JP2023148101A - 弾性車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】高い振動吸収及び振動減衰性を有し、軽量、安価な弾性車輪の提供、特に、小径、且つ、低速走行するマイクロモビリティ、車輪付き家具やバッグに好適な弾性車輪を提供する。【解決手段】本発明の弾性車輪１は、車輪の回転軸周りに回転可能な円環状基材と、円環状又は弓状に形成され、円環状基材の回転方向に向けて開口する状態での外周部に複数配列されて取り付けられた弾性セグメント１２と、を備え、弾性セグメント１２は、路面と接地するトレッド部１３とトレッド部１３を弾性支持する側壁部１４とが板ばね部材から構成され、トレッド部１３の内周面１５に前記円環状基材の回転軸方向に分割されたゴム状弾性体１６を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両、台車、車輪付き家具、車輪付きバッグなどの移動体に装着され、移動時の走行振動を吸収する車輪に関する。

自動車や自転車等の車両においては、空気が充填された空気室の変形により走行時振動を吸収する空気入りゴムタイヤが広く使用されている。しかしながら、空気入りゴムタイヤにおいては、パンクや一定の空気圧を維持するためのメンテナンスの手間が避けられないため、空気室の代わりに樹脂エラストマーからなる弾性スポークを、ハブを中心に放射状に配置したエアレスタイヤが提案されている。
また、積載物の重量を支承する必要がある台車や取り付けスペースの問題から小型、小径であることが求められる車輪付き家具や車輪付きバッグ等では中実樹脂タイヤが広く使用されている。しかしながら、中実樹脂タイヤにおいては、クッション性が低く重量も嵩むため、タイヤの中実素材として樹脂エラストマーを使用し、更に気泡を内在させることでクッション性を高めつつ軽量にした気泡入り中実樹脂エラストマータイヤが提案されている。

例えば、特許文献１には、天体走行車両用の車輪が開示されている。この特許文献１の車輪は、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、を備えている。また、この荷重支持手段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、を有しており、この弾性体１９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。つまり、天体表面と接地する接地体５は、第１支持体と第２支持体の間に取り付けられた弾性体（コイルスプリング）により弾性的に支持されている。（符号は特許文献の図を参照、以下同じ）

また、特許文献２には、非空気圧式タイヤアセンブリが開示されている。この特許文献２のタイヤアセンブリは、外側リムアセンブリ（２６）と、内側車両ハブ連結部材（１１）と、外側リムアセンブリ（２６）及び内側ハブ連結部材（１１）の間に配置され、複数のばね要素（２１，２２）を有する室とを有する。このような非空気圧式ホイールアセンブリ（１０）において、少なくとも幾つかのばね要素（２１，２２）は、外側リムアセンブリ（２６）及び／又は内側ハブ連結部材（１１）に取り付けられており、ばね要素（２１，２２）は対向方向、即ち反作用方向に配向される。そして、外側リムアセンブリ（２６）と内側ハブ連結部材（１１）との間に液圧式ラムアセンブリ、ガスストラットなどの減衰要素（２５）が取り付けられている。

また、特許文献３には、バッグ用キャスターの車輪が開示されている。この特許文献３の車輪１は、バッグ本体に使用されるキャスター用車輪であって、外周端面に環状凹部７が周設されたホイール部２と、内周面にホイール部２の環状凹部７に嵌入される環状突部３ａが周設されたタイヤ部３とからなり、該タイヤ部３は、特定の樹脂素材と熱硬化性エラストマーとを混合すると共に発泡剤を添加して成形されている。

特開２００９－２１４６１１号公報 特表２００８－５３９１１３号公報 特開２０１３－１９３６７７号公報

近年では、従来型の車両に加え、電動キックボードや自動運転小型車両等のマイクロモビリティが実用化されてきており、これらマイクロモビリティにおいては比較的小径の車輪が採用されるとともに、パンクやメンテナンスの手間がない車輪が求められている。また、スーツケースなどに用いられるバッグ用キャスター（車輪）においては、小型、軽量であることは、もちろん、より振動吸収性がよく安価な車輪が要求されている。

しかしながら、特許文献１に記載された車輪では、減衰要素を持たないため、振動は吸収できても振動減衰できないため、入力された振動が収束しづらい。高速走行には向かないものである。また、走行速度によっては、共振の発生が抑えられないといった問題がある。

