JP5994173B2 - 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回転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）。この回転体付車輪では、回転体の外周面の断面が弧形状を有し、その曲率半径が回転体付車輪の外周半径となっている。そして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２００１−１９１７０４号公報

しかしながら、特許文献１の回転体付車輪では、第１の樽型フリーローラーを支持する第１の支軸の一端と、この第１の樽型フリーローラーに隣接する第２の樽型フリーローラーを支持する第２の支軸の他端と、を共通の支持部材の腕部で支持し、この腕部と共に第１の樽型フリーローラーの端部を第２の樽型フリーローラーの内側の空所に配置していた。

そのため、第２の樽型フリーローラーの内側の空所に、丈夫な腕部を配置できる空間を確保しなければならなかった。しかも第１の支軸の端部と第２の支軸の端部とを腕部で支持するため、第１の樽型フリーローラーを第２の樽型フリーローラーの空所の端部側にしか挿入できなかった。それ故、第１の樽型フリーローラーの直径が第２の樽型フリーローラーの直径に比べて格段に小さくなっていた。

その結果、第１の樽型フリーローラーが接地して転動することで車輪の回転方向と交差する方向に移動する際には、段差や凹凸を乗り越える性能が不足していた。

そこで本発明では、車輪の回転方向と交差する方向に移動する際に、段差や凹凸を乗り越える性能を向上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、所定の方向に回転するホイールと、ホイールの外周囲に配列された複数の回転体とを備え、各回転体は、転動軸対称の外周面と、少なくとも一つの端縁を有し、各回転体がホイールの外周囲の外側に外周面が向くように配設され、それぞれが所定方向とは異なる方向に転動可能である回転体付車輪であって、複数の回転体は互いに隣接する第１回転体と第２回転体とを含み、第２回転体は、転動軸方向に貫通する中空部を備え、第１回転体の端縁の少なくとも一部が第２回転体の中空部の中央部まで挿入されている。

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によれば、車輪の回転方向と交差する方向に移動する際、段差や凹凸を乗り越える性能を向上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ができる。

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を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施形態に係る回転体付車輪の一部を断面で示す部分斜視図であり、（ａ）は第１転動部と第２転動部とを離間させた状態を、（ｂ）は連結した状態を示す。 （ａ）は本発明の実施形態に係る回転体付車輪の部分断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

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（ａ）（ｂ）に示すように、回転軸Ｌａ周りに回転自在なホイール２５と、ホイール２５の外周囲に多数配列されて外周面が外側に向くように配設された第１回転体２１ａ及び第２回転体２２ａを備えている。この実施形態では、第１回転体２１ａを有する第１転動部２１と第２回転体２２ａを有する第２転動部２２とが、ホイール２５の回転方向Ｃに交互に配置されている。

［ホイール］
ホイール２５は、回転軸Ｌａを中心に正転及び反転自在となるように移動体本体１１に装着されている。本実施形態では、回転軸Ｌａに沿う２箇所に回転軸Ｌａと略直交方向に延びる外周円形のリム２５ａを一対有しており、リム２５ａに第１転動部２１及び第２転動部２２が固定されている。
各リム２５ａは、各第１回転体２１ａ及び第２回転体２２ａの転動軸Ｌｂの位置よりも小さい外周直径を有している。第１回転体２１ａ及び第２回転体２２ａをより多く露出させることで、リム２５ａが走路の段差等に乗り上げ、移動不能になることを防止するためである。

［第１転動部］
第１転動部２１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、一対のリム２５ａに架け渡すように固定された第１ブラケット２１ｂと、第１ブラケット２１ｂにより転動自在に支持された第１回転体２１ａと、を備えている。なお、図３（ａ）（ｂ）は回転軸Ｌａ方向の一方側からの斜視図であるが、他方側も同様であるため図示を省略している。

第１ブラケット２１ｂは、一対のリム２５ａに固定された第１脚部２１ｃと、第１脚部２１ｃからホイール２５の回転方向Ｃの前後両側に突出して設けられ、第１回転体２１ａをそれぞれ支持する一対の第１支持部２１ｄと、を有する。

各第１支持部２１ｄは、軸受を介して第１回転体２１ａを回動自在に支持しており、円柱状の側周面が軸受内輪の固定部となっている。ここでは、各転動軸Ｌｂが第１脚部２１ｃの位置におけるホイール２５の回転軌跡の接線に沿うように、各第１支持部２１ｄが配設されている。

第１回転体２１ａは各第１支持部２１ｄにそれぞれ支持されており、第１転動部２１毎に一対の第１回転体２１ａを有している。
本実施形態の第１回転体２１ａは、転動軸Ｌｂを中心とした軸対称の回転体形状を有している。転動軸Ｌｂを含む外周面の輪郭が弧形状で、この弧形状の曲率半径が回転体付車輪の最外周の半径となっている。また転動軸Ｌｂと直交する断面の直径が第１脚部２１ｃ側で大きくなり、先端側で小さくなっている。

