KR100646019B1 - 접철식 자전거 - Google Patents

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Abstract

본 접철식 자전거는 주행 모드에서 통상적인 자전거의 주행 특성과 인체 공학을 규정하는 기하학적 구조와 동일한 기하학적 구조를 가지고, 저장 또는 휴대 모드에서 작은 사이즈의 차의 트렁크에 끼어지는 크기를 가지며, 한편 도구를 사용하지 않고도 접철이 가능하고 주행 모드에서 분리가능한 부품들 사이에 틈새를 가지지 않는다. 본 자전거는 전방으로 구부러지는 포크 블레이드(6)들을 가진 전방 포크(4)를 구비하고, 2개의 후방-지시 스윙 암(7)들이 설치된다. 상기 스위 암들은 앞 바퀴(3)의 위치가 통상적인 자전거와 동일하게 유지되도록 앞 바퀴를 지지하고, 주행 선호도를 조절할 수 있다. 상기 포크 블레이드(6)들에 부착되는 스위-암(7)들은 단부 부품(13)들 상에 놓이고, 스프링(14)들에 의해 결속된다 주행 모드에서 상기 스프링(14)들은 스윙 암(7)들이 단부 부품들에 일정하게 가압되도록 유지한다. 뒷 바퀴(18)와 체인 스테이(17)들을 함께 동축의 축(22)에 부착된 피봇(19)을 중심으로 회전시킴으로써 뒷 바퀴가 접혀질 수 있고, 상기 축은 한 쌍의 스프라켓(23, 24)을 지지한다. 크랭크(16)들과 뒷 바퀴(18) 상의 스프라켓(32)은 2개의 체인(25, 31)에 의해 연결된다.

Description

접철식 자전거{Folding Bicycle}
본 발명의 주제는 도구나 특별한 지식 또는 기술 없이, 작은 사이즈의 차의 트렁크에 넣을 수 있는 형상 및 크기로 신속 용이하게 접혀질 수 있는 자전거에 관한 것이다. 또한 상기 자전거는 비 접철식 자전거의 주행 특성을 유지하면서 휴대 가능하다.
본 발명이 해결한 기술적 문제점은 접철식 자전거를 어떠한 방법으로 설계하여 통상적인 자전거의 주행 특성 및 인체 공학을 규정하는 기하학적 구조와 동일한 기하학적 구조를 주행 모드에서 가지도록 하는 것, 보관 및 휴대 모드에서 작은 사이즈의 차의 트렁크 안으로 끼워지는 크기를 가지도록 하는 것, 또한 한편으로 주행 모드에서 도구를 사용하지 않고 접을 수 있고 분리가능한 부품들 사이에 틈새가 생기지 않도록 하는 것이다.
공지의 접철식 자전거는 일반적으로 분리될 수 있고 접거나 끼워넣어 크기를 줄일 수 있는 2개의 부품으로 구성된 프레임을 가진다. 또한 휴대 모드에서 크기를 줄이기 위해서 보다 작은 사이즈의 양 바퀴가 분리될 수 있다. 상기 모든 해결방안의 단점은 프레임 부품들 사이의 조인트들이 점진적으로 일정한 틈새를 발생시키는 점, 또는 조인트들 그 자체가 구조적 취약점이 되어 점진적으로 고장에 이르게 된다는 점이다. 또 다른 단점은 프레임들이 통상적으로 짧아지므로 주행자의 사이즈에 인체공학적으로 부적당하다는 것이다. 이러한 결과, 주행자는 그러한 자전거를 장거리에서는 편안하게 주행할 수 없고, 주행자의 에너지 효율이 감소되며, 비 접철식 자전거에 비하여 작은 바퀴 사이즈들 및 앞 바퀴의 상이한 위치에 기인하여 주행 특성이 더 불리해진다.
