(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪との間で半径方向に隙間を形成することにより当該半径方向を含む所定の範囲で遊動自在とした状態で前記外輪の内側に内輪を配置し、前記内輪の軸心に軸孔を設けて、外輪が接地することにより内輪が外輪の偏心した位置に内接し且つ外輪の内面上を転動しながらその内接位置を変更し得るように構成されるものにおいて、
前記外輪の内側に内リングを当該外輪と一体的に設け、この内リングを挟む位置に一対の内輪を互いに分離して配置し、且つ、前記一対の内輪の内周をそれぞれ異なる軸受で支持することにより双輪構造として、前記一対の内輪の間隔が軸心に沿って広がる方向の挙動を前記内輪を支持する軸受を介して規制する第１の規制部と、前記一対の内輪の間隔が軸心に沿って狭まる方向の挙動を前記内輪を支持する軸受を介して規制する第２の規制部とを設けたことを特徴とする車輪。
【請求項２】
それぞれの内輪の内周を軸受で支持し、当該内輪の内周を軸受に対して一体となるように差し込むとともに、軸受が第１の規制部の一部を構成している請求項１に記載の車輪。
【請求項３】
それぞれの内輪の内周を軸受で支持し、当該内輪の内周を軸受に対して一体となるように差し込むとともに、軸受の内側面間に介在させたスペーサによって第２の規制部を実現している請求項１又は２に記載の車輪。
【請求項４】
各内輪の外周面における軸心方向中央部に外周に向かって凸となる軌条又は凹となる溝を設けるとともに、外輪の内周面における対応２箇所に前記軌条と係合する溝又は前記溝と係合する軌条を設けている請求項１〜３の何れかに記載の車輪。
【請求項５】
内輪の外径寸法と外輪の内径寸法の比率を、１：１．２〜１．４の範囲内に設定している請求項１に記載の車輪。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の車輪の軸孔に車軸を挿通して車軸の両端をキャスタ本体に支持させてな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、走行時における衝撃及び騒音を緩和し得る内外輪分離型の車輪及びキャスタに係り、更に走行性及び安定性の向上を図った車輪及びキャスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の車輪として、特許文献１に示すものが挙げられる。この車輪は、外輪との間で半径方向に隙間を形成することにより当該半径方向を含む所定の範囲で遊動自在とした状態で前記外輪の内側に内輪を配置し、前記内輪の軸心に当該内輪を軸支する車軸を取り付けて、外輪が接地することにより内輪が外輪の偏心した位置に内接し且つ外輪の内面上を転動しながらその内接位置を変更し得るように構成されている。
【０００３】
このような構成により、内輪は外輪内を転動することができるので、外輪が障害物に衝突してロックし、或いは円滑な走行が妨げられた状況下において、引き続き車軸を通して内輪に上載物の慣性が作用する場合、あるいは操作力が加わる場合には、先に内輪が外輪内を障害物上へ乗り上がる位置まで前上方に移動し、この内輪に付勢されるようにして外輪がやや遅れて障害物へ乗り上がるという作用が営まれる。したがって、上載物の慣性力がそのまま衝突反力として車輪に作用することを回避して、衝撃や騒音発生を有効に防止することができる。その際、内輪は、障害物の大きさに応じて必要な高さまで上がることができるので、障害物が極端に大きい場合を除いて、一律に有効な緩衝作用が生じることになる。
【０００４】
これにより、簡素かつ廉価に構成できて、走行時に障害物に衝突した際の衝撃及び騒音を緩和し、特に車輪のロックを有効に回避するとともに、過大な操作力を要さずに障害物を乗り越えられるようにした、使い勝手に優れた車輪を提供できるものとなっている。
【０００５】
