JP2005067334A - 全方向移動用車輪およびこれに使用されるフレキシブルタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 分割ローラやタイヤが一体的に車軸方向へ回転できるため、前後方向及び横方向へ移動する場合のエネルギーロスが小さくなり、２輪だけで全方向への移動制御が可能であり、障害物の乗り越え性能が高く、車輪強度も高めることができる全方向移動用車輪を提供する。
【解決手段】 中央部位に全方向移動体の車軸が直交するように配置されるホイール２と、このホイール２の外側に延出された複数の支持部材３と、これらの支持部材３に車軸と垂直なローラ軸４１回りに回転自在に支持され、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した複数の樽形分割ローラ４とを有し、隣接する樽形分割ローラ４同士を連結して回転力を伝達する動力伝達手段６を設け、一連の樽形分割ローラ４を横方向に一体的に回転させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平面上を全方向に移動可能な全方向移動体に用いられる車輪に係り、特に、車いす等の介護用移動車両や工場等で用いられる搬送用車両、ロボット等に用いるのに好適な全方向移動用車輪に関するものである。

従来から全方向移動用車輪に関する技術がいくつか提案されており、例えば、特開２００３−１２７６０５号公報には、全方向移動車両に用いられる車輪構造が記載されている（特許文献１）。この車輪は、駆動軸に嵌合されるハブと外周リングをスポークのような連結支持部により連結し、外周リングに複数の回転ローラを回転自在に軸支して構造になっている。そして、この車輪を適用した全方向移動車両に使用する場合、少なくとも３つの車輪を直線移動方向が異なるように設け、各車輪の回転方向および回転数を個別に制御しなければならない。

特開２００３−１２７６０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、以下のような問題がある。
（１）全方向に移動させるために前述した特殊な車輪が最低３輪必要となり、これら各車輪の回転方向および回転数を個別に制御しなければならず、複雑な駆動制御プログラムを設定しなければならないし、コスト負担も大きい。
（２）移動方向と異なる方向の駆動力成分を打ち消す必要があるため、エネルギーロスが大きく効率が悪い。
（３）図２３に示すように、３輪であればその車軸を１２０°間隔で交差するように配置する必要があり、４輪であれば９０°間隔で交差するように配置しなければならず、全ての車輪の車軸を車体の直進方向と垂直に配置することはできない。したがって、段差を乗り越える場合、いずれかの車輪は段差に対して図２４（ａ）または（ｂ）に示すような角度で対峙し、アプローチ角度が大きくなってしまうので乗り越え性能が悪い。
（４）外周リングに遊嵌された各回転体は相互の関連性はなく独立して回転するため、個々の回転体が接地面からの衝撃を単独でまともに受けてしまう。したがって、強い衝撃を受けると回転体が破損するおそれがある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、分割ローラやタイヤが一体的に車軸方向へ回転できるため、前後方向及び横方向へ移動する場合のエネルギーロスが小さくなり、２輪だけで全方向への移動制御が可能であり、障害物の乗り越え性能が高く、車輪強度も高めることができる全方向移動用車輪を提供することを目的としている。

本発明に係る駆動源付きの全方向移動用車輪の特徴は、平面上を全方向に移動する全方向移動体に使用する全方向移動用車輪において、中央部位に前記全方向移動体の車軸が直交するように配置されるホイールと、このホイールの外側に延出された複数の支持部材と、これらの支持部材に前記車軸と垂直なローラ軸回りに回転自在に支持され、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した複数の樽形分割ローラとを有し、隣接する樽形分割ローラ同士を連結して回転力を伝達する動力伝達手段を設け、一連の樽形分割ローラを横方向に一体的に回転させる点にある。そして、このような構成を採用したことにより、いずれかの樽形分割ローラが回転力を受けると、この回転力を動力伝達手段によって隣接する他の樽形分割ローラに伝達し、一連の樽形分割ローラが一体的に車軸方向である横方向へ回転する。

また、本発明では、いずれか１つの樽形分割ローラに接続してこの樽形分割ローラをローラ軸回りに回転させると共に、前記動力伝達手段を介して一連の他の樽形分割ローラを横方向に一体的に回転させ得る回転力を付与するローラ駆動機構をホイールに配置してもよく、１つの動力源ですべての樽形分割ローラを横方向回転できる。

さらに、本発明では、いずれか１つの樽形分割ローラの外周面に当接してこの樽形分割ローラのローラ軸回りの回転を制動すると共に、前記動力伝達手段を介して一連の他の樽形分割ローラすべての横方向の回転を制動する横回転制動機構をホイールに配置してもよく、１つの制動機構ですべての樽形分割ローラを制動できる。

また、本発明に係る駆動源付きの全方向移動用車輪の特徴は、平面上を全方向に移動する全方向移動体に使用する全方向移動用車輪において、中央部位に前記全方向移動体の車軸が直交するように配置されるホイールと、このホイールの外側に延出された複数の支持部材と、これらの支持部材に前記車軸と垂直なローラ軸回りに回転自在に支持された複数の分割ローラとを有し、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えるように湾曲された分割フレキシブルタイヤによって前記各分割ローラ同士を連結して前記分割ローラおよび前記分割フレキシブルタイヤを横方向に一体的に回転させる点にある。そして、このような構成を採用したことにより、いずれか１つの分割ローラに回転力を付与するだけで、この回転力を分割フレキシブルタイヤによって他の分割ローラに伝達し、分割ローラおよび分割フレキシブルタイヤがすべて一体的に車軸方向である横方向に回転する。

