JP2017056763A - 摩擦式走行装置および乗物 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライブディスクが、ドライブローラがドリブンローラに接触する回転位置に位置するたびに、車体フレームが主輪に対して落ち込むことにより生じる繰り返しの衝撃による振動の発生を低減し、乗り心地性を改善すること。
【解決手段】隣り合う第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４に接触する点間に対応する位置においてドリブンローラ３４の外周面に接触する第２のドライブローラ８４を追加する。
【選択図】図４

Description

本発明は、摩擦式走行装置および乗物に関し、更に詳細には、オムニホイール式の車輪を用いた全方向移動体のための摩擦式走行装置および乗物に関する。

全方向移動体のための摩擦式走行装置として、円環状の芯体と当該芯体の円周方向（円環方向）に複数配置され各々自身の配置位置に於ける前記芯体の接線方向の軸線周りに回転可能なドリブンローラ（フリーローラ）とを含むオムニホイール式の主輪（車輪）と、前記主輪の軸線方向の左右両側に各々自身の中心軸線周りに回転可能に配置された左右のドライブディスクと、前記左右のドライブディスクの各々に等間隔に円環状に配置され、各々前記ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に支持されて外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数の第１のドライブローラとを有し、左右のドライブディスクが走行装置のフレームによって回転可能に支持され、左右の第１のドライブローラがドリブンローラを左右より挟むようにして主輪を回転可能に支持し、主輪の下側のドリブンローラが接地するものが知られている（例えば、特許文献１〜４）。

この摩擦式走行装置は、左右のドライブディスクが個別の電動モータによって個別に回転駆動されることにより、主輪の回転（芯体の中心軸線周りの回転であり、以降、この回転を公転と云うことがある）とドリブンローラの回転との組み合わせによって前後、斜めおよび真横の全方向に走行することができる。

国際公開２００８／１３２７７９号パンフレット 特開２０１３−２３７３２７号公報 特開２０１１−６３２０９号公報 特開２０１３−１０７５７５号公報

上述の摩擦式走行装置では、ドライブディスクが、ドライブローラがドリブンローラに接触する回転位置に位置するたびに、車体フレームが主輪に対して落ち込むため、繰り返しの衝撃による振動が生じる課題がある。この課題はドライブディスクの小径化に伴ってドライブローラの個数が少ないものほど顕著なものになり、搭乗タイプの摩擦式走行装置による乗物の場合、乗員の乗り心地を悪くする原因になる。

本発明が解決しようとする課題は、ドライブディスクの回転に伴う振動の発生を低減し、乗り心地性を改善することである。

本発明による摩擦式走行装置は、フレーム（１０）と、左右方向に延在する軸線を中心とした円環状の芯体（３２）および前記芯体（３２）の円周方向に複数配置され各々自身の配置位置に於ける前記芯体（３２）の接線方向に延在する軸線周りに回転可能なドリブンローラ（３４）を含む主輪（３０）と、前記フレーム（１０）に取り付けられて左右方向に延在する支持軸（２２）と、前記主輪（３０）の左右両側に配置され、各々自身の中心軸線周りに回転可能に前記支持軸（２２）に支持された略円盤状の左右のドライブディスク（７０）と、前記左右のドライブディスク（７０）の各々に当該ドライブディスク（７００の周方向に間隔をおいて配置され、各々前記ドライブディスク（７０）の中心軸線（Ａ）に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に支持されて外周面をもって前記ドリブンローラ（３４）の外周面に接触する複数の第１のドライブローラ（７６）と、前記左右のドライブディスク（７０）の各々に当該ドライブディスク（７０）の周方向に沿って配置されて自身の中心軸線周りに回転自在で、前記第１のドライブローラとは異なる前記主輪（３０）の軸線方向位置において且つ少なくとも隣り合う前記第１のドライブローラ（７６）が前記ドリブンローラ（３４）に接触する点間に対応する位置において前記ドリブンローラ（３４）の外周面に接触する複数の第２のドライブローラ（８４、８５）と、前記フレーム（１０）に取り付けられ、前記左右のドライブディスク（７０）を個別に回転駆動する駆動装置（６４）とを有する。

この構成によれば、ドライブディスク（７０）が、隣り合う第１のドライブローラ（７６）がドリブンローラ（３４）に接触する回転位置に位置すると、第２のドライブローラ（８４、８５）がドリブンローラ（３４）に接触するから、ドライブディスク（７０）がローラ間の回転位置に位置しても、車体フレーム（１０）が主輪（３０）に対して落ち込むことがなく、車体フレーム（１０）が主輪（３０）に対して繰り返し落ち込むことによる繰り返しの衝撃による振動が生じることが回避される。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８４、８５）は各々の前記周方向の配置位置において前記ドライブディスク（７０）の接線方向に延在する軸線周りに回転可能である。

