特開 2023-172344 車輪製造装置、及び、車輪の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172344

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】車輪製造装置、及び、車輪の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B60B 19/00 20060101AFI20231129BHJP

   B23K 26/282 20140101ALI20231129BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

B60B19/00 H

B23K26/282

B23K26/21 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022084056

(22)【出願日】2022-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】時安 優和

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA07

4E168BA14

4E168BA23

4E168DA23

4E168DA24

4E168DA28

4E168DA29

(57)【要約】

【課題】 環状の芯材と芯材に回転可能に支持された複数のフリーローラとを有する車輪を容易に製造できる車輪製造装置、及び、車輪の製造方法を提供する。
【解決手段】 複数のセグメント７によって構成される芯体２と、芯体の環状軸線の周りに回転自在に設けられた複数のフリーローラ３とを有する車輪を製造するための車輪製造装置１であって、円形な外輪郭を有する中心治具２９を備え、保持具２１と、セグメントの隣り合うもの同士を溶接するレーザ溶接機２３と、を有し、レーザ溶接機は、セグメントの外周面のうち環状軸線の中心軸から離れた部分を溶接するときには、レーザの光軸Ｅをセグメントの外周面７Ａに直交する方向に設定し、セグメントの外周面のうち中心軸に近接する部分を溶接するときには、光軸をセグメントの外周面に対して直交する方向に対して、中心軸から離れる側に傾斜した方向に設定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに結合された円弧状の複数のセグメントによって構成される円環状の芯体と、前記芯体の環状軸線の周りに回転自在に設けられた複数のフリーローラとを有する車輪を製造するための車輪製造装置であって、
円形な外輪郭を有する中心治具を備え、前記中心治具の外周に前記セグメントを互いに突き合せた状態で保持する保持具と、
前記セグメントの隣り合うもの同士を、レーザを照射することにより溶接するレーザ溶接機と、を有し、
前記レーザ溶接機は、前記セグメントの外周面のうち前記環状軸線の中心軸から離れた部分を溶接するときには、前記レーザの光軸を前記セグメントの外周面に直交する方向に設定し、前記セグメントの外周面のうち前記中心軸に近接する部分を溶接するときには、前記光軸を前記セグメントの外周面に対して直交する方向に対して、前記中心軸から離れる側に傾斜した方向に設定する車輪製造装置。

【請求項2】

前記レーザ溶接機は、前記レーザを照射するヘッドと、前記ヘッドを移動させるマニピュレータとを備え、
前記マニピュレータは、前記セグメントを溶接するときに、前記ヘッドの少なくとも一部を前記セグメントの軸線方向視で前記フリーローラと重なる位置に配置する請求項１に記載の車輪製造装置。

【請求項3】

前記保持具は、前記中心軸の両側から前記セグメントを保持する請求項１に記載の車輪製造装置。

【請求項4】

前記保持具は、前記中心治具を支持する支持部材を更に備え、
前記中心治具は、チャックと、前記チャックに径方向に移動可能に支持され、径方向外側に移動することにより、前記フリーローラに当接可能な複数のベースと、前記チャックの中心に設けられたシャフトと、を有し、
前記支持部材は前記シャフトの両端部を支持する請求項１に記載の車輪製造装置。

【請求項5】

前記シャフトは、前記ベースの径方向内側に位置している請求項４に記載の車輪製造装置。

【請求項6】

前記シャフトは、前記ベースの径方向内側に当接することによって、前記ベースの径方向内側への移動を規制する請求項５に記載の車輪製造装置。

【請求項7】

前記チャックは前記シャフトを貫通させる貫通孔を備え、
前記シャフトは、前記貫通孔に一方側から挿入される第１部材と、前記貫通孔の他方側において前記第１部材に結合する第２部材とを備える請求項４～請求項６のいずれか１つの項に記載の車輪製造装置。

【請求項8】

前記第１部材と前記第２部材とには軸線方向に連通する螺子孔が設けられている請求項７に記載の車輪製造装置。

【請求項9】

前記支持部材は、下方に凹み、前記シャフトの前記両端部をそれぞれ受容するＶ字状の溝を有する請求項４に記載の車輪製造装置。

【請求項10】

前記ベースの前記中心軸に平行な方向の幅は、前記フリーローラの前記中心軸に平行な方向の幅よりも小さい請求項４に記載の車輪製造装置。

【請求項11】

互いに結合された円弧状の複数のセグメントによって構成される円環状の芯体と、前記芯体の環状軸線の周りに回転自在に設けられた複数のフリーローラとを有する車輪を製造するための車輪の製造方法であって、
円形な外輪郭を有する中心治具の外周に前記セグメントを互いに突き合せた状態で保持する保持工程と、
前記セグメントの隣り合うもの同士を、レーザを照射することにより溶接する溶接工程と、を有し、
前記セグメントの外周面のうち前記環状軸線の中心軸から離れた部分を溶接するときには、前記レーザの光軸を前記セグメントの外周面に直交する方向に設定し、前記セグメントの外周面のうち前記中心軸に近接する部分を溶接するときには、前記光軸を前記セグメントの外周面に対して直交する方向に対して、前記中心軸から離れる側に傾斜した方向に設定する車輪の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、全方向移動装置に使用される車輪を製造するための車輪製造装置、車輪の製造方法、及び、溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、全方向移動装置に使用される車輪の製造方法について開示している。車輪は、環状の芯体と、芯体に回転可能に支持された複数のフリーローラとを有する。車輪の製造方法は、直線状のパイプ材に複数の切欠部を形成する第１工程と、直線状のパイプ材に複数のフリーローラを装着する第２工程と、複数の切欠部を埋めるようにパイプ材を複数個所で屈曲させ、パイプ材を環状にする第３工程と、パイプ材の端部同士を溶接すると共に、各切欠部の縁部同士を溶接する第４工程とを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６７４６６５５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

