JP4753140B2 - 車輪装置の接地条件制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として自動車や車椅子の車輪を対象にし、加えてブルドーザーや戦車など車輪と路面の間にキャタピラを介して路面を移動する多様な車輪装置において、防滑、静穏化、路面保護、標識などを効果的に達成する目的に適した接地条件を得るために、多様な踏み片の中から選択した最適の踏み片を踏ませることによって、車輪装置の接地条件を制御する装置に関する。

車輪の発明以来、車輪の接地条件を任意に変化させることが要求され、多様な舗装道路や車輪が発明されてきた。近年自動車の冬季使用が多くなると、路面での防滑機能の要求は特に切実で、多くの手段が用いられてきた。これらを大別すると路面側に置く方法と車輪側に加工する方法二つの方法があり、具体例は次のようなものであった。
1）路面側の手段：敷石舗装のように恒久的に路面を舗装したり、凍結路で一時的に板や牽引パッドを路面上に置いたりして使用する方法であり、有効距離が限定される欠点がある。一時的な使用の代表的な例は、日本で通称スノーヘルパーと呼ばれる器具である。これは表面に多数の凹凸を設けた板であり、車輪の下に敷いて車輪機能を確保する器具であり、緊急用として多くの自動車に車載され雪道や凍結路に備えている。このような路面側に置かれる手段は、恒久的な舗装路面の場合は実際には踏まれない部分や踏まれない時間も含むものを製作するので費用が大きく掛かる。一方、一時的なものは、使用距離が短い欠点があり、加えて、装着と使用後の撤去のために運転席と路面を往復するので使用が面倒であるなどの欠点があった。
2）車輪装置側の手段：無限運動を利用する方法であり、車輪自体のトレッドに加工したり、車輪に取り付けて間接的に接地させたりする。凍結路では、タイヤに成形した特有のトレッド、タイヤに取り付けた鎖、スパイク、またはキャタピラなどがある。これらは無限運動で繰り返し車輪に踏ませて使用するが、特に凍結路でのスパイクやチェーンは取付けと取り外しが面倒であった。このために不要になっても使用を続けることが多く、路面や車体を損傷するなどの欠点があった。この欠点に対し、自動車の出現以来、防滑的な踏み片を無限運動させて車輪に自動的に踏ませる装置が多く試みられてきた。しかし、実用に供された発明は極めて少数であった。

凍結路の防滑を目的に実用に至った装置として特許文献１またはその関連の発明がオンスポットの商品名で販売されているが、踏み片と車輪とが異なる回転面で円運動するために、車輪と踏み片とが路面上で異なる軌跡を描き、この軌跡の相違のために装置や踏み片の異常な振動と損耗を生じる欠点があった。また踏み片が常時路面上で動いているために動摩擦係数になり静止摩擦に比べて摩擦係数が小さくなる欠点があった。また、振動に耐えるために装置が堅牢かつ大型になるので、これを動かすには大きい動力が必要になった。このため対象車両が限定された。また取り付けには特別な設備や技術を要し、費用と時間が掛かる欠点があった。また調整や修理などに特別な設備な技術を要するなど、多くの欠点が未解決であった。

これらの欠点の原因である車輪と踏み片との軌跡の相違を無くす発明が提案されたが効果、耐久性及びコストに問題があり実用化されなかった。しかし、これらを解決する方法として特許文献2の装置が発明された。これは踏み片の無限運動に直線運動部を挿入し、両者の軌跡の相違を解消し、小型で軽量にするための装置である。踏み片保持装置を昇降したり、着脱したりして、使用時と格納時とを区別する操作、いわゆるオンオフ操作において、引きワイヤー,無線,赤外線,電流などを利用し、運転席から遠隔制御することによって運転席から接地条件を制御する装置として開発されつつある。

