KR20000033572A - 신축식 크랭크 아암이 구비된 자전거의 구동장치 - Google Patents

Abstract

크랭크축으로부터 페달까지의 거리를 신축 가능하게 함으로써 작은 힘의 구름력으로도 자전거를 주행시킬 수 있는 자전거의 구동장치에 관한 것이다.

본 발명의 자전거의 구동장치는, 일 끝단은 크랭크축(10)에 고정되고 다른 끝단은 크랭크축을 중심으로 회전자유로운 자유 단부를 갖는 제1 아암(30A)과, 일측이 개구된 통형상으로 형성되어 미끄럼 가능하게 제1 아암에 끼워맞춤되며 폐쇄측에 페달(20)이 회전 가능하게 설치된 제2 아암(30B)과, 상기 제2 아암의 일 측면에 회전 가능하게 설치된 가이드 로울러(40)를 구비한다. 그리고, 자전거의 지지프레임(14)에 고정되고 상기 가이드로울러가 안내되는 궤도(51)를 구비하며 상기 궤도는 페달의 회전위치에 따라 크랭크 아암을 신축 작용시켜 크랭크축으로부터 페달까지의 거리가 변화되거나 유지되도록 하는 궤적이 형성된 궤도판(50)과, 상기 제1 아암과 제2 아암 사이에 설치되어 이들의 슬라이드동작을 원활하게 하는 복수개의 로울러(32a∼32d,34a,34b)를 구비한다.

Description

신축식 크랭크 아암이 구비된 자전거의 구동장치 (Bicycle Drive Device Having Extensible Crank Arm)

본 발명은 자전거의 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크랭크축으로부터 페달까지의 거리를 신축 가능하게 함으로써 작은 힘의 구름력으로도 자전거를 주행시킬 수 있는 자전거의 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는, 크랭크축에 비교적 큰 직경의 구동측 스프로켓 휘일이 설치되고, 뒷바퀴 축에는 구동측 스프로켓 휘일보다 작은 직경의 종동측 스프로켓 휘일이 설치되며, 구동측 스프로켓 휘일과 종동측 스프로켓 휘일은 상호 체인으로 연결되어있다.

또한, 크랭크축의 양 끝단에는 크랭크 아암의 일 끝단이 각각 고정되고, 크랭크 아암의 다른 끝단에는 페달이 각각 회전 가능하게 설치되어 있으며, 2개의 페달은 서로 180도 간격을 이루도록 직경방향으로 배치되어 있다.

따라서 페달의 구름력이 크랭크 아암을 통해 크랭크축으로 전달되어 크랭크축을 회전시키게 되면, 크랭크축의 회전력은 구동측 스프로켓 휘일과 체인으로 연결된 종동측 스프로켓 휘일에 전달되므로 자전거의 뒷바퀴가 회전하여 자전거가 주행하게 되는 것이다.

자전거의 주행은 2개의 페달을 번갈아 굴러 크랭크축을 연속적으로 회전시킴으로써 이루어진다. 페달이 크랭크축을 중심으로 위에서 아래로 회전할 때 가장 큰 구름력이 필요하다. 이때 크랭크축으로부터 페달까지의 거리를 길게 설정할수록 페달을 구를 때 소요되는 힘이 적게 들고, 반대로 크랭크축으로부터 페달까지의 거리가 짧아질수록 힘들다.

그러나, 크랭크축과 페달을 연결하는 크랭크 아암의 길이를 길게 형성하는 경우, 페달의 회전궤적이 커지게 되므로 페달을 구르는 동작이 불편하고, 또 크랭크 아암을 짧게 하는 경우에는 페달을 구르는데 큰 힘이 필요하게 된다. 현재의 크랭크 아암은 양쪽의 경우를 절충한 상태로 그 길이가 설정되어 있으나, 보다 작은 힘으로 편하게 자전거를 주행하고자하는 욕구는 충족할 수 없었다. 한편, 다음 페달을 구르는 위치까지 되돌아 올 때에는 크랭크 아암을 짧게 하는 것이 유리하다.

