KR101971562B1 - 회전력을 증가시키기 위한 크랭크 가변속 기어장치 - Google Patents

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Abstract

기어 어셈블리와 래치 어셈블리를 통해서 기어비를 1.6배속 내지 1.8배속으로 가속함과 동시에 필요에 따라 기어비를 1배속으로 변속할 수 있으므로, 변속 효율이 우수하고 조작이 편리하며 자전거의 소형화 및 경량화를 가능하게 하는 크랭크 가변속 기어장치(100)가 개시되어 있다. 크랭크 가변속 기어장치(100)의 하우징(120)의 내부와 그 일측에는 기어 어셈블리가 배치되고, 하우징(120)의 내부와 그 타측에는 래치 어셈블리가 배치된다. 상기 기어 어셈블리는, 일측 방사상 외부면상에 제1 래치 걸림부(145)가 형성된 선기어(140), 유성기어들(150), 및 링기어(160)를 포함한다. 상기 래치 어셈블리는, 방사상 내면상에 다수의 래치 사이트들(175)이 형성된 래치 몸체(170), 상기 래치 사이트(175)에 각각 배치된 다수의 제1 래치(118), 상기 래치 몸체(170) 내부에 삽입하여 배치되며 방사상 내면상에 제2 래치 걸림구(182)가 형성된 래치링(180), 상기 선기어(140)의 방사상 외면상에 형성된 제2 래치 삽입홈(147)에 배치되고 상기 제2 래치 걸림구(182)에 상단부가 걸리도록 배치된 제2 래치(176), 상기 래치 몸체(170) 내에 배치되는 래치 가이드(190), 상기 래치 몸체(170)의 방사상 외면상에 장착되는 로크링(200), 및 상기 래치 몸체(170)의 일측면상에 고정 장착되는 링형상의 체결 브래킷(220)을 포함한다.

Description

회전력을 증가시키기 위한 크랭크 가변속 기어장치{Crank variable speed gear apparatus for increasing a rotational force}
본 발명은 회전력을 증가시키기 위한 크랭크 가변속 기어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기어 어셈블리와 래치 어셈블리를 통해서 기어비를 1.6배속 내지 1.8배속으로 가속함과 동시에 필요에 따라 기어비를 1배속으로 변속할 수 있으므로, 변속 효율이 우수하고 조작이 편리하며 자전거의 소형화 및 경량화를 가능하게 하는 크랭크 가변속 기어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자전거는 사람이 발로 밟는 힘을 페달·크랭크기구·체인을 거쳐 뒷바퀴에 전달하는 구동원리가 기본적인 형태이다. 최근에는 주행속도와 상태에 따라 변속비를 변경하여 보다 효율적인 주행이 가능하게 만들어진 자전거가 일반화되어 있다.
자전거의 회전력을 향상시켜서 주행속도를 개선하기 위해서는 자전거 크랭크축의 일측에 형성되는 스프라켓이나 후륜 구동바퀴 측에 형성되는 스프라켓을 직경이 각기 다르게 설정된 다단의 스프라켓로 구성하여 동력전달매체인 체인의 위치를 변경할 수 있는 변속장치가 적용 설치되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0921178호(등록일자: 2009년 10월 5일)에는 자전거의 동력전달장치가 개시되어 있다. 이 특허는 자전거의 페달 암의 회전반경이 줄어들 수 있게 하여 적은 힘으로도 기존과 동일한 회전력을 얻도록 개발한 것이다.
그런데, 상기 특허에서는 그러한 효과를 얻기 위해서 링기어(311)를 지지하기 위한 별도의 회전드럼(310)을 구비하고 있고 디스크 형태의 설치판들(321,322) 사이에 복수의 유성기어들(323,324)을 고정 배치하며 일측면상에 종동기어(332)가 배치된 별도의 스프로킷 휠을 구비하고 있기 때문에, 동력전달구조가 상대적으로 복잡하고 구성부품들간의 마찰로 인해 동력전달효과가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 기어비의 변속구조가 복잡하고 원하는 기어비 변환을 달성하기가 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제 10-1468389 호(등록일자: 2014년 11월 27일)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기어비 가속 및 변속 효과가 우수하고 동력전달구조가 간단하며 변속조작이 편리하고 자전거의 소형화 및 경량화를 가능하게 하는 크랭크 가변속 기어장치를 제공하려는 것이다.
