JP7327786B2 - 車輪及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、車輪及び車両に関する。

自動車の誕生から１００年以上が経ち、その間にも様々な形態の乗り物が開発され、人々の移動を便利にして来た。一方、乗り物の多くは、円形の車輪を回転させるものであり、段差や凹凸の少ない平坦な路面を走行することを想定している。

したがって、階段などの段差面を走行する場合、円形の車輪では段差面を乗り越える際の振動が大きくなり、乗り心地が非常に悪くなる。特に、障碍者が車椅子を利用する場合、階段などを避けるため、遠回りをする必要があった。

そこで、階段などの段差面を走行するのに適した車輪の開発が行われている（例えば、下記特許文献１を参照。）。具体的に、下記特許文献１には、車輪本体の外周部に放射状に並んで配置された複数のセグメント部を車輪本体の径方向に伸縮自在とした車輪が開示されている。

実用新案登録第３０６５５８４号公報

ところで、上述した特許文献１に記載の車輪では、階段などの段差面に対する走行性は良くなるものの、円形状の車輪に比べて平坦な路面に対する走行性が逆に悪くなってしまう。特に、車輪を高速で回転させるほど、走行中に発生する振動などによって、乗り心地が悪化することになる。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、様々な路面に対して優れた走行性を示す車輪、並びに、そのような車輪を備えた車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 車輪本体と、
前記車輪本体の外周部に放射状に並んで配置されると共に、前記車輪本体に対して前記車輪本体の径方向にスライド自在に取り付けられた複数のセグメント部と、
前記複数のセグメント部が縮径方向にスライドした縮径状態と、前記複数のセグメント部が拡径方向にスライドした拡径状態との間で、前記セグメント部の位置を切り替える切替ユニットとを備え、
前記セグメント部は、第１の付勢部材により拡径方向に向かって付勢されると共に、前記拡径状態において、前記第１の付勢部材の付勢に抗して縮径方向にスライド自在に取り付けられたスライド部材を有し、
前記切替ユニットは、前記車輪本体の中心部に回転自在に取り付けられた切替部材と、
前記切替部材の回転に連動して、前記セグメント部を前記車輪本体の径方向にスライドさせる第１の連動機構とを有し、
前記第１の連動機構は、前記スライド部材と一体にスライドするスライドピンと、
前記車輪本体に対して前記車輪本体の径方向にスライド自在に取り付けられると共に、前記スライドピンに対して縮径方向側から当接されるガイド部材と、
前記第１の付勢部材よりも大きい付勢力で前記ガイド部材を縮径方向に向かって付勢する第２の付勢部材とを有し、
前記切替部材は、前記ガイド部材に対して拡径方向側から当接されるカム山部及びカム谷部を有し、
前記カム山部が前記ガイド部材と当接された状態において、前記第２の付勢部材の付勢に抗して前記ガイド部材が拡径方向に向かってスライドされると共に、前記スライドピンが前記ガイド部材と当接しながら、前記第１の付勢部材の付勢により前記スライド部材が拡径方向に向かってスライドされることによって、前記拡径状態となり、
前記カム谷部が前記ガイド部材と当接された状態において、前記第２の付勢部材の付勢により前記ガイド部材が縮径方向に向かってスライドされると共に、前記スライドピンが前記ガイド部材と当接しながら、前記第２の付勢部材の付勢により前記スライド部材が前記第１の付勢部材の付勢に抗して縮径方向に向かってスライドされることによって、前記縮径状態となることを特徴とする車輪。
〔２〕 前記セグメント部は、前記スライド部材の先端側に前記車輪本体の周方向において揺動自在に取り付けられたトレッド部材と、
前記車輪本体の周方向に揺動された前記トレッド部材を揺動範囲の中央部へと復帰させるダンパー機構とを有することを特徴とする前記〔１〕に記載の車輪。
〔３〕 前記複数のセグメント部は、前記縮径状態において、前記車輪本体の周方向において連続するトレッド部を構成していることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の車輪。
〔４〕 前記切替ユニットは、前記切替部材の回転方向を一方向に制限する回転制限機構を有し、
前記切替部材は、前記カム山部と前記カム谷部とが周方向に交互に並んだ構成を有し、
前記切替部材の前記一方向の回転に連動して、前記複数のセグメント部の前記縮径状態と前記拡径状態とが交互に切り替わることを特徴とする前記〔１〕～〔３〕の何れか一項に記載の車輪。
〔５〕 前記切替ユニットは、前記複数のセグメント部のうち、前記車輪本体の周方向において隣り合う一方のセグメント部のスライドに連動して、他方のセグメント部をスライドさせる第２の連動機構を有することを特徴とする前記〔１〕～〔４〕の何れか一項に記載の車輪。
〔６〕 前記第２の連動機構は、前記一方のセグメント部に対応した一方のガイド部材と、前記他方のセグメント部に対応した他方のガイド部材とを有し、
前記一方のガイド部材のみが前記カム山部及び前記カム谷部と当接可能されると共に、前記一方のガイド部材が前記他方のガイド部材に対して拡径方向側から当接されることによって、前記第１の連動機構による前記一方のガイド部材のスライドに連動して、前記他方のガイド部材をスライドさせることを特徴とする前記〔５〕に記載の車輪。
〔７〕 前記切替ユニットは、前記切替部材を回転駆動する駆動機構を有することを特徴とする前記〔１〕～〔６〕の何れか一項に記載の車輪。
〔８〕 車輪本体と、
前記車輪本体の外周部に放射状に並んで配置されると共に、前記車輪本体に対して前記車輪本体の径方向にスライド自在に取り付けられた複数のセグメント部と、
前記複数のセグメント部が縮径方向にスライドした縮径状態と、前記複数のセグメント部が拡径方向にスライドした拡径状態との間で、前記セグメント部の位置を切り替える切替ユニットとを備え、
前記セグメント部は、第１の付勢部材により拡径方向に向かって付勢されると共に、前記拡径状態において、前記第１の付勢部材の付勢に抗して縮径方向にスライド自在となっており、
前記切替ユニットは、前記車輪本体の中心部に回転自在に取り付けられた切替部材と、 前記切替部材を回転駆動する駆動機構とを有し、
前記駆動機構は、前記切替部材と一体に回転する太陽ギアと、前記太陽ギアと噛合する複数の遊星ギアと、前記複数の遊星ギアを回転駆動する複数の駆動モータと、前記複数の駆動モータに電力を供給する給電部とを有することを特徴とする車輪。
〔９〕 前記給電部は、スリップリングであることを特徴とする前記〔８〕に記載の車輪。
〔１０〕 前記〔１〕～〔９〕の何れか一項に記載の車輪を備える車両。

