車輪および走行装置
【課題】床面を走行する際には何らの障害も無く、段差や障害物を越える際には、車輪を上方に持ち上げつつ前進動作も行える車輪および走行装置を提供する。
【解決手段】本発明の車輪１５は、回転可能な駆動軸２０と、駆動軸２０の回転により回転する第１車輪部材１６と、第１車輪部材１６の回転により回転する第２車輪部材１７と、を備え、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、独立して回転可能であり、第１車輪部材１６は、第１車輪部材１６の内部から、第１車輪部材１６の外周の外部へ突出可能な爪部を有する。
【解決手段】本発明の車輪１５は、回転可能な駆動軸２０と、駆動軸２０の回転により回転する第１車輪部材１６と、第１車輪部材１６の回転により回転する第２車輪部材１７と、を備え、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、独立して回転可能であり、第１車輪部材１６は、第１車輪部材１６の内部から、第１車輪部材１６の外周の外部へ突出可能な爪部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡単な機構で、障害物を乗り越えることのできる車輪およびこの車輪を備えた走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車椅子、歩行器、車輪付きロボットなどの走行装置は、車輪を備えており、この車輪の回転動作によりこれらの走行装置は、前進および後退動作をする。図１７は、従来技術における走行装置の模式図である。
【０００３】
走行装置８０１は、台座８０２、台座８０２を支えつつ走行装置８０１の前進および後退動作を実現する車輪８０３を備えている。車輪８０３は、床面８０４の上を回転し、走行装置８０１を前進および後退させる。ここで、床面８０４には段差８０５（階段や障害物など）が存在することがある。
【０００４】
このような段差８０５があると、車輪８０３はその回転動作だけで段差８０５を超えることができず、使用者にとって非常な不便であった。一般に、車輪直径の３分の１以上の段差や障害物を、車輪は越えることができないといわれている。
【０００５】
このような段差や障害物を越える車輪について、いくつかの技術提案がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１は、車輪の回転が停止すると、ラチェットが飛び出して車輪を上方に持ち上げて、車輪が段差を超える技術を開示する。
【０００７】
特許文献２は、車輪が段差や障害物に衝突すると、モータが車輪の周りを公転し、車輪を持ち上げるジャッキアップを起動する技術を開示する。
【０００８】
特許文献３は、種々の形状を有する車輪を備えることで、段差や障害物を乗り越える技術を開示する。
【特許文献１】特開２００８−１３２９０８号公報
【特許文献２】特開２００７−６９８０３号公報
【特許文献３】特開昭５１−６１９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には次のような問題があった。
【００１０】
特許文献１の車輪は、車輪にラチェットが仕込まれており、車輪の回転が停止するとラチェットが飛び出して車輪を上方に持ち上げる。しかし、特許文献１は、（１）車輪の回転は止まったままなので、上方に持ち上げられた後での車輪の回転動作がなく、段差や障害物に対して前進する動作が弱い、（２）ラチェットは車輪を上方に持ち上げる機能を有するが、段差や障害物に引っかかりを与える機能をほとんど有さない、との問題を有し、段差や障害物を乗り越えつつ前進する（あるいは後退する）ことが十分ではない。
【００１１】
特許文献２の車輪は、モータの公転によってジャッキアップが行われて車輪が持ち上がる。このようなジャッキアップであると、特許文献１の有する（１）、（２）の問題に加えて、段差に対して上昇する機能はあっても段差を前進したり後退したりする機能が弱い。また、ラチェットやジャッキアップであると、車輪からの飛び出しや車輪への格納に時間がかかり、段差や障害物を越えるのに時間がかかる問題がある。
【００１２】
このように、特許文献１、２で開示される技術では、車輪が段差や障害物に衝突すると、車輪の機能が停止して車輪を持ち上げる機能だけに移り変わってしまう。このため、特許文献１、２の技術は、（Ａ）段差や障害物を越える、（Ｂ）越えつつ段差や障害物の上を前進あるいは後退して進む、との２つの機能を十分に発揮できず、段差や障害物を越える走行装置に用いる車輪としては不十分である。
【００１３】
また、特許文献３の技術は、星型や角型などの円形ではない車輪を予め備えることで、段差や障害物を乗り越える技術を開示する。段差を乗り越えることだけを意図するのであれば、このような円形ではない特殊な形状を有する車輪でよいが、通常の床面や地面を走行する際には不便である。
【００１４】
また、特許文献３の第７図は、偏心カムを用いて爪が飛び出す車輪を開示するが、このような車輪は、平坦な床面を走行中でも上方に爪が突出するので、使い勝手が非常に悪い。勿論、車輪の回転数が高くなる（すなわち、走行動作が高速になる）と飛び出した爪が床面に当たる問題も生じる。特許文献３に開示される車輪や走行装置は、例えば玩具に使われる程度であれば使用上の不便は少ないが、車椅子や歩行器などの実用製品においては不向きである。
【００１５】
このように、特許文献１〜３の技術は、（Ａ）段差や障害物を越える、（Ｂ）越えつつ段差や障害物の上を前進あるいは後退して進む、との２つの機能を同時に備えておらず、床面を走行するときの車輪としての機能および段差や障害物を乗り越える際の車輪も持ち上げ機能、をそれぞれ択一的に発揮することしかできない問題を有していた。
【００１６】
本発明は、上記の問題を解決しつつ、床面を走行する際には何らの障害も無く、段差や障害物を越える際には、車輪を上方に持ち上げつつ前進動作も備える車輪および走行装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題に鑑み、本発明の車輪は、回転可能な駆動軸と、駆動軸の回転により回転する第１車輪部材と、第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材と、を備え、第１車輪部材と第２車輪部材とは、独立して回転可能であり、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方は、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方の外周へ突出可能な爪部を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の車輪は、通常の床面を走行する際には、駆動軸からの回転を受けて第１車輪部材および第２車輪部材によって走行する。走行中に車輪が、段差や障害物に衝突すると第２車輪部材の回転に阻害要因が生じて、爪が突出し、この爪が（ａ）車輪を上方に持ち上げ、（ｂ）段差や障害物に引っかかりを生じさせ、（ｃ）駆動軸からの動力によって自立的に回転する第１車輪部材の前進動作が加わって、段差や障害物をスムーズに乗り越える。
【００１９】
また、複数の爪が突出することで、車輪を持ち上げたり、段差や障害に引っかかりを加えたりする複数の機能を同時に実現できる。
【００２０】
このような車輪を用いる走行装置は、車椅子、歩行器、車輪付きロボットなどの幅広い分野への利用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の第１の発明に係る車輪は、回転可能な駆動軸と、駆動軸の回転により回転する第１車輪部材と、第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材と、を備え、第１車輪部材と第２車輪部材とは、独立して回転可能であり、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方は、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方の外周へ突出可能な爪部を有する。
【００２２】
この構成により、車輪は、段差や障害物を容易に乗り越える。
【００２３】
本発明の第２の発明に係る車輪では、第１の発明に加えて、第２車輪部材の回転に阻害要因が生じる場合に、爪部が突出する。
【００２４】
本発明の第３の発明に係る車輪では、第１または第２の発明に加えて、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数と、に差が生じる場合に、爪部が突出する。
【００２５】
これらの構成により、車輪が段差や障害物に衝突したことを、第２車輪部材と第１車輪部材との回転数の差によって検知でき、衝突したところで、爪が突出する。突出した爪は、車輪を持ち上げたり段差への引っ掛かりを生じさせたりするので、車輪は段差や障害物を容易に乗り越えることができる。
【００２６】
本発明の第４の発明に係る車輪では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、第２車輪部材は、第１車輪部材の外周を覆う。
【００２７】
この構成により、第１車輪部材は第２車輪部材を駆動する役割を担い、第２車輪部材は、実際の走行および爪を突出させる契機を生じさせる役割を担う。また、第２車輪部材が第１車輪部材の外周を覆うことで、車輪の幅方向を小型化できる。
【００２８】
本発明の第５の発明に係る車輪では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、第２車輪部材は、第１車輪部材の側面に配置される。
【００２９】
この構成により、第１車輪部材は第２車輪部材を駆動する役割を担い、第２車輪部材は、実際の走行および爪を突出させる契機を生じさせる役割を担う。また、第２車輪部材が第１車輪部材の側面に配置されることで、第２車輪部材の外周に爪の突出用の開放部を設けなくても良い。
【００３０】
本発明の第６の発明に係る車輪では、第１から第５のいずれかの発明に加えて、爪部は、第１車輪部材の外周において、異なる位置へ突出可能な複数の爪を有する。
【００３１】
この構成により、車輪が段差や障害物を乗り越えやすくなる。
【００３２】
本発明の第７の発明に係る車輪では、第６の発明に加えて、複数の爪は、相互に９０度以上の交差角を有する。
【００３３】
この構成により、ある爪は車輪を上方に持ち上げ、別の爪は段差への引っ掛かりを生じさせる。これら２つの機能が相まって、車輪は、段差や障害物を乗り越えやすくなる。
【００３４】
本発明の第８の発明に係る車輪では、第６から第７のいずれかの発明に加えて、複数の爪の少なくとも一部は、滑り止めを有している。
【００３５】
この構成により、爪は、段差や障害物を捕まえやすくなる。また床面に対して逆すべりをしにくくなり、車輪の空回りを防止できる。
【００３６】
本発明の第９の発明に係る車輪では、第６から第８のいずれかの発明に加えて、複数の爪の少なくとも一つは、その先端にテーパー部を有している。
【００３７】
この構成により、車輪の空回りを防止できる。
【００３８】
本発明の第１０の発明に係る車輪では、第６から第９のいずれかの発明に加えて、複数の爪の内、第１車輪部材の接地面に向けて突出する爪は、第１車輪部材を接地面より上昇させ、複数の爪の内、第１車輪部材の進行方向に向けて突出する爪は、進行方向に位置する障害物への引っ掛かりを生じさせる。
【００３９】
この構成により、車輪は、容易に段差や障害物を乗り越えつつ前進できる。
【００４０】
本発明の第１１の発明に係る車輪では、第１車輪部材は、先端より爪を押し出すカム機構を有し、カム機構は、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数とに差が生じる場合に、爪を押し出す。
【００４１】
この構成により、爪は第１車輪部材と第２車輪部材との回転数の差によって確実に突出できる。
【００４２】
以下、図面を用いて説明する。
【００４３】
なお、本明細書で車輪とは、車椅子、歩行器、自転車、自動車、輸送機器、車輪付きロボット、車輪付き玩具、車輪付き計測装置など、車輪によって走行する走行装置に使用される車輪を幅広く含む。タイヤでも金属製の車輪でも木製や樹脂製の車輪でも幅広く含む。
【００４４】
また、走行装置とは、車輪によって床面や地面を走行（手動と自動とを問わない）する装置を幅広く含む。
【００４５】
また、第１車輪部材および第２車輪部材における「第１」、「第２」の用語は、便宜上用いるものである。
【００４６】
（実施の形態１）
まず、全体概要を説明する。
【００４７】
（全体概要）
図１は、本発明の実施の形態１における走行装置の模式図である。図１は、車輪を備える走行装置１を示している。走行装置１の説明により、実施の形態１の車輪の概要を説明する。
【００４８】
走行装置１は、台座２と、台座２から伸びるシャフト５と、シャフト５の先端に回転可能に接続された前輪３と後輪４とを備える。前輪３と後輪４とは、シャフト５の先端に設けられる駆動軸（図示せず）の駆動によって回転して、走行装置１の前進および後退を行わせる。
【００４９】
前輪３と後輪４とは、後述するように、第１車輪部材と第２車輪部材とを備え、第１車輪部材が外部へ突出する爪部を有する車輪である。なお、爪部は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれが有していても良い。
【００５０】
床面１０が平坦状態である場合には、前輪３と後輪４とは、床面上を普通に回転して走行装置１を前進させる。このとき、前輪３と後輪４とは、円形の形状を有したままで回転する。具体的には、回転する駆動軸に接続されて駆動軸の回転によって第１車輪部材が回転し、この第１車輪部材は、その回転によって第２車輪部材を回転させる。床面１０が平坦な状態では、第１車輪部材は駆動軸からの回転力によって回転し、第２車輪部材は第１車輪部材の回転によってそのまま回転させる。床面が平坦であるので、第１車輪部材と第２車輪部材との回転に阻害要因が生じないからである。
【００５１】
ここで、走行装置１が、段差１１と衝突する。具体的には前輪３が段差１１と衝突する。前輪３の備える第１車輪部材は駆動軸からの駆動力を受けるので回転が継続するが、第２車輪部材は、第１車輪部材の回転によって回転するので、段差１１に衝突することで第２車輪部材の回転は低減する。このように、第２車輪部材は、段差１１への衝突によって回転動作に阻害要因を受ける。言い換えると、第１車輪部材と第２車輪部材とに回転数の差が生じる。
【００５２】
