KR101145358B1

KR101145358B1 - 자전거

Info

Publication number: KR101145358B1
Application number: KR1020110045958A
Authority: KR
Inventors: 황우원
Original assignee: 황우원
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-05-15

Abstract

본 발명은 자전거에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자전거는 앞바퀴, 상기 앞바퀴가 자유 회전 가능하게 연결되는 포크 및 상기 포크 상단에 연결되는 핸들을 포함하는 앞바퀴 조향유닛과, 상기 포크에 결합되어 뒤쪽으로 뻗는 연결프레임과, 전단부가 상기 연결프레임에 결합되고 후단부는 두 갈래로 갈라져서 각각 뒷바퀴 축에 결합되어 지지되고 위쪽을 향하여 볼록한 원호 형태를 가지며 좌측 내부 및 우측 내부 각각에 원호 형태를 이루며 앞뒤로 길게 뻗는 구동부재 통로가 형성되는 메인프레임과, 상기 메임프레임의 상부에 결합하는 안장부와, 상기 메인프레임의 뒷부분의 두 갈래로 갈라진 부분 사이에 위치하도록 상기 뒷바퀴축에 회전 가능하게 결합하는 뒷바퀴와, 상기 뒷바퀴축 중 상기 뒷바퀴의 오른쪽에 위치하는 부분과 왼쪽에 위치하는 부분 각각에 회전 가능하게 결합하여 지지되는 한 쌍의 종동기어부와, 구동부재 통로를 따라 전후 이동이 가능하도록 원호 형태를 가지고 좌우 한 쌍이 상기 좌우 한 쌍의 구동부재 통로 각각의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되며 각각의 전단부는 상기 구동부재 통로의 바깥에 위치하면서 페달이 구비되고 각각의 후단부는 상기 구동부재 통로의 바깥에 위치하면서 한 쌍의 상기 종동기어부 각각의 기어 이와 맞물리는 톱니가 형성되는 좌우 한 쌍의 구동부재와, 한 쌍의 상기 구동부재의 중간 부분의 서로 마주보는 면 각각에 전후 방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 래크 이와, 상기 한 쌍의 래크 이 모두와 맞물리면서 상기 한 쌍의 래크 이 사이에 끼워져서 상기 메인 프레임 내부에 설치된 수직 방향의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 피니언 및 상기 종동기어부 및 상기 뒷바퀴와 결합하여 상기 종동기어와 상기 뒷바퀴 사이에 구비되어 상기 래크 이가 상승할 때만 상기 종동기어의 구동력이 상기 뒷바퀴에 전달되도록 하는 후륜 일방향 회전 전동기구를 포함하여 구성된다.

Description

자전거 {BICYCLE}

본 발명은 자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발판을 가압하는 과정 및 가압을 해제하는 과정을 통해 주행이 가능하도록 하여 구동효율이 우수하고 미관이 좋으며 내구성과 경제성이 뛰어난 자전거에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 사용자가 안장에 앉은 상태로 한 쌍의 페달을 회전시키는 조작에 의해 주행이 이루어지도록 구성되며, 상기 한 쌍의 페달은 후륜과 체인에 의해 구동력 전달이 가능하도록 연결됨으로써, 상기 각 페달의 회전이 이루어지면 상기 체인을 통해 상기 후륜이 회전되면서 자전거를 주행시키게 된다.
또한, 본체 프레임의 전방인 전륜의 상부에는 상기 전륜을 좌우 조향하기 위한 조향 손잡이가 설치됨으로써, 사용자의 필요에 따른 자유로운 조향이 가능하다.

하지만, 전술한 종래의 일반적인 자전거는 페달 회전에 의해 구동력이 발생하는 유효구간은 시계방향 1시에서 5시 방향까지이고 나머지는 공회전되며 회전이 빠를수록 이 유효구간도 점점 작아지며 공회전 구간이 커지므로 장거리 이동시 속도와 추진력이 떨어지고 오르막일 경우에는 이 공회전으로 인해 사용자의 구름력을 구사하는 타이밍이 맞지 않아 힘 소모량이 배가되고 능률이 떨어져서 주행에 따른 피로와 스트레스가 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 일반적인 자전거의 경우 자전거 주행에 따른 구름력을 매개로 추진력을 확보해야 하는 중요한 공간에 구동 휠과 체인 그리고 구동 휠에 집결된 여러가지 부재가 많아서 구조가 복잡하고 안전에도 불리하며 큰 추진력의 확보에도 공간적인 장애물이 된다는 문제점이 있었으며 이러한 각종 부품과 복잡한 구조로 인하여 고장률이 높고 자전거의 미관을 해치며 자전거의 무게가 증가하고 제조비용이 높아진다는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0975760호 일본 공개특허 제2010-501399호 대한민국 공개특허 제10-2011-0048741호 대한민국 공개특허 제10-2006-0012706호 대한민국 공개특허 제10-2010-00039069호 대한민국 등록특허 제10-1017769호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 자전거의 전체 구조를 개선함으로써 무게가 적게 나가고 구조가 단순하여 고장 발생의 우려가 적고 제조비용이 적게 들며 구동방식을 변화시킴으로써 공회전 구간을 최소화함으로써 구동효율이 우수한 자전거를 제공하는 데 그 목적이 있다.

