JP2017132404A - 全方向車輪及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 可能な限り滑りにくくして、路面にある段差等の障害物を乗り越え易くする性能の向上を図る。【解決手段】 中心軸Ｐを中心に回転させられるホイール１と、ホイール１の外周にホイール１の回転方向と異なる方向に回転自在に設けられホイール１が回転することで順次接地する複数の横転ローラ２の組からなる主輪３とを備え、ホイール１の主輪３の内側にある内プレートに、ホイール１の中心軸Ｐを中心とし主輪３の最大外径Ｒ１より小さい最大外径Ｒ２を有するとともに外周部１１をゴムで形成した補助輪１０を設けた。補助輪１０は、ホイール１に着脱可能に取り付けられる円盤状のベース板１２を備え、このベース板１２の外周面に外周部１１を付設した。【選択図】図１

Description

本発明は、ホイールの外周に複数の横転ローラを備えた全方向車輪及びこの全方向車輪を備えた車両に係り、特に、段差等の障害物がある路面に対応できるようにした全方向車輪及びこの全方向車輪を備えた車両に関する。

従来、この種の全方向車輪としては、例えば、特開２０１２−３０７３５号公報（特許文献１）に掲載されたものがある。図７に示すように、この全方向車輪Ｓａは、中心軸を中心に回転させられるホイール１００と、ホイール１００の外周にホイール１００の回転方向と異なる方向に回転自在に設けられホイール１００が回転することで順次接地する複数の横転ローラ１０１の組からなる主輪１０２とを備えている。また、このホイール１００の主輪１０２の外側には、ホイール１００の中心軸を中心とし主輪の最大外径Ｒ１より小さい最大外径Ｒ２を有する樹脂製の補助輪１０３が設けられている。補助輪１０３の外周は、主輪１０２より離れるに従い路面との間隔が広くなるように弧面に形成されている。更に、このホイール１００の主輪１０２の内側にも、ホイール１００の中心軸を中心とし主輪１０２の最大外径Ｒ１より小さい最大外径Ｒ３を有する樹脂製の円盤状の補助輪１０４が設けられている。

これにより、この全方向車輪Ｓａを取り付けた車両において、例えば、旋回する際等に、路面に段差等の障害物があると、主輪１０２だけの場合には横転ローラ１０１にすべりが生じて障害物を乗り越えにくくなることがあるが、横転ローラ１０１が障害物に至る前に、回転する補助輪１０３または補助輪１０４を先に障害物に当接させるようにして、障害物を乗り越え易くするようにしている。

特開２０１２−３０７３５号公報

ところで、上記従来の全方向車輪Ｓａにおいては、補助輪１０３，１０４を備えて、例えば車両が旋回する際等に、路面にある段差等の障害物を乗り越え易くするようにはしているが、例えば、路面が雪路面のような場合で、轍があったり、路面の片面だけ溶けていて、障害物としての段差が生じているような場合には、補助輪が樹脂製なので、障害物に接した際に滑りやすくなっており、滑った場合には車輪のトルク発生が不十分になって、全方向車輪Ｓａが轍から抜け出せなかったり、段差に沿って車体が流されたりし、必ずしも、乗り越え性能が良いとはいえないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、可能な限り滑りにくくして、路面にある段差等の障害物を乗り越え易くする性能の向上を図った全方向車輪及びこの全方向車輪を備えた車両を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の全方向車輪は、中心軸を中心に回転させられるホイールと、該ホイールの外周に該ホイールの回転方向と異なる方向に回転自在に設けられ該ホイールが回転することで順次接地する複数の横転ローラの組からなる主輪とを備えた全方向車輪において、
上記ホイールであって上記主輪の外側及び／または内側に、該ホイールの中心軸を中心とし上記主輪の最大外径より小さい最大外径を有するとともに外周部をゴムで形成した補助輪を設けた構成としている。

これにより、この全方向車輪を取り付けた車両において、例えば、旋回する際に、路面に段差等の障害物があっても、横転ローラが障害物に至る前に、回転する補助輪が障害物に当接するので、障害物を乗り越え易くなる。特に、例えば路面が雪路面のような場合で、轍があったり、路面の片面だけ溶けていて、障害物としての段差が生じているような場合でも、補助輪の外周部はゴムで形成されているので、摩擦抵抗が大きくなっており、そのため、障害物に対して滑りにくく、確実に障害物を乗り越えることができるようになる。

