KR100260109B1

KR100260109B1 - 자전거 현가장치

Info

Publication number: KR100260109B1
Application number: KR1019940702465A
Authority: KR
Inventors: 로날드 윌리암 커어르
Original assignee: 메이어스 제임스 엠.; 마이너 엔터프라이지즈 인코포레이티드
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 2000-07-01
Also published as: KR950700189A; JP3188705B2; AU3440993A; WO1993013973A1; JPH07502949A; US5240269A

Abstract

현가장치는 산악용 자전거의 뒷바퀴(14)와 프레임과의 사이에 장착된다. 프레임(28)에 피벗팅된 레버 아암(26)은 일단에서 뒷바퀴(14)를 지지하고 타단에서 현가장치를 지지한다. 레버 아암의 뒷바퀴 부분은 현가장치 부분에 비해 약 네배 길다. 이 현가장치는 알루미늄 신축부(44)를 구비하는 중공형의 긴 탄성중합 스프링(30)을 포함한다. 신축부(44)는 주축을 따라 왕복운동은 허용하지만 그 주축 주위의 어떠한 회전운동도 허용하지 않으면서 탄성중합체를 지지하는데, 이는 나사진 링크단(62)의 반대편 끝에 연결된 외튜브(56)의 슬롯부들(70)(72)과 짝을 이루는 만곡된 손가락 형상의 창살들(66)(68)을 플랜지가 달린 링크단(46)에 제공함으로써 이루어 지고 이에 따라 회전운동이 방지되는 것이다.

Description

[발명의 명칭]

자전거 현가장치

[발명의 배경]

본 발명은 산악용 자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그러한 산악용 자전거에 사용되는 뒤쪽 현가장치에 관한 것이다. 산악용 자전거는 비교적 새로운 형식의 자전거이다. 산악용 자전거는 유럽의 경주기술과 실용적인 자전거의 잡종이라 할 수 있다. 이것은 1981년 마이클 신야드라는 이름의 사람에 의하여 캘리포니아에서 처음 개발되었다. 산과 그에 의하여 발생되는 매상고가 미국의 자전거 산업을 35억 달러의 가족 스포츠 산업으로 변환시켰다는 제안이 있다. 오늘날 9천 3백만명 이상의 미국인이 자전거를 타고 있다. 이들 중 2천 5백만명은 적어도 일주일에 한번 자전거를 탄다. 더욱이 1990년에 미국인들은 9백 3십만대의 승용차에 대하여 1천 8십만대의 자전거를 구매했다. 산악용 자전거 매상고에서의 증가 붐은 부분적으로 인구의 노령화에 기인하는 것으로 믿어진다. 이러한 유형의 하이테크 스포츠 기술에 있어서, 과도한 세금을 무는 성인들에게 보다 부담을 주지 않고, 통상 젊은이와 근육질의 사람에 의하여 지배되는 활동으로의 승차권인 자전거가 제안된다.

시장에서의 산악용 자전거는 정교한 금속합금들, 탄소섬유 튜브, 티타늄 손잡이 기타 항공우주 산업으로부터의 다른 재료들을 매일 사용한다. 그 결과 고강도 경량의 구조체가 된다. 예를 들면, 산악용 자전거의 평균 중량은 훨씬 약한 여행용 자전거에 비하여 약 28 파운드 대 20 파운드 이다. 두꺼운 타이어, 수직 안장 및 편평한 핸들은 또한 거칠게 타는 황야의 사이클리스트들과 통상의 주말 자전거 이용자들 양쪽에 대해 실제적인 매력을 갖는다. 미국의 자전거 디자이너들을 오랫동안 이태리 생산자들에 의하여 지배되어 온 세계적인 사업의 선두주자로 몰고 간 것은 바로 재료, 스타일 및 발명 기술에서의 이와 같은 동적인 변화를 통해서이다.

