KR20150004056U - 자전거용 무단변속기 - Google Patents

Abstract

구조를 간소화할 수 있으며, 소형화에 기여할 수 있는 자전거용 무단변속기가 개시된다. 자전거용 무단변속기는, 제1가이드슬롯이 형성된 제1디스크부, 제1가이드슬롯과 교차하는 제2가이드슬롯이 형성된 제2디스크부, 제1디스크부에 대한 제2디스크부의 상대 회전에 대응하여 제1가이드슬롯 및 제2가이드슬롯을 따라 이동 가능하게 제공되는 가이드부재, 가이드부재에 의해 정의되는 궤적을 따라 회전하며 동력을 전달하는 동력전달부재, 동력전달부재를 통해 전달되는 동력을 출력하는 출력축, 및 가이드부재의 이동에 대응하여 동력전달부재의 장력을 조절하는 장력조절부를 포함한다.

Description

자전거용 무단변속기{CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION FOR BICYCLE}

본 고안은 자전거용 무단변속기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 구조를 간소화할 수 있으며, 소형화에 기여할 수 있는 자전거용 무단변속기에 관한 것이다.

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.

일반적으로 자전거에는 속도조절을 용이하게 하고 주행성능 및 승차감을 향상시키기 위해 변속장치가 구비되어 있다.

일 예로, 기존 자전거용 변속장치는 페달과 중심부가 고정된 구동기어부, 자전거 후륜과 결합된 종동기어부, 및 구동기어부와 종동기어부를 연결하는 동력전달용 체인을 포함하며, 사용자에 의해 페달이 회전하면 페달과 결합된 구동기어부가 회점함에 따라, 체인을 통해 동력이 전달되면서 자전거 후륜이 회전할 수 있다.

기존 구동기어부 및 종동기어부는 자전거의 속도 조절을 위해 직경이 다른 여러개의 다단 스프로킷으로 구성되며, 주행조건에 따라 서로 다른 직경을 갖는 스프로킷을 사용하여 변속 단수를 조절할 수 있다.

그러나, 기존 자전거용 변속장치는 변속시 체인이 다단 스프로킷을 타고 이동하도록 구성됨에 따라 비정상적으로 이탈되는 문제점이 있고, 변속시에는 변속충격이 발생되고 동력전달이 연속적으로 이루어지기 어려운 문제점이 있다.

또한, 기존 자전거용 변속장치는 변속 시간차가 발생될 뿐만 아니라, 주행 상태에 따라 필요한 적정 단수 조합을 찾는 조작이 번거롭고 조작 시간이 오래 걸리는 등 조작성이 크게 떨어지는 문제점이 있으며, 정밀한 변속을 구현하기 위해서는 구동기어부와 종동기어부에 보다 많은 단의 스프로킷을 구비해야 하기 때문에 구조가 복잡해지고 크기 및 무게가 증가하는 문제점이 있다.

이에 따라 최근에는 구조를 간소화하고 소형화에 기여할 수 있으며, 변속 제어를 신속하고 정확하게 수행하기 위한 무단변속기에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 고안은 구조를 간소화할 수 있으며, 장치의 소형화에 기여할 수 있는 자전거용 무단변속기를 제공한다.

또한, 본 고안은 신속하고 정확한 변속 제어가 가능한 자전거용 무단변속기를 제공한다.

또한, 본 고안은 안정적이고 연속적인 동력 전달 가능한 자전거용 무단변속기를 제공한다.

상술한 본 고안의 목적들을 달성하기 위한 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 자전거용 무단변속기는, 인벌류트 곡선 형태의 제1가이드슬롯이 형성된 제1디스크부, 제1가이드슬롯과 교차하는 직선 형태의 제2가이드슬롯이 형성된 제2디스크부, 제1디스크부에 대한 제2디스크부의 상대 회전에 대응하여 제1가이드슬롯 및 제2가이드슬롯을 따라 이동 가능하게 제공되는 가이드부재, 가이드부재에 의해 정의되는 궤적을 따라 회전하며 동력을 전달하는 동력전달부재, 동력전달부재를 통해 전달되는 동력을 출력하는 출력축, 및 가이드부재의 이동에 대응하여 동력전달부재의 장력을 조절하는 장력조절부를 포함한다.

장력조절부로서는 변속이 이루어지거나 동력이 전달되는 동안 동력전달부재를 팽팽한 상태로 유지시킬 수 있는 다양한 장력조절부가 사용될 수 있다. 일 예로, 장력조절부는 각각 독립적으로 텐션력을 제공하는 복수개의 장력조절유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 동력전달부재의 회전 방향을 따라 가이드부재 이후와 출력축의 사이 구간에서 동력전달부재에 텐션력을 제공하는 제1장력조절유닛, 제1장력조절유닛과 이격되며 동력전달부재의 회전 방향을 따라 가이드부재 이후와 출력축의 사이 구간에서 동력전달부재에 텐션력을 제공하는 제2장력조절유닛, 및 제2장력조절유닛과 이격되며 동력전달부재의 회전 방향을 따라 가이드부재 이후와 출력축의 사이 구간에서 동력전달부재에 텐션력을 제공하는 제3장력조절유닛을 포함할 수 있고, 제1장력조절유닛 내지 제3장력조절유닛은 동력전달부재의 내측을 향해 텐션력을 제공할 수 있다. 경우에 따라서는 동력전달부재의 회전 방향을 따라 가이드부재 이후와 출력축의 사이 구간에 3개 미만 또는 5개 이상의 장력조절유닛이 배치되는 것도 가능하다.

또한, 장력조절부는 동력전달부재의 회전 방향을 따라 출력축의 이후와 가이드부재의 이전 사이 구간에서 동력전달부재에 텐션력을 제공하는 보조장력조절유닛을 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 복수개의 장력조절유닛 중 적어도 일부가 동력전달부재의 외측을 향해 텐션력을 제공하도록 구성되는 것도 가능하다.

장력조절유닛은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 장력조절유닛은 가이드로드, 가이드로드를 따라 직선 이동하는 가이드블록, 가이드블록의 직선 이동을 탄성적으로 지지하는 탄성부재, 및 가이드블록에 회전 가능하게 결합되며 동력전달부재에 연결(engage)되는 이동풀리를 포함할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기는 복수개의 장력조절유닛에 인접하게 제공되어, 동력전달부재의 이동 경로를 정의하기 위한 고정풀리를 포함할 수 있다.

고정풀리는 장력조절유닛의 개수 및 배치구조에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다. 바람직하게, 고정풀리는 장력조절유닛을 통과한 동력전달부재가 동력전달부재의 내측을 향해 이동하도록 동력전달부재의 이동 방향을 전환할 수 있고, 동력전달부재는 장력조절유닛 및 고정풀리를 통과하며 지그재그 구조로 이동하며 순환 회전할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기는, 제1디스크부 및 제2디스크부 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 회전시키는 회전구동부를 포함할 수 있다. 회전구동부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 제1디스크부와 제2디스크부에 각각 제공되거나, 제1디스크부와 제2디스크부 중 어느 하나에만 제공될 수 있다. 일 예로, 회전구동부는 제1디스크부에 인접하게 제공되는 제1회전구동부, 및 제2디스크부에 인접하게 제공되는 제2회전구동부를 포함할 수 있다. 제1회전구동부 및 제2회전구동부의 각 종동캠부재는 서로 동일한 방향으로 동시에 회전할 수 있고, 제1회전구동부 및 제2회전구동부 중 어느 하나의 구동캠부재가 대응하는 종동캠부재에 접근되는 방향으로 직선 이동할 시 제1회전구동부 및 제2회전구동부 중 다른 하나의 구동캠부재는 대응하는 종동캠부재로부터 이격되는 방향으로 직선 이동할 수 있다.

