KR20130071589A - 자전거 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거 주행중 기어변속에 따른 체인의 비틀림을 방지하여 안정적인 주행 및 가속이 원활하게 이루어지도록 한 자전거 구동장치에 관한 것으로, 구동 스프라켓과 종동 스프라켓이 체인으로 연결되어진 자전거 구동장치의 구조를 전방의 구동 스프라켓은 하나의 기어로 구성하면서 후방의 종동 스프라켓은 서로 직경이 다른 복수의 기어가 조합되어 이루어지도록 하면서 기어변속을 하면 후방의 종동 스프라켓의 체인위치가 변경되면서 그 변경된 위치를 따라서 전방의 구동 스프라켓의 위치가 자동으로 좌,우 슬라이동 되도록 함으로써 자전거 운행자가 기어비를 계산할 필요없이도 체인의 연결이 일자형트로 이루어지면서 구동력 전달을 효율적으로 할 수 있고, 안정적인 주행이 가능토록 한 것이다.

Description

자전거 구동장치{the driving apparatus for bicycle}

본 발명은 자전거 구동장치에 관한 것으로, 자전거 주행중 기어변속에 따른 체인의 비틀림을 방지하여 안정적인 주행 및 가속이 원활하게 이루어지도록 한 자전거 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 패달이 장착된 크랭크축의 가동에 의해 회전되는 구동 스프라켓과 그 구동 스프라켓과 체인으로 연결되는 종동 스프라켓이 후륜에 장착되어 구동 스프라켓이 회전함에 따라 후륜에 동력을 발생시켜 자전거의 주행이 이루어지는 것으로, 기어 변속은 기어의 톱니수가 바뀌면서 패달을 한 바퀴 돌릴 때 후륜이 얼마나 돌아가는지에 따라서 결정되어진다.

즉, 패달과 연결된 구동 스프라켓의 톱니는 크기가 작으면 저단이고, 반대로 종동 스프라켓의 톱니는 클수록 저단이 되는 것으로, 저단일수록 힘은 덜 드나 속도가 느리고, 고단일수록 힘은 더 드나 속도가 빨라지므로 오르막이나 내리막 등의 지형이나 주행자의 체력 여하에 따라서 기어변속을 하면서 자전거의 주행을 하게 되는 것이다.

특히 대부분 자전거 구동장치의 경우, 구동 스프라켓과 종동 스프라켓을 다단으로 형성하면서 그 구동 스프라켓과 종동 스프라켓을 체인으로 연결하여 각각의 구동 스프라켓과 종동 스프라켓의 기어를 변속함에 따라 여러 단으로 기어변속을 할 수 있도록 하는 것이다.

하지만, 자전거의 주행 중에 구동 스프라켓과 종동 스프라켓의 기어비가 적절하게 분배되지 않게 기어변속을 하면 기어의 변속이 자연스럽게 이루어지지 못하고, 덜컹거리게 되며, 자전거의 구동이 급격하게 힘들어져 속도저하가 이루어지거나 기어를 변속하는 과정에서 체인이 비틀리거나 빠지는 등의 문제가 있는 것이다.

즉, 자전거의 기어변속은 아직 성공적인 자동 변속기가 존재하지 않아서 기어비에 대한 정확한 이론을 주행자가 이해하지 못하면 적당한 기어 비율을 사용하기 어렵고, 효율이 떨어지는 자전거 라이딩으로 이어질 수밖에 없는 것이다.

자전거의 구동장치에 있어서 적절한 기어비란, 전방의 구동 스프라켓과 후방의 종동 스프라켓의 기어를 연결하는 체인이 최대한 비틀어지지 않고 일자로 연결하여야만 패달에서 발생된 힘이 후륜으로 동력전달이 제대로 이루어져 효율적인 구동력을 제어하도록 되는 것으로, 적절하지 않은 기어비의 예는 체인을 구동 스프라켓의 가장 안쪽 기어에 위치시킨 상태에서 종동 스프라켓의 가장 바깥쪽 기어에 위치시키도록 하는 등의 구동 스프라켓과 종동 스프라켓의 기어 위치가 괴리되도록 하는 것이고, 이렇게 괴리된 상태로 체인이 연결되면 체인의 비틀림이 심해져 구동력이 제대로 전달되지 않는 문제가 발생하는 것이다.