위에서 기술된 기술적 문제점은 본 발명의 대상이 되는 자전거에 의하여 해결된다. 프레임의 형상 및 사이즈가 통상적인 비 접철식 또는 강성의 남성 또는 여성용 자전거와 동일하게 유지되는 점에 주요 특징 및 혁신기술이 있다. 하나의 혁신된 점은 전방 포크인데, 상기 전방 포크는 주행 모드에서 통상적인 자전거와 동일한 각도를 유지하면서도 앞 바퀴를 180도 만큼 회전시켜 하부 튜브를 향하여 접철하는 것을 가능하게 한다. 하부 튜브는 슬롯을 가진 2개의 튜브로 이루어지고, 그 사이로 앞 바퀴가 미끄러져 들어간다. 또한 핸들 바는 상기 프레임을 향하여 접혀질 수 있다. 바퀴들의 지름이 바람직하게는 단지 16인치 또는 24인치 이므로, 이러한 방식으로 접철된 자전거의 길이는 작은 사이즈의 차의 트렁크 내에서 이송될 수 있다. 뒷 바퀴가 분리되면 접혀진 자전거의 길이는 상기 프레임의 크기로 더욱 줄어들 수 있는 바, 일 실시예에서는 뒷 바퀴 또한 접철 가능하다.
뒷 바퀴와 함께 체인 스테이(chain stay)들이 시트를 향하여 상부로 접혀질 수 있다. 체인 스테이들과 뒷 바퀴의 접철을 용이하게 하도록, 체인링으로부터 스프라켓 까지의 동력전달은 2개의 스프라켓과 하나의 중간 축에 의해 보완되고, 즉 2개의 연속된 체인으로 이루어지는 바, 이 결과 부가적인 동력전달 비가 구현된다. 또한 상기 중간 축은 체인 스테이들과 뒷 바퀴가 접혀지는 피봇으로서 기능한다. 전방 체인은 전방 체인링과 상기 중간 축 상의 스프라켓 사이에 유지되고, 한편 후방 체인은 전방 스프라켓과 후방 스크라켓 사이에 유지되며, 상기 전방 스프라켓과 후방 스프라켓 사이의 거리를 변경함이 없이 상기 전방 체인은 체인 스테이들 및 뒷 바퀴와 함께 상부로 이동된다. 접혀진 자전거의 폭을 줄이기 위해서 페달 또한 접혀질 수 있다.
또한 이러한 자전거는 펼치지 않고 직렬로 배치될 수 있다. 통상적인 프레임 사이즈와 작은 사이즈의 바퀴들 때문에, 접혀진 크기를 증가시키지 않고 전기식 또는 내연 모터가 상기 자전거에 설치될 수 있다. 상기 자전거의 기하학적 구조가 통상적인 자전거의 기하학적 구조와 일치하므로 주행 특성은 동일하게 유지되고, 따라서 상기 자전거는 또한 보다 긴 여행에 적합하다. 동력전달 기어, 바람직하게는 내부 동력전달기어가 주행 특성을 향상시키고, 상기 기어유니트는 후방 허브의 내부에, 중간 축 상에 또는 바닥 브라켓의 내부에 위치될 수 있다.
그러한 저전거의 중량은 통상적인 자전거의 중량과 같거나 더 작으며, 따라서 휴대 포드에서 상기 자전거를 특별히 설계된 가방이나 배낭 속에 넣고 나를 수 있다.
전방 포크는 쇼크 업소버들의 설치를 허용하고, 이는 주행의 편안함 뿐만 아니라 자전거의 안정성을 증가시킨다.
본 발명의 예시적 실시예를 아래의 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 도면에서 동일 도면부호는 동일부품을 가리킨다.
도1은 주행 모드에서 본 발명에 따른 접철식 자전거의 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도2는 휴대 모드에서 본 발명에 따른 접철식 자전거의 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도3은 본 발명에 따른 접철식 자전거의 직렬식 변형예를 도시한 도면이다.