また、本発明では、いずれか１つの分割ローラに接続してこの分割ローラをローラ軸回りに回転させると共に、この分割ローラに連結された分割フレキシブルタイヤおよび他の分割ローラを横方向に一体的に回転させ得る回転力を付与するローラ駆動機構をホイールに配置してもよく、１つの動力源で分割ローラおよび分割フレキシブルタイヤを横方向回転できる。

さらに、本発明では、いずれか１つの分割ローラの外周面に当接してこの分割ローラのローラ軸回りの回転を制動すると共に、この分割ローラに連結された前記分割フレキシブルタイヤおよび他の分割ローラの横方向の回転を一体的に制動する横回転制動機構をホイールに配置してもよく、１つの制動機構ですべての分割ローラおよび分割フレキシブルタイヤを制動できる。

また、本発明では、分割ローラおよび分割フレキシブルタイヤを確実に横方向に回転させるため、分割フレキシブルタイヤは、タイヤの中心線上に配置されておりタイヤの曲率形状を保持するための複数の曲率保持芯材と、この曲率保持芯材の外周に回転自在に嵌められた複数個の円筒状のねじりトルク伝達ローラと、各ねじりトルク伝達ローラの外周に嵌合されたタイヤ部とから構成されており、隣接する曲率保持芯材を分割ローラ位置で連結すると共に、前記ねじりトルク伝達ローラは、その円状端面に沿って複数の歯合突起を所定の間隔を隔てて形成しており、それぞれ隣接するねじりトルク伝達ローラと歯合されていることが好ましい。

また、本発明に係る全方向移動用車輪の特徴は、平面上を全方向に移動する全方向移動体に使用する全方向移動用車輪において、中央部位に前記全方向移動体の車軸が直交するように配置されるホイールと、このホイールの外側に延出されて車軸方向に２つの支持部を備えるように分岐された複数の二股状支持部材、及びこの二股状支持部材の各支持部に前記車軸と垂直なローラ軸回りに回転自在に支持された１対の駆動ローラを円周方向に間隔を隔てて複数組備えた駆動ローラユニットと、これら駆動ローラユニットにおける１対の駆動ローラに狭持されて、これら駆動ローラが回転するのに従って横方向に回転するリング状のフレキシブルタイヤとを有している点にある。そして、このような構成を採用したことにより、駆動ローラユニットの各駆動ローラに回転力を付与するか、あるいはフレキシブルタイヤに外部から別途、回転力を付与することによりフレキシブルタイヤが車軸方向である横方向に回転する。

また、本発明では、いずれか１対の駆動ローラに接続してローラ軸回りに回転させると共に、これら１対の駆動ローラに狭持されたフレキシブルタイヤを横方向に回転させ得る回転力を付与するローラ駆動機構をホイールに配置してもよく、１つの動力源でフレキシブルタイヤを横方向回転できる。

さらに、本発明では、いずれか１対の駆動ローラの外周面に当接してこれら１対の駆動ローラのローラ軸回りの回転を制動し、これら駆動ローラに狭持されたフレキシブルタイヤの横方向の回転を制動する横回転制動機構をホイールに配置してもよく、１つの制動機構でフレキシブルタイヤを制動できる。

さらに、本発明では、フレキシブルタイヤがリング形状を保持しつつ、確実に横方向に回転するため、前記フレキシブルタイヤは、タイヤの中心線上に配置され、リング形状を保持するためのリング状芯材と、このリング状芯材の外周に回転自在に嵌められた複数個の円筒状のねじりトルク伝達ローラと、これらのねじりトルク伝達ローラの外周に嵌合されたタイヤ部とから構成されており、前記ねじりトルク伝達ローラは、その円状端面に沿って複数の歯合突起を所定の間隔を隔てて形成しており、それぞれ隣接するねじりトルク伝達ローラと歯合されていることが好ましい。

また、本発明では、フレキシブルタイヤが駆動ローラから離脱するのを確実に防止するため、駆動ローラユニットにおける二股状支持部材に、各支持部からフレキシブルタイヤの中心軸線よりも外側に延出させた脱輪防止クランプが形成されていることが望ましい。

また、本発明では、分割フレキシブルタイヤあるいはフレキシブルタイヤは、横方向の回転時に内周長さと外周長さとの差がもたらす伸縮変形を円滑に行うための伸縮変形孔を形成していることが好ましい。

さらに、本発明では、横方向の回転を円滑にするため、分割フレキシブルタイヤあるいはフレキシブルタイヤは、多数の円板状タイヤ部と、これら円板状タイヤ部同士をタイヤの変形を受容し得る隙間を形成するように連結する１対の変形連結部とを有しており、これら１対の変形連結部を前記円板状タイヤ部に対して中心点対称位置に配置すると共に、連結方向に隣り合う変形連結部は前記円板タイヤ部の周方向に対して相互に約９０°位置をずらして配置することが好ましい。

また、本発明に係るフレキシブルタイヤの特徴は、全方向移動用車輪に使用されるフレキシブルタイヤであって、多数の円板状タイヤ部と、これら円板状タイヤ部同士をタイヤの変形を受容し得る隙間を形成するように連結する１対の変形連結部とを有しており、これら１対の変形連結部は前記円板状タイヤ部に対して中心点対称位置に配置されていると共に、連結方向に隣り合う変形連結部は前記円板タイヤ部の周方向に対して相互に約９０°位置がずれるように配置されている点にある。