전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,
자전거의 프레임 구조체에 마련된 쉘 내에서 축하우징에 의해 회전 가능하게 지지되는 크랭크축, 및 상기 크랭크축의 양단부에서 상호 위상이 반대가 되도록 대칭을 이루어 내측단부가 각각 고정 장착되는 한쌍의 크랭크암을 포함하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치에 있어서,
(a) 상기 크랭크축 상에 장착되는 하우징 - 상기 하우징의 내부에는 중앙 개구부가 관통하여 형성되고, 상기 하우징의 제1 측 방사상 내부에는 리세스가 형성되며, 상기 하우징의 제2 측에는 체인링 장착부가 상기 하우징의 타측으로부터 일정길이만큼 돌출하여 형성됨 -;
(b) 상기 하우징의 내부와 상기 리세스에 배치되는 기어 어셈블리 - 상기 기어 어셈블리는, 상기 하우징 내에서 상기 축하우징 방사상 외면상에 장착된 선기어, 방사상 일측을 통해서 상기 선기어와 맞물리면서 상기 선기어를 중심으로 공전하도록 배치된 유성기어들, 및 상기 유성기어들의 방사상 타측과 맞물리도록 상기 유성기어들의 외부에 배치되고 방사상 내면상에 제2 기어치형이 형성된 링기어를 포함함 -; 및
(c) 상기 하우징의 내부 및 상기 하우징의 제2 측에 결합하여 배치되는 래치 어셈블리 - 상기 래치 어셈블리는, 방사상 내면상에 다수의 래치 사이트들이 형성된 래치 몸체, 상기 래치 사이트에 각각 배치된 다수의 제1 래치, 상기 래치 몸체 내부에 삽입하여 배치되며 방사상 내면상에 제2 래치 걸림구가 형성된 래치링, 상기 선기어의 방사상 외면상에 형성된 제2 래치 삽입홈에 배치되고 상기 제2 래치 걸림구에 상단부가 걸리도록 배치된 제2 래치, 상기 래치 몸체 내에 배치되는 래치 가이드, 상기 래치 몸체의 방사상 외면상에 장착되는 로크링, 및 상기 래치 몸체의 일측면상에 고정 장착되는 링형상의 체결 브래킷을 포함함 -;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치를 제공한다.
상기 크랭크축의 양측 단부에는 스플라인과 스플라인홈이 각각 형성되고, 이에 대응하여 상기 크랭크암의 내측단부에는 상기 스플라인과 스플라인홈이 부합하여 끼워지는 스플라인홈과 스플라인을 갖는 회전 방지부가 각각 제공되며, 상기 크랭크암들중 제1 크랭크암의 내측단부 일측면상에서 상기 회전방지부들중 제1 회전방지부의 방사상 외측 위치에는 다수의 유성기어 회전축이 일측방향으로 일정길이만큼 돌출하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 선기어는 원통형의 선기어 몸체를 구비하고, 상기 선기어를 상기 축하우징 방사상 외면상에 장착하는 경우에 상기 선기어의 제1측은 상기 제1 회전방지부에 가깝게 위치하게 되고, 상기 선기어의 제2측은 상기 제1 회전방지부에 대하여 상대적으로 먼쪽에 위치하게 되며, 상기 선기어의 방사상 외면상에서 상기 제1측 근처위치에는 제1 기어치형이 형성되고, 상기 선기어의 상기 제1측 자유단부와 상기 제1 기어치형의 사이 위치에서 상기 선기어의 방사상 외면상에는 제1 베어링이 배치되며, 상기 선기어의 제2측 방사상 외면상에는 제1 래치 걸림구가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 래치는 상기 하우징의 방사상 내면에서 상기 제1 래치의 내측단부에 인접하여 배치된 제1 래치스프링에 의해서 탄력적으로 지지되고, 상기 제1 기어치형과 상기 제1 래치 걸림구의 사이 위치에서 상기 선기어 몸체의 방사상 외면상에는 스프링 삽입홈이 형성되고, 상기 스프링 삽입홈의 중간위치에서 상기 선기어 몸체의 방사상 외면상에는 다수의 제2 래치 삽입홈이 형성되며, 상기 제2 래치 삽입홈에는 상기 제2 래치가 각각 배치되고, 상기 스프링 삽입홈에는 상기 제2 래치의 하부를 탄력적으로 지지하기 위한 제2 래치 스프링이 배치되며, 상기 제2 래치 삽입홈의 근처위치에서 상기 선기어 몸체의 방사상 외면상에는 제2 베어링이 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 래치 가이드는 링형상의 래치가이드 플랜지 및 상기 래치가이드 플랜지의 일측면으로부터 측방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성된 래치가이드 연장부를 구비하고, 상기 래치 가이드 연장부는 상기 제1 래치와 접촉하여 상기 제1 래치의 동작을 제어할 수 있도록 상기 제1 래치의 인접위치에 놓이며, 상기 래치 몸체 내에 상기 래치링과 상기 래치 가이드가 배치되는 경우, 상기 래치가이드 연장부의 외부에 상기 래치링이 끼워지는 방식으로 배치되며, 상기 래치가이드 플랜지의 외주부 일측에는 래치 조종레버가 방사상 외부로 일정길이만큼 돌출하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 래치 몸체는 환형상의 래치 플랜지 및 상기 래치 플랜지의 일측에서 측방향으로 일정 길이만큼 연장된 링형상의 래치 연장부를 구비하고, 