KR20060089340A - 양방향 페달 구동 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양방향 페달 구동 구조에 관한 것으로서,

구동 수단으로서의 페달 구동축(110)이 중앙부를 관통하여 결합된 구동 스프라켓(140)과, 이 구동 스프라켓(140)으로부터 일정 거리 떨어져 체인(210)으로 연결된 종동 스프라켓(220)을 포함하여 구성되는 페달 구동 구조에 있어서, 상기 페달 구동축(110) 상에 유성 기어 장치(100)와 원 웨이 클러치 장치(C1, C2)를 배치함으로써,

페달을 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 방향으로 밟더라도 그 구동 방향에는 변동이 없는 것을 특징으로 하는 양방향 페달 구동 구조에 있어서, 구조 단순화 및 그에 따른 제작원가 절감의 효과가 탁월한 매우 바람직한 형태의 구조를 얻을 수 있다.

페달 구동, 양방향 페달 구동, 양방향 자전거, 양방향 구동 자전거.

Description

양방향 페달 구동 구조{bi-directional pedal driving structure}

도 1 은 본 발명의 양방향 페달 구동 구조의 적용 예로서의 자전거를 나타낸 도면,

도 2 는 상기 도 1 상의 A-A선 단면도,

도 3 은 본 발명 실시예의 양방향 페달 구동 구조를 구성하는 원 웨이 클러치 장치 1 부분을 나타내는 단면도,

도 4 는 본 발명 실시예의 양방향 페달 구동 구조를 구성하는 원 웨이 클러치 장치 2 부분을 나타내는 단면도,

도 5 는 본 발명 실시예의 양방향 페달 구동 구조를 구성하는 유성 기어 장치 구성 상태를 나타내는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 유성 기어 장치 110 : 페달 구동축

120 : 태양 기어 130 : 유성 기어

140 : 구동 스프라켓 210 : 체인

220 : 종동 스프라켓 240 : 페달

C1 : 원 웨이 클러치 장치 1 C2 : 원 웨이 클러치 장치 2

본 발명은 양방향 페달 구동 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 페달을 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 방향으로 밟더라도 그 구동 방향에는 변동이 없는 것을 특징으로 하는 양방향 페달 구동 구조에 있어서, 구조 단순화 및 그에 따른 제작원가 절감의 효과가 탁월한 매우 바람직한 형태의 구조에 관한 발명이다.

페달 구동 구조를 적용한 기계 장치로서는, 생활 주변에서만 찾아보더라도, 자전거, 자전거 운동기 등을 비롯하여 그 수가 무척 많다.

본 명세서 상에 있어서는, 상기 양방향 페달 구동 구조에 관한 대표적 적용 예로서 통상의 자전거를 예로 하여 설명하고자 한다.

다시 말하자면, 본 발명은 그 상세한 설명을 위하여 채택한 하나의 적용 예일 뿐인 자전거에 한정되지 않고, 상기 자전거 운동기 등과 같이, 역시 동일한 페달 구동 구조를 적용한 모든 종류의 기계 장치류를 포함하는 것으로 이해할 필요가 있다.

생활 수준의 향상 및 그에 따른 건강에의 관심이 날로 증대되면서, 지난 날 원시적 교통 수단 내지 운송 수단에 불과했던 자전거가 근래에는 여가 활용 수단 내지 건강 유지 수단으로서의 가치를 높이 인정받고 있는 실정이다.

그 효용 가치가 이처럼 변화된 만큼, 다양한 종류 또는 특수 구조의 자전거가 개발 및 보급되고 있음은 물론이다.

특수 구조를 갖는 자전거 개발 예로서, 페달을 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 방향으로 밟더라도 그 구동 방향에는 변동이 없는, 즉 계속하여 앞으로 나아가는 형태의 자전거, 즉 양방향 구동형 자전거의 경우를 들 수 있다.

한편, 사람들이 상기 양방향 구동형 자전거를 찾는 이유는, 시계 방향으로 페달을 밟을 때 주로 사용하는 근육과 반시계 방향으로 페달을 밟을 때 주로 사용하는 근육이 서로 다르기 때문에, 자전거 페달 밟는 방향을 번갈아 하게 되면, 다리 근육의 고른 발달이라는 좋은 효과를 볼 수 있기 때문이다.

그와 아울러, 자전거를 이용한 장거리 주행 시에 있어서는, 페달 밟는 방향을 가끔씩 바꾸어 줌으로써 다리의 피로를 덜 느끼게 할 수도 있기 때문이다.

