KR100361580B1 - 자전거용 전진구동 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거용 전진구동 변환장치에 관한 것으로, 그 구성은 페달바아(4)와 함께 회전하는 페달축(5)과, 이 페달축(5) 상에서 소정간격으로 이격되는 내측디스크(10) 및 외측디스크(20)와, 이 내측디스크(10) 및 외측디스크(20)의 외주를 둘러싸는 하우징(30)과, 이 하우징(30)의 외주에 인접 배치된 구동스프라킷(40)과, 이 구동스프라킷(40)과 일체로 형성된 정방향 구동휠(50)과, 이 정방향 구동휠(50)의 일측과 하우징(30)의 내주면에 인접하여 배치되는 역방향 구동휠(60)과, 상기 정, 역방향 구동휠(50)(60)에 선택적으로 맞물리는 양방향 래칫휠(70)과, 상기 구동스프라킷(40)에 정방향 회전력을 유도하기 위한 방향전환 중계기어(80)와, 중앙 관통공 인접부에 고정쐐기(87)가 형성된 고정판(86) 및 프레임(1)의 보스(2)내로 삽입되어 나사 체결되는 관통보울트(92)로 이루어짐을 특징으로 한 것이다. 따라서, 페달바아(4)의 역방향 회전 구동시에도 그 정방향 회전시와 동일한 속도비를 유지하며 전진할 수 있게 되는 효과를 갖는다.

Description

자전거용 전진구동 변환장치 {Forward driving gear for bicycle}

본 발명은 자전거용 전진구동 변환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는페달의 역방향 회전 구동시에도 그 정방향 회전시와 동일한 속도비를 유지하며 자전거가 전진할 수 있도록 동력을 전달하는 자전거용 전진구동 변환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거의 구동장치는 페달축과 후륜 허브축에 각각 설치된 구동 및 종동스프라킷과 이를 연결하는 체인으로 이루어져 있으며, 상기 구동스프라킷에 일정방향(자전거 전진방향, 즉, 정방향)으로의 회전 구동력이 발생하였을 경우에만 회전되도록 하는 클러치 기구가 설치되어 있다.

이러한 자전거 구동장치는 운전자가 페달을 정방향으로 회전시키면 그 회전 구동력이 체인에 의해 구동스프라킷으로부터 종동스프라킷으로 전달되어 상기 클러치 기구를 통해 허브축을 회전시킴으로써 후륜이 회전하면서 전진 구동되며, 또한 운전자가 페달에 힘을 가하지 않거나 역방향으로 회전시킬 경우에는 상기 클러치 기구가 그 회전 구동력을 후륜쪽으로 전달시키지 못하도록 차단함으로써 페달축이 공회전됨과 아울러 자전거는 관성작용에 의한 전진 운행을 계속하게 되는 것이다.

따라서, 종래의 자전거 구동장치는 페달의 정회전 구동에 의해서만 전진 운행할 수 있도록 되어 있으므로 페달의 구동 조작이 단조로울 뿐만 아니라 장시간 주행시 페달의 일방향 조작에 따른 대퇴부 근육 피로가 체내에 축적되었으며, 이러한 주행중의 근육 피로를 완화시키기 위해 페달에 발을 올려 놓은 채 회전정지 상태로 휴식을 취하거나 또는 페달의 역회전 구동시에는 페달축이 공회전하는 동안 자전거의 관성력을 상실하게 됨으로써 동력손실을 초래하는 문제점이 있었다.

최근에는 상기한 바와 같은 기존 구동방식의 자전거가 가지고 있는 문제점을 개선하기 위하여 페달의 역회전시에도 자전거를 전진 운행시킬 수 있는 다양한 전진구동 변환장치에 관한 실용화 개발이 이루어지고 있다.

현재 개발되어 실용화 추세에 있는 자전거용 전진구동 변환장치는 프레임의 보스에 회전 가능하도록 삽입 설치된 페달축의 구동력을 구동스프라킷에 전달하는 구동 주행부와, 상기 구동 주행부에 착탈 가능하게 체결되어 페달축의 역회전 및 공회전을 정회전으로 전환시켜 상기 구동스프라킷에 전달되도록 하는 전환 구동부와, 상기 전환 구동부가 운전자의 구동 조작에 따라 구동 주행부에 착탈되도록 하는 전환 레버부로 구성된 것이다.

