WO2015056832A1

WO2015056832A1 - 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체

Info

Publication number: WO2015056832A1
Application number: PCT/KR2013/009866
Authority: WO
Inventors: 박정균; 서달원
Original assignee: (주) 에프엑스기어
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-04-23
Also published as: CN105722754A; TWI525014B; TW201515926A; CN105722754B; KR101468389B1

Abstract

크랭크축에 설치되는 스프로킷의 직경이 일정한 것을 기준으로 할 때 크랭크암의 일 회전에 대한 후륜의 회전수를 더욱 높이도록 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체가 개시된다. 이와 같은 크랭크 조립체는, 프레임 구조체에 마련된 셸에 회전 가능하게 지지되는 크랭크축과; 상기 크랭크축의 양단부에 상호 위상이 반대 방향으로 향하도록 각 일단부가 고정되는 크랭크암;을 구비하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체에 있어서, 상기 일측 크랭크암의 일단부에 형성되며, 상기 크랭크축을 중심으로 유성기어를 동심원 배치로 구비한 유성기어 캐리어와; 타측부는 상기 셸의 일측에 고정되고, 일측부는 상기 크랭크축 일측을 간격을 두고 감싸는 관 형상으로 외주면이 상기 유성기어와 치합되는 태양기어; 및 상기 태양기어의 외주면을 지지기반으로 하여 회전 지지되고, 내주면이 상기 유성기어와 치합되며, 외주면에 하나 이상의 스프로킷이 구비되는 링기어;를 포함한 구성으로 이루어지고, 상기 태양기어의 직경은 상기 유성기어의 직경보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

Description

회전비를 증가시키는 크랭크 조립체

본 발명은 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체에 관한 것으로서, 구체적으로는 자전거의 크랭크축에 설치되는 스프로킷의 직경이 일정한 것을 기준으로 할 때 크랭크암의 일 회전에 대한 자전거 후륜의 회전수를 더욱 높이도록 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체에 관한 것이다.

일반적인 자전거는 탑승자의 발 구름 동작을 추진력으로 변환하여 발 구름 동작보다 더 먼 거리를 이동할 수 있도록 한 이동수단이다.

여기서, 탑승자의 발 구름 동작을 추진력으로 변환하는 동력전달장치는, 프레임 구조체에 마련된 셸(shell)을 지지기반으로 하여 탑승자의 발 구름에 의해 회전하는 크랭크 조립체와 이 크랭크 조립체에 구비된 큰 스프로킷과 후륜에 설치되는 작은 스프로킷을 상호 연결하는 체인을 포함한 구성으로 이루어진다.

또한, 크랭크 조립체의 구성은, 셸 내에 회전 가능하게 설치한 구동축과 위상이 상호 반대 방향에 있도록 구동축의 양단에 각각 일단이 고정되는 크랭크암 및 구동축의 일측에 설치한 큰 스프로킷을 포함한 구성으로 이루어진다.

여기서, 큰 스프로킷과 작은 스프로킷의 크기 비율은, 탑승자에 의한 일 회의 발 구름에 대하여 후륜을 더욱 많이 회전시키기 위한 것이다.

즉, 탑승자의 작은 노력에 비해 더욱 먼 거리를 이동하기 위해서는, 큰 스프로킷의 크기 비율을 작은 스프로킷에 비해 가능한 크게 형성하거나 셸에서 후륜축에 이르는 구간에 복수의 기어 또는 스프로킷의 배치와 연결의 추가 구성을 필요로 한다.

전자는, 큰 스프로킷의 직경을 확장하는데 한계가 있고, 특히 MTB 등 오프로드에서 탈 수 있도록 한 자전거의 경우는, 도로의 돌출된 부위에 대하여 큰 스프로킷이 충돌하여 손상 내지 파손될 우려가 있는 관계로 그 크기의 축소가 요구되는 관계에 있다.

후자는, 대한민국 등록특허공보 제10-1195127호에 개시된 바와 같이, 많은 구성의 설치와 그에 따른 공간 확보의 어려움이 있을 뿐 아니라, 이들 각 구성의 설치에 따른 자전거의 중량이 증가하는 문제가 있고, 이들 구성의 부분적인 손상 내지 파손이 있는 경우 그에 대한 수리 및 교체가 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 큰 스프로킷의 직경을 줄이면서도 탑승자의 발 구름 동작에 대하여 후륜을 더욱 많이 회전하게 하고, 각 구성의 집약으로 그 설치공간 확보가 용이하도록 함과 동시에 자전거의 중량 변화를 최소화하며, 조립의 단순화를 통해 각 구성의 수리 및 교체가 용이하도록 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프레임 구조체에 마련된 셸에 회전 가능하게 지지되는 크랭크축과; 상기 크랭크축의 양단부에 상호 위상이 반대 방향으로 향하도록 각 일단부가 고정되는 크랭크암;을 구비하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체에 있어서, 상기 일측 크랭크암의 일단부에 형성되며, 상기 크랭크축을 중심으로 유성기어를 동심원 배치로 구비한 유성기어 캐리어와; 타측부는 상기 셸의 일측에 고정되고, 일측부는 상기 크랭크축 일측을 간격을 두고 감싸는 관 형상으로 외주면이 상기 유성기어와 치합되는 태양기어; 및 상기 태양기어의 외주면을 지지기반으로 하여 회전 지지되고, 내주면이 상기 유성기어와 치합되며, 외주면에 하나 이상의 스프로킷이 구비되는 링기어;를 포함한 구성으로 이루어지고, 상기 태양기어의 직경은 상기 유성기어의 직경보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양기어 일단부와 이에 대응하는 상기 크랭크암 일단부의 타측면 사이 또는 상기 태양기어 일단부와 이에 대응하는 상기 유성기어 캐리어의 타측면 사이에 상호 회전 지지하는 제 1 베어링을 더 구비토록 함이 바람직하다.

