JP2017128327A - 全方向移動車輪、全方向移動車輪対及びこれを具えた全方向移動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、滑らかな走行を実現することのできる全方向移動車輪、全方向移動車輪対及びこれを具えた全方向移動車両を提供する。【解決手段】本発明に係る全方向移動車輪１０は、車軸２０を中心として回動自在な回動枠３０と、前記回動枠の外周に複数組のローラユニット４０を配置してなる全方向移動車輪であって、前記ローラユニットは、前記回動枠に等間隔に配置され、外周面が前記車軸を中心とする車輪外周円の曲率と一致する略樽型形状の第１ローラ５０と、前記第１ローラの両側に配置され、外周面が前記車輪外周円の曲率と一致し前記第１ローラから離れる方向に縮径する略円錐台形状の第２ローラ６０，６０と、前記第２ローラに隣り合って配置され、外周面が前記車輪外周円の曲率と一致し前記第２ローラから離れる方向に拡径する略円錐台形状の第３ローラ７０，７０と、を具える。【選択図】図１

Description

本発明は、全方向移動車輪、全方向移動車輪対及びこれを具えた全方向移動車両に関するものであり、より具体的には、滑らかな走行を実現できる全方向移動車輪、全方向移動車輪対及びこれを具えた全方向移動車両に関するものである。

全方向移動車輪対は、車軸に対して回動自在なハブの外周に車軸と直行する面内にて回動自在に複数のローラを配置した全方向移動車輪を並列に配置して構成される。そして、各全方向移動車輪は、直進方向に対しては車軸を中心とする転動、車軸と直交する方向に対してはローラが転動することで、これらの組合せによって床面上の任意の方向に車両を走行可能としている。

たとえば、特許文献１では、略円錐台状の第１ローラを円周上に等間隔に配置し、第１ローラ間に第１ローラよりも小径の第２ローラを配置した全方向移動車輪を並列した全方向移動車輪対を提案している。

特開２０１５−２８５７５０号

全方向移動車輪対では、各全方向移動車輪のローラどうしの間に隙間がある。従って、走行時、第１ローラから第２ローラ、第２ローラから第１ローラに移行する間に、隙間が床面と対向することになるが、このとき、ゴトツキが生じ、滑らかな走行を行なうことができない問題がある。

本発明の目的は、滑らかな走行を実現することのできる全方向移動車輪、全方向移動車輪対及びこれを具えた全方向移動車両を提供することである。

本発明に係る全方向移動車輪は、
車軸を中心として回動自在な回動枠と、前記回動枠の外周に複数組のローラユニットを配置してなる全方向移動車輪であって、
前記ローラユニットは、
前記回動枠に等間隔に配置され、外周面が前記車軸を中心とする車輪外周円の曲率と一致する第１ローラと、
前記第１ローラの両側に配置され、外周面が前記車輪外周円の曲率と一致し前記第１ローラから離れる方向に縮径する略円錐台形状の第２ローラと、
前記第２ローラに隣り合って配置され、外周面が前記車輪外周円の曲率と一致し前記第２ローラから離れる方向に拡径する略円錐台形状の第３ローラと、
を具える。

前記第２ローラは縮径側に凹みを有し、
前記第３ローラは、前記第２ローラの前記凹みに縮径側の一部が侵入している、
構成とすることができる。

前記第１ローラ及び前記第３ローラの回動中心は、前記車軸と略捻れ且つ略垂直であり、
前記第２ローラの回動中心は、前記車軸と略捻れ且つ拡径側が前記車軸に接近している、
構成とすることができる。

