KR20200061096A - 변속기 내장형 크랭크 조립체 - Google Patents

변속기 내장형 크랭크 조립체 Download PDF

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Abstract

변속기 내장형 크랭크 조립체가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체는, 외주면에 직결라쳇이 결합되며, 내주면에 기어 이가 형성되는 링기어; 외주면에 탄성라쳇이 형성되며, 자력봉이 장착되고, 회전되어 상기 자력봉의 위치에 따라 상기 직결라쳇의 전개여부를 결정하는 클러치; 상기 클러치의 탄성라쳇과 치합되는 클러치라쳇 톱니와, 전개된 상기 직결라쳇과 치합되는 직결라쳇 톱니가 내주면에 형성되고, 결합축이 형성되는 크랭크 커버; 상기 결합축에 장착되는 선기어부; 편심홀이 형성되는 편심 가이드 및 상기 편심 가이드에 결합되며 어느 일 영역은 상기 링기어와 치합되며 다른 일 영역은 상기 선기어부와 치합되는 편심기어를 포함하는 감속기어부; 및 상기 링기어와 함께 회전되며, 외주면에는 체인링 결합부가 형성되는 체인링 하우징;을 포함한다.

Description

변속기 내장형 크랭크 조립체{CRANK ASSEMBLY WITH TRANSMISSION}
본 발명은 변속기 내장형 크랭크 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자전거의 크랭크로서 변속기가 내장된 크랭크 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 자전거의 기어 변속기는 주행상태에 따라 페달을 일정한 힘과 속도로 밟을 수 있도록 하기 위하여 설치된다. 자전거의 변속은 앞기어 변속과 뒷기어변속으로 구분되는데, 앞기어 변속은 서로 다른 톱니 수를 갖는 체인링(chainring)이 중첩 배치되며, 뒷기어 변속은 서로 다른 톱니 수를 갖는 스프로켓(sprocket)이 중첩 배치되어 변속된다. 앞기어인 체인링과 뒷기어인 스프라켓의 톱니 수에 의해 정해지는 기어 비는 동일 페달링 조건에서는 자전거의 주행속도의 차이로 나타난다.
종래의 자전거 앞기어 변속은 어느 하나의 체인링에 치합된 체인을 다른 체인링으로 이동시키는 프론트 드레일러와, 자전거의 핸들바에 장착되어 프론트 드레일러와 와이어로 연결되며 프론트 드레일러를 조작하는 변속레버를 포함한다.
그러나, 종래의 자전거의 앞기어 변속은 체인의 위치를 강제적으로 이동시키는 시프트 방식의 변속 메커니즘으로 인하여, 변속과정에서 체인이 체인링에서 빈번히 이탈되는 문제가 있다. 또한, 이탈된 체인을 체인링에 다시 장착하는 것이 쉬운 일은 아니며, 체인을 장착하는 과정에서 사용자의 손이나 옷 등이 체인에 도포된 윤활유에 의해 오염되기도 한다.
나아가, 자전거 앞기어 변속을 여러 장의 체인링을 적층하여 체인의 위치이동을 통해 구현하는 경우, 와이어, 프론트 드레일러 등의 구성이 필수적이기 때문에 장치의 소형화 및 경량화에 한계가 있는 문제점이 있다.
