JP6839847B2 - 全方向移動車輪及びこれを具えた全方向移動車両 - Google Patents

Description

本発明は、全方向移動車輪及びこれを具えた全方向移動車両に関するものであり、より具体的には、滑らかな走行を実現でき、耐荷重性能を高めた全方向移動車輪及びこれを具えた全方向移動車両に関するものである。

全方向移動車輪は、車軸に対して回動自在なハブの外周に複数のローラを配置して構成される。そして、全方向移動車輪は、直進方向に対しては車軸を中心とする転動、車軸と直交する方向に対してはローラが転動することで、これらの組合せによって床面上の任意の方向に車両を走行可能である。

この種の全方向移動車輪として、たとえば、特許文献１、特許文献２に示すものが提案されている。

特許文献１の全方向移動車輪は、樽型のローラの両側に左右一対のフレーム間に、ローラを傾斜した状態で１つの軸によって回動自在に支持している。

特許文献２の全方向移動車輪は、樽型のローラを２つに分割して構成され、分割された２つのローラ間にフレームを設け、当該フレームに傾斜する軸を貫通配備し、軸に２つのローラを回動自在に支持するようにしている。

特開２０１７−４３２１８号公報 特表２０１４−５２６４１９号公報

特許文献１の全方向移動車輪は、軸が長くなるから、大きい荷重が加わったときに軸が撓んでしまうため、耐荷重性能が十分ではない。また、左右のフレームは全方向移動車輪の外周近傍まで延びているから、左右方向に移動しつつ段差に乗り上げるときに、フレームが段差に当たってしまうことがある。

特許文献２の全方向移動車輪は、中央のフレームのみで左右のローラを支持しているから、荷重が加わると、フレームに大きなモーメントが作用する。従って、強度のあるフレームを採用することが望まれるが、フレームを厚くすると左右のローラが離れてしまい、車輪外周面にローラがオーバーラップしない隙間が形成される。その結果、ローラのリレー時にゴトツキが生じ、滑らかな走行を行なうことができない問題がある。

本発明の目的は、耐荷重性能を高め、滑らかな走行を実現することのできる全方向移動車輪及びこれを具えた全方向移動車両を提供することである。

本発明に係る全方向移動車輪は、
車軸を中心として回動自在な回動フレームと、前記回動フレームの外周に複数組のローラユニットを配置してなる全方向移動車輪であって、
前記回動フレームは、前記車軸に対して傾斜した支持面が等間隔に複数突設され、
前記ローラユニットは、
前記支持面の一方の面に垂直に立設された第１支持軸に装着され、前記支持面から離れる方向に向けて縮径する略円錐台形状の第１ローラと、
前記支持面の他方の面に、前記第１支持軸と平行且つ前記第１支持軸とずれた位置に垂直に立設された第２支持軸に装着され、前記支持面から離れる方向に向けて縮径する略円錐台形状の第２ローラと、を具える。

前記第１ローラは、前記第１支持軸に回動自在に支持され、
前記第２ローラは、前記第２支持軸に回動自在に支持することができる。

前記回動フレームを軸方向に挟む第１外フレームと第２外フレームを具え、
前記第１外フレームは、前記第１支持軸の先端が嵌まる第１軸挿入孔を有し、
前記第２外フレームは、前記第２支持軸の先端が嵌まる第２軸挿入孔を有する構成とすることができる。

本発明の全方向移動車両は、上記全方向移動車輪を具える。

本発明の全方向移動車輪によれば、ローラユニットは、第１ローラと第２ローラに分割し、回転中心を互いにずらして配置することにより、隣り合うローラどうし、とくに対をなす第１ローラと第２ローラどうしをオーバーラップさせることができる。これにより、車輪外周面に隙間をなくすことができるから、ゴトツキのない極めて滑らかな走行を実現できる。

また、支持面を厚く構成した場合であっても、第１ローラと第２ローラを互いにずらしたことにより、第１ローラと第２ローラのオーバーラップは確保される。従って、支持面に強度を具備することができ、耐荷重性能を向上できる。

また、第１ローラと第２ローラは夫々異なる支持軸に装着されているから、個々の支持軸に加わる負荷を小さくでき、耐荷重性能を向上できる。個々の支持軸に加わる負荷が小さくなることで、支持軸の軸径を細くすることができ、全方向移動車輪の外径も小さくすることができる。さらに、軸径の細い支持軸を採用することにより、第１ローラ及び第２ローラも小径化できるから、全方向移動車輪全体をコンパクトにすることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る全方向移動車輪の一部を分解して示す斜視図である。 図２は、本発明に係る全方向移動車輪の斜視図である。 図３は、図２の全方向移動車輪の右側面図である。 図４は、図２の全方向移動車輪の平面図である。 図５は、図２の全方向移動車輪を第１外フレーム側から見た正面図である。 図６は、図３の線Ａ−Ａに沿う矢視断面図である。 図７は、図５の線Ｂ−Ｂに沿う矢視断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る全方向移動車輪１０について、図面を参照しながら説明を行なう。

