KR102059250B1 - 탄성 센터링 요소를 갖는 이붙이 스프로킷 허브 - Google Patents

Abstract

탄성 센터링 요소를 갖는 이붙이 스프로킷 허브를 제공하며, 이 스프로킷 허브는, 수용부(5) 및 원통형 외면(16)을 갖는 입력 샤프트(2); 및 입력 샤프트에 맞물릴 수 있는 스프로킷(7)을 포함하며, 이 스프로킷은, 각각 반경방향으로 탄성적으로 이동 가능하도록 굽힘 비임(14) 상에 각각 배치된 적어도 2개의 제1 표면(12)으로서, 외면상에 기대어지고 외면의 반경 D보다 작은 반경 d를 각각 갖는 적어도 2개의 제1 표면(12); 제1 표면보다 작은 정도로 반경방향으로 이동 가능한 적어도 하나의 제2 표면(13)으로서, 입력 샤프트에 대한 스프로킷의 상대 회전을 방지하도록 상기 수용부에 맞물리는 적어도 하나의 제2 표면(13); 및 제2 표면과 협동 관계에 있는 제3 표면(17)으로서, 입력 샤프트의 외면에 기대어지고 외면과 헐거운 끼워 맞춤을 이루는 제3 표면(17)을 포함한다.

Description

탄성 센터링 요소를 갖는 이붙이 스프로킷 허브

본 발명은 이붙이 스프로킷에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 탄성 센터링 요소를 구비하고, 이 탄성 센터링 요소가, 굽힘 비임(bending beam) 상에 배치되고 반경방향으로 이동 가능한 제1 표면, 제1 표면보다 작은 정도로 반경방향으로 이동 가능한 제2 표면, 및 제2 표면에 대해 협동 관계에 있는 제3 표면을 구비하며, 제3 표면은 입력 샤프트의 외면상에 기대어지며, 제3 표면은 그 외면과 정상 끼워 맞춤되는, 이붙이 스프로킷에 관한 것이다.

체인 구동 장치는 자전거 등의 이륜 차량에서의 지배적인 동력 전달 수단이다. 체인은 또한 수많은 기계에서 동력 전달에 이용되고 있다. 때때로, 체인 스프로킷은 형상 맞춤(form-fitting)식 샤프트/허브 연결을 통해 샤프트에 연결되고 있다. 일반적으로, 그러한 연결은 물론 기타 연결은 원통형 연결면에 대해 국부적 볼록부 및 오목부에 의해 작동한다. 그러한 연결의 적절한 기능을 위해, 샤프트와 허브 간에 어느 정도 자유로운 유격을 갖는 끼워 맞춤(free play fit)이 중요하다. 하지만, 부하 하에서, 샤프트와 허브 간의 공차가 너무 크다면, 두 부품 간의 요동을 초래할 수 있다. 이는 부정적인 것으로 간주되고 있다. 한편, 고품질의 끼워 맞춤은 기계가공 프로세스를 이용하여 제조하기에는 비교적 비용이 많이 든다. 이는 대량의 저가 제품을 제조해야 하는 경우에는 단점이 된다.

체인 스프로킷은 허브 기어를 갖는 적정 가격의 바이크에서는 통상 얇다. 그 요소는 통상 2 내지 3㎜의 폭을 가지며, 통상 강으로 이루어진 스탬핑 가공 부품으로서, 허브 기어의 입력 샤프트 상에 위치한 홈과 맞물리는 치형을 갖는 3개 또는 그 이상의 구동 캠을 구비한다. 이들 두 요소 간의 끼워 맞춤은 통상 헐거운 끼워 맞춤이다. 이는 소결, 주조 또는 스탬핑 등의 저가의 제조 방법을 이용하기 위해 필요하다. 스프로킷이 입력 샤프트 상에서 축방향으로 이동하는 것을 방지하기 위해, 그 스프로킷은 통상 로크 와셔 또는 스냅 링에 의해 제위치에 유지된다.

최근에, 자동차 기술 및 일반적 구동 기술분야에서의 수많은 체인 구동 장치가 이붙이 벨트 구동 장치로 대체되었다. 그 이점은, 경량, 보다 긴 사용 수명, 저소음, 및 윤활제 없이 작동한다는 점을 포함한다. 특히, 허브 기어를 갖는 자전거 분야에서, EP000002289792A1, CA000002749293A1 및 US000007854441B2에 따른 이붙이 벨트 구동 장치가 보다 널리 보급되고 있다.

