KR20140120694A

KR20140120694A - 자전거 변속기 제어장치

Info

Publication number: KR20140120694A
Application number: KR1020130036875A
Authority: KR
Inventors: 오미영
Original assignee: 오미영
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2014-10-14

Abstract

본 발명은 자전거 변속기의 제어장치에 관한 것으로서, 자전거의 바퀴가 결합되는 허브축 유닛에 결합되는 중공형의 연결축과, 연결축의 외측에 회전 가능하게 결합되며 외측에 복수의 스프라켓이 지지되는 스프라켓 지지유닛, 연결축과 스프라켓 지지유닛 사이에 설치되어 일방향으로 연결축에 대한 스프라켓 지지유닛의 자유회전을 억제하고 타방향으로 연결축에 대한 스프라켓 지지유닛의 자유회전을 가능하도록 하는 래치유닛과, 래치 유닛에 자력을 선택적으로 제공하여 일방향으로도 연결축에 대해 스프라켓 지지유닛의 자유회전이 가능하도록 하여 페달의 역방향 회전 상태에서 기어 변속이 가능하도록 하는 자력유닛을 포함하는 것을 특징으로 하여, 자전거를 정지상태에서도 기어 변속할 수 있다.

Description

자전거 변속기 제어장치 {An apparatus for controlling Bicycle Transmission}

본 발명은 변속기의 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정지 상태에서도 자전거의 변속이 가능하도록 한 자전거 변속기의 제어장치에 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. 그 일예가 선행문헌(등록 실용신안 제20-0274726호, 자전거용 자동변속장치)에 개시되어 있다.

그런데 상기 선행문헌에도 개시된 바와 같은 종래의 자전거의 기어 변속장치는 페달을 밟아서 자전거를 주행시키는 동안에만 변속조절을 할 수 있으며, 자전거가 전진하는 방향으로 페달을 밟아야만 기어변속이 가능한 한계가 있다.

즉, 페달을 밟지 않고 비탈길을 내려가거나, 페달을 밟지 않고도 가속에 의해 평지를 주행하는 동안에도 변속을 위해서는 자전거 바퀴에 회전력이 전달되도록 페달을 밟아야만 변속이 가능하므로 사용에 불편함이 있게 된다.

또한, 종래의 기술에 의하면, 자전거를 정지한 상태에서 자전거 기어변속을 할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 정지 상태에서 자전거 바퀴로의 페달을 밟는 힘이 전달되는 것을 차단하여 기어변속이 가능하도록 구조가 개선된 자전거 변속기의 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자전거 변속기의 제어장치는, 자전거의 바퀴가 결합되는 허브축 유닛에 결합되는 중공형의 연결축과; 상기 연결축의 외측에 회전 가능하게 결합되며, 외측에 복수의 스프라켓이 지지되는 스프라켓 지지유닛; 상기 연결축과 상기 스프라켓 지지유닛 사이에 설치되어, 일방향으로 상기 연결축에 대한 상기 스프라켓 지지유닛의 자유회전을 억제하고, 타방향으로 상기 연결축에 대한 상기 스프라켓 지지유닛의 자유회전을 가능하도록 하는 래치유닛과; 상기 래치 유닛에 자력을 선택적으로 제공하여, 상기 일방향으로도 상기 연결축에 대해 상기 스프라켓 지지유닛의 자유회전이 가능하도록 하여 페달의 역방향 회전 상태에서 기어 변속이 가능하도록 하는 자력유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 래치 유닛은, 링구조를 가지고 상기 연결축의 외주 또는 상기 스프라켓 지지유닛의 내주에 원주 방향을 따라서 산과 골이 반복되도록 형성된 래치 간섭부와; 상기 래치 간섭부와 마주하도록 상기 연결축의 외주 또는 상기 스프라켓 지지유닛의 내주로 출몰 가능하게 설치되며, 돌출시 상기 래치 간섭부에 간섭되어 상기 스프라켓 지지유닛의 상기 일방향으로의 자유회전을 억제하는 래치부재와; 상기 래치부재가 상기 래치 간섭부에 간섭되는 자세를 유지하도록 탄성 가압하는 탄성링;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 자력유닛은, 상기 래치 간섭부와 상기 래치부재 각각에 대응되어 상기 래치부재가 상기 래치 간섭부에서 벗어나도록 자력을 미치는 제1위치와, 자력이 미치지 못하도록 벗어난 제2위치 사이에서 이동가능하도록 설치되는 마그네트와; 상기 마그네트를 상기 제1위치와 제2위치 사이에서 왕복 이동시키는 왕복 구동부;를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 마그네트는 상기 허브축유닛 및 상기 연결축의 내부를 관통하여 설치되며, 상기 허브축 유닛을 회전 가능하게 지지하는 고정축의 외주에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 상기 왕복 구동부는, 상기 고정축에 연결되는 자전거 프레임에 설치되는 구동부와; 상기 구동부와 상기 마그네트에 연결되어 상기 구동부의 구동동작에 의해 상기 마그네트를 왕복 이동시키는 작동부;를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 마그네트는 상기 허브축유닛 및 상기 연결축의 내부를 관통하여 설치되며, 상기 허브축 유닛을 회전 가능하게 지지하는 고정축의 외주에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 상기 왕복 구동부는, 상기 마그네트에 연결되는 와이어와; 상기 고정축에 연결되는 자전거 프레임에 설치되어 상기 와이어의 이동을 지지하는 와이어 지지부; 및 상기 와이어를 선택적으로 당기거나 당김 해제하는 와이어 조작부;를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 자력유닛은, 상기 래치 간섭부와 상기 래치부재 각각에 대응되어 상기 래치부재가 상기 래치 간섭부에서 벗어나도록 자력을 선택적으로 발생시키는 전자석과; 상기 전자석으로 전원을 선택적으로 제공하는 전원 공급부;를 포함하는 것이 좋다.