この構成によれば、第２のドライブローラ（８４、８５）は、ドライブディスク（７０）の回転によって主輪（３０）に当該主輪（３０）が円環中心を回転軸線として回転（公転）する回転力を伝達するが、第１のドライブローラ（７６）によるドリブンローラ（３４）の回転（自転）に関しては、この回転に追従して自転し、ドリブンローラ（３４）の回転を阻害する大きい抵抗になることがない。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８４、８５）は隣り合う複数個の前記第１のドライブローラ（７６）を跨ぐ軸長を有する。

この構成によれば、第２のドライブローラ（８４、８５）の個数を削減できる。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８５）は自身の軸線方向の中央部の外径が軸端部の外径より大きい樽形ローラにより構成されている。

この構成によれば、第２のドライブローラ（８５）が隣り合う複数個の第１のドライブローラ（７６）を跨ぐ軸長を有するものであっても、第２のドライブローラ（８５）がドリブンローラ（３４）と干渉することがない。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８５）の外径の変化による外周面の軸線方向の曲率が、前記第２のドライブローラ（８５）が前記ドリブンローラ（３４）と接触する点の集合により画成される接触円（Ｃｄ２）の曲率に略等しい。

この構成によれば、ドライブディスク（７０）がローラ間の回転位置に位置した際に車体フレーム（１０）が主輪（３０）に対して落ち込むことを前記第２のドライブローラ（８５）によって回避する作用が良好に行われる。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８４）は隣り合う前記第１のドライブローラ（７６）間の各間隙に対応する位置にて個別に前記ドリブンローラ（３４）と接触する複数の樽形形状部（８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ）を有する。

この構成によれば、各樽形形状部（８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ）が各ローラ間隙に対応する有用なローラとして作用する。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８４）は外周面には斜歯状の凹凸（８６）を有する。

この構成によれば、第２のドライブローラ（８４）がドリブンローラ３４の回転に対して滑りを生じ難く、第２のドライブローラ（８４）はドリブンローラ３４の回転に円滑に追従して自転する。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８４、８５）は当該第２のドライブローラ（８４、８５）の外周面を前記ドリブンローラ（３４）の外周面に押し付ける方向に付勢するばね性を有するブラケット（８０）によって前記ドライブディスク（７０）に取り付けられている。

この構成によれば、第２のドライブローラ（８４）がドリブンローラ（３４）の回転に対して滑りを生じ難く、第２のドライブローラ（８４）はドリブンローラ（３４）の回転に円滑に追従して自転する。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第２のドライブローラ（８４、８５）は前記第１のドライブローラ（７６）より前記主輪（３０）の軸線方向の中央側にあり、前記第２のドライブローラ（８４、８５）が前記ドリブンローラ（３４）と接触する点の集合により画成される接触円（Ｃｄ２）の直径（Ｄ２）が前記第１のドライブローラ（７６）が前記ドリブンローラ（３４）と接触する点の集合により画成される接触円（Ｃｄ１）の直径（Ｄ１）より小さい。

この構成によれば、第２のドライブローラ（８４、８５）は左右の第１のドライブローラ（７６）間にできるデッドスペースに配置されることになり、このデッドスペースの有効利用のもとに、第２のドライブローラ（８４、８５）がフレーム（１０）の左右幅を増大する原因になることがない。

本発明による摩擦式走行装置は、好ましくは、前記第１のドライブローラ（７６）が前記ドリブンローラ（３４）と接触する点の集合により画成される接触円（Ｃｄ１）の直径（Ｄ１）が、前記ドリブンローラ（３４）が前記第１のドライブローラ（７６）と接触する点の集合により画成される接触円（Ｃｖ）の直径（Ｄ３）より小さく、前記ドライブディスク（７０）が前記主輪（３０）に対して径方向にオフセットして配置され、前記ドリブンローラ（３４）に近い側に位置する前記第１のドライブローラ（７６）および前記第２のドライブローラ（８４）のみが前記ドリブンローラ（３４）に接触している。

この構成によれば、第１のドライブローラ（７６）の個数を削減することができる。

本発明による乗物は、上述の発明による摩擦式走行装置を有し、前記フレーム（１０）に乗員の臀部を支持するサドル（１８）および乗員の足裏を支持するフットステップ（２０）の少なくとも何れか一方が設けられた乗物である。

この構成によれば、ドライブディスク（７０）がローラ間の回転位置に位置しても、車体フレーム（１０）が主輪（３０）に対して落ち込むことがなく、車体フレーム（１０）が主輪（３０）に対して繰り返し落ち込むことによる繰り返しの衝撃による振動が生じることが回避され、乗り心地性が改善される。

