JP7572937B2 - 車輪、及び、車輪の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車輪、及び、車輪の製造方法に関する。

特許文献１は、倒立振子型車両に取り付けられる車輪及びその製造方法を開示している。車輪は、多角形状の芯体と、芯体に回転可能に取り付けられた複数のフリーローラとを有する。芯体は左右方向に延びる軸線を回転中心として回転可能であり、フリーローラはそれぞれ、多角形状の芯体の外面に接する接線に平行な軸線を回転中心として回転可能となっている。倒立振子型車両は、芯体及びフリーローラの回転によって、全方向に移動可能となる。

車輪は、フリーローラが回転可能に取り付けられたベアリングの内輪にパイプ材を挿入し、内輪をパイプ材に固定した後、パイプ材を環状に成形することによって製造される。内輪の固定は、芯体に形成された爪部を折り曲げて、内輪の軸線方向における端面に当接させることによって行われる。

特許第６７４６６５５号公報

特許文献１に記載の車輪の製造には、内輪の移動を防止するべく、フリーローラごとに爪部を折り曲げる加工を行う必要がある。車輪には複数のフリーローラが設けられているため、爪部の折り曲げ工程を繰り返し行う必要があり、製造工数がかかるという問題があった。

本発明は、以上の背景に鑑み、製造に要する工数の少ない全方向移動装置用の車輪、及び、工数の少ない全方向移動装置用の車輪の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、車輪（１７）であって、環状の芯体（３６）と、内輪（７６）、及び前記内輪に対して相対回転可能な外輪（７７）を有し、前記芯体の外周面に前記内輪が固定された複数のベアリング（７５）と、前記外輪に固定され、前記芯体に前記ベアリングを介して回転可能に支持された複数のローラ（３７）と、を有し、前記内輪は前記芯体に締り嵌めされている。

この態様によれば、芯体を拡径しベアリングの内輪を芯体に締り嵌めすることで、芯体に内輪を固定することができるため、内輪をそれぞれ芯体に固定する工程が不要となる。芯体にローラがベアリングを介して回転可能に支持された全方向移動装置用の車輪であって、製造工数の少ない車輪を提供することができる。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、車輪（１７）であって、環状の芯体（３６）と、内輪（７６）、及び前記内輪に対して相対回転可能な外輪（７７）を有し、前記芯体の外周面に前記内輪が固定された複数のベアリング（７５）と、前記外輪に固定され、前記芯体に前記ベアリングを介して回転可能に支持された複数のローラ（３７）と、前記ローラの軸線方向両側において前記芯体に固定され、前記内輪の内径よりも小さい円形な内孔を有するカラー部材（８０）と、を有し、前記カラー部材が前記芯体に対して締り嵌めされている。

この態様によれば、芯体を膨張変形させることによって、カラー部材を芯体に締り嵌めすることで、芯体にカラー部材を固定することができる。また、ローラの軸線方向両側にカラー部材が係止されているため、ローラの芯体に沿う方向の移動がカラー部材によって規制されて、車輪が構成される。よって、内輪をそれぞれ芯体に固定する工程が不要となり、製造工数の少ない車輪を提供することができる。また、芯体の膨張変形時に、カラー部材からその変形に抗するようにパイプ材に荷重が加えられるため、カラー部材が設けられていない場合に比べて、ベアリングの内輪にパイプ材の膨張変形による荷重がかかり難くなる。

上記の態様において、好ましくは、前記カラー部材はそれぞれ前記内輪の軸線方向の端面に当接している。

この態様によれば、カラー部材が内輪に当接していない場合に比べて、内輪の移動範囲がより狭い範囲に制限されるため、内輪と芯体との結合がより強固になる。

上記の態様において、好ましくは、前記ローラは前記ベアリングに結合する円筒状の内筒部材（８２）を備え、前記内筒部材の内孔の軸線方向端部には前記外輪が嵌め込まれる段付き穴が設けられている。

この態様によれば、ローラにベアリングを容易に組付けることができる。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、環状の芯体（３６）と、前記芯体に固定された内輪（７６）及び前記内輪に相対回転可能な外輪（７７）を有する複数のベアリング（７５）と、前記外輪に固定されることにより、前記ベアリングを介して前記芯体に回転可能に支持された複数のローラ（３７）とを有する車輪（１７）の製造方法であって、前記ローラが固定された前記ベアリングをパイプ材（８１）に装着する装着ステップと、前記ベアリングを位置決めする位置決めステップと、前記パイプ材の内孔に流体を注入し加圧することによって、前記内輪を前記パイプ材に固定する加圧ステップと、前記内輪が固定された前記パイプ材により前記芯体を形成する成形ステップと、を有する。

この態様によれば、パイプ材の加圧による変形によって、芯体を構成するパイプ材に複数の内輪を一度に固定することができる。そのため、例えば、ローラごとに内輪を芯体に固定する工程が不要となるため、工数の少ない全方向移動装置用の車輪の製造方法を提供することができる。

上記の態様において、好ましくは、前記装着ステップにおいて、前記パイプ材の前記ローラの前記パイプ材の延在方向両側に円形な内孔を有するカラー部材（８０）が装着され、前記カラー部材の内径は前記内輪の内径よりも小さい。

