JP2000158903A - ブレーキ機構付き脚輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作性、安全性に優れたブレーキ機構付きの脚
輪を提供する 【解決手段】機能性流体を用いたブレーキ機構２４を車
輪２１に取り付け脚輪とする。特に機能性流体として電
気粘性流体あるいは磁気粘性流体を用い、移動体と前方
の物体との距離を検出するセンサ３１からの信号に応じ
て機能性流体を変化させてブレーキ機構が作動するよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術的分野】本発明は、車輪を有する脚
輪に関し、特に、移動時や停止時の安全性がより向上す
るようにしたものであり、運搬車、台車（可搬の家具、
装置等）、乳母車等に幅広く利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】車輪の付いた脚輪は古くから簡便な移動
体の補助手段として、各種の運搬用台車、可搬の装置、
設備あるいは旅行ケース、歩行器等に使用されている。
これらの脚輪の内、小型の脚輪には一般に移動速度や停
止位置を調整するブレーキが取り付けられることは少な
く、確実な一時停止や長期の固定が必要な場合に機械的
なロックが取り付けられる程度である。

【０００３】移動速度や停止位置の調整が必要な脚輪に
は、機械式あるいは油空圧式のブレーキレバーを手動で
操作して機械的な摩擦力でブレーキがかかるようにした
ものもある。周囲の状況をセンサ等で関知してその信号
に基づいてモータ等のアクチュエータが作動してブレー
キがかかるようにしたもの（例えば、特開平７−１８４
９６６号公報参照）や、車輪の回転によって発生する電
流を用いて磁気ブレーキが自動的にかかるようにしたも
の（例えば、Ｒｅｍｏｔｅｘ社製「ＭＣＷ」）等もあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】移動速度や停止位置の
調整を可能とした上記のような脚輪には、次のような問
題点がある。即ち、ブレーキレバー等の手動操作でブレ
ーキがかかるものは、体力あるいは判断力の弱った高齢
者や障害者には安全な取り扱いが難しくなる。センサ信
号に基づいてアクチュエータが作動してブレーキがかか
るものは、機構が複雑で嵩も高くなり実用には向かな
い。車輪の回転速度に比例して電磁ブレーキがかかるも
のは、速い速度での移動には余分のエネルギーが必要と
なる。

【０００５】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、コンパ
クトな機構で安全に移動速度や停止位置の調整ができる
ブレーキ機構付き脚輪を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】近年、レオロジー的特
性、例えば粘性や弾性が電場や磁場等の外部刺激により
大きく変化し、その変化が瞬間的でかつ可逆的である機
能性流体が開発されてきた。例えば、電場により変化す
る電気粘性流体（ＥＲ流体）、磁場により変化する磁気
粘性流体（ＭＲ流体）、電場にも磁場にも応答して変化
する電気磁気粘性磁流体（ＥＭＲ流体）等があげられ
る。本発明者等はこれらの流体を用いたブレーキ機構に
注目し、これを脚輪に応用することにより、移動速度や
停止位置の調整ができる安全性の高い脚輪を実現できる
のではと考え、検討を重ねた結果本発明に到達した。

【０００７】即ち、上記目的を達成するために、請求項
１に係る発明であるブレーキ機構付き脚輪は、機能性流
体を用いたブレーキ機構を有し、前記機能性流体の状態
を所定のセンサ出力に基づいて制御するようにした。ま
た、上記目的を達成するために、請求項２に係る発明
は、上記請求項１に係る発明であるブレーキ機構付き脚
輪において、前記所定のセンサは、当該ブレーキ機構付
き脚輪が取り付けられた移動体若しくはその利用者の状
態を検出するセンサであり、そのセンサ出力が所定のし
きい値を越えた場合に前記機能性流体の状態を変化させ
て制動力を発生させるようになっている。

【０００８】そして、請求項３に係る発明は、上記請求
項２に係る発明であるブレーキ機構付き脚輪において、
前記所定のセンサは、前記移動体若しくはその利用者の
動き、姿勢又は衝突危険性に関する物理量を検出するセ
ンサである。ここで、本発明における脚輪とは、固定軸
を中心に軸受けを介して回転する円盤状の部材あるいは
その組み合わせからなる車輪（図４、図５参照）、また
は、回転軸を持つ円盤状の部材あるいはその組み合わせ
からなる車輪（図２、図６参照）を備えていて、固定軸
または回転軸を支持した状態で車輪が自由に回転できる
ようにしたものである。

