KR20150041735A - 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거는 전륜과 후륜을 각각 지지하는 제1포크바 및 제2포크바와, 상기 제1포크바에 설치되어 전륜을 조향하는 조향축과, 상기 조향축과 제2포크바를 연결한 프레임으로 이루어진 자전거에 있어서, 전륜과 후륜의 중심을 잇는 수평선을 이등분한 가상의 수직등분선 상의 한 점을 지나는 위치에 피벗축을 설치하여 상기 프레임에서 구분된 제1프레임과 제2프레임이 상기 피벗축을 통해 힌지 연결하여 회전에 의해 전륜과 후륜이 접철되도록 하되, 상기 피벗축은 중심에 가상으로 설정된 극좌표계에서 다중 경사각을 갖도록 하며, 상기 경사각은 종축 방향으로 기울어진 방위각(Φ)과, 극축 방향에서 상기 방위각(Φ) 방향으로 기울어진 편각(θ)으로 이루어져 상기 자전거를 접이 시킬 때 제1프레임과 제2프레임을 접철시키면 상기 방위각(Φ)을 통해 전륜과 후륜의 접철각도(A)가 결정되고, 상기 편각(θ)을 통해 전륜과 후륜이 접철된 후 사이 간격인 정렬간격(D)이 결정되도록 이루어진다.

Description

바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거{Aligned parallel to the wheel folding bicycle}

본 발명은 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자전거를 접철시 전륜과 후륜이 비스듬하지 않고 평행하게 나란히 정렬되도록 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거에 관한 것이다.

최근 환경문제와 더불어 웰빙에 대한 욕구가 증가되면서 오염물질을 전혀 배출하지 않는 자전거를 이용하여 교통수단과 함께 건강을 증진시키고자하는 움직임이 확산되고 있다.

이에 따라 자전거 전용도로 등의 기반시설에 대한 투자도 점차 늘고 있는 추세이다.

한편, 급격한 도시화 및 인구집중으로 인하여 주거형태가 아파트와 같은 집단주거형태로 변화하면서 협소한 주거공간으로 인하여 자전거의 보관이 점차 어려워지고, 녹지가 점진적으로 줄어들면서 야외 취미활동을 위해서는 자전거를 멀리 운반해야 되는 실정이다.

급격한 도시화에 따른 좁은 주거공간은 접이식 자전거의 필요성의 원인이 되고 있다. 동시에 여가생활이 증가함에 따라 자동차에 자전거를 탑재하고자 하는 니즈가 커진 점도 접이식 자전거의 수요증가의 원인이다.

접이식 자전거는 접이동작이 비교적 간편해야 사용자들이 쉽고 빠르게 접어서 휴대하거나 차에 실을 수 있다. 메인프레임의 중간에 피벗을 한 개만 적용한 단일피벗 접이식 자전거가 접이동작이 간편한 것으로 알려져 있다.

그런데, 단일 피벗형 접이식 자전거는 피벗축의 방향에 따라 두 가지 유형이 있다. 하나는 수직축(vertical axis pivot) 피벗을 갖는 것이고 다른 하나는 횡축피벗(lateral axis pivot)을 갖는 것이다.

도 1과 같이, 자전거 시장에서는 수직축 피벗을 갖는 단일 피벗 접이식 자전거가 주로 판매되고 있다. 저가형 중국산 자전거뿐만 아니라 중고가형 자전거에 까지 이 같은 접이원리를 채택하고 있다.

반면, 횡축 피벗을 갖는 단일피벗 접이식 자전거는 프레임 가운데를 들어 올리면 전륜과 후륜이 자연스럽게 모아지며 접히기 때문에 수직축피벗 형 접이방법보다 편리한 접이방법임에도 불구하고 실제적으로 제품에 적용된 사례는 많지 않다. 그 이유는 전후륜이 접히는 과정에서 서로 간섭을 피하기 위해 피벗축에 횡축에 대한 경사각(obliquity)을 주게 되는데 이 때문에 이 때문에 전륜과 후륜이 평행하지 않고 비스듬히 정렬되는 문제점이 있다.

이때, 전륜과 후륜의 간섭을 피하기 위해 피벗축에 기울기(axial tilt or obliquity)를 적용하는데 이 때문에 전륜과 후륜이 평행하지 않고 비스듬히 정렬되는 문제점이 있다.