この態様によれば、カラー部材の内径は内輪の内径よりも小さいため、パイプ材が膨張変形すると、内輪よりも先にカラー部材の内周面がパイプ材に当接する。これにより、カラー部材からその変形に抗するようにパイプ材に荷重が加えられるため、カラー部材が設けられていない場合に比べて、ベアリングの内輪にパイプ材の膨張変形による荷重がかかり難くなる。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、環状の芯体（３６）と、前記芯体に固定された内輪（７６）及び前記内輪に相対回転可能な外輪（７７）を有する複数のベアリング（７５）と、前記外輪に固定されることにより、前記ベアリングを介して前記芯体に回転可能に支持された複数のローラ（３７）とを有する車輪（１７）の製造方法であって、前記ローラが固定された前記ベアリングと、前記内輪の内径よりも小さい内径を有する２つのカラー部材（８０）とをそれぞれ、前記カラー部材が前記ベアリングを介して対峙するようにパイプ材（８１）に装着する装着ステップと、前記カラー部材を前記内輪に近接するように位置決めする位置決めステップと、前記パイプ材の内孔に流体を注入し加圧することによって、前記カラー部材を前記パイプ材に固定する加圧ステップと、前記内輪が固定された前記パイプ材により前記芯体を形成する成形ステップと、を有する。

この態様によれば、パイプ材に膨張変形することで、芯体を構成するパイプ材に複数のカラー部材を内輪に近接するように一度に固定することができる。これにより、複数のローラをパイプ材の軸線方向に沿う移動が規制された状態で、芯体に回転可能に取り付けることができるため、工数の少ない全方向移動装置用の車輪の製造方法を提供することができる。

上記の態様において、好ましくは、前記位置決めステップは、治具（９０）により前記カラー部材によって前記内輪を挟持することによって、前記ローラの位置決めを行う工程含む。

この態様によれば、カラー部材が内輪に接触した状態で、パイプ材に固定される。これにより、カラー部材によって内輪の移動が防止されるため、内輪をパイプ材に強固に固定することができる。

上記の態様において、好ましくは、前記加圧ステップにおいて前記カラー部材が前記パイプ材に固定され、前記カラー部材によって前記内輪の前記パイプ材の軸線方向の移動が規制される。

この態様によれば、カラー部材によって内輪のパイプ材の軸線方向の移動が規制されるため、ローラの内輪を強固にパイプ材に固定することができる。

上記の態様において、好ましくは、前記ローラは前記ベアリングに結合する円筒状の内筒部材（８２）を備え、前記内筒部材の内孔の軸線方向端部には前記外輪が嵌め込まれる段付き穴（８２Ａ）が設けられている。

この態様によれば、ローラにベアリングを容易に組付けることができる。

上記の態様において、好ましくは、前記治具は前記カラー部材をそれぞれ前記内輪に向けて押圧する位置決め部材（９２）を有し、前記位置決め部材は、下部材（９８）と、前記下部材に結合される上部材（９９）とを備え、前記下部材及び前記上部材の少なくとも一方には、前記パイプ材を受容する凹部（９８Ｂ、９９Ａ）が設けられ、前記上部材と前記下部材とが結合されたときに、前記凹部によって前記位置決め部材には前記パイプ材を貫通させる貫通孔（９２Ｃ）が画定される。

この態様によれば、パイプ材を貫通孔に通した状態で、位置決め部材によってカラー部材をそれぞれ内輪に向けて押圧することができる。これにより、位置決め部材によってカラー部材の端面を周方向に均一に押圧することができるため、カラー部材を芯体のより適正な位置に位置決めすることができる。

上記の態様において、好ましくは、前記パイプ材は前記ローラ及び前記カラー部材が装着されるべく、円弧に沿って延在する円弧部（８１Ａ）を含み、前記治具は前記パイプ材を受容した前記位置決め部材を前記円弧の中心点（０）に向けて付勢する付勢部材（９３）を含む。

この態様によれば、パイプ材を凹部に容易に嵌め込むことができる。

上記の態様において、好ましくは、前記成形ステップにおいて、半円状の前記パイプ材を接合することにより、前記芯体を構成する。

この態様によれば、環状の芯体を容易に構成することができる。

以上の構成によれば、製造に要する工数の少ない全方向移動装置用の車輪、及び、工数の少ない全方向移動装置用の車輪の製造方法を提供することができる。

実施形態に係る製造方法による車輪を備えた全方向移動装置が適用された台車の斜視図 全方向移動装置の断面図 全方向移動装置の側面図 実施形態に係る車輪の斜視図 図４のＶ－Ｖ断面図と、その二点鎖線で囲まれた部分の拡大図 加圧工程前のパイプ材にローラが装着されたときの様子を示す斜視図 加圧工程において治具にパイプ材が装着されたときの様子を説明するための斜視図 加圧工程において治具にパイプ材が装着されたときの様子を説明するための上面図 加圧工程において治具にパイプ材が装着されたときの位置決め部材とカラー部材との関係を説明するための斜視図 図８の二点鎖線で囲まれた部分に対応する拡大図

以下、図面を参照して、本発明に係る製造方法によって製造される車輪が全方向移動装置に設けられた実施形態について説明する。以下の実施形態では、全方向移動装置が台車に適用されている。

図１に示すように、台車１は、車体２と、車体２に設けられ、車体２を床面に沿った全方向に移動させる一対の全方向移動装置３と、車体２に設けられ、使用者の操作を受け付けるハンドル４と、ハンドル４に加わる荷重を検出する力覚センサ５と、力覚センサ５が検出した荷重に基づいて全方向移動装置３を制御する制御装置６とを有する。

車体２の前部には、他の装置を支持するための支持台７が設けられている。支持台７に支持される装置は、例えば、Ｘ線スキャナー等の検査機器を含む。装置は、支持台７に締結されるとよい。車体２の後部の内部には、制御装置６、バッテリ、各種センサが設けられているとよい。