그리고 그 밖에도, 구동 스프라켓과 종동 스프라켓을 직경이 가장 큰 것들끼리 사용하면 체인 길이의 한계에 오게 되고, 따라서 후륜의 디레일러가 완전히 펴 지면서 체인과 디레일러의 수명을 단축시키게 되는 문제가 있는 것이고, 또한 체인의 길이가 조금 짧은 경우 억지로 변속이 진행되면서 체인이 끊어지거나, 디레일러가 고장나게 되는 문제가 있는 것이다.

그리고 반대로 구동 스프라켓과 종동 스프라켓을 직경이 가장 작은 것들끼리 사용하면 체인에 걸리는 텐션이 너무 약하게 되어 체인이 엉키거나 빠지게 되는 것이고, 또한 강한 힘을 주어 패달을 밟을 경우 정확한 힘 전달이 되지 않아 효율이 많이 떨어지게 되는 것이다.

이러한 구동 스프라켓과 종동 스프라켓의 적절한 기어비 관계에 있어서, 구동 스프라켓이 3단으로 이루어지면서 종동 스프라켓이 7단으로 이루어지는 자전거 구동장치의 바람직한 기어비를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

즉 저단 주행이 필요한 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 구동 스프라켓에서의 체인의 위치를 가장 안쪽 1단에 위치시키면서 종동 스프라켓에서의 체인의 위치를 안쪽에 위치한 1단 또는 2단에 위치시키고, 중단 주행이 필요한 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 구동 스프라켓은 2단, 종동 스프라켓은 3,4,5단 중 어느 한 단에 위치시키며, 고단 주행이 필요한 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 구동 스프라켓은 3단, 종동 스프라켓은 6단 또는 7단에 위치시키도록 함이 바람직한 것이고, 이에 따라 전방의 구동 스프라켓과 후방의 종동 스프라켓에 연결된 체인이 가급적 일자형에 가깝게 변속이 이루어짐으로 주행자가 발생시킨 동력을 후륜으로 구동력을 제대로 전달할 수 있게 되는 것이다.

하지만, 자전거를 처음 접하는 초심자의 경우에는 적절한 기어비를 이해하지 못할 뿐만 아니라, 주행중 기어의 단수를 계산하여 변속하기가 어렵고, 따라서 이러한 기어비를 적절하게 조절하기 위해서는 많은 경험이 필요한 것이다.

그리고 대부분의 자전거 사용자는 이러한 기술적 사항을 인지하지 못하고 있는 실정이고 이에 따라 경험이 오래되었다 하더라도 대부분 경우 적절한 기어비를 사용하지 못하며, 따라서 자전거 주행중에 체인이 빠지는 상황이 주로 발생하거나 체인이 비틀린 상태로 장시간 주행을 하면서 부품이 마모되거나 손상되는 문제가 발생하는 것이다.

또한, 주행자가 발생시킨 동력이 후륜에 제대로 전달되지 않아 주행에 더욱 많은 힘이 들며, 보다 근본적으로 효율적인 구동력 제공을 기대하기가 곤란한 등의 문제가 있는 것이다.

따라서 본 발명은 이러한 구동 스프라켓과 종동 스프라켓 및 체인의 연결구조를 간소화하면서도 기어 변속시에 구동 스프라켓과 종동 스프라켓 간의 적절한 기어비를 계산할 필요없이도 적절한 기어변속이 가능하고, 이러한 스프라켓과 체인의 연결구조가 체인의 비틀림이 발생치 않도록 한 것이다.

또한, 전방의 구동 스프라켓과 후방의 종동 스프라켓에 연결되는 체인의 장착구조가 구동력을 효율적으로 전달하여 자전거의 구동 에너지를 극대화함으로써 상향 등반길이나 장거리 운행 시 자전거 운행자의 피로도를 최소화할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 구동 스프라켓과 종동 스프라켓에 체인이 연결되어 구동력을 전달하는 자전거 주행장치에 있어서, 자전거 후륜에 형성되는 종동 스프라켓을 다단으로 형성하면서 전방의 구동 스프라켓은 1단으로 형성하고, 상기 구동스프라켓은 패달과 크랭크 연결을 위한 작동축에 결합된 상태에서 구동 스프라켓의 양측으로 이격공간을 확보하여 구동 스프라켓이 좌,우로 슬라이드 이동되도록 함으로써 후방의 종동 스프라켓의 체인 위치에 따라서 전방의 구동 스프라켓의 위치가 가변되도록 하여 체인의 장착상태가 일자형을 유지하도록 하고 주행자가 전,후방의 기어비를 계산할 필요없이 간단하게 기어를 조작하면서도 구동력의 전달이 효율적으로 이루어지도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 구동 스프라켓과 종동 스프라켓 및 체인의 연결구조가 간단하면서도 제작이 용이하고, 또한 자전거 초심자의 경우에도 기어비를 계산할 필요없이 적절한 기어변속이 가능하며 구동력을 효율적으로 전달하여 체력소모를 줄일 수 있는 것이다.