しかし、この発明においても、路面上での運転者による踏み片（1）の交換が不可能であった。即ち、雪道の特性のため、消耗品である該踏み片の交換に特別な技能と装置を要し、所謂、簡易に着脱することが不可能であった。このため、次のような未解決の問題点があり、実用化を阻んできた。
1） 踏み片（1）の羽根を回転させる運動体（21）を保持する保持器（2）が作動器（3）を介して車輪装置本体と強固に結合され、該踏み片の補修には手間と時間が掛かかった。この補修手間を避け、損傷を防ぐために長期間の耐久性を確保するように設計されるので強度の安全率が異常に高く、該踏み片が頑丈で重かった。加えて、位置保持器と該作動器も頑丈で大きいので各部材が大寸法になった。大型化自体が価格を上げるので欠点であるが、加えて、以下のような多くの欠点を惹起した。
ａ 一人では路上での交換や着脱が困難であった。
ｂ 装置の占有体積が大きいので、適応車種が限定された。
ｃ 車種毎に異なる加工を要し不経済であった。
ｄ 作動にエアブレーキが必要になるので用途が限定された。
2） 小石を飛ばしたり、振動と騒音が過大になったりする欠点があり、このために使用するときの速度が極めて低く限定される問題点があった。振動と騒音が周囲に迷惑を及ぼすこと、及び、使用速度が遅いことのため使用は特殊な用途の車輪に限定された。
3） 耐久性の確保を優先するために、該踏み片はスパイクを植えた厚いシート状のゴム片の一種類に限定され、気候、地形、使用条件などの変化に応じた適切な踏み片の選択がないので、環境が変化する路面では適切な接地条件が得られない問題点があった。
4） 車輪が厚い氷の中にできた轍掘れなど深い凹部に入ると該保持器は逃げることができない。この状態で車両の重量を受けるので、過剰設計の装置においても故障や破損の危険があった。仮に破損すると装置が大きいために修理に極めて大きい費用と時間が掛かり、これを防ぐために走行路面が限定されたり、走行速度が極端に遅くなったりする欠点があった。
5） 走行条件に応じて選択できる多様な踏み片の準備がなかったので、公約数的な踏み片が用いられ、時季や地形によっては、機能性と安全性に欠けた。
米国特許4,299,310Anti-skid device for motor vehicles (1981) 米国特許5,236,067Treading device for wheels (1993) （日本国特許 第２５４５５４３号車輪の踏み付け装置）

解決しようとする従来の手段の基本的な問題点は、下記のような条件を叶えて、望む接地条件を得る装置を実現することであり、耐久性を確保しながら踏み片交換の簡易性、踏み片挿入の確実性、踏み片の多様性を向上し、それによって装置を小型且つ軽量にすることである。
1） 簡単な作業で迅速に踏み片を着脱すること。所謂、簡易に着脱すること、即ち、特別な技術、施設、装置などを使用することなく、走行中の路面において運転者がタイヤ交換程度の知識と技術で軽易に装着したり取り外したりして所望の踏み片に交換できることである。
2） 踏み片とそれを保持する運動体とを確実に機能させること。即ち、装置に耐久性を持たせ、使用時は安定した軌跡で運動体の無限運動を維持しながら所望の踏み片を車輪と接地面との間に確実に挿入することである。走行中の車輪装置は必然的に異物や路面上の突起物と接触して大きい衝撃と変形作用を受けるが、そうした場合にも接地条件の制御装置が損傷を受けず、機能を維持することである。車輪近傍の装置は衝突する路面上の異物に加えて、過酷な振動や埃のために損傷を受けやすく、さらに路面に散乱した小石など大小の障害物が跳ね飛ばされて当たる環境であるため特別な手段が必要になる。
3） 与えられた状況において適切な接地条件を得ることを可能にする踏み片を準備すること。即ち、対象とする車輪装置、使用する自然環境、交通事情などの多様性に対応した適切な踏み片の選択を可能にするために踏み片の特性と機能に多様性と融通性とを与えることである。
4） 通常の車輪装置では車軸（8）の周辺に空いた空間が少ない。特に、雪や泥の道ではその中に車輪が沈むので目視もできない。く、また、走行中の接触を避けるために、踏み片のオンオフ及び滑らかな作動に関わる装置を小さく、且つ軽量にすることである。

