KR200169324Y1 - 물품 운반에 사용되는 캐리어용 롤러 조립체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 물품을 운반하는데 사용되는 캐리어용 롤러 조립체에 관한 것이다. 본 고안의 한 실시예에 따르면, 롤러 조립체는, 캐리어의 하측에 부착된 한 쌍의 측판 각각에 형성된 개구에 고정된 지지 샤프트와, 상기 지지 샤프트 상에 회전 가능하게 장착된 로우터와, 상기 로우터와 선접촉하는 상태로 배치된 롤러와, 상기 롤러를 지지하기 위하여 측판 각각에 형성된 개구에 상하 이동 가능하게 고정된 구동 샤프트를 포함한다. 상기 로우터의 회전 중심과 롤러의 회전 중심은 상호 연직 또는 오프셋 관계로 배치되어 있기 때문에, 상호 연직 방향으로 배치된 두개의 샤프트에 의하여 하중이 이원화되며, 또 각각의 샤프트에 의하여 동일한 크기로 분리된다. 따라서, 각각의 분력은 크기가 갖고 방향이 반대이기 때문에, 약간의 힘의 균형이 조금만 깨어져도, 롤러 조립체는 가볍게 움직일 수 있다. 따라서, 이러한 롤러 조립체가 장착된 캐리어의 최대 정지 마찰력이 크게 감소될 수 있다.

Description

물품 운반에 사용되는 캐리어용 롤러 조립체{ROLLER ASSEMBLY FOR CARRIER USED IN TRANSPORTING AN ARTICLE}

본 고안은 팔레트, 핸드카 등과 같은 물품 운반에 사용되는 캐리어 뿐만 아니라 구동륜을 사용하는 통상의 구동체에 적용되는 롤러에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 캐리어나 구동체의 최대 정지 마찰력을 현저히 감소시킬 수 있는 롤러 조립체에 관한 것이다.

중량(重量)의 물품을 이송하는 경우에, 팔레트, 핸드카 등의 캐리어가 종종 이용되는바, 이러한 캐리어는 물품의 무게를 지탱하면서 구름 이동할 수 있는 원통형 롤러를 구비한다. 팔레트의 경우에, 적어도 한 쌍의 롤러만이 그 지지대의 하측면에 부착되어 있어도, 작업자가 수 백 킬로그램의 물품을 용이하게 운반할 수 있다. 이러한 캐리어에 사용되는 롤러 각각은 샤프트에 고정된 한 쌍의 베어링 상에 장착되어 있다.

전술한 바와 같은 캐리어는 롤러와 회전 샤프트 사이에 베어링이 개재되어 있기 때문에, 롤러 자체의 마찰력은 매우 작다. 이러한 캐리어는 비교적 중량의 물품을 용이하게 이송할 수 있는 장점을 갖고 있으나, 그 캐리어의 이동 개시 시점에 실질적으로 물품의 중량에 해당하는 정도의 힘을 가하여야 하는 결점이 있다. 즉, 정지 상태의 캐리어를 이동시키는데 필요한 초기 구동력은 이동 중인 캐리어를 계속 이동시키는데 필요한 중간 구동력보다 크다.

본원 고안자는 이러한 초기 구동력과 중간 구동력이 동일하지 않은 이유가 정지 마찰력과 운동 마찰력의 물리적 현상에 기인한 것으로 확신하고 있다.

이하, 수평대 위에 정지해 있는 블록(이것은 비록 미끄럼 운동이지만, 캐리어와 같은 구름 운동과 유사하다고 간주함)을 고찰하기로 한다. 정지 상태에 있는 블록에 가해 준 힘이 작을 경우에는 블록이 이동하지 않음을 알 수 있다. 이런 경우는 블록에 가해 준 힘이 수평대가 접촉면을 통해서 블록에 반대 방향으로 작용한 마찰력과 최소한 동일하다고 할 수 있다. 블록에 가하는 힘을 점점 증가시켜서 어떤 소정의 힘에 도달하였을 때에 비로서 블록은 이동하기 시작하는 것을 알 수 있다. 일단 운동이 시작되면, 이 가해 준 힘을 작게 함으로써 가속도가 없는 등속 운동을 유지하게 할 수 있으며, 이 때 이 힘은 작게는 되지만 0이 되지는 않는다.

블록과 수평대가 서로 정지하고 있는 상태에서, 그 블록과 수평대간의 접촉면 사이에 작용하는 마찰력을 정지 마찰력이라 한다. 최대 정지 마찰력은 블록을 이동시키는데 필요한 최소의 힘과 같다. 일단 블록이 이동한 다음의 접촉면 사이에 작용하는 마찰력은 보통 작아지기 때문에, 블록이 등속 운동을 유지하는 데에는 최대 정지 마찰력보다 작은 힘만이 필요하다. 이와 같이 서로 상대 운동을 하는 접촉면 사이에 작용하는 마찰력을 운동 마찰력이라 한다.

