JPWO2019107227A1 - 車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】オムニホイール式の車輪において、部品点数を削減すること。【解決手段】各ローラ支持部材４０は、ハブ部材３０の周方向に延在してハブ部材３０に固定される基部の前記周方向の各々の端部から延出した大径ローラ用支持柱４４及び小径ローラ用支持柱４６を含み、大径ローラ用支持柱４４には遊端から小径ローラ用支持柱４６の側に延出したローラ支持軸５６が設けられ、小径ローラ用支持柱４６には遊端から大径ローラ用支持柱４４の側に延出したローラ支持軸６０が設けられ、各ローラ支持軸５６が大径ローラ７２を略円錐台形の大径側が当該大径ローラ用支持柱４４の側に位置するように回転可能を支持し、前記各ローラ支持軸６０が小径ローラ８４を略円錐台形の大径側が当該小径ローラ用支持柱４６の側に位置するように回転可能に支持している。【選択図】図４

Description

本発明は、車輪に関し、更に詳細には、車椅子等に用いられるオムニホイール式の車輪に関する。

オムニホイール式の車輪（全方向移動車輪）として、回転中心を含むハブ部材と、略樽形或いは略円錐台形の複数の大径ローラ及び小径ローラとを有し、各大径ローラ及び各小径ローラが前記ハブ部材の外周部に、当該ハブ部材の接線方向（ハブ部材の中心軸線に直交する平面内においてハブ部材の径方向に直交方向）の軸線周りに回転可能に配置され、複数の大径ローラ及び小径ローラの組み合わせによって外周輪郭がハブ部材の中心軸線と同心の略円形になるように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００１−１９１７０４号公報 特開２０１５−８５７５０号公報

上述した従来のオムニホイール式の車輪は、複数の大径ローラ及び小径ローラの各々を個別に回転自在する支持構造の部品点数が多くなる課題を含んでいる。

本発明が解決しようとする課題は、オムニホイール式の車輪において、部品点数の削減をすることである。

本発明の一つの実施形態による車輪は、回転中心を含むハブ部材（３０）と、前記ハブ部材（３０）の周方向に複数配置されて各々前記ハブ部材（３０）に固定された複数のローラ支持部材（４０）と、前記各ローラ支持部材（４０）に、前記ハブ部材（３０）の前記回転中心を中心とした互いに同心の円の接線方向に延在する軸線周りに回転可能に、且つローラ全体によって外周輪郭が前記回転中心と同心の略円形になるように支持された略円錐台形の大径ローラ（７２）及び略円錐台形の小径ローラ（８４）とを有する車輪において、前記各ローラ支持部材（４０）は、前記周方向に延在して前記ハブ部材（３０）に固定される基部（４２）と、前記基部（４２）の前記周方向の各々の端部（４２Ａ、４２Ｂ）から前記ハブ部材（３０）の前記回転中心を中心とした放射方向外方に延在した大径ローラ用支持柱（４４）及び小径ローラ用支持柱（４６）とを含み、前記大径ローラ用支持柱（４４）には当該大径ローラ用支持柱（４４）の遊端から前記ハブ部材（３０）の前記回転中心を中心とした円の接線方向に延出したローラ支持軸（５６）が設けられ、前記小径ローラ用支持柱（４６）には当該小径ローラ用支持柱（４６）の遊端から前記ハブ部材（３０）の前記回転中心を中心とした円の接線方向に前記大径ローラ用支持柱（４４）の側に延出したローラ支持軸（６０）が設けられ、前記各大径ローラ用支持柱（４４）の前記ローラ支持軸（５６）が前記大径ローラ（７２）を略円錐台形の大径側が当該大径ローラ用支持柱（４４）の側に位置するように回転可能を支持し、前記各小径ローラ用支持柱（４６）の前記ローラ支持軸（６０）が前記小径ローラ（８４）を略円錐台形の大径側が当該小径ローラ用支持柱（４６）の側に位置するように回転可能に支持している。

