(57)【要約】【課題】半球状車輪の回転軸が走行面に対して垂直な場合であっても、車輪全体回転軸方向への移動がスムーズに行えるようにした球形車輪装置を提供すること。【解決手段】２個の半球状の車輪（１）と、半球状の車輪（１）をその中心軸（３）の周りに回転自在に固定するとともに、２個の半球状の車輪（１）を切断面どうしを対向させて全体として一つの球形車輪を構成するように支持固定するための支持部材（４）と、支持部材（４）を、球形車輪の中心軸（３）と垂直であって、かつ、中心軸を通る回転軸（５）方向に回転自在に固定するためのＵ字形支持フレーム（６）と、Ｕ字形支持フレームを回転軸（５）と垂直な第２の回転軸（Ｂ−３）方向に回転自在に支持する回転支持部（７）とを備え、回転軸（５）と、第２の回転軸（Ｂ−３）をオフセットさせる。【選択図】図６
2010202154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の半球状の車輪（１）と、該半球状の車輪（１）をその中心軸（３）の周りに回転自在に固定するとともに、前記２個の半球状の車輪（１）を切断面どうしを対向させて全体として一つの球形車輪を構成するように支持固定するための支持部材（４）と、
該支持部材（４）を、前記球形車輪の中心軸（３）と垂直であって、かつ、前記中心軸を通る回転軸（５）方向に回転自在に固定するためのＵ字形支持フレーム（６）と、該Ｕ字形支持フレームを前記回転軸（５）と垂直な第２の回転軸（Ｂ−３）方向に回転自在に支持する回転支持部（７）とを備え、
前記回転軸（５）と、前記第２の回転軸（Ｂ−３）がオフセットしているねじれの位置にあることを特徴とする球形車輪装置。
【請求項２】
２個の半球状の車輪（１）と、該半球状の車輪（１）をその中心軸（３）の周りに回転自在に固定するとともに、前記２個の半球状の車輪（１）を切断面どうしを対向させて全体として一つの球形車輪を構成するように支持固定するための支持部材（４）と、
該支持部材（４）を、前記球形車輪の中心軸（３）と垂直であって、かつ、前記中心軸を通る回転軸（５）方向に回転自在に固定するためのＵ字形支持フレーム（６）と、
前記Ｕ字形支持フレーム（６）のＵ字の中点を第２の回転軸（Ｃ−３）として、前記回転軸（５）と前記Ｕ字とを含む平面に平行な方向に回転可能なように支持するベースとを備えたことを特徴とする球形車輪装置。
【請求項３】
前記Ｕ字形支持フレームの中点を挟んでほぼ対称な位置にある点と、前記ベース側の前記第２の回転軸が設けられた点を挟んでほぼ対称な位置にある点とを、それぞれバネで接続したことを特徴とする請求項２に記載の球形車輪装置。
【請求項４】
２個の半球状の車輪（１）と、該半球状の車輪（１）をその中心軸（３）の周りに回転自在に固定するとともに、前記２個の半球状の車輪（１）を切断面どうしを対向させて全体として一つの球形車輪を構成するように支持固定するための支持部材（４）と、
該支持部材（４）を、前記球形車輪の中心軸（３）と垂直であって、かつ、前記中心軸を通る回転軸（５）方向に回転自在に固定するためのＵ字形支持フレーム（６）と、
前記Ｕ字形支持フレーム（６）のＵ字の中点を第２の回転軸（D−３）として、前記Ｕ字形支持フレーム（６）の中心線と前記回転軸（５）を含む平面に垂直な前記第２の回転軸（Ｄ−３）の回りに回転自在に支持する回転支持部（７）とを備えたことを特徴とする球形車輪装置。
【請求項５】
前記支持部材（４）が、前記回転軸（５）と中心軸（３）を含む十字形状を呈する十字型支持部材である請求項１乃至４のいずれかに記載の球形車輪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はどのような方向にも滑らかに回転する球形をした自在キャスターである球形車輪装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図1は、従来の自在キャスターである。Ａ１軸を中心として車輪が回転し、Ａ２軸を中心として車輪の方向が変化する。図２（Ａ）〜（Ｃ）は移動するキャスターを下側から見た図であるが、この様に右上から左上にＶ字形に方向転換しようとすると、車輪の回転が急速に方向転換する必要があり、またキャスター自体の方向も大きく変化する必要がある。この現象は、前進しているものを後退させようとさせるときなどに極端に現れる。このような急激な変化は生成しにくいため、図中に記載したように、キャスターの軌道は移動すべき軌道からずれてしまうことになり、また、その動的効果の反力が働くため、このような運動は生成しにくく感じられる。
