KR20030009205A - 상하 왕복 운동하는 페달로 구동되는 자전거 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 페달의 상하 왕복 운동을 상하운동 기어를 이용하여 회전운동으로 변환함으로써 자전거가 전방으로 진행하도록 구성된 구동 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 동력전달 기구로서, 운전자의 발을 얹고 상기 발의 상하운동에 따라 상하 운동하는 페달(42); 한쪽 단부가 상기 페달에 연결된 구동 바(40); 상기 구동 바의 다른 쪽 단부와 고정 결합되어 있고, 상기 구동 바와 결합된 부위인 한쪽 단부에 축 구멍(77)이 형성되어 있고, 상기 축 구멍(77)을 중심으로 하는 단부에 제 1 톱니부(73)를 구비하고 다른 단부에는 제 2 톱니부(75)를 구비하되, 상기 페달의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 제 1 상하운동 기어(71); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 상기 제 1 톱니부(73)와 톱니 결합하는 제 1 평기어(79); 상기 제 1 평기어(79)와 톱니 결합하는 제 2 평기어(80); 상기 제 1 상하운동 기어(71)와 동일한 형상을 갖고 회전축(78)이 동일 직선 상에 위치하며 상기 제 2 평기어(80)와 제 1 톱니부(74)에서 톱니 결합하는 제 2 상하운동 기어(72); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 제 2 톱니부(75)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 1 일방향 기어(87); 및 상기 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(76)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 2 일방향 기어(88)를 포함하는 동력 전달 기구가 제공된다.

Description

상하 왕복 운동하는 페달로 구동되는 자전거{Human Powered Vehicle with Up-Down-Moving Foot Plate}
본 발명은 상하 왕복 운동하는 페달을 구비한 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 페달의 상하 왕복 운동을 상하운동 기어를 이용하여 회전운동으로 변환함으로써 자전거가 전방으로 진행하도록 구성된 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자전거는 페달에 발을 얹고 페달을 회전시켜 동력을 얻으며, 이 동력을 바퀴에 전달하여 자전거를 전진시키는 가장 보편화된 이동수단의 일종이다. 한편, 인력을 이용한다는 면에서는 자전거와 동일하지만, 한 발을 얹고 다른 한 발로 지면을 차서 바퀴를 회전시키는 등 승차하는 방식이나 동력을 구동하는 방식이 자전거와는 다른 소위 '킥보드(Kick Board)'라고 하는 장치도 많이 보급되어 있다.
자전거는 다리의 회전력을 동력원으로서 이용하고 킥보드는 한 쪽 다리의 킥 동작을 동력원으로 이용하고 있다. 자전거이든 킥보드이든, 인간의 동작 중에 가장 자연스럽고 편안하게 느끼는 사람이 평소 걷는 것과 비슷한 동작을 동력원으로써 활용한다면 아주 편리하게 자전거나 킥보드를 동작시킬 수 있을 것이다.
이렇듯, 발의 상하 운동을 동력원으로써 이용하는 사례로서 2001년 3월 13일에 출원번호 제20-2001-6,771호로 출원되고 2001년 6월 18일 등록된 대한민국 등록실용신안 제20-236,239호에 개시된 '킥보드'가 개시되어 있다. 이하, 종래의 킥보드의 구성 및 동작을 이 등록실용신안에 첨부된 도면이자 본 명세서의 첨부 도면이기도 한 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
이 등록실용신안에 따른 킥보드는, 사용자가 올라설 수 있도록 된 보드부(2)와, 이 보드부(2)의 전방에 설치된 핸들(8)과, 이 핸들(8)의 하단에 결합된 전륜(4)과, 상기 보드부(2)의 후방에 결합된 후륜(6) 등으로 구성되어 있다.
이에 더하여, 상기 보드부(2)에는 보드부(2)의 일측에 회동 가능하게 장착되어 사용자가 발로 밟아 왕복 회동시킬 수 있도록 된 페달(12)과, 이 페달(12)의 왕복회동운동을 회전운동으로 전환시키는 동력변환부(18, 20)와, 이 동력변환부(18, 20)와 상기 후륜(6)을 연결하여 동력변환부(18, 20)에서 출력된 회전력을 후륜(6)에 전달하는 동력전달부(16)가 더 구비된다.
페달(12)은 그 전단부가 상기 보드부(2)의 상면에 힌지 결합되며, 소정의 스프링(14)에 의해 상승 가압된 것으로, 사용자가 그 후측을 밟으므로써, 왕복회동 운동시킬 수 있다. 동력변환부(18, 20)는 페달(12)의 하측면에 설치된 랙 기어(18)와, 이 랙 기어(18)에 결합되며 동력전달부(16)에 연결되는 피니언 기어(20)로 구성되어, 상기 페달(12)의 왕복승강 운동을 회전운동으로 변환하는 것으로, 상기 피니언 기어(20)에는 도시 안된 원웨이 클러치가 구비되어, 페달(12)을 밟을 때 발생되는 구동력은 상기 동력전달부(16)에 전달하지만, 동력전달부(16)의 구동력은 페달(12)로 전달되지 않도록 구성된다.
