(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と、走行路とを備え、
前記車輪は、間隔規制体と、一対の転動走行体と、主重心位置偏心用錘と、少なくとも一対の補助重心位置偏心用錘とを備え、
前記間隔規制体は、前記一対の転動走行体の対向間隔を一定の間隔に規制するものであり、
前記一対の転動走行体は、金属製で、且つ、前記間隔規制体を間にしてその幅方向両側で一体連結され、且つ、前記間隔規制体の直径より大きい直径を有し、且つ、回転中心が前記間隔規制体の回転中心と一致し、
前記主重心位置偏心用錘は、前記車輪の重心を主に偏心させる金属製の錘であり、前記一対の転動走行体間で前記回転中心から偏心した位置において位置調整可能に配置され、
前記一対の補助重心位置偏心用錘は、前記車輪の重心を補助的に偏心させる金属製の錘であり、前記一対の転動走行体間で、前記主重心位置偏心用錘と同方向へ前記回転中心から偏心し、且つ、前記回転中心と前記主重心位置偏心用錘とを結ぶ直線に対し該直線に直交する方向に対称の位置にそれぞれ位置調整可能に配置され、
前記走行路は、レールと、ガイドと、を備え、
前記レールは、金属製で、水平面に平行な下面と、転動走行方向に等間隔の複数の転動区間を有した上面とを有し、且つ、前記各転動区間毎に、下り斜面と上り斜面とを転動方向にこの順序で有し、且つ、前記複数の転動区間全体に亘って、前記下り斜面と前記上り斜面とが一定の曲率で連続していると共に、前記水平面からの前記下り斜面の最大高さと前記上り斜面の最大高さとが等しく、且つ、前記水平面からの前記下り斜面の最小高さと前記上り斜面の最小高さとが等しく、且つ、前記下り斜面と前記上り斜面との水平方向における長さ比率が、３００〜４００：９５〜１１０であり、且つ、前記下り斜面の水平面に対する下り勾配が３〜５度であり、且つ、前記上り斜面の水平面に対する上り勾配が１４〜１８度であり、
前記ガイドは、プラスチック材料で作成され、前記一対の転動走行体の対向間隔より短いガイド幅でもって、前記レール上面のレール幅方向中間に設けられ、且つ、前記レールの前記複数の転動区間全体の下り斜面と前記上り斜面とに沿う厚み形状を有し、
以上の構成において、前記主重心位置偏心用錘と前記車輪の回転中心と任意の前記転動区間の前記下り斜面の最大高さ位置とを垂直線上に一致させて前記車輪を前記下り斜面の前記最大高さ位置に載せた状態で、前記車輪を前記下り斜面に向けて押すと、前記車輪が、前記ガイドで案内されつつ前記レール上の各転動区間を転動して走行していく、
ことを特徴とする車輪走行装置。
【請求項２】
前記走行路が、下り斜面と上り斜面とを１つの転動区間とする走行路単位の複数が平面視円環状に配置され、１つないし複数の前記車輪が前記平面視円環状の走行路上を転動走行することが可能になっている、請求項１に記載の車輪走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪が下り斜面を下ったときに貯蓄したエネルギーを利用して、車輪を走行させる車輪走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
後記の特許文献１には、下り斜面を走行するときに自然に発生した加速エネルギーを、一旦、蓄え、その貯蓄エネルギーを、車輪の走行のアシストに利用する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０３８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の車輪走行装置では、上記貯蓄エネルギーが放出されてしまうまでは、車輪は走行を継続するが、その走行距離は、一般には、短い。そのため、上記貯蓄エネルギーは、車輪の走行のアシストとして利用できても、貯蓄エネルギーのみでの車輪の走行距離は、短く限られたものとなる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、貯蓄エネルギーのみで、車輪の走行距離を従来よりも格段に長くすることができる車輪走行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】
【０００６】
本発明による車輪走行装置は、車輪と、走行路とを備え、
前記車輪は、間隔規制体と、一対の転動走行体と、主重心位置偏心用錘と、少なくとも一対の補助重心位置偏心用錘とを備え、
