KR20180065679A - 자전거 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변속축 중 키를 형성한 인너축의 회전각도를 조절만으로 동력전달의 변속이 가변되므로, 동력 전달 효율성을 향상시켜 주행성능과 승차감을 동시에 만족시킬 수 있고, 종래과 같이 체인이 다단 스프로킷을 타고 넘어 이동할 필요없이, 기어변속비에 의해 변속이 이루어질 수 있기 때문에, 체인이 이탈되는 문제점을 미연에 방지할 수 있으며, 변속 충격 없이 주행조건에 따라 정밀하고 신속한 변속 제어가 가능한 자전거 변속장치를 제공한다.

Description

자전거 변속장치{Bicycle transmission}

본 발명은 자전거 변속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자전거 페달의 밟음에 회전하는 구동축의 동력을 입력측기어 및 출력측기어와 맞물리는 변속기어를 통해 임의 회전속도로 변속하여 후륜으로 전달하는 자전거용 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 운전자가 자전거의 핸들을 잡고 프레임의 하부에 설치된 크랭크기구와 연결된 페달을 발로 밟아 크랭크기구에 연결된 제1스프로킷을 회전시키면, 제1스프로킷에 물려 있는 동력전달부재를 통해 뒷바퀴에 설치된 제2스프로킷이 회전되면서 뒷바퀴가 회전되므로 자전거의 주행이 이루어진다.

제1스프로킷과 제2스프로킷의 치수비를 기어비 또는 변속비라고 부르며, 변속비에 따라 페달의 회전과 뒷바퀴와 의 회전비 및 토크비가 달라지게 된다. 또한 제1스프로킷과 제2스프로킷이 각각 하나로 된 것으로 사용함으로써 회전비와 토크비가 단일값으로 정해져 있었으나, 자전거용 다단변속기가 개발되면서, 제2스프로킷은 치수가 다른 4~8개를 일정한 간격으로 겹쳐 설치하고, 제1스프로킷 역시 치수가 다른 2~4개를 일정한 간격으로 겹쳐 설치함으로써 제1스프로킷과 제2스프로킷은 8~32 속도 단으로 조합되는 변속장치를 사용한다.

따라서 운전자는 자전거의 주행 중 변속장치를 조작하여 다양한 주행조건에 적합한 변속비를 선택하여 자전거의 주행성능을 향상시킨다.

종래에는 자전거용 변속장치의 구조가 복잡하여 조립 및 유지보수 작업에 어려움이 발생하며, 자전거 주행 중 변속을 수동조작해야 하므로 안전사고의 위험성이 높아진다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

종래의 기술로는 공개실용신안 제20-2015-0004056호(2015.11.05)을 제공하였다.

