農用車輪

【課題】スポークとボスとの溶接部分が損傷し難い農用車輪を提供する。
【解決手段】農用車輪１は、円環状のリム４と、一端がリムに接続され他端がリムの中心に向けて延びた管状の複数のスポーク６，６，６，６と、リムの内側においてスポークの他端を接続するボス５と、直交する２つの端縁を有するボス補強パッチ８と、を有する。農用車輪は、ボス補強パッチは、直交する端縁の一方をボスの軸心方向に一致させてボスの外周に固着され、直交する端縁の他方をスポークの軸心方向に一致させてスポークの外周に固着されて形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤を走行する田植機等の農業機械に装着される農用車輪に関する。
【背景技術】
【０００２】
水田および畑等で使用される農業機械に装着される農用車輪は、通常、金属製の円管が円環状に曲げられて形成されたリム、リムの中心に配されたボス、およびボスとリムとを連結する径方向に伸びた複数のスポークによって農業機械からの加重を支える。農用車輪は、このような構造によって、車軸から農用車輪に加えられる径方向の力、即ちスポークに加わる圧縮力に対して、十分な強度を有する。
【０００３】
一方、農用車輪における円管のスポークは、車軸方向からの外力により生ずる曲げモーメントに対しては、必ずしも十分な曲げ強度を有しない。そこで、車軸方向の外力による曲げモーメントに対して強度を高めるために、楕円形の管をその断面形状の長径が車軸方向となるようにしてスポークを形成する技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４８７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で開示されたように、スポークを楕円管で形成すると、車軸方向の外力による曲げモーメントに対する強度を高めることができ、スポークの変形を防止することができる。
しかし、これとは別に、スポークに加えられる外力により、スポークとボスとの溶接部分に応力が集中し、大きな段差を乗り越える時の衝撃等によって溶接部分が損傷（破断）し易い。また、繰り返し外力が加えられることにより溶接部分が疲労し、割れから破断が生じ易いという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、スポークとボスとの溶接部分が損傷し難い農用車輪を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る農用車輪は、円環状のリムと、一端が前記リムに接続され他端が前記リムの中心に向けて延びた管状の複数のスポークと、前記リムの内側において前記スポークの前記他端を接続するボスと、直交する２つの端縁を有するボス補強パッチと、を有し、前記ボス補強パッチは、直交する前記端縁の一方を前記ボスの軸心方向に一致させて前記ボスの外周に固着され、直交する前記端縁の他方を前記スポークの軸心方向に一致させて前記スポークの外周に固着される。
【０００８】
好ましくは、前記ボス補強パッチは、前記スポークに固着された前記端縁の全長が前記スポークの長さの５％以上である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、スポークとボスとの溶接部分が損傷し難い農用車輪を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は農用車輪における鉄車の正面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図４は歪みの大きさを求めたときの力を加えた場所および方向等を示す図である。
【図５】図５はスポーク比とボス側スポーク端における歪み比との関係を示す図である。
【図６】図６は他の条件でのスポーク比とボス側スポーク端における歪み比との関係を示す図である。
【図７】図７は他の条件でのスポーク比とボス側スポーク端における歪み比との関係を示す図である。
【図８】図８は他の条件でのスポーク比とボス側スポーク端における歪み比との関係を示す図である。
【図９】図９はスポーク比とパッチ接合端直近における歪み比との関係を示す図である。
【図１０】図１０は他の条件でのスポーク比とパッチ接合端直近における歪み比との関係を示す図である。
【図１１】図１１は他の条件でのスポーク比とパッチ接合端直近における歪み比との関係を示す図である。
【図１２】図１２は他の条件でのスポーク比とパッチ接合端直近における歪み比との関係を示す図である。
