(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のハブ（２０）と複数の支持部材（３０）と複数の固定部材（３６）と複数の回転体甲（４０）と複数の回転体乙（５０）と複数の芯材（６０）と複数の位置決め部材甲（７０）と複数の位置決め部材乙（８０）とを有し、
前記ハブ（２０）は、円盤形状でその中心に中心軸（２１）と車軸部品（１２）を通す軸穴（２３）とを有し、片面側に外周から前記軸穴（２３）の壁の直前に達する複数の堀込溝（２４）が等角度間隔に中心軸（２１）を中心として放射状に掘り込まれ、前記各堀込溝（２４）のそれぞれに接して堀込穴（２５）を設けて成る部品であり、堀り込みした面を対向して前記堀込穴（２５）が面対称に配置されるように２個を組み合わせた１対を成しており、
前記各支持部材（３０）は、前記各堀込溝（２４）に挿入されて前記ハブ（２０）に放射状に配置され、貫通孔（３３）を有して前記ハブ（２０）の外周から突出する先端部（３１）と、端部を折り曲げられて各堀込穴（２５）の内部に配置される基部（３２）とを有し、
各固定部材（３６）は、弾力性を有し、前記各堀込穴（２５）の前記ハブ（２０）の外周側に設けられた傾斜した内壁（２６）と前記各支持部材（３０）の前記基部（３２）との間に載置され、対向された前記ハブ（２０）の組み合わせ面を密着させた時、弾性変形反力をもって前記各支持部材（３０）を前記ハブ（２０）の中心軸（２１）方向に引き込んで固定可能に設けられ、
回転体（４０・５０）すなわち前記回転体甲（４０）と前記回転体乙（５０）とは、略パイプ状の芯管（４４・５４）すなわち芯管甲（４４）と芯管乙（５４）との外周を弾性材で被覆して成り、前記回転体甲（４０）は太鼓状外形の最大径の位置の近傍で輪切りした外形形状を成し、前記回転体乙（５０）は太鼓状の外形形状を成し、前記各回転体（４０・５０）は前記支持部材（３０）によって所定の位置に配列された時、それぞれの外形輪郭が前記ハブ（２０）の中心軸（２１）を中心とする同一円（２２）に一致する形状を有しており、前記各回転体（４０・５０）の内径には複数の転がり軸受（４２・５２）すなわち転がり軸受甲（４２）と転がり軸受乙（５２）と複数の管端リング（４７・５７）すなわち管端リング甲（４７）と管端リング乙（５７）とを嵌合して各回転軸（４１・５１）すなわち各回転軸甲（４１）と各回転軸乙（５１）とを中心に回転可能に構成されており、
前記芯材（６０）は、両端部を斜めに切り落した複数の略円筒棒材を連接した形状を成しており、複数の芯材（６０）をリングを形成するように組み合わせた時、前記リングの外形輪郭が略多角形を成しており、前記リングを形成した時の外周側に、前記各支持部材（３０）を係止する複数の溝（６１）と、前記各回転体甲（４０）の内径に嵌合した転がり軸受（４２）の内輪（４３）を嵌まり込ませて前記各回転体甲（４０）を位置決めする複数の軸受溝甲（６２ａ）と、前記各回転体乙（５０）の内径に嵌合した転がり軸受（５２）の内輪（５３）を嵌まり込ませて前記各回転体乙（５０）を位置決めする複数の軸受溝乙（６２ｂ）と、各位置決め部材（７０・８０）すなわち各位置決め部材甲（７０）と各位置決め部材乙（８０）とを前記ハブ（２０）の中心へ向けてスライド移動させる複数のスライド面（６３）とガイド穴（６４）と複数のねじ穴（６５）とを有しており、前記各ねじ穴（６５）にはそれぞれにスライドねじ（６６）が装着されており、前記各回転体（４０・５０）の内径および前記各支持部材（３０）の前記貫通孔（３３）に挿入されて前記各支持部材（３０）を介して前記ハブ（２０）に固定され、
前記各位置決め部材（７０・８０）は、それぞれに前記芯材（６０）の前記スライド面（６３）に対応したスライド部（７１・８１）すなわちスライド部甲（７１）とスライド部乙（８１）と、前記ガイド穴（６４）に対応したガイド軸（７３・８３）すなわちガイド軸甲（７３）とガイド軸乙（８３）と、前記スライドねじ（６６）の先端が接合するテーパ穴（７４・８４）すなわちテーパ穴甲（７４）とテーパ穴乙（８４）と、前記回転体（４０・５０）に嵌合された転がり軸受（４２・５２）の内輪（４３・５３）を嵌まり込ませる複数の内輪受（７２・８２）すなわち内輪受甲（７２）と内輪受乙（８２）とを有しており、前記芯材（６０）が前記リングを形成した時の内径側に配置されて前記ガイド穴（６４）に前記ガイド軸（７３・８３）が嵌合した状態で前記芯材（６０）とともに前記回転体（４０・５０）に挿入されたのちに、前記芯材（６０）のねじ穴（６５）に螺接する前記スライドねじ（６６）の送りによって前記ハブ（２０）の中心軸（２１）に向けてスライド移動するように構成されており、前記各位置決め部材（７０・８０）の動きによって前記各回転体（４０・５０）に嵌合された前記各転がり軸受（４２・５２）の内輪（４３・５３）が、前記芯材（２０）に設けられた前記軸受溝（６２）および前記位置決め部材（７０・８０）に設けられた前記内輪受（７２・８２）に嵌まり込んで密着することで前記各回転体（４０・５０）の各回転軸（４１・５１）の位置が前記芯材（６０）に対して固定され、
前記各回転体（４０・５０）が、各回転軸（４１・５１）の位置が固定された状態で各回転軸（４１・５１）を中心に回転可能に構成されることで、前記車軸（１１）の回転方向および前記各回転体（４０・５０）の回転による前記車軸（１１）の軸方向およびその合成ベクトル方向に転動する全方向移動車輪（１０）
【請求項２】
前記回転体（４０・５０）は、構造体である前記芯管（４４・５４）の両端から複数の前記転がり軸受（４２・５２）が嵌合されており、前記各転がり軸受（４２・５２）の管端側に複数の管端リング（４７・５７）を固定して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の全方向移動車輪（１０）。
