KR101164490B1 - 자전거 변속장치 - Google Patents

Abstract

자전거 바퀴가 결합되는 허브축에 결합되며 자전거 진행방향의 역방향으로의 자유회전이 가능하도록 하는 원웨이베어링을 가지는 결합축유닛, 결합축유닛의 외측에 설치되는 판부재, 결합축유닛의 회전중심을 기준으로 방사상으로 배치되도록 판부재에 회전 가능하게 설치되며 일단으로부터 절곡되어 연장된 편심부를 가지는 복수의 회전부재, 복수의 회전부재가 상호 연동하여 동작되도록 연결하는 연동유닛, 결합축유닛에서 이동 가능하게 설치되며 이동위치에 따라서 연동유닛의 움직임을 구속하거나 해제하는 구속/해제유닛, 회전부재 각각의 편심부에 회전 가능하게 설치되며 자전거 체인이 연결되고 회전부재의 회전시 결합축유닛의 회전중심을 기준으로 동시에 접근 및 이격되는 복수의 변속기어와, 구속/해제유닛에 의해 연동유닛의 움직임을 구속시 복수의 변속기어 모두를 구속하고 연동유닛의 움직임이 해제된 상태에서는 복수의 변속기어 중에서 특정위치에 위치되는 변속기어만을 구속하는 제동 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치가 개시된다.

Description

자전거 변속장치{Bicycle Transmission}

본 발명은 자전거 변속장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자전거 페달을 이용하여 기어변속이 가능하도록 한 자전거 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거의 기어 변속기는 주행상태에 따라 페달을 일정한 힘과 속도로 밟을 수 있도록 하기 위하여 설치되는데, 페달과 뒷바퀴 축에 서로 다른 톱니 수를 갖는 스프로킷(sprocket)을 중첩배치하는 방식으로 이루어져 있다.

이러한 자전거의 기어 변속기는 언덕에서는 자전거 체인을 페달 축은 작은 스프로킷에, 뒷바퀴 축은 큰 스프로킷에 걸리도록 하고, 평지에서 속도가 빨라지는 경우에는 자전거 체인을 페달 축은 큰 스프로킷에, 뒷바퀴 축은 작은 스프로킷에 걸리도록 하여 페달을 일정한 힘과 속도로 밟아도 자전거의 진행상태를 유지할 수 있도록 하는 것이다.

그런데 상기와 같은 기어 변속기는 수동으로 조절을 해야하기 때문에 조절이 어려울 뿐만 아니라, 조절하는 순간에 페달에 급격한 하중의 변화가 생기는 문제점이 있다.

