KR20030072982A - 자동 클러치 바퀴 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 양 방향 회전하던 바퀴를 클러치 하여, 한 방향 만으로 회전토록 하는 자동클러치 바퀴(7)에 관한 것으로,

이 바퀴는 외륜을 둘러싸고 있는 타이어 부재(部材)(9), 걸림턱(10), 회전볼 통과구(13)가 설치된 외륜과(18), 걸림막대(8),회전볼 통과구(13), 사각 액슬 삽입홈이 있는 볼트(40)를, 결합한 내륜(16)으로 구성되어 있으며, 스프링(15)에 의해 밀어 올려진 걸림막대(8)가 걸림턱(10)과 상호 작용 하여 클러치된 힘을 프레임에 고정 지지 될 수 있도록 하는 볼트와 너트가 구비된 사각액슬(37)과, 이 액슬과 너트로 결합하고, 볼트(33)를 관통시켜 상기 사각액슬(37)의 너트와 결합 될 수 있도록, 좌, 우 양측의 크기가 다른 너트(31a)(31b)를 구비한 부싱(31)등으로 구성된 자동클러치 바퀴(7)가 제공된다.

Description

자동 클러치 바퀴 {Clutched Free Wheel Inside Tire}

본 발명은, 양 방향 회전하던 바퀴를 클러치 하여 한 방향 만으로 회전토록 하는 자동 클러치 바퀴(7)에 관한 것으로,

지면과 직접 접하는 타이어 부재(部材)(9)를 가지는 외륜과, 걸림턱(10)과 걸림막대(8)에 의해 클러치 된 힘을 프레임에 고정지지 할 수 있도록 볼트와 너트가 구비된 사각액슬(37)로 구성되어 있으며, 이 클러치 기능이 제공되는 바퀴는, 대향하는 바퀴에 추진력을 제공하거나 경사면에서의 중력을 극복하여 미끄럼 현상을 방지 할 수 있는 자동 클러치 바퀴(7)에 관한 것이다.

일반적으로, 운송기구에는 중력을 극복하기 위하여 베어링(30)이 내장된 바퀴를 사용하는데, 이 바퀴에는 추진력이 없어 별도의 추진장치를 필요로 하며 축력은 장소의 제한, 동력은 소음 공해를 유발하여 편리성에 반하는 문제가 있다.

회전축 일 측에 결합하여 추진력을 제공하는 프리휠(6)을 사용한 자전거는 실용성과 경제성에서 효율적이지만, 이 프리휠(6)은 체인, 체인링(42), 크랭크와 연결되어 추진력을 제공하므로 지금까지 다른 운송기구에는 구조의 특성상 사용이 제한적이었다. 어린이들에게 보급되어 있는 인라인 스케이트 바퀴의 경우, 베어링(30)을 사용하여 양 방향 회전을 하므로 추진력이 없어 바퀴의 측면을 사용하여 추진력을 얻게 되는데, 이는 바퀴의 특성을 살리지 못하여 추진 방법이 일자형 날을 사용하는 스케이트와 동일하다. 진행 방향은 S자 모양으로, 진행을 위해서는 일정 폭의 노면을 필요로 하므로, 통행이 빈번한 지역에서는 사용이 제한적이며, 계단이나 경사면 등에서의 사용이 불편하였다. 이러한 양 방향 회전 바퀴의 단점은 자동 클러치 바퀴(7)를 장착하여 해결 할 수 있는데, 처음 인라인 스케이트(11)를 접하는 어린이나 여성의 경우 양 방향 회전하는 바퀴보다 인체의 중심을 잡기가 용이하여 타박상의 위험을 줄일 수 있으며, 중심이 보다 안정적 이여서 배우기가 쉽다. 또한 장애인이 사용하는 휠체어의 경우, 경사면을 오를 때 밀림현상을 극복하며 진행하여야 하므로 경사가 급격한 지역에서는 중력이 작용하는 힘이 커지므로 사용이 용이하지 않아 타인의 도움을 받아야한다. 하지만 한 방향 클러치 기능이 있는 자동 클러치 바퀴(7)를 휠체어에 장착하고 상기한 사각액슬(37)을, 볼트(33)를 이용해 프레임에 고정하면 경사면에서 작용하는 중력을 자동 클러치 바퀴(7)가 억제하므로 밀림 현상을 방지 할 수 있어 혼자 힘으로도경사면을 오를 수 있다. 도면에는 표기하지 않았지만 자동 클러치 바퀴(7)의 지름을 다르게 제작하면, 회전볼을 사용하여 양 방향회전하는 바퀴를 대체하여 폭 넓게 활용 할 수 있는데, 핸드카, 여행용 가방, 유모차, 소아용 놀이기구, 완구, 킥보드 ,인라인 스케이트, 등에 장착 할 수 있으며, 승용물(乘用物))이나 리어카등의 근거리 운송기등 모든 바퀴에 장착하여 실용 범위를 확대 할 수 있다.

