KR200436243Y1 - 충격흡수가 용이한 자전거 프레임용 튜브 및 이로 이루어진자전거 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격흡수가 용이한 자전거 프레임용 튜브 및 이로 이루어진 자전거 프레임에 관한 것으로서, 종래 자전거 프레임의 개발 경향은 프레임의 강도 향상과 중량의 감소에 중점을 두었으나 발생할 수 있는 충격의 흡수는 별도의 충격흡수 장치에 의존하였던 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로;

본 발명의 자전거 프레임용 튜브는, 금속재로 구성되고, 내주면과 외주면을 관통하여 연결하는 다수의 충격 배출홀이 형성되는 금속튜브; 카본섬유재 또는 유리섬유재로 구성되고, 상기 금속튜브의 내주면에 접하는 외주면을 갖고 압입되어 있는 완충튜브; 및 상기 충격 배출홀 및 이를 통하여 노출된 상기 완충튜브의 외주면에 코팅된 본딩수지;를 포함하여 이루어지거나,

금속재로 구성되고, 외주면을 일정 깊이로 깎아낸 다수의 충격 흡수홈이 형성된 금속튜브; 및 상기 충격흡수홈에 코팅된 본딩수지;를 포함하여 이루어진다.

자전거, 프레임, 튜브

Description

충격흡수가 용이한 자전거 프레임용 튜브 및 이로 이루어진 자전거 프레임{The tube for bicycle frame that easily absorbs impact and the bicycle frame made of the same}

도 1은 자전거 프레임의 일례를 나타낸 사시도

도 2a, 도 2b, 도 2c는 자전거 프레임의 다양한 소재에 대한 비중, 인장강도 및 탄성을 비교한 그래프

도 3a, 도 3b는 본 고안의 일 실시 예에 따른 자전거 프레임용 튜브의 부분 사시도 및 단면도

도 4 및 도 5는 본 고안의 다른 실시 예에 따른 자전거 프레임용 튜브의 부분 사시도

도 6a, 도 6b는 본 고안의 또 다른 실시예에 따라 제조된 자전거 프레임용 튜브의 부분 사시도 및 단면도

도 7 은 본 고안의 일 실시예에 따른 자전거 프레임용 튜브가 적용된 자전거 프레임의 사시도

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 시트튜브 20 : 탑튜브

30 : 다운튜브 40 : 헤드튜브

50 : 시트 스테이 60 : 체인 스테이

70 : 메인튜브

100 : 자전거 프레임용 튜브

110 : 완충튜브(카본튜브/글라스튜브)

130 : 금속튜브 139 : 충격 배출홀

150 : 본딩수지

200 : 자전거 프레임용 튜브

230 : 금속튜브 239 : 충격 흡수홈

250 : 본딩수지

본 고안은 충격흡수가 용이한 자전거 프레임용 튜브 및 상기 튜브로 이루어진 자전거 프레임에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 자전거 운행중 발생하는 충격을 프레임에서 용이하게 흡수하고 배출할 수 있도록 하기 위하여 개발된 충격흡수가 용이한 자전거 프레임용 튜브 및 상기 튜브로 이루어진 자전거 프레임에 관한 것이다.

자전거는 인력을 사용하는 무공해 교통수단으로 가장 일반적으로 널리 사용 되고 또한 운동의 효과도 얻을 수 있는 유용한 운송수단이자 운동기구이다.

과거의 자전거 개발은 초기 타이어를 포함한 바퀴와 동력전달 개통이 주를 이루었으나 최근에는 신소재를 자전거의 프레임에 적용하여 우수한 강도를 가지면서 경량화되고 있는 추세이다.

이러한 경향에 따라 자전거 프레임의 재료는 일반 탄소강에서 내식성이 우수한 스테인레스 스틸로 발전을 하였고 이후 강도가 뛰어나고 내식성이 우수할 뿐만 아니라 경량인 각종 합금으로 발전하고 있다.

이중 최근 10년 동안은 티타늄을 이용한 합금이 최적의 재료로 인식되고 있으나 티탄합금의 경우 동일한 조건에서 다른 금속 또는 합금보다 가격이 수 배에서 수십배에 이르는 고가의 재료로 경기용 자전거 또는 일부 동호인을 대상으로 사용되고 판매되고 있다.

최근에는 산악용 자전거가 널리 유행하고 있는데, 이러한 산악용 자전거는 많은 충격이 전달되는 환경에서 운행되므로 충격흡수가 무엇보다도 중요하다.