第４工程では、フリーローラが装着されたパイプ材（セグメントともいう）の端部同士が溶接される。しかし、フリーローラがパイプ材に設けられているため、パイプ材へのアクセスが難しく、ＴＩＧ溶接を行うことが容易ではない。そのため、パイプ材の溶接が容易であり、芯体を容易に構成することのできる車輪の製造装置の開発が望まれている。

【0005】

本発明は、以上の背景に鑑み、環状の芯材と芯材に回転可能に支持された複数のフリーローラとを有する車輪を容易に製造することのできる車輪製造装置、及び、車輪の製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、互いに結合された円弧状の複数のセグメント（７）によって構成される円環状の芯体（２）と、前記芯体の環状軸線の周りに回転自在に設けられた複数のフリーローラ（３）とを有する車輪を製造するための車輪製造装置（１）であって、円形な外輪郭を有する中心治具（２９）を備え、前記中心治具の外周に前記セグメントを互いに突き合せた状態で保持する保持具（２１）と、前記セグメントの隣り合うもの同士を、レーザを照射することにより溶接するレーザ溶接機（２３）と、を有し、前記レーザ溶接機は、前記セグメントの外周面のうち前記環状軸線の中心軸から離れた部分を溶接するときには、前記レーザの光軸（Ｅ）を前記セグメントの外周面（７Ａ）に直交する方向に設定し、前記セグメントの外周面のうち前記中心軸に近接する部分を溶接するときには、前記光軸を前記セグメントの外周面に対して直交する方向に対して、前記中心軸から離れる側に傾斜した方向に設定する。

【0007】

この態様によれば、フリーローラがセグメントに設けられていても、フリーローラとレーザ溶接機との干渉を回避しつつ、セグメントをその周方向全周に渡って溶接し、芯材を構成することができる。よって、環状の芯材と芯材に回転可能に支持された複数のフリーローラとを有する車輪を容易に製造することのできる車輪製造装置を提供することができる。

【0008】

上記の態様において、好ましくは、前記レーザ溶接機は、前記レーザを照射するヘッド（７１）と、前記ヘッドを移動させるマニピュレータ（７３）とを備え、前記マニピュレータは、前記セグメントを溶接するときに、前記ヘッドの少なくとも一部を前記セグメントの軸線方向視で前記フリーローラと重なる位置に配置する。

【0009】

この態様によれば、ヘッドをセグメントに接近させることができる。これにより、隣接するセグメントをより確実に溶接することができる。

【0010】

上記の態様において、好ましくは、前記保持具は、前記中心軸の両側から前記セグメントを保持する。

【0011】

この態様によれば、保持具によってセグメントを良好に保持できる。

【0012】

上記の態様において、好ましくは、前記保持具は、前記中心治具を支持する支持部材（２７）を更に備え、前記中心治具は、チャック（４１）と、前記チャックに径方向に移動可能に支持され、径方向外側に移動することにより、前記フリーローラに当接可能な複数のベース（４３）と、前記チャックの中心に設けられたシャフト（４５）と、を有し、前記支持部材は前記シャフトの両端部を支持する。

【0013】

この態様によれば、保持具を簡素な構成にすることができ、また、保持具によってセグメントを良好に支持できる。

【0014】

上記の態様において、好ましくは、前記シャフトは、前記ベースの径方向内側に位置している。

【0015】

この態様によれば、保持具をコンパクトに構成することができる。また、溶接時に、シャフトとレーザ溶接機とが干渉し難くなる。

【0016】

上記の態様において、好ましくは、前記シャフトは、前記ベースの径方向内側に当接することによって、前記ベースの径方向内側への移動を規制する。

【0017】

この態様によれば、簡素な構成によって、ベースをチャックに対して適正な位置に保持することができる。

【0018】

上記の態様において、好ましくは、前記チャックは前記シャフトを貫通させる貫通孔（４２）を備え、前記シャフトは、前記貫通孔に一方側から挿入される第１部材（６５）と、前記貫通孔の他方側において前記第１部材に結合する第２部材（６７）とを備える。

【0019】

この態様によれば、シャフトを簡素に構成することができ、また、シャフトの組み立てが容易になる。

【0020】

上記の態様において、好ましくは、前記第１部材と前記第２部材とには軸線方向に連通する螺子孔（６９）が設けられている。

【0021】

この態様によれば、第１部材と第２部材とを強固に結合させることができる。

【0022】

上記の態様において、好ましくは、前記支持部材は、下方に凹み、前記シャフトの前記両端部をそれぞれ受容するＶ字状の溝（３９）を有する。

【0023】

この態様によれば、セグメントをシャフトの軸線を中心とする回転可能に保持部材に保持させることができる。そのため、製造を行う作業者がセグメントの溶接すべき箇所が適正な位置となるように、セグメントの位置を調節することができる。

【0024】

上記の態様において、好ましくは、前記ベースの前記中心軸に平行な方向の幅は、前記フリーローラの前記中心軸に平行な方向の幅よりも小さい。

【0025】

この態様によれば、ベースの軸線方向の幅がフリーローラの軸線方向の幅よりも小さくなるため、溶接時にベースによってレーザ溶接機の駆動が妨げられ難くなる。

【0026】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、互いに結合された円弧状の複数のセグメント（７）によって構成される円環状の芯体（２）と、前記芯体の環状軸線の周りに回転自在に設けられた複数のフリーローラ（３）とを有する車輪を製造するための車輪の製造方法であって、円形な外輪郭を有する中心治具（２９）の外周に前記セグメントを互いに突き合せた状態で保持する保持工程と、前記セグメントの隣り合うもの同士を、レーザを照射することにより溶接する溶接工程と、を有し、前記セグメントの外周面のうち前記環状軸線の中心軸から離れた部分を溶接するときには、前記レーザの光軸（Ｅ）を前記セグメントの外周面（７Ａ）に直交する方向に設定し、前記セグメントの外周面のうち前記中心軸に近接する部分を溶接するときには、前記光軸を前記セグメントの外周面に対して直交する方向に対して、前記中心軸から離れる側に傾斜した方向に設定する。