以上のように、本発明によれば、様々な路面に対して優れた走行性を示す車輪、並びに、そのような車輪を備えた車両を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る車輪の構成を示す分解斜視図である。 図１に示す車輪の拡径状態を車軸とは反対側から見た斜視図である。 図１に示す車輪の拡径状態を車軸側から見た斜視図である。 図１に示す車輪の縮径状態を車軸とは反対側から見た斜視図である。 図１に示す車輪の縮径状態を車軸側から見た斜視図である。 図１に示す車輪の構成を示す断面図である。 図１に示す車輪の拡径状態におけるセグメント部の位置を示す平面図である。 図１に示す車輪の縮径状態におけるセグメント部の位置を示す平面図である。 図１に示す車輪の拡径状態におけるセグメント部の状態を示す模式図である。 図１に示す車輪の縮径状態におけるセグメント部の状態を示す模式図である。 図１に示す車輪のセグメント部の構成を示す斜視図である。 図１に示す車輪のセグメント部の揺動動作を説明するための断面図である。 図１に示す車輪の拡径状態における切替ユニットの位置を示す平面図である。 図１に示す車輪の縮径状態における切替ユニットの位置を示す平面図である。 図１に示す車輪の切替部材の構成を示す斜視図である。 図１に示す車輪の回転制限機構の構成を示す断面図である。 図１に示す車輪の駆動機構の構成を示す平面図である。 図１に示す車輪の給電部の一部を車軸とは反対側から見た分解斜視図である。 図１に示す車輪の給電部の一部を車軸側から見た斜視図である。 図１に示す車輪の走行動作を説明するための正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態として、例えば図１～図２０に示す車輪１について説明する。
本実施形態の車輪１は、図１～図８に示すように、車両側の車軸１００に一体に取り付けられる車輪本体２と、車輪本体２の外周部に放射状に並んで配置された複数（本実施形態では１２個）のセグメント部３とを備えている。

車輪本体２は、その中心部に位置するハブ部４と、その外周部に位置するリム部５と、ハブ部４とリム部５との間を放射状に連結する複数（本実施形態では１２個）のスポーク部６とを有して、全体として略円板状に形成されている。

ハブ部４は、中心孔４ａを有して略円筒状に形成されている。リム部５は、ハブ部４を中心にリング状に形成されている。複数のスポーク部６は、車輪本体２の周方向に等間隔に並んで配置されると共に、車輪本体２の径方向に略直線状に形成されている。

車輪本体２は、車軸１００とは互いの中心軸を一致させた状態で、車軸１００の先端側に連結プレート７を介して取り付けられている。具体的に、この連結プレート７は、全体として略円板状に形成されると共に、車軸１００と対向する側（内側）の中央部に車輪側フランジ部７ａを有している。車輪側フランジ部７ａは、車軸１００の先端に設けられた車軸側フランジ部１００ａと突き合わされた状態で、車軸側フランジ部１００ａに対してネジ止め等により取り付けられている。一方、車輪本体２は、連結プレート７の車軸１００と対向する側とは反対側（外側）の面に突き合わされた状態で、連結プレート７に対してネジ止め等により取り付けられている。

一方、車輪本体２の外側には、カバーパネル８及び複数（本実施形態では１２個）の固定プレート９が取り付けられている。カバーパネル８は、その中央部に多角形（本実施形態では正十二角形）状の中心孔８ａと、中心孔８ａの周囲から放射状に伸びる複数（本実施形態では１２個）のガイドプレート８ｂとを有している。

