JP3141814U - 複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタ - Google Patents

Abstract

【課題】平地において、先行・後続両車輪により車輪負荷を支持して走行し、不整地においては、車輪と放射状枠とを一体的に枠支軸まわりに公転しつつ負荷を支持して走破可能とする。
【解決手段】複数の車輪を放射状枠の突先に支承し、該放射状枠を枠支軸により、旋回フォークの自由端部に支承し、同旋回フォークの指向方向及び車輪の進路を、所定の進行方向へ誘導して整合可能とする旋回キャスタを構成し、トッププレートに垂設した旋回部に、旋回自在に支承した旋回フォークの自由端部に放射状枠を枠支軸により支承し、該放射状枠の突先に複数の車輪を等配して車軸により支承し、旋回部と、平地上の先行・後続両車輪及び枠枠支軸との各水平距離、即ち、先行車輪偏心、後続車輪偏心並びに枠支軸偏心を設定している。
【選択図】図１

Description

本考案は、複数の車輪を放射状枠の突先に等配して支承し、該枠を旋回型の支持具により支承して構成する旋回キャスタに関するものである。

従来、通常の旋回キャスタは、産業用キャスタ（非特許文献１参照）に準拠し、トッププレート、フォーク、旋回部、単一の車輪及び車軸により構成されており、一般に、台車、手車や車椅子の前輪などに適用されるが、比較的小径の車輪を装備しているため、路面の凹凸、段差や軟弱地などを含む不整地における走行性能が劣る問題がある。

上記の問題を解消し、段差ないし不整地の走行を可能とする目的で、複数の小径車輪を放射状枠先に等配して支承し、固定支持金具により支持する固定キャスタとして、不整地走行車輪や段差走行車輪と称して、特許文献１ないし特許文献４などが提示されている。

「産業用キャスタ」ＪＩＳ Ｂ ８９２３ 特開２００２−３５０４１号公報 特開２００４−２７５４９７号公報 特開平１０−２４３９６７号公報 特開２００７−２１０５７７号公報

上記の実施例のうち、特許文献１は、車椅子の前輪として通常の旋回キャスタを備えると共に、放射状に遊転車輪を軸承した補助車輪体を、同脚輪の側部に併設し、段差走行可能としているが、車椅子としての構成を複雑化し、また、補助車輪体は、通常の走行には不必要である。

特許文献２は、車椅子の前部又は後部に装脱可能な電動補助ユニットに、段差走行車輪としての十字車輪を備えているが、旋回キャスタとしての旋回機能はなく、左右両側の駆動手段の回転速度差の制御により操舵制御を行い、駆動手段及び制御手段が複雑で、ユニットの装脱など、複雑な取り扱い性の諸問題がある。

特許文献３は、車椅子の前後輪とも、遊星歯車機構の遊星歯車と同軸的に駆動可能な複数の走行輪と、駆動用モーターとを備えており、旋回キャスタとしての旋回機能はなく、左右両側のモーターと、走行輪の駆動手段及び回転速度の制御手段とを必要とする複雑な機成となり、駆動手段及び制御手段の単純化が要望される。

特許文献４は、段差走行公転車輪として遊星歯車機構の遊星歯車と同軸的に駆動可能な複数の被駆動車輪を遊星状に軸支し、同歯車機構中央部に、車輪装置公転駆動用のサン・ギヤを設け、被駆動車輪がサン・ギヤ周りに公転可能としているが、実施化上、駆動機構及びその制御手段が複雑な構成となり、特許文献３と同様の問題がある。

上記、特許文献１ないし特許文献４においては、複数の車輪を遊星枠先に等配し、固定型の支持金具により支持しており、旋回キャスタの偏心によるトレールの作用、すなわち、進行方向への車輪進路の追従作用がないため、車体の進行方向を維持し、操向制御を行うには、車体両側の車輪をモーター及び遊星歯車機構により駆動する複雑な駆動手段と、その制御手段とを必要とする問題がある。

本考案は、従来の技術における上記の諸問題に鑑みてなされものであり、その目的とするところは、複数の車輪を放射状枠の突先に支承し、該放射状枠を枠支軸により、旋回フォーク（トッププレート、旋回部及びフォークを、以下、まとめて旋回フォークと称する）の自由端部に支承し、同旋回フォークの指向方向及び車輪の進路を、所定の進行方向へ誘導して整合可能とする旋回キャスタを構成し、平地において、先行・後続両車輪により車輪負荷を支持して走行し、不整地においては、車輪と放射状枠とを一体的に枠支軸まわりに公転しつつ負荷を支持して走破可能とすることとしている。

