KR100367198B1 - 자전거의 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거의 변속장치에 관한 것으로서, 회전중심에서 방사상으로 연장된 복수개의 가이드 축과; 상기 복수개의 가이드 축을 따라 중앙 또는 외곽으로 이동되어, 가이드 축의 적당한 위치에 선택적으로 위치되며, 체인이 맞물려 회전되는 복수개의 가이드 핀과; 상기 가이드 핀을 가이드 축의 내측으로 이동시키는 외측 조절바와, 외측으로 이동시키는 내측 조절바를 포함하고 있다.

그리고, 상기 외측 조절바와 내측 조절바가 체결단추에 의하여 각각 고정되는 고정대를 포함하고 있다. 또한, 자전거의 하측 몸체부에는 가이드 핀에 체인이 가이드 핀의 이동에 의하여 느슨해지는 것을 방지할 수 있도록 결합되는 체인 지지대를 구성하고 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 다단 기어를 구성하지 않더라도 간단한 구성으로 다양한 변속단계를 조절할 수 있는 자전거의 변속장치를 제공할 수 있다는 이점이 기대된다.

Description

자전거의 변속장치{Gearshift apparatus for bicycle}

본 발명은 자전거의 슬라이드식 변속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변속축을 따라 원하는 속도에 적합하게 슬라이드 되도록 구성되는 자전거의 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 자전거는, 오르막길 또는 평탄한 길에서 속도를 조절하기 위하여 18단, 24단 등과 같은 다단기어 형태의 변속장치를 구성하였다. 이러한 다단기어를 가지는 자전거는 변속하고자 하는 단계별로 직경이 다른 여러 개의 기어를 별도로 구성하여야 하기 때문에 기어의 수가 많아질수록 그 구성이 복잡하게 된다. 즉, 복잡한 구성으로 인하여 자전거의 무게가 증가하게 되어 자전거를 타는 사람이 페달에 가하는 힘을 증가시켜야 되기 때문에, 장거리를 이동할 때 많은 피로감을 느끼게 된다. 그리고, 자전거로 이동하지 못하는 계단 등과 같은 장소에서는 자전거를 들고 계단을 오르게 되는데, 이때 무거운 자전거를 운반한다는 것은 쉬운 일이 아니다.

도 1은 일반적인 다단 기어로 구성된 변속장치를 가지는 자전거(10)의 사시도를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 자전거를 타는 사람이 자전거의 페달(11)을 밟게 되면, 페달(11)과 중심부(C)가 고정되어 있는 전방 기어부(12)가 시계방향으로 회전하게 된다. 이때, 전방 기어부(12)에 맞물려 있는 체인(13)이 움직이게 되면서, 체인에 연결되어 있는 후방 기어부(14)가 회전하게 된다. 후방 기어부(14)는 후측 바퀴의 중심부에 중심(16)이 고정되어 있기 때문에, 후방 기어부(14)의 회전은 후측 바퀴를 회전할 수 있는 원동력이 되는 것이다. 이러한 전방기어부(12)와 후방 기어부(14)는 자전거(10)의 속도를 조절하기 위하여 직경이 다른 여러 개의 기어를 다단으로 구성하였다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 다단 기어를 가지는 자전거의 속도는, 사용자가 페달을 밟는 힘이나, 체인(13)의 위치에 따라 결정된다. 사용자가 페달을 약한 힘으로 밟게 되면 속도가 느려지고, 강한 힘으로 자전거의 페달을 밟게 되면 속도가 빨라지는 것은 아주 당연한 일이다. 사용자가 적은 힘으로도 빠른 속도로 자전거를 운전할 수 있는 방법이 다단 기어를 이용한 것임은 널리 알려져 있는 방법이다.

먼저, 평탄한 길에서 자전거의 속도를 빠르게 하고자 할 경우에는, 체인(13)을 전방 기어부(12)의 직경이 큰 기어에 맞물리게 하고, 후방 기어부(14)에서는 직경이 작은 기어에 맞물리게 하면 된다. 이렇게 하면, 페달(11)을 천천히 밟아 전방 기어부(12)의 회전수가 적어도 후방 기어부(14)의 회전수가 많게 된다. 즉, 페달의 회전수가 작더라도 자전거의 속도를 빠르게 할 수 있게 된다.

