JP2013507283A - 全方向式ホィール - Google Patents

Abstract

全方向式ホィールは、タイヤを据付けるリム、車両にホィールを取り付けるハブ、及びこのリムとハブを連結する手段を有している。ホィールのリムは、一部がハブに回転可能に連結しており、この部分は、ハブの周囲に半径方向に回転するときに、リム上に据え付けたタイヤの表面と係合して、リム上のタイヤを回転させる。従って、ホィールが地面と係合するときに、リム上のタイヤの回転によって、ホィールが、車両に取り付けたときにホィールの法平面に直交する平面において、ホィールを横方向に移動させる。全方向式ホィールに使用する中実コアタイヤは、リムの回転可能な部分に係合するトレッドパターン又はらせん状コイル型を有する。同様に中実コアタイヤの製造方法も提供されている。
【選択図】図４

Description

本発明はホィールの構造と動作に関する。特に、本発明は、あらゆる方向に制御された動きをする車両用の全方向式ホィールに関する。

先行技術においては様々な開発がなされており、あらゆる方向に制御された動きをする車両を提供できるホィールを提供する試みがなされてきた。例えば２０１０年１月５日に発行された米国特許第７，６４１，２８８号（Ｂａｋｅｒ ｅｔ ａｌ．）は、全方向式ホィールを開示しており、このホィールをフレームの４隅に装着し、個々に駆動すると、装着したフレームは全方向へ移動することができる。全方向式ホィールの設計により、鍵穴を有し、正反対にポストを配置して、回転軸に対して角度をもって装着されたエラストマー製又はゴム製の外側ローラと背中合わせに組み立てた、二つの同一スタンピングまたは成型ベースを使用しできる。

２００３年４月１５日に発行された米国特許第６，５４７，３４０号（Ｈａｒｒｉｓ）は、全方向式車両用の全方向式ホィールを開示しており、これは、一定の乗車高、低振動であり、最大接地圧が低減されている。この全方向式ホィールは、全方向式車両シャーシに回転可能に連結されたホィールアッセンブリで構成されている。ホィールアッセンブリは、ハブを具えており、この上に自由に回転するローラが、車軸に対してある角度で回転可能に装着されている。Ｈａｒｒｉｓに発行された別の特許は、米国特許第６，７９６，６１８号であり、これは全方向式ホィールを設計する方法を開示している。

２００２年１０月２４日に公開された米国特許出願第２００２／０１５３２０５号（Ｚｉｎａｎｔｉ）は、左右の移動というより前後に移動する摩擦バイアスを有する全方向式ホィールを開示している。この全方向式ホィールは、フレームを重量荷担面の下側に取り付けるための上側部分と、少なくとも２つの壁、及び少なくとも一つの球形ホィールを受ける２つの側壁によって規定される中央キャビティを有するフレームと、固定軸を中心としてホィールを回転させるために、これらの側壁に軸アライメントして連結された少なくとも２つのホィール軸受を有するフレームを具えている。

１９８０年９月２３日に発行された米国特許第４，２２３，７５３号（Ｂｒａｄｂｕｒｙ）は、比較的なめらかではあるが平坦である必要はない面の上で装置の全方向式移動を作成又は測定する装置、及び／又は、この装置に対するこの表面の全方向移動を測定する装置を開示している。この移動装置は、フレームと、周辺ローラを有する少なくとも２つのホィールを具え、このホィールは非平行な軸の周りを回転する。所定の表面に対する装置の所望の動きは、ホィールへの適切な回転入力によって達成される。

全方向式ホィールの先行技術の設計を取り巻く周知の問題がある。特に、より大きいホィールを形成するほぼ円形の構造体に配置された多数の小さなホィールによる先行技術のホィール設計は、特に重荷重の下では、不安定な乗り心地と振動のために、移動速度が制限されることが知られている。更に、このようなホィールの使用は、所定の表面上で、当該表面との不均一な接触により、悪天候下では厳しく制限される。

更に、多数のホィール又はローラを具える設計は、過度に複雑であり、機械的な欠陥が生じる傾向にあるか又は過剰なメンテナンスを必要とする多数の部品で構成される。更に、このようなホィールは、多数の接合部があるため、負荷が制限されていると考えられる。したがって、簡単な設計であり、既存の車両シャーシ又は車両の駆動機構を大幅に変更することなく、広い範囲で適切にまた直ちに使用できる全方向式ホィールを提供することが望ましい。