동력전달부(16)는 다수개의 기어(17)를 상호 연결하여, 피니언 기어(20)의 회전 속도를 증폭시켜 상기 후륜(6)에 전달하는 증속기의 역할을 하는 것으로, 각 기어(17)는 그 회전축(22)이 수직방향으로 설치된다. 이때, 이 동력전달부(16)의 기어(17)는 그 회전축(22)이 수직방향으로 설치되는 반면 상기 동력변환부(18,20)의 피니언 기어(20)와, 후륜(6)은 그 회전축(22)이 수평방향으로 배치되어, 상호 직각을 이루므로, 상기 피니언 기어(20)와 후륜(6) 및 동력전달부(16)의 입출력 측에는 각각 풀리(24)를 결합하고, 벨트(26)로 각 풀리(24)를 상호 연결하여 동력을 전달할 수 있도록 구성된다.
따라서, 사용자가 상기 페달(12)을 밟아 하강시키면, 이 페달(12)에 결합된 랙 기어(18)에 의해 피니언 기어(20)가 회전되며, 이 피니언 기어(20)의 회전력은 풀리(24)와 벨트(26)를 통해 상기 동력전달부(16)로 전달되어 회전속도가 증폭된 후, 풀리(24)와 벨트(26)를 통해 후륜(6)에 전달되어 후륜(6)을 구동시킨다. 이때, 동력전달부(16)는 피니언 기어(20)의 회전속도를 증폭시켜 후륜(6)에 전달하므로, 사용자가 페달(12)을 느린 속도로 밟더라도 후륜(6)은 고속 회전하여, 킥보드를 고속으로 전진시키게 된다. 그리고, 피니언 기어(20)에는 상기 원웨이 클러치가 구비되어, 페달(12)의 구동력은 피니언 기어(20)를 통해 동력전달부(16)로 전달되지만, 동력전달부(16)의 구동력은 페달(12)로 전달되지 않으므로, 페달(12)을 밟아 완전히 하강시킨 후, 사용자가 페달(12)에서 발을 떼어내면, 페달(12)이 스프링에 자동으로 회동 상승된다. 따라서, 사용자는 스프링에 의해 회동 상승된 페달(12)을 밟으므로, 페달(12)을 연속적으로 회동왕복 운동시켜 후륜(6)을 구동시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 킥보드는 상기 페달(12)을 연속적으로 밟으므로써, 후륜(6)을 구동시킬 수 있으므로, 지면을 발로 차서 킥보드를 밀 필요가 없으므로, 사용이 매우 편리할 뿐 아니라, 상기 동력전달부(16)를 통해 회전속도를 증가시키므로, 평지에서 빠른 속도를 낼 수 있는 장점이 있다. 특히, 상기 동력전달부(16)의 기어(17)는 회전축(22)이 수직방향으로 설치되고 기어(17) 자체는 수평방향으로 뉘어져 설치되므로, 기어(17)를 수직방향으로 세워 설치하는 것에 비해, 동력전달부(16)의 높이를 현저히 낮출 수 있다. 따라서, 동력전달부(16)의 높이에 의해 킥보드의 보드부(2) 부분이 두꺼워지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 위에서 설명한 종래기술에 의하면, 페달(12)이 장착되는 보드부(2)의 지면과의 좁은 이격 거리를 고려할 때, 랙 기어(18)의 길이를 충분히 길게 할 수 없어 비교적 큰 동력을 얻기는 어렵다. 즉, 랙 기어(18)의 길이가 짧아 페달(12)을 한 번 밟을 때 발생하는 힘의 크기를 크게 하기 어려운 면이 있다.
한편, 상기 킥보드의 운전 면에 있어서도, 한 발을 보드부(2)에 올려놓은 상태에서 다른 한 발만을 이용하여 페달(12)을 밟아야 하므로 자세가 불안정할 뿐 아니라 좌우 대칭의 자세가 아니므로 동작이 어색하여 동일한 동력 발생 동작을 장시간 지속하기 힘들다는 난점이 있다.