そして、必要に応じ、上記補助輪を、上記ホイールに着脱可能に取り付けられる円盤状のベース板を備えて構成し、該ベース板の外周面に上記外周部を付設した構成としている。ベース板を備えたので、強度が増し、補助輪の支持を確実にすることができる。また、補助輪の外周部が摩耗して交換が必要な場合に、ベース板を取外して交換ができるので、作業性を向上させることができる。

また、必要に応じ、上記補助輪の外周部を凹凸形成した構成としている。外周部を凹凸形成したので、障害物に引っ掛かり易くなり、より一層滑りにくくすることができ、障害物を乗り越えやすくすることができる。

更に、必要に応じ、上記補助輪の外周部を、基板部と、該基板部の表面に櫛歯状に多数列をなして突設され上記中心軸方向に延びる突条部とを備えて構成している。突条部が車輪の進行方向に対して直交する方向に延びるので、障害物を捕まえ易くなり、より一層滑りにくくして、障害物を乗り越えやすくすることができる。

この場合、上記突条部を、周方向に直交し互いに平行な一対の側面を有して形成するとともに、該突条部の先端面に中心軸方向に沿うＶ字状の溝を形成し、周方向前後に先端先細りの一対の山部を形成したことが有効である。突条部の先端が一対の山部により二股になるので、障害物を確実に捕まえ易くなり、より一層滑りにくくして、障害物を乗り越えやすくすることができる。

また、上記目的を達成するため、本発明の車両は、シャシの前後方向に少なくとも一対の前輪及び一対の後輪を備えるとともに、上記前輪及び後輪を中心軸を中心に回転させられるホイールと、該ホイールの外周に該ホイールの回転方向と異なる方向に回転自在に設けられ該ホイールが回転することで順次接地する複数の横転ローラの組からなる主輪とを備えた全方向車輪で構成した車両において、
上記少なくとも一対の前輪を、上記の補助輪を設けた全方向車輪で構成した構成としている。

これにより、この車両においては、例えば、旋回する際に、路面に段差等の障害物があっても、横転ローラが障害物に至る前に、回転する補助輪が障害物に当接するので、障害物を乗り越え易くなる。特に、例えば路面が雪路面のような場合で、轍があったり、路面の片面だけ溶けていて、障害物としての段差が生じているような場合、あるいは、シャーベット状の雪が凍って凹凸の粗面になっているような場合でも、補助輪の外周部はゴムで形成されているので、摩擦抵抗が大きくなっており、そのため、障害物に対して滑りにくく、確実に障害物を乗り越えることができるようになる。

この場合、上記全方向車輪をシャシに対してサスペンション機構を介して支持したことが有効である。サスペンションのない車両では、障害物に乗り上げたとしても、他の車輪が浮いてしまい、接地力が低下し、走行不能になったり走行不良になって制御に支障を生じるが、この事態を防止することができる。

本発明によれば、可能な限り滑りにくくして、路面にある段差等の障害物を乗り越え易くする性能の向上を図ることができる。即ち、本発明の全方向車輪を取り付けた車両において、例えば、旋回する際に、路面に段差等の障害物があっても、横転ローラが障害物に至る前に、回転する補助輪が障害物に当接するので、障害物を乗り越え易くなる。特に、例えば路面が雪路面のような場合で、轍があったり、路面の片面だけ溶けていて、障害物としての段差が生じているような場合でも、補助輪の外周部はゴムで形成されているので、摩擦抵抗が大きくなっており、そのため、障害物に対して滑りにくく、確実に障害物を乗り越えることができるようになる。

本発明の実施の形態に係る全方向車輪を車両に取付けた状態で示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る全方向車輪を内側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態に係る全方向車輪を車両に取付けた状態で示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る全方向車輪の外周部を示す要部斜視図である。 本発明の実施の形態に係る全方向車輪を取付けた本発明の実施の形態に係る車両を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る全方向車輪を取付けた本発明の実施の形態に係る車両の旋回状態を示す図である。 従来の全方向車輪の一例を示す図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る全方向車輪及びこれを取り付けた本発明の実施の形態に係る車両について詳細に説明する。

