JP3910417B2 - 回転体付き車輪 - Google Patents
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の非旋回式の回転体が車輪の周囲に転向用に配列されている回転体付き車輪に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転体付き車輪として、特開平１１−２２７４０４号公報には、車輪の外周円に沿った回転軸に直進方向と直角方向に回転するローラ状回転体が配列され、各回転体間に緩衝部材が配置された車輪が開示されている。また、特公平７−１２８２９号公報或は特表平１０−５０００４９号公報には、駆動輪を備えることを前提に、多数の紡錘状の回転体が直進方向に対して傾斜して設けられた車輪が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の車輪によれば、転向用回転体により、キャスタと異なり旋回することなく、つまり車輪の横幅を広げることなく、横方向へ或はベクトル分力に応じて車輪も回転させつつ斜めに走行することができるが、回転体の直径に対応した幅で隣合う回転体の前後端間に隙間が必然的に生じる。したがって、その隙間に石等が挟まるために緩衝部材を介在させているが、回転体との摩擦抵抗を生じたり、その非回転によりスムーズに回転できない等の点で改良の余地が残される。
【０００４】
一方、後者の車輪によれば、同様に斜めの転向用回転体により旋回することなく、横方向或は斜め方向へ走行できるが、回転体の隣合う周面間に隙間を生じ、また段差の乗り越えを配慮して車輪の直径を大きくして各回転体の直進方向の縦幅も相応に広くしようとすると、斜めになった回転体により車輪の横幅、即ち旋回半径が自ずと広がることになる。
【０００５】
そこで、本出願人は、特願２００１−２２２５４８により、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されると共に、各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に支持され、各回転体は、その先端部の直径を基端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成する形状に形成される回転体付き車輪を提案した。これにより、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜めに自在に転向することができるだけでなく、段差を容易に乗り越え得るように車輪の直径を大きくした場合でも各回転体の隙間を互いに干渉しない程度に僅かにすることができる。
【０００６】
本発明は、このような全方向走行の回転体付き車輪をさらに発展させて車輪の振動のみならず、車輪が横方向から障害物に衝突した際の衝撃も軽減できる回転体付き車輪を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に、車軸を中心部に備えたリムに支持され、各回転体は、その先端部の直径を基端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成する形状に形成されると共に、先端部が隣合う基端部に近接し得るように、先端部が、隣合う基端部に形成された凹部に部分的に侵入し、リム及び車軸間に弾性を呈する衝撃吸収用緩衝部材が介在することを特徴とする。
【０００８】
回転体は、半径方向に対して交差する回転軸線上に回転自在に支持され、直径が基端部から先端部に向けて徐々に小さくなるか、或は一旦大きくなった後に小さくなって周面で車輪外周円を形成する。小さな直径の先端部が大きな直径の基端部に、均一径の場合に較べてより近接可能となり、しかも先端部が相手方の基端部の凹部に侵入することにより、各回転体間の隙間が一層小さくなる。直進中に回転体付き車輪が段差部の立上がり面等の障害物に衝突すると、緩衝部材の弾性で衝撃が緩和される。さらに、回転体の回転で回転体付き車輪が横方向もしくは斜めに移動する際に障害物に衝突すると、回転体付き車輪が緩衝部材の弾性膨縮で傾倒して緩衝作用が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５を基に本発明の実施の形態による車椅子の４輪のうち前輪に採用される回転体付き車輪を説明する。図５に示す車椅子の前輪９は、道路の歩道車道間等の段差を容易に乗り越え得る程度に大きな直径を有し、中心部に車軸１を備えたリム２の周囲に、前輪９の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の同一形状の回転体１０を配列して構成されている。
