KR101228803B1 - 자전거의 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크축과 페달을 연결하는 크랭크 아암의 길이가 페달의 위치에 따라 가변되도록 함으로써 지렛대의 원리에 의해 큰 구름력을 발생시킬 수 있도록 자전거의 프레임(12)에 축결합되어 회전됨에 따라 바퀴들과 연동되는 스프로켓휘일(80)을 회전시키도록 된 크랭크축(70)과 상기 크랭크축(70)에 일단이 결합되며 타단에는 페달(60)이 고정된 크랭크아암(40)을 가지는 자전거의 구동장치(10)에 있어서; 상기한 크랭크축(70)은 운전자가 탑승할 때 다리가 위치되는 위치를 기준으로 후륜측 방향에 위치하되 발구름을 할 수 있을 정도의 위치에 위치되며, 상기 크랭크아암(40)은 상기 크랭크축(70)에서 슬라이딩되도록 결합되어 페달(60)과 크랭크축(70)의 사이 간격이 가변되도록 된 자전거의 구동장치를 제공한다.

Description

자전거의 구동장치{DRIVING APPARATUS FOR BICYCLE}

본 발명은 자전거의 구동장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 크랭크축과 페달을 연결하는 크랭크 아암의 길이가 페달의 위치에 따라 가변되도록 함으로써 지렛대의 원리에 의해 큰 구름력을 발생시킬 수 있도록 구조를 개선한 자전거의 구동장치에 관한 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 로드바이크(Road Bike), 트라이애슬론(triathlon) 등을 포함하는 로드용 자전거와; XC 풀서스펜션(Cross Country Full suspension), XC 하드테일(Cross Country Hardtail), 올마운틴(All Mountain), 다운힐(Down- Hill) 등을 포함하는 산악용 자전거와; 프리라이드(FR, Free Ride)를 포함하는 묘기용 자전거에 적용될 뿐 만 아니라 리컴번트(Recumbent) 및 하이브리드(Hybrid Bike)를 포함하여 모든 종류의 자전거에 적용이 가능하다.

일반적으로, 자전거는 도 1에 도시된 바와 같이, 앞바퀴(101), 뒷바퀴(102), 안장(103) 및 핸들(104)이 프레임(105)에 의해 서로 연결되어 구성된다.

종래 기술에 의한 자전거의 구동장치는 크랭크축(106)에 비교적 큰 직경의 구동측 스프로켓 휘일(107)이 설치되고, 상기 뒷바퀴(102)의 축에는 상기 구동측 스프로켓 휘일(107)보다 작은 직경의 종동측 스프로켓 휘일(108)이 설치되며, 상기 구동측 스프로켓 휘일(107)과 종동측 스프로켓 휘일(108)은 상호 체인(109)으로 연결되어 있다.

또한, 상기 크랭크축(106)의 양 끝단에는 크랭크 아암(110)의 일 끝단이 각각 고정되고, 상기 크랭크 아암(110)의 다른 끝단에는 페달(111)이 각각 회전 가능하게 설치되어 있으며, 2개의 페달(111)은 서로 180도 간격을 이루도록 직경방향으로 배치되어 있다.

따라서, 상기 페달(111)의 구름력이 크랭크 아암(110)을 통해 상기 크랭크축(106)으로 전달되어 크랭크축(106)을 회전시키게 되면, 상기 크랭크축(106)의 회전력은 구동측 스프로켓 휘일(107)과 체인(109)으로 연결된 종동측 스프로켓 휘일(108)에 전달되므로 자전거의 뒷바퀴(102)가 회전하여 자전거가 주행하게 되는 것이다.

자전거의 주행은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 페달(111)이 상사점(A)에서 하사점(B)으로 이동하는 동안 구름력을 발생시키므로, 좌우측에 설치된 2개의 페달(111)을 번갈아 굴러 크랭크축(106)을 연속적으로 회전시킴으로써 이루어진다. 이때, 상기 크랭크축(106)으로부터 페달(111)까지의 거리(L)를 길게 설정할수록 페달(111)을 구를 때 소요되는 힘이 적게 들고, 반대로 상기 크랭크축(106)으로부터 페달(111)까지의 거리(L)가 짧아질수록 힘들다.

