(57)【要約】【課題】構造簡単な機構によって傾斜路の登坂時における車輪の浮き上がりを防止できるようにした台車を提供する。【解決手段】左右の前輪（２５）を有する台車前半部（２０）と左右の後輪（３４）を有する台車後半部（３０）と連結部材（４０）で連結する。連接部材は同一の水平平面内において前後方向に相互に平行に延びる左右一対の軸部（４１）を少なくとも有し、左右の軸部の前端部を台車前半部に支持し、後端部を台車後半部に支持する。この連結部材は左右の軸部がその間の中心軸線の廻りにねじれることによって左右の前輪及び後輪を走行路の路面変化に対して追従させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後左右の車輪を有し、車輪を浮き上がらせることなく傾斜路を斜めに登坂することのできる台車であって、
左右の前輪を有する台車前半部と、
該台車前半部との間に間隔をあけて設けられ、左右の後輪を有する台車後半部と、
同一の水平平面内において前後方向に相互に平行に延びる左右一対の軸部を少なくとも有し、左右の軸部の前端部が上記台車前半部に支持され、後端部が上記台車後半部に支持され、上記左右の軸部がその間の中心軸線の廻りにねじれることによって上記左右の前輪及び後輪を走行路の路面変化に対して追従させることのできる連結部材と、
を備えたことを特徴とする台車。
【請求項２】
上記台車後半部には、上記後輪を回転駆動する駆動モータ、電源から駆動モータに通電する通電回路、及び駆動モータへの通電を制御する制御装置が搭載されている請求項１記載の台車。
【請求項３】
上記台車前半部には所定の箇所からの距離を検知する距離センサーが設けられ、上記制御装置は上記距離センサーの信号を受け、上記所定の箇所の所定距離手前から予め設定された経路に沿って走行するように上記駆動モータへの通電を制御するようになっている請求項２記載の台車。
【請求項４】
上記距離センサーが上記傾斜路からの距離を検知するようになっている請求項３記載の台車。
【請求項５】
上記連結部材の左右の軸部がパイプからなる請求項１記載の台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は台車に関し、例えば４輪自走式の車椅子や荷物搬送車等に用いられ、傾斜路を斜めに円滑に登坂することのできるようにした台車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自力歩行の難しい老人や病人（以下、要介助者ともいう）の場合、屋外ばかりでなく、室内においてもその移動に車椅子を利用することが多い。
【０００３】
最近、車椅子の利用者の便宜を考慮して道路や階段等の段差にスロープを設け、車椅子が円滑に通行できるようにした、いわゆるバリアフリーの考え方が次第に普及する傾向にあるが、屋外においては依然として歩道等の段差が問題になり、車椅子が円滑に通行できないことが多い。
【０００４】
他方、室内においては老人や病人の自力歩行が困難になった時にドア等の段差を解消する工事を行うことが行われているが、ドア等の段差のある箇所に簡易なスロープを設置することも行われている。
【０００５】
しかし、簡易スロープを設置する場合、室内においてはスペース的に車椅子が自由に旋回できないことがあり、車椅子を簡易スロープの傾斜方向に真っ直ぐに乗り越えさせることができず、簡易スロープの傾斜方向に対して斜めに乗り越えねばならず、車椅子の車輪が床面から浮き上がってしまうことがある。
【０００６】
ところで、要介助者が自力で車輪を操作できない場合や第三者の介助が期待できない場合を考慮して４輪自走式の車椅子が種々開発され実用化されている。かかる自走式の車椅子では駆動輪の１つが床面から浮き上がってしまうと、身動きがとれなくなってしまう。
【０００７】
