휠 프레임

휠 프레임{WHEEL FRAME}

본 발명은 휠에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 휠 프레임에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 휠의 회전의 중심 축에 수직으로 정렬된 주변 축들로 회전할 수 있는 복수의 주변 롤러들을 가진 휠을 위한 휠 프레임에 관한 것이다.

기존의 제안들 및 제품들에 대한 이후의 참조 및 설명들은 본 기술분야에서 공통된 일반적인 지식의 선언 또는 인정되거나 이해될 것을 의도하지 않는다. 특히, 이후 종래 기술들의 논의은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 또는 잘 알려진 것과 관련되지 않고, 관련된 종래 기술의 표시는 일부분을 제외하고 본 발명의 진보성을 이해하는 것을 보조한다.

다양한 방향으로 이동할 수 있는 휠의 종류(회전의 중심 축이 동일한 방향을 향하도록 남아있는)가 옴니휠 또는 다중-방향 휠(multi-directional wheel)로서 다양하게 기술되었다. 이러한 휠들은 중심 축으로 회전가능한 중앙 허브 및 허브의 가장자리에 배치되어 독립적으로 장착된 회전가능한 복수의 롤러들을 포함한다. 롤러들 각각은, 중심 축으로부터 방사상으로 떨어져있고 중심 축에 수직인 축으로 회전할 수 있고, 휠이 중심 축을 회전하는 제1 방향으로 이동할 수 있거나, 그라운드에 접촉하는 하나 이상의 롤러들이 그들의 대응하는 축들로 회전하는 횡(transverse)방향으로 이동할 수 있다.

이러한 휠 중 하나는 국제특허출원번호 PCT/AU01/01175(공개번호 WO02/24471)에 기술되어 있다. 여기에 기술된 다중 방향 휠은 서로에 대해 오프셋인 롤러의 평행 링들의 쌍이 실장된 복수의 원주방향으로 배치된 주변 축들을 갖는 원형 휠 프레임을 포함한다. 프레임은 롤러들이 축에 몰드될 것을 요구하고 이용할 수 있는 몰딩 기술들의 범위를 제한하는 일체로 형성된 다중축 링을 포함하고, 한다. 롤러들은 휠의 중심 축에 수직한 다중 축들로 회전한다. 롤러 축들은 각 롤러 축의 중간점을 통해 중심 축으로부터 반지름방향으로 뻗은 라인에 실질적으로 수직하도록 각각 정렬된다. 롤러들은 대각선으로 인접한 롤러들간에 효율적인 그라운드 접촉 면적의 큰 오버랩(측면에서 20%-35%)을 제공하도록 위치한다.

또한, 이러한 유형의 휠들에 대한 개량이 국제특허출원번호 PCT/AU2003/001002(공개번호WO2004/014667)에 기술되어 있고, 그 전체 내용은 여기서 참조로 결합된다. 그것은 일렬배열 롤러들에 장착된 프레임의 제조 방법을 기술한다. 일렬배열 프레임들은 대각선으로 인접한 롤러들간에 좋은 그라운드 접촉 오버랩을 갖는 다중 배열 휠을 형성하기 위해 오프셋 방향으로 프레임들과 같이 결합될 수 있다. 교대로 다중 축 중 하나에 실장휠을 형성하는 방법은 랩 어라운드 부쉬(bush) 상에 실장되는 각 롤러들을 포함한다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 불이익을 개선하거나 또는 적어도 유용한 대안을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 일 측면에서, 중심 축 주위로 회전가능한 휠로서, 상기 휠은 상기 중심축으로부터 방사상으로 떨어져 있고 상기 휠 주위에 접선방향(tangentially)으로 정렬되어 있는 주변 축들 상에 장착된 복수의 주변(peripheral) 롤러를 갖고, 각 주변 축은 연속 링을 형성하기 위해 인접한 다른 주변 축에 조인된다.

각 주변 축은 단일 몰딩 프로세스에 의해 몰딩될 수 있다. 주변 축은 축 샤프트를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 주변 축 다이는 축 샤프트를 따라 길이방향으로 뻗어 있는 몰드 파팅(parting) 또는 분리 라인들을 만들지 않도록 구성될 수 있다. 주변 축은 축 샤프트 상에 또는 축 샤프트 주위에 몰드 파팅 또는 분리 라인을 만들지 않는 다이 내에서 몰딩될 수 있다. 바람직하게는, 각 주변 축의 샤프트 축의 길이의 전부 또는 일부는 원통형 캐비티를 형성하는 다이 내에서 몰딩될 수 있다. 비록 바람직하지 않더라도, 다이의 관련 부분이 요구된 캐비티를 생성하기 위해 결합하는 두 개 이상의 구성요소를 포함해야 한다면 몰드 분리 라인은 축 샤프트 상에서 길이방향이 아니라 측방향으로 뻗어 있어야만 하고, 예를 들면 축 샤프트의 길이를 따르는 위치에서 환형 스텝 부를 따라서 뻗어있어야만 한다.

주변 축은 헤드를 포함할 수 있다. 헤드는 인접 주변 축의 축 샤프트의 자유 단부를 수용하도록 크기가 정해질 수 있고 구성될 수 있다. 헤드를 몰딩하기 위한 다이의 일부는 주변 축을 몰딩하는 동안 측방향의 또는 길이방향의 분리 라인을 형성하는 구성요소들을 포함할 수 있다.

헤드는 인접 주변 축의 축 샤프트의 자유 단부를 수용하기 위해 구성된 보어를 형성할 수 있다. 보어는 헤드로부터 뻗어 있는 마우쓰(mouth)에 의해 형성될 수 있다. 마우쓰와 보어는 원통형 및/또는 원뿔형의 형상일 수 있다. 바람직하게는, 마우쓰와 보어는 원통형이다.

