KR850000591B1

KR850000591B1 - 자전거 변속기

Info

Publication number: KR850000591B1
Application number: KR7904419A
Authority: KR
Inventors: 에스. 라페이레 페르난드
Original assignee: 에스. 라페이레 페르난드
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1985-04-30
Also published as: DK153819B; DK153819C; MX150102A; IL58914A; DK528079A; CA1124103A; EP0012612A1; BR7908139A; EP0012612B1; ES8101224A1; US4305312A; ES486881A0; JPS5583676A; IL58914A0; KR830001085A; DE2964873D1

Abstract

내용 없음.

Description

자전거 변속기

제1도는 본 발명에 의한 자전거의 개략적인 측면도.

제2도는 본 발명에 의해 정상위치로 부터 회전적으로 각 부품이 변위된 상태를 도시한 페달 구동축 허브와 조립된 상태의 다단 자전거변속기를 작동시키는 페달을 개략적으로 도시한 부분단면 사시도.

제3도는 제4도의 선(3-3)에 의한 페달 허브에 위치한 자전거 변속기의 단면도.

제4도는 제3도의 선 (4-4)에 의한 단면도.

제5도는 제3도의 선 (5-5)에 의한 단면도.

제6도는 제3도의 선(6-6)에 의한 단면도.

제7a도 및 제7b도는 페달구동축과 구동기어의 구동연결 상태를 도시한 제2도의 선(7-7)에 의한 단면도.

제8a도 및 제8b도는 페달 구동축과 구동기어를 구동연결시키는 포올부재의 평면 및 수직단면도.

제9도는 이동제어 부재의 사시도.

제10a도 및 제10b도는 페달축 회전시에 캠 리지가 핀부재와 상호작동하여 결합되는 상태를 도시한 제5도와 유사한 장치의 단면도.

제11a도 내지 제11d도는 페달축 변위에 따른 변속시에 핀부재와 캠리지의 상호작동상태를 설명하기 위하여, 칼라부재표면과 그위의 캠리지 그리고 피버트 가능하게 설치된 이동 제어부재상의 핀부재를 도시한 평면전개도.

제12도는 자전거 페달구동축 허브안에 장착된 구동페달의 이동위치에 따라 반응하는 변속장치를 위한페달 구동축상에 설치된 종방향으로 변위 가능한 변속 칼라 부재를 부분절개한 사시도.

제13도는 변속장치의 주요부품과 캠홈의 단면 형상을 도시한 제12도의 선(13-13)에 의한 수직단면도.

제14도는 제12도의 선(14-14)에 의한 수직단면도.

제15도는 변속 칼라부재표면의 캠홈의 위치와 형상을 도시하기 위한 변환 칼라부재 표면의 평면 전개도.

제16a도 내지 제16c도는 페달축에 의한 페달축의 역회전 변위에 따른 변속작동시에 변속핀 부재와 캠홈이 상호 작동하여 맞물린 상태와, 변속칼라 부재 및 캠홈 그리고 변속핀부재를 전개도시한 평면전개도.

본 발명은 다단 자전거 변속기에 관한 것으로, 특히 페달구동축허브에 위치하고 구동페달에 의해 작동되는 자전거 변속장치에 관한 것이다. 자전거가 오랜동안에 광범위하게 사용되어 왔었지만, 최근에는 경제적인 개인수송 장치도써 그 이용도를 재인식하게 됨과 동시에 건강하고 즐거운 운동 및 여가활동등에 의해 자전거의 일반성이 넓게 증가하고 있다. 또한, 사용자의 능력과 육체적 조건에 따라 적절한 여려 형태의 작동효과를 갖는 자전거용 다단변속장치에 많은 관심을 갖게 되었다. 종래의 다단 변속장치는 여려 형태가 있었으나 경제적인 면과 상업적인 면을 고려하여 뒷바퀴에 위치한 2, 3 및 5단 변속기와 "탈선(derailleur)"형의 10단변속기가 널리 사용되어 왔으며, 이는 모두 케이블로 연장되고 손으로 작동되는 변속레버에 의해 작동되고 손으로 작동되는 제동장치를 필요로 하였다. 많이는 사용되고 있지는 않지만 피흐텔운트 사흐 악티엔 게젤샤프트(Fichtel und sachs A. G.)에서 제조된 "토르페도(Torpedo)" 변속기와 같은 코우스터(coaster)제동장치 겸용 뒷바퀴 허브 다단변속기보다 매우 복잡한 구동페달 작동형이 있었다.

종래의 많은 자전거 변속기는 많은 수가 코우스터 제동장치 겸용 뒷바퀴 허브 변속기로써, 구동페달의 역회전에 의해 작동되는 슈베르트호퍼(예를들면, 미합중국 특허 제3648809, 3270589, 3200699, 3180181 및 3147641호)와 글리스맨 (예를들면, 미합중국 특허 제3354750, 2993389, 2903913 및 2914152호)와 후드(예를들면, 미합중국 특허 제3022682, 2993575, 2982384, 3972908 및 2940339호)의 각 특허에 도시되어 있다.

뒷바퀴 허브 다단 변속기 특히 코우스터 제동장치 겸용식은 제한된 유효 공간에 결속된 부품으로 구성된 복잡한 구조이다. 다단 변속기가 위치한 뒷바퀴허브안에 항상 설치되는 축직경의 레버 아암에 의하여 사용시에 손상이 일어나고 사용 및 수선이 비교적 어렵고 비싸지게 된다. 스터메이-아처(sturmey-Archer) 3단 및 "탈선"형 다단 변속기와 같은 수동제동 자전거에 광범위하게 사용되는 간단한 뒷바퀴 허브다단변속시스템조차도 허브부품과 기어 변속케이블의 수선이 비교적 비싼동시에 수동 변속시에 사용자의 주의를 필요로 한다.

최근에는 자전거용 다단 변속부품을 구동페달허브에 위치하는 것이 많이 있다. 이려한 것으로 구동페달축허브에 인접하여 판형 기어 시스템을 뒷바퀴 허브 코우스터 조립체와 겸용으로 사용하는 것이 있지만 이 또한 변속작동시키는 외부기어 변속레버를 수동으로 작동시키는 것이 필요하다. 이려한 구조는 미합중국 특허제3727484 및 3766805, 3842691호에 도시되어 있다. 다른 종류로는 충격 반응 변속기구와 주구동페달 스포로켓원내의 수동 제어 형태가 있으며 이려한 장치는 미합중국 특허 제2600586 및 1608141, 3506100호 그리고 1974년 12월 16일자 의장뉴스, 1973년 6월호의 프러덕트 엔지니어링(Product Engineering)등에 도시되어 있다.

