JP6308234B2 - ホイールユニット - Google Patents

Description

本発明は、ホイールユニットに関する。

清掃ロボット等の自走式の電化製品には、車輪と、車輪を駆動させるモータとを有するホイールユニットが、搭載されている。例えば、特開２００４−１９５２１５号公報に記載された自律的床清掃ロボット（１０）の左右には、主要車輪サブアセンブリ（４２Ａ，４２Ｂ）が、搭載されている。当該公報の主要車輪サブアセンブリは、回転可能に取り付けられた車輪（４２ＡＷ，４２ＢＷ）と、各車輪を駆動すべく作動するモータ（４２ＡＭ，４２ＢＭ）とを、有している（段落００１８〜００２１，図４，図５）。
特開２００４−１９５２１５号公報

従来、この種の清掃ロボットには、軸方向の寸法が長いブラシ付きモータが使用されていた。このようなモータと車輪とを、軸方向に並べて配置すると、ホイールユニットの軸方向の寸法が大きくなる。このため、従来では、車輪の接地面の外側にモータを配置し、それにより、ホイールユニットの軸方向の寸法を小さくしていた。特開２００４−１９５２１５号公報の図４にも、車輪の接地面の外側に、モータ（４２ＡＭ，４２ＢＭ）を配置した様子が、描かれている。

しかしながら、車輪の接地面の外側にモータを配置すると、ホイールユニットが、進行方向または上下方向に、大きくなる。そうすると、清掃ロボット内の他の部位の設計上の自由度が低下する。このため、ホイールユニットを進行方向または上下方向に拡大することなく、ホイールユニットの軸方向の寸法も小さくすることが求められている。

一方、ホイールユニットには、ギアや車輪を回転可能に支持するための支持構造が、含まれている。ホイールユニットの小型化を検討する際には、当該支持構造の耐久性を、十分に確保する必要がある。

本発明の目的は、ホイールユニットを小型化し、かつ、ギアケースに対する回転支持部の支持構造において高い耐久性を得ることができる構造を、提供することである。

本願の例示的な第１発明は、モータ軸を有するモータと、前記モータの回転部に固定されたピニオンギアと、環状の接地面を有し、最終ギア支持軸を中心として回転する車輪と、前記車輪に直接または他の部材を介して固定され、該車輪に対して軸方向一方側に配置された樹脂製の最終ギアと、前記ピニオンギアの回転を減速させて前記最終ギアに伝達する減速機構と、前記ピニオンギア、前記減速機構、および前記最終ギア、を収容するギアケースと、を備え、前記最終ギアと前記車輪との間に、前記ギアケースに直接または他の部材を介して支持されつつ、前記最終ギアおよび前記車輪とともに回転する回転支持部が設けられ、前記回転支持部の外径が、前記最終ギア支持軸の外径より大きく、前記最終ギアの少なくとも一部分が、前記接地面に囲まれた略円筒状の領域の内側に位置し、軸方向一方側から視た際に、前記最終ギア支持軸と前記モータ軸とは位置が異なり、前記モータは、電機子の径方向外側にロータマグネットを備え、前記モータは、取付板を介してギアケースに固定される、ホイールユニット。

本願の例示的な第１発明によれば、最終ギアの少なくとも一部分が、接地面に囲まれた略円筒状の領域の内側に位置している。これにより、ホイールユニットの最終ギア支持軸方向の寸法を小さくすることができる。また、回転支持部の外径が、最終ギア支持軸の外径より大きい。これにより、ギアケースと回転支持部との接触部が、広く確保される。その結果、ギアケースに対する回転支持部の支持構造において、高い耐久性を得ることができる。

図１は、第１実施形態に係るホイールユニットを、部分的に切断して示した正面図である。 図２は、第２実施形態に係るホイールユニットの斜視図である。 図３は、第２実施形態に係るホイールユニットの側面図である。 図４は、第２実施形態に係るホイールユニットの分解斜視図である。 図５は、第２実施形態に係るホイールユニットを、部分的に切断して示した正面図である。 図６は、第２実施形態に係るホイールユニットを、部分的に切断して示した側面図である。 図７は、第３実施形態に係るホイールユニットの側面図である。 図８は、第３実施形態に係るホイールユニットを、部分的に切断して示した側面図である。 図９は、清掃ロボットに取り付けられた、第３実施形態に係るホイールユニットの側面図である。 図１０は、清掃ロボットに取り付けられた、第３実施形態に係るホイールユニットの側面図である。 図１１は、変形例に係るホイールユニットの斜視図である。 図１２は、第４実施形態に係るホイールユニットの側面図である。 図１３は、第４実施形態に係るホイールユニットを、部分的に切断して示した断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明においては、最終ギア支持軸に沿う方向を「軸方向」と称する。また、軸方向に沿って、モータ側を「入力側」と称し、車輪側を「出力側」と称する。

＜１．第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るホイールユニット１の正面図である。図１では、車輪６Ａおよびギアケース７Ａを、切断して示している。図１に示すように、ホイールユニット１Ａは、モータ２Ａ、ピニオンギア３Ａ、減速機構４Ａ、最終ギア５Ａ、車輪６Ａ、およびギアケース７Ａを、備えている。ピニオンギア３Ａは、モータ２Ａの回転部に、固定されている。減速機構４Ａは、ピニオンギア３Ａの回転を減速させて、最終ギア５Ａに伝達する。最終ギア５Ａは、車輪６Ａに直接または他の部材を介して、固定されている。車輪６Ａは、環状の接地面６２１Ａを有し、最終ギア支持軸５１Ａを中心として回転する。ピニオンギア３Ａ、減速機構４Ａ、および最終ギア５Ａは、ギアケース７Ａの内部に収容されている。

