KR101131319B1 - 자전거용 자동 변속 장치 - Google Patents

Abstract

페달을 통해 가해지는 힘의 크기에 따라 가변하는 체인의 장력에 의해 승하강 작동하는 장력 전달부와 장력 전달부를 통해 전달되는 장력에 의해 구동되어 자전거 뒷바퀴 스프로킷 체 중 어느 하나의 스프로킷에 체인을 연결하여 변속 동작을 수행하는 메인 작동기기를 포함하여 이루어지되, 상기 메인 작동기기가, 로드(rod)가 상?하부로 돌출된 피스톤을 내장하고 피스톤의 하부 로드(rod)를 통해 전달되는 체인의 장력에 따라 유압을 발생시키는 유압(油壓) 실린더(cyliner) 및 유압 실린더의 일측에 형성되어 상기 유압실린더의 작동력을 상기 체인의 장력의 크기에 상응하게 제어하는 유량 조절부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자전거용 자동 변속 장치.

자전거, 자동 변속, 유압 실린더, 압력 조절용 피스톤

Description

자전거용 자동 변속 장치{An auto transmission device for a bicycle}

본 발명은 자전거용 자동 변속 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자전거 체인에 걸리는 부하에 따라 가변되는 장력을 이용하여 자동으로 변속을 수행하는 자전거용 자동 변속 장치에 관한 것이다.

자전거에는 도로의 여건, 속도 등 주행 조건에 가장 적합한 기어비를 선택하여 주행하도록 하는 변속 장치가 장착된다. 일반적인 자전거의 변속 방법은 기어 박스(다수의 스프로킷으로 구성된다)가 하나인 경우와 두 개인 경우가 있다. 기어박스의 수에 따라 하나 또는 두 개의 그립 쉬프트(grip shifter)를 자전거의 손잡이 하나 혹은 각 손잡이에 구비한다.

두 개의 그립 쉬프트가 구비된 자전거의 경우, 어느 한 그립 쉬프터는 프론트 드레일러를 연결하고, 다른 그립 쉬프터는 리어 드레일러에 연결한다. 즉, 탑승자가 페달을 밟아 체인링을 회전시키면 회전력이 체인을 통해 리어 스프로킷 체로 전달되어 뒷바퀴를 회전시키면서 주행한다. 주행 중 그립 쉬프터를 조작하면 그립 쉬프터와 드레일러 사이의 케이블이 당겨지고 풀려지면서 프론트 드레일러 및 리어 드레일러가 작동된다. 상기 체인링 체의 어느 한 스프로킷과 리어 스프로킷 체의 어느 한 스프로킷에 선택적으로 감겨 주행 조건에 맞게 변속이 이루어지게 되는 것이다.

따라서, 종래의 변속 방법을 적용한 자전거의 경우, 자전거 탑승자가 주행 중 변속을 하기 위해서는 손잡이에 장착된 그립 쉬프터를 조작해야 하므로 조작 중 주위가 분산되어 사고 발생 가능성이 있다. 또한 주행 조건에 맞는 변속 단을 탑승자가 직접 선택해야하므로 최적의 변속단을 적절히 선택하지 못하면 주행이 더 어려워지는 문제점이 있다.