상기 래치 어셈블리를 조립하는 경우에, 상기 래치 조종레버는 상기 래치 플랜지 중간에 일부분을 절개하여 형성된 가이드홈 내에 위치하며, 상기 래치 조정레버의 외측단부는 별도의 와이어를 거쳐서 자전거 손잡이쪽에 설치된 변속레버에 기계적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 체인링 장착부의 방사상 외면상에는 각기 다른 직경의 제1 및 제2 체인링들이 장착되고, 상기 로크링의 방사상 외면상에는 상기 제1 및 제2 체인링들과는 다른 직경의 제3 체인링이 장착된 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 앞바퀴의 자전거 페달에 의해서 전달되는 동력을 기초로 기어 어셈블리와 래치 어셈블리를 통해서 기어비를 1.6배속 내지 1.8배속으로 가속함과 동시에 필요에 따라 기어비를 1배속으로 변속할 수 있으므로, 변속 효율이 우수하고 조작이 편리하며 크랭크 가변속 기어장치를 작게 구성할 수 있어서 자전거의 소형화 및 경량화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전력을 증가시키기 위한 크랭크 가변속 기어장치의 분해 사시도;
도 2는 도 1에 도시된 하우징 및 그 일측에 결합되는 기어 어셈블리의 구조를 보여주는 도면;
도 3은 도 1에 도시된 하우징 및 그 타측에 결합되는 래치 어셈블리의 구조를 보여주는 도면;
도 4는 도 1에 도시된 크랭크 가변속 기어장치의 결합상태 단면도;
도 5는 도 1에 도시된 크랭크 가변속 기어장치의 동작 상태도로서, 제2 래치의 동작 상태를 보여주는 도면; 그리고
도 6 및 7은 도 1에 도시된 크랭크 가변속 기어장치의 동작 상태도로서, 제1 래치의 동작 상태를 보여주는 도면.
본 출원의 도면과 그 상세한 설명은 단지 본 발명의 실시 예에 관한 것이다. 여기에서 발표한 기구 및 방식들의 장점 및 다른 특징들은 본 발명의 대표적인 실시 예를 나타낸 첨부도면을 참조한 상세한 설명을 통해서 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 보다 명백해질 것이다.
이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전력을 증가시키기 위한 자전거용 크랭크 가변속 기어장치에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거용 크랭크 가변속 기어장치의 전체적인 구조가 도시되어 있고, 도 4에는 크랭크 가변속 기어장치의 결합상태가 단면도로서 도시되어 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 회전력을 증가시키기 위한 자전거용 크랭크 가변속 기어장치(100)는, 자전거의 프레임 구조체(F)에 마련된 쉘(S) 내에서 축하우징(110)에 의해 회전 가능하게 지지되는 크랭크축(112), 및 상기 크랭크축(112)의 양단부에서 상호 위상이 반대가 되도록 대칭을 이루어 디스크 형상의 내측단부(114a,116a)가 각각 고정 장착되는 한쌍의 크랭크암(114,116)을 포함한다. 크랭크암(114,116)의 자유단부에 해당하는 외측단부(114b,116b)에는, 통상의 자전거에서와 같이, 페달(도시되지 않음)이 페달축을 중심으로 자유롭게 회전 가능하게 설치된다.
크랭크암들(114,116)의 고정 장착을 위해서 크랭크축(112)의 양측 단부에는 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h)이 각각 형성되고, 이에 대응하여 크랭크암(114,116)의 내측단부(114a,116a)에는 상기 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h)이 부합하여 끼워지는 스플라인홈(도시되지 않음)과 스플라인(도시되지 않음)을 갖는 회전 방지부(115a,115b)가 각각 제공되며, 이에 의해 상호 회전이 방지되는 구조를 이루게 된다. 크랭크축(112)의 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h), 및 이에 대응하는 크랭크암(114,116)의 회전 방지부(115a,115b) 결합구조에 의해서 크랭크축(112)의 양측 단부상에 크랭크암(114,116)이 결합된 상태에서 크랭크암(114,116)을 관통하여 크랭크축(112)에 삽입되는 체결볼트(B)에 의해 그 결합 상태가 안정적으로 유지된다.
제2 크랭크암(116)의 제2 내측단부(116a)에서 일측방향으로 일정길이만큼 돌출하여 형성된 제2 회전 방지부(115b)의 노출된 일측면상에는 베어링이 내장된 제2 회전연결편(212)의 일측이 구름접촉 가능하게 장착되며, 제2 회전연결편(212)의 타측은 프레임 구조체(F)의 쉘(S)의 일측에 삽입하여 장착된다. 이에 대향하여 프레임 구조체(F)의 쉘(S)의 타측에는 제1 회전연결편(211)의 일측이 삽입하여 장착되고, 제1 회전연결편(211)의 타측 노출면은 하기에서 설명하게될 래치 어셈블리의 체결 브래킷(220)의 일측과 구름접촉하게 된다.