또한, 고속주행 중에 기어변속에 따른 부분적인 속도저하를 방지할 수 있으며, 주행중 체인의 이탈을 방지하여 안정적인 주행이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 자전거 구동장치의 일 실시 예를 나타낸 외관사시도
도 1a는 본 발명의 구동 스프라켓의 장착구조를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 구동 스프라켓의 장착구조를 나타낸 사시도
도 3 및 도 4는 본 발명의 종동 스프라켓의 체인 위치에 따른 구동 스프라켓의 위치 가변 작동구조를 나타낸 평면도
도 5는 본 발명의 구동 스프라켓의 또 다른 장착구조를 나타낸 사시도
도 6은 도 5의 구동 스프라켓의 슬라이드 작동구조를 나타낸 평면도
도 7 내지 도 9는 종래의 자전거 구동장치의 적절한 기어비를 예시한 개략도

도1 내지 도2에 도시된 바와 같이 본 발명은 자전거의 패달(110)이 장착되는 크랭크(100)에 구동 스프라켓(10)이 장착되고, 자전거 후륜(200)에는 종동 스프라켓(20)이 장착되어 구동 스프라켓(10)과 종동 스프라켓(20)이 체인(30)에 의하여 연결되어 자전거 구동력을 발생시키는 것으로서, 전방의 크랭크(100)와 연결되는 구동 스프라켓(10)은 하나의 기어(10a)로 구성하면서 후방의 후륜에 장착되는 종동 스프라켓(20)은 서로 직경이 다른 복수의 기어(20a,20b...20n)가 조합되어 이루어지도록 하고, 체인(30)이 전방의 구동 스프라켓(10)의 기어(10a)에 안착된 상태에서 후방의 여러 개의 기어(20a,20b...20n) 중 어느 하나의 기어에 선택적으로 안착되면서 기어의 변속이 이루어지도록 하며, 이러한 후방의 종동 스프라켓(20)에 안착되어진 체인(30)의 기어 위치에 따라 전방의 구동 스프라켓(10)이 좌,우로 슬라이드 이동함으로써 체인(30)의 장착상태가 전,후방 방향으로 일자형태를 유지할 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 구동 스프라켓(10)은 크랭크(100)와 패달(110)을 자전거 프레임에 장착하기 위한 작동축(12)에 축 결합하고, 구동 스프라켓(10)이 작동축(12)에 결합된 상태에서 그 양측으로는 작동축(12)에 이격공간(13)을 확보하여 구동 스프라켓(10)이 좌,우로 슬라이드 이동 가능케 함으로써 기어 변속시 체인의 후방 위치에 따라서 구동 스프라켓(10)이 좌,우로 슬라이드 이동하면서 자동으로 위치조정이 이루어지게 되는 것이다.

따라서 자전거의 주행중에도 후방의 종동 스프라켓(20)의 체인(30) 안착위치에 따라서 전방의 구동 스프라켓(10)의 위치가 가변되도록 하여 기어변속을 반복적으로 할 경우에도 체인(30)의 장착상태가 일자형을 유지하도록 되어 전방의 구동 스프라켓(10)으로부터 후방의 종동 스프라켓(20)까지 구동력의 전달이 효율적으로 이루어지게 되며, 주행자가 복잡한 기어비를 계산할 필요없이 간단하게 기어 조작이 가능하고 자연스럽게 기어의 변속이 이루어지는 것이다.

