KR20180039484A

KR20180039484A - 자전거의 회전 구동력 발생 구조

Info

Publication number: KR20180039484A
Application number: KR1020160130838A
Authority: KR
Inventors: 최영오
Original assignee: 최영오
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2018-04-18
Also published as: WO2018070578A1

Abstract

본 발명은 자전거의 회전 구동력 발생 구조에 관한 것으로서,
좌우 페달을 일정 각도 범위 내에서 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조인 반면 페달에서 발을 뗄 경우 후륜 및 전방 스프로켓의 독립적 역회전이 허용되도록 함으로써,
운전자의 페달 밟는 힘이 동력 손실 없이 완전히 회전 구동력으로 변환되는 한편 운전자 엉덩이 부분의 통증을 유발하지 않는 바람직한 구조의 자전거를 얻을 수 있다.
또한, 상기와 같은 완벽한 동력 변환 메커니즘임에도 구조가 간단함은 물론 전진 및 후진 주행에 전혀 문제가 없으며, 운전자의 다리 동작 패턴에 따라서는 승마 운동 효과를 나타내는 상당히 특별한 효과를 얻을 수 있다.

Description

자전거의 회전 구동력 발생 구조{structure for generating driving power of bicycle}

본 발명은 자전거의 회전 구동력 발생 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 운전자의 다리 동작, 즉 페달(pedal) 밟는 동작이 동력 손실 없이 완전히 회전 구동력으로 변환되는 한편 운전자 엉덩이 부분의 통증을 유발하지 않는 매우 바람직한 자전거의 회전 구동력 발생 구조에 관한 발명이다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 완벽한 동력 변환 메커니즘(mechanism)임에도 그 구조가 단순함은 물론 자전거의 전진 및 후진에 전혀 문제가 없으며, 운전자의 다리 동작 패턴(pattern)에 따라서는 승마 운동 효과를 나타내는 상당히 특별한 자전거의 회전 구동력 발생 구조에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 좌우 양쪽 페달을 교대로 밟아주는 운전자의 다리 동작이 크랭크(crank) 기구를 통하여 회전 구동력으로 변환된 다음 체인(chain)을 매개로 후륜을 회전시킴에 따라 자전거는 전진하게 된다.

크랭크 기구를 이용하는 종래 자전거의 회전 구동력 발생 구조는 몇 가지 본질적인 문제점을 갖는 것으로 인식되고 있다.

운전자의 페달 밟는 힘이 크랭크 아암(arm) 360 ° 완전 회전 중 일부 구간(상사점(페달 최상단 지점) 전방 30 °~ 90 °정도의 구간)에서만 크랭크 아암에 대하여 직각(최대 회전 모멘트(moment)가 발생하는 각도)으로 작용하는 구조이기 때문에 전체적으로 상당한 동력 손실이 불가피한 점과, 좌우 양쪽 크랭크 아암의 360 ° 완전 회전을 위하여 발이 하사점(페달 최하단 지점)에 이르도록 몸을 좌우 교대로 기울이며 힘써 페달을 밟아대는 과정에서 운전자 엉덩이 부분의 상당한 통증이 유발되는 점을 예로 들 수 있다. (자전거 전진 방향을 '전방' 으로 표현함)

상기와 같은 구조적이고도 본질적인 문제점을 해결 또는 개선하기 위한 많은 연구들이 이어져 왔음은 물론이며, 연구 결과로서의 대표적 발명들을 살펴보면 다음과 같다.

대한민국 등록특허 No. 10-1260009 '자전거' 의 경우 좌우 페달을 일정 각도 범위 내에서 교대로 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조로서, 크랭크 아암 360 ° 완전 회전 관련 동력 손실이 없는 반면 후진 후 전진 시에 있어 크랭크 아암과 스프링(spring) 사이의 재결합이 원활하지 못하여 큰 불편이 따르는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 No. 특2003-9205 '상하 왕복 운동하는 페달로 구동되는 자전거' 의 경우 좌우 페달을 일정 범위 내에서 상하로 교대로 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조로서, 크랭크 아암 360 ° 완전 회전 관련 동력 손실이 없는 반면 복잡한 기어 라인을 필요로 하는 등의 측면에서 실용성 부족 문제를 지적하지 않을 수 없다.

