KR20120121442A - 다기능 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거에서 바퀴를 떼어내고 부착하는 것을 간편하게 수행할 수 있도록 바퀴축에 외주 허브를 설치한 자전거에 관한 것이다. 또한 자전거 본체 헤드튜브(103) 밑에 핸들소켓을 만들고, 전륜에 2개의 바퀴가 달린 프레임을 갈아끼울 수 있어서 2륜과 3륜을 선택하여 사용할 수 있다. 자전거의 바퀴를 간편하게 갈아끼울 수 있게 되어, 다양한 디자인의 휠로 만들어진 바퀴를 악세사리처럼 구입하여 놓으면 사용자의 취향에 따라 간편하게 갈아끼우고 탈 수 있게 됨으로써, 한 대의 자전거로 여러 대의 자전거를 소유한 것과 같은 효과를 누릴 수 있다. 전륜2바퀴프레임에는 틸팅잠금장치를 부착하여 틸팅 기능을 사용하거나 중지할 수도 있다. 본체에서 떼어낸 바퀴를 이용하여 외륜자전거와 인라인자전거(800)로도 활용이 가능하다.
본 발명은 자전거 바퀴를 다용도로 더 많이 사용할 수 있게 함으로써 자전거의 활용도를 높이고, 야외활동의 즐거움을 더하여 건강을 증진시키며, 화석연료의 과다한 사용을 줄이는 데 일조하여 지구온난화를 늦추는 데에도 기여하는 효과가 있다.

Description

다기능 자전거{Multifunctional bicycle}

본 발명은 자전거에서 바퀴를 떼어내고 다는 것을 쉽게 수행할 수 있도록 바퀴축에 외주 허브를 설치한 자전거에 관한 것이다. 또한 자전거 본체 헤드튜브 밑에 핸들소켓을 만들고, 전륜에 2개의 바퀴가 달린 프레임을 갈아끼울 수 있어서 사용자의 편의에 따라 2륜과 3륜을 선택하여 사용할 수 있다. 전륜2바퀴프레임에는 틸팅잠금장치를 부착하여 틸팅 기능을 사용하거나 멈추게 하여 틸팅기능을 사용하지 않을 수도 있다. 또한 본체에서 떼어낸 바퀴를 이용하여 외륜자전거와 인라인자전거로도 활용이 가능한 다기능 자전거에 관한 것이다.

자전거에는 인류 문명의 역사와 함께하는 훌륭한 바퀴가 달려있다. 그러나 맨손으로 들어서 옮기기에는 부담스러운 부피와 무게가 있는 물건을 멀리 옮겨야 할 때, 또는 어린이나 환자를 태워서 이동해야 할 때, 종래의 2륜 자전거는 잘 넘어지고 운전이 위태로운 관계로 별 도움이 되지 않는 경우가 많다.

이러한 불편 때문에 최근에는 사용자의 편의에 따라 부품 구성을 달리하거나 간단한 조작을 통하여 2륜에서 3륜으로, 또는 3륜에서 2륜으로 변신하는 것이 가능한 자전거들이 속속 등장하고 있다. 이러한 자전거들은 2륜에서 3륜을 오가는 것에 더하여 유모차, 카트 등의 기능을 부가하여 유모-자전거가 되기도 하고 자전거와 독립적으로 유모차나 카트의 기능을 분리하여 사용하는 것도 가능하게 되었다. 이러한 기능을 가지는 자전거의 선행기술에는

한국 특허번호 10-0709607 / 3륜자전거 / 브랜드명 : 트로이카

한국 공개번호 10-2009-0129335 유모차겸용 자전거 (공개일자 2009.12.16)

http://www.myzigo.co.kr/ 유모-자전거 / 브랜드 명 : 지고리더

US 특허번호 7,780,184 Convertible stroller-cycle (특허일자 2010.8.24) 등이 보인다. 하지만 이러한 자전거들은 바퀴만 따로 자전거로부터 분리할 수 없으며, 통으로 부분품을 만들어 놓은 상태에서 끼우거나 조립하는 형태를 취하고 있다. 그리고 이러한 변신 자전거들도 자전거를 더 유용하게 사용하는 데 있어서는 여전히 제한적이다.

현재 시중에 나와있는 자전거들 중에 바퀴의 착, 탈이 가능한 제품들이 있는데, 이러한 제품들은 바퀴를 다른 용도로 사용하기 위하여 바퀴를 분리하는 것이 아니고 이동할 때 부피를 줄이기 위해서, 또는 타이어가 펑크났을 때 쉽게 교체 및 수리를 원활히 하기 위한 목적들이 대부분이다. 그나마도 전륜은 쉽게 분리가 되지만 센터 맞추는 것도 세심한 주의와 기술을 요하는 일이며, 후륜은 기어도 맞추어야 하며 초보들이 착탈하기가 쉽지 않다고 토로하는 글들이 인터넷에 흔히 떠있다.

본 발명은 이러한 종래 기술들의 제반 문제점들을 감안하여 발명된 것으로서, 바퀴의 축에 외주 허브를 만들어 자전거의 바퀴를 간편하게 갈아끼울 수 있게 되고, 허브가 달린 전륜2바퀴프레임도 만들어, 삼륜 자전거로 변신시켜 탈 수 있으며, 다양한 디자인의 휠로 만들어진 바퀴를 악세사리처럼 구입하여 놓으면 사용자의 취향에 따라 간편하게 갈아끼우고 탈 수 있게 됨으로써, 한 대의 자전거로 여러 대의 자전거를 소유한 것과 같은 효과를 누릴 수 있다.

자전거에서 분리한 바퀴를 이용하여 외륜자전거로 변신시켜 탈 수도 있고, 다리에 바퀴를 착용하여 인라인자전거로 만들어 타고다닐 수 있다면 자전거의 활용하는 즐거움은 몇 배로 늘어날 것이다.

