JP2017158623A - ホイール及びそれを用いた車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、十分な剛性を持ち軽量なホイールを提供する。【解決手段】ホイール６ａは、タイヤ６ｂが外嵌される環状のリム６０と、リム６０の中央部に配置され、車軸が結合されるハブ６１と、周縁部にリム６０が取り付けられ、ホイール６ａの一方側を覆うディスク６２とを備える。ディスク６２は、板状部６２ａと、板状部６２ａの一方側の面に設けられ、径方向に延びる第１リブ６２ｂとを有する。板状部６２ａは、他方側の面の第１リブ６２ｂに対応する位置に、第１溝６２ｄが設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、ホイールに関し、特に、トラックレースやマラソン等で用いる競走用の車椅子のホイールに関する。

従来、車椅子や自転車等に使用されるホイールとしては、タイヤが外嵌される環状のリムと、リムの中央部に配置され、車軸が結合されるハブと、リムとハブとの間に径方向に延びる複数のスポークを配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１９８２１号公報

しかし、特許文献１に記載のような従来のホイールでは、スポークが重く、軽量化が難しいという問題があった。一方で、スポークを細くしたり、スポークを軽い材料で形成したりして、スポークを軽量化した場合、ホイール全体として十分な剛性を得られないという問題があった。また、スポークを軽く剛性の高い材料で形成した場合、そのような材料は高価であるので、製造コストが高くなってしまうという問題があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、安価で、十分な剛性を持ち軽量なホイール及びそれを用いた車椅子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のホイールは、タイヤが外嵌される環状のリムと、前記リムの中央部に配置され、車軸が結合されるハブと、周縁部に前記リムが取り付けられ、前記リムと前記ハブとの間を覆うディスクとを備え、前記ディスクは、板状部と、前記板状部の前記車軸の軸線方向一方側の面に設けられ、延在方向ベクトルに径方向ベクトルを含むリブとを有し、前記板状部は、前記車軸の軸線方向他方側の面の前記リブに対応する位置に、溝が設けられていることを特徴とする。

このように、本発明のホイールでは、リムとハブとの間に配置されたディスクが、板状部と、板状部の車軸の軸線方向一方側の面に設けられ、延在方向ベクトルに径方向ベクトルを含むリブとを有している。また、板状部は、車軸の軸線方向他方側の面のリブに対応する位置に、溝が設けられている。すなわち、リブの側壁となる部分は、延在方向ベクトルに径方向ベクトル、及び、軸線方向ベクトルを含んでいる。そのため、このディスクでは、従来のホイールではスポークが負担していた径方向の荷重を、その側壁に負担させることができる。すなわち、従来ではスポークのみが負担していた荷重の一部を、ディスクに負担させることができる。

また、本発明のホイールでは、板状部は、車軸の軸線方向他方側の面のリブに対応する位置に、溝が設けられている。すなわち、リブは、裏面から肉抜きがされている。そのため、径方向の荷重を負担するリブは、同様に径方向の荷重を負担し得るスポークに比べ、軽量なものとなっている。

したがって、スポークを省略したり、スポークの材料を軽量化したりしても、ホイール全体として十分な剛性を実現することができる。また、スポークを省略した場合には、製造コストの大幅な低減を図ることが可能となる。

また、本発明のホイールにおいては、複数の前記リブを備え、複数の前記リブは、第１リブと、前記第１リブよりも前記ディスクの周縁部側に偏在する第２リブとを含むことが好ましい。

リブは径方向に延びるものであるので、周方向に均一に設けた場合には、ディスクの周縁部側の剛性は、中央部（例えば、ハブ周辺の領域）の剛性よりも低くなる。そこで、第１リブよりもディスクの周縁部側に偏在する第２リブを設ければ、周縁部側の領域の剛性を補強することができる。

また、本発明のホイールにおいては、第１リブと第２リブとを備える場合には、複数の前記第１リブを備え、前記第１リブは、前記ディスクの前記周縁部から中央部まで径方向に延び、前記第２リブは、前記ディスクの前記周縁部から前記中央部側に向かって径方向に延び、前記第１リブよりも短く、隣接する前記第１リブの間に設けられていることが好ましい。このように構成すれば、ディスクの剛性を均一に近づけることができる。

