KR20190143577A - 자전거용 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거의 순간중심의 위치를 최적으로 제어함으로써 페달링 성능을 개선할 수 있고 충격을 효과적으로 흡수할 수 있는 자전거용 프레임에 관한 것으로, 프론트 프레임과, 상기 프론트 프레임에 연결된 5개의 링크로 구성된 리어 프레임을 포함한다.
상술한 구성에 따르면, 상기 자전거용 프레임은 프론트 프레임을 포함하는 6 링크 구조를 통하여 자전거의 순간중심을 제어함으로써 스쿼드 현상을 방지한다.

Description

자전거용 프레임{REAR SUSPENSION FOR BICYCLE}

본 발명은 자전거용 프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페달링 성능을 개선할 수 있고 충격을 효과적으로 흡수할 수 있는 자전거용 프레임에 관한 것이다.

최근 들어 자전거를 이용하여 운동을 하거나 출퇴근을 하는 사람들이 늘어나고 있다. 특히, 전용도로의 정비 및 자전거의 개량 등으로 인하여 그 증가추세는 급격하게 상승곡선을 그리고 있다.

자전거는 주행 중 지면에 설치된 과속방지턱 및 돌출부 등을 통과하는 과정에서 지면으로부터 충격을 받게 된다. 이러한 충격은 바퀴를 통해 프레임으로 전달되고 결과적으로 라이더에게 전달된다.

지면으로부터 발생되는 충격이 라이더에게 전달되는 것을 최소화하고자 하는 노력이 많이 기울여지고 있으며, 다양한 형태의 자전거용 프레임이 개발되고 있다.

대한민국등록특허공보 제10-1322866호(2013.10.22.)에는 충격 흡수용 프레임이 개시되어 있다.

종래의 충격 흡수용 프레임은 단일 피봇 시스템으로서, 프론트 프레임과 리어 프레임 사이에 마련된 단일 피봇을 통하여 페달링 성능 및 충격 흡수를 제어한다. 이러한 단일 피봇 시스템은 구조가 간단하고 설계가 용이하며 작은 충격을 효과적으로 흡수할 수 있어 널리 사용되고 있다.

상술한 단일 피봇 시스템은 리어 액슬이 단일 피봇을 중심으로 선회하게 되고, 라이더가 페달에 힘을 가할 경우 서스펜션이 압축되거나 확장된다.

그런데, 서스펜션이 압축되거나 확장될 경우 페달에는 역토크가 발생하게 되므로 안정적인 페달링을 위해서는 힘을 추가적으로 공급해야만 하는 문제가 있었다.

또한, 단일 피봇 시스템은 체인에 의해 구동력이 발생할 때 자전거의 후방 측이 아래로 처져 눌리는 스쿼드(squat) 현상이 일어난다. 즉, 주행 초기에는 서스펜션의 탄성력이 낮아 스쿼드 현상으로 인해 서스펜션이 쉽게 압축된다. 따라서, 주행 초기 충분한 반력이 없을 경우 서스펜션이 압축되며 댐퍼를 통해 에너지가 손실되는 문제가 있었다.

대한민국등록특허공보 제10-1322866호(2013.10.22.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 자전거의 순간중심의 위치를 최적으로 제어함으로써 페달링 성능을 개선할 수 있고 충격을 효과적으로 흡수할 수 있는 자전거용 프레임을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자전거용 프레임은, 프론트 프레임과, 상기 프론트 프레임에 연결된 5개의 링크로 구성된 리어 프레임을 포함하여 구성된다. 즉, 본 발명의 자전거용 프레임은, 상기 프론트 프레임을 포함하는 6 링크 구조를 통하여 자전거의 순간중심을 제어함으로써 스쿼드 현상을 방지한다.

상기 프론트 프레임은 탑 튜브, 다운 튜브, 시트 튜브, 헤드 튜브로 구성되고, 상기 프론트 프레임의 내부에는 외부에서 인가된 충격을 흡수하기 위한 쇼크 업소버가 설치된다.

상기 리어 프레임은, 조인트가 3개인 3 대우 링크와, 조인트가 2개인 2대우 링크의 조합으로 구성된다. 이때, 상기 3 대우 링크는 1개이고, 상기 2 대우 링크는 4개로 구성된다.

