JP2010143344A

JP2010143344A - 車輪及び車両

Info

Publication number: JP2010143344A
Application number: JP2008321443A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hirose; 茂男廣瀬
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】安定して滑らかに平地面や凹凸面での直進走行及び旋回走行並びに段差面での昇降等が可能な車輪及びその車輪を備えた車両を提供する。
【解決手段】車輪１０は、ハブ部材１１の外周に複数の接地ユニット２０が一定間隔で放射状に取り付けられている。接地ユニットは、三次元方向に弾性を有する湾曲した一対の棒部材２１、一対の該棒部材の各一端間を連結する連結部材２２、該連結部材に支持されたブロック部材２３を有する。連結部材の軸方向がハブ部材の軸方向と平行になるように、かつ隣接するブロック部材が所定間隔の配置となるように、一対の棒部材の各他端がハブ部材の外周に取り付けられている。旋回走行時に発生する連結部材の方向の力が車輪に働くと、接地しているブロック部材はそのままで、一対の棒部材が連結部材の方向にＳ字状に撓んでハブ部材が連結部材の方向に平行移動するのでスリップは発生せず、安定して滑らかに旋回走行できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、平地面や凹凸面での直進走行及び旋回走行並びに階段等の段差面での昇降等が可能な車輪及びその車輪を備えた車両に関する。

例えば、特許文献１には、平地面での走行及び階段等の段差面での昇降が滑らかにできる車輪を有する下肢不自由者用あるいは物品搬送者用の階段昇降車が開示されている。この車輪は、平棒状の腕木数個を駆動軸を中心にして各腕木を扇状かつ等間隔に配列した構成となっている。そして、この車輪を左右２対の逆ピッチで下肢不自由者用車体もしくは物品搬送用車体に設けることで階段昇降車としている。このような階段昇降車によれば、駆動軸を回転させ腕木先端ローラを螺旋運動させることにより、平地面での走行及び階段等の段差面での昇降を滑らかに行うことができる。

また、特許文献２には、坂道を走行するときも椅子を水平に保持可能で、かつ、階段や凹凸の多い道路でも走行が可能な車輪を有する自走式車椅子が開示されている。この車輪は、中心に軸孔を有するハブと、ハブに放射状に取り付けられたリブと、車軸から最大距離離れた平常位置と車軸寄りの荷重位置との間で半径方向に移動自在となるようにリブの先端に取り付けられたゴムヘッドとを備えた構成となっている。このような自走式車椅子によれば、ゴムヘッドが常時平常位置に向かう弾性力を受けることにより、坂道を走行するときも椅子を水平に保持することができ、階段や凹凸の多い道路でも走行することができる。

特開２００４−１３６７９６号公報特開２００１−１７４８０号公報

上述した特許文献１に記載の階段昇降車では、扇状の車輪を備えているため平地面や凹凸面で旋回走行するときに不安定となるおそれがあり、さらには旋回場所が建物の床のときは床を傷付ける場合もあった。また、特許文献２に記載の自走式車椅子では、平地面や凹凸面で旋回走行するときや、階段等の段差面を昇降するときにリブが突っ張って不安定となるおそれがあった。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、安定して滑らかに平地面や凹凸面での直進走行及び旋回走行並びに段差面での昇降等が可能な車輪及びその車輪を備えた車両を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の車輪では、ハブ部材の外周に複数の接地ユニットが一定間隔で放射状に取り付けられた構成の車輪であって、前記接地ユニットは、三次元方向に弾性を有する湾曲した一対の棒部材と、一対の該棒部材の各一端間を連結する連結部材と、該連結部材に支持されたブロック部材とを有し、前記連結部材の軸方向が前記ハブ部材の軸方向と平行になるように、かつ隣接する前記ブロック部材が所定間隔の配置となるように、一対の前記棒部材の各他端が前記ハブ部材の外周に取り付けられていることを特徴としている。