특히 바람직한 실시예에서, 마우쓰는 마우쓰를 형성하는 실린더 또는 콘(cone)의 길이를 따라 몰드 파팅 라인을 만들지 않는 다이의 구성요소에서 몰딩된다. 따라서, 바람직하게는, 주변 축 다이는 몰딩 파팅 라인, 특히 마우쓰를 따라 길이방향으로 뻗어있는 몰드 파팅 라인을 만들지 않고 마우쓰를 형성하기 위해 원통형 또는 원뿔형 캐비티를 형성하는 구성요소를 더 포함한다.

마우쓰는 내부 및 외부 형태가 전체적으로 또는 부분적으로 원통형 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 원뿔형(conical)일 수 있다. 마찬가지로, 축 샤프트는 일률적으로 원통형이거나 또는 프로스토(frusto)-원뿔형 형태일 수 있다. 축 샤프트는 특히 자유 단부에 가까운, 부분적 원뿔형 형태일 수 있다. 따라서, 축 샤프트와 마우쓰 각각은 원통형 또는 원뿔형 구조를 형성하는, 또는 원통형과 원뿔형의 결합의 구조를 형성하는 다이 구성요소에서 몰딩될 수 있다. 이것은 축 샤프트와 마우쓰가, 형성될 구성요소를 완벽하게 둘러싸는 원통형 또는 원뿔형 캐비티를 형성하는 단일 다이 구성요소에서 형성될 수 있게 한다. 이 다이 정렬은, 길이방향으로 뻗어 있는 몰드 파팅 라인은 축 샤프트와 마우쓰 구성요소 상에서 형성될 수 없고 그래서 길이를 따라 임의의 포인트에서 거의 원형의 크로스-섹션을 갖는 이러한 구성요소들은 고정밀도로 라운드 크로스-섹션을 갖도록 형성될 수 있다고 하는 영향을 줄 수 있다. 이것은 마우쓰 구성요소에 대한 축 샤프트가 일률적으로 연속적으로 정확히 라운드형태로 블레미쉬(blemishes)와 형태 불일치 없이 몰딩될 수 있게 하고, 이동 파트 사이에 결과적 최소 역할로서 낮은 톨러런스 (tolerances)로 제조될 수 있게 한다.

비록 특정 휠에 대해 요구되는 구성요소의 수가 늘어나기 때문에 바람직하지는 않지만, 주변 축 헤드부는 주변 축 샤프트부와 별개로 형성될 수도 있다.

각 헤드는 연속 링의 코너를 효과적으로 형성한다. 헤드는 축 샤프트 상의 롤러를 보유하고 있는 일 단부에서 환형 숄더를 포함할 수 있다. 헤드의 타 단부는 마우쓰를 포함한다. 헤드는 코너부를 포함하는 데 여기서 마우쓰 보어는 축 샤프트의 길이방향 축에 대해 각도 θ(세타)로 설정된 길이방향의 축을 갖는다. 일반적인 각도 θ(세타)는 알고리즘 180-360/n에 의해 결정될 수 있고, 여기서 n은 상기 연속 링 상의 단일 평면에 있는 주변 롤러의 수와 동일하다. 대응적으로, n은 상기 연속 링을 구성하는 주변 축의 수와 동일하다.

따라서, 휠은 3개 이상의 롤러에서 실용적인 최대값인 10 개의 롤러까지 포함할 수 있다. 상기 공식에 기초하여, 트리플 롤러 휠의 헤드에 대한 각도 θ(세타)는 60도이다. 4개 롤러 휠의 헤드에 대한 각도 θ(세타)는 90도이다.

축 샤프트는 축 샤프트의 나머지 부분들과 동일한 반경(radius)인 자유(free) 단부로 종결될 수 있다. 즉, 축 샤프트는 축 샤프트의 길이를 통해 지속적으로 라운드 크로스 섹션을 가진다. 대안으로서, 축 샤프트는 축 샤프트의 중심 바디 보다 작거나 또는 큰 반경을 가진 스텝된(stepped) 종결부를 포함할 수 있다. 종결부는 마우쓰에 수용될 수 있도록 구성되고 크기가 정해질 수 있다. 따라서, 마우쓰 보어의 반경은 축 샤프트의 중심 바디의 반경보다 작을 수 있고, 마우쓰의 외부 원통형 또는 원뿔형 벽은 연결(juncture)에서 축 샤프트 메인 바디의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 이런 식으로, 마우쓰는 롤러가 장착되는 주변 축의 헤드와 인접 주변 축의 헤드 사이의 축 샤프트 상에 롤러를 보유하는데 효과적으로 환형 숄더로서 형성할 수 있다.

마우스 보어는 헤드의 배면에서 마우스로부터 개구 단부까지 그를 통해 뻗어 있는 관통 보어(through-bore)가 될 수 있다. 관통 보어는 축 샤프트의 터미널 단부가 휠 바디의 오버몰딩된 지지물과 접촉하게 허용하도록 시행할 수 있다. 관통 보어는 따라서, 오버 몰딩이 많이 뻗어있지 않은 것보다 더 큰 강도와 강성률을 가진 축과 오버 몰딩된 휠 바디의 결합된 구조를 제공하도록 축 샤프트와 헤드 사이의 연결을 강화하기 위해 몰딩 프로세스 동안 축 헤드의 사이 공간들로 뻗어있을 수 있다. 모서리 부분의 형상과 일치하면서, 축 샤프트의 터미널 단부 버트(butt)가 더 큰 길이의 축 샤프트가 마우스 보어로 삽입되도록 허용되도록 축 샤프트의 종축에 횡단하는 각도로 형성될 수 있다. 축 샤프트와 인접한 주변 축의 헤드 사이의 접합(join)은 접착제, 열 융해, 초음파 또는 기타 공지된 접합 및 용접 기술에 의해 더 강화될 수 있다.

