KR20010054173A - 자전거용 전진구동 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거용 전진구동 변환장치에 관한 것으로, 그 구성은 페달과 함께 회전할 수 있도록 된 페달축 기어를 갖는 페달축과, 상기 페달축이 회전 가능하도록 프레임의 허브에 체결 고정되는 페달축 하우징과, 페달축의 일단부에 동심으로 설치되고 내측으로 링형의 종동기어가 형성되며 외주면 상에 구동스프라킷이 형성된 외측커버와, 상기 외측커버의 내측공간부를 밀폐할 수 있도록 페달축 하우징의 일단에 일체로 형성된 커버링디스크와, 상기 종동기어를 수용하며 상기 외측커버의 내측면 상에 안착되는 외측지지링과, 상기 커버링디스크와 외측지지링 간에 축설되어 페달축의 정, 역방향 회전시 어느 하나의 기어가 슬라이딩 회전하면서 페달축 기어로부터 종동기어에 이르는 회전상태를 정방향으로 변환시켜주는 일방향 회전수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 따라서, 페달의 역방향 구동시에도 그 정방향 회전시와 동일한 속도비로 전진 구동되고, 페달축이 동심 배치되므로 시스템의 안정화를 도모할 수 있게 되는 효과를 갖는다.

Description

자전거용 전진구동 변환장치{Forward Driving Gear for Bicycle}

본 발명은 자전거용 전진구동 변환장치에 관한 것으로서, 특히 페달의 역방향 회전 구동시에도 그 정방향 회전시와 동일한 속도비를 유지하며 자전거가 전진할 수 있도록 동력을 전달하는 자전거용 전진구동 변환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자전거의 구동장치는 페달축과 후륜 허브축에 각각 설치된 구동 및 종동스프라킷과 이를 연결하는 체인으로 이루어져 있으며, 상기 구동스프라킷에 일정방향(자전거 전진방향, 즉, 정방향)으로의 회전 구동력이 발생하였을 경우에만 회전되도록 하는 클러치 기구가 설치되어 있다.

이러한 자전거 구동장치는 운전자가 페달을 정방향으로 회전시키면 그 회전 구동력이 체인에 의해 구동스프라킷으로부터 종동스프라킷으로 전달되어 상기 클러치 기구를 통해 허브축을 회전시킴으로써 후륜이 회전하면서 전진구동되며, 또한 운전자가 페달에 힘을 가하지 않거나 역방향으로 회전시킬 경우에는 상기 클러치 기구가 그 회전 구동력을 후륜쪽으로 전달되지 않도록 차단함으로써 페달축이 공회전됨과 아울러 자전거는 관성작용에 의한 전진 운행을 계속하게 되는 것이다.

따라서, 종래의 자전거 구동장치는 페달의 정회전 구동에 의해서만 전진 운행할 수 있도록 되어 있으므로 페달의 구동 조작이 단조로울 뿐만 아니라 장시간 주행시 페달의 일방향 조작에 따른 대퇴부 근육 피로가 체내에 축적되었으며, 이러한 주행중의 근육 피로를 완화시키기 위해 페달에 발을 올려 놓은 채 회전정지 상태로 휴식을 취하거나 또는 페달의 역회전 구동시에는 페달축이 공회전하는 동안 자전거의 관성력을 상실하게 됨으로써 동력손실을 초래하는 문제점이 있었다.

최근에는 상기한 바와 같은 기존 구동방식의 자전거가 가지고 있는 한계성을 개선하기 위하여 페달의 역회전시에도 자전거를 전진 운행시킬 수 있는 다양한 전진구동 변환장치에 관한 실용화 개발이 이루어지고 있다.

현재 개발되어 실용화 추세에 있는 자전거용 전진구동 변환장치는 프레임의 허브에 회전 가능하도록 삽입 설치된 페달축의 구동력을 구동스프라킷에 전달하는 구동 주행부와, 상기 구동 주행부에 착탈 가능하게 체결되어 페달축의 역회전 및 공회전을 정회전으로 전환시켜 상기 구동스프라킷에 전달되도록 하는 전환 구동부와, 상기 전환 구동부가 운전자의 구동 조작에 따라 구동 주행부에 착탈되도록 하는 전환 레버부로 구성된 것이다.

