KR200450260Y1

KR200450260Y1 - 자전거용 변속장치

Info

Publication number: KR200450260Y1
Application number: KR2020100002934U
Authority: KR
Inventors: 민현기
Original assignee: 민현기
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-09-15

Abstract

본 고안은 자전거용 변속장치에 관한 것으로서, 일정한 속도로 회전하는 크랭크 암의 중심으로부터의 거리에 따라 선속도 차이가 발생하는 원리를 이용하여 자전거 휠의 회전 속도비를 변화시킬 수 있는 자전거용 변속장치에 관한 것이다.
본 고안에 따르면, 다단으로 이루어져 단계별 속도를 구현하는 변속기어장치에 의하여 자전거 휠의 회전 속도비를 변화시킴에 따라 변속이 보다 안정적으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 자전거의 변속 시 체인의 이동에 의해 발생되는 소음을 억제하고 체인이 이탈되는 현상을 방지하여 작동성과 내구성을 동시에 증대시킬 수 있는 자전거용 변속장치를 제공하게 된다.

Description

자전거용 변속장치{Derailleur for bicycle}

본 고안은 자전거용 변속장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속기어장치를 이용하여 자전거 휠의 회전 속도비를 변환시킬 수 있는 자전거용 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 간단한 교통수단의 역할뿐 아니라, 취미와 레저활동을 위해 대중에게 널리 보급되어 사용되고 있는 친환경적인 운송수단으로서, 사회가 급속도로 발달하고 교통문화가 복잡해짐에 따라 자동차 등 최첨단 기능을 갖는 편리한 운송수단이 다양하게 개발, 사용되고 있음에도 불구하고 계속적인 보급 증가 추세를 보이고 있다.

또한, 자전거는 간이 운송수단으로서 뿐만 아니라 레포츠 및 어린이들의 놀이기구로도 널리 활용되고 있다.

첨부한 도 10은 종래의 일반적인 자전거를 나타내는 도면으로서, 통상 프레임으로 이루어진 보디부(1)와, 상기 보디부(1)의 전, 후방에 장착되는 휠(2,3)과, 상기 보디부(1)에 장착되어 운전자가 앉을 수 있는 안장(4)과, 전방 측에 위치한 휠(2)의 방향을 변경시키는 핸들(5)과, 후방 측에 위치한 휠(3)에 구동력을 전달시키기 위한 체인(6)과, 상기 전, 후방에 장착되는 휠(2,3) 사이에 설치되어 운전자가 밟아 회전력을 발생시키며 이 회전력에 의해 회전되는 전동 스프로킷이 구비된 페달(7)과, 상기 체인(6)에 구동력을 발생시키는 크랭크암(8)을 포함하여 구성된다.

특히, 상기 크랭크암(8)은 버텀 브라켓(Bottom Bracket)에 회전 가능하게 지지되는데, 상기 버텀 브라켓과 후방 휠(3)을 지지하는 지지부 사이에는 체인 스테이(9)가 구비된다. 즉, 운전자가 페달(7)을 밟아 전동 스프로킷을 회전시킬 경우, 이 회전력이 체인(6)으로 연결된 후방 휠로 전달되어 이 휠이 회전하면서 지면과 마찰되어 전방으로 진행되는 것이다.

또한, 이와 같이 구성된 자전거에는 자전거의 주행 속도를 변환시키는 변속장치가 구비되어 있다.

상기 변속장치는 상기 페달(7)에 의해 발생된 동력을 체인(6)에 전달하는 전동 스프로킷과 상기 후방 휠에 장착되어 상기 전동 스프로킷에 체인(6)을 매개로 연결되는 종동 스프로킷에 각각 구비되며 직경에 따라 잇수를 달리하는 다단의 체인 기어로 이루어져 있는 바, 상기 다단의 체인 기어 중 원하는 단수의 체인 기어에 체인(6)을 치합시켜 후방 휠의 회전비를 변화시킴으로써 변속이 이루어지도록 한다.

그런데, 이와 같은 종래의 자전거용 변속장치는 변속이 이루어지는 도중에 체인(6)과 체인 기어와의 불안정한 치합에 의해 지속적인 동력전달이 어렵고 체인(6)이 다단의 체인 기어로 이동할 경우 이탈되기 쉬운 문제점이 있다.

