KR20220012478A - 무지향성 바퀴구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무지향성 바퀴구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 무지향성 바퀴구조는, 회전축 관통공이 형성된 부쉬부와, 상기 부쉬부를 감싸며 마련되는 접촉부를 포함하는 롤러부재; 상기 회전축 관통공을 관통하고, 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부가 형성되어 있고, 타단에는 돌출부가 형성되어 있는 샤프트부재; 다수의 상기 샤프트부재를 연결하되, 상기 바퀴본체 용융수지 주입부 내에는 용융수지가 유입되어 성형이 이루어지고, 상기 돌출부가 내부에 위치한 상태로 성형이 이루어지는 바퀴본체부재;를 포함하며, 상기의 구성에 따르면, 종래와 비교하여 제조방식이 간단하고, 각 부분품의 플라스틱 두께가 생산성에 영향을 주지 않도록 균일하게 분산하여 생산성을 향상시키고, 스틸계열의 부분품을 사용하지 않아 자원 재활용성이 우수한 효과가 있다.

Description

무지향성 바퀴구조 및 그 제조방법{Structure of Omni-directional wheel and manufacturing method thereof}

본 발명은 종래와 비교하여 제조방식이 간단하고, 각 부분품의 플라스틱 두께가 생산성에 영향을 주지 않도록 균일하게 분산하여 생산성을 향상시키고, 스틸계열의 부분품을 사용하지 않아 자원 재활용성이 우수한 무지향성 바퀴구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 바퀴가 설치된 이동장치는 임의의 한 방향으로 이동하는 상태에서 이동장치의 몸체가 회전하여 이동 방향을 전환한다. 이때, 이동장치는 몸체가 회전할 수 있는 공간이 필요하다. 이 경우, 이동장치는 회전 반경을 확보할 수 없는 좁은 공간에서는 방향 전환을 할 수 없는 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 전방향의 이동이 가능한 무지향성 바퀴(Omni wheel)의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 이러한 무지향성 바퀴는 이동장치가 제자리에서 수평좌측이동 또는 수평우측이동과 같이 일반적인 바퀴가 구현할 수 없는 특수한 이동을 가능하게 한다.

