KR20160048385A - 앞바퀴 굴림 자전거 - Google Patents

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Abstract

앞바퀴 굴림 자전거에 관하여 개시한다. 본 발명은 차체; 상기 차제의 포크에 지지 되는 회전축과 그 회전축에 설치된 앞바퀴; 페달링으로 회전하는 구동 스프라켓; 상기 회전축과 상기 구동 스프라켓을 페달링으로 회전시키는 크랭크 암; 상기 구동 스프라켓으로부터 동력을 받아 앞바퀴에 전달하기 위해 상기 포크에 지지되는 회전체 및 그 샤프트; 구동 스프라켓으로 부터 동력을 받아 회전시키는 피동 스프라켓; 및 상기 회전체의 동력을 전달받아 회전하고 타이어가 장착되는 휠;을 포함함으로써, 페달링 동력을 앞바퀴에 집중시켜 주행력을 얻고 구동장치들의 앞바퀴 집중으로 자전거 전체 길이를 짧게 하거나 차체를 접고 펼치는 절첩식 자전거의 구성을 용이하게 하며 앉은 자세의 중심을 낮추어 잘 넘어지지 않는 안전한 자전거를 제공한다.

Description

앞바퀴 굴림 자전거{FRONT-WHEEL DRIVE TYPE BICYCLE}
본 발명은 앞바퀴 굴림 자전거에 관한 것으로 더 상세하게는 발구름에 의한 구동력을 앞바퀴에 전달하도록 함으로써 전체 자전거 길이를 짧게 하고 접고 펼치기 용이하며 앉은 자세의 중심을 낮추어 넘어짐을 줄이는 앞바퀴 굴림 자전거에 관한 것이다.
자동차 운행을 줄이고 목적지에 빠르게 도착할 수 있는 수단으로서 자전거에 대한 활용과 관심이 높아져 왔고, 더 많은 이용이 필요한 실정이다.
일반적인 자전거는, 앞바퀴는 조향, 뒷바퀴는 구를 수 있는 구동부로 되어 있다. 탄 사람이 발의 힘을 크랭크기구로 옮겨 이를 회전력으로 바꾸어 큰 스프로킷에 물려 있는 체인으로 뒷바퀴에 전달하여 구동된다.
자전거의 차체를 형성하는 프레임은 마름모 또는 다이아몬드 형상이고 성능을 결정하는 중요한 요소로서 보통의 경우 헤드튜브(Head Tube), 탑 튜브(Top Tube), 다운 튜브(Down Tube), 시트 스테이(Seat Stay), 체인 스테이(Chain Stay)로 구성되며 형태와 길이 모양, 굵기 등은 각 차체의 프레임 지오메트리에 따라 달라진다.
헤드 튜브의 경사각(카스터각)에 따라 노면에 마찰하는 앞바퀴 타이어의 복원력, 안정성, 조향성이 좌우된다. 앞 포크의 2개의 다리 사이에 베어링을 좌우에 둔 허브(hub)에 의해 앞바퀴가 지지 되는데 이는 자전거 성능에 영향을 미친다. 앞뒤 바퀴의 허브 축은 각각 앞 포크와 뒤 포크의 앞 끝에 고정되며 차체, 탄 사람, 화물 중량 등은 이 2개의 축에 의해 지지 되고, 변속기구는 도로의 경사도, 속도 등 그때의 주행조건에 적합하게 맞출 수 있도록 되어 있다.
자전거가 넘어지지 않고 주행할 수 있는 이유는 탄 사람이 무의식중에 평형을 잡기 때문이다. 기구적으로는 앞바퀴부의 카스터각, 타이어의 사이드포스 및 앞바퀴의 중량효과 등을 포함하여 자전거의 안정성이나 진로 유지성 등의 역할에 따른 것이지만 탄 사람의 피드백 기능이 가장 크다.
이와 같은 종래의 자전거는 바로 선 상태로 주행하기 위해서는 탄 사람의 피드백에 의존하여 평형을 유지, 주행하도록 되어 있어 탄 사람의 숙련도가 중요하며, 숙련도가 떨어지는 사람이 운전하는 경우 넘어질 가능성이 커지는 단점이 있다.
또한, 페달 축이 시트와 거의 하방 수직 방향 쪽에 위치하고 있어 시트에 편안하게 앉은 자세로 자전거를 타기가 어렵다. 그리고, 시트에 걸터앉아 페달을 밟아서 회전력을 얻는 것 또한 다리 힘의 전달에 제한이 있었고, 핸들을 잡을 때 허리를 구부려서 잡도록 되어있어 허리 통증의 문제가 있었고, 자전거를 보관하거나 운반 또는 휴대할 때 불편한 문제가 있었다. 운반과 휴대 편의를 위해 접거나 펼칠 수 있는 접이식 자전거에 관한 다수의 제안이 있으나 구조가 복잡하다. 접이식 자전거는 대한민국 공개특허 제10-2007-0121932호 및 10-2010-0035997호에 소개되어 있다.
특허문헌 1. 대한민국 공개특허 제10-2007-0121932호(공개일. 2007.12.28) 특허문헌 2. 대한민국 공개특허 제10-2010-0035997호(공개일. 2010.04.07)
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은, 시트에 편안하게 앉은 상태에서 발구름으로 앞바퀴를 구동시켜 주행하고 전체 자전거 길이를 짧게 하면서도 구동부가 앞바퀴에 집중되어 접고 펼치기 용이하며 앉은 자세의 중심을 낮추어 넘어짐을 줄일 수 있는 앞바퀴 굴림 자전거를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 앞바퀴를 지지하는 포크 및 뒷바퀴를 지지하는 지지 프레임을 포함하는 차체; 상기 포크에 지지 되는 회전축과 그 회전축에 설치된 앞바퀴; 상기 회전축에 결합 되고 페달링으로 회전하는 구동 스프라켓; 상기 회전축과 상기 구동 스프라켓을 페달링으로 회전시키는 크랭크 암; 상기 구동 스프라켓으로부터 동력을 받아 앞바퀴에 전달하기 위해 상기 포크에 지지되는 회전체 및 그 샤프트; 상기 샤프트를 상기 구동 스프라켓으로 부터 동력을 받아 회전시키는 피동 스프라켓; 및 상기 회전체의 동력을 전달받아 회전하고 타이어가 장착되는 휠;을 포함하는 앞바퀴 굴림 자전거를 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 