대한민국 공개특허 No. 10-2014-133796 '왕복동식 페달을 갖는 자전거' 의 경우 역시 좌우 페달을 일정 범위 내에서 교대로 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조로서, 크랭크 아암 360 ° 완전 회전 관련 동력 손실이 없는 반면 후륜 역회전 시 크랭크 아암이 와이어(wire)에 걸림에 따라 후진이 불가능한 문제가 있다.

일본 공개실용신안 No. 실개평5-16574 '자전거의 크랭크 구조' 의 경우 좌우 페달을 일정 각도 범위 내에서 교대로 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조로서, 크랭크 아암 360 ° 완전 회전 관련 동력 손실 문제를 해결한 측면이 있는 반면 후륜 역회전 시 크랭크 아암이 스톱퍼(stopper)에 걸림에 따라 후진이 불가능한 문제가 있다.

일본 공개특허 No. 특개2010-70183 '요동 페달 구동형 자전거' 의 경우 좌우 페달을 일정 범위 내에서 교대로 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조로서, 크랭크 아암 360 ° 완전 회전 관련 동력 손실 문제를 해결한 측면이 있는 반면 페달 지지축 부분의 과도한 전방 돌출 및 그에 따른 진동 등의 다른 문제가 발생할 수밖에 없다.

미국 특허 No. 7,753,387 '자전거 스탭핑(stepping) 장치' 의 경우 좌우 페달을 일정 범위 내에서 교대로 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조로서, 운전자의 다리 동작이 회전 구동력으로 변환되는 과정의 동력 손실이 없는 반면 전륜과 후륜 사이가 지나치게 벌어지는 등의 불합리한 결과로 이어지는 문제가 있다.

미국특허 No. 8,220,814 '스탭핑 동작으로 나아가는 자전거' 는 통상의 걷는 동작에 의하여 자전거의 회전 구동력이 발생하는 구조로서, 동력 손실이 적고 원활한 작동이 이루어지는 장점이 있는 반면 안장이 없어 불편하고 장시간 동안의 운전이 어려운 단점이 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 크랭크 아암 360 ° 완전 회전 방식에 따른 종래 구조의 자전거가 갖는 구조적이고도 본질적인 문제점을 해결 또는 개선하기 의한 발명들은 대부분 좌우 페달을 일정 범위 내에서 교대로 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조로서, 크랭크 아암 360 ° 완전 회전 관련 동력 손실 문제를 해결한 측면에서의 발전이 있는 반면 복잡 산만한 구조의 자전거 또는 후진 불가능한 자전거 등의 문제로 이어지는 경우가 많다.

한편, 운전자 엉덩이 부분의 통증이 따르지 않는 이상적인 구조의 자전거를 추구한 발명은 거의 없는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 운전자의 페달 밟는 힘이 동력 손실 없이 완전히 회전 구동력으로 변환되는 한편 운전자 엉덩이 부분의 통증을 유발하지 않는 매우 바람직한 구조의 자전거, 정확히 표현하면, 자전거의 회전 구동력 발생 구조를 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 완벽한 동력 변환 메커니즘임에도 구조가 단순함은 물론 전진 및 후진 주행에 전혀 문제가 없으며, 운전자의 다리 동작 패턴에 따라서는 승마 운동 효과를 나타내는 상당히 특별한 자전거의 회전 구동력 발생 구조를 제공하는 데 그 부수적 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 좌우 페달을 일정 각도 범위 내에서 밟아주는 방식의 회전 구동력 발생 구조인 반면 페달에서 발을 뗄 경우 후륜 및 전방 스프로켓의 독립적 역회전이 허용되도록 함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 자전거의 회전 구동력 발생 구조는, 구성 요소 측면에서 정리하면, 프레임(frame) 상에 있어 후륜 전방에 회전 가능 상태로 결합된 구조로서, 체인을 통하여 후륜과 연결된 전방 스프로켓(sprocket)과; 원웨이 베어링(one-way bearing)(클러치 베어링(clutch bearing)이라고도 함)을 매개로 전방 스프로켓과 동일 회전 중심축 상에 결합되어 당해 전방 스프로켓을 일방향 회전시키는 중간 회전체와; 중간 회전체와 맞물려 연동하는 구조의 구동체와, 구동체와 상호 결합되어 당해 구동체를 프레임에 대하여 상대 운동 가능 상태로 지지하는 지지체를 포함하는 구동 지지 부재와; 지지체에 일측 선단이 연결된 스프링으로서, 구동체의 운동에 대하여 반동을 가하는 한편 자유 상태에서는 구동체와 상기 중간 회전체를 서로 분리시켜 이들 사이의 상호 연동 관계를 해제하는 반동 및 분리 부재를 포함하여 구성된다.