그리고, 오르막길과 같이 많은 힘을 요구하는 경우에는, 체인(13)을 전방 기어부(12)에는 직경이 작은 기어에 맞물리게 하고, 후방 기어부(14)에서는 직경이 큰 기어에 맞물리게 하면 된다. 대신에, 자전거(10)의 페달(11)을 적은 힘으로 빠르게 회전시켜야 한다.

한편, 체인(13)이 변속와이어(도시 생략)에 의하여 직경이 다른 기어를 이동하면서, 느슨해지는 것을 방지하기 위하여 체인 지지대(17)을 구성하였다. 상기 체인 지지대(17)는, 체인(13)이 다단 기어중에서 직경이 작은 쪽으로 이동할 경우에는 각도가 커지고, 직경이 큰 쪽으로 이동할 경우에는 각도가 작아지게 된다.

이러한 다단 기어에 의한 변속장치를 가지는 자전거는 체인이 각 단계별로 이동할 때 이탈하기 쉽고, 원하는 단계별로 다수 개의 기어를 구성하여야 하기 때문에 그 구성이 복잡하게 된다는 단점이 있다. 체인이 기어에 맞물려 원활하게 회전할 수 있도록 기름을 칠해 놓는 경우에, 많은 단계의 기어로 구성될수록 기어부의 폭이 넓어져 사용자의 옷에 기름이 뭍게 된다. 이러한 불편함을 제거하기 위하여 별도의 커버를 구성하고 있는 것이 현실이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구성이 복잡하지 않는 변속장치를 제공함으로써, 체인이 쉽게 이탈되지 않고 편리하게 변속할 수 있는 것을 기본적인 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 많은 단계의 변속이 가능하면서도 가벼운 자전거를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 다단식 변속장치를 가지는 자전거의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 자전거의 슬라이드식 변속장치를 나타낸 부분 사시도.

도 3은 도 2에 도시한 A-A'부분을 상세하게 나타낸 측면도.

도 4a는 본 발명에 의한 변속장치에서 체인이 외곽으로 이동하는 상태의 측단면도.

도 4b는 도 4a에 도시한 B에서의 정면도.

도 5a는 본 발명에 의한 변속장치에서 체인이 내측으로 이동하는 상태의 측단면도.

도 5b는 도 5a에 도시한 C에서의 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 ..... 변속장치 21 ..... 가이드 축

31 ..... 외측 조절바 32 ..... 내측 조절바

40 ..... 체인 45 ..... 가이드 핀

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자전거의 변속장치는, 회전중심에서 방사상으로 성형된 복수개의 가이드 축과; 상기 복수개의 가이드 축을 따라 중앙 또는 외곽으로 이동되고, 체인이 맞물려 회전되는 복수개의 가이드 핀과; 상기 가이드 핀을 가이드 축의 내측으로 이동시키는 외측 조절바와, 외측으로 이동시키는 내측 조절바를 포함하고 있다.

그리고, 상기 외측 조절바와 내측 조절바가 체결단추에 의하여 각각 고정되는 고정대를 포함하고 있다. 또한, 자전거의 하측 몸체부에는 가이드 핀에 체인이 가이드 핀의 이동에 의하여 느슨해지는 것을 방지할 수 있도록 결합되는 체인 지지대를 구성하고 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 자전거의 변속장치에 의하면, 다단 기어대신에 가이드 축을 따라 슬라이딩되는 가이드 핀에 의하여 다단계의 변속을 가능하게 하여 간단한 구성으로 사용자가 더 다양한 변속단계를 조절할 수 있다는 점을 기대할 수 있게 된다.

다음에는 도면에 도시한 본 발명에 의한 자전거 변속장치에 기초하여, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

먼저 도 2는 본 발명에 의한 자전거의 변속장치(20)를 나타낸 평면도가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 자전거의 변속장치(20)는, 원형의 테두리 안의 회전중심에서 방사상으로 성형된 복수개의 가이드 축(21)과; 상기 복수개의 가이드 축(21)에 각각 슬라이딩되어 이동되는 복수개의 가이드 핀(45)과; 상기 가이드 핀(45)을 가이드 축(21)의 중앙으로 이동시키는 외측 조절바(31)와; 가이드 핀(45)을 가이드 축(21)의 외곽으로 이동시키는 내측 조절바(32)로 구성되어 있다. 이처럼, 구성되는 자전거의 변속장치(20)는, 자전거의 후측 바퀴뿐만 아니라, 자전거의 하측 몸체부에 페달과 함께 중심부가 고정되는 변속장치에도 적용할 수 있는 것은 당연하다. 따라서, 다음에 설명하는 내용에서는 몸체부의 변속장치에 대한 설명은 생략하고, 후측 바퀴에 구성되는 변속장치를 위주로 하여 설명하기로 한다.

