(57)【要約】【課題】凹凸面でも駆動輪と従動輪の接地を確保して安定な走行を可能にし、構造を簡潔にし、所要スペースを極力小さくし、可動部を少なくし、柔らかいバネを用いても安定性が失われず、かつ、凹凸の吸収能力が高いものにする。【解決手段】車体１に装備させる４輪を四角形の各角部に相当する位置に配し、これらの車輪の内、その四角形における一方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を駆動輪２，２とし、かつ、他方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を従動輪３，３として、両駆動輪と両従動輪のいずれか一方の両輪を、両輪一体的に上下動させる両輪共通の可動機構４を介して車体１に上下可動に装着するとともに、該可動機構に下方へと弾発する付勢手段５を講じ、他方の両輪を車体に定着させた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体１に装備させる４輪を四角形の各角部に相当する位置に配し、これらの車輪の内、その四角形における一方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を駆動輪２，２とし、かつ、他方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を従動輪３，３として、両駆動輪２，２と両従動輪３，３のいずれか一方の両輪を、両輪一体的に上下動させる両輪共通の可動機構４を介して車体１に上下可動に装着するとともに、該可動機構４に下方へと弾発する付勢手段５を講じ、また、他方の両輪を車体１に定着させたことを特徴とする不整地走行装置。
【請求項２】
上記付勢手段５として、バネ６を用いた請求項１に記載の不整地走行装置。
【請求項３】
上記付勢手段５として、油圧シリンダ７とアキュムレータ２２を用いた請求項１に記載の不整地走行装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動式、電動式その他の台車、車椅子等の走行部、特に凹凸のある地面でも駆動輪が浮くことのない安定した走行が可能な不整地走行装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動運搬台車の多くはサスペンションを持たない４輪定着方式のものであるため、凹凸のある地面をスムーズに走行させることは困難である。電動車椅子やロボットの走行部などではバネを使用したサスペンションにより地面の凹凸を吸収して車輪の接地を確保しているが、バネが柔らかいと重心移動により傾斜や振動が生じるなど本体の安定性が悪くなり、バネが硬いとサスペンションストロークが短いために凹凸の吸収性能が低下するという相反する性質があって、様々な状況に対して十分に性能を発揮させることができない。
【０００３】
このような問題を解決するため、先にバネを使わずに機械的連動で４輪を各個適宜に上下動させるようにした走行装置（特開２００１―１１２８２１号公報）を開発した。この装置によれば、凹凸面でも車輪の接地はほぼ完全に確保できて安定かつスムーズな走行が可能になるが、この場合、複数の可動フレームをリンク的に結合して装備させる必要があり、多くのスペースを要し、可動部も多いことからコストアップとなる。
【０００４】
他に、バネを用いたもので、車体の前端部と後端部の左右に各一対のキャスタを定着した搬送車において、車体の中央部の左右に一対の駆動輪を配して、各駆動輪を個別にバネで地面へ押し付けるようにした電動式搬送車（特開平９―１６９２７１号公報）が提案されている。しかし、凹凸のある地面では、バネの弾性が柔らかいと、車体に不安定な傾きや揺れが生じるために、あまり柔らかいバネを使用できず、凹凸への追従性が悪い。例えば、４輪のキャスタの内１輪が凸部に乗り上げた場合、このキャスタと対角線上のキャスタ及び２つの駆動輪の４輪で荷重を支え、他の２輪は浮き上がることになり、駆動輪を押し付けているバネが柔らかいと、重心位置の変化や外力により車体に不安定な傾きや揺れが生じ、バネが硬いと車体の傾きや揺れは生じにくくなるものの、地面の凹凸に対する柔軟な追従性が低下してしまい、具合が悪い。
【０００５】
