JP5994175B2 - 回転体付車輪及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、回転体付車輪とこの回転体付車輪を備えた移動体に関する。

従来、ホイールの外周囲にホイールの回転方向と異なる方向に転動する複数の回転体を備えた回転体付車輪が知られている（例えば特許文献１，２）。この回転体付車輪では、各回転体が先端部を基端部よりも小径にした略錐台形状を有し、回転方向に互いに隣接する一方の回転体の基端部の凹部に他方の回転体の先端部が挿入されている。
各回転体の外周面の軸方向断面はホイールの回転軸を中心とした弧状を有している。ホイールが回転すると、複数の回転体の外周面が順次接地して走行する。

特開２００２−１３７６０２号公報 特開２００３−１５４８０３号公報

ここで、特許文献１の回転体付車輪では、ホイールに各軸受アームが一端側で固定され、この軸受アームが互いに隣接する回転体の基端部の凹部と先端部との間に侵入して、各回転体の先端部を片持ちで支持していた。

また特許文献２の回転体付車輪では、ホイールに各軸受アームが一端側で固定され、回転体が先端側部分と基端側部分とに分離され、その間の細隙に軸受アームが侵入して、この部位で回転体を支持していた。

これらの回転体付車両では、軸受アームの強度が不足すると、ホイールの径方向に倒れ変形が生じることがある。すると車輪の外周の円形が変形したり、周方向に隣接する回転体同士が接触して、安定した走行が阻害される可能性があった。
さらに周方向に隣接する回転体間や細隙に軸受アームを配置するため、軸受アームを厚肉にして強度を十分に確保するとすれば、隣接する回転体間の隙間や細隙の隙間が広くなり、ホイールが回転して走行する際に振動が大きくなる可能性があった。

そこで本発明では、低荷重であっても高荷重であっても安定した走行が可能であると共に、走行時の振動を低減できる回転体付車輪と、この回転体付車輪を備えた移動体とを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の回転体付車輪は、回転軸周りに回転するホイールと、ホイールの外周囲に配列して固定された複数の軸受アームと、各軸受アームに支持されて転動軸周りに転動する複数の回転体と、を備え、互いに隣接する一方の軸受アームに支持された回転体の基端部の凹部に、他方の軸受アームに支持された回転体の先端部が挿入された、回転体付車輪であって、ホイールは、回転軸に沿う方向に離間した一対のフランジ部を有し、複数の軸受アームは、転動軸と略直交して配置されて一対のフランジ部に両持ち支持されたアーム部と、アーム部からホイールの回転方向両側に向けて同軸に突設された一対の軸受突部と、を有し、複数の回転体は、各アーム部を挟んで両側に配置された第１回転体及び第２回転体を有し、第１回転体及び第２回転体が一対の軸受突部にそれぞれ支持されて互いに連結されている。

上記課題を解決する本発明の移動体は、このような回転体付車輪を備えたものである。

本発明の回転体付車輪及び移動体によれば、低荷重が負荷される場合であっても高荷重が負荷される場合であっても、安定した走行が可能であると共に、走行時の振動を低減することが可能である。

本発明の実施形態に係る移動体の概略平面図である。 本発明の実施形態に係る回転体付車輪の斜視図である 本発明の実施形態に係る一対の第１及び第２回転体の断面図である。 本発明の実施形態に係る一対の第１及び第２回転体の分解図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
［移動体］
本実施形態では、図１に示すような移動体１０の例を用いて説明する。この移動体１０は、各種の用途に応じた移動体本体１１と、移動体本体１１に装着された回転体付車輪２０と、移動体本体１１に装着されて正転及び反転方向に駆動される駆動輪１２とを備えている。

移動体１０は自動車等の車両、ロボット、搬送装置、キャリーバッグなど、走路を走行するものであればよく、用途は特に制限されない。移動体本体１１には各用途に応じた装備を備えているが、図示は省略している。

［回転体付車輪］
回転体付車輪２０は、図２に示すように、回転軸Ｌｃ周りに回転自在なホイール２１と、ホイール２１の外周囲に多数配列して固定された複数の軸受アーム２３と、各軸受アーム２３に支持されて転動軸Ｌｒ周りに転動する複数の第１回転体２５及び第２回転体２７と、を備えている。

この実施形態では、ホイール２１の回転方向に第１回転体２５と第２回転体２７とが交互に配列されており、各軸受アーム２３にそれぞれ一組の第１回転体２５及び第２回転体２７が支持されている。また各軸受アーム２３に支持された第１回転体２５と第２回転体２７とは同一の転動軸Ｌｒ周りに転動可能であり、各転動軸Ｌｒがホイール２１の接線に対して一方の回転方向側に所定の角度で傾斜している。

