KR101147994B1

KR101147994B1 - 일측 고정형 변속기

Info

Publication number: KR101147994B1
Application number: KR1020090086609A
Authority: KR
Inventors: 유혁; 정태진; 안성철
Original assignee: (주)엠비아이
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2012-05-24
Also published as: KR20110028955A; WO2011031113A3; TW201130704A; WO2011031113A2

Abstract

본 발명은 일측 고정형 변속기에 관한 것으로서, 특히, 유성기어를 이용한 변속기를 개선하여 차체프레임에 일측을 고정시키는 것이 가능한 변속기를 제공하기 위한 것으로서, 차체프레임(10)에 일측이 고정되는 고정단(110)과, 그 타측의 자유단(120)으로 이루어진 샤프트(100)와; 상기 샤프트(100)의 자유단(120) 외주를 회전하는 캐리어(210)와, 상기 캐리어(210)에 자전 가능하게 지지되는 유성기어(220)와, 상기 유성기어(220)의 외주에 치합하는 링기어(230)와, 상기 유성기어(220)의 내주에 치합하는 태양기어(240)와, 상기 캐리어(210)의 회전을 상기 링기어(230)에 선택적으로 전달하는 클러치수단(250)을 포함하는 변속부(200)와; 외부로부터 구동력을 입력받아 상기 캐리어(210)를 회전시키는 입력부(300)와; 상기 태양기어(240)의 회전을 선택적으로 구속하는 변속제어부(400)와; 상기 링기어(230)로부터 허브쉘(510)을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 출력부(500)와; 상기 자유단(120)의 말단에 고정 체결되어, 상기 변속부(200), 상기 입력부(300), 상기 변속제어부(400), 그리고 상기 출력부(500)가 상기 차체프레임(10)을 기준으로 상기 샤프트(100)의 축방향 외측으로 분리되는 것을 제한하는 체결수단(600)으로 구성되어, 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의 성을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

변속기, 유성기어, 캐리어, 태양기어, 링기어, 샤프트

Description

일측 고정형 변속기{One side wheel type transmission}

본 발명은 일측 고정형 변속기에 관한 것으로서 특히, 유성기어를 이용한 변속기를 개선하여 차체프레임에 일측을 고정시키는 것이 가능한 변속기를 제공하기 위한 것으로써, 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 변속기란 구동력을 입력받아 종동력을 출력시키되, 요구되는 조건에 따라 가속 혹은 감속을 실시하여 원하는 회전속도나 토크를 얻을 수 있는 장치이다.

도 1은 일반적인 외기어형 변속기가 마련된 접이식 자전거를 도시하는 도로서, 도 1의 (a)는 그 사시도이고, 도 1의 (b)는 그 평면도이다.

변속기는 그 변속 구조에 따라 다양하게 분류되는데, 근래에 가장 널리 적용되고 있는 자전거용 변속기는 도 1에 도시한 바와 같은 외기어형 변속기이다.

외기어형 변속기는 도 1에 도시한 바와 같이 서로 다른 직경을 갖는 다수의 스프라켓(4)이 적층 형성되어 있어, 체인(5)이 치합하는 스프라켓(4)의 직경에 따라 각기 다른 변속비를 얻을 수 있는 것이다.

이러한 외기어형 변속기는 비교적 구조가 간단하다는 이점을 갖지만, 비교적 부피가 크고 다수의 스프라켓(4)이 외부로 노출되어 있어 오염이 쉽게 될 뿐 아니라, 체인(5)이 빠져버리는 현상이 빈번하게 발생한다는 단점을 가지고 있었다.

이에 따라, 상술한 외기어형 변속기를 개선하여, 고장 및 오염이 적고 비교적 소형으로 구현 가능하다는 이점을 지닌 유성기어를 내장한 내기어형 변속기가 개발되었다.

상기 내기어형 변속기는 그 내부에 고정된 샤프트를 기준으로 유성기어, 캐리어, 태양기어, 그리고 링기어 등이 마련되어 폴(pawl)의 제어에 따라 변속을 실시하는 것으로, 특히 상기 유성기어의 개수나 단수에 따라 다단변속이 가능한 것이다.

이와 더불어, 접이식 자전거는 운반이나 보관 시 그 부피를 줄이기 위해 개발된 것으로, 몸체의 일부를 접어서 포개는 구조가 널리 적용되고 있다.