【０００９】このような脚輪は、通常、一台の架台に２
個以上、一般には４個取り付けられており、本発明の機
能性流体を用いたブレーキ機構が取り付けられた脚輪
は、それらの一部あるいは全部の脚輪に取り付けられる
ことで効果を示す。機能性流体を用いたブレーキ機構と
しては、支持されている回転軸、あるいは固定軸を有す
る円盤状部材及び多重円筒状部材を組み合わせたユニッ
ト（回転側部材）と、その回転軸が回転自在に支持され
た、または固定軸が支持されたユニット（支持側部材）
とを組み合わせて構成され、かつ組み合わされたユニッ
ト同士の間隙に機能性流体を充填したものがある。

【００１０】例えば、回転軸を持つ円盤に固定された外
筒と内筒からなる回転体（回転側部材）と、その回転体
を回転自在に支持する軸受ユニット（支持側部材）との
間の間隙に機能性流体が充填されたもの（図１参照）、
あるいは回転中心軸を持つ複数枚の円盤（回転側部材）
と、その軸受けユニット（支持側部材）との組み合わせ
からなりその間隙に機能性流体が充填されたもの（図６
参照）、あるいは中心に固定軸を有する円盤（回転側部
材）とその固定軸を中心に回転する軸受けユニット（支
持側部材）の間隙に機能性流体が充填されたもの（図
４、図５参照）等があり、その機能性流体の粘性が、電
場や磁場、剪断速度等の外部刺激により変化して、他方
の円筒あるいは円盤の回転を静止あるいは抑制する機構
を備えるもの等が考えられる。本発明においては、ブレ
ーキ機構そのものが車輪の構成部分であっても良く（図
４、図５、図６参照）、ブレーキ機構が車輪とは独立し
ていても構わない（図２参照）。

【００１１】このようなブレーキ機構は例えば、架台で
複数個の脚輪の少なくとも一の脚輪がこのブレーキ機構
を有していると効果がある。また、複数個の車輪の内、
少なくとも一つ以上の脚輪が、架台との接合部で脚輪が
自由な進行方向を取ることが出来るいわゆるキャスター
構造であることが望ましい。

【００１２】本発明で言う機能性流体とは、前述の如く
電場や磁場、剪断速度等の外部刺激によりその粘性が変
化する流体である。このような流体としてはＥＲ流体、
ＭＲ流体、ＥＭＲ流体等があり、それらの代表的なもの
については、「ＥＲ流体の開発と応用」（シーエムシー
社、１９９４年）や工業材料、４２巻、Ｎｏ．３、１０
１頁（日刊工業新聞社、１９９４年）、第５回ＥＲＦ＆
ＭＲＦ国際会議予稿集Ｌｏｒｄ社報告（英国、５４５
頁、Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、１９９５
年）、ＢＡＳＦ社カタログ「Ｎａｎｏ−ＭＲ Ｆｌｕｉ
ｄｓ」（１９９４年４月）に記載されている。中でもＥ
Ｒ流体やＭＲ流体は応答性や制御性がよく、好ましい。
とりわけ、ＥＲ流体は作動に高電界が必要ではあるがブ
レーキ機構とした際の構造がシンプルになり消費電力も
極めて僅かであり好ましい。またＭＲ流体も若干消費電
力は高いが大きな抑制力が得られ易く好ましい。なおＥ
Ｒ流体には電界をかけた際にビンガム流動を示す分散系
とニュートン流動を示す均一系の２種があり、本発明に
はいずれのタイプの流体も使用することができるが、均
一系は速度に合わせた抑制力が自動的に得られるため、
本用途には特に好ましい。

