KR101309147B1 - 횡으로 이동하는 롤러 주행장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 횡으로 이동하는 롤러 주행장치에 관한 것으로 구동 메커니즘을 단순화하고 주행속도를 높이고 지그재그 운동에서 관성에 의한 치우침 영향을 적게 받게 가볍게 제작하여 자전거와 롤러 스케이트의 특징을 모두 가질 수 있도록 하는것이다.

이를 위한 본 발명은 다수의 볼을 사이에 두고 내측륜과 외주면에 바퀴를 가지는 외측륜이 회전 가능하도록 결합되고 내측륜 내면 하단부의 바퀴 지지체에 부착된 주축 베어링과 플로팅 롤러 베어링의 상부에 발을 얹을 수 있는 유동발판이 안착되어 각각 구름운동을 하는 두 개의 중공의 회전 바퀴부(100)와, 회전 바퀴부(100)의 내측륜 상부에 하단부가 고정되고 상단부가 링크 지지체로 결합된 링크 지지봉(6) 및 링크 지지봉(6) 상단부의 볼 조인트에 회동 가능하도록 결합된 손잡이(5)를 포함하여 구성된다.

횡, 롤러, 주행, 자전거, 비클, 운동기구, 스케이트.

Description

횡으로 이동하는 롤러 주행장치{SIDE RIDING ROLLER VEHICLE}

도1의 (a)는 출원인의 특허출원 제10-2006-49207호의 '횡으로 이동하는 로울러 주행장치 겸 운동기구'를 보여주는 좌측면도이다.
도1의 (b)는 도1의 (a)에 개시된 로울러(2)의 내면부에 설치되어 로울러(2)의 회전방향을 일방향으로 제어하는 일방향 회전수단을 보여주는 우측면도이다.
도2는 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치를 보여주는 도면으로서 (a)는 회전 바퀴부의 정면(30a)을 보여주고, (b)는 회전 바퀴부의 측면(b)을 보여주는 도면이다.

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도3은 제한된 선회캐스터의 기능을 표현하는 유동발판(36)의 평면도이다.
도4는 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치의 주행원리를 보여주는 것으로서 횡 방향으로의 이동단계를 나타내는 평면 발자취 도면이다.
도5는 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치의 또 다른 주행 원리를 보여주는 도면이다.

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도6은 유동발판(36) 회전 주축(38)의 반대부인 플로팅 롤러 베어링(41) 측에 유동 범위를 제어할 수 있는 탄성 제어장치(45)를 설치한 상태를 보여주는 도면이다.
도7은 본 발명의 고강도 경량의 합금부재를 사용한 회전 바퀴부(60)의 실시예를 보여주는 도면이다.

도8은 경량의 첨단합금부재의 회전 바퀴부(30a) 림에서 하중 응력에 의한 변형량 분포도를 보여주는 도면이다.
도9의 (a)는 도7의 회전 바퀴부(60)의 바퀴(61)와 외부림(62)의 단면도이고, 도9의 (b)(c)는 도7에서 바퀴 구동베어링(64)과 지지 베어링부의 절단면 J-O-P, K-O-P를 보여주는 단면도이다.
도10은 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치에서 접철할 수 있는 바퀴형 유동발판(87)을 보여주는 도면이다.
도11은 고강도 경량의 첨단합금부재를 사용한 바퀴를 구비한 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치를 보여주는 측면도이다.
도12는 손잡이와 링크 지지봉(6)의 기울기를 조절하여 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치의 주행속도를 조절하는 과정을 보여주는 도면이다.
도13은 가방이 일체화된 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치를 보여주는 도면이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 발 2 : 로울러
3 : 발판 4 : 체결기구
5 : 손잡이 6 : 링크 지지봉
7 : 신축조정장치 8 : 회전축 연결장치
9 : 링크 지지체 10 : 캐스터(균형유지바퀴)
10a,10b : 상하조절장치 12a, 12b : 라쳇
14 : 링크 21 : 내측 치차
30a : 회전 바퀴부 31 : 바퀴
32 : 외측륜 34 : 내측륜
35 : 바퀴 지지체 36 : 유동발판
37 : 주축 베어링 38 : 회전 주축
39 : 차축 40 : 지면 접점
41 : 플로팅 롤러 베어링 42 : 바퀴 덮개
43 : 연결장치 44 : 링크 지지봉
45 : 탄성 제어장치 46 : 스프링
47, 48, 49 : 미세 간극조정을 하는 기구
50a, 50b : 유동반경 51 : 걸림턱
60 : 회전 바퀴부 61 : 바퀴
62 : 외부림 63 : 내부림
64 : 바퀴 구동 베어링 65 : 바퀴 지지 베어링
66 : 발판 지지체 67 : 유동발판
70 : 지면 접촉부 71 : 변형력
74, 75 : 압축력 87 : 유동발판
88 : 양단부 93 : 링크 관절부
94 : 볼 조인트 100 : 회전 바퀴부
101 : 구동장치 111 : 가방

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2020040034401; 인라인 롤러 스케이트 보드

1020060049702; 횡으로 이동하는 로울러 주행장치 겸 운동기구

미국특허; 20060186617 (Personal transfortation device for ... )

일본특허공개; 02-013485 (Sport equipment)

본 발명은 횡으로 이동하는 롤러 주행장치에 관한 것으로서 출원인의 특허출원 제10-2006-0049207호의 '횡으로 이동하는 로울러 주행장치 겸 운동기구'의 기본 사상에 의해 더욱 발전한 기술적 사상을 추가한 것이다.