도 1에 도시한 접이식 자전거는 전륜(2)과 후륜(3)을 지지하는 차체프레임(1)의 중단이 횡방향으로 접혀지게 되어 있어, 이를 접었을 경우, 도 1의 (b)와 같이 전륜(2)과 후륜(3)이 나란하게 포개어지도록 위치하게 된다.

그리고 도 2는 일반적인 접이식 자전거의 다른 예를 도시하는 도로서, 도 2의 (a)는 그 사시도이고, 도 2의 (b)는 그 일부에 대한 확대 평면도이다.

도 2에 도시한 접이식 자전거는 원 사이드 휠 타입(one side wheel type)의 접이식 자전거로서, 이러한 구조의 접이식 자전거는 차체프레임(1)이 상하로 접혀지는 구조를 가지며, 특히 전륜(2)과 후륜(3)이 도 2의 (a)와 같이 차체프레임(1)에 서로 대향하는 방향으로 각각 일측이 지지되어 있어, 자전거를 접을 경우 도 2의 (b)와 같이 전륜(2)과 후륜(3)이 맞닿도록 서로 포개어져, 도 1에 도시한 접이식 자전거에 비해 더 작은 부피로 접히게 된다는 이점을 지니고 있다.

그러나, 현재까지 개발된 내기어형 변속기의 경우, 고정샤프트의 양단이 차체프레임(1)에 고정되어야만 하는 양단 지지구조로서, 도 1에 도시한 접이식 자전거에 내기어형 변속기를 적용할 경우, 접이식 자전거를 접었을 때 그 접혀진 폭이 비교적 넓다는 단점이 있었다.

또한, 그 접혀지는 폭을 기존에 비해 크게 줄인 도 2에 도시한 접이식 자전거의 경우에는 전륜(2) 및 후륜(3)이 좌우 양측 중 어느 일측에 차체프레임(1)이 연결되는 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거이기 때문에, 일반적인 외기어형 변속기는 물론 샤프트의 양단이 차체프레임(1)에 지지되어야만 하는 종래의 내기어형 양단지지 변속기 또한 적용할 수 없다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있도록 하는 일측 고정형 변속기를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 차체프레임에 일측이 고정되는 고정단과, 그 타측의 자유단으로 이루어진 샤프트와; 상기 샤프트의 자유단 외주를 회전하는 캐리어와, 상기 캐리어에 자전 가능하게 지지되는 유성기어와, 상기 유성기어의 외주에 치합하는 링기어와, 상기 유성기어 내주에 치합하는 태양기어와, 상기 캐리어의 회전을 상기 링기어에 선택적으로 전달하는 클러치수단을 포함하는 변속부와; 외부로부터 구동력을 입력받아 상기 캐리어를 회전시키는 입력부와; 상기 태양기어의 회전을 선택적으로 구속하는 변속제어부와; 상기 링기어로부터 허브쉘을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 출력부와; 상기 자유단의 말단에 고정 체결되어, 상기 변속부, 상기 입력부, 상기 변속제어부, 그리고 상기 출력부가 상기 차체프레임을 기준으로 상기 샤프트의 축방향 외측으로 분리되는 것을 제한하는 체결수단으로 구성함으로써 달 성된다.

이때, 상기 허브쉘의 외주면에는 브레이크 라이닝이 마련되는 것도 가능하다.

여기에서, 상기 샤프트는 그 외주면에 원형 단면 형상의 홈이 방사상에 축방향으로 음각되어 있고, 상기 원형 단면 형상의 홈에 고정부시를 사용하여 차체프레임에 고정되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고정부시는 외주면이 차체프레임에 결합되도록 스플라인이 형성되고, 그 내주면은 샤프트의 원형 단면 형상의 홈에 결합되는 스플라인이 형성되는 것이 양호하다.

특히, 상기 샤프트의 폴 자리부 외주면은 폴의 두께보다 높게 형성되어, 상기 태양기어의 회전을 부드럽게 가이드 하는 것이 가능하다.

또한, 상기 변속제어부는 각각의 상기 태양기어 내주면에 형성된 래칫톱니에 선택적으로 치합하는 폴과; 위치제어돌기가 그 내주면에 형성되어 회전에 따라 상기 폴의 돌출을 각각 제어하는 폴 제어링과; 상기 폴 제어링에 연결되어 변속케이블의 인출에 따라 회전하는 변속링을 포함하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 폴은 상기 샤프트의 원형 단면 형상의 홈 내에 축방향으로 조립되어, 상기 샤프트의 법선방향으로 분리되지 않는 것이 가장 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 접이식 자전거, 특히 원 사이드 휠 타입의 접이식 자 전거에 변속기를 적용할 수 있음으로써, 기본적으로 운반 및 보관 시 일반적인 접이식 자전거 보다 작은 부피를 차지하도록 하는 동시에, 자전거 운전 시 주행 여건에 맞게 다단으로 변속을 실시할 수 있도록 하여 변속기 뿐 아니라 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 3은 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 단면도이다.

