KR20100033112A - 구동축용 허브, 이를 구비한 자전거 및 바퀴의 구동방법 - Google Patents

구동축용 허브, 이를 구비한 자전거 및 바퀴의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 바퀴의 축이 되는 원통 형상의 케이싱; 상기 케이싱에 삽입되어 제공되는 중심축; 상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 제1방향으로 회전시 상기 케이싱을 회전시키도록 제공된 제1 원웨이 클러치(one-way clutch); 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 케이싱의 내주면과 접촉할 경우 상기 케이싱의 회전을 막도록 제공된 제동부재; 및 상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 상기 제동부재를 상승시켜 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 제공된 제2 원웨이 클러치를 포함하는 구동축용 허브, 이를 구비한 자전거 및 바퀴의 구동방법이 제공된다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 별도의 브레이크 없이도 하나의 구동축용 허브로, 정방향 회전시 구동이 가능하고, 역방향 회전시 제동이 가능한 장점이 있다.
허브, 래칫, 자전거

Description

구동축용 허브, 이를 구비한 자전거 및 바퀴의 구동방법 {Hub for driving shaft, Bicycle having the same and Method of driving wheel}
본 발명은 자전거의 구동축에 사용되는 허브, 이를 구비한 자전거 및 바퀴의 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 외발 자전거, 두발 자전거, 세발 자전거 등으로 나눌 수 있다. 흔히 볼 수 있는 두발 자전거는 한 쌍의 바퀴를 구비한다. 앞바퀴의 중심에는 큰 스프로킷이, 뒷바퀴의 중심에는 작은 스프로킷을 가진다. 이때, 큰 스프로킷과 작은 스프로킷은 체인으로 연결되고, 사람이 페달을 밟아서 크랭크 축에 연결된 큰 스프로킷을 회전시키면 체인에 의해 동력이 작은 스프로킷으로 전달되어 자전거가 앞으로 나아가게 된다. 이때, 페달에 의해 크랭크 축을 전방을 향해 회전시키면 앞바퀴에 동력이 전달되지만, 크랭크 축을 후방을 향해 회전시키면 앞바퀴에 동력이 전달되지 않도록 크랭크 축은 공회전하게 된다.
이를 위해 앞바퀴의 중심에는 큰 스프로킷과 연결된 구동축용 허브가 구비되고, 구동축용 허브에는 원웨이 클러치(one-way clutch)가 구비된다. 원웨이 클러치는 프리 휠링 클러치(free wheeling clutch) 또는 백 스톱 클러치(back stop clutch) 등으로 불리기도 한다.
도 1은 일반적인 자전거용 허브를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 자전거용 허브는 중간체(3), 래칫휠(5), 발톱(6), 스프로킷(13)을 포함한다. 자전거의 크랭크 축에 연결된 중간체(3)가 도 1에서 시계 반대방향으로 회전하면, 발톱(6)이 래칫휠(5)과 맞물려 회전력이 스프로킷(13)에 전달된다. 이어서, 스프로킷(13)의 회전력은 체인(C)과 연결된 뒷바퀴의 스프로킷에 전달된다. 반대로, 중간체(3)가 시계 방향으로 회전하면, 발톱(6)이 래칫휠(5)과 물리지 않아 크랭크 축의 회전력은 스프로킷(13)에 전달되지 않아 결국 중간체(3)는 공회전한다. 이러한 일반적인 자전거는 자전거 핸들에 구비된 브레이크에 의해 바퀴를 제동시킨다.
반면, 외발 자전거, 두발 자전거 중에서 페니파싱(penny farthing) 혹은 세발 자전거의 경우 이러한 허브와 체인이 없고, 페달과 연결된 크랭크 축이 바퀴와 바로 연결되어 크랭크 축의 회전력이 직접 바퀴로 전달된다. 따라서, 크랭크 축을 전방을 향해 회전시키면 바퀴가 앞으로 회전하여 전진하고, 후방을 향해 회전시키면 바퀴가 뒤로 회전하여 후진하게 된다.
일반적으로 외발 자전거의 경우는 핸들이 없기 때문에 브레이크를 설치할 수 없고, 세발 자전거의 경우도 브레이크가 없는 경우가 많다.
또한, 전륜(前輪)구동인 페니파싱의 경우에는 앞바퀴를 뒷바퀴에 비해 매우 크게 제작하여 고속으로 주행이 가능한 자전거인데, 페달이 바퀴와 일체로 제작되기 때문에 바퀴가 고속으로 돌면 페달도 함께 고속으로 돌아, 고속 주행시에는 운 전자가 할 수 없이 발을 페달에서 떼고 주행하는 매우 위험한 상황이 연출된다.
그렇다고 해서, 페니파싱에 일반적으로 사용되며 바퀴의 외벽과 마찰하는 압축식 브레이크를 사용하면, 앞바퀴가 과도하게 크기 때문에 제동시 자전거가 앞으로 전복될 위험이 있다.