상기와 같은, 단일형 피벗축 기울기를 갖는 “접이식 자전거”에 대한 종래기술은 대한민국 공개특허 제10-2009-0079551호와 같이, 앞바퀴 10의 지지를 위한 프론트 프레임 11과, 뒷바퀴 12의 지지를 위한 리어 프레임 13과, 상기 프론트 프레임 11과 리어 프레임 13을 연결하는 경사 프레임 14상에 설치되며 프론트 프레임 11과 리어 프레임 13간의 수직방향 젖힘을 가능하게 하며, 경사 프레임 14의 하단 분리구간에서 서로 마주 접하는 프론트 플레이트 17 및 리어 플레이트 18와 상기 2개의 플레이트 17, 18의 각 한쪽 단부를 연결시켜 주며 플레이트 간의 회전 중심축 역할을 하는 힌지핀 19으로 구성된 힌지부 15로 구성되어, 상기 힌지부를 이용하여 뒷바퀴 및 리어프레임을 수직방향으로 젖히면서 회전시켜 뒤바퀴를 앞바퀴쪽으로 나란하게 함께 포갠 상태로 접을 수 있도록 된 구동부가 구비되는 접이식 자전거에 있어서, 상기 힌지부 15의 힌지핀 19과 힌지핀에 의해 연결되는 프론트 플레이트 17 및 리어 플레이트 18 전체는 자전거 좌우 폭방향 축선에 대해 일정각도 비스듬히 경사진 형태로 구성된다.

그러나, 상기와 같이, 힌지핀 19과 힌지핀에 의해 연결되는 프론트 플레이트 17 및 리어 플레이트 18 전체는 자전거 좌우 폭방향 축선에 대해 일정각도 비스듬히 경사진 형태로 구성되어 상기 프론트 플레이트 17와 리어 플레이트 18가 접철시 일렬로 접철되지 못하여 상호 접철시 앞바퀴 10와 뒷바퀴 12가 상호 평행하게 나란히 정렬되지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 접이된 부분이 양쪽으로 벌어지려는 작용으로 인해 취급이 매우 불편할 뿐만 아니라, 접이된 자전거를 운반하는 경우 자전거의 자체 중량으로 인하여 이동 및 운반이 매우 힘든 문제점이 있었다.

즉, 접이된 자전거를 이동시 앞바퀴와 뒷바퀴의 방향성이 일치되지 않아, 바퀴를 구름 회전시키기 어려워 자전거의 이동에 대한 조향성이 떨어져 이동 및 운반의 어려움이 있었다.

대한민국 특허공개 제10-2009-0079551호.(2009.07.22) 대한민국 특허등록 제10-2012-0000374호.(2012.01.02)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거는 전륜과 후륜이 비스듬하지 않고 평행하게 나란히 정렬되도록 하는 피벗축 경사각(obliquity)을 갖도록 하여 자전거의 사용성과 접이 효과를 동시에 만족시킬 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거는 전륜과 후륜이 일정거리로 이격된 상태 및 나란히 평행하게 정렬된 상태에서 상호 간섭없이 구름 회전하여 전륜과 후륜의 방향성이 일치되도록 하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거는 전륜과 후륜을 각각 지지하는 제1포크바 및 제2포크바와, 상기 제1포크바에 설치되어 전륜을 조향하는 조향축과, 상기 조향축과 제2포크바를 연결한 프레임으로 이루어진 자전거에 있어서, 전륜과 후륜의 중심을 잇는 수평선을 이등분한 가상의 수직등분선 상의 한 점을 지나는 위치에 피벗축을 설치하여 상기 프레임에서 구분된 제1프레임과 제2프레임이 상기 피벗축을 통해 힌지 연결하여 회전에 의해 전륜과 후륜이 접철되도록 하되, 상기 피벗축은 중심에 가상으로 설정된 극좌표계에서 다중 경사각을 갖도록 하며, 상기 경사각은 종축 방향으로 기울어진 방위각(Φ)과, 극축 방향에서 상기 방위각(Φ) 방향으로 기울어진 편각(θ)으로 이루어져 상기 자전거를 접이 시킬 때 제1프레임과 제2프레임을 접철시키면 상기 방위각(Φ)을 통해 전륜과 후륜의 접철각도(A)가 결정되고, 상기 편각(θ)을 통해 전륜과 후륜이 접철된 후 사이 간격인 정렬간격(D)이 결정되도록 이루어진다.