회전체가 샤프트에 의해 회전하는 톱니기어;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 앞바퀴가 타이어와 휠로 구분되고, 휠이 스포크 휠;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 휠은 림의 내주면이 회전체와 맞물리는 기어 치면;으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 휠은 림의 내주면이 회전체와 맞물리는 기어 체인;으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 피동 스프라켓이 여러 개의 피동 스프라켓들로 이루어지는 변속기어;로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 회전축과 샤프트에 키를 구비하고, 구동 스프라켓과 회전체 및 피동 스프라켓에는 키홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 구동 스프라켓과 피동 스프라켓이 체인 또는 벨트 중에서 선택된 어느 하나의 동력전달수단;으로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 앞바퀴와 뒷바퀴를 연결하는 지지 프레임은 힌지축 또는 힌지편을 포함하는 절첩부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 의자형으로서 핸들을 잡고 시트에 앉은 자세를 기준으로 몸 중심을 밑으로 낮춰 잘 넘어지지 않도록 함으로서 안전한 주행을 가능하게 하는 효과가 있다. 또한, 시트에 편안한 자세로 앉아 페달을 밟아서 앞바퀴를 굴릴 수 있으므로 허리를 구부리지 않고 핸들 조향이 가능하며 피로를 줄이는 효과가 있다. 또한, 앞바퀴에 구동장치를 집중시켜 차체의 접고 펼침을 자유롭게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 부분 발췌 상세도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 부분 발췌 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 부분 발췌 분해 사시도.
이하, 본 발명의 실시 예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 앞바퀴(F)는 포크(100)에 의해 지지 되고 뒷바퀴(R)는 지지 프레임(110)으로 지지 되며, 시트(220)는 시트 스테이(230)에 의해 지지되며, 핸들(240)은 포크(100)를 조향 하도록 되어 있다.
여기서, 포크(100) 및 지지 프레임(110) 그리고 시트 스테이(230) 들은 차체들로 분류되는 구성부로서 전체 형태와 길이 모양, 굵기 등은 각 차체의 프레임 지오메트리에 따라 다르게 설계될 수 있으므로 도 1에 도시한 차체 형상은 대표적인 예시이며, 도면으로 나타내지 않았으나 여러 형상과 구조로 변형될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거의 앞바퀴 부분을 발췌하여 나타낸 상세도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 도 1 및 도 2를 참조하면,
차체는, 앞바퀴(F)를 지지하는 포크(100) 및 뒷바퀴(R)를 지지하는 지지 프레임(110)을 포함하고, 앞바퀴(F)는 포크(100)에 지지된 회전축(120)에 장착된다.
그리고, 회전축(120)에 결합 되고 페달링으로 회전하는 구동 스프라켓(130)이 구성되며, 회전축(120)과 구동 스프라켓(130)을 페달링으로 회전시키는 크랭크 암(140)으로 구성된다. 크랭크 암(140)에는 답력을 전달받는 페달(141)이 달려 있다.
그리고, 구동 스프라켓(130)으로부터 동력을 받아 앞바퀴(F)에 전달하기 위해 포크(100)에 지지되는 회전체(150) 및 회전체(150)를 회전 가능하게 결합하는 샤프트(160)가 구성되며, 그 샤프트(160)는 구동 스프라켓(130)으로 부터 동력을 받아 회전하도록 구성된다.
샤프트(160)는 피동 스프라켓(170)에 의해 회전하도록 구성된다. 그리고, 회전체(150)의 동력을 전달받아 회전하고 타이어(181)가 장착되어 앞바퀴(F)로 기능 하는 휠(180)로 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거의 앞바퀴 부분 발췌 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거의 앞바퀴 부분 발췌 분해 사시도 이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 회전체(150)가 샤프트(160)에 의해 회전하는 톱니기어로 구성된 예로서 휠(180)의 치면(182)과 내접 하여 맞물리도록 구성된 예이다.
앞바퀴(F)는 타이어(181)와 휠(180)로 구분되어 있으며, 휠(180)은 다수 개의 스포크(185)들이 배열된 스포크 휠 형식으로 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 휠 허브(184)를 줌심으로 원주상으로 스포크(185)들이 배치되어 스포크 휠로 구성된 예로 나타나 있다.