휠은 바람직하게는 휠 바디 또는 프레임을 더 포함한다. 휠 바디는 중심 축 또는 중심 보어를 형성하는 허브 또는 중심 어퍼처를 포함할 수 있다. 휠 바디의 허브 또는 내부 림으로부터 복수의 외부를 향해 뻗어있는 지지물이 뻗어있을 수 있다. 외부를 향해 뻗어있는 지지물은 휠 바디의 중심으로부터 방사방향으로 뻗어있을 수 있다. 지지물의 외부 단부는 헤드를 고정시킬 수 있다. 바람직하게는, 휠 바디는 적어도 부분적으로 헤드 주위에서 형성된다. 헤드는 외부를 향해 뻗어있는 지지물 상에 장착되거나 또는 그 안에 장착될 수 있다. 지지물이 롤러의 움직임을 간섭하지 않는다면, 외부를 향해 뻗어있는 지지물은 부분적으로 또는 전체적으로 헤드를 둘러쌀 수 있다.

휠 컴포넌트는 다수의 상이한 재료로 만들어질 수 있고, 상이한 재료로 만들어진 컴포넌트 조성을 포함할 수 있다. 그러나, 당업자는 광범위한 다양한 적절한 재료들이 휠에 대한 애플리케이션 및 강도 및 마모 요구에 따라 채용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

예를 들면, 주변 축은 고 강도 몰딩된 플라스틱, 주강, 또는 2개 이상의 상이한 재료의 조성물로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 축은 내부 금속 로드 또는 기타 강화 구조물로 강화된 몰딩된 플라스틱 케이스를 포함할 수 있다.

대안으로, 주변 축은, 축 헤드에 샤프트 단부가 부착되고, 헤드가 플라스틱 컴포넌트로 구성되는 것을 제외하고는, 축 샤프트가 플라스틱이 오버몰딩되지 않은 금속 로드로 구성되도록 구축될 수 있다.

부싱은 롤러가 몰딩되는 동안 고강도 압출 플라스틱(extruded plastic)으로 만들어질 수 있다. 따라서, 부싱은 예를 들면 폴리우레탄 탄성중합체 롤러 내부에 삽입성형(insert molded)될 수 있다.

이러한 부싱은 롤러 타이어의 콘투어를 따르도록 하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 부싱의 외표면은 부싱의 장축에 대해 측방향으로 정렬된 복수의 환형상 리브를 가질 수 있어서 이러한 타이어(바람직하게는 오버몰딩되어 있다)를 보다 잘 그립핑하고 부싱에 대하여 이러한 타이어의 길이방향 슬립피지 또는 이동이 효과적으로 차단할 수 있다. 그러나, 외표면은 복수의 길이방향 리브를 갖는 것이 바람직하다. 길이방향 리브는 아크 또는 활 형상을 가져서 롤러의 외부 형상의 일반적인 시가 형상을 따르는 것이 유리하다. 아크형상의 리브는 그 단부에서만 지지되고 중간부에서 휘어질 수 있음에도 불구하고 고체이고 그 길이를 통해 부싱의 대략적인 원통형 코어에 일체화되는 것이 바람직하다. 길이방향으로 정렬된 리브는 롤러가 그 길이방향 롤러 축 주위로 롤링함에 따라 리브와 타이어 사이의 상대 이동을 감소시킬 것이고, 이것은 결합력을 강화시키고 롤러의 수명을 늘리게 한다.

또 다른 특징에서, 본 발명은 중심 축 주위로 회전가능하고 휠 주위로 접선방향으로 정렬된 주변축에 장착되고 중심 축으로부터 방사방향으로 이격된 복수의 주변 롤러를 갖는 휠을 조립하는 방법을 제공한다. 각 주변 축은 연속 링을 형성하기 위해 다른 주변 축에 인접하여 결합되어 있고, 상술된 방법은,

길이방향 분리 라인 없이 주변 축의 축 샤프트를 형성하기 위한 원통형 캐비티를 갖는 다이내에 각 주변 축을 몰딩하는 단계로서, 상기 주변축은 인접하는 주변 축의 축 샤프트의 자유단부를 수용하기 위한 수용 헤드부를 각각 갖고 있는 상기 각 주변 축을 몰딩하는 단계;

상기 축 샤프트 위에 롤러를 장착하는 단계;

주변 축의 연속 링을 형성하기 위해 상기 주변 축을 함께 결합하는 단계; 및

상기 연속 링 둘레에 서포트 구조부를 포함하는 휠 바디를 몰딩하는 단계를 포함하고 있다.

상기 휠 바디는 상기 중심 축에 회전가능하도록 장착되기 위해 중앙 허브를 포함할 수 있다.

상기 서포트 구조부는 상기 중심 축에 이격된 관계로 상기 수용 헤드를 지지하는 복수의 외측으로 뻗은 암을 포함할 수 있다.

각 축 샤프트 위에 롤러를 장착하는 단계는 상기 축 샤프트에 장착되도록 부시를 슬리브로서 먼저 형성하는 단계보다 선행될 수 있다. 상응하는 롤러는 이러한 축 샤프트에 장착되기 전에 부시 주변에 몰딩될 수 있다. 이러한 롤러를 각 축 샤프트 위에 장착하는 단계는 부시를 롤러내에 삽입한 후 이러한 축 샤프트를 상기 상응하는 부시 및 롤러내에 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.

이러한 헤드는 헤드 또는 그 세그먼트 둘레에 몰딩된 구조부로의 보다 강력한 부착을 허용하는 스퍼, 리지 또는 다른 표면 특징부를 더 포함할 수 있다. 이러한 스퍼 또는 다른 표면 특징부는 고정 휠 바디와 수용 헤드 사이의 표면적을 증가시켜서 결합력을 강화시키고 휠 구조의 강도 및 강성을 증가시키는 역할을 할 수 있다.

이 수용 헤드는 쇼트 보어를 형성하는 마우쓰를 포함할 수 있고, 마우쓰는 수용 헤드와 마우쓰 사이의 샤프트 상에 대응 롤러를 트랩(trap)하기 위해 축 샤프트 상에 환형 숄더를 형성한다.

코너부를 포함하는 이 수용 헤드는 축 샤프트의 길이방향의 축이 쇼트 보어의 길이방향의 축에 대해 각도 θ(세타)로 설정되도록 형성될 수 있다. 각도 θ(세타)는 알고리즘 180-360/n에 의해 결정될 수 있고, 여기서 n은 상기 연속 링 상의 단일 평면에 있는 주변 롤러의 수와 동일하다.

