(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、
各回転体が、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、前記各回転体は、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ると共に、前記先端部が隣合う前記回転体の基端部に近接し得るように、前記先端部が、隣合う前記基端部に形成された凹部に部分的に侵入し、
前記車軸を両側で支持するフォークの上端部に上方へ向けて突設されたヘッド軸が、車体に取付けられた筒状軸受部に前記ヘッド軸を包囲する環状の弾性体を介して上下方向の軸線を中心に回転可能に支持されることを特徴とする回転体付き車輪。
【請求項２】
車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、
各回転体が、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、前記各回転体は、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ると共に、前記先端部が隣合う前記回転体の基端部に近接し得るように、前記先端部が、隣合う前記基端部に形成された凹部に部分的に侵入し、
前記車軸を両側で支持するフォークの上端部に上方へ向けて突設されたヘッド軸が、車体に取付けられた筒状軸受部に上下方向の軸線を中心に回転可能に支持されると共に、前記筒状軸受部内に、前記ヘッド軸の通常状態での回転位置からの回転に対して弾性抗力を呈する弾性体を収納したことを特徴とする回転体付き車輪。
【請求項３】
車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、
各回転体が、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、前記各回転体は、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されると共に、前記先端部が隣合う前記回転体の基端部に近接し得るように、前記先端部が、隣合う前記基端部に形成された凹部に部分的に侵入し、
前記車軸を両側で支持するフォークの上端部に上方へ向けて突設されたヘッド軸が、車体に取付けられた筒状軸受部に上下方向の軸線を中心に回転可能に支持されると共に、前記ヘッド軸の外周面にその中心方向へ先細形状になるキー溝を形成し、前記筒状軸受部内に、背後から中心方向へ弾性体で付勢されて前記キー溝に係入する対応した先細形状のキーを前記キー溝に対して進退可能に収納したことを特徴とする回転体付き車輪。
【請求項４】
各回転体が、その直径を基端部から先端部に向けて連続的に小さくする半紡錘形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の回転体付き車輪。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の非旋回式の回転体が車輪の周囲に転向用に配列されている回転体付き車輪に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転体付き車輪として、特開平１１−２２７４０４号公報には、車輪の外周円に沿った回転軸に直進方向と直角方向に回転するローラ状回転体が配列され、各回転体間に緩衝部材が配置された車輪が開示されている。また、特公平７−１２８２９号公報或は特表平１０−５０００４９号公報には、駆動輪を備えることを前提に、多数の紡錘状の回転体が直進方向に対して傾斜して設けられた車輪が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の車輪によれば、転向用回転体により、キャスタと異なり旋回することなく、つまり車輪の横幅を広げることなく、横方向へ或はベクトル分力に応じて車輪も回転させつつ斜めに走行することができるが、回転体の直径に対応した幅で隣合う回転体の前後端間に隙間が必然的に生じる。したがって、その隙間に石等が挟まるために緩衝部材を介在させているが、回転体との摩擦抵抗を生じたり、その非回転によりスムーズに回転できない等の点で改良の余地が残される。
【０００４】
一方、後者の車輪によれば、同様に斜めの転向用回転体により旋回することなく、横方向或は斜め方向へ走行できるが、回転体の隣合う周面間に隙間を生じ、また段差の乗り越えを配慮して車輪の直径を大きくして各回転体の直進方向の縦幅も相応に広くしようとすると、斜めになった回転体により車輪の横幅、即ち旋回半径がおのずと広がることになる。
【０００５】
そこで、本出願人は、特願２００１−２２２５４８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回転体が車輪の周囲に配列されると共に、各回転体が、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、各回転体は、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る回転体付き車輪を提案した。これにより、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜めに自在に転向することができるだけでなく、段差を容易に乗り越え得るように車輪の直径を大きくした場合でも各回転体の隙間を互いに干渉しない程度に僅かにすることができる。
【０００６】