また、最終ギア５Ａと車輪６Ａとの間には、回転支持部８１Ａが設けられている。回転支持部８１Ａは、ギアケース７Ａに支持されつつ、最終ギア５Ａおよび車輪６Ａとともに、回転する。

図１に示すように、このホイールユニット１Ａでは、最終ギア５Ａの全体が、接地面６２１Ａに囲まれた略円筒状の領域の内側に、位置している。ただし、最終ギア５Ａは、その一部分のみが、接地面６２１Ａに囲まれた略円筒状の領域の内側に、配置されていてもよい。このようにすれば、最終ギア５Ａを車輪６Ａの外側に配置する場合と比べて、ホイールユニット１Ａの軸方向の寸法を小さくすることができる。

一方、このような構造においては、ギアケース７Ａに対する回転支持部８１Ａの支持構造を、軸方向に広くとることが難しい。そこで、このホイールユニット１Ａでは、回転支持部８１Ａの外径を、最終ギア支持軸５１Ａの外径よりも大きくしている。このようにすれば、ギアケース７Ａと回転支持部８１Ａとの接触部が、広く確保される。その結果、ギアケース７Ａに対する回転支持部８１Ａの支持構造の耐久性が、向上する。

＜２．第２実施形態＞
＜２−１．ホイールユニットの全体構成＞ 図２は、第２実施形態に係るホイールユニット１の斜視図である。図３は、入力側から見たホイールユニット１の側面図である。図４は、ホイールユニット１の分解斜視図である。

このホイールユニット１は、家庭用電化製品である自走式の清掃ロボットに搭載され、当該清掃ロボットの走行手段として使用される。図２〜図４に示すように、本実施形態のホイールユニット１は、モータ２、ピニオンギア３、減速機構４、最終ギア５、車輪６、およびギアケース７を、備えている。モータ２を駆動させると、モータ２の駆動力が、ピニオンギア３、減速機構４、および最終ギア５を介して、車輪６に伝達される。これにより、車輪６が回転する。

本実施形態のモータ２には、ブラシレスＤＣモータが使用されている。モータ２は、ギアケース７に固定された静止部２１と、静止部２１に対して回転する回転部２２と、を有する。図３中に破線で示すように、静止部２１は、ステータコアおよびコイルで構成される電機子２１１を有する。一方、回転部２２は、円環状のマグネット２２１を有する。電機子２１１のコイルに駆動電流を与えると、ステータコアに磁束が発生する。そして、電機子２１１とマグネット２２１との間の磁気的作用により、回転部２２が回転する。

本実施形態のモータ２は、電機子２１１の外側にマグネット２２１が配置された、いわゆるアウターロータタイプのモータである。アウターロータタイプのモータでは、インナーロータタイプのモータより、径の大きいマグネットを使用することができる。このため、マグネットの軸方向の寸法が大きくなる事を極力回避しつつ、高い出力を得ることができる。したがって、アウターロータタイプのモータを使用すれば、モータ２の軸方向の寸法を、小さくすることができる。或いは、出力増大の為によりマグネットの体積を増やす場合でも、軸方向寸法の拡大は最小限に留めることができる。例えば、モータ２の軸方向の寸法を、モータ２の回転部２２の直径より、小さくすることが可能となる。その結果、軸方向で見て小型の、ホイールユニット１を得る事が可能になる。

続いて、ギアケース７の内部構造について、説明する。図５は、車輪６およびギアケース７を切断して示した、ホイールユニット１の正面図である。図６は、ギアケース７を切断して示した、ホイールユニット１の側面図である。図４〜図６に示すように、ギアケース７の内部には、ピニオンギア３、減速機構４、および最終ギア５が、配置されている。

モータ２の回転部２２は、軸方向に延びるモータ軸２２２とともに回転する。モータ軸２２２の出力側の端部は、ギアケース７の内部まで延びている。そして、モータ軸２２２の当該端部に、ピニオンギア３が固定されている。ピニオンギア３は、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂または金属からなる。ピニオンギア３は、後述する第１大径ギア部４１２と噛み合う複数の歯を、有している。

減速機構４は、第１複合ギア４１、第２複合ギア４２、および第３複合ギア４３を有している。第１複合ギア４１は、軸方向に延びる第１支持軸４１１に、回転可能に支持されている。第２複合ギア４２は、軸方向に延びる第２支持軸４２１に、回転可能に支持されている。第３複合ギア４３は、軸方向に延びる第３支持軸４３１に、回転可能に支持されている。第１支持軸４１１、第２支持軸４２１、および第３支持軸４３１は、いずれも、ギアケース７に対して非回転に固定されている。