대한민국 등록특허 제10-1013676호(2011.1.31)에 '다방향 바퀴'가 제시되어 있다. 그러나 상기의 공보에 따른 바퀴는 본 발명에 따른 무지향성 바퀴구조와 제조방법이 전혀 다르며, 롤러의 회전을 위한 임시 슬리브를 사용하거나 절반이 펼쳐진 형태의 부쉬를 조립해야 하는 공정이 필수적이므로 제조공정이 복잡해지고 생산성이 떨어진다는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래와 비교하여 제조방식이 간단하고, 각 부분품의 플라스틱 두께가 생산성에 영향을 주지 않도록 균일하게 분산하여 생산성을 향상시키고, 스틸계열의 부분품을 사용하지 않아 자원 재활용성이 우수한 무지향성 바퀴구조 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은, 회전축 관통공이 형성된 부쉬부와, 상기 부쉬부를 감싸며 마련되는 접촉부를 포함하는 롤러부재; 상기 회전축 관통공을 관통하고, 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부가 형성되어 있고, 타단에는 돌출부가 형성되어 있는 샤프트부재; 다수의 상기 샤프트부재를 연결하되, 상기 바퀴본체 용융수지 주입부 내에는 용융수지가 유입되어 성형이 이루어지고, 상기 돌출부가 내부에 위치한 상태로 성형이 이루어지는 바퀴본체부재;를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 부쉬부에는, 외주면 둘레를 따라 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 샤프트부재의 타단에서 상기 샤프트부재의 단면적보다 큰 단면적을 가지며 하부로 연장되되, 상기 샤프트부재의 중심쪽으로 향하는 곡면을 가지는 제1돌출부와, 상기 제1돌출부의 바깥면에서 외측으로 돌출되는 제2돌출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 샤프트부재의 타단과 맞닿는 상기 제1돌출부의 하측 부분은 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 다수의 상기 샤프트부재가 원형을 이루며 배치되되, 어느 하나의 상기 샤프트부재의 상기 바퀴본체 용융수지 주입부와, 다른 하나의 상기 샤프트부재의 상기 돌출부가 서로 마주보도록 배치되고, 상기 바퀴본체부재는, 서로 마주보도록 배치된 상기 바퀴본체 용융수지 주입부와 상기 돌출부를 서로 연결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 다수의 상기 바퀴본체부재를 병렬로 연결하는 결속용 허브부재;를 더 포함하되, 서로 마주보도록 배치되는 상기 바퀴본체부재의 상기 롤러부재는, 360/(하나의 상기 바퀴본체부재에 배치되는 상기 롤러부재의 개수*2)의 각도만큼 엇갈리도록 배치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 바퀴본체부재는, 중앙에 허브 삽입공이 형성되어 있고, 어느 일면에 상기 허브 삽입공 주위로 상기 롤러부재의 개수와 동일한 개수의 각을 가지는 다각형의 조립부 삽입홈이 형성되어 있으며, 상기 결속용 허브부재는, 상기 조립부 삽입홈에 삽입가능한 다각형의 제1조립부와, 상기 조립부 삽입홈에 삽입 가능하고, 일면이 상기 제1조립부의 일면과 맞닿아 있으며, 꼭짓점이 상기 제1조립부의 꼭짓점과 상기의 각도만큼 엇갈리도록 배치되어 있는 다각형의 제2조립부와, 상기 제1조립부의 타면에 상기 허브 삽입공에 삽입 가능한 파이프 형태로 형성되는 제1지지부와, 상기 제2조립부의 타면에 상기 허브 삽입공에 삽입 가능한 파이프 형태로 형성되는 제2지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 허브 삽입공 내면 둘레를 따라 체결부가 돌출 형성되어 있고, 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 외면 둘레를 따라 상기 체결부가 안착되는 안착홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1조립부 및 상기 제2조립부에는, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부를 관통하는 관통공이 형성되어 있고, 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부에는, 내면 둘레를 따라 서로 간격을 두고 배치되되, 내면의 길이방향 전체가 아닌 일부에만 형성된 다수의 지지돌기가 내면으로부터 내측을 향하도록 돌출되어 있어, 회전축의 제어가 불필요한 경우, 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 내부에 베어링이 삽입될 수 있고, 회전축의 제어가 필요한 경우, 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 내부에 상기 관통공을 관통하며 회전축용 볼트가 삽입될 수 있고, 상기 회전축용 볼트와 결합하는 고정용 너트는 상기 지지돌기에 의해 고정될 수 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 무지향성 바퀴의 제조방법은, 회전축 관통공이 형성된 부쉬부와, 상기 부쉬부를 감싸며 마련되는 접촉부를 포함하는 롤러부재를 사출하는 1단계; 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부가 형성되고, 타단에는 돌출부가 형성되는 샤프트부재를 사출하는 2단계; 상기 회전축 관통공을 관통하도록 상기 샤프트부재를 조립한 다음, 다수의 상기 샤프트부재를, 어느 하나의 상기 샤프트부재의 상기 바퀴본체 용융수지 주입부와, 다른 하나의 상기 샤프트부재의 상기 돌출부가 서로 마주보도록 배치한 상태에서, 바퀴본체부재를 오버몰딩하는 3단계;를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 1단계에서, 상기 부쉬부의 전체길이가 상기 접촉부의 전체길이보다 길도록 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 3단계에서, 다수의 상기 샤프트부재가 원형을 이루도록 배치하고, 상기 바퀴본체 용융수지 주입부 내에는 용융수지가 유입되어 성형이 이루어지고, 상기 돌출부가 내부에 위치한 상태로 성형이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 3단계 이후, 다수의 상기 바퀴본체부재를 병렬로 연결하는 제4단계;를 더 포함하되, 상기 제4단계에서, 서로 마주보도록 배치되는 상기 바퀴본체부재의 상기 롤러부재가, 360/(하나의 상기 바퀴본체부재에 배치되는 상기 롤러부재의 개수*2)의 각도만큼 엇갈리도록 배치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무지향성 바퀴구조 및 그 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 종래와 비교하여 제조방식이 간단하고, 각 부분품의 플라스틱 두께가 생산성에 영향을 주지 않도록 균일하게 분산하여 생산성을 향상시키고, 스틸계열의 부분품을 사용하지 않아 자원 재활용성이 우수하다.

둘째, 부쉬부의 외주면 둘레를 따라 요철이 형성되면, 서로 다른 재질을 가지는 부쉬부와 접촉부는 인서트 사출시 서로 견고하게 고정될 수 있다.

셋째, 샤프트부재의 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부가 형성되어 있고, 타단에는 돌출부가 형성되어 있어, 일부구간이 바퀴본체부재 내부에 구속되도록 함으로써, 견고한 제품 생산이 가능하다. 또한, 롤러부재와 샤프트부재의 조립이 매우 간편하며, 임시 슬리브 같은 보조 부분품을 사용하지 않아도 회전을 위한 공차설정이 유리하다.

넷째, 샤프트부재에 형성된 돌출부는 바퀴본체부재 외곽 심부에 견고한 고정이 될 수 있도록 하고, 최종 사출성형품이 과도한 두께를 지니지 않게 설정이 가능하여 생산성과 직결되는 냉각지연현상이 발생하지 않도록 할 수 있다. 또한, 돌출부는 제1돌출부와 제2돌출부를 포함하여 구성됨으로써, 바퀴본체부재 외곽 심부에 전방향으로 구속되는 구조로 설정하여 사출완료시 바퀴본체부재에 보다 견고히 고정될 수 있다.

다섯째, 바퀴본체부재는 다수의 샤프트부재를 연결하되, 바퀴본체 용융수지 주입부 내에는 용융수지가 유입되어 성형이 이루어지고, 돌출부가 내부에 위치한 상태로 성형이 이루어짐으로써, 샤프트부재 일단은 바퀴본체부재 내부에 포함되어 성형되고, 바퀴본체 용융수지 주입부 공간에 용융수지가 유입되면서 보다 강한 결속력이 유지된다. 나아가, 샤프트부재의 돌출부는 바퀴본체부재의 심부에서 공간을 차지하고 있고, 별도의 공정에서 생산되므로 해당부분에 별도의 살빼기 구조를 적용하지 않더라도 냉각지연에 따른 생산성 감소문제는 발생하지 않는다.