本発明は、下記の１）から３）のように構成した手段により、踏み片（1）の間接的な交換で簡易に着脱して上記の多様な課題を解決する。
１） 該踏み片は下記の４部から構成さる。
ａ）ピン又は嵌合若しくは拘束物の弾性を利用した締め付け材によって該踏み片と該運動体とを結合する結合部（11）
b）負荷又は物体力の作用により変形し、該作用の消失後に復元する変形部（12）
c）該車輪に直接又は間接的に接触して該車輪の動きを伝達することにより該運動体を駆動する接触部（13）
d）該接地部に踏み付けられ該接地条件を制御する制御物（17）を有する踏付部（14）
２） 該踏み片と該運動体とを結合した基本体と緩衝若しくは昇降の機構を加えた結合体とを準備し、固定装置（88）を介して、該基本体と該結合体で構成された制御ユニットを該車輪装置に結合する。
３） 嵌合若しくは溶融を利用した結合、又は、楔若しくは拘束材の弾性を利用した締め付けによる結合を用いて、該制御ユニットと該固定装置とを簡易に着脱する。

適切な接地条件を発揮するための該踏み片が取り付けられたベルトやチェーンのような帯状体に踏み片を結合した基本体から、これにプーリーやスプロケットなどを用いて円弧と直線との軌跡で旋回させる保持機構を加えた結合体、さらに路上の障害による損傷を回避する緩衝機構を加えた結合体、さらには車両装置と結合して固定する固定部を除く装置全体を独立した制御ユニットとして準備し、該車輪装置の構造によって簡易に着脱できる位置を利用する。即ち、該踏み片を間接的に着脱することによって簡易且つ迅速な交換を可能にする。着脱機構は嵌合を基本とし、ばね又はねじの締め付けによって補強する。

また用途によっては請求項２のように、該車輪の走行と独立した車又は滑走機構を滑走器（6）として用い、該滑走器が該制御ユニットの重量の少なくとも一部を負担し、該基本体について、高さ、方向又は位置の何れかを制御することによって装置の位置保持の機構を大幅に簡略化し、加えて、本発明を取り外した時の運搬を簡易にすることができる。

また用途によっては請求項３のように、一箇所の該接地部において、車輪（8）の両側に該制御ユニットを配置することにより、接地条件を２倍又は相乗効果でそれ以上に大きく変えることができる。特に両側の装置の踏み片（1）をトレッド下で重なる場合は、該基本体の外側への逃げが強力に防止される。また、着脱部の位置保持機構を簡単且つ軽量にする。さらに、両者は互いに飛散物の防止壁を形成するので周辺に与える損傷を防ぐ。即ち、氷片,小石など路面上に放置された小片を踏み片が跳ね飛ばしたとき、相互に障壁として防護機能を発揮し、周囲への損傷を防ぐからである。なお、両側からの踏み片を重ねることに加えて、磁力又は凹凸を利用して一時的に結合して踏ませると雪や軟泥の路面ではトレッド周辺の踏み片も受圧するので、接地圧を大幅に低下させて走行条件を改善する。

また用途によっては請求項４のように、該制御片の不使用時における該運動体の位置保持に関して、保持器（2）と作動器（3）の結合にヒンジ又はスライドを用いた該運動体の押上機構を設け、該押上機構によって該運動体の回転面を該車輪装置の底面に略平行に保持することによって、運動体と保持機構が面状に一体化されて障害物と装置の面状部に挟まれるので走行中の障害物による損傷を軽減することができる。