【請求項３】
前記回転体（４０・５０）は、それぞれの外径に、断面がほぼ等脚台形形状で上底にあたる頂部（４６・５６）すなわち頂部甲（４６）と頂部乙（５６）の幅寸法を同一とする複数の弾性材の畝状リング（４５・５５）すなわち畝状リング甲（４５）と畝状リング乙（５５）が設けられており、前記回転体甲（４０）の複数の前記畝状リング（４５）同士、および前記回転体乙（５０）の複数の前記畝状リング（５５）同士、および前記回転体甲（４０）と前記回転体乙（５０）の隣り合う前記畝状リング（４５・５５）同士、および前記支持部材（３０）を挟んで隣り合う前記回転体甲（４０）の前記畝状リング（４５）同士とが、等間隔に配置されており、かつ、前記畝状リング（４５・５５）の頂部（４６・５６）の外形輪郭が前記ハブ（２０）の中心軸（２１）を中心とする同一円（２２）に一致するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の全方向移動車輪（１０）。
【請求項４】
前記回転体甲（４０）と、隣り合う前記回転体乙（５０）との間に、部品間の隙間を塞ぐように前記芯材（６０）に対して位置を固定した邪魔板（９６）を設け、または、前記回転体甲（４０）と、隣り合う前記回転体乙（５０）との間に複数の回転シール部材（９８）すなわち回転シール部材ａ（９８ａ）と回転シール部材ｂ（９８ｂ）とを組み込んだシールドウォール（９７）を設けるとともに、前記回転体甲（４０）と前記支持部材（３０）との間に回転シール部材ａ（９８ａ）を組み込んだことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の全方向移動車輪（１０）。
【請求項５】
２個の前記ハブ（２０）の組み合わせ面に車軸（１１）の軸方向に動かないように挟み込んで固定した１枚のドーナツ板状のセンタープレート（９３）を配し、前記センタープレート（９３）の両側端面に１個ずつの弾性リング（９１）を隣接させ、前記弾性リング（９１）の両外側端面に前記車軸部品（１２）と一体化して前記車軸（１１）の軸方向に動かないようにしたドーナツ板状のサイドプレート（９４）を１枚ずつ配し、前記ハブ（２０）と前記センタープレート（９３）と前記弾性リング（９１）と前記サイドプレート（９４）とが前記ハブ（２０）の中心軸（２１）と同心に配置され、前記センタープレート（９３）と前記サイドプレート（９４）とは前記弾性リング（９１）の厚み方向に隙間をもって囲うように配置されており、前記弾性リング（９１）の内径は前記車軸部品（１２）の外径との間に隙間がない状態で嵌め合わされ、前記弾性リング（９１）は外径が前記ハブ（２０）の前記軸穴（２３）の内径よりも大きく製作され、溝を掘り込まれて外歯平歯車状の畝（９２）を設けて前記軸穴（２３）に対して圧縮状態で嵌合されており、前記弾性リング（９１）のゴム硬度がショアＡ４０以下であるように構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の全方向移動車輪（１０）。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の全方向移動車輪（１０）を備えた移動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、全方向移動車輪およびそれを備えた移動車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の全方向移動車輪として、下記の車輪が提案されている。（特許文献１ないし特許文献３参照）
特許文献１においては、車輪のハブに相当する板状部材の周囲に大小２種の樽型ローラーを交互に配列し、ローラー間に生じる隙間に配したコ字形状の支持部材を前記板状部材に固定し、支持部材が２種の樽型ローラーの回転軸であるそれぞれの支軸を支持する構造となっている。
特許文献２においては、車輪のハブに相当するリムの周囲に半紡錘形状の回転体と軸受アームとを交互に配列し、軸受アームをリムに固定して隣接する２個の回転体のそれぞれの回転軸の一方を支持する構造となっている。
特許文献３においては、支持部材を挟んで２個の半紡錘形状の大径ローラを軸部材を介して回転自在に組付けた部品と、異なる形状の支持部材を挟んで２個の半紡錘形状の小径ローラを別の軸部材を介して回転自在に組付けた部品とを、車輪のハブに相当する板状部材の周囲に交互に配列した構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４２１２９０号公報（段落番号００１８、図４）
【０００４】
【特許文献２】特許第３６８２２４８号公報（段落番号００１１、図１、図４）
【０００５】
【特許文献３】特許第５７７８７４０号公報（段落番号００３２、図４、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  特許文献１に記載の全方向移動車輪においては、交互に配列した大小の樽型ローラー間の限られた隙間空間にコ字形状の支持部材を配置しなければならないため、樽型ローラーを支持する部材の機械強度を大きくすることに制約があり、車輪としての耐荷重を大きくすることに限界がある。また、部品形状が複雑であり組立工程も煩雑なことから製作費用が高額になる。また、組立後に構成部品間の隙間から小石などの異物が入り込んだ場合、大小のローラー間の楔状空間に噛み込んで樽型ローラーの回転不全を起こすことが想定される。