여섯째, 롤러부재가 조립된 샤프트부재를 서로 조립하지 않고 바퀴본체부재의 금형에 삽입하므로 조립공정이 단순해지고, 보다 자동화 생산에 용이하다.

일곱째, 본 발명에 따른 결속용 허브부재에 바퀴본체부재를 끼워 조립하면 되므로 조립성을 향상시킬 수 있고, 형상이 다른 바퀴본체부재를 조합해서 조립하거나 엇갈린 각도를 일일히 셋팅하여 조립해야 하는 불편함을 개선할 수 있다. 또한, 제1지지부 및 제2지지부가 허브 관통공에 삽입될 때, 체결부가 안착홈에 안착되므로 더욱 견고히 바퀴본체부재를 지지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무지향성 바퀴구조의 롤러부재를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무지향성 바퀴구조의 샤프트부재를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 롤러부재와 도 2의 샤프트부재가 조립된 상태를 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 도 3의 샤프트부재에 바퀴본체부재가 성형된 상태를 도시한 도면.
도 6은 다수의 샤프트부재가 원형을 이루며 배치되는 상태를 도시한 도면.
도 7은 샤프트부재의 바퀴본체 용융수지 주입부 내에 용융수지가 유입되어 바퀴본체부재의 성형이 이루어지고, 샤프트부재의 돌출부가 내부에 위치한 상태로 바퀴본체부재의 성형이 이루어지는 것을 보여주기 위하여 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바퀴본체부재를 도시한 도면.
도 9은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결속용 허브부재를 도시한 도면.
도 10 내지 도 12는 도 9의 결속용 허브부재에 두 개의 바퀴본체부재가 조립되는 것을 보여주기 위하여 도시한 도면.
도 13 및 도 14는 두 개의 바퀴본체부재가 조립된 결속용 허브부재가 회전축의 제어가 불필요한 경우에 사용되는 경우의 일례를 도시한 도면.
도 15 내지 도 17은 두 개의 바퀴본체부재가 조립된 결속용 허브부재가 회전축의 제어가 필요한 경우에 사용되는 경우의 일례를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무지향성 바퀴구조는 롤러부재(100)와 샤프트부재(200)와 바퀴본체부재(300)와 결속용 허브부재(400)를 포함한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 롤러부재(100)는 부쉬부(110)와 접촉부(150)를 포함한다.

부쉬부(110)는 원통 형상 또는 배럴 형상으로서, 길이방향을 따라 회전축 관통공(111)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 부쉬부(110)는 가운데 부분이 외측으로 더 볼록한 배럴 형상으로 되어 있다.

이러한 부쉬부(110)의 외주면 둘레를 따라 요철(113)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 부쉬부(110)의 길이방향을 따라 오목한 요부(113a)와 볼록한 철부(113b)가 번갈아가며 배치되어 있다. 본 실시예에서 철부(113b)의 외면이 부쉬부(110)의 외주면보다 내측으로 들어가도록 되어 있지만, 실시예에 따라 철부(113b)의 외면이 부쉬부(110)의 외주면과 동일한 면을 이룰 수도 있다. 이렇게, 부쉬부(110)의 외주면 둘레를 따라 요철(113)이 형성되면, 서로 다른 재질을 가지는 부쉬부(110)와 접촉부(150)는 인서트 사출시 서로 견고하게 고정될 수 있다.

접촉부(150)는 원통 형상 또는 배럴 형상으로서, 부쉬부(110)를 감싸며 마련된다. 본 실시예에서 접촉부(150)는 가운데 부분이 외측으로 더 볼록한 배럴 형상으로 되어 있다.

부쉬부(110)의 전체길이가 접촉부(150)의 전체길이보다 길도록 되는 것이 추후 바퀴본체부재(300)의 측면에 마찰력이 높은 접촉부(150)가 닿지 않도록 할 수 있다는 측면에서 바람직하다. 즉, 접촉부(150)의 끝단에서 부쉬부(110)의 끝단이 외측으로 더 튀어나와 있다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 샤프트부재(200)는 롤러부재(100)의 구동축이 되며, 부쉬부(110)의 회전축 관통공(111)을 관통할 수 있도록 마련된다.

이러한 샤프트부재(200)의 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부(210)가 형성되어 있고, 타단에는 돌출부(250)가 형성되어 있다.

바퀴본체 용융수지 주입부(210)는 샤프트부재(200)의 일단에 어느 정도의 깊이로 형성된 홈 형상으로 형성되어 있어, 바퀴본체 용융수지 주입부(210) 내부에 용융수지가 유입됨으로써 견고한 제품 생산이 가능하다.

돌출부(250)는 제1돌출부(251)와 제2돌출부(255)를 포함하는 것이 바람직하다.

제1돌출부(251)는 샤프트부재(200)의 타단에서 샤프트부재(200)의 단면적보다 큰 단면적을 가지며 하부로 연장되어 있고, 샤프트부재(200)의 타단에서 하방으로 갈수록 샤프트부재(200)의 중심쪽으로 향하는 곡면을 가진다.