上記の目的を達成するために、本考案の複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタは、トッププレート下位の旋回部に支承した旋回フォークの自由端部に放射状枠を枠支軸により軸支し、該放射状枠の突先に複数の車輪を等配して車軸により支承し、旋回部と、平地上の先行車輪、枠支軸及び後続車輪との各水平距離、即ち、先行車輪偏心、枠支軸偏心及び後続車輪偏心を並設するとき、予め、先行車輪偏心と先行・後続車輪の軸間距離とを設定することにより、先行車輪偏心と軸間距離との和に等しい後続車輪偏心並びに、輪偏心と軸間距離の１／２との和に等しい枠支軸偏心を、それぞれ設定している。

上記の構成による作用をつぎに述べる。 すなわち、平地走行条件において、先行・後続両車輪を接地して車輪荷重を支持し、先行車輪偏心及び後続車輪偏心をトレールとして、旋回フォークの指向方向と共に両車輪接地点の進路を、旋回部の後方へ誘導して、所定の進行方向へ整合可能とし、また、段差を含む不整地走行条件においては、車輪の進行及び回転が阻止されるとき、車輪と放射状枠とを一体的に、枠支軸まわりに公転して車輪荷重を支持しつつ、枠支軸偏心をトレールとして、旋回フォークの指向方向と共に車輪接地点の進路を、旋回部の後方へ誘導して、所定の進行方向へ整合しつつ走行することとなる。

上記、先行車輪偏心、後続車輪偏心及び枠支軸偏心による、トレールとしての作用の詳細は、つぎの通りである。 すなわち、旋回フォークの指向方向及び車輪の進路が、進行方向より所定の進行方向旋回部まわりに側方へ偏向するとき、平地走行条件においては、旋回部後方の先行・後続各輪偏心位置における先行・後続両車輪接地点における進行方向の各抗力による旋回部まわりのモーメントを生じ、旋回フォークの指向方向と共に両車輪の進路を、旋回部の後方へ誘導して、上記、側方への偏向と、同モーメントとを逓減し、所定の進行方向へ整合して走行することとなり、また、段差を含む不整地走行条件においては、車輪と放射状枠とを、一体的に枠支軸まわりに公転して走行し、上記、側方へ偏向に対しては、旋回部後方の枠支軸偏心下位における車輪接地点における進行方向の抗力による旋回部まわりのモーメントを生じ、旋回フォークの指向方向と共に車輪の進路を、側旋回部の後方へ誘導して、側方への偏向と、同モーメントとを逓減し、所定の進行方向へ整合して走行することができる。

本考案の、複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタによる効果は、次の通りである。 すなわち、平地走行条件において、先行・後続両車輪を接地して車輪荷重を支持し、旋回フォークの指向方向及び車輪の進路が所定の進行方向の側方へ偏向するとき、先行車輪偏心及び後続車輪偏心をトレールとして、旋回フォークの指向方向及び両車輪接地点の進路を、所定の進行方向へ矯正して走行することができる。

また、先行車輪が路面凹凸、段差を含む不整地において進行及び回転が阻止されるとき、車輪は、放射状枠と一体的に枠支軸まわりに公転し、車輪荷重を支持しつつ後続車輪へ荷重を移転して不整地を走破し、旋回フォークの指向方向及び車輪の進路が所定の進行方向の側方へ偏向するとき、枠支軸偏心をトレールとして、旋回フォークの指向方向及び両車輪接地点の進路を、所定の進行方向へ矯正して走行することができる。

上記の効果により、台車、手車や車椅子などにおいて、主動車輪と共に本考案の旋回キャスタを併用するとき、平坦地において、先行・後続両車輪により車体荷重を分担し、通常の台車、手車や車椅子などと同様に走行し、また、路面凹凸、段差及び軟弱地などの不整地においては、上記の様に、車輪と放射状枠とが一体的に枠支軸まわりに公転し、車輪の分担荷重を支持しつつ走破し、また、旋回フォークの指向方向及び車輪の進路が所定の進行方向の側方へ偏向するとき、旋回部後方の枠支軸偏心が、トレールとして作用し、路面状態の如何に拘わらず、常に、旋回フォークと共に車輪の進路を所定の進行方向へ誘導して整合し、偏向を矯正して走行することができる。

本考案の、複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタは、前記、背景技術の、特許文献１ないし特許文献４における諸問題を解消し、通常の台車や車椅子などの旋回キャスタとして、広く適用することができる。