본 출원인은 이러한 문제점을 해결하고자 특허 제10-1701289호의 "자전거 크랭크 변속장치"를 등록받은 바 있다. 해당 문헌은 단일의 체인링으로 마련되되 내장기어를 통해 변속하는 점에서 본 발명과 동일하다. 다만, 변속과정에서 직결라쳇의 작동돌기가 직결라쳇클러치의 수용부에 수용되거나 또는 지지구에 지지되며, 이로 인해 탄성지지되는 작동돌기가 전개되거나 좁혀진다. 작동돌기가 수용부에 수용되거나 지지구에 지지되는 작동이 반복되는데 이로 인해 내구성이 저하되는 등의 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1701289호 일본 공개특허공보 제2004-179330호 일본 공개특허공보 제2004-142703호
본 발명에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체는, 변속기가 내장되어 단일의 체인링만으로도 크랭크의 회전에 따라 변속되는 변속기 내장형 크랭크 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체는, 전개된 직결라쳇이 자력에 의해 좁혀짐으로써 변속되도록 하는 변속기 내장형 크랭크 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체는, 기어로 구성되는 변속기를 통해 단일의 체인링만으로도 변속이 됨으로써, 소형화 및 경량화가 가능하고, 변속과정에서 체인이 체인링으로부터 이탈되지 않는 변속기 내장형 크랭크 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체는, 외주면에 직결라쳇이 결합되며, 내주면에 기어 이가 형성되는 링기어; 외주면에 탄성라쳇이 형성되며, 자력봉이 장착되고, 회전되어 상기 자력봉의 위치에 따라 상기 직결라쳇의 전개여부를 결정하는 클러치; 상기 클러치의 탄성라쳇과 치합되는 클러치라쳇 톱니와, 전개된 상기 직결라쳇과 치합되는 직결라쳇 톱니가 내주면에 형성되고, 결합축이 형성되는 크랭크 커버; 상기 결합축에 장착되는 선기어부; 편심홀이 형성되는 편심 가이드 및 상기 편심 가이드에 결합되며 어느 일 영역은 상기 링기어와 치합되며 다른 일 영역은 상기 선기어부와 치합되는 편심기어를 포함하는 감속기어부; 및 상기 링기어와 함께 회전되며, 외주면에는 체인링 결합부가 형성되는 체인링 하우징;을 포함한다.
또한, 상기 직결라쳇은 상기 링기어의 반경방향을 따라 탄성지지될 수 있다.
또한, 상기 직결라쳇은 토션 스프링에 의해 상기 링기어에 결합되며, 상기 링기어의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 탄성지지될 수 있다.
또한, 상기 클러치는, 외주면에 상기 탄성라쳇이 복수 개가 이격 형성되며, 일측면에는 상기 자력봉이 복수 개가 이격 장착될 수 있다.
또한, 상기 링기어의 외주면 일 영역에서는 제2홈이 형성되고, 측면에는 원주방향을 따라 형성되는 제3홈이 형성되며, 상기 클러치의 회전에 따라 상기 자력봉이 함께 회전하되, 상기 제2홈에 상기 자력봉이 삽입시 상기 직결라쳇이 인력에 의해 상기 링기어의 중심방향으로 회전될 수 있다.
또한, 상기 제2홈은 상기 링기어의 외주면 일 영역으로부터 내측으로 함몰 형성되며, 상기 제3홈은 상기 링기어의 일측면으로부터 두께방향을 따라 형성되되, 상기 제2홈과 상기 제3홈은 연통될 수 있다.
또한, 상기 체인링 하우징은, 내접라쳇이 형성되는 베이스 플레이트;와, 외접라쳇이 형성되며 상기 베이스 플레이트에 결합되는 몸체부;를 포함하며, 상기 내접라쳇과 상기 외접라쳇 사이에 개재되며, 외주면과 내주면에는 상기 내접라쳇과 상기 외접라쳇에 각각 치합되는 탄성 걸림구가 형성되는 역회전 방지링;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선기어부는, 외주면에 기어 이가 형성되며, 내주면에는 선기어라쳇 톱니가 형성되는 선기어;와, 상기 결합축에 장착되며, 외주면에는 선기어라쳇이 형성되어 상기 선기어를 일방향으로만 회전되도록 하는 역회전 방지부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체는 변속기가 내장되어 단일의 체인링만으로도 크랭크의 회전에 따라 변속된다.
또한, 단일의 체인링만으로도 변속됨으로써, 여러 장의 체인링과 프론트 드레일러, 와이어, 변속레버 등의 구성이 불필요하므로 소형화 및 경량화가 가능하고, 변속과정에서 체인이 체인링으로부터 이탈되지 않는다.
또한, 크랭크의 회전에 따라 클러치에 설치된 자력봉의 위치가 이동되며, 이 자력봉에 의해 직결라쳇이 전개되거나 좁혀지므로 구성간의 접촉이 최소화되어 내구성이 우수하며, 마찰음이 줄어든다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 저면사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 크랭크 커버의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 크랭크 커버와 선기어부의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 링기어의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 링기어와 클러치의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 링기어와 클러치의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 감속기어부의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 기어들 간의 관계설명도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 체인링 하우징과 역회전 방지링의 설명도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 고단 주행시 설명도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 변속시 설명도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 저단 주행시 설명도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 저면사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 분해사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체는, 변속기가 내장되어 단일의 체인링만으로도 크랭크의 회전에 따라 변속되는 것이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체(1000)는 크랭크 커버(100)와, 선기어부(200, 도 5 참조)와, 링기어(300)와, 클러치(400)와, 감속기어부(500)와, 체인링 하우징(600) 및 역회전 방지링(700, 도 11 참조)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 크랭크 커버의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 크랭크 커버와 선기어부의 설명도이다.
