KR100351434B1

KR100351434B1 - 자전거의 무단 변속장치

Info

Publication number: KR100351434B1
Application number: KR1019990031469A
Authority: KR
Inventors: 박영일; 시주오 미시마
Original assignee: 박영일; 시주오 미시마
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2002-09-10
Also published as: KR20010011887A

Abstract

(발명의 명칭) 자전거의 무단 변속장치

(목 적) 자전거의 구동기구인 체인과 스프로켓의 기구 없이 회전판과 구면체에 의하여 무단 변속되는 자전거의 무단 변속장치를 제공하려는 것이다.

(구 성) 자전거의 무단 변속장치에 있어서, 서로 대향된 압력판(5)과 출력판(6) 사이에 자전거 페달(2)에 의하여 구동되는 복수개의 구면체(球面體)(3)(4)를 임의 편심각도로 제어할 수 있게 설치하여, 페달의 구동력이 구면체(3)(4)와 출력판(6)을 통하여 소정의 회전토크로 후륜(9a)에 전달하여 전진하고 진행중 출력판(6)과 구면체(3)(4)의 접촉각도의

Description

자전거의 무단 변속장치{GEARLESS TRANSMISSION FOR A BICYCLE}

본 발명은 회전판과 구면체로 구성된 무단 변속 시스템을 자전거에 적합하도록 개발하여 체인기구 없이 무단 변속할 수 있게 한 자전거의 무단 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거의 변속장치는, 후륜측에 다단변속기구인 복수개의 크고 작은 체인 스프로켓으로 구성된 스프로켓 셋트를 설치하고 페달(Pedal)축에 설치된 구동기어와 상기 스프로켓 사이에 체인을 걸어 페달의 구동력을 체인을 통하여 후륜의 스프로켓에 전달하여 전진하고 또 변속레버를 조작하여, 스프로켓 셋트에서의 선택적인 체인결합에 의하여 페달의 구동기어와 스프로켓의 회전비에 의하여 다단으로 변속하였다.

본래 자전거는 인력으로 주행하기 때문에 다리의 힘으로 페달을 느리게 구동하면 자전거의 주행속도가 느리고 페달을 빠르게 구동하면 자전거의 속도가 빠르게 되므로 기본적인 주행속도의 변속은 페달에 의하여 이루어진다.

따라서 자전거에서의 "변속"이란, 페달의 회동수에 대한 후륜의 회전수의 비를 가변하여, 경사길의 등판시에는 저속이면서 큰 힘으로 주행하고 수평길에서는 같은 구동력에 대하여 주행속도를 크게 하는 것을 의미한다.

종래의 자전거의 변속장치는 후륜측에 설치된 체인의 스프로켓 셋트의 선택적 결합에 의하여 다단으로 변속되기 때문에 유단변속의 한계가 있고 구조가 복잡하며 체인이 벗겨지는 등 사용하기 불편한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 자전거의 변속장치에 있어서 체인 및 스프로켓 등의 기구가 없이, 회전판과 구면체(球面體)의 간단한 기구에 의하여 구면체의 회전 반경범위 내에서 구면체의 출력판에 대한 접촉각도의 제어에 의하여 무단으로 변속이 가능하고 고장이 거의 없으며 사용이 편리한 자전거의 변속장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 자전거의 변속장치는, 자전거 페달에 의하여 회동되는 구면체와, 구면체의 구름운동으로 회전되어 출력되는 출력판과, 출력판에 대한 구면체의 접촉 각도를 가변하는 기구로 구성되어 있고, 회전되는 구면체와 출력판과의 접촉각도의 가변에 따라 구면의 반경범위에서 무단 변속되게 한 것이다.

즉, 자전거 프레임에 설치하게 된 변속장치 하우징의 내부에 페달에 의하여 구동되는 복수개의 구면체가 압력판과 출력판 사이의 대칭되는 편심위치에 설치되어 있고 페달을 구동하면 구면체의 구름운동에 의하여 출력판이 회전되어 출력 된다.

또한 상기 구면체의 지축은 웜기어축에 설치되어 있어, 변속레버와 같은 바리에이터(Variator)기구에 의하여 웜기어축을 임의 각도로 회동시키면 출력판에 접촉된 구면체의 접촉각도가 가변되면서 무단으로 출력판의 회전비가 변화되어 변속된다.

