體310之間而傳遞動力，僅選擇性地作用於先行的一方。除此之外，變速控制部包括：花鼓軸410，其具有上述結構，並在一側形成棘爪安裝部；兩組以上的棘爪421、422，其分別與上述兩個以上的太陽齒輪231、232的內邊緣的棘齒輪結合或解除；棘爪控制環430，其控制上述棘爪421、422的位置；變速盤450，其在外邊緣形成用於捲繞線纜的凹槽451，並在外邊緣一側形成懸掛部，從而當拉緊線纜時，該變速盤450旋轉一定角度，通過變換媒介部440，對上述棘爪控制環430的位置進行變換；彈簧460，其能讓上述變速盤450回到原位；以及間隔維持部470，其為了使上述變速盤450的移動更順暢而保持間隔。

另外，設置在上述變速盤的懸掛部的線纜，與被設置於方向盤的變速檔桿連接在一起。

當利用由如上所述的結構構成的變速裝置進行自行車的變速時，首先使用者操作變速檔桿，與該變速檔桿連接在一起的線纜能讓變速盤旋轉，根據此旋轉力，讓棘爪控制環能旋轉到適當的位置的同時，控制棘爪，此時，該棘爪能與一個或多個太陽齒輪當中任何一個太陽齒輪的內表面上形成的棘齒輪連接在一起而傳送旋轉力，接著，與該太陽齒輪的外邊緣嚙合在一起的行星齒輪開始旋轉，從而能完成適當的變速。此時，若選擇大太陽齒輪，則變成高速狀態，若選擇小太陽齒輪，則變成中速狀態，若未選擇任何太陽齒輪，則變成低速狀態。

另外，以高速騎自行車時，若遇到上坡路，則為了使旋轉扭力變大，開始減速，此時，即使操作檔桿而想將棘爪控制環旋轉到減速位置，也因為在棘爪被嚙合在太陽齒輪的內邊緣上形成的棘齒輪的狀態之下，棘爪一直持續推壓棘齒輪，所以很難讓棘爪控制環旋轉，其結果，需要至少使用能夠穿越棘齒輪的傾斜面的過大的力量來操作檔桿，才能完成變速工作。

不過在下坡路上以微小力量驅動腳踏板時，棘爪和棘齒輪之間的結合狀態變鬆弛，此時使用微小的力量也可以進行變速，因此，雖然在上坡路上以大的力量驅動腳踏板時，仍存在著不容易變速的問題，但是此問題不屬於很嚴重的問題。

但是，對於作為自行車動力以電動機來替代腳踏板的的電動自行車而言，若適用如上所述的變速裝置，則由於棘爪和棘齒輪之間始終以一定的力量嚙合在一起，所以很難進行上述的速度變換。尤其是操作電子開關等的產生相對微弱的驅動力的電子裝置進行變速時，更難進行速度變換。

另外，在日本公開專利特開平10-96453號中，公開了一種當棘爪和太陽齒輪的棘齒輪嚙合在一起的狀態下也可以進行變速的技術。具體地，具備小型變速控制用電動機，利用該小型電動機使棘爪控制環旋轉，此時，當所需要的旋轉力大於電動機的輸出時，將從驅動力抽取部所抽取出來的輪胎驅動力傳送給棘爪控制環而完成變速動作。該發明雖然使用小型電動機，但因為實際上利用輪胎的驅動力，所以不僅對於零配件造成負擔，還會發生驅動力損失的問題。還有，用於將從驅動器抽取部抽取出來的驅動力傳送給棘爪控制環的機制非常複雜，因此不容易適用於實際生產方面。

本發明的目的為；為解決上述現有的自行車的變速裝置所存在的問題，提供一種既結構簡單，又不損失驅動力，而使用微小力量也可順暢地完成變速的自行車強制變速裝置。

根據本發明的自行車強制變速裝置，其中，在棘爪控制環上設置施壓部件，在輸送部的內邊緣形成鍵槽，其根據上述輸送部的旋轉移動上述施壓部件，從而按壓上述棘爪，由此解除棘爪和與其嚙合在一起的太陽齒輪的嚙合狀態。

根據本發明的強制變速裝置，可以將棘爪和太陽齒輪的嚙合狀態既簡單又正確地解除，因此可以確保變速裝置的變速動作的可靠性，並由於採用非常簡單的結構，所以容易拼裝生產，也可以有效地降低成本。

而且根據本發明，由於不需要為了進行變速而暫時停止驅動來解除棘爪和太陽齒輪的嚙合狀態，因此可以廣泛適用於使用電動機的電動自行車等。

另外，在使用本發明的強制變速裝置時，由於只需使用輕微的力量，即可完成變速操作，由此可以用信號線和電子開關等簡單的電子部件來替代用於變速操作的檔桿以及線纜等機械部件，提高了便利性。