크랭크 커버(100)는 페달축(미도시)이 결합되어 사용자의 페달링에 의해 페달축(미도시)과 함께 회전하는 구성이다. 크랭크 커버(100)의 회전에 의해 구동력이 전달되어 자전거가 주행하며, 크랭크 커버(100)의 소정 각도 역방향 회전(반시계방향)에 따라 변속된다. 변속 메커니즘에 대해서는 후술한다. 그리고, 본 명세서 상에서 정방향은 본 발명이 자전거에 장착된 상태에서 사용자가 전진을 위해 페달을 회전시키는 방향을 의미하며 시계방향으로 설명하며, 역방향은 후진을 위해 페달을 회전시키는 방향을 의미하며 반시계방향으로 설명한다. 다만, 도면 상에서는 두 방향이 반대방향으로 도시된 것도 있으나 이는 설명의 편의를 위함이다.
크랭크 커버(100)의 내면 중앙에는 바텀브라켓(미도시)의 스핀들(미도시)과 결합되는 결합축(110)이 형성된다. 크랭크 커버(100)의 내측벽에는 클러치라쳇 톱니(120)와, 직결라쳇 톱니(130)가 내주면에 높이방향을 따라 형성된다. 구체적으로, 크랭크 커버(100)의 내측벽의 하부에는 클러치라쳇 톱니(120)가 형성되며, 클러치라쳇 톱니(120) 위에 직결라쳇 톱니(130)가 형성된다. 클러치라쳇 톱니(120)는 클러치(400)의 탄성라쳇(410)과 치합되며, 직결라쳇 톱니(130)는 링기어(300)로부터 직결라쳇(330)이 전개된 경우 직결라쳇(330)과 치합되는 구성이다.
선기어부(200)는 크랭크 커버(100)가 회전시 구동력을 전달하기 위한 구성으로서 선기어(210)와 역회전 방지부(220)를 포함한다.
선기어(210)는 외주면에는 기어 이가 형성되어 일 영역이 편심기어(520)와 치합된다. 자전거가 주행할 때 선기어(210)는 회전하는데, 고단인 경우에는 공회전을 하며, 저단인 경우에는 크랭크 커버(100)와 함께 회전한다. 선기어(210)의 회전에 대해서는 후술하는 작동부분에서 상세하게 설명한다.
선기어(210)의 내주면에는 선기어라쳇 톱니(211)가 형성된다. 선기어라쳇 톱니(211)는 결합축(110)을 중심으로 회전하도록 마련된다. 이 때, 선기어라쳇 톱니(211)는 역회전 방지부(220)에 의해 일방향으로만 회전하도록 마련되며, 본 실시예에서는 정방향(시계방향)으로만 회전하도록 마련된다. 변속시 크랭크 커버(100)를 역방향(반시계방향)으로 소정각도 회전시키는데, 이때 선기어(210)가 함께 회전하지 않도록 하기 위함이다.
역회전 방지부(220)는 결합축(110)의 외주면에 장착되며 크랭크 커버(100) 상에 장착된다. 역회전 방지부(220)는 선기어라쳇(230)과, 선기어라쳇(230)이 결합되는 선기어라쳇 고정부(240)를 포함한다. 선기어라쳇(230)은 선기어(210) 내주면에 형성된 선기어라쳇 톱니(211)와 치합되도록 형성된다. 선기어라쳇 톱니(211)와 선기어라쳇(230)의 치합에 의해 선기어(210)는 시계방향으로의 회전만 허용된다. 선기어라쳇(230)은 결합축(110)의 중심으로부터 멀어지는 방향 즉, 선기어라쳇 톱니(211) 측으로 탄성지지되도록 마련될 수 있다. 또한, 역회전 방지부(220)는 커버(미도시)를 더 포함하여, 선기어라쳇(230)의 이탈을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 링기어의 정면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 링기어와 클러치의 분해사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 링기어와 클러치의 설명도이다.