일례로, 상기 리어 프레임은, 자전거의 리어 액슬에서 상기 프론트 프레임 측으로 연장된 시트 스테이와, 상기 시트 스테이와 조인트를 통해 연결되고 상기 프론트 프레임 측으로 연장되되 상기 시트 스테이와 평행하지 않게 연장된 체인 스테이와, 상기 프론트 프레임에 회전 가능하게 결합되고 일단이 조인트를 통해 상기 시트 스테이에 연결되며 타단이 상기 쇼크 업소버에 힌지 결합된 피봇암과, 상기 체인 스테이와 상기 프론트 프레임을 연결하되 조인트를 통해 연결된 한 쌍의 연결암으로 구성된다.

여기서, 상기 체인 스테이는 3 대우 링크이고, 상기 시트 스테이와 상기 피봇암과 상기 연결암은 2 대우 링크이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 자전거용 프레임은 프론트 프레임을 포함하는 6 링크 구조이다. 즉, 프론트 프레임, 시트 스테이, 체인 스테이, 피봇암 및 한 쌍의 연결암이 조인트를 통해 연결되어, 외부에서 충격(또는 하중)이 인가될 경우 자전거의 순간중심을 최적의 위치로 제어한다.

따라서 자전거의 주행 시 발생하는 스쿼드 현상을 지속적으로 방지할 수 있으며, 이를 통하여 페달링 성능을 개선할 수 있으며 충격(또는 하중)을 효과적으로 흡수할 수 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 프레임의 사시도.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 프레임의 평상시 상태를 도시한 도면.
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 프레임의 페달링 시 상태를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 프레임 중 연결암의 위치에 따른 안티 스쿼드 값을 도시한 도면.
도 8과 도 9는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 자전거용 프레임의 개략도.
도 10과 도 11은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 안티 스쿼드 값의 변화를 도시한 그래프.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 프레임은, 조향부(미도시)가 설치되는 프론트 프레임(100)과, 구동부(미도시)가 설치되는 리어 프레임(200)을 포함하여 구성된다.

프론트 프레임(100)은, 자전거의 전후방향으로 연장된 탑 튜브(110)와, 탑 튜브(110)의 일단(도면상 좌측단) 측에 위치되고 상하방향으로 연장된 시트 튜브(120)와, 탑 튜브(110)의 타단(도면상 우측단)과 시트 튜브(120)의 하단을 연결하며 사선방향으로 연장된 다운 튜브(130)로 이루어진다.

프론트 프레임(100)을 구성하는 탑 튜브(110), 시트 튜브(120), 다운 튜브(130)는 대략 삼각형으로 배치되며, 그 내부에는 충격 및 하중을 흡수하기 위한 쇼크 업소버(140)가 설치된다.

본 실시예에서는, 쇼크 업소버(140)가 후술할 피봇암(230)과 다운 튜브(130) 사이에 설치되며, 쇼크 업소버(140)의 상단과 하단은 피봇암(230)과 다운 튜브(130)에 각각 힌지 결합된다.

한편, 프론트 프레임(100)의 우측단에는 헤드 튜브(150)가 마련되고, 헤드 튜브(150)에는 핸들(미도시)이 설치된다. 또한, 프론트 프레임(100)의 하단에는 바텀 브래킷 쉘(160)이 구비되며, 바텀 브래킷 쉘(160)에는 크랭크(미도시)가 설치된다.

도 3과 도 5를 참조하면, 리어 프레임(200)은, 시트 스테이(210), 체인 스테이(220), 피봇암(230) 및 한 쌍의 연결암(240,250)을 포함하는 5개의 링크로 구성된다.

시트 스테이(210)는 리어 액슬(260)에서 시트 튜브(120)의 중단 측으로 연장된 링크이되, 다른 링크와의 연결을 위하여 2개의 조인트(J1~J2)가 마련된 2 대우 링크(binary link)이다.

도면에 도시된 바와 같이, 시트 스테이(210)의 좌측단에는 리어 액슬(260)이 회전 가능하게 설치된다. 시트 스테이(210)의 좌측 하부에 위치된 제1조인트(J1)에는 체인 스테이(220)의 좌측단이 회전 가능하게 연결된다. 시트 스테이(210)의 우측에 위치된 제2조인트(J2)에는 피봇암(230)의 좌측단이 회전 가능하게 연결된다.

