JP7301026B2 - 全方向車輪 - Google Patents

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Description

本発明は、全方向車輪に関する。
従来、車軸周りに回転可能な回転部材と、前記回転部材の径方向に直交する方向に回転軸を有する複数のローラと、一対のローラを前記回転軸周りに回転自在に取り付ける支持部材とを有し、前記支持部材を前記回転部材の外周に放射状に配置した全方向車輪が知られている。全方向車輪は、車軸周りの回転と、前記回転軸周りへの複数のローラの回転とにより、全方向への回転が可能なものとされている。
また、上述した全方向車輪の軽量化を図ると共に強度を確保するべく、ハブ部材に結合された第1支持部及び第2支持部と、前記第1支持部及び前記第2支持部との間に設けられ、前記第1支持部及び前記第2支持部に結合される複数の支持プレートとを有し、前記支持プレートに一対のローラを車軸の径方向と直交する方向に回転可能に設けて、各支持プレートを前記第1支持部及び前記第2支持部の径方向外周側に複数配置した全方向車輪が知られている(例えば、特許文献1)。
上述した特許文献1の全方向車輪では、支持プレートに支持されている一対のローラが、隣接する支持プレートに支持されている一対のローラに対して互いにローラ径が大小異なるものとされている。すなわち、一対の大径ローラを有する支持プレートと、一対の小径ローラを有する支持プレートが互いに隣接するように交互に配置されている。
特開2018-176990号公報
ところで、上述した特許文献1に記載の全方向車輪は、第1支持部及び第2支持部といった複数の支持部を有しており、これらの支持部がハブ部材に結合されたものとされている。
また、特許文献1に記載の全方向車輪は、第1支持部及び第2支持部の外周に車軸周りの車輪円を形成するにあたり、一対の大径ローラを有する支持プレートと一対の小径ローラを有する支持プレートとが、交互に配置されている。また、それぞれの支持プレートが、第1支持部及び第2支持部の径方向外周に放射状に配置されている。そのため、隣接する大径ローラと小径ローラとの重複代が多く必要とされ、ローラ数やローラを支持する支持プレート数も多く必要とされる。特許文献1では、全方向車輪の形成にあたり、大径ローラを有する支持プレートと、小径ローラを有する支持プレートとをそれぞれ6個有し、それぞれのローラを合わせて24個有する構成が開示されている。
上述のように特許文献1に記載の全方向車輪は、構成する部品数が多く、製造コストがかかる問題や全方向車輪のメンテナンス性が阻害される問題がある。
そこで、本発明は、構成する部品数を削減することで、製造コストを低減すると共にメンテナンス性や強度にも優れた全方向車輪を提供することを目的とする。
(1)上述した課題を解決すべく提供される本発明の全方向車輪は、車軸周りに回転可能に設けられたハブ部材と、前記ハブ部材に対して前記車軸の軸心周り方向に配される複数のローラユニットと、を有し、前記ローラユニットは、第1ローラと、前記第1ローラよりも小さい第2ローラと、前記ハブ部材に取り付けられると共に、前記ハブ部材の外周側において前記車軸の径方向に対して交差する回転軸線を中心として前記第1ローラ及び前記第2ローラを回転可能に支持する支持部材と、を有するものであり、前記第1ローラ及び前記第2ローラは、前記回転軸線の軸線方向先端側が基端側より縮径された外形を有し、互いに基端側を対向させた姿勢で前記支持部材に対して取り付けられたものであり、前記第1ローラは、前記回転軸線の軸線方向基端側に向けて開放された空洞部を有するものであり、前記ハブ部材の外周側において前記第1ローラ及び前記第2ローラが前記車軸の軸心周り方向に交互に並ぶように複数の前記ローラユニットが配されると共に、前記ローラユニットを構成する前記第1ローラの前記空洞部に、隣接する他のローラユニットを構成する第2ローラの先端側が挿入されていることを特徴とするものである。