상기 특수 구조의 자전거는 종래에도 제안된 바 있으나, 다수의 기어(gear)를 포함하는 상당히 복잡한 전동 구조를 갖는 관계로, 제작 원가의 상승은 물론 빈번한 고장 발생 등으로 인하여 실용화되지는 못 했다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 구조 자체가 매우 단순한 관계로, 제작원가가 저렴함은 물론 유지 보수가 용이한 양방향 페달 구동 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 구동 스프라켓(sprocket)이 장착된 페달 구동축 상에 유성 기어 장치 및 원 웨이 클러치(one way clutch) 장치를 함께 구비함으로써 달성된다.

즉, 본 발명의 양방향 페달 구동 구조는, 구동 수단으로서의 페달 구동축이 그 중앙부를 관통하여 결합된 구동 스프라켓과, 이 구동 스프라켓으로부터 일정 거리 떨어져 체인으로 연결된 종동 스프라켓을 포함하여 구성되는 일반적 형태의 페달 구동 구조에 있어서, 상기 페달 구동축 상에 유성 기어 장치 및 원 웨이 클러치 장치를 배치한 특징이 있다.

이하, 본 발명 실시예의 양방향 페달 구동 구조를 첨부조면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은, 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 양방향 페달 구동 구조를 적용할 수 있는 예로서의 자전거를 나타낸다.

전륜(1), 후륜(2), 핸들(handle, 3), 안장(4) 및 프레임(frame, 5) 등을 포함하는 일반적 구조의 자전거에 있어서, 본 발명 실시예의 양방향 페달 구동 구조는, 프레임(5) 하단부에 축설된 페달 구동축(110) 및 그와 동일 축 상에 장착된 구동 스프라켓(140)과, 이 구동 스프라켓(140)과 체인(210)으로 연결됨과 아울러 후륜(2)의 회전축에 결합된 종동 스프라켓(220)과, 상기 페달 구동축(110) 선단에 결합된 아암(arm, 230) 및 그 선단에 장착된 페달(240)을 포함하여 구성된 형태로 구현되어 있다.

상기 도 1 상의 A-A선 단면도인 도 2 를 참조로 하여, 본 발명 실시예의 양방향 페달 구동 구조를 구성하는 상기 유성 기어 장치(100)와 원 웨이 클러치(C1, C2)에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 유성 기어 장치(100)는, 앞서 언급한 바의 페달 구동축(110)과, 원 웨 이 클러치 장치 2(C2)을 매개로 하여 상기 페달 구동축(110)과 결합된 태양 기어(120)와, 이 태양 기어(120)와 맞물린 상태로 그 주위에 배치된 다수의 유성 기어(130)와, 이들 유성 기어(130)와 공통으로 접하는 링(ring) 형상의 기어가 그 내주면 선단부에 형성됨과 아울러 외주면 상에는 스프라켓이 형성된 구조의 원통형 케이스(case)로서, 원 웨이 클러치 장치 1(C1)을 매개로 상기 페달 구동축(110)과 결합된 구동 스프라켓(140)을 포함하여 구성된다.

상기 페달 구동축(110)을 감싸는 원통체로서 접시 형상의 좌측 선단부를 갖는 부재, 즉 도면부호 "5"로 나타낸 부분은 상기 도 1 상의 프레임(5) 상에 용접 또는 볼트(bolt) 체결 등의 방법으로 고정된 관계로, 프레임(5)의 일부로 간주하여 동일한 도면부호를 붙였다.

또한, 도면부호 "s"는 상기 프레임(5) 상에 고정된 축으로서, 상기 유성 기어(130)를 지지하는 그 회전 중심축을 나타낸다.

상기 구동 스프라켓(140)의 경우, 도시한 바와 같이, 적정 두께의 금속 판재를 그 가운데 부분이 돌출된 원통 형상으로 프레스(press) 성형한 다음, 그 내주면 선단부, 즉 상기 유성 기어(130)와 접하게 되는 부분에다 링 기어를 압입하는 한편, 그 외주면 상에는 적정 두께의 스프라켓 판을 용접하여 제작하는 것이 바람직하다.

그러나, 본 발명에 있어서는, 상기 구동 스프라켓(140)을 제작하는 방법을 특별히 한정하지는 않는 바, 상기 방법 이외의 방법으로 다른 형상의 구동 스프라켓을 제작하더라도, 상기 링 기어 및 스프라켓 부분을 포함하는 한 별다른 문제는 없다.

여기서, 상기 유성 기어 장치(100) 내 구성요소들의 상대적 운동 관계를 설명하기에 앞서, 도 3 및 도 4 를 참조로 하여 상기 원 웨이 클러치 장치(C1, C2)의 작동 원리에 관하여 먼저 설명한다.

