KR101594214B1 - 자전거용 클러치 및 이를 포함하는 유아용 자전거 - Google Patents

자전거용 클러치 및 이를 포함하는 유아용 자전거 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자전거용 클러치 및 이를 포함하는 유아용 자전거에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 클러치는, 가상 저지선(virtual line of bottom lands) 및 가상 고지선(virtual line of top lands)을 정의하는 적어도 하나 이상의 제 1 요철 표면이 형성된 내주를 갖는 외륜; 상기 외륜의 상기 내주 내에 적어도 일부가 함입되어 회전하고, 스토퍼부 및 상기 스토퍼부로부터 연장된 습동 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 제 2 요철 표면이 형성된 외주를 갖는 내륜; 및 일정한 직경을 가지고, 상기 내륜의 상기 습동 표면과 상기 외륜의 요철 표면 사이에서 습동하거나 회전하여 이동이 가능하고, 상기 스토퍼부에서 이동이 제한되는 자유 걸림쇄를 포함한다.

Description

자전거용 클러치 및 이를 포함하는 유아용 자전거{Clutch and bicycle for a child including the same}
본 발명은 자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 자전거용 클러치 및 이를 포함하는 유아용 자전거에 관한 것이다.
2세에서 8세 사이의 유아들은 그 성장에 맞추어 다리의 근력을 기르는 운동이 필요하다. 유아용 자전거는 놀이를 하면서 다리 강화 운동을 할 수 있기 때문에, 유아의 성장기에 꼭 필요한 놀이 수단으로 인식되고 있다. 유아용 자전거는 일반적으로 세발 자전거이지만, 이륜에 보조 바퀴를 부착한 사륜 자전거도 있다. 이러한 유아용 자전거는 유모차를 대신하여 외출시 유아를 안전하게 이동시킬 수 있는 운송 수단으로 사용되기도 한다.
전술한 유아용 자전거의 운행 조작은 유아가 어리기 때문에 일반적으로 자전거를 미는 보호자에 의해 이루어진다. 이를 위하여, 일반적으로, 유아용 자전거의 프레임 후단에 보호자가 자전거를 밀 수 있도록 하는 손잡이가 배치되고, 보호자가 상기 손잡이를 잡고 앞바퀴를 조향할 수 있도록 하는 링크 또는 와이어 부재가 상기 손잡이의 축과 앞바퀴 사이에 제공된다.
종래의 유아용 자전거의 앞바퀴는 보호자가 자전거를 밀면 앞바퀴의 페달도 전방으로 회전하여 유아가 다리가 다치는 일이 종종 발생하였다. 따라서, 보호자가 자전거를 전방으로 미는 동안에도, 앞바퀴의 페달이 회전하지 않거나, 유아가 페달에 발을 올려 놓는 경우 발생하는 작은 부하가 페달에 있는 경우에도, 페달이 회전하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 유아가 성장함에 따라, 유아가 직접 페달을 돌려 자전거를 운행하려고 하는 경우에는, 유아가 상기 페달에 인가하는 회전력이 바퀴에 전달되어 자전거를 직접 유아가 운행할 수 있는 것도 요구된다. 따라서, 보호자 및 유아 중 어느 한 사람이 자전거를 직접 운행하려고 하는 경우에, 그 사용자에 따라 페달과 앞바퀴의 동력 전달이 선택적으로 이루어질 수 있는 클러치가 요구된다.
자전거로서 뿐만 아니라 자전거가 승차한 유아가 잠을 잘 수도 있는 유모차의 기능을 겸비하는 경우에는, 정숙한 주행이 요구된다. 이 경우, 클러치는 소음이 억제된 구조를 갖는 것이 바람직하다.
[참고 선행기술]
1. 미국 특허출원공개공보 US2004/0045783호2004.03.11)
2. 한국 공개특허공보 제10-2013-0010640호(2013.01.29)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 보호자가 자전거에 탑승한 유아의 뒤에서 자전거를 전방으로 밀 때, 또는 유아가 페달을 스스로 조작하여 자전거를 전방으로 운행하려고 하는 때를 구별하여, 페달과 바퀴 사이의 연결을 선택적으로 제어할 수 있으며, 쉽게 제조될 수 있도록 구성이 간단하고, 정숙한 주행이 가능한 자전거용 클러치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전술한 클러치를 포함함으로써 사용감이 개선된 유아용 자전거를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 클러치는, 가상 저지선(virtual line of bottom lands) 및 가상 고지선(virtual line of top lands)을 정의하는 적어도 하나 이상의 제 1 요철 표면이 형성된 내주를 갖는 외륜; 상기 외륜의 상기 내주 내에 적어도 일부가 함입되어 회전하고, 스토퍼부 및 상기 스토퍼부로부터 연장된 습동 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 제 2 요철 표면이 형성된 외주를 갖는 내륜; 및 일정한 직경을 가지고, 상기 내륜의 상기 습동 표면과 상기 외륜의 요철 표면 사이에서 습동하거나 회전하여 이동이 가능하고, 상기 스토퍼부에서 이동이 제한되는 자유 걸림쇄를 포함한다. 상기 내륜과 상기 외륜의 상대 회전에 따라 상기 제 1 요철 표면과 상기 제 2 요철 표면의 상기 습동 표면 사이의 거리가 반복적으로 변화하고, 상기 자유 걸림쇄가 i) 상기 거리가 상기 자유 걸림쇄의 상기 직경보다 큰 상기 습동 표면 상의 상기 스토퍼부에 가까운 제 1 접점 위치에서는 상기 외륜의 회전력이 상기 내륜에 전달되지 않고, ii) 상기 거리가 상기 자유 걸림쇄의 상기 직경보다 작은 상기 습동 표면 상의 상기 스토퍼부로부터 먼 제 2 접점 위치에서는 상기 자유 걸림쇄에 의해 상기 내륜의 회전력이 상기 외륜에 전달된다.