본 발명은 사용자가 직접 변속해야 하는 불편을 해소할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 급가속 또는 급출발시 발생할 수 있는 리어 드레일러의 동작 오류를 방지할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 체인에 걸리는 부하에 따라 최적의 변속단을 자동으로 선택할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 경우에 따라 자동 변속 기능의 사용여부를 탑승자가 쉽게 선택할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치는 체인에 걸리는 장력을 이용하여 자동으로 변속하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 다른 특징은 뒷바퀴의 스프로킷 체를 이용하여 자동으로 변속하고, 사용자의 의사에 따라 앞바퀴의 스프로킷 체를 제어하여 변속하는 것이다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 세부적 특징은 페달(pedal)을 통해 전달되는 힘에 의해 회전하는 체인링(chain ring); 뒷바퀴에 장착되며 서로 다른 지름을 갖는 다수의 스프로킷이 동심원을 이루며 결합한 리어 스프로킷 체(rear sprocket body); 상기 리어 스프로킷 체의 어느 하나의 스프로킷과 상기 체인링에 걸쳐 무한궤도를 이루는 체인(chain); 상기 리어 스프로킷 체의 한 부분에 구비되며, 상기 체인이 리어 스프로킷 체의 어느 하나의 스프로킷에 감기도록 체인을 이동시키는 리어 드레일러(rear derailer); 상기 페달을 통해 가해지는 힘의 크기에 따라 가변하는 체인의 장력에 의해 승하강 작동하는 장력 전달부; 및 상기 장력 전달부를 통해 전달되는 장력에 의해 구동되어 상기 리어 드레일러를 통해 변속 동작을 수행하는 메인 작동기기를 포함하여 이루어지며, 상기 메인 작동기기는 로드(rod)가 상?하부로 돌출된 피스톤을 내장하고 상기 피스톤의 하부 로드(rod)를 통해 전달되는 체인의 장력에 따라 유압을 발생시키는 유압(油壓) 실린더(cylinder); 및 상기 유압 실린더의 한 부분에 형성되어 상기 유압실린더의 작동력을 제어하는 유압 경로관을 포함하여 이루어지는 것을 구성의 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 다른 세부적 특징은 상기 메인 작동기기가 상기 피스톤의 상부 로드의 상단에 형성된 제 2 스프링 지지부; 및 일단이 상기 제 2 스프링 지지부의 한 부분에 의해 지지가 되고, 타단이 유압 실린더의 상단에 의해 지지가 되는 제 2 스프링을 더 포함하는 점이다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 다른 세부적 특징은 상기 장력 전달부가 상기 피스톤의 하부 로드 끝 부분에 회전 가능하게 장착되는 작동 바; 상기 작동 바의 한 부분에 장착되며, 상기 체인의 상부 레일(upper rail)의 하측에 걸쳐지는 작동 스프로킷; 및 상기 작동 바의 한 부분에 작동 스프로킷과 나란히 장착되며, 상기 체인이 작동 스프로킷에 정확히 연결될 수 있도록 안내 기능을 수행하는 체인 가이드 롤러(roller)를 포함하여 이루어지는 점이다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 또 다른 세부적 특징은 상기 메인 작동기기가 상기 피스톤의 하부 로드의 하단에 형성된 제 1 스프링 지지부; 및 일단이 상기 제 1 스프링 지지부의 한 부분에 의해 지지가 되고, 타단이 유압 실린더의 하단에 의해 지지가 되는 제 1 스프링을 더 포함하는 점이다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 또 다른 세부적 특징은 상기 유압 실린더 내의 피스톤에 의해 분리되는 상?하부 작동실을 연결하는 유압 경로관을 포함하는 점이다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 또 다른 세부적 특징은 상기 유압 경로관을 통해 흐르는 유체의 압력을 조절하기 위한 유량 조절 밸브가 형성된 점이다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 또 다른 세부적 특징은 상기 유량 조절 밸브가 내부에 걸림턱이 형성된 내부 공간을 구비한 실린더형 하우징; 상단부는 상기 실린더 내부 벽에 밀착되고, 중단부는 상기 상단부보다 작은 지름을 갖고 하단부는 테이퍼 형상을 이루며, 상기 상단부와 중단부를 관통하는 관통홀 소정 부위에 상기 유압 실린더로부터 유입된 유체가 배출될 수 있는 구멍이 형성되고, 하단부는 테이퍼 형상으로 이루어져 상기 유압 실린더로부터 제공되는 유체의 압력에 의해 상기 하우징의 내부 공간에서 상기 걸림턱까지 이동하는 압력 조절용 피스톤; 및 기 압력 조절용 피스톤에 제공되는 유체의 유압이 해제되었을 때, 상기 압력 조절용 피스톤을 원위치로 복귀시키기 위한 복원력을 제공하는 스프링을 포함하여 이루어지는 점이다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속장치는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 탑승자의 사용의사에 따라 주행 중 체인의 장력을 이용하여 자동으로 변속시켜 주행 중 안전성을 증대시킴은 물론 자동으로 주행 조건에 맞는 최적의 변속단으로 변속시켜 주행 효율을 증대시키는 효과가 있는 것이다.

