KR20050050506A - 방향전환 롤러를 갖는 전방향(全方向) 구형(球形)바퀴 - Google Patents

방향전환 롤러를 갖는 전방향(全方向) 구형(球形)바퀴 Download PDF

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KR20050050506A
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B33/00Castors in general; Anti-clogging castors
    • B60B33/08Ball castors

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Abstract

본 발명은 케이스 안에서 구형(球形)의 바퀴가 회전축 없이 전방향(全方向)으로 구르는 전방향 구형바퀴에 관한 것으로서, 구형바퀴의 상(上) 반구면 일부와 각각 접촉하여 회전되게끔 설치된 롤러의 롤러축이 구형바퀴 구름방향에 순응하도록 방향전환 가능하게끔 구성함으로써, 구형바퀴의 구름성을 개선한 것을 특징으로 한다.

Description

방향전환 롤러를 갖는 전방향(全方向) 구형(球形)바퀴{omitted}
본 발명은 캐스터라고 불리는 방향전환이 가능한 바퀴, 더 세부적으로는 볼 형상의 구형바퀴를 이용하면서 방향전환이 용이한 전방향 구형바퀴이다. 본 출원인이 기 출원한 출원번호 10-2003-0011538 - 다수의 롤러를 갖는 전방향(全方向) 구형(球形)바퀴 - 에서는 다수의 롤러를 구형바퀴의 상(上) 반구면에 각각 접촉하여 회전하도록 구성하였다. 이는 구형바퀴의 표면재질이 매끈한 것은 문제 없으나 마찰계수가 큰 고무 같은 재질의 구형바퀴에서는 구형바퀴의 진행방향과 롤러축이 이루는 각도가 일정 이하의 예각이 되면 롤러가 구형바퀴의 구름성을 받지 못함에 따라 구형바퀴의 구름을 방해하는 단점이 있다.
본 발명에서는 상기의 단점을 극복하고자 구형바퀴의 구름방향이 바뀌면 롤러축이 그 방향에 가장 순응하는 방향으로 자동 방향전환될 수 있는 구조를 구현하려 하며, 이 때 정교한 구조는 물론 간단한 구조로도 필요한 성능을 얻을 수 있도록 여러 실시예를 제시하려 한다.
다수의 롤러를 이용한 구형바퀴는 그 기본적 특성으로, 각 롤러의 위치가 구형바퀴 상(上)측 반구면의 일부와 각각 접촉하도록 되어 있으며, 도 1 에서와 같이 롤러(11,12,13)가 구형바퀴(1)와 접촉하여 회전하는 구면상의 궤적(P1 ∼ P3)은 각 롤러마다 다르게 나타나며, 구형바퀴가 구르는 방향과 평행한 것이 특징이다.
이 때 우연히 구형바퀴(1)의 진행방향과 롤러축(22)이 이루는 각도가 90도인 롤러#2(12)는 가장 편안하게 회전하면서 구형바퀴의 구름을 받아준다. 그러나 롤러#1(11) 및 롤러#3(13)는 롤러축(21,23) 방향이 구형바퀴(1)의 진행방향과 예각을 이루고 있어 구형바퀴의 표면재질이 매끄러울 때는 문제 없으나 마찰계수가 큰 고무 같은 표면재질에서는 롤러가 원활히 회전하지 못할 수 있다. 이와 같은 경우, 롤러#1(11) 및 롤러#3(13)의 롤러축(21,23)들을 구형바퀴(1)의 진행방향과 90 도를 이루도록 방향전환이 될 수 있는 구조를 몇 가지 실시예를 통하여 구현하여 보았다.
즉, 다수의 롤러(10)가 구형(球形)바퀴(1)의 상(上)측 반구면에 각각 접촉하여 회전함으로써 구형바퀴의 구름성과 이동체의 하중을 받아주는 전방향(全方向) 구형바퀴에 있어서, 구형바퀴(1)의 진행방향과 모든 롤러축(20)의 방향이 수평투영 상에서 90 도 각을 이루도록 롤러축(20)의 방향전환이 가능한 롤러(10)를 갖는 것이 특징인, 방향전환 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴이다.
여기서 '롤러의 회전'과 '롤러축의 방향전환'의 의미를 분명하게 하기 위해 도 2 에서 설명하면, '롤러의 회전'은 롤러축(20)을 중심으로 롤러(10)가 회전하는 것으로 도 2 에서 'R'로 표현된 동작이며, '롤러축의 방향전환'은 롤러(10)와 롤러축(20)을 포함한 전체가 그 방향을 바꾸는 것으로 도 2 에서 'T'로 표현된 동작을 말한다.
이 때 롤러축의 방향을 전환하게 하는 구동력은 구형바퀴의 구름력이고, 이 구름력은 이동 물체를 움직이게 하는 동력에서 나오는 것으로서, 예를 들어 바퀴의자인 경우 의자를 움직이려는 사람의 힘이고, 자동차인 경우 엔진의 동력일 수 있다.
도 3 과 도 4 는 본 발명에서 방향전환 롤러를 구현하는 방법을 보여주는 것으로서, 2 단 축받이홀을 이용하여 방향전환 롤러를 구성하는 도면이다. 선택적으로 케이스(90)와 한 몸체인 원형 2 단 축받이홀(30)을 케이스(90) 내부에 다수개 포함하고, 롤러(10)와 함께 삽입된 롤러축(20)이 축받이홀(30) 제 1 단 벽(31) 및 단의 턱(32)에 접설되어 축받이홀(30) 제 1 단을 따라 360 도 방향전환 가능하게 구성하며, 각 축받이홀(30)의 천공방향은 수직이거나 또는 구형바퀴와 롤러와의 접점에서 수평투영 상으로 구형바퀴(1)의 중심축과 일치하게 함으로써 롤러(10)는 롤러축(20)을 중심으로 회전하고 롤러(10)와 롤러축(20) 전체는 축받이홀(30) 제 1 단을 따라 360 도 방향전환하도록 구성된 것이다.