본 발명에 따르면, 상기 방위각(Φ)은 종축을 기준으로 기울어진 방위선과 종축 사이의 각도로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 상기 편각(θ)은 극축으로부터 방위선 방향으로 기울어진 편각선과 극축 사이의 각도로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 상기 방위각(Φ)은 하기 [수학식 1]을 통해서 산출하는 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.

[수학식 1]

(상기 [수학식 1]에서 β는 피벗축, 전륜 및 후륜의 중심을 가상으로 이어 만든 가상의 삼각형 꼭지각이고, α는 피벗축 중심의 수평선과 제1포크바에 결합된 조향축 중심과의 사이 각도이다.)

본 발명에 따르면, 상기 편각(θ)은 하기 [수학식 2]를 통해서 산출하는 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.

[수학식 2]

(상기 [수학식 2]에서 정렬간격(D)은 접철된 전륜과 후륜의 중심 간격 거리이고, R은 피벗축 중심과 조향축 사이 거리(R)이며, α는 피벗축 중심의 수평선과 제1포크바에 결합된 조향축의 기울기 각도이고, β는 피벗축 및 전륜과 후륜의 중심을 이어 만든 가상의 삼각형의 꼭지각이다.)

본 발명에 따르면, 상기 방위각(Φ)은 자전거 크기마다 다른 변수인 전륜 112과 후륜 122의 중심 사이 거리의 휠베이스(B), 전륜 112과 후륜 122의 접이 회전각도(β), 전륜 112을 중심으로 조향축 113의 기울기(α). 피벗축 130 중심(C)과 조향축 113 사이의 직교 거리(R)의 변수 값을 상기 [수학식 1]에 대입하여 도출한 결과, 상기 방위각(Φ)은 120°~140°로 도출된다.

본 발명에 따르면, 상기 편각(θ)은 상기 정렬간격(D)이 30~60(mm) 범위를 만족하도록, 상기 [수학식 2]을 통해 도출한 편각(θ)의 결과값은 3°~ 6°로 도출된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거는 전륜과 후륜을 각각 지지하는 제1포크바 및 제2포크바와, 상기 제1포크바에 설치되어 전륜을 조향하는 조향축과, 상기 조향축과 제2포크바를 연결한 프레임으로 이루어진 자전거에 있어서, 전륜과 후륜의 중심을 잇는 수평선을 이등분한 가상의 수직등분선 상의 한 점을 지나는 위치에 피벗축을 설치하여 상기 프레임에서 구분된 제1프레임과 제2프레임이 상기 피벗축을 통해 힌지 연결하여 회전에 의해 전륜과 후륜이 접철되도록 하되, 상기 피벗축은 중심에 가상으로 설정된 극좌표계에서 다중 경사각을 갖도록 하며, 상기 경사각은 종축 방향으로 기울어진 방위각(Φ)과, 극축 방향에서 상기 방위각(Φ) 방향으로 기울어진 편각(θ)으로 이루어져 상기 자전거를 접이 시킬 때 제1프레임과 제2프레임을 접철시키면 상기 방위각(Φ)을 통해 전륜과 후륜의 접철각도(A)가 결정되고, 상기 편각(θ)을 통해 전륜과 후륜이 접철된 후 사이 간격인 정렬간격(D)이 결정되도록 이루어진다.

결국, 자전거의 다양한 사이즈 규격에 맞추어 피벗축이 다중의 경사각을 갖도록 하여 자전거를 접이 시킬 때 전륜과 후륜이 서로 간섭되지 않는 일정거리 만큼 떨어져 상호 평행하게 나란히 정렬되도록 하여 자전거의 접이 기능을 향상시켜 보관성과 휴대성을 향상시키도록 하는 효과가 있다.

특히, 본 발명에서는 자전거를 접이 시 전륜과 후륜이 서로 간섭되지 않는 일정거리 만큼 떨어져 상호 평행하게 나란히 정렬되도록 함으로서, 접이 된 상태에서 자전거의 이동 또는 운반의 조작성이 뛰어난 효과가 있다.

