KR20050032552A - 자전거의 전륜 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어와 일방향베어링(캠 클러치)을 이용하여 핸들의 상하 회전왕복운동을 전륜의 회전운동으로 전달하는 자전거의 전륜 구동 장치를 개시한다. 본 발명에 있어 자전거의 전륜 구동 장치는 자전거 헤드파트 일단에 힌지가 설치되어 그 설치된 부분을 중심으로 상하 회전왕복운동하는 핸들과, 핸들의 스템에 한끝이 고정된 와이어와 와이어를 지지하는 장치와 와이어의 다른 한끝과 연결되어 와이어의 장력을 자전거의 바퀴에 전달하는 회전운동 전환부재로 구성된다. 기존의 자전거는 스템이 헤드파트에 고정되어 있으나 본 발명은 헤드파트 일단에 힌지를 설치하여 스템이 상하 회전왕복운동을 할 수 있도록 하고, 스템이 하강할 때 스템에 고정된 와이어가 당겨지는 효과가 나타나게 한다. 당겨진 와이어는 그 장력을 회전운동 전환부재에 전달하고 회전운동 전환부재는 전륜을 구동시키게 된다. 이로써, 본 발명은 자전거의 추력을 크게하고자 할 경우 전륜을 구동함으로써 자전거에 보다 큰 힘이 가해질 수 있도록 하고, 탑승자가 필요시에 핸들의 상하 회전왕복운동을 통하여 자전거의 전륜에 회전력을 가함으로써 운동효과가 배가되어 탑승자의 건강을 증진시킬 수 있다.

Description

자전거의 전륜 구동 장치{FRONT WHEEL DRIVING APPARATUS OF BICYCLE}

본 발명은 자전거의 전륜을 구동하기 위한 장치에 관한 것으로서, 와이어와 일방향베어링을 통하여 핸들의 상하 회전왕복운동을 앞바퀴의 회전운동으로 전달하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거는 체인을 통하여 구동된다. 자전거의 패달에 회전력이 가해질 경우 구동 스프라킷 휠이 회전하게 되어 그 회전력을 통하여 체인이 순환운동을 한다. 체인의 운동은 피동 스프라킷 휠에 전달되어 피동 스프라킷 휠이 회전운동을 하게 된다. 그에 따라, 일반적인 자전거 장치는 체인에 의한 힘의 전달을 통하여 회전력을 받아 구동된다.

종래의 자전거는 대부분이 패달의 회전력을 뒷바퀴에 전달한다. 종래의 자전거가 뒷바퀴에 회전력을 전달하는 주된 원인은 패달을 밟은 힘이 구동 스프라킷 휠의 전방반원에서 회전하는 경우가 후방반원에서 회전하는 경우에 비하여 보다 크게 전달되기 때문이다.

최근에는 이러한 후륜 구동의 장점을 갖는 전륜구동 자전거를 다양하게 개발하고 있다. 전륜구동 자전거는 험한 산길 등에서 조향성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

종래의 전륜구동 자전거 장치의 예로서 대한민국 실용신안공개 제1985-6629호는 뒷바퀴를 일반적인 패달구동으로 회전시키면서 앞바퀴를 핸들이 회전되도록 하여 핸들의 회전력을 체인을 통하여 앞바퀴로 전달하는 자전거 장치를 개시하고 있다. 종래의 전륜구동 자전거 장치의 다른 예로서 대한민국 실용신안등록 제84364호는 기어를 핸들 축에 회동하도록 고정하고 체인을 연동시켜 그 회전운동을 앞바퀴에 전달하는 자전거를 개시하고 있다.