各ガイドプレート８ｂには、カバーパネル８の径方向に伸びるガイド孔８ｃが設けられている。カバーパネル８は、中心孔８ａとハブ部４の中心孔４ａとを一致させると共に、各ガイドプレート８ｂと各スポーク部６とを重ね合わせた状態で、車輪本体２の外側に取り付けられている。複数の固定プレート９は、各ガイドプレート８ｂの間に位置して、各スポーク部６の間を覆うように車輪本体２に取り付けられることによって、カバーパネル８を車輪本体２に固定している。

複数のセグメント部３は、車輪本体２に対して車輪本体２の径方向にスライド自在に取り付けられている。具体的に、各セグメント部３は、スポーク部６に対してスライド自在に取り付けられたスライド部材１０と、スライド部材１０を拡径方向に向かって付勢する第１の付勢部材１１とを有している。なお、本実施形態では、１２個のセグメント部３に各々対応した１２個のスライド部材１０と、１２個の第１の付勢部材１１とが設けられている。

スライド部材１０は、リム部５に設けられたスライド孔５ａからスポーク部６に設けられたガイドスリット６ａに沿って、車輪本体２の径方向にスライド自在に取り付けられている。第１の付勢部材１１は、コイルバネからなり、ガイドスリット６ａの内側に配置された状態で、スライド部材１０を拡径方向に向かって付勢している。なお、第１の付勢部材１１については、上述したコイルバネからなるものに必ずしも限定されるものではない。

これにより、複数のセグメント部３は、それぞれのスライド部材１０が第１の付勢部材１１の付勢に抗して縮径方向にスライドした状態（以下、「縮径状態」という。）と、それぞれのスライド部材１０が第１の付勢部材１１に付勢されて拡径方向にスライドした状態（以下、「拡径状態」という。）との間でスライド可能となっている。

各セグメント部３は、図１～図３、図１１及び図１２に示すように、スライド部材１０の先端側に車輪本体２の周方向において揺動自在に取り付けられたトレッド部材１２と、車輪本体２の周方向に揺動されたトレッド部材１２を揺動範囲の中央部へと復帰させるダンパー機構１３とを有している。

トレッド部材１２は、路面と接触する部分であり、車輪本体２のリム部５の外周に沿って全体として略円弧状に形成されている。また、各トレッド部材１２の外周面には、例えばゴムなどの弾性部材（図示せず。）が設けられていてもよい。トレッド部材１２は、その内周側の中央部に位置する第１のヒンジ部１４を介してスライド部材１０の先端側に回動自在に支持されている。

ダンパー機構１３は、スライド部材１０を挟んだ周方向の両側に位置して、スライド部材１０とトレッド部材１２との間を連結した状態で一対並んで設けられている。ダンパー機構１３は、第２のヒンジ部１５を介してスライド部材１０に回動自在に支持されたシリンダ部１６と、シリンダ部１６内に配置されたコイルバネ１７と、一端側がシリンダ部１６に挿入された状態で、他端側がスライド部１８を介してトレッド部材１２の周方向にスライド自在に支持されたロッド部１９とを有している。

セグメント部３では、拡径状態において、シリンダ部１６内でロッド部１９がスライドする範囲で、スライド部材１０に対してトレッド部材１２が車輪本体２の周方向に揺動（いわゆる首振り）可能となっている。

また、スライド部材１０に対してトレッド部材１２が揺動方向の一方側に向かって揺動した際に、一方側のロッド部１９により押圧されたコイルバネ１７が圧縮する。逆に、スライド部材１０に対してトレッド部材１２が揺動方向の他方側に向かって揺動した際に、他方側のロッド部１９により押圧されたコイルバネ１７が圧縮する。

したがって、スライド部材１０に対して揺動方向の一方側又は他方側に向かって揺動されたトレッド部材１２は、圧縮されたコイルバネ１７によって、揺動範囲の中央部に向かって付勢されることになる。

セグメント部３では、このようなダンパー機構１３によって、スライド部材１０に対して車輪本体２の周方向に揺動されたトレッド部材１２を揺動範囲の中央部へと復帰させることが可能となっている。

本実施形態の車輪１は、図１、図６～図１０及び図１３～図１５に示すように、縮径状態と拡径状態との間で、複数のセグメント部３の位置を切り替える切替ユニット２０を備えている。

切替ユニット２０は、車輪本体２の中心部に回転自在に取り付けられた切替部材２１と、切替部材２１の回転に連動して、セグメント部３を車輪本体２の径方向にスライドさせる第１の連動機構２２とを有している。

切替部材２１は、複数（本実施形態では６個）のカム山部２３ａと複数（本実施形態では６個）のカム谷部２３ｂとを含むカムプレート２４と、ハブ部４及びカバーパネル８の中心孔４ａ，８ａに挿通される回転軸２５とを有している。