다시 말해, 전륜과 후륜이 일정거리로 이격된 상태 및 나란히 평행하게 정렬된 상태에서 상호 간섭없이 구름 회전하여 전륜과 후륜의 방향성이 일치되므로 접이된 자전거의 이동 및 운반을 위한 운전의 조향성 및 조작성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 단일 피벗으로 접는 자전거를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 나타내기 위한 개념도.
도 4는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 나타낸 부분 확대 개념도.
도 5는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 구체적으로 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 구체적으로 나타낸 개념도.
도 7은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 나타낸 평면도.
도 8은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각의 원리를 나타낸 개념도.
도 9는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거의 시뮬레이션을 위한 정면도.
도 10은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거의 시뮬레이션 접철 결과를 나타낸 결과도.
도 11은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거의 다양한 시뮬레이션을 통해 나타난 결과도.
도 12는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거에 최적의 조건 범위 값으로 적용된 방위각과 전륜 후륜 사이각의 관계를 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거에 최적의 조건 범위 값으로 적용된 편각과 전륜과 후륜의 정렬간격의 관계를 나타낸 그래프.

이하, 본 고안에 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 고안을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 고안의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 3은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 나타내기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 나타낸 부분 확대 개념도이며, 도 5는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 구체적으로 나타낸 개념도이고, 도 6은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 구체적으로 나타낸 개념도이며, 도 7은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각을 나타낸 평면도이고, 도 8은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이 자전거의 방위각 및 편각의 원리를 나타낸 개념도이며, 도 9는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거의 시뮬레이션을 위한 정면도이고, 도 10은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거의 시뮬레이션 접철 결과를 나타낸 결과도이며, 도 11은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거의 다양한 시뮬레이션을 통해 나타난 결과도이고, 도 12는 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거에 최적의 조건 범위 값으로 적용된 방위각과 전륜 후륜 사이각의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 13은 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거에 최적의 조건 범위 값으로 적용된 편각과 전륜과 후륜의 정렬간격의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 바퀴 평행 정렬식 접이식 자전거 10는 전륜 112을 지지하는 제1포크바 111 및 후륜 122을 지지하는 제2포크바 121가 구비되고, 상기 제1포크바 111의 상부에는 전륜 112을 조향하는 조향축 113이 회전 가능하게 설치된다.

그리고, 상기 조향축 113과 제2포크바 121를 연결하는 프레임 100이 마련되되, 상기 프레임 100은 피벗축 130에 의해 힌지 연결되는 제1프레임 110과 제2프레임 120으로 구분된다.

여기서, 제1프레임 110은 조향축 113과 연결되고, 상기 제2프레임 120은 제2포크바 121와 연결된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거 10는 상기 피벗축 130이 다중의 경사각을 갖도록 설치되어 자전거 10를 접이 시킬 때 제1프레임 110과 제2프레임 120이 비틀어지는 회전 궤적을 갖는 동작으로 접철되어 전륜 112과 후륜 122이 일정 간격을 두고 나란히 평행하게 정렬될 수 있도록 한다.

이를 가능하도록 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 피벗축 130은 전륜 112과 후륜 122의 중심을 잇는 수평선을 이등분한 가상의 수직등분선 상에 위치된다.

이때, 상기 피벗축 130은 가상의 수직등분선 중 프레임 110과 교차되는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 수직등분선과 상기 프레임이 교차되는 위치가 상기 제1프레임 110과 제2프레임 120의 경계이고, 상기 경계에 다중의 경사각을 갖도록 설치된 피벗축 130을 통해 제1프레임 110과 제2프레임 120이 비틀어지는 회전 궤적으로 회동하여 전륜 112과 후륜 122을 나란히 정렬시킬 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 경사각은 방위각(Φ)과 편각(θ)으로 이루어진다.

즉, 상기 피벗축 130은 중심(C)에 가상으로 설정된 극좌표계(polar coordinate system)에서 극측(Polar axis)을 기준으로 방위각(Φ) 방향의 기울기를 갖고, 상기 방위각(Φ) 방향에서 편각(θ) 만큼 기울기를 갖도록 설치된다.

도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 피벗축 130이 적용되는 방위각(Φ)과 편각(θ)의 원리는 아래와 같다.

도 7은, 2차원적 평면에서 방위각(Φ)과 편각(θ)의 개념을 나타낸 것으로서, 상기 피벗축 130을 중심에서 극좌표계(polar coordinate system)를 설정한다.

즉, 상기 방위각(Φ)은 수평인 X-X'축인 종축을 기준으로 하여 방위선이 방위각(Φ) 만큼 기울진 각도를 말한다.