기능성 이붙이 벨트 구동 장치는 벨트에 대한 정해진 프리로드(preload)를 필요로 하기 때문에, 리어 허브(rear hub) 상의 요동하는 이붙이 벨트 디스크는 일정한 장력을 유지할 수 없다. 이붙이 벨트 디스크가 센터링되지 않고 리어 허브에 타이트하게 고정된 경우, 이붙이 스프로킷이 입력 샤프트 상에서 이동함에 따라 작동 소음이 발생할 수 있다. 그 결과는 삐걱거리는 소음일 수 있다.

모든 주요 제조업자로부터의 허브 기어를 갖는 리어 허브는 소정 센터링 직경을 갖고 있고, 그 직경은 저가의 제조 방법으로 인해 입력 샤프트의 영역에서 ±0.15㎜의 통상의 공차를 갖는다. 소결 또는 인베스트먼트 주조에 의해 가공하지 않고 저렴한 이붙이 스프로킷을 제조하고자 한다면, 그 제조 과정은 그 영역에서 ±0.15㎜의 성가신 공차를 역시 필요로 한다. 따라서, 조립체의 경계 조건을 고려하면, 두 부품은 모두 소정 유격을 갖고서만 조합될 수 있다. 이는 저렴하게 이용 가능한 허브 기어와 함께 스플라인 샤프트 프로파일을 갖는 이붙이 스프로킷을 이용하는 경우에 불충분한 센터링의 문제가 있다.

이붙이 스프로킷과 허브 기어 간에 있어서의 그 요소들의 끼워 맞춤에서의 과도한 공차를 흡수하는 수단이 이용될 수 있다. 스프로킷은 끼워 맞춤 공차를 흡수하는 굽힘 비임에 의존한다. 이러한 기술은 제1의 반경방향 이동 가능 표면을 갖는 스프로킷을 포함하고, 그 제1 표면은 스프로킷이 장착될 허브보다 약간 작은 직경을 갖는다. 제1 표면이 부품들의 상대 회전을 방지한다. 대표적인 관련 기술로는 차량용 또는 구동 시스템에 이용하는 샤프트/허브 연결부를 개시하는 미국 특허 출원 공개 US20150016880A1이 있으며, 그 연결부는 측면에 볼록부 또는 오목부를 포함한 원통형 샤프트 요소와, 보어를 갖는 허브 요소를 구비하고, 그 허브 요소는 보어 내에 볼록부 또는 오목부를 역시 포함하여, 샤프트 요소가 허브 요소의 보어 내에 장착될 수 있게 되어 있다. 또한, 허브 요소의 보어 내에 적어도 2개의 표면이 반경방향으로의 탄성 변형이 가능하도록 배치되고, 또한 허브 요소의 보어 내에 적어도 2개의 표면이 반경방향으로의 탄성 변형의 가능성이 보다 적도록 배치되는 것을 특징으로 하고 있다. 게다가, 그 샤프트/허브 연결부는 탄성적으로 변형 가능한 표면이 탄성적 변형 가능성이 보다 적은 표면과 재료 접합 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하고 있다.

필요로 하는 것은, 굽힘 비임 상에 배치되고 반경방향으로 이동 가능한 제1 표면, 제1 표면보다 작은 정도로 반경방향으로 이동 가능한 제2 표면, 및 제2 표면에 대해 협동 관계에 있는 제3 표면을 구비하며, 제3 표면은 입력 샤프트의 외면상에 기대어지며, 제3 표면은 그 외면의 직경보다 큰 직경을 갖는 이붙이 스프로킷이다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시킨다.

본 발명의 주요 양태는, 굽힘 비임 상에 배치되고 반경방향으로 이동 가능한 제1 표면, 제1 표면보다 작은 정도로 반경방향으로 이동 가능한 제2 표면, 및 제2 표면에 대해 협동 관계에 있는 제3 표면을 구비하며, 제3 표면은 입력 샤프트의 외면상에 기대어지며, 제3 표면은 그 외면의 직경보다 큰 직경을 갖는 이붙이 스프로킷이다.

본 발명의 다른 양태는 후속한 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 언급되고 명백해질 것이다.