ここで、第１車輪部材は、内部から第１車輪部材の外周の外部へ突出する爪部６を有している。爪部６は、第２車輪部材の回転に阻害要因が生じ（第１車輪部材と第２車輪部材との回転数とに差が生じる）、第２車輪部材だけが停止し第１車輪部材だけが回転するようになると、この回転力によって突出する。
【００５３】
第１車輪部材および第２車輪部材の一方は、爪部６を突出させるカム機構を備え、他方は、カム機構によって爪部６の突出の際の案内通路となるガイドレールを備えている。第１車輪部材と第２車輪部材とは、カム機構とガイドレールとを分担して有することで、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数の差が生じる場合に、爪部６を突出させる。なお、第１車輪部材と第２車輪部材とは、カム機構とガイドレールを分担して備えればよく、爪部６は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれに格納されても良い。また、爪部６は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれかに格納されていなくても、カム機構を通じて、カム機構を備える車輪と接続されていればよい。
【００５４】
突出した爪部６は、段差１１に引っかかりを生じさせると共に前輪３を持ち上げる。結果として前輪３は、段差１１を乗り越える。なお、後輪４も前輪３と同じ構成を有しており、後輪４も段差１１に衝突すると爪部６を突出させて段差１１を乗り越える。
【００５５】
このように、前輪３と後輪４とが爪部６を用いて段差１１を乗り越えることで、走行装置１が、段差１１を乗り越える。
【００５６】
（車輪と車輪の動作について）
次に、図２、図３を用いて、車輪の構成および車輪の動作について説明する。図２、図３は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図２、図３は、車輪を横方向から見た図を示している。なお、図２は、第２車輪部材から第１車輪部材の内部を透視した状態を示している。
【００５７】
車輪１５は、図１の前輪３および後輪４に用いられる。
【００５８】
車輪１５は、回転可能な駆動軸２０と、駆動軸２０の回転により回転する第１車輪部材１６と、第１車輪部材１６の回転により回転する第２車輪部材１７とを備える。第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは独立して回転可能であって、図２、図３では、第１車輪部材１６の外周を第２車輪部材１７が覆う。
【００５９】
また、第１車輪部材１６は、爪１８を突出させるカム機構を備え、第２車輪部材１７は、爪１８の突出を案内するガイドレールを備える。爪１８は、カム機構によって、第１車輪部材１６と接続される。
【００６０】
第１車輪部材１６は、爪部を備え、爪部は複数の爪１８を有しており、複数の爪１８は、第１車輪部材１６の内部から第１車輪部材１６の外周の外部へ突出可能である。複数の爪１８の突出により、車輪１５は、段差や障害物を越えることができる。なお、爪部は複数の爪１８を有しているが、単数の爪を有していても良い。なお、図２、図３では、第１車輪部材１６が爪１８を備えている構成でも良い。
【００６１】
爪１８は、通常の走行時には、第１車輪部材１６の内部に格納されており、車輪１５が段差や障害物を越える際に第１車輪部材１６の外部へ突出する。図２、図３に示される車輪１５は、第１車輪部材１６の外周を覆う第２車輪部材１７を備えているので、爪１８は、第１車輪部材１６の外周を起点に第２車輪部材１７の外周から突出する。
【００６２】
車輪１５は、平坦な床面や地面を走行中においては、図２に示されるように爪１８を突出させない。駆動軸２０は、第１車輪部材１６に回転力を与えて第１車輪部材１６が回転する。第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６の外周を覆っているので、第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６の回転によって与えられる回転力によって回転する。ここで、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、回転力の伝導のために弾性体１９で接続されている。弾性体１９は、第１車輪部材１６の回転力（ここでは前進する際の回転力）を、外周を覆う第２車輪部材１７に伝導するすなわち、第１車輪部材１６は、前進する際の回転を、弾性体１９を介して第２車輪部材１７に与える
床面や地面が平坦である場合には、第１車輪部材１６の回転はそのまま第２車輪部材１７に与えられ、第２車輪部材１７が床面や地面を前進する。すなわち、床面や地面が平坦である場合には、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とのそれぞれの回転数に差は生じず、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とが一体となって床面や地面に対して前進動作を行う。この場合には、爪１８が第１車輪部材より突出することはない。
【００６３】
ここで、車輪１５が段差や障害物に衝突すると、床面や地面に実際に接する第２車輪部材１７の回転に阻害要因が生じる。一方で、第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力を受けているので、回転への阻害要因は生じない。特に、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、駆動軸２０を基準にして独立して回転可能なので、第２車輪部材１７の回転が低減したり停止したりしたとしても、第１車輪部材１６は駆動軸２０から受ける回転力に従った回転を続ける。
【００６４】
すなわち、車輪１５が段差や障害物に衝突すると、車輪１５において、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる。
【００６５】
ここで、爪１８は、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差で突出する。第１車輪部材１６は、爪１８に接続するカム機構を備え、第２車輪部材１７は、爪１８を突出させる案内通路となるガイドレールを備える。爪１８は、第１車輪部材１６の前進方向への回転力によって飛び出そうとし、第２車輪部材１７の前進方向への回転によって格納されようとする構成（第１車輪部材１６に備えられるカム機構と接続されることで実現できる）を有している。このため、第２車輪部材１７の回転に阻害要因が生じ、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる場合に、爪１８はガイドレールを通じて外部へ突出する。図３は、このように外部へ爪１８が突出した状態を示している。なお、図では、第１車輪部材１６から第２車輪部材１７を経由して、第２車輪部材１７の外周から突出する状態を示している。
【００６６】
爪１８は、外部へ突出することで、車輪１５を上方に持ち上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。この結果、車輪１５は、段差や障害物を乗り越えると共に段差や障害物の上を前進する。結果として、走行面に段差（階段など）や障害物がある場合でも車輪１５は、これらを乗り越えて前進を続けることができる。
【００６７】
なお、図２、図３では、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う形態について説明したが、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の側面に配置される形態であっても良い。
【００６８】
図４は、本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。第１車輪部材と第２車輪部材とがそれぞれ側面同士に接続されている状態が示されている。
【００６９】
第１車輪部材１６は、駆動軸２０に接続されており、駆動軸２０の回転力をうけて回転する。第１車輪部材１６は、その側面に第２車輪部材１７を接続しており、第１車輪部材１６自身の回転力を第２車輪部材１７に伝えて第２車輪部材１７を回転させる。第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、弾性体１９で接続されており、第１車輪部材１６は、この弾性体１９によって第２車輪部材１７に回転力を伝導する。なお、弾性体でなくとも、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、接続部材で接続されていればよい。
【００７０】
ここで、第２車輪部材１７の直径は第１車輪部材１６の直径よりも大きく、第１車輪部材１６からの回転力によって回転する第２車輪部材１７が、実際の床面や地面に接して車輪１５を走行させる。
【００７１】
図４の車輪１５の場合も、図２、図３の車輪と同様に段差や障害物に衝突すると、第２車輪部材１７の回転が阻害される。第２車輪部材１７の回転が阻害されても第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力によって回転を継続する。このため車輪１５が段差や障害物に衝突すると、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる。第１車輪部材１６は、第２車輪部材１７が回転を停止しても前進方向に回転を継続するので、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じる。第１車輪部材１６は、カム機構を有し、第２車輪部材１７は、ガイドレールを有する。第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じると、第１車輪部材１６の有するカム機構が作動する。カム機構は、爪１８と接続しており、爪１８は、停止状態にある第２車輪部材１７の備えるガイドレールに従って突出する。この結果、第２車輪部材１７から爪１８が外部へ突出する。
【００７２】
外部へ爪１８が突出すると、爪１８は、床面や地面から車輪１５を上方に押し上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。また、このとき第１車輪部材１６は回転を継続しているので、段差や障害物の上に乗り上げた車輪１５は、第１車輪部材１６の回転力を用いて段差や障害物の上を回転して前進する。前進する結果、第２車輪部材１７の回転への阻害要因が消滅すれば、第１車輪部材１６からの回転力によって第２車輪部材１７も回転して、車輪１５はそのまま前進を継続する。
【００７３】
以上のように、図４に示されるように、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、側面同士で接続されていてもよい。実施の形態１における車輪は、図２、図３に示されるように、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う形態であっても、図４に示されるように第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とが側面同士で接続される形態であっても、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じることで爪１８を突出させる。爪１８は、車輪１５を持ち上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。更にこの場合でも、第１車輪部材１６は、回転を停止しないので、前進方向への力も生じさせる。これらが相まって、車輪１５は、段差や障害物を容易に乗り越える。勿論、乗り越えた後では、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数が均衡するので、爪１８は格納され、床面や地面での走行に悪影響は生じない。
【００７４】
（車輪の詳細図面）
図５〜図１０に、車輪の構造図を示す。図５〜図１０は、いずれも図２、図３と同様に、第２車輪部材が第１車輪部材の外周を覆う構造を有する車輪を示す。
【００７５】
図５は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図５は、爪１８の突出していない車輪１５を側面から見た状態を示している。
【００７６】
第１車輪部材１６は、駆動軸２０の回転力を受けるように、駆動軸２０に接続している。第１車輪部材１６は、駆動軸２０の回転によって回転する。第１車輪部材１６は、内部に爪１８を格納する。第１車輪部材１６は、カム機構を内蔵し、カム機構の動作によって、爪１８が押し出される。カム機構は、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じると、爪１８を外部に突出させる。第２車輪部材１７は、ガイドレール３０を備えている。ガイドレール３０は、爪１８の突出を案内する。
【００７７】
第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、弾性体１９で接続されている。弾性体１９は、バネ、ゴム、弾性素材でできた棒状体、紐、いたばね、つるまきバネなどである。弾性体１９は、前進動作において、第１車輪部材１６が第２車輪部材１７に回転動作を伝える。このため、第２車輪部材１７の回転に阻害要因が生じると、第１車輪部材１６が回転を継続し、第２車輪部材１７が回転を停止して、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じる。ただし、爪１８が突出して第２車輪部材１７が回転すると、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、回転するようになって、第１車輪部材１６の空転も無くなる。
【００７８】
弾性体１９によって、床面や地面が平坦である場合には、第１車輪部材１６は第２車輪部材１７に回転を伝えて、第１車輪部材１６の回転数と同じ回転数で、第２車輪部材１７が回転する。
【００７９】
図６は、本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。図６は、図５の車輪を正面から見た状態を示している。
【００８０】
図６も、車輪１５が通常状態にあって、爪１８を突出させていない。
【００８１】
図７は、本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。図７は、図５、図６の車輪を斜めから見た状態を示している。図７も、爪１８が突出する前の車輪１５を示している。
【００８２】