第１複合ギア４１は、第１大径ギア部４１２と、第１大径ギア部４１２より出力側に位置して、第１大径ギア部４１２より径の小さい第１小径ギア部４１３と、を有している。第１大径ギア部４１２は、複数の歯をピニオンギア３の複数の歯に噛み合わせつつ、回転する。ただし、第１大径ギア部４１２の歯数は、ピニオンギア３の歯数より多い。このため、第１複合ギア４１は、ピニオンギア３より低い回転数で回転する。

第２複合ギア４２は、第２大径ギア部４２２と、第２大径ギア部４２２より出力側に位置して、第２大径ギア部４２２より径の小さい第２小径ギア部４２３と、を有している。第２大径ギア部４２２は、複数の歯を第１小径ギア部４１３の複数の歯に噛み合わせつつ、回転する。ただし、第２大径ギア部４２２の歯数は、第１小径ギア部４１３の歯数より多い。このため、第２複合ギア４２は、第１複合ギア４１より低い回転数で回転する。

第３複合ギア４３は、第３大径ギア部４３２と、第３大径ギア部４３２より出力側に位置して、第３大径ギア部４３２より径の小さい第３小径ギア部４３３と、を有している。第３大径ギア部４３２は、複数の歯を第２小径ギア部４２３の複数の歯に噛み合わせつつ、回転する。ただし、第３大径ギア部４３２の歯数は、第２小径ギア部４２３の歯数より多い。このため、第３複合ギア４３は、第２複合ギア４２より低い回転数で回転する。

最終ギア５は、軸方向に延びる最終ギア支持軸５１に、回転可能に支持されている。最終ギア支持軸５１は、ギアケース７に対して非回転に固定されている。最終ギア５は、複数の歯を第３小径ギア部４３３の複数の歯に噛み合わせつつ、回転する。ただし、最終ギア５の歯数は、第３小径ギア部４３３の歯数より多い。このため、最終ギア５は、第３複合ギア４３より低い回転数で回転する。

このように、モータ２の駆動力は、ピニオンギア３から、第１複合ギア４１、第２複合ギア４２、第３複合ギア４３を介して、最終ギア５に伝達される。上述の通り、回転数は、複数のギアを経ることにより低減される。一方、トルクは、複数のギアを経ることにより高められる。すなわち、減速機構４は、回転数を低減させるとともに、トルクを高めつつ、ピニオンギア３から最終ギア５へ、動力を伝達する役割を果たす。

第１複合ギア４１、第２複合ギア４２、第３複合ギア４３、および最終ギア５は、例えば、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂からなる。ただし、第１複合ギア４１、第２複合ギア４２、および第３複合ギア４３は、金属からなるものであってもよい。

最終ギア５の出力側に隣接した位置には、ギアケース７に支持されつつ回転する回転支持部８１が、設けられている。回転支持部８１は、最終ギア５と後述するホイール部６１との間において、ギアケース７の側壁に設けられた円孔部７０に、支持されている。回転支持部８１は、最終ギア支持軸５１と略同軸に配置された、円筒状の外周面を有している。回転支持部８１は、外周面をギアケース７の円孔部７０の縁に接触させつつ、回転する。すなわち、本実施形態では、回転支持部８１の外周面と、ギアケース７の円孔部７０とで、すべり軸受が構成されている。回転支持部８１の外周面とギアケース７の円孔部７０との間には、グリース等の潤滑剤が介在していてもよい。

また、回転支持部８１の出力側に隣接した位置には、軸方向に延びる多角柱状のキー部８２が、設けられている。本実施形態では、最終ギア５、回転支持部８１、およびキー部８２が、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂からなる単一の成型品となっている。このようにすれば、部品点数が削減され、ホイールユニット１の組み立てが容易となる。ただし、最終ギア、回転支持部、およびキー部を、それぞれ別個の部材として用意し、互いに固定してもよい。

車輪６は、樹脂または金属からなるホイール部６１と、ゴムまたはゴム以外の樹脂からなるタイヤ部６２とを、有している。ホイール部６１は、最終ギア支持軸５１に対して、径方向に広がっている。タイヤ部６２は、ホイール部６１の外周部に、固定されている。タイヤ部６２は、略一定の幅を有する環状の接地面６２１を有している。ホイール部６１の中央には、入力側へ向けて開口したキー溝６１１が、設けられている。上述したキー部８２は、キー溝６１１に嵌め込まれて、固定されている。したがって、最終ギア５が回転すると、回転支持部８１、キー部８２、ホイール部６１、およびタイヤ部６２が、最終ギア支持軸５１を中心として、一体的に回転する。

＜２−２．複数のギアの配置について＞
図５に示すように、車輪６のホイール部６１は、入力側へ向けて開いた略カップ状に、形成されている。したがって、ホイール部６１の入力側の面は、タイヤ部６２の入力側の端部より出力側へ凹んだ凹面となっている。そして、当該ホイール部６１の内部に、最終ギア５が部分的に収容されている。すなわち、本実施形態では、車輪６の接地面６２１に囲まれた略円筒状の領域の内側に、最終ギア５の一部分が位置している。したがって、最終ギア５の出力側の端部は、タイヤ部６２の入力側の端部より、出力側に配置されている。このようにすれば、最終ギア５の全体を車輪６の外側に配置する場合より、ホイールユニット１の軸方向の寸法は小さくなる。