特許文献２においては、車輪の半径方向に伸長している柱状構造体である軸受アームには繰返しの偏荷重が加わることから材料に機械強度が要求され、また、軸受アームの形状が複雑でかつ加工精度が要求されることから、加工費用が高額になることが想定される。
特許文献３においては、支持部材を挟んだ２個の半紡錘形状のローラを支持部材に嵌合した１本の軸部材で支持する構造から、各ローラが軸部材によって片持ち支持されていること、および車輪が回転すると支持部材を挟んだ各ローラへの荷重作用点が動いていくにつれて、軸部材は支持部材との嵌合部を支点として繰返しの反転荷重を受けることになり、長期間の使用によって嵌合部が摩耗し、ガタを生じたり破損したりすることが想定される。
また、共通する課題として、車輪外周に配列した回転体の内径側は部品を組み込むためのスペースが狭く、細い回転軸と容積の小さな滑り軸受を介して回転体を回転可能に支持せざるをえない構造であるため、回転体の回転抵抗が大きくて摩擦ロスとなったり、すべり軸受部に液や異物が浸入して摩耗を速めて長期間の信頼性を欠くことになる懸念があった。また、小径の玉軸受を組み込んだ場合には、ベアリングの許容荷重の制約によって大きな車輪耐荷重を得ることができなかった。【０００７】  本発明は、このような従来技術の課題に着目してなされたもので、車輪としての耐荷重が大きく、車輪外周に配列した回転体の回転抵抗が小さく、構成部品の形状が単純で加工や組立が容易で製造費用が安く、車輪内部への液や固形異物の侵入を防いで長期間故障し難い信頼性があり、振動が少なく乗り心地の良い全方向移動車輪を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に示すように、複数のハブと複数の支持部材と複数の固定部材と複数の回転体甲と複数の回転体乙と複数の芯材と複数の位置決め部材とを有し、
前記ハブは、円盤形状でその中心に中心軸と車軸部品を通す軸穴とを有し、片面側に外周から前記軸穴の壁の直前に達する複数の堀込溝が等角度間隔に中心軸を中心として放射状に掘り込まれ、前記各堀込溝のそれぞれに接して堀込穴を設けて成る部品であり、堀り込みした面を対向して前記堀込穴が面対称に配置されるように２個を組み合わせた１対を成しており、
前記各支持部材は、前記各堀込溝に挿入されて前記ハブに放射状に配置され、貫通孔を有して前記ハブの外周から突出する先端部と、端部を折り曲げられて各堀込穴の内部に配置される基部とを有し、
各固定部材は、弾力性を有し、前記各堀込穴の前記ハブの外周側に設けられた傾斜した内壁と前記各支持部材の前記基部との間に載置され、対向された前記ハブの組み合わせ面を密着させた時、弾性変形反力をもって前記各支持部材を前記ハブの中心方向に引き込んで固定可能に設けられ、
回転体すなわち前記回転体甲と前記回転体乙とは、略パイプ状の芯管の外周を弾性材で被覆して成り、前記回転体甲は太鼓状外形の最大径の位置の近傍で輪切りした形状を成し、前記回転体乙は太鼓状の外形形状を成し、前記各回転体は前記支持部材によって所定の位置に配列された時、それぞれの外形輪郭が前記ハブの中心軸を中心とする同一円に一致する形状を有しており、前記各回転体の内径には複数の転がり軸受と複数の管端リングとを嵌合して各回転軸を中心に回転可能に構成されており、
前記芯材は、両端部を斜めに切り落した複数の略円筒棒材を連接した形状を成しており、複数の芯材をリングを形成するように組み合わせた時、前記リングの外形輪郭が略多角形を成しており、前記リングを形成した時の外周側に、前記各支持部材を係止する複数の溝と、前記各回転体甲の内径に嵌合した転がり軸受の内輪を嵌まり込ませて前記各回転体甲を位置決めする複数の軸受溝甲と、前記各回転体乙の内径に嵌合した転がり軸受の内輪を嵌まり込ませて前記各回転体乙を位置決めする複数の軸受溝乙と、各位置決め部材を前記ハブ中心へ向けてスライド移動させる複数のスライド面とガイド穴と複数のねじ穴とを有しており、前記各ねじ穴にはそれぞれにスライドねじが装着されており、前記各回転体の内径空間および前記各支持部材の前記貫通孔に挿入されて前記各支持部材を介して前記ハブに固定され、
前記各位置決め部材すなわち位置決め部材甲と位置決め部材乙とは、それぞれに前記芯材の前記スライド面に対応したスライド部と、前記ガイド穴に対応したガイド軸と、前記スライドねじの先端が接合するテーパ穴と、前記回転体に嵌合された転がり軸受の内輪を嵌まり込ませる複数の内輪受とを有しており、前記芯材が前記リングを形成した時の内径側に配置されて前記ガイド穴に前記ガイド軸が嵌合した状態で前記芯材とともに前記回転体に挿入されたのちに、前記芯材のねじ穴に螺接する前記スライドねじの送りによって前記ハブの中心軸に向けてスライド移動するように構成されており、前記各位置決め部材の動きによって前記各回転体に嵌合された前記各転がり軸受の内輪が、前記芯材に設けられた前記軸受溝および前記位置決め部材に設けられた前記内輪受に嵌まり込んで密着することで前記各回転体の各回転軸の位置が前記芯材に対して固定され、
