JP2005343277A - Wheel with roller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車軸を中心部に備えるディスクホイール部の周辺のリム部に、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個のローラが配列されると共に、各ローラが、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在にリム部に支持され、かつ基端部に円板状のフランジ部が形成された回転軸と、この回転軸の周囲に装着されるソリッドタイヤとから構成され、そのタイヤ外周面は、直径が先端から基端に向けて徐々に大きくなることにより車輪外周円の円弧を形成する形状に形成され、各ソリッドタイヤのタイヤ先端部分が、車輪外周円上で隣合うタイヤ基端部分にそれぞれ近接するように、このタイヤ基端部分に内径が先方に向けて徐々に小さくなるように形成された凹部に部分的に侵入しているローラ付き車輪に関するものである。 In the present invention, a plurality of rollers that rotate in a direction orthogonal to a straight traveling direction of a wheel are arranged on a rim portion around a disc wheel portion having an axle at the center, and each roller is centered on the axle. A rotary shaft that is supported by the rim portion so as to be rotatable about a rotation axis that intersects the radial direction and that has a disc-like flange portion formed at the base end portion, and is mounted around the rotary shaft The tire outer peripheral surface is formed into a shape that forms an arc of a wheel outer peripheral circle by gradually increasing the diameter from the tip toward the base end, and the tire tip portion of each solid tire is With a roller that partially penetrates into a recess formed so that the inner diameter gradually decreases toward the front so that the tire proximal end is adjacent to the adjacent tire proximal end on the wheel outer circumference. Wheel It relates.
本出願人による特許文献1により、この種の回転体付きの全方向車輪は周知であり、図6に示すように、ローラ(回転体)は、リム部に沿って設けられる支軸に回転自在に支持される鉄製パイプ状の回転軸40の周囲に、外周面が半紡錘状のソリッドタイヤ45が装着されると共に、回転軸40の基端部には補強用に円板状のフランジ部41が形成されて、基端に向けて徐々に直径が大きくなるソリッドタイヤ45の圧縮変形をバランスさせている。また、フランジ部41の外周部は、回転軸40の基端部から徐々に基端側へ肉薄になるタイヤ基端部分45aに侵入させるように同一板厚のわん曲部42として形成されている。
このようなフランジ付き回転軸を備えたローラ構造により、ソリッドタイヤ45の直径が基端側に向けて大きくなっても車輪の荷重に対して弾性圧縮量もしくは緩衝作用の変動を抑制できる。しかしながら、経時的にわん曲部42の先端のエッジ周辺のソリッドタイヤ部分に相対的に大きなせん断応力が生じることにより点線で示すように車軸に向かう方向に亀裂が生じたり、また徐々にその切目が深くなる点で改良の余地が残されている。この対策として、エッジに丸みを持たせることが考えられるが、フランジ部41の板厚から効果に限度があり、また仕上がりにもばらつきを発生し易くなる。
By such a roller structure having a rotating shaft with a flange, even if the diameter of the
本発明は、このような点に鑑みて、回転軸の基端部にフランジ部を形成することに起因してソリッドタイヤ部分に亀裂が生じる可能性を個々のローラに対して均一に防止し得る冒頭に述べた類のローラ付き車輪を提供することを目的とする。 In view of such a point, the present invention can uniformly prevent the possibility of cracks in the solid tire portion due to the formation of the flange portion at the base end portion of the rotating shaft for each roller. The object is to provide a wheel with rollers of the kind mentioned at the beginning.
