KR20040076178A - 다수의 롤러를 갖는 전방향(全方向) 구형(球形) 바퀴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방향 구형바퀴에 관한 것으로서, 하중을 받아주는 동시에 구형바퀴의 전방향 구름을 돕는 롤러가 여러 형태로 장착된 것을 특징으로 한다.

롤러는 일반 원통형 롤러 또는 구형바퀴의 곡면과 상당부분 일치되는 곡면의 형상을 갖는 이형롤러를 선택할 수 있으며, 이형롤러의 경우 동일 롤러 양단부에서의 역회전 방향성에 의한 미끄럼 마찰저항을 감소시키기 위해 몸체가 이등분 된 형태의 이형롤러로 구성할 수도 있다.

또한 필요에 따라, 케이스와 일체일 수도 있는 롤러세트가 좌우로 360 도 회전하는 방식도 가능하다.

롤러와 롤러축을 한 몸체로 할 수도 있고, 롤러와 롤러축을 분리하고 선택적으로 축 베어링을 사용할 수도 있으며, 축 베어링 자체를 롤러로 사용할 수도 있다.

용도에 따라 롤러의 개수도 1 개 이상 여러 개를 구형바퀴 중심으로 환상으로 배열해 사용할 수 있다.

구형바퀴의 개수도 1 개인 방식을 비롯해 수 개의 바퀴를 한 세트로 하여 바퀴 사이에 롤러를 배치한 방식의 것까지 다양한 설계를 만족할 수 있는 전방향 구형바퀴를 구현하였다.

Description

다수의 롤러를 갖는 전방향(全方向) 구형(球形) 바퀴{omitted}

일반적으로 축을 중심으로 구르는 바퀴가 전후진의 2 방향성만 갖는 것임과,캐스터와 같은 바퀴는 전 방향 회전의 원리로서 편심축을 이용한 것임에 비하여, 본 발명은 전 방향으로 원활한 구름이 가능한 구형바퀴의 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다. 이러한 구조를 구현함으로써 구형바퀴의 크기에 제한이 없고 구형바퀴의 재질도 단단한 것에서 고무공과 같이 공기압을 이용한 구형 타이어까지 적용이 가능하게 함으로써 차량용에서부터 가구에 이르기까지 여러 분야에서 전 방향으로 이동이 필요한 물체들의 이동용 바퀴로 사용될 수 있는 구형바퀴를 제공함을 목적으로 한다.

기존에 구형바퀴로 사용되는 것에 볼캐스터(200)가 있다. 이는 실제 바퀴로서의 이용보다는 산업용으로 평판 위 볼캐스터 상에서 판상형 물건을 이동할 때 이용되는 것을 주 목적으로 생산되고 있지만 일부 제한적 용도로서 이동용 바퀴로 사용 되고 있는 바이다. 그러나 이는 볼 케이스(203) 안에 작은 베어링 볼(202)을 여러개 넣어 바퀴 볼(201)의 구름성을 확보한 것으로서 바퀴 볼(201)의 재질이 단단해야만 하고, 바닥면을 구르는 바퀴 볼(201)의 구표면과 베어링 볼(202)이 직접 접촉하는 방식이어서 바닥의 이물질이 바퀴 볼(201)의 구표면에 붙어 바로 베어링 볼(202)에 옮겨 묻음으로써 원활한 작동을 방해하게 되는 단점이 있다.

또한 전방향 이동이 가능한 바퀴로서 캐스터가 있는 바, 이는 생산단가가 싸서 범용적으로 쓰이는 반면, 편심을 근간으로 하기 때문에 하중을 지지하기 위한 바퀴 골조의 강성이 추가로 요구되며, 방향 전환 시 부드럽지 못한 단점이 있다. 특히 바퀴의자 같이 앉은 상태에서 수시로 방향이 바퀴면서 조금씩 이동해야 하는 경우 기동력이 많이 들고 방향 전환이 부드럽지 못한 단점이 있다.

또한 기존 특허 및 실용신안 중에는 구형바퀴를 소재로 한 것들이 몇몇 있는 바, 출원번호 10-2000-0019844 호에서 제시한 구형바퀴의 구조가 있는데, 여러 장점에도 불구하고 편심에 따른 문제점이 있는 것이다.

본 발명에서는 전방향 구형바퀴를 구현함에 있어, 바퀴의 재질이 단단한 것에서부터 타이어 형태(고무공 형태)의 것까지, 어떤 형태의 구형바퀴라도 원활하게 구를 수 있도록 1 개 이상의 롤러를 구비하여 구성할 때, 하중과 구름마찰에 적절하게 대응하는 여러 방법을 제공하려 한다. 또한 용도 별로 롤러의 형태 및 배치 방법을 다양하게 구성하는 방법을 제시하고, 다수의 구형바퀴로서 바퀴세트를 구성하는 방법을 제공하려 한다.