また用途によっては請求項５のように、該制御ユニットを被覆する柔軟な素材を用いたカバー（48）を設けることによって、飛沫の結氷や結氷物の飛散による事故や損傷を防ぐことができる。該ユニットにおいてゴム材などの低弾性率の材料によって製作した該カバーが該運動体の一部を覆って保護し、該カバーが該踏み片の運動経路における異物との接触の防止と該無限運動の軌跡の保持機構を支える機能との両者を同時に行う。これにより、取り付け部が保護されるので小寸法の踏み片でも損傷されなくなる。損傷の影響を減じて該制御ユニットの安全率を下げると骨組みの重量が軽くなり、緩衝、復元、格納などの機構が簡単になる。

また用途によっては請求項６のように、該車輪と同心円で自在に回転する連結部（84）を設け、該連結部を取付部（44）と平衡器（43）とを介して該車輪装置に取り付ける。この手段によって、車輪の外側に取り付けることが容易になる。特に、前輪を操縦して方向を変える自動車の前輪は、車輪の内側に自由な空間が少ないので、外側に取り付けることが汎用的な取付けを可能にする。該前輪に本発明が装着されると、凍結路面における制動や発進に加えて、自動車の走行方向を安全かつ能率的に制御することができる。特に、該着脱部に該車輪の直径方向の孔（該着脱部が円筒状の場合は二穴）を設け、該制御ユニットの取り付け部を棒状に成型すると、着脱がさらに簡易になる。

本発明は、踏み片（1）の簡易な交換を可能にし、これにより装置全体の簡単化と軽量化を可能にし、該踏み片の多様化を可能にして車輪装置交通の安全と能率を向上する。これによって、広く車輪を利用した装置に使用して接地条件を自在に改善する効果を奏する。例えば、凍結路や泥濘地での自動車の車輪のスリップを防止したり、夏季高温下で鋼キャタピラがアスファルト路面を通過する場合に路面を保護したり、斜面におけるキャタピラの横滑りを防止したりすることを可能にする。また乾燥路面に水や短時間で消失する色素を混入した液体で特有のスタンプ形状を持つ踏み片を濡らし、特有の標識を路面にスタンプして車や人の誘導能率を向上したり、商品ＰＲのパターンを路面にスタンプして有効な広報に利用したり、積雪時に標識や美観のために所望のパターン跡を走行面に残したりすることを可能にする。また、凍結路面のスリップ防止が簡単な装置で可能になるので、防滑のために実施される融雪塩の大量散布を不用にして防滑材の散布コストを低減させ、加えて該散布による自動車の錆、街路樹の故障、環境汚染などの問題の解決に寄与する。

請求項３のように接地部の両側に配した使用状態ついて、図１を参照して記述する。制御ユニットは次のようである。踏み片（1）とこれを保持する保持器（2）とが基本体であり、該基本体と昇降腕（86）までが結合体であり、両者が制御ユニットを構成する。車種によって固定装置（88）の位置が変化するので、簡易に着脱できる位置を連結部（84）に選んで該踏み片を間接的に交換する。なお、平衡器（43）に取り付けた調節部（4）は前後又は上下に動かした保持器（2）の位置を調節する。該平衡器と制御器（34）とを二本の腕（42）でピン穴（36）を介して結合し、過負荷をヒンジ変形によって逃げる。過負荷通過後はばね（38）によって復元する。滑走器（6）は使用する車両車輪の直径の大きさ応じて腕固定（64）を調節し固定し装置の汎用性を確保する。なお、路面からの飛沫による凍結と損傷を防ぐために透明ビニールによるカバー（48）を巡らせる。

上記の形態について、車輪の外側の装置を消去し、車輪（8）を点線で描いて透明視すると図２のようである。踏み片（1）を旋回自在に保持する保持器２が作動部の作動器３に嵌め合いによって結合される。車軸（82）に固定したガイド（5）は平衡器（43）の昇降時の姿勢を制御する。保持器（2）の位置と傾きが該踏み片を該車輪のトレッドに導き期待された機能を発揮する。該平衡器は該車輪のタイヤの両側にあって繋部（61）で連結し、路面（9）を走る滑走器（6）と着脱部（84）とガイド（5）によって一定の位置と姿勢を保持する。