도 5 는 방향전환 롤러를 구현하는 또 다른 방법을 보여주는 것으로서, 집게형 축받이를 이용하여 더욱 정교하게 방향전환 롤러를 구현하는 방법을 도시한 것이다. 케이스(90) 내부에 다수의 Y 자 모양의 집게형 축받이(40)를 설치함에 있어, 각 집게형 축받이(40)의 양 집게발(41) 사이에 롤러축(20)과 롤러(10)를 장착하고, 집게축(42)은 케이스에(90) 삽입 설치하되 집게축(42)에 선택적으로 베어링(43)을 설치하며, 각 집게축(42)의 축방향은 수직이거나 또는 구형바퀴와 롤러와의 접점에서 수평투영 상으로 구형바퀴(1)의 중심축과 일치하게 함으로써 롤러(10)는 롤러축(20)을 중심으로 회전하고 롤러(10)와 롤러축(20) 전체는 집게형 축받이(40)와 함께 360 도 방향전환하도록 구성된 것이다.
도 6 은 롤러와 롤러축의 실시예이다. 롤러(10) 중앙부가 볼록한 이형 롤러로서, 롤러 횡단면 상에서 중앙부 볼록한 곡선의 곡률은 롤러 종단면 곡률과 일정부분 일치되게 구성하여, 도 3 에서의 2 단 축받이홀(30) 천공방향이 수직이거나 도 5 에서의 집게형 축받이(40)가 수직으로 설치된 경우에 이형롤러가 구형바퀴의 구면에 접촉하면서 롤러축(20)이 수평면 상에서 회전 가능하도록 하였다.
또한 롤러(10) 좌우 양 단면에 강구의 약 반이 들어갈 수 있을 정도의 폭과 깊이로 구멍을 뚫고 강구를 넣어 롤러축(20) 역할을 하도록 구성하였다. 이와 같이 강구로서 롤러축을 형성하면 도 3 과 같은 2 단 축받이홀(30) 안에서 360 도 방향전환 할 때에 롤러축(20)이 축받이홀(30) 제 1 단 내측 벽(31)에 부딪히며 방향전환을 방해하는 현상을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 7 은 롤러축으로 연마핀을 사용할 때의 실시예로서, 도 3 과 같은 2 단 축받이홀(30) 안에서 360 도 방향전환 할 때에 양단에서의 롤러축(20)이 서로 반대방향으로 구르려 하므로 중앙부를 나눠 2 개로 구성한 것이다. 이 경우 롤러(10)는 연봉으로 성형하거나 경질 프라스틱 사출로도 가능하며 롤러축(20)은 경도가 좋고 표면 연마가 잘 된 재질로 2 원화 할 수 있다. 도 5 에서와 같이 집게형 축받이(40) 일 경우에는 롤러축(20)을 2 부분으로 나누지 않아도 되며, 롤러와 롤러축을 한 몸체로 구성할 수도 있다.
도 8 내지 도 9 는 본 발명을 전체적으로 구성한 제 1 실시예로서 상기에서 설명한 구조를 이용하여 전체 전방향 구형바퀴를 구성하였다. 2 단 축받이홀(30)의 천공방향은 수직방향으로 4 개를 균등 분할하여 뚫고, 롤러(10)로서는 큰 강구를, 롤러축(20)으로는 작은 강구를 사용하였다. 케이스(90)가 지면에서 들어올려져 구형바퀴(1)가 하강할 때 롤러(10)가 동반 하강하여 축받이홀(30)을 이탈하는 것을 방지하기 위하여 축받이홀(30) 하단에 걸림턱(33)을 형성하여 준다. 또는 도 10 과 같이 걸림턱 링(34)으로 구성할 수도 있다.
도 11 은 본 발명을 전체적으로 구성한 제 2 실시예이다. 도 11-a 는 2 단 축받이홀(30)의 천공방향을 구형바퀴(1) 중심을 향하도록 구성하였다. 롤러(10)와 롤러축(20)은 도 7 과 같은 형태의 것을 사용하였다. 도 11-a 에서는 2 단 축받이홀(30)의 천공방향이 정확히 구형바퀴(1)의 중심을 향하였으나, 이와는 달리 도 11-b 에서는 일부 2 단 축받이홀(30)의 천공방향을 수평투영 상에서만 구형바퀴의 중식축과 일치하도록 구성한 것이다.
이와 같이 구성된 방향전환 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴(1)는 구형바퀴(1)의 표면재질로서 고무와 같이 마찰계수가 큰 것을 사용하더라도 롤러가 구형바퀴(1)의 진행방향에 순응하여 방향전환을 하여주므로 더욱 원활히 전방향으로 구르는 것이 가능하다.
도 1 은 구형바퀴의 구름방향과 롤러의 회전방향의 예
도 2 는 롤러의 회전과 롤러축의 방향전환을 구분하는 설명도
도 3 은 2 단 축받이홀을 이용하여 방향전환 롤러를 구성하는 사시도
도 4 는 2 단 축받이홀의 수평투영선과 구형바퀴의 중심축을 도시한 설명도
도 5 는 집게형 축받이를 이용하여 방향전환 롤러를 구성하는 사시도
도 6 은 강구를 롤러축으로 사용한 롤러의 절개사시도.
도 7 은 연마핀을 롤러축으로 사용한 롤러의 단면도
도 8 은 본 발명의 제 1 실시예로서 절개사시도
도 9 는 본 발명의 제 1 실시예로서 부분 분해조립도
도 10 은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예로서 걸림턱 링을 사용한 부분 절개사시도
도 11 은 본 발명의 제 2 실시예 및 변형예로서 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 구형바퀴 10: 롤러 20: 롤러축
30: 2 단 축받이홀 31: 축받이홀 제 1 단 벽
32: 축받이홀 제 1 단 턱 33: 걸림턱 34: 걸림턱 링
40: 집게형 축받이 41: 집게발 42: 집게축
43: 베어링 90: 케이스

