KR20010015291A - 자전거용 다속도 변속기 - Google Patents
자전거용 다속도 변속기Info
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Abstract
본 발명에 따른 자전거용 다속도 변속기는 서로 대향하여 이격된 면판들을 갖는 하우징을 구비한다. 이때, 상기 면판들은 페달축 개구부와 2차축 개구부를 각각 구비한다. 또한, 상기 다속도 변속기는 상기 페달축 개구부 내에 회전 가능하게 배치된 페달축, 상기 2차축 개구부 내에 배치된 2차축 및 상기 면판들 사이에서 상기 페달축에 장착된 페달축 기어세트를 포함한다. 이때, 상기 2차축은 상기 페달축과 이격되어 상기 페달축에 대하여 평행하게 배치된다. 상기 페달축 기어세트는 상기 페달축 상에 장착된 제 1 페달축 기어세트, 상기 페달축 상에 회전가능하게 장착된 제 2 페달축 기어세트, 상기 제 2 페달축 기어세트와 선택적으로 구동 결합하기 위한 제 1 수단 및 구동 기어수단을 가지며 상기 페달축 상에 회전가능하게 장착된 제 3 페달축 기어세트를 포함한다. 본 발명에 따른 자전거용 다속도 변속기는, 상기 면판들 사이에서 상기 2차축 상에 장착된 2차축 기어세트를 포함한다. 상기 2차축 기어세트는 상기 2차축 상에 장착된 제 1의 2차축 기어세트와 상기 2차축 상에 회전가능하게 장착된 제 2의 2차축 기어세트를 구비한다. 상기 다속도 변속기는 또한 제 1의 2차축 기어세트와 선택적으로 구동 결합하기 위한 수단, 제 1 페달축 기어세트와 제 1의 2차축 기어세트 사이에서 각각의 피니언 기어와 선택적으로 결합하기 위한 수단에 회전가능하게 부착된 주 피니언 기어세트, 제 2 페달축 기어세트와 제 2의 2차축 기어세트 사이에 결합된 상설 피니언 기어, 그리고 보조 피니언 기어 세트를 포함한다. 이때, 상기 보조 피니언 기어세트는 제 1 결합수단에 회전가능하게 부착된 제 1 피니언 기어 및 제 2 결합수단에 회전가능하게 부착된 제 2 피니언 기어를 포함한다. 상기 제 1 결합수단은 제 1의 2차축 기어세트와 제 2 페달축 기어세트 사이에서 제 1 피니언 기와와 선택적으로 결합한다. 상기 제 2 결합수단은 상기 제 2의 2차축 기어세트와 제 3 페달축 기어세트 사이에서 제 2 피니언 기어와 선택적으로 결합한다.
Description
본 발명은 자전거용 변속기에 관한 것으로서, 특히 자전거용 다속도(multi-speed) 변속기에 관한 것이다.
자전거는 오랜 세월동안 수송분야에서 널리 이용되어 왔다. 최근에, 자전거는 운동과 헬스를 목적으로 이용이 급증하고 있다. 또한, 경주용 자전거, 비포장 횡단용 자건거, 여행용 자전거 등과 같은 다양한 형태의 자전거들이 개발되어 왔다.
많은 자전거들이 각기 다른 형태의 주행여건에 따라 조작성능을 향상시키기 위한 다속도 변속기를 구비하고 있다. 현존하는 자전거용 변속기는 변속 레버에 연결된 케이블을 통해서 수동으로 제어되는 변속장치의 형태를 취하고 있다. 변속 기어를 움직이면 케이블의 장력이 변하게 되고, 이에 의해 변속장치와 구동 체인이 하나의 기어로부터 다른 기어 쪽으로 이동하게 된다. 그 결과, 각기 다른 기어 비(gearing ratio)에 따라서 각기 다른 페달 작용력과 페달 회전속도가 달성될 수 있다.
그런데, 종래의 자전거용 변속기는 기어를 회전시키지 않고서는 기어를 변환시킬 수 없는 결점이 있다. 이러한 이유로, 자전거가 동작중일 때에만 기어의 적당한 변환을 수행할 수 있고, 자전거가 정지 상태일 때는 탑승자가 기어를 변환시킬 수 없게 된다. 이것은 자전거가 멈추기 전에 변속기가 고속 주행용의 고속 기어로 변속되어 있는 경우에 특히 문제가 된다. 그리고 나서, 자전거 탑승자가 자전거를 멈추는 경우, 자전거 탑승자는 자전거를 다시 움직이기 위해서 큰 페달 작용력을 페달에 가해야만 한다. 변속을 위해서는 자전거의 전방향 구동에 의한 변속 기어의 회전을 필요로 하기 때문에, 탑승자는 자전거를 다시 출발시키는데 필요한 페달 작용력을 감소시키고자 저단으로 변속을 시킬 수 없다.
이러한 통상의 변속장치의 다른 결점은, 기어가 부재들 및 도로상의 먼지 등에 노출되어 있으므로 조기에 마모되고 자주 유지보수를 해야 하는 점이다.