그리고, 상기 링기어는, 상기 유성기어의 공전궤도 외곽을 감싸는 단관 형상으로 내주면이 상기 유성기어와 치합되는 링기어 베이스와; 상기 링기어 베이스의 타측에서 내측으로 연장한 판 형상으로 내주연이 상기 태양기어의 외주면에 근접 대응하여 회전 지지를 받는 지지부재;를 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.

더불어, 상기 지지부재의 내주연과 이에 대응하는 상기 태양기어의 외주면 사이에 제 2 베어링을 더 구비토록 하고, 상기 유성기어축과 상기 유성기어 사이에 부시 또는 베어링을 포함하는 베어링부재를 더 구비토록 함이 바람직하다.

한편, 상기 태양기어는, 상기 제 1, 2 베어링의 각 내륜에 각각 대응하여 일단부와 타단부가 끼워지는 단관 형상을 이루고, 외주면 중간 부위는 그 둘레를 따라 상기 유성기어와 치합이 이루어지는 기어가 돌출 형성되며, 타단 부위 중 단부 둘레를 따라 타측 방향으로 연장 돌출한 복수의 톱니가 형성된 태양기어 본체와; 일단부는 상기 태양기어 본체의 타단에 형성된 톱니에 부합하여 끼워지는 스플라인과 스플라인홈이 형성되고, 타측 부위는 상기 셸의 일단부에 고정되는 태양기어 서포트;를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 셸에는 상기 셸의 일단부가 끼워지는 슬리브 형상 부위와 상기 슬리브 형상 부위의 일단부에서 외측으로 연장 형성된 원판 형상의 플랜지 부위를 갖는 브래킷을 더 구비하고, 상기 브래킷은, 고정나사가 상기 슬리브 형상 부위를 관통하여 대응하는 상기 셸의 일단부에 체결됨으로써 고정이 이루어지고, 상기 태양기어 서포트는, 상기 브래킷의 플랜지 형상 부위를 관통하는 고정나사와 체결됨으로써 고정이 이루어지도록 하여 그 조립이 이루어질 수 있다.

또는, 상기 셸에는 상기 셸의 일단부가 끼워지는 슬리브 형상 부위와; 상기 슬리브 형상 부위의 일단부에서 외측으로 연장 형성된 원판 형상을 이루는 플랜지 형상 부위를 갖는 브래킷을 더 구비하고, 상기 태양기어는, 상기 브래킷의 플랜지 형상 부위 일측면에 고정나사로 고정이 이루어지는 태양기어 서포트와; 상기 태양기어 서포트의 일측면 내주연을 따라 일측 방향으로 연장 돌출한 관 형상으로 외주면이 상기 유성기어와 치합되는 태양기어 본체;를 포함하여 구성되고, 상기 태양기어 서포트와 상기 태양기어 본체를 일체로 형성함이 바람직하다.

이에 더하여, 상기 브래킷은 플랜지 형상 부위 일측면에 상기 제 2 베어링 내륜의 타측면에 대면하도록 지지턱을 더 형성하고, 상기 태양기어 서포트는 타측면 일부에 상기 제 2 베어링 내륜의 일측면에 대응하는 압착부를 마련하고, 상기 브래킷에 대해 상기 태양기어를 고정하는 과정에서 상기 지지턱과 압착부는 이들 사이에 놓이는 상기 제 2 베어링의 내륜을 압착하여 고정토록 함이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 유성기어 캐리어에 안내되는 유성기어는 태양기어의 원주를 따라 공전하면서 자전하고, 이때 유성기어의 직경은 태양기어의 직경보다 작게 형성됨에 의해 공전각도에 비교하여 자전의 속도가 상승하여 그 선속도에 대응하는 비율로 링기어를 회전시킴으로써 탑승자의 발 구름 동작에 대하여 큰 스프로킷의 직경을 줄이면서도 후륜을 더욱 많이 회전하게 하고, 각 구성이 집약되어 있어 기존의 설치공간 내에서 그 설치가 이루어짐과 동시에 자전거의 중량 변화를 최소화하며, 조립의 단순화를 통해 각 구성의 수리 및 교체가 용이한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체의 구성 및 이들 각 구성의 조립관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시한 각 구성의 조립과정을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 도 2d의 조립 상태의 태양기어와 유성기어 캐리어를 포함한 유성기어 및 링기어의 배치관계와 이들 상호 간의 작용관계를 설명하기 위한 배치도이다.