체인 스테이(220)는 시트 스테이(210)에서 시트 튜브(120)의 하단 측으로 연장된 링크이되, 다른 링크와의 연결을 위하여 3개의 조인트(J1,J3~J4)가 마련된 3 대우 링크(ternary link)이다.

전술한 바와 같이, 체인 스테이(220)의 좌측단은 제1조인트(J1)를 통해 시트 스테이(210)에 회전 가능하게 연결된다. 체인 스테이(220)의 우측 상단에 위치된 제3조인트(J3)에는 제1연결암(240)이 회전 가능하게 연결되고, 우측 하단에 위치된 제4조인트(J4)에는 제2연결암(250)이 회전 가능하게 연결된다.

여기서, 시트 스테이(210)와 체인 스테이(220)는 프론트 프레임(100)과 리어 액슬(260) 사이에 위치되되 서로 평행하지 않게 배치된다. 즉, 시트 스테이(210)는 체인 스테이트(220)에 비하여 상대적으로 기울어지게 배치된다.

피봇암(230)은 다른 링크와의 연결을 위하여 2개의 조인트가 마련된 2 대우 링크이다. 피봇암(230)은 시트 튜브(120)의 중단에 회전 가능하게 연결된다. 다시 말해, 피봇암(230)은 중단에 마련된 제5조인트(J5)를 통해 시트 튜브(120)의 중단에 회전 가능하게 연결된다. 피봇암(230)의 좌측단은 제2조인트(J2)를 통해 시트 스테이(210)에 회전 가능하게 연결되고, 우측단은 쇼크 업소버(140)의 상단에 힌지 결합된다.

연결암(240,250)은, 체인 스테이(220)를 시트 튜브(120)에 연결하는 제1연결암(240)과, 체인 스테이(220)를 다운 튜브(130)에 연결하는 제2연결암(250)으로 구성된다. 이때, 제1연결암(240)과 제2연결암(250)은 2개의 조인트가 마련된 2 대우 링크이다.

제1연결암(240)의 좌측단은 제3조인트(J3)를 통해 체인 스테이(220)의 우측 상단에 회전 가능하게 연결되고, 제1연결암(240)의 우측단은 제6조인트(J6)를 통해 시트 튜브(120)에 회전 가능하게 연결된다.

제2연결암(250)의 좌측단은 제4조인트(J4)를 통해 체인 스테이(220)의 우측 하단에 회전 가능하게 연결되며, 제2연결암(250)의 우측단은 제7조인트(J7)를 통해 다운 튜브(130)에 회전 가능하게 연결된다.

여기서, 제1연결암(240)은 프론트 프레임(100)의 바텀 브래킷 쉘(160)보다 상부에 설치되고, 제2연결암(250)은 프론트 프레임(100)의 바텀 브래킷 쉘(160)보다 하부에 설치된다.

이와 같이, 제1연결암(240)과 제2연결암(250)을 바텀 브래킷 쉘(160)의 상부와 하부에 각각 설치할 경우, 시트 튜브(120)에 변속기를 설치할 여유 공간을 얻을 수 있다.

예컨대, 단일 피봇 시스템과 4 링크 시스템의 경우 체인 스테이와 바텀 브래킷 쉘 사이에 위치한 링크에 의해 충분한 여유 공간이 확보되지 않는다. 따라서 쇼크 업소버, 체인 스테이, 크랭크(미도시) 사이의 간섭으로 인해 변속기를 설치하지 못하는 경우가 발생하였다.

반면, 본 실시예에 따른 자전거용 프레임은, 제1연결암(240)과 제2연결암(250)을 바텀 브래킷 쉘(160)의 상부와 하부에 각각 설치함으로써, 상술한 단일 피봇 시스템과 4 링크 시스템의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 자전거의 순간중심을 최적의 위치로 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전거용 프레임 중 연결암의 위치에 따른 안티 스쿼드 값을 도시한 것이다. 좀 더 상세하게는, 도 7의 실선 부분은 제2연결암(250)이 바텀 브래킷 쉘(160)의 하부에 설치되었을 때의 안티 스쿼드 값을 도시하고, 도 7의 점선 부분은 제2연결암(250)이 바텀 브래킷 쉘(160)과 동일한 높이에 설치되었을 때의 안티 스쿼드 값을 도시한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2연결암(250)이 바텀 브래킷 쉘(160)의 하부에 설치되었을 경우 전체적인 구간에서 안티 스쿼드 값이 100%보다 큰 값을 나타내므로 스쿼드 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 외부에서 인가된 충격에 의해 휠이 상승하는 휠 트래블을 100mm로 설정할 경우, 그와 비슷한 값을 나타냄을 알 수 있다.