【００１０】
各回転体１０が、図１に示すように、車軸１の回転軸線Ｏを中心とする半径Ｒ１の方向に対してその半径円と同一面状で直交方向からずれた角度の斜めに交差する回転軸線Ｘ１上に位置する回転軸２６に回転自在に支持されている。各回転体１０の直径は、半径Ｒ１に沿った基端部１１から先端部１２に向けて連続的に小さく変化し、かつ周面１９が前輪９の車輪外周円Ｃ１への回転位置でその円弧を形成し、したがって各回転体１０は半紡錘形状に形成されている。
【００１１】
また、先端部１２が隣合う回転体１０の基端部１１に形成された円錐面状の凹部２５の外周側半分に部分的に侵入して、車輪外周円Ｃ１に回転した周面１９が好ましくは１ｍｍ乃至５ｍｍ程度の隙間１９ａで隣合う回転体１０の基端部１１に近接し得るようになっている。
【００１２】
さらに、リム２の周面には軸受アーム２０の基端部が取付けられ、凹部２５のリム２側の周壁２５ａ及びリム２側の周面１９間の隙間２７に侵入し、さらに先端部１２間の隙間に侵入して隣合う回転軸２６に対して直交方向へ順に曲げられている。これにより、軸受アーム２０の途中位置２１で回転軸２６の基部側端部を支持し、先端位置２２で隣合う回転体１０の回転軸２６の先端側端部を支持している。
【００１３】
車軸１の両端部は、車椅子の前脚８に下設されたフォーク７に支持されている。また、車軸１には、図２及び図３に示すように、筒状軸受３１が回転自在に挿入され、この軸受及びリム２間には弾性を呈する発泡ウレタンもしくはゴム製のディスク状の緩衝部材３０が介在し、その内周面は軸受３１に、外周面はリム２にそれぞれ例えば接合により取付けられている。フォーク７の両側部７ａ間の間隔は、前輪９を横方向へ傾倒させ得る程度の隙間を与えるように設定されている。緩衝部材３０に、重量を軽減するように、順に配列された複数個の中空部３７が形成されている。
【００１４】
このように構成された前輪９を採用した車椅子の動作は次の通りである。車椅子、即ち前輪９が直進方向Ａへ押されると、回転体１０は回転することなく直進する。同様に後退も可能である。回転体１０の全部の周面１９はほぼ連続した車輪外周円Ｃ１を形成し得、また回転体１０の前後端間の隙間はそれぞれの回転動作が干渉しない程度に僅かであるために、その隙間に石等が挟まるのが回避され、スムーズな走行が保証される。また、前輪９が障害物に衝突すると、リム２が車軸１に対して緩衝部材３０の弾性膨縮に伴って後方へ相対的に変位し、衝撃が緩和される。
【００１５】
車椅子を真横方向に押すと、接地している回転体１０が回転して車椅子の進行方向が真横方向に転向する。斜めに押すと、進行力を直交方向に分解されたベクトル分力に応じて、前輪９はその車軸１を中心に回転すると共に、回転体１０も回転軸２６を中心に回転して車椅子の進行方向は斜めの前進又は後退方向に転向する。即ち、回転体１０の非旋回により前輪９の横幅を広げることなく、３６０°の全方向に走行することができる。回転体１０の周面１９が充分な直径の前輪９の外周に連続するために、路面の段差等を容易に引っ掛かりを生じることなく乗り越えることができる。車椅子は、後輪が回転体１０を備えないことにより、横もしくは斜めの走行過程でその方向へ徐々に転向して直進状態となる。
【００１６】
さらに、図４に示すように、前輪９が段差６の立上がり面６ａに横方向から衝突すると、前輪９は緩衝部材３０の弾性により、フォーク７の両側部７ａ間で傾倒して緩衝作用を伴って乗り上げる。また、立上がり面６ａに斜め横方向に衝突した場合、前輪９が直進方向Ａに対して面直方向に僅かに撓んで乗り上げも容易になる。
【００１７】
尚、前述の実施の形態に代えて、車軸１の両端部が回転自在に支持される場合、軸受３１を廃止して緩衝部材の内周面を直接車軸１に固定状態で取付けることもできる。緩衝部材としては、この実施の形態による中実状の緩衝部材に代えて、空気タイヤ或いは外皮内に弾性体が装填されてクッション性を有するノーパンクタイヤを装着することも可能である。前輪として説明した回転体付き車輪は、車椅子の後輪或いは台車のキャスタとしても採用することもできる。また、各回転体をリムに回転自在に支持する構造としては、回転体を前後に２分割して中間位置で支持する等種々の構成が考えられる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜めに自在に転向することができるだけでなく、段差を容易に乗り越え得るように車輪の直径を大きくした場合でも、各回転体はその先端部の直径を基端部の直径よりも小さくすることにより互いの隙間を干渉しない程度に僅かにすることができ、先端部が相手方の基端部の凹部に侵入することにより隙間を一層小さくすることができる。車椅子或いは台車に採用された場合に横方向の移動に際して回転体が段差の立上がり面に衝突した際に衝撃も緩和される。
