KR960005715B1 - 자전거의 구동장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자전거의 구동장치

제1도는 본 발명의 원리 설명도.

제2도는 본 발명의 사시도.

제3도는 본 발명의 요부 사시도.

제4도는 본 발명의 페달간 상하 작동 장치부의 분리 사시도.

제5도는 본 발명의 라쳇기어 내부 구조 표시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 페달을 밝지 않고 다리를 상하 운동할 때 발바닥 중심의 상하 운종 경로

B : 기존 자전거의 페달이 회전식 운동할 때의 발바닥 중심의 운동 경로

C : 가장 편안하게 발바닥 중심에 몸의 무게를 가할 수 있는 발바닥의 중심 운동 경로

D : 본 발명이 채택한 페달 운동 경로

1 : 몸체 2 : 주축

3 : 체인기어 4 : 체인

5 : 플라이휠 6 : 라쳇기어

6' : 잇발 6" : 휠

5 : 반달기어 7' : 잇발

8 : 보조축 9,9' : 페달간

10,10' : 페달 11,11' : 굴림대설치부

12,12' : 걸림체인기어 13,13' : 걸림턱

14,14' : 걸림쇠 15,15' : 상승걸림턱

16,16' : 하강걸림턱 17 : 지지판

18 : 안내체인 19,19' : 이음쇠

20 : 체인기어축 21 : 안내체인기어

22 : 작동판 23 : 구멍

24,24' : 안내간 25 : 조정볼트

26,26' : 스프링 27 : 걸림잇발

28 : 걸림쇠 29 : 스프링

본 발명은 페달을 상하 밟음 운동으로 추진되는 자전거의 구동장치에 관한 것이다.

종전의 자전거는 페달간을 회전 운동시키면서 자전거의 뒷바퀴가 구동되게 하였기 때문에 인체공학상 다리의 힘을 페달간을 통하여 자전거의 뒷바퀴에 효율적으로 전달할 수 없었을 뿐만 아니라 빨리 피로를 느껴 장시간 자전거를 탈 수 없었던 것이다.

본 발명은 이상의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로 먼저 다리 운동의 원리를 설명하면 제1도 "A"에서 표시한 바와 같이 이는 페달을 밟지 않고 가장 편안하게 다리의 상하 운동을 하는 경로로서 이 경로에는 발바닥 중심 부분에 위치한 페달에는 수직 상으로 힘을 가하기가 매우 불편한 곳이 된다.

굳이 페달에 몸무게를 가하려면 몸을 앞으로 많이 굽혀야 하기 때문에 편안한 자세로서는 주행을 할 수 없게 된다.

"B"은 기존의 회전식 자전거 페달의 회전운동 경로로서 이 경로의 중심점을 축으로 하여 지렛대 형상의 페달간이 회전하는 경로이므로 다리의 운동 에너지가 자전거의 뒷바퀴에 전달되는 회전 에너지로 전환되는 효율은 매우 낮고 대신 다리는 빨리 피로하여 진다.

따라서 다리의 운동에너지를 효율이 최대한 100%에 가깝게 뒷바퀴의 회전운동을 전환시키는 조건은 페달과 페달간 그리고 중심점(축)이 수평을 이룬 상태에서 페달을 밟을 때이고 페달에 가하는 힘이 뒷바퀴의 회전운동으로 전달되는 효율이 가장 낮은 0%일 때는 페달과 페달간 그리고 중심점(축)이 상하 수직선상에 있을 때이다.

따라서 페달의 회전운동 하에서는 효율이 낮은 부분, 즉 페달과 페달간 그리고 중심점(축)이 상하 수직선상에 또는 그 가까이에 있는 부분이 많이 있기 때문에 자전거 타기가 매우 힘들고 빨리 피로하게 된다.

"C"는 이의 경로가 가장 이상적인 경로로서 이는 발바닥의 중심이 몸의 무게 중심 가까이 있을 때 페달에 힘을 가하기가 가장 편안하므로 이때 발을 무릎 안쪽인 엉덩이 쪽으로 자연히 이동하게 된다.

그리고 상체는 이동하지 않으므로 이때 하강된 발의 위치는 몸의 무게 중심 가까운 곳으로 함께 이동하여 도면 표시의 "C"의 경로가 나오게 된다. 그리고 안장에 앉은 상태에서는 허리와 다리를 일직선상에 두면 안장 때문에 매우 불편하므로 하강 끝 부분에서는 어느 정도 다리가 앞쪽으로 나와 있을 때가 가장 편안하다.