図５〜図７から明らかな通り、車輪１５は、内周側の第１車輪部材１６と外周の第２車輪部材１７とを備え、第１車輪部材１６が第２車輪部材１７を回転させて、車輪１５が走行する。
【００８３】
図８は、図５〜図７に示される車輪１５が段差や障害物に衝突して、爪１８を突出させている状態を示す。
【００８４】
図８は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図８は、第１車輪部材１６から爪１８が突出している状態を側面から示している。車輪１５が平坦な床面や地面から段差や障害物に衝突すると、外周を覆う第２車輪部材１７の回転が阻害される。第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力を受け続けるので、第２車輪部材１７の内部において回転を継続する。このため、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる。
【００８５】
第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、弾性体１９で前進方向に接続されているので、第２車輪部材１７の回転が低減あるいは停止すると、弾性体１９が伸びて第１車輪部材１６内部に格納されているカム機構を動作させる。カム機構は爪１８を接続している。カム機構が動作することで、爪１８がガイドレール３０を通して押し出される。カム機構は、板カム、共役カム、端面カムなど、様々なカムが含まれる。カム機構は、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差分で動作する。すなわち、カム機構は、一種のセンサーの役割を担っているともいえる。
【００８６】
第２車輪部材１７は、爪１８の突出する位置に開放部２１を備えており、爪１８は第１車輪部材１６あるいは第２車輪部材１７の内部からこの開放部２１を経由して外部に突出する。図８では、第１車輪部材１６は、４つの爪１８を備えており、４つの爪１８が、それぞれ所定の位置から突出する。このように、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う構造を有する場合には、第２車輪部材１７は、爪１８が突出できる開放部２１を備えておき、爪１８は、この開放部２１を経由して外部に突出する。
【００８７】
図９は、本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。図９は、図８の車輪を正面から見た状態を示している。図８と同じく、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じ、第１車輪部材１６の内部から、外周の外部へ爪１８が突出している。
【００８８】
図１０は、本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。図１０は、図８の車輪を斜めから見た状態を示している。やはり、爪１８が突出している。
【００８９】
図８〜１０から明らかな通り、車輪１５が段差や障害物に衝突すると、第２車輪部材１７の回転が阻害される。この阻害の結果、第１車輪部材１６の回転数と第２車輪部材１７の回転数に差が生じ、第１車輪部材１６の内部のカム機構が、爪１８を押し出して、ガイドレール３０および開放部２１を経由して、爪１８が外部に突出する。
【００９０】
以上のように、実施の形態１における車輪は、段差や障害物に衝突しても回転動作を続ける第１車輪部材と、段差や障害物に衝突すると回転動作を低減する第２車輪部材とを備えることで、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数とに差が生じると、第１車輪部材が爪を突出させる。この爪が、車輪を上方に持ち上げるとともに段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。更には、第１車輪部材は回転を継続しているので、段差や障害物に乗り上げた後でも前進走行を継続して、結果的には、車輪が段差や障害物を乗り越えて走行できる。
【００９１】
次に、各部の詳細について説明する。
【００９２】
（第１車輪部材）
第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力によって回転する。また、第１車輪部材１６は、爪１８に接続されるカム機構を備える。
【００９３】
第１車輪部材１６は、ゴムタイヤ、鉄による車輪、木や樹脂による車輪など、幅広く含む。
【００９４】
第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力によって回転するが、駆動軸２０が例えばモータやエンジンなど自動で回転する駆動部によって回転する場合であっても、駆動軸２０が手動で回転する場合であっても、駆動軸２０からの回転力で回転する。例えば、車輪１５が、おもちゃのラジコン、ロボット、電動車椅子、電動歩行器など、モータやエンジンなどの駆動部を有する走行装置に取り付けられている場合には、モータやエンジンからの駆動力によって、駆動軸２０が回転する。一方、車輪１５が、車椅子、手動のおもちゃ、手動歩行器など、手動で駆動する走行装置に取り付けられている場合には、手動によって与えられる駆動力によって駆動軸２０が回転する。この駆動軸２０の回転によって、第１車輪部材１６は、回転する。
【００９５】
このように、第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力を受けることで回転を行う。
【００９６】
第１車輪部材１６は、第２車輪部材１７の内側に設けられてもよく、第２車輪部材１７の側面に設けられても良い。また、第１車輪部材１６は、駆動部２０からの回転力を第２車輪部材１７に与える機能を有し、第１車輪部材１６そのものは、床面や地面に接して走行する機能を有さない。
【００９７】
第１車輪部材１６は、第２車輪部材１７に回転力を伝えるために、第２車輪部材１７と接続する。これは、第２車輪部材１７が障害物に衝突して回転を停止する場合に、第１車輪部材１６は駆動軸２０からの回転を受けて空転することによって第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差を生じさせるためである。勿論、第２車輪部材１７が爪１８の働きによって障害物において動作し始めれば、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とが揃って回転するようになる。
【００９８】
一例として、弾性体１９によって、第１車輪部材１６は第２車輪部材１７と接続され、第１車輪部材１６の回転が第２車輪部材１７にそのまま与えられている状態では、弾性体１９は定常状態にあり、第１車輪部材１６の回転が第２車輪部材１７に伝わる際に阻害要因が生じていれば、弾性体１９は伸びた状態となる。このように、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とを接続する弾性体１９は、第１車輪部材１６の回転力を第２車輪部材１７に伝えると共に、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差を検知できる。この検知によって、カム機構が作動し、爪１８を突出させる。
【００９９】
なお、第１車輪部材１６は、駆動軸２０の回転力を第２車輪部材１７に伝える機能を有すればよいので、円形のみならず楕円形や多角形であってもよい。
【０１００】
（第２車輪部材）
第２車輪部材１７は、実際に床面や地面に接して車輪１５を走行させる。また、第２車輪部材１７は、爪１８を突出させる案内通路となるガイドレール３０を備える。
【０１０１】
第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６の外周を覆うように形成されてもよいし、第１車輪部材１６の側面に形成されても良い。第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６からの回転力を受けて回転し、床面や地面の上を走行する。
【０１０２】
第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６と同じ回転軸を有するが（すなわち、駆動軸２０を基準に回転動作する）、第１車輪部材１６とは独立して回転できる。すなわち、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、同じ回転数で回転する場合と、異なる回転数で回転する場合とが生じる。後者の場合には、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じて、後述の通り第１車輪部材１６から爪１８が突出する。
【０１０３】
第２車輪部材１７も第１車輪部材１６と同じく、ゴムタイヤ、鉄による車輪、木や樹脂による車輪など、幅広く含む。床面や地面を走行できればよいので、その材質・構造・製造方法の別を問うものではない。
【０１０４】
第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６と同じく楕円形や多角形でもよいが、床面や地面に接して走行するので、円形であることが好ましい。また、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う構成の場合には、第１車輪部材１６から突出する爪１８を通すための開放部２１を備えている。
【０１０５】
また、図４のように第１車輪部材１６の側面に第２車輪部材１７が設置される構成の場合には、第２車輪部材１７の直径は、第１車輪部材１６の直径よりも大きいことが接地の点から好適である。
【０１０６】
なお、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、「第１」、「第２」なる用語によって特段に区別されるものではなく、それぞれで必要な機能を分担できればよい。
【０１０７】
（爪）
次に、爪１８について説明する。
【０１０８】
第１車輪部材１６は、段差や障害物を乗り越えるための爪部を備え、この爪部は、単数または複数の爪１８を備える。
【０１０９】
図１１を用いて爪の詳細について説明する。
【０１１０】
図１１は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図１１は、爪が突出した車輪１５が、段差を越えようとしている状態を示している。
【０１１１】
第１車輪部材１６は、第１車輪部材１６の外周において異なる位置へ突出できる複数の爪１８を備えていることも好適である。
【０１１２】
爪１８は、車輪１５を上方に持ち上げる役割と、段差に引っかかりを与える役割とを有する。爪１８が単数であると、これらのいずれかの役割しか同時にはできない。このため、段差や障害物が大きいと、車輪１５が十分に段差や障害物を越えられない問題もある。
【０１１３】
図１１では、第１車輪部材１６が４つの爪１８を備えている。
【０１１４】
この４つの爪１８の内、爪１８ａは、車輪１５の下方（すなわち床面５０）に対して突出し、床面５０から車輪１５を上方に持ち上げる。一方、同時に突出している爪１８ｂは、車輪１５の前進方向に突出し、段差５１に引っかかりを与える。４つの爪１８は、第１車輪部材１６の異なる位置へ突出するが、異なる位置に同時に突出することで、ある爪１８aは、車輪１５を持ち上げる役割を担い、他の爪１８ｂは、車輪１５を段差５１に引っ掛ける役割を担う。
【０１１５】
ここで、複数の爪１８は、相互に９０度以上の交差角を有することが好適である。９０度以上の交差角を有することで、車輪１５を上方に持ち上げる爪と車輪１５を段差５１に引っ掛ける爪との役割分担が可能となるからである。なお、爪同士が９０度未満の交差角を有する場合には、車輪１５の前進方向（段差５１に向けた方向）に突出する爪１８が段差５１に引っかかりを与える際に、床面５０の斜め前方に突出する爪１８が存在することになる。このようになると、車輪１５を持ち上げるよりも押し戻す力が発生するので、車輪１５が段差５１を超えにくくなる。このような点からも、爪１８は、相互に９０度以上の交差角を有していることが好ましい。
【０１１６】
また、爪１８の一部は、滑り止めを備えていることも好適である。
【０１１７】
例えば、爪１８の先端、あるいは表面もしくは裏面の少なくとも一部に、摩擦体や摩擦面が設けられていることが好適である。爪１８は、床面５０から車輪１５を持ち上げたり、段差５１に車輪１５を引っ掛けたりする。この際に、爪１８が滑り止めを有していることで、床面５０や段差５１に対してすべりにくくなり、段差５１に衝突した車輪１５が空回りすることを防止できる。
【０１１８】
滑り止めは、爪１８に直接加工が施されていたり、滑り止め材が塗布されたり、貼付されたりすればよい。
【０１１９】
また、爪１８の少なくとも一つは、先端にテーパー部４０を有していることも好適である。テーパー部４０を有していることで、床面５０を爪１８が蹴り上げる際に障害が少なくなるメリットがある。
【０１２０】
テーパー部４０を有しない場合には、床面５０に略垂直に爪１８が突出する際に、床面５０と爪１８の先端との接地面積が大きくなる。このようになると、爪１８は床面５０に垂直に立設してしまい、車輪５０を前進方向にも後退方向にも動かそうとするベクトルを生じさせてしまう。このようになると、車輪１５は、段差５１に衝突したところで空回りしやすい。これに対して、テーパー部４０を備えていると、爪１８が床面５０に略垂直に立設する場合でも、爪１８が床面５０と接する面積が小さいので、立設する爪１８は、車輪１５を後退させるベクトルを生じさせにくい。更に、図１１に示されるように、テーパー部が、車輪１５の前進方向に形成されていることで、図１１の爪１８ａが床面５０に略垂直に立設する際に、テーパー部４０が車輪１５の前進方向であることで、爪１８ａを基準に、車輪１５は前進方向に不安定となって車輪１５が前方に回転する。この結果、車輪１５が段差５１に衝突した際でも前進方向への走行力を継続できるので、車輪１５が空回りしにくくなる。
【０１２１】
また、爪１８は、図１１に示される以外の個数、形状であってもよい。また、車輪１５から突出する量は、車輪の仕様や走行装置に求める性能などによって、適宜定められればよい。例えば、車輪１５は、２つや３つの爪１８を備えていても良い。なお、５以上の爪１８を備えることを排除するものではない。
【０１２２】
また、爪１８は、第１車輪部材１６や第２車輪部材１７と同一の素材で形成されてもよく、異なる素材で形成されても良い。また、段差５１への引っかかりや車輪１５の持ち上げなどに必要となる種々の公知技術が利用されれば良い。
【０１２３】
なお、爪１８は、第１車輪部材１６に格納されても第２車輪部材１７に格納されても良い。