이러한 구성을 이루는 종래의 전진구동 변환장치는 운전자가 자전거 운행중 전환 레버부의 레버를 조작하게 되면 전환 구동부가 구동 주행부에 결합됨으로써 페달의 역방향 회전시 그 회전방향이 상기 전환 구동부에 의해 정방향으로 전환되어 상기 구동 주행부로 전달되는 것으로서, 페달의 역방향 구동시에도 전진구동이 가능하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 전진구동 변환장치는 자전거 운행중 페달의 역회전에 의한 전진구동시 반드시 전환 구동부가 구동 주행부에 결합되도록 운전자가 전환 레버부의 레버를 조작하여야 하고, 또한 페달의 정회전에 의한 전진구동 상태로 복귀하고자 하거나 운전자가 자전거를 견인 이동하는 경우에 상기 전환 구동부가 구동 주행부로부터 결합 해제되도록 상기레버를 재차 조작하여야 하므로, 이러한 레버 조작의 번거로움으로 인한 자전거 운행상의 불편함이 있었다.

또한, 상기의 전진구동 변환장치는 상기 전환 구동부를 통해 구동 주행부로 페달의 회전 구동력이 전달되는 과정에서 그 회전비가 감속되는 구조를 이루고 있으므로 페달의 정회전 구동시와 동일한 주행속도를 유지할 수 없게 됨에 따른 동력손실 및 효율성 저하를 초래할 뿐만 아니라, 상기 전환 구동부 및 전환 레버부가 다수의 부품으로 이루어진 매우 복잡한 구조를 이루고 있으므로 조립공정의 증가로 인한 생산성 저하 및 제조비용의 상승을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 전진구동 변환장치가 가지고 있는 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 주 목적은 운전자가 별도의 레버 조작없이 정방향 또는 역방향으로 구동력을 가하는 페달 조작만으로도 내부의 결합상태가 자동 변환되면서 전진구동을 가능하게 함으로써 자전거 운전상의 편리함을 도모할 수 있는 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 페달의 역회전 조작에 의한 전진구동시에도 결합부품간의 마찰에 의한 부하발생이 적을 뿐만 아니라 정회전시와 동일한 회전비로 구동력을 전달할 수 있게 되어 동력손실이 없고 효율성이 높은 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 자전거의 전진구동 변환을 이루는 구조부를 단일 조립체로 구성하여 페달축 또는 후륜의 허브축에 착탈 가능하게 함으로써 고장수리 및 교체가 용이하여 보수관리가 간편한 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적은 수의 부품을 이용한 간단한 구조를 이룸으로써 자전거 조립공정의 감소에 의한 생산성 향상을 기대할 수 있고, 생산비 절감을 도모할 수 있는 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 후륜의 역회전이 자유로운 구조를 이룸으로써 자전거의 견인이동이 용이한 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합구조를 도시한 일부절개 분해사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합단면도이다.

도 3a는 페달을 정방향으로 조작하였을 경우 양방향 래칫휠 걸림상태에 따른 동력전달 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3b는 페달을 역방향으로 조작하였을 경우 양방향 래칫휠 걸림상태에 따른 동력전달 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4a, 4b는 평면도시 부분개략도로서, 도 4a는 정방향 조작시 양방향 래칫휠과 정방향 구동휠의 맞물림 상태를 나타낸 것이고, 도 4b는 역방향 조작시 양방향 래칫휠 역방향 구동휠의 맞물림 상태를 나타낸 것이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 ; 프레임 2 ; 보스

