JP7492466B2

JP7492466B2 - 車輪及び車両

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Publication number: JP7492466B2
Application number: JP2021018675A
Authority: JP
Inventors: 健二石堂
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2041-02-09
Also published as: JP2022121780A

Description

本開示は、車輪及び車両に関する。

搬送台車等の車両に搭載される車輪は、許容する段差に限界があり、特に、車両が重量物を搬送する場合等、車輪に大きな荷重がかかる場合、低い段差であっても乗り越えることが困難である。例えば、特許文献１には、車輪より前方に突出したアームの先端を段差下に引っ掛け、アームの先端を支点にして車輪を持ち上げて段差を乗り越える手押し車が開示されている。また、特許文献２には、車輪が段差を乗り越えるためのスロープ部材を備え、段差の直前の任意のタイミングでスロープ部材を段差に懸架してスロープの上を車輪が走行可能な車輪走行体が開示されている。

特開２０１９－１４７４７０号公報特開２０１８－１７５３４６号公報

しかしながら、特許文献１の車輪では、アームの先端が段差下に引っ掛かって車輪が持ち上がる瞬間に、依然として大きな牽引力がかかる。また、特許文献２の車輪では、使用者が任意のタイミングでスロープ部材を段差に懸架する必要がある。このため、例えば、積載された荷物によって前方の段差の位置が把握しづらい搬送台車等に適用する場合、段差の位置を都度確認してスロープ部材を懸架する搬送台車の位置を調整する必要があり煩雑である。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、段差を乗り越える際の負荷を低減させることができる車輪及び車両を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の車輪は、車軸回りに回動する円板体を含む車輪本体と、前記車軸回りに前記車輪本体に対して回動可能かつ前記車輪本体の径方向に移動可能な腕部と、前記車軸回りに回動するように前記腕部に連結されるスロープ部と、前記スロープ部が前記車軸を中心とする回転方向の所定範囲で前記車輪本体の外周面から離隔しかつ前記所定範囲以外で前記車輪本体の外周面に接触するように前記腕部の径方向の移動をガイドするガイド部と、前記腕部を重力に抗して所定の待機位置に保持しかつ前記腕部に対する前記車軸回りの外力によって前記保持を解除する保持部と、を備える。

車輪の望ましい態様として、前記スロープ部を前記車輪本体の外周面から離隔する方向に常時付勢する付勢部と、前記スロープ部の前記車輪本体の外周面から離隔する方向への移動範囲を制限する制止部と、を備える。

車輪の望ましい態様として、前記ガイド部は、前記車軸方向視で前記所定範囲が径方向外側に膨出した凸状曲線状かつ前記所定範囲以外が前記車軸を中心とする円弧状の断面を有する無端の曲線形状のガイドレールと、前記車軸と平行な軸心が前記腕部に固定されかつ前記ガイドレールの内周面を転動する第１軸受と、前記車軸に対して前記第１軸受の径方向外側において前記車軸と平行な軸心が前記腕部に固定されかつ前記ガイドレールの外周面を転動する第２軸受と、を含む。

車輪の望ましい態様として、前記スロープ部は、外周面のうち前記車輪本体の外周面に接触する面に、前記車軸方向視で前記車輪本体の外周面と曲率半径が等しい円弧形状を含む凹状の曲面を含む。

車輪の望ましい態様として、前記スロープ部は、外周面のうち前記車軸に対して径方向外側に位置する面に、前記車軸方向視で前記車輪本体の外周面より曲率半径が大きい楕円弧形状を含む凸状の曲面を含む。

車輪の望ましい態様として、前記車軸方向視で一部が前記スロープ部より前記車輪本体の径方向外側に突出する位置と前記スロープ部に収容される位置との間で前記スロープ部に対して前記車軸と平行な軸心回りに回動可能であって、前記腕部が前記待機位置にある状態において先端が前記スロープ部より前方に位置する段差検知部を備える。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様の車両は、車輪と、前記車輪を前記車軸回りに回転可能に支持する車体と、を備える。

本開示によれば、段差を乗り越える際の負荷を低減させることができる。

図１は、実施形態に係る車輪の構成例を模式的に示す側面図である。図２は、図１に示す車輪の正面図である。図３は、図１に示す車輪による段差乗り越え動作を説明する説明図である。図４は、実施形態に係る車輪を搭載する適用例としての台車の構成例を模式的に示す側面図である。

以下に、本開示につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態の記載に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態における構成要素は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。以下の実施形態では、本開示の実施形態を例示する上で、必要となる構成要素を説明し、その他の構成要素を省略する。

（実施形態）
まず、実施形態に係る車輪１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車輪１の構成例を模式的に示す側面図である。図２は、図１に示す車輪１の正面図である。以下の説明において、車輪１が段差の乗り越えが可能な方向への回転方向を正回転方向Ｒｆといい、正回転方向Ｒｆとは反対側の回転方向を逆回転方向Ｒｒという。正回転方向Ｒｆは、図１において、時計方向である。逆回転方向Ｒｒは、図１において、反時計方向である。