그러나, 기존 자전거는 발생하는 충격을 타이어의 완충력과 일부 자전거에 장착되는 코일스프링 형상의 충격흡수장치에 의존하여 흡수 및 완화시키고 있으며, 자전거 프레임 자체는 그 재질(주로 금속재질)의 특성상 오히려 충격을 흡수하지 못하고 그대로 전달하는 한계를 나타내고 있다.

따라서 자전거 프레임 자체에서 충격을 흡수 또는 배출하지 못하고 그대로 전달하게 되어 인체에 무리를 줄 수 있다는 문제점이 있으며 또한 자전거 프레임에 누적되는 피로 응력에 의하여 프레임의 손상을 주게 되는 문제점이 있는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서 그 목적은 가벼우면서도 고강도를 가지면서도 충격을 용이하게 흡수 또는 배출할 수 있으며 높은 인장강도와 내구성이 확보된 자전거 프레임용 튜브 및 이로 이루어진 자전거 프레임을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 고안의 자전거 프레임용 튜브는,

금속재로 구성되고, 내주면과 외주면을 관통하여 연결하는 다수의 충격 배출홀이 형성되는 금속튜브; 카본섬유재 또는 유리섬유재로 구성되고, 상기 금속튜브의 내주면에 접하는 외주면을 갖고 압입되어 있는 완충튜브; 및 상기 충격 배출홀 및 이를 통하여 노출된 상기 완충튜브의 외주면에 코팅된 본딩수지; 를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 고안의 다른 자전거 프레임용 튜브는,

금속재로 구성되고, 외주면을 일정 깊이로 깎아낸 다수의 충격 흡수홈이 형성된 금속튜브; 및 상기 충격흡수홈에 코팅된 본딩수지; 를 포함하여 이루어진다.

이러한 본 고안의 충격 흡수용 튜브는, 가벼우면서도 높은 강도를 가지며 자전거 프레임으로 전달되는 충격을 효율적으로 흡수 및 배출할 수 있고 높은 내구성을 갖는다.

이때, 상기 금속튜브의 내주면과 상기 완충튜브의 외주면 사이에는 접착제가 개재되어 상호 접착되는 것이 바람직하며, 상기 금속튜브는 티타늄, 알루미늄, 스틸 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 자전거 프레임용 튜브는, 그 단면이 원형, 타원형 또는 다각형 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 다수의 충격 배출홀 또는 충격 흡수홈은 상호 일정 간격을 갖고 형성되거나, 튜브의 길이 방향을 따라 엇갈리게 배치되어 형성되는 것이 바람직하고, 상기 본딩수지는 투명재질의 수지일 수 있다.

또한, 본 고안의 자전거 프레임용 튜브가 적용된 자전거 프레임은,

헤드튜브 및 시트튜브가 적어도 하나의 지지용 튜브를 통하여 연결되고, 상기 시트튜브는 한 쌍의 시트 스테이 및 한 쌍의 체인 스테이와 연결되어 일체로 형성된 자전거 프레임에 있어서,

상기 헤드튜브, 상기 시트튜브 및 상기 지지용 튜브 중 적어도 하나의 튜브에 전술한 특징 중 적어도 하나의 특징을 갖는 자전거 프레임용 튜브로 이루어질 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구성을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면에 도시된 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 의미한다.

도 1은 자전거 프레임의 일례를 나타낸 사시도이다.

일반적으로 자전거 프레임은 시트튜브(10)와 헤드튜브(40) 사이에 적어도 하 나의 지지용 튜브(20, 30)가 연결되어 지지되고, 시트튜브(10)에는 한 쌍의 시트스테이(50)와 한 쌍의 체인스테이(60)가 연결되는 구조를 갖고 있다. 시트튜브(10)와 헤드튜브(40)를 연결하는 지지용 튜브는 보통 탑튜브(20)와 다운튜브(30)로 지칭되는 두 개의 튜브가 연결되는 것이 일반적으며, 메인튜브로 지칭되는 하나의 튜브로 연결된 것도 있다.

이하에서 설명하는 본 발명의 자전거 프레임용 튜브는 전술한 자전거 구조를 포함하여 다양한 구조를 갖는 자전거 프레임에 적용될 수 있음은 물론이다.

전술한 자전거 구조에서 가장 힘을 많이 받는 부분인 시트튜브(10), 탑튜브(20), 및 다운튜브(30)는 일반적으로 원통형 튜브로 이루어지며, 스틸, 알루미늄, 티타늄 등의 금속재로 이루어진 금속튜브, 탄소섬유재로 이루어진 카본튜브, 유리섬유재로 이루어진 글라스튜브 등이 사용되고 있다.

도 2a, 도 2b, 도 2c는 자전거 프레임의 다양한 소재에 대한 비중, 인장강도 및 인장탄성률을 비교한 그래프이다.