이러한 구성을 이루는 종래의 전진구동 변환장치는 운전자가 자전거 운행중 전환 레버부의 레버를 조작하게 되면 전환 구동부가 구동 주행부에 결합됨으로써 페달의 역방향 회전시 그 회전방향이 상기 전환 구동부에의해 정방향으로 전환되어 상기 구동 주행부로 전달되는 것으로서, 페달의 역방향 구동시에도 전진구동이 가능하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 전진구동 변환장치는 자전거 운행중 페달의 역회전에 의한 전진구동시 반드시 전환 구동부가 구동 주행부에 결합되도록 운전자가 전환 레버부의 레버를 조작하여야 하고, 또한 페달의 정회전에 의한 전진구동 상태로 복귀하고자 하거나 운전자가 자전거를 견인이동하는 경우에 상기 전환 구동부가 구동 주행부로부터 결합 해제되도록 상기 레버를 재차 조작하여야 하므로, 이러한 레버 조작의 번거로움으로 인한 자전거 운행상의 불편함이 있었다.

또한, 상기의 전진구동 변환장치는 상기 전환 구동부를 통해 구동 주행부로 페달의 회전 구동력이 전달되는 과정에서 그 회전비가 감속되는 구조를 이루고 있으므로 페달의 정회전 구동시와 동일한 주행속도를 유지할 수 없게 됨에 따른 동력손실 및 효율성 저하를 초래할 뿐만 아니라, 상기 전환 구동부 및 전환 레버부가 다수의 부품으로 이루어진 매우 복잡한 구조를 이루고 있으므로 조립공정의 증가로 인한 생산성 저하 및 제조비용의 상승을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 전환 구동부에는 링기어 형태의 래칫기어와 스프링에 의해 상기 래칫기어 쪽으로 탄성 지지되는 다수의 래칫이 페달축의 내, 외측에 각각 설치되어 상기 페달축의 역방향 구동시에 복수의 래칫 및 래칫기어가 유기적으로 맞물려 회전하면서 일방향, 즉, 정방향으로 구동스프라킷을회전시키는 구조가 주로 사용되고 있으므로 장기간 사용시 스프링의 탄성이 저하되어 오동작을 유발할 수 있으며, 제품 수명을 단축시키는 결과를 초래하였다. 또한, 상기 래칫이 탄성 지지되면서 래칫기어와 접촉하게 되므로 각 치형을 넘나들 때 타격에 의한 소음을 유발하고, 페달축 및 하우징 등을 조립하는 과정에서 상기 래칫이 내측 또는 외측으로 지지되어 있으므로 결합이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 공구를 사용하여 상기 래칫을 일일이 가압한 상태로 조립해야 하므로 조립과정에서 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

이러한 종래의 전진구동 변환장치에서 나타난 문제점들을 해결하고자 본 발명의 출원인은 특허출원 제 98-10004호(1998. 3. 23., 일방향 자전거 구동장치) 및 제 99-31878호(1999. 8. 3., 자전거용 전진구동 변환장치)와, 실용신안등록출원 제 97-10741호(1997. 5. 15., 자전거 전진 구동장치 ; 실용신안등록 제 141834호) 및 제 97-10742호(1997. 5. 15., 자전거 전진 구동장치) 등과 같은 다수의 관련 기술들을 제안한 바 있다.

그러나, 상기의 선출원 건 중 특허출원 제 98-10004호 및 실용신안등록출원 제 97-10742호 등에 나타난 기술 구성은 구동스프라킷의 일방향 회전수단으로서 선택적으로 맞물려 구동되는 크고 작은 다수의 중계기어가 적용된 구조인 바, 이들 중계기어의 회전 구동에 의한 정, 역회전시의 잇수비를 1 : 1로 유지하기 위하여 페달축 기어를 편심되게 배치하게 되므로 장기간 사용시 시스템의 구동 안정성이 다소 떨어지고, 조립 공정상의 불편함이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 전진구동 변환장치와 본 발명의 출원인이 앞서 제안한 전진구동 변환장치가 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 주 목적은 운전자가 별도의 레버 조작없이 정방향 또는 역방향으로 구동력을 가하는 페달 조작만으로도 내부의 결합상태가 자동 변환되면서 전진구동을 가능하게 함으로써 자전거 운전상의 편리함을 도모할 수 있는 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 페달의 역회전 조작에 의한 전진 구동시에도 결합부품 간의 마찰에 의한 부하가 적어 소음이 거의 발생하지 않고, 페달축 기어가 구동스프라킷의 중심에 배치되어 장기간 사용시에도 시스템의 구동 안정성이 보장되며, 분해 및 조립 공정이 간소화되므로 고장수리 등의 보수관리 및 교체가 용이함은 물론, 생산성 향상을 기대할 수 있고, 정회전시와 동일한 회전비로 구동력을 전달할 수 있게 되어 동력손실이 없을 뿐만 아니라, 정방향으로의 회전성향을 갖는 구조를 적용하여 적은 힘으로도 원활한 전진 구동력을 발생시킬 수 있으므로 구동 효율성이 향상될 수 있는 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적은 수의 부품을 사용하므로 장치의 크기를 줄일 수 있고, 충격하중에 대한 내구성이 향상되어 제품 신뢰성을 개선할 수 있는 자전거용 전진구동 변환장치를 제공함에 있다.