前記間隔規制体は、
前記一対の転動走行体の対向間隔を一定の間隔に規制するものであり、
前記一対の転動走行体は、
金属製で、且つ、前記間隔規制体を間にしてその幅方向両側で一体連結され、且つ、前記間隔規制体の直径より大きい直径を有し、且つ、回転中心が前記間隔規制体の回転中心と一致し、
前記主重心位置偏心用錘は、
前記車輪の重心を主に偏心させる金属製の錘であり、前記一対の転動走行体間で前記回転中心から偏心した位置に位置調整可能に配置され、
前記補助重心位置偏心用錘は、
前記車輪の重心を補助的に偏心させる金属製の錘であり、前記一対の転動走行体間で、前記主重心位置偏心用錘と同方向へ前記回転中心から偏心し、且つ、前記回転中心と前記主重心位置偏心用錘とを結ぶ直線に対し該直線に直交する方向に対称の位置にそれぞれ位置調整可能に配置され、
前記走行路は、レールと、ガイドと、を備え、
前記レールは、
金属製で、水平面に平行な下面と、転動走行方向に等間隔の複数の転動区間を有した上面とを有し、且つ、
前記各転動区間毎に、下り斜面と上り斜面とを転動方向にこの順序で有し、且つ、
前記複数の転動区間全体に亘って、前記下り斜面と前記上り斜面とが一定の曲率で連続していると共に、前記水平面からの前記下り斜面の最大高さと前記上り斜面の最大高さとが等しく、且つ、
前記水平面からの前記下り斜面の最小高さと前記上り斜面の最小高さとが等しく、且つ、
前記下り斜面と前記上り斜面との水平方向における長さ比率が、３００〜４００：９５〜１１０であり、且つ、
前記下り斜面の水平面に対する下り勾配が３〜５度であり、且つ、
前記上り斜面の水平面に対する上り勾配が１４〜１８度であり、
前記ガイドは、
プラスチック材料で作成され、前記一対の転動走行体の対向間隔より短いガイド幅でもって、前記レール上面のレール幅方向中間に設けられ、且つ、
前記レールの前記複数の転動区間全体の前記下り斜面と前記上り斜面とに沿う厚み形状を有し、
以上の構成において、前記主重心位置偏心用錘を前記車輪の回転中心より上方にして当該主重心位置偏心用錘と前記車輪の回転中心と任意の前記転動区間の前記下り斜面の最大高さ位置とを垂直線上に一致させて前記車輪を前記下り斜面の前記最大高さ位置に載せた状態で、前記車輪を前記下り斜面に向けて押すと、前記車輪は、前記ガイドで案内されつつ前記レール上の各転動区間を転動して走行していく、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明において、好ましい実施態様では、前記走行路が、下り斜面と上り斜面とを１つの転動区間とする走行路単位の複数が平面視円環状に配置され、１つないし複数の前記車輪が前記平面視円環状の走行路上を転動走行することが可能になっている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、主重心位置偏心用錘を車輪の回転中心より位置的に上側にした状態で、レールの任意の転動区間における下り斜面の最大高さ位置に車輪を載せ、この載せた状態で、車輪を転動方向へ押して、下り斜面を最大高さ位置から最小高さ位置に転動させると、車輪には、位置エネルギーと、当該車輪と前記主重心位置偏心用錘及び前記補助重心位置偏心用錘の回転エネルギーとが貯蓄されたエネルギーが貯蓄されている。この貯蓄エネルギーは、前記錘が無い車輪よりも大きいエネルギーとなっている。
【０００９】
そして、本発明では、レールの下り斜面と上り斜面との水平方向の長さの比率を３００〜４００：９５〜１１０とし、且つ、下り斜面の水平面に対する下り勾配を３〜５度とし、上り斜面の水平面に対する上り勾配を１４〜１８度としたので、車輪が上り斜面を登りきったときにも、上記貯蓄エネルギーの一部が残存している。そのため、車輪は、当該次の転動区間以降の転動区間も転動走行していくことができる。従って、本発明によれば、貯蓄エネルギーでもって、車輪を、従来よりも、格段に長い距離、転動走行させることができる。
【００１０】
特に、一対の補助重心位置偏心用錘が、主重心位置偏心用錘と同方向へ前記回転中心から偏心し、且つ、前記回転中心と前記主重心位置偏心用錘とを結ぶ直線に対し該直線に直交する方向に対称の位置に配置されているので、車輪は、回転バランスが向上し、その結果、各転動区間の水平方向における平均走行速度や、各転動区間の通過時間、等が安定化する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】(ａ)走行路上の車輪の正面図、(ｂ)走行路上の車輪の正面断面図。