隣り合う前記ローラユニットの前記第３ローラどうしは、回動中心が同心である、
構成とすることができる。

前記第３ローラは、前記第１ローラ及び前記第２ローラよりも小径である、
構成とすることができる。

前記第１ローラは、略樽型形状とすることができる。

前記第３ローラは、縮径側が前記第１ローラよりも小径であり、拡径側が前記第１ローラよりも大径である、
構成とすることができる。

複数組の前記ローラユニットは、前記第１ローラ、前記第２ローラ及び前記第３ローラが、前記車輪外周円の９０％以上を占めていることが望ましい。

前記ローラユニットは、全方向移動車輪に４組以上具えることが望ましい。

また、本発明の全方向移動車輪対は、
上記した複数のローラユニットからなる第１の全方向移動車輪と、複数のローラユニットからなる第２の全方向移動車輪を、車軸が略同心且つ前記第１の全方向移動車輪と前記第２の全方向移動車輪の前記各ローラユニットの前記第１ローラどうしを等間隔に位相をずらして配置してなる。

さらに、本発明の全方向移動車両は、上記した全方向移動車輪又は全方向移動車輪対を具える。

本発明の全方向移動車輪によれば、各ローラユニットは、第１ローラ、略円錐台形状の第２ローラ及び略円錐台形状の第３ローラから構成することにより、車輪外周円に対するローラの占める割合を高めることができ、各ローラ間の移行を滑らかに行なって、走行時のゴトツキ感を低減できる。従って、この全方向移動車輪を具える全方向移動車両や、この全方向移動車輪を並列した全方向移動車輪対を具える全方向移動車両は、ゴトツキ感を低減できることによって、滑らかな走行を実現することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る全方向移動車輪及び全方向移動車輪対の斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る全方向移動車輪及び全方向移動車輪対の正面図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る全方向移動車輪及び全方向移動車輪対の右側面図である。 図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶに沿う全方向移動車輪の断面図であって、ローラユニットの一部を分解して示している。 図５は、本発明の第２実施形態に係る全方向移動車輪の斜視図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る全方向移動車輪の正面図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る全方向移動車輪の側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る全方向移動車輪１０，１０ａ及びこれを並列に配置した全方向移動車輪対１２について、図面を参照しながら説明を行なう。

＜第１実施形態＞
図１乃至図４に示すように、本発明の全方向移動車輪対１２は、中心に車軸２０が嵌装される第１の全方向移動車輪１０と第２の全方向移動車輪１０ａを並列且つ一体回転可能に配置して構成することができる。なお、本発明の全方向移動車輪は、車輪対ではなく、１つの車輪のみによって構成することもできる。

以下の説明では、特に説明のない限り、第１の全方向移動車輪１０について説明を行なう。なお、第１の全方向移動車輪１０と第２の全方向移動車輪１０ａは、図示のとおり位相が車軸２０に対してずれて配置されているが、同じ形状、構成を具備している。位相は、ローラユニット４０の数に基づいて決定される。本実施形態では、ローラユニット４０が４組であって、各ローラユニット４０は９０°ごとに配置されているから、その角度の半分、すなわち４５°の位相がずれるように第１の全方向移動車輪１０と第２の全方向移動車輪１０ａは配置されている。

第１の全方向移動車輪１０（以下、適宜単に「全方向移動車輪１０」と称する）は、車軸２０に対して回動自在な回動枠３０と、回動枠３０の外周に複数組のローラユニット４０を配置して構成されている。全方向移動車輪１０の直径は、たとえば２２０ｍｍとすることができ、以下の説明において、この直径の場合の各部材の寸法を示すが、あくまでも一例であり、これら数値に限定されるものではないことはもちろんである。なお、図示の実施形態では、ローラユニット４０を４組としているが、同様にこれに限定されるものではない。

回動枠３０は、図１、図３及び図４に示すように、車軸２０に回動自在なハブ３２とハブ３２の外周に設けられた略コ字状に屈曲したコ字状枠３３と、車軸２０から対して略垂直に延びる垂直枠３７から構成している。

コ字状枠３３は、閉塞側がボルト３６によってハブ３２に固定されており、閉塞側から斜めに延びる傾斜部分は、垂直枠３７を挟んで隣り合うコ字状枠３３とボルト３９によって締結されている。そして、図４に示すように、コ字状枠３３の開放端側には後述する第１ローラ５０及び第２ローラ６０を回動自在に支持する支持軸８１，８２が取り付けられる第１貫通孔３４と第２貫通孔３５が開設されている。本実施形態では、第２ローラ６０の回動中心を第１ローラ５０に対して傾斜させるようにしているため、コ字状枠３３は、第２ローラ６０を支持する内側の第２貫通孔３５の部分で内向きに傾斜し、再度第２貫通孔３５の部分で垂直に曲げられている。

