WO2018066913A1 - 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링 - Google Patents

클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링 Download PDF

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WO2018066913A1
WO2018066913A1 PCT/KR2017/010910 KR2017010910W WO2018066913A1 WO 2018066913 A1 WO2018066913 A1 WO 2018066913A1 KR 2017010910 W KR2017010910 W KR 2017010910W WO 2018066913 A1 WO2018066913 A1 WO 2018066913A1
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asymmetric
curvature
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최윤석
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최윤석
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    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B62M3/06—Construction of cranks operated by hand or foot with elliptical or other non-circular rotary movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M9/00—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/30—Chain-wheels

Definitions

  • the present invention relates to an asymmetric elliptical chain ring for a clipless pedal, and in particular, unlike a general flat pedal that transmits a driving force on one leg in a bicycle, an asymmetrical transmission force for both left and right legs to pull and step on to use a clipless pedal. It is about elliptical chain ring.
  • the longest side is disposed so that the knee injury avoids the point of time 1h at the high crank angle and the maximum output section is formed before and after the point of time 4h at the 4 o'clock position.
  • the concentration of the output section is such that the loss section of the output becomes the time point 4h in the 4 o'clock position to the time point 7h in the 7 o'clock direction and the time point 10h in the 10 o'clock direction and the time point 1h in the 1 o'clock direction.
  • Clipless pedals that require over and forward strokes are not suitable elliptical chainrings.
  • crank resistance occurs from the time point (5h30m) in the 5:30 direction. This enables the backstroke drive using the clipless pedals and with it forward forward at the time point 11h30m in the 11:30 direction.
  • Figure 2e shows that the present invention produces a uniform output in the 360 ° crank movement section to the target stroke volume shape, such pedaling to increase the muscle dispersion of the lower body muscle by using the corresponding muscle evenly in each section It will lower your muscle load. Thousands of kilometers can be driven over the course of several days, as in the Tour de France. In addition, the output from more angles in Figure 2d is able to produce a much higher output than the non-player.
  • the present invention analyzes the characteristics of the 360 ° resistance pedaling in order to enable the human instinct 360 ° resistance pedaling on the bicycle 360 ° resistance using an asymmetric elliptic chainring
  • the purpose is to allow pedaling.
  • an object of the present invention is to provide six muscle transition sections connecting six output sections and six output sections for a 360 ° resistance pedaling on a bicycle so that the user can instinctively facilitate 360 ° resistance pedaling. .
  • the asymmetric ellipse for the clipless pedal including the first to third ellipsoidal section is fixed to the crank shaft, respectively formed in the counterclockwise direction
  • the longitudinal virtual centerline of the crank arm facing the pelvis of the human body is positioned to have a set angle counterclockwise from the start point of the first ellipse section, and the start point of the first ellipse section is the shortest distance from the center of the asymmetric ellipse, and the first set curvature.
  • a first angle section is formed from a start point of the first ellipse section with the following curve, and a start point of the second ellipse section is located in the first near transition section.
  • the end point of the second ellipse section is the longest distance from the center of the asymmetric ellipse, the curvature of the second ellipse section is greater than or equal to the first set curvature, and the second ellipse section is the second from the start point of the second ellipse section.
  • An angular section is formed, the starting point of the third ellipse section is an end point of the second myoelectric transition section located between the end point of the second ellipse section, and the curvature of the third ellipse section is less than or equal to the first set curvature and the third ellipse section
  • a third angle section is formed from the starting point of.
  • the 1st set curvature exceeds 1.0 and is 1.02 or less, and a 1st angle section is a position of 45-58 degrees.
  • the second angle section is a position of 50 to 60 degrees.
  • the 2nd set curvature exceeds 1.0 and is 1.03 or less.
  • the first root transition section has a lower curvature than the curve of the first ellipsoid section and the second ellipsoid section, and has a higher curvature than the straight line connecting the start point and the end point of the first root transition section.
  • the first muscle switching section is a position of 6 ⁇ 12 ° in the counterclockwise direction in the first angle section.
  • the start point of the second myoelectric switch section is a position 110 ⁇ 120 ° from the start point of the first elliptic section
  • the end point of the second myoelectric switch section is a position 7 ⁇ 14 ° from the start point of the second myoelectric switch section.
  • the end point of the third ellipsoid section is the start point of the third root transition section
  • the start point of the third root transition section is a position of 165 ⁇ 173 ° from the start point of the first ellipsoid section
  • the end point of the third muscle transition section is 1 The position is 180 ° from the starting point of the ellipse section.
  • the 360 ° resistance pedaling is analyzed to enable 360 ° resistance pedaling by using an asymmetric elliptic chainring.
  • the user can instinctively smooth 360 ° resistance pedaling.
  • FIGS. 1A to 9B are conceptual views illustrating an asymmetric elliptical chain ring for a clipless pedal according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1A to 9B an asymmetric elliptical chain ring for a clipless pedal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 9B.
