(57)【要約】【課題】  パイプ材によって円環状に形成されたリムに、該リムを被覆するようにゴム様弾性材で形成されたタイヤを固着してなる農用車輪において、リムの肉厚を上げることや材質を変更することなく、該リムの断面形状を工夫することにより農用車輪の強度を上げる。【解決手段】  リム４の周方向Ｂに直交する面で該リム４を構成するパイプ材を切断した断面形状を、リム４の径方向Ａに長径Ｄ１の方向が一致する楕円形とし、該楕円形の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を１．１以上かつ１．５以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ材によって円環状に形成されたリムに、該リムを被覆するようにゴム様弾性材で形成されたタイヤを固着してなる農用車輪において、
前記リムの周方向に直交する面で該リムを構成するパイプ材を切断した断面形状が、リムの径方向に長径の方向が一致する楕円形であり、該楕円形の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．１以上かつ１．５以下であることを特徴とする農用車輪。
【請求項２】
前記リムと該リムの中心側に設けられたボスとを連結すべく、軸心がリムの径方向に一致するように配置されたパイプ材からなるスポークを備え、
このスポークの軸心に直交する面で切断した該スポークの断面形状が、車輪回転軸心方向に長径の方向が一致する楕円形であり、該楕円形の長径Ｄ３と短径Ｄ４との比Ｄ３／Ｄ４が１．２以上かつ２．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の農用車輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、田植機等の農業機械に装着される農用車輪に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水田や畑等で使用される農業機械に装着される農用車輪は、例えば、断面円形のパイプ材によって円環状に形成されたリムと、このリムの中心側に配置されていて田植機等の本機（走行車両）の車軸に取り付けられるボスと、このボスと前記リムとを連結する断面円形のパイプ材からなるスポークと、前記リムを全周にわたって被覆するように該リムに固着されたゴムタイヤとを備えてなる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−４７８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記農用車輪が取り付けられる農業機械は、年々機体重量や搭載重量が増えており、このため、農用車輪の強度を上げる必要がある。この農用車輪の強度を上げるのに、リムの肉厚を厚くしたり、リムの材料を高強度の材質のものに変更することが考えられるが、そうすると、コストアップ、重量アップとなるという問題が生じる。
そこで本発明は、前記問題点に鑑みて、リムの肉厚を上げることや材質を変更することなく、該リムの断面形状を工夫することにより農用車輪の強度を上げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記技術的課題を解決するために本発明が講じた技術的手段は、パイプ材によって円環状に形成されたリムに、該リムを被覆するようにゴム様弾性材で形成されたタイヤを固着してなる農用車輪において、
前記リムの周方向に直交する面で該リムを構成するパイプ材を切断した断面形状が、リムの径方向に長径の方向が一致する楕円形であり、該楕円形の長径と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．１以上かつ１．５以下であることを特徴とする。
また、前記リムと該リムの中心側に設けられたボスとを連結すべく、軸心がリムの径方向に一致するように配置されたパイプ材からなるスポークを備えた農用車輪にあっては、
前記構成に加えて、スポークの軸心に直交する面で切断した該スポークの断面形状を、車輪回転軸心方向に長径の方向が一致する楕円形とし、該楕円形の長径Ｄ３と短径Ｄ４との比Ｄ３／Ｄ４を１．２以上かつ２．０以下とするのがよい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、リムの周方向に直交する面で該リムを構成するパイプ材を切断した断面形状を、リムの径方向に長径の方向が一致する楕円形とし、該楕円形の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を１．１以上かつ１．５以下とすることにより、リムの肉厚を上げることや材質を変更することなく農用車輪の強度を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１及び図２において、１は、軟弱地盤を走行する田植機等の農業機械に装着される農用車輪であり、該農用車輪１はホイール２と、タイヤ３とから主構成されている。