また、本実施形態では、図６のようにホイールユニット１を軸方向に見たときに、ピニオンギア３、３つの複合ギア４１〜４３、および最終ギア５が、全て車輪６の接地面６２１の内側に、配置されている。すなわち、車輪６の接地面６２１を軸方向に投影した円筒面の内側に、ピニオンギア３、３つの複合ギア４１〜４３、および最終ギア５が配置されている。これにより、軸方向に直交する方向について、ホイールユニット１が占める領域は、小さくなる。

また、図６に示すように、本実施形態では、第１複合ギア４１を支持する第１支持軸４１１、第２複合ギア４２を支持する第２支持軸４２１、および第３複合ギア４３を支持する第３支持軸４３１が、最終ギア支持軸５１を中心として、略周方向に配列されている。３つの複合ギア４１〜４３は、最終ギア支持軸５１を中心として、螺旋状に配列されている。このような配置にすれば、各ギアと他のギアの支持軸とが相互に接触することを避けつつ、複数のギアをコンパクトに配置できる。

また、図６に示すように、本実施形態では、最終ギア支持軸５１に対して第１支持軸４１１と第２支持軸４２１とがなす角度θ１と、最終ギア支持軸５１に対して第２支持軸４２１と第３支持軸４３１とがなす角度θ２とが、それぞれ９０°以下となっている。このようにすれば、３つの複合ギア４１〜４３を、いずれも、最終ギア５に対して一方向に偏った位置に、配置できる。本実施形態では、３つの複合ギア４１〜４３が、いずれも、最終ギア５より高い位置に、配置されている。その結果、複数のギアの配置が、よりコンパクトとなっている。

清掃ロボットに搭載されるホイールユニット１が小型化されれば、清掃ロボットの他の部位の設計上の自由度が、向上する。例えば、清掃ロボットに、より大型のバッテリー、ダストボックス、または吸引ブロワを使用して、清掃ロボットの性能を向上させることができる。また、バッテリー、ダストボックス、吸引ブロワ等のサイズを維持しつつ、清掃ロボットを小型化することも可能となる。清掃ロボットのサイズを小さくすれば、電力消費量が抑えられるとともに、より狭い隙間を清掃することも可能となる。

ギアケース７は、略円弧状の上部７１と、略水平方向に広がる平坦な底部７２とを、有している。ギアケース７の上部７１は、図６のように軸方向に見たときに、車輪６の接地面６２１よりやや内側において、接地面６２１に沿って略円弧状に広がっている。一方、ギアケース７の底部７２は、最終ギア５の下方に接近した高さ位置に、配置されている。このように、ギアケース７は、車輪６に対して上側に偏った位置に、配置されている。そして、ギアケース７の底部７２と地面との間には、部材が配置されない空間が、確保されている。これにより、走行時におけるギアケース７と地面との接触が、起きにくくなる。

なお、本実施形態のギアケース７は、底部７２付近における入力側の面から、軸方向に突出する板状のリブ７３を、有している。そして、リブ７３の上方に、モータ２が配置されている。本実施形態のホイールユニット１を、清掃ロボットに取り付けるときには、清掃ロボットの枠体に、リブ７３がねじ等で固定される。

本実施形態のギアケース７は、図３および図６のように軸方向に見たときに、車輪６の接地面から特定の方向に、はみ出していない。このため、清掃ロボットの左右に、同一構造のホイールユニット１を、反転させて配置できる。清掃ロボットの左側と右側とで、ホイールユニット１の設計を変更する必要がないため、清掃ロボットの製造工数や製造コストを低減できる。

また、本実施形態では、３つの複合ギア４１〜４３の小径ギア部４１３，４２３，４３３の径が、いずれも、モータ２の回転部２２の径より小さい。また、本実施形態では、任意の複合ギア４１〜４３の大径ギア部４１２，４２２，４３２の直径と、最終ギア５の直径との和が、車輪６の接地面６２１の半径より大きい。モータ２の回転部２２の径が大きければ、大径のマグネット２２１を使用して、高いトルクを発生させることができる。一方、大径ギア部４１２，４２２，４３２の径が大きく、小径ギア部４１３，４２３，４３３の径が小さければ、減速機構４の減速比が大きくなる。したがって、トルクをより高めることができる。

また、複合ギア４１〜４３が樹脂からなる場合であっても、各複合ギア４１，４２，４３の径を大きく設計すれば、高い耐久性を得ることができる。

＜２−３．回転支持部について＞
上述の通り、このホイールユニット１では、車輪６の接地面６２１に囲まれた略円筒状の領域の内側に、最終ギア５の一部分が配置されている。このような構造は、ホイールユニット１の軸方向の寸法を小さくできる点で優れている一方、ギアケース７に対する回転支持部８１の支持構造を、軸方向に広くとることが難しい、という問題がある。

この点を考慮し、このホイールユニット１では、回転支持部８１の外径が、最終ギア支持軸５１の外径より、大きくしている。このようにすれば、回転支持部８１とギアケース７の円孔部７０との接触部を広く取ることが出来る。したがって、回転支持部８１の外周面とギアケース７の円孔部７０との摺動部における面圧が減少し、摺動部の摩耗がより小さくなる。その結果、ギアケース７に対する回転支持部８１の支持構造において、高い耐久性を得ることができる。