본 발명의 자전거 변속기의 래치 제어장치에 따르면, 주행하는 동안에 기어 변속을 할 수 있는 것은 물론이고, 래치유닛을 제어하여 래치동작을 해제함으로써 정지 상태에서도 기어 변속이 가능하게 된다.

따라서, 자전거를 주행하는 동안 또는 정지한 상태에서도 기어 변속이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속기의 제어장치를 나타내 보인 분리 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 래치유닛 및 연결축을 발췌하여 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속기의 제어장치를 나타내 보인 단면 구성도이다.
도 4는 도 3의 상태에서 자전거 변속기의 제어장치를 나타내 보인 정면도이다.
도 5 및 도 6은 도 3 및 도 4의 상태에서 래치부재를 제어하여 래치간섭부로부터 분리된 상태를 나타내보인 도면이다.
도 7 및 도 8은 왕복 구동부의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 자력유닛의 다른 예를 나타내 보인 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속기의 래치제어장치를 자세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속기의 래치 제어장치(100)는, 자전거의 바퀴가 결합되는 허브축 유닛(70)에 결합되는 중공형의 연결축(20)과, 스프라켓 지지유닛(20)과, 래치유닛(40) 및 자력유닛(50)을 구비한다.

상기 연결축(20)은 중공형상 즉 파이프형상을 가지며, 허브축 유닛(70)의 일단에 마련된 결합부(71)에 나사 결합되어 고정된다. 여기서 허브축 유닛(70)과 연결축의 중심을 관통하도록 고정축(60)이 설치되며, 이 고정축(60)은 허브축 유닛(70)을 회전 가능하게 지지한다. 고정축(60)의 외부로 노출된 단부에는 자전거 프레임(80)이 결합된다.

연결축(20)의 외측에는 래치유닛(40)의 래치부재(41)가 외주로 출몰 가능하게 장착되는 래치장착홈(21)이 형성되고, 래치 장착홈(21)에 연결되도록 연결축(20)의 외주에는 원주 방향으로 탄성링 장착홈(22)이 형성된다.

연결축(20)과 스프라켓 지지유닛(30) 사이에는 지지베어링이 설치된다. 연결축(20)의 외측에 회전 가능하게 설치되는 스프라켓 지지유닛(30)은, 연결축(20)의 외주에 회전 가능하게 설치되는 스프라켓 지지하우징(31)과, 스프라켓 지지하우징(31)에 끼워진 스프라켓(10)이 이탈되는 것을 방지하도록 스프라켓 지지하우징(31)의 단부에 결합되는 차단캡(32)을 구비한다.

상기 래치유닛(40)은 연결축(20)과 스프라켓 지지유닛(30) 사이에 설치되어, 일방향(A)으로 상기 연결축(20)에 대한 스프라켓 지지유닛(30)의 자유회전을 억제하고, 타방향(B)으로 연결축(20)에 대한 스프라켓 지지유닛(20)의 자유회전을 가능하도록 한다. 구체적으로 래치유닛(40)은, 원통 구조를 가지고 연결축(20)의 외주에 마주하는 스프라켓 지지하우징(31) 내주에 원주 방향을 따라서 산과 골이 반복되게 형성되는 래치 간섭부(41)와, 래치부재(42) 및 탄성링(43)을 구비한다.