カムプレート２４は、カバーパネル８の車輪本体２と対向する側とは反対側（外側）に配置されている。カム山部２３ａとカム谷部２３ｂとは、カムプレート２４の外周部においてカムプレート２４の周方向に交互に且つ等間隔に並んで配置されている。このうち、カム山部２３ａは、カムプレート２４の中心からの径方向の距離が相対的に長くなる部分である。一方、カム谷部２３ｂは、カムプレート２４の中心からの径方向の距離が相対的に短くなる部分である。カムプレート２４の外周部は、互いに隣り合うカム山部２３ａとカム谷部２３ｂとの間で、カムプレート２４の中心からの径方向の距離が連続的に変化するように形成されている。

また、カム山部２３ａの最頂部及びカム谷部２３ｂの最底部には、それぞれカムプレート２１を厚み方向に切り欠く溝部２３ｃが設けられている。カム当接部２７ｂがカム山部２３ａの溝部２３ｃに係合されることによって、カム山部２３ａがカム当接部２７ｂと当接された状態が保持される。同様に、カム当接部２７ｂがカム谷部２３ｂの溝部２３ｃに係合されることによって、カム谷部２３ｂがカム当接部２７ｂと当接された状態が保持される。

回転軸２５は、カムプレート２４の車輪本体２と対向する側（内側）の中央部に略円柱状に突出して設けられている。回転軸２５は、ハブ部４及びカバーパネル８の中心孔４ａ，８ａに挿通された状態で回転自在に支持されている。

第１の連動機構２２は、スライド部材１０と一体にスライドするスライドピン２６と、車輪本体２に対して車輪本体２の径方向にスライド自在に取り付けられたガイド部材２７と、ガイド部材２７を縮径方向に向かって付勢する第２の付勢部材２８とを有している。なお、本実施形態では、１２個のセグメント部３に各々対応した１２個のスライドピン２６と、１２個のガイド部材２７と、１２個の第２の付勢部材２８とが設けられている。

スライドピン２６は、カバープレート８のガイド孔８ｃの内側に挿入された状態で、スライド部材１０の基端側に取り付けられている。

ガイド部材２７は、カバープレート８のガイドプレート８ｂに沿ってスライド自在に取り付けられている。ガイド部材２７は、スライドピン２６に対して縮径方向側から当接されるピン当接部２７ａと、カムプレート２４のカム山部２３ａ及びカム谷部２３ｂに対して縮径方向側から当接されるカム当接部２７ｂとを有している。

ピン当接部２７ａは、ガイド部材２７の内周側の端部を厚み方向に切り欠く溝部により構成されている。カム当接部２７ｂは、ガイド部材２７のカムプレート２４と対向する側（外側）の面からカムプレート２４の外側に向かって突出した突起部により構成されている。なお、ピン当接部２７ａ及びカム当接部２７ｂについては、上述した溝部及び突起部により構成されたものに必ずしも限定されるものではない。

第２の付勢部材２８は、第１の付勢部材１１よりも大きい付勢力を有するコイルバネからなる。第２の付勢部材２８は、ガイド部材２７の外周側の端部と車輪本体２のリム部５との間に配置された状態で、ガイド部材２７を縮径方向に向かって付勢している。なお、第２の付勢部材２８については、上述したコイルバネからなるものに必ずしも限定されるものではない。

第１の連動機構２２では、図９に模式的に示すように、カム山部２３ａがカム当接部２７ｂと当接された状態において、第２の付勢部材２８の付勢に抗してガイド部材２７が拡径方向に向かってスライドされる。同時に、スライドピン２６がピン当接部２７ａと当接しながら、第１の付勢部材１１の付勢によりスライド部材１０が拡径方向に向かってスライドされる。これにより、セグメント部３を拡径方向に向かってスライドさせることが可能である。

一方、第１の連動機構２２では、図１０に模式的に示すように、カム谷部２３ｂがカム当接部２７ｂと当接された状態において、第２の付勢部材２８の付勢によりガイド部材２７が縮径方向に向かってスライドされる。同時に、スライドピン２６がピン当接部２７ａと当接しながら、第２の付勢部材２８の付勢によりスライド部材１０が第１の付勢部材１１の付勢に抗して縮径方向に向かってスライドされる。これにより、セグメント部３を縮径方向に向かってスライドさせることが可能である。

また、切替ユニット２０は、図１３及び図１４に示すように、複数のセグメント部３のうち、車輪本体２の周方向において隣り合う一方のセグメント部３（以下、「一方のセグメント部３Ａ」として区別する。）のスライドに連動して、他方のセグメント部３（（以下、「他方のセグメント部３Ｂ」として区別する。）をスライドさせる第２の連動機構２９を有している。

第２の連動機構２９は、一方のセグメント部３Ａに対応した一方のガイド部材２７（以下、「一方のガイド部材２７Ａ」として区別する。）と、他方のセグメント部３Ｂに対応した他方のガイド部材２７（以下、「他方のガイド部材２７Ｂ」として区別する。）とを有している。