도 2a에 나타난 바와 같이, 일반적으로 카본섬유재나 유리섬유재가 금속재가 비하여 가벼우며, 금속재 중에서는 알루미늄이나 티타늄이 스틸에 비하여 가볍다. 도 2b에 나타난 인장강도를 비교해 보면 대략 카본섬유재, 유리섬유재, 금속재 순으로 인장강도가 큰데, 이는 금속재가 카본섬유재나 유리섬유재에 비하여 잘 부러질 수 있다는 것을 나타낸다. 도 2c는 인장탄성률을 나타내고 있는데, 알루미늄이나 티타늄은 카본섬유재에 비하여 인장탄성률이 낮은 것을 알 수 있다.

금속재의 경우 일반적으로 강도는 뛰어나나 인장력이나 탄성이 떨어지며, 충 격흡수력이 매우 낮다는 문제가 있고, 카본재의 경우 높은 인장력이나 탄성을 갖고 있으나 고가라는 문제가 있으며 충격흡수력도 어느 정도 한계가 있다.

본 발명은 전술한 각 재질의 장점을 유지하면서도 충격을 보다 잘 흡수하거나 배출할 수 있는 구조를 갖는 새로운 자전거 프레임용 튜브에 대한 고안이다.

도 3a 및 도 3b는 본 고안의 일 실시 예에 따른 자전거 프레임용 튜브의 부분 사시도 및 단면도이다.

본 실시예에 의한 자전거 프레임용 튜브(100)는 다수의 충격 배출홀(139)이 형성된 금속튜브(130) 내에 카본섬유재 또는 유리섬유재로 이루어진 완충튜브(110)가 압입되어 있는 형태이다.

금속튜브(100)는 금속재로 구성되고, 내주면과 외주면을 관통하여 연결하는 다수의 충격 배출홀(139)이 형성되고, 완충튜브(110)는 카본섬유재로 이루어진 카본튜브 또는 유리섬유재로 이루어진 글라스튜브로 구성되고 금속튜브(130)의 내주면에 접하는 외주면을 갖고 압입된다. 충격 배출홀(139) 및 이를 통하여 노출된 완충튜브(110)의 외주면에는 본딩수지(150)가 코팅된다.

금속튜브(130)의 내주면과 완충튜브(110)의 외주면 사이에는 접착제가 개재되어 상호 접착되는 것이 바람직하며, 충격 배출홀(139)에 코팅된 본딩수지는 투명수지나 다양한 색깔을 갖는 수지가 사용되어 미적 효과를 나타낼 수도 있다.

충격 배출홀(139)은 도 3a에 도시된 타원형 이외에 다각형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 충격 배출홀(139)은 금속튜브(130)의 외주면을 따라 일정간격으로 배치되는 것이 바람직하며, 금속튜브(130)를 따라 전달되는 진동에너지 를 효율적으로 차단 및 흡수하기 위하여 튜브의 길이 방향을 따라 엇갈리게 배치되는 것이 보다 바람직하다.

금속튜브(130)는 스틸, 알루미늄 또는 티타늄 등으로 구성될 수 있으며, 이중 상대적으로 가벼운 알루미늄이나 티타늄 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 가벼우면서도 인장강도가 우수한 티타늄 재질로 구성될 수 있다.

완충튜브(110)는 카본튜브 또는 글라스튜브가 사용된다. 카본튜브와 글라스튜브는 각각 카본섬유 및 유리섬유로 구성되며, 에폭시 수지 등 폴리에스테르계 수지가 첨가되어 구성될 수도 있다. 카본튜브나 글라스튜브는 섬유재로 구성되어 있어 금속튜브에 비하여 충격흡수력이 좋은 장점을 갖고 있다.

일반적으로 카본튜브가 인장강도나 탄성 면에서 글라스튜브보다 더 좋은 특성을 가지고 있으나, 가격면에서는 글라스튜브가 카본튜브에 비하여 저가이다. 따라서, 가격 및 특성을 고려하여 적절한 완충튜브를 선택할 수 있을 것이다.

이러한 본 고안의 자전거 프레임용 튜브는 강도가 뛰어난 금속튜브(130)를 외주부의 지지튜브로 사용하고, 탄성 및 인장강도가 뛰어난 완충튜브(110)를 금속튜브 내에 압입하여 양자의 단점을 보완하고 장점을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 금속튜브에 충격 배출홀(139)을 구성하여 주로 완충튜브(110)로 흡수되는 충격을 이를 통하여 배출함으로써, 충격흡수가 보다 용이하고 경량이면서도 고강도 특성을 갖게 된다.