다른 실시예에 따른 자전거용 클러치는, 상기 내륜의 중심으로부터 상기 자유 걸림쇄가 위치하는 상기 습동 표면 상의 제 1 접점 위치까지의 거리와 상기 자유 걸림쇄의 직경의 합이 상기 내륜의 중심으로부터 상기 가상 고지선까지의 거리에 비하여 작을 때에, 상기 외륜의 회전력이 상기 내륜에 전달되지 않고, 상기 내륜의 중심으로부터 상기 자유 걸림쇄가 위치하는 상기 습동 표면 상의 제 2 접점 위치까지의 거리와 상기 자유 걸림쇄의 직경의 합이 상기 내륜의 중심으로부터 상기 가상 저지선까지의 거리에 비하여 클 때에, 상기 내륜의 회전력이 상기 외륜에 전달된다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유아용 자전거는, 앞바퀴에 결합된 페달의 회전과 자전거 몸체에 결합된 보호자용 손잡이를 미는 것에 의해 운행이 가능한 유아용 자전거이며, 상기 앞바퀴에 고정되는 전술한 자전거용 클러치를 포함하며, 상기 외륜은 상기 자전거의 휠 베이스에 고정되고, 상기 내륜은 페달의 중심축에 고정된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 외륜의 제 1 요철 표면과 내륜의 제 2 요철 표면 사이에 자유 걸림쇄가 매개되어 내륜의 회전력이 외륜에 전달됨으로써, 구조가 간단할 뿐만 아니라, 보호자가 자전거에 탑승한 유아의 뒤에서 자전거를 전방으로 밀 때와 유아가 직접 페달을 조작하여 자전거를 전방으로 운행하려고 하는 때를 구별하여, 페달과 바퀴 사이의 연결을 선택적으로 제어할 수 있는 일방향 자전거용 클러치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 자유 걸림쇄가 습동 또는 회전과 같은 소음이 실질적으로 없는 운동을 하기 때문에, 종래의 래칫 구조에서 나타나는 해재 상태에서의 탁탁거리는 소리와 같은 반복적 소음이 발생되지 않아, 정숙한 주행을 유지할 수 있는 자전거용 클러치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전술한 이점을 갖는 자전거용 클러치를 사용함으로써 사용감이 개선된 유아용 자전거가 제공될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일시예에 따른 클러치의 외륜, 내륜 및 자유 걸림쇄를 나태는 분해 사시도이며, 도 1b는 이들의 결합 상태를 도시하는 정면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 클러치의 해제 및 걸림 상태를 각각 설명하기 위한 정면도들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자전거용 클러치들을 각각 도시하는 정면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 바퀴의 체결 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 클러치를 포함하는 유아용 자전거를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일시예에 따른 자전거용 클러치(100)의 외륜(10), 내륜(20) 및 자유 걸림쇄(30)를 나태는 분해 사시도이며, 도 1b는 이들의 결합 상태를 도시하는 정면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 클러치(100)는 외륜(10), 외륜(10)의 내주 내에 적어도 일부가 함입되는 내륜(20)을 포함한다. 외륜(10)과 내륜(20)은 자유롭게 상대 회전이 가능하다. 클러치(100)는 외륜(10)과 내륜(20) 사이에 자유 걸림쇄(30)를 더 포함하며, 이에 의해 내륜(20)과 외륜(10)의 회전이 서로 제한될 수 있으며, 이에 관하여는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상세히 개시하도록 한다.
일부 실시예에서, 내륜(20)은 외륜(10)의 내주에 일부만이 함입될 수 있다. 외륜(10)의 내주는 제 1 요철 표면(10S)이 형성되는 제 1 내주(10W1) 및 제 1 내주(10W1)에 인접하는 제 2 내주(10W2)를 포함한다. 외륜(10)의 제 1 내주(10W1)에 내륜(20)이 완전히 함입되지 않도록, 내륜(20)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 외륜(10)의 제 1 내주(10W1)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 플랜지부(20F)를 가질 수 있다. 이 경우, 플랜지부(20F)와 이에 대향하는 외륜(10)의 제 1 내주(10W1)의 바깥 측면 사이의 접촉에 따른 마찰 제거를 위해 적합한 베어링 또는 윤할 구조가 삽입될 수 있다.
