JP5055473B2

JP5055473B2 - 階段を昇降する車

Info

Publication number: JP5055473B2
Application number: JP2008181120A
Authority: JP
Inventors: 耕一岡本
Original assignee: 耕一岡本
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004182217A; JP2008068867A; JP4182498B2; JP4142496B2; JP2008285157A

Description

発明の詳細な説明

車が階段を昇降するには、平坦な地面と異なり、階段の形状、蹴上げ、踏面、等の寸
法を測定しそれに対応する動きが求められるため、従来多種多様のセンサーを駆使し、複
雑で高価な制御装置を多用してきた。本発明の階段昇降車はモード変換やクラッチ等の切
り換え操作を駆使せず、上述のセンサーや制御装置を全く必要としないことを特徴とする
ものである。

すなわち、平坦走行時には原動機付きで駆動側の歯車が車輪の被駆動側の歯車を回転さ
せるが、車輪が階段の蹴込みにあたって車輪の回転が停止し、被駆動側の歯車の回転が停
止すると、駆動側の歯車が被駆動側の歯車の廻りを公転する（或いは被駆動側の歯車の回
転速度が遅くなった分だけ駆動側の歯車が被駆動側の歯車の廻りを公転する）。

本発明の階段昇降車はこのピニオンの公転を階段昇降車の昇降動作に利用するもので、
クラッチ等の切替装置を使わず平坦走行と昇降動作の２つのモード変換を交互に繰り返さ
せるものである。

車輪の回転と停止した車輪の廻りの公転とを繰り返す本発明の階段昇降車は、複数の車
輪が絡み合うものと、１つの車輪内部で車輪外周内側を車軸に取り付いたピニオンが移動
するものとがあり、前者には車輪を鎖状に連ねるものと車輪を放射状に配置するものとが
ある。後者には車輪の形状が円形から三角形などの多角形が考えられる。

ここで車の昇段時と降段時とのそれぞれにおいて車輪の回転方向とピニオンあるいは車
輪の公転方向がともに昇段方向あるいは降段方向に合致しておれば車は階段を昇降するこ
とになる。

本発明の階段昇降車は車輪の回転の停止によりピニオンの公転を誘発させることが絶対条
件で、そのためには車輪とノンスリップとの間でスリップしないことが不可避でタイヤに
は色々の工夫が施される。

また昇段時にピニオンの公転が継続せず車輪後部がノンスリップから離れて持ち上げられ
公転が終了し車輪が回転し始め平坦走行に復帰させるためには補助車輪などの介助が必要
になる. この補助車輪の介助は同時に車軸の（ピニオンの中心の）軌跡を上にあるいは下
に凹の円の一部をより直線に近くする効果がある。

この車輪後部を押し上げる補助車輪の動きはピニオンの公転に連動して車輪の下に潜り込
み踏面上を滑走するもので、より車輪後部を押し上げるためと昇段前に補助車輪が蹴込み
にあたってピニオンの公転を阻止しないように渦巻き補助車輪などが考案される。

まず平坦走行する本発明の階段を昇降する車輪が蹴込みに当たるとクラッチなどの切り
替え操作なしに階段の昇段に移るかについて説明する。電動機等によって回転されるモー
ター歯車が車輪歯車を回転させる方式として歯車を噛み合わせて回転を伝えるものと、チ
ェインを介在させて回転を伝えるものとがあり、被駆動側の回転を止めると駆動側の歯車
は被駆動側の歯車のまわりを公転し、被駆動側の回転が止まることにより被駆動側の回転
から駆動側の公転に切り替わる現象が認められる。

[図１](a),(b),(c)はそれぞれ、車輪円周の内歯車を、車輪中心に位置する外歯車を、
車輪中心に位置するチェイン歯車を車輪円周に位置するピニオンが電動機等により車輪に
回転を与えて平坦走行するもので、車輪が蹴込みに当たり回転が止まると、回転が停止し
た内歯車(a)、外歯車(b)、あるいはチェイン歯車あるいはプーリー(c)のまわりをピニオ
ンが公転する。 ( a )( b ) ( c )はともに、ピニオンが平坦走行の初期状態から昇段へ
移行した状態をしめすものである。以下、図中→印は階段上昇時の歯車の回転方向、⇒印
は歯車の公転方向を示す。