上述した本発明の全方向車輪は、ローラユニットが、第1ローラと、前記第1ローラよりも小さい第2ローラとを一対として、ハブ部材の外周側において車軸の径方向に対して交差する回転軸線を中心として回転可能に支持部材に支持されたものとされている。また、第1ローラ及び第2ローラが、前記回転軸線の軸線方向先端側が基端側より縮径された外形を有し、互いに基端側を対向させた姿勢で前記支持部材に対して取り付けられたものとされている。従って、複数のローラユニットの構成を共通化することができるので、部品コストの低減が期待できる。また、本発明の全方向車輪は、ハブ部材に対してローラユニットを配することで構成できる簡素な構造とされている。そのため、本発明によれば、全方向車輪を構成する部品数の削減と、コストの低減が期待できる。また、本発明の全方向車輪は、シンプルな構成であるため、メンテナンス等の際にそれぞれの部品に対して容易にアクセスできる。
また、上述した本発明の全方向車輪は、第1ローラよりも第2ローラを小さくすると共に、ローラユニットを構成する第1ローラの空洞部に、隣接する他のローラユニットを構成する第2ローラの先端側を挿入したものとされている。そのため、本発明の全方向車輪は、第1ローラ及び第2ローラを周方向に高密度に配しつつ、第1ローラ及び第2ローラが互いに干渉することなくスムーズに動作可能である。従って、本発明によれば、動作性の面においても優れた特性を示す全方向車輪を提供できる。
(2)上述した課題を解決すべく提供される本発明の全方向車輪は、前記第1ローラ及び前記第2ローラの回転軸線が、車軸の径方向に沿って互いにずれるように前記支持部材上に配置されていることが望ましい。
かかる構成によれば、第1ローラ及び第2ローラの大きさがそれぞれ異なるものを用いても、第1ローラ及び第2ローラのそれぞれの外形の稜線を、車軸の径方向外側において合わせることができる。これにより、第1ローラ及び第2ローラにより形成される車輪円における段差の低減が可能である。そのため、全方向車輪が、車軸周りに回転する際のがたつきや衝撃を低減できる。また、全方向車輪を採用した車両や台車等の走行安定性が向上されると共に乗り心地が改善される。
(3)上述した課題を解決すべく提供される本発明の全方向車輪は、前記支持部材が、前記ハブ部材の径方向外側に向けて延びるように形成されると共に前記第1ローラ及び前記第2ローラを前記回転軸線を中心として回転可能に支持するローラ支持部と、前記第2ローラ側に向けて傾斜形成された支持側固定部と、を有し、前記ハブ部材が、前記支持側固定部の傾斜に合わせて傾斜形成されると共に前記支持側固定部を固定する複数のハブ側固定部を有し、前記支持側固定部が、前記ハブ側固定部の傾斜に合わせて傾斜状態で固定されていることが望ましい。
かかる構成によれば、それぞれの支持側固定部が、ハブ部材の円周方向に対する接線方向よりも順次内側方向に向けて傾斜状態でハブ側固定部に固定される。これにより、支持側固定部及びハブ側固定部のそれぞれが、単一円周上に並んで配置されることがないので、固定代を広く確保することができる。そのため、ハブ部材に対して支持部材を強固に固定することができるので、全方向車輪の強度を確保できる。また、支持側固定部が、第2ローラ側に向けて傾斜形成されているので、第1ローラとの緩衝を避けることができ、支持側固定部及びハブ側固定部によるデッドスペースを削減できる。
(4)上述した課題を解決すべく提供される本発明の全方向車輪は、前記第1ローラ及び前記第2ローラの前記外形における前記車軸の径方向外周側の稜線の曲率が、車軸を回転中心として形成される車輪円側の曲率と一致することが望ましい。
かかる構成によれば、車軸周りに形成される車輪円を真円に近付けることができるので、全方向車輪が、車軸周りに回転する際のがたつきや衝撃を低減できる。これにより、全方向車輪を採用した車両や台車等の走行安定性が向上されると共に乗り心地が改善される。
(5)上述した課題を解決すべく提供される本発明の全方向車輪は、前記第1ローラ及び前記第2ローラの回転軸線方向への長さが、互いに同一に形成されていることが望ましい。
かかる構成によれば、第1ローラ及び第2ローラにより車軸周りに形成される外形において、第1ローラ及び第2ローラのそれぞれの間に形成される隙間を狭くすることができるので、前記外形における段差を低減できる。これにより、全方向車輪が車軸周りに回転する際のがたつきを低減でき、全方向車輪の正逆転による差も低減できるので、走行安定性や車両における乗り心地を改善できる。
本発明によれば、構成する部品数を削減することで、製造コストを低減すると共にメンテナンス性や強度にも優れた全方向車輪を提供することができる。
