TW201501966A - 腳輪及輪椅 - Google Patents

Abstract

本發明之課題，是使對段差斜斜地進入時的腳輪的越過能力提昇。 解決手段，本發明是一種腳輪，其特徵為，具備：輪架；第1車輪；以及比前述第1車輪更小的2個第2車輪，其被安裝在前述輪架，且分別被配置在前述第1車輪的兩側，以前述第1車輪與前述第2車輪之間的間隔為d、前述第1車輪的回旋半徑為□時，滿足d<□。

Description

腳輪及輪椅

本發明是關於腳輪的構造。

在台車、輪椅等乘載人、物品進行搬運的構造體(不論動力機構的有無)，為了進行移動及方向轉換而設有腳輪的情況較多。此時，已知移動路徑上有段差時，當段差的高度相對於車輪的大小達到一定以上的時候，要越過段差變的困難。在專利文獻1揭示有必須使段差越過的能力提昇，而在主輪的兩側設置輔助輪的腳輪。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-237970號公報

記載於專利文獻1的發明中，僅假設對於段差從正面進入時的情況作為前提。可是，實際上使用台 車、輪椅時，因移動空間的限制，並不限於一定要由正面進入段差。或者，也會有因操作錯誤而沒有意圖地對段差斜斜地進入的情況。且發明者得到相對於段差斜斜地進入時，即使同樣的高度的段差，腳輪也比從正面進入時更不易越過。又，在這樣的狀況下，欲勉強越過段差時，台車、輪椅等的姿勢也會有變的不穩定的虞慮。

使用圖17具體說明上述的狀況。圖17是從上方觀看以往的單輪腳輪對於預定以上的高度的段差斜斜地進入之際的行動的模式圖。圖17(a)是從上方(垂直方向)觀看安裝有腳輪600的構造體以腳輪600的行進方向K、與段差的緣段差S所成的角度形成θ地進入段差的樣子的圖。此外，腳輪600的車輪以外的要素為抽象的。以腳輪的車輪的旋轉軸為Oz、腳輪600的回旋軸為Cz。

首先，在該圖(b)，腳輪600接觸段差S。段差的高度相對於腳輪600具有預定以上時，腳輪600不能越過段差S。具體而言，從正面進入時，可越過的高度是車輪的半徑的60%左右，可是隨著進入角度成為銳角，可越過的高度變低，進入角30度為車輪的半徑的40%左右。因此，即使從正面進入時可越過的段差，也會有從斜斜不能越過的情況。

因來自段差S的受力，在腳輪600會以回旋軸C為中心產生以垂直於行走面(地面)的方向為中心的旋轉力(回旋力)，而如該圖(c)所示腳輪600開始在那個地方的旋轉(回旋)。從地面受到對於回旋運動的摩 擦阻抗，由於是比欲越過段差的摩擦阻抗更小，所以回旋運動不會停止且如該圖(d)~(h)，腳輪600是旋轉到腳輪600的朝向與段差S成為平行為止。成為該狀態時，腳輪600不會作動欲越過段差S的力，並確定越過失敗。

本發明是以使相對於段差斜斜地進入時的腳輪的越過能力的提昇作為目的。

本發明是提供一個態樣中的腳輪，其特徵為：且具備有：被設在前述輪架，而使前述輪架地連接在構造體的安裝部；安裝在前述輪架的第1車輪；以及比前述第1車輪更小的2個第2車輪，其係被安裝在前述輪架，且分別被配置在前述第1車輪的兩側，以前述第1車輪與前述第2車輪之間的間隔為d、前述第1車輪的回旋半徑為時，滿足d<。