【０１２４】
以上のように、実施の形態１における車輪は、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数との差分が生じる場合に、外周の外部へ爪を突出させて、車輪を床面から持ち上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。このため、車輪は、まず段差の上に乗り上げる。更には第１車輪部材の回転が継続しているので、車輪は、段差の上を前進してやがて段差を乗り越える。段差を乗り越えた車輪における第１車輪部材と第２車輪部材との回転数は、再び同じになるので、爪は第１車輪部材の内部に格納され、平坦な床面を車輪は走行する。
【０１２５】
なお、実施の形態１においては、爪は第１車輪部材から突出することを基に説明したが、第１車輪部材が駆動軸によって回転すると共にカム機構を有しており、第２車輪部材内部が爪を格納している場合には、第１車輪部材のカム機構によって、第２車輪部材内部から爪が突出する。爪は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれに格納されていてもよく、第１車輪部材と第２車輪部材とは、（１）、（２）の役割分担が決められているだけである。
【０１２６】
（１）第１車輪部材は、駆動軸からの回転で回転し、回転力を第２車輪部材に伝える。
【０１２７】
（２）第２車輪部材は、第１車輪部材の回転により回転する。
【０１２８】
この（１）、（２）以外の役割である、（３）爪を押し出すカム機構、（４）爪を格納し突出するガイドレールを、第１車輪部材と第２車輪部材のいずれが有するかは仕様に応じて適宜定められる。但し、役割（３）と役割（４）とは、第１車輪部材と第２車輪部材とで異なって有する必要がある。
【０１２９】
この状態で、第１車輪部材が役割（３）を有し、第２車輪部材が役割（４）を有していれば、爪は、第２車輪部材から突出し、第１車輪部材が役割（４）を有し、第２車輪部材が役割（３）を有していれば、爪は、第１車輪部材から突出する。
【０１３０】
以上のように、第１車輪部材と第２車輪部材とは、役割上区別される便宜上の用語であって、役割分担に応じた動作を行えば、いずれがどの役割を担っても良い。
【０１３１】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について説明する。
【０１３２】
実施の形態２は、実施の形態１で説明された車輪を用いた走行装置について説明する。
【０１３３】
実施の形態１で説明した車輪は、車輪を使って走行するあらゆる装置に適用できる。すなわち、実施の形態１で説明した車輪と、車輪の持つ駆動軸に駆動力を与える駆動手段と、車輪を取り付ける台座とを備える走行装置は、実施の形態１で説明した車輪を用いて、段差や障害物を容易に乗り越えることができる。
【０１３４】
走行装置は、車椅子、電動車椅子、歩行器、電動歩行器、車輪付きロボット、車輪付き玩具、室内走行機器など、様々なものである。
【０１３５】
車輪付きロボットの例としては、ペットロボット、掃除ロボット、イベントやショッピングセンターなどでの案内ロボット、家事ロボット、運搬ロボットなどである。
【０１３６】
図１２〜１５を用いて、走行装置および走行装置の動作について説明する。
【０１３７】
図１２、１３、１４、１５は、本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【０１３８】
図１２は、走行装置６０が障害物のない平坦な床面を走行している状態を示している。図１３は、図１２に続く図面で、走行装置６０が段差７０に衝突した状態を示している。図１４は、図１３に続く状態で、走行装置６０が段差７０に衝突した後、車輪１５から爪１８が突出し始めた状態を示している。図１５は、図１４に続く状態で、爪１８によって車輪１５が段差７０を乗り越え始める状態を示している。
【０１３９】
走行装置６０は、４つの車輪１５と、４つの車輪１５を取り付ける台座６１と、を備えている。また、駆動部２０は、車輪１５に含まれる第１車輪部材へ回転力を与える。なお、図１２〜１５では、駆動軸２０に駆動力を与える駆動手段を図示していないが、モータなどの駆動手段を走行装置６０が備え、駆動手段が自動で駆動力を駆動軸２０に与える構成でもよい。
【０１４０】
なお、車輪１５は、実施の形態１で説明したように、駆動軸２０の回転により回転する第１車輪部材と、第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材を備えている。図１２〜１５では、図面の都合上、図示していない。また、第１車輪部材は、第１車輪部材の外周の外部へ突出できる爪も備えている。
【０１４１】
また、台座６１は、４つの車輪１５を取り付けると共に、走行装置６０の基台を構成する。更に、必要に応じて駆動手段を備えていても良い。
【０１４２】
なお、実施の形態２における走行装置６０は、実施の形態１で説明した車輪１５を備えることで段差や障害物を容易に乗り越える装置であるので、駆動方法やその他の動作など、走行装置にとって公知の技術については、必要に応じて用いられればよい。これらの公知技術については、説明を省略する。但し、実施の形態１の車輪を用いた走行装置の趣旨を逸脱しない公知技術を追加した種々の走行装置を、実施の形態２の走行装置は含むものである。
【０１４３】
図１２〜１５の順序で、走行装置６０の動作を説明する。
【０１４４】
（図１２の段階）
走行装置６０は、平坦な床面を走行している。床面が平坦であるので、走行装置６０は、車輪１５の回転によって前進する。車輪１５は、第１車輪部材と第２車輪部材とを備えているが、床面が平坦であるので、第２車輪部材の回転には阻害要因がなく、第１車輪部材からの回転力は全て第２車輪部材に伝わる。結果として、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数は同じである。
【０１４５】
第１車輪部材と第２車輪部材との回転数に差がないので、第１車輪部材から爪１８が突出することなく車輪１５は、平坦な床面の上を回転する。車輪１５が床面を回転することで、走行装置６０が床面上を前進する。このとき、爪１８が突出しないので、走行装置６０の走行に阻害は生じない。
【０１４６】
（図１３の段階）
床面において段差７０が存在することがある。図１３では平坦な床面を走行してきた走行装置６０が段差７０に衝突している。
【０１４７】
車輪１５は、段差７０に衝突して、外輪である第２車輪部材の回転が低減もしくは停止する。
【０１４８】
（図１４の段階）
第２車輪部材の回転が阻害されるが、第１車輪部材は駆動軸２０からの回転力を受け続けるので、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数に差が生じる。
【０１４９】
ここで、第１車輪部材および第２車輪部材の一方は外部へ突出可能な爪１８を備えている。爪１８は、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数に差が生じると作動するカム機構によって、突出する。図１４は、爪１８の突出の様子を示している。
【０１５０】
（図１５の段階）
爪１８は複数であって、爪１８の突出が進むと、ある爪１８は、車輪１５の下方に向けて突出して、車輪１５を床面から上方に持ち上げる。また別の爪１８は、車輪１５の前方に向けて突出して段差７０への引っ掛かりを生じさせる。すなわち、前方に突出する爪１８は、段差７０を捉える。
【０１５１】
これら２つの動作が組み合わさることで、車輪１５は、段差７０を登り始める。図１５に示されるとおりである。
【０１５２】
さらに、車輪１５の内部で第１車輪部材は回転を続けているので、段差７０の上で車輪１５は前進動作も行う。この前進動作が相まって、走行装置６０は、段差７０を超えると共に前進も行って、段差７０を乗り越える。
【０１５３】
以上のように、実施の形態２における走行装置６０は、段差や障害物を乗り越えて前進することができる。このような走行装置６０が、車椅子、電動車椅子、歩行器、電動歩行器、車輪付きロボット、車輪付き玩具、室内走行機器などに幅広く適用されることで、使用者の便益が高まる。
【０１５４】
次に、実験例について説明する。
【０１５５】
（実験例）
発明者は、図１６に示される試作機を製作し、実際に床面を走行させて実験を行った。図１６は、本発明の実験例で試作された走行装置の模式図である。
【０１５６】
試作機は、次のスペックを有する走行装置である。
【０１５７】
（１）全長・全幅・全高 ＝ ６５０ｍｍ ｘ ４００ｍｍ ｘ ３２０ｍｍ
（２）重量 ７．１ｋｇ
（３）モータ タミヤ製 ギヤードモータ 品番「５４０Ｋ３００」
（４）バッテリ タミヤ製 ニッケル水素バッテリ ７．２Ｖ（ボルト） 品番「３７００ＨＶ」
（５）プロポ 双葉電子工業製 品番「４ＥＸ」
（６）アンプ 双葉電子工業製 品番「ＭＣ３３０ＣＲ」
（７）車輪直径 １５０ｍｍ
（８）車輪幅 ４０ｍｍ
（９）爪の幅 ３２．５ｍｍ
この走行装置を床面で走行させ、＜条件１＞高さ７０ｍｍの段差、＜条件２＞高さ１４０ｍｍの段差、の条件による床面の段差を、速度約０．３ｍ／ｓｅｃにて走行させた。
【０１５８】
実験結果としてはいずれの条件においても、走行装置は、段差を乗り越えることができた。＜条件２＞の結果からは、車輪直径１５０ｍｍの９３％に相当する１４０ｍｍの段差を超えることができることがわかる。通常の車輪では、車輪直径の３分の１程度の段差を超えるのが限界であるといわれていることを考慮すると、本発明の趣旨に従って試作された走行装置は、非常に顕著で優れた効果を奏することが分かる。
【０１５９】
なお、実験例は、実施の形態２における走行装置の一例であって、実施の形態１の車輪や実施の形態２の走行装置の性能の限界を示すものではない。
【０１６０】
また、実験例の走行装置は、車輪、駆動手段、台座だけで構成されているので、これに筐体や外部装置をつけることで、様々な走行装置に応用できる。
【０１６１】
なお、実施の形態２においては、爪は第１車輪部材から突出することを基に説明したが、第１車輪部材が駆動軸によって回転すると共にカム機構を有しており、第２車輪部材内部が爪を格納している場合には、第１車輪部材のカム機構によって、第２車輪部材内部から爪が突出する。爪は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれに格納されていてもよく、第１車輪部材と第２車輪部材とは、（１）、（２）の役割分担が決められているだけである。
【０１６２】
（１）第１車輪部材は、駆動軸からの回転で回転し、回転力を第２車輪部材に伝える。
【０１６３】
（２）第２車輪部材は、第１車輪部材の回転により回転する。
【０１６４】
この（１）、（２）以外の役割である、（３）爪を押し出すカム機構、（４）爪を格納し突出するガイドレールを、第１車輪部材と第２車輪部材のいずれが有するかは仕様に応じて適宜定められる。但し、役割（３）と役割（４）とは、第１車輪部材と第２車輪部材とで異なって有する必要がある。
【０１６５】
この状態で、第１車輪部材が役割（３）を有し、第２車輪部材が役割（４）を有していれば、爪は、第２車輪部材から突出し、第１車輪部材が役割（４）を有し、第２車輪部材が役割（３）を有していれば、爪は、第１車輪部材から突出する。
【０１６６】
以上のように、第１車輪部材と第２車輪部材とは、役割上区別される便宜上の用語であって、役割分担に応じた動作を行う。実施の形態２の走行装置は、このような第１車輪部材と第２車輪部材を備える車輪によって走行する。
【０１６７】
以上、実施の形態１〜２で説明された車輪および走行装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の実施の形態１における走行装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１６】本発明の実験例で試作された走行装置の模式図である。
【図１７】従来技術における走行装置の模式図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１ 走行装置
２ 台座
３ 前輪
４ 後輪
５ シャフト
６ 爪
１５ 車輪
１６ 第１車輪部材
１７ 第２車輪部材
１８ 爪
１９ 弾性体
２０ 駆動軸
２１ 開放部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡単な機構で、障害物を乗り越えることのできる車輪およびこの車輪を備えた走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車椅子、歩行器、車輪付きロボットなどの走行装置は、車輪を備えており、この車輪の回転動作によりこれらの走行装置は、前進および後退動作をする。図１７は、従来技術における走行装置の模式図である。
【０００３】
走行装置８０１は、台座８０２、台座８０２を支えつつ走行装置８０１の前進および後退動作を実現する車輪８０３を備えている。車輪８０３は、床面８０４の上を回転し、走行装置８０１を前進および後退させる。ここで、床面８０４には段差８０５（階段や障害物など）が存在することがある。
【０００４】
このような段差８０５があると、車輪８０３はその回転動作だけで段差８０５を超えることができず、使用者にとって非常な不便であった。一般に、車輪直径の３分の１以上の段差や障害物を、車輪は越えることができないといわれている。
【０００５】
このような段差や障害物を越える車輪について、いくつかの技術提案がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１は、車輪の回転が停止すると、ラチェットが飛び出して車輪を上方に持ち上げて、車輪が段差を超える技術を開示する。
【０００７】
特許文献２は、車輪が段差や障害物に衝突すると、モータが車輪の周りを公転し、車輪を持ち上げるジャッキアップを起動する技術を開示する。
【０００８】
特許文献３は、種々の形状を有する車輪を備えることで、段差や障害物を乗り越える技術を開示する。
【特許文献１】特開２００８−１３２９０８号公報
【特許文献２】特開２００７−６９８０３号公報
【特許文献３】特開昭５１−６１９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には次のような問題があった。
【００１０】
特許文献１の車輪は、車輪にラチェットが仕込まれており、車輪の回転が停止するとラチェットが飛び出して車輪を上方に持ち上げる。しかし、特許文献１は、（１）車輪の回転は止まったままなので、上方に持ち上げられた後での車輪の回転動作がなく、段差や障害物に対して前進する動作が弱い、（２）ラチェットは車輪を上方に持ち上げる機能を有するが、段差や障害物に引っかかりを与える機能をほとんど有さない、との問題を有し、段差や障害物を乗り越えつつ前進する（あるいは後退する）ことが十分ではない。
