JP2009214612A - 天体走行車両用車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な接地長を確保して車両本来の走行性能を十分に発揮させることが可能な天体走行車両用車輪を提供する。
【解決手段】この天体走行車両用車輪１は、回転軸心周りに回転するハブ体３と、ハブ体に対して半径方向外方に配置され、天体表面と接触する、回転軸心周りに回転する接地体５と、ハブ体と接地体との間に配置され、半径方向の荷重を支持する荷重支持手段７と、を具える。荷重支持手段７は、ハブ体から半径方向外方に延び、接地体に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第１支持体１３と、接地体から半径方向内方に延び、ハブ体に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第２支持体１７と、第１支持体と第２支持体とを互いに弾性的に連結する弾性体１９と、を有してなり、弾性体は、荷重の負荷時に第２支持体を半径方向内方に変位させるよう設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、惑星及び衛星等の天体の表面上を走行する天体走行車両に装着される車輪に関し、特に、かかる車両本来の走行性能を十分に発揮させる車輪に関する。

従来、惑星及び衛星といった地球とは異なる周囲環境下で走行する車両に装着される車輪としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この文献に記載の車輪は、車軸に接続される内輪と、天体の表面に接触する外輪とがスポークを介して互いに連結されており、これら外輪及びスポークには剛体が用いられていることから、車両からの荷重（半径方向の圧縮力）に対して車輪は極僅かに弾性変形するのみである。このような車輪は、地球と同等若しくはそれ以上の重力を有し、かつ比較的固い表面を有する天体にて使用される場合には走行性能に悪影響を及ぼすおそれは少ない。
特開平０８−００２２０４号公報

ところが、例えは月面のように地上よりも重力が極端に小さく、なおかつその表面が非常に粒径の小さい砂地等で形成されている天体にて使用される場合には、車輪の弾性変形が小さいことに起因して接地長が十分に確保されず車輪の接地圧が局所的に増大する。接地圧の局所的な増大は、車輪の空転を誘発し、ひいては車両を走行不能にするおそれがある。特に、車輪の踏込み端側では接地圧の極大化により砂地が掘削され、車輪が砂地に潜り込んでしまう傾向にある。このようなことは、遠隔操作にて走行する車両にとっては走行不能状態から脱出する手段を備えていない限り致命的な問題となる。

一方で、車輪が砂地に潜り込むことを防止すべく、車輪の幅方向距離を長くした場合、車輪の構成部品が外部の障害物（例えば、岩石）と接触しかかる構成部品が破損したり、その障害物により車両の走行が阻止されたりする可能性が増大するという新たな問題がある。

これに対して、幅方向距離の増大を抑制しつつ、低重力環境及び砂地表面を有する天体にて使用される場合でも十分な接地長を確保して上述したような問題を回避可能な駆動系としてクローラが考えられる。クローラは、その特性から安定な走行を確実にもたらすが、多数の摺動部分を有することから新たな問題を誘発する。すなわち、走行に伴い舞い上がった砂が確実に摺動部分に侵入しかかる部分が早期に損傷するという問題である。特に、上述したような低重力環境下では、一旦舞い上がった砂は長時間浮遊することから浮遊した砂は摺動部分に一層侵入し易くなる。このような損傷への懸念により、クローラが天体走行車両に適用された実績はあまりない。

それゆえこの発明は、これらの問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、車輪の最大幅が小さいこと及び摺動部分が少ないことを前提に、十分な接地長を確保して車両本来の走行性能を十分に発揮させることが可能な天体走行車両用車輪を提供することにある。