제1디스크부, 제2디스크부, 가이드부재, 동력전달부재, 출력축 및 장력조절부는 하우징 내부에 수용될 수 있으며, 회전구동부는 하우징의 외면에 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 회전구동부가 하우징의 내부에 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.

배럴캠부재의 회전 운동을 직선이동부재의 직선 이동으로 변환하기 위한 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 배럴캠부재의 외주면에는 복수개의 캠홈이 형성될 수 있고, 직선이동부재에는 캠홈을 따라 이동 가능하게 캠돌기가 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 직선이동부재는 베이스부, 및 베이스부의 단부에 연장되는 복수개의 레그부를 포함할 수 있다. 레그부는 상호 협조적으로 배럴캠부재가 부분적으로 수용되기 위한 수용공간을 제공할 수 있으며, 캠돌기는 레그부의 단부에 제공될 수 있다.

직선이동부재는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 직선 이동 가능하게 제공될 수 있다. 일 예로, 하우징의 외면에는 구동부커버가 결합될 수 있으며, 직선이동부재는 구동부커버의 내부에 직선 이동 가능하게 수용될 수 있다. 바람직하게 직선이동부재의 직선 이동이 안정적으로 이루어질 수 있도록, 구동부커버의 내부에는 베이스부에 대응하는 제1슬라이딩홈, 레그부에 대응하는 제2슬라이딩홈이 형성될 수 있으며, 직선이동부재는 제1슬라이딩홈 및 제2슬라이딩홈을 따라 직선 이동할 수 있다.

구동캠부재의 직선 이동에 따른 종동캠부재의 회전은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로, 구동캠부재에는 구동캠프로파일이 형성될 수 있고, 종동캠부재에는 구동캠프로파일과 접촉되며 구동캠프로파일의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 종동캠프로파일이 형성될 수 있다.

또한, 종동캠부재에는 제1디스크부 및 제2디스크부 중 상기 어느 하나에 일체로 회전 가능하게 연결되기 위한 연결로드가 형성될 수 있고, 제1디스크부 및 제2디스크부 중 다른 하나에는 연결로드의 일정 이상 회전을 제한하기 위한 가이드슬롯이 형성될 수 있다.

배럴캠부재의 회전 조작은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로, 배럴캠부재에는 조작부재가 연결될 수 있으며, 조작부재는 하우징의 외측에서 조작 가능하게 하우징의 외부로 노출될 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 무단변속기는 가이드부재의 일 방향 회전만을 허용하기 위한 일방향 클러치를 포함할 수 있다. 일 예로, 일방향 클러치는, 아우터레이스(outer race); 아우터레이스의 내부에 동축적으로 회전 가능하게 배치되는 이너레이스(inner race); 및 아우터레이스 및 이너레이스의 사이에 제공되는 쐐기(wedge) 형상의 클러치 엘리먼트;를 포함하되, 아우터레이스 및 이너레이스의 계면 중 적어도 어느 일측에는 이너레이스에서 양단 중 일단이 상대적으로 이너레이스의 중심에 인접하도록 이너레이스의 외주면 접선 방향에 대해 경사지게 형성되는 평면바닥부, 평면바닥부의 양단 중 상대적으로 이너레이스에 중심에 인접한 평면바닥부의 일단에서 이너레이스의 외주면까지 형성되는 제1벽부, 및 평면바닥부의 타단에서 이너레이스의 외주면까지 형성되는 제2벽부를 포함하는 엘리먼트 수용부가 제공되고, 클러치 엘리먼트는 엘리먼트 수용부에 면접촉되는 평면접촉부 및 평면접촉부에 대향하는 곡면클램핑부(curved clamping portion)를 포함하며, 제1벽부와 제2벽부의 사이에 배치될 수 있다.

본 고안에 따른 자전거용 무단변속기에 의하면, 구조를 간소화할 수 있으며 장치의 소형화에 기여할 수 있다.

특히, 본 고안에 따르면 기존과 같이 자전거의 구동축(페달) 및 후륜에 각각 다단 스프로킷을 구비해야 할 필요없이, 제1디스크부 및 제2디스크부의 사이에서 반경 방향을 따라 이동하는 가이드부재에 의해 동력전달부재의 회전 반경이 가변되며 변속이 이루어질 수 있기 때문에, 다양한 조건의 무단 변속 제어를 빠르고 정확하게 수행할 수 있고, 구조를 간소화할 수 있으며, 크기 및 무게를 소형화할 수 있다. 더욱이, 본 고안에 따르면 자전거의 주행시 변속을 담당하기 위한 변속장치가 페달 부위에만 구비될 수 있기 때문에, 변속장치의 소형화에 기여할 수 있고, 미려한 외관을 창출할 수 있다.

또한, 페달 부위 및 자전거의 후륜에서 각각 변속 동작이 이루어지는 기존 변속장치와 달리, 본원고안에서는 페달 부위에 제공되는 무단변속기에서 모든 변속 동작이 완료될 수 있기 때문에, 무체인(Chainless) 방식으로 자전거 후륜에 동력을 전달하는 것이 가능하며, 자전거의 전체 구조를 보다 간소화할 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면 기존과 같이 체인이 다단 스프로킷을 타고 넘어 이동할 필요없이, 가이드부재의 이동에 대응하여 체인의 회전 반경이 가변되며 변속이 이루어질 수 있기 때문에, 변속시 체인이 이탈되는 문제점을 미연에 방지할 수 있으며, 변속 충격없이 주행조건에 따라 정밀하고 신속한 변속 제어가 가능하다.

또한, 본 고안에 따르면 장력조절부에 의해 동력전달부재의 장력이 조절될 수 있기 때문에, 안정적이고 연속적인 동력 전달이 가능하다. 특히, 본 고안에 따르면 복수개의 장력조절유닛에 의해 독립적으로 텐션력을 제공할 수 있기 때문에, 변속 및 동력전달시 동력전달부재의 늘어짐을 방지할 수 있고, 동력전달부재는 항상 팽팽한 상태를 유지할 수 있다.

한편, 가이드부재의 이동에 대응하여 동력전달부재의 회전 반경이 가변되는 방식에서는 동력전달부재가 회전 반경 가변 조건을 충족할 수 있는 일정 이상의 길이를 가질 수 있어야 하지만, 동력전달부재의 길이가 일정 이상 길어질 경우에는 불가피하게 동력전달부재의 배치 및 작동에 필요한 공간이 커지게 된다. 하지만, 본 고안에서는 동력전달부재가 장력조절유닛 및 고정풀리에 의해 지그재그 구조로 순환할 수 있기 때문에, 동력전달부재가 회전 반경 가변 조건을 충족하는 일정 이상의 길이를 가지더라도 동력전달부재의 배치 및 작동에 필요한 공간을 최소화할 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면 배럴캠부재의 회전에 따른 직선이동부재의 직선 운동에 의해 구동캠부재가 종동캠부재를 회전시켜 제1디스크부 및 제2디스크부 간의 상대 회전이 이루어질 수 있게 함으로써, 제1디스크부 및 제2디스크부를 상대 회전시키기 위한 구조 및 그에 필요한 작동 공간을 최소화할 수 있다.