이 다이는 길이방향의 분리 라인의 마우쓰 디보이드(devoid)를 형성하기 위해 추가 원통형 캐비티를 포함할 수 있다.

본 발명은 이하의 비제한적인 바람직한 실시예들의 설명으로부터 보다 잘 이해할 수 있다.
도 1a-1i는 본 발명의 일실시예에 따른 주변 축의 다양한 도면이다.
도 1j-1p는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주변 축의 다양한 도면이다.
도 1q-1w는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주변 축의 다양한 도면이다.
도 2a-2c는 본 발명의 일실시예에 따른 부쉬(bush)의 다양한 도면이다.
도 2d-2f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부쉬(bush)의 다양한 도면이다.
도 2g-2i는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부쉬(bush)의 다양한 도면이다.
도 3a-3d는 롤러의 다양한 도면이다.
도 4a-4f는 휠 바디의 다양한 도면이다.
도 5a-5d는 휠의 다양한 도면이다.
도 6a-6d는 도 5a-5d에 도시된 휠의 다양한 부분 투시도이다.
도 7a 및 7b는 도 5a-5d에 도시된 휠의 단면도이다.
도 8은 도 5a-5d에 도시된 휠의 분해도로서, 주변 축과 휠 바디 사이의 교차점들은 도시되어 있지 않다.
도 9a 및 9b는 각각 롤러가 없이 조립된 연속링의 투시도 및 고스트뷰(ghosted views)이다.
도 10a-10c는 롤러 프리어셈블리의 연속링의 투시도 및 고스트뷰(ghosted views)이다.
도 11a 및 11b는 각각 주변 축 및 롤러 프리어셈블리의 분해도 및 고스트뷰(ghosted views)이다.
도 12는 도 10a-10c에 도시된 주변 축 및 롤러 프리어셈블리의 분해단면도이다.
도 13은 주변 축 및 인접한 주변 축의 헤드의 투시도이다.
도 14는 롤러가 없이 결합된 한쌍의 주변 축들의 투시도이다.
도 15는 어셈블리를 완료하기 전에 실장된 롤러들을 가진 한쌍의 주변 축들과 실장된 롤러들을 가진 결합되지 않은 한 쌍의 주변 축들의 고스트 사시도이다.
도 16은 휠 바디 주입 몰드로 삽입 전에 조립된 도 15에 도시된 주변 축 및 롤러들의 사시도이다.
도 17은 주입 몰드에 결합된 조립된 휠의 고스트 사시도이다.
도 18은 주입 몰드로부터 제거가 완료된 휠의 사시도이다.
도 19는 주변 축 헤드, 인접한 주변 축 샤프트 및 휠 바디 지지체간의 결합의 분해 사시도이다.
도 20은 본 발명의 일측면에 따라 만들어진 완성된 트윈휠의 사시도이다.

본 발명의 바람직한 특징들은 이하 도면들을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다. 그러나, 도면을 참조하여 예시되고 설명된 특징들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 1a~1i를 참조하면, 헤드(20)과 축 샤프트(50)를 포함하는 주변 축(10)이 도시되어 있다. 도시된 주변 축(10)은 다른 3개의 동일 유형의 주변 축들(10)과 함께 연속링(80)(이하 참조)을 형성하도록 형상화된 주변 축들(10) 중 하나이다. 그러나, 당업자라면 예를 들면 휠의 연속링(이하 참조)을 만드는 3개 내지 10개의 축처럼, 연속링(80)이 더 많거나 더 적은 수의 주변 축을 포함하도록 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 각 경우에, 주변 축(10) 구성요소는 동일할 수 있고, 숫단부(male end)(축 샤프트(50)) 및 암단부(female end)(헤드(20))를 가지고 각 주변 축(10)이 동일 유형의 인접한 주변 축(10)과 결합하여 3개 내지 8개의 주변 축(10)을 포함하는 연속링(80)을 형성할 수 있다.

헤드(20)는 마우스(30)와 코너부(40)를 포함한다.

마우스(30)는 보어(32)를 형성하는 짧은 실린더이다. 보어(32)는 컵(cup)형이 될 수도 있고, 코너(40)의 코너 바디(42)에서 종단될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 보어(32)는 코너 바디(42)의 뒷쪽으로 완전히 뻗어나간 관통-보어(through-bore)일 수 있다. 보어(32) 내벽은 보어(32) 내의 축 샤프트(50)의 회전을 감소시키도록 축 샤프트(50)에 대응하는 특징들과 결합하는 길이방향의 표면 특징들과 결합(key)될 수 있지만, 바람직하게는 보어(32)와 대응하는 축 샤프트는 횡단면에서 둥글게 되어 있다.

코너부(40)는 보어(32)의 원통축이 축 샤프트(50)의 길이방향 축에 관련하여 설정된 각도θ를 갖는다. 포뮬라 180-360/n에 기초하여, n은 연속링(80) 상의 단일 평면에 놓인 주변 축(10)들의 수와 동일하면 4개의 축을 가진 실시예의 헤드에 대한 코너각(θ)는 약 90˚이다.

코너부(40)는 마우스(30)와 상기 축 샤프트(50)에 동축으로 정렬된 환형 숄더(44) 사이로 연장하는 일반적으로 원통형의 바디(42)를 더 포함한다. 코너 바디(42)는 코너 바디(42)의 어느 한쪽으로 연장하는 두개의 측면 삼각형 돌출부를 갖는 스퍼(spur)(46)의 형태이고 코너 바디(42)의 엘보에서 서로 브릿지된 표면 특징부를 포함한다.

