JPWO2019107228A1 - 車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】オムニホイール式の車輪において、部品点数及び組付工数を削減すると共に組付作業性を改善すること。【解決手段】各ローラ支持部材４０が、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４２と、基部４２の前記周方向の各々の端部からハブ部材３０の回転中心を中心とした放射方向外方に延在した長尺支持柱４４及び短尺支持柱４６とを含み、各長尺支持柱４４はローラ支持軸５６によって当該長尺支持柱４４の前記周方向の両側に各々大径ローラ５８を略円錐台形の大径側が当該長尺支持柱を挟んで向かい合うように支持し、各短尺支持柱４６はローラ支持軸７６によって当該短尺支持柱４６の前記周方向の両側に各々小径ローラ７８を略円錐台形の大径側が当該短尺支持柱４６を挟んで向かい合うように支持し、短尺支持柱４６がローラ支持軸７６を支持する軸支持部が短尺支持柱４６に固定される半割キャップ７２を含む半割構造になっている。【選択図】図５

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や組付工数が多くなったり、組付作業性が悪かったりす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、部品点数及び組付工数を削減すると共に組付作業性を改善することである。

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（５８）及び略円錐台形の小径ローラ（７８）とを有する車輪において、前記ローラ支持部材（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長尺支持柱（４４）及び短尺支持柱（４６）とを含み、前記各長尺支持柱（４４）は当該長尺支持柱（４４）を貫通するローラ支持軸（５６）によって当該長尺支持柱（４４）の前記周方向の両側に各々前記大径ローラ（５８）を略円錐台形の大径側が当該長尺支持柱（４４）を挟んで向かい合うように支持し、前記各短尺支持柱（４６）は当該短尺支持柱（４６）を貫通するローラ支持軸（７６）によって当該短尺支持柱（４６）の前記周方向の両側に各々前記小径ローラ（７８）を略円錐台形の大径側が当該短尺支持柱（４６）を挟んで向かい合うように支持しており、少なくとも前記短尺支持柱（４６）が前記ローラ支持軸（７６）を支持する軸支持部は、前記短尺支持柱（４６）に固定される半割キャップ（７２）を含む。

この構成によれば、大径ローラ（５８）および小径ローラ（７８）が一つのローラ支持部材（４０）に取り付けられるから、大径ローラ（５８）および小径ローラ（７８）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。しかも大径ローラ５８と小径ローラ（７８）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の削減が図られる。短尺支持柱（４６）がローラ支持軸（７６）を支持する軸支持部が半割構造になっているので、小径ローラ（７８）が隣り合う大径ローラ（５８）の凹部（６３）に入り込む構造のものでも、特殊な治具や手法を要することなく作業性よく組み付けが行われる。

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を各々締結具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（４３）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（５８）は前記小径ローラ（７８）と隣り合う端部に当該小径ローラ（７８）の端部を非接触状態で受け入れる凹部（６３）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（５８）の前記ローラ支持軸（５６）と前記小径ローラ（７８）の前記ローラ支持軸（７６）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、部品点数及び組付工数が削減されると共に組付作業性が改善される。

本発明による車輪を用いられた電動車椅子の一実施形態を示す斜視図 本実施形態による車輪の側面図 本実施形態による車輪の縦断面図（図２の線III-IIIに沿った断面図） 本実施形態による車輪の要部の拡大断面図 本実施形態による車輪の要部の分解斜視図 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は本実施形態の車輪を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。

本実施形態の車輪は、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６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、ハブ部材３０の周方向（以降、ハブ部材３０の周方向を前記周方向と云う）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長尺支持柱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短尺支持柱４６とを有し、略ステープル形状をしている。短尺支持柱４６は長尺支持柱４４より短く、短尺支持柱４６と長尺支持柱４４との長さの相違は後述の大径ローラ５８と小径ローラ７８との外径の相違に応じて設定される。

各ローラ支持部材４０は、基部４２を２枚のディスク部材３８間に配置され、ディスク部材３８及び基部４２の各端部４２Ａ及び４２Ｂの各々をハブ部材３０の軸線方向に貫通するボルト４８及びボルト４８にねじ係合したナット５０及び基部４２の軸線方向の両側においてボルト４８に外嵌したスペーサ５２によって２枚のディスク部材３８に挟まれるようにしてハブ部材３０に固定されている。

各長尺支持柱４４の遊端側には、図４及び図５に示されているように、前記周方向に貫通した軸支持孔５４が形成されている。各軸支持孔５４にはローラ支持軸５６が貫通している。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て軸長方向の中間部を長尺支持柱４４によって支持され、長尺支持柱４４の前記周方向の両側に配置されて対をなす２個の大径ローラ５８を、各々、後述のブッシュ６４を介して回転自在に支持している。