본 발명은 탄성 센터링 요소를 갖는 이붙이 스프로킷 허브를 포함하며, 이 이붙이 스프로킷 허브는, 수용부 및 원통형 외면을 갖는 입력 샤프트; 및 입력 샤프트에 맞물릴 수 있는 스프로킷을 포함하며, 이 스프로킷은, 각각 반경방향으로 탄성적으로 이동 가능하도록 굽힘 비임 상에 각각 배치된 적어도 2개의 제1 표면으로서, 외면상에 기대어지고 외면의 반경 D보다 작은 반경 d를 각각 갖는 적어도 2개의 제1 표면; 제1 표면보다 작은 정도로 반경방향으로 이동 가능한 적어도 하나의 제2 표면으로서, 입력 샤프트에 대한 스프로킷의 상대 회전을 방지하도록 수용부에 맞물리는 적어도 하나의 제2 표면; 및 제2 표면과 협동 관계에 있는 제3 표면으로서, 입력 샤프트의 외면에 기대어지고 그 외면과 헐거운 끼워 맞춤되는 제3 표면을 포함한다.

본 명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예들을 예시하는 것으로, 개괄적인 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.
도 1은 스포크 또는 림이 없는 상태의 자전거의 리어 허브를 도시한다.
도 2는 도 1의 분해도이다.
도 3은 이붙이 스프로킷의 실시예의 사시도이다.
도 4는 이붙이 스프로킷의 측면도이다.
도 5는 입력 샤프트 상에서의 스프로킷의 측면도이다.

도 1은 스포크 또는 림이 없는 상태의 자전거의 리어 허브(1)를 도시한다. 발 페달 또는 크랭크(도시 생략)를 통해 토크가 이붙이 벨트 구동 장치에 전달된다. 이붙이 벨트는 토크를 이붙이 스프로킷(7)에 전달하고, 이 스프로킷이 입력 샤프트(2)를 구동한다.

이러한 구성은 토크를 샤프트/허브 연결부(4)를 통해 허브 입력 샤프트로 전달한다. 타이어를 갖는 자전거 림(도시 생략)이 스포크 홀(3) 내에 장착된 스포크를 통해 리어 허브(1)에 의해 구동된다. 이는 자전가 바퀴에 대한 공지의 구조이다. 이붙이 스프로킷(7)은 스냅 링(6)에 의해 입력 샤프트(2) 상에서 축방향으로 유지된다.

스프로킷(7)은 돌기(10)와 맞물리는 3개의 수용부 또는 홈(5)을 통해 토크를 전달한다. 원통형 외면(16)이 입력 샤프트(2)에 대한 이붙이 스프로킷(7)의 정확한 센터링을 제공한다. 하지만, 정확한 센터링은 이붙이 스프로킷(7)의 보어(9)가 원통형 측면(16)에 대해 유격 없이 안착되는 경우에만 가능하다. 이는 탄성적으로 이동 가능한 굽힘 비임(14) 및 이에 따른 각 표면(12)을 통해 반경방향으로 달성된다. 각 비임 표면(12)은 외면(16)에 대해 압력을 가하며, 이러한 식으로 제조 공차를 흡수한다. 각 굽힘 비임(14)은 외면(16)에 대해 대략 접선방향으로 연장한다.

도 2는 도 1의 분해도이다. 입력 샤프트(2)는, 이붙이 스프로킷(7)에서부터 허브 입력 샤프트(2)로 토크를 전달하는 샤프트/허브 연결부(4)를 샤프트 요소(11)에 구비한다. 로크 와셔(6)는 분해 상태로 도시되어 있다. 입력 샤프트(2) 상의 홈(5)은, 이붙이 스프로킷(7)의 보어(9) 내의 돌기(10)가 정확하게 그 내에 맞물리도록 형성된다.

보어(9) 내에는 3개의 표면(12)이 배치되며, 이들 표면은 반경방향으로의 탄성 이동이 가능하도록 배치되어 있다. 그러한 3개의 표면(12)의 탄성 이동은 3개의 굽힘 비임(14)을 통해 달성되는데, 이들 굽힘 비임은 반경 "d"를 갖는 보어(9)를 형성하도록 형성된다. 본 실시예에서, 입력 샤프트(2)로부터 분리된 상태의 이붙이 스프로킷(7)의 반경 "d"는 항상 외면(16)의 샤프트 반경 "D"보다 작다. 이붙이 스프로킷(7)의 3개의 표면(12) 각각은 조립 중에 반경방향 외측으로 탄성적으로 변형되며, 이에 의해 입력 샤프트(2) 상에서의 스프로킷(7)의 정확한 센터링을 생성한다. 각 굽힘 비임(14)은 반경방향으로 변형될 수 있는 표면(12)과, 표면(13)을 포함한다. 표면(13)은 형상 맞춤에 의한 토크 전달을 담당하는 것으로, 반경방향으로 탄성적으로 변형될 수 없다. 탄성 이동 가능한 표면(12)을 갖는 굽힘 비임(14)은 본 발명의 스프로킷의 탄성 센터링 요소를 형성한다.