3 ; 베어링부시 4 ; 페달바아

5 ; 페달축 6 ; 페달바아 고정너트

7 ; 후륜측 프레임 10 ; 내측디스크10a ; 지지돌기 10b ; 걸림홈

11 ; 페달축 삽입공 12, 22 ; 기어축 고정공

13, 21, 51, 53, 61, 62 ; 자석베어링

20 ; 외측디스크 30 ; 하우징

31 ; 하우징 본체

33 ; 래칫수용홈 40 ; 구동스프라킷

50 ; 정방향 구동휠 51 ; 정방향 래칫돌기

52, 62 ; 내주면측 기어

60 ; 역방향 구동휠 61 ; 역방향 래칫돌기

70 ; 양방향 래칫휠 71 ; 삽입돌기

72 ; 오목홈 80 ; 방향전환 중계기어

81 ; 내접기어 82 ; 기어축

83 ; 연동기어 86 : 고정판

86a : 지지홈 87 : 고정쐐기

90 ; 스냅링

92 : 관통보울트

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 프레임의 보스 내에서 회전 가능하도록 삽입되고 상기 보스의 양측으로 돌출된 양단부에 페달바아가 각각 일체로 고정되어 이 페달바아와 함께 회전할 수 있도록 된 페달축과, 이 페달축 상에서 소정간격으로 이격 배치되어 상기 페달축의 회전시 간섭이 발생하지 않도록 지지하는 내측디스크 및 외측디스크와, 이 내측디스크 및 외측디스크의 외주를 둘러싸는 원통드럼의 형태를 이루며 내주면에 폭방향으로 다수개의 래칫수용홈이 형성되고 상기 페달축 상에 설치되어 이 페달축과 일체로 회전할 수 있도록 된 하우징과, 이 하우징의 외주에 인접하여 배치된 구동스프라킷과, 상기 하우징의 래칫수용홈에 대응하여 각각 수용되는 삽입돌기가 외주면에 다수개 형성된 양방향 래칫휠과, 상기 하우징의 회전구동에 간섭되지 않도록 구동스프라킷과 일체로 형성되고 상기 내측디스크에 베어링 지지되며 상기 하우징의 내주면에 인접하는 링 형상으로 상기 양방향 래칫휠과 맞물리는 래칫돌기가 외주면에 형성된 정방향 구동휠과, 이 정방향 구동휠의 일측과 하우징의 내주면에 인접하여 배치되고 상기 외측디스크에 베어링 지지되는 링 형상으로 상기 양방향 래칫휠과 맞물리는 래칫돌기가 외주면에 형성된 역방향 구동휠 및 상기 하우징의 역방향 회전시 이와 함께 회전하는 역방향 구동휠의 회전방향을 정방향으로 전환하여 상기 정방향 구동휠로 전달함으로써 상기 구동스프라킷에 정방향 회전력을 유도하기 위해 역방향 구동휠의 내주면과 치형 결합되는 내접기어 및 이 내접기어와 정방향 구동휠에 각각 치형 결합되는 연동기어로 이루어진 방향전환 중계기어를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치에 있어서, 상기 래칫수용홈은 하우징의 폭방향으로 3개가 1조를 이루고 내주면 전체에 걸쳐 동일 배치구조를 이루면서 다수조 형성되며 상기 1조의 래칫수용홈은 대응되는 양방향 래칫휠의 삽입돌기를 수용하여 하우징의 회전에 따라 각 양방향 래칫휠을 원주방향으로 안내하면서 정방향 구동휠 또는 역방향 구동휠의 래칫돌기와 회전방향에 따라 선택적으로 맞물릴 수 있도록 인접 래칫수용홈 간에 소정각도를 이루며 형성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 자전거용 전진구동 변환장치에 있어서, 상기 정방향 구동휠 및 역방향 구동휠의 래칫돌기는 두께가 규칙적으로 굴곡 변화하는 웨이브 형상의 환테로서 외주면을 따라 연속적으로 형성되고, 그 각각의 내주면에는 상기 방향전환 중계기어와 치형 결합되는 내주면측 기어가 형성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 자전거용 전진구동 변환장치에 있어서, 상기 프레임의 보스내로 삽입되어 하우징이 프레임에 견고히 고정되도록 그 중앙 관통공 인접부에 다수의 고정쐐기가 형성된 고정판과, 상기 페달축이 관통되도록 중앙에 관통공이 형성되고 머리부가 내측디스크의 일측면에 밀착 지지되며 그 선단부가 프레임의 보스내에 체결되어 상기 고정판을 지지하는 중공형의 관통보울트를 포함하여 구성됨이 바람직하다.또한, 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치에 있어서, 상기 내측디스크, 정방향 구동휠, 역방향 구동휠 및 외측디스크 간에 설치된 베어링은 같은 극성이 마주보도록 소정거리 이격된 상태로 배치되어 비접촉으로 지지되는 자석베어링을 사용함이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 설치 환경에 따른 구조적 변형에 의해 페달축 또는 후륜 허브축에 장착하는 것이 가능하며, 페달축에 장착되는 실시예에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.