도1은 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합구조를 정면측에서 도시한 분해사시도이다.

도3은 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합구조를 배면측에서 도시한 분해사시도이다.

도4는 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합단면도이다.

도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 전진구동 변환장치의 전진구동 작동원리를 설명하기 위하여 구동스프라킷이 형성된 외측커버 및 외측지지링을 제거한 상태의 정면도를 나타낸 것으로,

도5a는 페달을 정방향(오른나사 체결방향)으로 조작하였을 경우에 정방향 회전하는 페달축 기어와 맞물려 장공을 따라 슬라이딩되면서 연동하는 일방향 회전수단(연동기어 조립체)에 의하여, 구동스프라킷이 일체로 형성된 외측커버의 종동기어 쪽으로 정방향 상태의 회전력을 전달하게 되는 과정을 도시한 것이고,

도5b는 페달을 역방향(오른나사 풀림방향)으로 조작하였을 경우에 역방향 회전하는 페달축 기어와 맞물려 장공을 따라 슬라이딩되면서 연동하는 일방향 회전수단(연동기어 조립체)에 의하여, 회전방향이 변환되어 상기 종동기어 쪽으로 정방향 상태의 회전력을 전달하게 되는 과정을 도시한 정면도이다.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 결합단면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 ; 프레임 2 ; 허브