本発明に係る全方向車輪の一実施形態を示す正面図である。 図1の一部分解斜視図である。 本発明の全方向車輪を構成するハブ部材及びローラユニットの正面図である。 図3のローラユニットの分解斜視図である。 (a)及び(b)は、本発明の全方向車輪を構成するローラユニットの斜視図である。 本発明の全方向車輪を適用した電動車両の一実施形態を表す斜視図である。
本発明の全方向車輪10の一実施形態について、図1~図5を参照しつつ以下に詳細を説明する。
図1及び図2に示すように全方向車輪10は、車軸1の軸心周りに回転可能に設けられたハブ部材20と、ハブ部材20に対して車軸1の軸心周り方向に配される複数のローラユニット30等を有している。
図3は、ハブ部材20から、ローラユニット30を取り外した状態を表す正面図であり、一部のローラユニット30を省略したものである。図3に示すように、ハブ部材20は、車軸1に対して直交する方向に設けられた略円形状の板状部材である。ハブ部材20の中央には、ハブ部材20を車軸1に回転可能に支持するための軸孔22が形成されている。ハブ部材20は、軸孔22に設けられた軸受(図示しない)を介して車軸1に回転可能に支持されている。なお、ハブ部材20は、車軸1と一体的に回転するものであってもよい。ハブ部材20には、外周側の周方向にローラユニット30を支持する複数のハブ側固定部21が形成されている。ハブ側固定部21の詳細は後述する。また、ハブ部材20は、内周側に対する車軸1の軸心周りに固定孔23が形成されている。固定孔23は、適宜、車両への固定等に利用することができる。
図1~図3に示すように、ローラユニット30は、第1ローラ40と、第1ローラ40よりも小さい第2ローラ41とを有している。また、ローラユニット30は、ハブ部材20に取り付けられると共に、ハブ部材20の外周側において車軸1の径方向に対して交差する回転軸線を中心として第1ローラ40及び第2ローラ41を回転可能に支持する支持部材31を有している。支持部材31は、ハブ部材20の径方向外側に向けて延びるように形成されている。
図4に示すように、支持部材31は、第1ローラ40及び第2ローラ41(両ローラ40,41とも称する)を回転可能に支持するローラ支持部32と、ハブ側固定部21に固定される支持側固定部33とを有している。
ローラ支持部32は、第1ローラ40を回転可能に支持する第1回転軸34(回転軸線34とも称する)と、第2ローラ41を回転可能に支持する第2回転軸35(回転軸線35とも称する)とが、両面に立設された支持面を有している。第1回転軸34及び第2回転軸35には、それぞれ軸受が装着されている。
図3に示すように、両ローラ40,41は、それぞれ第1回転軸34及び第2回転軸35の軸線方向先端側が、基端側より縮径された外形をそれぞれ有している。すなわち、両ローラ40,41は、略円錐台形状の外形に形成されており、車軸1の軸心周りの外周側において先端側と基端側との間に形成される外形の稜線40b,41bが所定の曲率を有している。
両ローラ40,41は、互いに基端側を対向させた姿勢で支持部材31のローラ支持部32に対して取り付けられる。これにより、両ローラ40,41は、それぞれ第1回転軸34及び第2回転軸35を中心として、ハブ部材20と直交する方向に回転可能である。
図5(a)に示すように、第1ローラ40は、第1回転軸34の軸線方向基端側に向けて開放された空洞部40aを有している。詳細は後述するが、空洞部40aは、複数のローラユニット30をハブ部材20の外周側に配置した際に、隣接するローラユニット30の第2ローラ41の先端側を収容することができる。また、図5(b)に示すように、第2ローラ41も、第2回転軸35の軸線方向基端側に向けて解放された空洞部41aを有している。これにより、第2ローラ41の軽量化が図られると共に第1ローラ40と第2ローラ41との重量バランスが近づけられている。そのため、両ローラ40,41は、回転が安定し、走行安定性の向上が期待できる。なお、第2ローラ41が空洞部41aを有しないものとしてもよい。
