KR100258784B1 - 자전거허브의 정,역구동 변환장치 - Google Patents
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Abstract
본발명은 자전거 뒷바퀴 허브의 동력 변환장치에 관한 것으로, 더 상세히 말하면 자전거의 뒷바퀴 허브셸내에 역구동속도변속부와 구동변환부를 설치하여 입력되는 페달축의 정,역구동력을 항상 한쪽방향 즉 정회전으로 동력을 출력할 수 있도록 하여 자전거를 전진주행시키는 자전거 허브의 동력변환장치로, 이 허브동력전달장치는 허브축(10)에 유동가능하게 결합된 종동스프로킷하우징(30)과; 이 종동스프로킷하우징(30)의 선단 외주면에 복수개 설치되는 제 1 및 제 2클러치핀군(210)(220)과, 이 제 1클러치핀군 및 제 2클러치핀군을 지지하기 위한 제 1캐리어(110)와, 상기 제 1클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 허브셸(20)을 구동하기위한 클러치하우징(300)과; 이 클러치하우징의 이탈을 방지하기 위한 제 1이탈방지부재(600)로 구성되는 구동부(Ⅰ)와; 이 구동부에 설치된 제 2조작레버(50)에 의해 정역회전시킬 수 있도록 한 정,역구동변환부(Ⅱ)와; 이 정,역구동변환부에 스플라인 등으로 결합되어 제 2조작레버(40)에 의해 변속을 하기 위한 다단변속부(Ⅲ)로 구성된다.
Description
본 발명은 자전거 뒷바퀴 허브의 정,역구동 변환장치에 관한 것으로, 더 상세히 말하면 자전거의 뒷바퀴 허브셸내에 구동부와 정,역구동변환부를 설치하여 입력되는 페달축의 정,역구동력을 항상 한쪽방향 즉, 정회전으로 동력을 출력할 수 있도록 하여 자전거를 전진주행시키는 자전거 허브의 정,역구동변환장치에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 일 방향 즉, 정구동에 의한 전진주행만 할 수 있어, 장시간 주행할 때 주행자의 다리를 쉽게 피로하게 하며 또한 다리근육의 발달을 불 균일하게 하는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 개선하고자 일방향으로만 구동할 수 있는 통상의 자전거를 양 방향으로 구동할 수 있게 하는 장치를 개발하기 위하여 여러 발명가들이 노력하여 왔다.
지금까지 개발된 양 방향 구동장치는 크게 보조기어를 이용한 방법과 베벨기어를 이용한 방법 그리고 유성기어를 이용한 방법으로 구분할 수가 있다.
보조기어를 사용한 양 방향 구동장치로서 대표적인 것이 Mantzoursos 등의 발명(EPO공고번호 0,369,925호)이고, 베벨기어와 클러치를 이용한 발명이 포스터(Foster) 씨의 발명(미국특허 5,435,583)이며, 유성기어를 이용한 대표적인 발명이 본 출원인에 의한 국내특허출원 제 95-47910호가 있다.
그러나, 이들 발명들은 모두 페달축 외부에 부착되어야 하므로 이 장치를 자전거에 장착할 경우 자전거 프레임 밖으로 돌출 되기 때문에, 자전거 주행자의 구동을 방해할 수 있으며, 또한 상기 돌출부로 인하여 최근 들어 많이 개발되고 있는 접어서 운반할 수 있는 자전거에는 부착하기 어렵다라는 문제점이 있었다.
따라서 이러한 문제점들로 인하여 상기의 양 방향 주행장치를 뒷바퀴 축상에 장착할 수 있는 자전거의 변속장치가 개발되어 왔다.
즉, 상기 자전거의 변속장치는 주행자가 자전거를 주행할 때에 다리의 피로를 적게 하고 페달에 가한 에너지를 효율적으로 사용하기 위해서는 페달을 밟는 페달링 리듬을 고르게 하고 페달에 가하는 답력도 일정하게 유지시킬 수 있는 장치로서, 구동 스프로킷과 종동 스프로킷의 기어비를 조정하여 자전거의 주행에 따른 주행저항에 적절한 답력을 가할 수 있도록 하고 있다.
이러한 변속기로는 외장식 변속기와 내장식 변속기가 있다.
즉, 외장식 변속기는 페달축과 허브축상에 설치되어진 직경이 다른 몇 장의 스프로킷에 체인을 바꾸어 걸어주면서 직접적으로 기어비를 변경하는 장치를 말하며, 내장식 변속기는 뒷바퀴 허브셸의 내부에 유성기어를 설치하여 기어비를 변경하는 장치를 말한다.
내장식 변속장치는 외장식 변속장치에 비하여 보다 소형화할 수 있고, 먼지나 이물질 등의 유입을 차단할 수 있으며, 허브셸 내부에 설치되기 때문에 외부의 충격에도 쉽게 손상되지 않는다는 등의 장점이 있다.
이러한 장점으로 인하여 내장식 변속기는 일반용 자전거에 널리 채택되어 사용되어지고 있다. 내장용 변속장치에 관한 발명중의 하나를 예로 든다면 최근 한국에 출원된 본 출원인의 특허출원 제 97-25869호를 들 수가 있다.