사용자가 직접 변속해야 하는 불편을 해소할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 급가속 또는 급출발시 발생할 수 있는 리어 드레일러의 동작 오류를 방지할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 체인에 걸리는 부하에 따라 최적의 변속단을 자동으로 선택할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 경우에 따라 자동 변속 기능의 사용 여부를 탑승자가 쉽게 선택할 수 있는 자전거용 자동 변속 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치는 체인의 장력에 의해 승하강하는 장치를 이용하여 뒷바퀴의 리어 스프로킷 체의 스프로킷의 위치를 조절하는 리어 드레일러를 제어하는 것이다. 따라서, 본 발명은 크랭크 축에 연결된 체인링이 하 나로 구성된 자전거 또는 다수의 스프로킷이 스프로킷 체를 구성한 경우의 자전거에도 적용될 수 있다. 이때, 상기 체인링은 손잡이에 형성된 그립 쉬프터를 이용하여 제어한다. 따라서, 이하에서는 리어 스프로킷 체를 제어하는 방법을 위주로 설명하며, 체인링을 제어하는 방법에 대하여는 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용된 자전거의 측면을 도시한 측면도로서, 자전거의 전체 형상을 나타내고 있다.

도시한 바와 같이 자전거는 본체 프레임(1)의 앞 측 및 뒤 측에 각각 회전 가능하게 장착되는 앞바퀴(2) 및 뒷바퀴(3)와, 본체 프레임(1)의 앞 측에 탑승자가 손으로 잡고 앞바퀴(2)의 진행방향을 조절하기 위한 손잡이(5), 본체 프레임(1)의 상부에 위치하여 탑승자가 앉을 수 있는 안장(6), 탑승자가 발로 밟아 회전력을 발생시키는 페달(4)을 포함한다. 이러한 자전거의 구성은 공지된 바와 동일하므로 더 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 자전거는 주행 조건에 따라 뒷바퀴의 회전에 필요한 힘을 자동으로 제어할 수 있는 변속장치를 구비한다.

본 발명에 따른 자전거는 위에서 언급한 일반적 자전거 구성과 더불어 동력 전달부와 메인 작동기기를 더 포함한다. 본 발명에 따른 자동 변속장치는 일반적 구성과 동력 전달부와 메인 작동기기 사이의 연결관계에 의해 동작한다.

본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 전체적 구성은 페달(4)을 통해 전달되는 힘에 의해 회전하는 체인링 체(chain ring)(10), 뒷바퀴(3)에 장착되며 서로 다른 지름을 갖는 다수의 스프로킷들이 동심원을 이루며 결합된 리어 스프로 킷 체(rear sprocket body)(20), 상기 리어 스프로킷 체의 어느 하나의 스프로킷과 상기 체인링에 걸쳐져 무한궤도를 이루는 체인(chain)(30), 상기 리어 스프로킷 체(20)의 한 부분에 구비되며, 상기 체인이 리어 스프로킷 체의 어느 하나의 스프로킷에 감기도록 체인을 이동시키는 리어 드레일러(rear derailer)(40), 상기 페달(4)을 통해 가해지는 힘의 크기에 따라 가변하는 체인(30)의 장력에 의해 승하강 동작하는 장력 전달부(50), 상기 장력 전달부를 통해 전달되는 장력에 의해 구동되어 상기 리어 드레일러(40)를 통해 변속 동작을 수행하는 메인 작동기기(100)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 메인 작동기기(100)는 체인의 장력에 따라 유압을 발생시키는 유압(油壓) 실린더(cyliner)(110) 및 상기 유압 실린더의 한 부분에 형성되어 상기 유압실린더의 작동력을 제어하는 유압 경로관(120)을 포함한다.

도 2는 프론트 드레일러의 구성을 나타낸 예시도이다. 프레임(1)의 한 부분에 구비된 프론트 드레일러(70)는 사용자가 손잡이(5)에 구비된 그립 쉬프터(도시되지 않음)를 조작함으로써 체인링(10) 중 어느 하나의 스프로킷에 체인이 걸쳐질 수 있도록 제어한다. 본 발명에 따른 자동 변속 장치는 사용자의 의사에 따라 그 동작의 적용이 손쉽게 이루어진다. 만일, 사용자가 자동 변속 장치를 사용하지 않은 상태에서 주행 중 기어를 변속할 필요가 발생하는 경우를 대비하여 프론트 드레일러를 이용하여 변속을 수행할 수 있다. 프론트 드레일러(70)의 작동은 공지된 것과 동일하므로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