더욱이, 본 고안에 따르면 배럴캠부재, 직선이동부재 및 구동캠부재가 서로 동축적으로 거의 중첩되게 배치된 상태로 작동될 수 있기 때문에, 각 구성요소의 배치 및 작동에 필요한 공간을 최소화할 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면 배럴캠부재의 회전에 의해 제1디스크부 및 제2디스크부 간의 상대 회전이 이루어질 수 있기 때문에, 제1디스크부 및 제2디스크부 간의 상대 회전 방향을 신속하게 전환할 수 있다. 따라서, 본 고안에 따르면 신속하고 정확한 변속제어가 가능하며, 변속 충격을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면 일방향 클러치로서 평면접촉부 및 곡면클램핑부를 포함하는 쐐기(wedge) 형태의 클러치 엘리먼트를 사용함으로써, 클램핑력을 향상시킴은 물론, 락(lock) 및 언락(unlock)의 신속한 전환을 가능하게 한다. 따라서, 본 고안에 따르면 신속하고 정확한 변속제어가 가능하며, 변속 충격을 저감시킬 수 있다.

또한, 기존 일방향 클러치의 경우에는 반복적인 클러치 조작에 의해 볼 또는 롤러에 마모 또는 찍힘이 발생할 시 볼 또는 롤러가 본연의 역할을 수행하기 어렵지만, 본 고안에서는 클러치 엘리먼트의 곡면클램핑부가 면접촉되며 클러치 동작을 수행할 수 있기 때문에, 반복적인 클러치 조작에 의해 클러치 엘리먼트에 마모가 발생하더라도 클러치 엘리먼트가 본연의 역할을 수행할 수 있다. 더욱이, 본 고안에 따르면 클러치 엘리먼트의 락(lock) 상태에서 제2벽부와 클러치 엘리먼트의 사이에는 여유공차가 제공될 수 있기 때문에, 반복적인 클러치 조작에 의해 곡면클램핑부와 아우터레이스의 내주면에 일정 이상 마모가 발생하더라도 여유공차 구간에 의해 곡면클램핑부와 아우터레이스의 간의 락(lock) 동작이 정상적으로 이루어질 수 있다.

또한, 기존 변속장치의 경우에는 변속시 동력전달의 연속성을 유지함과 아울러 동력전달부재의 늘어짐 및 처짐을 방지할 수 있도록 필연적으로 회전 상태(페달 회전 상태)에서 변속이 이루어질 수 있어야 한다. 하지만, 본 고안의 무단변속기의 경우에는 한 쌍의 디스크부의 사이에서 가이드부재의 이동에 따라 동력전달부재의 회전 반경이 가변되며 변속이 이루어지되, 변속시 백래쉬 및 슬립 현상을 최소화할 수 있기 때문에, 정지 상태(페달 회전 정지 상태)에서도 모든 변속 조건으로의 변속이 가능한 이점이 있다.

또한, 본 고안에 따르면 무단변속기는 선택적으로 자전거에 탈부착될 수 있다. 따라서, 미사용시에는 무단변속기를 자전거로부터 분리하여 보관할 수 있으며, 의도하지 않은 파손 및 도난을 방지할 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기가 적용된 자전거를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기로서, 장력조절부의 구조 및 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기로서, 회전구동부의 구조 및 작동구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 고안에 따른 무단변속기의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 고안에 따른 무단변속기로서, 일방향 클러치의 구조 및 작동구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 고안이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기가 적용된 자전거를 도시한 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기로서, 장력조절부의 구조 및 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5 내지 도 7은 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기로서, 회전구동부의 구조 및 작동구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 8 및 도 9는 본 고안에 따른 무단변속기의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이들 도면에서 도시한 바와 같이, 본 고안에 따른 무단변속기(100)는 변속을 수행하기 위해 자전거(10)에 장착될 수 있으며, 제1디스크부(200), 제2디스크부(300), 가이드부재(400) 및 장력조절부(900)를 포함한다.

상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)는 소정 간격을 두고 이격되게 배치되며, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)의 사이에는 반경 방향을 따라 이동하게 가이드부재(400)가 제공된다.

상기 제1디스크부(200)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 단 하나의 디스크부재 또는 복수개의 디스크부재로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1디스크부(200)는 복수개의 제1디스크부재(210,220)를 포함할 수 있으며, 상기 각 제1디스크부재(210,220)에는 각각 제1가이드슬롯(212,222)이 형성될 수 있다.

이하에서는 상기 각 제1디스크부재(210,220)에 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)이 서로 교차하게 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 일 예로, 2개의 제1디스크부재(210,220) 중 어느 하나의 제1디스크부재(210,220)에 방사상으로 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)은 인벌류트 곡선 형태로 형성될 수 있고, 2개의 제1디스크부재(210,220) 중 다른 하나의 제1디스크부재(210,220)에 방사상으로 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)은 직선 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 구조는 후술할 가이드부재(400)의 이동시 비틀림 및 비정상적인 유동을 방지할 수 있게 한다. 더욱이, 상기 제1디스크부재(210,220) 중 어느 하나에 방사상으로 형성되는 제1가이드슬롯(212,222)은 인벌류트 곡선 형태로 형성될 수 있기 때문에, 변속 동작시 가이드부재(400) 간의 간섭을 미연에 방지할 수 있다.

상기 제2디스크부(300)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 단 하나의 디스크부재 또는 복수개의 디스크부재로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 제2디스크부(300)는 복수개의 제2디스크부재(310,320)를 포함할 수 있으며, 상기 각 제2디스크부재(310,320)에는 각각 전술한 제1가이드슬롯(212,222)과 교차하는 제2가이드슬롯(312,322)이 형성될 수 있다. 이하에서는 상기 각 제2디스크부재(310,320)에 형성되는 각 제2가이드슬롯(312,322)이 서로 교차하게 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 일 예로, 2개의 제2디스크부재(310,320) 중 어느 하나의 제2디스크부재(310,320)에 방사상으로 형성되는 제2가이드슬롯(312,322)은 인벌류트 곡선 형태로 형성될 수 있고, 2개의 제2디스크부재(310,320) 중 다른 하나의 제2디스크부재(310,320)에 방사상으로 형성되는 제2가이드슬롯(312,322)은 직선 형태로 형성될 수 있다.

참고로, 본 고안의 실시예에서는 제1디스크부 및 제2디스크부가 각각 복수개의 디스크부재를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1디스크부 및 제2디스크부 중 어느 하나는 단일 디스크부재로 구성되고, 나머지 다른 하나는 복수개의 디스크부재를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.

상기 가이드부재(400)는 동력전달부재(600)의 회전 반경을 정의하기 위해 제공된다.

