(57)【要約】      （修正有）【課題】重力が働いて生じる位置エネルギーを車の車輪に作用させる事で前進方向への回転力を生じさせエネルギーを削減し車の乗り心地を良くする。【解決手段】車輪３に位置エネルギー変換輪２で回転力を加えて生じる反作用力により車の荷重の働く作用点５の位置を前方に移動し位置エネルギーを生じさせる。車の荷重に働く位置エネルギーで車輪３に回転力を生じさせる。鉛直下方に働く車の荷重４の位置エネルギーを車輪に働かせる作用点５の位置で働かせ車輪の接地点６の位置よりも前方の位置に働く様にする事で車の荷重の位置エネルギーで車輪３に前方への回転力を生じさせる事が出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車の動力源は回転力として出力され、各車輪には車輪の数に分担されて車の荷重がかかって居り、車の動力源により車輪（３）に回転力を作用させれば向きが逆ではあるが同じ大きさの力である反作用力が生じるが、この作用力と反作用力との両方を利用するもので、車輪（３）を駆動する方向に作用力を働かせ、生じる反作用力を利用して車の荷重に重力が働き生じる位置エネルギーの車輪に働く作用点（５）の位置を車輪と路面との接地点（６）よりも前方となる位置に移動して車輪（３）に作用させ、車輪の接地点（６）より前方の位地と成る荷重の作用点（５）に車の荷重が作用する様にする事で、力の働く二つの異なる作用線に相反する方向から力を加える事となり、車輪（３）に前進方向への回転力を生じさせる様にした車輪及び複数のこの車輪を備えた車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力源の回転力を利用して車の荷重に働く重力による位置エネルギーを車輪に作用させ車輪に前進方向への回転力を生じさせる車に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪の発明は古く人類の発明の中でも最古の最重要な発明とされており円形外周を持つ部材の転がり摩擦が小さいことに着目し、初めはコロとして用いられていたが、後に円盤状の車輪となり中心に車軸を設けて回転自在とし車体や荷物の荷重を車輪の数に分担して支える車輪を基本構造とする機械部品となった。車を動かす動力源は初めは人力や牛馬により牽引されたり後ろから押されたりしていたが、後にエンジンやモーターが発明され動力源が車に搭載されるようになり車輪の中心の車軸は回転力の車輪への伝達手段も兼ねることになった。
【０００３】
しかし、現実の路面は平坦なものではなく凹凸や石ころ等が在りその衝撃力は車輪と路面との接地点の前方から受け車輪の中心に向かう作用線に沿って伝達するが、車輪の中心に車軸が設けられた車では車や荷物は上下方向への衝撃力を受け車の乗り心地を悪くし車の速度を減速させエネルギーの損失となっている。これは衝撃力が伝達する作用線が車輪の中心の車軸に働く車の荷重の作用線と一致し相反する方向に力が働く為であり、車輪の中心に車軸を設けた事に帰因する不都合であり、スプリングやタイヤにより衝撃力は緩和されてもエネルギーの損失となる事は避けられない。路面からの衝撃力を考えるなら車輪の中心は荷重のかかる車軸の最も不適当な位地だと言える。
【０００４】
解りやすいので例として説明するが、自転車を走らせる方法として下り坂に於いては自転車はペダルをこがなくても車輪３は前進方向に回転力を生じるが、図６に説明する様に下り坂では車輪３と路面との接地点６が後方に移動する為に路面に対して車軸１が接地点６よりも前の位置となり、これに人と自転車との荷重が加わり位置エネルギーが作用して車輪３に前進方向への回転力が生じる為である。すなわち車輪の路面との接地点６の位地と荷重が車輪に働く位地が路面に対して異なる為に回転力を生じる。平坦な道路に於いては車軸１が車輪と路面との接地点６の真上の位置と成る為に人と自転車との荷重が加わり位置エネルギーが働いているが車輪に回転力を生じない為にペダルをこがなければ走らない。
【０００５】
平坦な道路に於いても車輪と路面との接地点６より前の位置に人と自転車との荷重を作用させることが出来れば車輪３に前進方向への回転力を生じさせる事が出来る、すなわち自転車はペダルをこいで回転力を直接車輪３に伝えても走れるが、位置エネルギーを接地点６より前で車輪３に作用させる事でも走る事が出来る。自転車の車輪に言えることは他の車の車輪に於いても言える。
【０００６】