본 발명은 0으로부터 최대 가능속도까지의 자전거 작동의 모드 상태에서 단순한 제한된 각도의 이동에 따라 일정하게 작동할 수 있는 구동 페달허브에위치한 다단 자전거 변속기로써, 아래에서 설명한다. 본 발명은 구동페달허브에 장착된 인라인(in-line)형태의 다단변속기로서, 다수의 변속기어가 구동축상에 저어널되어 있고 이와 대향하는 기어와 일정하게 맞물려 있으며, 구동페달축의 선택적인 역회에 따라 작동되는 변환기구가 구동페달 허브안에 설치되고 주페달 구동스프로켓에 다수의 다른 미리 설정된 변속비를 마련하도록 페달 구동축과 각 변속 기어와 구동 연결되도록 선택적으로 작동할 수 있도록 구성되어 있다. 본 발명은 페달구동축 허브에 장착되는 변속기로서 감속 및 가속이 페달구동축의 회전변위 궤도에 미리설정된 한쌍의 위치에서 페달 구동축의 제한된 역회전에 의해 구동응력을 받지 않고 이루어지며 구동기어와 구동축의 상호연결은 구동상태에서만 압축응력을 받는 부재에 의해 이루어진다.

본 발명의 장점은 보다 많은 수의 유효변속비를 얻을 수 있도록 광범위하게 사용되고 있는 스터메이-아처형 3단 변속기와 같은 수동제동 가능한 기어 변속작동과 코우스터 제동장치 겸용의 다단 뒷바퀴 허브변속장치와 손쉽게 결합하여 사용될 수 있으며 사용자의 필요와 작동에 따라 수동제동 가능한 자전거로써 사용될 수 있는 것이다. 또한, 구동 페달허브에 장착된 인라인 변속기로써 변속 및 구동부품에 대한 응력을 비교적 적게하고 필요한 변속비를 갖는 기어를 마련하고 필요하면 언제나 변속비를 쉽게 바꿀 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명은 인라인 다단 변속기로써 구동축을 갖는 구동기어의 연결부등의 응력을 받는 구동장치가 구동을 위한 체결시에만 압축응력을 받는다는 장점이 있다. 또한, 보수 및 수선이 필요없으며 수명이 길고 견고성 및 피로강도가 높으며 이를 공장에서의 조립 및 밀봉등의 손쉬운 장점을 갖고 있다. 이려한 변속기는 제어케이블을 사용하지 않고 구동페달로 작동 가능한 기어변속기구를 사용하므로써 자전거를 타는 사람이 핸들에서 손을 떼거나 변속시 주의를 돌릴 필요가 없으며 비상시에 신속히 기어변속을 할수 있으며, 이는 매우 적은 역회전의 페달변위에 의해 간단하고 신속히 이루어진다는 장점이 있다.

이려한 변속기는 또한 정지한 상태를 포함한 자전거의 모든 속도에 관계없이 가능하며 모든 부품이 변속시에 자동적으로 응력이 걸리지 않는 상태가 되고, 한 세트의 기어가 변속하는 동안에도 맞물려 있게된다. 또한, 이는 어떠한 경우에건 방향조정 및 제동을 수동으로 할 수 있을 뿐만 아니라 자전거를 타는 사람이 주행방향으로 부터 다른 주의력을 갖게 할 필요가 없는 큰 안전성을 갖는다. 본 발명의 또다른 장점은 어떠한 페달조작에 의해 발생되는 위험을 효과적으로 방지한 자전거용 인라인 다단변속기를 쉽고 경제적으로 마련할 수 있는 것이다.

본 발명의 목적은 자전거용 변속 장치로써 페달허브에 설치되고 페달을 구동시키므로써 변속이 가능한 자전거용 변속장치를 마련하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자전거를 탄 사람의 필요에 따라 이루어지는 구동페달에 의해 작동되는 자전거용 다단 변속기를 마련하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구동기어와 구동축사이의 구동을 위한 연결부에 구동조건하에서만 압축 응력을 받는 인라인 변속장치를 마련하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수동제동 자전거에 사용할 수 있거나, 유효변속비를 손쉽게 더많이 얻을 수 있도록 뒷바퀴 허브변속 장치와는 다른 코우스터 제동장치와 결합되어 사용할 수 있는 페달허브에 장착되고 구동페달에 의해 작동되는 다단 자전거 변속기를 마련하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에서 첨부된 도면과 함께보다 상세히 설명하므로써 얻어질 수 있음을 알수 있을 것이다.

제1도에 의하면, 자전거는 몸체(14)에 설치된 방향조정용 앞바퀴(10)와 구동용 뒷바퀴(12)를 가지고 있다. 몸체(14)는 종래의 관형 구조를 가지며, 일반적으로 수직의 좌석지지부재(16)와, 수평 상단부재(18), 와 경사져서 설치된 하단부재(20), 두개로 갈라져 있는 앞바퀴 지지부재(22)와, 그리고 뒷바퀴 지지부재(24), 후단으로 연장된 하단부재(26)로 구성되어 있다.

좌석지지부재(16)와 하단부재(20), 그리고 후단으로 연장된 하단부재(26)은 횡단면이 원통형인 페달 구동축 허브(30)에 연결되며, 이는 본 발명에 의한 다단 변속시스템의 하우징을 형성한다. 또한, 이는 종래와 마찬가지로 몸체에 장착된 상호 좌우페달 크랭크(34, 36)를 갖는 페달구동축 허브(30)에 저어널된 페달구동축(32)을 갖고 있다. 구동페달(38, 40)은 각각 크랭크(34, 36)의 회전단부에 회전가능하게 독립적으로 설치된다. 또한, 본 명세서에서 "좌"와 "우"의 표시는 자전거를 탄사람의 입장에서 본 자전거의 좌·우측을 나타낸다.

뒷바퀴(12)는 허브(30)의 우측에 장착된 주구동스프로켓(52)에 체인(50)에 의해 구동연결된 허브(46)와 스프로켓(48)을 갖고 있다. 스프로켓(52)은 종래의 것과 마찬가지로 우측에서 보아 시계방향으로 페달 크랭크(34, 36)가 회전할 때는 회전되지 않는다. 수동레버(54)는 종래와 같이 앞뒷바퀴림의 브레이크 패드의 작동을 위해 핸들바(bar)에 설치되어 있다.

제2도 내지 제4도에 의하면 좌우측페달 크랭크(34, 36)와 페달(38, 40)은 도면을 간단히 하기 위해 도시하고 있지 않으며, 구동페달축(32)의 우측단부(32R)와 주구동 스프로켓(52)사이에 위치한 사각형기어 하우징(62)이 도시되어 있다. 기어하우징(62)은 후면으로 연장된 하단부재(26)중 하나와 맞물리는 U형 브래켈(60)에 의하여 고정되고 나사(68)에 의해 동시에 고정되는 반쪽의 케이싱(64, 66)에 의해 형성된다. 기어하우징(62)안에는 미합중국 특허 제3,812,735호에 기술된 형태의 다부재 인라인 변속기이다. 이 변속기는 3단 변속기로써 본분야에 속한 사람들에게 잘 알려져 있는 것이다.