본 발명의 이러한 목적들은 자전거 바퀴의 축에 외주 허브를 만들고, 포크와 체인스테이에서 바퀴를 떼어내고 부착하는 것이 가능하게 함으로써 해결할 수 있다. 자전거 바퀴를 외주 허브에서 분리하여 밖으로 떼어내려면 자전거의 앞바퀴는 포크에서, 뒷 바퀴는 시트스테이와 체인스테이에서도 완전히 분리해야 하는데, 앞 바퀴는 포크의 상단부를 절개하고 관절로 만들어 밖으로 꺾을 수 있게 하였으며, 하단부는 절개하여 나사를 만든 다음 조임캡으로 연결하여서, 조임캡을 돌려서 나사를 풀고 관절을 꺾으면 바퀴를 빼낼 수 있게 하였다. 뒷 바퀴는 체인스테이와 시트스테이를 포크와 같은 방식으로 절개하여 관절 부분은 꺾어지고 조임캡 부분은 나사로 연결하여 결합과 분리가 자유롭게 만들었다. 2륜에서 3륜으로, 3륜에서 2륜으로 변신하기 위해서는 헤드튜브 밑에 핸들소켓을 만들어 포크 또는 전륜2바퀴프레임을 장착할 수 있게 하였다. 전륜2바퀴프레임은 회전할 때에 넘어지는 것을 방지하기 위해 틸팅이 되도록 만들었다. 전륜2바퀴프레임을 자전거에서 떼어내어 유아용 의자, 카트 등을 얹어서 사용할 때에는 틸팅 기능을 사용하거나 멈추게 하는 틸팅잠금장치를 만들었다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 자전거의 활용도를 높이고, 노약자나 어린이 또는 운전이 미숙한 사람들도 안전하게 주행할 수 있다. 하나의 자전거로 2륜 자전거, 3륜자전거, 유모차, 카트 외에도 외륜자전거, 인라인 자전거 등으로 사용할 수 있어서 여러 대의 자전거를 소유한 것과 같은 효과를 누릴 수 있다. 자전거의 바퀴를 간편하게 갈아끼울 수 있게 되어, 다양한 디자인의 휠로 만들어진 바퀴를 악세사리처럼 구입하여 놓으면 사용자의 취향에 따라 간편하게 갈아끼우고 탈 수 있게 됨으로써, 야외 활동에 즐거움을 더할 수 있다. 바퀴를 떼어낼 수 있게 됨으로써 이동이나 보관시에 부피를 최대한 줄일 수 있는 것도 장점이다.

도 1은 본 발명에 따른 2륜 자전거
도 2는 돌기와 홈으로 맞물리는 쌍으로 구성된 허브의 구조로서 돌기와 홈의 개수는 다양하게 구성할 수 있는데 여기서는 5개로만 예시하였음.
도 3은 허브에 구성한 바퀴이탈방지에 관한 장치도
도 4, 5, 6. 7은 포크와 체인스테이에 적용된 관절1편, 관절2편과 조임캡, 스페이서와 체결핀과 캡을 나타낸 구조도
도 8과 9는 앞바퀴축홀더와 뒷바퀴축홀더의 모양을 나타낸 입면도
도 10은 클램프의 구조를 나타낸 사시도
도 11은 핸들소켓을 나타낸 사시도
도 12는 핸들소켓과 결합되는 방향타의 모양과 브레이크와이어 체결 방법을 나타낸 개요도
도 13은 전륜2바퀴프레임을 나타낸 사시도
도 14는 전륜2바퀴프레임의 평면도, 배면도, 우측면도
도 15는 핸들요람과 요람봉이 핸들에 결합된 모양과 핸들겉봉의 끝단에 핸들고정바닥조인트를 때우고 베어링을 물려서 하판 프레임에 핀으로 결합한 구조도
도 16과 17은 틸팅잠금쇠의 모양과 작동도
도 18과 19는 전륜2바퀴프레임을 본체와 결합한 3륜자전거와 전륜2바퀴프레임에 어린이용 시트를 장착한 사시도
도 20, 21은 외륜자전거의 페달 구조와 외륜자전거의 구성도
도 22, 23은 인라인자전거의 우측면도와 정면도
도 24, 25는 버팀대의 구조와 브레이크작동도

이하 본 발명에 따른 구상을 도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자전거(100)는 바퀴의 중심축(222, 223) 외곽에 도 2와 같이 다수의 돌기 모양과 홈 모양으로 쌍을 이루어 합체, 분리 가능한 허브내륜(201)과 허브외륜(202)을 구비하고 있다. 허브내륜(201)은 다수의 내륜돌기(203)와 내륜홈(204)으로 구성되며, 허브외륜(202)은 허브내륜(201)과 쌍을 이루어 맞물리는 구조로 다수의 외륜돌기(205)와 외륜홈(206)으로 구성된다. 허브(200)의 내륜돌기(203)는 외륜홈(206)에 끼워지고, 허브의 외륜돌기(205)는 내륜홈(204)에 끼워지고 맞물리게 된다. 허브내륜(201)은 베어링(210)을 장착하여 자전거 바퀴축(222, 223)에 고정하고, 허브외륜(202)은 바퀴(106,107)에 붙어있도록 만들었다. 자전거(100)에서 바퀴(106, 107)를 분리하면 허브내륜(201)은 자전거(100) 본체에 붙어있고, 허부외륜(202)은 바퀴(106, 107)에 붙어서 자전거(100)와 분리된다.

허브(200)에는 두 가지 바퀴이탈방지 장치가 마련되어있는데 그 하나는 바퀴이탈방지를 위한 고정턱(290)이고 다른 하나는 바퀴이탈방지를 위한 유동턱(261)이다. 도 3에서 고정턱(290)은 허브(200)에 바퀴(106, 107)를 장착하였을 때 허브(200) 뒷편에 고정하여 바퀴가 뒤로 빠져나가는 것을 막으며, 유동턱(261)은 허브(200) 앞쪽에 위치시켜서 바퀴를 빼내고 싶을 때 유동턱(261)을 움직여서 바퀴를 빼낼 수 있게 된다. 고정턱(290)은 허브(200)를 제작할 때부터 허브내륜(201)과 일체로 제작하는 것이 바람직하다. 유동턱(261)은 허브내륜(201)의 한 면을 바퀴축(222, 223) 방향과 직각으로 켜 낸 것과 같은 모양으로 허브내륜(201)에 포개면 접촉면이 일치하게 만들었다.