本考案の実施の形態として、トッププレート（１）下位の旋回部（２）に支承した旋回フォーク（３）の自由端部に放射状枠（４）を枠支軸（５）により軸支し、該放射状枠の突先に複数の車輪（６）を等配して車軸（７）により支承し、旋回部と、平地上の先行車輪、枠支軸及び後続車輪との各水平距離、即ち、先行車輪偏心（ａ）、枠支軸偏心（ｃ）及び後続車輪偏心（ｂ）を並設するとき、予め、車輪（６）外径の２割近傍に相当する先行車輪偏心（ａ）と、先行・後続車輪の軸間距離（ｄ）とを設定することにより、数１に示すように、先行車輪偏心（ａ）と軸間距離（ｄ）との和に等しい後続車輪偏心（ｂ）並びに、数２に示すように、輪偏心（ａ）と軸間距離（ｄ）の１／２との和に等しく、先行車輪偏心（ａ）と後続車輪偏心（ｂ）との中央値に相当する枠支軸偏心（ｃ）を、それぞれ設定している。

上記の形態による作用につき、図面を参照して次に説明する。

図５に示す平地走行条件において、先行・後続両車輪により車輪荷重を支持し、先行車輪偏心（ａ）及び後続車輪偏心（ｂ）を、所謂トレールとして走行し、旋回フォーク（３）の指向方向及び車輪（６）の進路が、所定の進行方向（Ｘ）より偏向角（θ）の側偏方向（Ｘ′）へ偏向するとき、旋回部（２）後方の先行車輪偏心（ａ）位置における先行車輪接地点における進行方向の抗力（Ｆ１）と、進行方向（Ｘ）軸との間隔（ｙ１）、すなわち、数３に示す旋回部回りのモーメントの腕との積として、数４に示す同抗力の旋回部軸まわりのモーメント（Ｆ１・ｙ１）及び、後続車輪偏心（ｂ）位置における後続車輪接地点における進行方向の抗力（Ｆ２）と進行方向（Ｘ）軸との間隔（ｙ２）、すなわち、数５に示す旋回部回りのモーメントの腕との積として、数６に示す同抗力の旋回部軸まわりのモーメント（Ｆ２・ｙ２）による相互の作用により、旋回フォーク（３）の指向方向及び両車輪の進路を、同旋回部の後方へ誘導し、上記、偏向角（θ）と同モーメントとを逓減し、側偏方向（Ｘ′）より所定の進行方向（Ｘ）へ整合して走行することができる。

また、図６においては、車輪（６）が、路面凹凸、段差を含む不整地において進行及び回転が阻止されるとき、同車輪は、放射状枠（４）と共に枠支軸（５）まわりに公転し、車輪荷重を支持し、後続車輪へ荷重を移転して不整地を走破可能とし、さらに、旋回フォーク（３）の指向方向及び車輪（６）の進路が、所定の進行方向（Ｘ）より偏向角（θ）の側偏方向（Ｘ′）へ偏向するとき、旋回部（２）後方の枠支軸偏心（ｃ）下位の車輪接地点における進行方向の抗力（Ｆ）と、進行方向（Ｘ）軸との間隔（ｙ）、即ち、数７に示す旋回部回りのモーメントの腕との積としての、数８に示す同抗力の旋回部軸まわりのモーメント（Ｆ・ｙ）により、旋回フォーク（３）の指向方向及び車輪（６）の進路を、同旋回部の後方へ誘導して偏向角（θ）及び同モーメントを逓減し、側偏方向（Ｘ′）より所定の進行方向（Ｘ）へ整合し、すなわち、枠支軸偏心（ｃ）が、トレールとして作用し、上記、側偏方向（Ｘ′）の偏向を、所定の進行方向（Ｘ）へ矯正することとなる。

図１及び図２において、３個の車輪（６）を、三叉の放射状枠（４）の腕状突先の車軸（７）に支承し、該枠の枠支軸（５）を、旋回フォーク（３）の下端部に支承し、前記、数１及び数２に示すように、旋回部（２）後方へ、先行車輪偏心（ａ）、後続車輪偏心（ｂ）並びに枠支軸枠偏心（ｃ）を、それぞれ設定している。

図３において、４個の車輪（６）を十字型の放射状枠（４）の腕状突先部の車軸（７）に支承し、該枠の枠支軸（５）を、旋回フォーク（３）の下端部に支承し、上記と同様に、数１及び数２により、旋回部（２）後方へ、先行車輪偏心（ａ）、後続車輪偏心（ｂ）並びに枠支軸偏心（ｃ）を、それぞれ設定している。 そして、実施例１と実施例２との、枠支軸（５）より車軸（７）への公転半径（ｒ）を等しく設定するとき、車輪の軸間距離（ｄ）は、実施例１のものより実施例２の方が小さくなり、不整地走行条件において、車輪の公転状態における上下振動数は大きくなるが、上下振幅を低減することができる。

