(57)【要約】【課題】横転ローラの周面の磨耗を全域にわたり均一化させる全方向車輪付車両を提供する。【解決手段】前輪１Ｌ、１Ｒは、車輪直進方向に対して直交する横方向へ自在に回転する複数個の横転ローラ１ａが、その前後方向の一方の端部の直径を他方の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ように、車輪の周囲に配列されている横転ローラ付の全方向車輪である。横転ローラ１ａをその外周面に当接して横方向へ回転駆動する横転補助ローラ１０が、車両の車体側に設けられた回転支持部材１９に回転自在に支持されると共に、横転補助ローラ１０の支軸１３の回転軸線が、外周面に沿って外周面に沿って前輪１Ｌ、１Ｒの回転方向に対する直交交差方向に対して偏向されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪直進方向に対して直交する横方向へ自在に回転する複数個の横転ローラが、その前後方向の一方の端部の直径を他方の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ように、車輪の周囲に配列されている横転ローラ付車輪を備えた全方向車輪付車両において、
横転ローラをその外周面に当接して横方向へ回転駆動する横転補助ローラが、車体側に設けられた回転支持部材に回転自在に支持されると共に、前記横転補助ローラの回転軸線が、前記外周面に沿って車輪回転方向に対する直交交差方向に対して偏向されていることを特徴とする全方向車輪付車両。
【請求項２】
横転補助ローラが、圧縮弾性を伴う円柱形状であることを特徴とする請求項１記載の全方向車輪付車両。
【請求項３】
各横転ローラの先端部が、隣合う前記横転ローラの基端部に近接し得るように、前記各横転ローラの前記先端部が、隣合う前記横転ローラ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請求項１又は請求項２記載の全方向車輪付車両。
【請求項４】
左右一対の駆動輪が互いの回転方向及び回転速度差による差動操舵が行われるようにモータで回転駆動される電動車として構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の全方向車輪付車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪直進方向に対して直交する横方向へ自在に回転する複数個の横転ローラが、その前後方向の一方の端部の直径を他方の端部の直径よりも小さくすることにより周面により車輪外周円の円弧を形成するように、車輪の周囲に配列されている横転ローラ式の全方向車輪を用いた全方向車輪付車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献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ローラが車輪の周囲に配列されているローラ付車輪において、各ローラが、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、各ローラは、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、その際各ローラの先端部が隣合うローラの基端部に近接し得るように、各ローラの先端部が、隣合うローラの基端部に形成された凹部に部分的に侵入しているローラ付車輪が周知である。また、この種の横転ローラ式の全方向車輪を用いた手押し式或は電動式の車椅子も特許文献２等により種々周知である。
【特許文献１】特開２００２−１３７６０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２７５４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の全方向車輪を備えた車両によれば、車輪周辺の横転ローラが横方向に回転することにより非旋回式に曲進することができるが、直進時には特定の領域の横転ローラ周面が常時接地することになり、したがって曲進時に横転ローラが回転するとしても使用過程で全域が均一に磨耗しないことにより寿命を短くする問題がある。特に、限定されたエリア内で走行する場合には、その規則的な走行経路により均一化が一層難しくなることもある。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて、冒頭に述べた類の車輪周辺に配列された横転ローラの周面の磨耗を全域にわたり均一化させ得る全方向車輪付車両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】