これによれば、ブロック部材は連結部材を介して弾性を有する一対の棒部材に平行支持されている。このため、平地面や凹凸面での車輪の旋回走行時に発生する連結部材の方向の力が車輪に働くと、接地しているブロック部材はそのままで、一対の棒部材が連結部材の方向にＳ字状に撓んでハブ部材が連結部材の方向に平行移動する。車輪の旋回走行中は車輪は回転しているため、接地するブロック部材は次々に代わる。そのため、接地中に撓んだ棒部材は接地終了後に復元力により元の形状に戻り、次に接地するブロック部材を支持する棒部材が再び撓み始めるという動作を繰り返すことにより、ブロック部材の接地面と平地面や凹凸面との間でスリップは発生せず、車輪は安定して滑らかに旋回走行することができる。

また、段差面の乗り越え時には、段の側面に当接したブロック部材は車輪の推進力によって車輪半径方向に凹み、該ブロック部材の上方にあるブロック部材は段差面上に当接するので、両ブロック部材により段差を確実に捉えることができる。そして、段差面の乗り越え中、段差面上に当接したブロック部材は段差面より支持反力を受け、一対の棒部材は上方に撓む。この際、該ブロック部材はその上方に隣接する他のブロック部材と当接する。このため、車輪は複合された大きな支持力により段差面を安定して滑らかに乗り越えることができる。

また、ブロック部材は、連結部材に対し軸回りに回転自在にあるいは弾性を持った復元力を持ちながら回転可能なように支持された構成としても良く、これにより車輪は段差面を更に安定して滑らかに乗り越えることができる。
また、前記ブロック部材は、角錐台形状に形成されているので、円周上に複数並列配置したときの接地面積を大きくすることができ、安定して滑らかに平地面や凹凸面での直進走行及び旋回走行並びに段差面での昇降等が可能となる。
また、放射状に配置された一対の前記棒部材の間には、該棒部材が所定量変形したときに該棒部材あるいはブロック部材に接触して該棒部材の過度な変形を防止する剛性の高い過変形防止部材が配置されているので、車輪に不意に過度の荷重が作用しても車輪の安定走行を保つことができる。ことができる。

上記目的達成のため、本発明の車両では、車体に上記各車輪が少なくとも２つ配置されていることを特徴としている。これによれば、上記各作用効果を奏する車両を得ることができる。さらに、車輪を進行方向に対してハの字状あるいは逆ハの字状に配置することにより、直進性及び旋回性を調整することができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一実施の形態に係る車両を示す概略斜視図である。この車両１は、直方体状の車体２の四隅に４つの車輪１０が回転自在に取り付けられた構成となっている。例えば、４本の車軸３を車体２の前部２ａと後部２ｂに所定間隔をあけて平行配置し、各車軸３の片側に車輪１０を取り付ける。このような構成の車両１は、車体２に外力を掛けることにより走行可能となり、例えば車椅子や台車等に適用することができる。また、車体２に図略の電動モータもしくは燃焼エンジンと変速機構を内蔵し、変速機と一方の車軸３を連結する。このような構成の車両１は、電動モータ等の動力を車軸３に伝達することにより走行可能となり、例えば自走式車椅子や自走式運搬車等に適用することができる。

図２は、車輪１０の拡大斜視図である。この車輪１０は、金属もしくはプラスチックでなる円盤状のハブ部材１１と、複数の接地ユニット２０とを備えており、ハブ部材１１の外周に複数の接地ユニット２０が一定間隔で放射状に取り付けられた構成となっている。接地ユニット２０は、金属もしくはプラスチックでなる三次元方向に弾性を有する湾曲した一対の棒部材２１と、一対の該棒部材２１の各一端間を連結する金属もしくはプラスチックでなる連結部材２２と、該連結部材２２に対し軸回りに回転自在に支持されたゴムもしくはプラスチックでなるブロック部材２３とを有している。

一対の棒部材２１は、連結部材２２の軸方向がハブ部材１１の軸方向と平行になるように、かつ隣接するブロック部材２３が所定間隔の配置となるように、各棒部材２１の他端がハブ部材１１の外周にクランプ留め、ネジ止め、接着もしくは溶接等により固着されている。
連結部材２２は、両端が一対の該棒部材２１の各一端に軸保持部材２４を介してネジ止め、接着もしくは溶接等により固着されている。