그 때문에 외발 자전거, 페니파싱, 세발 자전거는 적절히 제동할 수 있는 장치가 없어서 고속 주행시 사고의 위험성이 매우 높다. 특히 아이들이 많이 이용하는 세발 자전거의 경우, 제동을 위해 발과 지면의 마찰을 통해 제동시키는 방법 밖에 없어서, 경사로에서 가속되면 사고가 빈번한 것이 사실이다.
본 발명은 구동축에 사용되는 허브 및 이를 구비한 자전거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 허브로 구동 및 제동이 가능한 구동축용 허브, 이를 구비한 자전거 및 바퀴의 구동방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 구동축용 허브는 바퀴의 축이 되는 원통 형상의 케이싱; 상기 케이싱에 삽입되어 제공되는 중심축; 상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 제1방향으로 회전시 상기 케이싱을 회전시키도록 제공된 제1 원웨이 클러치(one-way clutch); 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 케이싱의 내주면과 접촉할 경우 상기 케이싱의 회전을 막도록 제공된 제동부재; 및 상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 상기 제동부재를 상승시켜 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 제공된 제2 원웨이 클러치를 포함한다.
여기서, 상기 제1 원웨이 클러치는 상기 제2방향으로 회전시 공회전하여 상기 케이싱을 회전시키지 않도록 제공되고, 상기 제2 원웨이 클러치는 상기 제1방향으로 회전시 공회전하도록 제공될 수 있다.
아울러, 상기 제2 원웨이 클러치의 단면 직경은, 상기 제1 원웨이 클러치의 단면 직경보다 작을 수 있다.
게다가, 상기 제1 원웨이 클러치는, 원통 형상으로서 제1 래칫(ratchet)이 내주면에 형성된 제1 외통; 및 원통 형상으로서 상기 제1 외통 내부에 삽입되며, 상기 제1 래칫의 회전을 단속하는 제1 단속부재를 외측에 구비한 제1 내통을 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 제1 래칫의 양쪽에 위치하여 상기 제1 내통의 회전을 원활하게 하기 위한 복수의 볼; 및 상기 제1 외통의 개방된 단부에 결합되는 한 쌍의 커버가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 원웨이 클러치는, 원통 형상으로서 제2 래칫이 내주면에 형성된 제2 외통; 및 원통 형상으로서 상기 제2 외통 내부에 삽입되며, 상기 제2 래칫의 회전을 단속하는 제2 단속부재를 외측에 구비한 제2 내통을 구비할 수 있다.
게다가, 상기 제2 래칫의 양쪽에 위치하여 상기 제2 내통의 회전을 원활하게 하기 위한 복수의 볼; 및 상기 제2 외통의 개방된 단부에 결합되는 한 쌍의 커버가 더 구비될 수 있다.
나아가, 상기 제2 외통의 외주면에는 일방향 걸림턱이 형성되고, 상기 제동부재는 반경 방향으로 신축이 가능한 스프링 부재; 및 상기 스프링 부재의 일단에 결합되되, 상기 일방향 걸림턱에 의해 한쪽 방향 회전시에만 상기 케이싱의 내주면과 접촉하는 정지부재를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 제1 외통의 커버 중의 어느 하나에는 일면에 원형의 고정 돌기가 형성되고, 상기 제동부재는 상기 고정 돌기에 고정되는 링 형상의 고정부재를 구비하여, 상기 스프링 부재의 타단은 상기 고정부재에 결합될 수 있다.
게다가, 상기 케이싱의 단부 내주면과, 상기 제1 외통의 외주면에는 나사산 이 형성되어 서로 나사결합할 수 있다.
더욱이, 상기 중심축은 상기 제1 원웨이 클러치와 상기 제2 원웨이 클러치가 안착되는 안착부가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구동축용 허브는 바퀴의 축이 되는 원통 형상의 케이싱; 상기 케이싱 내부에 구비되며, 제1방향으로 회전시 상기 케이싱을 회전시키고, 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 공회전하여 상기 케이싱을 회전시키지 않는 제1 원웨이 클러치; 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 케이싱의 내주면과 접촉할 경우 상기 케이싱의 회전을 막는 제동부재; 상기 케이싱 내부에 구비되며, 제1방향으로 회전시 공회전하고, 제2방향으로 회전시 상기 제동부재를 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 상승시키는 제2 원웨이 클러치; 및 상기 제1 원웨이 클러치와 상기 제2 원웨이 클러치의 중심에 결합되는 중심축을 포함하되, 상기 제1 원웨이 클러치는, 원통 형상으로서 제1 래칫이 내주면에 형성된 제1 외통; 및 원통 형상으로서 상기 제1 외통 내부에 삽입되며, 상기 제1 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제1 내통을 구비하고, 제2 원웨이 클러치는, 원통 형상으로서 제2 래칫이 내주면에 형성된 제2 외통; 및 원통 형상으로서 상기 제2 외통 내부에 삽입되며, 상기 제2 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제2 내통을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 제2 외통의 외주면에는 일방향 걸림턱이 형성되고, 상기 제동부재는 반경 방향으로 신축이 가능한 스프링 부재; 및 상기 스프링 부재의 일단에 결합되되, 상기 일방향 걸림턱에 의해 한쪽 방향 회전시에만 상기 케이싱의 내주면 과 접촉하는 정지부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자전거는 바퀴, 상기 바퀴의 중심에 구비된 구동축용 허브, 일단은 상기 구동축용 허브와 연결되고 타단은 페달에 연결되는 크랭크 축, 및 상기 바퀴를 지지하는 포크를 포함한 것으로서, 상기 구동축용 허브는, 상기 바퀴의 축이 되는 원통 형상의 케이싱; 상기 케이싱에 삽입되어 제공되는 중심축; 상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 제1방향으로 회전시 상기 케이싱을 회전시키도록 제공된 제1 원웨이 클러치; 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 케이싱의 내주면과 접촉할 경우 상기 케이싱의 회전을 막도록 제공된 제동부재; 및 상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 상기 제동부재를 상승시켜 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 제공된 제2 원웨이 클러치를 포함한다.