＜３．第３実施形態＞
続いて、第３実施形態に係るホイールユニット１Ｂについて、第２実施形態との相違点を中心に、説明する。

図７は、第３実施形態に係るホイールユニット１Ｂの側面図である。図８は、ギアケース７Ｂを切断して示した、ホイールユニット１Ｂの側面図である。第２実施形態と同じように、このホイールユニット１Ｂは、モータ２Ｂ、ピニオンギア３Ｂ、減速機構４Ｂ、最終ギア５Ｂ、車輪６Ｂ、およびギアケース７Ｂを、備えている。モータ２Ｂを駆動させると、モータ２Ｂの駆動力が、ピニオンギア３Ｂ、減速機構４Ｂ、および最終ギア５Ｂを介して、車輪６Ｂに伝達される。これにより、車輪６Ｂが回転する。

図８に示すように、本実施形態では、減速機構４Ｂを構成する３つの複合ギア４１Ｂ〜４３Ｂのうち、第１複合ギア４１Ｂが、最終ギア５Ｂを支持する最終ギア支持軸５１Ｂに、支持されている。すなわち、第１複合ギア４１Ｂと最終ギア５Ｂとが、共通の最終ギア支持軸５１Ｂに、支持されている。最終ギア支持軸５１Ｂは、ギアケース７Ｂに対して、非回転に固定されている。第１複合ギア４１Ｂおよび最終ギア５Ｂは、最終ギア支持軸５１Ｂに対して、それぞれ独立して回転する。

このように、減速機構に含まれる少なくとも１つの複合ギアの支持軸と、最終ギアの支持軸とを共通化すれば、ギアケース７の内部において、複数のギアを、よりコンパクトに配置できる。

図９および図１０は、清掃ロボット９Ｂに取り付けられたホイールユニット１Ｂの側面図である。この清掃ロボット９Ｂは、ホイールユニット１Ｂを下方へ向けて付勢する、一対のサスペンション機構９１Ｂを備えている。一対のサスペンション機構９１Ｂは、進行方向に配列されている。各サスペンション機構９１Ｂは、上下に伸縮する弾性部材９１１Ｂを、備えている。

ギアケース７Ｂは、進行方向前方と進行方向後方とに突出した、一対の受け部７４Ｂを有している。一対の弾性部材９１１Ｂの下端部は、これらの受け部７４Ｂの上面に、当接している。また、一対の受け部７４Ｂには、それぞれ、上下方向に延びる貫通孔７４１Ｂが、形成されている。貫通孔７４１Ｂには、上下に延びるガイド軸９１２Ｂが、挿入される。

清掃ロボット９Ｂの走行時には、一対の弾性部材９１１Ｂが、外力に応じて弾性的に伸縮する。そうすると、清掃ロボット９Ｂの枠体に対して、ホイールユニット１Ｂが相対的に上下に移動する。これにより、清掃ロボット９Ｂは、凹凸のある地面の上を、安定して走行できる。

本実施形態では、ギアケース７Ｂの内部に配置された減速機構４Ｂおよび最終ギア５Ｂと、受け部７４Ｂの貫通孔７４１Ｂとが重ならないように、複数のギアが配置されている。すなわち、上述のように、第１複合ギア４１Ｂと最終ギア５Ｂとが、共通の最終ギア支持軸５１Ｂに支持されている。また、第１複合ギア４１Ｂと第２複合ギア４２Ｂとが、略上下方向に配列されている。その結果、減速機構４Ｂおよび最終ギア５Ｂの全体の進行方向の寸法が、小さくなっている。これにより、減速機構４Ｂおよび最終ギア５Ｂと、受け部７４Ｂの貫通孔７４１Ｂとが、互いに重なることなく、配置されている。

本実施形態では、ホイールユニット１Ｂが有する一対の受け部７４Ｂと、清掃ロボット９Ｂに設けられた弾性部材９１１Ｂおよびガイド軸９１２Ｂとで、サスペンション機構９１Ｂが構成されている。ただし、ホイールユニットに弾性部材およびガイド軸を組み込み、ホイールユニット自体が、完成されたサスペンション機構を備えるようにしてよい。

＜４．第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態に係るホイールユニット１Ｄの側面図である。図１３は、最終ギア支持軸５１Ｄと第２ギア支持軸５２Ｄの中心を含む平面でギアケース７Ｄを切断した場合の、ホイールユニット１Ｄの断面図である。このホイールユニット１Ｄは、モータ２Ｄ、ピニオンギア３Ｄ、減速機構４Ｄ、最終ギア５Ｄ、車輪６Ｄ、およびギアケース７Ｄを備え、最終ギア５Ｄと車輪６Ｄの間に回転支持部８１Ｄを備えている。モータ２Ｄを駆動させると、モータ２Ｄの駆動力が、ピニオンギア３Ｄ、減速機構４Ｄ、および最終ギア５Ｄを介して、車輪６Ｄに伝達される。これにより、車輪６Ｄが回転する。

図１３に示すように、本実施形態では、減速機構４Ｄを構成する３つの複合ギア４１Ｄ〜４３Ｄのうち、第１複合ギア４１Ｄが、最終ギア５Ｄを支持する最終ギア支持軸５１Ｄに、支持されている。すなわち、第１複合ギア４１Ｄと最終ギア５Ｄとが、共通の最終ギア支持軸５１Ｄに、支持されている。最終ギア支持軸５１Ｄは、ギアケース７Ｄに対して、最終ギア支持軸支持部５４Ｄにより非回転に支持されている。第１複合ギア４１Ｄおよび最終ギア５Ｄは、最終ギア支持軸５１Ｄに対して、それぞれ異なる速度で回転する。