여기서, 휠(180)은 림(183)의 내주면이 회전체(150)와 맞물리는 기어 치면(182)으로 형성된다. 또한, 도면에 구체적으로 나타내지 않았으나 휠(180)은 림(183)의 내주면에 회전체(150)와 맞물리는 기어 체인(미도시)을 장착하여 구성할 수 있다. 체인 기어를 휠(180)의 림(183) 내주면을 따라 장착하여 구성하는 경우 휠(180)의 림 내주면을 치면(182)으로 가공하지 않아도 된다.
또한, 피동 스프라켓(170)은 여러 개의 피동 스프라켓들을 배열한 변속기어일 수 있다. 피동 스프라켓(170)을 변속기어 형식으로 구성하면 구동 스프라켓(130)을 돌리는 페달(141)의 답력 부하를 주행 조건에 따라 조절할 수 있다. 여기서 사용되는 변속기어는 통상의 자전거에 장착하는 변속기어 형식과 유사하거나 같을 수 있으므로 변속 원리나 구체적인 구조는 생략한다.
또한, 회전축(120)과 샤프트(160)에는 키를 구비하고, 구동 스프라켓(130)과 회전체(150) 및 피동 스프라켓(170)에는 키홈을 형성하여 회전축과 샤프트가 돌아 갈 때 회전슬립을 방지한다.
그리고, 도면에 나타내지 않았으나, 회전축(120)이 통과하여 결합 되는 포크(100), 휠 허브(184), 구동 스프라켓(130), 크랭크 암(140)들의 사이 간격 또는 축이 통과하는 부분을 중심으로 베어링을 설치하여 앞바퀴의 윤활 회전이 되도록 할 수 있다.
또한, 구동 스프라켓(130)과 피동 스프라켓(170)은 서로 원거리 간격으로 떨어져 있으므로 동력 전달을 위하여 체인 또는 벨트 중에서 선택된 어느 하나의 동력전달수단(190)을 필요로 한다. 체인은 흔히 이 분야에서 사용되는 체인을 사용할 수 있으며, 벨트는 고강도 체인 벨트나 회전 동력 전달에서 동력 손실이 적은 형식을 선택하여 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 도 4에 도시된 바와 같이, 앞바퀴(F)와 뒷바퀴(R)를 연결하는 지지 프레임(110)에 힌지축(210) 또는 힌지편을 포함하는 절첩부(200)를 구성할 수 있다. 앞바퀴와 뒷바퀴의 대략 중간 지점에 절첩부(200)를 두는 경우 전체 차체의 길이를 대략 1/2로 줄일 수 있게 되는데, 자전거의 주행을 위한 구동장치들이 앞바퀴에 집중되어 있어 절첩부(200)의 위치 및 구조를 자유롭게 선택하고 설계할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 페달링의 발구름에 의한 구동력을 앞바퀴(F)에 직접 전달하여 주행한다. 본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거의 주행을 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
앞바퀴(F)는 포크(100)에 지지 되어 크랭크 암(140)의 시계 방향 전진 회전력이 작용할 때 전진 구름 운동한다.
시트(220)에 탄 사람이 양 발을 전방으로 뻗으면 양 발은 크랭크 암(140)에 달려 있는 페달(141)에 닿는다. 이 상태에서 양다리를 움직이면서 페달(141)을 돌리면 구동 스프로켓(130)이 회전한다. 구동 스프로켓(130)을 돌리는 힘은 부하측인 피동 스프로켓(170)에 전달된다. 피동 스프로켓(170)이 변속기어 형식이면 페달을 돌리는 답력을 자유롭게 가감하면서 앞바퀴를 돌릴 수 있다.
구동 스프로켓(130)의 회전은 회전축(120)을 돌리게 되고 이 과정에서 회전축(120)에 결합 되어 있는 휠(180)이 따라 돌면서 앞바퀴(F)의 전진 구동력을 발생시킨다. 휠(180)의 림(183)에는 통상의 타이어(181)가 장착되며, 피동 스프로켓(170)이 장착되는 샤프트(160)에는 통상의 라체트 휠(미도시)이 장착되어 역진 주행을 방지한다.
구동 스프로켓(130)을 페달링으로 돌리면 동력전달수단(190)을 통해 샤프트(160)에 장착되어 있는 피동 스프로켓(170)에 회전력이 전달되고 피동 스프로켓(170)은 샤프트(160)를 회전시킨다. 연속적으로 샤프트(160)의 회전은 휠(180)의 치면(182)과 내접하는 회전체(150)를 회전시키고 그 회전력은 앞바퀴(F)를 돌리는 전진 주행력으로 나타난다. 따라서, 앞바퀴(F)의 전진 주행력은 구동 스프로켓(130)을 돌리는 힘과 회전체(150)의 회전력이 더해진 힘으로 나타난다.
본 발명의 실시 예에 따른 앞바퀴 굴림 자전거는, 주행력을 얻는 모든 구동장치들이 앞바퀴(F)에 배치되어 있으므로 차체의 중간 부분을 절첩부(200)로 둘 수 있게 된다. 이에 따라 전체 자전거 길이를 짧게 하거나 운반과 보관 그리고 휴대할 때 접고 펼치기가 용이하다.
시트(220)는 의자형 구조로 설계될 수 있다. 의자형 시트(220)는 앉은 자세를 기준으로 몸 중심이 낮아 운전 숙련도가 떨어지는 사람이 운전하는 경우에도 넘어질 염려가 적어 안전하며, 핸들(240)을 잡을 때 허리를 구부리지 않고 잡고 조향이 가능하므로 주행시 자세 불편함이 적어 허리 통증을 줄이고 피로를 줄여준다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: 포크 110: 지지 프레임
120: 회전축 130: 구동 스프라켓
140: 크랭크 암 141: 페달
150: 회전체 160: 샤프트
170: 피동 스프라켓 180: 휠
190: 동력전달수단 181: 타이어
182: 치면 183: 림
184: 휠 허브 185: 스포크
200: 절첩부 210: 힌지축
220: 시트 230: 시트 스테이
240: 핸들