그러므로, 자전거가 정지 상태에 있을 때 변속이 가능한 자전거용 다속도 변속기가 요망되고 있는 실정이다. 또한, 조기 마모와 파열 등의 위험없이 잦은 유지보수가 필요 없는 변속기의 개발이 요망되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자전거가 정지 상태에 있을 때 변속이 가능한 자전거용 다속도 변속기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 조기 마모와 파열 등의 위험이 없고 잦은 유지보수가 필요 없는 자전거용 다속도 변속기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거용 다속도 변속기의 개략적인 측면도로서 주 피니언 기어가 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 도시된 변속기를 부분적으로 절단하여 단면으로 나타낸 개략적인 정면도,
도 3은 도 1에 도시된 변속기를 나타낸 도면으로서 다른 주 피니언 기어가 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 4는 도 3에 도시된 변속기를 부분적으로 절단하여 단면으로 나타낸 개략적인 정면도,
도 5는 도 1에 도시된 변속기를 나타낸 도면으로서 또다른 주 피니언 기어가 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 6은 도 5에 도시된 변속기를 부분적으로 절단하여 단면으로 나타낸 개략적인 정면도,
도 7은 도 1에 도시된 변속기를 나타낸 도면으로서 또다른 피니언 기어가 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 8은 도 7에 도시된 변속기를 부분적으로 절단하여 단면으로 나타낸 개략적인 정면도,
도 9는 도 1에 도시된 변속기의 일부 사시도로서 주 피니언 기어에 대한 기어 결합수단을 나타낸 도면,
도 10은 도 1에 도시된 변속기의 일부 분해도로서 기어세트들을 보여주는 도면,
도 11은 도 1에 도시된 변속기에서 주 피니언 기어 및 이에 대응하는 결합수단의 사시도,
도 12는 도 1에 도시된 변속기에서 주 피니언 기어의 결합수단과 협동하는 캠수단의 사시도,
도 13은 도 1에 도시된 변속기에서 주 피니언 기어의 사시도,
도 14는 도 1에 도시된 변속기에서 기어세트와 주 피니언 기어들 및 그에 대응하는 결합수단과 캠수단의 일부 사시도,
도 15는 도 1에 도시된 변속기에서 기어세트와 주 피니언 기어들 및 그에 대응하는 결합수단과 캠수단의 또다른 일부 사시도,
도 16은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 다속도 변속기의 개략적인 측면도로서 보조 피니언 기어가 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 17은 도 16에 도시된 변속기를 부분적으로 절단하여 단면으로 나타낸 개략적인 정면도,
도 18은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 다속도 변속기의 개략적인 측면도로서 2개의 보조 피니언 기어가 결합된 상태를 나타낸 도면,
도 19는 도 18에 도시된 변속기를 부분 절개하여 단면으로 나타낸 개략적인 정면도,
도 20은 도 16에 도시된 변속기의 일부 사시도로서 기어 세트를 보여주는 도면,
도 21은 도 16에 도시된 변속기의 일부 사시도로서 변속 기어와 보조 피니언 기어 결합수단을 보여주며 보조 피니언 기어가 결합되지 않은 상태를 나타낸 도면,
도 22는 보조 피니언 기어와 이에 대응하는 지지 아암의 측면 사시도,
도 23은 도 16에 도시된 변속기의 보조 피니언 기어 선택수단의 사시도,
도 24는 도 16 및 17에 도시된 변속기의 또다른 일부 사시도로서 하나의 보조 피니언 기어가 선택된 것을 나타낸 도면,
도 25는 도 16에 도시된 변속기의 또다른 일부 사시도로서 2차축 기어를 나타낸 도면, 그리고
도 26은 도 18 및 19에 도시된 변속기의 또다른 일부 사시도로서 보조 피니언 기어들이 모두 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 다속도 자전거 변속기 12 : 하우징
14 : 면판 16 : 페달축 개구부
18 : 2차축 개구부 20 : 페달축
22 : 2차축 24,26,30,32 : 페달축 기어세트
36 : 구동 기어 40, 42,44 : 2차축 기어세트
48 : 주 피니언 기어세트 52 : 상설 피니언 기어
54,56,58,60,62,64,66,68,70,72,74,76 : 기어
78,80,82,84 : 피니언 기어 86,88,90,92 : 아암
94,125 : 인접 단부 96,129 : 말단부
102,135 : 캠축 104.106,108,110,137,139 : 캠
109 : 돌출부재 111 : 지지 아암
113 : 인접 단부 114,142 : 주변 함몰부
115,117 : 개구부 116,144 : 연장부
118 : 케이블 작동식 풀리 119 : 보조 피니언 기어세트
120,122 : 보조 피니언 기어 121 : 제 2 결합수단
123 : 제 1 결합수단 133 : 피니언 기어 선택수단
140 : 디스크 147 : 케이블
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
자전거용 다속도 변속기로서,
(a) 서로 대향하여 이격되고 페달축 개구부와 2차축 개구부를 각각 구비한 면판들을 포함하는 하우징;
(b) 상기 페달축 개구부 내에 회전가능하게 배치된 페달축;
(c) 상기 2차축 개구부 내에 배치되고 상기 페달축으로부터 이격되어 평행을 이루도록 연장된 2차축;
(d) 상기 면판들 사이에서 상기 페달축 상에 장착된 페달축 기어세트로서, 상기 페달축 상에 장착된 제 1 페달축 기어세트, 상기 페달축 상에 회전가능하게 장착된 제 2 페달축 기어세트, 및 상기 제 2 페달축 기어세트와 선택적으로 구동결합하기 위한 제 1 수단 및 구동 기어수단을 포함하고 상기 페달축 상에 회전가능하게 장착된 제 3 페달축 기어세트를 구비한, 페달축 기어세트;
(e) 상기 면판들 사이에서 상기 2차축 상에 장착된 2차축 기어세트로서, 상기 2차축 상에 장착된 제 1의 2차축 기어세트, 및 상기 제 1의 2차축 기어세트와 선택적으로 구동결합하기 위한 제 2 수단을 구비하고 상기 2차축 상에 회전가능하게 장착된 제 2의 2차축 기어세트를 갖는, 2차축 기어세트;
(f) 상기 제 1 페달축 기어세트와 상기 제 1의 2차축 기어세트 사이에서 각각의 피니언 기어와 선택적으로 결합하기 위한 수단에 회전가능하게 부착된 주 피니언 기어세트; 및
(g) 상기 제 2 페달축 기어세트와 상기 제 2의 2차축 기어세트 사이에 결합된 상설 피니언 기어
를 구비한 자전거용 다속도 변속기를 제공한다.