도 4는 도 3에서 태양기어와 유성기어 및 링기어의 피치원을 기초하고, 유성기어의 공전과 자전에 따른 에피사이클로이드 곡선을 이용하여 그 작용관계를 설명하기 위한 계통도이다.

도 5는 본 발명의 변형 실시 예에 따른 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체의 구성 및 이들 각 구성의 조립관계를 설명하기 위한 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시한 구성은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

그리고, 본 명세서에서 방향을 지시하는 일측과 타측은, 프레임 구조체에 마련된 셸을 중심으로 스프로킷이 설치되는 방향에 있는 각 구성 및 구성부를 일측 또는 일측부라 명명하기로 하고, 상대측을 타측 또는 타측부라 명명하기로 하며, 일단부와 타단부는 그 길이 방향 중 대응하는 다른 구성과의 관계로부터 선택된 어느 하나의 방향에 있는 단부를 가리키는 것으로 하여 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체는, 도 1 내지 도 2d에 도시한 바와 같이, 프레임 구조체(F)에 마련된 셸(S) 내에 축하우징(10)에 의해 회전 가능하게 지지되는 크랭크축(12)이 설치되고, 이 크랭크축(12)의 양단부에는 상호 위상이 반대 방향에 있도록 배치를 이룬 크랭크암(14, 14')의 길이 방향 각 일단부가 고정된다.

또한, 각 크랭크암(14, 14')의 타단부에는, 통상의 자전거 구성에서와 같이, 페달(P)이 페달축(P/s)을 중심으로 자유롭게 회전 가능하게 설치된다.

여기서, 크랭크축(12)과 크랭크암(14, 14')의 고정은, 도 1 내지 도 2d와 도 5에 도시한 바와 같이, 크랭크축(12)의 양측 단부에 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h)을 형성하고, 이에 대응하는 크랭크암(14, 14')에는 크랭크축(12) 단부의 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h)이 부합하여 끼워지는 스플라인홈(sp/h)과 스플라인(sp)을 갖는 홈 또는 홀 및 보스 형태 등 회전 방지부를 마련함으로써 그 결합에 의해 상호 회전이 방지되는 구조를 이룬다.

그리고, 크랭크축(12)과 크랭크암(14, 14')의 조립상태는, 이후 크랭크암(14, 14')을 관통하여 크랭크축(12)에 체결볼트(B)가 체결됨으로써 그 결합 상태가 안정적으로 유지된다.

이들 크랭크암(14, 14') 중 셸(S)의 일측에 위치한 크랭크암(14)의 길이 방향 일단부에는, 크랭크축(12)을 중심으로 동심원 배치의 유성기어축(16)을 하나 이상 구비한 유성기어 캐리어(18)가 형성된다.

유성기어 캐리어(18)는, 도 2a 내지 도 2d에서 일측 크랭크암(14)에 별도의 구성으로서 결합되는 것으로 표현되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이는 크랭크암(14)의 제조과정 중 주물 공정 또는 다이캐스팅 공정 및 이를 포함한 단조 내지 절삭 등의 후가공을 통해 일측 크랭크암(14)에 유성기어 캐리어(18)가 일체를 이루도록 제조될 수 있는 것이다.

즉, 일측 크랭크암(14)의 타측면에 크랭크축(12)을 중심으로 동심원 배치의 유성기어축(16)을 형성한 것으로 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 유성기어 캐리어(18)에 구비된 유성기어축(16)은, 둘 이상의 복수 개수로 이루어질 경우, 상술한 동심원 배치를 따라 상호 등간격 배치를 이루도록 함이 바람직하다.

그리고, 유성기어 캐리어(18)의 타측면 또는 유성기어 캐리어(18)가 일측 크랭크암(14)에 일체로 형성될 경우의 일측 크랭크암(14)의 일단부 타측면에는, 유성기어축(16)이 이루는 동심원 배치의 내측 영역에 일측 방향으로의 깊이를 갖는 자리홈(20)이 형성되고, 이 자리홈(20)의 내벽과 깊이 방향 타측면에는 후술하는 태양기어(30, 30')의 일단부를 지지하기 위한 제 1 베어링(22)이 설치된다.