本発明による摩擦式走行装置および乗物によれば、ドライブディスクが、隣り合う第１のドライブローラがドリブンローラに接触する回転位置に位置すると、第２のドライブローラがドリブンローラに接触するから、ドライブディスクがローラ間の回転位置に位置しても、車体フレームが主輪に対して落ち込むことがなく、車体フレームが主輪に対して繰り返し落ち込むことによる繰り返しの衝撃による振動が生じることが回避され、乗り心地性が改善される。

本発明による摩擦式走行装置が用いられた倒立振子型車両の一つの実施形態を示す斜視図 本実施形態による摩擦式走行装置の側面図 本実施形態による摩擦式走行装置の正面図 本実施形態による摩擦式走行装置の要部の拡大正面図 本実施形態による摩擦式走行装置の要部の拡大断面図（図２の線Ｖ−Ｖに沿った断面図相当） 隣り合い２個の第１のドライブローラがドリブンローラに接触している状態を示す要部の拡大側面図 １個の第１のドライブローラのみがドリブンローラに接触している状態を示す要部の拡大側面図 図２の線VIII−VIIIに沿った断面図 本発明による摩擦式走行装置の他の実施形態を示す側面図

以下に、本発明による摩擦式走行装置が用いられた搭乗タイプの倒立振子型車両（乗物）の一つの実施形態を、図１〜図８を参照して説明する。

図１に示されているように、本実施形態の倒立振子型車両（全方向移動装置）は、車体骨格をなす車体フレーム１０を有する。車体フレーム１０は、前後２個の上部部材１２と、上部部材１２の左右両端より各々垂下し且つ前後２個の上部部材１２を互いに接続する左右の脚部材１４と、脚部材１４の下部に取り付けられた左右の下部支持プレート１６とを含む。上部部材１２の上部には乗員の臀部を支持するサドル１８が取り付けられている。下部支持プレート１６には乗員の足裏を支持する左右のフットステップ２０が取り付けられている。

左右の脚部材１４および下部支持プレート１６間には主輪３０および左右のドライブディスク７０が配置されている。

主輪３０は、図２、図３に示されているように、左右方向に水平に延在する軸線（中心軸線Ｂ）を中心とした円環状の芯体３２と、芯体３２の円周方向に複数配置され、各々自身の配置位置に於ける芯体３２の接線方向に延在する軸線周りに回転可能なドリブンローラ３４とを含む。芯体３２は金属等の硬質材料によって構成され、ドリブンローラ３４はゴム等の弾性体によって構成されている。

左右のドライブディスク７０は、図１〜図５に示されているように、主輪３０の左右両側に対称に配置され、各々、円筒状のハブ部７２と、ハブ部７２の外周より外方に延出した略円盤状のホイール部７４とを有する。左右のドライブディスク７０の各ホイール部７４の外周部には周方向に隔置して複数の第１のドライブローラ７６が各々ローラ支持軸７８によってドライブディスク７０の回転軸線（中心軸線Ａ）に対してねじれの関係をなす回転軸線周りに回転可能に取り付けられている。第１のドライブローラ７６は、金属或いはプラスチック等の比較的硬質の材料によって構成されている。

第１のドライブローラ７６はホイール部７４の周方向に等間隔をおいて「はすば歯車」の歯の配列のような配置になり、ドライブディスク７０の中心軸線Ａに対する第１のドライブローラ７６のねじれの関係が、全ての第１のドライブローラ７６において同一になっている。

左右の下部支持プレート１６には各々スリーブ２３（図３参照）が取り付けられている。スリーブ２３は主輪３０の内方を左右方向に貫通して略水平に延在するディスク支持軸２２を支持している。ディスク支持軸２２は、左右のハブ部７２内を左右方向に貫通し、ボール軸受７５（図３参照）によって左右のハブ部７２を同軸上に個別に回転可能に支持している。換言すると、車体フレーム１０は一つのディスク支持軸２２によって左右のハブ部７２、つまり左右のドライブディスク７０を各々略水平な同一軸線上に回転可能に支持している。ディスク支持軸２２の中心軸線はドライブディスク７０の中心軸線Ａと同一であり、中心軸線Ａと主輪３０の中心軸線Ｂとは互いに平行である。

ここで、第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４と接触する点を結んだ仮想円、つまり第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４と接触する点の集合により画成される仮想円をドライブ側第１接触円Ｃｄ１（図２参照）と呼び、第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４と接触する点を結んだ仮想円、つまりドリブンローラ３４が第１のドライブローラ７６と接触する点の集合により画成される仮想円をドリブン側接触円Ｃｖ（図２参照）と呼ぶ。