Claims (3)

  1. 다수의 롤러(10)가 구형(球形)바퀴(1)의 상(上)측 반구면에 각각 접촉하여 회전함으로써 구형바퀴의 구름성과 이동체의 하중을 받아주는 전방향(全方向) 구형바퀴에 있어서, 구형바퀴(1)의 진행방향과 모든 롤러축(20)의 방향이 수평투영 상에서 90 도 각을 이루도록 롤러축(20)의 방향전환이 가능한 롤러(10)를 갖는 것이 특징인, 방향전환 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    선택적으로 케이스(90)와 한 몸체인 원형 2 단 축받이홀(30)을 케이스(90) 내부에 다수개 포함하고, 롤러(10)와 함께 삽입된 롤러축(20)이 축받이홀(30) 제 1 단 벽(31) 및 단의 턱(32)에 접설되어 축받이홀(30) 제 1 단을 따라 360 도 방향전환 가능하게 구성하며, 각 축받이홀(30)의 천공방향은 수직이거나 또는 구형바퀴와 롤러와의 접점에서 수평투영 상으로 구형바퀴(1)의 중심축과 일치하는 것이 특징인, 방향전환 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴.
  3. 제 1 항에 있어서,
    케이스(90) 내부에 다수의 Y 자 모양의 집게형 축받이(40)를 설치함에 있어, 각 집게형 축받이(40)의 양 집게발(41) 사이에 롤러축(20)과 롤러(10)를 장착하고, 집게축(42)은 케이스에(90) 삽입 설치하되 집게축(42)에 선택적으로 베어링(43)을 설치하며, 각 집게축(42)의 축방향은 수직이거나 또는 구형바퀴와 롤러와의 접점에서 수평투영 상으로 구형바퀴(1)의 중심축과 일치하는 것이 특징인, 방향전환 롤러를 갖는 전방향 구형바퀴.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180071746A (ko) * 2016-12-20 2018-06-28 동양미래대학교 산학협력단 구 형태의 바퀴를 갖는 자동차
CN110056743A (zh) * 2019-05-27 2019-07-26 三峡大学 一种用于大型海底管道健康诊断的探触式检测设备

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