KR930007669B1 - 연속적으로 변화하는 자전거 변속장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연속적으로 변화하는 자전거 변속장치

제1도는 본 발명자전거 몸체의 측면도.

제2도는 제1도의 우측면도.

제3도는 정상기어위치에 맞춰진 본 발명 변속장치의 발췌도.

제4도는 제3도에서 오버드라이브로 이동된 상태를 보여주는 본 발명 변속장치의 발췌도.

제5도는 오버드라이브된 위치를 나타내는 요부도.

제6도는 제5도의 가-가선 단면도.

제7도는 회전지지축이 선형으로 변경된 본 발명의 다른 실시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

25 : 구동스프로킷 26, 27 : 크랭크링크

30, 31 : 일방향 로울러 클러치베어링(One-way clutch bearing)

33, 34 : 갭팔로우어(Cam follower) 35, 36 : 크랭크레버

37, 38 : 안내로 40, 41 : 재위치 레버

50 : 작동암(Arm) 52 : 지지암(Arm)

54 : 바이어싱수단 56 : 완충기

본 발명은 크랭크레버가 180도 이내의 각도범위에서 크랭크에 의하여 동력을 발생시키는 연속적으로 변화하는 (Continous, Variable Power) 자전거의 변속장치에 관한 것으로, 상세하게는 자전거의 자동변속에 유용한 동력변속장치에 관한 것이다.

종래로부터 효과적인 자전거 동력변속시스템에 관한 연구는 오랫동안 활발히 진행되어 왔다.

두발 자전거나 세발자전거와 같은 페달자전거가 고안된 이래 개선된 동력전달시스템을 개발하기 위한 관심은 계속되어 왔다. 실제에 있어 페달자전거에 쓰이는 모든 동력전달시스템은 자전거의 기어축을 돌리는 체인 또는 폴리에 의해 연결된 몇가지 형태의 일차구동바퀴나 스프로킷의 형태를 갖고 있다. 자전거의 가장 일반적인 변속시스템은 페달이 서로 반대편에 달려있는 회전구동 스프로킷으로 되어 있다.

구동스프로킷의 페달을 돌려 그 회전력이 체인이나 벨트에 의해 자전거 뒤바퀴에 있는 작은 2차 구동스프로킷에 전달된다.

다중기어 시스템이 이러한 자전거에 사용된 것은 오래된다. 예를들면, 미국특허 제4,599,079호는 10단이나 15단의 전형적인 자전거기어구조를 나타내고 있는 것으로 체인을 적절한 톱니 바퀴로 옮겨기어의 비율을 높이거나 낮추도록 구성하기 위하여 디레인러(derailer, 탈선장치)를 채용하고 있다.

뒤에 따르는 특허에서는 디레일러에 자동이동장치를 사용하고 있는바, 자전거를 타는 사람이 기어를 바꾸기 위하여 이동레버를 바꾸는 것이 자유로워졌다.

이 시스템은 안정화 유압실린더를 사용하고 있으며 어떤 특정한 동작의 위 상각에서는 이동축이 시계방향의 회전을 못하도록 되어 있다.

이 실린더는 완충형식으로 되어 있어서 기어가 기대하지 않는 방향으로 옮겨지는 것을 조절하게 된다.

트람멜 2세(Trmmell. II. Jr)가 출원한 미국특허 제3,779,099호와 3,906,807호에서는 자전거 변속시스템에서 동력전달을 좀더 개선하기 위하여 두가지 부수되는 사실을 보여주었다.

트람멜 2세의 후자의 특허에서는 회전구동시스템을 보여주고 있는데 이것은 크랭크축과 변화된 크랭크축 사이에 자동적으로 페달의 힘을 바꾸도록 되어 있다.

트람멜 2세의 전자의 특허에서는 수직적으로 왕복되는 페달 구동시스템을 제안하고 있다.

이 두개의 특허는 모두 구동스프로킷에 가해진 모멘트 축을 개선하기는 했어도 채플이 미국특허 제4,599,079호에서 보여준 다중스프로킷, 디레일러 시스템만큼 광범위한 변속력을 주지는 못한다.

트람멜 2세의 전자의 특허인 수직적 왕복페달장치는 여러해 동안 선구적기술로 되어 왔다. 예를들면, 1888년에 스미스.머신(Smith Machine) 회사가 개발한 세발자전거는 두개의 뒷바퀴를 각각 구동시키기 위하여 페달을 수직적으로 왕복시키는 구조를 사용하고 있다.

이 세발자전거는 스미스 소니언(Smith Sonian) 연구소에 보관되어 있다.

수직페달장치로 부터의 동력전달은 일반적으로 폴라드(Pollard)가 출원한 미국특허 제4,019,230호에서 처럼 로울러 클럿치장치를 통하여 이루어진다.

이러한 기계적 구조는 자전거를 타는 사람이 하나의 페달은 아래로 향하는 힘을 동력으로하고, 반대편에 있는 페달은 위로 올라가게끔 하는 것이다.

여기에 일방향 베어링을 채용하게 되면 전형적으로 회전운동을 하는 자전거보다 운전자의 발이 상, 하운동을 번갈아 가면서 힘을 주는데 더욱 효과적이다.

우리가 살펴볼만한 부가적인 자동변속장치는 앞톱니바퀴를 사용하는 미국 특허 제4,127,038호와, 다중벨트 구동확산 폴리를 사용하는 미국특허 제4,741,546호도 있다.