그리고, 도 5는 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속부를 도시하는 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속제어부를 도시하는 분해사시도이다.

또한, 도 7은 도 4에 있어서 A-A선에 대한 단면도이며, 도 8은 도 4에 있어서 B-B선에 대한 단면도이고, 도 9는 도 4에 있어서 C-C선에 대한 단면도이다.

또한, 도 10은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서, 태양기어, 폴, 그리고 샤프트의 위치관계를 도시하는 단면도이다.

본 발명의 일측 고정형 변속기는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 고정단(110)을 통해 자전거의 차체프레임(10)에 일측이 지지되는 샤프트(100)에 있어서, 자유단(120) 상에 입력부(300), 출력부(500), 변속부(200), 그리고 변속제어부(400) 모두가 한 쪽으로 편심되게 마련되어 체결수단(600)에 의해 분리가 방지되어, 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용할 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용할 수 있는 일측 고정형 변속기로서, 도 2에 도시한 접이식 자전거의 후륜(3)에 적용하는 것을 예로 하여 이하에 설명하며, 물론 그 적용 대상에 제한은 없다.

우선 샤프트(100)는 본 발명에 있어서 뼈대 역할을 하는 구성요소로, 그 외주면에 소정 구간 나사산(111)이 형성되어 있고, 원형 단면 형상의 홈(101)이 방사상에 다수 개 위치하여 축방향으로 음각되어 있다.

이때, 상기 원형 단면 형상의 홈(101)은 폴(421)(422)이 샤프트(100) 상에서 그 축방향 이외의 법선방향으로 이탈되지 않도록 하는 동시에, 도 6에 도시한 폴(421)(422)의 회동 작동, 즉 세워지거나 눕혀지는 작동이 원활하게 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 샤프트(100)의 폴 자리부 외주면은 도 10에 도시한 바와 같이 폴(421)(422)의 두께보다 높게 형성되어, 태양기어(240)의 회전을 부드럽게 하는 가이드 기능을 수반하게 된다.

그리고, 상기 샤프트(100)의 도면상 우측이 차체프레임(10)에 고정 지지되는 고정단(110)에 해당하고, 그 이외의 부분이 자유단(120)에 해당하게 되는 것이다.

여기에서, 상기 샤프트(100)는 도 6에 도시한 고정부시(130)를 통해 차체프레임(10)에 회전 불가능하게 고정되는 것이다.

상기 고정부시(130)는 그 외주면이 차체프레임(10)에 결합되도록 스플라 인(spline) 형상이며, 그 내주면은 샤프트(100)의 원형 단면 형상의 홈(101)에 결합되도록 스플라인이 형성되어 있다.

도시한 바와 같이, 상기 고정부시(130)가 별물로 이루어질 수도 있지만, 상기 고정부시(130)를 상기 차체프레임(10)에 일체로 형성시키는 것도 물론 가능하다.

다음으로, 변속부(200)는 도 5에 도시한 바와 같이 실제적으로 변속을 실시하는 구성요소로, 크게는 캐리어(210), 유성기어(220), 링기어(230), 태양기어(240) 그리고 클러치수단(250)으로 이루어진다.

먼저, 캐리어(210)는 상기 샤프트(100)의 자유단(120) 외주 상에서 자유롭게 회전 가능한 것으로, 상기 캐리어(210)에는 1개 또는 다수의 유성기어(220)가 회전 가능하게 핀(211)을 통해 지지되며, 도면상에는 3개의 유성기어(220)가 마련된 것을 예시하였다.

이에 따라, 상기 유성기어(220)는 상기 캐리어(210) 상에서 자전 가능하며, 상기 캐리어(210)의 회전에 따라 공전하게 된다.

그리고, 상기 캐리어(210)의 외측에는 링기어(230)가 마련되며, 이 링기어(230)의 내주면에는 기어(231)가 형성되어 있어 상기 유성기어(220)의 외주와 치합하게 된다.

또한, 상기 캐리어(210)의 내측에는 태양기어(240)가 마련되며, 이 태양기어(240)는 상기 유성기어(220)의 내주와 치합하게 되어, 이 태양기어(240)의 구속여부, 즉 회전 가능 여부에 따라 상기 유성기어(220)를 공회전 시키거나 또는 회전 력을 전달할 수 있도록 하는 것이다.