実施形態の車輪１は、例えば、重量物を搬送する搬送台車等の車両に搭載される。車両は、例えば、左右対称に車輪１が配置される四輪車両（例えば、図４の台車１００）が想定されるが、本開示ではこれに限定されない。また、実施形態の車輪１は、非駆動輪であるが、本開示ではこれに限定されず、駆動輪であってもよい。例えば、車両が自走車である場合、車輪１は、車輪１が搭載される車両の車体側に搭載される電源等のエネルギー源から、平地走行及び段差走行するための回転駆動力が供給される駆動輪であってもよい。

車輪１は、実施形態において、車輪本体１０と、腕部２０と、ガイド部３０と、保持部３５と、スロープ部４０と、付勢部５０と、段差検知部６０と、支持部９０と、シャフト９１と、を備える。支持部９０は、車輪１が搭載される車両に固定される。支持部９０は、車両の車体に対して、少なくとも水平軸回りの回動が規制される。シャフト９１は、支持部９０によって軸心が水平姿勢に支持される。

車輪本体１０は、車輪１の車軸Ａｗを中心軸とする円板体である。車輪本体１０は、車軸Ａｗ回りに回動する。車輪本体１０は、車軸Ａｗに沿って貫通するシャフト孔１１を有する。シャフト孔１１には、シャフト９１が貫通する。車輪本体１０は、実施形態において、シャフト孔１１を介してシャフト９１によって、支持部９０に対して車軸Ａｗ回りに回動可能に支持される。

車輪本体１０の外周面１２は、全周に亘って車輪１の転動周面を構成する。車輪本体１０は、外周面１２の周方向に沿って取り付けられる環状のタイヤ部（不図示）を有していてもよい。タイヤ部は、例えば、ゴム等で形成され、走行時における接地面から受ける車輪本体１０への衝撃を吸収する。

腕部２０は、実施形態において、車輪本体１０の両側面側に一対で設けられる。それぞれの腕部２０は、長手方向が車輪本体１０の径方向に延びる棒形状である。腕部２０は、車軸Ａｗ回りに車輪本体１０に対して回動可能かつ車輪本体１０の径方向に移動可能である。腕部２０は、一端部２１が、車輪本体１０に対して車軸Ａｗ回りに回動可能かつ車輪本体１０の径方向に移動可能に支持される。腕部２０は、実施形態において、一端部２１とは反対側の端部である他端部２２が、車軸Ａｗ方向視で車輪本体１０の外周より径方向外側に突出する。それぞれの腕部２０は、長孔２３を有する。また、一対の腕部２０は、連結部２４によって互いに連結される。

長孔２３は、腕部２０の一端部２１に車軸Ａｗに沿って貫通する貫通孔である。長孔２３は、車軸Ａｗを中心とする車輪本体１０の径方向に長手方向を有する。長孔２３には、支持部９０によって軸心が水平姿勢に支持されるシャフト９１が挿通する。腕部２０は、シャフト９１が長孔２３内を移動可能な範囲において、車輪本体１０に対する径方向への移動を許容される。腕部２０は、実施形態において、長孔２３を介してシャフト９１によって、車軸Ａｗ回りに回動可能かつ車輪本体１０の径方向に移動可能に支持される。

連結部２４は、腕部２０の他端部２２において、車輪本体１０の外周より径方向外側に突出する部分に設けられる。連結部２４は、一対の腕部２０の間に設けられる後述のスロープ部４０を支持する。連結部２４は、実施形態において、車軸Ａｗと平行な方向に延びて一対の腕部２０を連結する柱状の軸部材である。連結部２４は、一対の腕部２０のいずれかと一体的に形成されてもよいし、別体に設けられて一対の腕部２０に固定されてもよい。連結部２４は、後述のスロープ部４０の長孔４１に挿通して設けられる。腕部２０は、連結部２４がスロープ部４０の長孔４１内を移動可能な範囲において、スロープ部４０の腕部２０に対する相対移動を許容する。連結部２４がスロープ部４０の長孔４１内を移動可能な距離は、シャフト９１が長孔２３内を移動可能な距離、すなわち腕部２０が車輪本体１０に対して径方向に移動可能な距離に等しい。連結部２４は、後述の付勢部５０の第１腕部５２の先端部を固定する。

ガイド部３０は、腕部２０が車軸Ａｗ回りに回動する際の径方向の移動をガイドする。より詳しくは、ガイド部３０は、後述のスロープ部４０が、車軸Ａｗを中心とする回転方向の所定範囲で車輪本体１０の外周面１２から離隔し、かつ所定範囲以外で車輪本体１０の外周面１２に接触するように、腕部２０の径方向の移動をガイドする。ガイド部３０は、ガイドレール３１と、第１軸受３２と、第２軸受３３と、を含む。

ガイドレール３１は、実施形態において、支持部９０に設けられる。ガイドレール３１は、車軸Ａｗ方向視で無端の曲線形状である。ガイドレール３１は、車軸Ａｗ方向視で所定範囲が径方向外側に膨出した凸状曲線状、かつ所定範囲以外が車軸Ａｗを中心とする円弧状の断面を有する。ガイドレール３１の内周面、すなわち径方向内側の面には、第１軸受３２の外輪が転動する。ガイドレール３１の外周面、すなわち径方向外側の面には、第２軸受３３の外輪が転動する。