各大径ローラ５８は、円筒形状のボス部材６０と、ボス部材６０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６２とを有する。ボス部材６０は、ローラ本体６２の略円錐台形の大径側にあってローラ支持軸５６が貫通するブッシュ６４を装着される軸受円筒部６０Ａ及び端壁部６０Ｂと、軸受円筒部６０Ａよりローラ本体６２の略円錐台形の小径側（ボス部材６０の軸線方向で端壁部６０Ｂの反対側）にあって軸受円筒部６０Ａより大きい内径を有する拡径円筒部６０Ｃとを含む。

各長尺支持柱４４は、長尺支持柱４４を貫通するローラ支持軸５６によって前記周方向の両側に各々ローラ本体６２の大径側が長尺支持柱４４を挟んで互いに向かい合うように支持している。つまり、長尺支持柱４４を前記周方向に挟んで対をなす大径ローラ５８は、ローラ本体６２の略円錐台形の大径側が互いに向かい合うようにしてローラ支持軸５６によってハブ部材３０の回転中心を中心とした円の接線方向の軸線周り回転可能に支持され、全体で見て略樽形形状をなす。各ローラ支持軸５６において対をなす大径ローラ５８の軸線方向（スラスト方向）の固定は、ローラ支持軸５６の一端のフランジ部５６Ａとローラ支持軸５６の他端にねじ係合したボルト６６の頭部６６Ａとに挟まれることによって行われる。

各短尺支持柱４６の遊端側には、図４及び図５に示されているように、短尺支持柱４６の遊端に形成された半円形断面の凹部４６Ａと、短尺支持柱４６の遊端に各々２個のボルト７０によって固定された半割キャップ７２の半円形断面の凹部７２Ａとによる半割構造によって短尺支持柱４６を前記周方向に貫通する軸支持孔７４が形成されている。各軸支持孔７４にはローラ支持軸７６が貫通している。各ローラ支持軸７６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て軸長方向の中間部を短尺支持柱４６によって支持され、短尺支持柱４６の前記周方向の両側に配置されて対をなす２個の小径ローラ７８を、各々、後述のブッシュ８４を介して回転自在に支持している。

これにより、各大径ローラ５８と各小径ローラ７８とは、対応するローラ支持部材４０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７８は、大径ローラ５８より小径であり、円筒形状のボス部材８０と、ボス部材８０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８２とを有する。ボス部材８０はローラ支持軸７６が貫通するブッシュ８４を装着される軸受円筒部８０Ａ及びローラ本体８２の略円錐台形の大径側に設けられた端壁部８０Ｂを含む。尚、小径ローラ７８が大径ローラ５８より小径であるということは、小径ローラ７８のローラ本体８２の大径側の外径が大径ローラ５８のローラ本体６２の小径側の外径より小さいことを意味する。

各短尺支持柱４６は、短尺支持柱４６を貫通するローラ支持軸７６によって前記周方向の両側に各々ローラ本体８２の大径側が短尺支持柱４６を挟んで互いに向かい合うように支持している。つまり、短尺支持柱４６を前記周方向に挟んで対をなす小径ローラ７８は、ローラ本体８２の略円錐台形の大径側が互いに向かい合うようにしてローラ支持軸７６によって前記同心円の接線方向の軸線周りに回転可能に支持され、全体で見て略樽形形状をなす。各ローラ支持軸７６において対をなす小径ローラ７８の軸線方向（スラスト方向）の固定は、ローラ支持軸７６の一端のフランジ部７６Ａとローラ支持軸７６の他端にねじ係合したボルト８６の頭部８６Ａとに挟まれることによって行われる。

各小径ローラ７８は、ローラ本体８２の大径側の一部、より詳細には、ローラ本体８２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７８Ａが前記周方向に隣り合う大径ローラ５８の拡径円筒部６０Ｃ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６０Ｃは隣り合う小径ローラ７８の端部を非接触状態で受け入れる凹部６３をなす。

上述の支持構造により、長尺支持柱４４に支持されて全体で見て略樽形形状をなす一対の大径ローラ５８と、短尺支持柱４６に支持されて全体で見て略樽形形状をなす一対の小径ローラ７８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７８が隣り合う大径ローラ５８の凹部６３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５８と小径ローラ７８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。