【００１１】
特許文献２の車輪は、モータの公転によってジャッキアップが行われて車輪が持ち上がる。このようなジャッキアップであると、特許文献１の有する（１）、（２）の問題に加えて、段差に対して上昇する機能はあっても段差を前進したり後退したりする機能が弱い。また、ラチェットやジャッキアップであると、車輪からの飛び出しや車輪への格納に時間がかかり、段差や障害物を越えるのに時間がかかる問題がある。
【００１２】
このように、特許文献１、２で開示される技術では、車輪が段差や障害物に衝突すると、車輪の機能が停止して車輪を持ち上げる機能だけに移り変わってしまう。このため、特許文献１、２の技術は、（Ａ）段差や障害物を越える、（Ｂ）越えつつ段差や障害物の上を前進あるいは後退して進む、との２つの機能を十分に発揮できず、段差や障害物を越える走行装置に用いる車輪としては不十分である。
【００１３】
また、特許文献３の技術は、星型や角型などの円形ではない車輪を予め備えることで、段差や障害物を乗り越える技術を開示する。段差を乗り越えることだけを意図するのであれば、このような円形ではない特殊な形状を有する車輪でよいが、通常の床面や地面を走行する際には不便である。
【００１４】
また、特許文献３の第７図は、偏心カムを用いて爪が飛び出す車輪を開示するが、このような車輪は、平坦な床面を走行中でも上方に爪が突出するので、使い勝手が非常に悪い。勿論、車輪の回転数が高くなる（すなわち、走行動作が高速になる）と飛び出した爪が床面に当たる問題も生じる。特許文献３に開示される車輪や走行装置は、例えば玩具に使われる程度であれば使用上の不便は少ないが、車椅子や歩行器などの実用製品においては不向きである。
【００１５】
このように、特許文献１〜３の技術は、（Ａ）段差や障害物を越える、（Ｂ）越えつつ段差や障害物の上を前進あるいは後退して進む、との２つの機能を同時に備えておらず、床面を走行するときの車輪としての機能および段差や障害物を乗り越える際の車輪も持ち上げ機能、をそれぞれ択一的に発揮することしかできない問題を有していた。
【００１６】
本発明は、上記の問題を解決しつつ、床面を走行する際には何らの障害も無く、段差や障害物を越える際には、車輪を上方に持ち上げつつ前進動作も備える車輪および走行装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題に鑑み、本発明の車輪は、回転可能な駆動軸と、駆動軸の回転により回転する第１車輪部材と、第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材と、を備え、第１車輪部材と第２車輪部材とは、独立して回転可能であり、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方は、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方の外周へ突出可能な爪部を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の車輪は、通常の床面を走行する際には、駆動軸からの回転を受けて第１車輪部材および第２車輪部材によって走行する。走行中に車輪が、段差や障害物に衝突すると第２車輪部材の回転に阻害要因が生じて、爪が突出し、この爪が（ａ）車輪を上方に持ち上げ、（ｂ）段差や障害物に引っかかりを生じさせ、（ｃ）駆動軸からの動力によって自立的に回転する第１車輪部材の前進動作が加わって、段差や障害物をスムーズに乗り越える。
【００１９】
また、複数の爪が突出することで、車輪を持ち上げたり、段差や障害に引っかかりを加えたりする複数の機能を同時に実現できる。
【００２０】
このような車輪を用いる走行装置は、車椅子、歩行器、車輪付きロボットなどの幅広い分野への利用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の第１の発明に係る車輪は、回転可能な駆動軸と、駆動軸の回転により回転する第１車輪部材と、第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材と、を備え、第１車輪部材と第２車輪部材とは、独立して回転可能であり、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方は、第１車輪部材および第２車輪部材の少なくとも一方の外周へ突出可能な爪部を有する。
【００２２】
この構成により、車輪は、段差や障害物を容易に乗り越える。
【００２３】
本発明の第２の発明に係る車輪では、第１の発明に加えて、第２車輪部材の回転に阻害要因が生じる場合に、爪部が突出する。
【００２４】
本発明の第３の発明に係る車輪では、第１または第２の発明に加えて、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数と、に差が生じる場合に、爪部が突出する。
【００２５】
これらの構成により、車輪が段差や障害物に衝突したことを、第２車輪部材と第１車輪部材との回転数の差によって検知でき、衝突したところで、爪が突出する。突出した爪は、車輪を持ち上げたり段差への引っ掛かりを生じさせたりするので、車輪は段差や障害物を容易に乗り越えることができる。
【００２６】
本発明の第４の発明に係る車輪では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、第２車輪部材は、第１車輪部材の外周を覆う。
【００２７】
この構成により、第１車輪部材は第２車輪部材を駆動する役割を担い、第２車輪部材は、実際の走行および爪を突出させる契機を生じさせる役割を担う。また、第２車輪部材が第１車輪部材の外周を覆うことで、車輪の幅方向を小型化できる。
【００２８】
本発明の第５の発明に係る車輪では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、第２車輪部材は、第１車輪部材の側面に配置される。
【００２９】
この構成により、第１車輪部材は第２車輪部材を駆動する役割を担い、第２車輪部材は、実際の走行および爪を突出させる契機を生じさせる役割を担う。また、第２車輪部材が第１車輪部材の側面に配置されることで、第２車輪部材の外周に爪の突出用の開放部を設けなくても良い。
【００３０】
本発明の第６の発明に係る車輪では、第１から第５のいずれかの発明に加えて、爪部は、第１車輪部材の外周において、異なる位置へ突出可能な複数の爪を有する。
【００３１】
この構成により、車輪が段差や障害物を乗り越えやすくなる。
【００３２】
本発明の第７の発明に係る車輪では、第６の発明に加えて、複数の爪は、相互に９０度以上の交差角を有する。
【００３３】
この構成により、ある爪は車輪を上方に持ち上げ、別の爪は段差への引っ掛かりを生じさせる。これら２つの機能が相まって、車輪は、段差や障害物を乗り越えやすくなる。
【００３４】
本発明の第８の発明に係る車輪では、第６から第７のいずれかの発明に加えて、複数の爪の少なくとも一部は、滑り止めを有している。
【００３５】
この構成により、爪は、段差や障害物を捕まえやすくなる。また床面に対して逆すべりをしにくくなり、車輪の空回りを防止できる。
【００３６】
本発明の第９の発明に係る車輪では、第６から第８のいずれかの発明に加えて、複数の爪の少なくとも一つは、その先端にテーパー部を有している。
【００３７】
この構成により、車輪の空回りを防止できる。
【００３８】
本発明の第１０の発明に係る車輪では、第６から第９のいずれかの発明に加えて、複数の爪の内、第１車輪部材の接地面に向けて突出する爪は、第１車輪部材を接地面より上昇させ、複数の爪の内、第１車輪部材の進行方向に向けて突出する爪は、進行方向に位置する障害物への引っ掛かりを生じさせる。
【００３９】
この構成により、車輪は、容易に段差や障害物を乗り越えつつ前進できる。
【００４０】
本発明の第１１の発明に係る車輪では、第１車輪部材は、先端より爪を押し出すカム機構を有し、カム機構は、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数とに差が生じる場合に、爪を押し出す。
【００４１】
この構成により、爪は第１車輪部材と第２車輪部材との回転数の差によって確実に突出できる。
【００４２】
以下、図面を用いて説明する。
【００４３】
なお、本明細書で車輪とは、車椅子、歩行器、自転車、自動車、輸送機器、車輪付きロボット、車輪付き玩具、車輪付き計測装置など、車輪によって走行する走行装置に使用される車輪を幅広く含む。タイヤでも金属製の車輪でも木製や樹脂製の車輪でも幅広く含む。
【００４４】
また、走行装置とは、車輪によって床面や地面を走行（手動と自動とを問わない）する装置を幅広く含む。
【００４５】
また、第１車輪部材および第２車輪部材における「第１」、「第２」の用語は、便宜上用いるものである。
【００４６】
（実施の形態１）
まず、全体概要を説明する。
【００４７】
（全体概要）
図１は、本発明の実施の形態１における走行装置の模式図である。図１は、車輪を備える走行装置１を示している。走行装置１の説明により、実施の形態１の車輪の概要を説明する。
【００４８】
走行装置１は、台座２と、台座２から伸びるシャフト５と、シャフト５の先端に回転可能に接続された前輪３と後輪４とを備える。前輪３と後輪４とは、シャフト５の先端に設けられる駆動軸（図示せず）の駆動によって回転して、走行装置１の前進および後退を行わせる。
【００４９】
前輪３と後輪４とは、後述するように、第１車輪部材と第２車輪部材とを備え、第１車輪部材が外部へ突出する爪部を有する車輪である。なお、爪部は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれが有していても良い。
【００５０】
床面１０が平坦状態である場合には、前輪３と後輪４とは、床面上を普通に回転して走行装置１を前進させる。このとき、前輪３と後輪４とは、円形の形状を有したままで回転する。具体的には、回転する駆動軸に接続されて駆動軸の回転によって第１車輪部材が回転し、この第１車輪部材は、その回転によって第２車輪部材を回転させる。床面１０が平坦な状態では、第１車輪部材は駆動軸からの回転力によって回転し、第２車輪部材は第１車輪部材の回転によってそのまま回転させる。床面が平坦であるので、第１車輪部材と第２車輪部材との回転に阻害要因が生じないからである。
【００５１】
ここで、走行装置１が、段差１１と衝突する。具体的には前輪３が段差１１と衝突する。前輪３の備える第１車輪部材は駆動軸からの駆動力を受けるので回転が継続するが、第２車輪部材は、第１車輪部材の回転によって回転するので、段差１１に衝突することで第２車輪部材の回転は低減する。このように、第２車輪部材は、段差１１への衝突によって回転動作に阻害要因を受ける。言い換えると、第１車輪部材と第２車輪部材とに回転数の差が生じる。
【００５２】
ここで、第１車輪部材は、内部から第１車輪部材の外周の外部へ突出する爪部６を有している。爪部６は、第２車輪部材の回転に阻害要因が生じ（第１車輪部材と第２車輪部材との回転数とに差が生じる）、第２車輪部材だけが停止し第１車輪部材だけが回転するようになると、この回転力によって突出する。
【００５３】
第１車輪部材および第２車輪部材の一方は、爪部６を突出させるカム機構を備え、他方は、カム機構によって爪部６の突出の際の案内通路となるガイドレールを備えている。第１車輪部材と第２車輪部材とは、カム機構とガイドレールとを分担して有することで、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数の差が生じる場合に、爪部６を突出させる。なお、第１車輪部材と第２車輪部材とは、カム機構とガイドレールを分担して備えればよく、爪部６は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれに格納されても良い。また、爪部６は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれかに格納されていなくても、カム機構を通じて、カム機構を備える車輪と接続されていればよい。
【００５４】
突出した爪部６は、段差１１に引っかかりを生じさせると共に前輪３を持ち上げる。結果として前輪３は、段差１１を乗り越える。なお、後輪４も前輪３と同じ構成を有しており、後輪４も段差１１に衝突すると爪部６を突出させて段差１１を乗り越える。
【００５５】
このように、前輪３と後輪４とが爪部６を用いて段差１１を乗り越えることで、走行装置１が、段差１１を乗り越える。
【００５６】
（車輪と車輪の動作について）
次に、図２、図３を用いて、車輪の構成および車輪の動作について説明する。図２、図３は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図２、図３は、車輪を横方向から見た図を示している。なお、図２は、第２車輪部材から第１車輪部材の内部を透視した状態を示している。
【００５７】
車輪１５は、図１の前輪３および後輪４に用いられる。
【００５８】
車輪１５は、回転可能な駆動軸２０と、駆動軸２０の回転により回転する第１車輪部材１６と、第１車輪部材１６の回転により回転する第２車輪部材１７とを備える。第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは独立して回転可能であって、図２、図３では、第１車輪部材１６の外周を第２車輪部材１７が覆う。
【００５９】
また、第１車輪部材１６は、爪１８を突出させるカム機構を備え、第２車輪部材１７は、爪１８の突出を案内するガイドレールを備える。爪１８は、カム機構によって、第１車輪部材１６と接続される。
【００６０】
第１車輪部材１６は、爪部を備え、爪部は複数の爪１８を有しており、複数の爪１８は、第１車輪部材１６の内部から第１車輪部材１６の外周の外部へ突出可能である。複数の爪１８の突出により、車輪１５は、段差や障害物を越えることができる。なお、爪部は複数の爪１８を有しているが、単数の爪を有していても良い。なお、図２、図３では、第１車輪部材１６が爪１８を備えている構成でも良い。
【００６１】
爪１８は、通常の走行時には、第１車輪部材１６の内部に格納されており、車輪１５が段差や障害物を越える際に第１車輪部材１６の外部へ突出する。図２、図３に示される車輪１５は、第１車輪部材１６の外周を覆う第２車輪部材１７を備えているので、爪１８は、第１車輪部材１６の外周を起点に第２車輪部材１７の外周から突出する。
【００６２】