이렇게 설치되는 제 1 베어링(22)을 레이디얼 베어링으로 구성할 때, 그 외륜(22a)은, 도 2a의 화살표 'Ⅱa'로 부분 확대 표시한 바와 같이, 자리홈(20)의 내벽에 대하여 억지끼움 등의 방식으로 설치하고, 깊이 방향 타측면에는 제 1 베어링(22)의 내륜(22b)이 이격되어 있도록 제 1 베어링(22) 외륜(22a)의 일측면에 한정적으로 접촉 대응하는 단턱(24)을 더 형성함이 바람직하다.

이것은 크랭크축(12)에 대한 태양기어(30, 30')의 정렬을 지지토록 함과 동시에 태양기어(30, 30')에 대하여 일측 크랭크암(14)이 회전 지지되게 하는 상호 보완적인 관계에 있다.

여기서, 도 2a의 화살표 'Ⅱb'로 부분 확대 표시한 자리홈(20')은, 위 유성기어 캐리어(18)의 변형예로서, 일측 크랭크암(14)에 유성기어 캐리어(18')를 조립함에 있어서, 유성기어 캐리어(18')의 일측 방향에서 타측 방향 내측으로의 단차(d)를 갖는 관통 홀로 형성할 수 있음을 나타낸 것이다.

이것은, 제 1 베어링(22)이 유성기어 캐리어(18')의 일측으로부터 삽입되는 과정에서 그 외륜(22a)의 타측 가장자리 부위가 단차(d) 부위에 걸쳐지고, 이후 일측 크랭크암(14)과 유성기어 캐리어(18')의 상호 결합과정에서 압박으로 고정되게 할 수 있다.

그리고, 도 2a의 화살표 'Ⅱc'로 부분 확대 표시한 제 1 베어링(22')은, 위 제 1 베어링(22)의 변형예로서, 스러스트 베어링이 적용될 수 있음을 나타낸 것이고, 이 경우의 제 1 베어링(22')은 태양기어(30")의 일단부에 대한 일측 크랭크암(14)의 조립 위치를 결정토록 할 수도 있다.

또한, 상술한 구성에 있어서, 유성기어축(16)에는 유성기어(26)가 회전 가능하게 지지된다.

유성기어축(16)과 유성기어(26) 사이에는, 유성기어축(16)에 대하여 유성기어(26)의 회전이 자유롭게 하기 위한 부시 또는 베어링 등의 베어링부재(28)를 더 구비토록 함이 바람직하다.

한편, 앞서 언급한 태양기어(30, 30')는, 도 1 내지 도 2d 및 도 5에 도시한 바와 같이, 타측 부위가 셸(S)의 일측에 대하여 고정되고, 이로부터 일측 방향으로 연장된 부위는 일측의 크랭크축(12)에 대해 간격을 두고 감싸는 관 형상을 이루며 외벽에 그 원주둘레를 따라 유성기어(26)와 치합(齒合)되는 구성을 이룬다.

이러한 태양기어(30, 30')에 있어서, 도 1 내지 도 2d에서 일 실시 예로 도시한 태양기어(30)에 대하여 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.

태양기어(30)는, 상술한 셸(S)의 일측부와 이에 대향하는 일측 크랭크암(14)의 일단부 타측면 사이에 놓이는 단관 형상으로, 일단 부위가 상술한 제 1 베어링(22)의 내륜에 대응하여 끼워지는 제 1 삽입부(32a)를 이루고, 타단 부위는 후술하는 제 2 베어링(36)의 내륜(36b)에 대응하여 끼워지는 제 2 삽입부(32b)를 이루며, 제 1, 2 삽입부(32a, 32b) 사이의 외주면에는 유성기어(26)에 형성된 기어(g')와 치합이 이루어지는 기어(g)가 제 1, 2 삽입부(32a, 32b)의 외주면보다 더 돌출하여 형성된 태양기어 본체(32)를 구비한다.

여기서, 상술한 태양기어 본체(32) 중 제 2 삽입부(32b)에는, 그 타측의 단부 둘레를 따라 타측 방향으로 연장 돌출한 복수의 톱니(32c)가 형성된다.

또한, 태양기어(30)는, 상술한 태양기어 본체(32)와 더불어 태양기어 본체(32)의 타측을 셸(S)의 일측에 고정하기 위한 태양기어 서포트(34)를 구비한다.

상술한 태양기어 서포트(34)는, 도 1 또는 도 2c에 도시된 바와 같이, 일측면에 제 2 베어링(36)의 내측에 끼워지는 슬리브 형상의 것으로서 외주면에 태양기어 본체(32)의 톱니(32c)들 사이에 끼워지는 스플라인(sp)과 톱니(32c)들이 끼워지며 톱니(32c)들의 내면을 지지하는 스플라인홈(sp/h)이 형성된 돌출부(34a)와; 이 돌출부(34a)의 타측면에서 외측으로 연장된 형상을 이루고, 후술하는 링기어(38)의 타측면에 근접 대향하여 그 정렬 상태를 지지하며, 타단 부위는 근접하는 셸(S)의 일단부에 대하여 고정되는 플랜지부(34b)를 구비하여 이루어진다.