이때, 샤프트부재(200)의 타단과 맞닿는 제1돌출부(251)의 하측 부분(A)은 라운드지게 형성되는 것이 내구성을 높일 수 있다는 측면에서 바람직하다.

제2돌출부(255)는 제1돌출부(251)의 바깥면에서 외측으로 돌출되어 있다. 본 실시예에서 제2돌출부(255)는 제2-1돌출부(255-1)와 제2-2돌출부(255-2)와 제2-3돌출부(255-3)를 포함한다.

제2-1돌출부(255-1)는 제1돌출부(251)의 바깥면의 어느 일부분으로부터 외측으로 대략 삼각기둥 형상으로 돌출되어 있다. 제2-2돌출부(255-2)는 삼각기둥 형상인 제2-1돌출부(250)의 최외측 모서리 부분에 원통 형상으로 연결되어 있다. 제2-3돌출부(255-3)는 제1돌출부(251)의 바깥면의 아래쪽 부분에 외측으로 돌출되어 있고, 대략 사각형이 단면을 가진다.

이와 같이 구성된 돌출부(250)는 바퀴본체부재(300) 외곽 심부에 견고한 고정이 될 수 있도록 하고, 최종 사출성형품이 과도한 두께를 지니지 않게 설정이 가능하여 생산성과 직결되는 냉각지연현상이 발생하지 않도록 할 수 있다.

또한, 돌출부(250)는 제1돌출부(251)와 제2돌출부(255)를 포함하여 구성됨으로써, 바퀴본체부재(300) 외곽 심부에 전방향으로 구속되는 구조로 설정하여 사출완료시 바퀴본체부재(300)에 보다 견고히 고정될 수 있다.

샤프트부재(200)의 재질은 바퀴본체부재(300)와의 화학적/물리적 결합을 증대시키기 위하여 동일한 재질을 선택하는 것이 바람직하며, 돌출부(250)는 용융수지 접촉시 견고한 부착을 위하여 거친 표면을 가지는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 샤프트부재(200)의 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부(210)가 형성되어 있고, 타단에는 돌출부(250)가 형성되어 있어, 일부구간이 바퀴본체부재(300) 내부에 구속되도록 함으로써, 견고한 제품 생산이 가능하다.

또한, 롤러부재(100)와 샤프트부재(200)의 조립이 매우 간편하며, 임시 슬리브 같은 보조 부분품을 사용하지 않아도 회전을 위한 공차설정이 유리하다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 바퀴본체부재(300)는 다수의 샤프트부재(200)를 연결한다.

더욱 상세하게는, 도 6에 도시한 바와 같이, 각각 롤러부재(100)와 조립된 다수의 샤프트부재(200)가 원형을 이루며 배치되되, 어느 하나의 샤프트부재(200)의 바퀴본체 용융수지 주입부(210)와, 다른 하나의 샤프트부재(200)의 돌출부(250)가 서로 마주보도록 배치된다. 이때, 어느 하나의 샤프트부재(200)의 바퀴본체 용융수지 주입부(210)와, 다른 하나의 샤프트부재(200)의 돌출부(250)는 맞닿지는 않고 어느 정도의 간격을 유지하는 상태이다.

이 상태에서, 도 4 및 도 5와 같이 바퀴본체부재(300)는, 서로 마주보도록 배치된 바퀴본체 용융수지 주입부(210)와 돌출부(250)를 서로 연결한다. 즉, 도 7과 같이 바퀴본체 용융수지 주입부(210) 내에는 용융수지가 유입되어 바퀴본체부재(300)의 성형이 이루어지고, 돌출부(250)가 내부에 위치한 상태로 바퀴본체부재(300)의 성형이 이루어진다. 도 7은 편의상 샤프트부재(200)에 롤러부재(100)가 조립되지 않은 상태를 도시하였지만, 롤러부재(100)와 샤프트부재(200)가 조립된 상태에서 바퀴본체부재(300)의 성형이 이루어진다.

바퀴본체부재(300)의 재질은 내구성 및 강성이 우수한 재질인 것이 바람직하다.

나아가, 바퀴본체부재(300)의 직경은 원형으로 배치되는 롤러부재(100)의 외곽의 직경보다 작게 설정하여 지면이 바퀴본체부재(300)에 닿지 않게 하는 것이 내구성을 향상시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 바퀴본체부재(300)의 두께를 롤러부재(100)의 두께보다 얇게 설정하는 것이 내구성을 향상시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다.

이에 따라, 도 4 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 롤러부재(100)는 바퀴본체부재(300)보다 외측으로 돌출되어 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 바퀴본체부재(300)에는 중앙에 원형의 허브 삽입공(310)이 형성되어 있다. 그리고 바퀴본체부재(300)의 어느 일면에는 허브 삽입공(310) 주위로 롤러부재(100)의 개수와 동일한 개수의 각을 가지는 다각형의 조립부 삽입홈(330)이 형성되어 있다.

허브 삽입공(310)은, 도 10과 같이 바퀴본체부재(300)의 일면과 타면을 관통하며 형성되어 있고, 허브 삽입공(310) 내면 둘레를 따라 연속적으로 형성된 체결부(311)가 돌출되어 있다.