도 1은 본 발명의 분해사시도

도 2는 본 발명의 내부 횡단면도(도3의 H-H-횡단면도)

도 2a는 도2의 V-V' 종단면도

도3은 탄성 구형바퀴의 사용 상태도

도 4는 본 발명의 실시 예로서, 축 베어링을 적용한 롤러

도 5는 본 발명의 실시 예로서, 이형롤러를 갖는 경우의 부분 사시도

도 6은 구형바퀴와 이형롤러의 각 접촉부위에서의 회전반경 비교

도 7은 역회전 마찰저항을 받는 이형롤러

도 8은 분리된 이형롤러를 갖는 경우의 실시 예

도 9는 환형으로 배치된 롤러를 갖는 경우의 실시 예

도 10은 세워진 롤러를 갖는 경우의 실시 예

도 11은 롤러지지대가 회전하는 방식의 실시 예

도 12는 3중 구형바퀴 방식의 실시 예

도 13은 4중 구형바퀴 방식의 실시 예

도 14는 기존의 볼캐스터 구조단면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

11:구형바퀴 20:케이스 (21 상부케이스 + 22 하부케이스)

21:상부케이스 22:하부케이스 23:연결구

30:롤러세트 31:롤러 31a:이형롤러

31b:분리된 이형롤러 32:롤러축 33:축 베어링

35:롤러지지대 36:축회전홈 37:베어링볼

41:장착용 판 100:이동체

도 1 은 본 발명의 분해사시도로서, 상부케이스(21) 내부에 롤러세트(30)를 형성함에 있어, 롤러지지대(35)에 형성된 축회전홈(36)에 롤러(31)가 장착되어 회전하도록 구성한다. 이 때 롤러(31)는 롤러축(32)과 한 몸체로 이루어져 있다. 이와 같은 롤러(31)는 구형바퀴(11)를 중심으로 수 개가 롤러지지대(35)에 설치되어 한 세트를 이루며 롤러세트(30)를 형성한다. 롤러(31)의 위치는 롤러(31)와 구형바퀴(11)가 접촉하는 점 또는 선이 구형바퀴(11)의 수평 중심선(A-A')보다 상부에 위치하도록 하여, 구형바퀴(11)에 가해지는 이동체(100)의 하중을 지지하는 한편 적절한 마찰저항으로 롤러(31)를 회전시키도록 한다.

이와 같이 구성된 상부케이스(21) 내부에 구형바퀴(11)를 삽입하고 연결구(23)로 하부케이스(22)와 상부케이스(21)를 체결한다. 이와 같이 체결된 상태에서 하부케이스 선단과 구형바퀴(11) 사이에는 약간의 유격(G)이 있도록 한다.

이와 같이 구성된 바퀴세트(10)를 이동체(100)에 장착하기 위한 장착용 판(41)을 케이스(20)에 부착함으로써 본 발명의 구성을 완성한다.

이와 같이 케이스(20) 안에서 구형의 바퀴가 회전축 없이 전 방향으로 구르는 전방향 구형바퀴를 구성함에 있어, 구형바퀴(11) 수평중심선(A-A') 상부의 반구면 일부와 각각 접촉하여 회전하도록 한 다수의 고정위치형 롤러(31)를 장착한 롤러세트(30)를 케이스(20) 안에 구비함으로써, 상기 롤러(31)들이 구형바퀴(11)에서 전달되는 이동체(100) 하중에 대한 지지력을 골고루 받아줌과 동시에 구형바퀴(11)가 어느방향으로 구르던지 그 구름성을 각 롤러(31)의 회전으로 받아 줌으로써 구형바퀴(11)의 구름을 원활하게 하여주는 것을 특징으로 한 전방향 구형바퀴가 구성된다.

이렇게 롤러(31)로서 구형바퀴(10)의 구름성을 받아주는 방식은 종전의 볼캐스터(200)에서 많은 수의 베어링 볼(202)이 자유로이 구르면서 바퀴볼(201)의 구름성을 확보해 주는 방식과는 전혀 다른 새로운 방식으로서, 그 특징으로는

첫째, 구름성을 유지해주는 최종 지점이 이물질에 노출되어 있지 않다는 점이다. 즉 종전의 볼캐스터(200)는 바닥면을 구르는 바퀴 볼(201)의 구표면과 구름성을 유지해주는 베어링 볼(202)이 직접 접촉하는 방식이어서 바닥의 이물질이 바퀴 볼(201)의 구표면에 붙어 바로 베어링 볼(202)에 옮겨 묻음으로써 원활한 작동을 방해하게 되는 단점을 극복한 것으로서 구름성을 유지해주는 축회전홈(36) 부분은 오염의 위험이 덜하며, 간단한 구조 변경을 통해 오염으로부터 완전 차단할 수도 있다.