더욱이, 페달(12)에 발을 올려놓는 경우, 발바닥의 각도가 수평이 되지 못하고 전 방향으로 일어선 각도가 되고, 운전하는 경우 발바닥이 일어선 각도와 지면과 수평인 각도를 반복하게 되어 동작이 어색할 뿐 아니라 상하 운동하는 한쪽 다리에만 상당한 부담이 되는 단점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 양발의 교대 상하 왕복 운동으로 동력을 생성하면서도 발바닥이 지면에 대하여 수평을 유지한 편안한 상태에서 마치 걷듯이 운전하는 새로운 자전거 또는 킥보드를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 킥보드의 사시도,
도 2는 종래기술에 다른 킥보드의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상하 구동식 킥보드의 외관을 나타낸 외관 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상하 구동식 자전거의 외관을 나타낸 외관 사시도,
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 것 중 특히 페달 바와 페달의 형상을 강조하여 더욱 상세하게 도시한 상세도,
도 6은 페달이 지면에 대하여 수평을 유지하는 원리를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 상하 구동식 자전거의 구동 어셈블리를 상세히 나타낸 분해사시도,
도 8은 본 발명에 따른 상하 구동식 자전거의 구동 어셈블리의 평면도,
도 9는 제 1 및 제 2 일방향 기어의 내주면 상에 배치된 래칫의 일부를 상세히 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30: 킥보드 32: 핸들
34: 핸들 바 36: 구동 어셈블리 덮개
38: 수평보조바 40: 구동 바
42: 페달 44: 전륜
46: 후륜 58: 안장
69: 보스 71, 72: 상하운동 기어
79, 80: 평기어 87, 88: 일방향 기어
91, 92: 스프라킷 86: 체인
99: 구동 스프라킷 구동축 89, 90: 축 구멍
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 동력전달 기구로서, 운전자의 발을 얹고 상기 발의 상하운동에 따라 상하 운동하는 페달(42); 한쪽 단부가 상기 페달에 연결된 구동 바(40); 상기 구동 바의 다른 쪽 단부와 고정 결합되어 있고, 상기 구동 바와 결합된 부위인 한쪽 단부에 축 구멍(77)이 형성되어 있고, 상기 축 구멍(77)을 중심으로 하는 단부에 제 1 톱니부(73)를 구비하고 다른 단부에는 제 2 톱니부(75)를 구비하되, 상기 페달의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 제 1 상하운동 기어(71); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 상기 제 1 톱니부(73)와 톱니 결합하는 제 1 평기어(79); 상기 제 1 평기어(79)와 톱니 결합하는 제 2 평기어(80); 상기 제 1 상하운동 기어(71)와 동일한 형상을 갖고 회전축(78)이 동일 직선 상에위치하며 상기 제 2 평기어(80)와 제 1 톱니부(74)에서 톱니 결합하는 제 2 상하운동 기어(72); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 제 2 톱니부(75)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 1 일방향 기어(87); 및 상기 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(76)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 2 일방향 기어(88)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 운전자의 발의 상하 운동을 동력으로 진행하는 킥보드로서, 운전자의 발을 얹고 상기 발의 상하운동에 따라 상하 운동하는 페달(42); 한쪽 단부가 상기 페달에 연결된 구동 바(40); 상기 구동 바의 다른 쪽 단부와 고정 결합되어 있고, 상기 구동 바와 결합된 부위인 한쪽 단부에 축 구멍(77)이 형성되어 있고, 상기 축 구멍(77)을 중심으로 하는 단부에 제 1 톱니부(73)를 구비하고 다른 단부에는 제 2 톱니부(75)를 구비하되, 상기 페달의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 제 1 상하운동 기어(71); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 상기 제 1 톱니부(73)와 톱니 결합하는 제 1 평기어(79); 상기 제 1 평기어(79)와 톱니 결합하는 제 2 평기어(80); 상기 제 1 상하운동 기어(71)와 동일한 형상을 갖고 회전축(78)이 동일 직선 상에 위치하며 상기 제 2 평기어(80)와 제 1 톱니부(74)에서 톱니 결합하는 제 2 상하운동 기어(72); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 제 2 톱니부(75)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 1 일방향 기어(87); 상기 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(76)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 2 일방향 기어(88); 상기 제 1 일방향 기어(87) 및 상기 제 2 일방향 기어(88)의 일방향 회전력에 따라 회전하는 구동 스프라킷(91); 상기 구동 스프라킷(91)과 체인(86)으로 결합된 자유 스프라킷(92); 상기 자유 스프라킷(92)에 동축 연결되어 상기 자유 스프라킷의 회전에 따라 회전하는 후륜(46); 및 상기 킥보드의 전륜(44)에 연결되고, 상기 운전자의 손을 이용하여 상기 킥보드의 진행 방향을 제어하도록 하는 핸들(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 킥보드를 제공한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 운전자의 발의 상하 운동을 동력으로 진행하는 자전거로서, 운전자의 발을 얹고 상기 발의 상하운동에 따라 상하 운동하는 페달(42); 한쪽 단부가 상기 페달에 연결된 구동 바(40); 상기 구동 바의 다른 쪽 단부와 고정 결합되어 있고, 상기 구동 바와 결합된 부위인 한쪽 단부에 축 구멍(77)이 형성되어 있고, 상기 축 구멍(77)을 중심으로 하는 단부에 제 1 톱니부(73)를 구비하고 다른 단부에는 제 2 톱니부(75)를 구비하되, 상기 페달의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 제 1 상하운동 기어(71); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 