特開 2022-128194 セルフロック機構を有する歯車列およびそれを備える車椅子またはキャスタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022128194

(43)【公開日】2022-09-01

(54)【発明の名称】セルフロック機構を有する歯車列およびそれを備える車椅子またはキャスタ

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/36 20060101AFI20220825BHJP

   A61G 5/10 20060101ALI20220825BHJP

   B62B 5/04 20060101ALI20220825BHJP

【ＦＩ】

F16H1/36

A61G5/10 717

B62B5/04 A

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021026589

(22)【出願日】2021-02-22

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-09-08

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１）集会での発表による公開 令和２年８月２１日に茨城大学日立キャンパスにおける第２８回茨城講演会で発表 （２）刊行物への発表による公開 令和２年８月２１日に一般社団法人日本機械学会発行，第２８回茨城講演会講演論文集，通計番号Ｎｏ．２００－２，５２１にて掲載 （３）刊行物への発表による公開 令和２年９月１日に公益財団法人日本技術士会発行，技術士 ＩＰＥＪ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０２０年９月号，通巻６４５号，第４～７頁にて掲載

(71)【出願人】

【識別番号】320002382

【氏名又は名称】株式会社福祉用具サービスもんちゃん

(71)【出願人】

【識別番号】504203572

【氏名又は名称】国立大学法人茨城大学

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100163533

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 義信

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 剛

(72)【発明者】

【氏名】堀辺 忠志

(72)【発明者】

【氏名】前川 仁

(72)【発明者】

【氏名】尾関 和秀

【テーマコード（参考）】

3D050

3J027

【Ｆターム（参考）】

3D050AA03

3D050DD01

3D050DD03

3D050EE08

3D050EE15

3D050GG00

3D050JJ09

3J027FB40

3J027GC14

3J027GC22

3J027GD03

3J027GD14

(57)【要約】

【課題】
歯車列または歯車列を備える車椅子において、簡単な構成でセルフロックおよびロック解除を実現する。
【解決手段】歯車列１００は、第１の軸２６に固定した第１の歯車２０と、第１の軸に平行な第２の軸３６に遊嵌した第２の歯車３０と、第１、第２の軸の双方に平行な第３の軸４６に支持された第３の歯車４０を有する。第１～第３の軸すべてに対して垂直な軸垂直平面において、第１～第３の軸の軸心２２、３２、４２は三角形を形成する。それぞれの歯車は相互に噛み合い、第１の軸の軸心と前記第３の軸の軸心を結ぶ線分と、第１の軸の軸心と第２の軸の軸心を結ぶ線分のなす角度（α１）は、０°を超え１４°以下である。この構成を成す歯車列機構を車輪に組み込むことで、歯車列のセルフロックにより車椅子の後退を抑制する。また、角度（α１）を前記の範囲から外すことで、容易にセルフロックの解除ができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の軸に固定した第１の歯車と、前記第１の軸に平行な第２の軸に固定した第２の歯車と、前記第１、前記第２の軸の双方に平行な第３の軸に固定して取付けた第３の歯車を有し、前記第１の軸及び前記第３の軸は回転可能に固定支持され、前記第２の軸は回転及び移動可能に支持されている歯車列において、
前記第１の軸と前記第２の軸と前記第３の軸のいずれに対しても垂直である軸垂直平面において、前記第１ないし前記第３の軸の軸心は一直線上には並ばずに三角形を形成し、前記第１の歯車は前記第２の歯車に噛み合い、前記第３の歯車は前記第１の歯車に噛み合うことなく前記第２の歯車に噛み合うように前記第１ないし前記第３の軸を配設し、前記第１ないし前記第３の軸の軸心が前記軸垂直平面において形成する三角形における、前記第１の軸の軸心と前記第３の軸の軸心を結ぶ線分と、前記第１の軸の軸心と前記第２の軸の軸心を結ぶ線分のなす角度（α_１）が、０°を超え１４°以下であることを特徴とする歯車列。

【請求項2】

前記第２の軸を複数本設け、前記第３の軸を前記第２の軸と同じ本数だけ設け、前記第２の軸の各々にそれぞれ前記第２の歯車が遊嵌されており、前記第３の軸の各々に前記第３の歯車がそれぞれ保持されており、複数の前記第２の歯車は前記第１の歯車に噛み合い、前記第２の歯車の１つと前記第３の歯車の１つがそれぞれ噛み合い、これにより前記第１の歯車から前記第２の歯車を介して前記第３の歯車へ向かう複数の歯車列系統を構成し、前記各歯車列系統の前記角度（α_１）が、０°を超え１４°以下であることを特徴とする請求項１に記載の歯車列。

【請求項3】

前記角度（α_１）が、１２°～１４°の場合に、前記歯車列系統を６系統以上設けたことを特徴とする請求項２に記載の歯車列。

【請求項4】

前記角度（α_１）が、１０°～１２°の場合に、前記歯車列系統を３系統以上設けたことを特徴とする請求項２に記載の歯車列。

【請求項5】

前記角度（α_１）が、８°～１０°の場合に、前記歯車列系統を複数系統設けたことを特徴とする請求項２に記載の歯車列。

【請求項6】

前記第３の歯車を取り付ける軸の外径を、φ５ｍｍ以上前記第３の歯車の歯底円径未満としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の歯車列。

【請求項7】

前記第３の歯車が取り付けられる前記第３の軸において、前記第３の歯車が取付けられる位置におけるこの前記第３の軸の断面形状が非円形であり、この非円形断面を有する前記第３の軸に取り付ける前記第３の歯車の内径部分がこの非円形断面に嵌合可能でかつ空転できる相補的な形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の歯車列。

【請求項8】

前記第３の軸の前記断面形状は多角形またはポリゴン形状であり、前記第３の歯車の内径形状は、前記第３の軸の多角形、楕円形またはポリゴン形状に相補的な多角形、楕円形またはポリゴン形状であることを特徴とする請求項７に記載の歯車列。

【請求項9】

使用者を載置する載置部の側部に設けられた移動手段を備える車椅子において、
各移動手段はそれぞれ車輪を備え、前記車輪のそれぞれに、前記車輪と連動して動くことが可能なハンドリムを設け、各車輪はその内部に、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の歯車列を含み、前記ハンドリムの逆回転に応じて前記車輪をセルフロックさせることを可能にすることを特徴とする車椅子。

【請求項10】

ステムと、一端側がこのステムの下端部に接続され他端側が分岐して形成されたフォークと、前記フォークの分岐した他端部を貫通して配置される回転軸と、この回転軸に取り付けられた車輪とを有するキャスタにおいて、
前記車輪はその内部に請求項１ないし８のいずれか１項に記載の歯車列を含み、前記車輪の逆回転に応じて前記キャスタにセルフロックを生じさせることを可能にすることを特徴とするキャスタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セルフロック機構を有する歯車列およびそれを備える車椅子またはキャスタに係り、特に多段の歯車列を含むときに好適な、セルフロック機構を有する歯車列およびそれを備える車椅子またはキャスタに関する。

【背景技術】

【0002】

自走式または介助者付きの車椅子の運用において、しばしば困難さが見出される。たとえば、非特許文献１には多数の車椅子を含むヒヤリ・ハット情報事例が紹介されており、その事例１１４には、「立ち上がるときに（車椅子の）ブレーキをかけ忘れていたため車椅子が後方に移動し、転倒しそうになった」ことが、事例１２６には「手押しハンドルに介助ブレーキが付いていないために、スロープを押し上げる途中で車椅子と利用者の重さに負けて介助者が押し戻される」ことが示されている。