図１乃至図５、断面図６及び断面図７、とくに図１に詳細に示されるように、本発明の全方向移動車輪１０は、車軸が挿入され、車軸に対して回動自在な回動フレーム２０と、回動フレーム２０の外周に複数組のローラユニット３０を配置して構成されている。

回動フレーム２０は、車軸が嵌まる車軸孔２２の形成されたハブ２１を軸心とし、ハブ２１の外周に円柱状のフレーム本体２３を具える。フレーム本体２３の外周には、支持面２６が複数突設されている。また、フレーム本体２３には、後述する外フレーム６０，７０を装着するためのボルト孔２４が貫通開設されている。

回動フレーム２０は、アルミニウム合金等の金属をダイカストすることにより作製できる。また、金属を機械加工して作製してもよい。回動フレーム２０は一体に形成することも可能であり、たとえばフレーム本体２３にハブ２１、支持面２６を取り付けることにより作製することもできる。さらには、回動フレーム２０は一部又は全部を樹脂材料により作製することもできる。

各支持面２６は、車軸に対して傾斜し、フレーム本体２３から等間隔に突設されている。図示の実施形態では、支持面２６は車軸に対して４５°傾いて形成されている。支持面２６の傾き角度は４５°が最も望ましいが、これに限らず、たとえば３０°〜６０°とすることもできる。

支持面２６には、図１に示すように、支持面２６に対して垂直に第１軸取付孔２７と第２軸取付孔２８が開設されている。これら取付孔２７，２８は回動フレーム２０の軸心から等距離の位置に形成されている。取付孔２７，２８の内面には後述する支持軸４３，５３の各ネジ部３２が螺合するネジが切られている。

後述するとおり、本発明によれば、第１ローラ４０と第２ローラ５０のオーバーラップさせることができるから、支持面２６を厚く構成することができる。これにより、支持面２６の強度を高めることができ、耐荷重性を高めることができる。

支持面２６には、ローラユニット３０が装着される。ローラユニット３０は、図に示すように、第１ローラ４０と第２ローラ５０を具える。図１では、第１ローラ４０のみを分解しているが、第２ローラ５０も構造は同じであるため。第１ローラ４０の分解図にも第２ローラ５０の構成の符号も付している。図に示すように、第１ローラ４０及び第２ローラ５０は、基端となる支持面２６側から先端に縮径する略円錐台形状であり、外周面の曲率は、全方向移動車輪１０の外周円の曲率と一致する形状である。第１ローラ４０及び第２ローラ５０は、合成樹脂製又は金属製とし、表面に適宜滑り防止及び緩衝用のゴム等の被覆をすることができる。

第１ローラ４０及び第２ローラ５０の中心には、夫々軸孔４１，５１が貫通開設されている。第１ローラ４０の軸孔４１には、支持面２６の第１軸取付孔２７に取り付けられる第１支持軸４３が挿入される。また、第２ローラ５０の軸孔５１には、支持面２６の第２軸取付孔２８に取り付けられる第２支持軸５３が挿入される。たとえば、支持軸４３，５３は、基端に軸取付孔２７，２８に螺合するネジ部３２を有し、先端に抜止め３１を具える構成とすることができる。そして、軸孔４１，５１は、図１に示すように複数の段部を有し、支持軸４３，５３に、たとえばＯリング３３、ベアリング３４、ワッシャ３５、ベアリング３６、ワッシャ３７、シム３８及びカラー３９を介して装着され、ローラ４０，５０の軸孔４１，５１に嵌まって、支持軸４３，５３に対してローラ４０，５０は回動自在に支持される。

第１ローラ４０、第２ローラ５０は、支持軸４３，５３を夫々軸取付孔２７，２８に垂直且つ互いに平行に取り付けることで、支持面２６に対して互いにずれた位置に装着される。ローラ４０，５０を直線上ではなく、ずれた位置に配備することにより、ローラ４０，５０どうしのオーバーラップ領域を確保できる。

そして、支持軸４３，５３の先端は、回動フレーム２０を両側から挟む第１外フレーム６０と第２外フレーム７０に支持される。外フレーム６０，７０は、図７に示すように、ハブ２１に嵌まるハブ孔６４，７４が中央に形成されており、その周囲にボルト孔６１，７１が開設されている。外フレーム６０，７０の内面側には、ローラ４０，５０を避けるように複数の凹部６２，７２が夫々等間隔に形成されており、凹部６２，７２には、図１及び図３に示すように、支持軸４３，５３が夫々嵌まる軸支持孔６３，７３が凹設されている。