링기어(300)는 자전거 주행의 고단과 저단을 결정하는 구성이다. 링기어(300)의 내주면에는 기어 이(310)가 형성되며, 기어 이(310)의 일부는 편심기어(520)와 치합되도록 배치된다.(도 10 참조) 링기어(300)의 외주면에는 직결라쳇(330)이 결합되는 직결라쳇 결합부(320)가 형성된다. 직결라쳇(330)은 직결라쳇 톱니(130)에 선택적으로 치합되는 구성으로서(도 6의 (b),(c) 참조), 직결라쳇(330)의 치합여부에 따라 고단과 저단으로 구분된다. 직결라쳇(330)은 링기어(300)의 반경방향을 따라 탄성 지지 되도록 마련된다. 일 예시로, 스프링이 설치되며 스프링에 직결라쳇(330)이 결합되어 링기어(300)의 가상의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지 될 수 있다.
직결라쳇(330)은 복수 개 마련되어 이격 배치된다. 본 실시예에서 직결라쳇(300)은 4개 마련되며, 각각 90°의 각도를 형성하며 배치된다.
링기어(300)의 외주면 일 영역에는 제2홈(340)이 형성되고, 클러치(400)가 설치되는 일측면에는 원주방향을 따라 제3홈(350)이 형성된다. 제2홈(340)은 직결라쳇 결합부(320)가 설치된 영역으로부터 내측으로 함몰형성된다. 제3홈(350)은 링기어(300)의 일측면으로부터 두께방향을 따라 형성된다. 이때, 제2홈(340)과 제3홈(350)은 서로 연통된다. 제2홈(340)과 제3홈(350)은 클러치(400)의 자력봉(420)이 이동하는 통로로서, 자력봉(420)이 제2홈(340)에 위치하면 링기어(300)가 접히며, 자력봉(420)이 제3홈(350)에 위치하면 링기어(300)가 전개된다.
클러치(400)는 링기어(300)의 일측면에 장착된다. 클러치(400)의 외주면에는 원주방향을 따라 탄성라쳇(410)이 복수 개가 이격 형성된다. 다수 개의 탄성라쳇(410)은 크랭크 커버(100)가 반시계방향으로 회전될 때 클러치라쳇 톱니(120)와 치합된다. 또한, 클러치(400)의 일측면 즉, 링기어(300)와 마주보는 면에는 자력봉(420) 복수 개가 이격 장착된다. 본 실시예에서 직결라쳇(330)은 4개로 마련되며, 자력봉(420)도 직결라쳇(330)에 대응하여 4개로 마련되나, 개수는 달리 설정될 수 있다.
자력봉(420)은 자성체로 마련되며, 직결라쳇(330)은 자성체에 끌리는 금속재질로 마련된다. 직결라쳇(330)은 클러치(400)에 설치된 자력봉(420)에 의해 링기어(300)의 중심 측으로 접혀질 수 있다. 크랭크 커버(100)가 역방향(반시계방향)으로 회전할 때 클러치(400)도 클러치라쳇 톱니(120)와 치합되므로 역방향으로 회전하는데, 이에 따라 자력봉(420)의 위치가 변경된다. 직결라쳇(330)과의 근거리에 자력봉(420)이 위치하는 경우 인력에 의해 링기어(300)가 접혀지며, 그 외의 위치에서는 스프링의 탄성력에 의해 직결라쳇(330)이 전개된 상태를 유지한다. 즉, 자력봉(420)이 제2홈(340)에 있는 경우가 아니면 직결라쳇(330)은 탄성력에 의해 전개되어 크랭크 커버(100)의 직결라쳇 톱니(130)에 치합된다. 따라서, 이 경우, 크랭크 커버(100)가 회전하면 치합된 직결라쳇(330)에 의해 링기어(300)도 함께 회전하며, 크랭크 커버(100)의 회전수와 링기어(300)의 회전수는 동일하다. 또한, 자력봉(420)이 제3홈(350)에 있는 경우 직결라쳇(330)은 자력봉(420)의 인력에 의해 접혀져 크랭크 커버(100)의 직결라쳇 톱니(130)와의 치합이 해제되며, 링기어(300)는 감속기어부(500)에 의해 회전된다.
본 실시예에서는 자력봉(420)이 제2홈(340)에 있는 경우 직결라쳇(330)은 자력에 의해 접혀져 직결라쳇 톱니(130)와의 치합이 해제되며, 크랭크 커버를 45°반시계방향으로 회전시키면 어느 한 자력봉(420)이 이웃하는 직결라쳇(330)과 먼 거리에 배치되어 자력봉(420)의 영향이 적어져 탄성력에 의해 직결라쳇(330)이 전개된 상태를 유지한다. 여기서 크랭크 커버를 45°반시계방향으로 더 회전시키면 자력봉(420)이 제2홈(340)에 배치되어 직결라쳇(330)은 자력에 의해 접혀져 변속이 반복된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 감속기어부의 사시도이다.