更に本発明者は、非特許文献１に示すように、内輪を双輪にした新たな構造を実現している。このキャスタは、図６に示すように、外輪１０１に対して内輪１０２を一対に配して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１３０７４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】http://www.kamosys.com/R2/R2.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、一般的な双方キャスタの場合、車軸を貫通させた支持壁の両側に軸受を介して車輪を取り付けるのが通例であり、車軸の中央部を保持する支持壁が台車やキャリー等に固定される。
【０００９】
しかしながら、内外輪分離構造において内輪１０２を双輪にし、台車やキャリー等に固定しようとする場合、車軸Ｓの両端を台車やキャリー等に固定する必要があるため、一対の内輪１０２、１０２を外輪１０１に対して分離しないように組み付けなければならないという特殊な事情がある。
【００１０】
図６では、外輪１０１の内側に内リング１０５を外輪１０１と一体的に設け、内輪１０２を内リング１０５を挟む位置に一対に配置して双輪構造にするにあたり、各内輪１０２に内向きに径の異なるボス部１０２ａ、１０２ｂを設け、これらのボス部１０２ａ、１０２ｂを車軸Ｓの外周と内リング１０５の内周との間の円環状の隙間に挿入して嵌め合わせ、一体化する構造を採用している。
【００１１】
しかしながら、このような構造において車軸Ｓに過荷重が掛かると、ボス部１０２ａ、１０２ｂの位置が下がって内リング５に接触することがある。一見、このような構造は一対の軸受１０４による支持とは別に内リング５に掛かる荷重を外輪１０１が受けることにより計３点支持構造となって支持状態が良好になるように思えるが、本発明者が検証した結果、内リング５の外輪１０１へのインサート成型部分に荷重が集中して外輪１０１の損傷または破損に繋がるダメージが及ぶ場合があり、内輪１０２を双輪にするためには別異の構造で内輪１０２、１０２の配置を維持することが望ましいことが判明した。
【００１２】
また、かかるボス部１０２ａ、１０２ｂ同士の嵌め合い構造を採用すると、一対の内輪１０２、１０２が非対称構造になるため、金型が２つ必要となってコストアップにつながる欠点もある。
【００１３】
さらに、嵌め合い構造を採用しないとなると、各内輪１０２の挙動がばらばらになりがちであるため、走行安定性を高めるためには、両内輪１０２、１０２を平行に保ちかつ軌道をより安定させることが必要となってくる。
【００１４】
本発明は、このような着眼点に立った新たな支持構造による車輪及びキャスタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１６】
すなわち、本発明の車輪は、外輪との間で半径方向に隙間を形成することにより当該半径方向を含む所定の範囲で遊動自在とした状態で前記外輪の内側に内輪を配置し、前記内輪の軸心に軸孔を設けて、外輪が接地することにより内輪が外輪の偏心した位置に内接し且つ外輪の内面上を転動しながらその内接位置を変更し得るように構成されるものにおいて、前記外輪の内側に内リングを当該外輪と一体的に設け、この内リングを挟む位置に一対の内輪を互いに分離して配置し、且つ、前記一対の内輪の内周をそれぞれ異なる軸受で支持することにより双輪構造として、前記一対の内輪の間隔が軸心に沿って広がる方向の挙動を前記内輪を支持する軸受を介して規制する第１の規制部と、前記一対の内輪の間隔が軸心に沿って狭まる方向の挙動を前記内輪を支持する軸受を介して規制する第２の規制部とを設けたことを特徴とする。
【００１７】
このようにすると、内輪同士をボス構造にして嵌め合わせる必要がなく、車軸と内リングの内周との間に十分な隙間ができるため、内リングから外輪に集中荷重が掛かって外輪の破損の原因となることが解消するほか、一対の内輪を対称構造にできるため、共通の金型が使えてコストダウンにつながる。
【００１８】
具体的な実施の態様としては、それぞれの内輪の内周を軸受で支持し、当該内輪の内周を軸受に対して一体となるように差し込むとともに、軸受が第１の規制部の一部を実現しているものが挙げられる。