根據本發明的另一方面的自行車強制變速裝置，只提供一個第一棘爪12和/或一個第二棘爪13，以便簡化配置。並且，根據本發明的優選實施方式的自行車強制變速裝置，提供兩個第一棘爪12和/或兩個第二棘爪13，以便容易地進行負荷分配。

下面參照附圖詳細說明本發明的優選實施例。

當變速裝置從高速檔減速為低速檔時，即使使用者操作檔桿而進行變速，也因為棘爪和太陽齒輪之間始終以一定的力量嚙合在一起，所以很難進行變速，因此，本發明的強制變速裝置1為瞭解決此問題，以選擇性的方式對於棘爪施加壓力，而強制解除棘爪和棘齒輪的嚙合狀態。

首先，說明可適用這種強制變速裝置1的自行車變速裝置的結構和動作關係，以便更容易理解本發明的結構。

如第二圖至第六圖所示，自行車的強制變速裝置1包括；花鼓軸10，在其外表面設置第一、第二棘爪12、13；棘爪控制環15，其控制上述第一、第二棘爪12、13；輸送部20，其形成在上述棘爪控制環15的外側；第一、第二太陽齒輪23、24，其根據上述棘爪12、13的動作，與上述花鼓軸10嚙合在一起；多檔行星齒輪22，其與上述太陽齒輪23、24嚙合在一起；花鼓主體30，其收容上述輸送部20，並具有與上述多檔行星齒輪22嚙合在一起的環齒輪31；蓋子40，其將上述花鼓主體30密閉；變速單元50，其位於花鼓主體30的外側，使棘爪控制環15旋轉；以及支撐單元60，其支撐上述花鼓軸10。

如第五圖所示，花鼓軸10的兩端被固定設置於自行車的框架(未圖示)上，而且在兩端之間沿長度方向形成棘爪安裝部11，在該棘爪安裝部11上設置第一、第二棘爪12、13。

第一、第二棘爪12、13通過棘爪控制環15的旋轉而調整其設置角度，由此，花鼓軸10與第一、第二太陽齒輪23、24當中一個或兩個太陽齒輪的內表面嚙合在一起，從此完成變速，其中，第一、第二太陽齒輪23、24能夠包圍著第一、第二棘爪12、13的外邊緣而進行旋轉。

更詳細地說，如第六圖(a)(參照第十圖a、b)所示，設置於棘爪安裝部11的第一、第二棘爪12、13包括：第一、第二固定棘爪12a、13a，其被扣住固定於形成在第一、第二太陽齒輪23、24的內徑上的第一、第二固定凸起23b、24b上；第一、第二受壓棘爪12b、13b，其位於與第一、第二固定棘爪12a、13a同一個線上而向棘爪安裝部11的側端延伸；以及第一、第二連接部12c、13c，其將第一、第二固定棘爪12a、13a和第一、第二受壓棘爪12b、13b連接在一起。

如第六圖b所示，具有上述結構的第一、第二棘爪12、13始終受到連接它們的環形彈簧S的收縮力的影響，其頂端能保持立起狀態，而且如第七圖和第八圖所示，在向棘爪安裝部11的側端延伸的第一、第二受壓棘爪12b、13b的外邊緣上，設置棘爪控制環15，並且該棘爪控制環15包圍著第一、第二受壓棘爪12b、13b。由此，當棘爪控制環15旋轉時，能按壓或解除第一、第二受壓棘爪12b、13b上所立起的頂端。此時與它連接在一起的第一、第二固定棘爪12a、13a也能變成被按壓或解除的狀態，同時使原本與它們嚙合在一起或分離的狀態的第一、第二太陽齒輪23、24變成分離或嚙合在一起的狀態。為此，在棘爪控制環15的內表面上形成可控制第一、第二受壓棘爪12b、13b的第一、第二按壓凸起16 a、16 b、19 a、19 b。

如第四圖和第九圖a、b以及第十一圖所示，輸送部20在其一側設置多個多檔行星齒輪22，而且在多檔行星齒輪 22的相反一側具有鏈輪安裝部21a，以便設置鏈輪26。

此時，如第二圖和第九圖a以及第十一圖所示，在輸送部20上另外設置棘輪部件25，當花鼓主體30向正向旋轉時，棘輪部件25使輸送部20與花鼓主體30結合在一起，相反地，向逆向旋轉時，棘輪部件25使輸送部20與花鼓主體30解除結合狀態而僅使花鼓主體30進行旋轉，此時，棘輪部件25受到螺旋彈簧(未圖示)的彈力一直保持向外凸出的狀態。