본 발명에 따른 자전거용 다속도 변속기의 작동과정에 있어서, 상기 주 피니언 기어들중 하나가 상기 제 1 페달축 기어세트와 상기 제 1의 2차축 기어세트 사이에 결합되는 경우, 상기 페달축에 회전토크가 가해짐으로써, (1) 상기 제 1 페달축 기어세트는 결합된 주 피니언 기어를 거쳐서 상기 제 1의 2차축 기어세트를 회전시키고; (2) 상기 제 1의 2차축 기어세트는 상기 제 2의 2차축 기어세트를 회전시키고; (3) 상기 제 2의 2차축 기어세트는 상기 상설 피니언 기어를 통해서 상기 제 2 페달축 기어세트를 회전시키며; (4) 상기 제 2 페달축 기어세트는 상기 구동 기어수단을 포함하는 상기 제 3 페달축 기어세트를 회전시킨다. 이와 같이, 본 발명에 따른 다속도 변속기는 변속기어의 회전 없이도 가속 또는 감속으로 절환될 수 있는 장점을 가지는 장점이 있다. 또한, 하우징이 변속기어의 대부분을 감싸고 있어서 다른 부재들과 도로상의 먼지들로부터 보호될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 자전거가 정지 상태이거나 자전거의 탑승자가 브레이크를 잡는 동안에 변속이 가능한 자전거용 다속도 변속기를 제공한다. 본 발명에 따른 자전거용 다속도 변속기는 조기 마모나 파손이 발생하지 않는 우수한 내구성을 나타낸다. 또한, 기어나 구동 체인의 슬립현상(slipping)을 발생함이 없이 기어들을 변속할 수 있다. 게다가, 기어변속시 소음의 발생이 줄어들고 구동 체인의 수명은 연장되는 효과를 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거용 다속도 변속기에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다속도 자전거 변속기(10)는 서로 대향하여 이격된 면판들(14)을 구비하는 하우징(12)을 포함한다. 이때, 각각의 면판(14)은 페달축 개구부(16)와 2차축 개구부(18)를 각각 구비한다. 면판들(14)의 페달축 개구부(16) 내에는 페달축(20)이 회전가능하게 배치되고, 2차축 개구부(18) 내에는 2차축(22)이 배치된다. 이때, 2차축(22)은 페달축(20)에 대하여 일정거리만큼 이격되어 평행하게 연장된다.
페달축 기어세트(24)는 면판들(14) 사이에서 페달축(20) 상에 장착된다. 페달축 기어세트(24)는 페달축(20) 상에 장착된 제 1 페달축 기어세트(26), 페달축(20) 상에 회전가능하게 장착된 제 2 페달축 기어세트(30), 페달축(20) 상에 회전가능하게 장착된 제 3 페달축 기어세트(32)를 포함한다. 이때, 제 3 페달축 기어세트(32)는 제 2 페달축 기어세트(30)와 선택적으로 구동 결합하기 위한 제 1 수단(34)을 포함한다. 제 3 페달축 기어세트(32)는 구동체인과 결합하기 위한 스프로켓(38)과 같은 구동 기어수단(36)을 구비한다.
2차축 기어세트(40)는 면판들(14) 사이에서 2차축(22) 상에 장착된다. 2차축 기어세트(40)는 2차축(22) 상에 장착된 제 1의 2차축 기어세트(42), 2차축(22) 상에 회전가능하게 장착된 제 2의 2차축 기어세트(44)를 포함한다. 이때, 제 2의 2차축 기어세트(44)는 제 1의 2차축 기어세트(42)와 선택적으로 구동 결합하기 위한 제 2 수단(46)을 포함한다. 또한, 주 피니언 기어세트(48)는, 제 1 페달축 기어세트(26)와 제 1의 2차축 기어세트(42) 사이에서 주 피니언 기어세트(48)의 각각의 기어와 선택적으로 결합하기 위한 수단(50)에 회전가능하게 부착된다. 제 2 페달축 기어세트(30)와 제 2의 2차축 기어세트(44) 사이에는 상설 피니언 기어(52)가 결합된다. 변속기(10)는 제 1 페달축 기어세트(26)를 페달축(20)에 선택적으로 구동 결합시키기 위한 제 3 수단(28)을 더 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상설 피니언 기어(52)는 지지 아암(111)의 인접 단부(113)에 회전가능하게 부착된다. 지지 아암(111)은 돌출부재(109)(도 13 참조)와 캠축(102)(도 12 참조)에 각각 대응하는 개구부(115)와 (117)을 포함한다. 이때, 개구부(115)와 (117)은 돌출부재(109)와 캠축(102)을 각각 수용하여 지지 아암(111)을 하우징(12)에 고정시키기 위한 것이다.