ホイール２は、パイプ材によって円環状に形成されたリム４と、このリム４の中心側（農用車輪１の回転軸心Ｘ側）に位置するボス５と、リム４とボス５とを連結する複数本（本実施形態では３本）のスポーク６と、スポーク６及びボス５に溶接等によって固着された補強板７等からなる。
【０００７】
リム４は、金属製のパイプ材を円環状に曲げ、該パイプ材の両端を溶接等によって接続することで形成されている。
ボス５は、筒状に形成され、その軸心が農用車輪１の回転軸心Ｘに一致するように配置され、該ボス５を田植機等の農業機械の本機（走行車両）の車軸に取り付けることにより農用車輪１が農業機械に装着される。
スポーク６は、金属製のパイプ材で直管状に形成され、その軸心がリム４の径方向Ａ（農用車輪１の径方向）に一致するようにリム４とボス５との間に配置され、一端がリム４の内周側に溶接等で接続され、他端がボス５の外周側に溶接等で接続されている。
【０００８】
また、各スポーク６は、その軸心に直交する面で切断した断面形状が円形に形成されており、リム４の周方向Ｂ（農用車輪１の周方向）に等間隔で設けられている。
タイヤ３は、リム４全体を被覆するように該リム４にゴム様弾性材を焼き付けて（加硫接着することで）固定されたソリッド弾性タイヤ（ソリッドゴムタイヤ）からなる。
このタイヤ２はリム全体を覆うように設けられた円環状のタイヤ本体の外周側にリム４の周方向Ｂに間隔をおいて設けられた多数のラグ８を備えている。
本実施形態にあっては、前記リム４の周方向Ｂ（リム４を構成するパイプ材の軸心）に直交する面でリム４を構成するパイプ材を切断した断面形状（パイプ材の断面形状）を、リム４の径方向Ａに長径Ｄ１の方向が一致する楕円形に形成している（換言すれば、断面楕円形状のパイプ材を、該楕円の長径が径方向に一致するようにして円環状に曲げ、該パイプ材の両端を溶接することによりリム４を形成している）。
【０００９】
リム４を構成するパイプ材の断面形状をその長径Ｄ１がリム４の径方向Ａに一致する楕円形にすることにより、径方向Ａ外方からの力に対して高い曲げ強度が得られ、これによって、リム４の肉厚を上げることや材質を変更することなく農用車輪１の強度アップを図ることができる。
また、逆に、農用車輪１の全体的な強度を落とすことなく、リム４の肉厚を薄くすることができ、農用車輪１の軽量化を図ることができるとも言える。
また、リム４を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２は１．１以上かつ１．５以下とするのがよい。
【００１０】
この理由を下記の表１を参照して説明する。
表１は、リム４を構成するパイプ材の断面形状を種々変更した農用車輪１の強度を試験した結果を示している。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１に示される結果の試験は、次のようにして行った。
従来例は、断面形状が円形のパイプ材からなるリムを有する農用車輪を農業機械に装着して行い、実施例１〜３及び比較例１〜３は、断面形状（長径／短径）が種々の楕円形であるパイプ材からなるリム４を有する農用車輪１を農業機械に装着して行った。
従来例、実施例又は比較例の農用車輪１を農業機械に装着し、図３及び図４に示すように、農業機械が載置される床面Ｇ１，Ｇ２を水平または３０度傾斜とし、それぞれの床面Ｇ１，Ｇ２においてリム４の周方向Ｂでのスポーク６の位置を変え、床面Ｇ１，Ｇ２とスポーク６の位置との各組み合わせ（条件−１〜４）について、農業機械に積む錘を段階的に増加させて、農用車輪１が変形する錘の合計の重量を求める。
【００１３】
そして、断面円形のパイプ材からなるリムを有する農用車輪（従来例）が変形するそれぞれの条件（条件−１〜４）の場合の錘の重量を基準とし、該断面円形のパイプ材からなるリムを有する農用車輪に対して行った試験と同一の床面Ｇ１，Ｇ２とスポーク６の位置との組み合わせ（同一の条件）における断面楕円形のパイプ材からなるリム４を有する農用車輪１（実施例及び比較例）が変形するときの錘の重量と前記基準の重量との比をそれぞれの条件の場合の「強度指数」とする（条件−１〜４の場合の基準の重量をＷｓ１〜Ｗｓ４とし、条件−１〜４の場合の実施例又は比較例の錘の重量をＷｔ１〜Ｗｔ４とすると、強度指数は、条件−１ではＷｔ１／Ｗｓ１，条件−２ではＷｔ２／Ｗｓ２，条件−３ではＷｔ３／Ｗｓ３，条件−４ではＷｔ４／Ｗｓ４となる）
「条件−１」は、図３（ａ）に示すように、農用機械を傾斜のない水平な床面Ｇ１に載置し、且つ、農用車輪１を３本のスポーク６のうちの１本が車輪回転軸心Ｘから下方において前記水平床面Ｇ１に対して垂直になる位置としたときの場合である。
【００１４】
「条件−２」は、図３（ｂ）に示すように、農用機械を水平面に対して３０度傾斜する床面Ｇ２に載置し、且つ、農用車輪１を３本のスポーク６のうちの１本が車輪回転軸心Ｘから下方において前記傾斜床面Ｇ２に対して垂直になる位置としたときの場合である。
「条件−３」は、図４（ａ）に示すように、農用機械を傾斜のない水平な床面Ｇ１に載置し、農用車輪１を３本のスポーク６のうちの１本が車輪回転軸心Ｘから上方において前記水平床面Ｇ１に対して垂直になる位置としたときの場合である。