本発明は、この目的を達成するために、請求項1により、車軸を中心部に備えるディスクホイール部の周辺のリム部に、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個のローラが配列されると共に、各ローラが、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在にリム部に支持され、かつ基端部に円板状のフランジ部が形成された回転軸と、この回転軸の周囲に装着されるソリッドタイヤとから構成され、そのタイヤ外周面は、直径が先端から基端に向けて徐々に大きくなることにより車輪外周円の円弧を形成する形状に形成され、各ソリッドタイヤのタイヤ先端部分が、車輪外周円上で隣合うタイヤ基端部分にそれぞれ近接するように、このタイヤ基端部分に内径が先方に向けて徐々に小さくなるように形成された凹部に部分的に侵入しているローラ付き車輪において、 フランジ部の円形状外周部に、フランジ部に対してタイヤ先端部分側及びタイヤ基端部分側並びにタイヤ外周面側に向けて膨らむ膨み部を形成すると共に、この膨み部のタイヤ外周面側に膨らんだ外周面部と、タイヤ先端部分側に膨らんだ先端面部間及びタイヤ基端部分側に膨らんだ基端面部間のコーナ部をそれぞれ曲面状に形成したことを特徴とする。 In order to achieve this object, according to the present invention, a plurality of rollers rotating in a direction orthogonal to the straight traveling direction of a wheel are provided on a rim portion around a disc wheel portion having an axle at the center. In addition to being arranged, each roller is supported by the rim portion so as to be rotatable about a rotation axis intersecting with the radial direction centering on the axle, and a disc-shaped flange portion is formed at the base end portion. Consists of a rotating shaft and a solid tire mounted around the rotating shaft, and the outer peripheral surface of the tire has a shape that forms a circular arc of a wheel outer peripheral circle by gradually increasing the diameter from the tip toward the base end Formed so that the inner diameter of the tire end portion gradually decreases toward the front so that the tire front end portion of each solid tire is close to the adjacent tire base end portion on the wheel outer circumference circle. Is In a wheel with a roller that partially penetrates into the recess, a bulging portion that bulges toward the tire front end portion side, the tire base end portion side, and the tire outer peripheral surface side with respect to the flange portion on the circular outer peripheral portion of the flange portion The outer peripheral surface portion that bulges toward the tire outer peripheral surface side of the bulging portion, the corner portion between the distal end surface portion that bulges toward the tire distal end portion side and the proximal end surface portion that bulges toward the tire proximal end portion side, respectively, are curved. It was formed in the shape.
回転軸の基端部にはフランジ部が形成されることにより、タイヤ外周面がタイヤ先端よりも直径が大きなるソリッドタイヤ部分の弾性圧縮量を制限する。走行時に車輪外周円上のタイヤ外周面から膨み部に加わる荷重を前後のコーナ部が曲面化された膨み部外周面で受けることにより、フランジ部の外周部のタイヤ部分にせん断応力が局部的に集中するのが回避される。 A flange portion is formed at the base end portion of the rotating shaft, thereby limiting the amount of elastic compression of the solid tire portion where the tire outer peripheral surface has a larger diameter than the tire front end. When the load applied to the bulging part from the tire outer peripheral surface on the wheel outer peripheral circle during running is received by the bulging part outer peripheral surface where the front and rear corner parts are curved, shear stress is locally applied to the tire part on the outer peripheral part of the flange part. Concentration is avoided.
ソリッドタイヤの回転軸に対する一体化を確保するには、請求項2により、フランジ部に、その円周方向に間欠的に穿孔が形成されると共に、ゴム製のソリッドタイヤが、回転軸を包囲し、かつ穿孔を塞ぐように回転軸に一体成形される。電動車椅子の転向を容易にし、ローラ間の隙間を僅かにしてスムーズに走行させるために、請求項3により、4輪を備えた電動車椅子の前輪に用いられる。 In order to ensure the integration of the solid tire with respect to the rotating shaft, according to claim 2, the flange portion is intermittently perforated in the circumferential direction, and the rubber solid tire surrounds the rotating shaft. , And is integrally formed with the rotating shaft so as to close the perforations. In order to facilitate turning of the electric wheelchair and to make it run smoothly with a small gap between the rollers, the electric wheelchair is used as a front wheel of an electric wheelchair having four wheels.
請求項1の発明によれば、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜め或いは横に自在に転向可能にするソリッドタイヤ式ローラに対して、直径が相対的に大きくなるタイヤ基端部分の弾性圧縮量の増大をフランジ部で調整する際に、その外周部に曲面状膨み部が形成されることにより、フランジ部の外周領域のタイヤ部分に亀裂が発生するのが防止されて、ローラの耐久性が向上すると共に、フランジ部の板厚が膨張賦形されるために、形状が均一化され易くなり、ローラごとの耐久性能のばらつきも解消される。請求項2の発明によれば、一体成形時に穿孔部分にタイヤ部分が侵入することにより、ソリッドタイヤが回転軸に確実に装着される。請求項3の発明によれば、ソリッドタイヤ式ローラが全方向車輪として電動車椅子に採用された場合でも、ソリッドタイヤの緩衝作用が車輪外周方向に均一化されると共に優れた耐久性が得られる。 According to the first aspect of the present invention, the diameter of the solid tire-type roller that can turn the vehicle in the forward / backward oblique or lateral direction without requiring turning in the direction of travel as in the case of a caster. When the flange portion adjusts the increase in the amount of elastic compression of the tire base end portion where the tire becomes relatively large, a curved bulge is formed on the outer peripheral portion thereof, so that the tire portion in the outer peripheral region of the flange portion is formed. Cracks are prevented and the durability of the roller is improved, and the thickness of the flange is expanded and shaped, making it easier to make the shape uniform and eliminating variations in durability performance from roller to roller. Is done. According to the invention of claim 2, the solid tire is reliably mounted on the rotating shaft by the tire portion entering the perforated portion during integral molding. According to the invention of claim 3, even when the solid tire type roller is adopted as an omnidirectional wheel in an electric wheelchair, the cushioning action of the solid tire is made uniform in the wheel outer peripheral direction and excellent durability is obtained.