조립부 삽입홈(330)은 바퀴본체부재(300)의 일면과 타면 중 어느 한 면에만 형성되어 있는데, 본 명세서에서는 바퀴본체부재(300)의 일면에 형성된 것으로 하기로 한다. 조립부 삽입홈(330)은 롤러부재(100)의 개수와 동일한 개수의 각을 가지는 다각형 형상이고, 꼭지점에 해당하는 부분이 두 개의 롤러부재(100) 사이에 배치되도록 형성된다. 본 실시예에서는 여섯 개의 롤러부재(100)가 마련되어 있으므로 조립부 삽입홈(330)은 육각형 형상을 가진다. 이러한 조립부 삽입홈(330)은 허브 삽입공(310) 주위에 배치되는데, 바퀴본체부재(300)의 일면에 소정의 깊이로 형성되고, 조립부 삽입홈(330) 내에 허브 삽입공(310)이 배치된다. 허브 삽입공(310) 외면과 조립부 삽입홈(330) 내면 사이에는 보강을 위한 보강리브(320)가 다수개 형성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 바퀴본체부재(300)는 두 개 이상으로 조합하여 사용하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 별도의 결속용 허브부재(400)를 제안한다.

도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 결속용 허브부재(400)는 다수의 바퀴본체부재(300)를 병렬로 연결한다. 본 명세서 및 도면에서는 두 개의 바퀴본체부재(300)를 연결한 것으로 도시하고 설명하겠지만, 실시예에 따라 세 개 이상의 바퀴본체부재(300)를 연결할 수도 있다.

본 실시예에서 결속용 허브부재(400)는, 도 9에 도시한 바와 같이 제1조립부(410), 제2조립부(420), 제1지지부(430), 제2지지부(440)를 포함한다.

제1조립부(410) 및 제2조립부(420)는 조립부 삽입홈(330)에 삽입가능하도록 다각형의 판 형상이다. 이처럼 제1조립부(410)와 제2조립부(420)는 동일한 형상과 크기를 가진다. 본 실시예에서 조립부 삽입홈(330)이 육각형 형상이므로 제1조립부(410) 및 제2조립부(420)도 육각형 판 형상이고, 실시예에 따라 롤러부재(100)의 개수에 따라 조립부 삽입홈(330), 제1,2조립부(410, 420)의 꼭짓점의 개수도 달라진다.

상기와 같이 구성된 제2조립부(420)의 일면은 제1조립부(410)의 일면과 맞닿아 있으며, 제1,2조립부(410, 420)의 중앙에는 제1지지부(430)와 제2지지부(440)를 관통하는 관통공(415)이 형성되어 있고, 제2조립부(420)의 꼭짓점이 제1조립부(410)의 꼭짓점과 설정된 각도(θ)만큼 엇갈리도록 배치된다.

제2조립부(420)의 꼭짓점이 제1조립부(410)의 꼭짓점이 엇갈리도록 배치되는 각도(θ)는 다음과 같이 설정하는 것이 바람직하다. 도 11에 도시한 바와 같이, 서로 마주보도록 배치되는 바퀴본체부재(300)의 롤러부재(100)는, 360/(하나의 바퀴본체부재(300)에 배치되는 롤러부재(100)의 개수*2)의 각도로 설정한다. 예를 들어, 본 실시예에서와 같이 하나의 바퀴본체부재(300)에 여섯 개의 롤러부재(100)가 배치되어 있으므로 360/(6*2)로 계산하면, 30도의 각도로 설정한다. 즉, 서로 마주보도록 배치되는 바퀴본체부재(300)의 롤러부재(100)가 30도의 각도만큼 엇갈리도록 배치하기 위하여, 제2조립부(420)의 꼭짓점이 제1조립부(410)의 꼭짓점과 30도의 각도만큼 엇갈리도록 배치된다.

제1지지부(430)는 허브 삽입공(310)에 삽입 가능한 파이프 형태로 형성되고, 제1조립부(410)의 타면으로부터 외측으로 돌출되어 있다. 이와 같은 제1지지부(430)의 외면 둘레를 따라 체결부(311)가 안착되는 안착홈(431)이 연속적으로 형성되어 있다. 또한, 제1지지부(430)의 내면 둘레를 따라 서로 간격을 두고 다수의 지지돌기(433)가 내면으로부터 내측을 향하도록 돌출되어 있다. 지지돌기(433)는 제1지지부(430) 내면의 길이방향 전체가 아닌 길이방향의 일부에만 형성되어 있다. 즉, 제1지지부(430) 내측에 제1조립부(410) 타면으로부터 제1지지부(430) 내면의 길이방향으로 돌출되어 있으며, 제1지지부(430) 내면의 길이방향으로 끝까지 형성되지 않고 내면의 중간부분까지만 형성되어 있다. 이러한 지지돌기(433)는 회전축용 볼트(600)와 결합하는 고정용 너트(650)의 외측을 지지하기 위하여 마련되는 것으로서, 통상 너트(650)가 육각형으로 이루어짐에 따라, 지지돌기(433)는 여섯 개가 서로 간격을 두고 배치되어 있어, 각각의 지지돌기(443)가 육각형의 너트(650) 외면을 각각 지지할 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다.