従って、先行技術の欠陥に対処した全方向式ホィールを提供することが本発明の目的である。

本発明は、その設計と動作の特徴によって上記の欠陥を克服するものである。

本発明の一実施態様では、タイヤを装着するリムと；車両にホィールを回転可能に取り付けるハブと；当該リムとハブとを連結する手段とを具える全方向式ホィールが提供されており、リムは、ハブに回転可能に連結されており、ハブの周りを放射状に回転する際、リム上でタイヤが回転するようにリムに装着されたタイヤ表面に係合する部分を有し、これによって、ホィールが地面に係合するときに、リム上で回転するタイヤが、車両に取り付けたホィールの通常の回転プランと直交するプランでホィールを横方向へ移動させる。

本発明の別の実施態様によると、全方向式ホィールに使用するソリッドコアタイヤが提供されている。このタイヤは、トレッドパターン、又はスレッドパターン、もしくはらせん状コイル形状を有していても良い。

本発明の更なる別の実施態様によると、圧縮溝が付いた又は付いていない円形筒型ソリッドコアタイヤ、又はらせんコイル形状を有するタイヤを製造する方法が提供されており、この方法は、タイヤの組成物をスクリューのような溝又はキャビティパターンを切り込んだ又はドリルしたダイ又は成型装置に入れるステップであって、このダイ又は成型装置が筒型で真っ直ぐな形のタイヤを製造する形状であるステップと；タイヤの組成物を硬化させ、ダイ又は成型装置から直線状のタイヤを取り外すステップと；直線状タイヤの
２つの端部を合わせて強固に連結又は結合させて、圧縮溝が付いた又は付いていないなめらかな円形の筒状タイヤ、若しくはらせんコイル形状を有するタイヤを形成するステップと；を具えている。

添付図面と共に、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明から本発明をより一層理解することができる。
図１は、本発明の実施態様に係るソリッドコアタイヤを伴うホィールアッセンブリの正面図である。 図２は、タイヤコイルを内包した図１に示すホィールアッセンブリの背面図である。 図３は、図１に示すホィールアッセンブリとタイヤの断面図である。 図４は、図１に示すホィールアッセンブリをタイヤのない状態で示す側面図である。 図５は、本発明の別の実施態様に係る２ホィール型アッセンブリとタイヤの断面図である。 図６は、図５に示す２ホィール型アッセンブリをタイヤのない状態で示す側面図である。 図７は、本発明の一実施態様に係る直線状タイヤを示す上側平面図である。 図８は、補強リングの付いたソリッドコアタイヤの側面図である。 図９は、直線状のゴムに内包したコイル示す図である。 図１０は、図９に示すコイルの図である。 図１１は、図９に示すゴムに内包したコイルでできたタイヤを示す図である。 図１２は、図６に示すアッセンブリの側断面図であり、本発明の一実施態様に係るホィールのハブの中の内部機構を示す図である。

本発明とその目的及び利点は、以下の詳細な説明から当業者により理解される。ここで、実施を意図した一のモードを簡潔に説明することによって、本発明の好ましい実施形態が説明されている。以下に認識されるように、本発明は、本発明の範囲と特質から逸脱することなく、様々な態様で変更が可能である。従って、本記載は、実際のところ説明として参照するべきであり、いかなる場合も限定されるものではない。

図１を参照すると、外側ハブ７、回転可能な外側リム３、及び圧縮溝２０が付いたソリッドコアタイヤを有する本発明の一実施態様に係る全方向式ホィールの正面図が示されている。ハブにアクセス板１０が設けられており、ホィールの内部機構にアクセスすることができる。

図２を参照すると、内側ハブ９、回転可能な内側リム４、及びコイルを内包したタイヤ２１を有する図１の全方向式ホィールの背面図が示されている。リム駆動ギア１８を用いて、モータから内側リム４へ回転動作を伝達することができる。それぞれが例えばピニオンギアボルト１３によってホィールアッセンブリに回転可能に取り付けられている一又はそれ以上のピニオンギア１４によってリム駆動ギア１８は作動する。図２は、リム駆動ギア１８を作動させるピニオンギア１４を設ける、従って、内側リム４の回転に影響する実施態様を示している。車両にホィールを取り付けけるために複数のラグナット孔２を内側ハブ９上に設けるようにしても良い。

