WO2021137332A1 - 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치 및 이를 이용한 자전거 리어허브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명자의 한국특허등록 10-1834207-00-00호에의한 주행성능 최대화한 리어허브의 단점인 고속, 급경사, 산악 주행시에 받는 급격한 충격과 고속의 충격에도 견디면서 본래의 주행성능 최대화 기능은 최대한 살린 리어허브용 회전제어장치와 이를 이용한 리어허브를 개발하였다. 본 발명은 더나아가서, 자전거 리어허브의 허브축과 구동체 그리고 허브보디간의 동작중심을 잡아주는 센터링 베어링부, 구동체로부터 전달되는 역방향 회전을 방지하는 동력단속부, 상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 외주를 따라 설치하는 인너레이어부, 상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 포괄하는 아웃레이어부, 그리고 센터링베어링부의 구름볼의 배치를 잡아주는 스페이서를 포함는 자전거 리어허브도 개발하였다.

Description

주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치 및 이를 이용한 자전거 리어허브

본 발명은 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치에 관한 것이다.

특히 정상주행의 리어허브에서의 마찰저항을 최소화하는 동시에, 페달을 밟지 않고 자유 주행시에도 발생한 회전력에 대한 저항을 최소화하여 주행성능을 향상시킨 리어허브를 위한 회전제어장치에 관한 것이다.

특히 본 발명은 주행성능의 최대화와 동시에 고속 혹은 급경사지 주행시에 가해지는 리어허브에 대한 급격한 충격에도 견딜수 있는 내구성이 항상된 리어허브를 위한 회전제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 상기한 회전제어장치를 이용한 고부하기능을 갖춘 자전거용 리어허브에 관한 것이다.

자전거는 후레임의 전, 후방에 자유롭게 회전하는 전륜과 후륜, 탑승자의 발에 의해 동력을 발생시키는 페달, 이 페달의 회전으로 후륜측으로 동력을 전달하기 위한 동력전달부로 구성된다.

상기 동력전달부는 페달측에 주동 스프라켓이, 그리고 후륜측에 일방향으로만 동력이 전달되도록 라쳇(rachet)수단을 갖는 종동스프라켓, 그리고 이 주동스프라켓과 종동스프라켓을 연결하는 체인으로 구성되어있다. 종동스프라켓에는 후륜과 일방향으로만 동력이 전달하는 일종의 클러치와 같은 라쳇기구가 구비되어 있다. 이와 같이 구성된 통상의 자전거는 페달을 일방향, 즉 전진하는 방향으로 회동시킬 때 주동스프라켓의 동력이 체인에 의하여 종동 스프라켓을 통하여 후륜측으로 전달되어 자전거가 전진방향으로만 주행이 이루어 진다.

페달을 밟을 때만 힘을 전달하고 공회전(자유주행 = 무부하 주행)일 때는 페달을 밟지 않고 있어도 발을 페달에 얹은 상태로 주행가능하게 하는 라쳇 기구는 폴(pawl)을 사용하는 형태와 다른 형태의 부속을 쓰는 형태로 대별될 수 있다. 현재 대부분의 자전거는 폴을 사용함에 따라 리어허브 바디를 분리하면 일방향으로 기울어지게 형성된 라쳇 걸림부에 폴이 걸리면 동력을 전달하고 공회전시에는 특유의 라쳇음을 내면서 페달을 밟지 않아도 회전이 되도록 구성하고 있다.

라쳇기구가 갖는 특유의 기능을 원웨이 베어링을 이용하여 라쳇기구를 대체하는 리어허브가 일부 제공되고 있다.

라쳇기구를 대신한 원웨이(one way) 베어링(이하 일방향 베어링으로 한다)는 일방향으로 회전시에는 내부에 장치한 스토퍼들과 인렛레이어(=내륜=인너레이어)간의 마찰만이 있고 아웃레이어(외륜)와의 접촉은 차단되는 구조이다. 즉, 스토퍼와 인렛레이어의 사이에는 항시 접촉상태를 이루어야만 목적한 일방향으로의 동력전달이 가능하게 한다. 따라서 스토퍼와 인렛레이어간의 접촉으로 인한 동력손실이 발생하고 있다. 즉, 종래 기계적구조의 라쳇장치에 비하면 동력손실이 현저히 낮아지는 효과는 거두고 있으나, 상기한 마찰에 의한 동력손실은 피할 수 없는 것이다. 이러한 스토퍼와 내외륜과의 마찰 저항이 자전거의 사용기간이 오래되고, 베어링의 내외륜에 사용한 그리스의 노화 그리고 미세한 이물질의 침입으로 마찰저항이 심해지면서 자유주행거리가 점차 줄어들게 된다. 이러한 주행거리의 축소는 결국 자전거의 주행성능의 차이로 이어지고 있다.

