(57)【要約】【課題】車体に設けられる発電機能付き旋回キャスタにおいて、導線を介して電力を車体へ供給する技術を提供する。【解決手段】旋回キャスタ１０は、車体２００に設けられる発電機能付き旋回キャスタであって、車輪２０と、車輪２０の回転中心に設けられ車輪２０とともに回転する車輪回転軸２１と、車体２００に固定されたコイル及びコイルに対向するマグネットを有し、マグネットが回転することによって発電する発電機３０と、マグネットを回転させるとともに車輪２０を車体２００に対して旋回可能に支持するマグネット回転軸５０と、車輪回転軸２１の回転をマグネット回転軸５０に伝達する動力伝達機構６０と、を備えている。【選択図】図１
2018103828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に設けられる発電機能付き旋回キャスタであって、
車輪と、
この車輪の回転中心に設けられ当該車輪とともに回転する車輪回転軸と、
前記車体に固定されたコイル及びこのコイルに対向するマグネットを有し、当該マグネットが回転することによって発電する発電機と、
前記マグネットを回転させるとともに前記車輪を前記車体に対して旋回可能に支持するマグネット回転軸と、
前記車輪回転軸の回転を前記マグネット回転軸に伝達する動力伝達機構と、
を備えたことを特徴とする発電機能付き旋回キャスタ。
【請求項２】
前記動力伝達機構は、
前記車輪回転軸に設けられ前記車輪とともに回転する第一平歯車と、
この第一平歯車と直接又は他の歯車を介して噛み合う第二平歯車と、
この第二平歯車と同じ軸に設けられ当該第二平歯車とともに回転する第一傘歯車と、
この第一傘歯車と噛み合うとともに前記マグネット回転軸に設けられ当該マグネット回転軸とともに回転する第二傘歯車と、
を有する、
請求項１記載の発電機能付き旋回キャスタ。
【請求項３】
前記マグネット回転軸は、当該マグネット回転軸と床面との距離の変動に応じて伸縮する伸縮機構を有する、
請求項１又は２記載の発電機能付き旋回キャスタ。
【請求項４】
前記伸縮機構は、
圧縮コイルバネと、
この圧縮コイルバネを収容する筒状軸と、
この筒状軸内に挿入され前記圧縮コイルバネを押圧する棒状軸と、
を有する、
請求項３記載の発電機能付き旋回キャスタ
【請求項５】
前記発電機は、
前記マグネット回転軸に垂直な面に沿って設けられ前記マグネット回転軸とともに回転する第一プレート及び第二プレートと、
前記第一プレート及び第二プレートの少なくとも一方に保持された前記マグネットと、
前記車体に固定され前記第一プレートと前記第二プレートとの間に位置するコイルホルダと、
このコイルホルダに保持された前記コイルと、
を有する、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の発電機能付き旋回キャスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体に設けられるキャスタに関し、詳しくは発電機能付き旋回キャスタに関する。ここで「車体」とは、台車、カート、ベビーカー、乳母車、車椅子、トランク、スーツケース、椅子、机など、キャスタを取り付け可能なあらゆる物をいうものとする。
【背景技術】
【０００２】
ＪＩＳ Ｂ ８９２３：１９９９「産業用キャスタ」では、旋回せずに車輪だけが回転するキャスタを「固定キャスタ」、旋回部が自由に回転し、車輪が回転するキャスタを「旋回キャスタ」、とそれぞれ定義されている。
【０００３】
特許文献１には、台車に設けられた発電機能付きの固定キャスタが開示されている。この固定キャスタは、マグネット及びコイルを有する発電機を車輪の近傍に備え、車輪の回転を利用してマグネットを回転させ、コイルから電力を取り出して導線を介して台車へ供給する。特許文献２には、台車に設けられた発電機能付きの旋回キャスタが開示されている。この旋回キャスタは、マグネット及びコイルを有する発電機を車輪に内蔵し、車輪の回転を利用してマグネットを回転させ、コイルから電力を取り出して当該旋回キャスタに設けられたライトへ供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８５３３７８号公報（図４等）