4 ; 페달바아 5 ; 페달바아 고정보울트

6 ; 고정링 7 ; 체결너트

8 ; 로크너트 10 ; 페달축

11 ; 페달축 기어 12 ; 보울트 체결공

20 ; 페달축 하우징 21 ; 페달축 삽입공

22 ; 베어링 30 ; 커버링디스크

31, 51 ; 슬라이딩 장공 32, 52 ; 축핀 삽입공

33 ; 경사홈 34, 64 ; 반발용 자석

35 ; 환테 40 ; 외측커버

41 ; 페달축 노출공 42 ; 종동기어

43, 62 ; 단턱 44, 61 ; 요철면

45 ; 구동스프라킷 50 ; 외측지지링

60 ; 반발구동링 63 ; 대응 경사홈

70 ; 일방향 회전수단 71 ; 유성기어

72 ; 전동(傳動)기어 73 ; 아이들기어

74 ; 축핀

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 프레임의 허브 내에 삽입되고 일측 둘레에 페달축 기어가 일체로 형성되며 상기 허브의 양측으로 돌출된 양단부에 페달바아가 각각 고정되어 페달과 함께 회전할 수 있도록 된 페달축과, 상기 페달축의 외측과 프레임의 허브 내측 사이에 개재되어 상기 페달축이 회전 가능하도록 상기 허브에 체결 고정되는 페달축 하우징과, 상기 페달축 하우징의 일단부에 인접하여 그 사이에 소정의 내측공간부를 형성하는 원통드럼의 형태를 이루며 페달축 상에 동심을 유지하며 설치되고 그 페달축 노출공의 내측으로 링 형상을 이루는 종동기어가 형성되며 외주면 상에 구동스프라킷이 형성된 외측커버와, 상기 프레임의 허브로부터 격리된 상태로 상기 외측커버의 내측공간부를 밀폐할 수 있도록 상기 페달축 하우징의 일단에 일체로 형성되고 그 외주부를 따라 환테가 형성된 커버링디스크와, 상기 종동기어를 수용하며 상기 외측커버의 내측면 상에 안착되는 외측지지링과, 상기 커버링디스크와 외측지지링 간에 반경방향으로 위상차를 갖도록 축설되어 페달축의 정, 역방향 회전시 어느 하나의 기어가 상기 커버링디스크 및 외측지지링 상에 형성된 슬라이딩 장공을 따라 슬라이딩 회전하면서 페달축 기어로부터 종동기어에 이르는 회전상태를 정방향으로 변환시켜 전달하는 다수의 연동기어 조립체로 이루어진 일방향 회전수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이때, 상기 일방향 회전수단은 상기 페달축 기어와 맞물려 상기 커버링디스크 및 외측지지링 상에 형성된 슬라이딩 장공을 따라 좌, 우로 슬라이딩하면서 정, 역방향으로 연동되는 유성기어와, 상기 종동기어와 맞물림과 동시에 상기 유성기어의 슬라이딩 위치에 따라 간접 또는 직접적으로 맞물려 역방향 회전하면서 상기 유성기어로부터 전달된 회전력을 상기 종동기어 쪽으로 전달하는 전동기어와, 상기 페달축 기어의 정방향 회전시 슬라이딩 장공을 따라 어느 한 쪽으로 슬라이딩된 유성기어와 선택적으로 맞물려 상기 전동기어 쪽으로 회전력을 전달하는 아이들기어로 구성되는 연동기어 조립체로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 커버링디스크의 환테 외주면 상에는 일정 간격을 두고 다수의 경사홈이 형성되어 각 경사홈의 내측으로 반발용 자석이 매립 설치되며, 상기 외측커버의 내주면 상에는 그 몸체와 커버링디스크 사이에서의 반발 자력에 의한 상기 외측커버의 정방향 회전을 원활히 할 수 있도록 상기 경사홈과 대향되는 형태의 다수의 대응 경사홈을 형성시키고 각 대응 경사홈의 내측으로 상기 반발용 자석과 동일 극성을 갖는 반발용 자석을 매립 설치한 반발구동링이 고정됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 페달축에 장착하는 것으로, 도1 내지 도4 및 도6은 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의구조를 도시하고 있다. 도1은 상기 실시예에 대한 결합사시도, 도2 및 도3은 상기 실시예에 대한 정면 및 배면측 분해사시도, 도4는 상기 실시예에 대한 결합단면도, 도6은 본 발명의 다른 실시예에 대한 결합단면도를 각각 나타낸 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 체인(미도시)을 매개로 하여 자전거의 후륜(미도시)에 구동력이 전달되도록 하기 위하여, 자전거 프레임(1)의 허브(2) 내에서 회전 가능하도록 삽입되고 일측 둘레에 소정 반경의 페달축 기어(11)가 일체로 형성되며 상기 허브(2)의 양측으로 돌출된 양단부의 보울트 체결공(12) 내에 페달바아 고정보울트(5)를 체결하는 것에 의해 페달바아(4)가 각각 고정되어 페달(미도시)과 함께 회전할 수 있도록 된 페달축(10)과, 상기 페달축(10)의 외측과 프레임(1)의 허브(2) 내측 사이에 개재되는 것으로 그 관체 내부의 페달축 삽입공(21)을 통해 상기 페달축(10)을 관통시켜 설치함으로써 상기 페달축(10)이 회전 가능하도록 상기 허브(2)에 체결 고정되는 페달축 하우징(20)과, 상기 페달축 하우징(20)의 일단부에 인접하여 그 사이에 소정의 내측공간부를 형성하는 원통드럼의 형태를 이루며 페달축(10) 상에 동심을 유지하며 설치되고, 그 페달축 노출공(41)의 내측으로 링 형상을 이루는 종동기어(42)가 형성되며, 외주면 상에 다단의 구동스프라킷(45)이 형성된 외측커버(40)와, 상기 프레임(1)의 허브(2)로부터 격리된 상태로 상기 외측커버(40)의 내측공간부를 밀폐할 수 있도록상기 페달축 하우징(20)의 일단에 일체로 형성되고 그 외주부를 따라 단턱 형상을 이루며 환테(35)가 형성된 커버링디스크(30)와, 상기 종동기어(42)를 수용하며 상기 외측커버(40)의 내측면 상에 안착되는 외측지지링(50)과, 상기 커버링디스크(30)와 외측지지링(50) 간에 반경방향으로 위상차를 갖도록 축설되어 페달축(10)의 정, 역방향 회전시 어느 하나의 기어가 상기 커버링디스크(30) 및 외측지지링(50) 상에 형성된 슬라이딩 장공(31)(51)을 따라 슬라이딩 회전하면서 페달축 기어(11)로부터 종동기어(42)에 이르는 회전상태를 정방향으로 변환시켜 전달하는 다수의 연동기어 조립체로 이루어진 일방향 회전수단(70)으로 구성되어 있다.