「条件−４」は、図４（ｂ）に示すように、農用機械を水平面に対して３０度傾斜する床面Ｇ２に載置し、農用車輪１を３本のスポーク６のうちの１本が車輪回転軸心Ｘから上方において前記傾斜床面Ｇ２に対して垂直になる位置としたときの場合である。
【００１５】
条件−１、条件−３にあっては、農用車輪１に、農用機械側からの荷重Ｗに対する床面Ｇ１からの反力が径方向Ａ外方から作用し、条件−２、条件−４にあっては、農用車輪１に、農用機械側からの荷重Ｗの床面Ｇ２に向かう分力に対する反力が径方向Ａ外方から作用すると共に、農用機械側からの荷重Ｗの床面Ｇ２に沿う分力に対する反力が回転軸心Ｘ方向から作用する。
表１において、リム径とはリム４を構成するパイプ材の外径を示しており、スポーク径とはスポーク６を構成するパイプ材の外径を示している。
【００１６】
したがって、試験に使用した農用車輪１は、従来例にあっては、外径（直径）が４５．２ｍｍで肉厚が１．６ｍｍの断面円形のパイプ材を円環状に形成してなるリムが使用されている。また、実施例１〜３及び比較例１〜３にあっては、外径が４５．２ｍｍで肉厚が１．６ｍｍの断面円形のパイプ材を円環状に形成してなるリムをパイプ材の断面がリム４の径方向Ａに長径Ｄ１の方向が一致する楕円形になるようにプレス加工したリム４が使用され、表１では、リム４を構成するパイプ材の断面形状をその断面の長径Ｄ１と短径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２（長径／短径）で表している。
【００１７】
なお、実施例１〜３及び比較例１〜３にあっては、リム４を構成するパイプ材をプレス加工した分、従来例に比べてリム４全体の外形は若干大きくなっている。
また、スポーク６については、従来例、実施例１〜３及び比較例１〜３について共に、外径が２１．７ｍｍで肉厚が２．８ｍｍの断面円形のパイプ材が使用されている。
また、試験に使用した農用車輪１のリム４及びスポーク６の材料は同一である。
リム４を構成するパイプ材の断面形状をその長径Ｄ１がリム４の径方向Ａに一致する楕円形にすることにより、径方向Ａ外方からの力に対して高い曲げ強度が得られるが、リム４を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．１未満では、条件−３で、従来例との明らかな差がでない。
【００１８】
また、リム４を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．１以上では、条件−１・条件−３においてリム４を構成するパイプ材を楕円にすることによる効果が現れているが、前記パイプ材の断面の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．５を超えると、条件−１・条件−３で強度指数が変わらなくリム４を構成するパイプ材を断面楕円形にした効果が明確に現れない。これは、リム４を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．５を超えると、リム４の強度がスポーク６の曲げ強度よりも高くなり、農用車輪１に作用する荷重に対してスポーク６の強度が負けて、リム４が変形せずにスポーク６が変形するためである。
【００１９】
また、リム４を構成するパイプ材の断面の短径Ｄ２が車輪回転軸心Ｘと平行であると、条件−２・条件−４では、リム４単体としては強度が下がるはずであるが、これらの条件では、農用車輪１に作用する荷重によって該農用車輪１が変形するのはスポーク６と補強板７の強度の要因が高いため、スポーク６と補強板７の強度も関連する農用車輪１全体の強度指数としては従来形状のもの（リムを構成するパイプ材の断面が円形のもの）と変わりがなく、問題はない。
以上のことから、リム４の周方向Ｂに直交する面で該リム４を構成するパイプ材を切断した断面形状を、リム４の径方向Ａに長径Ｄ１の方向が一致する楕円形とし、該楕円形の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２を１．１以上かつ１．５以下とすることにより、農用車輪１全体としての曲げ強度を効率的にアップすることができる。
【００２０】
図５は、他の形態の農用車輪１を示しており、この形態の農用車輪１においては、スポーク６の断面形状を楕円形にしたという点で、前記図１及び図２に係る形態の農用車輪１と構成が異なり、その他の点で前記図１及び図２に係る形態の農用車輪１と構成が同様である。
この図５に示す農用車輪１のスポーク６は、その軸心Ｙ（スポーク６を構成するパイプ材の軸心）に直交する面で切断した断面形状を、車輪回転軸心Ｘ方向に長径Ｄ３の方向が一致する楕円形としている。
【００２１】
前述した条件−１〜４の中で、条件−２において、農用車輪１は、スポーク６に曲げモーメントが生じて変形し易い。
このような条件−２において、断面形状が楕円形のスポーク６を有する農用車輪１は、断面形状が円形のスポークを有する農用車輪よりも変形するときの荷重が大きく曲げ強度が大きい。
楕円形の断面形状を有するスポーク６は、短径を中立軸として求められる断面係数が、円形の断面形状を有するスポークの断面係数よりも大きい。したがって、断面形状が楕円形のスポーク６を有する農用車輪は、条件−２において、車軸を介して加わる農業機械の荷重によってスポーク６に生ずる応力が小さくなり、断面円形のスポークを有する農用車輪に比べて高い曲げ強度を得ることができる。