また、左右の動力輪の前後にそれぞれキャスタを２輪ずつ配置し、左右の動力輪が一体的に上下に動くようにした６輪車構造の車椅子（特開２０００―１０２５６９号公報）も提案されている。しかし、この車椅子では、段差に左右の動力輪が同時に乗り上げるような場合には問題はないが、片方の動力輪が１輪のみ凸部に乗り上げるような場合には、その１輪の動力輪とともに反対側の動力輪も持ち上げられて地面から浮いてしまうために、走行困難になるという欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、凹凸面でも駆動輪と従動輪の接地を確保できるようにして安定かつスムーズな走行を可能にするとともに、構造を簡潔にし、所要スペースを極力小さくし、可動部を少なくしてコストダウンを図り、かつ、柔らかいバネを使用しても安定性が失われず、凹凸の吸収能力も高い走行装置を可能にしようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような観点から、請求項１に係る不整地走行装置の発明は、車体１に装備させる４輪を、菱形乃至ほぼ菱形、方形等の四角形の各角部に相当する位置に配し、これらの車輪の内、その四角形における一方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を駆動輪２，２とし、かつ、他方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を従動輪３，３として、両駆動輪２，２と両従動輪３，３のいずれか一方の両輪を、両輪一体的に上下動させる両輪共通の可動機構４を介して車体１に上下可動に装着するとともに、該可動機構４に下方へと弾発する付勢手段５を講じ、また、他方の両輪を車体１に定着させたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る不整地走行装置の発明は、上記付勢手段５として、バネ６を用いて成る。
【０００９】
また、請求項３に係る不整地走行装置の発明は、上記付勢手段５として、油圧シリンダ７とアキュムレータ２２を用いて成る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
その１．
図１乃至図５は、請求項１、請求項２に係る本発明の実施の形態を示しており、図示のものは、車体１に装備させる４輪を、菱形における各角部に相当する位置に配し、これらの車輪の内、その菱形における横方向の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪、すなわち、車体１における前後方向の中間部にて左右に配した２輪を、共に駆動輪２，２として一体的に上下動させる共通の可動機構４を介して車体１に上下可動に装着し、かつ、該可動機構４に該可動機構４したがって上記両駆動輪２，２を下方へ弾発するバネ６から成る付勢手段５を講じ、また、上記菱形における前後方向の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪、すなわち、車体１における前後方向の中心線上にて前後にそれぞれ配した２輪を、共に従動輪３，３として車体１に定着させている。
【００１１】
車体１は、長方形の本体フレーム１ａから成り、該本体フレーム１ａには上述のように駆動輪２，２と従動輪３，３を装備させているが、結果として、駆動輪２，２は左右一対をなし、従動輪３，３は前後一対をなしており、左右一対の駆動輪２，２は上記の共通の可動機構４を介して本体フレーム１ａに上下可動に装着し、前後一対の従動輪３，３はキャスタとして本体フレーム１ａの前端部と後端部にそれぞれ直接的に定着させている。
【００１２】
可動機構４は、上記本体フレーム１に適合させてほぼ半分の長さに形成した可動フレーム１ｂの前端部を、その本体フレーム１の前部から垂設した左右一対のブラケット８，８に上下揺動可能に枢着９，９し、そして、その可動フレーム１ｂの後端部に上記一対の駆動輪２，２を装着することにより、上記一対の駆動輪２，２を上下可動に装備させている。図中、１０，１０は各駆動輪２，２の電動モータである。
【００１３】
バネ６から成る付勢手段５は、上記可動フレーム１ｂの後端部中央から後方へブラケット１１を突設し、該ブラケット１１に対応させて上記本体フレーム１に桟１２を架設し、該桟１２とそのブラケット１１との間にバネ６を介在させて、車両全体としての質量のほぼ１／２の力で上記両駆動輪２，２を下方に押し付ける構造としている。バネ６としては、例えば、質量１００ｋｇ程度の４輪走行装置の場合、従来技術として走行の安定性と凹凸への追従の双方を考慮し、バネ定数２．５ｋｇｆ／ｍｍの圧縮スプリングを４輪に用いているとすると、本発明の走行装置ではバネ定数約１／１０の圧縮スプリング（０．２５ｋｇｆ／ｍｍ×２）を駆動輪２輪に対して用いることで、より大きなストロークで十分な車輪の接地荷重が得られ、同時に、従来技術では避けられなかった外力や重心位置の移動による車体の傾斜や揺れを防止することが可能となる。