【特許文献２】特許第４９７７６９０号公報（図７、図８等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者らの調べた範囲では、車体に設けられる発電機能付きの旋回キャスタにおいて、導線を介して電力を車体へ供給するものは知られていない。仮に、特許文献１の固定キャスタを旋回キャスタに使用した場合は、旋回キャスタが一方向に連続的に旋回すると導線が捩れて切れてしまうという問題が生じる。その理由は、導線を接続するコイルが旋回キャスタとともに旋回してしまうからである。また、特許文献２の旋回キャスタに導線を接続して電力を車体へ供給する場合も、同様の理由により、旋回キャスタが一方向に連続的に旋回すると導線が捩れて切れてしまうという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、車体に設けられる発電機能付き旋回キャスタにおいて、導線を介して電力を車体へ供給する技術を提供することにある。以下、「発電機能付き旋回キャスタ」を、単に「旋回キャスタ」ということもある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る旋回キャスタは、
車体に設けられる発電機能付き旋回キャスタであって、
車輪と、
この車輪の回転中心に設けられ当該車輪とともに回転する車輪回転軸と、
前記車体に固定されたコイル及びこのコイルに対向するマグネットを有し、当該マグネットが回転することによって発電する発電機と、
前記マグネットを回転させるとともに前記車輪を前記車体に対して旋回可能に支持するマグネット回転軸と、
前記車輪回転軸の回転を前記マグネット回転軸に伝達する動力伝達機構と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車輪の回転は車輪回転軸及び動力伝達機構を介してマグネット回転軸へ伝達され、マグネット回転軸がマグネットを回転させることによってコイルから電力が得られる。一方、車輪はマグネット回転軸を介して旋回する。このとき、導線を接続するコイルが車体に固定されていることにより、コイルが車輪とともに旋回しないので、一方向に連続的に旋回しても導線が捩れたり切れたりすることがない。よって、車体に設けられる発電機能付き旋回キャスタにおいて、導線を介して電力を車体へ供給する技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の旋回キャスタを車体に設けた状態を示す一部を切り欠いた正面図である。
【図２】実施形態の旋回キャスタを車体に設けた状態を示し、図２［Ａ］は斜め上から見た斜視図、図２［Ｂ］は斜め下から見た斜視図である。
【図３】実施形態の旋回キャスタを示し、図３［Ａ］は斜め上から見た斜視図、図３［Ｂ］は斜め下から見た斜視図である。
【図４】実施形態の旋回キャスタの内部構造を示し、図４［Ａ］は斜め上から見た斜視図、図４［Ｂ］は図４［Ａ］の一部を取り除いて斜め上から見た斜視図である。
【図５】実施形態の旋回キャスタの内部構造及び発電機を示し、図５［Ａ］は斜め上から見た斜視図、図５［Ｂ］は斜め下から見た斜視図である。
【図６】実施形態の旋回キャスタにおける発電機を示し、図６［Ａ］は斜め上から見た斜視図、図６［Ｂ］は斜め上から見た部分分解斜視図である。
【図７】実施形態の旋回キャスタの斜め上から見た分解斜視図である。
【図８】実施形態の旋回キャスタの斜め下から見た分解斜視図である。
【図９】実施形態の旋回キャスタの上面図であり、図９［Ａ］は旋回キャスタが直進を続ける場合、図９［Ｂ］は旋回キャスタが右へ旋回する場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１１】
