KR20140102592A - 자전거용 무단 변속 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거용 무단 변속 장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 내부에 설치되는 크랭크샤프트(1)와;
크랭크샤프트(1)의 일측에 끼워져 크랭크샤프트(1)의 걸림턱(101)에 지지되게 끼워진 코일스프링(201)에 의해 크랭크하우징(A1) 외측으로 탄성 압력을 받도록 크랭크샤프트(1)에 끼워지며, 자전거의 프레임(A)에 설치되어 일단부에 수동으로 조작 가능하도록 클러치레버(203)를 설치한 와이어(2W)의 타단부에 설치된 클러치작동구(202)에 의해 크랭크샤프트(1)의 축 방향으로 이동이 가능케 키 결합된 일방향클러치 외륜(2)과;
일측면 중심부에는 일방향클러치 외륜(2)과 맞물리는 일방향클러치 내륜(301)이 일체로 형성되고, 그 일측에는 나선스프링(302)의 일측 단부를 고정하며, 타측면에는 나선안내홈(303)을 형성하여 크랭크샤프트(1)의 일측 단부가 일방향클러치의 내륜(301) 중심부를 관통하게 설치되는 서브플레이트(3)와;
서브플레이트(3)의 일방향디스크 내륜(301) 외주면에 끼워진 상태에서 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 일측에 고정되고, 일단부에 수동으로 조작이 가능하도록 브레이크레버(401)를 설치한 와이어(4W)의 타단부에 연결되어 와이어(4W)의 당겨짐에 의해 작동하는 드럼브레이크(4)와;
일측면에 서브플레이트(3)가 삽입되는 요입부(503)를 형성하여 일측 단부가 서브플레이트(3)의 일측면에 고정된 나선스프링(302)의 타단부를 고정수단을 이용해 요입부(503)의 일측 가장자리에 고정하고, 중앙부에서 외주면까지 일직선으로 형성된 직선안내홈(502)을 방사형으로 다수 형성하여, 크랭크샤프트(1)의 일측 단부에 형성된 각봉(102)에 결합되어 크랭크샤프트(1)와 같이 회전하는 메인디스크(5)와;
메인디스크(5)의 직선안내홈(502)과 결합되는 결합편(601)을 일측에 형성하고, 그 결합편(601) 내면에는 서브플레이트(3)의 나선안내홈(303)에 끼워지는 요철부(602)를 형성하며, 타측면에는 핀결합공(603)을 형성하며 외주면에는 핀결합공(603)까지 관통하는 암나사부(604)를 형성하여, 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(605a)에 의해 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(605b)을 하단부에 설치한 체결볼트(605)를 암나사부(604)에 나사 결합하여 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)을 따라서 이동하도록 직선안내홈(502) 마다 각각 설치되는 이동체(6)와;
중심부에 삽설된 일방향베어링(701)을 관통하는 설치핀(702)을 이동체(6)의 핀결합공(603)에 투입하여 설치핀(702)의 외주면 일측에 형성된 유격발생홈(702a)의 중심부에 형성된 볼안착홈(702b)에 텐션볼(605b)이 안착되어 고정되도록 각각의 이동체(6)에 설치핀(702)으로 하나씩 설치하되, 전체가 원형으로 배열되게 하여, 자전거의 뒷차축스프로킷(A2)과 체인(A3)으로 동시에 물려서 뒷차축스프로킷(A2)에 동력을 전달할 수 있도록 원형 배열의 외곽을 따라서 체인을 연결하여 일방향으로 회전할 수 있도록 한 가변스프로킷(7)과;
일측 단부에는 베어링에 의해 지지되도록 페달(801)을 설치하고, 타측 단부는 크랭크샤프트(1)의 양단부에 볼트 결합하여 크랭크샤프트(1)를 회전시키는 크랭크(8)로 구성함으로써, 구조가 단순하고, 부피가 작으며, 무게가 가벼워 주행 중 일정한 범위 안에서 연속적으로 변속비 변화가 가능할 뿐만 아니라, 변속시 발생하는 충격이나 소음 발생을 최소화하여 주행성능과 승차감을 향상시킬 수 있으며, 동력 손실을 억제하여 효율성이 향상되는 효과가 있다.

Description

자전거용 무단 변속 장치 {Unauthorized transmission for bicycles}

본 발명은 자전거용 무단 변속 장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 주행 중 일정한 범위 안에서 연속적으로 변속비를 변화시켜 변속할 수 있도록 함으로써 동력 전달 효율성을 향상시켜 주행성능과 승차감을 동시에 만족시킬 수 있게 한 자전거용 무단 변속 장치에 관한 것이다.

일반적인 자전거는 프레임(A)의 전방에 형성된 헤드 튜브에 회전 가능케 설치된 스템의 상부에는 핸들을 설치하고, 스템의 하부에는 앞바퀴를 설치하며, 프레임(A)의 후방 단부에는 뒷바퀴를 설치하여, 안장의 하단부에 형성된 시트포스트를 프레임(A)의 시트튜브에 삽입 설치한 후 안장에 앉은 운전자가 핸들을 잡고 프레임(A)의 하부에 설치된 크랭크기구와 연결된 페달을 발로 밟아 크랭크기구에 연결된 체인스프로킷을 회전시키면 그 회전력은 체인스프로킷에 물려 있는 체인(A3)을 통해 뒷바퀴에 설치된 뒷차축스프로킷(A2)에 전달됨으로써 뒷바퀴가 구동하여 자전거의 주행이 이루어지게 된다.