  • the asymmetric elliptic chainring for the clipless pedal of the bicycle is fitted to the crank shaft as shown in Figure 1a, and fixed to the first to third elliptic sections (4, respectively) formed in the counterclockwise direction, 5, 6).
  • the length is long in the order of the second ellipse section 5, the first ellipse section 4, and the third ellipse section 6.
  • the inclination at each imaginary point of the first to second ellipse sections 4 and 5 increases in the counterclockwise direction, and the inclination at each imaginary point in the third ellipse section 6 decreases in the counterclockwise direction.
  • the longitudinal virtual centerline c of the crank arm facing the pelvis of the human body is positioned to have a set angle a (eg, 15-20 °) counterclockwise from the start of the first ellipse section 4.
  • the crank arm is directed toward the pelvis when the chain is in contact with the shortest distance from the center of the asymmetrical ellipse.
  • the starting point of the first ellipse section 4 is the shortest distance from the center 11 of the asymmetric ellipse, has a curve below the first set curvature, and forms a first angular section from the starting point of the first ellipse section 4.
  • the first set curvature may be greater than 1.0 and less than or equal to 1.02, and the first angle section may be a position of 45 ° to 58 °.
  • the first root transition section 7 has a lower curvature than the curves of the first ellipsoid section 4 and the second ellipsoid section 5 and has a higher curvature than the straight line connecting the start and end points of the first root transition section 7.
  • the first muscle switching section 7 may be a position of 6 ⁇ 12 ° in the counterclockwise direction in the first angle section.
  • the end point of the second ellipse section 5 is the longest distance from the center of the asymmetric ellipse, and the curvature of the second ellipse section 5 is larger than the first set curvature.
  • the second ellipse section 5 forms a second angular section from the start point of the second ellipse section 5.
  • the second angle section may be a position of 50 ⁇ 60 °.
  • the start point of the third ellipse section 6 is the end point of the second myoelectric transition section 8 located between the end point of the second ellipse section 5.
  • the starting point of the second root switch section 8 may be a position 110 to 120 ° from the starting point of the first ellipse section 4, and the end point of the second root switch section 8 may be the first point. 2 may be a position of 7 ⁇ 14 ° from the start of the muscle transition section (8).
  • the curvature of the third ellipse section 6 is smaller than the first set curvature and larger than 1.0.
  • the third ellipse section 6 has a haptic curve in which the inclination decreases, and is rotated 180 degrees rather than 180 degrees from the start point of the first ellipse section 4 to the start point of the first angle section.
  • the third set curvature may be greater than 1.0 and less than or equal to 1.02.
  • the end point of the third ellipse section 6 is the start point of the third myoelectric transition section 9.
  • the starting point of the third root switch section 9 may be a position of 165 to 173 ° from the starting point of the first ellipse section 4, and the end point of the third root switch section 9 may be a third point. It may be a position of 180 ° from the starting point of one ellipse section (4).
  • the drive resistance of the crank drops sharply.
  • FIG. 3A the mobility of the human body is shown from the third muscle switching section 9 representing the viewpoint in the 11 o'clock direction to the first muscle switching region 7 representing the viewpoint in the 1 o'clock.
  • FIG. 3B it is symmetric to that in FIG. 3A.
  • the exercise section from the third muscle switch section 9 to the first muscle switch section 7 centers on the quadriceps muscle of the human body, and the exercise section from the point in time of 5 o'clock to the point in time of 7 o'clock is the knee flexion group of the human body. It is centered on.
  • the exercise section in FIG. 3A is symmetric with the exercise section from the time point at 7 o'clock to the time point at 9 o'clock in FIG. 3B, and the exercise section from the time point at 1 o'clock to the time point at 3 o'clock is characterized by the quadriceps muscle.
  • the movement zone from the point of the gluteus maximus to the point of 9 o'clock and the point of 9 o'clock is centered on the flexion and thigh muscles of the human body.
  • the movement section from the viewpoint of 3 o'clock to the viewpoint of 5 o'clock is symmetric with the movement section from the viewpoint of 9 o'clock to the viewpoint of 11 o'clock in FIG. 3b.
  • the period of motion from the point of 3 o'clock to the point of 5 o'clock is centered on the gluteal muscle of the human body, and the period of movement from the point of time of 9 o'clock to 11 o'clock is centered on the thigh and longus muscles of the human body.
  • muscle switching sections and six output sections are set to 360 °, and an elliptic curve having a congestion or haptic shape is formed in each output section.
  • Muscle switching sections (7, 8, 9) are arranged at both ends of each ellipse section (4, 5, 6) to achieve a constant resistance in the output section, and loss of resistance in the muscle switching sections (7, 8, 9). It has a circular structure.
  • a forward stroke section having an elliptic curve congested at a time point 11h20m in the 11:20 direction at a time point 1h10m in the 11:10 direction is provided. 1h20m) to a downstroke section with a convex elliptic curve at the time point (3h10m) in the direction of 3:10.
  • the 5:20 direction A backstroke section having an elliptic curve congested at a viewpoint (5h20m) to a viewpoint (7h10m) in the direction of 7:10 in the direction of?