허브내륜(201)의 단면에 스프링(251)을 내장할 수 있는 스프링홀(250)을 뚫고, 아울러 유동턱(261)을 고정할 수 있는 고정볼트홀(258)을 형성하였다. 고정볼트홀(258)의 위치는, 허브내륜과 유동턱(261)을 마주 포갠 상태에서 유동턱을 시계방향으로 돌렸을 때 유동턱(261)의 돌기(259)가 허브외륜돌기(205)를 스크린처럼 완전히 가로막는 지점이다. 결국 유동턱(261)을 하나의 돌기 또는 홈의 길이 만큼만 이동시키면 유동턱의 돌기(259)가 허브외륜돌기(205)를 가로막게 된다. 이렇게 유동턱의 돌기(259)가 허브외륜돌기(205)를 가로막도록 하기 위하여 유동턱(261) 표면에 도 3의 (2)와 같이 돌기의 길이만큼, 허브내륜(201)과 동심축을 갖는 호 형태로 고정볼트가이드홈(257)을 만들었다. 찌름핀(252)을 스프링(251)에 받치고, 고정볼트(255)를 유동턱의 두 곳에 있는 a지점에 끼워서 허브내륜(201)의 단면에 만든 고정볼트홀(258)에 고정시킨 다음 유동턱(261)을 a지점에서 b지점으로 이동시키면 스프링(251)에 받쳐진 상태에서 유동턱에 눌려있던 찌름핀(252)이 핀결합홀(256)에 꽂히면서 유동턱(261)의 움직임을 막는다. 유동턱(261)은 고정볼트(255)로 고정되어 있고 유동턱의 돌기(259)가 허브외륜(202)의 돌기(205)를 가로막고 있으므로 바퀴(106, 107)가 빠지는 것을 방지한다. 고정볼트(255)는 고정볼트뿌리(241) 부분만 고정볼트홀(258)에 박고 고정볼트살(242)은 남겨둠으로써 고정볼트가 바퀴이탈방지 유동턱(261)이 빠지지 않게 잡아주는 기능도 하고, 유동턱(261)을 좌우로 회동시킬 때 고정볼트가이드홈(257)을 따라 유동턱(261)이 움직이게 가이드하는 역할도 한다.

바퀴(106, 107)를 자전거(100)와 분리, 결합을 해낼 수 있게 하려고 포크(105)와 체인스테이(110))의 양쪽 끝 2곳을 각각 절단하였다. 포크(105)는 도 3과 같이 자전거 바디(108)에서 가까운 곳과 바퀴(106)에서 가까운 곳을 절단하여 바디(108)에서 가까운 곳은 관절로 연결하였고, 바퀴(106)에서 가까운 곳은 포크끝단(307)과 앞바퀴축홀더(306)로 분리하여 조임캡(360)으로 연결하였다. 체인스테이(110)도 바디(108)와 가까운 곳은 관절로 만들었고, 바퀴와 가까운 곳은 체인스테이끝단(339)과 뒷바퀴축홀더(340)로 분리하여 조임캡(360)으로 연결하였다. 시트스테이(119)는 바퀴(107) 쪽에서 체인스테이(110)와 붙어있는 관계로 바디(108)와 가까운 곳 한군데만 잘라서 관절로 만들었다. 관절은 바디(108)에 붙어있는 쪽은 관절1편(303)으로, 바퀴쪽으로는 관절2편(305)으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하였다.

이와같이 포크(105), 체인스테이(110), 시트스테이(119)를 절단하여 한쪽을 관절로 만든 것은 서로 맞물려있게 함으로써 압축력과 인장력에 효과적으로 견디도록 하며, 바퀴(106)를 분리할 때 관절이 꺾어지게 하기 위함이다. 이 관절 부위는 미관을 고려하여 도 7과 같이 캡(308)을 만들어 덮을 수 있는데, 비누곽처럼 앞뒤로 포개지는 모양 또는 도 7의 (1)과 (2)와 같이 주름진 모양 등 다양하게 만들 수 있다.

도 5의 (1)에 표시된 포크(105)를 도 5의 (2)와 같이 포크끝단(307)과 앞바퀴축홀더(306)로 절단하고, 포크끝단(307)과 앞바퀴축홀더(306)의 외경에 나사(362, 363)를 설치하였다. 이 외경에 설치한 나사(362, 363)에 맞는 내경 나사를 가지는 조임캡(360)을 만들었다. 조임캡(360)에는, 컵의 벽과 밑바닥이 만나는 모서리의 일부를 남긴 형태로 빠짐방지턱(361)을 구비하였고, 마주보는 두 개의 고정홀(370)을 뚫었다. 포크끝단(307) 쪽에서 조임캡(360)을 도 5의 (4)와 같이 포크(105)에 끼워넣은 상태에서 빠짐방지링(364)을 볼트(365)로 고정시켰다. 이렇게 하여 조임캡(360)이 포크(105)에서 빠져나가지 않게 하였다. 포크끝단(307)과 앞바퀴축홀더(306) 사이에 도 5의 (5) 380과 같은 모양으로 스페이서(380)를 만들었고 포크끝단(307)에는 스페이서룸(386)을 만들었다. 스페이서룸(386)은 스페이서(380)를 앞쪽으로 당기거나 뒤쪽으로 밀었을 때 스페이서(380)가 빠질 수 있게 포크끝단(307)을 앞 뒤로 트여있게 만들었다. 스페이서룸(382) 안쪽에 와이어고리(382)를 달았고, 스페이서(380)에도 와이어고리(381)를 달고 그 사이를 와이어(366)로 연결해 놓았다. 이렇게 스페이서(380)와 스페이서룸(382)을 와이어(366)로 연결해 놓은 것은 스페이서(380)를 밀어냈을 때 분실을 막기 위함이다. 스페이서(380)와 맞닿는 부위(377)들은 두툼하게 면을 만들어 압축력이 분산되게 하였다.

앞바퀴축홀더(306) 안쪽에 판스프링(373)으로 받쳐져서 유동되는 체결핀(371)을 체결핀고정쇠(372)로써 고정시켰고 체결 효과를 확실히 유지하기 위하여 도 5의 (5),(6)과 같이 쌍으로 설치하였다. 포크끝단(307)과 앞퀴축홀더(306) 사이에 스페이서(380)를 끼운 상태에서 조임캡(360)을 조이면, 조임캡(360)의 고정홀(361)과 체결핀(371)이 일치하는 지점에서 체결핀(371)이 솟아나와 포크끝단(307)과 앞퀴축홀더(306)의 체결을 완성하게 된다.