本発明によれば、分割ローラやタイヤ部分が一体的に車軸方向へ回転できるため、車椅子等のように全車輪の車軸を車体の直進方向に対して垂直に配置する場合でも容易に全方向に移動させられるとともに、前後方向及び横方向へ移動する場合のエネルギーロスを低減し、障害物の乗り越え性能や車輪強度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る全方向移動用車輪の第１の実施形態を示す斜視図である。本第１実施形態の全方向移動用車輪１Ａは、主として、全方向移動体の車軸に取り付けられるホイール２と、このホイール２の半径方向に延出された複数の支持部材３と、これら支持部材３に回転自在に支持される樽形分割ローラ４と、この樽形分割ローラ４に回転力を付与するローラ駆動機構５と、隣接する樽形分割ローラ４同士を連結して回転力を伝達する動力伝達手段６とから構成されている。

本第１実施形態の各構成部についてより詳細に説明する。ホイール２は、その中央部位に車軸用貫通孔２１が形成されており、全方向移動体の車軸が直交するように嵌入される。また、支持部材３は、ホイール２の外周に沿って等角度間隔で設けられており、図２に示すように、樽形分割ローラ４を車軸に対して垂直な軸線上で回転自在に軸支するためのローラ軸用貫通孔３１が形成されており、この内側にベアリング３２を介して前記樽形分割ローラ４が支持される。なお、ホイール２の形状は円板状に限らず車輪のホイール機能を果たせれば様々な形状を選択してよいし、支持部材３の形状もホイール２から外側に延出して樽形分割ローラ４を所定位置に支持できればその延出方向や形状は多様に選択してよい。

つぎに、樽形分割ローラ４について説明する。図２に示すように、樽形分割ローラ４は、そのローラ軸４１が互いに嵌合する一対の雄ローラ４２および雌ローラ４３とから構成されている。各ローラ軸４１，４１を支持部材３のローラ軸用貫通孔３１内に挿入し、互いに嵌合することで回転自在に支持される。また、雄ローラ４２および雌ローラ４３の外形は、円の曲率を備えるように軸方向中央部位が膨出形成されており、図１に示すように、各樽形分割ローラ４を支持部材３に取り付けると、外形が略円形を形成する。樽形分割ローラ４の外面には周方向に等間隔の溝部が形成されているが、異物が填るようであれば樹脂製フィルムを被覆してもよい。また、樽形分割ローラ４の数は使用場所や状況に応じて任意に選択可能である。

つぎに、図２に示すように、ローラ駆動機構５は、ホイール２内に配置される駆動モータ５１と、ローラ軸４１の略中央に一体的に固定されるスプロケット５２と、このスプロケット５２に駆動モータ５１の回転力を伝達する駆動チェーン５３とから構成されている。この駆動チェーン５３は、ホイール２から支持部材３にかけて内部に収容されており、モータ軸５１ａのスプロケット５１ｂとローラ軸４１のスプロケット５２とに巻回されている。このローラ駆動機構５は、１つの樽形分割ローラ４に接続させており、他の樽形分割ローラ４には動力伝達手段６を介して伝達され、結局、すべての樽形分割ローラ４がローラ軸回りに一体的に回転するようになっている。なお、必要なトルク量に応じて複数のローラ駆動機構５を設けることも可能であるが、本第１実施形態では樽形分割ローラ４が動力伝達手段６によって連結されているため、１つのローラ駆動機構５によって一連の樽形分割ローラ４を横方向に回転し得る。

つぎに、動力伝達手段６について説明する。図３（ａ）に示すように、動力伝達手段６は、樽形分割ローラ４の両端部に設けられた高摩擦部材６１により構成されている。この高摩擦部材６１は、ローラ軸４１の軸線周りにリング状に形成されており、隣接する樽形分割ローラ４の高摩擦部材６１と接触するように配置されている。本第１実施形態では、高摩擦部材６１による摩擦力を高めて高い回転力を伝達するために樽形分割ローラ４の両端部を円錐面に形成し、高摩擦部材６１同士の接触面積を大きくしている。さらに図３に示すように、隣接する樽形分割ローラ４のローラ軸４１を連結するようにしてもよい。

なお、動力伝達手段６は、上述したものに限らず、図３（ｂ）に示すように、各樽形分割ローラ４の両端面にかさ歯車６２を設け、隣接するかさ歯車６２と噛合させる構成にしてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、各樽形分割ローラ４のローラ軸４１をユニバーサルジョイント６３により連結してもよい。これらによれば精度の高い伝達が可能となる。

次に、本第１実施形態の全方向移動用車輪１Ａの作用について説明する。

本第１実施形態の全方向移動用車輪１Ａは、例えば、図４に示すように、車椅子の車輪として適用できる。この車椅子を前後方向に移動する場合、樽形分割ローラ４に繋がっている駆動モータ５１を停止して全方向移動用車輪１Ａのみを車軸の回転に従って駆動すればよい。左右横方向に移動する場合、駆動モータ５１を回転させて駆動チェーン５３を介して回転力をスプロケット５２に伝達し、ローラ軸４１を回転させることにより樽形分割ローラ４を回転する。この樽形分割ローラ４の回転力は両端に形成された高摩擦部材６１によって隣接する樽形分割ローラ４に伝達される。この回転力は順次、隣合う他の樽形分割ローラ４に伝達し、一連の樽形分割ローラ４が車軸方向、つまり車椅子の横方向に一体的に回転する。これにより車椅子は進行方向を変えることなく直線的に横方向へ移動できる。

また、斜め方向に移動する場合、車輪全体と樽形分割ローラ４の双方を回転させて各駆動力成分のベクトル和により駆動力を得る。すなわち、車軸から得られた前後方向の駆動力成分ベクトルと、駆動モータ５１から得られた横方向の駆動力成分ベクトルをベクトル和にした方向の駆動力が得られる。これにより、車軸および駆動モータ５１の回転数および回転方向をそれぞれ制御することにより、斜め前後方向の駆動力が得られる。