본 발명은 변속축 중 키를 형성한 인너축의 회전각도를 조절만으로 동력전달의 변속이 가변되므로, 동력 전달 효율성을 향상시켜 주행성능과 승차감을 동시에 만족시킬 수 있고, 종래과 같이 체인이 다단 스프로킷을 타고 넘어 이동할 필요없이, 기어변속비에 의해 변속이 이루어질 수 있기 때문에, 체인이 이탈되는 문제점을 미연에 방지할 수 있으며, 변속 충격 없이 주행조건에 따라 정밀하고 신속한 변속 제어가 가능한 자전거 변속장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자전거 변속장치는 자전거의 구동부에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 수평으로 구비되고, 상기 하우징에서 외부로 노출된 좌,우측 양단에는 자전거 페달이 연결되는 구동축과, 상기 구동축의 중간을 기준으로 일측편 외주면에 고정되어 상기 구동축과 함께 회전하는 복수 개의 입력측기어와, 상기 구동축의 타측편 외주에 구비되어, 상기 구동축의 구속 없이 구동축을 축으로 회전하는 복수 개의 출력측기어와, 상기 하우징의 내부에서 상기 입력측기어들 및 출력측기어들과 상호 반대 방향으로 기어 맞물림되고, 내부에는 비원형의 캠공간을 형성한 복수 개의 변속기어, 및 상기 변속기어들의 내부에 끼워져 캠공간 중심에 위치하고, 상기 변속기어들의 캠공간과 각각 하나씩 대응하여 밀착되는 복수 개의 캠을 길이방향을 따라 일정한 간격으로 외주에 형성한 변속축을 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 구동축은 그 중간을 기준으로 일측편 외주면에 길이방향을 따라 스플라인을 형성하고, 상기 스플라인이 형성된 일측편에 입력측기어들을 결합하여, 상기 구동축에 의해 입력측기어가 함께 회전하며, 상기 일측편과 대향진 타측편 외주면에는 출력측기어들이 슬리브 형태로 끼워져 상기 구동축의 회전에 구속받지 않으면서 상기 구동축을 축으로 회전한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 복수 개의 출력측기어는 내부에 중공을 형성한 원통형으로 형성하고, 외주면에는 기어와 스플라인을 형성한 인너기어와, 상기 인너기어의 외주면에 형성된 다단의 스플라인에 각각 결합되어, 상기 인너기어와 함께 회전하는 복수 개의 아우터기어와, 상기 인너기어의 타측 최외각에 결합되어, 체인을 통해 상기 인너기어의 회전을 후륜으로 전달하는 스프라켓을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 변속축은 상기 변속기어들이 배치된 각각의 위치에 대응하여 외주면에 복수 개의 키를 돌출 형성한 인너축과, 내부에 중공을 형성한 원통형으로 상기 인너축이 내부에 삽입되고, 상기 인너축 외주면에 형성된 복수 개의 키에 대응하는 위치에 일렬로 복수 개의 캠을 구비한 아우터축을 포함한다.

따라서 본 발명에 따른 자전거 변속장치는 상기 인너축이 중심을 축으로 해당 각도로 회전하면, 상기 인너축의 외주면에 형성된 복수 개의 키 중 어느 한 쌍이 상기 아우터축의 캠들 중 어느 한 쌍을 지지하고, 한 쌍의 캠은 입력측기어와 맞물린 변속기어 하나와, 출력측기어와 맞물린 변속기어 하나의 캠공간에 각각 밀착되어, 상기 구동축에 의해 발생한 회전이 입력측기어를 통해 변속기어로 전달되고, 상기 변속기어에서 해당 기어비로 변속한 후, 출력측기어로 출력한다.

본 발명에 따른 자전거용 변속장치는 변속축 중 키를 형성한 인너축의 회전각도를 조절만으로 동력전달의 변속이 가변되므로, 동력 전달 효율성을 향상시켜 주행성능과 승차감을 동시에 만족시킬 수 있고, 종래과 같이 체인이 다단 스프로킷을 타고 넘어 이동할 필요없이, 기어변속비에 의해 변속이 이루어질 수 있기 때문에, 체인이 이탈되는 문제점을 미연에 방지할 수 있으며, 변속 충격 없이 주행조건에 따라 정밀하고 신속한 변속 제어가 가능한 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 변속장치를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 변속장치의 구동축 및 변속축을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 변속장치의 구동축 및 변속축을 분해하여 보인 분해사시도이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 변속장치의 동력전달 과정을 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 자전거 페달의 밟음에 회전하는 구동축의 동력을 입력측기어 및 출력측기어와 맞물리는 변속기어를 통해 임의 회전속도로 변속하여 후륜으로 전달하는 자전거용 변속장치에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4를 참조한 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 변속장치는 하우징(100), 구동축(200), 입력측기어(210), 출력측기어(220), 변속기어(310), 변속축(300)을 포함하는데, 먼저 하우징(100)은 자전거의 프레임 중 운전자의 발이 위치하는 구동부에 설치되는 것이 바람직하고, 상기 하우징(100)의 내부에는 공간을 형성하며 그 공간에는 구동축(200) 및 변속축(300)이 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 내장된다.

