KR101346783B1 - 일체형 프레임 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거 제작 공정이 단순화되고, 제조 원가가 절감되며, 프레임 및 바퀴 제작 시 필요했던 조립공정 및 용접공정이 없으므로, 손쉽게 자전거를 제작할 수 있고, 조립 및 용접불량에 따라 자전거에 발생하는 결함을 방지할 수 있는 일체형 프레임 자전거에 관한 것으로, 안장과, 상기 안장을 지지하는 시트포스트와, 전방과 후방에 각각 앞바퀴와 뒷바퀴를 구비하고, 상기 앞바퀴축의 양 끝단은 서스펜션포크가 설치되며, 상기 서스펜션포크 상단에는 핸들의 축이 회동 가능하게 결합되는 헤드 튜브가 설치되고, 뒷바퀴축의 양 끝단은 체인스테이가 설치되며, 상기 체인스테이와 헤드튜브가 프레임으로 연결되되, 상기 체인스테이와 프레임의 연결부분에는 자전거 페달이 설치된 크랭크축이 끼워지도록 크랭크축홀이 형성된 통상의 자전거에 있어서, 상기 안장, 시트포스트, 헤드튜브, 체인스테이, 프레임은 사출방식을 통해 일체형 프레임으로 형성된 일체형 프레임 자전거를 제공한다.
또한, 상기 바퀴는 허브와 스포크와 림이 사출방식을 통해 일체형 바퀴로 형성된 일체형 프레임 자전거를 제공한다.

Description

일체형 프레임 자전거{bike using injection molding frame}

본 발명은 일체형 프레임 자전거에 관한 것으로, 자전거의 안장 및 각종 프레임이 일체형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거에 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 프레임구조를 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 빈번히 발생되고 있다.

상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 일체형 프레임 및 일체형 바퀴로 이루어진 자전거를 제공함에 따라 자전거 제작 공정이 단순화되고, 제조 원가가 절감되며, 프레임 및 바퀴 제작 시 필요했던 조립공정 및 용접공정이 없으므로, 손쉽게 자전거를 제작할 수 있고, 조립 및 용접불량에 따라 자전거에 발생하는 결함을 방지할 수 있는 일체형 프레임 자전거를 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 프레임 및 바퀴의 중량을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 자전거의 프레임 및 바퀴의 구조를 여러 가지 형태로 변형 가능하므로 자전거 형상 디자인의 범위를 넓힐 수 있는 일체형 프레임 자전거를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 안장과, 상기 안장을 지지하는 시트포스트와, 전방과 후방에 각각 앞바퀴와 뒷바퀴를 구비하고, 상기 앞바퀴축의 양 끝단은 서스펜션포크가 설치되며, 상기 서스펜션포크 상단에는 핸들의 축이 회동 가능하게 결합되는 헤드 튜브가 설치되고, 뒷바퀴축의 양 끝단은 체인스테이가 설치되며, 상기 체인스테이와 헤드튜브가 프레임으로 연결되되, 상기 체인스테이와 프레임의 연결부분에는 자전거 페달이 설치된 크랭크축이 끼워지도록 크랭크축홀이 형성된 통상의 자전거에 있어서, 상기 안장, 시트포스트, 헤드튜브, 체인스테이, 프레임은 사출방식을 통해 일체형 프레임으로 형성된 일체형 프레임 자전거를 제공한다.

또한, 상기 바퀴는 허브와 스포크와 림이 사출방식을 통해 일체형 바퀴로 형성된 일체형 프레임 자전거를 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명 일체형 프레임 자전거는 일체형 프레임 및 일체형 바퀴로 이루어진 자전거를 제공함에 따라 자전거 제작 공정이 단순화되고, 제조 원가가 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 프레임 및 바퀴 제작 시 필요했던 조립공정 및 용접공정이 없으므로, 손쉽게 자전거를 제작할 수 있으며, 조립 및 용접불량에 따라 자전거에 발생하는 결함을 방지할 수 있다.