主に図１に示すように、本実施形態の旋回キャスタ１０は、車体２００に設けられる発電機能付き旋回キャスタであって、車輪２０と、車輪２０の回転中心に設けられ車輪２０とともに回転する車輪回転軸２１と、車体２００に固定されたコイル３６（図６［Ｂ］）及びコイル３６に対向するマグネット３３ａ，３３ｂ（図６［Ｂ］）を有し、マグネット３３ａ，３３ｂが回転することによって発電する発電機３０と、マグネット３３ａ，３３ｂを回転させるとともに車輪２０を車体２００に対して旋回可能に支持するマグネット回転軸５０と、車輪回転軸２１の回転をマグネット回転軸５０に伝達する動力伝達機構６０と、を備えている。
【００１２】
主に図４に示すように、動力伝達機構６０は、車輪回転軸２１に設けられ車輪２０とともに回転する第一平歯車６１と、第一平歯車６１と直接又は他の歯車を介して噛み合う第二平歯車６２と、第二平歯車６２と同じ軸６４に設けられ第二平歯車６２とともに回転する第一傘歯車７１と、第一傘歯車７１と噛み合うとともにマグネット回転軸５０に設けられマグネット回転軸５０とともに回転する第二傘歯車７２と、を有する。
【００１３】
マグネット回転軸５０は、マグネット回転軸５０と床面Ｓ（図１）との距離の変動に応じて伸縮する伸縮機構８０を有する。伸縮機構８０は、圧縮コイルバネ８１と、圧縮コイルバネ８１を収容する筒状軸８２と、筒状軸８２内に挿入され圧縮コイルバネ８１を押圧する棒状軸８３と、を有する。
【００１４】
主に図５及び図６に示すように、発電機３０は、マグネット回転軸５０に垂直な面に沿って設けられマグネット回転軸５０とともに回転する第一プレート３１及び第二プレート３２と、第一プレート３１及び第二プレート３２の少なくとも一方に保持されたマグネット３３ａ，３３ｂと、車体２００（図１）に（幾つかの部材を介して）固定され第一プレート３１と第二プレート３２との間に位置するコイルホルダ３５と、コイルホルダ３５に保持されたコイル３６と、を有する。
【００１５】
次に、本実施形態の旋回キャスタ１０の構成について更に詳しく説明する。ここでいう「左右」は、転がり方向２３（図１）の逆から見た場合の左右であり、図における左右と一致する。
【００１６】
主に図７及び図８に示すように、車輪２０及び動力伝達機構６０は、中央車輪フレーム２４、左側車輪フレーム２５、右側車輪フレーム２６及び上側車輪フレーム２７がネジ２８によって組み立てられた筐体に収容されている。車輪回転軸２１は、中央軸２１ａ，２１ｂ、左側軸２１ｃ及び右側軸２１ｄが連結されたものである。中央軸２１ａは車輪２０の回転中心の左側に固定され、中央軸２１ｂは車輪２０の回転中心の右側に固定されている。左側軸２１ｃは、右端が第一平歯車６１及び中央軸２１ａに固定され、左端が軸受２９ｃを介して左側車輪フレーム２５に回転可能に支持されている。右側軸２１ｄは、左端が中央軸２１ｂに固定され、右端が軸受２９ｄを介して右側車輪フレーム２６に回転可能に支持されている。
【００１７】
主に図４、図７及び図８に示すように、動力伝達機構６０は、第三平歯車６３及び幾つかの部品を更に有する。第三平歯車６３は、第一平歯車６１と第二平歯車６２との間に設けられたアイドラ歯車である。軸６３ａは、左端が左側車輪フレーム２５に圧入されることにより、固定されている。第三平歯車６３は、軸６３ａの右端及び止め輪６３ｂによって回転可能に支持されている。軸６４は、左側軸６４ａ及び右側軸６４ｂが連結されたものである。左側軸６４ａは、左端が左側車輪フレーム２５に圧入されることにより、固定されている。右側軸６４ｂが第二平歯車６２及び第一傘歯車７１の回転中心を貫きナット６４ｃに固定されることにより、これらが一体化されている。この一体化されたものが、左側軸６４ａに回転可能に支持されている。軸７２ａの上端は、第二傘歯車７２の回転中心及び棒状軸８３の下端に固定されている。なお、第三平歯車６３を設けたことにより、第一平歯車６１及び第二平歯車６２の直径を小さくできるので、全体としてコンパクト化が図れる。
【００１８】
伸縮機構８０は、筒状軸８２の長手方向に沿って筒状軸８２に穿設された長孔８４と、
棒状軸８３の上端側から長孔８４を通って突き出たストッパピン８５と、を更に有する。長孔８４は筒状軸８２の対向する面に一つずつ設けられ、二つの長孔８４からそれぞれストッパピン８５が突き出ている。また、筒状軸８２の内径は、圧縮コイルバネ８１及び棒状軸８３の外径よりも僅かに太い。これにより、筒状軸８２は、圧縮コイルバネ８１を収容可能とし、かつ、圧縮コイルバネ８１を押圧するように棒状軸８３を挿入可能としている。棒状軸８３は、長手方向の押圧力を受けると圧縮コイルバネ８１が伸縮することにより筒状軸８２内を移動し、長手方向を中心とする回転力を受けるとストッパピン８５が長孔８４に係止することにより筒状軸８２とともに回転する。