[발명의 요약]

이하에서 고찰되는 본 발명은 이중 현가장치의 산악용 자전거에 사용되도록 고안된 것이다. 예를 들면, 윈스콘신주 워터루에 기반을 둔 트렉 자전거 회사에 의하여 생산되는 9000시리즈가 있다. 균형과 조종을 극대화하기 위하여 이하에서 고찰되는 뒤쪽 현가장치는 반드시 동적인 무게 중심에 위치된다. 스윙아암은 자전거 프레임과 뒷바퀴 사이의 유일한 연결요소이며, 스윙아암 피벗점에서 연결이 행해진다. 바람직한 실시예에서, 상기 피벗점으로부터 뒤축까지의 스윙아암의 길이는 피벗점으로부터 충격 흡수기 결합체까지의 길이에 관하여 약 4 대 1이다.

그러므로, 충격 흡수기의 1인치의 왕복운동은 4인치의 뒤축의 수직 왕복운동을 허용할 것이다. 충격 흡수기 그 자체는 등록 상표 “TECSPAK”으로 마이너 엔터프라이즈사에 의하여 생산 판매되는 분리된 에너지 흡수 탄성중합 장치를 포함한다. 구멍내에는 신축부의 구성요소들이 장착된다. 이 신축부의 일단에는 턱을 갖는 플랜지가 달린 링크단이 탄성중합 패드 스택용의 확실한 받침대로서 역할하기 위하여 마련된다. 그 타단에는 로드와셔와 조정너트를 구비한 나사진 링크단이 승용자가 그의 체중 또는 원하는 승용 특성에 따라 예비하중을 설정할 수 있게 하기 위하여 마련된다. 탄성중합 패드 스택 내에 장착되고 상기 패드 스택에 의하여 밀봉되는 신축부의 실제적인 부분들은, 두 개의 링크단들이 독립적으로 움직이고 그러면서도 탄성중합 패드 스택의 실질적으로 전체적인 내벽 주위에서 탄성중합 패드 스택을 실질적으로 지지하도록 배치된다. 신축 부재 내에는 한 쪽 링크단 플랜지에 고정되는 손가락 형상의 창살들이 결합되고, 상기 링크단 플랜지는 다른 쪽 링크단 플랜지에 고정되는 슬롯부와 상호 작용한다. 상기 창살은 언제나 적어도 부분적으로는 슬롯부에 있으므로, 다른 쪽 링크단에 대한 한 쪽 링크단의 주축에 따르는 회전이 방지되는 동안에는 왕복운동이 허용된다. 따라서, 원하는 예압을 설정하기 위하여 마련되는 로드너트는 양 링크단들의 그들 주축 주위로의 회전 때문에 한 방향 또는 다른 방향으로 움직이지 않을 것이다. 더욱이, 탄성중합 재질의 분리된 모형 블록은 그것의 전체의 길이를 따라 실질적으로 지지되므로, 작업 주기 중의 어떠한 임의의 방해도 실질적으로 감소된다. 이러한 임의의 방해는 바람직하지 못하게 작업 주기 중의 힘 왕복운동 곡선에 영향을 미친다. 다른 특징들은 부분적으로는 자명하고 부분적으로는 이하에서 설명될 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 현가장치를 결합한 산악용 자전거의 부분 개략도이고,

제2도는 도면의 평면과 평행하게 절단된, 제1도의 충격 흡수기의 단면도이고,

제3도는 제2도는 3-3선에 따라 취한 단면도이고,

제4도는 창살 끝단 슬롯의 관계를 도시한, 제2도에 도시된 충격 흡수기의 점선으로 나타낸 측입면도이고,

제5도는 링크단 플랜지의 측입면도이고,

제6도는 제5도에 도시된 링크단 플랜지의 머리로부터 취한 측입면도이고,

제7도는 제2도에 도시된 외튜브의 측입면도이고,

제8도는 제7도에 도시된 외튜브의 평면도이다.

[바람직한 실시예의 상세한 설명]

이제 도면들 특히 산악용 자전거(10)가 전체로 표시된 제1도를 참조한다. 전술한 바와 같이, 이 특수한 자전거는 윈스콘신주 워터루의 트렉사에 의하여 생산되며, 9000 스포츠로서 알려져 있다.