한편, 체인스프로킷과 뒷차축스프로킷(A2)의 치수비(齒數比)를 기어비 또는 변속비라고 부르며, 이 변속비에 따라 페달의 회전과 뒷바퀴와의 회전비 및 토크비가 달라지게 된다.

과거에는 체인스프로킷과, 뒷차축스프로킷(A2)이 각각 하나로 된 것으로 사용함으로써 회전비와 토크비가 단일값으로 정해져 있었으나, 자전거용 다단변속기가 개발되면서, 뒷차축스프로킷(A2)은 치수가 다른 4∼8개를 일정한 간격으로 겹쳐 설치하고, 체인스프로킷 역시 치수가 다른 2~4개를 일정한 간격으로 겹쳐 설치함으로써 체인스프로킷과 뒷차축스프로킷(A2)은 8~32 속도 단으로 조합되는 변속 장치를 사용하는 것이 일반화된 실정이다.

따라서 운전자는 변속 장치를 조작하여 도로의 경사도·주행상황·풍속·주행속도 등 다양한 주행조건에 가장 적합한 변속비를 선택함으로써 평지에서의 고속 주행이나, 오르막길에서 적은 힘으로도 효과적인 등판능력을 발휘할 수 있게 되는 것이다.

그런데 위와 같은 종래의 자전거용 변속 장치는 핸들 일측에 변속레버가 설치되고, 체인스프로킷과 뒷차축스프로킷(A2) 일측에 변속기가 설치되어 변속레버와 변속기와 와이어로 연결됨으로써 운전자가 변속레버를 손으로 조작하면 와이어에 의해 변속기의 위치가 변경되어 체인스프로킷과 뒷차축스프로킷(A2)에 동시에 물려있는 체인(A3)의 위치가 변경되어 변속이 이루어지게 된다.

따라서 운전자는 자전거 주행 중 변속을 위해서 핸들 일측의 변속레버를 조작해야 하는데 변속레버를 조작하는 과정에서 핸들을 잡고 운전자의 그립력이 순간적으로 저하될 뿐만 아니라, 변속레버를 조작하게 되면 변속레버와 와이어로 연결된 변속기의 위치가 변경되면서 변속이 이루어지는 과정을 반복적으로 수행하는 과정에서 변속레버와 변속기를 연결하는 와이어의 장력이 늘어나는 경우에는 원만한 변속이 이루어지지 않는 경우도 빈번한 문제점이 있었다.

또한, 종래의 자전거용 변속 장치는 치수가 다른 복수의 디스크를 겹쳐 설치한 체인스프로킷과 뒷차축스프로킷(A2)의 조합으로 구성되어 일정한 변속비가 정해져 있기 때문에 연속적이고 부드러운 변속이 불가능할 뿐만 아니라, 변속을 위해서는 체인스프로킷과 뒷차축스프로킷에 동시에 물려 동력을 전달하는 체인이 디스크 간을 이동해야 하는데 체인의 이동 과정에서 체인과 스프로킷 간의 마찰로 인해 소음과 진동이 발생함으로써 주행성능과 승차감이 저하되는 문제점도 있었다.

그리하여 위와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 자전거용 무단 변속 장치가 개발된 바 있는데, 무단 변속 장치란 말 그대로 일정한 변속비가 정해진 바 없이 변속이 이루어지는 것으로서 종래의 변속 장치와 같이 치수가 다른 복수의 스프로킷을 일정한 간격으로 겹쳐 설치하는 대신에, 외경이 변화하는 가변풀리 간에 벨트를 감아서 동력을 전달함으로써 가변풀리의 외경을 변화시켜 변속이 이루어지기 때문에 연속적인 변속이 가능할 뿐만 아니라, 변속 과정에서 진동이나 소음 발생을 억제하여 주행성능과 승차감이 향상되는 효과가 있었다.

그러나 위와 같은 종래의 자전거용 무단 변속 장치는 가변풀리 간에 연결된 벨트를 이용해 동력을 전달하는 과정에서 가변풀리와 벨트 간에 미끄러짐이 발생함으로써 동력 손실이 많아 효율성이 떨어지고, 가변풀리와 벨트 간에 미끄러짐으로 인해 벨트의 마모가 심하여 잦은 교체가 필요할 뿐만 아니라, 가변풀리의 외경을 변화시키기 위한 구조가 복잡하게 부피가 커서 실제로 일반 자전거에 사용하는 데는 많은 어려움이 따르는 문제점이 있었다.

