KR200339552Y1 - 구동력이 증가되는 페달 크랭크가 부착된 자전거드라이브 유닛 - Google Patents

Abstract

본 고안은 360도 원회전으로 구동되는 기존 자전거 형태의 구동축 양 끝단에 원형 또는 각형 단면의 페달크랭크가 원활이 왕복운동을 할 수 있도록 원형 또는 각형 단면의 슬라이드 베어링이나 슬라이드 부시를 축에 직각으로 끼운 후 구동축 아답터를 고정시키고 원형의 가이드 날 을따라 페달 크랭크에 부착된 로울러가 구동력 방향 쪽으로 안내날을 선회하면서 슬라이드 베어링 속으로 페달 크랭크를 왕복 시켜 실제 구동력 유효구간인 1시에서 5시 사이에서만 페달 크랭크의 길이가 길어지도록 하고,

기타의 구간에서는 통상의 자전거 페달 크랭크 길이 정도로 신축되게 하여 페달 링 시 다리에 무리가 가지 않고 효과적인 자전거 타기가 가능하도록 기능을 부과하였고 소재 선택이 쉬워 자체 무게를 경량으로 할 수 있으며 실제적인 기능에 비해 매우 경제적인 비용으로 많은 효과를 나타낼 수 있는 고안이다.

Description

구동력이 증가되는 페달 크랭크가 부착된 자전거 드라이브 유닛{QUANTUM PEDALING DRIVE UNIT}

본 고안은 그간의 360도 원회전 페달 링 동작으로 자전거를 구동시킬 때, 메이커에서 정해진 일정 길이의 페달 크랭크로서 도로상의 높낮이는 물론 장시간 자전거 여행시 각자가 갖는 다리의 신체적인 조건 및 지구력만으로 대응하기에는 운동량에 비해 쉽게 피로감이 상승되고 그 효과가 줄어들게 되며 누구나 재미있게 운동효과를 높이거나 자전거를 장시간 주행할 수 없으며 긴 구배의 언덕길 주행시는 피로감이 높아져 자전거 안장에서 일어나 몸의 체중을 실어 서 있는 자세로 페달 링을 하거나 자전거를 손으로 끌어 견인해야 하는 불편함도 따른다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 페달 링 시 실제로 구동 토오크 발생이 필요한 1시에서 5시 사이에서는 페달 크랭크의 길이가 신장되어 유효한 구동 토오크를 증가시키고 이후로는 통상의 자전거 페달 길이 정도로 신축되어 평지에서는 체력적 에너지를 줄이고 속도를 높이며 등판길에서는 피로를 감소시킬 수 있도록 구성된 기구로서 이는 편심부착되며 안내 날이 있는 도우넛 형의 원판 가이드를 따라서 페달 크랭크에 부착된 선회 로울러를 선회시켜 줌으로써 페달크랭크는 구동축과 직각으로 삽입된 슬라이드 베어링 내에서 왕복하며 신축하여 상기의 목적을 달성시키고 경제적인 비용으로 경량화시켜 누구나 편리하게 사용할 수 있도록 함을 특징으로 하고자 한다. 따라서 페이지 의 참고도를 근거로 문제가 발생될 수 있는 여건을 미리 파악하고 이에 따르는 기술적 과제를 개선코자 한다.

첫째, 도면 6 의 참고 A에서와 같이 ㄷ 자 형태나 C자 단면 형태의 안내홈을 가지는 경우 오일급유나 구리스도포를 한 후 로울러 등을 굴려 여러 기구에 사영되어지나, 특히 자전거의 크랭크 로울러 안내홈으로 사용되어지는 경우는 부적합하다. 이는 노천에서 운전 시 흙과 돌 그밖의 이물질이 안내 홈 사이에 끼이면 구동이 어렵게 되며, 특히 우천시 많은 양의 진흙이 끼이게 되었을 때 사용자가 빈번히 청소해 내며 운전할 수는 없을 것이다. 또, 안내 가이드 들이 대부분 편심으로 부착되어져 원하는 토오크 증가의 목적을 이루고자 하기 때문에 연속하여 회전하는 로울러와 함께 이물질 부착 방지 커버를 설치하기는 어렵다. 따라서 이와 같은 과제를 개선한다.