第１軸受３２は、ガイドレール３１の内周面側に接するように、腕部２０に設けられる。第１軸受３２は、例えば、外輪と、外輪の内側に設けられる内輪と、外輪と内輪との間に設けられる複数のコロ部材と、を含むベアリングである。第１軸受３２は、外輪が車軸Ａｗと平行な軸心回りに回動可能であるように、内輪が腕部２０に固定して設けられる。

第１軸受３２は、ガイドレール３１の外周面側に接するように、腕部２０に設けられる。第２軸受３３は、例えば、外輪と、外輪の内側に設けられる内輪と、外輪と内輪との間に設けられる複数のコロ部材と、を含むベアリングである。第２軸受３３は、外輪が車軸Ａｗと平行な軸心回りに回動可能であるように、内輪が腕部２０に固定して設けられる。第２軸受３３は、第１軸受３２に対して車輪本体１０の径方向外側に、ガイドレール３１を挟んで隣接するように腕部２０に設けられる。

第１軸受３２の外輪は、腕部２０の車軸Ａｗ回りの回動に伴って、ガイドレール３１の内周面を、腕部２０の回転方向と逆方向に転動する。第２軸受３３の外輪は、腕部２０の車軸Ａｗ回りの回動に伴って、ガイドレール３１の外周面を、腕部２０の回転方向と同方向に転動する。すなわち、第１軸受３２及び第２軸受３３は、ガイドレール３１を車輪本体１０の径方向に挟むようにガイドレール３１上を転動する。腕部２０は、車軸Ａｗ回りに転動する際に第１軸受３２及び第２軸受３３がガイドレール３１上を転動することによって、径方向の移動をガイドされる。

保持部３５は、実施形態において、ガイドレール３１に設けられる。保持部３５は、実施形態において、ガイドレール３１の径方向の厚みが他の部分より厚く形成された部分を含む。保持部３５は、所定の待機位置（図１に示す位置）にある腕部２０に設けられた第１軸受３２及び第２軸受３３を下方から支持する位置に設けられる。腕部２０は、待機位置において、腕部２０の他端部２２が車軸Ａｗより車輪１の進行方向側かつ下方に位置する。また、腕部２０が待機位置にある場合、後述のスロープ部４０及び段差検知部６０は、車輪１が走行する地面に接地しない。

保持部３５は、腕部２０を重力に抗して所定の待機位置（図１に示す位置）に保持する。保持部３５は、待機位置より上方から自重によって車軸Ａｗ回りに回転する腕部２０を制止して待機位置に保持する。保持部３５は、腕部２０に対して正回転方向Ｒｆの外力を受けることによって、待機位置における保持を解除する。第１軸受３２及び第２軸受３３が保持部３５を正回転方向Ｒｆに通過することによって、腕部２０は、保持部３５による保持から解除される。

スロープ部４０は、腕部２０とともに車軸Ａｗ回りに回動するように腕部２０の他端部２２に連結される。スロープ部４０は、車輪本体１０の外周面１２と接触する位置（例えば、後述の図３のステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６に示す位置）と離隔する位置（図１に示す位置）との間で移動可能に設けられる。スロープ部４０は、腕部２０が車軸Ａｗ回りに回動する際のガイド部３０にガイドされた径方向への移動に伴って、径方向へ移動する。ガイド部３０のガイドレール３１が径方向に膨出した凸状曲線状の断面を有する所定範囲において、スロープ部４０は、車輪本体１０の外周面１２と離隔する。ガイド部３０のガイドレール３１が車軸Ａｗを中心とする円弧状の断面を有する所定範囲以外において、スロープ部４０は、車輪本体１０の外周面１２と接触する。

スロープ部４０は、実施形態において、後述の付勢部５０によって、車輪本体１０の外周面１２から離隔する方向に常時付勢される。スロープ部４０は、車輪本体１０の外周面１２と接触する方向への外力を受けることによって、付勢部５０による付勢力に抗して、車輪本体１０の外周面１２と接触するまで、外周面１２に近接する方向に移動する。スロープ部４０は、長孔４１と、突起軸部４２と、固定部４３と、を有する。また、スロープ部４０は、実施形態において、車軸Ａｗ方向視が略三角形状の略三角柱体である。スロープ部４０は、略三角柱体の３つの側面にそれぞれ対応する外周面に、第１曲面部４４と、第２曲面部４５と、平面部４６と、を含む。

長孔４１は、車軸Ａｗに平行な方向に貫通する貫通孔である。長孔４１は、腕部２０に対してスロープ部４０が相対移動する方向に延びて形成される。スロープ部４０は、実施形態において、腕部２０の長手方向、すなわち車軸Ａｗを中心とする径方向に沿って移動する。すなわち、長孔４１は、車軸Ａｗを中心とする径方向に長手方向を有する。長孔４１には、腕部２０の連結部２４が挿通する。

連結部２４及び長孔４１は、スロープ部４０の車輪本体１０から離隔する方向への移動範囲を制限する制止部である。長孔４１は、長手方向における車輪本体１０側の端部が連結部２４と接触することによって、スロープ部４０の車輪本体１０から離隔する方向への移動範囲を制限する。なお、スロープ部４０は、車輪本体１０の外周面１２に接触することによって、車輪本体１０へ近接する方向への移動範囲を制限される。