건조하고 윤활유를 치지 않은 한 쌍의 접촉면 사이에 작용하는 최대 정지 마찰력은, 첫째, 넓은 범위에 걸쳐 접촉 면적과는 거의 관계가 없고, 둘째, 법선력에 비례한다는 두개의 경험적 법칙에 따르고 있다. 법선력이라 함은 때로는 하중력(荷重力)이라고도 하지만, 접촉하고 있는 두 물체가 접촉면에 일직선 상에서 서로 반대 방향으로 작용하는 힘이다. 수평대 위에 정지하고 있거나 미끄럼 운동하는 블록에 대한 법선력의 크기는 블록의 무게와 같다.

최대 정지 마찰력의 크기와 법선력의 크기와의 비를 그 표면 사이의 정지 마찰 계수라 한다. F_s를 정지 마찰력의 크기라 하면, F_s≤μ_sN으로 표현할 수 있으며, 여기서 μ_s는 정지 마찰 계수이고, N은 법선력의 크기이다. 등호는 F_s가 최대값을 가질 때만 성립한다. 건조하고 윤활유를 치지 않은 표면 사이의 운동 마찰력 F_k는 정지 마찰의 경우와 같이 두개의 법칙에 따른다. 첫째, 운동 마찰력은 넓은 범위에 걸쳐 접촉 면적과는 거의 관계가 없다. 둘째, 운동 마찰력은 법선력에 비례한다. 운동 마찰력은 또 접촉 표면이 서로 이동하는 상대 속력에 거의 관계가 없다. 운동 마찰력의 크기와 법선력의 크기와의 비를 운동 마찰 계수라 하며, F_k= μ_kN으로 표현할 수 있고, 여기서 μ_k는 운동 마찰 계수이다.

상기 수식들에서 알 수 있는 바와 같이, μ_s와 μ_k는 모두 무차원의 상수이므로, 정지 마찰력과 운동 마찰력은 법선력의 크기와 관계가 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 고안은 물체를 지지하는 롤러에 수직 방향으로 작용하는 법선력을 감소시킬 수 있다면, 롤러의 최대 정지 마찰력을 감소시킬 수 있는 점에 착안하였다.

따라서, 본 고안의 목적은 최대 정치 마찰력을 감소시킬 수 있는 롤러 조립체를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 캐리어용 롤러 조립체의 제1 실시예를 도시하는 종단면도이다.

도 2는 도 1의 횡단면도이다.

도 3은 본 고안에 따른 캐리어용 롤러 조립체의 제2 실시예를 도시하는 종단면도이다.

도 4는 본 고안에 따른 캐리어용 롤러 조립체의 제3 실시예를 도시하는 종단면도이다.

도 5 및 도 6은 본 고안에 따른 캐리어용 롤러 조립체의 제4 실시예를 도시하는 종단면도 및 횡단면도이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

10 : 지지대

32 : 지지 샤프트

36 : 구동 롤러용 샤프트

34, 38 : 베어링

144 : 바퀴

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 한 양태에 따르면, 물품을 운반하는데 사용되는 캐리어용 롤러 조립체에 있어서, 캐리어의 하측에 부착된 한 쌍의 측판 각각에 형성된 개구에 고정된 지지 샤프트와; 상기 지지 샤프트 상에 회전 가능하게 장착된 로우터와; 상기 로우터와 선접촉하는 상태로 배치된 롤러와; 상기 롤러를 지지하기 위하여 측판 각각에 형성된 개구에 상하 이동 가능하게 고정된 구동 샤프트를 포함하며, 상기 로우터의 회전 중심과 롤러의 회전 중심은 상호 연직선 상에 위치하지 않아, 롤러 조립체의 최대 정지 마찰력이 감소되는 캐리어용 롤러 조립체가 제공된다. 상기 로우터는 베어링이나 롤러가 바람직하다.

지지 샤프트는 두개로 형성되면, 구동 샤프트의 중앙에 장착되는 롤러 또는 구동륜이 그 사이를 통과할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 양호한 실시예에 따른 캐리어용 롤러 조립체를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 캐리어의 지지대(10) 하측에 부착된 롤러 조립체의 제1 실시예를 도시하고 있다. 롤러 조립체는 양 단부가 한 쌍의 측판(24) 각각에 형성된 개구를 통해 외측으로 연장하는 상태로 장착된 지지 샤프트(32)를 구비한다. 이 지지 샤프트(32)의 연장부는 지지 샤프트의 좌우 이동을 방지하기 위하여 너트(비도시) 등과 같은 파스너에 의하여 고정되는 것이 바람직하다. 또, 지지 샤프트(32)의 연장부는 개구의 형상과 일치하는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 지지 샤프트(32)에는 측판(24) 내측에 그리고 그 측판(24)에 인접하여 한 쌍의 베어링(34)이 장착되어 있다. 베어링(34)의 내륜(inner race)은 지지 샤프트(32)에 용접 등과 같은 소정의 방법으로 고정되어 있다.

도 1에는 하나의 지지 샤프트(32)로 두개의 베어링을 지지하는 구성이 도시되어 있으나, 측판(24)과 평행하게 수직 하방으로 연장하는 내부 고정판을 별도로 설치하여 각각의 베어링을 수납하는 공간을 형성하고, 그 베어링을 지지하는 지지 샤프트를 각각 설치할 수도 있다.

