KR101322866B1 - 충격 흡수용 프레임 및 이를 구비한 자전거 - Google Patents

Abstract

실시예는 지지대 및 지지대의 일측과 힌지 체결된 서브 리어프레임과 지지대 끝단과 연결된 메인 리어프레임을 갖 리어프레임을 포함하고, 메인 리어프레임은 탄성력을 갖는 판 스프링 형상인 자전거 프레임을 제공한다.

Description

충격 흡수용 프레임 및 이를 구비한 자전거{Frame For Absorbing Shock And Bicycle Having The Same}

본 출원은 자전거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충격을 쉽게 흡수 하여 안정적인 주행을 할 수 있는 자전거 프레임 및 이를 구비한 자전거에 관한 것이다.

일반적으로 종래 자전거는 도 1에 도시된 바와 같이, 자전거를 구성하는 안장(6)을 포함한 각종 부품이 프레임(10)에 장착된다. 상기 프레임(10)은 크게 프론트프레임(3)과 리어프레임(5)으로 나누어지고, 상기 프론트프레임(3)과 리어프레임(5)은 힌지축(도시되지 않음)을 중심으로 서로 회전가능하게 연결된다. 상기 프론트프레임(3)의 선단에는 헤드파이프(7)가 구비되는데, 상기 헤드파이프(7)를 관통하여 조향핸들(9)이 설치된다.

상기 조향핸들(9)은 사용자의 조작에 의해 자전거의 주행방향을 제어할 수 있게 한다. 상기 조향핸들(9)의 하단부에는 프론트포크(11)가 일체로 구비되고, 상기 프론트포크(11)에는 전륜(13)이 설치된다. 상기 전륜(13)은 상기 프론트포크(11)의 선단에 회전중심이 연결되어 상기 조향핸들(9)의 조작에 따라 원하는 방향으로 회전된다.

상기 프레임(1)의 리어프레임(5) 후단부에는 후륜(15)이 설치된다. 상기 후륜(15)을 구동하기 위해 상기 프레임(10)에는 페달(17)이 설치된다. 상기 페달(17)의 회전중심과 동축으로 구동스프라켓(19)이 구비되고, 상기 후륜(15)의 회전중심에는 종동스프라켓(19')이 구비된다. 상기 종동스프라켓(19')은 다수개로 구성되어 변속이 가능하게 구성될 수도 있다. 상기 구동스프라켓(19)과 종동스프라켓(19')에는 체인(20)이 걸어감아져 페달(17)의 구동력을 후륜(15)으로 전달한다.

한편, 상기 프론트프레임(3)과 리어프레임(5)을 연결하여 충격을 흡수하도록 쇽업소바(shock absorber, 21)가 구비된다.

이와 같은 구성을 가지는 쇽업소바(21)는 일단이 프론트프레임(3)에 힌지연결되고, 타단은 리어프레임(5)에 힌지연결되어 프레임(10)에 설치되어 완충작용을 한다.

그러나 상기와 같은 종래 자전거는 충격 흡수를 위한 쇽업소바가 추가되어 비용이 상승하고, 쇽업소바에 따른 복잡한 링크 구조, 보빙(Bobbing) 및 잭 브래이크(Jack-Brake) 문제점이 야기되고 있다.

본 출원은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조 단가를 줄이고 충격 흡수력이 자전거 프레임 및 이를 구비한 자전거를 제공하는데 그 목적이 있다.

일 실시예에 따른 자전거 프레임은 지지대 및 상기 지지대의 일측과 힌지 체결된 서브 리어프레임과 상기 지지대 끝단과 연결된 메인 리어프레임을 갖는 리어프레임을 포함하고, 상기 메인 리어프레임은 탄성력을 갖는 판 스프링 형상이다.

메인 리어프레임은 상기 메인 리어프레임의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 적층된 복수의 층을 갖을 수 있다.

메인 리어프레임의 복수의 층 중 적어도 하나는 기포 강화 플라스틱층을 포함할 수 있다.

메인 리어프레임은 상기 기포 강화 플라스틱 층의 상, 하부에 적층된 제 1카본층과 상기 제 1 카본층 상에 적층되고, 상기 제 1 카본층과 성질이 다른 제 2 카본층을 포함할 수 있다.

