KR100421238B1 - 일방향기어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내기어가 정방향 혹은 역방향으로 구동할 때 외기어가 정방향으로 회전 구동되고, 반대로 외기어가 정방향 및 역방향으로 구동할 때 내기어가 정방향으로 회전 구동되는 일방향기어에 관한 것으로서, 외주면에 치차가 형성된 내기어와; 내주면에 치차가 형성된 외기어와; 상기 내기어를 구동축에 결합하고 외기어를 출력부에 결합시키거나, 반대로 상기 내기어를 출력축에 결합하고 외기어를 구동부에 결합시키는 연결구조; 상기 내기어와 외기어의 사이에 맞물림 결합되는 유성기어와, 상기 유성기어를 자전 및 공전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어를 포함하는 유성기어어셈블리; 그리고 내기어 혹은 외기어가 정방향으로 회전 구동될 때 상기 유성기어어셈블리가 정방향으로 회전되게 하며, 반대로 내기어 혹은 외기어가 역방향으로 회전 구동될 때 상기 유성기어어셈블리의 역방향 회전을 차단하고 상기 유성기어의 자전만을 허용함으로써 출력측의 외기어 혹은 내기어가 정방향으로 회전되도록 한다.

Description

일방향기어{one-way gear}

본 발명은 내기어의 정방향 및 역방향 구동 회전력을 모두 외기어의 정방향 회전력으로 출력하고, 또한 반대로 외기어의 정방향 및 역방향 구동 회전력을 모두 내기어의 정방향 회전력으로 출력하는 것과 같이, 양방향 구동력을 다양한 형태의 일방향으로 동력전달하여 출력하는 장치로 유용하게 이용할 수 있는 일방향기어에 관한 것이다.

또한 보다 구체적으로 본 발명의 일방향기어는 자전거의 페달 구동축이나 바큇살의 중심에 설치되는 휠 허브(wheel hub)에 장착되는 것으로서, 페달의 정방향 및 역방향 구동 회전력을 휠의 정방향 회전력으로 출력되게 하는데 유용하게 이용할 수 있고, 필요시에는 일방향 출력을 해제시킴으로써 일반 자전거와 같은 동력전달을 실현하는데 유용하게 이용할 수 있다.

일방향기어는 다양한 구조를 갖는 여러 가지의 제품들이 널리 알려져 있다.

이러한 일방향기어들은 주로 유성기어장치를 이용하여 구성되고 있으며, 입력측의 동력을 상기 유성기어장치의 구성요소들을 통하여 각기 다른 경로를 갖는 출력측으로 전달하게 된다. 예를 들어 통상의 유성기어장치는 태양기어, 유성기어, 유성기어 캐리어 및 외기어로 구성되며, 태양기어나 혹은 유성기어 캐리어로 입력되는 정방향 및 역방향의 회전력을 유성기어 캐리어나 외기어 혹은 태양기어로 변환 전달함으로써 다양한 기어비를 갖는 정방향 회전력으로 출력하는 것이다.

또한 종래 기술의 다른 예로서는 바벨기어와 클러치를 이용한 일방향기어도개발되어 있다.

그러나 이와 같은 종래의 일방향기어들은 모두 정방향 구동시의 입력 및 출력 경로와 역방향 구동시의 입력 및 출력 경로가 각기 다르기 때문에, 일반 기어장치에 비해 상대적으로 구조가 복잡하고 부품의 수가 많은 문제점이 있다. 또한 복잡한 구조와 많은 부품으로 인해 제품의 사이즈가 커질 수 밖에 없으며, 그 결과 자전거와 같은 작은 사이즈의 기어장치에 용이하게 적용하지 못하는 문제점이 있다.

더욱 종래의 일방향기어들은 자전거에 장착하기 위해 특수하게 제작된 것으로서, 자전거 이외의 다른 동력전달장치로는 사용하지 못하게 된다.

본 발명은 앞서 설명한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정방향이나 역방향 구동 회전력을 모두 정방향 회전력으로 출력할 때 상기 구동 회전력의 입력 경로와 출력 경로를 같게 구성함으로써, 부품수가 적고 간단한 구조의 일방향기어를 구현할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

아울러 본 발명의 일방향기어는 가전거와 같은 작은 사이즈의 기어장치 뿐아니라 다양한 동력전달장치로써 용이하게 적용할 수 있도록 함에 또 다른 목적을 두고 있다. 구체적인 예로서 일방향기어의 가장자리에 스프라켓을 형성하여 자전거의 페달 구동축에 장착하여 사용할 수 있고, 자전거의 뒷바퀴 휠 허브에 기존의 기어 대신에 장착하여 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 일방향기어를 자전거에 적용할 경우에는 필요시 역방향 구동 회전력에 의한 정방향 출력을 해제시킴으로써 일반 자전거와 동일한 동력전달을 실현할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태의 일방향기어를 도시한 정면 구성도이고,

도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태의 일방향기어를 도시한 분해 사시도이며,

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일방향기어를 자전거의 앞바퀴쪽 페달 구동축에 적용할 경우의 사용 상태를 도시한 분해사시도 및 단면도이고,

도 5는 본 발명의 일방향기어를 뒷바퀴쪽 허브에 장착할 경우의 사용 상태를 도시한 정면 구성도이며,

도 6은 본 발명의 제 2 실시 형태의 일방향기어를 도시한 정면 구성도이고,

도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태의 일방향기어를 도시한 분해 사시도이며,도 8은 본 발명의 제 3 실시 형태의 일방향기어를 도시한 정면 구성도이고,도 9 및 도 10은 본 발명의 제 3 실시 형태의 일방향기어를 구성하는 외향 래칫폴 및 내·외향 래칫폴을 도시한 사시도이다.