一対の全方向移動装置３は車体２の後部の下部に設けられている。車体２の前部の下部には、サスペンション１１を介して左右のキャスター１２が支持されている。図１及び図２に示すように、各全方向移動装置３は、フレーム１５と、フレーム１５に回転可能に支持された一対のドライブディスク１６と、一対のドライブディスク１６の間に配置された環状の車輪１７と、ドライブディスク１６のそれぞれを回転させる一対の電動モータ１８とを有する。一対のドライブディスク１６は車輪１７に駆動力を伝達する。

図１に示すように、フレーム１５は、車体２の下部に結合されたフレーム上部２１と、フレーム上部２１の左右両端から下方に延びた一対のフレーム側部２２とを有する。図２に示すように、一対のフレーム側部２２の下端には、左右に延びる支持軸２３が架け渡されている。支持軸２３には、一対のドライブディスク１６が回転可能に支持されている。一対のドライブディスク１６は支持軸２３の軸線を中心として回転する。各ドライブディスク１６は、支持軸２３に対して左右方向における位置が規制されている。各ドライブディスク１６は、左右方向に互いに距離をおいて対向している。

ドライブディスク１６は、環状の車輪１７の両側にそれぞれ配置され、車輪１７に摩擦力を与えて車輪１７を中心軸線Ａ１回り及び環状の軸線Ａ２回りに回転させる。ドライブディスク１６は、フレーム１５に回転可能に支持される円盤状のベース２５と、ベース２５の外周部に互いに傾斜して回転可能に支持され、車輪１７に接触する複数のドライブローラ２６とを有する。ベース２５は、支持軸２３と同軸に配置されている。

各ドライブディスク１６の互いに相反する面にはドリブンプーリ２８がそれぞれ設けられている。ドリブンプーリ２８はドライブディスク１６と同軸に設けられている。図１に示すように、車体２の下部には、ドライブディスク１６のそれぞれを回転させる一対の電動モータ１８が設けられている。各電動モータ１８の駆動軸にドライブプーリ３１が設けられている。ドライブプーリ３１は、ベルト３２を介して対応するドリブンプーリ２８に連結されている。本実施形態では、４つのドライブディスク１６に対応して４つの電動モータ１８が設けられている。各電動モータ１８が互いに独立して回転することによって、各ドライブディスク１６が互いに独立して回転する。

図２及び図３に示すように、車輪１７は、環状をなし、一対のドライブディスク１６の間にドライブディスク１６と同軸に配置され、複数のドライブローラ２６に接触し、中心軸線Ａ１回り及び環状の軸線Ａ２回りに回転可能となっている。

車輪１７は、環状の芯体３６（図３～図５参照）と、ベアリング７５（図５参照）を介して芯体３６に回転可能に支持された複数のローラ３７（タイヤともいう）（図３～図５参照）と、芯体３６に固定された複数のカラー部材８０（図４及び図５参照）とを有する。本実施形態では、車輪１７は２２個のローラ３７を備えている。

図３及び図４に示すように、芯体３６は金属製の部材であって、側面視で真円状をなしている。図５に示すように、芯体３６は内部に円環形の空洞を有するトーラス状をなしている。本実施形態では、芯体３６は半円形をなすように屈曲された２つの円筒形の管状部材であるパイプ材８１（図６参照）が接合されることによって構成されている。但し、この態様には限定されず、芯体３６は円環状に屈曲され、両端が接続された円筒形のパイプ材８１によって構成されていてもよく、また、２以上の円弧状に屈曲されたパイプ材８１が接合されることによって構成されていてもよい。また芯体３６は多角形状をなしていてもよい。

ベアリング７５はラジアル荷重を支持するラジアルベアリングであり、本実施形態では玉軸受である。図５に示すように、ベアリング７５は、インナレース７６（内輪ともいう）と、アウタレース７７（外輪ともいう）と、インナレース７６及びアウタレース７７の間に介装された複数のボール７８と、複数のボール７８を保持するリテーナとを有している。インナレース７６及びアウタレース７７はそれぞれ、同軸な直円筒状をなしている。

ローラ３７は、スリーブ８２（リムともいう）と、スリーブ８２の外周面に設けられたゴムリング８３とを有する。スリーブ８２はローラ３７の内周側を構成する内筒部材であって、直円筒状をなしている。スリーブ８２は金属によって形成されているとよく、本実施形態ではアルミニウムによって形成されている。ゴムリング８３は、スリーブ８２に加硫成形等によって接着されているとよい。

スリーブ８２の内孔両端には段付き穴８２Ａが設けられている。段付き穴８２Ａにはそれぞれアウタレース７７が嵌め込まれている。

図４及び図６に示すように、カラー部材８０は同形な円環状の金属部材である。図４に示すように、カラー部材８０には円形な内孔が設けられている。図５に示すように、カラー部材８０の内孔にはそれぞれ芯体３６が挿通されている。カラー部材８０の内径はインナレース７６の内径よりも小さい。カラー部材８０はそれぞれベアリング７５の軸線方向両端外側に配置されている。本実施形態では、車輪１７は２２個のローラ３７を備え、全てのローラ３７の軸線方向両側にカラー部材８０が設けられているため、車輪１７は合計で４４個のカラー部材８０を備えている。カラー部材８０は芯体３６に締め嵌めされることによって、芯体３６の外周面に摩擦係止されて固定されている。カラー部材８０は内周面において周方向全周に渡って芯体３６の外周面に当接している。