좀더 상세하게 설명하면 프레임에 발생하는 충격은 진동에너지의 형태로 전달되는데 내측에 형성된 충격 흡수력이 뛰어난 완충튜브(110)는 이러한 진동을 용 이하게 흡수하는 성질을 가지고 있기에 진동에너지로의 진행 과정에서 진동을 흡수하여 충격 완화 작용을 하게 되며, 흡수되지 못하고 전달되는 진동에너지는 충격 배출홀(139)을 통하여 흡수 및 배출되게 된다. 이때, 충격 배출홀(139)에는 충격흡수가 용이한 본딩수지가 코팅되어, 본딩 및 지지작용 이외에 충격흡수 및 배출작용을 돕게 된다.

또한, 금속튜브(130)로 전달되는 진동에너지는 최초 충격점에서 길이방향으로 진행하며 이동하게 되는데 그 경로 상에 형성되는 충격 배출홀(139)은 그 경로를 차단하여 내측 완충튜브(110)로 흡수되거나 외부로 배출되도록 하는 역할을 하게 된다.

또한, 본 고안의 자전거 프레임용 튜브는 충격 흡수 및 배출이 용이하여, 누적되는 피로 응력에 의한 프레임의 손상을 방지할 수 있으므로 내구성이 보다 향상되게 된다.

또한 금속튜브(130)에 형성된 충격 배출홀(139)은 전술한 기능성의 역할뿐만 아니라 외관상으로도 단순한 형태의 프레임과 비교하여 미적인 아름다움을 부가할 수 있는 것이다.

한편, 금속튜브(130)의 형성된 충격 배출홀(139)은 금속튜브(130) 자체의 강도를 떨어뜨릴 수 있으나, 완충튜브로서 카본튜브나 글라스튜브가 그 내부에 본딩 결합되어 복합튜브 전체로는 오히려 강도가 증가하게 된다.

도 4 및 도 5는 본 고안의 또 다른 실시 예에 따른 자전거 프레임용 튜브의 사시도로서, 튜브의 단면을 원형뿐만 아니라 육각형 또는 삼각형으로 적용하는 예 를 나타내었다.

이는 본 고안이 단순히 원형 단면을 가진 일반적인 프레임에 한정된 것이 아니라 다양한 형상의 다각형 또는 타원형 등의 여러 가지 형상에도 적용이 가능함을 나타낸다.

도 6a 도 6b는 본 고안의 또 다른 실시예에 따라 제조된 자전거 프레임용 튜브의 부분 사시도 및 단면도이다.

본 실시예에 의한 자전거 프레임용 튜브(200)는 외주면을 일정 깊이로 깎아낸 다수의 충격 흡수홈이 형성된 금속튜브(230) 및 충격 흡수홈(239)에 코팅된 본딩수지(250)를 포함하여 구성된다.

금속튜브(230)는 스틸, 알루미늄 또는 티타늄 등으로 구성될 수 있으며, 이중 상대적으로 가벼운 알루미늄이나 티타늄 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 가벼우면서도 인장강도가 우수한 티타늄 재질로 구성될 수 있다.

충격 흡수홈(239)에 코팅된 본딩수지는 투명수지나 다양한 색깔을 갖는 수지가 사용되어 미적 효과를 나타낼 수도 있다.

충격 흡수홈(239)은 도 6a에 도시된 형상 이외에 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 충격 흡수홈(239)은 금속튜브(230)의 외주면을 따라 일정간격으로 배치되는 것이 바람직하며, 금속튜브(230)를 따라 전달되는 진동에너지를 효율적으로 차단 및 흡수하기 위하여 튜브의 길이 방향을 따라 엇갈리게 배치되는 것이 보다 바람직하다.

본 실시예에 의한 자전거 프레임용 튜브(200)는 금속튜브(230)만으로 구성되 어 복합튜브에 비해 제작단가를 줄이면서도, 그 외주부에 다수의 충격 흡수홈(239)을 형성하고 충격 흡수가 용이한 본딩수지로 코팅함으로써, 충격 흡수 및 배출효과를 가지게 된다.

상세히 설명하면, 금속튜브(230)로 전달되는 진동에너지는 최초 충격점에서 길이방향으로 진행하며 이동하게 되는데 그 경로 상에 형성되는 충격 흡수홈(239) 및 이에 코팅된 본딩수지(250)는 충격 전달 경로를 차단하여 전달된 충격이 본딩 수지(250)로 흡수 및 배출되도록 하는 역할을 하게 된다. 이때, 충격 배출홈(239)에 코팅된 본딩수지(250)는 충격흡수 이외에 본딩 및 지지작용을 하게 된다.