따라서 "C"의 경로와 가장 가까운 영역에서 다리를 상하 운동할 수 있도록 하려면 페달간(지렛대)의 각도를 수평에서 상하 약 50도 이내로 하여, 처음부터 페달을 밟아 뒷바퀴로 에너지를 전달하는 과정에 효율이 낮은 부분은 없도록 해야 하고 이에 알맞게 페달간(지렛대)의 길이와 주축 및 보조축의 위치도 정해야 한다.

이렇게 하면 자연히 페달간의 길이가 회전식의 경우보다 길어지고, 페달간이 길어지면 상대적으로 페달의 상하 운동 각도가 적어지며 에너지가 뒷바퀴 회전 운동 에너지로 바퀴는 효율이 높아진다.

"D"는 본 발명이 채택한 경로로서 "C"의 경로와 비슷하게 되어 있다.

하강 끝 부분에서 앞쪽으로 약간 나가는 것은 다리를 충분히 뻗을 수 있는 부분이 된다. 즉 다리를 하강하게 되면 관성 때문에 중간에서 멈추기 불편하므로 다리가 편안하게 펴질 때까지 충분히 하강 할 수 있는 것이다.

이를 도면에 의거 구조와 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

자전거 몸체(1)에 회전 가능하게 끼움 설치된 주축(2)의 좌우쪽중 한쪽에는 체인기어(3)을 끼움 고정하여 뒷바퀴의 플라이휠(5)과 체인(4)으로 연동되게 하고, 주축(2) 좌우에 각각 설치된 라쳇기어(6)의 내측 휠(6")은 주측(2)에 끼운 고정되고, 라쳇기어(6)의 잇발(6')은 이의 끝 부분이 삼각형으로 되어 반달기어(7)의 잇발(7')과 물림되게 하며, 라쳇기어(6)의 내부에는 등간격으로 다수의 걸림잇발(27)과 스프링(29)을 개재시킨 걸림쇠(28)를 설치하여 페달(10)(10')이 하강할때는 스프링(29)이 걸림쇠(28)를 밀어 주어 걸림쇠(28)와 걸림잇발(27)이 맞물림되어 같이 회전하고, 페달(10)(10')이 상승할 때는 걸림잇발(27)과 걸림쇠(28)가 분리되어 서로 반대 방향으로 회전이 가능하게 하며, 몸체(1)에 끼움 고정된 보조축(8)의 좌우 측에는 관체 형상의 굴림대설치부(11)(11')가 회전 가능하게 끼움 설치되고 이의 좌우에는 반달기어(7)와 페달(10)(10')을 설치한 페달간(9)(9')이 각각 부착되어 있고 굴림대설치부(11)(11') 내측단에는 걸림쇠(14)(14')를 돌출되게 설치하여 몸체(1)에 돌출 설치된 상승걸림턱(15)(15')과 하강 걸림턱(16)(16')에 각각 걸림되게 하며, 굴림대설치부(11)(11')의 내측 주벽에는 걸림체인기어(12)(12')가 형성되고, 그 선단에 돌출 설치된 낚시형 걸림턱(13)(13')에 안내체인(18)의 끝이 걸림되게 설치하고, 안내체인(18)은 안내체인기어(21)쪽과 걸림체인기어(12)(12')쪽이 서로 90도 꼬임된 방향으로 이음되게 안내체인(18) 양쪽 중간 부분에 이음쇠(19)(19')를 개재시켜 걸림체인기어(12)(12')와 안내체인기어(21)가 연동되게 감김 설치하고, 체인기어축(20)은 안내체인기어(21)가 회전가능하게 작동판(22) 앞뒤의 몸체(1)에 부착된 지지판(17) 사이에 안내간(24)(24')이 헐겁게 끼움되어 있고, 작동판(22)과 지지판(17) 사이의 안내간(24)(24')에는 스프링(26)(26')이 외향 탄력성을 갖고 끼움되고, 한쪽 지지판(17)에는 조정볼트(25)가 나사 끼움되어진 구조이다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 자전거의 구동 장치인바 통상 시에는 페달(10)(10')이 설치된 좌우 페달간(9)(9')은 보조축(8)을 중심으로 수평과 상하 약 50도 범위 내의 각도 안에 있게 된다.

