KR20240050826A - 상하 작동식 자전거 구동 장치 - Google Patents

상하 작동식 자전거 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 자전거 페달을 회전식이 아닌 상,하로 작동시켜 크랭크축에 끊김(유격)없이 동력이 전달되도록 하는 상하 작동식 자전거 구동 장치에 관한 것으로, 뒷바퀴와 체인으로 연결되는 크랭크기어의 크랭크축에 발로 밟아 돌릴 수 있는 양측 페달의 양측 링크가 대칭되게 축설된 자전거 구동 장치에 있어서, 양측 링크 중 하나(제1 링크)의 단부(제1 지점)로부터 상기 크랭크축에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 제1 보조링크가 형성될 수 있고, 다른 하나(제2 링크)의 단부(제2 지점)로부터 상기 크랭크축에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 제2 보조링크가 형성될 수 있으며, 상기 제1 보조링크의 단부(제3 지점)와 상기 제2 보조링크의 단부(제4 지점)에 일정 길이를 갖는 도르레체인의 양단이 도르레기어를 통해 각각 연결될 수 있다.

Description

상하 작동식 자전거 구동 장치{UP AND DOWN BIKE DRIVING APPARATUS}
본 발명은 자전거 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자전거 페달을 회전식이 아닌 상,하로 작동시켜 크랭크축에 끊김(유격)없이 동력이 전달되도록 하는 상하 작동식 자전거 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 앞바퀴와 뒷바퀴가 수평, 수직 지지체에 연결 설치되고, 뒷바퀴와 체인으로 연결되는 회전축(또는 크랭크축, 페달축이라 칭함)에는 발로 밟아 돌릴 수 있는 페달의 링크(또는 페달암이라 칭함)가 대칭되게 축설되며, 조향 핸들 및 사용자의 안장 그리고 필요에 따라 보조 안장, 짐받이 등이 설치된다.
종래의 자전거는 페달을 발로 밟아 주행하는 족동식으로 몸의 중심이 안장을 기준으로 분배되고 또한 페달의 반지름과 체인에 연결된 뒷바퀴 기어의 반지름의 비율이 대략 4:1 정도에 기준하여 제작되고 있는 실정으로, 이러한 경우 회전축을 중심으로 그 링크를 반지름으로 하는 원주를 따라 회전 운동하는 양 페달을 양발로 페달의 회전방향을 따라 번갈아 가면서 밟아 줌으로써, 회전축을 연속 회전시켜 그 회전축의 스프로켓기어(또는 체인기어, 크랭크기어라 칭함)와 체인 연결된 뒷바퀴를 회전시켜 자전거가 주행된다.
그러나 전술한 종래의 자전거는 회전 시 페달의 경우 무릎의 상하 운동과 동시에 발의 전후 운동이 동시에 이루어져야 되므로 2중의 에너지가 소모되고, 또한 무릎의 상하 운동이 발의 전후 운동에 비해 상대적으로 큰 근력을 갖고 있으나, 회전식 페달이 그 원운동 과정에서 페달의 위치가 상하 정점 부위에 다다를 경우 상하 운동력이 페달에 전혀 미치지 아니하므로 동력 전달에 유격(끊김)이 발생하여 힘의 극대화가 이루어지지 않고, 에너지 낭비가 많아지는 것이며, 언덕의 오르막길 경우에는 페달이 정점 부위를 지날 때 힘의 공백(유격)이 발생하여 자전거가 정지되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-0054291호(2005.06.10.)