另外，如第十圖a、b所示，第一、二太陽齒輪23、24在其外邊緣上分別形成第一、第二齒輪部23a、24a，該第一、第二齒輪部23a、24a分別與多檔行星齒輪22的大齒輪部和小齒輪部嚙合在一起。另外，第一、第二太陽齒輪23、24的內邊緣上分別形成第一、第二固定凸起23b、24b，該第一、第二固定凸起23b、24b與第一、第二棘爪12、13上所立起的頂端嚙合在一起。

如第十三圖所示，輸送部20在其內部可以收容花鼓軸10上設置的棘爪控制環15，而且在輸送部20設置的多檔行星齒輪22與花鼓軸10之間以水準方向設置第一、第二太陽齒輪23、24，它們分別與多檔行星齒輪22的大齒輪部和小齒輪部嚙合在一起，在此狀態下，第一、第二棘爪12、13當中的一個棘爪受到棘爪控制環15的旋轉控制力而嚙合於形成在第一、第二太陽齒輪23、24的內邊緣的第一、第二固定凸起23b、24b時，與第一、第二棘爪12、13嚙合在一起的第一、第二太陽齒輪23、24連接到花鼓軸10的同時，鏈輪26的旋轉驅動力傳送到與多檔行星齒輪22嚙合在一起的大齒輪部或小齒輪部當中的任何一個齒輪之後，以一定齒輪比率進行旋轉，就此完成變速動作。

另外，如第十三圖所示，多檔行星齒輪22被多個銷P固定在輸送部20上，以便與分別形成於第一、第二太陽齒輪23、24的外邊緣的第一、第二齒輪部23a、24a嚙合在一起，並當輸送部20開始旋轉時，以太陽齒輪23、24的中心軸為基準公轉，以銷P的中心軸為基準自轉。

這些多檔行星齒輪22的旋轉力被傳送到形成於花鼓主體30的內邊緣的環齒輪31，由此花鼓主體30也進行旋轉，接著，通過第一太陽齒輪23或第二太陽齒輪24和與其嚙合在一起的多檔行星齒輪22的齒輪比率，以及多檔行星齒輪22與環齒輪31的齒輪比率，完成從低速轉變成高速的變速動作。

如第十四圖所示，在內部收容花鼓軸10與輸送部20的花鼓主體30是圓筒形的殼體，而且在其內邊緣上形成與多檔行星齒輪22嚙合在一起的環齒輪31、以及與棘輪部件25嚙合在一起而僅向一個方向傳送旋轉力的棘齒輪32。另外，在花鼓主體30的外邊緣設置自行車的驅動輪胎。

如第四圖所示，密閉花鼓主體30的開放側面的蓋子40在被設置於花鼓主體30的一個側面之後，受到外壓的按壓而形成與花鼓主體30一體型的狀態，或者使用緊固部件形成緊固固定狀態。

具有上述結構的變速裝置受到變速單元50的控制而動作，為此，在變速單元50上設置變速盤。一般來說，由於變速盤利用線纜(未圖示)與位於自行車的把手的變速檔桿(未圖示)連接在一起，因此，當使用者操作變速檔桿時，與它連接在一起的線纜變成被拉緊或鬆弛的狀態，當線纜被拉緊時，變速盤受到線纜的力量開始旋轉，此時，位於棘爪控制環15後方的調整桿17也跟著旋轉，由此棘爪控制環15也跟著旋轉。相反地，當線纜被鬆弛時，棘爪控制環15與變速盤受到位於棘爪控制環15一側的復原彈簧(未圖示)的彈性力影響，回到一體型的狀態，由此，棘爪控制環15選擇與第一、第二太陽齒輪23、24嚙合在一起或分離的第一、第二棘爪12、13。

另外，支撐單元60設置於花鼓軸10與花鼓主體30之間的空間，而且在花鼓主體30和花鼓軸10之間採用滾珠軸承方式，讓花鼓主體30變得更順暢地旋轉。

在具有上述結構的本發明的變速裝置中，為了將鏈輪26的驅動力傳送到輪胎上，第一、第二棘爪12、13與形成於第一、第二太陽齒輪23、24內邊緣的第一、第二固定凸起23b、24b保持互相緊密嚙合在一起的狀態，此時，使用者為了將變速裝置從高速減速到低速，操作位於把手上的檔桿而降低檔速的話，連接於檔桿上的線纜使變速單元50的變速盤進行旋轉，由此，棘爪控制環15也旋轉一定角度的同時，需要解除第一、第二固定棘爪12a、13a和第一、第二太陽齒輪23、24的第一、第二固定凸起23b、24b之間的嚙合狀態，然而，如上所述，由於它們保持互相緊密嚙合在一起的狀態，所以不容易解除。