여기서, 상기 제1 원웨이 클러치는, 원통 형상으로서 제1 래칫이 내주면에 형성된 제1 외통; 및 원통 형상으로서 상기 제1 외통 내부에 삽입되며, 상기 제1 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제1 내통을 구비하고, 제2 원웨이 클러치는, 원통 형상으로서 제2 래칫이 내주면에 형성된 제2 외통; 및 원통 형상으로서 상기 제2 외통 내부에 삽입되며, 상기 제2 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제2 내통을 구비할 수 있다.
아울러, 상기 제1 및 제2 래칫의 양쪽에 위치하여 상기 제1 및 제2 내통의 회전을 원활하게 하기 위한 복수의 볼; 및 상기 제1 및 제2 외통의 개방된 단부에 결합되는 두 쌍의 커버가 더 구비될 수 있다.
나아가, 상기 제2 외통의 외주면에는 일방향 걸림턱이 형성되고, 상기 제동부재는 반경 방향으로 신축이 가능한 스프링 부재; 및 상기 스프링 부재의 일단에 결합되되, 상기 일방향 걸림턱에 의해 한쪽 방향 회전시에만 상기 케이싱의 내주면과 접촉하는 정지부재를 포함할 수 있다.
게다가, 상기 제1 원웨이 클러치의 커버 중의 어느 하나에는 일면에 원형의 고정 돌기가 형성되고, 상기 제동부재는 상기 고정 돌기에 고정되는 링 형상의 고정부재를 구비하여, 상기 스프링 부재의 타단은 상기 고정부재에 결합될 수 있다.
더욱이, 상기 중심축은, 상기 제1 원웨이 클러치와 상기 제2 원웨이 클러치가 안착되는 안착부와, 상기 포크가 결합되어 지지되는 지지부와, 단부에 상기 크랭크축이 결합되는 결합부가 구비될 수 있다.
나아가, 상기 케이싱의 외주면에는 자전거의 와이어 스포크(wire spoke)가 결합되어 지지되는 지지부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 바퀴의 구동방법은 바퀴의 중심에 구비되는 구동축용 허브에 의해, 상기 바퀴를 제1방향으로 회전시키면 상기 바퀴가 전진하도록 구동되고, 상기 바퀴를 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시키면 상기 바퀴가 제동된다.
여기서, 상기 구동축용 허브는, 제1 원웨이 클러치에 의해, 제1방향으로 회전시 바퀴의 축이 되는 케이싱을 회전시켜 구동하고, 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 공회전하여 상기 케이싱을 회전시키지 않고, 제2 원웨이 클러치에 의해, 제1방향으로 회전시 공회전하고, 상기 제2방향으로 회전시 상기 케이싱 내부 에 구비된 제동부재를 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 상승시켜 상기 케이싱을 제동시킬 수 있다.
아울러, 상기 제동부재는, 제2 원웨이 클러치에 형성된 일방향 걸림턱에 의해 반경 방향으로 상승하여 상기 케이싱을 제동시킬 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면,
첫째, 별도의 브레이크 없이도 하나의 구동축용 허브로, 정방향 회전시 구동이 가능하고, 역방향 회전시 제동이 가능하다.
둘째, 고속 주행시에 페달에서 발을 구르지 않으면, 발을 떼지 않아도 발이 편안히 페달 위에서 쉴 수 있다.
셋째, 체인이 사용되지 않는 자전거(예를 들면, 세발 자전거)도 역방향 회전으로 제동이 가능하므로, 사고의 위험을 줄일 수 있다.
넷째, 앞바퀴가 커서 일반적인 마찰 브레이크를 사용할 수 없는 페니 파싱도 정방향 회전시 구동이 가능하고, 페달을 밟지 않는 경우에는 발이 움직이지 않고 편안히 쉴 수 있으며, 역방향 회전시 제동이 가능한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 2는 본 발명에 따른 자전거용 허브의 분해사시도, 도 3은 도 2의 제1 내통과 제1 단속부재의 결합을 나타낸 사시도, 도 4는 도 2의 자전거용 허브의 일부 결합 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 자전거용 허브의 일부 결합 사시도, 그리고 도 6은 도 4에 도시된 A-A 라인에 의한 횡단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 구동축용 허브(H)는 제1 원웨이 클러치(100), 제동부재(200), 제2 원웨이 클러치(300), 중심축(400) 및 케이싱(500)을 포함한다.
