KR20150019940A - 자전거용 프레임 유닛 및 그 제작방법 - Google Patents

자전거용 프레임 유닛 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

자전거용 프레임 유닛이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛은 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이를 포함하는 자전거용 프레임 유닛에 있어서, 상기 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이 각각을 좌,우 양측으로 분리하여 일체로 성형되는 좌,우측 프레임체를 형성하고, 상기 좌,우측 프레임체의 상호 가장자리를 따라 접합되며, 상기 시트 튜브에는 단계별 프레스 성형을 통하여 파이프 형태로 성형되는 시트 파이프가 삽입되어 접합된다.

Description

자전거용 프레임 유닛 및 그 제작방법{FRAME UNIT OF BICYCLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 자전거용 프레임 유닛 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이를 포함하는 자전거용 프레임 유닛 및 그 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로 자전거용 프레임 유닛은 전체적인 자전거의 골격을 이루는 구성품으로, 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이 등의 구성품을 상호 접합하여 제작된다.
이러한 자전거용 프레임 유닛은 디자인의 차별성 및 안전을 위한 강성을 확보하는 것이 핵심 사안이며, 이를 위해, 각 제조사들은 기술, 공법, 소재 등의 개발에 따른 연구를 활발하게 진행하고 있다.
최근에는 디자인의 차별성과 안전을 위한 강성을 확보하고자 일반적으로 사용되던 하이텐강(high tensile steel) 소재에서 벗어나, 알루미늄, 크로몰리(chromium-molybdenum steel), 카본(carbon), 및 티타늄(titanium) 등의 소재를 사용하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자전거용 프레임 유닛의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 자전거용 프레임 유닛(100)은 헤드 튜브(101), 시트 튜브(103), 상부 프레임(105), 하부 프레임(107)과 양측으로 배치되는 상,하부 스태이(109,111)로 구성된다.
즉, 헤드 튜브(101)에는 조향 핸들이 연결되는 조향 샤프트(미도시)가 설치되고, 상기 시트 튜브(103)에는 시트와 연결된 시트 파이프(미도시)가 설치된다.
상기 상,하부프레임(105,107)은 헤드 튜브(101)와 시트 튜브(103)를 전후로 연결하여 지지한다.
상기 양측 상,하부 스태이(109,111)는 후단이 상호 연결되어 뒷바퀴가 장착되도록 회전체 포크(113)를 형성하고, 각 전단은 상기 시트 튜브(103)와 연결된다.
이때, 상기 양측 하부 스태이(111)의 전단은 상기 시트 튜브(103)의 하단에 구성되는 페달 조립체(115)에 연결된다.
한편, 상기한 자전거용 프레임 유닛(100)은 상부 프레임(105)과 하부 프레임(107)을 모두 구비하는 경우가 대부분이지만, 경우에 따라 헤드 튜브(101)와 시트 튜브(103) 사이에 한 개의 프레임, 즉 상부 프레임(105)만을 적용하는 경우도 있다.
그러나 이러한 구성을 갖는 종래의 자전거용 프레임(100)에 의하면, 헤드 튜브(101), 시트 튜브(103), 상부 프레임(105), 하부 프레임(107), 및 상,하부 스태이(109,111)가 용접공정을 통해 상호 접합되는데, 상기의 접합부는 용접열로 인한 잔류응력이 분포되며, 더욱이 주행 중, 충격 하중이 직접적으로 작용하여 접합부 주변에서 크랙이 발생하거나 파손되는 등, 안전에 심각한 문제를 갖고 있다.
특히, 상기 시트 튜브(103)는 상,하부 프레임부(105,107)에 접합 시, 상호간의 두께 차이에 따라 별도의 예열과정을 거친 후, 용접 작업이 진행됨에 따라 예열과정을 제대로 거치지 못하면 용접불량의 원인이 되는 단점도 있다.
또한, 상기한 접합부의 용접은 수작업으로 진행되는 것으로 작업자의 숙련도나 작업환경 등에 따라 용접품질이 상이하여 불량률이 높고, 이로 인해, 과다한 작업시간의 소요 및 생산성이 저하되는 단점도 있다.
본 발명의 실시 예는 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이를 각각 좌,우측 프레임체로 나누어 일체로 성형하고, 좌,우측 프레임체의 각 가장자리를 따라 상호 접합함으로써, 각 구성품들을 직접적으로 연결하는 접합부를 배제하여 강성 및 디자인을 향상시키는 자전거용 프레임 유닛 및 그 제작방법을 제공하고자 한다.