구면체의 구름운동의 토크를 적절히 유지하기 위하여, 압력판의 지축에는 너트와 스프링이 설치되어 있고 너트의 조임에 따라 스프링의 압력이 조절되어 스프링의 조절된 압력으로 압력판에 의하여 구면체가 출력판에 가압(加壓)되어 구름운동에 유효한 토크가 유지된다.

압력판과 출력판은 이에 접촉된 구면체와 동일 회전속도를 유지하기 위하여, 압력판의 큰 기어와 출력판의 큰 기어사이에 피니온의 회전축이 연결되어 있고 따라서 압력판과 출력판이 동일 속도를 유지하게 된다.

출력판의 지축은 프로펠러축에 연결되어 자전거의 후륜축에 베벨기어에 의하여 접속되어 있고 체인과 체인기어 없이, 변속장치에서의 출력이 프로펠러축을 통하여 후륜에 전달되어 주행하며, 변속레버의 조작으로 자전거의 주행속도, 즉 페달의 크랭크 운동의 회전수에 대한 후륜의 회전비를 무단으로 가변시키어 종래의 유단으로 가변하던 문제점을 시정하고 보다 편리하게 자전거를 탈 수 있다.

도 1은 본 발명의 무단변속장치의 측단면도

도 2는 본 발명의 무단 변속장치의 정단면도

도 3은 본 발명의 무단 변속장치의 평단면도

도 4는 본 발명의 무단 변속장치가 설치된 자전거의 예시도

[도면중 중요한 부분에 대한 부호 설명]

1 : 하우징, 2 : 페달, 2g,3g,4g : 구동기어

3,4 : 구면체, 3x,4x,5x,6x : 축, 3v,3v',4v,4v' : 베벨기어,

3w, 4w : 웜기어, 3s, 4s : 웜기어축, 5 : 압력판,

6 : 출력판, 5x' :나사부, 5n : 너트,

5s : 스프링, 5p,5p',6p : 피니온, 6a : 연결축,

7 : 변속레버, 8 : 프로펠러축, 9 자전거이다.

도1~3는 본 발명의 무단 변속장치(A)의 단면 예시도이다. 하우징(1)의 중간 내부에 가로로 한쌍의 구면체(3)(4)가 웜기어축(3s)(4s)의 단부에 형성된 베어링(3c)(4c)에 지지되는 축(3x)(4x)에 의하여 나란히 설치되어 있다.

이 구면체(3)(4)는 축(3x)(4x)에 형성된 베벨기어(3v)(4v)와 상기 구면체(3)(4)의 축(3z)(4z)에 형성된 베벨기어(3v')(4v') 및 상기 축(3x)(4x)에 형성된 구동기어(3g)(4g)에 의하여 크랭크 페달(2)의 구동기어(2g)의 구동력으로 상기 웜기어축(3s)(4s)의 단부측 베어링(3c)(4c)에서 각각 회전된다.

또 도2에 표시된 바와 같이 하우징(1) 내부에 설치된 구면체(3)(4)의 좌우 양측에는 각각 압력판(5)과 출력판(6)이 상기 구면체(3)(4)에 각각 접촉되게 동일 축심으로 축(5x)(6x)과 베어링(5d)(6d)에 의하여 하우징(1)에 설치되고 압축판(5)의 축(5x)의 일부에 형성된 나사부(5x')에 스프링(5s)과 너트(5n)가 설치되어 너트(5n)를 조여 스프링의 조절된 압력으로 압착판(5)이 구면체(3)(4)를 출력판(6)에 가압하여 구면체의 구름운동에 유효한 토크가 유지된다.

출력판(6)의 축(6x)은 하우징(1)의 일측 외부로 관출되어 페달(2)의 구동력이 구면체(3)(4)와 출력판(6)을 통하여 출력된다.

도1에 표시된 바와 같이, 압력판(5)의 큰 기어(5g)와 출력판(6)의 큰 기어(6g)에는 피니온(5p)(5p')(6p)과 연결축(6a)에 의하여 서로 연결되어 압력판(5)과 출력판(6)이 동일 속도로 회전되어 구면체(3)(4)가 접촉 회전되는 압력판(5)과 출력판(6)의 회전편차가 생기지 않는다. 이로 인하여 구름운동이 평활하게 되고 변속장치의 동작이 부드럽게 되며 출력토크가 배가 된다.

