KR101532302B1

KR101532302B1 - 회전복귀장치가 구비된 운동기구

Info

Publication number: KR101532302B1
Application number: KR1020150019584A
Authority: KR
Inventors: 양윤식; 정영성
Original assignee: 양윤식
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2015-06-29

Abstract

본 발명은 다수의 프레임을 결합하여 이루어진 운동기구에 있어서, 상기 프레임의 일측에 결합되는 하우징, 상기 하우징 바닥에 고정되고 중심에는 축공이 형성된 축고정베어링, 상기 축고정베어링의 축공에 삽입되어 결합되고 양단에는 톱니가 형성된 주축, 상기 하우징의 측벽에 회전가능하게 결합되어 하우징 내외측으로 양단이 돌출되되 하우징내측에 돌출되는 부분은 톱니가 형성되어 상기 주축의 톱니와 치합되는 부하축, 상기 축고정베어링 외측의 하우징 바닥에 양측으로 이격되어 고정되는 한쌍의 랙고정구, 상기 랙고정구에 각각 착탈 가능하게 끼워져 고정되고 중심에는 랙공이 형성된 한쌍의 랙홀더, 상기 랙공에 양단이 삽입되고, 가운데 부분에는 랙기어가 형성되어 있으며, 상기 주축의 톱니와 랙기어가 치합되어 있어 주축이 회전되면 랙공을 따라 좌우로 이동되는 랙바, 상기 랙바의 양측에 삽입되고 압축된 상태로 랙홀더의 일측에 탄지되도록 하여 랙바가 외력에 의해 이동하면 더 압축되었다가 외력이 제거되면 최초의 위치로 바로 복귀되도록 하는 코일스프링을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구에 관한 것이다.

Description

회전복귀장치가 구비된 운동기구{Training machine having a return device}

본 발명은 운동기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운동기구에 장착되어 방향전환후 복귀를 통해 사용자의 부상을 방지하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구에 관한 것이다.

운동기구는 근육을 강화하기 위해 중량물을 들어 올리거나 잡아당기는 등 여러 가지 운동을 할 수 있는 장비를 의미하는데, 운동 부위도 가슴, 어깨, 등 하체, 허리 등 다양하고, 각 부위별로도 다양한 종류의 운동기구가 있다.

특히 근육을 강화시키기 위해서 손으로 당기거나 발로 밀어서 하는 운동기구가 가장 많이 사용되고, 이러한 종류의 운동기구에 외력을 가하면 특정 부분이 이동하였다가 다시 복귀되도록 되어 있다.

운동기구의 특정 부분을 손으로 잡아당기거나 발로 밀때 인체 각 부분들이 움직이는 구조를 살펴보면, 관절이 있어서 직선운동을 하기보다는 각 부위별로 차이가 있기는 하지만 어느 정도 회전운동을 하게 된다. 따라서 손으로 잡아당기거나 발로 밀 때 회전운동을 하는 인체 특성에 맞게 회전 변형이 자유로운 선형 재료(강선, 피아노 줄로 사용되는 합성수지선 등)를 사용하여 부하와 연결한다.

선형 재료를 사용하여 회전운동에 능동적으로 변형되지만, 선형재료는 고정된 구조를 유지할 수 없기 때문에 사용범위가 제한적이고, 특히 밀어서 근력을 강화시키는 구조에서는 선형재료를 사용할 수 없다.

운동기구로 잡아당기거나 밀어서 근력 운동할 때 회전운동하는 인체 구조에 따라 회전 변형이 되지 않으면 인체 특정 부분에 응력이 집중되어 근육이 뭉치거나 부상당하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 운동기구에는 인체 구조에 맞게 여러개의 회전복귀장치가 구비되는데, 회전복귀장치의 구조가 복잡하고, 반복되는 회전운동에 따라 단시간에 복귀력이 떨어져 자주 교체해줘야 한다.