【００１３】電場や磁場で応答するＥＲ流体、ＭＲ流体
あるいはＥＭＲ流体を機能性流体として使用したブレー
キ機構の場合、この作動は流体への電場や磁場の印加で
制御される。これらの印加は、従来の機械式ブレーキの
レバーのように、操作者が移動速度や停止位置を調整し
たり危険を感じた際にレバーやボタンを操作して行うこ
とも可能であるが、機械式とは異なり電場や磁場（実質
的には電圧）の印加で簡単に作動することから、架台が
危険物に近づいたり操作者が危険に陥った際に、自動的
にそれを検出してブレーキを作動させるセンサと連動さ
せて使用することができ、操作者への便宜性や安全性を
一段と向上させることができる。

【００１４】本発明に用いられる所定のセンサとして
は、速度、角速度、加速度、角加速度の動きに関する物
理量を検知するセンサ、傾斜度等の姿勢に関する物理量
を検知するセンサ、周辺の他の物体（例えば、壁や人）
までの距離等の衝突危険性に関する物理量等があり、こ
れらは脚輪が取り付けられる移動体（例えば、運搬車、
台車、乳母車等）の本体、たとえば脚輪近傍、あるいは
使用者の身体、たとえば腰部や背部、に設置される。

【００１５】そして、所定のセンサは、移動体が急激に
後方や斜め前方に動き出したり、利用者が後方や斜め前
方に倒れ始めり、移動体が危険物に近づいた際に、それ
を検知して電場や磁場を機能性流体に印加して、ブレー
キ機構を働かせて、危険物との衝突や利用者の転倒を防
止する。従ってこの種のブレーキ機構の場合には、セン
サの他にセンサの作動やセンサ信号に基づき電場や磁場
（実質的には電圧）を発生させる電源およびその制御器
が必要である。なお電源は通常は小さなバッテリーの設
置で済み、架台や脚輪近傍等に取り付けることができ
る。衝突や転倒の防止のためのセンサ以外にも、接触情
報の検出用の接触センサ、音声検知用のセンサ等も使用
することができる。

【００１６】以下本発明の内容を具体例でもって詳細に
説明する。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１にＥＲ流体
を用いた２重円筒式のブレーキ機構の断面構造を示す。
金属製の回転軸１には、径の異なる二つの金属製の円筒
２および３が同軸に取り付けられた金属製の円盤４が直
結されている。

【００１８】また、円板４よりも大径の円筒５と側板６
および７はブレーキ本体のケースを兼ねており、絶縁性
のエンジニアリング・プラスチィック（ポリアセター
ル）でできている。側板６の内面側には、プラスチック
製の円筒８および９が同軸に一体成形されるとともに、
側板６の内径側には軸受け１０が取り付けられている。
金属製の軸受け１０は、押さえ板１１で固定されてい
る。

【００１９】そして、円筒５と２、２と８、８と３、３
と９の間隙（各々２ｍｍ）、側板６と円筒２および３の
間隙（各々５ｍｍ）、円盤４と円筒８および９の間隙、
および円盤４と側板７の間隙（２ｍｍ）のそれぞれに
は、ＥＲ流体１２が、Ｏリング１３でシールされ充填さ
れている（図１ではＥＲ流体１２が充填された部分を細
かい点で示している。）。

【００２０】円盤４および円筒２および３（これらは一
方の電極面となる）に対面する、外筒５、側板６および
７、円筒８および９の各々の内面は、Ｏリング１３の近
辺を除き金属メッキが施されて他方の電極面として通電
するようになっている。側板６の金属メッキ面から導線
１４が、また軸受け１０（金属製の回転軸１と電気的に
導通）から導線１５が引き出されており、これらを通し
てＥＲ流体に電圧がかけられるようになっている。

【００２１】図２は、図１のＥＲ流体を用いたブレーキ
機構を車輪と独立して具備した脚輪の断面を示す。車輪
２１の回転軸２２は、ジョイント２３でＥＲ流体ブレー
キ２４の回転軸２５と連結している。そして外部からの
信号に基づいて電圧を印加するための高電圧発生装置
（昇圧装置）２６が取り付けられている。また、車輪２
１およびＥＲ流体ブレーキ２４は、回転軸２９を中心に
回転できるように台座２８に取り付けられている、いわ
ゆるキャスター構造になっている。