도 3은 본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 주요 구성요소를 나타낸 예시도이다. 장력 전달부(50) 및 메인 작동 기기(100)에 의해 리어 드레일러(40)가 제어되어 변속 동작을 수행하는 것을 나타낸 것이다. 장력 전달부(50)를 이루는 작동 바(51)와, 작동 스프로킷(52) 및 체인 가이드 롤러(53)를 나타낸다. 메인 작동 기기(100)는 유압 실린더(110)와 그 일측에 형성된 유압 경로관(120) 및 상기 메인 작동 기기(100)의 동작에 따라 리어 스프로킷(20) 중 어느 하나의 스프로킷에 체인을 걸치도록 제어하는 리어 드레일러(rear derailer)(40)의 위치 관계를 나타낸 것이다.

도 4는 장력 전달부(50) 및 메인 작동 기기(100)의 구성을 좀 더 상세히 나타낸 예시도이다. 프레임(1)의 중간 부분은 절단되어 지지 프레임(56)에 의해 연결된다. 상기 지지 프레임(56)은 메인 작동 기기(100)를 지지한다. 상기 지지 프레임(56)에는 제 1 스프링(54)이 구비되어 상기 메인 작동 기기(100)에 외부 충격이 가해지는 것을 방지한다.

장력 전달부(50)는 상기 유압 실린더(110)의 하부 피스톤 로드(도시되지 않음) 끝 부분에 회전 가능하게 장착되는 작동 바(51)와, 상기 작동 바(51)의 한 부분에 장착되며, 상기 체인(30)의 상부 레일(upper rail)의 하측에 걸쳐지는 작동 스프로킷(52) 및 상기 작동 바(51)의 한 부분에 작동 스프로킷(52)과 나란히 장착되며, 상기 체인(30)이 작동 스프로킷(52)에 정확히 연결될 수 있도록 안내 기능을 수행하는 체인 가이드 롤러(chain guide roller)(53)를 포함하여 이루어진다.

한편, 도시되지 않았으나 상기 메인 작동 기기(100)를 이루는 유압 실린더 내부에는 상부와 하부로 각각 로드(rod)가 돌출된 피스톤이 구비된다. 또한, 상기 유압 실린더(110)의 상부와 하부에는 탄성을 유지하기 위한 구성물이 구비된다.

먼저, 상기 유압 실린더(110)의 하부에는 제 1 스프링 지지부(55)가 연결된다. 상기 제 1 스프링 지지부(55)와 지지 프레임(56)의 사이에는 제 1 스프링(54)이 위치한다. 상기 제 1 스프링(54)의 일부분은 상기 제 1 스프링 지지부(55)의 한 부분에 의해 지지가 되고, 다른 일부분은 상기 지지 프레임(56)에 의해 지지가 된다. 상기 제 1 스프링(54)은 유압 실린더(110)의 하부로 돌출되는 하부 피스톤 로드(도시되지 않음)를 감싸는 형태로 배치된다.

한편, 유압 실린더(110)의 상부에는 제 2 스프링 지지부(113)가 연결된다. 상기 제 2 스프링 지지부(113)는 상기 유압 실린더(110)의 상부로 돌출된 상부 피스톤 로드(114)의 바깥 쪽에 위치한다. 상기 제 2 스프링 지지부(113)와 유압 실린더(110)의 상부 사이에는 제 2 스프링(112)가 위치한다. 상기 제 2 스프링(112)의 한 부분은 상기 제 2 스프링 지지부(113)에 의해 지지가 되고, 다른 부분은 유압 실린더(110)의 상단부에 의해 지지가 된다. 상기 제 2 스프링(112)은 유압 실린더(110)의 상부로 돌출되는 상부 피스톤 로드(114)를 감싸는 형태로 배치된다.

한편, 상기 유압 실린더(110)의 측면에는 유압 실린더(110)의 상부와 하부 사이를 연결하는 유압 경로관(120)이 배치된다. 상기 유압 경로관(120)은 상기 유압 실린더(110)의 동작에 따라 유체의 경로를 제공하는 유량 조절부의 역할을 수행 한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 동작을 이해하기 쉽게 나타낸 예시도이다.