具有本發明的構造的腳輪，係面對斜斜地進入具有高的段差越過能力。

10‧‧‧輪椅

11‧‧‧座面

13‧‧‧腳踏板

12‧‧‧靠背

14‧‧‧扶手

15‧‧‧操作部

100‧‧‧腳輪

200‧‧‧後輪

190‧‧‧支柱

110‧‧‧輪架

111‧‧‧孔

112‧‧‧安裝用孔

113‧‧‧安裝用孔

190‧‧‧支柱

140‧‧‧主輪

130‧‧‧輔助輪

C1、C2‧‧‧旋轉軸

123‧‧‧阻尼器

120‧‧‧安裝部

124‧‧‧安裝構件

122‧‧‧螺帽

115‧‧‧螺帽

144‧‧‧螺栓

141‧‧‧螺帽

C3‧‧‧回旋軸

C4‧‧‧旋轉軸

S‧‧‧段差

α‧‧‧進入角

‧‧‧回旋半徑

H‧‧‧段差高

TO‧‧‧接觸點

R、r‧‧‧旋轉半徑

P‧‧‧回旋中心

Q1、Q、Q3‧‧‧中心軸

[圖1]安裝有腳輪100的輪椅10的外觀圖。

[圖2]腳輪100的立體圖。

[圖3]腳輪100的側視圖。

[圖4]腳輪100的前視圖。

[圖5]腳輪100的俯視圖。

[圖6]表示輪架110及連接部120的構造的圖。

[圖7](a)是從上方看見的腳輪100的模式圖。(b)是從橫向看見的腳輪100的模式圖。

[圖8]從上方看見腳輪100對段差進入的樣子的模式圖(其1)。

[圖9]從上方看見腳輪100對段差進入的樣子的模式圖(其2)。

[圖10]從上方看見腳輪100對段差進入的樣子的模式圖(其3)。

[圖11]從上方看見腳輪100對段差進入的樣子的模式圖(其4)。

[圖12]從側面看見腳輪100越過段差的樣子的模式圖(其1)。

[圖13]從側面看見腳輪100越過段差的樣子的模式圖(其2)。

[圖14]從側面看見腳輪100越過段差的樣子的模式圖(其3)。

[圖15]從側面看見腳輪100越過段差的樣子的模式圖(其4)。

[圖16]從側面看見腳輪100越過段差的樣子的模式圖(其5)。

[圖17](a)~(h)是從上方看見以往的輪腳輪面對段差斜斜地進入之際的行動的模式圖。

[實施發明用的形態]

以下，一面參照圖面一面針對本發明的實施例進行說明。

圖1是安裝有腳輪100的輪椅10的外觀圖。輪椅10是具有：座面11、靠背12、腳踏板13、扶手14、操作部15、腳輪100、後輪200的電動輪椅。輪椅10除此之外，還具有驅動機構(未圖示)，其係包含：依照操作部15的操作內容，進行後輪200的旋轉及後輪200的朝向(亦即輪椅10的朝向)的變更用的進行驅動的馬達、電池、轉軸等。腳輪100作為前輪發揮功能。腳輪100被安裝在支柱190。

使用圖2~6，說明腳輪100的詳細的構造。

圖2表示腳輪100的外觀。Z為垂直方向，X、Y面為垂直於Z的面(地面)。通常，輪椅10在沒有障礙物的理想的平坦的面朝+X方向行走時，輪椅100的朝向成為+X方向。

腳輪100加以大致區分是由：輪架110、連接部120、主輪130、輔助輪140構成。連接部120具有：安裝構件124、阻尼器123、螺帽122，並經由螺帽122安裝在輪架110。阻尼器123是包含橡膠等的彈性素材、彈 簧的彈性體，且是藉由變形吸收因行走面的凹凸等腳輪100從垂直受到來自Z方向的力(衝擊、荷重)。螺帽122是可旋轉地連結連接部120、輪架110的鉸鏈機構(未圖示)的構成物品。輪架110是隨著阻尼器123的變形以旋轉軸C4為中心對連接部120轉動。此外，阻尼器123、鉸鏈機構也可省略。此時，連接部120與輪架110是以固定互相的相對位置的狀態被連接。

在連接部120安裝有安裝構件124。安裝構件124為圓棒狀，且在其表面刻有嵌入支柱190用的螺紋。此外，也可採用螺紋以外的周知的連接機構作為將安裝構件124固定在支柱190的方法。安裝構件124的中心為回旋軸C3，腳輪100是被安裝在輪椅10的狀態下可以回旋軸C3為中心360°旋轉(回旋)。

輪架110是由一對的金屬構件等形成的板狀的構件。輪架110是固定主輪130及2個輔助輪140。在輪架110為了輕量化可開設孔111。又，輪架110是設有安裝主輪130用的3個安裝用孔112。選擇使用的孔的位置，可改變對於輪架110的主輪130及輔助輪140的位置。此外，設置通過螺栓的軸的槽來取代設置數個孔，也可調整固定位置。在圖2表示主輪130是使用螺帽115被固定在最低的位置的例子。

