(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、
各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に支持され、
前記各回転体は、その先端部の直径を基端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成する形状に形成されると共に、前記各回転体の前記先端部が隣合う前記回転体の前記基端部に近接し得るように、前記各回転体の前記先端部が、隣合う前記回転体の前記基端部に形成された凹部に部分的に侵入していることを特徴とする回転体付き車輪。
【請求項２】
各回転体の凹部として形成された基端部の外周部分が、前記回転体の材質により弾性を呈する環状のリップ部として形成されると共に、前記各回転体の先端部に、隣合う前記回転体の前記リップ部を侵入させる環状の段差部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の回転体付き車輪。
【請求項３】
各回転体が、その直径を基端部から先端部に向けて連続的に小さくする半紡錘形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転体付き車輪。
【請求項４】
各回転体が、回転軸線を中心に回転自在に支持される芯部と、この芯部を前記回転軸線の周りで包囲し、かつ弾性材質の金型成形品製である外筒部とより形成され、
前記芯部の外周面及び前記外筒部の内周面に、前記回転軸線方向の断面形状を凹凸状に変化させて互いに形状相補的に係合する凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の回転体付き車輪。
【請求項５】
芯部及び外筒部が合成樹脂製であり、それぞれの凹凸部の係合面が接着されていることを特徴とする請求項４記載の回転体付き車輪。
【請求項６】
芯部が金属製であり、外筒部が合成樹脂製又はゴム製であることを特徴とする請求項４記載の回転体付き車輪。
【請求項７】
リムに基端部が取付けられた軸受アームが、回転体の先端部と隣合う回転体の凹部間の隙間に侵入すると共に、前記軸受アームの先端位置で前記回転体の先端側の回転軸を支持し、前記軸受アームの途中位置で隣合う前記回転体の前記凹部側の回転軸を支持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転体付き車輪。
【請求項８】
リムに基端部が取付けられた軸受アームが、回転体の先端部と隣合う回転体の凹部間の隙間に侵入すると共に、前記軸受アームの先端位置で前記回転体の先端側の回転軸又は隣合う前記回転体の前記凹部側の回転軸を支持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転体付き車輪。
【請求項９】
リムに基端部が取付けられた軸受アームが、回転体の先端部と隣合う回転体の凹部間の隙間に侵入すると共に、前記軸受アームの先端位置で前記回転体の先端側の回転凹部を支持し、前記軸受アームの途中位置で隣合う前記回転体の前記凹部側の回転凹部を支持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転体付き車輪。
【請求項１０】
リムに基端部が取付けられた軸受アームが、回転体の先端部と隣合う回転体の凹部間の隙間に侵入すると共に、前記軸受アームの先端位置で前記回転体の先端側の回転凹部又は隣合う前記回転体の前記凹部側の回転凹部を支持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転体付き車輪。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の非旋回式の回転体が車輪の周囲に転向用に配列されている回転体付き車輪に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転体付き車輪として、特開平１１−２２７４０４には、車輪の外周円に沿った回転軸に直進方向と直角方向に回転するローラ状回転体が配列され、各回転体間に緩衝部材が配置された車輪が開示されている。また、特公平７−１２８２９号公報或は特表平１０−５０００４９号公報には、駆動輪を備えることを前提に、多数の紡錘状の回転体が直進方向に対して傾斜して設けられた車輪が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の車輪によれば、転向用回転体により、キャスタと異なり旋回することなく、つまり車輪の横幅を広げることなく、横方向へ或はベクトル分力に応じて車輪も回転させつつ斜めに走行することができるが、回転体の直径に対応した幅で隣合う回転体の前後端間に隙間が必然的に生じる。したがって、その隙間に石等が挟まるために緩衝部材を介在させているが、回転体との摩擦抵抗を生じたり、その非回転によりスムーズに回転できない等の点で改良の余地が残される。
【０００４】
一方、後者の車輪によれば、同様に斜めの転向用回転体により旋回することなく、横方向或は斜め方向へ走行できるが、回転体の隣合う周面間に隙間を生じ、また段差の乗り越えを配慮して車輪の直径を大きくして各回転体の直進方向の縦幅も相応に広くしようとすると、斜めになった回転体により車輪の横幅、即ち旋回半径がおのずと広がることになる。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて、各回転体間の隙間の発生を抑制できる非旋回の回転体を備えた冒頭に述べた類の回転体付き車輪を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、各回転体が、車軸を中心とする半径方向に対して交差する回転軸線を中心に回転自在に支持され、各回転体は、その先端部の直径を基端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成する形状に形成されると共に、各回転体の先端部が隣合う回転体の基端部に近接し得るように、各回転体の先端部が、隣合う前記回転体の基端部に形成された凹部に部分的に侵入していることを特徴とする。