자유 상태라 함은 스프링에 외력이 작용하지 않는 상태, 본 발명의 경우 운전자가 상기 구동 지지 부재 상단, 정확히 표현하면, 지지체 상단의 페달에서 발을 떼었을 때의 스프링 상태를 의미한다.

반동 및 분리 부재, 즉 스프링의 자유 상태에서 구동체와 중간 회전체가 서로 분리된다 함은 운전자가 구동 지지 부재 상단의 페달에서 발을 떼는 즉시 반동 및 분리 부재의 탄성 복원력에 의하여 구동체가 중간 회전체의 운동 영역 외부, 바꾸어 말하면, 회전 반경 외부로 밀려나는 것을 의미한다.

구동체에 다시 외력, 즉 운전자의 페달 밟는 힘이 가해질 경우 그 힘에 의하여 구동체가 중간 회전체의 운동 영역 내부, 즉 회전 반경 내부로 다시 진입하여 당해 중간 회전체와 서로 맞물려 연동하게 됨은 물론이다.

구동체와 중간 회전체가 상호 연동 가능한 반면 분리 또한 가능한 것은 이들이 서로 다른 운동 궤적을 갖는 구조이기 때문이다.

운동 궤적과 관련하여 더욱 구체적으로 설명하면, 맞물리는 구조를 갖는 상기 구동체와 중간 회전체가 회전 운동을 하되 서로 다른 회전 중심을 가짐에 따라 각각의 운동 궤적이 서로 달라지게 된다.

상기와 같은 구조를 이루는 결과, 구동 지지 부재 상단에 구비된 페달을 운전자가 밟았다(구동체에 외력이 가해짐) 놓았다(발을 완전히 떼지는 않은 상태로서, 구동체에 대하여 상기 반동 및 분리 부재의 반동이 가해짐) 하는 동작을 반복하면, 운전자의 페달 밟는 힘이 구동체, 중간 회전체 및 원웨이 베어링을 거쳐 전방 스프로켓을 정회전시키는 회전 구동력, 즉 전진 주행력으로 나타나게 된다.

또한, 운전자가 페달에서 완전히 발을 떼면, 반동 및 분리 부재의 탄성 복원력에 의하여 구동체가 중간 회전체의 운동 영역 외부, 즉 회전 반경 외부로 밀려나면서 그로부터 분리됨에 따라 중간 회전체, 전방 스프로켓 및 후륜은 구동체의 억제를 받지 않고 독립적으로 역회전할 수 있는 상태가 된다.

후륜, 전방 스프로켓 및 중간 회전체가 독립적으로 역회전하는 경우는 오르막길에서 자전거가 미끄러져 내려오거나 운전자 임의로 자전거를 후진시키는 경우이며, 앞서 예를 든 대한민국 공개특허 No. 10-2014-133796 및 일본 공개실용신안 No. 실개평5-16574 발명에 따른 자전거의 경우 후진이 불가능한 반면 본 발명에 따른 경우에 있어서는 원활한 후진이 이루어지는 특징이 있다.