図３を参照すると、図１のホィールアッセンブリとタイヤの断面図が示されている。本発明の一実施態様では、ホィールアッセンブリの内部、特にホィールハブの内部に、内側リム４を回転作動させるモータ３７が設けられている。一実施態様では、このモータ３７は、ピニオンギア１４と噛み合う駆動ギア１５に連結できる。各ピニオンギア１４は、内側リム４を車両アッセンブリの軸に対して回転させる内側リム駆動ギア１８に係合している。内側リム４が回転するとブレーキ板８に収容されている傘歯車１６が、各リム３、４のリムギア１７と接触し、対向するリム３の回転に影響を与える。

リム３、４は、ハブのブレーキディスク８に連結されている傘歯車１６による回転に対して、選択的に固定されている。ハブ７、９に対して固定されているハブのブレーキディスク８は、ハブ９からタイヤ１へ、及び、タイヤ１からハブ９へ、制動エネルギーと加速トルクを伝達すると共に、リム３、４と、リム３、４の回転に作用するギア１４、１５、１６、１７、１８にかかる歪みを最小化するように設けられている。

好ましい実施態様では、モータ３７の向きを変えて、大きなハブアクセス板（図示せず）に取り付けるようにしてもよい。このアクセス板はハブ７から独立して動き、外側リム３に取り付けられている。

図４を参照すると、タイヤ１が付いていない車両アッセンブリの側面図が示されている。タイヤ１は、リム３、４のスクリュ様のスレッドパターンにより全体が支持されており、リム３、４が例えば第２の駆動軸３８で規定されるホィールの軸の周りを回転するときに、タイヤ１が、例えば補強リング２６によって規定されるその軸の周りを回転して、地面に係合しているホィールアッセンブリを、車両に取り付けたときホィールの回転に垂直な面に直行する面において車凛の軸に対して平行に、横方に移動させる。補強リング２６によって規定される軸周りのタイヤ１の回転は、リム３、４の回転を逆にすることで反転させることができる。ハブのブレーキディスク８には水平溝の形をしたブレーキスレッド１２が設けられており、このスレッドはタイヤ１が横回転する間の摩擦を最小にするサイズと構造にすることができると共に、ブレーキ圧又は直接的なトルクが生じる際に、ブレーキディスク８の周りをタイヤ１が偶発的に滑ることを防止する。

ここで図５又は図６を参照すると、それぞれ本発明の別の実施態様に係る２ホィールアッセンブリとタイヤの断面図と側面図が示されている。この２ホィールアッセンブリは、駆動シャフト板３６を通って延在する駆動シャフト３５に連結したモータ３７を用いて設計することができる。２ホィールアッセンブリの場合、内側回転リム６と外側回転リム３は２つのタイヤ１の一方にそれぞれ個別に連結されている。更に、２ホィールアッセンブリは逆スレッド内側回転リム４と逆スレッド外側回転リム５を具えている。

２ホィールアッセンブリの構成は、上述した１ホィールアッセンブリに類似しており、とりわけ、中央ハブ１１、２つのハブブレーキディスク８、及びホィールと２つのタイヤの同様の動作についてのこれらに関連するギア機構を有している。これらは、地面に係合する２ホィールアッセンブリを横方向又は駆動軸３５に平行な方向における変位させるこれらの軸周りを２つのタイヤが回転するようにリム３、４、５、６の回転に作用する。

本発明の分野の当業者に周知であるように、リムの表面にコーティング又は潤滑剤を塗るようにしてもよい。補強リングに潤滑剤を塗って、摩擦を最小にすることができる。

ここで図７乃至１１を参照すると、本発明の使用に適した例示的なタイヤが示されている。本発明の使用に適したタイヤには、ソリッドコアタイヤ２０、コイル内包タイヤ２１又は空気式タイヤ（図示せず）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのタイヤは回転抵抗を最小にするために、直線形状２２、２３で製造することが好ましい。好ましい実施態様では、直線形状のタイヤは、このタイヤの二つの端部が整列して互いにしっかり連結するあるいは取り付けられて筒状の円形タイヤができるときに、例えばフランジ２４をしっかりと受ける開口２５の形状のオス型に一致する端部を具えている。しかしながら、直線状のタイヤの２つの端部を連結するその他の手段又は方法を用いて、本発明の結果を達成することができる。この筒状の円形タイヤを製造する方法により、反対方向に回転するリム３、４、５、６上を横回転するタイヤの全回転に安定した均一の張力を提供する。