대한민국 등록특허 10-817827 호 대한민국 등록특허 10-1195953 호 대한민국 공개특허 10-2009-7009419 호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 운동기구의 특정 부분을 잡아당기거나 밀때 회전변형되는 인체의 구조에 따라 회전되었다가 복귀되고, 반복되는 회전운동시 복귀력의 감쇠력도 지연시킬 있으며, 회전운동이 부드러워 소음도 작은 회전복귀장치가 구비된 운동기구를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 다수의 프레임을 결합하여 이루어진 운동기구에 있어서, 상기 프레임의 일측에 결합되는 하우징, 상기 하우징 바닥에 고정되고 중심에는 축공이 형성된 축고정베어링, 상기 축고정베어링의 축공에 삽입되어 결합되고 양단에는 톱니가 형성된 주축, 상기 하우징의 측벽에 회전가능하게 결합되어 하우징 내외측으로 양단이 돌출되되 하우징내측에 돌출되는 부분은 톱니가 형성되어 상기 주축의 톱니와 치합되는 부하축, 상기 축고정베어링 외측의 하우징 바닥에 양측으로 이격되어 고정되는 한쌍의 랙고정구, 상기 랙고정구에 각각 착탈 가능하게 끼워져 고정되고 중심에는 랙공이 형성된 한쌍의 랙홀더, 상기 랙공에 양단이 삽입되고, 가운데 부분에는 랙기어가 형성되어 있으며, 상기 주축의 톱니와 랙기어가 치합되어 있어 주축이 회전되면 랙공을 따라 좌우로 이동되는 랙바, 상기 랙바의 양측에 삽입되고 압축된 상태로 랙홀더의 일측에 탄지되도록 하여 랙바가 외력에 의해 이동하면 더 압축되었다가 외력이 제거되면 최초의 위치로 바로 복귀되도록 하는 코일스프링을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구를 제공한다.

또한, 상기 축고정베어링은 양립되는 한쌍으로 하우징 바닥에 설치되어 출고정베어링에 조립된 주축에 하중이 인가될 때 그 하중을 분산시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하고, 상기 랙공의 일측에는 랙기어가 삽입되어 랙바의 원주방향 회전을 방지하면서 랙바의 이동을 부드럽게 안내할 수 있도록 하는 가이드홈이 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 하우징 내부에 결합된 각 구성부를 수리하거나 교체하고자 할 때 간단하게 열고 닫을 수 있는 커버가 설치된 것을 특징으로 하고, 상기 부하축체결공에는 축지지파이프가 삽입되어 용접되고, 상기 축지지파이프에는 양측에서 오일리스베어링을 삽입하고 그 위에 부하축을 삽입 설치함으로써 부하축이 회전될 때 마찰과 소음없이 부드럽게 회전될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 축고정베어링을 하우징 바닥에 설치하기 전에, 축고정베어링의 중심을 높이기 위해 하우징 바닥에 베어링받침대를 먼저 결합하고, 그 위에 축고정베어링을 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 부하인가부의 일측에 설치되어 손으로 잡거나 발로 밀면서 힘을 가할때 특정된 방향으로 회전되었다가 원위치 되는 신체 운동에 따라 실시간으로 방향을 전환시켜 줌으로써 운동기구를 통한 근력 강화운동시 신체의 특정 부분에 무리를 주지 않는다. 또한 구조가 간단하고 크기가 소형이기 때문에 운동기구의 어떤 곳에 설치하여도 운동기구의 다른 구성요소와 간섭을 최소화시킬 수 있으며, 이런 이유로 하나의 운동기구에 다수의 회전복귀장치를 구비할 수 있다.

또한, 주축과 부하축의 회전이동을 랙바를 이용하여 직선운동으로 바꾸고, 직선운동하는 랙바를 양방향에 코일스프링을 이용하여 탄지시킴으로써 일방향에서 탄지된 것보다 외력에 대한 응답성이 빠르고 안정적이며, 사용기간이 길어지면서 발생되는 코일스프링의 감쇄력을 크게 지연시킬 수 있다.

게다가 운동기구에 설치된 상태에서 하우징커버만 분리하면 하우징 내부에 볼트/너트 방식으로 설치된 각 구성부들을 간단하게 분해할 수 있어서 고장시 간단하게 정비할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회전복귀장치가 구비된 운동기구의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 회전복귀장치에 부하인가부가 결합된 상태를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 회전복귀장치의 주요부 결합사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전복귀장치의 주요부 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 랙과 스프링과의 구성관계를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 랙과 코일스프링이 랙고정구 및 랙홀더 안에서 작동되는 상태를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 회전복귀장치의 주요부 단면도로서, 랙이 이동되기 전의 최초 상태이다.
도 8은 본 발명에 다른 회전복귀장치의 주요부 단면도로서, 주축이 시계방향으로 회전되어 랙이 이동되면서 한쪽 코일스프링은 압축되고 다른 한쪽 코일스프링은 이완된 상태이다.
도 9는 본 발명에 따른 회전복귀장치의 주요부 단면도로서, 주축이 반시계 방향으로 회전되어 랙이 이동되면서 한쪽 코일스프링은 압축되고 다른 한쪽 코일스프링은 이완된 상태이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 9와 같이, 봉이나 바형태의 다수의 프레임(F)를 결합하여 이루어진 운동기구가 구비된다. 운동기구에는 특정한 힘을 가해야만 이동시킬 수 있는 부하장치(R)가 설치되고, 부하장치는 선형재료(L)를 이용하여 최종적으로 운동기구의 일측에 설치된 부하인가부(RP)에 연결된다.