【図２】走行路と、その走行路上の車輪との側面図。
【図３】車輪の斜視図。
【図４】水平面上の走行路と、その走行路上の車輪との側面図。
【図５】走行路の斜視図。
【図６】(ａ)水平面上の走行路に車輪を載せた状態の側面図、(ｂ)車輪が第１区間の下り斜面の途中にある図、(ｃ)車輪が第１区間の下り斜面の最小高さにある図、(ｄ)車輪が第１区間の上り斜面の途中にある図、(ｅ)車輪が第１区間の上り斜面の最大高さ位置にある図、(ｆ)車輪が第２区間の下り斜面の途中にある図。
【図７】走行路の変形例の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態に係る車輪走行装置を説明する。
【００１３】
図１〜図５を参照して、車輪走行装置１は、車輪２と、走行路３とを備える。車輪２は、間隔規制体４と、左右一対の転動走行体５，５と、主重心位置偏心用錘６と、一対の補助重心位置偏心用錘７，７とを備える。
【００１４】
間隔規制体４は、鉄等の金属製で、断面円形の筒状または柱状であり、転動走行体５，５の対向間隔を一定間隔に規制するもので、幅が約２２ｍｍである。
【００１５】
転動走行体５，５は、鉄等の金属製で、間隔規制体４の幅方向両側で間隔規制体４を貫通するボルト８で連結されている。転動走行体５，５は、幅が約１３ｍｍであり、直径は間隔規制体４の直径より大きい約１１２ｍｍである。転動走行体５，５は、回転中心が、間隔規制体４の回転中心と一致している。転動走行体５，５の転動走行面は、レール９と点接触できるように外方に湾曲している。転動走行体５，５の全体の重量は、約１０３０ｇである。転動走行体５，５同士の対向間隔は、約２２ｍｍである。
【００１６】
主重心位置偏心用錘６は、主に車輪２の重心位置を回転中心から偏心させる金属製の錘であり、転動走行体５，５間に渡されて設けられている。主重心位置偏心用錘６は、前記回転中心を水平に通る直径線Ｌ１より上方で且つ回転中心を垂直に通る直径線Ｌ２上において転動走行体５，５の半径(＝約５６ｍｍ)の半分以下の距離(約２８ｍｍ)内の位置に位置調整可能に固定されている。主重心位置偏心用錘６は、一対の転動走行体５，５の全体の重量の１／１０〜１／１５程度の重量を有しており、実施形態では、約７５ｇである。主重心位置偏心用錘６は、車輪２の重心位置を偏心させることで、車輪２の回転エネルギーを増大させ、回転中心からの偏心距離が大きいほど、その回転エネルギーをより増大させる。
【００１７】
補助重心位置偏心用錘７，７は、補助的に車輪重心位置を回転中心から偏心させる金属製の錘であり、転動走行体５，５間に渡されて設けられている。補助重心位置偏心用錘７，７は、前記回転中心を水平に通る直径線Ｌ１より垂直上方で且つ回転中心から転動走行体５，５の半径の１／６以下程度の距離(約１０ｍｍ)内で垂直上方の位置を位置調整可能に固定されている。補助重心位置偏心用錘７，７は、回転中心と主重心位置偏心用錘６とを通る直径線Ｌ２に対して水平方向左右対称の位置にそれぞれ固定配置され、且つ、重量はそれぞれ、転動走行体５，５の全体の重量の１／１０〜１／１５の重量をそれぞれ有しており、実施形態では、それぞれ、約７５ｇである。補助重心位置偏心用錘７，７は、主重心位置偏心用錘６よりも回転中心からの偏心距離が短く、そのため、回転エネルギーの増大を補助的に増大させる。
【００１８】
走行路３は、レール９と、ガイド１０と、を備える。
【００１９】
レール９は、アルミ等の金属製で、平坦な水平面１１上に載置可能な平坦な下面１２と、転動走行方向において等間隔に複数の転動区間Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎを有した上面１３とを有する。レール９の上面１３における複数の転動区間Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎ(図面では、Ｓ１及びＳ２の全体と、Ｓ３の一部のみを図示。)は、その全体にわたって、下り斜面１３ａと上り斜面１３ｂとを車輪２の転動方向にこの順序で有している。各転動区間Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、同じ仕様の区間であるので、転動区間Ｓ１〜Ｓ３を代表的に説明する。