이를 위하여 본 발명에서는 외주면에 치차가 형성된 내기어와; 내주면에 치차가 형성된 외기어와; 상기 내기어를 구동축에 결합하고 외기어를 출력부에 결합시키거나, 반대로 상기 내기어를 출력축에 결합하고 외기어를 구동부에 결합시키는 연결구조; 상기 내기어와 외기어의 사이에 맞물림 결합되는 유성기어와, 상기 유성기어를 자전 및 공전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어를 포함하는 유성기어어셈블리; 그리고 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 상기 유성기어의 정방향 공전만을 허용하여 상기 유성기어어셈블리가 정방향으로 회전되게 하며, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 상기 유성기어의 역방향 공전 즉 유성기어어셈블리의 역방향 회전을 차단하고 상기 유성기어의 자전만을 허용함으로써 출력부에 결합된 외기어 혹은 출력축에 결합된 내기어가 정방향으로만 회전되게 하는 일방향출력제어장치를 포함하는 일방향기어를 제안한다.

바람직하게 본 발명의 일방향출력제어장치는 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 내기어와 외기어의 사이에 맞물림 동기 결합되어서 상기 내기어와 유성기어 어셈블리 및 외기어가 함께 한 몸체로 정방향으로 회전되게 하며, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 내기어와 외기어 사이에서 맞물림 동기 결합을 해제시켜 상기 내기어와 유성기어 및 외기어의 자전을 허용하는 맞물림 동기/해제수단; 그리고 상기 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 어셈블리 및 외기어가 함께 맞물림 동기 결합될 때 상기 유성기어 어셈블리의 정방향 회전을 허용하고, 상기 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 및 외기어의 자전이 허용될 때 상기 유성기어 어셈블리의 역방향 회전을 차단하는 일방향록킹수단을 포함한다.

여기서 상기한 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어에 결합되는 고정부재와, 상기 고정부재와 함께 유성기어 캐리어에 회전 가능하게 설치되는 내·외향 래칫폴(ratchet pawl), 그리고 상기 고정부재와 내·외향 래칫폴의 사이에 설치되어서 상기 내·외향 래칫폴에 일방향으로 회전 압력을 가하는 탄력부재를 포함하여 구성한다. 이때 상기 내·외향 래칫폴은 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 내기어와 외기어의 사이에 맞물림 동기 결합되고, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 내기어와 외기어의 회전을 허용하도록 구성한다.

또한 본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기한 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어에 축 결합되고 유성기어 내주면에 위치되는 고정축과, 상기 고정축에 회전 가능하게 설치되고 탄력부재에 의해 방사상으로 팽창 압력을 받는 외향래칫폴, 그리고 유성기어의 내주면에 형성된 내치래칫을 포함하여 구성한다. 이때 상기 외향래칫폴은 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 유성기어의 내치래칫에 맞물림 결합되어 유성기어의 자전을 차단하므로 상기 유성기어가 내기어 및 외기어의 사이에서 맞물림 동기 결합되게 하고, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 상기 유성기어의 자전을 허용하도록 한다.

한편 본 발명을 구성하는 일방향록킹수단은 외부 고정링에 회전 가능하게 힌지 결합되는 래칫과, 유성기어 캐리어에 형성된 음각래칫기어, 그리고 상기 래칫에 일정 압력을 주어 상기 래칫이 음각래칫기어에 맞물림 결합되게 하는 탄력부재를 포함하여 구성한다. 이때 상기 래칫은 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 어셈블리 및 외기어가 함께 맞물림 동기 결합될 때 상기 유성기어 캐리어의 정방향 회전을 허용하고, 반대로 상기 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 및 외기어의 자전이 허용될 때 상기 유성기어 캐리어의 역방향 회전을 차단하도록 구성한다.

또한 본 발명의 일방향록킹수단은 래칫에서 인출 연결된 와이어와, 상기 와이어를 잡아당겨 상기 래칫과 음각래칫기어의 맞물림 결합을 해제시키는 록킹해제레버를 더 포함하여 이루어진다.또한 바람직하게 상기 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어에 고정부재를 이용하여 회전 가능하게 설치되는 외향 래칫폴, 그리고 상기 외향 래칫폴이 항시 일방향으로 회전되도록 회전력을 부여하는 자성부재를 포함하여 구성할 수 있다. 이때 상기 외향 래칫폴의 다른 실시 형태로서 내·외향 래칫폴을 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 설명하기로 한다.