  • it has an upstroke section having a convex elliptic curve at a time point (7h20m) in the 7:20 direction to a time point (9h10m) in the 9:10 direction, and a time point (9h20m) to 11 o'clock in the 9:20 direction. It is assumed that a pull-up stroke section having an elliptic curve is felt at the time point 11h10m in the 10-minute direction.
  • the femoral cross reciprocating angular motion of human is not symmetrical at the crank symmetry point because its angular velocity is not symmetrical angular motion. This is even more evident in the six transition zones. Due to this femoral asymmetrical angular movement, the pedaling of both feet has separate motility that is not dependent on one foot.
  • the 360 ° resistance pedaling is possible by using an asymmetric elliptical chainring by analyzing the characteristics of the 360 ° resistance pedaling in order to enable the human to instinct 360 ° resistance pedaling on the bicycle.
  • a human divides six driving sections for the 360 ° resistance pedaling, and the driving muscles have different characteristics and the direction of force is different for each driving section.
  • the circular chain ring it is divided into four driving sections and divided into down stroke, back stroke, up stroke, and forward stroke.
  • four driving sections as described above, there was a limitation that the muscle shift occurring at the time point 3h in the 3 o'clock direction and the time point 9h in the 9 o'clock direction could not be analyzed.
  • one embodiment of the present invention has six muscle transition sections connecting six output sections and six output sections for 360 ° resistance pedaling in a bicycle, and the user instinctively uses 360 ° resistance pedaling. Make it smooth.
  • the asymmetric elliptic chainring for the clipless pedal of the bicycle is fitted to the crankshaft as shown in Figure 5, and includes a first to second ellipse section (35, 36).
  • the longitudinal virtual centerline c of the crank arm 34 is positioned to have a set angle a (eg, 20 to 30 °) counterclockwise from the set reference line r.
  • 6A-6D illustrate the process in which the crank arm 34 rotates clockwise (FIGS. 6A, 6B, 6C, 6D).
  • the first ellipse section 35 has a curvature of 10% or less in a circle or ellipse. It has a center on a straight line 39 passing through the center 33 of the first ellipse section in parallel with the tangent line at the contact point 38 on the first ellipse section 35 having the 55 to 75 degrees from the set reference line r.
  • the second ellipse section 36 may be formed. Since the long side of the second elliptic section 36 lies on a straight line 39, the first elliptic section 35 and the second elliptic section 36 are combined.
  • the second buffer section 40 for moving from kicking and pulling at the same time to stepping and pulling at the same time is the contact point 38 on the first ellipse section 35.
  • the contact point 38 on the first ellipse section 35 At + 10 ⁇ -20 °.
  • An arbitrary curve located at may be drawn to connect the first starting point 41 and the first finishing point 42.
  • the third buffer section 44 for entering the first buffer section 43 in the stepping and pulling operation in the pedaling is set to +35 to -35 degrees or less around the long side of the second ellipse section 36.
  • the second start point 45 and the second end point 46 are connected to the third buffer section 44 smaller than the longest side of the c.
  • the first buffer section 43 for the switching of the drag and kick force in the pedaling and pulling force in the pedaling is a straight line or an arbitrary arc with the short side of the first ellipse section 35 at the end point 46 of the third buffer section 44.
  • lactic acid is accumulated in a specific muscle It is effective to avoid.
  • pedaling using clipless pedals can produce 20-30% higher output than flat pedals, but the output ranges of the front and rear legs are not symmetrical angles when crossing both legs.
  • the first ellipse section should be entered when the rear leg is formed, and the second ellipse section should be organically combined with the curvature of each ellipse section and the angle of the contact point to form a stepped section of the front leg.
  • the basic configuration requires a section for buffering the force conversion of the human body at the contact point between the first ellipse section and the second ellipse section, and also requires the buffering of the force conversion of the human body at the long side of the second ellipse section.
  • a common feature of these two sections is the loss of resistance. Since the curve is lower in radius than the existing elliptic curve, it is stabilized up to the angle of the ankle, so that the output of the thigh and hip can be transmitted to the pedal completely. Such two buffer sections must be present so that human force transmission can be efficiently transmitted to the circular crank.

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Abstract

본 발명은 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링에 관한 것으로, 제1 내지 제2 타원구간의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 증가하고, 제3 타원구간의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 감소하고, 크랭크 암의 길이방향 가상 중앙선이 제1 타원구간의 시작점으로부터 반시계 방향으로 설정 각도를 갖도록 위치하고, 제1 타원구간의 시작점은 비대칭 타원의 중심으로부터 최단거리이며, 제1 설정 곡률 이하의 곡선을 갖고 제1 타원구간의 시작점으로부터 제1 각도구간을 형성하고, 제2 타원구간의 시작점은 제1 근전환구간 내에 위치한 제1 타원구간의 끝점과 만나고 제2 타원구간의 끝점은 비대칭 타원의 중심으로부터 최장거리이며, 제2 타원구간의 곡률은 제1 설정 곡률 이하이며, 제2 타원구간은 제2 타원구간의 시작점으로부터 제2 각도구간을 형성하고, 제3 타원구간의 시작점은 제2 타원구간의 끝점과의 사이에 위치한 제2 근전환구간의 끝점이고, 제3 타원구간의 곡률은 제1 설정 곡률 이하이고 제3 타원구간의 시작점으로부터 제3 각도구간을 형성한다.