【0027】

この態様によれば、セグメントがレーザ溶接されて、芯材が構成される。そのため、フリーローラがセグメントに設けられていても、フリーローラとレーザ溶接機との干渉を回避しつつ、セグメントをその周方向全周に渡って溶接することができる。よって、環状の芯材と芯材に回転可能に支持された複数のフリーローラとを有する車輪を容易に製造することのできる車輪の製造方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0028】

以上の構成によれば、環状の芯材と芯材に回転可能に支持された複数のフリーローラとを有する車輪を容易に製造することのできる車輪製造装置、及び、車輪の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】実施形態に係る車輪製造装置の斜視図、及び、破線によって囲まれた部分の拡大図

【図2】車輪を備えた全方向移動装置の断面図

【図3】車輪の側面図

【図4】フリーローラが設けられたパイプ材を示す斜視図

【図5】車輪の断面図、及び、その拡大図

【図6】車輪が保持具に固定され、溶接時が行われているときの様子を示す斜視図

【図7】実施形態に係る保持具の分解斜視図

【図8】（Ａ）ロック部材がロック孔に挿入されているとき、及び、（Ｂ）ロック部材がロック孔から抜き取られたときをそれぞれ示す中心治具の断面図

【図9】（Ａ）実施形態に係るシャフトの断面図、及び（Ｂ）その変形例

【図10】レーザ溶接機のブロック図

【図11】レーザの照射方向に係る設定入力を示す模式図

【図12】レーザの照射時のヘッドの動きを説明するための説明図

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照して、本発明に係る車輪製造装置１について説明する。図１に示すように、車輪製造装置１は、環状の芯体２、及び芯体２に回転自在に設けられた複数のフリーローラ３を有する車輪４を製造するために使用される。図２に示すように、車輪製造装置１によって製造される車輪４は、全方向移動装置５に設けられる。全方向移動装置５は、電動車椅子や、台車、パーソナルモビリティに使用される。

【0031】

（車輪４の構造）
図３に示すように、芯体２は軸線Ａを中心とした環状をなしている。芯体２は、図４に示すように、端部において互いに突き合わせ溶接された円弧状をなす複数のパイプ材７によって構成されている。パイプ材７は芯体２を構成するセグメントに相当している。すなわち、芯体２は、それぞれが円弧状をなし、互いに結合された複数のセグメント（パイプ材７）によって構成されている。本実施形態では、芯体２は、半円状をなし、互いに結合された半円状の２つのパイプ材７（セグメント）によって構成されている。

【0032】

図４に示すように、パイプ材７は断面円形の円筒状をなす、いわゆる丸パイプ材であって、例えばステンレス等の金属によって形成されている。図３に示すように、芯体２の断面中心を通過する線（以下、環状軸線Ｂ）は、軸線Ａを中心とした周方向に延び、軸線Ａを中心とする円環状をなしている。

【0033】

図５に示すように、各フリーローラ３は、ラジアルベアリングであるベアリング８を介して芯体２に支持されている。ベアリング８は、インナレース１１と、アウタレース１２と、インナレース１１及びアウタレース１２の間に介装された複数のボール１３と、複数のボール１３を保持するリテーナ（不図示）とを有する玉軸受であるとよい。

【0034】

各フリーローラ３は、スリーブ１５と、スリーブ１５の外周面に設けられたゴムリング１６とを有する。スリーブ１５は金属によって形成されているとよい。ゴムリング１６は、スリーブ１５の外周面に加硫接着等によって接着されているとよい。スリーブ１５の内側には、ベアリング８が配置される。本実施形態では、各スリーブ１５の内側に２つのベアリング８が互いに間隔をおいて配置され、２つのベアリング８はそれぞれ各スリーブ１５の内側に圧入されている。

【0035】

芯体２の外周面は各ベアリング８のインナレース１１の内周面に圧接している。これにより、各ベアリング８のインナレース１１は、芯体２の外周面に固定されている。本実施形態では、芯体２の外周面には、円環状のカラー１９が設けられている。芯体２の外周面がカラー１９の内周面に圧接ことによって、カラー１９は芯体２に固定されている。カラー１９はインナレース１１の縁部を係止し、芯体２に対する各インナレース１１の軸線Ａを中心とした周方向への移動を規制する。

【0036】

複数のフリーローラ３のそれぞれは、環状軸線Ｂを中心として芯体２に対して回転する。また、複数のフリーローラ３のそれぞれは、軸線Ａを中心とした接線と平行な軸線を中心として、芯体２に対して回転する。

【0037】

（車輪の製造方法）
次に、車輪４の製造方法の概略について説明する。

【0038】

車輪４の製造を行う作業者は、車輪４の製造工程の最初の工程（第１工程）において、予め半円状に屈曲されたパイプ材７を用意する。次に、作業者は、パイプ材７の適所に一対のベアリング８及びカラー１９が装着された複数のフリーローラ３を配置する。その後、作業者はパイプ材７の内部に液体や気体等を導入して加圧することによって、パイプ材７を拡径し、ベアリング８のインナレース１１をパイプ材７に固定する。これにより、フリーローラ３は、それぞれパイプ材７に回転可能に結合される。

