(57)【要約】【課題】テープスイッチの低耐久性を克服し得るキャスタユニットを提供すること。【解決手段】キャスタユニットは、フォーク、１又は複数の車輪、車輪の回転軸及び旋回軸を有するキャスタ(14)と、キャスタの段差乗り越えを支援する支援装置(16)とを備える。支援装置は、電動式アクチュエータ(26)及び電動式アクチュエータの作動を受けてキャスタの車輪の旋回を制止する制止機構(28)と、車輪の回転軸と平行な直線の周りに揺動可能に支持された揺動部材(30)と、１又は複数のスイッチ(31)とを備える。揺動部材は、前記直線の周りに円弧状に伸びる周面(42)を有する。揺動部材は、本体(50)と、本体に取り付けられ円弧状の周面(42)を規定する可動部(52)とからなる。可動部は本体に向けて移動可能である。スイッチは、揺動部材の本体内に配置され可動部の移動に伴う押圧力を受けて作動する【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーク、該フォークに回転軸を介して回転可能に支持された１又は複数の車輪及び前記フォークに回転可能に取り付けられた旋回軸を有するキャスタと、該キャスタの段差乗り越えを支援する支援装置とを備えるキャスタユニットであって、
前記支援装置は、前記フォークに取り付けられた電動式アクチュエータ及び該電動式アクチュエータの作動を受けて前記旋回軸の周りの前記キャスタの車輪の旋回を制止する制止機構と、
前記キャスタのフォークに前記車輪の回転軸と平行な直線の周りに揺動可能に支持された揺動部材であって前記キャスタの車輪の半径より大きい半径を有する、前記直線の周りに円弧状に伸びる周面を備え、前記周面が前記キャスタの進行方向に関して前記車輪の前方に位置する一部を有する揺動部材と、
前記電動式アクチュエータを通電状態におく１又は複数のスイッチとを備え、
前記揺動部材は、本体と、該本体に取り付けられ前記円弧状の周面を規定する可動部であって前記本体に向けて移動可能である可動部とからなり、
前記スイッチは、前記揺動部材の本体内に配置され前記可動部の移動に伴う押圧力を受けて作動する、キャスタユニット。
【請求項２】
前記キャスタは互いに相対する２つの車輪を有し、また、前記揺動部材は全体に板状を呈し、前記２つの車輪間に配置されている、請求項１に記載のキャスタユニット。
【請求項３】
前記揺動部材の周面の一部は、前記キャスタのフォークと前記揺動部材とに連結されたコイルばねを介して、前記キャスタの進行方向前方に位置するように強制されている、請求項１又は２に記載のキャスタユニット。
【請求項４】
電動式アクチュエータはソレノイドからなり、また、前記制止機構は前記ソレノイドの可動鉄心に固定されたラックと、前記キャスタの旋回軸にこれと同軸に固定されたピニオンとからなり、
前記ラックは前記ソレノイドの作動時及び非作動時にそれぞれ前記ピニオンに対して噛合状態及び非噛合状態におかれる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のキャスタユニット。
【請求項５】
前記スイッチはリミットスイッチからなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のキャスタユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャスタと該キャスタに取り付けられ前記キャスタの段差乗り越えを支援する支援装置とを備えるキャスタユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば車いすに取り付けられるキャスタの段差乗り越え、すなわち段差を形成する下段の路面上からその上段の路面上への乗り移りを支援するためにキャスタに支援装置を取り付けてなるキャスタユニットが提案されている。
【０００３】