도4는 주행 모드에서 본 발명에 따른 접철식 자전거의 제2 실시예를 도시한 개략도이다.
도5는 보조 엔진을 구비한 본 발명에 따른 접철식 자전거를 도시한 도면이다.
도6은 본 발명에 따른 접철식 자전거의 여성용 변형예를 도시한 도면이다.
도7은 주행 모드에서 본 발명에 따른 접철식 자전거의 접철 페달을 도시한 도면이다.
도8은 접철 모드에서 본 발명에 따른 접철 페달을 도시한 도면이다.
아래에서 도면을 참조로 한 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명한다. 상세한 설명 전체의 바람직한 실시예들 및 구현예는 본 발명을 제한하는 것이 아닌 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서에 사용된 "본 발명"은 기술된 발명의 실시예들 중의 하나 및 그 등가물을 가리킨다. 또한 본 명세서 전체에서 본 발 명의 다양한 특징(들)에 대한 언급이 모든 청구된 실시예들이 그 언급된 특징을 포함하여야 한다는 것을 의미하지는 않는다.
본 접철식 자전거는 주행자의 사이즈와 주행 선호도에 따라 설계된 어떠한 공지의 기하학적 형상의 프레임(1)을 구비한다. 하부 튜브(2)는 그 사이에 틈새(2')가 형성되는 2개의 튜브를 구비하고, 상기 틈새는 앞 바퀴(3)의 폭과 대략 같거나 더 넓다. 전방 포크(front fork: 4)는 베어링(5)에서 프레임(1)에 부착된다. 포크 블레이드(6)들은 전방으로 구부러지고, 2개의 후방-지시 스윙 암(7)이 설치되어 있다. 상기 스윙 암들은 앞 바퀴(3)를 통상적인 자전거와 동일하게 그 위치가 유지되고 주행 선호도에 따라 조절될 수 있도록 지지한다. 상기 스윙 암(7)들은 바퀴(3)를 둘러싸는 등자(stirrup: 8)에 의해 연결된다. 상기 등자의 상단부는 베어링(5)의 바로 아래에서 전방 포크(4)의 조인트(9)에 가압된다. 상기 2개의 부품은 단순히 접해 있을 수 있고 또는 바람직하게는 고무 타입의 쇼크 업소버에 의해 연결될 수 있다. 등자(8)는, 바람직하게는 조인트(9)의 영역에서 손으로 분리 가능한 연결부(12), 바람직하게는 탄성 로킹 부재(spring lock)에 의해 포크(4)에 연결된다.
도4에 도시된 접철식 자전거의 제2 실시예에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서는, 포크 블레이드(6)들에 부착되는 스윙 암(7)들은 단부 부품(13)들 상에 놓여지고 스프링(14)들에 의해 결박된다. 주행 모드에서, 스프링(14)들은 스윙 암(7)들을 상기 단부 부품들에 대해 일정하게 가압되도록 유지시킨다. 단부 부품(13)들은 바람직하게는 고무 타입 또는 유압식 또는 공압식 등의 쇼크 업소버(14') 로 대체될 수 있다.
제1 실시예에서 상기 연결부(12)가 분리되고 스위 암(7)들 상의 앞 바퀴(3)가 대략 108도 만큼 회전할 때, 또는 제2 실시예에서 스프링(14)들을 잡아 당김으로써 스윙 암(7)들이 회전되어 스프링(14)들이 앞 바퀴(3)를 포크 블레이드(6)들의 바로 옆으로 유지시킬 때, 그리고 포크(4)가 180도 만큼 회전될 때, 앞 바퀴(3)는 프레임(1)의 2개의 하부 튜브(2) 사이의 틈새(2') 내부에 고정된다. 바람직한 실시예에서 앞 바퀴(3)와 포크(4)의 이와 같은 접철은 어떠한 도구를 사용하지 않고도 가능하다. 이는 주행 모드에서 주행 특성을 변경함이 없이 휴대 모드에서 자전거의 크기를 감소시킨다.