垂直枠３７は、上記コ字状枠３３，３３に挟まれてボルト３９にて締結されており、先端に第３ローラ７０を回動自在に支持する支持軸８３が取り付けられる第３貫通孔３８が形成されている。

上記したとおり、コ字状枠３３は、ボルト３６によりハブ３２に固定され、さらに、コ字状枠３３と垂直枠３７をボルト３９により固定する構成としているから、後述するとおり、組立てや分解が容易である。

コ字状枠３３及び垂直枠３７には、複数組のローラユニット４０が装着される。各ローラユニット４０は、図１乃至図４に示すように、略樽型形状の第１ローラ５０と、第１ローラ５０の両側に配置される略円錐台形状の第２ローラ６０，６０、その両側に配置される略円錐台形状の第３ローラ７０，７０から構成することができる。

第１ローラ５０は、外周面が車軸２０を中心とする車輪外周円の曲率と一致する略樽型形状であり、図４に示すように、中心を貫通する第１挿通孔５２が形成されている。第１挿通孔５２の両側にはベアリング５３，５３が配置されており、コ字状枠３３の第１貫通孔３４にボルト状の第１支持軸８１，８１を介して装着される。そして、第１ローラ５０は、回動中心が車軸２０と略捻れ且つ略垂直に配置される。

第１ローラ５０は、合成樹脂製又は金属製とし、表面に適宜滑り防止及び緩衝用のゴム等の被覆をすることができる。図示の第１ローラ５０は、膨張部分の直径が４０．０ｍｍ、両端の直径が３１．７ｍｍである。また、第１ローラ５０の長さは６０．０ｍｍ、外周面の長さは６０．８ｍｍである。

第２ローラ６０は、第１ローラ５０の両側に配置され、外周面が車輪外周円の曲率と一致し、第１ローラ５０から離れる方向に縮径する略円錐台形状である。第２ローラ６０は、第１ローラ５０よりも拡径側は大径である。図４に示すように、第２ローラ６０には、中心を貫通する第２挿通孔６２が形成されている。第２挿通孔６２の両側にはベアリング６３，６３が配置されており、コ字状枠３３の第２貫通孔３５にボルト状の第２支持軸８２を介して装着される。第２貫通孔３５は、前述のとおり、外向きに傾斜して開設されているから、第２支持軸８２で第２ローラ６０をコ字状枠３３に取り付けたときに、第２ローラ６０は、回動中心が車軸２０と略捻れ且つ拡径側が車軸２０に接近するように傾斜して配置される。

第２ローラ６０は、第１ローラ５０と外周面が接近するよう回転中心を傾斜させて配置することで、第１ローラ５０と第２ローラ６０との隙間を小さくし、接地時のゴトツキを低減することが望まれる。このため、本実施形態では、第２ローラ６０は、第１支持軸８１と干渉する拡径側の端面に環状の拡径側凹み６５を形成している。

また、第２ローラ６０は、次に説明する第３ローラ７０との干渉を避けるため、縮径側の端面にすり鉢状の縮径側凹み６６を形成している。

第２ローラ６０は、合成樹脂製又は金属製とし、表面に適宜滑り防止及び緩衝用のゴム等の被覆をすることができる。図示の第２ローラ６０は、拡径側の直径が５７．０ｍｍ、縮径側の直径が２９．２ｍｍである。また、第２ローラ６０の長さは２５．０ｍｍ、外周面の長さは２８．７ｍｍである。

第３ローラ７０は、第２ローラ６０の縮径側に配置され、外周面が車輪外周円の曲率と一致し、第２ローラ６０から離れる方向に拡径する略円錐台形状である。第３ローラ７０は、第１ローラ５０及び第２ローラ６０よりも小径に構成され、図４に示すように、第３ローラ７０は、縮径側の一部が、前記した第２ローラ６０の縮径側凹み６６に侵入するよう配置される。これにより、第２ローラ６０と第３ローラ７０との隙間を小さくすることができ、接地時のゴトツキを可及的に低減することができる。