상기 발명은 기본적인 구성은, 뒤바퀴의 허브축에 회동가능하게 장착되고 일정간격으로 정,역방향폴이 원주방향으로 탄성력있게 유지된 원통형상의 종동스프로켓하우징과, 이 종동스프로켓하우징의 정방향폴과 결합가능한 허브셸의 래치트고정링과, 또한 종동스프로켓하우징의 역방향폴과 결합가능한 래치트링으로 구성되어 종동스프로켓의 정,역구동력이 입력되는 구동변환부와; 상기 래치트링이 결합되어 허브축에 대하여 유성기어들이 구름구동가능한 제 1 캐리어와, 상기 제 1 캐리어의 유성기어들과 구름구동가능한 제 1 태양기어와, 이 제 1 태양기어와 유성기어들이 구름구동가능하게 상기 허브축에 고정되는 제 2 캐리어와, 상기 제 2 캐리어의 유성기어들과 구름구동가능하고 일측의 원주방향에 정방향으로 탄력있게 돌출가능한 정방향폴이 장착된 제 2 태양기어로 구성되어 상기 구동변환부의 역구동력을 정회전으로 방향 변환시킬 수 있는 방향변환부와; 이 방향변환부의 제 2 태양기어의 정방향폴과 결합가능하고 또한 상기 허브셸에 고정된 고정래치트와 결합가능한 제 3 태양기어와, 상기 허브축의 일체기어와 상기 제 3 태양기어와 유성기어들에 의하여 구름구동가능한 제 3 캐리어와, 이 제 3 캐리어와 상기 제 2 태양기어의 내경사이를 슬라이드가능하도록 되어 외부의 레버에 의하여 탄성력있게 미끄럼이동이 가능하게 장착되는 클러치로 구성되어, 상기 방향변환부의 정회전을 감속 및 공회전시킬 수 있는 역구동속도변속부로 구성된다.
즉, 상기의 구성은 허브셸내에 정,역방향폴이 각각 장착된 종동스프로켓하우징을 장착하여 구동변환부가 구성되어, 이 구동변환부는 종동스프로켓의 정회전 및 역회전의 입력에 따라서, 예를들면 정회전이 입력되면, 종동스프로켓하우징의 정방향폴이 허브셸에 고정된 래치트고정링을 정회전시키어 허브셸에 정구동력이 출력될 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 구동변환부과 캐리어수단에 의하여 연결구동되는 역구동속도변속부가 병렬로 구성되어, 상기의 반대로 역회전이 입력되면, 종동스프로켓하우징의 역방향폴이 캐리어수단들을 구동시키어, 이들 캐리어수단들과 연결구동되는 역구동속도변속부로 전달되도록 되어 있다.
특히, 역구동속도변속부는 외부의 레버에 의하여 조작되는 클러치의 위치변환에 의하여 상기 구동변환부의 역구동력을 정회전으로 변환시킬 수 있는 동시에, 입력되는 속도와 동일속도 또는 저속의 속도를 최종적으로 허브셸에 변환하여 전달할 수 있고, 또한 입력되는 역구동력을 공회전으로 변환시킬 수 있도록 되어 있다.
그러나 상기와 같은 발명에서는 변속부와 역구동부의 폴과 래치트들이 항상 이맞물림되어 있기 때문에 정,역구동시 과부하에 의해 이빨의 파손되거나, 치합에 의한 소음 및 유격이 발생한다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 허브축에 유동가능하게 결합된 종동스프로킷하우징과, 이 종동스프로킷하우징의 선단 외주면에 복수개 설치되는 제 1 및 제 2클러치핀군과, 이 제 1클러치핀군 및 제 2클러치핀군을 지지하기 위한 제 1캐리어와, 상기 제 1클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 허브셸을 구동하기위한 클러치하우징과; 이 클러치하우징의 이탈을 방지하기 위한 제 1이탈방지부재로 구성되는 구동부(Ⅰ)와; 상기 제 2클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 구동하기 위한 제 1링기어와, 이 링기어의 내측 선단에 형성된 기어와 이맞물림되어 회동축을 지지점으로 회동되는 제 1아이들기어와, 이 제 1아이들기어와 이맞물림되어 회동축을 지지점으로 회동되는 제 2아이들기어와, 이들 아이들기어를 지지하기 위한 제 2캐리어와, 상기 제 2아이들기어와 이맞물림되는 내측기어를 갖는 제 2링기어로 이루어진 역구동변환부(Ⅱ)와; 이 역구동변환부의 일단에 결합되며 외주면에 설치된 제 2이탈방지부재에 의해 일체로 형성되는 다단속도변속부(Ⅲ)로 됨을 본발명의 기본 특징으로 한다.
또한 허브축에 유동가능하게 결합된 종동스프로킷하우징과; 이 종동스프로킷하우징의 선단에 형성된 기어와 연동되게 이맞물림되어 회전하는 아이들기어와; 이 아이들기어를 회동축을 지지점으로 회동가능하게 지지하기 위한 캐리어로 이루어진 구동부와; 상기 캐리어의 외측과 내측에 설치되어 구동부 중 캐리어의 구동을 정지 및 정회전시킬 수 있도록 한 정,역구동변환부로 이루어짐을 특징으로 한다.
따라서, 본발명은 페달을 시계방향의 반대방향으로 밟으면서 자전거를 전진구동을 행하는 역구동의 변환구동부를 설치하여 운전자의 선택에 따라서 페달의 정구동에 의한 전진주행 및 역구동에 의한 전진주행을 자유자재로 할 수 있도록 하여 주행효율을 최적화 하면서 동시에, 피로를 줄이면서 균형있는 근육 발달을 단련할 수 있게 된다.