그리고 상기 크랭크(100)와 구동 스프라켓(10)의 사이에는 기어카바(40)를 형성하면서 기어카바(40)가 구동 스프라켓(10)과 서로 연동되어지게 장착하면 기어카바(40)가 구동 스프라켓(10)에 구동력을 제공할 수 있게 되는 것이고, 이때 구동 스프라켓(10)과 기어카바(40)의 연결구조는 구동 스프라켓(10)에 복수의 관통홀(14)을 형성하고 기어카바(40)에는 보조축(41)을 형성하여 보조축(41)이 관통홀(14)에 끼워져 구동 스프라켓(10)의 좌,우 슬라이드 이동이 가능케 장착하는 것이며, 이러한 연결구조로 인하여 보조축(41)이 구동 스프라켓(10)에 구동력을 제공함과 동시에 구동 스프라켓(10)가 회전하면서 좌,우 슬라이드 이동시 구동 스프라켓(10)의 비틀림을 방지하면서 구동 스프라켓의 안정적인 회전이 이루어지게 되는 것이다.

이때, 상기 보조축(41)은 기어카바(40)의 타단부에 이탈방지부(41a)를 형성함으로써 구동 스프라켓(10)의 이탈을 방지하면서도 구동 스프라켓(10)의 좌,우 슬라이드 이동범위를 제한할 수 있도록 한 것으로, 이탈방지부(41a)의 형태는 도2와 같이 각각의 보조축(41) 단부에 개별적으로 이탈방지부(41a)를 형성하거나, 또는 도5와 같이 이탈방지부(41a)의 형태를 하나의 판으로 이루어지도록 하여 보조축(41)에 조립하여 결합되는 형태로 형성할 수 있는 것이다.

따라서 이러한 이탈방지부(41a)에 의하여 구동 스프라켓(10)이 이격공간(13) 내에서 슬라이드 이동되면서 안정된 기어변속이 이루어지게 되는 것이고, 자전거 주행중에 체인이 빠지거나 뒤틀리지 않으며 안정적이고도 동력활용에 있어서 효율적인 주행이 가능케 되는 것이다.

10: 구동 스프라켓 10a: 기어
12: 작동축 13: 이격공간
14: 관통홀
20: 종동 스프라켓 20a,20b...20n: 기어
30: 체인
40: 기어카바 41: 보조축
41a: 이탈방지부
100: 크랭크 110: 패달
200: 후륜

Claims (4)

1. 자전거의 패달(110)이 장착되는 크랭크(100)에 구동 스프라켓(10)이 장착되고, 자전거 후륜(200)에는 종동 스프라켓(20)이 장착되어 구동 스프라켓(10)과 종동 스프라켓(20)이 체인(30)에 의하여 연결되어 자전거 구동력을 발생시키는 자전거 구동장치에 있어서,
   상기 구동 스프라켓(10)은 하나의 기어(10a)로 구성되면서 종동 스프라켓(20)은 서로 직경이 다른 복수의 기어(20a,20b...20n)가 조합되어 이루어지고, 상기 구동 스프라켓(10)은 패달(110)이 장착되는 크랭크(100)를 장착하기 위한 작동축(12)에 축 결합되며, 구동 스프라켓(10)의 양측으로는 작동축(12)에 이격공간(13)이 확보되어 구동 스프라켓(10)이 좌,우로 슬라이드 이동 가능케 장착되어 후방의 종동 스프라켓에 얹혀진 체인의 기어위치에 따라서 전방의 구동 스프라켓이 위치조정되는 것을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 크랭크(100)와 구동 스프라켓(10)의 사이에 기어카바(40)가 형성되고, 상기 기어카바(40)는 구동 스프라켓(10)과 서로 연동되게 장착되어 구동 스프라켓(10)에 구동력을 제공하면서도 구동 스프라켓(10)의 좌,우 슬라이드 이동시 비틀림을 방지토록 됨을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 구동 스프라켓(10)은 복수의 관통홀(14)이 형성되어 기어카바(40)에 형성된 보조축(41)이 관통홀(14)에 삽입고정되고, 구동 스프라켓(10)은 관통홀(14)이 보조축(41)에 끼워진 상태에서 좌,우로 슬라이드 이동 가능케 결합됨을 특징으로 하는 자전거 구동장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 보조축(41)은 기어카바(40)의 타단에 이탈방지부(41a)가 형성되어 구동 스프라켓(10)의 슬라이드 이동범위를 제한하도록 됨을 특징으로 하는 자전거 구동장치.

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