반면, 제2연결암(250)이 바텀 브래킷 쉘(160)과 동일한 높이에 설치되었을 경우 순간중심의 위치가 변하게 되어 전체적인 구간에서 안티 스쿼드 값이 100%보다 작은 값을 나타낸다. 특히, 휠 트래블을 100mm로 설정하더라도 실제로는 96mm를 나타내어 원하는 수치에 미치지 못함을 알 수 있다.

본 실시예의 자전거용 프레임은, 1개의 링크인 프론트 프레임(100)과, 5개의 링크(1개의 3 대우 링크(220)와, 4개의 2대우 링크(210,230,240,250))로 구성된 리어 프레임(200)으로 이루어진 6 링크 구조이다.

6 링크 구조의 프레임은, 외부에서 충격 또는 하중이 인가될 경우 자전거의 순간중심을 최적의 위치로 제어할 수 있다. 따라서 자전거의 주행 시 발생하는 스쿼드 현상을 지속적으로 방지할 수 있으며, 이를 통하여 페달링 성능을 개선할 수 있으며 충격 또는 하중을 효과적으로 흡수할 수 있다.

한편, 리어 프레임(200)을 구성하는 시트 스테이(210)와 체인 스테이(220)는 프론트 프레임(100)의 양측에 각각 설치되는 한 쌍씩으로 구성된다.

한 쌍의 시트 스테이(210)는 연결부재(270)를 통해 피봇암(230)의 좌측단에 연결된다. 이때, 연결부재(270)는 시트 튜브(120)를 감싸는 U자 형상으로 형성되고, 제2조인트(J2)를 통해 피봇암(230)의 좌측단에 회전 가능하게 연결된다.

이와 같이, 시트 튜브(120)를 감싸도록 형성된 연결부재(270)는 시트 스테이(210)가 충격에 의해 비틀어지는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 지면으로부터 인가된 충격 및 하중은 리어 액슬(260)을 거쳐 프론트 프레임(100)으로 전달된다. 이때, 연결부재(270)는 충격 및 하중이 한 쌍의 시트 스테이(210)에 동일한 인가될 수 있도록 함으로써 비틀림과 불균형을 방지한다.

다른 한편, 한 쌍의 시트 스테이(210)와 한 쌍의 체인 스테이(220)는 리어 액슬(260) 측으로 갈수록 이격되게 배치된다.

이와 같이, 시트 스테이(210)와 체인 스테이(220)가 리어 액슬(260) 측으로 갈수록 이격되게 배치될 경우 변속부(미도시)와의 간섭을 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 실시예에 따른 자전거용 프레임의 안티 스쿼드(anti-squat)에 대해 설명한다.

안티 스쿼드란, 구동력이 발생할 때 자전거의 후방 측이 아래로 처져 눌리는 스쿼드 현상을 방지하기 위한 요소이다. 이러한 안티 스쿼드는 프레임의 구조 및 형상에 따라 서로 상이한 값을 나타낸다.

다음은 안티 스쿼드는 수치로 환산하기 위한 방법을 설명한다.

안티 스쿼드를 수치로 환산하기 위해서는 자전거의 총 무게중심(Center of Gravity)과 순간중심(Instant Center)이 요구된다.

자전거의 총 무게중심(CG)은, 자전거의 무게중심과 라이더의 무게중심을 포함한다. 이때, 라이더가 자전거보다 상대적으로 많은 비중을 차지하기 때문에 라이더의 무게중심 근처에 총 무게중심(CG)이 위치하게 된다.

주로 라이더가 주행하는 포지션을 취할 때 라이더의 배꼽 위치에 총 무게중심(CG)이 존재하며, 실제 앞, 뒤 바퀴 아래에 저울을 설치해 측정을 하면 무게배분은 앞바퀴 35%, 뒷바퀴 65%의 비율로 무게 배분이 되어 있다.