Description

클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링
본 발명은 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링에 관한 것으로, 특히 자전거에서 한 다리에 밟는 구동력을 전달하는 일반적인 평페달과는 달리 클립리스 페달을 이용하기 위해 당기며 밟는 좌우 양다리의 구동력을 전달하는 비대칭 타원체인링에 관한 것이다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진시키기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
종래의 대칭 타원체인링 US7749117는 대략 크랭크 각도인 1시 방향의 시점 (1h)에 최단변을 위치하도록 하여 평페달에서 발생하는 사점을 제거하는 것을 개시한다.
이는 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 무릎의 부상이 높은 크랭크 각도인 1시 방향의 시점(1h)을 피하고 최대 출력 구간을 4시 방향의 시점(4h) 전후에 형성되도록 최장변을 배치하는 것이다. 이러한 출력구간의 집중화는 출력의 상실구간이 4시 방향의 시점(4h)~7시 방향의 시점(7h)과 10시 방향의 시점(10h)~1시 방향의 시점(1h)이 되어 백스트록과 포워드스트록을 요구하는 클립리스 페달에서는 적합한 타원체인링이 될 수 없다.
반면, 도 2c에 도시된 바와 같이 US5549114는 5시30분 방향의 시점(5h30m)부터 크랭크의 저항이 발생하는 것을 개시한다. 이것은 클립리스 페달을 이용하여 백스트록 구동이 가능하고 그와 함께 11시30분 방향의 시점(11h30m)에 포워드스트록을 가능하게 한다.
그러나, 4시 방향의 시점(4h)~5시30분 방향의 시점(5h30m)과 10시 방향의 시점(10h)~11시30분 방향의 시점(11h30m)에서는 저항상실이 이루어져 해당구간의 관련근육 참여가 제한된다. 여기에 곡률 1.2를 넘기는 고곡률로 소음과 낮은 변속성으로 단점을 인지하여 사용하는 일부 선수들의 전유물로 되고 있다.
한편, 도 2d에 도시된 바와 같이 원형체인링에서 고급자의 경우 출력이 대략 6시 방향의 시점(6h)과 12시 방향의 시점(12h)에서 약해지는 구간은 있어도 비 선수들과 같이 출력이 완전히 끊어지는 경우는 없다. 즉, 크랭크가 구동하는 360°구간 모두 일정 범위 이상의 출력을 각 구간에서 안출하고 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 선수들의 그래프를 선수들이 안출하기 위해서는 수 년의 훈련이 필요하고, 이와 같은 페달링은 수영의 4대 영법보다 어렵다는 것이 통설이다. 왜냐하면, 수영선수의 만개는 20대 초반이지만, 사이클선수의 만개는 거의 30대 초반이기 때문이다.
도 2e는 본 발명이 목표하는 스트록볼륨 형상으로 360°크랭크 운동구간에 고른 출력을 안출하는 것을 나타내므로, 이와 같은 페달링은 각각의 구간에서 해당 근육을 고르게 사용하여 하체 근육의 근분산을 높여 각 해당 근육의 부하를 낮춰주게 된다. 뚜르드 프랑스의 경기와 같이 수 일 동안 수 천 km의 주행이 가능하게 되는 것이다. 아울러, 도 2d에서 보다 많은 각도에서 출력을 안출하는 것은 비선수에 비해 월등히 높은 출력을 함께 안출할 수 있는 것이다.
지금까지 도 2d의 선수 그래프나 도 2e와 같은 그래프를 안출하는 체인링은 존재하지 않기 때문에 많은 선수들은 one-leg-drills이라는 외발 페달링 훈련을 지속적으로 해야만 했다.