또한, 크기가 다른 복수의 스프로킷을 포함하는 구성이므로, 장치의 사이즈가 크게 되어 설치 공간에 제약을 많이 받아서 범용적으로 사용하기에 적합하지 않으며, 하중이 크게 나가므로 자전거가 경량화되는 현재의 추세에 적합하지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 모든 자전거에 범용적으로 적용이 가능하며, 페달에 걸리는 하중의 급격한 변화를 줄이고 소형화가 가능한 자전거 변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자전거 변속장치는, 자전거 바퀴가 결합되는 허브축에 결합되며, 자전거 진행방향의 역방향으로의 자유회전이 가능하도록 하는 원웨이베어링을 가지는 결합축유닛; 상기 결합축유닛의 외측에 설치되는 판부재; 상기 결합축유닛의 회전중심을 기준으로 방사상으로 배치되도록 상기 판부재에 회전 가능하게 설치되며, 일단으로부터 절곡되어 연장된 편심부를 가지는 복수의 회전부재; 상기 복수의 회전부재가 상호 연동하여 동작되도록 연결하는 연동유닛; 상기 결합축유닛에서 이동 가능하게 설치되며, 이동위치에 따라서 상기 연동유닛의 움직임을 구속하거나 해제하는 구속/해제유닛; 상기 회전부재 각각의 편심부에 회전 가능하게 설치되며, 자전거 체인이 연결되고, 상기 회전부재의 회전시 상기 결합축유닛의 회전중심을 기준으로 동시에 접근 및 이격되는 복수의 변속기어와; 상기 구속/해제유닛에 의해 상기 연동유닛의 움직임을 구속시, 상기 복수의 변속기어 모두를 구속하고, 상기 연동유닛의 움직임이 해제된 상태에서는 상기 복수의 변속기어 중에서 특정위치에 위치되는 변속기어만을 구속하는 제동 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연동유닛은, 상기 복수의 회전부재 각각의 타단에 결합되는 유성기어와; 내주에 형성되어 상기 유성기어와 기어 연결되는 내측기어부와, 외주에 상기 구속/해제유닛에 연결되는 외측마찰부를 가지는 연결기어;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구속/해제유닛은, 상기 판부재를 사이에 두고 상기 연동유닛과 대응되게 설치되며, 상기 결합축유닛의 외측에서 왕복 이동 가능하게 설치되는 슬라이딩부재와; 상기 슬라이딩부재에 설치되며, 상기 연동유닛 쪽으로 이동시 상기 연결기어의 외측마찰부에 연결되어 구속하는 구속마찰부; 및 상기 구속마찰부가 상기 외측마찰부에 연결되도록 상기 슬라이딩부재를 상기 연동유닛 쪽으로 가압하는 제1가압부재;를 포함하며, 상기 슬라이딩부재가 외력에 의해 상기 판부재로부터 이격될 경우, 상기 구속마찰부와 상기 외측마찰부의 연결이 해제되어 상기 연결기어의 회전이 가능한 것이 좋다.

또한, 상기 슬라이딩부재는, 상기 결합축유닛의 외주에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부와; 상기 슬라이딩부에서 반경 방향으로 절곡되어 확장되며, 상기 회전부재가 관통되는 관통공을 가지며 상기 판부재와 나란하게 마주하는 플레이트부;를 포함하며, 상기 플레이트부의 끝단에 상기 구속마찰부가 설치되는 것이 좋다.

또한, 상기 제동 제어유닛은, 상기 변속기어 각각을 독립적으로 제동하도록 설치되는 제동부와; 상기 구속/해제유닛과 함께 이동되면서, 이동위치에 따라서 상기 변속기어 각각에 대응되는 제동부들 전체를 동작시키거나, 또는 특정위치의 제동부만을 동작시키는 제동 제어부;를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 제동부는, 상기 변속기어의 지지축에서 축방향으로 이동 가능하게 설치되며, 그 단부에는 상기 변속기어에 선택적으로 접촉하여 제동력을 제공하는 마찰부를 가지는 스토퍼부재; 및 상기 스토퍼부재가 상기 변속기어로부터 이격되도록 상기 스토퍼부재를 탄성 가압하는 제2가압부재;를 포함하며, 상기 스토퍼부재는 상기 제동 제어유닛에 의해 간섭되어 상기 지지축의 축방향으로 이동되어 상기 마찰부가 상기 변속기어에 접촉되어 회전을 방지하도록 하는 것이 좋다.

또한, 상기 제동 제어부는, 상기 구속/해제유닛의 외측에 설치되며, 상기 결합축유닛의 회전중심으로부터 편심된 위치에서 상기 구속/해제유닛이 상기 판부재로부터 이격되는 방향으로 편심된 외력을 받을 경우, 상기 구속/해제유닛과 함께 이동되며서 편심되게 기울어지며, 회전중심을 기준으로 상기 외력을 받은 반대측이 상기 스토퍼부재를 가압하여 상기 마찰부가 상기 변속기어에 접촉되도록 하는 편심마찰판; 및 상기 편심마찰판을 회전 및 편심운동 가능하게 지지하며, 상기 구속/해제유닛의 외측에 결합되는 자동조심베어링;을 포함하는 것이 좋다.

본 발명의 자전거 변속장치에 따르면, 회전축(x) 방향으로 체인을 이동시켜서 변속하도록 하는 다수의 스프라켓을 가지는 종래 기술에 비하여, 체인의 이동동작 없이도 변속이 가능하게 됨으로써, 체인의 틀어짐으로 인한 기구적인 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다.