상기 페달축 하우징(20)과 페달축(10) 간의 접촉부위에는 베어링(22)이 개재되어 상기 페달축(10)의 회전이 원활하도록 지지되고, 상기 베어링(22)의 외측으로 고정링(6)을 체결하여 이탈되지 않도록 고정하게 되며, 상기 페달축 하우징(20)의 확관된 양단부 외주면 상에는 나사산이 형성되어 상기 프레임(1)의 허브(2)와 나사결합시킨 후 그 일단부에 체결너트(7) 및 로크너트(8)로써 고정 체결하는 구조로 되어 있다.

상기 페달축(10)의 일단부의 페달축 기어(11)는 페달축(10)의 외주 상에 동심의 형태로 형성되고, 상기 커버링디스크(30)의 외측으로 노출되어 상기 외측커버(40)의 내측공간부에 내에 배치된다.

또한, 상기 일방향 회전수단(70)은 상기 페달축 기어(11)와 맞물려 상기 커버링디스크(30) 및 외측지지링(50) 상에 형성된 슬라이딩 장공(31)(51)을따라 좌, 우로 슬라이딩하면서 정, 역방향으로 연동되는 유성기어(71)와, 상기 종동기어(42)와 맞물림과 동시에 상기 유성기어(71)의 슬라이딩 위치에 따라 간접 또는 직접적으로 맞물려 역방향 회전하면서 상기 유성기어(71)로부터 전달된 회전력을 상기 종동기어(42) 쪽으로 전달하는 전동(傳動)기어(72)와, 상기 페달축 기어(11)의 정방향 회전시 슬라이딩 장공(31)(51)을 따라 어느 한 쪽으로 슬라이딩된 유성기어(71)와 선택적으로 맞물려 상기 전동기어(72) 쪽으로 회전력을 전달하는 아이들기어(73)로 구성되는 연동기어 조립체로 이루어지며, 이러한 연동기어 조립체가 2조 이상, 바람직하게는 상기 페달축 기어(11)의 외측에 120°간격으로 균일 배치되는 3조의 연동기어 조립체를 구비한다.

이때, 상기 유성기어(71) 및 아이들기어(73)는 페달축 기어(11)의 외주 상에 편재되고, 상기 전동기어(72)는 상기 유성기어(71) 및 아이들기어(73)와, 상기 종동기어(42)에 걸쳐 편재된 상태로 배치되어 있으며, 상기 전동기어(72)와 페달축 기어(11)가 상호 맞물려 구동되지 않도록 상기 페달축 기어(11)에 비해 종동기어(42)의 직경이 다소 크게 설계되어 있다. 다만, 상기의 구조와 같이 상기 종동기어(42)의 직경이 상기 페달축 기어(11)에 비해 크게 설계된 경우에는 상기 종동기어(42) 및 페달축 기어(11)의 간격을 좁힐 수 있으므로 유성기어(71) / 아이들기어(73)와 전동기어(72)의 치형 맞물림 부분이 넓어져서 안정성이 향상될 수 있고 장치의 두께가 감소될 수 있으나, 상기 종동기어(42) 및 페달축 기어(11)의 크기차로 인하여 그 회전비가 정확히 1 : 1로 유지될 수는 없다.

따라서, 이를 감안하여 도6의 다른 실시예에서는 종동기어(42)의 직경을 페달축 기어(11)와 동일하게 유지하고, 이들의 간격을 충분히 확보하여 이 부분에서 유성기어(71) / 아이들기어(73)와 전동기어(72)의 치형 맞물림이 이루어짐으로써 상기 전동기어(72)가 페달축 기어(11)에 간섭되지 않도록 한 것이며, 본 실시예는 상기 유성기어(71) / 아이들기어(73)와 전동기어(72)의 치형 맞물림 부분이 좁아짐에 따라 마모도 및 장치의 두께가 다소 증가할 수 있으나, 상기 종동기어(42) 및 페달축 기어(11)의 크기 차가 없으므로 그 회전비가 정확히 1 : 1로 유지될 수 있는 이점이 있다.