또한, 본 고안의 자전거 프레임용 튜브는 충격 흡수 및 배출이 용이하여, 누적되는 피로 응력에 의한 프레임의 손상을 방지할 수 있으므로 내구성이 보다 향상되게 된다.

전술한 본 고안의 자전거 프레임용 튜브(100, 200)는 자전거 프레임의 주된 지지기능을 하는 시트튜브(10), 탑튜브(20) 및 다운튜브(또는 메인튜브)(30) 중 적어도 어느 하나에 적용될 수 있으며, 시트 스테이(50) 및 체인 스테이(60) 등 기타 자전거 프레임에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 7은 본 고안의 일 실시예에 따른 자전거 프레임용 복합튜브가 적용된 자전거 프레임의 사시도이다. 도 7에는 본 발명의 충격흡수용 복합튜브가 탑튜브(20)와 다운튜브(30)에 적용된 예를 나타내고 있다.

본 고안이 적용되는 자전거(주로 산악자전거 등)는 보통 탑튜브와 다운튜브가 모두 연결된 형태이나, 시트튜브와 헤드튜브를 하나의 메인튜브로 연결하는 형 태의 자전거에도 본 고안의 충격흡수용 튜브가 적용될 수 있음은 물론이며, 직선형 튜브가 아닌 곡선형 튜브에도 본 고안이 적용될 수도 있다.

한편, 본 고안의 충격흡수용 튜브가 종래 튜브에 비해 고가이기 때문에 제작자는 자전거의 종류 사용 형태에 따라서 가장 많은 충격을 받는 튜브를 선택하여 하나에만 이러한 튜브를 적용할 수도 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 사용된 특정한 용어들은 단지 본 고안을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 고안의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 본 고안에 의하여, 가벼우면서도 높은 강도를 가지며 자전거 프레임으로 전달되는 충격을 효율적으로 흡수 및 배출할 수 있고 내구성이 향상된 자전거 프레임용 튜브를 제공할 수 있다.

또한, 본 고안의 충격흡수용 튜브가 적용된 자전거 프레임은 운행시 발생하는 충격을 자전거 프레임에서 효과적으로 흡수하고 방출함으로써 프레임의 손상 가능성을 줄이고 인체에 주는 충격을 최소화하는 효과가 있다.

또한, 튜브의 외관에 다양한 무늬를 형성할 수 있어 시각적인 미감을 높이는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 금속재로 구성되고, 내주면과 외주면을 관통하여 연결하는 다수의 충격 배출홀이 형성되는 금속튜브;

   카본섬유재 또는 유리섬유재로 구성되고, 상기 금속튜브의 내주면에 접하는 외주면을 갖고 압입되어 있는 완충튜브; 및

   상기 충격 배출홀 및 이를 통하여 노출된 상기 완충튜브의 외주면에 코팅된 본딩수지;

   를 포함하여 이루어지는 자전거 프레임용 튜브.
2. 금속재로 구성되고, 외주면을 일정 깊이로 깎아낸 다수의 충격 흡수홈이 형성된 금속튜브; 및

   상기 충격 흡수홈에 코팅된 본딩수지;

   를 포함하여 이루어진 자전거 프레임용 튜브.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 금속튜브의 내주면과 상기 완충튜브의 외주면 사이에는 접착제가 개재되어 상호 접착되는 자전거 프레임용 튜브.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 자전거 프레임용 튜브의 금속튜브는,

   티타늄, 알루미늄, 스틸 중 어느 하나로 이루어진 자전거 프레임용 튜브.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 자전거 프레임용 튜브는,

   그 단면이 원형, 타원형 또는 다각형 중 어느 하나인 자전거 프레임용 튜브.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 다수의 충격 배출홀 또는 충격 흡수홈은,

   상호 일정 간격을 갖고 형성되는 자전거 프레임용 튜브.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 본딩수지는,

   투명재질의 수지인 자전거 프레임용 튜브.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 다수의 충격 배출홀 및 충격 흡수홈은,

   상기 자전거 프레임용 튜브의 길이 방향을 따라 엇갈리게 배치되어 형성된 자전거 프레임용 튜브.
9. 헤드튜브 및 시트튜브가 적어도 하나의 지지용 튜브를 통하여 연결되고, 상기 시트튜브는 한 쌍의 시트 스테이 및 한 쌍의 체인 스테이와 연결되어 일체로 형성된 자전거 프레임에 있어서,

   상기 헤드튜브, 상기 시트튜브 및 상기 지지용 튜브 중 적어도 하나의 튜브는,

   제 1항 또는 제 2항의 자전거 프레임용 튜브로 이루어지는 자전거 프레임.

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