(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1の回転体付き車輪では、隣接する一方の回転体の凹所に部分的に挿入された先端部を支持するために、凹所の形状に合うように湾曲させた特殊な形状の軸受アームを用いる必要がある。このような特殊な形状のアームは、製造をするのが容易でなく、高い剛性を持たせようとするとコストがかかる。
【0005】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構造でローラを支持することができる全方向移動車輪およびそれを用いた全方向移動車両を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様に係る全方向移動車輪は、車軸回りに回転可能に設けられた回転部材と、前記車軸に直交する平面内において、前記回転部材の径方向に直交する方向に延びる軸線を有する複数のローラと、各該ローラを前記回転部材に各前記軸線回りに回転自在に取り付ける支持部材とを備え、前記ローラは、その外形が前記車軸を中心とする円の曲率と一致する曲率を有し前記軸線方向の一端から他端に向かって直径が単調に変化する略円錐台状に形成されるとともに、第1ローラと該第1ローラより小径の第2ローラとからなり、前記第1ローラが、その小径側の端面の中央に凹所を有し、前記支持部材が、大径側の端面を対向させた一対の前記第1ローラに挟まれる位置に配置されてこれらの前記第1ローラを
前記回転部材に取り付けて支持する第1支持部と、大径側の端面を対向させた一対の前記第2ローラに挟まれる位置に配置されてこれらの前記第2ローラを
前記回転部材に取り付けて支持する
とともに前記第1支持部と形状の異なる第2支持部とを備え、前記第1支持部と前記第2支持部とが、前記回転部材の周方向に交互に配置され、各前記第2ローラの小径側の端面の一部を各前記第1ローラの前記凹所内に部分的に挿入した状態で、前記第1ローラおよび前記第2ローラを、それらの外形が単一の円周上に配されるように配置している。
【0007】
本発明の一態様に係る全方向移動車輪によれば、車軸回りに回転可能に設けられた回転部材の周方向に交互に配置される第1支持部と第2支持部とで、それぞれ大径側の端面を対向させた一対の大径の第1ローラと一対の小径の第2ローラが支持される。これら支持部は、それぞれ端面を対向させた一対のローラに挟まれる位置に配置されるので、大径の第1ローラの小径側の端面の凹所の形状に合うように湾曲させた特殊な形状とする必要がない。したがって、外形が単一の円周上に配されるように配置された複数のローラを支持する支持部材を簡易な構造とすることができる。
【0008】
また、上記態様の全方向移動車輪によれば、支持部がそれぞれ端面を対向させた一対のローラに挟まれる位置に配置され、第1ローラの小径側の端面と第2ローラの小径側の端面が対向する位置には配置されない。したがって、第1ローラと第2ローラをより近接させ、第1ローラおよび第2ローラの外形が配される円周上の隙間を狭くすることができる。あるいは、第1ローラより小径の第2ローラの直径を第1ローラの径に近づけた大きさとし、第1ローラと第2ローラの径の違いによって生じる車輪の外形の段差をより少なくすることができる。
【0009】
このように、本発明の一態様に係る全方向移動車輪によれば、外形が単一の円周上に配されるように配置された複数のローラを支持する支持部材を簡易な構造とすることが可能な全方向移動車輪を提供することができる。
【0010】
本態様の全方向移動車輪においては、前記第1支持部が、一対の前記第1ローラのそれぞれを前記軸線回りに独立して回転自在となるように支持し、前記第2支持部が、一対の前記第2ローラのそれぞれを前記軸線回りに独立して回転自在となるように支持する構成としてもよい。
【0011】
この構成では、一対の第1ローラのそれぞれの回転が独立して行われる。一方の第1ローラのみが接地している際は、接地していない他方の第1ローラは回転しない。同様に、この構成では、一対の第2ローラのそれぞれの回転が独立して行われる。一方の第2ローラのみが接地している際は、接地していない他方の第2ローラは回転しない。
このようにすることで、接地している一方のローラとともに接地していない他方のローラを回転させる場合に比べ、横方向への移動に必要な力が少なくて済み、より容易に横方向への移動を行うことができる。
【0012】