1. 등록특허공보 제10-1026005호 2. 등록특허공보 제10-0694878호

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 구조가 단순하고, 부피가 작으며, 무게가 가벼워 사용이 용이할 뿐만 아니라, 주행 중 일정한 범위 안에서 연속적으로 변속비 변화가 가능케 함과 동시에 변속시 발생하는 충격이나 소음 발생을 최소화하여 주행성능과 승차감을 향상시킬 수 있으며, 동력 손실을 억제하여 효율성이 우수한 자전거용 무단 변속 장치를 제공하는 데 있다.

자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 내부에 설치되는 크랭크샤프트(1)와;

크랭크샤프트(1)의 일측에 끼워져 크랭크샤프트(1)의 걸림턱(101)에 지지되게 끼워진 코일스프링(201)에 의해 크랭크하우징(A1) 외측으로 탄성 압력을 받도록 크랭크샤프트(1)에 끼워지며, 자전거의 프레임(A)에 설치되어 일단부에 수동으로 조작 가능하도록 클러치레버(203)를 설치한 와이어(2W)의 타단부에 설치된 클러치작동구(202)에 의해 크랭크샤프트(1)의 축 방향으로 이동이 가능케 키 결합된 일방향클러치 외륜(2)과;

일측면 중심부에는 일방향클러치 외륜(2)과 맞물리는 일방향클러치 내륜(301)이 일체로 형성되고, 그 일측에는 나선스프링(302)의 일측 단부를 고정하며, 타측면에는 나선안내홈(303)을 형성하여 크랭크샤프트(1)의 일측 단부가 일방향클러치의 내륜(301) 중심부를 관통하게 설치되는 서브플레이트(3)와;

서브플레이트(3)의 일방향디스크 내륜(301) 외주면에 끼워진 상태에서 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 일측에 고정되고, 일단부에 수동으로 조작이 가능하도록 브레이크레버(401)를 설치한 와이어(4W)의 타단부에 연결되어 와이어(4W)의 당겨짐에 의해 작동하는 드럼브레이크(4)와;

일측면에 서브플레이트(3)가 삽입되는 요입부(503)를 형성하여 일측 단부가 서브플레이트(3)의 일측면에 고정된 나선스프링(302)의 타단부를 고정수단을 이용해 요입부(503)의 일측 가장자리에 고정하고, 중앙부에서 외주면까지 일직선으로 형성된 직선안내홈(502)을 방사형으로 다수 형성하여, 크랭크샤프트(1)의 일측 단부에 형성된 각봉(102)에 결합되어 크랭크샤프트(1)와 같이 회전하는 메인디스크(5)와;

메인디스크(5)의 직선안내홈(502)과 결합되는 결합편(601)을 일측에 형성하고, 그 결합편(601) 내면에는 서브플레이트(3)의 나선안내홈(303)에 끼워지는 요철부(602)를 형성하며, 타측면에는 핀결합공(603)을 형성하며 외주면에는 핀결합공(603)까지 관통하는 암나사부(604)를 형성하여, 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(605a)에 의해 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(605b)을 하단부에 설치한 체결볼트(605)를 암나사부(604)에 나사 결합하여 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)을 따라서 이동하도록 직선안내홈(502) 마다 각각 설치되는 이동체(6)와;

중심부에 삽설된 일방향베어링(701)을 관통하는 설치핀(702)을 이동체(6)의 핀결합공(603)에 투입하여 설치핀(702)의 외주면 일측에 형성된 유격발생홈(702a)의 중심부에 형성된 볼안착홈(702b)에 텐션볼(605b)이 안착되어 고정되도록 각각의 이동체(6)에 설치핀(702)으로 하나씩 설치하되, 전체가 원형으로 배열되게 하여, 자전거의 뒷차축스프로킷(A2)과 체인(A3)으로 동시에 물려서 뒷차축스프로킷(A2)에 동력을 전달할 수 있도록 원형 배열의 외곽을 따라서 체인을 연결하여 일방향으로 회전할 수 있도록 한 가변스프로킷(7)과;

일측 단부에는 베어링에 의해 지지되도록 페달(801)을 설치하고, 타측 단부는 크랭크샤프트(1)의 양단부에 볼트 결합하여 크랭크샤프트(1)를 회전시키는 크랭크(8)로 구성된다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 구조가 단순하고, 부피가 작으며, 무게가 가벼워 주행 중 일정한 범위 안에서 연속적으로 변속비 변화가 가능할 뿐만 아니라, 변속시 발생하는 충격이나 소음 발생을 최소화하여 주행성능과 승차감을 향상시킬 수 있으며, 동력 손실을 억제하여 효율성이 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 다단 변속 장치가 설치된 자전거를 나타낸 측면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 요부 정면 분해 사시도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 요부 배면 분해 사시도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평면 예시도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평면 단면 예시도
도 7a은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정지 상태 예시도
도 7b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가속 상태 예시도
도 7c은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정속 유지 상태 예시도
도 7d는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 감속 상태 예시도
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설치핀 설치 상태 단면 예시도
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설치핀 회전 상태 단면 예시도
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 사용 상태 예시도이다.

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

첨부된 도면들 중에서 동일한 구성 요소들은 가능한 어느 도면에서든지 동일한 부호를 사용하고 있음을 유의해야 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 공지 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였음을 미리 밝혀두는 바이다.