제2지지부(440)는 허브 삽입공(310)에 삽입 가능한 파이프 형태로 형성되고, 제2조립부(420)의 타면으로부터 외측으로 돌출되어 있다. 도 12와 같이 제1지지부(430)의 안착홈(431)과 지지돌기(433)와 동일한 형태의 안착홈(441)과 지지돌기(443)가 제2지지부(440)에도 동일하게 형성되어 있다. 즉, 제2지지부(440)는 제1지지부(430)와 동일한 형상과 크기를 가진다.

상기와 같이 구성되는 결속용 허브부재(400)는 중앙을 기준으로 양측이 대칭을 이루는 구조이며, 다만, 제1조립부(410)와 제2조립부(420)가 설정된 각도(θ)만큼 엇갈리게 배치되어 있다.

도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 결속용 허브부재(400)의 제1지지부(430) 및 제2지지부(440)는 각각 바퀴본체부재(300)의 허브 삽입공(310)에 삽입되고, 이때 결속용 허브부재(400)의 제1조립부(410) 및 제2조립부(420)는 각각 바퀴본체부재(300)의 조립부 삽입홈(330)에 삽입된다. 이와 같이 결속용 허브부재(400)에 의해 두 개의 바퀴본체부재(300)가 병렬로 연결되고, 서로 마주보도록 배치된 바퀴본체부재(300)의 롤러부재(100)가 상기의 설정된 각도(θ)만큼 엇갈리도록 배치된다. 따라서, 바퀴본체부재(300)를 결속용 허브부재(400)에 끼워 조립하면 되므로 조립성을 향상시킬 수 있고, 형상이 다른 바퀴본체부재(300)를 조합해서 조립하거나 엇갈린 각도를 일일히 셋팅하여 조립해야 하는 불편함을 개선할 수 있다.

또한, 제1지지부(430) 및 제2지지부(440)가 허브 삽입공(310)에 삽입될 때, 체결부(311)가 안착홈(431)에 안착되므로 더욱 견고히 바퀴본체부재(300)를 지지할 수 있다.

상기와 같이 결속용 허브부재(400)에 두 개의 바퀴본체부재(300)가 조립될 경우 다음과 같이 사용할 수 있다.

먼저, 회전축의 제어가 불필요한 경우, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 제1지지부(430) 및 제2지지부(440)의 내부에 베어링(500)이 삽입될 수 있다. 이와 같이, 압입작업이 가능한 범주 내에서 제1지지부(430) 및 제2지지부(440)의 내경보다 베어링(500)의 외경의 규격을 크게 설정하면, 조립시 제1지지부(430) 및 제2지지부(440)의 외경도 연동되어 증가하므로 체결부(311)와 안착홈(431, 441)의 체결력이 더욱 우수해진다. (도 12 참조)

다음으로, 회전축의 제어가 필요한 경우, 도 15 내지 도 17에 도시한 바와 같이, 제1지지부(430) 및 제2지지부(440)의 내부에 관통공(415)을 관통하며 회전축용 볼트(600)가 삽입될 수 있고, 회전축용 볼트(600)와 결합하는 고정용 너트(650)는 지지돌기(433)에 의해 고정될 수 있다. 따라서, 고정용 너트(650)의 외면이 지지돌기(443)에 지지되도록 한 상태에서, 관통공(415)을 관통한 회전축용 볼트(600)를 회전시켜 고정용 너트(650)가 회전축용 볼트(600)에 체결되도록 할 수 있다. 이에 따라, 고정용 너트(650)를 고정하기 위한 별도의 장비가 불필요하며, 손으로 고정용 너트(650)를 고정하지 않고도 지지돌기(443)에 의해 고정용 너트(650)가 지지되므로 조립성을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무지향성 바퀴의 제조방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

회전축 관통공(111)이 형성된 부쉬부(110)와, 부쉬부(110)를 감싸며 마련되는 접촉부(150)를 포함하는 롤러부재(100)를 사출한다. (제1단계)

이 단계에서, 롤러부재(100)는 부분별 기능성을 다르게 부여하기 위하여 인서트 사출을 통하여 두 종류의 재질인 부쉬부(110)와 접촉부(150)로 구성된다. 즉, 샤프트부재(200)와 닿는 부쉬부(110)는 회전이 가능하도록 낮은 마찰계수특성을 지님과 동시에 내구성 및 강성을 지닐 수 있는 재질이다. 또한, 외부의 지면과 닿는 접촉부(150)는 미끄러지지 않도록 높은 마찰계수특성을 지님과 동시에 내마모성 및 진동감쇠기능을 위해 신축성이 있는 재질이다.

이때, 부쉬부(110)의 외주면 둘레를 따라 요철(113)이 형성되어 있어, 서로 다른 재질을 가지는 부쉬부(110)와 접촉부(150)는 인서트 사출시 서로 견고하게 고정될 수 있다.

나아가, 이 단계에서 부쉬부(110)의 전체길이가 접촉부(150)의 전체길이보다 길도록 성형하는 것이 추후 바퀴본체부재(300)의 측면에 마찰력이 높은 접촉부(150)가 닿지 않도록 할 수 있다는 측면에서 바람직하다.