안장 위에 탑승 한자가 발을 좌우 페달(10)(10')에 접하여 번갈아 밟으면 좌우 굴림대설치부(11)(11')에 돌출설치된 걸림쇠(14)(14')가 몸체(1)에 돌출 설치된 상승걸림턱(15)(15')과 하강걸림턱(16)(16')에 걸림되기 때문에 굴림대설치부(11)(11')에 부착된 반달기어(7)는 수평과 상하 각각 약 50도 범위 내에서 번갈아 상하 운동을 반복하게 되고, 아울러 반달기어(7)의 잇발(7')과 리쳇기어(6)의 잇발(6')은 삼각형으로 되어 있어 이의 맞물림된 상태가 양호하여 페달(10)(10')을 밟을 시는 라쳇기어(6)는 정회전하고 이와 같이 정회전 시는 휠(6")이 걸림되어 뒷바퀴에 추진력을 전달하고, 페달(10)(10')이 상승될 시는 라쳇기어(6)는 공회전하게 되고, 이와 같이 공회전 시는 휠(6")의 걸림 상태가 해지되어 추진력에는 아무런 영약을 미치지 않게 된다. 그리고 자전거에서 내린 상태에서 자전거 차체를 손으로 잡고 뒤로 후진시킬 때에는 라쳇기어(6)가 역회전하게 되고 이에 맞물린 반달기어(7)가 상향 회전됨에 따라 페달(10)(10')은 최대로 상승하여 반달기어(7)는 라쳇기어(6)와 불리되어 진다. 이때 자전거를 뒤로 후진시키면 별다른 저항 없이 후진된다. 그리고 자전거 주행중 페달(10)(10')을 최대로 하강시킬 때에는 반달기어(7)와 라쳇기어(6)는 서로 맞물린 상태가 유지된다. 즉 걸림쇠(14)(14')는 하강걸림턱(16)(16')에 걸림되어 정상적인 주행을 가능하게 한다. 그리고 하강된 페달간(9)(9')을 상승시키는 작동은 체인기어축(20)에 회전 가능하게 설치된 안내체인기(221)와 굴림대설치부(11)(11')에 부착되어 있는 걸림체인기어(12)(12')에 감김된 안내체인(18)의 이동에 의해 이루어진다. 즉 좌우 페달(10)(10') 중 어느 한쪽 페달을 밟으면 안내체인(18)의 한쪽은 걸림체인기어(12)(12') 중 페달을 밟은쪽 걸림체인기어에 감김되어 지고 또 안내체인(18)의 다른 한쪽은 걸림체인기어에서 풀려진다. 안내체인(18)이 안내체인기어(21)를 당기면 작동판(22)은 스프링(26)(26')을 압축하면서 전진하고 이의 전진이 조정볼트(25)에 맞닿으면 작동판(22)은 전진을 멈춘다. 아울러 최대로 상승되어 있는 좌우 페달(10)(10')을 동시에 하강시키면 일정 길이로 돌출되어 있는 조정볼트(25)의 끝부분에 작동판(22)이 맞닿게 되어 작동판(22)은 더 이상 전진을 못하게 되므로 페달(10)(10')은 하강을 멈추게 되나, 이 지점에서 좌측 페달(10') 또는 우측 페달(10) 하나만 하강시키면 이때는 반대쪽 페달(10)(10')은 시이소 작용처럼 한쪽만 단독 상승하게 되고 양쪽 페달(10)(10')에 발을 밟지 않으면 압축된 스프링(26)(26')의 복원 탄력으로 작동판(22)이 후진하게 되고 안내체인기어(21)도 동시에 후진하게 됨에 따라 안내체인(18)도 후진하며, 이의 후진에 의해 굴림대설치부(11)(11')는 역회전하게 되고, 따라서 발을 밟지 않은 페달(10)(10')은 스프링(26)(26')의 복원 탄력에 의해 일정 지점까지 상승하게 된다. 그리고 좌우 페달(10)(10')에 다 함께 힘을 가하지 않을 때는 스프링(26)(26')의 복원 탄력에 의해 일정지점까지 좌우 페달(10)(10')이 상승하여 대기하는 상태가 되므로 언제든지 페달(10)(10')을 밟을 수 있다.

그리고 페달(10)(10')의 상하 운동 거리를 조정함에 있어 조정볼트(25)를 이동시키면 되는데, 이의 조정볼트(25)의 돌출 거리는 작동판(2)과 가까우면 운동 거리가 길어지고 반대로 작동판(22)과 멀면 운동 거리는 짧아 진다. 그리고 안내체인(18)은 걸림체인기어(12)(12')의 선단에 형성된 낚시 바늘 형상의 걸림턱(13)(13')에 걸림되어 있어 역회전 시에도 걸림 상태가 해제되는 폐단이 없다. 그리고 좌우 페달(10)(10')을 밟을 때 어느 한쪽을 많이 하강시키면 상대적으로 다른 쪽도 많이 상승하게 되고 반대로 적게 하강사키면 다른 한쪽도 적게 상승하게 된다.