자전거 변속장치의 수년간에 거친 발명과 변화에도 불구하고 다양하게 개선된 변속장치 중에 상업적으로 성공을 거두거나 대중에서 받아들여진 것은 거의 없다.

대개의 경우 이러한 장치 및 변속시스템은 복잡하고 경비가 많이 들뿐 아니라 그 신뢰성도 불확실했다.

또한, 대부분 자전거를 타는 사람이 변속기어의 비율을 낮은 비율에서 높은 비율로 옮기기 위해 계속해서 수동적으로 다중 톱니바퀴를 옮겨야만 했다.

결국 자전거를 타는 사람이 능숙하게 톱니바퀴를 적절히 맞춰야 했으며, 체인과 톱니바퀴가 잘맞지 않을 때에는 기계적 어려움을 겪거나 제대로 동작을 못하는 것을 경험해야 했다.

따라서 필요한 것은 디레일러와 연결되어 있는 다중 스프로킷을 필요로하지 않는 단순한 자동변속시스템이며, 지면의 변화에 따른 운전속도에 대한 구동력 변화에 자동적으로 대응하는 자동 변속시스템이 요구된다.

본 발명의 목적은 자전거변속장치에 있어서 연속적으로 변화하는 자전거변속장치를 사용해 운전자가 페달운동을 하는 동안 가해지는 힘에 맞도록 기어의 비율이 연속적으로 변화되도록 하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 손을 사용할 필요없이 페달을 밟는데 변화를 주지않는 완전자동변속 시스템기능을 부여함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 정지하고 있는 동안에는 변속장치가 자동적으로 낮은 기어상태로 옮겨가도록 하는데에도 있다.

본 발명의 또다른 목적은 운전자가 언덕이나 경사를 오를때 페달에 가해지는 발의 힘이 증가됨에 따라 변속시스템이 자동적으로 낮은기어 상태로 옮겨가도록 하는데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 전형적인 15, 18 또는 24단자전거의 기어비율을 넘어 무한적으로 가변되는 자동 변속시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 부가적인 목적은 디레일러시스템이 필요없이 뒷바퀴가 단일스프로킷만 필요로하는 자동변속시스템을 제공하는데에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성함과 더불어 기타 다른 목적에 의하여, 연속적으로 변화하는 자전거변속장치로 구현될 수 있으며, 이 장치는 크랭크레버의 축의 구동스프로킷에 연결되어 180도 이내의 한정된 각도로 왕복운동을 하는 크랭크 구동동력의 전달에 사용될 수 있다.

이때의 동력은 구동스프로킷으로 부터의 전달하중이 체인이나 벨트로서 전달되며 이 체인이나 벨트는 사용중에는 보통 계속해서 장력이 가해지게 된다.

특히, 자전거 몸체와 같은 부분은 변속시스템의 움직이는 부품을 지탱해주는 역할을 하며, 작동암은 후레임을 기준으로 정, 역방향으로 다양하게 이동되게 후레임에 장치되어 있다.

구동스프로킷은 작동암에 붙어 있어 그 축이 작동암의 정, 역방향운동에 따라 위치된다.

발 또는 다른 동역으로 왕복운동을 하다라 한쪽이 자유롭게 되는 페달구조로된 크랭크레버는 후레임의 한쪽 끝에 연결되어 있다.

크랭크레버는 크랭크작동방향에 따라 움직이며 이 작동방향은 구동스프로킷의 주변부분에 맞게 되어있어 회전동력이 크랭크에서 일방향베어링까지 전달되어, 결국 그 동력을 구동스프로킷에 전달된다.

각 크랭크링크는 그 길이에 따라 안내로 안에 있는 캠팔로우어에 연결되어 있고, 이 캠팔로우어는 발의 페달압력에 따라 기어의 비율을 바꿔주기 위하여 안내로를 따라 변화되는 각도로 왕복운동을 하는데 맞도록 되어 있으며, 이 장치는 크랭크레버에 가해지는 힘을 구동스프로킷에 한방향으로 전해주게 되어 있다.

안내장치 혹은 캠팔로우어와 같은 연결장치는 일방향클러치 시스템과 같은 동력전달장치에 연결되어 있으므로 페달의 수직운동을 스프로킷의 회전운동으로 바꾸게되는 힘의 경로를 구성하게 된다.

압축스프링이나 기타 바이어스 형태의 장치는 작동암을 앞쪽으로 밀므로서 구동스프로킷이 페달운동의 힘으로 뒷쪽으로 밀리는 것에 균형을 맞추어주는 작동암에 부착구성되어 있다.

이 바이어싱수단은 캠팔로우어에 의하여 크랭크링크를 멀리 밀어 내려는 성질이 있으므로 바이어싱수단이 없을때 보다 캠팔로우어가 좀더 큰 주변부위를 지나가게 한다.

즉, 적은 모멘트를 주는 작동암으로 될 경우에는 더많은 출력을 내기위해 적은 기어로 이동된다.

이러한 상호부품들은 서로 연관이 되어 캠팔로우어가 안내로를 따라 상대적으로 위치하게 하여 크랭크레버에 가해진 증가된 힘에 따라 구동스프로킷에 더 많은 모멘트를 가하는 작동암으로 변환된다. 그러므로 이러한 작용은 크랭크레버에 가해진 힘이 커질수록 변속장치를 더낮은 기어로 가게 만든다.