また、本発明のホイールにおいては、複数の前記リブを備え、前記リブは、前記ディスクの周縁部から中央部に向かって径方向に延び、複数の前記リブのうちの少なくとも１つのリブの先端部は、中央部よりも周縁部側に位置していることが好ましい。

ディスクの周縁部から中央部側に向かって径方向に延びるリブを複数備えている場合、リブが全て同じ長さである場合には、中央部におけるリブの占有面積が高くなるので、中央部に応力が集中し、その部分で折れ曲がり等の不具合が生じてしまうおそれがある。そこで、上記のように、一部のリブの先端部を、中央部よりも周縁部側に位置させるようにすれば、中央部に集中する応力を軽減することができる。

また、本発明のホイールにおいては、リブは、前記リム側に向かって凸となるように形成されていることが好ましい。一般に、リムとハブとの間の領域を覆うディスクには、空気抵抗の低減という効果も期待されている。そこで、このように構成すれば、ディスクによる空気抵抗の低減効果を損なうことがない。

また、本発明のホイールにおいては、溝をリム側に向かって凸とした場合には、前記リブの高さは、前記リムの幅以下であることが好ましい。このように構成すれば、ディスクのサイズを大きくすることなく、剛性を高めることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の車椅子は、着座用シートを有するケージと、前記ケージの前方に延設された車体フレームと、前記車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、前記車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、前記ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、前記後輪は、上記いずれかのホイールと、前記ホイールに嵌合されたタイヤとで構成されていることを特徴とする。

このように、車椅子の後輪を上記いずれかのホイールを用いて構成すれば、車椅子全体の剛性を維持しつつ、軽量化及び製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明の車椅子においては、前記ホイールは、前記ディスクが前記ケージ側となるように、配置されていることが好ましい。一般に、車椅子の後輪は、上方がケージ側に向かって傾斜するように取り付けられている。すなわち、ケージ側のディスクには、ケージとは反対側のディスクよりも大きな荷重が加わる。そこで、ディスクをケージ側にすれば、剛性の高いディスクに荷重を負担させることができるので、ホイールの寿命の低減を防止することができるようになる。

また、本発明の車椅子においては、前記ホイールの前記ケージ側とは反対側に固定されたハンドリムを備え、前記ホイールは、前記ハブの前記車軸の他方側に配置され、周縁部に前記リムが取り付けられ、前記リムと前記ハブとの間の領域を覆うカバー、及び、前記ディスクと前記カバーとの間に固定された固定部材を備え、前記ハンドリムは、前記ハンドリム及び前記カバーを貫くネジによって、前記固定部材に固定されているように構成してもよい。

本発明の実施形態に係る車椅子の側面図。 図１の車椅子の平面図。 図１の車椅子のフロントフォークの平面図。 図１の車椅子のホイールのケージへの取付け側から見た分解斜視図。 図４のホイールのディスクの裏面図。 図１の車椅子のホイールのＡ−Ａ線断面を拡大して示す模式図。 第１の変形例に係る車椅子のホイールの断面を拡大して示す模式図。 第２の変形例に係る車椅子のディスクの中央部近傍を拡大して示す裏面図。

以下、図面を参照して、実施形態に係る車椅子Ｗの構成について説明する。車椅子Ｗは、トラックレースやマラソン等で用いられるものである。

まず、図１〜図３を参照して、車椅子Ｗの概略構成について説明する。

図１に示すように、車椅子Ｗは、ケージ１と、ケージ１の前方に延設された車体フレーム２と、車体フレーム２に設けられた操舵用のハンドル３と、車体フレーム２の前端部に配置された前輪４と、車体フレーム２の前端部に取り付けられ、ハンドル３が連結され、前輪４を保持するフロントフォーク５と、ケージ１の左右に取り付けられた一対の後輪６と、後輪６のケージ１とは反対側に取り付けられたハンドリム７とを備えている。

