WO2023079898A1 - ローラおよび車輪 - Google Patents

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wheel
roller
support shaft
wheel body
outer peripheral
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功一 尾花
Original Assignee
株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group

Definitions

  • the present invention relates to a roller rotatably attached to the outer periphery of a wheel body and a wheel provided with a plurality of rollers.
  • the Mecanum wheel is known as a wheel that realizes an omnidirectional movement mechanism that enables movement in the front-rear and left-right directions.
  • the mecanum wheel comprises a wheel body and a plurality of barrel-shaped rollers rotatably mounted on the outer periphery of the wheel body.
  • FIG. 1(a) shows the structure of a conventional left mecanum wheel 20a
  • FIG. 1(b) shows the structure of a conventional right mecanum wheel 20b
  • a plurality of rollers 22 are inserted through the support shaft in a state of being inclined 45 degrees to the upper left with respect to the axle, and the outer periphery of the wheel body 21 is inserted.
  • a plurality of rollers 22 are inserted through the support shaft in a state of being inclined upward to the right by 45 degrees with respect to the axle, and the wheel body 21 is rotated. It is rotatably attached to the outer periphery.
  • a movement mechanism comprising two left mecanum wheels 20a and two right mecanum wheels 20b allows pivoting movement and omnidirectional movement.
  • a conventional roller 22 is composed of a pipe member 23 through which a support shaft is inserted and a rubber member 24 fitted to the outer peripheral surface of the pipe member 23 . Since the conventional roller 22 is formed by fitting the rubber member 24 into the pipe member 23, the rubber member 24 needs to have strength so as not to be broken during fitting, and for this reason, a certain degree of thickness is required. Therefore, the structure of the conventional roller 22 is not suitable for miniaturization, and this is an obstacle to miniaturization of the mecanum wheel 20 .
  • the omni wheel is also known as a wheel for realizing an omnidirectional movement mechanism that enables movement in the front-rear and left-right directions.
  • the omni wheel also comprises a wheel body and a plurality of barrel-shaped rollers 22 rotatably mounted on the outer periphery of the wheel body.
  • a plurality of rollers 22 are rotatably attached to the outer periphery of the wheel body by inserting the support shaft in a state orthogonal to the axle.
  • the roller 22 of the conventional omniwheel is also composed of a pipe member 23 through which the support shaft is inserted and a rubber member 24 fitted to the outer peripheral surface of the pipe member 23, which is an obstacle to miniaturization of the omniwheel.
  • an object of the present invention is to provide a technique for miniaturizing the rollers that are rotatably attached to the outer periphery of the wheel body.
  • one aspect of the present invention provides a roller rotatably attached to the outer periphery of a wheel body, the first member having a through hole through which a support shaft is inserted, and the outer periphery of the first member. and a second member covering the face.
  • the first member and the second member are integrally formed by two-color molding.
  • Another aspect of the present invention is a wheel comprising a wheel body and a plurality of rollers rotatably attached to the outer periphery of the wheel body, wherein the rollers are first members having through holes through which support shafts are inserted. and a second member that covers the outer peripheral surface of the first member.
  • the first member and the second member are integrally formed by two-color molding.
  • (a) and (b) are diagrams showing the structure of a conventional mecanum wheel. It is a figure which shows the structure of the wheel of an Example. It is a figure which shows the cross section of a roller and its mounting structure.
  • FIG. 2 shows the structure of the wheel 10 of the embodiment.
  • the wheel 10 includes a wheel body 11 made of a metal frame and a plurality of barrel-shaped rollers 12 rotatably attached to the outer circumference of the wheel body 11 .
  • An axle fixing portion 13 for fixing an axle extending from a moving body (not shown) such as a vehicle is attached to the central portion of the wheel body 11 .
  • the barrel-shaped roller 12 has a through hole passing through the central axis, and a support shaft 14 fixed to the wheel body 11 is inserted through the through hole.