실시예 1

도 1 및 도 2를 통하여 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도시한 바와 같이 본 발명의 일방향기어는 내기어(1)와 외기어(3) 및 상기 내기어(1)와 외기어(3)의 사이에 맞물림 결합되는 유성기어어셈블리(5), 그리고 내기어(1) 혹은 외기어(3)의 어느 하나가 정방향이나 역방향중의 어느 방향으로 회전구동되더라도 출력측의 외기어(3) 혹은 내기어(1)가 항상 정방향으로만 출력되게 만드는 일방향출력제어장치를 포함하여 이루어진다.

참고로 도 1에서 내기어(1)의 정방향은 시계방향이고 역방향은 반시계방향이다. 반대로 도 1에서 외기어(3)의 정방향은 반시계 방향이고 역방향은 시계방향이다. 이하 본 발명을 설명함에 있어 방향 설명은 이를 기준으로 한다.

본 발명을 구성하는 내기어(1)는 구동축 혹은 출력축에 결합되어 동기하는것으로서, 이를 위하여 내주면에는 상기 구동축 혹은 출력축에 체결되는 나사산(1a)이 형성되어 있다. 또한 상기 내기어(1)의 외주면에는 유성기어어셈블리에 맞물림 결합되는 외치차(1b)가 형성되어 있다.

또 본 발명을 구성하는 외기어(3)는 내기어(1)가 구동축에 결합될 경우 출력부에 연결되고, 반대로 내기어(1)가 출력축에 결합될 경우 구동부에 결합되는 연결구조를 갖게 된다. 이러한 외기어(3)의 내주면에는 유성기어어셈블리에 맞물림 결합되는 내치차(3a)가 형성되어 있다. 후술하는 사용 예에서 다시 설명하겠지만, 외기어(3)의 외주면에는 자전거의 스프로켓을 일체로 연결할 수 있다.

내기어(1)와 외기어(3)의 사이에 맞물림 결합되는 것으로, 본 발명의 유성기어어셈블리(5)는 소직경의 유성기어(7)와, 상기 유성기어(7)를 자전 및 공전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어(9)를 포함하여 구성한다. 유성기어(7)는 볼트(11a) 및 너트(11b)와 같은 체결부재에 의해 회전 가능하게 설치되며, 적어도 2 이상 다수개를 설치할 수 있다. 체결부재는 볼트(11a) 및 너트(11b)에 한정되지 않으며 다양한 변경 실시가 가능하다.

그리고 본 발명을 구성하는 일방향출력제어장치는 내기어(1)가 구동축에 결합되거나 혹은 외기어(3)가 구동부에 결합되어서 정방향으로 회전할 때, 상기 유성기어(7)의 정방향 공전 즉, 유성기어 캐리어(9)의 자전을 허용하여 유성기어어셈블리(5) 전체가 정방향으로 회전되게 한다. 또한 반대로 구동축에 결합된 내기어(1) 혹은 구동부에 결합된 외기어(3)가 역방향으로 회전할 때에는 유성기어(7)의 역방향 공전 즉 유성기어어셈블리(5)의 역방향 회전을 차단하고 상기 유성기어(7)의 정방향 자전만을 허용한다. 따라서 본 발명의 일방향출력제어장치는 출력부에 결합된 외기어(3) 혹은 출력축에 결합된 내기어(1)를 항상 정방향으로만 회전되게 허용한다.

이러한 일방향출력제어장치의 작동을 실현하기 위하여, 본 발명에서는 맞물림 동기/해제수단과 일방향록킹수단을 제안한다.

먼저 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어(9)에 볼트(11a) 및 너트(11b)에 의해 고정 결합되는 고정부재(13a)와, 상기 고정부재(13a)와 함께 유성기어 캐리어(9)에 회전 가능하게 설치되는 내·외향 래칫폴(13b), 그리고 상기 고정부재(13a)와 내·외향 래칫폴(13b)의 사이에 설치되어서 내·외향 래칫폴(13b)에 일방향으로 회전 압력을 가하는 탄력부재(13c)를 포함하여 이루어진다.

고정부재(13a)와 내·외향 래칫폴(13b)은 모두 체결부재에 의해 설치되지만 내·외향 래칫폴(13b)만 회전 가능하다. 또 본 발명에서 탄력부재(13c)는 코일 스프링을 도시하고 있지만 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 변경 실시가 가능한 것이다.변경 실시의 형태로서, 상기 탄력부재(13c)는 태엽이나 코일스프링으로 형성할 수 있으며, 이때 태엽이나 코일스프링의 일단은 고정부재(13a)에 타단은 내·외향 래칫폴(13b)에 고정된다. 한편 내·외향 래칫폴(13b)의 변경 실시 형태로서는 외향 래칫폴이 가능하다.

이러한 구성에 따라 본 발명의 맞물림 동기/해제수단은 내기어(1) 혹은 외기어(3)가 정방향으로 구동 회전할 때 상기 내·외향 래칫폴(13b)이 내기어(1)와 외기어(3)의 사이에 맞물림 결합됨으로써, 내기어(1)와 유성기어 어셈블리(5) 및 외기어(3)가 모두 함께 한 몸체로 동기하여 정방향으로 회전되게 한다.