첨부도면 도 2 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시한 것으로서 도면에서 도시한 바와 같이 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 내부에 설치되는 크랭크샤프트(1)와; 크랭크샤프트(1)의 일측에 끼워져 크랭크샤프트(1)의 축 방향으로 이동이 가능케 키 결합된 일방향클러치 외륜(2)과; 크랭크샤프트(1)의 일측 단부가 일방향클러치의 내륜(301) 중심부를 관통하게 설치되는 서브플레이트(3)와; 와이어(4W)의 당겨짐에 의해 작동하는 드럼브레이크(4)와; 크랭크샤프트(1)의 일측 단부에 형성된 각봉(102)에 결합되어 크랭크샤프트(1)와 같이 회전하는 메인디스크(5)와;메인디스크(5)의 직선안내홈(502)을 따라서 이동하도록 직선안내홈(502) 마다 각각 설치되는 이동체(6)와; 자전거의 뒷차축스프로킷(A2)과 체인(A3)으로 동시에 물려서 뒷차축스프로킷(A2)에 동력을 전달하는 가변스프로킷(7)과; 크랭크샤프트(1)를 회전시키는 크랭크(8)로 구성되는데 각 구성 요소를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨부도면에서 도시한 바와 같이 크랭크샤프트(1)는 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 내부에 삽입 설치되는 베어링에 의해 지지되어 회전되도록 크랭크하우징(A1) 내부에 설치되는 베어링을 관통하여, 크랭크샤프트(1)의 양 단부가 크랭크하우징(A1)의 양측으로 돌출되게 설치된다.

한편, 일방향클러치 외륜(2)은 크랭크하우징(A1) 내부에 설치된 크랭크샤프트(1)의 일측에 설치하되, 일방향클러치 외륜(2)을 크랭크샤프트(1)에 설치하기에 앞서, 코일스프링(201)을 크랭크샤프트(1)에 먼저 끼워넣은 후 일방향클러치 외륜(2)을 크랭크샤프트(1)에 끼워서 결합함으로써 코일스프링(201)이 크랭크샤프트(1)의 걸림턱(101)과 일방향클러치 외륜(2) 사이에 위치하게 된다.

또한, 크랭크샤프트(1)에 끼워진 일방향클러치 외륜(2)의 외측에는 자전거의 프레임(A)에 설치되어 일단부에 수동으로 조작 가능하도록 클러치레버(203)를 설치한 와이어(2W)의 타단부에 설치된 클러치작동구(202)에 의해 크랭크샤프트(1)의 축 방향으로 이동이 가능케 키 결합함으로써 일방향클러치 외륜(2)은 항상 크랭크샤프트(1)와 같이 회전할 뿐만 아니라, 운전자가 클러치레버(203)를 작동하면 와이어(2W)가 당겨지면서 클러치작동구(202)에 의해 일방향클러치 외륜(2)이 크랭크샤프트(1)의 중앙 쪽으로 이동하면서 코일스프링(201)이 압축되었다가, 운전자가 클러치레버(203)의 작동을 해제하면 압축되었던 코일스프링(201)의 복원력에 의하여 일방향클러치 외륜(2)이 원래 위치로 복귀하는 방식으로 일방향클러치 외륜(2)의 동작이 이루어지게 된다.

한편, 서브플레이트(3)는 크랭크샤프트(1)에 설치된 일방향클러치 외륜(2)의 외측에 설치하게 되는데, 서브플레이트(3)의 일측면 중심부에는 일방향클러치 외륜(2)과 맞물리는 일방향클러치 내륜(301)이 일체로 형성됨으로써 코일스프링(201)의 압력이 작용하는 일방향클러치의 외륜(2)은 서브플레이트(3)의 일측면 중심부에 일체로 형성된 일방향클러치 내륜(301)과 항상 맞물린 상태를 유지하기 때문에 크랭크샤프트(1)와 일방향클러치 외륜(2)이 함께 회전하면, 그 회전력은 일방향클러치 내륜(301)을 통해서 서브플레이트(3)로 전달되어 서브플레이트(3)도 회전하게 된다.

그러나 클러치레버(203)에 의해 크랭크샤프트(1)에 설치된 일방향클러치 외륜(2)이 크랭크샤프트(1)의 중앙 쪽으로 이동하면 서로 맞물려 회전하던 일방향클러치 외륜(2)과 일방향클러치 내륜(301)이 분리됨으로써 크랭크샤프트(1)의 회전력은 더 이상 서브플레이트(3)로 전달되지 않기 때문에 서브플레이트(3)는 일방향클러치 외륜(2)와 같이 회전하지 않게 된다.

또한, 서브플레이트(3)의 일방향디스크 내륜(301) 외주면에는 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 일측에 고정되고, 일단부에 수동으로 조작이 가능하도록 브레이크레버(401)를 설치한 와이어(4W)의 타단부에 연결되어 와이어(4W)의 당겨짐에 의해 작동하는 드럼브레이크(4)를 설치함으로써 드럼브레이크(4)를 이용해 서브플레이트(3)의 회전을 선택적으로 강제 정지시킬 수 있게 된다.