체인스테이(110)에서도 바디(108)와 가까운 곳은 관절1편(303)과 관절2편(305)으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하였고 바퀴(106)와 가까운 곳은 뒷바퀴축홀더(340)와 체인스테이끝단(339)으로 분리하였다. 포크(105)에서 관절1편(303)과 관절2편(305)은 도 4와 같이 2개의 관절편 사이에 하나의 관절편이 끼워지는 모양으로 만들 수도 있고, 도 6에 예시한 것처럼 2개의 관절편이 2개의 관절편에 끼워지는 모양 외에도, 안전성과 내구성을 고려하여 관절1편(303)과 관절2편(305)을 다수의 관절편으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하는 것이 가능하다.

체인스테이(110)를 도 6의 (2)와 같이 체인스테이끝단(339)과 뒷바퀴축홀더(340)로 절단하고, 체인스테이끝단(339)과 뒷바퀴축홀더(340)의 외경에 나사(362, 363)를 설치하였다. 이 외경에 설치한 나사(362, 363)에 맞는 내경 나사를 가지는 조임캡(360)을 만들었다. 조임캡(360)에는, 컵의 벽과 밑바닥이 만나는 모서리의 일부를 남긴 형태로 빠짐방지턱(361)을 구비하였고, 마주보는 두 개의 고정홀(370)을 뚫었다. 체인스테이끝단(339) 쪽에서 조임캡(360)을 도 6의 (4)와 같이 체인스테이(110)에 끼워넣은 상태에서 빠짐방지링(364)을 볼트(365)로 고정하였다. 이렇게 하여 조임캡(360)이 체인스테이(110)에서 빠져나가지 않게 하였다. 체인스테이끝단(339)과 뒷바퀴축홀더(340) 사이에 도 6의 (3) 380과 같은 모양으로 스페이서(380)를 만들었고, 체인스테이끝단(339)에는 스페이서룸(386)을 만들었다. 스페이서룸(386)은 스페이서(380)를 밀어내거나 당기면 스페이서(380)가 체인스테이끝단(339)과 뒷바퀴축홀더(340) 사이에서 빠지게 된다. 스페이서룸(386) 안쪽에 와이어고리(382)를 달고, 스페이서(380)에도 와이어고리(381)를 달아 그 사이를 와이어(366)로 연결하였다. 뒷바퀴축홀더(340) 안쪽에 판스프링(373)으로 받쳐져서 유동되는 체결핀(371)을 체결핀고정쇠(372)로써 고정시켰고 체결 효과를 확실히 유지하기 위하여 도 6의 (3)과 같이 쌍으로 설치하였다. 체인스테이끝단(339)과 뒷바퀴축홀더(340) 사이에 스페이서(380)를 끼운 상태에서 조임캡(360)을 조이면 조임캡(360)의 고정홀(370)과 체결핀(371)이 일치하는 지점에서 체결핀(371)이 솟아나와 체인스테이끝단(339)과 뒷바퀴축홀더(340)의 체결을 완성하게 된다. 시트스테이(119)를 결속하는 방법도 이와 동일하므로 그림과 설명을 생략한다.

허브(200)가 장착된 바퀴(106, 107)가 바퀴축(222, 223)으로부터 빠지지 않게 잡아주도록 바퀴이탈방지를 위한 고정턱(290)과 유동턱(261)에 더하여 클램프(338)를 바퀴축(222, 223)에 걸어서 허브(200)가 밖으로 밀려나가지 않게 하였다. 클램프(338)의 구조는 도 10에 예시된 바와 같다.

본 발명의 자전거(100)에 있어서 바퀴(106, 107)를 빼내기 위해서 맨 처음 할 일은 클램프(338)의 캠레버(337)를 들어올려서 클램프링(333)의 조임상태를 풀고 클램프(338)를 자전거의 바퀴축(222, 223)에서 빼낸다. 그리고 포크(105)와 앞바퀴축홀더(306)를 연결하고 있는 조임캡(360)의 표면에 솟아나와 있는 체결핀(371) 두 곳을 동시에 누른 상태에서 조임캡(360)을 시계반대 방향으로 힘을 가하면 포크(105)와 앞바퀴축홀더(306)를 감싸며 나사로 물고 있는 조임캡(360)이 뒤로 밀려나고 스페이서(380)가 나온다. 스페이서(380)를 자동차열쇠, 볼펜, 나무젓가락 따위로 밀면 포크(105)와 앞바퀴축홀더(306) 사이에서 빠지고, 스페이서(380)는 와이어(366)에 매달려 있게 된다. 이어서 포크(105) 상단의 캡(308)을 밀치고 포크(105)를 당기면 관절핀(304)을 축으로 하여 포크(105)의 관절2편(305)이 밖으로 꺾인다. 이렇게 해놓고, 바퀴빠짐방지 유동턱(261)의 표면에 돌출되어 있는 찌름핀(252)을 모두 누르고 유동턱(261)을 역회전시켜서, 유동턱(261)의 돌기(259)로 허브외륜돌기(205)들을 가로막고 있는 것을 해제하면 바퀴(106)를 자전거(100)에서 뽑아낼 수 있다. 뒷바퀴(107)를 뽑아내는 것은 체인스테이(110)에 더하여 시트스테이(119)를 한 번 더 꺾는 것뿐, 동작과 내용에서 포크(105)를 꺾는 것과 동일하므로 설명을 생략한다.

