JP2022535305A

JP2022535305A - エアレスホイール

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Publication number: JP2022535305A
Application number: JP2022519644A
Authority: JP
Inventors: スキム，ミン; フンキム，キョン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2022-08-05
Also published as: US20220227173A1; CN113924215A; KR102103781B1; WO2020251204A1

Abstract

本発明は、エアレスホイールに関し、軸嵌合孔を有する所定の直径のハブと、ハブの周縁部に固定され、走行時に路面から伝わる衝撃エネルギーを通過させながら減衰する多数の一体型緩衝スポークを有する弾性ホイール本体とを含んでなり、このような本発明のエアレスホイールは、接地面の十分な弾性変形ができることはもとより、多数の緩衝スポークを具備して、緩衝作用が二重で行われるので、その分だけ緩衝能力に優れる。

Description

本発明は、空気が注入されないエアレスホイールに関し、より詳しくは、走行中に、地面から上がってくる衝撃を効果的に緩衝することができるエアレスホイールに関する。

例えば、物流倉庫や大型マートなどの荷物運搬台車やカートまたは物流ロボットなどから、病院の患者用ベッドなどに至るまで、多様な種類のホイールが使われる。ホイールは、移動させるべき対象の重さを支えながら走行経路に沿って転がり運動をするものであって、路面の凹凸から上がってくる衝撃や振動を最大限吸収できるように設計される。

路面から伝わる振動や衝撃をまともに吸収できない場合は、走行性が著しく劣り、台車の運用が困難になり、とりわけ、物流ロボットは、内部の精密部品が損傷するか、またはセンサーが離脱されるなどの問題が生じることがある。また、ひどい場合、ホイールそれ自体の損傷が発生して、ホイールシャフトが切断または変形されてしまうという問題が生じることもある。

これらの問題点を解決するために、ホイールに、緩衝技術を適用した多様な方式の緩衝装置が開発されつつある。たとえば、韓国登録特許公報第１０－０４４１１６５号（キャスター緩衝装置）には、複数個の固定孔を有する固定板の下方へ、支持ブラケットをやや傾斜するように固定させ、一方側にホイールを固定したアームの中間部位と固定をし、支持ブラケットの後方には、連結部材を延出させてアームの他方側と固設されたキャスター緩衝装置において、前記ホイールを固定したアームの後端両側には、後述するウレタンキャップを固着できるように固着溝を形成し、前記ウレタンからなるウレタンキャップは、ばねの長さよりも小さく形成し、荷重によってばねとウレタンとが二重で緩衝するようにして、安定した緩衝作用のために、内部両側にばねを挿入して安着するように挿入部を形成し、前記ウレタンキャップの挿入部に挿入されるばねは、前記支持ブラケットの後方に延出させた連結部材の端部に形成されたばねを安着することができる安着突部にばねを安着させることで、ウレタンキャップおよびばねによってキャスターの緩衝が行われるようにした技術が開示されている。

ところが、前記した緩衝装置は、ホイールと台車との間にばねとウレタンキャップなどの緩衝部材を適用したものであって、ホイールそれ自体に緩衝能力を付加するわけではない。すなわち、一応、ホイールを通過した衝撃を減衰させ、走行時に運搬台車の騷音を無くして安定した走行を可能にするものであり、ホイールの緩衝能力のための構造を開示しているものではない。

ホイールそれ自体が緩衝能力を有するように提案された先行技術として、韓国登録特許公報第１０－１５８４３４０号（非空気圧ホイール及びその製造方法）が開示されたところがある。前記登録公報に紹介された非空気圧ホイールは、空気を圧入する方式ではない、エアレスホイール（ａｉｒｌｅｓｓｗｈｅｅｌ）であって、図１に示した構造を有する。

図１は、前記非空気圧ホイールの内部構造を示した断面図である。

同図に示したように、従来の非空気圧ホイール１０は、シャフトが挟み込まれる内輪１２と、内輪１２の周縁部に結合する外輪１１とで構成される。また、内輪１２の外周面には、２列の円弧面１２ａが形成される。円弧面１２ａは、外輪１１を固定させるためのものであって、その間に流動空間１２ｃを有する。流動空間１２ｃは、外輪１１に衝撃が入るとき、外輪１１を矢印ａの方向に受け入れるための緩衝空間である。

しかし、前述した従来の非空気圧ホイール１０は、緩衝効果があまり良くない。緩衝のために流動空間１２ｃを設けたが、外輪１１に衝撃が加えられても外輪が流動空間へ十分に入り込むことができないからである。外輪の弾性変形率が小さければ当たり前に減衰能力が劣る。