ここで、図4に示すように、第1回転軸34及び第2回転軸35は、ローラ支持部32に沿って先端側に互いにずれるように配置されることが望ましい。これにより、両ローラ40,41の外形の稜線40b,41bを、車軸1の径方向外側(ローラ支持部32の先端側)においてそれぞれ一致させることができる。また、上述のように構成することで、第1ローラ40と第2ローラ41との大きさが異なるものを用いても、両ローラ40,41のそれぞれの外形における稜線40b,41bを合わせることができる。これにより、両ローラ40,41により形成される車輪円11(図1参照)における段差が低減される。そのため、全方向車輪10が、車軸1の軸心周りに回転する際のがたつきや衝撃を低減できる。また、全方向車輪10を採用した車両や台車等の走行安定性が向上されると共に乗り心地が改善される。
図3に示すように、支持側固定部33は、ローラ支持部32の支持面と直交する固定面を有し、前記固定面がハブ側固定部21と対向するように配置される。支持側固定部33は、第2ローラ41側に向けて所定の角度で傾斜形成されている。また、支持側固定部33には、支持側固定部33を貫通する一対の開孔33a,33aが形成され、開孔33aのそれぞれが、支持側固定部33の傾斜方向軸線上に所定の間隔で並ぶように配置されている。
ローラユニット30は、ハブ部材20の径方向外側に取り付けられる。ローラユニット30のハブ部材20への取り付けの詳細は後述する。
ハブ側固定部21は、一対の取付孔24,24を有し、一対の取付孔24,24が、ハブ部材20外周寄りの円周方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。一対の取付孔24,24は、一対の開孔33a,33aの傾斜配置方向に合わせて配置されている。具体的には、ハブ部材20の径方向外側において、車軸1の軸心周りに形成される円周25上に一対の取付孔24のうちの一方が配置されている。また、他方の取付孔24は、円周25の接線26に対して、ハブ部材20の軸心方向に向けて所定の角度で傾斜した軸線27上であって、円周25の外側に形成されている。取付孔24,24には、ネジ山が形成されている。
次に、ローラユニット30の支持部材31への取り付けについて、以下に説明する。 ローラユニット30の支持部材31への取り付けにあたり、まず、開孔33a,33aと取付孔24,24とが対向するようにハブ部材20とローラユニット30が配置される。続いて、支持側固定部33を介してボルト36(図1及び図2参照)を取付孔24,24に螺合させることでローラユニット30が、支持部材31に取り付けされる。なお、ボルト36を取付孔24に螺合させるものではなく、ボルト36が、ハブ部材20を介してナットで固定されるものや溶接等により支持部材31とハブ部材20とが直接固定されるものであってもよい。また、ハブ部材20に支持部材31が一体的に形成されていてもよい。
続いて、ハブ部材20の外周側において第1ローラ40及び第2ローラ41が車軸1の軸心周り方向に交互に並ぶように放射状に複数のローラユニット30が配され、複数のローラユニット30が、順次支持部材31の支持側固定部33に取り付けられる。また、このとき、ローラユニット30を構成する第1ローラ40の空洞部40aに、隣接する他のローラユニット30を構成する第2ローラ41の先端側が挿入される。本実施形態では、ハブ部材20の外周側に、例えば9個のローラユニット30が設けられ、車軸1の軸心周りの車輪円11が形成されている。
上述したように、それぞれの支持側固定部33が、ハブ部材20の円周方向に対する接線方向よりも順次内側方向に向けて傾斜状態でハブ側固定部21に固定されている。従って、支持側固定部33及びハブ側固定部21のそれぞれが、単一円周上に並んで配置されることがないので、固定代を広く確保することができる。そのため、ハブ部材20と支持部材31との固定に際し、固定代を広く取って固定することができるので、全方向車輪10の強度を確保できる。また、支持側固定部33が、第2ローラ41側に向けて傾斜形成されているので、第1ローラ40との緩衝を避けることができ、支持側固定部33及びハブ側固定部21によるデッドスペースを削減できる。また、上述の実施形態のように、ハブ側固定部21をハブ部材20の形成面上に設け、支持側固定部33が車軸1に沿う方向から固定されるようにすることで、ハブ部材20の面方向からローラユニット30の着脱を行うことができる。これにより、メンテナンス性を向上させることができる。