부쉬부(110)와 접촉부(150)는 두 개의 이종재질로 생산이 가능한 한 대의 사출성형기를 사용하는 것이 바람직하나. 한 개의 재질만 사출가능한 일반적인 사출기 두 대를 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 두 개의 이종재질로 생산이 가능한 한 대의 사출성형기 사용시에는 인서트 작업을 위한 자동화설비를 활용할 수 있고, 인력에 의한 작업도 가능하다.

다음으로, 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부(210)가 형성되고, 타단에는 돌출부(250)가 형성되는 샤프트부재(200)를 사출한다. (제2단계)

다음으로, 회전축 관통공(111)을 관통하도록 샤프트부재(200)를 조립한 다음, 다수의 샤프트부재(200)를, 어느 하나의 샤프트부재(200)의 상기 바퀴본체 용융수지 주입부(210)와, 다른 하나의 샤프트부재(200)의 돌출부(250)가 서로 마주보도록 배치한 상태에서, 바퀴본체부재(300)를 오버몰딩한다. (제3단계) 정리하면, 롤러부재(100)와 샤프트부재(200)를 조립후 바퀴본체부재(300)의 금형에 삽입하여 오버몰딩한다. 이때, 롤러부재(100)가 조립된 샤프트부재(200)의 삽입은 수직운동으로만 진행이 가능하며, 이로인해 자동화 생산에 유리하다.

이 단계에서, 다수의 샤프트부재(200)가 원형을 이루도록 배치하고, 바퀴본체 용융수지 주입부(210) 내에는 용융수지가 유입되어 성형이 이루어지고, 돌출부(250)가 내부에 위치한 상태로 성형이 이루어진다. 따라서, 바퀴본체부재(300) 금형은 샤프트부재(200)의 바퀴본체 용융수지 주입부(210)가 형성된 일단에서 일정구간이 오프셋된 구간부터 밀착되고, 샤프트부재(200)의 타단에 형성된 돌출부(250)는 바퀴본체부재(300)의 외형을 이루는 부분을 밀착한다. 이러한 오프셋 설정으로 인해 샤프트부재(200) 일단은 바퀴본체부재(300) 내부에 포함되어 성형되고, 바퀴본체 용융수지 주입부(210) 공간에 용융수지가 유입되면서 보다 강한 결속력이 유지된다. 나아가, 샤프트부재(200)의 돌출부(250)는 바퀴본체부재(300)의 심부에서 공간을 차지하고 있고, 별도의 공정에서 생산되므로 해당부분에 별도의 살빼기 구조를 적용하지 않더라도 냉각지연에 따른 생산성 감소문제는 발생하지 않는다.

상기와 같이 바퀴본체부재(300)가 성형이 이루어지면서, 샤프트부재(200)와 롤러부재(100)의 내부로는 용융수지가 유입되지 않으며, 롤러부재(100)는 샤프트부재(200)에 대해 회전이 가능한 상태가 유지된다.

이와 같이, 롤러부재(100)가 조립된 샤프트부재(200)를 서로 조립하지 않고 바퀴본체부재(300)의 금형에 삽입하므로 조립공정이 단순해지고, 보다 자동화 생산에 용이하다.

다음으로, 다수의 바퀴본체부재(300)를 병렬로 연결한다. (제4단계)

이 단계에서, 상기에서 설명하였듯이 서로 마주보도록 배치되는 바퀴본체부재(300)의 상기 롤러부재(100)가, 360/(하나의 바퀴본체부재(300)에 배치되는 롤러부재(100)의 개수*2)의 각도만큼 엇갈리도록 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 무지향성 바퀴구조 및 그 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

종래와 비교하여 제조방식이 간단하고, 각 부분품의 플라스틱 두께가 생산성에 영향을 주지 않도록 균일하게 분산하여 생산성을 향상시키고, 스틸계열의 부분품을 사용하지 않아 자원 재활용성이 우수하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100 : 롤러부재 110 : 부쉬부
150 : 접촉부 111 : 회전축 관통공
113 : 요철 200 : 샤프트부재
210 : 바퀴본체 용융수지 주입부 250 : 돌출부
251 : 제1돌출부 255 : 제2돌출부
300 : 바퀴본체부재 310 : 허브 삽입공
311 : 체결부 330 : 조립부 삽입홈
400 : 결속용 허브부재 410 : 제1조립부
415 : 관통공 420 : 제2조립부
430 : 제1지지부 431 : 안착홈
433 : 지지돌기 440 : 제2지지부

Claims (13)