潤滑化補強リング２６をソリッドコアタイヤ２６に挿入し、例えばボンディング、溶接等といった適切な方法によりタイヤの端部と一緒に別に結合させることが好ましい。

別の実施態様では、コイル内包タイヤ２１は、本発明の技術分野の当業者に周知の任意の方法でタイヤの端部を互いに連結又は結合することによる直線形状から円形にする同様の方法で製造できる。コイル内包タイヤ２１は個々の外周が内包されている、すなわちギャップがタイヤ外側表面に開放されているとともに、タイヤ内側表面を圧縮するようにしてもよく、あるいはコイル全体がソリッドコアの形で内包されていてもよい。コイル内包タイヤ２１は、例えばスパイラルに巻きつけたワイヤ又は他の適切な材料といった、二重の対向するらせんメッシュで補強してもよい。タイヤの実施形態の様々な組み合わせを代替的に用いて、限定するものではないが、例えば、補強リング２６を有するコイル内包タイヤ２１といった意図するアプリケーションに適したタイヤを作ることができる。

別の実施態様では、タイヤ１のトレッドパターンは、圧縮溝及び／又はリム３、４、５、６のスレッドに整列した力増幅らせん溝を具えていても良い。この溝は、本発明の当業者に周知であるように、リム３、４、５、６の上のタイヤ１を回転させる伝達トルクを最大にし、タイヤ１の横回転抵抗を最小にするように、同軸方向に、縦方向に、あるいは角度をつけて方向づけるようにしても良い。代替的に、タイヤ１の表面あるいは複数の表面上にあるパターンの刻み目又は突出部を設けることで、牽引、圧縮及び力増幅効果を促進するようにしてもよい。

図１２を参照すると、図６の側断面図が示されている。この実施態様では、リム３、４、５、６が、ベアリングアウターレース３３とベアリングインナーレース３２の間にベアリングがあるベアリング構造３４上に支持されている。

好ましい実施態様では、タイヤ１と接触する領域としてリム３、４、５、６の表面とブレーキ板８に、スクリュー様溝パターンが設けられている。タイヤ１は、回転リム３、４、５、６と、ブレーキディスク８と、タイヤ１との間での材料の接触を減らすことによって、リム１９とブレーキ板８のスクリュー様溝に完全に支持され、摩擦を最小にしている。単一のスクリュー様溝又は複数のスクリュー様溝は、タイヤ１の軸方向の動きをより大きくするのに用いることができる。リム上の複数の開始溝は、また、高さ又はスペース、あるいはその両方が異なっており、タイヤ１を回転させて、地面に係合する単一又は複数のホィールアッセンブリの横の移動に作用するようになっている。

例えば、天然ゴム又は合成ゴムや、例えば活性剤を伴うカーボンブラックとシリカ、抗酸化剤、オゾン劣化防止剤などの添加材といった、適宜の材料をタイヤの構造と製造に使用することができる。

例えば、ホイールハブ１１、ブレーキディスク８、可動リム３、４、５、６、ギア、補強リング２６及びコイル２８といった中実ボディ部品は、金属、複合材料、プラスティック又は本発明の当業者により選択される他の適切な材料で作ることができる。

上記の本発明の実施態様の変更、変形及び適応は、特許請求の範囲によって定義される発明の範囲内で可能である。

本発明は全方向式のホィールを提供している。本発明を使用することからえら得る利益は、例えば、軍事、商業、工業、医薬、及び娯楽のアプリケーションに関連する。あらゆる方向への移動を制御できる車両の構成に使用することができる。

Claims (20)