インナレース７６もまた、芯体３６に締め嵌めされることによって、芯体３６の外周面に摩擦係止されて固定されている。インナレース７６は内周面において周方向全周に渡って芯体３６の外周面に当接している。

更に、カラー部材８０がインナレース７６に対してベアリング７５の軸線方向両端外側に位置しているため、ベアリング７５の芯体３６に沿う方向の移動が制限されている。本実施形態では、カラー部材８０はそれぞれインナレース７６にローラ３７の軸線方向両側から当接している。これにより、ローラ３７（インナレース７６）は芯体３６に沿う方向に移動不能となり、芯体３６の外周面により強固に固定される。

アウタレース７７はインナレース７６に対して軸線を中心として回転可能であるため、アウタレース７７固定されたスリーブ８２は芯体３６に対して回転可能となる。よって、ローラ３７はベアリング７５を介して芯体３６に、芯体３６の環状の軸線Ａ２（詳細には、軸線Ａ２の接線）を中心として回転可能に支持される。

図３に示すように、複数のローラ３７は、芯体３６の円周方向に等間隔で配列されている。ローラ３７はそれぞれ、芯体３６に対するそれぞれの位置において、芯体３６の接線を中心として回転することができる。各ローラ３７は、外力を受けて芯体３６に対して回転する。

図２及び図３に示すように、車輪１７は、一対のドライブディスク１６の外周部に沿って配置され、各ドライブディスク１６に設けられた複数のドライブローラ２６と接触している。各ドライブディスク１６のドライブローラ２６は、車輪１７の内周部に接触し、左右両側から車輪１７を挟持する。また、左右のドライブディスク１６のドライブローラ２６は、車輪１７の内周部に接触することによって、ドライブディスク１６の軸線を中心とした径方向への変位を規制する。これにより、車輪１７は左右のドライブディスク１６に支持され、車輪１７（芯体３６）の中心軸線Ａ１は左右のドライブディスク１６の軸線と概ね同軸に配置される。車輪１７は、複数のローラ３７において、左右のドライブディスク１６の複数のドライブローラ２６に接触する。

各全方向移動装置３において、一対のドライブディスク１６が同一方向に同一の回転速度で回転する場合には、車輪１７は一対のドライブディスク１６と共に回転する。すなわち、車輪１７は中心軸線Ａ１を中心として前転又は後転する。このとき、ドライブディスク１６のドライブローラ２６及び車輪１７のローラ３７は芯体３６に対して回転しない。各全方向移動装置３において、一対のドライブディスク１６間に回転速度差が生じる場合には、一対のドライブディスク１６の回転に起因する円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右のドライブローラ２６から車輪１７のローラ３７に作用する。ドライブローラ２６の軸線がドライブディスク１６の軸線に直交する面に対して傾斜しているため、ドライブディスク１６間に回転速度差に起因して分力が生じる。この分力によって、ドライブローラ２６がベース２５に対して回転すると共に、ローラ３７が芯体３６に対して回転する。これにより、車輪１７は、左右方向への駆動力を発生させる。

左右の全方向移動装置３が前方に同じ速度で回転することによって、台車１が前進する。左右の全方向移動装置３が後方に同じ速度で回転することによって、台車１が後退する。左右の全方向移動装置３の前後方向への回転に速度が生じることによって、台車１は右方又は左方に旋回する。左右の全方向移動装置３の各車輪１７のローラ３７が回転することによって、台車１は右方又は左方に平行移動する。

図１に示すように、力覚センサ５は車体２とハンドル４との間に設けられている。制御装置６は、ＣＰＵ等のプロセッサ、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）、及び、揮発性メモリ（ＲＡＭ）等を含む電子制御装置（ＥＣＵ）である。制御装置６は、プロセッサにおいて不揮発性メモリに格納されたプログラムに沿った演算処理を実行することによって、力覚センサ５によって検出された荷重及びモーメントに基づいて電動モータ１８を制御する。これにより、乗員がハンドル４に荷重及びモーメントを加えると、全方向移動装置３が駆動されて、台車１が走行する。

次に、車輪１７の製造方法について説明する。製造方法は、準備工程と、装着工程（装着ステップ）と、位置決め工程（位置決めステップ）と、加圧工程（加圧ステップ）と、成形工程（成形ステップ）とを順に含む。

作業者は、準備工程において、図６に示すように、一部において半円状をなす部分を有するように予め成形されたパイプ材８１を用意する。以下、必要に応じて、パイプ材８１の半円状をなす部分を円弧部８１Ａと記載する。円弧部８１Ａの両端にはそれぞれ直線状に延びる直線部８１Ｂが接続されている。

作業者は、更に、スリーブ８２の段付き穴８２Ａにベアリング７５のアウタレース７７を嵌め込んで固定する（図５参照）。これにより、ローラ３７はベアリング７５に固定される。このように、スリーブ８２の内径はベアリング７５（アウタレース７７）の外径よりも大きく、スリーブ８２には段付き穴８２Ａが設けられているため、ベアリング７５のアウタレース７７を嵌め込むことによって、ベアリング７５をスリーブ８２に容易に組み付けることができる。所定数のベアリング７５のスリーブ８２への組付けが完了すると、作業者は装着工程を行う。

作業者は、装着工程において、カラー部材８０の内孔にパイプ材８１を挿入し、更に、インナレース７６の内孔にパイプ材８１を挿入した後、カラー部材８０の内孔にパイプ材８１を挿入する。これにより、カラー部材８０と、ベアリング７５及びローラ３７と、カラー部材８０とが、記載の順にパイプ材８１に装着される（図６参照）。また、カラー部材８０がローラ３７のパイプ材８１の延在方向両側に配置される。