【００１９】
請求項２の発明により、キャスタのように車軸の両端部がフォークの両側部に支持する場合でも車輪を傾倒可能にすることにより、横方向の衝突を緩和できる。請求項３の発明によれば、前後端の径の差が大きくなり、隙間を小さくするために回転体を互いに接近させ易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による回転体付き車輪の要部断面図である。
【図２】同回転体付き車輪の側面図である。
【図３】同回転体付き車輪の一部断面にした正面図である。
【図４】同回転体付き車輪の動作を説明する正面図である。
【図５】同回転体付き車輪を採用した車椅子の斜視図である。
【符号の説明】
１ 車軸
２ リム
７ フォーク
９ 前輪
１０ 回転体
１１ 回転体の基端部
１２ 回転体の先端部
１９ 回転体の周面
１９ａ、２７ 隙間
２０ 軸受アーム
２６ 回転軸
３０ 緩衝部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の非旋回式の回転体が車輪の周囲に転向用に配列されている回転体付き車輪に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転体付き車輪として、特開平１１−２２７４０４号公報には、車輪の外周円に沿った回転軸に直進方向と直角方向に回転するローラ状回転体が配列され、各回転体間に緩衝部材が配置された車輪が開示されている。また、特公平７−１２８２９号公報或は特表平１０−５０００４９号公報には、駆動輪を備えることを前提に、多数の紡錘状の回転体が直進方向に対して傾斜して設けられた車輪が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の車輪によれば、転向用回転体により、キャスタと異なり旋回することなく、つまり車輪の横幅を広げることなく、横方向へ或はベクトル分力に応じて車輪も回転させつつ斜めに走行することができるが、回転体の直径に対応した幅で隣合う回転体の前後端間に隙間が必然的に生じる。したがって、その隙間に石等が挟まるために緩衝部材を介在させているが、回転体との摩擦抵抗を生じたり、その非回転によりスムーズに回転できない等の点で改良の余地が残される。
【０００４】
一方、後者の車輪によれば、同様に斜めの転向用回転体により旋回することなく、横方向或は斜め方向へ走行できるが、回転体の隣合う周面間に隙間を生じ、また段差の乗り越えを配慮して車輪の直径を大きくして各回転体の直進方向の縦幅も相応に広くしようとすると、斜めになった回転体により車輪の横幅、即ち旋回半径が自ずと広がることになる。
【０００５】
そこで、本出願人は、特願２００１−２２２５４８により、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されると共に、各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に支持され、各回転体は、その先端部の直径を基端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成する形状に形成される回転体付き車輪を提案した。これにより、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜めに自在に転向することができるだけでなく、段差を容易に乗り越え得るように車輪の直径を大きくした場合でも各回転体の隙間を互いに干渉しない程度に僅かにすることができる。
【０００６】
本発明は、このような全方向走行の回転体付き車輪をさらに発展させて車輪の振動のみならず、車輪が横方向から障害物に衝突した際の衝撃も軽減できる回転体付き車輪を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に、車軸を中心部に備えたリムに支持され、各回転体は、その先端部の直径を基端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成する形状に形成されると共に、先端部が隣合う基端部に近接し得るように、先端部が、隣合う基端部に形成された凹部に部分的に侵入し、リム及び車軸間に弾性を呈する衝撃吸収用緩衝部材が介在することを特徴とする。
【０００８】