車輪１５は、平坦な床面や地面を走行中においては、図２に示されるように爪１８を突出させない。駆動軸２０は、第１車輪部材１６に回転力を与えて第１車輪部材１６が回転する。第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６の外周を覆っているので、第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６の回転によって与えられる回転力によって回転する。ここで、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、回転力の伝導のために弾性体１９で接続されている。弾性体１９は、第１車輪部材１６の回転力（ここでは前進する際の回転力）を、外周を覆う第２車輪部材１７に伝導するすなわち、第１車輪部材１６は、前進する際の回転を、弾性体１９を介して第２車輪部材１７に与える
床面や地面が平坦である場合には、第１車輪部材１６の回転はそのまま第２車輪部材１７に与えられ、第２車輪部材１７が床面や地面を前進する。すなわち、床面や地面が平坦である場合には、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とのそれぞれの回転数に差は生じず、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とが一体となって床面や地面に対して前進動作を行う。この場合には、爪１８が第１車輪部材より突出することはない。
【００６３】
ここで、車輪１５が段差や障害物に衝突すると、床面や地面に実際に接する第２車輪部材１７の回転に阻害要因が生じる。一方で、第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力を受けているので、回転への阻害要因は生じない。特に、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、駆動軸２０を基準にして独立して回転可能なので、第２車輪部材１７の回転が低減したり停止したりしたとしても、第１車輪部材１６は駆動軸２０から受ける回転力に従った回転を続ける。
【００６４】
すなわち、車輪１５が段差や障害物に衝突すると、車輪１５において、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる。
【００６５】
ここで、爪１８は、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差で突出する。第１車輪部材１６は、爪１８に接続するカム機構を備え、第２車輪部材１７は、爪１８を突出させる案内通路となるガイドレールを備える。爪１８は、第１車輪部材１６の前進方向への回転力によって飛び出そうとし、第２車輪部材１７の前進方向への回転によって格納されようとする構成（第１車輪部材１６に備えられるカム機構と接続されることで実現できる）を有している。このため、第２車輪部材１７の回転に阻害要因が生じ、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる場合に、爪１８はガイドレールを通じて外部へ突出する。図３は、このように外部へ爪１８が突出した状態を示している。なお、図では、第１車輪部材１６から第２車輪部材１７を経由して、第２車輪部材１７の外周から突出する状態を示している。
【００６６】
爪１８は、外部へ突出することで、車輪１５を上方に持ち上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。この結果、車輪１５は、段差や障害物を乗り越えると共に段差や障害物の上を前進する。結果として、走行面に段差（階段など）や障害物がある場合でも車輪１５は、これらを乗り越えて前進を続けることができる。
【００６７】
なお、図２、図３では、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う形態について説明したが、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の側面に配置される形態であっても良い。
【００６８】
図４は、本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。第１車輪部材と第２車輪部材とがそれぞれ側面同士に接続されている状態が示されている。
【００６９】
第１車輪部材１６は、駆動軸２０に接続されており、駆動軸２０の回転力をうけて回転する。第１車輪部材１６は、その側面に第２車輪部材１７を接続しており、第１車輪部材１６自身の回転力を第２車輪部材１７に伝えて第２車輪部材１７を回転させる。第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、弾性体１９で接続されており、第１車輪部材１６は、この弾性体１９によって第２車輪部材１７に回転力を伝導する。なお、弾性体でなくとも、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、接続部材で接続されていればよい。
【００７０】
ここで、第２車輪部材１７の直径は第１車輪部材１６の直径よりも大きく、第１車輪部材１６からの回転力によって回転する第２車輪部材１７が、実際の床面や地面に接して車輪１５を走行させる。
【００７１】
図４の車輪１５の場合も、図２、図３の車輪と同様に段差や障害物に衝突すると、第２車輪部材１７の回転が阻害される。第２車輪部材１７の回転が阻害されても第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力によって回転を継続する。このため車輪１５が段差や障害物に衝突すると、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる。第１車輪部材１６は、第２車輪部材１７が回転を停止しても前進方向に回転を継続するので、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じる。第１車輪部材１６は、カム機構を有し、第２車輪部材１７は、ガイドレールを有する。第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じると、第１車輪部材１６の有するカム機構が作動する。カム機構は、爪１８と接続しており、爪１８は、停止状態にある第２車輪部材１７の備えるガイドレールに従って突出する。この結果、第２車輪部材１７から爪１８が外部へ突出する。
【００７２】
外部へ爪１８が突出すると、爪１８は、床面や地面から車輪１５を上方に押し上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。また、このとき第１車輪部材１６は回転を継続しているので、段差や障害物の上に乗り上げた車輪１５は、第１車輪部材１６の回転力を用いて段差や障害物の上を回転して前進する。前進する結果、第２車輪部材１７の回転への阻害要因が消滅すれば、第１車輪部材１６からの回転力によって第２車輪部材１７も回転して、車輪１５はそのまま前進を継続する。
【００７３】
以上のように、図４に示されるように、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、側面同士で接続されていてもよい。実施の形態１における車輪は、図２、図３に示されるように、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う形態であっても、図４に示されるように第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とが側面同士で接続される形態であっても、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じることで爪１８を突出させる。爪１８は、車輪１５を持ち上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。更にこの場合でも、第１車輪部材１６は、回転を停止しないので、前進方向への力も生じさせる。これらが相まって、車輪１５は、段差や障害物を容易に乗り越える。勿論、乗り越えた後では、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数が均衡するので、爪１８は格納され、床面や地面での走行に悪影響は生じない。
【００７４】
（車輪の詳細図面）
図５〜図１０に、車輪の構造図を示す。図５〜図１０は、いずれも図２、図３と同様に、第２車輪部材が第１車輪部材の外周を覆う構造を有する車輪を示す。
【００７５】
図５は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図５は、爪１８の突出していない車輪１５を側面から見た状態を示している。
【００７６】
第１車輪部材１６は、駆動軸２０の回転力を受けるように、駆動軸２０に接続している。第１車輪部材１６は、駆動軸２０の回転によって回転する。第１車輪部材１６は、内部に爪１８を格納する。第１車輪部材１６は、カム機構を内蔵し、カム機構の動作によって、爪１８が押し出される。カム機構は、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じると、爪１８を外部に突出させる。第２車輪部材１７は、ガイドレール３０を備えている。ガイドレール３０は、爪１８の突出を案内する。
【００７７】
第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、弾性体１９で接続されている。弾性体１９は、バネ、ゴム、弾性素材でできた棒状体、紐、いたばね、つるまきバネなどである。弾性体１９は、前進動作において、第１車輪部材１６が第２車輪部材１７に回転動作を伝える。このため、第２車輪部材１７の回転に阻害要因が生じると、第１車輪部材１６が回転を継続し、第２車輪部材１７が回転を停止して、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差が生じる。ただし、爪１８が突出して第２車輪部材１７が回転すると、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、回転するようになって、第１車輪部材１６の空転も無くなる。
【００７８】
弾性体１９によって、床面や地面が平坦である場合には、第１車輪部材１６は第２車輪部材１７に回転を伝えて、第１車輪部材１６の回転数と同じ回転数で、第２車輪部材１７が回転する。
【００７９】
図６は、本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。図６は、図５の車輪を正面から見た状態を示している。
【００８０】
図６も、車輪１５が通常状態にあって、爪１８を突出させていない。
【００８１】
図７は、本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。図７は、図５、図６の車輪を斜めから見た状態を示している。図７も、爪１８が突出する前の車輪１５を示している。
【００８２】
図５〜図７から明らかな通り、車輪１５は、内周側の第１車輪部材１６と外周の第２車輪部材１７とを備え、第１車輪部材１６が第２車輪部材１７を回転させて、車輪１５が走行する。
【００８３】
図８は、図５〜図７に示される車輪１５が段差や障害物に衝突して、爪１８を突出させている状態を示す。
【００８４】
図８は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図８は、第１車輪部材１６から爪１８が突出している状態を側面から示している。車輪１５が平坦な床面や地面から段差や障害物に衝突すると、外周を覆う第２車輪部材１７の回転が阻害される。第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力を受け続けるので、第２車輪部材１７の内部において回転を継続する。このため、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じる。
【００８５】
第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、弾性体１９で前進方向に接続されているので、第２車輪部材１７の回転が低減あるいは停止すると、弾性体１９が伸びて第１車輪部材１６内部に格納されているカム機構を動作させる。カム機構は爪１８を接続している。カム機構が動作することで、爪１８がガイドレール３０を通して押し出される。カム機構は、板カム、共役カム、端面カムなど、様々なカムが含まれる。カム機構は、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差分で動作する。すなわち、カム機構は、一種のセンサーの役割を担っているともいえる。
【００８６】
第２車輪部材１７は、爪１８の突出する位置に開放部２１を備えており、爪１８は第１車輪部材１６あるいは第２車輪部材１７の内部からこの開放部２１を経由して外部に突出する。図８では、第１車輪部材１６は、４つの爪１８を備えており、４つの爪１８が、それぞれ所定の位置から突出する。このように、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う構造を有する場合には、第２車輪部材１７は、爪１８が突出できる開放部２１を備えておき、爪１８は、この開放部２１を経由して外部に突出する。
【００８７】
図９は、本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。図９は、図８の車輪を正面から見た状態を示している。図８と同じく、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じ、第１車輪部材１６の内部から、外周の外部へ爪１８が突出している。
【００８８】
図１０は、本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。図１０は、図８の車輪を斜めから見た状態を示している。やはり、爪１８が突出している。
【００８９】
図８〜１０から明らかな通り、車輪１５が段差や障害物に衝突すると、第２車輪部材１７の回転が阻害される。この阻害の結果、第１車輪部材１６の回転数と第２車輪部材１７の回転数に差が生じ、第１車輪部材１６の内部のカム機構が、爪１８を押し出して、ガイドレール３０および開放部２１を経由して、爪１８が外部に突出する。
【００９０】
