KR100819847B1 - 자전거의 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페달의 회전방향과 상관없이 구동륜이 한 방향으로 회전할 수 있도록 하는 자전거의 구동장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자전거의 구동장치는, 양단에 페달이 체결되는 구동축과, 상기 구동축에 체결되고, 일방향으로만 회전력을 전달하는 제1 일방향 클러치 베어링과, 일방향으로만 회전력을 전달하되, 상기 제1 일방향 클러치 베어링과 반대방향으로 회전력을 전달하도록 상기 구동축에 제1 일방향 클러치 베어링과 간격을 두고 구비되는 제2 일방향 클러치 베어링과, 제1 일방향 클러치 베어링의 외측에 체결되는 제1 구동기어과, 상기 제1 구동기어보다 직경이 작고, 치의 개수가 적게 형성되며, 상기 제2 일방향 클러치 베어링의 외측에 체결되는 제2 구동기어와, 상기 제2 구동기어에 치합되는 아이들 기어와, 상기 구동축과 이격되어 평행하게 구비되는 종동축 및, 상기 제1 구동기어 및 상기 아이들 기어에 각각 치합되도록 상기 종동축에 구비되는 한 쌍의 종동기어를 포함한다.

자전거, 구동장치, 구동기어, 아이들 기어, 베벨기어

Description

자전거의 구동장치 { Driving apparatus for bicycle }

도 1은 통상적인 헬스용 자전거의 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 자전거의 구동장치의 단면도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자전거의 구동장치의 사시도.

도 4는 도 3의 분해 사시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자전거의 구동장치의 분해 사시도.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

1 : 자전거 구동장치 10 : 구동축

11 : 제1 일방향 클러치 베어링 12 : 제2 일방향 클러치 베어링

13 : 제1 구동기어 14 : 제2 구동기어

15 : 아이들 기어 20 : 종동축

21 : 제1 종동기어 22 : 제2 종동기어

30 : 회전축 31 : 구동 베벨기어

32 : 종동 베벨기어

본 발명은 자전거의 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페달의 회전방향과 상관없이 자전거를 일방향으로 이동될 수 있도록 하는 자전거의 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 현대인들이 건강에 대하여 많은 관심을 가지면서, 비만을 피하고 보기 좋은 몸매를 만들기 위해 대표적인 유산소 운동인 자전거 타기를 실외 또는 실내에서 많이 행하고 있다.

예컨대, 도 1에 도시된 것과 같이 자전거의 한 형태인 헬스용 자전거(100)는 지지프레임(101)의 상부측에 설치된 손잡이(102)와, 계기판(103)과, 안장(104) 및, 손잡이(102)와 안장(104) 사이에 구비되면서 페달(105)과 연계되는 구동장치(110)로 구성되고, 상기 페달(105)에 의해 사용자의 하체를 단련시킨다.

따라서, 상기 헬스용 자전거(100)의 안장(104)에 앉은 상태에서 페달(105)에 발을 맞대고 정방향으로 회전시키면, 상기 페달(105)에 연계되는 구동장치(110)의 회전과정에서 하체의 단련이 가능하므로, 운동이 부족한 현대인에게 좁은 운동장소에서 단시간내에 운동효과를 줄 수 있는 것이다.

그런데, 상기 헬스용 자전거(100)는 페달(105)에 연결된 구동장치(110)를 작동시키는 구성으로서, 상기 페달(105)이 정회전하는 경우 하체의 단련운동이 가능하지만 역회전하는 과정에서는 상기 구동장치(110)가 공회전하기 때문에 상기 헬스용 자전거(100)를 이용하여 다양한 운동효과를 기대하기 어렵다.

이는 도 1에 도시된 헬스용 자전거 뿐만 아니라, 실외에서 타는 자전거도 마찬가지이다.

즉, 상기 종래기술에 따른 자전거의 구동장치를 도 2를 참조로 살펴보면, 상기 페달(105)이 그 좌우 양단에 설치되어 페달(105)의 회전력을 전달받는 회전축(111)과, 이 회전축(111)의 일측부에 연결되어 회전축(111)의 회전력을 외부로 전달하는 스프로켓(112)과, 상기 회전축(111)의 외주면에 설치되어 회전축(111)의 회전력을 전달하는 구동기어(113)와, 이 구동기어(113)의 외측에 치합되어 구동기어(113)의 회전력을 상기 스프로켓(112)에 전달하는 유성기어(114)로 구성된다.