因此，本發明提供一種強制變速裝置，其當變速盤被檔桿進行旋轉時，使用後述的形成在棘爪控制環15上的施壓部件，以物理性方法輕鬆地解除第一、第二固定棘爪12a、13a和第一、第二太陽齒輪23、24的第一、第二固定凸起23a、24b之間的嚙合狀態，所以不需要施加太大的力量，也可以可靠而容易地切換檔數。為了使本領域的技術人員容易實施，本發明的施壓部件可以採用施壓輥B或施壓球B’。以下更詳細說明這種強制變速裝置。

雖然在上述內容中，說明了棘爪控制環15的第一、第二按壓凸起16a、16b形成於棘爪控制環15的環外殼16的內邊緣上，其中，第一、第二按壓凸起16a、16b用於控制第一、第二棘爪12、13的第一、第二受壓棘爪12b、13b，但是，因為根據棘爪控制環15的第一、第二按壓凸起16a、16b形成於何處，其動作方法和結構有所不同，因此，以下分別以實施例的方式說明。

<第一實施例>

在第一實施例中，將第一、第二按壓凸起16a、16b如上所述地形成於棘爪控制環15的環外殼16的內邊緣上。此時，如第七圖a、b所示，強制變速裝置包括：圓筒形的環外殼16；施壓部件，其設置於環外殼16的外徑上形成的多個安裝槽18上；調整桿17，其設置於環外殼16的後方，受到變速單元50的旋轉力後，使得環外殼16旋轉；第一、第二按壓凸起16a、16b，其形成於環外殼16的內邊緣而按壓或解除第一、第二棘爪12、13的第一、第二受壓棘爪12b、13b；以及圓形固定環19，其設置於環外殼16的前方。

此時，設置於環外殼16的前方的圓形固定環19可以防止設置在安裝槽18上的施壓部件脫離的情形。

此時，作為施壓部件，與其使用球狀的球(ball)，不如使用以一個旋轉軸為中心而旋轉的圓筒形狀的施壓輥B。

安裝槽18以具有一定的間隔的方式形成，以便其內部設置的施壓部件在適當範圍內向環外殼16的上下方向移動。但是由於在安裝槽18的內外邊緣上形成凸起部18a，所以施壓部件不被脫離，其移動範圍被限制在其範圍內。

另外，如第十一圖、第十二圖a、b所示，在設置於棘爪控制環15外部的輸送部20的內邊緣上，形成鍵槽27、27a、27b。這些鍵槽讓棘爪控制環15的施壓部件隨著鍵槽27、27a、27b的形狀滾動，以便讓施壓部件能向棘爪控制環15的上下(內外)方向移動。

以下，根據變速狀態分開說明具有上述結構的強制變速裝置的動作。

從低檔切換到高檔的齒輪變速

此時，棘爪控制環15與輸送部20共同向與自行車的行駛方向相同的方向旋轉(以下簡稱“正旋轉”)。

初期加速時，如第十六圖a所示，設置於花鼓軸10上的第一、第二棘爪12、13的第一、第二受壓棘爪12b、13b，被棘爪控制環15的第一、第二按壓凸起16a、16b按壓而維持第一、第二棘爪12、13被壓住的狀態。由此，第一、第二太陽齒輪23、24不被固定於花鼓軸10上，因此不能產生按照多檔行星齒輪22與第一、第二太陽齒輪23、24的齒輪比率進行變速的情形，從而鏈輪26所產生的驅動力直接通過棘輪部件25傳送到棘齒輪32上，而使得花鼓主體30旋轉，因此，此時不能發生增速而保持1：1旋轉的1檔狀態。

接著，當使用者操作變速檔桿而調到2檔變速時，變速單元50的變速盤開始旋轉，由此，棘爪控制環15能以適當角度旋轉。

此時，如第十六圖b、c、d所示，形成於環外殼16內邊緣的第一、第二按壓凸起16a、16b受到棘爪控制環15的旋轉力而產生位移，由此，被第一按壓凸起16a按壓的第一受壓棘爪12b變成解除按壓狀態之後，受到彈簧S的彈力，與第一受壓棘爪12b連接的第一棘爪12自動變成立起的狀態，但是第二棘爪13仍然保持被第二受壓棘爪13b按壓的狀態。

從棘爪控制環15的壓力被解除的第一棘爪12能與第一太陽齒輪23的內邊緣上形成的第一固定凸起23b嚙合在一起，從而第一太陽齒輪23與花鼓軸10嚙合在一起保持固定狀態，接著，與第一太陽齒輪23嚙合在一起的多檔行星齒輪22開始旋轉，按照齒輪比率進行2檔變速。