前記各回転体が、各回転軸の位置  が固定された状態で各回転軸を中心に回転可能に構成されることで、前記車軸の回転方向および前記各回転体の回転による前記車軸の軸方向およびその合成ベクトル方向に転動する全方向移動車輪とする。【０００９】  また、請求項２に示すように、前記回転体は、構造体である前記芯管の両端から複数の前記軸受が嵌合されており、前記各軸受の管端側に複数の管端リングを固定して構成されていることを特徴とする全方向移動車輪とする。【００１０】  また、請求項３に示すように、前記回転体は、それぞれの外径に、断面がほぼ等脚台形形状で上底にあたる頂部の幅寸法を同一とする複数の弾性材の畝状リングが設けられており、前記回転体甲の複数の前記畝状リング同士、および前記回転体乙の複数の前記畝状リング同士、および前記回転体甲と前記回転体乙の隣り合う前記畝状リング同士、および前記支持部材を挟んで隣り合う前記回転体甲の前記畝状リング同士とが、等間隔に配置されており、かつ、前記畝状リングの頂部の外形輪郭が前記ハブの中心軸を中心とする同一円に一致するように構成されていることを特徴とする全方向移動車輪とする。【００１１】  また、請求項４に示すように、  前記回転体甲と、隣り合う前記回転体乙との間に、部品間の隙間を塞ぐように前記芯材に対して位置を固定した邪魔板を設け、または、前記回転体甲と、隣り合う前記回転体乙との間に複数の回転シール部材を組み込んだシールドウォールを設けるとともに、前記回転体甲と前記支持部材との間に回転シール部材を組み込んだことを特徴とする全方向移動車輪とする。【００１２】  また、請求項５に示すように、２個の前記ハブの組み合わせ面に車軸方向に動かないように挟み込んで固定した１枚のドーナツ板状のセンタープレートを配し、前記センタープレートの両側端面に１個ずつの弾性リングを隣接させ、前記弾性リングの両外側端面に前記車軸部品と一体化して前記車軸方向に動かないようにしたドーナツ板状のサイドプレートを１枚ずつ配し、前記ハブと前記センタープレートと前記弾性リングと前記サイドプレートとが前記ハブの中心軸と同心に配置され、前記センタープレートと前記サイドプレートとは前記弾性リングの厚み方向に隙間をもって囲うように配置されており、前記弾性リングの内径は前記車軸部品の外径との間に隙間がない状態で嵌め合わされ、前記弾性リングは外径は前記ハブの前記軸穴の内径よりも大きく製作され、溝を掘り込まれて外歯平歯車状に畝が設けてあり、前記弾性リングのゴム硬度がショアＡ４０以下であるように構成された全方向移動車輪とする。【００１３】  また、請求項６に示すように、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の全方向移動車輪を備えた移動車両とする。
【発明の効果】
【００１４】  請求項１による全方向移動車輪によれば、各回転体の芯管は、複数の軸受によって両端を支持されるので荷重が加わっても撓み量が抑制され、また、嵌合した軸受によって補強されて機械強度を増し、かつ、軸受に加わった荷重は、太いリング状の芯材に形成した軸受溝によって支持されることから、車輪としての高い耐荷重性を得ることができる。【００１５】  また、請求項１による全方向移動車輪によれば、軸受を転がり軸受とした場合、各回転体が転がり軸受によって回転可能に保持されており、滑り軸受を使用するのに比べ圧倒的に回転抵抗が小さくでき、少ないエネルギーロスと滑らかな回転を得ることができる。【００１６】  また、請求項１による全方向移動車輪によれば、転がり軸受として深溝玉軸受を使用した場合、各回転体が自らの回転軸方向のスラスト荷重を負荷することができ、車軸に駆動トルクを付与して駆動輪として利用することができる。【００１７】  また、請求項１による全方向移動車輪によれば、予め複数の軸受と複数の管端リングを嵌合した回転体を一体の部品として扱え、位置決め部材がリング状の芯材の内径側に密着して配置されて芯材とともに回転体に挿入されたのち、芯材のねじ穴に螺接するスライドねじの送りによって位置決め部材をハブ中心に向けて移動せしめて回転体の回転軸を固定するように構成されているので、組立や分解交換が容易であり、製造費用や保守費用を低減できる。【００１８】  また、請求項２による全方向移動車輪によれば、前記回転体は、構造体である芯管の両端から複数の軸受が嵌合されて補強されているに加え、管端に複数の管端リングを嵌合することにより芯管の管端部をさらに補強するので、芯管をより薄肉に製作することができ、回転体に嵌合される軸受としてより大きな外径のより大きな許容荷重の軸受を組み込むことができ、回転体ひいては車輪の耐荷重を大きくすることができる。【００１９】  また、請求項２による全方向移動車輪によれば、隣り合う回転体のそれぞれの管端リングがお互いに接触干渉しない形状としつつ接近させることで管端リング間の外周隙間を１ｍｍ以下に構成することができ、回転体間の隙間への異物侵入を抑制することができる。【００２０】  また、請求項３による全方向移動車輪によれば、金属やプラスチックなどの硬い材料で製作される芯管の外形に弾性材の畝状リングが設けられているので、弾性材が路面走行時の振動を吸収し、乗り心地をよくすることができる。また、畝状リング間の溝は排水効果があり、また、畝頂部の角が路面に食い込むこと、および、弾性材の摩擦によって路面をグリップするので回転体がスリップし難く、安全に走行することができる。また、畝状リングが全方向移動車輪外周上に等間隔に配置されているので、発生する騒音が車輪回転数に応じた単調な振動音となり、気障りになり難い。【００２１】  また、請求項４による全方向移動車輪によれば、隣り合う回転体に組み込まれた部品間の隙間を塞ぐように邪魔板を設けることで、小石などの異物が回転体内径側に侵入することを防止して異物噛み込みによる回転体の回転不全を回避でき、また、邪魔板の代わりに回転シール部品を組み込んで水密性を付与したシールドウォールを設ければ、液状��物の浸入を防止し、回転体内径側の部品とりわけ軸受の劣化を防ぐので、信頼性高く長期間の動作が可能である。【００２２】  また、請求項５による全方向移動車輪によれば、ハブの軸穴と車軸部品との間に外径に平歯車状の畝を設けた弾性リングを配することにより、常時は路面走行による振動をよりよく吸収して車軸に伝えない防振効果を発揮する。