ブロック部材２３は、角錐台形状に形成されており、面積が広がる側の面２３ａが接地面となるように一対の棒部材２１及び連結部材２２及び軸保持部材２４に支持されている。このように、ブロック部材２３は角錐台形状に形成されているので、円周上に複数並列配置したときの接地面積を大きくすることができ、安定して滑らかに平地面や凹凸面での直進走行及び旋回走行並びに段差面での昇降等が可能となる。

ハブ部材１１には、過変形防止板２５がネジ止め、接着もしくは溶接等により同軸で取り付けられている。この過変形防止板２５は、各接地ユニット２０の一対の棒部材２１の間に位置しており、車輪１０に不意に過度の荷重が作用した際、棒部材２１が過度に変形する前に棒部材２１と接触し、該棒部材２１の塑性変形を防止して車輪１０の安定走行を維持する。

このような構成において、平地面や凹凸面での旋回走行及び段差面での昇降の各動作について図を参照して説明する。
図３に示すように、平地面Ｐで車両１が旋回走行するときに発生する連結部材２２の方向の力ｆが車輪１０に働くと、ブロック部材２３は連結部材２２を介して弾性を有する一対の棒部材２１に平行支持されているため、接地しているブロック部材２３はそのままで、一対の棒部材２１が連結部材２２の方向にＳ字状に撓んでハブ部材１１が連結部材２２の方向に平行移動する。車両１が旋回走行しているときは車輪１０は回転しているため、接地するブロック部材２３は次々に代わる。そのため、接地中に撓んだ棒部材は接地終了後に復元力により元の形状に戻り、次に接地するブロック部材を支持する棒部材が再び撓み始めるという動作を繰り返すことにより、ブロック部材２３の接地面２３ａと平地面Ｐとの間でスリップは発生せず、車両１は安定して滑らかに旋回走行することができる。なお、凹凸面においても同様に車両１は安定して滑らかに旋回走行することができる。このように、アッカーマン機構を取り付けなくても安定して滑らかな旋回走行を実現することができるので、単純な機構としてコストを低減させることができる。

図４に示すように、段差面Ｓを車両１が乗り越えるときは、段ＳＳの側面ＳＳｓに当接したブロック部材２３ｍは車両１の推進力によって車輪１０の半径方向に凹んでブロック部材２３ｍを支持する一対の棒部材２１ｍが下方へ撓む。同時に、ブロック部材２３ｍの上方にあるブロック部材２３ｎは段ＳＳの上面ＳＳｕに当接するので、両ブロック部材２３ｍ，２３ｎにより段差面Ｓの側面ＳＳｓ及び上面ＳＳｕを確実に捉えることができる。

そして、段差面Ｓを車両１が乗り越えているときは、段ＳＳの上面ＳＳｕに当接したブロック部材２３ｎは段ＳＳの上面ＳＳｕより支持反力を受け、一対の棒部材２１ｎが上方へ撓む。この際、ブロック部材２３ｎはその上方に隣接する他のブロック部材２３ｐと当接する。このため、車輪１０は複合された棒部材２１ｎ，２１ｐの大きな支持力により段差面Ｓを安定して滑らかに乗り越えることができる。なお、段差面Ｓを車両１が降りるときの衝撃は、一対の棒部材２１の撓みとブロック部材２３の回転により緩和されるので、車両１は段差面Ｓを安定して滑らかに降りることができる。

図５は、別例の車輪３０を図２に対応させて示す拡大斜視図であり、同一構成部分は同一番号を付して詳細な説明は省略する。この車輪３０は、金属もしくはプラスチックでなる円盤状のハブ部材１１と、先に説明した接地ユニット２０とは異なる構成の複数の接地ユニット４０とを備えており、ハブ部材１１の外周に複数の接地ユニット４０が一定間隔で放射状に取り付けられた構成となっている。接地ユニット４０は、金属もしくはプラスチックでなる三次元方向に弾性を有する湾曲した一対の棒部材４１と、一対の該棒部材４１の各一端間を連結する金属もしくはプラスチックでなる連結部材４２と、該連結部材４２に対し軸回りに回転自在に支持されたゴムもしくはプラスチックでなるブロック部材４３とを有している。