이와 유사한 종래의 기술로는 출원번호 특1993-0017675의 특허가 있는데 여기에서는 헬리컬 기어를 사용하였다. 발명

본 발명의 목적은 소형 바퀴와 같이 폭이 협소한 프레임과도 호환이 가능하여 프레임의 폭을 신장하지 않고 설치 할 수 있어 고안된 바퀴의 설치시 별도의 프레임의 교체 없이 기존의 프레임을 그대로 사용 할 수 있도록 하여 경제적이며 특히 장애인이 사용하는 휠체어에, 발명된 바퀴를 장착하여 보호자의 도움 없이 혼자 힘으로도 경사면을 오를 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 프리휠의 평면도

도 2는 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴의 평면도

도 2a는 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴의 해체된 상태를 도시한 사시도

도 2b는 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴의 요부(要部), 사시도

도 2c는 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴를 해체하고 요부(要部)를 결합한 사시도

도 3은 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴를 장착한 인라인 스케이트의, 직진주행 상태를 표현한 실시도(實施圖)

도 3a와 3b는 기존의 인라인 스케이트와 바퀴를 해체한 사시도

도 4는 기존의 프리휠과 자동클러치 바퀴의 외륜(外輪) 회전 방향을 비교 도시한 평면도

도 5는 프리휠, 소형바퀴, 원형 프리휠과, 본 발명에 따라 제작된 자동 클러치 바퀴의, 평면 사진

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

6. 프리휠 7. 자동 클러치 바퀴

8. 걸림막대 9. 타이어 부재(部材)

10. 걸림턱 12. 회전볼

13. 회전볼 통과구 15. 스프링

16. 내륜(內輪) 17. 와셔

18. 외륜(外輪) 19. 덮개형 링너트

31. 좌, 우 양측의 크기가 다른 너트를 구비한 부싱

33. 볼트

37. 볼트와 너트가 구비된 사각액슬

38. 사각액슬 완충기

40. 사각액슬 삽입홈이 있는 볼트

본 발명은 자동 클러치 바퀴(7)에 관한 것으로, 이 바퀴의 구성은 지면과 접하는 부분을 둘러싼 타이어 부재(9)와 외륜(18)의 중앙에 형성된 걸림턱(10)과 회전볼 통과구(13)가 있으며, 걸림막대(8)와 걸림턱(10)의 상호작용에 의하여 클러치된 힘을 프레임에 고정지지 될 수 있도록 하는 볼트와 너트가 구비된 사각액슬(37)과, 이 사각액슬과 너트로 결합하고 다시 볼트를 관통시켜 사각액슬과 결합 되도록 좌, 우 양측의 크기가 다른 너트(31a)(31b)를 구비한 부싱(31)으로 구성되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 기존의 프리휠의 평면도로 외륜(18')의 상단에는 체인 결합부가 있고 좌, 우 양측에 회전볼 통과구(13)가 있으며, 중앙에는 걸림턱(10')이 있는데, 이 걸림턱은 내륜(16')과 외륜(18') 사이에 있는 걸림막대(8')에 의해 외륜(18')의 우 회전 클러치 기능(기구의 우측 진행기준)을 제공하게 된다.