여기서, 상기 가이드부재(400)에 의해 동력전달부재(600)의 회전 반경이 정의된다 함은, 동력전달부재(600)가 복수개의 가이드부재(400)의 둘레에 공통적으로 감겨짐으로써, 복수개의 가이드부재(400)에 의해 동력전달부재(600)의 회전 반경(회전 궤적 반경)이 정의되는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)의 반경 방향을 따른 가이드부재(400)의 이동에 대응하여, 가이드부재(400)의 둘레를 따라 감겨지는 동력전달부재(600)의 회전 반경이 가변될 수 있다.

즉, 상기 가이드부재(400)의 일단은 제1가이드슬롯(212,222)에 수용된 상태로 제1가이드슬롯(212,222)을 따라 이동할 수 있고, 상기 가이드부재(400)의 타단은 제2가이드슬롯(312,322)에 수용된 상태로 제2가이드슬롯(312,322)을 따라 이동할 수 있다.

상기 제1디스크부(200)에 대해 제2디스크부(300)(또는 제2디스크부에 대해 제1디스크부)가 회전함에 따라, 가이드부재(400)는 제1가이드슬롯(212,222) 및 제2가이드슬롯(312,322)을 따라 이동함으로써 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)의 반경 방향을 따라 이동할 수 있다. 아울러, 상기 가이드부재(400)의 양단부에는 동력전달부재의 이탈을 방지하고, 가이드부재(400)의 이동을 가이드하기 위한 단부마감부(551,552)가 결합될 수 있다.

상기 동력전달부재(600)는 복수개의 가이드부재(400)에 의해 정의되는 궤적을 따라 회전하며 동력을 전달하도록 구성된다. 상기 동력전달부재(600)로서는 통상의 벨트 또는 체인 등이 사용될 수 있으며, 동력전달부재(600)의 종류 및 특성에 의해 본 고안이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 동력전달부재(600)로서 통상의 체인이 사용된 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 장력조절부(900)는 가이드부재(400)의 이동에 대응하여 상기 동력전달부재(600)의 장력을 조절할 수 있도록 제공된다.

상기 장력조절부(900)로서는 변속이 이루어지거나 동력이 전달되는 동안 동력전달부재(600)를 팽팽한 상태로 유지시킬 수 있는 다양한 장력조절부(900)가 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 장력조절부(900)는 각각 독립적으로 텐션력을 제공하는 복수개의 장력조절유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 장력조절부(900)가, 상기 동력전달부재(600)의 회전 방향을 따라 가이드부재(400) 이후와 출력축(110)의 사이 구간에서 동력전달부재(600)에 텐션력을 제공하는 제1장력조절유닛(910), 상기 제1장력조절유닛(910)과 이격되며 동력전달부재(600)의 회전 방향을 따라 가이드부재(400) 이후와 출력축(110)의 사이 구간에서 동력전달부재(600)에 텐션력을 제공하는 제2장력조절유닛(920), 및 상기 제2장력조절유닛(920)과 이격되며 동력전달부재(600)의 회전 방향을 따라 가이드부재(400) 이후와 출력축(110)의 사이 구간에서 동력전달부재(600)에 텐션력을 제공하는 제3장력조절유닛(930)을 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.

또한, 상기 장력조절부(900)는 동력전달부재(600)의 회전 방향을 따라 출력축(110)의 이후와 가이드부재(400)의 이전 사이 구간에서 동력전달부재(600)에 텐션력을 제공하는 보조장력조절유닛(940)도 포함할 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 별도의 보조장력조절유닛이 배제되는 것을 가능하다.

참고로, 본 고안에서 동력전달부재(600)의 회전 방향을 따라 가이드부재(400) 이후와 출력축(110)의 사이 구간이라 함은, 도 3 및 도 4에서, 출력축(110)과 가이드부재(400)에 의해 정의되는 동력전달부재(600)의 순환 궤적 중 하부 구간으로 이해될 수 있고, 동력전달부재(600)의 회전 방향을 따라 출력축(110)의 이후와 가이드부재(400)의 이전 사이 구간이라 함은, 출력축(110)과 가이드부재(400)에 의해 정의되는 동력전달부재(600)의 순환 궤적 중 상부 구간으로 이해될 수 있다. 경우에 따라서는 제1 내지 제3장력조절유닛을 전술한 상부 구간에 배치하고, 보조장력조절유닛을 전술한 하부 구간에 배치하는 것도 가능하지만, 동력전달부재(600)의 장력이 보다 안정적으로 유지될 수 있도록 동력전달부재(600)에서 늘어짐 및 처짐이 발생할 수 있는 전술한 하부 구간 상에 제1 내지 제3장력조절유닛을 배치하는 것이 바람직하다.

상기 제1 내지 제3장력조절유닛(910,920,930) 및 보조장력조절유닛(940)으로서는 동력전달부재(600) 상에 독립적으로 텐션력을 제공가능한 다양한 구조의 장력조절유닛이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 내지 제3장력조절유닛(910,920,930) 및 보조장력조절유닛(940)은 가이드로드(901), 가이드블록(902), 탄성부재(903) 및 이동풀리(904)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 가이드로드(901)는 소정 길이를 갖도록 제공되며, 동력전달부재(600)에 인접하도록 후술할 하우징의 내면에 양단이 고정될 수 있다.

상기 가이드블록(902)은 가이드로드(901)를 따라 직선 이동 가능하게 제공된다. 일 예로, 상기 가이드블록(902)에는 가이드홀(미도시)이 형성될 수 있으며, 가이드홀의 내부에 가이드로드(901)가 수용된 상태에서, 가이드블록(902)은 가이드로드(901)를 따라 직선 이동 가능하게 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 방식으로 가이드로드를 따라 가이드블록이 직선 이동할 수 있으며, 가이드로드에 대한 가이드블록의 직선 이동 구조에 의해 본 고안이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

상기 탄성부재(903)는 가이드로드(901)에 대한 가이드블록(902)의 직선 이동을 탄성적으로 지지하기 위해 제공된다. 상기 탄성부재(903)로서는 통상의 스프링이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서 스프링 대신 여타 다른 탄성수단이 사용되는 것도 가능하다.

상기 이동풀리(904)는 가이드블록(902)에 회전 가능하게 결합되며 동력전달부재(600)에 연결(engage)된다. 여기서, 상기 이동풀리(904)가 동력전달부재(600)에 연결(engage)된다 함은, 동력전달부재(600)의 순환 회전시 이동풀리(904)가 회전될 수 있도록 이동풀리(904)와 동력전달부재(600)가 연결된 상태로 이해될 수 있다.

상기 이동풀리(904)로서는 통상의 기어, 스프로킷 및 롤러 등이 사용될 수 있으며, 이동풀리(904)의 종류 및 특성에 의해 본 고안이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 이동풀리(904)로서 동력전달부재(600)와 치합 가능한 스프로킷이 사용된 예를 들어 설명하기로 한다.

참고로, 본 고안의 실시예에서는 제1 내지 제3장력조절유닛(910,920,930) 및 보조장력조절유닛(940)이 모두 동일 또는 유사한 구조로 제공된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1 내지 제3장력조절유닛 및 보조장력조절유닛이 서로 다른 구조로 제공되는 것도 가능하다.

또한, 본 고안에 따른 자전거용 무단변속기는 복수개의 장력조절유닛(910,920,930)에 인접하게 제공되어, 동력전달부재(600)의 이동경로를 정의하기 위한 고정풀리(952,954,956)를 포함할 수 있다.