図１乃至図４に示すように、本発明の実施の形態に係る全方向車輪Ｓは、中心軸Ｐを中心に回転させられるホイール１と、ホイール１の外周にホイール１の回転方向と異なる方向に回転自在に設けられホイール１が回転することで順次接地する複数の横転ローラ２の組からなる主輪３とを備えている。ホイール１の主輪３の外側及び内側には、主輪３を保護する円盤状の外プレート４及び内プレート５が設けられている。横転ローラ２は、樹脂あるいはゴム製であり、主輪３の直進方向に対して直交する横方向へ自在に回転するように、ホイール１に設けた回転軸（図示せず）に回転自在に軸支されて、ホイール１に複数環状に配列されている。

そして、ホイール１の内プレート５には、ホイール１の中心軸Ｐを中心とし主輪３の最大外径Ｒ１より小さい最大外径Ｒ２を有するとともに外周部１１をゴムで形成した補助輪１０が設けられている。実施の形態では、例えば、主輪３の最大外径Ｒ１は、Ｒ１＝３５０ｍｍ〜３４０ｍｍに設定され、補助輪１０の最大外径Ｒ２は、Ｒ１≧Ｒ２の条件で、Ｒ２＝３３１ｍｍ〜３１６ｍｍに設定されている。補助輪１０の最大外径Ｒ２は、主輪３の潰れを考慮して、少なくとも補助輪１０の外周と接地平面Ｇとの間隔Ｅ（図３（ｂ））が、５ｍｍ≦Ｅになるように定めることが望ましい。

補助輪１０は、ホイール１の内プレート５に着脱可能に取り付けられる円盤状のベース板１２を備えて構成されており、ベース板１２の外周面に外周部１１が付設されている。詳しくは、ベース板１２は、平板をリング状にしたリング部１３と、リング部１３の内周の中央に突設されたリング状のフランジ１４とを備えて構成され、半径方向横断面がＴ字状断面を形成する。フランジ１４には、等角度間隔に複数の取付孔１５が形成されている。一方、内プレート５には、取付孔１５に対応する位置に複数の雌ネジ１６が形成され、ボルト１７を取付孔１５に挿通し雌ネジ１６にねじ込むことにより、フランジ１４は内プレート５に取り付けられる。

外周部１１は、図４に示すように、凹凸形成されている。詳しくは、外周部１１は、リング部１３と同じ幅の板状の基板部２０と、基板部２０の表面に櫛歯状に多数列をなして基板部２０に一体に突設され中心軸Ｐ方向に延びる突条部２１とを備えて構成されている。基板部２０は、下面ゴム２２と上面ゴム２３との間にクッションゴム２４を介装した３層に形成されている。突条部２１は、周方向に直交し互いに平行な一対の側面２５を有して形成され、突条部２１の周方向の厚さＴと隣接する突条部２１間の間隔Ｋとが同じ（Ｔ＝Ｋ）になるように形成されている。また、突条部２１の先端面には、中心軸Ｐ方向に沿うＶ字状の溝２６が形成され、周方向前後に先端先細りの一対の山部２７，２８が形成されている。山部２７と山部２８は等間隔のピッチＰａで交互に形成されることになる。そして、外周部１１は、その基板部２０において、ベース板１２のリング部１３に接着剤で接着固定されている。

また、外周部１１の幅Ｌ（図３（ｂ））は、Ｌ＝４５ｍｍ〜３６ｍｍ、基板部２０の厚さＤは、Ｄ＝３．０ｍｍ〜２．５ｍｍ、山部２７と山部２８のピッチＰａは、Ｐａ＝３ｍｍ〜５ｍｍ、突出高さＨは、Ｈ＝０ｍｍ〜７．５ｍｍに設定されている。望ましくはＨ＝３ｍｍ〜７．５ｍｍである。実施の形態では、Ｌ＝３８ｍｍ、Ｄ＝２．５ｍｍ、Ｐａ＝５ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍに設定している。