또한, 상기 체인(6)이 각 단계별로 이동하면서 소음과 충격이 발생하므로 주행 중 안정감을 저하시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 다단으로 이루어져 단계별 속도를 구현하는 변속기어장치에 의하여 자전거 휠의 회전 속도비를 변화시킴에 따라 변속이 보다 안정적으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 자전거의 변속 시 체인의 이동에 의해 발생되는 소음을 억제하고 체인이 이탈되는 현상을 방지하여 작동성과 내구성을 동시에 증대시킬 수 있는 자전거용 변속장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 제1실시예는 크랭크암의 축선 상에 고정되고, 상기 크랭크암을 중심으로 방사 대칭형으로 고정축부가 형성되며, 상기 고정축부의 고정축에 직각을 이루며 공회전 가능하게 끼워지는 다단 구조의 베벨기어 조립체를 갖는 변속기어부; 상기 베벨기어 조립체에 서로 맞물리는 복수의 링기어를 포함하며, 상기 링기어 중 임의의 하나가 선택적으로 구속되는 링기어부; 상기 크랭크암에 공회전 가능하게 설치되고, 임의의 변속기어부의 베벨기어에 맞물리며, 선택된 링기어의 구속에 의해 변속된 변속기어부의 회전 속도를 체인에 전달하는 동력전달기어부; 및 상기 링기어부에 설치되어 임의의 링기어 하나를 선택적으로 구속하는 기어회전구속부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 제2실시예는 크랭크암의 축선 상에 고정되며, 중심방향을 향해 경사진 경사면을 갖는 치합부가 구비된 동력전달기어부; 상기 크랭크암에 공회전 가능하게 설치되고, 상기 크랭크암을 중심으로 방사 대칭형으로 고정축부가 형성되고, 상기 고정축부의 고정축에 직각을 이루며 공회전 가능하게 끼워지는 동시에 상기 동력전달기어부의 치합부와 맞물리는 다단 구조의 베벨기어 조립체가 구비되며, 변속된 회전속도를 체인에 전달하는 변속기어부; 상기 베벨기어 조립체에 서로 맞물리는 복수의 링기어를 포함하며, 상기 링기어 중 임의의 하나가 선택적으로 구속되는 링기어부; 및 상기 링기어부에 설치되어 임의의 링기어 하나를 선택적으로 구속하는 기어회전구속부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 고안에 따른 자전거용 변속장치에 의하면, 다단으로 이루어져 단계별 속도를 구현하는 변속기어장치에 의하여 자전거 휠의 회전 속도비를 변화시킴에 따라 종래의 체인 이동에 의한 회전 속도비의 변환을 배제하게 되므로 변속이 보다 안정적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.

이에 따라 자전거의 변속 시 체인의 이동에 의해 발생되는 소음을 억제하고 체인이 이탈되는 현상을 방지하여 작동성과 내구성을 동시에 증대시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 변속기어부를 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 링기어부를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 링기어부를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 동력전달기어부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 고안에 따른 기어회전구속부의 회전캠부 및 이동캠부의 작동 상태를 나타내는 작동도이다.
도 8은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 제2실시예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 제3실시예를 나타내는 나타내는 단면도이다.
도 10은 종래의 일반적인 자전거를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1실시예

첨부한 도 1은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치를 나타내는 분해 사시도이며, 도 2는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.

본 고안에 따른 자전거용 변속장치는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 크랭크암(8)의 축선 상에 고정되어 상기 크랭크암(8)의 회전 속도와 동일 속도로 회전하고, 상기 크랭크암(8)을 중심으로 방사 대칭형으로 고정축부(11)가 형성되며 상기 고정축부(11)의 고정축(11a)에 직각을 이루며 공회전 가능하게 끼워지는 다단 구조의 베벨기어 조립체(12)를 갖는 변속기어부(10)와, 상기 베벨기어 조립체(12)에 서로 교차되게 맞물리면서 공회전하며 링기어(21) 중 임의의 하나가 선택적으로 구속되는 링기어부(20)와, 상기 크랭크암(8)에 공회전 가능하게 설치되고, 임의의 변속기어부(10)의 베벨기어(12a)에 맞물리며, 선택된 링기어(21)의 구속에 의해 변속된 변속기어부(10)의 회전 속도를 체인(6)에 전달하는 동력전달기어부(30)와, 상기 링기어부(20)에 설치되어 임의의 링기어(21) 하나를 선택적으로 구속하는 기어회전구속부(40)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 변속기어부를 나타내는 정면도이다.

상기 변속기어부(10)는 도 3에 도시한 바와 같이, 일정한 직경을 갖는 링 형상으로 형성되는 내, 외측 휠부(13,14)가 구비되어 있다. 여기서, 상기 내측 휠부(13)는 크랭크암(8)에 고정되므로 외측 휠부(14)와 함께, 상기 크랭크암(8)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전하게 된다.

또한, 상기 내, 외측 휠부(13,14) 사이에는 상기 외측 휠부(14) 내측면에서 크랭크암(8)의 축 중심방향을 향해 연장되어 상기 내측 휠부(13)의 외측 둘레에 일체로 고정되는 고정축부(11)가 구비되어 있다.

이때, 상기 고정축부(11)는 상기 내, 외측 휠부(13,14)의 방사 대칭형으로 복수의 고정축(11a)이 일정 간격을 두고 형성되어 있는 바, 본 고안에 따른 바람직한 실시예에서는 그 개수가 3개로 형성되어 있다. 그러나 상기 고정축(11a)의 개수를 실시예의 경우와 같이 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 고정축부(11)의 축 선상에는 그 길이 방향을 따라 베벨기어(12a)가 등간격을 두고 일체로 형성된 다단 구조의 베벨기어 조립체(12)가 공회전 가능하도록 구비되어 있다.