然して、外フレーム６０，７０は、ハブ孔６４，７４を回動フレーム２０のハブ２１に嵌め、これらのボルト孔２４，６１，７１をボルト８０とナット８１で固定することにより、回動フレーム２０に装着され、全方向移動車輪１０が作製される。

本発明の全方向移動車輪１０は、支持面２６に対してローラ４０，５０の支持軸４３，５３をずらして配置したことで、図５に示すように、各ローラユニット３０の第１ローラ４０と第２ローラ５０どうしを車輪外周面でオーバーラップさせることができる。すなわち、全方向移動車輪１０は、外周面が完全な円形であって隙間は生じないから、第１ローラ４０と第２ローラ５０、或いは、隣り合うローラユニット３０のローラ４０，５０どうしのリレー時にゴトツキを生じることなく、滑らかな走行を実現できる。

支持軸４３，５３をずらして配置したことで、支持面２６を厚く構成した場合であっても、ローラ４０，５０どうしのオーバーラップは確保できる。従って、支持面２６を厚く構成して、強度を具備することができ、耐荷重性能を向上できる。

また、本発明では、２つに分割されたローラ４０，５０を夫々異なる支持軸４３，５３で支持するようにしている。従って、個々の支持軸４３，５３に加わる負荷を小さくでき、耐荷重性能を向上できる。これにより、支持軸４３，５３を細径化できるから、全方向移動車輪１０の外径を小さくでき、さらに、軸径の細い支持軸４３，５３を採用することにより、第１ローラ４０及び第２ローラ５０も小径化できるから、全方向移動車輪１０をコンパクトに構成することができる。

なお、上記実施形態では、支持軸４３，５３を両持ち支持すると共に、全方向移動車輪１０の側面を保護するために外フレーム６０，７０を装着している。支持軸４３，５３を両持ち支持することで、支持軸４３，５３の耐荷重性能をさらに向上させることができる。一方で、本発明では、支持面２６を厚くすることができるから、支持軸４３，５３を片持ちで支持する構成としても構わない。この場合、外フレーム６０，７０を省略或いは外フレーム６０，７０に支持軸４３，５３の支持孔６３，７３を省略すればよい。

上記全方向移動車輪１０は、車軸孔２２に車軸が挿入され、全方向移動車両の車輪として使用することができる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

たとえば、本発明の全方向移動車輪１０を２列一組とした全方向移動車輪対として使用することもできる。また、上記実施形態では、支持軸４３，５３に対してローラ４０，５０を回動自在に装着しているが、軸取付孔２７，２８、軸支持孔６３，７３に支持軸４３，５３を回動自在に装着し、ローラ４０，５０と支持軸４３，５３を固定した構成としても構わない。さらに、上記実施形態にて説明した構成は一例であり、各構成の形状、数、角度などは適宜変更することもできる。

１０ 全方向移動車輪
２０ 回動フレーム
２６ 支持面
３０ ローラユニット
４０ 第１ローラ
４３ 第１支持軸
５０ 第２ローラ
５３ 第２支持軸
６０ 第１外フレーム
７０ 第２外フレーム

Claims (4)

1. 車軸を中心として回動自在な回動フレームと、前記回動フレームの外周に複数組のローラユニットを配置してなる全方向移動車輪であって、
   前記回動フレームは、前記車軸に対して傾斜した支持面が等間隔に複数突設され、
   前記ローラユニットは、
   前記支持面の一方の面に垂直に立設された第１支持軸に装着され、前記支持面から離れる方向に向けて縮径する略円錐台形状の第１ローラと、
   前記支持面の他方の面に、前記第１支持軸と平行且つ前記第１支持軸とずれた位置に垂直に立設された第２支持軸に装着され、前記支持面から離れる方向に向けて縮径する略円錐台形状の第２ローラと、を具える、
   ことを特徴とする全方向移動車輪。
2. 前記第１ローラは、前記第１支持軸に回動自在に支持され、
   前記第２ローラは、前記第２支持軸に回動自在に支持されている、
   請求項１に記載の全方向移動車輪。
3. 前記回動フレームを軸方向に挟む第１外フレームと第２外フレームを具え、
   前記第１外フレームは、前記第１支持軸の先端が嵌まる第１軸挿入孔を有し、
   前記第２外フレームは、前記第２支持軸の先端が嵌まる第２軸挿入孔を有する、
   請求項１又は請求項２に記載の全方向移動車輪。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の全方向移動車輪を具える、
   全方向移動車両。

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