외륜(10)과 내륜(20)은 각각 자전거 바퀴와 페달에 결합되기 위한 적합한 결합 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 외륜(10)은 자전거의 휠 베이스에 결합되고, 내륜(20)은 페달이 결합되는 상기 자전거 바퀴의 회전축에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 자전거 바퀴의 회전축은 페달에 결합된 크랭크 축에 의해 제공될 수 있다.
일부 실시예에서는 내륜(20)의 중심에 상기 크랭크 축 또는 회전축이 관통할 수 있는 홀(20H)이 제공될 수 있다. 홀(20H)의 형상은 도 1a에 도시된 바와 같이 원형일 수 있다. 이 경우, 상기 자전거 바퀴와의 결합은 볼트/너트와 같은 체결 구조를 통해서 이루어질 수 있으며, 이를 위해 외륜(10)과 내륜(20)에는 상기 체결을 위한, 예를 들면, 볼트의 관통홀들(10h, 20h)이 각각 제공될 수 있다.
다른 실시예에서는, 홀(20H)의 형상은 타원, 사각형 또는 삼각형과 같은 다각형을 가질 수 있으며, 상기 크랭크 축의 단면도 이에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 홀(20H)에 상기 회전축이나 크랭크 축이 삽입됨으로써 상기 회전축 또는 크랭크 축과 홀(20D)이 서로 계합될 수 있으며, 이로써 내륜(20)과 회전축 또는 크랭크 축과 결합될 수 있다.
내륜(20)은 전체가 솔리드 형상을 가질 수도 있지만, 몸체에 부분적으로 빈 공간(미도시)을 가질 수도 있다. 상기 빈 공간은 기계적 외력에 따른 내륜(20)의 미소한 변형을 허용하여, 외륜(10) 내에 함입된 내륜(20)의 회전을 원활하게 한다.
외륜(10)은 내주, 예를 들면, 제 1 내주(10W1)에 제 1 요철 표면(10S)을 포함하며, 제 1 요철 표면(10S)은 도 2a를 참조하여 후술하는 바와 같이 가상 저지선(virtual bottom land) 및 가상 고지선(virtual top land)을 정의하도록 상기 내주에 반복 배열된 패턴을 형성할 수 있다. 외륜(10)의 반복 배열되는 제 1 요철 표면(10S)은 리세스부(10S1) 및 리세스부(10S1)로부터 경사 연장된 볼록부(10S2)를 포함할 수 있다. 볼록부(10S2)는 인접하는 리세스부들(10S1) 사이에서 비대칭적 형상을 가질 수 있다.
내륜(20)은 외주에 스토퍼부(20S1) 및 스토퍼부(20S1)로부터 연장된 습동 표면(sliding surface; 20S2)을 갖는 제 2 요철 표면(20S)을 포함한다. 스토퍼부(20S1)는 자유 걸림쇄(30)의 정지를 위한 구조이며, 자유 걸림쇄(30)의 수용 또는 안착을 위한 적합한 형상을 가질 수 있으며, 이에 관하여는 후술될 것이다.
습동 표면(20S2)은 자유 걸림쇄(30)가 그 위에서 습동하거나, 구름 또는 회전하여 이동할 수 있는 표면을 제공한다. 자유 걸림쇄(30)는 클러치(100)의 해재 상태에서, 습동 표면(20S2)에 연속적으로 접촉하여 이동하는 것에 한정되는 것은 아니며, 자유 걸림쇄(30)의 크기, 또는 부재들 사이의 자기적/전기적 처리 여부에 따라 불연속적으로 접촉할 수도 있다.
자유 걸림쇄(30)는 외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S)과 내륜(20)의 제 2 요철 표면(20S) 사이에 삽입되며, 별도의 고정 없이 자유롭게 이동할 수 있다. 자유 걸림쇄(30)의 이동은 내륜(20)의 회전에 따른 원심력에 의한 이동이나 관성에 의한 습동 표면(20S2) 상에서의 상대적 위치 이동을 포함하는 개념이다. 자유 걸림쇄(30)의 이러한 이동은 클러치(100)의 해제 상태에서는 스토퍼부(20S1)에 의해 제한되고, 자전거용 클러치(100)의 걸림 상태에서는 외륜(10)의 볼록부(10S2)와 내륜(20)의 습동 표면(20S2) 사이에 압착됨으로써 제한될 수 있다.