한편, 페달을 밟았다 놓았다 하는 동작의 각도 범위는 상사점 전방 30 °~ 90 °정도의 구간이 최대 회전 모멘트 발생 메커니즘 측면에서 바람직하지만, 각도 범위를 특별히 한정하여 이해할 필요는 없다.

좌우 양쪽 페달을 교대로 밟았다 놓았다 하는 데 그치지 않고, 순간적으로 높은 구동력을 얻기 위하여 좌우 페달을 동시에 밟을 수도 있고, 또는 마치 말 등에 올라탄 듯한 기분을 내기 위하여 좌우 양쪽 페달을 동일한 경사각 상태로 하여 동시에 밟았다 놓았다 하는 동작을 반복할 수도 있다.

아울러, 본 발명의 경우, 운전자의 페달 밟는 힘이 직접 가해지는 구동체와 그로부터 전해지는 힘을 받아 전방 스프로켓을 회전시키는 중간 회전체 사이에 다른 매개체가 개재되지 않는 매우 단순한 구조를 이룸에 따라 진동, 소음, 고장 등과 같은 구조적 복잡성 관련 문제가 발생하지 않는다.

상기와 같이, 본 발명의 자전거의 회전 구동력 발생 구조에 따르면, 좌우 양쪽 크랭크 아암의 360 ° 완전 회전을 위하여 발이 하사점에 이르도록 몸을 좌우 교대로 기울이며 힘써 페달을 밟아대던 종래의 경우와는 달리 상사점 전방 30 °~ 90 °정도의 구간에서 다리를 폈다 구부렸다 하는 동작만 반복하면 되기 때문에 페달 밟는 동작이 동력 손실 없이 완전히 회전 구동력으로 변환됨은 물론 종래의 좁고 불편한 안장 대신 넓고 편안한 안장(도 1 참조)을 장착, 사용할 수 있다.

바꾸어 말하면, 운전자는 힘을 덜 들이고도, 그리고 엉덩이 통증이 따르지 않는 편안한 상태에서 자전거 타기를 즐길 수 있다.

본 발명의 회전 구동력 발생 구조에 따른 자전거는 상기와 같은 구조적 특징으로 인하여 종래의 경우보다 안장 높이가 낮고 전륜 크기가 작은 외관상 특징을 나타내게 된다. (도 1 참조)

또한, 마치 말 등에 올라탄 것처럼 좌우 양쪽 페달을 동일한 경사각 상태(도 1 참조)로 하여 동시에 밟았다 놓았다 하는 동작을 반복할 경우 승마 운동 효과, 즉 복근 강화 등의 특별한 운동 효과를 얻을 수 있다.

서두에서 언급한 바와 같이, 완벽한 동력 변환 메커니즘임에도 그 구조가 단순함은 물론 자전거의 전진 및 후진에 전혀 문제가 없는 점에서 본 발명에 따른 회전 구동력 발생 구조의 실용적 가치는 매우 높은 것으로 사료된다.

도 1 은 본 발명 제 1 실시예에 따른 회전 구동력 발생 구조를 갖는 자전거의 측면도,
도 2 는 상기 도 1 에 있어 A-A 선 단면도,
도 3 은 본 발명 제 1 실시예의 회전 구동력 발생 구조에 있어 구동체와 중간 회전체 사이의 연동 과정을 나타내는 작동 상태도,
도 4 는 본 발명 제 1 실시예의 회전 구동력 발생 구조에 있어 구동체와 중간 회전체가 서로 분리된 시점을 나타내는 작동 상태도,
도 5 는 본 발명 제 1 실시예의 회전 구동력 발생 구조를 구성하는 측단 고정축의 측면도,
도 6 은 본 발명 제 2 실시예에 따른 회전 구동력 발생 구조에 있어 상기 도 3 에 상응하는 도면,
도 7 은 본 발명 제 2 실시예의 회전 구동력 발생 구조에 있어 상기 도 2 에 상응하는 도면이다.