먼저, 도 1 내지 도 4b는 본 발명에 따른 전진구동 변환장치를 페달축(5)에 장착한 경우의 실시예를 도시한 것으로, 도 1 및 도 2는본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합구조를 도시한 일부절개 분해사시도 및 결합단면도이고, 도 3a 내지 도 4b는 페달이 임의의 방향으로 회전될 때 상기 실시예의 전진구동 메커니즘을 개략적으로 도시한 작동상태도로서, 도 3a 및 도 4a는 페달을 정방향으로 조작하였을 경우 양방향 래칫휠(70)의 걸림상태에 따른 동력전달 상태, 도 3b 및 도 4b는 페달을 역방향으로 조작하였을 경우 양방향 래칫휠(70)의 걸림상태에 따른 동력전달 상태를 각각 나타낸 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 체인을 매개로 하여 자전거의 후륜에 구동력이 전달되도록 하기 위하여, 자전거 프레임(1)의 보스(2) 내에서 회전 가능하도록 삽입되고 상기 보스(2)의 양측으로 돌출된 양단부에 고정너트(6)로써 페달바아(4)가 각각 일체로 고정되어 페달과 함께 회전할 수 있도록 된 페달축(5)과, 상기 페달축(5) 상에서 소정간격으로 이격 배치되고 그 사이에 베어링부시(3)를 개재하여 상기 페달축(5)의 회전시 간섭이 발생하지 않도록 지지하는 내측디스크(10) 및 외측디스크(20)와, 상기 내측디스크(10) 및 외측디스크(20)의 외주를 둘러싸는 원통드럼의 형태를 이루며 상기 페달축(5) 상에 설치되어 상기 페달바아(4)가 소정방향으로 회전할 때 동일방향으로 회전할 수 있도록 된 하우징(30)과, 상기 하우징(30)의 외주에 인접하여 배치된 다단 형태의 구동스프라킷(40)과, 상기 하우징(30)의 내주면 상에 수용되어 상기 하우징(30)의 소정방향으로의 회전력을 정, 역방향 구동휠(50)(60)에 선택적으로 전달하기 위한 양방향 래칫휠(70)과, 상기 하우징(30)의 회전구동에 간섭되지 않도록 구동스프라킷(40)과 일체로 형성되고 상기 내측디스크(10)에 베어링 지지되며 상기 하우징(30)의 내주면에 인접하는 링 형상의 정방향 구동휠(50)과, 상기 정방향 구동휠(50)의 일측과 하우징(30)의 내주면에 인접하여 배치되고 상기 외측디스크(20)에 베어링 지지되는 링 형상의 역방향 구동휠(60)과, 상기 하우징(30)의 역방향 회전시 이와 함께 회전하는 역방향 구동휠(60)의 회전방향을 정방향으로 전환하여 상기 정방향 구동휠(50)로 전달함으로써 상기 구동스프라킷(40)에 정방향 회전력을 유도하기 위한 방향전환 중계기어(80)와, 상기 하우징(30)이 프레임(1)의 보스(2)에 견고히 고정되도록 하는 고정판(86)과, 상기 머리부가 고정판(86)을 지지하고 그 선단부가 프레임(1)의 보스(2)에 나사결합되는 관통보울트(88)로 구성되어 있다.