기어 하우징을 구성하는 케이싱(64, 66)은 고정베어링 슬리이브(74)를 지지하는 한쌍의 내향의 스터브축(70, 72)를 갖고 있다. 베어링 슬리이브(74)에는 제1스퍼변속기어(80)의 원통형허브(78)에 고착되어 회전 가능한 베어링 슬리이브(76)가 장착된다. 3단변속을 위해 제2 및 제3스퍼변속 기어(84, 86)등의 추가적인 필요한 수의 스퍼변속기어를 동시에 회전시키기 위해 한위치(82)에 키이 홈을 형성하여 제1스 퍼변속기어(80)의 허브(78)상에 설치한다. 3개의 스퍼변속기어(80, 84, 86)와 베어링 슬리이브(76)는 고정 베어링 슬리이브(78)상에서 동시에 회전하고 저어널 되어있다.

3개의 구동기어(92, 94, 96)은 3개의 스퍼변속기어(80, 84, 86)와 각각 대응하여 맞물려 있다. 구동기어(92, 94, 96)은 페달 구동축(32)의 직경이 큰 허브에 대하여 독립적으로 회전하도록 저어널 되어 있고, 이는 개별적으로 선택된 구동결합이 이루어지도록 구성되어 있다. 구동기어(92)는 케이싱(64)의 구멍(102)을 통해 연장되도록 크기가 결정되며, 주구동스프로켓(52)와 결합하여 회전되도록 키이에 의해 결합된 축방향으로 연장된 원통형 플랜지 또는 스커트 부(100)를 포함하는 형상이다. 구동기어(92, 94, 96)의 구멍(128)은 페달 구동축(32)의 직경이 큰 허브부(106)에 의해 회전 가능하게 지지되는 크기이며 이러한 구멍(128)은 각각 장방형의 복수개의 돌출체결홈을 가지고 있다.

제2도 내지 제4도, 그리고 제7a도 및 제7b도에 도시된 바와 같이, 페달 구동축(32)의 허브(106)는 페달구동축(32)을 따라 연장되어지며, 그안에 길고 변위가능한 판스프링 작동부재(114)가 삽입되도록 구성된 가늘고 긴 내부홈(112)이 마련되고 그 외측으로 외부홈(110)을 갖고 있다. 페달구동축(32)의 축에서 방사상 외향으로 또는 외부홈(110)의 내부로 비스듬히 형성된 원형 캠면이, 구동기어(92, 94, 96)에 대해 긴판스프링 작동부재(114)의 단부에 위치하여 있다.

각 포올부재(116)는 허브(106)안의 홈(120)에 수용된 링형바이어스 스프링(118)의 작용으로 외부홈(110)내에서 수직하방으로 바이어스되며, 구동기어(92, 94, 96)의 구멍(128)안의 각포올 결합홈(108)과의 결합이 해체되도록 한다. 포올부재(116)은 고강도의 사각형 금속 블록으로 구성되어 진다.

제8a도 및 제8b도, 그리고 제4도, 제7a도 및 제7b도에 의하면, 각 포올부재(116)는 외부홈(110)의 바닥에 형성된 견부(252)상에 위치하여 그에 의해 지지되는 평평한 하부표면(250)을 갖는 전방단(126)를 갖고 있다. 전면벽부(254)는 요홈(256)과 경사벽(130)을 포함하고 있다. 포올부재의 상부표면은 최상부(262)를 중심으로 서로 반대 방향으로 경사진 두개의 경사면(258, 260)을 갖고 있다. 경사면(260)의 뒤에는 그 중앙부에 스프링 와이어 수용구멍(266)을 갖는 가로홈(264)를 형성하고 있다. 구멍(266)에서 가로홈(264)에 교차하는 곳에는 링형 바이어스 스프링(118)이 끼워지도록 종방향의 통로(268)가 마련되어 있다. 또한, 포올부재(118)의 하부면은 외부홈(110)의 하부 및 측면 벽의 접합부에 놓일 수 있도록 구성된 피버트(140)까지 연장된 베어링면(272)와 후방부(274)를 형성하는 중간홈(270)을 가지고 있다. 실질적으로는 앞과 뒤의 경사벽(130, 134)은 포올부재(116)의 표면으로써 서로 평행하게 이루어진다.

상기에서 설명된 포올부재의 형상에 의해 링형바이어스 스프링(118)이 외부홈(110)의 바닥을 형성하는 견부(252)와 맞닿아 있는 포올부재(116)를 바이어스 시키도록 구성되어 있다. 이러한 스프링(118)은 수직벽(136)과 외부홈(110)의 견부(252)에 의해 형성된 각도로 한 모서리(142)에서 피버트부(140)가 지지되도록 하고, 이에 의해 포올부재(116)의 전방단부의 선택적인 피버트 및 방사상 외부로의 변위가 이루어지도록 하는 동시에 피버트가 제위치에서 유지되도록 하게 된다.

각 구동기어(92, 94, 96)는 페달 구동축(32)의 허브(106)상에 자유롭게 회전 가능하고, 각 포올부재(116)는 각 링형 바이어스 스프링(118)의 작동에 의하여 외부홈(110)안에서 하향으로 바이어스 되어있다. 제7a도에 도시된 바와같이, 포올부재(118)가 하향으로 바이어스 되면, 이는 구동기어와 맞물리지 않게되고, 페달구동축(32)의 허브(106)와 상기 포올부재에 대응하는 구동기어 사이에는 어떠한 구동 결합도 이루어지지 않는다. 포올부재(116)는 페달구동축(32)안의 내부홈(112)안의 판스프링 작동부재(114)를 변위시키고 끼우므로써 그 전방부가 상방으로 이동되고 외부홈(110)밖으로 돌출하게 된다. 제4도 및 제7b도에 도시된 바와같이, 포올부재(116)의 하부에서 상기 판스프링 작동부재(114)의 스프링력에 의해 그 구부러진 단부의 선택적인 결합은 링형 바이어스스프링(118)의 스프링력을 이겨서, 외부홈(110)의 방사상 외부방향으로 포올부재(116)의 전방단부(126)를 피버트시켜 상승시킨다.

