JP7446733B2 - バレル及び当該バレルを備えたホイール - Google Patents

Description

本発明は、バレル及び当該バレルを備えたホイールに関する。

従来の移動車両用のホイールとしてメカナムホイールが知られている。メカナムホイールは、駆動されるホイール体と、多数のバレルと、を備える。このホイール体は、概ね円盤状に形成された２つの支持部材を有する。多数のバレルの各々は、バレルシャフトと、バレルシャフトの外方に配置された可撓性のバレル部材と、を有する。バレル部材は、その表面が中高の（crowned or barrel-shaped）形状を有する。多数のバレルの各々は、バレルシャフトを介して２つの支持部材の間に回転可能に設けられる。

従来のメカナムホイールは、例えば、特表２００９－５０４４６５号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１は、ホイールの外径とローラ体の最大半径との比を１．０８から１．１３の範囲、特に１．０９から１．１２の範囲にすることを開示している。

特表２００９－５０４４６５号公報

ホイールには耐荷重が大きいことが望まれる。従来のホイールにおいては、バレルが破損しやすいため耐荷重が大きくないという問題がある。高耐荷重化するためにはバレルシャフトを太くしたり、バレル部材を肉厚にしたりする必要がある。

本発明の目的の一つは、ホイールに用いられるバレルを高耐荷重化することである。また、本発明の目的の一つは、バレルを備えるホイールを高耐荷重化することである。

本発明の一実施形態によるバレルは、一対の支持部材の間に配置された複数のバレルシャフトと、前記複数のバレルシャフトの各々の外方に配置されたバレル部材であって、前記バレルシャフトの軸方向における端部領域における厚さが中央領域における厚さよりも厚いバレル部材と、を備える。当該バレルは、ホイールに備えられてもよい。

本発明の一実施形態によるホイールは、一対の支持部材を有するホイール体と、前記一対の支持部材の間に配置された複数のバレルシャフトと、前記複数のバレルシャフトの各々の外方に配置されたバレル部材であって、前記バレルシャフトの軸方向における端部領域における厚さが中央領域における厚さよりも厚いバレル部材と、を備える。前記バレル部材は、可撓性材料により形成されていてもよい。

本発明の一実施形態において、バレルは、前記一対の支持部材の間に配置され焼入れ処理されたバレルシャフト、及び、前記バレルシャフトの外方に前記バレルシャフトの周りで回転可能に設けられ焼入れ処理されたバレル芯を有していてもよい。

本発明の一実施形態において、バレルは、前記一対の支持部材の間に配置されたバレルシャフト、及び、前記バレルシャフトの周りで回転可能に前記バレルシャフトに軸受を介して保持されたバレル芯を有していてもよい。

本発明の一実施形態において、前記バレル芯は研磨されていてもよい。本発明の一実施形態において、前記バレル芯は樽状に形成されていてもよい。

本発明の一実施形態において、前記ホイール体の重量は前記ホイールの重量の８０％であってもよい。

本発明の実施形態によれば、ホイールに用いられるバレルを高耐荷重化することができる。また、本発明の実施形態によれば、バレルを備えるホイールを高耐荷重化することができる。

本発明の一実施形態によるホイールの斜視図である。 図１ａのホイールの上面図である。 図１ａのホイールの正面図である。 図１ａのホイールに備えられるバレルを示す図である。 本発明の他の実施形態によるホイールに備えられるバレルを示す図である。 本発明の他の実施形態によるホイールに備えられるバレルを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の一実施形態について、図１ａ～図１ｃ及び図２を参照して説明する。図１ａ～図１ｃは、本発明の一実施形態に係るホイール１を概略的に示している。図２は、ホイール１に備えられているバレルの断面を模式的に示している。

これらの図に示されているホイール１は、一対の支持部材３を有するホイール体２と、この一対の支持部材３の間に配置される複数のバレル５と、を備える。一対の支持部材３は、概ねディスク状の形状を有する。一対の支持部材３の各々の外周面９には、複数の凹部１０が設けられている。

バレル５は、回転軸１５に沿って延びるバレルシャフト５ｃを有する。バレルシャフト５ｃは、その両端部分において一対の支持部材３の外周面９の凹部１０に固定される。バレル５は、バレルシャフト５ｃの周りで回転可能に一対の支持部材３に支持される。したがって、バレル５は、図１ｃに示されている回転軸１５の周りで回転可能である。一対の支持部材３は、図示しない駆動装置によって駆動される。一対の支持部材３は互いに固定されている。ホイール体２は、回転軸１２の周りの両方向へ回転することができる。