또한 반대로 본 발명의 맞물림 동기/해제수단은 내기어(1) 혹은 외기어(3)가 역방향으로 구동 회전할 때, 상기 내·외향 래칫폴(13b)이 탄력부재(13c)의 힘을이기고 회전되게 하므로 내기어(1)와 외기어(3)의 사이에서 맞물림 해제되며, 그 결과 유성기어(7)가 정방향으로 자전하게 되고 상기 유성기어(7)에 맞물림 결합된 외기어(3) 혹은 내기어(1)가 정방향으로 자전하게 되는 것이다. 하지만 이때 유성기어(7)가 정방향으로 자전되게 하기 위해서는 유성기어 캐리어(9)의 역방향 자전이 차단되어 있어야 한다.

이를 위하여 본 발명에서는 일방향록킹수단을 마련하고 있다. 즉, 일방향록킹수단은 상기 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어(1)와 유성기어 어셈블리(5) 및 외기어(3)가 함께 맞물림 동기 결합될 때 상기 유성기어 캐리어(9)의 정방향 회전을 허용하지만, 반대의 경우 유성기어(7)가 정방향으로 자전할 때에는 유성기어 캐리어(9)의 역방향 회전을 차단한다.

바람직하게 일방향록킹수단은 외부 고정링(15, 도 3 및 도 4 참조)에 회전 가능하게 지지 설치되는 래칫(17)과, 유성기어 캐리어(9)에 형성되는 음각래칫기어(19), 그리고 래칫(17)에 일정 압력을 주어 상기 래칫(17)이 음각래칫기어(19)에 항시 맞물림 결합되게 하는 탄력부재(21)를 포함하여 구성한다.

래칫(17)은 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어(1)와 유성기어 어셈블리(5) 및 외기어(5)가 함께 맞물림 동기 결합되어 정방향으로 회전 구동될 때, 유성기어 캐리어(9)에 의해 밀려져 탄력부재(21)의 탄성력을 이기고 뒤로 회전 이동함으로써, 음각래칫기어(19)로부터 맞물림 결합이 해제되고, 그 결과 유성기어 캐리어(9)는 정방향 회전이 가능하게 된다.

반대로 상기 래칫(17)은 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어(1)와유성기어(7) 및 외기어(3)의 자전이 허용될 때, 음각래칫기어(19)에 항시 맞물림 결합된 상태를 유지하므로, 상기 유성기어 캐리어(9)가 역방향으로 회전되는 것을 차단한다. 따라서 유성기어(7)는 정방향 회전이 가능한 것이다.

한편 본 발명에서는 필요시 상기 래칫(17)과 음각래칫기어(19)의 항시 맞물림 결합을 해제시켜, 항시 맞물림 해제 상태로 되게 함으로써 일방향 출력을 해제하기 위하여 일방향록킹해제수단을 제안한다.

일방향록킹해제수단은 래칫(17)에서 인출 연결된 와이어(23)와, 상기 와이어(23)를 잡아당겨 래칫(17)과 음각래칫기어(19)의 맞물림 결합을 해제시키는 록킹해제레버(25)로 구성한다. 도면에서 록킹해제레버(25)는 회전 작동하는 회전 레버 구조를 나타내고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변경 실시가 가능하다.

한편 도 1 및 도 2에서 미 설명부호 38은 베어링을 나타내고 있다. 베어링(38)은 내기어(1) 및 외기어(3)와 유성기어 캐리어(9)의 사이에 설치되어서, 상기 구성들의 회전 동작을 보다 원활하게 한다.

이상에서 설명한 구성에 의거하여 본 발명의 일방향기어의 사용 상태 및 작동 상태를 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일방향기어를 자전거의 페달 구동축에 장착한 경우를 보여주고 있다.

도면에서 설명부호 27은 자전거 본체로서 페달 구동축이 회전 가능하게 결합되는 차체하우징이다. 또한 도면의 설명부호 29는 페달이고, 29a는 커넥팅로드이며, 29b는 페달 구동축이다.

차체하우징(27)에는 본 발명의 일방향록킹수단을 구성하는 래칫(17)을 회전가능하게 지지하기 위한 외부 고정링(15)이 체결 결합된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일방향기어는 내기어(1)의 나사산(1a)이 페달 구동축(29b)에 체결됨에 의해 결합 고정된다. 외기어(3)의 외주면에는 체인(31)이 결합되는 스프로켓(33)이 일체로 형성되어 있다. 따라서 이 경우에는 내기어(1)를 통하여 구동 회전력이 입력되고, 외기어(3)를 통하여 회전력이 출력되는 것이다.

보다 구체적으로 본 발명의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다. 자전거에 탄 사용자는 페달(29)을 굴러 페달 구동축(29b)를 정방향(시계 방향)으로 회전시키게 된다.

이때 내기어(1)는 정방향으로 회전 구동되고, 맞물림 동기/해제수단을 구성하는 내·외향 래칫폴(13b)이 내기어(1)와 외기어(3)의 사이에 맞물림 결합됨으로써 내기어(1)와 유성기어 어셈블리(5) 및 외기어(3)가 모두 한 몸체로 동기하여 정방향으로 회전되는 것이다. 또한 일방향록킹수단을 구성하는 래칫(17)은 탄력부재(21)의 탄성력을 이기로 뒤로 회전 이동되어 음각래칫기어(19)로부터 일시 맞물림 결합이 해제됨으로써 유성기어 캐리어(9)는 정방향 회전이 가능하게 된다.

