JPS5931442Y2 - 車輪装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、例えば台車、車いす等のキャスターに適用す
るのに最適な車輪装置であって、特に車輪支持体に車軸
を介して回転自在に軸支された車輪と、上記車輪支持体
又はこれに連設された部材に上記車軸と平行でかつその
車軸より上方位置に設けられた支点軸と、この支点軸に
上端部が回動自在に枢支された段差乗越え用の乗越部材
とを有し、その乗越部材の下端部には弧状をなす乗越部
を設けて成る車輪装置に関するものである。

従来技術 この種、車輪装置の従来例として、例えば実開昭４９−
９１０４１号公報に記載された運搬車がある。

この従来例は第１図に示す如く、運搬車の運搬台４１の
下部に取付けられた車輪支持体４２に車軸４３を介して
車輪４４を回転自在に軸支し、車輪支持体４２に連設さ
れた部材である前記運搬台４１の側面に車軸４３より上
方位置でがっ車軸４３より車輪４４の後進方向側（矢印
ａ方向）に偏倚された位置に車軸４３と平行な支点軸４
５を設け、段差乗越え用の乗越部材４６をその上端部４
６ａによって支点軸４５に回動自在に枢支させ、車輪４
４の後進方向側の下部近傍位置に位置された乗越部材４
６の下端部４６ｂから車輪４４の前進方向上方側に向か
って緩やかな弧状に彎曲させた乗越部４γを設けたもの
である。

そしてこの従来例では、段差Ｈの乗越え時に、実線で示
す如く乗越部材４６の乗越部４Ｔの一部を段差Ｈの先端
部Ｍに当接させた状態で、一点鎖線で示す如く乗越部材
４６の上端部４５ａ側を先端部Ｍを中心に車輪４４の前
進方向上方側（矢印ｄ方向）に回動させることによって
支点軸４５を先端部Ｍまでの回転半径Ｒで矢印ｄ方向に
回動させて車輪４４が段差Ｈを乗越えられるように構成
したものである。

しかしながらこの従来例では、車軸４３より上方位置に
設けられた支点軸４５がその車軸４３よりも後進方向側
（矢印ａ方向）に偏倚されている関係で、支点軸４５の
回転半径Ｒが非常に大きく、上記段差Ｈの乗越え時に、
一点鎖線で示す如く車輪４４は先端部Ｍに何等接触され
ることなく段差Ｈの上方に一度完全に浮上ってからやが
て段差Ｈ上に落下することになる。

従ってこの従来例では段差Ｈの乗越え時に、車輪４４は
例等その乗越えの助けにはならず、専ら、乗越部材４６
のみによって段差Ｈを一気に乗越えるものであり、その
乗越えには非常に大きな力が必要で、余り高い段差は乗
越えることが出来ない。

またこの従来例では、段差Ｈを一度乗越え後は、乗越部
材４６の乗越部４７の前端部４７ａが車輪４４より後進
方向側（矢印ａ方向）に逃がされた状態で地面に接触し
てしまうので、乗越部材４６が、実線で示したような元
の位置へ戻らなくなってしまい、引き続いて次の段差を
乗越えることが出来ないと言った問題があって、実用性
に欠け、現に実用化もされていな（ゝ０ 考案が解決しようとする問題点 本考案は、段差の乗越え時に、乗越部材と車輪とによっ
て段差を順次分担して乗越えることが出来、しかもその
際、乗越部材から車輪への荷重の引き継ぎを円滑に行わ
せることが出来て、高い段差を小さな車輪で極めて軽快
に乗越えることが出来るようにし、かつまた段差を乗越
えた後に、乗越部材を元の位置へ復帰させることが出来
るようにするものである。

問題点を解決する為の手段 本考案の手段は、車軸より上方位置に設けられた支点軸
を車軸の位置よりも車輪の前進方向側に偏倚させて配置
させ、乗越部材の乗越部を支点軸の位置よりも更に車輪
の前進方向側に偏倚させて配置させ、この乗越部は車輪
の外径が無理なく乗越えられる段差の最大高さ位置から
車輪の前進方向上方側に向かって次第に高くなるような
弧状に構成させると共にその弧状の支点軸からの半径を
乗越部の後端側で最も長くかつ前端側で最も短（なるよ
うにするものである。