このように、減速機構に含まれる少なくとも１つの複合ギアの支持軸と、最終ギアの支持軸とを共通化すれば、ギアケース７Ｄの内部において、複数のギアを、よりコンパクトに配置できる。

ギアケース７Ｄは、円環形状のスリーブ部材７０Ｄ、円筒形状の内周面を備えたスリーブ保持部７７Ｄ、該内周面を越えて径方向内側に向けて拡がる環状のストッパ板部７８Ｄを備える。スリーブ部材７０Ｄは最終ギア支持軸５１Ｄと同軸に配置され、スリーブ部材７０Ｄの外周面は、スリーブ保持部７７Ｄの内周面および、ストッパ板部７８Ｄの入力側の面に接している。この構成とすることで、スリーブ部材７０Ｄをより安定に保持できる。

最終ギア５Ｄの出力側に隣接した位置には、ギアケース７Ｄに支持されつつ回転する回転支持部８１Ｄが、設けられている。回転支持部８１Ｄは、最終ギア５Ｄと車輪６Ｄとの間において、スリーブ部材７０Ｄの内周面は、回転支持部８１Ｄの外周面と潤滑剤を介して接している。

また、回転支持部８１Ｄの外径は最終ギア支持軸５１Ｄの外径よりも大きい。この構成により、回転支持部８１Ｄとスリーブ部材７０Ｄの接触部が広く確保される。その結果、回転支持部８１Ｄの外周面とギアケース７の円孔部７０Ｄとの摺動部における面圧が減少し、摺動部の摩耗がより小さくなる。その結果、磨耗が減少し、回転支持部８１Ｄの支持構造において、良好な耐久性を得ることができる。

最終ギア５Ｄ及び回転支持部８１Ｄは、連続した材質からなる一つの部材の各部分であり、樹脂の射出成型法によって成形されたものである。このようにすれば、部品点数が削減され、ホイールユニット１Ｄの組み立てが容易となる。

最終ギア５Ｄは、複数の歯が周方向に並ぶ外側歯部５２Ｄと、外側歯部５２Ｄの径方向内側に配置される円筒形状の内側筒部５３Ｄとを備える。内側筒部５３Ｄの入力側端部は、外側歯部５２Ｄの入力側端部よりも、入力側寄りに位置する。内側筒部５３Ｄの径方向内側には最終ギア支持軸５１Ｄが収容され、最終ギア支持軸５１Ｄの出力側端部と内側筒部５３Ｄとの間には間隙が備えられている。

また、最終ギア５Ｄの歯底円直径（図１３中のdr）は回転支持部８１Ｄの外径よりも大きい。更にスリーブ部材７０Ｄの外周面は歯底円直径よりも大きい。この構成とすることで、最終ギア５Ｄはギアケース７Ｄと接触しにくくなる。なお、この構成は後述するスリーブ当たり面５６Ｄを配置する為の場所を確保する為にも有効である。

スリーブ部材７０Ｄは、入力側の端面に環状凸部７０１Ｄを備える。環状凸部７０１Ｄは、最終ギア５Ｄの出力側に備えられたスリーブ当たり面５６Ｄと接触可能である。すなわち、最終ギア５Ｄ及び第１複合ギア４１Ｄの各部寸法には一定の“遊び”を見込んでおり、これらギアを軸方向他方側、即ち図の上側に押し付けた状態では、環状凸部７０１はスリーブ当たり面５６Ｄに接する。しかし、接触する部分の形状が凸であり、接触面積が小さい為、接触に伴う摩擦力は比較的小さくて済む。
なお、本願の請求項においては、“接触する”との表現が用いられているが、これは実際には上述のように“接触可能な状態にある”事を意味する。軸受には必ず一定量の遊びが伴い、歯車各部を遊びの範囲で動かすことにより、各部を隣接する部材と接触状態、非接触の状態とする事ができる。しかし、このような場合、歯車機構各部は接触し得る事を前提に設計し、製造される必要がある。よって、実際には接触可能な寸法関係にあるだけで接触しているとは限らなくとも、本願請求項においては、軸受の遊びの範囲内で接触しうる場合には、接触する／接触している、との形容を用いる。

また、内側筒部５３Ｄの入力側端部と、第１複合ギア４１Ｄの軸方向出力側端部の間には最終ギア支持軸５１Ｄを囲む環状の第１スラストワッシャー５４Ｄが介在する。このような構成とすることで、それぞれ異なる速度で回転する最終ギア５１Ｄと第１複合ギア４１Ｄとが接触することに起因する摩耗を減らすことができる。

ギアケース７Ｄには、最終ギア支持軸支持部７９Ｄが設けられ、最終ギア支持軸５１Ｄは最終ギア支持軸支持部７９Ｄに支持されている。最終ギア支持軸５１Ｄの上端は、スリーブ保持部７７Ｄ、及びスリーブ部材７０Ｄの軸方向の上端と下端の間に位置する。この構成を取ることにより、最終ギア支持軸５１Ｄの上端は、間接的にスリーブ保持部７７Ｄに支持される。このため、上端が自由端になっているにもかかわらず、最終ギア支持軸５１Ｄはギアケース７Ｄによって安定して保持されている。