この棒部材４１は、金属板もしくはプラスチック板を図６に示すような形状に切り出すことにより形成されている。即ち、車輪３０の四分の一円周分の棒部材４１は一体化されて形成されており、ハブ部材１１の端面に一体化された棒部材４１が４枚円形状に組み合わされて中心部がネジ止め、接着もしくは溶接等により固着されている。そして、一対の棒部材４１は、連結部材４２の軸方向がハブ部材１１の軸方向と平行になるように、かつ隣接するブロック部材４３が所定間隔の配置となるように、ハブ部材１１の反対側の端面にも同様に一体化された棒部材４１が４枚円形状に組み合わされて中心部がネジ止め、接着もしくは溶接等により固着されている。なお、一体化された棒部材４１を金属板から切り出すときは、レーザ加工が可能である。

連結部材４２は、両端が一対の該棒部材４１の各一端に軸保持部材４４を介してネジ止め、接着もしくは溶接等により固着されている。
ブロック部材４３は、角錐台形状に形成されており、面積が広がる側の面４３ａが接地面となるように一対の棒部材４１及び連結部材４２及び軸保持部材４４に支持されている。このように、ブロック部材４３は角錐台形状に形成されているので、円周上に複数並列配置したときの接地面積を大きくすることができ、安定して滑らかに平地面や凹凸面での直進走行及び旋回走行並びに段差面での昇降等が可能となる。
このような構成の車輪３０を備えた車両１によっても、平地面や凹凸面で安定して滑らかに旋回走行することができると共に、段差面を安定して滑らかに昇降することができる。

なお、上述した実施形態では、ブロック部材２３、４３は連結部材２２、４２に対し軸回りに回転自在に支持された構成としたが、連結部材２２、４２に対し弾性を持った復元力を持ちながら支持された構成、もしくは連結部材２２、４２に対し回転不可に固定された構成としても良い。また、４輪を備えた車両１について説明したが、車輪１０を任意の数だけ備えた車両としても同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る車両を示す概略斜視図である。図１の車両に備えられた車輪の拡大斜視図である。平地面での車両の旋回走行を説明する図である。段差面での車両の乗り越えを説明する図である。図１の車両に備えられた別例の車輪の拡大斜視図である。図５の車輪の部分拡大斜視図である。

符号の説明

１車両、２車体、３車軸、１０車輪、１１ハブ部材、２０、４０接地ユニット、２１、４１棒部材、２２、４２連結部材、２３、４３ブロック部材、２５過変形防止板

Claims

ハブ部材の外周に複数の接地ユニットが一定間隔で放射状に取り付けられた構成の車輪であって、
前記接地ユニットは、三次元方向に弾性を有する湾曲した一対の棒部材と、一対の該棒部材の各一端間を連結する連結部材と、該連結部材に支持されたブロック部材とを有し、
前記連結部材の軸方向が前記ハブ部材の軸方向と平行になるように、かつ隣接する前記ブロック部材が所定間隔の配置となるように、一対の前記棒部材の各他端が前記ハブ部材の外周に取り付けられていることを特徴とする車輪。
ハブ部材の外周に複数の接地ユニットが一定間隔で放射状に取り付けられた構成の車輪であって、
前記接地ユニットは、三次元方向に弾性を有する湾曲した一対の棒部材と、一対の該棒部材の各一端間を連結する連結部材と、該連結部材に対し軸回りに回転自在にあるいは弾性を持った復元力を持ちながら回転可能なように支持されたブロック部材とを有し、
前記連結部材の軸方向が前記ハブ部材の軸方向と平行になるように、かつ隣接する前記ブロック部材が所定間隔の配置となるように、一対の前記棒部材の各他端が前記ハブ部材の外周に取り付けられていることを特徴とする車輪。
前記ブロック部材は、角錐台形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車輪。
放射状に配置された一対の前記棒部材の間には、該棒部材が所定量変形したときに該棒部材あるいはブロック部材に接触して該棒部材の過度な変形を防止する剛性の高い過変形防止部材が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車輪。
車体に請求項１〜３の何れか一項に記載の車輪が少なくとも２つ配置されていることを特徴とする車両。