한편, 메인디스크(5)는 일측면에 서브플레이트(3)가 삽입되는 요입부(503)를 형성하여 요입부(503)에 서브플레이트(3)가 삽입된 상태가 되도록 메인디스크(5)를 크랭크샤프트(1)의 일측 단부에 형성된 각봉(102)에 끼워서 결합함으로써 메인디스크(5)는 크랭크샤프트(1)와 같이 회전하게 설치된다.

이때, 메인디스크(5)의 요입부(503)로 삽입된 서브플레이트(3)의 반대쪽 면 일측에는 나선스프링(302)의 일측 단부를 고정하고, 나선스프링(302)의 타측 단부는 나선스프링(302)의 일측 단부가 고정된 서브플레이트(3)와 같은 방향으로 향한 메인디스크(5)의 요입부(503)의 일측 가장자리에 고정하게 된다.

따라서 서브플레이트(3)와 메인디스크(5)가 같이 회전하면, 나선스프링(302)은 원래 설치된 형태를 그대로 유지하였다가, 서브플레이트(3)가 드럼브레이크(4)에 의해 강제 정지된 상태에서 크랭크샤프트(1)에 의해 메인디스크(5)만 회전하게 되면, 나선스프링(302)은 메인디스크(5)의 회전 방향으로 감기면서 압축이 이루어짐과 동시에 메인디스크(5)를 역방향으로 회전시키려는 나선스프링(302)의 압축 압력이 메인디스크(5)에 작용하게 된다.

아울러 메인디스크(5)의 요입부(503) 둘레에는 나선스프링(302)의 이탈을 방지하는 판형으로 된 다수의 스프링커버(501)를 나사 결합하여 방사형으로 설치함으로써 스프링커버(501)가 나선스프링(302)의 작동 과정에서 탄력에 의해 임의로 이탈되는 것을 방지함과 동시에 안정적인 회전 압축이 이루어지도록 유도하는 기능을 수행하게 된다.

한편, 이동체(6)는 일측면에 "T"자 형의 결합편(601)을 형성하여, 그 결합편(601)을 메인디스크(5)의 일측면 중앙부에서 외주면까지 일직선으로 형성된 직선안내홈(502)에 결합편(601)을 결합함으로써 직선안내홈(502)을 따라서 이동할 수 있게 설치되는데, 메인디스크(5)에 방사형으로 형성된 직선안내홈(502)마다 각각의 이동체(6)를 설치함으로써 모든 이동체(6)가 원형으로 정렬하게 된다.

또한, 이동체(6)의 결합편(601) 내측면에는 요철부(602)를 형성하게 되는데, 이 요철부(502)는 메인디스크(5)의 요입부(503) 내부에 삽입 설치된 서브플레이트(3)의 일측면에 형성된 나선안내홈(303)에 끼워지도록 나선안내홈(303)의 단면 요철 형상과 동일한 요철 형상으로 형성하게 된다.

따라서 서브플레이트(3)가 회전하지 않는 상태에서 메인디스크(5)가 회전하게 되면, 서브플레이트(3)에 형성된 나선안내홈(303)에 결합편(601)의 내측면이 끼워진 이동체(6)는 나선안내홈(303)을 따라서 이동하려 하지만, 이동체(6)의 결합편(601)이 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)에 결합된 상태이므로 이동체(6)는 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)을 따라서 일직선으로 이동하게 된다.

이때, 메인디스크(5)에 방사형으로 형성된 직선안내홈(502)마다 각각의 이동체(6)가 설치되어 있으므로 위와 같이 서브플레이트(3)가 회전하지 않는 상태에서 메인디스크(5)가 회전하게 되면, 모든 이동체(6)는 동시에 직선안내홈(502)을 따라서 일직선으로 이동하게 된다.

또한, 위와 같이 서브플레이트(3)가 회전하지 않는 상태에서 메인디스크(5)가 회전하게 되면, 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)에 설치된 이동체(6)는 메인디스크(5)의 중심부에서 가장자리 쪽으로 이동함으로써 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)마다 설치된 모든 이동체(6)가 작은 반경의 원형으로 정렬되어 있다가 더 큰 반경의 원형으로 정렬되는 형태를 취하게 되며, 서브플레이트(3)의 또 다른 작동에 의하여 큰 반경의 원형으로 정렬된 형태를 취하던 모든 이동체(6)가 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)를 따라서 메인디스크(5)의 중심부 쪽으로 모이면서 작은 반경의 원형으로 정렬되기도 한다.

한편, 가변스프로킷(7)은 중심부에 일방향베어링(701)을 삽설하여 그 일방향베어링(701)을 관통하는 설치핀(702)을 이용해 이동체(6)와 결합하게 되는데, 중심부에 삽설된 일방향베어링(701)을 관통하는 설치핀(702)을 이동체(6)의 핀결합공(603)에 투입하여 설치핀(702)의 외주면 일측에 형성된 유격발생홈(702a)의 중심부에 형성된 볼안착홈(702b)에 텐션볼(605b)이 안착되어 고정되도록 함으로써 가변스프로킷(7) 일방향으로만 회전할 수 있게 된다.