  • the wheel 10 of the embodiment is an omni wheel having a plurality of rollers 12 through which a support shaft 14 perpendicular to an axle (not shown) is inserted.
  • the wheel 10 may be a mecanum wheel provided with a plurality of rollers 12 through which support shafts inclined obliquely (45 degrees) with respect to the axle.
  • the wheel 10 may be an omni wheel or a mecanum wheel, but may also be a special wheel in which a plurality of rollers 12 are rotatably mounted on the outer circumference of the wheel body.
  • FIG. 3 shows a cross section of the roller 12 and its mounting structure.
  • the roller 12 includes a first member 30 having a through hole 40 through which the support shaft 14 is inserted, and a second member 31 covering the outer peripheral surface of the first member 30 .
  • the first member 30 and the second member 31 are integrally formed by two-color molding.
  • the first member 30 is preferably made of a material such as polyacetal resin (POM) or polyetheretherketone resin (PEEK) and has high slidability in the through hole 40 .
  • the first member 30 may be made of a material such as polycarbonate resin (PC) or ABS resin, as long as the through hole 40 can have high slidability by applying a glossy finish or the like.
  • the second member 31 is made of a material such as thermoplastic polyurethane (TPU) or thermoplastic elastomer (TPE), and is used as a tire component that contacts the ground.
  • the second member 31 may be made of thermosetting elastomer such as silicone. Since the first member 30 and the second member 31 are formed by two-color molding as described above, the second member 31 is preferably formed of a material that adheres to the first member 30 . Compared with the conventional roller 22 formed by inserting the rubber member 24 into the pipe member 23, the size reduction of the roller 12 can be realized by integrally forming the first member 30 and the second member 31. ⁇
  • the second member 31 is provided with a substantially uniform thickness T1 on the outer peripheral surface of the first member 30.
  • T1 the thickness of the second member 31 may be set to a constant value within the range of 0.2 mm to 1 mm.
  • the first member 30 has two ends 32 each having an end face 33 . Both end faces 33 of the first member 30 are not covered by the second member 31, and therefore the end faces 33 of the first member 30 are in contact with the wheel body 11 to which the support shaft 14 is fixed.
  • the second member 31 By providing the second member 31 at a position that does not contact the wheel body 11 in this way, the second member 31 is prevented from contacting the wheel body 11 and causing frictional resistance when the roller 12 rotates, and A situation in which the second member 31 is worn can be avoided.
  • the second member 31 of the embodiment covers most of the outer peripheral surface including the central region of the first member 30, but does not cover the outer peripheral surface of both ends 32.
  • the end portion 32 has a thickness T ⁇ b>2 in the axial direction, and the second member 31 is not formed on the outer peripheral surface of the end portion 32 .
  • the second member 31 may cover 80% or more of the axial length of the first member 30 in the cross-sectional view shown in FIG.
  • the second members 31 of the plurality of rollers 12 are arranged seamlessly in the circumferential direction to form the tire of the wheel 10 . Therefore, it is preferable to make the thickness T2 of the end portion 32 where the second member 31 is not provided as small as possible.
  • the axial thickness T2 of the end portion 32 may be set to a value within the range of 0.3 mm to 1 mm.
  • the minimum radial thickness T3 of the first member 30 may be set to a value within the range of 0.4 mm to 2 mm.
  • the two-color molded roller 12 is rotatably attached to the frame structure of the wheel body 11 by the support shaft 14 .
  • the support shaft 14 has a shaft portion 14c that is inserted through the opening 11a of the wheel body 11, the through hole 40 of the first member 30, and the opening 11b of the wheel body 11.
  • a flange portion 14a is provided that protrudes toward the end.
  • the fixed portion 14b which is the other end of the support shaft 14, is fixed to the wheel body 11 with an adhesive.
  • the fixed portion 14 b may be fixed by welding to the wheel body 11 .