감속기어부(500)는 저단 시 링기어(300)를 감속시키는 구성이다. 구체적으로, 감속기어부(500)는 저단 시 선기어(210)로부터 크랭크 커버(100)의 회전력을 전달받아 감속된 회전수로 링기어(300)를 회전시키는 구성이다. 감속기어부(500)는 편심 가이드(510)와 편심기어(520)를 포함한다. 편심 가이드(510)에는 편심홀(511)이 형성된다. 편심 가이드(510)는 축부재의 일측면에 고정 설치되며, 편심홀(511)과 축부재의 중공의 중심은 일치한다. 그리고, 편심 가이드(510)는 링기어(300)의 내에 배치되며 편심홀(511)의 중심이 링기어(300)의 중심과 동일하도록 배치된다. 편심홀(511)에는 베어링(512)이 설치될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 기어들 간의 관계설명도이다.
편심기어(520)는 편심 가이드(510)의 외주면을 따라 회전 가능하게 구비된다. 편심 가이드(510)의 위치에 의해 편심기어(520)의 기어 이의 일 영역이 링기어(300)와 치합되며, 다른 일 영역은 선기어(210)와 치합된다. 편심기어(520)는 선기어(210)와 동일 방향으로 회전되어 감속된 회전력을 링기어(300)로 전달하는데, 이로 인해, 편심기어(520)는 유성기어에 비해 마모되거나 파손될 위험이 현저히 낮다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 체인링 하우징과 역회전 방지링의 설명도이다.
체인링 하우징(600)은 축부재(800)에 회전 가능하게 결합된다. 체인링 하우징(600)의 일측면에는 링기어(300)가 고정설치되며, 외주면에는 체인링(미도시)과 결합되는 다수 개의 체인링 결합부(622)가 원주방향으로 이격되어 형성된다. 본 실시예에서 체인링 하우징(600)은 체인링(미도시)와 분리되도록 마련되어 취향에 맞게 교체사용 가능하도록 하였으나, 반드시 이에 제한되지 않으며 체인링 하우징(600)과 체인링(미도시)은 일체로 형성될 수 있다.
체인링 하우징(600)은 베이스 플레이트(610)와 몸체부(620)를 포함한다. 몸체부(620)에는 외접라쳇(621)이 형성되며, 베이스 플레이트(610)의 내측면에는 내접라쳇(611)이 형성된다. 베이스 플레이트(610)와 몸체부(620)가 결합되면, 외접라쳇(621)과 내접라쳇(611)은 동일선 상에 배치되되 사이에 이격공간을 형성한다.
외접라쳇(621)과 내접라쳇(611) 사이의 이격공간에는 역회전 방지링(700)이 배치된다. 역회전 방지링(700)은 체인링 하우징(600)이 정방향(시계방향)으로는 자유롭게 회전되도록 하되 반시계방향으로는 소정의 회전력 이내에서는 회전되지 않도록 하는 구성이다.
내접라쳇(611)과 외접라쳇(621)에는 제1경사부(611a, 621a)와 제2경사부로 구성되는 톱니가 형성된다. 이때, 피치면을 형성하는 제1경사부(611a, 621a)는 일반적인 라쳇과는 달리 피치원과의 사잇각이 예각을 형성한다.
역회전 방지링(700)의 내주면과 외주면에는 다수 개의 탄성 걸림구(710)가 이격되게 형성된다. 사용자가 변속을 위해 크랭크 커버(100)를 반시계방향으로 회전시킬 경우, 크랭크 커버(100)와 체인링 하우징(600)이 직접적으로 결합되는 부분은 없으나, 밀착되어 있으므로 약한 회전력이 체인링 하우징(600)으로 전달된다. 이때, 역회전 방지링(700)의 탄성 걸림구(710)가 내접라쳇(611)과 외접라쳇(621) 의 제1경사부(611a, 621a)에 맞물리면서, 체인링 하우징(600)의 회전이 차단된다.