상기한 단점을 개선하고자 본 발명자는 한국특허등록 10-1834207-00-00호에서 도 1에 도시하듯이 "자전거의 뒷바퀴의 림과 포크로 연결한 허브축(50), 상기 허브축에 회전자유롭게 장착한 허브보디(51), 상기 허브보디의 양단부에서 상기 허브축의 사이에 배치된 마찰저감부재들(52)(53), 상기 허브실의 일단측에서 변속장치와 체결되어져 회전자유롭게 설치한 구동체(55)를 포함하는 리어허브에 있어서,

상기 허브보디와 허브축사이에서 구동체로부터 전달되는 동력의 전달과 차단하는 일방향 베어링,

상기 일방향 베어링의 내륜과 체결되어 뒷바퀴에 동력을 전달하는 구동체,

상기 구동체와 키를 매개로 역회전시 걸림기능을 하는 키홈을 형성한 허브보디를 구비한 주행성능을 최대화한 자전거용 리어허브로서,

상기 일방향 베어링은 원형의 구름볼, 상기 구름볼과 접하는 환형의 내륜과 외륜으로 이루어진 센터링 베어링부,

상볼록면와 하볼록면을 형성하여 내륜과 외륜과 접하는 스토퍼들, 상기 상기 스토퍼들을 내륜을 향하여 환형으로 배치하되, 상기 스토퍼들을 내륜을 향하여 탄력적으로 압박하는 탄지구로 이루어진 일방향 베어링부,

그리고 내륜에는 자전거 리어허브축이 삽입되는 동시에 체인으로 전달된 동력에 의하여 회전하는 구동체와 체결하는 내륜체결부와 외륜체결부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주행성능을 최대화한 자전거용 리어허브."를 개발하였다.

상기 발명에 의하여 종래 자전거에 비하여 무부하 주행 시험시 일반 라쳇형 허브 기구를 사용한 자전거에 비하여 거의 2배이상의 주행 성능 향상을 이루는 효과를 거두었다.

상기한 효과에 의하여 다양한 주행코스를 주행하면서, 주행성능이 향상된 반면에 산악 혹은 급경사지에서 주행시에 급격한 브레이킹동작이 발생하면, 원웨이 주행을 위한 일방향 베어링부에서 오동작의 문제가 일부 발생하게 되었다. 즉, 스토퍼들과 내륜간의 마찰력이 적어짐에 따라 급격한 브레이킹이나 급경사 하강시에 약간의 슬립현상이 발생하게 되었다. 상기한 특허에 의하여 주행시 발생하는 마찰을 최소화하여 라쳇기어의 단속적인 까르륵 소리와 그에 따른 에너지 소비를 줄여 상기 표1과 같이 무부하 주행시 거의 2배에 이르는 주행성능 향상을 보이는 반면, 본 발명자 등이 상기 특허 허브를 장착하여 평지가 아닌 급경사 혹은 산악과 같이 심한 충격과 순간적인 고부하를 가할 경우에 발생하는 문제점에 대하여 설명한다. 도 3의 본 발명자의 선등록 특허에 도시하듯이, 스토퍼(7)과 외륜(30)의 사이에 배치한 스토퍼(7)가 부분확대도의 화살표 C의 상태에서 D의 상태로 되면서 스토퍼와 외륜사이의 마찰저항력의 발생으로 역방향의 동력전달을 차단한다. 도시하듯이, 스토퍼와 외륜사이의 마찰저항만에 의지하여 동력전달차단기능을 발휘하는 기능이, 고속주행 특히 급경사지에서 고속주행과 자전거의 무게 그리고 탑승자의 무게와 합하여 충격을 주는 경우, 상기하듯이 화살표 D의 상태와 같은 마찰항력으로는 견디기 힘들어 동력차단을 못하는 경우가 발생하고 있었다. 이러한 상황에서는 내부저항의 손실로 인하여 자칫 탑승자에게 심한 사고를 유발할 수 있게 될 위험이 너무 크게 되었다. 평지 혹은 급하지 않은 경사지 주행시에는 마찰 접착 저항이 충분히 견디기는 하지만, 상기하듯이 예기치 못한 비상상황에서 충분한 일방향 제어의 효과를 갖춘 허브의 필요성이 요구되었다.