상술한 전륜 자전거 장치는 핸들이 앞바퀴의 회전과 연동하여 회전하기 때문에 자전거의 탑승시 탑승자가 지속적으로 팔을 회전시켜야 하는 문제점이 있다. 또한, 최근들어 자전거를 통하여 운동효과를 증대시키고자 하는 욕구가 커지고 있어 탑승자가 필요하다고 판단되는 경우 적당한 운동효과를 내는 자전거의 수요가 늘어나고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 욕구들을 만족하고 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자전거의 추력을 크게하고자 할 경우 후륜 뿐만 아니라 전륜을 구동함으로써 자전거에 보다 큰 힘이 가해질 수 있는 자전거의 전륜 구동 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 탑승자가 필요시에 핸들의 상하 회전왕복운동을 통하여 자전거의 전륜에 회전력을 가함으로써 심폐기능을 발달시키고, 상·하체, 허리근육을 길러주며 팔과 다리의 상호작용을 키우는 등으로 인하여 건강을 증진할 수 있는 자전거의 전륜 구동 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 따른 자전거의 전륜 구동 장치는 자전거 헤드파트(2) 일단에 힌지(4)가 설치되어 그 설치된 부분을 중심으로 상하 회전왕복운동하는 핸들과, 핸들의 스템(12)에 한끝이 고정된 와이어(13)와 와이어(13)를 지지하는 장치(9,11)와 와이어(13)의 다른 한끝과 연결되어 와이어(13)의 장력을 자전거의 앞바퀴에 전달하는 회전운동 전환부재(30)로 구성된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 자전거의 전륜 구동 장치의 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 자전거의 전륜 구동 장치를 나타내는 사시도이다.

자전거 몸체(1)에는 헤드튜브(6)가 설치된다. 헤드튜브(6)에는 그 내부에서 회동가능하게 헤드파트(2)가 끼워진다. 헤드파트(2)의 일단은 양축연결부재(7)와 결합된다. 양축연결부재(7)에는 바퀴의 양방향으로 나란하게 2개의 조향축(8)이 설치된다. 헤드파트(2)의 타단에는 끼움부(3)가 형성되어 있다. 자전거의 핸들(10)은 헤드파트(2)의 끼움부(3)에 형성된 구멍과 힌지(4)로 결합된다. 끼움부(3) 위에는 와이어 지지장치1(9)이 설치된다.

자전거의 핸들(10)은 스템(12)과 스템(12)의 단부에 결합되어 연장되는 손잡이축(16)과 손잡이(14)로 구성된다. 손잡이축(16)의 양 단부에는 파지할 수 있도록 손잡이(14)가 장착되어 있다. 손잡이(14)는 손잡이축(16)에 대하여 상대적으로 회동가능한 그립쉬프트(오토바이의 엑셀레이터처럼 그립부분을 움켜잡고 돌려서 변속하는 레버)등과 비슷한 다양한 장치가 장착된다.

스템(12)에는 와이어(13)가 연결된다. 와이어(13)가 스템(12)에 고정되는 것은 하나의 실시예에 불과하다. 손잡이축(16)등에도 고정시킬 수 있다. 와이어 고정부1(5)에 와이어(13)의 일단을 고정시키고, 와이어 지지장치1(9)을 지나고, 와이어 지지장치2(11)를 지난 다음 다른 한끝을 도르레장치(35)의 와이어 고정부2(15)에 고정되게 한다. 여기서 도르레장치(35)라 함은 도르레 모양으로 절삭 가공된 후 일방향베어링(33)에 끼워진 제품을 말한다.

회전운동 전환부재(30)는 회전력을 일방향으로만 전달하는 일방향베어링(33)과 일방향베어링(33)과 일체된 도르레장치(35), 회전 복원스프링(17)으로 구성된다. 도르레장치(35)는 일방향베어링(33)에 덮쒸워진 모양으로 결합된다. 회전 복원스프링(17)은 스프링 고정구멍1(18)과 스프링 고정구멍2(19)에 각각 끼워져 일방향베어링(33)이 와이어(13)에 의해 돌아간 각도만큼 원위치로 돌아오게 하는 역할을 한다.

지금부터는 도 1과 도 2를 함께 참조하여, 본 발명에 따른 자전거의 전륜 구동 장치의 동작에 관하여 상세하게 설명한다. 탑승자는 전륜 구동을 위하여 핸들(10)을 상하로 회전왕복운동시킨다. 핸들(10)은 헤드파트(2)에 힌지(4)로 결합되기 때문에 힌지(4) 결합지점을 중심으로 선회 왕복운동한다.