따라서 외기어(3)에 일체 형성된 스프로켓(33)이 정방향으로 회전되고, 체인(31)이 정방향 궤도회전하며, 그 결과 자전거는 전진하게 된다.

한편 자전거에 탄 사용자가 페달(29)를 역방향으로 회전시키게 되면,내기어(1)는 역방향으로 회전 구동된다. 이때 맞물림 동기/해제수단을 구성하는 내·외향 래칫폴(13b)은 내기어(1)의 외치차(1b)에 의해 밀려져 탄력부재(13c)의 힘을 이기고 도 1의 정방향(시계 방향)으로 회전되면서 내기어(1)와 외기어(3)의 맞물림을 해제한다. 따라서 내기어(1)는 역방향으로, 유성기어(7)는 정방향으로, 그리고 외기어(3)는 정방향으로 자전한다. 그 결과 외기어(3)에 일체 형성된 스프로켓(33)은 정방향으로 회전되고, 체인(31)이 정방향 궤도회전하며, 자전거는 전진하게 되는 것이다.

물론 유성기어(7)의 정방향 자전을 허용하기 위하여, 일방향록킹수단을 구성하는 래칫(17)은 음각래칫기어(19)에 맞물림 결합됨으로써 유성기어 캐리어(9)의 역방향 회전 즉, 유성기어(7)의 역방향 공전을 차단한다.

특히 본 발명에서 일방향기어를 자전거 페달 구동축에 장착할 경우에는 역방향 구동시, 내기어(1)의 구동력이 유성기어(7)를 통하여 감속됨과 동시에 힘이 증가되므로, 산악용 및 비포장 도로 주행용으로 유용하게 사용할 수 있다.

한편 본 발명에서는 일방향록킹해제수단을 구성하는 록킹해제레버(25)를 작동시켜 래칫(17)의 맞물림 결합을 항시 해제 상태로 변환시킬 수 있다. 이렇게 하면 본 발명에 의한 일방향기어는 내기어(1)의 역방향 구동시, 유성기어(7)가 자전함과 동시에 공전하게 되고, 그 결과 유성기어어셈블리(5)가 외기어(3)의 내치차(3a)를 따라 자전하게 되며, 결국 외기어(3)는 제자리에서 회전하지 않게 된다. 따라서 일반 자전거의 동력전달구조와 동일하게 된다.

도 5는 본 발명의 일방향기어를 자전거의 뒷바퀴 휠 허브에 장착한 경우를보여주고 있다.

도면에서 설명부호 35는 자전거의 뒷바퀴 휠 허브이고, 37은 뒷바퀴 스프로켓이다.

이와 같은 연결구조에서는 체인(31), 스프로켓(37) 및 외기어(3)를 통하여 구동 회전력이 입력되고, 내기어(3)를 통하여 휠 허브(35)로 회전력이 출력되는 것이다.

한편 도 5에서는 외기어(3)의 정방향을 시계 방향으로 규정한다. 이는 자전거의 진행 방향을 도면의 오른쪽이라고 가정한 것이며, 이때 체인(31) 및 외기어(3)를 통하여 입력되는 구동력의 설명을 보다 용이하게 하기 위한 것이다. 도 5의 기어구조는 도 1의 구조를 180도 회전한 상태와 동일하다.

이러한 경우에 자전거에 탄 사용자가 페달(29)을 굴러 체인(31)을 정방향(도면에서 시계 방향)으로 회전시키게 되면, 외기어(3)는 정방향으로 회전 구동되고, 맞물림 동기/해제수단을 구성하는 내·외향 래칫폴(13b)이 외기어(3)와 내기어(1)의 사이에 맞물림 결합됨으로써 외기어(3)와 유성기어 어셈블리(5) 및 내기어(1)가 모두 한 몸체로 동기하여 정방향으로 회전되는 것이다. 물론 이때 일방향록킹수단을 구성하는 래칫(17)은 음각래칫기어(19)로부터 일시 맞물림 결합이 해제된다. 따라서 내기어(1)에 일체 결합된 휠 허브(35)가 정방향으로 회전되고, 그 결과 자전거의 뒷바퀴가 시계 방향으로 회전하여 전진하게 된다.

한편 자전거에 탄 사용자가 페달(29)을 굴러 체인(31)을 역방향(반시계 방향)으로 회전시키게 되면, 외기어(3)는 역방향으로 회전 구동된다. 이때 맞물림 동기/해제수단을 구성하는 내·외향 래칫폴(13b)은 회전되면서 외기어(3)와 내기어(1)의 맞물림 결합을 해제한다. 따라서 외기어(3)는 역방향으로, 유성기어(7)는 정방향으로, 그리고 내기어(1)는 정방향으로 자전한다. 그 결과 내기어(1)에 일체 형성된 휠 허브(35)는 정방향으로 회전되고, 마찬가지로 자전거는 전진하게 된다.

물론 유성기어(7)의 정방향 자전을 허용하기 위하여, 일방향록킹수단을 구성하는 래칫(17)은 음각래칫기어(19)에 맞물림 결합됨으로써 유성기어 캐리어(9)의 역방향 회전 즉, 유성기어(7)의 역방향 공전을 차단한다.

