KR20140137209A - 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치 - Google Patents

자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자전거 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뒷바퀴 허브 축과 연결되어 동력을 전달하는 스프라켓 중에서 직경이 가장 큰 기어는 스프라켓과 독립적으로 형성되어 뒷바퀴 허브 축에서 자유롭게 회전 가능하도록 하여 양쪽 무게차가 나는 크랭크를 이용하여 저절로 한쪽이 올라와 있어서 자전거 타기를 보다 편하게 해주는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치는 바텀 브라켓으로 연결되어 있는 제1크랭크와 제2크랭크; 상기 제1크랭크와 제2크랭크 각각에 페달축으로 연결되어 있는 페달; 상기 제1크랭크에 인접하여 바텀 브라켓에 형성되는 체인휠; 뒷바퀴 허브축에 형성되어 상기 체인휠과 체인으로 연결되는 스프라켓; 및 뒷바퀴 허브축에 상기 스프라켓과 인접하여 형성되되, 상기 스프라켓의 직경보다 큰 직경을 가지고 있으며 상기 스프라켓으로부터 독립적으로 회전할 수 있는 독립 기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치 {bicycle powered devices}
본 발명은 자전거 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뒷바퀴 허브 축과 연결되어 동력을 전달하는 스프라켓 중에서 직경이 가장 큰 기어는 스프라켓과 독립적으로 형성되어 뒷바퀴 허브 축에서 자유롭게 회전 가능하도록 하여 양쪽 무게차가 나는 크랭크를 이용하여 저절로 한쪽이 올라와 있어서 자전거 타기를 보다 편하게 해주는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치에 관한 것이다.
자전거 페달은 자전거를 구동시키기 위해 자전거 라이더가 힘을 가하는 부분이다. 일반적으로 자전거 페달은 크랭크 선단에 회전축이 결합되고 회전축에 페달이 베어링에 의해 결합되어 자유롭게 회동이 가능하도록 제작된다. 자전거 페달은 그 형상 및 용도에 따라 평페달, 클릿페달 등 다양한 종류의 페달이 있다. 통상의 자전거 페달의 경우에는 자전거 페달이 상하부가 대칭으로 이루어져 중력에 따른 회전력의 합력이 제로가 되어 임의의 각도에서 멈추게 된다. 따라서 자전거 페달에 힘을 가하기 전에 자전거 페달을 라이더가 힘을 가하기 용이한 각도로 조절한 다음에 페달에 발을 얹어 힘을 가하는 불편함이 따른다.
따라서 이러한 결점을 개선하기 위해 한국공개실용신안 제20-2012-0005513호에서 자전거 페달의 하부에 위치이동이 가능한 질량부를 구비하여 라이더가 자신에게 편리한 각도로 조절하여 사용할 수 있는 자전거 페달을, 한국공개특허 제10-2013-0007379호에서 한쪽 페달의 무게를 무겁게 하여 자전거가 멈추어 있거나 움직이면(사람이 타지 않고) 무거운 쪽 페달이 저절로 앞쪽 또는 아래쪽으로 올 수 있도록 한 이동식 체인 및 편심 페달을 갖는 자전거를 제안한 바 있다.