표면 특징부는 또한 코너 바디(32)의 표면적을 증가시키는 릿지(ridge), 매듭(knob), 다른 돌출부, 또는 그루브(groove)의 형태가 될 수 있다. 이는 이하에서 설명되는 것과 같이 주변 축(10)과 오버몰드(over-mole)된 휠 바디(100) 사이의 결합 강도를 증가시킨다. 스퍼(46)들의 측면돌출부(46a,46b)는 대향된 측면 방향으로 연장하고, 엘보 브릿지(46c)는 휠의 중심 축을 향해 안쪽으로 뻗음으로써, 구조물에 주변 축(10)과 휠 바디(100) 사이의 오버몰드된 결합에 최적의 강성 및 강도를 위한 3개의 다른 방향을 제공한다.

축 샤프트(50)는 환형 숄더(44)와 동축이다. 축 샤프트(50)는 숄더(44)에 대해 직경방향으로 스텝다운되고, 길고 균일하게 원통형인 축(52)을 포함하여, 숄더(44)는 환형 고정벽(45)에 롤러(140)의 한쪽단을 트랩핑할 수 있도록 한다(이하 참조).

당업자라면, 구조물들이 그것들의 길이방향을 따라 어느 단면 부분에서 정확하게 둥글게 되도록 축 샤프트(50) 또는 마우스(30)를 몰딩함에 있어, 원뿔형 또는 원통형 형상의 구조체가 본 발명의 범위 내에서 이용가능함을 이해할 것이다. 축 샤프트(50)는 마우스(30) 및 그 보어(32)와 마찬가지로, 미미하게 길이를 줄인 원뿔 형상이 될 수 있다. 원뿔 형상은 롤러(120)에 대해 축(50)의 축 이동 또는 보어(32)에 대한 축(50)의 축이동을 제한하는 길이 제한 요소를 달성하는 데 유용할 것이다. 그러나, 도시된 바람직한 실시예에서, 구조체는 원통으로 도시된 50, 30이다.

축 샤프트(50)는 그 길이방향에 걸쳐 연속적인 단면이 될 수 있고, 원통 형태가 될수도 있다. 그러나, 바람직하게는 축 샤프트(50)의 종단(52)은 축 샤프트(50)의 길이방향 축(56)에 대해 각도 α로 놓인 평면을 갖는 각진 벽(54)에서 끝난다. 하나의 휠 평면에서 롤러(120)들의 수가 많을수록(이하 참조), 코너 부분(40)의 대응하는 수는 더 커지고, 각도 θ도 더 커진다. 각도 α는 각도 θ에 반비례한다. 4개의 롤러를 가진 휠에 대해, 각도 α는 90˚이다.

또한, 종단(52)는 환형 스텝(59)에 의해 메인 실린더(52)에 연결된 스텝 다운 종단부(58)를 가질 수 있다. 종단부(58)는 마우스 보어(32)로의 주입을 위해 형상화되고 구성되어, 각진벽(54)은 코너바디(42)의 바깥벽(43)으로 뻗는다. 각진 벽(54)은 바람직하게는 바깥벽(43)을 넘어서 뻗지 않지만, 그와 같은 평면이 될 수도 있다.

축(axle) 샤프트(50)는 자신의 길이를 따라서 구조적으로 단단하고 강한 축을 제공하기에 충분한 두께이다. 예를 들면, 도 1a-1i에 도시된 실시예에서, 축(50) 직경이 애플리케이션과 휠 160 크기에 따라 변할 수 있지만, 축(50) 직경은 48mm 크기의 휠(160)에 대해 3.8mm가 될 수 있다. 마우스(mouth)(30) 벽은 축(50)으로부터 마우스(30) 외벽까지의 스텝(마우스 면(31)의 형태인)를 제공할 뿐 아니라, 단자부(58)에 접합 강도(joint strength)를 위해 충분히 두꺼울 수 있다. 스퍼(spur)(46)는 모서리 또는 브리지 부(20)에 질량을 부가하고 휠 바디(100)와의 오버몰드(over-mould) 접착을 위한 표면 면적을 증가시킨다.

축 샤프트(50)는 솔리드 형태 또는 중공 형태가 될 수 있다. 과 부하 애플리케이션용 축 샤프트(50)는 중심 및 종축 방향의 강화 빔을 제공하기 위해 자신의 길이의 상당한 부분을 따라서 중심으로 그리고 종축 방향으로 뻗어있는 금속 로드를 가진 복합 구조물이다(composite structure). 대안으로, 축 샤프트(50)는 전체가 금속으로 만들어지거나 또는 전체가 플라스틱으로 만들어질 수 있다.

도 1j-1p를 참조하면, 주변 축(310)의 대안의 실시예가 도시된다. 주변 축(310)은 스틸 축 샤프트(350)와 플라스틱 오버몰딩된 헤드(320)를 포함하지만, 주변 축(10)과 동일한 형상 및 구성의 다른 것이 될 수 있다. 도 1q-1w를 참조하면, 스틸 및 플라스틱 오버몰딩된 재료의 조성을 포함하는 대안의 주변 축(410)이 도시되고, 여기서 축 샤프트(450)는 내부 스틸 코어 로드 또는 핀(451)과 플라스틱 오버몰딩된 슬리브(452)를 포함한다. 스틸 코어 로드(451)는 터미널 부(458)와 연속하게 되어있으며, 플라스틱 오버몰딩된 슬리브(452)의 외부 정도는 환상형 스텝(459)을 형성한다. 도 1w에 최상으로 표시되는 바와 같이, 플라스틱 오버몰딩된 슬리브(452)는 헤드와 연속하게 되어있다. 헤드(420)는 플라스틱 오버몰딩된 슬리브(452)로 통합하여 형성된 플라스틱 재료로 형성된다.

도 2a-2c를 참조하면, 장축(142)을 구비하고 축 샤프트(50)를 수용하도록 형성되고 구성된 내부의 원통형 보어(144)를 형성하는 중공 실린더의 형태로된 부쉬(bush)(140)가 도시된다. 내부 실린더 보어(144)는 바람직하게는 메인 실린더(52)를 수용하도록 형성 및 구성된다. 부쉬(140)는 환상형 스텝(59)과 환상형 옹벽(retaing wall)(45) 사이에서 메인 실린더(52) 상에 장착될 수 있다.