주 피니언 기어세트(48) 중 하나가 제 1 페달축 기어세트(26)와 제 1의 2차축 기어세트(42) 사이에서 결합되는 경우, 페달축(20)에는 전방 회전토크가 가해지고, 그 결과 제 1 페달축 기어세트(26)는 결합된 주 피니언 기어세트(48)를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)를 회전시키게 되고, 제 1의 2차축 기어세트(42)는 제 2의 2차축 기어세트(44)를 회전시키게 되고, 제 2의 2차축 기어세트(44)는 상설 피니언 기어(52)를 거쳐서 제 2 페달축 기어세트(30)를 회전시키게 되고, 제 2 페달축 기어세트(30)는 상기 제 1 수단(34)을 포함하는 제 3 페달축 기어세트(32)를 회전시키게 된다. 구동 기어수단(36)은 자전거의 후방 구동바퀴에 연결 가능한 구동 체인수단과 결합하여 이를 구동시키기 위한 페달 구동 스프로켓(38)을 포함할 수 있다.
도면에 도시된 본 발명의 실시 예에서, 제 1 페달축 기어세트(26)는 각기다른 기어비를 갖는 2개의 일체형 기어(54,56)를 포함한다. 예를 들면, 기어(54)는 24개의 이(teeth)를 구비하고, 기어(56)는 22개의 이(teeth)를 구비한다. 제 2 페달축 기어세트(30)는 각기다른 기어비를 갖는 2개의 일체형 기어(58,60)를 포함한다. 기어(58)는 18개의 이를 가지며, 기어(60)는 24개의 이를 갖는다. 제 3 페달축 기어세트(32)는 각기다른 기어비를 갖는 2개의 일체형 기어(62,64)를 포함한다. 기어(62)는 16개의 이를 갖는다. 기어(64)는 스프로켓(38)을 포함할 수 있고 16개 또는 18개의 이를 구비한다. 제 1의 2차축 기어세트(42)는 각기다른 기어비를 갖는 4개의 일체형 기어(66,68,70,72)를 포함한다. 기어(66)는 16개의 이를 갖고, 기어(68)는 19개의 이를 구비하며, 기어(70)는 22개의 이를 구비하고, 기어(72)는 24개의 이를 구비한다. 제 2의 2차축 기어세트(44)는 각기다른 기어비를 갖는 2개의 일체형 기어(74,76)를 포함한다. 기어(74)는 16개의 이를 갖고, 기어(76)는 24개의 이를 구비한다. 또한, 상설 피니언 기어(52)는 18개의 이를 갖는다.
주 피니언 기어세트(48)는 각기다른 기어비를 가질 수 있는 4개의 피니언 기어(78,80,82,84)를 포함한다. 예를 들면, 피니언 기어(78,80,82,84)는 각각 18개의 이를 구비한다. 주 피니언 기어세트(48)와 선택적으로 결합하기 위한 수단(50)은 피니언 기어들(78,80,82,84)에 각각 대응하며 스프링이 적재된 4개의 아암(86,88,90,92)을 포함한다. 이때, 각각의 아암(86,88,90,92)은 돌출부재(109)를 통해서 하우징(12)에 선회가능하게 부착된 인접 단부(94), 그리고 아암(86,88,90,92)에 대응하는 피니언 기어들(78,80,82,84)중 어느 하나가 회전가능하게 부착된 말단부(96)를 구비한다. 각각의 아암(86,88,90,92)은 이에 대응하는 피니언 기어들(78,80,82,84)중 어느 하나가 상기한 바와 같이 결합되는 제 1 선회 위치, 및 피니언 기어들(78,80,82,84)중 어느 하나가 상기한 바와 같이 분리되는 제 2 선회 위치를 갖는다.
도 1 내지 도 9, 도 12, 14 및 15를 참조하면, 캠축(102)이 2개의 면판들(14) 사이에 회전 가능하게 부착된다. 캠세트(101)는 캠축(102) 상에 장착된 4개의 캠(104,106,108,110)을 구비한다. 이때, 4개의 캠(104,106,108,110)은 4개의 아암(86,88,90,92)에 각각 대응한다. 각각의 캠(104,106,108,110)은 주변 함몰부(perimeter depression)(114)를 갖는 디스크(112)를 구비한다. 이때, 캠들(104,106,108,110)의 인접단부(94)의 연장부(116)는 스프링이 적재된 아암의 작용을 통해서 디스크(112)의 주변 함몰부에 의해 타격된다. 각각의 아암(86,88,90,92)에 있어서, 연장부(116)가 디스크(112)의 주변 함몰부(114)와 결합하는 경우, 아암은 아암에 부착된 대응 피니언 기어가 분리되는 제 2 선회위치로 선회된다. 다른 한편으로, 아암은 피니언 기어가 결합되는 제 1 선회위치로 선회된다. 캠들(104,106,108,110) 상에 있는 주변 함몰부(114)가 캠축(102)이 회전함에 따라 그 동작상태가 달라지면, 이와동시에 단지 하나의 아암의 연장부(116) 만이 대응 캠의 주변 함몰부(114)와 결합한다. 이에 의해, 피니언 기어들(78,80,82,84)중 단지 하나만이 선택된다. 캠축(102)은 캠축(102) 상에 장착된 케이블 작동식 풀리(118)를 거쳐서 피니언 기어들(78,80,82,84)과 선택적으로 결합하기 위하여 회전될 수 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 제 1의 주 피니언 기어(78)가 선택되는 경우, 제 1의 주 피니언 기어(78)는 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(54)와 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(66) 사이에 결합된다. 페달축(20)에 전방 회전 토크가 가해지면, 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(54)는 결합된 제 1의 주 피니언 기어(78)를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(66)를 회전시키며, 제 1의 2차축 기어세트(42)는 제 2의 2차축 기어세트(44)를 회전시키며, 제 2의 2차축 기어세트(44)의 기어(74)는 상설 피니언 기어(52)를 거쳐서 제 2 페달축 기어세트(30)를 회전시키며, 제 2 페달축 기어세트(30)는 상기 구동 기어수단(36)을 포함하는 제 3 페달축 기어세트(32)의 기어(62)를 회전시킨다.