외륜의 우 회전 클러치 기능은 체인링의 회전을 통해 전달된 추진력을 바퀴에 전달하게 되며 체인링(42)의 정지시에는 정지하게 된다. 프리휠(6)의 외륜(18')의 회전은 체인링(42)의 회전과 동일하게 회전하는데 이는 프리휠(6)의 클러치 방향이 기구의 진행 방향이 됨을 의미한다.

프리휠의 내륜(16')에 있는 볼트와 덮개형 링너트는 통상의 볼트와 너트가 우 회전 닫힘, 좌, 회전 열림 기능인데 반해 프리휠의 내륜에 있는 볼트와 덮개형 링너트는 좌, 회전 닫힘, 우 회전 열림으로 구성되어 있다.

이는 체인링의 회전시 체인링의 회전 방향과 동일한 외륜의 회전력에 의하여 걸림막대의 작용에 의해 클러치된 내륜도 우 회전 하게되는데, 이때 내륜에 있는 볼트에 연결되어 있는 덮개형 링너트가 원심력에 의해 좌, 회전하며 이탈되는 것을 방지하기 위한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴(7)의 평면도로, 이 바퀴의 외륜(18)은 지면과 직접 접하므로 타이어 부재(部材)(9)와 바퀴의 회전이 원활히 이루어 질 수 있도록 회전볼 통과구(13)에 회전볼(12)을 설치하고 클러치 기능이작동 될 수 있도록 걸림턱(10)과 걸림막대(8)가 있고, 걸림막대(8)의 하단에 설치된 스프링(15)은 이 바퀴의 회전과 정지에 따라 신장과 수축을 반복하며 걸림막대(8)가 걸림턱(10)에 작용하여 회전과 클러치 기능이 이루어지도록 하며, 사각 액슬 삽입홈이 있는 볼트(40)를 내륜에 있는 너트에 결합하였는데, 이는 이 바퀴의 클러치된 힘을 프레임에 의해 지지 되도록 한다.

실제 이 바퀴의 걸림턱(10)과 걸림막대(8)는, 그 크기가 작지만 도면에는 다소 과장되게 표현하였으며, 상기 바퀴를 프레임에 고정하면 상기 바퀴(7)의 내륜(16)은 항상 정지해 있지만 프레임에 설치하기 전에는 회전하므로 내륜(內輪)(16)으로 표기하였다.

도 2a는 발명된 자동 클러치 바퀴(7)의 해체된 상태를 도시한 사시도로 걸림턱(10)과 회전볼 통과구(13)가 있는 외륜(18)의 양측에 회전볼(12)을 설치한 다음 내륜(16)을 결합하고, 와셔(17)와 덮개형 링너트(19)를 순차적으로 결합하면 스프링(15)에 의해 밀어 올려진 내륜(16)에 있는 걸림 막대(8)가 걸림턱(10)에 작용하면서 클러치 기능이 작동하게 되는데, 이 클러치 기능이 이루어지도록 사각액슬 완충기(38)를 사각액슬 삽입홈에 삽입하고 사각 액슬 삽입홈이 있는 볼트(40)를 내륜에 있는 너트에 결합한 다음 좌, 우 양측의 크기가 다른 너트를 구비한 부싱(31)과 볼트와 너트가 구비된 사각 액슬(37)을 볼트(33)를 이용해 프레임에 고정하면 걸림턱(10)과 걸림 막대(8)에 의해 클러치된 힘이, 고정되어 있는 프레임에 전달되어 클러치 기능이 작동된다.

도 2b는 본 발명에 따른 내륜(16) 요부(要部)의 사시도로, 사각 액슬 삽입홈이있는 볼트(40)를 내륜에 있는 너트에 결합한 것으로, 이는 경사면에서 작용하는 중력을 억제하는 역활을 한다. 기존의 프리휠(6)의 내륜에는 사각액슬 연결구 대신 너트를 이용해 바퀴와 연결하는데 발명된 자동 클러치 바퀴(7)의 외륜(18)은 지면과 직접 접하고 클러치 기능이 작동하므로, 이 클러치 기능이 작동 되도록 액슬의 고정을 필요로 하게 되고 이에 따라서 사각액슬 삽입홈이 있는 볼트(40)를 사용하게 된다.