ドライブ側第１接触円Ｃｄ１の直径Ｄ１（図３参照）は、ドリブン側接触円Ｃｖの直径Ｄ３（図３参照）の概ね１／２程度である。そして、ドライブディスク７０の中心軸線Ａと主輪３０の中心軸線Ｂとは水平方向（左右方向）に延在して互いに平行であり、左右のドライブディスク７０はディスク支持軸２２によって同一軸線上に支持されているから、ドライブ側第１接触円Ｃｄ１を含む仮想平面とドリブン側接触円Ｃｖを含む仮想平面とはドライブディスク７０の中心軸線Ａおよび中心軸線Ｂに直交する面をもって、つまり鉛直面をもって互いに平行である。

左右のドライブディスク７０の各ホイール部７４には、各ホイール部７４の周方向に沿って複数のブラケット８０が等間隔に取り付けられている。ブラケット８０は各々ローラ支持軸８２によって第２のドライブローラ８４を自身の中心軸線周りに回転自在に支持している。ローラ支持軸８２は、各々のホイール部７４の周方向の配置位置において、ホイール部７４の接線方向に延在している。これにより、第２のドライブローラ８４は各々の前記周方向の配置位置においてホイール部７４の接線方向に延在する軸線周りに回転可能である。なお、ブラケット８０の取付構造等については後述する。

左右の第２のドライブローラ８４は、金属或いはプラスチック等の比較的硬質の材料によって構成され、隣り合う複数個の第１のドライブローラ７６を跨ぐ軸長、本実施形態では３個の第１のドライブローラ７６を跨ぐ軸長を有し、自身の軸線方向に３個の樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃをランド状に形成されている。これにより、第２のドライブローラ８４およびブラケット８０の個数を削減でき、これらをコンパクトに配置することができる。

３個の樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃのうち、中央の樽形形状部８４Ｂが両端の２個の樽形形状部８４Ａおよび８４Ｃの最大外径より大きい最大外径を有し、且つ両端の２個の樽形形状部８４Ａおよび８４Ｃの最大外径が互いに等しい。３個の樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃは、各々、第１のドライブローラ７６とは異なる主輪３０の軸線方向位置、より詳細には、第１のドライブローラ７６より主輪３０の軸線方向の中央側の位置において、且つ隣り合う第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４に接触する点間に対応する位置において、ドリブンローラ３４の外周面に接触している。この接触は、樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃの各々の最大外径部の外周面をもってドリブンローラ３４と干渉することなく個別に行われる。この場合、左右の第２のドライブローラ８４の個数は、左右の第１のドライブローラ７６の個数の１／３になる。なお、第２のドライブローラ８４のドリブンローラ３４との干渉は、第２のドライブローラ８４の外周面がドリブンローラ３４の外周面に必要以上に強く当接すること（噛み込み）である。

左右の第２のドライブローラ８４は、それぞれ、第１のドライブローラ７６より主輪３０の軸線方向の中央側、つまり車体フレーム１０の左右方向の内側にあることにより、各樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃがドリブンローラ３４と接触する点の集合により画成されるドライブ側第２接触円Ｃｄ２の直径Ｄ２は、ドリブンローラ３４の外径、換言すると、ドリブンローラ３４の外周面の曲率に応じてドライブ側第１接触円Ｃｄ１の直径Ｄ１より小さいものになる。

このことは、樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃの各々の最大外径部を第２のドライブローラ８４の軸線方向に結ぶ円孔線の曲率がドライブ側第２接触円Ｃｄ２の曲率に略等しいことを意味する。

上述のドライブ側第２接触円Ｃｄ２とドライブ側第１接触円Ｃｄ１とは、ドライブディスク７０の中心軸線Ａを中心として同心である。そして、ドライブ側第２接触円Ｃｄ２を含む仮想平面は、ドライブ側第２接触円Ｃｄ２を含む仮想平面およびドリブン側接触円Ｃｖを含む仮想平面と同様に、ドライブディスク７０の中心軸線Ａに直交する鉛直面である。

左右の第２のドライブローラ８４は、それぞれ、第１のドライブローラ７６より主輪３０の軸線方向の中央側に配置されることから、左右の第２のドライブローラ８４は左右の第１のドライブローラ７６間にできるデッドスペースに配置されることになり、デッドスペースの有効利用のもとに、第２のドライブローラ８４が車体フレーム１０の左右幅を増大する原因になることがない。

樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃの各々の外周面には斜歯状の凹凸８６（図４参照）が形成されており、樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃは凹凸８６の凸部をもってドリブンローラ３４に接触している。凹凸８６の傾斜方向は、左右の第２のドライブローラ８４のもので左右対称であり、ドリブンローラ３４との接触側において第１のドライブローラ７６と同方向のねじれの関係を有する方向である。

ブラケット８０は、金属製で、一端（基端）をボルト８１によってドライブディスク７０に固定されており、他端が自由端の片持ち梁になっていて、自由端においてローラ支持軸８２によって第２のドライブローラ８４を両持ち支持している。この梁構造により、ブラケット８０は、第２のドライブローラ８４の外周面をドリブンローラ３４の外周面に押し付ける方向に付勢するばね性を有する。これにより、第２のドライブローラ８４はブラケット８０のばね性によってドリブンローラ３４に弾力的に押し付けられる。