자유 걸림쇄(30)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 외륜(10)과 내륜(20)의 회전축(P)에 평행한 중심축(Q)을 갖는 실린더이거나, 구일 수 있다. 상기 실린더 또는 구는 일정한 직경을 가질 수 있다. 상기 실린더 또는 구는 구름, 슬라이딩 또는 회전 측면에서 바람직하며, 상기 실린더의 경우, 클러치(100)의 회전축(P)에 평행한 방향으로 내륜의 회전력을 외륜에 균일하게 작용시킬 수 있는 점에서 클러치(100)의 수명과 동력 전달 측면에서 유리하다. 그러나, 이러한 자유 걸림쇄(30)의 형상은 예시적일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 자유 걸림쇄(30)는 습동 표면(20S2) 상에서 자유 이동이 가능한 임의의 형태, 예를 들면, 오각형 또는 육각형의 다각형 봉 구조를 가질 수 있으며, 판상이나 표면에 기어가 형성된 임의의 형상을 더 포함할 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 클러치(100)의 해제 및 걸림 상태를 각각 설명하기 위한 정면도들이다. 구성 부재들 중 전술한 부재들과 동일한 참조 부호를 갖는 구성 부재들에 관한 설명은, 모순되지 않는 한, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 개시한 사항을 참조할 수 있다. 이들 도면에서 S1과 S2로 지시된 화살표는 각각 내륜(20)과 외륜(10)의 회전 상태를 의미한다.
도 2a를 참조하면, 외륜(10)은 화살표 S2가 가리키는 바와 같이 반시계 방향으로 회전하며, 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 반시계 방향의 회전은 자전거가 전방 방향으로 진행하는 것을 나타내는 것으로 정의한다. 내륜(20)은 점선 화살표 S1으로 나타낸 바와 같이 정지되어 있다. 이러한 외륜(20)과 내륜(10)의 회전은 상대적이어서, 도 2a에 도시된 회전 상태는 외륜(10)이 빠르게 반시계 방향으로 회전하고, 내륜(20)이 반시계 방향으로 더 느리게 회전하거나, 오히려 시계 방향으로 회전하는 경우도 포함한다.
외륜(10)과 내륜(20)의 상대 회전에 따라 외륜(20)의 제 1 요철 표면(10S)과 내륜(20)의 습동 표면(20S2) 사이의 거리는 반복적으로 또는 주기적으로 변화하면서, 각 주기 내에서는 연속적으로 변화한다. 도 2a에 도시된 회전 상태에서는, 외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S)과 자유 걸림쇄(30)가 접하는 습동 표면(20S2)의 접점(K1; 이하, 제 1 접점 위치라 함) 사이의 거리가 자유 걸림쇄(30)의 직경(2r)보다 큰 경우이다. 이 경우, 외륜(10)이 반시계 방향으로 회전하는 동안, 제 1 요철 표면(10S)과 자유 걸림쇄(30) 사이에는 간섭이 일어나지 않으며, 자유 걸림쇄(30)는 제 1 접점 위치(K1) 또는 그 근방에서 유지되며, 외륜(10)의 회전력은 내륜(20)에 전달되지 않는다. 본 명세서에서는, 이와 같이 자유 걸림쇄(30)의 간섭이 일어나지 않는 접점 위치를 통칭하여 습동 표면(20S2) 상의 제 1 접점 위치라 지칭한다. 다른 실시예에서, 자유 걸림쇄(30)가 실린더 또는 구가 아닌 판상인 경우에는 직경 대신 이의 두께로써 비교될 수 있다.
외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S)과 자유 걸림쇄(30)가 접하는 습동 표면(20S2)의 제 1 접점 위치(K1) 사이의 거리는 습동 표면(20S2)의 제 1 접점 위치(K1)로부터 가상 고지선(VL1)까지의 거리로 정의될 수 있다. 따라서, 자유 걸림쇄(30)가 간섭 받지 않는 제 1 접점 위치(K1)는 습동 표면(20S2) 중 스토퍼부(20S1)로부터, 외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S)과 자유 걸림쇄(30)가 접하는 습동 표면(20S2)의 제 1 접점 위치(K1) 사이의 거리가 자유 걸림쇄(30)의 직경 또는 두께보다 큰 영역까지이다.
다른 측면에서, 내륜(20)의 중심(P)으로부터 자유 걸림쇄(30)가 위치하는 습동 표면(20S2) 상의 제 1 접점 위치(K1)까지의 거리(r1)와 자유 걸림쇄(30)의 직경(2r)의 합이 내륜(20)의 중심(P)으로부터 가상 고지선(VL1)까지의 거리에 비하여 작을 때에, 외륜(20)의 회전력은 내륜(20)에 전달되지 않는다. 따라서, 자유 걸림쇄(30)의 직경 또는 두께가 증가하거나. 내륜(20)의 중심축(P)으로부터 습동 표면(20S2)의 거리가 증가될수록 제 1 접점 위치(K1)의 범위의 크기는 감소할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 내륜(20)이 화살표 S1으로 나타낸 바와 같이 반시계 방향으로 회전하면, 외륜(10)도 자유 걸림쇄(30)에 의해 매개되어 화살표 S2가 가리키는 바와 같이 반시계 방향으로 회전한다. 내륜(20)이 반시계 방향으로 회전하고, 외륜(10)의 회전 속도가 내륜(20)의 회전 속도에 미치지 못하도록 외륜(10)에 힘이 인가되는 경우도 이에 포함될 수 있다. 어느 경우에나, 내륜(20)이 갖는 회전력은 외륜(10)에 전달될 수 있으며, 그에 따라 내륜(20)의 가속도와 동일한 각속도로 외륜(10)도 함께 회전하게 된다. 예를 들어, 내륜(20)에 자전거의 페달에 결합된 클랭크 축이 체결되는 경우, 유아가 자전거의 페달을 돌려 전방 방향으로 자전거를 운행하려 하면, 내륜(20)이 화살표 S1 방향으로 회전하고 그에 따라 외륜(10)도 화살표 S2로 나타낸 바와 같이 전방 방향으로 회전할 수 있다.
