JP2007160975A - キャスター - Google Patents

Abstract

【課題】丈夫で、がたつきも少なくて軽快に走行でき、段差があっても円滑に乗り越えることができるキャスターを提供する。
【解決手段】キャスター軸６で回転自在に軸支されるキャスター枠７と、このキャスター枠７に装着した車軸８でそれぞれ回転自在に支持される左右一対の主ホイール１０と、両主ホイール１０・１０の間に配置した段差乗り越え用の補助ホイール１１とを備える。補助ホイール１１は、車軸８で回転自在に支持されるフレーム１２に支持される３個のローラ１４を含む。各ローラ１４は、フレーム１２の周方向にそって略等間隔おきに配置されて自転し、かつ公転する。ローラ１４の公転軌跡の半径寸法Ｓは、主ホイール１０の半径寸法Ｒより大きく、かつ主ホイール１０の半径寸法Ｒは、隣接するローラ１４に外接する３組の接線で構成される想定した三角形Ｔに内接する仮想円の半径寸法Ｘより大きく設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、段差乗り越え用の補助ホイールを備えるキャスターに関する。本発明のキャスターは、例えば、車椅子や台車の前導輪に好適に使用できる。

本発明に関し、３個のローラで構成された段差乗り越え用のキャスターは特許文献１、２などに公知である。そこでは、Ｙ字状のフレームと、フレームで回転自在に支持した３個のローラなどでキャスターを構成している。特許文献３には、大径の車輪と、この車輪に回転自在に支持された６個のローラとで構成された段差乗り越え用のキャスターが公知である。各ローラは、その一部を車輪の外側に突出した状態で車輪の周囲に均等配置されている。

実開昭５５−１７５５０６号公報 特開２０００−３０９２０３号公報 特開２００４−１００２６号公報

先の特許文献１、２のキャスターによれば、ローラのひとつが段差に衝突したのち、フレームが先のローラのローラ軸を中心に進行方向へ回転することで、一般の一輪キャスターでは乗り越え難い大きな段差でも乗り越えることができる。しかし、平坦な走行面を移動するときには、隣接する２個の小径のローラで車椅子や台車の荷重を支持するので、ローラが直ぐに傷んでキャスターが壊れ易い。通常は二輪走行のため、２個のローラが走行面に接地しており、凸凹した走行面ではそれだけ振動を受け易い。段差を乗り越えるときにフレームの回転の勢いがつくと、ローラが段差の上面に激突する不利もある。

その点、特許文献３のキャスターによれば、車輪とローラとが協働して段差を円滑に乗り越えることができる。しかし、このキャスターも先のキャスターと同様、平坦な走行面では二輪走行であるため、キャスターが壊れ易いし、走行面が凸凹しているとがたつく。

本発明の目的は、丈夫で、がたつきも少なくて軽快に走行でき、段差があっても円滑に乗り越えることができるキャスターを提供することにある。

本発明のキャスター（以下、単にキャスターという）は、キャスター軸６で回転自在に軸支されるキャスター枠７と、このキャスター枠７に装着した車軸８でそれぞれ回転自在に支持される主ホイール１０、および段差乗り越え用の補助ホイール１１とを備えている。補助ホイール１１は、車軸８で回転自在に支持されるフレーム１２と、フレーム１２に装着したローラ軸１３で回転自在に支持される３個のローラ１４とを含んで構成されている。各ローラ１４は、フレーム１２の周方向にそって略等間隔おきに配置され、かつフレーム１２が回転したときに略同一の公転軌跡を描くように配置されている。

図４に示すように、ローラ１４が描く公転軌跡の半径寸法Ｓは、主ホイール１０の半径寸法Ｒより大きく、かつ隣接するローラ１４に外接する３組の接線で構成される三角形Ｔを想定するとき、主ホイール１０の半径寸法Ｒが、想定した三角形Ｔに内接する仮想円の半径寸法Ｘより大きく設定してあることを特徴とする。ここでローラ１４の公転軌跡の半径寸法Ｓとは、公転軌跡の最大の半径寸法をいう。

具体的には、図２および図３に示すように、左右一対の主ホイール１０・１０を車軸８で回転自在に支持し、両主ホイール１０・１０の間に、補助ホイール１１を配置することができる。