【００１９】
棒状軸８３及び筒状軸８２は、伸縮機構８０を構成するとともに、マグネット回転軸５０の主要な部品にもなっている。棒状軸８３の下端は、動力伝達機構６０の最終段である軸７２ａの上端に固定されるとともに、軸受５２を介して上側車輪フレーム２７に回転可能に支持されている。筒状軸８２の上端は、筒状ではなく棒状に延びており、マグネットユニット固定板４３の回転中心穴４３ａにワッシャ５４（図４［Ｂ］）、止め輪５５（図４［Ｂ］）及びナット５６（図４［Ｂ］）によって固定されるとともに、キャスタ側固定ブラケット５７に軸受５３を介して回転可能に支持されている。キャスタ側固定ブラケット５７は幾つかの部材を介して車体２００（図１）に固定されている。このように、棒状軸８３の下端は動力伝達機構６０を介して車輪２０に繋がっており、筒状軸８２の上端は間接的に車体２００に回転可能に支持されている。したがって、マグネット回転軸５０の下端は棒状軸８３の下端であり、マグネット回転軸５０の上端は筒状軸８２の上端であるので、マグネット回転軸５０はマグネット３３ａ，３３ｂ（図６［Ｂ］）を回転させるとともに車輪２０を車体２００（図１）に対して旋回可能に支持する構造になっている。
【００２０】
キャスタ側固定ブラケット５７は、マグネット回転軸５０及び伸縮機構８０を収容する筒部５７ａと、筒部５７ａの上端にあってコイルユニット固定板４４を固定する平板部５７ｂと、からＴ字状に構成されている。筒部５７ａ内には、軸受８６、スペーサ８７及び筒状軸８２がこの順に嵌入されている。軸受８６は針状ころ軸受であり、スペーサ８７は筒である。スペーサ８７及び筒状軸８２は、軸受８６によって筒部５７ａ内を回転中心線５１に対して回転自在になっている
【００２１】
主に図５及び図６に示すように、本実施形態では、第一プレート３１及び第二プレート３２の両方にそれぞれマグネット３３ａ，３３ｂが保持されている。また、発電機３０は、第一プレート３１に保持されマグネット３３ａに吸着されたヨーク３４ａと、第二プレート３２に保持されマグネット３３ｂに吸着されたヨーク３４ｂと、を更に有する。マグネット３３ａ，３３ｂは、小円板状の例えば希土類磁石である。ヨーク３４ａ，３４ｂは、円弧状の例えば軟鉄板である。
【００２２】
第一プレート３１は、円板状の合成樹脂からなり、中央に円形のマグネット回転軸挿入孔３１ａ、周縁に位置決めピン３１ｂ、ネジ止め用の貫通孔３１ｃがそれぞれ設けられている。マグネット３３ａは、第一プレート３１上に三個一組で合計六個設けられ、隣接する極性（Ｎ極及びＳ極）が逆になるように配置されている。ヨーク３４ａは、三個一組のマグネット３３ａに対して一個ずつ合計二個設けられている。第二プレート３２は、円板状の合成樹脂からなり、中央にコイルホルダ３５の外形に沿って穿設されたコイルホルダ挿入孔３２ａ、周縁に周壁３２ｂが設けられ、周壁３２ｂに位置決め穴３２ｃがそれぞれ設けられている。マグネット３３ｂは、第二プレート３２上に三個一組で合計六個設けられ、隣接する極性が逆になるように配置されている。ヨーク３４ｂは、三個一組のマグネット３３ｂに対して一個ずつ合計二個設けられている。六個のマグネット３３ａと六個のマグネット３３ｂとは、対向する極性が逆になるように配置されている。
【００２３】
第一プレート３１の位置決めピン３１ｂと第二プレート３２の位置決め穴３２ｃとを嵌合することにより、周壁３２ｂの厚み分を隔てて第一プレート３１と第二プレート３２とが一体化されてマグネットユニット４１となる。マグネットユニット４１内では、マグネット３３ａとマグネット３３ｂとが対向することにより、マグネット３３ａ，３３ｂ及びヨーク３４ａ，３４ｂからなる二組の磁気回路が形成される。マグネットユニット４１内の第一プレート３１は、貫通孔３１ｃを通ったネジ４５（図５［Ｂ］）によってマグネットユニット固定板４３に固定される。マグネットユニット固定板４３の回転中心穴４３ａ（図５［Ｂ］）にはマグネット回転軸５０の上端が固定される。これにより、マグネットユニット４１は、マグネット回転軸５０とともに回転する。