반대로 페달압력을 잃게되면 바이어싱수단에 따라 안내로에 연결된 부분이 중립위치로 오게 되며, 작동암은 모멘트가 줄어들게되고, 변속장치는 높은기어로 옮겨가게 된다.

본 시스템에서는 작동암과 후레임 사이에 연결된 완충기를 사용하고 있으므로 발의 압력을 갑자기 놓게 될때 캠팔로우어의 위치가 급히 변경되는 것을 방지하게 된다.

즉, 완충장치는 작동암을 안정된 위치로 유지하여 자전거를 타는 사람이 잠시 발의 압력을 놓게되는 경우라도 변속장치가 자동적으로 갑자기 다른 기어로 옮겨가는 것을 방지하게 되므로 평지나 내리막 길에서는 오버드라이브장치로 사용할 수 있다.

본 발명의 기타다른 개선점, 구조등은 도면에 따라 다음에 상세히 설명하므로서 명백해진다.

도면 제1도와 제2도는 자동변속장치가 달린 자전거의 윗부분을 도시하고 있으며 본 발명을 한눈에 볼수 있다. 특히, 본장치는 자전거를 타는 사람의 페달작동에 따라 구동력이 연속적으로 변동하게 된다.

본 발명은 보통구동스프로킷에 가해지는 힘과 마찬가지로 크랭크레버가 번갈아가면서 180도 이내의 각도에서 움직여 크랭크 구동동력으로 사용되며, 자전거와 같이 바퀴가 달린 기구에 적용함이 바람직하다.

동력변속장치의 목적을 달성하기 위하여 바퀴축과 연결된 작은 스프로킷(11)으로 뒷바퀴(10)에 회전력을 공급하는 기술은 이미 알려져 있다.

도면에 따르면 뒷바퀴(10)는 표준 27인치 바퀴이며, 12개의 이가 있는 톱니바퀴(11)에 붙어있으며, 이 톱니바퀴(11)는 구동체인(12)과 맞게 되어 있다.

톱니바퀴(11)의 톱니수가 적을수록 가해줄 수 있는 기어비가 더커지기 때문에 바람직하다.

본 장치는 기어의 비율이 변화하기 때문에 그로인하여 변속장치에서 일어나는 자동위치변경에 따라 체인이 느슨해지는 것을 방지하기 위하여 체인상승장치(13)로 체인의 장력을 유지해주게 된다.

본 발명의 잇점은 체인을 옆으로 옮겨 주거나 이탈시켜 줄 필요가 없기 때문에 체인상승장치(13)는 적은 부품수로 구성될 수 있다.

체인상승장치(13)의 유일한 작용은 오직 체인의 장력을 유지해 주는것 뿐이다. 이러한 작용은 연장부(14)에 의해 이루어지며 기어(15)(16)의 끝에 달려있다. 최소한 이들중의 하나의 기어에는 스프링이 달려있어 낮은 기어로 바뀌어 체인길이가 길어지면 그 영역내에서 체인의 길이를 짧게 해준다.

일반적으로 기어(16)에 스프링이 달린 구조가 주로사용되며, 체인을 최대한 길이로 돌려 변속장치의 변화에 무관하게 체인을 일정한 장력으로 유지하게 된다.

연장부(14)는 장력암(17)에 의해 자전거후레임(63)에 연결된다.

도면부호 18은 연장부(14)와 장력암(17)을 서로 연결하는 연결부이며, 기어(16)에 붙어있는 회전스프링을 싸고 있다.

장력암(17)은 2차스프링동력축(19)으로 후레임(63)에 연결되며 이 2차스프링동력축은 너트(20)호 후레임(63)에 연결된다.

디레일러는 종래의 것과 같으며, 본 발명에 사용하는 것에는 아무런 제한이 없다.

실제로 구동체인을 들어주기 위한 것이라면 어떠한 구조라도 여기에 사용할 수 있다.

뒷바퀴의 축기어(11)에 가해지는 힘은 구동스프로킷(25)에 의하여 체인(12)을 통해 공급된다.

본 발명에서는 보통자전거에 사용하는 스프로킷보다 큰 스프로킷을 사용하였다.

도면에서 나타내고 있는 바와 같이 이 스프로킷은 바퀴살 사이에 빈공간이 많아 그 중량을 줄이며 지름이 약 12인치 또는 30.5센티미터가 된다.

이 큰 스프로킷은 디레일러장치를 사용하는 15, 18, 24단 자전거의 스프로킷 크기와 비슷하다.

이러한 유사성은 스프로킷의 지름뿐만아니라 좌우 각 페달이 움직이는 거리에서도 찾아 볼 수 있다. 스프로킷의 크기는 특정 크기로 정해질 필요가 없다.

이 스프로킷(25)에는 축(24) 고정장치가 있으며 여기에는 두개의 일방향로울러 클러치베어링(30)(31)이 있다.

이 베어링은 전형적인 일방향베어링이며, 페달을 아래로 구를때 크랭크링크(26)(27)를 통해 스프로킷(25)에 회전력을 공급하게 된다.

페달이 위로 올라갈때는 클러치가 빠져 스프로킷이 역방향으로 움직이는 것을 방지하게 된다.

일방향로울러 클러치베어링(30)(31)에 연결되어 있는 크랭크링크(26)(27)은 크랭크레버(35)(36)의 끝에 연결되어 있으며, 이 크랭크레버에는 페달이 연결되어 있다.