그러나, 상기 크랭크축(106)과 페달(111)을 연결하는 크랭크 아암(110)의 길이를 길게 형성하는 경우, 페달(111)이 땅에 닿을 수도 있다. 특히 자전거의 회전시에는 자전거가 기울어져 페달(111)이 땅에 닿을 가능성이 높아져 안정된 운행이 어려워지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 크랭크축과 페달을 연결하는 크랭크 아암의 길이가 페달의 위치에 따라 가변되도록 함으로써 지렛대의 원리에 의해 큰 구름력을 발생시킬 수 있도록 구조를 개선한 자전거의 구동장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 일반 자전거에 비하여 크랭크축을 뒷바퀴 방향으로 소정거리 이동시켜 형성시키되 운전자는 일반 자전거를 타는 경우와 동일한 구름동작을 하도록 함으로써 구름력 만을 향상시킨 자전거의 구동장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 안내레일 및 안내편을 구비함으로써 크랭크 아암의 급격한 길이 변화를 방지하여 안전운행에 도움을 줄 수 있는 자전거의 구동장치를 제공하는데 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자전거의 구동장치는 자전거의 프레임에 축결합되어 회전됨에 따라 바퀴들과 연동되는 스프로켓 휘일을 회전시키도록 된 크랭크축과, 상기 크랭크축에 일단이 결합되며 타단에는 페달이 고정된 크랭크 아암을 가지는 자전거의 구동장치에 있어서; 상기한 크랭크축은 운전자가 탑승할 때 다리가 위치되는 위치를 기준으로 뒷바퀴 방향에 위치하되 발구름을 할 수 있을 정도의 위치에 위치되며, 상기 크랭크 아암은 상기 크랭크축에서 슬라이딩되도록 결합되어 페달과 크랭크축의 사이 간격이 가변되도록 된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기한 크랭크축의 종단에는 절곡요홈으로 이루어진 가이드홈이 구비되며, 상기 크랭크축과 접촉 결합되는 크랭크아암의 측부에는 상기 가이드홈과 맞춤결합되는 가이드돌기가 구비되고 종단에는 가이드홈에서 이탈되지 않도록 스톱퍼가 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 크랭크축의 중심에서 전륜측 방향으로 편심된 위치에는 운전자가 탑승할 때 다리가 구름동작하기에 편한 위치의 원주를 가지는 안내레일의 중심이 위치되도록 마련되며, 상기 크랭크아암에는 상기 안내레일을 가이드하면서 안내되는 안내편이 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 자전거의 구동장치는 상기 크랭크축과 페달의 사이 간격이 크랭크 아암의 왕복운동에 따라 앞바퀴 방향으로 갈수록 길어지고 뒷바퀴 방향으로 갈수록 짧아져 지렛대의 원리에 의해 큰 구름력을 발생시킬 수 있다. 결국, 페달이 구름력을 발생시키는 구간 즉 상사점에서 하사점으로 이동하는 동안에는 크랭크 아암이 길어져 큰 구름력을 발생시키고, 구름력을 발생시키지 않는 구간 즉 하사점에서 상사점으로 이동하는 동안에는 크랭크 아암이 짧아지게 되는 효과가 있다.

또한 상기 크랭크축이 후륜 방향으로 치우쳐 있어도 운전자는 일반 자전거를 타는 경우와 동일한 구름동작을 하여도 크랭크 아암의 길이가 가변되어 구름이 원활하게 이루어져 구름력 만을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 안내레일 및 안내편에 의해 크랭크 아암의 급격한 길이 변화를 방지하고 안정적인 원주운동에 의해 구름동작을 하도록 하여 안전운행 및 운전자의 다리에 무리를 주지 않도록 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 자전거의 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 종래 기술에 의한 자전거에서 구름력이 발생하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 구동장치가 적용된 자전거의 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자전거의 구동장치의 구성을 나타내는 사시도이고,
도 5는 도 4의 분해 사시도이며,
도 6은 도 4의 일부절개 단면도이고,
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 의한 자전거의 구동장치에서 페달의 위치에 따른 크랭크 아암의 길이 변화를 설명하기 위한 동작도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자전거의 구동장치를 상세히 설명하고자 한다.

그러나, 본 발명의 명세서에서 제시되는 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

첨부도면 도 3은 본 발명에 의한 구동장치가 적용된 자전거의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자전거의 구동장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 일부절개 단면도이고, 도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 의한 자전거의 구동장치에서 페달의 위치에 따른 크랭크 아암의 길이 변화를 설명하기 위한 동작도 이다.