上述內容只說明了第一太陽齒輪23的齒輪比率比第二太陽齒輪24的齒輪比率低的情況。但在第一太陽齒輪23的齒輪比率比第二太陽齒輪24的齒輪比率高的情況下，第二太陽齒輪24替代第一太陽齒輪23會被固定。

在經過上述過程而以2檔變速行駛的過程中，如果使用者再次以高檔變速的話，如第十六圖e、f所示，棘爪控制環15被變速單元50以適當角度再進行旋轉，從此解除第二按壓凸起16b的按壓狀態的同時，第二棘爪13也受到彈簧S的彈力而自動變成立起的狀態，此時，被立起的第二棘爪13的第二固定棘爪13a固定於第二太陽齒輪24的第二固定凸起24b上，其結果，第一、第二太陽齒輪23、24都能固定於花鼓軸10。

此時，第一、第二太陽齒輪23、24都固定於花鼓軸10，即使與它們嚙合在一起的2組多檔行星齒輪22都進入旋轉狀態，花鼓主體30也按照與旋轉數較多的高檔齒輪比率的第二太陽齒輪24嚙合在一起的多檔行星齒輪22的旋轉速度，完成高檔變速。

從高檔切換到低檔的齒輪變速

此時，棘爪控制環15向與自行車行駛方向相反的方向旋轉(以下簡稱“逆旋轉”)，而輸送部20正旋轉。

從高檔切斷到低檔的變速按照第十六圖f~e的順序進行。從3檔狀態(第十六圖f)變速為2檔狀態(第十六圖e)的過程實質上與從2檔狀態(第十六圖e)變速為1檔狀態(第十六圖a)的過程相同，因此以下只舉例說明從2檔狀態(第十六圖e)變速為1檔狀態(第十六圖a)的變速過程。

在從2檔狀態(第十六e)變速為1檔狀態(第十六圖a)時，如果持續驅動腳踏板，則由於互相嚙合在一起的第一、第二棘爪12、13的第一、第二固定棘爪12a、13a與第一、第二固定凸起23b、24b之間存在著強大的力量，所以很難進行變速，為解決此問題的過程如下。

當第一按壓凸起16a按壓第一受壓棘爪12b之前，成為施壓部件先與第一受壓棘爪12b接觸的第十六圖d的狀態。此時，若第一固定棘爪12a與第一固定凸起23b之間存在著強大力量的話，由於第一受壓棘爪12b的傾斜度的影響，施壓部件呈現出向環外殼16的外側凸出的情形。當腳踏板正在驅動的過程中，輸送部20持續保持旋轉狀態，因此，施壓部件向鍵槽27a的深處(穀部)移動，而成為第十六圖c的狀態。

此時，輸送部20受到腳踏板的驅動力而向驅動方向再進行旋轉，由此，位於鍵槽27a的深處的施壓部件受到鍵槽27a的傾斜面的影響，漸漸地向環外殼16的內側凸出，而且在鍵槽27a的深度最淺(山部)的部位上，施壓部件向環外殼16內側最大程度地凸出，因此，與施壓部件接觸的第一受壓棘爪12b受到強大壓力而解除第一固定棘爪12a與第一固定凸起23b嚙合在一起的狀態，即變成第十六圖b的狀態。接著，第一按壓凸起16a受到復原彈簧的彈力或線纜的拉力，容易控制處於解除嚙合狀態的第一受壓棘爪12b，而成為第十六圖a的1檔狀態而完成變速。

因此，即使對於棘爪控制環15施加微小的力量，也由於受到腳踏板的驅動力而旋轉的鍵槽27a與沿著鍵槽27a的傾斜面向環外殼16內側凸出的施壓部件能輕鬆地控制與第一、第二固定凸起23b、24b緊密嚙合在一起的第一、第二棘爪12，13，從而很容易完成變速。

如上所述，本發明即使在棘爪與固定部位緊密嚙合在一起的狀態下，也可以進行變速，因此不需要為完成變速而一時解除驅動力。

<第二實施例>

第二實施例與第一實施例不同的地方是，棘爪控制環15的第一、第二按壓凸起19a、19b與施壓部件並不是全部形成於環外殼16上，而是如第八圖a、b和第十七圖所示，棘爪控制環15的第一、第二按壓凸起19a、19b形成於環外殼16前方的固定環19上，而施壓部件與第一實施例相同地形成於環外殼16上，其餘的結構與第一實施例相同。

