KR101554263B1 - 자전거 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력전달이 확실하게 이루어지고 마모가 적은 체인과 체인기어를 그대로 사용하면서 페달의 회전시 걸리는 부하에 따라 체인과 체인기어가 치합되는 지점의 회전반경이 변화되도록 함으로써 자동적으로 변속이 이루어질 수 있는 자전거 구동장치를 제공한다.
본 발명의 자전거 구동장치는, 페달축에 설치되는 원동체인기어와, 후륜축에 설치되는 종동체인기어와, 상기 원동체인기어와 종동체인기어를 연결하는 체인으로 이루어지며, 상기 원동체인기어는, 상기 페달축을 회전중심으로 하여 고정되는 고정부재와, 상기 체인과 치합하는 기어이가 구비된 기어부재를, 상기 고정부재를 중심으로 하는 원주방향으로 다수개 배치하고 상기 각 기어부재는 연결부재에 의해 원주방향의 간격이 조절되도록 연결한 체인형기어와, 상기 고정부재와 체인형기어 사이에서 양단이 연결되어 방사상으로 다수개 배치되고 고정부재와 체인형기어 사이의 간격을 탄력적으로 변화시키기 위한 탄성수단으로 이루어진 것이다.

Description

자전거 구동장치{Bicycle drive unit}

본 발명은 자전거 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페달을 회전시킬 때의 부하에 따라 페달측 원동체인기어의 기어이와 체인이 치합되는 지점의 회전반경이 변화되어 변속이 자동으로 이루어질 수 있도록 한 자전거 구동장치에 관한 것이다.

자전거의 구동장치는 페달축에 고정된 원동체인기어와, 후륜축에 고정된 종동체인기어와, 상기 원동체인기어와 종동체인기어를 연결하는 체인과, 원동체인기어와 종동체인기어 사이에서 변속이 이루어지도록 하는 변속장치로 구성되어 있다.

통상적으로, 자전거의 변속장치는, 후륜측 종동체인기어를 직경이 다른 다단의 종동체인기어로 구성하고, 변속기구를 조작하여 체인을 다단의 종동체인기어 중 어느 하나에 선택적으로 위치시키는 것에 의해 기어비가 변화되어 변속이 이루어지도록 되어 있다. 또한 페달측 원동체인기어에도 직경이 다른 다단의 원동체인기어로 구성하고, 또 다른 변속기구를 조작하여 체인을 다단의 원동체인기어 중 어느 하나에 선택적으로 위치시키는 것에 의해 후륜측 다단의 종동체인기어와 함께 변속 단수를 더욱 증가시킬 수 있도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같이 변속 단수를 증가시키기 위해 페달측 원동체인기어까지 다단으로 구성함에 따라, 변속을 위한 변속기구도 더 추가되어 부품수를 증가시키고, 자전거 전체 구성을 복잡하게 하는 단점이 있으며, 변속시 운전자가 직접 변속기구를 조작해야하는 번거로움은 물론, 변속 정도가 정해진 다단의 원동체인기어의 직경에 의해 결정되므로, 미세한 변속은 불가능한 단점이 있다.

또한 변속기구의 조작으로 체인의 위치가 어느 하나의 원동체인기어로 변경되는 도중, 또는 변속기구의 조작이 정확하게 이루어지지 않을 경우, 원동체인기어의 기어이와 체인이 불안정하게 치합되어 체인이 이탈할 염려가 있을 뿐만아니라, 소음을 유발하면서 동력전달이 원활하지 이루어지지 않는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 등록실용신안공보 20-0185862호의 변속풀리를 이용한 자전거의 변속장치가 있다.

상기 자전거의 변속장치는, 페달축에 빗살형태의 홈부가 형성된 고정측 원추차와 가변측 원추차를 설치하고, 상기 고정측 원추차와 가변측 원추차가 엇갈리게 결합됨에 의해 형성된 쇄기각에 벨트를 설치하여, 외부에서 전달되는 부하 정도에 따라 쇄기각이 오므라들거나 벌어짐에 의해 벨트의 회전반경이 변화되어 자동적으로 변속이 이루어지도록 한 것이다.