또한, 변속기어의 위치를 다양하게 자유롭게 조절하여 변속할 수 있기 때문에, 수십 내지 수백 단에 이르기까지 변속단수에 구애받지 않고 다양한 비유로 변속이 가능한 이점이 있다.

또한, 결합축유닛을 허브축에 용이하게 결합 및 분리할 수 있기 때문에, 기존 자전거에 용이하게 장착하여 사용할 수 있으며, 특히 자전거의 종류에 상관없이 장착하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 변속모드시에 변속기어의 확장 및 축소되는 동작이 외부로 노출되어 보이므로, 시각적으로도 화려함을 줄 수 있다.

도 1은 본 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속장치를 나타내 보인 사시도이다.
도 2 내지 도 5 각각은 도 1에 도시된 자전거 변속장치의 동작상태를 설명하기 위한 개략적인 정면도이다.
도 6은 고속 주행모드 상태에서의 자전거 변속장치를 나타내 보인 단면도이다.
도 7은 변속모드 상태에서의 자전거 변속장치를 나타내 보인 단면도이다.
도 8은 저속 주행모드로 변속된 상태를 나타내 보인 단면도이다.
도 9 및 도 10은 제동부의 동작상태를 설명하기 위한 부분 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속장치에 대해 자세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속장치는, 자전거 바퀴(1)가 결합되는 허브축(2)에 착탈 가능하게 결합되는 결합축유닛(10)과, 판부재(20), 복수의 회전부재(30), 연동유닛(40), 구속/해제유닛(50), 복수의 변속기어(60), 제동유닛(70)을 구비한다.

상기 허브축(2)의 중앙에는 자전거 바퀴(1)가 결합되며, 그 일측단부에는 상기 결합축유닛(10)이 결합된다.

상기 결합축유닛(10)은 허브축(2)에 나사 결합되는 고정축(11)과, 고정축(11)의 외주에 회전 가능하게 설치되는 원웨이 회전축(12) 및, 고정축(11)과 원웨이 회전축(12) 사이에 설치되는 원웨이 베어링(13)을 구비한다. 상기 원웨이 베어링(13)은 원웨이 회전축(12)이 일방향 즉, 도 2의 화살표 A1 방향으로의 회전은 방지하고, A2 방향(자전거 진행방향 B)으로의 회전만을 허용한다. 따라서 자전거의 주행시에는 결합축유닛(10) 전체가 허브축(2)과 일체로 회전되며, 자전거 페달을 역방향으로 회전시켜서 체인(100)을 역방향(C2)으로 주행시킬 경우에, 원웨이 회전축(12)만 고정축(11)에 상대적으로 공회전 되고, 고정축(11)은 회전하지 않게 된다.

상기 판부재(20)는 상기 결합축유닛(10)의 외주에 결합되며, 상기 회전부재(30)를 회전가능하게 지지한다. 이러한 판부재(20)는 상기 원웨이 회전축(12)에 결합되어 일체로 움직이며, 원판 형상을 가지는 것이 바람직하다.

상기 회전부재(30)는 상기 판부재(20)에 회전가능하게 설치되며, 결합축유닛(10)의 회전중심(x)을 기준으로 일정한 거리에 위치되도록 방사상으로 배치되며, 원주 방향으로는 일정 간격으로 설치된다. 이러한 회전부재(30)는 회전부(31) 및 편심부(32)를 가진다. 회전부(31)는 판부재(20)를 관통하여 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 상기 편심부(32)는 상기 회전부(31)의 일단으로부터 90도 각도로 절곡되어 연장된다.