둘째, 참고 A에서와 같이 안내홈을 따라로울러에 장치를 달아 사용하는 여러 기구들처럼 자전거에서도 로울러와 페달을 연계하여 구동시키는 경우 토오크 증가를 40%정도 높이기 위해 도면에서와 같이 가이드 안내판을 최소한 유지시켜도 상당한 크기의 원판이 형성되어지고 따라서 무게의 증가, 가공의 어려움과 비용발생,그리고 자전거 프레임의 구조 상 부착이 어려우며 타 물체의 충격으로 인한 안내판의 변형이 쉽게 발생될 수 있어 이와 같은 방법의 기구는 부적절하다. 따라서 상기 과제를 개선한다.

셋째, 참고 A에서와 같이 ㄷ 자 형태의 안내홈을 가지는 경우 다른 기구나 장치에서처럼 로울러의 이탈 및 장시간 사용 시 크랭크 로드의 변형이 예상된다. 따라서 이 또한 개선한다.

넷째, 참고 A에서와 같이 단순히 x방향으로만 편심이동시켜 구동하는 경우는 구동토오크를 요하는 최적의 구간에서 페달 크랭크의 길이변화를 구하기는 어렵다. 따라서 x,y방향으로 최적의 조건으로 편심되어야 할 것이다.

다섯째, 참고 B에서와 같이 홈 캠을 이용하여 자전거에 부착되어지는 경우 상기의 첫번째 문제점은 물론 가공상의 어려움과 고가의 비용 및 다량 생산의 여건을 갖출 수가 없다.

이와 같은 상기의 여러가지 예상되는 문제를 없애고 발명의 요건을 충족시켜 고안이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성코자 한다.

도 1은 본 고안에 따른 자전거 요부에 대한 단면도

도 2는 주요 부분에 대한 상세도

도 3은 주요 부분에 대한 상세도

도 4는 주요 부분에 대한 상세도 및 페달의 궤적도

도 5는 주요 부분에 대한 추가 사항

도 6은 참고를 위한 도면도 7은 페달크랭크가 신장되어지는 상태도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

P1 : 일측 페달 크랭크 P2 : 타측 페달 크랭크

G1 : 상부 가이드 원형날 G2 : 하부 가이드 원형날

1 : 구동축 2 : 베어링 하우징

3 : 베어링 4 : 멈춤 링

5 : 칼라 링 6 : 지지 베어링

7 : 구동축 아답타 8 : 스프링 핀

9 : 제 1 고정판 10 : 제 2 고정판

11 : 고정 나사 12 : 멈춤 나사

13 : 스터드 볼트 14 : 타측 고정판

15 : 슬라이드 베어링 16 : 선회 로울러

17 : 로울러 핀 18 : 안전 커버

19 : 체인 스프로켓 20 : 보강 원판

21 : 나비 볼트

이하 상기의 목적을 달성하기 위한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면,

도 1에 도시한 바와 같이 페달을 밟아 자전거의 뒷바퀴를 구동시켜 전방으로 주행하도록 구성된 통상의 자전거에 있어서

페달 크렝크(P1,P2)가 연결된 구동축(1)을 회전시켜 얻은 동력원이 체인스프로켓(19) 에 연결된 구동 체인에 전달되어 자전거 뒷바퀴를 정 방향으로 회전케 함으로써 전방으로 움직이도록 구성된다.

여기서 베어링 하우징(2)은 통상적으로 자전거 튜브 프레임에 반 영구적으로 고착되고 베어링 하우징(2)내에는 구동축(1)이 원활히 회전되도록 베어링(3)이 삽입되어져 있다. 이 때 구동축(1)은 베어링(3)의 내륜에 삽입되어져 멈춤링(4)과 칼라링(5)에 의해 위치되어지며

구동축(1)양단에는 페달 크랭크(P1,P2)가 회전력 전달 및 축선상에서 상.하 대향으로 조립되어질 수 있도록 사각 단면의 평면으로 가공되어져 있다.

상기 구동축(1)의 일측 페달 크랭크(P1)방향으로는 사각 단면상에 체인 스프로켓(19)이 삽입되고, 연이어 구동축 아답타(7)가 견고하게 끼워진 후 이탈방지를 위해 스프링 핀(8)을 압입시켜 견고히 고정한다.