複数のバレル５は、一対の支持部材３の間に、互いに均等な間隔をおいて配置されている。図示のホイール１は、８つのバレル５を有している。ホイール１が備えるバレル５の数は８つに限られず、適宜変更可能である。図示の実施形態において、バレル５は、中高の（crowned or barrel-shaped）外側輪郭を有している。バレル５の回転軸１５は、ホイール体２の回転軸１２に対して角度αをなす。角度αは、例えば４５°である。角度αは、４５°に限られず、適宜変更可能である。

バレル５は、図１ｂに示されているように、その一部が一対の支持部材３の外周よりも径方向外側にわずかに突き出るように、支持部材３に取り付けられる。バレル５は、この支持部材３の外周よりも径方向外側に突き出ている部位において地面又は床面と接する。

一実施形態において、ホイール１の外径と最大のバレル半径との比は、１．１０７である。これにより、ホイール１の外径に関わりなく、ホイール１の最善のローラ挙動を得ることができる。

本発明の一実施形態において、ホイール体２の重量は、ホイール１全体の重量の８０％とされる。ホイール体２の重量がホイール１全体の重量の８０％であるとは、ホイール体２の重量がホイール１全体の重量の厳密に８０％である場合に加えて、ホイール体２の重量がホイール１全体の重量の約８０％である場合も含む。例えば、ホイール体２の重量がホイール１全体の重量の７５％～８５％の範囲、７６％～８４％の範囲、７７％～８３％の範囲、７８％～８２％の範囲、又は７９％～８１％の範囲にある場合に、ホイール体２の重量がホイール１全体の重量の約８０％であるということができる。ホイール体２の重量をホイール１全体の重量の８０％とすることにより、一対の支持部材３が駆動されたときのホイール１の速度変化を小さくすることができ、その結果、バレル５に作用する荷重の変化を低減することができる。このようにバレル５に一時的に大きな荷重がかからないようにすることでバレル５の破損が抑制される。これにより、バレル５及び当該バレル５を備えたホイール１を高耐荷重化することができる。

次に、図２を参照して、バレル５についてさらに説明する。図２は、バレル５の回転軸１５に沿った断面を模式的に示している。図示のように、バレル５は、バレル部材５ａと、バレル芯５ｂと、バレルシャフト５ｃと、を有する。バレル部材５ａは、中高の外側輪郭を有する。バレル部材５ａは、回転軸１５に沿って一端から他端まで延びる貫通孔を有しており、この貫通孔にバレル芯５ｂが設けられている。バレル５ｂの外周面は、回転軸１５に平行に延びている。バレル芯５ｂも回転軸１５に沿って一端から他端まで延びる貫通孔を有しており、この貫通孔にバレルシャフト５ｃが挿入されている。バレルシャフト５ｃは、回転軸１５に沿って一端５ｃ１から他端５ｃ２まで延びる棒状の部材である。

バレル部材５ａは、例えば、ポリウレタンエラストマー等の樹脂材料からなる。バレル部材５ａは、樹脂材料以外の可撓性のある材料から形成されてもよい。バレル芯５ｂ及びバレルシャフト５ｃは、金属材料から成る。バレル芯５ｂ及びバレルシャフト５ｃには焼入れ処理が施される。このように、バレル芯５ｂ及びバレルシャフト５ｃに焼き入れ処理を行うことにより、バレル芯５ｂ及びバレルシャフト５ｃの強度を向上させることができる。このため、バレル芯５ｂ及びバレルシャフト５ｃを小径とすることができる。また、バレル芯５ｂ及びバレルシャフト５ｃを小径とすることにより、バレル部材５ａの厚さを厚くすることができる。これにより、バレル５及び当該バレル５を備えたホイール１を高耐荷重化することができる。

バレル芯５ｂに焼き入れ処理を行うと、バレル芯５ｂに歪みが生じる可能性がある。本発明の一実施形態において、バレル芯５ｂは、焼き入れ処理後にその外表面が研磨されてもよい。このように、バレル芯５ｂの外表面を研磨処理することにより、バレル芯５ｂの歪みによってバレル部材５ａの内周面へ偏荷重が発生することを抑制できる。これにより、バレル部材５ａの破損を抑制することができる。これにより、バレル５及び当該バレル５を備えたホイール１を高耐荷重化することができる。