삭제

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자전거는 앞바퀴, 상기 앞바퀴가 자유 회전 가능하게 연결되는 포크 및 상기 포크 상단에 연결되는 핸들을 포함하는 앞바퀴 조향유닛과, 상기 포크에 결합되어 뒤쪽으로 뻗는 연결프레임과, 전단부가 상기 연결프레임에 결합되고 후단부는 두 갈래로 갈라져서 각각 뒷바퀴 축에 결합되어 지지되고 위쪽을 향하여 볼록한 원호 형태를 가지며 좌측 내부 및 우측 내부 각각에 원호 형태를 이루며 앞뒤로 길게 뻗는 구동부재 통로가 형성되는 메인프레임과, 상기 메임프레임의 상부에 결합하는 안장부와, 상기 메인프레임의 뒷부분의 두 갈래로 갈라진 부분 사이에 위치하도록 상기 뒷바퀴축에 회전 가능하게 결합하는 뒷바퀴와, 상기 뒷바퀴축 중 상기 뒷바퀴의 오른쪽에 위치하는 부분과 왼쪽에 위치하는 부분 각각에 회전 가능하게 결합하여 지지되는 한 쌍의 종동기어부와, 구동부재 통로를 따라 전후 이동이 가능하도록 원호 형태를 가지고 좌우 한 쌍이 상기 좌우 한 쌍의 구동부재 통로 각각의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되며 각각의 전단부는 상기 구동부재 통로의 바깥에 위치하면서 페달이 구비되고 각각의 후단부는 상기 구동부재 통로의 바깥에 위치하면서 한 쌍의 상기 종동기어부 각각의 기어 이와 맞물리는 톱니가 형성되는 좌우 한 쌍의 구동부재와, 한 쌍의 상기 구동부재의 중간 부분의 서로 마주보는 면 각각에 전후 방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 래크 이와, 상기 한 쌍의 래크 이 모두와 맞물리면서 상기 한 쌍의 래크 이 사이에 끼워져서 상기 메인 프레임 내부에 설치된 수직 방향의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 피니언 및 상기 종동기어부 및 상기 뒷바퀴와 결합하여 상기 종동기어와 상기 뒷바퀴 사이에 구비되어 상기 래크 이가 상승할 때만 상기 종동기어의 구동력이 상기 뒷바퀴에 전달되도록 하는 후륜 일방향 회전 전동기구를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 구동부재와 상기 구동부재 통로 사이에는 베어링이 설치되어 상기 구동부재가 상기 베어링에 의해 전후 방향으로 움직일 수 있게 지지되는 것이 바람직하다.

삭제

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 자전거에 의하면 종래의 자전거와는 달리 페달이 위치한 곳의 주변에 고정 설치된 부품이 없어서 페달과 페달 사이를 사용자의 체형에 맞게 좌우를 넓히거나 좁힐 수 있고 전후 이동이 가능하며 더욱 향상된 추진력을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 종래의 자전거에 부착된 구동 휠, 체인 및 구동 휠로 집결되는 각종 부품들을 제거함으로 인하여 체인에 사용자의 옷이 끼어서 발생할 수 있는 안전사고를 방지할 수 있으며 구조가 간단하고 경량화가 가능하며 저비용으로 제조가 가능하고 미관이 개선되며 추진력을 높일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 페달이 수직 방향으로 이동하므로 사용자의 신체 구조에 알맞은 운동을 할 수 있고 공회전 부분이 최소화됨으로써 가파른 언덕에서도 사용자가 힘을 최대한 발휘할 수 있어서 빠른 속도로 쉽게 오를 수 있고 피로와 스트레스가 감소된다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거를 나타낸 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거의 구동부재를 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거의 메인프레임과 구동부재 및 베어링을 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거의 메인프레임과 구동부재를 나타낸 정단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거의 구동부재와 피니언을 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거의 종동기어부를 나타낸 평면도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자전거를 나타낸 측면도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 자전거는 앞바퀴(100), 포크(110), 핸들(120), 연결 프레임(210), 메인 프레임(200), 안장부(220), 뒷바퀴(300), 뒷바퀴축(310), 종동기어부(320), 구동부재(400), 피니언(500) 및 베어링(510)을 포함하여 구성된다.