支援装置は、電動式アクチュエータ及びこの電動式アクチュエータの作動を受けて旋回軸の周りのキャスタの車輪の旋回（いわゆる首振り）を制止する制止機構と、キャスタの車輪の回転軸と平行な直線の周りに揺動可能である揺動部材であってキャスタの車輪の半径より大きい半径を有する円弧状の周面を備え、また、円弧状の周面の一部がキャスタの進行方向前方に位置する揺動部材と、揺動部材の円弧状の周面に貼り付けられた、電動式アクチュエータを通電状態におくテープスイッチとを備える。
【０００４】
これによれば、段差乗り越えの際、下段の路面に接して走行する車輪を介してキャスタユニットを段差のある上段の路面の縁（角）に向けて進めると、支援装置の揺動部材の周面の一部がテープスイッチを介して上段の路面の縁（角）に当接する。この当接によりテープスイッチがオン（ＯＮ）の状態となり、電動式アクチュエータが通電状態におかれ、制止機構がキャスタの車輪の旋回を制止する。その結果、キャスタの車輪及び揺動部材の旋回（いわゆる首振り）が阻止され、キャスタユニットは真っ直ぐな方向にのみ進むことが可能とされる。キャスタユニットをさらに前進させると、揺動部材が揺動して上段の路面上に到達する。したがって、このとき、揺動部材が前記車輪に代わって段差を乗り越える働きをなす。揺動部材の周面はキャスタの車輪より大径であることから、より容易に段差を乗り越える。
【０００５】
ところで、テープスイッチはその被覆が軟質のプラスチック材料で形成されているため損傷を受けやすく、耐久性が比較的低いという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】横田祥、松元明弘、中後大輔、橋本洋志、「車いす用段差乗越え補助キャスタ : 段差検出方法の改良」、IIP2016  情報・知能・精密機器部門講演会講演論文集、一般社団法人日本機械学会、2016年3月14日、No.16-12、p.G-4-3-1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、テープスイッチの低耐久性を克服し得るキャスタユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るキャスタユニットは、フォーク、該フォークに回転軸を介して回転可能に支持された１又は複数の車輪及び前記フォークに回転可能に取り付けられた旋回軸を有するキャスタと、該キャスタの段差乗り越えを支援する支援装置とを備える。前記支援装置は、前記フォークに取り付けられた電動式アクチュエータ及び該電動式アクチュエータの作動を受けて前記旋回軸の周りの前記キャスタの車輪の旋回を制止する制止機構と、前記キャスタのフォークに前記車輪の回転軸と平行な直線の周りに揺動可能に支持された揺動部材であって前記キャスタの車輪の半径より大きい半径を有する、前記直線の周りに円弧状に伸びる周面を備え、前記周面が前記キャスタの進行方向に関して前記車輪の前方に位置する一部を有する揺動部材と、前記電動式アクチュエータを通電状態におく１又は複数のスイッチとを備える。前記揺動部材は、本体と、該本体に取り付けられ前記円弧状の周面を規定する可動部であって前記本体に向けて移動可能である可動部とからなり、前記スイッチは、前記揺動部材の本体内に配置され前記可動部の移動に伴う押圧力を受けて作動する。
【０００９】
本発明によれば、前記従来におけると同様に、前記キャスタの車輪に代わって前記揺動部材が段差乗り越えを行う。段差乗り越え際、前記揺動部材がその周面の一部を規定する可動部において前記上段の路面の縁に当接する。この当接により、前記可動部が前記揺動部材の本体に向けて移動し、前記スイッチに押圧力を及ぼす。これにより、前記スイッチがオン（ＯＮ）の状態となり、電動式アクチュエータが通電状態におかれる。
【００１０】
本発明にあっては、前記スイッチが前記揺動部材の本体内に配置され、前記可動部によって路面に直接に接しないように保護されている。このことから、前記段差乗り越え時における前記上段の路面の縁に対する前記スイッチの当接及びこれに伴う破損を回避することができる。