一方のセグメント部３Ａと他方のセグメント部３Ｂとは、車輪本体２の周方向に交互に並んで配置されている。これに対応して、一方のガイド部材２７Ａと他方のガイド部材２７Ｂとは、車輪本体２の周方向に交互に並んで配置されている。したがって、本実施形態では、６個の一方のセグメント部３Ａと、６個の他方のセグメント部３Ｂとが設けられている。これに対応して、６個の一方のガイド部材２７Ａと、６個の他方のガイド部材２７Ｂとが設けられている。

一方のガイド部材２７Ａは、その周方向の両側から突出された一対の一方の係合片３０ａを有している。他方のガイド部材２７Ｂは、その周方向の両側から突出された一対の他方の係合片３０ｂを有している。

第２の連動機構２９では、車輪本体２の周方向において隣り合う一方のガイド部材２７Ａと他方のガイド部材２７Ｂとの間で、一方の係合片３０ａが他方の係合片３０ｂに対して拡径方向側から当接されることによって、これら一方の係合片３０ａと他方の係合片３０ｂとが互いに係合された状態となっている。

第２の連動機構２９では、一方のガイド部材２７Ａに設けられたカム当接部２７ｂのみがカムプレート２４のカム山部２３ａ及びカム谷部２３ｂに対して当接可能な構成となっている。これに対して、他方のガイド部材２７Ｂは、カム当接部２７ｂが省略された構成となっている。したがって、上述した第１の連動機構２２は、切替部材２１の回転に連動して、一方のセグメント部３Ａを車輪本体２の径方向にスライドさせる構成となっている。

第２の連動機構２９では、図１３に示すように、第１の連動機構２２により一方のガイド部材２７Ａが拡径方向に向かってスライドされると、一方の係合片３０ａと他方の係合片３０ｂとが係合された状態で、一方のガイド部材２７Ａのスライドに連動しながら、他方のガイド部材２７Ｂが第２の付勢部材２８の付勢に抗して拡径方向に向かってスライドされる。

このとき、一方のセグメント部３Ａでは、一方のガイド部材２７Ａのスライドに連動して、スライドピン２６がピン当接部２７ａと当接しながら、第１の付勢部材１１の付勢によりスライド部材１０が拡径方向に向かってスライドされる。

これに対して、他方のセグメント部３Ｂでは、他方のガイド部材２７Ｂのスライドに連動して、スライドピン２６がピン当接部２７ａと当接しながら、第１の付勢部材１１の付勢によりスライド部材１０が拡径方向に向かってスライドされる。

これにより、第２の連動機構２９では、車輪本体２の周方向において隣り合う一方のセグメント部３Ａの拡径方向へのスライドに連動して、他方のセグメント部３Ｂを拡径方向にスライドさせることが可能である。

一方、第２の連動機構２９では、図１４に示すように、第１の連動機構２２により一方のガイド部材２７Ａが縮径方向に向かってスライドされると、一方の係合片３０ａと他方の係合片３０ｂとが係合された状態で、一方のガイド部材２７Ａのスライドに連動しながら、他方のガイド部材２７Ｂが第２の付勢部材２８の付勢により縮径方向に向かってスライドされる。

このとき、一方のセグメント部３Ａでは、一方のガイド部材２７Ａのスライドに連動して、スライドピン２６がピン当接部２７ａと当接しながら、第２の付勢部材２８の付勢によりスライド部材１０が縮径方向に向かってスライドされる。

これに対して、他方のセグメント部３Ｂでは、他方のガイド部材２７Ｂのスライドに連動して、スライドピン２６がピン当接部２７ａと当接しながら、第２の付勢部材２８の付勢によりスライド部材１０が縮径方向に向かってスライドされる。

これにより、第２の連動機構２９では、車輪本体２の周方向において隣り合う一方のセグメント部３Ａの縮径方向へのスライドに連動して、他方のセグメント部３Ｂを縮径方向にスライドさせることが可能である。

切替ユニット２０では、上述した第１の連動機構２２及び第２の連動機構２９によって、切替部材２１の回転に連動して、複数のセグメント部３の縮径状態と拡径状態とを交互に切り替えることが可能である。

切替ユニット２０は、図１、図１５及び図１６に示すように、切替部材２１の回転方向を一方向に制限する回転制限機構３１を有している。回転制限機構３１は、車輪本体２の連結プレート７側に内歯歯車３２と、切替部材２１の回転軸２５側に外歯歯車３３とを有している。

内歯歯車３２は、連結プレート７の中央部に形成された略円形状の中心孔３２ａの内周面に、同一方向に傾斜しながら周方向に配列された複数の傾斜歯３２ｂを有している。外歯歯車３３は、回転軸２５の先端側の外周面に、傾斜歯３２ｂと噛合される複数（本実施形態では３個）の可動歯３４を有している。

複数の可動歯３４は、回転軸２５の周方向に等間隔に並んで配置されている。また、各可動歯３４は、回転軸２５の先端側の外周面から突出された状態で、回転軸２５に設けられた各収容凹部３５の内側に収容されている。