본 발명은 기본적인 구성은, 허브축에 대하여 베어링 등에 의하여 회동가능하게 장착되는 허브셸은 그측면에서 보아 대략 단면이 "H"형상으로 형성되어 그의 측면에 후술하는 정,역구동변환부와 구동부가 장착될 수 있도록 되어 있고, 또한 그의 측면에는 도시하지 않은 페달축과 체인으로 연결구동되는 종동스프로킷이 고정된 종동스프로킷하우징이 고정설치된다.
상기 허브셸에는 종래의 다단의 속도변속부가 장착되어 상기 정,역구동변속부와 구동부들과 연결되어 구동되도록 구성된다.
본발명에서의 동력 전달경로를 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저 페달에서 발생한 동력이 크랭크와 구동스프로킷 그리고 체인을 차례로 경유하여 본 발명의 종동스프로킷에 도달한다. 종동스프로킷은 구동휠과 함께 회전하면서 동력을 본 장치내로 입력하여 구동부 및 정,역구동변환부로 전달된다.
구동부 및 정,역구동변환부로 전달된 동력은 속도변속부로 전달되며, 이 속도변속부의 변속력은 최종적으로 허브셸을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 구동하게 된다.
도 1a 내지 1c는 본발명 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 단면도로써,
도 1a는 페달의 정회전시 고속주행시를 나타낸 도,
도 1b는 페달의 정회전시 중속주행시를 나타낸 도,
도 1c는 페달의 정회전시 저속주행시를 나타낸 도,
도 2는 본발명 제 1캐리어의 정면도,
도 3은 본발명 도 1a의 A-A선 요부확대 단면도,
도 4a는 본발명 도 1a의 B-B선 요부확대 단면도,
도 4b는 본발명 도 1a의 C-C선 요부확대 단면도,
도 5a 및 도 5b는 본발명 정,역구동시 클러치핀군의 작동상태를 일부 발췌하여 나타낸 도,
도 6은 본발명 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 실시예 2를 나타낸 단면도,
도 7은 본발명 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 실시예 3를 나타낸 단면도,
도 8은 본발명 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 실시예 4를 나타낸 단면도,
도 9는 도 8의 클러치하우징만 일부 발췌하여 나타낸 사시도,
도 10은 도 8의 A-A선 단면도로서, 허브셸과 아이들기어와 스프로킷하우징의 결합관계를 나타낸 종단면도,
도 11a 또는 도 11b는 도 8의 B-B선 단면도로서, 정,역구동변환부를 나타낸 종단면도,
〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉
10 : 허브축 20 : 허브셸
30 : 종동스프로킷하우징 31 : 굴곡면
40,50 : 조작레버 60 : 회동축
100,110,120 : 캐리어 200,210,220 : 클러치핀군
300 : 클러치하우징 400,410 : 링기어
500,510,520 : 아이들기어 600 : 이탈방지부재
700 : 고정부재 800,810,820 : 래칫부재
900 : 클러치부 910 : 변속부재
Ⅰ : 구동부 Ⅱ : 정,역구동변환부
Ⅲ : 속도변속부
(실시예1)
본발명의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명 하면 다음과 같다.
본발명은 도 1a에 나타낸 바와 같이 허브축(10)의 원주둘레면은 나사와 스플라인등이 형성된 봉형상으로써, 이 허브축(10)은 허브셸(20)의 중앙을 가로질러져서 도 1 에 도시된 바와같이 좌우측은 너트(11)와 잠금와셔(12)등의 고정수단에 의하여 장착되어 허브셸(20)과의 기밀을 유지할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 허브축(10)의 중앙쪽에는 도 3에 나타낸 바와 같이 육각면이 형성되어 제 2캐리어(120)에 형성된 고정홈(121)에 끼워맞춤된다.
다음, 상기 종동스프로킷하우징(30)의 선단 외주면은 도 4a에 도시된 바와같이 그 측면에서 보아 다각의 곡률면(31)이 형성되고, 상기 곡률면(31)에 제 1캐리어(110)에 회동가능하게 설치되는 복수개의 제 1클러치핀군(210) 및 제 2클러치핀군(220)이 맞닿도록 설치된다.
이때, 상기 제 1 및 제 2클러치핀군(210)(220)은 도 2에 도시된 바와같이 제 1캐리어(110)에 서로 교호로 대칭되게 설치된 고정부(111)에 회동가능하게 설치되며, 상기 스프로킷하우징(30)의 곡률면(31)을 따라 구동력을 한쪽에만 전달한다.
다음 상기 제 1클러치핀군(210)의 외주연에는 내측에 마찰면(301)을 갖는 클러치하우징(300)이 설치되고, 상기 제 2클러치핀군(220)의 외주연에는 제 1링기어(400)가 설치된다.
상기 제 1링기어(400)는 일측 내면에 상기 제 2클러치핀군(220)이 이탈 또는 마찰력에 의한 확장력에 의해 맞닿도록 설치되는 마찰면(401)이 형성되고, 타단에는 제 2캐리어(120)에 고정된 제 1아이들기어(510)와 이맞물림되도록 기어(402)가 형성된다.