另外，在第二實施例中，棘爪控制環15與輸送部20的動作與第一實施例相反。

從高檔切換到低檔的變速(棘爪控制環15、輸送部20=正旋轉)

此時，棘爪控制環15與輸送部20都向正旋轉方向旋轉。

所謂的從高檔切換到低檔的變速指的是，從3檔(第十八圖a)變速為2檔(第十八圖e)的過程，或者從第2檔( 第十八圖e)變速為第1檔(第十八圖f)的過程。但是由於從3檔(第十八圖a)變速為2檔(第十八圖e)的過程和從2檔(第十八圖e)變速為1檔(第十八圖f)的過程是相同的，因此以下只舉例說明從3檔(第十八圖a)變速為2檔(第十八圖e)的變速過程。

當從3檔(第十八圖a)變速為2檔(第十八圖e)時，如果持續驅動腳踏板，則由於互相嚙合在一起的第二固定棘爪13a與第二固定凸起24b之間存在著強大的力量，所以很難進行變速，為解決此問題的過程如下。

輸送部20設置在棘爪控制環15的環外殼16的外部，在其內邊緣上形成具有傾斜面與凹處(pocket)空間的鍵槽27b。輸送部20受到腳踏板的驅動力而進行旋轉，其內邊緣上形成的鍵槽27b的傾斜面按壓施壓部件，使施壓部件向環外殼16的內側凸出，或者形成可以讓施壓部件移動的空間，使施壓部件向環外殼16的外側凸出。

第十八圖a的狀態是3檔驅動狀態，在此狀態下，第二固定棘爪13a與第二太陽齒輪24的第二固定凸起24b嚙合在一起。此時，持續驅動腳踏板的同時操作線纜的話，變速盤受到線纜的拉力或復原彈簧的復原力而進行旋轉。

此時，在為了隨著變速盤的旋轉動作一起旋轉而與變速盤組裝在一起的棘爪控制環15的第二按壓凸起19b與第二受壓棘爪13b接觸之前，施壓部件先與第二受壓棘爪13b接觸而變成第十八圖b的狀態，此時，受到腳踏板的驅動旋轉力影響，旋轉體持續進行旋轉的過程中，當成為旋專體的鍵槽27b的凹處空間與施壓部件的位置一致的狀態時，施壓部件向環外殼16外側凸出而變成第十八圖c狀態。此時，受到腳踏板的驅動旋轉力，旋專體持續旋轉的話，位於旋專體的鍵槽27b的凹處空間的施壓部件受到鍵槽27b的傾斜面的影響，向環外殼16的內側強制凸出而推動第二受壓棘爪13b，由此，第二棘爪13的第二固定棘爪13a變成第十八圖d的狀態。其結果，由於第二固定棘爪13a與第二固定凸起24b之間已解除嚙合狀態，所以，第二按壓凸起19a很容易地控制第二受壓棘爪13b而變成第十八圖e的狀態，即變成下一個變速檔(2檔)狀態。

從低檔切換到高檔的變速

在從低檔切換到高檔的變速時，首先，如第十八圖f所示，在第一、第二棘爪12、13的嚙合狀態都被解除的1檔狀態之下，進行如第十八圖e所示的動作，使第一棘爪12變成被立起的狀態，此時，輸送部20正旋轉，棘爪控制環15逆旋轉。

在第一按壓凸起19a受到棘爪控制環15的旋轉力而進行旋轉時，按壓第一受壓棘爪12b的壓力被解除，第一受壓棘爪12b的末端受到彈簧S的彈力而自動地以適當角度變成立起狀態，從而與第一太陽齒輪23的第一固定凸起23b嚙合在一起，其結果變速成2檔狀態。

另外，從2檔變速為3檔時，從第十八圖e開始，依照第十八圖d、c、b、a的順序，環外殼16和固定環19以與輸送部20相反的方向旋轉，由此，被固定環19的第二按壓凸起19b按壓的第二受壓棘爪13b變成解除按壓的狀態，第二固定棘爪13a的末端受到彈簧S的彈力而自動變成立起的狀態，從而被固定在第二太陽齒輪24內邊緣的第二固定凸起24b上。其結果變成第一、二太陽齒輪23、24都固定在花鼓軸10上的3檔變速狀態。

在上述第二實施例中，說明了第一、第二按壓凸起19a、19b形成在固定環19上，而且施壓部件設置在環外殼16上的情況。但是實際應用時，也可以將施壓部件與第一、第二按壓凸起19a、19b的形成位置互相替換，如此一來，根據棘爪控制環15的旋轉方向可以選擇要從高檔變速為低檔或者從低檔變速為高檔，由此可以相應地提高設計自由度。