상기 지지 샤프트(32) 하방에는 베어링과 접촉하는 상태로 롤러(40)가 장착된다. 롤러(40)는 측판(24)에 형성된 개구를 관통하는 구동 샤프트(36)에 의하여 지지되며, 구동 샤프트(36)와 롤러(40) 사이에는 한 쌍의 베어링(38)이 개재되어 있다. 상기 개구는, 상측에 형성된 개구와 달리, 그 내부에서 구동 샤프트(36)가 상하로 약간 이동할 수 있도록 길게 형성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 구동 샤프트(36)에는, 측판(24)으로부터가 아니라, 측판(24)에 고정된 지지 샤프트(32)의 베어링(34)으로부터 하중이 전달된다.

본 고안의 제1 실시예에 따른 롤러 조립체의 횡단면도를 도시하는 도 2를 참조하면, 지지 샤프트(32)의 회전 중심과 구동 샤프트(36)의 회전 중심을 연결하는 선이 지면에 대하여 직각이 아님을 알 수 있다. 따라서, 베어링(34)과 롤러(40)와의 접촉점과 롤러(40)의 회전 중심을 연결하는 선 역시 지면에 대하여 직각이 아니다. 이러한 접촉점에는 롤러 조립체가 도면의 좌측에서 우측으로 이동할 때 그 이동 방향과 동일한 방향으로 접선력이 발생하게 된다. 따라서, 롤러 조립체의 최대 정지 마찰력이 상기 접선력만큼 감쇄되어, 결국 접선력 만큼의 초기 구동력이 절감되는 효과가 있다.

도 3은 본 고안에 따른 롤러 조립체의 제2 실시예를 도시하는 도면으로서, 제1 실시예와 상이한 구성은 롤러(140)의 중간 부분(142)에 대경의 고무 바퀴가 장착되어 있는 것이다. 이를 위하여, 베어링(34)을 지지하는 샤프트(132)는 도 1에 도시된 샤프트(32)와 달리 단축으로 이루어져 있고, 롤러의 대경부(142)와 고무 바퀴(144)는 지지대(10)의 개구부(12)를 통과하여 연장한다. 본 실시예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 베어링(34)과 롤러(140)의 회전 중심이 연직선상에 있지 않다. 이 실시예는 바퀴가 대형인 경우에 매우 적합하다.

도 4는 차량과 같이 한 쌍의 타이어가 장착되는 경우를 예시하는 실시예를 도시한다. 구동 샤프트(236)의 양 단부에는 타이어(T)가 각각 장착되어 있다. 구동 샤프트(236)는 전술한 실시예와 달리 구동 롤러를 별도를 구비하지 않고, 그 구동 샤프트와 일체를 이루는 한 쌍의 대경부(238)를 구비한다. 이 대경부(238)는 한 쌍의 지지 롤러(233)와 접촉한다. 본 실시예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 롤러(233)와 대경부(238)의 회전 중심이 연직선상에 있지 않다.

도 5 및 도 6은 롤러가 연직 방향으로 3개가 장착된 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 연직선에 대한 구동 롤러(50)와 롤러(50b)를 연결하는 직선의 각도를 크게함으로써, 롤러 조립체의 초기 구동력을 증가시키도록 구성된 것이다. 본 실시예에서, 롤러(50, 50a)가 장착된 구동 샤프트(36, 36a)는, 도 1의 구동 샤프트(36)와 같이, 수직 방향으로 이동할 수 있다.

전술한 구성에 따르면, 구동 롤러에 작용하는 하중이 그 롤러의 회전 중심과 연직선 상에 있지 않기 때문에, 최대 정지 마찰력과 운동 마찰력 모두가 상당량 감소한다. 따라서, 본 고안에 따른 롤러 조립체가 장착된 캐리어는 종래보다 소수의 인원만으로도 용이하게 이동될 수 있다. 또, 일반 차량에 적용한다면, 마찰력의 감소로 인하여 연비가 절감하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 물품을 운반하는데 사용되는 캐리어용 롤러 조립체에 있어서,

   캐리어의 하측에 부착된 한 쌍의 측판 각각에 형성된 개구에 고정된 지지 샤프트와;

   상기 지지 샤프트 상에 회전 가능하게 장착된 로우터와;

   상기 로우터와 선접촉하는 상태로 배치된 롤러와;

   상기 롤러를 지지하기 위하여 측판 각각에 형성된 개구에 상하 이동 가능하게 고정된 구동 샤프트를 포함하며,

   상기 로우터의 회전 중심과 롤러의 회전 중심은 상호 연직선 상에 위치하지 않아, 롤러 조립체의 최대 정지 마찰력이 감소되는 것을 특징으로 캐리어용 롤러 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 로우터는 베어링과 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어용 롤러 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트에는 구동 바퀴가 장착되는 것을 특징으로 하는 캐리어용 롤러 조립체.