作用 本考案の作用を第４Ａ図及び第４Ｂ図によって説明する
。

先ず第４Ａ図において、実線で示す如く乗越部材２２０
乗越部３３の一部が段差Ｈの先端部Ｍに当接された状態
で、キャスターに矢印す方向への前進駆動力が与えられ
ると、一点鎖線で示す如く乗越部材２２の上端部２２ａ
側が段差Ｈの先端部Ｍを中心に矢印ｄ方向である前進方
向上方側に回動され、支点軸１９が段差Ｈの先端部Ｍま
での回転半径Ｒ８で矢印ｄ方向に回動される。

そして支点軸１９が矢印ｄ方向に有る角度βＨ分回動さ
れた時、段差Ｈの先端部Ｍへ車輪１４が誘導されて当接
される。

つまり、第４Ｂ図に示す如く支点軸１９を固定点として
、乗越部材２２がその支点軸１９を中心に矢印ｄ′方向
に角度βＨ分回動されたと考えると、乗越部材２２０乗
越部３３と段差Ｈの先端部Ｍとの当接点は支点軸１９を
中心とした半径Ｒ８で矢印ｄ′方向に回動されて、その
当接点はＭ点から車輪１４の周面に当接されるＮ点へ誘
導されることになる。

この結果、第４Ａ図において、乗越部材２２によって段
差Ｈを伺パーセントか乗越えた時に、車輪１４が段差Ｈ
の先端部Ｍに当接され、その後は、引き続きのキャスタ
ーの前進駆動により、車輪１４によって段差Ｈを乗越え
ることになる。

なおこの際、第４Ｂ図に示す如く車輪１４によって段差
Ｈを乗越える高さはｈであるから、乗越部材２２によっ
て段差Ｈを乗越えろ高さはＨ−ｈとなる。

しかして、以上の如くして乗越部材２２と車輪１４とに
よって段差Ｈを順次分担して乗越える際、第４Ａ図に示
す如くほぼ円弧状をなす乗越部３３の支点軸１９かもの
半径Ｒ８を乗越部３３の後端３３ａ側で最も長（・半径
Ｒ８′に構成しかつ前端３３ｂ側で最も短い半径Ｒ８″
に構成しているので、第４Ａ図に一点鎖線で示す如く車
輪１４０周面が段差Ｈの先端部Ｍに当接された後、その
車輪１４による段差Ｈの乗越え動作が開始された瞬間に
、乗越部材２２０乗越部３３を段差Ｈの先端部Ｍに対し
て矢印ｄ′方向に逃すことが出来る。

この結果、乗越部材２２かも車輪１４への荷重の引き継
ぎを円滑に行わせることが出来る。

以上の結果、第４Ａ図に示す如く、半径Ｒｗなる小さな
車輪１４を用（・ながら、半径Ｒ８に相当する非常に大
きな車輪を用いた場合と、同様に、高い段差を極めて軽
快に乗越えることが出来る。

なお、車輪１４が段差Ｈを乗越えた後は、第４Ａ図に実
線で示されるように乗越部３３は地面から再び完全に浮
くので、乗越部材２２は元の位置へ復帰することが出来
る。

実施例 以下、本考案を車体に対して方向自在に進行し得るキャ
スターに適用した実施例を第２図〜第５図において説明
する。

先ず、第２図及び第３図に示すように、キャスター取付
軸３はキャスターを例えば車いすや台車等の車体部に固
定するための雄ねじ部分４がその上端部に形成されてい
る。

この取付軸３の下端は車輪支持体であるキャスターアー
ム５に保持された複列のスラストベアリング６に支承さ
れ、上部から受ける荷重をキャスターアーム５に負わせ
るようにしている。

従ってキャスターアーム５はキャスター取付軸３かもの
荷重を支えながら、キャスター取付軸３のまわりを自由
に回転することができるようになっている。

キャスターアーム５の側面はほぼ三角形のプレート状に
形成され、これらが２枚一定の間隔をおいて、上部のプ
レート部分７及び第２図において左側部のプレート部分
によって結合されて一体に形成されて（・る。

またキャスターアーム５のプレート端面ば、第２図にお
いて右側部、下側部及び上部でそれぞれ折り返されてリ
ブ９ａ、９ｂ、９ｃを形成している。

従ってキャスターアーム５を比較的薄い例えば鉄板で作
っても、リブ９ａｙ９ｂ。

９ｃにより充分な９１があり変形し難いので、軽量化す
ることができる。

キャスターアーム５の下部には切込み１０ａ。

１０ｂが対向して設けられている。

この切込み１０ ａ ＋ １０ ｂには車軸１１が水平
に挿入され、この車軸１１０両端に形成された雄ねじ部
１２ａ。

１２ｂとナツト１３ａ、１３ｂによりキャスターアーム
５に取付げられている。

そしてこの車軸１１に車輪１４がベアリング（図示せず
）を介して回動自在に軸支されている。

車輪１４は前記ベアリングと嵌合するボス１５と、この
ボス１５と一体に形成されたノ・ブ１６と、このノ・ブ
１６にねじ止めされかつ外周部に案内溝を有するリム１
γと、このリム１７０案内溝に装着されたタイヤ１８と
からなっている。

