KR100938175B1

KR100938175B1 - 자전거의 프레임 결합구조

Info

Publication number: KR100938175B1
Application number: KR1020090061128A
Authority: KR
Inventors: 홍재호
Original assignee: 제너럴로터(주)
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2010-01-21
Also published as: WO2011005005A3; WO2011005005A2

Abstract

본 발명은 자전거의 프레임 결합구조에 관한 것으로, 자전거의 주요 프레임에 있어서, 상기 주요 프레임으로 수평방향튜브, 수직방향튜브, 경사방향튜브, 한 쌍의 시트스테이튜브, 및 한 쌍의 체인스테이튜브로 각각 구분하여 제조하고, 상기 수평방향튜브와 경사방향튜브의 일측은 헤드튜브 셀에 결합하며, 상기 수평방향튜브의 타측과 수직방향튜브 및 한 쌍의 시트스테이튜브의 일측은 시트튜브 셀에 결합하고, 상기 수직방향튜브와 경사방향튜브의 타측 및 한 쌍의 체인스테이튜브의 일측은 바텀튜브 셀에 결합하며, 상기 한 쌍의 시트스테이튜브와 한 쌍의 체인스테이튜브의 타측은 드롭아웃튜브 셀에 결합하되, 상기 각각의 튜브와 셀은 결합부재를 이용하여 압입공정으로 결합하고, 상기 결합부재는 중공의 원통형으로 외주연 중앙에 걸림턱을 형성하고, 상기 걸림턱을 중심으로 양측 종단에서 내측으로 일정 길이로 복수의 절개공을 형성하며, 상기 절개공의 종단에 원형의 통공을 형성하고, 상기 걸림턱을 중심으로 복수의 절개공과 원형의 통공이 형성된 사이의 표면에는 양측 종단에서 내측으로 복수의 톱니형상의 돌기가 형성된 자전거의 프레임 결합구조를 제공한 것이다. 본 발명은 용접가공이 없어 용접불량으로 인한 자전거 사용자의 안전사고를 예방할 수 있고, 용접공정이 없어 생산 공정상의 경제적 이득과 더불어 고가의 용접설비가 불필요하며, 결합부재들을 조립 전에 다양한 문양으로 도장을 완료한 후 조립을 함으로써 미학적 척도를 더욱 향상시킬 수 있고, 동종의 금속뿐만 아니라 이종의 금속이나 합성수지나 각종의 천연 재질까지도 활용할 수 있 어 다양한 디자인의 연출로 심미적 효과를 더하며, 독자적 모델 설계가 가능한 자전거의 프레임 결합 및 완성이 가능한 것이다.

자전거, 프레임, 용접, 결합부재, 턴버클, 셀, 튜브

Description

자전거의 프레임 결합구조{Joint Structure of Frame for Bicycle}

본 발명은 자전거의 프레임 결합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자전거의 주요 프레임의 결합을 용접하지 않고 연결부재로 연결하면서 견고한 결합 및 강성을 갖도록 한 자전거의 프레임 결합구조에 관한 것이다.

일반적인 자전거의 주요 프레임 구조는 강성을 유지하기 위한 보강구조로 이루어진 다이아몬드 형상으로 제작되는 것이 보통이고, 일부의 프레임은 변형된 구조로 제작된다. 따라서 다이아몬드 형상을 갖는 자전거의 프레임 구조를 형성하기 위하여 각 프레임의 부재와 부재 사이의 결합이나 연결은 용접으로 이루어진다.

이와 같이 프레임의 결합이나 연결을 위하여 실시하는 용접은 열응력, 불순물 유입, 용접시간 및 용접기술의 미숙 등으로 용접 결함이 발생하게 된다. 또한, 용접에 의한 프레임의 결합은 열에 의한 치수 변형 등의 원인으로 우수한 자전거 프레임과 완성 차체의 생산을 기대하기가 어렵다.

더욱이 자전거 프레임의 결합을 위한 용접공정은 많은 시간과 설비가 요구될 뿐만 아니라, 프레임과 부재가 이종 금속인 경우에는 프레임을 결합하기 위한 용접에도 곤란한 문제가 있었다. 또한, 용접에 의한 프레임의 구조는 실제 자전거 운전 중에 자전거의 진동 및 피로하중에 의하여 프레임이 절단되는 안전사고가 빈번이 발생되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 것으로, 자전거의 주요 프레임을 표준화된 연결체에 의해 결합하기 위한 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 용접 공정으로 프레임을 결합하지 않아 제조 공정을 단순화하고 불량의 원인을 제거함과 동시에 제조비용의 절감으로 표준화된 자전거의 생산을 유도하기 위한 것이 다른 목적이다.