전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 자전거에서 인간이 360°저항 페달링을 본능적으로 할 수 있도록 하기 위해 360°저항 페달링의 특성을 분석하여 비대칭 타원 체인링을 이용하여 360°저항 페달링이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자전거에서 360°저항 페달링을 위해 6개의 출력구간과 6개의 출력구간을 연결하는 6개의 근전환 구간을 두어 사용자가 본능적으로 360°저항 페달링을 원활히 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링은, 크랭크 축에 끼워져 고정되며, 반시계 방향으로 각각 형성된 제1 내지 제3 타원구간을 포함하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원의 형상을 갖는 체인링을 형성하되,제1 내지 제2 타원구간의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 증가하고, 제3 타원구간의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 감소하고, 인체의 골반을 향하는 크랭크 암의 길이방향 가상 중앙선이 제1 타원구간의 시작점으로부터 반시계 방향으로 설정 각도를 갖도록 위치하고, 제1 타원구간의 시작점은 비대칭 타원의 중심으로부터 최단거리이며, 제1 설정 곡률 이하의 곡선을 갖고 제1 타원구간의 시작점으로부터 제1 각도구간을 형성하고, 제2 타원구간의 시작점은 제1 근전환구간 내에 위치한 제1 타원구간의 끝점과 만나고 제2 타원구간의 끝점은 비대칭 타원의 중심으로부터 최장거리이며, 제2 타원구간의 곡률은 제1 설정 곡률 이상이며, 제2 타원구간은 제2 타원구간의 시작점으로부터 제2 각도구간을 형성하고, 제3 타원구간의 시작점은 제2 타원구간의 끝점과의 사이에 위치한 제2 근전환구간의 끝점이고, 제3 타원구간의 곡률은 제1 설정 곡률 이하이고 제3 타원구간의 시작점으로부터 제3 각도구간을 형성한다.
여기서, 제1 설정 곡률은 1.0을 초과하고 1.02 이하이며, 제1 각도구간은 45~58°의 위치이다.
또한, 제2 각도구간은 50~60°의 위치이다.
또한, 제2 설정 곡률은 1.0을 초과하고 1.03 이하이다.
또한, 제1 근전환구간은 제1 타원구간과 제2 타원구간의 곡선보다 낮은 곡률을 가지며 제1 근전환구간의 시작점과 끝점을 잇는 직선보다 높은 곡률을 갖는다.
또한, 제1 근전환구간은 제1 각도구간에서 반시계 방향으로 6~12°의 위치이다.
또한, 제2 근전환구간의 시작점은 제1 타원구간의 시작점으로부터 110~120°의 위치이고, 제2 근전환구간의 끝점은 제2 근전환구간의 시작점으로부터 7~14°의 위치이다.
또한, 제3 타원구간의 끝점은 제3 근전환구간의 시작점이며, 제3 근전환구간의 시작점은 제1 타원구간의 시작점으로부터 165~173°의 위치이고, 제3 근전환구간의 끝점은 제1 타원구간의 시작점으로부터 180°의 위치이다.
본 발명에 따르면, 자전거에서 인간이 360°저항 페달링을 본능적으로 할 수 있도록 하기 위해 360°저항 페달링의 특성을 분석하여 비대칭 타원 체인링을 이용하여 360°저항 페달링이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 자전거에서 360°저항 페달링을 위해 6개의 출력구간과 6개의 출력구간을 연결하는 6개의 근전환 구간을 두어 사용자가 본능적으로 360°저항 페달링을 원활히 할 수 있도록 한다.
도 1a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 도 1a 내지 도 9b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 클립리스 페달(clipless pedal)을 위한 비대칭 타원체인링을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원 체인링은 도 1a에 도시된 바와 같이 크랭크 축에 끼워져 고정되며, 반시계 방향으로 각각 형성된 제1 내지 제3 타원구간(4, 5, 6)을 포함한다. 제2 타원구간(5), 제1 타원구간(4), 제3 타원구간(6)의 순으로 길이가 길다.
제1 내지 제2 타원구간(4, 5)의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 증가하고, 제3 타원구간(6)의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 감소한다. 인체의 골반을 향하는 크랭크 암의 길이방향 가상 중앙선(c)이 제1 타원구간(4)의 시작점으로부터 반시계 방향으로 설정 각도(a)(예를 들어, 15~20°)를 갖도록 위치한다. 체인이 비대칭 타원의 중심으로부터 최단거리에 접할 때 크랭크 암이 골반을 향한다. 제1 타원구간(4)의 시작점은 비대칭 타원의 중심(11)으로부터 최단거리이며, 제1 설정 곡률 이하의 곡선을 갖고 제1 타원구간(4)의 시작점으로부터 제1 각도구간을 형성한다. 제1 설정 곡률은 1.0을 초과하고 1.02 이하일 수 있고, 제1 각도구간은 45~58°의 위치일 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제2 타원구간(5)의 시작점은 제1 근전환구간(7) 내에 위치한 제1 타원구간(4)의 끝점과 만난다. 제1 근전환구간(7)은 제1 타원구간(4)과 제2 타원구간(5)의 곡선보다 낮은 곡률을 가지며 제1 근전환구간(7)의 시작점과 끝점을 잇는 직선보다 높은 곡률을 갖는다. 제1 근전환구간(7)은 제1 각도구간에서 반시계 방향으로 6~12°의 위치일 수 있다. 제2 타원구간(5)의 끝점은 비대칭 타원의 중심으로부터 최장거리이며, 제2 타원구간(5)의 곡률은 제1 설정 곡률 보다 크다. 제2 타원구간(5)은 제2 타원구간(5)의 시작점으로부터 제2 각도구간을 형성한다. 제2 각도구간은 50~60°의 위치일 수 있다.