作動器（3）は曲げ器（35）を介して制御器（34）に連結して作動部を構成する。作動部と保持器（2）との関係を図３に示す。該曲げ器は常時開くモーメントを与えるばねを伴うことによって損傷を回避することが容易になる。路面の凸部に当たったときタイヤにもたれて通過するからである。又、場合によって踏み片（1）を保持する保持器（2）に留め部（23）を設けてこれを制御ユニットとすることにより、交換作業が簡単になる。

図４に示すように、踏み片（1）と運動体（21）とを結合した基本体はスプロケットやプーリーのような回転体（22）に回転自由に支えられ、保持器（2）に保持される。該保持器は制御ユニットとして嵌め合いによって着脱するために留め部（23）を設ける。

図５に示すように、車輪（8）を装着すると必要に応じて作動部を下ろし、所望の接地条件で走行することができる。

図６に示すように、踏み片（1）と運動体（21）とを結合した基本体において、該踏み片はゴム板、該運動体はローラーチェーンを用いることによって本発明の所望の機能を得ることができる。なお図６において、該運動体はJIS規格３５番チェーンを用い、接合部（21a）にはJIS規格チェンのＳＫ−１リンクを用いる。

図１は本発明装置の１実施例の斜視図であって、ゴムタイヤを履く車輪（8）の両側に制御ユニットを装着したものである。平衡器（43）の右端の取り付け部を連結部（84）の間隙で固定する。平衡器（43）の昇降時は車軸の外側部に固定したガイド（5）によって作動部を昇降する。滑らかな昇降と保持器（2）を正確な位置に導くためである。

図７は本発明の実施例１において、平衡器（43）を一部改造した場合の斜視図であって、該平衡器の略中央に垂直の取付部（44）を設ける。請求項８のように固定装置（88）を車輪（8）と同心円の円筒として該車輪に固定する。同じく円筒状の連結部（84）はベアリングを介して回転自在に該固定装置に取り付ける。該連結部には二穴を設けて着脱部とする。該取付部を上から挿入して本発明を装着する。

図８は本発明の実施例１において、オンオフ（使用、不使用）に入切具（28）の引弛を用いた場合の下記の挙動を示す側面図である。鋼鎖製の該入切具の右端に巻き取り装置を設けて引弛を制御する。該鋼鎖はプーリーの補助具（27）を介して張力を伝える。不使用状態では保持器（2）と調節部（4）を右にスライドさせ、基本体と該保持器を車軸（82）の前に格納することにより、路面の凸部による損傷を防ぐことができる。なお回転盤（26）を設けて該車軸との接触部を滑らかにして格納位置への誘導を容易にする。
図（A）使用状態（昇降腕（86）を寝せ、曲げ器（35）をばねで開く）
図（B）引き上げ途中（保持器（2）を引いて垂直にした後で引き上げる）
図（C）不使用状態（路面の突起に対して更に上に逃げる余地を残す）

図９は作動部と踏み片（1）、制御器（34）、曲げ器（35）、平衡器（43）などが、水平に格納する実施例において、下記の手順を背面図で示す。少なくとも一時的に板状に並ぶことによって、最低地上高の低い車種や轍幅の狭い環境において路面の突起による破損を防ぐために有効である。
図（A）使用状態（踏み片（1）を接地部（7）の前に静置し、踏み動作を連続する）
図（B）不使用状態（作動部と基本体とを畳んで面状にする）
図（C）車輪間に大きい突起が入った場合（更に上に逃げる余地を残す）