상기 베벨기어 조립체(12)는 후술하는 링기어부(20)와 대응하여 회전축이 서로 교차되도록 형성된 교차축 기어로 이루어지며, 기어이가 피치 원뿔면에 일치하는 직선형 베벨기어 또는 기어이가 나선형상으로 이루어진 곡선형 베벨기어 중 선택된 임의의 하나로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서, 상기 베벨기어(12a)의 개수는 변속단 수만큼의 기어 조합으로 이루어지며, 그 개수는 상기 변속단에 따라 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

첨부한 도 4는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 링기어부를 나타내는 정면도이며, 도 5는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 링기어부를 나타내는 측면도이다.

상기 변속기어부(10)의 일측에 구비되어 변속기어부(10)의 베벨기어 조립체(12)에 대응하여 서로 맞물리는 복수의 링기어(21)로 이루어진 링기어부(20)가 구비되어 있다.

상기 링기어부(20)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 변속기어부(10)의 외측 휠부(14)와 가장 근접한 위치에 있는 최외곽측 베벨기어(12a)와 맞물리면서 상대적으로 최대 직경을 갖는 링기어(21)로부터, 변속기어부(10)의 내측 휠부(13)와 가장 근접한 위치에 있는 내측의 베벨기어(12a)와 맞물리면서 상대적으로 최소 직경을 갖는 링기어(21)까지 복수개로 구비되어 있다.

이때, 상기 링기어부(20)는 직경이 다른 복수의 링기어(21)가 동일한 회전 중심을 가지는 상태로 포개어져서 결합되어 있다.

상기 링기어부(20)를 구성하는 복수의 링기어(21) 각각에 상기 베벨기어 조립체(12)의 각 베벨기어(12a)에 대응하여 맞물리는 기어이를 갖는 치합부(21a)가 구비되어 있다.

이를 위하여, 상기 치합부(21a)는 부분 원뿔 형상의 베벨기어(12a)와 교차하여 맞물리도록 그 외측 모서리 부위에 경사면을 갖는 치합면이 구비된다.

이와 같이 구성된 링기어부(20)의 일측에는 최대 직경을 갖는 링기어(21)보다 그 직경이 크게 형성되어 상기 링기어부(20)가 수용되며, 중앙에 크랭크암(8)이 관통할 수 있는 관통홀(23c)이 형성된 외판부(23)가 구비되어 있다.

상기 외판부(23)는 링기어부(20)의 최소 직경을 갖는 링기어(21)의 내측 둘레면 및 최대 직경을 갖는 링기어(21)의 외측 둘레면에 각각 대향하는 내측 슬리브부(23a) 및 외측 슬리브부(23b)를 구비할 수 있다. 상기 외측 슬리브부(23b)는 외부로부터의 먼지 유입을 방지할 수 있도록 변속기어부(10) 전체를 감싸는 형태로 형성되어 더스트 커버(dust cover) 기능을 하게 된다.

그리고, 상기 외판부(23)의 일측은 폐쇄되고 타측은 개구되어지되, 상기 폐쇄된 부분은 링기어(21)와 접하는 바닥면(23d)을 형성하게 된다.

상기 바닥면(23d)에는 상기 각각의 링기어(21)와 접하는 베어링(미도시), 예컨대 스러스트 베어링이 부분 부착되어 있다. 즉, 후술하는 가이드홈(23e)의 공간을 제외한 전체 바닥면(23d)에 상기 링기어(21)과 대응하는 스러스트 베어링이 링 형상으로 이루어지게 된다.

여기서, 상기 스러스트 베어링은 작동수단인 링기어(21)와 고정수단인 외판부(23)의 바닥면(23d) 사이에 개재되어 작동하는 링기어(21)의 원활한 회전이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 베어링은 상기 링기어(21)가 바닥면(23d) 상에서 원활하게 회전할 수 있도록 하는 구성이라면 어떠한 구성으로 이루어져도 무방하다.

첨부한 도 6은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 동력전달기어부를 나타내는 사시도이다.

상기 변속기어부(10)의 타측에는 상기 크랭크암(8)에 공회전 가능하게 설치되는 동시에 임의의 베벨기어(12a)에 맞물리는 동력전달기어부(30)가 구비되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 동력전달기어부(30)의 일측은 상기 변속기어부(10)의 원뿔 형상으로 이루어진 베벨기어(12a)와 맞물리도록 중심방향을 향해 경사진 경사면을 갖는 치합부(31)가 구비되고, 그 타측은 상기 치합부(31)에 일체로 형성되어 있으며, 후방 휠(3)에 동력을 전달하는 체인(6)이 감겨 연결되는 스프로킷(32)이 구비된다.

첨부한 도 7은 본 고안에 따른 기어회전구속부의 회전캠부 및 이동캠부의 작동 상태를 나타내는 작동도이다.