또한, 본 발명은 동종의 금속간의 결합뿐만 아니라 이종의 금속간의 결합을 가능하여 필요에 따라 친환경 소재를 사용할 수 있도록 함으로써, 자전거 차체의 경량화와 강성을 증대시키기 위한 것이 다른 목적이다.

또한, 본 발명은 수시로 변하는 자전거 차체의 디자인 변경에 따라 주요 프레임의 단면 형상 변경에 신속하게 대응할 수 있도록 함으로써, 자전거 사용자에게 안전하고 변화하는 자전거 디자인에 부응할 수 있도록 하기 위한 것이 또 다른 목적이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 자전거의 주요 프레임에 있어서, 상기 주요 프레임으로 수평방향튜브, 수직방향튜브, 경사방향튜브, 한 쌍의 시트스테이튜브, 및 한 쌍의 체인스테이튜브로 각각 구분하여 제조하고, 상기 수평방향튜브와 경사방향튜브의 일측은 헤드튜브 셀에 결합하며, 상기 수평방향튜브의 타측과 수직방향튜브 및 한 쌍의 시트스테이튜브의 일측은 시트튜브 셀에 결합하고, 상기 수직방향튜브와 경사방향튜브의 타측 및 한 쌍의 체인스테이튜브의 일측은 바텀튜브 셀에 결합하며, 상기 한 쌍의 시트스테이튜브와 한 쌍의 체인스테이튜브의 타측은 드롭아웃튜브 셀에 결합하되, 상기 각각의 튜브와 셀은 결합부재를 이용하여 압입공정으로 결합하고, 상기 결합부재는 중공의 원통형으로 외주연 중앙에 걸림턱을 형성하고, 상기 걸림턱을 중심으로 양측 종단에서 내측으로 일정 길이로 복수의 절개공을 형성하며, 상기 절개공의 종단에 원형의 통공을 형성하고, 상기 걸림턱을 중심으로 복수의 절개공과 원형의 통공이 형성된 사이의 표면에는 양측 종단에서 내측으로 복수의 톱니형상의 돌기가 형성된 자전거의 프레임 결합구조를 제공한 것이 특징이다.

본 발명은 상기 해결수단에 의하여 헤드튜브 셀, 시트튜브 셀, 바텀튜브 셀, 드롭아웃튜브 셀로 각각 구분하고, 해당하는 셀에 주요 프레임으로 수평방향튜브, 수직방향튜브, 경사방향튜브, 한 쌍의 시트스테이튜브, 및 한 쌍의 체인스테이튜브 를 결합부재로 결합함으로써, 첫째, 용접가공이 없어 용접불량으로 인한 자전거 사용자의 안전사고를 예방할 수 있고, 둘째, 용접공정이 없어 생산 공정상의 경제적 이득과 더불어 고가의 용접설비가 불필요하며, 셋째, 결합부재들을 조립 전에 다양한 문양으로 도장을 완료한 후 조립을 함으로써 미학적 척도를 더욱 향상시킬 수 있고, 넷째, 동종의 금속뿐만 아니라 이종의 금속이나 합성수지나 각종의 천연 재질까지도 활용할 수 있어 다양한 디자인의 연출로 심미적 효과를 더하며, 다섯째, 상기 이유로 독자적 모델 설계가 가능한 자전거의 프레임 결합 및 완성이 가능한 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 자전거의 프레임 결합구조 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거의 프레임이 결합된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.

먼저, 본 발명은 통상적인 자전거의 프레임으로 다이아몬드 형상의 자전거 프레임 구조에 대하여 설명하지만, 다양한 형상의 자전거의 프레임 구조에도 적용이 가능한 것이다.

다이아몬드 형상의 구조를 갖는 자전거 프레임에 있어서, 자전거의 스템과 조향핸들 바가 삽입되는 헤드튜브 셀(10)이 구비되고, 헤드튜브 셀(10)에는 수평방향튜브(11)와 경사방향튜브(31)가 각각 결합된다.

그리고 자전거의 안장이 연결된 시트포스트가 삽입되는 시트튜브 셀(20)에는 수평방향튜브(11)의 타측과 수직방향튜브(21)의 일측이 결합되고, 한 쌍의 시트스테이튜브(41)의 일측이 시트튜브 셀(20)에 각각 결합된다.

그리고 상기 수직방향튜브(21)의 타측은 체인스프로켓이 부착되는 구동 베어링부가 삽입되는 바텀튜브 셀(30)의 일측에 결합된다. 또한 바텀튜브 셀(30)에는 경사방향튜브(31)의 타측이 결합되고, 한 쌍의 체인스테이튜브(42)의 일측이 각각 결합된다.