他方、前後の車輪をリンク機構で連結し、前後の車輪が上下に変位できるようにした台車（特許文献１、参照）、左右の前輪を有する台車前半部と左右の後輪を有する台車後半部とを水平蛇行及びねじれ揺動可能に連結し、前後の車輪が上下に変位できるようにした自走式の台車（特許文献２、参照）、等が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平０４−３５６２７１号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５２９８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来公報記載の台車はいずれも産業用の用途等に採用される機構であって非常に複雑であり、コスト高を招来し、構造のシンプル性及び軽量性、さらには適正なコストが要求される車椅子には到底採用しにくい。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑み、構造簡単な機構によって車輪の浮き上がりを防止できるようにした台車を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明に係る台車は、前後左右の車輪を有し、車輪を浮き上がらせることなく傾斜路を斜めに登坂することのできる台車であって、左右の前輪を有する台車前半部と、該台車前半部との間に間隔をあけて設けられ、左右の後輪を有する台車後半部と、同一の水平平面内において前後方向に相互に平行に延びる左右一対の軸部を少なくとも有し、左右の軸部の前端部が上記台車前半部に支持され、後端部が上記台車後半部に支持され、上記左右の軸部がその間の中心軸線の廻りにねじれることによって上記左右の前輪及び後輪を走行路の路面変化に対して追従させることのできる連結部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の特徴の１つは連結部材の左右一対の軸部によって台車前半部と台車後半部を連結し、左右一対の軸部の間の中心軸線の廻りに左右の軸部の捩じれを利用して前後の車輪を走行路の変化に追従させるようにした点にある。
【００１３】
これにより、傾斜路を斜めに登坂する時にも車輪が浮き上がることはなく、台車は円滑に登坂することができる。左右の軸部の間の中心軸線とは軸部と同一水平平面内に存在し、左右の軸部の幅方向の中央において軸部と平行に延びる軸線をいう。
【００１４】
ここで、本発明に係る台車における連結部材の挙動を力学的モデルを例に説明する。連結部材については図１０の（ａ）に示される力学モデルを想定できるが、軸部の挙動を検討する場合には図１０の（ｂ）に示されるようにＡＢの中点Ｃで切断したモデルを考える必要がある。図１０の（ｂ）において、Ｘ、Ｙは不静定力としての剪断力及びねじりモーメントである。
【００１５】
今、軸部として，外径２２ｍｍ，内径１９ｍｍ、長さＡＢ＝２×Ｌ１＝１７０ｍｍ、長さＡＤ＝Ｌ２＝７３０ｍｍとすると、断面二次モーメントＩ＝５１０２ｍｍ４、断面二次極モーメントＪ＝１０２０４ｍｍ４となる。荷物の荷重２００ｋｇが四輪に均等に加わっているとし、車輪の幅方向の間隔を４５０ｍｍとすると、点Ａに加わる荷重Ｐ＝５０ｋｇｆ×４５０ｍｍ／１７０ｍｍ＝１３２．４ｋｇｆとなる。縦弾性係数Ｅ＝２１０００ｋｇｆ／ｍｍ２、横弾性係数Ｇ＝８０００ｋｇｆ／ｍｍ２とする。
【００１６】
【式１】
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【００１７】
上記式を解くと、不静定力Ｘ＝１１４．４ｋｇｆ、Ｙ＝５６９５ｋｇｆ・ｍｍとなる。
【００１８】
また、図１１の（ａ）に示される剪断力Ｘによるたわみδ１を求めると、
δ１＝（Ｘ−Ｐ）Ｌ２３／３ＥＩ＝−２１．８ｍｍ
となる。
【００１９】
図１１の（ｂ）に示されるねじりモーメントＹによるたわみδ２を求めると、
δ２＝ＹＬ２２／２ＥＩ＝１４．２ｍｍ
となる。よって、点Ａのたわみδ＝δ１＋δ２＝−７．６ｍｍとなる
【００２０】
よって、点Ａのたわみ＝２δ＝−１５．２ｍｍとなる。これを車輪の高低差Ｈに換算すると、Ｈ＝１５．２ｍｍ×４５０ｍｍ／１７０ｍｍ＝約４０ｍｍとなる。
【００２１】
図１２に示されるように、傾斜１０°の傾斜路に対して台車が斜め３０°の方向から登坂する場合を考えると、台車の右前輪は右後輪に対して約２０ｍｍ上、左前輪は左後輪に対して約２０ｍｍ下になり、上述の力学モデルから明らかなように、前輪が後輪に対して約４０ｍｍだけ捩じれると、車輪を浮き上がらせることなく登坂できることとなる。