【００１１】
前記キャスタは互いに相対する２つの車輪を有し、また、前記揺動部材は全体に板状を呈し、前記２つの車輪間に配置されているものとすることができる。２つの車輪とすることにより、例えば、１輪のキャスタにおいて生じやすい走行時におけるグレーチングの格子状の隙間への車輪の嵌まり込みを回避することができる。
【００１２】
前記揺動部材の周面の一部は、前記キャスタのフォークと前記揺動部材とに連結されたコイルばねを介して、前記キャスタの進行方向前方に位置するように強制されているようにすることができる。これによれば、前記段差の乗り越え後、前記ばね部材の弾性復帰力により、前記揺動部材を逆方向へ揺動させ、元の位置へ迅速にまた確実に戻すことができる。
【００１３】
前記電動式アクチュエータはソレノイドからなり、また、前記制止機構は前記ソレノイドの可動鉄心に固定されたラックと、前記キャスタの旋回軸にこれと同軸に固定されたピニオンとからなるものとすることができる。ここにおいて、前記ラックは前記ソレノイドの作動時及び非作動時にそれぞれ前記ピニオンに対して噛合状態及び非噛合状態におかれる。
【００１４】
前記スイッチはリミットスイッチからなるものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る２つのキャスタユニットが取り付けられた車いすの正面図である。
【図２】図１に示す車いすの左側面図である。
【図３】図１に示すキャスタユニットの背面図である。
【図４】図１に示すキャスタユニットの左側面図である。
【図５】図４に示すキャスタユニットをその上方から見た図である。
【図６】揺動部材の側面図である。
【図７】揺動部材の本体を構成する２つの半割体の一方と、可動部と、複数のマイクロスイッチとを示す側面図である。
【図８】他の例に係る揺動部材の側面図である。
【図９】車いすに取り付けられたキャスタユニットの側面図である。ここにおいて、キャスタユニットは、段差をなして下段及び上段にそれぞれ位置する２つの路面のうちの下段の路面上にあり、揺動部材の可動部の周面の一部が上段の路面の縁（角）に接した状態にある。
【図１０】図９に示すキャスタユニットの揺動部材が、その可動部が上段の路面の角に接したまま、揺動し、車輪が浮き上がった状態にある側面図である。
【図１１】図９に示すキャスタユニットが上段の路面上に到達した状態にある側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２を参照すると、車いす１２に適用された本発明の一の実施形態に係る２つのキャスタユニットが、それぞれ、全体に符号１０で示されている。
【００１７】
車いす１２に適用された両キャスタユニット１０は、車いす１２のフレーム１２ａに回転可能に支持された２つの大径の車輪１２ｂを後輪とする前輪をなし、車いす１２の進行方向を定める操舵輪としての機能を有する。各キャスタユニット１０は、該キャスタユニットを構成する後記キャスタ１４の旋回軸２４を介して、車いす１２のフレーム１２ａに固定されている。キャスタユニット１０は、前記車いすのほか、例えばベビーカー、手押し車等（図示せず）に適用することが可能である。
【００１８】
図３〜図５に示すように、各キャスタユニット１０は、キャスタ１４と、キャスタ１４（より詳細にはキャスタ１４の後記車輪２０）の段差乗り越え、すなわち段差を形成する下段の路面Ｌ（図９〜図１１参照）上からその上段の路面Ｈ上への乗り移りを支援する支援装置１６とを備える。
【００１９】
キャスタ１４は、二股のフォーク１８と、該フォークを間において互いに相対する２つ（１対）の車輪２０と、フォーク１８に両車輪２０を回転可能に支持する回転軸２２と、キャスタ１４の両車輪２０が接地した状態（図１〜図４に示す状態）で見て、鉛直方向へ伸びる旋回軸２４とを有する。
【００２０】