본 발명은 오로지 인력에 의하여만 동력이 발생하는 자전거에 있어, 일방향 베어링에서 발생하는 내외륜과의 마찰을 최소화하여 인력에 의하여 발생한 동력의 손실이 극소화한 자전거용 리어허브에 최적화한 회전제어장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 더 나아가서 산악이나 급경사지 혹은 고속 주행시에 가해지는 급격한 마찰항력만으로는 견디기 힘든 상황에서도 안정된 동력차단 기능을 발휘하여 발생가능한 안전사고를 방지할 수 있는 회전제어장치를 갖춘 리어허브를 제공하고자 한다.

본 발명은 더 나아가서 고속 급경사 주행시 가해지는 급격한 고속 고강도의 충격에 대한 안정된 저항성을 갖는다 하여도 본래의 주행성능에는 변함이 없는 내외륜과의 마찰저항성도 최소화로 주행성능도 극대화한 리어허브를 제공하고자 한다.

본 발명은 자전거 리어허브의 허브축과 구동체 그리고 허브보디간의 동작중심을 잡아주는 센터링 베어링부,

구동체로부터 전달되는 역방향 회전을 방지하는 동력단속부,

상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 외주를 따라 설치하는 인너레이어부,

상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 포괄하는 아웃레이어부,

그리고 센터링베어링부의 구름볼의 배치를 잡아주는 스페이서를 포함하여 이루어지는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치를 개발하였다.

본 발명은 자전거의 뒷바퀴의 림과 포크로 연결한 허브축(50), 상기 허브축에 회전자유롭게 장착한 허브보디(51), 상기 허브보디의 양단부에서 상기 허브축의 사이에 배치된 마찰저감부재들(52)(53), 상기 허브실의 일단측에서 변속장치와 체결되어져 회전자유롭게 설치한 구동체(55)를 포함하는 리어허브에 있어서,

자전거 리어허브의 허브축과 구동체 그리고 허브보디간의 동작중심을 잡아주는 센터링 베어링부,

구동체로부터 전달되는 역방향 회전을 방지하는 동력단속부,

상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 외주를 따라 설치하는 인너레이어부,

상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 포괄하는 아웃레이어부,

그리고 센터링베어링부의 구름볼의 배치를 잡아주는 스페이서를 포함하여 이루어진 회전제어장치를 설치하는 것을 특징으로 하는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브를 개발하였다.

본 발명은 페달을 밟아서 주행하는 정상주행시에도 리어허브 보디의 마찰 베어링부에서 발생하는 마찰저항을 최소화하여 정상주행시에도 운전자가 보다 용이하게 운행이 가능하게 되었다.

본 발명은 또한 일방향 베어링에서 설치하는 스토퍼의 일부, 특히 외륜과 접하여 페달을 밟지 않고 자유주행시에도 마찰 접촉을 최소화함에 따라 자유주행의 거리도 확장되어 주행거리를 크게 늘릴 수 있게 되었다.

본 발명은 특히 본 발명자의 선등록 10-1834207-00-00호의 주행성능 최대화한 리어허브의 단점인 급경사지, 산간과 같은 과격한 주행조건하에서 받는 순간적인 충격을 받을 경우에도 센터링 베어링과 동력단속부에 의한 안정된 센터링과 스톱기능으로 다양한 악조건에서도 주행성능을 최대화하였다.

이러한 본 발명의 실 제품 샘플 주행 결과는 표 의 실험결과와 같이 본 발명의 선등록 10-1834207-00-00호에 비하여 약간의 주행성능의 저하는 있으나 일반 자전거에 비하여는 거의 2배에 이르는 주행 성능효과는 유지하였으며, 특히 안정성이 뛰어나, 산간 주행, 급경사 고속주행 등에도 안전한 리어허브로서 역활을 기대하게 되었다.

즉, 본 발명은 주행성능의 최대화에 있어서는 약간의 손실이 있으나 여전히 일반 자전거에 비하여서는 거의 2배에 가까운 무부하 주행성능을 보이면서, 안정성도 함께 확보하였다. 따라서 주행성능확대와 내구성의 증대라는 서로 상반되는 기능을 함께 구현하여 종래 자전거에 비하여 획기적 주행성능과 내구성의 확보라는 2가지 효과를 거두게 되었다.