【００２２】
また、パイプの強度を検討すると、パイプに作用する曲げモーメントＭ及びねじりモーメントＴは、
Ｍ＝（Ｘ−Ｐ）Ｌ２＋Ｙ＝−７４３６ｋｇｆ・ｍｍ
Ｔ＝ＸＬ１＝９７２１ｋｇｆ・ｍｍ
となることから、相当曲げモーメントＭｅ及び相当ねじりモーメントＴｅは
Ｍｅ＝Ｍ／２＋１／２・√（Ｍ２＋Ｔ２）＝９８３７ｋｇｆ・ｍｍ
Ｔｅ＝√（Ｍ２＋Ｔ２）＝１２２３９ｋｇｆ・ｍｍ
となり、パイプの断面係数Ｚ＝４６３．８ｍｍ３、極断面係数Ｚｐ＝９２７．６ｍｍ３から、最大曲げ応力σ＝Ｍｅ／Ｚ＝２１．２ｋｇｆ／ｍｍ２、最大ねじり応力τ＝Ｔｅ／Ｚｐ＝１３．２ｋｇｆ／ｍｍ２となる。したがって、強度的にも成立することとなる。
【００２３】
台車前半部及び台車後半部は左右の車輪を有するものであればどのような構造でもよいが、車椅子や荷物搬送車の用途に用いることを考慮すると、台車前半部及び台車後半部の上に車椅子用の椅子や荷物を搭載できるように上面が平坦になっているのがよい。
【００２４】
連結部材は相互に平行に前後方向に延びる左右一対の軸部を少なくとも有していればよく、例えばＵ字状の部材でもよく、二本のシャフト状の部材でもよい。連結部材の軸部は中実の部材でもよいが、軽量化という点からはパイプが好ましい。軸部の材質は特に限定されず、金属材料や合成樹脂材料等を用いることができる。
【００２５】
台車は手押し式としてもよく、自走式としてもよい。自走式とする場合には  台車後半部には後輪を回転駆動する駆動モータ、電源から駆動モータに通電する通電回路、及び駆動モータへの通電を制御する制御装置を搭載するのがよい。制御装置は例えばマイクロコンピュータによって構成することができる。また、制御装置は有線信号によって操作してもよく、無線信号によって遠隔操作をするようにしてもよい。
【００２６】
部屋の出入口等、狭い所を通過する時には台車の操舵が難しいことが多い。そこで、所定の箇所の手前の所定距離になると、自動操縦に切り換わって予め定められた経路を走行させ、狭い箇所の幅方向の中央を通過できるようにするのがよい。
【００２７】
即ち、台車前半部には所定の箇所からの距離を検知する距離センサーを設け、制御装置は距離センサーの信号を受け、所定の箇所の所定距離の手前から予め設定された経路に沿って走行するように駆動モータへの通電を制御するように構成するのがよい。所定箇所には例えば傾斜路を挙げることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図６は本発明に係る台車の好ましい実施形態を示す。本例の台車１０は基本的には台車前半部２０、台車後半部３０及び連結部材４０から構成されている。
【００２９】
台車前半部２０には前部フレーム２１が設けられ、前部フレーム２１は平面四角形状のアルミ板又は木板を用いて製作され、前部フレーム２１の上には平面四角形状のバランスプレート２２が搭載され、前部フレーム２１とバランスプレート２２とはその幅方向の中央の前部及び後部において蝶番２３によって相互に連結されている。
【００３０】
また、前部フレーム２１には超音波受信機（距離センサー）７０Ａ、７０Ｂが取付けられ、又前部フレーム２１とバランスプレート２２との間には幅方向の両側においてスポンジゴム２４が介在されてバランスプレート２２の平衡が保たれ、又前部フレーム２１の下面両側には自在キャスター（前輪）２５が設けられている。なお、超音波受信機に代え、赤外線受信機、電波受信機等を採用することもできる。
【００３１】
他方、台車後半部３０には後部フレーム３１が設けられ、後部フレーム３１は平面四角形状のアルミ板又は木板を用いて製作され、後部フレーム３１の下面両側には取付けブラケット３２によって車軸３３が回転自在に取付けられ、車軸３３の外側端部にはゴム車輪（後輪）３４が固定され、車軸３３の内側端部にはプーリ３５が固定されている。
【００３２】
また、後部フレーム３１の下面両側には取付けブラケット３２の前方に駆動モータ３６が取付けられ、駆動モータ３６の回転軸にはプーリ３７が固定され、駆動モータ３６のプーリ３７と車軸３３のプーリ３５との間はタイミングベルト３８が掛けわたされている。