여기서 상기 구동축(200)은 단면이 원형인 로드로 회전함에 있어 저항을 줄이고자 상기 구동축(200)의 좌, 우측에 각각 베어링을 구비한 상태로 상기 하우징(100)의 내부에 수평으로 구비하는 것이 바람직하고, 상기 하우징(100)에서 외부로 노출된 상기 구동축(200)의 좌, 우측 양단에는 자전거 페달(10)을 연결한다.

이때 상기 자전거 페달(10)은 통상의 자전거 페달과 같이 한 쌍의 크랭크를 상기 구동축(200)의 좌, 우측 양단에 서로 대향지게 구비하여, 상기 자전거 페달(10)을 운전자가 밟음에 상기 구동축(200)은 회전하게 되고, 그에 따라 상기 구동축(200)에 의해 회전력이 발생한다.

그리고 상기 구동축(200)에는 입력측기어(210)와 출력측기어(220)를 구비하는데, 상기 입력측기어(210)는 복수 개로 구비되어 다단을 이루는 것이 바람직하고, 상기 구동축(200)의 중간을 기준으로 일측편 외주면에 편향하여 고정되어 상기 구동축(200)과 함께 회전하고, 상기 출력측기어(220)는 상기 구동축(200)의 타측편 외주에 구비되어, 상기 구동축(200)의 구속 없이 구동축(200)을 축으로 회전한다.

여기서 상기 구동축(200)을 보다 상세하게 살펴보면, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 구동축(200)은 그 중간을 기준으로 좌, 우측 중 일측편 외주면에 길이방향을 따라 스플라인을 형성한다.

상기 스플라인은 상기 입력측기어(210)를 고정하면서 상기 구동축(200)의 회전에 입력측기어(210)도 회전되게 하는 것으로, 이때 상기 입력측기어(210)의 내부에는 상기 구동축(200)의 지름과 대응하는 크기로 공간을 형성하고, 상기 공간의 내주연을 따라 상기 스플라인과 대응하는 결합홈을 일정한 간격으로 형성하여, 상기 스플라인이 형성된 상기 구동축(200)의 일측편에 입력측기어(210)들이 편향되게 끼워져 결합한다.

따라서 상기한 구성에 의해 상기 구동축(200)이 회전하게 되면, 상기 구동축(200)의 외주면에 형성된 스플라인에 의해 입력측기어(210)가 구속되어, 상기 구동축(200)과 입력측기어(210)가 함께 회전한다.

또한, 상기 구동축(200)의 일측편과 대향진 상기 구동축(200)의 타측편에는 출력측기어(220)를 구비하는데, 상기 출력측기어(220)들이 슬리브 형태로 상기 구동축(200)의 타측편에 끼워져 상기 구동축(200)의 회전에 구속받지 않으면서 상기 출력측기어(220)들이 상기 구동축(200)을 축으로 회전한다.

이때, 상기 복수 개의 출력측기어(220)는 슬리브 형태를 이루기 위해 내부에 중공을 형성한 원통형으로 형성한 인너기어(221)를 포함하는데, 상기 인너기어(221)는 그 외주면에 기어 및 스플라인을 형성한다.

다시 말해 상기 인너기어(221)는 상기 구동축(200)의 타측편에 끼워질 수 있도록, 원통형의 몸체를 이루고 상기한 인너기어(221)의 일측 외주면에는 기어를 형성하여, 변속기어(310)와 기어 맞물림이 이루어지며, 상기 인너기어(221)의 일측 외주면에 형성된 기어와 간격을 두고 스플라인을 형성하여, 상기 스플라인에는 복수 개의 아우터기어(222)들이 차례로 결합한다.