次に、本発明の実施の形態に係る車両Ｖについて説明する。実施の形態に係る車両Ｖは、種々の物品を搬送するための無人で操作可能な搬送車であり、基地局との無線通信により走行する無人搬送車である。詳しくは、図５に示すように、車両Ｖは、車輪を６輪有し重量物の搬送にも適した搬送車であり、金属製のフレームで形成されたシャシ３０を備え、このシャシ３０の前後方向に夫々トレッドを同じにする一対の前輪Ｗｆ，一対の中間輪Ｗｃ及び一対の後輪Ｗｄを設けている。各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄは、シャシ３０に対して後述のサスペンション機構４０を介して支持され、各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄの車輪軸は、シャシ３０の前後方向に直交するように設けられている。

そして、前輪Ｗｆ及び後輪Ｗｄが、上記の実施の形態に係る補助輪１０を設けた全方向車輪Ｓで構成されている。中間輪Ｗｃは、ゴムタイヤで構成されている。中間輪Ｗｃにゴムタイヤを用いるのは、コーナリング等のカーブ走行する旋回時に、タイヤ４で路面をグリップし遠心力に対する反力を得るためである。各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄは、その直径が同一になる大きさに形成されている。

各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄには、各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄに対して夫々指令された最大駆動トルクを独立して出力可能な駆動部３１が設けられている。駆動部３１は、インホイールモータといわれ制御部（図示せず）の指令により機能するドライバを有した電動モータで構成され、その回転軸は車輪軸に直結されている。

各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄを支持するサスペンション機構４０は、図１及び図３に示すように、独立懸架機構で、所謂ダブルウィッシュボーン式サスペンション機構で構成される。詳しくは、サスペンション機構４０は、駆動部３１を保持する保持部４１と、シャシ３０に固定される支持部４２と、保持部４１と支持部４２との間に両端が軸支されて架設され四辺形のリンク機構を構成する上下一対のリンク４３，４４とを備えている。また、このサスペンション機構４０には、支持部４２と下側のリンク４４間にコイルスプリングを有した一対のダンパ４５が設けられている。

また、車両Ｖには、各駆動部３１を制御してシャシ３０を前後進及び旋回させる制御部が設けられている。制御部は、ＣＰＵを備え、基地局との無線通信を行い、各駆動部３１を個別に制御する等の制御等を行う（例えば、特許第５７６２３６７号公報参照）。

従って、この実施の形態に係る車両Ｖによれば、基地局との無線通信により走行させられる。この走行においては、制御部により、各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄの所要の回転数及び回転方向を指令するとともに、最大駆動トルクを配分して指令して各駆動部３１を制御し、シャシ３０を前後進及び旋回させる。ここで、旋回とは、車両Ｖのその場旋回はもとより、通常走行における舵取り動作や、交差点で曲がる動作などの旋回を含む。

この場合、例えば、旋回する際において、図１及び図３に示すように、路面に段差等の障害物があっても、横転ローラ２が障害物に至る前に、回転する補助輪１０が障害物に当接するので、障害物を乗り越え易くなる。特に、例えば路面が雪路面のような場合で、轍があったり、路面の片面だけ溶けていて障害物としての段差が生じているような場合、あるいは、シャーベット状の雪が凍って凹凸の粗面になっているような場合でも、補助輪１０の外周部１１はゴムで形成されているので、摩擦抵抗が大きくなっており、そのため、障害物に対して滑りにくく、確実に障害物を乗り越えることができるようになる。

即ち、例えば、図６に示すように、右旋回の場合、雪路面などで、轍、みぞれなどによってスリップし一部の車輪がグリップを失う時、その車輪は、配分されたトルクによって一瞬空転しようとするが、補助輪１０によって、再び雪路面を捉えた時、主輪３の外形より小さい補助輪１０はより大きいトルクを接地面に発生させ、補助輪１０の捉えた凹凸の障害物を乗り越える。この時、右旋回は通常より強めに舵を切った様な挙動を示すが、確実に旋回が行われていく。

また、補助輪１０の外周部１１は、凹凸形成されているので、障害物に引っ掛かり易くなり、より一層滑りにくくすることができ、障害物を乗り越えやすくすることができる。特に、外周部１１の突条部２１の先端が一対の山部２７，２８により二股になっているので、障害物を確実に捕まえ易くなり、所謂グリップ力が増し、より一層滑りにくくして、障害物を乗り越えやすくすることができる。また、補助輪１０においては、床などに落下したボルトなどは、旋回時に横転ローラ２に巻き込む前に、補助輪１０により弾き出すことができるというメリットもある。