메인 리어프레임의 양 끝단부의 두께는 중앙부의 두께보다 더 두꺼울수 있다.

메인 리어프레임의 단면은 일면이 곡선을 갖는 유선형일 수 있다.

제 1 카본층은 수지가 함침된 일방향 카본을 포함하고, 상기 제 2 카본층은 직조된 카본을 포함할 수 있다.

제 1 카본층의 일 방향은 상기 메인 리어프레임의 길이방향과 동일한 방향일 수 있다.

제 2 카본층은 상기 제 1 카본층의 변위 율보다 더 클 수 있다.

제 2 카본 층은 제 1 카본층의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.

일 실시예에 따른 자전거는 안장을 지지하는 지지대, 상기 지지대와 힌지 체결된 리어프레임 및 상기 지지대의 일측에서 연장된 프론트프레임을 포함하고, 상기 리어프레임은 복수의 층으로 이루어지고, 상기 복수의 층 중 기포 강화 플라스티 층을 포함한다.

실시예에 따른 자전거 프레임은 외부 충격을 쉽게 완화 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 종래 쇽업소버와 같은 구조물 없이도 프레임 그 자체로 외부 충격을 충분히 흡수할 수 있으므로, 구조물 삭제에 따른 제조비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 자전거의 외관을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자전거의 외관을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 지지대 및 리어프레임의 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 리어프레임의 단면도를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메인 리어프레임의 구조를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자전거 프레임의 충격 흡수 작용을 설명하기 위한 도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래 자전거 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자전거의 전체 외관을 개략적으로 나타낸 도이다.

실시예에 따른 자전거는 종래 자전거의 기본구조와 거의 유사하다. 따라서 이전에 이미 설명한 구조물에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도시된 바와 같이, 자전거는 안장(6)을 지지하고 있는 지지대(8)와 상기 지지대(8)에서 일 방향으로 연장된 프론트프레임(3)과 상기 지지대(8)와 힌지 체결 및 기구적으로 연결된 리어프레임(5)을 포함한다. 이때, 종래 프론트프레임(3)과 리어프레임(5)을 연결하여 외부 충격을 흡수하는 쇽업소바는 필요에 따라 부가될 수 있지만 본 발명의 리어프레임(5)만으로 충분히 외부 충격 흡수를 할 수 있으므로 쇽업소바는 삭제 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거의 지지대 및 리어프레임의 구조를 나타낸 도이다.

도 3을 참조하면, 리어프레임(5)은 상기 지지대(8)의 일측과 힌지 체결되는 서브 리어프레임(5a)과 상기 지지대(8) 끝단에 배치된 페달 설치부(30)에 의해 기구적으로 연결된 메인 리어프레임(5b)을 포함하고, 상기 서브 리어프레임(5a)과 상기 메인 리어프레임(5b)은 후륜지지 브라켓(50)에 의해 기구적으로 결합된다.

구체적으로 상기 서브 리어프레임(5a)의 일단은 링크(41)와 힌지 결합되어 자전거 주행시 자유회전을 한다.

메인 리어프레임(5b)은 탄성을 갖고, 중앙이 빈 파이프 형상이 아닌 판 스프링 형상을 갖고, 판의 일면은 노면의 거칠기에 따른 충격을 자전거의 상, 하부 방향으로 완충작용 할 수 있도록 노면과 실질적으로 직면하도록 배치된다.

지지대(8)는 충분한 강성을 갖고 파이프 형상으로, 일측에 상기 서브 리어프레임(5a)과 힌지 체결되기 위한 링크브라켓(40)이 부착된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 메인 리어프레임의 단면도를 나타낸 도이다.

도시된 바와 같이, 메인 리어프레임(5b)의 단면은 일면이 곡선을 갖는 유선형을 갖는다. 메인 리어프레임(5b)의 단면이 일관되게 평탄한 면일 수 있지만, 상기와 같이 유선형을 띨 경우, 외부의 충격 흡수가 더 효과적이다.