動力源を搭載した車が走るのに回転力を直接車輪３に加えて走るのと、回転力を車の位置位置エネルギーに変換して車輪と路面との接地点６よりも前の位置で車輪３に作用させて走るのと二つの選択技があれば、そのどちらの方が効率的に車を走らせる事が出来るのかを確認する必要があるが、下り坂の自転車では路面からの衝撃力は車の荷重の働く車軸１よりも後ろに加わる為に衝撃力は車輪３を加速させる方向に働いているものと思われ、位置エネルギーを車輪３に作用させて走るのが車輪３の構造は多少複雑にはなるがより効率的であると思われる。
【発明の概要】
【０００７】
下り坂では自転車はペダルをこがなくても走れるのは、下り坂では車輪と路面の接地点６の位置が後方に移動する為に、前方の位置となる車軸１に人や自転車の荷重が鉛直下方に働き位置エネルギーとして加わる為であり、路面に対して二つの異なる作用線に相反する方向からの力を働かせる事になり車輪３に回転力を生じさせ自転車が走れる事を示している。すなわち、荷重の位置エネルギーで車輪に回転力を生じさせるには、荷重の働く作用線の位地と車輪の接地点６の位地とを水平方向に前か後ろに異ならせればよく、荷重の働く位地が接地点より前に異なれば前進方向への回転力を生じる。曲芸の玉乗りでは玉の接地点の真上に乗っていれば止まっているが、体重を前にかければ前に転がり、後ろにかければ後ろに転がり、体重を作用させる方向に転がる。
【０００８】
しかるに平坦な道路に於いては自転車はペダルをこがなければ走れないのは、人や自転車の荷重の加わる車軸１が車輪と路面との接地点６の真上の位置になる為に車軸１に位置エネルギーが働いても車輪３に前進方向への回転力を生じない為である。
【０００９】
平坦な道路に於いても人と自転車との荷重の位置エネルギーで車輪３に前進方向への回転力を生じさせるには、車輪の中心よりも水平方向に前方の位置に人と自転車との荷重に働く位置エネルギーを車輪３に作用させる必要がある。
【００１０】
解りやすいので自転車の車輪で説明したが、自転車に言える事は同様に動力源を搭載した他の車に於いても言える事であり、動力源の出力と成る回転力で直接車輪を駆動しても車は走る事は出来るが、路面に対して車輪と地面との接地点６よりも前と成る位置に車と荷物の位置エネルギーを働かせる事が出来れば車輪３に前進方向への回転力を生じさせる事が出来て車を走らせる事が出来る。
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
円形外周を持つ車輪３では路面の凹凸に依る衝撃力は車輪の接地点６の前方に加わりほぼ車輪３の中心方向に向かう作用線を伝わる為にその中心に車軸１を設け車の荷重を支えれば車や荷物に衝撃力が伝わり上下方向に作用する衝撃力はエネルギーの無駄となり車の乗り心地を悪くし車の速度を低下させる方向に働く。これは車輪の接地点６からの衝撃力の伝わる作用線上に車の荷重の加わる車軸１を設けた為の不都合である。
【００１２】
平坦な道路に於いても人と自転車に重力が働き位置エネルギーは生じ車軸１に働いているが車軸１の位地が車輪と路面との接地点６の真上となる為に車輪３には回転力は生じない。この位置エネルギーを車輪３に作用させる作用点５の位置を水平方向に車輪の接地点６よりも前方の位置に移動させることで車輪３に前進方向への回転力を生じさせ、路面の凹凸に依る衝撃力を車輪３の前進方向への回転力として働かせるが、人と自転車との位置エネルギーを車輪３に作用させる作用点５の位置を車輪の接地点６の前方に移動させるには別の移動させる力が必要である。
【００１３】
車の動力源は回転力として出力されて居るが、車輪３に回転力を生じさせる為に力を作用させればこれと同等の反対向きの反作用力を生じ、この作用力と反作用力との両方を利用して車の荷重の位置エネルギーの車輪３に作用させる位地を車輪の接地点６よりも前方の位置に移動させる別の力として利用し車輪３に前進方向への回転力を発生させる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
北京オリンピックの閉会式に電飾された一輪車が登場したが、大きなドーナツ型の車輪で内に人が入ってペダルをこいで重心を前に移動することで回転力を得ている様だ。車輪の中心に車軸が無いのだから車輪と人との重心の位置を移動して走っているのだろう。重心の位置を移動しても車輪を回転させるには最終的には回転力に変えなければならないが、その反作用は回転力としてはね返り一輪車では乗っている人の姿勢を車輪の回転方向の前後に大きく崩してしまう事になるが、複数の車輪を備えた車に応用すれば上下方向には重力が働く為に車の車高を多少上下させる事にはなるが車の姿勢を大きく崩してしまう事は無い。この車輪は参考になる。