상기 연동유닛(40)은 상기 복수의 회전부재(30)가 동시에 연동하여 회전운동하도록 연결시키는 것이다. 구체적으로 연동유닛(40)은 회전부재(30) 각각의 회전부(31)에 설치되는 유성기어(41)와, 상기 복수의 유성기어(41) 각각이 기어 연결되는 연결기어(42)를 구비한다. 상기 유성기어(41)는 회전부재(30) 각각의 회전부(31)의 단부에 결합되어 일체로 회전되며, 상기 연결기어(42)의 내측기어부(42a)에 기어 연결된다. 상기 연결기어(42)는 링 형상을 가지며, 내주에 형성되어 유성기어(41)와 기어 연결되는 내측기어부(42a)와, 외주에 상기 구속/해제유닛(50)에 연결되는 외측마찰부(42b)를 가진다. 상기 내측기어부(42a)에 복수의 유성기어(41)가 기어연결됨으로써, 복수의 유성기어들(41)이 연결기어(42)를 매개로 하여 동시에 회전운동하거나 정지동작을 유지하게 된다. 상기 외측마찰부(42b)는 연결기어(42)의 외주에 형성되는 것으로서, 기어형상으로 형성되거나, 또는 다양한 마찰패턴으로 형성될 수도 있다. 이러한 외측마찰부(42b)는 상기 구속/해제유닛(50)의 구속마찰부(52)에 접촉시 연결기어(42)의 회전이 구속되도록 하고, 분리시에는 자유로운 회전이 가능하게 된다. 즉, 자전거의 주행시에는 외측마찰부(42b)가 구속마찰부(52)에 연결되어 구속됨으로써, 변속동작이 이루어지지 않고, 자전거의 변속동작시에는 상기 외측마찰부(42b)로부터 구속마찰부()가 분리됨으로써, 연결기어(42)가 회전 가능한 상태가 되고, 결국 회전부재들(30)의 동시 회전이 가능한 상태가 된다.

상기 구속/해제유닛(50)은 슬라이딩부재(51)와, 구속마찰부(52) 및 제1가압부재(53)를 구비한다.

상기 슬라이딩부재(51)는 결합축유닛(10)의 외주에 축방향(x)으로 왕복 이동 가능하게 설치된다. 구체적으로 슬라이딩부재(51)는 결합축유닛(10)의 외주에 슬라이딩 가능하게 결합되며, 원웨이 회전축(12)과는 일체로 회전운동하는 슬라이딩부(51a)와, 슬라이딩부(51a)로부터 반경 방향으로 절곡되어 확장형성되며 회전부재(30)가 관통되는 관통공(h1)을 가지는 플레이트부(51b)를 가진다. 상기 플레이트부(51b)는 판부재(20)와 나란하게 마주하도록 설치되며, 소정 거리 이격되게 배치된다. 상기 플레이트(51b)에 관통공(h1)이 상기 회전부재(30)에 대응되는 위치에 형성됨으로써, 상기 회전부재(30)는 플레이트(51b)를 통과하여 외측으로 노출될 수 있다.

상기 구속마찰부(52)는 플레이트(51b)에서 절곡되어 연장되며, 상기 연결기어(42)의 외측마찰부(42b)에 선택적으로 접촉 및 분리되며, 접촉시 마찰력을 제공하여 연결기어(42)의 자유로운 회전을 구속한다. 이러한 구속마찰부(52)는 플레이트(51b)와 일체로 파이프형으로 형성될 수 있으며, 외측마찰부(42b)에 상보적으로 맞물려 결합 될 수 있는 기어형상 또는 다른 스토퍼형상을 가질 수 있다.

상기 제1가압부재(53)는 슬라이딩부재(51)를 판부재(20) 쪽으로 탄력적으로 가압함으로써, 구속마찰부(52)가 외측마찰부(42b)에 연결되도록 한다. 이러한 제1가압부재(53)는 결합축유닛(10)의 외주에 설치되어 슬라이딩부재(51)를 탄력적으로 가압하는 코일스프링을 포함하며, 결합축유닛(10)에는 제1가압부재(53)를 지지하는 지지턱(14)가 외주로 돌출되게 설치될 수 있다.