【0039】

作業者は、第１工程を少なくとも２回行うことによって、フリーローラ３が結合されたパイプ材７（図４参照）を少なくとも２つ用意する。その後、作業者は、パイプ材７の端部を突き合わせて、円環状をなすように配置した後、車輪製造装置１（図１参照）に組付けて、隣り合う２つのパイプ材７の端部を溶接する第２工程を行う。これにより、隣り合う２つのパイプ材７が結合されて環状の芯体２が形成され、主輪が完成する。本実施形態に係る車輪製造装置１は、特に、第２工程において、パイプ材７を保持して溶接するのに好適である。

【0040】

（車輪製造装置）
次に、車輪製造装置１の構成について説明する。

【0041】

図１に示すように、車輪製造装置１は、保持具２１と、レーザ溶接機２３とを備える。本実施形態では、車輪製造装置１は車輪４の製造を行うための作業台２５上に載置されている。

【0042】

保持具２１（車輪保持装置ともいう）は、溶接時に、フリーローラ３が設けられた円弧状のパイプ材７を互いにつき合わせた状態で保持する。図６に示すように、保持具２１は、支持部材２７（台座ともいう）と、円形な外輪郭を有する中心治具２９（中心部材ともいう）とを備えている。

【0043】

支持部材２７は、一対の脚部３１と、一対の脚部３１に支持された基部３３とを備えている。脚部３１はそれぞれＬ字金具によって構成されている。車輪製造装置１が載置される作業台２５の上面に固定されている。

【0044】

基部３３は略コの字状をなす金属板材によって構成されている。基部３３は上方に向けて開口するように配置され、脚部３１を介して支持されている。

【0045】

詳細には、基部３３は、上下方向に延び、互いに平行をなすように配置された一対の平板部３５と、平板部３５の下端部を接続する水平部３７とを備えている。脚部３１の上端それぞれ対応する平板部３５に固定されている。平板部３５の上端にはそれぞれ、下方に凹むＶ字状の溝部３９が設けられている。

【0046】

中心治具２９は、チャック４１と、チャック４１に径方向に移動可能に支持され、中心治具２９の外周部を構成する複数のベース４３と、チャック４１の中心に設けられたシャフト４５と、を有している。

【0047】

図７に示すように、チャック４１は、中心軸線Ｃを中心とした円盤状に形成されている。チャック４１はステンレス等の金属によって構成されているとよい。チャック４１の中心には、中心軸線Ｃに沿って貫通するチャック貫通孔４２が設けられている。

【0048】

ベース４３のそれぞれは、チャック４１の外周面に対向し、周方向に円弧状に延びた周壁部４６と、周壁部４６からチャック４１の側面に沿って中心軸線Ｃ側に延びる一対の側壁４７を有する。一対の側壁４７はそれぞれ、扇形に形成されているとよい。ベース４３は樹脂等によって構成されていてもよく、ステンレス等の金属によって構成されていてもよい。

【0049】

周壁部４６の外周部は中心治具２９の外周面を構成する。パイプ材７が保持具２１に取り付けられるときには、周壁部４６の外周部はフリーローラ３が周壁部４６の外周部に当接し、パイプ材７を互いに付き合わされた状態で保持しつつ、パイプ材７が適正な円環状をなすように維持する。フリーローラ３が適正な位置に維持され易いように、周壁部４６の外周部にはフリーローラ３の少なくとも一部を受容する係合溝４９（図１２も参照）が設けられているとよい。ベース４３のそれぞれは、互いに同一形状に形成されているとよい。

【0050】

ベース４３の中心軸線Ｃに平行な方向の幅は、フリーローラ３の軸線Ａに平行な方向の幅よりも小さい。

【0051】

図６及び図７に示すように、各ベース４３の側壁４７には、厚み方向に貫通するガイド溝５１が形成されている。ガイド溝５１は径方向外側に延びる長孔状をなしている。チャック４１には、ガイド溝５１を通過する少なくとも１つのガイドピン５２が結合されている。ガイドピン５２がガイド溝５１に当接することによって、チャック４１に対するベース４３の移動方向が径方向内外方向となるように規制されている。本実施形態では、１つのガイド溝５１に対して２つのガイドピン５２が設けられている。このように、ガイド溝５１に２以上のガイドピン５２が設けられることによって、ガイドピン５２がガイド溝５１に当接し、チャック４１に対するベース４３の傾斜角度が一定に維持される。

【0052】

このように、各ベース４３のチャック４１に対する移動は、ガイド溝５１とガイドピン５２との当接によって、径方向内外方向に規制される。以下、ベース４３と中心軸線Ｃとの距離が最小になるときのベース４３の位置を収縮位置と記載し、ベース４３と中心軸線Ｃとの距離が最大になるときのベース４３の位置を拡張位置と記載する。

【0053】

図７に示すように、各ベース４３と、チャック４１とはそれぞれ、１以上のスプリング突き出しピン５５によって接続されている。図８に示すように、スプリング突き出しピン５５は、筒状の筒部本体５５Ａと、筒部本体５５Ａにその軸線に沿って所定範囲内でスライド移動可能に受容されたピン５５Ｂと、ピン５５Ｂの外周に設けられたスプリング５５Ｃとを備えている。

【0054】

筒部本体５５Ａの外周面には雄ねじが設けられている。チャック４１の外周面には径方向内側に延びる螺子孔５７が設けられている。螺子孔５７はチャック貫通孔４２に達しているとよい。筒部本体５５Ａは螺子孔５７に挿入されて、筒部本体５５Ａはチャック４１に螺子止めされている。