또한, 시트튜브 셀(20)과 바텀튜브 셀(30)에 자전거의 뒷바퀴를 기준으로 좌우로 각각 한 쌍의 시트스테이튜브(41)와 한 쌍의 체인스테이튜브(42)가 자전거의 뒷바퀴 좌우축을 지지하는 드롭아웃튜브 셀(40)에 결합된다.

이와 같이 상기 헤드튜브 셀(10), 시트튜브 셀(20), 바텀튜브 셀(30) 및 드롭아웃튜브 셀(40)에는 주요 프레임인 수평방향튜브(11), 수직방향튜브(21), 경사방향튜브(31), 한 쌍의 시트스테이튜브(41) 및 한 쌍의 체인스테이튜브(42)가 각각 결합된다. 상기 주요 프레임과 각 셀은 결합부재(50)로 압입공정에 의하여 결합 고정된다.

상기 결합부재(50)는 각 셀로부터 결합되는 프레임의 직경에 따라 해당하는 직경을 가진 결합부재가 적용된다.

결합부재(50)는 도 3을 참조하면, 결합부재(50)는 중공의 원통형으로 외주연 중앙에 걸림턱(54)이 형성되어 있다. 걸림턱(54)은 셀에 프레임이 결합되면서 셀과 프레임의 경계이면서 동일한 접촉면적을 제공할 수 있도록 해준다. 따라서 걸림 턱(54)은 셀과 프레임의 내경보다 큰 직경으로 형성된다. 결합부재(50)에는 일정 간격으로 복수의 절개공(51) 및 원형의 통공(52)이 형성되어 있다. 즉 걸림턱(54)을 중심으로 양측 종단에서 내측으로 일정 길이로 복수의 절개공(51)이 형성되고, 절개공(51)의 종단에는 원형의 통공(52)이 형성되어 있다. 절개공(51)은 결합부재(50)가 프레임이나 셀 내측으로 삽입될 때에 탄성력을 발휘하여 프레임과 셀의 내측면에 결합력을 주기 위한 것이다. 원형의 통공(52)은 프레임과 셀에 형성되는 통공과 일치시켜 고정부재로 고정시키기 위한 것이다. 즉 결합부재(50)의 원형의 통공(52)과 일치하도록 각 프레임과 셀에 통공이 형성되고, 통공을 통하여 관통하는 고정핀이나 볼트체결 또는 리베팅으로 결합부재(50)의 이완을 방지하기 위한 것이다.

또한, 걸림턱(54)을 중심으로 복수의 절개공(51)과 원형의 통공(52)이 형성된 사이의 표면에는 양측 종단에서 내측으로 복수의 톱니형상의 돌기(53)가 형성되어 있다. 톱니형상의 돌기(53)는 프레임과 셀의 내측으로 결합부재(50)가 삽입되어 고정된 후에 용이하게 분리되지 않도록 하기 위한 것이다.

한편, 본 발명의 결합부재(50)는 도 4에서, 턴버클(60)이 적용될 수 있다. 즉 상기 각각의 프레임과 셀은 턴버클(60)을 이용하여 결합할 수 있도록 한 것이다. 턴버클(60)은 중앙에 중공의 원통형 조임너트(65)가 구성되어 있다. 조임너트(65)는 셀에 프레임이 결합되면서 셀과 프레임의 경계이면서 동일한 접촉면적을 제공할 수 있도록 해준다. 따라서 조임너트(65)는 셀과 프레임의 내경보다 큰 직경으로 형성된다. 조임너트(65)의 양측에는 조우(67)가 각각 결합된다. 조우(67)에는 조우(67)의 종단에서 내측으로 일정 길이로 복수의 절개공(61)이 형성되고, 절개공(61)의 종단에는 원형의 통공(62)이 형성되어 있다. 절개공(61)은 턴버클(60)이 프레임이나 셀 내측으로 삽입될 때에 탄성력을 발휘하여 프레임과 셀의 내측면에 결합력을 주기 위한 것이다. 원형의 통공(62)은 프레임과 셀에 형성되는 통공과 일치시켜 고정부재로 고정시키기 위한 것이다. 즉 조우(67)에 형성된 원형의 통공(62)과 일치하도록 각 프레임과 셀에 통공이 형성되고, 통공을 통하여 관통하는 고정핀이나 볼트체결 또는 리베팅으로 턴버클(60)의 이완을 방지하기 위한 것이다.