回転体は、半径方向に対して交差する回転軸線上に回転自在に支持され、直径が基端部から先端部に向けて徐々に小さくなるか、或は一旦大きくなった後に小さくなって周面で車輪外周円を形成する。小さな直径の先端部が大きな直径の基端部に、均一径の場合に較べてより近接可能となり、しかも先端部が相手方の基端部の凹部に侵入することにより、各回転体間の隙間が一層小さくなる。直進中に回転体付き車輪が段差部の立上がり面等の障害物に衝突すると、緩衝部材の弾性で衝撃が緩和される。さらに、回転体の回転で回転体付き車輪が横方向もしくは斜めに移動する際に障害物に衝突すると、回転体付き車輪が緩衝部材の弾性膨縮で傾倒して緩衝作用が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５を基に本発明の実施の形態による車椅子の４輪のうち前輪に採用される回転体付き車輪を説明する。図５に示す車椅子の前輪９は、道路の歩道車道間等の段差を容易に乗り越え得る程度に大きな直径を有し、中心部に車軸１を備えたリム２の周囲に、前輪９の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の同一形状の回転体１０を配列して構成されている。
【００１０】
各回転体１０が、図１に示すように、車軸１の回転軸線Ｏを中心とする半径Ｒ１の方向に対してその半径円と同一面状で直交方向からずれた角度の斜めに交差する回転軸線Ｘ１上に位置する回転軸２６に回転自在に支持されている。各回転体１０の直径は、半径Ｒ１に沿った基端部１１から先端部１２に向けて連続的に小さく変化し、かつ周面１９が前輪９の車輪外周円Ｃ１への回転位置でその円弧を形成し、したがって各回転体１０は半紡錘形状に形成されている。
【００１１】
また、先端部１２が隣合う回転体１０の基端部１１に形成された円錐面状の凹部２５の外周側半分に部分的に侵入して、車輪外周円Ｃ１に回転した周面１９が好ましくは１ｍｍ乃至５ｍｍ程度の隙間１９ａで隣合う回転体１０の基端部１１に近接し得るようになっている。
【００１２】
さらに、リム２の周面には軸受アーム２０の基端部が取付けられ、凹部２５のリム２側の周壁２５ａ及びリム２側の周面１９間の隙間２７に侵入し、さらに先端部１２間の隙間に侵入して隣合う回転軸２６に対して直交方向へ順に曲げられている。これにより、軸受アーム２０の途中位置２１で回転軸２６の基部側端部を支持し、先端位置２２で隣合う回転体１０の回転軸２６の先端側端部を支持している。
【００１３】
車軸１の両端部は、車椅子の前脚８に下設されたフォーク７に支持されている。また、車軸１には、図２及び図３に示すように、筒状軸受３１が回転自在に挿入され、この軸受及びリム２間には弾性を呈する発泡ウレタンもしくはゴム製のディスク状の緩衝部材３０が介在し、その内周面は軸受３１に、外周面はリム２にそれぞれ例えば接合により取付けられている。フォーク７の両側部７ａ間の間隔は、前輪９を横方向へ傾倒させ得る程度の隙間を与えるように設定されている。緩衝部材３０に、重量を軽減するように、順に配列された複数個の中空部３７が形成されている。
【００１４】
このように構成された前輪９を採用した車椅子の動作は次の通りである。車椅子、即ち前輪９が直進方向Ａへ押されると、回転体１０は回転することなく直進する。同様に後退も可能である。回転体１０の全部の周面１９はほぼ連続した車輪外周円Ｃ１を形成し得、また回転体１０の前後端間の隙間はそれぞれの回転動作が干渉しない程度に僅かであるために、その隙間に石等が挟まるのが回避され、スムーズな走行が保証される。また、前輪９が障害物に衝突すると、リム２が車軸１に対して緩衝部材３０の弾性膨縮に伴って後方へ相対的に変位し、衝撃が緩和される。
【００１５】
車椅子を真横方向に押すと、接地している回転体１０が回転して車椅子の進行方向が真横方向に転向する。斜めに押すと、進行力を直交方向に分解されたベクトル分力に応じて、前輪９はその車軸１を中心に回転すると共に、回転体１０も回転軸２６を中心に回転して車椅子の進行方向は斜めの前進又は後退方向に転向する。即ち、回転体１０の非旋回により前輪９の横幅を広げることなく、３６０°の全方向に走行することができる。回転体１０の周面１９が充分な直径の前輪９の外周に連続するために、路面の段差等を容易に引っ掛かりを生じることなく乗り越えることができる。車椅子は、後輪が回転体１０を備えないことにより、横もしくは斜めの走行過程でその方向へ徐々に転向して直進状態となる。
【００１６】
さらに、図４に示すように、前輪９が段差６の立上がり面６ａに横方向から衝突すると、前輪９は緩衝部材３０の弾性により、フォーク７の両側部７ａ間で傾倒して緩衝作用を伴って乗り上げる。また、立上がり面６ａに斜め横方向に衝突した場合、前輪９が直進方向Ａに対して面直方向に僅かに撓んで乗り上げも容易になる。