［ホイール］
ホイール２１は、回転軸Ｌｃを中心に正転及び反転可能に移動体本体１１に装着されている。このホイール２１には、回転軸Ｌｃと略直交方向に延びる一対の円形のフランジ部２９が、回転軸Ｌｃに沿って互いに離間した位置に設けられている。

［軸受アーム］
複数の軸受アーム２３は、図２乃至図４に示すように、ホイール２１に両持ち支持されたアーム部３１と、アーム部３１に固着されて第１回転体２５及び第２回転体２７を支持する一対の軸受突部３３と、を有する。

アーム部３１は、第１回転体２５と第２回転体２７との間に転動軸Ｌｒと略直交して配置可能な形状に形成され、端部側が少なくとも一対のフランジ部２９に固定されている。ここでは、アーム部３１は平板状に形成されて一対のフランジ部２９間に架け渡されている。

一対の軸受突部３３は、各アーム部３１からホイール２１の回転方向両側に向けて円環形状に突出して設けられている。この一対の軸受突部３３は同一の転動軸Ｌｒに沿って同軸に形成され、各軸受突部３３の端面は転動軸Ｌｒに対して略直交して形成されている。両軸受突部３３には、転動軸Ｌｒに沿って同軸に貫通孔３５が設けられている。

［回転体］
図２乃至図４に示すように、第１回転体２５及び第２回転体２７は、各アーム部３１を挟んで両側に配置され、各軸受突部３３にそれぞれ支持されている。
第１回転体２５及び第２回転体２７は、それぞれホイール２１の一方の回転方向に向けて徐々に直径が増大する側周面を有している。各軸受アーム２３に支持された第１回転体２５及び第２回転体２７全体では半紡錘形状を有し、第１回転体２５の一方端に先端部３７が設けられると共に、第２回転体２７の他方端に基端部３９が設けられている。

基端部３９には凹部４１が設けられており、ホイール２１に装着された状態では、互いに隣接する一方の軸受アーム２３に支持された第２回転体２７の凹部４１に、他方の軸受アーム２３に支持された第１回転体２５の先端部３７が挿入されている。
転動軸Ｌｒに沿う第１回転体２５及び第２回転体２７の断面形状が、ホイール２１の回転軸Ｌｃを中心とした弧状に形成されている。

第１回転体２５及び第２回転体２７は、硬質の中子４３と、中子４３の側周囲に装着された外周材４５とを有する。外周材４５は、例えばゴム、スポンジ等の弾性体や空気入り部材等の中空体等の弾性材料からなり、側周面に転動軸Ｌｒ方向及び転動軸Ｌｒと直交する方向に多数の溝が設けられている。

第１回転体２５及び第２回転体２７の中子４３には、それぞれ軸受突部３３を収容する環状凹部４７と、環状凹部４７より内周側に設けられて第１回転体２５の中子４３と第２回転体２７の中子４３とを連結するための連結部４９と、を有する。

ここでは、連結部４９が固定用連結孔５１を有して円筒状に形成され、回転体固定軸５３が貫通配置されている。回転体固定軸５３により転動軸Ｌｒに沿う方向に締め込んで第１中子４３と第２中子４３を締結することで、第１回転体２５と第２回転体２７とが互いに固定されて一体化している。このとき第１回転体２５の連結部４９の先端と第２回転体２７の連結部４９の先端とが互いに当接して、相対位値が所定の位置となっている。

第１回転体２５及び第２回転体２７の環状凹部４７は、それぞれ軸受を介在させて軸受アーム２３の軸受突部３３に装着可能に形成されている。環状凹部４７の外周材４５側に設けられた内周面と軸受突部３３の外周面との間には、ラジアル軸受としての転がり軸受５５が装着されている。また連結部４９の外周面と軸受突部３３の貫通孔３５の内周面との間には、ラジアル軸受としての滑り軸受５７が装着されている。

さらに軸受突部３３の端面と環状凹部４７の底面との間に、スラスト軸受としての滑り軸受５７が配置されている。スラスト軸受としての滑り軸受５７は、ラジアル軸受としての滑り軸受５７の鍔部分からなり、一体に形成されている。

［回転体付車輪及び移動体の動作］
このような回転体付車輪２０を備えた移動体１０は、各駆動部１３により各駆動輪１２を同じ速度で正転又は反転させると、前進又は後退する。このとき回転体付車輪２０では、第１回転体２５及び第２回転体２７の外周面が順次接地し、各回転体２１ａ，２２ａは転動せずに回転体付車輪２０が正転又は反転する。