[図２] (a),(b),(c)はそれぞれ、内側をチェイン(或いはｖベルト或いは内歯車或いは
ラック)を貼り付けた円形、正方形、正三角形、菱形の車輪を示し、内部のチェイン歯車
のピニオンは車体を支持する車軸歯車である。(a)では内部のチェイン歯車は円形車輪に
回転を与えるが車輪の停止に伴いその外周内側をチェイン歯車が移動する。(b),(c)では
内部のチェイン歯車はそれぞれの辺上を移動するが、その頂点の内側を通過する時その頂
点を中心に車輪全体を回転させる。

[図３] [図４] [図５]はモーター歯車の周りにそれと咬みあう複数個の歯車を放射状に
配置し正三角形の盤に取り付けた階段昇降車で、（ａ）（ｂ）はともに階段昇降車の昇段
開始状態図をしめす。走行動作は車輪の回転であり、昇降動作は盤の公転である。

車輪の回転と連結板の公転は互いに他方が停止すれば一方が開始し自動的に切り替わるモ
ーターの回転を継続したままで車輪の回転と連結板の公転を交互に繰り返せば走行動作と
上昇動作とが繰り返される。
昇降動作において太陽車軸を中心に車輪あるいは盤が公転することは見方を変えれば停止
した接地輪を中心に太陽車軸が公転することでもある。

[図３] ( a )ではモーター歯車の周りの複数個の歯車と同軸の車輪の前進が阻まれるこ
とで[図３]、(b)では遊星歯車の公転が阻まれることで、接地輪が停止する。
[図４]は図３( a )でモーター歯車の廻りに放射状に配置した歯車に取り付いた車輪を取
り外したもので、車輪の前進が阻まれることで車軸歯車が車輪歯車との中間に介在する歯
車の廻りを公転する。（ａ）は、昇段開始時の状態図（ｂ）は、昇段直前の状態図（ｃ）
は、上段走行の状態図

[図５]は、車軸歯車部分に遊星歯車と太陽歯車を内蔵する内歯車を組み込んだ請求項１
の車輪で、各車輪（７）は車軸歯車(４）に噛合う歯車（６）に取り付き、全部で車輪が6
個の場合、3個の車輪が表面で車軸（２）から放射状に配置され盤（４６）に取り付けら
れる。

残り3個の車輪は裏面で車軸（２）と遊星歯車(１３)を取り付ける盤（４７）に取り付け
られる。

（ａ）は、構造図を表面から見た正面図（ｂ）は、構造図の裏面図（ａ）（ｂ）に於いて
点線で書いた車輪（７）と歯車(６）は反対側の面にあることを示す。

裏面の盤（４７）の公転の停止時、太陽歯車（３）の回転は遊星歯車(１３)を介して内歯
車（１０）および車軸歯車（４）に伝達され、これに噛合う車輪歯車（６）が回転する。

（ｂ）に示すように車輪（７）が蹴込みに当たって回転が停止すると、内歯車（１０）お
よび車軸歯車（４）の回転が停止し盤（４７）の公転が起こる。

盤（４７）に取り付く裏面の各車輪歯車（６）は車軸歯車（４）に沿って回転しながら公
転する。

（ａ）は、構造図（ｂ）は、階段上昇開始時の状態図（ｃ）は、部品配置図である。

[図６]（a）(b)は接地側の下辺とその対面の上辺の２辺と２個の頂点からなる二辺車
輪で、図２（b）(c）に示す多角形車輪を最も簡略化したものである。

[図６]（a）に示すように車輪が接地状態にあってピニオンが下辺に噛合う時、ピニオ
ンは下辺上を走行し車輪内部を移動する。また図６（ｂ）に示すように車輪が接地状態で
なく空中に浮いた状態でピニオンが上辺に噛合う時、ピニオンは車輪を前方に送り出す。

図６（c）(d)(e)(f)は車軸(2)を中心に回転する盤(13)の両端にピニオンを取り付けて
、２個の二辺車輪が上下入れ替わりながら地面(33)を走行する一連の動きを説明するもの
である。下方のピニオンは接地側車輪の下辺上を走行し、上方のピニオンは空中に浮いた
車輪を前方に送り出すようになる。