일반적으로 자전거, 롤러 스케이트, 킥보드 등과 같은 다양한 주행장치가 발명되었으나, 이들의 주행 메커니즘은 대략 다음과 같이 크게 구별된다. 자전거의 경우는 페달을 누르는 힘으로 바퀴를 회전시켜 추진력을 얻게 되고, 롤러 스케이트의 경우는 빙상용 스케이트와 같은 원리로서 양 발의 각도를 경사지게 하여(V자 형태) 다리를 벌리는 힘으로 뒷발을 바퀴의 진행방향의 측 방향으로 밀게 되면 앞바퀴의 롤러가 미끄러지듯 전진하게 된다. 킥보드의 경우는 한쪽 발로서 지면의 바닥을 치면 이에 의한 반력에 의해 앞으로 주행하는 단순한 원리로 되어 있다.

이들 주행장치는 그 주행 메커니즘 상에서 각각 특성이 다른바, 자전거의 경우는 이용자가 타고 앉아서 관성을 최대한 이용한 주행을 해야 안정되게 균형이 잡히므로 빠른 속도를 위한 체인과 스프라켓, 그리고 변속기 등이 필요하고 동시에 조향핸들, 브레이크 등이 필요하며, 따라서 자전거의 바퀴와 본체 프레임의 크기가 커지고 무거워진다. 자전거의 크기가 커짐에 따라 이용자의 신체 중심이 지면에서 높게 위치해야 하며, 자전거가 일시 정지 상태에서는 한쪽 발을 지면에 닿게 해야하는 불편함도 있어 초보자의 경우나 신체 조건에 따른 어려움이 있는 이용자의 경우 많은 연습과 숙달이 요구되게 된다.

이에 비해 롤러 스케이트는 다리로 미는 힘으로 지그재그 주행하게 되어 있어 바퀴의 주행방향의 측면 방향으로 힘이 많이 부여되므로 가급적 바퀴가 작고, 접촉면이 좁을수록 좋다. 그러나 이 경우 야외의 흙바닥 또는 요철이 많은 지역에서는 이용에 매우 불편하게 된다. 또한, 롤러 스케이트는 주로 신발과 일체형으로 구성된 하나의 롤러 스케이트로서 여러 이용자가 함께 이용하기는 어렵다.

또한, 킥보드의 경우는 핸들과 발판, 그리고 2개 또는 3개의 바퀴로 구성되며, 이는 발판과 바닥 지면이 가급적 가까워야 하는바 뒷바퀴가 큰 경우는 주행에 불편함을 준다. 따라서 앞바퀴는 크지만 뒷바퀴는 통상 작게 제조하여 발판의 높이를 낮추거나 또는 앞뒤 바퀴간의 거리를 길게 하고 중간부의 발판의 높이를 낮춘 구조로서 주로 아동용이나 또는 간단한 놀이 기구로서 널리 보급되고 있다.

이밖에 킥보드와 유사하나 두 개의 뒷바퀴가 분리되어 각각 발판을 갖는 구조로서 이들 두 개의 뒷바퀴를 서로 벌렸다 오므렸다 하면서 종방향으로 전진하거나 또는 앞바퀴의 핸들을 좌우로 기울여 바퀴가 넘어지려는 힘을 이용해 추진력을 얻는 삼륜 형태의 주행장치(트라이스키, 트라이크 등)도 있다.

이미 공개된 횡으로 이동하는 주행장치를 보면 보트 형상의 긴 보드 형태로 된 롤러 스케이트 보드와, 또는 허리가 유동이 되는 관절로 이루어진 보드(에스보드, 스네이크 보드 등)의 경우 이용자가 측 방향으로 보드에 발을 얹고, 양발을 전후로 흔들거나 또는 발목의 비틀림 운동으로 추진력을 얻어 이동하는 주행장치이다. 또한, 횡 방향으로 이동하는 다른 주행장치는 앞에서 언급한 롤러 스케이트 보드나 허리가 유동이 되는 형태의 보드는 양 발에 맞게 분리한 형태를 갖게 되는 구조로서 이는 이용자에게 보다 고난도의 기술을 요구한다.

'06년 8월 공개된 미국특허 20060186617는 분리된 한 쌍의 발판에 한 방향으로 정렬된 두 개의 롤러 바퀴를 가지는 구조이고, 국내 등록실용신안 제20-0378760호(2005. 03. 17. 등록공고)의 '인라인 롤러 스케이트 보드'는 에스보드의 형상과 유사하나, 각각 발판에 경사각을 갖는 두 개의 선회형 바퀴와 발판 연결띠를 장착하고 있다. 이들 분리형 주행장치는 두 발이 자유로워 보다 다이나믹한 동작을 구현할 수 있지만 초보자가 숙달되기까지는 넘어지는 등 많은 시간과 노력을 요구한다.