탑승자가 안장(6)에 앉은 상태로 페달(4)을 밟으면 페달(4)에 연결된 크랭크 축을 통해 회전력이 발생한다. 이 회전력은 체인링(10)에 전달된다. 상기 체인링(10)의 회전력은 체인(30)을 통해 리어 스프로킷(20)에 전달된다. 리어 스프로킷(20)의 회전력은 뒷바퀴(3)로 전달되어 뒷바퀴(3)를 회전시킴으로써 주행 동작이 이루어진다.

상기 뒷바퀴(3)에는 체인링(10)으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 리어 스프로킷 체(20)가 장착된다.

상기 스프로킷 체(20)는 뒷바퀴(3) 허브의 바깥쪽을 향해 지름이 점차 작아지는 복수의 스프로킷을 포함한다.

또 체인링(10)의 어느 한 스프로킷과, 리어 스프로킷 체(20)의 어느 한 스프로킷에는 체인(30)의 양 단이 각각 감기게 된다.

따라서, 페달(4)로 체인링(10)을 회전시키면 회전력이 체인(30)을 통해 스프로킷 체(20)로 전달되어 뒷바퀴(3)가 회전하게 된다.

체인(30)이 감기는 두 스프로킷의 지름 크기의 변화에 따라 변속이 이루어진다.

상기 자전거의 변속 단수는 체인링(10)의 스프로킷 수와 리어 스프로킷 체(20)의 스프로킷 수를 곱한 수이다.

일 예를 들면 체인링(10)에 지름이 다른 3개의 스프로킷이 구비되고 리어 스프로킷 체(20)에 지름이 다른 7개의 스프로킷이 구비될 때 총 21단의 변속이 이루어지게 되는 것이다.

만일, 체인(30)이 지름이 동일한 체인링(10)의 스프로킷과 리어 스프로킷 체(20)의 스프로킷에 감기는 경우, 체인링(10)이 한바퀴 회전할 때 리어 스프로킷 체(20)의 스프로킷이 한바퀴 회전한다.

체인링(10) 중 어느 하나의 스프로킷의 회전에 따른 리어 스프로킷 체(20) 중 어느 하나의 스프로킷의 회전수는 각 스프로킷 사이의 지름 비에 대응되게 리어 스프로킷이 회전한다.

일 예로 들면 체인링(10)의 지름이 44cm이고 리어 스프로킷 체(20)의 스프로킷 지름이 11cm일 때, 체인링(10)이 1회전할 때, 리어 스프로킷 체(20)의 스프로킷은 4회 회전한다.

또, 반대로 체인(30)의 양 단이 감기는 체인링의 지름이 22cm이고 리어 스프로킷의 지름이 34cm인 상태에서 체인링이 1회전 할 때, 리어 스프로킷은 0.65회 회전한다.

같은 환경에서 힘과 이동거리는 서로 비례하게 되어 같은 회전력에 이동거리가 짧아지면 힘이 덜 들어가게 된다.

즉, 지름이 큰 체인링과 작은 지름의 리어 스프로킷을 연결하면 한 번의 페달링으로 더 많은 거리를 갈 수 있어 평지에서 속도를 낼 때 유리하다.

또한, 지름이 작은 체인링과 지름이 큰 리어 스프로킷을 사용하면 힘이 적게 들어 언덕을 오를 때 유리하다.

따라서 상기한 원리로 주행 조건에 따라 자전거의 변속 단을 조정하여 탑승자가 언덕이나 평지를 쉽게 주행할 수 있다.

한편, 상기 체인링 체(10)의 어느 한 체인링에 감긴 체인(30)은 프론트 드레일러(70)의 작동에 의해 다른 체인링으로 이동하여 감긴다.

상기 리어 스프로킷 체(20)의 어느 한 스프로킷에 감긴 체인(30)은 리어 드레일러(40)의 작동에 의해 다른 스프로킷으로 이동하여 감긴다.

상기 프론트 드레일러(70)에 작동력을 부가하는 것은 손잡이(5)에 형성된 그립 쉬프터(grip shifter)이며, 상기 리어 드레일러(40)에 작동력을 부가하는 것은 메인 작동기기(100)이다.