一方、特許文献２に記載されたタイヤアセンブリでは、複数のばね要素（２１、２２）が振動を吸収し、液圧式ラムアセンブリ、ガスストラットなどの複数の減衰要素（２５）が吸収された振動を減衰し熱エネルギーに変換して消散させる。つまり、ばね要素と別に減衰要素を設けるため複雑な構成となるうえ、液圧式ラムアセンブリやガスストラットなどのダンパ装置は、タイヤアセンブリの内径が、ダンパ長さを許容する程度の内径を有する必要がある、すなわち大径になるうえ、重量が嵩むといった問題点がある。

また、特許文献３に記載された車輪では、タイヤ部を構成する中実ゴム内に設けられた気泡の変形範囲でしかクッション性が得られない。より高いクッション性を付与しようとすれば気泡量を増やすしかないが、その場合には耐摩耗性が低下する恐れがあるといった問題点がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、高い振動吸収及び振動減衰性を有し、軽量、安価な弾性車輪の提供、特に、小径、且つ、低速走行するマイクロモビリティ、車輪付き家具やバッグに好適な弾性車輪を提供することを目的とする。

本発明の弾性車輪は、車輪の回転軸周りに回転可能な円環状基材と、円環状又は弓状に形成され、前記円環状基材の回転方向に向けて開口する状態で前記円環状基材の外周部に複数配列されて取り付けられた弾性セグメントと、を備えた弾性車輪であって、前記弾性セグメントは、路面と接地するトレッド部と前記トレッド部を弾性支持する側壁部とが板ばね部材から構成され、前記トレッド部の内周面に前記円環状基材の回転軸方向に分割されたゴム状弾性体を備える。

更に、前記弾性セグメントの側壁部は、前記円環状基材に接続される組付部から前記トレッド部に接続されるトレッド接続部までの周方向の幅が一定である。

更に、前記弾性セグメントのトレッド部は、前記側壁部のトレッド接続部の周方向幅よりも周方向に拡大されている。

本発明の弾性車輪によれば、板ばね部材によって構成されたトレッド部及び側壁部により、印加され振動を吸収するとともに、トレッド部の内周面に設けられた円環状基材の回転軸方向に分割されたゴム状弾性体により、吸収された振動を減衰して消散する。ここにおいて、円環状基材の回転軸方向に分割されたゴム状弾性体、すなわちブロック化されたゴム状弾性体がトレッド部及び側壁部の変形に追従して独自に変形するとともに隣接したブロック化されたゴム状弾性体と当接し圧縮され、また摩擦することにより、ゴム状弾性体の内部減衰に加えて摩擦減衰が重畳され、より強い振動減衰性を生じせしめる。

特に、前記弾性セグメントの側壁部は、前記円環状基材に接続される組付部から前記トレッド部に接続されるトレッド接続部までの周方向の幅を一定とする場合、側壁部を構成する板バネのバネ定数は当該変形量に応じたバネ定数となる。これにより、弾性車輪を装着した移動体がコーナリングなどにより弾性車輪自体が傾斜するときでも生じるバネ定数の計算が容易であり、すなわち変形に適したゴム状弾性体を配置することができ、コーナリングに際しても所謂腰砕けや硬すぎるといった不適合を生じづらい。

更に、前記弾性セグメントのトレッド部は、前記側壁部のトレッド接続部の周方向幅よりも周方向に拡大されている場合、隣接する弾性セグメントのトレッド部間の隙間を小さくすることができる。これにより、弾性車輪が回転して、弾性セグメントが路面と接地するときに生じやすい叩き音を抑制することができる。

これにより、高い振動吸収性及び振動減衰性を有するため、例えば、別体のショックアブソーバーを備える必要が無く、軽量、安価な弾性車輪を得ることができる。また、高い振動吸収性及び振動減衰性を有しながら単純な構成であるため、小径の弾性車輪を得ることができる。