이밖에 일본공개특허 02-013485호는 '운동장치'로서 하나의 둥근 띠(후프) 형태의 프레임의 하단면에 두 개의 롤러 바퀴가 구비된 것으로 이용자가 둥근 프레임의 내부에 탈(설) 수 있는 구조이나 이용자와 롤러 바퀴와 프레임이 서로 일체로 움직이게 되므로 방향전환과 가속, 정지 등에 있어 롤러 스케이트 보드 등에 비해 다이나믹한 동작을 구현하기가 어렵다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 구동 메커니즘을 단순화하고 주행속도를 높이고 지그재그 운동에서 관성에 의한 치우침 영향을 적게 받게 가볍게 제작함으로써 자전거와 롤러 스케이트의 특징을 모두 가질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 발판이 장치된 중공의 두 개의 큰 바퀴와 지지용 봉과 손잡이를 구비하고, 각각 분리된 두 개의 바퀴를 지지용 봉을 이용하여 손잡이에 부착함으로써 링크 형태로 자유롭게 움직이면서 직선 주행과 지그재그 주행을 할 수 있도록 하고, 발의 높이가 바퀴의 중심보다 낮아 누구나 쉽고 안전하게 이용할 수 있으며, 지지용 손잡이를 통해 일정 한도 이상은 벌어지지 않도록 하여 양 발이 과다하게 벌어지는 위험성을 낮추며, 손잡이로 인해 이동 및 보관이 편리하도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 실내 및 실외에서 특히 지면이 고르지 못한 흙바닥에서도 사용이 가능하고, 계단과 같이 단차가 있는 장소를 쉽게 통과할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는, 다수의 볼을 사이에 두고 내측륜과 외주면에 바퀴를 가지는 외측륜이 회전 가능하도록 결합되고, 상기 내측륜 내면 하단부의 바퀴 지지체에 부착된 주축 베어링과 플로팅 롤러 베어링의 상부에 발을 얹을 수 있는 유동발판이 안착되어 각각 구름운동을 하는 두 개의 중공의 회전 바퀴부; 상기 회전 바퀴부의 내측륜 상부에 하단부가 고정되고 상단부가 링크 지지체로 결합된 링크 지지봉; 및 상기 링크 지지봉 상단부의 볼 조인트에 회동 가능하도록 결합된 손잡이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유동발판은 횡 방향으로 진행이 가능토록 상기 바퀴의 중심에서 오프셋을 갖는 위치를 유동발판의 중심을 바퀴 진행방향으로 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 두 개의 회전 바퀴부는 각각 하나 또는 그 이상의 균형 유지바퀴를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 균형유지바퀴는 상기 링크지지봉의 기울어진 각도에 따라 지면 접촉각을 달리하여 제동장치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전 바퀴부는 상기 외측륜이나 상기 바퀴와의 마찰력에 의해 상기 바퀴의 회전관성을 제동할 수 있는 제동장치를 구비하고, 상기 손잡이는 상기 제동장치를 작동시키기 위한 제동장치 손잡이를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 유동발판은 회전주축을 기준으로 좌우로 유동하여 유동 각도를 조절하는 탄성 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 유동발판은 양단부가 접철 가능하도록 제작되어, 접철된 상태에서 상기 바퀴의 내부로 내입되는 것을 특징으로 한다.
상기 두 개의 회전 바퀴부의 내측륜과 및 외측륜은 고강도 경량의 합금부재를 사용하거나 또는 금속접합부재를 사용한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 동력 엔진이나 전기를 이용한 모터를 포함하는 구동장치를 더 구비하고, 상기 손잡이와 상기 링크 지지봉의 주행방향으로의 기울어진 각도를 이용하여 상기 구동장치의 회전체와 상기 바퀴와의 접촉면적을 조절하여 상기 구동장치의 동력을 바퀴에 전달할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 링크 지지봉과 상기 유동발판에는 가방 또는 캐리지가 체결장치에 의해 체결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도1의 (a)는 출원인의 특허출원 제10-2006-49207호의 '횡으로 이동하는 로울러 주행장치 겸 운동기구'를 보여주는 좌측면도이다.
도1의 (a)에 의하면, 이용자의 발(1)을 얹어 놓는 한 쌍의 로울러(2)는 외면부(외측륜)가 회전이 되고 내면부(내측륜)가 고정이 되는 구조를 갖는다. 즉, 내면부는 발을 올려놓는 발판(3)을 구비한 체결기구(4)가 로울러(2)의 내면부에 체결되어 있다. 여기서, 이용자의 발(1)을 맨 발로 그린 것은 그림의 이해를 명확하게 하기 위함이고, 실제 이용시는 신발을 착용할 수 있다.

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체결기구(4)의 상단부에는 링크지지봉(6)이 결합되고, 상기 링크지지봉(6)은 상단부가 손잡이(5)에 의해 서로 연결되어 있어, 각각의 바퀴가 시계추와 같이 이용자의 발 운동에 의해 F1 방향으로 진자운동을 하게 된다.

상기 링크지지봉(6)은 막대의 신축을 조절 및 고정할 수 있는 신축조정장치(7)와 말단부에 연결된 로울러(2)의 방향조정을 할 수 있는 회전축연결장치(8)를 구비하고, 두 개의 링크지지봉(6)은 장력제어를 할 수 있는 링크 지지체(9)를 구비하고, 상기 링크 지지체(9)의 장력제어는 장력제어를 위한 상하조절장치(9a)(9b)를 이용하여 이용자의 신체적 조건에 맞추어 위아래로 조절하여 사용할 수 있도록 되어 있다.

도1의 (b)는 도1의 (a)에 개시된 로울러(2)의 내면부에 설치되어 로울러(2)의 회전방향을 일방향으로 제어하는 일방향 회전수단을 보여주는 우측면도이다.
도1의 (b)에 의하면, 이용자가 연장선(15, 도1에서는 표시 생략됨))의 일측에 연결된 손잡이 레바를 이용하여 회전 방향을 제어하는 링크(14)를 조정할 수 있으므로 라쳇(12a)(12b) 중 하나가 로울러(2)의 내측치차(21)에 밀착되어 정역회전 방향(Ra)(Rb)이 연속되는 로울러(2)를 일방향으로 유지할 수 있게 된다.
또한, 링크(14)가 중립상태(14N)에서의 로울러(2)는 라쳇(12a)(12b)에 의해 제동되지 않게 되어 있으므로 횡으로 이동되지 않는 실내에서의 운동에 적합하게 된다.