여기서, 체인스프로켓(19)의 간섭을 피하기 위해 도2-a에서와 같은 3개의 날개형 부라켓을 갖는 제 1 고정판(9)이 베어링 하우징(2)외주면에 끼워져 고정나사(11)로 부착되고, 여기에 연계하여 도2-b와 같이 제 1고정판(9)과 동일한 크기와 형태의 제 2 고정판(10)이 내주에 지지 베어링(6)을 삽입한채 도 2-c와 같이 풀림 방지를 위해 좌.우 나사가 가공된 스터드 볼트(13)로 제 1고정판(9)과 마주보며 한 쌍으로 연결. 고정된다.

여기서 지지 베어링(6)은 구동축 아답타(7)의 외주면상에 위치되어지는데, 이는 구동축 아답타(7)가 회전할 때 축 선상에서의 흔들림 방지와 원활한 회전을 돕는다.

그리고, 상기의 제 2고정판(10)의 외면에는 도2-b 에서와 같이 도우넛형의 보강원판(20)의 중심이 구동축(1)의 중심점과 일치되게 설계된 편심량 만큼 이동하여 고정나사(11)로 부착된다.

이어서 도우넛 형의 하부 가이드 원형날(G2)이 도3-a와 도4-a에서 보듯이 이물질 들이 배출될 수 있도록 공간을 확보하기 위한 와셔 형태의 칼라링(5)을 중간에 삽입시킨 후 도3-a와 같이 다수개의 고정 나사(11)로 보강원판(20)에 부착시킨다.

그리고 타측 페달 크랭크(P2)방향으로도 구동축 아답타(7)가 구동축(1)의 사각 단면상에 끼워지고 스프링핀(8)으로 고정되며 도 3-a에서와 같은 원형의 타측 고정판(14)이 베어링 하우징(2)의 외주면에 편심되게 위치하여 고정나사(11)로 체결되며 도우넛 형태의 하부 가이드 원형날(G2)이 칼라링(5)을 사이에 두고 타측 고정판(14)에 고정된다.

여기서, 구동축(1)의 양단에 삽입.고정된 구동축 아답타(7)에는 도2-d에서처럼 축선상에 직각으로 슬라이드 베어링(15)이 압입되고. 이는 안전커버(18)와 동시에 멈춤나사(12)에 의해 구동축 아답타(7)내에 고정되며 또, 페달 크랭크(P1,P2)는 슬라이드 베어링(15)의 내륜 사이로 삽입되어 도2-e와 같이 선회 로울러(16)와 이에 연계된 로울러 핀(17) 축선상에 직각으로 가공된 암나사 속으로 페달크랭크(P1,P2)의 선단에 가공된 수나사가 돌려져 끼워지며, 스프링핀(8)을 압입시켜 견고히 고정시킨다.

그리고 일측과 타측의 선회로울러(16)의 V홈에 하부가이드 원형날(G2)을 위치시킨 후 상부 가이드 원형날(G1)을 V홈과 일치되도록 한 후 다수개의 고정나사(11)로 각각의 보강원판(20)및 타측 고정판(14)에 다수개의 칼라링(5)을 중간 삽입 후 고정시킨다.

그리고 페달 크랭크(P1,P2)의 끝단에는 각각의 페달이 부착되어진다.