各駆動輪１２を異なる速度で同じ方向に回転させると、回転体付車輪２０では異なる速度で同じ向きに回転しつつ、走路に接地した第１回転体２５又は第２回転体２７が順次ホイール２１の回転方向とは異なる方向に転動し、移動体１０が進路を変えつつ前進又は後退する。

さらに各駆動輪１２を反対方向に回転させると、回転体付車輪２０が異なる向きに回転しつつ、走路に接地した第１回転体２５又は第２回転体２７が転動し、移動体１０が同じ位置又は位置を変化しつつ向きを変える。

［回転体付車輪及び移動体の作用効果］
以上のような本実施形態における移動体の回転体付車輪２０によれば、ホイール２１のフランジ部２９に軸受アーム２３が両持ち支持されているので、軸受アーム２３のアーム部３１の十分な剛性を容易に確保できる。そのため、回転体付車輪２０に高荷重が負荷された際、軸受アーム２３の変形が生じ難く、第１回転体２５及び第２回転体２７の径方向及び倒れ方向の変位を防止できる。

またアーム部３１を挟んで両側に配置された第１回転体２５及び第２回転体２７が互いに連結されているため、第１回転体２５及び第２回転体２７の転動軸Ｌｒに沿う方向の変位を防止できる。

そのため、高荷重が負荷される場合であっても、各回転体２５，２７が所定位置及び向きで路面に接地できる。互いに隣接する軸受アーム２３に支持された回転体２５，２７同士、あるいは同じ軸受アーム２３に支持された回転体２５，２７同士が接触するようなこともない。これにより、低荷重が負荷される場合であっても高荷重が負荷される場合であっても、安定した走行が可能である。

さらにフランジ部２９に両持ち支持されることでアーム部３１の剛性を確保できるため、各回転体２５，２７の変位量が少なく、その分、互いに隣接する軸受アーム２３に支持された回転体２５，２７間の隙間を小さくできる。また各アーム部３１を薄肉に形成できるため、同一の軸受アーム２３の両側に配置された第１回転体２５と第２回転体２７との間の隙間も狭くできる。

そのため各回転体２５，２７間の隙間と各第１回転体２５及び第２回転体２７間の隙間との両方が狭いことで、ホイール２１が回転して走行する際、各回転体２５，２７間の間隙に起因する走行時の振動を低減することが可能である。
その結果、低荷重が負荷される場合であっても高荷重が負荷される場合であっても、安定した走行が可能であると共に、走行時の振動を低減することが可能である。

この回転体付車輪２０では、第１回転体２５と第２回転体２７とが互いに固定して一体化されているので、第１回転体２５及び第２回転体２７のうちの一方に負荷された荷重が、軸受アーム２３の一方の軸受突部３３により支持されるだけでなく、一体に固定された第１回転体２５及び第２回転体２７のうちの他方を介し、他方の軸受突部３３でも支持される。そのため、高荷重が回転体付車輪２０に負荷された際、より安定した走行が可能となる。

この回転体付車輪２０では、第１回転体２５と第２回転体２７とが回転体固定軸５３により転動軸Ｌｒに沿う方向に締め込んで締結されている。従って、ラジアル軸受に構造的に存在する交差等に起因する変位を低減することができ、各回転体２５，２７をより安定して支持し転動させることができる。

この回転体付車輪２０では、第１回転体２５及び第２回転体２７が、軸受突部３３を収容する環状凹部４７と、環状凹部４７より内側で第１回転体２５と第２回転体２７とを連結する連結部４９と、を有しているので、簡素な構造で第１回転体２５及び第２回転体２７をアーム部３１の両側に回転可能に装着して互いに連結することができる。

軸受突部３３と各回転体２５，２７との間にラジアル軸受が装着されるだけでなく、スラスト軸受も装着されているので、回転抵抗を少なく抑えて各回転体２５，２７を軸方向からしっかりと支持することができる。そのためより安定して走行できる。

半紡錘形状の回転体２５，２７を使用する場合、回転体２５，２７が接地した際、転動軸Ｌｒが路面に対して傾斜しており、各回転体２５，２７に軸方向に沿う力が作用する。その際、スラスト軸受により軸方向から回転体２５，２７を支持していれば、回転体２５，２７の軸方向の僅かな変位をも防止することができ、安定した走行が可能である。