更に、作業者は、カラー部材８０、インナレース７６、カラー部材８０の順にその内孔にパイプ材８１を挿入する工程を所定回数（本実施形態では１１回）繰り返す。その後、図６に示すように、カラー部材８０及びローラ３７を円弧部８１Ａに移動する。移動が完了すると、作業者は位置決め工程を行う。

作業者は、位置決め工程において、図７及び図８に示すように、複数のカラー部材８０及び複数のローラ３７が装着されたパイプ材８１を治具９０に装着する。治具９０は、図７に示すように、基台９１と、複数の位置決め部材９２と、複数の付勢部材９３とを含む。

基台９１は、ベース部９５と、支持部９６と、２つのパイプ固定部９７とを備えている

図８及び図９に示すように、ベース部９５は略平板状の部材であり、水平をなすように配置されている。ベース部９５材の上面には下方の凹む複数の溝部９５Ａが形成されている。溝部９５Ａは下方に凹み、所定の点Ｏを中心とする放射状に延びている。溝部９５Ａは所定の点Ｏを中心とする扇形をなす領域Ｓ内に複数設けられている。隣り合う溝部９５Ａ同士のなす角は互いに等しい。

支持部９６は外側延在部９６Ａと、複数の内側保持部９６Ｂとを含む。外側延在部９６Ａは、ベース部９５の上面に固定された板状部材によって構成されている。外側延在部９６Ａは点Ｏから見て溝部９５Ａの外側に位置し、点Ｏを中心とする円弧状をなしている。外側延在部９６Ａはベース部９５にボルト等によって固定されているとよい。図９に示すように、外側延在部９６Ａの点Ｏに近接する側面は下方に向かって点Ｏから離れる方向に傾斜している。

図７及び図８に示すように、内側保持部９６Ｂは略直方体状の部材であり、点Ｏから見て溝部９５Ａの外側にそれぞれ配置されている。内側保持部９６Ｂはそれぞれ、ベース部９５の上面に直交し、且つ、点Ｏに向く面を有するように配置されている。図９に示すように、内側保持部９６Ｂの点Ｏから離反する側の面は、下方に向かって点Ｏから離反する方向に傾斜し、外側延在部９６Ａに当接している。

図８に示すように、パイプ固定部９７はそれぞれ半円状の領域Ｓ（図８中の一点鎖線参照）外であって、その直線部分Ｄに近接するように配置されている。図７に示すように、パイプ固定部９７は固定部下部９７Ａと固定部上部９７Ｂとを有している。固定部下部９７Ａはパイプ固定部９７の下半部を構成し、ベース部９５の上面に固定されている。固定部上部９７Ｂはパイプ固定部９７の上半部を構成する。固定部上部９７Ｂと固定部下部９７Ａとによって挟み込まれることで、パイプ材８１が基台９１に固定される。

図１０には、図８の二点鎖線で囲まれた部分の拡大図が示されている。図１０に示すように、位置決め部材９２はそれぞれ上面視で、点Ｏから離れるに従って幅が広くなる三角形状（楔状）をなしている。位置決め部材９２は点Ｏから離れる方向に延びる面Ｐを中心として対称な左右側面９２Ａと、軸線に対して直交する後面９２Ｂとを備えている。

図９に示すように、位置決め部材９２は、その下半部を構成する下部材９８と、その上半部を構成する上部材９９とを含む。

下部材９８と上部材９９とは共に点Ｏから離れるに従って幅が広くなる三角形状（楔状）をなしている。下部材９８と上部材９９とは略同形をなす。

図１０に示すように、下部材９８は、その下面に設けられた突出部９８Ａと、その上面に設けられた下側凹部９８Ｂとを備えている。

突出部９８Ａはベース部９５の溝部９５Ａの突入し、溝部９５Ａと協働して、下部材９８の移動範囲をベース部９５上面に沿った溝部９５Ａの延在方向に制限する。突出部９８Ａと溝部９５Ａとの協働により、下部材９８は溝部９５Ａに沿ってスライド移動可能となっている。

図９に示すように、下側凹部９８Ｂは下部材９８の上面において下方に凹む凹部である。下側凹部９８Ｂは上面視で点Ｏから放射状に延びる面Ｐ（図１０参照）に直交する方向に直線状に延び、両端はそれぞれ下部材９８の上面の縁部に達している。

上部材９９は、下面に設けられた上側凹部９９Ａを備えている。上側凹部９９Ａは上部材９９の下面において上方に凹む凹部である。上側凹部９９Ａは上面視で点Ｏから放射状に延びる面Ｐ（図１０参照）に直交する方向に直線状に延び、両端はそれぞれ上部材９９の上面の縁部に達している。

上部材９９と下部材９８とはその上面と下面とが互いに接するように上下に積層されて、ボルトによって締結されることによって、位置決め部材９２が構成される。下部材９８は溝部９５Ａに沿ってスライド移動可能となっているため、位置決め部材９２もまた、溝部９５Ａに沿ってスライド移動可能となっている。

上部材９９と下部材９８とが締結されているときには、上側凹部９９Ａと下側凹部９８Ｂとは上下に重なり、位置決め部材９２を貫通する孔（貫通孔）である挿通孔９２Ｃを構成する。挿通孔９２Ｃは位置決め部材９２の左右側面９２Ａそれぞれにおいて開口している。挿通孔９２Ｃはパイプ材８１を挿通可能な大きさに設定されている。本実施形態では、図９に示すように、挿通孔９２Ｃの横断面は正方形状をなしている。挿通孔９２Ｃの横断面の一辺の長さは、カラー部材８０の外径よりも小さい。但し、挿通孔９２Ｃの横断面は正方形状には限定されず、パイプ材８１を挿通可能であり、カラー部材８０が挿通不能な態様であれば、いかなる態様であってもよい。