또한, 시트 튜브에 단계별 프레스 성형을 통하여 파이프 형태로 제작되는 별도의 시트 파이프가 설치되는 자전거용 프레임 유닛 및 그 제작방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이를 포함하는 자전거용 프레임 유닛에 있어서, 상기 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이 각각을 좌,우 양측으로 분리하여 일체로 성형되는 좌,우측 프레임체를 형성하고, 상기 좌,우측 프레임체의 상호 가장자리를 따라 접합되며, 상기 시트 튜브에는 단계별 프레스 성형을 통하여 파이프 형태로 성형되는 시트 파이프가 삽입되어 접합되는 자전거용 프레임 유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 시트 파이프는 상단부에 외주면을 따라 돌출되어 시트 클램퍼가 장착되는 단차부; 외주면 일측에 외측으로 돌출되어 상기 시트 튜브에 접합되는 용접좌면을 형성하는 좌면부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 시트 파이프는 상기 시트 튜브의 두께와 동일한 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 접합은 용접에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 조향 샤프트가 설치되는 헤드 튜브와, 시트 파이프가 설치되는 시트 튜브와, 상기 헤드 튜브와 상기 시트 튜브를 일체로 연결하며, 자전거의 몸체를 이루는 프레임, 및 상기 프레임의 후방에 형성되는 양측 스태이를 포함하는 자전거용 프레임 유닛의 제작방법에 있어서, 상기 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이를 각각 좌우 양측으로 분리하여 일체화 트림 후, 상호 대칭되는 좌,우측 프레임체로 프레스 성형하고, 상기 좌,우측 프레임체를 맞대어 상호 가장자리를 따라 접합하되, 상기 시트 튜브에는 단계별 프레스 가공을 통하여 파이프의 형태로 성형된 시트 파이프를 삽입한 후, 접합하여 이루어지는 자전거용 프레임 유닛의 제작방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 시트 파이프는 상단부에 외주면을 따라 돌출되어 시트 클램퍼가 장착되는 단차부를 두고, 외주면 일측에 외측으로 돌출되어 상기 시트 튜브에 접합되는 용접좌면을 이루는 좌면부를 형성하여 상기 좌면부와 상기 시트 튜브 둘레를 용접할 수 있다.
또한, 상기 시트 파이프는 상기 시트 튜브의 두께와 동일한 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이가 좌,우측 프레임으로 구분되어 프레스 성형을 통해 일체로 성형됨에 따라, 각 구성품들 간에 형성되던 용접 등의 접합부를 배제할 수 있다.
이에 따라 노면으로부터 전달되는 충격하중 및 자체 피로하중에 대한 헤드 튜브와 프레임 사이의 강성 및 내구성을 견고하게 유지하여 크랙 등의 파손 현상을 방지하고, 안전성을 확보할 할 수 있다.
또한, 좌,우측 프레임체의 접합 시, 가장자리를 따라서 용접을 진행함으로 용접공정의 자동화가 가능하고, 이로 인해 작업시간을 단축할 수 있으며, 용접품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 시트 튜브에 동일한 두께로 형성되는 시트 파이프가 설치됨에 따라 상호 용접으로 접합 시, 별도의 예열공정 없이 바로 접합시켜 용접품질 향상과 작업시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 시트 튜브가 단계별 프레스 성형을 통하여 생산됨에 따라 생산성이 향상된다.
도 1은 종래 기술에 따른 자전거용 프레임 유닛의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛이 적용된 자전거의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시트 파이프의 구성을 보이는 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시트 파이프의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
또한, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛이 적용된 자전거의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛(1)은 헤드 튜브(3), 시트 튜브(5), 프레임(7), 페달 조립체(9), 및 양측 스태이(11)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 헤드 튜브(3)에는 핸들(13)이 장착된 조향 샤프트(15)가 설치되고, 상기 조향 샤프트(15)의 하측에 구성된 포크(17)를 통하여 앞바퀴(19)가 설치된다.
상기 시트 튜브(5)에는 시트 파이프(21)를 통하여 시트(23)가 설치된다.
상기 프레임(7)은 상기 헤드 튜브(3)와 상기 시트 튜브(5)를 상측 연장프레임(25)을 통하여 일체로 연결하고, 상기 페달 조립체(9)를 하측 연장프레임(27)을 통하여 일체로 연결하면서 자전거(29)의 몸체를 이룬다.
상기 양측 스태이(11)는 양측 상부 스태이(31)와 양측 하부 스태이(33)로 구분되어 상기 프레임(7)의 후방에서 뒷바퀴(35)가 설치된다.
즉, 상기 양측 상부 스태이(31)와 양측 하부 스태이(33)는 후단이 상호 연결되어 뒷바퀴(35)가 장착되는 회전체 포크(37)를 형성하고, 각 전단은 상기 시트 튜브(5)와 연결된다.
이때, 상기 양측 하부 스태이(33)의 전단은 상기 시트 튜브(5)의 하측에 구성되는 상기 페달 조립체(9)에 연결된다.