【図１３】図１３は種々の形状のボス補強パッチを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は農用車輪１における鉄車２の正面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
農用車輪１は、鉄車２鉄車２および弾性輪体３からなる。
鉄車２は、リム４、ボス５、スポーク６，６，６，６および補強板７、ボス補強パッチ８，８，８，８等からなる。
【００１２】
リム４は、金属製の管が円環状に曲げられ、両端が溶接等により接続されたものである。農用車輪１は、円管でリム４が形成されている。
ボス５は、農用車輪１を農業機械に装着するとき、農業機械の車軸端を貫通させるためのものであり、全体として形状が円筒状である。ボス５は、リム４の中心と同心に配置されている。
【００１３】
スポーク６は、金属製の円管で形成される。スポーク６，６，６，６は、ボス５から放射状にリム４に向けて延び、一端がボス５に他端がリム４にそれぞれ溶接により固着されている。
補強板７は、板材で形成され、全体として正方形の各辺を内方に湾曲する円弧に置き換えた形状を有する。補強板７は、正方形の対角線上に断面が円弧状の凹みである対角溝１１，１１が設けられている。対角溝１１は、補強板７の一方の面においては溝であり、他方の面においては凸状の帯である。補強板７の一方の面を「おもて面１２」という。対角溝１１，１１の内径は、スポーク６の外径に等しいかまたはこれよりも若干大きい。
【００１４】
補強板７は、その中心にボス５の外径と等しいまたはこれより大きな径を有するボス孔１３が貫通する。ボス孔１３は、対角溝１１，１１を２分している。
補強板７は、ボス孔１３にボス５を貫通させ、対角溝１１，１１にスポーク６，６，６，６が入れられて、溶接によりスポーク６，６，６，６に固着されている。
ボス補強パッチ８は、形状が直角三角形の板材で形成される。ボス補強パッチ８は、直角をなす２辺の一方がスポーク６の外周の母線に沿って、２辺の他方がボス５の外周の母線に沿って、これらに溶接で固着されている。ボス補強パッチ８は、スポーク６を補強するリブの役割を果たす。
【００１５】
弾性輪体３は、リム４にゴム等の弾性材料を被覆して焼き付け（加硫接着）することにより形成される。弾性輪体３は、本体１７、ラグ１８，…，１８および羽根板（羽根ラグ）１９，…，１９を有する。
ラグ１８は、本体１７から径方向外方に突出し、等間隔に配された複数が１ブロックとなっている。
【００１６】
羽根板１９は、複数のラグ１８，１８，１８からなる各ブロックの間に配され、本体１７から車軸方向の両側に突出している。
上記のように形成された農用車輪１は、ボス補強パッチ８，８，８，８がボス５とスポーク６，６，６，６とに固着されていることにより、スポーク６に加わる外力によってボス５とスポーク６との溶接部分に生ずる応力を減少させ、この溶接部分の破損が防止される。
【００１７】
次に、農用車輪１が軸方向の力を受けたときのボス補強パッチ８によるスポーク６とボス５との溶接部分に生ずる応力低減について説明する。材料に生ずる応力値と歪みの大きさとは比例することから、スポーク６に生ずる応力の大きさ（相対値）を、歪みの大きさを測定して代用した。
図４は歪みの大きさを求めたときの力を加えた場所および方向を示す図である。図４において力（荷重）の方向を矢印で示す。
【００１８】
歪みの測定は、実質的に荷重を支える鉄車２を対象とし、スポーク６におけるボス５との溶接部分直近（図４における部分Ｍ１）およびボス補強パッチ８の径方向外方端直近（図４における部分Ｍ２）に取り付けた歪みゲージにより行った。
使用した歪みゲージは、金属材料の電気抵抗値が歪みにより変化することを利用し、抵抗の変化をホイートストンブリッジ回路により電圧の変化に換えて歪みの程度を測定するもので、公知の技術である。
【００１９】
以下、「スポーク６におけるボス補強パッチ８の径方向外方端」を「パッチ接合端」といい、スポーク６における「パッチ接合端」の直近を「パッチ接合端直近」という。
図４における条件１は、リム４とスポーク６との交点に、軸方向におけるボス補強パッチ８とは反対の側から外力を加えた場合を示す。図４における条件２は、リム４における、２本のスポーク６，６がそれぞれリム４と交差する点の中間点に、条件１と同じ方向からの外力を加えた場合を示す。なお、例えば「リム４とスポーク６との交点」等における「点」とは、リム４の軸心とスポーク６の軸心とが交わる点であり、「中間点」とは、リム４の軸心上における該当する点をいう。
【００２０】