핸들(10)의 상하 회전왕복운동은 와이어(13)의 장력으로 전달된다. 핸들(10)을 하강 함으로써 와이어 고정부1(5)이 와이어 지지장치1(9)로 부터 거리가 멀어지게 되고, 이 것은 곧 와이어 고정부1(5)에 고정된 일단의 와이어(13)가 당겨지는 효과가 나타나게 된다. 당겨진 와이어(13)의 힘은 와이어 지지장치1(9)과 와이어 지지장치2(11)를 지나 회전운동 전환부재(30)에 전달된다. 와이어 고정부2(15)에 고정된 와이어(13) 타단은 당겨진 힘으로 인해 앞바퀴축(31)을 중심으로 도르레장치(35)를 돌리게 되고, 도르레장치(35)와 일체된 일방향베어링(33)도 회전운동을 하게 된다. 이로써 허브(34)가 돌고, 곧 자전거 전륜이 구동되게 된다. 이때 회전 복원스프링(17)도 당겨진 와이어(13)에 의해 도르레장치(35)가 돌아간 만큼 회전 모멘트인 토크에 대하여 복원력을 갖게된다. 일방향베어링(33)은 그 회전방향이 자전거 전진 방향의 반대방향으로 회전하도록 설치한다.

한편, 핸들(10)을 상승시킬 경우에는 와이어 고정부1(5)이 와이어 지지장치1(9)에 가깝게 되고, 이 것은 곧 와이어 고정부1(5)에 고정된 와이어(13)가 느슨해 지는 효과로 나타나게 된다. 느슨해진 와이어(13)는 더 이상 와이어 고정부2(15)에 고정된 와이어(13) 타단에 힘을 잃고 풀리게 된다. 이때 복원력을 갖고 있던 회전 복원스프링(17)에 의해 도르레장치(35)가 자전거 전진방향의 역방향으로 돌게되고 일체된 일방향베어링(33)도 같은 방향으로 돌게 되며 느슨하게 풀린 와이어(13)는 도르레장치(35)에 감기게 된다. 이로써 핸들(10)이 상하 회전왕복운동을 함으로써 전륜을 구동시키는 한 사이클이 끝나게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 자전거 헤드파트(2)에 설치된 끼움부(3)와 핸들의 스템(12)을 나타내는 분해사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스템(12)은 헤드파트(2)의 일단에 형성된 끼움부(3)에 힌지(4)로 결합된다. 끼움부(3)는 밑면이 'ㄷ'자형인 기둥으로 제작되어 그 사이에 스템(12)이 끼워진다. 끼움부(3)에는 걸림홈(20)이 형성되어 걸림편(21)이 걸릴 수 있는 공간이 된다.

스템(12)은 내부가 빈 중공형의 샤프트가 사용된다. 그러한 스템(12)의 내부에는 걸림편(21)의 일부가 내제된다. 걸림편(21)은 걸림홈(20)에 걸림과 풀림이 자유롭게 될 수 있도록 걸림홈(20)의 높이에 비하여 약간 더 작은 높이를 갖고 밑면이 판형상인 직육면체형으로 제작된다. 걸림편(21)의 직육면체형의 모서리는 라운드를 갖도록 가공될 수 있다.

걸림편(21)의 일측면에는 걸림편바(22)가 형성된다. 걸림편 가이드나사(24)는 걸림편바(22)의 일부에 길이방향으로 길게 형성된 홈을 통과하여 설치된다. 걸림편 가이드나사(24)는 스템(12)에 고정된다. 걸림편 가이드나사(24)의 직경은 걸림편바(22)에 형성된 홈의 폭과 거의 동일한 크기를 갖지만, 걸림편바(22)에 형성된 홈의 길이에 비하여 상당히 작게 제작된다. 그에 따라, 걸림편바(22)는 걸림편 가이드나사(24)를 통하여 인도된 상태로 길이방향으로 직선운동이 가능하다.