이렇게 구성된 자전거의 변속장치(20)는, 사용자가 전진하고자 할 경우에 자전거의 페달(도시 생략)을 밟게 되면, 페달과 연결되어 있는 몸체 쪽에 구성된 변속장치의 회전에 의하여 변속장치에 맞물려 있는 체인이 회전을 하게 된다. 이 때, 자전거의 후측 바퀴 중앙부에 구성되어 있는 변속장치(20)의 가이드 핀(45)이 체인(40)과 맞물려 있기 때문에, 자전거의 후측 바퀴(도시 생략)가 시계방향으로 회전하게 된다.

한편, 자전거를 운행함에 있어서, 변속을 위해 가이드 핀(45)을 이동시키게 된다. 즉, 종래의 다단기어의 역할을 가이드 핀(45)이 가이드 축(21)을 따라 이동되면서 조절하게 된다. B역역의 가이드 축(21)과 가이드 핀(45)이 체인(40)의 회전에 의하여 A영역의 위치에 이동하게 된다. A영역의 가이드 핀(45)은 고정대(60)와 자전거의 하측 몸체에 고정되어 있는 외측 조절바(31), 내측 조절바(32)에 의하여 가이드 축(21) 상에서 변속단계에 따라 이동된다. 이러한 변속단계 동작은, 복수개의 가이드 축(21)이 체인에 의하여 시계방향으로 회전하기 때문에, 복수개의 가이드 축(21)에 체결되어 있는 가이드 핀(45)이 각각 B영역에서 A영역으로 이동하여 원하는 변속단계만큼 슬라이딩된 후, 체인이 맞물리도록 된다. 예를 들면, 체인(40)을 안내하는 복수개의 가이드 핀(45)의 간격을 줄이고자 할 경우에는, 외측 조절바(31)를 이용하여 가이드 핀(45)을 중심방향으로 밀게 된다. 그리고, 가이드 핀(45)의 간격을 늘리고자 할 경우에는 내측 조절바(32)를 이용하여 가이드 핀(45)을 외곽방향으로 밀게 된다.

이 때, 체인(40)이 변속와이어에 의하여 직경이 다른 기어를 이동하면서, 느슨해지는 것을 방지하기 위하여 체인 지지대(50)를 구성하였다. 상기 체인 지지대(50)는, 체인(40)이 직경이 작아지도록 이동할 경우에는 각도가 커지고, 직경이 크지도록 이동할 경우에는 각도가 작아지게 된다. 이러한 동작을 하는 상기 체인 지지대(50)의 구성은 자전거의 몸체(70)에 코일스프링(51f)으로 고정되는 상부(51)와, 체인 안내부(53)를 가지는 하부(52)가 상기 상부(51)에 코일스프링(52f)으로 고정되어 있다.

상술한 조절바(31, 32)에 의하여 가이드 핀(45)이 이동되는 동작을 도 3을 기초하여 상세하게 설명하고자 한다. 참고로, 실선으로 나타난 것은 내측 조절바(32)에 의하여 가이드 핀(45)이 외곽방향으로 밀려나가는 것을 도시한 것이고, 점선은 가이드 핀(45)이 외측 조절바(31)에 의하여 가이드 핀(45)이 중심방향으로 밀리는 것을 도시한 것이다. 통상적으로, 자전거의 변속장치를 단계를 조절하는 것은 운전 손잡이 부근에 구성되는 변속제어장치에 의하여 이루어진다. 상기 변속제어장치에 와이어(W)가 구성되고, 상기 와이어에 변속장치가 연결되어 있다. 본 발명에서 설명하고 있는 변속장치도 마찬가지로 와이어(W)를 통하여 변속제어장치에 연결되어 있다.