앞바퀴가 1개인 통상의 2륜 자전거에서 앞바퀴가 2개인 3륜 자전거로 변신을 위하여 전륜2바퀴프레임(500)을 도 13과 같이 제작하였다. 전륜2바퀴프레임(500)은 위 아래로 평행하게 상판(501)과 하판(502)을 배치하였고, 상판(501)과 하판(502)의 양쪽 끝에 세로지지대(504)를 세우고 그 사이를 4개의 조인트(503)로 연결하여 4각형 모양으로 프레임(500')을 만들었다. 프레임(500')은 각재, 판재, 봉재 등으로 단면의 모양을 달리하여 만들 수 있다. 핸들축(301)은 옆에서 보았을 때, 수직으로 세우고 위를 당긴 형태로 기울여서, 상판(501) 가운데를 뚫고 앞으로 돌출되게 만든 핸들요람케이스(310)를 통과하여 하판(502)에 고정시켰다. 핸들요람케이스(310)에는 도 13, 도 14, 도 15와 같이 핸들축(301)을 감싸고 있는 핸들겉봉(313)에 핸들겉봉(313)보다 내경이 더 큰 파이프를 잘라서 만든 핸들요람(311)을 끼우고, 파이프로 요람봉(312)을 만들어서 핸들축(301)과 핸들요람(311)이 만나는 부위는 때우고, 반대편에 베어링(342)을 끼우고 핸들요람케이스(310)에 박아서, 핸들축(301)이 좌우로 움직이거나 전륜2바퀴프레임(500)이 좌우로 움직일 때 핸들축(301)이 부드럽게 좌우로 움직일 수 있게 된다. 핸들겉봉(313)의 끝 부분은 링 모양의 핸들고정바닥조인트(314)를 땜하여 가운데에 베어링(344)을 박고, 하판(502)에도 베어링(344)를 박아서 핸들고정바닥핀(315)으로 연결하여 핸들축(301)이 프레임(500')과 일체로 좌우로 틸팅되게 하였다. 상판(501)과 하판(502) 사이에는 평형유지서스펜션(510)을 설치하여 프레임(500')이 좌우로 틸팅되어도 곧바로 수직 상태로 복원되도록 하였다. 평형유지서스펜션(510)은 복원력을 고려하여 1쌍 또는 다수의 조합으로 구성할 수 있는데, 도 13과 도 14에는 2쌍의 서스펜션 조합으로 예시하였다.

세로지지대(504) 바깥으로 원통 형상의 바퀴거치대홀더(506)를 양쪽에 하나씩 달고 여기에 ㄷ 자 모양의 바퀴거치대(508)를 도 13, 도 14와 같이 붙이고 바퀴거치대연결봉(507)을 끼워서 바퀴거치대홀더(506)와 바퀴거치대(508)를 연결하였다. 바퀴거치대(508)의 외곽 중심에 바퀴축(505)을 달고, 바퀴축(505)에는 허브(200)의 허브내륜(201)을 고정시켜서 바퀴(106. 107)를 장착하게 된다.

바퀴축(505)에 달려있는 바퀴(106, 107)는 바퀴거치대(508)가 바퀴거치대홀더(506)에 바퀴거치대연결봉(507)으로 끼워져있기 때문에 바퀴(106, 107)가 바퀴거치대연결봉(507)을 축으로 하여 방향이 틀어지는 것이 가능하게 되며, 바퀴거치대( 508)를 물고 있는 바퀴거치대홀더(506)가 프레임(500')의 세로지지대(504)에 붙어있으므로 프레임(500')이 좌우로 틸팅될 때 바퀴(106, 107)도 따라서 틸팅 동작을 수행하게 된다.

수직으로 달려있는 바퀴거치대(508) 바닥에 이어서 뒷편으로 조향편(521)을 내달았고, 조향편(521)위에 볼조인트(523)를 설치하여 조향봉(522)과 연결하였으며, 조향봉은 핸들축(301)에 고정된 조향대연결바(520)에 붙은 볼조인트(523)를 통하여 핸들축(301)과 연동된다.

핸들축(301)을 감싸고 있는 핸들겉봉(313)의 핸들고정바닥조인트(314) 윗부분을 절개하여 개구부(316)를 만들고 조향대연결바(520)를 만들어 조향대연결바(520)의 한쪽은 핸들축(301)에 고정하였고, 다른 쪽에는 볼조인트(523)를 설치하여 조향봉(522)에 연결한 것은 전술한 바와 같다. 개구부(316)는 핸들겉봉(313)을 절개한 부위로서 절개부위가 조향대연결바(520)의 유동 폭을 제한하고 있기 때문에 핸들축(301)이 과다하게 돌아가서 바퀴(106, 107)가 프레임(500')을 치고 마찰되는 것을 막아주는 역할도 수행한다. 그림에는 표현하지 않았지만 조향대연결바(520)와 핸들축(301)이 결합되는 부위에는 평판베어링을 받쳐서 핸들축(301)의 움직임을 부드럽게 하는 것이 바람직하다.

핸들(102)을 돌리면 그 동작이 핸들겉봉(313) 속에 있는 핸들축(301)을 통하여 조향대연결바(520)에 전달되고, 조향대연결바(520)와 함께 불조인트(523)로 연결된 조향봉(522)을 통하여 조향편(521)에 전달되어 최종적으로 바퀴(106, 107)를 제어하게 된다.

본 발명에서는 도 18, 도 19와 같이 2륜자전거에서 3륜자전거로 변신이 가능한데, 이렇게 변신이 가능한 것은 헤드튜브(103) 바로 밑에 핸들소켓(130)을 만들어 이곳에 포크(105)를 끼우거나 전륜2바퀴프레임(500)를 갈아끼울 수 있기 때문이다. 핸들소켓(130)은 도 11과 같이 헤드튜브(103) 바로 밑에 메인핸들축(101)을 절단하고 옆을 터서 조임홈(119)을 만든 다음 클램프(338)를 고정볼트(329)로 달아서 포크(105)나 전륜2바퀴프레임(500)의 핸들축(301)을 삽입하고, 클램프(338)로 조임으로써 장착된 부품이 떨어져나가지 않고 메인핸들축(101)과 함께 연동되게 하였다. 핸들소켓(130)에 포크(105) 또는 전륜2바퀴프레임(500)을 장착할 때 메인핸들축(101)과 핸들축(301)의 방향을 서로 일치시키기 위하여 도 11의 핸들소켓(130)에 방향홈(118)을 설치하였고, 포크(105)와 전륜2바퀴프레임(500)에는 방향홈(118)에 꼭 들어맞는 방향타(302)를 도 4, 도 12의 (1), 도 13, 도 14의 302와 같이 만들었다. 방향타(302)는 핸들소켓(130)에 포크(105) 또는 전륜2바퀴프레임(500)을 장착할 때 자전거의 하중을 견디는 역할도 담당한다.