【００２２】図３は、対向する２組の辺からなる架台３
３の四隅に４個の脚輪が取り付けられた台車の斜視図で
ある。取り付けられた脚輪の内、架台の短辺に沿って取
り付けられた２つの脚輪には、少なくとも図２に示す脚
輪が取り付けられている。台車の架台３３に取り付けら
れた距離センサ３１は、台車が危険物に接近した際に、
それを検知してその信号を制御器３２に送るようになっ
ており、制御器３２はその信号の情報に応じて、台車と
危険物との間の距離が所定しきい値を越えた場合（下回
った場合）に、ＥＲ流体ブレーキ２４に印加すべき電圧
を演算して昇圧装置２６に信号を送る。

【００２３】昇圧装置２６は、バッテリー３５からの低
い一定電圧を制御器の演算した所定の電圧に昇圧してＥ
Ｒ流体ブレーキ２４に印加する。ＥＲ流体は、昇圧装置
２６から印加された電圧に応じて粘性が変わるため、ブ
レーキのかかり具合が調整される。もちろん制御器３２
は昇圧装置２６が一定の電圧をオン・オフで発生するよ
うに信号を送ることも可能である。特にニュートン流動
をする高分子液晶系ＥＲ流体を用いると速度に合った静
止力が得られるため、制御器３２はいちいち電圧を演算
する必要がなく、一定の電圧をオン・オフで発生させる
ようにすればよく、制御が簡単になるとともにブレーキ
としての安定性が増す。

【００２４】なお台車には、手動でＥＲ流体ブレーキ２
４を操作するためのブレーキレバー３６も取り付けられ
ている。ＥＲ流体ブレーキ２４は切り替えスイッチ（図
示されず）によりセンサ３１からの信号またはブレーキ
レバー３６の操作のいずれからも作動できるようになっ
ている。 （実施の形態２）図４は、車輪の内部にＥＲ流体ブレー
キ機構を具備した脚輪の断面である。

【００２５】この実施の形態における車輪は、エンジニ
アリング・プラスチック製の２枚の側面円盤４０とタイ
ア部４１からなり、金属製の軸受け１０を介して固定軸
４２を中心に回転する。固定軸４２には、エンジニアリ
ング・プラスチック製の円盤４３が接合されている。

【００２６】側面円盤４０および円盤４３の相対向する
表面には、金属メッキが施されて電極が形成されてい
る。またこれらの間隙（２ｍｍ）には、Ｏリング１３で
シールされたＥＲ流体１２が充填されている。表面を絶
縁被覆した導線４４が、固定軸４２の中を通して固定円
盤４３の電極面と導通している。

【００２７】側面円盤４０内部の電極形成面は、導線４
５により、金属製の軸受け１０および固定軸４２を通し
て通電できるようになっている。車輪軸受けのフレーム
４６の一方には、高電圧発生装置（昇圧装置）２６が取
り付けられている。ＥＲブレーキ機構を内蔵する車輪
は、フレーム４６と回転軸２９により台座２８に固定さ
れており、実施例１と同様に回転軸２９を中心に回転で
きるキャスター構造になっている。 （実施の形態３）図５は、車輪自体の内部に、ＭＲ流体
ブレーキ機構を具備した脚輪の断面である。

【００２８】この実施の形態における車輪も、エンジニ
アリングプラスチック製の２枚の側面円盤４０とゴム製
のタイア部４１からなり、金属製の軸受け１０を介して
固定軸４２を中心に回転する。固定軸４２にはアルミニ
ウム製の円盤４３が固定されている。