상기 기어회전구속부(40)는 상기 링기어부(20)의 외판부(23)에 설치되어 서로 다른 직경을 갖는 링기어(21)들 중 임의의 링기어(21) 하나를 선택적으로 구속하도록 구성된다.

이를 위하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 외판부(23)의 바닥면에는 수직한 방향으로 각각의 링기어(21)를 향해 마주보는 복수의 가이드홈(23e)이 형성되어 있다.

상기 가이드홈(23e)에는 그 내측에 후술하는 이동캠부(42)가 링기어(21)를 구속하는 위치로 리턴되도록 탄성력을 부여하는 탄성부재인 압축스프링(41)이 수용되며, 상기 압축스프링(41)의 외측으로 상기 링기어(21) 각각에 대응하면서 후술하는 회전캠부(43)의 회동에 의해 가이드홈(23e)을 따라 왕복이동하면서 링기어(21)를 구속 또는 해제하는 이동캠부(42)가 수용된다.

여기서, 상기 이동캠부(42)와 회전캠부(43)는 확동캠 구조로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 상기 이동캠부(42)는 압축스프링(41)의 탄성력에 의하여 외판부(23)의 바닥면(23d)으로부터 외측으로 돌출되어 링기어(21)를 항상 구속하도록 형성되어 있다.

이때, 상기 링기어(21)의 배면에는 상기 돌출핀(42a)이 선택적으로 삽입되는 복수의 삽입홈(21b)이 전체면에 걸쳐 구비되어 있다.

상기 링기어(21)의 삽입홈(21b)에 삽입되도록 전방에 일정 길이 돌출된 돌출핀(42a)을 갖는 상기 이동캠부(42)에는 상기 회전캠부(43)가 내측 후방에서 면접촉할 수 있도록 접촉단면(42c)이 구비된 캠수용홀(42b)이 형성된다.

상기 회전캠부(43)는 하나의 축을 서로 공유하는 복수의 원형캠(43a)이 등간격을 두고 일체로 형성된 다단 구조의 원형캠 조립체로 이루어져 있다. 이러한 회전캠부(43)는 외판부(23) 상단을 관통하여 상기 캠수용홀(42b)에 대해 수직방향으로 수용된다. 이때, 상기 복수의 원형캠(43a) 각각의 일측에는 절단면(43b)이 형성되어 있다.

상기 원형캠(43a) 각각에 형성된 절단면(43b)들은 상기 축을 중심으로 각기 다른 각도로 배치되어 있다. 즉, 상기 절단면(43b) 중 임의의 절단면(43b) 하나만이 대응하는 이동캠부(42)의 접촉단면(42c)에 면접촉하도록 되어 있고, 나머지 접촉단면(42c)에는 원형캠(43a)의 원주면(43c)이 접촉하도록 되어 있다.

이에 따라, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 원형캠(43a)의 절단면(43b)에 면접촉하는 접촉단면(42c)을 갖는 이동캠부(42)만이 상기 링기어(21)의 삽입홈(21b)에 삽입되며, 나머지 원형캠(43a)의 원주면(43c)에 면접촉하는 접촉단면(42c)을 갖는 이동캠부(42)는 절단면(43b)에 대한 원주면(43c)의 돌출된 부분만큼 후방으로 이동하게 되므로 상기 링기어(21)의 삽입홈(21b)에서 이탈하게 된다.

예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 회전캠부(43)의 원형캠(43a) 중, 절단면(43b)이 이동캠부(42)의 접촉면에 밀착되는 최상단의 원형캠(43a)을 제외하고 나머지 원형캠(43a)들은 대응하는 이동캠부(42)를 후방으로 이동시키게 되므로 후방으로 이동하는 이동캠부(42)는 링기어(21)의 삽입홈(21b)에서 이탈되어 결국에 링기어(21)의 구속을 해제하게 된다.

이러한 기어회전구속부(40)는, 상기 이동캠부(42) 중 임의의 이동캠부(42)의 돌출핀(42a) 하나가 대응하는 링기어(21)에 구비된 삽입홈(21b)에 삽입되어 링기어(21)의 구속을 수행하게 되므로 해당하는 링기어(21) 하나가 구속되면서 베벨기어 조립체(12) 중 구속된 링기어(21)와 맞물리는 베벨기어(12a)에 의해 변속이 이루어지게 된다.