상기 구동기어(113)와 유성기어(114)는 기어 하우징(115) 내부에 설치되어 상기 스프로켓(112)과 연결된다.

그러므로, 상기 헬스용 자전거(100)의 페달(105)이 회전하면서 상기 회전축(111)을 회전시키고, 상기 회전축(111)의 회전에 의해 연결된 다수의 기어들이 동작하여 상기 스프로켓(112)을 회전시킴으로써, 회전을 통해 그 운동력이 측정된다.

그런데, 종래 헬스용 자전거의 구동장치(110)는 상기 구동기어(113)와 유성기어(114)를 통해 회전축(111)의 회전력을 전달하는 과정에서 과도한 소음이 발생되는 문제가 있고, 상기 구동기어(113)와 유성기어(114)가 쉽게 마모되어 구동장치(110)의 내구성이 저하되는 등의 문제가 있었다.

아울러, 페달(105)을 한 방향으로만 회전시키는 경우에 대하여 자전거의 바퀴가 구동되므로, 사용자의 흥미를 쉽게 떨어뜨리는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 페달의 회전방향과 상관없이 일방향으로만 회전력을 전달하여, 정방향 또는 역방향시에도 자전거의 구동륜이 같은 방향으로 회전하여 운동이 가능하게 하는 자전거용 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자전거의 구동장치는, 양단에 페달이 체결되는 구동축; 상기 구동축에 체결되고, 일방향으로만 회전력을 전달하는 제1 일방향 클러치 베어링; 일방향으로만 회전력을 전달하되, 상기 제1 일방향 클러치 베어링과 반대방향으로 회전력을 전달하도록 상기 구동축에 제1 일방향 클러치 베어링과 간격을 두고 구비되는 제2 일방향 클러치 베어링; 제1 일방향 클러치 베어링의 외측에 체결되는 제1 구동기어; 상기 제1 구동기어보다 직경이 작고, 치의 개수가 적게 형성되며, 상기 제2 일방향 클러치 베어링의 외측에 체결되는 제2 구동기어; 상기 제2 구동기어에 치합되는 아이들 기어; 상기 구동축과 이격되어 평행하게 구비되는 종동축 및 상기 제1 구동기어 및 상기 아이들 기어에 각각 치합되도록 상기 종동축에 구비되는 한 쌍의 종동기어를 포함한다.

상기 종동기어는, 제1 구동기어와 제2 구동기어의 기어비와 동일한 기어비를 갖고, 각각 제1 구동기어와 제2 구동기어에 치합되는 제1 종동기어와 제2 종동기어 로 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 종동축에는, 구동 베벨기어가 구비되고, 상기 종동축과 수직하게 회전축이 구비되며, 상기 종동축에 상기 구동 베벨기어와 치합되는 종동 베벨기어가 더 구비될 수도 있다.

상기 제1 구동기어 및 제1 종동기어는 헬리컬 기어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 구동기어, 아이들 기어 및 제2 종동기어는 헬리컬 기어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 자전거의 구동장치의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 자전거 구동장치에 따른 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해사시도이다.

본 발명에 따른 자전거 구동장치는 양단에 페달이 구비되는 구동축(10)과, 일방향으로 회전력을 전달할 수 있도록 상기 구동축(10)에 한 쌍으로 구비되되 서로 회전력이 전달하는 방향이 반대인 일방향 클러치 베어링(11)(12)과, 상기 일방향 클러치 베어링(11)(12)에 각각 체결되는 한 쌍의 구동기어(13)(14)와, 종동축(30)에 한 쌍으로 구비되어 상기 구동기어(13)(14)의 외측에 치합되되 어느 하나는 상기 구동기어(13)(14) 중 어느 하나와 직접 치합되고, 나머지 하나는 아이들 기어(15)를 매개로 치합되는 종동기어(21)(22)를 포함한다.

구동축(10)은 양단에 페달이 구비된다.

구동축(10)의 양단에 구비된 페달(미도시)을 사용자가 밟음으로써, 회전력을 발생시킨다.

일방향 클러치 베어링(11)(12)은 한 쌍으로 마련되어, 상기 구동축(10)에 서로 반대방향으로 회전력을 전달할 수 있도록 구비된다.