また、走行中の全方向移動車輪が路面の段差に衝突した時は、ハブよりも外周側にある部品は回転進行を停止させられるが、車軸は、主に全方向移動車輪の進行方向側にある弾性リングの外周の畝が圧縮されて大きく変形することにより、畝の無い単純な円環形状の弾性リングの弾性変形のみの場合と較べてより多く前方に進み続けることができ、車軸が停止するまでの時間差を大きくでき、この時間差によって車両の衝突の衝撃をより緩和することができる。
また、全方向移動車輪が荷重を受けている時、その荷重によって弾性リングが変形して車軸がハブの中心軸よりも下がった位置になり、その分だけハブの軸穴の上方には車軸ととの間に隙間が生じている。この状態で走行中の全方向移動車輪が路面の段差に衝突した時、車軸は前記隙間の分だけハブの軸穴の内径の傾斜面を登って上昇することができ、車軸から見た路面段差の角の位置が低くなるので、段差乗越えが楽になる効果がある。
また、全方向移動車輪を装着した車両が路面を走行中に全方向移動車輪が路面から浮いた時には、弾性リングの畝を圧縮して嵌合した弾性変形反力が働いて弾性リングの外径とハブの軸穴とを密着させ、両者間の隙間を無くしてガタツキの発生を防止し、乗り心地をよくする効果がある。【００２３】  また、本発明の一態様に係る全方向移動車輪によれば、ハブと芯材と位置決め部材と回転体とは、いずれもアンダーカットとなる形状を無くすことができ、プラスチックモールドやアルミダイキャスト等で成形可能なので量産性があり、安価に製造することができる。【００２４】  本発明によれば、車輪としての耐荷重が大きく、車輪外周に配列した回転体の回転抵抗が小さく、構成部品の形状が単純で加工や組立が容易で製造費用が安く、車輪内部への液の浸入や固形異物の侵入を防いで長期間故障し難く、振動が少ない乗り心地の良い全方向移動車輪を提供することができる。【００２５】  本発明による全方向移動車輪を装着すれば、車輪の姿勢と接地点が変化しないという特性上、方向転換の際に車輪が従前の幅からはみ出す危険性が無く、車輪のトレッドを広くとって座りの安定性を確保でき、煩雑な車輪駆動制御を行うことなくその場回転に近い小回りができるので、安全で運動性の良い移動車両を安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の全方向移動車輪の実施の一形態である全方向移動車輪ａを示す斜視図である。
【図２】図１の全方向移動車輪ａの正面断面図である。
【図３】図２・図１５・図１９の全方向移動車輪の車軸を含む平面での断面図である。
【図４】図２・図１５・図１９に示す全方向移動車輪のハブを示す斜視図である。
【図５】図２・図１５・図１９に示す全方向移動車輪の支持部材を示す斜視図である。
【図６】図２・図１５・図１９に示す全方向移動車輪の固定部材を示す斜視図である。
【図７】図２に示す全方向移動車輪ａの回転体甲ａを示す断面斜視図である。
【図８】図２に示す全方向移動車輪ａの回転体乙ａを示す断面斜視図である。
【図９】図２・図１５・図１９に示す全方向移動車輪の芯材を示す斜視図である。
【図１０】図２・図１５・図１９に示す全方向移動車輪の位置決め部材甲を示す断面斜視図である。
【図１１】図２・図１５・図１９に示す全方向移動車輪の位置決め部材乙を示す断面斜視図である。
【図１２】図３示す全方向移動車輪の弾性リングを示す斜視図である。
【図１３】図３に示す全方向移動車輪のセンタープレートを示す斜視図である。
【図１４】図３に示す全方向移動車輪のサイドプレートを示す斜視図である。
【図１５】本発明の全方向移動車輪の第２の実施形態である全方向移動車輪ｂの一部を示す正面断面である。
【図１６】図１５に示す全方向移動車輪ｂの回転体甲ｂを示す断面斜視図である。
【図１７】図１５に示す全方向移動車輪ｂの回転体乙ｂを示す断面斜視図である。
【図１８】図１５に示す全方向移動車輪ｂの邪魔板を示す斜視図である。
【図１９】本発明の全方向移動車輪の第３の実施形態である全方向移動車輪ｃの一部を示す正面断面である。
【図２０】図１９に示す全方向移動車輪ｃのシールドウォールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】  全方向移動車輪１０は、回転体甲４０と回転体乙５０の内部構造の違いによって、回転体甲４０ａと回転体乙５０ａを組み込んだ全方向移動車輪１０ａと、回転体４０ｂと回転体乙５０ｂを組み込んだ全方向移動車輪１０ｂと、回転体４０ｃと回転体乙５０ｃを組み込んだ全方向移動車輪１０ｃとを実施例として例示している。
【００２８】  以下、図に基づき、本発明の全方向移動車輪１０の第１の実施例である全方向移動車輪１０ａについて、説明する。
図１および図２および図３に示すように、全方向移動車輪１０ａは、ハブ２０と、支持部材３０と、固定部材３６と、２種類の回転体すなわち回転体甲４０ａと回転体乙５０ａと、芯材６０と、２種類の位置決め部材すなわち位置決め部材甲７０と位置決め部材乙８０と、クッション機構９０とからなっている。
【００２９】  図１および図２および図３および図４に示すように、ハブ２０は、円盤形状で、その中心に中心軸２１と同心の軸穴２３とを有し、円盤の片面側に外周から前記軸穴２３の壁の直前に達する複数の堀込溝２４が中心軸２１を中心として等角度間隔に放射状に掘り込まれ、前記各堀込溝２４のそれぞれに接して堀込穴２５を設けて成り、堀込穴２５はハブ２０の外周側の内壁２６が掘り込みが深くなるほど外周から遠ざかるように傾斜しており、堀り込みした面を対向させて前記堀込穴２５が面対称に配置されるように２個の円盤を組み合わせて１対を成している。