또, 프레임 및 바퀴는 유리섬유강화플라스틱으로 구성되므로, 프레임 및 바퀴의 중량을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 자전거의 프레임 및 바퀴의 구조를 여러 가지 형태로 변형 가능하므로 자전거 형상 디자인의 범위를 넓힐 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 프레임 자전거의 측면도,
도 2는 일체형 프레임의 일 실시 예에 따른 측면도,
도 3은 도 2 A-A선 단면도,
도 4는 일체형 프레임의 다른 실시 예에 따른 측면도,
도 5는 도 4의 B-B선 단면도,
도 6은 일체형 프레임의 또 다른 실시 예에 따른 측면도,
도 7은 도 6의 C-C선 단면도,
도 8은 일체형 바퀴의 측면도,
도 9는 일체형 바퀴의 일 실시 예에 따른 측단면도,
도 10은 일체형 바퀴의 다른 실시 예에 따른 측단면도.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명 일체형 프레임 자전거의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 프레임 자전거의 측면도이고, 도 2는 일체형 프레임의 일 실시 예에 따른 측면도이며, 도 3은 도 2 A-A선 단면도다.

상기 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같은 본 발명 일체형 프레임 자전거(1)는 안장(100), 시트포스트(200), 헤드튜브(600), 체인스테이(700), 프레임(800)은 사출방식을 통해 일체형 프레임(10)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

일반적으로 자전거(1)는 안장(100)과, 상기 안장(100)을 지지하는 시트포스트(200)와, 전방과 후방에 각각 앞바퀴(310)와 뒷바퀴(320)를 구비하고, 상기 앞바퀴축(311)의 양 끝단은 서스펜션포크(400)가 설치되며, 상기 서스펜션포크(400) 상단에는 핸들(500)의 축(510)이 회동 가능하게 결합되는 헤드 튜브(600)가 설치되고, 뒷바퀴축(321)의 양 끝단은 체인스테이(700)가 설치되며, 상기 체인스테이(700)와 헤드튜브(600)가 프레임(800)으로 연결되되, 상기 체인스테이(700)와 프레임(800)의 연결부분에는 자전거 페달(900)이 설치된 크랭크축(910)이 끼워지도록 크랭크축홀(810)을 형성한다.

상기와 같은 각 구성요소들은 별도로 제작되고 난 다음, 상호 연결되도록 조립하거나 용접을 시행한다.

본 발명에서는 상기 안장(100), 시트포스트(200), 헤드튜브(600), 체인스테이(700), 프레임(800)이 일체로 사출 성형되어 일체형 프레임(10)을 형성하므로, 별도의 조립 또는 용접 공정을 시행하지 않아도 된다.

먼저 상기 안장(100)의 하단에는 시트포스트(200)가 일체로 형성되는데, 상기 시트포스트(200)는 안장(100)을 지지하면서, 전방으로 수평하게 연장되어 헤드튜브(600)와 연결된다. 따라서, 상기 시트포스트(200)는 안장(100)을 지지함과 동시에 안장(100)을 헤드튜브(600)와 연결하는 프레임으로 작용한다.

상기 헤드튜브(600)의 상단에는 핸들(500)의 축(510)이 회동 가능하게 결합되고, 하단에는 앞바퀴축(311)의 양 단에 설치된 서스펜션포크(400)가 결합된다.

상기 시트포스트(200)는 헤드튜브(600)의 상부에 형성되고, 그 하부에는 프레임(800)이 하향 경사지도록 형성된다. 또한, 상기 프레임(800)의 단부에는 뒷바퀴축(321)의 양단에 설치된 체인스테이(700)가 일체로 형성된다.

상기 체인스테이(700)에는 뒷바퀴축(321)이 연결되도록 뒷바퀴축홀(710)이 형성된다. 상기 체인스테이(700)는 한쌍으로 구비되며, 상기 체인스테이(700) 사이에는 뒷바퀴(320)가 끼워 고정된다.