또한, 메인 리어프레임(5b)의 길이방향에 따른 전체 두께는 일관되게 동일 할 수 있지만, 상기 메인 리어프레임(5b)의 양 끝단부가 페달 설치부(미도시)나 후륜지지 브라켓(미도시)과 기구적으로 결합하는데 있어 충분한 강성을 유지하도록 상기 메인 리어 프레임의 양 끝단부의 두께는(T1) 중앙부의 두께(T2)보다 더 두꺼울 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메인 리어프레임의 구조를 나타낸 도이다.

도시된 바와 같이, 메인 리어프레임(5b)은 복수의 층(60a, 60b, 60c)이 적층된 판 형상의 부재로, 이러한 복수의 층(60a, 60b, 60c)은 메인 리어프레임(5b)의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 적층된다. 상기 복수의 층(60a, 60b, 60c)이 상기 메인 리어프레임(5b)의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 적층한 이유는 이미 앞선 설명한 바와 같이, 노면의 거칠기에 따른 충격에 따라 자전거의 상, 하 방향으로 충격을 완충시켜 보다 안정되게 주행할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 복수의 층(60a, 60b, 60c)은 각 층마다 압축, 인장, 휨, 강성, 탄력, 표면보호, 변위 조절 및 비틀림 방지 등과 같은 다양한 성능을 부여하기 위한 것으로, 이 경우, 적어도 외부 충격이나 진동을 실질적으로 흡수 및 완화시키기 위해 탄성 및 반발력을 포함한 신축성을 갖는 기포 강화 플라스틱(Syntatic foam)층(60a)을 포함한다.

기포 강화 플라스틱층(60a)은 메탈, 폴리머 혹은 속이 빈 세라믹 재 중 적어도 둘 이상을 혼합하여 합성시켜 만들어 진다.

폴리머는 염화비닐, 나일론, 합성고무, 네오프렌, PVC, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 실리콘 중 적어도 어느 하나 일 수 있고, 여기서 합성 고무는 스티렌과 부타디엔이 에멀션화중합된 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 클로로프레인의 트랜스형 중합체인 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 주성분이 이소부틸렌 중합체인 부틸고무 (isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔을 중합한 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 폴리에스테르를 포함한 우레탄고무(urethane rubber) 및 아크릴산에틸를 포함하는 아크릴고무(acrylic rubber) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

위와 같은 합성 고무의 종류 이외에도 천연고무나 기타 다른 합성 고무들이 있지만 내구성이 뛰어나고 대부분 신축성을 내포하고 있어 외부 충격을 흡수하는데 효과적이다. 물론, 합성 고무의 실시예로 위와 같이 나열 했지만, 실제 탄력을 갖고 신축성을 내포한 폴리머를 구성하는 합성고무라면 어느 것이든 가능하다.

이와 같이, 기포 강화 플라스틱층(60a)을 포함한 리어프레임(5)은 그 자체로 종래 쇽업소바의 주 기능인 외부 충격을 충분히 잘 흡수할 수 있다. 따라서, 종래 쇽업소바 없이도 외부 충격 흡수를 잘 할 수 있어 제조비용도 절감 시킬 수 있다.

한편, 메인 리어프레임(5b)은 중심부에 기포 강화 플라스틱층(60a)이 배치되고, 이를 기준으로 외곽에 제 1 카본층(60b)이 적층되고, 상기 제 1 카본층(60b) 상에는 압축, 인장, 휨, 비틀림 등과 같은 역학적 성질이 다른 제 2 카본층(60c)이 적층될 수 있다.

즉, 제 1 카본층(60b)은 메인 리어프레임(5b)의 강도 및 탄력특성을 보완하기 위하여 수지가 함침된 일방향성을 갖는 UD 카본(Unidirectional prepreg Carbon)을 포함하고, 이 때, 카본이 갖는 일 방향성은 상기 메인 리어프레임(5b)의 길이방향과 동일한 방향으로 배치됨이 바람직하다. 이는 메인 리어프레임(5b)의 탄력 특성을 더욱 보완하기 위함이다.