【0003】

これら事例に紹介されているように、現状の車椅子では、車椅子にブレーキが付いていてもいなくても、車椅子が勝手に後方へ独走して、車椅子の利用者もしくは介助者に多大な負担または怪我等の発生を引き起こす恐れがあった。このような車椅子の後方への独走を防止するためには、車椅子がセルフロック機構を有することが望まれる。セルフロック機構としては、ワンウェイクラッチ等が知られている。

【0004】

一方特許文献１には、車椅子等に用いる回転駆動装置において、伝達効率を低下させることなく動力伝達要素の回転を制限することが開示されている。具体的には、遊星歯車装置において、リングギヤの軸心を中心として回転可能な第１、第２のキャリアと、リングギヤに噛み合う第１の遊星歯車、第１の遊星歯車に噛み合う第２の遊星歯車を備える。そして、第１、第２の遊星歯車を、個々の軸心とリングギヤの軸心とを含む面が互いに交差する位置で噛み合わせ、第１、第２の遊星歯車の軸心が近接する方向へ回転するのを規制する一方、第１、第２の遊星歯車の軸心が離隔する方向へ回転するのを許容している。

【0005】

歯車列によりセルフロックを実現する例が、特許文献２および３に記載されている。特許文献２には、自転車変速機駆動用モータユニットに簡単な構成でセルフロック機構を設けることが開示されている。この公報では、遊星歯車変速機構が、固定太陽歯車と、出力太陽歯車と、複数の遊星歯車と、複数の遊星歯車を公転および自転可能に支持するキャリアとを備え、複数の遊星歯車では、固定太陽歯車と固定太陽歯車に噛み合う第１歯車と、出力太陽歯車に噛み合う第２歯車が同軸で固着されている。固定太陽歯車、出力太陽歯車、第１歯車、第２歯車は、セルフロック機能を生成する歯数に設定されている。

【0006】

特許文献３に記載の駆動ギヤのロック制御装置では、対象物を駆動する駆動ギヤが空転ギヤとロックギヤによってロックされるギヤ列により、負荷状態でも確実にロック解除される。すなわち、移動可能なロックギヤを設け、ロックギヤが駆動ギヤと空転ギヤの双方に噛み合ったときに駆動ギヤをロック状態にする。ロックギヤと駆動ギヤとの噛み合いが外れると、ロックが解除する。また特許文献４には、遊星歯車装置を備えるチェーンブロックにおいて、自己制動装置を備えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１－７２４２号公報

【特許文献2】特開２０１４－９１３８４号公報

【特許文献3】特開２０１８－１６８８８０号公報

【特許文献4】特開平０２－２９１３９５号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】公益財団法人テクノエイド協会 ヒヤリ・ハット情報事例検索[online]、[検索日2020.2.3]、インターネット<URL: http://www.techno-aids.or.jp/hiyari/search.php?mode=search>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

車椅子の後方への暴走を防止するために、車椅子の駆動系にワンウェイクラッチを設けることは車椅子の運行における安全面からは有効であるが、車椅子の駆動系が複雑になると共に車椅子の重量が増す。また、ロックを必要としないもしくはロックを外したい事態に対応するためには、新たにロック解除装置が必要となり、駆動系および制動系が複雑になる。

【0010】

一方、上記特許文献１に記載の車椅子等に用いる回転駆動装置は、遊星歯車機構を利用しているのでコンパクト化が可能である。しかしながらこの公報に記載の車椅子では、歯車列がセルフロックを生じることについては記載されているものの、どのような構成または条件であればセルフロックが生じるかについてまでは開示されていない。後述するように、本発明者らの精力的な実験結果からは、単に歯車列を構成しただけではセルフロックを生じないことが判明している。特に、第３の歯車の構成が、セルフロックの分岐点となることについては考慮されていない。

【0011】

特許文献２に記載の自転車の自動変速機駆動用モータユニットは、自転車特にロードレーサに適用できるので小型化が図られている。そのため車椅子等に適用しても小型化を維持して、車椅子の重量増加を少なくすることが可能と思われる。しかしながらこのモータユニット歯車機構に用いる遊星歯車の諸元を一定の制約に基づき設定しなければならず、さらには太陽歯車および遊星歯車を軸方向に複列で配置しなければならないために、部品点数が多くなる。

【0012】

さらに特許文献３に記載の駆動ギヤのロック制御装置は、ロックギヤ型の２つのギヤに同時に噛み合う二重噛み合いによりロック状態を発生し、一方のギヤにしか噛み合わない状態にロックギヤを移動することでロック解除している。この公報に記載のロック制御装置では、ロック解除時に駆動ギヤの負荷トルクがそのままロックギヤに負荷されるので、ロックを解除するためにロックギヤを移動させるには、この負荷に対抗させる必要がある。そのため、本文献ではこの負荷をモータ駆動により受け止め、ロックギヤと駆動ギヤおよび空転ギヤの間にバックラッシを作ってからロックギヤを動かしている。ロックギヤに加わる負荷トルクを受け止める駆動モータが必要である点や、セルフロックの解除にあたってロックギヤの軸方向への移動操作が必要になる点で、電源を持たない車椅子や、ブレーキ操作を失念してしまう利用者が使用するような車椅子には不適である。

【0013】

また、特許文献４には、自己制動（セルフロック）するチェーンブロックが開示されているが、この公報に記載の発明において、セルフロックを生じさせるためには、両端の歯車に中間の歯車が当接する必要がある。しかしながら、このチェーンブロックでは必ずしも中間の歯車が両端の歯車に当接しない。つまり、チェーンブロックでセルフロックを生じさせるためには、中間の歯車が両端の歯車に当接するように中間の歯車を移動させるもしくは押し付ける力が必要になっている。中間の歯車が両端の歯車に押し付けられる力が働かない場合、すなわち当該歯車機構の天地が逆転したような場合にはセルフロックが生じないと考えられ、これはそれ自体が回転する車輪に内蔵することができないことを意味する。

【0014】

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、歯車列およびそれを備える車椅子またはキャスタが、簡単な構成で確実にセルフロックおよびロック解除できることにある。本発明の他の目的は、上記目的に加え、セルフロック時に、歯車列が備える第３の歯車の噛み合いにおける引っ掛かりを保持することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的を達成する本発明の特徴は、第１の軸に固定した第１の歯車と、前記第１の軸に平行な第２の軸に固定した第２の歯車と、前記第１、前記第２の軸の双方に平行な第３の軸に固定して取付けた第３の歯車を有し、前記第１の軸及び前記第３の軸は回転可能に支持され、前記第２の軸は回転及び移動可能に支持されている歯車列において、前記第１の軸と前記第２の軸と前記第３の軸のいずれに対しても垂直である軸垂直平面において、前記第１ないし前記第３の軸の軸心は一直線上には並ばずに三角形を形成し、前記第１の歯車は前記第２の歯車に噛み合い、前記第３の歯車は前記第１の歯車に噛み合うことなく前記第２の歯車に噛み合うように前記第１ないし前記第３の軸を配設し、前記第１ないし前記第３の軸の軸心が前記軸垂直平面において形成する三角形における、前記第１の軸の軸心と前記第３の軸の軸心を結ぶ線分と、前記第１の軸の軸心と前記第２の軸の軸心を結ぶ線分のなす角度（α_１）が、０°を超え１４°以下としたことにある。