この構成によれば、ローラ支持部材（４０）が一種類ですみ、部品点数の削減が図られる。

上記車輪において、好ましくは、前記ローラ支持部材（４０）は、前記周方向に隣り合う前記ローラ支持部材（４０）の前記基部（４２）が前記ハブ部材（３０）の軸線方向で見てオーバラップする部分を含み且つ前記大径ローラ用支持柱（４４）の前記ローラ支持軸（５６）及び前記小径ローラ用支持柱（４６）の前記ローラ支持軸（６０）が各々同一軸線上に位置するように千鳥配置され、前記オーバラップする部分において締結具（６４、６６）によって前記周方向に隣り合う前記ローラ支持部材（４０）が前記ハブ部材（３０）に共締めされている。

この構成によれば、ハブ部材（３０）に対するローラ支持部材（４０）の締結箇所が削減される。

上記車輪において、好ましくは、前記ローラ支持部材の全てが前記周方向に整列配置されている。

この構成によれば、ローラ支持部材（４０）が一種類ですみ、部品点数の削減が図られると共に、ハブ部材（３０）の軸線方向の寸法が大きくなることがない。

上記車輪において、好ましくは、前記各ローラ支持部材（４０）は前記基部（４２）の前記周方向の両端部（４２Ａ、４２Ｂ）を各々締結具（６４、６６）によって前記ハブ部材（３０）に固定されている。

この構成によれば、各ローラ支持部材（４０）が基部（４２）の周方向に離れた２箇所において締結具（６４、６６）によってハブ部材（３０）に固定されるから、個数が少ない締結具（６４、６６）によって効率よくローラ支持部材（４０）がハブ部材（３０）に強固に固定される。

上記車輪において、好ましくは、前記大径ローラ（７２）は前記小径ローラ（８４）と隣り合う端部に当該小径ローラ（８４）の端部を非接触状態で受け入れる凹部（８０）を含む。

この構成によれば、車輪の外周輪郭がハブ部材（３０）の回転中心の同心の円形に、より近い形状になり、接地状態での車輪の中心軸線周りの回転が凸凹の少ない円滑な回転になる。

上記車輪において、好ましくは、前記大径ローラ用支持柱（４４）の前記ローラ支持軸（５６）と前記小径ローラ用支持柱（４６）の前記ローラ支持軸（６０）とが同一軸長の同一形状の部品である。

この構成によれば、部品の共通化により、更なる部品点数の削減が図られる。

上記車輪において、前記ハブ部材（３０）は、一つの実施形態として、ボス部材（３６）と、前記ボス部材（３６）から径方向外方に延出した２枚のディスク部材（３８）とを含み、前記２枚のディスク部材（３８）が前記各ローラ支持部材（４０）を前記ボス部材（３６）の軸線方向の両側から挟むように支持している。また、前記ハブ部材（３０）は、他の実施形態として、ボス部材（３６）と、前記ボス部材（３６）から径方向外方に延出した１枚のディスク部材（３８）とを含み、前記ディスク部材（３８）が前記各ローラ支持部材（４０）を前記ボス部材（３６）の軸線方向の中間部の位置にて或いは一方の端部の位置にて支持している。

このようなハブ部材（３０）の構成のバリエーションにより、耐久性、信頼性、軽量化等の様々な要望に応じた車輪が容易に提供される。

本発明による車輪によれば、部品点数が削減される。

本発明による車輪が用いられた電動車椅子の一実施形態を示す斜視図 実施形態１による車輪の側面図 実施形態１による車輪の縦断面図（図２の線III-IIIに沿った断面図） 実施形態１による車輪の要部の分解斜視図 実施形態１による車輪のローラ支持部の斜視図 実施形態２による車輪の側面図 実施形態２による車輪の要部の斜視図 他の実施形態による車輪の縦断面図 他の実施形態による車輪の縦断面図

以下に、本発明による車輪の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

図１は実施形態１の車輪が用いられた電動車椅子の一実施形態を示している。電動車椅子は、扁平な略矩形の車体フレーム１０と、車体フレーム１０によって支持された左右の前輪１２及び左右の後輪１４を有する４輪車椅子である。各前輪１２及び各後輪１４の大きさ（外径）は概ね同程度とされており、これにより、扁平な車体フレーム１０は地面に概ね平行に延在する。