먼저, 가이드 핀(45)이 외곽방향으로 이동할 때의 조절바(31, 32)의 동작방법에 대하여 설명한다. 내측 조절바(31)와 외측 조절바(32)는 하부가 연결축(33)으로 결합단추(31c, 32c)에 의하여 서로 결합되어 있고, 변속제어장치(도시 생략)와 연결된 와이어(W)가 결합단추(31c)에 고정된다. 내측 조절바(31)와 외측 조절바(32)는 상단에서 하측으로 일정한 길이만큼 이동홈(31b, 32b)이 성형되어 있다.그리고, 체결단추(31a, 32a)에 의하여 조절바(31, 32)가 고정대(60)에 체결된다. 체인이 홈(45a)에 맞물리도록 구성된 가이드 핀(45)은, 외측 조절바(31)와 내측 조절바(32)의 사이에 위치하게 된다. 이렇게 구성된 변속장치는, 조절바(31, 32)가 변속제어장치에 연결된 와이어(W)에 의하여 당겨지면, 안내홈(35)을 따라 연결축(33)으로 연결되어 있는 조절바(31, 32)의 하부가 외곽으로 슬라이딩된다. 이 때, 내측 조절바(32)에 의하여 가이드 핀(45)이 외곽방향으로 동시에 슬라이딩된다. 이 때, 조절바(31, 32)가 안내홈(35)을 따라 슬라이딩되면서, 고정대(60)에 체결된 조절바(31, 32)는 체결단추(31a, 32a)를 기준으로 이동홈(31b, 32b)이 슬라이딩된다.

또한, 와이어(W)에 의하여 연결축(33)으로 연결되어 있는 조절바(31, 32)가 중앙방향으로 밀려지면, 외곽쪽에 위치하고 있는 가이드 핀(45)의 돌기(46)가 외측 조절바(31)에 의하여 중앙방향으로 슬라이딩되게 된다.

도 4a와 도 4b는 가이드 축(21) 상에서 가이드 핀(45)이 외곽방향으로 슬라이딩되는 상태의 단면도를 나타낸 것이다. 즉, 도 4a는 가이드 핀(45)이 내측 조절바(32)에 의하여 가이드 축(21)의 외곽방향으로 이동되는 상태의 측단면도이고, 도 4b는 도 4a에서 도시한 B선을 따라 절단한 단면도이다.

먼저, 가이드 핀(45)의 구성을 설명하면 다음과 같다. 돌기(46)가 성형된 경사면(45s)와, 가이드 축(21)에 밀착되어 있는 평면(45s')로 구성된 탄성을 가지는 판스프링이 삽입될 수 있도록 전면이 구성되어 있다. 상기 전면은 판스프링의 경사면이 접촉되도록 경사를 이루고 있고, 상기 상부면의 양 가장자리가 직각되게연장되어 가이드 축(21)의 측면을 감싸도록 지지벽(45w)이 성형되어 있다. 그리고, 가이드 핀(45)의 후측에 성형되어 있는 구성을 살펴보면, 가이드 축(21)의 후면에 성형된 톱니(21t)의 경사(21s)에서 미끄러져 방지턱(21b)에 걸려 고정될 수 있도록 고정톱니(45t)가 내측에 성형되고, 체인이 맞물릴 수 있도록 외측에 안내턱(45b)이 성형되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 가이드 핀(45)은, 내측 조절바(32)에 의하여 외곽방향으로 슬라이딩된다. 즉, 도 4b에 도시한 바와 같이, 가이드 핀(45)의 양측에 성형된 지지벽(45w)과, 가이드 축(21)에 밀착되어 있는 판스프링의 평면(45s')을 내측 조절바(32)가 밀게 된다. 이 때, 가이드 핀(45)의 고정톱니(45t)가 가이드 축(21)의 경사(21s)를 따라 미끄러져 슬라이딩되는 것이다. 변속을 원하는 단계에 해당되는 톱니(21t)까지 슬라이딩된 고정톱니(45t)는 방지턱(21b)에 고정되어, 외측 조절바(31)의 동작이 일어나기 전에는 가이드 핀(45)이 중심방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 5a와 도 5b는 가이드 축(21) 상에서 가이드 핀(45)이 중심방향으로 슬라이딩되는 상태의 단면도를 나타낸 것이다. 즉, 도 5a는 가이드 핀(45)이 외측 조절바(31)에 의하여 가이드 축(21)의 중심방향으로 이동되는 상태의 측단면도이고, 도 5b는 도 5a에서 도시한 C선을 따라 절단한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 외측 조절바(31)가 내측으로 밀리면서 가이드 핀(45)의 경사면(45s)을 따라 이동하여 돌기를 밀게 된다. 이 때, 도 3에서 설명한 바와 같이, 외측 조절바(31)는 가이드 핀(45)을 기준으로 양쪽이 자전거의 몸체에 고정되어 있기 때문에, 외측 조절바(31)가 가이드 핀(45)의 경사면을 누르게 된다. 이로 인하여, 가이드 핀(45)의 경사면과 일체로 성형되어 있는 지지벽(45w)이 눌려지게 된다. 또한, 지지벽(45w)의 후측에 성형된 고정톱니(45t)가 가이드 축(21)의 톱니(21t)에서 이탈되어 변속을 원하는 단계까지 원활하게 이동되게 된다. 이러한 동작으로 가이드 핀(45)을 가이드 축(21)의 중심 방향으로 이동시킨 후, 외측 조절바(31)가 가이드 핀(45)의 경사면에서 제거되면 판스프링의 탄성에 의하여 가이드 핀(45)이 원상태로 복귀하게 된다. 즉, 도 4a에 도시한 가이드 핀(45)과 같이, 가이드 축(21)의 걸림턱(21b)에 가이드 핀(45)의 고정톱니(45t)가 걸려 고정되게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 복수개의 가이드 핀(45)에 의하여 체인이 안내되며, 가이드 축(21)을 따라 슬라이딩되면서 원하는 변속단계를 조절할 수 있는 자전거의 변속장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 상술한 사용범위 외에도 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들면, 가이드 핀(45)이 가이드 축(21)을 따라 자연스럽게 슬라이딩 가능하도록 판스프링의 평면(45s')의 끝단을 둥글게 하거나, 윤활제를 발라 그 마찰을 줄이고 부드럽게 이동할 수 있도록 한다. 또한, 가이드 핀(45)에 삽입되어 고정되는 판스프링의 경사면(45s)을 가이드 핀(45)의 경사면과 일체로 성형하는 것도 본 발명에서 이루고자 하는 자전거의 변속장치를 제공할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 고안에 의하면, 다음과 같은 여러가지 장점을 기대할 수 있게 된다.