ここでは一対の第１回転体２１ａは同形状を有し、第１脚部２１ｃを挟んで互いに対称となるように反対向きに支持されている。そのため、第１転動部２１の両端における第１回転体２１ａの直径は同等で、例えば一方の直径が他方の直径の±１０％以下となっている。

この第１回転体２１ａは、硬質の芯材２１ｅと、芯材２１ｅの側周囲を覆う弾性外周材２１ｆと、を有する。芯材２１ｅの内周面は軸受外輪の固定部となっている。芯材２１ｅは、例えば金属や樹脂等から形成することができる。弾性外周材２１ｆ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などにより形成されている。

［第２転動部］
第２転動部２２は、図３（ａ）（ｂ）及び図４（ａ）（ｂ）に示すように、中空部２２ｚを有する第２回転体２２ａと、一対のリム２５ａに架け渡すように固定されて中空部２２ｚの内側から第２回転体２２ａを転動自在に支持する第２ブラケット２２ｂと、を備えている。

第２回転体２２ａは、転動軸Ｌｂを中心とした軸対称の回転体形状を有している。転動軸Ｌｂを含む外周面の輪郭が弧形状で、この弧形状の曲率半径が回転体付車輪の最外周の半径となっている。内側には、転動軸Ｌｂ方向に貫通する中空部２２ｚが設けられた略円筒形状を有している。

転動軸Ｌｂと直交する断面の直径は、転動軸Ｌｂに沿う方向の中央付近で最も大きくなり、両端側で小さくなっている。さらに転動軸Ｌｂに沿って両端側が対称で両端の直径が同等で、例えば一方の直径が他方の直径の±１０％以下となっている。
この実施形態では、第２回転体２２ａの最大外径は第１回転体２１ａの最大外径より大きい。また第２回転体２２ａの端部における最小内径が、第１回転体２１ａの端部における最小外径よりも大きい。

この第２回転体２２ａは、硬質の芯材２２ｅと、芯材２２ｅの側周囲を覆う弾性外周材２２ｆと、を有する。芯材２２ｅの内周面が軸受外輪の固定部となっている。芯材２２ｅは、例えば金属や樹脂等から形成してもよい。弾性外周材２２ｆ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などにより形成されている。

第２ブラケット２２ｂは、第２回転体２２ａを支持する第２支持部２２ｄと、第２支持部２２ｄからホイール２５の回転方向Ｃの前後両側に突出して設けられて一対のリム２５ａにそれぞれ固定された第２脚部２２ｃと、を有している。

第２支持部２２ｄは円形リング状に形成され、転動軸Ｌｂに沿う長さが第２回転体２２ａよりも短く設けられている。第２支持部２２ｄの中心には、転動軸Ｌｂに沿って断面円形の貫通孔からなる内側空間２２ｓが設けられている。
第２支持部２２ｄの外周に、軸受を介して第２回転体２２ａが回動自在に支持されており、外周面が軸受内輪の固定部となっている。ここでは転動軸Ｌｂが第２支持部２２ｄの位置におけるホイール２５の回転軌跡の接線に沿うように、第２支持部２２ｄが配置されている。

各第２脚部２２ｃは、第２支持部２２ｄから前後両側に突出して設けられ、第２回転体２２ａの内周面と第１回転体２１ａの外周面との間隙を通して配置される。図４（ｂ）に示すように、第２脚部２２ｃのうち、第２回転体２２ａの中空部２２ｚに配置される部位における転動軸Ｌｂの直交断面形状が、第２回転体２２ａの内周面と第１回転体２１ａの外周面との間の間隙に沿って配置可能な形状を有している。この実施形態では、間隙より薄くて小さい湾曲形状に形成されている。

この第２脚部２２ｃは、第１回転体２１ａ及び第２回転体２２ａの最内周部位、即ち、最も回転軸Ｌａに近接した部位に配置してもよいが、近接部位と共に或いは近接部位の代わりに、近接部位からホイール２５の回転軸Ｌａに沿って内側及び／又は外側にずれた部位に配置すれば、強度を確保し易く好適である。

この実施形態の回転体付車輪２０では、図３（ａ）（ｂ）及び図４（ａ）（ｂ）に示すように、このような第１転動部２１及び第２転動部２２がホイール２５に交互に配列して固定されている。
これにより、第２脚部２２ｃが第１回転体２１ａと第２回転体２２ａとの間の間隙に配置された状態で、第１ブラケット２１ｂの第１脚部２１ｃと第２ブラケット２２ｂの第２脚部２２ｃとが、重ね合わせた状態でリム２５ａに締結されている。