사용자가 페달을 밟기 편하도록 각도 조절이 가능하므로 유용하다. 하지만 페달만 사용자가 밟기 편하도록 각도 조절이 가능하다 할지라도 자전거를 출발할 때 힘차게 출발하는 것이 좋은데 그러기 위해서는 사용자가 처음 페달에 발을 올려놓고 밟고자 하는 크랭크가 위쪽에 위치해 있을수록 힘차게 출발할 수 있게 된다. 그러기 위해서는 사용자가 출발할 때 주로 먼저 밟는 페달의 크랭크가 위쪽에 위치해 있을 수 있도록 발이나 손으로서 페달을 돌려서 크랭크가 위쪽에 위치하도록 해야 하는 불편한 점이 여전히 남아 있다. 또한, 크랭크의 경우 체인휠과 같이 바텀 브라켓에 연결되어 같이 회전하며 뒤쪽 스프라켓은 체인을 통해서 연결되어 있는데, 크랭크를 원하는 위치에 놓기 위해서는 사용자가 크랭크를 반시계방향으로 회전시켜 사용자가 밟기 편한 위치로 이동시켜야 하는 불편한 점도 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 뒷바퀴 허브 축에 상기 스프라켓과 인접하여 위치하며, 상기 뒷바퀴 허브 축과 스프라켓으로부터 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하여 구성되어 있는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 한쌍으로 이루어진 크랭크의 각각의 무게를 다르게 하여 가벼운 쪽 크랭크가 항상 위쪽에 위치할 수 있도록 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 페달의 하부에 무게판을 포함하여 사용자가 발로 밟는 부분이 항상 위쪽에 위치할 수 있도록 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치는 바텀 브라켓으로 연결되어 있는 제1크랭크와 제2크랭크; 상기 제1크랭크와 제2크랭크 각각에 페달축으로 연결되어 있는 페달; 상기 제1크랭크에 인접하여 바텀 브라켓에 형성되는 체인휠; 뒷바퀴 허브축에 형성되어 상기 체인휠과 체인으로 연결되는 스프라켓; 및 뒷바퀴 허브축에 상기 스프라켓과 인접하여 형성되되, 상기 스프라켓의 직경보다 큰 직경을 가지고 있으며 상기 스프라켓으로부터 독립적으로 회전할 수 있는 독립 기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1크랭크와 제2크랭크는 각각 서로 상이한 질량을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1크랭크와 제2크랭크 중 질량이 작은 하나는 알루미늄 재질로 이루어지고, 나머지 하나는 무쇠 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 페달 하부면의 테두리를 따라서 적어도 하나 이상의 얇은 판의 형태로 이루어진 무게판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 페달 하부면과 무게판은 나사결합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 무게판의 하부면에는 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성되어 있으며 상기 페달에는 이에 대응되는 나사홈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다단으로 형성되어 있는 뒷바퀴 허브 축에 상기 스프라켓과 인접하여 위치하며, 상기 뒷바퀴 허브 축과 스프라켓으로부터 자유롭게 회전할 수 있는 기어는 방향성과 상관없이 회전이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 한쌍으로 이루어진 크랭크의 각각의 무게를 다르게 하여 가벼운 쪽 크랭크가 항상 위쪽에 위치할 수 있다는 장점 있다.
그리고 본 발명은 페달의 하부에 무게판을 포함하여 사용자가 발로 밟는 부분이 위쪽에 위치할 수 있도록 한다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 앞쪽 구동장치 모습이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 페달의 모습이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 스프라켓의 모습이다.
이하에서 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 앞쪽 구동장치 모습이고, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 페달의 모습이며, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치의 스프라켓의 모습이다.
도1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치는 자전거 프레임(100)에 설치되는 바텀 브라켓(200), 상기 바텀 브라켓(200)으로 연결되어 있는 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211); 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211) 각각에 페달축(231)으로 연결되어 있는 페달(230); 상기 제1크랭크(210)에 인접하여 바텀 브라켓(200)에 형성되는 체인휠(220); 뒷바퀴 허브 축(300)에 형성되어 상기 체인휠(220)과 체인(400)으로 연결되는 스프라켓(310); 및 상기 뒷바퀴 허브 축(300)에 상기 스프라켓(310)과 인접하여 형성되되, 상기 스프라켓(310)의 직경보다 큰 직경을 가지고 있으며 상기 스프라켓(310)으로부터 독립적으로 회전할 수 있는 독립 기어(320)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하여 구성된다.
일반적으로 상기 스프라켓(310)은 뒷바퀴 허브 축(300)과 연결되어 있어서 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)에서 작용한 회전력을 상기 체인(400)을 통해 상기 스프라켓(310)에 전달되며 이로 인해 뒷바퀴는 회전력을 갖게 되어 자전거가 앞으로 나가게 되는데, 상기 스프라켓(310) 중에서 가장 큰 직경을 가진 기어는 상기 스프라켓(310)과 연결되어 있지 않다. 그리고 상기 뒷바퀴 허브 축(300)에 형성되어 있어서 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)에서 작용하는 회전력에 의해서 회전은 되지만 상기 뒷바퀴 허브 축(300)에는 힘을 전달해 주지 못하는 상기 독립 기어(320)로 형성되어 있다.