本発明は、かかる問題点を解消するために案出されたもので、その目的は、接地面の十分な弾性変形ができることはもとより、多数の緩衝スポークを具備して、緩衝作用が二重で行われるので、その分だけ緩衝能力に優れるエアレスホイールを提供することにある。

上記目的を達成するための課題の解決手段としての本発明のエアレスホイールは、軸嵌合孔を有する所定の直径のハブと、前記ハブの周縁部に固定され、走行時に路面から伝わる衝撃エネルギーを通過させながら減衰する多数の一体型緩衝スポークを有する弾性ホイール本体と、を含む。

また、前記ホイール本体は、金型内にハブを固定したまま、ゴムをインサート射出成形したものであって、前記緩衝スポークは、前記ハブを中心に半径方向に延びて等角配置される構造を有する。

また、前記ホイール本体は、金型内にハブを固定したまま、ゴムをインサート射出成形したものであって、前記軸嵌合孔の中心軸を基準として等角配置される多数の貫通孔を有し、前記緩衝スポークは、隣り合う貫通孔の間に位置する。

なお、前記緩衝スポークは、ハブを中心に半径方向に延び、延長方向に所定の断面積を有する。

また、前記ホイール本体の内部には、ホイール本体の構造的強度を補強する所定の直径の補強リングが内蔵される。

さらに、前記ホイール本体の外周面は、走行時に路面に接する接地面であり、前記補強リングは、緩衝スポークと接地面との間に位置する。

また、前記補強リングは、所定の直径及び幅を有するリングボディと、前記リングボディの外周面に形成され、ホイール本体との間に密閉された緩衝空間を提供し、リングボディの円周方向に沿って所定の間隔だけ離間した多数の突出ブロックとを含む構造を有する。

なお、前記突出ブロックは、リングボディの外周面に２列に並んで配列され、前記緩衝空間は、各突出ブロックの間に形成されており、前記２列の突出ブロックのうち、一方側の列の突出ブロックは、他方側の列の緩衝溝に対応して配置される。

また、前記２列の突出ブロックは、平行に離間しており、それらの間には、リングボディの円周方向に延び、所定の幅を有する第２緩衝溝がさらに形成される。

さらに、前記突出ブロックには、ホイール本体に対する突出ブロックの接触面積を拡大するための拡張溝が形成される。

上述のように構成された本発明のエアレスホイールは、接地面の十分な弾性変形ができることはもとより、多数の緩衝スポークを具備して、緩衝作用が二重で行われるので、その分だけ緩衝能力に優れている。

従来のエアレスホイールである非空気圧ホイールの問題点を説明するための断面図である。本発明の一実施形態に係るエアレスホイールの斜視図である。本発明の一実施形態に係るエアレスホイールの切開斜視図である。本発明の一実施形態に係るエアレスホイールに内蔵され得る補強リングの構造を説明するための図である。図２に示したエアレスホイールの作製方法を参考に説明するための図である。図２に示したエアレスホイールの作製方法を参考に説明するための図である。図２に示したエアレスホイールの作製方法を参考に説明するための図である。本発明の一実施形態に係るエアレスホイールの緩衝方式を説明するための断面図である。本発明の一実施形態に係るエアレスホイールの緩衝方式を説明するための断面図である。本発明の一実施形態に係るエアレスホイールに内蔵され得る他の形態の補強リングを示す斜視図である。図７の補強リングが内蔵されたエアレスホイールの切開斜視図である。図８に示したエアレスホイールの作製方式を参考に説明するための部分断面図である。図８に示したエアレスホイールの断面構造及び緩衝方式を説明するための断面図である。図８に示したエアレスホイールの断面構造及び緩衝方式を説明するための断面図である。本発明の一実施形態に係るエアレスホイールでの緩衝スポークの動作を示す図である。

基本的に、本発明のエアレスホイールは、空気を注入するチューブ方式ではない、ゴムそれ自体の弾性力を用いて緩衝を図るタイプのホイールであって、二重緩衝作用によって効率的な緩衝能力を発揮する。

このようなエアレスホイールの基本構造は、軸嵌合孔を有する所定の直径のハブと、前記ハブの周縁部に固定され、走行時に路面から伝わる衝撃エネルギーを通過させながら減衰する多数の一体型緩衝スポークを有する弾性ホイール本体とからなる。