즉, 태양기어 서포트(34)는, 플랜지부(34b)를 통해 셸(S)의 일단부에 고정되고, 플랜지부(34b)로부터 연장 돌출한 형상을 이루는 돌출부(34a)는 형성된 스플라인(sp)과 스플라인홈(sp/h)이 제 2 베어링(36)을 사이에 두고 제 2 베어링(36)의 내륜(36b) 내측에서 대향하는 태양기어 본체(32)의 톱니(32c)와 상호 끼워져 결합되는 관계에 있다.

또한, 이들 태양기어 본체(32)와 태양기어 서포트(34)는, 상술한 일측 크랭크암(14)이 크랭크축(12)이 체결볼트(B)에 의해 체결되는 과정에서, 그 사이의 구성들을 압박됨에 의해 상호 간의 결합상태가 안정적으로 유지된다.

이때, 상술한 태양기어 서포트(34)의 플랜지부(34b)는, 후술하는 링기어(38)의 타측면에 간격을 두고 근접 위치하여 태양기어(30)를 지지기반으로 한 링기어(38)의 슬라이딩 이동을 제한한다.

그리고, 상호 마주보는 태양기어 서포트(34)의 플랜지부(34b) 일측면과 링기어(38)의 타측면 중 적어도 어느 일면에는 링기어(38)의 회전에 따른 상호 간의 마찰 내지 마모를 줄이기 위해 그리스 등의 윤활제를 머금도록 하는 오일홈을 형성하거나 또는 윤활제의 흐름 방지 또는 외부의 이물질이나 다른 오일의 유입을 방지하기 위해 대향하는 면에 대하여 미끄럼이 가능하게 접촉하는 가스킷(44)을 더 구비한다.

더불어, 상술한 유성기어 캐리어(18)의 타측면과 이에 근접 대면하는 링기어(38)의 일측면 중 적어도 어느 일면에도 상술한 오일홈이나 가스킷(44')을 더 마련한 것으로 한다.

상술한 셸(S)에 대한 태양기어 서포트(34)를 고정하기 위해서는, 도 1, 도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 셸(S)의 일단부가 끼워지는 슬리브 형상 부위를 가지며, 이 슬리브 형상 부위의 일단부에서 외측으로 연장 형성된 원판 형상의 플랜지 형상 부위를 갖는 브래킷(42)을 마련한다.

먼저, 브래킷(42)은, 슬리브 형상 부위를 통해 고정나사(N)를 관통시켜 대응하는 셸(S)에 체결하는 것으로 고정된다.

이후, 태양기어 서포트(34)의 고정은, 고정된 브래킷(42)의 플랜지 형상 부위에 대응하여 태양기어 서포트(34)의 플랜지부(34b)를 대응 위치시키고, 브래킷(42)의 플랜지 형상 부위를 통해 고정나사(N)를 관통시켜 태양기어 서포트(34)의 플랜지부(34b)에 대하여 고정나사(N)의 체결함으로써 이루어진다.

여기서, 상술한 브래킷(42) 구성은, 위의 설명과 도면에서 태양기어 서포트(3)에 대해 결합되는 별개의 구성으로 표현되었으나, 이렇게 브래킷(42)을 구비하는 것은 상술한 셸(S)의 사이즈가 상이한 경우에 대응하기 위한 것이고, 셀(S)의 사이즈가 일정할 경우는, 태양기어 서포트(34)의 제조 과정에서 브래킷(42)에 대응하는 구성 부위를 일체의 구성으로 제작될 수 있음은 당연하다고 할 것이다.

또한, 태양기어 본체(32)의 외주면에 형성된 기어(g)는, 그 뿌리 부분 양측이 대응하는 제 1, 2 베어링(22, 36)의 내륜(22b, 36b)의 타측면과 일측면에 각각 지지된다.

이렇게 지지되는 부위로부터 기어(g)의 선단에 이르는 부위는 제 1, 2 베어링(22, 36) 외륜(22a, 36a)에 간섭되지 않도록 제 1, 2 삽입부(32a, 32b) 사이의 중심 방향 외측으로 직경이 점차 확장되게 테이퍼진 형상을 갖도록 함이 바람직하다.

여기서, 태양기어 본체(32)의 기어(g)를 제 1, 2 삽입부(32a, 32b)의 외주면보다 더 돌출되게 형성한 것은, 제 1, 2 베어링(22, 36)의 상호 간격과 이를 포함한 유성기어(26)의 유격을 제한하기 위한 것으로 이미 설정된 설계된 치수로 이루어진다.

상술한 태양기어(30, 30')의 직경은, 그 작용관계의 설명에서 다시 언급하겠으나, 유성기어(26)의 직경보다 큰 것을 적용함이 바람직하다.

그리고, 태양기어(30)의 제 1, 2 삽입부(32a, 32b)는, 각각 대응하는 제 1, 2 베어링(22, 36)의 내륜(22b, 36b)에 대하여 억지끼움으로 끼워질 수도 있겠으나, 조립이 용이하도록 하기 위하여 슬라이딩 삽입이 가능한 정도로 구성함이 바람직하다.