먼저, 변속을 위한 각 단계별로 별도의 체인이 맞물려 회전되는 기어를 구성하지 않게 되어, 자전거의 구성을 간단하게 함으로써, 경량화된 자전거를 제공하게 된다는 이점이 있다. 가이드 축의 톱니의 수를 많게 할수록 많은 단계의 변속이 가능하게 되어 간단한 구성으로도 많은 변속단계를 조절할 수 있는 자전거를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 복잡한 기어에서 체인이 이탈되면, 체인을 끼우는데 드는 많은 시간과 노력을 줄일 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의한 복수개의 가이드 핀은 가이드 축을 따라 그 원주를 자유롭게 줄이거나, 늘릴 수 있기 때문에 체인이 이탈되더라도 쉽게 끼워 맞물리게 할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 회전중심에서 방사상으로 연장된 복수개의 가이드 축과;

   상기 복수개의 가이드 축을 따라 선택적으로 위치되는 가이드 핀과;

   상기 가이드 핀을 가이드 축을 따라 중심 또는 외곽방향으로 이동시키는 조절바를 포함하여 구성되는 자전거의 변속장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가이드 핀은, 전면에 돌기가 성형된 경사면이 구성되고,

   상기 경사면과 후방으로 연장되어 후면이 톱니형상으로 성형된 가이드 축의 측면을 감싸도록 지지벽이 양측에 성형되며,

   후방의 내측에는 고정톱니가 성형되고, 체인이 맞물릴 수 있도록 외측에 안내턱이 성형되는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 가이드 핀은, 경사면의 하부에 탄성을 가지는 판스프링을 구성하는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 조절바는, 가이드 핀을 가이드 축의 외곽 방향으로 이동시키는 내측 조절바와;

   가이드 핀을 가이드 축의 중심 방향으로 이동시키는 외측 조절바와;

   그리고, 상기 내측 조절바와 외측 조절바의 하단을 결합하는 연결축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 조절바는, 상단에서 하측으로 일정한 길이만큼 이동홈이 성형되고, 상기 이동홈은 체결단추에 의하여 고정대에 체결되는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 연결축은, 변속제어장치에 연결된 와이어에 고정되어 자전거의 몸체에 성형된 안내홈을 따라 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.