主輪130是具有：平板等、輪條等的中心構造與被設在其外側的橡膠等的柔軟素材，且經由螺帽115可以旋轉軸C1為中心地被固定在輪架110。此外，主輪 130的構造不限於此，只要作為具有以旋轉軸C1為中心進行旋轉的車輪的功能即可。

輔助輪140在主輪130的兩側各設有1個，且徑由螺栓144可以旋轉軸C2為中心旋轉地被固定在輪架110。該例中，車輪的直徑是主輪130比輔助輪140更大。輔助輪140對於構造、素材並不一定要與主輪130同樣。總之，輔助輪140只要作為具有以旋轉軸C2為中心進行旋轉的車輪的功能即可。

此外，關於主輪130及輔助輪140的粗度，圖2~圖5所示的例子只是一例。

使用圖3~5，說明主輪130及輔助輪140的位置關係(與旋轉軸、中心軸、回旋軸的關係)。圖3為腳輪100的側視圖。如該圖所示，回旋軸C3雖不一定要與旋轉軸C2一致，可是也可一致。輔助輪140是比主輪130更位於垂直上方側。亦即，輪椅10在一般的行走時(在平地行走時)，是主輪130與地面接觸，輔助輪140沒有與行走面接觸。藉此，可減少腳輪100的滾動阻力。

圖4為腳輪100的前視圖，圖5為腳輪100的俯視圖。在ZY面內，中心軸Q1與回旋軸C3一致。中心軸Q1是平行於中心軸Q2、中心軸Q3。回旋軸C3到中心軸Q1、中心軸Q2的距離相等。旋轉軸C1與旋轉軸C2平行。旋轉軸C1與旋轉軸C2雖不一定要一致，可是也可一致。中心軸Q1與旋轉軸C1正交。

圖6表示卸下主輪130及輔助輪140的狀態 的輪架110及連接部120的構造。在輪架110設有3個安裝輔助輪140用的安裝用孔113。藉此，成為可調整輔助輪140對輪架110的位置。此外，孔的數量不限於在圖所示的例子。總之，理想的態樣中，在輪架110設有複數個決定前述第1車輪的安裝位置用的孔；以及決定前述第2車輪的安裝位置用的孔的至少一方的孔。

使用圖7，更詳細說明主輪130與輔助輪140的位置關係。該圖中，描會與主輪130及輔助輪140的位置關係的主要的點、軸，而關於這以外的要素適當地抽象。

圖7(a)是為了說明垂直於回旋軸C3的平面(XY面)內的主輪130與輔助輪140的配置關係，而從上方看見腳輪100的模式圖。由回旋中心P、半徑所描繪的圓是主輪130的回旋的軌跡(所謂回旋圓)。以主輪130與各輔助輪140的間隔為d、回旋中心P到輔助輪140的前端的距離為L1、線段E1E2與線段EP所成的角為β。又，將腳輪100對段差S的進入角設為進入角α。此時，至少滿足以下的條件。

這是，至少輔助輪140的一部分與位於回旋圓內的情況同義。在本實施例，是以d取決於作為特徵。將d設定的大使輔助輪140超出回旋圓內之外的時候，在斜斜地進入時，一方的輔助輪140接觸段差S，腳輪100開始回旋運動，藉此當另一方的輔助輪140與段差S接觸之際， 不能藉由2個輔助輪140有效率地產生越過段差S用的力。

理想的態樣中，除了上述條件之外，滿足以下的條件。

以及

該等是與所謂進入角α=β的時候，當腳輪100進入段差S之際，最初一方的輔助輪140(在該圖示為左側的輔助輪140)接觸段差S，當腳輪100以該接觸為契機開始回旋運動時，這期間主輪130沒有與段差S接觸，而另一方的輔助輪140接觸段差的條件同義。

理想的態樣中，除了上述條件之外，滿足以下的條件。

20°≦β≦30°‧‧‧(4)

發明者實驗的結果發現，段差越過的能力是取決於β(換言之取決於d)，β(d)位在上述範圍內時，越過能力為最高。

β在上述(4)以外的範圍，且即使滿足以下的條件，越過能力的提昇也有相當程度的認同。

15°≦β≦45°‧‧‧(5)

又，β在上述(5)以外的範圍，且即使滿足以下的條件，越過能力的提昇也有可有某一程度的認同。

10°≦β≦60°‧‧‧(6)