한편, 상기 회전캠부(43)의 회전 동작은 자전거의 핸들(5)에 회동 가능하게 장착된 변속레버(50)에 연결되어 상기 변속레버(50)의 회동 동작 시에 이와 연동하는 와이어(51)를 매개로 이루어지게 된다. 즉, 운전자가 임의의 변속단으로 변속하기 위하여 변속레버(50)를 회동시킬 경우에 상기 변속레버(50)의 일방향 회전 동작은 상기 회전캠부(43)를 회동시켜 해당하는 이동캠부(42)의 돌출핀(42a)을 통해 대응하는 링기어(21)를 구속하도록 함으로써 구속된 링기어(21)와 대응하는 베벨기어(12a)의 선속도에 의해 변속이 이루어지게 되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 자전거용 변속장치는 일정한 속도로 회전하는 크랭크암(8)의 중심으로부터의 거리에 따라 선속도 차이가 발생하는 원리를 이용하여 자전거 휠의 회전 속도비가 변화될 수 있도록 작용한다. 즉, 크랭크암(8)을 중심으로 외측에 위치한 베벨기어(12a)와 내측에 위치한 베벨기어(12a)는 서로 일체로 형성되어 함께 회전하기 때문에 회전하는 크랭크암(8)에 따라 회전수는 동일하지만, 상기 외측에 위치한 베벨기어(12a)가 상대적으로 내측에 위치한 베벨기어(12a)보다 반경(r)이 더 크기 때문에 외측에 위치한 베벨기어(12a)의 선속도(v)가 내측에 위치한 베벨기어(12a)의 선속도(v)보다 더 크게 된다.

이는 베벨기어(12a) 자체의 회전 속도비에 차이를 가져올 수 있다는 것을 의미하는 것이다.

다시 말해서, 상기 외측에 위치한 베벨기어(12a)가 이와 대응하는 외측의 링기어(21)와 맞물려 회전하는 속도는 상기 내측에 위치한 베벨기어(12a)가 이와 대응하는 내측의 링기어(21)와 맞물려 회전하는 속도보다 빠른 속도로 회전하게 되므로 동력전달기어부(30)의 체인(6)에 전달되는 회전속도는 가변될 수 있는 것이다.

이하, 본 고안의 제1실시예에 따른 자전거용 변속장치의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자가 자전거를 가속상태로 변속하고자 할 경우, 변속레버(50)를 일방향으로 회동시켜 변속레버(50)와 연결된 와이어(51)를 통해 회전캠부(43)를 회동시키게 되면 회전캠부(43)의 절단면(43b)과 서로 면접촉하는 접촉단면(42c)을 갖는 이동캠부(42)가 링기어(21)의 배면에 구비된 삽입홈(21b)에 삽입되어 링기어(21)를 구속하게 되고, 나머지 이동캠부(42)는 회전캠부(43)의 원주면(43c)에 의해 후방으로 이동되어 링기어(21)에서의 구속이 해제된다.

이때, 상기 외측에 위치한 링기어(21)를 구속시킬 경우에 크랭크암(8)의 중심으로부터의 거리에 따라 선속도 차이가 발생하는 원리에 의하여 외측에 위치한 링기어(21)와 맞물리는 베벨기어(12a)의 선속도가 상대적으로 크게 된다.

이로 인하여, 전보다 회전속도가 빨라진 베벨기어 조립체(12)는 동력전달기어부(30)를 거쳐 체인(6)에 회전력을 전달하게 되므로 후방 휠(3)이 가속 상태에 도달하게 되는 것이다.

한편, 운전자가 자전거를 감속상태로 변속하고자 할 경우, 내측에 위치한 링기어(21)를 구속시키게 되는데, 상기 내측에 위치한 링기어(21)와 맞물리는 베벨기어(12a)의 선속도가 외측에 위치한 링기어(21)와 맞물리는 베벨기어(12a)의 선속도와 비교하여 상대적으로 작으므로 감속이 이루어지게 된다.

이로 인하여, 전보다 회전속도가 느려진 베벨기어 조립체(12)는 동력전달기어부(30)를 거쳐 체인(6)에 회전력을 전달하게 되므로 후방 휠(3)이 감속 상태에 도달하게 되는 것이다.

제2실시예

한편, 첨부한 도 8은 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 제2실시예를 나타내는 단면도로서, 본 고안에 따른 제2실시예에서는 전술한 제1실시예와 동일한 구성 및 작용에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하기로 하며 중복 설명은 생략하기로 한다.

본 고안에 따른 제2실시예는 본 고안에 따른 제1실시예의 기어회전구속부를 변경한 것이다.

본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 제2실시예는 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 외판부(23)의 바닥면(23d)에 수직한 방향으로 각각의 링기어(21)를 향해 마주보는 복수의 가이드홈(23e)이 형성되어 있다.

상기 가이드홈(23e)에는 후술하는 폴이동부(45)가 그 내측에 링기어(21)를 구속하는 위치로 리턴되도록 탄성력을 부여하는 탄성부재인 압축스프링(41)이 수용되며, 상기 압축스프링(41)의 외측으로 상기 링기어(21) 각각에 대응하면서 후술하는 작동편(44)의 왕복 이동에 의해 가이드홈(23e)을 따라 왕복이동하면서 링기어(21)를 구속 또는 해제하는 폴이동부(45)가 수용된다.

여기서, 상기 폴이동부(45)는 압축스프링(41)의 탄성력에 의하여 외판부(23)의 바닥면(23d)으로부터 외측으로 돌출되어 링기어(21)를 항상 구속하도록 형성되어 있다.