한편, 제1 크랭크암(114)의 제1 내측단부(114a)에서 제1 회전 방지부(115a)의 방사상 외측 위치에는 다수의 유성기어 회전축(152)이 일측방향으로 일정길이만큼 돌출하여 형성된다. 유성기어 회전축들(152)은 크랭크축(112)을 중심으로 동심원으로 배치된다. 각각의 유성기어 회전축(132)에는 중앙 내부에 관통공이 형성된 유성기어(150)가 끼움 장착된다.
첨부도면 도 2에는 크랭크축(112) 상에 장착되는 하우징(120) 및 그 일측에 결합되는 기어 어셈블리(참조부호 생략)의 구조가 나타나 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기어 어셈블리는 내부에 중앙 개구부(121)가 형성된 하우징(120)의 내부 및 일측에 배치되는데, 상세하게는 상기 중앙 개구부(121) 내에 선기어(140)가 배치되고, 하우징(120)의 일측에 계단모양의 다단구조로 형성된 리세스(122) 내에 다수의 유성기어들(150) 및 링기어(160)가 수용하여 배치된다.
선기어(140)는 하우징(120) 내에서 크랭크축(112)의 축하우징(110) 방사상 외면상에 장착된다. 선기어(140)는 원통형의 선기어 몸체(144)를 구비하는데, 선기어(140)를 크랭크축(112)의 축하우징(110) 방사상 외면상에 장착하는 경우에 선기어(140)의 제1측은 제1 크랭크암(114)의 제1 회전방지부(115a)에 가깝게 위치하게 되고, 선기어(140)의 제2측은 제1 크랭크암(114)의 제1 회전방지부(115a)에 대하여 상대적으로 먼쪽에 위치하게 된다.
선기어(140)의 방사상 외면상에서 상기 제1측 근처위치에는 제1 기어치형(143)이 형성된다. 제1 기어치형(143)에는 상기 유성기어들(150)의 방사상 일측이 맞물리면서 선기어(140)를 중심으로 공전하도록 배치된다. 유성기어들(150)의 방사상 타측은 그 외부에 배치된 링기어(160)의 방사상 내면상에 형성된 제2 기어치형(162)에 맞물리게 된다. 선기어(140)의 자유단부와 제1 기어치형(143)의 사이 위치에서 선기어(140)의 방사상 외면상에는 제1 베어링(231)이 배치된다.
선기어(140)의 제2측 방사상 외면상에는 일방향으로 기울어진 나사산 형태의 제1 래치 걸림구(145)가 형성된다. 제1 래치 걸림구(145)의 방사상 외측에는 다수의 제1 래치(118)(도 3 참조)가 배치되는데, 제1 래치(118)는 하우징(120)의 방사상 내면에서 제1 래치(118)의 내측단부에 인접하여 배치된 제1 래치스프링(119)(도 3 참조)에 의해서 탄력적으로 지지되면서 그 외측단부가 제1 래치 걸림구(145)에 걸리거나 그 끝단부에 스치듯이 접촉할 수 있도록 배치된다.
제1 기어치형(143)과 제1 래치 걸림구(145)의 사이 위치에서 선기어 몸체(144)의 방사상 외면상에는 스프링 삽입홈(146)이 형성되고, 스프링 삽입홈(146)의 중간위치에는 다수의 제2 래치 삽입홈(147)이 형성된다. 제2 래치 삽입홈(147)에는 제2 래치(176)(도 5 참조)가 각각 배치된다. 스프링 삽입홈(146)에는 제2 래치(176)의 하부를 탄력적으로 지지하기 위한 제2 래치 스프링(도시되지 않음)이 배치된다. 제2 래치 삽입홈(147)의 근처위치에서 선기어 몸체(144)의 방사상 외면상에는 제2 베어링(232)이 배치된다.
이와 같이 형성된 선기어(140)와 다수의 유성기어들(150) 및 링기어(160)는 자전거 탑승자에 의해서 가해지는 크랭크암(114,116)의 회전력을 일정비율로 증가시키기 위한 기어 어셈블리를 구성하게 된다.