케이싱(500)은 원통 형상으로서 바퀴의 축이 된다. 중심축(400)은 케이싱(500)에 삽입되어 제공되며, 제1 원웨이 클러치(100)와 제2 원웨이 클러치(300)가 안착되는 안착부(420)를 구비할 수 있다. 도 4에서 볼 수 있는 것처럼, 안착부(420)는 단면이 사각형이며, 고정이 용이하도록 모서리가 모따기 처리되어 있다.
또한, 제1 원웨이 클러치(100)는 중심축(400)과 결합하여 케이싱(500) 내부에 구비되며, 중심축(400)이 제1방향으로 회전시 케이싱(500)을 회전시키도록 제공된다. 도면에서는 제1방향이 반시계 방향의 화살표로 표시되어 있다. 한편, 제1 원웨이 클러치(100)는 제1방향의 역방향, 즉 시계방향인 제2방향으로 회전시 공회전하여 케이싱(500)을 회전시키지 않는다.
더 상세히 설명하면, 제1 원웨이 클러치(100)는 제1 외통(120)과 제1 내통(132)을 구비한다. 제1 외통(120)은 원통 형상으로서 제1 래칫(ratchet; 121)이 내주면에 형성된다. 제1 래칫(121)은 양쪽에 가장자리(122)가 형성되도록 제1 외통(120)의 중앙부에 형성된다.
또한, 제1 내통(132)은 원통 형상으로서 제1 외통(120) 내부에 삽입된다. 제1 내통(132)은 제1 단속부재(134)를 외측에 구비하여 제1 래칫(121)의 회전을 단속한다. 즉, 제1 내통(132)이 제1방향으로 회전하면, 제1 단속부재(134)가 제1 래칫(121)과 맞물려 회전력이 제1 외통(120)에 전달된다. 반대로, 제1 내통(132)이 제2 방향으로 회전하면, 제1 단속부재(134)가 제1 래칫(121)과 물리지 않아 결국 제1 내통(132)은 공회전한다.
이때, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 단속부재(134)에는 중앙에 홈(134')이 형성되어 제1 내통(132)의 외주면과 원형의 스프링(139)에 의해 고정될 수 있다. 물론 스프링(139)의 삽입을 위해 제1 내통(132)의 대응되는 내주면에도 홈이 형성될 수 있다.
제1 내통(132)에는 중심축에 삽입이 가능하도록 홀(133)이 형성된다. 홀(133)의 단면 형상은 앞서 설명한 중심축(400)의 안착부(420)와 대응되도록 사각형이며, 모서리가 모따기 처리되어 있다.
그리고, 제1 원웨이 클러치(100)는 제1 래칫(121)의 양쪽 가장자리(122)에 복수의 볼(140)이 위치하여 제1 내통(132)의 회전을 원활하게 한다. 이때, 양쪽 가장자리에(122)에는 볼이 일정 영역에서 구를 수 있도록 곡면의 홈이 형성되는 것이 바람직하다. 볼(140)의 개수는 제1 외통(120)의 반경 및 볼(140)의 직경 등에 의해 달라질 수 있고, 볼(140)은 제1 외통(120)의 내주면을 따라 촘촘히 배열되는 것이 바람직하다. 한 쌍의 커버(110, 131)는 제1 외통(120)의 개방된 단부에 결합되어, 복수의 볼(140)의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 커버(110, 131)에도 중심축(400) 의 안착부(420)와 대응된 홀(111, 133)이 형성된다. 도 2에 잘 나타난 것처럼, 본 실시예에서는 제1 내통(132)과 한쪽 커버(131)를 일체(130)로 형성하여 조립을 용이하게 하였다.
또한, 커버(110)는 고정을 위해 그 외주면에 나사산이 형성되어 제1 외통(120)에 삽입, 고정될 수 있고, 선택적으로 제1 내통(132)의 단부에 나사산이 형성되어 제1 내통(132)을 감싸도록 그 나사산과 나사결합할 수도 있다. 이러한 고정방법은 다양하게 적용이 가능하다.
아울러, 케이싱(500)의 단부 내주면에는 나사산(513)이 형성되고, 제1 외통(120)의 외주면에는 그에 대응하는 나사산(123)이 형성되어 서로 나사결합한다. 이 나사결합에 의해, 제1 외통(120)이 회전하면, 케이싱(500)도 회전한다. 물론, 나사결합이 아닌 다른 체결부재에 의해서도 결합이 가능하다.