上述の構造によれば、各々対をなす大径ローラ５８および小径ローラ７８が一つのローラ支持部材４０に取り付けられるから、大径ローラ５８および小径ローラ７８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の個数及びハブ部材３０に対するローラ支持部材の組付工数が半減する。しかも大径ローラ５８と小径ローラ７８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。

また、本実施形態では、大径ローラ５８のローラ支持軸５６と小径ローラ７８のローラ支持軸７６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、本実施形態では、大径ローラ５８および小径ローラ７８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、本実施形態では、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４８及びナット５０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。

また、本実施形態では、ローラ支持部材４０に対する大径ローラ５８および小径ローラ７８の組み付け及びハブ部材３０に対するローラ支持部材４０の組み付けは、ハブ部材３０に対する最後のローラ支持部材４０以外については、各々対をなす大径ローラ５８および小径ローラ７８が装着されたローラ支持部材４０を前記周方向にずらして小径ローラ７８の端部が隣り合う大径ローラ５８の凹部６３に入れることができる。

ハブ部材３０に対する最後の一つのローラ支持部材４０の組み付けは、先ず、対をなす大径ローラ５８が完了しているが、半割キャップ７２、ローラ支持軸５６及び対をなす小径ローラ７８が組み付けられていない状態のローラ支持部材４０をハブ部材３０に取り付ける。この取付完了後に、対をなす小径ローラ７８を組み付けられたローラ支持軸５６を斜め方向の移動によって、当該ローラ支持軸５６に組み付けられた小径ローラ７８の端部を、隣り合う大径ローラ５８の凹部６３に入れつつローラ支持軸５６を短尺支持柱４６の凹部４６Ａに嵌合させ、その後に半割キャップ７２をボルト７０によって短尺支持柱４６に固定することに行われる。

これにより、小径ローラ７８が隣り合う大径ローラ５８の凹部６３に入り込む構造のものでも、特殊な治具や手法を要することなく作業性よく組み付けが行われる。

図６及び図７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６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、ローラ支持部材４０の個数は、６個に限られることはなく、５個、８個等の他の複数個であってもよい。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４８とナット５０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。ハブ部材３０の側面形状は、略６角形に限られることなく、ローラ支持部材４０の個数に応じた多角形や円形等であってもよい。半割構造による軸支持部は、ローラ支持軸５６を支持する長尺支持柱４４にも適用されてもよい。

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（車輪）
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
４０Ａ ：端部
４２ ：基部
４２Ａ ：端部
４２Ｂ ：端部
４４ ：長尺支持柱
４６ ：短尺支持柱
４６Ａ ：凹部
４８ ：ボルト
５０ ：ナット
５２ ：スペーサ
５４ ：軸支持孔
５６ ：ローラ支持軸
５６Ａ ：フランジ部
５８ ：大径ローラ
６０ ：ボス部材
６０Ａ ：軸受円筒部
６０Ｂ ：端壁部
６０Ｃ ：拡径円筒部
６２ ：ローラ本体
６３ ：凹部
６４ ：ブッシュ
６６ ：ボルト
６６Ａ ：頭部
７０ ：ボルト
７２ ：半割キャップ
７２Ａ ：凹部
７４ ：軸支持孔
７６ ：ローラ支持軸
７６Ａ ：フランジ部
７８ ：小径ローラ
７８Ａ ：回転中心側に位置する部分
８０ ：ボス部材
８０Ａ ：軸受円筒部
８０Ｂ ：端壁部
８２ ：ローラ本体
８４ ：ブッシュ
８６ ：ボルト
８６Ａ ：頭部

Claims (7)

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長尺支持柱及び短尺支持柱とを含み、
   前記各長尺支持柱は当該長尺支持柱を貫通するローラ支持軸によって当該長尺支持柱の前記周方向の両側に各々前記大径ローラを略円錐台形の大径側が当該長尺支持柱を挟んで向かい合うように支持し、前記各短尺支持柱は当該短尺支持柱を貫通するローラ支持軸によって当該短尺支持柱の前記周方向の両側に各々前記小径ローラを略円錐台形の大径側が当該短尺支持柱を挟んで向かい合うように支持しており、
   少なくとも前記短尺支持柱が前記ローラ支持軸を支持する軸支持部は、前記短尺支持柱に固定される半割キャップを含む車輪。
2. 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１に記載の車輪。
3. 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又は２に記載の車輪。
4. 前記大径ローラの前記ローラ支持軸と前記小径ローラ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３の何れか一項に記載の車輪。
5. 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４の何れか一項に記載の車輪。
6. 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４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４の何れか一項に記載の車輪。

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