한편, 상기 제 2캐리어(120)는 3개 또는 4개 정도의 고정홈이 다단으로 형성되고, 이 고정홈에는 길이가 다른 제 1 및 제 2아이들기어(510)(520)가 회동축(60)을 지지점으로 회동가능하게 설치된다.
이때, 상기 제 1아이들기어(510)는 제 2아이들기어(520)보다 길이가 짧게 형성된다.
다음 상기 제 2캐리어(120)의 외주연에는 제 2링기어(410)가 설치된다.
다음 상기 제 2링기어(410)의 일측에 속도변속부(Ⅲ)가 설치되고 이들은 스플라인 등으로 결합됨과 동시에 상기 제 2링기어(410)의 양측에는 제 1 및 제 2이탈방지부(600)(610)가 설치된다.
다음 상기 속도변속부(Ⅲ)는 제 2링기어(410)에 스플라인 등으로 결합되는 제 1래칫부재(800)와, 이 제 1래칫부재(800)에 간헐적으로 걸어맞춤되기 위한 제 1폴(421)과; 이 제 1폴(421)과 제 2폴(422)을 회동가능하게 고정하며 선단 내측에 기어(423)가 형성된 제 3링기어(420)와; 상기 제 2폴(422)이 간헐적으로 이맞물림되는 제 2래칫부재(810)와; 상기 제 3링기어(420)의 내측면에 형성된 기어(423)와 이맞물림되는 제 3아이들기어(530)를 회동가능하게 고정하는 제 3캐리어(130)와; 이 제 3캐리어(130)의 외주면에 설치되는 제 3폴(424)과; 이 제 3폴(424)이 간헐적으로 걸어맞춤되기 위한 래칫(821)을 갖는 제 3래칫부재(820)와; 상기 허브축(10)의 길이방향으로 설치되며 속도를 변속시키기 위한 클러치부(900)와; 상기 클러치부(900)를 제어하기 위한 제 1조작레버(40)로 구성된다.
이때, 상기 제 3래칫부재(820)는 허브셸(20)에 나사맞춤 등으로 결합된다.
도면 중 미설명부호 910는 제 1조작레버(40)에 의해 작동되며 탄성편(901)에 부세되게 설치된 변속부재이다.
상기와 같이 구성되는 본발명의 간헐마찰방식에 의한 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 작용을 구분하여 설명하면 다음과 같다.
1. 페달의 정회전시 구동력의 전달경로
a). 페달의 정회전시 고속주행
도 1a에 도시된 바와같이 페달축과 연결된 체인에 의하여 정회전되면, 종동스프로킷하우징(30)이 도 4a에 도시한 바와같이 정회전되면서 종동스프로킷하우징(30)이 정회전 즉, 화살표 a방향으로 회전하고, 이 종동스프로킷하우징(30)의 곡률면(31)에 맞닿은 제 1클러치핀군(210)이 상기 곡률면(31)의 최상단 즉 도 5a의 P점에서 P'점으로 상승되며, 상기 제 1클러치핀군(210)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 클러치하우징(300)을 구동하고, 이 구동력은 제 2링기어(410)에 전달된다.
다음, 상기 제 2링기어(410)에 스플라인 등으로 결합된 제 1래칫부재(800)가 회동하고, 이 회동력은 변속부재(910)를 통하여 제 3아이들기어(530), 제 3링기어(420)로 전달된다.
다음 상기 제 3링기어(420)에 전달된 회동력은 제 2폴(422)을 통하여 제 2래칫부재(810)로 전달되어 최종적으로 허브셸(20)을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 고속으로 주행시킨다.
이때, 제 1 및 제 2아이들기어(510)(520)와 제 2링기어(410)는 역회전하고, 제 2클러치핀군(220)은 제 2링기어(410)에 대해 미끄럼회전되고, 제 1래칫부재(800)에 위치된 제 1폴(421)과 제 3링기어(420)는 미끄럼 회전하며, 제 3캐리어(130)의 회전에 의해 제 3아이들기어(530)가 회전되어 제 3링기어(520)에서 증속된 속도로 회전이 일어난다.
b). 페달의 정회전시 중속 주행
이때, 제 1조작레버(40)가 도 1b에 나타낸 바와같이 중간단에 위치하면 다단속도변속부(Ⅲ)의 변속부재(910)가 제 3캐리어(130)로부터 이탈된다.
페달축과 연결된 체인에 의하여 정회전되면, 종동스프로킷하우징(30)이 도 4a에 도시한 바와같이 정회전되면서 종동스프로킷하우징(30)이 정회전 즉, 화살표 a방향으로 회전하고, 이 종동스프로킷하우징(30)의 곡률면(31)에 맞닿은 제 1클러치핀군(210)이 상기 곡률면(31)의 최상단 즉 도 5a의 P점에서 P'점으로 상승되며, 상기 제 1클러치핀군(210)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 클러치하우징(300)을 구동하고, 이 구동력은 제 2링기어(410)에 전달된다.
다음, 상기 제 2링기어(410)에 스플라인 등으로 결합된 제 1래칫부재(800)가 회동하고, 이 회동력은 제 1폴(421)을 통하여 제 3링기어(420)에 전달되고, 다시 제 3링기어(420)에 설치된 제 2폴(422)을 통해 제 2래칫부재(810)에 동력이 전달되어 최종적으로 허브셸(20)을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 중속 주행시킨다.