도 3 및 4를 참조하면, 제 2의 주 피니언 기어(80)가 선택되는 경우, 제 2의 주 피니언 기어(80)는 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(54)와 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(68) 사이에 결합된다. 페달축(20)에 전방향 회전 토크가 가해지면, 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(54)는 결합된 제 2의 주 피니언 기어(80)를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(68)를 회전시키며, 제 1의 2차축 기어세트(42)는 제 2의 2차축 기어세트(44)를 회전시키며, 제 2의 2차축 기어세트(44)의 기어(74)는 상설 피니언 기어(52)를 거쳐서 제 2 페달축 기어세트(30)의 기어(60)를 회전시키며, 제 2 페달축 기어세트(30)는 상기 구동 기어수단(36)을 포함하는 제 3 페달축 기어세트(32)를 회전시킨다.
도 5 및 6을 참조하면, 제 3의 주 피니언 기어(82)가 선택되는 경우, 제 3의 주 피니언 기어(80)는 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(54)와 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(70) 사이에 결합된다. 페달축(20)에 전방향으로 회전 토크가 가해지면, 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(54)는 결합된 제 3의 주 피니언 기어(80)를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(70)를 회전시키며, 제 1의 2차축 기어세트(42)는 제 2의 2차축 기어세트(44)를 회전시키며, 제 2의 2차축 기어세트(44)의 기어(74)는 상설 피니언 기어(52)를 거쳐서 제 2 페달축 기어세트(30)를 회전시키며, 제 2 페달축 기어세트(30)는 상기 구동 기어수단(36)을 포함하는 제 3 페달축 기어세트(32)를 회전시킨다.
도 7 및 8을 참조하면, 제 4의 주 피니언 기어(84)가 선택되는 경우, 제 4의 주 피니언 기어(80)는 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(56)와 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(72) 사이에 결합된다. 페달축(20)에 전방향 회전 토크가 가해지면, 제 1 페달축 기어세트(26)의 기어(54)는 결합된 제 4의 주 피니언 기어(84)를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(72)를 회전시키며, 제 1의 2차축 기어세트(42)는 제 2의 2차축 기어세트(44)를 회전시키며, 제 2의 2차축 기어세트(44)의 기어(74)는 상설 피니언 기어(52)를 거쳐서 제 2 페달축 기어세트(30)의 기어(60)를 회전시키며, 제 2 페달축 기어세트(30)는 상기 구동 기어수단(36)을 포함하는 제 3 페달축 기어세트(32)를 회전시킨다.
각각의 주 피니언 기어(78,80,82,84)가 번갈아서 개별적으로 결합될 때 필수 페달 작용력은 감소한다. 그러므로, 제 1의 주 피니언 기어(78)가 결합되는 경우의 필수 페달 작용력은 제 2의 주 피니언 기어(80)가 결합되는 경우의 필수 페달 작용력 보다 그 강도가 세다. 제 2의 주 피니언 기어(80)가 결합되는 경우의 필수 페달 작용력은 제 3의 주 피니언 기어(82)가 결합되는 경우의 필수 페달 작용력 보다 그 강도가 세다. 그리고, 제 3의 주 피니언 기어(82)가 결합되는 경우의 필수 페달 작용력은 제 4의 주 피니언 기어(84)가 결합되는 경우의 필수 페달 작용력 보다 그 강도가 세다. 강한 페달 작용력은 자전거의 속도를 빠르게 하고, 약한 페달 작용력은 자전거의 속도를 느리게 한다. 통상적으로, 강한 페달 작용력은 평지나 내리막길을 달릴 때 자전거의 속도를 증가시키기 위해서 선택되는 반면에, 약한 페달 작용력은 자전거가 언덕길을 오를 때 자전거의 속도를 느리게 하기 위해서 선택된다.
제 1 페달축 기어세트(26)를 페달축(20)에 선택적으로 구동 결합시키기 위한 제 1 수단(28)은 페달축(20)의 전방 회전이동중에만 가압력을 효과적으로 받는 멈춤쇠 수단을 포함한다. 제 3 페달축 기어세트(32)를 제 2 페달축 기어세트(30)에 선택적으로 구동 결합시키기 위한 제 2 수단(34)은 페달축(20)의 전방 회전이동중에만 가압력을 효과적으로 받는 멈춤쇠 수단을 포함한다. 그리고, 제 2의 2차축 기어세트(44)를 제 1의 2차축 기어세트(42)에 선택적으로 구동 결합시키기 위한 제 3 수단(46)은 페달축(20)의 전방 회전이동중에만 가압력을 효과적으로 받는 멈춤쇠 수단을 포함한다. 상기 멈춤쇠 수단들은 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 널리 공지되어 있으므로 본원에서는 설명을 생략한다.