다음으로, 제동부재(200)는 케이싱(500) 내부에 구비되며, 케이싱(500)의 내주면과 접촉할 경우 케이싱(500)의 회전을 막도록 제공된다. 이때, 도 2 및 도 6에 도시된 것처럼, 제1 외통(120)의 커버(131)의 일면에는 제동부재(200) 방향으로 원형의 고정 돌기(135)가 형성된다. 제동부재(200)는 고정 돌기(135)에 대응하여 고정되는 링 형상의 고정부재(210)를 구비하여, 스프링 부재(220)의 타단은 고정부재(210)에 결합된다. 또한, 제동부재(200)는 스프링 부재(220)와 정지부재(230)를 포함한다. 여기서, 스프링 부재(220)는 반경 방향으로 신축이 가능하도록 제공된 것다. 정지부재(230)는 스프링 부재(220)의 일단에 결합되며, 그 형상은 다양한 것일 수 있다. 또한, 정지부재(230)는 케이싱(500)의 내주면과 밀착할 수 있도록 접 촉면이 곡면인 것이 바람직하며, 다양한 재료의 사용이 가능하다. 특히, 정지부재(230)는 급격한 제동을 막기 위해 탄성인 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 원웨이 클러치(300)는 중심축(400)과 결합하여 케이싱(500) 내부에 구비된다. 제2 원웨이 클러치(300)는 중심축(400)이 제2방향으로 회전시 제동부재(200)를 상승시켜 케이싱(500)의 내주면과 접촉하도록 제공된다. 한편, 제2 원웨이 클러치(300)는 제1방향으로 회전시 공회전한다.
제2 원웨이 클러치(300)는 제2 외통(320)과 제2 내통(332)을 구비한다.
더욱 상세히 설명하면, 제2 외통(320)은 원통 형상으로서 제2 래칫(321)이 내주면에 형성된다. 또한, 제2 내통(332)은 원통 형상으로서 제2 외통(320) 내부에 삽입되며, 제2 단속부재(334)를 외측에 구비한다. 제2 단속부재(334)는 제2 래칫(321)의 회전을 단속한다.
이때, 앞서 제1 단속부재(134)에서 설명한 것처럼, 제2 단속부재(334)에는 중앙에 홈이 형성되어 제2 내통(332)의 외주면과 원형의 스프링에 의해 고정될 수 있다.(도 3 참조)
아울러, 제2 외통(320)의 외주면에는 일방향 걸림턱(323)이 형성된다. 그리고, 제동부재(200)에 구비된 스프링 부재(220)와, 일방향 걸림턱(323)에 의해 한쪽 방향 회전시에만 정지부재(230)가 케이싱(500)의 내주면과 접촉한다.
도 7a 내지 도 8b는 도 4에 도시된 B-B 라인에 의한 종단면도이다.
도 7a 내지 도 8b를 참조하여 자세히 설명하면, 제2 내통(332)이 제2방향으로 회전하면, 제2 단속부재(334)가 제2 래칫(321)과 맞물려 회전력이 제2 외 통(320)에 전달된다. 이때, 제2 외통의 일방향 걸림턱(323)의 상승작용에 의해 스프링 부재(200)가 반경방향으로 신장하고, 정지부재(230)가 케이싱(500)의 내주면과 접촉하여 회전을 제동하는 역할을 하게 된다. 반대로, 제2 내통(332)이 제1 방향으로 회전하면, 제2 단속부재(334)가 제2 래칫(321)과 물리지 않아 결국 제2 내통(332)은 공회전하고, 따라서 정지부재(230)는 케이싱(500)의 내주면에 접촉하지 않게 된다.
제2 내통(332)에는 중심축에 삽입이 가능하도록 홀(333)이 형성된다. 홀(333)의 단면 형상은 앞서 설명한 중심축(400)의 안착부(420)와 동일하도록 사각형이며, 모서리가 모따기 처리되어 있다.
또한, 제2 원웨이 클러치(300)는 제2 래칫(321)의 양쪽 가장자리(322)에 복수의 볼(340)이 위치하여 제2 내통(332)의 회전을 원활하게 한다. 이때, 양쪽 가장자리에(322)에는 볼이 일정 영역에서 구를 수 있도록 곡면의 홈이 형성되는 것이 바람직하다. 볼(340)의 개수는 제2 외통(320)의 반경 및 볼(340)의 직경 등에 의해 달라질 수 있고, 볼(340)은 제2 외통(320)의 내주면을 따라 촘촘히 배열되는 것이 바람직하다. 한 쌍의 커버(310, 331)는 제2 외통(320)의 개방된 단부에 결합되어, 복수의 볼(340)의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 커버(310, 331)에도 중심축(400)의 안착부(420)와 대응된 홀(311, 333)이 형성된다. 도 2에 잘 나타난 것처럼, 본 실시예에서는 제2 내통(332)과 한쪽 커버(331)를 일체(330)로 형성하여 조립을 용이하게 하였다.
또한, 커버(310)는 고정을 위해 그 외주면에 나사산이 형성되어 제2 외 통(320)에 삽입, 고정될 수 있고, 선택적으로 제2 내통(332)의 단부에 나사산이 형성되어 제1 내통(332)을 감싸도록 그 나사산과 나사결합할 수도 있다. 이러한 고정방법은 다양하게 적용이 가능하다.