이때, 상기 링기어(21)의 배면에는 상기 폴이동부(45)가 맞물려 일방향 회전만을 허용하도록 하는 래칫기어(21c)가 구성되어 있다. 즉, 상기 폴이동부(45)가 임의의 선택된 링기어(21)에 구비된 래칫기어(21c)에 맞물릴 경우 상기 링기어(21)는 일방향으로만 회전하고 그 역방향으로는 회전하지 않게 되는 것이다.

이에 따라, 자전거의 페달(7)을 순방향으로 회전시에는 폴이동부(45)에 의해 링기어(21)가 구속되어 이와 대응하는 베벨기어(12a)에 의해 변속이 이루어지게 되며, 반대로 자전거의 페달(7)을 역방향으로 회전시에는 폴이동부(45)가 래칫기어(21c)를 타고 넘어가면서 회전하므로 공회전 상태를 유지하게 된다.

또한, 상기 폴이동부(45)에는 상기 작동편(44)이 내측 후방에서 면접촉할 수 있도록 작동편 수용홀(45a)이 형성되어 있으며, 상기 폴이동부(45)를 링기어(21)의 래칫기어(21c)에 선택적으로 구속할 수 있도록 하는 상기 작동편(44)은 일정한 길이의 바아(bar) 형상으로 외판부(23) 상단을 관통하여 상기 작동편 수용홀(45a)에 대해 수직방향으로 수용된다.

이때, 상기 작동편 수용홀(45a)의 내측과 접촉하는 작동편(44)의 일측이 아래방향으로 절곡되어 경사진 단차부(44a)를 가지므로 상기 작동편(44)이 작동편 수용홀(45a)에 삽입될 경우에 그 단차 구조에 의해서 상기 폴이동부(45)가 압축스프링(41) 방향으로 이동하여 링기어(21)의 래칫기어(21c)에서 이탈하도록 구성되어 있다.

반면, 상기 작동편(44)이 삽입되지 않은 폴이동부(45)는 초기상태와 마찬가지로 상기 링기어(21)의 래칫기어(21c)에 맞물려 구속상태를 유지하게 된다.

이와 같이 구성되는 기어회전구속부(40)의 다른 실시예는 상기한 일실시예와 달리, 복수의 링기어(21)를 구속하여 변속을 수행하게 되는 바, 구속된 링기어(21) 중 외측에 위치한 링기어(21)에 맞물리는 베벨기어(12a)의 선속도에 의해 변속이 이루어지게 된다. 이는 외측에 위치한 베벨기어(12a)의 선속도가 가장 크기 때문이다.

이로써, 구속된 링기어(21) 중 상대적으로 내측에 위치하는 링기어(21)는 이와 대응하는 베벨기어(12a)의 선속도가 상대적으로 외측에 위치한 베벨기어(12a)의 선속도에 비해 상대적으로 작음을 알 수 있다.

그런데, 상기 베벨기어(12a)는 베벨기어 조립체(12)를 통해 일체로 형성되어 있어 외측에 위치한 베벨기어(12a)나 내측에 위치한 베벨기어(12a)의 선속도가 동일하게 유지되어야 하므로 상기 크랭크암(8)을 중심으로 내측에 위치한 베벨기어(12a)와 맞물리는 링기어(21)는 그 회전 변위가 늘어나게 되어 구속되지 않은 채, 크랭크암(8)이 회전하는 방향의 역방향으로 회전하게 된다.

따라서, 상기 폴이동부(45)에 의해 구속된 가장 외측에 위치한 링기어(21)는 이와 대응하여 맞물리는 베벨기어(12a)에 가속 또는 감속력을 부여하지만, 상대적으로 내측에 위치한 링기어(21)는 폴이동부(45)에 대해 구속되는 방향의 역방향으로 회전하므로 래칫수단(래칫기어(21c), 폴이동부(45))의 일방향성으로 인하여 공회전을 하게 된다.

결국, 크랭크암(8)을 중심으로 내측에 위치한 링기어(21)는 상기 폴이동부(45)에 의해 구속된 가장 외측에 위치한 링기어(21)와 맞물리는 베벨기어(12a)의 선속도와 동일한 선속도를 유지하게 되는 것이다.

한편, 상기한 기어회전구속부(40)의 일실시예와 마찬가지로 상기 작동편(44)도 자전거의 핸들(5)에 회동 가능하게 장착된 변속레버(50)에 와이어(51)를 매개로 연결되어 운전자의 레버 조작에 의해 상하방향으로 이동하면서 변속하고자 하는 변속단의 링기어(21)를 구속하도록 되어 있다.

제3실시예

한편, 도 9는 본 고안에 따른 자전거용 변속장치의 제3실시예를 나타내는 단면도로서, 본 고안에 따른 제3실시예에서는 전술한 제1실시예와 동일한 구성 및 작용에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하기로 하며 중복 설명은 생략하기로 한다.

본 고안에 따른 제3실시예는 그 구동수단과 종동수단을 본 고안에 따른 제1실시예와 반대로 변경한 것이다.