【0016】

そしてこの特徴において、前記第２の軸を複数本設け、前記第３の軸を前記第２の軸と同じ本数だけ設け、前記第２の軸の各々にそれぞれ前記第２の歯車が遊嵌されており、前記第３の軸の各々に前記第３の歯車がそれぞれ保持されており、前記複数の前記第２の歯車は前記第１の歯車に噛み合い、前記第２の歯車の１つと前記第３の歯車の１つがそれぞれ噛み合い、これにより前記第１の歯車から前記第２の歯車を介して前記第３の歯車へ向かう複数の歯車列系統を構成し、前記各歯車列系統の前記角度（α_１）が、０°を超え１４°以下であるようにすることもできる。

【0017】

上記特徴において、前記角度（α_１）が、１２°～１４°の場合には、前記歯車列系統を６系統以上、１０°～１２°の場合には前記歯車列系統を３系統以上、８°～１０°の場合には歯車列系統を複数系統設けることが望ましい。また、前記第３の歯車を取り付ける軸の外径を、φ５ｍｍ以上第３の歯車の歯底円径未満とすることが好ましい。

【0018】

上記特徴において、前記第３の歯車が取付けられる前記第３の軸の前記第３の歯車が取付けられる位置では、前記第３の軸の断面形状が非円形であり、この非円形断面を有する前記第３の軸に取り付ける前記第３の歯車の内径部分がこの非円形断面に嵌合可能でかつなめらかには回転できないが、空転できるような相補的な形状であることが好ましい。そして、前記第３の軸の前記断面形状は多角形またはポリゴン形状もしくは楕円であり、前記第３の歯車の内径形状は、前記第３の軸の多角形またはポリゴン形状もしくは楕円に相補的な多角形またはポリゴン形状であることが望ましい。

【0019】

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、使用者を載置する載置部の側部に設けられた移動手段を備える車椅子において、各移動手段はそれぞれ車輪を備え、前記車輪のそれぞれに、前記車輪と連動して動くことが可能なハンドリムを設け、各車輪はその内部に上述の歯車列を含み、前記ハンドリムの逆回転に応じて前記車輪をセルフロックさせること可能とすることにある。

【0020】

上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、支柱（ステム）と、一端側がこの支柱の下端部に接続され他端側が分岐して形成されたフォークと、前記フォークの分岐した他端部を貫通して固定される車軸と、この車軸に取り付けられた車輪とを有するキャスタにおいて、前記車輪はその内部に上記歯車列を含み、前記車輪の逆回転に応じて前記キャスタにセルフロックを生じさせることを可能にすることにある。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、駆動側の第１の歯車軸と最終の第３の歯車軸とを所定位置に配置し、その間に中間歯車軸を介在させた２段の平行軸歯車からなる歯車列機構において、各歯車軸間に形成される三角形の角度を０°を超えて１４°以下の範囲に定めた。これにより、各歯車軸に配設した歯車が噛み合っている状態で、一方向駆動のみが可能で逆方向へは自動的にセルフロックされる状態を実現できた。また、中間歯車軸を動かすだけでロック解除が可能であり、簡単な構成でセルフロックおよびロック解除を実現でき、車椅子やキャスタに適用した場合には不測の後進を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る車椅子の一実施例の図である。

【図2A】図１に示した車椅子が備える歯車列機構の断面図である。

【図2B】図１に示した車椅子が備える歯車列機構の正面図および車軸と車椅子フレームの固定部の図である。

【図3】図２Ａ、２Ｂに示した歯車列機構が有する歯車列の配置を説明するための図である。

【図4】本発明に係る歯車列の種々の配置を示す図である。

【図5】本発明に係る歯車列の試験結果を示す表である。

【図6】図５に示した試験結果のグラフである。

【図7】図５に示した試験結果の一部を取り出したグラフである。

【図8】本発明に係る歯車列の他の試験結果を示す表である。

【図9】本発明に係る歯車列の第３の歯車軸の軸断面、および第３の歯車の内径形状の一実施例の断面図である。

【図10】本発明に係る複数の歯車列系統を備える歯車列の例を示す正面図である。

【図11】本発明に係るキャスタの一実施例の側面図、正面断面図及び側面部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、歯車列を備えた車椅子を例にとり、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る車椅子３００の一実施例の図であり、その側面図を示す。図２Ａは、図１に示した車椅子３００が備える車輪３２０周りの縦断面図であり、図２Ｂ（ａ）はその要部である歯車列機構２００の正面部分断面図、図２Ｂ（ｂ）は歯車列機構２００が備える車椅子フレームとの連結固定をになう回り止めブラケット２１２部の斜視図である。

【0024】

図１において、車椅子３００はパイプ材の加工および溶接、ネジ締結などにより作成されたフレーム３１０と、フレーム３１０に取り付けられた移動手段としての一対の車輪３２０および一対のキャスタ３３０を主要部品として備える。フレーム３１０は、使用者が座る座面（図示せず）を形成するための座面部、座面部３０３から斜め上方に延びる背もたれ部３０２と、背もたれ部３０２の上端部であって背もたれ部３０２から水平方向に延びる把持部３０４と、座面部３０３にほぼ平行であって座面部３０３の上方に位置し、使用者の腕を載置可能な肘掛け部３０６と、座面部３０３の斜め下方に位置し、使用者の足を載置するフットレスト３０８を備える。

【0025】

車輪３２０は、円形に構成されたタイヤ及びリム３１１を含むタイヤ部３１２と、タイヤ部３１２に隣り合い、タイヤ部３１２よりも車椅子３００の幅方向外側に配置され、タイヤ部３１２より一回り小径のハンドリム３１４を含む。ハンドリム３１４は、使用者が車椅子３００を前進、後退および方向転換する操作に用いられる。ハンドリム３１４の裏面側（すなわち車輪３２０側）の周方向３か所には、連結手段３１８を用いてハンドリム連結ステー３１６がほぼ等間隔に取り付けられている。タイヤ部３１２は、車輪３２０の中心部に配置された歯車列機構２００に、多数のスポーク３１３を用いて連結されている。

【0026】

歯車列機構２００は、詳細を後述するように、第１の歯車２０が取り付けられた第１の軸２６と、第２の歯車３０が取付けられた第２の軸３６と、第３の歯車４０が取り付けられた第３の軸４６を有する。本実施例では、第１の軸２６は車輪３２０の中心を貫通しており、第２、第３の軸３６、４６はそれぞれ３本設けられている。第１の軸２６に取り付けた第１の歯車２０の周方向ほぼ等間隔位置に、第２の歯車３０が第１の歯車２０と噛み合う状態で配設されており、各第２の歯車３０に噛み合う状態で各１個の第３の歯車４０が配設されている。したがって、本実施例の歯車列機構２００では、第１～第３の歯車２０、３０、４０からなる歯車列系統が、３系統形成されている。

【0027】

キャスタ３３０は、車輪３２０とともに車椅子３００を支持しており、車椅子３００の操舵にも用いられる。キャスタ３３０は、フレーム３１０に固定されるステム（支柱）３２４と、地面に当接する回動自在なキャスタ輪３２２と、ステム３２４の下端部に取り付けられ、キャスタ輪３２２の両側面部でキャスタ輪３２２を回動自在に支持する分岐した形状のフォーク３２６とを備える。フォーク３２６はステム３２４の軸心に対し回転自在に支持され、ステム３２４に対してフォーク３２６が旋回することで操舵される。