ローラ軸１３が描く公転軌跡の半径寸法Ｗは、図４および図７に示すように、主ホイール１０の半径寸法Ｒよりも大きく設定することができる（Ｗ＞Ｒ）。

主ホイール１０の半径寸法Ｒが、上述のように想定した三角形Ｔに内接する仮想円の半径寸法Ｘより大きく設定された本発明のキャスターであれば、図１および図２に示すように、平坦な走行面では、主ホイール１０だけが走行面に接地して転動動作する。このとき補助ホイール１１は、車軸８まわりに回動自在であり、各ローラ１４は、両方とも走行面から浮き上がるか、あるいは片方だけが走行面に接した状態でぶらぶらしている。すなわち、平坦な走行面を移動する時には、車椅子や台車の荷重は大径の主ホイール１０だけで支持されていて、補助ホイール１１には一切負荷がかからず、ローラ１４が傷んで直ぐにキャスターが壊れるおそれがない。しかも主ホイール１０の外周の一点が路面に接する一輪走行であるため、走行面に凸凹が多くても振動を受け難いうえ、大きな抵抗を受けずにキャスターを縦軸まわりに回転させることができるので、極めて操作性に優れる。

ローラ１４の公転軌跡の半径寸法Ｓを主ホイール１０の半径寸法Ｒより大きくすることによって、主ホイール１０とローラ１４との協働動作で段差を徐々に乗り越えることができる。

図５（ａ）に示すように、キャスターの進行方向の前方に、走行面より一段高い段差があった場合、主ホイール１０よりも先に前方のローラ１４が段差に衝突する。段差の走行面からの高さ寸法がローラ１４の半径寸法よりも小さいような場合には、図５（ｂ）のように、ローラ１４が前方に回転しながら段差に乗り上がる。続いて主ホイール１０が前後のローラ１４で支持されて少し浮き上がった状態で段差に突き当たり、図５（ｃ）のように、前方に回転して段差に乗り上がる。ローラ１４と主ホイール１０とで段差を２回に分けて乗り越えるのである。仮に、主ホイール１０だけで同じ段差を乗り越えるとすると、ローラ１４よりも回転半径が大きい主ホイール１０で一気に乗り越えることとなって乗り越えに力が掛かる。それに比べて、回転半径の小さいローラ１４、続いて回転半径の大きい主ホイール１０と徐々に勢いをつけて乗り上がることができるので、小さな力で円滑に段差を乗り越えることができる。

図６（ａ）に示すように、例えば走行面からの段差の高さ寸法がローラ１４の半径寸法よりも大きくて前方のローラ１４が段差に乗り上がれずにロックしたときには、図６の（ｂ）に示すように、前方のローラ１４のローラ軸１３を中心にして主ホイール１０が進行方向側に転動する。走行面からローラ軸１３までの高さ寸法よりも段差の高さ寸法の方が大きいので、図６（ｂ）および図６（ｃ）のように、続いて主ホイール１０が段差に当たって乗り上がっていく。つまり、この場合もローラ１４と主ホイール１０との協働動作で徐々に段差を乗り越えることができ、それだけ小さい力で円滑に段差を乗り越えることができる。

図７に示すように、ローラ軸１３が描く公転軌跡の半径寸法Ｗが主ホイール１０の半径寸法Ｒよりも大きく設定してあると、より大きな段差も円滑に乗り越えることができる。主ホイール１０よりも回転半径が大きくなり（Ｗ＞Ｒ）、よりいっそう主ホイールを高く持ち上げることができるからである。

なお、ローラ１４を３個としたのは次の理由による。すなわち、２個では両ローラ１４を常に走行面側に維持する必要があり、その維持機構が必要な分、構造が複雑にならざるを得ない。４個以上では、平坦地での前後のローラ１４の走行面との隙間が小さ過ぎ、ローラ１４が、走行面に衝突して傷ついたり、荷重がかかって損傷したりするからである。

図２および図３に示すように、一対の主ホイール１０・１０を備え、両主ホイール１０・１０の間に補助ホイール１１を配置したキャスターによれば、車椅子や台車を支持する主ホイール１０の負担を半減できる。段差を乗り越える際には、補助ホイール１１が両側の主ホイール１０・１０で支持されるため、補助ホイール１１およびローラ１４の協働動作が安定し、より円滑に段差を乗り越えることができる。

図１は本発明に係るキャスターを車椅子に適用した実施例を示す。車椅子は、鋼管を溶接して組み上げた車椅子本体１と、車椅子本体１を支持するキャスターや車輪２などで構成されている。キャスターおよび車輪２は、それぞれ車椅子本体１の前後に左右一対ずつ装着されている。なお、図中、符号３は車椅子本体１の肘掛、符号４は車椅子本体１の足置き、符号５は車椅子を押すためのハンドルである。

図２および図３に示すように、キャスターは、車椅子側のキャスター軸６で回転自在に軸支されるキャスター枠７と、このキャスター枠７に装着した車軸８でそれぞれ回転自在に支持される左右一対の主ホイール１０および段差乗り越え用の補助ホイール１１とを備えている。

キャスター枠７は、枠ベース１５と、枠ベース１５の左右から斜め下方に延出する一対の支持腕１６・１６とを有する逆Ｕ字状のプレス鋼材からなる。枠ベース１５の前寄りにはベアリング１８が嵌合固定されていて、このベアリング１８を介して車椅子本体１のキャスター軸６に、枠ベース１５が縦軸まわりに回転自在に軸支されている。