車体フレーム１０上には、各後輪１４を個別に駆動する電動モータ（不図示）と、制御装置（不図示）、バッテリ（不図示）等を内蔵した電装ボックス１６とが設けられている。電装ボックス１６の上方には車体フレーム１０から立設されたポスト１８によって座席２０が設けられている。座席２０は、シートクッション２２、シートバック２４及び左右の肘掛け２６を含む。各肘掛け２６には、ジョイスティック等による走行操作部２８が設けられている。

実施形態１の車輪は、各前輪１２に適用されている。前輪（車輪）１２の詳細を、図２〜図５を参照して説明する。尚、前輪１２を構成する部品は、特に材質を記載されていないものは、金属材料によって構成されている。

前輪１２は、図２及び図３に示されているように、回転中心（中心軸線Ｘ）を含むハブ部材３０を有する。ハブ部材３０は、車軸３２（図１参照）が貫通する軸受ブッシュ３４を固定されたボス部材３６と、ボス部材３６の軸線方向の両端部に固定され、ボス部材３６から径方向外方に延出した同一形状の２枚のディスク部材３８とを有する。

ハブ部材３０の外周部にはハブ部材３０の周方向に等間隔に隔置された１２個のローラ支持部材４０が固定されている。各ローラ支持部材４０は、図４及び図５に示されているように、ハブ部材３０の周方向（以降、前記周方向と云う）に延在した基部４２と、基部４２の前記周方向の一方の端部４２Ａからハブ部材３０の回転中心を中心とした放射方向の外方に延在した大径ローラ用支持柱４４と、基部４２の前記周方向の他方の端部４２Ｂからハブ部材３０の回転中心を中心とした放射方向の外方に延在した小径ローラ用支持柱４６とを一体に有し、略ステープル形状をしている。

各ローラ支持部材４０において、大径ローラ用支持柱４４には当該大径ローラ用支持柱４４の遊端から小径ローラ用支持柱４６の側に延出したローラ支持軸５６の基端がボルト５８によって固定されている。各ローラ支持部材４０において、小径ローラ用支持柱４６には当該小径ローラ用支持柱４６の遊端から大径ローラ用支持柱４４の側に延出したローラ支持軸６０の基端がボルト６２によって固定されている。

各ローラ支持部材４０は、基部４２を２枚のディスク部材３８間に、前記周方向に隣り合うものにおいて大径ローラ用支持柱４４同士が隣り合い且つ小径ローラ用支持柱４６同士が隣り合い、前記周方向に隣り合うローラ支持部材４０の基部４２の端部４２Ａ及び４２Ｂの各々がハブ部材３０の軸線方向（以降、前記軸線方向と云う）で見てオーバラップし且つ隣り合うもの同士でローラ支持軸５６及びローラ支持軸６０が各々同一軸線上に位置するように千鳥配置されている。

各ローラ支持部材４０は、全て同一部品（同一形状、同一寸法の部品）であり、前記周方向に隣り合うもの同士で交互に前記周方向に反転して配置されていることにより、前記周方向に隣り合うものにおいて大径ローラ用支持柱４４同士及び小径ローラ用支持柱４６同士が各々隣り合う。

各ローラ支持部材４０は、ディスク部材３８及び基部４２の各端部４２Ａ、４２Ｂを前記軸線方向に貫通するボルト６４及びボルト６４にねじ係合したナット６６（図３参照）によって２枚のディスク部材３８にボス部材３６の軸線方向の両側から挟まれるようにしてハブ部材３０に固定されている。

より詳細には、各ローラ支持部材４０の端部４２Ａ及び４２Ｂにボルト通し孔６８及び７０（図５参照）が形成されており、隣り合うローラ支持部材４０のボルト通し孔６８は隣り合う端部４２Ａ同士のオーバラップによって、ボルト通し孔７０は端部４２Ｂ同士のオーバラップによって各々前記軸線方向に同一軸線上に延在する。

このように、隣り合う２個のローラ支持部材４０において整合したボルト通し孔６８及び７０の各々に一本のボルト６４が通されてナット６６が締結されることにより、前記周方向に隣り合う２個のローラ支持部材４０がハブ部材３０に共締めされる。

各ローラ支持軸５６は、自身の前記周方向の配置位置においてハブ部材３０の回転中心を中心とした円の接線方向に延在し、ローラ支持軸５６に外嵌したブッシュ７４を介して大径ローラ７２を回転自在に支持している。