したがって、図５に示すように、従来の一般的な車椅子であれば、前後方向への直進と斜め方向への方向転換移動（細い矢印で示す方向の移動）しかできなかったのに対し、本第１実施形態を使用した車椅子によれば、これに加えて、左右方向への直進及び斜め方向への直進（太い矢印で示す方向の移動）が可能となる。しかも駅構内や電車内等の狭い場所で移動を余儀なくされることの多い車椅子にとって最も利用価値のある横方向の直進移動が、樽形分割ローラ４の回転方向に一致するため無駄なエネルギーロスがなく、極めて軽い力で横方向に移動できるメリットがある。

また、２輪だけで全方向への移動制御が可能になって複雑な制御を必要としない。さらに、例えば前後方向に存在する障害物に対しては全方向移動用車輪１Ａが正面でアプローチし、左右横方向に存在する障害物に対しては樽形分割ローラ４が正面でアプローチするため、障害物を乗り越えるためのアプローチ角が最も小さくなり、従来の全方向移動用車輪１Ａに比べて乗り越え性能が向上する。

さらに、各樽形分割ローラ４同士が一体的に連結されているため、接地面や障害物への衝突面から受けた衝撃を車輪全体で受け止め各樽形分割ローラ４に分散できるので車輪強度が高められるという効果も奏する。

また、本第１実施形態によれば、多様な車輪のレイアウトが可能となり、車輪が邪魔にならない配置が可能となる。例えば車椅子を例にすると、車椅子の乗員の足下スペースおよび介護者の足下スペースは図６（ａ）の斜線で示す範囲である。これに対し、図６（ｂ）の点線で示すように、従来の車椅子ではキャスターの移動範囲が乗員の足下スペースを狭めてしまう。しかし、第１実施形態の全方向移動用車輪１Ａを使用すれば、図６（ｃ）〜（ｆ）の点線で示すような足下スペースを完全にフリーにする配置が可能であり、作業性を向上できる。

なお、本第１実施形態の全方向移動用車輪１Ａを車椅子に適用した他の例を図７および図８に示す。図７は車椅子の４つの車輪をすべて全方向移動用車輪１Ａにした例である。もちろん車椅子に限らず４輪駆動の自動車等への応用も可能である。また図８の車椅子はキャスター部分に全方向移動用車輪１Ａを使用したものであり、この場合はローラ駆動機構５を備える必要はない。このキャスターはすべての樽形分割ローラ４が一体的に連結されているので安定した動作になるし、左右に首を振ることがないので広い足下スペースを確保できる。

次に、本発明に係る第２の実施形態について図９から図１６を参照して説明する。なお、本第２実施形態のうち、第１実施形態の構成と同一若しくは相当する構成は、同一の符号を付して再度の説明を省略する。

本第２実施形態の全方向移動用車輪１Ｂの特徴は、分割ローラ７を分割フレキシブルタイヤ８により連結して全体を横方向に回転させる点にある。つまり、本第２実施形態は、図９から図１１に示すように、主として、全方向移動体の車軸に取り付けられるホイール２と、このホイール２の半径方向に延出された複数の支持部材３と、これら支持部材３に回転自在に支持される分割ローラ７と、この分割ローラ７に回転力を付与するローラ駆動機構５と、隣り合う分割ローラ７同士を連結して回転力を伝達する分割フレキシブルタイヤ８とから構成されている。

図１０に示すように、分割ローラ７は、ローラ軸用貫通孔３１にローラ軸４１が挿入され、支持部材３にベアリング３２を介して回転自在に支持されている。分割ローラ７の外形は、円の曲率を備えるように円弧状に形成されているとともに、その側面にはテーパ状の凹溝７１が形成されている。また、分割ローラ７のローラ軸線上には、芯材用ベアリング７２が設けられており、後述する曲率保持芯材８１の周りを円滑に回転し得るようになっている。なお、ローラ駆動機構５は、図１１に示すように、第１実施形態で説明した構造とほぼ同等である。

分割フレキシブルタイヤ８は、図１２に示すように、タイヤの曲率形状を保持する曲率保持芯材８１と、この曲率保持芯材８１の外周に回転自在に嵌められたねじりトルク伝達ローラ８２と、このねじりトルク伝達ローラ８２の外周に嵌合されたタイヤ部８３とから構成されている。曲率保持芯材８１は、円の曲率を備えた円弧状に形成されており、タイヤの中心線上に配置される。この曲率保持芯材８１は、その両端部を各分割ローラ７の芯材用ベアリング７２に嵌入させて隣接する曲率保持芯材８１と連結されている。

また、図１３および図１４に示すように、ねじりトルク伝達ローラ８２は、円筒状に形成されており、その円形状端面に沿って複数の歯合突起８２ａが所定の間隔を隔てて形成され、これらの歯合突起８２ａを介して隣接する他のねじりトルク伝達ローラ８２と歯合されている。このねじりトルク伝達ローラ８２は、回転力を受けた分割ローラ７のねじりトルクを順次、他の分割フレキシブルタイヤ８へ伝達する機能と、タイヤ部８３の回転を円滑にする機能を果たしている。つまり、分割フレキシブルタイヤ８に対する負荷がそれ程大きくなければねじりトルク伝達ローラ８２を介さなくてもタイヤ部８３は曲率保持芯材８１の回りを回転できるが、負荷が大きくなると摩擦が大きくなって回転できない場合がある。従って、負荷の程度によってねじりトルク伝達ローラ８２が必要になり、しかもより円滑に回転させる必要がある場合には、曲率保持芯材８１との間に潤滑油を差したり、ベアリングを配置すればよい。