【０００５】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、車輪直進方向に対して直交する横方向へ自在に回転する複数個の横転ローラが、その前後方向の一方の端部の直径を他方の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ように、車輪の周囲に配列されている横転ローラ付車輪を備えた全方向車輪付車両において、横転ローラをその外周面に当接して横方向へ回転駆動する横転補助ローラが、車体側に設けられた回転支持部材に回転自在に支持されると共に、横転補助ローラの回転軸線が、外周面に沿って車輪回転方向に対する直交交差方向に対して偏向されていることを特徴とする。
【０００６】
横転ローラの外周面が横転補助ローラに当接すると、横転補助ローラが回転駆動されると共に、その摩擦力により横転ローラは偏向方向に応じて当接位置での車輪回転方向の直交交差方向に対して斜め方向の外力を受け、したがってその偏向方向に応じて、左横又は右横方向に回転駆動される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、横転ローラが１回転するごとに横転補助ローラにより回転駆動され、したがって接地する領域が１回転ごとにずれることにより、磨耗が均一化されて横転ローラの寿命の延長につながる。横転補助ローラは、単に当接するのでなく、回転することにより、スムーズに横方向へ回転駆動される。請求項２の発明によれば、互いの微動或は位置関係の誤差に拘らず確実に当接して回転駆動される。請求項３の発明によれば、各横転ローラ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、各横転ローラの隙間を一層小さくすることができ、また横転補助ローラによる駆動もスムーズに行われる。請求項４の発明によれば、特に差動操舵式の電動車により、運転が規則的に行われる場合に確実に均一化が行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１及び図２を基に本発明の実施の形態による全方向車輪付車両を説明する。図１は、全方向車輪付車両としての電動車椅子を示すもので、非旋回・方向自在式の全方向車輪である横転ローラ１ａ付の前輪１Ｌ、１Ｒと、タイヤ付の後輪２とを備え、傾倒量により走行速度を設定し、かつ傾倒方向により操舵方向を設定するジョイスティック３の操作により左右一対の後輪２を差動回転式に駆動するための回路装置及び左右のモータ駆動部Ｍ１を駆動する充電式のバッテリ４が搭載されている。
【０００９】
前輪１Ｌ、１Ｒは、車軸周辺のリムの周囲に、車輪直進方向に対して直交する横進方向へ回転するように、それぞれ軸支された複数個の同一形状の横転ローラ１ａが配列されている。これらの各横転ローラは半紡錘形状に形成されてそれぞれ車輪外周円の円弧を形成すると共に、先端部（前後方向の一方の端部）が隣合う横転ローラ１ａの基端部（前後方向の他方の端部）に形成された円錐面状の凹部に部分的に侵入して、隣合う横転ローラ１ａの基端部に近接し得るようになっている。
【００１０】
前輪１Ｌ，１Ｒを回転自在に支持する左右の車軸９には、その両側に立設された一対のアーム１１、１２の上端で横断する支軸１３を支持する回転支持部材１９が設けられて、円柱状の横転補助ローラ１０を支軸１３で回転自在に支持している。この横転補助ローラは例えば横転ローラ１ａと同質の僅かに弾性を呈する合成ゴム製であり、横転ローラ１ａに車輪外周円の最上位置で当接するように位置設定されている。また、横転補助ローラ１０の回転軸線、即ち支軸１３の中心線は、前輪１Ｌ，１Ｒの外周面に沿って当接位置の車輪回転方向の直交交差方向に対して偏向されている。アーム１１、１２の上端部分はこの偏向に応じて僅かに変形されている。
【００１１】
この実施の形態の場合、当接が車輪外周円の最上位置で行われることにより、図２に示すように、車輪外周円の接線方向である外周面に沿った水平面において前後輪１Ｌ，１Ｒ、２の回転軸線に平行なラインＳ１に対して角度θ、例えば１０°前後だけ支軸１３の内側先端が直進時の車輪回転方向（図２の矢印Ｂ方向）へ前進する方向へ斜めに設定されている。これにより、横転補助ローラ１０に当接する位置に回転してきた横転ローラ１ａには、支軸１３の偏向方向に応じて当接位置で見て内側横方向に向けて外力が作用し、横転ローラ１ａはその方向（図２の矢印Ａ方向）に向けて回転駆動される。また、横転補助ローラ１０が前輪１Ｌ、１Ｒを回転自在に支持する車軸９に回転支持部材１９を介して支持されることにより、横転補助ローラ１０の動作が振動の影響を受け難くすることできる。
【００１２】
尚、横転補助ローラ１０は最上位置以外の前輪回転経路に沿って配置されても良く、前輪１Ｌ、１Ｒの最前又は最後位置に配置されると垂直面で上下方向に偏向され、途中位置では車輪外周円の接線方向の傾斜面で偏向することになる。また、支軸１３の外側先端が前進する方向へ偏向されると、横転ローラ１ａは外側横方向へ回転駆動される。さらに、横転補助ローラ１０は、横転ローラ１ａの外周面の最外位置に当接する場合に限らず、内側寄りの外周面に当接させても良い。
【００１３】
このように構成された電動車椅子の動作は次の通りである。ジョイスティック３の傾倒量により左右の後輪２の回転速度が制御されて、設定速度で走行する。その際、ジョイスティック３の傾倒方向により、左右一対の後輪２の回転速度が差動回転式に制御されると、前輪１Ｌ、１Ｒの横転ローラ１ａが非旋回式に横転して曲進する。