各大径ローラ７２は、ブッシュ７４が嵌合する円筒形状のボス部材７６と、ボス部材７６の外周の加硫接着されたゴム製の略円錐台形のローラ本体７８とを有し、略円錐台形の大径側が大径ローラ用支持柱４４の側に位置するようにローラ支持軸５６に装着されている。ボス部材７６は、ローラ本体７８の略円錐台形の小径側（大径ローラ用支持柱４４の反対側）に、ブッシュ７４の嵌合部より大きい内径を有する拡径円筒部８０（図４参照）を含む。前記周方向に隣り合って対をなす大径ローラ７２は、その軸線方向の中間部を各々大径ローラ用支持柱４４によって支持された形態で略樽形のローラをなす。

各ローラ支持軸６０は、自身の前記周方向の配置位置においてハブ部材３０の回転中心を中心とした円の接線方向に延在し、ローラ支持軸６０に外嵌したブッシュ８２を介して小径ローラ８４を回転自在に支持している。

これにより、各大径ローラ７２と各小径ローラ８４とは、対応するローラ支持部材４０によって、ハブ部材３０の回転中心を中心とした互いに同心の円の接線方向に延在する軸線周りに回転可能に、且つローラ全体によって外周輪郭がハブ部材３０の回転中心と同心の略円形になるように、ハブ部材３０に支持されている。

各小径ローラ８４は、大径ローラ７２より小径であり、ブッシュ８２が嵌合する円筒形状のボス部材８６と、ボス部材７６の外周の加硫接着されたゴム製の略円錐台形のローラ本体８８とを有し、略円錐台形の大径側が小径ローラ用支持柱４６の側に位置するようにローラ支持軸６０に装着されている。前記周方向に隣り合って対をなす小径ローラ８４は、その軸線方向の中間部を各々小径ローラ用支持柱４６によって支持された形態で略樽形のローラをなす。

各小径ローラ８４は、ローラ本体８８の大径側の一部、より詳細には、ローラ本体８８の大径側の端部がハブ部材３０の回転中心側に位置する部分が前記周方向に隣り合う大径ローラ７２の拡径円筒部８０に非接触状態で入り込んでいる。このようにして拡径円筒部８０は隣り合う小径ローラ８４の端部を非接触状態で受け入れる凹部をなす。

上述の支持構造により、前記周方向に隣り合う大径ローラ用支持柱４４に支持されて略樽形形状をなす一対の大径ローラ７２と、前記周方向に隣り合う小径ローラ用支持柱４６に支持されて略樽形形状をなす一対の小径ローラ８４とが前記周方向に交互に設けられ、これらローラの全体によって外周輪郭がハブ部材３０の回転中心の同心の略円形になる。小径ローラ８４が隣り合う大径ローラ７２の拡径円筒部８０に嵌り込んでいることにより、嵌り込んでいない場合に比して、隣り合う大径ローラ７２と小径ローラ８４との前記周方向の間隙が小さくなり、前記外周輪郭がハブ部材３０の回転中心の同心の円形により近い形状になる。これにより、接地状態での前輪１２の中心軸線Ｘ周りの回転が凸凹感の少ない円滑な回転になる。

上述した実施形態１の構造によれば、大径ローラ７２および小径ローラ８４が個別のローラ支持部材に取り付けられる場合に比してローラ支持部材４０の個数及びハブ部材３０に対するローラ支持部材４０の組付工数が半減する。しかも、各大径ローラ７２と各小径ローラ８４とが対をなして各ローラ支持部材４０に取り付けられるから、大径ローラ７２と小径ローラ８４とで異なるローラ支持部材４０を準備する必要がなくなり、部品の共通化により部品点数（部品の種類）の削減が図られる。

また、実施形態１では、大径ローラ７２のローラ支持軸５６と小径ローラ８４のローラ支持軸６０とが同一軸長の同一形状の部品であるから、このことによっても部品の共通化による部品点数の削減が図られる。