또한, 제 2 카본층(60c)은 외부의 충격에 의한 크랙 및 파손 방지등과 같은 표면보호나 비틀림 방지를 위해 직조된 카본(woven Carbon)을 포함할 수 있다.

이때, 메인 리어프레임의 최외곽을 구성하는 제 2카본층(60c)의 두께는 제 1카본층(60b) 두께와 동일할 수 있지만, 외부에 노출에 따른 파손이 쉬움으로 이를 보강하기 위해 적어도 제 1 카본층(60b)의 두께보다 더 두꺼움이 바람직하다.

또한, 제 2 카본층(60c)의 변위율은 제 1 카본층(60b)의 변위율보다 더 커야 외부 충격에 따른 댐핑 완화가 더 효과적이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자전거 프레임의 충격 흡수 작용을 설명하기 위한 도이다.

도시된 바와 같이, 실시예에 따른 자전가가 주행중에 지면의 장애물이나 구조물에 의해 후륜 지지 브라켓(50)에 충격이 가해질 수 있다.

이러한 충격량은 후륜 지지 브라켓(50)과 기구적으로 연결된 리어프레임(5) 중 기포 강화 플라스틱 층을 구비하여 탄성력을 충분히 갖춘 메인 리어프레임(5b)이 지면의 상, 하 방향으로 댐핑하면서 충격을 완화시켜준다. 또한, 동시에 서브 리어프레임(5a)이 받은 충격량은 서브 리어프레임의 끝단과 결합된 링크(41)에 전달되지만, 링크 브라켓(40)과 결합된 링크(41)는 링크 브라켓을 축으로 자유회전을 하면서 충격을 완화시켜준다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 리어프레임을 갖춘 자전거는 종래 외부 충격시 충격 완화를 위한 쇽업소바 없이도, 리어 프레임만으로 충격을 완화시켜 안정적으로 주행할 수 있게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

3: 프론트프레임
5: 리어프레임
5a: 서브 리어프레임
5b: 메인 리어프레임
8: 지지대
40: 링크 브라켓
41: 링크
50: 후륜 지지 브라켓
60a: 기포 강화 플라스틱 층
60b: 제 1 카본층
60c: 제 2 카본층

Claims (11)

1. 지지대;
   상기 지지대의 일측과 힌지 체결된 서브 리어프레임과 상기 지지대 끝단과 연결된 메인 리어프레임을 갖는 리어프레임; 을 포함하고,
   상기 메인 리어프레임은 길이방향에 대해 수직한 방향으로 적층된 복수의 층을 포함하고, 상기 복수의 층 중 적어도 하나는 기포 강화 플라스틱 층을 포함하며, 상기 기포 강화 플라스틱 층의 상, 하부에는 제 1 카본층이 적층되고, 상기 제 1 카본층 상에는 상기 제 1 카본층과 역학적 성질이 다른 제 2 카본층이 적층되는 자전거 프레임.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 카본층은 수지가 함침된 일방향성을 갖는 카본을 포함하고,
   상기 제 2 카본층은 직조된 카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제 1 카본층의 일 방향은 상기 메인 리어프레임의 길이방향과 동일한 방향인 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 메인 리어프레임의 양 끝단부의 두께는 중앙부의 두께보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
8. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
   상기 제 2 카본층은 상기 제 1 카본층의 변위 율보다 더 큰 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
9. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
   상기 제 2 카본 층은 제 1 카본층의 두께보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 리어프레임의 단면은 일면이 곡선을 갖는 유선형인 것을 특징으로 하는 자전거 프레임.
11. 안장을 지지하는 지지대;
    상기 지지대와 힌지 체결된 리어프레임; 및
    상기 지지대의 일측에서 연장된 프론트프레임; 을 포함하고,
    상기 리어프레임은 길이방향에 대해 수직한 방향으로 적층된 복수의 층을 포함하고, 상기 복수의 층 중 적어도 하나는 기포 강화 플라스틱 층을 포함하며, 상기 기포 강화 플라스틱 층의 상, 하부에는 제 1 카본층이 적층되고, 상기 제 1 카본층 상에는 상기 제 1 카본층과 역학적 성질이 다른 제 2 카본층이 적층되는 자전거.

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