【００１５】
平坦な道路でも車や荷物には重力が働き位置エネルギーは生じているが、車輪と路面との接地点６の真上の位置の車輪の中心の車軸１に働く為に、同じ作用線に相反する方向の力が加わっても車輪３には前進方向への回転力は生じない。車や荷物の位置エネルギーが車輪３に働く作用点５の位置を車輪と路面との接地点６の位置よりも前の位置に移動させれば、車輪に作用点５と接地点６との異なる二つの作用線に相反する方向の力を加わえる事になり車輪３に前進方向への回転力を生じさせる事が出来る。
【００１６】
人力やエンジンやモーター等の動力源により回転力を作用させれば同じ大きさで反対向きの反作用力が生じるが、この作用力と反作用力との両方を利用して、作用力で車輪３に回転力を加えて生じる反作用力により車の荷重の働く作用点５の位置を前方に移動し人や車に働く重力に逆らう力を加え位置エネルギーを生じさせる。作用力と反作用力は働く向きが反対ではあるが同じ大きさの力である為、車の荷重に働く位置エネルギーで車輪３に回転力を生じさせる事になる。 鉛直下方に働く車の荷重４の位置エネルギーを車輪に働かせる作用点５の位置を反作用力を働かせ車輪の接地点６の位置よりも前方の位置に働く様にする事で車の荷重の位置エネルギーで車輪３に前方への回転力を生じさせる事が出来る。
【００１７】
車の荷重が車輪に働く作用点５の位置を移動させる為に、車の荷重が車輪３に働く作用軸と車輪の軸とのどちらか一方を車に固定すれば、片方は前後上下への自由度を持たせる必要がある。また動力源から過大な力が加わらない様にする必要がある。
【発明の効果】
【００１８】
相反する方向に働く車の荷重と道路からの衝撃力が同じ作用線上に働けばエネルギーの損失となり車の乗り心地を悪くし車の速度低下させる原因となっていたが、車輪の接地点６よりも水平方向に前の異なる作用線に車の荷重の持つ位置エネルギーを働かせる事で衝撃力を前進方向への回転力に変える事が出来てエネルギーの有効利用が計れ乗り心地の改善につながる。
【００１９】
回転力により駆動される車輪では荷重が重くなるに連れて動力源には大きな負荷と成るが、位置エネルギーで車輪に作用させれば荷重が重くなればそれに連れて位置エネルギーも大きくなり強い力で車輪３は駆動される。
【００２０】
車の加速減速により多少車高が上下するが車の姿勢を崩してしまうことはない。車輪に加わる荷重の作用点５の位置を車輪と路面の接地点６よりも前方に移動することで車輪３の回転力を生じさせている為に車いすやシルバーカー等に用いれば段差の乗り越え性能は良くなり、車輪３を小径に出来る。
【００２１】
エンジン等では一つの動力源の回転力を各車輪３に伝達する必要があるが、モーター等では各車輪内に組み込み動力源を分散させて設ける事も出来る。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
図１及び図２は本発明の実施例１の車輪３についての説明図である。人力やエンジンやモーター等の動力源からは回転力と云う形で出力されるが本発明の車輪３では車の荷重の位置エネルギーに変えて車輪３に作用させ回転力を生じさせる為に、回転手段によって回転力を位置エネルギーに変換し、車輪と路面との接地点６よりも前の位置で車輪３に作用させる事で車輪３に回転力を生じさせる。実施例１は位置エネルギー変換輪２と車輪３との組み合わせとして構成する。
【００２３】
ドーナツ型をした車輪３の内側に内接させた位置エネルギー変換輪２は車軸１により車の動力源による回転力が伝えられる。車輪３の数に分担された車の荷重は車軸１にかかっている。図２は車が静止した状態を示し車軸１にかかる車の荷重により位置エネルギー変換輪２は位置エネルギーの一番低い位置となる接地点６の真上で静止し、車輪３に回転力は生じていない。
【００２４】
図１は走行状態の車輪３で動力源による回転力は車軸１により位置エネルギー変換輪２に加えられ矢印の方向に回転力を受け接地点６の真上にあった荷重４の作用点５は反作用により車輪３の内側を前方上方に移動する。車軸１に加わる車の荷重は作用点５に作用し、路面に対して作用点５は接地点６よりも前の位置となり作用点５に作用する車の荷重と接地点６に働く反作用とにより車輪３には前進方向への回転力が生じる。