또한, 각각의 이동체(6)에 설치핀(702)으로 하나씩의 가변스프로킷(7)을 설치함으로써 전체 설치된 가변스프로킷(7)은 원형으로 배열되는데, 자전거의 뒷차축스프로킷(A2)과 체인(A3)으로 동시에 물려서 뒷차축스프로킷(A2)에 동력을 전달할 수 있도록 원형 배열의 외곽을 따라서 체인을 연결함으로써 도면과 같이 크랭크샤프트(1)를 이용하여 메인디스크(5)를 시계 방향으로 회전시키면 일방향베어링(701)에 의해 가변스프로킷(7)이 회전하지 않으므로 가변스프로킷(7)과 뒷차축스프로킷(A2)에 동시에 물린 체인(A3)에 의해 메인디스크(5)의 회전력이 뒷차축스프로킷(A2)으로 전달된다.

반면에 메인디스크(5)를 시계 반대 방향으로 회전시키면 일방향베어링(701)에 의해 가변스프로킷(7)이 공전함으로써 메인디스크(5)의 회전력은 뒷차축스프로킷(A2)으로 전달되지 않게 된다.

크랭크(8)는 일반적인 자전거와 마찬가지로 일측 단부에는 베어링에 의해 지지되도록 페달(801)을 설치하고, 타측 단부는 크랭크샤프트(1)의 양단부에 볼트 결합함으로써 운전자가 크랭크샤프트(1)의 양측에 설치된 크랭크(8)의 일측 단부에 설치된 페달(801)을 밟아서 회전시키면 크랭크샤프트(1)가 회전하게 된다.

아울러, 메인디스크(5)의 외측에는 세이프티커버(9)를 크랭크샤프트(1)의 각봉(102)에 끼워 설치됨으로써 가변스프로킷(7)에 체인(A3)이 물린 상태에서 메인디스크(5)가 회전할 때 가변스프로킷(7)이 외부로 노출되는 것을 방지함으로써 운전자의 바짓단이나 신체 일부가 가변스프로킷(7) 쪽으로 유입되어 손상이나 부상을 입는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 작동 과정을 첨부도면 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 자전거가 정지해 있을 때는 코일스프링(201)에 의해 일방향클러치 외륜(2)과 일방향클러치의 내륜(301)은 서로 맞물리 상태를 유지하며, 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)에 끼워진 이동체(6)에 결합된 가변스프로킷(7)은 고정된 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서 자전거 운전자가 자전거에 탑승한 후, 페달을 밟아 크랭크(8)를 회전시키면 일방향클러치 외륜(2)과 일방향클러치 내륜(301)의 맞물림에 의해 서브플레이트(3)가 회전함과 동시에 크랭크샤프트(1)의 각봉(102)에 결합된 메인디스크(5)도 회전하게 된다.

이때, 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)에 끼워진 이동체(6)에 결합된 가변스프로킷(7)과 자전거의 뒷차축스프로킷(A2)에 한꺼번에 물린 체인(A3)에 의해 자전거의 뒷바퀴가 구동되는데, 가변스프로킷(7)의 회전 반경은 고정된 상태에서 체인(A3)에 의해 회전함으로써 변속비가 고정된 상태의 주행이 이루어지게 된다.

위와 같이 변속비가 고정된 채 주행이 이루어지는 상태에서 운전자가 변속비를 조절하여 가속하고자 하는 경우에는 자전거의 프레임이나 핸들 등에 추가적으로 설치되는 브레이크레버(401)를 작동하면 와이어(4W)에 의해 드럼브레이크(4)가 작동하여 서브플레이트(3)를 고정한 후, 운전자가 계속 페달(801)을 밟아 크랭크샤프트(1)를 회전시키면, 첨부도면 도 7b와 같이 서브플레이트(3)는 고정된 상태에서 메인디스크(5)는 회전함으로써 일단부가 서브플레이트(3)에 고정되고, 타단부가 메인디스크(5)에 고정된 나선스프링(302)이 감기면서 압축됨과 동시에, 서브플레이트(3)에 형성된 나선안내홈(303)에 의해 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)에 설치된 이동체(6)가 메인디스크(5)의 중심부에서 가장자리 쪽으로 이동하게 된다.