이와 더불어, 상기 캐리어(210)와 링기어(230) 사이에는 클러치수단(250)이 더 부가되는데, 이 클러치수단(250)은 상기 캐리어(210)로부터 직접 상기 링기어(230)에 회전력을 전달하며, 만약 상기 캐리어(210)로부터 유성기어(220)를 통하여 상기 링기어(230)에 더 빠른 회전속도가 전달될 경우에는 이 클러치수단(250)이 미끄러져 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)에 직접 회전력을 전달하지는 못하게 된다.

다음으로 입력부(300)는 외부로부터의 구동력, 예를 들어 사람의 답력 또는 별도로 마련된 모터의 회전을 구동력으로 입력받아 상기 캐리어(210)와 직결되어 회전시키는 구성요소로서, 상기 변속부(200)와 차체프레임(10) 사이에 위치하게 된다.

그리고, 변속제어부(400)는 상기 변속부(200)의 안쪽에 위치하여 운전자의 조작에 따라 상기 변속부(200)의 변속을 제어하는 구성요소로, 상기 유성기어(220)의 내주에 치합하는 태양기어(240)의 회전을 선택적으로 구속함으로써, 상술한 유성기어(220)가 공회전하거나 혹은 회전력을 전달할 수 있도록 제어하게 된다.

또한, 출력부(500)는 상기 샤프트(100)를 중심으로 가장 외곽에 위치하여 상기 링기어(230)로부터 허브쉘(510)을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 구성요소이다.

마지막으로, 상기 자유단(120)의 말단에는 체결수단(600)이 고정 체결되어, 상기 자유단(120) 상에 마련된, 상기 변속부(200), 입력부(300), 변속제어부(400), 그리고 출력부(500)가 상기 차체프레임(10)을 기준으로 상기 샤프트(100)의 축방향 외측으로 분리되는 것을 막게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일측 고정형 변속기는 모든 구성요소가 샤프트(100)의 고정단(110)을 통해 차체프레임(10)에 일측만이 고정됨으로써, 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용이 가능하여, 사용자의 조작에 따라 변속을 실시할 수 있으며, 특히 운반 및 보관 시 더욱 작은 부피로 접을 수 있다는 가장 큰 이점을 지닌 발명인 것이다.

이와 더불어, 상술한 본 발명에 있어서, 상기 허브쉘(510)의 외주면에는 브레이크 라이닝(520)이 마련되는 것도 가능하다.

즉, 변속된 출력 회전을 하는 상기 허브쉘(510)의 외주면 상에 도 3과 같이 원판 형상으로 이루어져 다수의 냉각홀(521)이 형성된 브레이크 라이닝(520)을 마련함으로써, 별도로 브레이크 캘리퍼(미도시)가 상기 브레이크 라이닝(520)을 잡아주는 제동 기능을 부가할 수도 있는 것이다.

또한, 상기 입력부(300)는 상기 캐리어(210)에 연결된 벨트풀리 또는 스프라켓으로 이루어지는 것이 가능하다.

즉, 상술한 입력부(300)는 외부로부터 구동력을 전달받는 구성요소로, 그 전달 수단이 벨트인 경우에는 도시한 것과 같이 벨트풀리를 적용하는 것도 가능하고, 상기 전달 수단이 통상의 체인인 경우에는 미도시 하였지만 스프라켓을 적용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 클러치수단(250)은 상기 캐리어(210)에 지지 되어 탄력적으로 돌출되는 탄성폴(251)로 이루어진 것이 바람직하다.

즉, 상기 클러치수단(250)은 상기 캐리어(210)로부터 직접 상기 링기어(230)에 회전력을 전달하며, 만약 상기 캐리어(210)로부터 유성기어(220)를 통하여 상기 링기어(230)에 더 빠른 회전속도가 전달될 경우에는 이 클러치수단(250)이 미끄러져 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)에 직접 회전력을 전달하지는 못하게 되는 것으로, 통상의 원웨이클러치 등을 적용하는 것도 가능하다.

그러나, 본 발명에 있어서 가장 바람직하게는 상기 캐리어(210) 상에 샤프트(100)의 축방향과 평행하게 1개 또는 다수의 고정핀(252)을 형성하고, 이 고정핀(252)에 탄성폴(251)을 삽입하여, 코일스프링(253)에 의해 상기 탄성폴(251)이 상기 샤프트(100)를 기준으로 회전하여 그 법선방향으로 탄성 돌출되도록 설치한다.