첨부도면 도 3에는 크랭크축(112) 상에 장착되는 하우징(120) 및 그 타측에 결합되는 래치 어셈블리(참조부호 생략)의 구조가 나타나 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 하우징(120)의 타측에는 체인링 장착부(123)가 제공되는데, 체인링 장착부(123)는 하우징(120)의 타측으로부터 일정길이만큼 돌출하여 계단모양의 다단구조로 형성된다. 체인링 장착부(123)의 방사상 외면상에는 코그 캐리어(도시되지 않음)가 장착되고, 그 위에는 직경이 서로 다른 복수의 체인링들(131,132)(도 4 참조)이 배치되며, 이들사이에는 스페이서(도시되지 않음)가 배치된다. 바람직하게는, 서로다른 직경의 제1 및 제2 체인링(131,132)이 체인링 장착부(123)의 방사상 외면상에 장착된다. 체인링들(131,132)은 체인링 장착부(123)와 일체를 이루도록 배치되고, 기어변속에 따라서 변속 체인기어(도시되지 않음)에 연결된 체인(도시되지 않음)의 선택적인 치합으로서 변속시킬 수 있도록 구성되어 있다. 하우징(120)에서 리세스(122)와 체인링 장착부(123)의 중간 위치에는 대체적으로 환형상을 갖는 하우징 플랜지(124)가 방사상 외부로 돌출하여 형성된다. 하우징 플랜지(124)에는 다수의 제1 체결공(125)이 관통하여 형성된다.
앞서 설명한 바와 같이 하우징(120)의 일측에 제공된 리세스(122)와 중앙 개구부(121) 내에 상기 기어 어셈블리가 장착된 상태에서 선기어 몸체(144)의 방사상 외면상에는 래치 몸체(170)가 장착된다. 래치 몸체(170)는 환형상의 래치 플랜지(171) 및 상기 래치 플랜지(171)의 일측에서 측방향으로 일정 길이만큼 연장된 링형상의 래치 연장부(174)를 구비한다. 래치 플랜지(171)에는 다수의 제2 체결공들(172)이 원주방향으로 따라서 등간격으로 관통하여 형성되어 있다. 제2 체결공들(172) 사이에는 제3 체결공들(173)이 래치 플랜지(171)를 관통하여 형성되어 있다. 하우징(120)의 중앙 개구부(121) 내로 래치 연장부(174)가 삽입되도록 래치 몸체(170)를 선기어 몸체(144)의 방사상 외면상에 장착하는 경우, 래치 플랜지(171)의 일면이 하우징 플랜지(124)의 일면과 밀착 접촉되고, 이러한 상태에서 하우징 플랜지(124)의 제1 체결공(125)과 래치 플랜지(171)의 제2 체결공(172)을 관통하는 별도의 체결볼트(도시되지 않음)와 너트(도시되지 않음)에 의해서 래치 몸체(170)가 하우징(120)의 타측에 고정된다.
래치 연장부(174)의 방사상 내주면상에는 골과 마루의 쌍으로 이루어진 다수의 래치 사이트들(latch sites)(175)이 형성되어 있다. 래치 사이트들(175)에는 제1 래치(118) 및 상기 제1 래치(118)를 탄성적으로 지지하기 위한 제1 래치 스프링(119)이 쌍을 이루어 배치된다.
이렇게 구성된 래치 몸체(170) 내에는 래치링(180)과 래치 가이드(190)가 배치된다. 래치링(180)의 방사상 내면상에는 일방향으로 기울어진 나사산 형태의 제2 래치 걸림구(182)가 형성된다. 제2 래치 걸림구(182)에는 앞서 설명한 바 있는 제2 래치(176)의 돌출된 상부가 걸리게 된다(도 5 참조).
래치 가이드(190)는 링형상의 래치가이드 플랜지(192) 및 상기 래치가이드 플랜지(192)의 일측면으로부터 측방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성된 래치가이드 연장부(194)를 구비한다. 래치 가이드 연장부(194)는 래치 몸체(170)의 래치 사이트들(175)에 위치하고 있는 제1 래치(118)와 필요에 따라 접촉하여 제1 래치(118)의 동작을 제어할 수 있도록 제1 래치(118)의 인접위치에 놓이게 된다.
래치 몸체(170) 내에 래치링(180)과 래치 가이드(190)가 배치되는 경우, 래치 가이드(190)의 래치가이드 연장부(194)에 래치링(180)이 끼워지는 방식으로 배치된다. 상기 래치가이드 플랜지(192)의 외주부 일측에는 래치 조종레버(196)가 방사상 외부로 일정길이만큼 돌출하여 형성된다. 래치 어셈블리를 조립하는 경우에, 래치 가이드(190)의 래치 조종레버(196)는 래치 몸체(170)의 래치 플랜지(171) 중간에 일부분을 절개하여 형성된 가이드홈(178) 내에 위치하게 된다. 래치 조정레버(196)의 외측단부는 별도의 와이어(도시되지 않음)를 거쳐서 자전거 손잡이쪽에 설치된 변속레버(도시되지 않음)에 기계적으로 연결된다.