상기 하우징(30)은 원판 상의 하우징 본체(31) 외측중앙에 상기 페달바아 (4)의 작동에 의해 페달축(5) 회전시 이 페달축(5)과 일체로 회전될 수 있게 상기 페달축(5)과 맞물리는 페달축 삽입공(11)이 형성되어 있고, 상기 하우징(30)의 내주면에는 상기 양방향 래칫휠(70)의 삽입돌기가 수용될 수 있도록 오목하게 패여있는 래칫수용홈(33)이 형성되어 있다.여기서, 상기 페달축 삽입공(11)은 양측으로 면 절삭된 형상으로 되어 있고, 이 페달축 삽입공(11)이 위치되는 페달축(5)의 외주면 또한 상기 페달축 삽입공(11)과 같은 형상으로 양측이 면 절삭되어 있어 이들이 서로 맞물리도록 되어 있으며, 이 페달축(5)에 결합된 하우징의 페달축 삽입공 (11) 인접측부에는 상기 하우징이 페달축(5)에서 이탈되는 것을 방지하기 위한 이탈방지링(94)이 견고히 고정되어 있다.

그리고, 상기 래칫수용홈(33)은 하우징(30)의 내주면에 폭방향으로 3개가 1조로 구성되어 나란히 배치된 형상으로 서로간에 소정각도를 이루며 형성되어 있는데, 이를 보다 상세히 설명하면, 상기 3개의 래칫수용홈(33) 중 양방향 래칫휠이 정방향 구동휠(50)과 맞물릴수 있게 하는 좌측의 래칫수용홈(33)들은 도 4a에서와 같이 브이자 형상으로 배치되어 있어 페달바아(4)에 의해 하우징(30)이 정방향으로 회전될 경우 좌측의 양방향 래칫휠(70)들은 서로 좁아지는 방향으로 이동되어 정방향 구동휠(50)의 래칫돌기(51)와 맞물리게 되는 동시에 우측의 양방향 래칫휠(70)들은 서로 벌어지는 방향으로 이동하게 된다.

한편, 상기 작동과 반대로 역방향 구동휠(60)과 맞물릴수 있게 하는 우측의 래칫수용홈(33)들은 도 4b에서와 같이 역브이자 형상으로 배치되어 있어 페달바아(4)에 의해 하우징(30)이 역방향으로 회전될 경우 우측의 양방향 래칫휠(70)들은 서로 좁아지는 방향으로 이동되어 역방향 구동휠(60)의 래칫돌기(61)와 맞물리게 되는 동시에 좌측의 양방향 래칫휠(70)들은 서로 벌어지는 방향으로 이동하게 된다.

상기 구동스프라킷(40)은 자전거 운전 중 회전비 조절을 위한 다단 변속이 가능하도록 직경을 달리하는 복수개의 구동스프라킷(40)을 적층시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 양방향 래칫휠(70)은 상기 하우징(30)의 회전방향에 따라 정방향 래칫돌기(51) 및 역방향 래칫돌기(61)와 맞물릴 수 있도록 하는 휠 형상으로 3개가 1조를 이루며, 그 각각의 외주면에는 래칫수용홈(33)으로 삽입되어 하우징(30)의 회전시 이 래칫수용홈(33)을 따라 한 쌍의 래칫휠(70)이 원주방향으로 사선 이동되면서 서로 좁혀지고 벌어지도록 하는 삽입돌기(71)가 형성되어 있고, 상기 정방향 래칫돌기(51) 및 역방향 래칫돌기(61)에 대응되는 각 래칫휠(70) 본체의 측면에는 이 래칫휠(70)들이 래칫수용홈(33)을 따라 이동하여 정, 역방향 구동휠(50)(60)의 래칫돌기(51)(61)를 감싸 맞물리도록 하는 오목홈(72)이 연속적으로 형성된 웨이브 형상을 하고 있다.

여기서, 상기 3개의 양방향 래칫휠(70) 중 정, 역방향 구동휠(50)(60)의 래칫돌기(51)(61)와 맞물리지 않는 양측 래칫휠의 각 외측면에는 오목홈(72)이 형성되지 않고 편평하게 형성되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 정방향 구동휠(50) 및 역방향 구동휠(60)의 각 외주면에는 한 쌍의 양방향 래칫휠(70)이 그 외부를 감싸면서 맞물려 하우징(30)과 해당 구동휠(50)(60)이 서로 연결될 수 있도록 규칙적인 두께를 가지며 굴곡 변화하는 웨이브 형상의 래칫돌기(51)(61)가 외주면 전체에 걸쳐 연속적으로 형성되어 환테를 이루고, 그 각각의 내주면에는 상기 방향전환 중계기어(80)와 치형 결합되는 내주면측 기어(52)(62)가 형성되어 있다.