【０００３】
上述のような問題を解決するために、図３（Ａ）に示すような、半球状車輪を二つ組み合わせた球形車輪装置が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、かかる車輪においては、半球状車輪の回転軸（Ｙ軸）が走行面に対して垂直な場合以外は、Ｙ軸方向の回転と、車輪全体回転軸（Ｘ軸）方向の回転との組み合わせによって任意の方向に移動できるが、Ｙ軸が走行面に対して垂直な場合で、かつＸ軸と平行な方向に移動する場合は、この車輪はいずれの方向にも回転することができず、走行面上を滑走することになり、走行面の摩擦力の影響を受ける。
【０００４】
この問題を解決するために提案されたのが、図３（Ｂ）に示す球形車輪である（特許文献１参照）。すなわち、半球状車輪とＹ軸との交点にあたる部分に、小型ローラーのような小車輪をＺ軸（図示しない）方向に設けたものである。
しかしながら、かかる小車輪は、走行中にゴミが挟まって動きにくくなる等の問題が発生すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１０５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述のような球形車輪装置における従来の問題点を解決するために為されたものであり、半球状車輪の回転軸が走行面に対して垂直な場合であっても、車輪全体回転軸方向への移動がスムーズに行えるようにした球形車輪装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、球形車輪装置に関し、本発明の上記目的は、２個の半球状の車輪（１）と、該半球状の車輪（１）をその中心軸（３）の周りに回転自在に固定するとともに、前記２個の半球状の車輪（１）を切断面どうしを対向させて全体として一つの球形車輪を構成するように支持固定するための支持部材（４）と、該支持部材（４）を、前記球形車輪の中心軸（３）と垂直であって、かつ、前記中心軸を通る回転軸（５）方向に回転自在に固定するためのＵ字形支持フレーム（６）と、該Ｕ字形支持フレームを前記回転軸（５）と垂直な第２の回転軸（Ｂ−３）方向に回転自在に支持する回転支持部（７）とを備え、
前記回転軸（５）と、前記第２の回転軸（Ｂ−３）がオフセットしているねじれの位置にあることを特徴とする球形車輪装置によって達成される。
【０００８】
また、本発明の上記目的は、２個の半球状の車輪（１）と、該半球状の車輪（１）をその中心軸（３）の周りに回転自在に固定するとともに、前記２個の半球状の車輪（１）を切断面どうしを対向させて全体として一つの球形車輪を構成するように支持固定するための支持部材（４）と、該支持部材（４）を、前記球形車輪の中心軸（３）と垂直であって、かつ、前記中心軸を通る回転軸（５）方向に回転自在に固定するためのＵ字形支持フレーム（６）と、前記Ｕ字形支持フレーム（６）のＵ字の中点を第２の回転軸（Ｃ−３）として、前記回転軸（５）と前記Ｕ字とを含む平面に平行な方向に回転可能なように支持するベースとを備えたことを特徴とする球形車輪装置によって達成される。
【０００９】