상기 구성의 구속/해제유닛(50)은 평상시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1가압부재(53)에 의해 판부재(20) 쪽으로 이동되어 연결기어(42)가 회전되지 못하도록 구속하고, 외력에 의해 도 7과 같이 이동될 경우에는 연결기어(42)로부터 분리되어 연결기어(42)가 자유회전 가능하도록 하여 변속동작이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 회전부재(30)의 편심부(32) 각각에는 변속기어(60)가 회전가능하게 설치된다. 구체적으로 편심부(32)에 지지축(34)이 고정 설치되고, 그 지지축(34)에 변속기어(60)가 베어링에 의해 회전 가능하게 설치된다. 변속기어(60)에는 체인(100)이 연결된다. 따라서 체인(100)의 동력이 변속기어(60)로 직접 전달됨으로써 자전거의 허브축(2)으로 동력이 전달되도록 하거나, 또는 변속기어(60)의 위치가 회전축(x)을 기준으로 하여 확장 및 축소되도록 하여 변속동작이 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 연동유닛(40)의 움직임이 구속/해제유닛(50)에 의해 구속되고, 제동유닛(70)에 의해 변속기어들(60)의 자유회전이 구속된 상태에서는 체인(100)의 동력이 허브축(2)으로 그대로 전달되어 자전거바퀴로 전달되어 자전거의 진행동작이 이루어진다. 반대로, 도 7과 같이 연동유닛(40)의 움직임이 해제되고, 변속기어들(60) 중에서 특정 위치에 위치되는 변속기어만이 구속되는 경우에는 체인(100)의 주행동력이 구속력이 작용하는 변속기어(60')에만 작용하게 됨으로서 변속기어(60')가 회전되지 않고 회전부재(30)가 회전됨으로써 결국 변속기어들(60)의 위치가 회전축(x)을 기준으로 확장 및 축소이동되면서 기어변속이 가능해진다.

상기 제동유닛(70)은 제동부(80)와, 제동 제어부(90)를 구비한다.

상기 제동부(80)는 스토퍼부재(81)와, 제2가압부재(83)를 구비한다. 상기 스토퍼부재(81)는 변속기어(60)의 지지축(34)에서 축방향으로 이동 가능하게 설치되며, 그 단부에는 상기 변속기어에 선택적으로 접촉하여 제동력을 제공하는 마찰부(81a)를 가진다.

상기 제2가압부재(83)는 스토퍼부재(81)가 변속기어(60)로부터 이격되도록 스토퍼부재(81)를 탄성 가압한다. 이러한 제2가압부재(83)는 지지축(34) 내부에 설치되어, 스토퍼부재(81)를 외측으로 탄력적으로 가압하는 코일스프링을 포함할 수 있다.

상기 구성에 의하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 스토퍼부재(81)는 상기 제동 제어유닛(83)과 이격된 상태에서는 제2가압부재(83)에 의해 외측으로 밀려서 변속기어(60)와 분리됨으로써, 변속기어(60)의 자유로운 회전이 가능하도록 한다. 반대로, 도 10에 도시된 바와 같이, 제동 제어유닛(83)에 의해 스토퍼부재(81)가 밀려서 변속기어(60)에 접촉하게 되면, 변속기어(60)의 자유로운 회전을 방지함으로써, 체인(100)을 통해 전되는 동력이 회전부재(30)로 직접 전달될 수 있게 된다.

상기 제동 제어부(90)는 상기 구속/해제유닛(50)의 외측 즉, 슬라이딩 부재(5)의 외측에 결합되는 자동조심베어링(91)과, 자동조심베어링(91)에 틸팅 가능하게 지지되는 편심마찰판(93) 및, 편심마찰판(93)을 중심으로부터 편심된 위치에서 작동와이어(95)를 구비한다.

상기 자동조심베어링(91)은 슬라이딩부재(51)의 외주에 결합되어, 슬라이딩부재(51)와 함께 왕복 슬라이딩 가능하게 된다. 이러한 자동조심베어링(91)은 편심마찰판(93)을 회전 가능하게 지지하되, 편심마찰판(93)의 자세가 회전축(x)에 대해 틸팅된 상태(기울어진 상태)에서도 회전 가능하게 지지하는 역할을 할 수 있고, 외력이 제거될 경우 편심마찰판(93)이 자동으로 중심위치로 복귀하게 된다. 이러한 자동조심베어링(91)은 산업 전반에서 널리 사용되고 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 편심마찰판(93)은 자동조심베어링(91)에 틸팅 회전 가능하게 설치되며, 원형 판형상을 가진다. 이러한 편심마찰판(93)은 변속기어(60)가 회전축(x)으로부터 최대한 확장된 상태(도 6의 상태)에서도, 제동부(80)의 스토퍼부(81)를 접촉 가압할 수 있을 정도의 반경을 갖도록 형성된다.