캠팔로우어(33)(34)가 안내로(37)(38)에 접속되고 또 크랭크레버(35) (36)에 연결되어 있는 방식으로 각 크랭크링크에 연결된다.

각 안내로 안에서의 캠팔로우어 움직임에 따라 기어비율이 변하게 되어있다.

이에 따른 작용을 자세히 설명한다.

본 발명은 개괄적으로 일방향로울러 클럿치 베어링(30)(31)장치에 크랭크링크(26)(27)을 통해 힘을 전달하며, 이 크랭크링크(26)(27)는 캠팔로우어(33)(34)를 일방향로울러 클럭치 베어링(30)(31)에 연결해주는 선로연결 작용을 한다. 이렇게 하므로서 크랭크레버(35)(36)에 가해진 동력은 캠팔로우어(33)(34)를 통해 크랭크레버(26)(27)에 연결되고, 또 클럿치 베어링장치를 통해 결국은 구동스프로킷(25)에 연결되게 된다. 실제로 가해진 힘의 세기는 크랭크암의 클럭치 베어링장치까지 닿는 유효길이로 결정된다.

이 크랭크암의 길이는 캠팔로우어(33)(34)가 안내로 (37)(38) 안에서 위치하는 것에 따라 자동적으로 조절된다.

예를들면, 제1도에서 낮은기어비로 위치할때 축(24)에서 부터 크랭크레버(35)(36)에 연결되어 있는 페달까지가 실제 크랭크레버의 길이이다. 캠팔로우어가 안내로(37)(38)를 따라 움직이면 축(24)이 따라서 움직이게 되고, 그에 의하여 페달과 구동스프로킷, 축(24)의 길이는 줄어들게 된다. 이것은 크랭크레버(35)(36)의 아래로 힘을 줄때 스프로킷 회전각을 낮게하여 결국 낮은 기어비로 가게한다. 따라서, 동작중에 있는 작용상태는 제4도에 나타낸 바와 같으며, 도면에서 높은 기어비로 위치가 변경된 것을 알 수 있다. 이 위치에서 자전거를 타는 사람이 페달을 구를때 구동스프로킷(25)에 최대한의 회전력을 가하게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명 구조에서 페달을 구르는 힘은 수직으로 가해지게 된다. 이 수직적운동은 기술적으로 각 페달이 수평이상으로 올라갈때 일부의 각이 실제적힘으로 작용하게 된다.

이각은 역 30도에서 시작하여 수직회전이 수평에서 약-90도에 닿을때 끝나게 된다. 페달은 번갈아가면서 재위치레버(40)(41)에 연결되어 있는 폴리시스템에 의해 위로 올라와 시작점에 놓이게 되며, 크랭크레버(35)(36)에서부터 연장선을 형성하게 된다.

이 시스템은 재위치팔(41)의 끝(42)에 연결되어 있는 풀리선(43)에 의해 동작하게 된다. 이 풀리선(43)은 풀리(44)를 통해 중앙 풀리(45)로 연결되어 있다. 이 풀리선(43)은 이와 마찬가지방법으로 반대편 풀리에 연결되며, 결국 재위치팔(41)에 연결되게 된다. 그러므로 크랭크레버(36)에 있는 페달을 구를때 재위치선이 앞으로 당겨지면서 재위치팔(41)을 뒤로잡아 당겨 그에 연결된 크랭크레버(35)일체의 페달을 돌리게 된다. 따라서 자전거를 타는 사람이 저항을 걸더라도 페달은 수직적으로 재위치하게 된다.

이와 같은 재위치에 따른 구조는 다른 형태로 변경될 수 있으며, 본 발명이 아닌 다른 재위치시스템에도 적용될 수 있다.

본 발명의 자동변속기능에 있어서 지지암을 포함하는 작동암(50)에 따른 기술구조를 설명한다. 이 작동암(50)은 구동스프로킷(25)과 가운데가 갈라진 한쌍의 요오크(53)로 이루어진다.

요오크(53)는 지지암(52)에 붙어있고 지지암(52)의 뒷쪽 끝은 몸체(69)와 회전축(51)에 연결되어 있어 움직일 수 있게 되어있다.

구동스프로킷(25)은 갈라진요오크(53) 끝에 연결되어 있어 구동스프로킷(25)이 자전거의 수평면 방향으로 자유로이 회전할 수 있게 된다.

이러한 방식은 전형적으로 구동스프로킷에 고정되어 달라진 요오크(53)에서 회전가능한 축(24)으로 구성된다. 구동스프로킷이 크랭크레버(35)(36)에 로울러 클럿이 베어링으로 연결되어 있기 때문에 페달에 가해지는 힘으로 구동스프로킷은 시계방향으로 돌게 되어있다.

다시말해서 로울러클럿치 베어링과 페달에 달려있는 크랭크레버는 캠팔로우어(34) (34)를 통해 크랭크레버로서 간접적으로 구동스프로킷에 회전가능한 수단을 주게되며, 그 반대쪽으로 크랭크레버 끝부분은 몸에(65)의 일부분에 축지되어 있다.

몸체(65)에서 축수회전할 수 있도록 부착된 축고정장치는 크랭크레버와 페달을 고정된 상태로 일정한 각도를 유지하여 주므로서 자전거를 타는 사람이 항상 같은 위치와 요령으로 발을 저을 수 있도록 해준다.

이 각도는 구동스프로킷(25)의 주변길이로 결정되게 된다.