한편, 도 5에 도시한 태양기어(30')는, 도 1 내지 도 2d에 도시한 태양기어(30)의 설치와 마찬가지로 셀(S)에 고정 설치를 위한 대응하는 형상의 브래킷(42')을 구비함이 바람직하다.

이러한 브래킷(42')은, 앞서 언급한 브래킷(42)의 형성과 마찬가지로, 후술하는 태양기어 서포트(34')에 대하여 일체의 구성으로 형성될 수 있음은 당연하다고 할 것이다.

상술한 태양기어(30')는, 브래킷(42')을 관통하는 고정나사와 체결이 이루어지는 태양기어 서포트(34')를 구비한다.

이러한 태양기어 서포트(34')는 상술한 브래킷(42')에 대하여 결합되는 과정에서 그 사이에 링기어(38')에 구비되는 제 2 베어링(36')의 내륜(36b')을 압박하여 고정토록 할 수 있다.

이를 위한 부가적인 기술 구성으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 브래킷(42')의 일측면에 제 2 베어링(36') 내륜(36b')의 타측면과 마주보게 돌출한 지지턱(42a')을 더 형성하고, 상대측에는 태양기어 서포트(34')의 타측면이 제 2 베어링(36') 내륜(36b')의 일측면에 대응 접촉하는 압착부(34a')를 갖도록 하여 이루어질 수 있다.

또한, 태양기어 서포트(34')의 일측면에는 내주연을 따라 일측 방향으로 연장 돌출한 관 형상으로 외주면의 원주방향 둘레를 따라 유성기어(26)와 치합이 이루어지는 기어(g)가 형성된 태양기어 본체(32')가 형성된다.

즉, 도 5에 도시한 태양기어(30')는, 상술한 태양기어 서포트(34')와 태양기어 본체(32')가 일체로 형성된 구성이고, 태양기어 서포트(34')의 일측면은 대향하는 위치의 유성기어축(16)으로부터 유성기어(26)의 이탈을 저지하는 범위로 더 확장될 수 있음을 나타내고 있다.

그리고, 이에 대응하는 링기어(38')의 내주면은 앞서 설명한 링기어(38)의 내주면보다 더 큰 직경으로 형성될 수 있음을 나타내고 있다.

이상의 설명 중 상술한 두 실시 예에 따른 태양기어(30 or 30') 중 전자의 태양기어(30)는, 크랭크축(12)에 대하여 일측 크랭크암(14)의 체결 또는 분해과정에 따라 링기어(38) 및 유성기어(26)와 함께 일 방향으로 조립 또는 분해되는 관계에 있고, 반면 후자의 경우는 링기어(38')의 조립 또는 분해를 위해서 셸(S)에 대하여 태양기어(30')의 분해와 조립의 과정을 필요로 하는 관계에 있다.

따라서, 위의 두 실시 예에 따른 태양기어(30 or 30') 중 전자의 태양기어(30)는 작동하는 각 구성의 분해 또는 조립의 효율성을 더욱 향상시키는 효과를 갖는다.

한편, 앞서 언급한 링기어(38, 38')는, 도 1, 도 2c, 도 2d 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제 2 베어링(36, 36')을 통해 태양기어(30, 30')의 외주면으로부터 회전 가능하게 지지되고, 내주면에는 유성기어(26)의 기어(g')와 치합이 이루어지는 기어(g")가 형성되며, 외주면에는 크랭크축(12)의 길이 방향 배치로 하나 이상의 스프로킷(40a, 40b, …)들이 설치된다.

이러한 링기어(38, 38')의 구성에 대하여 도 1, 도 2c, 도 2d에 도시한 것을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 유성기어 캐리어(18)의 안내를 받는 유성기어(26)의 공전궤도 외곽을 감싸는 단관 형상으로 내주면에 유성기어(26)의 외주면에 형성된 기어(g')와 치합이 이루어지는 기어(g")가 형성된 링기어 베이스(38a)와; 이 링기어 베이스(38a)의 타측에 구비되는 도우넛 형상으로 내주연이 대응하는 태양기어(30)의 외주면 둘레를 따라 근접 위치되는 지지부재(38b)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상술한 기술 구성 중 도 1 내지 도 2d에 도시한 링기어 베이스(38a)와 지지부재(38b)는 대향 위치의 유성기어 캐리어(18)와 함께 유성기어(26)의 유격을 제한하는 설치 및 작동 영역을 구획한다.

이상에서 설명한 각 구성 중 태양기어(30, 30')와 유성기어(26) 및 링기어(38, 38')는, 그 조립에 있어서, 연결 구동관계가 안정적으로 유지되기 위하여 크랭크축(12)을 중심으로 수직한 배열과 동심원 배치를 이루고, 이와 더불어 셀(S)과 크랭크축(12) 및 크랭크암(14)과의 연결관계 구성은, 그 설치영역을 집약시킨 효과를 창출한다.