래치 간섭부(41)는 스프라켓 지지하우징(31)의 내주에 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작되어 결합 될 수도 있다.

래치부재(42)는 래치 간섭부(41)와 마주하도록 연결축(20)의 외주에 출몰 가능하게 설치되며, 돌출시 상기 래치 간섭부(41)에 간섭되어 상기 스프라켓 지지유닛(30)의 상기 일방향(A)으로의 자유회전을 억제한다. 연결축(20)의 외주에는 래치부재(42)가 안착되는 래치 장착홈(21)이 형성되어 래치부재(42)가 회동 가능하게 장착되며, 후술할 래치 간섭부재(41)에 의해 눌릴 경우 래치 장착홈(41)에 장착되어 연결축(20) 외주로 돌출되지 않게 되어 래치 간섭부(41)와 분리된다.

탄성링(43)은 래치부재(42)가 눌린 상태에서 돌출된 자세로 유지하도록(복귀하도록) 하는 탄성력을 제공하도록 설치되며, 연결축(20)의 외주에 원호형으로 형성된 탄성링 장착홈(22)에 장착된다. 즉, 탄성 가압링(43)은 래치부재(42)가 연결축(20)의 외주로 돌출된 상태를 유지하도록 탄성 가압하는 역할을 한다.

상기 자력 유닛(50)은, 래치 유닛(40)을 선택적으로 제어하여, 일방향(A)으로도 연결축(20)에 대해 스프라켓 지지유닛(30)의 자유회전이 가능하도록 하여 페달의 역방향 회전 상태에서 기어 변속이 가능하도록 한다.

구체적으로, 상기 자력 유닛(50)은, 마그네트(51)와, 왕복 구동부(53)를 구비한다.

마그네트(51)는 래치간섭부(41)와 래치부재(42) 각각에 대응되어 래치부재(42)가 래치 간섭부(41)에서 벗어나도록 자력을 미치는 제1위치(도 5 및 도 6에 도시된 위치)와, 자력을 미치지 못하도록 벗어난 제2위치(도 3 및 도 4에 도시된 위치) 사이에서 이동가능하도록 설치되며, 바람직하게는 링구조를 가지고 고정축(60)에 왕복 슬라이딩 가능하게 설치된다. 이러한 마그네트(51)는 영구자석으로서, 상기 제1위치에서는 래치부재(42)를 끌어당기는 자력을 발생시켜서 래치부재(42)가 래치간섭부(41)에서 벗어나서 연결축(20)의 외주로 밀착되도록 한다. 이러한 마그네트(51)의 자력이 래치부재(42)에 효과적으로 작용하여 동작되도록, 래치부재(41)를 제외한 다른 구성요소들(20,30,60)은 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 왕복 구동부(53)는 마그네트(51)를 상기 제1위치와 제2위치 사이에서 왕복 이동시키기 위한 것이다. 왕복 구동부(53)의 일예로는, 자전거 프레임(80)에 설치되는 구동부(53a)와, 구동부(53a)의 구동에 의해 직선 왕복 이동 가능하게 설치되며 마그네트(51)에 연결되는 작동부(53b)를 구비한다. 여기서 구동부(53a)는 솔레노이드 또는 실린더를 포함할 수 있다. 상기 구동부(53)의 구동신호는 자전거의 손잡이 등에 설치되는 별도의 조작부(55)에 의해 온/오프 동작되어 될 수 있다. 조작부(55)는 자전거 손잡이에 레버, 버튼 등과 같은 스위칭동작을 하는 구성으로 마련될 수 있다.

상기 구성에 의하면, 평상시 자전거를 주행하는 상태에서는 도 3 및 도 4와 같이 마그네트(51)가 제2위치에 위치하여 래치부재(42)에 자력을 미치지 않게 된다. 따라서 래치부재(42)는 일반적인 작용 즉, 스프라켓 지지유닛(30)이 일방향(A)으로 자유회전하는 것을 방지하고, 타방향(B)으로 자유회전하는 것만 허용하도록 동작한다. 여기서 일방항(A)은 자전거의 전진을 위해 페달을 밟을 때 스프라켓(10)과 자전거바퀴가 회전되는 방향으로 나타낸다.