아울러, 도 2 내지 도 6에 도시된 것처럼, 제2 원웨이 클러치(300)의 단면 직경은 제동부재(200)의 설치 공간을 확보하기 위하여 제1 원웨이 클러치(100)의 단면 직경보다 작은 것이 바람직하다.
이러한 허브는 주로 자전거에 장착되는 것으로 알려져 있으나, 본 발명의 허브는 사람이 페달에 의해 구동력을 생성하는 다양한 분야에 널리 응용되어 제공될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 자전거에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명에 따른 자전거의 사시도이다. 본 발명의 자전거(600)는 바퀴(640), 구동축용 허브(H), 크랭크 축(610), 포크(650)를 포함한다. 자전거(600)는 본 발명과 가장 잘 부합되며, 앞서 설명한 바 있는 페니 파싱의 예를 들었다.
구동축용 허브(H)는 바퀴(640)의 중심에 구비된다. 크랭크 축(610)은 일단이 구동축용 허브(H)와 연결되고, 타단이 페달(620)에 연결된다. 포크(650)는 중심축(400)에 결합되어 바퀴(640)를 지지하게 된다. 구동축용 허브(H)는 앞서 설명한 것과 동일한 것이므로 반복적인 설명은 생략한다.
이때, 구동축용 허브(H)의 중심축(400)은 중앙부(410), 안착부(420), 지지부(430), 결합부(440)가 구비된다. 중앙부(410)는 제1 원웨이 클러치(100)와 제2 원웨이 클러치(300)를 이격시키는 역할을 한다. 양쪽의 안착부(420)에는 각각 제1 원웨이 클러치(100)와 제2 원웨이 클러치(300)가 안착된다. 양쪽의 지지부(430)에는 각각 포크(650)가 결합되어 지지된다. 또한, 양쪽의 결합부(440)에는 단부에 크랭크축(610)이 결합된다. 중심축(400)의 단부(450)에는 나사산이 형성되어 크랭크축(610)의 이탈을 방지하도록 너트 등이 결합될 수 있다. 도면에서는 각각의 위치를 구분하기 위해, 각각의 단면을 원형과 사각형의 조합으로 구분하였다. 이러한 형상은 예시적인 것이므로 다양한 조합이 가능하다. 안착부(420), 지지부(430), 결합부(440)등은 조립의 용이성을 위해 말단으로 갈수록 단면이 좁아지도록 테이퍼질 수도 있다.
또한, 도 5에 도시된 것처럼, 케이싱(500)의 몸체(510) 외주면에는 자전거의 와이어 스포크(wire spoke; 630)가 결합되어 지지되는 지지부재(520)를 더 구비한다. 지지부재(520)에는 와이어 스포크(630)가 고정될 수 있도록 복수의 홀(521)이 형성된다.
이하에서는 본 발명에 따른 바퀴의 구동방법에 대해 설명한다. 하기의 방법은 상기한 실시예에 적용가능하므로, 설명의 편의상 상기 실시예에 사용된 참조 번호를 사용하여 설명한다. 다만, 하기의 바퀴의 구동방법은 상기의 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 이와 유사한 여러 가지 장치에 다양하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 바퀴의 구동방법은 바퀴(640)의 중심에 구비되는 구동축용 허브(H)에 의해, 바퀴(640)를 제1방향으로 회전시키면 바퀴(640)가 전진하도록 구동되고, 바퀴(640)를 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시키면 바퀴(640)가 제동된다.
여기서, 구동축용 허브(H)는, 제1 원웨이 클러치(500)에 의해, 제1방향으로 회전시 바퀴(640)의 축이 되는 케이싱(500)을 회전시켜 구동하고, 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 공회전하여 케이싱(500)을 회전시키지 않는다. 또한, 구동축용 허브(H)는 제2 원웨이 클러치(300)에 의해, 제1방향으로 회전시 공회전하고, 제2방향으로 회전시 케이싱(500) 내부에 구비된 제동부재(200)를 케이싱(500)의 내주면과 접촉하도록 상승시켜 케이싱(500)을 제동시킬 수 있다. 또한, 제동부재(200)는, 제2 원웨이 클러치(300)에 형성된 일방향 걸림턱(323)에 의해 반경 방향으로 상승하여 케이싱(500)을 제동시킬 수 있다. 또한, 정방향, 역방향 어떤 곳으로도 회전시키지 않는 경우에는 바퀴(640)만 회전하고, 크랭크축(610)은 회전되지 않는다.
이러한 본 발명에 따르면, 별도의 브레이크 없이도 하나의 구동축용 허브로, 정방향 회전시 구동이 가능하고, 역방향 회전시 제동이 가능하다. 그리고, 체인이 사용되지 않는 자전거(예를 들면, 세발 자전거)도 역방향 회전으로 제동이 가능하므로, 사고의 위험을 줄일 수 있다.