ここで、上述の全方向車輪10において、第1ローラ40及び第2ローラ41の外形を形成する稜線40b,41bの曲率は、車軸1の軸心周りに形成される車輪円11の曲率と一致させることが望ましい。これにより、車軸1の軸心周りに形成される車輪円11を真円に近付けることができるので、全方向車輪10が、車軸1の軸心周りに回転する際のがたつきや衝撃を低減できる。これにより、全方向車輪10を採用した車両や台車等の走行安定性が向上されると共に乗り心地が改善される。
また、上述の全方向車輪10において、第1ローラ40及び第2ローラ41の回転軸線34,35方向への長さが、同一に形成されていることが望ましい。これにより、両ローラ40,41により車軸1の軸心周りに形成される外形において、両ローラ40,41のそれぞれの間に形成される隙間を狭くすることができるので、前記外形における段差を低減できる。また、全方向車輪10が車軸1の軸心周りに回転する際のがたつきを低減でき、全方向車輪10の正逆転による差も生じないので、走行安定性や車両における乗り心地を改善できる。
次に、全方向車輪10を電動車両60に搭載した例について、図6を参照して説明する。電動車両60は、ベース部61の前方に設けられた前輪としての全方向車輪10と、図示しないモータによって駆動される後輪側の駆動輪62と、座席63等を有している。全方向車輪10は、従動輪であり、駆動輪62の駆動に従動して回転する。また、電動車両60には、ベース部61の前方側に車軸1が車幅方向に沿って設けられている。全方向車輪10は車軸1の両端側に、車軸1の軸心周りへの回転が可能なように支持されている。
電動車両60は、上述したように車軸1の軸心周りへの回転による前後進と、各ローラユニット30が備える第1ローラ40及び第2ローラ41の回転方向への移動とが可能とされている。すなわち、全方向車輪10によって、全方向への移動が可能とされている。なお、従動輪側だけではなく、駆動輪62側が全方向車輪10であってもよい。また、従動輪及び駆動輪62の双方を全方向車輪10とすることも可能である。
以上が、本発明の全方向車輪10の実施形態であるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内で適宜の変更を行うことができる。
本実施形態では、ローラユニット30がハブ部材20の外周側において9連設けられ、第1ローラ40及び第2ローラ41がそれぞれ9個ずつ設けられているが、本発明は、これには限定されず、全方向車輪10の車輪円11の大きさに応じて、各種の個数とすることができる。また、両ローラ40,41の外形の形状も上述の実施形態の形状に限定されるものではなく、各種の形状とすることができる。また、両ローラ40,41のハブ部材20への取付方向も、ハブ部材20の外周側において車軸1の軸線に対して交差する回転軸線を中心として支持部材31に回転可能に支持されるものであれば、各種の方向に取り付けすることが可能である。また、第1ローラ40に形成された空洞部40aは、隣接配置された他のローラユニット30を構成する第2ローラ41の先端側が挿入可能なものであれば各種の形状のものとすることができる。
本実施形態では、両ローラ40,41の回転軸34,35が、車軸1の径方向に互いにずれるように支持部材31上に配置されているが、回転軸34,35が互いにずれていない(一致している)ものであってもよい。回転軸34,35の配置を互いに一致させる場合は、両ローラ40,41の外形の大きさを近づけるとよい。また、回転軸34,35を互いにずらす量は、両ローラ40,41の外形の大きさに応じて、適宜変更することができる。
本実施形態では、全方向車輪10において、両ローラ40,41の前記外形における前記車軸の径方向外周側の稜線40b,41bの曲率が、車軸1の軸心周りに形成される車輪円11の曲率と一致するようにしている。これに対し、両ローラ40,41の外形を形成する稜線40b,41bの曲率が車輪円11の曲率と異なるものであってもよい。なお、稜線40b,41bの曲率が車輪円11の曲率と異なるものを用いる場合は、車輪円11が真円に近づく曲率を有するものとすることが望ましい。これにより、全方向車輪10の車軸1の軸心周りへの回転を安定させることができる。また、両ローラ40,41の接地が確保され、両ローラ40,41が回転軸34,35周りに回転する際の空転を抑制することができるので、全方向への回転を安定させることができる。