도 1 은 본 발명자의 종래 리어허브의 분해 조립 상태도,

도 2 는 본 발명자의 종래 리어허브의 와이어프레임 단면도,

도 3 은 본 발명자의 종래 리어허브의 일방향 베어링의 역방향 스톱기능 동작 설명을 위한 정면도,

도 4 는 본 발명의 리어허브의 분해 조립 상태도,

도 5 는 본 발명의 리어허브 조립상태의 와이어프레임 단면도,

도 6 은 본 발명의 리어허브 조립상태의 분해상태 와이어프레임 단면도,

도 7a, 7b, 7c 는 본 발명의 스페이서만의 정면, 사시 그리고 구름볼 조립상태 사시도,

도 8a와 8b 본 발명의 동력단속부의 분해 및 조립상태 사시도,

9a 와 9b는 본 발명의 동력단속부의 인너레이어의 센터링베어링과 스토퍼들의 설치상태를 보여주는 분해사시도,

[규칙 제91조에 의한 정정 20.01.2020]　
도 10a, 10b 는 본 발명의 동력단속부의 작동상태를 설명하는 분해사시도와 부분확대도,

[규칙 제91조에 의한 정정 20.01.2020]　

도 11 은 본 발명의 스토퍼의 다양한 예시를 보여주는 사시도임.

본 발명은 자전거 리어허브의 허브축과 구동체 그리고 허브보디간의 동작중심을 잡아주는 센터링 베어링부,

구동체로부터 전달되는 역방향 회전을 방지하는 동력단속부,

상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 외주를 따라 설치하는 인너레이어부,

상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 포괄하는 아웃레이어부,

그리고 센터링베어링부의 구름볼의 배치를 잡아주는 스페이서를 포함하여 이루어지는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치를 개발하였다.

본 발명의 대표적 실시예를 첨부한 도면에 의하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 본 발명에서 명명하는 장치, 부(部), 구(具)로 명명하는 것은 단일의 혹은 다수의 부품들이 어셈블리된 구조로, 이러한 구성의 예시로 인한 기술적범위가 한정되는 것은 아니며 오로지 기술적 설명을 위한 것이다. 본 발명에서 설명하는 자유주행 혹은 무부하 주행이란, 자전거의 페달을 발로 밟지 않은 상태로 현재의 주행력을 그대로 이용하여 전진하는 것을 정의하는 것으로 본발명의 기술구성을 설명하기 위한 것으로 이러한 정의로 인한 본 발명의 기술적 구성이나 범위를 한정하는 것은 아니다.

이하 본 발명의 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치의 대표적 실시예를 대표적 도면에 의하여 설명한다.

본 발명의 도 4 는 회전제어장치가 설치된 리어허브의 분해 조립 상태도, 도 5 는 본 발명의 리어허브 조립상태의 와이어프레임 단면도, 도 6 은 본 발명의 리어허브 조립상태의 분해상태 와이어프레임 측면도, 도 7a, 7b, 7c 그리고 7d는 본 발명의 센터링베어링부와 동력단속부를 설치하는 인너레이어의 정면도, 측면도, 사시도 및 탄지축 분해상태 사시도, 8a, 8b, 8c 는 스페이서에 의한 구름볼의 조립상태를 도시한 정면도, 사시도, 및 조립상태 사시도, 도 9a와 9b는 본 발명의 센터링베어링부와 동력단속부의 조립상태 사시도와 탄지축의 조립상태 사시도, 도 10a, 10b 는 본 발명의 동력단속부의 작동상태를 설명하는 정면도와 부분확대도이다.

본 발명에서 정의하는 리어허브는 일반적으로 자전거 탑승자의 페달 동작으로 부터 발생한 동력을 체인과 같은 동력전달장치에 의하여 구동력을 구동체(55)로 부터 전달받아 적절한 속도로 변환하는 변속수단을 거쳐 후륜에 대한 구동력을 공급하는 장치로, 본 발명에서는 설명의 편의상 변속장치를 제외하고 설명하며, 기재한 부분이외의 구성부품에 대한 설명은 발명의 요부가 아니므로 생략한다.

본 발명의 회전제어장치 설치된 자전거의 리어허브는 도 4와 5 그리고 도 6에 도시하며,

자전거의 뒷바퀴와 회전불능하게 장착한 허브축(50), 상기 허브축에 회전자유롭게 장착한 허브보디(51), 상기 허브보디의 양단부에서 상기 허브축의 사이에 배치된 베어링부재들(52)(53), 상기 허브실의 일단측에서 변속장치와 체결되어져 회전자유롭게 설치한 구동체(55) 그리고 센터링과 일방향제어 및 마찰저감을 위한 회전제어부로 이루어진 자전거용 리어허브에 관한 것이다.