또한, 앞바퀴가 너무 커서 전복의 위험 때문에 일반적인 마찰형 압축 브레이크를 사용하기 곤란한 페니 파싱도 저속 주행시에는 페달을 정방향으로 회전시켜 구동하고, 고속 주행시에는 페달을 회전시키지 않고 발을 페달 위에 올려 놓으면 발이 편안히 쉴 수 있으며, 제동이 필요한 경우에는 페달의 역방향 회전에 의해 앞바퀴의 중심축 상에서 제동이 가능하다. 이렇게, 페니 파싱의 가장 큰 단점인 고속 주행시 발의 위치문제와 제동문제를 극복할 수 있기 때문에, 페니 파싱을 현대적으 로 재생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세발 자전거의 경우에도 고속으로 주행하는 경우 페달 위에 발을 올려 놓아도 발이 편하게 쉴 수 있으며, 제동 또한 가능한 효과가 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 자전거용 허브를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 자전거용 허브의 분해사시도,
도 3은 도 2의 제1 내통과 제1 단속부재의 결합을 나타낸 사시도,
도 4는 도 2의 자전거용 허브의 일부 결합 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 자전거용 허브의 일부 결합 사시도,
도 6은 도 4에 도시된 A-A 라인에 의한 횡단면도,
도 7a 내지 도 8b는 도 4에 도시된 B-B 라인에 의한 종단면도,
도 9는 본 발명에 따른 자전거의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100...제1 원웨이 클러치 200...제동부재
300...제2 원웨이 클러치 400...중심축
500...케이싱 600...자전거

Claims (23)

  1. 바퀴의 축이 되는 원통 형상의 케이싱;
    상기 케이싱에 삽입되어 제공되는 중심축;
    상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 제1방향으로 회전시 상기 케이싱을 회전시키도록 제공된 제1 원웨이 클러치(one-way clutch);
    상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 케이싱의 내주면과 접촉할 경우 상기 케이싱의 회전을 막도록 제공된 제동부재; 및
    상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 상기 제동부재를 상승시켜 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 제공된 제2 원웨이 클러치를 포함하는 구동축용 허브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 원웨이 클러치는 상기 제2방향으로 회전시 공회전하여 상기 케이싱을 회전시키지 않도록 제공되고,
    상기 제2 원웨이 클러치는 상기 제1방향으로 회전시 공회전하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 원웨이 클러치의 단면 직경은, 상기 제1 원웨이 클러치의 단면 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 원웨이 클러치는,
    원통 형상으로서 제1 래칫(ratchet)이 내주면에 형성된 제1 외통; 및
    원통 형상으로서 상기 제1 외통 내부에 삽입되며, 상기 제1 래칫의 회전을 단속하는 제1 단속부재를 외측에 구비한 제1 내통을 구비하는 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 래칫의 양쪽에 위치하여 상기 제1 내통의 회전을 원활하게 하기 위한 복수의 볼; 및
    상기 제1 외통의 개방된 단부에 결합되는 한 쌍의 커버가 더 구비된 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 원웨이 클러치는,
    원통 형상으로서 제2 래칫이 내주면에 형성된 제2 외통; 및
    원통 형상으로서 상기 제2 외통 내부에 삽입되며, 상기 제2 래칫의 회전을 단속하는 제2 단속부재를 외측에 구비한 제2 내통을 구비하는 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 래칫의 양쪽에 위치하여 상기 제2 내통의 회전을 원활하게 하기 위한 복수의 볼; 및
    상기 제2 외통의 개방된 단부에 결합되는 한 쌍의 커버가 더 구비된 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 외통의 외주면에는 일방향 걸림턱이 형성되고,
    상기 제동부재는 반경 방향으로 신축이 가능한 스프링 부재; 및 상기 스프링 부재의 일단에 결합되되, 상기 일방향 걸림턱에 의해 한쪽 방향 회전시에만 상기 케이싱의 내주면과 접촉하는 정지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 외통의 커버 중의 어느 하나에는 일면에 원형의 고정 돌기가 형성되고,
    상기 제동부재는 상기 고정 돌기에 고정되는 링 형상의 고정부재를 구비하 여,
    상기 스프링 부재의 타단은 상기 고정부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 케이싱의 단부 내주면과, 상기 제1 외통의 외주면에는 나사산이 형성되어 서로 나사결합하는 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 중심축은 상기 제1 원웨이 클러치와 상기 제2 원웨이 클러치가 안착되는 안착부가 구비된 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  12. 바퀴의 축이 되는 원통 형상의 케이싱;
    상기 케이싱 내부에 구비되며, 제1방향으로 회전시 상기 케이싱을 회전시키고, 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 공회전하여 상기 케이싱을 회전시키지 않는 제1 원웨이 클러치;
    상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 케이싱의 내주면과 접촉할 경우 상기 케이싱의 회전을 막는 제동부재;
    상기 케이싱 내부에 구비되며, 제1방향으로 회전시 공회전하고, 제2방향으로 회전시 상기 제동부재를 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 상승시키는 제2 원웨 이 클러치; 및
    상기 제1 원웨이 클러치와 상기 제2 원웨이 클러치의 중심에 결합되는 중심축을 포함하되,
    상기 제1 원웨이 클러치는,
    원통 형상으로서 제1 래칫이 내주면에 형성된 제1 외통; 및
    원통 형상으로서 상기 제1 외통 내부에 삽입되며, 상기 제1 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제1 내통을 구비하고,
    제2 원웨이 클러치는,
    원통 형상으로서 제2 래칫이 내주면에 형성된 제2 외통; 및
    원통 형상으로서 상기 제2 외통 내부에 삽입되며, 상기 제2 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제2 내통을 구비하는 구동축용 허브.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 외통의 외주면에는 일방향 걸림턱이 형성되고,
    상기 제동부재는 반경 방향으로 신축이 가능한 스프링 부재; 및 상기 스프링 부재의 일단에 결합되되, 상기 일방향 걸림턱에 의해 한쪽 방향 회전시에만 상기 케이싱의 내주면과 접촉하는 정지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축용 허브.