또한, 상기 편각(θ)은 피벗축 130 중심(C)에서 Z-Z'축인 극축(Polar axis)을 기준으로 편각선 만큼의 기울기를 갖되, 상기 편각선은 방위각(Φ)의 기울기에서 극축 방향으로의 각도를 말한다.

다시 말해, 도 8은 도 7를 3차원인 극좌표계로 표현한 도면이다.

도 8a 및 도 8b은 X-X'축인 종축이 0°을 기준으로 종축 방향으로 기울어진 방위선을 갖고, 상기 종축과 방위선 사이의 각도는 방위각(Φ)이다.

또한, 도 8c는 상기 피벗축 130 중심(C)과 직교하는 수직인 Z-Z'축인 극축이 0°을 기준으로 방위각(Φ) 방향에서 기울어진 편각선을 갖고, 상기 극축과 편각선 사이의 각도는 편각(θ)이다.

결국, 상기 피벗축 130은 방위각(Φ)과 편각(θ)으로 이루어진 경사각을 갖도록 설치하여 제1프레임 110과 제2프레임 120이 비틀어지는 회전 궤적으로 회동하여 전륜 112과 후륜 122을 나란히 정렬시키면서 적정한 사이 이격 거리를 이루도록 한다.

상기 방위각(Φ)은 하기 [수학식 1]을 통해서 산출된다.

도 3 및 도 4를 참조하면서, 상기 [수학식 1]을 설명하면, 상기 방위각(Φ)은 H와 H`를 잇는 선은 기울기인 ∠H,E,C와 같다.

여기서, H는 피벗축 130 중심(C)에서 조향축 113에 내린 수선의 발이고, H'는 피벗축 130을 기준으로 제1프레임 110 및 제2프레임 120이 회전하여 전륜 112과 후륜 122의 중심이 일치될 때 상기 H의 회전 후 위치이다.

이때, H'는 피벗축 130의 중심(C)에 편각(θ)이 적용되지 않은 상태이기 때문에 전륜과 후륜의 간섭이 발생한다.

이를 보완하기 위해, 상기 피벗축 130의 중심(C)에 편각(θ)을 적용하면 H가 H" 위치로 회전 이동하게 되어 전륜과 후륜이 간섭없이 이격 거리를 갖는 정렬간격(D)이 보장된다.

그리고, 선분 H, H'와 피벗축 130 중심(C)를 지나는 수평선의 교차점(E)을 연결하는 삼각형 C,H,E에서 삼각형 내각의 합은 180°라는 원리를 이용하여 상기 [수학식 1]로 방위각(Φ)을 산출할 수 있다.

여기서, (α)는 조향축 113 기울기이고, (β)는 자전거 접이시 회전각이다.

그리고, 최적의 방위각(Φ)은 조향축 113 기울기(α)와 접이시 회전각(β)에 비례하는 것을 알 수 있다.

결국, 상기 [수학식 1]을 따르면, 피벗축 130의 최적의 방위각(Φ)을 설정할 수 있어 자전거 10를 접이시 전륜 112과 후륜 122을 평행하게 배치시킬 수 있다.

또한, 상기 편각(θ)은 하기 [수학식 2]를 통해서 산출된다.

상기 [수학식 2]에서 정렬간격(D)은 접철 된 전륜 112과 후륜 122 사이의 이격 거리이고, R은 피벗축 130 중심(C)과 H 사이의 거리이고, β는 피벗축 130 중심(C) 및 전륜 112과 후륜 122의 중심을 이어 만든 가상의 삼각형의 꼭지각이다.

상기 [수학식 2]의 도출과정은 아래와 같다.

도 4를 참조하면, H가 H" 위치로 회전 이동하기 위해서는 피벗축 130이 선 H,H"를 수직 이등분하는 평면상에 위치해야 한다.

따라서, 선 H, H'의 선분과 H, H"의 선분 사이의 기울어진 각도는 상기 피벗축 130이 극축에서 기울어진 편각(θ)과 동일하다.

한편,

이고,

이다.

결국, 상기 [수학식 2]을 따르면, 자전거 10를 접이시 전륜 112과 후륜 122의 사이 이격 거리인 정렬간격(D)의 최적값을 결정하면 이를 가능하게 하는 피벗축 130의 편각(θ)을 구할 수 있다.