또한, 페달에 힘을 가했을때 크랭크레버는 시계방향으로 구동스프로킷(25)을 회전시켜 구동체인(12)을 잡아당긴다. 이와 같은 당김작동과 체인의 팽창은 체인에 의하여 공급된 힘이 구동스프로킷의 접선방향을 따라 뒷쪽으로 움직이려는 성질로서 이루어진다. 만약, 반대방향으로 다른힘이 가해지지 않으면 요오크는 재빨리 회전 이동하여 맨 뒷쪽으로 가게 되는데 이 위치는 안내로(37), (38)의 후방이동에 의하여 제한 받게된다. 이 위치에서 자전거는 낮은 기어로 동작하게되는데, 발을 구르는 힘 대해 최대한의 동력을 내게된다.

작동암(50)의 역방향 반응으로 인하여 역스프링이나 바이어싱 수단(54)이 지지암(52)에 부착된 작동암(50)과 역방향 지지플레이트(55) 사이에 힘을 받치고 있으며, 역방향 지지플레이트(55)는 그 축이 자전거 몸체에 고정되어 있지만 회전할 수 있게 된다. 바이어싱수단(54)은 캠팔로우어(33) (34)의 위치를 잡기위해 정방향으로 탄력을 주게되며,안내로(37) (38)의 중간부분을 향하여 힘이 걸리게 된다.

이 스프링의 탄력은 이것의 위치와 구동스프로킷을 움직이는데 필요한 페달에 의한 힘의 총량에 의하여 결정되고, 작동암을 낮은 기어 위치에 머물게 한다.

바이어싱수단(54)은 공기 압축스프링으로 되어 있는 것이 특히 바람직하며, 이 공기스프링은 입력밸브(58)와 주입구(57)로 이루어져 있어 자전거를 타는 사람의 체중과 취향에 맞게 압축공기로 스프링의 세기를 조절할 수 있다.

예를들면, 일반적으로 무거운 사람은 가벼운 사람보다 공기압출력과 스프링의 탄력을 좀더 세게함이 필요할 것이다. 에어게이티(59)는 공기스프링이 결정한 범위 내에서 공급압력을 표시한다. 그러므로 동작중에 있는 구동스프로킷(25)과 작동암(50)은 안내로(37)(38)에 의해 결정되는 위치에 놓이게되며, 이 위치는 양쪽 한계점의 사이가 된다. 이 중간위치는 바이어싱수단(54)을 통해 전달된 힘에 의해 평형을 이루게 된다. 폐달의 아래로 힘을 가할 때 공기 스프링은 수축되고 구동스프로킷은 회전되며, 캠팔로우어(33) (34)가 낮은 기어 위치로 가게한다.

따라서, 본 발명에서는 바이어싱수단(54)과 자전거를 타는 사람이 가하는 페달압력과의 균형을 잡기위해 자동적으로 낮은 기어로 옮겨 가는것이 가능하게 된다.

이 중간위치는 바이어싱수단(54)을 통해 전달된 힘에 의해 평형을 이루게 된다. 페달의 아래로 힘을 가할때 에어스프링은 수축되고 구동스프로킷은 회전되며, 캠팔로우어(33)(34)가 낮은 기어위치로 가게한다. 따라서, 본 발명에서는 바이어싱수단(54)과 자전거를 타는 사람이 가하는 페달압력과의 균형을 잡기위해 자동적으로 낮은 기어로 옮겨가는 것이 가능하게 된다.

전술한 바와 같이 저항도와 반응도는 에어스프링 안에 있는 공기압에 따라 조절된다. 일정한 공기압아래에서 페달에 가해지는 힘이 크면 클수록 캠팔로우어(33) (34)가 낮은 기어위치로 옮겨가는 정도로 커기게 된다.

그러므로 경사면을 올라갈때 페달에 가해진압력이 커지게 되면 캠팔로우어가 가능한 낮은 기어로 옮겨가게 된다(적당한 공기압을 에어스프링이 갖고 있다고 가정함).

발의 압력이 줄어드는 페달작용의 말기에 순간적으로 작동암(50)과 구동스프로킷(25)이 앞쪽으로 옮겨가게되는 것을 막기위하여 작동암(50)을 어느 일정시간동안 일정위치에 잡아주는 완충기(56)가 제공된다.

다시말해서 구동스프로킷과 캠팔로우어가 낮은 기어비율로 조정될때 순간적으로 바이어싱수단(54)에 의해 가해지는 압력에 상관없이 페달압력의 감소는 작동암(50)을 즉각적으로 앞쪽으로 회동시키지 않는다.

대신에 작동암에 직접적으로 연결되어 있는 완충기(56)는 짧은 순간, 자전거를 타는 사람이 다시 충분한 페달압력을 회복할 수 있도록 구동스프로킷을 억제하고 있다.

도면에서 완충기(57)는 실린더와 실린더대로 구성된다. 실린더대의 길이는 캠팔로우어(33)(34)에 의해 결정되는 길이를 조절하는데 매우 중요한 역할을 한다.

캠팔로우어가 안내로의 왼쪽편에 있게 되거나 실린더가 자전거 차체에 붙어 있는 실린더의 끝에 있게 될때 낮은 기어의 한계점이 된다.

바이어싱수단(54)은 유압으로 작동되며, 실린더 안에 있는 액체가 피스톤 안쪽에서 피스톤의 구멍을 통해서 반대편으로 옮겨가게 된다.