1. 全方向式ホィールにおいて：
   車両に前記ホィール回転可能に取り付けるハブと；
   タイヤに装着するリムであって、前記ハブに概説して当該ハブに連結されているリムと；を具え、
   前記リムが、前記ハブに回転可能に連結されており、前記ハブの周りを半径方向に回転するときに、前記リムに装着したタイヤに係合して前記タイヤの外周軸の周囲を前記リム上のタイヤを回転させる環状部材を有しており、
   これによって前記ホィールが地面に係合するときに、前記タイヤの外周軸の周りの前記リム上のタイヤの回転又は回転によって、前記車両に取り付けた前記ホィールの回転の法平面にほぼ直交する平面における前記ホィールが横方向に移動することを特徴とする全方向式ホィール。
2. 請求項１に記載の全方向式ホィールにおいて、前記リムが、前記ハブに回転可能に連結された２つの環状部材を有し、当該二つの環状部材が対向する方向に回転して前記タイヤに係合し、前記リム上のタイヤを前記タイヤの外周軸周りで回転させることを特徴とする全方向式ホィール。
3. 請求項２に記載の全方向式ホィールであって、前記ハブが、前記リムの２つの回転可能な部材間の中央に配置された固定ブレーキ手段を有することを特徴とする全方向式ホィール。
4. 請求項２又は３に記載の全方向式ホィールが、更に、前記リムの２つの回転可能な部材の少なくとも１つを回転させる作動手段を具えることを特徴とする全方向式ホィール。
5. 請求項２又は３に記載の全方向式ホィールが、更に、前記リムの２つの回転可能な部材を反対方向に回転させる作動手段を具えることを特徴とする全方向式ホィール。
6. 請求項４又は５に記載の全方向式ホィールが、更に、前記作動手段からの回転運動を前記回転可能なリム部材に伝達して、前記タイヤの外周軸周りに前記タイヤを回転させるギア機構を具えることを特徴とする全方向式ホィール。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の全方向式ホィールにおいて、前記作動手段が、前記ホィールハブ内部のモータであることを特徴とする全方向式ホィール。
8. 請求項３乃至７のいずれか１項に記載の全方向式ホィールにおいて、前記ブレーキ手段が、ブレーキ溝を有することを特徴とする全方向式ホィール。
9. 請求項８に記載の全方向式ホィールにおいて、前記ブレーキ溝が水平溝であることを特徴とする全方向式ホィール。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の全方向式ホィールにおいて、前記リムが、前記タイヤを支持し、前記タイヤの外周軸周りにタイヤを回転させるように前記タイヤに係合する溝パターン又は溝を有すことを特徴とする全方向式ホィール。
11. 請求項１０に記載の全方向式ホィールにおいて、前記リムの溝パターンが、スクリュー様であることを特徴とする全方向式ホィール。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の全方向式ホィールが、更に、中実コアタイヤ、コイル内包タイヤ、及び空気式タイヤから成る群から選択されたタイヤを具えることを特徴とする全方向式ホィール。
13. 請求項１２に記載の全方向式ホィールにおいて、前記タイヤの表面が、前記リムの溝パターン又は溝と整列したトレッドパターンを有することを特徴とする全方向式ホィール。
14. 請求項１３に記載の全方向式ホィールにおいて、前記タイヤ表面のトレッドパターンが、圧縮溝、力増幅らせん溝、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする全方向式ホィール。
15. 請求項１３又は１４に記載の全方向式ホィールにおいて、前記タイヤ表面のトレッドパターンが、同心円状、縦方向、又は角度がある、又はこれらの組み合わせで、方向づけられていることを特徴とする全方向式ホィール。
16. 請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の全方向式ホィールにおいて、前記タイヤの前記表面が摩擦、圧縮、及び力増幅効果をだす刻み目又は突出部のパターンを有することを特徴とする全方向式ホィール。
17. 請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の全方向式ホィールにおいて、前記リムの回転可能な部材が、前記ハブに連結したベアリング構造に支持されていることを特徴とする全方向式ホィール。
18. 請求項１に記載の全方向式ホィールに使用するトレッドパターン表面又はらせんコイル形状を有する中実コアタイヤを製造する方法において：
    タイヤ組成物を溝又はキャビティパターンを有する金型又は成型装置に入れるステップであって、当該金型又は成型装置が、製造したタイヤが筒状あるいは直線形状を有するような形状をしている、ステップと；
    前記タイヤ組成物を硬化させて、前記金型又は成型装置から直線形状のタイヤを取り出すステップと；
    前記直線形状のタイヤの両端を互いに合わせて、前記タイヤの量端部をしっかり連結あるいは結合させて、円形筒状タイヤを形成するステップと；
    を具えることを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、前記タイヤ組成物に補強材料をいれて、前記タイヤを成形する間に前記タイヤと共硬化させることを特徴とする方法。
20. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の全方向式ホィールに使用する溝パターン表面又はらせんコイル形状を有する中実コアタイヤ。

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