  • the diameter D of the shaft portion 14c In order to reduce the size of the roller 12, it is preferable to reduce the diameter D of the shaft portion 14c on the premise that strength is ensured.
  • the support shaft 14 if the diameter D of the shaft portion 14c is less than 1 mm, the support shaft 14 cannot be fixed with a commercially available nut because nuts with a diameter less than 1 mm are not commercially available. Therefore, particularly when the support shaft 14 having a diameter of less than 1 mm is inserted through the through hole 40, the fixed portion 14b of the support shaft 14 is fixed to the wheel body 11 with an adhesive or by welding. preferably.
  • the diameter of the shaft portion 14c of the support shaft 14 for example, diameter D ⁇ 1 mm
  • the present invention can be used for rollers that are rotatably attached to the outer circumference of the wheel body, and wheels that have a plurality of rollers.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

ローラ１２は、支持軸１４が挿通される貫通孔４０を有する第１部材３０と、第１部材３０の外周面を覆う第２部材３１とを備える。第１部材３０と第２部材３１は、２色成形により一体化して形成されている。第２部材３１は、第１部材３０の中央領域を含む外周面の大部分を覆うが、両端部３２の外周面を覆わない。

Description

ローラおよび車輪
　本発明は、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられるローラ、および複数のローラを備える車輪に関する。
　メカナムホイールは、前後方向、左右方向の移動を可能とする全方向移動機構を実現するための車輪として知られている。メカナムホイールは、ホイール本体と、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられた複数の樽形状のローラとを備える。
　図１（ａ）は従来の左メカナムホイール２０ａの構造を示し、図１（ｂ）は従来の右メカナムホイール２０ｂの構造を示す。図１（ａ）に示されるように、左メカナムホイール２０ａにおいては、複数のローラ２２が、車軸に対して左斜め上４５度傾いた状態で支持軸を挿通されて、ホイール本体２１の外周に回転可能に取り付けられる。また図１（ｂ）に示されるように、右メカナムホイール２０ｂにおいては、複数のローラ２２が、車軸に対して右斜め上４５度傾いた状態で支持軸を挿通されて、ホイール本体２１の外周に回転可能に取り付けられる。２つの左メカナムホイール２０ａと２つの右メカナムホイール２０ｂを備える移動機構は、旋回移動および全方向移動を可能とする。
　従来のローラ２２は、支持軸が挿通されるパイプ部材２３と、パイプ部材２３の外周面にはめ込まれるゴム部材２４から構成される。従来のローラ２２は、ゴム部材２４をパイプ部材２３にはめ込んで形成されるため、ゴム部材２４は、はめ込み時に破れない強度を有する必要があり、そのために、ある程度の厚みが必要となる。このため従来のローラ２２の構造は小型化に不向きであり、このことはメカナムホイール２０の小型化の障害となっている。
　なおメカナムホイールと並んで、オムニホイールも、前後方向、左右方向の移動を可能とする全方向移動機構を実現するための車輪として知られている。オムニホイールも、メカナムホイールと同様に、ホイール本体と、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられた複数の樽形状のローラ２２を備える。オムニホイールにおいて複数のローラ２２は、車軸に対して直交する状態で支持軸を挿通されて、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられる。従来のオムニホイールのローラ２２も、支持軸が挿通されるパイプ部材２３と、パイプ部材２３の外周面にはめ込まれるゴム部材２４から構成されており、オムニホイールの小型化の障害となっている。