도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 [수학식1], [수학식 2]에 하기의 시뮬레이션 조건을 적용하여 아래와 같은 시뮬레이션 결과값을 도출할 수 있다.

(1) 전륜 112과 후륜 122의 사이 간격 값{이하, 휠베이스(B)"라 칭한다.}이 1000mm이고,

(2) 상기 피벗축 130, 전륜 112 및 후륜 122의 중심을 가상으로 이어 만든 가상의 삼각형 꼭지각 값{이하, "접이 회전각도(β)"라 칭한다.}이 120˚이며,

(3) 피벗축 130 중심(C)의 수평선과 제1포크바 111에 결합된 조향축 113 중심과의 사이 각도값{이하, "조향축 기울기(α)"라 칭한다.}은 70°이고,

(4) 피벗축 130 중심(C)과 조향축 113 사이 거리(R) 값은 346.1mm이다.

상기 시뮬레이션 조건은 하기 [표 1]과 같다.

부위별 명칭	조건 값
휠베이스(B)	1000mm
접이 회전각도(β)	120°
조향축 각도(α)	70°
피벗축 130 중심(C)과 조향축 113 사이 거리(R)	346.1mm
정렬간격(D)	45mm

상기의 시뮬레이션 조건 값을 통해 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 적용하여 결과값을 산출하면,

시뮬레이션에 사용된 자전거 10에 최적의 방위각(φ)은 130˚이고, 편각(θ)은 약 4.3˚이다.

상기 방위각(φ)은 접철각도(A)에 영향을 미치고 편각(θ)은 정렬간격(D))에 영향을 준다.

즉, 도 10에서 도시한 바와 같이, 정렬간격(D)는 45mm이고, 접철각도(A)는 0˚를 나타내어 전륜 112과 후륜 122이 최적의 접이 형태를 보여준다.

그리고, 최적의 접이 형태를 갖기 위한 조건 값의 안정적 범위는 아래와 같다.

최적의 조건 범위값은, 상기 정렬간격(D)은 30~60(mm)이고, 상기 정렬간격 범위를 만족하는 편각(θ)은 자전거 프레임 변수에 따라 [수학식 2]으로부터 도출된 수치의 범위를 적용한다.

최적의 조건 범위값에서 상기 접철각도(A)는 -1.5° ~ +1.5°이고, 상기 접철각도 범위를 만족하는 방위각(Φ)은 자전거 프레임 변수에 따르는 [수학식 1]로부터 도출된 최적의 방위각(Φ) 수치의 ±10도 범위가 바람직하다.

여기서, 전륜 112과 후륜 122의 정렬간격(D)는 바퀴의 폭에 따라 변화하는 것으로서, 자전거 10에 적용되는 통상적인 바퀴폭의 규격을 범위내에서 적용하면 정렬간격(D) 30~60(mm)가 바람직하다.

또한, 상기에서 언급된 방위각(Φ)과 편각(θ)의 최적의 조건 범위값을 증명하기 위해 다양한 방위각(Φ)과 편각(θ)의 결과 값을 적용한 결과, 도 11에서 도시한 바와 같은 시뮬레이션 결과를 도출할 수 있다.

도 11의 (a)는 최적의 조건 범위값인 상기 방위각(Φ)과 편각(θ)의 범위 중 방위각(Φ)이 180°로써, 상기 최적의 조건 범위값의 최대값 이상이고, 편각(θ)이 최적 범위에 속하는 경우 전륜 112과 후륜 122의 사이 간격이 벌어지는 접철각도(A)와 같은 결과를 통해 전륜 112과 후륜 122이 평행하지 않고 벌어진 상태로 정렬된다.

또한, 도 11의 (c)는 피력된 최적의 조건 범위값을 갖는 상기 방위각(Φ)과 편각(θ)의 범위 중 방위각(Φ)이 90°이고, 편각(θ)이 8°로써, 상기 최적의 조건 범위값 중 방위각(Φ)은 최소값 이하이고, 편각(θ)은 최대값 이상°이므로 전륜 112과 후륜 122의 사이 간격이 겹쳐져 상호 평행하지 않는 접철각도(A)를 갖게 된다.