【００１７】
尚、前述の実施の形態に代えて、車軸１の両端部が回転自在に支持される場合、軸受３１を廃止して緩衝部材の内周面を直接車軸１に固定状態で取付けることもできる。緩衝部材としては、この実施の形態による中実状の緩衝部材に代えて、空気タイヤ或いは外皮内に弾性体が装填されてクッション性を有するノーパンクタイヤを装着することも可能である。前輪として説明した回転体付き車輪は、車椅子の後輪或いは台車のキャスタとしても採用することもできる。また、各回転体をリムに回転自在に支持する構造としては、回転体を前後に２分割して中間位置で支持する等種々の構成が考えられる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜めに自在に転向することができるだけでなく、段差を容易に乗り越え得るように車輪の直径を大きくした場合でも、各回転体はその先端部の直径を基端部の直径よりも小さくすることにより互いの隙間を干渉しない程度に僅かにすることができ、先端部が相手方の基端部の凹部に侵入することにより隙間を一層小さくすることができる。車椅子或いは台車に採用された場合に横方向の移動に際して回転体が段差の立上がり面に衝突した際に衝撃も緩和される。
【００１９】
請求項２の発明により、キャスタのように車軸の両端部がフォークの両側部に支持する場合でも車輪を傾倒可能にすることにより、横方向の衝突を緩和できる。請求項３の発明によれば、前後端の径の差が大きくなり、隙間を小さくするために回転体を互いに接近させ易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による回転体付き車輪の要部断面図である。
【図２】同回転体付き車輪の側面図である。
【図３】同回転体付き車輪の一部断面にした正面図である。
【図４】同回転体付き車輪の動作を説明する正面図である。
【図５】同回転体付き車輪を採用した車椅子の斜視図である。
【符号の説明】
１ 車軸
２ リム
７ フォーク
９ 前輪
１０ 回転体
１１ 回転体の基端部
１２ 回転体の先端部
１９ 回転体の周面
１９ａ、２７ 隙間
２０ 軸受アーム
２６ 回転軸
３０ 緩衝部材
Claims (3)
- 車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、
各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に、前記車軸を中心部に備えたリムに支持され、
前記各回転体は、その先端部の直径を基端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成する形状に形成されると共に、前記先端部が隣合う前記基端部に近接し得るように、前記先端部が、隣合う前記基端部に形成された凹部に部分的に侵入し、
前記リム及び前記車軸間に弾性を呈する衝撃吸収用緩衝部材が介在することを特徴とする回転体付き車輪。 - 車軸の両端部がフォークの両側に支持されると共に、前記フォークの両側の間隔が、前記車輪を傾倒させ得る程度の隙間を与えるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の回転体付き車輪。
- 各回転体が、その直径を基端部から先端部に向けて連続的に小さくする半紡錘形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転体付き車輪。
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| JP2001355805A JP3910417B2 (ja) | 2001-11-21 | 2001-11-21 | 回転体付き車輪 |
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| JP2022039075A (ja) * | 2020-08-27 | 2022-03-10 | ダイハツ工業株式会社 | 全方向車輪 |
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2001
- 2001-11-21 JP JP2001355805A patent/JP3910417B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2003154802A (ja) | 2003-05-27 |
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