본 발명에 따른 자동 변속 장치의 동작을 쉽게 이해할 수 있도록 리어 스프로킷 체는 5개의 스프로킷을 갖는 경우를 예로 한다. 이때, 체인(30)은 체인링 체에서의 프론트 드레일러(70)의 동작은 제외하기로 한다. 즉, 본 발명에 따른 자동 변속은 리어 드레일러를 이용하여 리어 스프로킷 체 중 어느 하나의 스프로킷으로 체인을 연결하는 방법이므로 동일한 체인링을 사용하는 것을 전제로 한다.

도 5a는 일반적인 도로 여건하에 주행하는 경우를 나타낸 것이다. 체인은 리어 스프로킷 체 중 3단을 나타내는 스프로킷에 연결된 것을 알 수 있다. 메인 작동 기기(100)의 하부 피스톤 로드(111)는 소정 길이만큼 유압 실린더(110)로부터 돌출된다. 상부 피스톤 로드(114) 또한 제 2 스프링(112)을 소정 압력을 가지고 압축하고 있다.

이 상태에서 탑승자가 고갯길을 주행하는 경우, 페달(4)에 가해지는 힘은 도 5b에서와 같이 화살표 방향으로 화살표의 크기만큼 증가한다. 이에 따라 체인(30)에 걸리는 장력 또한 증가한다. 장력이 증가함에 따라 하부 피스톤 로드(111)는 도 5a에서와 같이 돌출되었던 상태에서 유압 실린더(110)로부터 더 많이 돌출된다. 이와 마찬가지로 상부 피스톤 로드(114) 또한 유압 실린더(110)의 상부 측으로 더 많이 이동한다. 이에 따라, 상기 상부 피스톤 로드(114)과 리어 드레일러(40) 사이에 연결된 케이블(115)이 이동하고, 리어 드레일러(40)가 작동되어 체인(30)을 다른 스프로킷으로 이동시켜 변속(즉 1단으로 변속)을 수행한다.

한편, 반대로 주행 여건이 좋아 페달에 가하는 힘이 도 5c에서의 화살표 크기처럼 작아지는 경우에는, 페달을 통해 체인에 전달되는 장력 또한 작아진다. 장력이 감소함에 따라 하부 피스톤 로드(111)는 제 2 스프링(112)의 복원력에 의해 유압 실린더(110) 방향으로 이동한다. 이와 마찬가지로 상부 피스톤 로드(114) 또한 유압 실린더(110)의 상부로부터 멀어지게 된다. 이에 따라, 상기 상부 피스톤 로드(114)과 리어 드레일러(40) 사이에 연결된 케이블(115)이 이동하고, 리어 드레일러(40)가 작동되어 체인(30)을 다른 스프로킷으로 이동시켜 변속(즉 5단으로 변속)을 수행한다.

이러한 자동 변속 장치는 사용자의 의사에 따라 사용 여부가 결정될 수 있다. 즉, 사용자가 자동 변속장치를 사용하지 않고, 손잡이에 구비된 그립 쉬프터 만을 이용하여 변속을 수행하고자 하는 경우, 체인으로부터 본 발명에 따른 메인 작동 기기 및 장력 전달부를 이탈시킬 수 있다.

도 6a는 사용자가 본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치를 사용하는 경우의 실시 예를 나타낸 것이다. 즉, 장력 전달부(50)를 이루는 작동 스프로킷(52) 및 체인 가이드 롤러(53)에 체인(30)의 상부 레일이 걸쳐진 상태이다.

사용자가 자동 변속 장치를 사용하지 않는 경우, 도 6b에서와 같이 체인을 작동 스프로킷(52) 및 체인 가이드 롤러(53)로부터 이탈시킨다. 체인(30)은 장력을 가지고 있으나, 사람의 손으로 들어올리면 작동 스프로킷(52)으로부터 쉽게 분리시킬 수 있다.

이어, 도 6c에서와 같이, 지지 프레임(56) 하단에서 하부 피스톤 로드(111)에 연결되어 회전 가능한 작동 바(51)를 체인(30)으로부터 이격시킨다.