左右の各主ホイール１０は、外周にゴム製のタイヤベルトが装着されたプラスチック製の車輪からなり、主ホイール１０の側面中心にはブッシュが圧入してある。主ホイール１０の具体的寸法は、半径６cm、幅２cmとした。

補助ホイール１１は、車軸８で回転自在に支持されるフレーム１２と、フレーム１２に装着したローラ軸１３で回転自在に支持される３個のローラ１４とを含んで構成されている。各ローラ１４は、フレーム１２の周方向にそって略等間隔おきに配置され、かつフレーム１２が車軸８まわりに回転したときに略同一の公転軌跡を描くように配置されている。

フレーム１２は、車軸８が挿通される軸筒２０と、この軸筒２０の両端縁から軸筒２０を中心に張り出す略正三角形状をした左右一対の側壁２２・２２とからなる。

ローラ１４は、主ホイール１０よりも外径寸法が小さい円柱状のプラスチック製の車輪であり、その側面中心にはブッシュが圧入してある。各ローラ１４は、補助ホイール１１の３つの角部の側壁２２・２２間にそれぞれスペーサーを介して配置され、ローラ１４のブッシュおよびスペーサーにローラ軸１３を挿通し、そのローラ軸１３の両端が両側壁２２・２２に固定してある。ローラ１４の具体的寸法は、半径2.５cm、幅２cmとした。

補助ホイール１１は、一対の主ホイール１０・１０の間に挟んだ状態で左右の支持腕１６・１６間に配置されている。両主ホイール１０のブッシュおよび補助ホイール１１の軸筒２０には、車軸８が挿通されており、その車軸８の両端が左右の支持腕１６・１６に固定してある。支持腕１６と主ホイール１０との間および主ホイール１０と補助ホイール１１の間にはスペーサーが介装してある。各主ホイール１０および補助ホイール１１は、それぞれ独立して車軸８に軸支されているため、個々別々に車軸８まわりに回転可能となっている。なお、ここでは両主ホイール１０を支持腕１６の内側に配置したが、いずれか一方若しくは両方とも支持腕１６の外側に配置してあってもよい。

主ホイール１０と各ローラ１４とは次のように配置する。図４を用いて説明すると、隣接するローラ１４に外接する３組の接線で構成される三角形Ｔを想定する。そして、主ホイール１０の半径寸法Ｒを、想定した三角形Ｔに内接する仮想円の半径寸法Ｘより大きく設定するのである。こうすることで、図１および図２に示すように、平坦な走行面を移動する時には、主ホイール１０だけが接地して車椅子を支持することができる。各主ホイール１０の下端一点で接地し、しかも各主ホイール１０が個別に回転するため、キャスターの首振りに要する抵抗が極めて小さく、方向転換操作も楽である。

さらにローラ１４の公転軌跡の半径寸法Ｓは、主ホイール１０の半径寸法Ｒより大きくなるように配置する。図４に示すように、補助ホイール１１が車軸８まわりに回転したときに各ローラ１４が描く公転軌跡の最大の半径寸法Ｓが、主ホイール１０の半径寸法Ｒよりも大きくなるように配置するのである。こうすることで、先に説明したように、ローラ１４と主ホイール１０とで徐々に段差を乗り越えることができ、大きな衝撃を伴うことなく円滑に乗り越えることができる（図５および図６参照）。ローラ１４の公転軌跡半径の具体的寸法Ｓは、7.５cmとした。

ローラ軸１３が描く公転軌跡の半径寸法Ｗは、主ホイール１０の半径寸法Ｒよりも小さく設定してある。具体的には、ローラ軸１３が描く公転軌跡の半径寸法Ｗを５cmとした。この場合、図６に示すように、前方のローラ１４が段差にロックして主ホイール１０が転動するとき、その回転半径の寸法（ローラ軸１３が描く公転軌跡の半径寸法Ｗ）は、主ホイール１０の半径寸法よりも小さいので、主ホイール１０単独で乗り上げるよりも、より小さな力で乗り上がることができ、より円滑に段差を乗り越えることができる。

（実施例２） 図７にキャスターの実施例２を示す。そこでは、先の実施例のローラ軸１３が描く公転軌跡の半径寸法Ｗを、主ホイール１０の半径寸法Ｒよりも大きく設定した。つまり、ローラ軸１３が主ホイール１０の周外に位置するようにした。こうすることで、段差が大きくてローラ軸１３を中心に主ホイール１０が転動するとき、主ホイール１０よりも回転半径が大きくなるため（Ｗ＞Ｒ）、より大きな段差も乗り越え可能となる。具体的には、半径２cm、幅２cmのローラ１４を用い、ローラ軸１３が描く公転軌跡の半径寸法Ｗを、先の実施例の５cmから８cmに変更した。