【0028】

図２Ａ、図２Ｂに、歯車列機構２００を詳細に示す。図２Ａ、２Ｂに示すように、車椅子３００において最外側に位置するリング状のハンドリム３１４には、その内側面で変形Δ形状のハンドリム連結ステー３１６が連結手段３１８を介して連結されている。図２Ｂ（ａ）では、２個だけ示しているが、ハンドリム連結ステー３１６は周方向にほぼ等間隔に３個設けられている（図１参照）。

【0029】

ハンドリム連結ステー３１６の内径側端部近傍は、リング状に形成され、後述する第１の軸受２０２の外輪側に当接する第２の歯車３０の保持板２２２にネジ締結されている。第２の歯車３０の保持板２２２の中心部には、第１の歯車２０に介装した第１、第２の軸受２０２、２０４（以後軸受２０６とも称す）を保持するための穴が形成されている。第２の歯車３０を保持する保持板２２２のさらに内側には、第１の軸受２０２と軸方向に並んで配設された第２の軸受２０４の外輪を保持する、第３の歯車４０の保持板２３６が配設されている。第３の歯車４０の保持板２３６は、軸方向に間隔を置いて１対設けられており、各保持板２３６、２３６の外周部は、ダストカバー２３４で覆われている。

【0030】

したがって、リング状の１対の保持板２３６、２３６と円筒状のダストカバー２３４は、中心部が開いた円筒容器部を形成する。円筒容器部の側面外周部には、スポーク板２３２がネジ止めされている。スポーク板２３２に形成した穴と、リム３１１に形成したスポーク３１３の固定部間を、スポーク３１３が接続して、タイヤ部３１２を、所定半径を有する円形に保つ。

【0031】

円筒容器部の内部に、歯車列１００が配置される。円筒容器部の反ハンドリム側もハンドリム側と同様の構成であるが、ハンドリムはなく、したがって歯車列１００を制御するためのハンドリム連結ステーもない。その代りに、歯車列機構２００が車輪３２０によりセルフロックが生じる方向に回転力を受けたときに、第１の軸がフレーム３１０に対して空転してしまわないように、回り止めブラケット２１２が設けられている。回り止めブラケット２１２は、フレーム３１０の背もたれ部３０２に当接することで、その動きを制限される。

【0032】

図２Ｂ（ｂ）に示すように、回り止めブラケット２１２は、横μ字形状をしており、フレーム３１０の背もたれ部３０２に当接し、間隔を置いて上下に配置した上板部２１２ａと下板部２１２ｃを備える。上板部２１２ａと下板部２１２ｃは、縦板部２１２ｂにより接続されている。上板部２１２ａと下板部２１２ｃをフレーム３１０の背もたれ部３０２に係合させるために、上板部２１２ａと下板部２１２ｃには、背もたれ部３０２の外径に応じた部分円弧状の切り欠き部２１４、２１６がそれぞれ形成されている。縦板部２１２ｂの上下方向中間には、第１の歯車２０の第1の軸２６が貫通するための貫通穴２１８が形成されている。貫通穴２１８は、第１の軸２６が回り止めブラケット２１２に対して回転するのを防止するキー２４６用のキー溝が形成された、凸部を有する円形になっている。

【0033】

一方、貫通穴２１６に対応するフレーム３１０の背もたれ部３０２は、直方体状の軸貫通部３０２ａを有し、この軸貫通部３０２ａは、円柱状のフレーム３１０を矩形状に遷移させる遷移部を上下に有する。軸貫通部３０２ａの上下方向中間部には第１の歯車２０の第１の軸２６が貫通するキー溝穴を有する貫通穴３０２ｂが形成されている。

【0034】

図２Ａに戻って、フレーム３１０の背もたれ部３０２の軸貫通部３０２ａ周辺とハンドリム連結ステー３１６と間の構成は、車輪３００のタイヤ部３１２の幅方向中心に対して、軸対称な構成になっている。すなわち、軸貫通部３０２ａよりも外側（図で右側）には第１、第２の軸受２０２、２０４が軸方向に並んで配設され、第１の軸受２０２の外輪を第２の歯車３０の保持板２２２が保持し、第２の軸受２０４の外輪を第３の歯車４０の保持板２３６が保持している。したがって、第１、第２の軸受２０２、２０４は軸方向に間隔を置いてそれぞれ１対ずつ設けられており、これらの軸受２０６（２０２、２０４）の内輪は、第１の軸２６に保持されている。第１の軸２６に取り付けた２つの軸受２０６、２０６間には、第１の歯車２０がキー２４４を介して取り付けられている。そのため第１の軸２６の対応位置には、キー溝が形成されている。

【0035】

歯車列機構２００が有する歯車列１００の配置を、図２Ａも参照して説明する。第１の軸２６の一端部（外側）にはサークリップの嵌合溝が形成されている。サークリップは、第１の軸受２０２の側面に当接することで、歯車列１００が配置された円筒容器部が、軸方向に移動することを規制する。第１の軸２６の他端部（内側）は、車輪３００の円筒容器部を貫通したのちにツバ部がフレーム３１０の背もたれ部３０２に形成した軸貫通部３０２ａに突き当たる。さらにツバよりも内側の軸部が背もたれ部３０２に係合する回り止めブラケット２１２の貫通穴２１８にキー２４６によりキー止めされたあと貫通穴２１８から内側に延在し、ナットで固定される。したがって第１の軸２６はフレーム３１０に対して固定され、第１の歯車２０もフレーム３１０に対して非回転となる。

【0036】

上述したように、第１の歯車２０に噛み合う３個の第２の歯車３０が、第１の歯車２０の周方向に等間隔に配置されている。第２の歯車３０は、第２の軸３６に所定隙間２５０で遊嵌している。本実施例ではこの所定隙間２５０は、１ｍｍ弱である。第２の軸３６の両端部は、第２の歯車３０の保持板２２２に保持されている。第２の歯車３０の保持板２２２の内径側は、第１の軸受２０２の外輪側を保持しているので、第２の歯車３０は第１の歯車２０と噛み合いながら第１の歯車２０の周りを回動できる。

【0037】

第２の歯車３０に噛み合う第３の歯車４０が、各第２の歯車３０ごとに設けられている。本実施例では、第２の歯車３０の個数が３個であるから第３の歯車４０の個数も３個である。第３の歯車４０は、第３の軸４６に隙間嵌めで嵌合されている。第３の軸４６の両端部は、第３の歯車４０の保持板２３６に形成した穴に嵌合し、ネジ等で保持板２３６に保持される。

【0038】

第３の歯車４０の保持板２３６、２３６は、一対の第２の歯車３０の保持板２２２、２２２の間にあるため、各第３の歯車４０の保持板２３６には、第２の歯車３０の第２の軸３６が貫通するための貫通穴が、第２の歯車３０の位置に対応して形成されている。貫通穴の内径は、第２の歯車３０の内径より大きい。第２の軸３６が第２の歯車３０の中心穴よりも所定隙間２５０だけ小径に設定されているので、第２の軸３６は、第２の歯車３０の中心穴内で移動することが可能である。第３の歯車４０の保持板２３６には、その移動を妨げない隙間２５２が形成されている。第３の歯車４０の保持板２３６の内径側は、第２の軸受２０４の外輪を保持しているので、第３の歯車４０は第２の歯車３０と噛み合いながら、ともに移動する。なお、第３の歯車４０の保持板２３６は、車輪２００のタイヤ部３１２に連結しているから、車輪２００の回動と共に、第２、第３の歯車３０、４０は回動する。