상기의 구조로 페달 크랭크(P1,P2)를 회전시켜 자전거를 전진 구동시킬 때 도4-b에서 보여지듯이 상.하부 가이드 원형날(G1,G2)의 안내날을 따라 페달의 구동 방향으로 선회 로울러(16)가 선회하며, 페달크랭크(P1,P2)를 축선상에 직각으로 삽입된 슬라이드 베어링(15)내륜 사이로 왕복시켜 도4-b와 같은 페달크랭크(P1,P2)의 궤도를 가지게 한다. 여기서 도 7에 보여지듯이 중심축을 기준으로 자전거에 있어 실제 구동력이 발생되는 1시에서 4시 사이에 맞춰 편심부착된 상,하부가이드 원형날(G1,G2)사이로 페달크랭크(P1,P2)의 선단에 부착된 선회로울러(16)는 자전거 페달을 밟는 방향으로 따라 돌게 되며, 페달을 밟는 구동력이 시계방향일 경우 구동축(1)과 구동축 아답타(7)가 일체로 결합되어져 있고, 구동축 아답타(7)에 직각으로 조립된 구동페달(P1,P2)에 의해 구동축(1)은 회전하며 자전거는 전진한다.도7에서 보여지듯 1시에서 4시 사이에서 페달크랭크(P1,P2)는 중심축을 기준으로 최대로 늘어나며 지렛대의 원리에 의해 구동토오크도 증가된다. 4시방향이후로는 중심축으로부터 통상의 자전거 페달 길이로 줄어들게 된다. 여기서 선회로울러(16)가 움직이는 회전각의 변화에 따라 페달크랭크(P1,P2)는 구동축 아답타(7)에 삽입된 슬라이드 베어링(15)속을 왕복운동하며 중심축으로부터 상,하 가이드 원형날(G1,G2)사이의 선회로울러(16)중심축 사이의 거리를 조절할 수 있게 된다.

이는 가공이 복잡하고 어려운 고가의 캠을 사용하지 않고 단순히 도우넛 형태의 상.하부 가이드 원형날(G1, G2)의 부착 위치를 사전에 설계된 거리만큼 이동하여 부착 사용함으로 페달 크랭크(P1,P2)의 길이를 구동에 유효한 1시에서 5시 사이에서 늘어나게 하고 기타의 범위에서는 통상의 페달길이를 유지시켜 토오크 증가의 목적을 이룰 수 있다.

여기서 통상의 페달크랭크 길이에서 5∼7cm의 길이 범위에서 페달 크랭크(P1,P2)가 늘어날 경우 구동력에 의한 토오크 발생은 30∼40%이상 증가시킬 수 있어 자전거 페달 링 시 유용한 기구로 사용될 수 있다.

또 상.하부 가이드 원형날(G1, G2)의 크기 및 편심 이동거리 등의 변화로 페달 크랭크(P1,P2)의 회전 궤도에 좀 더 유리하도록 변경이 항시 가능하다. 여기서 선회로울러(16)의 V홈은 흔들림 및 이탈 방지의 목적이며 또 상.하부 가이드 원형날(G1,G2)의 ∧단면은 이물질의 흘러내림을 용이하게 하며 이때 흘러 내린 이물질은 보강 원판(20)및 타축 보강대(14)에 상.하부 가이드 원형날(G1,G2)이 칼라링(5)을 사이에 두고 고정되며 칼라링(5)의 두께만큼의 사이로 배출된다.

또 도5-b 에서와 같이 페달크랭크(P1,P2)는 원형 단면. 또는 원형 튜브 단면의 강재에 경질 크롬 도금 후 외경을 원통 연마한 것이 사용된다.

또, 도5-a에서와 같이 페달 크랭크(P1,P2)의 길이를 운전자의 신체적 조건에 맞춰 페달 크랭크(P1,P2)상단의 부분 나사가 가공된 나사 선상에서 길이 조정 후 끝이 뾰족한 나비볼트(21)로 다수개의 홈 중 하나에 조여 붙어 고정 시킨다. 단, 적당한 풀림 방지를 위해 나사 형태는 사각 나사로 가공되며 이때의 재질은 나비볼트(21)를 포함하여 페달 크랭크(P1,P2) 역시 스테인레스 계통으로 선정하여 원천적으로 나사산 등의 부식을 방지시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 기구를 장착 후 자전거를 운전함으로써, 운전자는 기존의 정해진 페달 크랭크의 길이에서 벗어나 평지에서는 속도를 높이고 에너지 소모를 줄이며 언덕길 등에서는 다리에 무리가 가지 않고 능률적인 자전거 타기가 가능하게 되며 따라서 무단 변속기 기능과 동일하게 사용되어지는 효과가 있으며 소재의 선택이 쉬워 자전거의 전반적 중량 증가가 1kg이하로 제작 가능하여 차제 무게 증가로 인한 고민이 없고, 부품이 대칭형으로 동일하고 단순하여 다량생산을 원활하게 이루어낼 수 있으며, 현제의 화폐금액으로 1만원 이하의 비용으로 생산할 수 있어 저가격 고기능의 효과를 발생시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 구동축(1)의 양 끝단의 사각 단면상에 구동축 아답타(7)를 끼운 후 스프링 핀(8)을 압입하여 견고히 고정시킨 것과,