예컨대, 자전거의 휠베이스를 1000mm라고 가정을 했을 때, 자전거의 무게배분이 앞바퀴 35%, 뒷바퀴 65%이므로, 뒷바퀴가 지면에 닿는 부분에서 수평방향으로 350mm 이격된 위치에 자전거의 총 무게중심(CG)이 위치하게 된다.

또한, 자전거의 총 무게중심(CG)의 높이는 앞바퀴를 일정한 높이의 탁상에 올린 후 뒷바퀴에 작용하는 하중을 측정하여 구할 수 있으며, 대부분 라이더의 배꼽 주변인 지면으로부터 600mm 높이에 위치하게 된다(도 4 및 도 6 참조).

자전거의 순간중심(IC)은 다음과 같은 과정을 통해 구할 수 있다.

우선, 제1연결암(240) 양쪽에 위치한 제3조인트(J3)와 제6조인트(J6)를 통과하는 제1라인(L1)을 그리고, 제2연결암(250) 양쪽에 위치한 제4조인트(J4)와 제7조인트(J7)를 통과하는 제2라인(L2)을 그린다. 이때, 제1라인(L1)과 제2라인(L2)이 만나는 교차점을 제1교차점(C1)이라고 한다.

체인 스테이(220)와 시트 스테이(210)가 만나는 제1조인트(J1)와 제1교차점(C1)을 통과하는 제3라인(L3)을 그리고, 피봇암(230)의 양쪽에 위치한 제2조인트(J2)와 제5조인트(J5)를 통과하는 제4라인(L4)을 그린다. 이때, 제3라인(L3)과 제4라인(L4)이 만나는 교차점을 제2교차점(C2)이라고 하고, 제2교차점(C2)이 현재상태의 순간중심(IC)이 된다.

상술한 과정을 통해 자전거의 총 무게중심(CG)과 순간중심(IC)이 확인되면, 리어 액슬(260)에서 순간중심(IC)을 직선으로 연결하는 제5라인(L5)을 그린다. 이때, 자전거의 체인라인(L6)과 제5라인(L5)이 만나는 교차점을 제3교차점(C3)이라 한다.

그 후, 리어 액슬(260)을 관통하는 제1수직선(V1)이 지면(E)과 만나는 제4교차점(C4)에서 제3교차점(C3)을 직선으로 연결하는 제7라인(L7)을 그리고, 프론트 액슬(280)을 관통하는 제2수직선(V2)까지 연장한다.

여기서, 자전거의 총 무게중심(CG)과 지면(E) 사이의 높이를 H라 하고, 제7라인(L7)과 제2수직선(V2)이 교차하는 제5교차점(C5)까지의 높이를 K라고 하면,

[식 1]

안티 스쿼드(％) = (K / H) × 100

이다.

한편, 안티 스쿼트를 결정할 때 체인라인(L6)의 각도는 자전거의 기어비에 의해 결정되므로, 해당 상태의 기어비도 중요한 요인이다. 평지에서 작동 시 기어비의 경우 2.4로 앞 36T / 뒤 15T의 기어로 가정한다.

상기 [식 1]에 따르면, 휠 트래블 0mm일 때 안티 스쿼트의 값은 약 92％임을 알 수 있다(도 4 참조). 반면, 도 6에 도시된 것처럼 쇼크 업소버(140)의 완전한 압축 시 프레임의 안티 스쿼트 값은 약 84%임을 알 수 있다.

하지만, 일반적일 프레임 세팅 시 라이더의 탑승을 감안하여 전체 휠 트래블의 25%가 인가된 상태로 설정하고 있다. 즉, 해당 프레임의 전체 휠 트래블은 100mm이므로 주행을 위한 프레임의 초기 상태 안티 스쿼트의 값은 휠 트래블이 25mm일 때인 107%임을 알 수 있다(도 10 참조).

또한, 자전거 주행을 위한 페달링은 보통 트래블이 25 ~ 80mm 구간을 나타내며, 해당 구간의 안티 스쿼트 값이 매우 중요하다. 반면, 해당 구간 밖에서는 페달링을 하지 않으므로 안티 스쿼트 값이 중요하지 않다.