상기 제 1 톱니부(73)와 톱니 결합하는 제 1 평기어(79); 상기 제 1 평기어(79)와 톱니 결합하는 제 2 평기어(80); 상기 제 1 상하운동 기어(71)와 동일한 형상을 갖고 회전축(78)이 동일 직선 상에 위치하며 상기 제 2 평기어(80)와 제 1 톱니부(74)에서 톱니 결합하는 제 2 상하운동 기어(72); 상기 제 1 상하운동 기어(71)의 제 2 톱니부(75)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 1 일방향 기어(87); 상기 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(76)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 2 일방향 기어(88); 상기 제 1 일방향 기어(87) 및 상기 제 2 일방향 기어(88)의 일방향 회전력에 따라 회전하는 구동 스프라킷(91); 상기 구동 스프라킷(91)과 체인(86)으로 결합된 자유 스프라킷(92); 상기 자유 스프라킷(92)에 동축 연결되어 상기 자유 스프라킷의 회전에 따라 회전하는 후륜(46); 상기 자전거의 전륜(44)에 연결되고, 상기 운전자의 손을 이용하여 상기 자전거의 진행 방향을 제어하도록 하는 핸들(32); 및 상기 자전거의 일부에 연결되어 상기 운전자의 엉덩이를 걸치는 안장(58)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 및 제 2 실시예에 따른 상하 구동식 자전거의 외관을 나타낸 외관 사시도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 상하 구동식 자전거는 핸들(Steering)(32), 핸들 바(Steering Bar)(34), 전륜 및 후륜(44, 46), 페달 바(Pedal Bar)(38 및 40), 페달(Pedal)(42) 및 구동 어셈블리 덮개(Drive Assembly Cover)(36)를 포함한다. 이 중에서, 도면에는 도시되지 않았지만, 구동 어셈블리 덮개(36)는 좌우측으로 한 쌍이 장착되어 있고, 각 구동 어셈블리 덮개(36)의 측면에는 페달 바(38 및 40)가 한 쌍이 브라킷(Bracket)(66)을 통하여 설치되고, 페달 바(38 및 40)의 끝단에는 각각 운전자의 발을 얹어놓는 페달(42)이 설치되어 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 상하 구동식 자전거는, 도 4에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 자전거에 운전자의 엉덩이를 걸쳐 앉은 상태에서 구동할 수 있도록, 안장(58), 안장 지지대(52, 54 및 56) 및 지지받침(60)을 더 포함한다. 도3에 도시된 자전거가 킥보드처럼 서서 운전하는 것에 비해 도 4에 도시된 자전거는 앉은 상태에서 운전할 수 있으므로 피로감이 훨씬 덜하고 편안한 상태에서 운전할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 양자의 구동 및 동작 원리는 동일하다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 것 중 특히 페달 바(38 및 40)와 페달(42)의 형상을 강조하여 더욱 상세하게 도시한 도면이다. 페달 바는 윗측에 설치된 수평보조바(38)와 아래측에 설치된 구동 바(40)로 나뉘어 진다. 이 중에서 수평보조바(38)는 페달이 지면에 대하여 수평을 유지하도록 하는 역할을 도우며, 구동 바(40)는 페달의 상하 왕복 운동으로 인한 동력을 전달하기 위한 부재이다. 수평보조바(38)와 구동 바(40)의 한쪽 끝은 도면에서와 같이 구동 어셈블리 덮개(36)의 측면에 회전 가능하도록 볼트 결합 등으로 고정되어 있다. 한편 수평보조바(38)와 구동 바(40)의 다른 쪽 끝에는 페달이 역시 회전 가능하도록 볼트 결합 등으로 고정되어 있다.
도 6은 페달이 지면에 대하여 수평을 유지하는 원리를 도시한 도면이다. 수직연장대(64)가 지면과 수직을 유지하는 한, 페달(42)과 페달 바(38 및 40)가 상단에 있는 경우(실선)든 하단에 있는 경우(점선)든 도면과 같이 평행사변형을 유지하므로 수직연장대와 발판이 수직을 유지하는 한 페달(42)의 상하 운동에도 불구하고 페달의 발판은 항상 지면에 대하여 수평을 유지하게 된다. 물론 페달 바(38 및 40)가 축을 중심으로 회전하므로 상하 운동에 따른 페달의 궤적은 직선이 아니라 약간의 호를 그린다. 따라서, 수평보조바(38) 및 구동 바(40)와 수직연장대(64)와의 결합 부위는 약간의 상하좌우 움직임에 대하여 다소 여유를 갖도록 제작된다.
어떤 상태에서도 페달이 지면에 대하여 수평을 유지한다고 하는 것은 운전자에게는 매우 유리한 장점이다. 다시 말해, 운전자는 페달의 각도가 변함으로써 발생하는 불편함과 불안정함으로부터 해방될 수 있는 한편, 평지를 걷는 것과 같은 편안한 자세로 운전을 할 수 있어 장시간 운전을 해도 피로감을 덜 느낄 수 있다는 카다란 장점이 있는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 상하 구동식 자전거의 구동 어셈블리를 상세히 나타낸 분해사시도이고 도 8은 그 평면도이다.
본 발명에 따른 구동 어셈블리는 한 쌍의 페달(42), 한 쌍의 구동 바(40), 한 쌍의 보스(Boss)(69 및 70), 한 쌍의 상하운동 기어(75 및 76), 상하운동기어 지지핀(85), 한 쌍의 평기어 지지핀(83 및 84), 한 쌍의 평기어(79 및 80), 한 쌍의 일방향 기어(87 및 88), 구동 스프라킷(91), 자유 스프라켓(92), 구동 스프라킷 구동축(99) 및 체인(86)을 포함하여 구성된다.
제 1 페달(42)은 제 1 구동 바(40)의 한 쪽 끝에 고정 결합되어 있다. 제 1 보스(69) 또한 제 1 구동 바(40)의 다른 쪽 끝에 고정 결합되어 있다. 제 2 페달(43)은 제 2 구동 바(41)의 한 쪽 끝에 고정 결합되어 있다. 제 2 보스(70) 또한 제 2 구동 바(41)의 다른 쪽 끝에 고정 결합되어 있다. 제 1 보스(69)는 제 1 상하운동 기어(75)와 고정 결합되어 있고 제 2 보스(70)는 제 2 상하운동 기어(72)와 고정 결합되어 있다. 제 1 상하운동 기어(71)와 제 2 상하운동 기어(72)의 제 1 톱니부(73 및 74)의 중앙에는 각각 축 구멍(77 및 78)이 형성되어 있다. 제 1 보스(69), 제 1 상하운동 기어(71)의 축 구멍(77), 제 2 상하운동 기어(72)의 축구멍(78), 상하운동기어 지지핀(85), 제 2 상하운동 기어(72)의 축 구멍(78) 및 제 2 보스(70)는 동일한 연장선상에 존재한다. 제 1 상하운동 기어(71) 및 제 2 상하운동 기어(72)의 축 구멍(77 및 78)에는 상하운동기어 지지핀(85)이 제 1 보스(69)와 제 2 보스(70) 사이에서 삽입된다. 다만, 상하운동기어 지지핀(85)은 다른 어떤 것과도 고정 결합되어 있지 않다.