[図２]（a）の階段を昇降する車輪はその直径を大きくするほどピニオンが上段ノンス
リップを通過した緩い勾配を登坂することになり上段ノンスリップを中心に公転しやすく
なるが、車輪の大部分が車輪の乗ったノンスリップより外にあって下の段に落下しやすい
。

つぎにピニオンが外周内側を移動する円形車輪の昇段に際して車輪後部を押し上げ円形
車輪が上段ノンスリップを中心に公転し平坦走行の初期状態に戻ることを可能にする補助
装置について説明する。

図２の外周内側を移動するピニオンは昇段開始直後に緩く昇段終了直前には急な勾配を
登坂する。ピニオンの通過した後方を押し上げれば常時緩い勾配を登坂することになり、
ピニオンが上段ノンスリップを通過した後、上段ノンスリップを中心に円形車輪が公転し
、容易に平坦走行の初期状態に戻ることが出来る。

[図７]は[請求項２]の補助装置を[図２] (a)の階段昇降車に適用した例で説明するも
ので、(a),(b)はそれぞれの補助装置の介助によって、円形車輪が上段に乗り上げて平坦
走行の初期状態に戻ろうとする状態を示す。階段を昇降する車輪は車軸を中心に回転する
ように観えるがノンスリップを中心とする車軸の公転を繰り返しているだけで、１回の車
軸の公転で車輪は１回の自転をする。

そのため(a)では、ピニオンの外周内側の移動は車輪のノンスリップを中心とする公転
を意味し、ピニオンに後続し外周内側を移動する補助車輪の回転角は補助車輪の公転角で
ピニオンと直径が同じであれば、補助車輪の公転角は車輪の公転角より大きく同軸の補助
車輪は加速され先行のピニオンを押しながら車輪後部を押し上げるようになる。

またピニオンがモーター歯車でモーターが盤（１３）にとりつけばモーターはピニオン
の回転と逆方向に自転し補助車輪を押さえつける。(ｂ)では、ピニオンを回転させるモー
ター歯車がピニオンのまわりを公転しながら後続の補助車輪を押さえつけ円形車輪を引き
上げる。

補助車輪の踏面への進入角度は最初のノンスリップへの進入時に最大で以後踏面内部へ
進入するに従いその進入方向は踏面と平行に近づき後輪後部を押し上げる効果を減少する
。

[図８](a)はスロープを置いた踏面に補助車輪が進入する状態図で、補助車輪の後輪後
部を押し上げる効果の減少をおさえた状態を示す。(b),(c) のそれぞれは(a)と同様の効
果をもたらす補助車輪で、(c)は (b) の複数の補助車輪を1つにするだけでなく補助車輪
の前半分を省略することで補助車輪の蹴込みに当たるまでの滑走距離を倍増し蹴込みに当
たっても車輪のようにピニオンの公転を止めてしまうことはない補助車輪である。

(b)の複数個の補助車輪の半径のそれぞれは (a)のスロープを駆け上がる補助車輪が
対応するそれぞれの位置での中心と踏面までの距離に一致する。 (c)は補助車輪の形状を
渦巻き状にするもので、渦線は等進渦線で、その長さは踏面に接地した長さに同じでその
半径は (b)と同様に(a)のスロープを駆け上がる補助車輪が対応するそれぞれの位置での
中心と踏面までの距離に一致する。

[図９]は車輪に牽引されるソリにこれらの補助車輪を取りつけ車輪の公転時に補助車輪
を引き上げることなく車輪本体から切り離し車輪後部の重量を軽減するものである。 (a)
に示すソリ(41)は盤後部がガイドローラーを介して乗り上げるとき階段上に停留し公転時
に盤後部が離れるとき移動するものである。