以下、本発明による一つの実施の形態を、添付された図面を参照してより詳しく説明する。

図２は本発明の一実施形態に係るエアレスホイール２０の外観を示す斜視図である。

同図に示したように、本実施形態に係るエアレスホイール２０は、ハブ２１とホイール本体２３とを有し、さらに、ホイール本体２３の内部に補強リング（図４及び図７の符号２５）を具備する。

ハブ２１は、プラスチックで成形して作製されたものであって、その中心軸部に軸嵌合孔２１ａを有する。軸嵌合孔２１ａにホイールシャフトがはめ込まれることは勿論のことである。また、ホイール本体２３は、ゴムやシリコーンでインサート射出成形されたものであって、多数の緩衝スポーク２３ａと、貫通孔２３ｂと、開放孔２３ｃとを有する。ホイール本体２３の外周面は、走行中に路面Ｇに接する接地面である。

緩衝スポーク２３ａは、ホイール本体２３に貫通孔２３ｂを形成することによって自動に作られた部分であって、半径方向に矩形の断面形態を有する。インサート射出成形時に貫通孔２３ｂを形成する理由は、エアレスホイール２０の全体としての重さを軽減し、使用される材料を節減しながら、緩衝スポーク２３ａを形成するためのものである。

前記貫通孔２３ｂは、エアレスホイール２０の厚さ方向に貫通している孔である。厚さ方向とは、軸嵌合孔２１ａにはめ込まれるホイールシャフトの方向を意味する。

なお、各貫通孔２３ｂは、言い換えれば、扇形または台形の形状を有し、軸嵌合孔２１ａの中心軸を基準として等角配置される。貫通孔を前記したように形成することによって、所定の厚さＴの緩衝スポーク２３ａが得られる。

前記緩衝スポーク２３ａは、図１１に示したように、エアレスホイール２０が路面を走行しているうちに、例えば、障害物Ｚを超える瞬間に発生する衝撃エネルギーを吸収する役割を果たす。すなわち、衝撃エネルギーが伝えられた瞬間に弾性変形してエネルギーを減衰するわけである。エネルギー減衰率が緩衝スポーク２３ａの厚さＴによって変わるのは勿論のことである。緩衝スポーク２３ａの厚さは、エアレスホイール２０の使用環境に鑑み、適宜設計されるものである。

そして、開放孔２３ｃは、射出成形の際、第１緩衝溝（図３ｃの符号２５ｃ）にはめ込まれていた金型ピンＡが、射出成形後に潜り抜けた孔である。すなわち、金型ピンＡがあった跡である。これについての説明は、図５によって後述することにする。

一方、前記ホイール本体２３の内部には、補強リング２５が内蔵される。補強リング２５は、図４や図７に示した形状を有する環状部材である。

図３は、本発明の一実施形態に係るエアレスホイール２０の切開斜視図であり、補強リング２５を別途示した図である。

補強リング２５は、緩衝スポーク２３ａと接地面２３ｄとの間に埋め込まれ、ホイール本体２３の構造的強度を補強する役割を果たす。このような補強リング２５は、リングボディ２５ａと、該リングボディ２５ａの外周面に一体に形成された多数の突出ブロック２５ｂとを有する。

前記リングボディ２５ａは、所定の直径及び幅Ｗを有する環状部材であって、その中心軸が軸嵌合孔２１ａの中心軸と一致する。また、リングボディ２５ａの外周面には第２緩衝溝２５ｄが形成されている。第２緩衝溝２５ｄは、リングボディ２５ａの幅方向の中央部に形成された所定の幅及び深さの溝である。

また第２緩衝溝２５ｄの左右側には、多数の突出ブロック２５ｂが形成されている。突出ブロック２５ｂは、リングボディ２５ａの外周面に一体を成す六面体形の部材であって、リングボディ２５ａの円周方向に所定の間隔を成す。各突出ブロック２５ｂの間の空間は、第１緩衝溝２５ｃであって、ゴムやシリコーンが充填されず空いており、開放孔２３ｃを介して側方向に開放される。

前記第２緩衝溝２５ｄを基準として左側に配列された突出ブロック２５ｂの列と、右側に配列された突出ブロック２５ｂの列、言い換えれば、左側列と右側列とは、相互に並んでおり、第２緩衝溝２５ｄを挟んで平行に隔てられている。突出ブロック２５ｂが、リングボディ２５ａの外周面に２列で平行に配列されるものである。