【００２４】
コイルホルダ３５は、円板部３５ａ、二個のコイル保持部３５ｂなどを有する。円板部３５ａは、中央に貫通孔３５ｃ、上面にネジ穴３５ｄが穿設されており、導線３８を取り出すためのプリント配線板３７が上面に付設されている。コイル保持部３５ｂは、円板部３５ａの外周から突設された四角板である。コイル３６は、銅線を巻いて形成された二個の巻線からなり、それぞれコイル保持部３５ｂに保持されている。コイルホルダ３５、コイル３６及びプリント配線板３７からコイルユニット４２が構成される。
【００２５】
コイルユニット固定板４４は、略Ｍ字状に折り曲げられた金属板からなり、中央の窪み部がコイルユニット４２のネジ穴３５ｄにネジ４６によって固定され、両端の脚部がキャスタ側固定ブラケット５７の平板部５７ｂにネジ４７によって固定される。このとき、コイルユニット４２は、マグネットユニット４１のコイルホルダ挿入孔３２ａから挿入されて、第一プレート３１と第二プレート３２との間にどちらにも非接触の状態で位置付けられる。そのため、マグネット回転軸５０の回転に伴いマグネットユニット４１が回転しても、コイルユニット４２は静止したままである。つまり、コイルユニット４２に対してマグネットユニット４１が回転することにより、コイル３６を貫くマグネット３３ａ，３３ｂの磁束が変化するので、コイル３６から誘導起電力が発生する。
【００２６】
主に図１及び図２に示すように、旋回キャスタ１０が設けられる車体２００は例えば買い物において用いられるカートであり、その一部の金属フレーム２０１が図示されている。金属フレーム２０１の底部には、四個の一般的な旋回キャスタ２１０が設けられている。一般的な旋回キャスタ２１０は、フォーク２１１、旋回部２１２、車輪２１３及び車軸２１４で構成され、旋回部２１２が自由に回転（旋回）し、車輪２１３が回転する。キャスタ側固定ブラケット５７は、平板部５７ｂの取付け穴５７ｃ（図６［Ａ］）を通ったネジ５７ｄ（図６［Ａ］）によって、車体側固定ブラケット２２１に固定される。車体側固定ブラケット２２１は、ネジ２２２によって車体固定板２２３，２２４に固定される。車体固定板２２３，２２４は車体２００の一部になっていることから、これにより旋回キャスタ１０が車体２００に設けられる。なお、図１に示す状態では、伸縮機構８０の圧縮コイルバネ８１（図４［Ｂ］）が伸びているので、車輪２０の底が車輪２１３の底よりも距離Ｄだけ低くなっている。
【００２７】
カートの使用者はカートを任意の方向へ押すと、四個の旋回キャスタ２１０の車輪２１３及び本実施形態の旋回キャスタ１０の車輪２０がその方向へ進行方向を変える。これにより、使用者は、カートを所望の位置へ押し進めることができるとともに、旋回キャスタ１０で発電された電力を利用することができる。
【００２８】
次に、本実施形態の旋回キャスタ１０の全体の動作について説明する。
【００２９】
まず、旋回キャスタ１０の直進時の動作について説明する。主に図１及び図２に示すように、車輪２０が床面Ｓに接することにより回転すると、その回転が車輪回転軸２１を経て動力伝達機構６０に伝わる。主に図４に示すように、動力伝達機構６０では、車輪回転軸２１の回転を、第一平歯車６１、第三平歯車６３、第二平歯車６２、第一傘歯車７１及び第二傘歯車７２がマグネット回転軸５０へ伝える。このとき、第一傘歯車７１及び第二傘歯車７２は、車輪２０の回転中心線と平行な回転中心線を、車輪２０の回転中心線と垂直な回転中心線に変換する。主に図５に示すように、マグネット回転軸５０では、動力伝達機構６０からの回転によって棒状軸８３が回転し、ストッパピン８５が長孔８４に係止することにより筒状軸８２が棒状軸８３とともに回転する。これにより、筒状軸８２の上端すなわちマグネット回転軸５０の上端に固定されたマグネットユニット４１が回転する。一方、主に図６に示すように、コイルユニット４２はコイルユニット固定板４４及びキャスタ側固定ブラケット５７等を介して車体２００（図１）に固定されていることにより、マグネット３３ａ，３３ｂがコイル３６に対向したまま回転するので、コイル３６から導線３８を介して電力が供給される。