Claims (9)

  1. 앞바퀴를 지지하는 포크 및 뒷바퀴를 지지하는 지지 프레임을 포함하는 차체; 상기 포크에 지지 되는 회전축과 그 회전축에 설치된 앞바퀴; 상기 회전축에 결합 되고 페달링으로 회전하는 구동 스프라켓; 상기 회전축과 상기 구동 스프라켓을 페달링으로 회전시키는 크랭크 암; 상기 구동 스프라켓으로부터 동력을 받아 앞바퀴에 전달하기 위해 상기 포크에 지지되는 회전체 및 그 샤프트; 상기 샤프트를 상기 구동 스프라켓으로 부터 동력을 받아 회전시키는 피동 스프라켓; 및 상기 회전체의 동력을 전달받아 회전하고 타이어가 장착되는 휠;을 포함하는 앞바퀴 굴림 자전거.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전체가 샤프트에 의해 회전하는 톱니기어;인 앞바퀴 굴림 자전거.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 앞바퀴는 타이어와 휠로 구분되어 있으며, 상기 휠이 스포크 휠;로 이루어지는 앞바퀴 굴림 자전거.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 휠은 림의 내주면이 상기 회전체와 맞물리는 기어 치면;으로 형성된 앞바퀴 굴림 자전거.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 휠은 림의 내주면이 상기 회전체와 맞물리는 기어 체인;을 포함하는 앞바퀴 굴림 자전거.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피동 스프라켓은 여러 개의 피동 스프라켓들로 이루어지는 변속기어;에 포함되는 앞바퀴 굴림 자전거.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축과 상기 샤프트에 키를 구비하고, 상기 구동 스프라켓과 회전체 및 피동 스프라켓에는 키홈이 형성된 앞바퀴 굴림 자전거.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 스프라켓과 피동 스프라켓이 체인 또는 벨트 중에서 선택된 어느 하나의 동력전달수단;으로 연결된 앞바퀴 굴림 자전거.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 앞바퀴와 뒷바퀴를 연결하는 지지 프레임은 힌지축 또는 힌지편을 포함하는 절첩부;로 구성된 앞바퀴 굴림 자전거.
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Citations (6)

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KR910001413A (ko) 1989-06-23 1991-01-30 나까하라 쯔네오 광커넥터
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KR20100035997A (ko) 2008-09-29 2010-04-07 중앙대학교 산학협력단 접이식 자전거 및 이를 이용한 자전거 접이방법

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