JP3141156B2 - 移動車両用タイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、移動車両の車輪やクローラに用いられる接
地部材、すなわちタイヤに関するもので、特に、凹凸の
ある路面等を走行することが求められる車両や全方向へ
の移動が求められる車両に適したタイヤに関するもので
ある。

（従来の技術） 農林業や鉱業、建設業などで用いられる物資運搬車
両、送変電施設や原子力発電施設、下水道施設などで用
いられる監視点検用の無人車両、あるいはオフィスオー
トメーション、ファクトリオートメーション、医療など
で用いられる屋内搬送車両等には、移動速度は比較的低
速でよいが、階段や段差などの凹凸面に対する適応性を
高め、同時に全方向的な移動を可能とすることが求めら
れる。

階段などの凹凸面に適応させるためには、従来、主と
して、その車両の車輪あるいはクローラのタイヤに、そ
の周方向に適宜の間隔を置いて高い突起部、すなわちニ
ップルを設けるという手段が採られている。通常、その
ニップルは十分に剛性の高いものとされている。

また、全方向への移動を可能とするものとしては、た
る形のローラを複数個円周方向に配列して形成されるオ
ムニα（商品名）などと呼ばれる全方向車輪を用いるこ
とが考えられている。そのような車輪を例えば４個、車
両の重心のまわりに対称に配置し、各車輪の回転方向及
び回転速度を制御するようにすれば、車両の前後進、横
方向移動、及びその場旋回などが可能となり、全方向移
動を実現することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、車輪あるいはクローラに剛性の高いニ
ップルを設けたものでは、ニップルが階段などのエッジ
部に当たると、そのニップルによって車両全体が浮き上
げられることになる。そのために、他のニップルが支持
面から離れ、階段を降りるときなどには、車両が滑落し
てしまうという問題がある。

このような問題の解決を図るために、各ニップルを出
入自在に弾性支持し、径方向の荷重を受けたときには引
っ込むようにしたものも考えられているが、そのように
するためには、各ニップルの出入を許容するとともに突
出方向に弾力付勢する機構が必要となり、構造が複雑と
なって重くなってしまう。また、摺動部分が生ずるの
で、ごみ等が付着すると正常な作動が得られなくなるこ
とがある。

しかも、そのようなものでは、車両の全方向的な移動
を実現することはできない。

一方、全方向運動を得るためにたる形ローラからなる
車輪を用いるものでは、その車輪の構造が複雑であり、
重くて信頼性に欠けるばかりでなく、たる形ローラの径
が中央部と両端部とで異なり、接地部位によって回転速
度が変化するために、定常移動するときにもたる形ロー
ラの加減速に伴う振動が生ずるという問題がある。

しかも、そのようなものでは、階段などの凹凸面に対
する適応性は得られない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、階段などの凹凸面に対する適応性に
優れ、しかも全方向的な運動をも実現し得る構造の簡単
なタイヤを得ることである。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明では、軸線方向に
は剛性が高く直径方向には比較的柔軟な、弾性材からな
る円環状のセグメントを、そのセグメントの軸線方向に
多数直列に連結し、それを車輪ホイールあるいはクロー
ラ本体等のタイヤ支持体の外周にエンドレス状に装着す
ることによってタイヤを形成するようにしている。その
セグメントには一側面にビード部が設けられており、そ
のビード部をタイヤ支持体のリム部に嵌合することによ
って、各セグメントがタイヤ支持体に取り付けられるよ
うになっている。

（作用） このように構成されたタイヤを車輪あるいはクローラ
に用いると、例えば階段を上下するときには、階段のエ
ッジ部に当たったセグメントは押しつぶされるので、前
述の弾性ニップル機構を採用したものと同様の作用が得
られ、他のセグメントも階段に接触した状態に保たれ
る。したがって、荷重はそれらのセグメントを介して支
持されることになり、安定した走行が実現される。

また、弾性材からなる円環状のセグメントは、接地し
た状態で上方からの荷重を受けると扁平に変形する。こ
のとき、セグメントの上側の部分が下側の部分に接触し
なければ、その荷重は浮動支持されることになる。した
がって、その状態で横方向の力を受けると、上側の部分
はある程度の距離であれば容易に横方向に移動する。す
なわち、横すべりしたのと同様の作用が得られる。

そのために、このようなタイヤを装着した車輪あるい
はクローラが横方向の力を受けながら回転すると、次々
に接地するセグメントが接地期間中にそれぞれ少しずつ
横すべり作用を発揮し、その車輪あるいはクローラが横
方向に移動する。その場合、各セグメントの接地期間は
短いので、各々の横すべり量は小さくても、全体として
の横すべり量は十分に大きくなる。こうして、全方向的
な運動が実現される。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図中、第１図は本発明によるタイヤの一実施例を示す
斜視図である。