본 발명은 더 나아가서,상기 자전거 리어허브의 허브축과 구동체 그리고 허브보디간의 동작중심을 잡아주는 센터링 베어링부(20),

구동체로부터 전달되는 역방향 회전을 방지하는 동력단속부(30),

상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 외주를 따라 설치하는 인너레이어부(36)

그리고 상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 포괄하는 아웃레이어(33)를 포함하여 이루어지는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치에 관한 것이다.

본 발명의 회전제어장치는, 센터링베어링부와 동력단속부가 인너레이어부(36)를 동일축으로 하여 인너레이어부의 외주에 설치된 구조이다.

상기 인너레이어부는 도 7a ~ 7d 에 도시하듯이, 구동체(55)와 연결돌기(56)로 체결홈(36a)으로 체결되어 전달되는 동력을 인너레이어로 전달받아 회전축의 중심을 잡는 동시에 동력을 휘일에 전달한다.

상기 인너레이어는 상기 센터링베어링부와 동력단속부를 동시에 설치할 수 있도록 외주를 따라 센터링베어링부의 구름볼을 안착하는 리테이너홈(33a)을 형성하며, 동력차단부의 스토퍼(35)를 일정거리에서 자유회전가능하도록 스토퍼 유동부(33f)를 형성하였다. 상기 스토퍼 유동부는 스토퍼를 스톱돌기의 경사부(37b)에서 탄지축의 탄력적인 지지를 받아 회전과 동시에 도 7b의 화살표와 같이 전후진 동작이 가능하도록 구성하였다.

상기 센터링베어링부(20)는,

아웃레이어(33)의 내측에 형성된 리테이어너홈(33a)에 자유회전 가능하게 배치한 다수의 구름볼(25),

상기 구름볼들을 일정한 위치에 배치하는 스페이서(24)로 이루어진다.

상기 센터링 베어링부은 중앙을 관통하는 허브축의 회전 중심을 잡아준다.

상기 스페이서의 대표적 실시예는 도 8a, 8b, 8c 에 도시한다.

스페이서에는 상기 구름볼을 일정 위치에 회전가능하게 배치하도록 상부가 첨예한 형태의 산형의 홀더(24c)의 사이에 센터링리테이너부(24a)가 형성되어진다. 본 발명의 특징은, 상기 센터링 리테이너부의 홀더의 폭(d1)과 스페이서(24)의 폭은 마찰저감용인 구름볼의 직경(d2)보다 작게 형성한다. 더나아가서 상기 홀더를 첨예한 형태로 구성하여, 구름볼과의 접촉면적을 가능한 적게 구성하였다. 따라서 고속 회전시 구름볼과 스페이서의 홀더간에 발생하는 마찰에 의한 고열을 효과적으로 배출하는 동시에 삼각형 구조의 갖는 구조적 안정성으로 내구성을 확보한다. 그리고 구름볼과의 접촉면적이 삼각형의 면으로 가능한 구름볼과 홀더간의 직접적인 접촉 유효면적을 최소화하여 마찰손실을 최소화하였다. 이러한 특성으로 구름볼은 허브축의 중심과 회전제어장치간의 중심을 정확히 잡아주는 목적만 충실히 하면 되는 것으로, 리테이너와 스페이서가 구름볼을 너무 강하게 잡아주는 경우, 스페이서의 구름볼 잡아주는 동작에 의하여 구름볼의 회전시의 저항, 즉 마찰력을 발생한다. 일반적으로 사용되는 원동기의 동력으로 동작하는 장치와 달리 자전거는 사람의 힘으로만 동력을 얻는 관계로 미세한 저항력이라 하여도 주행중인 탑승자에 대한 부담으로 작용한다. 그러나 이렇게 접촉면적을 최소화하고 단지 구름볼의 위치고정의 동작만 겨우 가능할 정도로 스페이서를 형성하였다. 자전거에 의한 회전은 수천 rpm의 원동기와 달리 불과 수십에서 수백 rpm에 불과하므로 스페이서에서 잡아주는 표면적을 적게 하여도 고속에서의 구름볼과 달리 위치 이탈과 같은 문제는 발생하지 않기 때문이다.

상기 동력단속부는 스톱보디(37), 스토퍼(35) 그리고 탄지축(38)으로 구성되어진다.