此外，依據同實驗發現過度增大β(亦即過度縮小d 的時候)的時候，在腳輪100會有從回旋運動無法順利移行到越過段差S用的運動的情況。此外，由於縮小β是使腳輪100整體的尺寸變大的意思，所以作為使小巧性與段差越過性能兼具的條件來說，例如β=30°為合適。

圖7(b)是從橫向看見的腳輪100的模式圖。以下，說明垂直於旋轉軸的面(ZX面)內的主輪130與輔助輪140的位置關係。以主輪130的半徑(旋轉半徑)為R、輔助輪140的旋轉半徑為r、主輪130與輔助輪140的旋轉中心的距離為L2。又，在ZX面內，以2個圓相切的點的下方側的點為Tx。

此時，滿足以下的條件。

r>R/3‧‧‧(7)

L2>R-r‧‧‧(8)

式子(8)，是輔助輪140的至少一部分位在回旋圓的外側(亦即，有輔助輪140比主輪130更早接觸段差S的可能性存在)的條件。

式子(7)，是由當G到Tx的高度為R的40%時，從Tx到0.6＊r的高度位置比從G到0.6＊R的高度的位置更位在上方作為條件(0.4R+0.6r>0.6R)所導出者。於此，所謂0.4、0.6的數字一般是考慮到從正面進入時(進入角90°)可越過的段差的高度是車輪的半徑的60%左右，且當進入角為30°時，可越過的段差的高度是車輪的半徑的40%左右者。

亦即，如該圖，具有高度H的段差S時，從 正面進入時，首先，2個輔助輪140接觸段差S，此時，由於輔助輪140能越過的實質的段差的高度比0.6r更小，所以輔助輪140可越過段差S。輔助輪140越過段差S時，接著主輪130與段差S接觸。此時，由於主輪130必須越過的段差的實質的高度為0.4R(<0.6R)，所以主輪130可越過段差S。此結果，腳輪100整體來說能越過段差S。

另一方面，從正面進入時，當段差S比0.4R更低的時候，僅主輪130與R接觸。由於0.4R<0.6R，所以輔助輪140沒問題可越過段差S。又，在同樣的高度的段差時，即使從30°左右斜斜地進入時，如上述，輔助輪140可越過段差S。

以下，使用圖8~16針對段差高H為0.4R以上時，腳輪100以進入角α進入段差S時的腳輪100的動作進行說明。如上述，在該條件，以往的腳輪(例如從圖7所示的腳輪100沒有安裝輔助輪140的狀態的腳輪)開始回旋運動，且不論進入角度不能越過。相對於此，只要是腳輪100即使斜斜進入也能越過。以下詳細地說明。

圖8~11是以時間序列地表示在上述段差高的條件時，圖7所示的腳輪100斜斜地進入卻不能直接越過段差，而開始回旋運動到開始越過運動者。在以下的例子，方便上設定成進入角α=β=30°。

首先，如圖8在段差S的W1，一方的輔助輪140的前端接觸。於是，輔助輪140因為從段差S的緣受到的力 而產生旋轉力，而作動欲越過段差S的力。同時，輔助輪140因為從段差S的緣受到的力開始回旋運動。於此，由於段差S不是可直接越過的那麼的低，所以如圖9及圖10所示，腳輪100是以W1為支點開始回旋運動。

而且，如圖11所示，另一方的輔助輪140在W2接觸。此時，腳輪100面是正對段差S。此時，旋轉力比作用在輔助輪140的回旋力(越過段差的力)更高。此結果，腳輪100的回旋運動結束，2個輔助輪140因與段差S的摩擦力進行旋轉，而開始爬段差S的緣。這樣一來，腳輪100從回旋運動移行到段差S的越過運動。

此外，假使相對於回旋軸到兩輔助輪140的前端W1、W2的距離太小(輔助輪140與主輪的間隔太小；β太大)時，腳輪100正對段差S之際，不能充分消除回旋力，下次以W2為支點開始回旋運動，且越過的失敗機率變高。

圖12~16是以時間序列表示從腳輪100對於段差S朝向正面到完成越過高度H的段差S的圖。主輪130在G與外周上的點Tg接觸，以接觸點T0表示與輔助輪140的外周上的段差S的緣的點。輔助輪140是因接觸點T0的摩擦力產生旋轉力，且輔助輪140旋轉開始越過段差S。於是，主輪130(亦即腳輪100整體)從G浮起，輔助輪140的外周上的接觸點如圖13移行到T1。隨著輔助輪140的進一步的旋轉，輔助輪140的外周上的接觸點如圖14所示移行到Tx。在此狀態，對輔助輪140來 說完成段差S越過。