本発明は、このような全方向走行の回転体付き車輪をさらに発展させて、車輪の振動もしくは衝突時の衝撃を緩和すると共に、横方向の段差を乗り越え易くすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、車輪の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の回転体が車輪の周囲に配列されている回転体付き車輪において、各回転体が、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、各回転体は、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されると共に、先端部が隣合う回転体の基端部に近接し得るように、先端部が、隣合う基端部に形成された凹部に部分的に侵入し、車軸を両側で支持するフォークの上端部に上方へ向けて突設されたヘッド軸が、車体に取付けられた筒状軸受部にヘッド軸を包囲する環状の弾性体を介して上下方向の軸線を中心に回転可能に支持されることを特徴とする。
【０００８】
回転体は、半径方向に対して交差する回転軸線上に回転自在に支持され、直径が基端部から先端部に向けて徐々に小さくなるか、或は一旦大きくなった後に小さくなって周面で車輪外周円を形成する。小さな直径の先端部が大きな直径の基端部に、均一径の場合に較べてより近接可能となり、しかも先端部が相手方の基端部の凹部に侵入することにより、各回転体の隙間が一層小さくなる。車輪が直進方向或いは横方向に衝突すると、ヘッド軸が弾性体を撓ませて緩衝作用を伴って変位する。車輪が斜め横方向へ衝突すると、ヘッド軸が弾性体を撓ませて衝突面に対して面直方向へ回転して緩衝作用が得られると共に、段差の立上がり面に対しては面直方向へ乗り上げる。
【０００９】
さらに、請求項２の発明によれば、車軸を両側で支持するフォークの上端部に上方へ向けて突設されたヘッド軸が、車体に取付けられた筒状軸受部に上下方向の軸線を中心に回転可能に支持されると共に、筒状軸受部内に、ヘッド軸の基準回転位置からの回転に対して弾性抗力を呈する弾性体を収納して、又は請求項３の発明によれば、車軸を両側で支持するフォークの上端部に上方へ向けて突設されたヘッド軸が、車体に取付けられた筒状軸受部に上下方向の軸線を中心に回転可能に支持されると共に、ヘッド軸の外周面にその中心方向へ先細形状になるキー溝を形成し、筒状軸受部内に、背後から中心方向へ弾性体で付勢されてキー溝に係入するように対応した先細形状のキーをキー溝に対して進退可能に収納することにより、車輪が斜め横方向へ衝突すると、同様にヘッド軸が弾性体を撓ませて緩衝作用を伴って面直になる方向へ回転する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１乃至図６を基に本発明の実施の形態による車椅子の４輪のうち前輪に採用される回転体付き車輪を説明する。その前輪９は、道路の歩道車道間等の段差を容易に乗り越え得る程度に大きな直径を有し、中心部に車軸１を備えたリム２の周囲に、前輪９の直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の同一形状の回転体１０を配列して構成されている。
【００１１】
各回転体１０が、車軸１の回転軸線Ｏを中心とする半径Ｒ１の方向に対してその半径円と同一面状で直交方向からずれ角度の斜めに交差する回転軸線Ｘ１上に位置する回転軸２６に回転自在に支持されている。各回転体１０の直径は、半径Ｒ１に沿った基端部１１から先端部１２に向けて連続的に小さく変化し、かつ周面１９が前輪９の車輪外周円Ｃ１への回転位置でその円弧を形成し、したがって各回転体１０は半紡錘形状に形成されている。
【００１２】
また、先端部１２が隣合う回転体１０の基端部１１に形成された円錐面状の凹部２５の外周側半分に部分的に侵入して、車輪外周円Ｃ１に回転した周面１９が好ましくは１ｍｍ乃至５ｍｍ程度の隙間１９ａで隣合う回転体１０の基端部１１に近接し得るようになっている。
【００１３】
さらに、リム２の周面には軸受アーム２０の基端部が取付けられ、凹部２５のリム２側の周壁２５ａ及びリム２側の周面１９間の隙間２７に侵入し、さらに先端部１２間の隙間に侵入して隣合う回転軸２６に対して直交方向へ順に曲げられている。これにより、軸受アーム２０の途中位置２１で回転軸２６の基部側端部を支持し、先端位置２２で隣合う回転体１０の回転軸２６の先端側端部を支持している。
【００１４】
図４に示す車椅子の前輪９の車軸１を回転自在に支持するフォーク７の上端部には、図２及び図３に示すように、脚部８にディスク状軸受基部３１を介して下設された筒状軸受部３０に支持されるピン状のヘッド軸３２が上方へ向けて突設されている。この軸の上端は軸受基部３１に回転可能に当接すると共に、この基部に一体に下向きに形成された軸受部３０が、包囲するゴムもしくはウレタン等の合成樹脂製の環状の弾性体３５を介して垂直の上下方向の軸線を中心に回転自在にヘッド軸３２を支持している。弾性体３５の外周面は軸受部３０に接合等により固着され、内周面はヘッド軸３２に接合されることにより通常状態では前輪９は走行方向を向いて支持されている。
【００１５】
このように構成された前輪９を採用した車椅子の動作は次の通りである。車椅子、即ち前輪９が直進方向Ａへ押されると、回転体１０は回転することなく直進する。同様に後退も可能である。回転体１０の全部の周面１９はほぼ連続した車輪外周円Ｃ１を形成し得、また回転体１０の前後端間の隙間はそれぞれの回転動作が干渉しない程度に僅かであるために、その隙間に石等が挟まるのが回避され、スムーズな走行が保証される。また、前輪９が障害物に衝突すると、ヘッド軸３２が軸受部３０に対して弾性体３５の弾性膨縮により後方へ変位し得ることにより衝撃が緩和される。
【００１６】