둘째, 종전의 볼캐스터(200)는 바퀴 볼(201)과 베어링 볼(202)이 한 점에서 접촉함으로써 그 구름성이 확보됨에 비하여, 본 발명의 구조는 도 3의 경우처럼 탄성을 갖는 구형바퀴(11)와 롤러(31)가 선 접촉 내지 면 접촉을 하더라도, 구름성을 확보해주는 축회전홈(36) 부분의 구름성은 항상 같은 정도로 유지된다. 이와 같은 선 접촉 내지는 면 접촉 방식은 전반적으로 구형바퀴(11)의 구름성과 하중 분배에서 더 나은 성능을 갖게 될 뿐 아니라 구형바퀴(11)의 형태가 자유로워질 수 있다. 즉 쇠나 플라스틱 수지 같은 단단한 재질에서부터 고무 같은 탄성재질 또는 고무공이나 타이어와 같은 공기압으로 탄성을 유지하는 재료들까지 구형바퀴(11)로서 사용 가능하다. 또한 롤러(31) 표면의 재질을 여러 종류로 선택함으로써 동일한 기능이 가능케 할 수도 있다.

도 4와 같이 롤러축(32)과 롤러(31)가 분리되어 롤러축(32)을 중심으로 회전하는 롤러(31)에 축 베어링(33)을 적용하는 방식으로 롤러의 구름성을 확보하는 방법도 있다.

도 5 와 같이 이형롤러(31a)로 구성할 수도 있다. 이형롤러(31a) 곡면의 곡률은 구형바퀴(11) 구표면의 곡률과 상당 부분 일치되게 하여 구형바퀴(11)와 선 내지 면 접촉을 이루도록 구성한다. 이 때 도 6 에서 상세히 보면 이형롤러(31a)의 각 부분에서의 회전 반경(R1,R2)과 각 지점에 대응하는 구형바퀴(11) 각 부분에서의 회전반경(B1,B2)의 비율이 다르므로 일정 부분에서는 항상 미끄럼 현상을 동반하면서 구르게 된다. 따라서 구형바퀴(11)의 재질이 단단하고 매끄러운 경우에 롤러와의 접촉면을 넓히기 위해서 도 1 에서와 같은 점 접촉 방식보다는 도 5 와 같은 이형롤러(31a)를 갖는 구조가 바람직하다 하겠다.

이와 같이 선 내지 면 접촉을 갖는 방식에서는, 구형바퀴(11)와 롤러(31,31a)의 일부 접촉부위에서 미끄럼 현상을 동반하면서 구르게 되므로, 미끄럼 마찰력에 때문에 구름성이 방해 받는 경우도 있을 수 있다. 심하면 도 7 과 같이 가상 회전축 X-X'를 중심으로 구형바퀴(11)가 구를 경우 X-X'축의 전,후에 걸쳐있는 이형롤러(31a)는 서로 반대 방향으로 회전하려 한다. 이런 경우 미끄럼 마찰저항력은 최대가 되므로 도 8과 같이 연장된 직선 중심축에서 2 개 이상 분리된 이형롤러(31b)가 각각의 구름성를 가지도록 구성해 주는 것이 유리한 경우도 있다.

도 9 는 또 다른 실시 예로서 롤러(31) 또는 이형롤러(31a)를 환상으로 배열하여 각 롤러(31,31a)가 구형바퀴(11)의 중심을 향하도록 배치한 것이다.

도 10 은 이형롤러(31a) 4 개를 우산살 모양으로 세워서 구성한 것이며, 이때 상부 롤러지지대(35a)와 하부 롤러지지대(35b)에 파여진 축회전홈(36)에 이형롤러(31a)를 장착한 구조이다. 이형롤러(31a)가 아닌 원통형 일반 롤러(31)도 이와 같이 세로로 세워서 장착할 수 있다. 이와 같이 롤러축(32)을 수평방향에 대하여 0도 내지 90도 사이 임의의 각도로 세워서 설치할 수도 있다.

이와 같이 선 내지 면 접촉에 따라 미끄럼현상이 동반된 구름이 일어나는 경우 선택할 수 있는 롤러의 형태 및 배열 방법은 그 용도와 사용되는 재질에 따라 수많은 실시 예가 나올 수 있다.