포올부재는, 이의 하부상의 판스프링 작동부재(114)상의 캠면(124)의 방사상의 스프링력과 포올부재와 결합된 링형 바이어스 스프링(118)의 지지력과의 상호작용에 의해 외부홈(110)의 모서리안의피버트((140)를 중심으로 회전되어진다. 이러한 포올부재의 피버트 변위는 포올부재(116)의 상부상의 최상부(262)가 선택된 구동기어의 구멍(128)에 의해 형성된 표면과 맞물려서 압축 되도록 한다. 자전거가 앞으로 주행할 때 페달 구동축(32)는 통상적으로 제7a도 및 제7b도의 화살표방향으로 회전하므로, 상방으로 바이어스 된 포올부재(116)는 홈(108)중 하나와 맞닿게 되고 판스프링 작동부재(114)의 계속적인 바이어스힘에 의해 보다 상방으로 변위된다. 포올부재(116)이 홈(108)안으로 들어가고 제7a도 및 제7b도의 화살표 방향인 자전거 주행방향으로 페달구동축이 계속 회전하게 되면, 포올부재의 전방부상의 경사벽(130)은 홈안의 벽(132)과 상호 맞물리고 압축상태로 유지되며, 포올부재의 뒷벽(134)은 외부홈(110)의 벽(136)과 압축접촉하게 된다. 제7b도와 같이 맞물리고 위치하게 되면, 구동기어(92)와 같은 선택된 구동기어와 포올부재는 페달 구동축(32)의 전진 회전하는 허브(106)내에서 직접 구동결합이 이루어지며, 판스프링 작동부재(114)가 구동기어(92)와 포올부재(116)과 맞물림이 해체되도록 내부홈(112)안에서 종방향으로 변위될 때까지 이러한 구동결합이 유지되고 쉽게 이루어질 수 있다.

포올부재(116)의 상부경사면(260)은 페달구동축(32)을 전진회전 방향과 반대로 회전시킬때 페달구동축(32)에 대합 맞물린 구동기어가 쉽게 전진되도록 한다. 이러한 페달 구동축(32)을 역회전시키거나 전진회전을 멈추므로써 포올부재는 기어구멍(128)내의 홈(108)으로부터 자동적으로 벗겨진다. 이와 같은 해체작동은 페달구동축(32)과 구동스프로켓(52)사이의 모두 구동연결이 일시적으로 해체되므로써 자전거 작동자를 돕게 된다. 외부로 편위된 포올부재(116)와 구동기어 구멍(128)내의 홈(108)사이의 구동 결합은 작동자가 전진을 위해 페달 구동축(32)을 앞으로 회전시키므로써 자동적으로 다시 결합된다.

제4도 및 제7a도, 제7b도에 도시된 바와같이, 포올부재(116)는 포올부재 표면(130)과 홈(108)의 측벽(132)사이, 그리고 포올부재표면(134)와 외부홈(110)의 측벽(136)사이에 상호 맞물림이 이루어지도록 선택적으로 형상을 구성하여, 포올부재는 구동기어와 페달 구동축(32)사이에 구동결합이 이루어지는 모든때에 항상 압축이 이루어지도록 한다.

하기에서 설명될 구동 및 변속기어 세트는 주 구동스프로켓(52)에 대한 3개의 다른 변속비를 갖도록 구성되어 있다. 예를 들면, 판스프링 작동부재(114)가 페달구동축(32)안의 종방향의 홈(112)안에 위치하여 그 캠형 단부(124)가 구동기어(92)의 구멍(128)안의 포올부재와 맞물리는 홈(108)과 포올부재(116)이 구동결합이 이루어지는 경우에는, 구동기어(92)는 페달 구동축(32)의 회전에 의하여 직접 구동된다. 그때에 주구동스프로켓(52)은 허브(100)를 통해 기어(92)에 의해 직접 구동되고, 페달구동축(32)의 회전을 1 : 1의 비로써 회전시킨다. 이와같은 상태에서 구동기어(92)는 변속기어(80)을 직접 구동한다. 다른 변속기어(84, 86)은 다른 구동기어(94, 96)와 맞물려 있으므로 이를 자유롭게 회전시키게 된다. 이러한 상태에서 판스프링 작동부재(114)를 내부홈(112)안에서 변위시켜서 상기 포올부재(116)와 기어(92)의 물림맞을 해체하고 다른 구동기어(94)와 이에 대응하는 포올부재(116)을 밀어올려 결합시키게 되면, 구동포올부재(116)이 외부홈(110)안으로 들어가므로써 구동기어(92)는 페달구동축(32)와 구동결합이 해체되며, 다른 구동기어(94)에 위치한 포올부재는 상승되어 구동기어(94)의 구멍안의 홈(108)과 구동결합되어진다. 이러한 상태에서, 구동기어(94)는 페달 구동축(32)의 회전에 의해 직접 구동된다. 이때에는 구동기어(94)는 이에 결합된 변속기어(84)와의 변속비에 의해 결정된 속도(w₁r. p. m)로 변속기어(84)를 직접 구동한다. 그러나, 다른 변속기어(80)는 구동기어(92)와의 변속비에 의해 결정된 속도(w₂r. p. m)로 구동기어(92) 를 자유롭게 회전시키게 되고, 이는 물론 주구동 스프로켓을 같은 속도(w₂r. p. m)로 회전시키게 될것이다. 이와 동시에 다른 변속기어(86)도 이와 맞물려 있는 구동기어(96)과의 변속비에 의해 결정된 속도로 구동기어(96)를 자유롭게 회전시킨다. 구동기어(96)을 페달구동축(32)와 구동결합시키는 것은 이와 동일한 작동에 의해 이루어진다.

구동 및 변속기어의 변속비는 자전거제작자의 적절한 선택에 의해 얻어지는 것이다. 상기의 작동에서는, 페달구동축(32)과 구동결합이 이루어지도록 적어도 하나의 구동기어는 항상 구동결합되어지는 것을 알수있을 것이다. 즉, 판스프링 작동 부재(114)의 단부(124)는 구동포올부재(116)중 어느 하나를 항상 작동가능하도록 바이어스 시켜 맞물리도록 구성되어 있다.

표준 자전거 몸체(14)의 일제로 된 부품을 형성하는 페달구동축 허브(30)안에 설치된 구동페달의 역회전에 반응하는 변속기구에 의하여, 포올부재(116)의 상기 언급한 선택된 상승운동을 통하여 페달 구동축(32)에 대한 구동기어(92, 94, 96)의 선택적인 구동결합이 이루어지도록 페달구동축(32)안의 홈(112)안에서 판스프링 작동부재(114)의 제어된 종방향의 변위가 이루어진다. 페달 구동축(32)는 일정간격으로 설치된 볼베어링(150, 152)에 의해 페달구동축허브(30)의 원통형쉘(148)안에 저어널 된다. 고정 원통형 슬리이브(154)는 볼베어링(150, 150)사이에 그리고 쉘(148)안에 설치된다. 상기의 실시예에서, 슬리이브(154)의 내부표면은 구형 구멍(146)을 제외하고는 연속적이다. 부채꼴의 제어부재(156)은 구멍(158)에 대하여 피버트되도록 장착되고, 힌지된 변환제어 부재로써 작동된다. 이러한 제어부재(156)는 제5도의 이부재의 끝단부분(162)에 도시된 바와같이 전진위치 또는 폐쇄위치로 링형 바이어스 스프링(160)에 의해 바이어스되어 있다. 제어부재가 바이어스되어 있는 경우에는 제어부재의 내부면의 고정슬리이브(154)의 내부면과 거의 일치하도록 위치한다.