이때, 제 1 및 제 2아이들기어(510)(520)와 제 2링기어(410)는 역회전하고, 제 2클러치핀군(220)은 제 2링기어(410)에 대해 미끄럼회전된다.
c). 페달의 정회전시 저속 주행
이때, 제 1조작레버(40)가 도 1c에 나타낸 바와같이 오른쪽 끝단에 위치하여 다단속도변속부(Ⅲ)의 변속부재(910)에 의해 제 2폴(422)이 제 2래칫부재(810)로부터 분리될 때를 말한다.
페달축과 연결된 체인에 의하여 정회전되면, 종동스프로킷하우징(30)이 도 4a에 도시한 바와같이 정회전되면서 종동스프로킷하우징(30)이 정회전 즉, 화살표 a방향으로 회전하고, 이 종동스프로킷하우징(30)의 곡률면(31)에 맞닿은 제 1클러치핀군(210)이 상기 곡률면(31)의 최상단 즉 도 5a의 P점에서 P'점으로 상승되며, 상기 제 1클러치핀군(210)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 클러치하우징(300)을 구동하고, 이 구동력은 제 2링기어(410)에 전달된다.
다음, 상기 제 2링기어(410)에 스플라인 등으로 결합된 제 1래칫부재(800)가 회동하고, 이 제 1래칫부재(800)의 동력은 제 1폴(421)을 통해 제 3링기어(420)에 전달되고, 이어 상기 제 3링기어(420) 선단의 기어(423)에 이 맞물림된 제 3아이들기어(530), 제 3캐리어(130)에 동력이 전달되어 최종적으로 허브셸(20)을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 저속구동하게 된다.
이때, 제 1 및 제 2아이들기어(510)(520)와 제 2링기어(410)는 역회전하고, 제 2클러치핀군(220)은 제 2링기어(410)에 대해 미끄럼회전된다.
2. 페달의 역회전시 구동력의 전달경로
a). 페달의 역회전시 고속주행
도 1a에 도시된 바와같이 페달축과 연결된 체인에 의하여 역회전되면, 종동스프로킷하우징(30)이 도 4b에 도시한 바와같이 역회전되면서 종동스프로킷하우징(30)이 역회전 즉, 화살표 b방향으로 회전하고, 이 종동스프로킷하우징(30)의 곡률면(31)에 맞닿은 제 2클러치핀군(220)이 상기 곡률면(31)의 역최상단 즉 도 5b의 P점에서 P"점으로 상승되며, 상기 제 2클러치핀군(220)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 제 1링기어(400)가 회전되고, 이 구동력은 제 1아이들기어(510)를 통하여 제 2아이들기어(520)에 전달됨에 따라 제 2링기어(410)은 정회전된다.
다음, 상기 제 2링기어(410)에 스플라인 등으로 결합된 제 1래칫부재(800)가 회동하고, 이 회동력은 변속부재(910)를 통하여 제 3아이들기어(530), 제 3링기어(420)로 전달된다.
다음 상기 제 3링기어(420)에 전달된 회동력은 제 2폴(422)을 통하여 제 2래칫부재(810)로 전달되어 최종적으로 허브셸(20)을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸을 역구동에 의한 정회전으로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 고속으로 주행시킨다.
이때, 클러치하우징(300)과 제 1폴(421)은 미끄럼회전한다.
b). 페달의 역회전시 중속 주행
이때, 제 1조작레버(40)가 도 1b에 나타낸 바와같이 중간단에 위치하면 다단속도변속부(Ⅲ)의 변속부재(910)가 제 3캐리어(130)로부터 이탈된다.
페달축과 연결된 체인에 의하여 역회전되면, 종동스프로킷하우징(30)이 도 4b에 도시한 바와같이 역회전되면서 종동스프로킷하우징(30)이 역회전 즉, 화살표 b방향으로 회전하고, 이 종동스프로킷하우징(30)의 곡률면(31)에 맞닿은 제 2클러치핀군(220)이 상기 곡률면(31)의 역최상단 즉 도 5b의 P점에서 P"점으로 상승되며, 상기 제 2클러치핀군(220)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 제 1링기어(400)가 회전되고, 이 구동력은 제 1아이들기어(510)를 통하여 제 2아이들기어(520)에 전달됨에 따라 제 2링기어(410)은 정회전된다.
다음, 상기 제 2링기어(410)에 스플라인 등으로 결합된 제 1래칫부재(800)가 회동하고, 이 회동력은 제 1폴(421)을 통하여 제 3링기어(420)에 전달되고, 다시 제 3링기어(420)에 설치된 제 2폴(422)을 통해 제 2래칫부재(810)에 동력이 전달되어 최종적으로 허브셸(20)을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 중속 주행시킨다.
이때, 클러치하우징(300)과 제 1폴(421)은 미끄럼회전한다.
c). 페달의 역회전시 저속 주행
이때, 제 1조작레버(40)가 도 1c에 나타낸 바와같이 오른쪽 끝단에 위치하여 다단속도변속부(Ⅲ)의 변속부재(910)에 의해 제 2폴(422)이 제 1래칫부재(800)로부터 분리될 때를 말한다.