다시 말해, 제1실시예에서의 구동수단인 변속기어부(10)는 종동수단으로 변환되고, 제1실시예에서의 종동수단인 동력전달기어부(30)는 구동수단으로 변환된 것이다.

구체적으로, 상기 동력전달기어부(30)는 도 9에 도시한 바와 같이, 중심방향을 향해 경사진 경사면을 갖는 치합부(31)가 구비되며, 크랭크암(8)에 축 고정되어 상기 크랭크암(8)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전하게 된다.

또한, 상기 동력전달기어부(30)의 치합부(31)와 맞물리게 되는 변속기어부(10)는 크랭크암(8)에 공회전 가능하게 설치되고, 상기 크랭크암(8)을 중심으로 방사 대칭형으로 고정축부(11)가 형성되며, 상기 고정축부(11)의 고정축(11a)에 직각을 이루며 공회전 가능하게 끼워지는 다단 구조의 베벨기어 조립체(12)가 구비된다.

또한, 상기 고정축부(11)의 양측에는 일정한 직경을 갖는 링 형상으로 형성되는 내, 외측 휠부(13,14)가 구비되어 있으며, 외측 휠부(14)의 둘레면에는 후방 휠(3)에 동력을 전달하는 체인(6)이 감겨 연결된다.

따라서, 크랭크암(8)의 회전력이 구동수단인 변속기어부(10)에 전달되는 제1실시예와 달리, 상기 크랭크암(8)의 회전력이 구동수단인 동력전달기어부(30)에 전달되는 제2실시예는 그 변속기어부(10)와 링기어부(20)가 회전하는 상태에서 변속하게 되며, 그 변속된 회전력은 변속기어부(10)의 외측 휠부(14)에 구비된 스프로킷(32)에 전달되어 체인(6)을 통해 자전거의 후방 휠(3)을 가속 또는 감속시키게 된다.

한편, 본 고안에 따른 변속장치를 자전거에 한정하여 적용하였으나, 차량 등 변속장치가 장착되는 동력장치라면 어떠한 동력장치에 적용하여도 무방하다.

이상에서는 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 실용신안 청구범위에서 청구된 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 실용신안 청구범위 내에 있게 된다.

10 : 변속기어부 11 : 고정축부
11a : 고정축 12 : 베벨기어 조립체
12a : 베벨기어 13 : 내측 휠부
14 : 외측 휠부 20 : 링기어부
21 : 링기어 21a : 치합부
21b : 삽입홈 21c : 래칫기어
23 : 외판부 23a : 내측 슬리브부
23b : 외측 슬리브부 23c : 관통홀
23d : 바닥면 23e : 가이드홈
30 : 동력전달기어부 31 : 치합부
32 : 스프로킷 40 : 기어회전구속부
41 : 압축스프링 42 : 이동캠부
42a : 돌출핀 42b : 캠수용홀
42c : 접촉단면 43 : 회전캠부
43a : 원형캠 43b : 절단면
43c : 원주면 44 : 작동편
44a : 단차부 45 : 폴이동부
45a : 작동편 수용홀 50,50 : 변속레버
51,51 : 와이어