この図から明らかなように、タイヤ１は、通常の非膨
張性中空タイヤと同様の横断面を有する短い円環状のセ
グメント２を、そのセグメント２の軸線方向に多数直列
に連結することによって形成されるものとされている。
各セグメント２は、通常のタイヤと同様に、スチールワ
イヤ等によって補強したゴム等の弾性材から形成されて
おり、その軸線方向の長さは肉厚に比べて比較的長くさ
れている。したがって、各セグメント２は、その軸線方
向Ｘには高い剛性を有するが、直径方向、特に上下方向
Ｙには比較的柔軟なものとなっている。

隣接するセグメント2,2は、上面のビード部３側では
互いに密着し、下面のトレッド部４側では小さなすきま
５を置いて互いに対向するようにされている。

このように多数のセグメント2,2,…から構成されるタ
イヤ１は、各セグメント2,2,…のビード部３を車輪ホイ
ールあるいはクローラ本体等のタイヤ支持体のリム部に
嵌合することによって、ホイールあるいはクローラ本体
の外周に沿いエンドレス状に装着され、トレッド部４が
接地するようにされる。

第２図は、このように構成されたタイヤ１を装着した
車輪が階段を上下するときの状態を示す側面図である。

この図から明らかなように、車輪６は、タイヤ支持体
であるホイール７の外周に多数の円環状セグメント2,2,
…からなるタイヤ１を装着したものとされている。この
実施例の場合には、そのタイヤ１は、通常のタイヤに、
円周方向に等間隔を置いて外周側から多数の切り込み8,
8,…を形成することにより、多数の短円筒状セグメント
2,2,…に分割したものとされている。したがって、その
タイヤ１の内周部分は全体に連続したものとなってい
る。

このような車輪６が階段９を上下するときには、階段
９に接触するタイヤ１のセグメント２は、車輪６から加
えられる荷重によって径方向に押しつぶされる。したが
って、第２図のＡ部に示されているように、１個のセグ
メント２が階段９のエッジ部9aに当たっても、そのセグ
メント２が押しつぶされることにより、隣接するセグメ
ント２が階段９の支持面に接触する。また、Ｂ部に示さ
れているように、隣接するセグメント2,2間のすきま５
に階段９のエッジ部9aが嵌まるときには、下側のセグメ
ント２が階段９の垂直面で押しつぶされることにより、
上側のセグメント２の端面が階段９の水平支持面に接触
する。

こうして、車輪６の浮き上がりが防止され、車輪６に
加わる荷重は複数のセグメント2,2,…を介して支持され
る。そして、各セグメント2,2,…は円周方向には高い剛
性を有しているので、階段９に接触したセグメント2,2,
…と階段９との摩擦力によって、車輪６の回転に伴う走
行駆動力が発生する。したがって、段階９を降りるとき
にも、車輪６に支持される車両が滑落するようなことは
なく、安定した走行が達成される。

次に、このような車輪６に横方向の力が作用する場合
を考える。

第３図（Ａ）に示されているように、路面等の支持面
10に接地したセグメント２は、車輪６から加えられる垂
直荷重Ｗによって、扁平に変形する。各セグメント２の
垂直方向の剛性は、このときにもビード部３側の内面と
トレッド部４側の内面との間にすきまが残る大きさとさ
れている。

この状態で、そのセグメント２のビード部３に横方向
の力Ｆが作用すると、そのビード部３は、第３図（Ｂ）
に示されているようにある程度の距離ａの範囲内でその
力Ｆの方向に移動する。このとき、そのセグメント２の
トレッド部４の位置は変わらない。したがって、その移
動に対する抵抗力は、セグメント２の左右の屈曲部2a,2
aの変位に基づくもののみとなる。そして、左右の屈曲
部2a,2bは拮抗したばね力を発生しているので、そのば
ね力は互いに相殺される。すなわち、その抵抗力は極め
て小さいことになり、ビード部３は、距離ａの範囲であ
ればスムーズに横方向に移動する。

したがって、車輪６が第４図に矢印Ｐで示されている
方向に回転しているとき、進行方向Ｑに対して右方向の
力が加わると、支持面10に接触するセグメント２は、2A
位置から2B位置、2C位置へと移動するに従い、同図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のように変形していき、そのビ
ード部３が距離ａだけ右方向に移動する。そして、セグ
メント２が2D位置から2E位置へと移動して支持面10から
離れていくと、そのセグメント２は同図（Ｄ），（Ｅ）
のように自己の弾性力によって徐々に元の形状に戻り、
ビード部３がタイヤ１の中心面上に位置するようにな
る。すなわち、この間に車輪６は距離ａだけ右方向に移
動することになる。