걸림편바(22)가 연장되는 걸림편(21)의 일측면과 걸림편 가이드나사(24)의 사이에는 복원스프링(23)이 설치된다. 걸림편바(22)의 단부에는 구멍이 형성되어 있어 걸림편 와이어(25)가 연결된다. 와이어 지지장치1(9)은 와이어 고정부1(5)의 위에 오도록 설치한다. 핸들(10)이 상하 회전왕복운동시 상한점과 하한점의 거리차를 와이어 지지장치1(9)은 와이어(13)가 당겨지고 풀어지는 길이차로 나타내는데 영향을 미치는 역할을 한다. 와이어(13)의 당김과 풀림의 길이차는 곧 회전운동 전환부재(30)에 영향을 미치는 크기와 관련이 된다. 즉 와이어(13)가 많이 당겨지면 도르레장치(35)에 감겨있던 와이어(13)가 그만큼 많이 풀리게 되고 그것은 도르레장치(35)의 회전각도를 크게 하는데 영향을 미친다. 회전 각도가 클수록 자전거 전륜의 추력은 그만큼 커지게 된다. 따라서 와이어 지지장치1(9)은 와이어 고정부1(5)에 근접하면서도, 힌지(4)를 중심으로 와이어 고정부1(5)이 상한점에 있을 때보다 조금 높은 위치에 오도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 손잡이의 구성을 나타내는 분해사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 손잡이(14)는 손잡이축(16)과 접합면(38)에서 회전대우한다. 그에 따라, 손잡이(14)는 손잡이축(16)에 대하여 상대적으로 회전가능하다. 손잡이(14)와 손잡이축(16)의 회전대우 방식에는 그립쉬프트 등의 다양한 장치가 사용된다.

손잡이(14)와 손잡이축(16)에는 토션스프링(26)의 각 단부가 고정된다. 토션스프링(26)은 회전 모멘트인 토크에 대하여 복원력을 갖는 스프링이다. 본 발명의 실시예에 따라 토션스프링(26) 이외에도 토크에 대하여 복원력을 갖는 스파이얼 등이 사용될 수 있다.

단속키(27)는 손잡이축(16)의 내경에 고정되는 원기둥형 부재(27a)와 원기둥형 부재(27a)의 밑면에 형성된 키 부재(27b)로 구성된다. 키 부재(27b)는 높이가 반경에 비하여 훨씬 큰 원기둥 형상으로 제작된다. 키 부재(27b)에는 나사부(28)가 형성된다.

단속키홀더(29)는 단속키(27)와 나사부(28)에서 결합된다. 나사부(28)는 단속키홀더(29)측에 암나사부가 형성되고 단속키(27)측에 수나사부가 형성된다. 본 발명의 변형예에 따라 나사부(28)는 단속키홀더(29)측에 수나사부가 형성되고 단속키(27)측에 암나사부가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 나사부(28)는 일반적인 삼각나사 이외에 각나사, 사다리꼴나사, 톱니나사 등으로 형성된다. 특히, 나사부(28)에서 원활한 복원을 위하여 볼나사가 형성되는 것이 바람직하다.

단속키홀더(29)는 단속키(27)를 감싸도록 일단에 단속키(27)가 삽입될 수 있는 구멍이 형성되어 있다. 단속키홀더(29)의 타단에는 걸림편바(22)에 연결되는 걸림편 와이어(25)가 연결된다.

지금부터는 상술한 손잡이축(16)과 손잡이(14)의 구성에 따른 자전거 핸들의 단속동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 자전거 핸들의 단속동작은 핸들(10)이 자전거의 헤드파트(2)의 힌지(4)를 중심으로 회전할 수 있도록 핸들(10)의 걸림을 해제하는 동작과 핸들(10)의 회전이 불필요할 경우 핸들(10)이 헤드파트(2)에 걸리는 동작으로 구분된다.

핸들(10)의 걸림을 해제하기 위해서는 손잡이(14)를 손잡이축(16)에 대하여 돌린다. 손잡이(14)가 회전되면 손잡이(14)에 고정된 단속키(27)도 회전된다. 단속키(27)와 단속키홀더(29)에 형성된 나사부(28)는 단속키(27)의 회전에 의하여 조여진다. 그에 따라, 단속키홀더(29)에 연결된 걸림편 와이어(25)가 손잡이(14) 방향으로 당겨진다.