또한, 턴버클(60)에는 조임너트(65)의 내부 양측으로 좌나사(63)와 우나사(64)가 각각 구성된다. 즉 조임너트(65)의 회전방향에 따라 셀과 프레임이 결합 또는 분리될 수 있도록 하기 위한 것이다. 그리고 좌나사(63)와 우나사(64)의 외주 및 조우(67)의 내측 사이에는 조임쇠(66)가 결합되어 있다. 조임쇠(66)는 조임너트(65)가 셀과 프레임의 내측으로 삽입되면서 좌나사(63)와 우나사(64)의 회전에 의하여 조임쇠(66)가 조우(67)의 내측으로 끌려 들어오면서 조우(67)를 확장시켜 조우(67)의 표면이 셀과 프레임의 내측면에 견고하게 밀착될 수 있도록 하는 것이다.

상기 턴버클(60)은 각 셀로부터 결합되는 프레임의 직경에 따라 해당하는 직경을 가진 턴버클이 적용될 것이다.

상기 헤드튜브 셀(10), 시트튜브 셀(20), 바텀튜브 셀(30) 및 드롭아웃튜브 셀(40)은 다이캐스팅 공법이나 정밀주조 공법, 분말야금 공법이나 중력주조 공법 등으로 일정한 틀에서 정밀하게 표준화하여 양산 제작된다.

그리고 상기 수평방향튜브(11), 수직방향튜브(21), 경사방향튜브(31), 한 쌍의 시트스테이튜브(41) 및 한 쌍의 체인스테이튜브(42)는 금속, 탄소섬유, 유리섬유, 합성수지 또는 목재 중에서 어느 하나의 재질이 적용된다.

이와 같이 본 발명의 자전거의 프레임 결합구조로서 결합부재(50)가 적용될 때에는 각 셀(10, 20, 30, 40)과 프레임(11, 21, 31, 41, 42)의 내경을 크기보다 가혹한 플러스 치수공차로 압입된다. 결합부재(50)는 양쪽 선단에서 등분할로 절개되어진 탄성력을 제공하는 절개공(51)과 원형의 통공(52)이 연결 형성되고, 복수의 톱니형상의 돌기(54)가 형성되어 있다.

이와 같은 구조는 유압이나 공압의 클램프의 조임 압력으로 양단의 절개공(51)의 직경을 1차로 수축 시킨 후에 수축된 선단부분을 결합될 프레임과 셀 사이에 결합부재(50)를 삽입시키고, 뒤에서 일정 압력으로 톱니형상의 돌기(53)의 마루까지 진입되도록 압입시킨다.

그리고 원형의 통공(52)을 이용하여 도면에는 도시되지 않았지만 각 셀(10, 20, 30, 40)과 프레임(11, 21, 31, 41, 42)의 외주면으로부터 볼트로 조이거나 핀 박음 또는 리벳고정을 수행하여 진동에 의한 결합부재 사이의 유격을 구속시킬 수 있도록 하였다.

더욱이 도 4의 실시예에서, 턴버클(60)이 적용되었다. 턴버클(60)은 양쪽 선단에서 등분할로 절개되어진 절개공(61)에 원형의 통공(62)이 연결되어 있고, 내부에는 좌나사(63)와 우나사(64)가 결합되어 있으며, 중앙의 조임너트(65)에 결합되어 조임너트(65)를 회전시켜 좌나사(63) 및 우나사(64)를 당김으로서 조임쇠(66)로 하여금 조우(67)가 벌어지도록 하여 셀과 프레임을 결합시키는 구조이다. 턴버클(60)도 원형의 통공(62)을 관통하여 셀과 프레임의 외주면으로부터 볼트로 조이거나 핀 박음 또는 리벳고정을 수행하여 진동에 의한 결합부재 사이의 유격을 구속시킬 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 본 발명의 결합이 완료된 자전거의 프레임 구조는 통상의 프레임을 절단한 후에 가공과 프레싱한 다음에 용접을 수행하고, 그 이후에 사상과 도장 등을 하는 다수 공정의 종래 작업 방법과 비교하여 조립위주의 공정 특성 상 용접에 의한 접합이 없이 신속한 조립이 가능하고, 조립할 때에 각각의 셀과 결합되는 프레임의 디자인을 위한 컬러에 있어서 조립 전에 다양한 도안과 도장이 가능하며, 소재의 선택에 있어서도 스틸, 스테인레스, 알루미늄합금, 두랄미늄합금, 티타늄합금, 탄소섬유, 유리섬유, 공업용플라스틱 튜브 또는 대나무에 이르기까지 목적과 용도에 알맞게 소재 선택의 범위가 다양한 장점이 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거의 프레임이 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 자전거의 프레임이 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 자전거의 프레임과 셀을 결합하기 위한 결합부재를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 자전거의 프레임과 셀을 결합하기 위한 다른 결합부재를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 자전거 프레임 10: 헤드튜브 셀