また、ねじりトルク伝達ローラ８２の端面に形成した歯合突起８２ａは、高い精度を要求されるものではなく、回転力が伝達さえできればよい。極言すれば２つの歯合突起８２ａだけで動力を伝達してもよい。各歯合突起８２ａ同士の間隔は大きく遊びが取られており、円弧状に連結されていてもねじりトルクが伝達できるようになっている。つまり、内周側に回転したときには他の歯合突起８２ａと歯合し、外周側に回転したときには内周差によって歯合を解除されるように隙間が形成されている。

さらに、図１５に示すように、分割フレキシブルタイヤ８におけるタイヤ部８３は、多数の円板状タイヤ部８３ａと、これら円板状タイヤ部８３ａ同士を所定の隙間を空けて連結する１対の変形連結部８３ｂ，８３ｂとから構成されている。円板状タイヤ部８３ａには曲率保持芯材８１およびねじりトルク伝達ローラ８２を挿入する孔８３ｃが形成されている。この挿入孔８３ｃを挟んで対称位置に１対の変形連結部８３ｂ，８３ｂを配置し、これら変形連結部８３ｂ，８３ｂに対して連結方向に隣り合う１対の変形連結部８３ｂ，８３ｂを円周角で約９０°位置をずらして配置している。これにより分割フレキシブルタイヤ８が３６０°の半径方向にすべて柔軟に変形することができる。したがって、分割フレキシブルタイヤ８を横方向に回転させたとしても、内周長さと外周長さとの差によって生じる伸縮変形に対して柔軟に変形するためタイヤ部８３にかかる応力が低減され、より低トルクで回転させられる。また、タイヤ部８３によるねじりトルクも伝達させやすい。なお、分割フレキシブルタイヤ８の両端部は分割ローラ７の凹溝７１に接着材等により接着されている。

このような分割フレキシブルタイヤ８の横方向に回転する場合の内外周差の対策は、図１６に示すように、タイヤ部８３に車軸方向へ長い楕円状の伸縮変形孔８３ｄを形成することにより対応してもよい。

このような本第２実施形態の全方向移動用車輪１Ｂは、車椅子等の全方向移動体に取り付けられて車椅子左右の横方向に移動する場合、駆動モータ５１の動力をローラ駆動機構５によって分割ローラ７に伝達し、これを回転させる。この分割ローラ７の回転に伴って分割フレキシブルタイヤ８も回転し、この回転力はタイヤ部８３がねじれることにより隣接する分割ローラ７に伝達したり、ねじりトルク伝達ローラ８２の歯合突起８２ａに歯合する他のねじりトルク伝達ローラ８２を介して順次伝達され、リング状に連結された分割フレキシブルタイヤ８全体が一体的に横方向へ回転する。これにより車椅子等の全方向移動体が横方向へ直線的に移動することができる。

したがって、本第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、前後左右斜め方向に直線移動することが可能であり、しかもエネルギーロスが極めて小さいというメリットがある。さらに障害物の乗り越え性能も向上し、タイヤ強度にも優れている。なお、タイヤ部８３に泥や埃が詰まるようであればカバーを被覆すればよい。

次に、本発明に係る第３の実施形態について図１７から図１９を参照して説明する。なお、本第３実施形態のうち、前述した各実施形態の構成と同一若しくは相当する構成は、同一の符号を付して再度の説明を省略する。

本第３実施形態の全方向移動用車輪１Ｃの特徴は、ホイール２とタイヤ部分とを完全に分離して駆動ローラユニット９を利用してフレキシブルタイヤ１０を回転させる点にある。つまり、本第３実施形態は、図１７に示すように、主として、全方向移動体の車軸が連結されるホイール２と、このホイール２の外側に延出された複数の二股状支持部材９１、及びこの二股状支持部材９１に回転自在に支持された１対の駆動ローラ９２，９２を備えた複数の駆動ローラユニット９と、駆動ローラ９２に回転力を付与するローラ駆動機構５と、これら駆動ローラユニット９における１対の駆動ローラ９２，９２に狭持されたリング状のフレキシブルタイヤ１０とから構成されている。

駆動ローラユニット９は、主として二股状支持部材９１と駆動ローラ９２，９２とから構成されている。二股状支持部材９１はホイール２の半径方向に延出されて車軸方向に２つの支持部９１ａ，９１ａを備えるように分岐されている。この二股状支持部材９１の各支持部９１ａ，９１ａには、１対の駆動ローラ９２，９２が車軸と垂直なローラ軸４１の回りに回転自在に支持されている。また、駆動ローラ９２，９２にはローラ駆動機構５の駆動力を受けるローラギア９２ａが取り付けられている。なお、本第３実施形態では、３つの駆動ローラユニット９を備えるようにしているが、数を増やすことによりフレキシブルタイヤ１０の安定性を向上させるようにしてもよい。

ローラ駆動機構５は、前述のような駆動チェーン５３を使用してもよいが、本第３実施形態では伝達歯車５４により回転力が伝達される構成を示す。図１８に示すように、ホイール２内には駆動モータ５１が配置され、二股状支持部材９１の両側面には１対の伝達歯車５４，５４が軸支されている。モータ軸５１ａと伝達歯車５４とはウォームギア５５によって連結され、駆動モータ５１の動力が伝達歯車５４へと伝達される。この伝達歯車５４は駆動ローラ９２，９２のローラギア９２ａと歯合し、駆動モータ５１の動力によって駆動ローラ９２，９２が回転されるようになっている。なお、本第３実施形態では、ローラ駆動機構５を全方向移動用車輪１Ｃの一構成として備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、駆動ローラ９２，９２を備えたローラ駆動機構５を車椅子本体に配置し、その駆動ローラ９２，９２をフレキシブルタイヤ１０に接触させて回転させるようにしてもよい。また、本第３実施形態では、リング状のフレキシブルタイヤ１０を使用しているため、１つの駆動ローラユニット９であっても全体を横方向に回転させられる。