さらに、可動歯３４は、収容凹部３５の内側に収容された状態で、回転軸２５の径方向にスライド自在となっている。具体的に、この可動歯３４は、一定の幅で形成されると共に、その先端側が傾斜歯３２ｂに沿った方向に傾斜している。また、可動歯３４の基端側には、その周方向の両側から突出された一対の抜止片３４ａが設けられている。

一方、収容凹部３５には、可動歯３４が収容される部分と一対の抜止片３４ａが収容される部分との間に段差部３５ａが設けられている。収容凹部３５の内側に収容された可動歯３４は、一対の抜止片３４ａが段差部３５ａに当接されることで、収容凹部３５からの抜け止めがなされている。

また、収容凹部３５の内側には、可動歯３４を収容凹部３５から突出する方向に向かって付勢する第３の付勢部材３６が設けられている。第３の付勢部材３６は、コイルバネからなり、可動歯３４の基端部と収容凹部３５の底部との間に配置された状態で、可動歯３４を収容凹部３５から突出する方向に向かって付勢している。一方、可動歯３４は、第３の付勢部材３６の付勢に抗して収容凹部３５の内側に向かってスライドさせることが可能となっている。なお、第３の付勢部材３６については、上述したコイルバネからなるものに必ずしも限定されるものではない。

回転軸２５の先端側には、この回転軸２５の先端を覆うキャップ部材３７が取り付けられている。キャップ部材３７は、回転軸２５と連続した外周面を形成すると共に、可動歯３４及び第３の付勢部材３６を収容凹部３５内に保持している。

回転制限機構３１では、内歯歯車３２の傾斜歯３２ｂに対して外歯歯車３３の可動歯３４が第３の付勢部材３６の付勢に抗して傾斜歯３２ｂを乗り越える一方向にのみ回転軸２５（切替部材２１）が回転可能となっている。一方、回転制限機構３１では、上述した一方向とは逆方向に回転軸２５（切替部材２１）を回そうとしたときに、隣り合う傾斜歯３２ｂの間に傾斜歯３２ｂが突き合わされることで、回転軸２５（切替部材２１）の回転が阻止される。これにより、回転制限機構３１では、切替部材２１の回転方向を一方向に制限することが可能となっている。

切替ユニット２０では、上述した回転制限機構３１によって、切替部材２１の回転方向を一方向に制限しながら、この切替部材２１の一方向の回転に連動して、複数のセグメント部３の縮径状態と拡径状態とを交互に切り替えることが可能である。

切替ユニット２０は、図１及び図１７～図１９に示すように、切替部材２１を回転駆動する駆動機構３８を有している。駆動機構３８は、切替部材２１と一体に回転する太陽ギア３９と、太陽ギア３９と噛合する複数（本実施形態では３個）の遊星ギア４０と、複数の遊星ギア４０を回転駆動する複数（本実施形態では３個）の駆動モータ４１と、複数の駆動モータ４１に電力を供給する給電部４２とを有している。

このうち、太陽ギア３９、複数の遊星ギア４０及び複数の駆動モータ４１は、切替部材２１の車輪本体２と対向する側とは反対側（外側）に取り付けられたカバーケース４３の内側に配置されている。

カバーケース４３は、互いに突き合わされる内側カバー４４及び外側カバー４５を有している。内側カバー４４は、その中心部に位置する円形状の中心孔４４ａと、その外周部に周方向に等間隔に並ぶ複数（本実施形態では３個）の切欠部４４ｂとを有して、全体として略円板状に形成されている。また、内側カバー４４には、複数の切欠部４４ｂの各間の周囲から切替部材２１と対向する側に向かって立ち上がる周壁部４４ｃが設けられている。内側カバー４４は、切替部材２１を覆った状態で、車輪本体２に取り付けられている。

一方、切替部材２１の内側カバー４４と対向する側（外側）の中央部には、中心孔４４ａの内側に挿入されるリング状凸部４６が設けられている。リング状凸部４６は、その周方向に等間隔に並ぶ複数（本実施形態では３個）の切欠部４６ａによって分断されている。

太陽ギア３９は、リング状凸部４６（切替部材２１）に取り付けられている。複数の遊星ギア４０は、駆動モータ４１の駆動軸４１ａに一体に取り付けられている。駆動モータ４１は、扁平な直流（ＤＣ）モータであり、内側カバー４４の切欠部４４ｂが設けられた各位置に取り付けられている。また、各駆動モータ４１に接続された各配線４７は、内側カバー４４に設けられた各孔部４４ｄを通して車軸１００側へと引き回されている。

外側カバー４５は、その外周部に周方向に等間隔に並ぶ複数（本実施形態では３個）の切欠部４５ａを有して、全体として略円板状に形成されている。また、外側カバー４５には、複数の切欠部４４ｂの各間の周囲から内側カバー４４と対向する側に向かって立ち上がる周壁部４５ｂが設けられている。外側カバー４５は、内側カバー４４とは互いの切欠部４４ｂ，４５ａを一致させた状態で、内側カバー４４に取り付けられている。