【0039】

このように構成した本実施例の車椅子３００では、進行方向にハンドリム３１４を回転したときには車椅子３００は前方に進むが、進行方向と逆方向にハンドリム３１４を回転すると車椅子３００はその進行を止める。このことを、歯車列１００だけを取り出した図３、４を用いて以下に説明する。

【0040】

図３は、歯車列１００を示す代表的な図であり、図４は、歯車列１００を構成する第１～第３の歯車２０、３０、４０の幾何学的関係を説明する図である。本実施例の歯車列１００では、第１の歯車２０は、その回転軸心２２で回転自在に位置固定されており、同様に第３の歯車４０もその回転軸心４２で回転自在に位置固定されている。一方、第２の歯車３０の内径と第２の軸３６の外径の間には、隙間３９が形成されている。言い換えれば、第２の軸３６は、第２の歯車３０の内周側で回転軸心３２が固定されておらず、隙間の範囲内での移動が許容されている。

【0041】

歯車列１００を構成する第１～第３の歯車２０、３０、４０は、モジュールｍのインボリュート標準歯車で、第１の歯車２０は第２の歯車３０とだけ、第２の歯車３０は第１の歯車２０と第３の歯車４０の双方に、第３の歯車４０は第２の歯車３０とだけ、それぞれ噛み合っている。各歯車のピッチ円は２４、３４、４４であり、各歯車の軸心は２２、３２、４２である。第１の歯車２０の軸心２２と第３の歯車４０の軸心４２との間の距離は、Ｌ（Ｌ＞（Ｒ_１＋Ｒ_３＋２ｍ）に設定されている。ここで、Ｒ_１は第１の歯車２０のピッチ円半径、Ｒ_３は第３の歯車４０のピッチ円半径である。

【0042】

第１～第３の歯車の軸心２２、３２、４２は、三角形の頂点を形成する。この三角形の３つの頂点２２、３２、４２を結ぶ線分１２、１４、１６がなす角の内、第１、第２の歯車２０、３０の軸心２２、３２を結ぶ線分１４が第１、第３の歯車２０、４０の軸心２２、４２を結ぶ線分１２となす角は、α_１である。同様に第２、第３の歯車３０、４０の軸心３２、４２を結ぶ線分１６が、第１、第３の歯車２０、４０の軸心２２、４２を結ぶ線分１２となす角はα_３である。

【0043】

ところで、歯車列１００において、上記角度α_１の大きさにより、歯車列１００の挙動もしくは性質が変化し、α_１が０°以上の所定角度範囲内で、時計回り方向の回転（正転）ができなくなるセルフロックが生じることを本発明者らは試験的研究により見出した。図４に歯車列１００の配置の変化による、歯車列１００の性質の変化の様子を模式的に示す。３個の金属製または一部樹脂製の歯車２０、３０、４０を、異なる噛み合い状態で、すなわち、歯数が異なる第１～第３の歯車２０、３０、４０の組のうちの、第１の歯車２０と第３の歯車４０について、上記角度α_１だけ変えて配置して、示している。パターン１～４を図４（ａ）～（ｄ）に示す。

【0044】

図４（ａ）はパターン１の場合の図であり、第１の歯車２０と第３の歯車４０の中心間距離Ｌが第１の歯車２０の歯先円半径（Ｒ_１＋ｍ）と第３の歯車４０の歯先円半径（Ｒ_３＋ｍ）の和より短い場合である（Ｌ＜｛（Ｒ_１＋ｍ）＋（Ｒ_３＋ｍ）｝）。この場合、第２の歯車３０を第１の歯車２０と第３の歯車４０の双方に噛み合わせると、上記距離Ｌが十分に長くないので、同時に第３の歯車４０が第１の歯車２０に噛み合う現象を生じる。その結果、第１の歯車２０を駆動しても、第１～第３の歯車２０、３０、４０では二重噛み合いが生じ、歯車間での回転伝達が不可能になる。

【0045】

図４（ｂ）、（ｃ）は、パターン２、３の場合の図である。第１の歯車２０と第３の歯車４０は噛み合わないように間隔を置いて配置されている。第１の歯車２０と第３の歯車４０の中心間距離Ｌは、第１の歯車２０の歯先円半径（Ｒ_１＋ｍ）と第３の歯車４０の歯先円半径（Ｒ_３＋ｍ）の和以上である（（Ｌ≧｛（Ｒ_１＋ｍ）＋（Ｒ_３＋ｍ）｝）。さらに、第２の歯車３０を介在させたときに、第２の歯車３０が第１の歯車２０と第３の歯車４０の間の隙間を通り抜けない距離にＬは設定される。すなわち、Ｌは第１の歯車２０のピッチ円半径Ｒ_１と第３の歯車４０のピッチ円半径Ｒ_３と第２の歯車のピッチ円直径２Ｒ_２の和より小さい（Ｌ＜（Ｒ_１＋Ｒ_２＋２Ｒ_３））。

【0046】

このような３個の歯車２０、３０、４０の中心位置設定において、第１の歯車２０の軸心２２と第３の歯車４０の軸心４２を結ぶ線分１２に対して第２の歯車３０の軸心３２と第３の歯車４０の軸心４２を結ぶ線分１４のなす角度α_１が、後述するように１４°を超えるかそれ以下かで、噛み合い状態が変化することを試験的に確認した。角度α_１が１４°を超えるパターン２を示す図４（ｂ）の場合には、３個の歯車２０、３０、４０からなる歯車列１００は通常の２段の変速機構の動きを示す。つまり、第１の歯車２０を正逆いずれの方向に回転しても、第１の歯車２０の回転力は第３の歯車４０まで伝達され、第３の歯車４０は第１の歯車２０と同一向きに回転する。

【0047】

（セルフロックの発生）
一方、本発明の特徴を示すパターン３の図４（ｃ）の場合には、上記角度α_１が１４°以下であり、第１の歯車２０を正転方向に回転駆動すると、第２の歯車３０が第１の歯車２０と第３の歯車４０の間に噛み込まれる、または図４（ｃ）で下方に動かされる。すなわち、第１の歯車２０を正転方向（図４（ｃ）で右回転）に回転させたにもかかわらず、通常の回転伝達であれば正転方向に回転しなければならない第３の歯車４０に逆転が生じる。その結果、第２の歯車３０は第１の歯車２０と第３の歯車４０の間に巻き込まれる形になり、第１の歯車２０の軸２６と第３の歯車４０の軸４６には、第２の歯車３０の巻きこみにより、軸２６、４６間を水平方向に押し広げる力が生じる。最終的にこの軸２６、４６間を押し広げようとする力と、第３の歯車４０の内径および第３の軸４６の接触面に存在する回転方向摩擦係数の積からなる摩擦力により、第３の歯車４０の回転が阻害され、歯車列１００にセルフロック現象が起こる。これにより、第１の歯車２０は回転を続けることができなくなる。

【0048】

図４（ｄ）は、第１の歯車２０の軸心２２と第３の歯車４０の軸心４２の間の距離Ｌが長くなり過ぎ、第２の歯車３０を介在させたときに、第１の歯車２０の回転トルクにより図で下向きの力が発生し、第２の歯車３０が第１の歯車２０と第３の歯車４０の間に形成される隙間を、下側へ通り抜ける場合である。このとき、上記長さＬは、Ｌ≧（Ｒ_１＋Ｒ_２＋２Ｒ_３）である。