前記の目的を達成するため、この発明は、天体の表面上を走行する車両に装着される天体走行車両用車輪において、回転軸心周りに回転するハブ体と、前記ハブ体に対して半径方向外方に配置され、前記表面と接触する、前記回転軸心周りに回転する接地体と、前記ハブ体と前記接地体との間に配置され、半径方向の荷重を支持する荷重支持手段と、を具え、前記荷重支持手段は、前記ハブ体から半径方向外方に延び、前記接地体に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第１支持体と、前記接地体から半径方向内方に延び、前記ハブ体に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第２支持体と、前記第１支持体と前記第２支持体とを互いに弾性的に連結する弾性体と、を有してなり、前記弾性体は、前記荷重の負荷時に前記第２支持体を半径方向内方に変位させるよう設けられていることを特徴とする天体走行車両用車輪である。なお、ここでいう「天体」とは、衛星、惑星、小惑星及び彗星を含むものとする。また、ここでいう「半径方向」とは車輪の半径方向を意味し、「周方向」とは車輪の周方向を意味する。さらに、ここでいう「ハブ体」は車両の車軸に直接的に接続されていても良く、ホイールやスポークといった他の部材を介して車両の車軸に間接的に接続されていても良い。

かかる天体走行車両用車輪にあっては、車輪が接地面に接地すると、接地領域内の、第１支持体と第２支持体とを弾性的に連結する弾性体は、車両の荷重に基づいて第２支持体を半径方向に変位させる。この結果、接地領域内にある接地体は接地面の形状に対応して変形し、接地体の接地長は長くなり接地圧は低減される。

従って、この発明の天体走行車両用車輪によれば、低重力環境及び砂地表面を有する天体にて使用される場合でも車輪は大きく弾性変形し、十分な接地長を確保することができ、すなわち車輪の接地圧を低減することができるので、車輪が空転したり砂地内に沈下したりするおそれがなく、それゆえ車両は、本来の走行性能を十分に発揮することが可能である。また、この発明の車輪は、摺動部分がなく砂や塵の侵入のおそれがないことから損傷や故障の可能性は低い。しかも第２支持体は半径方向に弾性変位し幅方向変位しないことから、走行時においても車輪の最大幅を小さくすることができ、それゆえ走行時における荷重支持手段の、外部の障害物への接触を防止することができる。

このようにこの発明の天体車両用車輪は、低重力環境及び砂地表面を有する天体にて使用される場合に特に効果的に用いることができることから、地上よりも低重力環境であるとともにその表面が砂地等で形成されている月面にて使用される月面走行車両用車輪として用いることが好適である。

なお、この発明の天体走行車両用車輪においては、荷重支持手段は、接地体の両端部よりも幅方向内側に位置することが好ましい。ここでいう「幅方向」とは車輪の幅方向を意味する。

また、この発明の天体走行車両用車輪においては、第２支持体と、該第２支持体の周方向に隣接する他の第２支持体とを周方向に互いに離間させるよう付勢する付勢手段をさらに具えることが好ましく、かかる付勢手段は、Ｕ字形状の板ばねであることがより好ましい。

さらに、この発明の天体走行車両用車輪においては、接地体は、周方向に連続して延びる無端ベルトであることが好ましく、かかる無端ベルトに周方向の張力を付与する張力付与手段をさらに有することがより好ましい。

さらに、この発明の天体走行車両用車輪においては、接地体は、天体の表面と接触する面に幅方向に延びる段差部を有することが好ましい。

加えて、この発明の天体走行車両用車輪においては、接地体は、天体の表面と接触する面に金属繊維を有することが好ましい。

この発明の天体走行車両用車輪によれば、車輪の最大幅が小さいこと及び摺動部分が少ないことを前提に、十分な接地長を確保して車両本来の走行性能を十分に発揮させる天体走行用車輪を提供することが可能となる。

以下、この発明の天体走行車両用車輪の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。ここで、図１は、車両に装着する前の状態の、この発明に従う実施形態の天体走行車両用車輪（以下、単に「車輪」という。）の概略側面図である。図２は、図１に示す車輪の一部を拡大して示す概略斜視図である。図３は、図１に示す車輪を接地させた状態で示す概略側面図である。図４は、接地体にバックリングが生じた状態を示す車輪側面輪郭図である。