페달축과 연결된 체인에 의하여 역회전되면, 종동스프로킷하우징(30)이 도 4b에 도시한 바와같이 역회전되면서 종동스프로킷하우징(30)이 역회전 즉, 화살표 b방향으로 회전하고, 이 종동스프로킷하우징(30)의 곡률면(31)에 맞닿은 제 2클러치핀군(220)이 상기 곡률면(31)의 역최상단 즉 도 5b의 P점에서 P"점으로 상승되며, 상기 제 2클러치핀군(220)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 제 1링기어(400)가 회전되고, 이 구동력은 제 1아이들기어(510)를 통하여 제 2아이들기어(520)에 전달됨에 따라 제 2링기어(410)는 정회전된다.
다음, 상기 제 2링기어(410)에 스플라인 등으로 결합된 제 1래칫부재(800)가 회동하고, 이 제 1래칫부재(800)의 동력은 제 1폴(421)을 통해 제 3링기어(420)에 전달되고, 이어 상기 제 3링기어(420) 선단의 기어(423)에 이 맞물림된 제 3아이들기어(530), 제 3캐리어(130)에 동력이 전달되어 최종적으로 허브셸(20)을 통해 출력하게 된다. 이렇게 허브셸로 출력된 동력은 자전거의 뒷바퀴를 저속구동하게 된다.
3. 또한 정지해 있는 자전거를 뒤로 끌었을 때,
제 1캐리어(110)에 의해 제 1 및 제 2클러치핀군(210)(220)이 동시에 상단 및 하단 즉, 도 5a또는 5b에 나타낸 바와같이 P점에서 P'점으로 다시 P점에서 P"점으로 이동되면서 자전거는 뒤로 끌리게 되며, 페달의 회전방향은 정 또는 역방향으로 회전된다.
(실시예2)
도 6는 본발명 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 실시예 2를 나타낸 것으로, 그의 구성에서 실시예 1과 동일한 구성 및 명칭에 대한 부분의 설명 및 작용은 생략한다.
여기에서, 본 실시예는 종동스프로킷하우징(30)의 선단 외주면은 도 4a에 도시된 바와같이 그 측면에서 보아 다각의 곡률면(31)이 형성되고, 내측면에 제 2조작레버(50)가 설치된다.
이때, 상기 제 2조작레버(50)는 제 2캐리어(120)의 일측면에 탄성력있게 설치되는 탄성부재(54)와; 이 탄성력에 부세되게 설치되는 경사부재(51)와; 이 경사부재(51)를 전후로 작동되게 하기 위한 누름부재(52)와; 상기 경사부재(51)의 경사면을 따라 상승 또는 하강되는 누름핀(53)으로 구성된다.
한편, 상기 누름핀(53)은 종동스프로킷하우징(30)에 형성된 구멍(32)에 삽입된 탄성부재(55)에 부세하며 상승 또는 하강되며, 상기 구멍(32)은 곡률면(31) 동일선상에 위치한다..
따라서, 제 2조작레버(50)를 조작하면 상기 누름부재(52)가 누름핀(53)을 상하로 이동시켜 제 1클러치핀군(210)이동을 제어함으로서, 페달의 정역구동 조작을 할 수가 있다.
(실시예3)
도 7는 본발명 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 실시예 3를 나타낸 것으로, 그의 구성에서 실시예 1과 동일한 구성 및 명칭에 대한 부분의 설명 및 작용은 생략한다.
허브축(10)에 유동가능하게 결합된 종동스프로킷하우징(30)과, 이 종동스프로킷하우징(30)의 선단 외주면에 복수개 설치되는 제 1 및 제 2클러치핀군(210)(220)과, 이 제 1클러치핀군(210) 및 제 2클러치핀군(220)을 지지하기 위한 제 1캐리어(110)와, 상기 제 1클러치핀군(210)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 허브셸(20)을 구동하기위한 클러치하우징(300)으로 구성되는 구동부(Ⅰ)와; 상기 제 2클러치핀군(220)의 마찰력에 의한 확장력에 의해 구동하기 위한 제 1링기어(400)와, 이 제 1링기어(400)의 내측 선단에 형성된 기어(401)와 이맞물림되어 회동축(60)을 지지점으로 회동되는 제 1아이들기어(510)와, 이 제 1아이들기어(510)와 이맞물림되어 회동축(60)을 지지점으로 회동되는 제 2아이들기어(520)와, 이들 제 2아이들기어(520)를 지지하기 위한 제 2캐리어(120)와, 상기 제 2아이들기어(520)와 이맞물림되는 내측기어(423)를 갖는 제 2링기어(410)로 이루어진 정,역구동부(Ⅱ)로 구성된다.
(실시예4)
도 8는 본발명 자전거 허브의 정,역구동 변환장치의 실시예 4를 나타낸 것으로, 그의 구성에서 실시예 1내지 실시예 3과 동일한 형상 및 명칭에 대한 부호의 설명은 생략한다.
중앙쪽에는 도 8와 같이 허브축(10)에 중심방향의 직교방향으로 밸런스부(70)가 설치되는 데, 이 밸런스부(70)는 스프링홀(71)과 이 스프링홀(71) 내에 탄성력있게 설치되는 탄성부재(72)와, 이 탄성부재(72)의 양측에 탄성력에 부세되게 설치되는 한쌍의 볼(73)(73)로 구성된다.