상기 스톱보디는 9a, 9b 그리고 9c에 도시하듯이, 외륜의 내측을 향하여 돌출된 산(山)형태로 구성되어져, 인너레이어(36)의 외주면을 따라 환형으로 배치된다. 그리고 스톱보디와 인접한 스톱보디의 사이에는 일측의 스톱보디의 정점(37d)과 타측 스톱보디의 하측 탄지축 삽입부(37a)의 사이가 연결된 경사부(37b)를 형성한다.

상기 스토퍼(35)가 본발명에서는 원통형을 예시하지만, 회전에 영향을 주지않는 한 어떠한 형태라도 제한은 없으며, 도 11에 도시하듯이, 원뿔형. 다중의 원뿔형 등이 사용가능하며, 사용할 자전거의 종류와 부하 속도 등에 맞추어 취사 선택가능하다. 스토퍼는, 방향제어베이링부의 인너라인부(33e)에 접한 채 자유회전한다. 또한 상기 스토퍼의 외주면은 탄지축의 선단부가 접촉토록 설치하고, 이 탄지축은 산형으로 돌출한 스톱보디(37)의 탄지축 삽입부(37a)에 탄지축이 스프링과 같은 탄력수단에 의하여 항시 스토퍼를 향하여 탄력돌출토록 구성한다.

상기 경사부에는 예시하듯이 스토퍼(35)가 상기 경사부를 따라 이동가능하도록 배치되며, 상기 스톱보디의 탄지축삽입부에 삽입된 탄지축에 의하여 탄력적으로 지지된다. 상기 스톱보디의 경사부와 인너레이어간의 간격은 경사를 따라 스톱보디의 정점(37d)를 향하여 갈수록 좁아진다. 따라서 스토퍼가 경사부를 따라 정점을 향하여 이동할 경우 스토퍼는 인너레이어와 경사부의 사이에 밀착되면서 인너레이어와 외륜간의 강한 저항력을 발생하며, 이러한 저항력으로 인너레이어의 회전이 차단되어진다.

이상의 본 발명의 구성에 따른 동작을 도 10a 와 10b에 도시한 도면으로 설명한다. 자전거를 주행하면, 페달을 밟는 동력이 체인을 통하여 종동스프로킷, 구동체로 전달되어 정상주행이 된다. 상기 구동체에는 미도시한 변속장치가 설치되며, 이 변속장치는 페달로부터 전달된 동력을 체인에 의하여 전달받아, 회전력을 부여한다. 이 회전력의 전진방향 후진방향의 단속을 본 발명의 동력단속부에 의하여 정상주행시(페달을 밟아 주행하는 경우) 정방향만의 회전이 가능하고, 페달을 밟지 않은 자유주행시의 역방향의 회전은 차단토록 한다. 이 상태에서 허브축은 본 발명의 회전제어장치의 중앙에 자유회전이 이루어져, 탑승자가 페달을 밟지 않아도 바퀴는 회전한다. 또한 동력단속부는 도 10a에 원형A에 도시하듯이, 스토퍼가 외륜의 내측면과 인너레이어의 스톱보디의 경사면과 미세한 간극을 갖고 있어 자유회전에 대한 저항이 없이 무부하 상태의 회전이 이루어진다.

이러한 무부하 주행중에, 예를 들면, 급경사지 혹은 산간 비탈길 등을 달리다 탑승자가 급격한 반대되는 페달동작이 이루어지는경우,

도 10b의 A 부분 확대도에 도시하듯이 스토퍼(35)를 탄력적으로 지지하던 탄지축이 허브축과 물려진 인너레이어의 역회전 동작으로 화살표방향으로 스토퍼가 이동한다. 즉, 경사부(37a)로 스토퍼가 전진하면서 폭이 좁은 외륜과 인너레이어간의 사이로 이동하면서 스토퍼가 밀착되어진다. 이러한 밀착동작은 결국 인너레이어의 회전을 방해하고, 이어서 인너레이어와 연결된 허브축의 회전도 못하게 하면서, 강한 역회전 동력의 전달을 차단하게 한다.

이러한 구성으로 인하여 종래 본 발명자의 도 3에 도시한 마찰력만으로 인한 스톱기능보다 강한 차단 기능을 발휘하며, 이러한 차단 기능은 산형의 스톱보디의 파손이나 스토퍼의 파손이 없는 한 강한 저항력을 발휘하게 되며, 급경사지, 산악 주행 등의 고부하 위험구간에서도 안전한 주행이 가능하게 되었다.