상기 고정풀리(952,954,956)는 제1 내지 제3장력조절유닛(910,920,930) 및 보조장력조절유닛(940)의 개수 및 배치구조에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 고정풀리(952,954,956)는 장력조절유닛(910,920,930)을 통과한 동력전달부재(600)가 동력전달부재(600)의 내측을 향해 이동하도록 동력전달부재(600)의 이동 방향을 전환할 수 있고, 상기 동력전달부재(600)는 장력조절유닛(910,920,930) 및 고정풀리(952,954,956)를 통과하며 대략 지그재그 구조로 이동하며 순환 회전할 수 있다.

이와 같이 상기 동력전달부재(600)가 지그재그 방식으로 순환하는 구조는, 최소한의 공간 상에서 동력전달부재(600)가 배치 및 작동될 수 있게 함은 물론, 변속 및 동력전달시 동력전달부재(600)의 늘어짐을 방지하고, 동력전달부재(600)가 항상 팽팽한 상태를 유지할 수 있게 한다.

특히, 가이드부재의 이동에 대응하여 동력전달부재의 회전 반경이 가변되는 방식에서는 동력전달부재가 회전 반경 가변 조건을 충족할 수 있는 일정 이상의 길이를 가질 수 있어야 하지만, 동력전달부재의 길이가 일정 이상 길어질 경우에는 불가피하게 동력전달부재의 배치 및 작동에 필요한 공간이 커지게 된다. 하지만, 본 고안에서는 동력전달부재(600)가 지그재그 구조로 순환할 수 있기 때문에, 동력전달부재(600)가 회전 반경 가변 조건을 충족하는 일정 이상의 길이를 가지더라도 동력전달부재(600)의 배치 및 작동에 필요한 공간을 최소화할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)의 반경 방향을 따라 가이드부재(400)의 이동에 대응하여 동력전달부재(600)의 회전 반경이 가변될 수 있는 바, 상기 동력전달부재(600)의 회전 반경이 가변됨에 따라, 가이드블록(902)이 가이드로드(901)를 따라 탄성적으로 직선 이동함으로써, 제1 내지 제3장력조절유닛(910~930) 및 보조장력조절유닛(940)에 의해 동력전달부재(600)에 가해지는 텐션력이 조절될 수 있다. 일 예로, 동력전달부재(600)의 회전 반경이 커질 경우에는 가이드블록(902)이 탄성부재(903)를 압축하는 방향으로 이동할 수 있고, 반대로 동력전달부재(600)의 회전 반경이 작아질 경우에는 압축시와 반대 방향으로 가이드블록(902)이 가이드로드(901)를 따라 이동할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 자건거용 무단변속기는 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300) 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 회전시키기 위한 회전구동부(800,800')를 포함할 수 있다.

이하에서는 복수개의 제1디스크부재(210,220)를 포함하는 제1디스크부(200)와, 복수개의 제2디스크부재(310,320)를 포함하는 제2디스크부(300)에 각각 회전구동부(800,800')가 구비된 예를 들어 설명하기로 한다. 즉, 제1디스크부(200)에 인접한 제1회전구동부(800)는 복수개의 제1디스크부재(210,220) 중 어느 하나에 대해 다른 하나를 회전시킬 수 있고, 제2디스크부(300)에 인접한 다른 제2회전구동부(800')는 복수개의 제2디스크부재(310,320) 중 어느 하나에 대해 다른 하나를 회전시킬 수 있다. 경우에 따라서는 제1디스크부와 제2디스크부 중 어느 하나에만 회전구동부가 제공되는 것도 가능하다.

상기 회전구동부(800,800')는 배럴캠부재(810), 직선이동부재(820), 구동캠부재(830) 및 종동캠부재(840)를 포함한다.

참고로, 전술한 제1디스크부(200), 제2디스크부(300), 가이드부재(400), 동력전달부재(600), 출력축(110) 및 장력조절부(900)는 하우징(20) 내부에 수용될 수 있으며, 상기 회전구동부(800,800')는 하우징(20)의 외면에 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 회전구동부가 하우징의 내부에 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 배럴캠부재(810)는 제1디스크부(200)(또는 제2디스크부)에 대해 회전 가능하게 제공될 수 있으며, 상기 직선이동부재(820)는 배럴캠부재(810)의 회전에 대응하여 직선 이동하도록 구성된다. 이하에서는 상기 배럴캠부재(810)가 제1디스크부재(210,220)(또는 제2디스크부재)와 동축적으로 회전 가능하게 배치되고, 배럴캠부재(810)의 회전에 대응하여 제1디스크부재(210,220)의 축 방향을 따라 직선이동부재(820)가 직선 이동하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 배럴캠부재(810)의 회전 운동을 직선이동부재(820)의 직선 이동으로 변환하기 위한 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 배럴캠부재(810)의 외주면에는 복수개의 캠홈(812)이 형성될 수 있고, 상기 직선이동부재(820)에는 캠홈(812)을 따라 이동 가능하게 캠돌기(822)가 구비될 수 있다. 상기 배럴캠부재(810)의 회전시 캠돌기(822)가 캠홈(812)을 따라 이동함에 따라 배럴캠부재(810)의 회전 운동이 직선이동부재(820)의 직선 운동으로 변환될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 직선이동부재(820)는 대략 링 형상의 베이스부(820a), 및 상기 제1디스크부재(210,220)의 축 방향을 따라 베이스부(820a)의 단부에 연장되는 복수개의 레그부(820b)를 포함할 수 있다. 상기 레그부(820b)는 상호 협조적으로 배럴캠부재(810)가 부분적으로 수용되기 위한 수용공간을 제공할 수 있으며, 상기 캠돌기(822)는 레그부(820b)의 단부에 제공될 수 있다. 이하에서는 직선이동부재(820)가 4개의 레그부(820b)를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 직선이동부재가 4개 미만 또는 5개 이상의 레그부를 포함하는 것도 가능하다.

이와 같이, 상기 직선이동부재(820) 및 배럴캠부재(810)는 동축적으로 서로 중첩된 상태로 배치될 수 있기 때문에, 직선이동부재(820) 및 배럴캠부재(810) 배치 및 작동에 필요한 공간을 최소화할 수 있다.

참고로, 상기 직선이동부재(820)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 직선 이동 가능하게 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 하우징(20)의 외면에는 구동부커버(30)가 결합될 수 있으며, 상기 직선이동부재(820)는 구동부커버(30)의 내부에 직선 이동 가능하게 수용될 수 있다. 상기 직선이동부재(820)의 직선 이동이 안정적으로 이루어질 수 있도록, 상기 구동부커버(30)의 내부에는 베이스부(820a)에 대응하는 제1슬라이딩홈(31), 레그부(820b)에 대응하는 제1슬라이딩홈(32)이 형성될 수 있으며, 직선이동부재(820)는 제1슬라이딩홈(31) 및 제1슬라이딩홈(32)을 따라 직선 이동할 수 있다.

상기 구동캠부재(830)는 직선이동부재(820)의 직선 이동에 대응하여 직선이동부재(820)와 함께 제1디스크부(200)의 축 방향을 따라 직선 이동하도록 구성되며, 상기 구동캠부재(830)의 단부에는 구동캠부재(830)의 직선 이동 방향을 따라 높이차를 갖는 구동캠프로파일(832)이 형성될 수 있다. 바람직하게 구동캠부재(830)의 배치 및 작동 공간을 최소화할 수 있도록 구동캠부재(830)는 배럴캠부재(810)의 내부에 수용될 수 있다.