   구동축 아답타(7)의 축선상으로 사각 단면의 홈이 파여지고 축선의 직각방향으로 원형의 구멍이 가공되어 슬라이드 베어링(15)을 끼울 수 있게 한 것과, 상기 구동축 아답타(7)상에 축선과 직각방향으로 가공된 구멍 속으로 슬라이드 베어링(15)를 삽입하고 안전커버(18)와 함께 슬라이드 베어링(15)을 멈춤 나사(12)로 움직이지 않게 고정시킨 것과,

   타측 페달 크랭크(P2)쪽으로 베어링 하우징(2)의 원판형의 타측 고정판(14)이 편심되게 고정나사(11)로 부착되어지는 것과,

   일측 페달 크랭크(P1)쪽으로 베어링 하우징(2)의 외주면에 3개의 날개형 부라켓을 갖는 제 1 고정판(9)을 고정나사(11)로 부착시킨 것과,

   내주면에 지지베어링(6)을 삽입하고 제 1 고정판(9)과 같이 3개의 날개형 부라켓을 갖는 제 2 고정판(10)을 풀림 방지를 위해 좌.우 나사가 가공된 스터드 볼트(13)로 제 1고정판(9)과 마주보며 1쌍으로 연결시킨 것과,

   상기 제 2 고정판(10)의 외면에 고정나사(11)로 편심되게 부착되는 보강 원판(20)과,

   선회로울러(16)가 로울러 핀(17)과 연계되어 상.하부 가이드 원형 날(G1,G2)사이에서 선회할 수 있고 좌.우 흔들림 방지와 이탈을 방지하기 위해 외주 단면에 V홈을 가지는 선회 로울러(16)와,

   이물질의 부착방지와 가이드를 위해 산(∧)형의 날이 있는 도우넛 형의 하부 가이드 원형날(G2)및 상부 가이드 원형날(G1)과,

   상기의 상.하부 가이드 원형날(G1,G2)들은 이물질의 배출공간을 위해 칼라 링(5)을 사이에 두고 각 보강원판(20)및 타측 고정판(14)에 부착시키는 것과, 페달 크랭크 (P1,P2) 선단에 가공된 수나사가 슬라이드 베어링(15)의 내륜을 통과하여 로울러 핀(17)에 축선상의 직각으로 가공된 암나사에 돌려 채운 후 스프링 핀(8)으로 고정시킨 것과,

   페달 크랭크(P1,P2)의 단면형상을 원형 또는 원형 튜브 단면으로 하고 외경을 경질 크롬 도금 후 외경을 원통 연마한 것으로 사용된 것을 특징으로 하는 구동력이 증가되는 페달 크랭크가 부착된 드라이브 유닛.
2. 상기의 청구항 1에 있어 페달 크랭크(P1,P2)의 선단에 도5-a에서와 같이 사각 나사를 부분 절삭 후 가공하여 로울러 핀(17)에 가공된 암나사에 돌려 끼워 길이를 조절할 수 있게 하고, 부분 절삭면에 가공되는 다수개의 홈 중 하나에 끝이 뽀족한 나비 볼트(21)등의 조임 기구로 조여 붙여 고정시킬 수 있게 한 것과,

   상기의 페달크랭크(P1,P2)에 있어서 재질을 나사산등에 부식 방지를 위해 스테인레스 계통의 원형 또는 원형 튜브 단면의 형상에 외경을 연마하여 사용하는 것과,

   페달 크랭크(P1,P2)의 단면 형상을 도5-b에서와 같이 각형 또는 각형 튜브 단면에 경질 크롬 도금 후 외면을 연마하여 사용하고 이에 상관하여 슬라이드 베어링(15)도 각형의 슬라이드 베어링 또는 슬라이드 부시로 변경하여 페달 크랭크(P1, P2)의 외형을 좀 더 유리하게 변경 가능케 하는 것을 특징으로 하는 구동력이 증가되는 페달 크랭크가 부착된 드라이브 유닛.