액체가 매우 느리게 이동하도록 구멍의 크기는 매우 작게되어있다. 그러므로 자전거를 타는 사람이 페달에 압력을 더가하게 되면 에어스프링의 압력을 넘어서게 되어 액체가 실린더의 왼쪽에서 오른쪽으로 밀려가게 된다.

기어비율이 낮은 상태에서 천천히 증가함에 따라 이러한 액체는 느린속도로 이동하게 된다. 어느순간 완충기(56)안에 있는 액체의 이동이 안정됨에 따라 자전거를 타는 사람의 발압력도 안정되게 된다.

페달사이클의 압력이 떨어질때(페달이 -90도에 있을때) 바이어싱수단은 구동스프로킷의 앞쪽으로 힘을 가하려고 하지만 실린더 통안에 있는 액체의 힘에 의해 압력이 억제되게 된다. 이렇게 되므로서 짧은 시간 동안에 자전거를 타는 사람이 다시 페달에 압력을 가하여 계속하여 낮은 기어비를 유지하도록 한다.

이때의 지연시간은 구멍의 크기나 액체의 점도에 의해 조절할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 다른형태의 완충기를 사용할 수도 있다. 이때의 완충기는 저항형태의 힘을 형성해야 하며, 압력상태의 실린더 안에 있는 피스톤의 운동으로 형성되는 이 저항력은 바이어싱수단(54)에 의하여 옮겨지려는 힘보다 세어야 하며, 안정된 중간위치에서 균형을 잡게 된다. 이러한 구조들의 올바른 상호연관 관계는 바이어싱수단(54)에 가해진 힘과 완충기(56)에 가해진힘이 연관되어 균형을 이룬다. 이때 크랭크레버(35)(36)과 크랭크링크(26)(27)에 가해진 힘이 바이어스 힘을 능가할 때 낮은 기어로 옮겨가게되고 완충기가 크랭크링크의 상대적 길이를 늘려 옮겨가도록 한다. 이를 요약하여 설명하면, 바이어싱수단(54)은 구동스프로킷과 캠팔로우어(33)(34)를 중간 높은 기어위치로 옮겨가도록 힘을 가하며, 회전작동암(50)은 구동스프로킷(25)과 캠팔로우어가 역방향으로 옮겨가도록하여 낮은 기어비로 가게한다.

완충기(56)는 페달을 구를때 생기는 짧은 시간동안의 압력손실로 인한 순간적인 구동스프로킷과 캠팔로우어의 전환을 억제한다. 사용 예를들어 설명하면 이러한 관계를 좀더 잘이해할 수 있을 것이다. 자전거를 타는 사람은 바이어싱수단(54)에 주입구(57)를 통해 공기를 넣어 공기압을 원하는대로 조절한다. 압력은 작은 사람에게 해당되는 20psi에서부터 200파운드 이상의 사람에게 해당하는 40psi까지의 범위가 될 수 있다.

이 압력은 한계점이 될 수 있으며, 이 위치는 실린더대의 길이에 의해 결정되고 작동암을 안내로(37)내에서 앞쪽으로 움직이게 한다. 150파운드의 보통사람인 경우 압력을 30-35psi정도가 된다. 스프링에 힘이 최대로 걸릴때 완충장치(56)의 피스톤은 완전히 빠지게되어 캠팔로우어(33)(34)는 안내로(37)(38) 내에서 앞쪽 한계점에 있게 된다. 그다음에 자전거에 올라가서 페달을 밟게되며, 구동체인(12)은 구동스프로킷(25)과 그에 부착된 작동암(50)을 시계방향 혹은 뒷바퀴 쪽으로 가게한다. 이렇게 하므로서 바이어싱수단(54)에 압력이 가해지고 완충기(56)의 실린더대가 실린더 안쪽으로 들어가게 된다. 이때, 실린더내의 액체는 실린더의 왼쪽 방에서 오른쪽 방으로 옮겨가게 된다.

자전거를 타는 사람이 발을 한번 완전히 구르고나면 페달압력이 갑자기 떨어지고 바이어싱수단(54)의 바이어스압력이 작동암(50)을 다시 중립위치로 움직이게 하려한다.

그러나, 완충기(56)내에 있는 액체가 느리게 이동하므로서 자동암이 즉각 제자리로 돌아가는 것은 불가능하게 된다. 페달을 구르게 되어 페달압력이 회복되면, 캠팔로우어(33)(34)는 계속해서 낮은 기어위치(높은 기어비)로 옮겨가게 된다.

자전거가 일정속도에 다다르게되면, 낮은 기어위치에서 힘이 덜 필요하게되며, 바이어싱수단(54)이 페달 압력을 능가하기 시작하여 캠팔로우어(33)(34)를 중립위치로 돌려놓게 된다. 완충기(56)에서는 액체가 오른쪽 방에서 왼쪽 방으로 천천히 이동하게 되어 이러한 회복기능이 느리게 일어나게 된다.

자전거를 타는 사람이 언덕을 내려가게 되면, 페달에 더낮은 압력이 걸리게되어 바이어싱수단(54)은 캠팔로우(33), (34)를 안내로(37) (38)의 중간부분을 따라 최대점, 즉 높은 기어위치로 옮겨가게 한다.

이러한 과정에서 완충기는 낮은 기어에서 높은 기어로 가는데 대략 30초가 걸리도록 고안되어 있다. 이 시간은 자전거를 타는 사람이 페달을 구르는 사이에 효율을 잃지 않는데 적당한 시간이다.