또한, 상기 방향전환 중계기어(80)는 상기 내, 외측디스크(10)(20)의 기어축 고정공(12)(22) 간에 회전 가능하게 고정되고 상기 역방향 구동휠(60)의 내주면에 형성된 내주면측 기어(62)와 치형 결합되는 내접기어(81)와, 상기 내, 외측디스크(10)(20)의 기어축 고정공(12)(22) 간에 회전 가능하게 고정되고 상기 정방향 구동휠(50)의 내주면에 형성된 내주면측 기어(52)와 상기 내접기어(81)에 치형결합되는 연동기어(83)로 이루어져 있다. 이때,상기 방향전환 중계기어(80)는 상기 페달축(5)을 중심으로 대칭되는 위치에 다수개 구비되는 것이 바람직하다.

상기 고정판(86)은 프레임(1)의 보스(2)에 삽입 고정되어 하우징(30)이 프레임(1)에 견고히 고정되도록 하는 중공(페달축삽입공)이 형성된 원판 형상으로, 그 일측면의 중공 테두리에는 프레임(1)의 보스(2) 내주면으로 파고들어가 고정판(86)이 고정될 수 있게 하는 삼각판재 형상의 고정쐐기(87)가 다수개 돌출되어 있고, 상기 고정판(86)의 테두리에는 내측디스크(10)의 지지돌기(10a)에 맞물려 이 고정판(86)이 회전되는 것을 방지하기 위한 지지홈(86a)이 다수개 형성되어 있다.

그리고, 상기 내측디스크(10)는 고정판(86)과 구동스프라켓(40) 사이에 개재되어 정방향 구동휠(50)과 베어링 지지되는 중공이 형성된 원판 형상으로, 고정판(86)을 향한 일측면 중앙부에는 양측부를 면 절삭시킨 관통보울트 (92)의 머리부가 수용될 수 있게 오목하게 패여 있고, 그 외주부에는 상기 고정판(86)의 지지홈(86a)에 삽입되어 고정판(86)이 회전되는 것을 방지하기 위한 지지돌기(88a)가 다수개 형성되어 있으며, 이 지지돌기(88a)의 외주면에는 고정판(86)이 상기 내측디스크(10)에서 이탈되는 것을 방지하기 위한 스냅링(90) 설치용 걸림홈(88b)이 각각 형성되어 있다.

상기 관통보울트(92)는 일단부에 머리부가 형성되고 중앙에 페탈축(5)이 관통되도록 관통공이 형성된 중공형의 보울트 형상으로, 그 선단부에는 하우징(30)이 프레임(1)에 견고히 고정되도록 이 프레임(1)의 보스(2)와 나사 체결되는 나사산이 형성되어 있다.

본 실시예에 있어서 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 내측디스크(10) 및 외측디스크(20) 간에는 정, 역방향 구동휠(50)(60)의 회전 간섭이 발생하지 않는 위치에 복수의 지지봉을 배치하여 상호 견고하게 연결되도록 할 수 있다.

또한, 상기 내측디스크(10), 정방향 구동휠(50), 역방향 구동휠(60) 및 외측디스크(20)의 각 인접부에는 서로가 회전시 상호 간섭되지 않고 비접촉지지될 수 있도록 자석베어링(13),(21),(51),(53),(61),(62)이 일정간격으로 개재되어 있으며, 상기 자석베어링(13),(21),(51),(53),(61),(62)은 마찰 및 동력손실을 최소화할 수 있는 기능을 수행한다.여기서, 상기 자석베어링의 배치상태를 살펴보면, 내측디스크(10)와 정방향 구동휠(50) 및 외측디스크(20)와 역방향 구동휠(60) 간의 자석베어링(13, 51), (21, 62)은 직경이 다른 링 형상으로 소정간격을 두고 서로 동심원상으로 배치되며, 정방향 구동휠(50)과 역방향 구동휠(60) 간의 자석베어링 (53, 61)은 각각 동일 직경의 링 형상을 이루고 소정간격을 두고 서로 평행하게 배치됨이 바람직하다.