　そこで本発明は、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられるローラを小型化する技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様は、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられるローラであって、支持軸が挿通される貫通孔を有する第１部材と、第１部材の外周面を覆う第２部材と、を備える。第１部材と第２部材は、２色成形により一体化して形成されている。
　本発明の別の態様は、ホイール本体と、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられた複数のローラとを備える車輪であって、ローラは、支持軸が挿通される貫通孔を有する第１部材と、第１部材の外周面を覆う第２部材と、を備える。第１部材と第２部材は、２色成形により一体化して形成されている。
（ａ）および（ｂ）は、従来のメカナムホイールの構造を示す図である。 実施例の車輪の構造を示す図である。 ローラおよびその取付構造の断面を示す図である。
　図２は、実施例の車輪１０の構造を示す。車輪１０は、金属製フレームで構成されるホイール本体１１と、ホイール本体１１の外周に回転可能に取り付けられた樽形状の複数のローラ１２とを備える。ホイール本体１１の中心部分には、車両などの移動体（図示せず）から延びる車軸を固定するための車軸固定部１３が取り付けられる。樽形状のローラ１２は中心軸を通る貫通孔を備え、当該貫通孔には、ホイール本体１１に固定される支持軸１４が挿通される。
　実施例の車輪１０は、車軸（図示せず）に対して直交する支持軸１４を挿通された複数のローラ１２を備えるオムニホイールである。なお車輪１０は、車軸に対して斜め（４５度）に傾く支持軸を挿通された複数のローラ１２を備えるメカナムホイールであってもよい。車輪１０は、オムニホイールまたはメカナムホイールであってよいが、それ以外に、複数のローラ１２がホイール本体の外周に回転可能に取り付けられる特殊な車輪であってもよい。
　図３は、ローラ１２およびその取付構造の断面を示す。ローラ１２は、支持軸１４が挿通される貫通孔４０を有する第１部材３０と、第１部材３０の外周面を覆う第２部材３１とを備える。第１部材３０と第２部材３１は、２色成形により一体化して形成されている。
　第１部材３０は、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）やポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）などの材料により形成されて、貫通孔４０において高い摺動性を備えることが好ましい。なお光沢仕上げ等することで貫通孔４０に高い摺動性をもたせることができるのであれば、第１部材３０は、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）やＡＢＳ樹脂などの材料により形成されてもよい。
　第２部材３１は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）や熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などの材料により形成されて、地面に接地するタイヤ部品として利用される。第２部材３１は、シリコンなどの熱硬化性エラストマーにより形成されてもよい。上記したように第１部材３０と第２部材３１は２色成形により形成されるため、第２部材３１は、第１部材３０に密着する材料で形成されることが好ましい。ゴム部材２４をパイプ部材２３にはめ込んで形成していた従来のローラ２２と比較すると、第１部材３０と第２部材３１とを一体化して形成することで、ローラ１２の小型化を実現できる。
　実施例において、第２部材３１は、第１部材３０の外周面において、略均一の厚みＴ１で設けられる。第２部材３１を略一定の厚みＴ１で形成することで、車輪１０の回転位置によらず、接地する第２部材３１の沈み込み量を略一定にできる。たとえば第２部材３１の厚みＴ１は、０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲内で一定の値に設定されてよい。
　第１部材３０は、それぞれ端面３３を有する２つの端部３２を備える。第１部材３０の両端面３３は、第２部材３１によって覆われず、したがって支持軸１４を固定するホイール本体１１には、第１部材３０の端面３３が接触する。このように第２部材３１がホイール本体１１に接触しない位置に設けられることで、ローラ１２の回転時に、第２部材３１がホイール本体１１に接触して摩擦抵抗を生じさせる状況を回避し、且つ第２部材３１が摩耗する状況を回避できる。