図２に示すように、ケージ１は、上部が開放され、その内部には競技者（使用者）が着座する着座用シート１ａが配置されている。

ハンドル３は、車体フレーム２の先端部に枢支されたフロントフォーク５のコラム部５ａ（図３参照）の端部に接続されている。車椅子Ｗでは、ハンドル３を操作することにより、フロントフォーク５を介して前輪４の向きを変更して、車椅子Ｗを所望の方向に旋回走行させることができるようになっている。

ハンドリム７は、後輪６と一体的に回転可能に固定されている。着座用シート１ａに着座した競技者は、ハンドリム７を介して駆動力を後輪６に伝達する。

図３に示すように、フロントフォーク５は、車体フレーム２の先端部に支持されるコラム部５ａと、コラム部５ａから二股状に前方に延びるフォーク部５ｂとを有している。フォーク部５ｂの先端部には、前輪４の車軸を支持する軸受け孔５ｃが形成されている。

コラム部５ａは円筒状に形成され、ベアリング（不図示）を介して車体フレーム２の前端部に枢支される。コラム部５ａの上端部にはハンドル３（図１参照）が固設されている。

次に、図２及び図４〜図６を参照して、車椅子Ｗの後輪６のホイール６ａについて説明する。

図２に示すように、車椅子Ｗでは、ケージ１の左右に一対の後輪６を備えている。後輪６は、ホイール６ａと、ホイール６ａに嵌合されたタイヤ６ｂとで構成されている。後輪６は、上方ほどケージ１側の中心側に近づくように傾斜した状態で、ケージ１に取り付けられている。

図４に示すように、ホイール６ａは、タイヤ６ｂ（図２参照）が外嵌される環状のリム６０、リム６０の中央部に配置され、ケージ１から延びる車軸が結合されるハブ６１、周縁部にリム６０が取り付けられ、ケージ１側（車軸の軸線方向一方側）においてリム６０とハブ６１との間を覆うディスク６２、ケージ１とは反対側（車軸の軸線方向他方側）においてリム６０とハブ６１との間を覆うカバー６３、及び、ディスク６２とカバー６３との間に周方向に等間隔に配置された固定部材６４を備える。

ハンドリム７は、ハンドリム７及びカバー６３を貫くネジ（不図示）によって、固定部材６４に固定されている。

ディスク６２及びカバー６３は、鉄やアルミ等の金属や繊維強化プラスチック等を積層した後に、プレス加工を行うことによって形成されている。繊維強化プラスチックとしては、例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いた繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、ガラス繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維により強化した繊維強化プラスチック等が用いられる。

なお、ディスク６２及びカバー６３の形成方法及び形成材料は、必ずしもこのような形成方法及び形成材料に限定されるものではない。例えば、樹脂材料のみを用いて射出成形により形成してもよい。

図５に示すように、ディスク６２は、板状部６２ａと、板状部６２ａのケージ１側（車軸の軸線方向一方側）の面に設けられた複数の第１リブ６２ｂ及び複数の第２リブ６２ｃとを有している。

図６に示すように、第１リブ６２ｂは、カバー６３側（すなわち、リム側）に向かって凸となるように形成されている。第２リブ６２ｃも、同様に、カバー６３側に向かって凸となるように形成されている。また、第１リブ６２ｂの高さは、リム６０の幅以下となるように形成されている。第２リブ６２ｃの高さも、同様に、リム６０の幅以下となるように形成されている。

そのため、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃは、リム６０に対して、ケージ１側及びケージ１とは反対側のいずれにも突出していない。そのため、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃによって、ディスク６２の空気抵抗の低減効果が大きく損なわれることはない。

なお、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃの突出方向や高さは、このような構成に限定されるものではない。例えば、空気抵抗の低減効果に影響しない程度であれば、リム６０とは反対側に設けたり、リム６０の幅を超える高さにしたりしてもよい。