본 발명은 따라서 종래 본 발명자의 선등록 특허와 같은 정도의 주행성능의 최대화를 이루는 동시에 정역(正逆) 동력차단기능은 그대로 발휘하면서 저항은 최소화하여, 자전거 운전자가 받는 저항감을 최소화함으로써 주행 효율의 극대화와 함께 산악자전거, 고속 주행 경주 자전거와 같은 고부하 주행 충격을 받는 자전거에도 안전한 운행이 가능하게 되었다.

이상 본 발명의 대표적 실시예에 따른 실제 제작품을 이용한 자전거 장착후의 마찰저항 감소효과에 대한 실험 결과를 표시한다.

본 발명의 실 장착 실험은 리어허브에 대한 표준화된 시험장치, 시험 표준이 없는 관계로 발명자 임의로 설정하여 시험한 것이다. 본 발명에서 정상주행, 즉 페달을 밟아 주행하는 시험은 자전기 운행자의 운행습관, 체력에 따라 주행속도에 많은 차이를 보이므로 시험의 객관성을 담보하기 어려워 삭제하고, 자유 주행의 시험만 하였다.

시험 일자 : 2018년 7월 02일

시험 방법 : 발명자 소유의 자전거의 뒷바퀴에 본 발명의 리어허브를 설치한 것과 일반 리어허브(사용허브는 일본 시마노사 제품)를 설치한 것을 70 ±1 ㎞/h로 회전시킨 상태에서 자유 주행 시간 (사람이 탑승하지 않고 자유주행하는 시간)을 각각 5회에 걸쳐 측정하였음. 사용한 뒷바퀴의 크기 26인치이며, 각각의 바퀴 중량은 본 발명의 리어허브 설치한 것은 2.12㎏, 종래 일반 리어허브 설치한 것은 2.06 ㎏이다. 본 발명의 리어허브 설치된 바퀴가 0.06 ㎏이 더 무겁지만 일반적인 통계학적 평가기준으로 오차범위 ±5% 범위 이내이고, 동일질량의 바퀴의 수배가 어려워 그대로 진행하였다.

실험에는 속도측정장치 : panoram V12 (상표명) 일본 topeak 사 2014년 제작을 사용하였다.

측정방법은 수동으로 페달을 돌려 70 ㎞/h에 도달시 페달 동작을 멈추고 회전이 멈출 때까지의 시간을 측정하였으며, 총 5회의 실시한 결과는 아래와 같다. 시험에 있어 사람의 손으로 페달을 회전시키고 순간적으로 변화하는 속도계에서 정확한 70 ㎞/h의 속도에 도달한 순간을 잡아서 측정하기 어려워 상하 1 ㎞/h 정도의 오차는 허용하였다.

측정 결과

	본 발명의 리어허브 설치된 바퀴의 자유 주행 시간	종래 리어허브 설치된 바퀴의 자유 주행 시간
1	초기속도 70.4 ㎞/h로 2분 45초 간 자유 주행	초기속도 70.7 ㎞/h로 1분30초간 자유 주행
2	초기속도 71.3 ㎞/h로 2분 58초간 자유주행	초기속도 70.5 ㎞/h로 1분 29초간 자유 주행
3	초기속도 70.8 ㎞/h로 3분 0초간 자유 주행	초기속도 71.7 ㎞/h로 1분 35초간 자유 주행
4	초기속도 71.2 ㎞/h로 3분 02초간 자유 주행	초기속도 71.2 ㎞/h로`1분 35초간 자유 주행
5	초기속도 70.9 ㎞/h로 2분 59초간 자유 주행	초기속도 71.4 ㎞/h로 1분 초간 자유 주행

시험 결과

본 발명		일반 허브
평균 초기 속도와자유 주행 시간	70.92 ㎞/h약 2분 56.8 초	평균 초기 속도와자유 주행시간	70.64 ㎞/h약 1분 30.6 초