1. 회전축 관통공이 형성된 부쉬부와, 상기 부쉬부를 감싸며 마련되는 접촉부를 포함하는 롤러부재;
   상기 회전축 관통공을 관통하고, 일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부가 형성되어 있고, 타단에는 돌출부가 형성되어 있는 샤프트부재;
   다수의 상기 샤프트부재를 연결하되, 상기 바퀴본체 용융수지 주입부 내에는 용융수지가 유입되어 성형이 이루어지고, 상기 돌출부가 내부에 위치한 상태로 성형이 이루어지는 바퀴본체부재;를 포함하는 무지향성 바퀴구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부쉬부에는,
   외주면 둘레를 따라 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는,
   상기 샤프트부재의 타단에서 상기 샤프트부재의 단면적보다 큰 단면적을 가지며 하부로 연장되되, 상기 샤프트부재의 중심쪽으로 향하는 곡면을 가지는 제1돌출부와,
   상기 제1돌출부의 바깥면에서 외측으로 돌출되는 제2돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
4. 제3항에 있어서,
   상기 샤프트부재의 타단과 맞닿는 상기 제1돌출부의 하측 부분은 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
5. 제1항에 있어서,
   다수의 상기 샤프트부재가 원형을 이루며 배치되되, 어느 하나의 상기 샤프트부재의 상기 바퀴본체 용융수지 주입부와, 다른 하나의 상기 샤프트부재의 상기 돌출부가 서로 마주보도록 배치되고,
   상기 바퀴본체부재는, 서로 마주보도록 배치된 상기 바퀴본체 용융수지 주입부와 상기 돌출부를 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
6. 제1항에 있어서,
   다수의 상기 바퀴본체부재를 병렬로 연결하는 결속용 허브부재;를 더 포함하되,
   서로 마주보도록 배치되는 상기 바퀴본체부재의 상기 롤러부재는,
   360/(하나의 상기 바퀴본체부재에 배치되는 상기 롤러부재의 개수*2)의 각도만큼 엇갈리도록 배치하는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
7. 제6항에 있어서,
   상기 바퀴본체부재는,
   중앙에 허브 삽입공이 형성되어 있고,
   어느 일면에 상기 허브 삽입공 주위로 상기 롤러부재의 개수와 동일한 개수의 각을 가지는 다각형의 조립부 삽입홈이 형성되어 있으며,
   상기 결속용 허브부재는,
   상기 조립부 삽입홈에 삽입가능한 다각형의 제1조립부와,
   상기 조립부 삽입홈에 삽입 가능하고, 일면이 상기 제1조립부의 일면과 맞닿아 있으며, 꼭짓점이 상기 제1조립부의 꼭짓점과 상기의 각도만큼 엇갈리도록 배치되어 있는 다각형의 제2조립부와,
   상기 제1조립부의 타면에 상기 허브 삽입공에 삽입 가능한 파이프 형태로 형성되는 제1지지부와,
   상기 제2조립부의 타면에 상기 허브 삽입공에 삽입 가능한 파이프 형태로 형성되는 제2지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
8. 제7항에 있어서,
   상기 허브 삽입공 내면 둘레를 따라 체결부가 돌출 형성되어 있고,
   상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 외면 둘레를 따라 상기 체결부가 안착되는 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1조립부 및 상기 제2조립부에는,
   상기 제1지지부와 상기 제2지지부를 관통하는 관통공이 형성되어 있고,
   상기 제1지지부 및 상기 제2지지부에는,
   내면 둘레를 따라 서로 간격을 두고 배치되되, 내면의 길이방향 전체가 아닌 일부에만 형성된 다수의 지지돌기가 내면으로부터 내측을 향하도록 돌출되어 있어,
   회전축의 제어가 불필요한 경우,
   상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 내부에 베어링이 삽입될 수 있고,
   회전축의 제어가 필요한 경우,
   상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 내부에 상기 관통공을 관통하며 회전축용 볼트가 삽입될 수 있고, 상기 회전축용 볼트와 결합하는 고정용 너트는 상기 지지돌기에 의해 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴구조.
   
10. 회전축 관통공이 형성된 부쉬부와, 상기 부쉬부를 감싸며 마련되는 접촉부를 포함하는 롤러부재를 사출하는 1단계;
    일단에는 바퀴본체 용융수지 주입부가 형성되고, 타단에는 돌출부가 형성되는 샤프트부재를 사출하는 2단계;
    상기 회전축 관통공을 관통하도록 상기 샤프트부재를 조립한 다음,
    다수의 상기 샤프트부재를, 어느 하나의 상기 샤프트부재의 상기 바퀴본체 용융수지 주입부와, 다른 하나의 상기 샤프트부재의 상기 돌출부가 서로 마주보도록 배치한 상태에서,
    바퀴본체부재를 오버몰딩하는 3단계;를 포함하는 무지향성 바퀴의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 1단계에서,
    상기 부쉬부의 전체길이가 상기 접촉부의 전체길이보다 길도록 성형하는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴의 제조방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 3단계에서,
    다수의 상기 샤프트부재가 원형을 이루도록 배치하고,
    상기 바퀴본체 용융수지 주입부 내에는 용융수지가 유입되어 성형이 이루어지고, 상기 돌출부가 내부에 위치한 상태로 성형이 이루어지는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴의 제조방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 3단계 이후,
    다수의 상기 바퀴본체부재를 병렬로 연결하는 제4단계;를 더 포함하되,
    상기 제4단계에서,
    서로 마주보도록 배치되는 상기 바퀴본체부재의 상기 롤러부재가,
    360/(하나의 상기 바퀴본체부재에 배치되는 상기 롤러부재의 개수*2)의 각도만큼 엇갈리도록 배치하는 것을 특징으로 하는 무지향성 바퀴의 제조방법.

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