図示しないが、ハブ２０は、対向した堀り込み面を密着させてボルトおよびナットによって締め付けて固定されるようになっている。ハブ２０は、軸穴２３に挿入される弾性リング９１および車軸部品１２を介して車軸１１を軸として回転可能である。ハブ２０は、軽量化のため、各堀込穴２５以外にも多数の堀込が形成されていてもよい。ハブ２０は、金属製またはプラスチック製である。
【００３０】  図５に示すように、支持部材３０は、薄い板状の金属製で、一端に円形の先端部３１を有し、他端に板表面に対して直角に折り曲げられた基部３２を有している。支持部材３０は、先端部３１に厚さ方向に貫通した貫通孔３３を有している。
図１および図２および図３に示すように、支持部材３０は、８個で、それぞれハブ２０の各堀込穴２５の内部に基部３２を収容した状態でハブ２０の各堀込溝２４に挿入され、ハブ２０に放射状に配置されている。
【００３１】  図６に示す固定部材３６は、クリープが少なく圧縮耐久性が大きいという特性を有した弾性材料製で円柱形状を成し、ゴム硬度がショアＡ５０以下の弾力性を有している。固定部材３６は、２個のハブ２０のそれぞれの堀込穴２５に挿入され、総数は１６個で、１個の支持部材３０に対して２個ずつ使用されている。２個の固定部材３６は、２個のハブ２０の中間に設けられた板材であるセパレータ３７を挟んで対向して配置されている。各固定部材３６は、各堀込穴２５のハブ２０の外周側の傾斜した内壁２６と、各支持部材３０の基部３２との間に挿入されている。各堀込穴２５の内壁２６は傾斜しているので、前記ボルトおよびナットを２個のハブ２０間の隙間が無くなるように締め付けると、固定部材３６は自身の体積の１０５％から１１０％の容積の狭い空間に押し込められ、各支持部材３０は固定部材３６の圧縮弾性力によってハブ２０の中心軸２１の方向に押し付けられ、ハブ２０と支持部材３０と芯材６０とが、弾性力によって固定される。
セパレータ３７は、組立作業を容易にしている。
【００３２】  図１および図２および図７および図８に示すように、２種類の回転体すなわち回転体甲４０と回転体乙５０とは、物理的実体としての軸がない略パイプ状部品である。前記２種類の回転体４０・５０の芯管すなわち芯管甲４４および芯管乙５４とは金属製またはプラスチック製で、それぞれの芯管４４・５４の外径には弾性材の複数の畝状リングすなわち畝状リング甲４５および畝状リング乙５５とを形成しており、それぞれの芯管４４・５４の内径の管端近傍には軸受すなわち軸受甲４２および軸受乙５２とを嵌合している。軸受４２・５２はそれぞれ２個の単列深溝玉軸受である。軸受４２・５２は、全方向移動車輪１０の使用目的に応じて、滑り面を潤滑したプラスチックや金属製のリングであってもよい。
回転体４０・５０は、アキシャル方向の負荷によって軸受４２・５２がずれ動かないよう、ストッパーとして芯管４４・５４の管端に管端リングすなわち管端リング甲４７および管端リング乙５７とを嵌合してある。管端リング４７・５７は、全方向移動車輪１０の使用用途による要求仕様に応じて形状を変えている。図７および図８に例示した回転体４０・５０においては、異物がない清浄な路面上で使用する前提のもと、管端リングとしてプラスチック製で小型の管端リング甲ａ４７ａおよび管端リング乙ａ５７ａを組み込んでいる。
各回転体４０・５０のそれぞれの母線の中央付近には、全方向移動車輪１０の組立時にスライドねじ６６を操作するための工具挿し込み穴があり、組立終了後に工具挿し込み穴から異物が回転体４０・５０の内部に侵入しないよう、メクラねじすなわちメクラねじ甲４８およびメクラねじ乙５８と弾性樹脂とで塞いでいる。
各回転体４０・５０は、それぞれの回転軸すなわち回転軸甲４１および回転軸乙５１とが所定の位置に固定された時、各回転体４０・５０の外形輪郭が前記ハブ２０の中心軸２１を中心とする同一円２２に一致する外形形状を有しており、各回転体４０・５０が所定の位置に固定された状態で各回転軸４１・５１を中心に回転可能に構成されることで、車軸１１の回転方向および各回転軸４１・５１廻りの回転による車軸１１方向、およびその合成ベクトル方向に転動する全方向移動車輪が構成されている。
【００３３】  図２および図３および図９に示すように、芯材６０は、金属製またはプラスチック製で、長手方向の一端のほぞ穴に他端の突起を嵌めて２個を組み合わせ、リング状を成すようにしている。芯材６０は、両端部を斜めに切り落した複数の略円筒棒材を連接した形状を成しており、２個の芯材６０をリングを形成するように組み合わせた時、前記リングの外形輪郭が略多角形を成している。リング状とした時の芯材６０は、外形に各支持部材３０を引っ掛けて位置決めするための８個の溝６１を有している。リング状とした時の芯材６０は、外形に２種類の回転体４０・５０の軸受４２・５２の内輪すなわち内輪甲４３および内輪乙５３とを位置決めするための軸受溝すなわち軸受溝甲６２ａおよび軸受溝乙６２ｂとを２４個ずつ有している。リング状とした時の芯材６０は、複数の位置決め部材すなわち位置決め部材甲７０および位置決め部材乙８０がハブ２０の中心軸２１方向へのスライド移動するための３２個のガイド穴６４を有している。芯材６０は、リング状の両側面に、位置決め部材７０・８０の位置規制力を強化するためのスライド面６３を有している。リング状とした時の芯材６０は、相対するスライド面６３の中央にスライドねじ６６を螺接するための２４個のねじ穴６５を有している。芯材６０は、リング状とした時の内側にあたる部分に所定の位置決め部材７０・８０を組み合わせたのちに、軸受４２・５２と管端リング４７・５７を嵌合組立済とした回転体４０・５０の内径に挿入できるよう、芯材６０と位置決め部材７０・８０の形状と寸法を定めている。芯材６０は、軽量化のため、多数の掘り込みを有していてもよい。