이때, 상기 탄성폴(251)의 말단 형상은 상기 링기어(230)의 내주면에 형성된 기어(231)의 형상에 대응하여, 상기 캐리어(210)의 회전속도가 상기 링기어(230)의 회전속도보다 빠를 때에는 상기 탄성폴(251)이 상기 기어(231)에 걸려 상기 캐리어(210)의 회전을 상기 링기어(230)에 전달하게 된다.

반면에, 상기 캐리어(210)의 회전속도 보다 가속 변속된 상기 링기어(230)의 회전속도가 더 빠를 때에는 상기 탄성폴(251)이 미끄러져 상기 기어(231)를 타고 넘으면서 상기 캐리어(210)의 회전력이 상기 링기어(230)에 전달되지는 않게 된다.

다음으로, 본 발명에 있어서, 상기 체결수단(600)은 상자성체로 이루어진 것이 양호하다.

즉, 상기 체결수단(600)은 상술한 구성요소들이 상기 샤프트(100)의 자유단(120) 말단에 분리되는 것을 방지하는 기본적인 기능을 하기 위해 나사나 볼트 등을 적용할 수 있는데, 이때, 상기 체결수단(600)의 머리부위를 확장하여 자석과 같은 상자성체를 적용할 수도 있으며, 도시한 바와 같이 별물의 상자성체를 중간에 삽입하여 체결하는 것도 가능하다.

이를 통해, 본 발명의 일측 고정형 변속기가 적용되는 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거의 전륜에도 이에 대응하는 상자성체를 부가함으로써, 자전거를 접었을 때 두 상자성체가 서로 맞붙도록 할 수도 있는 것이다.(도 2(b) 참조)

그리고, 위에서 상술한 상기 유성기어(220)가 오직 하나의 외경으로 성형된 1단의 유성기어인 경우 저속과 고속 오직 2단으로 변속이 이루어지게 되는데, 이 유성기어(220)는 2단 또는 그 이상의 다단 유성기어(220)이어도 좋다.

즉, 본 발명에 있어서, 상기 유성기어(220)는 서로 다른 외경을 갖는 다단 유성기어(220)로 이루어져 가장 작은 외경을 갖는 부위가 상기 링기어(230)에 치합하고, 상기 태양기어(240)는 상기 유성기어(220)의 단수에 대응하여 다수개가 마련되는 구성도 가능하다.

도시한 바와 같이 2단의 유성기어(220)가 적용된 것을 예로 들면, 상기 유성기어(220)가 큰 직경의 1단(220a)과 작은 직경의 2단(220b)으로 이루어져 있다고 가정하여 이하 설명한다.

이러한 경우, 상기 유성기어(220)에 있어서 1단(220a)의 외주는 별도의 구성요소와 치합하지 않으며, 상기 2단(220b)의 외주가 상기 링기어(230)의 내주면에 형성된 기어(231)에 치합하게 된다.

그리고, 이에 따라, 상기 유성기어(220)의 내측에는 서로 다른 직경의 두 태양기어(240)(이하 제1태양기어(240a) 및 제2태양기어(240b)라 한다)가 마련되어, 상기 제1태양기어(240a)는 도 8과 같이 상기 유성기어(220)의 1단(220a) 안쪽에서 치합하고, 상기 제2태양기어(240b)는 도 9와 같이 상기 유성기어(220)의 2단(220b) 안쪽에서 치합하게 되는 것이다.

이를 통해, 상기 제1태양기어(240a)가 고정되었을 때의 상기 유성기어(220)의 회전속도 보다, 상기 제2태양기어(240b)가 고정되었을 때의 상기 유성기어(220)의 회전속도가 더 빨라지게 된다.

이와 함께, 본 발명에 있어서, 상기 변속제어부(400)는 도 6과 같이, 각각의 상기 태양기어(240a)(240b) 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)(241b)에 선택적으로 치합하는 폴(421)(422)과; 위치제어돌기(431)(432)가 그 내주면에 형성되어 회전에 따라 상기 폴(421)(422)의 돌출을 각각 제어하는 폴 제어링(430)과; 상기 폴 제어링(430)에 연결되어 변속케이블의 인출에 따라 회전하는 변속링(440)을 포함하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 제1태양기어(240a)와 제2태양기어(240b)를 각각 제어하기 위한 폴(421)(422)(이하 제1폴(421) 및 제2폴(422)라 한다)이 마련되며, 이 제1폴(421) 및 제2폴(422)은 각각 폴 제어링(430)에 의해 제어되어 상기 제1태양기어(240a) 및 제2태양기어(240b)의 내주면에 각각 형성된 래칫톱니(241a)(241b)에 선택적으로 치합하게 된다.