之後，與段差S的緣接觸的成為主輪130。亦即，主輪130因從段差S的緣受到的摩擦力而旋轉，並開始主輪130所為的越過。具體而言，段差S與主輪130的外周上的接觸點，是如圖15所示從Tx移行到T1。再者，如圖16所示，隨著主輪130的旋轉，主輪130的外周上的接觸點移行到T3。結果，完成對主輪130來說的段差S的越過，且對腳輪100整體來說段差S的越過完成。

如此根據本實施例，藉由在對應主輪130的回旋半徑及回旋中心的位置設置輔助輪140，即使在比以往更高的段差，且斜斜地進入時，也可越過。

此外，例示30°作為進入角，這是因為實際上考慮到在比30度的更銳角要進入段差是很難想像的。上述的腳輪100的構造，當然即使在其他的進入角進入時，也能發揮比以往更高的段差的越過能力。又，「段差」不是只有相對於行走面僅具有垂直的面的障礙物的意思。總之，「段差」是指存在2個平滑的行走面之間的高度的差距。

≪變形例≫

可適當改變上述實施例。以下，針對進行變形之際的觀點進行例示。

輪椅10並不一定要4輪。例如，腳輪100也可是僅以1個輔助輪140作為前輪的使用的3輪的輪椅。或者， 也可設有2個後輪200與在其前後合計各2各共計4輔助輪140的6輪的輪椅。又，輪椅10並不一定要是電動式。

安裝腳輪100的對象，除了輪椅以外，也可是例如搬運貨物用的一般的台車。總之，是可載著物體一面改變方向一面移動者，且其用途並不被限定。

Z‧‧‧垂直方向

X‧‧‧垂直於Z的面

Y‧‧‧垂直於Z的面

Q2‧‧‧中心軸

C2‧‧‧旋轉軸

130‧‧‧主輪

140‧‧‧輔助輪

E1‧‧‧線段

L1‧‧‧回旋中心到輔助輪的前端的距離

Q1‧‧‧中心軸

C1‧‧‧旋轉軸

P‧‧‧回旋中心

E2‧‧‧線段

L2‧‧‧主輪與輔助輪的旋轉中心的距離

Q3‧‧‧中心軸

S‧‧‧段差

‧‧‧回轉半徑

α、β‧‧‧進入角

d‧‧‧間隔

R、r‧‧‧旋轉半徑

H‧‧‧高度

Claims (7)

1. 一種腳輪，其特徵為，具備：輪架；安裝部，其被設在前述輪架，而使前述輪架可以安裝軸為中心回旋地連接於構造體；被安裝在前述輪架的第1車輪；以及比前述第1車輪更小的2個第2車輪，其被安裝在前述輪架，且分別被配置在前述第1車輪的兩側，以前述第1車輪與前述第2車輪之間的間隔為d、前述第1車輪的回旋半徑為時，滿足以下的式子
2. 如申請專利範圍第1項記載的腳輪，其中，以前述第1車輪的半徑為R、α為常數(0<α<90°)時，滿足以下的式子
3. 如申請專利範圍第2項記載的腳輪，其中，在垂直於前述安裝軸的平面內，以回旋中心到各第2車輪的行進方向側的前端的距離為L1時，滿足以下的式子L 1/d=cos β (20°≦β≦30°)‧‧‧(4)。
4. 如申請專利範圍第3項記載的腳輪，其中，在前述安裝軸的平面內，以回旋中心到各第2車輪的行進方向側的前端的距離為L1時，滿足以下的式子L 1/d=cos β (15°≦β≦45°)‧‧‧(5)。
5. 如申請專利範圍第2項記載的腳輪，其中，以前述 第2車輪的半徑為r、垂直於前述第1車輪的旋轉軸的平面內的前述第1車輪的旋轉中心與前述第2車輪的旋轉中心之間的距離為L2時，滿足以下的式子r>R/3‧‧‧(6) L2>R-r‧‧‧(7)。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項記載的腳輪，其中，決定前述第1車輪的安裝位置用的孔、以及決定前述第2車輪的安裝位置用的孔的至少一種孔在前述輪架設有複數個。
7. 一種輪椅，其是以如申請專利範圍第1至6項中任一項記載的腳輪作為前輪來使用。