また、図５に示すように、第２リブ６２ｃは、第１リブ６２ｂよりもディスク６２の周縁部側に偏在している。具体的には、第１リブ６２ｂは、ディスク６２の周縁部から中央部（ハブ６１の周辺の領域）まで径方向に延び、第２リブ６２ｃは、ディスク６２の周縁部から径方向に延び、第１リブ６２ｂよりも短く、隣接する第１リブ６２ｂの間に設けられている。

車椅子Ｗでは、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃは、径方向に延びている。そのため、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃを、同一の長さとし、且つ、周方向に均一に設けた場合には、ディスク６２の周縁部側の剛性は、中央部の剛性よりも低くなってしまう。そこで、車椅子Ｗでは、第１リブ６２ｂよりも短い第２リブ６２ｃを、第１リブ６２ｂよりもディスク６２の周縁部側で、第１リブ６２ｂの間に偏在させることによって、ディスク６２の剛性の均一化を図っている。

なお、車椅子Ｗでは、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃは、荷重を効率的に負担できるようにするために、径方向に延びる形状に設けられている。しかし、リブの延在方向ベクトルは、径方向に限定されるものではなく、延在方向ベクトルに径方向ベクトルを含んでいればよい。また、第２リブ６２ｃを形成する位置も、ホイール６ａに要求される剛性に応じて、適宜変更してよい。また、同一形状のリブだけを形成するようにしてもよい。

板状部６２ａは、ケージ１とは反対側（車軸の軸線方向他方側）の面の第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃに対応する位置に、第１溝６２ｄ及び第２溝６２ｅが設けられている。すなわち、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃは、裏面から肉抜きがされている。

そのため、径方向の荷重を負担する第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃは、同様に径方向の荷重を負担し得るスポークに比べ、軽量なものとなっている。

上記説明したように、ホイール６ａでは、リム６０とハブ６１との間に配置されたディスク６２が、板状部６２ａと、板状部６２ａのケージ１側（車軸の軸線方向一方側）の面に設けられ、延在方向ベクトルに径方向ベクトルを含む第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃとを有している。また、板状部６２ａは、ケージ１とは反対側（車軸の軸線方向他方側）の面の第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃに対応する位置に、第１溝６２ｄ及び第２溝６２ｅが設けられている。

すなわち、ホイール６ａでは、第１リブ６２ｂ及び第２リブ６２ｃの側壁となる部分は、延在方向ベクトルに径方向ベクトル、及び、軸線方向ベクトルを含んでいる。

そのため、このディスク６２では、従来のホイールではスポークが負担していた径方向の荷重を、その側壁に負担させている。すなわち、従来ではスポークのみが負担していた荷重の一部を、ディスク６２に負担させている。

したがって、スポークを省略していても、ホイール６ａ全体として十分な剛性が実現されている。また、スポークを省略しているので、製造コストの大幅に低減されている。

ところで、車椅子Ｗでは、後輪６が、上方がケージ１側に向かって傾斜するように取り付けられている。すなわち、車椅子Ｗでは、ケージ１側のディスク６２には、ケージ１とは反対側のカバー６３よりも、大きな荷重が加わっている。これは、ディスク６２をケージ１側にすることによって、カバー６３よりも剛性の高いディスク６２に荷重を負担させて、ホイール６ａの寿命の低減を防止するためである。

しかし、ホイール６ａは、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。例えば、図７に示す第１の変形例のように、１枚のディスク６２及びカバー６３に代わり、２枚のディスク６２を対向するように用いて構成してもよい。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態では、本発明に係るホイール６ａを、車椅子Ｗに適用している。しかし、本発明のホイールは、車椅子のみに適用可能なものではなく、自転車等の他の乗り物の車輪にも適用可能なものである。

また、上記実施形態では、ホイール６ａにスポークを設けていない。しかし、本発明のホイールは、スポークを備える構成としてもよい。

また、上記実施形態では、ホイール６ａのケージ１とは反対側を、カバー６３によって覆っている。しかし、本発明のホイールは、ホイールのケージとは反対側を、カバーに代わり、リブ及び溝の形成されたディスクを用いても覆ってもよい。また、その場合には、ホイールのケージ側を、ディスクに代わり、リブ及び溝の形成されていないカバーを用いて覆ってもよい。