カバーケース４３は、内側カバー４４及び外側カバー４５の各切欠部４４ｂ，４５ａを覆う複数（本実施形態では３個）のモータカバー４８を有している。各モータカバー４８は、切欠部４４ｂ，４５ａに対応した形状を有して、内側カバー４４に取り付けられている。

一方、給電部４２は、車軸１００側に配置されたスリップリングである。具体的に、この給電部４２は、車軸１００を貫通させた状態で車軸１００に対して同心円状に配置された固定側リング４９と、連結プレート７の内側に取り付けられた状態で固定リング４９の外周面と摺接される複数（本実施形態では３個）の回転側ブラシ５０とを有している。また、回転側ブラシ５０は、各配線４７を介して各駆動モータ４１と電気的に接続されている。給電部４２では、固定側リング４９から供給される電力を各回転側ブラシ５０を介して各駆動モータ４１へと供給することが可能となっている。

駆動機構３８では、各駆動モータ４１の駆動により各遊星ギア４０を回転させることによって、各遊星ギア４０と噛合された太陽ギア３９が一方向に回転する。これにより、切替部材２１を一方向に回転駆動することが可能である。

駆動機構３８では、上述した太陽ギア３９及び複数の遊星ギア４０を介して複数の駆動モータ４１により切替部材２１を回転駆動する構成となっている。この場合、各駆動モータ４１を小型化し、上述したカバーケース４３の内側に駆動機構３８を配置することが可能である。一方、駆動機構３８については、このような構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば、切替部材２１を１つの駆動モータ（図示せず。）により直接回転駆動する構成とすることも可能である。

なお、各駆動モータ４１は、給電部４２側に設けられた駆動ドライバ（図示せず。）と電気的に接続されている。駆動機構３８では、この駆動ドライバを介して各駆動モータ４１への電力供給を制御しながら、切替部材２１の回転制御を行う。これにより、切替ユニット２０では、複数のセグメント部３の縮径状態と拡径状態とを交互に切り替える制御を行うことが可能である。

以上のような構成を有する本実施形態の車輪１を備えた車両の走行動作について、図２０（Ａ）～（Ｃ）を参照しながら説明する。

例えば、図２０（Ａ）に示すように、車輪１を縮径状態とした場合、複数のセグメント部３は、縮径方向にスライドし、互いに隣り合うトレッド部材１２同士が隣接し合うことで、車輪本体２の周方向において連続する円形のトレッド部１２Ａを構成する。これにより、車輪１は、縮径状態において、段差や凹凸の少ない平坦な路面Ｒを走行する適した形態となる。

一方、図２０（Ｂ）に示すように、車輪１を拡径状態とした場合、複数のセグメント部３は、拡径方向にスライドし、互いに隣り合うトレッド部材１２同士が離間した状態となる。この場合、車輪１は、図２０（Ｃ）に示すように、階段状の段差面Ｓを走行するのに適した形態となる。すなわち、車輪１が段差面Ｓを走行する際は、この段差面Ｓの形状に合わせて、一部のセグメント部３が縮径方向にスライドしたり、一部のセグメント部３が車輪本体２の周方向に揺動したりする。これにより、車輪１は、段差面Ｓに追従しながら走行すること可能である。

以上のように、本実施形態の車輪１を備える車両では、上述した車輪１の縮径状態と拡径状態とを切り替えながら、様々な路面に対して優れた走行性を示すことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明が適用される車両については、特に限定されるものではなく、本発明の車輪１が適用される車両に合わせて、車輪１の数やサイズ（外径及び幅）、セグメント部３の数などを適宜変更したものを用いることが可能である。また、複数の車輪１を幅方向に連結し、各車輪１の縮径状態と拡径状態との切り替えを連動させた構成とすることも可能である。

１…車輪 ２…車輪本体 ３…セグメント部 ３Ａ…一方のセグメント部 ３Ｂ…他方のセグメント部 ７…連結プレート ８…カバーパネル ９…固定プレート １…スライド部材 １１…第１の付勢部材 １２…トレッド部材 １２Ａ…トレッド部 １３…ダンパー機構 ２０…切替ユニット ２１…切替部材 ２２…第１の連動機構 ２３ａ…カム山部 ２３ｂ…カム谷部 ２４…カムプレート ２５…回転軸 ２６…スライドピン ２７…ガイド部材 ２７Ａ…一方のガイド部材 ２７Ｂ…他方ガイド部材 ２８…第２の付勢部材 ２９…第２の連動機構 ３１…回転制限機構 ３２…内歯歯車 ３３…外歯歯車 ３４…可動歯 ３６…第３の付勢部材 ３７…キャップ部材 ３８…駆動機構 ３９…太陽ギア ４０…遊星ギア ４１…駆動モータ ４２…給電部 ４３…カバーケース ４４…内側カバー ４５…外側カバー ４７…配線 ４８…モータカバー ４９…固定側リング ５０…回転側ブラシ １００…車軸

Claims (10)