도 2b에 도시된 회전 상태에서는, 제 1 요철 표면(10S)과 자유 걸림쇄(30)가 접하는 습동 표면(20S2)의 접점(K2; 이하, 제 2 접점 위치라 함) 사이의 거리가 자유 걸림쇄(30)의 직경(2r)보다 작은 경우이다. 상기 거리가 자유 걸림쇄(30)의 직경과 동일하거나 작은 경우, 내륜(10)의 회전에 의해, 자유 걸림쇄(30)가 원심력이나 관성에 의해 이동하고, 자유 걸림쇄(30)는 외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S). 예를 들면, 볼록부(10S2)와 간섭을 경험한다.
이렇게 이동된 자유 걸림쇄(30)는 외륜(10)의 리세스부(10S1)와 내륜(10)의 습동 표면(20S2)의 제 2 접점 위치(K2) 사이에서 실질적으로 유지되고, 내륜(20)의 회전력이 자유 걸림쇄(30)를 매개로 외륜(10)에 전달될 수 있다. 본 명세서에서는, 이와 같이, 자유 걸림쇄(30)의 간섭이 일어나는 접점 위치를 통칭하여 습동 표면(20S2) 상의 제 2 접점 위치(K2)라 지칭한다. 다른 실시예에서, 자유 걸림쇄(30)가 실린더 또는 구가 아닌 판상인 경우에는 상기 직경 대신 이의 두께로써 비교될 수 있다.
제 2 접점 위치(K2)에서 자유 걸림쇄(30)는 내륜(20)의 회전과 이로 인한 외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S)의 간섭으로 인해 볼록부(10S2)로부터 외륜(10)의 내주의 경사 연장면(20S3)을 따라 리세스부(10S1)로 이동할 수 있다. 리세스부(10S1)로 이동한 자유 걸림쇄(30)는 리세스부(10S1)에 의해 적어도 일부가 수용되며, 내륜(20)의 습동 표면(20S) 상의 제 2 접점 위치(K2)에서 습동 표면(20S)에 의해 리세스부(10S1)를 향하여 압착될 수 있다.
일부 실시예에서, 외륜(10)의 리세스부(10S1)는 자유 걸림쇄(30)의 적어도 일부가 안착되도록 자유 걸림쇄(30)의 표면에 대응하는 오목 표면을 가질 수 있다. 예를 들면, 자유 걸림쇄(30)가 도시된 바와 같이 실린더형인 경우, 리세스부(10S1)는 원호를 이루는 곡면을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 외륜(10)의 경사 연장면(20S3)은 도시된 바와 같이 평탄하지만, 완만한 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2a와 함께 도 2b를 참조하면, 외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S), 내륜(20)의 습동 표면(20S2) 및 자유 걸림쇄(30)의 크기에 따라, 습동 표면(20S2)의 제 1 접점 위치(K1)는 일정 범위의 구간을 가지며, 제 2 접점 위치(K2)는 특정된 점이 될 것이다. 일정 범위의 구간을 갖는 제 1 접점 위치(K1)는 내륜(20)의 회전력이 외륜(10)에 전달되지 않는 구간이므로, 데드 존(dead zone)에 해당한다. 상기 데드 존은 작을수록 바람직하다. 외륜(10)의 제 1 요철 표면(10S)의 리세스부(10S1) 및 볼록부(10S2)의 개수(또는, 1회전당 빈도수) 및/또는 내륜(10)의 제 2 요철 표면(20S)의 스토퍼부(20S1)와 습동 표면(20S2)의 개수(또는, 1회전당 빈도수)가 증가할수록, 데드 존은 작아진다.