図１において、車輪１は、回転軸心周りに回転するハブ体３と、該ハブ体３に対して半径方向外方に配置され、車両走行時に天体の表面と接触（接地）する、上記回転軸心周りに回転する接地体５と、を具える。また、ハブ体３と接地体５との間には、車輪１の接地時に半径方向の荷重を支持する荷重支持手段７が配置されている。

図２に詳細を示すように、ハブ体３は、環状をなし、その回転中心が車両の車軸（図示省略）に接続されることとなる。接地体５は、周方向に連続して延びる、例えば無限軌道に用いられるような無端ベルトとして形成されており、接地体５は、図示のように、複数のピース５ａを互いにピン５ｂで結合し一本の無端ベルトとしてなるものでも良く、図示を省略するが連続した薄いシート状の部材（例えば金属帯）で構成しても良い。また、走行時における接地面とのスリップを抑制すべく、接地体５の外周面に幅方向に延びる段差部５ｃを設けることが好ましく、同様の観点から、かかる表面に金属繊維（図示省略）を設けることが好ましい。

ハブ体３の幅方向両端部に半径方向外方に張出された一対のフランジ部３ａには、半径方向外方に延び、接地体５に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第１支持体１３が幅方向に対をなして設けられている。該第１支持体１３は、周方向に適宜のピッチで配置できる。また、第１支持体１３は、曲げ剛性を高める観点からチャンネル状の板材で形成されている。第１支持体１３とフランジ部３ａとは、ネジを介して互いに固定されているが、これに限らす、互いに係合、嵌合及び溶着されても良い。さらに、第１支持体１３がハブ体３に固定されている箇所における強度を高める観点より、かかる箇所付近の、第１支持体１３とハブ体３との間には直方体状の補強材１５が挿嵌されている。

一方で、接地体５の内周面には、そこから半径方向内方に延び、ハブ体３に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第２支持体１７が設けられている。第２支持体１７は、周方向に隣り合う第１支持体１３間に延出している。第２支持体１７は、この実施形態では平板材で形成されている。第２支持体１７は、第１支持体１３同様に任意の固定方法により接地体５に固定可能である。

また、第１支持体１３の半径方向外端近傍と、第２支持体１７の半径方向内端近傍との間には、弾性体としてのコイルばね１９が複数個掛け渡されており、これにより第１支持体１３と第２支持体１７とは互いに弾性的に連結されている。この実施形態では、各第２支持体１７に計８個のコイルばね１９がそれに隣接する４つの第１支持体１３から延びるよう設けられているが、コイルばね１９の個数は適宜変更可能である。上述した第１支持体１３、第２支持体１７及びコイルばね１９により荷重支持手段７は構成されている。

図３に示すように、この実施形態の車輪１を車両に装着し接地面Ｇに接地させると、車両からの荷重により接地領域内のコイルばね１９が伸長し、第２支持体１７は半径方向内方に変位する。この結果、接地領域内にある接地体５は接地面Ｇの形状に対応して変形し、接地体５の接地長は長くなり接地圧は低減される。従って、低重力環境及び砂地表面を有する天体にて使用される場合でも車輪１は大きく弾性変形し、十分な接地長を確保することができ、すなわち車輪１の接地圧を低減することができるので、車輪１が空転したり砂地内に沈下したりするおそれがなく、それゆえ車両は、本来の走行性能を十分に発揮することが可能である。また、この発明の車輪１は、摺動部分がなく砂や塵の侵入のおそれがないことから損傷や故障の可能性は低い。しかも第２支持体１７は半径方向に弾性変位し幅方向変位しないことから、走行時においても車輪１の最大幅を小さくすることができ、それゆえ走行時における荷重支持手段７の、外部の障害物への接触を防止することができる。