상기 종동캠부재(840)는 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300) 중 어느 하나에 일체로 회전 가능하게 연결되며, 상기 구동캠부재(830)의 직선 이동에 대응하여 선택적으로 회전하도록 구성된다. 일 예로, 상기 제1디스크부(200)에 인접한 회전구동부(800)의 종동캠부재(840)는 제1디스크부(200)를 구성하는 2개의 제1디스크부재(210,220) 중 어느 하나에 일체로 회전 가능하게 연결될 수 있고, 상기 제2디스크부(300)에 인접한 다른 회전구동부(800')의 종동캠부재(840)는 제2디스크부(300)를 구성하는 2개의 제2디스크부재(310,320) 중 어느 하나에 일체로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 구동캠부재(830)의 구동캠프로파일(832)을 마주하는 종동캠부재(840)의 단부에는 구동캠프로파일(832)과 접촉되며 구동캠프로파일(832)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 종동캠프로파일(842)이 형성될 수 있다.

참고로, 상기 구동캠부재(830)의 직선 운동에 의한 종동캠부재(840)의 회전 각도는 구동캠프로파일(832) 및 종동캠프로파일(842)의 구조에 의해 적절히 변경될 수 있으며, 상기 구동캠프로파일(832) 및 종동캠프로파일(842)의 구조 및 특성에 의해 본 고안이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 종동캠부재(840)에는 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300) 중 상기 어느 하나에 일체로 회전 가능하게 연결되기 위한 연결로드(844)가 형성될 수 있고, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300) 중 다른 하나에는 연결로드(844)의 일정 이상 회전을 제한하기 위한 호 형상의 가이드슬롯(224)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 연결로드(844)의 일정 이상 회전을 제한한다 함은 종동캠부재(840)에 의해 회전하는 제1디스크부(200) 또는 제2디스크부(300)의 일정 이상 회전을 제한하는 상태로 이해될 수 있다.

상기 배럴캠부재(810)의 회전 조작은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로, 상기 배럴캠부재(810)에는 조작부재(850)가 연결될 수 있으며, 조작부재(850)는 하우징(20)의 외측에서 조작 가능하게 하우징(20)의 외부로 노출될 수 있다.

참고로, 본 고안의 실시예에서는 2개의 회전구동부(800,800')가 하나의 조작부재(850)에 의해 연동되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 2개의 회전구동부가 각각 별도의 조작부재에 의해 작동되도록 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 구조에 의해, 상기 조작부재(850)의 회전 조작에 의해 배럴캠부재(810)가 회전할 수 있으며, 상개 배럴캠부재(810)의 회전에 따른 직선이동부재(820)의 직선 이동에 의해 구동캠부재(830)가 함께 직선 이동할 수 있고, 구동캠부재(830)의 직선 이동에 따른 구동캠부재(830)와 종동캠부재(840) 간의 상호 작용에 의해 종동캠부재(840)가 회전할 수 있다.

참고로, 상기 제1회전구동부(800) 및 제2회전구동부(800')의 각 종동캠부재는 서로 동일한 방향으로 동시에 회전하도록 구성되며, 상기 각 종동캠부재가 동시에 회전함에 따라, 상기 각 종동캠부재에 연결된 제1디스크부(200)의 외측 제1디스크부재(210)와 제2디스크부(300)의 외측 제2디스크부재(310)가 서로 동일한 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 동시에 회전할 수 있다.

또한, 상기 제1회전구동부(800) 및 제2회전구동부(800') 중 어느 하나의 구동캠부재가 대응하는 종동캠부재에 접근되는 방향으로 직선 이동할 시, 상기 제1회전구동부(800) 및 제2회전구동부(800') 중 다른 하나의 구동캠부재는 대응하는 종동캠부재로부터 이격되는 방향으로 직선 이동할 수 있다.

예를 들어, 상기 조작부재(850)의 하향 회전 조작에 의해 제1회전구동부(800)의 구동캠부재가 제1회전구동부(800)의 종동캠부재에 접근되는 방향으로 이동할 시, 제1회전구동부(800)의 구동캠부재와 제1회전구동부(800)의 종동캠부재 간의 상호 작용에 의해 제1회전구동부(800)의 종동캠부재가 회전함에 따라, 제2회전구동부(800')의 종동캠부재도 함께 동일한 방향으로 회전할 수 있고, 이에 따라 제2회전구동부(800')의 구동캠부재는 제2회전구동부(800')의 종동캠부재로부터 이격되는 방향으로 직선 이동할 수 있다.

반대로, 상기 조작부재(850)의 상향 회전 조작에 의해 제2회전구동부(800')의 구동캠부재가 제2회전구동부(800')의 종동캠부재에 접근되는 방향으로 이동할 시, 제2회전구동부(800')의 구동캠부재와 제2회전구동부(800')의 종동캠부재 간의 상호 작용에 의해 제2회전구동부(800')의 종동캠부재가 회전함에 따라, 제1회전구동부(800)의 종동캠부재도 함께 동일한 방향으로 회전할 수 있고, 이에 따라 제1회전구동부(800)의 구동캠부재는 제1회전구동부(800)의 종동캠부재로부터 이격되는 방향으로 직선 이동할 수 있다.(도 6 및 도 7 참조)

참고로, 각 종동캠부재(840)의 회전시 상대적으로 외측에 배치되는 제1디스크부재(210)와 제2디스크부재(310)는 상대적으로 내측에 배치되는 제1디스크부재(220)와 제2디스크부재(320)에 대해 동시에 상대 회전할 수 있다.

이와 같이, 상기 종동캠부재(840)에 의해 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)가 상대 회전할 수 있으며, 상기 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300) 간의 상대 회전에 의해 가이드부재(400)가 제1디스크부(200)의 반경 방향을 따라 이동함으로써, 동력전달부재(600)의 회전 반경(회전 궤적 반경)이 가변(도 8 및 도 9 참조)될 수 있으며, 페달(12)을 조작함에 따라 제1디스크부(200) 및 제2디스크부(300)가 동시에 회전함에 따른 구동력은 동력전달부재(600)를 통해 출력축(110)으로 전달되어 출력될 수 있다.

참고로, 본 고안에서는 자전거의 페달 부위에 제공되는 무단변속기에서 모든 변속 동작이 완료될 수 있기 때문에, 무체인(Chainless) 방식으로 자전거 후륜에 동력을 전달하는 것이 가능하다. 여기서, 무체인 방식이라 함은, 무단변속기에서 출력된 동력을 자전거의 후륜으로 전달하기 위한 전달요소로서 체인을 사용하지 않는 방식으로 이해될 수 있다. 일 예로, 무단변속기의 출력축을 통해 출력되는 동력은 베벨기어 및 샤프트를 조합한 방식으로 자전거의 후륜으로 전달될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 출력축으로 출력된 동력을 체인 또는 벨트와 같은 통상의 전달부재를 이용하여 자전거의 후륜으로 전달하는 것도 가능하다.