【０００７】
回転体は、半径方向に対して交差する回転軸線上に回転自在に支持され、直径が基端部から先端部に向けて徐々に小さくなるか、或は一旦大きくなった後に小さくなって周面で車輪外周円を形成する。小さな直径の先端部が大きな直径の基端部に、均一径の場合に較べてより近接可能となると共に、さらに各回転体の先端部が、隣合う回転体の基端部に形成された凹部に部分的に侵入する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を基に本発明の実施の形態による車椅子の４輪のうち前輪に採用される回転体付き車輪を説明する。この車輪９は、道路の歩道車道間等の段差を容易に乗り越え得る程度に大きな直径を有し、中心部に車軸１を備えたリム２の周囲に、車輪９の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の同一形状の回転体１０を配列して構成されている。
【０００９】
各回転体１０が、車軸１の回転軸線Ｏを中心とする半径Ｒ１の方向に対してその半径円と同一面状で直交方向からずれた角度の斜めに交差する回転軸線Ｘ１上に位置する回転軸２６に回転自在に支持されている。各回転体１０の直径は、半径Ｒ１に沿った基端部１１から先端部１２に向けて連続的に小さく変化し、かつ周面１９が車輪９の車輪外周円Ｃ１への回転位置でその円弧を形成し、したがって各回転体１０は半紡錘形状に形成されている。
【００１０】
また、先端部１２が隣合う回転体１０の基端部１１に形成された円錐面状の凹部２５の外周側半分に部分的に侵入して、車輪外周円Ｃ１に回転した周面１９が好ましくは１ｍｍ乃至５ｍｍ程度の隙間１９ａで隣合う回転体１０の基端部１１に近接し得るようになっている。
【００１１】
さらに、リム２の周面には軸受アーム２０の基端部が取付けられ、凹部２５のリム２側の周壁２５ａ及びリム２側の周面１９間の隙間２７に侵入し、さらに先端部１２間の隙間に侵入して隣合う回転軸２６に対して直交方向へ順に曲げられている。これにより、軸受アーム２０の途中位置２１で回転軸２６の基部側端部を支持し、先端位置２２で隣合う回転体１０の回転軸２６の先端側端部を支持している。
【００１２】
このように構成された車輪９を車椅子の前輪に採用した場合の動作は次の通りである。車椅子が車輪９の直進方向Ａへ押されると、回転体１０は回転することなく直進する。同様に後退も可能である。回転体１０の全部の周面１９はほぼ連続した車輪外周円Ｃ１を形成し得、また回転体１０の前後端間の隙間はそれぞれの回転動作が干渉しない程度に僅かであるために、その隙間に石等が挟まるのが回避され、スムーズな走行が保証される。
【００１３】
車椅子を真横方向に押すと、接地している回転体１０が回転して車椅子の進行方向が真横方向に転向する。斜めに押すと、進行力を直交方向に分解されたベクトル分力に応じて、車輪９はその車軸１を中心に回転すると共に、回転体１０も回転軸２６を中心に回転して車椅子の進行方向は斜めの前進又は後退方向に転向する。即ち、車輪９に対する回転体１０の非旋回により車輪９の横幅を広げることなく、３６０度の全方向に走行することができる。回転体１０の周面１９が充分な直径の車輪９の外周に連続するために、路面の段差等を容易に引っ掛かりを生じることなく乗り越えることができる。車椅子は、後輪が回転体１０を備えないことにより、横もしくは斜めの走行過程でその方向へ徐々に転向して直進状態となる。
【００１４】
尚、前述の実施の形態において、軸受アーム２０は回転体１０に隠れて見栄え良く構成されるが、場合により回転体１０の周面に形成した溝に挿入されたリング状の軸受アームで支持することも可能である。また、軸受アーム２０の途中位置で凹部２５側の回転軸を支持することなく、放射状に配列された軸受アームの先端位置で回転体の先端側又は隣合う凹部側の回転軸を順に交互に片持状に支持することも考えられる。
【００１５】
図３は回転体の別の支持構造を示すもので、前述の回転軸２６に代えて、回転体３０の回転軸線Ｘ１上の基端部３１及び先端部に、同図Ａに示すように、ボール３２を受ける凹曲面３３ａを有する軸受ボルト３３（同図Ｂ）がねじ込まれている。この凹曲面は、ボール３２に回転自在に係合する回転体３０の回転凹部として機能する。一方、リム２に取付けられた軸受アーム３５の先端位置及び途中位置にはボール３２を受ける凹曲面３５ａが形成されている（同図Ｃ）。これにより、軸受アーム３５が、回転体３０の先端部と隣合う回転体３０の凹部間の隙間に侵入すると共に、先端位置で回転体３０の先端側の回転凹部をボール３２を介して回転自在に支持し、途中位置で隣合う回転体３０の基端部３１の凹部側の回転凹部を支持する。
【００１６】
さらに、回転体の基端部には凹部が形成されず、またリムに取付けられた軸受アームで片持状に回転自在に支持する場合も、単なる均一径の円筒形状に較べて同様に隣合う回転体間の隙間を狭くして石等が挟まれにくく構成される。このような場合でも、回転体を両側で支持するように、軸受アームを延長することにより、前述と同様に途中位置で回転体の基端部を支持し、延長した先端位置で先端側を支持することもできる。