제 1 및 제 2 상하운동 기어(71 및 72)의 제 1 톱니부(73 및 74)의 톱니부에는 제 1 평기어(79) 및 제 2 평기어(80)의 톱니가 각각 맞물려진다. 그러면서, 제 1 평기어(79)와 제 2 평기어(80)는 자신들끼리도 서로 맞물려 회전하도록 배치된다. 제 1 평기어(79) 및 제 2 평기어(80)의 중심부에는 구멍(81 및 82)이 관통하고 있는데, 이 구멍에는 제 1 평기어 지지핀(83) 및 제 2 평기어 지지핀(84)이 각각 삽입되어 제 1 평기어(79) 및 제 2 평기어(80)가 제 위치를 갖도록 지지하며 이들 평기어 지지핀들(83 및 84)을 중심으로 평기어들(79 및 80)이 회전하도록 지지하는 역할을 한다. 제 1 상하운동 기어(71)와 회전하면 이와 맞물린 제 1 평기어(79)가 회전하며, 제 1 평기어(79)와 맞물린 제 2 평기어(80)가 제 1 평기어(79)의 반대 방향으로 회전하도록 구동된다.
제 1 상하운동 기어(71) 및 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(75 및 76)의 톱니부에는 제 1 일방향 기어(87) 및 제 2 일방향 기어(88)의 톱니부가 각각 맞물린다. 일방향 기어들(87 및 88)의 중심에는 축 구멍(89 및 90)이 각각 관통되어 있다. 이 축 구멍들(89 및 90)에는 구동 스프라킷 구동축(99)이 관통 삽입된다. 일방향 기어들(87 및 88)의 축 구멍(89 및 90), 구동 스프라킷(91)의 중심구멍(93) 및 구동 스프라킷 구동축(99)은 동일 연장선상에 배치된다. 구동 스프라킷 구동축(99)의 외주면 일부에는 구동 스프라킷(91)과의 고정 결합을 위한 결합키(98)의 삽입을 위한 키삽입홈(Key Insert Groove)(97)이 형성되어 있다. 또한 구동 스프라킷 구동축(99)의 외주면 중에서 제 1 및 제 2 일방향 기어(87 및 88)와 각각 결합하는 부위에는 래칫 핀(Ratchet Pin)(47)을 삽입하기 위한 래칫 핀 구멍(Ratchet Pin Hole)(95 및 96)이 형성되어 있다. 한편, 구동 스프라킷(91)의 중심에 형성된 중심 구멍(93)은 완전한 원형이 아니라 원주의 일부에 사각형 형태의 돌출부(94)를 갖는데, 이 돌출부(94) 및 구동 스프라킷 구동축(99)의 결합 홈(97)에는 결합키(98)가 삽입되어 구동 스프라킷(91)과 구동 스프라킷 구동축(99)이 고정 결합되도록 하는 기능을 한다.
제 1 및 제 2 일방향 기어(87 및 88)의 외주면은 제 1 및 제 2 상하운동 기어(71 및 72)의 톱니와 정확히 맞물려지도록 톱니로 제작되는 한편, 일방향 기어들(87 및 88)의 내주면은 래칫(Ratchet) 기어(89 및 90)의 형태로 구성되어 있다. 이는, 일방향 기어들(87 및 88)이 어느 방향으로 회전하는지 여부에 상관없이 래칫 부분(89 및 90)에 맞물린 방향으로만 회전하고 반대 방향으로는 회전하지 않는다는 의미이다.
도 9는 제 1 및 제 2 일방향 기어(87 및 88)의 내주면 상에 배치된 래칫(89 및 90)의 일부를 상세히 도시한 것이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 래칫 핀 구멍(95 및 96)에는 래칫 핀(47)과 스프링(48)이 설치된다. 일방향 기어(87 및 88)가 시계방향으로 회전하는 경우는 일방향 기어(87 및 88)에 형성된 톱니가 래칫 핀을 밀어내면서 회전하므로 구동 스프라킷 구동축(99)은 이에 따라 회전하지 않는다. 그러나, 일방향 기어(87 및 88)가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우는 일방향 기어(87 및 88)에 형성된 톱니에 래칫 핀이 걸린 상태에서 회전하므로 구동 스프라킷 구동축(99)은 일방향 기어(87 및 88)의 회전과 함께 회전하게 된다. 결국, 일방향 기어(87 및 88)는 래칫(89 및 90)의 역할에 따라 구동 스프라킷 구동축(99)을 한 방향으로만 회전하도록 만드는 것이다.