특히 본 발명에서 일방향기어를 자전거의 뒷바퀴 휠 허브에 장착할 경우에는 역방향 구동시, 외기어(1)의 구동력이 유성기어(7)를 통하여 증속되므로, 포장 도로용이나 경주용으로 유용하게 사용할 수 있다.

한편 도 3 및 도 4를 통하여 설명한 바와 마찬가지로 일방향록킹해제수단을 구성하는 록킹해제레버(25)를 작동시켜 래칫(17)의 맞물림 결합을 항시 해제 상태로 변환시킴으로써, 본 발명의 일방향기어를 일반 자전거의 동력전달구조와 동일하게 구성할 수 있다.

실시예 2

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시 형태를 보여주고 있다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 일방향기어는 실시예 1과 마찬가지로 내기어(1)와 외기어(3) 및 상기 내기어(1)와 외기어(3)의 사이에 맞물림 결합되는 유성기어어셈블리(5), 그리고 내기어(1) 혹은 외기어(3)의 어느 하나가 정방향이나 역방향중의 어느 방향으로 회전 구동되더라도 출력측의 외기어(3) 혹은 내기어(1)가 항상 정방향으로만 출력되게 만드는 일방향출력제어장치를 포함하여 이루어진다.

여기서 내기어(1)의 정방향은 도 6에서 시계방향이고 역방향은 반시계방향이다. 반대로 도 6에서 외기어(3)의 정방향은 반시계 방향이고 역방향은 시계방향이다. 이하 본 실시 형태를 설명함에 있어 방향 설명은 이를 기준으로 한다.

또한 본 실시 형태에서 일방향출력제어장치는 실시예 1과 마찬가지로, 내기어(1)가 구동축에 결합되거나 혹은 외기어(3)가 구동부에 결합되어서 정방향으로 회전할 때, 상기 유성기어(7)의 정방향 공전 즉, 유성기어 캐리어(9)의 자전을 허용하여 유성기어어셈블리(5) 전체가 정방향으로 회전되게 하고; 또한 반대로 내기어(1) 혹은 외기어(3)가 역방향으로 회전할 때에는 유성기어(7)의 역방향 공전 즉 유성기어어셈블리(5)의 역방향 회전을 차단하고 상기 유성기어(7)의 정방향 자전만을 허용한다.

이러한 일방향출력제어장치의 작동을 실현하기 위하여, 본 실시 형태에서는 맞물림 동기/해제수단과 일방향록킹수단을 구비하여 이루어지며, 여기서 일방향록킹수단은 실시예 1과 그 구성이 동일하므로 부연 설명을 생략하기로 한다.

다만, 본 실시 형태에서 맞물림 동기/해제수단은 실시예 1과 다른 구조를 취하고 있는데, 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도면에서 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어(9)에 볼트(11a) 및 너트(11b)에 의해 고정 결합되는 고정축(39a)과, 상기 고정축(39a)의 일측에 회전가능하게 설치되는 외향 래칫폴(39b), 그리고 상기 고정축(39a)과 외향 래칫폴(39b)의 사이에 설치되어서 외향 래칫폴(39b)에 항시 일방향 회전 압력을 가하는 탄력부재(39c)를 포함하여 이루어진다.

이 경우에 고정축(39a)의 외주에는 유성기어(7)가 회전 가능하게 결합된다. 유성기어(7)는 내주면에 내치래칫(41)을 구비하여 방사상 외측으로 탄력을 받는 외향 래칫폴(39b)과 항시 맞물림 결합된다.

이에 따라 내기어(1) 혹은 외기어(3)가 정방향으로 구동 회전할 때 유성기어(7)은 역방향으로 구동하려는 회전력을 받게 되는바, 이때 외향 래칫폴(39b)이 유성기어(7)의 내치래칫(41)에 맞물림 결합된 상태를 유지하므로 유성기어(7)의 역방향 자전이 차단되며, 그 결과 내기어(1)와 유성기어 어셈블리(5) 및 외기어(3)는 모두 함께 한 몸체로 동기하여 정방향으로 회전되는 것이다.

또한 반대로 내기어(1) 혹은 외기어(3)가 역방향으로 구동 회전할 때 유성기어(7)는 정방향으로 구동하게 되는바, 이때 외향 래칫폴(39b)은 탄력부재(39c)의 힘을 이기고 일시 회전되므로 유성기어(7)는 정방향으로 자전하게 된다. 그 결과 상기 유성기어(7)에 맞물림 결합된 외기어(3) 혹은 내기어(1)는 정방향으로 자전하게 된다. 하지만 이때 유성기어(7)는 역방향으로 공전하려는 회전력을 받게 되는 바, 이는 앞서 설명한 일방향록킹수단에 의해 유성기어 캐리어(9)의 역방향 자전이 차단되므로 해결할 수 있다.