キャスターアーム５の後部上端（第２図にお（・て右上
部）には、車軸１１と平行な支点軸１９が水平に貫通し
て設けられている。

そしてこの支点軸１９に乗越部材２２がその上端部２２
ａによって回動自在に枢支されている。

なおこの乗越部材２２は側面形状がほぼ三日月形をなす
左右一対の垂直板３５ａ 、３５ｂを車輪１４の左右両
側でかつキャスターアーム５の内側に配置し、これら両
垂直板３５ ａ 、３５ ｂ間をこれらの上部前面側に
彎曲面に沿って接続板３６によって一体的に接続した断
面はぼコ字状をなすものである。

前記支点軸１９はその一端がキャップ付ナツト２１と螺
合するように雄ねじ部が形状され、他端は六角のボルト
頭２３に形成されてし・る。

この支点軸１９の中央には筒状のスペーサ２４が挿入さ
れ、この両側にブッシング２５ａ、２５ｂが対向して貫
通挿入されている。

このブッシング２５ａ。２５ｂに、前記乗越部材２２に
固着されている２個のボス２６ａ、２６ｂが回転自在に
嵌合されている。

この支点軸１９にはさらにコの字状のスプリング２７が
巻装され、このスプリング２７の末端部２７ａ 、２７
ｂはキャスターアーム５に設けられた小孔２８ａ＋２８
ｂと係合し、スプリングの頂部２７ｃは乗越部材２２の
接続板３６の上端部の下面に圧接している。

従ってこのスプリング２Ｔの弾性力により、乗越部材２
２は第２図においてＸ方向に常時回動附勢されている。

そして通常乗越部材２２は第２図に示すように、その背
面部２２ａがキャスターアーム５の左側部プレート部８
の下端に固着された緩衝材２９に圧接した状態に保持さ
れている。

乗越部材２２の下端部２２ｂである左右両垂直板３５ａ
、３５ｂの下端部はほぼ円弧状に形成され、このほぼ
円弧状の下端端部に沿ってシュー３０ａ。

３０ｂがビス３１で固着されている。

このシュー３０ ａ 、３０ ｂの外周面には耐衝撃性
があって摩擦係数の大きい部材、例えばＮＢＲゴム３２
ａ。

３２ｂ等が接着されて（・る。

そしてこのほぼ円弧状をなすゴム３２ａ 、３２ｂ部分
が乗越部３３を構成している。

なお左右両垂直板３５ ａ 、３５ ｂの下端部側背面
の内側にはリブ３４ａ、３４ｂが形成されて、乗越部３
３部分の強度を高めている。

ところで第２図に示すように、支点軸１９は車軸１１よ
り垂直距離Ｂだげ上方位置でかつ水平距離Ａだげ車輪１
４の前進方向側（矢印す方向）に偏倚された位置に配置
されている。

また乗越部材２２０乗越部３３は支点軸１９よりも更に
車輪１４の前進方向側（矢印す方向）に偏倚された位置
に配置されている。

そして乗越部３３は車輪１４の外径が無理なく乗越えら
れる段差の最大高さＨｌの位置から車輪１４の前進方向
側（矢印す方向）でかつ上方側に向かって次第に高くな
るような円弧状に構成されている。

そしてその円弧状の支点軸１９かもの半径Ｒ８は乗越部
３３の後端３３ａ側で最も長い半径Ｒ８′に構成されか
つ前端３３ｂ側でも最も短い半径Ｒ６″に構成されてい
る。

なお、以上の如く構成された乗越部材２２付きのキャス
ターによる段差の乗越え動作は前記〔作用〕の項で説明
したのでその説明を省略する。

次に、乗越部材２２の支点軸１９の位置及び乗越部３３
の形状についてさらに詳しく考察する。

先ず第５図において、段差Ｈを乗越部材２２が乗越える
場合、段差Ｈの先端部ＭにおけるモーメントＯ釣合いか
ら ＷＲｏｓｉｎ βＨ＝ＦＲｏｃｏｓβＨ（１）但しＲ６
−ＯｏＭ、Ｏｏは乗越部材２２の支点軸１９の中心であ
る枢支点、βＨは０６Ｍと鉛直線のなす角、Ｗはキャス
ターの受ける荷重である。