자전거의 속도를 변속하기 위해서 상기 변속레버(도시되지 않음)를 조종하게 되면, 래치 가이드(190)의 래치 조종레버(196)가 래치 몸체(170)의 가이드홈(178) 내에서 좌우로 움직이게 되고, 이러한 움직임에 의해서 래치 가이드(190)가 좌우로 회전하게 되면, 래치가이드 연장부(194)가 제1 래치(118)와 접촉하여 제1 래치(118)의 자세를 변화시켜서 제1 래치(118)로 하여금 선기어(140)의 메인레치 걸림구(145)에 걸리거나 걸림이 해제되게 한다.
한편, 제1 래치(118)는 그 내측단부가 제1 래치 스프링(119)에 의해서 래치 몸체(170)의 방사상 내면상에 탄력적으로 고정되고 그 외측단부가 선기어(140)의 메인레치 걸림구(145)에 걸리거나 그 끝단부에 스치듯이 접촉할 수 있도록 배치된다. 이때, 래치가이드 연장부(194)는, 앞서 언급한 바와 같이, 제1 래치(118)의 걸림동작과 풀림동작을 안내하는 역할을 수행하게 된다.
내부에 래치링(180)과 래치 가이드(190)가 배치된 상태에서 래치 몸체(170)의 래치 연장부(174) 방사상 외면상에는 로크링(200)이 장착되고, 상기 로크링(200)의 방사상 외면상에는 제3 체인링(133)이 장착된다. 래치 몸체(170)의 래치 플랜지(171) 노출면에는 링형상의 체결 브래킷(220)이 고정 장착된다. 체결 브래킷(220)에는 다수의 제4 체결공(222)이 관통하여 형성된다. 체결 브래킷(220)은 제4 체결공(222)과 래치 몸체(170)의 래치 플랜지(171)에 형성된 제3 체결공(173)을 관통하는 별도의 체결볼트(도시되지 않음)와 너트(도시되지 않음)에 의해서 래치 플랜지(171)의 노출면에 고정된다.
하기에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거용 크랭크 가변속 기어장치(100)의 작동과정을 간략하게 설명한다.
도 6 및 7은 도 1에 도시된 크랭크 가변속 기어장치(100)의 동작 상태도로서, 제1 래치(118)의 동작 상태를 보여주는 도면이다.
먼저, 도 1 및 도 6을 참조하면, 자전거 탑승자가 크랭크 가변속 기어장치(100)를 사용하여 자전거의 속도를 1.6배속 내지 1.8배속으로 변속하고자 변속레버(도시되지 않음)를 조작한 후 자전거의 페달(도시되지 않음)을 정방향으로 돌릴 경우, 래치 가이드(190)의 래치 조종레버(196)가 래치 몸체(170)의 가이드홈(178) 내에서 좌우로 움직이게 되고, 이러한 움직임에 의해서 래치 가이드(190)가 좌우로 회전하게 되면, 래치가이드 연장부(194)가 제1 래치(118)와 접촉하여 제1 래치(118)의 자세를 변화시켜서 제1 래치(118)로 하여금 그 외측단부가 선기어(140)를 향하도록 방사상 내측방향으로 돌출하여 제1 래치걸림구(145)에 견고하게 걸리게 한다.
그러면, 선기어(140)가 크랭크(112)축상에 고정된 상태에서 선기어(140)를 중심으로 선기어(140)의 제1 기어치형(143)에 맞물리는 유성기어들(150)이 제1 기어치형(143)을 따라서 공전하면서 회전하게 되고, 계속해서 유성기어들(150)에 맞물리는 링기어(160)가 회전하게 된다.
첨부도면 도 5는 크랭크 가변속 기어장치(100)의 동작 상태도로서, 제2 래치(176)의 동작 상태를 보여주는 도면이다.
전술한 바와 같이 제1 래치(118)가 동작할 때, 도 5에 나타낸 바와 같이, 선기어(140)의 선기어 래치 몸체(144) 방사상 외면상에 배치된 제2 래치(176)는 제2 래치 스프링(도시되지 않음)에 의해서 탄력적으로 지지되는 상태로 래치링(180)의 방사상 내면상에 형성된 제2 래치 걸림구(182)에 걸려서 동심원상 외측으로 이탈되지 않는 상태가 되어 원활한 주행이 이루어지게 된다.
결과적으로, 선기어(140), 유성기어(150) 및 링기어(160)로 구성된 기어 어셈블리에 의해서 조성되는 1.6배속 내지 1.8배속의 가속효과가 하우징(120)의 체인링들(131,132,133)에 배치된 자전거 체인(도시되지 않음)을 거쳐서 자전거 뒷바퀴 쪽으로 전달되는 것이다.