突起軸部４２は、スロープ部４０の側面から車軸Ａｗに平行な方向に突出して設けられる柱状の突起部材である。突起軸部４２は、例えば、ボルト又はピン等でもよい。突起軸部４２は、後述の付勢部５０の折曲部５１が外周の一部に沿って設けられる。突起軸部４２は、折曲部５１を支持する。また、突起軸部４２は、後述の段差検知部６０の軸孔６１に挿通する。突起軸部４２は、段差検知部６０を、軸孔６１を介して回動可能に支持する。

固定部４３は、スロープ部４０の側面から車軸Ａｗに平行な方向に突出して設けられる柱状の突起部材である。固定部４３は、例えば、ボルト又はピン等でもよい。固定部４３は、後述の付勢部５０の第２腕部５３の先端部を固定する。

第１曲面部４４は、略三角柱体の３つの側面のうち１つの側面に対応するスロープ部４０の外周面の一部であって、車軸Ａｗに対して径方向内側、すなわち車輪本体１０の外周面１２に対向する側に位置する面である。第１曲面部４４は、車軸Ａｗ方向視において、車輪本体１０の半径と曲率半径が等しい円弧形状を含む凹状の曲面である。すなわち、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２に接触する位置にある場合、第１曲面部４４は、車輪本体１０の外周面１２に沿って接触する。第１曲面部４４が車輪本体１０の外周面１２に接触している状態では、腕部２０及びスロープ部４０は、車軸Ａｗ回りに車輪本体１０と共回りする。第１曲面部４４が車輪本体１０の外周面１２から離隔している状態では、腕部２０及びスロープ部４０は、車輪本体１０と相対回転可能である。

第２曲面部４５は、略三角柱体の３つの側面のうち第１曲面部４４とは異なる１つの側面に対応するスロープ部４０の外周面の一部であって、車軸Ａｗに対して径方向外側に位置する面である。第２曲面部４５は、車軸Ａｗ方向視において、車輪本体１０の半径より曲率半径が大きい楕円弧形状を含む凸状の曲面である。第２曲面部４５の正回転方向Ｒｆ側の端縁は、第１曲面部４４の正回転方向Ｒｆ側の端縁に接続する。第２曲面部４５は、第１曲面部４４が車輪本体１０の外周面１２に接触している状態において、車軸Ａｗ方向視の外形線を正回転方向Ｒｆ側に延ばした仮想の延長曲線に、車輪本体１０の外周面１２が内接するように設けられることが好ましい。第２曲面部４５は、腕部２０が保持部３５から解除されてスロープ部４０が地面に接地する状態において、地面を転動する（後述の図３のステップＳ３、Ｓ４を参照）。

平面部４６は、略三角柱体の３つの側面のうち第１曲面部４４及び第２曲面部４５とは異なる１つの側面に対応するスロープ部４０の外周面の一部であって、逆回転方向Ｒｒ側に位置する面である。平面部４６は、車輪本体１０の外周面１２側の端縁で、第１曲面部４４の逆回転方向Ｒｒ側の端縁に接続する。平面部４６は、車輪本体１０の外周面１２側とは反対側の端縁で、第２曲面部４５の逆回転方向Ｒｒ側の端縁に接続する。

付勢部５０は、スロープ部４０を車輪本体１０の外周面１２から離隔する方向に常時付勢する。付勢部５０は、実施形態において、板ばねを含む。付勢部５０は、実施形態において、折曲部５１と、第１腕部５２と、第２腕部５３と、を含む。

折曲部５１は、突起軸部４２の外周の一部に沿って設けられる。付勢部５０は、突起軸部４２に支持される折曲部５１を支点に車軸Ａｗと平行な軸回りに曲げ変形する。第１腕部５２は、折曲部５１の一端から車軸Ａｗと垂直な一方向に引き出された部分である。第１腕部５２は、腕部２０の連結部２４に固定される。第２腕部５３は、折曲部５１の他端から車軸Ａｗと平行かつ一方向とは異なる他方向に引き出された部分である。第２腕部５３は、固定部４３に固定される。

段差検知部６０は、スロープ部４０に対して、車軸Ａｗと平行な軸心回りに回動可能に設けられる。段差検知部６０は、車軸Ａｗと平行な方向に貫通する軸孔６１を有する。軸孔６１には、スロープ部４０の突起軸部４２が挿通する。段差検知部６０は、実施形態において、軸孔６１を介して、スロープ部４０に対して突起軸部４２の軸心回りに回動する。

段差検知部６０は、車軸Ａｗ方向視において、スロープ部４０の第２曲面部４５より径方向内側に収容される収容位置（後述の図３のステップＳ４に示す位置）と、第２曲面部４５より径方向外側に一部が突出する突出位置（図１に示す位置）との間でスロープ部４０に対して回動可能である。

段差検知部６０は、突出位置より正回転方向Ｒｆへの回転を規制される。なお、段差検知部６０は、実施形態において、腕部２０の連結部２４によって、収容位置より逆回転方向Ｒｒへの回転を規制される。段差検知部６０は、腕部２０が待機位置（図１に示す位置）にある状態において、車輪１が走行する地面に接地しない。