旋回軸２４は、両車輪２０が接地した状態で見て、回転軸２２から水平方向へ間隔をおいた位置にあって、フォーク１８に回転可能に取り付けられている。したがって、フォーク１８及びこれに支持された両車輪２０は、旋回軸２４に対してその周りを旋回可能であり、また、これにより両車輪２０は車いす１２の前記操舵輪としての役割を果たす。なお、キャスタ１４の車輪２０の数を２つとする図示の例に代えて、両車輪２０のうちのいずれか一方の車輪２０を欠く１つとすることができる。
【００２１】
キャスタ１４の車輪２０の段差乗り越えを支援する支援装置１６は、通電により作動する電動式アクチュエータ２６と、制止機構２８と、揺動部材３０と、バッテリ（図示せず）を電源として作動する電動式アクチュエータ２６を通電状態におく複数のスイッチ３１（図７）とを備える。
【００２２】
図示の電動式アクチュエータ２６はソレノイド３２からなる。ソレノイド３２はフォーク１８に取り付けられ、図４で見て上下方向へ移動可能の可動鉄心３４を有する。
【００２３】
制止機構２８は、電動式アクチュエータ２６の作動を受けて旋回軸２４に対するキャスタ１４のフォーク１８及び車輪２０の旋回（いわゆる首振り）を制止する機能を有する。前記首振りを制止することにより、キャスタ１４の車輪２０の進行方向を一方向、特に、前記段差乗り越え時にあっては図４に示す直進方向に固定することができる。
【００２４】
図示の制止機構２８は、ソレノイド３２の可動鉄心３４に固定され、図４で見て水平方向へ伸びるラック３６と、キャスタ１４の旋回軸２４にこれと同軸に固定された、ラック３６と噛合可能であるピニオン３８とからなる。これによれば、ソレノイド３２が通電状態におかれると、可動鉄心３４がラック３６と共に上昇する作動時に、ラック３６がピニオン３８と噛み合う状態（噛合状態）におかれる。これにより、フォーク１８及び車輪２０の旋回軸２４に対する旋回が不能の状態におかれる。反対に、ソレノイド３２の通電状態が解除され、可動鉄心３４がその自重により元の下方の位置までラック３６と共に下降する非作動時に、ピニオン３８に対してラック３６の噛み合いが解除された状態（非噛合状態）におかれ、旋回軸２４に対するフォーク１８及び車輪２０が旋回可能な状態におかれる。
【００２５】
また、図示の揺動部材３０は全体に板状を呈し、２つの車輪２０間、より詳細にはフォーク１８が規定する空間内に両車輪２０と平行に配置され、キャスタ１４のフォーク１８に、両車輪２０の回転軸２２と平行な直線の周りに揺動可能に支持されている。図示の例にあっては、揺動部材３０は、両車輪２０が接地した状態で見て、両車輪２０の回転軸２２の鉛直上方において、前記直線上を伸びる軸４０に揺動可能に吊持されている。これによれば、軸４０を介して、揺動部材３０を両持ちの形態でフォーク１８に支持することができる。ここにおいて、両車輪２０の回転軸２２は、揺動部材３０に設けられ前記直線（軸４０）の周りに円弧状に伸びる孔４４（図４、図６及び図７参照）を貫通している。揺動部材３０が軸４０の周りに揺動するとき、回転軸２２は相対的に孔４４内をその伸長方向へ移動する。
【００２６】
また、揺動部材３０は、前記直線（軸４０）の周りに円弧状に伸びる周面４２を有する。周面４２は、キャスタ１４の車輪２０の半径より大きい半径を有し、また、キャスタ１４の進行方向に関して両車輪２０の前方（図４で見て右方）に位置する一部４２ａを有する。周面４２は、また、平坦面上におけるキャスタ１４の両車輪２０の段差乗り越え時以外の走行時に接地しない位置にある。これにより、揺動部材３０の軸４０の周りの揺動が確保されている。
【００２７】
揺動部材３０は、軸４０を介してフォーク１８に支持する例に代えて、図８に示すように、両車輪２０の回転軸２２と、フォーク１８に支持され回転軸２２と平行に伸びる軸４６とを介して揺動可能に支持することができる。軸４６は、回転軸２２と共に、揺動部材３０の孔４４を貫通している。これによれば、回転軸２２と平行な前記直線の周りに揺動部材３０を揺動させることができ、揺動の間、回転軸２２及び軸４６が円弧状の孔４４に沿って相対的に移動する。