そして固定状態では、第１回転体２１ａの端縁のうちホイール２５の回転軸Ｌａ側に配置される部位が、第２回転体２２ａの中空部２２ｚの中央部まで挿入された状態となる。この状態では、各第１回転体２１ａが互いに傾斜した状態で近接するため、第１回転体２１ａの先端縁の最内周部位同士が近接し、最外周部位同士が離間して配置され、互いに隣接する第１回転体２１ａの最外周部位における外表面間を補うように第２回転体２２ｓが配置されている。

［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２１ａ及び第２回転体２２ａ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２１ａ又は第２回転体２２ａが順次ホイール２５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は異なる向きに回転しつつ、走路に接地した第１回転体２１ａ又は第２回転体２２ａ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］
本実施形態における移動体の回転体付車輪２０によれば、第２支持部２２ｄに内側空間２２ｓを設け、第１回転体２１ａの端縁をその内側空間２２ｓに挿入しているので、ホイール２５の回転軸Ｌａ側に配置される第１回転体２１ａの端縁を第２回転体２２ａに挿入できる。特に、第２回転体２２ａに中空部２２ｚを設けて第１回転体２１ａの端縁を中央部まで挿入しているので、ホイール２５の回転軸Ｌａ側に配置される第１回転体２１ａの端縁を第２回転体２２ａに深く挿入できる。

そのため、第１回転体２１ａの端縁における回転体付車輪２０の最外側に配置される最外周部位を、第２回転体２２ａの端縁における回転体付車輪２０の最外側に配置される最外周部位に近接配置したときに、第１回転体２１ａの端縁における最内周部位を第２回転体２２ａの中空部２２ｚのより深い位置に配置できる。
それ故、第１回転体２１ａの直径を大きくすることが可能であり、また第１回転体２１ａの直径を大きくしても、第１回転体２１ａと第２回転体２２ａとの間の間隙を小さくできる。

その結果、第１回転体２１ａの直径を大きくすることで、接地した第１回転体２１ａが転動してホイール２５の回転方向Ｃと交差する方向に移動する際、第１回転体２１ａの直径が大きい分、段差や凹凸等の高低差の大きな部位を乗り越える性能を向上できる。

また第１回転体２１ａの直径を大きくすることで、第１回転体２１ａの表面積を増加でき、ホイール２５の回転方向Ｃと交差する方向に転動する際、第１回転体２１ａの回転数を少なくできる。そのため、第１回転体２１ａの軸受の劣化や摩耗を低減でき、回転体付車輪２０の耐久性を向上できる。
しかも第１回転体２１ａと第２回転体２２ａとの間の間隙を小さくすることで、ホイール２５が回転して各回転体２１ａ，２２ａが順次接地した際、各回転体２１ａ，２２ａ間の乗り継ぎ時の振動を低減でき、滑らかに走行できる。

この回転体付車輪２０では、第１ブラケット２１ｂ及び第２ブラケット２２ｂがそれぞれホイール２５に固定されているので、第１回転体２１ａ及び第２回転体２２ａのそれぞれを十分な強度で支持できる。そのため回転体付車輪２０の強度を向上して支持可能な荷重を増加したり高速走行を可能にしたりできる。
しかも、第２支持部２２ｄからホイール２５の回転方向Ｃの前後両側に突出して、それぞれホイール２５に固定された第２脚部２２ｃが、第２回転体２２ａの内周面と第１回転体２１ａの外周面との間隙を通して配設されている。
そのため第２回転体２２ａの内周面と第１回転体２１ａの外周面との間隙をより狭くすることができる。即ち、第２支持部２２ｄの両側が第２脚部２２ｃによりホイール２５に固定されているので、第２ブラケット２１ｂの支持強度を確保しつつ、第２脚部２２ｃを薄肉化できる。よって、第２回転体２２ａの内周面と第１回転体２１ａの外周面との間隙を狭くでき、第１回転体２１ａの端部の直径を第２回転体２２ａの端部の直径により近づけることが可能となる。

この回転体付車輪２０では、第１ブラケット２１ｂは、ホイール２５に固定された第１脚部２１ｃと、第１脚部２１ｃからホイール２５の回転方向Ｃの前後両側に突出して設けられ、第１回転体２１ａを支持する一対の第１支持部２１ｄと、を有している。そのため第１ブラケット２１ｂをホイール２５の周囲の狭い領域に配置でき、第１転動部２１と第２転動部２２とをより近接して配置することができる。

この回転体付車輪２０では、第２脚部２２ｃと第１脚部２１ｃとを合わせてホイール２５に固定しているので、第１転動部２１及び第２転動部２２のホイール２５に対する固定位置を少なくでき、ホイール２５に対して第１転動部２１及び第２転動部２２を密に配列することができる。