도1에서 보듯이, 출원인의 특허출원 제10-2006-49207호의 '횡으로 이동하는 로울러 주행장치 겸 운동기구'는 일방향 회전수단 등의 활용으로 주로 이용자의 양발의 좌우 방향 운동을 주목적으로 하고 있지만, 본 발명은 이용자의 전후 방향의 교차 발 운동을 추가하여 매회 발 동작에서 회전바퀴가 제한된 범위에서의 방향선회를 통해 일방향 회전수단의 기능을 갖게 하는 주행 개념을 도입한 것이다.
도2는 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치를 보여주는 도면으로서 (a)는 회전 바퀴부(30a)의 정면을 보여주고, (b)는 회전 바퀴부(30a)의 측면을 보여주는 도면이다.
도2에 의하면, 회전 바퀴부(30a)는 지면에 접촉되는 탄력성있는 바퀴(31)와 함께 회전되는 외측륜(32)과, 회전이 되지 않는 내측륜(34), 그리고 내측륜(34)과 유동발판(36)을 지지하는 바퀴 지지체(35)로 구성된다.

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상기 유동발판(36)은 회전 바퀴부(30a) 내부에서 좌우로 일정한 각도를 쉽게 회전되도록 주축 베어링(37)과 플로팅 롤러 베어링(41)이 장착된다. 이는 출원인의 특허출원 제10-2006-49207호의 '횡으로 이동하는 로울러 주행장치 겸 운동기구'에서 롤러의 고정된 발판과는 달리 발이 회전 바퀴부(30a)의 회전 주축(38)이 되어 이용자의 발(1)이 움직이는 방향에 따라 자유롭게 일정한 각도 범위 내에서 선회하기 위함이다. 이를 위해, 바퀴(31)의 지면 접점(40)이 되는 차축(39)은 회전 주축(38)에 비해 오프셋(D) 된 구조를 가지고, 이들 축(38)(39)은 도2의 (b)에서 보이는 바와 같이 바퀴(31)의 진행방향과 같은 축에 일치되게 된다.
또한 도2의 (b)에 개시된 회전 바퀴부(30a)에서와 같이 유동발판(36)은 바퀴 지지체(35)에서 유동이 쉽게 되도록 베어링(41)의 상부에 놓이게 된다. 바퀴(31)와 링크 지지봉(44)은 바퀴 덮개(42)가 부착된 연결장치(43)에 의해 연결되며, 구름운동을 제어하기 위한 제동장치(53)가 내장되어 손잡이의 제동장치에 의해 조작되게 된다. 또한, 바퀴(31)는 주행안정을 위해 별도로 균형유지바퀴(캐스터;10)를 구비한다.
위의 도2는 중공의 베어링을 이용한 바퀴 구조를 나타낸다. 상기 베어링으로는 실제 통용되고 있는 산업용 베어링이 사용될 수도 있다. 통상적으로 산업용 베어링의 경우는 충분한 기계적 강도를 고려하여 제작된 것이지만 본 발명과 같은 주행용구로서는 이용자의 체중이나 이용 여건 등과 같은 제한성 등을 감안하여, 이것보다 가볍게 설계될 수도 있다. 예로서 베어링의 외측, 내측 림의 구조를 얇고 좁게 제작할 수 있고, 내부의 구름 베어링(볼)의 수량을 감소할 수도 있다. 이러한 사항을 베어링의 제조업자에 의해 충분히 감안되어 설계 및 제조될 수 있다. 또한 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치의 베어링의 내측륜은 실제 하중을 받는 지역에 있어 지면과 접촉되는 하단부에만 힘이 집중되며 나머지 부문은 실제 하중은 미약하므로 베어링의 제조 방법이나 설계시 미리 감안할 수도 있다.
도3은 제한된 선회캐스터의 기능을 표현하는 유동발판(36)의 평면도이다.
도3에 의하면, 유동발판(36)은 주축 베어링(37)과 이에 대응하는 플로팅 롤러 베어링(41)에 의해 쉽게 상하유동(Ym 화살표 방향)과 좌우 회전유동(Xm 화살표 방향)이 되게 된다. 보다 구체적으로는 도3의 (a)에서와 같이 이용자의 발이 상하유동(Ym)시 바퀴(31)는 차축(39)을 기준으로 회전이 된 위치(31')에 놓이게 되므로 회전각도(θ)가 발생하게 된다. 또한, 도3의 (b)에서와 같이 이용자의 발을 좌우로 유동조작(Xm)할 경우 그 유동각도(θ2)는 통상 20~30°정도가 되므로 바퀴(31)의 회전각도(θ1)가 10~20°가 되더라도 실제 이용자가 발 동작(Xm)(Ym)을 통해 얻어지는 전체적인 회전 유동각도(θ3)는 30~50°정도를 갖게 된다.
여기서, 이용자가 숙달이 될 경우 발목만의 좌우 유동(θ2)으로도 30°이상이 가능하여 발목의 좌우유동만으로도 주행 가능하지만, 초보자나 더 편안하게 속도를 내기 위해서나, 또는 경사를 올라갈 경우에는 발판에 의한 회전각도(θ)가 더욱 편리하게 이용된다.
도4는 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치의 주행원리를 보여주는 것으로서 횡 방향으로의 이동단계를 나타내는 평면 발자취 도면이다.
도4에 의하면, 좌측발(1b)은 아래방향(Y2), 우측발(1a)은 윗방향(Y1)으로 동시에 동작할 경우(교차운동)에 있어 당초의 바퀴 방향(예컨데 우측발(1a)이 초기는 수평으로 놓여졌을 경우; 주축의 위치는 m0 임)에서 방향 각도(θ1 각도 방향)가 바뀌게 되고(이때 주축의 위치는 m1), 이때 바퀴는 발의 나아가는 힘(y)에 의해 방향각도(θ1)의 벡터값 방향(m)으로 진행하므로 이용자는 횡 방향(x)만큼 이동하게 된다. 이용자의 양발의 방향이 또다시 교차할 경우(이때 주축의 위치는 m2)는 다시 바퀴의 방향이 선회가 시작되며 계속 횡 방향(x)으로의 이동이 지속된다.