일방향 클러치 베어링(11)(12)은 내측부재의 중심에 체결되는 축부재와 외측부재의 외측에 체결되는 동력전달부재, 예컨대 기어, 스프라켓 등을 일방향으로만 회전력이 전달되도록 한다. 즉, 일방향 클러치 베어링(11)(12)은 내측부재와 외측부재가 일방향으로만 회전력을 전달하도록 되어 있는 것으로서, 회전력을 전달하는 방향으로 회전력이 입력되는 경우에는 내측부재와 외측부재가 같이 회전하지만, 회전력을 전달하지 않는 방향으로 회전력이 입력되는 경우에는 내측부재가 회전하여도 외측부재는 회전하지 않거나 단순히 공회전한다. 예를들어 축부재가 시계방향으로 회전할 때에는 동력전달부재도 같이 회전하나, 반대로 축부재가 반시계방향으로 회전할 때에는 동력전달부재는 회전하지 않도록 하는 것으로서, 당업자라면 충분히 실시할 수 있으므로 일방향 클러치 베어링(11)(12)의 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 한 쌍의 일방향 클러치 베어링(11)(12)을 서로 반대방향으로 회전이 가능하도록 구동축(10)에 체결시킨다.

즉, 일방향 클러치 베어링(11)(12)을 한 쌍으로 구비하여, 하나의 일방향 클러치 베어링(11), 즉 제1 일방향 클러치 베어링(11)을 도 2에서 반시계 방향으로 회전력을 전달할 수 있도록 구동축(10)에 체결하고, 상기 제1 일방향 클러치 베어링(11)과 반대방향으로 회전을 가능하도록 하는 제2 일방향 클러치 베어링(12)을 상기 제1 일방향 클러치 베어링(11)과 소정의 간격을 두고 시계 방향으로 회전력을 전달할 수 있도록 구동축(10)에 체결시킨다.

구동기어(13)(14)는 상기 각각의 일방향 클러치 베어링(11)(12)의 외측에 각각 체결되도록 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)로 마련되어 구동축(10)의 회전력을 전달한다.

제1 구동기어(13)는 상기 제1 일방향 클러치 베어링(11)의 외측에 체결되고, 제2 구동기어(14)는 상기 제2 일방향 클러치 베어링(12)의 외측에 체결된다.

상기 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)는 평행한 두 축사이에 동력을 전달할 수 있는 기어로, 스퍼기어가 사용될 수 있고, 바람직하게는 헬리컬기어 또는 이중 헬리컬 기어가 사용될 수 있다.

여기서, 제1 일방향 클러치 베어링(11)과 제2 일방향 클러치 베어링(12) 서로 반대방향으로 회전력을 전달할 수 있도록 구비되어 있는바, 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)는 서로 반대방향으로만 회전력을 전달하게 된다.

특히, 상기 제2 구동기어(14)의 직경은 제1 구동기어(13)의 직경보다 약간 작게 형성되도록 하고, 제2 구동기어(14)와 제1 구동기어(13)가 동일한 치형을 갖는다면, 제2 구동기어(14)의 치의 개수를 제1 구동기어(13)의 치의 개수보다 적게형성하여, 후술되는 종동기어(21)(22)에 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)가 동시에 체결되지 않도록 한다.

종동축(20)은 상기 구동축(10)과 소정의 간격을 두고 배치된다. 종동축(20)은 후술되는 종동기어(21)(22)가 체결되어, 상기 제1 구동기어(13) 및 제2 구동기어(14)의 회전력을 전달받는다. 종동축(20)은 자전거의 구동륜과 연결되어 구동축(10)에서 발생된 회전력을 자전거의 구동륜에 전달한다.

종동기어(21)(22)는 구동기어(13)(14)에 치합되도록 종동축(20)에 체결되는데, 상기 구동기어(13)(14)가 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)로 이루어져 있는바, 이에 대응하도록 한 쌍으로 이루어진다.

이때, 한쌍의 종동기어(21)(22)중 어느 하나의 종동기어(21)는 상기 제1 구동기어(13)외 직접 치합되나, 나머지 종동기어(22)는 아이들 기어(15)를 매개로 하여 제2 구동기어(14)와 치합된다.