체인링(15)과 크랭크(16)는 원하는 어떠한 방식으로 원하는 어떠한 위치에서 상기 프레임에 장착된다. 뒷 바퀴(18)와 체인 스테이(26)를 함께 피봇(19)을 중심으로 회전시킴으로써 뒷 바퀴가 접혀질 수 있다. 상기 피봇은 체인링(15)과 뒷 바퀴(18) 사이에서 프레임(1) 상에 놓여진다.
이중 브라켓(20)이 프레임(1), 바람직하게는 체인링(15)에 근접한 지점으로부터 뒷 바퀴(18)를 향하여 연장된다. 브라켓(20)의 단부에 중간 축(22)를 가진 베어링 조립체(21)가 있고, 상기 축은 2개의 동축 스프라켓(23) 및 (24)을 유지한다. 체인링(15)과 스프라켓(23)은 전방 체인(25)에 의해 연결된다. 체인 스테이(26)들은 베어링 조립체(21)에 부착되고, 뒷 바퀴(18)가 부착되는 드롭아웃(dropout: 27)들을 구비한다. 체인 스테이(26)들에 연결되는 시트 스테이(28)들은 프레임(1)으로부터 돌출된 지주(29)에 분리 가능하게 연결된다. 바람직하게는 이들은 신속-분리 메카니즘(quick-release mechanism)에 의해 연결된다. 또한 지주(29)와 시트 스테이(28)들 사이에 쇼크 업소버가 부착될 수 있다
뒷 바퀴(18)는 드롭아웃(27)의 내부에 장착된다. 스프라켓(32), 후방 체인(31), 스프라켓(24) 및 (23), 전방 체인(25) 및 체인링(15)에 의하여 상기 뒷 바퀴는 크랭크(16)에 연결된다. 또한 후방 허브에는 도면에 도시되지 않은 내부 기어들이 장착될 수 있다. 상기 내부 기어들은 또한 베어링 조립체(21) 상에 또는 바닥 브라켓(31)의 내부에 놓여질 수 있다. 상기 뒷 바퀴 상의 외부 기어들이 또한 사용될 수 있으나, 이는 바퀴의 작은 사이즈 및 변속장치의 길이 때문에 지면 상에 너무 접근될 수 있어서 덜 바람직하다.
상기 신속-분리 메카니즘(30)이 분리되면, 체인 스테이(26)들, 뒷 바퀴(18) 및 후방 체인(31)은 체인링 쌍들 사이의 거리를 변경시키지 않고 중간 축(22)을 중심으로 프레임(1)을 향하여 피봇된다. 따라서 자전거를 접거나 펴는 동안에 체인이 빠지지 않는다. 이러한 설계는 또한 2개의 체인 커버를 사용하는 것을 허용하고, 상기 체인 커버는 뒷 바퀴와 체인 스테이들의 접철을 방해하지 않는다. 상기 체인 커버들은 도면에 도시되지 있지 않다.
도5에 도시된 일 실시예에서 구동 메카니즘(65)이 마련된다. 상기 구동 메카니즘은 어떠한 방식으로도 장착될 수 있다. 예를 들어 상기 구동 메카니즘이 프레임(1) 상에 장착되고, 스프라켓(23, 24, 또는 32)들 중의 하나 또는 체인링(15)과의 연결을 통하여 추진력을 제공한다. 구동 메카니즘(65)들의 예로서 전기 모터와 내연 기관이 있다.
도5 및 도6에 도시된 대안적 실시예에서, 뒷 바퀴(18)는 분리 가능함으로써 접혀진 자전거의 길이를 프레임의 길이로 더욱 줄인다. 또한 대안적 실시예에서, 신속-분리 메카니즘(30)이 마련되지 않고 지주(28)와 시트 스테이(29)들을 상호 고정된 관계로 만든다.