【００１４】
如上の構成であるから、上記両駆動輪２，２が負担する荷重は、バネ６の押し付け力で決まり、押し付けるバネ６のバネ定数が十分小さければストロークの範囲で駆動輪にかかる荷重はほぼ一定になる。凹凸により路面の平面が失われた場合でも、バネの伸縮と車体１の傾斜とにより４輪の接地が確保されるため、不整地でも走行可能である（図２）。
【００１５】
次に、上述の走行装置の姿勢の安定性について説明する。
４輪を個別に上下動するようにして、それぞれにバネを使用した一般的なサスペンションの場合は、重心位置がセンターから少しでもずれればそれに相応した回転モーメントが生じて車体が傾斜するが、本発明に係る上述の走行装置では、左右一対の駆動輪２，２が一つの可動フレーム１ｂにより一体的に上下動するので、図３に示すように、回転モーメントがバネ６の強さより小さいうちは車体１が傾斜することはない。すなわち、バネ６には車両全体の質量のほぼ１／２を支える強さがあるため、重心がセンターといずれかの車輪との間のほぼ１／２以内にあれば車体が傾斜することなく安定である。なお、ほぼ１／２を超えると、左右方向ではバネ６が圧縮状態（図４）になり、また、前後方向ではバネ６が伸長状態（図示せず）となって、車体１が大きく傾斜することとなるので、超えない範囲内で使用する。
【００１６】
バネ６には、図５に示す押し付け力調整手段１３を講じるとよい。この押し付け力調整手段１３は、上記バネ６の上端に対応させて上記本体フレーム１の桟１２に押し付け力調整ネジ１４を上方から貫通螺装させ、該押し付け力調整ネジ１４の先端に装着した押圧板１５でバネ６の上端を圧下して、その押し付け力調整ネジ１４の螺動によりバネ６の押し付け力を任意に調整できるようにしている。図５中、１６は調整後に締め付けて押し付け力調整ネジ１４の動きを止めるロックナットである。
【００１７】
この押し付け力調整手段１３によれば、押し付け力調整ネジ１４の螺動によりバネ６の縮み量を変えることができて、両駆動輪２，２に車体１への載荷荷重に相応する適切な押し付け力を与えることができ、駆動輪２，２と他の従動輪３，３との荷重分担を変えることができる。したがって、例えば、車輪が段差を乗り越える時にその車輪の負担荷重を小さくすることで、段差への乗り上げを容易にすることが可能となる。
【００１８】
その２．
図６は、請求項１、請求項２に発明に係る他の実施の形態を示しており、図示のものは、菱形の各角部に相当する位置において車体１に装備させた４輪の内、その菱形における横方向の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪、すなわち、車体１における前後方向の中間部にて左右に配した２輪を、共に駆動輪２，２として車体１に定着させ、かつ、上記菱形における前後方向の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪、すなわち、車体１における前後方向の中心線上にて前後にそれぞれ配した２輪を、共に従動輪３，３として一体的に上下動させる共通の可動機構４を介して車体１に上下可動に装着するとともに、該可動機構４に該可動機構４したがって上記両駆動輪２，２を下方へ弾発するバネ６から成る付勢手段５を講じている。
【００１９】
この場合、車体１の長方形の本体フレーム１ａにおいて、前後方向の中間部から左右一対のブラケット１７を垂設して、該ブラケット１７に左右一対の駆動輪２，２を各々定着させ、また、本体フレーム１ａの前後方向の中間部分に桟１８を架設し、該桟１８の中央部に上記可動機構４を介して前後方向に長い可動フレーム１ｂを水平昇降可能にその中点にて装備させ、該可動フレーム１ｂの前端と後端に上記両従動輪３，３を装着しており、この場合の可動機構４は、上記桟１８の中央部に回転防止付きスライドガイド筒１９を垂直に立設し、該回転防止付きスライドガイド筒１９にスライドロッド２０を下方から上下摺動自在に嵌挿するとともに、その桟１８と可動フレーム１ｂとの間でスライドロッド２０にバネ６を装着して、可動フレーム１ｂを圧下し、前後一対の従動輪３，３を下方へと押し付けるようにしている。なお、両従動輪３，３としてはキャスタを用いる。
この場合も上述の実施の形態その１．と実質的に同じ機能を発揮し、同様の作用効果を生じる。また、その実施の形態その１．と同様の押し付け力調整手段１３を講じることで同様の作用効果を得ることができる。