도 3 내지 도 7에서 도시된 바와 같이 이루어지는 본 실시예에 의한 자전거의 구동장치(10)는 자전거의 프레임(12)에 축결합되어 회전됨에 따라 바퀴들과 연동되는 스프로켓휘일(80)을 회전시키도록 된 크랭크축(70)과 상기 크랭크축(70)에 일단이 결합되며 타단에는 페달(60)이 고정된 크랭크 아암(40)을 가진다.

그리고 상기한 프레임(12)에는 운전자가 착석할 수 있도록 된 안장이 마련되는 지주(17)가 구비된다.

상기에서 2개의 페달(60)은 서로 180도 간격을 이루도록 반대방향으로 배치되도록 마련된다.

상기에서 프레임(12)에는 크랭크축(70)이 축결합되는 축관(15)이 구비된다.

이에 따라 상기 안장에 운전자가 착석을 한 후 페달(60)에 발을 올려 놓고 구름동작을 하면 크랭크아암(40)이 크랭크축(70)을 회전시켜 스프라켓휘일(80)을 회전시킴에 따라 체인(90)으로 연결된 뒷바퀴 혹은 앞바퀴가 회전하여 운행을 하게 된다.

또한 본 실시예에 의한 자전거의 구동장치(10)에서 상기한 크랭크축(70)은 운전자가 탑승할 때 다리가 위치되는 위치를 기준으로 뒷바퀴 방향에 위치하되 발구름을 할 수 있을 정도의 위치에 위치됨과 아울러 상기 크랭크 아암(40)은 상기 크랭크축(70)에서 슬라이딩되도록 결합되어 페달(60)과 크랭크축(70)의 사이 간격이 가변되도록 마련된다. 본 발명자가 여러 가지 경우를 대상으로 실험한 결과 크랭크 아암(40)의 길이가 18㎝ 인 경우에 일반 자전거에 비하여 상기 크랭크축(70)이 뒷바퀴 방향으로 9㎝ 이동시켜 위치시키는 것이 가장 바람직하였다.

즉, 운전자의 구름 동작중 페달이 구름력을 발생시키는 구간 즉 상사점에서 하사점으로 이동하는 동안에는 크랭크 아암이 길어져 큰 구름력을 발생시킨다. 이때, 상기 페달(60)과 크랭크축(70)의 사이 간격을 결정하는 크랭크 아암(40)의 길이는 3시 위치에 있을 때 27㎝로 가장 길게 된다.

또한, 구름력을 발생시키지 않는 구간 즉 하사점에서 상사점으로 이동하는 동안에는 크랭크 아암이 짧아지게 된다. 이때, 상기 페달(60)과 크랭크축(70)의 사이 간격을 결정하는 크랭크 아암(40)의 길이는 9시 위치에 있을 때 9㎝로 가장 짧게 된다.

결국, 본 발명은 구름력을 발생시키는 구간에서 크랭크 아암(40)이 길어져 운전자가 동일한 힘으로 구르는 경우에 지렛대의 원리에 의해 큰 구름력을 얻을 수 있는 구조를 가진다.

따라서 양측 다리의 전방구름력만으로 운전가가 운행되는 자전거의 운행특성에 의해 항상 큰 구름력으로 운행을 하게 되어 운전자는 일반 자전거를 타는 경우와 동일한 구름동작을 하여도 용이하고 편리하게 운전할 수가 있다.

그리고 상기한 크랭크축(70)의 종단에는 절곡요홈으로 이루어진 가이드홈(35)이 구비된다.

상기에서 크랭크축(70)의 양 종단에는 고정돌기(75)가 구비되며, 상기 고정돌기(75)와 맞춤결합되며 상기 크랭크아암(40)이 슬라이딩되도록 결합되는 가이드편(30)이 구비되어 상기 크랭크축(70)과 크랭크아암(40)을 조립하도록 구성되고 상기 가이드홈(35)는 상기 가이드편(30)에 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 크랭크축(70)과 접촉 결합되는 크랭크아암(70)에는 상기 가이드홈(35)과 맞춤결합되는 가이드돌기(42)가 구비되고 종단에는 가이드홈(35)에서 이탈되지 않도록 스톱퍼(45)가 마련된다.

따라서 상기 크랭크아암(40)이 구름동작중에 외부로 빠지지 않으면서 크랭크축(70) 상에서 안정적으로 왕복운동을 하여 페달(60)과 크랭크축(70)의 사이간격을 가변할 수 있게 된다.