핸들소켓(130)에 서로 다른 장치를 갈아 끼울 때에 브레이크와이어(401, 402) 체결을 쉽게 할 수 있도록 도 12의 (2)와 (3)에 예시한 것과 같이 바퀴에서 올라오는 와이어(402)는 와이어처짐방지턱(407)에 받쳐놓았고, 와이어(402) 끝 부분을 땜으로 뭉쳐서 와이어끝동(408)을 만들고 여기에 관절핀(405)으로 체결고리(403)를 끼워서, 체결고리(403)가 관절핀(405)을 축으로 회동되게 하였다. 도 12의 (3)은 우측면도로서, 체결고리(403)를 들창코(404)에서 벗겨낸 것이고, 도 12의 (2)는 체결고리(403)를 들창코(404)에 체결한 정면도이다. 들창코(404)는 헤드튜브(103) 정면에 가이드(406)와 함께 설치하였다. 브레이크와이어(401, 402)의 결속 상태에서 분리할 때는 들창코(404)에서 체결고리(403)를 도 12의 (3)과 같이 벗겨내면 된다.

본 발명의 자전거(100)는 전륜2바퀴프레임(500)에 유모차 또는 카트를 달아서 사용할 수 있다. 3륜 자전거로 사용할 때에는 방향 전환시에 자전거가 틸팅되게 하는 것이 원심력으로 넘어지는 것도 막고, 틸팅이 안될 때 보다 적은 회전반경으로 회전할 수 있는 등 안전성과 유리한 점이 많지만, 전륜2바퀴프레임(500)을 자전거에서 분리하여 독립적으로 유모차로 사용하거나 카트로 사용할 때에는 전륜2바퀴프레임(500)이 틸팅되는 것이 불편할 수도 있기 때문에 본 발명에서는 틸팅잠금쇠(530)를 만들어 틸팅을 사용하고, 안하는 것을 사용자가 상황에 따라 선택할 수 있게 하였다.

틸팅잠금쇠(530)는 도 13, 14, 도 16, 17에서와 같이 전륜2바퀴프레임(500)의 상판(501) 뒷편에 부착하며 바 모양으로서, 같은 길이의 바에 한쪽 끝에는 렌치 모양으로 동그란 코를 만들고, 다른 쪽 끝에는 깎지를 만든 다음, 바의 중간 지점에 사북(532)을 만들고 두 개의 바를 포개어 한 몸으로 움직이게 하였는데, 534의 깎지와 535의 깎지가 서로 등을 마주보는 방향으로 배치하였다. 그리고 틸팅잠금쇠(530)를 프레임(500')의 상판(501) 뒷편에 대고 X자 모양으로 활짝 펼쳤을 때 사북(532)을 가운데 두고 사잇각 네 곳이 같아지게 하여 틸팅잠금고정코(531)를 상판(501) 한쪽에 고정하고, 상판(501)의 다른 쪽에는 틸팅잠금유동코(533)를 걸 수 있도록 틸팅잠금쇠홀더(540)를 고정시켰다. 틸팅잠금쇠의 두 개의 깎지가 닿는 위치에 틸팅잠금깎지(534, 535)와 맞물리도록 깎지홀더(537, 538)를 돌출되게 설치하였다. 틸팅잠금쇠(530)를 사용하지 않을 때는 트레이 형태의 케이스(529)를 만들어 보관하는데, 틸팅을 잠글 필요가 생길 때 트레이 형태의 케이스(529)에서 틸팅잠금쇠(530)를 들어올리면 틸팅잠금고정코(531)가 일측에 고정되어 있으므로 틸팅잠금유동코(533)가 들어 올려진다. 틸팅잠금유동코(533)를 틸팅잠금홀더(540)에 걸면 틸팅잠금깎지 535는 깎지홀더 537에, 틸팅잠금깎지 534는 깎지홀더 538에 끼워짐으로써 프레임(500')에 좌우로 밀리는 힘이 작용하여도 틸팅잠금쇠(530)가 대각선으로 물려서 프레임(500')의 좌우 요동을 잡아줌으로써 틸팅을 잠그는 효과가 얻어진다.

틸팅잠금쇠홀더(540)는 도 16의 점선 안에 있는 그림과 같은 형태로서 노리쇠(541)가 스프링(542)에 항상 밀려나와 있게 만들어서 틸팅잠금유동코(533)를 체결할 때에는 노리쇠(541)를 손으로 밀어넣은 다음, 틸팅잠금유동코(533)를 노리쇠(541)와 맞추면 스프링(542)의 힘으로 노리쇠(541)가 대롱(543) 속에서 밀려나와 틸팅잠금유동코(533)와 체결되는 구조이다.

틸팅잠금쇠(530)로 틸팅 기능을 멈추게 했을 때 진동, 충격 등으로 틸팅잠금쇠(530)가 빠지지 않도록 도 17의 570과 같이 잠금고리(570)를 만들어 하판(502)에 붙였다. 잠금고리(570)는 띠 모양으로서 한쪽에 탄성소재로 늘어나는 신축부위(572)를 달고 반대편 끝에는 고리(578)를 마련하였으며, 이 고리(578)와 맞닿는 하판(502) 부위에 고리걸이(575)를 만들었다. 잠금고리(570) 안쪽면 가운데에는 틸팅잠금깎지(534, 535)의 등을 받쳐주어 틸팅잠금깎지(534, 535)가 깎지홀더(537, 538)에서 빠지는 것을 막아주는 깎지등받이(576)를 달았다. 그리고 신축부위(572) 끝에 힌지(573)를 붙여서 프레임(500') 하판(502) 뒷편에 부착하였다. 잠금고리(570) 표면에 냄비꼭지 모양의 손잡이(577)를 돌출시켜 만들었는데, 이 손잡이(577)를 당겨서 잠금고리(570)의 고리(578)를 고리걸이(575)에 걸면 깎지등받이(576)가 깎지홀더(534, 535)의 등을 받쳐주는 것과 동시에 틸팅잠금쇠(530)가 깎지홀더(534, 535)에서 벗겨지는 것도 차단하여 틸팅잠금쇠(530)의 틸팅잠금 기능을 효과적으로 유지시킨다.

삼륜자전거로 사용할 때는 도 19와 같이 어린이용 자전거 시트(550) 또는 바구니를 전륜2바퀴프레임(500)에 달아서 삼륜자전거와 함께 사용할 수 있다. 바구니는 도면 생략하였는데 마트에서 흔히 쓰는 카트의 윗부분으로 생각하면 됨.