한편, 안티 스쿼트 값이 100%일 경우, 가속 시 라이더가 아래로 처지는 스쿼트 현상을 완벽히 방지 할 수 있어 트래블 높이의 변화 없이 가속을 할 수 있게 된다. 라이더의 승차감을 향상시키고, 불필요한 쇼크 업소버(140)의 작동을 방지하여 라이더의 주행을 위한 동력손실이 줄어들게 된다.

이하에서는, 본 발명의 실시예와 비교예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

실시예. 6 링크 구조가 적용된 자전거용 프레임

도 8에 도시된 바와 같이, 실시예의 자전거용 프레임은, 프론트 프레임(100)과 리어 프레임(200)을 포함한다.

프론트 프레임(100)은 탑 튜브(110), 시트 튜브(120), 다운 튜브(130), 헤드 튜브(150)로 이루어지고, 리어 프레임(200)은, 시트 스테이(210), 체인 스테이(220), 피봇암(230) 및 한 쌍의 연결암(240,250)으로 이루어진다. 즉, 상기 자전거용 프레임은 프론트 프레임(100)을 포함하는 6 링크 구조를 갖는다.

비교예. 4 링크 구조가 적용된 자전거용 프레임

도 9에 도시된 바와 같이, 비교예의 자전거용 프레임은, 프론트 프레임(10)과 리어 프레임(20)을 포함한다.

프론트 프레임(10)은 탑 튜브(12), 시트 튜브(14), 다운 튜브(16), 헤드 튜브(18)로 이루어지고, 리어 프레임(20)은, 시트 스테이(22), 체인 스테이(24), 피봇암(26)으로 이루어진다. 즉, 상기 자전거용 프레임은 프론트 프레임을 포함하는 4 링크 구조를 갖는다.

실험예. 휠 트래블에 따른 안티 스쿼드 값의 변화 실험

휠 트래블이 변화할 때, 자전거의 총 무게중심(CG), 순간중심(IC)의 위치가 변하므로 매 순간 안티 스쿼트 값은 변하게 된다. 앞 쇼크 업소버(미도시)의 길이변화는 뒤 쇼크 업소버(140)의 길이변화보다 안티 스쿼트에 미치는 영향이 적으므로, 이번 실험에서 앞 쇼크 업소버(미도시)는 길이가 변하지 않는 고정 상태로 가정한다.

쇼크 업소버(140)가 전혀 압축되지 않은 휠 트래블 0mm에서 총 무게중심(CG)과 순간중심(IC)을 찾을 수 있다. 이때, 안티 스쿼트 값은 92%이다.

휠 트래블을 1mm씩 증가시키면 프레임과 라이더는 앞바퀴의 축을 중심으로 반시계 방향으로 이동한다.

휠 트래블의 모든 구간에서 총 무게중심(CG)과 순간중심(IC)을 찾아 안티 스쿼트 값의 비율을 구하면, 도 10과 도 11의 그래프를 얻을 수 있다.

도 10은 실시예에 따른 안티 스쿼드 값의 변화를 도시한 그래프이다.

전술한 실험예를 통해, 본 발명의 실시예에 따라 제작된 자전거용 프레임은 휠 트래블의 변화에 의해 안티 스쿼드 값이 100%를 넘는 구간도 존재하지만, 페달링을 하는 구간, 즉 휠 트래블이 25~80mm 구간에서는 안티 스쿼드의 기능이 지속적으로 유지됨을 알 수 있다. 반면, 휠 트래블이 0~25mm 구간과 80mm 이상의 구간에서는 페달링을 하지 않으므로 해당 구간의 안티 스쿼드 값의 영향은 적당하다고 볼 수 있다.

한편, 라이더가 자전거에 탑승할 경우 전체 휠 트래블의 25%를 유지하게 된다. 이때, 실시예의 프레임은 107%의 안티 스쿼드 값을 갖지만 지면으로부터 충격이 전달되면 순간중심(IC)의 위치가 변경되며 안티 스쿼드 값을 증가시키는 방향으로 이동을 하게 된다. 즉, 현재 상태에서는 안티 스쿼드 값이 107~132%까지 증가하게 된다.