第３ローラ７０は、図４に示すように、中心を貫通する第３挿通孔７２が形成されている。第３挿通孔７２にはベアリング７３，７３が配置されており、第３挿通孔７２を第３ローラ７０の拡径側から垂直枠３７の第３貫通孔３８に装着された軸状の第３支持軸８３に挿通することで、第３ローラ７０が垂直枠３７に回動自在に装着される。第３支持軸８３には、先端にネジ孔が形成されており、第３ローラ７０を装着した後、先端にネジの切られたボルト状の第３抜止め８４を第３支持軸８３のネジ孔に螺合させることにより、第３ローラ７０は、垂直枠３７から脱落不能に装着される。

第３ローラ７０は、合成樹脂製又は金属製とし、表面に適宜滑り防止及び緩衝用のゴム等の被覆をすることができる。図示の第３ローラ７０は、拡径側の直径が２０．０ｍｍ、縮径側の直径が１４．９ｍｍである。また、第３ローラ７０の長さは２１．０ｍｍ、外周面の長さは２１．２ｍｍである。

上記構成の全方向移動車輪１０の組立方法の一例として、まず、コ字状枠３３に第１ローラ５０を配置し、第１支持軸８１によって装着する。そして、第２ローラ６０をコ字状枠３３の外側に配置して、第２ローラ６０の縮径側から第２支持軸８２を差し込むことで、第２ローラ６０をコ字状枠３３に装着する。

続いて、垂直枠３７の第３支持軸８３に２つの第３ローラ７０，７０を差し込んで、第３抜止め８４、８４によって第３ローラ７０を垂直枠３７に装着する。

そして、第１ローラ５０及び第２ローラ６０の装着された２つのコ字状枠３３の間に、第３ローラ７０の装着された垂直枠３７を挟んでボルト３９によって締結すると共に、コ字状枠３３をハブ３２にボルト３６によって取り付けることで、全方向移動車輪１０を組み立てることができる。

組立後、何れかのローラを取り外す必要がある場合には、ボルト３６，３９を外し、支持軸８１，８２や抜止め８４を外すだけで分解可能であるから、メンテナンスや部品交換等も容易である。

全方向移動車輪１０は、上記したとおり、車輪の直径が２２０ｍｍに対し、各ローラユニット４０は、車輪外周面に沿う外周面の長さに関し、略樽型形状の第１ローラ５０は６０．８ｍｍ、略円錐台形状の第２ローラ６０は２８．７ｍｍ、略円錐台形状の第３ローラ７０は２１．２ｍｍであり、各ローラユニット４０は、第２ローラ６０、第３ローラ７０を夫々２つずつ具えるから、ローラユニット４０の接地可能面の長さは、１６０．６ｍｍになる。そして、全方向移動車輪１０は、このローラユニット４０を４つ配置しているから、車輪外周面の長さ（６９０．８ｍｍ）に対して、接地可能面の長さが６４２．４ｍｍになり、その割合は９３％とすることができる。このように、略樽型形状の第１ローラ５０、略円錐台形状の第２ローラ６０及び第３ローラ７０からなる隙間の小さいローラユニット４０を複数配置したことで、接地可能面が車輪外周面に対して高い割合とすることができるから、全方向移動車輪１０の車輪外周面に存する隙間を小さくすることができる。その結果、全方向移動車輪１０のゴトツキを可及的に抑えることができ、極めて滑らかな走行を実現できる。なお、望ましくは、前記割合は９０％以上であり、１００％に近づけることがより望ましい。

上記全方向移動車輪１０は、車軸２０に対して垂直面内にある直進方向（図１の線Ａで示す）に走行する場合、個々のローラ５０，６０，７０は非回転のまま、車輪全体が車軸２０を中心に回転する。一方、直進方向に対して傾斜した方向に走行する場合は、接地しているローラ５０，６０又は７０が回転しつつ、車輪全体が車軸２０を中心に回転することで、斜め向きに走行する。また、横方向（線Ａと直交方向）に走行する場合には、車輪は非回転のまま、接地しているローラ５０，６０又は７０のみが回転する。これにより、床面に対して全方向への移動が実現される。