삼륜자전거에서 어린이용 자전거 시트(550) 또는 바구니를 단 채로 전륜2바퀴프레임(500)을 핸들소켓(130)에서 분리하고, 수납되는 보조바퀴(551)을 펴고, 틸팅잠금쇠(530)를 잠그면 자전거(100)와 독립적으로 유모차, 카트 등으로 활용이 되는 것이다.

본 발명에서는 바퀴(106, 107)를 자전거(100)와 분리하는 것이 가능하므로 분리한 바퀴(106, 107)를 이용하여 외륜자전거, 인라인자전거(800)로도 변신시켜 사용하는 것이 가능하다.

자전거(100) 본체에서 분리한 바퀴를 외륜자전거로 사용하기 위해서 허브내륜(201)이 장치되어 있는 외륜페달(610)을 도 20과 같이 따로 제작하였다. 외륜페달축(612)에 결합되는 외륜크랭크암(611)은 크랭크암고정핀(620)으로 결합된다. 외륜크랭크암에 V핀홈(621)을 만들어서 탄성체로 만든 V핀(622)으로 크랭크암고정핀(620) 머리를 눌러둠으로써 진동, 충격 따위로 크랭크암고정핀(620)이 빠져나가지 않게 하였다. 외륜크랭크암(611)은 양쪽 다 똑같이 분리되도록 만들었다. 외륜자전거에서는 외륜크랭크암(611)이 클램프(338) 역할까지 담당하므로 클램프를 따로 붙이지 않아도 된다. 외륜페달(610)에서 외륜크랭크암(611)을 분리할 때는 먼저 V핀(622)을 빼내고, 이어서 크랭크암고정핀(620)을 뽑은 다음 외륜페달축(612)에서 외륜크랭크암(611)을 분리하면 된다.

외륜페달(610)에서 외륜크랭크암(611)을 분리한 상태에서 바퀴(106)를 허브내륜(201)에 맞추어 끼우고, 포크(105)를 달고, 외륜크랭크암(611)을 외륜페달축(612)에 크랭크암고정핀(620)으로 결합한 다음 V핀(622)으로 크랭크암고정핀(620) 머리를 눌러서 고정한다. 그런 다음 도 21의 외륜소켓(600)에 바퀴(106)와 포크(105)와 외륜페달(610)을 장착한 포크(105)의 핸들축(301)을 꽂아서 외륜소켓(600)에 구비된 클램프(338)로 조여서 고정시킨다. 마지막으로 외륜소켓(600) 위쪽에 시트(109)를 꽂고 클램프(338)로 조여서 고정하면 외륜자전거가 완성된다.

인라인자전거(800)는 자전거(100)에서 바퀴(106, 107)만 떼어서 인라인자전거용 프레임(801)에 바퀴(106, 107)를 장착하고 다리에 착용하여 탈 수 있는 것인데 이에 대하여 도 22, 23, 24, 25에 예시해놓았다.

인라인자전거(800)를 구성하기 위하여 파이프 형상의 봉을 마련하여 가운데를 자르고 도 24의 830과 같은 모양의 버팀대소켓(830)의 위 아래에 있는 소켓귀(831)에 봉을 끼워서 체결볼트(833)로 고정하여 버팀대(818)를 만들었다. 버팀대소켓(830) 가운데의 축홀(832)에는 베어링(820)을 박고 앞 뒤로 베어링캡(821)으로 마감하고, 이 베어링(820)에 바퀴축(808)을 박았다. 바퀴축(808)에 허브내륜(201)의 바퀴빠짐방지 고정턱(290)이 바퀴(106, 107)와 버팀대(818) 사이에 존재하도록 설치하고, 고정턱(290)에는 디스크브레이크의 디스크(809)를 달았다. 디스크(809)와 버팀대(818) 사이에는 스페이서(815)를 넣어 간격을 유지하였다. 버팀대(818)를 관통하는 바퀴축(808)에 발판지지대(805)가 앞뒤로 추처럼 움직일 수 있게 달았는데, 이 발판지지대(805)의 아래쪽 끝에 발받침(806)을 설치하고 발받침속대(804)를 수평 방향으로 발받침(806) 속에 끼워서 발판지지대(805)에 연결하여 탑승자의 체중을 버틸 수 있도록 하였다. 다리보호대(802)는 방패 모양으로 만들었고, 버팀대(818)에 끼운 방패홀더(803)로 고정하였다. 다리보호대(802)의 가장자리에 클립홀더(795)를 위 아래에 설치하고, 여기에 클립띠(798)를 걸어서 탑승자의 다리(900)와 인라인자전거(800)를 고정할 수 있게 클립(799)을 달았다.

인라인자전거(800)에 디스크브레이크(807)를 장착하였는데, 디스크브레이크(807)의 디스크(809)는 허브내륜(201)의 바퀴이탈방지 고정턱(290)에 설치하고, 브레이크홀더(812)는 버팀대(818)에 설치하였다. 브레이크레버(810)는 버팀대(818)의 꼭대기에 달았고 브레이크레버(810)를 편하게 작동시킬 수 있도록 보조손잡이(813)를 브레이크레버(810) 밑에 만들었다. 브레이크의 잠금 상태를 지속시킬 필요가 있을 경우에는 브레이크레버(810) 아래쪽 보조손잡이(813)에 포개져 있는 잠금링(817)을 들어올려서, 잠금링(817)의 테두리에 형성한 잠금홈(850)이 브레이크레버홀더(816)를 감싸잡게 하였고, 잠금링(817)의 잠금홈(850) 아래쪽에 스프링으로 받쳐지는 볼핀(851)을 장치하여 잠금링(817)이 끌어올려졌을 때에만 볼핀(851)이 튀어나오게 하여 잠금링(817)의 잠금 기능이 확실히 유지되게 하였다. 잠금링(817)의 역할은 브레이크레버홀더(816)에 연결된 브레이크레버(810)가 기울어지면서 브레이크와이어(811)가 제자리로 돌아가는 것을 막고, 멈추어 있게 함으로써 인라인자전거(800)의 브레이크 잠금 상태를 유지하는 것이다.