이하, 본 발명 실시예에 따른 자전거의 회전 구동력 발생 구조를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명 제 1 실시예에 따른 회전 구동력 발생 구조는 당해 구조를 갖는 자전거의 측면도 및 그 A-A 선 단면도인 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 구성 요소 측면에서 정리하면, 프레임(F) 상에 있어 후륜(W2) 전방에 회전 가능 상태로 결합된 구조로서, 체인(C)을 통하여 후륜(W2)과 연결된 전방 스프로켓(10)과; 원웨이 베어링(B2)을 매개로 전방 스프로켓(10)과 동일 회전 중심축 상에 결합되어 당해 전방 스프로켓(10)을 일방향 회전시키는 중간 회전체(20)와; 중간 회전체(20)와 맞물려 연동하는 구조의 구동체(31)와, 구동체(31)와 상호 결합되어 당해 구동체(31)를 프레임(F)에 대하여 상대 운동 가능 상태로 지지하는 지지체(32)를 포함하는 구동 지지 부재(30)와; 지지체(32)에 일측 선단이 연결된 스프링으로서, 구동체(31)의 운동에 대하여 반동을 가하는 한편 자유 상태에서는 구동체(31)와 상기 중간 회전체(20)를 서로 분리시켜 이들 사이의 상호 연동 관계를 해제하는 반동 및 분리 부재(40)를 포함하여 구성된다.

참고로, 도면부호 "F1" 은 핸들(H)로부터 자전거 중앙부 하단으로 연장되는 단위 프레임을, "F2" 는 안장(S)으로부터 자전거 중앙부 하단으로 연장되는 단위 프레임을, "F3" 는 이들 단위 프레임(F1, F2)이 서로 만나는 부위에 위치하는 한편 상기 지지체(32) 하단이 결합되는 단위 프레임을, "F4" 는 상기 단위 프레임(F1) 상에 있어 단위 프레임(F3)에 인접한 한편 상기 전방 스프로켓(10)의 회전 중심축을 지지하는 단위 프레임을 각각 나타내며, 설명 및 이해를 쉽게 하기 위하여 별도의 도면부호를 붙였을 뿐, 이들 단위 프레임은 모두 전체적 의미의 프레임(F)에 포함되는 개념임을 미리 밝혀둔다.

실시예의 경우에 있어 상기 전방 스프로켓(10)은 축 일체형으로 도시되어 있으나 스프로켓과 스플라인(spline) 축의 상호 결합 형태라도 무방함은 물론이다.

상기 중간 회전체(20)는 평기어(spur gear)인 한편 구동체(31)는 당해 기어와 맞물리는 내접 링기어 형태를 갖는 부분적 기어, 즉 섹터(sector) 기어이다.

섹터 기어로서의 상기 구동체(31)는 가장자리 원호 부분(도면상의 이점 쇄선 표시부)을 따라 다수의 기어 잇빨이 형성된 기어부(31-1)와, 구동체 프레임으로서의 기어부 측벽에 구비된 볼트(bolt) 체결부(31-2)로 구성된다.

상기 지지체(32)는 구동체(31) 상의 기어부 측벽에 일체화 결합되어 함께 회전하는 크랭크 아암 형태로서, 상단에 페달(P)이 구비된 반면 하단은 상기 중간 회전체(20)와는 다른 회전 중심축에 결합된 특징이 있다.

지지체(32)의 하단은, 구체적으로, 상기 단위 프레임(F3) 좌우 양측단에 결합된 측단 고정축(E)에 통상의 베어링(B1)을 매개로 결합된다.

상기 반동 및 분리 부재(40)는 비틀림 스프링으로서, 일측 선단이 지지 부재(32) 상의 지지체(32)에 연결된 반면 타측 선단은 단위 프레임(F3), 즉 프레임(F) 상에 고정된다.