다른 실시예에서 체인 스테이(26)들은 피봇(19)을 중심으로 접혀질 수 있고, 로킹 기구, 바람직하게는 핀이 설치되어 있다. 또한 이들에는 도면에 도시되지 않은 쇼크 업소버 및/또는 스프링이 장착될 수 있다. 본 실시예에서는 시트 스테이들이 존재하지 않는다.
접혀진 자전거의 폭을 줄이기 위하여, 접철 페달(11)들이 사용될 수 있다. 어떠한 형식의 페달(11)들도 사용되어 크랭크(16) 상에 장착될 수 있다. 일 실시예에서 각 크랭크(16)는 베어링과 좁은 페달부(52)를 포함하는 페달(11)을 가진 짧은 스터브(stub: 50)를 가진다. 각 페달(11)은 조인트 조립체(55)와 결합되어 페달(11)의 외부 발판(60) 부분의 접철을 가능하게 하고, 주행 모드에서 보다 큰 발판 발 안착면을 제공한다.
상기 핸들바(34)는 접철될 수 있다. 헤드 튜브(35) 내의 베어링(5)에 부착되는 중간 부품은 후방 및 하방으로 접철될 수 있고, 한편 각 측(36)은 프레임(1)을 향하여 접철됨으로써 핸들(37)들이 프레임(1)의 바로 옆에 위치된다.
또한 중간 축(22)은 프레임을 펼치지 않고 2-시트 직렬구조로 배치될 수 있도록 허용한다. 제2 시트 서포트(36)는 용이하게 부착될 수 있고, 상기 중간 축(22)에는 부가적인 크랭크(39)가 설치될 수 있다. 한쌍의 전방 및 후방 크랭크는 대등하게 정렬되거나 또는 90도의 지연을 줌으로써 양 주행자가 방해받지 않고 페달을 밟을 수 있도록 허용한다. 스프라켓 (23)과 (24) 사이의 직접적인 동력전달은 크랭크들의 동시 회전을 가능하게 한다. 또한 한쌍의 발판(40)을 부가적인 크랭크 대신에 체인 스테이(26)에 장착하는 것도 가능하다.
바퀴가 보다 소형 사이즈, 바람직하게는 16인치 또는 대안으로서 23인치 또는 다른 사이즈를 가지기 때문에 스포크들에는 부하가 덜 가해지고, 따라서 일인용 프레임이 2 사람의 부하를 지탱할 수 있다.
또한 자전거에 자주 설치되는 브레이크, 전등, 펜더(fender), 스탠드 등이 본 자전거에 설치될 수 있다.
상기 프레임의 설계 시 형상과 크기가 변형될 수 있다. 본 발명의 본질을 변경하지 않고 후술하는 특허 요건에서 한정된 남성용, 여성용, 아이용, 또는 다른 형상으로서 설계될 수 있다.
체인 대신에, 구동 벨트 바람직하게는 기어형 구동벨트들을 사용하는 것도 가능하다.

Claims (19)

  1. (A) 상부 튜브, 헤드 튜브, 하부 튜브(2) 및 시트 튜브를 구비한 프레임(1),
    (B) 상기 프레임(1)에 회전 가능하게 부착된 전방 휠 포크(4)와 상기 전방 휠 포크(4)에 장착되는 앞 바퀴(3)를 구비한 접철 가능한 앞 바퀴 조립체, 및
    (C) 체인 스테이(26)들과 상기 체인 스테이(26)들에 장착되는 뒷 바퀴(18)를 구비한 뒷 바퀴 조립체를 포함하고,
    (D) 상기 하부 튜브(2)는 그 사이에 틈새(2')를 가지는 2개의 튜브로 구성되고,
    상기 앞 바퀴 조립체는 상기 전방 휠 포크(4)를 180도 만큼 회전시키고 상기 하부 튜브(2)를 향하여 접철함으로써 접혀질 수 있고, 이에 의해 상기 앞 바퀴(3)를 상기 틈새(2') 안으로 부분적으로 삽입하도록 된 접철식 자전거.