[図１０]（a）に示すラチェット刃形状の突起爪（３２）には円周の接線方向の底面と半
径方向の引掛り面があり、この突起爪を有する車輪が階段のノンスリップに当たる時爪の
底面に半径方向の力が作用すると突起爪は車輪内に収納され、爪の引掛り面に円周方向の
力が作用するとこれに抵抗し、車輪と階段のノンスリップとが噛合い車輪は滑ることなく
登坂する。また接地面ではもっぱら爪の底面に半径方向の荷重が作用するだけなので突起
爪は車輪内に収納され引掛り面が地面を引っ掛けることなく、車輪は突起爪を付さない車
輪と同様に平坦走行する。（a）は円周を８等分して突起爪を１列にして付した車輪を例
示するものであるが、複数列の突起爪を位相をずらして重ね合わすと、ノンスリップと大
きく噛合いながら滑ることなく登坂する車輪が可能となる。

[図１１]は車が階段の途中で停留するための安全装置で、車体の傾斜時に降りる方向の回
転をロックし水平時に解除するブレーキである。（a）は車体の水平時の状態を示し（b）
は車体の傾斜時の状態を示す。このブレーキ(６５）は車体に回転自由のヒンジ（１５）
で吊り下げられ、車体の水平時にだけでなく車体の傾斜時にも鉛直が保たれるため、車体
の水平時には車輪に触れることはなく、車体の傾斜時には車輪に接触し車輪の回転ととも
に当り(４５)が車輪に食い込み更に突起（３２）が車輪を押さえて車輪の降りる方向の回
転をロックする。この車体に鉛直に吊り下げられたブレーキ(６５）は当り(４５)の他に
突起（３２）を有し、突起（３２）はタイヤの空気圧が少ないときなど当りがヒンジを挟
んで反対側まで回転し通り過ぎてしまうことを防ぐものである

階段を昇降する車の車輪円形、正方形、正三角形、菱形の車輪モーター歯車の廻りに放射状に配置した歯車に取り付いた車輪モーター歯車の廻りに放射状に配置した歯車に取り付いた車輪モーター歯車の廻りに放射状に配置した歯車に取り付いた車輪二辺車輪車軸の公転で車輪は１回の自転をする階段を昇降する車の車輪車軸の公転で車輪は１回の自転をする階段を昇降する車の車輪車軸の公転で車輪は１回の自転をする階段を昇降する車の車輪車輪は突起爪を付す車輪車が階段の途中で停留するための安全装置

符号の説明

（１）車体
（２）車体重量を支持する車軸
（３）電動機等により駆動する歯車
（４）歯車或いは車輪の回転軸
（５）（４）にベアリングを介して取り付けた歯車
（６）（４）にキーで固定して取り付けた歯車
（７）（４）にベアリングを介して取り付けた車輪
（８）（４）にキーで固定して取り付けた車輪
（９）車輪のフレーム
（１０）（９）の内側に取り付けたチェイン
（１１）（９）の外側に取り付けたタイヤ、ゴム等の緩衝材
（１２）回転軸と回転軸とを連結するリンクプレート
（１３）複数の回転軸を取り付ける盤
（１９）モーター
（２０）軸受
(２５) （４）に取り付けた盤
（２６）階段の蹴込み部分
（２７）階段の踏面部分
（２８）階段のノンスリップ部分
(４１）ソリ
(４２）スロープ
(４３）渦巻き補助車輪
（ｒ１）スロープを駆け上がる直前位置での補助車輪の中心と踏面までの距離
（ｒ２）スロープ昇段中の位置での補助車輪の中心と踏面までの距離

Claims

内側にチェイン或いはＶベルト或いは内歯車或いはラックを貼り付けた外周の形状が正方形或いは正三角形或いは菱形或いはその他の多角形である車輪と、上記車輪の内部に収容され、車体を支持し、自転しながら、上記チェイン或いはＶベルト或いは内歯車或いはラックに沿って移動するチェイン歯車とを備え、上記チェイン歯車の回転軸が車体重量を支持し、上記車輪の外周が接地して回転しながら走行する外周の形状が多角形である車輪の回転機構であって、チェイン歯車が上記正方形或いは正三角形或いは菱形或いはその他の多角形の辺に沿って移動するとき上記車輪は回転せず、上記正方形或いは正三角形或いは菱形或いはその他の多角形の頂点の内側を通過するとき上記車輪は上記頂点を中心に回転することを特徴とする外周の形状が多角形である車輪の回転機構。