상기 작동와이어(95)는 편심마찰판(93)에 연결되며, 구체적으로는 편심마찰판(93)의 중심으로부터 편심된 부분에 연결된다. 이 작동와이어(95)는 자전거 프레임(97)에 연결되는 연결지지부(98)를 통해 자전거의 핸들로 연결되어, 자전거 운전자가 핸들까지 연결된 작동와이어를 조작레버등을 이용하여 동작시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

물론, 상기 연결지지부(98)에 전자적으로 동작되는 솔레노이드 등을 설치하여, 전자제어에 의해 작동와이어(95)를 당기거나 원위치로 놓아주는 역할을 할 수도 있다. 이러한 작동와이어(95)의 구체적인 동작구성 및 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아니므로, 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하 상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속장치의 작용효과에 대해서 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2의 경우는 변속기어들(60)이 허브축(2)의 회전축(x)을 중심으로 최외곽에 위치된 상태를 나타낸 보인 것으로서, 최고 고속주행 상태를 나타낸다. 그리고 도 3은 도 2의 상태에서 회전부재(30)들 전체적으로 대략 90도 각도 정도 회전되어 변속기어들(60)이 고속과 저속의 대략 중간 위치에 위치된 것을 나타낸다. 도 4는 회전부재(30)가 도 2의 상태에서 대략 180도 각도 회전된 상태로서, 변속기어들(60)은 최 저속의 변속위치에 위치된 것을 나타낸다.

한편, 도 2에서 자전거가 주행모드일 경우에는 체인(100)이 C1 방향으로 주행하고, 이때 회전부재(30)와 변속기어(60)는 모두 회전이 구속된 정지상태를 유지하게 된다. 즉, 주행모드에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 연결기어(42)가 구속/해제유닛()에 의해 구속되어 회전이 구속된 상태이고, 변속기어(60)는 제동유닛(70)에 의해 구속되어 회전이 구속된 상태이다. 따라서 도 6과 같이 연결기어(42)를 포함하는 연동유닛(40)과, 변속기어(60)의 자유로운 회전이 구속된 상태에서는 체인(100)의 동력이 결합축유닛(10) 및 허브축(2)으로 그대로 전달됨으로써 자전거 바퀴(1)로 동력을 전달되어 주행 가능한 상태가 된다.

한편, 도 6 및 도 7에서 도면부호 18은 연동유닛(40)을 감싸도록 결합축유닛(10)에 결합되어 함께 회전되는 커버부재를 나타내는 것으로서, 외부로부터의 먼지, 이물질 투입을 방지하는 역할을 한다. 물론, 상기 슬라이딩부재(51) 또한 이물질의 침투를 방지하는 역할을 할 수 있다.

한편, 도 6과 같은 주행모드 상태에서, 기어변속을 위한 변속모드로 변경하기 위해서는, 도 7과 같이 운전자의 조작에 의해서 작동와이어(95)를 화살표 방향으로 당겨준다. 그러면, 제동 제어유닛(70)과 구속/해제유닛(40)이 동시에 당겨지면서 연결기어(42)는 구속/해제유닛(40)으로부터 구속해제되어 자유회전 가능한 상태가 된다.

그리고 제동 제어부(90)의 편심마찰판(93)은 작동와이어(95)에 편심되게 이끌려 가면서 자세가 기울어진 상태를 유지하게 됨으로써, 작동와이어(95)가 연결된 부분은 반대편이 체인(100)에 연결된 변속기어(60') 쪽으로 밀착되어 제동부(80')를 가압하여 해당 변속기어(60')만 구속력이 발생되도록 하고, 나머지 부분은 제동부(80)로부터 이격되어 변속기어들(60)의 구속이 해제되어 자유회전 가능한 상태가 되도록 한다.