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도5는 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치의 또 다른 주행 원리를 보여주는 도면이다.
도5에 의하면, 이용자가 양 발의 교차운동과 함께 발목의 좌우 유동을 통하여 유동각도(θ2)를 추가하면 바퀴의 회전 유동각도(θ3)는 더욱 커지게 되고, 횡방향 이동(x)은 줄어들지만 힘들이지 않고서도 주행할 수 있게 된다. 따라서 출발 초기에는 지그재그가 반복되는 거리(피치; S)가 짧지만 힘들이지 않고 주행하게 되며, 횡 방향으로 주행이 시작된 경우에는 피치(S)가 점차 커지게 되므로 주행 관성에 의해 한쪽 발만으로 전후로 교차운동을 해도 힘이 추가되어 속도는 가속되게 된다.

위에서 설명한 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 통상적으로 종으로 주행하는 습관에 익숙해진 대다수의 이용자에게 횡으로의 이동이 비록 생소하나, 발의 교차운동을 우선적으로 익히면, 회전바퀴의 자연스런 선회(지그재그 동작)에 의해 발목의 좌우유동이 자연스럽게 익숙해지므로 빠른 속도의 주행도 가능하게 된다.

도6은 유동발판(36) 회전 주축(38)의 반대부인 플로팅 롤러 베어링(41) 측에 유동 범위를 제어할 수 있는 탄성 제어장치(45)를 설치한 상태를 보여주는 도면이다.
도6에 의하면, 바퀴는 각도가 변경될수록 스프링(46)에 의한 탄성 저항을 받도록 구성되어 있어 복귀가 되므로, 주행중 발 운동이 없으면 바퀴가 스프링 탄성에 의해 복귀되어 관성에 의해 횡으로 주행이 계속되게 된다. 탄성 제어장치(45)는 바퀴 지지체(35)에 부착되며, 탄성과 회전각도(θ1)를 제어하기 위해 별도로 미세 간극조정을 하는 기구(47)(48)(49)를 구비한다. 상기 미세 간극조정을 하는 기구(47,48,49)는 유동발판(36) 하단부의 부재(36')에서 유동이 되어 유동 반경(50a)(50b)을 이용자에 맞게 조정할 수 있고, 자전거의 변속 레버에 의해 고정 위치(예: 손잡이의 변속 레버 L1, L2, L3 등)를 변경할 수도 있다.
따라서, 탄성 제어장치(45)가 주축인 회전 주축(38)에 가까이 밀착(예: 50b위치)되면, 유동발판(36)의 좌우 유동여유가 줄어들고, 반대로 멀어지면(예: 50a위치) 유동범위가 커지게 된다. 또한, 좌우 유동 탄성을 서로 달리 조정하게 되면 유동발판(36)은 경사진 위치(예; 36')로 고정이 되어 정면주행(종주행)과 측면주행(횡주행)의 중간인 대략 45도 각도의 방향으로도 주행을 할 수 있게 된다.

본 발명에서 유동발판에 의한 회전 바퀴의 유동량과 탄성값 등은 제조업자와 이용자에 의해 여러 실험을 통해 최적수준을 찾을 수 있고, 동시에 이용자에 의해 개인별 조정해서 사용할 수도 있다. 또한, 극히 일부 숙련된 전문가에 의해서는 유동량이 거의 없이도 발목의 각도로서만 주행할 수도 있다. 그러나 초보자의 경우 회전바퀴부(30a)에서 유동발판(36)의 유동을 차단하거나 각도를 고정할 경우, 양 발의 전후 교차운동이나 지그재그 운동에도 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 더 이상 진행할 수 없다. 본 발명에서 유동 발판의 유동 차단, 즉 발의 전후로 지그재그 동작은 바퀴가 선회가 되지 않아 거의 불가능하기 때문이다. 또한, 회전 바퀴부(30a)의 회전 주축에 각각 주행방향의 반대방향으로 하여 발을 얹고 양 발을 교차운동을 할 경우도 횡으로 이동할 수 없다. 이 경우 바퀴의 진행 방향인 옆으로만 어느 정도 발을 벌렸다 오므렸다 할 수 있어 TV 등을 보면서 실내 운동 용도로 적용할 수 있다.
또한, 유동발판(36)의 전후운동과 바퀴(31)의 지그재그 운동은 매 동작마다 발생하게 되므로 유동발판(36)과 신발 또는 발은 매 동작마다 작은 미끄러짐 현상(슬립)이 연속으로 발생하게 된다. 따라서 유동발판(36)과 신발 또는 발의 미끄러짐을 방지하기 위한 방안을 고려하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 도6의 유동발판(36)의 전후 또는 좌우 가장자리에 걸림턱(51)을 형성함으로써 유동발판(36)에서 신발 또는 발이 미끄러지지 않는다.
본 발명은 이용자 발의 전후 교차운동으로 걷기와 유사한 동작을 하나, 바퀴가 주축과 차축의 오프셋에 의해 반복적인 선회운동을 하게 되므로 횡으로 구름동작을 하는 초기에는 지그재그 형상으로 이동되면서 점차 완만한 사인곡선에 가까운 동작이 되게 된다. 그러나 상기한 바와 같은 동작은 바퀴의 중량이 클 경우에는 방향전환이 회전 관성에 의해 충분히 조정하기가 쉽지 않다. 이를 위해 회전 바퀴부(30a)는 경량구조가 바람직하다.