付勢部材９３はコイルばねによって構成されている。支持部９６と位置決め部材９２との間であって、上面視で溝部９５Ａの延在方向に沿って配置されている。本実施形態では、付勢部材９３は内側保持部９６Ｂ及び上部材９９の間と、内側保持部９６Ｂ及び下部材９８の間とにそれぞれ設けられている。図１０に示すように、付勢部材９３は支持部９６に対して位置決め部材９２（本実施形態では上部材９９及び下部材９８）を点Ｏに向かって付勢すると共に、位置決め部材９２に対して内側保持部９６Ｂを点Ｏから離反する方向に付勢する。

図９に示すように、内側保持部９６Ｂが付勢部材９３によって点Ｏから離反する方向に付勢されると、内側保持部９６Ｂは外側延在部９６Ａの点Ｏの側の斜面によって下方に移動するように案内される。これにより、内側保持部９６Ｂがベース部９５材の上面に押し付けられ、内側保持部９６Ｂがベース部９５材に固定される。

治具９０へのパイプ材８１の装着時には、作業者はまず、上部材９９を下部材９８から外す。その後、作業者は、適宜、下部材９８をそれぞれ点Ｏから離れる方向に押し出しつつ、円弧部８１Ａを下側凹部９８Ｂに収容させる。但し、作業者は、ローラ３７と、ローラ３７の軸線方向両側それぞれに位置する２つのカラー部材８０とが隣接する下部材９８の間になるように留意して、円弧部８１Ａを下側凹部９８Ｂに収容させる。

図１０に示すように、パイプ材８１の下側凹部９８Ｂへの収容完了時には、下部材９８は付勢部材９３によって点Ｏに向けて付勢され、カラー部材８０がそれぞれベアリング７５のインナレース７６の軸線方向端部に押し付けられて、ベアリング７５、ローラ３７及びカラー部材８０が位置決めされる。このとき、パイプ材８１の円弧部８１Ａの軸線の中心点は上面視で点Ｏに重なり合う位置となっている。このとき、挿通孔９２Ｃは上面視で点Ｏを中心とする円Ａ３の接線方向に直線状に延び、パイプ材８１はその軸線は円Ａ３に沿うように配置される。

その後、作業者は更に、上部材９９を下部材９８に締結することによって、カラー部材８０がより強くベアリング７５に押し付けられる。これにより、ベアリング７５、ローラ３７及びカラー部材８０がより強固にパイプ材８１に固定される。上部材９９の締結が完了すると、作業者は直線部８１Ｂをそれぞれパイプ固定部９７により固定する。その後、作業者は、加圧工程を行う。

作業者は加圧工程において、治具９０に固定された一方の直線部８１Ｂを封止し、他方の直線部８１Ｂの端部の内孔に流体を注入して加圧し、パイプ材８１を膨張変形させる（液圧成形する）。このとき、パイプ材８１は液圧によって内径が大きくなるように変形（すなわち、拡管）する。パイプ材８１の拡管によって、パイプ材８１の外周面は、まず、カラー部材８０の内周面に当接する。更に、加圧を行うと、パイプ材８１の外周面は、インナレース７６の内周面に当接する（図５の拡大図参照）。これにより、カラー部材８０とインナレース７６とはそれぞれパイプ材８１に締り嵌めされ、パイプ材８１に摩擦係止された状態で固定される。

本実施形態では加圧用の流体として液体であるオイルが使用されている。但し、この態様には限定されず、流体は、パイプ材８１の内孔に注入し、加圧することによって、パイプ材８１を膨張変形させるものであれば、液体や気体を含むいかなるものであってもよい。

作業者は例えば、パイプ材８１の内圧を所定値以上に所定時間に渡って維持した後、パイプ材８１の内孔から流体を排出する。排出が完了すると、作業者は、再度、新たに成形済みのパイプ材８１を用意し、装着工程、位置決め工程、加圧工程を行う。加圧工程までを終えた２つのパイプ材８１の準備が完了すると、作業者は成形工程を行う。

作業者は成形工程において、パイプ材８１それぞれから直線部８１Ｂを切り取り、２つの半円状のパイプ材８１を構成する。その後、半円状のパイプ材８１の端部同士を突き合わせて溶接により接合する。これにより、真円状の芯体３６を形成されて、車輪１７が完成する。このように、２つの半円状のパイプ材８１を接合することによって真円状の芯体３６が形成できるため、車輪１７の製造が容易である。このとき、ローラ３７はベアリング７５を介して芯体３６に回転自在に支持されたフリーローラとして機能する。

次に、このように構成した車輪１７の製造方法、及び、車輪１７の効果について説明する。

加圧工程において、パイプ材８１を膨張変形させる（液圧成形する）ことで、パイプ材８１に複数のインナレース７６を一度に固定することができる。そのため、ローラ３７ごとにパイプ材８１にインナレース７６を固定する工程が不要となる。よって、ローラ３７ごとにパイプ材８１にインナレース７６を固定する場合に比べて、工数を少なくすることができるため、車輪１７の製造コストを抑えることができる。