なお、この発明では、荷重支持手段７を接地体５の両端部よりも幅方向内側に位置させることが好ましく、これによれば、走行時における荷重支持手段７の、外部の障害物への接触をさらに防止することが可能となる。

さらに、この発明では、図１〜３に示すように、第２支持体１７と、該第２支持体１７の周方向に隣接する他の第２支持体１７とを周方向に互いに離間させるよう付勢する付勢手段２１を設けることが好ましく、付勢手段２１としては、図示例のようにＵ字状の板ばねを用いることができる。これによれば、車輪１の形状を確実に保持することができ、また、周方向に隣接する第２支持体１７同士が走行時に過剰に接近及び接触するのを防止することができる。

さらに、この発明では、無端ベルトとして形成された接地体５に周方向の張力を付与する張力付与手段２３を設けることが好ましく、張力付与手段２３としては、接地体５の内周面上にその開口が該内周面を向くように複数配置されたＵ字状の板ばねで構成することができる。これによれば、接地体５に周方向の張力が付加され、接地領域における接地体５のバックリング（座屈現象）が抑制されるので、接地面Ｇに対する接地体５のスリップが一層抑制され、より安定した走行を車両に与えることが可能となる。特にこれは、車輪１が登坂状態にある場合に有利な形態である。なお、ここでいうバックリングとは、図４の車輪側面輪郭図にて示すように、走行時に接地体５の踏み込み部及び蹴り出し部が荷重を支える一方で、接地体５の、踏み込み部及び蹴り出し部の間の区間が座屈し接地面Ｇから浮き上がる現象である。

次いで、この発明の他の実施形態にて図面を参照しつつ説明する。ここで、図５は、この実施形態の車輪の斜視図である。図６は、図５に示す車輪の荷重支持手段の、半径方向に沿う部分断面図である。なお、先の実施形態の車輪と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、車輪３１は、回転軸心周りに回転するハブ体３３と、該ハブ体３３に対して半径方向外方に配置され、車両走行時に天体の表面に接触（接地）する、上記回転軸心周りに回転する接地体５と、を具える。また、ハブ体３３と接地体５との間には、車輪３１の接地時に半径方向の荷重を支持する荷重支持手段３４が配置されている。

ハブ体３３は、環状をなし、その回転中心が車両の車軸（図示省略）に接続されることとなる。接地体５は、先の実施形態の車輪同様、周方向に連続して延びる無端ベルトとして形成されている。

ハブ体３３の幅方向両端部近傍には、半径方向外方に延び、接地体５に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第１支持体３５が立設されている。第１支持体３５は、棒体で構成されている。該第１支持体３５は、周方向に適宜のピッチで配置できる。第１支持体３５とハブ体３３とは嵌合、係合及び螺合等任意の固定方法により相互に固定可能である。

一方で、接地体５の内周面には、そこから半径方向内方に第１支持体３５に向かって延び、ハブ体３３に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第２支持体３７が設けられている。第２支持体３７は、この実施形態では有底の円筒で形成されている。第２支持体３７は、第１支持体３５同様に任意の固定方法により接地体５に固定可能である。

そして、図６に示すように、第１支持体３５は、第２支持体３７の筒内に挿入されるとともに、第１支持体３５の先端と第２支持体３７の内底部との間には、コイルばね３９が挿設されている。

この実施形態の車輪３１を車両に装着し接地面Ｇに接地させると、図６（ｂ）に示すように、車両からの荷重（図中の矢印参照）により接地領域内のコイルばね３９が収縮し、第１支持体３５と第２支持体３７とは半径方向に沿って近接方向に相対変位する。この結果、接地領域内にある接地体は接地面Ｇの形状に対応して大きく撓み変形し、接地体５の接地長は長くなり接地圧は低減される。