【００２０】
その３．
図７は、請求項１、請求項３の発明に係る実施の形態を示しており、図示のものは、上述の実施の形態その１．において、バネ６に代え油圧シリンダ７を用いている。
油圧シリンダ７は、図８に示すように、ストップバルブ２１を介してアキュムレータ２２へと連ねている。この場合、ストップバルブ２１により固定状態にセットすることが可能である。
この場合もやはり上述の実施の形態その１．と同じような機能を発揮し、同じような作用効果を生じる。ただし、押し付け力調整手段１３については、押し付け力調整用シリンダ２３をモータや手動などで作動されるカム２４等で動かすことによりシリンダ７の圧力を変化させることよって、より広範囲な調整が可能となる。
【００２１】
以上に述べた実施の形態では、いずれも車体１に装備させる４輪を菱形における各角部に相当する位置に配して、これらの車輪の内、その四角形における一方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を駆動輪２，２とし、かつ、他方の対角線上の角部に相当する位置に配した２輪を従動輪３，３としているが、上記４輪をほぼ菱形、方形等の四角形の各角部に相当する位置に配して、同様にして各２輪を駆動輪２，２、従動輪３，３としてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、前述の構成とすることにより、凹凸面でも駆動輪と従動輪の接地を確保できて安定かつスムーズな走行が可能となり、構造を簡潔にでき、所要スペースを極力小さくでき、可動部を少なくしてコストダウンを図ることができる。また、柔らかいバネを使用しても、安定性が失われず、しかも、凹凸の吸収能力が高い走行装置を得ることができる。更に、付勢手段５に押し付け力調整手段１３を付加することによって、駆動輪２，２と他の従動輪３，３との荷重分担を変えることができ、車輪の段差への乗り上げを容易にすることができる。
したがって、車椅子や移動ロボットに適用することにより、これまで走行が困難であった凹凸のある地面での走行が低コストで楽にでき、車椅子使用者の活動範囲を広げることができ、かつ、ロボットの建設現場等への適用が可能となる。
【００２３】
そして、その付勢手段５をバネ６とすることにより、簡単な構造にでき、押し付け力調整手段１３を付加するにせよ押し付け力調整ネジ１４による簡単な構成とすることができる。
【００２４】
加えて、その付勢手段５に油圧シリンダ７及びアキュムレータ２２を用いることにより、押し付け力調整手段１３として押し付け力調整用シリンダ２３をカム２４等で動かすようにしたものを使用できて、広範囲な調整を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１、請求項２の不整地走行装置の発明に係る実施の形態その１．を示す斜視図である。
【図２】図１の実施の形態その１．における段差対応状態を示す斜視図である。
【図３】図１の実施の形態その１．における安定範囲の説明図である。
【図４】図１の実施の形態その１．における車体傾斜時の説明図である。
【図５】図１の実施の形態その１．における応用例としての押し付け力調整手段を示す要部の拡大截断側面図である。
【図６】請求項１、請求項２の不整地走行装置の発明に係る実施の形態その２．を示す斜視図である。
【図７】請求項１、請求項３の不整地走行装置の発明に係る実施の形態その３．を示す截断側面図である。
【図８】図７の実施の形態その３．におけるエアシリンダの系統図である。
【符号の説明】
１…車体　　　　　　　　　　　１ａ…本体フレーム
１ｂ…可動フレーム　　　　　　　　２…駆動輪
３…従動輪　　　　　　　　　　　４…可動機構
５…付勢手段　　　　　　　　　　６…バネ
７…油圧シリンダ　　　　　　　　８…ブラケット
９…枢着　　　　　　　　　　　１０…電動モータ
１１…ブラケット　　　　　　　　１２…桟
１３…押し付け力調整手段　　　　１４…押し付け力調整ネジ
１５…押圧板　　　　　　　　　　１６…ロックナット
１７…ブラケット　　　　　　　　１８…桟
１９…スライドガイド筒　　　　　２０…スライドロッド
２１…ストップバルブ　　　　　　２２…アキュムレータ
２３…押し付け力調整用シリンダ　２４…カム
【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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