제3 타원구간(6)의 시작점은 제2 타원구간(5)의 끝점과의 사이에 위치한 제2 근전환구간(8)의 끝점이다. 도 4b에 도시된 바와 같이 제2 근전환구간(8)의 시작점은 제1 타원구간(4)의 시작점으로부터 110~120°의 위치일 수 있고, 제2 근전환구간(8)의 끝점은 제2 근전환구간(8)의 시작점으로부터 7~14°의 위치일 수 있다. 제3 타원구간(6)의 곡률은 제1 설정 곡률보다 작고 1.0보다 크다. 제3 타원구간(6)은 기울기가 감소하는 체감곡선을 가지며, 제1 타원구간(4)의 시작점으로부터 제1 각도구간의 시작점까지 180°대칭이 아닌 180°회전하여 만들어진다. 제3 설정 곡률은 1.0을 초과하고 1.02 이하일 수 있다.
제3 타원구간(6)의 끝점은 제3 근전환구간(9)의 시작점이다. 도 4c에 도시된 바와 같이 제3 근전환구간(9)의 시작점은 제1 타원구간(4)의 시작점으로부터 165~173°의 위치일 수 있고, 제3 근전환구간(9)의 끝점은 제1 타원구간(4)의 시작점으로부터 180°의 위치일 수 있다. 제3 근전환구간(9)에서는 크랭크의 구동저항이 급감한다.
도 4b와 도 4c에 도시된 사항의 공통점은 이전 타원구간의 높이보다 시작점이 낮아 서로 접하지 아니하며, 제2 근전환구간(8)과 제3 근전환구간(9)은 직선 또는 임의의 곡선 형태를 갖는다.
도 1a 내지 도 1b에 도시된 바에 의해, 도 3을 통해 인체의 하체에서 클립리스 페달이 구동되는 동작을 실시예로서 설명하기로 한다.
도 3a에서, 11시 방향의 시점을 나타내는 제3 근전환구간(9)에서 1시 방향의 시점을 나타내는 제1 근전환구간(7)까지 인체의 운동성을 도시하고 있다. 도 3b에서는 도 3a에서와 대칭을 이룬다. 제3 근전환구간(9)에서 제1 근전환구간(7)까지의 운동구간은 인체 대퇴사두근을 중심으로 하고, 5시 방향의 시점에서 7시 방향의 시점까지의 운동구간은 인체의 슬곡굴군을 중심으로 한다.
도 3a에서의 운동구간은 도 3b에서 7시 방향의 시점에서 9시 방향의 시점까지의 운동구간과 대칭을 이루며, 1시 방향의 시점에서 3시 방향의 시점까지의 운동구간은 인체 대퇴사두근과 대둔근을 중심으로 하고 7시 방향의 시점에서 9시 방향의 시점까지의 운동구간은 인체의 슬곡굴근과 대퇴직근을 중심으로 한다.
도 3a에서 3시 방향의 시점에서 5시 방향의 시점까지의 운동구간은 도 3b에서 9시 방향의 시점에서 11시 방향의 시점까지의 운동구간과 대칭을 이룬다. 3시 방향의 시점에서 5시 방향의 시점까지의 운동구간은 인체의 중둔근을 중심으로 하고 9시 방향의 시점에서 11시 방향의 시점까지의 운동구간은 인체의 대퇴직근과 장요근을 중심으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 6개의 근전환구간과 6개의 출력구간을 360°에 설정하고, 각각의 출력구간에는 체증 또는 체감 형상의 타원곡선을 형성하는 것을 설명한다. 각 타원구간(4, 5, 6)이 이르는 양단에 근전환구간(7, 8, 9)이 배치되어 출력구간에서 일정한 저항감을 이루고, 근전환구간(7, 8, 9)에서 저항의 상실이 이루어지는 순환구조를 가진다.
본 발명의 일 실시예에서는 11시20분 방향의 시점(11h20m)에서 1시10분 방향의 시점(1h10m)에 체증하는 타원곡선을 갖는 포워드스트록 구간을 갖도록 하며, 1시20분 방향의 시점(1h20m)~3시10분 방향의 시점(3h10m)에 체증하는 타원곡선을 갖는 다운스트록 구간을 갖도록 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 3시20분 방향의 시점(3h20m)~5시10분 방향의 시점(5h10m)에 체감하는 타원곡선을 갖는 풀-다운스트록을 갖도록 하며, 5시20분 방향의 시점(5h20m)~7시10분 방향의 시점(7h10m)에 체증하는 타원곡선을 갖는 백스트록 구간을 갖도록 한다. 또한, 7시20분 방향의 시점(7h20m)~9시10분 방향의 시점(9h10m)에 체증하는 타원곡선을 갖는 업스트록 구간을 갖도록 하며, 9시20분 방향의 시점(9h20m)~11시10분 방향의 시점(11h10m)에 체감하는 타원곡선을 갖는 풀-업스트록 구간을 갖도록 하는 것으로 한다.