  14. 바퀴, 상기 바퀴의 중심에 구비된 구동축용 허브, 일단은 상기 구동축용 허 브와 연결되고 타단은 페달에 연결되는 크랭크 축, 및 상기 바퀴를 지지하는 포크를 포함한 자전거에 있어서,
    상기 구동축용 허브는,
    상기 바퀴의 축이 되는 원통 형상의 케이싱;
    상기 케이싱에 삽입되어 제공되는 중심축;
    상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 제1방향으로 회전시 상기 케이싱을 회전시키도록 제공된 제1 원웨이 클러치;
    상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 케이싱의 내주면과 접촉할 경우 상기 케이싱의 회전을 막도록 제공된 제동부재; 및
    상기 중심축과 결합하여 상기 케이싱 내부에 구비되며, 상기 중심축이 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 상기 제동부재를 상승시켜 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 제공된 제2 원웨이 클러치를 포함하는 자전거.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 원웨이 클러치는,
    원통 형상으로서 제1 래칫이 내주면에 형성된 제1 외통; 및
    원통 형상으로서 상기 제1 외통 내부에 삽입되며, 상기 제1 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제1 내통을 구비하고,
    제2 원웨이 클러치는,
    원통 형상으로서 제2 래칫이 내주면에 형성된 제2 외통; 및
    원통 형상으로서 상기 제2 외통 내부에 삽입되며, 상기 제2 래칫의 회전을 단속하는 단속부재를 외측에 구비한 제2 내통을 구비하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 래칫의 양쪽에 위치하여 상기 제1 및 제2 내통의 회전을 원활하게 하기 위한 복수의 볼; 및
    상기 제1 및 제2 외통의 개방된 단부에 결합되는 두 쌍의 커버가 더 구비된 것을 특징으로 하는 자전거.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제2 외통의 외주면에는 일방향 걸림턱이 형성되고,
    상기 제동부재는 반경 방향으로 신축이 가능한 스프링 부재; 및 상기 스프링 부재의 일단에 결합되되, 상기 일방향 걸림턱에 의해 한쪽 방향 회전시에만 상기 케이싱의 내주면과 접촉하는 정지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 원웨이 클러치의 커버 중의 어느 하나에는 일면에 원형의 고정 돌기가 형성되고,
    상기 제동부재는 상기 고정 돌기에 고정되는 링 형상의 고정부재를 구비하 여,
    상기 스프링 부재의 타단은 상기 고정부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 자전거.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 중심축은, 상기 제1 원웨이 클러치와 상기 제2 원웨이 클러치가 안착되는 안착부와, 상기 포크가 결합되어 지지되는 지지부와, 단부에 상기 크랭크축이 결합되는 결합부가 구비된 것을 특징으로 하는 자전거.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 케이싱의 외주면에는 자전거의 와이어 스포크(wire spoke)가 결합되어 지지되는 지지부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  21. 바퀴의 중심에 구비되는 구동축용 허브에 의해,
    상기 바퀴를 제1방향으로 회전시키면 상기 바퀴가 전진하도록 구동되고,
    상기 바퀴를 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시키면 상기 바퀴가 제동되는 것을 특징으로 하는 바퀴의 구동방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 구동축용 허브는,
    제1 원웨이 클러치에 의해, 제1방향으로 회전시 바퀴의 축이 되는 케이싱을 회전시켜 구동하고, 상기 제1방향의 역방향인 제2방향으로 회전시 공회전하여 상기 케이싱을 회전시키지 않고,
    제2 원웨이 클러치에 의해, 제1방향으로 회전시 공회전하고, 상기 제2방향으로 회전시 상기 케이싱 내부에 구비된 제동부재를 상기 케이싱의 내주면과 접촉하도록 상승시켜 상기 케이싱을 제동시키는 것을 특징으로 하는 바퀴의 구동방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제동부재는, 제2 원웨이 클러치에 형성된 일방향 걸림턱에 의해 반경 방향으로 상승하여 상기 케이싱을 제동시키는 것을 특징으로 하는 바퀴의 구동방법.
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