이와는 달리, 도 1 및 도 7을 참조하면, 자전거 탑승자가 크랭크 가변속 기어장치(100)를 사용하여 자전거의 속도를 1배속으로 변속하고자 변속레버(도시되지 않음)를 조작한 후 자전거의 페달(도시되지 않음)을 정방향으로 돌릴 경우, 래치 가이드(190)의 래치 조종레버(196)가 래치 몸체(170)의 가이드홈(178) 내에서 좌우로 움직이게 되고, 이러한 움직임에 의해서 래치 가이드(190)가 좌우로 회전하게 되면, 래치가이드 연장부(194)가 제1 래치(118)와 접촉하여 제1 래치(118)의 자세를 변화시켜서 제1 래치(118)로 하여금 그 외측단부가 선기어(140)의 제1 래치걸림구(145)에 걸리지 않게 되며, 이에 따라 제1 래치(118)가 제1 래치걸림구(145)의 끝단부에 스치듯이 접촉하는 상태로 선기어(140)가 일방향으로 회전하게 된다.
앞서 도 5를 참조하여 언급한 바와 같이, 선기어 래치 몸체(144)의 방사상 외면상에 배치된 제2 래치(176)가 제2 래치 스프링(도시되지 않음)에 의해서 탄력적으로 지지되는 상태로 래치링(180)의 방사상 내면상에 형성된 제2 래치 걸림구(182)에 걸려 있기 때문에, 선기어(140)는 자체의 회전방향으로 유성기어들(150)을 밀면서 링기어(160)와 함께 1:1의 회전비로 회전하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 하기 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 크랭크 가변속 기어장치 110 : 축 하우징
112 : 크랭크축 114,116 : 크랭크암
115a,115b : 회전방지부 118 : 제1 래치
119 : 제1 래치 스프링 120 : 하우징
122 : 리세스 123 : 체인링 장착부
124 : 하우징 플랜지 131,132,133 : 체인링
140 : 선기어 143,162 : 기어치형
144 : 선기어 몸체 145,182 : 래치 걸림구
147 : 제2 래치 삽입홈 150 : 유성기어
152 : 유성기어 회전축 160 : 링기어
170 : 래치 몸체 174 : 래치 연장부
175 : 래치 사이트(latch site) 176 : 제2 래치
178 : 가이드 홈 180 : 래치 링
190 : 래치 가이드 192 : 래치가이드 플랜지
194 : 래치가이드 연장부 196 : 래치 조정레버
200 : 로크링 220 : 체결 브래킷
231,232 : 베어링 F : 프레임 구조체
sp : 스플라인 sp/h : 스플라인홈

Claims (7)

  1. 자전거의 프레임 구조체(F)에 마련된 쉘(S) 내에서 축하우징(110)에 의해 회전 가능하게 지지되는 크랭크축(112), 및 상기 크랭크축(112)의 양단부에서 상호 위상이 반대가 되도록 대칭을 이루어 내측단부가 각각 고정 장착되는 제1 크랭크암(114) 및 제2 크랭크암(116)을 포함하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치(100)에 있어서,
    (a) 상기 크랭크축(112) 상에 장착되는 하우징(120) - 상기 하우징(120)의 내부에는 중앙 개구부(121)가 관통하여 형성되고, 상기 하우징(120)의 제1 측 방사상 내부에는 리세스(122)가 형성되며, 상기 하우징(120)의 제2 측에는 체인링 장착부(123)가 상기 하우징(120)의 타측으로부터 일정길이만큼 돌출하여 형성됨 -;
    (b) 상기 하우징(120)의 내부와 상기 리세스(122)에 배치되는 기어 어셈블리 - 상기 기어 어셈블리는, 상기 하우징(120) 내에서 상기 축하우징(110) 방사상 외면상에 장착된 선기어(140), 방사상 일측을 통해서 상기 선기어(140)와 맞물리면서 상기 선기어(140)를 중심으로 공전하도록 배치된 유성기어들(150), 및 상기 유성기어들(150)의 방사상 타측과 맞물리도록 상기 유성기어들(150)의 외부에 배치되고 방사상 내면상에 제2 기어치형(162)이 형성된 링기어(160)를 포함함 -; 및
    (c) 상기 하우징(120)의 내부 및 상기 하우징(120)의 제2 측에 결합하여 배치되는 래치 어셈블리 - 상기 래치 어셈블리는, 방사상 내면상에 다수의 래치 사이트들(175)이 형성된 래치 몸체(170), 상기 래치 사이트(175)에 각각 배치된 다수의 제1 래치(118), 상기 래치 몸체(170) 내부에 삽입하여 배치되며 방사상 내면상에 제2 래치 걸림구(182)가 형성된 래치링(180), 상기 선기어(140)의 방사상 외면상에 형성된 제2 래치 삽입홈(147)에 배치되고 상기 제2 래치 걸림구(182)에 상단부가 걸리도록 배치된 제2 래치(176), 상기 래치 몸체(170) 내에 배치되는 래치 가이드(190), 상기 래치 몸체(170)의 방사상 외면상에 장착되는 로크링(200), 및 상기 래치 몸체(170)의 일측면상에 고정 장착되는 링형상의 체결 브래킷(220)을 구비함 -;를 포함하며,