반면, 도 11의 (b)는 상기 방위각(Φ)은 135°이고, 편각(θ)은 4°로써, 상기에서 개시된 최적의 조건 범위값 내의 값을 통해 전륜 112과 후륜 122이 상호 나란히 평행하게 위치되는 동시에 전륜 112과 후륜 122의 사이 간극이 겹쳐져 간섭되거나, 상호 이격 거리가 크지 않는 결과를 볼 수 있다.

도 11의 결과를 도 12 및 도 13을 통해 그래프로 설명하면 아래와 같다.

도 12에서 보는 바와 같이, 전륜 112과 후륜 122의 접철각도(A)는 0˚를 기준으로 방위각(Φ)이 증가 또는 감소 값에 따라 접철각도(A) 값이 사인곡선을 그리며 변화하는 것을 알 수 있다.

결국, 방위각(Φ)이 120°~140°를 벗어나 증가 또는 감소하면 접철각도(A) 결과값의 변화폭도 가변됨을 알 수 있다.

여기서, 사인 곡선을 통해 방위각(Φ)이 310°일 경우에도 접철각도(A)가 0°를 유지할 수 있으나, 피벗축 130을 방위각(Φ)이 310°로 제작하기 현실적으로 곤란하기 때문에 상기 방위각(Φ) 최적의 조건 범위값은 120°~140°이다.

결과적으로 상기 방위각(Φ)의 변화는 접철각도(A)의 변화량 즉, 전륜 112과 후륜 122의 접철시 각도에 영향을 미침을 알 수 있다.

도 13에서 보는 바와 같이, 전륜 112과 후륜 122의 사이 간격을 0mm를 기준편각(θ)이 증가할수록 정렬간격(D)도 비례하여 증가함을 알 수 있다.

이때, 방위각(Φ)에 의해 전륜 112과 후륜 122이 평행하게 나란히 정렬된 후 상호 간섭없이 안정된 이격거리인 정렬간격(D)은 30~60(mm)가 적당하다.

이는, 전륜 112과 후륜 122의 정렬간격(D)는 바퀴의 폭에 맞춘 것으로서, 일반적인 자전거 10에 적용되는 바퀴폭의 규격 범위내에서 적용하면 정렬간격(D)은 30~60(mm)가 바람직하다.

상기와 같은 정렬간격(D)를 만족시키기 위해 편각(θ)은 3°~6°로 적용하는 것이 바람직하다.

더 정확하게는 편각(θ)은 2.86°~5.75°로 적용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거 10는 다양한 크기를 갖는 자전거 10의 목적함수 값 즉, 전륜 112과 후륜 122의 사이각인 접철각도(A)와, 전륜 112과 후륜 122의 이격 거리인 정렬간격(D)의 최적 값을 얻기 위해 변수인 피벗축의 방위각(Φ)과 편각(θ)의 최적 값을 산출하여 피벗축 130에 적용하여 설치한다.

이를 통해 사이즈가 각기 다른 자전거 10를 접철 시 전륜 112과 후륜 122이 상호 간섭되지 않고 일정 거리 만큼 떨어진 정렬간격(D)와, 전륜 112과 후륜 122이 항상 동일하게 평행한 접철각도(A)를 갖을 수 있도록 한다.

결국, 전륜 112과 후륜 122의 정렬간격(D)와 접철각도(A)는 피벗축 130의 방위각(Φ)과 편각(θ)에 의해 결정되며, 상기 방위각(Φ)과 편각(θ)은 자전거 10의 다양한 사이즈의 규격에 따라 맞추어 결정된다.

또한, 상기 방위각(Φ)과 편각(θ)을 결정하는 변수는 전륜 112과 후륜 122의 중심 사이 거리의 휠베이스(B), 전륜 112과 후륜 122의 접이 회전각도(β), 전륜 112을 중심으로 조향축 113의 기울기(α). 피벗축 130 중심(C)과 조향축 113 사이의 직교 거리(R), 전륜 112과 후륜 122의 폭에 따라 바퀴 사이의 간격이 결정되는 정렬간격(D) 등이 있다.

이를 통해 전륜 112과 후륜 122이 비스듬하지 않고 평행하게 정렬되도록 하는 피벗축 130의 경사각(obliquity)을 갖도록 함으로서, 자전거 10를 접이 시킬 때 전륜 112과 후륜 122이 서로 간섭되지 않는 일정거리 만큼 떨어진 곳에서 상호 평행하게 나란히 정렬되도록 하여 자전거 10의 접이 기능을 향상시켜 보관성과 휴대성을 향상시키도록 하는 효과가 있다.