【0049】

以上の知見を得た、歯車列１００を実際に製作して試験した結果の一例を、図５～図８に示す。図５～図７は、第１次試験結果の例であり、図８は第２次試験結果の例である。第１次試験結果の一覧を図５に、それをグラフ化して図６に示す。図７は、図５の一覧表の内、第１の歯車（Ｇ１）２０の歯数Ｚに応じて分類したグラフである。

【0050】

本試験では、第１の歯車（Ｇ１）２０、第２の歯車（Ｇ２）３０、第３の歯車（Ｇ３）４０の歯数Ｚを、１５枚（小歯車）、１９枚（中歯車）、２３枚（大歯車）に変化させた、全２７の場合についてセルフロックが生じる角度α_１を測定した。なお、本試験で用いた歯車は、歯幅が一定で、圧力角２０°のインボリュート標準歯車であり、モジュールｍ＝１．２５の金属（Ｓ４５Ｃ）歯車であり、第３の軸４６の軸径φｄはφ８である。第３の軸４６の軸径φｄは、第３の歯車４０における後述する引っ掛かりのための重要なファクタである。

【0051】

図５の一覧表において、左端の列は、試験番号をＡ１～Ａ２７で示し、続く１１列はセルフロックを生じた角度α_１を示す。最右端のＧ１Ｇ２Ｇ３の列は、第１の歯車（Ｇ１）２０と第２の歯車（Ｇ２）３０と第３の歯車（Ｇ３）４０の組み合わせを示す。例えば、Ｇ１Ｇ２Ｇ３の項が大中小であれば、第１の歯車の歯数Ｚが２３枚、第２の歯車の歯数Ｚが１９枚、第３の歯車の歯数Ｚが１５枚であることを示す。同一条件下での試験を１０回繰り返し、セルフロックが生じたときの角度α_１の最大値を、小数点以下を四捨五入して、その出現頻度で示している。

【0052】

図５に示したすべての試験結果をプロットしたのが、図６に示す頻度グラフである。第１の歯車（Ｇ１）２０、第２の歯車（Ｇ２）３０、第３の歯車（Ｇ３）４０について、大中小歯車を組み合わせた試験番号Ａ１～Ａ２７の試験の結果であり、同一の試験番号について各１０回試験した結果を示す。ある角度範囲でセルフロックが出現した割合を示すのが、図６の右目盛りの頻度曲線１０であり、ある角度範囲でセルフロックが出現した頻度は棒グラフ（左目盛り）で示している。

【0053】

頻度分布（左目盛り）では、α_１=９～１０°の点で６０回弱のピークを示し、α_１を９．５°以下にすれば、ほぼセルフロックが生じることがわかる。なお、同一歯車列機構２００に歯車列１００を複数系統設けると、それらのいずれかがセルフロックすれば装置全体がセルフロックする。したがって、図６の頻度曲線１０を参照すれば、α_１をさらに大きくしても歯車列１００を、後述する図１０に示すように、複数系統設けておれば、セルフロックさせることが可能なことが分かる。

【0054】

α_１=１２°～１４°の範囲では、６回に１回程度の確率でセルフロックが生じているので、歯車列を少なくとも６系統設ければ、確実にセルフロックを生じさせることができる。同様に、α_１=１０°～１２°の範囲では、３系統設ければよく、α_１=８°～１０°の範囲では複数系統、すなわち２系統以上設ければよい。α_１が８°以下であれば、１系統だけでもセルフロックを生じさせることができる。

【0055】

なお、歯車列を６系統よりもさらに多くすれば、α_１がより大きい角度でもセルフロックを起こさせる可能性はある。しかしながら図１０に示すように、歯車列機構２００が複雑になるとともに歯車の大きさや配列が制約を受け、実用的には成立しがたい。この試験結果からは６系統の歯車列を有し、α_１が１４°以下であることが、セルフロックの分岐点であることがわかる。

【0056】

図７は第１の歯車（Ｇ１）２０に大歯車、すなわちＺ＝２３枚（図７（ａ））、中歯車Ｚ＝１９枚（図７（ｂ））、小歯車Ｚ＝１５枚（図７（ｃ））を割り当て、第２の歯車（Ｇ２）３０と第３の歯車（Ｇ３）４０の歯数の組み合わせを種々変えた場合における、セルフロックが生じる角度α_１の頻度結果を示す図である。

【0057】

第１の歯車２０の歯数が多いほど、言い換えれば歯車系が大きいほど、セルフロックの生じる限界角度が小さくなる傾向にある。つまり、大歯車を第１の歯車２０に用いると、セルフロックの生じる範囲は狭くなる。一方、小歯車を第１の歯車２０に用いると、ばらつきはあるものの、大部分の場合においてセルフロックの生じる限界角度は大きくなる。これは、第１の歯車２０における回転トルクが、第１の歯車２０の径に依存しているので、この回転トルクを受ける、第３の軸４６とその第３の軸４６が嵌合する第３の歯車４０の内周穴の間の摩擦力がたとえ小さくても、回転トルクを受け止めやすいからと考えられる。

【0058】

中歯車を第１の歯車２０に用いた場合には、セルフロックの生じる限界角度の範囲のばらつきは大歯車の場合と同程度であり、限界角度は大歯車の場合より大角度側にシフトしている。このことから、第１の歯車２０の径は小径である方が望ましいことがわかる。ただし、本実施例で用いた小歯車ではばらつきが大きいので、実用的には中歯車を第１の歯車２０に用いるのが好ましい。小歯車を第１の歯車２０に用いたときのばらつきの原因は、組立公差が一定であれば相対的に組立誤差が大きくなること等が考えられる。

【0059】

本歯車列１００では第１の歯車２０の回転トルクを最終的に第３の歯車４０が回転自在に支持された第３の軸４６で受け止めている。したがって、第３の軸４６の外径および第３の軸４６と第３の歯車４０の内周穴形状が、セルフロックを生じさせる回転トルクの受け止めに影響することが分かる。セルフロックは、第２の歯車が第１と第３の歯車の間に巻き込まれ、それにより第３の歯車の回転軸を第１の歯車の中心軸から離そうとする力が生じた状態であり、その力を受けて大の歯車４０と第３の軸４６の接触面で大きな摩擦力が生じている状態であり、これは、歯車列１００を全体としてみた場合に、等速歯車列または増速歯車列であるときに生じやすい（図８のＮｏ．Ｂ８、Ｂ９参照）。

【0060】

図８に、第３の歯車４０を係止する第３の軸４６の軸径φｄの変化がセルフロックに及ぼす影響を示す。図８は、第３の軸４６の軸径を変えて試験した第２次試験の結果の一覧表である。試験番号Ｂ１～Ｂ９の９種類について、第３の歯車４０を黄銅または炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製として、第３の軸４６の材質をステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製として試験した。ここで、第１の軸２６の材質におけるピンク樹脂（試験番号Ｂ１、Ｂ２）は、ポリアセタールを示している。セルフロックを生じさせるためには、第３の歯車４０と第３の軸４６は引っ掛かりやすい材質がよいので、少なくとも第３の軸４６はそれ自身に潤滑性を持たない金属製としている。なお第３の歯車４０をプラスチック材料でも試験したが、第３の歯車４０と第３の軸４６の間に、セルフロックに至るだけの摩擦力を得られず不適であった。