Claims

크랭크암의 축선 상에 고정되고, 상기 크랭크암을 중심으로 방사 대칭형으로 고정축부가 형성되며, 상기 고정축부의 고정축에 직각을 이루며 공회전 가능하게 끼워지는 다단 구조의 베벨기어 조립체를 갖는 변속기어부;
상기 베벨기어 조립체에 서로 맞물리는 복수의 링기어를 포함하며, 상기 링기어 중 임의의 하나가 선택적으로 구속되는 링기어부;
상기 크랭크암에 공회전 가능하게 설치되고, 임의의 변속기어부의 베벨기어에 맞물리며, 선택된 링기어의 구속에 의해 변속된 변속기어부의 회전 속도를 체인에 전달하는 동력전달기어부; 및
상기 링기어부에 설치되어 임의의 링기어 하나를 선택적으로 구속하는 기어회전구속부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 링기어는 직경이 다른 복수의 링기어가 동일한 회전 중심을 가지는 상태로 포개어져서 결합된 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제2항에 있어서,
상기 링기어는 그 둘레를 따라 외측 모서리 부위에서 상기 베벨기어에 맞물리는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제2항에 있어서,
상기 링기어부의 일측에는 링기어가 공회전 가능하도록 수용되며, 중앙에 크랭크암이 관통할 수 있는 관통홀이 형성되며 자전거 프레임 상에 고정되는 외판부가 구비된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 동력전달기어부의 일측은 상기 베벨기어와 맞물리고, 그 타측은 후방 휠에 동력을 전달하기 위해 체인이 감겨 연결되는 스프로킷이 구비된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 기어회전구속부는 외판부의 바닥면에 링기어를 향해 마주보는 복수의 가이드홈;
상기 가이드홈의 내측에 수용되는 탄성부재;
상기 탄성부재의 외측으로 상기 가이드홈을 따라 왕복이동하면서 링기어를 구속 또는 해제하는 이동캠부; 및
상기 이동캠부 내측의 캠수용홀에 삽입되어 회동하면서 상기 이동캠부에 대해 선택적으로 추력을 발생시키는 회전캠부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제6항에 있어서,
상기 회전캠부는 하나의 축을 서로 공유하는 복수의 원형캠이 등간격을 두고 일체로 형성되며, 상기 원형캠의 일측에 형성된 절단면이 상기 축을 중심으로 각기 다른 각도로 배치된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제6항에 있어서,
상기 이동캠부의 전방에 돌출된 돌출핀이 링기어에 구속될 수 있도록 상기 링기어의 배면에는 삽입홈 또는 래칫기어가 형성된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제1항에 있어서,
상기 기어회전구속부는 외판부의 바닥면에 링기어를 향해 마주보는 복수의 가이드홈;
상기 가이드홈의 내측에 수용되는 탄성부재;
상기 탄성부재의 외측으로 상기 가이드홈을 따라 왕복이동하면서 링기어를 구속 또는 해제하는 폴이동부; 및
상기 폴이동부 내측의 작동편 수용홀에 삽입되어 왕복 이동하면서 상기 폴이동부에 대해 선택적으로 추력을 발생시키는 작동편을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제9항에 있어서,
상기 작동편은 상기 폴이동부의 작동편 수용홀 내측과 접촉하는 일측에 아래방향으로 절곡되어 경사진 단차부를 구비한 바아(bar) 형상인 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제9항에 있어서,
상기 폴이동부는 링기어의 일방향 회전을 허용하도록 상기 링기어 배면에 형성된 래칫기어에 맞물리도록 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
크랭크암의 축선 상에 고정되며, 중심방향을 향해 경사진 경사면을 갖는 치합부가 구비된 동력전달기어부;
상기 크랭크암에 공회전 가능하게 설치되고, 상기 크랭크암을 중심으로 방사 대칭형으로 고정축부가 형성되고, 상기 고정축부의 고정축에 직각을 이루며 공회전 가능하게 끼워지는 동시에 상기 동력전달기어부의 치합부와 맞물리는 다단 구조의 베벨기어 조립체가 구비되며, 변속된 회전속도를 체인에 전달하는 변속기어부;
상기 베벨기어 조립체에 서로 맞물리는 복수의 링기어를 포함하며, 상기 링기어 중 임의의 하나가 선택적으로 구속되는 링기어부; 및
상기 링기어부에 설치되어 임의의 링기어 하나를 선택적으로 구속하는 기어회전구속부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제12항에 있어서,
상기 링기어는 직경이 다른 복수의 링기어가 동일한 회전 중심을 가지는 상태로 포개어져서 결합된 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제12항에 있어서,
상기 링기어는 그 둘레를 따라 외측 모서리 부위에서 상기 베벨기어에 맞물리는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제12항에 있어서,
상기 링기어부의 일측에는 링기어가 공회전 가능하도록 수용되며, 중앙에 크랭크암이 관통할 수 있는 관통홀이 형성되며 자전거 프레임 상에 고정되는 외판부가 구비된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제12항에 있어서,
상기 기어회전구속부는 외판부의 바닥면에 링기어를 향해 마주보는 복수의 가이드홈;
상기 가이드홈의 내측에 수용되는 탄성부재;
상기 탄성부재의 외측으로 상기 가이드홈을 따라 왕복이동하면서 링기어를 구속 또는 해제하는 이동캠부; 및
상기 이동캠부 내측의 캠수용홀에 삽입되어 회동하면서 상기 이동캠부에 대해 선택적으로 추력을 발생시키는 회전캠부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제16항에 있어서,
상기 회전캠부는 하나의 축을 서로 공유하는 복수의 원형캠이 등간격을 두고 일체로 형성되며, 상기 원형캠의 일측에 형성된 절단면이 상기 축을 중심으로 각기 다른 각도로 배치된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제16항에 있어서,
상기 이동캠부의 전방에 돌출된 돌출핀이 링기어에 구속될 수 있도록 상기 링기어의 배면에는 삽입홈 또는 래칫기어가 형성된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제12항에 있어서,
상기 기어회전구속부는 외판부의 바닥면에 링기어를 향해 마주보는 복수의 가이드홈;
상기 가이드홈의 내측에 수용되는 탄성부재;
상기 탄성부재의 외측으로 상기 가이드홈을 따라 왕복이동하면서 링기어를 구속 또는 해제하는 폴이동부; 및
상기 폴이동부 내측의 작동편 수용홀에 삽입되어 왕복 이동하면서 상기 폴이동부에 대해 선택적으로 추력을 발생시키는 작동편을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제19항에 있어서,
상기 작동편은 상기 폴이동부의 작동편 수용홀 내측과 접촉하는 일측에 아래방향으로 절곡되어 경사진 단차부를 구비한 바아(bar) 형상인 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.
제19항에 있어서,
상기 폴이동부는 링기어의 일방향 회전을 허용하도록 상기 링기어 배면에 형성된 래칫기어에 맞물리도록 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 변속장치.