段差検知部６０は、実施形態において、車軸Ａｗ方向視で長手方向が逆回転方向Ｒｒに屈曲するＬ字形状である。段差検知部６０は、腕部２０が待機位置（図１に示す位置）にある状態において、Ｌ字形状の先端側の検知部６２が、スロープ部４０の進行方向の端部より前方に位置する。すなわち、実施形態の車輪１は、腕部２０が待機位置にある状態で段差に到達した場合、段差検知部６０の検知部６２が段差面Ｓに接触する（後述の図３のステップＳ２を参照）。

段差検知部６０の検知部６２が段差面Ｓと接触して後方への反力を受けると、スロープ部４０は、軸孔６１及び突起軸部４２を介して、後方への力を受ける。これにより、スロープ部４０が付勢部５０の付勢力に抗して車輪本体１０の外周面１２へ近接する方向への力を受けるとともに、腕部２０が正回転方向Ｒｆへの力を受ける。

次に、車輪１の動作について、図３を参照して説明する。図３は、図１に示す車輪１による段差乗り越え動作を説明する説明図である。図３に示すように、車輪１は、正回転方向Ｒｆに回転する方向に移動しているものとし、進行方向に段差があるものとする。なお、図３に示す段差の高さは、スロープ部４０の平面部４６の車軸Ａｗ方向視の長さと同等であることを想定するが、本開示ではこれに限定されない。

図３のステップＳ１に示すように、車輪１は、腕部２０が保持部３５によって待機位置に保持されている場合、スロープ部４０及び段差検知部６０が地面より上方に離隔した位置に保持されるため、車輪本体１０の外周面１２のみが地面に接地する。これにより、車輪１は、通常の車輪と同様な走行が可能である。

図３のステップＳ２に示すように、車輪１が段差に到達すると、最初に段差検知部６０の検知部６２が段差面Ｓに接触する。さらに車輪１が正回転方向Ｒｆに転動すると、段差検知部６０は、段差面Ｓから後方への反力に押される。これにより、スロープ部４０は、段差検知部６０の軸孔６１及び突起軸部４２を介して、車輪本体１０の外周面１２に近接する方向の力を受ける。スロープ部４０は、車輪本体１０の外周面１２に近接する方向への外力を受けることによって、付勢部５０による付勢力に抗して、外周面１２に近接する方向に移動する。この際、連結部２４は、スロープ部４０の長孔４１内を、車輪本体１０側とは反対側の端部に向かって移動する。また、スロープ部４０が段差検知部６０を介して段差面Ｓから後方への反力に押されることによって、腕部２０は、スロープ部４０の長孔４１及び連結部２４を介して、正回転方向Ｒｆの力を受ける。これにより、第１軸受３２及び第２軸受３３が保持部３５による保持に抗して保持部３５を通過して、腕部２０は、保持部３５による保持から解除されて正回転方向Ｒｆに回転する。

図３のステップＳ３に示すように、保持部３５から保持を解除された腕部２０は、自重によって正回転方向Ｒｆに回転する。スロープ部４０は、第２曲面部４５が地面に接地する。スロープ部４０は、段差面Ｓ及び地面からの反力に押されるので、付勢部５０による付勢力に抗して、車輪本体１０の外周面１２に近接する方向に移動し、第１曲面部４４が外周面１２と接触する。車輪１は、外周面１２に接触したスロープ部４０が車輪本体１０の回転に巻き込まれて、腕部２０及びスロープ部４０が車輪本体１０と共回りを開始するともに、車輪本体１０がスロープ部４０に乗り上げる。車輪１は、第２曲面部４５が地面を転動する。また、この際、段差検知部６０は、地面に接地すると、地面に接地しながらスロープ部４０の第２曲面部４５より径方向内側に収容される方向に回転する。

図３のステップＳ４に示すように、さらに車輪１が正回転方向Ｒｆに転動すると、車輪本体１０が段差の角に接触する。この際、スロープ部４０の平面部４６の高さによって、車輪本体１０の外周面１２と段差との間の落差が小さくなる（図３に示す段差では落差がなくなる）ので、車輪１は、車輪本体１０がスロープ部４０を土台にして、容易に段差を乗り越えることができる。なお、この際、段差検知部６０は、スロープ部４０の第２曲面部４５より径方向内側に収容される。

図３のステップＳ５及びステップＳ６に示すように、車輪１が段差を乗り越えて、車輪本体１０にかかる荷重がスロープ部４０にかからなくなると、スロープ部４０は、付勢部５０の付勢力によって、腕部２０に対して車輪本体１０の外周面１２から離隔する方向へ移動する。一方で、腕部２０は、ガイド部３０にガイドされて、車輪本体１０に対して径方向内側へ移動する。スロープ部４０は、腕部２０に対して車輪本体１０の外周面１２から離隔する方向へ移動するとともに、車輪本体１０に対して径方向内側へ移動することにより、第１曲面部４４が車輪本体１０の外周面１２に接触した状態を維持する。すなわち、腕部２０及びスロープ部４０は、車輪本体１０と共回りを続ける。

さらに車輪１が正回転方向Ｒｆに転動して、腕部２０の他端部２２が車軸Ａｗより前方に移動し、ガイド部３０によるガイドによって車輪本体１０に対して径方向外側へ移動すると、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２から離隔する。これにより、腕部２０及びスロープ部４０と、車輪本体１０との共回りは解除される。腕部２０は、自重によって正回転方向Ｒｆに回転し、第１軸受３２及び第２軸受３３が保持部３５に保持される待機位置に停止する（ステップＳ１の位置）。