【0061】

第２次試験では、第３の歯車４０の内径φｄの他に、モジュールｍや歯数Ｚも同時に変化させている。モジュールｍを小さくすると同程度の歯数であれば歯車径が小さくなるので、その歯車を回転自在に支持する軸径も小さくならざるを得ない。そこで、軸径をφ４～φ８まで変化させている。軸径φ４以下では、回転自在に支持できる歯車の中心穴径が小さくなりすぎる、もしくは歯が小さくなりすぎるので、セルフロックを生じさせることはできなかった（Ｎｏ．Ｂ１）。モジュールｍについては試験範囲では、いずれの場合もセルフロックを生じさせ得ることが分かった。第３の歯車４０と第３の軸４６の回転摺動面は、セルフロックの由来である摩擦力を大きくするために無潤滑で使用することが好ましいから、モジュールｍをこの第２次試験で用いたモジュールｍの範囲からかけ離れて大きくすると歯車が大型化し、伝達する回転力およびセルフロックで受け止める回転力も大きくなり、回転摺動面での焼き付き等を生じる虞れがあり不適である。歯数Ｚについては、上述した通り、歯車列１００を全体としてみた場合に、等速歯車列または増速歯車列である方が好ましい（図８のＮｏ．Ｂ８、Ｂ９参照）。

【0062】

以上の第１次、第２次試験結果を反映して、図１～２Ｂに示す車椅子３００の実施例においては、第１の歯車２０、第２の歯車３０、第３の歯車４０のそれぞれの中心２２、３４、４４の位置を、図４（ｃ）の関係になるように配置している。すなわち、車椅子３００が歯車列系統を３系統備え、上記所定角度α_１が１２°以下になるような位置に第１～３の歯車２０、３０、４０を配置している。それとともに、角度α_１が所定角を超える位置に第２の歯車３０を移動させる機構を備える。これは、第２の軸３６を第２の歯車３０の中心に形成した貫通穴に遊嵌させ、第２の軸３６を第３の歯車保持板２３６に対して所定の隙間２５２を設けて貫通させることで実現している。

【0063】

具体的には、図２Ａ、図２Ｂを参照して、ハンドリム３１４を進行方向に向けて回転させると、ハンドリム３１４に連結したハンドリム連結ステー３１６も順方向に同期回転する。ハンドリム連結ステー３１６は、第２の歯車３０の保持板２２２に接続しているので、保持板２２２に両端部を固定された第２の軸３６及びそれに遊嵌する第２の歯車３０もハンドリム３１４と同期回転する。第２の軸３６は第３の歯車４０の保持板２３６をも貫通しているので、両端部が保持板２３６に保持された第３の軸４６に取り付けられた第３の歯車４０も、第２の歯車３０とともに順方向に回転する。第３の歯車４０の保持板２３６は、車輪３２０のタイヤ部３１２にスポーク３１３を介して接続されているから、車輪３２０全体が、第２の歯車３０と同期して第１の軸２６の周りを順方向に回転する。これは通常の前進操作である。

【0064】

第１～第３の歯車２０、３０、４０はその軸中心間の距離を図４（ｃ）に説明した関係に設定してあるので、前進方向に向けた通常操作では車輪３２０は順方向に回転する。しかしながら、角度α_１がセルフロック作用を生じる角度に設定されているので、車輪３２０が外力により回され、歯車列機構２００が逆回転させられそうになるとセルフロックが生じる。

【0065】

歯車列にセルフロックを生じさせるためには角度α_１を０°を超えて１４°以下にすれば良いことが図６の結果から判明したが、車椅子３００に本歯車列１００を適用する場合には、安全面からセルフロックを解除できることも望ましい。そこで、セルフロックが解除する所定角度よりも角度α_１を大きくできるように、第２の軸３６を第２の歯車３０に遊嵌させて角度α_１を変化可能にしている。第２の歯車が、第１の歯車２０と第３の歯車４０に容易に巻き込まれることができ、円滑にセルフロックを得るために第２の軸３６を第２の歯車３０に遊嵌させている。一方、ハンドリム３１４を操作して車輪３２０を逆転させる場合には、第３の歯車支持板２３６と第２の軸３６の間に設けた所定の隙間２５２の分だけ、第２の軸３６を、第２の歯車３０の巻き込まれが解除される方向に引き上げることができる。これは、ハンドリム３１４を逆方向に回動させることで実現できる。

【0066】

セルフロック時の負荷は用いられる歯車２０、３０、４０の歯面で担持されるので、車椅子３００の場合には、少なくとも第３の歯車４０に金属製歯車を用いて負荷に耐えさせる。なお、第３の歯車４０と第３の軸４６の回転摺動面における摩擦がセルフロックを生じさせる必須要件であることを上述した。そこで、歯車２０、３０、４０の内径と軸２６、３６、４６の外径部に積極的に摩擦を得られる支持構造を採用する。この構造は、すべての歯車２０、３０、４０に採用してもよいが、少なくとも第３の歯車４０と第３の軸４６に適用する。

【0067】

第３の歯車４０と第３の軸４６に適用する回転トルク支持構造を、図９に示す。図９（ａ）は歯車２０、３０、４０が嵌合する軸２６、３６、４６の断面形状であり、本実施例では六角形である。なお、軸２６、３６、４６の断面形状は六角形に限るものではなく、非円形である、三角形、四角形、五角形、八角形も使用できる。また、ポリゴン等の多円弧形状でもよい。しかしながら製造コスト等を考慮すると、四角形、六角形、八角形が最良である。

【0068】

一方、軸２６、３６、４６に嵌合する歯車２０、３０、４０の中心部には、図９（ｂ）に示す軸２６、３６、４６の外形に応じた、多角形の穴２８、３８、４８が形成されている。この歯車２０、３０、４０の穴２８、３８、４８は歯面と一体に成形されるので、どのような穴でもよいが、軸２０、３０、４０に相補的な非円形形状である。本実施例では、等間隔に配置された１２個の角部を有する多角形穴２８、３８、４８になっている。

【0069】

図９（ｃ）は歯車２０、３０、４０を軸２６、３６、４６に嵌合した状態を示す図であり、嵌合状態では軸２６、３６、４６の角部が歯車２０、３０、４０の穴２８、３８、４８の角部に当接して、歯車２０、３０、４０と軸２６、３６、４６間の周方向滑りを防止する。これにより、歯車２０、３０、４０の歯面にセルフロックを破壊するような過大な力が負荷されても、歯車２０、３０、４０の中心部でこの過大な力に抗して歯車２０、３０、４０の回転を防止する。なお、歯車の内径と軸との嵌合部の摩擦を増すために、軸および／または歯車の内周面の表面粗さを粗くして嵌合部の摩擦力を増大させるようにしてもよい。

【0070】

図１０に、角度α_１が８°～１４°の場合に好適な、歯車列１００の例を示す。第２、第３の歯車３０、４０を複数設けて、複数の歯車列系統を構成した場合である。複数の第２の歯車３０、３０、…には、それぞれ１個、すなわち全体として第２の歯車３０と同数の第３の歯車４０、４０、…が噛み合っており、１個の第１の歯車２０から第２の歯車３０、次いで第３の歯車４０へ回転力が伝達される。共通の第１の歯車２０と各第２の歯車３０および各第３の歯車４０は歯車列系統を構成する。図１０（ａ）では、歯車列系統６２～６６が３系統あり、図１０（ｂ）では歯車列系統７２～７８が４系統、図１０（ｃ）では歯車列系統８２～９２が６系統示されている。ここで、第１の歯車２０と第２の歯車３０と第３の歯車４０の関係は、上述したセルフロックを発生する角度α_１に設定されている。