【００２８】
また、図示の例にあっては、揺動部材３０の周面４２の一部４２ａを車輪２０の前記前方に位置するように強制するために、キャスタ１４のフォーク１８と揺動部材３０とがコイルばね４８で相互に連結されている。これによれば、揺動部材３０が、図４で見て、揺動部材３０が外力を受けて時計方向に揺動するとコイルばね４８が伸長し、また、前記外力が消失すると、揺動部材３０はコイルばね４８の弾性復帰力により反時計方向へ揺動し、元の位置に戻る。
【００２９】
また、前記した例に代えて、揺動部材３０を扇形の平面形状を有するもの（図示せず）としかつこれを、前記扇形の円周に相対する中心角の近傍において軸４０で支持することができる。これによれば、軸４０に吊時された揺動部材３０を、その大きさの選択により、前記扇形の円周に沿って伸びる周面の一端部が車輪２０の前記前方位置にあるように配置することができる。したがって、この例にあっては、コイルばね４８を必要としない。
【００３０】
図６に示すように、揺動部材３０は、本体５０と、該本体に取り付けられ円弧状の周面４２を規定する可動部５２とからなるものとすることができる。可動部５２は本体５０に向けて移動可能である。本体５０は、両車輪２０の軸４０が通される軸穴５４を有する。
【００３１】
揺動部材３０の本体５０は、２つの板状の半割体５６（図７にその一方のみを示す。）からなり、軸穴５４の周りに円弧状に伸びる周面５６ａを有する。両半割体５６は互いに重ね合わされ、かつ、複数のボルトナット組立体５８（図６）を介して互いに他の一方に固定されている。他方、可動部５２はＩ字形の横断面形状を有する板状体からなる。前記板状体は円弧状に伸びる細長い板体６０と、該板体と一体をなし、板体６０に沿って円弧状に伸びる突条６２とを有する。板体６０の外周面が周面４２をなす。突条６２はＴ字形の横断面形状を有し、板体６０の内周面に連なり、板体６０の径方向内方へ突出する板状の基部６２ａと、該基部に連なりかつ基部６２ａに対して直交する板状の先端部６２ｂとを有する。基部６２ａ及び先端部６２ｂは、それぞれ、両半割体５６にそれぞれ設けられ円弧状に伸びかつ両半割体５６の周面５６ａに開放する深さの浅い凹所６４ａ及び該凹所に連なる深さの深い凹所６４ｂに受け入れられている。突条６２の先端部６２ｂを受け入れる深い凹所６４ｂは、突条６２の先端部６２ｂの厚さよりも大きい径方向長さ（幅）を有し、突条６２の先端部６２ｂの径方向への移動を許す。これにより、本体５０に対して可動部５２が移動可能とされている。
【００３２】
複数（図示の例において３つ）のスイッチ３１は、それぞれ、リミットスイッチ（以下、これに符号３１を付す。）からなる。複数のリミットスイッチ３１は、本体５０内に配置され、また、両半割体５６に挟持されている。これらのリミットスイッチ３１のプランジャ３１ａは可動部５２に対向している。これによれば、可動部５２が外力を受けて本体５０に向けて移動するとき、いずれかのリミットスイッチ３１がそのプランジャ３１ａにおいて可動部５２の突条６２の先端部６２ｂから押圧力を受けて作動する。いずれかのリミットスイッチ３１が作動しオン（ＯＮ）の状態になると、両半割体５６間に配置された導線（図示せず）を介して、ソレノイド３２が通電状態におかれ、ソレノイド３２の可動鉄心３４が上昇する。反対に、可動部５２に対する外力が消失すると、可動部５２は自重により反対方向へ移動し、ソレノイド３２が非通電状態におかれ、これにより、可動鉄心３４が自重により下降する。なお、リミットスイッチ３１の数は、これを１とすることができる。
【００３３】
次に、図９〜図１１を参照して、車いす１２に取り付けられたキャスタユニット１０の段差乗り越え時における動作について説明する。
【００３４】
図９は、車いす１２及びキャスタユニット１０が前記段差を規定する下段の路面Ｌ上をこれらの車輪１２ｂ及び車輪２０を介して走行し、上段の路面Ｈの縁Ｈ１に向けて縁Ｈ１に直交するように直進し、その後、キャスタユニット１０が縁Ｈ１に衝突した状態を示す。