前述の如く、Ｄ１＜Ｄ３であることにより、ドライブディスク７０が主輪３０に対して径方向（上下方向）にオフセットして配置され、このオフセットによってドリブンローラ３４に近い側に位置する第１のドライブローラ７６および第２のドライブローラ８４がドリブンローラ３４に接触している。つまり、ドライブディスク７０の中心軸線Ａが主輪３０の中心軸線Ｂに対してＤ３とＤ１との差に応じた量をもって下方（径方向）に偏倚しており、左右の第１のドライブローラ７６および第２のドライブローラ８４はドリブンローラ３４に近い側に位置するもののみが外周面をもって下側、つまり接地側に位置するドリブンローラ３４の外周面（主輪３０の径方向内方の外周面）に左右対称に摺接（接触）している。理想的には接地状態にあるドリブンローラ３４にのみ第１のドライブローラ７６が摩擦による動力伝達に有効に接触している。Ｄ１＜Ｄ３であることにより、Ｄ１＝Ｄ３である場合に比して第１のドライブローラ７６および第２のドライブローラ８４の個数を削減することができる。

接地側に位置する第１のドライブローラ７６および第２のドライブローラ８４は、サドル１８に乗員が着座した状態では、乗員の荷重が車体フレーム１０を介してディスク支持軸２２に作用することにより、接地している主輪３０のドリブンローラ３４に上方から押し付けられる。接地するドリブンローラ３４の個数は、設計上は１〜２個であるが、サドル１８に乗員が着座した状態では、乗員の荷重が、車体フレーム１０、ディスク支持軸２２、ドライブディスク７０、第１のドライブローラ７６および第２のドライブローラ８４を介してドリブンローラ３４に作用し、ゴム製のドリブンローラ３４が弾性変形することにより、３〜５個になると考えられる。

車体フレーム１０には、図１に示されているように、脚部材１４より略前後方向に延出した支持アーム１００が取り付けられている。支持アーム１００の前端および後端には、各々、主輪３０の中心軸線Ｂと平行なローラ支持軸１０２によって補助支持ローラ１０４が回転自在に取り付けられている。ローラ支持軸１０２は主輪３０の中心軸線Ｂを含んで前後に延在する水平線より少し上方の位置を前後に延在する水平線上に配置されている。

補助支持ローラ１０４は、金属あるいはプラスチックによって構成され、図８に示されているように、両端部に拡径のフランジ部１０６を有するボビン形状をしている。フランジ部１０６は、軸端側に向うほど外径が大きくなるテーパ外周面１０８を有し、テーパ外周面１０８をもってドリブンローラ３４を左右両側から挟むようしてドリブンローラ３４の外周面に接触している。これにより、前後の補助支持ローラ１０４は、各々、主輪３０の中心軸線Ｂを含んで前後に延在する水平線より少し上方の位置にて、ドリブンローラ３４を左右両側から挟むようしてドリブンローラ３４の外周面（主輪３０の径方向内方の外周面）の２点に接触している。

このようにして、主輪３０は、前後の補助支持ローラ１０４によって車体フレーム１０に支持され、車体フレーム１０と主輪３０との上下方向の相対的な移動が規制される。これにより、車体フレーム１０が持ち上げられた際には、車体フレーム１０と一体的に主輪３０も持ち上げられ、車体フレーム１０と主輪３０とが上下方向に不要に相対的に変位することが回避される。

左右のホイール部７４の外側には各々円盤状の取付プレート７１によってドリブンプーリ６０が同心に固定されている。車体フレーム１０には、図１に示されているように、主輪３０の上方にギヤボックス６２が取り付けられている。ギヤボックス６２の外壁には左右の電動モータ６４（図１では右側のドライブディスク７０を駆動する電動モータのみを図示）および左右のドライブプーリ６６（図１では左側のドライブディスク７０用のドライブプーリのみを図示）が取り付けられている。ギヤボックス６２は減速歯車装置（不図示）を内蔵しており、当該減速歯車装置は左右の電動モータ６４の回転を減速して左右のドライブプーリ６６に個別に伝達する。ドライブプーリ６６とドリブンプーリ６０とには左右で対応するもの同士間に無端のコグドベルト６８（図１では左側のドライブディスク７０用のコグドベルトのみを図示）が掛け渡されている。これにより、左右のドライブディスク７０は左右の電動モータ６４によって個別に回転駆動される。