本態様の全方向移動車輪においては、前記複数のローラの各々が、前記支持部材に前記軸線回りに回転自在に取り付けられる金属製の芯部材と、該芯部材の外周面に取り付けられる略一定厚の弾性部材とを備えるようにしてもよい。
このようにすることで、接地面からの反力に対して変形しにくい金属製の芯部材により反力に対向しつつ、略一定厚の弾性部材によって反力による衝撃を車輪の回転位相によらずに安定的に吸収することができる。
【0013】
本態様の全方向移動車輪においては、前記回転部材が、前記車軸方向に間隔を置いて配置された一対の板状部材から構成されており、複数の前記支持部材が、前記一対の板状部材の間に固定されてもよい。
このようにすることで、一対の板状部材に間に複数の支持部材を固定する構成により、複数のローラを回転部材に取り付けることができる。
【0014】
本発明の一態様の全方向移動車両は、上記いずれかに記載の全方向移動車輪を備える。
このようにすることで、外形が単一の円周上に配されるように配置された複数のローラを支持する支持部材を簡易な構造とすることが可能な全方向移動車両を提供することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、簡易な構造でローラを支持することができる全方向移動車輪およびそれを用いた全方向移動車両を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の一実施形態の全方向移動車輪100について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る全方向移動車輪100は、他の車輪とともに車両に連結されるものであり、車両の走行時の従動輪として機能するものである。全方向移動車輪100は、
図3に示す車軸A回りに回転可能に取り付けられている。
全方向移動車輪100は、例えば、後輪が2輪の駆動輪であり、前輪が1輪または2輪の従動輪である車両における従動輪として機能する。或いは、4輪の車両において、後輪の2輪の駆動輪からベルト等により駆動力が伝達される前輪の2輪の従動輪として機能する。
【0018】
全方向移動車輪100は、後述するように、車軸A回りに回転可能に設けられた板状部材10,11を備え、車軸Aに直交する平面内において板状部材10,11の径方向に直交する軸線を有する複数のローラを備える。全方向移動車輪100は、車軸A方向の力を受けた場合に、複数のローラが各軸線回りに回転することにより、車軸A方向に沿った移動が可能となっている。
【0019】
このように、全方向移動車輪100は、車軸A回りに回転するとともに、車軸A方向に沿った移動も可能となっている。車軸A回りの回転と車軸A方向の移動を組み合わせることにより、全方向移動車輪100を備えた車両(全方向移動車両)は、車両の接地面に対して全方向に移動可能となっている。
【0020】
次に、全方向移動車輪100の具体的な構成について説明する。
図1および
図3に示す板状部材10,11(回転部材)は、車軸Aに直交する平面おいて、車軸A回りに回転可能に設けられた板状の部材である。
図1に示すように、板状部材10には、内面に雌ねじが形成された複数の貫通穴12,13,14,15が設けられている。また、
図3に示すように、板状部材11には、内面に雌ねじが形成された複数の貫通穴16,17,18,19が設けられている。なお、
図3では、全方向移動車輪100の構造を理解しやすくするために、後述する大径ローラ30,31と、小径ローラ40,41の一部が切り離された状態となっている。
【0021】
板状部材10の貫通穴12,13は、後述する第1支持部20の締結穴20a,20bにそれぞれ対応している。貫通穴12,13にはそれぞれ外周面に雄ねじが形成された締結ねじ(不図示)が挿入され、締結穴20a,20bに締結される。これにより、第1支持部20が板状部材10に固定される。第1支持部20の締結穴20a,20bは、
図3に示す軸線A方向に貫通しており、板状部材11の貫通穴16,17にそれぞれ対向している。貫通穴16,17にはそれぞれ外周面に雄ねじが形成された締結ねじ(不図示)が挿入され、締結穴20a,20bに締結される。これにより、第1支持部20が板状部材11に固定される。
【0022】
板状部材10の貫通穴14,15は、後述する第2支持部21の締結穴21a,21bにそれぞれ対応している。貫通穴14,15にはそれぞれ外周面に雄ねじが形成された締結ねじ(不図示)が挿入され、締結穴21a,21bに締結される。これにより、第2支持部21が板状部材10に固定される。第2支持部21の締結穴21a,21bは、