종래에도 상기와 같은 욕구를 충족시키려고 하는 시도가 있었다. 즉 대한민국 실용신안등록출원공개 제96-17373호는, 코일스프링을 이용한 것으로, 페달의 구름 동작 시 코일스프링이 인장 또는 압축되는 것에 의해 페달과 크랭크축의 거리가 신축되도록 하여 페달 구름력을 감소시킬 수 있게 함과 동시에 페달을 구르지 않을 때에는 페달의 회전궤적을 작게 함으로써 페달을 회전시키는데 불편함이 없도록 한 것이다.

그러나 코일스프링을 이용하는 방식은, 페달의 회전 시 페달을 크랭크축으로부터 멀어지는 방향으로 밀 때 신장되는 것이므로, 실제로 구름력이 필요한 위치에서 신장되지 않을 수도 있다. 즉, 페달을 미는 힘에 의해 신축되는 것이나 페달을 밟는 힘의 방향을 고려하면 스프링이 제대로 신축시키는 것이 곤란하며, 신축되는 위치 및 신축길이가 항상 일정하지 않은 문제가 있다.

또한, 대한민국 실용신안등록출원 공고 제90-10540호는, 페달이 회전할 때, 편심축에 의하여 크랭크축으로부터 멀어지거나 가까워지도록 함으로써 페달의 위치가 신축되도록 한 것으로, 즉, 페달이 크랭크축에 가장 가까운 위치에서 시작하여 주행방향으로 회전하면, 점점 길어져 180도 위치에서 가장 길게 신장된 상태가 되고, 이 위치에서 다시 점점 짧아져 360도 위치(원위치)에서 가장 짧은 상태가 된다. 따라서 편심 축에 의한 방식은 페달이 최대로 신장된 상태 또는 최소로 축소된 상태가 어느 한 위치에서만 유지되는 것이므로, 동일한 최대 신장상태 또는 최소 축소상태를 일정구간 지속시킬 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 페달의 구름력이 크랭크축의 회전력으로 전달되는 위치에서 크랭크 아암이 최대로 신장될 수 있고, 페달이 복귀할 때에는 (즉, 아이들 구간에서는) 길이가 최소로 축소될 수 있으며, 이러한 최대 신장상태 및 최소 축소상태가 항상 일정한 위치에서 일정구간 지속될 수 있는 자전거의 구동장치를 제공하는 데에 있다.

도1은 본 발명의 구동장치가 설치된 자전거를 개략적으로 나타낸 구조도.

도2는 도1에 도시된 구동장치의 상세도.

도3은 도2의 A방향에서 본 측면도.

도4는 본 발명에 따른 구동장치의 분해사시도.

도5는 본 발명의 구동장치에 의해 크랭크축으로부터 페달까지의 거리가 신축되는 과정을 나타낸 동작상태도.

도6은 도5의 Ⅵ-Ⅵ선 확대단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 크랭크축 12 : 스프로켓 휘일

14 : 지지프레임 20 : 페달

30A,30B : 크랭크 아암 32a∼32d,34a,34b : 로울러

40 : 가이드로울러 42 : 고정축

50 : 궤도판 51 : 궤도

52 : 궤도고정판 54 : 보울트

56 : 너트

이러한 본 발명의 목적은 자전거의 크랭크축으로부터 페달까지의 거리를 신축 가능하게 하는 자전거의 구동장치로서,

자전거의 지지프레임에 지지되는 크랭크축과

상기 크랭크축에 그 일단부가 고정되며, 다른 단부에는 페달이 회전 가능하게 장착된 크랭크 아암과,

자전거의 지지프레임에 고정되며 궤도가 마련된 궤도지지구(바람직한 실시예에서는 지지판)를 포함하되,

상기 크랭크 아암은

일 끝단이 상기 크랭크축에 고정되는 제1 아암과,

일 끝단에 페달이 장착되고, 일측에는 상기 궤도 내에 위치하는 궤도추적장치(바람직한 실시예에서는 가이드 로울러)가 구비되며, 상기 제1 아암에 대하여 상기 제1 아암의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 상기 제1 아암과 결합하는 제2 아암을 구비하는

것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기와 같은 구동장치가 구비된 자전거가 제공된다.