도 16 내지 도 26을 참조하면, 자전거 변속기(10)는 보조 피니언 기어세트(119)를 포함하는데, 이 보조 피니언 기어세트(119)는 제 1의 2차축 기어세트(42)와 제 2 페달축 기어세트(30) 사이에서 제 1 보조 피니언 기어(122)와 선택적으로 결합하기 위한 제 1 결합수단(123)에 회전 가능하게 부착된 제 1 보조 피니언 기어(122)를 구비한다. 또한, 보조 피니언 기어(119)는 제 2의 2차축 기어세트(44)와 제 3 페달축 기어세트(32) 사이에서 제 2 보조 피니언 기어(120)와 선택적으로 결합하기 위한 제 2 결합수단(121)에 회전 가능하게 부착된 제 2 보조 피니언 기어(120)를 포함한다. 제 1 보조 피니언 기어(122)와 제 2 보조 피니언 기어(120)는 동일하거나 다른 크기 및 동일하거나 다른 기어비를 가질 수 있다.
도 16 내지 도 19, 도 21, 도 22, 도 24, 도 25 및 도 26을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제 1 결합수단(123)은 부재(127)를 거쳐서 하우징에 선회가능하게 부착된 인접단부(125) 및 제 1 보조 피니언 기어(122)가 회전가능하게 부착된 말단부(129)를 갖는 스프링 적재 아암을 포함한다. 이때, 상기 스프링 적재 아암은 제 1 보조 피니언 기어(122)가 결합되는 제 1 선회위치 및 제 1 보조 피니언 기어(122)가 분리되는 제 2 선회위치를 갖는다. 또한, 제 2 결합수단(121)은 하우징에 선회가능하게 부착된 인접단부 및 제 2 보조 피니언 기어(120)가 회전가능하게 부착된 말단부를 갖는 스프링 적재 아암을 포함한다. 이 스프링 적재 아암은 제 2 보조 피니언 기어(120)가 결합되는 제 1 선회위치 및 제 2 보조 피니언 기어(120)가 분리되는 제 2 선회위치를 갖는다.
도 21 내지 도 26을 참조하면, 자전거 변속기(10)는 상기 제 1 및 상기 제 2 결합수단을 제어하기 위한 피니언 기어 선택수단(133)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 피니언 기어 선택수단(133)은 제 1 및 제 2 보조 피니언 기어(122,120)가 결합되는 제 1 제어 위치, 제 1 보조 피니언 기어(122)와 제 2 보조 피니언 기어(120)가 서로 분리되는 제 2 제어 위치, 그리고 제 1 보조 피니언 기어(122)는 분리되고 제 2 보조 피니언 기어(120)는 결합되는 제 3 제어 위치를 갖는다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 있어서, 피니언 기어 선택수단(133)은 2개의 면판(14)들 사이에서 회전가능하게 부착된 캠축(135)을 포함한다. 캠축(135) 상에는 2개의 캠(137,139)이 장착되는데, 이때 상기 캠(137,139)은 상기 2개의 아암(123,121)에 각각 대응한다. 각각의 캠(137) 및 캠(139)는 주변 함몰부(142)가 구비된 부분적인 디스크(140)를 포함한다. 이때, 아암(123,121)들중 하나의 인접단부의 연장부(144)는 스프링이 적재된 아암의 작용을 통해서 디스크(140)의 주변부에 의해 타격된다. 각각의 아암(123,121)에 있어서, 연장부(144)가 디스크(140)의 주변 함몰부(142)와 결합하는 경우, 아암은 아암에 부착된 대응 피니언 기어가 분리되는 제 2 선회위치로 선회된다. 다른 한편으로, 아암은 피니언 기어가 결합되는 제 1 선회위치로 선회된다. 캠(137) 상에 있는 주변 함몰부(142)가 캠축(135)이 회전함에 따라 그 동작상태가 달라지면, 제 1 제어위치에서 제 1 및 제 2 보조 피니언 기어(122,120)가 결합되고, 제 2 제어위치에서 제 1 및 제 2 보조 피니언 기어(122,120)가 분리되고, 제 3 제어위치에서 제 1 보조 피니언 기어(122)는 분리되고 제 2 보조 피니언 기어(120)는 결합된다.
제 1 결합수단(123)은 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(72)와 제 2 페달축 기어세트(30)의 기어(58) 사이에서 제 1 보조 피니언 기어(122)와 맞물린다. 제 2 결합수단(121)은 제 2의 2차축 기어세트(44)의 기어(76)와 제 3 페달축 기어세트(32)의 기어(62) 사이에서 제 2 보조 피니언 기어(120)와 맞물린다.