브레이크까지 준비된 인라인자전거프레임(801)에 허브외륜(202)이 장착된 바퀴(106, 107)를 허브내륜(201)에 맞추어 바퀴이탈방지 고정턱(290)에 닿도록 끼우고, 허브내륜(201)의 표면에 장치된 유동턱(261)을 시계방향으로 돌리면, 바퀴이탈방지 유동턱(261)이 허브외륜돌기(206)를 스크린처럼 가로막고 찌름핀(252)이 핀결합홀(256)에 체결되어 바퀴(106, 107)가 장착된다. 그리고 인라인자전거바퀴축(808)에 스페이서(815)를 끼우고 마지막으로 클램프(338)를 채우면 인라인자전거(800)가 완성된다. 당연히 인라인자전거(800)는 한쪽 발에 하나씩 차야 하므로 한 쌍으로 제작한다.

100 : 자전거 105 : 포크
200 : 허브
201 : 허브내륜 202 : 허브외륜
261 : 바퀴이탈방지 유동턱 290 : 바퀴이탈방지 고정턱
303 : 관절1편 305 : 관절2편
311 : 핸들요람 312 : 요람봉
360 : 조임캡
530 : 틸팅잠금쇠
800 : 인라인자전거
802 : 다리보호방패 805 : 발판지지대

Claims (6)

1. 자전거 바퀴의 중심축(222, 223) 외곽에 다수의 돌기 모양과 홈 모양으로 쌍을 이루어 합체, 분리 가능한 허브내륜(201)과 허브외륜(202)으로 구성되는 허브(200)를 가지며, 자전거에서 바퀴를 분리하면 허브(200)의 내륜(201)은 자전거(100)에 붙어있고, 허브(200)의 외륜(202)은 바퀴에 붙어서 자전거와 분리되며;
   허브(200)에는 바퀴이탈방지 고정턱(290)과 바퀴이탈방지 유동턱(261)으로 바퀴이탈방지장치가 구비되어 있고, 바퀴이탈방지 고정턱(290)은 허브(200) 뒷편에 고정되어 바퀴이탈을 막고, 바퀴이탈방지 유동턱(261)은 고정볼트(255)로 허브내륜(201)에 유동되게 체결되어, 고정볼트가이드홈(257)을 따라 가이드되어 호운동을 하는데, 찌름핀(252)으로 허브내륜(201)과 정위치에서 체결 고정되며, 바퀴이탈방지 유동턱(261)의 돌기로 외륜돌기(205)를 스크린처럼 막아서 바퀴이탈을 방지하며;
   포크(105)는 2곳을 절단하여 자전거 바디(108)와 가까운 곳은 관절1편(303)과 관절2편(305)으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하고, 미관을 위해 관절 부위를 캡(308)으로 포장하며, 포크끝단(307)과 앞바퀴축홀더(306)는 스페이서(380)를 내장하여 조임캡(360)으로 체결하고, 체인스테이(110)는 2곳을 절단하여 바디(108)와 가까운 곳은 관절1편(303)과 관절2편(305)으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하고, 관절 부위는 미관을 위해 캡(308)으로 포장하며, 바퀴(107)와 가까운 곳은 스페이서(380)를 내장하여 조임캡(360)으로 체결하며, 시트스테이(119)는 바디(108)와 가까운 곳 한 곳만 절단하여 관절1편(303)과 관절2편(305)으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하여 자전거(100)에서 바퀴(107)를 분리할 수 있고;
   자전거 헤드튜브(103) 아래 핸들소켓(130)에 포크(105)를 끼우거나 전륜2바퀴프레임(500)을 끼울 수 있어서 2륜자전거와 3륜자전거로 사용할 수 있으며;
   삼륜자전거에서 어린이용 자전거 시트(550) 또는 바구니를 단 채로 전륜2바퀴프레임(500)을 핸들소켓(130)에서 분리하고, 수납되는 보조바퀴(551)을 펴고, 틸팅잠금쇠(530)를 잠그면 자전거(100)와 독립적으로 유모차, 카트 등으로 활용이 되며;
   자전거에서 분리한 바퀴를 이용하여 외륜자전거와 인라인자전거(800)로도 사용이 가능한 다기능 자전거.
2. 청구항 1에 있어서 자전거 바퀴의 중심축 외곽에 다수의 돌기 모양과 홈 모양으로 쌍을 이루어 합체, 분리 가능한 허브내륜(201)과 허브외륜(202)으로 구성되는 허브(200)를 가지며, 자전거에서 바퀴를 분리하면 허브(200)의 내륜(201)은 자전거(100)에 붙어있고, 허브(200)의 외륜(202)은 바퀴에 붙어서 자전거와 분리되는 다기능 자전거.
3. 청구항 1에 있어서 포크와 체인스테이, 2 곳을 절단하고 바디(108)와 가까운 곳은 관절1편(303)과 관절2편(305)으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하고, 바퀴(107)와 가까운 곳은 스페이서(380)를 내장하여 조임캡(360)으로 체결하며, 시트스테이(119)는 바디(108)와 가까운 곳 한 곳만 절단하여 관절1편(303)과 관절2편(305)으로 만들어 관절핀(304)으로 연결하고, 바퀴(107)와 가까운 곳은 스페이서(380)를 내장하여 조임캡(360)으로 체결하는 다기능 자전거.
4. 청구항 1에 있어서 자전거 헤드튜브(103) 아래 핸들소켓(130)에 포크(105)를 끼우거나 전륜2바퀴프레임(500)을 끼울 수 있어서 2륜자전거와 3륜자전거로 사용할 수 있으며 삼륜자전거에서 어린이용 자전거 시트(550) 또는 바구니를 단 채로 전륜2바퀴프레임(500)을 핸들소켓(130)에서 분리하고, 수납되는 보조바퀴(551)을 펴고, 틸팅잠금쇠(530)를 잠그면 자전거(100)와 독립적으로 유모차, 카트 등으로 활용이 되는 다기능 자전거.
5. 청구항 4에 있어서 틸팅잠금쇠(530)를 가지는 다기능 자전거.
6. 청구항 1에 있어서 자전거에서 분리한 바퀴를 이용하여 외륜자전거와 인라인자전거(800)로도 사용이 가능한 다기능 자전거.
   

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