그러나, 상기의 종래기술은 동력전달이 마찰식인 변속풀리와 벨트에 의해 이루어지는 것으로, 기어이의 치합에 의해 동력이 전달되는 체인 및 체인기어에 비하여 동력전달이 정확하지 못한 단점이 있고, 외부로부터 강한 부하가 걸리는 경우, 변속풀리와 벨트 사이에 슬립이 발생하여 페달 회전시 헛도는 문제와, 마모로 인해 부품의 수명이 단축되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 동력전달이 확실하게 이루어지고 마모가 적은 체인과 체인기어를 그대로 사용하면서 페달의 회전시 걸리는 부하에 따라 체인과 체인기어가 치합되는 지점의 회전반경이 변화되도록 함으로써 자동적으로 변속이 이루어질 수 있는 자전거 구동장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 페달축에 설치되는 원동체인기어와, 후륜축에 설치되는 종동체인기어와, 상기 원동체인기어와 종동체인기어를 연결하는 체인으로 이루어진 자전거 구동장치에 있어서, 상기 원동체인기어는, 상기 페달축을 회전중심으로 하여 고정되는 고정부재와, 상기 체인과 치합하는 기어이가 구비된 기어부재를, 상기 고정부재를 중심으로 하는 원주방향으로 다수개 배치하고 상기 각 기어부재는 연결부재에 의해 원주방향의 간격이 조절되도록 연결한 체인형기어와, 상기 고정부재와 체인형기어 사이에서 양단이 연결되어 방사상으로 다수개 배치되고 고정부재와 체인형기어 사이의 간격을 탄력적으로 변화시키기 위한 탄성수단으로 이루어진 자전거 구동장치에 특징이 있다.

또한 본 발명의 상기 각 기어부재는 기어이를 2개 형성하고, 각 기어부재의 간격은 상호 인접한 기어이와 기어이 중심거리가 각 기어부재의 2개의 기어이 중심거리(기어이 피치)의 1~2배 사이에서 조절되도록 설정한 자전거 구동장치에 특징이 있다.

또한 본 발명은 상기 체인형기어의 각 기어부재와 연결부재는 연결핀으로 연결되며, 연결부재에는 상기 연결핀이 관통하는 장방형 구멍을 형성하여 각 기어부재의 원주방향 간격이 조절되도록 한 자전거 구동장치에 특징이 있다.

또한 상기의 본 발명에 있어서, 상기 탄성수단은, 판스프링으로 이루어지고, 상기 판스프링은 페달축의 회전방향쪽으로 만곡되게 형성된 자전거 구동장치에 특징이 있다.

또한 상기의 본 발명에 있어서, 상기 판스프링과 체인형기어는, 상호 회전가능하게 힌지 결합에 의해 연결된 자전거 구동장치에 특징이 있다.

상기의 특징적 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 페달의 회전시 걸리는 부하에 따라, 고정부재와 체인형기어 사이에 탄력설치된 판스프링의 휨 정도가 다르게 되고, 이로써 체인형기어와 고정부재 사이의 간격이 변화되는 것에 의해 체인형기어의 기어이와 체인이 치합되는 지점의 회전반경이 변화되어 자동적으로 변속이 이루어지게 된다.

따라서, 별도의 변속기구 없이도 자동 변속이 가능하여, 부품수를 절감할 수 있음과 동시에, 변속기구의 조작에 따른 번거로움을 해소할 수 있으며, 체인기어의 기어이와 체인의 치합에 의한 동력전달방식을 그대로 적용한 것이므로, 마찰 구동방식에 비하여 동력전달이 원활하고 정확하게 이루어지며, 수명도 연장할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 자전거 구동장치를 나타낸 정면도.
도 3의 (a) 및 (b)는 페달의 회전시 부하에 따른 판스프링의 탄성 변형 상태를 나타낸 정면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 자전거 구동장치에서 체인형기어, 판스프링 및 고정부재의 연결구조를 나타낸 분해 사시도 및 조립 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 자전거 구동장치를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 페달축(1)에 설치되는 원동체인기어(10)와, 후륜축(2)에 설치되는 종동체인기어(3)와, 상기 원동체인기어(10)와 종동체인기어(3)를 연결하는 체인(4)으로 이루어진다.