상기 페달 조립체(9)는 상기 프레임(7)과 양측 하부 스태이(33) 사이에서 하측으로 돌출되게 형성될 수 있으며, 상기 뒷바퀴(35)와 체인(39)을 통하여 연결되는 페달(9a)이 설치된다.
여기서, 상기 헤드 튜브(3), 시트 튜브(5), 프레임(7), 페달 조립체(9), 및 양측 스태이(11)는 각각이 좌우 양측으로 분리되어 일체로 성형되는 좌측 프레임체(41)와 우측 프레임(43)체로 형성된다.
그리고 상기 좌,우측 프레임체(41,43)는 가장자리를 따라 접합되어 자전거용 프레임 유닛(1)의 전체적인 구성을 이룬다.
이러한 좌,우측 프레임체(41,43)의 접합은 용접에 의해 상호 접합되고, 이때, 용접은 아크 용접 등에 의해 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시트 파이프의 구성을 보이는 측단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시트 파이프의 사시도이다.
한편, 도 5와 도 6을 참조하면, 상기 시트 튜브(5)에 설치되는 상기 시트 파이프(21)는 단계별 프레스 성형을 통해 파이프 형태로 성형되고, 상단부와 중앙부에 각각 형성되는 단차부(45)와 좌면부(47)를 갖는다.
상기 단차부(45)는 시트 튜브(5)의 상단부에 외주면을 따라 외측으로 돌출되고, 외측에는 시트(23)가 설치된 시트 포스트(49)를 고정시키는 시트 클램퍼(51)가 장착된다.
상기 좌면부(47)는 시트 튜브(5)의 외주면 중앙부에서 외측으로 돌출되어 상기 시트 튜브(5)에 접합되는 용접좌면(53)을 형성한다.
이때, 상기 시트 파이프(21)는 상기 시트 튜브(5)의 두께와 동일 또는 유사한 두께로 형성된다.
그리고 상기 시트 파이프(21)는 상기 시트 포스트(49)가 끼워지는 내경을 기존 부품들과의 호환성을 감안하여 치수를 정한다.
이때, 상기 시트 파이프(21)의 내경과 시트 포스트(49)의 외경 사이에는 치수차이에 의한 갭이 발생되며, 이러한 갭에 의해 시트 포스트(49)가 유동되는 것은 상기 시트 클램퍼(51)가 규제한다.
이를 통하여 상기 시트 파이프(21)는 일정부분 일반적으로 사용되던 시트 포스트(49)들과의 호환이 가능하다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임(1)에 의하면, 헤드 튜브(3), 시트 튜브(5), 프레임(7), 및 양측 스태이(11)가 접합부 없이 일체로 성형됨에 따라, 종래 접합부의 용접열에 의한 잔류응력을 없애며, 이로 인한 접합강성 저하요인을 배제할 수 있다.
또한, 상기 접합부에 발생되던 크랙과 파손에 따른 안전사고를 줄이며, 특히, 노면으로부터 전달되는 충격하중 및 자체 피로하중에 대한 헤드 튜브(3)와 프레임(7) 사이의 강성 및 내구성을 견고하게 유지시킨다.
그리고 자전거용 프레임 유닛(1)을 이루는 전체 구성이 좌,우측으로 나누어지기는 하나, 좌,우측 프레임체(41,43)는 일체로 성형됨에 따라 전체적인 자전거용 프레임 유닛(1)의 외관을 미려하게 한다.
또한, 좌,우측 프레임체(41,43)의 접합 시, 발생되는 용접비드가 표면으로 직접 노출되지 않아 자전거용 프레임 유닛(1)의 전체 외관디자인에 대한 영향이 최소화된다.
또한, 상기 좌,우측 프레임체(41,43)의 접합 시, 가장자리를 따라서 용접작업을 수행함에 따라 용접공정의 자동화가 가능하고, 이로 인해 작업시간을 단축할 수 있으며, 용접품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 시트 파이프(21)는 시트 튜브(5)의 두께와 동일한 두께로 형성됨에 따라 별도의 예열공정 없이 바로 시트 튜브(5)에 접합시켜 용접품질의 향상과 작업시간이 단축된다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 자전거용 프레임 유닛(1)의 제작방법을 상기한 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 상기 헤드 튜브(3), 시트 튜브(5), 프레임(7), 페달 조립체(9), 및 양측 스태이(11)를 각각 좌,우 양측으로 분리하여 일체로 트림 성형한 후, 도 4와 같이, 상호 대칭되는 좌,우측 프레임체(41,43)로 각각 프레스 성형한다.
이후, 상기 프레스에 의해 성형된 좌,우측 프레임체(41,43)는 상호 가장자리를 따라 용접으로 접합하여 도 3과 같이 자전거용 프레임 유닛(1)으로 제작된다.