【0055】

ピン５５Ｂは筒部本体５５Ａに受容された軸部５８と、軸部５８の両端に設けられた２つの頭部５９とを有している。２つの頭部５９はいずれも筒部本体５５Ａの内径よりも幅広の外径を有しているが、他方側は一方側に比べて幅広の外径を有するように構成されている。一方側の頭部５９は、チャック貫通孔４２に収容されている。一方側の頭部５９は、筒部本体５５Ａの外径よりも小さく、且つ、筒部本体５５Ａの内径よりも大きな外径を有している。これにより、一方側の頭部５９の径方向外側への移動が規制されている。

【0056】

ベース４３の外側壁には他方側の頭部５９よりも径の小さなベース貫通孔６０が設けられている。軸部５８は貫通孔を通過し、他方側の頭部５９がベース４３の外側壁の径外側に位置している。他方側の頭部５９はベース貫通孔６０よりも幅広に形成されている。これにより、ベース４３のチャック４１に対する径方向外側への移動が制限されている。

【0057】

スプリング５５Ｃはピン５５Ｂの外周において、筒部本体５５Ａとベース４３との間に設けられ、筒部本体５５Ａをベース４３に対して径方向外側に付勢する。これにより、スプリング５５Ｃは、対応するベース４３を拡張位置に向けて付勢する。

【0058】

図６及び図７に示すように、中心治具２９は、チャック４１に着脱可能に取り付けられ、ベース４３のそれぞれに当接することによってベース４３のチャック４１に対する移動を規制する複数のロック部材６１を有する。図７、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各ベース４３の側壁と、チャック４１とにはそれぞれ、貫通孔であるロック孔６２が形成されている。ベース４３をチャック４１に対して径方向内側に押圧すると、ベース４３の側壁に設けられたロック孔６２と、チャック４１に設けられたロック孔６２とが互いに重なり合う位置になる（図８（Ａ）参照）。一方、ロック部材６１をロック孔６２から抜くと、スプリング５５Ｃの付勢力によって、ベース４３が径方向外側に移動する（図８（Ｂ）参照）。各ロック孔６２にロック部材６１が挿入されることによって、チャック４１に対するベース４３の移動が禁止されて、適正な位置となる。ロック部材６１は、例えばピンであってもよい。

【0059】

図６に示すように、シャフト４５はチャック４１の中心に設けられ、中心軸線Ｃを軸線とした円柱形をなす金属部材によって構成されている。本実施形態では、シャフト４５はチャック貫通孔４２（図７参照）に嵌め込まれて、チャック４１に固定されている。シャフト４５は両端部において、溝部３９に上側から挿入されて、溝部３９に受容されている。

【0060】

シャフト４５の両端がそれぞれ溝に受容されることによって、中心軸線Ｃの両側（ベース４３の側壁４７の両外側）からパイプ材７が保持される。これにより、簡素な構成によって、パイプ材７を良好に、且つ、安定して保持することができる。

【0061】

また、シャフト４５が溝部３９に受容されることによって、中心治具２９が支持される。そのため、パイプ材７を、中心軸線Ｃを中心に回転可能に支持部材２７に保持させることができる。これにより、製造を行う作業者がパイプ材７の溶接すべき箇所がレーザ溶接機２３によって溶接することのできる適正な位置となるように、パイプ材７の位置を容易に調節することができる。

【0062】

本実施形態では、図７に示すように、シャフト４５は、チャック貫通孔４２に一方側から挿入される第１部材６５と、チャック貫通孔４２の他方側において第１部材６５に結合する第２部材６７とを備えている。

【0063】

図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１部材６５は円柱状の第１部材頭部６５Ａと、第１部材頭部６５Ａよりも径方向に幅が狭く、第１部材頭部６５Ａの中心軸線に沿って第１部材頭部６５Ａから突出する第１部材軸部６５Ｂとを備えている。第１部材頭部６５Ａはチャック貫通孔４２の内径よりも径方向に幅が広い。

【0064】

第２部材６７は円柱状の第２部材頭部６７Ａと、第２部材頭部６７Ａよりも径方向に幅が狭く、第２部材頭部６７Ａの中心軸線に沿って第２部材頭部６７Ａから突出する第２部材軸部６７Ｂとを備えている。第２部材軸部６７Ｂには突端に突出方向逆向きに凹み、第１部材軸部６５Ｂの突端を受容可能な第２部材凹部６７Ｃが設けられている。第２部材頭部６７Ａはチャック貫通孔４２の内径よりも径方向に幅が広い。

【0065】

第１部材６５をチャック貫通孔４２に一方側から挿入し、チャック貫通孔４２の他方側に第２部材６７を配置して、第１部材軸部６５Ｂの突端を第２部材凹部６７Ｃに挿入することによって、第２部材６７を第１部材６５に結合させることができる。これにより、作業者はシャフト４５を容易に組み立てることができる。また、シャフト４５を２つの部材によって構成されるため、その構成が簡素である。

【0066】

本実施形態では、図９（Ａ）に示すように、第１部材６５と第２部材６７とにはそれぞれ、中心軸線方向に連通する螺子孔６９が設けられている。螺子孔６９に螺子７０を挿入することによって、第１部材６５と第２部材６７とを強固に結合させることができる。

【0067】

但し、第１部材６５と第２部材６７とを結合させる態様はこの態様には限定されない。例えば、図９（Ｂ）に示すように、第１部材軸部６５Ｂの外周面に雄ねじが設けられ、第２部材凹部６７Ｃに雄ねじに螺合する雌ねじが設けられ、第１部材軸部６５Ｂが第２部材凹部６７Ｃにねじ込まれることによって、第１部材６５と第２部材６７とが結合されてもよい。