11: 수평방향튜브 20: 시트튜브 셀

21: 수직방향튜브 30: 바텀튜브 셀

31: 경사방향튜브 40: 드롭아웃튜브 셀

41: 시트스테이튜브 42: 체인스테이튜브

50: 결합부재 51, 61: 절개공

52, 62: 원형의 통공 53: 톱니형상의 돌기

54: 걸림턱 60: 턴버클

63: 좌나사 64: 우나사

65: 조임너트 66: 조임쇠

67: 조우

Claims

자전거의 주요 프레임에 있어서,

상기 주요 프레임으로 수평방향튜브, 수직방향튜브, 경사방향튜브, 한 쌍의 시트스테이튜브, 및 한 쌍의 체인스테이튜브로 각각 구분하여 제조하고, 상기 수평방향튜브와 경사방향튜브의 일측은 헤드튜브 셀에 결합하며, 상기 수평방향튜브의 타측과 수직방향튜브 및 한 쌍의 시트스테이튜브의 일측은 시트튜브 셀에 결합하고, 상기 수직방향튜브와 경사방향튜브의 타측 및 한 쌍의 체인스테이튜브의 일측은 바텀튜브 셀에 결합하며, 상기 한 쌍의 시트스테이튜브와 한 쌍의 체인스테이튜브의 타측은 드롭아웃튜브 셀에 결합하되,

상기 각각의 튜브와 셀은 결합부재를 이용하여 압입공정으로 결합하고, 상기 결합부재는 중공의 원통형으로 외주연 중앙에 걸림턱을 형성하고, 상기 걸림턱을 중심으로 양측 종단에서 내측으로 일정 길이로 복수의 절개공을 형성하며, 상기 절개공의 종단에 원형의 통공을 형성하고, 상기 걸림턱을 중심으로 복수의 절개공과 원형의 통공이 형성된 사이의 표면에는 양측 종단에서 내측으로 복수의 톱니형상의 돌기가 형성된 자전거의 프레임 결합구조.
자전거의 주요 프레임에 있어서,

상기 주요 프레임으로 수평방향튜브, 수직방향튜브, 경사방향튜브, 한 쌍의 시트스테이튜브, 및 한 쌍의 체인스테이튜브로 각각 구분하여 제조하고, 상기 수평 방향튜브와 경사방향튜브의 일측은 헤드튜브 셀에 결합하며, 상기 수평방향튜브의 타측과 수직방향튜브 및 한 쌍의 시트스테이튜브의 일측은 시트튜브 셀에 결합하고, 상기 수직방향튜브와 경사방향튜브의 타측 및 한 쌍의 체인스테이튜브의 일측은 바텀튜브 셀에 결합하며, 상기 한 쌍의 시트스테이튜브와 한 쌍의 체인스테이튜브의 타측은 드롭아웃튜브 셀에 결합하되,

상기 각각의 튜브와 셀은 턴버클을 이용하여 결합하고, 상기 턴버클은 중앙에 중공의 원통형 조임너트를 구성하고, 상기 조임너트 양측에 조우를 각각 구성하며, 상기 조우의 종단에서 내측으로 일정 길이로 복수의 절개공을 형성하고, 상기 절개공의 종단에 원형의 통공을 형성하며, 상기 조임너트의 내부 양측으로 좌나사와 우나사를 각각 구성하고, 상기 좌나사와 우나사의 외주 및 조우의 내측 사이에 조임쇠를 결합한 자전거의 프레임 결합구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드튜브 셀, 시트튜브 셀, 바텀튜브 셀 및 드롭아웃튜브 셀은 다이캐스팅 공법, 정밀주조 공법, 분말야금 공법 또는 중력주조 공법 중에서 어느 하나의 공법에 의하여 제조된 자전거의 프레임 결합구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수평방향튜브, 수직방향튜브, 경사방향튜브, 한 쌍의 시트스테이튜브 및 한 쌍의 체인스테이튜브는 금속, 탄소섬유, 유리섬유, 합성수지 또는 목재 중에서 어느 하나의 재질로 이루어진 자전거의 프레임 결합구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결합부재의 원형의 통공과 일치하도록 각 프레임과 셀에 통공이 형성되고, 통공을 통하여 관통하는 고정핀이나 볼트체결 또는 리베팅으로 결합부재의 이완을 방지한 자전거의 프레임 결합구조.