그 다음, 도 6d에서와 같이, 상기 작동 바(51) 하단에 회전 가능하게 연결된 장력 조절부 프레임 본체(50)를 회전시킨다. 이와 같이 바깥 방향으로 회전시키는 이유는 도 6c의 상태에서 프론트 드레일러(70)에 의해 체인(30)의 연결이 변경될 때, 작동 스프로킷(52)에 체인(30)이 걸리는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 유압 실린더(110)는 도 7a와 같이 내부에 피스톤(115)과 상기 피스톤(115)의 상부와 하부로 돌출된 상부 피스톤 로드(114) 및 하부 피스톤 로드(111)를 구비한다. 유압 실린더(110)의 내부 및 유압 경로관(120)에는 유체(140)가 충진된다.

예를 들어, 도 5b에서와 같이 고갯길을 주행하는 경우, 체인에 걸리는 장력이 증가하고, 하부 피스톤 로드(111)는 도 7b에서와 같이 아랫 방향으로 이동한다. 이에 따라, 유압 실린더(110) 내부의 피스톤 하부에 위치한 유체(140)는 유압 경로관(120)을 따라 피스톤 상부로 이동하면서 하부 피스톤 로드(111)가 급격히 작동하는 것을 제어하기 위한 저항으로 작용한다. 따라서, 하부 피스톤 로드(111) 및 상부 피스톤 로드(114)의 이동을 제어한다.

한편, 도 8에서와 같이 유압 경로관(120)의 중간 부위에 유량 조절 밸브를 부착할 수 있다. 상기 유량 조절 밸브는 탑승자가 급출발이나, 급가속시 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 급출발이나 급가속시에는 체인에 가해지는 장력이 급격히 증가한다. 따라서, 리어 드레일러의 동작이 순간적으로 일어나고, 체인이 리어 스프로킷 체의 어느 하나의 스프로킷에 정확히 연결되지 않고 스프로킷 사이를 급히 이동하면서 주행 동작이 이루어지지 않게 된다.

그 구성을 개략적으로 살펴보면, 상기 유량 조절 밸브(130)는 실린더형 하우징(131a, 131b), 압력 조절용 피스톤(132) 및 스프링(132b)을 포함하여 이루어진다.

도 9a 내지 도 9b는 상기 유량 조절 밸브의 동작을 설명하기 위한 예시도이다. 그 구성을 좀 더 상세히 살펴보면 도 9a와 같다. 서로 나사 결합을 이루는 하우징(131a, 131b)는 내부에 걸림턱이 형성된 내부 공간을 구비한 실린더 형태를 갖는다. 압력 조절용 피스톤(132)의 상단부는 상기 실린더 내부 벽에 오링(O-ring)에 의해 밀착된다. 중단부는 상기 상단부보다 작은 지름으로 이루어진다. 하단부는 테이퍼 형상으로 점차 좁아지는 구조를 갖는다. 상기 상단부와 중단부에는 관통홀(132a)이 형성된다. 상기 관통홀(132a) 소정 부위에 상기 유압 실린더(110)로부터 유압 경로관(120)의 유입부(120a)를 통해 유입되는 유체(140)가 배출될 수 있는 구멍(133)이 형성된다. 스프링(132b)은 상기 압력 조절용 피스톤(132)에 제공되는 유체의 유압이 해제되었을 때, 상기 압력 조절용 피스톤(132)을 원위치로 복귀시키기 위한 복원력을 제공하는 역할을 수행한다.

도 9a는 유압 경로관의 유입부(120a)를 통해 유입되는 유체(140)의 압력이 스프링(132b)이 가진 탄성력보다 작은 경우를 나타낸 것이다. 즉, 평지를 달리는 경우에는 체인에 걸리는 장력이 작으므로 유압 실린더(110)로부터 유입되는 유체의 압력이 매우 작거나 전혀 없을 수 있다.

그러나, 탑승자가 급히 출발하거나 급가속을 필요로 하는 경우, 페달을 통해 전달되는 체인의 장력이 급속히 증가하게 된다. 이때, 하부 피스톤 로드가 급히 내려간다. 따라서, 유압 실린더(110)로부터 유압 경로관(120)의 유입부(120a)로 유입되는 유압이 매우 크다. 따라서, 유체의 압력에 의해 압력 조절용 피스톤(132)가 하우징 내부 공간에서 이동한다. 이때, 유체의 이동은 상기 구멍(133)을 통해 배출부(120b)로 전달된다. 따라서, 상기 압력 조절용 피스톤(132)의 이동속도는 제한된다. 이와 같이 유체(140)는 상기 압력 조절용 피스톤(132)에 형성된 구멍(133)을 통해서 이루어지므로 후단의 리어 드레일러(40)를 급격히 제어함으로 인해 체인이 헛도는 문제를 해결할 수 있다.