제5도 및 제9도에 도시된 바와같이, 제어부재(156)은 그 자유단부(164)상에 일정한 간격으로 내부방향으로 돌출된 한쌍의 핀부재(166, 168)를 갖는 피버트 가능한 변위 플랩부재를 포함한다. 핀(166, 168)의 간격은 구동기어(92, 94, 96)의 중심선간의 간격과 동일한 간격이다. 제어부재의 두께는 바이어스 스프링(160)의 제어작용에 대하여 자유단부(164)의 방사상 회전변위가 이루어지도록 피버트점(158)으로 부터 자유단부(164)쪽으로 점진적으로 감소되어 있다.

페달구동축(32)의 고정 슬리이브(154)안에 위치하는 부분(176, 178)은 원형이 아닌 평평한 형상이다. 원통형 외부표면을 갖는 종방향으로 변위가능한 변환칼라부재(180)는 페달구동축(32)의 평평한 부분상에 설치되어 이를따라 미끄럼 가능하게 변위되어지는 동시에 회전변위 가능하도록 구성되어 있다. 칼라 부재(180)는 판스프링 작동부재(114)를 장착하고 있는 세로홈(112)의 단부상에 위치한다. 제2도 및 제3도에 도시된 바와같이, 판스프링 작동부재(114)는 페달 구동축(32)의 평평한 부분(176, 178)의 종방향으로 칼라부재(180) 를 선택적으로 위치시킴에 따라 구동기어(92, 94, 96)의 각 포올부재(116)의 하부와 선택적으로 바이어스되어 맞물리는 구부러진 단부(124)가 적절한 위치에 위치하도록 설정된 길이를 갖는 홈(112)안에 설치된 중간몸체(186)와, 칼라부재(180)이 고정된 한 단부(184)를 갖는 강철스프링의 긴 스트립형태로 구성된다. 제6도에 도시된 바와같이, 페달 구동축(32)의 다른 세위치에서 칼라부재(180)를 선택적으로 위치시키므로써, 구동기어(92, 94, 96)중 하나와 각 포올부재(116)을 선택적으로 구동결합시키도록 판스프링작동부재(114)의 구부러진 단부(124)를 선택적으로 위치시키게되며, 이러한 작동은 칼라부재(180)의 내부표면상에 있는 홈(196, 198, 200)중의 하나와 축(32)내의 구멍(202)내에 있는 스프링에 의해 바이어스된 한쌍의 볼멈춤쇠(190, 192)의 형태로 이루어진 멈춤쇠 장치에 의해 이루어진다. 홈(196, 200)에 의해 형성된 제한된 위치에서 홈(198)에 의해 형성된 중간위치로 멈춤쇠장치를 이동시키도록 하는 작동은 볼멈춤쇠(192)의 안내부를 형성하는 경사면(172, 174)에 의해 이루어진다.

제5도 및 제10a도, 제10b도에 의하면, 한쌍의 경사지게 설치된 캠리지(206, 208)는 칼라부재(180)의 원통형 외주면상에 직경방향으로 대향하여 설치된다. 각 캠리지는 하나의 수직캠면(210)과 하나의 경사캠면(212)를 갖고 있다. 이는 피버트 가능하게 장착된 제어부재(156)상의 핀(166, 168)과 상호작동되도록 구성되어 있으므로, 페달구동축이 역방향으로 회전할때 이러한 핀(166, 168)과 수직 캠면(210)이 맞물려서 페달구동축(32)에 대한 칼라부재(180)의 축방향의 변위를 일으키는 동시에 페달구동축이 주행방향으로 회전할 때는 핀(166, 168)과 경사캠면(210)이 맞물려서 제어부재(156)의 외부방향으로의 피버트 변위를 일으키고 페달구동축(32)에 대한 칼라부재(180)의 어떠한 변위도 일으키지 않게 된다.

제10a도에 화살표(216)로 도시된 바와같이, 자전거 주행방향으로 페달 구동축(32)을 회전시키면, 캠리지(206, 208)의 경사캠면(212)이 각각 제어부재(156)의 핀(166, 168)중 하나와 맞물리게 된다. 이렇게 맞물리므로써 핀(166, 168)이 경사캠면(212) 위로 올라가게 하고 스프링부재(160)의 내향스프링력에 대하여 제어부재(156)의 자유단부((164)를 수축위지로 변위시키게 되고, 캠리지가 핀(166, 168)를 지나갔을때 슬리이브(154)의 내부표면과 동일평면상의 초기위치로 제어부재(156)를 귀환시키는 작용을 하게 된다. 따라서, 페달구동축(32)을 주행방향으로 회전시키면 칼라부재(180)는 페달구동축(32)의 축방향으로 칼라부재(180)의 직선변위 또는 축방향변위 없이 그대로 회전하게 된다.

이와 반대로 제10b도에 도시된 화살표(214) 방향인 역방향으로 페달구동축(32)을 회전시키면 칼라부재(180)는 페달의 특정위치에서 핀(166, 168)중 하나의 측벽과 캠리지(206)의 수직캠면(210)과 맞물리게 된다. 또한, 제2캠리지(208)의 수직캠면(210)은 앞에서 언급한 첫번째 결합위치로부터 180°이동된 위치인 페달의 제2의 특정위치에서 핀(166, 168)의 하나의 측벽과 맞물리게 된다. 이렇게 맞물리므로써 제어부재는 슬리이브(154)의 내부표면과 동일평면의 전진위치로부터 변위되지 않고 그대로 유지되게 된다.

제11a도 내지 제11d도에 의하여, 칼라부재(180)의 원통형 표면의 전개평면도가 도시되어 있는데, 이에 의해 제어부재상의 핀(166, 168)과 수직캠면(210)의 상호 맞물림에 의한 가속 및 감속 변속작용을 설명할 것이다. 캠리지(206)의 수직캠면(210)은 좌측페달 크랭크(36)와 좌측 구동페달(40)을 회전경로상의 제1설정위치로 위치시키므로써 핀(166)과 맞물리도록 설치되어 있다. 이렇게 위치하면, 판스프링 작동부재는 최외부 구동기어(96)의 구동포올부재(116)와 페달구동축과 구동결합되어 있는 기어와 맞물리는 제한된 전진위치에 있게 된다. 각 부품이 이렇게 위치하여서 제한된 원호를 따라 화살표(214) 방향으로 칼라부재(180)를 계속 역회전시키면, 캠리지(206)의 길이 및 피치를 설정하므로써 화살표(218) 방향인 페달구동축(32)의 축방향으로 칼라부재(180)이 직선변위하여 캠리지(206)가 핀(116)을 통과했을때 제11b도에 도시된 위치로 변위하게 된다. 이러한 칼라부재(180)의 변위는 판스프링 작동부재(114)를 그 전진위치로부터 중간구동기어(94)의 구동포올부재(116)와 맞물리는 중간위치로 변위시키게 되며 이때에 중간구동기어(94)는 페달구동축(32)을 다시 앞으로 회전시킬때 페달구동축과 구동결합되도록 위치하게 된다.