また、実施形態１では、前記周方向に隣り合う２個のローラ支持部材４０がハブ部材３０に共締めされることにより、ハブ部材３０に対するローラ支持部材４０の固定箇所、ボルト６４及びナット６６の部品個数及びねじ締結作業が、ローラ支持部材４０がハブ部材３０に個々に固定される場合に比して半減する。

また、実施形態１では、大径ローラ７２および小径ローラ８４の支持構造が、大径ローラおよび小径ローラを含む従来のオムニホイール式の車輪に比して構造が簡単になり、耐久性及び信頼性が向上し、併せて軽量化が図られる。

また、実施形態１では、ローラ支持部材が大径ローラ用と小径ローラ用とで個別である場合に比して、ローラ支持部材４０の基部４２の前記周方向に隔置されたボルト６４及びナット６６による２箇所の取付位置を、ハブ部材３０の周長を長くすることなく大きく離すことができる。これにより、ハブ部材３０の大型化を招くことなく、高い取付強度をもってローラ支持部材４０がハブ部材３０に取り付けられる。

次に、実施形態２の車輪（前輪１２）の詳細を、図６及び図７を参照して説明する。尚、図６及び図７において、図２〜図５に対応する部分は、図２〜図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態２の前輪１２はローラ支持部材４０の全てが前記周方向に一列に整列配置されている。前記周方向に隣り合うローラ支持部材４０の大径ローラ用支持柱４４及び小径ローラ用支持柱４６は各々前記軸線方向の位置が互いに合致して背合わせに当接している。

各ローラ支持部材４０が端部４２Ａ及び４２Ｂの２箇所で個別にボルト６４及びナット６６によってハブ部材３０に固定されている。

実施形態２でも、各大径ローラ７２と各小径ローラ８４とが対をなして各ローラ支持部材４０に取り付けられるから、大径ローラ７２と小径ローラ８４とで異なるローラ支持部材を準備する必要がなくなり、部品の共通化により部品点数（部品の種類）の削減が図られる。実施形態２では、ハブ部材３０の軸線方向の寸法が大きくなることがない。

図８及び図９は、各々、ハブ部材３０の構造が異なる他の実施形態による前輪１２を示されている。

図８に示されている前輪１２では、ハブ部材３０は、ボス部材３６と、ボス部材３６から径方向外方に延出した１枚のディスク部材３８とを含み、ディスク部材３８が各ローラ支持部材４０をボス部材３６の軸線方向の中間部に対応する位置にて支持している。

図９に示されている前輪１２では、ハブ部材３０は、ボス部材３６と、ボス部材３６から径方向外方に延出した１枚のディスク部材３８とを含み、ディスク部材３８が各ローラ支持部材４０をボス部材３６の軸線方向の一方の端部に対応する位置にて支持している。

このようなハブ部材３０の構成のバリエーションにより、耐久性、信頼性、軽量化等の様々な要望に応じた前輪１２が容易に提供される。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態により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で適宜変更可能である。

例えば、実施形態１のローラ支持軸５６及び６０はハブ部材３０の回転中心を中心とした円の接線方向に延在していればよく、各ローラ支持部材４０において、大径ローラ用支持柱４４のローラ支持軸５６が小径ローラ用支持柱４６とは反対の側に延出していても、小径ローラ用支持柱４６のローラ支持軸６０が大径ローラ用支持柱４４とは反対の側に延出していていてもよい。ローラ支持部材４０の個数は、１２個に限られることはなく、他の複数４個であってもよい。ハブ部材３０に対する各ローラ支持部材４０の固定は、ボルト６４とナット６６とによるものに限られることはなく、リベット等の他の締結具によって行われてもよい。

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ ：車体フレーム
１２ ：前輪
１４ ：後輪
１６ ：電装ボックス
１８ ：ポスト
２０ ：座席
２２ ：シートクッション
２４ ：シートバック
２６ ：肘掛け
２８ ：走行操作部
３０ ：ハブ部材
３２ ：車軸
３４ ：軸受ブッシュ
３６ ：ボス部材
３８ ：ディスク部材
４０ ：ローラ支持部材
４２ ：基部
４２Ａ ：端部
４２Ｂ ：端部
４４ ：大径ローラ用支持柱
４６ ：小径ローラ用支持柱
５６ ：ローラ支持軸
５８ ：ボルト
６０ ：ローラ支持軸
６２ ：ボルト
６４ ：ボルト
６６ ：ナット
６８ ：ボルト通し孔
７０ ：ボルト通し孔
７２ ：大径ローラ
７４ ：ブッシュ
７６ ：ボス部材
７８ ：ローラ本体
８０ ：拡径円筒部（凹部）
８２ ：ブッシュ
８４ ：小径ローラ
８６ ：ボス部材
８８ ：ローラ本体