도 3은 이붙이 스프로킷(7)의 실시예의 사시도이다. 보어 표면(9)이 표면(12), 표면(13) 및 표면(17)에 의해 도 1의 외면(16) 및 홈(5)과 접촉한다. 표면(13)을 갖는 반경방향 돌기(10)만이 도 2의 입력 샤프트(2)에 대해 헐거운 끼워 맞춤을 형성한다. 표면(12)들은 이들 표면이 굽힘 비임(14)을 통해 이붙이 스프로킷(7)의 강성 유지 바디에 연결되기 때문에 반경방향 변형의 측면에서 이동 가능한 것으로 간주될 수 있다. 보어(9)의 탄성적 변형 가능 표면(12)은 탄성적 변형 불가능 표면(13)과 결합되어 있다. 탄성적 변형 가능 표면(12)은 강성의 표면(13)과 결합되어 있다. 외면(16) 상에서 입력 샤프트(2)와 접촉하는 탄성적 변형 가능 표면(12)과 탄성적 강성 표면(13)은 항시 외면(16)보다 직경이 작다.

각 표면(17)은 외면(16) 상에 기대어진다. 각 표면(17)은 각 표면(13)에 인접한다. 각 표면(13)은 표면(17)과 표면(12) 사이에 배치된다. 각 표면(17)은 정상 끼워 맞춤(normal fit) 및 제조 공차 범위를 유지하면서 토크에 의해 야기되는 하중에 대한 지지를 추가한다. 그렇게 함으로써, 표면(17)은 각 굽힘 비임(14)에서의 응력을 감소시키고, 이에 의해 각 굽힘 비임(14) 및 이붙이 스프로킷(7)의 내구성을 향상시킨다. 표면(17)은 홈(5)과 맞물리는 대신에 외면(16)과 직접 맞물린다.

도 4는 이붙이 스프로킷(7)의 측면도이다. 보어(9)의 표면(13)은 반경방향 돌기(10)로서 설계되어 있고, 입력 샤프트(2)의 홈(5)에 대해 헐거운 끼워 맞춤을 이루도록 제조된다. 여기서, 스플라인 샤프트 프로파일(15)이 파선으로 도시되어 있다. 보어(9)의 전체 표면이 도 2의 원통형 측면(16)과 접촉하지 않는다. 보어의 프로파일 둘레는 샤프트의 표면보다 약 25% 더 크다. 반경방향 변형의 측면에서, 표면(13)은 강성이고 비교적 비탄성인 것으로 간주될 수 있다. 여기서, 표면(13)의 이동의 반경방향이 화살표 "B"로 도시되어 있다. 표면(12)들은 이들 표면이 굽힘 비임(14)을 통해 이붙이 스프로킷(7)에 연결되기 때문에 반경방향 변형의 측면에서 탄성인 것으로 간주될 수 있다. 여기서, 표면(12)의 이동의 반경방향이 화살표 "C로 도시되어 있다.

탄성 센터링 요소를 갖는 이붙이 스프로킷 허브는, 수용부 및 원통형 외면을 갖는 입력 샤프트; 및 입력 샤프트에 맞물릴 수 있는 스프로킷을 포함하며, 이 스프로킷은, 각각 반경방향으로 탄성적으로 이동 가능하도록 굽힘 비임 상에 각각 배치된 적어도 2개의 제1 표면으로서, 외면상에 기대어지고 외면의 직경보다 작은 직경을 각각 갖는 적어도 2개의 제1 표면; 제1 표면보다 작은 정도로 반경방향으로 이동 가능한 적어도 하나의 제2 표면으로서, 입력 샤프트에 대한 스프로킷의 상대 회전을 방지하도록 수용부에 맞물리는 적어도 하나의 제2 표면; 및 제2 표면과 협동 관계에 있는 제3 표면으로서, 입력 샤프트의 외면에 기대어지고 그 외면의 직경보다 큰 직경을 갖는 제3 표면을 포함한다.