일부 실시예에서, 제 1 요철 표면(10S)의 개수는 제 2 요철 표면(20S)의 개수와 동등하거나 더 많을 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 제 1 요철 표면(10S)의 개수는 12 개일 수 있으며, 제 1 요철 표면(10S)의 리세스부(10S1)와 볼록부(10S2)의 조합은 30 ° 간격으로 균분 배열된다. 또한, 제 2 요철 표면(20S)의 개수는 3 개일 수 있으며, 이 경우, 제 2 요철 표면(20S)의 스토퍼부(20S1)과 습동 표면(20S2)은 120 ° 간격으로 균분 배열된다. 이러한 개수는 예시적이며, 상기 데드 존의 감소 또는 외륜(10)과 내륜(20)의 크기 및 토크를 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
전술한 실시예에 따르면, 자전거용 클러치(100)의 걸림과 해제 상태에서, 자유 걸림쇄(30)는 습동 또는 회전을 통한 이동을 하며, 이러한 이동은 실질적으로 소음을 수반하지 않는다. 그에 따라, 종래의 래칫 구조를 갖는 클러치에서 나타나는 해재 상태에서의 탁탁거리는 소리와 같은 반복적 소음이 발생되지 않아, 자전거에 적용시 정숙한 주행을 유지할 수 있는 자전거용 클러치가 제공될 수 있다. 자전거용 클러치(100)는 후술하는 바와 같이 유아용 자전거의 앞 바퀴에 적용되거나, 성인 자전거의 뒷바퀴에 적용될 수 있을 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자전거용 클러치들(100A, 100B)을 각각 도시하는 정면도들이다.
도 3a를 참조하면, 자전거용 클러치(100A)의 내륜(20A)의 스토퍼부(20S1 )는 자유 걸림쇄(30)를 수용하기 위한 리세스된 표면(20R)을 가질 수 있다. 자유 걸림새(30)가 실린더형인 경우, 리세스된 표면(20R)은 원호 곡면을 가질 수 있다. 또한, 자유 걸림쇄(30)가 구 또는 다각형 봉 구조인 경우, 리세스된 표면(20R)은 그에 대응하는 구 곡면 또는 다각형 구조를 가질 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 자전거용 클러치(100B)의 내륜(20B)의 습동 표면(20S2')은 탄성 부재 또는 소음 억제 부재를 포함할 수 있다. 습동 표면(20S2')은 스토퍼부(20S1)과 제 2 접점 위치(K2) 사이에 제공될 수 있다. 상기 탄성 부재 또는 소음 억제 부재는, 수지 또는 고무일 수 있으며, 이는 천연 또는 합성될 수 있다. 이러한, 탄성 부재 또는 소음 억제 부재는, 자유 걸림쇄(30)의 낙하로부터 발생할 수 있는 딱딱거리는 것과 같은 소음을 더욱 억제한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 바퀴(1000)의 체결 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 자전거용 클러치(100)는 외륜(10)이 바퀴(1000)의 휠 베이스(90)에 결합되고, 내륜(20)은 크랭크 축(70)에 결합될 수 있다. 크랭크 축(70)은 자전거용 클러치(100)의 내륜(20)의 중심(도 1a의 20H 참조)을 관통하여 내륜(20)에 체결될 수 있다. 외륜(10)과 내륜(20)에는 적합한 관통홀들(10h, 20h)이 제공될 수 있으며, 이들 관통홀들(10h, 20h)을 통해 볼트들(41a, 41b)과 상기 볼트들(41a, 41b)에 의해 함께 체결되는 와셔 또는 플레이트들(40, 50)과 같은 체결 부재가 사용하여, 이들의 각각의 결합이 수행될 수 있다.
휠 베이스(90)의 외주에는, 우레탄 재질의 타이어(91)가 감싸도록 장착되어, 승차감을 개선할 수 있다. 페달(60)은 크랭크 축(70)의 양단에 결합될 수 있으며, 이들의 결합을 위해 개방 링(80)과 같은 체결 부재가 사용될 수 있다. 바퀴(1000)의 미관을 향상시키기 위하여, 클러치(100)와 각종 체결 부재들은 휠 캡(92)에 의해 은폐될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 클러치를 포함하는 유아용 자전거(2000)를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 구성 부재들 중 전술한 부재들과 동일한 참조 부호를 갖는 구성 부재들에 관한 설명은 전술한 개시 사항을 참조할 수 있다.
도 5를 참조하면, 유아용 자전거(2000)는 한 개의 앞바퀴(93) 및 2 개의 뒷 바퀴들(94)을 갖는 세발 자전거일 수 있다. 전술한 실시예들에 따른 클러치는 앞바퀴(93)에 설치될 수 있으며, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 휠 캡(92) 내에 은폐될 수 있다. 유아용 자전거(2000)는 보호자에 의한 운행이 가능하도록 자전거 프레임에 결합된 보호자용 손잡이(200)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 보호자용 손잡이(200)는 앞바퀴(93)의 조향을 위하여, 회전 가능하고, 적합한 링크 부재(미도시)를 통해 조향 장치인 유아용 손잡이(300)와 연결될 수 있다.
보호자가 손잡이(200)를 잡고서 자전거(2000)를 전방을 향하여 밀면, 자전거(2000)의 바퀴들(93, 94)은 전방을 향하여 모두 회전하여 굴러가지만, 도 2b를 참조하여 전술한 바와 같이, 유아가 페달(60)에 발을 올리고 있으면, 앞바퀴(93)에 장착된 클러치의 외륜(10)이 전방 방향으로 회전하더라도, 외륜(10)의 회전력이 내륜(20)에 전달되지 않기 때문에, 클러치의 내륜(20)은 고정될 수 있어, 페달(60)이 회전하지 않아 사용 편의가 개선될 수 있다.