図3に示す軸線A方向に貫通しており、板状部材11の貫通穴18,19にそれぞれ対向している。貫通穴18,19にはそれぞれ外周面に雄ねじが形成された締結ねじ(不図示)が挿入され、締結穴21a,21bに締結される。これにより、第2支持部21が板状部材11に固定される。
【0023】
このように、複数の第1支持部20と、複数の第2支持部21とは、板状部材10と板状部材11との間に挟まれた状態で固定される。また、板状部材10と板状部材11との間には、ハブ50およびハブ50の車軸A方向の両側に配置されたゴムチューブ51,52が挟まれた状態で固定される。
【0024】
ハブ50は、車軸A回りに回転する駆動軸(不図示)と連結される部材である。ゴムチューブ51,52は円環状の中空の部材であり、内部が所定圧力で封入された空気によって満たされている。ゴムチューブ51,52の内周面はハブ50の外周面に接触した状態で配置される。また、ゴムチューブ51,52の外周面は第1支持部20および第2支持部21の内周面に接触した状態で配置される。
【0025】
このように、ハブ50はゴムチューブ51,52の内周面に接触した状態で配置され、第1支持部20および第2支持部21はゴムチューブ51,52の外周面に接触した状態で配置される。したがって、駆動軸(不図示)からハブ50に伝達される車軸A回りの駆動力は、ゴムチューブ51,52を介して第1支持部20および第2支持部21に伝達され、全方向移動車輪100を車軸A回りに回転させる。
【0026】
次に、全方向移動車輪100が備える複数のローラと複数のローラを支持する支持部材について説明する。
全方向移動車輪100は、大径ローラ30,31(第1ローラ)と、小径ローラ40,41(第2ローラ)からなる複数のローラを備えている。一対の大径ローラ30,31は、
図4に示すように、車軸Aに直交する平面内において、板状部材10,11の径方向に直交する方向に延びる軸線X1を有している。また、一対の小径ローラ40,41は、
図4に示すように、車軸Aに直交する平面内において、板状部材10,11の径方向に直交する方向に延びる軸線X2を有している。
なお、
図4では、後述する大径ローラ30,31と、小径ローラ40,41の一部が省略されて図示されている。
【0027】
図1から
図4に示すように、大径ローラ30,31および小径ローラ40,41は、その外形が車軸Aを中心とする円の曲率と一致する曲率を有した形状となっている。また、
図4に示すように、大径ローラ30,31のそれぞれは、軸線X1方向の一端から他端に向かって直径が単調に変化する略円錐台状に形成されている。同様に、小径ローラ40,41のそれぞれは、軸線X2方向の一端から他端に向かって直径が単調に変化する略円錐台状に形成されている。
【0028】
全方向移動車輪100は、一対の大径ローラ30,31を板状部材10,11に軸線X1回りに回転自在に取り付ける第1支持部20(支持部材)を備えている。また、全方向移動車輪100は、一対の小径ローラ40,41を板状部材10,11に軸線X2回りに回転自在に取り付ける第2支持部21(支持部材)を備えている。
【0029】
図1から
図4に示すように、第1支持部20は、大径側の端面を対向させた一対の大径ローラ30,31に挟まれる位置に配置され、大径ローラ30,31を支持している。同様に、第2支持部21は、大径側の端面を対向させた一対の小径ローラ40,41に挟まれる位置に配置され、小径ローラ40,41を支持している。
図1から
図3に示すように、第1支持部20と第2支持部21とは、板状部材10,11の周方向に交互に配置されている。第1支持部20と第2支持部21の配置間隔は、軸線A回りに30°ずつの間隔となっている。
【0030】
図4に示すように、大径ローラ30,31は、小径側の端面の中央(軸線X1の近傍)に、それぞれ凹所30c,31cを有している。第1支持部20および第2支持部21は、小径ローラ40の小径側の端面の一部を大径ローラ31の凹所31c内に挿入した状態で、大径ローラ31および小径ローラ40を配置している。また、第1支持部20および第2支持部21は、大径ローラ31および小径ローラ40の外径が単一の円周上に配されるように、大径ローラ31および小径ローラ40を配置している。
【0031】
図4では、大径ローラ31の凹所31c内に小径ローラ40の小径側の端面の一部を挿入した状態が示されているが、