本実施形態では、両ローラ40,41の回転軸線34,35方向への長さが、互いに同一に形成されているが、当該幅が異なるものであってもよく、当該幅は任意の幅とすることができる。
本実施形態では、支持側固定部33が、ハブ側固定部21の傾斜に合わせて傾斜状態で固定されたものとしたが、支持側固定部33及びハブ側固定部21の傾斜角度や傾斜方向は、適宜変更することができる。支持側固定部33及びハブ側固定部21の傾斜方向や傾斜角度は、搭載するローラユニット30の数や、支持側固定部33の形状に応じて、デッドスペースが少なくなるように設定すればよい。また、ハブ部材20に支持部材31が一体的に形成されてもよい。
なお、本発明は上述した実施形態や変形例において例示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示及び精神から他の実施形態があり得ることは当業者に容易に理解できよう。
本発明の全方向車輪は、電動車両等の各種車両、車椅子、台車及びロボット等に利用することができる。
1 :車軸
10 :全方向車輪
11 :車輪円
20 :ハブ部材
21 :ハブ側固定部
24 :取付孔(ハブ側固定部)
30 :ローラユニット
31 :支持部材
32 :ローラ支持部
33 :支持側固定部
34 :第1回転軸(回転軸線)
35 :第2回転軸(回転軸線)
40 :第1ローラ
40a:空洞部
40b:稜線
41 :第2ローラ
41a:空洞部
41b:稜線
60 :電動車両

Claims (4)

  1. 車軸の軸心周りに回転可能に設けられたハブ部材と、
    前記ハブ部材に対して前記車軸の軸心周り方向に配される複数のローラユニットと、を有し、
    前記ローラユニットは、
    第1ローラと、
    前記第1ローラよりも小さい第2ローラと、
    前記ハブ部材に取り付けられると共に、前記ハブ部材の外周側において前記車軸の径方向に対して交差する回転軸線を中心として前記第1ローラ及び前記第2ローラを回転可能に支持する支持部材と、を有するものであり、
    前記第1ローラ及び前記第2ローラは、
    前記回転軸線の軸線方向先端側が基端側より縮径された外形を有し、互いに基端側を対向させた姿勢で前記支持部材に対して取り付けられたものであり、
    前記第1ローラは、前記回転軸線の軸線方向基端側に向けて開放された空洞部を有するものであり、
    前記ハブ部材の外周側において前記第1ローラ及び前記第2ローラが前記車軸の軸心周り方向に交互に並ぶように複数の前記ローラユニットが配されると共に、前記ローラユニットを構成する前記第1ローラの前記空洞部に、隣接する他のローラユニットを構成する第2ローラの先端側が挿入されており、
    前記第1ローラ及び前記第2ローラの回転軸線が、車軸の径方向に互いにずれるように前記支持部材上に配置されており、
    前記ハブ部材が、前記ローラユニットを支持するハブ側固定部を有するものであり、
    前記支持部材が、
    前記第1ローラ及び前記第2ローラを回転可能に支持するローラ支持部と、
    前記ハブ側固定部に固定される支持側固定部と、
    を有するものであり、
    前記支持側固定部が、前記ローラ支持部の支持面と直交する固定面を前記ハブ側固定部と対向するように配置することにより、前記ハブ部材の側面をなす形成面上に設けられた状態で固定されていること、
    を特徴とする全方向車輪。
  2. 前記支持側固定部が、前記第2ローラ側に向けて所定の角度で傾斜形成され、ハブ側固定部と傾斜状態で固定されていること、
    を特徴とする請求項1に記載の全方向車輪。
  3. 前記第1ローラ及び前記第2ローラの外形を形成する稜線の曲率が、前記車軸の軸心周りに形成される車輪円の曲率と一致すること、
    を特徴とする請求項1又は2に記載の全方向車輪。
  4. 前記第1ローラ及び前記第2ローラの回転軸線方向への長さが、同一に形成されていること、を特徴とする請求項1又は2に記載の全方向車輪。
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