図１に示されているように、下部支持プレート１６にはアーム支持軸９０によって尾輪支持アーム９２の基端が回動可能に連結されている。尾輪支持アーム９２は、基端より主輪３０の後方に向けて延在し、アーム支持軸９０の中心軸線周りに車体フレーム１０に対して略上下方向に回動可能になっている。尾輪支持アーム９２は遊端にオムニホイール式の尾輪（副輪）９４をドライブディスク７０の回転軸線（中心軸線Ａ）に直交する略水平な中心軸線Ｅ周りに回転可能に支持している。尾輪９４は尾輪支持アーム９２に取り付けられた電動モータ９６によって中心軸線Ｅ周りに回転駆動される。

ギヤボックス６２の前部には電気ボックス９８が取り付けられている。電気ボックス９８は、電子制御装置、ジャイロセンサ、モータドライブユニット等を内蔵している。電子制御装置は、倒立振子制御則に従った制御処理に基づいて車体フレーム１０が略直立姿勢を維持すべく左右の電動モータ６４を制御すると共に、旋回のために電動モータ９６を制御する。なお、車体フレーム１０には、図示されていないが、これらの電装品の電源をなすバッテリが搭載されている。

左右の電動モータ６４が同一方向に且つ同一速度で駆動されている場合には、左右のドライブディスク７０が同一速度で同一方向に回転し、ドライブディスク７０の回転が第１のドライブローラ７６および第２のドライブローラ８４とドリブンローラ３４との摩擦力によって主輪３０に伝達され、主輪３０が、円環中心を回転軸線（中心軸線Ｂ）として回転、つまり公転する。このとき、左右のドライブディスク７０に回転速度差が生じないため、主輪３０のドリブンローラ３４が自転せず、倒立振子型車両は真っ直ぐに前進あるいは後進する。

左右の電動モータ６４が互いに異なった回転方向及び又は互いに異なった回転速度に駆動されている場合には、左右のドライブディスク７０間に回転速度差が生じ、左右のドライブディスク７０の回転力による円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右の第１のドライブローラ７６と主輪３０のドリブンローラ３４との接触面に作用する。この分力によってドリブンローラ３４が自身の中心軸線回りに回転（自転）することになる。

ドリブンローラ３４の回転は、左右のドライブディスク７０の回転速度差によって定まるから、例えば、左右のドライブディスク７０を互いに同一速度で逆向きに回転させると、主輪３０は全く公転せず、ドリブンローラ３４の自転だけが生じる。これにより、主輪３０には左右方向の走行力が加わることになり、倒立振子型車両は、左右方向に走行（真横移動）する。左右のドライブディスク７０を同一方向に相違した速度で回転させると、主輪３０の公転と共にドリブンローラ３４の自転が生じ、倒立振子型車両は斜め前方あるいは斜め後方に走行する。

この時、第２のドライブローラ８４は、ドリブンローラ３４の回転（自転）に追従して自転し、第１のドライブローラ７６によるドリブンローラ３４の回転を阻害する大きい抵抗になることがない。これにより、倒立振子型車両の真横走行や斜め前方あるいは斜め後方の走行が所期の制御則通りに的確に行われる。

更に、第２のドライブローラ８４は、樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃの外周面に形成されている凹凸８６の凸部をもってドリブンローラ３４に接触していること、およびブラケット８０のばね性によって外周面をドリブンローラ３４の外周面に押し付けられていることにより、第２のドライブローラ８４がドリブンローラ３４の回転に対して滑りを生じ難く、ドリブンローラ３４の回転に円滑に追従して自転する。これにより、第２のドライブローラ８４がドリブンローラ３４の回転を阻害することがなく、倒立振子型車両の真横走行や斜め前方あるいは斜め後方の走行が所期の制御則通りにより一層的確に行われる。

電動モータ９６によって尾輪９４が回転駆動されると、倒立振子型車両は主輪３０の接地点を中心として旋回する。なお、主輪３０及び尾輪９４が同時に回転駆動されると、その回転駆動の状態に応じて、旋回中心位置は変化する。

前後の補助支持ローラ１０４は、各々、主輪３０の上側に位置するドリブンローラ３４に左右両側の２点で接触していることにより、主輪３０が接地点を傾斜基点として左右方向に傾斜することを規制、つまり車体フレーム１０に対する主輪３０のロール運動を規制する。

これにより、主輪３０の上側のドリブンローラ３４が左右の第１のドライブローラ７６によって挟まれていなくても、主輪３０が車体フレーム１０に対してロール運動することがなく、主輪３０が鉛直姿勢を維持する。また、補助支持ローラ１０４は、接地点を通る鉛直線より前後方向に離れた位置にあるドリブンローラ３４に接触していることにより、主輪３０が車体フレーム１０に対して接地点を通る鉛直線周りに回転することを規制、つまり車体フレーム１０に対する主輪３０のヨー運動を規制する。これにより、主輪３０の上側のドリブンローラ３４が左右の第１のドライブローラ７６によって挟まれていなくても、主輪３０が車体フレーム１０に対してヨー運動することが防止される。また、補助支持ローラ１０４は、主輪３０が車体フレーム１０に対してピッチ運動することも規制する。