이하, 상술한 각 구성들의 조립관계로부터 그 작동관계를 도 3과 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 태양기어(30, 30')는 셀(S)의 일측에 고정되어 있고, 유성기어(26)는 유성기어 캐리어(18)가 크랭크축(12)의 일단부에 고정된 크랭크암(14, 14')와 함께 회전함으로써 태양기어(30, 30')와 치합을 이루며 자전함과 동시에 그 주위의 공전궤도(C)를 따라 이동하면서 링기어(38, 38')를 회전시킨다.

이때, 태양기어(30, 30')와 유성기어(26) 및 링기어(38, 38')는, 이웃하는 상호 간에 미끄러짐이 방지된 치합관계에 있으므로, 이들 각각의 회전은 각각의 피치원(30/p, 26/p, 38/p)을 따라 이루어진다.

여기서, 태양기어(30, 30')의 피치원 직경(r)을 유성기어(26) 피치원 직경(r')의 세 배로 한, 도 5의 피치원 관계를 참고하면, 크랭크암(14, 14')의 일 회전에 대하여 유성기어 피치원(26/p) 상에 있는 한 점(P)는 태양기어 피치원(30/p)과 접하는 한 접점(P1)에서 태양기어 피티원(30/p) 상에 세 번에 걸쳐 다시 접하는 에피사이클로이드(epicycloid)의 궤적(O)을 이룬다.

그리고, 궤적(O)에 표시된 각 점(P)들은, 유성기어(26)가 한 번 회전하기까지 유성기어(26)의 공전궤도(C)가 이루는 각도를 일정하게 세분한 세그먼트 각도(θ) 단위로 표시한 것이다.

이에 따르면, 접점(P1)에서 시작한 각 점(P)의 간격은, 점진적으로 확대되다가 태양기어(30, 30')의 중심으로부터 세그먼트 각도(θ)에 대한 최외곽의 구간(M1~M2)을 통과할 때 최대간격(최외곽에서의 선속도:ℓ)을 이루고, 이후 각 점(P)들의 간격은 태양기어(30, 30')에 다시 접하는 접점(Pn)에 도달하기까지 점진적으로 좁아지는 관계에 있다.

즉, 유성기어(26)가 링기어(38, 38')에 동력을 전단하는 부위는 항상 태양기어(30, 30')의 중심으로부터 최외곽 부위에 있으므로, 세그먼트 각도(θ)에 대한 유성기어(26)의 이동거리(M1~M2)보다 최외곽에서의 선속도(ℓ)가 더욱 확대됨을 알 수 있다.

다시 말하자면, 유성기어(26)는 태양기어(30, 30')를 공전함과 동시에 공전 위치를 지지기반으로 하여 자전하는 관계에 있으므로, 유성기어(26)의 일 회 공전 대비 링기어(38, 38')를 더욱 높은 비율로 회전시키게 된다.

이러한 회전비에 대하여 예시하자면, 태양기어(30, 30')의 직경이 유성기어(26)보다 2배 크기로 형성될 경우(2:1)에는 약 1.3배 증가하고, 위의 경우에서와 같이, 그 직경 비율이 3:1인 경우는, 약 1.6배 증가하며, 4:1인 경우는 약 1.77배 증가하며, 5:1인 경우는 약 1.9배 증가한다.

만약, 태양기어(30, 30')의 피티원 직경(r)이 유성기어(26)의 피치원 직경(r')보다 작은 경우에는, 유성기어 피치원(26/p) 상의 한 점은 크랭크암(14, 14')의 일 회전 이상으로 회전해야만 다시 원점으로 복귀하게 되므로, 유성기어(26)의 일 회 공전 대비 링기어(38, 38')의 회전 비율이 감소하게 된다.

또한, 태양기어(30, 30')의 피치원 직경(r)이 유성기어(26)의 피치원 직경(r')이 같은 경우에는, 유성기어 피치원(26/p) 상의 한 점은 크랭크암(14, 14')의 일 회전시에 원점으로 복귀하게 되므로, 유성기어(26)의 일 회 공전 대비 링기어(38, 38')의 회전 비율은 상호 같은 수준에 있게 된다.

그리고, 태양기어(30, 30')의 피치원 직경(r)을 유성기어(26)의 피치원 직경(r')보다 더욱 크게 할 경우에는, 유성기어(26)의 일 회 공전 대비 링기어(38, 38')의 회전 비율이 더욱 상승함은 당연한 것이다.