아주 간략하게 말하면, 산악용 자전거(10)는 프레임(12); 뒷바퀴(14); 앞바퀴(16); 크랭크(18); 체인(20); 스프로킷(22); 뒤축(24); 스위아암(26); 스윙아암 피벗점(28); 및 분리된 단일 블록의 탄성중합 패드 스택(30);을 구비한다. 스윙아암 피벗점(28)은 필연적으로 스윙아암(26)을 제1아암부(32)와 제2아암부(34)로 분리한다. 이들 두 아암부들 사이의 관계는 그들의 길이에 관하여 약 4 대 1 이다. 그러므로, 핀(36)의 중심에 의한 1인치의 왕복운동은 축(24) 중심에서의 4인치의 왕복운동에 해당할 것이다. 제1도의 고찰로부터 명백한 바와 같이, 핀(36)은 현가장치(30)를 스윙아암(26)의 제2아암부(34)에 결합시킨다. 제2핀(38)은 현가장치(30)를 산악용 자전거(10)의 프레임(12)에 결합시킨다.

이제 이하에서 고찰되는 본 발명의 주제인 현가장치(30)가 상세하게 도시되어 있는 제2도 내지 제8도를 참조한다. 우선 제2도를 참조하면, 현가장치(30)의 여러 부품들과 구성요소들이 도시되어 있다. 반드시, 현가장치(30)는 제1단(102)과 제2단(104), 중심을 따르는 주축(108) 및 그 길이방향으로 형성된 구멍(42)을 갖는 분리된 단일 블록의 탄성중합 패드 스택(40)으로 구성된다. 구멍(42)내에는 신축부(44)가 장착되는데, 이 신축부는 플랜지가 달린 링크단(46); 탄성중합 과왕복운동 정지기(48); 내로드(50); 베어링들(52a)(52b); 탄성중합 반동 쿠션(54); 외튜브(56); 로드와셔(58); 로드너트(60); 및 나사진 링크단(62);을 구비한다. 이 구성요소들 모두가 주축(108)인 상기 패드 스택(40)에서와 같은 주축을 갖고 있음을 알아야 한다. 작동 중에 있을 때, 분리된 탄성중합 단일 블록은 로드너트의 회전에 의하여 예압을 받는다. 결과적으로, 상기 탄성중합 단일 블록(40)의 제1단(102)은 턱 또는 플랜지(64)에 접하고, 그 제2단(104)은 로드와셔(58)에 접하게 된다. 따라서, 또한 탄성중합 단일 블록(40)은 먼지 등에 대한 효과적인 밀봉재로서의 기능도 하여 신축부(44)의 운동 부재들이 오염되는 것을 방지하며, 가변적인 예압이 가능하다.

바람직한 실시예에서, 탄성중합 단일 블록(40), 탄성중합 과왕복운동 정지기(48) 및 탄성중합 반동 쿠션(54)은 소성변형 대 탄성변형의 비율이 1.5 대 1 이상이 되는 인장 특성을 갖는 탄성중합체로 형성된다. 이러한 탄성중합체의 하나는 등록상표 “HYTREL”로서 이. 아이. 듀퐁 드 느므와르사에 의하여 생산 판매되는 에스테르 공중합 탄성중합체이다. 이것은 상당히 비활성적이며, 특히 내구성이 꽤 좋다. 더욱이, 이 탄성중합체는 비교적 얇은 단면으로 제조된 경우에도 찢어짐이나 균열의 전달을 받지 않는다. 이 세가지 탄성중합 구성요소들의 다른 처리는 안데르손의 미국 특허 제4,198,037호 및 제4,566,678호의 개시에 따른다. 이러한 처리의 결과로서, 위 세가지 탄성중합체 구성요소들은 등록상표 “TECSPAK”으로서 마이너 엔터프라이즈사에 의하여 생산 판매되는 제품으로 변환된다. 상기 두 안데르손의 특허들은 본 명세서에서 참고로 반영되므로, 그에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.