환상형 옹벽(45)과 다른 부쉬 단부(148)가 환상형 스텝(59)과 동일 평면이거나, 그에 근접해서 놓이거나, 또는 그에 놓이기 때문에, 제 1 부쉬 단부(146)는 동일한 평면에 인접하거나, 그와 동일 평면이거나, 또는 그에 근접해서 놓이거나, 또는 그에 놓인다.

부싱(140) 대신에, 복수(이 경우 12개)의 종축 방향 립(342)을 구비하는 대안의 부싱(340)이 도 2j-2l에 도시된다. 종축 방향 립(342)은 자신의 길이를 따라서 호를 그리며, 그에 의해 자신의 각각의 중간 섹션(344)이 마루(ridge)(342)의 각각의 단부(346) 보다 종축(356)으로부터 방사방향으로 더 멀리 이격하여 공간을 두고 배치된다. 종축 마루(342)는 따라서 부싱(340)의 외부 표면을 따라서 종축으로 뻗어있는 솔리드 아치를 형성하여, 부싱(340)은 전체적으로 그 위에 오버몰딩되는 롤러 타이어의 전체적으로 담배 형상에 대응할 수 있는 종축 방향으로 골이 져있는(ribbed) 담배 형상을 가진다. 종축 마루(342)는 바람직하게는 부싱(340)의 메인 바디 또는 코어(341)와 통합하여 형성될 수 있다.

도 2m-2o를 참조하면, 또다른 부싱 실시예가 통(barrel) 형상 부싱(440)의 형태로 도시된다. 내부 보어(344, 444)는 실린더 형상이어서, 축 샤프트(50)의 전체적으로 실린더 형상과 일치하도록 한다. 그러나, 통 형상 부싱(440)의 외부 형상(442)은 실제로 담배 또는 통 형상이어서, 그 위에 몰딩될 수 있는 전체적으로 담배 또는 통 형상 롤러(120)에 대응한다. 그의 타이어가 보다 부드러운 탄성중합체 플라스틱으로 만들어지는 것에 비해, 필수적으로 경화한 플라스틱으로 만들어진 담배 형상 부싱(440)의 제공은 전체 롤러(120) 구성을 강화시키고, 탄성중합체 재료를 절감시키고, 직선 원통형 부싱(140)에 비해 자신의 길이 전체에서 롤러(120)에 더 큰 강도를 제공하도록 기능할 수 있다. 부싱(440)의 아크형 곡선은, 직선 원통형 부시(140)에 비해, 롤러(120)가 종축 롤러 축(142)에 대해 횡단에 놓이게 할 수 있는 측 방향 힘에 대해 보다 강한 구조를 제공한다.

도 3a-3d를 참조하면, 바람직하게는 부시(140)는 롤러(120)의 원통형 캐비티내에 유지된다. 롤러(120)는 원통형 캐비티(122)와 동축인 각각의 단부(124)에서 대향하는 한 쌍의 개구를 포함한다. 부시(140)는 개구 보다 더 작은 내부 직경과 더 큰 외부 직경을 가진다. 롤러 타이어(126)는 하기에 기술되는 바와 같이 부시(140) 상에 오버몰딩될 수 있다.

롤러(120)는 양측이 절단된(bi-truncated) 방추형, 통, 또는 담배 형상이다. 참조번호 128로 지시되는 자신의 각각의 단부에서 롤러 타이어(126)의 두께는 다수의 이유로 중요하다. 고장에 대한 스트레스와 가능성이 단부 부분(128)에서 가장 크기 때문에 롤러(120)의 단부 부분(128)은 정상 마모 및 찢김을 통한 고장을 방지하기에 충분히 두꺼워야 한다. 그러나, 단부 부분(128)이 점점 더 두꺼워 질수록, 도 20에 도시된 트윈 휠(180)과 같은 휠에서의 대각선으로 인접한 롤러들 사이의 헌저한 오버랩을 달성하는 것은 점점 더 어려워진다. 이는 보다 기다란 양측이 절단된 방추형 형상이 대각선으로 인전합 롤러들(120a, 120b) 사이에 더 큰 오버랩을 수용하지만, 정교하게 테이퍼진 단부 부분(128)이 롤러(120)를 보다 덜 강건하게 하고, 부드럽게 회전하도록 하고, 정상적인 마모 및 찢김에 대해 보다 더 잘 고장나고 덜 탄성을 가지도록 할 것이기 때문이다.

휠(160)과 롤러(120)의 크기는 상이한 애플리케이션에 대해 변할 수 있다. 측면에서 보았을 때, 롤러(120)의 곡률 반경은 휠 주변부의 곡률 반경에 따를 것이다. 더 큰 휠은 더 큰 곡률 반경을 가진 롤러를 가질 것이다. 프레임 당 롤러의 수는, 컴포넌트 재료와 구조의 상대적 강도 및 중심 축(15)을 통해 전달되는 부하를 견디는 개별 롤러의 능력과 같은 기준에 따라, 결정될 수 있다. 고 부하 휠은, 큰 힘을 견딜 수 있는, 특히 땅에 접촉했을 때 롤러의 원격 단부에서 견뎌지는 힘을 견디도록 더 두꺼운 롤러 타이어를 가진, 통형상의 비례하여 더 짧은 롤러를 필요로 한다. 더 가벼운 부하 인가는 생산 및 미가공 재료 비용을 감소시키기 위해 채용될 수 있는 담배 형상의, 보다 길고 작은 직경의 롤러를 활용할 수 있다.

도 4a-4f에서, 교차하는 주변 축(10)이 없는 형상을 가진 휠 바디(100)가 도시된다. 휠 바디(100)는 메인 자축(15)(도 20 참조) 상에 장착하기 위해 종축 슬롯(106)에 의해 조작된(keyed) 메인 베어링(104)에 관해 회전하도록 저널링된(journaled) 중심 허브(102)를 포함한다. 휠 바디(100)는 복수의 외부를 향해 뻗어있는 암(108)을 더 포함한다. 암은 바람직하게는 방사방향으로 뻗어있다. 암(108)은 도 4a에서 도시된 바와 같이 측면에서 실질적으로 삼각형 형상인 지지 헤드(110)에서 종단한다. 휠(160)이 조립될 때, 인접한 지지물(110)은 그들 사이에서 축(50)을 뻗어나가게 하는 대향하는 실질적으로 평행한 평면 표면(112)을 제공한다. 도시된 실시예에서, 휠 바디(100)는 4개의 롤러(120)를 수용하도록 형성되고, 그에 의해 4개의 방사방향 암(108)을 포함한다.