따라서 다수의 가변스프로킷(7)에 동시에 물려서 회전하는 체인(A3)의 회전 반경이 커지기 때문에 운전자가 페달(801)을 이용해 메인디스크(5)를 1회전 시켰을 때 체인(A3)의 이동거리는 길어지게 되어, 메인디스크(5) 1회전당 뒷차축스프로킷(A2)의 회전수는 증가하고, 회전력은 작아지기 때문에 자전거의 구동륜인 뒷바퀴의 회전속도가 증가하고, 구동력은 작아지게 되어, 자전거의 주행 속도는 고속인 대신에 자전거의 등판 능력은 저하되는 일반적인 자전거 변속 장치의 고단 변속이 연속적으로 이루어지는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 위와 같이 고단 변속이 이루어지는 상태에서 서브플레이트(3)를 고정한 드럼브레이크(4)의 작동을 해제하게 되면, 드럼브레이크(4)의 작동 해제와 동시에 서브플레이트(3)와 메인디스크(5)는 같이 회전하게 되고, 그로 인해 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)을 따라서 이동하면서 회전 반경이 변화되어 변속이 이루어지던 이동체(6)가 일정한 위치에 고정됨으로써 첨부도면 도 7c과 같이 변속단을 고정한 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 고단으로 주행 중인 자전거를 저단으로 변속하기 위해서는 운전자가 핸들이나 프레임 등에 추가적으로 설치되는 클러치레버(203)를 조작하여 와이어(2W)의 일단부에 설치된 클러치작동구(202)를 이용해 일방향클러치 외륜(2)을 서브플레이트(3)와 일체로 된 일방향클러치 내륜(301)에서 분리시키면, 고단 변속을 수행하는 과정에서 감기면서 압축되었던 나선스프링(302)이 풀리면서 나선스프링(302)의 복원력에 의해 서브플레이트(3)는 가속 때와는 반대 방향으로 회전하게 된다.

따라서 첨부도면 도 7d와 같이 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)에 설치된 이동체(6)는 서브플레이트(3)의 나선안내홈(303)에 의해 직선안내홈(502)을 따라서 메인디스크(5)의 중심부 쪽으로 이동함으로써 다수의 가변스프로킷(7)에 동시에 물려서 회전하는 체인(A3)의 회전 반경이 점차 작아지게 되고 그로 인해 자전거의 주행 속도는 저속인 대신에 자전거의 등판 능력은 향상되는 일반적인 자전거 변속 장치의 저단 변속이 연속적으로 이루어지는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 첨부도면 도 8 내지 도 9에서 도시한 바와 같이 설치핀(702)을 이용해 가변스프로킷(7)을 이동체(6)에 설치할 때, 이동체(6)의 외주면 일측에는 설치핀(702)이 투입되는 이동체의 핀결합공(603)까지 관통하는 암나사부(604)를 형성하여, 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(605a)에 의해 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(605b)을 하단부에 설치한 체결볼트(605)를 암나사부(604)에 나사 결합하여 그 체결볼트(605)의 텐션볼(605b)이 설치핀(702)의 외주면 일측에 형성된 유격발생홈(702a)의 중심부에 형성된 볼안착홈(702b)에 안착되도록 함으로써 설치핀(702)에 의해 이동체(6)에 설치된 가변스프로킷(7)이 이동체(6)에서 임의로 이탈하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 위와 같이 연속적으로 이루어지는 변속 과정에서 다수의 가변스프로킷(7)은 그 위치가 멈춤 없이 연속적으로 변하게 되는데, 이처럼 그 위치가 연속적으로 변하는 다수의 가변스프로킷(7)에 체인(A3)이 물리는 과정에서 체인롤러가 가변스프로킷(7)의 톱니 끝에 걸리면서 가변스프로킷(7)의 홈 내부로 투입되지 않는 경우에 가변스프로킷(7)이 일방향베어링(701)에 의해 한 방향으로만 회전되도록 설치되어 있음에도 불구하고, 첨부도면 도 9와 같이 텐션볼(605b)에 의해 고정된 설치핀(702)이 좌우 10°내외의 각도로 회전이 이루어지기 때문에 체인롤러가 가변스프로킷(7)의 톱니 끝에 걸린 상태를 즉각 해소할 수 있는 일측 방향으로 가변스프로킷(7)이 회전함으로써 변속 과정에서 가변스프로킷(7)과 체인(A3)의 물림이 부드럽고 원만하게 이루어지게 된다.

또한, 가변스프로킷(7)과 체인(A3)의 물림이 정확하게 이루어진 후에 가변스프로킷(7)이 회전하면서 체인(A3)에 가해지는 장력이 감소하는 시점이 되면, 체결볼트(605)의 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(605a)에 의해 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(605b)이 변속을 위해 회전했던 설치핀(702)의 유격발생홈(702a)을 밀어냄으로써 텐션볼(605b)은 다시 볼안착홈(702b)에 안착되어 설치핀(702)을 안정적으로 고정함으로써 연속적으로 이루어지는 변속 과정이 부드럽고 원만하게 이루어질 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 메인디스크(5)에 설치된 이동체(6)의 이동에 의해 다수의 가변스프로킷(7)에 동시에 물리는 체인(A3)의 회전 반경이 변하게 되고, 그로 인해 뒷차축스프로킷(A2)에 전달되는 회전속도와 회전력이 변화함으로써 변속 기능이 수행되기 때문에 변속비를 연속적이면서도 미세하게 변속할 수 있을 뿐만 아니라, 변속이 이루어지는 과정에서 체인(A3)이 기존의 자전서 변속 장치와 같이 크랭크샤프트(1)의 길이 방향으로 이동하지 않으면서도 변속이 이루어지기 때문에 변속 과정에서의 충격과 소음 발생을 방지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시나 응용이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시나 응용 예는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