다음, 상기 종동스프로킷하우징(30)의 선단 외주면에 기어(33)가 형성되고, 이 기어(33)에 연동되게 이맞물림되는 아이들기어(500)가 도 10 또는 도 11에 나타낸 바와같이 캐리어(100)에 회동축(60)을 지지점으로 하여 회동가능하게 설치됨과 동시에 허브셸(20)의 기어(21)와 이맞물림된다.
다음 상기 캐리어(100)의 외측과 내측에는 정,역구동변환부(Ⅱ)가 설치되어 구동부의 구동을 정,역회전시킬 수 있도록 한 구성된다.
즉, 상기 정,역구동변환부(Ⅱ)는 도 11a 또는 도 11b에 도시된 바와같이 캐리어(100) 선단의 내주면과 외주면 전둘레에 걸쳐 일정한 경사면이 다수개 형성되고, 이 내측경사면(111)과 외측경사면(112)에 다수개의 클러치핀군(200)이 설치된다.
다음 상기 내측경사면(111)과 외측경사면(112)에 설치된 클러치핀군(200)을 가이드하여 상기 클러치핀군(200)의 마찰력에 의해 허브셸(20)을 구동 또는 캐리어(100)를 정지하기 위한 클러치하우징(300)이 허브셸(20) 내에 설치된다.
다음, 상기 클러치하우징(300)은 도 9에 도시된 바와같이 전체적으로 원통형상을 이루며 일단이 개구되어 상기 클러치핀군(200)을 가이드하기 위한 가이드구멍(311)과 가이드홈(312)이 전둘레에 걸쳐 등간격으로 다수개 형성된다.
이때 상기 가이드구멍(311)과 가이드홈(312)은 서로 대응되는 방향에 위치하며 가이드홈(312)은 허브축(10)에 끼워져 상기 클러치하우징(300)이 이탈되는 것을 방지하기 위한 고정부(313)가 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본발명의 자전거 허브의 동력 변환장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 8에 도시된 바와같은 상태에서 종동스프로킷하우징(30)의 종동스프로킷(1)이 페달축 및 구동스프로킷에 의하여 정회전되면, 종동스프로킷하우징(30)이 도 10에 도시한 바와같이 정회전되면서 종동스프로킷하우징(30)이 정회전 즉, 화살표 a방향으로 회전하면, 이 종동스프로킷하우징(30) 외주면에 형성된 기어(33)와 이맞물림된 아이들기어(500)가 상기 하우징(30)과 반대방향으로 구동되려고 하고, 또한 캐리어(100)를 정회전시키려고 하여, 상기 종동스프로킷하우징(30)과 아이들기어(500)와 캐리어(100)가 일체로 정회전되고, 상기와 같은 구동력이 허브셸(20)을 정방향으로 회전시킨다. 즉, 상기 캐리어(100)가 도 11a의 화살표 b방향으로 회전된다.
이때, 상기 캐리어(100)의 경사면에 형성된 클러치핀군(200)이 외측경사면(512)을 따라 최상단에 위치하여 허브셸(20)의 내측면에 맞닿음과 동시에 내주면에 형성된 클러치핀군(200)은 캐리어(100)의 경사면(111)의 최상단에 위치되어 허브축(10)으로부터 이탈되도록 하여 허브셸(20)을 정회전시키어 뒷바퀴를 정구동시킬 수가 있다.
즉, 상기 외측경사면(112)에 설치된 클러치핀군(200)이 허브셸(20)의 내벽면에 밀착되고, 내측경사면(511)에 설치된 클러치핀군(200)은 허브축(10)으로부터 떨어진 상태에서 계속적인 구동에 의해 상기 허브셸(20)은 클러치핀군(200)의 마찰력에 의해 상기 아이들기어(500)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전됨으로서 정회전즉, 전진구동에 의한 전진주행을 한다.
또한 역구동시 즉, 도시하지 않은 페달을 뒤로밟으면 이 답력이 체인을 통하여 종동스프로킷(1)에 전달되고, 이 종동스프로킷(1)의 회전력은 이와 일체로 형성된 종동스프로킷하우징(30)에 전달된다.
다음 종동스프로킷하우징(30)이 도 11b에 도시한 바와같이 역회전(도 11a의 반대 회전)되면서 종동스프로킷하우징(30)이 화살표 b방향으로 회전된다.
다음 상기 종동스프로킷하우징(30) 내주면에 형성된 기어(33)와 이맞물림된 아이들기어(500)가 상기 종동스프로킷하우징(30)과 반대방향으로 구동되고, 이 아이들기어(500)와 이맞물림된 허브셸(20)이 아이들기어(500)의 회전력과 동일방향으로 회전됨과 동시에, 상기 캐리어(100)는 화살표 b방향으로 회전된다.
이때, 캐리어(100)의 외주면에 설치된 클러치핀군(200)은 외측경사면(112) 최하단에 위치하여 허브셸(20)로부터 이탈됨과 동시에 내주면에 형성된 클러치핀군(200)은 캐리어(100)의 내측경사면(111)의 최하단에 위치되어 허브축(10)에 밀착됨으로서, 상기 클러치핀군(200)의 마찰력에 의해 캐리어(100)의 회전력은 정지되고, 상기 허브셸(20)은 떨어진 상태에서, 상기 아이들기어(500)의 회전방향과 동일방향으로 회전되어 허브셸(20)을 정회전시키어 뒷바퀴를 정,역구동변환부(Ⅱ)에 의해 정구동 즉, 역구동에 의한 전진주행을 할 수가 있다.