상기 시험 결과가 정확한 표준 기구와 시험 방법에 의한 것은 아니지만 위 결과표에 나오듯이 종래의 리어허브는 1분 30.6초의 자유주행시간을 기록한 반면, 본 발명은 2분 56.8초를 주행하였다. 본 발명자의 선등록은 3분 17.2초와 비교시 약 20초의 자유주행 속도 저하는 있으나 ,일반적인 허브에 비하여 획기적인 주행성능을 보였다. 즉, 2배에 가까운 자유주행거리 증대를 여전히 확인할 수 있다. 이러한 결과는 실제 주행시 자전거 운행자가 받는 저항이 그만큼 감소한다는 것으로 주행성능이 획기적으로 개선됨을 확인할 수 있다. 즉, 무부하 주행에 있어 약간의 주행성능하락을 보이지만, 일반 허브에 비하여서는 월등한 주행성능을 보인다. 즉, 무부하 주행성능은 거의 그대로 유지하는 효과를 보이고 있으며, 구조적으로 스톱보디부의 파손이 없는한 역주행시의 급격한 충격을 완벽하게 흡수할 수 있으므로, 안정성과 주행성능의 2가지를 함께 성취한 효과를 보이고 있다.본 발명은 종래 주행성능 최대화의 효과와 함께 고부하로 가해지는 순간적인충격에도 강한 회전제어장치와 허브를 개발함에 있어, 주행성능에 있어서는 약간의 손실이 있으나 그 손실에 비하여 고충격과 고부하에 견디는 내구성은 크게 향상되는 장점을 함께 이루게 되었다.

본 발명은 인력에 의하여 주행하는 자전거에 있어서, 주행중 발생하는 불필요한 마찰 저항을 최소화하는 리어허브의 개발로, 장거리 주행에 있어 사용자의 피로감을 없애고, 주행성능의 향상으로 자전거의 내구성도 크게 향상시켰다.

특히 본 발명은 주행성능의 최대화와 동시에 고속 혹은 급경사지 주행시에 가해지는 리어허브에 대한 급격한 충격에도 견딜수 있는 내구성이 항상된 리어허브를 위한 회전제어장치를 제공하여, 인력에 의한 자전거 시장에 있어 최적의 주행성능을 갖는 자전거의 개발이 가능하게 되었다.

Claims (3)

1. 자전거 리어허브의 허브축과 구동체 그리고 허브보디간의 동작중심을 잡아주는 센터링 베어링부,

   구동체로부터 전달되는 역방향 회전을 방지하는 동력단속부,

   상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 외주를 따라 설치하는 인너레이어부,

   상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 포괄하는 아웃레이어부,

   그리고 센터링베어링부의 구름볼의 배치를 잡아주는 스페이서를 포함하여 이루어지는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치로서,

   상기 스페이서는,

   구름볼을 일정 위치에 회전가능하게 배치하도록 상부가 첨예한 형태의 산형의 홀더의 사이에 센터링리테이너부를 형성하며,

   상기 센터링 리테이너부의 홀더의 폭(d1)과 스페이서의 폭은 마찰저감용인 구름볼의 직경(d2)보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 동력단속부는,

   외륜의 내측을 향하여 돌출된 산(山)형태로 구성되어져, 인너레이어의 외주면을 따라 환형으로 배치한 스톱보디,

   스톱보디와 인접한 스톱보디의 사이에는 일측의 스톱보디의 정점과 타측 스톱보디의 하측 탄지축 삽입부의 사이가 연결된 경사부에 회전자유롭게 배치한 스토퍼,

   상기 스톱보디에 인너레이의 외륜에 접선방향으로 설치한 탄지축 삽입부에 탄력적으로 삽입한 탄지축으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브용 회전제어장치.
3. 자전거의 뒷바퀴의 림과 포크로 연결한 허브축(50), 상기 허브축에 회전자유롭게 장착한 허브보디(51), 상기 허브보디의 양단부에서 상기 허브축의 사이에 배치된 마찰저감부재들(52)(53), 상기 허브실의 일단측에서 변속장치와 체결되어져 회전자유롭게 설치한 구동체(55)를 포함하는 리어허브에 있어서,

   자전거 리어허브의 허브축과 구동체 그리고 허브보디간의 동작중심을 잡아주는 센터링 베어링부,

   구동체로부터 전달되는 역방향 회전을 방지하는 동력단속부,

   상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 외주를 따라 설치하는 인너레이어부,

   상기 센터링 베어링부와 동력단속부를 포괄하는 아웃레이어부,

   그리고 센터링베어링부의 구름볼의 배치를 잡아주는 스페이서를 포함하여 이루어진 회전제어장치를 설치하되,

   상기 스페이서는,

   구름볼을 일정 위치에 회전가능하게 배치하도록 상부가 첨예한 형태의 산형의 홀더의 사이에 센터링리테이너부를 형성하며,

   상기 센터링 리테이너부의 홀더의 폭(d1)과 스페이서의 폭은 마찰저감용인 구름볼의 직경(d2)보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 주행성능을 최대화하는 동시에 고부하안정성을 갖는 자전거 리어허브.

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