그러나, 자전거(2000)에 승차한 유아가 직접 페달을 구르는 경우에는, 페달(60)의 회전과 함께 클러치의 내륜(20)이 회전하고, 그에 따라 외륜(10)에 회전력이 전달되며, 이로써 앞바퀴(93)가 회전하게 되어, 자전거(2000)는 전방을 향하여 운행될 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유아용 자전거는 클러치 구조에 의해 보호자가 자전거의 운행을 돕는 동안 사용 편의가 개선될 수 있을 뿐만 아니라, 유아의 성장에 따라 유아가 직접 자전거를 운행할 수도 있어 유아용 자전거의 사용 기간이 증대될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 클러치는 소음이 감소 및 억제되었으므로, 유아용 자전거에 한정되지 않고, 정숙한 주행이 유모차와 같은 유아들이 잠을 잘 수 있는 유모차 기능이 겸유된 자전거에 적용되는 경우, 탁월한 성능을 발휘할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 외륜 20: 내륜
30: 자유 걸림쇄 100, 100A, 100B: 클러치
1000: 바퀴 2000: 자전거

Claims (15)

  1. 앞바퀴에 결합된 페달의 회전과 자전거 몸체에 결합된 보호자용 손잡이를 미는 것에 의해 운행이 가능한 유아용 자전거로서,
    가상 저지선(virtual line of bottom lands) 및 가상 고지선(virtual line of top lands)을 정의하는 적어도 하나 이상의 제 1 요철 표면이 형성된 제 1 내주를 갖는 외륜;
    상기 외륜의 상기 제 1 내주 내에 함입되어 회전하고, 스토퍼부 및 상기 스토퍼부로부터 연장된 습동 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 제 2 요철 표면이 형성된 외주를 갖는 내륜; 및
    일정한 직경을 가지고, 상기 내륜의 상기 습동 표면과 상기 외륜의 요철 표면 사이에서 습동하거나 회전하여 이동이 가능하고, 상기 스토퍼부에서 이동이 제한되는 복수의 자유 걸림쇄들을 포함하며,
    상기 내륜과 상기 외륜의 상대 회전에 따라 상기 제 1 요철 표면과 상기 제 2 요철 표면의 상기 습동 표면 사이의 거리가 연속적으로 변화하고,
    상기 복수의 자유 걸림쇄들이 i) 상기 거리가 상기 복수의 자유 걸림쇄들 각각의 상기 직경보다 큰 상기 습동 표면 상의 상기 스토퍼부에 가까운 제 1 접점 위치에서는 상기 외륜의 회전력이 상기 내륜에 전달되지 않고, ii) 상기 거리가 상기 복수의 자유 걸림쇄들 각각의 상기 직경보다 작은 상기 습동 표면 상의 상기 스토퍼부로부터 먼 제 2 접점 위치에서는 상기 복수의 자유 걸림쇄들에 의해 상기 내륜의 회전력이 상기 외륜에 전달되며,
    상기 제 1 요철 표면은 상기 가상 저지선을 정의하는 리세스부, 상기 가상 고지선을 정의하는 볼록부, 및 상기 볼록부와 상기 리세스부 사이의 경사 연장면을 포함하고,
    상기 복수의 자유 걸림쇄들은 상기 외륜과 상기 내륜의 회전축에 평행한 중심축을 갖는 실린더이고,
    상기 복수의 자유 걸림쇄들 각각이 상기 제 2 접점 위치에서 상기 리세스부에 수용되어 압착될 때, 상기 리세스부는 상기 복수의 자유 걸림쇄들 각각의 적어도 일부가 안착되어 상기 제 2 접점 위치가 유지되도록 상기 복수의 자유 걸림쇄들의 표면에 대응하는 원호 곡면 또는 오목 표면을 가지며, 상기 볼록부는 인접하는 리세스부들 사이에 비대칭적 형상을 가지며,
    상기 내륜은 상기 제 2 요철 표면이 형성된 상기 외주와 일체화되고 상기 외주의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 플랜지부를 더 포함하며,
    상기 외륜은 상기 제 1 요철 표면이 형성된 제 1 내주의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 제 2 내주를 더 포함하며,
    상기 내륜의 상기 플랜지부가 상기 외륜의 상기 제 2 내주에 삽입되며,
    상기 외륜은 상기 자전거의 휠 베이스에 고정되고, 양단에 페달이 결합되는 크랭크 축이 상기 내륜의 중심을 관통하여 상기 내륜에 결합되는 상기 앞바퀴용 클러치를 포함하고,
    상기 내륜의 상기 제 2 요철 표면은 상기 내륜의 회전력이 상기 외륜에 전달될 때, 상기 복수의 자유 걸림쇄들이 모두 상기 제 1 요철 표면의 상기 리세스부에 압착되기 위한 3 개의 상기 습동 표면을 갖는 유아용 자전거.