이를 위해 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)은 상기 샤프트(100)를 기준으로 축방향으로 연장되어 그 일측에는 상기 폴 제어링(430)에 의해 제어되는 제어부위와 그 타측에는 상기 래칫톱니(241a)(241b)에 치합하기 위한 치합부위로 구분된다.

이때, 상기 제1태양기어(240a)를 제어하기 위한 제1폴(421)은 도 6과 같이 제어부위(421a)와 치합부위(421b)가 나뉘어져 있으나, 상기 제2태양기어(240b)를 제어하기 위한 제2폴(422)은 제어부위와 치합부위가 일체(422a)로 되어 있다.

특히, 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)은 상기 제어부위와 치합부위를 제외하고는 모두 원형단면으로 이루어지는 것이 양호하며, 이를 통해 위에서 설명한 상기 샤프트(100)의 홈(101) 내에 그 축방향으로 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)이 삽입되어 조립됨으로써, 한번 조립되면 상기 샤프트(100)에서 법선방향으로 제1폴(421) 및 제2폴(422)이 분리되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)의 제어부위는 치합부위와 형상이 같지 않아도 되며, 제어부위와 치합부위를 제외한 부분에 있어서 모두 원형단면일 필요는 없다.

그리고, 상기 폴 제어링(430)의 내주면에는 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)을 각각 제어하기 위치제어돌기(431)(432)가 소정 구간 돌출 형성되어 있어, 상기 위치제어돌기(431)(432)가 돌출되어 있는 구간에서는 상기 제1폴(421) 또는 제2폴(422)이 제1태양기어(240a) 또는 제2태양기어(240b)의 래칫톱니(241a)(241b)에 치합하지 않으며, 상기 위치제어돌기(431)(432)가 없는 구간에서는 상기 제1폴(421) 및 제2폴(422)이 제1태양기어(240a) 또는 제2태양기어(240b)의 래칫톱 니(241a)(241b)에 치합하여 해당하는 제1태양기어(240a) 또는 제2태양기어(240b)를 구속하게 된다.

또한, 상기 폴 제어링(430)에는 변속링(440)이 연결되며, 이 변속링(440)의 회전에 따라 상기 폴 제어링(430)이 일체로 회전하며, 상기 변속링(440)에는 사용자의 조작에 따라 인출되는 변속케이블이 연결되어 있어, 상기 변속케이블의 인출에 따라 상기 변속링(440)이 회전하게 되는 것이다.

여기에서, 상기 폴 제어링(430)의 복귀를 도울 수 있도록 복원스프링(441) 등을 부가하는 것도 가능하다.

이하, 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일측 고정형 변속기에 대하여 2단 유성기어(220)가 마련된 것을 예시하여 저속, 중속, 고속, 3단으로 변속되는 변속예를 설명하면 다음과 같다.

- 저속 상태

우선 저속 상태는 변속제어부(400)의 제1태양기어(240a) 및 제2태양기어(240b) 모두가 구속되지 않는 상태로, 변속케이블의 인출이 없어 상기 변속제어부(400)의 변속링(440) 및 폴 제어링(430)은 복원스프링(441)에 의해 초기 상태에 위치하게 된다.

이러한 상태에서는 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 샤프트(100)에 마련된 제1폴(421)과 제2폴(422) 모두가 상기 폴 제어링(430)에 형성된 위치제어돌 기(431)(432)에 접촉한 상태를 유지하게 된다.

이에 따라, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 제1폴(421)이 제1태양기어(240a)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)와 치합하지 않게 됨으로써, 상기 제1태양기어(240a)는 구속되지 않는다.

이와 동시에, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 제2폴(422) 또한 제2태양기어(240b)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241b)와 치합하지 않게 됨으로써, 상기 제2태양기어(240b)도 구속되지 않는다.

결과적으로, 상기 제1태양기어(240a)와 제2태양기어(240b)가 모두 구속되지 않은 상태에서, 구동력이 입력부(300)를 통해 캐리어(210)로 전달되면, 상기 유성기어(220)가 공회전하게 되며, 오직 클러치수단(250)에 의해 캐리어(210)의 회전력이 링기어(230)에 직접 전달되어 출력부(500)로 출력된다.