링크단 플랜지(46)은 제1도의 참조에 의하여 명백한 바와 같이, 핀(36)에 의하여 제2 스윙아암부(34)에 결합된다. 나사진 링크단(62)은 다음에 핀(38)에 의하여 자전거(10)의 프레임(12)에 결합된다. 다음에 공구의 사용에 의하여 작업자는 에압을 그가 만족할 만큼 조정하기 위하여 로드너트(60)를 한 쪽 방향 또는 다른 쪽 방향으로 회전시킬 선택권을 갖는다. 제4도를 참조하면, 가상 위치(A)는 승용자를 위하여 권고 될 수 있을 만큼 최대한으로 또는 약 200㎏으로 조여진 로드너트(60)를 도시한다. 위치(B)는 약 100㎏의 하중에 대해 권고될 수 있을 것이나, 각 설정치에서 적어도 1인치의 왕복운동이 허용된다.

이러한 예압/왕복운동 관계가 달성되는 방식의 이해는 이하에서 고찰되는 본 발명을 이해하는데 중요하다. 처음에, 탄성중합 단일 블록(40)은 소정의 힘/왕복운동 곡선을 갖는다는 것과, 예압을 변화시킴으로써 당신은 그 곡선상에서 단순히 다른 출발점으로 이동할 뿐이라는 것을 이해할 수 있다. 현가장치(30) 상에 가해지는 예압은 탄성중합 반동 쿠션(54)상에 가해지는 압축 하중으로 된다. 즉, 예압이 증가함에 따라 내로드(50)는 제2도 및 제4도의 왼쪽으로 밀리고, 반면에 외튜브(56)는 오른쪽으로 밀리게 된다. 명백한 바와 같이, 일단 상기 반동 쿠션(54)이 고화되면 더 이상의 팽창은 불가능하다. 그러나, 현가장치(30)의 왕복운동은 외튜브(56)의 접촉단(128)이 플랜지가 달린 링크단(46)의 내벽(126)쪽으로 이동할 수 있는 거리에 의하여 결정된다. 그 운동 및/또는 거리는 상기 과부하 정지기(48)가 고화되는 위치에서 고정된다.

따라서, 현가장치(30)상의 예압의 변화는 그것의 전체 왕복운동에 영향을 미치는 않는다는 것은 명백하다. 링크단 플랜지(46)는 중심구멍(110)을 한정하고 외튜브(56)내에 절삭된 슬롯부들 또는 홈들(70)(72)과 결합하는 한쌍의 만곡된 손가락 형상의 창살들(66)(68)을 구비한다. 창살부재의 가장자리들 (69)(71)과 슬롯(76)의 내벽과의 사이에는 74와 같은 작은 틈새만이 마련된다는 것을 제3도의 고찰에 의하여 알 수 있을 것이다. 그 결과, 신축운동에는 자유가 있으나, 장치의 주축 주위로의 회전은 필연적으로 방지된다. 외튜브는 또한 상기 나사부(96) 반대편에 억제부(114)와 접촉단(128)을 갖는 수평으로 연장된 구멍(112)을 구비한다. 로드너트(60)가 나사부(80)의 초기 결합을 시작한 제4도를 참조하면, 창살들(66)(68)은 항상 슬롯들(70)(72) 내에 장착되어 있음이 명백하다. 즉, 장치가 적절히 기능하여 창살들(66)(68)들이 슬롯들(70)(72)과 결합되지 않을 수 있을 정도로 로드너트를 되돌려 빼는 것은 불가능하다.

따라서 이러한 구조의 구성요소들은 예압의 조정이 125 파운드 내지 250 파운드의 몸무게 범위에 걸쳐 승용자를 수용하는 것을 가능케 하고 그러면서도 아직 적어도 1 인치의 왕복운동을 제공한다. 이것은 적어도 1 인치의 왕복운동에서 자전거상의 하중으로 인한 예압이 충격 흡수기(30)에 의해 얼마만큼 높게 가능할 것인가와는 무관하다.

예기치 않은 충격으로 인한 장치의 파손으로부터 보호하기 위하여, 과왕복운동 정지기들(48) 및 반동 쿠션들(54)이 마련되는데, 과왕복운동 정지기(48)는 부분적인 중심 구멍(110) 내에서 나사 구멍(94)에 인접하게 내벽(126)에 접하여 위치된다. 반동 쿠션(54)은 수평으로 연장된 구멍(112) 내에서 억제부(114)에 인접하게 내벽(90)에 접하여 위치된다.