また、フレキシブルタイヤ１０は分割されずにリング状の構造であるため、芯材としてリング状芯材を用いているが、その他の内部構造は、図１２から図１５に示すような第２実施形態における分割フレキシブルタイヤ８とほぼ同等の構造である。このフレキシブルタイヤ１０が、一対の駆動ローラ９２，９２に回転自在に狭持されている。

また、図１９に示すように、通常のフレキシブルタイヤ１０と二股状支持部材９１との位置関係は、図１９（ａ）に示すように脱輪しにくい三角形関係をなしているが、より脱輪防止効果を高めるために、図１９（ｂ）に示すように、二股状支持部材９１の両支持部９１ａ，９１ａからフレキシブルタイヤ１０の中心軸線よりも外側に延出させた脱輪防止クランプ９１ｂ，９１ｂを形成してもよい。さらに、図１９（ｃ）に示すように、二股状支持部材９１の両支持部９１ａ，９１ａをフレキシブルタイヤ１０の内部に挿入する構造にしてもよい。

このような本第３実施形態の全方向移動用車輪１Ｃは、車椅子等の全方向移動体に取り付けられて左右の横方向に移動する場合、駆動モータ５１の動力をローラ駆動機構５によって駆動ローラユニット９の１対の駆動ローラ９２，９２に伝達しこれらを回転させる。この駆動ローラ９２，９２の回転によりフレキシブルタイヤ１０が回転し、この回転力は隣り合う円板状タイヤ部８３ａに次々に伝達され、また、ねじりトルク伝達ローラ８２によっても伝達され、リング状のフレキシブルタイヤ１０が横方向へ回転する。これにより車椅子等の全方向移動体が横方向へ直線的に移動することができる。

したがって、本第３実施形態によれば、前述した各実施形態と同様に、前後左右斜め方向への直線移動を含む平面上の全方向に移動することが可能であり、しかもエネルギーロスが極めて小さいというメリットがある。さらに障害物の乗り越え性能にも優れ、タイヤが受ける衝撃を緩衝しやすい構造である。

なお、本発明に係る全方向移動用車輪は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、上述した各実施形態では、横方向の駆動源として駆動モータ５１を使用しているが、これに限られるものではなく、手動により駆動力を付与する手動機構１１を備えてもよい。図２０は、本第２実施形態の全方向移動用車輪１Ｂに手動機構１１を適用した一例を示している。この手動機構１１は、利用者が把持して回転操作するリング状のハンドリム１２と、このハンドリム１２の回転力を直交方向の回転に変換するウォームギヤ１３とから構成されている。ハンドリム１２は、全方向移動体の車軸回りに設けられウォーム１３ａを車軸方向の軸回りに回転させる。一方、ウォームホイール１３ｂは、駆動チェーン５３が巻回されたスプロケット５１ｂと同軸に設けられ、回転力を分割ローラ７のスプロケット５２に伝達する。これにより、全方向移動体の乗員がハンドリム１２を回転すると、ウォームギヤ１３が車軸回りの回転力を車軸と垂直なローラ軸４１回りの回転力に変換して伝達し、全方向移動車輪に横方向の駆動力を付与する。

また、全方向移動体が前後方向に直進移動する場合、横方向の駆動モータ５１を停止させるだけでもよいが、より直進性能を高めるために、樽形分割ローラ４、分割ローラ７、分割フレキシブルタイヤ８またはフレキシブルタイヤ１０がローラ軸回りに回転するのを制動する機構を設けてもよい。例えば、分割ローラ７と分割フレキシブルタイヤ８を備えた車輪を例にすれば、図２１および図２２に示すような横回転制動機構１４を設けてもよい。この横回転制動機構１４は、ホイール２内に配置されたブレーキ作動レバー９５と、このブレーキ作動レバー９５に連動して回転し外周にギアが形成された連動ギア９６と、この連動ギア９６に歯合する内周ギアが形成され、ホイール２の側面に沿って摺動するブレーキパッド制御カムリング９７と、このブレーキパッド制御カムリング９７の回転動作によって半径方向に進退移動するブレーキパッド９８とから構成されている。このような横回転制動機構１４は、ユーザがブレーキ作動レバー９５を操作すると、これに連動して連動ギア９６が回転し、これに歯合しているブレーキパッド制御カムリング９７が回転する。このブレーキパッド制御カムリング９７の外周凸面によってブレーキパッド９８が外方に押し出され、分割ローラ７の外周面に当接する。この当接による摩擦抵抗によって分割ローラ７がローラ軸回りの回転を制動される。

このような横回転制動機構１４によれば、すべての分割ローラ７を別個に制動する必要がなく、いずれか１つの分割ローラ７を制動するだけで、分割フレキシブルタイヤ８および他の分割ローラ７も一体的に制動することができる。もちろんこの横回転制動機構１４は、第２実施形態だけでなく、第１実施形態や第３実施形態の全方向移動用車輪１Ａ，１Ｃにも適用することが可能であり、第１実施形態であれば、樽形分割ローラ４の外周面にブレーキパッド９８が進退して当接するようになっており、第３実施形態であれば駆動ローラ９２の外周面にブレーキパッド９８が進退して当接するようになればよい。この場合も１つの横回転制動機構１４によってすべての樽形分割ローラ４やフレキシブルタイヤ１０、駆動ローラ９２を一体的に制動することができる。