    상기 래치 가이드(190)는 링형상의 래치가이드 플랜지(192) 및 상기 래치가이드 플랜지(192)의 일측면으로부터 측방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성된 래치가이드 연장부(194)를 구비하고, 상기 래치 가이드 연장부(194)는 상기 제1 래치(118)와 접촉하여 상기 제1 래치(118)의 동작을 제어할 수 있도록 상기 제1 래치(118)의 인접위치에 놓이며, 상기 래치 몸체(170) 내에 상기 래치링(180)과 상기 래치 가이드(190)가 배치되는 경우, 상기 래치가이드 연장부(194)의 외부에 상기 래치링(180)이 끼워지는 방식으로 배치되며, 상기 래치가이드 플랜지(192)의 외주부 일측에는 래치 조종레버(196)가 방사상 외부로 일정길이만큼 돌출하여 형성된 것을 특징으로 하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 크랭크축(112)의 양측 단부에는 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h)이 각각 형성되고, 이에 대응하여 상기 제1 크랭크암(114) 및 상기 제2 크랭크암(116)의 내측단부(114a,116a)에는 상기 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h)이 부합하여 끼워지는 스플라인홈과 스플라인을 갖는 제1 회전 방지부(115a) 및 제2 회전 방지부(115b)가 각각 제공되며, 상기 제1 크랭크암(114)의 내측단부 일측면상에서 상기 제1 회전방지부(115a)의 방사상 외측 위치에는 다수의 유성기어 회전축(152)이 일측방향으로 일정길이만큼 돌출하여 형성된 것을 특징으로 하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 선기어(140)는 원통형의 선기어 몸체(144)를 구비하고, 상기 선기어(140)를 상기 축하우징(110) 방사상 외면상에 장착하는 경우에 상기 선기어(140)의 제1측은 상기 제1 회전방지부(115a)에 가깝게 위치하게 되고, 상기 선기어(140)의 제2측은 상기 제1 회전방지부(115a)에 대하여 상대적으로 먼쪽에 위치하게 되며, 상기 선기어(140)의 방사상 외면상에서 상기 제1측 근처위치에는 제1 기어치형(143)이 형성되고, 상기 선기어(140)의 상기 제1측 자유단부와 상기 제1 기어치형(143)의 사이 위치에서 상기 선기어(140)의 방사상 외면상에는 제1 베어링(231)이 배치되며, 상기 선기어(140)의 제2측 방사상 외면상에는 제1 래치 걸림구(145)가 형성된 것을 특징으로 하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 래치(118)는 상기 하우징(120)의 방사상 내면에서 상기 제1 래치(118)의 내측단부에 인접하여 배치된 제1 래치스프링(119)에 의해서 탄력적으로 지지되고, 상기 제1 기어치형(143)과 상기 제1 래치 걸림구(145)의 사이 위치에서 상기 선기어 몸체(144)의 방사상 외면상에는 스프링 삽입홈(146)이 형성되고, 상기 스프링 삽입홈(146)의 중간위치에서 상기 선기어 몸체(144)의 방사상 외면상에는 다수의 제2 래치 삽입홈(147)이 형성되며, 상기 제2 래치 삽입홈(147)에는 상기 제2 래치(176)가 각각 배치되고, 상기 스프링 삽입홈(146)에는 상기 제2 래치(176)의 하부를 탄력적으로 지지하기 위한 제2 래치 스프링이 배치되며, 상기 제2 래치 삽입홈(147)의 근처위치에서 상기 선기어 몸체(144)의 방사상 외면상에는 제2 베어링(232)이 배치된 것을 특징으로 하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 래치 몸체(170)는 환형상의 래치 플랜지(171) 및 상기 래치 플랜지(171)의 일측에서 측방향으로 일정 길이만큼 연장된 링형상의 래치 연장부(174)를 구비하고, 상기 래치 어셈블리를 조립하는 경우에, 상기 래치 조종레버(196)는 상기 래치 플랜지(171) 중간에 일부분을 절개하여 형성된 가이드홈(178) 내에 위치하며, 상기 래치 조종레버(196)의 외측단부는 별도의 와이어를 거쳐서 자전거 손잡이쪽에 설치된 변속레버에 기계적으로 연결된 것을 특징으로 하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 체인링 장착부(123)의 방사상 외면상에는 각기 다른 직경의 제1 및 제2 체인링들(131,132)이 장착되고, 상기 로크링(200)의 방사상 외면상에는 상기 제1 및 제2 체인링들(131,132)과는 다른 직경의 제3 체인링(133)이 장착된 것을 특징으로 하는 자전거용 크랭크 가변속 기어장치.
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