제11a도, 제11b도 및 제11c도를 비교하여 살펴보면, 좌측페달크랭크(36)와 좌측구동페달(40)을 제11c도에 도시된 바와같이 그 회전경로상에 상기 언급한 제1설정점상에 다시 위치시킬때마다 이러한 칼라부재의 변위는 제어부재(156)상의 제2핀(168)과 작동가능하게 맞물리는 위치에 캠리지(206)의 수직캠면(210)을 선택적으로 위치시키게 된다. 각 부품들이 이렇게 위치하게 되면 제한된 원호를 따라 화살표(214)로 도시된 바와 같이 칼라부재(180)를 연속적으로 역회전변위 시키므로써 캠리지가 핀(168)을 통과하여 지나갈때 페달구동축(32)의 축방향으로 칼라부재(180)를 직선변위시키게 된다. 칼라부재(180)의 이러한 변위는 판스프링 작동부재(114)를 중간위치로부터 구동기어(92)의 구동포올부재와 맞물리는 수축위치로 변위시키며, 이때에 구동기어(92)는 페달구동축(32)을 다시 앞으로 회전시킬때 페달구동축(32)과 구동 결합되도록 위치하게 된다.

제11d도에 도시된 바와 같이, 이러한 칼라부재(180)의 변위는 원주상으로 위치한 제2캠리지(208)를 선택적으로 위치시켜 그 수직캠면(210)은 좌측페달크랭크(36)와 좌측구동페달(40)은 그 회전경로상의 제1위치로부터 180°이동된 제2위치에 도달할때마다 페2핀(168)과 작동되도록 맞물리게 위치한다. 각 부품이 이렇게 위치하게 되면, 캠리지(208)의 길이 및 피치에 의해 결정된 바와 같이 제한된 원호를 따라서 화살표(214)쪽으로 칼라부재(180)의 연속적인 역회전변위는 캠리지(208)이 핀(168)을 통과하므로써 제11c도 및 제11b도에 도시된 위치로 화살표(220) 방향으로 페달구동축(32)의 축을 따라 칼라부재(180)의 직선변위를 일으키게 된다. 칼라부재(180)의 이러한 변위는 판스프링 작동부재(114)를 그 수축위치로부터 중간구동기어(94)의 구동포올부재(116)와 맞물리는 중간위치로 변위하게 되며, 이때에 중간기어는 페달구동축을 다시 앞으로 회전시킬때 페달구동축과 구동결합하도록 위치되어진다.

상기에 언급한 구조에 의하면, 변속은 칼라부재를 상기에 언급한 전진위치로부터 수축위치까지 제한되어진다. 따라서, 감속 또는 가속이 한번 이루어지면 작동캠리지는 핀의 작동범위를 벗어나 위치하기 때문에 더 이상의 변속이 이루어지지 않는다.

캠리지(206, 208)이 원주로 분리된 위치에 대향하여 위치하는 것은 우측 및 좌측페달(38, 40)의 두 설정위치를 효과적으로 캠리지(206, 208)의 길이 및 피치에 의해 결정된 적은 원호를 통한 역회전에 의해 가속 또는 변속이 이루어지는 곳에 위치하게 한다. 예를 들면, 가속은 우측페달(38)이 최하부위치에 있을때 우측페달을 30°정도 역회전시키므로 이루어지며 감속은 좌측페달(40)이 최하부위치에 있을 때 상기와 같은 정도로 역회전시키므로써 이루어진다.

상기에 언급한 바와 같이, 기어의 변속을 위해서 두 한정된 위치중 한곳에서는 페달구동축(32)의 미리 설정된 최소한의 역회전 변위만이 필요하다. 이렇게 미리 설정된 최소한의 페달구동축(32)의 역회전 변위가 이루어졌을때, 스프링 바이어스 볼(190)은 인접한 자물쇠홈에 상기 볼을 이송시키므로써 필요한 기어변속이 이루어지는데 필요한 칼라부재(180)의 변위가 이루어질 것이다. 그러나, 만일 역회전이 적절한 위치에서 행하여졌지만 자전거를 탄 사람에 의해 최소한의 필요한 크기만큼의 역회전 변위가 이루어지지 않을때에는 경사시이트 표면(172 또는 174)의 작용하에서 스프링 바이어스볼(192)의 작용은 볼(190)이 홈(198)안에 장착된 중간위치에 칼라부재(180)를 재위치시킨다.

페달구동축의 역회전에 따라 칼라부재(180)의 축방향변위는 슬리이브(154)상의 캠리지를 설치하고 칼라부재(180)상에 핀(166, 168)를 장착하므로써 이루어질 수 있는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 한쌍의 서로 180°떨어진 제어부재는 그 위에 캠리지를 마련하고 칼라부재상에 핀(166, 168)을 장착할 수 있다.

또한, 캠리지는 슬리이브(154)와, 한쌍의 칼라부재(180)를 형성하는 피버트 변위 가능한 제어부재상에 설치된 핀(166, 168)과 일체로 만들 수 있다.

제12도 내지 제14도에는, 페달 구동축의 역회전 변위에 따라 페달구동축의 홈(112) 안의 판스프링 작동부재의 제어된 종방향 변위가 앞에서 언급한 포올부재의 상승에 의해 구동기어(92, 94, 96)의 선택적인 구동결합이 이루어지도록 하는 다른 변형예가 도시되어 있다.

페달구동축(32)은 페달허브(30)의 원통형 쉘(148)내에 장착된 볼베어링(150, 152)에 의해 저어널되어 있다. 페달허브(30)의 단부 또는 상부 표면 아래에는 안장 프레임부재(16)의 단부가 위치한다. 이러한 안장프레임부재(16)는 중공튜브로 형성되며 페달허브(30)의 구멍에 용접된 플러그부재(306)이 안장프레임부재(16)의 단부에 설치되고 고정나사(304)에 의해 제위치에 고정된다. 이 플러그부재(306)의 축방향구멍내에는 축방향으로 이동가능한 기어변속핀(308)이 설치되며, 이의 하부단부는 플러그부재(306)의 단부를 지나 연장되어 페달허브(30) 내부로 끼워져서 페달구동축(32)상의 페달에 미끄럼 가능하게 설치된 기어변속 칼라부재(312)의 표면에 압축미끄럼 작동되도록 장착된다. 기어변속핀(308)은 플러그부재(306)의 상부단부 구멍내에 설치된 스프링(310)에 의해 페달구동축 허브쪽으로 바이어스되어 있다.

기어변속 칼라부재(312)는 페달허브(30)내에서 미끄럼변위가 가능하고 회전변위가 가능하도록 페달구동축(32)상에 설치된다. 이러한 작동은 페달구동축(32)상의 홈(112)내에 끼어지는 내향으로 연장된 키이부재(313)에 의해 이루어진다. 판스프링 작동부재(114)는 칼라부재(312)에 고정되고 세로홈(112)에 설치된 구성은 앞에서 설명한 것과 동일하다.