図２に示すように、バレル芯５ｂは、２つの軸受６及び２つの軸受１３を介してバレルシャフト５ｃに取付けられる。２つの軸受６は、バレルシャフト５ｃの回転軸方向の中心Ｃに対して互いと対称な位置に設けられてもよい。バレルシャフト５ｃの回転軸方向の中心Ｃは、一端５ｃ１と他端５ｃ２との間の中点である。２つの軸受１３は、バレルシャフト５ｃの回転軸方向の中心Ｃに対して互いと対称な位置に設けられてもよい。図示の実施形態において、軸受６はスラスト軸受であり、軸受１３はラジアル軸受である。軸受６及び軸受１３の少なくとも一方は、アンギュラ軸受、テーパ軸受、又はこれら以外の公知の軸受であってもよい。回転軸１５に沿う軸方向（以下、単に「回転軸方向」ということがある。）において、バレル芯５ｂのバレルシャフト５ｃに対する位置は、軸受６により定められる。

バレル芯５ｂは、その回転軸方向のＤ１方向の端からバレルシャフト５ｃの中心Ｃに向かって凹む凹部５ｂ１を有し、また、回転軸方向のＤ２方向の端からバレルシャフト５ｃの中心Ｃに向かって凹む凹部５ｂ２を有する。２つの軸受６の各々は、この凹部５ｂ１及び凹部５ｂ２に収容される。軸受６は、第１の軌道輪６ａと、第２の軌道輪６ｂと、この第１の軌道輪６ａと第２の軌道輪６ｂとの間に配置された複数の転動体６ｃと、を有する。第１の軌道輪６ａは、バレルシャフト５ｃに取り付けられており、第２の軌道輪６ｂは、バレル芯５ｂに取り付けられている。第１の軌道輪６ａは、バレルシャフト５ｃと一体に構成されてもよい。つまり、第１の軌道輪６ａとバレルシャフト５ｃとは一体のワンピース部材であってもよい。第１の軌道輪６ａに対して焼き入れ処理が施されてもよい。第２の軌道輪６ｂは、バレル芯５ｂと一体に構成されてもよい。つまり、第２の軌道輪６ｂとバレル芯５ｂとは一体のワンピース部材であってもよい。第２の軌道輪６ｂに対して焼き入れ処理が施されてもよい。

バレルシャフト５ｃは、その周方向に延びる２つの溝を有しており、当該２つの溝の各々には規制部材が設けられる。図示の実施形態においては、規制部材として止め輪７が用いられている。止め輪７は、溝に嵌め込まれている。このため、止め輪７の回転軸方向への移動は規制されている。止め輪７と筒状部材５ｂとの間にはスペーサ１４が設けられている。図示の実施形態では、スペーサ１４は、止め輪７と軸受６との間に設けられている。止め輪７は、その中心を通る貫通孔を有しており、その貫通孔にバレルシャフト５ｃが挿入されている。同様に、スペーサ１４は、リング状の形状を有する。スペーサ１４は、その中心を通る貫通孔を有しており、その貫通孔にバレルシャフト５ｃが挿入されている。スペーサ１４と止め輪７との間には、不図示のシムが設けられてもよい。シムは、スペーサ１４と軸受６との間に設けられてもよい。回転軸方向におけるスペーサ１４の位置と止め輪７の位置とを入れ替えてもよい。言い換えると、なくともよい。例えば、スペーサ１４は、軸受６と筒状部材５ｂとの間に設けられてもよい。規制部材としてネジを使用してもよい。

バレルシャフト５ｃの両端には、回転軸１５と直交する方向に延びる穴１６が設けられている。穴１６には、ボルト８が挿入される。支持部材３の凹部１０には、ボルト８を受け入れるネジ穴が設けられている。バレルシャフト５ｃは、ボルト８を凹部１０のネジ穴にねじ込むことにより支持部材３に固定される。このように、バレルシャフト５ｃは、ボルト８により支持部材３に取り付けられる。一実施形態において、穴１６の内径は、ボルト８の軸部の外径よりも大きい。このため、ボルト８の軸部と穴１６の内周面との間には隙間がある。よって、この隙間の間隔だけ支持部材３に対するバレルシャフト５ｃの取付け位置を調整できる。バレルシャフト５ｃは、ボルト８による締結以外の公知の手法により凹部１０に固定されてもよい。

次に、図３を参照して、本発明の他の実施形態によるホイールのバレルについて説明する。図３に示されているバレル１０５は、バレル部材５ａに代えてバレル部材１０５ａを備え、また、バレル芯５ｂに代えてバレル芯１０５ｂを備える点で図２に示されているバレル５と異なっている。図３に示されているバレル１０５の構成要素のうち図１に示されているバレル５の構成要素と同一又は類似のものには図１と同じ又は類似の参照符号を付し、これらの同一又は類似の構成要素については詳細な説明を省略する。