以上で説明したように、実施形態の車輪１は、車輪本体１０と、腕部２０と、スロープ部４０と、ガイド部３０と、保持部３５と、を備える。車輪本体１０は、車軸Ａｗ回りに回動する円板体を含む。腕部２０は、車軸Ａｗ回りに車輪本体１０に対して回動可能かつ車輪本体１０の径方向に移動可能である。スロープ部４０は、車軸Ａｗ回りに回動するように腕部２０に連結される。ガイド部３０は、スロープ部４０が車軸Ａｗを中心とする回転方向の所定範囲で車輪本体１０の外周面１２から離隔しかつ所定範囲以外で車輪本体１０の外周面１２に接触するように腕部２０の径方向の移動をガイドする。保持部３５は、腕部２０を重力に抗して所定の待機位置に保持しかつ腕部２０に対する車軸Ａｗ回りの外力によって保持を解除する。

実施形態の車輪１は、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２と接触する場合に車輪本体１０と共回りし、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２と離隔する場合に車輪本体１０に対して相対回転する。すなわち、腕部２０が待機位置を含む所定範囲にある場合、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２と離隔するので、スロープ部４０及び腕部２０が車輪本体１０に対して相対回転可能である。したがって、車輪１が平地を走行している際には、保持部３５によって腕部２０を待機位置に保持することによって、腕部２０及びスロープ部４０を待機位置に維持することができる。

車輪１が段差に到達して、腕部２０、スロープ部４０又は段差検知部６０が段差に接触すると、段差からの反力によって、腕部２０が正回転方向Ｒｆへの力を受ける。これにより、腕部２０への保持部３５による保持が解除されて腕部２０が正回転方向Ｒｆへ回転すると、腕部２０の回転に伴って、スロープ部４０が地面に接地する。車輪１は、車輪本体１０がスロープ部４０に乗り上げ、土台にすることによって、段差を乗り越える際の負荷を低減させることができる。

また、実施形態の車輪１は、スロープ部４０を車輪本体１０の外周面１２から離隔する方向に常時付勢する付勢部５０と、スロープ部４０の車輪本体１０の外周面１２から離隔する方向への移動範囲を制限する制止部（連結部２４及び長孔４１）と、を備える。これにより、スロープ部４０は、地面に接地した際に地面から車輪本体１０の外周面１２に近接する方向に力を受けることにより、外周面１２に近接する方向に移動し、外周面１２に接触するので、スロープ部４０及び腕部２０が車輪本体１０と好適に共回りを開始することができる。

また、実施形態の車輪１において、ガイド部３０は、ガイドレール３１と、第１軸受３２と、第２軸受３３と、を含む。ガイドレール３１は、車軸Ａｗ方向視で所定範囲が径方向外側に膨出した凸状曲線状かつ所定範囲以外が車軸Ａｗを中心とする円弧状の断面を有する無端の曲線形状である。第１軸受３２は、車軸Ａｗと平行な軸心が腕部２０に固定されかつガイドレール３１の内周面を転動する。第２軸受３３は、車軸Ａｗに対して第１軸受３２の径方向外側において車軸Ａｗと平行な軸心が腕部２０に固定されかつガイドレール３１の外周面を転動する。これにより、スロープ部４０が車軸Ａｗを中心とする回転方向の所定範囲で車輪本体１０の外周面１２から離隔しかつ所定範囲以外で車輪本体１０の外周面１２に接触するように腕部２０の径方向の移動をガイドする構成を実現することができる。

また、実施形態の車輪１において、スロープ部４０は、外周面のうち車輪本体１０の外周面１２に接触する面に、車軸Ａｗ方向視で車輪本体１０の外周面１２と曲率半径が等しい円弧形状を含む凹状の曲面（第１曲面部４４）を含む。これにより、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２に接触している状態において、スロープ部４０及び腕部２０を、車輪本体１０と好適に共回りさせることができる。

また、実施形態の車輪１において、スロープ部４０は、外周面のうち車軸Ａｗに対して径方向外側に位置する面に、車軸Ａｗ方向視で車輪本体１０の外周面１２より曲率半径が大きい楕円弧形状を含む凸状の曲面（第２曲面部４５）を含む。これにより、車輪本体１０がスロープ部４０に乗り上げて土台にする際、車輪１を滑らかに転動させることができる。

また、実施形態の車輪１は、段差検知部６０を備える。段差検知部６０は、車軸Ａｗ方向視で一部がスロープ部４０より車輪本体１０の径方向外側に突出する位置とスロープ部４０に収容される位置との間でスロープ部４０に対して車軸Ａｗと平行な軸心回りに回動可能である。段差検知部６０は、腕部２０が待機位置にある状態において先端（検知部６２）がスロープ部４０より前方に位置する。

これにより、腕部２０が待機位置にある場合のスロープ部４０の前端より下方に段差検知部６０の先端（検知部６２）を設けることが可能である。したがって、段差検知部６０を備えない場合と比較して、スロープ部４０の下端の位置を高くできるので、車輪１が凹凸を有する地面を走行する場合等に、スロープ部４０が地面の凸部に引っ掛かって、予期せず保持部３５による腕部２０の保持を解除することを抑制できる。