特に、２列の並んだ突出ブロックの中で、一方側の列の突出ブロック２５ｂは、他方側の列の第１緩衝溝２５ｃに一対一で対応する。たとえば、左側列の突出ブロック２５ｂと右側列の第1緩衝溝２５ｄ、左側列の第1緩衝溝２５ｄと右側列の突出ブロック２５ｂとが対応するわけである。つまり、左側列の突出ブロックに対して右側列の突出ブロックが半ピッチだけずれているものである。

突出ブロック２５ｂを前述のように形成した理由は、補強リング２５の外側に緩衝空間２５ｋを形成するためのことである。緩衝空間２５ｋは、前記第１緩衝溝２５ｃと第２緩衝溝２５ｄであり、エアレスホイール２０の走行中に衝撃が伝わるとき、ホイール本体２３が十分に弾性変形し得るようにする。すなわち、図６ｂに示したように、ホイール本体２３が矢印ｓ方向に所望する分だけ弾性変形できるようにするものである。

前記補強リング２５を金型内に設置したまま、ゴムやシリコーンをインサート射出するにもかかわらず、第１緩衝溝２５ｃおよび第２緩衝溝２５ｄにゴムやシリコーンが充填されないことは、インサート射出成形法に従うからである。

図５ａ～図５ｃは、図２に示したエアレスホイール２０の射出作製方法を参考に説明するための図である。

前記エアレスホイール２０を作製するためには、多数の金型ピンＡの形成されているインサート射出金型（図示せず）がなければならない。前記インサート射出金型が用意されたら、インサート射出金型を開放し、その内部にハブ２１と補強リング２５を定位置に置く。

ハブ２１及び補強リング２５の位置付け済みであれば、インサート射出金型を閉じて金型ピンＡが第１緩衝溝２５ｃに挿入された後に第２緩衝溝２５ｄを横切って対向するブロック２５ｂに密着させる。金型ピンＡは、すべての第１緩衝溝２５ｃを充填し、第２緩衝溝２５ｄをカバーした状態で待機する。

この状態で用意された流動性ゴムを金型内に圧入してホイール本体２３の外観を形成した後、ゴムが冷却されてからインサート射出金型を開放する。インサート射出金型が開放されるにつれ、それぞれの金型ピンＡが補強リング２５から分離されて、ホイール本体２３の内部に第１、２緩衝溝２５ｃ、２５ｄおよび開放孔２３ｃが残るようになる。

図６ａ及び図６ｂは、本発明の一実施形態に係るエアレスホイール２０の緩衝方式を説明するための断面図である。

同図に示したように、エアレスホイール２０のホイール本体２３の内部に補強リング２５が埋め込まれている。補強リング２５は、エアレスホイール２０の構造的強度を補強する役割をし、特に、その周縁部に前記した第１、２緩衝溝２５ｃ、２５ｄを有する。

第１、２緩衝溝２５ｃ、２５ｄは、走行中に路面から伝わった衝撃によって、ホイール本体２３が矢印ｓ方向に変形されることができる空間を提供する。第１、２緩衝溝２５ｃ、２５ｄ、すなわち、ホイール本体がｓ方向に後退する空間がなければ、ゴムそれ自体が持つ弾性限界内で若干の収縮ばかりするだけなので、衝撃減衰効率があまり高くない。

図７は、本発明の一実施形態に係るエアレスホイールに内蔵され得る他の形態の補強リングを示す斜視図であり、図８は、図７の補強リングが内蔵されたエアレスホイールの切開斜視図である。

以下、前述した符号と同じ符号は、同一の機能の同一の部材を指す。

図面を参照すると、それぞれの突出ブロック２５ｂの一部に拡張溝２５ｅが形成されていることが分かる。拡張溝２５ｅは、ホイール本体２３を構成するゴムやシリコーンに対する突出ブロック２５ｂの接触面積を拡大するための役目をする。図８に示したように、ホイール本体２３の一部が拡張溝２５ｅの内部に収容されている。突出ブロック２５ｂに対するホイール本体２３の面接面積が増加するので、補強リング２５の外周部をカバーしている部分と、補強リング２５との結合がより安定に維持され、これによって走行質感が向上する。

図９は、図８に示したエアレスホイール２０の作製方式を参考に説明するための部分断面図である。

図９に示されているように、第１緩衝溝２５ｃを介して完全に挿入された金型ピンＡの先端面の前方に拡張溝２５ｅが位置する。また、拡張溝２５ｅの内部には、ホイール本体２３を構成するゴムが充填されている。