また、前述した各実施形態ではローラ駆動機構５を車輪自体に備えている構成を示したが、これに限る必要はなく、車椅子のキャスターの如くローラ駆動機構５を備えない車輪や車椅子等の全方向移動体にローラ駆動機構５が配置される構成としてもよい。

本発明に係る全方向移動用車輪の第１の実施形態を示す斜視図である。 本第１実施形態における樽形分割ローラの一部破断拡大図である。 本第１実施形態における動力伝達手段のバリエーションを示す図であり、（ａ）高摩擦部材、（ｂ）かさ歯車、（ｃ）ユニバーサルジョイントを用いた例である。 本第１実施形態の全方向移動用車輪を車椅子に適用した一例を示す全体図である。 従来の車椅子と本第１実施形態の車椅子の移動可能な方向を示す平面図である。 車椅子の車輪のレイアウトを比較する模式図であり、（ａ）車椅子の乗員の足下スペースおよび介護者の足下スペースを示す図、（ｂ）従来の車椅子のキャスターの移動範囲を示す図、（ｃ）〜（ｆ）本第１実施形態の全方向移動用車輪のレイアウトのバリエーションを示す図である。 本第１実施形態の全方向移動用車輪を車椅子の４輪全てに適用した場合の一例を示す斜視図である。 本第１実施形態の全方向移動用車輪を車椅子のキャスターに適用した場合の一例を示す斜視図である。 本発明に係る全方向移動用車輪の第２の実施形態を示す斜視図である。 本第２実施形態における要部の一部破断拡大図である。 本第２実施形態のローラ駆動機構を示す断面図である。 本第２実施形態の全方向移動用車輪の一部破断図である。 本第２実施形態のねじりトルク伝達ローラの外観斜視図である。 本第２実施形態のねじりトルク伝達ローラが複数個歯合した状態を示す概略図である。 本第２実施形態の分割フレキシブルタイヤの構造を示す模式図である。 本第２実施形態の分割フレキシブルタイヤの他の実施例を示す模式図である。 本発明に係る全方向移動用車輪の第３の実施形態を示す斜視図である。 本第３実施形態における要部を示す拡大断面図である。 本第３実施形態における二股状支持部材の（ａ）通常の構造を示す断面図、および（ｂ）、（ｃ）脱輪防止クランプを備えた構造を示す断面図である。 本発明に係る全方向移動用車輪に手動機構を適用した一例を示す概略断面図である。 本発明に係る全方向移動用車輪に横回転制動機構を適用した一例を示す模式的な破断図である。 図２１における横回転制動機構のブレーキパッド部分の拡大図である。 従来の全方向移動用車輪を全方向移動体に適用する場合の配置を示し、（ａ）３輪の場合、（ｂ）４輪の場合を示す模式図である。 全方向移動用車輪の障害物等の段差に対するアプローチ角度を示し、（ａ）車軸方向にアプローチする場合、（ｂ）所定の角度でアプローチする場合の模式図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 全方向移動用車輪
２ ホイール
３ 支持部材
４ 樽形分割ローラ
５ ローラ駆動機構
６ 動力伝達手段
７ 分割ローラ
８ 分割フレキシブルタイヤ
９ 駆動ローラユニット
１０ フレキシブルタイヤ
１１ 手動機構
１２ ハンドリム
１３ ウォームギヤ
１３ａ ウォーム
１３ｂ ウォームホイール
１４ 横回転制動機構
２１ 車軸用貫通孔
３１ ローラ軸用貫通孔
３２ ベアリング
４１ ローラ軸
４２ 雄ローラ
４３ 雌ローラ
５１ 駆動モータ
５１ａ モータ軸
５１ｂ スプロケット
５２ スプロケット
５３ 駆動チェーン
５４ 伝達歯車
５５ ウォームギヤ
６１ 高摩擦部材
６２ かさ歯車
６３ ユニバーサルジョイント
７１ 凹溝
７２ 芯材用ベアリング
８１ 曲率保持芯材
８２ ねじりトルク伝達ローラ
８２ａ 歯合突起
８３ タイヤ部
８３ａ 円板状タイヤ部
８３ｂ 変形連結部
８３ｃ 挿入孔
８３ｄ 伸縮変形孔
９１ 二股状支持部材
９１ａ 支持部
９１ｂ 脱輪防止クランプ
９２ 駆動ローラ
９２ａ ローラギア
９５ ブレーキ作動レバー
９６ 連動ギア
９７ ブレーキパッド制御カムリング
９８ ブレーキパッド

Claims (15)