バレル芯１０５ｂは、樽状の形状となるように形成される。つまり、バレル芯１０５ｂは、その外表面が中高の（crowned or barrel-shaped）形状を有する。言い換えると、バレル芯１０５ｂは、バレルシャフト５ｃの回転軸方向の中心Ｃ付近において径方向外側に膨らんでいる。よって、バレル芯１０５ｂは、バレルシャフト５ｃの回転軸方向の中心Ｃ付近において回転軸方向の端部付近よりも肉厚に構成されている。

バレル部材１０５ａは、バレル芯１０５ｂの外表面を覆うように設けられる。バレル部材１０５ａは、バレル芯１０５ｂの外表面にほぼ均等な厚さで設けられてもよい。バレル芯１０５ｂが樽状の形状を有するため、バレル部材１０５ａは、バレルシャフト５ｃの回転軸方向の中心Ｃ付近において径方向外側に膨らんでいる。

次に、図４を参照して、本発明の他の実施形態によるホイールのバレルについて説明する。図４に示されているバレル２０５は、バレル部材１０５ａに代えてバレル部材２０５ａを備える点で図３に示されているバレル１０５と異なっている。図４に示されているバレル２０５の構成要素のうち図３に示されているバレル１０５の構成要素と同一又は類似のものには図１と同じ又は類似の参照符号を付し、これらの同一又は類似の構成要素については詳細な説明を省略する。

バレル部材２０５ａは、その厚さがバレルシャフト５ｃの軸方向でみて、バレル部材１８の中央領域よりも端部領域において厚くなるように形成されている。バレル部材１８の中央領域の厚さは、バレルシャフト５ｃの回転軸方向において中心Ｃの位置におけるばれる部材１８の厚さｔ１であってもよい。バレル部材１８の端部領域における厚さは、バレルシャフト５ｃの回転軸方向においてバレルシャフト５ｃの一端５ｃ１と、２つの軸受６のうち一端５ｃ１に隣接する軸受６の転動体６ｃとの間にある領域における厚さｔ２であってもよい。バレル部材２０５ａは、バレルシャフト５ｃの回転軸方向において、バレルシャフト５ｃの回転軸方向の中心Ｃ付近における厚さｔ１が、端部付近における厚さｔ２よりも小さくなるように構成されている。

バレル部材２０５ａは、その端部領域における厚さが中央領域における厚さよりも厚くなるように構成されているため、均一の厚さを有するバレル部材と比較して、中央領域における圧縮量と端部領域における圧縮量との差を小さくすることができる。これにより、バレル部材２０５ａの一部に応力が集中しなくなるため、バレル部材２０５ａ及び当該バレル部材２０５ａを備えたホイール１を高耐荷重化することができる。

本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。上述の様々な実施形態のうちの１つに関連して説明された特徴は、他の実施形態にも適用され得る。

１ ホイール
２ ホイール体
３ 支持部材
５、１０５、２０５ バレル
５ａ、１０５ａ、２０５ａ バレル部材
５ｂ、１０５ｂ バレル芯
５ｃ バレルシャフト
６ スラスト軸受
７ 止め輪
８ ボルト
９ 外周面
１０ 凹部
１２ ホイール体の回転軸
１３ ラジアル軸受
１４ スペーサ
１５ バレルの回転軸
１６ 穴

Claims (3)

1. 移動車両用のホイールに設けられるバレルであって、
   一対の支持部材の間に配置されたバレルシャフトと、
   前記バレルシャフトの周りで回転可能に前記バレルシャフトに軸受を介して保持され、樽形状に形成されたバレル芯と、
   前記バレルシャフトの外方に配置されたバレル部材であって、前記バレルシャフトの軸方向における端部領域における厚さが中央領域における厚さよりも厚くなるように、前記バレル芯の外表面に沿って設けられたバレル部材と、
   を備えるバレル。
2. 一対の支持部材を有するホイール体と、
   前記一対の支持部材の間に配置された複数のバレルシャフトと、
   前記複数のバレルシャフトの各々の周りで回転可能に前記バレルシャフトに軸受を介して保持され、樽形状に形成されるバレル芯と、
   前記複数のバレルシャフトの各々の外方に配置されたバレル部材であって、前記バレルシャフトの軸方向における端部領域における厚さが中央領域における厚さよりも厚くなるように、前記バレル芯の外表面に沿って設けられたバレル部材と、
   を備える移動車両用のホイール。
3. 前記バレル部材は、可撓性材料により形成されている、
   請求項２に記載のホイール。