도1 및 도2에 표시된 바와 같이, 변속레버(7)로 조작되는 웜(3w')(4w')과 웜기어(3w)(4w)에 의하여 웜기어축(3s)(4s)을 원하는 각도로 회동시키면 상기 웜기어축(3s)(4s)의 베어링(3c)(4c)에 설치된 구면체(3)(4)의 압력판(5) 및 출력판(6)과의 접촉각도가 가변되며, 구면체(3)(4)의 회전중심이 압력판 및 출력판에 직각으로 접촉되면 구면체(3)(4)의 회전력이 없으므로 출력판(6)은 회전되지 않는다. 그러나 구면체(3)(4)의 반경범위내에서 접촉각도를 가변함에 따라 회전력이 발생하여 출력판은 회전되며 구면체의 접촉각도의값의 크기에 따라 출력판(6)의 회전속도가 무단으로 변속된다.

도4에 표시된 바와 같이, 하우징(1)의 일측 외부로 관출된 출력판(6)의 축(6x)에 프로펠러축(8)이 연결되고 프로펠러축(8)의 외단부에 형성된 베벨기어(8v)가 자전거(9) 후륜(9a)의 회전축(9b)에 형성된 베벨기어(9v)에 맞물리어 페달(2)의 구동력이 후륜(9a)에 전달되어 주행되며 구면체의 접촉각의 가변에 의하여 주행속도, 또는 회전토크를 증대할 수 있게 된 것이다.

본 발명의 자전거의 변속장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도4에 표시된 바와 같이 자전거(9)의 페달(2)을 밟아 크랭크 동작으로 구동하면 그 구동력은 변속장치(A)를 통하여 후륜(9a)에 전달되어 주행된다.

즉 도1~도3에 표시된 바와 같이, 한쌍의 구면체(3)(4)가 압력판(5)의 스프링(5s)의 조절된 압력에 의하여 출력판(6)에 밀착되어 구면체(3)(4)가 소정의 각도로 유지된 상태에서 자전거의 페달(2)을 구동하면 구동기어(2g)(3g)(4g)에 의하여 축(3x)(4x)이 회전되는 동시 베벨기어(3v)(3v'), (4v)(4v')의 연동에 의하여 구면체(3)(4)는 각 베어링(3c)(4c)에서 회전된다.

이때 구면체(3)(4)는 외접된 구동기어(3g)(4g)에 의하여 회전방향이 상반되며, 구면체(3)(4)의 반경의 편심점은 압력판(5) 및 출력판(6)의 대칭된 편심 위치에서 서로 접촉되어 있기 때문에 구면체(3)(4)의 회전력에 의하여 압력판(5)과 출력판(6)이 회전된다. 또한 압력판(5)과 출력판(6)은 구면체(3)(4)의 양단부에 대향되어 접촉되어 있으므로 압력판(5)과 출력판(6)은 회전 방향이 상반되며, 피니온(5p)(5p')(6p) 및 연결축(6a)에 의하여 연결되어 있으므로 구면체의 구름운동이 원활하게 되고 구면체의 회전토크는 손실없이 출력판(6)에 전달되어 출력된다.

이 출력은 자전거(9)의 프로펠러축(8)을 통하여 후륜(9a)에 구비된 베벨기어(8v)(9v)에 의하여 자전거(9)의 후륜(9a)을 구동시키어 자전거가 주행된다. 이 조건에서는 변속장치(A)는 변속동작이 없으므로 페달의 동작조건으로 자전거의 속도가 정해진다.

자전거를 타고 경사길을 등판하거나 수평길을 보다 고속으로 주행할 경우에는 변속동작이 요구되며, 변속동작은 자전거(9)에 설치된 변속레버(7)의 조작으로 이루어진다.

도2 및 도3에 표시된 바와 같이 변속레버(7)을 조작하여 웜(3w')(4w')과 웜기어(3w)(4w)에 의하여 구면체(3)(4)를 베어링(3c)(4c)에 의하여 지지하고 있는 축(3s)(4s)을 일측의 임의 각도로 약간 틀면 베어링(3c)(4c)과 함께 구면체(3)(4)의 축(3z)(4z)도 틀어지면서 구면체의 회전중심점(a)에서 반경범위의 편심점(a')으로 접촉각도가 기울어진다. 이때 구면체(3)(4)의 중심에서 편심점(a')을 잇는 직각삼각형의값으로 출력판(6)의 회전비가 결정된다.