つぎに、第２のドライブローラ８４の作用について説明する。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、ドライブディスク７０が、隣り合う２個の第１のドライブローラ７６が一つのドリブンローラ３４に接触する回転位置にある状態を示している。この回転位置では、第２のドライブローラ８４の樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃのいずれかが対応する一つのドリブンローラ３４に接触する。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、ドライブディスク７０が、一つの第１のドライブローラ７６が一つのドリブンローラ３４に接触する回転位置にある状態を示している。この回転位置では、第２のドライブローラ８４の樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃのいずれもが対応するドリブンローラ３４に接触することがない。

第２のドライブローラ８４によるドライブ側第２接触円は、第１のドライブローラ７６によるドライブ側第１接触円と共にドライブディスク７０の中心軸線を中心とする同心であり、第２のドライブローラ８４の樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃは、各々、隣り合う第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４に接触する点間に対応する位置においてドリブンローラ３４の外周面に接触しているから、ドライブディスク７０が、隣り合う第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４に接触する回転位置（以降、この回転位置をローラ間の回転位置と言うことがある）に位置すると、つまり、隣り合う２個の第１のドライブローラ７６が一つのドリブンローラ３４に接触する回転位置に位置すると、樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃのいずれかがドリブンローラ３４に接触することになる。このことにより、ドライブディスク７０がローラ間の回転位置に位置しても、車体フレーム１０が主輪３０に対して落ち込むこと（下方への変位）がない。このようにして、各樽形形状部（８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ）は各ローラ間隙に対応する有用なローラとして作用する。

このことにより、車体フレーム１０が主輪３０に対して繰り返し落ち込むことによる繰り返しの衝撃による振動が生じることが回避され、乗り心地性が改善される。

つぎに、本発明による摩擦式走行装置が用いられた搭乗タイプの倒立振子型車両（乗物）の他の実施形態を、図９を参照して説明する。なお、図９において、図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、第２のドライブローラ８５が、樽形形状部８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃを有するものに代えて、自身の軸線方向の中央部の外径が軸端部の外径より大きい樽形ローラ（クラウンローラ）により構成されており、第２のドライブローラ８５の外径の変化による外周面の軸線方向の曲率が、第２のドライブローラ８５がドリブンローラ３４と接触する点の集合により画成されるドライブ側第２接触円Ｃｄ２の曲率に略等しい。

第２のドライブローラ８５は、３個の第１のドライブローラ７６を跨ぐ軸長を有し、隣り合う第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４に接触する点間に対応する位置においてドリブンローラ３４の外周面に接触する部分を含んでいる。

この実施形態でも、第２のドライブローラ８５は、隣り合う第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４に接触する点間に対応する位置においてドリブンローラ３４の外周面に接触するから、ドライブディスク７０が、隣り合う第１のドライブローラ７６がドリブンローラ３４に接触する回転位置に位置すると、第２のドライブローラ８５がドリブンローラ３４に接触することになる。このことにより、ドライブディスク７０がローラ間の回転位置に位置しても、車体フレーム１０が主輪３０に対して落ち込むことがなく、車体フレーム１０が主輪３０に対して繰り返し落ち込むことによる繰り返しの衝撃による振動が生じることが回避され、乗り心地性が改善される。

第２のドライブローラ８５の外径の変化による外周面の軸線方向の曲率が、第２のドライブローラ８５がドリブンローラ３４と接触する点の集合により画成されるドライブ側第２接触円Ｃｄ２の曲率に略等しいことにより、車体フレーム１０が主輪３０に対して落ち込むことを第２のドライブローラ８４によって回避する上述の作用が均一に良好に行われる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。たとえば、第２のドライブローラ８４、８５は、各第２のドライブローラ８４、８５の周方向の配置位置においてドライブディスク７０の接線方向に延在する軸線周りに回転可能以外に、第１のドライブローラ７６と同様に、ドライブディスク７０の中心軸線Ａに対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能であっても、ドライブディスク７０の中心軸線Ａの直交する軸線周りに回転可能であってもよい。第２のドライブローラ８４、８５は、隣り合う第１のドライブローラ７６毎に、第１のドライブローラ７６と同数設けられていてもよい。また、第２のドライブローラ８４、８５の設置は、Ｄ１＜Ｄ３の摩擦式走行装置以外に、Ｄ１とＤ３とが略等しい摩擦式走行装置にも同様に適用することができる。