【0068】

ベース４３がチャック４１に対して適正な位置にあるときに、シャフト４５の第１部材頭部６５Ａ及び／又は第２部材頭部６７Ａが、ベース４３の径方向内側に当接することによって、ベース４３の径方向内側への移動を規制するように構成されていてもよい。これにより、簡素な構成によって、ベース４３をチャック４１に対して適正な位置に保持することができる。

【0069】

保持具２１は、その他、車輪４の周方向において複数のフリーローラ３を挟持するクランプ装置や、バンド部材等を備えていてもよい。但し、クランプ装置やバンド部材は必須ではなく、必要に応じて、適宜、保持具２１に設けられる。

【0070】

レーザ溶接機２３は、レーザを照射することにより、保持具２１に保持されたパイプ材７の隣り合うもの同士を溶接する。パイプ材７の隣り合うもの同士が溶接（突き合わせ溶接）されることによって、芯体２が構成される。レーザ溶接機２３は、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ等のいずれのレーザを用いて溶接を行う装置であってもよい。

【0071】

レーザ溶接機２３は、図１に示すように、パイプ材７にレーザを照射するヘッド７１と、ヘッド７１を移動させるマニピュレータ７３と、マニピュレータ７３を駆動制御するコントローラ７５とを備えている。

【0072】

ヘッド７１は軸線を中心として所定方向に延びる略柱状をなしている。ヘッド７１はその延在方向一端側（以下、照射端７１Ａ）の端面からその延在方向に延びる光軸Ｅに沿ってレーザを照射する。ヘッド７１の照射端７１Ａ側の端部は隣接するフリーローラ３の間に挿入可能な大きさに構成されていてもよい。

【0073】

マニピュレータ７３は基端において作業台２５に固定され、先端にヘッド７１を備えた多関節のロボットアームによって構成されている。マニピュレータ７３は関節を駆動させることによって、コントローラ７５から指示された軌跡に沿って、コントローラ７５から指示された姿勢でヘッド７１を移動させることができる。図１及び図６には、一点鎖線及び二点鎖線によって、ヘッド７１の位置の例が併せて示されている。

【0074】

図１０に示すように、コントローラ７５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等によって構成されたプロセッサ７７、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等によって構成されたメモリ７８、及び、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等によって構成された記憶装置７９を備えたコンピュータによって構成されている。コントローラ７５はその他、タッチパネル８１を備えている。タッチパネル８１は、作業者からの入力を受け付け、作業者に情報を表示する入出力装置として機能する。

【0075】

コントローラ７５はタッチパネル８１において作業者からヘッド７１の移動軌跡Ｄと、その軌跡上の各位置における光軸Ｅの向きとに係る情報を受け付ける（例えば、図１１参照）。コントローラ７５はタッチパネル８１に作業開始に係る入力を受け付けると、ヘッド７１が移動軌跡Ｄに沿って移動し、且つ、その光軸Ｅが入力された向きとなるようにマニピュレータ７３を駆動させ、ヘッド７１からレーザを照射させる溶接処理を行う。

【0076】

次に、パイプ材７を保持して溶接する第２工程の詳細について説明する。

【0077】

作業者は、フリーローラ３の取り付けが完了（すなわち、第１工程が完了）した２つのパイプ材７の両端を突き合わせて仮止めし、本溶接前の車輪４を形成する。その後、作業者は、保持具２１にセットすることによって、円形な外輪郭を有する中心治具２９の外周にパイプ材７が互いに突き合された（すなわち、仮止めされた）状態で保持する保持工程を行う。

【0078】

保持工程において、作業者はまず、中心治具２９のロック孔６２に挿入されたロック部材６１を抜き、ベース４３をチャック４１に対して拡径させる。その後、ベース４３を縮径させながら、本溶接前の車輪４の内側に挿入し、ロック部材６１をロック孔６２に挿入する。これにより、チャック４１に対して各ベース４３が適正な位置に維持される。

【0079】

その後、作業者はシャフト４５を構成する第１部材６５及び第２部材６７を取り付ける。これにより、ベース４３の径方向内端がシャフト４５を構成する第１部材６５又は第２部材６７に当接し、ベース４３の径方向内側への移動が規制される。

【0080】

作業者はシャフト４５の両端をそれぞれ、基部３３の上端に設けられた溝部３９に受容させる。これにより、本溶接前の車輪４は保持具２１に水平方向に延びる軸線を中心とする回転可能に支持されて、保持工程が完了する。このとき、フリーローラ３は係合溝４９に受容されている。

【0081】

次に、作業者は、パイプ材７の隣り合うもの同士を、レーザを照射することにより溶接する溶接工程を行う。溶接工程において、作業者は、まず、コントローラ７５のタッチパネル８１において、図１１に模式的に示すヘッド７１の移動軌跡Ｄ及びそれぞれの位置における光軸Ｅの向きに係る設定入力を行う。図１１において、ヘッド７１の移動軌跡Ｄは太線の矢印によって、各位置でのヘッド７１の姿勢は三角形によって、それぞれの地点における光軸Ｅは一点鎖線によって、模式的に示されている。

【0082】

図１１に示すように、ヘッド７１の移動軌跡Ｄは、第１の領域Ｘ、第２の領域Ｙ、及び、第３の領域Ｚを含む。第１の領域Ｘでは、照射端７１Ａから延びる光軸Ｅがパイプ材７の下端（中心軸線Ｃ側に近接する側の端部）にある位置からヘッド７１が上方（中心軸線Ｃから離反する側）にスライド移動する。第２の領域Ｙでは、ヘッド７１がパイプ材７の環状軸線Ｂを中心として回転移動する。第３の領域Ｚでは、照射端７１Ａから延びる光軸Ｅがパイプ材７の下端に達するまで、ヘッド７１が下方にスライド移動する。