鉄車２は、ボス５を固定して移動しないものとし、加えた外力の大きさは２５０ｋｇｆである。
測定に使用した鉄車２の共通する条件として、リム４は外径を３４ｍｍ、肉厚を２．３ｍｍおよび軸心基準の径を８５９ｍｍに、スポーク６は外径を３１．８ｍｍ、肉厚を３．２ｍｍおよび長さＳＬを３８４ｍｍに、ボス５は外径を５７ｍｍに、ボス補強パッチ８は高さＨ（ボス５と接合された長さ、図４参照）を２０ｍｍに統一した。また、補強板７は、対角方向（対角溝１１方向）の大きさが６４０ｍｍであり、９０度の間隔を有する対角溝１１，１１間の内方に湾曲する円弧状の端縁の曲率半径は３００ｍｍである。
【００２１】
以上の条件により、スポーク６におけるボス５との溶接部分直近およびボス補強パッチ８の径方向外方端直近の歪みを計測した結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１における「スポーク比」は、スポーク６の長さＳＬに対するボス補強パッチ８の同方向（スポーク６長手方向）長さＰＬの割合（ＰＬ÷ＳＬ）である。以下、この割合を「スポーク比」という。なお、スポークの長さＳＬは、その両端では端縁が平面上に存在し得ないため、外周の母線の最短長さを採用した。
表１における補強板７の「抱き込み」欄は、図３を参照して、スポーク６を収容する対角溝１１の深さＤｈである。
【００２４】
表１の「ボス部直近」とは、スポーク６におけるボス５との溶接部分直近（図４の部分Ｍ１）をいい、「ボスに最遠」とは、パッチ接合端直近（スポーク６におけるボス補強パッチ８の径方向外方端直近（図４の部分Ｍ２））をいう。
表１の「歪み比」は、ボス補強パッチ８を有しない鉄車２におけるスポーク６のボス直近の歪みの大きさを１としたときのこれに対する各歪みの大きさの割合である。
【００２５】
表１における、ボス補強パッチ８の厚み、補強板７の厚みおよび補強板７の抱き込み（深さ）が共通するデータにより、スポーク比と歪み比との関係を調べた結果を、条件１について図５〜図８に、および条件２について図９〜図１２に示す。
ボス５とスポーク６との接合部分からスポーク外方に伸びたボス補強パッチ８を設けた場合、図５〜図８から、スポーク６のボス５に接合される部分に生ずる歪みが激減することがわかる。また、図５〜図８から、条件１および条件２のいずれにおいてもスポーク比を５％以上とすれば、ボス５とスポーク６との溶接箇所に生ずる歪み、つまり応力が大きく減少することがわかる。なお、スポーク比の上限は、鉄車２の重量、コスト等を考慮して１００％以下の任意に設定可能である。
【００２６】
一方で、ボス５とスポーク６との接合部分からスポーク外方に伸びたボス補強パッチ８を設けた場合、その構造から、条件１または条件２のような外力が加わると、スポーク６におけるボス補強パッチ８の径方向外方端には、外力およびボス補強パッチ８からの反力によって大きな圧縮応力（歪み）が生ずる。図９〜図１２は、この大きな圧縮応力が生ずる部分の直近（Ｍ２）に生ずる歪みと、同一条件下でスポーク６におけるボス５との溶接部分直近（Ｍ１）に生ずる歪みとの比を、スポーク比との関係で示すものである。
【００２７】
図９〜図１２から、パッチ接合端直近に生ずる歪みは、条件１および条件２のいずれもスポーク比が１０％未満ではスポーク比の増加によりゆるやかに減少し、スポーク比が１０％以上になると歪みの減少の程度が増加する。また、より大きな歪みが生ずる条件１については、スポーク比が１５〜１９％以上で、パッチ接合端直近に生ずる歪みが、スポーク６におけるボス５との溶接部分直近（Ｍ１）に生ずる歪みよりも小さくなる。
【００２８】
パッチ接合端直近に生ずる歪みがスポーク６におけるボス５との溶接部分直近（Ｍ１）に生ずる歪みよりも小さくなるスポーク比は、補強板７の厚み、補強板７の抱き込み深さおよびボス補強パッチ８の厚み等の条件が若干影響すると考えられる。そこで、スポーク比と歪み比との関係にこれらの条件による一定の幅があるとすると、図９〜図１２からいずれもいずれもスポーク比が１７％以上になると、歪み比が９５％〜１０４％以下となる。
【００２９】
以上をまとめると、スポーク比を５％以上とすることにより、ボス５とスポーク６との溶接箇所が損傷しにくい農用車輪１を実現することができる。
また、スポーク比を１０％以上とすれば、ボス補強パッチ８を設けたことによるパッチ接合端に生ずる応力を効果的に減少させることができる。
パッチ接合端に生ずる大きな応力（歪み）は、ボス５とスポーク６との溶接箇所の損傷防止効果と引き換えに生ずるものである。スポーク比を１７％以上とすることにより、パッチ接合端に生ずる応力を効果的に減少させることができ、かつパッチ接合端に生ずる応力を、スポーク６におけるボス５との溶接部分直近（Ｍ１）に生ずる応力並みに抑えることができる。