그 결과, 반동 및 분리 부재(40), 정확히 표현하면, 그 일측 선단은 상기 지지체(32)와 일체화 결합된 구동체(31)와 상기 중간 회전체(20)가 맞물려 연동하는 동안은 구동체(31)의 운동에 대하여 스프링으로서의 반력, 즉 반동을 가하게 된다.

또한, 반동 및 분리 부재(40)는, 스프링 자유 상태에 있어서는, 상기 구동체(31)를 중간 회전체(20)의 운동 영역 외부, 즉 회전 반경 외부로 밀어냄으로써 이들을 서로 분리시켜 상호 연동 관계를 해제한다.

반동 및 분리 부재(40)로서의 비틀림 스프링에 있어 상기 타측 선단이 프레임, 즉 단위 프레임(F3) 상에 고정되는 구조를 설명하면, 단위 프레임(F3) 좌우 양측단에 고정된 상기 측단 고정축(E) 선단부에는 이동 억제판(41)이 고정 결합된 한편 이 이동 억제판(41) 상의 구멍에 상기 비틀림 스프링의 타측 선단이 걸려 고정되는 것이다.

도면부호 "W1" 은 전륜을, "N" 은 너트(nut)를, "R" 은 스냅링(snap ring)을 각각 나타내며, 실시예의 도면과는 다른 베어링 이탈 방지 구조 또는 부재를 이용할 수도 있음은 물론이다.

덧붙여, 도 1 에 있어 A-A 선 단면도인 도 2 의 경우 본 발명에 관한 전체적 구조 이해를 쉽도록 하기 위하여 반단면도 개념으로 나타내었음을 참고로 밝혀둔다.

비단면 표시부 상의 구동체 기어부(31-1)(후술하는 도 7 의 경우에는 구동체(31')) 하방에는, 당해 기어부(31-1)(도 7 의 경우에는 구동체(31'))에 가려져 보이지는 않으나, 단면 표시부의 경우와 동일한 구조의 중간 회전체(20)가 결합되어 있다.

한편, 상기 중간 회전체(20) 및 구동체(31, 31')를 풀리 및 벨트부, 스프로켓 및 체인부로 각각 치환하더라도 상호 연동 구조를 이루는 데는 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. (중간 회전체 및 구동체를 반드시 기어로만 한정하지는 않는다는 의미임)

도 3 은 본 발명 제 1 실시예의 회전 구동력 발생 구조에 있어 구동체와 중간 회전체 사이의 연동 과정을 나타낸 결합 상태도로서, 도 3(a) 는 구동체(31)와 중간 회전체(20)가 서로 맞물리기 직전인 상사점 전방 30 ° 지점에서의 작동 상태를, 도 3(b) 는 구동체(31)와 중간 회전체(20)가 맞물려 연동하는 도중 상사점 전방 90 ° 지점에서의 작동 상태를 각각 나타낸다. (도면부호 "G" 는 볼트 구멍을 나타냄)

바꾸어 말하면, 상기 도 3(a) 및 도 3(b) 는 운전자가 상사점 전방 30 ° ~ 90 ° 구간에서 페달(P)을 밟았다 놓았다 하는 동작을 반복함에 따라 구동체(31) 및 중간 회전체(20)는 정회전 및 역회전을 반복하는 반면 전방 스프로켓(10)은 정회전만을 계속하게 되는 경우를 나타낸 것이다.

운전자가 페달(P)을 밟을 경우에는 구동체(31)가 중간 회전체(20)와 전방 스프로켓(10)을 함께 회전시키는 반면 페달(P)을 놓을 경우에는 반동 및 분리 부재(40)의 반동에 의하여 구동체(31) 및 중간 회전체(20)만 역회전하고(헛돌고) 전방 스프로켓(10)은 그대로 있게 된다.

상기 역회전 시의 헛도는 현상, 바꾸어 말하면, 전방 스프로켓(10)은 그대로 있는 상태에서 구동체(31) 및 중간 회전체(20)만 독립적으로 회전하는 현상은 중간 회전체(20)와 전방 스프로켓(10) 사이의 상호 결합부에 개재된 원웨이 베어링의 회전 특성에 따른 것이다.