즉, 본 발명의 목적이 정방향 또는 역방향시에도 종동축이 항상 같은 방향으로 회전도록 하기 위한 것인바, 종동축(20)에 체결된 한 쌍의 종동기어(21)(22)가 동시에 제1 구동기어(13) 및 제2 구동기어(14)에 치합되면 상기의 목적을 달성할 수 없으므로, 제2 구동기어(14)와 상기 제2 구동기어(14)에 치합되는 종동기어(22) 사이에 회전방향을 역전시키는 아이들 기어(15)를 개재시켜, 구동축(10)이 정방향으로 회전하거나, 역방향으로 회전하여도 구동축(10)은 항상 같은 방향으로 회전하도록 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 자전거의 구동장치의 작용에 대하여 설명하기로 한다.

우선, 정방향으로 회전하는 경우에 대하여 설명하기로 한다.

예컨대, 도 3에서, 실선 화살표로 표시된 방향으로 회전하는 것을 정방향의 회전이라 가정하면, 사용자가 페달을 이용하여 구동축(10)을 정방향으로 회전시킨다.

이때, 구동축(10)에 체결된 제1 일방향 클러치 베어링(11)와 제2 일방향 클러치 베어링(12)의 내측부재는 구동축(10)에 체결된 상태이므로 구동축(10)과 함께 회전한다.

그런데, 상기 제1 일방향 클러치 베어링(11)은 정방향으로 회전력을 전달하도록 구동축(10)에 체결되어 있으나, 제2 일방향 클러치 베어링(12)을 역방향으로 회전력을 전달하도록 구동축에 체결되어 있는 상태이다. 따라서, 제1 일방향 클러치 베어링(11)과 제2 일방향 클러치 베어링(12)의 내측부재는 구동축(10)과 함께 회전하지만, 제1 일방향 클러치 베어링(11)의 외측부재만 회전할 뿐, 제2 일방향 클러치 베어링(12)은 회전하지 않으므로, 제1 일방향 클러치 베어링(11)의 외측부재는 구동축(10)의 회전방향과 같은 방향으로 회전력을 전달하지만, 제2 일방향 클러치 베어링(12)은 구동축(10)의 회전방향과 같은 방향으로 회전력을 전달하지 못한다.

따라서, 구동축(10)이 정방향으로 회전하면, 회전력을 제1 구동기어(13)를 전달되고, 이는 제1 구동기어(13)에 치합된 종동기어(21)를 통하여 종동축(20)에 전달되어, 종동축(20)은 정방향으로 회전한다.

한편, 구동축(10)이 역방향으로 회전하는 경우는 다음과 같다.

사용자가 페달을 반대방향으로 회전시키면, 구동축(10)은 점선 화살표로 표시된 방향으로 회전하기 시작한다.

이때에도, 구동축(10)의 회전과 함께 제1 일방향 클러치 베어링(11)과 제2 일방향 클러치 베어링(12)의 내측 부재는 동시에 회전하게 되나, 제2 일방향 클러치 베어링(12)만이 회전력을 전달할 수 있을 뿐, 제1 일방향 클러치 베어링(11)은 회전력을 전달하지 못한다.

따라서, 구동축(10)의 회전력은 제2 일방향 클러치 베어링(12)을 거쳐 제2 구동기어(14), 아이들 기어(15), 종동기어(22)를 거쳐 종동축(20)으로 회전력이 전달된다.

한편, 상기 본 발명의 다른 실시예로서, 정방향회전시와, 역방향 회전시에 발생하는 기어비의 차이를 해결하기 위해서, 종동기어(21)(22)를 서로 다른 치의 개수를 갖는 제1 종동기어(21)와 제2 종동기어(22)로 구비할 수도 있다.

상기의 실시예에서, 만약 동일한 치형을 갖고, 서로 다른 기어비를 갖는 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)에 동일한 치수를 갖는 종동기어(21)(22)가 치합되도록 하면, 정방향시와 역방향시의 회전수가 다르게 된다.

예컨대, 제1 구동기어(13)의 치의 개수를 60개라 하고, 제2 구동기어(14)의 치의 개수를 48개라하며, 종동기어(21)(22)의 치의 개수를 40개라 하면, 제1 구동기어(13)와 종동기어의 기어 비는 60:40 이지만, 제2 구동기어(14)와 종동기어의 기어비는 48:40 이 되므로, 동일한 회전수를 갖도록 구동축(10)을 회전시켜도, 정 방향시와 역방향시의 회전속도에 차이가 발생하게 된다.