  2. 제1항에 있어서, 상기 뒷 바퀴 조립체는 상기 체인 스테이(26)들이 뒷 바퀴(18)와 함께 피봇(19)을 중심으로 접혀짐으로써 접철 가능하게 된 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프레임을 향하여 접혀질 수 있는 핸들바를 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피봇(19)은 2개의 동축 스프라켓(23, 24)들에 연결된 축(22)을 구비하고, 전방 및 후방 체인(25, 31)들이 마련되어 상기 프레임(1) 상에 마련된 체인 링(15)과 후방 스프라켓(32)을 2개의 동축 스프라켓(23, 24)들과 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  5. 제4항에 있어서, 상기 프레임(1)으로부터 뒷 바퀴(18)를 향하여 연장되고 상기 축(22)을 유지하는 브라켓(20)을 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전방 휠 포크(4)에는 앞 바퀴(3)를 유지하는 2개의 스윙-암(7)이 설치되고, 상기 스윙-암의 일단부는 상기 전방 휠 포크(4)에 피봇 가능하게 결합되고 상기 스윙-암의 타단부는 등자(8)에 결합되며, 상기 등자는 전방 휠 포크(4)에 연결되어 앞 바퀴(3)의 일부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스윙 암(7)들과 전방 휠 포크(4) 사이에 배치된 스프링(14)들을 더 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 스윙 암(7)들의 타단부는 쇼크 업소버(14')들을 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  9. 제8항에 있어서, 상기 쇼크 업소버(14')는 고무 타입, 수압식 또는 공압식인 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  10. 제1항에 있어서, 상기 체인 스테이(26)들은 록킹 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  11. 제10항에 있어서, 상기 록킹 기구는 핀을 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 체인 스테이(6)들은 쇼크 업소버 및/또는 스프링을 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  13. 제1항 내지 제7항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 전기식 모터 또는 내연 모터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  14. 제1항 내지 제7항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 프레임(1)에 부착되고 상기 프레임(1)에 부착된 시트의 뒤에 위치되는 제2 시트 서포트(38)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  15. 제1항 내지 제7항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 접철식 페달(11)들이 설치된 크랭크(16)들을 더 구비한 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  16. 제2항에 있어서, 상기 체인 스테이(26)들을 프레임(1)에 연결하고 프레임(1)으로부터 연장되는 지주(29)에 분리 가능하게 연결되는 시트 스테이(28)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접철식 자전거.
  17. (A) 상부 튜브, 헤드 튜브, 하부 튜브(들)(2) 및 시트 튜브로 구성되는 비 접철식 강성 프레임(1),
    (B) 접혀진 위치에 있을 때 앞 바퀴(3)가 상기 2개의 하부 튜브(2)들 사이의 틈새(2')로 삽입되는 방식으로 회전 및 접혀지는 앞 바퀴 조립체, 및
    (C) 상기 프레임을 향하여 후방 및 하방으로 회전될 수 있는 핸들 바(34)를 포함하는 접철식 자전거.
  18. (A) 상부 튜브, 헤드 튜브, 하부 튜브(들)(2) 및 시트 튜브로 구성되는 비 접철식 강성 프레임(1), 및
    (B) 접혀진 위치에 있을 때 앞 바퀴(3)가 상기 2개의 하부 튜브(2)들 사이의 틈새(2')로 삽입되는 방식으로 회전 및 접혀지는 앞 바퀴 조립체를 포함하는 접철식 자전거.
  19. (A) 상부 튜브, 헤드 튜브, 하부 튜브(들)(2) 및 시트 튜브로 구성되는 비 접철식 강성 프레임(1), 및
    (B) 회전 및 접혀지는 앞 바퀴 조립체를 포함하는 접철식 자전거.
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