이상에서 설명한 구성에 의해 작동되는 본 실시 형태의 작동 상태도 또한 실시예 1의 도 3 내지 도 5를 통하여 설명한 바와 동일하다. 따라서 본 실시 형태의 작동 상태의 부연 설명은 생략하기로 한다.실시예 3도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시 형태를 보여주고 있다.도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 일방향기어는 실시예 1과 마찬가지로 내기어(1)와 외기어(3), 유성기어어셈블리(5), 및 일방향출력제어장치를 포함하여 이루어진다.내기어(1)의 정방향은 도 8에서 시계방향이고, 외기어(3)의 정방향은 반시계방향이다. 이하 본 실시 형태의 방향 설명은 이를 기준으로 한다.본 실시 형태에서 일방향출력제어장치는 맞물림 동기/해제수단과 일방향록킹수단을 구비하여 이루어지며, 여기서 일방향록킹수단은 실시예 1과 그 구성이 동일하므로 부연 설명을 생략하기로 한다.다만, 본 실시 형태에서 맞물림 동기/해제수단은 실시예 1과 다른 구조를 취하고 있는데, 이는 유성기어 캐리어(9)에 볼트(11a) 및 너트(11b)를 이용하여 회전가능하게 결합되는 외향 래칫폴(43)과, 상기 외향 래칫폴(43)이 항시 일방향으로 회전되도록 회전력을 부여하는 자성부재(45)를 포함하여 이루어진다.자성부재(45)는 외향 래칫폴(43)의 단부 근처에 홈(43a)을 형성하고 그 내부에 수납되도록 장착할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변경 실시가 가능하다. 예를들어 상기 자성부재(45)는 외향 래칫폴(43) 단부 자체를 자화시켜 사용할 수 있으며, 또한 외기어(3)의 내주면을 자화시켜 사용할 수도 있다.한편, 본 실시 형태에서는 외향 래칫폴(43)을 3개 설치한 구조를 보여주고 있으며, 그에 맞추어 유성기어 어셈블리를 구성하는 유성기어(7)도 3개를 설치하여 각각 균등하게 배치 결합된다.이에 따라 내기어(1) 혹은 외기어(3)가 정방향으로 구동 회전할 때 유성기어(7)는 역방향으로 구동하려는 회전력을 받게 되는바, 이때 외향 래칫폴(43)이 외기어(3)의 내치차(3a)에 맞물림 결합되므로 유성기어(7)의 역방향 자전이 차단된다. 따라서 내기어(1)와 유성기어 어셈블리(5) 및 외기어(3)는 한 몸체로 동기하여 정방향으로 회전된다.또한 반대로 내기어(1) 혹은 외기어(3)가 역방향으로 구동 회전할 때 유성기어(7)는 정방향으로 구동하게 되는바, 이때 외향 래칫폴(43)은 자성부재(45)의 자력을 이기고 시계 방향으로 일시 회전되므로 유성기어(7)는 정방향으로 자전하게 된다. 그 결과 상기 유성기어(7)에 맞물림 결합된 외기어(3) 혹은 내기어(1)는 정방향으로 자전하게 된다. 하지만 이때 유성기어(7)는 역방향으로 공전하려는 회전력을 받게 되는바, 이는 앞서 설명한 일방향록킹수단에 의해 유성기어 캐리어(9)의 역방향 자전이 차단되므로 해결할 수 있다.한편 본 실시 형태의 외향 래칫폴(43)은 도 10에 도시한 바와 같이 내·외향 래칫폴(47)의 형태로 대체할 수 있다. 이 경우에 자성부재(45)는 내·외향 래칫폴(47)의 양단부 근처에 홈(47a)을 형성하고 그 내부에 수납되도록 장착할 수 있으며, 또한 내·외향 래칫폴(47)의 양단부 자체를 자화시켜 사용하거나, 내기어(1)의 외주면 및 외기어(3)의 내주면을 자화시켜 사용할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일방향기어는 내기어의 정/역방향 구동 회전력을 서로 다른 장치로 나누어 전달하지 않고 하나의 장치 안에서 외기어로 출력 전달되게 함으로써, 부품수가 적고 간단한 구조의 일방향기어를 구현할 수 있으며, 그 결과 생산비를 절감할 수 있다.

또한 본 발명의 일방향기어는 외기어의 정방향 혹은 역방향 회전 구동력을 내기어의 회전력으로 출력할 수 있으며, 내기어와 외기어 사이에 있는 맞물림 동기/해제수단 및 일방향록킹수단의 방향을 바꿈으로써 출력 기어의 회전방향을 원하는 대로 변화시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 일방향기어는 "내기어의 정방향 혹은 역방향 회전 구동시 외기어가 한 방향으로 출력 회전되는 동력전달장치" , "외기어의 정방향 혹은 역방향 회전 구동시 내기어가 한 방향으로 출력 회전되는 동력전달장치" 등에 유용하게 사용할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일방향기어는 자전거의 페달 구동축이나 뒷바퀴의 휠 허브에 장착되어서, 페달의 정방향 혹은 역방향 회전 구동력을 언제나 뒷바퀴의 정방향 출력으로 실현할 수 있다.