更に、各車輪Ｗｆ，Ｗｃ，Ｗｄは、シャシ３０に対してサスペンション機構４０を介して支持されているので、サスペンションのない車両Ｖでは、障害物に乗り上げたとしても、他の車輪が浮いてしまい、接地力が低下し、走行不能になったり走行不良になって制御に支障を生じるが、この事態を防止することができる。

そして、使用により、補助輪１０の外周部１１が摩耗したならば、補助輪１０のベース板１２を固定しているボルト１７を外して補助輪１０を内プレート５から外し、新しい補助輪１０と交換する。補助輪１０は着脱できるので、交換作業を容易に行うことができる。

尚、上記実施の形態において、補助輪１０は、内プレート５に設けたが必ずしもこれに限定されるものではなく、外プレート４に設けても良く、また、内プレート５及び外プレート４の両方に設けても良く、適宜変更して差支えない。要するに、ホイール１の主輪３の外側及び／または内側に補助輪１０を設けて良い。また、上記実施の形態に係る車両Ｖにおいて、補助輪１０を、前輪Ｗｆ及び後輪Ｗｄに設けたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、前輪Ｗｆのみに設けても良く、適宜変更して差支えない。また、上記の実施の形態に係る車両Ｖは、６輪のものであるが、車輪の数は必ずしもこれに限定されるものではない。更に、車両Ｖは、搬送車の例で説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、介護用の車椅子等、どのような車両に適用して良いことは勿論である。

Ｓ 全方向車輪
Ｖ 車両
１ ホイール
Ｐ 中心軸
２ 横転ローラ
３ 主輪
４ 外プレート
５ 内プレート
１０ 補助輪
１１ 外周部
Ｒ１ 主輪の最大外径
Ｒ２ 補助輪の最大外径
１２ ベース板
１３ リング部
１４ フランジ
１５ 取付孔
２０ 基板部
２１ 突条部
３０ シャシ
Ｗｆ 前輪
Ｗｃ 中間輪
Ｗｄ 後輪
３１ 駆動部
４０ サスペンション機構

Claims (7)

1. 中心軸を中心に回転させられるホイールと、該ホイールの外周に該ホイールの回転方向と異なる方向に回転自在に設けられ該ホイールが回転することで順次接地する複数の横転ローラの組からなる主輪とを備えた全方向車輪において、
   上記ホイールであって上記主輪の外側及び／または内側に、該ホイールの中心軸を中心とし上記主輪の最大外径より小さい最大外径を有するとともに外周部をゴムで形成した補助輪を設けたことを特徴とする全方向車輪。
2. 上記補助輪を、上記ホイールに着脱可能に取り付けられる円盤状のベース板を備えて構成し、該ベース板の外周面に上記外周部を付設したことを特徴とする請求項１記載の全方向車輪。
3. 上記補助輪の外周部を凹凸形成したことを特徴とする請求項１または２記載の全方向車輪。
4. 上記補助輪の外周部を、基板部と、該基板部の表面に櫛歯状に多数列をなして突設され上記中心軸方向に延びる突条部とを備えて構成したことを特徴とする請求項３記載の全方向車輪。
5. 上記突条部を、周方向に直交し互いに平行な一対の側面を有して形成するとともに、先端面に中心軸方向に沿うＶ字状の溝を形成し、周方向前後に先端先細りの一対の山部を形成したことを特徴とする請求項４記載の全方向車輪。
6. シャシの前後方向に少なくとも一対の前輪及び一対の後輪を備えるとともに、上記前輪及び後輪を、中心軸を中心に回転させられるホイールと、該ホイールの外周に該ホイールの回転方向と異なる方向に回転自在に設けられ該ホイールが回転することで順次接地する複数の横転ローラの組からなる主輪とを備えた全方向車輪で構成した車両において、
   上記少なくとも一対の前輪を、上記請求項１乃至５何れかに記載の補助輪を設けた全方向車輪で構成したことを特徴とする車両。
7. 上記全方向車輪をシャシに対してサスペンション機構を介して支持したことを特徴とする請求項６記載の車両。

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