실제로, 수평으로 연장된 몸체부(120), 나사단(122), 턱(130) 및 확대단(124)을 구비하는 내로드(50)는 탄성중합 과왕복운동 정지기(48) 및 탄성중합 반동 쿠션(54) 양자를 회전 지지한다. 예컨대, 현가장치(30) 위에 무거운 하중이 갑자기 가해지는 경우에, 외튜브(56)의 접촉단(128)은 과왕복운동 정지기(48)에 접촉하여 상기 과왕복운동 정지기(48)를 링크단 플랜지(46)의 벽(126)에 접하여 압축시킬 것이다. 반대로 현가장치(30)가 강제로 연장되는 경우에는 반동 쿠션(54)이 내로드(50) 상의 턱(130)과 외튜브(56)의 내벽(90)과의 사이에서 압축된다.

조립 공정들은 비교적 간단하며, 이하 단계별로 설명한다. 처음에, 반동 쿠션(54)이 내로드(50)의 턱(130)에 접촉할 때까지 내로드(50) 위로 미끄러져 들어 간다. 다음 이 조립체가 개구(91)를 관통하는 외튜브(56)를 통하여 미끄러져 끼워진다. 다음에, 과왕복운동 정지기(48)가 내로드(50) 위로 미끄러져 들어 가고, 이어 내로드의 나사부(92)가 링크단 플랜지(46)의 나사 구멍(94) 속으로 나사 결합된다.

다음 단계는 나사단 링크(62)의 제1나사부(116)와 외튜브(56)의 나사부(96)와의 결합으로 이루어진다. 그리고 분리된 탄성중합 단일 블록 패드 스택이 신축 하우징위로 미끄러져 들어간다. 로드와셔(58)가 상기 패드 스택의 머리에 놓이고, 외력이 그에 대하여 가해져서 탄성중합 패드 스택을 압축시킨다. 그 다음 로드너트(60)가 제4도의 위치 B에 도시된 바와 같이 모든 나사들이 정확하게 평탄해질 때까지 제2 외나사부(118)와 결합된다. 바람직한 실시예에서, 마지막 단계는 제1 및 제2 끝단부슁들(91)(93)의 삽입에 있다.

본 발명의 다양한 실시예들이 예시적으로 앞에서 설명되었다. 다른 변형예들도 첨부된 청구의 범위에서 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 본 발명의 방법 및 장치로 될 수 있음을 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해 할 수 있을 것이다.