이러한 경우, 상기 입력부(300)를 통한 구동력의 회전속도와 상기 출력부(500)를 통한 종동력의 회전속도는 같다.

- 중속 상태

다음으로, 중속 상태는 변속제어부(400)의 제1태양기어(240a)만 구속되고 제2태양기어(240b)는 구속되지 않는 상태로, 변속케이블의 인출에 따라 상기 변속제어부(400)의 변속링(440) 및 폴 제어링(430)이 도면상 시계방향으로 소정 각도 회전하게 된다.

이러한 상태에서는 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 샤프트(100)에 마련된 제 1폴(421)은 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제1위치제어돌기(431)로부터 해제되어 돌출되지만, 제2폴(422)은 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제2위치제어돌기(432)에 접촉한 상태를 계속 유지하게 된다.

이에 따라, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제1폴(421)이 제1태양기어(240a)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)와 치합하게 됨으로써, 상기 제1태양기어(240a)가 구속된다.

반면에, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제2폴(422)은 제2태양기어(240b)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241b)와 치합하지 않게 됨으로써, 상기 제2태양기어(240b)는 구속되지 않는다.

결과적으로, 상기 제2태양기어(240b)가 구속되지 않고, 상기 제1태양기어(240a)만 구속된 상태에서, 구동력이 입력부(300)를 통해 캐리어(210)로 전달되면, 고정된 상기 제1태양기어(240a)에 상기 유성기어(220)의 1단(220a)이 치합하여 자전하는 동시에 상기 캐리어(210) 상에서 공전하게 된다.

이에 따라, 상기 유성기어(220)의 1단(220a)과 일체를 이루고 있는 2단(220b)이 링기어(230)와 치합하여 상기 링기어(230)를 빠르게 회전시키게 되는 것이다.

이때, 상기 링기어(230)의 회전속도는 상기 캐리어(210)의 회전속도보다 빠르기 때문에, 상기 클러치수단(250)을 통한 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)로의 직접적인 회전력 전달은 없다.

이러한 경우, 상기 입력부(300)를 통한 구동력의 회전속도에 비해 상기 출력 부(500)를 통한 종동력의 회전속도가 빨라진다.

- 고속 상태

다음으로, 고속 상태는 변속제어부(400)의 제2태양기어(240b)가 구속되는 상태로, 변속케이블의 계속된 인출에 따라 상기 변속제어부(400)의 변속링(440) 및 폴 제어링(430)이 도면상 시계방향으로 소정 각도 더 회전하게 된다.

이러한 상태에서는 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이 샤프트(100)에 마련된 제1폴(421)이 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제1위치제어돌기(431)로부터 해제되는 동시에, 제2폴(422)도 상기 폴 제어링(430)에 형성된 제2위치제어돌기(432)로부터 해제된다.

이에 따라, 우선 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 제2폴(422)이 제2태양기어(240b)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241b)와 치합하게 됨으로써, 상기 제2태양기어(240b)가 구속된다.

이와 함께, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 제1폴(421)이 제1태양기어(240a)의 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)와 치합하려 하지만, 상기 제1태양기어(240a)가 반시계방향으로 회전하게 됨으로써, 상기 제1태양기어(240a)는 공회전 하게 된다.

결과적으로, 상기 제1태양기어(240a)가 구속되지 않고, 상기 제2태양기어(240b)만 구속된 상태에서, 구동력이 입력부(300)를 통해 캐리어(210)로 전달되면, 고정된 상기 제2태양기어(240b)에 상기 유성기어(220)의 2단(220b)이 치합하여 더 빠르게 자전하는 동시에 상기 캐리어(210) 상에서 더 빠르게 공전하게 된다.

이에 따라, 상기 유성기어(220)의 2단(220b)이 링기어(230)와 치합하여 상기 링기어(230)를 더욱 빠르게 회전시키게 되는 것이다.

이때에도, 상기 링기어(230)의 회전속도는 상기 캐리어(210)의 회전속도보다 빠르기 때문에, 상기 클러치수단(250)을 통한 상기 캐리어(210)로부터 상기 링기어(230)로의 직접적인 회전력 전달은 없다.

이러한 경우, 상기 입력부(300)를 통한 구동력의 회전속도에 비해 상기 출력부(500)를 통한 종동력의 회전속도가 최고속에 달한다.