１０ 車体フレーム
１２ 上部部材
１４ 脚部材
１６ 下部支持プレート
１８ サドル
２０ フットステップ
２２ ディスク支持軸
２３ スリーブ
３０ 主輪
３２ 芯体
３４ ドリブンローラ
６０ ドリブンプーリ
６２ ギヤボックス
６４ 電動モータ
６６ ドライブプーリ
６８ コグドベルト
７０ ドライブディスク
７１ 取付プレート
７２ ハブ部
７４ ホイール部
７５ ボール軸受
７６ 第１のドライブローラ
７８ ローラ支持軸
８０ ブラケット
８１ ボルト
８２ ローラ支持軸
８４ 第２のドライブローラ
８４Ａ 樽形形状部
８４Ｂ 樽形形状部
８４Ｃ 樽形形状部
８５ 第２のドライブローラ
８６ 凹凸
９０ アーム支持軸
９２ 尾輪支持アーム
９４ 尾輪
９６ 電動モータ
９８ 電気ボックス
１００ 支持アーム
１０２ ローラ支持軸
１０４ 補助支持ローラ
１０６ フランジ部
１０８ テーパ外周面
Ｃｄ１ ドライブ側第１接触円
Ｃｄ２ ドライブ側第２接触円
Ｃｖ ドリブン側接触円

Claims (11)

1. フレームと、
   左右方向に延在する軸線を中心とした円環状の芯体と、前記芯体の円周方向に複数配置され各々自身の配置位置に於ける前記芯体の接線方向に延在する軸線周りに回転可能なドリブンローラとを含む主輪と、
   前記フレームに取り付けられて左右方向に延在する支持軸と、
   前記主輪の左右両側に配置され、各々自身の中心軸線周りに回転可能に前記支持軸に支持された略円盤状の左右のドライブディスクと、
   前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの周方向に間隔をおいて配置され、各々前記ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に支持されて外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数の第１のドライブローラと、
   前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの周方向に沿って配置されて自身の中心軸線周りに回転自在で、前記第１のドライブローラとは異なる前記主輪の軸線方向位置において且つ少なくとも隣り合う前記第１のドライブローラが前記ドリブンローラに接触する点間に対応する位置において前記ドリブンローラの外周面に接触する複数の第２のドライブローラと、
   前記フレームに取り付けられ、前記左右のドライブディスクを個別に回転駆動する駆動装置とを有する摩擦式走行装置。
2. 前記第２のドライブローラは各々の前記周方向の配置位置において前記ドライブディスクの接線方向に延在する軸線周りに回転可能である請求項１に記載の摩擦式走行装置。
3. 前記第２のドライブローラは隣り合う複数個の前記第１のドライブローラを跨ぐ軸長を有する請求項１または２に記載の摩擦式走行装置。
4. 前記第２のドライブローラは自身の軸線方向の中央部の外径が軸端部の外径より大きい樽形ローラにより構成されている請求項３に記載の摩擦式走行装置。
5. 前記第２のドライブローラの外径の変化による外周面の軸線方向の曲率が、前記第２のドライブローラが前記ドリブンローラと接触する点の集合により画成される接触円の曲率に略等しい請求項４に記載の摩擦式走行装置。
6. 前記第２のドライブローラは隣り合う前記第１のドライブローラ間の各間隙に対応する位置にて個別に前記ドリブンローラと接触する複数の樽形形状部を有する請求項３に記載の摩擦式走行装置。
7. 前記第２のドライブローラは外周面に斜歯状の凹凸を有する請求項１から６の何れか一項に記載の摩擦式走行装置。
8. 前記第２のドライブローラは当該第２のドライブローラの外周面を前記ドリブンローラの外周面に押し付ける方向に付勢するばね性を有するブラケットによって前記ドライブディスクに取り付けられている請求項１から７の何れか一項に記載の摩擦式走行装置。
9. 前記第２のドライブローラは前記第１のドライブローラより前記主輪の軸線方向の中央側にあり、前記第２のドライブローラが前記ドリブンローラと接触する点の集合により画成される接触円の直径が前記第１のドライブローラが前記ドリブンローラと接触する点の集合により画成される接触円の直径より小さい請求項１から８の何れか一項に記載の摩擦式走行装置。
10. 前記第１のドライブローラが前記ドリブンローラと接触する点の集合により画成される接触円の直径が、前記ドリブンローラが前記第１のドライブローラと接触する点の集合により画成される接触円の直径より小さく、前記ドライブディスクが前記主輪に対して径方向にオフセットして配置され、前記ドリブンローラに近い側に位置する前記第１のドライブローラおよび前記第２のドライブローラのみが前記ドリブンローラに接触している請求項１から９の何れか一項に記載の摩擦式走行装置。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載の摩擦式走行装置を有し、前記フレームに乗員の臀部を支持するサドルおよび乗員の足裏を支持するフットステップの少なくとも何れか一方が設けられた乗物。

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