상기 압력 조절용 피스톤(132)은 상기 유압 실린더로부터 제공되는 유체의 압력에 의해 상기 하우징(131b)의 내부 공간에서 상기 걸림턱까지 이동한다. 페달(4)에 전달되는 급격한 장력의 변화가 해지되면 상기 압력 조절용 피스톤(132)은 스프링(132b)의 반발력에 의해 원래의 위치로 복귀한다.

도 1은 본 발명이 적용된 자전거의 측면을 도시한 측면도이다.

도 2는 프론트 드레일러의 구성을 나타낸 예시도이다.

*도 3은 본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 주요 구성요소를 나타낸 예시도이다.

도 4는 장력 전달부 및 메인 작동 기기의 구성을 좀 더 상세히 나타낸 예시도이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 자전거용 자동 변속 장치를 자전거로부터 분리하는 과정의 실시 예시도이다.

도 7a 내지 도 7b는 유압 실린더의 내부 구성을 나타낸 예시도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 유량 조절 밸브를 부착한 경우의 예시도이다.

도 9a 내지 도 9b는 상기 유량 조절 밸브의 동작을 나타낸 예시도이다.

Claims (8)

1. 페달을 통해 전달되는 힘에 의해 회전하는 체인링;

   뒷바퀴에 장착되며 서로 다른 지름을 갖는 다수의 스프로킷이 동심원을 이루며 결합한 리어 스프로킷 체;

   상기 리어 스프로킷 체의 어느 하나의 스프로킷과 상기 체인링에 걸쳐져 무한궤도를 이루는 체인;

   상기 리어 스프로킷 체의 한 부분에 구비되며, 상기 체인이 리어 스프로킷 체의 어느 하나의 스프로킷에 감기도록 체인을 이동시키는 리어 드레일러;

   상기 페달을 통해 가해지는 힘의 크기에 따라 가변하는 체인의 장력에 의해 승하강 작동하는 장력 전달부; 및

   상기 장력 전달부를 통해 전달되는 장력에 의해 구동되어 상기 리어 드레일러를 통해 변속 동작을 수행하는 메인 작동기기를 포함하여 이루어지며,

   상기 메인 작동기기는,

   로드가 상?하부로 돌출된 피스톤을 내장하고 상기 피스톤의 하부 로드를 통해 전달되는 체인의 장력에 따라 유압을 발생시키는 유압 실린더; 및

   상기 유압 실린더의 한 부분에 형성되어 상기 유압실린더의 작동력을 제어하고 상기 유압실린더 내의 피스톤에 의해 분리되는 상?하부 작동실을 연결하는 유압 경로관을 포함하여 이루어지고,

   상기 유압 경로관은 내부에 흐르는 유체의 압력을 조절하기 위한 유량 조절 밸브를 포함하는 것으로서, 상기 유량 조절 밸브는,

   내부에 걸림턱이 형성된 내부 공간을 구비한 실린더형 하우징;

   상단부는 상기 실린더 내부 벽에 밀착되고, 중단부는 상기 상단부보다 작은 지름을 갖고 하단부는 테이퍼 형상을 이루며, 상기 상단부와 중단부를 관통하는 관통홀 소정 부위에 상기 유압 실린더로부터 유입된 유체가 배출될 수 있는 구멍이 형성되고, 하단부는 테이퍼 형상으로 이루어져 상기 유압 실린더로부터 제공되는 유체의 압력에 의해 상기 하우징의 내부 공간에서 상기 걸림턱까지 이동하는 압력 조절용 피스톤; 및

   상기 압력 조절용 피스톤에 제공되는 유체의 유압이 해제되었을 때, 상기 압력 조절용 피스톤을 원위치로 복귀시키기 위한 복원력을 제공하는 스프링을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자전거용 자동 변속 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 작동기기는,

   상기 피스톤의 하부 로드의 하단에 형성된 제 1 스프링 지지부; 및

   일단이 상기 제 1 스프링 지지부의 한 부분에 의해 지지되고, 타단이 유압 실린더의 하단에 의해 지지가 되는 제 1 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 자동 변속 장치.
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