【００３５】
キャスタユニット１０の縁Ｈ１に対する衝突時、キャスタ１４の車輪２０の前方に位置する揺動部材３０の周面４２の一部４２ａが縁Ｈ１に当接する。この当接により、揺動部材３０の可動部５２が外力を受けて揺動部材３０の本体５０に向けて移動し、いずれかのリミットスイッチ３１が可動部５２の押圧力を受けてオン（ＯＮ）の状態となる。その結果、ソレノイド３２が通電状態におかれ、制止機構２８を作動させる。制止機構２８の作動により、キャスタ１４の両車輪２０の旋回すなわち前記首振りが制止される。この首振りの制止は瞬時に行われるため、キャスタ１４の両車輪２０は直進方向に向けられた状態に維持され、同様に揺動部材３０もまた前記直進方向に向けられた状態に維持される。
【００３６】
車いす１２を前方に向けてさらに進めると、図１０に示すように、揺動部材３０がコイルばね４８のばね力に抗して時計方向へ揺動する。この間に、車いす１２のフレーム１２ａが傾いてキャスタ１４の両車輪２０が下段の路面Ｌからその上方へ離れ、コイルばね４８は引き伸ばされた状態におかれる。
【００３７】
続けて車いすを前方に進め、揺動部材３０の揺動を継続すると、図１１に示すように、キャスタ１４の両車輪２０が上段の路面Ｈ上に到達する。このとき、両車輪２０が路面Ｈに接し、これにより揺動部材３０の周面４２は路面Ｈから離れる。その結果、伸長状態にあるコイルばね４８が元の長さに戻り、揺動部材３０は、コイルばね４８の弾性復帰力を受けて、図１１で見て反時計方向へ揺動し、元の位置に戻る。これにより、キャスタユニット１０の段差乗り越えが完了する。
【００３８】
したがって、前記段差の乗り越えは、揺動部材３０が車輪２０に代わって行う。キャスタユニット１０において、揺動部材３０の周面４２は車輪２０に比べて大きい半径を有する。このことから、前記段差乗り越えの際、前記段差乗り越えを比較的小さい回転半径を有する車輪２０自体が行う場合と比べて、車いす１２したがってキャスタユニット１０に付与すべき力をより小さいものとすることができる。
【００３９】
また、前記段差乗り越えは、キャスタ１４の車輪２０及び揺動部材３０の旋回の自由を拘束した状態、すなわち車いす１２及びキャスタユニット１０を直進方向へ維持した状態のまま行うことができる。このことから、キャスタ１４の車輪２０及び揺動部材３０を旋回可能として前記段差乗り超えを行う場合比べて、前記段差乗り超えをより円滑にまたより容易に行うことができる。
【００４０】
キャスタユニット１０にあっては、リミットスイッチ３１が揺動部材３０の本体５０内に配置され、可動部５２によって路面Ｈに直接に接しないように保護されている。このことから、前記段差乗り越え時における上段の路面Ｈの縁Ｈ１に対するリミットスイッチ３１の当接及びこれに伴う破損を回避することができる。また、可動部５２は、該可動部の上段の路面Ｈの縁Ｈ１に対する衝突によるひび割れ、破損等の損傷の発生をより少ないものとすべく、例えばエポキシ樹脂のような硬質のプラスチック材料製、繊維強化プラスチック製、硬質ゴム材料製、金属製、木材等のものとすることが望ましい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  キャスタユニット
１２  車いす
１４  キャスタ
１６  支援装置
１８  フォーク
２０  車輪
２２  回転軸
２４  旋回軸
２６  電動式アクチュエータ
２８  制止機構
３０  揺動部材
３１  スイッチ（リミットスイッチ）
３２  ソレノイド
３４  可動鉄心
３６  ラック
３８  ピニオン
４０  軸
４２  揺動部材の周面
４２ａ  周面の一部
４８  コイルばね
５０  本体
５２  可動部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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