도 16 및 17을 참조하면, 페달축(20)으로부터 작용하는 토크는 제 1 페달축 기어세트(26)를 회전시키고, 제 1 페달축 기어세트(26)는 피니언 기어를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)에 토크를 가한다. 도 16 및 17에 도시된 실시 예에 있어서, 제 1의 주 피니언 기어(78)는 기어(54) 및 제 1의 2차축 기어세트(42) 사이에서 결합된다. 이 위치에서는 페달축으로부터 기어(54)로 나오는 토크가 제 1의 주 피니언 기어(78)를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)를 회전시킨다. 제 1의 2차축 기어세트(42)가 회전하면 제 2의 2차축 기어세트(44)가 회전하게 된다. 상설 피니언 기어(52)는 제 2의 2차축 기어세트(44)와 제 2 페달축 기어세트(30) 사이에서 항상 결합된다. 특히, 상설 피니언 기어(52)는 기어(74)와 기어(60) 사이에서 결합되고, 제 2의 2차축 기어세트(44)의 기어(74)로부터 나온 토크를 제 2 페달축 기어세트(30)의 기어(60)로 전달하여 제 2 페달축 기어세트(30)를 회전시킨다. 피니언 기어(120)가 기어(76,62)와 각각 결합하는 경우, 기어(76)로부터 나온 토크는 피니언 기어(120)를 거쳐서 기어(62)를 회전시킨다. 이에 의해, 기어(62)는 기어(60) 보다 빠르게 회전하게 된다. 그리하여, 기어(60)는 다른 토크를 가함이 없이 회전하게 되고, 기어(62)는 기어(38)에 토크를 가하여 기어(38)를 회전시킨다. 제 1의 주 피니언 기어(78)가 결합됨에 따라서 피니언 기어(120)가 결합하는 경우, 페달 작용력은 증가된다. 이것은 강력한 페달 작용력을 제공하고 자전거의 속도를 증가시킨다.
도 18 및 19를 참조하면, 페달축(20)으로부터 나오는 토크는 피니언 기어를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)에 토크를 전달하는 제 1 페달축 기어세트(26)를 회전시킨다. 도 18 및 19에 도시된 실시 예에 있어서, 제 1의 주 피니언 기어(78)는 기어(54) 및 제 1의 2차축 기어세트(42) 사이에서 결합된다. 이 위치에서는 페달축으로부터 기어(54)로 작용하는 토크가 제 1의 주 피니언 기어(78)를 거쳐서 제 1의 2차축 기어세트(42)를 회전시킨다. 제 1 보조 피니언 기어(122)가 제 1의 2차축 기어세트(42)의 기어(72)와 제 2 페달축 기어세트(30)의 기어(58) 사이에 결합되면, 기어(72)로부터 나오는 토크는 기어(58)를 회전시킨다. 기어(58)의 회전에 의해서 제 2 페달축 기어세트(30)가 회전하게 되고, 그 결과 기어(60)가 회전한다. 상설의 피니언 기어가 기어(60)과 (74) 사이에서 맞물리기 때문에, 기어(60)로부터 나오는 토크는 상설 피니언 기어(52)를 거쳐서 기어(74)를 회전시킨다. 기어(74)가 회전하면 제 2의 2차축 기어세트(44)가 회전하게 되고, 그 결과 기어(76)가 회전하게 된다. 기어(76)로부터 나오는 토크는 그 사이에 결합된 피니언 기어(120)를 거쳐서 기어(62)를 회전시킨다. 기어(62)의 회전은 제 3 페달축 기어세트(32)를 회전시키고 그리하여 기어(38)를 회전시킨다.
도 18 및 19를 참조하면, 상설 피니언 기어(52)는 제 1 보조 피니언 기어(122)를 거쳐서 기어(74)로부터 기어(58)로 토크가 전달됨에 따라서 도 10 및 11에 나타낸 것과 반대 방향으로 회전한다. 피니언 기어(78)와 보조 피니언 기어(120)가 맞물림에 따라서, 제 1 보조 피니언 기어(122)가 결합하는 경우, 페달 작용력은 증가되고 그리하여 자전거의 속도가 빨라진다. 그리하여, 상기 피니언 기어(78)와 보조 피니언 기어(120,122)가 맞물리는 경우, 변속기는 최고의 페달 작용력을 요구하며 자전거에 최고의 속도를 부여한다. 단지 피니언 기어(84)만이 결합하는 경우에, 변속기는 최저의 페달 작용력을 요구하고 자전거에 최저의 속도를 부여한다.
선택수단(133)은 자전거 브레이크 레버로부터 케이블(147)을 거쳐서 제어될 수 있는데, 이때 케이블(147)은 축(135)을 회전시키기 위하여 레버(146)에 부착된다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 정상적인 기어선택 작동중에는 보조 피니언 기어(120,122)가 결합된다. 자전거를 정지시키기 위하여 브레이크 페달을 완전히 당기면, 보조 피니언 기어(120,122)는 서로 분리된다.
또다른 실시예에 있어서, 선택레버는 다음과 같은 기어 선택모드를 가능하게 하기 위하여 브레이크 레버에 포함될 수도 있다.
첫째, 선택 레버가 제 1 위치에 놓이는 경우(즉, 브레이크 레버에 대하여 뒤로 당겨지는 경우)에는, 브레이크 레버가 해제된 후에 양 보조 피니언 기어(120,122)는 다시 결합되며, 둘째, 선택 레버가 제 2 위치에 놓이는 경우(즉, 브레이크 레버와 정렬되는 경우)에는, 브레이크 레버가 해제된 후에 양 보조 피니언 기어(120,122)는 분리되고, 셋째, 선택 레버가 제 3 위치에 놓이는 경우(즉, 브레이크 레버에 대하여 전방으로 미는 경우)에는, 브레이크 레버가 해제된 후에 단지 제 1 보조 피니언 기어(122)만이 분리되고 다른 보조 피니언 기어는 다시 결합된다.