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 자전거 페달을 회전식이 아닌 상,하로 작동시켜 크랭크기어의 크랭크축에 끊김(유격)없이 일정한 동력이 전달되도록 하는 상하 작동식 자전거 구동 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치는, 뒷바퀴와 체인으로 연결되는 크랭크기어의 회전축(또는 크랭크축, 페달축이라 칭함)에 발로 밟아 돌릴 수 있는 양측 페달의 양측 링크(또는 페달암이라 칭함)가 대칭되게 축설된 자전거 구동 장치에 있어서, 양측 링크 중 하나(이하, 제1 링크)의 단부(이하, 제1 지점)로부터 상기 크랭크축에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 제1 보조링크가 형성될 수 있고, 다른 하나(이하, 제2 링크)의 단부(이하, 제2 지점)로부터 상기 크랭크축에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 제2 보조링크가 형성될 수 있으며, 상기 제1 보조링크의 단부(이하, 제3 지점)와 상기 제2 보조링크의 단부(이하, 제4 지점)에 일정 길이를 갖는 도르레체인의 양단이 도르레기어를 통해 각각 연결될 수 있고, 제1 지점과 제2 지점은 제1 지점의 회전 반경(이하, 제1 회전반경)이 제2 지점의 회전 반경(이하, 제2 회전반경)보다 상대적으로 크도록 정의될 수 있으며, 제3 지점과 제4 지점은 제3 지점의 회전 반경(이하, 제3 회전반경)과 제4 지점의 회전 반경(이하, 제4 회전반경)이 공통 회전 중심을 갖으면서 제3 회전반경이 제4 회전반경보다 상대적으로 크도록 정의될 수 있고, 상기 도르레기어는 제3 지점과 제4 지점이 자전거 진행 또는 후퇴 방향(이하, 제1 방향)과 평행한 직선 상에 위치(이하,제1 위치)할 때 제1 위치의 상부(이하, 제2 위치)에 제1 방향과 동일한 방향으로 정/역 회전가능하게 설치될 수 있다.
상기 도르레기어는 자전거의 상부 프레임에 설치될 수 있고, 상기 도르레기어의 적어도 일면을 감싸는 도르레박스가 설치될 수 있으며, 상기 도르레박스의 적어도 하단부는 상기 제1,2 보조링크의 회전 궤도상에 위치할 수 있다.
상기 크랭크축의 양단과 상기 양측 링크는 각각 일방향 클러치(베어링)를 통해 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 자전거 페달을 회전식이 아닌 상,하로 작동시켜 크랭크축에 끊김(유격)없이 일정한 동력이 전달되도록 하는 상하 작동식 자전거 구동 장치를 제공할 수 있다.
즉, 종래의 회전식 페달은 페달에 가해지는 동력을 전달할 수 있는 각도(즉, 페달 한번 밟는 각도)가 약 120도로서 페달 1회전(360도 회전)하는 동안 양측 페달 한번씩(120도+120도) 두 번의 페달을 밟을 수 있기 때문에 240도만큼의 구간만 동력이 전달되고 120도만큼의 구간 동안은 동력 전달에 끊김(유격)이 발생하는 반면, 본 발명에 따른 상하 작동식은 상하 교대로 작동하여 유격 없이 바로바로 동력을 전달할 수 있으므로 페달 1회전(360도 회전) 하는데 양측 페달을 번갈아 가며 세번의 페달을 연속적으로 밟아서 360도 회전 구간 모두 끊김(유격) 없이 동력을 전달할 수 있다. 따라서, 자전거 속도도 향상되고, 언덕을 오를 때도 동력의 힘이 연속적으로 작용하여 구동함으로써 회전식 보다 안정적이고 일정한 속도로 올라갈 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치의 평면 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치의 측면 구성도로서, 도 2는 제1 페달을 밟았을 때의 측면도, 도 3은 제1 페달과 제2 페달이 평행할 때의 측면도, 도 4는 제2 페달을 밟았을 때의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치의 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치가 적용된 자전거의 측면도로서, 도 6은 제1 페달과 제2 페달이 평행할 때의 측면도, 도 7은 제1 페달을 밟았을 때의 측면도, 도 8은 제2 페달을 밟았을 때의 측면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치의 평면 구성도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치의 측면 구성도로서, 도 2는 제1 페달을 밟았을 때의 측면도, 도 3은 제1 페달과 제2 페달이 평행할 때의 측면도, 도 4는 제2 페달을 밟았을 때의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치의 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치는 크랭크기어(110), 크랭크축(130), 링크(150), 페달(170), 보조링크(190), 도르레기어(210), 도르레체인(230), 및 도르레박스(250)를 포함할 수 있다.
크랭크기어(110)는 자전거 뒷바퀴와 체인(111)으로 연결되는 기어로서, 스프로켓기어 또는 체인기어라 칭하기도 한다.
크랭크축(130)은 크랭크기어(110)의 회전축을 나타낸다.
링크(150)는 크랭크축(130)의 양단에 각각 설치된 제1 링크(151) 및 제2 링크(152)를 포함하는데, 뒷바퀴와 체인(111)으로 연결되는 크랭크기어(110)의 크랭크축(130)의 양단에는 각각 제1 링크(151)와 제2 링크(152)가 대칭되게 축설되고, 제1,2 링크(150: 151,152)에 양 발로 밟아 돌릴 수 있는 양측 페달(170: 171, 172)이 각각 설치된다.
