KR102091022B1 - 스텝 구동식 사륜 자전거 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 스텝 구동식 사륜 자전거는, 프레임; 상기 프레임의 헤드 튜브에 결합된 핸들바; 상기 핸들바의 스티어러 튜브와 연동되어 회전하는 한 쌍의 포크; 상기 한 쌍의 포크에 각각 결합되는 한 쌍의 앞바퀴; 상기 프레임에 결합되는 한 쌍의 뒷바퀴; 상기 뒷바퀴로 사용자의 구동력을 전달하는 구동계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 스텝 구동방식으로 구동력을 발생시키도록 함으로써 입력손실을 최소화하는 효과가 있다.

Description

스텝 구동식 사륜 자전거{FOUR-WHEELED BICYCLE OF STEPPING DRIVE}
본 발명은 스텝 구동식 사륜 자전거에 관한 것으로, 스텝 구동방식으로 구동력을 발생시키고, 앞바퀴와 뒷바퀴를 각각 한 쌍으로 구성하여 주행의 안정성을 도모하는 스텝 구동식 사륜 자전거에 관한 것이다.
일반적인 자전거는 뒷바퀴의 중심축에 있는 카세트(작은 다단 스프로킷)와 페달에 의해 회전하는 크랭크(큰 다단 스프로킷)에 체인을 걸고, 발로 페달을 밟으면 크랭크에서 발생된 회전력이 카세트로 전달되어 구동된다.
체인방식의 자전거로는 등록특허 제10-0854586호(2008.08.21.) "왕복동식 페달을 갖는 자전거", 등록특허 제10-0902190호(2009.06.03.) "상하 왕복 구동장치를 구비한 자전거" 및 등록실용신안 제20-0437399호(2007.11.23.) "자전거의 제자리 걸음장치" 등이 개시되어 있다.
이러한 체인방식의 자전거의 속도를 가속 또는 감속하기 위해서는 다단 크랭크 또는 카세트를 변경시켜 뒷바퀴로 전달되는 기어비를 변경시키는 방법이 주로 사용되었다.
그런데 상기한 바와 같은 종래 체인방식의 자전거는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 충격이 가해지는 체인이 크랭크 카세트에서 쉽게 이탈하여 운행을 할 수 없게 된다.
둘째, 체인을 수리하여 사용하여야 하는 불편함이 있다.
셋째, 운행 중 운전자의 바지 자락이 체인에 걸려 사고가 발생할 수 있다.
또한, 종래의 자전거는 자전거를 넘어지지 않고 타기 위해 연습이 필요하다.
구체적으로, 자전거를 처음 배울 때에 스스로 넘어지지 않고 중심을 잡는 법을 체득하게 되는데, 자전거 타는 법을 배우는 과정에서 넘어질 경우 자칫 크게 다칠 우려도 있다.
뿐만 아니라, 자전거가 넘어지지 않기 위해서는 일정 속도를 유지하여야 하며, 이러한 속도로 인해 자전거를 탄 상태에서 주위 경관을 구경하거나, 주위의 사람과 대화를 하기는 어려운 단점도 있다.
아울러, 초보자의 경우 자전거를 타고 전진하는 동작은 쉽게 수행할 수 있으나 방향을 전환하거나 구불구불한 길을 주행할 때에는 원심력에 의해 중심을 잡기가 쉽지 않은 문제도 있다.
한편, 일반적인 자전거의 경우 각 페달을 왼발과 오른발로 번갈아 밟아주어 회전축을 회전시키고, 이러한 회전력에 의해 추진력을 발생시키는 방법을 통해 동력을 얻고 있으나, 한쪽 페달의 상사점과 다른쪽 페달의 하사점에 근접하는 위치에서는 상사점 또는 하사점과 거의 수평을 이루게 되므로 지속적인 회전을 위해 수평방향으로 힘을 더 사용할 수밖에 없어 입력손실이 유발되는 단점이 있게 된다. 즉, 일반적인 자전거에 적용되는 양쪽 페달을 회전시켜 동력을 얻는 방법은 입력량에 비해 출력량이 적음을 의미한다.
또한, 일반적인 자전거는 오로지 다리를 움직여 동력을 얻는 것이었으므로 비교적 평탄한 길이나 내리막길에서는 타기가 수월하나 오르막길에서는 힘이 많이 드는 단점이 있다.