車椅子を真横方向に押すと、接地している回転体１０が回転して車椅子の進行方向が真横方向に転向する。斜めに押すと、進行力を直交方向に分解されたベクトルを分力に応じて、前輪９はその車軸１を中心に回転すると共に、回転体１０も回転軸２６を中心に回転して車椅子の進行方向は斜めの前進又は後退方向に転向する。即ち、回転体１０の非旋回により前輪９の横幅を広げることなく、３６０°の全方向に走行することができる。回転体１０の周面１９が充分な直径の前輪９の外周に連続するために、路面の段差等を容易に引っ掛かりを生じることなく乗り越えることができる。車椅子は、後輪が回転体１０を備えないことにより、横もしくは斜めの走行過程でその方向へ徐々に転向して直進状態となる。
【００１７】
前輪９が段差の立上がり面に横方向から衝突すると、前輪９はヘッド軸３２を包囲する弾性体３５の介在により緩衝作用を伴って横方向へ僅かに変位して乗り上げる。その際、図３に示すように、前輪９が段差６の立上がり面６ａに横方向から面直でなく斜めに衝突すると（同図実線）、ヘッド軸３２が弾性体３５を撓ませて回転し、前輪９は段差６の立上がり面６ａに対して面直になって（同図点線）、スムーズに乗り上げる。斜めの衝突が解除されると、前輪９は通常の走行方向へ弾性で復帰する。
【００１８】
図５は、別の実施の形態によるフォーク７の上端部のヘッド軸部分の構成を示す。両側の前輪９の筒状軸受部４０の横方向内側へ膨出された膨出部４８には、１８０°より小さな扇形状のばね収納部４７が凹状に形成されている。一方、ヘッド軸４２には横方向内側へ向けてプレート状のばね座４３が突設されている。ばね収納部４７には、ばね座４３の両側に圧接する２個のコイルばね４５が装着されている。通常状態ではこれらのばねのバランスで前輪９は直進方向を向いている。前輪９が段差立ち上がり面に斜めに衝突すると、いずれか一方のばね４５が圧縮され、他方が延びて緩衝作用を伴ってヘッド軸４２を通常の回転位置から回転させ、前脚９の側面を干渉面に面直状態に回動させる。側面の衝突が解除されると、両側のコイルばね４５により前輪９を通常状態へ復帰させる。
【００１９】
図６は、さらに別の実施の形態によるフォーク７の上端部のヘッド軸部分の構成を示す。軸受部５０には、横方向内側へ膨出されてボックス状のばね収納部５８が形成されている。一方、ヘッド軸５２の周面にはその中心に向けて徐々に先細になるキー溝５３が形成されている。ばね収納部５８にはコイルばね５９が収納され、キー溝５３に対応した先細状のキー５７を背後から付勢してばね収納部５８に沿って進退可能にしている。
【００２０】
通常状態では、同図Ａに示すように、キー５７がキー溝５３に係入してヘッド軸５２を前輪９が直進方向へ向ける回転位置を支持している。同図Ｂに示すように、前輪９が干渉面に斜めに衝突して図示の矢印方向へ回転力が加わると、キー５７をばねによる緩衝作用を伴って後退させつつヘッド軸５２が回転する。同図Ｃに示すように、衝撃が大きい場合には、キー溝５３はキー５７から離脱して大きく回転し、衝撃を回避する。衝突が解除されると、前輪９を手で回転させてキー溝５３にキー５７を係入させて通常の回転位置に復帰させる。
【００２１】
前輪として以上説明した回転体付き車輪は、車椅子の後輪或いは台車のキャスタとしても採用することもできる。また、各回転体をリムに回転自在に支持する構造としては、回転体を前後に２分割して中間位置で支持する等種々の構成が考えられる。本発明は、車軸の両端部がフォーク部に回転自在に支持され、リムが車軸に固着される場合にも当然適用される。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項３の発明によれば、キャスタのように進行方向へ旋回することを要さずに、車両の進行方向を前後斜めに自在に転向することができるだけでなく、段差を容易に乗り越え得るように車輪の直径を大きくした場合でも、各回転体はその先端部の直径を基端部の直径よりも小さくすることにより互いの隙間を干渉しない程度に僅かにすることができ、先端部が相手方の基端部の凹部に侵入することにより隙間を一層小さくすることができる。さらに、請求項１の発明によれば、直進時或いは横進時に衝突した際に衝撃が緩和されると共に、車椅子或いは台車に採用された場合に横方向の移動に際して回転体が段差の立ち上がり面に斜めに衝突した際に車輪が面直方向へ緩衝作用を伴って回動することにより、その乗り越え能力が向上する。同様に、請求項２及び請求項３の発明によれば、車輪の弾性を伴う回転により斜めの段差の乗り越え能力も向上し、同時に斜め衝突に対して緩衝作用が得られる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、半紡錘形状により前後端の径の差が大きくなり、隙間を小さくするために回転体を互いに接近させ易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態による回転体付き車輪の要部断面図である。
【図２】  同回転体付き車輪のヘッド軸部分を示すもので、同図Ａはその部分縦断面図、同図Ｂはその部分横断面図である。
【図３】  同回転体付き車輪の動作を説明する図である。
【図４】  同回転体付き車輪を採用した車椅子の斜視図である。
【図５】  別の実施の形態によるヘッド軸の軸受部分の断面図である。
【図６】  さらに別の実施の形態によるヘッド軸の軸受部分の断面図であり、同図Ａは通常状態、同図Ｂは前輪に斜め横方向に小さな衝撃が加わった状態、同図Ｃは前輪に斜め横方向に大きな衝撃が加わった状態を示す。
【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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