상기 도면 중 미설명 부호 82는 내접 및 연동기어(81)(83)의 중심에 관통 결합된 기어축을 나타낸 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 변환장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 정방향으로 페달축(5)이 회전하는 경우에는 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 페달바아(4)가 상기 하우징(30)을 정방향으로 구동시켜 주며, 상기 하우징(30)의 좌측 래칫수용홈(33) 내에 삽입되어 있는 한 쌍의 정방향 래칫(70)의 삽입돌기(71)가 상기 래칫수용홈(33)을 따라 서로 좁아지는 방향으로 이동되는 동시에 상기 한 쌍의 정방향 래칫(70)의 오목홈(72)들이 정방향 구동휠(50)의 래칫돌기(51)를 감싸 서로 맞물리게 되어 정방향 구동휠(50)을 정방향으로 회전시키게 되고, 결과적으로 상기 정방향 구동휠(50)과 일체로 연결된 구동스프라킷(40)도 정방향으로 회전하면서 자전거를 전진구동시키게 된다.

이때, 상기 정방향 구동휠(50)의 회전에 따라 연동기어(83)와 내접기어(81)가 회전되면서 역방향 구동휠(60)에도 회전력이 전달되나 역방향 래칫돌기(61)와 상기 양방향 래칫휠(70)의 오목홈(72)들이 서로 맞물려있지 않은 상태를 유지하므로 상기 역방향 구동휠(60)은 공회전하게 된다.

그 다음으로, 역방향으로 페달축(5)이 회전하는 경우에는 도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 페달바아(4)가 상기 하우징(30)을 역방향으로 구동시켜주며, 상기 하우징(30)의 좌측 래칫수용홈(33) 내에 삽입되어 있는 한 쌍의 정방향 래칫(70)이 상기 래칫수용홈(33)을 따라 벌어지는 방향으로 이동되는 반면에 우측 래칫수용홈(33) 내에 삽입되어 있는 한 쌍의 역방향 래칫(70)의 삽입돌기(71)가 상기 래칫수용홈(33)을 따라 서로 좁아지는 방향으로 이동되어 상기 한 쌍의 역방향 래칫(70)의 오목홈(72)들이 역방향 구동휠(60)의 래칫돌기(61)를 감싸 서로 맞물리게 되어 역방향 구동휠(60)을 회전시킨다.

이때, 상기 역방향 구동휠(60)의 내주면측 기어(52)와 맞물린 내접기어(81)가 동시에 역회전되고 이 내접기어(81)와 연속적으로 치형 결합된 연동기어(83)는 정방향으로 전환 회전하게 되며, 결과적으로 상기 연동기어(83)와 맞물려 회전하는 정방향 구동휠(50) 및 구동스프라킷(40)도 정방향으로 회전되면서 자전거가 전진구동하게 된다.

따라서, 자전거의 페달바아(4)를 정, 역회전시키는 경우 종래와 같이 복잡한 레버 조작을 하지 않더라도 항시 전진구동이 가능하도록 자동 변환시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 기술한 바와 같은 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치에 의하면, 별도의 레버 조작없이 페달의 정회전 또는 역회전 조작만으로 전진구동이 가능하게 함으로써 운전이 매우 편리하고, 적은 수의 부품을 사용한 간단한 구조를 이룸으로써 조립공정의 감소로 인한 생산성 향상 및 생산비 절감을 도모할 수 있으며, 부품의 고장수리 및 교체 등과 같은 보수관리가 간편할 뿐만 아니라, 후륜의 역회전이 자유로워 자전거의 견인이동이 용이하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 페달의 역회전 조작에 의한 전진구동시에도 결합부품간의 마찰에 의한 부하발생이 적을 뿐만 아니라 정회전시와 동일한 회전비로 구동력을 전달할 수 있게 되어 동력손실이 없고 효율성이 향상되는 효과가 있는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 프레임의 보스 내에서 회전 가능하도록 삽입되고 상기 보스의 양측으로 돌출된 양단부에 페달바아가 각각 일체로 고정되어 이 페달바아와 함께 회전할 수 있도록 된 페달축;