크랭크축(130)의 양단과 양측 링크(151, 152)는 각각 일방향 클러치(베어링)(B1, B2)을 통해 연결되고, 일방향 클러치(베어링)(B1, B2)은 회전 방향 중 한 방향(즉, 자전거 진행 방향과 반대 방향)으로는 헛돌지만 다른 회전방향(즉, 자전거 진행 방향)에서는 마찰에 의해서 클램핑 되도록 설계된다.
보조링크(190)는 제1 보조링크(191)와 제2 보조링크(192)를 포함하는데, 제1 보조링크(191)는 제1 링크(151)의 단부의 일 지점(이하, 제1 지점)(P1)으로부터 크랭크축(130)에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 형성되고, 제2보조링크(192)는 제2 링크(152)의 단부의 일 지점(이하, 제2 지점)(P2)으로부터 크랭크축(130)에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 형성된다.
제1 링크(151)의 제1 지점(P1)과 제2 링크(152)의 제2 지점(P2)은 링크(150: 151, 152)의 회전 시 제1 지점(P1)의 회전 반경(이하, 제1 회전반경)(d1)이 제2 지점(P2)의 회전 반경(이하, 제2 회전반경)(d2)보다 상대적으로 크도록 정의된다(도 6 참조).
도르레기어(210)는 자전거의 상부 프레임(211)에 설치되고, 도르레기어(210)의 적어도 일면을 감싸는 도르레박스(250)가 설치될 수 있다.
도르레체인(230)은 도르레기어(210)에 걸리는 체인으로서, 일정 길이를 갖는 도르레체인(230)의 양단이 도르레기어(250)를 통해 각각 제1 보조링크(191)와 제2 보조링크(192)에 연결된다.
도르레체인(130)의 일단은 제1 보조링크(191)의 단부의 일 지점(이하, 제3 지점)(P3)에 연결되고 타단은 제2 보조링크(192)의 단부의 일 지점(이하, 제4 지점)(P4)에 연결되는데, 제1 보조링크(191)의 제3 지점(P3)과 제2 보조링크(192)의 제4 지점(P4)은 링크(190: 191, 192)의 회전 시 제3 지점(P3)의 회전 반경(이하, 제3 회전반경)(d3)과 제4 지점(P4)의 회전 반경(이하, 제4 회전반경)(d4)이 공통 회전 중심을 갖으면서 제3 회전반경(d3)이 제4 회전반경(d4)보다 상대적으로 크도록 정의된다(도 5,6 참조).
도르레기어(230)는 제3 지점(P3)과 제4 지점(P4)이 자전거 진행 또는 후퇴 방향(이하, 제1 방향)과 평행한 직선 상에 위치(이하,제1 위치)할 때(도 3,6 참조) 제1 위치의 상부(이하, 제2 위치)에 제1 방향과 동일한 방향으로 정/역 회전가능하게 자전거의 상부 프레임(211)에 설치될 수 있다.
도르레박스(250)는 적어도 하단부가 제1,2 보조링크(191, 192)의 회전 궤도(T1, T2)상에 위치하도록 그 크기 및 형태가 정의되어 자전거의 상부 프레임(211)에 설치될 수 있다.
이어 본 발명의 동작을 설명한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상하 작동식 자전거 구동 장치가 적용된 자전거의 측면도로서, 도 6은 제1 페달과 제2 페달이 평행할 때의 측면도, 도 7은 제1 페달을 밟았을 때의 측면도, 도 8은 제2 페달을 밟았을 때의 측면도이다.
먼저, 도 4의 상태에서 도 7에 도시된 바와 같이 제1 측(도면 상에서 좌측) 상부에 있는 제1 페달(171)을 위에서 아래로 밟으면 타측(도면 상에서 우측)에 있는 제2 페달(172)이 도르레기어(210) 및 도르레체인(230)을 통해 아래에서 위로 올라가서 도 2의 상태가 되고, 이때 제1 페달(171)을 밟는 힘에 의해 제1 링크(151)가 약 120도가량 위에서 아래로 회전하고 이 회전력은 크랭크축(130)에 전달되어 크랭크기어(110)를 약 120도 회전시킨다.