각각의 스트록 구간 사이에 근전환 구간을 10°내외로 두고, 이 근전환구간에서는 저항의 상실이 적정하게 일어나 도 3a 내지 도 3b와 같이 발목의 각도 변화가 일어난다. 반면에, 각 스트록구간 내에서 발목의 각도는 종아리와 일정하게 유지되는 특성을 갖는다.
도 3a와 도 3b에서 인간의 대퇴골 교차왕복 각운동은 그 각속도가 대칭 각운동이 아니기 때문에 크랭크 대칭점에서 대퇴골 위치는 대칭이 아니다. 이는 6개의 근전환구간에서 더욱 확실히 드러난다. 이와 같은 대퇴골 비대칭 각운동으로 인해, 양발의 페달링은 한 쪽 발에 종속되지 않는 별도 운동성을 갖는다.
이러한 양발의 별도 운동성으로 선수들이나 고급자들은 외발 페달링 훈련을 필수훈련으로 간주한다. 이러한 360°저항 페달링을 위해 6개의 근전환구간과 6개의 타원구간이 180°대칭으로 배치되어 일반인도 누구나 쉽게 외발 페달링을 할 수 있고 양발로 360°저항 페달링을 할 수 있다.
이렇게 함으로써, 본 발명의 일 실시예에서는 인간의 360°저항 페달링에서 도 2e와 같은 스트록볼륨 그래프를 만들어 낼 수 있도록 한다. 더욱 다양한 인간의 하체 근육을 사용하도록 하여 최대 근분산을 이루도록 함으로써, 지방 대사율을 높여 지구력을 높이고 360°의 높은 출력을 안출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 자전거에서 인간이 360°저항 페달링을 본능적으로 할 수 있도록 하기 위해 360°저항 페달링의 특성을 분석하여 비대칭 타원 체인링을 이용하여 360°저항 페달링이 가능하도록 한다. 이를 위해, 인간이 360°저항 페달링을 위해 6개의 구동구간을 나누고, 각 구동구간마다 관련근육이 다르고 힘의 방향이 달라지는 특성을 갖도록 한다.
한편, 원형체인링에서는 4개의 구동구간으로 해석하여 다운스트록, 백스트록, 업스트록, 포워드스트록으로 나눈다. 그러나, 이와 같이 구동구간이 4개일 경우에는 3시 방향의 시점(3h)과 9시 방향의 시점(9h)에서 일어나는 근전환을 해석할 수 없는 한계점이 있었다.
이러한 한계점을 극복하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 자전거에서 360°저항 페달링을 위해 6개의 출력구간과 6개의 출력구간을 연결하는 6개의 근전환 구간을 두어 사용자가 본능적으로 360°저항 페달링을 원활히 할 수 있도록 한다.
이하, 도 5 내지 도 9b를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 클립리스 페달(cleat pedal)을 위한 비대칭 타원체인링을 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자전거의 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원 체인링은 도 5에 도시된 바와 같이 크랭크 축에 끼워져 고정되며, 제1 내지 제2 타원구간(35, 36)을 포함한다.
크랭크 암(34)의 길이방향 가상 중앙선(c)이 설정 기준선(r)으로부터 반시계 방향으로 설정 각도(a)(예를 들어, 20~30°)를 갖도록 위치한다. 도 6a 내지 도 6d는 크랭크 암(34)이 시계방향으로 회전하는 과정(도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d)을 나타낸다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 타원구간(35)은 원 또는 타원으로 10% 이하의 곡률을 갖는다. 설정 기준선(r)으로부터 55~75°를 갖는 제1 타원구간(35)상의 접점(38)에서의 접선에 평행하여 제1 타원구간의 중심(33)을 지나는 직선(39)상에 중심을 갖는 제2 타원구간(36)이 형성될 수 있다. 제2 타원구간(36)의 장변은 직선(39)상에 놓이게 되므로 제1 타원구간(35)과 제2 타원구간(36)이 조합된다.
도 6a 내지 도 6d, 도 8, 도 9a 내지 도 9b의 페달링에서 차고 끄는 동시동작으로부터 밟고 당기는 동시동작으로 넘어가기 위한 제2 완충구간(40)은 제1 타원구간(35)상의 접점(38)에서 +10~-20°로 형성된다. 제2 완충구간(40)에서 제1 시작점(41)과 제1 마감점(42)을 연결하는 직선보다 위에 위치하고 제1 시작점(41)과 제1 마감점(42)를 연결하는 타원곡선보다 아래에 위치하는 임의의 곡선을 그려 제1 시작점(41)과 제1 마감점(42)을 연결할 수 있다.
페달링에서 밟고 당기는 동시동작에서 제1 완충구간(43)으로 진입시키기 위한 제3 완충구간(44)은 제2 타원구간(36)의 장변을 중심으로 +35~-35°이하로 설정되고, 제1 완충구간(43)의 제2 시작점(45)과 제2 마감점(46)에 접하고 제2 타원구간(36)의 장변축 상에 있는 원, 또는 이러한 원보다 더 크고 제2 타원구간(36)의 최장변보다 작은 제3 완충구간(44)으로 제2 시작점(45)과 제2 마감점(46)을 연결한다.