앞바퀴(100)와 포크(110) 및 핸들(120)로 이루어진 자전거의 앞 부분은 일반적인 자전거와 동일한 구성을 가진다.

메인 프레임(200)은 원호 형태의 곡선을 그리도록 구부러진 아치형의 부재로서, 도 4에 도시된 것과 같이 좌우 양측에 메인 프레임(200)의 형태와 동일하게 원호를 그리도록 뚫려있는 구동부재통로(201)가 형성된다. 메인 프레임(200)은 볼록한 부분이 위를 향하며, 볼록한 부분의 중간 부분의 상면에는 안장부(220)가 결합된다. 메인 프레임(200)은 아치 형태를 이룸으로써 위에서 누르는 힘이 앞뒤로 분산되어 구부러지거나 절단되지 않고 과속시나 비탈길에서도 프레임 자체가 완충 작용을 하여 충격력을 흡수한다. 연결 프레임(210)은 메인 프레임(200)의 전단부와 포크 사이를 연결해주는 짤막한 곡선 형태의 부재이다. 메인 프레임(200) 및 연결 프레임(210)의 재질은 강철, 알루미늄, 카본, 티타늄 등이 될 수 있다.

메인 프레임(200)의 후단부는 두 갈래로 나뉘어져서 각각의 갈라진 부분이 도 6에 도시된 것과 같이 중공 형태의 뒷바퀴 축(310)과 결합되며 메인 프레임(200)의 두 갈래로 갈라진 부분 사이에 뒷바퀴(300)가 위치하게 된다. 뒷바퀴 축(310)은 양 측방으로 길게 뻗으며, 뒷바퀴 축(310)의 좌측부와 우측부 각각에 종동기어부(320)가 결합된다. 종동기어부(320)는 다수 개의 직경이 서로 다른 톱니바퀴들로 이루어진 기어뭉치로서 바깥쪽으로 갈수록 직경이 점점 줄어들며 큰 기어와 작은 기어의 경사도는 40˚ 정도가 된다. 구동부재(400)의 톱니(420)가 형성된 면도 종동기어부(320)의 경사도를 반영하여 안쪽으로 약간 경사지게 구성된다.

종동기어부(320)의 뒤쪽에는 구동부재(400)의 톱니(420)가 형성된 부분을 좌우로 이동시켜서 기어 변속을 하기 위한 기어 변속 장치가 설치된다. 구동부재(400)의 톱니(420)는 항상 종동기어부(320)의 기어 이와 맞물려 있어야 하며 탈선 및 공회전해서는 안되는데, 기어 변속 장치는 구동부재(400)의 톱니(420)가 형성된 부분을 바깥에서 누르고 고정시켜 줌으로써 탈선 및 공회전을 방지하는 역할도 한다. 기어 변속 장치는 통상적인 자전거에 널리 적용되는 것이므로 여기서는 도시 및 설명을 생략하기로 한다. 구동부재(400)의 후단부는 기어 변속을 위해 좌우로 이동이 가능해야 하므로 구동부재(400)의 후단부가 위치하는 메인 프레임(200)의 구동부재통로(201)는 옆쪽이 터져있으며 이에 따라 구동부재(400)의 후단부는 구동부재통로(201)의 바깥쪽으로 이동되는 것이 가능하다.

구동부재(400)는 도 2에 도시된 것과 같이 반원의 호 형태의 곡선을 그리도록 구부러진 아치형의 부재로서, 한 쌍이 구비된다. 한 쌍의 구동부재(400)는 각각 도 4에 도시된 것과 같이 한 쌍의 구동부재통로(201) 각각의 내부에 앞뒤로 슬라이딩 운동이 가능하도록 설치된다. 구동부재(400)가 구동부재통로(201)를 타고 원활한 슬라이딩 운동을 할 수 있도록 도 3에 도시된 것과 같이 구동부재통로(201)의 내측면과 구동부재(400) 사이에는 다수 개의 롤러 베어링(510)이 설치된다.