이때, 통상적인 자전거의 경우 뒷바퀴축(321)과 시트포스트(200)를 연결하는 시트스테이가 별도로 설치된다. 하지만 본 발명에서는 안장(100), 시트포스트(200), 헤드튜브(600), 체인스테이(700), 프레임(800)이 일체로 형성되므로 시트스테이가 생략될 수 있어, 구조적으로 단순화되고, 안장(100) 및 시트포스트(200)가 헤드튜브(600)를 기준으로 상하도 움직여 완충작용을 하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 바퀴(310, 320)는 허브(312, 322)와 스포크(313, 323)와 림(314, 324)이 사출방식을 통해 일체형 바퀴(20)로 형성된다.

일반적으로, 자전거 바퀴는 타이어가 끼워지는 림과 회전축이 설치된 허브와, 상기 림과 허브를 연결하는 다수의 스포크로 이루어지는데, 상기 림, 허브, 스포크는 각각 별도로 제작되고, 결합하는 공정을 거친다. 그러나 상기와 같이 바퀴(310, 320)가 일체로 형성될 경우, 사출방식을 통해 단 한번의 공정으로 생산 가능하므로 생산성 증대를 기대할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)는 내부에 중공부(11, 21)가 형성된다.

상기 중공부(11, 21)는 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)의 내부에 빈 공간을 형성하여, 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)의 중량을 감소시킬 수 있다. 상기 중공부(11, 21)는 안장(100), 시트포스트(200), 체인스테이(700), 프레임(800)에 각각 형성가능하며, 부분적으로 여러 개 형성될 수 있고, 그 크기 또한 다양하게 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)는 수직방향 중심을 기준으로 양측이 대응하도록 좌측프레임(12), 우측프레임(13) 또는 좌측바퀴(22), 우측바퀴(23)를 사출한 뒤 상호 중심선(14, 24)을 형성하도록 조립하여 이루어진다.

따라서, 안장(100), 시트포스트(200), 헤드튜브(600), 체인스테이(700), 프레임(800)은 수직방향을 기준으로 양측이 대응하도록 성형되고, 상호 결합시켜 일체형 프레임(10)을 형성하게 된다.

여기서, 상기 안장(100)은 수직방향뿐 아니라 수평방향으로 상부와 하부를 별도로 성형한 뒤, 수평방향으로 중심선이 생기도록 결합하여 완성될 수 있다.

상기와 같이 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)가 조립 방식으로 이루어진 경우 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20) 내부에 중공부(11, 21)의 형성이 용이하도록 사출되는 효과가 있다.

도 4는 일체형 프레임의 다른 실시 예에 따른 측면도이고, 도 5는 도 4의 B-B선 단면도이며, 도 6은 일체형 프레임의 또 다른 실시 예에 따른 측면도이고, 도 7은 도 6의 C-C선 단면도이며, 도 8은 일체형 바퀴의 측면도이고, 도 9는 일체형 바퀴의 일 실시 예에 따른 측단면도이며, 도 10은 일체형 바퀴의 다른 실시 예에 따른 측단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)는 양측면에서 중심방향으로 요입된 요입부(15, 25)를 형성한다.

상기 요입부(15, 25)는 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)가 쉽게 휘어지거나 굽어지지 않도록 보강시키는 작용을 함과 동시에 상기 중공부(11, 21)와 마찬가지로 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)의 중량을 감소시키는 작용을 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 일체형 프레임(10)은 상기 요입부(15)들 사이에 양측을 관통하는 통공(16)이 형성된다.

상기 통공(16)은 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)의 질량을 감소시키기 위한 수단으로 작용한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 일체형 프레임(10) 또는 상기 일체형 바퀴(20)는 유리섬유강화플라스틱 복합체(FRP composite) 재질로 이루어진다.

유리섬유강화플라스틱 복합체(FRP composite)는 유리섬유, 탄소섬유, 케블라 등의 방향족 나일론섬유와 불포화 폴리에스터, 에폭시수지 등의 열경화성수지를 결합한 물질이다. 물성은 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 녹슬지 않고 가공하기 쉬운 장점이 있다.