이때 본 발명의 원동체인기어(10)는, 고정부재(11), 체인형기어(20) 및 탄성수단으로 이루어진 것으로, 고정부재(11)는 페달축(1)에 관통되어 페달축(1)을 회전중심으로 하여 고정된다.

체인형기어(20)는 체인(4)과 치합하는 기어이(21a)가 구비된 기어부재(21)를 구비한다. 상기 기어부재(21)는 고정부재(11)를 중심으로 하는 원주방향으로 다수개 배치되고, 연결부재(22)에 의해 각 기어부재(21)의 간격이 조절되도록 연결되어 있다.

예들 들면 도 3에 도시된 바와 같이, 각 기어부재(21)의 기어이(21a)를 2개로 형성하고, 각 기어부재(21)의 간격은 한쪽 기어부재(21)의 기어이(21a)와 인접한 기어부재(21)의 기어이(21a) 중심거리(L1)가 각 기어부재(21)에 구비된 2개의 기어이(21a) 중심거리(L2)(기어이 피치)의 1~2배 사이에서 조절되도록 설정할 수 있다.

또한 도 4 및 도 5에서와 같이 체인형기어(20)의 각 기어부재(21)와 연결부재(22)는 연결핀(23)으로 연결되며, 연결부재(22)에는 상기 연결핀(23)이 관통하는 장방형구멍(22a)이 형성되고, 상기 장방형구멍(22a)에 의해 각 기어부재(21)의 간격이 조절될 수 있다.

이때, 연결부재(22)는 원호형상으로 형성하여 인접한 연결부재(22)와 원호방향이 상호 반대가 되도록 배치하여 각 기어부재(21)의 간격조절시 연결부재(22)의 끝단이 상호 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

탄성수단은, 상기 고정부재(11)와 체인형기어(20) 사이에 설치되어 고정부재(11)와 체인형기어(20) 사이의 간격을 탄력적으로 변화시키기 위한 것으로, 판스프링(12)으로 구성하는 것이 바람직하다.

판스프링(12)의 경우, 양단을 고정부재(11)와 체인형기어(20)에 연결하고 고정부재(11)를 중심으로 하는 방사상으로 다수개 배치하여 구성할 수 있다. 따라서 페달을 회전시킬 때 큰 부하가 걸리는 경우, 판스프링(12)의 자체 탄성에 의해 휨 변형이 가능하여 휨 정도에 따라 고정부재(11)와 체인형기어(20) 사이의 간격을 변화시킬 수 있도록 되어 있다.

이때, 상기 판스프링(12)은 페달축(1)의 회전방향쪽으로 만곡되게 형성함으로써 페달의 회전시 항상 한쪽 방향으로만 휨 변형되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 판스프링(12)과 체인형기어(20)의 연결구조는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 판스프링(12)의 연결끝단에 연결고리부(12a)를 형성하고, 연결고리부(12a)에는 체인형기어(20)의 기어부재(21) 하부에 삽입할 수 있는 홈(12b)을 형성하여 판스프링(12)의 홈(12b)을 기어부재(21)의 하부에 끼운 후, 힌지핀(13)으로 연결고리부(12a)와 기어부재(21)를 연결함으로써 구성할 수 있다. 이때, 판스프링(12)의 연결고리부(12a)와 기어부재(21)중 어느 한쪽은 힌지핀(13)을 중심으로 회전가능하게 하여 판스프링(12)과 기어부재(21)는 힌지핀(13)을 중심으로 상대 회전이 가능하게 한다.

이러한 판스프링(12)과 기어부재(21)의 연결구조에 의하면, 판스프링(12)의 휨 변형 정도에 대응하여 판스프링(12)과 기어부재(21)의 연결부분에서 원활한 회전이 이루어져 연결부분에서의 무리한 굽힘 변형에 의한 파손을 방지할 수 있다.