운전자의 체형 또는 취향에 따라 다르겠지만, 본 발명에 따른 회전 구동력 발생 구조를 갖는 자전거를 실제로 운전하는 운전자는 상사점 전방 30 ° ~ 90 ° 구간 보다 좁은 구간에서 좌우 양쪽 페달(P)을 교대로 밟았다 놓았다 하는 것이 보통이다.

도 4 는 본 발명 제 1 실시예의 회전 구동력 발생 구조에 있어 구동체와 중간 회전체가 서로 분리된 시점의 작동 상태도로서, 운전자가 페달(P)에서 완전히 발을 뗌에 따라 반동 및 분리 부재(40), 즉 비틀림 스프링이 자유 상태로 복원되는 한편 그 탄성 복원력에 의하여 구동체(31)가 중간 회전체(20)의 운동 영역 외부, 즉 회전 반경 외부로 밀려난 상태를 나타낸다.

오르막길에서 자전거가 미끄러져 내려오거나 운전자 임의로 자전거를 후진시킬 경우 후륜, 전방 스프로켓(10) 및 중간 회전체(20)가 함께 역회전하게 되는데(전방 스프로켓(10) 역회전 시에는 중간 회전체(20)도 함께 역회전하게 되며, 이 또한 이들 사이에 개재된 원웨이 베어링의 회전 특성에 따름), 도시한 바와 같이, 그러한 경우에도 구동체(31)는 그 기어부 선단(우측단)이 중간 회전체(20)의 회전 반경 외부로 밀려나 있음에 따라 중간 회전체(20), 전방 스프로켓(10) 및 후륜의 역회전을 억제하지 않는다.

바꾸어 말하면, 본 발명의 회전 구동력 발생 구조를 자전거는 후진에 전혀 문제가 없다.

상기 구동체(31)와 중간 회전체(20)가 회전 운동을 하되 서로 다른 회전 중심을 가짐에 따라 각각의 운동 궤적이 서로 다르기 때문에 상기와 같은 후륜의 독립적 역회전이 가능함은 앞서 설명한 바 있다.

본 발명 제 1 실시예의 회전 구동력 발생 구조를 구성하는 측단 고정축의 측면도인 도 5 에 나타낸 바와 같이, 스냅링 홈(R*)을 경계로 하여 그 우측으로 반동 및 분리 부재 결합부(40*), 이동 억제판 결합부(41*), 그리고 나사 형성부가 각각 이어진다.

이동 억제판(41)은 반동 및 분리 부재(40) 상에 있어 앞서 언급한 바의 타측 선단이 외력을 받아 이동하는 것을 억제하기 위한 부재이며, 그러한 기능의 이동 억제판(41)이 결합되는 부분, 즉 이동 억제판 결합부(41*)는 원형 단면 형상을 갖는 다른 부분들과는 달리 사각 단면을 갖는 특징이 있다.

바꾸어 말하면, 이동 억제판(41)은 사각 단면 형상의 상기 이동 억제판 결합부(41*)와 맞물려 확실히 고정됨에 따라 반동 및 분리 부재(40), 즉 비틀림 스프링의 상기 타측 선단을 움직이지 못하도록 잡아주게 된다.

도 6 및 도 7 은 본 발명 제 2 실시예에 따른 회전 구동력 발생 구조에 있어 상기 도 3, 정확히 표현하면, 도 3(a)에 상응하는 도면, 그리고 도 2 에 각각 상응하는 도면으로서, 구동체(31')와 지지체(32')를 상호 밀착 구조로 하여 볼트 체결한 점에서 제 1 실시예의 경우와 상이하다.

구체적으로, 상기 구동체(31')는 가장자리 원호 부분을 따라 다수의 기어 잇빨이 형성된 한편 구동체 프레임으로서의 측벽 부분에 볼트(M) 체결용 나사 구멍(M*)이 형성된 구조로서, 이는 구동체(31')와 지지체(32')를 밀착시킨 상태로 볼트 체결함으로써 더욱 견고한 구조를 이루기 위한 것이다.