従って、低重力環境及び砂地表面を有する天体にて使用される場合でも車輪３１は大きく弾性変形し、十分な接地長を確保することができ、すなわち車輪３１の接地圧を低減することができるので、車輪３１が空転したり砂地内に沈下したりするおそれがなく、それゆえ車両は、本来の走行性能を十分に発揮することが可能である。また、この発明の車輪３１は、摺動部分が少なく砂や塵の侵入のおそれがほどんどないことから損傷や故障の可能性は低い。しかも第２支持体３７は半径方向に弾性変位し幅方向変位しないことから、走行時においても車輪３１の最大幅を小さくすることができ、それゆえ走行時における荷重支持手段３４の、外部の障害物への接触を防止することができる。

なお、この発明に従う天体走行車両用車輪を構成する各部品の寸法及び材質並びに弾性体（Ｕ字状の板ばね１１、１５及びコイルばね１９、３９）の弾性係数等を適宜選択することにより、かかる車輪を使用される天体の環境（温度や重力、表面状態等）及び車両の形態並びに用途に適合させることができる。

また、上述したところは、この発明の実施形態の一部を示したにすぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を相互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。

この発明により、車輪の最大幅が小さいこと及び摺動部分が少ないことを前提に、十分な接地長を確保して車両本来の走行性能を十分に発揮させる天体走行用車輪を提供することが可能となった。

車両に装着する前の状態の、この発明に従う実施形態の天体走行車両用車輪の概略側面図である。 図１に示す天体走行車両用車輪の一部を拡大して示す概略斜視図である。 図１に示す天体走行車両用車輪を接地させた状態で示す概略側面図である。 接地体にバックリングが生じた状態を示す車輪側面輪郭図である。 この発明に従う他の実施形態の天体走行車両用車輪の斜視図である。 図５に示す天体走行用車輪の荷重支持手段の、半径方向に沿う部分断面図である。

符号の説明

１、３１ 車輪
３ ハブ体
５ 接地体
５ｃ 段差部
７、３４ 荷重支持手段
１３、３５ 第１支持体
１７、３７ 第２支持体
１９、３９ コイルばね
２１ 付勢手段
２３ 張力付与手段

Claims (8)

1. 天体の表面上を走行する車両に装着される天体走行車両用車輪において、
   回転軸心周りに回転するハブ体と、
   前記ハブ体に対して半径方向外方に配置され、前記表面と接触する、前記回転軸心周りに回転する接地体と、
   前記ハブ体と前記接地体との間に配置され、半径方向の荷重を支持する荷重支持手段と、を具え、
   前記荷重支持手段は、前記ハブ体から半径方向外方に延び、前記接地体に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第１支持体と、
   前記接地体から半径方向内方に延び、前記ハブ体に到達する前に終端する、周方向に複数配列された第２支持体と、
   前記第１支持体と前記第２支持体とを互いに弾性的に連結する弾性体と、を有してなり、
   前記弾性体は、前記荷重の負荷時に前記第２支持体を半径方向内方に変位させるよう設けられていることを特徴とする天体走行車両用車輪。
2. 前記荷重支持手段は、前記接地体の両端部よりも幅方向内側に位置する、請求項１に記載の天体走行車両用車輪。
3. 前記第２支持体と、該第２支持体の周方向に隣接する他の第２支持体とを周方向に互いに離間させるよう付勢する付勢手段をさらに具える、請求項１又は２に記載の天体走行車両用車輪。
4. 前記付勢手段は、Ｕ字形状の板ばねである、請求項３に記載の天体走行車両用車輪。
5. 前記接地体は、周方向に連続して延びる無端ベルトである、請求項１〜４の何れか一項に記載の天体走行車両用車輪。
6. 前記無端ベルトに周方向の張力を付与する張力付与手段をさらに有する、請求項５に記載の天体走行車両用車輪。
7. 前記接地体は、前記表面と接触する面に幅方向に延びる段差部を有する、請求項１〜６の何れか一向に記載の天体走行車両用車輪。
8. 前記接地体は、前記表面と接触する面に金属繊維を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載の天体走行車両用車輪。

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