또한 상기 판스프링(12)과 고정부재(11)의 연결구조는, 판스프링(12)의 연결끝단에 연결고리부(12c)를 형성하고, 연결고리부(12c)에는 고정부재(11)의 가장자리부에 삽입할 수 있는 홈(12d)을 형성하여 판스프링(12)의 홈(12d)을 고정부재(11)의 가장자리부에 끼운 후, 고정핀(14)으로 연결고리부(12c)와 고정부재(11)를 고정함으로써 구성할 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 자전거 구동장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 정지상태 또는 페달 회전시 부하가 적은 평지나 내리막길에서는 다수개의 판스프링(12) 모두 자체의 탄성력에 의해 일정하게 만곡된 상태로 펼쳐져 체인형기어(20)의 각 기어부재(21)는 고정부재(11)를 중심으로 하는 원주방향으로 최대로 이격되고, 이 상태에서는 도 1 및 도 3의 (a)에서와 같이 페달축(1)으로부터 기어부재(21)의 기어이(21a)와 체인(4)이 치합하는 위치까지의 반경(R1)은 최대가 된다.

이 상태에서 오르막을 주행하는 등, 부하가 증가하게 되면, 페달을 회전시키려는 힘이 커지게 되고, 증가 된 힘에 비례하여 판스프링(12)이 휨 변형하게 된다.

이로써 도 2 및 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 고정부재(11)와 체인형기어(20) 사이의 간격이 좁혀지면서, 체인형기어(20)의 각 기어부재(21)는 고정부재(11)를 중심으로 하는 원주방향으로 최소로 이격되고, 페달축(1)으로부터 기어부재(21)의 기어이(21a)와 체인(4)이 치합하는 위치까지의 반경(R2)이 줄어들게 된다.

따라서 원동체인기어(10)의 회전직경과 종동체인기어(3)의 회전직경 차이가 줄어들면서 변속이 자동적으로 이루어져 페달을 회전시키는 힘을 줄일 수 있게 된다.

이와 같이 페달을 회전시킬 때의 부하에 따라, 페달축(1)으로부터 체인형기어(20)의 기어이(21a)가 체인(4)과 치합하는 위치까지의 반경이 탄력적으로 변화되므로, 별도의 변속기구의 조작 없이도 자동 변속이 이루어져 매우 편리하게 된다.

지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 페달축 2 : 후륜축
3 : 종동체인기어 4 : 체인
10 : 원동체인기어 11 : 고정부재
12 : 판스프링 13 : 힌지핀
20 : 체인형기어 21 : 기어부재
21a : 기어이 22 : 연결부재
22a : 장방형구멍 23 : 연결핀

Claims (5)

1. 페달축에 설치되는 원동체인기어와, 후륜축에 설치되는 종동체인기어와, 상기 원동체인기어와 종동체인기어를 연결하는 체인으로 이루어진 자전거 구동장치에 있어서,
   상기 원동체인기어는, 상기 페달축을 회전중심으로 하여 고정되는 고정부재와,
   상기 체인과 치합하는 기어이가 구비된 기어부재를, 상기 고정부재를 중심으로 하는 원주방향으로 다수개 배치하고 상기 각 기어부재는 연결부재에 의해 원주방향의 간격이 조절되도록 연결한 체인형기어와,
   상기 고정부재와 체인형기어 사이에서 양단이 연결되어 방사상으로 다수개 배치되고 고정부재와 체인형기어 사이의 간격을 탄력적으로 변화시키기 위한 탄성수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 기어부재는 기어이를 2개 형성하고, 각 기어부재의 간격은 상호 인접한 기어이와 기어이 중심거리가 각 기어부재의 2개의 기어이 중심거리(기어이 피치)의 1~2배 사이에서 조절되도록 설정한 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 체인형기어의 각 기어부재와 연결부재는 연결핀으로 연결되며, 연결부재에는 상기 연결핀이 관통하는 장방형 구멍을 형성하여 각 기어부재의 원주방향 간격이 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성수단은, 판스프링으로 이루어지고, 상기 판스프링은 페달축의 회전방향쪽으로 만곡되게 형성된 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 판스프링과 체인형기어는, 상호 회전가능하게 힌지 결합에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.

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