이때, 종동기어(21)(22)를 제1 종동기어(21)와 제2 종동기어(22)로 마련하고, 제1 종동기어(21)와 제2 종동기어(22)의 비를 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)의 비로 하면, 즉 상기의 예에서, 제1 종동기어(21)의 치의 개수를 40개, 제2 종동기어(22)의 치의 개수를 32개로 하면, 구동축(10)이 정방향시와 역방향시 동일한 회전수로 회전한다면, 종동축(30)는 일방향으로만 회전하되 회전수는 동일해진다.

따라서, 종동기어(21)(22)를 제1 종동기어(21)와 제2 종동기어(22)로 마련하고, 제1 종동기어(21)와 제2 종동기어(22)의 비를 제1 구동기어(13)와 제2 구동기어(14)의 비와 동일하게 하면, 정방향시와 역방향시 같은 회전비를 얻을 수 있다.

아울러, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 종동축(20)에 회전력으로 수직한 방향으로 전달하기 위해서, 상기 종동축(20)에 구동 베벨기어(31)를 구비하고, 상기 종동축(20)에 수직하게 회전축(30)을 마련하여 상기 회전축(30)의 전단에 상기 구동 베벨기어(31)와 치합되는 종동 베벨기어(32)를 구비할 수도 있다.

상기와 같이 종동축(20)에 베벨기어(31)(32)를 구비함으로써, 자전거 구동장치와 이격된 구동륜에 회전력을 전달할 수 있다.

헬스용 자전거와 같이 구동부위와 구동륜이 인접한 경우와 달리, 통상적으로 실외에서 타는 자전거에서 페달을 비롯한 구동부위가 구동륜과 떨어져 있으므로, 구동 베벨기어(31)와 종동 베벨기어(32)에 의해서 방향전환함으로써, 자전거용 구동장치에서 발생된 회전력을 구동륜에 전달할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 자전거의 구동장치에 따르면, 자전거의 페달 회전방향과 상관없이, 자전거가 일방향으로 구동될 수 있다. 사용자가 자전거의 페달을 정방향으로 회전시키거나, 역방향으로 회전시키더라도, 자전거의 바퀴는 항상 같은 방향으로 회전한다.

따라서, 사용자가 페달을 정방향뿐만 아니라, 역방향으로 회전시키는 경우에도 자전거의 구동륜은 항상 같은 방향으로 회전한다.

이로 인하여, 사용자는 페달의 회전방향과 상관없이 자전거가 일방향으로 구동하므로 사용자가 흥미를 잃지 않고 자전거 운동을 할 수 있다.

Claims (5)

1. 양단에 페달이 체결되는 구동축;

   상기 구동축에 체결되고, 일방향으로만 회전력을 전달하는 제1 일방향 클러치 베어링;

   일방향으로만 회전력을 전달하되, 상기 제1 일방향 클러치 베어링과 반대방향으로 회전력을 전달하도록 상기 구동축에 제1 일방향 클러치 베어링과 간격을 두고 구비되는 제2 일방향 클러치 베어링;

   제1 일방향 클러치 베어링의 외측에 체결되는 제1 구동기어;

   상기 제1 구동기어보다 직경이 작고, 치의 개수가 적게 형성되며, 상기 제2 일방향 클러치 베어링의 외측에 체결되는 제2 구동기어;

   상기 제2 구동기어에 치합되는 아이들 기어;

   상기 구동축과 이격되어 평행하게 구비되는 종동축 및

   상기 제1 구동기어 및 상기 아이들 기어에 각각 치합되도록 상기 종동축에 구비되는 한 쌍의 종동기어를 포함하는 자전거의 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 종동기어는,

   제1 구동기어와 제2 구동기어의 기어비와 동일한 기어비를 갖고, 각각 제1 구동기어와 제2 구동기어에 치합되는 제1 종동기어와 제2 종동기어로 구비되는 것 을 특징으로 하는 자전거의 구동장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 종동축에는,

   구동 베벨기어가 구비되고,

   상기 종동축과 수직하게 회전축이 구비되며,

   상기 종동축에 상기 구동 베벨기어와 치합되는 종동 베벨기어가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 구동기어 및 제1 종동기어는 헬리컬 기어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치.
5. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2 구동기어, 아이들 기어 및 제2 종동기어는 헬리컬 기어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치.

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