図1乃至図4を基に本発明の実施の形態による電動車椅子の前輪に用いるローラ付き車輪を説明する。この電動車椅子は、図4に示すように、後輪5でモータ駆動され、アーム6aの先端部分に支持された前輪6の上方に着座部7を備え、その背後にシートバック8が設けられている。前輪6は、道路の歩道車道間等の段差を容易に乗り越え得る程度に大きな直径を有し、中心部に車軸1を備えたディスクホイール部3の外周部のリム部3bに、前輪6の回転面に対して直交方向へ回転する複数個の同一形状のローラ9を配列して構成されている。
The wheel with a roller used for the front wheel of the electric wheelchair by embodiment of this invention is demonstrated based on FIG. 1 thru | or FIG. As shown in FIG. 4, this electric wheelchair is motor-driven by a
各ローラ9は、図1及び図2に示すように、円板状のフランジ部15aが基端部に形成された鉄製パイプ状の回転軸15の周囲に、この回転軸を中子として金型による一体成形よりゴム製のソリッドタイヤ10を装着して半紡錘状に製作され、フランジ部15aに円周方向へ間欠的に形成された穿孔15cにゴムが侵入して塞いだ状態で、回転軸15を包囲して中実状に一体成形されている。各ローラ9の回転軸15は、アーム6aの先端部分に支持された車軸1の回転軸線Oを中心とする半径R1の方向に対してその半径円と同一面状で、かつ直交方向、即ち90°よりも小さくなる角度で斜めに交差する回転軸線X1を中心に回転自在に配列される。ローラ9の個数は、コスト的に妥協し得る範囲で、互いの隙間19aをできるだけ小さくして、この隙間でのタイヤ先端部分12の段差を小さくするようになるべく多数に設定されると共に、その斜めの交差角度は個数に応じて規定される。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, each
各ローラ9は、図2Aに示すように、ソリッドタイヤ10の先端側の最小直径D1を例えば約30mm、基端側の最大直径D2を約60mm、前後幅Wを50mmに設定されている。また、その外周面の直径は、タイヤ基端部分11からタイヤ先端部分12に向けて連続的に小さくなり、かつタイヤ外周面19が前輪6の車輪外周円C1へ回転した位置でその円弧を形成し、したがって各タイヤ外周面19は半紡錘形状に形成されている。また、タイヤ先端部分12が、フランジ部15a(図2B)よりも基端側のタイヤ基端部分11に形成され、かつ内径が先方に向けて徐々に小さくなる略円錐台状の凹部17の外周側半分に部分的に侵入することにより、車輪外周円C1に回転したタイヤ外周面19が数mm前後の隙間19aで隣合うローラ9のタイヤ基端部分11に近接し得るようになっている。
As shown in FIG. 2A, each
ディスクホイール部3は、図1及び図3に示すように、中心部が車軸1に回転自在に支持される軸受部3aとして形成され、回転軸線Oを中心とする外周部には凹状溝27を有するリム部3bが形成されている。この溝に軸受アーム20の円弧状基部29が、その先方の切欠部29aに部分的に侵入・係合した状態で順にボルト26で取付けられる。両側にリブ28を備えた軸受アーム20は、凹部17の内周面及びタイヤ外周面19間の隙間に侵入し、さらにタイヤ先端部分12間の隙間に侵入して所属の2個の回転軸15に対して直交方向へ2段階に曲げられ、途中位置において回転軸15の基端部を回転自在に支軸部21で支持し、先端位置で隣合うローラ9の回転軸15の先端部を支軸部22で回転自在に支持している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the disc wheel portion 3 is formed as a
回転軸15の円板状フランジ部15aの円形状外周部には、図2Aに拡大して示すように、回転軸15に沿った先端側及び基端側並びに回転軸15に対する離反方向、即ち放射方向への膨み部15bが全周にわたりリング状に形成されている。その外周面部150は、ソリッドタイヤ10の徐々に直径が大きくなるタイヤ外周面19に沿って傾斜する平坦面状であると共に、曲面状の基端面部151間のコーナ部が曲面状に形成されている。また、外周面部150及び放射方向に平坦面状の先端面部152間のコーナ部も曲面状に形成されている。さらに、膨み部15bの頂部及びタイヤ外周面19間の厚みTは5mm程度に設定されている。その際、タイヤ基端部分11は略円錐台状の内周面により基端に向けて徐々に肉薄になり、したがって膨み部15bをさらに基端方向へ膨出させることにより厚みが前述の5mm程度よりも薄くなると、逆にタイヤとしての緩衝作用が低下し、かつ亀裂強度が低下してタイヤ基端部分11での剥離が発生することになるために、基端方向へ向けて大きく侵入することなく、途中までに終端している。
As shown in an enlarged view in FIG. 2A, the circular outer peripheral portion of the disc-
このように構成された前輪6を採用した車椅子の動作は次の通りである。電動車椅子は、ローラ9を回転させることなく直進し、後退も可能である。ローラ9の全部のタイヤ外周面19は略連続した車輪外周円C1を形成し得、またローラ9の前後端間の隙間19aはそれぞれの回転動作が干渉しない程度に僅かであるために、その隙間に石等が挟まるのが回避され、スムーズな走行が保証される。
The operation of the wheelchair employing the
斜めに操舵すると、進行力の直交方向に分解されたベクトル分力に応じて、前輪6はその車軸1を中心に回転すると共に、ローラ9も回転軸15を中心に回転して車椅子の進行方向は斜めの前進又は後退方向に転向する。その際、ローラ9の非旋回により前輪6の横幅を広げることなく斜行する。ローラ9のタイヤ外周面19が充分な直径の前輪6の外周に連続するために、路面の段差等を容易に引っ掛かりを生じることなく乗り越えることができる。