도면부호 "Q" 는 제 1 실시예의 경우에 비하여 구동체(31') 측벽이 두꺼워짐에 따른 전체적 중량화를 완화하기 위한 구멍이며, 구조적 견고성을 해치지 않는 범위 내에서 그 개수 및 크기를 변경할 수 있음은 물론이다.

10 : 전방 스프로켓 20 : 중간 회전체
30, 30' : 구동 지지 부재 31, 31' : 구동체
32, 32' : 지지체 40 : 반동 및 분리 부재

Claims

프레임(F) 상에 있어 후륜(W2) 전방에 회전 가능 상태로 결합된 구조로서, 체인(C)을 통하여 후륜(W2)과 연결된 전방 스프로켓(10)과; 원웨이 베어링(B2)을 매개로 전방 스프로켓(10)과 동일 회전 중심축 상에 결합되어 당해 전방 스프로켓(10)을 일방향 회전시키는 중간 회전체(20)와; 중간 회전체(20)와 맞물려 연동하는 구조의 구동체(31, 31')와, 구동체(31, 31')와 상호 결합되어 당해 구동체(31, 31')를 프레임(F)에 대하여 상대 운동 가능 상태로 지지하는 지지체(32, 32')를 포함하는 구동 지지 부재(30, 30')와; 상기 지지체(32, 32')에 일측 선단이 연결된 스프링으로서, 구동체(31, 31')의 운동에 대하여 반동을 가하는 한편 자유 상태에서는 구동체(31, 31')와 상기 중간 회전체(20)를 서로 분리시켜 이들 사이의 상호 연동 관계를 해제하는 반동 및 분리 부재(40)를 포함하여 구성되며,
상기 구동 지지 부재(30, 30') 상단에 구비된 페달(P)을 밟았다 놓았다 하는 동작을 반복할 경우 회전 구동력이 연속적으로 발생하는 반면 페달(P)에서 발을 뗄 경우 상기 반동 및 분리 부재(40)의 탄성 복원력에 의하여 구동체(31, 31')가 중간 회전체(20)의 운동 영역 외부로 밀려나면서 그로부터 분리됨에 따라 후륜(W2), 전방 스프로켓(10) 및 중간 회전체(20)의 독립적 역회전이 가능한 상태로 되는 것을 특징으로 하는 자전거의 회전 구동력 발생 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 중간 회전체(20)는 평기어인 한편 상기 구동체(31, 31')는 당해 기어와 맞물리는 내접 링기어 형태의 섹터 기어이며; 상기 지지체(32, 32')는 섹터 기어로서의 구동체(31, 31') 측벽에 고정 결합되어 함께 회전하는 크랭크 아암으로서, 상단에 페달(P)이 구비된 반면 하단은 상기 중간 회전체(20)와는 다른 회전 중심축에 결합된 것을 특징으로 하는 자전거의 회전 구동력 발생 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 구동체(31)는 가장자리 원호 부분을 따라 다수의 기어 잇빨이 형성된 기어부(31-1)와, 구동체 프레임으로서의 기어부 측벽에 구비된 볼트 체결부(31-2)로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거의 회전 구동력 발생 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 구동체(31')는 가장자리 원호 부분을 따라 다수의 기어 잇빨이 형성된 한편 구동체 프레임으로서의 측벽 부분에 볼트(M) 체결용 나사 구멍(M*)이 형성된 것을 특징으로 하는 자전거의 회전 구동력 발생 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 반동 및 분리 부재(40)는 크랭크 아암으로서의 지지체(32, 32')와 프레임(F) 사이에 개재된 비틀림 스프링으로서, 프레임(F) 상의 측단 고정축(E) 선단부에 고정 결합된 이동 억제판(41) 상의 구멍에 타측 선단이 걸려 고정된 것을 특징으로 하는 자전거의 회전 구동력 발생 구조.