부하인가부(RP)의 일측에는 도 1 및 도 2와 같이, 운동기구의 프레임에 회전복귀장치(100)가 설치된다. 회전복귀장치(100)는 운동기구의 특성에 따라 하나의 운동기구에 다수 설치될 수 있다.

회전복귀장치(100)는 도 3 내지 도 6과 같이, 하우징(110), 축고정베어링(120), 주축(130), 부하축(140), 부하축지지구(150), 랙고정구(160), 랙홀더(170), 랙바(180), 코일스프링(190)으로 이루어진다.

하우징(110)은 회전복귀장치의 구성요소들이 내장되는 것으로, 금속판재를 절곡하여 이루어진다. 하우징(110)의 일측은 개방시킨 후 하우징을 필요에 따라 열고 닫을 수 있는 하우징커버(HC)가 형성된다.

하우징(110)의 바닥에는 중심에 축공(122)이 형성된 축고정베어링(120)이 결합된다. 축고정베어링(120)의 양측에는 볼트공이 형성되어 있으므로 하우징의 바닥에도 대응되는 볼트공을 형성하여 볼트/너트 방식으로 체결하면 된다.

축고정베어링(120)은 병립되는 한쌍으로 설치하여, 여기에 설치되는 주축(130)의 지지력을 분산시킴으로써 주축(130)을 견고하고 안정적으로 지지할 수 있도록 한다. 축고정베어링(120)은 일정단위로 규격화되어 판매되고 있기 때문에 축공(122)의 높이를 하우징 바닥에서 높이고자 할 때 하우징 바닥에 목적하는 높이를 갖는 베어링받침대(125)를 먼저 결합하고 그 위에 축고정베어링(120)을 결합한다.

축고정베어링(120)의 중심에 형성된 축공(122)에는 부하를 전달하는 주축(130)이 삽입된다. 주축(130)은 축고정베어링(120)에 삽입 지지 되어 회전되는 것으로 양단은 축고정베어링(120)의 외측으로 돌출되어 원주를 따라 일정 간격으로 다수의 톱니가 형성되어 있다.

축고정베어링(120) 근처의 하우징 벽체에는 관통되는 부하축체결공(142)이 형성되고, 부하축체결공(142)에 하우징 벽체가 얇아 구조적으로 약하므로 원통형상의 부하축지지구(150)를 삽입하여 용접한다. 부하축지지구(150)에는 양측에 오일리스 베어링(152)을 삽입한 상태에서 부하축(140)을 삽입한다. 오일리스 베어링(152)이 삽입되어 있으면 부하축(140)은 부하축지지구(150)에 바로 지지되지 않고 오일리스 베어링(152)에 지지된 상태에서 회전되므로 부하축(130)이 회전될 때 마찰이나 소음이 작고 부드럽게 회전된다.

부하축(140)은 하우징 벽체 내외측으로 양단이 돌출되고, 내측단에는 톱니가 형성되어 있으며, 축고정베어링(120)의 톱니와 맞물린다. 부하축(140)의 외측단에는 후술하는 부하가 연결된다.

축고정베어링(120)과 그 외측의 하우징 벽체 사이의 하우징 바닥에는 한쌍의 랙고정구(160)가 일정 간격 이격되어 결합된다. 랙고정구(160)는 원통형으로 내주의 끝에는 걸림턱(162)이 형성되어 있다. 걸림턱은 후술하는 랙홀더가 삽입되었을 때 랙홀더가 더 이상 진입하지 못하도록 잡하주는 기능을 한다. 랙고정구(160) 사이의 간격은 랙바의 길이와 이동거리에 따라 결정되므로 후술하는 랙바의 길이와 대략 비슷한다. 랙고정구(160)에는 원통통의 랙홀더(170)가 각각 삽입되고, 랙홀더(170)는 중심에 랙홀더를 관통하는 랙공(172)이 형성되어 있고 랙공의 끝에는 링벽(174)이 형성되어 있다. 랙공(172)의 일측에는 가이드홈(174)이 랙공(172)을 따라 형성된다. 가이드홈(176)은 후술하는 랙바가 이동할 때 랙바의 랙기어 부분이 가이드홈(174)에 걸려서 원주방향으로 겉돌지 않도록 잡아주면서 랙바의 직진도를 높여서 소음이나 마찰 없이 부드럽게 이동할 수 있도록 안내한다.