이 상태에서 자전거 바퀴에 페달의 회전력을 전달하지 않고, 즉, 스프라켓 지지유닛(30)을 일방향(A)으로도 자유회전 가능한 상태가 되도록 하기 위해서, 자전거 탑승자는 조작부(55)를 조작하여 왕복 구동부(53)를 구동시킨다. 그러면, 왕복 구동부(53)의 동작에 의해 마그네트(51)는 도 5 및 도 6과 같이 제1위치로 이동된다. 즉, 마그네트(51)가 래치부재(42)와 대응되는 위치에 위치하게 됨으로써, 자력이 래치부재(42)에 미치게 되고, 래치부재(42)는 마그네트(51)의 자력에 의해 자세 변경되어 래치 간섭부(41)로부터 분리된다. 이와 같이 래치 간섭부(41)로부터 래치부재(42)가 분리되면, 스프라켓 지지유닛(30)이 일방향(A)으로 자유회전 가능한 상태가 된다. 따라서 정지 상태에서 페달을 밟더라도 자전거 바퀴로 회전력이 전달되지 않게 되고, 결국 정지 상태에서도 기어 변속을 할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 래치부재(42)가 연결축(20)에 설치되고, 래치 간섭부(41)가 스프라켓 지지유닛(30) 측에 설치된 것을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 서로의 위치가 바뀌어도 무방하다.

또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 왕복구동부(150)는 마그네트(51)에 연결되는 와이어(151)와, 와이어 지지부(152) 및 와이어 조작부(153)를 구비한다.

와이어(151)는 일단은 마그네트(51)에 연결되고, 타단은 상기 와이어 조작부(153)에 연결되며, 와이어 지지부(152)에 가이드되어 당김 및 해제동작을 한다.

와이어 지지부(152)는 자전거 프레임(80)에 설치되어 와이어(151)의 이동을 가이드 한다.

와이어 조작부(153)는 자전거의 손잡이 등에 설치되는 조작레버를 포함할 수 있으며, 이러한 와이어 조작부(153)를 자전거 탐승자가 조작하여 와이어(151)를 당기거나 당김 해제함으로써, 마그네트(51)를 제1위치(도 8의 상태)와, 제2위치(도 7의 상태) 사이에서 이동될 수 있도록 한다.

이때, 와이어(151)를 도 7과 같이 당긴 상태에서 해제시 다시 도 8의 상태로 마그네트(51)가 원활하게 이동할 수 있도록 탄성력을 제공하는 탄성부재(155)가 더 설치될 수 있다. 이 탄성부재(155)는 고정축(60)에 설치되는 스프링으로서, 마그네트(51)와 스프링 지지리브(156) 사이에 설치될 수 있다.

또한, 도 9를 참조하면 다른 실시예에 따른 자력유닛(250)은 래치부재(42) 및 래치 간섭부(41)에 대응되는 위치에 설치되는 전자석(251)과, 전자석(251)으로 선택적으로 전원을 공급하는 전원공급부(253) 및 전원공급부(253)의 동작을 제어하는 전원 조작부(255)를 구비하다.

전자석(251)은 도 9와 같이, 래치부재(42) 및 래치 간섭부(41)에 대응되는 위치에 고정설치되며, 바람직하게는 링 구조로서 고정축(60)에 설치된다. 이러한 전자석(251)은 전원공급부(253)로부터 선택적으로 전원을 공급받아 자력을 발생함으로써 래치부재(42)를 선택적으로 제어하여 래치간섭부(41)로부터 분리되거나 복귀하도록 한다. 전원 조작부(255)는 자전거 손잡이에 스위치나 버튼식으로 설치되어 자전거 탑승자가 용이하게 조작할 수 있도록 구성되는 것이 좋다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 자전거 변속기 제어장치(100)에 따르면, 자전거가 정지된 상태에서 또는 자전거의 주행중에라도 자력을 이용하여 래치부재(42)를 제어하여 래치부재(42)를 래치 간섭부(41)로부터 분리하거나 연결되도록 할 수 있다.