이하, 본 발명에 따른 자전거의 구동장치를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이 구동장치는 자전거의 크랭크축(10)에 설치되어 페달(20)의 회전 위치에 따라 크랭크 아암을 신축시키도록 된 것으로, 도3에 도시된 바와 같이, 크랭크축(10)의 양 끝단에 각각 설치되어 양쪽의 크랭크 아암을 번갈아 가면서 신축시키도록 되어있다.

양쪽의 크랭크 아암의 신축구조는 동일하므로 이하에서는 하나만을 설명한다. 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 구동장치는 크랭크축(10)과 페달(20) 사이를 연결하는 크랭크 아암(30)을 구비한다. 크랭크 아암(30)은 제1 및 제2 아암(30A)(30B)을 갖는다. 구동장치는 상기 제2 아암(30B)에 설치된 가이드로울러(40)와, 상기 가이드로울러(40)가 안내되는 궤도(51)를 형성한 궤도판(50)을 구비한다.

상기 제1 아암(30A)은 단면이 사각형인 봉형상으로 형성되어 일 끝단이 크랭크축(10)에 고정되고, 다른 끝단은 크랭크축(10)을 중심으로 회전자유로운 자유단부로 되어 있으며, 길이는 통상의 자전거 크랭크 아암의 길이와 동일하거나 거의 동일한 길이로 설정한다.

제2 아암(30B)은 단면이 사각형이고 속이 빈 통형상으로 형성되어 일 끝단은 개구되어 있고, 다른 끝단은 폐쇄되며, 제1 아암(30A)과 대략 비슷한 길이로 설정한다. 제2 아암(30B)내에는 제1 아암(30A)이 끼워진다. 제1 아암(30A)에 대하여 제2 아암(30B)은 미끄럼 가능하게 끼워진다. 바람직하기로는, 그리스와 같은 윤활제가 제1 아암과 제2 아암 사이에 도포된다. 제2 아암(30B)의 폐쇄 끝단 쪽에 통상의 페달(20)이 회전 가능하게 설치되어 있다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 아암(30A)과 제2 아암(30B) 사이에는 제2 아암(30B)의 슬라이드 동작이 원활하도록 복수개의 로울러(32a∼32d,34a,34b)가 설치하는 것이 바람직하다. 상기 복수개의 로울러는 제1 아암(30A)과 제2 아암(30B)의 자유 단부 쪽에 각각 설치된다. 제1 아암(30A)의 상,하면에는 로울러(32a,32b)가 설치된다. 제2 아암(30B)의 상,하측 내면에는 로울러(34a,34b)기 설치된다. 이들 로울러(32a,32b,34a,34b)에 의해서 페달을 구를 때, 제2 아암(30B)에 걸리는 힘에 의해 생기는 접촉에 의한 국부마찰을 줄여 슬라이드동작을 원활하게 한다. 도4 및 도6에 도시한 바와 같이, 제1 아암(30A)의 좌,우측면에 대각선 위치에는 로울러(32c,32d)가 설치된다. 이들 로울러(32c,32d)는 페달(20)의 구름력에 의하여 제2 아암(30B)의 비틀림 힘이 작용하고 이에 의해 제2 아암(30B)의 안쪽 구석(모퉁이)과 제1 아암(30A)의 모서리부가 접촉하여 마찰력이 커지는 것을 방지하여 역시 제2 아암(30B)의 슬라이드동작을 원활하게 한다. 한편, 로울러 중에서 32b,34a로 표시된 로울러는 생략할 수도 있다.

다시 도2 내지 도4를 참조하면, 가이드 로울러(40)는 상기 제2 아암(30B)의 바깥쪽에 구비된 고정축(42)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 이 가이드로울러(40)는 궤도판(50)에 형성된 궤도(51)를 따라 안내된다.