한편, 사용자가 자전거를 후진시킬 경우, 자전거의 뒷바퀴가 회전되면서 체인을 통해 강한 회전력이 체인링 하우징(600)으로 전달된다. 이때, 내접라쳇(611) 과 외접라쳇(621)의 제1경사부(611a, 621a)에 맞물린 역회전 방지링(700)의 탄성 걸림구(710)가 강한 회전력에 의해 내부로 가압되면서, 제1경사부(611a, 621a)를 강제적으로 타고 넘어간다.
따라서, 역회전 방지링(700)은 변속시에는 체인링 하우징(600)이 축부재(800)를 기준으로 반시계방향으로 회전되는 것을 차단하여 변속 메커니즘이 원활히 이루어질 수 있도록 하고, 자전거의 후진시에는 체인링 하우징(600)을 반시계방향으로 회전되게 하여, 자전거의 파손을 방지한다.
베이스 플레이트(610)에는 비비 홀더(900)가 설치될 수 있다. 베이스 플레이트(610)의 타측면은 자전거 프레임에 장착된 바텀 브라켓(미도시)에 고정 결합된다. 자전거의 바텀 브라켓(미도시)은 제조사마다 규격이 상이한 경우가 많은데, 본 실시예에서는 비비 홀더(900)의 교체를 통해 제조사에 따라 규격이 상이한 다종의 바텀 브라켓(미도시)에 본 발명을 용이하게 설치할 수 있다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 작동에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 작동은 편의상 고단 - 변속 - 저단 순으로 설명한다.
1. 고단
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 고단 주행시 설명도이다.
고단의 경우 클러치(400)의 자력봉(420)은 제3홈(350)에 위치한다. 바람직하게는, 본 실시예에서 변속은 크랭크 커버(100)의 반시계방향으로의 45°회전에 의해 이루어지므로, 자력봉(420)은 제2홈(340) 간의 중앙 지점에 위치한다. 이로 인해, 링기어(300)의 직결라쳇(330)은 탄성에 의해 전개되어 크랭크 커버(100)의 직결라쳇 톱니(130)와 치합된다.
따라서, 사용자가 페달을 밟아 크랭크 커버(100)가 시계방향으로 회전하면 크랭크 커버(100)는 링기어(300)를 동일한 회전수로 직결 회전시킨다. 링기어(300)의 회전에 의해 감속기어부(500)가 회전하며, 선기어(210)는 감속기어부(500)를 통해 링기어(300)의 회전력을 역으로 전달받아 크랭크 커버(100) 보다 빠른 회전수로 공회전한다.
2. 변속
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 변속시 설명도이다.
자전거가 고단으로 설정한 상태에서 사용자가 페달을 뒤로 돌려 크랭크 커버(100)를 반시계방향으로 약 45° 회전시킨다. 크랭크 커버(100)가 반시계방향으로 회전됨으로써, 크랭크 커버(100)의 클러치라쳇 톱니(120)가 클러치(400)의 탄성라쳇(410)과 치합된다. 따라서, 크랭크 커버(100)가 클러치(400)를 반시계방향으로 회전시킨다. 이 때, 체인링 하우징(600)이 역회전 방지링(700)에 의해 역회전이 차단되어 클러치(400)는 설치된 링기어(300) 상에서 슬라이딩 회전한다.
클러치(400)의 회전에 따라 제3홈(350)에 위치한 자력봉(420)은 제2홈(340)에 위치된다. 자력봉(420)과 직결라쳇(330)과의 거리가 최단거리가 되며, 자력봉(420)의 인력에 의해 직결라쳇(330)이 접혀져 크랭크 커버(100)의 직결라쳇 톱니(130)와의 치합이 해제된다.(고단에서 저단으로 변속)
자력봉(420)이 제2홈(340)에 위치한 상태에서 크랭크 커버(100)를 반시계방향으로 45° 회전시키면 클러치(400)의 회전에 따라 제2홈(340)에 위치한 자력봉(420)은 제3홈(350)에 위치된다. 이에 따라 링기어(300)의 직결라쳇(330)은 탄성에 의해 전개되어 크랭크 커버(100)의 직결라쳇 톱니(130)와 치합된다.(저단에서 고단으로 변속)
즉, 크랭크 커버(100)가 반시계방향으로의 45° 회전에 따라 자력봉(420)의 위치가 제2홈(340) 또는 제3홈(350)에 위치되며, 이로 인해 탄성지지되는 직결라쳇(330)이 전개되거나 좁혀지며, 이를 통해 변속이 된다.
3. 저단
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 내장형 크랭크 조립체의 저단 주행시 설명도이다.