상기의 각 실시예에 있어서, 위에서 상세히 설명한 바와 같이 다소의 장단점이 예상되지만 극히 미미한 정도의 문제이므로 크게 고려할 필요는 없을 것이다.

한편, 상기 커버링디스크(30) 및 외측지지링(50)에는 상기 연동기어 조립체의 축핀(74) 양단을 각각 고정시킬 수 있도록 그 대응되는 면 상에 면대칭 구조로 천공된 슬라이딩 장공(31)(51)과 축핀 삽입공(32)(52)이 형성되어 있으며, 상기 슬라이딩 장공(31)(51)에는 유성기어(71)의 축핀(74) 양단이 삽입되어 그 슬라이딩 장공(31)(51) 내에서 좌, 우방향으로 슬라이딩할 수 있도록 조립되고, 복수의 축핀 삽입공(32)(52)에는 전동기어(72) 및 아이들기어(73)가 해당 위치에 각각 삽입되어 제자리에서 회전할 수 있도록 조립되어 있다.

상기 커버링디스크(30)와 외측지지링(50) 상에는 유성기어(71)의 축핀(74)이 삽입되는 슬라이딩 장공(31)(51)과, 전동기어(72) 및 아이들기어(73)의 축핀(74)이 삽입되는 각각의 축핀 삽입공(32)(52)을 역방향을 따라 순차적으로 형성하되, 각각의 위치에 해당하는 반경의 크기가 미소하게 증가하는 상태로 위상차를 갖도록 배열 형성된다.

또한, 상기 커버링디스크(30)의 환테(35) 외주면 상에는 일정 간격을 두고 정방향 쪽으로 소정의 경사각을 유지하는 다수의 경사홈(33)이 형성되어 각 경사홈(33)의 내측으로 반발용 자석(34)이 매립 설치되고, 상기 외측커버(40)의 내주면은 다단의 단턱(43)이 형성되어 외측지지링(50)과, 상기 환테(35)와 인접 배치되는 별도의 반발구동링(60)이 각각 안착될 수 있도록 되어 있다.

상기 반발구동링(60)은 상기 외측커버(40)의 외곽쪽 내주면 상에 삽입 고정되어 상기 커버링디스크(30)와의 자력(磁力) 반발에 의한 상기 외측커버(40)의 정방향 회전을 원활히 하기 위하여, 단턱(62)을 갖는 링 내주면 상에 상기 커버링디스크(30)의 경사홈(33)과 대향되는 경사각을 이루는 다수의 대응 경사홈(63)을 형성시키고 각 대응 경사홈(63)의 내측으로 상기 반발용 자석(34)과 동일 극성을 갖는 반발용 자석(64)을 매립 설치한 것이며, 이때, 상기 반발구동링(60)의 외주면 상에는 요철면(61)이 반복 형성되고, 상기 외측커버(40)의 내주면 상에도 상기 요철면과(61) 대응되는 요철면(44)이 형성되어 상기 반발구동링(60)의 삽입시 그요철면(44)(61) 간의 상호 걸림에 의해 고정되는 구조를 이루고 있다.

한편 이와는 달리, 상기 반발구동링(60)의 외주면 상에 요철면(61)을 반복 형성하고, 이 반발구동링(60)을 외측커버(40)의 내측으로 강제 압입하여 상기 외측커버(40)의 내주면 상에도 상기 요철면(61)과 대응되는 요철면(44)이 형성되면서 일체로 결합되도록 할 수도 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치의 작동을 상기 도면과 추가 도시된 도5a 및 도5b에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도5a 및 도5b는 구동스프라킷(45)이 형성된 외측커버(40) 및 외측지지링(50)을 제거한 상태의 정면도를 나타낸 것으로, 도5a는 페달을 정방향(오른나사 체결방향)으로 조작하였을 경우에 정방향 회전하는 페달축 기어(11)와 맞물려 슬라이딩 장공(31)(51)을 따라 슬라이딩되면서 연동하는 유성기어(71)에 의하여, 아이들기어(73) 및 전동기어(72)와, 구동스프라킷(45)이 일체로 형성된 외측커버(40)의 종동기어(42) 쪽으로 정방향 상태의 회전력을 순차적으로 전달하게 되는 과정을 나타낸 것이고, 도5b는 페달을 역방향(오른나사 풀림방향)으로 조작하였을 경우에 역방향 회전하는 페달축 기어(11)와 맞물려 슬라이딩 장공(31)(51)을 따라 슬라이딩되면서 연동하는 유성기어(71)에 의하여 전동기어(72)가 구동된 후, 회전방향이 변환되어 상기 종동기어(42) 쪽으로 정방향 상태의 회전력을 전달하게 되는 과정을 나타낸 것이다.