また、最終ギア支持軸支持部７９Ｄと第１複合ギア４１Ｄの入力側端部との間には、最終ギア支持軸５１Ｄを囲む環状の第２スラストワッシャー５５Ｄが介在する。このような構成とすることで、ギアケース７Ｄと第１複合ギア４１Ｄが接触することに起因する磨耗を減らすことができる。

＜５．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図１１のホイールユニット１Ｃのように、ギアケース７Ｃに、モータ２Ｃを収容するモータカバー７５Ｃを、取り付けてもよい。この例では、モータ２Ｃが、ギアケース７Ｃとモータカバー７５Ｃとの間に介在する隔壁となる取付板７６Ｃに、固定されている。このようにすれば、ギアケース７Ｃに対して、モータ２Ｃを強固に固定できる。また、モータ２Ｃの回転部２２Ｃが、清掃ロボット内の他部材や、外部のごみまたは人に接触することを、より確実に防止できる。

減速機構が有する複合ギアの数は、上記の実施形態のように３つであってもよく、２つまたは４つ以上であってもよい。ただし、小型のモータを使用しつつ高いトルクを得るためには、３つ以上の複合ギアを使用することが、好ましい。また、複合ギアの大径ギア部と小径ギア部とを、別個の部材として用意し、互いに固定してもよい。

各複合ギアの支持軸は、ギアケースに対して回転可能に支持されていてもよい。その場合には、支持軸とともに複合ギアが回転するように、支持軸と複合ギアとを固定すればよい。また、最終ギア支持軸は、ギアケースに対して回転可能に支持されていてもよい。その場合には、最終ギア支持軸とともに、最終ギア、回転支持部、および車輪が回転するように、最終ギア支持軸、最終ギア、回転支持部、および車輪を、互いに固定すればよい。

ホイールユニットの軸方向寸法小さくすることが好ましい場合は、車輪の接地面に囲まれた略円筒状の領域の内側には、最終ギアの少なくとも一部分が配置されていればよい。当該領域の内側に、最終ギアの全体を配置すると、より好ましい。また、当該領域の内側に、最終ギアだけではなく、複合ギアも配置すれば、さらに好ましい。

ギアケースに対する回転支持部の支持構造は、すべり軸受以外の軸受構造であってもよい。例えば、回転支持部とギアケースの円孔部との間に、ボールベアリングが設けられていてもよい。ただし、上記の実施形態のように、すべり軸受を採用すれば、ギアケースに対する回転支持部の支持構造を、少ない部品点数で実現できる点で、好ましい。

ギアケースの底面は、図６のような平坦面であってもよく、図８のような曲面であってもよく、他の形状であってもよい。ただし、ギアケースを、車輪に対して上側に偏った位置に配置するためには、ギアケースの底面を、車輪の接地面より曲率半径の大きい曲面または平坦面とすることが、好ましい。

また、最終ギアを構成する部材と、車輪との間に、他の部材が介在していてもよい。すなわち、最終ギアを構成する部材が、他の部材を介して、車輪に固定されていてもよい。

スリーブ部材７０Ｄの環状凸部７０１Ｄと、最終ギア５Ｄの出力側に備えられたスリーブ当たり面５６Ｄとの間には軸方向遊び以下の間隙が設けられていてもよい。

この場合、最終ギア５Ｄが最終ギア支持軸５１Ｄに回転可能に支持されていることから、軸方向にも移動可能であり、最終ギア５Ｄの軸方向の移動に応じて、スリーブ当たり面５６Ｄは、環状凸部７０１Ｄと接する状態にあってもよい。

また、本発明のホイールユニットは、要求されるサイズやトルクを考慮すると、家庭用の清掃ロボットに特に適しているが、他の電化製品に使用されるものであってもよい。例えば、物品を搬送するためのロボットや、無線で操縦される玩具に、使用されるものであってもよい。また、屋内または屋外において、人を乗せて走行する電動の車椅子に、使用されるものであってもよい。また、本発明のホイールユニットは、家庭用の電化製品に使用されるものであってもよく、業務用の装置に使用されるものであってもよい。

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、ホイールユニットに利用できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ ホイールユニット
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ モータ
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｄ ピニオンギア
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｄ 減速機構
５，５Ａ，５Ｄ 最終ギア
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｄ 車輪
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ ギアケース
９Ｂ 清掃ロボット
２１ 静止部
２２，２２Ｃ 回転部
４１，４２，４３，４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ，４１Ｄ，４２Ｄ，４３Ｄ， 複合ギア
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｄ 最終ギア支持軸
５２Ｄ 外側歯部
５３Ｄ 内側筒部
５４Ｄ 第１スラストワッシャー
５５Ｄ 第２スラストワッシャー
５６Ｄ スリーブ当たり面
６１ ホイール部
６２ タイヤ部
７０ 円孔部
７０Ｄ スリーブ部材
７３ リブ
７４Ｂ 受け部
７５Ｃ モータカバー
７６Ｃ 取付板
７７Ｄ スリーブ保持部
７８Ｄ ストッパ板部
７９Ｄ 最終ギア支持軸支持部
８１，８１Ａ，８１Ｄ 回転支持部
２１１ 電機子
２２１ マグネット
２２２ モータ軸
４１１，４２１，４３１ 支持軸
４１２，４２２，４３２ 大径ギア部
４１３，４２３，４３３ 小径ギア部
６２１，６２１Ａ 接地面
７０１Ｄ 環状凸部
７４１Ｂ 貫通孔
９１Ｂ サスペンション機構