저단의 경우 클러치(400)의 자력봉(420)은 제2홈(340)에 위치한다. 이로 인해, 링기어(300)의 직결라쳇(330)은 접혀져 크랭크 커버(100)의 직결라쳇 톱니(130)와 치합되지 않는다.
따라서, 크랭크 커버(100)가 시계방향으로 회전하면, 링기어(300)와 크랭크 커버(100) 간의 치합이 없으므로 직결 회전되지 않고, 크랭크 커버(100)의 결합축(110)을 중심으로 선기어(210)가 시계방향으로 회전한다. 선기어(210)의 회전에 의해 치합된 감속기어부(500)가 회전되고, 감속기어부(500)를 통해 링기어(300)가 감속되어 회전된다.
즉, 본 발명은 크랭크 커버(100)를 반시계방향으로 회전시켜 직결라쳇(330)의 전개여부를 결정함으로써, 링기어(300)를 크랭크 커버(100)와 동일한 회전수로 직결 회전시키거나, 링기어(300)를 선기어(210)와 감속기어부(500)를 통해 감속된 회전수로 회전시킨다.
따라서, 본 발명에 의하면, 변속기가 내장되어 단일의 체인링만으로도 크랭크의 회전에 따라 변속되는, 변속기 내장형 크랭크 조립체가 제공된다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 변속기 내장형 크랭크 조립체
100 : 크랭크 커버 200 : 선기어부
300 : 링기어 400 : 클러치
500 : 감속기어부 600 : 체인링 하우징
700 : 역회전 방지링

Claims (8)

  1. 외주면에 직결라쳇이 결합되며, 내주면에 기어 이가 형성되는 링기어;
    외주면에 탄성라쳇이 형성되며, 자력봉이 장착되고, 회전되어 상기 자력봉의 위치에 따라 상기 직결라쳇의 전개여부를 결정하는 클러치;
    상기 클러치의 탄성라쳇과 치합되는 클러치라쳇 톱니와, 전개된 상기 직결라쳇과 치합되는 직결라쳇 톱니가 내주면에 형성되고, 결합축이 형성되는 크랭크 커버;
    상기 결합축에 장착되는 선기어부;
    편심홀이 형성되는 편심 가이드 및 상기 편심 가이드에 결합되며 어느 일 영역은 상기 링기어와 치합되며 다른 일 영역은 상기 선기어부와 치합되는 편심기어를 포함하는 감속기어부; 및
    상기 링기어와 함께 회전되며, 외주면에는 체인링 결합부가 형성되는 체인링 하우징;
    을 포함하는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직결라쳇은 상기 링기어의 반경방향을 따라 탄성지지되는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직결라쳇은 토션 스프링에 의해 상기 링기어에 결합되며, 상기 링기어의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 탄성지지되는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 클러치는,
    외주면에 상기 탄성라쳇이 복수 개가 이격 형성되며, 일측면에는 상기 자력봉이 복수 개가 이격 장착되는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 링기어의 외주면 일 영역에서는 제2홈이 형성되고, 측면에는 원주방향을 따라 형성되는 제3홈이 형성되며,
    상기 클러치의 회전에 따라 상기 자력봉이 함께 회전하되,
    상기 제2홈에 상기 자력봉이 삽입시 상기 직결라쳇이 인력에 의해 상기 링기어의 중심방향으로 회전되는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2홈은 상기 링기어의 외주면 일 영역으로부터 내측으로 함몰 형성되며, 상기 제3홈은 상기 링기어의 일측면으로부터 두께방향을 따라 형성되되, 상기 제2홈과 상기 제3홈은 연통되는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 체인링 하우징은, 내접라쳇이 형성되는 베이스 플레이트;와, 외접라쳇이 형성되며 상기 베이스 플레이트에 결합되는 몸체부;를 포함하며,
    상기 내접라쳇과 상기 외접라쳇 사이에 개재되며, 외주면과 내주면에는 상기 내접라쳇과 상기 외접라쳇에 각각 치합되는 탄성 걸림구가 형성되는 역회전 방지링;
    을 더 포함하는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 선기어부는,
    외주면에 기어 이가 형성되며, 내주면에는 선기어라쳇 톱니가 형성되는 선기어;와, 상기 결합축에 장착되며, 외주면에는 선기어라쳇이 형성되어 상기 선기어를 일방향으로만 회전되도록 하는 역회전 방지부;를 포함하는 변속기 내장형 크랭크 조립체.
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