本発明の第１実施形態の弾性車輪の外観俯瞰図であって、（Ａ）は、車軸に取り付けられるホイール付き弾性車輪を示し、（Ｂ）は、リムを図示せぬ弾性車輪を示すものである。 第１実施形態の弾性セグメントの正面図である。 本発明の第１実施形態の組み立て前弾性セグメントであって、（Ａ）は、組み立て前弾性セグメントの上面図を示し、（Ｂ）は、組み立て前弾性セグメントの側面図を示すものである。 本発明の第２実施形態の弾性セグメントの正面図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態の弾性車輪＞
図１乃至３は、本発明にかかる第１実施形態であり、図１は、本発明の弾性車輪の外観を示す外観俯瞰図であり、図２は、図１に示す弾性車輪に適用される弾性セグメントであり、当該弾性セグメントの正面図である。なお、この場合、弾性セグメントの正面とは弾性セグメントの開口面をいう（以下、同様形態において同じ）。図３は、図１に示す第１実施形態の弾性セグメントの組み立て前の状態を示す上面図である。なお、この場合、組み立て前弾性セグメントの上面とは、組み立て後の弾性車輪において回転軸中心から放射方向に見る面、すなわち弾性セグメントの内周面をいう（以下、同様形態において同じ）。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の第１実施形態の弾性車輪１は、車輪の回転軸に、ハブ２及びスポーク３を介して取り付けられたリム１１と、このリム１１の回転方向に向けて開口する状態でリム１１の外周部に複数配列されて取り付けられた弾性セグメント１２と、を備える。ここで、リム１１は円環状基材に相当する。なお、図１（Ａ）において、スポーク３は、リム１１の形態を把握し易くするため、半透過状で表されてる。
この弾性セグメント１２は、路面と接地するトレッド部１３と、このトレッド部１３を弾性支持する側壁部１４とが板ばね部材から構成され、前記トレッド部１３の内周面１５にリム１１の回転軸方向に分割されたゴム状弾性体１６を備える。トレッド部１３は、外周面１６にトレッドゴム１７を有し、このトレッドゴム１７を介して路面と接地する。

図２に示すように、本実施形態の弾性セグメント１２は、回転軸の回転方向に向かって開口するように環状に形成され、ゴム状弾性体１６が、弾性セグメント１２の内周面１５に、弾性セグメント１２の周方向にブロック状に配列された状態で形成されている。また、弾性セグメント１２の側壁部１４は、リム１１に接続される組付部１８からトレッド部１３に接続されるトレッド接続部１９までの周方向の幅が一定である。更に、弾性セグメント１２のトレッド部１３は、側壁部１４のトレッド接続部１９の周方向幅よりも周方向に拡大されている。
なお、本実施形態においては、弾性セグメント１２の内周面１５、すなわち、トレッド部１３の内周面１５及び側壁部１４の内周面１５にゴム状弾性体１６を設けているが、必要な特性に合わせて、側壁部１４の内周面１５に設けなくともよい。また、本実施形態においては、弾性セグメント１２の円環状形態において、ゴム状弾性体１６の各ブロック間の隙間（Ｇ１，Ｇ２）がほぼ均等とされているが、必要な特性に合わせて、適宜調整することができる。
また、図２においては、トレッドゴム１７が省略されているが、必ずしも設ける必要は無く、また、トレッドゴム１７には、用途に応じたゴムパターンを形成することができる。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、組み立て前弾性セグメント１２Ａは、平板状、且つ、幅広の板バネ材をベースにゴム状弾性体１６を一体に形成する。具体的には、板バネ材の一方面にゴム状弾性体１６を加硫成形する。そして、組み立て前弾性セグメント１２Ａのゴム状弾性体１６側を内側にして円弧状にまるめ、組付部１８をリム１１の外周部に取り付ける。同様に形成した弾性セグメント１２をリム１１の外周部に複数配置して取り付けることで弾性車輪１が形成される。

組み立て前弾性セグメント１２Ａの成形時には、当該板バネ材に設けられた貫通孔を介して一方面から他方面に生ゴムを充填し、トレッドゴム１７を同時に加硫成形する。これにより、ゴム状弾性体１６とトレッドゴム１７は、貫通孔を通して一体に形成されるため加硫接着による接着に加えて互いに反対面のゴムによるアンカー効果によりさらに強固な固着をなすことができる。ここにおいて、ゴム状弾性体１６は、特に限定されるものではないが、比較的減衰性が高いゴムが好ましく、例えば、ブチルゴム及びその合成ゴムが好ましい。
他方、トレッドゴム１７は、比較的耐摩耗性が高いゴムが好ましく、例えば、スチレンブタジエンゴム及びその合成ゴムが好ましい。従って、ゴム状弾性体１６とトレッドゴム１７は異なるゴム種を採用してもよい。また、ゴム状弾性体１６とトレッドゴム１７は同種ゴムを採用したうえで、トレッドゴム１７と結着性がよく、且つ、耐摩耗性の高いカバーゴムをトレッド面に積層してもよい。