図2に示すように他の箇所についても同様の状態となる。したがって、大径ローラ30の凹所30c内には、小径ローラ41の小径側の端面の一部が挿入された状態となる。このような大径ローラ30,31の凹所30c,31c内への小径ローラ40,41の小径側の端面の一部の挿入が、全方向移動車輪100の車軸A回りの全周に渡って行われた状態となっている。
【0032】
次に、大径ローラ30,31が軸線X1回りに回転する機構について説明する。
図5に示すように、第1支持部20は、軸線X1方向に延在する貫通穴20dに挿入され、内周面に雌ねじが形成された締結穴を有する円筒形状の軸部材20cを備えている。軸部材20cの両端部には大径ローラ30,31が挿入される。軸部材20cに大径ローラ30が挿入された状態で、外周面に雄ねじが形成された締結ねじ32が軸部材20cの締結穴に締結される。また、軸部材20cに大径ローラ31が挿入された状態で、外周面に雄ねじが形成された締結ねじ33が軸部材20cの締結穴に締結される。
【0033】
大径ローラ30は、金属製の芯部材30bと芯部材30bの外周面に取り付けられる略一定厚のゴム製のタイヤ部材30a(弾性部材)を備えている。締結ねじ32が軸部材20cに締結された状態で、軸部材20cの外周面と大径ローラ30の芯部材30bの内周面の一部との間には微小な隙間が設けられた状態となっている。また、軸部材20cの外周面には、摩擦係数を低くする加工が予め施されている。さらに、締結ねじ32が軸部材20cに締結された状態で、芯部材30bの第1支持部20と対向する面と第1支持部20の芯部材30bと対向する面の間には、軸線X1に沿った方向に微小な間隔が設けられた状態となっている。
【0034】
大径ローラ31は、金属製の芯部材31bと芯部材31bの外周面に取り付けられる略一定厚のゴム製のタイヤ部材31a(弾性部材)を備えている。締結ねじ33が軸部材20cに締結された状態で、軸部材20cの外周面と大径ローラ31の芯部材31bの内周面の一部との間には微小な隙間が設けられた状態となっている。さらに、締結ねじ33が軸部材20cに締結された状態で、芯部材31bの第1支持部20と対向する面と第1支持部20の芯部材31bと対向する面の間には、軸線X1に沿った方向に微小な間隔が設けられた状態となっている。
【0035】
このように、大径ローラ30,31は、それぞれ軸部材20cの外周面の一部との間に微小な隙間が設けられた状態で配置されている。大径ローラ30,31の芯部材30b,31bの内周面と軸部材20cの外周面とは、すべり軸受として機能する。したがって、第1支持部20は、一対の大径ローラ30,31のそれぞれを軸線X1回りに独立して回転自在となるように支持している。
【0036】
次に、小径ローラ40,41が軸線X2回りに回転する機構について説明する。
図6に示すように、第2支持部21は、軸線X2方向に延在する貫通穴21dに挿入され、内周面に雌ねじが形成された締結穴を有する円筒形状の軸部材21cを備えている。軸部材21cの両端部には小径ローラ40,41が挿入される。軸部材21cに小径ローラ40が挿入された状態で、外周面に雄ねじが形成された締結ねじ42が軸部材21cの締結穴に締結される。また、軸部材21cに小径ローラ41が挿入された状態で、外周面に雄ねじが形成された締結ねじ43が軸部材21cの締結穴に締結される。
【0037】
小径ローラ40は、金属製の芯部材40bと芯部材40bの外周面に取り付けられる略一定厚のゴム製のタイヤ部材40a(弾性部材)を備えている。締結ねじ42が軸部材21cに締結された状態で、軸部材21cの外周面と小径ローラ40の芯部材40bの内周面の一部との間には微小な隙間が設けられた状態となっている。また、軸部材21cの外周面には、摩擦係数を低くする加工が予め施されている。さらに、締結ねじ42が軸部材21cに締結された状態で、芯部材40bの第2支持部21と対向する面と第2支持部21の芯部材40bと対向する面の間には、軸線X2に沿った方向に微小な間隔が設けられた状態となっている。
【0038】
小径ローラ41は、金属製の芯部材41bと芯部材41bの外周面に取り付けられる略一定厚のゴム製のタイヤ部材41a(弾性部材)を備えている。締結ねじ43が軸部材21cに締結された状態で、軸部材21cの外周面と小径ローラ41の芯部材41bの内周面の一部との間には微小な隙間が設けられた状態となっている。さらに、締結ねじ43が軸部材21cに締結された状態で、芯部材41bの第2支持部21と対向する面と第2支持部21の芯部材41bと対向する面の間には、軸線X2に沿った方向に微小な間隔が設けられた状態となっている。