【００１７】
図４は走行時の振動を抑制するための回転体の別の実施の形態を示すもので、前述の回転体１０と同様に軸受アーム２０ａに支持された回転軸２６に回転自在に取り付けられた各回転体４０は合成樹脂製であり、その基端部には隣合う回転体４０を部分的に侵入させる凹部４５が形成されると共に、その外周基端部は、材質により弾性を呈する環状のリップ部４１として形成されるている。一方、各回転体４０の先端外周部には、隣合う回転体４０のリップ部４１を侵入させる環状の段差部４２が形成されている。その段差面４２ａはリップ部４１の厚みに対応して内径が小さくなり、その前後幅はリップ部４１の侵入量に相当している。
【００１８】
これにより、立下がり面４２ｂにリップ部４１の先端が近接して隣接部分の隙間がなくなり、車輪の真円度が確保されると共に、走行時にはリップ部４１に加わる段差面４２ａに拘束され、リップ部４１の撓みが抑制される。したがって、走行時のガタガタ音が解消されて、スムーズに走行することができ、乗り心地が良くなる。
【００１９】
図５は回転体を合成樹脂製とする場合のさらに別の実施の形態を示すもので、回転体５０は回転軸２６が挿通される芯部５１と、この芯部を回転軸線の周り及び基端側から包囲する外筒部５２とより、車輪として振動を生じさせない適度な弾性を呈するそれぞれポリウレタンの射出成形により別体の金型成形品として製作されている。芯部５１の外周面及び外筒部５２の内周面には、回転軸線方向の断面形状が凹凸状に変化して互いに形状相補的に係合する凹凸部５１ａ、５２ａが複数段に形成されている。外筒部５２は芯部５１にそれぞれの弾性を利用して嵌合され、その際凹凸部５１ａ、５２ａの互いの係合面５５には接着剤を塗布しておくことにより、双方が確実に接合される。
【００２０】
これにより、肉厚の形状の回転体を一体に射出成形する際に発生する可能性のあるひけ、ブローホール、巣等に起因する走行時の異音発生が回避される。さらに、凹凸部５１ａ、５２ａの接着により、これらの間に塵或いは水が侵入するのが防止され、これらに起因する異音発生も回避される。
【００２１】
尚、これらの凹凸部の接合に際しては、成分の混合により発熱を伴うそれ自体周知の接着剤を用いることにより、それぞれの係合面５５を互いに溶着させることにより、信頼度の高い接着が可能になることが確認されている。また、金型成形品としては、ゴムを用いることも考えられ、さらに芯部をプレス成形品等の金属製としてウレタン系等の合成樹脂又はゴムの金型成形品製の外筒部を嵌合させることもでき、その際同様に金型成形品の肉厚が薄くなって、その内部微小欠陥の発生が回避される。
【００２２】
以上説明した実施の形態において、前述の車輪９は、車椅子の後輪に採用することもできる。さらに、３輪もしくは４輪の全てに回転体を設けることにより、あらゆる方向に自在に走行可能となる。駆動輪を備える車両の場合、３輪又は４輪をハの字形に構成すればあらゆる方向へ移動可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜めに自在に転向することができるだけでなく、段差を容易に乗り越え得るように車輪の直径を大きくした場合でも各回転体の隙間を互いに干渉しない程度に僅かにすることができる。各回転体の先端部が相手方の基端部の凹部に侵入することにより、各回転体の隙間を一層小さくすることができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、回転体間の隙間による真円度の低下、即ち回転時のガタガタ音の発生が抑制される。請求項３の発明によれば、前後端の径の差が大きくなり、隙間を小さくするために回転体を互いに接近させ易くなる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、回転体を分割して合体することにより、合成樹脂もしくはゴムの金型成形品で製作する場合に、肉厚を制限できることにより特有の内部の微小欠陥の発生を防止でき、走行時の異音発生を抑制できる。その際、請求項５の発明により、ポリウレタン等の合成樹脂製とすることにより、振動を抑制できる適度な弾性を備え、凹凸嵌合による合体を容易、かつ確実に行うことができる。また、請求項６の発明により、芯部が金属製とする場合にも外筒部の金型成形品の内部に微小欠陥が発生するのが回避できる。
【００２６】
請求項７乃至請求項１０の発明によれば、僅かな隙間を伴って隣接する各回転体をアームを用いて見栄え良く、しかも簡単な構造で回転自在に支持できる。その際、請求項７又は請求項９の発明によれば、回転体の前後端で簡単な構造により安定状態で回転自在に支持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態による回転体付き車輪の要部断面図である。
【図２】  同回転体付き車輪の斜視図である。
【図３】  回転体の別の実施の形態による支持構造を説明する図である。
【図４】  別の実施の形態による回転体の断面図である。
【図５】  さらに別の実施の形態による回転体の断面図である。
【符号の説明】
２  リム
９  車輪
１０、３０、４０、５０  回転体
１１、３１  回転体の基端部
１２  回転体の先端部
１９  回転体の周面
１９ａ、２７  隙間
２０、２０ａ、３５  軸受アーム
２６  回転軸
４１  リップ部
４２  段差部
５１  芯部
５１ａ、５２ａ  凹凸部
５２  外筒部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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