【0071】

歯車列系統６２～６６、７２～７８、８２～９２を複数個設けることにより、個々の歯車列系統のセルフロック確率が低くとも、歯車列１００としてセルフロックする確率を１００％にすることができる。また、各歯車列系統６２～６６、７２～７８、８０～９２を、第１の歯車２０の周方向にほぼ等間隔に配置しているので、車椅子等に適用した場合には、車輪の回転にアンバランスを生じず、円滑な回転が期待できる。なお、これらの図では図示を省略しているが、第２の歯車３０、３０、…同士、第３の歯車４０、４０、…同士はキャリア等で連結されていて、第２の歯車３０、３０、…同士および第３の歯車４０、４０、…同士の周方向間隔は常に一定に保たれ、互いに独立した動きは制限されている。

【0072】

次に、図１１を用いて本発明に係る歯車列１００を、キャスタ４００に適用した例を示す。キャスタ４００は、例えば図１に示した車椅子３００の前部の左右両側に配置され、キャスタ輪３２２を備えるキャスタ３３０である。本実施例では車椅子３００のキャスタ３３０について説明するが、台車や椅子、家具等の底部に取り付けられるものであっても同様の構成および作用・効果を奏する。

【0073】

図１１において、キャスタ４００は、車椅子３００のフレーム３１０の下部に取り付けるための主軸（ステム）４１０と、主軸４１０の下端部に取り付けられ、車輪４５０を回転自在に保持する分岐形状のフォーク４１２を有している。ステム４１０とフォーク４１２が互いに対して回動可能であるように、フォーク４１２の上端部には１対の転がり軸受４２２が配設されている。この軸受４２２により、ステムを車椅子３００に取り付けた場合に、車椅子３００は、座面に対して垂直な軸周り、すなわち地面に平行な面内で回動可能になる。

【0074】

フォーク４１２は、上下方向に斜めに延びる２側部４１２ａ、４１２ｂを有する。フォーク４１２のステム４１０への取付け部とは反対端部に、２側部４１２ａ、４１２ｂを横切る貫通穴が形成されている。この貫通穴には、歯車列１００の第１の軸２６が嵌合しており、第１の軸２６とフォーク４１２は、キー４０２およびナット４０４を用いて互いに固定されている。第１の軸２６の軸方向中間部には１対の軸受４３４、４３４が配設されており、第１の軸２６周りに車輪４５０が回転することを可能にする。

【0075】

車輪４５０は、外周部にタイヤ係止溝が形成された円板状のキャスタホイール４３０と、キャスタホイール４３０に装架されたタイヤ４３２及び中実の樹脂製タイヤインサートまたは中空のチューブ４３６を含む。タイヤ４３２とチューブまたはタイヤインサート４３６は一体となった樹脂製円板であってもよい。キャスタホイール４３０は、内部に本発明に係る歯車列１００を収容するために、軸方向に２つ割れ構造となっており、それぞれ左キャスタホイール４３０ｂと右キャスタホイール４３０ａと呼ぶキャスタホイール４３０を有している。各キャスタホイール４３０ａ、４３０ｂの半径方向中心部には凹部が形成されており、両キャスタホイール４３０ａ、４３０ｂを組み合わせたときに歯車列１００を収容する、収容空間４４０を形成する。

【0076】

歯車列１００は図３に示した歯車列と同様であり、第１の軸２６にキー４０６を用いてキー止めされた第１の歯車２０を、中心部に有する。第１の歯車２０の周囲部では、周方向にほぼ等間隔の位置で、３個の第２の歯車３０が第１の歯車２０と噛み合っている。各第２の歯車２０の中心部には穴が形成されており、この穴に１ｍｍ弱の隙間を持って第２の軸３６が回転自在に遊嵌している。各第２の歯車３０にはそれぞれ１個の第３の歯車４０が噛み合っている。第３の歯車４０の中心部には穴が形成されており、この穴に第３の軸４６が隙間嵌めで回転自在に嵌合している。それぞれ複数個の第２、第３の軸３６、４６は、それぞれの両軸端部において、ネジ４１６によりキャスタホイール４３０（４３０ａ、４３０ｂ）に固定保持されている。

【0077】

このように構成したキャスタ４００では、第２の歯車３０の軸３６が、キャスタホイール４３０（４３０ａ、４３０ｂ）内で遊動できるので、セルフロックを生じる角度α_１を形成することができ、キャスタ４００の逆転を防止できる。したがって、車椅子３００の前部にキャスタ４００を設けた場合には、キャスタ４００は、ハンドリムの後退動でキャスタ輪４３２の回動を停止してロックする。そして、必要に応じてハンドリムで車椅子３００自体を地面に平行な面内で回転させて方向転換すれば、キャスタ４００がステム４１０周りに回動し、キャスタ４００が順方向を向きセルフロックが解除される。

【0078】

以上説明したように、上記各実施例によれば第１～第３の歯車２０、３０、４０を備える歯車列１００において、第１～第３の歯車２０、３０、４０の配置を、角度α_１が１４°以下になるように配置したので、歯車列に所望のセルフロックを生じさせることが可能になる。また、第２の歯車３０を簡単な構成で移動可能にしているので、セルフロックを容易に解除できる。

【0079】

なお、上記説明においては、車椅子とキャスタを移動手段の例にしたが、本発明の歯車列は車椅子とキャスタに限らず、自転車の変速機やＤＣモータ、玩具等、前後進または順逆回転する手段を有する広範囲の機械装置や機構に適用できる。

【符号の説明】

【0080】

１０…出現頻度曲線、１２、１４、１６…線分、２０…第１の歯車（Ｇ１）、２２…中心軸（軸心）、２４…ピッチ円、２６…第１の軸、２８…（嵌合）穴、３０…第２の歯車（Ｇ２）、３２…中心軸（軸心）、３４…ピッチ円、３６…第２の軸、３９…隙間、４０…第３の歯車（Ｇ３）、４２…中心軸（軸心）、４４…ピッチ円、４６…第３の軸、６２～６６、７２～７８、８２～９２…歯車列系統、１００…歯車列、２００…歯車列機構、２０２、２０４、２０６…軸受、２１２…（回り止め）ブラケット、２１２ａ…上板部、２１２ｂ…立板部、２１２ｃ…下板部、２１４、２１６…切り欠き部、２１８…貫通穴、２２２…（第２の歯車）保持板、２３２…スポーク板、２３４…ダストカバー、２３６…（第３の歯車）保持板、２４４、２４６…キー、２５０…（所定）隙間、２５２…隙間、３００…車椅子、３０２…背もたれ部、３０２ａ…軸貫通部（角ラック）、３０２ｂ…軸貫通穴、３０３…座面部、３０４…把持部（グリップ）、３０６…肘掛け部、３０８…フットレスト、３１０…フレーム、３１１…リム、３１２…タイヤ部、３１３…スポーク、３１４…ハンドリム、３１６…ハンドリム連結ステー、３１８…連結手段、３２０…車輪（移動手段）、３２２…キャスタ輪、３２４…ステム（支柱）、３２６…フォーク、３３０…キャスタ、４００…キャスタ、４０２…キー、４０４…ナット、４０６…キー、４１０…支柱（ステム）、４１２…フォーク、４１６…ねじ、４２２…軸受、４３０ａ、４３０ｂ…キャスタホイール、４３２…タイヤ、４３４…軸受、４３６…チューブまたはタイヤインサート、４４０…収容空間、４５０…車輪、α_１…歯車中心間がなす角度

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】