図４において、車椅子（８）の車体（９）に、主動輪（１０）の前輪として、本考案の旋回キャスタを装着しており、前述のように、先行車輪偏心（ａ）、後続車輪偏心（ｂ）並びに枠支軸枠偏心（ｃ）をトレールとして、常に、旋回キャスタの進路を、所定の車体進行方向へ矯正しつつ走行すると共に、平地走行条件においては、先行・後続両車輪により分担荷重を支持し、通常の旋回キャスタを装備する車椅子と同様の走行が可能であって、段差を含む不整地においては、車輪と放射状枠との一体的公転作用により分担荷重を支持して不整地を踏破し、通常の車椅子より不整地走行性能を向上することができる。

本考案の、複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタにおいて、３個の車輪を装備する実施例側面の立面図である。（実施例１） 図１のＡ矢より視る底面図である。 本考案の、複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタにおいて、４個の車輪を装備する実施例側面の立面図である。（実施例２） 本考案の、複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタを車椅子の前輪として適用する実施例側面の立面図である。（実施例３） 図２において、先行・後続両車輪により荷重を支持して走行し、進行方向（Ｘ）より側偏方向（Ｘ′）位へ偏向した状態における作用を示す底面図である。 図２における、不整地走行条件において、車輪と放射状枠とが一体的に枠支軸回りに公転して荷重を支持しつつ走行し、進行方向（Ｘ）より側偏方向（Ｘ′）位へ偏向した状態における作用を示す底面図である。

符号の説明

１ トッププレート
２ 旋回部
３ 旋回フォーク
４ 放射状枠
５ 枠支軸
６ 車輪
７ 車軸
８ 車椅子
９ 車体枠
１０ 主動輪
ｒ 公転半径（枠支軸まわりの車軸回転半径）
ａ 先行車輪偏心
ｂ 後続車輪偏心
ｃ 枠支軸偏心
ｄ 軸間距離（先行・後続両車輪間の）
Ｘ 進行方向
Ｘ′ 側偏方向
θ 偏向角（ＸとＸ′との挟角）
Ｆ 公転する車輪接地点における進行方向の抗力
ｙ 旋回部まわりのＦのモーメントの腕
Ｆ・ｙ 旋回部まわりのＦのモーメント
Ｆ１ 先行車輪接地点における進行方向の抗力
ｙ１ 旋回部まわりのＦ１のモーメントの腕
Ｆ１・ｙ１ 旋回部まわりのＦ１のモーメント
Ｆ２ 後続車輪接地点における進行方向の抗力
ｙ２ 旋回部まわりのＦ２のモーメントの腕
Ｆ２・ｙ２ 旋回部まわりのＦ２のモーメント

Claims (1)

1. トッププレート（１）下位の旋回部（２）に支承した旋回フォーク（３）の自由端部に放射状枠（４）を枠支軸（５）により軸支し、該放射状枠の突先に複数の車輪（６）を等配して車軸（７）により支承し、旋回部と、平地上の先行車輪、枠支軸及び後続車輪との各水平距離、即ち、先行車輪偏心（ａ）、枠支軸偏心（ｃ）及び後続車輪偏心（ｂ）を並設するとき、予め、先行車輪偏心（ａ）と先行・後続車輪の軸間距離（ｄ）とを設定することにより、先行車輪偏心（ａ）と軸間距離（ｄ）との和に等しい後続車輪偏心（ｂ）並びに、輪偏心（ａ）と軸間距離（ｄ）の１／２との和に等しい枠支軸偏心（ｃ）を、それぞれ設定してなり、平地走行条件において、先行・後続両車輪を接地して車輪荷重を支持し、先行車輪偏心（ａ）及び後続車輪偏心（ｂ）を、トレールとして、旋回フォーク（３）の指向方向と共に両車輪接地点の進路を、旋回部の後方へ誘導して所定の進行方向に整合しつつ走行し、また、段差を含む不整地走行条件においては、車輪（６）の進行及び回転が阻止されるとき、同車輪と、放射状枠（４）とを一体的に、枠支軸（５）まわりに公転して車輪荷重を支持し、枠支軸偏心（ｃ）をトレールとして、旋回フォーク（３）の指向方向と共に、車輪接地点の進路を、旋回部の後方へ誘導して所定の進行方向に整合しつつ走行することを特徴とする複数の車輪を放射状枠先に支承する旋回キャスタ。

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