なお、実施形態の車輪１は、段差検知部６０を備えなくてもよい。この場合、腕部２０が待機位置（図１に示す位置）にある状態で段差に到達した場合、第２曲面部４５と平面部４６との間の縁部が段差面Ｓに接触するように構成すればよい。

（適用形態）
次に、実施形態の車輪１の適用例としての台車１００の構成について、図４を参照して説明する。図４は、実施形態に係る車輪１を搭載する適用例としての台車１００の構成例を模式的に示す側面図である。

適用形態の台車１００は、重量物を積載する積載部を含む車体１０１と、４つの車輪１と、連結部１０２と、を備える。車体１０１には、４つの車輪１の支持部９０が鉛直軸回りに回動可能に支持される。４つの車輪１は、車体１０１の前後左右（左右方向は、図４の紙面に垂直な方向）に配置される。それぞれの車輪１は、車軸Ａｗが水平姿勢になるように配置される。車輪１は、台車１００が進行方向に走行する時、左右２つの車輪１の車軸Ａｗが同軸となるように設けられる。

連結部１０２は、台車１００の車体１０１の中央部に設けられる。連結部１０２は、少なくとも車体１０１の下面側に開口する凹部を含む。連結部１０２には、後述の自動牽引車２００の連結部２０４が挿通する。台車１００は、連結部１０２を介して自動牽引車２００に牽引される。自動牽引車２００は、車体２０１と、４つの駆動輪２０２と、２つの無端ベルト２０３と、連結部２０４と、を備える。車体２０１には、４つの駆動輪２０２及び連結部２０４の駆動機構に供給する電力の電源、制御装置等（不図示）が搭載される。

４つの駆動輪２０２は、車体２０１の前後左右に配置される。それぞれの駆動輪２０２は、車軸が水平姿勢かつ進行方向に直交するように配置される。左右２つの駆動輪２０２は、車軸が同軸となるように設けられる。なお、４つの駆動輪２０２のうち、前側２つの駆動輪２０２及び後側２つの駆動輪２０２のいずれかは、従動輪であってもよい。

無端ベルト２０３は、前後２つの駆動輪２０２の間に掛け回される。無端ベルト２０３の下面は、自動牽引車２００が走行する際に地面に接地する走行面である。なお、本開示の車両（台車１００）は、無端ベルト２０３を備えず、車輪１が直接地面に接地する車輪方式でもよい。自動牽引車２００の左右方向への旋回は、操舵にステアリング装置を用いるのではなく、右側の駆動輪２０２と左側の駆動輪２０２との回転速度差を用いる。

連結部２０４は、車体２０１に対して昇降可能に設けられる。連結部２０４が車体２０１に対して最も下方に位置する際、連結部２０４の上端は、台車１００の連結部１０２の下端より下方に位置する。連結部２０４が車体２０１に対して最も上方に位置する際、連結部２０４の上端は、台車１００の連結部１０２の下端より上方に位置する。連結部２０４は、自動牽引車２００が台車１００の下方に潜り込んだ位置において、車体２０１に対して上昇することによって、台車１００の連結部１０２に挿通する。これにより、自動牽引車２００は、連結部２０４を介して、台車１００を水平方向に牽引可能である。

なお、適用形態では、走行するための駆動源を有さず、自動牽引車２００に牽引される台車１００に車輪１を適用したが、駆動源を有する車両に車輪１を適用してもよい。

以上で説明したように、適用形態の台車１００（車両）は、車輪１と、車輪１を車軸Ａｗ回りに回転可能に支持する車体１０１と、を備える。適用形態の台車１００（車両）の車輪１は、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２と接触する場合に車輪本体１０と共回りし、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２と離隔する場合に車輪本体１０に対して相対回転する。すなわち、腕部２０が待機位置を含む所定範囲にある場合、スロープ部４０が車輪本体１０の外周面１２と離隔するので、スロープ部４０及び腕部２０が車輪本体１０に対して相対回転可能である。したがって、台車１００が平地を走行している際には、保持部３５によって腕部２０を待機位置に保持することによって、腕部２０及びスロープ部４０を待機位置に維持することができる。

台車１００が段差に到達して、車輪１の腕部２０、スロープ部４０又は段差検知部６０が段差に接触すると、段差からの反力によって、腕部２０が正回転方向Ｒｆへの力を受ける。これにより、腕部２０への保持部３５による保持が解除されて腕部２０が正回転方向Ｒｆへ回転すると、腕部２０の回転に伴って、スロープ部４０が地面に接地する。台車１００は、車輪１の車輪本体１０がスロープ部４０に乗り上げ、土台にすることによって、段差を乗り越える際の負荷を低減させることができる。

１車輪
１０車輪本体
１１シャフト孔
１２外周面
２０腕部
２１一端部
２２他端部
２３長孔
２４連結部
３０ガイド部
３１ガイドレール
３２第１軸受
３３第２軸受
３５保持部
４０スロープ部
４１長孔
４２突起軸部
４３固定部
４４第１曲面部
４５第２曲面部
４６平面部
５０付勢部
５１折曲部
５２第１腕部
５３第２腕部
６０段差検知部
６１軸孔
６２検知部
９０支持部
９１シャフト
１００台車
１０１車体
１０２連結部
２００自動牽引車
２０１車体
２０２駆動輪
２０３無端ベルト
２０４連結部
Ａｗ車軸
Ｒｆ正回転方向
Ｒｒ逆回転方向
Ｓ段差面
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ステップ