그리고 상기 시트 튜브(5)에는 도 5와 같이 단계별 프레스 가공을 통하여 파이프의 형태로 성형된 시트 파이프(21)를 삽입한 후, 접합한다.
이때, 상기 시트 파이프(6)는 상단부에 외주면을 따라 돌출되어 시트 클램퍼(51)가 장착되는 단차부(45)를 두고, 외주면 일측에 외측으로 돌출되어 상기 시트 튜브(5)에 접합되는 용접좌면(53)을 이루는 좌면부(47)를 형성하여 상기 좌면부(47)와 상기 시트 튜브(5) 둘레를 용접하여 접합한다.
이러한 시트 파이프(21)는 단계별 프레스 가공에 의해 제작될 수 있다.
즉, 평평한 시트를 일련의 프레스 성형공정을 통해 파이프 형태로 성형하고, 이러한 일련의 공정들 사이에 상기 단차부(45)와 좌면부(47)를 성형하기 위한 형상포밍 공정을 추가하여 성형한다.
최종 단계에서 도 6과 같이 마주하는 양 측면을 상호 돌기(55)와 홈(57)으로 결합시켜 마무리하고, 이러한 돌기(55)와 홈(57)은 평평한 시트 상태에서 양 측면을 가공한 후, 일련의 프레스 성형 공정을 거쳐 최종단계에서 결합된다.
이때, 프레스 성형되는 상기 시트는 시트 튜브(5)의 두께와 동일하거나 유사한 두께를 갖는다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 자전거용 프레임 유닛 3: 헤드 튜브
5: 시트 튜브 7: 프레임
9: 페달 조립체 11: 양측 스태이
13: 핸들 15: 조향 샤프트
17: 포크 19: 앞바퀴
21: 시트 파이프 23: 시트
25: 상측 연장프레임 27: 하측 연장프레임
29: 자전거 31: 양측 상부 스태이
33: 양측 하부 스태이 35: 뒷바퀴
37: 회전체 포크 39: 체인
41: 좌측 프레임체 43: 우측 프레임체
45: 단차부 47: 좌면부
49: 시트 포스트 51: 시트 클램퍼
53: 용접좌면 55: 돌기
57: 홈

Claims (7)

  1. 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이를 포함하는 자전거용 프레임 유닛에 있어서,
    상기 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이 각각을 좌,우 양측으로 분리하여 일체로 성형되는 좌,우측 프레임체를 형성하고, 상기 좌,우측 프레임체의 상호 가장자리를 따라 접합되며,
    상기 시트 튜브에는 단계별 프레스 성형을 통하여 파이프 형태로 성형되는 시트 파이프가 삽입되어 접합되는 자전거용 프레임 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시트 파이프는
    상단부에 외주면을 따라 돌출되어 시트 클램퍼가 장착되는 단차부;
    외주면 일측에 외측으로 돌출되어 상기 시트 튜브에 접합되는 용접좌면을 형성하는 좌면부;
    를 형성하는 자전거용 프레임 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시트 파이프는
    상기 시트 튜브의 두께와 동일한 두께로 형성되는 자전거용 프레임 유닛.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접합은
    용접에 의해 이루어지는 자전거용 프레임.
  5. 조향 샤프트가 설치되는 헤드 튜브와, 시트 파이프가 설치되는 시트 튜브와, 상기 헤드 튜브와 상기 시트 튜브를 일체로 연결하며, 자전거의 몸체를 이루는 프레임, 및 상기 프레임의 후방에 형성되는 양측 스태이를 포함하는 자전거용 프레임 유닛의 제작방법에 있어서,
    상기 헤드 튜브, 시트 튜브, 프레임, 및 양측 스태이를 각각 좌우 양측으로 분리하여 일체화 트림 후, 상호 대칭되는 좌,우측 프레임체로 프레스 성형하고, 상기 좌,우측 프레임체를 맞대어 상호 가장자리를 따라 접합하되,
    상기 시트 튜브에는 단계별 프레스 가공을 통하여 파이프의 형태로 성형된 시트 파이프를 삽입한 후, 접합하여 이루어지는 자전거용 프레임 유닛의 제작방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시트 파이프는
    상단부에 외주면을 따라 돌출되어 시트 클램퍼가 장착되는 단차부를 두고, 외주면 일측에 외측으로 돌출되어 상기 시트 튜브에 접합되는 용접좌면을 이루는 좌면부를 형성하여 상기 좌면부와 상기 시트 튜브 둘레를 용접하는 자전거용 프레임 유닛의 제작방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 시트 파이프는
    상기 시트 튜브의 두께와 동일한 두께로 형성되는 자전거용 프레임 유닛의 제작방법.
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