따라서 상기한 구성에 의해 상기 인너기어(221)와 복수 개의 아우터기어(222)들은 상기 구동축(200)을 축으로 함께 회전하게 되고, 상기 인너기어(221)의 타측 최외각에는 스프라켓(223)을 결합하여, 상기 스프라켓(223)을 통해 상기 출력측기어(220)의 회전을 후륜으로 전달한다. 이때 동력전달의 매개체 체인인 것이 바람직하다.

더불어 상기한 구동축(200)의 입력측기어(210)와 출력측기어(220)는 복수 개의 변속기어(310)들과 맞물려 입력측기어(210)에서 출력하는 회전을 변속기어(310)로 통해 변속 후 출력측기어(220)로 전달하는데, 이때 상기 변속기어(310)는 상기 하우징(100)의 내부에서 상기 입력측기어(210)들 및 출력측기어(220)들과 상호 기어로 맞물린다.

그리고 상기 복수 개의 변속기어(310)는 입력측기어(210)들과 맞물리는 그룹과, 출력측기어(220)와 맞물리는 그룹으로 이루어지고, 서로 맞물리는 기어단에 의해 변속단이 결정되며, 기어단 및 변속단의 선택적인 동력전달을 위해 상기 복수 개의 변속기어(310) 각각은 그 내부에 캠공간(311)을 형성하는데, 상기 캠공간(311)은 비원형으로 내주연을 따라 일정한 간격으로 걸림돌기(312)를 형성한다.

이때 상기 캠공간(311)의 걸림돌기(312)에 캠(303)의 밀착으로 그 해당 변속기어(310)의 회전이 이루어진다.

또한, 상기 변속기어(310)들의 내부에는 변속축(300)이 끼워져 캠공간의 중심에 위치하는데, 상기 변속축(300)은 상기 변속기어(310)들의 캠공간(311)과 각각 하나씩 대응하여 밀착되는 복수 개의 캠(303)을 길이방향을 따라 일정한 간격으로 외주에 형성한다.

여기서 상기 변속축(300)을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 변속축(300)은 인너축(301)과, 아우터축(305)으로 이루어지는데, 상기 인너축(301)은 상기 변속축(300)의 중심을 이루는 것으로, 상기 인너축(301)의 외주면에는 상기 변속기어(310)들이 배치된 각각의 위치에 대응하여 복수 개의 키(302)를 돌출 형성되어 복수 개의 단을 이룬다.

이때 복수 개의 단을 이루는 키(302)들은 상기 인너축(301)의 중심을 기준으로 방사상으로 돌출형성하고, 상기 입력측기어(210)들과 맞물리는 변속기어(310)들이 위치하는 키(302)들은 출력측기어(220)와 맞물리는 변속기어(310)들이 위치하는 키(302)들 보다 상대적으로 좁은 면적을 돌출형성하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 아우터축(305)는 내부에 중공을 형성한 원통형으로 상기 인너축(301)이 내부에 삽입되고, 상기 인너축(301) 외주면에 형성된 복수 개의 키(302)에 대응하는 위치에 일렬로 복수 개의 캠(303)을 구비한다.

상기 캠(303)은 상기 아우터축(305)에 변속기어(310)들 단에 대응하여 배치되고, 일측편만 힌지축 결합하여, 선택적으로 이루어지는 상기 키(302)의 지지에 의해 타측이 외향으로 돌출되어, 상기 변속기어(310)의 캠공간(311) 내부에 형성된 걸림돌기(312)에 밀착한다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거 변속장치는 도 4 내지 도 8에 도시한 바와 같이 상기 인너축(301)이 중심을 축으로 해당 각도로 회전하면, 상기 인너축(301)의 외주면에 형성된 복수 개의 키(302) 중 어느 한 쌍이 상기 아우터축(304)의 캠(303)들 중 어느 한 쌍의 캠(303)을 지지하고, 지지된 한 쌍의 캠(303)은 입력측기어(210)와 맞물린 변속기어(310) 중 선택된 하나의 변속기어(310)와, 출력측기어(220)와 맞물린 변속기어(310) 중 선택된 하나의 변속기어(310) 걸림돌기(312)에 각각 밀착되어, 상기 구동축(200)에 의해 발생한 회전이 입력측기어(210)를 통해 변속기어(310)로 전달되고, 상기 변속기어(310)에서 해당 기어비로 변속한 후, 출력측기어(220)로 출력한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 자전거페달 100: 하우징
200: 구동축 210: 입력측기어
220: 출력측기어 221: 인너기어
222: 아우터기어 223: 스프라켓
300: 변속축 301: 인너축
302: 키 303: 캠
304: 아우터축 310: 변속기어
311: 캠공간 312: 걸림돌기