따라서 하체가 짧은 사람이나 긴 사람이 자기의 발 상하 이동 거리에 맞게 편안하게 페달(10)(10')을 밟을 수 있고, 빠른 속력을 얻고자 할 때는 페달(10)(10')의 상하 운동 거리를 길게하거나 상하 작동 빈도를 빨리하면 되고 서서히 주행을 하고자 할 때는 이와 반대로 하면 된다. 그리고 페달(10)(10')의 하강을 최대로 하여 지면과 가까이 되었을 때 부주의로 페달(10)(10')이 지면의 장애물과 부딪쳐도 이때에는 기계적인 무리는 생기지 않게 된다. 즉 부딪친 페달(10)(10')은 상승하는 쪽으로 힘이 작용하고 있고, 상승하는 쪽의 라쳇기어(6)는 공회전 상태가 되기 때문이다. 그리고, 본 발명의 페달(10)(10')은 회전식이 아니고 상하 운동 식으로 되어 있어 남녀노소는 물론 초심자에게 부담감을 주지 않게 되므로 쉽게 누구나 자전거를 탈 수 있다.

이와 같이 본 발명은 좌우 페달(10)(10')을 교대로 밟아, 페달간(9)(9')을 보조축(8)을 중심으로 수평과 각각 상하 약 50도 범위로 상하 운동시킴에 있어 발을 밟을 때는 좌우 반달기어(7)가 교대로 하강되면서 굴림대설치부(11)(11')에 설치된 걸림체인기어(12)(12')에 안내체인(18)을 감음과 동시 라쳇기어(6)를 회전시켜 뒷바퀴에 구동력을 전달하게 되고, 아울러 작동판(22)은 스프링(26)(26')을 압축시키면서 안내간(24)(24')을 따라 전진하게 되고, 페달(10)(10')의 하강이 끝난 다음 페달(10)(10')에서 발의 힘을 해지시키면 이때는 압축된 스프링(26)(26')의 복원 탄력에 의해 작동판(22)에 설치된 안내체인기어(21)가 후진하면서 이에 감김된 안내체인(18)을 당김에 따라 좌측 굴림대설치부(11') 또는 우측 굴림대설치부(11)를 역회전시켜서 좌측 페달(10)(10')을 밟아 뒷바퀴에 힘을 전달하는 효율이 0%로 되는, 즉 보조축(8)과 페달간(9)(9') 그리고 페달(10)(10')이 수직선상에 있는 일이 없으며, 본 발명이 추구하는 "D"선의 운동 경로를 실현할 수 있어서 탑승자는 편안한 자세로 다리의 상하 운동을 할 수 있을 뿐만 아니라 적은 힘으로 보다 많은 추진력을 얻을 수 있어 매우 유용한 발명이다.

Claims (1)

1. 주축(2)에 체인기어(3) 및 라쳇기어(6)의 휠(6")이 끼움 고정된 몸체(1)의 앞쪽에 고착된 보조축(8) 좌우측에는 굴림대설치부(11)(11')가 회전 가능하게 끼움되고, 이 굴림대설치부(11)(11')에는 페달(10)(10')이 부착된 페달간(9)(9')이 설치된 것에 있어서, 굴림대설치부(11)(11')에는 체인기어(6)와 맞물리는 반달기어(7)가 부착되어 있고, 좌우 굴림대설치부(11)(11') 내측에는 걸리체인기어(12)(12')가 부착되어 있고, 좌우 굴림대설치부(11)(11') 내측에 돌출 설치된 걸림쇠(14)(14')은 좌우 굴림대설치부(11)(11') 사이의 몸체(1)에 돌출 설치된 상승걸림턱(15)(15') 및 하강걸림턱(16)(16')과 걸림되게 설치하고, 걸림체인기어(12)(12')의 걸림턱(13)(13')에 끝 부분이 걸림된 안내에친(18)은 작동판(22)에 고정된 체인기어축(20)에 회전가능하게 설치된 안내체인기어(21)쪽과 걸림체인기어(12)(12')쪽이 서로 90도 꼬임된 방향으로 이음되게 안내체인(18) 양쪽 중간부분에 이음쇠(19)(19')를 개재시켜 걸림체인기어(12)(12')와 안내체인기어(21)가 연동되게 감김 설치하고, 작동판(22)의 구멍(23)에는 몸체(1)에 부착된 전후 지지판(17) 사이에 고정 설치된 안내간(24)(24')이 헐겁게 끼움되어 있고, 작동판(22)과 한쪽 지지판(17) 사이의 안내간(24)(24')에는 스프링(26)(26')이 끼움되고, 한쪽 지지판(17)에는 작동판(22)의 운동거리를 조절하는 조정볼트(25)가 나사 끼움되어지게 한 자전거의 구동장치.