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도7은 본 발명의 고강도 경량의 합금부재를 사용한 회전 바퀴부(60)의 실시예를 보여주는 도면이다.
도7에 의하면, 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치의 베어링은 하단부에만 하중이 집중되는 구조를 가지는 것으로서 베어링의 외측륜에 해당하는 외부 림(62)과 내측륜에 해당하는 내부림(63)을 첨단합금부재를 이용하여 사출성형하여 경량화와 고강도 구조를 갖게 되므로 림의 내부에 외부림(62) 구동을 위한 바퀴 구동 베어링(64)을 최소한으로 배치할 수도 있다.
상기 외부림(62)과 바퀴(61)가 바퀴 구동 베어링(64)과 바퀴 지지 베어링(65)에 의해 회전 가능하도록 고정되고, 상기 내부림(63)이 발판 지지체(66)와 일체형으로 제조됨과 동시에 구동베어링(64)과 바퀴지지베어링(65)과의 중심축이 일체로 연결되어 있으므로 주행중 외부림(62)은 어느 곳에도 닿지 않고 회전운동을 할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 로울러 주행장치는 힘이 직접 가해지는 바퀴의 하단부에만 2개 이상의 바퀴구동베어링(64)을 장착하고, 주변부에는 최소한의 바퀴지지베어링(65)으로 외측륜과 내측륜(지지체)이 이탈되지 않도록 구성할 수 있다.
바람직하게는 바퀴구동베어링(64)의 개수는 외부림(62)의 단면구조에 따라 달라질 수 있으나, 양측면을 동시에 지지하는 경우에는 2개 또는 3개의 바퀴구동베어링(64)만으로 충분하다.

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도7에 개시된 회전 바퀴부(60)의 외부림(62)과 내부림(63)은 주행기구로서 이용자가 올라탄 상태에서 이동 및 점프 등의 충격하중에 충분히 견디게 설계되어야 한다. 통상적인 설계에서 회전바퀴가 이용자의 체중에 의해 미치는 힘의 분포는 도8과 같다.
도8은 경량의 첨단합금부재의 회전 바퀴부(30a) 림에서 하중 응력에 의한 변형량 분포도를 보여주는 도면이다.
도8에 의하면, 도8의 (a)는 외부림(62)에 미치는 하중변형을 보여주는 것으로서 지면 접촉부(70)에는 내면으로 강한 변형력(71)이 작용하고, 반대로 외부림(62)의 수평축인 측면부에는 밖으로 향하는 변형력(72)이 작용되게 된다. 또한, 내부림(63)의 경우 바퀴구동베어링(64)과 바퀴지지베어링(65)은 내면을 향하는 압축력(74)(75)의 영향을 받게 되고, 링크지지봉에 의한 압축력(76)도 영향을 끼치게 된다.
따라서 실제로 외부림(62)과 내부림(63)의 변형량과 그 크기는 고강도 경량의 첨단합금부재의 재료에 맞게 구조해석을 하고, 동시에 단면 설계와 변형량을 감안한 설계로 충분히 고려될 수 있다.
도9의 (a)는 도7의 회전 바퀴부(60)의 바퀴(61)와 외부림(62)의 단면도이고, 도9의 (b)(c)는 도7에서 바퀴 구동베어링(64)과 지지 베어링부의 절단면 J-O-P, K-O-P를 보여주는 단면도이다.
도9의 (a)는 바퀴(61)의 외부림(62)의 단면으로서 변형력을 감안하고 경량화를 위한 구조로서 62a, 62b, 62c와 같은 단면으로 형성될 수 있고, 고무 또는 수지계열로 이루어지는 회전 바퀴부(60)는 61a, 61b, 61c 형태로서 그 실시 예를 볼 수 있다. 또한 회전 바퀴부(60)는 경량화를 위해 내부에 별도로 공기 또는 경량재료를 주입한 구조(68b)로 제작될 수도 있다.
도9의 (b)의 바퀴구동베어링(64)과 바퀴지지베어링(65)은 외부림(62)의 회전과 유동발판의 전후유동(Ym)을 고려한 구조로서 외부림(62)의 돌출부위(62a의 79a 또는 62c의 79c)의 양단에서 지지하게 되므로 바퀴의 외부림(62)은 항시 안정된 회전을 한다. 또한, 본 발명에서 실제 바퀴(61)에 부과되는 하중은 유동 발판(67)에 부착된 균형유지캐스터(10)에 의해 분산된다.
도9의 (c)는 바퀴구동베어링(64)의 또 다른 설치예로서 마찰계수가 낮은 테프론 등의 부재를 사용하는 경우의 실시예이다.
본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러주행장치는 최근 지속적으로 발전되고 있는 첨단의 고강도 경량의 합금재질로 제조될 수 있다. 그 중 특히 리퀴드메탈 같은 비정질합금부재의 경우는 지르코늄에 티타늄, 니켈, 구리 등을 섞어서 만든 것으로서 대략 마그네슘, 티타늄 등에 비해 강도와 경도가 높고, 무엇보다 플라스틱처럼 정밀 사출이 가능하여 본 발명의 소재로서 충분히 설계되어 제조될 수 있다. 리퀴드메탈의 경우는 열역학적으로 고온에서는 불리하나 본 발명에서 운동기구로서는 자동차 등과 달리 고온 발열이 되지 않게 충분히 고려할 수 있기 때문이다. 무엇보다 첨단 합금부재의 경우 내부식성이 높은 재질을 선택할 수 있고, 간단하면서 정교한 생산이 되므로 이용자들이 편리하게 오랜 시간을 사용할 수 있어 미래 환경에 적합한 운동기구로서 주행기구로서 생활에 적용될 수 있기 때문이다.