【００３０】
図１３は種々の形状のボス補強パッチ８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅを示す図である。
図１３０（ａ）は、その形状が上底および下底と他の１つの辺とが直交する台形のボス補強パッチ８Ｂであり、下底（平行な１組の辺のうち長い辺）がボス５に、上底および下底に直交する辺がスポーク６に溶接により固定される。
図１３（ｂ）のボス補強パッチ８Ｃは、（ａ）と同様にその形状が上底および下底と他の１つの辺とが直交する台形である。ただし、下底（平行な１組の辺のうち長い辺）は台形の高さよりも長く、下底がスポーク６に、上底および下底に直交する辺がボス５に溶接により固定される。
【００３１】
図１３（ｃ）のボス補強パッチ８Ｄは、（ａ）におけるボス５およびスポーク６のいずれにも溶接されない斜辺を、内方に湾曲する曲線に置き換えた形状である。
図１３（ｄ）のボス補強パッチ８Ｅは、図１３（ｃ）のボス補強パッチ８Ｄにおける内方に湾曲する曲線を外方に湾曲する曲線に置き換えた形状である。
ボス補強パッチ８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅのいずれも、上述したボス補強パッチ８と同様に、スポーク６とボス５との溶接による接合部分の応力を低減させることができる。また、そのスポーク比も、ボス補強パッチ８と同様に略５％以上でその顕著な効果を期待できる。
【００３２】
ボス補強パッチは、ボス５およびスポーク６の溶接部分に施工でき、これらをリブのように結合するものであれば、ボス補強パッチ８，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅの形状に限定されない。
ボス補強パッチ８，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅは、スポーク６の肉厚を増加させまたはスポーク６の材質を高強度のものに変更することなく、および他の補助鋼材を追加溶接することなく、スポーク６のボス５溶接部近辺での損傷を防ぐことができ、低コストで農用車輪１の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
上述の実施形態において、ボス補強パッチ８，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅは、直交する２つの端縁を有すれば、板状でなく、他の形態であってもよい。また、鉄車２を４つのスポークではなく、例えば１２０度間隔の３つのスポーク、または７２度間隔の５つのスポークを有するものとしてもよい。そのような鉄車においても、ボス補強パッチ８，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅは鉄車２におけると同様に、ボス５とスポーク６との溶接部分に生ずる応力を低下させ、この部分の破損を防止することができる。
【００３４】
ボス５およびスポーク６とボス補強パッチ８，８Ｂ〜８Ｅにおける直交する２つの辺（端縁）の互いに異なる一方との溶接は、それぞれの辺全長に渡り行っても、また強度が確保できる範囲で辺（端縁）の一部について行ってもよい。
その他、農用車輪１、および農用車輪１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、軟弱地盤を走行する田植機等の農業機械に装着される農用車輪に利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１農用車輪
４リム
５ボス
６スポーク
８，８Ｂ〜８Ｅボス補強パッチ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のリムと、
一端が前記リムに接続され他端が前記リムの中心に向けて延びた管状の複数のスポークと、
前記リムの内側において前記スポークの前記他端を接続するボスと、
直交する２つの端縁を有するボス補強パッチと、を有し、
前記ボス補強パッチは、
直交する前記端縁の一方を前記ボスの軸心方向に一致させて前記ボスの外周に固着され、
直交する前記端縁の他方を前記スポークの軸心方向に一致させて前記スポークの外周に固着された
ことを特徴とする農用車輪。
【請求項２】
前記ボス補強パッチは、
前記スポークに固着された前記端縁の全長が前記スポークの長さの５％以上である
請求項１に記載の農用車輪。

【図１】