Claims (16)

1. モータ軸を有するモータと、
   前記モータの回転部に固定されたピニオンギアと、
   環状の接地面を有し、最終ギア支持軸を中心として回転する車輪と、
   前記車輪に直接または他の部材を介して固定され、該車輪に対して軸方向一方側に配置された樹脂製の最終ギアと、
   前記ピニオンギアの回転を減速させて前記最終ギアに伝達する減速機構と、
   前記ピニオンギア、前記減速機構、および前記最終ギア、を収容するギアケースと、を備え、
   前記最終ギアと前記車輪との間に、前記ギアケースに直接または他の部材を介して支持されつつ、前記最終ギアおよび前記車輪とともに回転する回転支持部が設けられ、
   前記回転支持部の外径が、前記最終ギア支持軸の外径より大きく、
   前記最終ギアの少なくとも一部分が、前記接地面に囲まれた略円筒状の領域の内側に位置し、
   軸方向一方側から視た際に、前記最終ギア支持軸と前記モータ軸とは位置が異なり、
   前記モータは、電機子の径方向外側にロータマグネットを備え、
   前記モータは、取付板を介してギアケースに固定される、ホイールユニット。
2. 前記ギアケースは前記最終ギア支持軸と同軸に配置された円環形状のスリーブ部材を備え、
   前記回転支持部の外周面は前記スリーブ部材の内周面に潤滑材を介して接触しており、
   前記最終ギアの歯底円直径は前記回転支持部の外径よりも大きく、
   前記スリーブ部材の外周面は前記歯底円直径よりも大きい、請求項１のホイールユニット。
3. 前記ギアケースは、前記回転支持部を囲む円筒形状のスリーブ保持部と、
   前記スリーブ保持部の軸方向他方側の部位より径方向内側に向けて広がる環状のストッパ板部と、
   を備え、
   前記スリーブ部材は前記スリーブ保持部の内周面及び前記ストッパ板部の軸方向一方側の面に接する、
   請求項２のホイールユニット。
4. 前記スリーブ部材は軸方向一方側の端面に環状凸部を有し、
   前記最終ギアは軸方向他方側を向く環状のスリーブ当たり面を備え、
   前記環状凸部は前記スリーブ当たり面に接する、
   請求項３のホイールユニット。
5. 前記ギアケースは前記回転支持部を支持する円筒形状の内周面を備えた円孔部を有し、
   前記ギアケースの前記円孔部の内周面は前記回転支持部の外周面に潤滑剤を介して接触している、
   請求項１のホイールユニット。
6. 前記最終ギアおよび前記回転支持部は、樹脂製の単一の回転部材の各一部分である、
   請求項１乃至５の何れかのホイールユニット。
7. 前記減速機構は、大径ギア部と小径ギア部とを有する複合ギアを複数個有し、
   大径ギア部が前記ピニオンギアと噛みあう初段複合ギアは、前記最終ギアの軸方向一方側に配置され、
   前記初段複合ギアは前記最終ギア支持軸に支持され、
   前記初段複合ギア及び前記最終ギアは、前記ギアケースに対して回転自在である、
   請求項１乃至６の何れかのホイールユニット。
8. 全ての前記複合ギアが、前記車輪の前記接地面を最終ギア支持軸方向に投影した円筒面の内側に、位置し、
   前記最終ギアの全体が、前記接地面に囲まれた略円筒状の領域の内側に位置する、
   請求項７のホイールユニット。
9. 前記モータは、静止部と、静止部に対して回転する回転部とを有し、
   前記静止部は前記ギアケースに固定される請求項１乃至８のいずれかのホイールユニット。
10. 前記取付板は、前記ギアケースと前記モータを収容するモータカバーとの間に介在し、隔壁となる、請求項１のホイールユニット。
11. 前記モータの回転部の直径より、前記モータの軸方向の寸法が小さい、請求項９から１０のホイールユニット。
12. 前記モータの回転部は軸方向に延びる前記モータ軸とともに回転し、
    前記モータ軸の出力側の端部は、前記ギアケースの内部まで延びている、請求項１から１１のいずれかのホイールユニット。
13. 前記ギアケースは平坦面または車輪の接地面より曲率半径の大きい曲面を有する底面を有し、
    前記モータは前記底面より上側に位置する、請求項１乃至１２のいずれかのホイールユニット。
14. 前記ギアケースは底部付近における入力側の面から軸方向に突出する板状のリブを有し、
    前記モータは前記リブの上方に配置される、請求項１乃至１３のいずれかのホイールユニット。
15. 前記ギアケースは前記車輪の前記接地面に沿って円弧上に広がる上部を有し、
    前記モータは前記上部の上端よりも下側に位置する、請求項１乃至１４のいずれかのホイールユニット。
16. 前記モータを収容するモータカバーを有し、前記ギアケースには、前記モータカバーが取り付けられる、請求項１乃至１５のいずれかのホイールユニット。

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