組み立て前弾性セグメント１２Ａは、トレッド部１３について、幅方向（回転軸の回転方向）に延びるトレッド拡張部２０が設けられている。このトレッド拡張部２０は、弾性車輪１が組み立てられたときに隣接する弾性セグメント１２のトレッド拡張部２０とともに、隣接する弾性セグメント１２間の隙間を埋め、弾性車輪１が回転するときに隣接する弾性セグメント１２に滑らかに移動体の荷重を橋渡しする。
これにより、各々独立した弾性セグメント１２が連続して路面と接触するときに生じやすい振動、この振動に起因する叩き音を抑制するのである。なお、本実施形態においては、組み立て前弾性セグメント１２Ａの幅方向両側に幅方向に延びるトレッド拡張部２０を設けているが、隣接する弾性セグメント１２のトレッド拡張部２０同士が互いに凹凸関係を構成した場合には、より滑らかな荷重移動を実現することができる。
また、各々独立した弾性セグメント１２が連続して路面と接触するときに生じる振動に起因して、弾性セグメント１２の板バネ部が共振する場合があるが、本発明においては、内周面１５に接着されたゴム状弾性体１６により共振を抑える効果も有する。

＜第２実施形態の弾性車輪＞
図４は、本発明にかかる第２実施形態を構成する弾性セグメント２２の正面図である。
本実施形態の弾性セグメント２２は、内周面１５に設けられたゴム状弾性体２３の態様が第１実施形態の弾性セグメント１２と異なる他は第１実施形態と同様であるので、記述を省略する。

弾性セグメント２２は、側壁部２４の内周面に配置されるゴム状弾性体２３のゴムブロック２３Ａ，２３Ｂの間に形成される隙間Ｇ３が異なる。具体的には、ゴムブロック２３Ａとゴムブロック２３Ｂの側壁側部位、すなわち、ゴムブロック２３Ａと２３Ｂの根元位置の隙間が拡大されてスグリ部Ｇ３Ａが設けられている。これにより、ゴム状弾性体２３が側壁部２４のたわみを阻害しないのでよりクッション性のよい弾性車輪１とすることができる。

＜その他の実施形態＞
本発明は上記実施形態に限定するものではない。例えば、上記実施形態では、ゴム状弾性体としてゴムの採用例で説明したが、ゴムに替えて樹脂エラストマーを採用してもよい。
また、上記実施形態においては、平板状、且つ、幅広の板バネ材をベースとしたが、予め円弧（弓形）又は円環状に形成した板バネ材をベースとすることもできる。
また、上記実施形態は、車軸に取り付けるホイールのリムに弾性セグメントを組み付けて弾性車輪を構成するものであるが、例えば、別途円環状基材に弾性セグメントを組み付けて弾性車輪を構成し、これをホイールに取り付けることもできる。また、ハブ一体型モータ（インホイールモータ）の外周、すなわちハブを円環状基材として弾性車輪を構成することもできる。

本発明の弾性車輪は、自動車や自転車等の車両、台車や車輪付き家具、車輪付きバッグなどに適用することができる。中実タイヤはもちろん、空気入りタイヤに比べても車輪単体で振動吸収性及び振動減衰性が高いため、別にショックアブソーバーを備える必要が無いので、時速数キロから数十キロで走行可能な、比較的低速走行する電動キックボードや自動運転小型車両等のマイクロモビリティに適する。

１ 弾性車輪
２ ハブ
３ スポーク
１１ リム（円環状基材）
１２、２２ 弾性セグメント
１２Ａ 組み立て前弾性セグメント
１３ トレッド部
１４、２４ 側壁部
１５ 内周面
１６、２３ ゴム状弾性体
１７ トレッドゴム
１８ 組付部
１９ トレッド接続部
２０ トレッド拡張部
２３Ａ、２３Ｂ ゴムブロック
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ 隙間

Claims (3)

1. 車輪の回転軸周りに回転可能な円環基材と、
   円環状又は弓状に形成され、前記円環状基材の回転方向に向けて開口する状態で前記円環状基材の外周部に複数配列されて取り付けられた弾性セグメントと、
   を備えた弾性車輪であって、
   前記弾性セグメントは、路面と接地するトレッド部と前記トレッド部を弾性支持する側壁部とが板ばね部材から構成され、前記トレッド部の内周面に前記円環状基材の回転軸方向に分割されたゴム状弾性体を備えることを特徴とする弾性車輪。
2. 前記弾性セグメントの側壁部は、前記円環状基材に接続される組付部から前記トレッド部に接続されるトレッド接続部までの周方向の幅が一定であることを特徴とする請求項１に記載の弾性車輪。
3. 前記弾性セグメントのトレッド部は、前記側壁部のトレッド接続部の周方向幅よりも周方向に拡大されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性車輪。
   
   

Images