【0083】

図１２に示すように、第１の領域Ｘ及び第２の領域Ｙにおいて、ヘッド７１の少なくとも一部がパイプ材７の軸線方向視でフリーローラ３と重なる位置に配置されてもよい。これにより、ヘッド７１とパイプ材７とを接近させることができる。これにより、パイプ材７をより確実に溶接することができる。また、車輪製造装置１をコンパクトに構成することができる。

【0084】

図１１に示すように、第１の領域Ｘ及び第３の領域Ｚにおいて、作業者は、光軸Ｅがパイプ材７の下半部よりも下部分、すなわち、パイプ材７の中心軸線Ｃに近接する部分を向くように設定する。また、第１の領域Ｘ及び第３の領域Ｚにおいて、作業者は、光軸Ｅをパイプ材７（セグメント）の外周面７Ａに対して直交する方向から中心軸線Ｃから離れる側、すなわち、より水平をなすように傾斜させた方向に設定する。

【0085】

一方、作業者は、第２の領域Ｙにおいては、光軸Ｅが第１の領域Ｘ及び第３の領域Ｚのときよりも、パイプ材７の上側の部分、すなわち、パイプ材７の中心軸線Ｃからより離れた部分を向くように設定する。また、第２の領域Ｙにおいては、作業者は、光軸Ｅをパイプ材７（セグメント）の外周面７Ａに直交する方向に設定する。

【0086】

設定入力が完了すると、作業者は２つのパイプ材７の仮溶接部分の一方が上端となるように本溶接前の車輪４の姿勢を調節した後、タッチパネル８１に作業開始に係る入力を行う。タッチパネル８１に作業開始に係る入力が行われると、コントローラ７５（詳細には、プロセッサ７７）が溶接処理を実行する。溶接処理において、プロセッサ７７は、ヘッド７１が設定入力に沿って移動し、仮溶接部分の一方にレーザが照射されるように、マニピュレータ７３及びヘッド７１の駆動制御を行う。これにより、仮溶接部分の一方が溶接されて、仮溶接部分の一方を構成する隣接するパイプ材７（セグメント）の端部同士が本溶接される。

【0087】

次に、作業者は、２つのパイプ材７の仮溶接部分の他方が上端となるように本溶接前の車輪４を回転させて、パイプ材７の位置を調節した後、タッチパネル８１に作業開始に係る入力を行う。タッチパネル８１に作業開始に係る入力が行われると、コントローラ７５（詳細には、プロセッサ７７）が溶接処理を実行する。溶接処理において、プロセッサ７７は、ヘッド７１が設定入力に沿って移動し、仮溶接部分の他方にレーザが照射されるように、マニピュレータ７３及びヘッド７１の駆動制御を行う。これにより、仮溶接部分の他方が溶接されて、仮溶接部分の他方を構成する隣接するパイプ材７（セグメント）の端部同士が本溶接される。

【0088】

本溶接が完了した後、作業者は、シャフト４５をチャック４１から取り外す。これにより、ベース４３が中心軸線Ｃ側に移動可能になる。そして、スプリング５５Ｃの付勢力に抗して複数のベース４３が中心軸線Ｃ側に移動させられることによって、車輪４の内周部と、複数のベース４３の外周部とが離れ、車輪４が中心治具２９から取り外される。

【0089】

次に、このように構成した車輪製造装置１、及び、車輪４の製造方法の効果について説明する。

【0090】

パイプ材７の仮溶接部分のうち、環状軸線Ｂの軸線Ａ（中心軸線Ｃ）から離れたに対して部分については、芯体２の径外側からアクセスすることができるため、溶接は比較的容易である。一方、環状軸線Ｂの軸線Ａ（中心軸線Ｃ）に近い部分については、芯体２の径内側からアクセスする必要があるため、溶接は容易ではない。

【0091】

車輪製造装置１がＴＩＧ溶接よりも離れた位置から溶接することが可能なレーザ溶接機２３を備える。ヘッド７１が第２の領域Ｙに位置するときには、パイプ材７の中心軸線Ｃから離れた部分が溶接され、このとき、レーザの光軸Ｅはパイプ材７の外周面７Ａに直交する方向に設定される。一方、ヘッド７１が第１の領域Ｘ又は第３の領域Ｚに位置するときには、パイプ材７の中心軸線Ｃに近接する部分が溶接され、このとき、レーザがパイプ材７の外周面７Ａに対して直交する方向から傾斜した方向（非直交方向）に指向するように設定される。詳細には、レーザの光軸Ｅは、中心軸線Ｃから離れる側、すなわち水平方向の側に傾斜させた方向に設定される。

【0092】

これにより、図１２に示すように、パイプ材７の中心軸線Ｃに近い部分おいて、フリーローラ３とレーザ溶接機２３との干渉や、レーザ溶接機２３と保持具２１との干渉を回避しつつ、パイプ材７を溶接することができる。よって、本発明に係る車輪製造装置１及び車輪４の製造方法によって、環状のパイプ材７とパイプ材７に回転可能に支持された複数のフリーローラ３とを有する車輪４を容易に製造することのできる車輪製造装置１及び車輪４の製造方法を提供することができる。

【0093】

車輪４が保持具２１に保持されているときには、フリーローラ３が係合溝４９に受容されている。図１２に示すように、ベース４３の中心軸線Ｃに平行な方向の幅は、フリーローラ３の中心軸線Ｃ（軸線Ａ）に平行な方向の幅よりも小さいため、ベース４３の中心軸線Ｃに平行な方向の幅がフリーローラ３の中心軸線Ｃに平行な方向の幅よりも大きい場合に比べて、車輪製造装置１を小型化することができる。また、ベース４３の中心軸線Ｃに平行な方向の幅を小さくすることによって、環状軸線Ｂの軸線Ａ（中心軸線Ｃ）に近い部分を溶接するときに、レーザ溶接機２３のヘッド７１の移動がベース４３によって妨げられ難くなり、パイプ材７（芯体２）に対する径内側からの溶接作業が容易になる。