ラジアル軸受が転がり軸受５５及び滑り軸受５７からなるので、転がり軸受５５及び滑り軸受５７の装着位置における各公差を適切にすることで、荷重に応じて転がり軸受５５と滑り軸受５７との利点を有効に利用できる。即ち、低荷重では転がり軸受５５により低摩擦で高回転に対応でき、高荷重では、滑り軸受５７により低摩擦で大きな荷重に対応できる。

なお、実施形態は本発明の範囲内において、適宜変更可能である。
例えば軸受アーム２３は略一定幅の板状に形成しているが、軸受アーム２３の形状はホイール２１の一対のフランジ部２９に両持ち支持できる形状であれば特に限定されない。
また軸受突部３３の形状や軸受の装着位置も何ら限定されるものではなく、各回転体２５，２７を転動自在に支持できればよい。

実施形態では、各回転体２５，２７を支持するラジアル軸受として、転がり軸受５５と滑り軸受５７との両方を装着した例について説明したが、必ずしも両方を装着する必要はなく、要求特性等に応じて転がり軸受５５と滑り軸受５７との何れか一方だけを装着することも可能である。これにより要求特性に応じてコストを抑えることができる。

例えば、低負荷で高速走行に対応可能にするという要求特性には、転がり軸受５５が低摩擦回転に優れるという理由で、転がり軸受５５だけを装着することもできる。一方、高負荷で低速走行に対応可能にするという要求特性には、滑り軸受５７が対衝撃性に優れるという理由で、滑り軸受５７だけを装着することもできる。

一方の軸受だけを装着する場合、軸受突部３３の形状を実施形態と異ならせてもよいが、同じ形状のまま使用し、他方の軸受を装着せずに中子４３と軸受突部３３との間を隙間のままにしてもよく、これにより部品の共通化を図ることができる。

転がり軸受５５と滑り軸受５７との両方を装着した実施形態の場合、内周側に滑り軸受５７を配置して外周側に転がり軸受５５を配置したが、内周側に転がり軸受５５を配置して外周側に滑り軸受５７を配置することも可能である。

上記では第１回転体２５と第２回転体２７とが互いに固定して連結されることで相対転動不能に一体化されているが、第１回転体２５と第２回転体２７とが相対転動可能な状態で互いに連結されていてもよい。

符合の説明

Ｌｃ 回転軸
Ｌｒ 転動軸
１０ 移動体
１１ 移動体本体
１２ 駆動輪
１３ 駆動部
２０ 回転体付車輪
２１ ホイール
２３ 軸受アーム
２５ 第１回転体
２７ 第２回転体
２９ フランジ部
３１ アーム部
３３ 軸受突部
３５ 貫通孔
３７ 先端部
３９ 基端部
４１ 凹部
４３ 中子
４５ 外周材
４７ 環状凹部
４９ 連結部
５１ 固定用連結孔
５３ 回転体固定軸
５５ 転がり軸受
５７ 滑り軸受

Claims (6)

1. 回転軸周りに回転するホイールと、該ホイールの外周囲に配列して固定された複数の軸受アームと、各軸受アームに支持されて転動軸周りに転動する複数の回転体と、を備え、互いに隣接する一方の軸受アームに支持された回転体の基端部の凹部に、他方の軸受アームに支持された回転体の先端部が挿入された、回転体付車輪であって、
   上記ホイールは、上記回転軸に沿う方向に離間した一対のフランジ部を有し、
   上記複数の軸受アームは、上記転動軸と略直交して配置されて上記一対のフランジ部に両持ち支持されたアーム部と、該アーム部から上記ホイールの回転方向両側に向けて同軸に突設された一対の軸受突部と、を有し、
   上記複数の回転体は、上記各アーム部を挟んで両側に配置された第１回転体及び第２回転体を有し、該第１回転体及び第２回転体が上記一対の軸受突部にそれぞれ支持されて互いに連結されている、回転体付車輪。
2. 前記第１回転体と前記第２回転体とが互いに固定して一体化されている、請求項１に記載の回転体付車輪。
3. 前記第１回転体及び第２回転体は、前記軸受突部を収容する環状凹部と、該環状凹部より内側で上記第１回転体と第２回転体とを連結する連結部と、を有する、請求項１又は２に記載の回転体付車輪。
4. 前記各回転体と前記軸受アームとの間にそれぞれラジアル軸受及びスラスト軸受とが装着されている、請求項１乃至３の何れかに記載の回転体付車輪。
5. 前記ラジアル軸受は、転がり軸受及び滑り軸受からなる、請求項４に記載の回転体付車輪。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の回転体付車輪を備えた、移動体。

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