특히, 본 발명에서는 자전거를 접이 시 전륜 112과 후륜 122이 서로 간섭되지 않는 일정거리 만큼 떨어져 상호 평행하게 나란히 정렬되도록 함으로서, 접이 된 상태에서 자전거의 이동 또는 운반의 조작성이 뛰어난 효과가 있다.

다시 말해, 전륜 112과 후륜 122이 일정거리로 이격된 상태 및 나란히 평행하게 정렬된 상태에서 상호 간섭없이 구름 회전하여 전륜 112과 후륜 122의 방향성이 일치되므로 접이된 자전거의 이동 및 운반을 위한 운전의 조향성 및 조작성을 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.

10 : 접이식 자전거 100 : 프레임
110 : 제1프레임 111 : 제1포크바
112 : 전륜 113 : 조향축
120 : 제2프레임 121 : 제2포크바
122 : 후륜 130 : 피벗축

Claims (7)

1. 전륜과 후륜을 각각 지지하는 제1포크바 및 제2포크바와, 상기 제1포크바에 설치되어 전륜을 조향하는 조향축과, 상기 조향축과 제2포크바를 연결한 프레임으로 이루어진 자전거에 있어서,
   전륜과 후륜의 중심을 잇는 수평선을 이등분한 가상의 수직등분선 상의 한 점을 지나는 위치에 피벗축을 설치하여 상기 프레임에서 구분된 제1프레임과 제2프레임이 상기 피벗축을 통해 힌지 연결하여 회전에 의해 전륜과 후륜이 접철되도록 하되,
   상기 피벗축은 중심에 가상으로 설정된 극좌표계에서 다중 경사각을 갖도록 하며,
   상기 경사각은,
   종축 방향으로 기울어진 방위각(Φ)과,
   극축 방향에서 상기 방위각(Φ) 방향으로 기울어진 편각(θ)으로 이루어져
   상기 자전거를 접이 시킬 때 제1프레임과 제2프레임을 접철시키면 상기 방위각(Φ)을 통해 전륜과 후륜의 접철각도(A)가 결정되고, 상기 편각(θ)을 통해 전륜과 후륜이 접철된 후 사이 간격인 정렬간격(D)이 결정되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 방위각(Φ)은 종축을 기준으로 기울어진 방위선과 종축 사이의 각도로 이루어진 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 편각(θ)은 극축으로부터 방위선 방향으로 기울어진 편각선과 극축 사이의 각도로 이루어진 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 방위각(Φ)은,
   하기 [수학식 1]을 통해서 산출하는 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.
   [수학식 1]
   

   

   
   (상기 [수학식 1]에서 β는 피벗축, 전륜 및 후륜의 중심을 가상으로 이어 만든 가상의 삼각형 꼭지각이고, α는 피벗축 중심의 수평선과 제1포크바에 결합된 조향축 중심과의 사이 각도이다.)
5. 제 1항에 있어서,
   상기 편각(θ)은,
   하기 [수학식 2]를 통해서 산출하는 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.
   [수학식 2]
   

   

   
   (상기 [수학식 2]에서 정렬간격(D)은 접철된 전륜과 후륜의 중심 간격 거리이고, R은 피벗축 중심과 조향축 사이 거리(R)이며, α는 피벗축 중심의 수평선과 제1포크바에 결합된 조향축의 기울기 각도이고, β는 피벗축 및 전륜과 후륜의 중심을 이어 만든 가상의 삼각형의 꼭지각이다.)
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 방위각(Φ)은,
   자전거 크기마다 다른 변수인
   전륜 112과 후륜 122의 중심 사이 거리의 휠베이스(B), 전륜 112과 후륜 122의 접이 회전각도(β), 전륜 112을 중심으로 조향축 113의 기울기(α). 피벗축 130 중심(C)과 조향축 113 사이의 직교 거리(R)의 변수 값을 상기 [수학식 1]에 대입하여 도출한 결과,
   상기 방위각(Φ)은 120°~140°로 도출된 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 편각(θ)은,
   상기 정렬간격(D)이 30~60(mm) 범위를 만족하도록,
   상기 [수학식 2]을 통해 도출한 편각(θ)의 결과값은 3°~ 6°로 도출된 것을 특징으로 하는 바퀴 평행 정렬형 접이식 자전거.
   
   
   
   

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