궤도판(50)은 구동측 스프로켓 휘일(12)이 고정된 크랭크축(10)이 끼워지도록 크랭크 아암(30)과 프레임(14) 사이에 설치된다. 자전거의 지지프레임(14)에는 용접 또는 나사 등의 체결수단으로 고정되는 궤도고정구(52)가 부착된다. 궤도판(50)과 궤도고정구(52)에는 몇 개의 결합용 보울트 구멍(55a,55b)이 형성되어 있다. 이 구멍을 통해, 복수개의 보울트(54) 및 너트(56)가 체결됨으로써 궤도판(50)이 결국 지지프레임(14)에 견고하게 고정된다. 궤도판을 지지프레임(14)에 고정하는 방식은 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 여러 가지 다른 설계변경을 이룰 수 있다.

궤도(51)는 일정간격으로 유지된 내벽(51a)과 외벽(51b)으로 이루어지고, 이 내벽(51a)과 외벽(51b)은 그 사이로 가이드로울러(40)가 안내됨과 동시에 이탈되지 않도록 일정높이를 가지고 있다. 상기 궤도(51)는, 가이드로울러(40)를 안내하여 페달(20)의 회전위치에 따라 페달(20)을 구르는 구간에서는 크랭크 아암(30)이 최대 신장상태를 유지할 수 있도록 하고, 또 페달(20)이 되돌아가는 구간에서는 크랭크 아암(30)이 최소 축소상태를 유지할 수 있도록 되어 있다.

도5를 참조하면, 궤도(51)는, 크랭크축(10)의 수직선 상부를 기준선(0도)으로 하고, 이를 기준으로 하여 주행방향으로 회전할 때, 최대 신장상태를 유지하는 최대 신장유지구간(A), 점차 축소되는 축소구간(B), 최소 축소상태를 유지하는 최소 축소유지구간(C), 점차 신장되는 신장구간(D)으로 이루어져 있다. 상기 최대 신장유지구간(A)이 시작되는 각도(α)는 15도 내지 45도, 축소구간(B)이 시작되는 각도(β)는 135도 내지 165도, 최소 축소유지구간(C)이 시작되는 각도(γ)는 195도 내지 225도, 신장구간(D)이 시작되는 각도(δ)는 315도 내지 345도 범위 내로 각각 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 상기에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 설계변경도 가능하다. 예를 들면, 최대 신장 유지 구간(A)을 0도~165도로 할 수도 있다.

이와 같이 구성된 구동장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

자전거 주행 시 페달(20)을 굴러서 주행방향으로 회전시키게 되면, 제2 아암(30B)에 설치된 가이드로울러(40)가 궤도판(50)의 궤도(51)에 안내되어 페달(20)의 회전위치에 따라 최대 신장유지구간(A), 축소구간(B), 최소 축소유지구간(C), 신장구간(D)에 위치하게 된다.

즉, 도5에 도시된 바와 같이 가이드로울러(40)가 최대 신장유지구간(A)에 위치하게 되면, 크랭크축(10)과 가이드로울러(40)의 거리가 멀어지게 되므로 제2 아암(30B)은 제1 아암(30A)에 대하여 신장방향으로 슬라이드되어 최대로 신장된 상태가 된다. 이 최대 신장유지구간(A)에서는 페달(20)의 구름력이 크랭크축(10)의 회전력으로 전달되어 구름력이 크게 필요할 때이지만 제1 아암(30A) 및 제2 아암(30B)이 최대로 신장된 상태이므로 작은 페달 구름력으로도 큰 회전력을 얻을 수 있게 된다.

또한, 가이드로울러(40)가 궤도(51)를 따라 축소구간(B)으로 안내되면, 가이드로울러(40)가 크랭크축(10)에 점점 가까워지므로 제2 아암(30B)은 축소되는 방향으로 슬라이드되어 점점 축소되고, 이어서 가이드로울러(40)가 최소 축소유지구간(C)으로 안내되면, 제1 아암(30A) 및 제2 아암(30B)이 최소로 축소된 상태를 유지하게 되며, 이 상태에서는 페달(20)을 회전시키는데 불편함 또는 어려움이 없다. 이 최소 축소유지구간(C)에 의해 페달(20)의 회전 궤적을 작게 할 수 있게 된다.