특히 본 발명을 자전거의 페달 구동축에 적용할 경우에는 역방향 구동시 기어비에 의해 감속과 구동력 증가가 가능하게 되므로, 산악용 및 비포장 도로 주행용으로 유용하게 사용할 수 있다. 또한 본 발명을 자전거의 뒷바퀴 휠 허브에 적용할 경우에는 역방향 구동시 기어비에 의해 증속이 가능하게 되므로, 포장 도로용이나 경주용으로 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (9)

1. 외주면에 치차가 형성된 내기어;

   내주면에 치차가 형성된 외기어;

   상기 내기어를 구동축에 결합하고 외기어를 출력부에 결합시키거나, 반대로 상기 내기어를 출력축에 결합하고 외기어를 구동부에 결합시키는 연결구조;

   상기 내기어와 외기어의 사이에 맞물림 결합되는 유성기어와, 상기 유성기어를 자전 및 공전 가능하게 지지하는 유성기어 캐리어를 포함하는 유성기어어셈블리; 그리고

   구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 상기 유성기어의 정방향 공전만을 허용하여 상기 유성기어어셈블리가 정방향으로 회전되게 하며, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 상기 유성기어의 역방향 공전 즉 유성기어어셈블리의 역방향 회전을 차단하고 상기 유성기어의 자전만을 허용함으로써 출력부에 결합된 외기어 혹은 출력축에 결합된 내기어가 정방향으로만 회전되게 하는 일방향출력제어장치를 포함하는 일방향기어.
2. 제 1 항에 있어서, 일방향출력제어장치는,

   구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 내기어와 외기어의 사이에 맞물림 동기 결합되어서 상기 내기어와 유성기어 어셈블리 및 외기어가 함께 한 몸체로 정방향으로 회전되게 하며, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 내기어와 외기어 사이에서 맞물림 동기 결합을 해제시켜 상기 내기어와 유성기어 및 외기어의 자전을 허용하는 맞물림 동기/해제수단; 그리고

   상기 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 어셈블리 및 외기어가 함께 맞물림 동기 결합될 때 상기 유성기어 어셈블리의 정방향 회전을 허용하고, 상기 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 및 외기어의 자전이 허용될 때 상기 유성기어 어셈블리의 역방향 회전을 차단하는 일방향록킹수단을 포함하여 구성된 일방향기어.
3. 제 2 항에 있어서, 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어에 결합되는 고정부재와, 상기 고정부재와 함께 유성기어 캐리어에 회전 가능하게 설치되는 내·외향 래칫폴, 그리고 상기 고정부재와 내·외향 래칫폴의 사이에 설치되어서 상기 내·외향 래칫폴에 일방향으로 회전 압력을 가하는 탄력부재를 포함하여 구성되고;

   상기 내·외향 래칫폴은 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 내기어와 외기어의 사이에 맞물림 동기 결합되고, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 내기어와 외기어의 회전을 허용함을 특징으로 하는 일방향기어.
4. 제 2 항에 있어서, 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어에 축 결합되고유성기어 내주면에 위치되는 고정축과, 상기 고정축에 회전 가능하게 설치되고 탄력부재에 의해 방사상으로 팽창 압력을 받는 외향래칫폴, 그리고 유성기어의 내주면에 형성된 내치래칫을 포함하여 구성되고;

   상기 외향래칫폴은 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 정방향으로 회전할 때 유성기어의 내치래칫에 맞물림 결합되어 유성기어의 자전을 차단하므로 상기 유성기어가 내기어 및 외기어의 사이에서 맞물림 동기 결합되게 하고, 반대로 구동축에 결합된 내기어 혹은 구동부에 결합된 외기어가 역방향으로 회전할 때 상기 유성기어의 자전을 허용함을 특징으로 하는 일방향기어.
5. 제 2 항에 있어서, 일방향록킹수단은 외부 고정링에 회전 가능하게 설치되는 래칫과, 유성기어 캐리어에 형성된 음각래칫기어, 그리고 상기 래칫에 일정 압력을 주어 상기 래칫이 음각래칫기어에 맞물림 결합되게 하는 탄력부재를 포함하여 구성되고,

   상기 래칫은 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 어셈블리 및 외기어가 함께 맞물림 동기 결합될 때 상기 유성기어 캐리어의 정방향 회전을 허용하고, 반대로 상기 맞물림 동기/해제수단에 의해 내기어와 유성기어 및 외기어의 자전이 허용될 때 상기 유성기어 캐리어의 역방향 회전을 차단함을 특징으로 하는 일방향기어.
6. 제 5 항에 있어서, 래칫에서 인출 연결된 와이어와, 상기 와이어를 잡아당겨상기 래칫과 음각래칫기어의 맞물림 결합을 해제시키는 록킹해제레버를 더 포함하여 구성된 일방향기어.
7. 제 1 항에 있어서, 내기어 및 외기어와 유성기어 캐리어의 사이에 베어링을 더 설치한 일방향기어.
8. 제 2 항에 있어서, 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어에 고정부재를 이용하여 회전 가능하게 설치되는 외향 래칫폴, 그리고 상기 외향 래칫폴이 항시 일방향으로 회전되도록 회전력을 부여하는 자성부재를 포함하여 구성된 일방향기어.
9. 제 2 항에 있어서, 맞물림 동기/해제수단은 유성기어 캐리어에 고정부재를 이용하여 회전 가능하게 설치되는 내·외향 래칫폴, 그리고 상기 내·외향 래칫폴이 항시 일방향으로 회전되도록 회전력을 부여하는 자성부재를 포함하여 구성된 일방향기어.