휠 바디(100)는 도 4b에 도시된 바와 같이 평면(B)을 통과해 좌우대칭형(bi-symmetrical)이 될 수 있다. 보다 바람직하게는, 휠 바디(100)는 외부 림(114)과 내부 림(116)을 포함한다. 내부 림(116)은 유사한 휠 바디(100)가 서로에 면하고 있는 각각의 내부 림(116)에 인접하게 될 때 서로 기밀하게 맞물리도록 적용된 한정된 홈(complimentary groove)과 마루를 포함하는 한 쌍의 상승하는 아크형 트랙(111, 113)을 구비하는 록킹 엘리먼트(118)를 포함한다. 각각의 휠 바디(100)는 상승하는 아크형 록킹 엘리먼트(111, 113)가 아크 갭(115)에 배치되도록 위치되고 각각의 록킹 엘리먼트(111, 113)가 맞물리도록 90°로 회전된다.

또다른 실시예에서, 록킹 엘리먼트(111, 113)는 형상 및 구성이 동일하지만, 서로에 대해 180° 회전된다. 도 4d에 도시된 록킹 엘리먼트(111a, 113a)는 대응하는 리드 돌출부(119)가 각각의 휠 바디(100)와 포지티브하게 맞물리는 트랩핑되는 홈을 포함하는 후퇴 경사로(receding ramp)(117)를 포함한다. 각각의 휠 바디(100)는, 비가역적인 맞물림으로 잠궈지도록 마주하고있는 내부 림의 각각의 표면들 사이에 강력한 결합(bond)을 제공하도록 예를 들면 초음파 용접에 상기 결합된 트윈 휠 바디(180)를 노출시킴으로써 화학적 또는 기계적으로 더 결합될 수 있도록 한다.

도 4f에 도시된 바와 같이, 서포트 엔드(110)는 도 4e의 라인 AA을 따라 절단하여 볼 때 휠 바디(100)의 이너 사이드(101)쪽으로 경미하게 바이어싱되어 있다.

도 5a-5d에서, 온전한 휠(160)에 주변 축(10)에 오버몰딩되어 있는 휠 바디(100)가 도시되어 도시되어 잇다.

도 6a-6d에서, 주변 축(10)과 서포트(108) 사이의 오버몰딩된 커넥션의 내부 디테일이 보다 상세하게 도시되어 있다. 스퍼(46)는 강성 내부 구조를 제공하는 것을 볼 수 있는데, 이러한 강성 내부 구조 주위로, 오버몰딩된 서포트(108)가 큰 표면적 위에 강하게 접촉하여 주변 축(10)과 서포트(108) 사이의 강하고 강성인 커넥터를 보장한다. 또한, 휠 바디(100)가 롤러(120)가 주변 축(10)에 장착됨으로써 서스펜딩된 크레이들 또는 리세스(105)를 제공하도록 하는 형상과 구성을 갖고 있는 것을 볼 수 있다.

도 7a-7b에서, 휠(160)의 단면도는 마운트 보어(32)와 함께, 주변 축(10)의 터미널 엔드(58)와 서포트(108)의 오버몰딩 사이의 관계를 보여준다. 터미널 엔드(58)는 마운트 보어(32)의 외부 개구에 플러시 되어 종료하여서, 서포트(108)의 몰드 재료는 마운트 보어(32)를 관통하여, 헤드(20)과 주변 단부(58)에서 모두, 주변 축(10)과 강하게 연결된다. 또한, 축 샤프트(50), 환형 리테이닝 월(45) 및 부시(140), 스텝핑된 월(59)와 마우쓰(30) 사이의 관계가 나타나 있다. 환형 리테이닝 월(45) 및 마우쓰 페이싱 월(31)은 부시(1400의 단부(146, 148)에 맞닿아서 그리고 개구(124)내로 삽입되어서, 롤러(120)가 리세스(105)내에 회전을 위해 트랩핑되고 축 샤프트(51)에 대해 자유회전할 수 있음을 볼 수 있다.

도 8에 휠(160)의 컴포넌트의 분해도가 도시되어 있다. 휠(160)은 휠 바디(100), 4개의 주변 축(10)과 4개의 롤러(120)를 포함하고 있다. 도 9a 및 도 9b에 터미널 단부(58)가 마우쓰 보어(32)를 통해 거의, 하지만 완전하지는 않게 뻗도록 인접한 주변축의 마우쓰(30)내로 각 주변축(10)의 축 샤프트(50)의 삽입에 의해 4개의 동일한 주변 축(10)의 결합에 의해 연속 링(80)을 형성하도록 주변 축(10)이 함께 결합하는 방법을 도시하고 있다. 롤러(120)는 축 샤프트(50) 위에 오버몰딩될 수 있어서 연속 링(80)은 롤러(120)가 연속 링(80)에 장착되기 전에 형성될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 그러나, 롤러(120)가 먼저 상응하는 부시(140) 주변에 형성되고 상응하는 주변 축에 장착되고 터미널 단부(58)가 인접 주변 축(10)에 부착되지 않고 자유상태를 갖는 것이 바람직하다. 도 9a에서, 환형 숄더(44)가 축 샤프트(50)와 함께 일체로 형성된 것을 볼 수 있다.

도 10a-도 10c에서, 롤러(120)는 사전형성된 주변 축(10)의 헤드(20)에 오버몰딩된 휠 바디(100)에 대비하여 연속 링(80)에 조립된 것을 볼 수 있다.