이어서, 가이드로울러(40)가 신장구간(D)으로 안내되면, 제1 아암(30A) 및 제2 아암(30B)은 점점 신장되어 다시 최대 신장유지구간(A)에서 최대 신장상태를 유지하게 된다. 이와 같이, 제1 아암(30A) 및 제2 아암(30B)의 최대 신장상태 및 최소 축소상태는 가이드로울러(40)가 최대 신장유지구간(A)-축소구간(B)-최소 축소유지구간(C)-신장구간(D)에 순차적으로 안내되면서 반복적으로 이루어지며, 제2 아암(30B)의 슬라이드동작은 제1 아암(30A) 및 제2 아암(30B) 사이에 설치된 복수개의 로울러(32a∼32d,34a,34b)에 의하여 원활하게 이루어진다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예로만 제한되는 것은 아니다.

상기 실시예에서는 제1 아암과 제2 아암의 단면이 사각형이나, 이에 한정하는 것은 아니다. 제1 및 제2 아암이 이들의 길이 방향으로 슬라이드동작 하도록 한 형태이면, 다각형, 타원, 원형상 또는 이와 유사한 형상으로도 형성할 수 있다. 즉, 제1 아암을 따라 제2 아암이 직선방향으로 이동하여 크랭크 아암의 길이가 변화하는 구조의 것이라면, 본 발명의 구동장치에 적용할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 자전거의 구동장치는, 페달과 크랭크 아암이 회전할 때, 가이드로울러가 궤도에 안내되는 것에 의해 크랭크 아암의 길이를 늘이거나 줄여 즉, 신축 가능하게 한 것이다. 따라서, 최대 신장 상태에서 큰 회전력을 얻을 수 있고 (달리 말하면, 최소 구름력으로 자전거를 구동할 수 있고), 최소 축소 상태에서는 불편함을 감소시켰다. 또한, 이러한 최대 신장상태 및 최소 축소상태가 항상 일정한 위치에서 일정구간 지속될 수 있다. 이로써 작은 구름력으로도 효과적으로 자전거가 주행한다.

Claims (4)

1. 자전거의 크랭크축으로부터 페달까지의 거리를 신축 가능하게 하는 자전거의 구동장치로서,

   자전거의 지지프레임에 지지되는 크랭크축과

   상기 크랭크축에 그 일단부가 고정되며, 다른 단부에는 페달이 회전 가능하게 장착된 크랭크 아암과,

   자전거의 지지프레임에 고정되며 궤도가 마련된 궤도지지구를 포함하되,

   상기 크랭크 아암은

   일 끝단이 상기 크랭크축에 고정되는 제1 아암과,

   일 끝단에 페달이 장착되고, 일측에는 상기 궤도 내에 위치하는 궤도추적장치가 구비되며, 상기 제1 아암에 대하여 상기 제1 아암의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 상기 제1 아암과 결합하는 제2 아암을 구비하는

   것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 아암과 제2 아암의 단부에는 각각 복수개의 로울러가 설치된 것을 특징으로 한 자전거의 구동장치.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 궤도는 상기 크랭크축의 상부 수직선을 기준선(0도)으로 하여, 전진구동방향으로 적어도 45도 내지 135도 사이에서는 상기 크랭크 아암이 최대 신장상태를 유지하며, 적어도 225도 내지 315도 사이에서는 크랭크 아암이 최소 축소상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치.
4. 크랭크축과, 크랭크축에 고정된 크랭크 아암과, 상기 크랭크 아암에 장착된 페달을 갖는 구동장치가 구비된 자전거에 있어서,

   상기 구동장치는 자전거의 지지프레임에 고정되며 궤도가 마련된 궤도지지구를 가지며,

   상기 구동장치에 구비된 크랭크 아암에는

   일 끝단이 상기 크랭크축에 고정되는 제1 아암과,

   일 끝단에 페달이 장착되고, 일측에는 상기 궤도 내에 위치하는 궤도추적장치가 구비되며, 상기 제1 아암에 대하여 상기 제1 아암의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 상기 제1 아암과 결합하는 제2 아암이 구비된

   것을 특징으로 하는 자전거.