従って乗越えた必要な力Ｆ。

はＦ ｏ＝Ｗｔ、ａｎβＨ（２） 一方、もし乗越部材２２がないとして車輪で乗越える場
合には、Ｍ′におけるモーメントの釣合いから ＷＲｗｓｉｎαＨ＝ Ｆ、’ Ｒｗ ｃ ｏ ｓαＨ（
３）従って乗越えに必要な力Ｆ。

′はＦ ’ ＝Ｗ ｔａｎ ａＨ（４） 但しＲｗ−ＯｗＭ′（車輪１４０半径）、０ｗは車輪１
４の中心、αＨはＯｗＭ′と鉛直線のなす角である。

図から明らかなようにαＨよりβＨはかなり小さく、従
ってＦ。

はＦ。′より小さいことが（２）式及び（４）式より明
らかであり、乗越部材２２は段差Ｈを太した力を要する
ことなく越すことができることを示している。

そして（２）式より明らかなように、段差Ｈを乗越える
時に必要とする力Ｆ。

は、βＨが小さければ小さい程小さいことになる。

すなわちＯ８の位置が高ければ高い程良いことになる。

しかし実用上は、例えばＯ８とＯｗとの垂直距離ＢをＲ
ｗよりやや大きい値にするとよい。

次にキャスター取付軸３とＯ８どの水平距離Ｃの値は次
のようにして決める。

すなわち、Ｃの値が小さくて段差Ｈが乗越板部材２２に
当接したとき、その位置がキャスター取付軸３の延長よ
り車輪１４側に対して反対側にある場合にはキャスター
は進行方向を保ってゆく上で不安定となる。

反対にＣの値が大きいとキャスターのふれまわり半径が
大きくなる。

従って利用できる最大駆動力で乗越えられる段差Ｈが乗
越部材２２０局面と当接する点Ｍよりもやや車輪１４の
反対側にキャスター取付軸３がくるようにＣの値を決め
ればよい。

次に乗越部材２２の枢支点Ｏ８と車輪１４の中心ＯＷと
の水平距離Ａは次のようにして決める。

利用できる最大駆動力によって半径Ｒｗの車輪１４が無
理なく乗越えられる段差高さと車輪１４の外形線との交
点の鉛直線上にＯ８がくるようにＡを定めるのが最も理
想的であるが、これではキャスターのふれまわり半径が
大きく収りすぎる傾向になりさらに乗越部材２２が大き
くなりすぎるので、これよりややＡを小さめに決めるの
が良い。

Ａの値が小さかったり、マイナスであったりすると（乗
越部材２２の枢支点Ｏ８が車輪１４の中心ＯＷより後方
であると）βＨが大きくなるので乗越えに要する力が大
きくなり効果が少なくなってしまう。

また乗越部材２２が段差Ｈを乗越えた後で車輪１４が宙
に浮いてしまう傾向になる。

空気入りタイヤのキャスターを用いる場合にはかなり注
意する必要がある。

次に乗越部材２２０乗越部３３の形状について述べる。

段差Ｈを乗越えるとき、その高低差の内の何パーセント
かは乗越部材２２によって登り、残りの部分を車輪１４
で登ることになるので、両場合についての乗越えるに要
する力が等しくなるようにするのが理想的である。

両場合の乗越えに要する力は（２）式及び（４）式で夫
々示されるので、ＦｏとＦ。

′とが等しくなるためにはβＨとαＨとが等しげれば良
いことになる。

この条件を満たす乗越部３３の形状は次のようにして求
められる。

すなわち第６図に示すように、ＯｗとＯ８から鉛直線を
下し床面と交わる点を夫々Ｅ、Ｇとする。

次にＯｗＥから任意の比較的小さな角度α５の動径を描
き車輪の外径線との交点をＪとする。

次にＯ８を中心にＯ８Ｊとα５二β□の角度をもつ線Ｏ
８Ｋを描き、Ｏｏを中心として半径Ｏ８Ｊの半径の円と
の交点りとする。

このＬを以上述べた操作を繰り返して何ケ所か求めＬの
軌跡を結ぶと、上記に述べたＦ。

とＦ。′が等しいという条件を満足する乗越部材３３の
形状が得られる。

しかし以上のように求めた曲線はＧＥ間で軌跡が床面よ
り下に入ってしまうこと、段差Ｈがある程度以下では実
用上乗越部材２２を使用せずに乗越えられること及び形
状が複雑で製作が面倒であることから次のような修正を
行う。