구동 스프라킷 구동축(99)은 제 1 및 제 2 일방향 기어(87 및 88)의 축 구멍(89 및 90) 및 구동 스프라킷의 중심 구멍(93)에 순차적으로 관통 삽입되며, 구동 스프라킷 구동축(99)은 제 1 및 제 2 일방향 기어들(87 및 88)과 래칫 핀(47)을 매개로 하여 결합된다. 일방향 기어들((87 및 88)의 내주면의 래칫(89 및 90)과 구동 스프라킷 중심축(99)의 래칫 핀(47)의 기능은 구동 스프라킷 구동축(99)이 일방향으로만 회전하도록 하는 것이다. 여기서, 일방향이라 함은 본 발명에 따른 상하 구동식 자전거가 앞으로 전진하게 하는 방향이다. 구동 스프라킷(91)과 자유 스프라킷(92)은 체인(86)에 의하여 상호 연동하도록 구성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 자유 스프라킷(92)은 후륜(46)의 축과 고정 결합되어 있으므로 자유 스프라킷(92)의 회전은 후륜(46)의 회전을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 상하구동식 자전거의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자가 제 1 페달(42)을 아래 방향으로 누르면 이에 고정 결합된 제 1 상하운동 기어(75)는 상하운동기어 지지핀(85)을 중심으로 시계 방향으로 회전한다. 이에 따라, 제 1 상하운동 기어(75)와 맞물린 제 1 일방향 기어(87)는 구동 스프라킷 구동축(99)을 중심으로 시계 반대 방향으로 회전한다. 이에 따라, 구동 스프라킷 구동축(99)에 래칫 결합된 구동 스프라킷 구동축(99) 역시 시계 반대 방향으로 회전한다. 역시 구동 스프라킷 구동축(99)에 결합키(98)로 고정 결합된 구동 스프라킷(91)은 시계 반대 방향으로 회전한다. 체인(86)의 역할에 따라 구동 스프라킷(91)의 회전력은 자유 스프라킷(92)에 그대로 전달되고, 그 결과 후륜(46)이 시계 반대 방향으로 회전하게 되어 본 발명에 다른 상하구동식 자전거가 전진하게 되는 것이다.
한편, 제 1 페달(42)의 아래 방향 운동에 따라 제 1 상하운동 기어(75)가 시계 방향으로 회전하면, 이에 맞물린 제 1 평기어(79)가 시계 반대 방향으로 회전한다. 이에 따라, 제 1 평기어(79)와 맞물린 제 2 평기어(80)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 그러면, 제 2 평기어(80)와 맞물린 제 2 상하운동 기어(76)는 상하운동기어 지지핀(85)을 중심으로 시계 반대 방향으로 회전한다. 즉, 제 1 상하운동 기어(75)와 제 2 상하운동 기어(76)는 동시에 회전하되 언제나 서로 반대 방향으로 회전하게 구성되어 있는 것이다. 제 2 상하운동 기어(76)의 시계 반대 방향 회전은 동시에 제 2 일방향 기어(88)의 시계 방향 회전을 유도한다. 그러나, 제 2 일방향 기어(88)의 시계 방향 운동은 이와 래칫 결합된 구동 스프라킷 구동축(99)의 회전을 유도하지는 못한다. 왜냐 하면, 제 2 일방향 기어(88)의 내주면에 형성된 래칫(90)은 구동 스프라킷 구동축(99)을 시계 반대 방향으로만 회전하도록 설계되었기 때문이다.
이상 설명한 동작 과정은 설명의 편의상 시간적으로 순차적으로 진행되는 것처럼 설명하였지만 실제로는 순차적이 아니라 동시에 일어난다.
제 1 및 제 2 평기어((79 및 80)는 제 1 페달(42), 제 1 상하운동 기어(71) 및 제 1 일방향 기어로 이루어진 제 1 그룹과 제 2 페달(43), 제 2 상하운동 기어(72) 및 제 2 일방향 기어(88)로 이루어진 제 2 그룹이 서로 반대로(Reciprocal) 또는 상보적(Complementary)으로 동작하도록 하는 결정적인 역할을 한다. 즉 제 1 그룹의 구성 요소가 시계 방향으로 회전하면 그에 대응하는 제 2 그룹의 구성 요소는 시계 반대 방향으로 회전하는 식이다. 나아가, 제 1 페달(42)과 제 2 페달(43)은 어느 경우든 정확히 서로 반대방향으로 운동한다. 즉, 제 1 페달(42)이 올라가면 제 2 페달(43)이 내려오고, 제 1 페달(42)이 내려가면 제 2 페달(43)이 올라간다. 이는 곧, 운전자의 입장에서는 양발을 항상 교대로 상하 운동해야 하는 것을 의미한다. 양발이 동시에 내려가거나 올라가는 것은 불가능하며, 한 쪽 발에 운동하고 있는 중에 다른 쪽 발이 정지하고 있는 것도 불가능하다.
한편, 앞에서의 설명과 반대로 제 1 페달(42)이 윗 방향으로 동작하는 경우는, 앞에서의 설명한 바 있듯이 제 1 페달(42)이 아래 방향으로 운동하는 경우와 정확히 반대이므로 더 이상의 설명은 생략한다.