도면에 도시된 바와 같이, 변속기(10)는 상기한 바와 같은 주 피니언 기어세트(48)와 보조 피니언 기어(119)를 포함할 수 있으며, 이때 사용자는 상기한 바와 같이 주 피니언 기어세트(48)와 보조 피니언 기어(119)를 선택적으로 동시에 결합/분리시킬 수 있다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에서는 자전거가 정지상태이거나 자전거의 탑승자가 브레이크를 잡는 동안에 변속이 가능한 자전거용 다속도 변속기를 제공한다. 본 발명에 따른 자전거용 다속도 변속기는 조기 마모나 파손이 발생하지 않는 우수한 내구성을 나타낸다. 또한, 기어나 구동 체인의 슬립현상을 발생함이 없이 기어들을 변속할 수 있다. 게다가, 기어변속시 소음의 발생이 줄어들고 구동 체인의 수명은 연장되는 효과를 제공한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역 이내에서 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (16)
- 자전거용 다속도 변속기로서,(a) 서로 대향하여 이격되고 페달축 개구부와 2차축 개구부를 각각 구비한 면판들을 포함하는 하우징;(b) 상기 페달축 개구부 내에 회전가능하게 배치된 페달축;(c) 상기 2차축 개구부 내에 배치되고 상기 페달축으로부터 이격되어 평행을 이루도록 연장된 2차축;(d) 상기 면판들 사이에서 상기 페달축 상에 장착된 페달축 기어세트로서, 상기 페달축 상에 장착된 제 1 페달축 기어세트, 상기 페달축 상에 회전가능하게 장착된 제 2 페달축 기어세트, 및 상기 제 2 페달축 기어세트와 선택적으로 구동결합하기 위한 제 1 수단 및 구동 기어수단을 포함하고 상기 페달축 상에 회전가능하게 장착된 제 3 페달축 기어세트를 구비한, 페달축 기어세트;(e) 상기 면판들 사이에서 상기 2차축 상에 장착된 2차축 기어세트로서, 상기 2차축 상에 장착된 제 1의 2차축 기어세트, 및 상기 제 1의 2차축 기어세트와 선택적으로 구동결합하기 위한 제 2 수단을 구비하고 상기 2차축 상에 회전가능하게 장착된 제 2의 2차축 기어세트를 갖는, 2차축 기어세트;(f) 상기 제 1 페달축 기어세트와 상기 제 1의 2차축 기어세트 사이에서 각각의 피니언 기어와 선택적으로 결합하기 위한 수단에 회전가능하게 부착된 주 피니언 기어세트; 및(g) 상기 제 2 페달축 기어세트와 상기 제 2의 2차축 기어세트 사이에 결합된 상설 피니언 기어를 포함하고, 상기 주 피니언 기어들중 하나가 상기 제 1 페달축 기어세트와 상기 제 1의 2차축 기어세트 사이에 결합되었을 때 상기 페달축에 회전토크가 가해짐으로써, (1) 상기 제 1 페달축 기어세트는 결합된 주 피니언 기어를 거쳐서 상기 제 1의 2차축 기어세트를 회전시키고; (2) 상기 제 1의 2차축 기어세트는 상기 제 2의 2차축 기어세트를 회전시키고; (3) 상기 제 2의 2차축 기어세트는 상기 상설 피니언 기어를 통해서 상기 제 2 페달축 기어세트를 회전시키며; (4) 상기 제 2 페달축 기어세트는 상기 구동 기어수단을 포함하는 상기 제 3 페달축 기어세트를 회전시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주 피니언 기어세트와 선택적으로 결합하기 위한 상기 수단은 주 피니언 기어에 각각 대응하는 아암 세트를 구비하며, 상기 아암 세트의 각각의 아암은 상기 하우징에 선회가능하게 부착된 인접단부 및 대응 주 피니언 기어가 회전가능하게 부착되는 말단부를 구비하며, 상기 아암은 상기 피니언 기어가 결합되는 제 1 선회위치와 상기 피니언 기어가 분리되는 제 2 선회위치를 갖는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 페달축 기어세트는 각기다른 기어비를 갖는 적어도 2개의 일체 기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 페달축 기어세트는 적어도 하나의 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 페달축 기어세트는 각기다른 기어비를 갖는 적어도 2개의 일체 기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주 피니언 기어세트는 적어도 2개의 주 피니언 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주 피니언 기어세트는 각기다른 기어비를 갖는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1의 2차축 기어세트는 각기다른 기어비를 갖는 적어도 2개의 일체 기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2의 2차축 기어세트는 적어도 1개의 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 페달축의 전방 회전운동중에 발생하는 응력을 효과적으로 받는 멈춤쇠 수단을 구비하고 상기 제 1 페달축 기어세트를 상기 페달축에 선택적으로 구동결합시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 10 항에 있어서, 상기 응력이 압축력인 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 페달축 기어세트를 상기 제 2 페달축 기어세트에 선택적으로 구동결합시키기 위한 상기 제 1 수단은 상기 페달축의 전방 회전운동중에 발생하는 응력을 효과적으로 받는 멈춤쇠 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 12 항에 있어서, 상기 응력이 압축력인 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2의 2차축 기어세트를 상기 제 1의 2차축 기어세트에 선택적으로 구동결합시키기 위한 상기 제 2 수단은 상기 페달축의 전방 회전운동중에 발생하는 응력을 효과적으로 받는 멈춤쇠 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 14 항에 있어서, 상기 응력이 압축력인 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 구동 기어수단은 자전거의 후방 구동바퀴에 연결가능한 구동 체인수단과 결합하여 이를 구동시키기 위한 페달 구동 스프로켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 다속도 변속기.
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