カラー部材８０の内径はインナレース７６の内径よりも小さいため、パイプ材８１が拡管すると、インナレース７６よりも先にカラー部材８０の内周面がパイプ材８１に当接する。そのため、カラー部材８０から拡径に抗するようにパイプ材８１に荷重が加えられる。また、インナレース７６にパイプ材８１が当接した後も、カラー部材８０から拡径に抗するようにパイプ材８１に荷重が加えられる。よって、カラー部材８０が設けられていない場合に比べて荷重が分散され、インナレース７６に拡管による荷重がかかり難くなる。よって、拡管による過度な荷重がベアリング７５にかかることが防止でき、ベアリング７５の耐久性向上を図ることができる。

治具９０によりカラー部材８０によってインナレース７６を挟持することによって、インナレース７６を位置決めした後、加圧工程が行われる。加圧工程において、パイプ材８１が拡管し、カラー部材８０によってインナレース７６が挟持された状態で、カラー部材８０及びインナレース７６がパイプ材８１に固定される。

カラー部材８０によってインナレース７６が挟持された状態でインナレース７６がパイプ材８１に固定されるため、インナレース７６のパイプ材８１に沿う方向の移動が規制される。よって、カラー部材８０が設けられていない場合に比べて、インナレース７６をより強固にパイプ材８１に固定することができる。

上部材９９の上側凹部９９Ａと下部材９８の下側凹部９８Ｂとによって、位置決め部材９２には挿通孔９２Ｃが構成されている。図９及び図１０に示すように、パイプ材８１が位置決め部材９２の挿通孔９２Ｃに挿通された状態で、カラー部材８０は位置決め部材９２によって位置決めされる。

このように、パイプ材８１が位置決め部材９２を貫通する状態で、位置決め部材９２がパイプ材８１に取り付けられたカラー部材８０を押圧するため、カラー部材８０の軸線方向両端面に全周に渡って荷重を加えることができる。これにより、位置決め部材９２によってカラー部材８０の端面が周方向に渡って均一に押圧され、カラー部材８０及びインナレース７６が適正な位置に位置決めされる。

位置決め部材９２はそれぞれ溝の延在方向にスライド可能であり、付勢部材９３によって点Ｏに向けて付勢されている。そのため、加圧工程においてパイプ材８１が拡管したときには、位置決め部材９２がカラー部材８０をインナレース７６に向けて押圧したままスライド移動する。よって、カラー部材８０及びインナレース７６を位置決めしつつ、パイプ材８１に過剰に荷重が加わることが防止できる。また、付勢部材９３は位置決め部材９２を点Ｏに向くように付勢するため、液圧によってパイプ材８１が点Ｏから離反する方向に拡大変形することが防止できる。

また、パイプ材８１を治具９０に組み付けるときには、下部材９８を付勢部材９３からの付勢力に抗してスライド移動させることができる。よって、パイプ材８１に若干の歪みが生じている場合であっても、下部材９８を移動させることによって、パイプ材８１を下側凹部９８Ｂに容易に嵌め込むことができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。

上記実施形態では、挿通孔９２Ｃは直線状に延びるように構成されていたが、この態様には限定されない。挿通孔９２Ｃは点Ｏを中心とする円Ａ３の周方向に沿って円弧状をなすように構成されていてもよい。

上記実施形態において、治具９０は、基台９１と、複数の位置決め部材９２と、複数の付勢部材９３とに加えて、更に、基体に固定され、位置決め部材９２の上面に当接する蓋体を備えていてもよい。液圧によって付勢部材９３が押圧され、その後、液圧を下げたときに、付勢部材９３の付勢力等によって、内側保持部９６Ｂ材が上方に移動することが防止できる。

上記実施形態において、パイプ材８１が膨張変形し、カラー部材８０とインナレース７６とが共にパイプ材８１に締り嵌めされていたが、カラー部材８０が設けられておらず、インナレース７６が直接、パイプ材８１に締り嵌めされて摩擦係止され、パイプ材８１に固定される態様であってもよい。

また、インナレース７６とパイプ材８１との間の隙間が十分小さい状態で、カラー部材８０のみが締り嵌めされている態様であってもよい。このとき、位置決め部材９２によってカラー部材８０がインナレース７６に押圧され、インナレース７６を挟持することによって、ローラ３７の位置決めが行われた後、加圧工程が行われて、カラー部材８０はローラ３７の軸線方向両端側からインナレース７６に当接した状態で締り嵌めされているとよい。これにより、インナレース７６のパイプ材８１に沿う方向の移動が規制されるため、インナレース７６をより強固にパイプ材８１に固定することができる。

また、上記実施形態において、インナレース７６とカラー部材８０とがそれぞれパイプ材８１に締り嵌めするため、パイプ材８１を液圧によって拡管していたが、この態様には限定されず、温度変化による膨張収縮を用いてもよい。具体的には、カラー部材８０の内径よりも若干小さく外径のパイプ材８１を冷却した後、インナレース７６及びカラー部材８０に挿入する。その後、パイプ材８１を常温に戻す等によって膨張変形させることによって、インナレース７６とカラー部材８０とをそれぞれパイプ材８１に締り嵌めしてもよい。また、温度変化による膨張収縮を用いて締り嵌めを行う場合には、芯体３６は中実材によって構成されていてもよい。

また、上記実施形態において、位置決め部材９２の上部材９９及び下部材９８にそれぞれ上側凹部９９Ａ及び下側凹部９８Ｂが設けられていたが、この態様には限定されない。上部材９９の下面及び下部材９８の上面のいずれか一方にのみ凹部が設けられ、それにより、位置決め部材９２に挿通孔９２Ｃが構成されてもよい。