이때, 상기 허브셸(20)이 역회전시에 상기 캐리어(100)의 내외주면에 설치되어 있는 클러치핀(200) 중 상하 핀을 잡는 부분이 일정각도를 갖도록 하여 한쪽면만 물리도록함으로서, 허브셸(20)의 역회전을 허용하도록 할 수가 있다.
이상과 같이 본발명은 종동스프로킷의 정,역구동력을 변환할 수 있도록 캐리어의 외측과 내측에 구동부의 구동을 정,역회전시킬 수 있도록 한 정,역구동변환부를 설치하여 허브셸에 구동변환을 할 수 있도록 함으로서, 위와 같이 페달을 시계방향의 반대방향으로 밟으면서 자전거를 전진구동을 행하는 역구동의 변환구동에서 주행할 수가 있으며, 아울러 제 1 및 제 2조작레버를 운전자의 선택에 따라서 조작하여 주행속도를 변환할 수 있음과 동시에, 자전거 정,역구동을 인위적으로 제어할 수가 있다.
또한 종래에 발생되던 치합에 의한 이빨의 파손을 미연에 방지할 수가 있으며, 저소음,저유격에 의한 상품성향상을 도모할 수가 있다.
Claims (8)
- 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 허브축에 유동가능하게 결합된 종동스프로킷하우징과, 이 종동스프로킷하우징의 선단 외주면에 복수개 설치되는 제 1 및 제 2클러치핀군과, 이 제 1클러치핀군 및 제 2클러치핀군을 지지하기 위한 제 1캐리어와, 상기 제 1클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 허브셸을 구동하기위한 클러치하우징과; 이 클러치하우징의 이탈을 방지하기 위한 제 1이탈방지부재로 구성되는 구동부와; 상기 제 2클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 구동하기 위한 제 1링기어와, 이 제 1링기어의 내측 선단에 형성된 기어와 이맞물림되어 회동축을 지지점으로 회동되는 제 1아이들기어와, 이 제 1아이들기어와 이맞물림되어 회동축을 지지점으로 회동되는 제 2아이들기어와, 이들 아이들기어를 지지하기 위한 제 2캐리어와, 상기 제 2아이들기어와 이맞물림되는 내측기어를 갖는 제 2링기어로 이루어진 역구동변환부와; 이 역구동변환부의 일단에 결합되며 외주면에 설치된 제 2이탈방지부재에 의해 일체로 형성되는 다단속도변속부로 됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 종동스프로킷하우징의 외주면이 그 측부에서 보아 다각의 곡률면이 형성된 것을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2클러치핀군은 제 1캐리어에 서로 교호로 대칭되게 설치된 것을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1아이들기어는 제 2아이들기어 보다 길이가 짧게형성된 것을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 다단속도변속부와 정,역구동변환부에 조작레버가 각각설치됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
- 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 허브축에 유동가능하게 결합된 종동스프로킷하우징과, 이 종동스프로킷하우징의 선단 외주면에 복수개 설치되는 제 1 및 제 2클러치핀군과, 이 제 1클러치핀군 및 제 2클러치핀군을 지지하기 위한 제 1캐리어와, 상기 제 1클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 허브셸을 구동하기위한 클러치하우징으로 구성되는 구동부와; 상기 제 2클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 구동하기 위한 제 1링기어와, 이 제 1링기어의 내측 선단에 형성된 기어와 이맞물림되어 회동축을 지지점으로 회동되는 제 1아이들기어와, 이 제 1아이들기어와 이맞물림되어 회동축을 지지점으로 회동되는 제 2아이들기어와, 이들 아이들기어를 지지하기 위한 제 2캐리어와, 상기 제 2아이들기어와 이맞물림되는 내측기어를 갖는 제 2링기어로 이루어진 역구동변환부로 됨을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
- 유성기어를 이용한 변속장치가 내장된 자전거 뒷바퀴 허브에 있어서, 허브축에 유동가능하게 결합된 종동스프로킷하우징과; 이 종동스프로킷하우징의 선단에 형성된 기어와 연동되게 이맞물림되어 회전하는 아이들기어와; 이 아이들기어를 회동축을 지지점으로 회동가능하게 지지하기 위한 캐리어로 이루어진 구동부와; 상기 캐리어의 외측과 내측에 설치되어 구동부의 구동을 정,역회전시킬 수 있도록 한 정,역구동변환부로 이루어짐을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 정,역구동변환부는 캐리어 선단의 내주면과 외주면전둘레에 걸쳐 일정한 경사면이 다수개 형성되고, 이 내측경사면과 외측경사면에 설치되는 다수개의 클러치핀군과; 상기 내외측경사면에 설치된 클러치핀군을 가이드하며 상기 클러치핀군의 마찰력에 의한 확장력에 의해 허브셸을 구동 또는 캐리어를 정지하기위한 클러치하우징과; 이 클러치하우징의 회전력을 일정하게 하기 위해 밸런스부가 허브축에 형성된 구멍 내에 탄성력 있게 설치되도록 하고, 정지하고 있는 자전거를 뒤로 끌었을 때, 상기 내측경사면과 외측경사면에 설치되는 다수개의 클러치핀군이 일정각도를 갖도록 하여 한쪽면만 물리도록 구성되어 허브셀의 역회전을 허용하는 것을 특징으로 하는 자전거 허브의 정,역구동 변환장치.
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