이상의 설명에서, 상하운동기어 지지핀(85), 한 쌍의 평기어 지지핀(83 및 84)은 회전축을 제공할 뿐 축 자체가 실제로 회전하는 것이 아니므로 견고하게 고정되어 있지만, 구동 스프라킷 구동축(99)은 그 자체가 회전하는 것이므로 축 양단에 도시되지는 않았지만 원활한 회전을 위하여 통상의 기술에 따라베어링(Bearing)이 설치되어 있는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 보스(69 및 70)의 상하운동 기어(71 및 72) 측 단면이 원형인 것으로 도시되었지만, 보스(69 및 70)가 각각 상하운동 기어(71 및 72)에 고정되어 동시에 회전하는 한 어떤 모양으로 구성되어도 본 발명의 기술사상을 달성하는 데는 지장이 없다.
또한, 일방향 기어(87 및 88)의 일방향 회전 기능을 담당하는 래칫(89 및 90)이 일방향 기어(87 및 88)의 내주면에 형성되어 있는 것으로 도시하고 설명하였지만 외주면에 형성되어도 무방하다. 다만, 이 경우, 일방향 기어(87 및 88)의 내주면과 구동 스프라킷 구동축(99)과의 결합은 래칫 결합이 아니라 고정 결합이 되어야 한다. 따라서, 구동 스프라킷 구동축(99)의 래칫 핀 구멍(95 및 96)에는 래칫 핀(47)과 스프링(48)이 삽입되는 것이 아니라 결합키(98)와 동일한 기능을 하는 키가 삽입되어야 할 것이다.
한편, 상기 구동 어셈블리는 본 발명에 다른 자전거의 후륜(46)을 구동하는 것으로 도시되고 설명되고 있으나 동일한 기술사상을 이용하여 전륜(44)을 구동하도록 하여도 무방하다.
또한, 구동 스프라킷(91), 자유 스프라킷(92) 및 체인(86)이 도 7 및 도 8에서 볼 때 하단에 위치하는 것으로 도시되고 설명되었으나, 이들의 상부에 위치하거나, 제 1 일방향 기어(87) 및 제 2 일방향 기어(88)의 사이에 위치하여도 무방하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명하였듯이, 본 발명에 따른 자전거는 그 페달이 어떤 상태에서도 페달이 지면에 대하여 수평을 유지하므로, 운전자는 페달의 각도가 변함으로써 발생하는 불편함과 불안정함으로부터 해방될 수 있는 한편, 평지를 걷는 것과 같은 편안한 자세로 운전을 할 수 있어 장시간 운전을 해도 피로감을 덜 느낄 수 있다는 카다란 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 자전거는 인간의 동작 중에 가장 자연스럽고 편안하게 느끼는 사람이 평소 걷는 것과 비슷한 동작을 동력원으로써 활용하므로 아주 편리하게 동작시킬 수 있어, 교통수단으로서뿐만 아니라 운동 수단으로서도 커다란 효과가 있다.
무엇보다도, 본 발명에 따른 자전거는 양발의 상하 운동을 원동력으로 하되, 구동 메커니즘을 비교적 간단한 구동 어셈블리를 사용하여 구현하므로 매우 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
게다가. 본 발명에 다른 자전거는 구동 어셈블리에 전혀 변화가 없이도 안장이 없는 소위 킥보드 형태로도 구현이 가능하고 안장을 설치하여 자전거 형태로도 구현이 가능하므로 구현 형태를 다양하게 변형할 수 있는 장점 또한 보유하고 있다.

Claims (9)

  1. 동력전달 기구로서,
    운전자의 발을 얹고 상기 발의 상하운동에 따라 상하 운동하는 페달(42);
    한쪽 단부가 상기 페달에 연결된 구동 바(40);
    상기 구동 바의 다른 쪽 단부와 고정 결합되어 있고, 상기 구동 바와 결합된 부위인 한쪽 단부에 축 구멍(77)이 형성되어 있고, 상기 축 구멍(77)을 중심으로 하는 단부에 제 1 톱니부(73)를 구비하고 다른 단부에는 제 2 톱니부(75)를 구비하되, 상기 페달의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 제 1 상하운동 기어(71);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)의 상기 제 1 톱니부(73)와 톱니 결합하는 제 1 평기어(79);
    상기 제 1 평기어(79)와 톱니 결합하는 제 2 평기어(80);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)와 동일한 형상을 갖고 회전축(78)이 동일 직선 상에 위치하며 상기 제 2 평기어(80)와 제 1 톱니부(74)에서 톱니 결합하는 제 2 상하운동 기어(72);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)의 제 2 톱니부(75)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 1 일방향 기어(87); 및
    상기 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(76)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 2 일방향 기어(88)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 일방향 기어(87) 및 상기 제 2 일방향 기어(88)는 중심 부분에 축 구멍(89, 90)을 갖되, 이 축 구멍의 외주면은 경사진 톱니를 갖는 래칫 형상을 가진 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동력 전달 기구는 구동 스프라킷 구동축(99)을 더 포함하되, 상기 구동 스프라킷 구동축(99)은 상기 제 1 일방향 기어(87) 및 상기 제 2 일방향 기어(88)의 축 구멍에 관통 삽입되며, 상기 구동 스프라킷 구동축(99)의 표면에는 상기 제 1 일방향 기어(87) 및 상기 제 2 일방향 기어(88)와 연결되는 부위에는 래칫 핀(47)이 삽입되는 래칫의 축 구멍에는 래칫 핀 구멍(95, 96)이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 스프라킷 구동축(99)에는 구동 스프라킷(91)이 관통 삽입되되, 상기 구동 스프라킷 구동축(99)과 상기 구동 스프라킷(91)의 연결 부위에는 홈이 형성되어 있고, 상기 구동 스프라킷(91)의 중심 구멍(93)에도 홈이 형성되어 있어, 이들 홈 부위에 결합키(98)가 삽입되어 상기 구동 스프라킷 구동축(99)과 상기 구동 스프라킷(91)을 고정 결합시키는 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 동력 전달 기구는, 상기 구동 스프라킷(91)과 체인 결합하는 자유 스프라킷(92)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 동력 전달 기구는, 상기 자유 스프라킷(92)과 동축으로 연결되어 상기 자유 스프라킷과 함께 회전하는 후륜(46)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력 전달 기구는, 상기 구동 바(40)의 윗측에 상기 구동 바와 평행하게 설치된 수평보조바(38)를 더 포함하되, 상기 수평보조바(38)는 상기 페달(42)이 지면에 대하여 수평을 유지하도록 하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 기구.