更に、本発明の上記目的は、２個の半球状の車輪（１）と、該半球状の車輪（１）をその中心軸（３）の周りに回転自在に固定するとともに、前記２個の半球状の車輪（１）を切断面どうしを対向させて全体として一つの球形車輪を構成するように支持固定するための支持部材（４）と、該支持部材（４）を、前記球形車輪の中心軸（３）と垂直であって、かつ、前記中心軸を通る回転軸（５）方向に回転自在に固定するためのＵ字形支持フレーム（６）と、前記Ｕ字形支持フレーム（６）のＵ字の中点を第２の回転軸（D−３）として、前記Ｕ字形支持フレーム（６）の中心線と前記回転軸（５）を含む平面に垂直な前記第２の回転軸（Ｄ−３）の回りに回転自在に支持する回転支持部（７）とを備えたことを特徴とする球形車輪装置によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る球形車輪装置によれば、半球状車輪の回転軸が走行面に対して垂直な場合であっても、車輪全体回転軸方向への移動がスムーズに行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の自在キャスターの斜視図である。
【図２】従来の自在キャスターによる方向転換の状態を示す図である。
【図３】従来の球形車輪装置の斜視図である。
【図４】本発明に係る球形車輪装置の第１実施例の斜視図である。
【図５】本発明に係る球形車輪装置の第１実施例の側面図である。
【図６】本発明に係る球形車輪装置の第１実施例の分解組立図である。
【図７】本発明に係る球形車輪装置の第１実施例による方向転換の状態を示す図である。
【図８】本発明に係る球形車輪装置の第２実施例の斜視図である。
【図９】本発明に係る球形車輪装置の第２実施例の上面図(一部透視図)である。
【図１０】本発明に係る球形車輪装置の第２実施例の分解組立図である。
【図１１】本発明に係る球形車輪装置の第３実施例の側面図である。
【図１２】本発明に係る球形車輪装置の第３実施例を移動体に実装した場合の一例を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す球形車輪装置の動きのシーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図４は、本発明に係る球形車輪装置の第１実施例を示す斜視図である。これは、２つの半球車輪１が図６に示す十字型支持部材４で軸（Ｂ−２）の回りにそれぞれ独立に回転自在に支持されて、全体として一つの球形車輪を構成するとともに、十字型支持部材４で連結された球形車輪が軸（Ｂ−１）の回りに回転自在に支持され、さらに球形車輪をオフセットして支持するＵ字形支持フレーム６により垂直軸（Ｂ−３）の回りに回転自在に支持されたものである。
図５は実施例１の球形車輪の側面図であり、Ｕ字形支持フレーム６の中心線が球形車輪の中心からずれてオフセットしているのが分かる。
【００１３】
図６は本発明に係る球形車輪装置の第１実施例の分解組立図である。中空の半球車輪１に補強を兼ねた軸支持部材２が接着されており、半球車輪１の回転軸３を介して十字型支持部材４に回転自在に固定される。また、十字支持部材４を挟む形でもう１個の半球車輪１が接続され、球形車輪を構成している。
さらに、回転軸３と直交する方向において、球形車輪がＵ字形支持フレーム６に球形車輪支持軸５を介してオフセットされて十字型支持部材４に回動自在に支持固定される。また、垂直軸を支持する回転支持部７は、その中心線がＵ字形支持フレーム６の中心線と同一であり、Ｕ字形支持フレーム６の水平面方向の回転を可能にしている。
半球車輪１の材料としては金属、プラスチック、木材等が使用可能であるが、耐久性の観点より、金属が好ましい。また、十字型支持部材４、Ｕ字形支持フレーム６、回転支持部７も金属が好ましいが、これに限るものではない。なお、回転軸や支持軸は金属が好ましい。
【００１４】
第１実施例に係る球形車輪装置を用いて、図７（Ａ）〜（Ｃ）のように図２と同様に方向転換しようとすると、方向転換点の直前までは、図７（Ａ）に示すように、球形車輪が軸Ｂ−１（図４）回りに回転しながら進み、方向転換の開始と同時に軸（Ｂ−２）回りに球形車輪の全体が回転して図７（Ｂ）の様になる。図２と違うのは、この途中の段階で、半球車輪軸（Ｂ−２）の回りに回転することである。この回転でゆっくりと球形車輪は垂直軸（Ｂ−３）回りに回転して図７（Ｃ）のように球形車輪が逆向きに回転する状態に遷移できるため、この様な急激な方向転回時にも、車輪が急激にその方向を変える動作が無くなり、滑らかに移動できる。