環境と走行条件に対応した踏み片の選択が容易になるので、接地条件を選択してあらゆる車輪装置の交通を安全、高能率、快適にする。

本発明の使用状態を示した斜視図である。（実施例１） 接地部近傍の踏み片の状態を示す斜視図である。（実施例1） 作動部と保持器の結合方法を示す斜視図である。（実施例1） 基本体と保持器の結合方法を示す斜視図である。（実施例1） 本発明と車輪との関係を示す斜視図である。（実施例1） 踏み片と運動体との結合方法を示す上面図である。（実施例１） 本発明と車輪との結合方法を示す斜視図である。（実施例２） 遠隔操作によるオンオフを説明する側面図である。（実施例３） 本発明の基本体と保持器を水平に格納する手順の背面図である。（実施例４）

１ 踏み片
２ 保持器
３ 作動器
４ 調節部
５ ガイド
６ 滑走器
７ 接地部
８ 車輪
９ 路面
１１ 結合部
１２ 変形部
１３ 接触部
１４ 踏付部
１７ 制御物
１８ 肩
１８a 押出肩
１８b 充填肩
１８c 交換肩
２１ 運動体
２２ 回転体
２１a 接合部
２３ 留め部
２６ 回転盤
２７ 補助具
２８ 入切具
３４ 制御器
３５ 曲げ器
３６ ピン穴
３８ ばね
４２ 腕
４３ 平衡器
４４ 取付部
４８ カバー
６１ 繋部
６４ 腕固定
８２ 車軸
８４ 連結部
８６ 昇降腕
８８ 固定装置

Claims (6)

1. 車輪を用いて路面を移動する車輪装置に取り付けられ、回転運動する運動体（２１）に取り付けられた踏み片（１）を複数個持ち、該踏み片の一部は該車輪装置の接地部と該路面との間に介在して踏まれることによって該接地部の接地条件を制御し、該接地条件に関して摩擦係数、接地圧又は接地形状の少なくとも１条件を制御する装置において、下記のように構成されたことを特徴とする車輪装置の接地条件制御装置。
   １） 該踏み片は下記の４部から構成される。
   ａ）ピン又は嵌合若しくは拘束物の弾性を利用した締め付け材によって該踏み片と該運動体とを結合する結合部（１１）
   b）負荷又は物体力の作用により変形し、該作用の消失後に復元する変形部（１２）
   c）該車輪に直接又は間接的に接触して該車輪の動きを伝達することにより該運動体を駆動する接触部（１３）
   d）該接地部に踏み付けられ該接地条件を制御する制御物（１７）を有する踏付部（１４）
   ２） 該踏み片と該運動体とを結合した基本体と、該基本体を保持する保持機構と、昇降機構とを結合させて結合体を構成し、該結合体から構成される制御ユニットを、固定装置（８８）を介して該車輪装置に結合する。
   ３） 嵌合若しくは溶融を利用した結合、又は、楔若しくは拘束材の弾性を利用した締め付けによる結合を用いて、該制御ユニットを該固定装置に結合する。
2. 該車輪の走行と独立した車又は滑走機構を用いて路面上を走行する走行装置を設け、該走行装置が該接地条件制御装置の重量の少なくとも一部を負担し、該制御ユニットの高さ、方向又は位置の何れかを制御することを特徴とする請求項１記載の車輪装置の接地条件制御装置。
3. 一箇所の該接地部において、該車輪の回転面の両側に該制御ユニットが配置されたことを特徴とする請求項１記載の車輪装置の接地条件制御装置。
4. 該制御片の不使用時における該運動体の位置保持に関して、保持器（2）と作動器（3）の結合にヒンジ又はスライドを用いた該運動体の押上機構を設け、該押上機構によって該運動体の回転面を該車輪装置の底面に略平行に保持することを特徴とする請求項１記載の車輪装置の接地条件制御装置。
5. 該制御ユニットを被覆する柔軟な素材を用いたカバー（48）を設けたことを特徴とする請求項１記載の車輪装置の接地条件制御装置。
6. 該車輪と同心円で自在に回転する連結部（84）を設け、該連結部を取付部（44）と平衡器（43）を介して該車輪装置に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の車輪装置の接地条件制御装置。

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