상기 프레임(5) 쪽에서 본 원 웨이 클러치 장치 1의 단면 형상을 나타낸 도 3 에 따르면, 원 웨이 클러치 장치 1 (C1)은 상기 페달 구동축(110)과 구동 스프라켓(140) 사이에 배치되며, 키이(key, k)를 매개로 페달 구동축(110)에 결합된 외주 홈 형성 원통체와, 이 원통체와 구동 스프라켓(140) 내주면 사이의 공간 내에 삽입된 강구(steel ball, b)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 외주 홈 형성 원통체는, 도시한 바와 같이, 적정 두께 및 폭을 갖는 원통체로서, 그 외주면 상에 폭 방향으로 다수의 홈이 형성된 구조이다.

상기 구조를 갖는 관계로, 페달 구동축(110)을 도면상의 시계 방향으로 돌려줄 경우, 상기 원통체 상의 홈 부분이 강구(b)를 그 전방 쪽으로 밀면서 계속 회전하게 된다. (강구(b)는 자전함과 동시에 페달 구동축(110) 주위를 공전함)

즉, 상기 페달 구동축(110)이 시계 방향으로 회전하는 동안은, 그 회전력이 상기 구동 스프라켓(140)으로 전달되지 않음에 따라, 페달 구동축(110)만이 헛돌 뿐 자전거는 앞으로 나아가지 않는다.

반면에, 페달 구동축(110)을 도면상의 반시계 방향(화살표 방향)으로 돌려줄 경우, 상기 원통체 상의 홈 부분은 회전과 동시에 상기 강구(b)를 바깥쪽으로 밀어내려는 경향을 띠게 된다.

즉, 강구(b)는 밀려나면서 원통체 상의 홈 부분에 끼어 자전조차 할 수 없는 상태로 되며, 그에 따라서, 상기 페달 구동축(110)과, 원통체 및 강구(b)를 포함하는 상기 원 웨이 클러치 장치 1(C1)과, 강구(b)와 내접한 구동 스프라켓(140)은 일체화 구조를 이루게 되어 함께 회전하게 된다.

이처럼, 페달 구동축(110)이 반시계 방향으로 회전하는 경우에만, 그 회전력이 상기 구동 스프라켓(140) 및 이와 체인(210)으로 연결된 종동 스프라켓(220) 을 돌려줌에 따라, 상기 후륜(2)을 포함한 자전거 전체가 앞으로 나아간다.

상기 원 웨이 클러치 장치 1(C1)의 구조 및 작동 원리를 요약하자면, 이 장치는, 상기 페달 구동축(110)을 도 3 상의 반시계 방향으로 돌려줄 경우에만 자전거로 하여금 앞으로 나아가게 한다. (제1 경우)

이와는 대조적으로, 상기 원 웨이 클러치 장치 2(C2)는, 페달 구동축(110)을 시계 방향으로 돌려줄 경우에만 자전거를 앞으로 나아가게 한다. (제 2 경우)

이는, 상기 프레임(5) 쪽에서 본 원 웨이 클러치 장치 2의 단면 형상을 나타낸 도 4 에서 알 수 있듯이, 원 웨이 클러치 장치 2(C2)를 구성하는 원통체 상의 홈이 상기 도 3 의 경우와는 정반대쪽을 향하여 열려 있기 때문이다.

구체적으로는, 상기 페달 구동축(110)을 반시계 방향으로 돌려줄 경우, 상기 원통체 상의 홈 부분이 강구(b)를 그 전방 쪽으로 밀면서 계속 회전함에 따라 페달 구동축(110)의 회전력이 태양기어(120)로 전달되지 않는 반면, 페달 구동축(110)을 도면상의 시계 방향(화살표 방향)으로 돌려줄 경우에는, 상기 강구(b)가 원통체 상의 홈 부분에 끼어 자전조차 할 수 없는 상태가 됨에 따라, 상기 페달 구동축(110) 과, 원통체 및 강구(b)를 포함하는 상기 원 웨이 클러치 장치 2(C2)와, 강구(b)와 내접한 상기 태양기어(120)가 일체화 구조를 이루어 함께 회전하기 때문이다.

도 2 를 참조하면, 태양 기어(120)가 시계 방향으로 회전할 경우, 그 회전력은 유성 기어(130)를 거쳐 상기 구동 스프라켓(140)을 반시계 방향으로 돌려줌으로써 자전거로 하여금 역시 앞으로 나아가게 함을 알 수 있다.

이상과 같이, 페달 구동축(110)상에 상기 유성 기어 장치(100)와 원 웨이 클러치 장치(C1, C2)를 배치함에 따라, 상기 페달 구동축(110)을 반시계 방향으로 돌려주든(제 1 경우), 시계 방향으로 돌려주든(제 2 경우)간에, 그 방향에 관계없이 자전거는 앞으로 나아가게 된다.