このように突出ブロック２５ｂに拡張溝２５ｅをさらに形成することによって、ホイール本体２３の矢印ｓ方向の弾性変形を防ぐ面積、すなわち、突出ブロック２５ｂの水平面の面積が細くなるので、弾性変形がさらに容易に行われることができる。

図１０ａ及び図１０ｂは、図８に示したエアレスホイールの断面構造及び緩衝方式を説明するための断面図である。

図１０ａを参照すれば、前記拡張溝２５ｅの内部にホイール本体２３を構成するゴムが充填されており、緩衝空間２５ｋは、空いたまま開放孔２３ｃを介して側方向に開放されていることが分かる。

前記構成を有するエアレスホイール２０が、路面を走行しているうちに図１０ｂに示したように、矢印ｓ方向の衝撃を受けると、当該部分が弾性変形して第１、２緩衝溝２５ｃ、２５ｄへ移動する。このように、ホイール本体２３の外側部分が矢印ｓ方向に変形し易いということは、緩衝効率が良いという意味である。

図１１は、本発明の一実施形態に係るエアレスホイールの緩衝動作を示す図である。

同図に示したように、路面Ｇに沿って走行していたエアレスホイール２０が障害物Ｚに遭遇して矢印Ｐ方向の衝撃を受けると、ホイール本体２３の一部が、図６及び図１０に示したように、矢印ｓ方向に弾性変形して緩衝空間２５ｋに瞬間的に挿入される。これによって、衝撃エネルギーが一次的に減衰する。

これと同時に、残りの衝撃エネルギーは、緩衝スポーク２３ａに移動して除去される。緩衝スポーク２３ａは、言わば、矢印ｍ方向に弾性変形して衝撃エネルギーを二次的に減衰することである。

つまり、前述したように構成される本発明のエアレスホイール２０は、衝撃減衰が２段階で行われ、特に、１次減衰時にホイール本体２３の物理的弾性変形が十分に行われるので、その分だけ衝撃エネルギーの減衰効率が優れる。

以上、本発明を具体的な実施形態を通じて詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で通常の知識を有する者によっていろいろ変形が可能である。

Claims

軸嵌合孔を有する所定の直径のハブと、
前記ハブの周縁部に固定され、走行時に路面から伝わる衝撃エネルギーを通過させながら減衰する多数の一体型緩衝スポークを有する弾性ホイール本体と、を含むエアレスホイール。
前記ホイール本体は、金型内にハブを固定したまま、ゴムをインサート射出成形したものであって、
前記緩衝スポークは、前記ハブを中心に半径方向に延びて等角配置される、請求項１に記載のエアレスホイール。
前記ホイール本体は、金型内にハブを固定したまま、ゴムをインサート射出して成形したものであって、前記軸嵌合孔の中心軸を基準として等角配置される多数の貫通孔を有し、
前記緩衝スポークは、隣り合う貫通孔の間に位置する、請求項１に記載のエアレスホイール。
前記緩衝スポークは、ハブを中心に半径方向に延び、
延長方向に所定の断面積を有する、請求項３に記載のエアレスホイール。
前記ホイール本体の内部には、ホイール本体の構造的強度を補強する所定の直径の補強リングが内蔵される、請求項２～４のいずれか一項に記載のエアレスホイール。
前記ホイール本体の外周面は、走行時に路面に接する接地面であり、
前記補強リングは、緩衝スポークと接地面との間に位置する、請求項５に記載のエアレスホイール。
前記補強リングは、
所定の直径及び幅を有するリングボディと、
前記リングボディの外周面に形成され、ホイール本体との間に密閉された緩衝空間を提供し、リングボディの円周方向に沿って所定の間隔だけ離間した多数の突出ブロックとを含む、請求項５に記載のエアレスホイール。
前記突出ブロックは、リングボディの外周面に２列に並んで配列され、
前記緩衝空間は、各突出ブロックの間に形成されている緩衝溝である、請求項７に記載のエアレスホイール。
前記２列の並んだ突出ブロックのうち、一方側の列の突出ブロックは、他方側の列の緩衝溝に対応して配置される、請求項８に記載のエアレスホイール。
前記２列の並んだ突出ブロックは、平行に離間しており、それらの間には、リングボディの円周方向に延び、所定の幅を有する第２緩衝溝がさらに形成された、請求項８に記載のエアレスホイール。
前記突出ブロックには、ホイール本体に対する突出ブロックの接触面積を拡大するための拡張溝が形成される、請求項７に記載のエアレスホイール。