구동부재(400)의 전단부에는 수직 방향으로 밟을 수 있도록 페달이 구비되고, 구동부재(400)의 후단부에는 전방을 향하는 면에 톱니(420)가 형성된다. 구동부재(400)의 톱니(420)는 종동기어부(320)의 기어 이와 맞물려서 구동부재(400)가 위아래로 움직이면 종동기어부(320)를 회전시킨다. 종동기어부(320)와 뒷바퀴(300) 사이에는 래칫 기어를 이용하는 일방향 회전 전동기구가 있어서 구동부재(400)의 톱니(420)가 올라가면서 종동기어부(320)를 앞쪽 방향으로 회전시킬 때는 뒷바퀴(300)에 회전력을 전달하지만 구동부재(400)의 톱니(420)가 내려가면서 종동기어부(320)를 반대 방향으로 회전시킬 때는 뒷바퀴(300)에 회전력이 전달되지 않게 된다.

한 쌍의 구동부재(400) 각각의 상단부의 서로 마주보는 면에는 래크 이(430)가 형성되며, 도 5에 도시된 것과 같이 한 쌍의 래크 이(430) 사이에는 피니언(500)이 메인 프레임(200) 내부에 회전 가능하게 설치되며 한 쌍의 래크 이(430)와 맞물린다. 그리하여 어느 하나의 구동부재(400)의 페달을 밟아서 그 구동부재(400)가 앞으로 이동하면 피니언(500)이 회전하면서 다른 구동부재(400)를 뒤로 이동하게 한다. 이로써 한 쌍의 구동부재(400)가 서로 번갈아서 위아래로 움직이게 된다. 메인 프레임(200) 내부에는 좌측 구동부재통로와 우측 구동부재통로를 구분하는 격벽이 있으나 피니언(500)이 설치된 부분에는 이와 같은 격벽이 없다.

삭제

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체적인 예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예들을 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.

삭제

100: 앞바퀴 110: 포크
120: 핸들 200: 메인 프레임
201: 구동부재통로 210: 연결 프레임
220: 안장부 300: 뒷바퀴
310: 뒷바퀴축 320: 종동기어부
400: 구동부재 410: 페달
420: 톱니 430: 래크 이
500: 피니언 510: 베어링

Claims

앞바퀴, 상기 앞바퀴가 자유 회전 가능하게 연결되는 포크 및 상기 포크 상단에 연결되는 핸들을 포함하는 앞바퀴 조향유닛;
상기 포크에 결합되어 뒤쪽으로 뻗는 연결프레임;
전단부가 상기 연결프레임에 결합되고 후단부는 두 갈래로 갈라져서 각각 뒷바퀴 축에 결합되어 지지되고, 위쪽을 향하여 볼록한 원호 형태를 가지며, 좌측 내부 및 우측 내부 각각에 원호 형태를 이루며 앞뒤로 길게 뻗는 구동부재 통로가 형성되는 메인프레임;
상기 메임프레임의 상부에 결합하는 안장부;
상기 메인프레임의 뒷부분의 두 갈래로 갈라진 부분 사이에 위치하도록 상기 뒷바퀴축에 회전 가능하게 결합하는 뒷바퀴;
상기 뒷바퀴축 중 상기 뒷바퀴의 오른쪽에 위치하는 부분과 왼쪽에 위치하는 부분 각각에 회전 가능하게 결합하여 지지되는 한 쌍의 종동기어부;
구동부재 통로를 따라 전후 이동이 가능하도록 원호 형태를 가지고, 좌우 한 쌍이 상기 좌우 한 쌍의 구동부재 통로 각각의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 각각의 전단부는 상기 구동부재 통로의 바깥에 위치하면서 페달이 구비되고 각각의 후단부는 상기 구동부재 통로의 바깥에 위치하면서 한 쌍의 상기 종동기어부 각각의 기어 이와 맞물리는 톱니가 형성되는 좌우 한 쌍의 구동부재;
한 쌍의 상기 구동부재의 중간 부분의 서로 마주보는 면 각각에 전후 방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 래크 이;
상기 한 쌍의 래크 이 모두와 맞물리면서 상기 한 쌍의 래크 이 사이에 끼워져서 상기 메인 프레임 내부에 설치된 수직 방향의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 피니언; 및
상기 종동기어부 및 상기 뒷바퀴와 결합하여 상기 종동기어와 상기 뒷바퀴 사이에 구비되어 상기 래크 이가 상승할 때만 상기 종동기어의 구동력이 상기 뒷바퀴에 전달되도록 하는 후륜 일방향 회전 전동기구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거.
제1항에 있어서,
상기 구동부재와 상기 구동부재 통로 사이에는 베어링이 설치되어 상기 구동부재가 상기 베어링에 의해 전후 방향으로 움직일 수 있게 지지되는 것을 특징으로 하는 자전거.
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