도 5는 입력 샤프트 상에서의 스프로킷의 측면도이다. 이 도면에서, 스냅 링(6)은 명료성을 위해 제거되었다. 각 돌기(10)는 수용부(5)와 맞물린다. 각 돌기(10)는 스프로킷(7)이 입력 샤프트(2)에 대해 회전하는 것을 방지한다. 표면(12)과 표면(17)은 각각 입력 샤프트(2)의 외면(16)과 맞물린다. 표면(12)과 표면(17)은 스프로킷(7)을 입력 샤프트(2) 상에 적절히 위치시킨다. 각 표면(12)은 각 굽힘 비임(14)의 가요성으로 인해 반경방향 내측 및 외측으로 이동 가능하다. 본 실시예는 한정하고자 하는 것이 아니라 예시로서 3개의 굽힘 비임(14)을 나타내고 있다. 본 실시예는 한정하고자 하는 것이 아니라 예시로서 3개의 표면(17)을 나타내고 있다. 본 실시예는 한정하고자 하는 것이 아니라 예시로서 3개의 수용부(5)와 3개의 돌기(10)를 나타내고 있다.

본 발명은 시스템은, 보다 적은 수의 수용 오목부(5)에 의존하고 이는 또한 제조 중에 공차를 치밀하게 제어할 필요성 및 그 비용을 감소시킨다는 점에서 스플라인에 비해 유리하다. 표면(12, 17)이 입력 샤프트(2)와 정렬시켜 센터링하는 데에 이용된다. 이는 당업계에서 용이하게 달성하는 외면(16)의 정밀도에 의존한다. 각 굽힘 비임(14)의 가요성은 보다 큰 제조 공차의 흡수를 가능하게 하고, 이에 따리 제조비용이 덜 들게 한다.

본 명세서에서는 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 당업자에게 있어서는 본 명세서에서 기술한 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 구성 및 부품들의 관계에서 변형이 이루어질 수 있다는 점은 자명할 것이다.

Claims (7)

1. 탄성 센터링 요소를 갖는 이붙이 스프로킷 허브로서:
   수용부 및 원통형 외면을 갖는 입력 샤프트; 및
   상기 입력 샤프트에 맞물릴 수 있는 스프로킷
   을 포함하며, 상기 스프로킷은,
   각각 반경방향으로 탄성적으로 이동 가능하도록 적어도 2개의 굽힘 비임 상에 각각 배치된 적어도 2개의 제1 표면으로서, 상기 외면상에 기대어지고 상기 외면의 반경 D보다 작은 반경 d를 각각 갖는 적어도 2개의 제1 표면;
   상기 제1 표면보다 작은 정도로 반경방향으로 이동 가능한 적어도 하나의 제2 표면으로서, 상기 입력 샤프트에 대한 상기 스프로킷의 상대 회전을 방지하도록 상기 수용부에 맞물리는 적어도 하나의 제2 표면; 및
   상기 제2 표면과 협동 관계에 있는 제3 표면으로서, 상기 입력 샤프트의 외면에 기대어지고 상기 외면과 정상 끼워 맞춤을 이루는 제3 표면
   을 포함하는, 이붙이 스프로킷 허브.
2. 제1항에 있어서, 각 굽힘 비임은 상기 입력 샤프트에 대해 접선 방향으로 배향되는 것인 이붙이 스프로킷 허브.
3. 제1항에 있어서, 상기 수용부는 상기 외면의 홈을 포함하는 것인 이붙이 스프로킷 허브.
4. 제1항에 있어서, 상기 스프로킷은, 적어도 3개의 제1 표면, 적어도 3개의 제2 표면 및 적어도 3개의 제3 표면을 포함하는 것인 이붙이 스프로킷 허브.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 상기 제3 표면 사이에 배치되는 것인 이붙이 스프로킷 허브.
6. 제1항에 있어서, 상기 스프로킷을 상기 입력 샤프트 상에서 축방향으로 유지하는 유지 부재를 더 포함하는 것인 이붙이 스프로킷 허브.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면은 상기 수용부와 맞물리는 돌기를 포함하는 것인 이붙이 스프로킷 허브.

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