【００２０】
レール９の各転動区間Ｓ１〜Ｓ３において水平面からの下り斜面１３ａの最大高さと上り斜面１３ｂの最大高さは、共に高さＨ１で等しく、且つ、水平面からの下り斜面１３ａの最小高さと前記上り斜面の最小高さは、共に高さＨ２で等しい。
【００２１】
レール９の各転動区間Ｓ１〜Ｓ３内において下り斜面１３ａと上り斜面１３ｂとの水平方向における長さ比率は、３００〜４００：９５〜１１０であり、実施形態では、下り斜面１３ａの水平方向の長さは、約３５０ｍｍであり、上り斜面１３ｂの水平方向の長さは、約１００ｍｍである。これにより、下り斜面１３ａは、上り斜面１３ｂより約３倍以上、水平方向において長い。
【００２２】
レール９の各転動区間Ｓ１〜Ｓ３の下り斜面１３ａの水平面に対する下り勾配は３〜５度であり、上り斜面１３ｂの水平面に対する上り勾配は１４〜１８度である。実施形態では、下り斜面１３ａの下り勾配は約４度であり、上り斜面１３ｂの上り勾配は約１６度である。
【００２３】
転動区間Ｓ１〜Ｓ３内において、下り斜面１３ａと上り斜面１３ｂは半径Ｒ＝約１５０ｍｍの曲率を有する曲面で連続している。任意の転動区間内の上り斜面１３ｂと該任意の転動区間の隣りの転動区間の下り斜面１３ａは半径Ｒ＝約１５０ｍｍの曲率を有する曲面で連続している。
【００２４】
ガイド１０は、プラスチック製であり、転動走行体５，５の対向間隔より短いガイド幅を有し、実施形態では約２０ｍｍである。ガイド１０は、転動走行体５，５がレール９上を転動走行する際に主重心位置偏心用錘６に接触しないガイド高さを有する。ガイド１０は、レール９上面のレール幅方向中間に設けられている。
【００２５】
ガイド１０は、レール９の全体にわたって下り斜面１３ａと前記上り斜面１３ｂとに沿って均一な厚み形状を有している。
【００２６】
図６を参照して、車輪２のレール９上における走行を説明する。
【００２７】
まず、図６(ａ)に示すように、車輪２を、ガイド１０の第１の転動区間Ｓ１の下り斜面１３ａの最大高さ位置Ｐ１上に載せる。このとき、車輪２は、主重心位置偏心用錘６と車輪２の回転中心とを通る直径線Ｌ２が最大高さ位置Ｐ１に一致し、且つ、主重心位置偏心用錘６が回転中心より垂直上方となるように、セットする。
【００２８】
次いで、車輪２を転動走行方向へ押す。
【００２９】
そうすると、車輪２は、図６(ａ)から図６(ｂ)、そして図６(ｃ)に示すように、第１の転動区間Ｓ１の下り斜面１３ａを最大高さ位置Ｐ１から最小高さ位置Ｐ２まで下り斜面１３ａ上を転動していく。そして、この転動によって、車輪２には、位置エネルギーが運動エネルギーに変換された加速エネルギーが蓄積される。同時に、車輪２の重心位置が主重心位置偏心用錘６と補助重心位置偏心用錘７，７とによって、回転中心より上方の位置に偏心しているので、車輪２には、第１の転動区間Ｓ１の下り斜面１３ａを転動していくと、加速エネルギーには、これら錘６，７，７による回転エネルギーが加わる。このことにより、車輪２には、加速エネルギーと回転エネルギーとを合計した貯蓄エネルギーが車輪２に貯蓄される。
【００３０】
図６(ｃ)に示す最小高さ位置Ｐ２にまで転動した車輪２は、上記貯蓄エネルギーで上り斜面１３ｂを登っていく。このとき、転動走行体５，５とレール９は共に金属製で、且つ、転動走行体５，５とレール９とが点接触状態であるため、それらの接触抵抗により喪失される貯蓄エネルギーは小さい。そのため、車輪２は、上記貯蓄エネルギーにより、図６(ｃ)、図６(ｄ)から図６(ｅ)に示すように、上り斜面１３ｂの最大高さ位置Ｐ３まで登る。この貯蓄エネルギーは、上り斜面１３ｂを登るためのエネルギーに費やされるものの、車輪２が最大高さ位置Ｐ３に到達した時点でも、車輪２には貯蓄エネルギーの一部が残存している。
【００３１】
そのため、車輪２は、転動方向に押されなくても、次の第２の転動区間Ｓ２の下り斜面１３ａを、図６(ｆ)に示すように、自動的に転動走行していく。そして、それ以降は、上述と同様、車輪２は、複数の転動区間を転動走行する。
【００３２】
なお、実施形態では、車輪２の重心位置を、主重心位置偏心用錘６と補助重心位置偏心用錘７，７の位置を調整することにより、調整すると、車輪２の回転エネルギーが増大し、これにより貯蓄エネルギーが増大する結果、車輪２を、より多くの転動区間にわたって転動走行させることができる。
【００３３】