도 2c는 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴(7)를 해체하고 요부를 결합하여 도시한 사시도로, 지면과 직접 접하는 외륜(18)의 중앙에는 타이어 부재(9)로 형성되어 있고 내륜(16)에 설치되어 있는 걸림막대(8)와 상호작용에 의해 클러치 기능이 작동 되도록 하는 걸림턱(10)이 형성되어 있는데, 이 걸림턱(10)은 걸림막대 기준으로 직각(直角)을 이루는 부분은 클러치 면이고 둔각(鈍角)을 이루는 부분은 회전면이 된다. 내륜(16)에 설치되어 있는 걸림막대(8)는 스프링(15)에 의해 항시 걸림턱(10)에 접하게 되지만 상기한 바와 같이 회전 방향에 따라 각도가 달라지는 걸림턱(10)과 걸림막대(8)에 의해 클러치와 회전이 가능한 것이다.

바퀴의 회전을 원활히 하기 위해 외륜의 중앙 양측에 형성된 회전볼 통과구(13)에는 회전볼(12)을 설치하고 회전볼의 이탈을 방지하기 위하여 덮개형 링 너트(19)를 와셔(17)와 함께 내륜에 있는 볼트(16a)에 결합한다.

덮개형 링너트를 결합하고 나면 상기한 바와 같이 이 바퀴(7)는 회전 방향에 따라 회전과 정지를 반복하는데 상기한 걸림턱(10)과 걸림막대(8)는 상기 바퀴(7)의 회전시에도 미세하나마 서로 마찰하며 회전하므로 이에 따른 마모의 방지를 위하여 제작시 강도가 높은 강철 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 한 방향 클러치 기능이 있는 상기 바퀴를 기존의 원통형 액슬(36)로 프레임에 설치하면 클러치된 힘을 잃게 되므로 볼트와 너트가 구비된 사각액슬(37)을 사용하여 프레임에 고정하여야 하는데, 상기 액슬(37)의 설치방법은 다음과 같다. 상기 액슬(37)에 사각액슬 완충기(38)를 끼우고 사각 액슬 삽입홈이 있는 볼트(40)의 삽입홈(40a)에 삽입한다. ※(도면에는 편의상 상기볼트를 내륜에 있는 너트와 결합된 상태로 도시하였으며 상기볼트(40)와 내륜(16)은 제작시 일체형으로 제작하면 설치가 용이하다.)

상기 액슬(37)을 프레임에 고정하기 위하여 상기 액슬(37)의 볼트(37b)와 좌, 우 양측의 크기가 다른 너트(31a)(31b)를 구비한 부싱(31)의 안쪽너트(31b)와 상기 액슬의 볼트(37b)를 결합한다. 프레임의 볼트 안내 홈 바깥쪽에서 볼트(33)를 이용해 상기부싱(31)의 바깥쪽 너트(31a)(상기 액슬기준)를 볼트(33)로 관통하여 상기 액슬(37)의 너트(37a)에 고정한다.

도면에는 표기하지 않았지만 볼트(33)와 프레임과 상기부싱(31)사이에는 탄성 와셔를 사용하는 것이 바람직하고 상기한 바퀴(7)의 부품의 재질은 클러치 되는 힘을 고려하여 강도가 높은 재질을 사용하여 제작하는 것이 바람직하다.설명한 바와 같이 상기 액슬(36)을 프레임에 고정하는 과정이 다소 복잡하지만 볼트(37a)가 없는 기존의 액슬과 같은 모양의 사각 액슬을 사용하게 되면 이 액슬과 삽입 고정 될 수 있는 프레임을 새로 제작하여야 하는 번거로움이 있고 상기 바퀴(7)가 기존의 프레임과는 호환되지 못하는 단점이 발생한다. 이러한 이유에서 상기 바퀴(7)에는 기존의 프레임과 호환이 가능하도록 상기 액슬(37)과 상기 부싱(31)등을 사용하였다.