   상기 페달축 상에서 소정간격으로 이격 배치되어 상기 페달축의 회전시 간섭이 발생하지 않도록 지지하는 내측디스크 및 외측디스크;

   상기 내측디스크 및 외측디스크의 외주를 둘러싸는 원통드럼의 형태를 이루며 내주면에 폭방향으로 다수개의 래칫수용홈이 형성되고 상기 페달축 상에 설치되어 이 페달축과 일체로 회전할 수 있도록 된 하우징;

   상기 하우징의 외주에 인접하여 배치된 구동스프라킷;

   상기 하우징의 래칫수용홈에 대응하여 각각 수용되는 삽입돌기가 외주면에 다수개 형성된 양방향 래칫휠;

   상기 하우징의 회전구동에 간섭되지 않도록 구동스프라킷과 일체로 형성되고 상기 내측디스크에 베어링 지지되며 상기 하우징의 내주면에 인접하는 링 형상으로 상기 양방향 래칫휠과 맞물리는 래칫돌기가 외주면에 형성된 정방향 구동휠;

   상기 정방향 구동휠의 일측과 하우징의 내주면에 인접하여 배치되고 상기 외측디스크에 베어링 지지되는 링 형상으로 상기 양방향 래칫휠과 맞물리는 래칫돌기가 외주면에 형성된 역방향 구동휠; 및

   상기 하우징의 역방향 회전시 이와 함께 회전하는 역방향 구동휠의 회전방향을 정방향으로 전환하여 상기 정방향 구동휠로 전달함으로써 상기 구동스프라킷에 정방향 회전력을 유도할 수 있도록 역방향 구동휠의 내주면과 치형 결합되는 내접기어 및 이 내접기어와 정방향 구동휠에 각각 치형 결합되는 연동기어로 이루어진 방향전환 중계기어;

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자전거용 전진구동 변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 래칫수용홈은 하우징의 폭방향으로 3개가 1조를 이루고 내주면 전체에 걸쳐 동일 배치구조를 이루면서 다수조 형성되며 상기 1조의 래칫수용홈은 대응되는 양방향 래칫휠의 삽입돌기를 수용하여 하우징의 회전에 따라 각 양방향 래칫휠을 원주방향으로 안내하면서 정방향 구동휠 또는 역방향 구동휠의 래칫돌기와 회전방향에 따라 선택적으로 맞물릴 수 있도록 인접 래칫수용홈 간에 소정각도를 이루며 형성됨을 특징으로 하는 상기 자전거용 전진구동 변환장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 정방향 구동휠 및 역방향 구동휠의 래칫돌기는 두께가 규칙적으로 굴곡 변화하는 웨이브 형상의 환테로서 외주면을 따라 연속적으로 형성되고, 그 각각의 내주면에는 상기 방향전환 중계기어와 치형 결합되는 내주면측 기어가 형성됨을 특징으로 하는 상기 자전거용 전진구동 변환장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 프레임의 보스내로 삽입되어 하우징이 프레임에 견고히 고정되도록 그 중앙 관통공 인접부에 다수의 고정쐐기가 형성된 고정판과, 상기 페달축이 관통되도록 중앙에 관통공이 형성되고 머리부가 내측디스크의 일측면에 밀착 지지되며 그 선단부가 프레임의 보스내에 체결되어 상기 고정판을 지지하는 중공형의 관통보울트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 자전거용 전진구동 변환장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 내측디스크, 정방향 구동휠, 역방향 구동휠 및 외측디스크간에 설치된 베어링은 같은 극성이 마주보도록 소정거리 이격된 상태로 배치되어 비접촉으로 지지되는 자석베어링임을 특징으로 하는 상기 자전거용 전진구동 변환장치.