1. 平面上を全方向に移動する全方向移動体に使用する全方向移動用車輪において、
   中央部位に前記全方向移動体の車軸が直交するように配置されるホイールと、このホイールの外側に延出された複数の支持部材と、これらの支持部材に前記車軸と垂直なローラ軸回りに回転自在に支持され、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した複数の樽形分割ローラとを有し、隣接する前記樽形分割ローラ同士を連結して回転力を伝達する動力伝達手段を設け、一連の樽形分割ローラを横方向に一体的に回転させることを特徴とする全方向移動用車輪。
2. 請求項１において、前記ホイールには、いずれか１つの樽形分割ローラに接続してこの樽形分割ローラをローラ軸回りに回転させると共に、前記動力伝達手段を介して一連の他の樽形分割ローラを横方向に一体的に回転させ得る回転力を付与するローラ駆動機構が配置されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
3. 請求項１または請求項２において、前記ホイールには、いずれか１つの樽形分割ローラの外周面に当接してこの樽形分割ローラのローラ軸回りの回転を制動すると共に、前記動力伝達手段を介して一連の他の樽形分割ローラすべての横方向の回転を制動する横回転制動機構が配置されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
4. 平面上を全方向に移動する全方向移動体に使用する全方向移動用車輪において、
   中央部位に前記全方向移動体の車軸が直交するように配置されるホイールと、このホイールの外側に延出された複数の支持部材と、これらの支持部材に前記車軸と垂直なローラ軸回りに回転自在に支持された複数の分割ローラとを有し、
   外形が円の曲率と一致させた曲率を備えるように湾曲された分割フレキシブルタイヤによって前記各分割ローラ同士を連結して前記分割ローラおよび前記分割フレキシブルタイヤを横方向に一体的に回転させることを特徴とする全方向移動用車輪。
5. 請求項４において、前記ホイールには、いずれか１つの分割ローラに接続してこの分割ローラをローラ軸回りに回転させると共に、この分割ローラに連結された前記分割フレキシブルタイヤおよび他の分割ローラを横方向に一体的に回転させ得る回転力を付与するローラ駆動機構が配置されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
6. 請求項４または請求項５において、前記ホイールには、いずれか１つの分割ローラの外周面に当接してこの分割ローラのローラ軸回りの回転を制動すると共に、この分割ローラに連結された前記分割フレキシブルタイヤおよび他の分割ローラの横方向の回転を一体的に制動する横回転制動機構が配置されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
7. 請求項４から請求項６のいずれかにおいて、分割フレキシブルタイヤは、タイヤの中心線上に配置されておりタイヤの曲率形状を保持するための複数の曲率保持芯材と、この曲率保持芯材の外周に回転自在に嵌められた複数個の円筒状のねじりトルク伝達ローラと、このねじりトルク伝達ローラの外周に嵌合されたタイヤ部とから構成されており、
   隣接する曲率保持芯材を分割ローラ位置で連結すると共に、各ねじりトルク伝達ローラは、その円状端面に沿って複数の歯合突起を所定の間隔を隔てて形成しており、それぞれ隣接するねじりトルク伝達ローラと歯合されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
8. 平面上を全方向に移動する全方向移動体に使用する全方向移動用車輪において、
   中央部位に前記全方向移動体の車軸が直交するように配置されるホイールと、
   このホイールの外側に延出されて車軸方向に２つの支持部を備えるように分岐された複数の二股状支持部材、及びこの二股状支持部材の各支持部に前記車軸と垂直なローラ軸回りに回転自在に支持された１対の駆動ローラを円周方向に間隔を隔てて複数組備えた駆動ローラユニットと、
   これら駆動ローラユニットにおける１対の駆動ローラに狭持されて、これら駆動ローラが回転するのに従って横方向に回転するリング状のフレキシブルタイヤと
   を有することを特徴とする全方向移動用車輪。
9. 請求項８において、前記ホイールには、いずれか１対の駆動ローラに接続してローラ軸回りに回転させると共に、これら１対の駆動ローラに狭持された前記フレキシブルタイヤを横方向に回転させ得る回転力を付与するローラ駆動機構が配置されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
10. 請求項８または請求項９において、前記ホイールには、いずれか１対の駆動ローラの外周面に当接してこれらの駆動ローラのローラ軸回りの回転を制動し、これらの駆動ローラに狭持された前記フレキシブルタイヤの横方向の回転を制動する横回転制動機構が配置されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
11. 請求項８から請求項１０のいずれかにおいて、前記フレキシブルタイヤは、タイヤの中心線上に配置され、リング形状を保持するためのリング状芯材と、このリング状芯材の外周に回転自在に嵌められた複数個の円筒状のねじりトルク伝達ローラと、これらのねじりトルク伝達ローラの外周に嵌合されたタイヤ部とから構成されており、各ねじりトルク伝達ローラは、その円状端面に沿って複数の歯合突起を所定の間隔を隔てて形成しており、それぞれ隣接するねじりトルク伝達ローラと歯合されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
12. 請求項８から請求項１１のいずれかにおいて、駆動ローラユニットにおける二股状支持部材には、各支持部からフレキシブルタイヤの中心軸線よりも外側に延出させた脱輪防止クランプが形成されていることを特徴とする全方向移動用車輪。
13. 請求項４から請求項１２のいずれかにおいて、分割フレキシブルタイヤあるいはフレキシブルタイヤは、横方向の回転時に内周長さと外周長さとの差がもたらす伸縮変形を円滑に行うための伸縮変形孔を形成していることを特徴とする全方向移動用車輪。
14. 請求項４から請求項１３のいずれかにおいて、分割フレキシブルタイヤあるいはフレキシブルタイヤは、多数の円板状タイヤ部と、これら円板状タイヤ部同士をタイヤの変形を受容し得る隙間を形成するように連結する１対の変形連結部とを有しており、
    これら１対の変形連結部を前記円板状タイヤ部に対して中心点対称位置に配置すると共に、連結方向に隣り合う変形連結部は前記円板タイヤ部の周方向に対して相互に約９０°位置をずらして配置することを特徴とする全方向移動用車輪。
15. 全方向移動用車輪に使用されるフレキシブルタイヤであって、多数の円板状タイヤ部と、これら円板状タイヤ部同士をタイヤの変形を受容し得る隙間を形成するように連結する１対の変形連結部とを有しており、
    これら１対の変形連結部は前記円板状タイヤ部に対して中心点対称位置に配置されていると共に、連結方向に隣り合う変形連結部は前記円板タイヤ部の周方向に対して相互に約９０°位置がずれるように配置されていることを特徴とするフレキシブルタイヤ。

Images