1. 車輪本体と、
   前記車輪本体の外周部に放射状に並んで配置されると共に、前記車輪本体に対して前記車輪本体の径方向にスライド自在に取り付けられた複数のセグメント部と、
   前記複数のセグメント部が縮径方向にスライドした縮径状態と、前記複数のセグメント部が拡径方向にスライドした拡径状態との間で、前記セグメント部の位置を切り替える切替ユニットとを備え、
   前記セグメント部は、第１の付勢部材により拡径方向に向かって付勢されると共に、前記拡径状態において、前記第１の付勢部材の付勢に抗して縮径方向にスライド自在に取り付けられたスライド部材を有し、
   前記切替ユニットは、前記車輪本体の中心部に回転自在に取り付けられた切替部材と、
   前記切替部材の回転に連動して、前記セグメント部を前記車輪本体の径方向にスライドさせる第１の連動機構とを有し、
   前記第１の連動機構は、前記スライド部材と一体にスライドするスライドピンと、
   前記車輪本体に対して前記車輪本体の径方向にスライド自在に取り付けられると共に、前記スライドピンに対して縮径方向側から当接されるガイド部材と、
   前記第１の付勢部材よりも大きい付勢力で前記ガイド部材を縮径方向に向かって付勢する第２の付勢部材とを有し、
   前記切替部材は、前記ガイド部材に対して拡径方向側から当接されるカム山部及びカム谷部を有し、
   前記カム山部が前記ガイド部材と当接された状態において、前記第２の付勢部材の付勢に抗して前記ガイド部材が拡径方向に向かってスライドされると共に、前記スライドピンが前記ガイド部材と当接しながら、前記第１の付勢部材の付勢により前記スライド部材が拡径方向に向かってスライドされることによって、前記拡径状態となり、
   前記カム谷部が前記ガイド部材と当接された状態において、前記第２の付勢部材の付勢により前記ガイド部材が縮径方向に向かってスライドされると共に、前記スライドピンが前記ガイド部材と当接しながら、前記第２の付勢部材の付勢により前記スライド部材が前記第１の付勢部材の付勢に抗して縮径方向に向かってスライドされることによって、前記縮径状態となることを特徴とする車輪。
2. 前記セグメント部は、前記スライド部材の先端側に前記車輪本体の周方向において揺動自在に取り付けられたトレッド部材と、
   前記車輪本体の周方向に揺動された前記トレッド部材を揺動範囲の中央部へと復帰させるダンパー機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の車輪。
3. 前記複数のセグメント部は、前記縮径状態において、前記車輪本体の周方向において連続するトレッド部を構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の車輪。
4. 前記切替ユニットは、前記切替部材の回転方向を一方向に制限する回転制限機構を有し、
   前記切替部材は、前記カム山部と前記カム谷部とが周方向に交互に並んだ構成を有し、
   前記切替部材の前記一方向の回転に連動して、前記複数のセグメント部の前記縮径状態と前記拡径状態とが交互に切り替わることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の車輪。
5. 前記切替ユニットは、前記複数のセグメント部のうち、前記車輪本体の周方向において隣り合う一方のセグメント部のスライドに連動して、他方のセグメント部をスライドさせる第２の連動機構を有することを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の車輪。
6. 前記第２の連動機構は、前記一方のセグメント部に対応した一方のガイド部材と、前記他方のセグメント部に対応した他方のガイド部材とを有し、
   前記一方のガイド部材のみが前記カム山部及び前記カム谷部と当接可能されると共に、前記一方のガイド部材が前記他方のガイド部材に対して拡径方向側から当接されることによって、前記第１の連動機構による前記一方のガイド部材のスライドに連動して、前記他方のガイド部材をスライドさせることを特徴とする請求項５に記載の車輪。
7. 前記切替ユニットは、前記切替部材を回転駆動する駆動機構を有することを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の車輪。
8. 車輪本体と、
   前記車輪本体の外周部に放射状に並んで配置されると共に、前記車輪本体に対して前記車輪本体の径方向にスライド自在に取り付けられた複数のセグメント部と、
   前記複数のセグメント部が縮径方向にスライドした縮径状態と、前記複数のセグメント部が拡径方向にスライドした拡径状態との間で、前記セグメント部の位置を切り替える切替ユニットとを備え、
   前記セグメント部は、第１の付勢部材により拡径方向に向かって付勢されると共に、前記拡径状態において、前記第１の付勢部材の付勢に抗して縮径方向にスライド自在となっており、
   前記切替ユニットは、前記車輪本体の中心部に回転自在に取り付けられた切替部材と、
   前記切替部材を回転駆動する駆動機構とを有し、
   前記駆動機構は、前記切替部材と一体に回転する太陽ギアと、前記太陽ギアと噛合する複数の遊星ギアと、前記複数の遊星ギアを回転駆動する複数の駆動モータと、前記複数の駆動モータに電力を供給する給電部とを有することを特徴とする車輪。
9. 前記給電部は、スリップリングであることを特徴とする請求項８に記載の車輪。
10. 請求項１～９の何れか一項に記載の車輪を備える車両。

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