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본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 첨단의 고강도 경량의 합금재질만을 사용토록 제한하지는 않는다. 예컨데 철 또는 스테인레스 스틸의 박판을 롤 포밍하여 림 구조를 형성하여 사용할 수 있고, 또는 연질의 경량금속과 경질의 금속을 서로 접합하여 제조할 수도 있다. 이는 자전거가 최초에 발명되었을시 조잡한 금속부재로서 제조되었으나, 지속적인 발전이 이루어졌듯이 본 발명에 있어서 기본적인 사상하에서 여러 재료를 사용할 수 있는 것이 바람직하기 때문이다.
도10은 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치에서 접철할 수 있는 바퀴형 유동발판(87)을 보여주는 도면이다.
도10에 의하면, 발판 지지체(66)에 고정된 주축 베어링(37)의 상부에 바퀴형 유동발판(87)이 결합되어 있는데, 이 바퀴형 유동 발판(87)은 한번 또는 그 이상 접철되는 구조를 가지는 것으로서 도10의 (b)(c)와 같이 접철되어(87a위치) 중공의 회전바퀴부(60) 내부림(63) 내에 안치되게 된다.
여기서, 바퀴형 유동발판(87)은 통상 티타늄 등의 고강도 소재로서 얇고 견고하게 제조가 가능하므로 컴퓨터설계(CAD)과정에서 실험을 통해 충분히 설계 및 제조할 수 있고 때로는 금속 등을 보강한 플라스틱 수지계열로서도 제조될 수도 있다. 본 발명에서 접철형을 수단으로서 표현한 것은 이용자의 편리성을 더욱 감안하여 첨단 소재로서 충분히 제조하는 것이 보다 바람직하기 때문이다.
상기 바퀴형 유동발판(87)은 균형유지바퀴(10)가 하나 또는 2 개가 부착되어 있으므로 주행시 다리의 벌어짐을 방지하고 정지시 안정감을 높일 수 있어 초보자 또는 노약자 등에 편리하다.
또한, 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 불특정 다수가 사용할 수 있는 점을 충분히 감안하여 제조 단계에서 바퀴형 유동발판(97)을 미리 부착함으로써 사용시에는 바퀴형 유동발판(87)의 양단부(88)를 펼쳐서 사용하고 사용하지 않을 때에는 접어서 바퀴(61)의 중공부에 안치할 수 있다.

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도11은 고강도 경량의 첨단합금부재를 사용한 바퀴를 구비한 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치를 보여주는 측면도이다.
도11에 의하면, 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 균형유지바퀴(10)가 장착된 한 쌍의 바퀴부(100), 링크지지봉(6), 링크 관절부(93), 손잡이(5), 장력복귀장치인 링크 지지체(9)를 가지며, 이용자에 따라 제동장치 손잡이(51)를 채용할 수도 있다. 또한, 손잡이에는 자전거와 마찬가지로 이용자에 의해 선호되는 DMB(102)나 경음기 등을 장착할 수 있다. 상기 링크 지지봉(6)은 최근 널리 보급된 두랄루민 소재 등으로 제작하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 바퀴부(100)의 내경을 160mm로 하고 외경을 200mm(고무바퀴 포함시 220mm)로 하며, 바퀴부(100)를 포함하는 전체 높이를 1000mm 내외로 함으로써 전체 중량을 약 4kg 내외로 할 수 있다. 또한 바퀴의 크기는 이용자의 신장, 나이나 혹은 전문적 사용 용도에 따라 더 크게 제조되거나 또는 더 작게 제조할 수도 있다.
또한, 손잡이와 링크 지지봉(6)은 도12에서 보는 바와 같이 링크 관절부(93) 내에 볼 조인트(94)에 의해 좌우로 유동하게 결합할 수 있고, 도12에서 보는 바와 같이 손잡이와 링크 지지봉(6)을 주행방향(F)으로 기울이면 균형유지바퀴(10)가 기울임 각도(a)만큼 지면 접촉각(a')이 감소하여 저항이 줄어들게 되므로 두 개의 롤러 바퀴에 의해 쾌속주행이 가능하게 된다.
반대로 손잡이와 링크 지지봉(6)을 주행방향의 반대방향(R)으로 기울이면 균형유지바퀴(10)와 지면과의 접촉면적이 증가하므로 제동기능이 동시에 수반되는 효과가 있다.
본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 대표적인 주행장치인 자전거에 비해 구동력을 전달하는 체인, 스프라켓, 플라이휠 등이 없이 양 발의 전후 교차운동에 의한 주행이 되는 것으로서 그 원리가 간단하지만, 그 발명의 내용이 상기 실시 예에 국한되어 구애받지 않고 더욱 개선되어 적용될 수 있다고 본다. 자전거의 경우 오랜 기간 동안 수천, 수만의 발명으로 개량되어 왔는바, 본 발명의 기본사상의 틀 안에서도 당업자에 의해 충분히 개량될 수 있고 동시에 이용자의 취향에 맞게 디자인이나 색상, 재료 등이 선택되고 제조되어 운동기구 겸 주행장치로서 널리 이용될 수 있다.