【００２９】円盤４３の外周には、その両面を取り挟む
ようにコイル５２を巻いた断面がコの字型の電磁石５３
が形成されている。側面円盤４０と円盤４３の間隙
（３．０ｍｍ）および電磁石５３と円盤４３の間隙（３
ｍｍ）には、Ｏリング１３でシールされたＭＲ流体５１
が充填されている。コイル５２に電流を流す導線４４お
よび４５が左右の側面円盤４０の中を通して設置され金
属製の軸受け１０を通して車輪外部に導かれ、コイル５
２に通電できるようになっている。これら車輪外部に導
かれた導線４４および４５は、電圧発生装置（図示せ
ず）に接続している。バッテリ（図示せず）を電源とす
る上記電圧発生装置は、センサ（図示せず）からの信号
に基づいて電流値を演算する制御器（図示されず）の指
示通りの電流をコイル５２に流す。ＭＲ流体ブレーキ機
構を内蔵する車輪は、フレーム４６と回転軸２９により
台座２８に固定されており、台座２８は実施の形態１と
同様に回転軸２９を中心に回転できるキャスター構造に
なっている。 （実施の形態４）図６は、ＥＲ流体をブレーキ機構とす
る２個の車輪からなる脚輪の断面図を示す。金属製の回
転軸４２には、中央部に４枚の金属製の円盤５４が、ま
た両端には車輪２１が取り付けられている。

【００３０】樹脂製の円筒５には３枚の樹脂製の中空円
盤（フィン）５５が取り付けられており、円筒５４およ
び中空円盤５５の表面の内、円盤５４に対向する面およ
び樹脂製の側板１６の円盤５４と対向する面には電極面
とするために金属メッキが施されている。

【００３１】円盤５４と中空円盤５５の間隙（２ｍ
ｍ）、および側板１６と円盤５４の間隙（２ｍｍ）に
は、高分子液晶系のＥＲ流体１２が、Ｏリング１３によ
りシールされ封入されている。回転軸４２は、金属製の
軸受け１０により自由に回転することができる。樹脂製
の円筒５にはフレーム２７が取り付けられ回転軸２９を
介して台座２８に繋がっている。ＥＲ流体１２への電圧
の印加は、導線４４および４５を通して行われる。円盤
５４の表面の電極には、金属製の回転軸４２および軸受
け１０を通して通電している。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回機能性流体の状態を変化させることにより制動力を発
生させるブレーキ機構を有し、そのブレーキ機構を所定
のセンサ出力に応じて作動させるようにしたため、移動
速度や停止位置の制御性や移動の安全性の高いコンパク
トな移動機構を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるブレーキ機構の
断面図である。

【図２】実施の形態１の脚輪の構成を示す正面図であ
る。

【図３】実施の形態１の脚輪を台車に適用した例を示す
斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態２の構成を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態３の構成を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態４の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１．回転軸（金属製） ２．円筒（金属製） ３．円筒（金属製） ４．円盤（金属製） ５．外筒（ポリアセタール） ６．側板（ポリアセタール） ７．側板（ポリアセタール） ８．円筒（プラスチック製） ９．円筒（プラスチック製） １０．軸受け（金属製） １１．押さえ板 １２．ＥＲ流体 １３．Ｏリング １４．導線 １５．導線 ２１．車輪 ２２．回転軸 ２３．ジョイント ２４．ＥＲ流体ブレーキ ２５．回転軸 ２６．高電圧発生装置（昇圧装置） ２７．フレーム ２８．台座 ２９．回転軸 ３１．センサ ３２．制御器 ３３．架台本体 ３４．台車フレーム ３５．バッテリー ３６．ブレーキレバー ４０．側面円盤 ４１．タイア部 ４２．固定軸 ４３．固定円盤 ４４．導線 ４５．導線 ４６．車輪軸受けフレーム ５１．ＭＲ流体 ５２．コイル ５３．電磁石 ５４．外筒 ５５．中空円盤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機能性流体を用いたブレーキ機構を有
   し、前記機能性流体の状態を所定のセンサ出力に基づい
   て制御するようになっていることを特徴とするブレーキ
   機構付き脚輪。
2. 【請求項２】 前記所定のセンサは、当該ブレーキ機構
   付き脚輪が取り付けられた移動体若しくはその利用者の
   状態を検出するセンサであり、そのセンサ出力が所定の
   しきい値を越えた場合に前記機能性流体の状態を変化さ
   せて制動力を発生させるようになっている請求項１記載
   のブレーキ機構付き脚輪。
3. 【請求項３】 前記所定のセンサは、前記移動体若しく
   はその利用者の動き、姿勢又は衝突危険性に関する物理
   量を検出するセンサである請求項２記載のブレーキ機構
   付き脚輪。