랙홀더(170)는 랙고정구(160)에 탈착 가능하지만 랙고정구의 내주에 걸림턱(162)이 형성되어 있어서, 일방향으로만 장착되고 밀어 넣어 삽입될 때 걸림턱(162)에 걸리면 더 이상 전진하지 못하고 고정된다.

랙홀더(170)에는 가운데 부분에 돌출된 랙기어(182)가 형성된 랙바(180)의 양단이 삽입되는데, 랙바(180)의 외주에 코일스프링(190)이 끼워진다. 코일스프링(190)은 일부는 랙바(180)에 삽입되고 나머지는 랙바의 외측으로 돌출된다. 코일스프링(190)이 랙바(180)의 외측으로 돌출되지 않아도 압축시키면 코일스프링에 의한 탄성 압축력을 얻을 수 있지만 코일스프링의 길이가 짧아서 스프링상수가 낮아지면 탄성복원력이 둔탁해지므로 그 탄성복원력을 부드럽게 유지할 수 있도록 상대적으로 코일스프링 길이를 길게 한 것이다.

랙기어(182) 양측으로 랙바(180)에는 삽입된 코일스프링(190)의 이동을 제한하는 스프링스토퍼(184)가 각각 형성되어 있다. 코일스프링은 랙바의 외측으로 돌출된 부분이 랙홀더(170)의 링벽(172)과 랙바(180)의 스프링스토퍼(182) 사이에 탄성지지되어 랙바(180)를 랙홀더(170) 사이의 중심 방향으로 밀어내는 탄성력이 항구적으로 작용한다.

랙바(180)는 랙기어(182)가 주축(130)의 톱니와 맞물리도록 설치되어 주축(130)이 외력에 의해 회전되면 그 회전량 만큼 랙바(180)가 이동하고 외력이 제거되면 코일스프링(190)의 탄성복원력에 의해 바로 원위치 된다.

상기와 같이 구성된 회전복귀장치가 구비된 운동기구의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 사용자가 운동기구의 부하인가부(RP)를 손으로 잡아당기거나 발로 밀면 또는 신체의 특정 부위에 의해서 외력이 가해지면 정도의 차이는 있지만 사용자의 신체 특성에 따라 일정 각도 회전하게 된다. 여기서 의미하는 부하는 사용자가 근력을 강화시키기 위해 운동기구에 가하는 큰 힘이 아니고, 운동기구에 힘을 가할 때 신체 구조에 맞게 힘을 가하는 방향을 회전되는 방식으로 전환시켜 주는 것으로, 근력을 키우기 위해 운동기구에 가해지는 인력에 비해서 상대적으로 매우 작다.

이때, 부하인가부(RP)의 회전대(RT)가 부하축(140)과 연결되어 있으므로 회전대(RP)가 외력에 의해 회전되면 부하축(140)에 그 외력이 인가되어 회전된다.

부하축(140)이 회전되면 일단에 형성된 톱니와 치합된 주축(130)이 회전된다. 주축(130)은 축고정베어링(120)에 회전가능하게 고정되어 있으므로 부하축(140)의 회전량 만큼 주축(130)도 동일하게 회전된다.

주축(130)의 다른 일단에 형성된 톱니는 랙기어(182)와 치합되어 있으므로 주축(130)의 회전량 만큼 랙바(180)를 이동시킨다. 주축(130)이 시계방향으로 회전되면 랙공(182)을 따라 랙바(180)를 왼쪽으로 이동시키고, 주축(130)이 반시계방향으로 회전되면 랙바(180)를 오른쪽으로 이동시킨다. 랙바(180)가 왼쪽으로 이동되면 랙바(180)의 오른쪽에 끼워져 탄지된 코일스프링(190)이 이완되고 그 반대로 랙바(180)의 왼쪽에 끼워져 탄지된 코일스프링(190)이 압축되었다가 외력(부하)이 제거되면 압축된 코일스프링(190)의 탄성복원력에 의해 랙바(180)가 최초의 상태로 복귀된다.

반대로 랙바(180)가 오른쪽으로 이동되면 랙바(180)의 왼쪽에 끼워진 코일스프링(190)은 이완되고, 랙바(180)의 오른쪽에 끼워진 코일스프링(190)은 압축되었다가 외력이 제거되면 압축된 코일스프링(190)의 탄성복원력에 의해 최초의 상태로 복귀된다. 랙바(180)에는 양측에 코일스프링(190)이 끼워져 있으므로 외력에 의해 랙바(180)가 한쪽으로 이동하면 한쪽은 이완되지만 다른 한쪽은 압축되므로, 외력이 제거되면 힘의 균형을 이루는 지점, 즉 랙홀더(170)와 랙홀더(170) 중간 지점으로 랙바(180)는 항상 원위치 된다.