먼저, 정방향으로 페달축(10)이 회전하는 경우에는 도1 내지 도4와, 도5a에 도시된 바와 같이, 상기 페달축 기어(11)와 맞물려져 있는 3곳의 유성기어(71)가 역방향으로 자전하면서 각 슬라이딩 장공(31)을 따라 정방향으로 슬라이딩되고, 슬라이딩이 완료되는 상기 슬라이딩 장공(42)의 도면상 우측 끝 부분에 도달하였을 때 상기 페달축 기어(11) 및 종동기어(42)와 독립적인 위치에 설치된 아이들기어(73)와 치형 결합된 후 상기 아이들기어(73) 및 전동기어(72)를 각각 정방향 및 역방향 회전시키게 되며, 상기 전동기어(72)는 종동기어(42)를 정방향으로 회전시킴으로써 구동스프라킷(45)이 정방향으로 회전하게 되는 것이다. 이때, 커버링디스크(30)와 반발구동링(60)의 경사홈(33)과 대응 경사홈(63) 내에 설치된 동일 극성의 반발용 자석(34)(64)들이 각각 반발 자력을 발생하면서 정방향으로의 더욱 원활한 회전력을 제공하게 된다.

한편, 역방향으로 페달축(10)이 회전하는 경우에는 도1 내지 도4와, 도5b에 도시된 바와 같이, 상기 페달축 기어(11)와 맞물려져 있는 3곳의 유성기어(71)가 정방향으로 자전하면서 각 슬라이딩 장공(31)을 따라 역방향으로 슬라이딩되고, 슬라이딩이 완료되는 상기 슬라이딩 장공(42)의 도면상 좌측 끝 부분에 도달하였을 때 전동기어(72)와 직접 맞물려 상기 전동기어(72)를 역방향 회전시키게 되며, 상기 전동기어(72)는 종동기어(42)를 정방향으로 회전시킴으로써 구동스프라킷(45)이 정방향으로 회전하게 되는 것이다. 이때, 상기 페달축 기어(11) 및 종동기어(42)와 독립적인 위치에설치된 아이들기어(73)는 상기 전동기어(72)와 치형 결합되어 있으므로 동력 전달과는 관계없이 정방향으로 공회전하게 되며, 이와 같이 페달축(10)이 역방향으로 회전하는 경우에도 상기 커버링디스크(30)와 반발구동링(60)의 경사홈(33)과 대응 경사홈(63) 내에 설치된 동일 극성의 반발용 자석(34)(64)들이 각각 반발 자력을 발생하면서 정방향으로의 원활한 회전력을 제공하게 된다.

아울러, 상기 도6의 실시예에 대한 구동 원리도 상술한 바와 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 자전거의 페달을 정, 역회전시키는 경우 종래와 같이 복잡한 레버 조작을 하지 않더라도 항시 전진구동이 가능하도록 자동 변환시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 기술한 바와 같은 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치에 의하면, 운전자가 별도의 레버 조작없이 정방향 또는 역방향으로 구동력을 가하는 페달 조작만으로도 내부의 결합상태가 자동 변환되면서 전진구동을 가능하게 함으로써 자전거 운전상의 편리함을 도모할 수 있으며, 페달의 역회전 조작에 의한 전진 구동시에도 결합부품 간의 마찰에 의한 부하가 적어 소음이 거의 발생하지 않고, 페달축 기어가 구동스프라킷의 중심에 배치되어 장기간 사용시에도 시스템의 구동 안정성이 보장되며, 분해 및 조립 공정이 간소화되므로 고장수리 등의 보수관리 및 교체가 용이함은 물론, 생산성 향상 및 생산비 절감을 도모할 수 있고, 정회전시와 동일한 회전비로 구동력을 전달할 수 있게 되어 동력손실이 없을 뿐만 아니라, 자력의 반발력에 의한 정방향 회전성향을 갖는 구조를 적용하여 적은 힘으로도 원활한 전진 구동력을 발생시킬 수 있으므로 구동 효율성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 자전거용 전진구동 변환장치는 적은 수의 부품을 사용하게 되므로 장치의 크기를 줄일 수 있고, 충격하중에 대한 내구성이 향상되며, 스프링에 의해 탄성 지지되는 래칫의 구조를 배제함으로써 장기간 사용이 가능하고, 스프링의 탄성 저하에 의한 오동작의 염려가 없으며, 래칫에 의한 타격 소음이 발생하지 않으므로 제품 신뢰성을 개선할 수 있는 효과가 발휘되는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이라 할 것이다.