  8. 운전자의 발의 상하 운동을 동력으로 진행하는 킥보드로서,
    운전자의 발을 얹고 상기 발의 상하운동에 따라 상하 운동하는 페달(42);
    한쪽 단부가 상기 페달에 연결된 구동 바(40);
    상기 구동 바의 다른 쪽 단부와 고정 결합되어 있고, 상기 구동 바와 결합된부위인 한쪽 단부에 축 구멍(77)이 형성되어 있고, 상기 축 구멍(77)을 중심으로 하는 단부에 제 1 톱니부(73)를 구비하고 다른 단부에는 제 2 톱니부(75)를 구비하되, 상기 페달의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 제 1 상하운동 기어(71);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)의 상기 제 1 톱니부(73)와 톱니 결합하는 제 1 평기어(79);
    상기 제 1 평기어(79)와 톱니 결합하는 제 2 평기어(80);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)와 동일한 형상을 갖고 회전축(78)이 동일 직선 상에 위치하며 상기 제 2 평기어(80)와 제 1 톱니부(74)에서 톱니 결합하는 제 2 상하운동 기어(72);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)의 제 2 톱니부(75)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 1 일방향 기어(87);
    상기 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(76)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 2 일방향 기어(88);
    상기 제 1 일방향 기어(87) 및 상기 제 2 일방향 기어(88)의 일방향 회전력에 따라 회전하는 구동 스프라킷(91);
    상기 구동 스프라킷(91)과 체인(86)으로 결합된 자유 스프라킷(92);
    상기 자유 스프라킷(92)에 동축 연결되어 상기 자유 스프라킷의 회전에 따라 회전하는 후륜(46); 및
    상기 킥보드의 전륜(44)에 연결되고, 상기 운전자의 손을 이용하여 상기 킥보드의 진행 방향을 제어하도록 하는 핸들(32)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 킥보드.
  9. 운전자의 발의 상하 운동을 동력으로 진행하는 자전거로서,
    운전자의 발을 얹고 상기 발의 상하운동에 따라 상하 운동하는 페달(42);
    한쪽 단부가 상기 페달에 연결된 구동 바(40);
    상기 구동 바의 다른 쪽 단부와 고정 결합되어 있고, 상기 구동 바와 결합된 부위인 한쪽 단부에 축 구멍(77)이 형성되어 있고, 상기 축 구멍(77)을 중심으로 하는 단부에 제 1 톱니부(73)를 구비하고 다른 단부에는 제 2 톱니부(75)를 구비하되, 상기 페달의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 제 1 상하운동 기어(71);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)의 상기 제 1 톱니부(73)와 톱니 결합하는 제 1 평기어(79);
    상기 제 1 평기어(79)와 톱니 결합하는 제 2 평기어(80);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)와 동일한 형상을 갖고 회전축(78)이 동일 직선 상에 위치하며 상기 제 2 평기어(80)와 제 1 톱니부(74)에서 톱니 결합하는 제 2 상하운동 기어(72);
    상기 제 1 상하운동 기어(71)의 제 2 톱니부(75)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 1 일방향 기어(87);
    상기 제 2 상하운동 기어(72)의 제 2 톱니부(76)와 톱니 결합하되 한 방항으로만 회전하는 제 2 일방향 기어(88);
    상기 제 1 일방향 기어(87) 및 상기 제 2 일방향 기어(88)의 일방향 회전력에 따라 회전하는 구동 스프라킷(91);
    상기 구동 스프라킷(91)과 체인(86)으로 결합된 자유 스프라킷(92);
    상기 자유 스프라킷(92)에 동축 연결되어 상기 자유 스프라킷의 회전에 따라 회전하는 후륜(46);
    상기 자전거의 전륜(44)에 연결되고, 상기 운전자의 손을 이용하여 상기 자전거의 진행 방향을 제어하도록 하는 핸들(32); 및
    상기 자전거의 일부에 연결되어 상기 운전자의 엉덩이를 걸치는 안장(58)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거.
KR1020020042220A 2001-07-19 2002-07-18 상하 왕복 운동하는 페달로 구동되는 자전거 KR20030009205A (ko)

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