【００３０】
旋回キャスタ１０の旋回時の動作は複雑になるので、ここでは単純化した二つの動作について説明する。主に図１及び図６に示すように、車輪２０が転がりもせず向きも変えずに静止している時に車体２００の向きを変える場合が第一の動作であり、車体２００が静止している時に例えば車輪２０が宙に浮いて自在に向きを変える場合が第二の動作である。なお、実際の旋回時は、第一及び第二の動作並びに直進時の動作が入り混じったものになる。
【００３１】
第一の動作では、車輪２０及び動力伝達機構６０が動かないので、それに連なるマグネット回転軸５０も動かない。一方、車体２００からキャスタ側固定ブラケット５７までは、回転中心線５１を中心に軸受５３（図５）を介して回転する。このとき、コイルユニット４２は、コイルユニット固定板４４を介してキャスタ側固定ブラケット５７に固定されているので、マグネットユニット４１に対して回転する。そのため、コイル３６から導線３８を介して電力が供給される。
【００３２】
第二の動作では、車輪２０からマグネット回転軸５０までが回転し、回転中心線５１を中心にマグネット回転軸５０及び動力伝達機構６０が軸受５３（図５）を介して回転し、キャスタ側固定ブラケット５７は静止する。このとき、マグネット回転軸５０に連なるマグネットユニット４１も回転するので、マグネットユニット４１はコイルユニット４２に対して回転する。そのため、コイル３６から導線３８を介して電力が供給される。
【００３３】
次に、本実施形態の旋回キャスタ１０の作用及び効果について説明する。
【００３４】
主に図１に示すように、本実施形態によれば、車輪２０の回転は車輪回転軸２１及び動力伝達機構６０を介してマグネット回転軸５０へ伝達され、マグネット回転軸５０がマグネット３３ａ，３３ｂ（図６）を回転させることによってコイル３６（図６）から電力が得られる。一方、車輪２０はマグネット回転軸５０を介して旋回する。このとき、導線３８を接続するコイル３６が車体２００に固定されていることにより、コイル３６が車輪２０とともに旋回しないので、一方向に連続的に旋回しても導線３８が捩れたり切れたりすることがない。よって、車体２００に設けられる発電機能付き旋回キャスタ１０において、導線３８を介して電力を車体２００へ供給する技術を提供できる。
【００３５】
主に図４に示すように、動力伝達機構６０は、本実施形態では歯車から構成しているが、例えばフレキシブルシャフト（複数の自在軸継手を連結したものを含む。）で構成してもよい。ただし、フレキシブルシャフトを用いた場合は、フレキシブルシャフトの折り曲げりや捩じりによって旋回に対応するので、旋回頻度の増加に応じて耐久性が低下する。これに対し、本実施形態における動力伝達機構６０によれば、第一傘歯車７１と第二傘歯車７２との噛み合いという一般的な歯車の噛み合いによって旋回に対応するので、旋回頻度の増加に対する耐久性を向上できる。
【００３６】
マグネット回転軸５０と床面Ｓとの距離の変動に応じて伸縮する伸縮機構８０をマグネット回転軸５０に設けた場合は、車体２００（図１）の上げ下げや床面Ｓ（図１）の凹凸にも対応して常に車輪２０を床面Ｓに接触できることにより、発電機３０の動作時間を増加できるので、発電効率を向上できる。また、床面Ｓからの衝撃を伸縮機構８０で吸収できるので、旋回キャスタ１０の耐衝撃性を向上できる。このとき、圧縮コイルバネ８１、筒状軸８２及び棒状軸８３を用いて伸縮機構８０を構成すると、伸縮機構８０の部品がマグネット回転軸５０の部品にもなるので、部品点数を削減できる。
【００３７】