도면에는 표기하지 못하였지만, 이 바퀴의 지름의 크기를 다르게 제작하여 휠체어 ,핸드카, 리어커나, 소형 완구, 인라인 스케이트, 킥보드등의 거의 모든 바퀴에 활용이 가능하며, 이 바퀴를 직렬 혹은 병렬로 각각의 기구에 설치 할 수 있는데 회전목 삼각대를 이용한 직렬 설치시에는 중력을 이용하여 추진력을 얻을 수 있고 병렬 설치시에는 대향하는 바퀴에 추진력을 제공하거나 경사면에서 작용하는 중력을 극복 할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 자동 클러치 바퀴(7)를 장착한 인라인 스케이트(11)의 직진 주행 상태를 표현한 실시도(實施圖)로 기존의 인라인 스케이트의 프레임에 고안된 자동 클러치 바퀴(7)를 장착한 것으로 바퀴의 측면을 사용하는 기존의 추진 방법과 병행하여 도시한 바와 같이 직진 주행이 가능하다. 또한 뒤쪽 바퀴가 지면에서 이탈되어도 자동클러치 기능을 이용하여 앞 바퀴 만으로도 추진이 가능한데 이는 장거리 경주에 있어서 바퀴의 측면만을 사용하는 기존의 롤러스케이트의 추진방법과 비교하여 매우 우수하며, 특히 경사면에서도 평소 달리던 동작과 유사하게 오를 수 있어 기존의 롤러 스케이트 바퀴의 추진력과 많은 차이를 보인다.

도 3a와, 도3b는 인라인 스케이트(11)와 바퀴를 해체한 사시도로 베어링을 사용하여 양 방향 회전을 하므로 추진력이 없어 바퀴의 측면을 사용하여 추진력을 얻게 되는데, 추진 방법이 스케이트와 동일하고 계단이나 경사면등에서는 사용이 불편한 단점이 있다.

양측에 베어링(30)이 설치되고, 이 베어링과 베어링 사이에는 베어링 스페이서가 있고 볼트(33)와 원통형 액슬(36)을 이용해 프레임에 장착한다.

도 4는 기존의 프리휠(6)과 자동 클러치 바퀴(7)의 외륜(外輪)(18)의회전 방향을 비교 도시한 평면도로 두 기구 모두 동일한 방향으로 진행될 때 기존의 프리휠(6)의 걸림턱(10')과 걸림막대(8')의 위치와 고안된 자동 클러치 바퀴(7)의 걸림턱(10)과 걸림막대(8)의 위치가 반대로 구성되어 있다. 이는 외륜(18)의 회전 방향이 서로 다르게 구성되어 있는 것을 의미하는데, 프리휠(6)의 경우 체인링(42)이 회전하면서 전달된 힘이 체인을 통해 프리휠의 외륜(18)에 전달되고 프리휠의 외륜(18)에 전달된 힘은 다시 외륜(18')에 있는 걸림턱(10')과 걸림막대(8')에 의해 내륜(16')에 전달되며 내륜에 있는 너트를 통해 결합된 바퀴에 전달하여 추진하게 되므로 기존의 프리휠(6)은 외륜(18')이 클러치 되어 있는 방향이, 추진 방향이 되지만 자동 클러치 기능이 있는 바퀴는 외륜이 직접 지면과 접하므로 외륜의 회전 방향이 진행 방향이 되는 것이다. 즉 기존의 프리휠은 체인링과 프리휠을 연결하는 체인에 의하여, 서로 떨어져 있지만 내 물림 기어의 원리가 적용되고 지면과 직접 접하는, 고안된 자동 클러치 바퀴(7)의 외륜(18)과 지면과는 스퍼어 기어(spur gear)의 원리가 적용되는 것이다. 이러한 이유에서 기존의 프리휠(6)과 고안된 자동클러치 바퀴(7)는 동일한 방향으로 진행하더라도 걸림턱과, 걸림막대의 작용 방향이 서로 다르게 구성되고 두 기구가 동일한 방향으로 진행 할 지라도 외륜의 회전방향이 서로 다르게 구성되는 것이다.