すなわち第７図に示すように、車輪１４で利用できる駆
動力を使って全（問題なく乗越えられる高さり。

の水平線を引き、車輪１４の外形線との交点をＰとする
。

また車輪１４で利用できる駆動力並びに走行中の運動エ
ネルギーを利用して乗越えられる最大の高さｈｍａｘの
水平線を引き車輪１４の外形線との交点をＱとする。

次にＯ８を中心としてＯ２０の半径の円を描き第６図に
示すＬの軌跡との交点をＳとする。

このＳとＰとの二点を通る適当な円、例えばＯ８′を中
心とした半径Ｒ８′の円弧は実用上はぼ満足すべき性能
の乗越部３３の形状を与えるものである。

しかして、以上の如くして求められた乗越部３３の形状
が、第２図で示したように、車輪１４の下部近傍位置か
ら車輪１４の前進方向上方側に向かって次第に上昇され
るほぼ円弧底に構成されると共に、そのほぼ円弧状の支
点軸１９かもの半径Ｒ６が乗越部３３の後端３３ａ側で
最も長（・半径Ｒ８′であり、乗越部３３の前端３３ｂ
側で最も短（・半径Ｒｏ′に構成された形状である。

なお、上記乗越部３３の形状決定に際して、車輪１４と
して空気入りのものを使用するときは、上記り。

の値をやや大きめにとる必要がある。また乗越部３３を
形成するゴム３２の硬度は９０前後の硬いものがよい。

以上本考案の実施例につき述べたが、本考案の技術的思
想に基づき各種有効な変更が可能である。

例えば実施例では、支点軸１９を車輪支持体であるキャ
スターアーム５に取付けたが、例えば第１図で示した運
搬台４１の如く、車輪支持体に連設された別の支持部材
に支点軸１９を取付けても良い。

応用例 本考案は、実施例で示した方向自在に進行し得るキャス
ターに限定されることなく、各種の台車や車いす等に使
用される各種構造、形状の車輪装着に適用可能である。

考案の効果 本考案は以上の如き手段を講じたことにより、半径の小
さな車輪を用いながら、乗越部材の乗越部と支点軸との
間の半径に相当する非常に大きな半径の車輪を用いた場
合と同様に、高い段差を極めて軽快に乗越えることが出
来る。

従って車輪の半径を小さくして５車輪装置全体の小型化
を図り得る。

また車輪の外周には通常タイヤが装着される関係で５車
輪は比較的小（・ものとなるが、車輪の半径を小さく出
来ることによって、半径が非常に大きな車輪を用いたも
のに比べて車輪装置全体の軽量化を図り得る。

また段差を乗越えた後、乗越部材を元の位置へ復帰させ
ることが出来るので、引き続いて次の段差を軽快に乗越
えることが出来て高（・実用性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示した概略側面図である。 第２図〜第γ図は本考案を方向自在に進行し得るキャス
ターに適用した一実施例を示したものであって、第２図
は側面図、第３図は背面図、第４Ａ図及び第４Ｂ図は本
考案の作用を説明する概略側面図、第５図は乗越部材の
支点軸の理想的な位置を決定する為の説明図、第６図は
乗越部材の乗越部の理想的な形状を決定する為の説明図
、第７図は乗越部材の乗越部の実用的な形状を決定する
為の説明図である。 また図面に用いられた符号において、５・・・・・・車
輪支持体であるキャスターアーム、１１・・・・・・車
軸、１４・・・・・・車輪、１９・・・・・・支点軸、
２２・・・・・・乗越部材、３３・・・・・・乗越部で
ある。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 車輪支持体に車軸を介して回転自在に軸支された車輪と
   、上記車輪支持体又はこれに連設された部材に上記車軸
   と平行でかつその車軸より上方位置に設けられた支点軸
   と、この支点軸に上端部が回動自在に枢支された段差乗
   越え用の乗越部材とを有し、その乗越部材の下端部には
   弧状をなす乗越部を設けて収る車輪装置において、上記
   車軸より上方位置に設けられた上記支点軸を上記車軸の
   位置よりも上記車輪の前進方向側に偏倚させて配置させ
   、上記乗越部材の乗越部を上記支点軸の位置よりも更に
   上記車輪の前進方向側に偏倚させて配置させ、この乗越
   部は上記車輪の外径が無理なく乗越えられる段差の最大
   高さ位置から上記車輪の前進方向上方側に向かって次第
   に高くなるような弧状に構成させると共にその弧状の上
   記支点軸からの半径を上記乗越部の後端側で最も長くか
   つ前端側で最も短くなるように構成したことを特徴とす
   る車輪装置。