　実施例の第２部材３１は、第１部材３０の中央領域を含む外周面の大部分を覆うが、両端部３２の外周面を覆わない。端部３２は軸方向に厚みＴ２を有しており、第２部材３１は、端部３２の外周面には形成されない。たとえば第２部材３１は、図３に示す断面視において、第１部材３０の軸方向長さの８０％以上の領域を覆ってよい。オムニホイールにおいて、複数のローラ１２の第２部材３１は、周方向にシームレスに配置されて、車輪１０のタイヤを構成する。そのため第２部材３１が設けられない端部３２の厚みＴ２は、できるだけ小さくすることが好ましい。たとえば端部３２の軸方向厚みＴ２は、０．３ｍｍ～１ｍｍの範囲内の値に設定されてよい。なお第１部材３０の径方向の最小厚みＴ３は、０．４ｍｍ～２ｍｍの範囲内の値に設定されてよい。
　２色成形されたローラ１２は、支持軸１４により、ホイール本体１１のフレーム構造に回転可能に取り付けられる。支持軸１４は、ホイール本体１１の開口１１ａ、第１部材３０の貫通孔４０、ホイール本体１１の開口１１ｂに挿通される軸部分１４ｃを有し、一端側には、軸部分１４ｃよりも径方向に張り出した鍔部１４ａが設けられる。支持軸１４の他端側となる被固定部１４ｂは、ホイール本体１１に接着剤により固定される。被固定部１４ｂは、ホイール本体１１に溶接されて固定されてもよい。
　ローラ１２を小型化するためには、強度を確保できていることを前提として、軸部分１４ｃの径Ｄを小さくすることが好ましい。一方、軸部分１４ｃの径Ｄを１ｍｍ未満とすると、１ｍｍ未満の径のナットは市販されていないため、支持軸１４を市販ナットで固定することはできない。そこで特に、１ｍｍ未満の径の支持軸１４が貫通孔４０に挿通される場合には、支持軸１４の被固定部１４ｂは、ホイール本体１１に接着剤により固定されるか、または溶接により固定されることが好ましい。このように支持軸１４の軸部分１４ｃを小径（たとえば、径Ｄ＜１ｍｍ）化することで、車輪１０の小型化を実現できる。
　以上、本発明を実施例をもとに説明した。上記実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　本発明は、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられるローラ、および複数のローラを備える車輪に利用できる。
１０・・・車輪、１１・・・ホイール本体、１１ａ，１１ｂ・・・開口、１２・・・ローラ、１３・・・車軸固定部、１４・・・支持軸、１４ａ・・・鍔部、１４ｂ・・・被固定部、１４ｃ・・・軸部分、２０ａ・・・左メカナムホイール、２０ｂ・・・右メカナムホイール、２１・・・ホイール本体、２２・・・ローラ、３０・・・第１部材、３１・・・第２部材、３２・・・端部、３３・・・端面、４０・・・貫通孔。

Claims (9)

  1. 　ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられるローラであって、
    　支持軸が挿通される貫通孔を有する第１部材と、
    　前記第１部材の外周面を覆う第２部材と、を備え、
    　前記第１部材と前記第２部材は、２色成形により一体化して形成されている、
    　ことを特徴とするローラ。
  2. 　前記第２部材は、前記第１部材の両端面を覆わない、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のローラ。
  3. 　前記第２部材は、前記第１部材の両端部の外周面を覆わない、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のローラ。
  4. 　前記第２部材は、前記第１部材の外周面において、略均一の厚みで設けられる、
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のローラ。
  5. 　前記貫通孔は、１ｍｍ未満の径の支持軸を挿通される、
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のローラ。
  6. 　ホイール本体と、ホイール本体の外周に回転可能に取り付けられた複数のローラとを備える車輪であって、
    　前記ローラは、
    　支持軸が挿通される貫通孔を有する第１部材と、
    　前記第１部材の外周面を覆う第２部材と、を備え、
    　前記第１部材と前記第２部材は、２色成形により一体化して形成されている、
    　ことを特徴とする車輪。
  7. 　前記支持軸の一端側は、前記ホイール本体に接着剤により固定され、または溶接されて固定される、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の車輪。
  8. 　前記第２部材は、前記支持軸が取り付けられる前記ホイール本体に接触しない位置に設けられる、
    　ことを特徴とする請求項６または７に記載の車輪。
  9. 　前記車輪は、オムニホイールまたはメカナムホイールである、
    　ことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の車輪。
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