따라서 변속레버의 조작에 의하여 구면체(3)(4)의 접촉각도(sinθ)를 크게하면 페달의 구동의 회전수에 대한 출력판(6)의 회전비가 크게 되어 출력판(6)의 회전 속도는 늘이고 출력은 크게 된다. 반면, 구면체(3)(4)의 접촉각도를 작게하면 출력판(6)의 회전비는 상대적으로 작게 되어 출력판(6)의 회전속도는 빠르고 출력은 작게된다. 이러한 변속범위는 구면체의 중심반경의 범위내에서 접촉위치의 변경에 따라 무단변속이 가능하게 되는 것이다.

또한 구면체(3)(4)의 접촉각도를 제어는 웜(3w')(4w')과 웜기어(3w)(4w)에 의하여 이루어지므로 조절된 가변조건은 변경되지 않고 안정되게 유지된다.

따라서 경사길을 등판할 때에는 주행속도는 느리되 주행력을 크게하여 주행하고 평탄한 길에서는 주행력보다 주행속도를 크게하여 주행한다.

자전거의 가변장치에 있어서, 구면체와 압력판 및 출력판에 의하여 페달의 구동력을 무단으로 가변할 수 있게 하고 가변된 출력은 프로펠러축에 의하여 자전거의 후륜에 전달하여 주행할 수 있게 구성하였기 때문에 종래 체인과 다단 스프로켓 셋트로 구성된 유단 변속의 한계와 문제점을 해소하고 구조가 간단하고 거의 고장이 없어 보다 안전하고 편리하게 무단 변속하면서 자전거를 탈 수 있는 효과가 있다.

Claims

자전거의 변속장치에 있어서, 무단 변속장치(A)의 하우징(1) 내부에 구동기어(2g)와 각 구면체의 구동기어(3g)(4g) 및 베벨기어(3v)(3v')(4v)(4v')에 의하여 구동되는 한쌍의 구면체(3)(4)가 웜기어축(3s)(4s)의 베어링(3c)(4c)에 지지되게 축(3x)(4x)으로 설치되고 구면체(3)(4)의 좌우 양측에 구면체를 가압하는 압력판(5)과 구면체의 구름운동으로 출력되는 출력판(6)이 대향된 동일 축선상에서 축(5x)(6x)으로 설치되어, 구면체(3)(4)가 압력판(5)과 출력판(6)의 대칭되는 편심위치에서 접촉되며, 압력판(5)의 큰기어(5g)와 출력판(6)의 큰기어(6g)에 피니온(5p)(5p')(6p)이 연결축(6a)으로 연결되고, 페달(2)의 구동력이 구면체(3)(4)의 구름운동에 의하여 출력판(6)이 회전되어 축(6x)으로 출력되게 구성된 것을 특징으로 하는 자전거의 무단 변속장치.
제1항에 있어서, 변속레버(7)로 작동되는 웜(3w')(4w')과, 웜기어(3w)(4w)에 의하여 회동되는 웜기어축(3s)(4s)이 구면체(3)(4)의 접촉각도를 가변시키어 구면체(3)(4)의 중심반경의 범위내에서 구면체의 접촉각도의값으로 페달의 회전수에 대한 출력판(6)의 회전비가 무단으로 가변되게 구성된 것을 특징으로 하는 자전거의 무단 변속장치.
제1항에 있어서, 압력판(5)의 축(5x)의 나사부(5x')에 스프링(5s)와 너트(5n)가 설치되어 너트(5n)로 조절된 스프링(5s)의 압력으로 압력판(5)이 구면체(3)(4)를 출력판(6)에 가압하여 구름운동에 유효한 토크를 유지하게 된 것을 특징으로 하는 자전거의 무단 변속장치.
제1항에 있어서, 출력판(6)의 축(6x)에 연결된 프로펠러축(8)의 베벨기어(8v)가 자전거 후륜(9a)축에 형성된 베벨기어(9v)에 맞물리어 후륜(9a)을 구동하게 구성된 것을 특징으로 하는 자전거의 무단 변속장치.