완충기(56) 대신에 다른 고정장치를 사용할 수도 있다. 사실상, 페달을 구르는 동안 작동암이 민감하게 움직이는 것을 막아주는 기계적 장치라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 사용예에서 본 바와 같이 자전거를 타는 사람이 언덕을 내려갈때 여기서 보여준 오버드라이브 구조는 높은 기어위치를 사용하도록 되어 있다.

일반적으로 말하자면 이 오버드라이브시스템은 제5도와 제6도에서 보인 바와 같은 오버드라이브 위치변경장치를 포함하고 있으며, 이것은 작동암을 정상변속기어비인 정상중립위치에서부터 오버드라이브, 또는 높은 기어비인 앞쪽(2차)위치로 자리를 옮기게한다.

이러한 각 위치는 제3도와 제4도에 각각 나타내었다.

단순히 발하자면, 이 그림에서 보인 오버드라이브 위치 변경장치는 축대(70)에 연결된 레버(77)를 포함하고 있으며, 이것은 더 나아가서 오프셋대(76)와 연결되어 있게된다. 오프셋대 선로는 안내로(73)에 연결되어 있다.

제3도와 제5도는 정상기어 범위일때의 오프셋대가 끼워져 있는 유도선로의 한쪽 끝을 나타낸다.

이 도면에서 레버(77)는 아래쪽에 위치하게 된다.

제4도는 레버(77)를 나타내는데 오프셋대가 판(55)을 지지하고 있는 2차 위치로 들어간 모습을 나타내며, 톱니바퀴의 모든 부분이 앞으로 나가있는 것을 나타낸다.

오프셋대(76)가 새로운 위치로 들어갈때 작동암(50)은 앞쪽으로 힘을 더받게되어 캠팔로우어(33)을 더욱 앞으로 밀게된다. 결국 페달을 한번구를 때 스프로킷이 더 큰회전을 하게 된다. 오버드라이브를 보여준 제6도에서 오프셋대의 한계위치는 차단기(78)로 한정되게 되는데 이 차단기는 중앙캠(74)에 있는 슬롯(73)을 막게 된다. 캠(75)에 있는 슬롯(73)은 끝이 트여 있으며, 오프셋대(76)가 홈이 파진유도선로에서 자유로이 움직일 수 있게 한다. 구조적으로 다르게 변경하여 오버드라이브를 실현할 수도 있다. 그리고, 작동암(50)과 완충장치가 움직이는 범위로 인해 캠(33)이 크랭크레버의 안내로(38)에서 충분히 움직일 수 있도록 하려면 정상위치나 오버드라이브 위치에서 사용할 수 있는 최대한의 기어비율의 범위가 하나의 범위로 합해 질 수 있어야 한다.

몸체 구조에서 나타낸 여러가지 특정한 보기는 발명의 일반적 원칙을 나타낸다. 예를들면 제7도는 작동암(50)과 교체될수 있는 지지구조를 나타내고 있다. 이 구조는 구동스프로킷(25)이 선로(80)를 따라 직선적으로 위치를 바꿀수 있도록 한다. 이 직선적 길을 따라 움직이는 스프로킷(25)의 움직임은 캠팔로우어(81)(82)처럼 선로부품으로 조절되며, 이 캠팔로우는 크랭크레버(35) (36)에 가해진 힘에 의해 선로를 움직이게 된다. 선로(80)는 차체(62) (67)에 고정적으로 부착되어 있다. 완충기(83)는 전술한 바와 같은 갑작스런 변화에 대해 반응하며, 지지부품(84) (85)에 의해 캠팔로우어(81)(82)에 연결되어 있다. 또 이것은 유동성이 있는 피스톤대(86)에 연결되어 있다. 따라서 직선적 움직임에 따른 스프로킷(25)은 안내로(80)와 마찬가지이며, 완충기(83)에 의해 완충된다.

Claims (24)