불포화 폴리에스터에 지름 0.1㎜ 이하로 가공한 유리섬유를 보강하는 방법이 가장 많이 사용된다. 외부 충격에 강하고 장력강도가 매우 크기 때문이다. 보통 유리섬유강화플라스틱을 FRP라고 하지만 탄소섬유강화플라스틱(CFRP：carbon fiber reinforced plastic)과 구별할 때는 GFRP(glass fiber reinforced plastic)라고도 한다.

유리섬유강화플라스틱은 1940년대 초부터 사용되기 시작하여 1960년대 이후 유리섬유보다 우수한 탄소섬유가 출현해 플라스틱과 결합함으로써 기존에 사용되던 금속, 세라믹 재료 등을 대체하고 있다. 장점은 가볍고, 내구성·내충격성·내마모성 등이 우수하며, 녹슬지 않고, 열에 변형되지 않으며, 가공하기 쉬운 것이다. 단점은 고온에서 사용할 수 없다는 것이다. 건축자재, 보트의 몸체, 스키용품, 가정용 욕조, 헬멧, 테니스 라켓, 의자, 항공기 부품 등 생활에 필요한 여러 가지 제품에 활용된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 일체형 프레임(10) 및 일체형 바퀴(20)로 이루어진 자전거(1)를 제공함에 따라 자전거 제작 공정이 단순화되고, 제조 원가가 절감되며, 프레임 및 바퀴 제작 시 필요했던 조립공정 및 용접공정이 없으므로, 손쉽게 자전거(1)를 제작할 수 있고, 조립 및 용접불량에 따라 자전거(1)에 발생하는 결함을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 프레임 및 바퀴의 중량을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 자전거(1)의 프레임 및 바퀴의 구조를 여러 가지 형태로 변형 가능하므로 자전거 형상 디자인의 범위를 넓힐 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1 : 자전거 10 : 일체형 프레임
11, 21 : 중공부 12 : 좌측프레임
13 : 우측프레임 14, 24 : 중심선
15, 25 : 요입부 16 : 통공
20 : 일체형 바퀴 22 : 좌측바퀴
23 : 우측바퀴 100 : 안장
200 : 시트포스트 310 : 앞바퀴
311 : 앞바퀴축 320 : 뒷바퀴
321 : 뒷바퀴축 400 : 서스펜션포크
500 : 핸들 510 : 축
600 : 헤드튜브 700 : 체인스테이
800 : 프레임 810 : 크랭크축홀
900 : 페달 910 : 크랭크

Claims (7)

1. 안장과, 상기 안장을 지지하는 시트포스트와, 전방과 후방에 각각 앞바퀴와 뒷바퀴를 구비하고, 앞바퀴축의 양 끝단은 서스펜션포크에 설치되며, 상기 서스펜션포크 상단에는 핸들의 축이 회동 가능하게 결합되는 헤드 튜브가 설치되고, 뒷바퀴축의 양 끝단은 체인스테이에 설치되며, 상기 체인스테이와 헤드튜브가 프레임으로 연결되되, 상기 체인스테이와 프레임의 연결부분에는 자전거 페달이 설치된 크랭크축이 끼워지도록 크랭크축홀이 형성된 통상의 자전거에 있어서,
   상기 안장, 시트포스트, 헤드튜브, 체인스테이, 프레임은 사출방식을 통해 일체형 프레임으로 형성되고, 상기 뒷바퀴축과 상기 시트포스트를 연결하는 시트스테이가 생략된 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 바퀴는 허브와 스포크와 림이 사출방식을 통해 일체형 바퀴로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 일체형 프레임 또는 상기 일체형 바퀴는 내부에 중공부가 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 일체형 프레임 또는 상기 일체형 바퀴는 수직방향 중심을 기준으로 양측이 대응하도록 좌측프레임, 우측프레임 또는 좌측바퀴, 우측바퀴를 사출한 뒤 상호 중심선을 형성하도록 조립하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 일체형 프레임 또는 상기 일체형 바퀴는 양측면에 중심부로 요입된 요입부를 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 일체형 프레임은 상기 요입부들 사이에 양측을 관통하는 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 일체형 프레임 또는 상기 일체형 바퀴는 유리섬유강화플라스틱 복합체(FRP composite) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 프레임 자전거.

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