【００１４】
直進状態において、横転ローラ１ａが順に最上位置に回転してきて横転補助ローラ１０に僅かに弾性を伴って当接すると、前輪１Ｌ、１Ｒの回転力により横転補助ローラ１０が横転ローラ１ａで回転駆動されると共に、その摩擦力により横転ローラ１ａが、支軸１３の偏向方向に応じて当接位置で見て内側横方向に向けて回転駆動され、その際横転補助ローラ１０が回転式であることにより、固定式に較べてローラ１ａに対して走行速度に影響する摩擦量の増加を抑制してスムーズに回転駆動が行われ、横転ローラ１ａの１回転ごとに接地領域が変化する。その回転量は、横転ローラ１ａ及び横転補助ローラ１０のそれぞれの回転摩擦、互いの当接力或はその時点の前輪１Ｌ、１Ｒの回転速度等に応じて変動し、走行状態或は経時的に不規則に変動する。曲進時には、最下位置の横転ローラ１ａが左右の速度差に応じて走行面に対する摩擦力で駆動されて横転すると共に、最上位置で横転補助ローラ１０によっても横転させられる。横転補助ローラ１０は、断面円形の横転ローラ１ａの直径と同程度の円柱状であることにより、互いの僅かな弾性と併せて、互いの横方向の微動、寸法誤差、組立て誤差等に拘らず確実に当接し、確実な横転が保証される。
【００１５】
図３は、同様に別の実施の形態による横転ローラ１ａの外周面に最上位置で当接する電動車椅子を示すもので、横転ローラ１ａ付の前輪２１Ｌ、２１Ｒが、ジョイスティック２３の操作により差動回転式に駆動される左右一対の後輪２２により、ベルト２８を介して駆動される４輪駆動式である。両側のパイプ状アッパフレーム２４には、それぞれに下設されたロッド２５と、その下端に横転補助ローラ３０を回転自在に支持する支軸２６を備えたコの字形ブラケット２７とにより構成された回転支持部材２９が設けられている。支軸２６は、同様に当接する水平面に回転方向に直交の横方向に対して僅かな角度だけ偏向されている。ロッド２５はアッパフレーム２４に弾性体を介在させて支持させることも考えられる。
【００１６】
図４は別の実施の形態による横転ローラ１ａの内側周面に当接する横転補助ローラを示すもので、図１に示す電動車椅子のアッパフレーム７の前端の垂直フレーム７ａに、横転ローラ１ａの内側の外周面に当接する横転補助ローラ４０を垂直状態で回転自在に支持する回転支持部材４９が突設されている。前述の実施の形態の場合と同様な方法で、横転ローラ１ａは、車軸周辺のリムの周囲に設けられた軸受アーム４１に回転自在に支持されている。回転支持部材４９は、支軸４６ａの両端に脚部４６ｂを備えたコの字形ブラケット４６と、垂直フレーム７ａから前方に突設されて脚部４６ｂを横方向にスライド可能にガイドする一対のガイドアーム４５とより構成されている。支軸４６ａの回転軸線は、横転ローラ１ａの外周面の内側に垂直面に沿って横転補助ローラ４０を当接させるように位置設定されると共に、当接位置の車輪回転方向の直交交差方向に対して垂直面で偏向されている。即ち、車軸Ｏを中心とする車輪回転方向に直交する半径方向Ｒに対してθだけ偏向されている。さらに、ガイドアーム４５及び脚部４６ｂの基端間には、脚部４６ｂを外方、即ち横転ローラ１ａへ向けて付勢する引張りバネ４８が装着されている。この場合、支軸４６ａの上端が前進時の回転方向Ｃへ向けて斜めに設定されていることにより、前進時には当接位置から車体の外側横方向へ回転する。引張りバネ４８が装着されていることにより、横転ローラ１ａ付全方向車輪の横方向の位置変動に対しても確実な横転が保証される。
【００１７】
尚、横転補助ローラは、前述の円柱状でなく、場合により幅狭にしてもよく、また車体構造によっては横向きに単に突設した丸棒状支軸のみで構成された回転支持部材で回転自在に支持され得る。さらに、回転支持部材は、支軸を備えることなく、横転補助ローラの両側に突設した回転軸を軸受する構造にすることもできる。本発明は、前述の電動車椅子に限らず、横転ローラ付車輪を備えた手押し式の車椅子或は一般の電動車等、種々の全方向車輪付車両に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態による全方向車輪付電動車の斜視図である。
【図２】横転補助ローラの回転軸線の設定方向を説明する平面図である。
【図３】別の実施の形態による全方向車輪付電動車の斜視図である。
【図４】さらに別の実施の形態による横転補助ローラを示すもので、同図Ａはその正面図、同図Ｂは側面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ａ  横転ローラ
１Ｌ、１Ｒ、２１Ｌ、２１Ｒ  前輪
２、２２  後輪
１０、３０、４０  横転補助ローラ
１３、２６、４６ａ  支軸
１９、２９、４９  回転支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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