上記構成の全方向移動車輪について、第１の全方向移動車輪１０と第２の全方向移動車輪１０ａを図１乃至図３に示すように、車軸２０に対して位相が４５°ずれるように装着することで、全方向移動車輪対１２が構成される。

全方向移動車輪対１２は、上記のようにローラ間の隙間が可及的に小さい全方向移動車輪１０，１０ａどうしの位相をずらして構成しているから、１の全方向移動車輪よりもさらにゴトツキを抑えた滑らかな走行を実現できる。

具体的には、全方向移動車輪対１２は、車軸２０に対して垂直面内にある直進方向（図１の線Ａで示す）に走行する場合、両全方向移動車輪１０，１０ａが個々のローラ５０，６０，７０は非回転のまま、車輪全体が車軸２０を中心に回転する。一方、直進方向に対して傾斜した方向に走行する場合は、両全方向移動車輪１０，１０ａの接地しているローラ５０，６０又は７０が回転しつつ、車輪全体が車軸２０を中心に回転することで、斜め向きに走行する。また、横方向（線Ａと直交方向）に走行する場合には、車輪は非回転のまま、両全方向移動車輪１０，１０ａ接地しているローラ５０，６０又は７０のみが回転する。これにより、床面に対して全方向への移動が実現される。全方向移動車輪対１２は、全方向移動車輪１０，１０ａの位相をずらしており、同時にローラ間の隙間が床面に対向することはないから、一方の全方向移動車輪１０，１０ａの隙間が床面と対向しても、他方の全方向移動車輪１０，１０ａのローラ５０，６０又は７０が接地していることで、ゴトツキを防止できる利点がある。

従って、全方向移動車輪対１２を具えた全方向移動車両（図示せず）は、極めて滑らかな走行を達成でき、振動や揺れを抑えた走行を実現できる。もちろん、１の全方向移動車輪１０を具えた全方向移動車両についても、従来の全方向移動車輪を具えた全方向移動車両よりも滑らかな走行を実現できる。

＜第２実施形態＞
本実施形態は、第１ローラ５０を幅狭にしたものであり、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

上記第１実施形態では、第１ローラ５０を第３ローラ７０よりも大径の略樽型形状とし、その円弧長さを大きくすることで、第１ローラ５０の接地長さを確保して全方向移動車輪１０の走行安定化を図っている。しかしながら、第３ローラ７０が小径化するため、第３ローラ７０の回転方向の動きが重くなってしまうことがある。

そこで、第１実施形態の図１乃至図３と比較してわかるように、第２実施形態では図５乃至図７に示す如く、略円錐台状の第３ローラ７０を大径化している。より詳細には、第３ローラ７０は、縮径側が第１ローラ５０よりも小径であり、拡径側が前記第１ローラ５０よりも大径である。その結果、第３ローラ７０は、円弧長さを大きくなるため、第１ローラ５０は第１実施形態に比べて薄型にしている。

本実施形態によれば、第３ローラ７０の大径化によって、回転をスムーズに行なうことができるから、全方向移動車輪１０の走行安定性を確保できる。

また、第３ローラ７０が小径である場合には、第３ローラ７０の表面を被覆する滑り防止及び緩衝用のゴム等の厚さを第１ローラ５０、第２ローラ６０に比べて薄くせざるを得ず、滑り防止及び緩衝効果に差が生じることがある。しかしながら、第３ローラ７０を大径化できたことで、被覆されるゴム等の厚さを増すことができ、滑り防止及び緩衝効果をすべてのローラで均質化することができる。

なお、第１実施形態と同様、第１ローラ５０、第２ローラ６０及び第３ローラ７０は、車輪外周面に対する設置可能面の割合を９０％以上とすることが好適であり、１００％に近づけることがより望ましい。