主に図５及び図６に示すように、マグネット回転軸５０に垂直な面に沿って設けられマグネット回転軸５０とともに回転する第一プレート３１及び第二プレート３２を用い、これらにマグネット３３ａ，３３ｂを保持させ、マグネット３３ａ，３３ｂにコイル３６を対向させることにより発電機３０を構成してもよい。この場合は、マグネット回転軸５０の延びる方向（すなわち高さ方向）に沿ってマグネット３３ａ，３３ｂとコイル３６とを対向するように配置することにより、マグネット回転軸５０を中心に内側にマグネット３３ａ，３３ｂを配置し外側にコイル３６を配置した場合に比べ、高さ方向に発電機３０をコンパクト化できるので、旋回キャスタ１０の設置場所の自由度を高めることができる。なお、マグネット回転軸５０を中心に内側にマグネット３３ａ，３３ｂを配置し外側にコイル３６を配置した場合は、マグネット３３ａ，３３ｂとコイル３６との対向面積を得るために、どうしても高さ方向に大きくする必要がある。
【００３８】
次に、図１に示すように、「マグネット回転軸５０の回転中心線５１は、床面Ｓと車輪２０との接点２２からずれており、かつ、車輪２０の転がり方向２３に交わる」ことについて説明する。
【００３９】
図９は本実施形態の旋回キャスタ１０の上面図であり、図９［Ａ］は旋回キャスタ１０が直進を続ける場合、図９［Ｂ］は旋回キャスタ１０が右へ旋回する場合である。図９において回転中心線５１と接点２２との距離は、わかりやすくするために図１に示すものよりも大きく採っている。進行方向１１ｃ，１１ｒは、カートの使用者がカートを押す方向である。回転中心線５１は、旋回キャスタ１０の旋回中心線にもなっている。
【００４０】
図９［Ａ］に示すように、旋回キャスタ１０が直進を続ける場合は、進行方向１１ｃと逆向きの摩擦力Ｒｃが車輪２０に加わる。車輪２０に加わる荷重をＬ、ころがり摩擦係数をμ１とすると、Ｒｃ＝Ｌ×μ１で与えられる。ころがり摩擦係数μ１は極めて小さいので、車輪２０の走行を妨げることはない。
【００４１】
図９［Ｂ］に示すように、旋回キャスタ１０が右へ旋回する場合、旋回し始めた時は進行方向１１ｒと逆向きの摩擦力Ｒｒが車輪２０に加わる。つまり、車輪２０の転がり方向２３と進行方向１１ｒとが異なることにより、車輪２０はすべる又は止まるので、すべり摩擦係数μ２又は静止摩擦係数μ３による摩擦力Ｒｒが発生する。μ３＞μ２>>μ１であるから、Ｒｒ>>Ｒｃとなる。しかも、摩擦力Ｒｒの延長方向に回転中心線５１が無いため、回転中心線５１を中心とする時計回りの力のモーメントＭが車輪２０に働く。その結果、転がり方向２３が進行方向１１ｒに一致するまで、回転中心線５１を中心に車輪２０が旋回する。換言すると、進行方向１１ｒと回転中心線５１と転がり方向２３とが一直線上に乗るように、力のモーメントＭが発生する。
【００４２】
以上の説明から、旋回キャスタとして動作する条件が次のように導かれる。条件１「回転中心線５１は接点２２からずれている」。回転中心線５１が接点２２と一致する場合を考えると、力のモーメントＭが発生しなくなるので、安定した旋回ができなくなる。条件２「回転中心線５１は転がり方向２３に交わる」。回転中心線５１が転がり方向２３に交わらない場合を考えると、進行方向１１ｒと回転中心線５１と転がり方向２３とが一直線上に乗らないため、安定した旋回ができなくなる。
【００４３】
次に、本実施形態の旋回キャスタについて補足説明をする。
【００４４】
本発明の名称は、「発電用の第五の車輪を設けたカート」ということもできる。本発明の主な利用分野は例えばカート又は台車である。本発明の効果及び利点は、回転エネルギを利用する発電方式（環境発電）であること、及び、車輪で発電された電力を有線で取り出すことが可能であること（電池レス電源）である。カートの既存の車輪に発電機能を付与した従来技術では、既存の車輪の車軸にコイルユニットが固定され、マグネットユニットが回転する構造になっている。その場合、カートの車輪は３６０度旋回する機能を備えるため、車軸に固定されたコイルユニットから有線で電力を取り出すことはできない（線が捩れて切れてしまうため）。また発電量は、発電機の仕様を基準にすると、単位時間あたりの車輪の回転数で決まってしまう。これらの問題を解決するために、本発明の発電機能付き旋回キャスタを考えた。その構造について、以下に説明する。
【００４５】
１．動力伝達の起点となる平歯車が車輪回転軸上に固定され、アイドラ用の平歯車を経由して、伝達方向を９０度方向変換する傘歯車ユニットへと動力が伝達される。