즉, 도 2를 예를 들어 설명하면, 변속모드에서는 편심마찰판(93)의 편심동작에 의해서, 회전축(x)을 기준으로 작동와이어(95)의 반대편으로 위치되는 변속기어(60')에만 구속력이 발생되고, 나머지 주변의 변속기어(60)는 구속력이 해제되어 자유회전 가능한 상태가 된다.

따라서 상기와 같은 변속모드를 유지한 상태에서, 운전자가 페달을 움직여서 체인(100)을 C2 방향으로 주행시키면, 구속해제된 변속기어들(60)은 자유회전되고, 구속상태의 변속기어(60')는 회전되지 않게 됨으로써, 그 동력이 구속된 변속기어(60')가 연결된 회전부재(30')로 전달된다. 따라서 해당 회전부재(30')가 회전됨에 따라서, 그 회전부재(30')에 연결되는 유성기어(41)가 회전되어 연결기어(42)를 통해 연결된 복수의 연결기어들(41) 모두가 회전될 수 있게 된다. 결국, 하나의 회전부재(30')의 회전에 연동하여 복수의 회전부재들(30) 모두가 동시에 회전됨으로써 변속기어들(60)의 위치가 도 3 또는 도 4와 같은 위치로 자유롭게 확장 및 축소되면서 위치변경이 가능하게 된다. 이때, 회전부재들(30)이 회전축(x)을 기준으로 회전하더라도, 작동와이어(95)의 위치는 변하기 않게 되므로, 그 회전축(x)을 중심으로 대칭되는 위치로 이동되는 변속기어(60')만이 계속해서 구속되고, 그 위치를 벗어난 변속기어들(60)의 구속은 해제된 상태이므로, 변속기어들(60)이 자유회전되면서 변속에 따른 체인(100)의 연결위치가 자연스럽게 조정될 수 있게 된다.

그리고 변속모드를 종료하고자 할 경우에는, 작동와이어(95)를 당기고 있던 동작을 해제하면, 제1가압부재(53)의 가압력에 의해 구속/해제유닛(40)과 제동 제어유닛(70)의 위치가 모두 도 6과 같이 원위치되어 변속된 상태로 주행모드로 전환될 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 자전거의 변속장치에 따르면, 회전축(x) 방향으로 체인을 이동시켜서 변속하도록 하는 다수의 스프라켓을 가지는 종래 기술에 비하여, 체인(100)의 이동동작 없이도 변속이 가능하게 됨으로써, 체인(100)의 틀어짐으로 인한 기구적인 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다.

또한, 변속기어(60)의 위치를 다양하게 자유롭게 조절하여 변속할 수 있기 때문에, 수십 내지 수백 단에 이르기까지 변속단수에 구애받지 않고 다양한 비유로 변속이 가능한 이점이 있다.

또한, 결합축유닛(10)을 허브축(2)에 용이하게 결합 및 분리할 수 있기 때문에, 기존 자전거에 용이하게 장착하여 사용할 수 있으며, 특히 자전거의 종류에 상관없이 장착하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 변속모드시에 변속기어(60)의 확장 및 축소되는 동작이 외부로 노출되어 보이므로, 시각적으로도 화려함을 줄 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10..결합축유닛 20..판부재
30..회전부재 40..연동유닛
50..구속/해제유닛 60..변속기어
70..제동유닛 80..제동부
90..제동 제어부

Claims (7)