また、実施形態では、補助重心位置偏心用錘７，７が、直径線Ｌ２に対して対称位置に配置されているので、車輪２の回転のバランスが向上すると共に、車輪２の回転エネルギーを増大させることができ、車輪２を、より多くの転動区間にわたって転動走行させることができる。
【００３４】
また、実施形態では、レール９の下面１２が、水平面に平行で、且つ、転動区間全体に亘って、下り斜面１３ａと上り斜面１３ｂとを一定の曲率で連続させ、水平面からの下り斜面１３ａの最大高さと上り斜面１３ｂの最大高さとを等しく、且つ、水平面からの下り斜面１３ａの最小高さと上り斜面１３ｂの最小高さとを等しくしたので、車輪２の貯蓄エネルギーが複数の転動区間にわたって均等に得られる結果、車輪２の回転エネルギーの利用効率が高まり、車輪２をより多くの転動区間にわたって転動走行させることができる。
【００３５】
また、実施形態では、下り斜面１３ａと上り斜面１３ｂとの水平方向における長さ比率が、３００〜４００：９５〜１１０とし、且つ、下り斜面１３ａの水平面に対する下り勾配を３〜５度、上り斜面１３ｂの水平面に対する上り勾配が１４〜１８度としたので、車輪２が上り斜面１３ｂを登ったときの貯蓄エネルギーがより残存し、車輪２をより多くの転動区間にわたって転動走行させることができる。
【００３６】
図７は、走行路３の一形態である。この走行路３は、下り斜面１３ａと上り斜面１３ｂとを１つの転動区間とする走行路単位の複数、実施形態では２４単位が平面視円環状に配置されて構成されている。そして、車輪２は、この円環状の走行路３上を転動走行する。
【００３７】
この円環状の走行路３の一利用形態として、２４個の車輪２それぞれにアームの一端を取り付け，各アームそれぞれの他端側を、環状走行路３の中心にある回転軸に取り付ける。この回転軸は、発電機の回転軸である。そうすると、複数の車輪２それぞれが環状走行路３上を同一方向に転動すると、各アームが回転し、これに伴い、回転軸が回転され、前記発電機で微電力を得ることができる。これはちょうど、水車発電機と同様の発電である。
【００３８】
以上から実施形態では、貯蓄エネルギーのみでの車輪２の走行距離を従来よりも格段に長くすることができるようになった。
【００４０】
また、本発明によれば、水平面を確保できるエリアがあれば、地球上の何処の場所にでも、走行路をその水平面に設置し、そのレール上に車輪を載せて連続的に走行させることができる。
【００４１】
このように、本発明は、車輪がレールの下り斜面を下降して貯蓄したエネルギーが、上り斜面を登るエネルギーよりも、勝るようにしたことに発想の原点がある。
【００４３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、例えば、発電機や、遊具、等に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  車輪走行装置
２  車輪
３  走行路
４  間隔規制体
５  転動走行体
６  主重心位置偏心用錘
７  補助重心位置偏心用錘
８  ボルト
９  レール
１０  ガイド
１１  水平面
１２  走行路下面
１３  走行路上面
１３ａ  下り斜面
１３ｂ  上り斜面
Ｐ１  車輪載せ位置
Ｓ１〜Ｓ３  転動区間
【要約】
【課題】貯蓄エネルギーのみで、車輪の走行距離を従来よりも格段に長くすることができる車輪走行装置を提供すること。
【解決手段】車輪２と、走行路３とを備え、車輪２は、転動走行体５，５と、主重心位置偏心用錘６と、一対の補助重心位置偏心用錘７，７とを備え、走行路３は、レール９を備える。錘を回転中心より上側にした状態で、レールの任意の転動区間における下り斜面１３ａの最大高さ位置Ｐ１に車輪を載せ、この載せた状態で、車輪を転動方向へ押して、車輪が下り斜面を転動させると、車輪に位置エネルギーによる運動エネルギーと錘による回転エネルギーとを合計した貯蓄エネルギーが貯蓄され、車輪２が複数の転動区間を転動走行する。
【選択図】図５【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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【図６】
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【図７】
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