以上のように、実施の形態１における車輪は、段差や障害物に衝突しても回転動作を続ける第１車輪部材と、段差や障害物に衝突すると回転動作を低減する第２車輪部材とを備えることで、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数とに差が生じると、第１車輪部材が爪を突出させる。この爪が、車輪を上方に持ち上げるとともに段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。更には、第１車輪部材は回転を継続しているので、段差や障害物に乗り上げた後でも前進走行を継続して、結果的には、車輪が段差や障害物を乗り越えて走行できる。
【００９１】
次に、各部の詳細について説明する。
【００９２】
（第１車輪部材）
第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力によって回転する。また、第１車輪部材１６は、爪１８に接続されるカム機構を備える。
【００９３】
第１車輪部材１６は、ゴムタイヤ、鉄による車輪、木や樹脂による車輪など、幅広く含む。
【００９４】
第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力によって回転するが、駆動軸２０が例えばモータやエンジンなど自動で回転する駆動部によって回転する場合であっても、駆動軸２０が手動で回転する場合であっても、駆動軸２０からの回転力で回転する。例えば、車輪１５が、おもちゃのラジコン、ロボット、電動車椅子、電動歩行器など、モータやエンジンなどの駆動部を有する走行装置に取り付けられている場合には、モータやエンジンからの駆動力によって、駆動軸２０が回転する。一方、車輪１５が、車椅子、手動のおもちゃ、手動歩行器など、手動で駆動する走行装置に取り付けられている場合には、手動によって与えられる駆動力によって駆動軸２０が回転する。この駆動軸２０の回転によって、第１車輪部材１６は、回転する。
【００９５】
このように、第１車輪部材１６は、駆動軸２０からの回転力を受けることで回転を行う。
【００９６】
第１車輪部材１６は、第２車輪部材１７の内側に設けられてもよく、第２車輪部材１７の側面に設けられても良い。また、第１車輪部材１６は、駆動部２０からの回転力を第２車輪部材１７に与える機能を有し、第１車輪部材１６そのものは、床面や地面に接して走行する機能を有さない。
【００９７】
第１車輪部材１６は、第２車輪部材１７に回転力を伝えるために、第２車輪部材１７と接続する。これは、第２車輪部材１７が障害物に衝突して回転を停止する場合に、第１車輪部材１６は駆動軸２０からの回転を受けて空転することによって第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差を生じさせるためである。勿論、第２車輪部材１７が爪１８の働きによって障害物において動作し始めれば、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とが揃って回転するようになる。
【００９８】
一例として、弾性体１９によって、第１車輪部材１６は第２車輪部材１７と接続され、第１車輪部材１６の回転が第２車輪部材１７にそのまま与えられている状態では、弾性体１９は定常状態にあり、第１車輪部材１６の回転が第２車輪部材１７に伝わる際に阻害要因が生じていれば、弾性体１９は伸びた状態となる。このように、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とを接続する弾性体１９は、第１車輪部材１６の回転力を第２車輪部材１７に伝えると共に、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数の差を検知できる。この検知によって、カム機構が作動し、爪１８を突出させる。
【００９９】
なお、第１車輪部材１６は、駆動軸２０の回転力を第２車輪部材１７に伝える機能を有すればよいので、円形のみならず楕円形や多角形であってもよい。
【０１００】
（第２車輪部材）
第２車輪部材１７は、実際に床面や地面に接して車輪１５を走行させる。また、第２車輪部材１７は、爪１８を突出させる案内通路となるガイドレール３０を備える。
【０１０１】
第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６の外周を覆うように形成されてもよいし、第１車輪部材１６の側面に形成されても良い。第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６からの回転力を受けて回転し、床面や地面の上を走行する。
【０１０２】
第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６と同じ回転軸を有するが（すなわち、駆動軸２０を基準に回転動作する）、第１車輪部材１６とは独立して回転できる。すなわち、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、同じ回転数で回転する場合と、異なる回転数で回転する場合とが生じる。後者の場合には、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７との回転数に差が生じて、後述の通り第１車輪部材１６から爪１８が突出する。
【０１０３】
第２車輪部材１７も第１車輪部材１６と同じく、ゴムタイヤ、鉄による車輪、木や樹脂による車輪など、幅広く含む。床面や地面を走行できればよいので、その材質・構造・製造方法の別を問うものではない。
【０１０４】
第２車輪部材１７は、第１車輪部材１６と同じく楕円形や多角形でもよいが、床面や地面に接して走行するので、円形であることが好ましい。また、第２車輪部材１７が第１車輪部材１６の外周を覆う構成の場合には、第１車輪部材１６から突出する爪１８を通すための開放部２１を備えている。
【０１０５】
また、図４のように第１車輪部材１６の側面に第２車輪部材１７が設置される構成の場合には、第２車輪部材１７の直径は、第１車輪部材１６の直径よりも大きいことが接地の点から好適である。
【０１０６】
なお、第１車輪部材１６と第２車輪部材１７とは、「第１」、「第２」なる用語によって特段に区別されるものではなく、それぞれで必要な機能を分担できればよい。
【０１０７】
（爪）
次に、爪１８について説明する。
【０１０８】
第１車輪部材１６は、段差や障害物を乗り越えるための爪部を備え、この爪部は、単数または複数の爪１８を備える。
【０１０９】
図１１を用いて爪の詳細について説明する。
【０１１０】
図１１は、本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。図１１は、爪が突出した車輪１５が、段差を越えようとしている状態を示している。
【０１１１】
第１車輪部材１６は、第１車輪部材１６の外周において異なる位置へ突出できる複数の爪１８を備えていることも好適である。
【０１１２】
爪１８は、車輪１５を上方に持ち上げる役割と、段差に引っかかりを与える役割とを有する。爪１８が単数であると、これらのいずれかの役割しか同時にはできない。このため、段差や障害物が大きいと、車輪１５が十分に段差や障害物を越えられない問題もある。
【０１１３】
図１１では、第１車輪部材１６が４つの爪１８を備えている。
【０１１４】
この４つの爪１８の内、爪１８ａは、車輪１５の下方（すなわち床面５０）に対して突出し、床面５０から車輪１５を上方に持ち上げる。一方、同時に突出している爪１８ｂは、車輪１５の前進方向に突出し、段差５１に引っかかりを与える。４つの爪１８は、第１車輪部材１６の異なる位置へ突出するが、異なる位置に同時に突出することで、ある爪１８aは、車輪１５を持ち上げる役割を担い、他の爪１８ｂは、車輪１５を段差５１に引っ掛ける役割を担う。
【０１１５】
ここで、複数の爪１８は、相互に９０度以上の交差角を有することが好適である。９０度以上の交差角を有することで、車輪１５を上方に持ち上げる爪と車輪１５を段差５１に引っ掛ける爪との役割分担が可能となるからである。なお、爪同士が９０度未満の交差角を有する場合には、車輪１５の前進方向（段差５１に向けた方向）に突出する爪１８が段差５１に引っかかりを与える際に、床面５０の斜め前方に突出する爪１８が存在することになる。このようになると、車輪１５を持ち上げるよりも押し戻す力が発生するので、車輪１５が段差５１を超えにくくなる。このような点からも、爪１８は、相互に９０度以上の交差角を有していることが好ましい。
【０１１６】
また、爪１８の一部は、滑り止めを備えていることも好適である。
【０１１７】
例えば、爪１８の先端、あるいは表面もしくは裏面の少なくとも一部に、摩擦体や摩擦面が設けられていることが好適である。爪１８は、床面５０から車輪１５を持ち上げたり、段差５１に車輪１５を引っ掛けたりする。この際に、爪１８が滑り止めを有していることで、床面５０や段差５１に対してすべりにくくなり、段差５１に衝突した車輪１５が空回りすることを防止できる。
【０１１８】
滑り止めは、爪１８に直接加工が施されていたり、滑り止め材が塗布されたり、貼付されたりすればよい。
【０１１９】
また、爪１８の少なくとも一つは、先端にテーパー部４０を有していることも好適である。テーパー部４０を有していることで、床面５０を爪１８が蹴り上げる際に障害が少なくなるメリットがある。
【０１２０】
テーパー部４０を有しない場合には、床面５０に略垂直に爪１８が突出する際に、床面５０と爪１８の先端との接地面積が大きくなる。このようになると、爪１８は床面５０に垂直に立設してしまい、車輪５０を前進方向にも後退方向にも動かそうとするベクトルを生じさせてしまう。このようになると、車輪１５は、段差５１に衝突したところで空回りしやすい。これに対して、テーパー部４０を備えていると、爪１８が床面５０に略垂直に立設する場合でも、爪１８が床面５０と接する面積が小さいので、立設する爪１８は、車輪１５を後退させるベクトルを生じさせにくい。更に、図１１に示されるように、テーパー部が、車輪１５の前進方向に形成されていることで、図１１の爪１８ａが床面５０に略垂直に立設する際に、テーパー部４０が車輪１５の前進方向であることで、爪１８ａを基準に、車輪１５は前進方向に不安定となって車輪１５が前方に回転する。この結果、車輪１５が段差５１に衝突した際でも前進方向への走行力を継続できるので、車輪１５が空回りしにくくなる。
【０１２１】
また、爪１８は、図１１に示される以外の個数、形状であってもよい。また、車輪１５から突出する量は、車輪の仕様や走行装置に求める性能などによって、適宜定められればよい。例えば、車輪１５は、２つや３つの爪１８を備えていても良い。なお、５以上の爪１８を備えることを排除するものではない。
【０１２２】
また、爪１８は、第１車輪部材１６や第２車輪部材１７と同一の素材で形成されてもよく、異なる素材で形成されても良い。また、段差５１への引っかかりや車輪１５の持ち上げなどに必要となる種々の公知技術が利用されれば良い。
【０１２３】
なお、爪１８は、第１車輪部材１６に格納されても第２車輪部材１７に格納されても良い。
【０１２４】
以上のように、実施の形態１における車輪は、第１車輪部材の回転数と第２車輪部材の回転数との差分が生じる場合に、外周の外部へ爪を突出させて、車輪を床面から持ち上げると共に段差や障害物への引っ掛かりを生じさせる。このため、車輪は、まず段差の上に乗り上げる。更には第１車輪部材の回転が継続しているので、車輪は、段差の上を前進してやがて段差を乗り越える。段差を乗り越えた車輪における第１車輪部材と第２車輪部材との回転数は、再び同じになるので、爪は第１車輪部材の内部に格納され、平坦な床面を車輪は走行する。
【０１２５】
なお、実施の形態１においては、爪は第１車輪部材から突出することを基に説明したが、第１車輪部材が駆動軸によって回転すると共にカム機構を有しており、第２車輪部材内部が爪を格納している場合には、第１車輪部材のカム機構によって、第２車輪部材内部から爪が突出する。爪は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれに格納されていてもよく、第１車輪部材と第２車輪部材とは、（１）、（２）の役割分担が決められているだけである。
【０１２６】
（１）第１車輪部材は、駆動軸からの回転で回転し、回転力を第２車輪部材に伝える。
【０１２７】
（２）第２車輪部材は、第１車輪部材の回転により回転する。
【０１２８】
この（１）、（２）以外の役割である、（３）爪を押し出すカム機構、（４）爪を格納し突出するガイドレールを、第１車輪部材と第２車輪部材のいずれが有するかは仕様に応じて適宜定められる。但し、役割（３）と役割（４）とは、第１車輪部材と第２車輪部材とで異なって有する必要がある。
【０１２９】
この状態で、第１車輪部材が役割（３）を有し、第２車輪部材が役割（４）を有していれば、爪は、第２車輪部材から突出し、第１車輪部材が役割（４）を有し、第２車輪部材が役割（３）を有していれば、爪は、第１車輪部材から突出する。
【０１３０】
以上のように、第１車輪部材と第２車輪部材とは、役割上区別される便宜上の用語であって、役割分担に応じた動作を行えば、いずれがどの役割を担っても良い。
【０１３１】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について説明する。
【０１３２】
実施の形態２は、実施の形態１で説明された車輪を用いた走行装置について説明する。
【０１３３】
実施の形態１で説明した車輪は、車輪を使って走行するあらゆる装置に適用できる。すなわち、実施の形態１で説明した車輪と、車輪の持つ駆動軸に駆動力を与える駆動手段と、車輪を取り付ける台座とを備える走行装置は、実施の形態１で説明した車輪を用いて、段差や障害物を容易に乗り越えることができる。
【０１３４】
走行装置は、車椅子、電動車椅子、歩行器、電動歩行器、車輪付きロボット、車輪付き玩具、室内走行機器など、様々なものである。
【０１３５】
車輪付きロボットの例としては、ペットロボット、掃除ロボット、イベントやショッピングセンターなどでの案内ロボット、家事ロボット、運搬ロボットなどである。
【０１３６】
図１２〜１５を用いて、走行装置および走行装置の動作について説明する。
【０１３７】
図１２、１３、１４、１５は、本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【０１３８】
図１２は、走行装置６０が障害物のない平坦な床面を走行している状態を示している。図１３は、図１２に続く図面で、走行装置６０が段差７０に衝突した状態を示している。図１４は、図１３に続く状態で、走行装置６０が段差７０に衝突した後、車輪１５から爪１８が突出し始めた状態を示している。図１５は、図１４に続く状態で、爪１８によって車輪１５が段差７０を乗り越え始める状態を示している。
【０１３９】