한편, 본 발명의 양방향 페달 구동 구조를 구성함에 있어 중요한 위치를 차지하는 상기 원 웨이 클러치 장치는 위상차 클러치 또는 래칫(rachet) 장치 등을 포함한 몇 가지 구조 내지 종류로 나뉘어 지는데, 본 명세서 상에서는 그 가운데 상기 도시한 바와 같은 구조를 예로 채택하였을 뿐, 반드시 그러한 구조의 원 웨이 클러치 장치로 한정하는 것은 아니다.

도 5 는 상기 유성 기어 장치(100)의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 분해 사시도로서, 기본적 배치 개념만을 다루는 차원에서 최대한 간략하게 나타내었다.

도시하지는 않았지만, 상기 각각의 구성요소들 사이에 상대적 회전운동이 발생하는 부분에는 부쉬(bush) 또는 베어링(bearing) 등의 관련 기계요소들이 개재되어 있음은 물론이다.

이상, 본 발명 실시예의 양방향 페달 구동 구조를 첨부도면에 의거하여 상세 히 설명했으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기본 취지를 벗어나지 않는 한의 다양한 설계 변경이 가능할 것이다.

예를 들면, 상기 구동 스프라켓(140)의 형상, 상기 원 웨이 클러치 장치(C1, C2)의 종류 내지 구조, 또는 상기 유성 기어(130)의 수를 달리하는 등의 경우를 상정할 수 있다.

그러나, 일반적 형태의 페달 구동 구조에 있어 페달 구동축 상에 유성 기어 장치 및 원 웨이 클러치 장치를 배치함으로써 양방향 구동이 가능하도록 한 구조인 한, 상기와 같은 사소한 수정 내지 변경 등은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 이해함이 마땅할 것이다.

상기와 같이, 본 발명의 양방향 페달 구조에 따르면, 페달을 돌려주는 방향에는 관계없이 그 회전력을 일정 방향의 구동력으로 바꿀 수 있다.

무엇보다도, 종래 시도되었던 양방향 구동 구조에 비하여 그 구조 자체가 매우 단순한 관계로, 제작 원가가 저렴함은 물론, 유지 및 보수에 그다지 신경을 쓰지 않아도 되는 특징적 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시예의 설명에 있어서는 통상의 자전거를 그 적용 예로 하였으나, 앞서 언급한 바 있듯이, 본 발명에 따른 양방향 페달 구동 구조는 자전거 운동기 또는 페달 구동식 보트(boat) 등에도 얼마든지 적용할 수 있는 점을 고려할 때, 본 발명의 효과 내지 산업상 이용 범위는 무척 크고 넓을 것으로 기대된다.

Claims (3)

1. 구동 수단으로서의 페달 구동축(110)이 중앙부를 관통하여 결합된 구동 스프라켓(140)과, 이 구동 스프라켓(140)으로부터 일정 거리 떨어져 체인(210)으로 연결된 종동 스프라켓(220)을 포함하여 구성되는 페달 구동 구조에 있어서, 상기 페달 구동축(110) 상에 유성 기어 장치(100)와 원 웨이 클러치 장치(C1, C2)를 배치한 것을 특징으로 하는 양방향 페달 구동 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유성 기어 장치(100)는, 구동 스프라켓(140)을 관통한 상기 페달 구동축(110)과; 원 웨이 클러치 장치 2(C2)를 매개로 하여 페달 구동축(110)과 결합된 태양 기어(120)와; 이 태양 기어(120)와 맞물린 상태로 그 주위에 배치된 다수의 유성 기어(130)와; 이들 유성 기어(130)와 공통으로 접하는 링 형상의 기어가 그 내주면 선단부에 형성됨과 아울러 외주면 상에는 스프라켓이 형성된 구조의 원통형 케이스로서, 원 웨이 클러치 장치 1(C1)을 매개로 상기 페달 구동축(110)과 결합된 구동 스프라켓(140)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 양방향 페달 구동 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 원 웨이 클러치 장치 1(C1)은, 상기 페달 구동축(110)과 상기 구동 스 프라켓(140) 사이에 배치되며, 키이(k)를 매개로 페달 구동축(110)에 결합된 외주 홈 형성 원통체와, 이 원통체와 구동 스프라켓(140) 내주면 사이의 공간 내에 삽입된 강구(b)를 포함하며,

   상기 원 웨이 클러치 장치 2(C2)는, 상기 페달 구동축(110)과 상기 태양 기어(120) 사이에 배치되며, 키이(k)를 매개로 페달 구동축(110)에 결합된 외주 홈 형성 원통체와, 이 원통체와 태양 기어(120)의 중공 내주면 사이의 공간 내에 삽입된 강구(b)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 양방향 페달 구동 구조.

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