（実施例３） 図８にキャスターを応用した実施例３を示す。そこでは、キャスターに補助レール２４を組み合わせて段差乗り越え機構を構成し、キャスターだけでは乗り越えられない、より大きな段差も円滑に乗り越えられるようにした。

すなわち、この段差乗り越え機構は、進行方向と平行に配置された補助レール２４と、補助レール２４の後方に配置されて、少なくとも補助レール２４の一部が、左右の主ホイール１０の間に位置するように配置された左右一対のキャスターとで構成してある。具体的には、図８に示すように、車椅子の下端に装着した左右のキャスターの略中間位置において、補助レール２４が両キャスターの間から前方に突き出た状態に配置して補助レール２４を進行方向と平行に装着固定した。なお、キャスターの主ホイール１０は、軸支された支持腕１６が傾斜しているため、走行中は常時、進行方向に対してキャスター軸６よりも後方に位置するため、この位置が基準となる。

補助レール２４は、断面逆Ｕ字形の細長いアルミ条材からなるレール本体２５と、前後縦一列に並んでレール本体２５に横軸まわりに回転自在に支持されて、周面の下側部分がレール本体２５の下側に突出する一群のローラ２６と備えている。各ローラ２６は、円柱状のプラスチック製ローラからなる。レール本体２５は、各ローラ２６の下端に接する曲線Ｋを想定したとき、その曲線Ｋが前方に向かって上向きに傾斜するように、かつ曲線Ｋが側面から見て主ホイール１０の上向き傾斜部２８と交差するように車椅子本体１に組み付ける。ここで、上向き傾斜部２８とは、主ホイール１０の外周を周方向に４等分したとき、進行方向に対して前方下端に位置する円弧部分を意味する。

かかる構成とすることで、キャスターだけでは乗り越えられない大きな段差でも、補助レール２４のローラ２６が前から順に次々と段差に乗り上がり、最後には主ホイール１０も引っ掛かることなく段差に乗り上がることができる。キャスターと組み合わせることで補助レール２４を比較的高位置に配置できるので、走行時に補助レール２４が邪魔にならない。

補助ホイール１１や補助レール２４は、１個に限らず２個以上あってもよい。ローラ２６は円柱状のものに限らず、多角柱状のものであってもよい。補助ホイール１１のフレーム１２は、一体形でなく複数の部材を組み合わせて構成してあってもよい。もちろん、キャスターや段差乗り越え機構は車椅子に限らず、台車などにも適用可能である。

キャスターを適用した車椅子の全体図 キャスターを示す図 図２におけるＡ−Ａ線断面図 主ホイール１０とローラ１４との配置関係を示す図 段差乗り越え時のキャスターの動作説明図 段差乗り越え時のキャスターの動作説明図 キャスターの実施例２を示す図 キャスターを応用した実施例３を示す図

符号の説明

６ キャスター軸
７ キャスター枠
８ 車軸
１０ 主ホイール
１１ 補助ホイール
１２ フレーム
１３ ローラ軸
１４ ローラ
Ｓ ローラの公転軌跡の半径寸法
Ｒ 主ホイールの半径寸法
Ｔ 想定三角形
Ｘ 想定三角形に内接する仮想円の半径寸法

Claims (3)

1. キャスター軸（６）で回転自在に軸支されるキャスター枠（７）と、このキャスター枠（７）に装着した車軸（８）でそれぞれ回転自在に支持される主ホイール（１０）、および段差乗り越え用の補助ホイール（１１）とを備えており、
   補助ホイール（１１）は、車軸（８）で回転自在に支持されるフレーム（１２）と、フレーム（１２）に装着したローラ軸（１３）で回転自在に支持される３個のローラ（１４）とを含んで構成されており、
   各ローラ（１４）は、フレーム（１２）の周方向にそって略等間隔おきに配置され、かつフレーム（１２）が回転したときに略同一の公転軌跡を描くように配置されており、
   ローラ（１４）の公転軌跡の半径寸法（Ｓ）が、主ホイール（１０）の半径寸法（Ｒ）より大きく、かつ隣接するローラ（１４）に外接する３組の接線で構成される三角形（Ｔ）を想定するとき、主ホイール（１０）の半径寸法（Ｒ）が前記三角形（Ｔ）に内接する仮想円の半径寸法（Ｘ）より大きく設定してあることを特徴とするキャスター。
2. 左右一対の主ホイール（１０・１０）が、前記車軸（８）で回転自在に支持されており、
   両主ホイール（１０・１０）の間に、補助ホイール（１１）が配置してある請求項１記載のキャスター。
3. ローラ軸（１３）が描く公転軌跡の半径寸法（Ｗ）が、主ホイール（１０）の半径寸法（Ｒ）よりも大きく設定してある請求項２記載のキャスター。

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