【００３４】  図２および図１０および図１１に示す２種類の位置決め部材すなわち位置決め部材甲７０および位置決め部材乙８０とは、金属製またはプラスチック製である。２種類の位置決め部材７０・８０は、平行に彫り込まれた内側のスライド部すなわちスライド部甲７１およびスライド部乙８１とが芯材６０のスライド面６３を挟み込み、内側に突出したガイド軸すなわちガイド軸甲７３およびガイド軸乙８３とが芯材６０のガイド穴６４に嵌合するように形成され、芯材６０に螺接したスライドねじ６６の先端を突き当てて位置決め部材７０・８０の位置ずれを防止するテーパ穴すなわちテーパ穴甲７４およびテーパ穴乙８４とがそれぞれ１個形成されている。２種類の位置決め部材７０・８０の外周側には、２種類の回転体４０・５０に嵌合した軸受の内輪４３・５３が嵌まり込むための内輪受すなわち内輪受甲７２および内輪受乙８２とがそれぞれに２個づつ形成されている。
【００３５】  図２および図３および図１２および図１３および図１４に示すように、ハブ２０の軸穴２３と車軸部品１２との間にクッション機構９０を設けている。クッション機構９０は弾性リング９１とセンタープレート９３とサイドプレート９４とから成っている。弾性リング９１は、ゴム硬度がショアＡ４０以下のポリウレタン製で、外径に溝を掘って平歯車状の畝９２を形成している。弾性リング９１の外径寸法はハブ２０の軸穴２１の内径よりも大きく、嵌合したときに畝９２の押し潰しによる圧縮反力でハブ２０よりも外径側にあるすべての部品の重量を支え、軸穴２３と弾性リング９１との間に隙間が生じないように構成している。弾性リング９１は、ハブ２０の軸穴２３およびハブ２０の側に固定したセンタープレート９３および車軸部品１２の側に固定したサイドプレート９４に囲まれた空間の内部で自由に伸縮や移動ができるように、どの面にも固定されていない。センタープレート９３とサイドプレート９４とはいずれも金属製の板である。弾性リング９１は、硬度が小さく繰返しの圧縮変形に耐え圧縮永久歪みが小さいより高性能な弾性材材料を使用するときは、外径に畝の無い単純な円環形状としてもよい。また、畝の代わりにスポンジ等の弾性材料を巻き付けた２層構造としたものであってもよい。
【００３６】  次に、図１５および図１６および図１７について説明する。
全方向移動車輪１０の第２の実施例として、図１５の全方向移動車輪１０ｂを示す。全方向移動車輪１０ｂは、全方向移動車輪１０ａの回転体甲ａ４０ａと回転体乙ａ５０ａとを、回転体甲ｂ４０ｂと回転体乙ｂ４０ｂとに交換したものである。回転体甲ｂ４０ｂは回転体乙５０に隣接する側の管端リング甲ａ４７ａを、長さを延ばしテーパのニゲ部を設けた管端リング甲ｂ４７ｂに組み換え、回転体乙ｂ４０ｂは回転体乙ａ５０ａの両側の管端リング乙ａ５７ａを、長さを延ばした管端リング乙ｂ５７ｂに組み換えたものである。回転体甲ａ４０ａの管端リング甲ａ４７ａおよび回転体乙ａ５０ａの管端リング乙ａ５７ａは、軸受甲４２および軸受乙５２が所定の位置からアキシャル方向に移動しないようにストッパーの役割を果たすものであったが、回転体甲ｂ４０ｂの管端リング甲ｂ４７ｂおよび回転体乙ｂ５０ｂの管端リング乙ｂ５７ｂは、軸受４２・５２のストッパーの役割を果たすと同時に、全方向移動車輪１０ｂの外周で隣接する回転体甲ｂ４０ｂと回転体乙ｂ５０ｂとの隙間から回転体内部への異物の侵入を抑制するため、互いの間の外周隙間を１ｍｍ以下とする形状としたものである。管端リング４７・５７は全方向移動車輪１０の使用用途による要求仕様に応じて必要な機能が得られるよう形状や材質を適宜選択してもよい。
【００３７】  図２に示すように、回転体４０・５０の管端には大きな開口があり、異物の侵入を許す構造となっている。図１５に示すように、邪魔板９６は回転体甲ｂ４０ｂと回転体乙ｂ５０ｂとが協調して隙間を狭めてもなお残っていた隙間の大部分を塞ぎ、異物が内部へ侵入することを抑制するように芯材６０に固定して設けられている。邪魔板６１はプラスチックモールドの成形品である。邪魔板９６は、各回転体４０・５０との接触が無く、すなわち隙間が存在するので、当該隙間よりも大きな異物の侵入のみを阻止する限定的な効果に留まるものの、図１８に示すように、形状が単純で製造し易く使用環境によっては簡便な実用策となり得る。
【００３８】  全方向移動車輪１０の第３の実施例として、図１９に全方向移動車輪１０ｃを示す。
全方向移動車輪１０ｃは、全方向移動車輪１０ａの回転体甲ａ４０ａと回転体乙ａ５０ａとを、回転体甲ｃ４０ｃと回転体乙ｃ５０ｃに交換したものである。回転体甲ｃ４０ｃと回転体乙ｃ５０ｃとは、回転体４０・５０からすべての管端リング４７・５７とを取り除いたものである。図１９および図２０に示すように、全方向移動車輪１０ｃは、回転体４０・５０に組み込まれたすべての管端リング４７・５７を取り除いて生じた空間に、シールドウォール９７を配置したものである。シールドウォール９７はプラスチックモールドまたは金属のダイキャスト成形品である。シールドウォール９７は、回転体甲ｃ４０ｃと回転体乙ｃ５０ｃとが隣り合う空間に形成される隙間の大部分を覆っている。更に、静止した部品であるシールドウォール９７と回転する部品である各回転体４０・５０との間の隙間を無くするため、この隙間に接触式の回転シール部材９８すなわち回転シール部材ａ９８ａと回転シール部材ｂ９８ｂとを配して隙間を無くし、液体の浸入も阻止する水密構造としている。回転シール部材９８としてシールドウォール９８の動かない端面と、回転する回転体４０・５０の芯管４４・５４の端面との間に配置するフェースシールを例示した。フェースシールは、低摩擦の弾性材料で製作されたＵ字形の断面を持つ回転シール部材である。別の方法として、ベアリングの密封形式シールの接触ゴムシールとして常用されているＬＵシールを用いてもよい。完璧なシール性よりも回転抵抗低減を選択する場合には、ベアリングの非接触式シールであるＬＢシールやＺシール等のラビリンスシールを用いることでもよい。