Claims (5)

1. 프레임의 허브 내에 삽입되고 일측 둘레에 페달축 기어가 일체로 형성되며 상기 허브의 양측으로 돌출된 양단부에 페달바아가 각각 고정되어 페달과 함께 회전할 수 있도록 된 페달축;

   상기페달축의 외측과 프레임의 허브 내측 사이에 개재되어 상기 페달축이 회전 가능하도록 상기 허브에 체결 고정되는 페달축 하우징;

   상기 페달축 하우징의 일단부에 인접하여 그 사이에 소정의 내측공간부를 형성하는 원통드럼의 형태를 이루며 페달축 상에 동심을 유지하며 설치되고, 그 페달축 노출공의 내측으로 링 형상을 이루는 종동기어가 형성되며, 외주면 상에 구동스프라킷이 형성된 외측커버;

   상기 프레임의 허브로부터 격리된 상태로 상기 외측커버의 내측공간부를 밀폐할 수 있도록 상기 페달축 하우징의 일단에 일체로 형성되고 그 외주부를 따라 환테가 형성된 커버링디스크;

   상기 종동기어를 수용하며 상기 외측커버의 내측면 상에 안착되는 외측지지링; 및

   상기 커버링디스크와 외측지지링 간에 반경방향으로 위상차를 갖도록 축설되어 페달축의 정, 역방향 회전시 어느 하나의 기어가 상기 커버링디스크 및 외측지지링 상에 형성된 슬라이딩 장공을 따라 슬라이딩 회전하면서 페달축 기어로부터 종동기어에 이르는 회전상태를 정방향으로 변환시켜 전달하는 다수의 연동기어 조립체로 이루어진 일방향 회전수단;

   을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자전거용 전진구동 변환장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 일방향 회전수단은,

   상기 페달축 기어와 맞물려 상기 커버링디스크 및 외측지지링 상에 형성된 슬라이딩 장공을 따라 좌, 우로 슬라이딩하면서 정, 역방향으로 연동되는 유성기어;

   상기 종동기어와 맞물림과 동시에 상기 유성기어의 슬라이딩 위치에 따라 간접 또는 직접적으로 맞물려 역방향 회전하면서 상기 유성기어로부터 전달된 회전력을 상기 종동기어 쪽으로 전달하는 전동(傳動)기어; 및

   상기 페달축 기어의 정방향 회전시 슬라이딩 장공을 따라 어느 한 쪽으로 슬라이딩된 유성기어와 선택적으로 맞물려 상기 전동기어 쪽으로 회전력을 전달하는 아이들기어;

   로 구성되는 연동기어 조립체인 것을 특징으로 하는 상기 자전거용 전진구동 변환장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 일방향 회전수단은 상기 페달축 기어의 외측에 균일 배치되는 2조 이상의 연동기어 조립체로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 자전거용전진구동 변환장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 커버링디스크의 환테 외주면 상에는 일정 간격을 두고 다수의 경사홈이 형성되어 각 경사홈의 내측으로 반발용 자석이 매립 설치되며, 상기 외측커버의 내주면 상에는 그 몸체와 커버링디스크 사이에서의 반발 자력에 의한 상기 외측커버의 정방향 회전을 원활히 할 수 있도록 상기 경사홈과 대향되는 형태의 다수의 대응 경사홈을 형성시키고 각 대응 경사홈의 내측으로 상기 반발용 자석과 동일 극성을 갖는 반발용 자석을 매립 설치한 반발구동링이 고정됨을 특징으로 하는 상기 자전거용 전진구동 변환장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 반발구동링의 외주면 상에는 요철면이 반복 형성되고, 이 반발구동링을 외측커버의 내측으로 강제 압입하여 상기 외측커버의 내주면 상에도 상기 요철면과 대응되는 요철면이 형성되면서 일체로 결합됨을 특징으로 하는 상기 자전거용 전진구동 변환장치.