A: 프레임 A1: 크랭크하우징
A2: 뒷차축스프로킷 A3: 체인
1: 크랭크샤프트 101: 걸림턱
102: 각봉 2: 일방향클러치 외륜
201: 코일스프링 202: 클러치작동구
203: 클러치레버 3: 서브플레이트
301: 일방향클러치 내륜 302: 나선스프링
303: 나선안내홈 4: 드럼브레이크
5: 메인디스크 401: 브레이크레버
501: 스프링커버 502: 직선안내홈
503: 요입부 6: 이동체
601: 결합편 603: 핀결합공
604: 암나사부 605: 체결볼트
605a: 가압스프링 605b: 텐션볼
7: 가변스프로킷 701: 일방향베어링
702: 설치핀 702a: 유격발생홈
702b: 볼안착홈 8: 크랭크
801: 페달 9: 세이프티커버

Claims (3)

1. 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 내부에 설치되는 크랭크샤프트(1)와;
   크랭크샤프트(1)의 일측에 끼워져 크랭크샤프트(1)의 걸림턱(101)에 지지되게 끼워진 코일스프링(201)에 의해 크랭크하우징(A1) 외측으로 탄성 압력을 받도록 크랭크샤프트(1)에 끼워지며, 자전거의 프레임(A)에 설치되어 일단부에 수동으로 조작 가능하도록 클러치레버(203)를 설치한 와이어(2W)의 타단부에 설치된 클러치작동구(202)에 의해 크랭크샤프트(1)의 축 방향으로 이동이 가능케 키 결합된 일방향클러치 외륜(2)과;
   일측면 중심부에는 일방향클러치 외륜(2)과 맞물리는 일방향클러치 내륜(301)이 일체로 형성되고, 그 일측에는 나선스프링(302)의 일측 단부를 고정하며, 타측면에는 나선안내홈(303)을 형성하여 크랭크샤프트(1)의 일측 단부가 일방향클러치의 내륜(301) 중심부를 관통하게 설치되는 서브플레이트(3)와;
   서브플레이트(3)의 일방향디스크 내륜(301) 외주면에 끼워진 상태에서 자전거의 프레임(A)과 일체로 된 크랭크하우징(A1) 일측에 고정되고, 일단부에 수동으로 조작이 가능하도록 브레이크레버(401)를 설치한 와이어(4W)의 타단부에 연결되어 와이어(4W)의 당겨짐에 의해 작동하는 드럼브레이크(4)와;
   일측면에 서브플레이트(3)가 삽입되는 요입부(503)를 형성하여 일측 단부가 서브플레이트(3)의 일측면에 고정된 나선스프링(302)의 타단부를 고정수단을 이용해 요입부(503)의 일측 가장자리에 고정하고, 중앙부에서 외주면까지 일직선으로 형성된 직선안내홈(502)을 방사형으로 다수 형성하여, 크랭크샤프트(1)의 일측 단부에 형성된 각봉(102)에 결합되어 크랭크샤프트(1)와 같이 회전하는 메인디스크(5)와;
   메인디스크(5)의 직선안내홈(502)과 결합되는 결합편(601)을 일측에 형성하고, 그 결합편(601) 내면에는 서브플레이트(3)의 나선안내홈(303)에 끼워지는 요철부(602)를 형성하며, 타측면에는 핀결합공(603)을 형성하며 외주면에는 핀결합공(603)까지 관통하는 암나사부(604)를 형성하여, 몸통 내부에 삽입된 가압스프링(605a)에 의해 외부로 압력이 작용하는 텐션볼(605b)을 하단부에 설치한 체결볼트(605)를 암나사부(604)에 나사 결합하여 메인디스크(5)의 직선안내홈(502)을 따라서 이동하도록 직선안내홈(502) 마다 각각 설치되는 이동체(6)와;
   중심부에 삽설된 일방향베어링(701)을 관통하는 설치핀(702)을 이동체(6)의 핀결합공(603)에 투입하여 설치핀(702)의 외주면 일측에 형성된 유격발생홈(702a)의 중심부에 형성된 볼안착홈(702b)에 텐션볼(605b)이 안착되어 고정되도록 각각의 이동체(6)에 설치핀(702)으로 하나씩 설치하되, 전체가 원형으로 배열되게 하여, 자전거의 뒷차축스프로킷(A2)과 체인(A3)으로 동시에 물려서 뒷차축스프로킷(A2)에 동력을 전달할 수 있도록 원형 배열의 외곽을 따라서 체인을 연결하여 일방향으로 회전할 수 있도록 한 가변스프로킷(7)과;
   일측 단부에는 베어링에 의해 지지되도록 페달(801)을 설치하고, 타측 단부는 크랭크샤프트(1)의 양단부에 볼트 결합하여 크랭크샤프트(1)를 회전시키는 크랭크(8)로 구성되는 자전거용 무단 변속 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 고정수단은 메인디스크(5)의 일측면 가장자리에 판형으로 된 다수의 스프링커버(501)를 방사형으로 설치하는 것을 포함하는 자전거용 무단 변속 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 메인디스크(5)의 외측에서 크랭크샤프트(1)의 각봉(102)에 끼워져 크랭크샤프트(1)와 같이 회전하는 세이프티커버(9)를 설치하는 것을 포함하는 자전거용 무단 변속 장치.
   

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