【0094】

また、シャフト４５は、ベース４３の径方向内側に位置している。そのため、保持具２１をコンパクトに構成することができ、溶接時にシャフト４５とヘッド７１とが干渉し難くなり、シャフト４５によってレーザ溶接機２３のヘッド７１の移動が妨げられ難くなる。

【0095】

シャフト４５が両端部でそれぞれ溝部３９に受容されることによって、中心治具２９は基部３３に回転可能に支持される。中心治具２９を回転させることによって、製造を行う作業者がパイプ材７の溶接すべき箇所が適正な位置となるように調節することが容易である。

【0096】

次に、このように製造した車輪４の使用例について説明する。車輪４は、主として、全方向移動装置５に使用される。全方向移動装置５は、例えば、図２に示すように、フレーム９１と、フレーム９１に回転可能に支持された一対のドライブディスク９２と、一対のドライブディスク９２の間に配置された環状の車輪４と、ドライブディスク９２のそれぞれを回転させる一対の電動モータとを有する。一対のドライブディスク９２は、電動モータの駆動力を車輪４に駆動力を伝達する。

【0097】

フレーム９１は、車体の下部から下方に延びる一対の側壁部を有する。図２に示すように、一対のフレーム９１の下端には、左右に延びる支持軸９７が架け渡されている。支持軸９７には、一対のドライブディスク９２が回転可能に支持されている。一対のドライブディスク９２は支持軸９７の軸線を中心として回転する。各ドライブディスク９２は、支持軸９７に対して左右方向における位置が規制されている。各ドライブディスク９２は、左右方向に互いに距離をおいて対向している。

【0098】

ドライブディスク９２は、環状の車輪４の両側にそれぞれ配置され、車輪４に摩擦力を与えて車輪４を軸線Ａ回り及び環状の環状軸線Ｂ回りに回転させる。ドライブディスク９２は、フレーム９１に回転可能に支持される円盤状のベース１０１と、ベース１０１の外周部に互いに傾斜して回転可能に支持され、車輪４に接触する複数のドライブローラ１０２とを有する。ベース１０１は、支持軸９７と同軸に配置されている。

【0099】

各ドライブディスク９２の互いに相反する面にはドリブンプーリ１０４がそれぞれ設けられている。ドリブンプーリ１０４はドライブディスク９２と同軸に設けられている。ドリブンプーリ１０４はベルト１０６によって電動モータの出力軸に設けられたドライブプーリと接続されている。各電動モータが互いに独立して回転することによって、各ドライブディスク９２が互いに独立して回転する。

【0100】

各全方向移動装置５において、一対のドライブディスク９２が同一方向に同一の回転速度で回転する場合には、車輪４は一対のドライブディスク９２と共に回転する。すなわち、車輪４は軸線Ａを中心として前転又は後転する。このとき、ドライブディスク９２のドライブローラ１０２及び車輪４のフリーローラ３は芯体２に対して回転しない。各全方向移動装置５において、一対のドライブディスク９２間に回転速度差が生じる場合には、一対のドライブディスク９２の回転に起因する円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右のドライブローラ１０２から車輪４のフリーローラ３に作用する。ドライブローラ１０２の軸線がドライブローラ１０２の周方向に対して傾斜しているため、ドライブディスク９２間に回転速度差に起因して分力が生じる。この分力によって、ドライブローラ１０２がベース１０１に対して回転すると共に、フリーローラ３が芯体２に対して回転する。これにより、車輪４は、左右方向への駆動力を発生させる。

【0101】

左右の全方向移動装置５が前方に同じ速度で回転することによって、車体が前進する。左右の全方向移動装置５が後方に同じ速度で回転することによって、車体が後退する。左右の全方向移動装置５の前後方向への回転に速度が生じることによって、車体は右方又は左方に旋回する。左右の全方向移動装置５の各車輪４のフリーローラ３が回転することによって、車体は右方又は左方に平行移動する。

【0102】

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。支持部材２７は、中心治具２９の高さ及び向きを変更する機構を有してもよい。ベース４３の形状及び数は任意に変更することができる。

【0103】

移動軌跡Ｄには第１の領域Ｘ、第２の領域Ｙ、第３の領域Ｚがそれぞれ含まれていればよく、例えば、第１の領域Ｘと第２の領域Ｙとの間に、例えば、ヘッド７１を上昇させつつ、光軸Ｅを外周面７Ａに垂直となるように変更する領域が設けられていてもよい。また、第２の領域Ｙと第３の領域Ｚとの間に、ヘッド７１を下降させつつ、光軸Ｅを少しずつ水平となるように変更する領域が設けられていてもよい。

【符号の説明】

【0104】

１ ：車輪製造装置
２ ：芯体
３ ：フリーローラ
４ ：車輪
７ ：パイプ材（セグメント）
２１ ：保持具
２３ ：レーザ溶接機
２７ ：支持部材
２９ ：中心治具
３９ ：溝部（溝）
４１ ：チャック
４２ ：チャック貫通孔（貫通孔）
４３ ：ベース
４５ ：シャフト
６５ ：第１部材
６７ ：第２部材
６９ ：螺子孔
７０ ：螺子
７１ ：ヘッド
７３ ：マニピュレータ
Ｂ ：環状軸線
Ｃ ：中心軸線（中心軸）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】