더불어, 상술한 크랭크축(12)과 셀(S) 및 크랭크암(14, 14')의 구동관계와 스프로킷(40a, 40b, …)의 사이즈 및 기어(g, g', g")비를 고려할 때, 태양기어(30, 30')의 피치원 직경(r)과 유성기어(26)의 피치원 직경(r')의 비율은 1.5~5:1 범위 내에 있도록 함이 바람직하다고 할 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 위에 기술한 바와 같이, 크랭크암(14, 14')의 일 회전 대비 링기어(38, 38')의 회전수 비율이 증가함에 따라, 크랭크암(14, 14')의 종래와 동일한 회전 대비 스프로킷(40a, 40b, …)의 직경(R)을 더욱 줄일 수 있다.

Claims

프레임 구조체에 마련된 셸에 회전 가능하게 지지되는 크랭크축과; 상기 크랭크축의 양단부에 상호 위상이 반대 방향으로 향하도록 각 일단부가 고정되는 크랭크암;을 구비하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체에 있어서,

상기 일측 크랭크암의 일단부에 형성되며, 상기 크랭크축을 중심으로 유성기어를 동심원 배치로 구비한 유성기어 캐리어와;

타측부는 상기 셸의 일측에 고정되고, 일측부는 상기 크랭크축 일측을 간격을 두고 감싸는 관 형상으로 외주면이 상기 유성기어와 치합되는 태양기어; 및

상기 태양기어의 외주면을 지지기반으로 하여 회전 지지되고, 내주면이 상기 유성기어와 치합되며, 외주면에 하나 이상의 스프로킷이 구비되는 링기어;

를 포함한 구성으로 이루어지고,

상기 태양기어의 직경은 상기 유성기어의 직경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 태양기어 일단부와 이에 대응하는 상기 크랭크암 일단부의 타측면 사이 또는 상기 태양기어 일단부와 이에 대응하는 상기 유성기어 캐리어의 타측면 사이에 상호 회전 지지하는 제 1 베어링을 더 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 링기어는, 상기 유성기어의 공전궤도 외곽을 감싸는 단관 형상으로 내주면이 상기 유성기어와 치합되는 링기어 베이스와; 상기 링기어 베이스의 타측에서 내측으로 연장한 판 형상으로 내주연이 상기 태양기어의 외주면에 근접 대응하여 회전 지지를 받는 지지부재;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 3 항에 있어서,

상기 지지부재의 내주연과 이에 대응하는 상기 태양기어의 외주면 사이에 제 2 베어링을 더 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 유성기어축과 상기 유성기어 사이에 부시 또는 베어링을 포함하는 베어링부재를 더 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 태양기어는,

상기 제 1, 2 베어링의 각 내륜에 각각 대응하여 일단부와 타단부가 끼워지는 단관 형상을 이루고, 외주면 중간 부위는 그 둘레를 따라 상기 유성기어와 치합이 이루어지는 기어가 돌출 형성되며, 타단 부위 중 단부 둘레를 따라 타측 방향으로 연장 돌출한 복수의 톱니가 형성된 태양기어 본체와; 일단부는 상기 태양기어 본체의 타단에 형성된 톱니에 부합하여 끼워지는 스플라인과 스플라인홈이 형성되고, 타측 부위는 상기 셸의 일단부에 고정되는 태양기어 서포트;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 6 항에 있어서,

상기 셸에는 상기 셸의 일단부가 끼워지는 슬리브 형상 부위와 상기 슬리브 형상 부위의 일단부에서 외측으로 연장 형성된 원판 형상의 플랜지 부위를 갖는 브래킷을 더 구비하고,

상기 브래킷은, 고정나사가 상기 슬리브 형상 부위를 관통하여 대응하는 상기 셸의 일단부에 체결됨으로써 고정이 이루어지고,

상기 태양기어 서포트는, 상기 브래킷의 플랜지 형상 부위를 관통하는 고정나사와 체결됨으로써 고정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 셸에는 상기 셸의 일단부가 끼워지는 슬리브 형상 부위와; 상기 슬리브 형상 부위의 일단부에서 외측으로 연장 형성된 원판 형상을 이루는 플랜지 형상 부위를 갖는 브래킷을 더 구비하고,

상기 태양기어는,

상기 브래킷의 플랜지 형상 부위 일측면에 고정나사로 고정이 이루어지는 태양기어 서포트와; 상기 태양기어 서포트의 일측면 내주연을 따라 일측 방향으로 연장 돌출한 관 형상으로 외주면이 상기 유성기어와 치합되는 태양기어 본체;를 포함하여 구성되고,

상기 태양기어 서포트와 상기 태양기어 본체는 일체로 형성됨을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.
제 4 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 브래킷은 플랜지 형상 부위 일측면에 상기 제 2 베어링 내륜의 타측면에 대면하도록 지지턱을 더 형성하고,

상기 태양기어 서포트는 타측면 일부에 상기 제 2 베어링 내륜의 일측면에 대응하는 압착부를 마련하고,

상기 브래킷에 대해 상기 태양기어를 고정하는 과정에서 상기 지지턱과 압착부는 이들 사이에 놓이는 상기 제 2 베어링의 내륜을 압착하여 고정하는 것을 특징으로 하는 회전비를 증가시키는 크랭크 조립체.