페달링에서 밟고 당기는 힘에서 끌고 차는 힘의 전환을 위한 제1 완충구간(43)은 제3 완충구간(44)의 마감점(46)에서 제1 타원구간(35)의 단변과 직선 또는 임의의 원호로 일반적 비대칭 타원의 조건에 따른다.
위와 같이 기본적인 구성을 갖는 제1 타원구간과 제2 타원구간의 결합에서 페달링의 힘 전환을 위한 2개의 구간을 추가할 수 있으며, 이때 힘 전환을 원활하게 하여 부상을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 클립리스 페달링의 효율을 위해 운동범위 즉, 최단변과 최장변의 각도를 130~158°까지 형성하여 양다리의 교차구동시 힘 손실을 최대한 억제하며, 특정한 근육에 젖산이 쌓이지 않도록 하는 효과가 있다. 특히, 클립리스 페달을 이용한 페달링은 평페달에 비해 20~30%의 높은 출력을 낼 수 있지만, 양다리의 교차구동시 앞다리와 뒷다리의 출력범위가 대칭의 각도가 아니기 때문에 최대한 넓은 운동범위를 만들어야 한다.
이를 위해 제1 타원구간은 뒷다리가 생길 때 들어가야 하며 제2 타원구간은 앞다리의 밟는 구간을 형성하도록 각 타원구간의 곡률과 접점의 각도가 유기적으로 결합되어야 하는 것을 조건으로 한다.
이와 같이 기본적인 구성에서 제1 타원구간과 제2 타원구간의 접점에서 인체의 힘 전환을 완충하는 구간을 요구하고, 제2 타원구간의 장변에서도 인체의 힘 전환의 완충을 요구한다.
이 2개의 구간의 공통적인 특징은 저항의 손실이 따른다는 점이다. 기존의 타원곡선보다 반지름이 낮은 곡선을 넣기 때문에 발목의 각도까지 안정화되어 대퇴부와 엉덩이의 출력을 온전하게 페달에 전달할 수 있다. 이와 같은 2개의 완충구간이 존재하여야 인간의 힘 전달이 원운동하는 크랭크에 효율적으로 전달될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 크랭크 축에 끼워져 고정되며, 반시계 방향으로 각각 형성된 제1 내지 제3 타원구간을 포함하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원의 형상을 갖는 체인링을 형성하되,
    상기 제1 내지 제2 타원구간의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 증가하고, 상기 제3 타원구간의 각 가상점에서의 기울기는 반시계 방향으로 감소하고,
    인체의 골반을 향하는 크랭크 암의 길이방향 가상 중앙선이 상기 제1 타원구간의 시작점으로부터 반시계 방향으로 설정 각도를 갖도록 위치하고,
    상기 제1 타원구간의 시작점은 상기 비대칭 타원의 중심으로부터 최단거리이며, 제1 설정 곡률 이하의 곡선을 갖고 상기 제1 타원구간의 시작점으로부터 제1 각도구간을 형성하고,
    상기 제2 타원구간의 시작점은 제1 근전환구간 내에 위치한 상기 제1 타원구간의 끝점과 만나고 상기 제2 타원구간의 끝점은 상기 비대칭 타원의 중심으로부터 최장거리이며, 상기 제2 타원구간의 곡률은 상기 제1 설정 곡률 이상이며, 상기 제2 타원구간은 상기 제2 타원구간의 시작점으로부터 제2 각도구간을 형성하고,
    상기 제3 타원구간의 시작점은 상기 제2 타원구간의 끝점과의 사이에 위치한 제2 근전환구간의 끝점이고, 상기 제3 타원구간의 곡률은 제1 설정 곡률 이하이고 상기 제3 타원구간의 시작점으로부터 상기 제3 각도구간을 형성하는 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 설정 곡률은 1.0을 초과하고 1.02 이하이며, 상기 제1 각도구간은 45~58°의 위치인 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 각도구간은 50~60°의 위치인 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 설정 곡률은 1.0을 초과하고 1.03 이하인 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 근전환구간은 상기 제1 타원구간과 상기 제2 타원구간의 곡선보다 낮은 곡률을 가지며 상기 제1근전환구간의 시작점과 끝점을 잇는 직선보다 높은 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 근전환구간은 상기 제1 각도구간에서 반시계 방향으로 6~12°의 위치인 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 근전환구간의 시작점은 상기 제1 타원구간의 시작점으로부터 110~120°의 위치이고, 상기 제2 근전환구간의 끝점은 상기 제2 근전환구간의 시작점으로부터 7~14°의 위치인 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 타원구간의 끝점은 제3 근전환구간의 시작점이며, 상기 제3 근전환구간의 시작점은 상기 제1 타원구간의 시작점으로부터 165~173°의 위치이고, 상기 제3 근전환구간의 끝점은 상기 제1 타원구간의 시작점으로부터 180°의 위치인 것을 특징으로 하는 클립리스 페달을 위한 비대칭 타원체인링.
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