래치부재(42)가 래치 간섭부(41)와 분리되면, 스프라켓 지지유닛(30)은 일방향(A) 및 타방향(B) 각각으로 자유회전 가능한 상태가 된다. 따라서 자전거 페달이 일방향(A)으로 회전하더라도 연결축(20)을 통해 자전거 바퀴로는 페달의 회전력이 전달되지 않게 되고, 체인이 스프라켓(10)을 주행하게 되며, 이 상태에서 체인의 위치를 변경하여 기어변속을 할 수 있게 된다. 따라서 정지된 상태 내지 주행시에도 기어변속이 가능하게 된다.

그리고 기어변속이 완료된 후에는, 간섭부재(42)를 래치 간섭부(41)에 접촉되도록 복귀시키면 스프라켓 지지유닛(30)이 일방향(A)으로 자유회전되는 것을 방지하여 페달의 회전력을 바퀴로 전달할 수 있게 된다. 즉, 주행모드로 복귀되는 것이다.

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.

100..자전거 변속기 제어장치 20..허브축 유닛
20..연결축 30..스프라켓 지지유닛
40..래치유닛 50..자력유닛

Claims

자전거의 바퀴가 결합되는 허브축 유닛에 결합되는 중공형의 연결축과;
상기 연결축의 외측에 회전 가능하게 결합되며, 외측에 복수의 스프라켓이 지지되는 스프라켓 지지유닛;
상기 연결축과 상기 스프라켓 지지유닛 사이에 설치되어, 일방향으로 상기 연결축에 대한 상기 스프라켓 지지유닛의 자유회전을 억제하고, 타방향으로 상기 연결축에 대한 상기 스프라켓 지지유닛의 자유회전을 가능하도록 하는 래치유닛과;
상기 래치 유닛에 자력을 선택적으로 제공하여, 상기 일방향으로도 상기 연결축에 대해 상기 스프라켓 지지유닛의 자유회전이 가능하도록 하여 페달의 역방향 회전 상태에서 기어 변속이 가능하도록 하는 자력유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 변속기의 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 래치 유닛은,
링구조를 가지고 상기 연결축의 외주 또는 상기 스프라켓 지지유닛의 내주에 원주 방향을 따라서 산과 골이 반복되도록 형성된 래치 간섭부와;
상기 래치 간섭부와 마주하도록 상기 연결축의 외주 또는 상기 스프라켓 지지유닛의 내주로 출몰 가능하게 설치되며, 돌출시 상기 래치 간섭부에 간섭되어 상기 스프라켓 지지유닛의 상기 일방향으로의 자유회전을 억제하는 래치부재와;
상기 래치부재가 상기 래치 간섭부에 간섭되는 자세를 유지하도록 탄성 가압하는 탄성링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 변속기의 제어장치.
제2항에 있어서,
상기 자력유닛은,
상기 래치 간섭부와 상기 래치부재 각각에 대응되어 상기 래치부재가 상기 래치 간섭부에서 벗어나도록 자력을 미치는 제1위치와, 자력이 미치지 못하도록 벗어난 제2위치 사이에서 이동가능하도록 설치되는 마그네트와;
상기 마그네트를 상기 제1위치와 제2위치 사이에서 왕복 이동시키는 왕복 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 변속기의 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 마그네트는 상기 허브축유닛 및 상기 연결축의 내부를 관통하여 설치되며, 상기 허브축 유닛을 회전 가능하게 지지하는 고정축의 외주에 슬라이딩 가능하게 설치되며,
상기 왕복 구동부는,
상기 고정축에 연결되는 자전거 프레임에 설치되는 구동부와;
상기 구동부와 상기 마그네트에 연결되어 상기 구동부의 구동동작에 의해 상기 마그네트를 왕복 이동시키는 작동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 변속기의 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 마그네트는 상기 허브축유닛 및 상기 연결축의 내부를 관통하여 설치되며, 상기 허브축 유닛을 회전 가능하게 지지하는 고정축의 외주에 슬라이딩 가능하게 설치되며,
상기 왕복 구동부는,
상기 마그네트에 연결되는 와이어와;
상기 고정축에 연결되는 자전거 프레임에 설치되어 상기 와이어의 이동을 지지하는 와이어 지지부; 및
상기 와이어를 선택적으로 당기거나 당김 해제하는 와이어 조작부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 변속기의 제어장치.
제2항에 있어서,
상기 자력유닛은,
상기 래치 간섭부와 상기 래치부재 각각에 대응되어 상기 래치부재가 상기 래치 간섭부에서 벗어나도록 자력을 선택적으로 발생시키는 전자석과;
상기 전자석으로 전원을 선택적으로 제공하는 전원 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 변속기의 제어장치.