また、上記実施形態において、半円状に形成されたパイプ材８１を繋ぎ合わせることで芯体３６が形成されていたが、この態様には限定されない。パイプ材８１を概ね環状をなすように形成し、インナレース７６を固定した後、パイプ材８１の両端を繋ぎ合わせることで、芯体３６を形成してもよい。

上記実施形態では、ローラ３７は２つのベアリング７５を介して芯体３６に回転可能に支持されていたが、本発明は、ローラ３７と芯体３６との間に介在するベアリング７５の数には限定されない。ローラ３７と芯体３６との間に介在するベアリング７５は１つでもよく、また３つ以上であってもよい。

１７ ：車輪
３６ ：芯体
３７ ：ローラ
７５ ：ベアリング
７６ ：インナレース（内輪）
７７ ：アウタレース（外輪）
８０ ：カラー部材
８１ ：パイプ材
８１Ａ ：円弧部
８２ ：スリーブ（内筒部材）
８２Ａ ：段付き穴
９０ ：治具
９２ ：位置決め部材
９３ ：付勢部材
９２Ｃ ：挿通孔（貫通孔）
９８ ：下部材
９８Ｂ ：下側凹部（凹部）
９９ ：上部材
９９Ａ ：上側凹部（凹部）
Ｏ ：点（中心点）

Claims (11)

1. 環状の芯体と、
   内輪、及び前記内輪に対して相対回転可能な外輪を有し、前記芯体の外周面に前記内輪が固定された複数のベアリングと、
   前記外輪に固定され、前記芯体に前記ベアリングを介して回転可能に支持された複数のローラと、
   前記ローラの軸線方向両側において前記芯体に固定され、前記内輪の内径よりも小さい円形な内孔を有するカラー部材と、を有し、
   前記カラー部材が前記芯体に締り嵌めされ、
   前記カラー部材はそれぞれ前記内輪の軸線方向の端面に当接している車輪。
2. 前記ローラは前記ベアリングに結合する円筒状の内筒部材を備え、
   前記内筒部材の内孔の軸線方向端部には前記外輪が嵌め込まれる段付き穴が設けられている請求項１に記載の車輪。
3. 環状の芯体と、前記芯体に固定された内輪及び前記内輪に相対回転可能な外輪を有する複数のベアリングと、前記外輪に固定されることにより、前記ベアリングを介して前記芯体に回転可能に支持された複数のローラとを有する車輪の製造方法であって、
   前記ローラが固定された前記ベアリングをパイプ材に装着する装着ステップと、
   前記ベアリングを位置決めする位置決めステップと、
   前記パイプ材の内孔に流体を注入し加圧することによって、前記内輪を前記パイプ材に固定する加圧ステップと、
   前記内輪が固定された前記パイプ材により前記芯体を形成する成形ステップと、を有する車輪の製造方法。
4. 前記装着ステップにおいて、前記パイプ材の前記ローラの前記パイプ材の延在方向両側に円形な内孔を有するカラー部材が装着され、
   前記カラー部材の内径は前記内輪の内径よりも小さい請求項３に記載の車輪の製造方法。
5. 環状の芯体と、前記芯体に固定された内輪及び前記内輪に相対回転可能な外輪を有する複数のベアリングと、前記外輪に固定されることにより、前記ベアリングを介して前記芯体に回転可能に支持された複数のローラとを有する車輪の製造方法であって、
   前記ローラが固定された前記ベアリングと、前記内輪の内径よりも小さい内径を有する２つのカラー部材とをそれぞれ、前記カラー部材が前記ベアリングを介して対峙するようにパイプ材に装着する装着ステップと、
   前記カラー部材を前記内輪に近接するように位置決めする位置決めステップと、
   前記パイプ材の内孔に流体を注入し加圧することによって、前記カラー部材を前記パイプ材に固定する加圧ステップと、
   前記内輪が固定された前記パイプ材により前記芯体を形成する成形ステップと、を有する車輪の製造方法。
6. 前記位置決めステップは、治具により前記カラー部材によって前記内輪を挟持することによって、前記ローラの位置決めを行う工程含む、請求項４又は請求項５に記載の車輪の製造方法。
7. 前記加圧ステップにおいて前記カラー部材が前記パイプ材に固定され、前記カラー部材によって前記内輪の前記パイプ材の軸線方向の移動が規制される請求項６に記載の車輪の製造方法。
8. 前記ローラは前記ベアリングに結合する円筒状の内筒部材を備え、
   前記内筒部材の内孔の軸線方向端部には前記外輪が嵌め込まれる段付き穴が設けられている請求項６又は請求項７に記載の車輪の製造方法。
9. 前記治具は前記カラー部材をそれぞれ前記内輪に向けて押圧する位置決め部材を有し、
   前記位置決め部材は、下部材と、前記下部材に結合される上部材とを備え、
   前記下部材及び前記上部材の少なくとも一方には、前記パイプ材を受容する凹部が設けられ、
   前記上部材と前記下部材とが結合されたときに、前記凹部によって前記位置決め部材には前記パイプ材を貫通させる貫通孔が画定される請求項６～請求項８のいずれか１項に記載の車輪の製造方法。
10. 前記パイプ材は前記ローラ及び前記カラー部材が装着されるべく、円弧に沿って延在する円弧部を含み、
    前記治具は前記パイプ材を受容した前記位置決め部材を前記円弧の中心点に向けて付勢する付勢部材を含む請求項９に記載の車輪の製造方法。
11. 前記成形ステップにおいて、半円状の前記パイプ材を接合することにより、前記芯体を構成する、請求項３～請求項１０のいずれか１項に記載の車輪の製造方法。

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