한편, 도 10 내지 도 12는 본 고안에 따른 무단변속기로서, 일방향 클러치의 구조 및 작동구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 전술한 변속 과정 중 동력전달의 연속성 및 안정성을 유지할 수 있도록, 상기 가이드부재(400)에는 가이드부재(400)의 일 방향 회전만을 허용하기 위한 일방향 클러치(500)가 제공될 수 있다.

일 예로, 상기 일방향 클러치(500)는 이너레이스(inner race)(510), 아우터레이스(outer race)(520), 및 클러치 엘리먼트(clutch element)(530)를 포함할 수 있다.

상기 이너레이스(510)는 가이드부재(400)에 일체로 제공되며, 이너레이스(510)의 외주면에는 후술할 클러치 엘리먼트(530)가 수용되기 위한 엘리먼트 수용부(512)가 형성된다.

참고로, 본 고안에서 이너레이스(510)가 가이드부재(400)에 일체로 제공된다 함은, 이너레이스(510)와 가이드부재(400)가 일체로 회전 가능하게 결합 또는 형성된 상태로 이해될 수 있다. 일 예로, 이너레이스와 가이드부재는 각각 별도로 형성된 후 일체로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 다른 일 예로, 이너레이스는 가이드부재의 외주면 상에 직접 형성될 수 있다.

상기 아우터레이스(520)는 이너레이스(510)에 대해 상대 회전 가능하게 이너레이스(510)의 외측에 동축적으로 배치된다.

상기 클러치 엘리먼트(530)는 이너레이스(510)의 엘리먼트 수용부(512)에 수용되며, 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 회전 방향에 따라 선택적으로 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock) 또는 언락(unlock)된다.

여기서, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock)된 상태라 함은, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 구속된 상태로 이해될 수 있고, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 구속된 상태에서는 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 상대 회전이 구속될 수 있다.

또한, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 언락(unlock)된 상태라 함은, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 허용된 상태로 이해될 수 있고, 아우터레이스(520)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 회전이 허용된 상태에서는 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 상대 회전이 허용될 수 있다.

상기 엘리먼트 수용부(512)는 클러치 엘리먼트(530)를 부분적으로 수용 가능한 사이즈로 제공되며, 클러치 엘리먼트(530)는 엘리먼트 수용부(512)에 부분적으로 수용된 상태에서, 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 회전 방향에 따라 선택적으로 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock) 또는 언락(unlock)될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 엘리먼트 수용부(512)는, 양단 중 일단이 상대적으로 이너레이스(510)의 중심에 인접하도록 이너레이스(510)의 외주면 접선 방향에 대해 경사지게 형성되는 평면바닥부(513), 상기 평면바닥부(513)의 양단 중 상대적으로 이너레이스(510)에 중심에 인접한 평면바닥부(513)의 일단에서 이너레이스(510)의 외주면까지 형성되는 제1벽부(514), 및 상기 평면바닥부(513)의 타단에서 이너레이스(510)의 외주면까지 형성되는 제2벽부(515)를 포함하여, 대략 "ㄷ"자 형상의 홈 형태로 형성된다.

상기 클러치 엘리먼트(530)는 평면바닥부(513)에 면접촉되는 평면접촉부(532), 및 상기 아우터레이스(520)의 내주면에 면접촉 가능한 곡면클램핑부(curved clamping portion)(534)를 포함하여 대략 쐐기(wedge) 형태로 형성되며, 제1벽부(514)와 제2벽부(515)의 사이에 배치되도록 엘리먼트 수용부(512)에 수용된다. 아울러, 이하에서는 제1벽부(514)를 마주하는 클러치 엘리먼트(530)의 단부를 제1단부(537)로 지칭하고, 제2벽부(515)를 마주하는 클러치 엘리먼트(530)의 다른 단부를 제2단부(538)로 지칭하기로 한다.

상기 클러치 엘리먼트(530)의 평면접촉부(532)는 제1디스크부(200)에 대한 제2디스크부(300)의 회전 방향에 따라 평면바닥부(513)에 면접촉된 상태로 엘리먼트 수용부(512) 상에서 이동할 수 있고, 상기 곡면클램핑부(534)는 제1디스크부(200)에 대한 제2디스크부(300)의 회전 방향에 따라 선택적으로 아우터레이스(520)의 내주면에 접촉될 수 있다. 참고로, 상기 곡면클램핑부(534)가 아우터레이스(520)의 내주면에 접촉된 상태는 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 락(lock)된 상태로 이해될 수 있는 바, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 접촉됨에 따른 클램핑력(마찰력)에 의해 이너레이스(510)에 대한 아우터레이스(520)의 상대 회전이 구속될 수 있으며, 아우터레이스(520)의 일 방향 회전에 대응하여 이너레이스(510)도 함께 동일한 일 방향으로 회전할 수 있다.

상기 엘리먼트 수용부(512) 및 이에 대응하는 클러치 엘리먼트(530)의 개수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 바람직하게 상기 엘리먼트 수용부(512) 및 클러치 엘리먼트(530)는 이너레이스(510)의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 이너레이스(510)의 원주 방향을 따라 등간격으로 짝수개(예를 들어, 6개, 8개, 10개, 12개 등)가 제공될 수 있다. 경우에 따라서는, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 이너레이스의 중심을 기준으로 비대칭적으로 홀수개(예를 들어, 5개, 7개, 9개 등)로 제공되는 것도 가능하지만, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 홀수개로 제공될 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 및 슬립 현상이 발생되는 문제점이 있고, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트가 이너레이스의 중심을 기준으로 비대칭적으로 짝수개가 제공될 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 및 슬립 현상이 발생되는 문제점이 있기 때문에, 엘리먼트 수용부 및 클러치 엘리먼트는 이너레이스의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 이너레이스의 원주 방향을 따라 짝수개로 제공되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 고안은 클러치 엘리먼트(530)가 평면접촉부(532) 및 곡면클램핑부(534)를 포함하는 쐐기(wedge) 형태로 형성되게 함으로써, 충분한 클램핑력을 제공함은 물론, 슬립 및 백래쉬 현상을 저감시키고, 락(lock) 및 언락(unlock)의 신속한 전환이 가능하게 한다.

상기 엘리먼트 수용부(512) 및 클러치 엘리먼트(530)의 설계 조건은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다.

바람직하게 도 11을 참조하면, 신속한 락(lock) 및 언락(unlock) 전환이 이루어 질 수 있도록, 상기 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이에는 0.001~0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공될 수 있다. 참고로, 언락(unlock) 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이의 유격(ΔH)이 0.001㎜보다 작을 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환이 신속하게 이루어지기 어려운 문제점이 있고, 언락(unlock) 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이의 유격(ΔH)이 0.05㎜보다 클 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 백래쉬 현상이 발생되는 문제점이 있기 때문에, 클러치 엘리먼트(530)가 아우터레이스(520)의 내주면에 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이에는 0.001~0.05㎜의 유격(ΔH)이 제공되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 언락(unlock)된 상태에서 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면의 사이에는 0.02㎜의 유격(ΔH)이 제공될 수 있다.