【００３３】
さらに、後部フレーム３１の上面にはほぼ逆Ｕ字状をなす手すり３９が起立して取付けられ、手すり３９には操作ボックス３１０が設けられ、該操作ボックス３１０には台車１０を操舵するためのボタン類（図示せず）が設けられている。なお、遠隔操作を行う場合には操作ボックス３１０内に無線信号を受信する受信機を内蔵するのがよい。
【００３４】
また、前部フレーム２１の下面にはバッテリ６１が搭載される一方、後部フレーム３１の下面にはバッテリ６１から駆動モータ３６に通電する通電回路６０、通電回路６０を制御する制御装置５０が搭載され、制御装置５０は操作ボックス３１０と電気的に接続されている。なお、電気的な接続方法は公知の方法であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
連結部材４０はパイプを用い、左右一対の軸部４１を有するようにほぼＵ字状に製作され、連結部材４０の左右の軸部４１の前端部分はパイプクランプ４２によって前部フレーム２１の下面に取付けられ、左右の軸部４１の後端部分はパイプホルダー４３によって後部フレーム３１の下面に取付けられている。
【００３６】
制御装置５０は基本的にはマイクロコンピュータによって実現され、機能的には図５に示されるように、距離演算手段５１Ａ、５１Ｂ、位置演算手段５２、走行経路記憶手段５３及び駆動制御手段５４から構成されてる。
【００３７】
距離演算手段５１Ａ、５１Ｂはマイクロコンピュータ内のＣＰＵによって実現される機能手段であって、超音波受信機７０Ａ、７０Ｂの信号を受け、超音波送信機７０Ｃ、７０Ｄとの間の距離を演算するようになっている。
【００３８】
位置演算手段５２はマイクロコンピュータ内のＣＰＵによって実現される機能手段であって、距離演算手段５１Ａ、５１Ｂの信号を受け、図６に示されるように超音波送信機７０Ｃ、７０Ｄを中心とする仮想円の２つの交点、つまり超音波受信機７０Ａ、７０Ｂの中間の実位置と実位置と対称に現れる虚位置Ｃを求め、台車１０の動きによる距離の変化によって、超音波送信機７０Ｃ、７０Ｄからの台車１０の実位置を求めるようになっている。
【００３９】
走行経路記憶手段５３はマイクロコンピュータ内のメモリやハードディスク、その他の公知の記憶装置によって実現される機能手段であって、台車１０の所定の走行経路を記憶している。この走行経路はパーソナルコンピュータ等で台車１０の最適な走行をシミュレートし、その走行経路を記憶させるようにしてもよく、又台車１０を手押しによって実際に走行させることによって最適な走行経路を学習させ、記憶させるようにしてもよい。
【００４０】
駆動制御手段５４はマイクロコンピュータ内のＣＰＵによって実現される機能手段であって、位置演算手段５２の信号と走行経路記憶手段５３の信号とによって超音波送信機７０Ａ、７０Ｂから所定の距離になった時に台車１０が所定の走行経路を走行するように左右の後輪３４の駆動モータ３６の通電回路５０を制御するようになっている。
【００４１】
図７は簡易スロープ８０の１例を示す。図において、簡易スロープ８０は上下のプレート８１、８２の一端縁を蝶番８３で枢支し、プレート８１、８２の他端側に厚さの異なるスペーサ８４〜８６の１つを選択して介在させて構成されている。また、上プレート８１の左右の両側には超音波送信機７０Ｃ、７０Ｄが取付けられている。台車１０に赤外線受信機や無線受信機を搭載する場合には超音波送信機に代え、赤外線送信機や無線送信機等を用いる。
【００４２】
例えば、本例の台車１０を荷物搬送車として利用する場合、走行経路の途中に段差がある箇所には図７に示される簡易スロープ８０を設置する。そして、台車１０のバランスプレート２２及び後部フレーム３１の上に荷物Ｗを載せ、手すり３９を手で持ち、操作ボックス３１０を手操作又は遠隔操作し、左右の後輪３４の駆動モータ３６への通電を制御し、台車１０を所望の経路で走行させる。
【００４３】
台車１０が簡易スロープ８０の近くまでくると、簡易スロープ８０の超音波送信機７０Ｃ、７０Ｄから超音波信号が発せられており、超音波信号が台車１０の超音波受信機７０Ａ、７０Ｂで受信され、制御装置５０で超音波送信機７０Ｃ、７０Ｄからの台車１０の位置が求められている。