この回転体付車輪２０では、第１回転体２１ａの転動軸Ｌｂ及び第２回転体２２ａの転動軸Ｌｂが、それぞれの位置におけるホイール２５の回転軌跡の接線に沿って配置され、第１転動部２１の両端における第１回転体２１ａの直径が同等であると共に、第２転動部２２の両端における各第２回転体２２ａの直径が同等となっている。
そのため、回転体付車輪２０の回転方向Ｃが正転であっても反転であっても、何れにも回転特性の差が生じない。そのため回転体付車輪２０の装着向きが規制されず、使い勝手がよい。

［変形例］
上記実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば上記では移動体１０に、駆動輪１２と回転体付車輪２０とを２個ずつ設けた例について説明したが、駆動輪１２及び回転体付車輪２０の数は任意であり、駆動輪１２を設けなくてもよい。
上記では第１回転体２１ａ及び第２回転体２２ａをそれぞれ転動自在に設けたが、各第１回転体２１ａ及び第２回転体２２ａが駆動手段により駆動されて転動するように構成することも可能である。
上記では、第１転動部２１の両端における第１回転体２１ａの直径を同等にすると共に、第２転動部２２の両端における各第２回転体２２ａの直径を同等にしたが、各回転体２１ａ，２２ａが基端側と先端側とで直径が異なり、各回転体２１ａ，２２ａの先端が他の回転体２１ａ，２２ａの基端側に挿入されるものであっても、本発明を適用することは可能である。
第２ブラケット２２ｂの内側空間２２ｓを貫通孔とすることなく、第１回転体２１ａの端縁が挿入可能な大きさであれば、貫通しない凹みであってもよい。また第１回転体２１ａの端縁を第２回転体２２ａの中心位置付近まで挿入したが、第２ブラケット２２ｂの内側空間２２ａに第１回転体２１ａの少なくとも一部の端縁を挿入できればよい。

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 第１転動部
２１ａ 第１回転体
２１ｂ 第１ブラケット
２１ｃ 第１脚部
２１ｄ 第１支持部
２１ｅ 芯材
２１ｆ 弾性外周材
２２ 第２転動部
２２ａ 第２回転体
２２ｂ 第２ブラケット
２２ｃ 第２脚部
２２ｄ 第２支持部
２２ｅ 芯材
２２ｆ 弾性外周材
２２ｓ 内側空間
２２ｚ 中空部
２５ ホイール
２５ａ リム
Ｃ 回転方向
Ｌａ 回転軸
Ｌｂ 転動軸

Claims (6)

1. 所定の方向に回転するホイールと、該ホイールの外周囲に配列された複数の回転体とを備え、
   各回転体は、軸対称の外周面と、少なくとも一つの端縁を有し、
   各回転体が前記ホイールの外周囲の外側に前記外周面が向くように配設され、各回転部が前記所定方向とは異なる方向に転動可能である回転体付車輪であって、
   前記複数の回転体は互いに隣接する第１回転体と第２回転体とを含み、
   前記第２回転体は、転動軸方向に貫通する中空部を備え、
   前記第１回転体の端縁の少なくとも一部が前記第２回転体の前記中空部の中央部まで挿入されている、回転体付車輪。
2. 前記ホイールに固定された第１ブラケットにより前記第１回転体が転動可能に支持された第１転動部と、
   前記ホイールに固定された第２ブラケットにより前記第２回転体が転動可能に支持された第２転動部と、を備え、
   前記第２ブラケットは、前記中空部に配置されて前記第２回転体を支持する第２支持部を有し、該第２支持部の内側に前記第１回転体の端縁が挿入されている、請求項１に記載の回転体付車輪。
3. 前記第２ブラケットは、前記第２支持部から前記ホイールの回転方向の両側に突出した複数の第２脚部を有し、各第２脚部は前記第２回転体の内周面と前記第１回転体の外周面との間を通して配置され前記ホイールに固定されている、請求項２に記載の回転体付車輪。
4. 前記第１ブラケットは、前記ホイールに固定された第１脚部と、該第１脚部から前記ホイールの回転方向の両側に突出して設けられ、前記第１回転体をそれぞれ支持する一対の第１支持部と、を有する、請求項２又は３に記載の回転体付車輪。
5. 前記第１回転体の転動軸及び前記第２回転体の転動軸が、それぞれ前記第１転動部又は第２転動部の位置における前記ホイールの回転軌跡の接線に沿って配置され、
   前記第１転動部の両端における前記第１回転体の直径が同等であると共に、前記第２転動部の両端における前記第２回転体の直径が同等である、請求項２乃至４の何れか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。

Images