1. 고정기준점을 포함한 변속장치의 움직이는 부품을 지지하는 후레임(Frame)과, 기준점에 따라 앞뒤로 위치를 변경할 수 있도록 하기 위하여 후레임에 움직일 수 있도록 부착된 작동암(Support Arm)과, 이 작동암의 앞뒤 움직임에 따라 위치가 변화되는 구동스프로킷을 작동암에 부착시키는 수단과, 크랭크레버(Crank Lever Arm)의 한쪽을 회전가능하도록 후레임에 부착시키는 수단과, 크랭크레버의 길이에 의하여 정하여지는 안내로(Guide Track)와, 이 안내로에 따라 왕복운동의 이동이 조절되어지는 안내로의 선로수단(Tracking means)과, 크랭크레버에 가해진 동력을 구동스프로킷에 한방향으로 회전하도록 전달하는 동력전달수단(Force transfer means)과, 크랭크레버에 가해진 동력을 전달수단과 회전바퀴에 전달 할 수 있도록 선로수단을 동력전달수단에 연결해 주는 연결수단(Connector means)과, 작동암에 연결된 바이어싱수단(Biasing means)으로 구성되어 크랭크레버가 180도 이내에서 왕복운동을 하는 크랭크를 구동동력으로 하고, 부하에 대하여 연속적인 장력을 가지는 체인이나 구동벨트에 의하여 회전 구동바퀴에 동력을 전달하는 구조로되는 연속적으로 변화하는 자전거 변속장치.
2. 제1항에 있어서 바이어싱수단에 대해 힘이 역으로 걸리는 시간지연장치를 포함하고, 작동암과 후레임 사이에 연결된 완충수단.
3. 제2항에 있어서, 피스톤에 압력을 가할 때 실린더 안에 높은 압력을 생기게하고, 바이어싱수단으로 인하여 위치를 변경하게 하는 힘에 대항하여 동작하는 압력을 생기게 하며, 높은 압력을 일정시간 동안에 서서히 낮추어주는 시간지연수단을 포함한 실린더와 피스톤으로 구성된 완충수단.
4. 제3항에 있어서, 피스톤의 작은 구멍을 통하여 실린더내의 압력을 서서히 높히거나 낮추게하는 시간 지연수단.
5. 제1항에 있어서, 구동스프로킷에 의하여 사람의 힘을 차체 동력으로 되게하는 후레임.
6. 제5항에 있어서, 자전거로 구성된 차체.
7. 제1항에 있어서, 구동스프로킷이 작동암에 연결되고, 이 연결점은 작동암이 반복운동을 하는 동안 후레임에 있는 크랭크레버의 회전축에 대략 직각으로 교차하면서 지나가게하는 연속 변속장치.
8. 제1항에 있어서 작동암의 위치변경은 작동암이 후레임에 연결된 점에 있는 회전축 주위에서 회전상태로 일어나게 하는 연속변속장치.
9. 제8항에 있어서, 구동스프로킷의 회전축은 작동암의 움직이는 한쪽끝에 연결되어 있으며, 작동암의 다른 한쪽 끝은 고정회전축으로서 후레임에 연결된 장치.
10. 제1항에 있어서, 작동암의 위치변경은 선형선로를 따라 이루어지는 연속변속장치.
11. 제10항에 있어서, 안내로 안에서 선형으로 움직이게 하기 위해 필요한 안내로의 나머지 부품들을 포함한 작동암과 몸체에 고정적으로 연결된 안내로에 의해 선형선로가 결정되는 연속 변속장치.
12. 제1항에 있어서, 사용자가 앉게될 의자는 후레임의 윗부분에 연결되며, 이 연결점은 크랭크레버가 후레임에 연결되는 부분의 직상부로 되는 연속변속장치.
13. 제1항에 있어서, 사용자의 발로 동작되는 페달이 크랭크레버의 끝에 부착된 연속변속장치.
14. 제1항에 있어서, 크랭크레버의 길이에 따라 배열된 선형 홈으로 구성된 안내로와, 크랭크레버에 가해진 힘의 변화에따라 로울러베어링이 홈안에서 위치가 변경되도록 하는 선로장치로 이루어진 연속변속장치.
15. 제1항에 있어서 동력전달장치는 크랭크레버와 구동스프로킷 사이에 연결된 일방향로울러 클러치베어링으로 구성된 연속변속장치.
16. 제1항에 있어서, 한쪽 끝은 안내로내에서 선로수단에 연결되고 다른쪽은 동력전달수단에 연결된 콘넥터레버를 포함한 연속변속장치.
17. 제1항에 있어서, 바이어싱수단은 공기압을 조절해 작동암을 일정한 힘으로 조절할 수 있는 장치를 포함한 공기스프링 구조로되는 연속변속장치.
18. 제2항에 있어서, 바이어싱수단에 걸리는 힘은 균형을 맞추기 위해 가해지는 완충력에 따라 결정되며, 크랭크레버와 연결장치에 가해진 힘이 바이어스되는 힘을 넘을 때 낮은 기어로 가게하여 완충기가 동작하여 레버의 상대적 길이를 늘어나게 하는 완충수단.
19. 제1항에 있어서, 작동암의 한쪽 끝은 갈라진 요오크로되고, 끝에는 구동스프로킷을 고정시켜서되는 연속변속장치.
20. 제1항에 있어서, 한쪽 레버는 당겨 위로 올리고 다른쪽은 레버를 아래로 밀어내려 서로 왕복운동을 하는 두개의 크랭크레버로 된 연속변속장치.
21. 제1항에 있어서, 작동암을 1차 중립위치, 즉 높은 기어로 있는 정상변속비에서 2차 순방향위치 즉, 오버드라이브의 높은 기억변속을 하기 위하여 작동암과 그에 부착된 구동스프로킷에 연결된 오버드라이브 위치 변경위치를 포함하는 오버드라이브 전환 구조로 되는 연속변속장치.
22. 제2항에 있어서 작동암을 1차 중립위치 즉, 높은 기어에 있는 정상변속비에서 2차 순방향위치 즉, 오버드라이브의 높은 기억변속으로 하기 위해 완충장치, 작동암, 이에 부착된 구동스프로킷에 연결된 오버드라이브 위치 변경장치를 포함하는 오버드라이브전환 구조로되는 연속변속장치.
23. 제22항에 있어서 오버드라이브 위치 변경장치는 후레임에 연결되어 완충장치가 부착되는 지점을 제공하고, 완충장치의 끝은 작동암에 연결되며, 오버드라이브 위치변경장치는 최소한 두개의 다른 위치 즉 정상 변속비와 높은 기어변속비로 구성되는 연속변속장치.
24. 제21항에 있어서 오버드라이브 위치에서 오버드라이브장치의 위치변경은 선로장치가 구동스프로킷의 중앙으로부터 안내궤적을 따라 멀리 떨어지도록하며, 크랭크레버와 연결장치의 길이를 짧게하고 각 페달운동에 대해 구동스프로킷의 회전량을 증가시키는 연속변속장치.

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