이와 같이, 안티 스쿼드 값을 이용하여 충격을 흡수할 경우 프레임이 빠르게 복원됨으로써 라이더의 무게중심에 대한 변동이 심하지 않아 흔들림의 강도를 줄일 수 있다.

도 11은 비교예에 따른 안티 스쿼드 값의 변화를 도시한 그래프이다.

비교예에 따른 자전거용 프레임의 안티 스쿼드 값은 휠 트래블의 변화에 따라 급격하게 저하됨을 알 수 있다. 즉, 45%에서 시작된 -25%까지 급격하게 저하됨을 알 수 있다.

이와 같이 안티 스쿼드 값이 마이너스로 전환될 경우 페달링에 의해 웅크림이 발생하는 현상을 심화시키게 된다. 이는, 4 링크 구조의 프레임이 가진 문제점으로, 모든 구간에 걸쳐 적당한 값의 안티 스쿼드를 발생시키지 못한다.

물론, 휠 트래블이 25%인 지점에서 최적화한 안티 스쿼드 값의 설정이 가능하지만, 충격 흡수로 인하여 휠 트래블이 변할 경우 안티 스쿼드 값이 급격하게 저하된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 프론트 프레임 110: 탑 튜브
120: 시트 튜브 130: 다운 튜브
140: 쇼크 업소버 150: 헤드 튜브
160: 바텀 브래킷 쉘 200: 리어 프레임
210: 시트 스테이 220: 체인 스테이
230: 피봇암 240: 제1연결암
250: 제2연결암 260: 리어 액슬
270: 연결부재 280: 프론트 액슬

Claims (13)

1. 프론트 프레임; 및
   상기 프론트 프레임에 연결된 5개의 링크로 구성된 리어 프레임을 포함하고,
   상기 프론트 프레임을 포함하는 6 링크 구조를 통하여 자전거의 순간중심을 제어함으로써 스쿼드 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 프론트 프레임은 탑 튜브, 다운 튜브, 시트 튜브, 헤드 튜브로 구성되고,
   상기 프론트 프레임의 내부에는 외부에서 인가된 충격을 흡수하기 위한 쇼크 업소버가 설치된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 리어 프레임은, 조인트가 3개인 3 대우 링크와, 조인트가 2개인 2대우 링크의 조합으로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 3 대우 링크는 1개이고, 상기 2 대우 링크는 4개로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 리어 프레임은,
   자전거의 리어 액슬에서 상기 프론트 프레임 측으로 연장된 시트 스테이와,
   상기 시트 스테이와 조인트를 통해 연결되고, 상기 프론트 프레임 측으로 연장되되 상기 시트 스테이와 평행하지 않게 연장된 체인 스테이와,
   상기 프론트 프레임에 회전 가능하게 결합되고, 일단이 조인트를 통해 상기 시트 스테이에 연결되며, 타단이 상기 쇼크 업소버에 힌지 결합된 피봇암과,
   상기 체인 스테이와 상기 프론트 프레임을 연결하되 조인트를 통해 연결된 한 쌍의 연결암으로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 체인 스테이는 3 대우 링크이고,
   상기 시트 스테이와 상기 피봇암과 상기 연결암은 2 대우 링크인 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 연결암은, 상기 체인 스테이를 상기 시트 튜브에 연결하는 제1연결암과, 상기 체인 스테이를 상기 다운 튜브에 연결하는 제2연결암으로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1연결암은 상기 프론트 프레임의 바텀 브래킷 쉘보다 상부에 설치되고, 상기 제2연결암은 상기 바텀 브래킷 쉘보다 하부에 설치된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시트 스테이와 상기 체인 스테이는 상기 프론트 프레임의 양측에 각각 설치되는 한 쌍씩으로 구성된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 한 쌍의 시트 스테이는 연결부재를 통해 상기 피봇암에 연결된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 시트 튜브를 감싸는 U자 형상으로 형성되고, 조인트를 통해 상기 피봇암에 연결된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 한 쌍의 시트 스테이는 상기 리어 액슬 측으로 갈수록 이격되고, 상기 한 쌍의 체인 스테이는 상기 리어 액슬 측으로 갈수록 이격되는 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.
    
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 쇼크 업소버는 상기 피봇암과 상기 다운 튜브 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 자전거용 프레임.

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