另外，在上述說明中，沒有很明確地說明棘爪控制環15的形狀，其形狀不一定要採用封閉的環狀，依據內邊緣上所形成的按壓凸起的數量，可以採用半圓狀或弧狀的形狀。因此本發明中所說的棘爪控制環包含所有這些形狀。

在上述實施例中，說明了通過腳踏板而施加驅動力的狀態，即第一、第二固定棘爪12a、13a與第一、第二固定凸起23b、24b互相緊密嚙合在一起的狀態之下進行變速的情況。但是也可以適用於未驅動腳踏板的狀態之下進行變速的情況，或者第一、第二固定棘爪12a、13a與第一、第二固定凸起23b、24b的嚙合變得鬆弛的狀態之下進行變速的情形。

另外，在上述說明中，只舉例說明了3檔齒輪，但是也可以適用於6檔、9檔等更高的檔數，或者為了賦予設計的彈性效果，可以對棘爪控制環15的結構和設置形態進行各種變更。

另外，在上述第一、第二實施例中，舉例說明了作為預先按壓第一、第二棘爪12、13的施壓部件使用由圓筒狀的輥構成的施壓輥B，但是代替圓筒狀的施壓輥B的另一種施壓部件是如第十九圖所示的施壓球B’，該施壓球B’被螺旋彈簧彈性支撐以使其一端向棘爪控制環15的環外殼16的內側或外側進行旋轉。

具有如上所述結構的施壓球B’與施壓輥B相同地，隨著鍵槽27b的形狀，漸漸向環外殼16的內側移動，當到達鍵槽27b的最淺的(山)部位時，施壓球B’向環外殼16內側最大程度地被推進，此時選擇性地按壓第一、第二棘爪12、13，當施壓球B’再移動到鍵槽27b的最深(谷)部位時，受到螺旋彈簧的彈力而開始旋轉的同時，向環外殼16的內側或外側凸出。

另外，在第一、第二實施例中，說明了在輸送部20的內部，以一體型的方式形成鍵槽27。但是作為本發明的另外一種例子，如第十二圖a、b和第二十圖所示，還可以在輸送部20的內部設置形成有鍵槽27的鍵槽殼體29，並且鍵槽殼體29與輸送部20的內邊緣接觸而進行旋轉。

如上所述，將形成有鍵槽27的鍵槽殼體29與輸送部20分開設置的主要原因是，如果在輸送部20的內部面上以一體型的方式形成鍵槽27，則鍵槽27的旋轉量只能與輸送部20的旋轉量相同，因此，在不進行變速動作而駕駛時，即使輸送部20以高速旋轉，棘爪控制環15的施壓部件也可以不受到鍵槽27的影響，但是，如果在進行變速操作時使棘爪控制環15旋轉，則施壓部件被第一、第二棘爪12、13向棘爪控制環15的外側推出來而受到鍵槽27的影響，因此當以高速駕駛的過程中突然進行變速，過大的旋轉力傳送到施壓部件與棘爪控制環15而可能導致強制變速裝置受損的情形。

因此，將形成有鍵槽27的鍵槽殼體29與輸送部20分開形成，從而利用鍵槽殼體29與輸送部20之間的接觸面的摩擦力，僅將適當的旋轉力傳送給棘爪控制環15，若傳送超過適當旋轉力的旋轉力，則產生互相滑動(Slip)的效果而防止過大的旋轉力傳送到棘爪控制環15的施壓部件，可以保護變速裝置。

此時，上述鍵槽殼體29與輸送部20之間互相接觸並進行旋轉，雖然利用兩者的材質之間的摩擦力可以設定可傳送的旋轉力的大小，但是為了讓此過程變得更容易，在鍵槽殼體29與輸送部20之間，可以另外設置分別與兩者接觸的傳達部件28，並且，考慮到耐熱性、耐磨性及摩擦力等的因素，傳達部件28可採用與輸送部20及鍵槽殼體29不同的異種金屬材質。

另外，在本發明中說明了在輸送部20的內部設置棘爪控制環15，並且，由輸送部20的內邊緣或鍵槽殼體29上形成的鍵槽27、27a、27b對施壓部件以選擇性的方式進行按壓，而達到輔助變速動作的效果。但是，這僅是一個實施例，在將棘爪控制環15的位置變換時，棘爪控制環15還可以設置於除了輸送部20以外的其他可旋轉的結構的內部，此時，鍵槽形成於其他可旋轉的結構的內邊緣上。