走行装置６０は、４つの車輪１５と、４つの車輪１５を取り付ける台座６１と、を備えている。また、駆動部２０は、車輪１５に含まれる第１車輪部材へ回転力を与える。なお、図１２〜１５では、駆動軸２０に駆動力を与える駆動手段を図示していないが、モータなどの駆動手段を走行装置６０が備え、駆動手段が自動で駆動力を駆動軸２０に与える構成でもよい。
【０１４０】
なお、車輪１５は、実施の形態１で説明したように、駆動軸２０の回転により回転する第１車輪部材と、第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材を備えている。図１２〜１５では、図面の都合上、図示していない。また、第１車輪部材は、第１車輪部材の外周の外部へ突出できる爪も備えている。
【０１４１】
また、台座６１は、４つの車輪１５を取り付けると共に、走行装置６０の基台を構成する。更に、必要に応じて駆動手段を備えていても良い。
【０１４２】
なお、実施の形態２における走行装置６０は、実施の形態１で説明した車輪１５を備えることで段差や障害物を容易に乗り越える装置であるので、駆動方法やその他の動作など、走行装置にとって公知の技術については、必要に応じて用いられればよい。これらの公知技術については、説明を省略する。但し、実施の形態１の車輪を用いた走行装置の趣旨を逸脱しない公知技術を追加した種々の走行装置を、実施の形態２の走行装置は含むものである。
【０１４３】
図１２〜１５の順序で、走行装置６０の動作を説明する。
【０１４４】
（図１２の段階）
走行装置６０は、平坦な床面を走行している。床面が平坦であるので、走行装置６０は、車輪１５の回転によって前進する。車輪１５は、第１車輪部材と第２車輪部材とを備えているが、床面が平坦であるので、第２車輪部材の回転には阻害要因がなく、第１車輪部材からの回転力は全て第２車輪部材に伝わる。結果として、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数は同じである。
【０１４５】
第１車輪部材と第２車輪部材との回転数に差がないので、第１車輪部材から爪１８が突出することなく車輪１５は、平坦な床面の上を回転する。車輪１５が床面を回転することで、走行装置６０が床面上を前進する。このとき、爪１８が突出しないので、走行装置６０の走行に阻害は生じない。
【０１４６】
（図１３の段階）
床面において段差７０が存在することがある。図１３では平坦な床面を走行してきた走行装置６０が段差７０に衝突している。
【０１４７】
車輪１５は、段差７０に衝突して、外輪である第２車輪部材の回転が低減もしくは停止する。
【０１４８】
（図１４の段階）
第２車輪部材の回転が阻害されるが、第１車輪部材は駆動軸２０からの回転力を受け続けるので、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数に差が生じる。
【０１４９】
ここで、第１車輪部材および第２車輪部材の一方は外部へ突出可能な爪１８を備えている。爪１８は、第１車輪部材と第２車輪部材との回転数に差が生じると作動するカム機構によって、突出する。図１４は、爪１８の突出の様子を示している。
【０１５０】
（図１５の段階）
爪１８は複数であって、爪１８の突出が進むと、ある爪１８は、車輪１５の下方に向けて突出して、車輪１５を床面から上方に持ち上げる。また別の爪１８は、車輪１５の前方に向けて突出して段差７０への引っ掛かりを生じさせる。すなわち、前方に突出する爪１８は、段差７０を捉える。
【０１５１】
これら２つの動作が組み合わさることで、車輪１５は、段差７０を登り始める。図１５に示されるとおりである。
【０１５２】
さらに、車輪１５の内部で第１車輪部材は回転を続けているので、段差７０の上で車輪１５は前進動作も行う。この前進動作が相まって、走行装置６０は、段差７０を超えると共に前進も行って、段差７０を乗り越える。
【０１５３】
以上のように、実施の形態２における走行装置６０は、段差や障害物を乗り越えて前進することができる。このような走行装置６０が、車椅子、電動車椅子、歩行器、電動歩行器、車輪付きロボット、車輪付き玩具、室内走行機器などに幅広く適用されることで、使用者の便益が高まる。
【０１５４】
次に、実験例について説明する。
【０１５５】
（実験例）
発明者は、図１６に示される試作機を製作し、実際に床面を走行させて実験を行った。図１６は、本発明の実験例で試作された走行装置の模式図である。
【０１５６】
試作機は、次のスペックを有する走行装置である。
【０１５７】
（１）全長・全幅・全高 ＝ ６５０ｍｍ ｘ ４００ｍｍ ｘ ３２０ｍｍ
（２）重量 ７．１ｋｇ
（３）モータ タミヤ製 ギヤードモータ 品番「５４０Ｋ３００」
（４）バッテリ タミヤ製 ニッケル水素バッテリ ７．２Ｖ（ボルト） 品番「３７００ＨＶ」
（５）プロポ 双葉電子工業製 品番「４ＥＸ」
（６）アンプ 双葉電子工業製 品番「ＭＣ３３０ＣＲ」
（７）車輪直径 １５０ｍｍ
（８）車輪幅 ４０ｍｍ
（９）爪の幅 ３２．５ｍｍ
この走行装置を床面で走行させ、＜条件１＞高さ７０ｍｍの段差、＜条件２＞高さ１４０ｍｍの段差、の条件による床面の段差を、速度約０．３ｍ／ｓｅｃにて走行させた。
【０１５８】
実験結果としてはいずれの条件においても、走行装置は、段差を乗り越えることができた。＜条件２＞の結果からは、車輪直径１５０ｍｍの９３％に相当する１４０ｍｍの段差を超えることができることがわかる。通常の車輪では、車輪直径の３分の１程度の段差を超えるのが限界であるといわれていることを考慮すると、本発明の趣旨に従って試作された走行装置は、非常に顕著で優れた効果を奏することが分かる。
【０１５９】
なお、実験例は、実施の形態２における走行装置の一例であって、実施の形態１の車輪や実施の形態２の走行装置の性能の限界を示すものではない。
【０１６０】
また、実験例の走行装置は、車輪、駆動手段、台座だけで構成されているので、これに筐体や外部装置をつけることで、様々な走行装置に応用できる。
【０１６１】
なお、実施の形態２においては、爪は第１車輪部材から突出することを基に説明したが、第１車輪部材が駆動軸によって回転すると共にカム機構を有しており、第２車輪部材内部が爪を格納している場合には、第１車輪部材のカム機構によって、第２車輪部材内部から爪が突出する。爪は、第１車輪部材および第２車輪部材のいずれに格納されていてもよく、第１車輪部材と第２車輪部材とは、（１）、（２）の役割分担が決められているだけである。
【０１６２】
（１）第１車輪部材は、駆動軸からの回転で回転し、回転力を第２車輪部材に伝える。
【０１６３】
（２）第２車輪部材は、第１車輪部材の回転により回転する。
【０１６４】
この（１）、（２）以外の役割である、（３）爪を押し出すカム機構、（４）爪を格納し突出するガイドレールを、第１車輪部材と第２車輪部材のいずれが有するかは仕様に応じて適宜定められる。但し、役割（３）と役割（４）とは、第１車輪部材と第２車輪部材とで異なって有する必要がある。
【０１６５】
この状態で、第１車輪部材が役割（３）を有し、第２車輪部材が役割（４）を有していれば、爪は、第２車輪部材から突出し、第１車輪部材が役割（４）を有し、第２車輪部材が役割（３）を有していれば、爪は、第１車輪部材から突出する。
【０１６６】
以上のように、第１車輪部材と第２車輪部材とは、役割上区別される便宜上の用語であって、役割分担に応じた動作を行う。実施の形態２の走行装置は、このような第１車輪部材と第２車輪部材を備える車輪によって走行する。
【０１６７】
以上、実施の形態１〜２で説明された車輪および走行装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の実施の形態１における走行装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における車輪の正面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における車輪の斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における車輪の側面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における走行装置の模式図である。
【図１６】本発明の実験例で試作された走行装置の模式図である。
【図１７】従来技術における走行装置の模式図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１ 走行装置
２ 台座
３ 前輪
４ 後輪
５ シャフト
６ 爪
１５ 車輪
１６ 第１車輪部材
１７ 第２車輪部材
１８ 爪
１９ 弾性体
２０ 駆動軸
２１ 開放部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な駆動軸と、
前記駆動軸の回転により回転する第１車輪部材と、
前記第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材と、を備え、
前記第１車輪部材と前記第２車輪部材とは、独立して回転可能であり、
前記第１車輪部材および前記第２車輪部材の少なくとも一方は、前記第１車輪部材および前記第２車輪部材の少なくとも一方の外周へ突出可能な爪部を有する車輪。
【請求項２】
前記第２車輪部材の回転に阻害要因が生じる場合に、前記爪部が突出する請求項１記載の車輪。
【請求項３】
前記第１車輪部材の回転数と前記第２車輪部材の回転数と、に差が生じる場合に、前記爪部が突出する請求項１または２記載の車輪。
【請求項４】
前記第２車輪部材は、前記第１車輪部材の外周を覆う請求項１から３のいずれか記載の車輪。
【請求項５】
前記第２車輪部材は、前記第１車輪部材の側面に配置される請求項１から３のいずれか記載の車輪。
【請求項６】
前記爪部は、前記第１車輪部材の外周において、異なる位置へ突出可能な複数の爪を有する請求項１から５のいずれか記載の車輪。
【請求項７】
前記複数の爪は、相互に９０度以上の交差角を有する請求項６記載の車輪。
【請求項８】
前記複数の爪の少なくとも一部は、滑り止めを有している請求項６から７のいずれか記載の車輪。
【請求項９】
前記複数の爪の少なくとも一つは、その先端にテーパー部を有している請求項６から８のいずれか記載の車輪。
【請求項１０】
前記複数の爪の内、前記第１車輪部材の接地面に向けて突出する爪は、前記第１車輪部材を接地面より上昇させ、
前記複数の爪の内、前記第１車輪部材の進行方向に向けて突出する爪は、進行方向に位置する障害物への引っ掛かりを生じさせる請求項６から９のいずれか記載の車輪。
【請求項１１】
前記第１車輪部材は、先端より前記爪を押し出すカム機構を有し、
前記カム機構は、前記第１車輪部材の回転数と前記第２車輪部材の回転数とに差が生じる場合に、前記爪を押し出す請求項６から１０のいずれか記載の車輪。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか記載の複数の車輪と、
前記駆動軸に駆動力を与える駆動手段と、
前記複数の車輪を取り付ける台座と、を備える走行装置。
【請求項１３】
前記走行装置は、車椅子、電動車椅子、歩行器、電動歩行器および車輪付きロボットのいずれかである請求項１２記載の走行装置。
【請求項１】
回転可能な駆動軸と、
前記駆動軸の回転により回転する第１車輪部材と、
前記第１車輪部材の回転により回転する第２車輪部材と、を備え、
前記第１車輪部材と前記第２車輪部材とは、独立して回転可能であり、
前記第１車輪部材および前記第２車輪部材の少なくとも一方は、前記第１車輪部材および前記第２車輪部材の少なくとも一方の外周へ突出可能な爪部を有する車輪。
【請求項２】
前記第２車輪部材の回転に阻害要因が生じる場合に、前記爪部が突出する請求項１記載の車輪。
【請求項３】
前記第１車輪部材の回転数と前記第２車輪部材の回転数と、に差が生じる場合に、前記爪部が突出する請求項１または２記載の車輪。
【請求項４】
前記第２車輪部材は、前記第１車輪部材の外周を覆う請求項１から３のいずれか記載の車輪。
【請求項５】
前記第２車輪部材は、前記第１車輪部材の側面に配置される請求項１から３のいずれか記載の車輪。
【請求項６】
前記爪部は、前記第１車輪部材の外周において、異なる位置へ突出可能な複数の爪を有する請求項１から５のいずれか記載の車輪。
【請求項７】
前記複数の爪は、相互に９０度以上の交差角を有する請求項６記載の車輪。
【請求項８】
前記複数の爪の少なくとも一部は、滑り止めを有している請求項６から７のいずれか記載の車輪。
【請求項９】
前記複数の爪の少なくとも一つは、その先端にテーパー部を有している請求項６から８のいずれか記載の車輪。
【請求項１０】
前記複数の爪の内、前記第１車輪部材の接地面に向けて突出する爪は、前記第１車輪部材を接地面より上昇させ、
前記複数の爪の内、前記第１車輪部材の進行方向に向けて突出する爪は、進行方向に位置する障害物への引っ掛かりを生じさせる請求項６から９のいずれか記載の車輪。
【請求項１１】
前記第１車輪部材は、先端より前記爪を押し出すカム機構を有し、
前記カム機構は、前記第１車輪部材の回転数と前記第２車輪部材の回転数とに差が生じる場合に、前記爪を押し出す請求項６から１０のいずれか記載の車輪。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか記載の複数の車輪と、
前記駆動軸に駆動力を与える駆動手段と、
前記複数の車輪を取り付ける台座と、を備える走行装置。
【請求項１３】
前記走行装置は、車椅子、電動車椅子、歩行器、電動歩行器および車輪付きロボットのいずれかである請求項１２記載の走行装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２３４８７０（Ｐ２０１０−２３４８７０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２８４９（Ｐ２００９−８２８４９）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、文部科学省、 知的クラスター創成事業（第２期） 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５９１０６５５４９）福岡県 (121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、文部科学省、 知的クラスター創成事業（第２期） 産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５９１０６５５４９）福岡県 (121)
【Ｆターム（参考）】
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