【００３９】  各部品の材料は、プラスチックモールドとダイキャストとしたものがあるが、使い分けは車輪への負荷の程度により材料と強度を適宜選択する。条件によっては、金属材料の切削によって製作してもよい。
例示した実施例では、回転体甲４０が大径で回転体乙５０が小径としているが、回転体甲４０を小径で回転体乙５０を大径とする構成としてもよい。
例示した実施例では、車軸１１と車軸部品１２の間に軸受を設けて車軸１１を回転しない構造としたが、ハブ２０の軸穴２３に対して車軸１１を直接に嵌合し、車両車体と車軸１１との間に軸受を配置する構造とすることもできる。
【００４０】  次に、作用について説明する。
図１５に全方向移動車輪１０への各回転体４０・５０の組立法を示している。図１５の右半分には、リング状とした時の芯材６０の内側に位置決め部材７０・８０を密着させ、位置決め部材７０・８０のガイド軸７３・８３を芯材６０のガイド穴６４に嵌合させて組み合わせた部分に回転体４０・５０を被せ、軸受４２・５２の内輪４３・５３を芯材６０の軸受溝６２すなわち軸受溝ａ６２ａ軸受溝ｂ６２ｂに嵌まり込ませた状態が示されている。この時、スライドねじ６６のテーパ部先端は位置決め部材７０・８０のテーパ穴７４・８４に接した状態となっている。
図１５の左半分には、芯材６０のねじ穴６５に螺接したスライドねじ６６を廻して位置決め部材７０・８０をスライドねじ６６の推力によってハブ２０の中心軸２１の方向へスライド移動させ、軸受４２・５２の内輪４３・５３が芯材６０に形成された軸受溝６２と同時に、位置決め部材７０・８０に形成された内輪受７２・８２にも嵌まり合って密着し、各回転体４０・５０の各軸受４２・５２の内輪４３・５３のラジアル方向およびアキシャル方向の嵌合の遊びをすべて無くして、各回転体４０・５０の姿勢と位置が固定された状態を示している。この状態で、各回転体４０・５０はそれぞれの回転軸４１・５１の廻りに回転可能に保持されたまま芯材６０の所定の位置に固定され、各回転体４０・５０の外形が中心軸２１を中心とした同一円２２を形成し、全方向移動車輪１０となっている。
【符号の説明】
【００４１】１０  全方向移動車輪
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  全方向移動車輪ａ  全方向移動車輪ｂ  全方向移動車輪ｃ
１１  車軸
１２  車軸部品
２０  ハブ
２１  中心軸
２２  同一円
２３  軸穴
２４  堀込溝
２５  堀込穴
２６  傾斜した内壁
３０  支持部材
３１  先端部
３２  基部
３３  貫通孔
３６  固定部材
３７  セパレータ
４０  回転体甲（回転体）
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ  回転体甲ａ  回転体甲ｂ  回転体甲ｃ
４１  回転軸甲（回転軸）
４２  転がり軸受甲（転がり軸受）
４３  内輪甲（内輪）
４４  芯管甲（芯管）
４５  畝状リング甲（畝状リング）
４６  頂部甲（頂部）
４７  管端リング甲（管端リング）
４７ａ，４７ｂ  管端リング甲ａ  管端リング甲ｂ
４８  メクラねじ甲
５０  回転体乙（回転体）
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ  回転体乙ａ  回転体乙ｂ  回転体乙ｃ
５１  回転軸乙（回転軸）
５２  転がり軸受乙（転がり軸受）
５３  内輪乙（内輪）
５４  芯管乙（芯管）
５５  畝状リング乙（畝状リング））
５６  頂部乙（頂部）
５７  管端リング乙（管端リング）
５７ａ，５７ｂ  管端リング乙ａ  管端リング乙ｂ
５８  メクラねじ乙
６０  芯材
６１  溝
６２  軸受溝
６２ａ，６２ｂ  軸受溝甲  軸受溝乙
６３  スライド面
６４  ガイド穴
６５  ねじ穴
６６  スライドねじ
７０  位置決め部材甲（位置決め部材）
７１  スライド部甲（スライド部）
７２  内輪受甲（内輪受）
７３  ガイド軸甲（ガイド軸）
７４  テーパ穴甲（テーパ穴）
８０  位置決め部材乙（位置決め部材）
８１  スライド部乙（スライド部）
８２  内輪受乙（内輪受）
８３  ガイド軸乙（ガイド軸）
８４  テーパ穴乙（テーパ穴）
９０  クッション機構
９１  弾性リング
９２  畝
９３  センタープレート
９４  サイドプレート
９６  邪魔板
９７  シールドウォール
９８  回転シール部材
９８ａ，９８ｂ  回転シール部材ａ  回転シール部材ｂ
【要約】
【課題】車輪としての耐荷重が大きく、車輪外周に配列した回転体の回転抵抗が小さく、車輪内部への液や固形異物の侵入を防いで長期間故障し難い信頼性があり、振動が少なく乗り心地の良い全方向移動車輪を提供する
【解決手段】太鼓の最大径の付近で輪切りした外形をもつパイプ状の回転体甲と、太鼓の外形をもつパイプ状の回転体乙のそれぞれの回転体の両端に複数の転がり軸受を嵌合し、前記回転体をリング状に配列し、太く短い円筒をリング状に連接して略多角形の外形をもつようにした芯材を挿入して前記転がり軸受を支持し、車軸に嵌合したハブから放射状に張り出した支持部材で、芯材を車輪中心方向へ張力で引き込んで支持固定する構造とした全方向移動車輪とする。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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