另外，雖然在本發明中舉例說明了適用於自行車的強制變速裝置，但本發明也可以適用於滑行車、摩托車、輪椅等。

現有技術中存在從高檔變速到低檔時由於一直維持互相嚙合在一起的狀態而不容易解除嚙合狀態的技術問題，為了解決此問題，如上所述的自行車強制變速裝置，另外設置施壓部件與可控制該施壓部件的移動的鍵槽27，由此，從高檔切換到低檔的齒輪變速時，施壓部件按壓第一、第二受壓棘爪12b、13b，從而強制解除與第一、第二固定凸起23b、24b的嚙合狀態，由此，第一、第二按壓凸起16a、16b、19a、19b能夠可靠而準確地控制第一、第二受壓棘爪12b、13b。

其結果，不需要為了解除第一、第二固定棘爪12a、13a與第一、第二固定凸起23b、24b之間的嚙合狀態而一時中斷驅動力的供給，也可以容易完成變速。再加上，只需使用輕微的力量，即可完成變速裝置的變速操作，由此可以用信號線和電子開關來替代用於變速操作的檔桿以及與它連接的線纜，其結果可以大幅改善變速操作零件。

<習知>

100‧‧‧縱向鏈輪

210‧‧‧輸送部

220‧‧‧行星齒輪

231,232‧‧‧太陽齒輪

240‧‧‧環齒輪

310‧‧‧花鼓主體

320‧‧‧離合器單元

410‧‧‧花鼓軸

421,422‧‧‧棘爪

430‧‧‧棘爪控制環

440‧‧‧變換媒介部

450‧‧‧變速盤

451‧‧‧凹槽

460‧‧‧彈簧

470‧‧‧間隔維持部

<本發明>

1‧‧‧強制變速裝置

10‧‧‧花鼓軸

11‧‧‧棘爪安裝部

12‧‧‧第一棘爪

12a‧‧‧第一固定棘爪

12b‧‧‧第一受壓棘爪

12c‧‧‧連接部

13‧‧‧第二棘爪

13a‧‧‧第二固定棘爪

13b‧‧‧第二受壓棘爪

13c‧‧‧連接部

15,15’,15"‧‧‧棘爪控制環

16‧‧‧環外殼

16a‧‧‧第一按壓凸起

16b‧‧‧第二按壓凸起

17‧‧‧調整桿

18‧‧‧安裝槽

18a‧‧‧凸起部

19,19’,19"‧‧‧固定環

19a‧‧‧第一按壓凸起

19b‧‧‧第二按壓凸起

20‧‧‧輸送部

21‧‧‧外蓋

21a‧‧‧鏈輪安裝部

22‧‧‧行星齒輪

23‧‧‧第一太陽齒輪

23a‧‧‧第一齒輪部

23b‧‧‧第一固定凸起

24‧‧‧第二太陽齒輪

24a‧‧‧第二齒輪部

24b‧‧‧第二固定凸起

25‧‧‧棘輪部材

26‧‧‧鏈輪

27,27a,27b‧‧‧鍵槽

28‧‧‧傳達部件

29‧‧‧鍵槽殼體

30‧‧‧花鼓主體

31‧‧‧環齒輪

32‧‧‧棘齒輪

40‧‧‧蓋子

50‧‧‧變速單元

60‧‧‧支撐單元

B‧‧‧施壓輥

B’‧‧‧施壓球

S‧‧‧彈簧

第一圖為習知腳踏車的速度變換裝置之斷面圖。

第二圖為本發明之速度變換輔助裝置的示意圖。

第三圖為第二圖的分解示意圖。

第四圖為第二圖之斷面圖。

第五圖為本發明之中心軸的示意圖。

第六圖 (a、b)為本發明之棘爪安裝部與第一、第二棘爪之示意圖及使用狀態圖。

第七圖 (a、b)為本發明之棘爪控制環之第一實施例的示意圖。

第八圖 (a、b)為本發明之棘爪控制環之第二實施例的示意圖。

第九圖為本發明之輸送部的示意圖及正面圖。

第十圖 (a、b)為本發明的第一、第二太陽齒輪的示意圖。

第十一圖為本發明之輸送部的背面示意圖。

第十二圖 (a、b)為本發明之輸送部的鍵槽之正面圖。

第十三圖為本發明之中心軸與輸送部結合在一起的斷面圖。

第十四圖為本發明之花鼓主體的示意圖。

第十五圖為本發明的棘爪與棘爪控制環及鍵槽結合在一起的斷面圖。

第十六圖 (a,b,c,d,e,f)為第十五圖的使用狀態圖。

第十七圖為本發明之棘爪與棘爪控制環及鍵槽的另外一個結合在一起的斷面圖。

第十八圖 (a,b,c,d,e,f)為第十七圖的使用狀態圖。

第十九圖為本發明的加壓口之實施例的斷面圖。

第二十圖為本發明的鍵槽之另外一個斷面圖。