Claims (9)

1. 回転中心を含むハブ部材と、
   前記ハブ部材の周方向に複数配置されて各々前記ハブ部材に固定された複数のローラ支持部材と、
   前記各ローラ支持部材に、前記ハブ部材の前記回転中心を中心とした互いに同心の円の接線方向に延在する軸線周りに回転可能に、且つローラ全体によって外周輪郭が前記回転中心と同心の略円形になるように支持された略円錐台形の大径ローラ及び略円錐台形の小径ローラとを有する車輪において、
   前記各ローラ支持部材は、前記周方向に延在して前記ハブ部材に固定される基部と、前記基部の前記周方向の各々の端部から前記ハブ部材の前記回転中心を中心とした放射方向外方に延在した大径ローラ用支持柱及び小径ローラ用支持柱とを含み、
   前記大径ローラ用支持柱には当該大径ローラ用支持柱の遊端から前記ハブ部材の前記回転中心を中心とした円の接線方向に延出したローラ支持軸が設けられ、前記小径ローラ用支持柱には当該小径ローラ用支持柱の遊端から前記ハブ部材の前記回転中心を中心とした円の接線方向に延出したローラ支持軸が設けられ、
   前記各大径ローラ用支持柱の前記ローラ支持軸が前記大径ローラを略円錐台形の大径側が当該大径ローラ用支持柱の側に位置するように回転可能を支持し、
   前記各小径ローラ用支持柱の前記ローラ支持軸が前記小径ローラを略円錐台形の大径側が当該小径ローラ用支持柱の側に位置するように回転可能に支持している車輪。
2. 前記ローラ支持部材は、前記周方向に隣り合う前記ローラ支持部材の前記基部が前記ハブ部材の軸線方向で見てオーバラップする部分を含み且つ前記大径ローラ用支持柱の前記ローラ支持軸及び前記小径ローラ用支持柱の前記ローラ支持軸が各々同一軸線上に位置するように千鳥配置され、前記オーバラップする部分において締結具によって前記周方向に隣り合う前記ローラ支持部材が前記ハブ部材に共締めされている請求項１に記載の車輪。
3. 前記ローラ支持部材の全てが前記周方向に整列配置されている請求項１に記載の車輪。
4. 前記各ローラ支持部材は前記基部の前記周方向の両端部を各々締結具によって前記ハブ部材に固定されている請求項３に記載の車輪。
5. 前記大径ローラは前記小径ローラと隣り合う端部に当該小径ローラの端部を非接触状態で受け入れる凹部を含む請求項１から４の何れか一項に記載の車輪。
6. 前記大径ローラ用支持柱の前記ローラ支持軸と前記小径ローラ用支持柱の前記ローラ支持軸とが同一軸長の同一形状の部品である請求項１から５の何れか一項に記載の車輪。
7. 前記ハブ部材は、ボス部材と、前記ボス部材から径方向外方に延出した２枚のディスク部材とを含み、前記２枚のディスク部材が前記各ローラ支持部材を前記ボス部材の軸線方向の両側から挟むように支持している請求項１から６の何れか一項に記載の車輪。
8. 前記ハブ部材は、ボス部材と、前記ボス部材から径方向外方に延出した１枚のディスク部材とを含み、前記ディスク部材が前記各ローラ支持部材を前記ボス部材の軸線方向の中間部に対応する位置にて支持している請求項１から６の何れか一項に記載の車輪。
9. 前記ハブ部材は、ボス部材と、前記ボス部材から径方向外方に延出した１枚のディスク部材とを含み、前記ディスク部材が前記各ローラ支持部材を前記ボス部材の軸線方向の一方の端部に対応する位置にて支持している請求項１から６の何れか一項に記載の車輪。

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