Claims

車軸回りに回動する円板体を含む車輪本体と、
前記車軸回りに前記車輪本体に対して回動可能かつ前記車輪本体の径方向に移動可能な腕部と、
前記車軸回りに回動するように前記腕部に連結されるとともに前記腕部に対して前記車輪本体の径方向に相対移動可能なスロープ部と、
前記スロープ部が前記車軸を中心とする回転方向の所定範囲で前記車輪本体の外周面から離隔しかつ前記所定範囲以外で前記車輪本体の外周面に接触するように前記腕部の径方向の移動をガイドするガイド部と、
前記腕部を重力に抗して所定の待機位置に保持しかつ前記腕部に対する前記車軸回りの外力によって前記保持を解除する保持部と、
を備える、車輪。
車軸回りに回動する円板体を含む車輪本体と、
前記車軸回りに前記車輪本体に対して回動可能かつ前記車輪本体の径方向に移動可能な腕部と、
前記車軸回りに回動するように前記腕部に連結されるスロープ部と、
前記スロープ部が前記車軸を中心とする回転方向の所定範囲で前記車輪本体の外周面から離隔しかつ前記所定範囲以外で前記車輪本体の外周面に接触するように前記腕部の径方向の移動をガイドするガイド部と、
前記腕部を重力に抗して所定の待機位置に保持しかつ前記腕部に対する前記車軸回りの外力によって前記保持を解除する保持部と、
を備え、
前記ガイド部は、
前記車軸方向視で前記所定範囲が径方向外側に膨出した凸状曲線状かつ前記所定範囲以外が前記車軸を中心とする円弧状の断面を有する無端の曲線形状のガイドレールと、
前記車軸と平行な軸心が前記腕部に固定されかつ前記ガイドレールの内周面を転動する第１軸受と、
前記車軸に対して前記第１軸受の径方向外側において前記車軸と平行な軸心が前記腕部に固定されかつ前記ガイドレールの外周面を転動する第２軸受と、
を含む、車輪。
車軸回りに回動する円板体を含む車輪本体と、
前記車軸回りに前記車輪本体に対して回動可能かつ前記車輪本体の径方向に移動可能な腕部と、
前記車軸回りに回動するように前記腕部に連結されるスロープ部と、
前記スロープ部が前記車軸を中心とする回転方向の所定範囲で前記車輪本体の外周面から離隔しかつ前記所定範囲以外で前記車輪本体の外周面に接触するように前記腕部の径方向の移動をガイドするガイド部と、
前記腕部を重力に抗して所定の待機位置に保持しかつ前記腕部に対する前記車軸回りの外力によって前記保持を解除する保持部と、
を備え、
前記スロープ部は、外周面のうち前記車輪本体の外周面に接触する面に、前記車軸方向視で前記車輪本体の外周面と曲率半径が等しい円弧形状を含む凹状の曲面を含む、車輪。
車軸回りに回動する円板体を含む車輪本体と、
前記車軸回りに前記車輪本体に対して回動可能かつ前記車輪本体の径方向に移動可能な腕部と、
前記車軸回りに回動するように前記腕部に連結されるスロープ部と、
前記スロープ部が前記車軸を中心とする回転方向の所定範囲で前記車輪本体の外周面から離隔しかつ前記所定範囲以外で前記車輪本体の外周面に接触するように前記腕部の径方向の移動をガイドするガイド部と、
前記腕部を重力に抗して所定の待機位置に保持しかつ前記腕部に対する前記車軸回りの外力によって前記保持を解除する保持部と、
を備え、
前記スロープ部は、外周面のうち前記車軸に対して径方向外側に位置する面に、前記車軸方向視で前記車輪本体の外周面より曲率半径が大きい楕円弧形状を含む凸状の曲面を含む、車輪。
車軸回りに回動する円板体を含む車輪本体と、
前記車軸回りに前記車輪本体に対して回動可能かつ前記車輪本体の径方向に移動可能な腕部と、
前記車軸回りに回動するように前記腕部に連結されるスロープ部と、
前記スロープ部が前記車軸を中心とする回転方向の所定範囲で前記車輪本体の外周面から離隔しかつ前記所定範囲以外で前記車輪本体の外周面に接触するように前記腕部の径方向の移動をガイドするガイド部と、
前記腕部を重力に抗して所定の待機位置に保持しかつ前記腕部に対する前記車軸回りの外力によって前記保持を解除する保持部と、
を備え、
前記車軸方向視で一部が前記スロープ部より前記車輪本体の径方向外側に突出する位置と前記スロープ部に収容される位置との間で前記スロープ部に対して前記車軸と平行な軸心回りに回動可能であって、前記腕部が前記待機位置にある状態において先端が前記スロープ部より前方に位置する段差検知部を備える、車輪。
前記スロープ部を前記車輪本体の外周面から離隔する方向に常時付勢する付勢部と、
前記スロープ部の前記車輪本体の外周面から離隔する方向への移動範囲を制限する制止部と、
を備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の車輪。
請求項１から６のいずれか１項に記載の車輪と、
前記車輪を前記車軸回りに回転可能に支持する車体と、
を備える、車両。