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본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 도12에서와 같이 회전 바퀴부(100)에 미니 엔진이나 연료전지를 활용한 모터 등의 구동장치(101)를 바퀴와 연동되게 장착할 수도 있다. 또한 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 도11에서와 같이 회전 바퀴부(100)와 링크 지지봉(6)의 결합부위를 바퀴 덮개(8)를 씌워 보호할 수 있다.
또한 본 발명은 도12에서와 같이 구동장치(101)의 회전체가 손잡이가 주행방향(F)으로 기울어지는 각도에 따라 바퀴의 외면부 또는 측면부에 밀착되어 마찰력으로 주행할 수 있도록 할 수도 있다. 또한 구동장치(101)는 주행중 일정 가속도 도달 후 직선주행이 될 경우 모터를 동작할 경우 자동차, 스쿠터 등과 달리 매우 경량의 주행장치인바 보다 바람직한 에너지 절약이 가능하게 된다.
또한 도13에서와 같이 바퀴 달린 여행가방(캐리지;a,b)과 같이 응용 제조되어 때로는 주행기구로서(이 경우 가방(111)은 백팩 형태로 등에 메게 됨) 때로는 여행가방으로서(항공기/철도/차량 등 탑승시 등) 등에 메거나 끌고 다닐 수도 있게 된다.
도13의 여행가방 형태의 경우는 지지 샤프트(103)(103')를 길이 신축형으로 제조하고, 손잡이(104, 또는 104')의 일부를 최소 기능으로 단순화한 경우의 예로서 가방(111)과 주행장치는 체결장치(113)로 연결된다. 가방(111)은 주행장치와 보다 긴밀한 체결을 위해 일부 또는 가방의 하단부가 본 발명의 횡으로 이동하는 주행장치의 접철된 바퀴와 일체화되도록 ABS 등의 플라스틱계나 발포수지 또는 알루미늄 등 경금속 재료로서 형틀에 의해 서로 밀착되게 제조될 수도 있고, 전문가에 의해 공동 제조될 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 본 발명에 의한 횡으로 이동하는 롤러 주행장치는 실내외에서 양발을 앞뒤로 교차 동작하는 운동을 통해 횡으로 이동하는 운동하는 기구로서 또는 레저용 주행기구로서 가볍고, 취급이 용이하여 남녀노소 및 숙련이 되지 않은 사람도 보다 쉽고 안전하게 운동이나 자전거와 같은 주행을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명은 이용자가 버스, 전철 등 대중교통을 이용한 출퇴근이나 비행기를 이용한 해외여행 등에 있어 간편하게 동반할 수 있게 되므로 불필요한 교통흐름의 장애나 에너지의 낭비를 줄이는데에 기여할 수 있다.

Claims (10)

1. 다수의 볼을 사이에 두고 내측륜과 외주면에 바퀴를 가지는 외측륜이 회전 가능하도록 결합되고, 상기 내측륜 내면 하단부의 바퀴 지지체에 부착된 주축 베어링과 플로팅 롤러 베어링의 상부에 발을 얹을 수 있는 유동발판이 안착되어 각각 구름운동을 하는 두 개의 중공의 회전 바퀴부;

   상기 회전 바퀴부의 내측륜 상부에 하단부가 고정되고 상단부가 링크 지지체로 결합된 링크 지지봉; 및

   상기 링크 지지봉 상단부의 볼 조인트에 회동 가능하도록 결합된 손잡이

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유동발판은 횡 방향으로 진행이 가능토록 상기 바퀴의 중심에서 오프셋을 갖는 위치를 유동발판의 중심을 바퀴 진행방향으로 가지는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 두 개의 회전 바퀴부는 각각 하나 또는 그 이상의 균형 유지바퀴를 구비하는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 균형유지바퀴는 상기 링크지지봉의 기울어진 각도에 따라 지면 접촉각을 달리하여 제동장치의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 회전 바퀴부는 상기 외측륜이나 상기 바퀴와의 마찰력에 의해 상기 바퀴의 회전관성을 제동할 수 있는 제동장치를 구비하고, 상기 손잡이는 상기 제동장치를 작동시키기 위한 제동장치 손잡이를 구비하는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 유동발판은 회전주축을 기준으로 좌우로 유동하여 유동 각도를 조절하는 탄성 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
7. 제1항에 있어서

   상기 유동발판은 양단부가 접철 가능하도록 제작되어, 접철된 상태에서 상기 바퀴의 내부로 내입되는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 두 개의 회전 바퀴부의 내측륜과 및 외측륜은 고강도 경량의 합금부재를 사용하거나 또는 금속접합부재를 사용한 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
9. 제1항에 있어서,

   동력 엔진이나 전기를 이용한 모터를 포함하는 구동장치를 더 구비하고, 상기 손잡이와 상기 링크 지지봉의 주행방향으로의 기울어진 각도를 이용하여 상기 구동장치의 회전체와 상기 바퀴와의 접촉면적을 조절하여 상기 구동장치의 동력을 바퀴에 전달할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러 주행장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 링크 지지봉과 상기 유동발판에는 가방 또는 캐리지가 체결장치에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 횡으로 이동하는 롤러주행장치.

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