따라서 상기한 바와 같은 종래의 자전거들이 갖는 문제점을 해결하기 위한 개선된 형태의 자전거의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스텝 구동방식으로 구동력을 발생시키도록 함으로써 입력손실을 최소화하며, 앞바퀴와 뒷바퀴를 각각 한 쌍으로 구성하여 주행의 안정성을 도모하는 스텝 구동식 사륜 자전거를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스텝 구동식 사륜 자전거는, 프레임; 상기 프레임의 헤드 튜브에 결합된 핸들바; 상기 핸들바의 스티어러 튜브와 연동되어 회전하는 한 쌍의 포크; 상기 한 쌍의 포크에 각각 결합되는 한 쌍의 앞바퀴; 상기 프레임에 결합되는 한 쌍의 뒷바퀴; 상기 뒷바퀴로 사용자의 구동력을 전달하는 구동계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동계는, 구동력을 뒷바퀴로 전달하는 크랭크와, 일단으로 페달이 결합되며 타단은 상기 크랭크의 회전중심에 결합되어 상하 운동으로 상기 크랭크를 회전시키는 스텝바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스텝바와 상기 크랭크의 회전축 사이에는 원웨이 베어링이 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스텝바에는 원웨이 베어링의 외륜을 고정하며 감싸는 수용부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 일단은 상기 프레임에 힌지 결합되며 타단은 스텝바와 연결된 링크가 더 구비되며,
상기 링크에는 장공이 구비되며 상기 스텝바에는 상기 장공에 대응되는 가이드 핀이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프레임에 결합되거나 일체형으로 형성되며 한 쌍의 뒷바퀴가 고정되는 뒷바퀴 프레임과, 상기 뒷바퀴 프레임에 한 쌍의 뒷바퀴를 회전지지하도록 설치된 휠축과, 상기 휠축에 고정된 카세트 및 상기 카세트와 크랭크를 연결하는 체인으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프레임과 스텝바 사이에는 리턴스프링이 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거에 따르면, 스텝 구동방식으로 구동력을 발생시키도록 함으로써 입력손실을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 앞바퀴와 뒷바퀴를 각각 한 쌍으로 총 4륜으로 구성하여 주행의 안정성을 도모한다.
도 1은 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거의 구동방식을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거의 구동방식을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 일부를 확대 도시한 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거의 구동방식을 도시한 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거의 구동방식을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거의 구동방식을 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 일부를 확대 도시한 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거의 구동방식을 도시한 측면도이다.
도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스텝 구동식 사륜 자전거(A)는, 프레임(100)과, 상기 프레임(100)의 헤드 튜브(110)에 결합된 핸들바(200)와, 상기 핸들바(200)의 스티어러 튜브(210)와 연동되어 회전하는 한 쌍의 포크(300)와, 상기 한 쌍의 포크(300)에 각각 결합되는 한 쌍의 앞바퀴(400)와, 상기 프레임(100)에 결합되는 한 쌍의 뒷바퀴(500) 및 상기 뒷바퀴(500)로 사용자의 구동력을 전달하는 구동계(600)로 구성된다.
먼저, 상기 프레임(100)은 탑튜브(120), 다운튜브(130), 상기 탑튜브(120)와 다운튜브(130)의 전단을 연결하는 헤드 튜브(110), 상기 탑튜브(120)와 다운튜브(130)이 후단을 연결하는 시트튜브(140) 및 싯스테이(150)로 구성된다. 상기 시트튜브(140)에는 안장(160)이 설치된다.
또한, 상기 핸들바(200)에는 변속기, 브레이크 레버가 설치되며, 상기 핸들바는 스티어러 튜브(210)와 스템 등에 의해 결합된다.
그리고, 상기 포크(300)는 'ㄷ'자 형태로 형성되어 그 사이로 앞바퀴(400)가 삽입되며 QR레버 등에 의해 고정된다.
한편, 상기 핸들바(200)의 회전이 포크(300)로 전달하기 위한 전달부(410)가 더 구비되며, 상기 전달부(410)는 핸들바(200)의 스티어링 튜브(210)와 포크의 스티어링 튜브에 각각 결합된 벨트 풀리와, 상기 벨트 풀리를 연결하는 벨트로 구성되어 핸들바의 회전이 포크로 전달되어 자전거의 조향을 이루어지게 된다. 상기 벨트 풀리와 벨트의 조합은 체인과 스프라켓 조합으로 대체될 수 있다.
또한, 상기 앞바퀴(400)와 뒷바퀴(500)는 허브, 림, 허브와 림을 연결하는 스포크 및 타이어와 튜브로 구성된다.
그리고, 상기 구동계(600)는 구동력을 뒷바퀴(500)로 전달하는 크랭크(610)와, 일단으로 페달(621)이 결합되며 타단은 상기 크랭크(610)의 회전중심에 결합되어 상하 운동으로 상기 크랭크(610)를 회전시키는 스텝바(620)로 구성된다.
상기 크랭크(610)는 프레임(100)에서 연장된 크랭크 프레임(611)의 사이에 구비된 회전축(630)에 고정된다.
즉, 스텝바(620)의 상하운동으로 크랭크(610)를 회전시켜 사용자의 밟는 힘으로 자전거를 구동하게 된다.