상기 기어변속 칼라부재(180)의 표면에 형성된 캠면(206, 208)의 변속작동과 같이 여기에서는 3단변속을 위해 두개의 선택적인 형상을 가지며 직경방향으로 대향한 캠궤도(320, 322)를 기어변속 칼라부재(312)의 표면에 마련하고, 이 칼라부재(312)를 기어변속핀(308)에 의해 작동되도록 구성되어 있다.

제12도 내지 제14도 그리고 제15도에 도시된 바와 같이, 한쌍의 제1캠궤도(320)은 평행하게 설치되고 기어변속 칼라부재(312)의 종방향축에 대하여 횡방향으로 설치된다. 제1캠궤도(302)의 각궤도(320a, 320b)는 자전거의 주행방향으로 페달구동축(32)을 회전시키면 화살표(318) 방향으로 회전하게 되며, 그의 입구부(324a, 324b)는 점진적으로 깊이가 증가하고 측벽은 수직으로 형성되어 있다.

균일한 깊이의 중간부(326a, 326b)는 페달구동축 단부(32R,32L)에 대하여 우측으로부터 좌측으로 일정한 각으로 형성되며, 각각 수직측벽(328a,328b) 및 경사측벽(330a,330b)를 갖는다. 또한, 이는 점진적으로 깊이가 감소되는 경사측벽(336a,336b)과 수직측벽(334a,334b)을 갖고 있는 출구부(332a,332b)를 갖고 있다.

이와 유사하게, 다른 한쌍의 제2캠궤도(322)는 서로 평행하게 설치되고 칼라부재(312)의 종방향축에 대하여 횡방향으로 설치되며, 제1캠궤도(320)과 원주면상에 대향하여 설치된다. 제2캠궤도(332)의 각 궤도(322a,322b)는 또한 깊이가 증가되는 수직벽을 갖는 입구부(344a,344b)를 갖고 있다. 균일한 깊이의 중간부(346a,346b)는 페달구동축단부(32R, 32L)에 대하여 좌측으로부터 우측으로 일정한 각으로 형성되며 각각 수직측벽(348a, 348b) 및 경사측벽(350a, 350b)를 갖는다. 또한, 이는 점진적으로 깊이가 감소되는 경사측벽(356a, 356b)과 수직측벽(354a, 354b)를 갖는 출구부(352a, 352b)를 갖고 있다.

칼라부재(312)의 두쌍의 캠궤도(320, 322)는 스프링(310)에 의해 칼라부재에 눌려서 맞물려져 있는 핀(308)과 작동되어진다. 이러한 작동은, 핀이 중간부(326a, 326α 또는 346b, 346b)의 수직측벽(328a, 328b 또는 348a, 348b)에 각각 맞물리므로써 페달구동축이 화살표(360) 방향으로 역회전될때 페달구동축(32)에 대하여 칼라부재(312)를 축방향으로 변위시키게 되는 동시에 핀이 경사측벽(330a, 330b 및 350a, 350b)과 맞물리므로써 페달구동축이 역회전이나 주방향으로 회전되더라도 핀(308)을 왕복시키기만 하고 페달 구동축(32)상의 칼라부재를 종방향으로 변위시키지 않게 된다.

제15도에 도시된 바와 같이, 페달구동축(36)이 화살표(318)로 도시된 자전거 구동방향으로 회전하면(점선으로 도시된) 핀(308)은 기어변속 칼라부재(312)의 표면상에 올라가게 되고 입구부분을 통해 캠궤도로 진입하여 수직측벽으로 들어간다. 이때 핀(308)은 플러그부재(306) 안에서 스프링(310)에 의해 아래로 바이어스되어 있다. 페달구동축의 회전에 따라 핀(308)은 캠궤도나 출구부의 경사측벽에 의해 스프링(310)의 바이어스력에 대하여 플러그부재(306)내에서 점진적인 상승 및 하강하는 변위가 이루어진다. 따라서, 페달구동축(32)의 구동방향으로의 회전은 기어변속 칼라부재(312)의 직선 또는 축방향의 변위를 일으키지 않고 다만 핀(308)만을 상하로 변위시키게 된다.

한편, 제15도에 도시된 바와 같이 페달구동축(32)을 화살표(360) 방향으로 역회전시키면 칼라부재(312)는 제1위치에서 캠궤도(320)의 수직측벽(328a, 328b)와 기어변속핀(308)이 맞물리게 된다. 이와 유사하게, 제2캠궤도(322)의 수직측벽(348a, 348b)은 치차변속핀(308)과 맞물릴 수 있으며 이 위치는 상기 제1위치로부터 180°이동된 것이다. 핀이 결합되는 각 작용점에서 핀(308)은 처음위치에서 수축위치로 변위되지 않고 그대로 돌출되어 있어서, 페달구동축(32)상의 칼라부재(312)를 종방향으로 변위시키게 된다. 이러한 변위의 방향 및 길이는 두쌍의 캠궤도(320, 322)의 중간부의 길이 및 각도에 의해 결정된다.

한 예로써 설명하면, 제16a도 내지 제16c도에서는 칼라부재(312)의 원통표면을 전개하여 도시하고 있는데, 페달구동축을 화살표(360) 방향으로 역회전시킬때 변속핀(308)과 두쌍의 캠궤도(320, 322)의 중간부의 수직벽과의 결합에 의하여 감속 및 가속이 이루어진다.

제16a도에서는 칼라부재(312)가 좌측제한위치에 있을때의 기어변속핀(308)에 작용하는 기어변속칼라부재(312)의 위치를 도시하고 있다.

제16a도에 의하면, 칼라부재(312)가 페달구동축 단부(32L)에 가장 가까이 설치되고, 판스프링 작동부재(114)가 포올부재(116) 또는 구동기어(92)과 캠표면(124)이 맞물리도록 하는 제한된 수축위치에 위치하는 핀(308)에 대한 칼라부재(312)의 위치를 도시하고 있다. 각 부품이 이렇게 위치하면, 화살표(360)으로의 칼라부재(312)의 역회전 변위에 의해 캠궤도(332a)의 중간부(346a)의 길이 및 피치에 의해 결정된 제한된 원호를 통하여 화살표(362) 방향으로 도시된 페달구동축단부(32R)쪽으로 페달구동축(32)의 축을 따라 제16b도에 도시된 위치로 칼라부재(312)가 변위되도록 한다. 이때 핀(308)은 수직측벽(348a)을 따라 이동하게 된다. 이러한 정해진 페달구동축의 회전작동은 예를들어 좌측페달이 최하부에 위치할때 이루어지며 이에 필요한 역회전은 약 30°정도면 된다.

이와 같은 칼라부재(312)의 변위는 판스프링 작동부재(114)를 최초위치에서 중간위치로 변위시키며, 이중간위치에서 제2도에서와 같이 캠표면(124)는 중간구동기어(94)에 대한 포올부재(116)와 중간구동기어(94)를 맞물리도록 위치시키고, 페달구동축(32)을 앞으로 다시 회전시키면, 페달구동축(32)과 구동기어(94)가 구동결합되어진다.