第２実施形態では、全方向移動車輪１０が一列のものを例示しているが、第１実施形態と同様二列とした全方向移動車輪対１２としてよいことはもちろんである。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

たとえば、上記した寸法は、発明を理解しやすくするための一例であり、全方向移動車輪１０の直径等に基づいて適宜変更可能なことはもちろんである。また、上記実施形態では、ローラユニット４０は、１の全方向移動車輪１０に対して４組としているが、複数組であれば本発明は実現可能である。しかしながら、ローラユニット４０の組数が少ないと、各ローラの縮径側が小径化してしまい、また、各ローラの最大径と最小径の差が大きくなってしまうため、ローラユニット４０は４組以上とすることが望ましい。

また、回動枠３０の構成や、ローラの装着方法等についても、上記実施形態は一例であり、他の構成、方法によりローラを支持できることはもちろんである。

１０ 第１の全方向移動車輪
１０ａ 第２の全方向移動車輪
１２ 全方向移動車輪対
２０ 車軸
３０ 回動枠
３３ コ字状枠
３７ 垂直枠
４０ ローラユニット
５０ 第１ローラ
６０ 第２ローラ
７０ 第３ローラ

Claims (12)

1. 車軸を中心として回動自在な回動枠と、前記回動枠の外周に複数組のローラユニットを配置してなる全方向移動車輪であって、
   前記ローラユニットは、
   前記回動枠に等間隔に配置され、外周面が前記車軸を中心とする車輪外周円の曲率と一致する第１ローラと、
   前記第１ローラの両側に配置され、外周面が前記車輪外周円の曲率と一致し前記第１ローラから離れる方向に縮径する略円錐台形状の第２ローラと、
   前記第２ローラに隣り合って配置され、外周面が前記車輪外周円の曲率と一致し前記第２ローラから離れる方向に拡径する略円錐台形状の第３ローラと、
   を具える、
   ことを特徴とする全方向移動車輪。
2. 前記第２ローラは縮径側に凹みを有し、
   前記第３ローラは、前記第２ローラの前記凹みに縮径側の一部が侵入している、
   請求項１に記載の全方向移動車輪。
3. 前記第１ローラ及び前記第３ローラの回動中心は、前記車軸と略捻れ且つ略垂直であり、
   前記第２ローラの回動中心は、前記車軸と略捻れ且つ拡径側が前記車軸に接近している、
   請求項１又は請求項２に記載の全方向移動車輪。
4. 隣り合う前記ローラユニットの前記第３ローラどうしは、回動中心が同心である、
   請求項１乃至請求項３の何れかに記載の全方向移動車輪。
5. 前記第３ローラは、前記第１ローラ及び前記第２ローラよりも小径である、
   請求項１乃至請求項４の何れかに記載の全方向移動車輪。
6. 前記第１ローラは、略樽型形状である、
   請求項５に記載の全方向移動車輪。
7. 前記第３ローラは、縮径側が前記第１ローラよりも小径であり、拡径側が前記第１ローラよりも大径である、
   請求項１乃至請求項４の何れかに記載の全方向移動車輪。
8. 複数組の前記ローラユニットは、前記第１ローラ、前記第２ローラ及び前記第３ローラが、前記車輪外周円の９０％以上を占めている、
   請求項１乃至請求項７の何れかに記載の全方向移動車輪。
9. 前記ローラユニットを４組以上具える、
   請求項１乃至請求項８の何れかに記載の全方向移動車輪。
10. 請求項１乃至請求項９の何れかに記載の前記複数のローラユニットからなる第１の全方向移動車輪と、請求項１乃至請求項８の何れかに記載の前記複数のローラユニットからなる第２の全方向移動車輪を、車軸が略同心且つ前記第１の全方向移動車輪と前記第２の全方向移動車輪の前記各ローラユニットの前記第１ローラどうしを等間隔に位相をずらして配置してなる、
    全方向移動車輪対。
11. 請求項１乃至請求項９の何れかに記載の全方向移動車輪を具える、
    全方向移動車両。
12. 請求項１０に記載の全方向移動車輪対を具える、
    全方向移動車両。

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