When the vehicle is steered diagonally, the
走行中、ローラ9のソリッドタイヤ10は、タイヤ基端部分11で圧縮変形が大きくなろうとするが、回転軸15のフランジ部15aによりその圧縮強度が補償されると共に、その近辺のタイヤ部分に対してその曲面形状により過大なせん断応力の発生を抑制している。より基端寄りの膨み部15bが侵入していない補強無しのタイヤ部分は、膨み部15b近辺のタイヤ部分及び隣合うローラ9のタイヤ先端部分12間に位置することにより、圧縮変形が制限されて緩衝作用の変動が抑制される。
During traveling, the
尚、図5に示すように、膨み部はその他の変形例も可能であり、ソリッドタイヤの特性、形状等に応じて、同図Aに示すように、膨み部15dを断面真円状にしたり、或は膨み部15eを基端側を半楕円形状に形成して先細状の基端部分に侵入させることも考えられる。
As shown in FIG. 5, the bulging portion can be modified in other modifications, and the bulging
1 車軸
3 ディスクホイール部
3b リム部
6 前輪
9 ローラ
10 ソリッドタイヤ
11 タイヤ基端部分
12 タイヤ先端部分
15 回転軸
15a フランジ部
15b,15d,15e 膨み部
17 凹部
19 タイヤ外周面
20 軸受アーム
150 膨み部の外周面部
151 膨み部の基端面部
152 膨み部の先端面部
C1 車輪外周円
DESCRIPTION OF
Claims (3)
フランジ部の円形状外周部に、前記フランジ部に対してタイヤ先端部分側及びタイヤ基端部分側並びにタイヤ外周面側に向けて膨らむ膨み部を形成すると共に、この膨み部の前記タイヤ外周面側に膨らんだ外周面部と、前記タイヤ先端部分側に膨らんだ先端面部間及び前記タイヤ基端部分側に膨らんだ基端面部間のコーナ部をそれぞれ曲面状に形成したことを特徴とするローラ付き車輪。 A plurality of rollers rotating in a direction orthogonal to the straight direction of the wheel are arranged on the rim portion around the disc wheel portion having the axle at the center, and each roller is arranged in a radial direction around the axle. A rotating shaft that is supported by a rim portion so as to be rotatable around a rotation axis that intersects the rotating shaft and has a disc-shaped flange portion formed at the base end portion, and a solid tire that is mounted around the rotating shaft. The tire outer peripheral surface is formed into a shape that forms a circular arc of the wheel outer peripheral circle by gradually increasing the diameter from the tip toward the base end, and the tire tip portion of each solid tire is on the wheel outer peripheral circle. In the wheel with a roller partially invading into the recess formed so that the inner diameter gradually decreases toward the front so that the tire base end portion is adjacent to the tire base end portion adjacent to each other,
A bulging portion that bulges toward the tire front end portion side, the tire base end portion side, and the tire outer peripheral surface side with respect to the flange portion is formed on the circular outer peripheral portion of the flange portion, and the tire outer periphery of the bulging portion A roller characterized in that an outer peripheral surface portion that swells to the surface side, a corner portion between a front end surface portion that swells toward the tire front end portion side and a base end surface portion that swells toward the tire base end portion side, are formed into curved shapes, respectively. With wheels.
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