  2. 앞바퀴에 결합된 페달의 회전과 자전거 몸체에 결합된 보호자용 손잡이를 미는 것에 의해 운행이 가능한 유아용 자전거로서,
    가상 저지선(virtual line of bottom lands) 및 가상 고지선(virtual line of top lands)을 정의하는 적어도 하나 이상의 제 1 요철 표면이 형성된 내주를 갖는 외륜;
    상기 외륜의 상기 내주 내에 적어도 일부가 함입되어 회전하고, 스토퍼부 및 상기 스토퍼부로부터 연장된 습동 표면을 갖는 적어도 하나 이상의 제 2 요철 표면이 형성된 외주를 갖는 내륜; 및
    일정한 직경을 가지고, 상기 내륜의 상기 습동 표면과 상기 외륜의 요철 표면 사이에서 습동하거나 회전하여 이동이 가능하고, 상기 스토퍼부에서 이동이 제한되는 복수의 자유 걸림쇄들을 포함하며,
    상기 내륜과 상기 외륜의 상대 회전에 따라 상기 제 1 요철 표면과 상기 제 2 요철 표면의 상기 습동 표면 사이의 거리가 연속적으로 변화하고,
    상기 내륜의 중심으로부터 상기 복수의 자유 걸림쇄들이 각각 위치하는 상기 습동 표면 상의 제 1 접점 위치까지의 거리와 상기 복수의 자유 걸림쇄들 각각의 직경의 합이 상기 내륜의 중심으로부터 상기 가상 고지선까지의 거리에 비하여 작을 때에, 상기 외륜의 회전력이 상기 내륜에 전달되지 않고,
    상기 내륜의 중심으로부터 상기 복수의 자유 걸림쇄들이 각각 위치하는 상기 습동 표면 상의 제 2 접점 위치까지의 거리와 상기 복수의 자유 걸림쇄들 각각의 직경의 합이 상기 내륜의 중심으로부터 상기 가상 저지선까지의 거리에 비하여 클 때에, 상기 내륜의 회전력이 상기 외륜에 전달되며,
    상기 제 1 요철 표면은 상기 가상 저지선을 정의하는 리세스부, 상기 가상 고지선을 정의하는 볼록부, 및 상기 볼록부와 상기 리세스부 사이의 경사 연장면을 포함하고,
    상기 복수의 자유 걸림쇄들은 상기 외륜과 상기 내륜의 회전축에 평행한 중심축을 갖는 실린더 또는 구이고,
    상기 복수의 자유 걸림쇄들이 상기 제 2 접점 위치에서 상기 리세스부에 수용되어 압착될 때, 상기 리세스부는 상기 복수의 자유 걸림쇄들 각각의 적어도 일부가 안착되어 상기 제 2 접점 위치가 유지되도록 상기 복수의 자유 걸림쇄들의 표면에 대응하는 원호 곡면 또는 오목 표면을 가지며, 상기 볼록부는 인접하는 리세스부들 사이에 비대칭적 형상을 가지며,
    상기 내륜의 회전력을 상기 외륜에 전달될 때, 상기 복수의 자유 걸림쇄들이 모두 상기 제 1 요철 표면의 상기 리세스부에 각각 압착되도록, 상기 리세스부와 상기 볼록부의 조합과 상기 제 2 요철 표면의 상기 스토퍼부와 상기 습동 표면의 조합이 균분 배열되며,
    상기 내륜은 상기 제 2 요철 표면이 형성된 상기 외주와 일체화되고 상기 외주의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 플랜지부를 더 포함하며,
    상기 외륜은 상기 제 1 요철 표면이 형성된 제 1 내주의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 제 2 내주를 더 포함하며,
    상기 내륜의 상기 플랜지부가 상기 외륜의 상기 제 2 내주에 삽입되며,
    상기 외륜은 상기 자전거의 휠 베이스에 고정되고, 양단에 페달이 결합되는 크랭크 축이 상기 내륜의 중심을 관통하여 상기 내륜에 결합되는 상기 앞바퀴용 클러치를 포함하고,
    상기 내륜의 상기 제 2 요철 표면은 상기 내륜의 회전력이 상기 외륜에 전달될 때, 상기 복수의 자유 걸림쇄들이 모두 상기 제 1 요철 표면의 상기 리세스부에 압착되기 위한 3 개의 상기 습동 표면을 갖는 유아용 자전거.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 요철 표면은 30° 간격으로 균분 배열되는 것을 특징으로 하는 유아용 자전거.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 요철 표면은 120° 간격으로 균분 배열되는 것을 특징으로 하는 유아용 자전거.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스토퍼부는 상기 복수의 자유 걸림쇄들의 적어도 일부를 수용하도록 상기 복수의 자유 걸림쇄들의 표면에 대응되는 안착면을 갖도록 리세스된 것을 특징으로 하는 유아용 자전거.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 습동 표면은 탄성 부재 또는 소음 억제 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유아용 자전거.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유아용 자전거는 세발 자전거 또는 유모차 기능을 겸유하는 세발 자전거인 것을 특징으로 하는 유아용 자전거.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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