또한, 상기 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)는 5°~ 20°로 구성될 수 있다. 즉, 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)가 5°보다 작을 경우에는 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 비교적 큰 회전력을 필요로 해야하는 문제점이 있고, 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)가 20°보다 클 경우에는 충분한 클램핑력을 보장하기 어렵고 락(lock) 및 언락(unlock) 상태가 안정적으로 유지되기 어렵기 때문에, 곡면클램핑부(534)의 현(chord)에 대한 평면접촉부(532)의 각도(θ1)는 5°~ 20°로 구성되는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게, 전술한 조건 하에서 상기 클러치 엘리먼트(530)의 락(lock) 및 언락(unlock) 간의 전환시 평면바닥부(513)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 이동거리(ΔL)는 0.003㎜ ~ 0.572㎜로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 평면바닥부(513)에 대한 클러치 엘리먼트(530)의 이동거리(ΔL)라 함은, 상기 락(lock) 및 언락(unlock) 간의 전환시 평면바닥부(513) 상에서 면접촉된 상태로 이동하는 평면접촉부(532)의 직선 이동거리로 이해될 수 있다.

또한, 도 12를 참조하면, 상기 클러치 엘리먼트(530)의 락(lock) 상태에서 제2벽부(515)와 상기 클러치 엘리먼트(530)의 사이에는 여유공차(L2)가 제공될 수 있다. 이와 같은 구조는, 반복적인 클러치 조작에 의해 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520)의 내주면에 마모가 발생하더라도 여유공차 구간에 의해 곡면클램핑부(534)와 아우터레이스(520) 간의 락(lock) 동작이 정상적으로 이루어질 수 있다. 상기 여유공차(L2)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 바람직하게 상기 여유공차(L2)는 0.2㎜보다 큰 값으로 구성될 수 있으며, 더욱 바람직하게 여유공차(L2)는 0.2㎜ ~ 1㎜로 제공될 수 있다.

상기 클러치 엘리먼트(530)가 반복된 클러치 조작(락 및 언락 전환)에 의해 일정 이상 마모될 시에는, 클러치 엘리먼트(530)의 제2단부(538)가 제2벽부(515)에 구속됨으로써, 마모에 따른 락(lock) 불능 상태를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 도 10을 참조하면, 상기 엘리먼트 수용부(512)의 외부로 노출되는 클러치 엘리먼트(530)의 모서리에는 라운드 처리부(535,536)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 아우터레이스(520)의 내주면에 인접한 제1단부(537)의 모서리 및 제2단부(538)의 모서리에는 소정 반경을 갖는 라운드 처리부(535,536)가 형성될 수 있다. 상기 라운드 처리부(535,536)는 클러치 엘리먼트(530)의 락(lock) 및 언락(unlock) 전환시 클러치 엘리먼트(530)의 모서리가 아우터레이스(520)의 내주면에 찍히는 현상을 미연에 방지할 수 있게 한다.

한편, 상기 동력전달부재(600)로서는 통상의 벨트 또는 체인 등이 사용될 수 있으며, 동력전달부재(600)의 종류 및 특성에 의해 본 고안이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 동력전달부재(600)로서 통상의 체인이 사용되고, 아우터레이스(520)의 외주면에는 체인과 치합(engage)되는 기어부(524)가 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.

또한, 본 고안에 따른 무단변속기는, 락(lock) 상태의 클러치 엘리먼트가 언락(unlock) 상태로 리턴될 시 리턴력을 제공하는 리턴수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 리턴수단으로서는 제1벽부에 인접한 클러치 엘리먼트를 제2벽부 측으로 밀어내는 리턴력을 제공 가능한 다양한 리턴수단이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 리턴수단은 제1벽부의 표면에 형성되는 제1자석코팅층, 및 상기 제1자석코팅층과 상호 척력(repulsive force)을 갖도록 제1벽부를 마주하는 클러치 엘리먼트의 표면(제1단부 표면)에 형성되는 제2자석코팅층을 포함할 수 있다.

상기 제1자석코팅층 및 제2자석코팅층은 페라이트와 같은 통상의 자석물질로 형성될 수 있으며, 그 재질에 의해 본 고안이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 다르게는 리턴수단으로서 스프링부재와 같은 탄성부재(903)를 사용하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 무단변속기 200 : 제1디스크부
300 : 제2디스크부 400 : 가이드부재
500 : 일방향 클러치 510 : 이너레이스
512 : 엘리먼트 수용부 513 : 평면바닥부
514 : 제1벽부 515 : 제2벽부
520 : 아우터레이스 530 : 클러치 엘리먼트
532 : 평면접촉부 534 : 곡면클램핑부
600 : 동력전달부재 800 : 회전구동부
810 : 배럴캠부재 820 : 직선이동부재
830 : 구동캠부재 840 : 종동캠부재
850 : 조작부재 900 : 장력조절부
901 : 가이드로드 902 : 가이드블록
903 : 탄성부재 904 : 이동풀리
910 : 제1장력조절유닛 920 : 제2장력조절유닛
930 : 제3장력조절유닛 940 : 보조장력조절유닛

Claims (3)

1. 자전거용 무단변속기에 있어서,
   인벌류트 곡선 형태의 제1가이드슬롯이 형성된 제1디스크부;
   상기 제1가이드슬롯과 교차하는 직선 형태의 제2가이드슬롯이 형성된 제2디스크부;
   상기 제1디스크부에 대한 상기 제2디스크부의 상대 회전에 대응하여 상기 제1가이드슬롯 및 상기 제2가이드슬롯을 따라 이동 가능하게 제공되는 가이드부재;
   상기 가이드부재에 의해 정의되는 궤적을 따라 회전하며 동력을 전달하는 동력전달부재;
   상기 동력전달부재를 통해 전달되는 동력을 출력하는 출력축; 및
   상기 가이드부재의 이동에 대응하여 상기 동력전달부재의 장력을 조절하는 장력조절부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 무단변속기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1디스크부 및 상기 제2디스크부 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 회전시키는 회전구동부를 포함하되,
   상기 회전구동부는,
   외주면에 캠홈이 형성된 배럴캠부재;
   상기 캠홈을 따라 이동 가능하게 캠돌기가 구비되며, 상기 배럴캠부재의 회전에 대응하여 직선 이동하는 직선이동부재;
   구동캠프로파일이 형성되며, 상기 직선이동부재와 함께 직선 이동하는 구동캠부재; 및
   상기 구동캠프로파일과 접촉되며 상기 구동캠프로파일의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 종동캠프로파일이 형성되고, 상기 제1디스크부 및 상기 제2디스크부 중 어느 하나에 일체로 회전 가능하게 연결되며, 상기 구동캠부재의 직선 이동에 대응하여 선택적으로 회전하는 종동캠부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 무단변속기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전구동부는,
   상기 제1디스크부에 인접하게 제공되는 제1회전구동부; 및
   상기 제2디스크부에 인접하게 제공되는 제2회전구동부;를 포함하되,
   상기 제1회전구동부 및 상기 제2회전구동부의 각 종동캠부재는 서로 동일한 방향으로 동시에 회전하고,
   상기 제1회전구동부 및 상기 제2회전구동부 중 어느 하나의 구동캠부재가 대응하는 종동캠부재에 접근되는 방향으로 직선 이동할 시, 상기 제1회전구동부 및 상기 제2회전구동부 중 다른 하나의 구동캠부재는 대응하는 종동캠부재로부터 이격되는 방향으로 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 자전거용 무단변속기.

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