도 11a에 롤러(120)와 주변 축(10)의 형성이 도시되어 있다. 주변 축(10)은 부시(140)에서와 같이 분리되어 몰딩되어 있다. 롤러 타이어(126)는 그다움 부싱(140) 위에 몰딩되어 롤러 타이어(126)와 부싱(140)을 포함하는 롤러 모듈을 형성한다. 롤러 모듈(120, 140)은 그다음, 롤러 모듈(120, 140)의 각 단부를 통해 축 샤프트(50)의 삽입에 의해 축 샤프트(50)에 장착된다. 롤러 모듈(120, 140)은 축 샤프트(50)에 장착되어 부시(140)의 각 단부(146, 148)는 환형 리테이닝 월(45)과 맞닿는다. 개구(124)는 환형 숄더(44)와 롤러(128)의 단부 사이의 갭이 엔드 롤러부(128)에 적용된 압축력의 효과를 감소시키도록 최소임에도 불구하고, 롤러(120)가 회전함에 따라 마찰을 최소화하도록 환형 숄더(44)보다 미미하게 보다 큰 직경을 가질 수 있다.

마우쓰(30)의 외경이 환형 숄더(44)와 동일한 것이 바람직하여, 도 7b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 마우쓰(30) 개방면(31)이 스텝핑된 월(59)에 맞닿을 때까지 마우쓰 보어(32)에 터미덜 단부(58)가 삽입되고, 롤러(128)의 엔드 롤러는 마우쓰(30) 위에 일부 뻗게 된다는 것을 이해할 것이다. 도 11b에서, 부싱(140)은 주변 축(10) 위에 장착된 것으로 도시되어 있다. 주변 축(10)은 고강도 플라스틱 재료로부터 몰딩될 수 있고, 부싱(140)은 고강도, 저마찰 플라스틱 재료로부터 몰딩될 수 있고 롤러 타이어(126)는 고강도이면서 적절하게 높은 마찰력의 폴리머로부터 몰딩될 수 있다.

도 7b, 도 12 및 도 19는 돌출된 플라스틱 부싱(140) 위의 롤러(120)의 장착은 물론 터미널 단자(58)와 헤드(20) 사이의 조인의 구성을 명확하게 설명하고 있다.

도 13 및 도 14는 인접한 주변 축(10)을 함께 홀딩하는 "라인 투 라인 피트"으로 마우쓰 보어(32)내로의 터미널부(58)의 삽입을 설명하고 있다. 도 14에서, 축 샤프트(50)의 마우쓰(30)와의 결합은 스텝핑된 월(59)에 대해 맞닿은 마우쓰 페이스(31)에 의해 형성된 제2 환형 스텝을 생성하여서, 마우쓰 페이스(31)와 환형 리테이닝 월(45)은 축 샤프트(50) 위에 롤러 부싱(140)을 트랩핑하는데 효과적이다.

도 15에서, 주변축(10)과 롤러 모듈(120,140) 콤비네이션의 서브 어셈블리의 결합쌍의 스텝을 볼 수 있어서, n개의 롤러가 장착된 연속 링(80)을 형성하도록 결합될 쌍을 형성한다.

도 16은 휠 바디(100) 주입 몰드(200)내에 삽입되기 전에 연속 링(80)을 형성하도록 결합된 서브 어셈블리의 조립된 쌍을 도시하고 있고, 이로 인해 연속 링(80)과 롤러(120)는 몰드(200)내에 네슬링된 후 도 17에 도시된 바와 같이 셔팅되어 연속 링(80)과 롤러(1200를 정위치에 잠금한다. 몰드(200)에서의 셧오프는 몰딩을 위해 연속 링(80)을 고정한 후에 휠 바디(100)가 연속 링(80) 위에 주입된다.

다이 또는 몰드(200)는 도 4a 및 도 4f에 도시된 중심 축 보어(101)에 상응하는 캐비티를 형성하는 중앙 인서트(202)를 포함한다. 인서트(202)는 또한 키잉된 슬롯(106)을 형성하는 길이방향 리지(204)를 포함한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 완성된 휠(160)은 그다음 몰드(200)로부터 제거될 수 있다.

도 19에 도시된 바와 같이, 터미널부(58)는 마우쓰 보어(32)를 통해 뻗지만, 작은 에어리어를 마우쓰 보어(32)의 외부 개구에 인접하도록 남겨두어, 서포트 헤드(110)의 에어리어내의 오버몰딩된 휠 바디(100)가 마우쓰 보어(32)내에 그리고 주변에 관통되고 몰딩될 수 있도록 하여 휠 바디(100)의 주변 축(10)으로 그리고 보다 구체적으로 헤드(20)로의 부착력을 증가시킨다.

완성된 휠(160)의 쌍이 육각형 단면 보어를 갖는 중심 축(15)에 장착된 트윈 휠(180)을 형성하도록 결합된 휠의 쌍으로서 도시되어 있다. 트윈 휠(180)은 다지향성 휠로서 유용하고 대체물, 예를 들어, 캐스터 휠 대신에 사용될 수 있다.

명세서 및 청구범위를 통해 사용된 "포함하다"라는 말과 그 파생어는 특별히 언급하지 않는한 한정의 의미가 아니라 하나의 예로서 의도되었다. 즉, "포함하다"라는 말과 그 파생어는 달리 언급되지 않는한, 직접 언급된 컴포넌트, 단계 또는 특징뿐만 아니라 특정되지 않은 다른 컴포넌트, 단계 또는 특징도 포함하는 것으로 이해해야 한다.

명세서 및 청구범위에 사용된, 수직, 수평, 상부, 하부와 같은 방위 용어는 상대적으로 것으로 해석되어야 하고 이러한 용어는 컴포넌트, 아이템, 아티클, 장치, 디바이스 또는 기기가 보통, 어느 컴포넌트가 최상위에 있는지를 나타낸다는 컨텍스트하에서, 특정 방위로서 인식될 것이다.

당업자는 여기에 기술된 발명의 방법의 수많은 수정 및 변형이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남 없이 가능하다는 것을 이해할 것이다.