【0039】
このように、小径ローラ40,41は、それぞれ軸部材21cの外周面の一部との間に微小な隙間が設けられた状態で配置されている。小径ローラ40,41の芯部材40b,41bの内周面と軸部材21cの外周面とは、すべり軸受として機能する。したがって、第2支持部21は、一対の小径ローラ40,41のそれぞれを軸線X2回りに独立して回転自在となるように支持している。
【0040】
以上説明したように、本実施形態の全方向移動車輪100によれば、車軸A回りに回転可能に設けられた板状部材10,11(回転部材)の周方向に交互に配置される第1支持部20と第2支持部21とで、それぞれ大径側の端面を対向させた一対の大径ローラ30,31と一対の小径ローラ40,41が支持される。これら第1支持部20および第2支持部21は、それぞれ端面を対向させた一対のローラに挟まれる位置に配置されるので、大径ローラ30,31の小径側の端面の凹所30c,31cの形状に合うように湾曲させた特殊な形状とする必要がない。したがって、外形が単一の円周上に配されるように配置された複数の大径ローラ30,31および小径ローラ40,41を支持する第1支持部20,第2支持部21を簡易な構造とすることができる。
【0041】
また、本実施形態の全方向移動車輪100によれば、第1支持部20および第2支持部21がそれぞれ端面を対向させた一対のローラに挟まれる位置に配置され、大径ローラ30,31の小径側の端面と小径ローラ40,41の小径側の端面が対向する位置には配置されない。したがって、大径ローラ30,31と小径ローラ40,41をより近接させ、大径ローラ30,31および小径ローラ40,41の外形が配される円周上の隙間を狭くすることができる。あるいは、大径ローラ30,31より小径の小径ローラ40,41の直径を大径ローラ30,31の直径に近づけた大きさとし、大径ローラ30,31と小径ローラ40,41の直径の違いによって生じる車輪の外形の段差をより少なくすることができる。
【0042】
このように、本実施形態の全方向移動車輪100によれば、外形が単一の円周上に配されるように配置された複数のローラを支持する第1支持部20および第2支持部21を簡易な構造とすることが可能な全方向移動車輪100を提供することができる。
【0043】
本実施形態の全方向移動車輪100は、第1支持部20が、一対の大径ローラ30,31のそれぞれを軸線X1回りに独立して回転自在となるように支持し、第2支持部21が、一対の小径ローラ40,41のそれぞれを軸線X2回りに独立して回転自在となるように支持する。
【0044】
したがって、一対の大径ローラ30,31のそれぞれの回転が独立して行われる。大径ローラ30のみが接地している際は、接地していない他方の大径ローラ31は回転しない。同様に、一対の小径ローラ40,41のそれぞれの回転が独立して行われる。小径ローラ40のみが接地している際は、接地していない他方の小径ローラ41は回転しない。
このようにすることで、接地している一方のローラとともに接地していない他方のローラを回転させる場合に比べ、車軸Aに沿った方向(横方向)への移動に必要な力が少なくて済み、より容易に車軸Aに沿った方向(横方向)への移動を行うことができる。
【0045】
本実施形態の全方向移動車輪100は、複数の大径ローラ30,31の各々が、第1支持部20に軸線X1回りに回転自在に取り付けられる金属製の芯部材30b,31bと、芯部材30b,31bの外周面に取り付けられる略一定厚のゴム製のタイヤ部材30a,31a(弾性部材)とを備える。
このようにすることで、接地面からの反力に対して変形しにくい金属製の芯部材30b,31bにより反力に対向しつつ、略一定厚のゴム製のタイヤ部材30a,31aによって反力による衝撃を車輪の回転位相によらずに安定的に吸収することができる。
【0046】
同様に、本実施形態の全方向移動車輪100は、複数の小径ローラ40,41の各々が、第2支持部21に軸線X2回りに回転自在に取り付けられる金属製の芯部材40b,41bと、芯部材40b,41bの外周面に取り付けられる略一定厚のゴム製のタイヤ部材40a,41a(弾性部材)とを備える。
このようにすることで、接地面からの反力に対して変形しにくい金属製の芯部材40b,41bにより反力に対向しつつ、略一定厚のゴム製のタイヤ部材40a,41aによって反力による衝撃を車輪の回転位相によらずに安定的に吸収することができる。