また、上記実施形態では、図５に示すように、第１リブ６２ｂを全て均一な長さとしている。しかし、本発明のホイールはこのような構成に限定されるものではない。例えば、図８に示す第２の変形例のように、第１リブ６２ｂのうちの少なくとも１つ（第２の変形例では半数の第１リブ６２ｂ）の先端部が中央部よりも周縁部側に位置するように、所定の第１リブ６２ｂの長さを変更してもよい。

このように構成した場合には、ハブ６１の配置されている領域の周辺に集中する応力を軽減することができる。その結果、その部分での折れ曲がり等の不具合の発生を防止することができる。

１…ケージ、１ａ…着座シート、２…車体フレーム、３…ハンドル、４…前輪、５…フロントフォーク、５ａ…コラム部、５ｂ…フォーク部、５ｃ…軸受け孔、６…後輪、６ａ…ホイール、６ｂ…タイヤ、７…ハンドリム、６０…リム、６１…ハブ、６２…ディスク、６２ａ…板状部、６２ｂ…第１リブ、６２ｃ…第２リブ、６２ｄ…第１溝、６２ｅ…第２溝、６３…カバー、６４…固定部材、Ｗ…車椅子。

Claims (9)

1. タイヤが外嵌される環状のリムと、
   前記リムの中央部に配置され、車軸が結合されるハブと、
   周縁部に前記リムが取り付けられ、前記リムと前記ハブとの間を覆うディスクとを備え、
   前記ディスクは、板状部と、前記板状部の前記車軸の軸線方向一方側の面に設けられ、延在方向ベクトルに径方向ベクトルを含むリブとを有し、
   前記板状部は、前記車軸の軸線方向他方側の面の前記リブに対応する位置に、溝が設けられていることを特徴とするホイール。
2. 請求項１に記載のホイールであって、
   複数の前記リブを備え、
   複数の前記リブは、第１リブと、前記第１リブよりも前記ディスクの周縁部側に偏在する第２リブとを含むことを特徴とするホイール。
3. 請求項２に記載のホイールであって、
   複数の前記第１リブを備え、
   前記第１リブは、前記ディスクの前記周縁部から中央部まで径方向に延び、
   前記第２リブは、前記ディスクの前記周縁部から前記中央部側に向かって径方向に延び、前記第１リブよりも短く、隣接する前記第１リブの間に設けられていることを特徴とするホイール。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のホイールであって、
   複数の前記リブを備え、
   前記リブは、前記ディスクの周縁部から中央部側に向かって径方向に延び、
   複数の前記リブのうちの少なくとも１つのリブの先端部は、中央部よりも周縁部側に位置していることを特徴とするホイール。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の車椅子であって、
   リブは、前記リム側に向かって凸となるように形成されていることを特徴とするホイール。
6. 請求項５に記載のホイールであって、
   前記リブの高さは、前記リムの幅以下であることを特徴とするホイール。
7. 着座用シートを有するケージと、前記ケージの前方に延設された車体フレームと、前記車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、前記車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、前記ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、
   前記後輪は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のホイールと、前記ホイールに嵌合されたタイヤとで構成されていることを特徴とする車椅子。
8. 請求項７に記載の車椅子であって、
   前記ホイールは、前記ディスクが前記ケージ側となるように、配置されていることを特徴とする車椅子。
9. 請求項７又は請求項８に記載の車椅子であって、
   前記ホイールの前記ケージ側とは反対側に固定されたハンドリムを備え、
   前記ホイールは、前記ハブの前記車軸の他方側に配置され、周縁部に前記リムが取り付けられ、前記リムと前記ハブとの間の領域を覆うカバー、及び、前記ディスクと前記カバーとの間に固定された固定部材を備え、
   前記ハンドリムは、前記ハンドリム及び前記カバーを貫くネジによって、前記固定部材に固定されていることを特徴とする車椅子。