このようにして、このタイヤ１を装着した車輪６は、
回転方向Ｐにほぼ直交する方向にも移動可能となる。１
個のセグメント２についての横方向移動距離ａは小さい
が、一般には車輪６の全周のうち接地しているセグメン
ト２の割合が少ないので、実用上問題はない。

このようなタイヤ１を装着した車輪６を用いて全方向
移動可能な車両を構成するときには、その車輪６を４
個、第５図に示されているように台車11に取り付ける。
各車輪6,6,…は、その台車11の主たる進行方向Ｑに対し
て若干傾斜させた状態で、その台車11の前後左右軸線に
それぞれ対称に配置する。また、各車輪６は、それぞれ
減速機付きモータ12によって、その回転方向及び回転速
度が制御されるようにする。

このような車輪6,6,…を備えた台車11においては、第
６図（Ａ）に示されている矢印方向に各車輪6,6,…を同
速度で回転駆動すると、台車11は前進走行する。また、
同図（Ｂ）の矢印方向に各車輪6,6,…を同速度で回転駆
動すると、台車11は横方向に進行する。更に、各車輪6,
6,…を同図（Ｃ）の矢印方向に同速度で回転駆動する
と、台車11はその場旋回する。したがって、これらの運
動を組み合わせることによって、台車11の全方向的な移
動を実現することができる。ただし、車輪６は、静止状
態からその回転方向に直交する方向、すなわちその回転
軸線方向に移動させることはできない。そのために、台
車11には移動できない方向が生ずることになるが、一般
には前後進運動とその場旋回運動とを組み合わせた自動
車的な運動が求められることがほとんどであるから、実
用上は問題となることはない。横方向に移動することの
できる特性は、縦列駐車のような操作を行う場合に特に
有効となる。

車輪６は、１台の台車11に４個以上用いれば、同様な
作動を得ることができる。３個以下では運動性能が制約
される。

また、第７図に示されているように、４個の車輪6,6,
…をすべて同方向に配置することも考えられる。そのよ
うにすると、前後進とその場旋回、及びそれらの組み合
わせによる自動車モードの運動のみが可能で、横方向移
動は不可能となるが、通常の直進時にはタイヤ１が横方
向に変形することがなくなるので、タイヤ１の耐久性が
増す。そして、第７図のような台車11においても、自動
車のようなステアリング機構を用いずに、各車輪6,6,…
の回転方向及び回転速度を制御するだけで、すべりのな
い自動車モードの運動が実現されるので、実用性は高い
と考えられる。

しかも、第5,7図のような車両は、階段等を安定した
状態で上下方向に走行する機能をも有している。したが
って、これらの特性を利用することにより、第８図に示
されているような階段９を上下することもできる車椅子
13を得ることが可能となる。その車椅子13は、全体の重
心を常に台車11の中心上に保持する機構14を有してお
り、その機構14を介して、椅子部15が４個の車輪6,6,…
によって支持されるようになっている。

なお、上記実施例においては、本発明によるタイヤ１
を備えた車輪６について説明したが、クローラに適用し
た場合にも同様な作用効果が得られることは明らかであ
ろう。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、タ
イヤを、弾性材からなる多数の短円環状セグメントによ
って形成するようにしているので、階段などの凹凸面に
対する適応性を高めるとともに、横方向への運動余裕を
活かすことにより全方向的な運動を実現することができ
る。したがって、車両に極めて広範な汎用性を与えるこ
とができる。

しかも、そのタイヤは、通常の非膨張性中空タイヤに
切り込みを入れただけのような単純な構造であるので、
安価で軽量なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるタイヤの一実施例を示す斜視
図、 第２図は、そのタイヤを装着した車輪が階段を上下する
ときの状態を示す側面図、 第３図は、そのタイヤに横方向の力が作用するときの状
態を説明する横断面図、 第４図は、そのタイヤを装着した車輪に横方向の力が作
用するときに車輪が横方向に移動していく状態を説明す
るための説明図、 第５図は、その車輪を用いた車両の一例を示す底面図、 第６図は、その車両の作用を示す説明図、 第７図は、その車輪を用いた車両の他の例を示す底面
図、 第８図は、その車輪を用いた車椅子の例を示す側面図で
ある。 １……タイヤ、２……円環状セグメント、３……ビード
部 ４……トレッド部、５……すきま、６……車輪 ７……ホイール（タイヤ支持体）、８……切り込み、９
……階段 10……支持面、11……台車、12……減速機付きモータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性材からなり、軸線方向には剛性が高く
   直径方向には比較的柔軟な、一側面にビード部を有する
   円環状のセグメントを、そのセグメントの軸線方向に多
   数直列に連結し、前記ビード部をタイヤ支持体のリム部
   に嵌合してそのタイヤ支持体の外周にエンドレス状に装
   着することによって形成されている、 移動車両用タイヤ。