제16a도 및 제16b도에 의하면, 칼라부재의 변위길이 및 방향은 캠궤도(322b)의 중간부(346b)의 수직측벽(348b)을 선택적으로 기어변속핀(308)과 작동되는 위치로 놓여지게 되며, 페달구동축(32)은 그 회전경로의 최초위치로 다시 위치하게 된다. 즉 좌측페달(38)은 최하부위치로 위치하게 된다. 기어변속 칼라부재(312)가 이렇게 위치하게 되었을때, 페달구동축(32)을 화살표(360) 방향으로 다시 역회전시키므로써 캠궤도(322b)의 중간부(346b)의 길이 및 피치에 의해 결정된 원호를 따라 페달구동축(32)의 축방향으로 화살표(364) 방향의 페달구동축(32)의 우측단부쪽으로 캠궤도(322b)의 수직측벽(348)이 핀(308)을 통과하였을때 제16c도에 도시된 위치까지 칼라부재(312)를 선형 반위시킨다. 칼라부재(312)의 이러한 변위는 판스프링 작동부재(114)를 그 중간위치로부터 완전히 전진한 위치로 이동시켜서 구동기어(96)와 포올부재가 맞물리도록 하여 구동기어(96)를 페달구동축을 앞으로 다시 회전시킬때 페달구동축과 구동 결합되도록 한다. 상기 기어변속작동에 따라 자전거의 주행속도는 고속으로부터 중간속도로 그리고 저속도로 변속된다.

제16c도에 도시된 바와 같이, 칼라부재(312)의 이와 같은 변위는 원주면에 설치된 켐궤도(320b)를 선택적으로 위치하게 하여 중간부(326b)와 수직벽면(328b)를 좌측페달 크랭크(34)와 좌측구동페달(38)를 그 회전경로의 상기 언급한 제1지점으로부터 180°이동된 제2지점에 위치하게 할때마다 변속핀(308)과 작동가능하게 맞물리도록 위치한다. 직경방향으로 대향한 위치에 우측페달(40)을 그 회전지점상의 최하부에 위치시킨다. 각 부품이 이렇게 위치하게 되면, 화살표(360)으로의 칼라부재(312)의 역회전 변위는 캠궤도(320b)의 중간부(326b)의 길이 및 피치에 따라 결정된 제한된 원호를 따라 칼라부재(312)는 화살표(360)방향으로 도시된 페달구동축(32)의 축방향으로 좌측단부(32L)쪽으로 이동하여 수직벽(328b)가 변속핀(308)을 통과할때 제16b도에 도시된 위치까지 이동하게 된다. 칼라부재의 이러한 변위는 판스프링 작동부재를 그 전진위치로부터 중간위치로 변위시켜서 중간구동기어(94)과 이의 포올부재(116)를 맞물리도록 상승시키고, 구동기어(94)를 페달구동축이 앞으로 다시 회전시킬때 페달구동축과 구동결합되도록 한다.

제16c도 및 제16b도에 의하면, 상기의 칼라부재 변위는 우측페달구동축(40)을 다시 그 회전경로의 최하부 지점에 다시 위치할 때마다 캠궤도(320a)의 중간부(326a)의 수직측벽(328a)을 변속핀(308)의 작동되도록 맞물리는 위치에 선택적으로 위치되도록 한다. 제16a도 및 제16b도, 제16c도에 의하면, 칼라부재(312)가 중간위치에 있을때, 캠궤도(320a, 322b)는 자전거를 타는 사람에 의해 감속 또는 가속이 이루어지도록 핀과의 구동결합을 위한 선택적인 위치에 놓여있게 된다.

캠궤도(320a)의 중간부(326a)의 수직측벽(328a)를 제16b도에 도시된 변속핀(308)에 대한 위치로 위치시켰을때, 화살표(360) 방향으로의 칼라부재(312)의 제2의 역회전변위는 중간부(326a)의 길이 및 피치에 의해 결정된 제한된 원호를 따라 칼라부재(312)를 페달구동축(32)의 축방향인 화살표(360) 방향으로 페달 구동축 좌측단부(32L) 방향으로 선형변위시켜서 제16a도에 도시된 위치까지 이동시키게 된다.

상기에 언급한 방법에 의해 이러한 칼라부재의 변위는 판스프링 작동부재(114)를 중간위치로부터 페달구동축을 앞으로 다시 회전시킬때 구동기어(92)가 페달구동축(32)과 구동결합되어지는 완전히 수축된 위치로 변위시키게 된다.

상기 설명된 변속동작의 순서에 의해 자전거의 주행속도는 저속으로부터 중간속도로 그리고 고속으로 변속된다.

두쌍의 캠궤도(320, 322)의 중간부에 있는 수직측벽은 직경방향으로 분리되어 대칭으로 위치하고 좌우페달(40, 38)에 대하여 두개의 설정된 위치에 배열되므로써, 캠궤도의 중간부의 길이와 피치에 의해 결정되는 적은 원호를 따라 역회전시키므로써 가속 및 감속변속이 이루어진다.

예를 들어 가속변속은 우측페달(40)을 그 최하부위치에 있을때 약 30°정도 역회전시키면 된다. 그리고 감속변속은 좌측페달(38)이 최하부 위치에 있을때 같은 정도로 역회전시키면 된다.

상기 페달에 의한 다단변속장치는 자전거를 타는 사람에 의한 수동레버등을 필요로 하지 않으며 변속시에 주행로로부터 시선을 떼지않고도 변속에 필요한 시간을 최소화하여 빠른 변속이 가능하므로 자전거를 타는 사람에 대한 안전도를 높일 수 있다. 상기 변속장치는 또한 포올부재의 바이어스 스프링의 고장시에 포올부재와 구동기어가 구동결합될지라도 다른 구동결합된 구동기어가 고속에서 자전거를 구동시키는 경우에도 불구하고 이러한 기어가 자전거를 구동시키므로써 고장 안전장치를 갖게 된다.

따라서, 단일 바이어스 스프링이 고장이 일어나서 하나이상의 구동기어가 페달구동축(32)과 구동결합되는 경우에, 고속의 구동기어가 구동되어지고 다른 구동기어는 구동포올부재(116)의 경사면에 의해 작동되지 않게 된다.

Claims

자전거 프레임의 페달구동축 허브안에서 회전변위 가능한 페달구동축과, 페달구동축과 선택적으로 구동되게 결합되는 기어장치와, 페달구동축과 연결되어 회전하도록 축상에 설치된 축의 길이방향으로 변위를 일으키는 칼라부재로 구성되는 자전거 변속기에 있어서, 칼라부재(312)의 표면에 설치된 캠궤도(320, 322)와, 페달구동축 허브(148)안에 설치되며 페달구동축(32)의 설정된 원호방향의 역회전 이동에 따라 캠궤도(320, 322)와 맞물려 작동되어지는 기어변속핀(308)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 변속기.