1. 자전거 바퀴가 결합되는 허브축에 결합되며, 자전거 진행방향의 역방향으로의 자유회전이 가능하도록 하는 원웨이베어링을 가지는 결합축유닛;
   상기 결합축유닛의 외측에 설치되는 판부재;
   상기 결합축유닛의 회전중심을 기준으로 방사상으로 배치되도록 상기 판부재에 회전 가능하게 설치되며, 일단으로부터 절곡되어 연장된 편심부를 가지는 복수의 회전부재;
   상기 복수의 회전부재가 상호 연동하여 동작되도록 연결하는 연동유닛;
   상기 결합축유닛에서 이동 가능하게 설치되며, 이동위치에 따라서 상기 연동유닛의 움직임을 구속하거나 해제하는 구속/해제유닛;
   상기 회전부재 각각의 편심부에 회전 가능하게 설치되며, 자전거 체인이 연결되고, 상기 회전부재의 회전시 상기 결합축유닛의 회전중심을 기준으로 동시에 접근 및 이격되는 복수의 변속기어와;
   상기 구속/해제유닛에 의해 상기 연동유닛의 움직임을 구속시, 상기 복수의 변속기어 모두를 구속하고, 상기 연동유닛의 움직임이 해제된 상태에서는 상기 복수의 변속기어 중에서 특정위치에 위치되는 변속기어만을 구속하는 제동 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 연동유닛은,
   상기 복수의 회전부재 각각의 타단에 결합되는 유성기어와;
   내주에 형성되어 상기 유성기어와 기어 연결되는 내측기어부와, 외주에 상기 구속/해제유닛에 연결되는 외측마찰부를 가지는 연결기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 구속/해제유닛은,
   상기 판부재를 사이에 두고 상기 연동유닛과 대응되게 설치되며, 상기 결합축유닛의 외측에서 왕복 이동 가능하게 설치되는 슬라이딩부재와;
   상기 슬라이딩부재에 설치되며, 상기 연동유닛 쪽으로 이동시 상기 연결기어의 외측마찰부에 기어 연결되어 구속하는 구속마찰부; 및
   상기 구속마찰부가 상기 외측마찰부에 연결되도록 상기 슬라이딩부재를 상기 연동유닛 쪽으로 가압하는 제1가압부재;를 포함하며,
   상기 슬라이딩부재가 외력에 의해 상기 판부재로부터 이격될 경우, 상기 구속마찰부와 상기 외측마찰부의 연결이 해제되어 상기 연결기어의 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 슬라이딩부재는,
   상기 결합축유닛의 외주에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부와;
   상기 슬라이딩부에서 반경 방향으로 절곡되어 확장되며, 상기 회전부재가 관통되는 관통공을 가지며 상기 판부재와 나란하게 마주하는 플레이트부;를 포함하며,
   상기 플레이트부의 끝단에 상기 구속마찰부가 설치되는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제동 제어유닛은,
   상기 변속기어 각각을 독립적으로 제동하도록 설치되는 제동부와;
   상기 구속/해제유닛과 함께 이동되면서, 이동위치에 따라서 상기 변속기어 각각에 대응되는 제동부들 전체를 동작시키거나, 또는 특정위치의 제동부만을 동작시키는 제동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제동부는,
   상기 변속기어의 지지축에서 축방향으로 이동 가능하게 설치되며, 그 단부에는 상기 변속기어에 선택적으로 접촉하여 제동력을 제공하는 마찰부를 가지는 스토퍼부재; 및
   상기 스토퍼부재가 상기 변속기어로부터 이격되도록 상기 스토퍼부재를 탄성 가압하는 제2가압부재;를 포함하며
   상기 스토퍼부재는 상기 제동 제어유닛에 의해 간섭되어 상기 지지축의 축방향으로 이동되어 상기 마찰부가 상기 변속기어에 접촉되어 회전을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제동 제어부는,
   상기 구속/해제유닛의 외측에 설치되며, 상기 결합축유닛의 회전중심으로부터 편심된 위치에서 상기 구속/해제유닛이 상기 판부재로부터 이격되는 방향으로 편심된 외력을 받을 경우, 상기 구속/해제유닛과 함께 이동되며서 편심되게 기울어지며, 회전중심을 기준으로 상기 외력을 받은 반대측이 상기 스토퍼부재를 가압하여 상기 마찰부가 상기 변속기어에 접촉되도록 하는 편심마찰판; 및
   상기 편심마찰판을 회전 및 편심운동 가능하게 지지하며, 상기 구속/해제유닛의 외측에 결합되는 자동조심베어링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거의 변속장치.

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