여기서, 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)는 각각 서로 상이한 질량을 가지고 구성되며, 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211) 중 질량이 작은 하나는 알루미늄 재질로 이루어지고, 나머지 하나는 무쇠 재질로 이루어진다.
추가적으로 상기 페달(230) 하부면의 테두리를 따라서 적어도 하나 이상의 얇은 판의 형태로 이루어진 무게판(232)을 더 포함하여 구성되어 있으며, 상기 페달(230) 하부면과 무게판(232)은 나사결합으로 이루어진다. 또한, 상기 무게판(232)의 하부면에는 적어도 하나 이상의 관통구멍(233)이 형성되어 있으며 상기 페달에는 이에 대응되는 나사홈(234)을 더 포함하여 구성된다.
상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)는 상기 바텀 브라켓(200) 양측에 각각 일측이 연결되어 있다. 한 쌍으로 이루어진 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)는 각각의 질량이 상이하여 자전거가 정지해 있을 때에는 항상 상대적으로 질량이 큰 쪽의 상기 제2크랭크(211)는 아래쪽을 향하며, 작은 쪽의 상기 제1크랭크(210)는 위쪽을 향하게 된다. 여기서, 상기 제1크랭크(210)가 상기 제2크랭크(211)보다 질량이 작다고 가정하여 설명하도록 한다.
또한, 상기 페달(230)은 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)에 직각방향으로 각각 회전 가능하게 결합되어 있으며, 일반적으로 상기 페달(230)은 상하면의 구분 없이 동일하게 형성되어 있지만 이로 인하여 사용 간에 발로서 상기 페달(230)을 밟으려고 할 때 불편한 경우가 생기게 된다. 이를 해결하기 위해서 상기 페달(230)의 일측면 테두리를 따라서 상기 무게판(232)이 형성되고, 상기 무게판(232)이 형성되어 있는 면을 상기 페달(230)의 하부면, 반대편을 상기 페달(230)의 상부면 이라고 칭하도록 한다. 상기 무게판(232)이 있는 하부는 자연스럽게 지면을 향하게 되며, 반대편인 상부면은 항상 하늘을 향하게 되어 사용자가 언제든지 발로 밟기 편하게 된다. 상기 무게판(232)의 경우, 상기 페달(230)의 하부면 모서리부분에 선택적으로 부착할 수 있다. 부착할 상기 무게판(232)의 개수는 1~4개까지 사용자가 선택하여 부착할 수 있지만, 결과는 모두 동일하게 상기 페달(230)의 상부면이 항상 하늘을 향하게 된다.
그리고 상기 무게판(232)은 상기 페달(230)의 하부면에 나사결합으로 이루어지므로, 상기 무게판(232)에는 상기 관통구멍(233)이, 상기 페달(230)에는 상기 관통구멍(233)에 대응되는 상기 나사홈(234)이 형성되어 있으며, 여기에 나사(235)를 이용하여 고정시켜준다.
사용자가 본 발명에 따른 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치가 적용된 자전거를 이용할 때 주의할 점이 있다. 자전거를 타고나서 기어조절을 상기 스프라켓(310) 중에서 직경이 가장 큰 기어인 상기 독립기어(320)에 위치해 두었다면 출발 시에는 반드시 기어조절을 하여 두 번째로 직경이 큰 기어로 지정한 후에 출발하여야 원활하게 출발할 수 있다. 상기 독립기어(320)은 회전만 가능하고 구동력을 전달해 주지 못하기에 출발 시에는 이점을 유의해야한다. 그렇다고 반드시 자전거를 타고 난후 정지하기 전에 기어조절을 통하여 상기 독립기어(320)에 옮길 필요는 없다. 왜냐하면 기본적으로 상기 제1크랭크(210)를 기준으로 보았을 때, 상기 제1크랭크(210)가 시계방향으로 회전하게 되면 바퀴에 구동력을 전달할 수 있지만, 반시계방향으로 회전하게 되면 아무런 힘을 미치지 않고 그냥 상기 제1크랭크(210)만 회전하게 된다.