반대로, 도 2의 상태에서 도 8에 도시된 바와 같이 제2 측(도면 상에서 우측) 상부에 있는 제2 페달(172)을 위에서 아래로 밟으면 상대측(도면 상에서 좌측)에 있는 제1 페달(171)이 도르레기어(210) 및 도르레체인(230)을 통해 아래에서 위로 올라가서 도 4의 상태가 되고, 이때 제2 페달(172)을 밟는 힘에 의해 제2 링크(152)가 약 120도가량 위에서 아래로 회전하고 이 회전력은 크랭크축(130)에 전달되어 크랭크기어(110)를 약 120도 회전시킨다.
한편, 전술한 동작 중 제1,2 링크(151,152)가 아래에서 위로 회전할 시에 이 회전력은 일방향 클러치(베어링)(B2)의 기능에 의해 크랭크축(130)에 전달되지 않는다.
또한, 제1,2 링크(151,152)가 각각 아래에서 위로 회전(즉, 역회전)할 시에 제1,2 링크(151,152)와 같이 회전하던 제1,2 보조링크(191,192)가 도르레박스(250)의 하단부에 걸려 차단되므로 제1,2 페달(171,172)이 각각 최고점에 도달한 후에는 제1,2 링크(151,152)의 더 이상의 역회전을 차단하여 제1,2 페달(171,172)이 최고점에서 (자전거 진행 방향에 대해) 뒤로 넘어가는 것을 방지한다.
따라서, 종래의 회전식 페달은 페달에 가해지는 동력을 전달할 수 있는 각도(즉, 페달 한번 밟는 각도)가 약 120도로서 페달 1회전(360도 회전)하는 동안 양측 페달 한번씩(120도+120도) 두 번의 페달을 밟을 수 있기 때문에 240도만큼의 구간만 동력이 전달되고 120도만큼의 구간 동안은 동력 전달에 끊김(유격)이 발생하는 반면, 본 발명에 따른 상하 작동식은 상하 교대로 작동하여 유격 없이 바로바로 동력을 전달할 수 있으므로 크랭크기어(110)의 크랭크축(130)을 1회전(360도 회전)시키기 위하여 양측 페달(171,172)을 번갈아 가며 세번 연속적으로 밟으면 크랭크축(130)의 360도 1회전 구간 모두 끊김(유격) 없이 동력을 전달할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 크랭크기어
130: 크랭크축
150, 151, 152: 링크
170, 171, 172: 페달
190, 191, 192: 보조링크
210: 도르레기어
230: 도르레체인
250: 도르레박스

Claims (3)

  1. 뒷바퀴와 체인으로 연결되는 크랭크기어의 크랭크축에 발로 밟아 돌릴 수 있는 양측 페달의 양측 링크가 대칭되게 축설된 자전거 구동 장치에 있어서,
    양측 링크 중 하나(이하, 제1 링크)의 단부(이하, 제1 지점)로부터 상기 크랭크축에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 제1 보조링크가 형성되고, 다른 하나(이하, 제2 링크)의 단부(이하, 제2 지점)로부터 상기 크랭크축에 평행한 방향으로 일정 길이 연장되어 제2 보조링크가 형성되며,
    상기 제1 보조링크의 단부(이하, 제3 지점)와 상기 제2 보조링크의 단부(이하, 제4 지점)에 일정 길이를 갖는 도르레체인의 양단이 도르레기어를 통해 각각 연결되고,
    제1 지점과 제2 지점은 제1 지점의 회전 반경(이하, 제1 회전반경)이 제2 지점의 회전 반경(이하, 제2 회전반경)보다 상대적으로 크도록 정의되며,
    제3 지점과 제4 지점은 제3 지점의 회전 반경(이하, 제3 회전반경)과 제4 지점의 회전 반경(이하, 제4 회전반경)이 공통 회전 중심을 갖으면서 제3 회전반경이 제4 회전반경보다 상대적으로 크도록 정의되고,
    상기 도르레기어는 제3 지점과 제4 지점이 자전거 진행 또는 후퇴 방향(이하, 제1 방향)과 평행한 직선 상에 위치(이하,제1 위치)할 때 제1 위치의 상부(이하, 제2 위치)에 제1 방향과 동일한 방향으로 정/역 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 상하 작동식 자전거 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도르레기어는 자전거의 상부 프레임에 설치되고, 상기 도르레기어의 적어도 일면을 감싸는 도르레박스가 설치되며, 상기 도르레박스의 적어도 하단부는 상기 제1,2 보조링크의 회전 궤도상에 위치하는 것을 특징으로 하는 상하 작동식 자전거 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 크랭크축의 양단과 상기 양측 링크는 각각 일방향 클러치(베어링)를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 상하 작동식 자전거 구동 장치.
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