따라서, 본 발명의 일측 고정형 변속기는 기본적으로 유성기어(220)를 이용한 다단 변속기로서, 사용자의 변속 조작에 따라 다단으로 변속이 가능한 동시에, 도 2에 도시한 바와 같은 원 사이드 휠 타입의 접이식 자전거에 적용하는 것이 가능함으로써, 운반 및 보관 시 보다 작은 부피를 차지하게 됨으로써, 변속기 뿐 아니라 접이식 자전거의 상품성 및 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있다는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 일반적인 접이식 자전거의 일 예를 도시하는 도,

도 2는 일반적인 접이식 자전거의 다른 예를 도시하는 도,

도 3은 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 사시도,

도 4는 본 발명의 일측 고정형 변속기를 도시하는 단면도,

도 5는 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속부를 도시하는

분해사시도,

도 6은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서 변속제어부를 도시하는

분해사시도,

도 7은 도 4에 있어서 A-A선에 대한 단면도,

도 8은 도 4에 있어서 B-B선에 대한 단면도,

도 9는 도 4에 있어서 C-C선에 대한 단면도,

도 10은 본 발명의 일측 고정형 변속기에 있어서, 태양기어, 폴, 그리고

샤프트의 위치관계를 도시하는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 차체프레임 100 : 샤프트

110 : 고정단 120 : 자유단

200 : 변속부 210 : 캐리어

220 : 유성기어 230 : 링기어

240 : 태양기어 241 : 래칫톱니

250 : 클러치수단 251 : 탄성폴

300 : 입력부 400 : 변속제어부

421, 422 : 폴 430 : 폴 제어링

431, 432 : 위치제어돌기 440 : 변속링

500 : 출력부 510 : 허브쉘

520 : 브레이크 라이닝 600 : 체결수단

Claims

차체프레임(10)에 일측이 고정되는 고정단(110)과, 그 타측의 자유단(120)으로 이루어져, 그 외주면에 원형 단면 형상의 홈(101)이 방사상에 축방향으로 음각되어 있고, 상기 원형 단면 형상의 홈(101)에 고정부시(130)를 사용하여 차체프레임(10)에 고정되는 샤프트(100)와;

상기 샤프트(100)의 자유단(120) 외주를 회전하는 캐리어(210)와, 상기 캐리어(210)에 자전 가능하게 지지되는 유성기어(220)와, 상기 유성기어(220)의 외주에 치합하는 링기어(230)와, 상기 유성기어(220)의 내주에 치합하는 태양기어(240)와, 상기 캐리어(210)의 회전을 상기 링기어(230)에 선택적으로 전달하는 클러치수단(250)을 포함하는 변속부(200)와;

외부로부터 구동력을 입력받아 상기 캐리어(210)를 회전시키는 입력부(300)와;

상기 태양기어(240)의 회전을 선택적으로 구속하는 변속제어부(400)와;

상기 링기어(230)로부터 허브쉘(510)을 통해 변속된 종동력을 출력시키는 출력부(500)와;

상기 자유단(120)의 말단에 고정 체결되어, 상기 변속부(200), 상기 입력부(300), 상기 변속제어부(400), 그리고 상기 출력부(500)가 상기 차체프레임(10)을 기준으로 상기 샤프트(100)의 축방향 외측으로 분리되는 것을 제한하는 체결수단(600)으로 구성되는 일측 고정형 변속기에 있어서;

상기 고정부시(130)는 외주면이 차체프레임(10)에 결합되도록 스플라인이 형성되고, 그 내주면은 샤프트(100)의 원형 단면 형상의 홈(101)에 결합되는 스플라인이 형성된 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
제 1항에 있어서, 상기 허브쉘(510)의 외주면에는 브레이크 라이닝(520)이 마련되는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
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제 1항에 있어서, 상기 샤프트(100)의 폴 자리부 외주면은 폴(421)(422)의 두께보다 높게 형성되어, 상기 태양기어(240)의 회전을 부드럽게 가이드 하는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
제 1항에 있어서, 상기 변속제어부(400)는

각각의 상기 태양기어(240) 내주면에 형성된 래칫톱니(241a)(241b)에 선택적으로 치합하는 폴(421)(422)과;

위치제어돌기(431)(432)가 그 내주면에 형성되어 회전에 따라 상기 폴(421)(422)의 돌출을 각각 제어하는 폴 제어링(430)과;

상기 폴 제어링(430)에 연결되어 변속케이블의 인출에 따라 회전하는 변속링(440)을 포함하는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.
제 5항에 있어서, 상기 폴은 상기 샤프트(100)의 원형 단면 형상의 홈(101) 내에 축방향으로 조립되어, 상기 샤프트(100)의 법선방향으로 분리되지 않는 것을 특징으로 하는 일측 고정형 변속기.