한편, 상기 스텝바(620)와 상기 크랭크(610)의 회전축(612) 사이에는 원웨이 베어링(630)이 설치된다. 상기 원웨이 베어링(630)은 도 3 기준으로 반시계 방향으로 회전이 이루어지지 않으며 시계방향으로 회전이 이루어진다.
즉, 상기 스텝바(620)를 상단에서 하단으로 이동시에는 원웨이 베어링(630)이 반시계 방향으로 회전이 이루어지지 않으므로 스텝바에 의한 회전이 회전축(611)을 통해 크랭크(610)로 전달하여 자전거가 구동된다.
반면, 상기 스텝바(620)가 하단에서 상단으로 이동시에는 원웨이 베어링(630)은 시계방향으로 자유회전이 이루어져 회전축(611)에 회전력을 전달하지 않게 된다. 즉, 회전축(611)을 포함한 크랭크(610)는 자유회전이 이루어지게 된다.
또한, 상기 스텝바(620)에는 원웨이 베어링(630)의 외륜을 고정하며 감싸는 수용부(622)가 형성된다. 상기 수용부(622)와 원웨이 베어링(630)은 무두 볼트에 의해 고정된다.
그리고, 일단은 상기 프레임(100)에 힌지 결합되며 타단은 스텝바(620)와 연결된 링크(640)가 더 구비되며, 상기 링크(640)에는 장공(641)이 구비되며 상기 스텝바(620)에는 상기 장공(641)에 대응되는 가이드 핀(622)이 구비된다.
즉, 상기 링크(640)에 의해 상기 스텝바(620)의 상하 운동을 가이드함과 동시에 상하 이동량을 제한하게 된다.
한편, 상기 프레임(100)에 결합되거나 일체형으로 형성되며 한 쌍의 뒷바퀴(500)가 고정되는 뒷바퀴 프레임(650)과, 상기 뒷바퀴 프레임(650)에 한 쌍의 뒷바퀴를 회전지지하도록 설치된 휠축(660)과, 상기 휠축(660)에 고정된 카세트(670) 및 상기 카세트(670)와 크랭크(610)를 연결하는 체인(680)으로 구성된다.
상기 뒷바퀴 프레임(650)에는 'ㄷ'자 단면의 체인스테이(651)가 형성되며, 상기 체인스테이(651)에 뒷바퀴(500)가 설치된다.
또한, 상기 프레임(100)과 스텝바(620)의 사이에는 리턴스프링(690)이 설치되어 탄성복원력에 의해 스텝바(620)를 상승시킨다.
본 발명에 따르면, 스텝 구동방식으로 구동력을 발생시키도록 함으로써 입력손실을 최소화한다. 또한, 앞바퀴와 뒷바퀴를 각각 한 쌍으로 총 4륜으로 구성하여 주행의 안정성을 도모한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.
A - 스텝 구동식 사륜 자전거
100 - 프레임 200 - 핸들바
300 - 포크 400 - 앞바퀴
500 - 뒷바퀴 600 - 구동계
610 - 크랭크 620 - 스텝바

Claims (7)

  1. 프레임;
    상기 프레임의 헤드 튜브에 결합된 핸들바;
    상기 핸들바의 스티어러 튜브와 연동되어 회전하는 한 쌍의 포크;
    상기 한 쌍의 포크에 각각 결합되는 한 쌍의 앞바퀴;
    상기 프레임에 결합되는 한 쌍의 뒷바퀴;
    구동력을 뒷바퀴로 전달하는 크랭크와, 일단으로 페달이 결합되며 타단은 상기 크랭크의 회전중심에 결합되어 상하 운동으로 상기 크랭크를 회전시키는 스텝바로 구성된 구동계;를 포함하되,
    일단은 상기 프레임에 힌지 결합되며 타단은 스텝바와 연결된 링크가 더 구비되며,
    상기 링크에는 장공이 구비되며 상기 스텝바에는 상기 장공에 대응되는 가이드 핀이 구비된 것을 특징으로 하는 스텝 구동식 사륜 자전거.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스텝바와 상기 크랭크의 회전축 사이에는 원웨이 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 스텝 구동식 사륜 자전거.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스텝바에는 원웨이 베어링의 외륜을 고정하며 감싸는 수용부가 형성된 것을 특징으로 하는 스텝 구동식 사륜 자전거.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임에 결합되거나 일체형으로 형성되며 한 쌍의 뒷바퀴가 고정되는 뒷바퀴 프레임과, 상기 뒷바퀴 프레임에 한 쌍의 뒷바퀴를 회전지지하도록 설치된 휠축과, 상기 휠축에 고정된 카세트 및 상기 카세트와 크랭크를 연결하는 체인으로 구성된 것을 특징으로 하는 스텝 구동식 사륜 자전거.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임과 스텝바 사이에는 리턴스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 스텝 구동식 사륜 자전거.
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