Claims (5)

1. 자전거의 구동부에 설치되는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 수평으로 구비되고, 상기 하우징에서 외부로 노출된 좌,우측 양단에는 자전거 페달이 연결되는 구동축;
   상기 구동축의 중간을 기준으로 일측편 외주면에 고정되어 상기 구동축과 함께 회전하는 복수 개의 입력측기어;
   상기 구동축의 타측편 외주에 구비되어, 상기 구동축의 구속 없이 구동축을 축으로 회전하는 복수 개의 출력측기어;
   상기 하우징의 내부에서 상기 입력측기어들 및 출력측기어들과 상호 반대 방향으로 기어 맞물림되고, 내부에는 비원형의 캠공간을 형성한 복수 개의 변속기어; 및
   상기 변속기어들의 내부에 끼워져 캠공간 중심에 위치하고, 상기 변속기어들의 캠공간과 각각 하나씩 대응하여 밀착되는 복수 개의 캠을 길이방향을 따라 일정한 간격으로 외주에 형성한 변속축을 포함하는 자전거 변속장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동축은
   그 중간을 기준으로 일측편 외주면에 길이방향을 따라 스플라인을 형성하고, 상기 스플라인이 형성된 일측편에 입력측기어들을 결합하여, 상기 구동축에 의해 입력측기어가 함께 회전하며,
   상기 일측편과 대향진 타측편 외주면에는 출력측기어들이 슬리브 형태로 끼워져 상기 구동축의 회전에 구속받지 않으면서 상기 구동축을 축으로 회전하는 자전거 변속장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수 개의 출력측기어는
   내부에 중공을 형성한 원통형으로 형성하고, 외주면에는 기어와 스플라인을 형성한 인너기어와;
   상기 인너기어의 외주면에 형성된 다단의 스플라인에 각각 결합되어, 상기 인너기어와 함께 회전하는 복수 개의 아우터기어와;
   상기 인너기어의 타측 최외각에 결합되어, 체인을 통해 상기 인너기어의 회전을 후륜으로 전달하는 스프라켓을 포함하는 자전거 변속장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 변속축은
   상기 변속기어들이 배치된 각각의 위치에 대응하여 외주면에 복수 개의 키를 돌출 형성한 인너축과;
   내부에 중공을 형성한 원통형으로 상기 인너축이 내부에 삽입되고, 상기 인너축 외주면에 형성된 복수 개의 키에 대응하는 위치에 일렬로 복수 개의 캠을 구비한 아우터축;을 포함하는 자전거 변속장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 인너축이 중심을 축으로 해당 각도로 회전하면, 상기 인너축의 외주면에 형성된 복수 개의 키 중 어느 한 쌍이 상기 아우터축의 캠들 중 어느 한 쌍의 캠을 지지하고, 지지된 한 쌍의 캠은 입력측기어와 맞물린 변속기어 중 선택된 변속기어와, 출력측기어와 맞물린 변속기어 중 선택된 변속기어 걸림돌기에 각각 밀착되어, 상기 구동축에 의해 발생한 회전이 입력측기어를 통해 변속기어로 전달되고, 상기 변속기어에서 해당 기어비로 변속한 후, 출력측기어로 출력하는 자전거 변속장치.
   
   

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