【００２５】
動力源の出力を高くすれば作用点４は反作用により前方上方位置に移動し車輪３に発生するトルクが大きくなり車の速度を高める。車輪３の回転速度に応じて動力源の出力は調整され走行中は車の荷重４の作用点５は常に接地点６よりも前方の位置と成る為に前方向への回転力を生じ、車の荷重４の位置エネルギーで車輪３は回転力を生じ車は走る事が出来る。
【００２６】
実施例１の車輪３で位置エネルギー変換輪２はドーナツ型をした車輪３との内接の接触状態を保ちローラー状の車輪又は内歯と外歯の歯車等により滑りのない回転力を伝える必要があり、内接状態を保つ様に支持枠が設けられ過剰な回転力が加わらない様に配慮されている。車の荷重４は位置エネルギー変換輪２の車軸１に加わるが車軸１を軸受けで車体に固定するならばドーナツ型をした車輪３には前後上下への自由度を持たせる必要がある。
【００２７】
図３はドーナツ型をした車輪３と位置エネルギー変換輪２の作用点５との接触状態を保持する保持方法の一例である。保持枠８は車輪３の内側に回転自在であり、車輪３の内側と位置エネルギー変換輪２との接触状態を保持する。保持枠８の内には位置エネルギー変換輪２が設けられ車軸１により動力源の回転力が加えられる。
【実施例２】
【００２８】
図４はモーター等が車輪内に組み込まれた場合の実施例である。車に回転自在に取り付けられた荷重軸９には車の荷重が働いている。荷重軸９にはモーター１０がモーター取り付け枠１１により取り付けられている。モーター１０の回転力は減速機を介して車輪３を回転させる。
【００２９】
静止時には車の荷重により荷重軸９は真下に在るが、モーター１０の回転力で車輪３を回転する反作用により荷重軸９を接地点６前方に移動する事により車輪３に回転力を生じる。モーター１０の出力上昇にに応じて荷重軸９をより前方上方に移動し回転力を強める。車輪３に働く回転力は荷重軸９に働く位置エネルギーが低くなる方向に生じる。
【００３０】
ストッパーを設けてモーター取り付け枠１１の傾きに制限を設ければモーター１０の回転力で直接車輪３を駆動させる様にすることも出来る。
【実施例３】
【００３１】
図５は外歯の歯車またはローラーを組み合わせて構成した本発明の実施例３の説明図である。車輪３には回転の為の外歯の歯車を備え位置エネルギー変換輪２の外歯の歯車とで構成する。車の荷重４は位置エネルギー変換輪２の車軸１に加わり、動力源の回転力は車輪３の回転方向とは逆の方向に加える必要がある。車の動力源の逆の方向の回転力は車軸１により位置エネルギー変換輪２に加わり車輪３の歯車に回転力を加える。
【００３２】
車軸１により車の動力源の逆方向の回転力は位置エネルギー変換輪２に加えられ車輪３の歯車に回転力が加わり、反作用力により車軸１を前方上方に移動する力が加わる。車の荷重の加わる車軸１が接地点６より前の位置になり車輪３に回転力を生じ前方に回転する。
【００３３】
車軸１を車に回転自在に固定すれば車輪３は前後上下への自由度を持たせる必要がある。この実施例では保持枠８には車の荷重が加わるので丈夫にする必要がある。ストッパーを設けて保持枠８の傾きを制限すれば動力源から大きな回転力が加わった時には回転力は直接車輪３に加わる事になる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は車に備える動力源の回転力を車に重力が働いて生じる位置ネルギーに変換して車輪に働かせ車輪に回転力を生じさせるもので複数の車輪を備える車に利用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１の車輪の説明図（走行状態）
【図２】本発明の実施例１の車輪の説明図（静止状態）
【図３】実施例１の車輪の保持枠の断面図
【図４】本発明の実施例２の車輪の説明図（走行状態）
【図５】本発明の実施例３の車輪の説明図（走行状態）
【図６】下り坂での自転車の車輪の説明図（走行状態）
【符号の説明】
【００３６】
１  車軸
２  位置エネルギー変換輪
３  車輪
４  荷重
５  荷重の作用点
６  接地点
７  回転方向
８  保持枠
９  荷重軸
１０  モーター
１１  モーター取り付け枠
【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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