【００１５】
なお、以上の動作中の途中の特別な状態として、図７（Ａ）〜（Ｃ）で半球車輪の回転軸（Ｂ−２）が接地した状態にたまたま静止したとすると、半球車輪は回転できず、図３（Ａ）と同様な状態が一瞬生じるが、球形車輪は動き続けるので、すぐにその状態を抜け出して上述の動作に戻り、動きが阻害されることは起こらない。
【００１６】
図８は本発明に係る球形車輪装置の第２実施例を示す図であり、球形車輪を別の姿勢で支持する構造の構成例である。このように支持すると、軸（Ｃ−１）の回りに動くときは球形車輪全体が回転し、軸（Ｃ−２）の回りに動くときは接地している方の半球車輪が回転する。
しかし、たまたま、半球車輪の回転軸（Ｃ−２）が接地（接地面と垂直）しているときには、半球車輪は回転できない。しかし、図９に示すようにＵ字形支持フレーム６がバネ８で支持されているため、軸（Ｃ−１）が図９のように若干傾き、球形車輪を軸（Ｃ−１）回りに回転させる力の分力Ｆ１が生成されるため、半球車輪の回転軸（Ｃ−２）がちょうど接地しているという状況は回避でき、滑らかに動ける。この特異な状態を通り過ぎると、バネの効果でまた球形車輪を支持するＵ字形支持フレーム６は元の中立の位置に戻る。
図１０は、本発明に係る球形車輪装置の第２実施例の分解組立図である。Ｕ字形支持フレーム６がバネ８を介して、ベースに水平方向に回動自在に固定されている点を除けば、図６と同一であるので、説明を省略する。
なお、第２実施例において、バネの果たす役割はＵ字形支持フレーム６を元の中立の位置に戻すことであるから、前記の特異な状態を脱するために必須なものではない。
【００１７】
図１１は本発明に係る球形車輪装置の第３実施例を示す側面図である。Ｕ字形支持フレーム６は、そのＵ字の中点を回転の中心として、Ｕ字形支持フレーム６の中心線と球形車輪支持軸５を含む平面に垂直な第２の回転軸（Ｄ−３）の回りに回転自在に支持する回転支持部７に接続されている。
このようにすることにより、半球車輪の回転軸（Ｄ−２）が接地した状態にたまたま静止したとしても、回転軸（Ｄ−３）方向の回転により回転軸（Ｄ−１）回りの回転が生まれ、軸（Ｄ−２）が接地している状態から脱却することができる。
【００１８】
図１２は図１１の球形車輪装置を実際の移動体（例えば三脚等）にキャスターとして取り付ける際に、回転軸（Ｄ−３）を接地面に垂直な位置から若干傾けるようにして固定した場合を示している。図１３はその動きのシーケンスを示す図であり、球形車輪が回転軸（Ｄ−３）の回りに回転する際の球形車輪の動きと、そのときの回転支持部７の上下方向の動きを示している。図１３に示すＷ方向には移動体の自重が常にかかっているため、回転支持部７は最下点にある状態、すなわち初期状態に復帰しようとする性質がある。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明に係る球形車輪装置は、椅子、ワゴン等の移動体のキャスターとしての利用が考えられる。
【符号の説明】
【００２０】
１  半球車輪
２  軸支持部材
３  半球の回転軸(中心軸)
４  十字型支持部材
５  球形車輪支持軸(回転軸)
６  Ｕ字形支持フレーム
７  回転支持部
８  バネ
【図１】
2010202154.tif 000003
【図３】
2010202154.tif 000004
【図４】
2010202154.tif 000005
【図５】
2010202154.tif 000006
【図６】
2010202154.tif 000007
【図７】
2010202154.tif 000008
【図８】
2010202154.tif 000009
【図９】
2010202154.tif 000010
【図１０】
2010202154.tif 000011
【図１１】
2010202154.tif 000012
【図１２】
2010202154.tif 000013
【図２】
2010202154.tif 000014
【図１３】
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