걸림편 와이어(25)가 당겨짐에 따라 걸림편바(22)와 걸림편(21)이 손잡이축(16)을 향하는 방향으로 당겨진다. 그 결과, 걸림편(21)은 헤드파트(2)의 끼움부(3)에 형성된 걸림홈(20)으로부터 이탈된다. 따라서, 핸들의 스템(12)은 헤드파트(2)의 힌지(4)를 중심으로 상하 회전왕복운동을 할 수 있다.

핸들(10)이 힌지(4)를 중심으로 회전하지 않도록 걸림상태로 되기 위해서 운전자가 당겼던 손잡이(14)를 놓는다. 손잡이(14)에 작용한 운전자의 비틀림력이 더이상 작용하지 않을 경우 토션스프링(26)의 토션 복원력에 의하여 손잡이(14)는 원래의 위치로 복원된다. 그에 따라, 단속키(27)와 단속키홀더(29)에 형성된 나사부(28)의 조임이 풀리게 되어 당겨졌던 걸림편 와이어(25)가 풀리게 된다.

걸림편 와이어(25)가 풀림에 따라 복원스프링(23)의 스프링 복원력에 의하여 걸림편(21)은 헤드파트(2)의 끼움부(3)에 형성된 걸림홈(20)으로 삽입된다. 따라서, 걸림편이 걸림홈(20)에 끼워진 상태로 복원되어 핸들의 스템(12)이 힌지(4)를 중심으로 회전할 수 없게 된다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 자전거의 추력을 크게하고자 할 경우 후륜 뿐만 아니라 전륜을 구동함으로써 자전거에 보다 큰 힘이 가해질 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 탑승자가 필요시에 핸들의 상하 회전왕복운동을 통하여 자전거의 전륜에 회전력을 가함으로써 건강을 증진할 수 있는 건강증진 장치로서의 요구사항을 충족시키고 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 자전거의 전륜 구동 장치를 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회전운동 전환부재의 분해사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 자전거 헤드파트에 설치된 핸들의 스템을 나타내는 분해사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 손잡이의 구성을 나타내는 분해사시도이다.

♣도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 ♣

1: 자전거 몸체 2: 헤드파트(Head Parts)

3: 끼움부 4: 힌지(Hinge)

5: 와이어 고정부 1 6: 헤드튜브(Head Tube)

7: 양축결합부재 8: 조향축

9: 와이어 지지장치1 10: 핸들(스템,핸들바,그립을 통칭)

11: 와이어 지지장치2 12: 스템(Stem)

13: 와이어 14: 손잡이(그립:Grip)

15: 와이어 고정부2 16: 손잡이축(핸들바:Handle bar)

17: 회전복원스프링 18: 스프링 고정구멍1

19: 스프링 고정구멍2 20: 걸림홈

21: 걸림편 22: 걸림편바

23: 복원스프링 24: 걸림편 가이드나사

25: 걸림편 와이어 26: 토션스프링

27: 단속키 28: 나사부

29: 단속키홀더 30: 회전운동 전환부재

31: 앞바퀴축 32: 고정너트

33: 일방향베어링(캠 클러치:Cam Clutch) 34: 허브(Hubs)

35: 도르레장치 36: 앞바퀴살(스포크:Spoke)

37: 앞바퀴 타이어 38: 접합면

Claims (2)

1. 자전거 헤드파트의 일단에 설치되어 그 설치된 부분을 중심으로 상하 회전왕복운동하는 핸들과;

   상기 핸들에 일단이 결합되어 핸들의 상하 회전왕복운동을 장력으로 전환하는 와이어와;

   상기 핸들의 상하 회전왕복운동에 의해 상기 와이어가 당김과 풀림시 이를 지지해 주는 와이어 지지장치와;

   상기 와이어의 타단과 연결되어 상기 와이어의 장력을 자전거의 바퀴에 전달하는 회전운동 전환부재로 구성되는 자전거의 전륜 구동 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전운동 전환부재는 상기 핸들에 와이어의 일단이 링크 결합되고, 와이어의 타단이 도르레 장치에 링크결합되는;

   상기 도르레 장치와 일체되고, 허브에 끼워지는 일방향베어링이 탑재된;

   상기 도르레 장치와 조향축 사이에 회전 복원스프링을 포함하는 자전거의 전륜 구동 장치.