도 11 은 롤러지지대(35)가 상부케이스(21)안에서 선택적으로 회전하도록 중간에 베어링 볼(37)을 넣어 구성한 실시 예로서, 롤러(31,31a,31b) 중에 어느 한 부분이라도 미끄럼 마찰저항으로 구형바퀴(11)의 구름성을 방해할 경우 그 미끄럼 마찰저항력을 최소화 시킬 수 있는 방향으로 롤러세트(30)가 자동 회전하도록 구성한 것이다. 이는 또한 롤러지지대(35)와 한 몸체로 구성된 케이스(20)가 장착용 판(41)에 대하여 좌우로 회전하거나, 또는 이동체(100)에 대하여 좌우로 회전하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에서라도 기존의 캐스터보다 좌우로 회전하는 각도가 훨씬 작기 때문에 유리하다.

도 12 내지 도 13은 구형바퀴(11)를 3개 또는 4개를 적용한 경우의 실시 예로서, 각 구형바퀴(11)를 서로 접촉하지 않게 설치하고 그 사이에 각 구형바퀴(11)에 공동으로 접촉되는 롤러(31,31a)와 각 구형바퀴(11)의 외곽 부분을 받쳐주는 롤러(31,31a)를 장착하여 준 것이다. 바퀴세트(10)의 크기가 동일할 때 구형바퀴(11)가 1 개인 방식에 비해 구형바퀴(11) 각각의 크기를 작게 할 수 있어 작은 기동력으로 구를 수 있는 장점이 있으며, 구형바퀴(11)의 개수와 구성방법도 다양하게 할 수 있다.

이외에도, 도 1 에서는 롤러지지대(35)와 상부케이스(21)가 분리된 형태로 도시되었지만 상부케이스(21)의 몸체 일부분으로서 롤러지지대(35)나 축회전홈(36)을 형성하는 방식으로도 구성이 가능하고 또한 그 형태도 다양하게 할 수 있다.

본 발명에서 제시한 설명 및 도면과는 다르지만 그 분야에서 통상적인 지식을 가지고 있는 사람이라면 쉽게 고안할 수 있는 약간의 변형 실시 예는 본 발명의 범주 안에 있는 것이다.

상기의 설명과 같이 구성된 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴는 전 방향이동이 필요한 모든 이동체에 이동용 바퀴로서 사용되면 그 적용성과 원활한 작동성에 있어서 기존의 캐스터보다 좋은 성능을 발휘할 것이다.

Claims (9)

1. 케이스 안에서 구형(球形)의 바퀴가 회전축 없이 전방향(全方向)으로 구르는 전방향 구형바퀴를 구성함에 있어, 구형바퀴 수평중심선 상부의 반구면 일부와 각각 접촉하여 회전하도록 한 다수의 고정위치형 롤러를 장착한 롤러세트를 케이스 안에 구비함으로써, 상기 롤러들이 구형바퀴에서 전달되는 이동체 하중에 대한 지지력을 골고루 받아줌과 동시에 구형바퀴가 어느 방향으로 구르던지 그 구름성을 각 롤러의 회전으로 받아 줌으로써 구형바퀴의 구름을 원활하게 하여주는 것을 특징으로 한 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
2. 제 1항에 있어서,

   롤러축이 수평으로 설치된 것을 특징으로 하는 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
3. 제 1항에 있어서,

   롤러축이 수평방향에 대하여 0도 내지 90도 사이 임의의 각도로 세워진 것을 특징으로 하는 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
4. 제 1항에 있어서,

   롤러의 형상이 원통형으로 된 것을 특징으로 하는 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
5. 제 1항에 있어서,

   롤러 외표면의 곡률이 구형바퀴 구표면의 곡률과 상당부분 일치되도록 한 이형롤러를 구비한 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
6. 제 5항에 있어서,

   연장된 직선 중심축에서 2 개 이상 분리된 이형롤러가 각각의 구름성를 가지도록 구성한 것을 특징으로 한 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
7. 제 4항과 제 5항에 있어서,

   롤러 또는 이형롤러를 환상으로 배열하여 각 롤러가 구형바퀴의 중심을 향하도록 배치한 것을 특징으로 한 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
8. 제 1항에 있어서,

   롤러세트가 케이스에 대하여 좌우로 회전하거나, 롤러세트와 한 몸체로 구성된 케이스가 장착용 판이나 이동체에 대하여 좌우로 회전함을 특징으로 한 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴
9. 제 1항에 있어서,

   다수의 구형바퀴를 갖는 전방향 구형바퀴를 구성함에 있어, 각 구형바퀴를 서로 접촉하지 않게 설치하고 그 사이에 각 구형바퀴에 공동으로 접촉되는 롤러와 각 구형바퀴의 외곽 부분을 받쳐주는 롤러를 장착한 것을 특징으로 한 다수의 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