【００２２】
これによって、前述した図１，２に示す農用車輪１よりも、さらに強度アップした農用車輪１を提供することができる。
また、図５に示す形態の農用車輪１にあっては、スポーク６を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ３と短径Ｄ４との比Ｄ３／Ｄ４は１．２以上かつ２．０以下とするのがよい。
この理由を下記の表２を参照して説明する。
表２は、スポーク６の断面形状を種々変更して該農用車輪１の強度を試験した結果を示している。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
試験は、前述した方法と同様の試験を行い、評価（強度指数）についても同様にして行った。
試験に使用した農用車輪１は、従来例にあっては、外径が４５．２ｍｍで肉厚が１．６ｍｍの断面円形のパイプ材を円環状に形成してなるリムが使用されると共に、外径が２１．７ｍｍで肉厚が２．８ｍｍの断面円形の直管状のパイプ材からなるスポーク６が使用されている。
また、実施例１〜４及び比較例１，２にあっては、外径が４５．２ｍｍで肉厚が１．６ｍｍの断面円形のパイプ材を円環状に形成してなるリムをパイプ材の断面がリム４の径方向Ａに長径Ｄ１の方向が一致する楕円形になるようにプレス加工したリム４が使用され、本試験では、リム４を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ１と短径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２は１．２０に統一されており、また、スポーク６は、外径が２１．７ｍｍで肉厚が２．８ｍｍの断面円形のパイプ材を楕円形になるようにプレス加工しており、表２では、スポーク６を構成するパイプ材の断面形状をその断面の長径Ｄ３と短径Ｄ４の比Ｄ３／Ｄ４（長径／短径）で表している。
【００２５】
スポーク６を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ３と短径Ｄ４との比Ｄ３／Ｄ４が１．２未満では、条件−２で従来例との明らかな差がでない。
また、条件−３では、断面形状が楕円形のスポーク６は、長径Ｄ３を中立軸として求められる断面係数が断面円形のスポークの断面係数よりも小さい。そのため、車輪回転軸心Ｘより下側にあるスポーク６に生ずる応力は断面円形のスポークよりも大きくなることから、スポーク６を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ３と短径Ｄ４との比Ｄ３／Ｄ４が上がるにつれて、リム４で強度アップされた条件−３における強度指数が下がる結果となり、そして、スポーク６を構成するパイプ材の断面の長径Ｄ３と短径Ｄ４との比Ｄ３／Ｄ４が２．０を超えると従来例よりも条件−３における強度が下がる。
【００２６】
条件−４では、条件−２と同様の曲げモーメントがリム４を通して両側２本のスポーク６に伝わり、条件−２と同様に楕円形であるスポーク６の方が応力が小さくなる。
表２から、断面形状が楕円形のリム４及びスポーク６を有する農用車輪１は、断面形状が円形のリム及びスポークを有する農用車輪と比べて、強度に関して優れているといえ、リム４及びスポーク６の断面形状を楕円形とすることで、材料費（材料重量）の増加を伴わないで、つまり製造コストを増大させずに、農用車輪１の曲げ強度を高めることができる。
【００２７】
そして、断面形状が楕円形のスポーク６のうち、長径Ｄ３と短径Ｄ４との比Ｄ３／Ｄ４が１．２以上かつ２．０以下のスポーク６を有する農用車輪１が効率よく強度アップを図ることができる。
なお、スポーク６を４本以上有する農用車輪１においても、断面形状が楕円形のスポーク６は断面形状が円形のスポークに比べて、総合的に変形し難く、曲げ強度が高い。
前記各形態の農用車輪１において、農用車輪１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一形態に係る農用車輪の正面図及び側面断面図である。
【図２】図１のＣ部の断面拡大図である。
【図３】農用車輪の強度試験における床面とスポークの位置とを示す図である。
【図４】農用車輪の強度試験における床面とスポークの位置とを示す図である。
【図５】（ａ）は他の形態に係る農用車輪の正面図、（ｂ）はＥ−Ｅ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
３    タイヤ
４    リム
５    ボス
６    スポーク
Ａ    リムの径方向（農用車輪の径方向）
Ｂ    リムの周方向（農用車輪の周方向）
Ｄ１  リムを構成するパイプ材の断面の長径
Ｄ２  リムを構成するパイプ材の断面の短径
Ｄ３  スポークを構成するパイプ材の断面の長径
Ｄ４  スポークを構成するパイプ材の断面の短径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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