２．伝達された動力は、途中の伝達シャフトを介して、発電機内のマグネットユニットに伝達される。これによりマグネットユニットが回転する。一方、カートフレームに固定されたコイルユニットは、マグネットユニットに挟まれた位置にレイアウトされている。
【００４６】
上記の構造を採用することにより、電力を取り出すためのコイルユニットは、カートフレームに固定され、かつ車輪の旋回機能の部分とは独立した場所になるので、有線で電力を取り出すことが可能となる。また、車輪を安定して回転させるために接地面を一定以上の力で押し付けるためのダンパー構造（伸縮機構）と、傘歯車を利用した車輪の旋回機能とを備えた。発電量については、車輪の外径を小さくする、又は、動力伝達機構で増速することで調整が可能となる。本発明の主なポイントは、傘歯車を利用した動力伝達機構にある。これは、動力伝達方向を９０度方向変換する、及び、車輪が旋回しているときも動力伝達を可能にする、という二つの機能を同時に満足させる傘歯車による動力伝達方法ということもできる。更に、本発明は、偏芯距離がある回転自在な車輪において、伝達される車輪の回転力を９０度方向変換することで、車輪と垂直な位置に取り付けられた発電ユニットに回転力を伝達するホイール発電ユニットにおいて、電力取り出し部が回転自在なユニット部とは独立した位置に固定されたホイール発電ユニット、ということもできる。
【００４７】
以上、上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では本発明の旋回キャリアを車体に付設する例を示したが、本発明の旋回キャリアを既存のキャスタと置換するように設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る発電機能付き旋回キャスタは、キャスタが取り付け可能な車体ならば、どのような物にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  旋回キャスタ
１１ｃ，１１ｒ  進行方向
２０  車輪
２１  車輪回転軸
２１ａ，２１ｂ  中央軸
２１ｃ  左側軸
２１ｄ  右側軸
２２  接点
２３  転がり方向
２４  中央車輪フレーム
２５  左側車輪フレーム
２６  右側車輪フレーム
２７  上側車輪フレーム
２８  ネジ
２９ｃ，２９ｄ  軸受
３０  発電機
３１  第一プレート
３１ａ  マグネット回転軸挿入孔
３１ｂ  位置決めピン
３１ｃ  貫通孔
３２  第二プレート
３２ａ  コイルホルダ挿入孔
３２ｂ  周壁
３２ｃ  位置決め穴
３３ａ，３３ｂ  マグネット
３４ａ，３４ｂ  ヨーク
３５  コイルホルダ
３５ａ  円板部
３５ｂ  コイル保持部
３５ｃ  貫通孔
３５ｄ  ネジ穴
３６  コイル
３７  プリント配線板
３８  導線
４１  マグネットユニット
４２  コイルユニット
４３  マグネットユニット固定板
４３ａ  回転中心穴
４４  コイルユニット固定板
４５，４６，４７  ネジ
５０  マグネット回転軸
５１  回転中心線
５２，５３  軸受
５４  ワッシャ
５５  止め輪
５６  ナット
５７  キャスタ側固定ブラケット
５７ａ  筒部
５７ｂ  平板部
５７ｃ  取付け穴
５７ｄ  ネジ
６０  動力伝達機構
６１  第一平歯車
６２  第二平歯車
６３  第三平歯車
６３ａ  軸
６３ｂ  止め輪
６４  軸
６４ａ  左側軸
６４ｂ  右側軸
６４ｃ  ナット
７１  第一傘歯車
７２  第二傘歯車
７２ａ  軸
８０  伸縮機構
８１  圧縮コイルバネ
８２  筒状軸
８３  棒状軸
８４  長孔
８５  ストッパピン
８６  軸受
８７  スペーサ
２００  車体
２０１  金属フレーム
２１０  旋回キャスタ
２１１  フォーク
２１２  旋回部
２１３  車輪
２１４  車軸
２２１  車体側固定ブラケット
２２２  ネジ
２２３，２２４  車体固定板
Ｓ  床面
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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