또한 상기한 크랭크축(70)의 중심에서 전륜측 방향으로 편심된 위치에는 운전자가 탑승할 때 다리가 구름동작하기에 편한 위치의 원주를 가지는 안내레일(22)의 중심이 위치되도록 마련되며, 상기 크랭크아암(40)에는 상기 안내레일(22)을 가이드하면서 안내되는 안내공(55)을 가진 안내편(50)이 고정되어 있다.

즉 상기 크랭크아암(40)의 회전원주를 운전자가 구름동작하기 용이하도록 지정함으로써 크랭크아암의(40) 급격한 길이 변화를 방지하고 안정적인 원주운동에 의해 구름동작을 하도록 하여 안전운행 및 운전자의 다리에 무리를 주지 않는다.

상기에서 안내레일(22)은 축관(15)에 고정되는 결합판(20)에 의해 지지된다.

상기와 같이 이루어진 본 실시예에 의한 자전거의 구동장치의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7a 내지 도 7e에서 도시된 바와 운전자의 구름동작에 따라 크랭크축(70)이 회전하여 스프라켓휘일(80)을 회전시킴과 아울러 체인(90)을 구동하여 운행된다.

이때 상기 도 7e에서 도 7b로 운전자의 구름동작이 진행되는 중에는 크랭크아암(40)이 크랭크축(70)과 안내레일(22)의 중심이 편심됨에 따라 안내레일(22)을 가이드하는 안내편(50)에 의해 길이가 증대되는 형태로 가이드되어 페달(60)과 크랭크축(70)의 사이간격이 증대된다.

따라서 지렛대의 원리에 의해 큰 구름력이 발생되어 적은 힘으로도 원활한 운행이 이루어진다.

그리고 상기 도 7b에서 도 7e로 운전자의 구름동작이 진행되는 중에는 크랭크아암(40)이 크랭크축(70)과 안내레일(22)의 중심이 편심됨에 따라 안내레일(22)을 가이드하는 안내편(50)에 의해 길이가 축소되는 측으로 가이드되어 페달(60)과 크랭크축(70)의 사이간격이 짧아진다.

따라서 운전의 다리가 후륜측으로 과도하게 치우쳐지는 것을 방지함에 따라 운전자에게 무리를 주지 않는다.

또한 상기 페달(60)과 크랭크축(70)간의 사이간격이 짧아지는 구간에서의 구름력은 자전거의 운행에 사용되지 않아 운전자가 힘을 가하지 않으며, 반대측 다리에 의해 전방구름동작에 의해 자동으로 회전된다.

즉 이 구간중에는 반대측 페달(60)에서 발생되는 구름력에 의해 자전거가 운행된다.

상기와 같은 동작을 운전자의 양 다리측에서 반복적으로 수행하면 자전거를 지렛대의 원리에 의한 큰 구름력으로 적은힘을 통해 원활하게 운행할 수 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 자전거의 프레임에 축결합되어 회전됨에 따라 바퀴들과 연동되는 스프로켓 휘일을 회전시키도록 된 크랭크축과 상기 크랭크축에 일단이 결합되며 타단에는 페달이 고정된 크랭크아암을 가지는 자전거의 구동장치에 있어서;
   상기한 크랭크축은 운전자가 탑승할 때 다리가 위치되는 위치를 기준으로 후륜측 방향에 위치하되 발구름을 할 수 있을 정도의 위치에 위치되며, 상기 크랭크아암은 상기 크랭크축에서 슬라이딩되도록 결합되어 페달과 크랭크축의 사이 간격이 가변되도록 되고;
   상기한 크랭크축에는 절곡요홈으로 이루어진 가이드홈이 구비되며, 상기 크랭크축과 접촉 결합되는 크랭크아암에는 상기 가이드홈과 맞춤결합되는 가이드돌기가 구비되고 종단에는 가이드홈에서 이탈되지 않도록 스톱퍼가 마련되며;
   상기한 크랭크축의 중심에서 전륜측 방향으로 편심된 위치에는 운전자가 탑승할 때 다리가 구름동작하기에 편한 위치의 원주를 가지는 안내레일의 중심이 위치되도록 마련되며, 상기 크랭크아암에는 상기 안내레일을 가이드하면서 안내되는 안내편이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 자전거의 구동장치

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