이를 이용하여 지표면에 수직면을 기준으로 하여 상기 제2크랭크(211)가 자전거 뒤쪽방면에 위치해 있다면 자전거를 정차한 후 상기 페달(230)에서 발을 때면 상기 제1크랭크(210)는 위쪽으로 상기 제2크랭크(211)는 아래쪽으로 이동할 것이다. 단, 일반적인 자전거의 경우 지표면에 수직면을 기준으로 하여 상기 제2크랭크(211)가 자전거 앞쪽방면에 위치해 있다면 자전거를 정차한 후 상기 페달(230)에서 발을 때면 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)는 그 위치에 고정되어 있을 것이다. 그 이유로는 중력에 의해 상대적으로 질량이 큰 제2크랭크(211)가 아랫방향으로 내려가려고 하지만, 상기 제1크랭크(210)를 기준으로 보았을 때, 상기 제1크랭크(210)가 시계방향으로 회전하게 되면 바퀴에 구동력을 전달되고 바퀴가 회전을 해야만 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)가 회전하면서 상기 제2크랭크(211)가 아래쪽 방향으로 이동이 가능하나 바퀴에 작용하는 마찰력에 의해 회전하지 못하고 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)는 그 위치에 고정되어 있을 것이다. 물론 상기 제2크랭크(211)에 작용하는 중력이 상기 바퀴에 작용하는 마찰력보다 클 때에는 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)는 회전하여 상기 제1크랭크(210)가 위쪽에 위치하겠지만 이럴 경우 자전거는 넘어지게 될 것이다.
이처럼 일반적인 자전거에서도 상기 제1크랭크(210)와 제2크랭크(211)가 회전할 수는 있으나 방향성을 가진다는 문제점이 있기에 본 발명은 방향성의 문제점까지 해결하기 위해서 상기 스프라켓(310) 중에서 직경이 가장 큰 기어인 상기 독립기어(320)은 단독으로 회전 가능하도록 구성하였다.
또한, 반대로 생각하여 상기 스프라켓(310) 중에서 직경이 가장 작은 기어를 상기 독립기어(320)로 구성하여 회전 가능하도록 만들어도 되지만, 그럴 경우 출발할 때에 두 번째로 직경이 작은 기어로 놓고 출발해야하며 이때는 많은 힘을 필요로 하므로 불편하다는 문제점 때문에 상기 스프라켓(310) 중에서 가장 큰 직경을 가지는 기어를 상기 독립기어(320)로 구성하는 것이 가장 바람직하다고 하겠다.
이상에서는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위하여 첨부한 도면과 함께 서술하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이지 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이나 치환 등에 의한 타 실시예가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 - 프레임
200 - 바텀 브라켓
210 - 제1크랭크
211 - 제2크랭크
220 - 체인휠
230 - 페달
231 - 페달축
232 - 무게판
233 - 관통구멍
234 - 나사홈
235 - 나사
300 - 뒷바퀴 허브 축
310 - 스프라켓
320 - 독립기어
400 - 체인

Claims (6)

  1. 바텀 브라켓으로 연결되어 있는 제1크랭크와 제2크랭크;
    상기 제1크랭크와 제2크랭크 각각에 페달축으로 연결되어 있는 페달;
    상기 제1크랭크에 인접하여 바텀 브라켓에 형성되는 체인휠;
    뒷바퀴 허브축에 형성되어 상기 체인휠과 체인으로 연결되는 스프라켓; 및
    뒷바퀴 허브축에 상기 스프라켓과 인접하여 형성되되, 상기 스프라켓의 직경보다 큰 직경을 가지고 있으며 상기 스프라켓으로부터 독립적으로 회전할 수 있는 독립 기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1크랭크와 제2크랭크는 각각 서로 상이한 질량을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1크랭크와 제2크랭크 중 질량이 작은 하나는 알루미늄 재질로 이루어지고, 나머지 하나는 무쇠 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페달 하부면의 테두리를 따라서 적어도 하나 이상의 얇은 판의 형태로 이루어진 무게판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 페달 하부면과 무게판은 나사결합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무게판의 하부면에는 적어도 하나 이상의 관통구멍이 형성되어 있으며 상기 페달에는 이에 대응되는 나사홈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자유롭게 회전할 수 있는 기어를 포함하는 자전거 구동장치.
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