Claims

제1단, 제2단, 주축 및 상기 주축을 따라 연장된 구멍을 갖는 탄성중합 스프링; 및 상기 구멍내에 장착되고, 플랜지가 달린 링크단, 탄성중합 과왕복운동 정지기, 내로드, 탄성중합 반동 쿠션, 외튜브, 로드와셔, 로드너트, 및 나사진 링크단을 포함하는 신축부;를 구비하고, 상기 플랜지가 달린 링크단은 부분적인 중심 구멍, 플랜지, 및 나사진 구멍을 한정하는 한쌍의 만곡된 손가락 형상의 창살부재들을 포함하며, 상기 외튜브는 상기 만곡된 손가락 형상의 창살부재와 짝을 이루는 슬롯부들, 및 억제부와 나사부를 갖는 수평으로 연장된 구멍부를 포함하고, 상기 슬롯부들에 의하여 상기 주축 주위로의 회전운동이 방지되며, 상기 과왕복운동 정지기는 상기 부분적인 중심 구멍 내에서 상기 나사 구멍에 인접하여 위치되고, 상기 반동 쿠션은 상기 수평으로 연장된 구멍부 내에 상기 억제부에 인접하여 위치되며, 상기 내로드는 상기 수평으로 연장된 구멍부 내에 부분적으로 장착되어 상기 과왕복운동 정지기 및 반동 쿠션 양자를 회전 지지하고, 상기 나사진 링크단은 제1 내나사부 및 제2 외나사부를 갖고, 상기 제1 내나사부는 상기 외튜브의 나사부와 결합되며, 상기 로드와셔는 상기 제2 외나사부를 회전 지지하고, 상기 로드너트는 상기 제2 외나사부와 결합하며, 이에 따라 상기 탄성중합 스프링의 제1단이 상기 플랜지와 접하고 상기 제2단이 상기 로드와셔와 접하여 상기 로드너트의 상기 제2 외나사부 상에서의 회전시에 상기 탄성중합 스프링이 가변 예압을 받도록 구성된 것을 특징으로 하는, 자전거의 프레임과 뒷바퀴와의 사이에서 사용되는 현가장치.
제1항에 있어서, 상기 내로드는 수평으로 연장된 몸체부, 나사단 및 확대단을 갖고, 상기 나사단은 상기 플랜지가 달린 링크단의 나사 구멍과 결합하는 것을 특징으로 하는 현가 장치.
제2항에 있어서, 상기 신축부는 적어도 1인치의 왕복운동거리를 갖는 것을 특징으로 하는 현가장치.
제3항에 있어서, 상기 플랜지가 달린 링크단의 부분적인 중심 구멍은 내벽을 갖고, 상기 외튜브는 나사부의 반대쪽에 접촉단을 가지며, 이에 따라 과왕복운동시에 상기 과왕복운동 지기가 상기 내벽과 접촉단과의 사이에서 압축되는 것을 특징으로 하는 현가장치.
제4항에 있어서, 상기 외튜브의 상기 억제부는 내벽을 갖고, 상기 내로드의 상기 확대단은 턱을 가지며, 이에 따라 반동시에 상기 탄성중합 반동 쿠션이 상기 내벽면과 턱과의 사이에서 압축되는 것을 특징으로 하는 현가 장치.
제5항에 있어서, 상기 자전거의 스윙아암은 제1 아암부재 및 제2 아암부재를 포함하고, 상기 제2 아암부재에 대한 제1 아암부재의 길이의 관계는 약 4 대 1이며, 상기 플랜지가 달린 링크단은 상기 제2 아암부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 현가 장치.
제6항에 있어서, 상기 제1 아암부재 및 제2 아암부재는 피벗점에 의하여 분리되고, 상기 피벗점은 상기 자전거의 프레임에 결합되며, 상기 제1 아암부재는 상기 뒷바퀴에 결합되는 끝단을 갖고, 상기 제2 아암부재는 상기 플랜지가 달린 링크단에 결합되는 끝단을 갖는 것을 특징으로 하는 현가 장치.
뒷바퀴와 자전거의 프레임과의 사이에서 충격을 흡수하도록 사용되는 현가장치에 있어서, 상기 뒷바퀴를 지지하는 제1 아암부재 및 상기 현가장치를 지지하는 제2 아암부재를 포함하는 레버 아암을 구비하고, 상기 레버 아암은 상기 자전거의 프레임에 상기 레버 아암을 결합시키는 스윙아암 피벗점을 구비하여 이에 따라 상기 제1 아암부재의 길이가 상기 제2 아암부재보다 약 네배 길게 되어 있고, 상기 현가장치는 주축과 상기 주축을 따라 연장된 구멍을 갖는 탄성중합 스프링; 및 상기 구멍 내에 장착되고, 플랜지가 달린 링크단, 내로드, 외튜브 및 나사진 링크단을 갖는 신축부;를 구비하고, 상기 플랜지가 달린 링크단은 상기 제2 아암부재에 결합되고 상기 플랜지가 달린 링크단은 상기 프레임에 결합되며, 상기 플랜지가 달린 링크단은 한쌍의 만곡된 손가락 형상의 창살들을 포함하고, 상기 외튜브는 상기 만곡된 손가락 형상의 창살들과 짝을 이루는 슬롯부들을 포함하며, 이에 따라 상기 주축 주위로의 회전운동이 방지되고 상기 주축을 따라 적어도 1인치의 왕복운동이 허용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 현가장치.