【００４４】
台車１０が超音波送信機７０Ｃ、７０Ｄから所定の距離になると、制御装置５０は操作ボックス３１０による制御から自動制御に切り換わり、予め定められた走行経路Ｅに沿って台車１０を走行させ、簡易スロープ８０を登坂させ、段差を乗り越えさせる。
【００４５】
他方、図１１に示されるように台車１０が簡易スロープ８０を斜めに登坂する場合、台車１０の重量及び荷物Ｗの重量に起因し、連結部材４０の左右の軸部４１の幅方向中央を中心軸線とし、左右の軸部４１にその中心軸線の廻りにねじれが起こるので、左右の前輪２５及び左右の後輪３４が簡易スロープ８０の斜面の変化に追従して上下に変位し、前後左右の車輪２５、３４が浮き上がることなく台車１０は簡易スロープ８０を登坂する。
【００４６】
図８及び図９は荷物Ｗがゴムシート等、柔軟性をもつ場合の第２の実施形態を示し、図において図１ないし図６と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例では連結部材４０は２本のパイプ（軸部）４１から構成され、パイプ４１の前端部分及び後端部分は各々２つのパイプホルダー４２、４３によって台車前半部２０の前部フレーム２１及び台車後半部３０の後部フレーム３１の下面に支持され、又前部フレーム２１及び後部フレーム３１の２つのパイプホルダー４２，４３のうちの各１つにはセットカラー４５が設けられてパイプ４１が抜け止めされている。
【００４７】
このように、連結部材４０を２本の軸部４１によって構成しても第１の実施形態と同様の作用効果を奏するばかりでなく、パランスプレート２２が省略できるので、低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【００４８】
また、第１の実施形態では超音波受信機７０Ａ、７０Ｂを設け、自動制御を行うようにしたが、本例でも同様に超音波受信機７０Ａ、７０Ｂを取り付けて、自動制御を行うことも出来る。
【００４９】
なお、上記実施の形態では荷物搬送車を例に説明したが、荷物Ｗに代え、車椅子用の椅子を搭載するようにすると、車椅子として用いることもできる。また、操作ボックス３１０に無線信号の受信機能を設け、遠隔操作できるように構成してもよい。また、手すり３９は必ずしも設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る台車の好ましい実施形態を示す平面構成図である。
【図２】上記実施形態を示す側面構成図である。
【図３】上記実施形態を示す正面構成図である。
【図４】上記実施形態を示す背面構成図である。
【図５】上記実施形態における制御装置を示す機能ブロック図である。
【図６】上記実施形態における台車位置を求める方法を説明するための図である。
【図７】上記実施形態において用いる簡易スロープを示す図である。
【図８】第２の実施形態を示す平面構成図である。
【図９】上記実施形態を示す側面構成図である。
【図１０】課題を解決するための手段を説明するための力学モデルを示す図である。
【図１１】課題を解決するための手段を説明するための図である。
【図１２】課題を解決するための手段を説明するための図である。
【符号の説明】
１０      台車
２０      台車前半部
２５      自在キャスター（前輪）
３０      台車後半部
３４      ゴム車輪（後輪）
３６      駆動モータ
４０      連結部材
４１      軸部
５０      制御装置
６０      通電回路
６１      電源
７０Ａ、７０Ｂ      超音波受信機（距離センサー）
８０      簡易スロープ
【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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【図１２】
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