도 5는 프리휠(6), 소형바퀴, 원형 프리휠과 본 고안에 따라 제작된 자동 클러치 바퀴(7)의 평면 사진으로 외륜의 회전 방향을 비교한 것이다. 외륜의 회전방향과 진행방향은 상기한 바와 같다.

본 고안에 따른 자동 클러치 바퀴는 소형 바퀴와 같이 폭이 협소한 프레임과도 호환이 가능하며, 프레임의 교체없이 기존의 프레임을 그대로 사용 할 수 있어 코스트다운 시킬 수 있으며 바퀴의 폭을 신장하지 않고 콤팩트하게 제작 할 수 있다.

Claims (5)

1. 양 방향 회전하던 바퀴를 외륜(18)에 설치된 걸림턱(10)과 내륜(16)에 설치된 걸림막대(8)로 클러치하여 한 방향만으로 회전토록 하는 자동 클러치 바퀴(7)에 있어서; 상기 바퀴(7)의 바깥에 위치해 있으며 지면과 접하며 회전 또는 정지하는 외륜(16)과, 상기 바퀴의 안쪽에 위치해 있으며 바퀴의 설치시 지지축(支持軸)에 고정되는 내륜(16)과, 상기 바퀴의 내륜(16)에 설치된 스프링(15)에 의해 밀어 올려진 걸림막대(8)가 외륜(18)의 내측 중앙에 설치된 걸림턱(10)과 상호 작용하여 클러치된 힘을 프레임에 고정 지지 될 수 있도록 내륜(16)에 형성된 너트와 결합하는 사각 액슬 삽입홈이 있는 볼트(40)와, 상기 볼트의 삽입 홈(40a)에 삽입되는 볼트와 너트가 구비된 사각 액슬(37)과, 상기 액슬(36)과 너트 구조로 결합하고 볼트(33)를 관통시켜 상기 액슬(36)과 결합 될 수 있도록, 좌, 우 양측에 크기가 다른 너트(31a)(31b)를 구비한 부싱(31)등으로 구성된 자동 클러치 바퀴
2. 제1 항에 있어서, 회전 중심축(5)을 가지며, 상기 바퀴의 외륜(18)을 둘러싸고 있고 지면과 직접 접하는 타이어 부재(部材)(9)를, 가지는 것을 특징으로 하는 자동 클러치 바퀴(7)
3. 제1 항에 있어서, 상기 바퀴의 외륜 안쪽 중앙에 설치되어 있으며 클러치 기능이 이루어 질 수 있도록 하는 걸림턱(10)과, 상기 바퀴의 양측에 대칭하여 회전볼(12)이 통과 할 수 있는 회전볼 통과구(13)가 있는 외륜(18)을 가지는 것을 특징으로 하는 자동 클러치 바퀴(7)
4. 제 1 항에 있어서, 상기 바퀴의 내륜(16)의 일측에 설치된 회전볼 통과구와(13), 상기 바퀴의 내륜(16) 중앙에 설치된 걸림막대(8)와, 스프링(15)을 가지되, 클러치 작동 간격을 최소화 할 수 있도록 정 대향하지 않는 걸림막대(8)가 설치되어 있는 내륜을 가지는 것을 특징으로 하는 자동 클러치 바퀴(7)
5. 제 1항 또는 4항에 있어서, 상기 바퀴의 내륜(16)과 외륜(18)에 설치된 회전볼 통과구(13)에는 바퀴의 회전을 돕는 회전볼(12)을 가지며, 상기 회전볼(12)의 이탈을 방지하기 위하여 내륜(16)과 결합되는 덮개형 링너트(19)를 가지는 것을 특징으로 하는 자동 클러치 바퀴(7)