운동시 부하인가부(RP)에 가해지는 외력에 의해 시계방향으로 회전되었다가 반시계방향으로 원위치되거나, 반시계방향으로 회전되었다가 시계방향으로 원위치되는 동작이 무한 반복되므로, 그때마다 랙바(180)가 코일스프링(190)의 복원력에 의해 이동되면서 자동으로 부하인가부(RP)를 회전시키고 원래 위치로 복귀시킬 수 있게 된다.

코일스프링(190)이 랙바(180)의 양쪽에 삽입되어 있으므로 한쪽에만 설치되어 있던 구조보다는 탄성복원력의 감쇄량이 적고 사용에 의한 감쇄기간도 길어지지만, 일정기간이 지나면 탄성복원력의 저하로 코일스프링(190)을 교체해주어야 한다. 이때는 회전복귀장치 전체를 교체할 수도 있지만, 각 구성들이 볼트/너트 방식으로 하우징(110) 바닥에 고정되어 있으므로 하우징커버(HC)를 열고, 랙고정구(160)를 하우징(110) 바닥에서 분리한 후 랙고정구(160)에서 랙홀더(170)를 분리한다. 랙홀더(170)가 분리되면 랙바(180)를 분리한 후 코일스프링(190)을 교체한 후 다시 조립하면 된다. 이와 같이, 하우징(110) 내에 있는 구성부들이 고장 나더라도 하우징커버(HC)를 열고 간단하게 교체하거나 수리할 수 있다.

110 : 하우징 120 : 축고정베어링
130 : 주축 140 : 부하축
150 : 부하축지지구 160 : 랙고정구
170 : 랙홀더 172 : 랙공
174 : 가이드홈 180 : 랙바
190 : 코일스프링

Claims

다수의 프레임을 결합하여 이루어진 운동기구에 있어서,
상기 프레임의 일측에 결합되는 하우징(110);
상기 하우징 바닥에 고정되고 중심에는 축공이 형성된 축고정베어링(120);
상기 축고정베어링의 축공에 삽입되어 결합되고 양단에는 톱니가 형성된 주축(130);
상기 하우징의 측벽에 회전가능하게 결합되어 하우징 내외측으로 양단이 돌출되되 하우징내측에 돌출되는 부분은 톱니가 형성되어 상기 주축의 톱니와 치합되는 부하축(140);
상기 축고정베어링 외측의 하우징 바닥에 양측으로 이격되어 고정되는 한쌍의 랙고정구(160);
상기 랙고정구에 각각 착탈 가능하게 끼워져 고정되고 중심에는 랙공이 형성된 한쌍의 랙홀더(170);
상기 랙공에 양단이 삽입되고, 가운데 부분에는 랙기어가 형성되어 있으며, 상기 주축의 톱니와 랙기어가 치합되어 있어 주축이 회전되면 랙공을 따라 좌우로 이동되는 랙바(180);
상기 랙바의 양측에 삽입되고 압축된 상태로 랙홀더의 일측에 탄지되도록 하여 랙바가 외력에 의해 이동하면 더 압축되었다가 외력이 제거되면 최초의 위치로 바로 복귀되도록 하는 코일스프링(190);
을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구.
제1항에 있어서,
상기 축고정베어링(120)은 양립되는 한쌍으로 하우징 바닥에 설치되어 출고정베어링에 조립된 주축에 하중이 인가될 때 그 하중을 분산시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구.
제1항에 있어서,
상기 랙공(172)의 일측에는 랙기어가 삽입되어 랙바(180)의 원주방향 회전을 방지하면서 랙바의 이동을 부드럽게 안내할 수 있도록 하는 가이드홈(174)이 형성된 것을 특징으로 하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구.
제1항에 있어서,
상기 하우징 내부에 결합된 각 구성부를 수리하거나 교체하고자 할 때 간단하게 열고 닫을 수 있는 하우징커버(HC)가 설치된 것을 특징으로 하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구.
삭제
제1항에 있어서,
상기 축고정베어링(120)을 하우징 바닥에 설치하기 전에, 축고정베어링의 중심을 높이기 위해 하우징 바닥에 베어링받침대(125)를 먼저 결합하고, 그 위에 축고정베어링을 설치하는 것을 특징으로 하는 회전복귀장치가 구비된 운동기구.