【００１９】
或いは、それぞれの内輪の内周を軸受で支持し、当該内輪の内周を軸受に対して一体となるように差し込むとともに、軸受の内側面間に介在させたスペーサによって第２の規制部を実現しているものが挙げられる。
【００２０】
内輪の挙動をより安定させるためには、各内輪の外周面における軸心方向中央部に外周に向かって凸となる軌条又は凹となる溝を設けるとともに、外輪の内周面における対応２箇所に前記軌条と係合する溝又は前記溝と係合する軌条を設けていることが望ましい。
【００２１】
内外輪比は、内輪の外径寸法と外輪の内径寸法の比率を、１：１．２〜１．４の範囲内に設定していることが効果的である。
【００２２】
以上のような車輪の軸孔に車軸を挿通して車軸の両端をキャスタ本体に支持させれば、内外輪分離かつ内輪双輪構造の車輪を適切に組み付けてキャスタを構成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明した本発明によれば、内外輪分離かつ内輪双輪構造としても一体に取り扱いができ、走行性能や安定性も格段に向上させた、新規有用な車輪及びキャスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る車輪を組み付けたキャスタの斜視図。
【図２】図１の分解斜視図。
【図３】同車輪の側面図。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線階段断面図。
【図５】同キャスタのブレーキ機能を示す図４に対応した断面図。
【図６】従来構造を示す図４に対応した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態の車輪Ｒを取り付けたキャスタＣを示しており、図２はその分解斜視図、図３は車輪Ｒの側面図、図４は図３におけるＩＶ−ＩＶ線階段断面図である。図４において断面を表わすハッチングは一部省略してある。
【００２７】
この車輪Ｒは、外輪１との間で半径方向に隙間を形成することにより当該半径方向を含む所定の範囲で遊動自在とした状態で外輪１の内側に内輪２を配置し、内輪２の軸心ｍの位置に車軸Ｓを挿通する軸孔２０を設けて、外輪１が接地することにより内輪２が外輪１の偏心した位置に内接し且つ外輪１の内面１０上を転動しながらその内接位置を変更し得るように構成された内外輪分離構造である。軸孔２０はボス３により形成され、ボス３と内輪２の間には軸受４が配されている。
【００２８】
特にこの実施形態は外輪１内で内輪２の双輪構造を実現するものであり、そのためには、一対の内輪２、２を外輪１に対して分離しないように組み付ける必要がある。そこで、外輪１の内側を軸心ｍ方向に二分する位置に内リング５を外輪１と一体的に設け、この内リング５を挟む両側に一対の内輪２、２を配置する。その際、内輪２、２同士を図６に示すようにボス構造にして嵌め合わせるのではなく、互いに分離した状態でも等間隔で平行を保ち得る構造を採用する。そのために、内輪２の内周を支持する軸受４を利用し、適正に組み付けた所定位置を基準にして、内輪２、２の間隔が車軸Ｓに沿って広がる挙動を規制する第１の規制部Ｘと、内輪２、２の間隔が車軸Ｓに沿って狭まる挙動を規制する第２の規制部Ｙとを設けている。二分する位置は必ずしも二等分する位置に限らない。
【００２９】
具体的に説明すると、外輪１はドーナツ状をなし、外周は平坦面１１の両側に角を丸めたＲ部１２を設けたもので、素材には路面を転動するに適したもの、例えばＥＰＤＭが使用されている。
【００３０】
軸受４は、転動体であるボール４１を内側軌道輪４２と外側軌道輪４３で挟んで一体化させた構造の周知のころがり軸受を用いたもので、内側軌道輪４２には取付孔４２ａが貫通している。
【００３１】
一方、内輪２は軸受４に支持された状態で外輪１の内面１０を転動するため、素材には機械的強度に優れたもの、例えばＰＡ６６（いわゆる６−６ナイロン）が使用されている。この内輪２は、等角位置に肉抜きを設けた円盤部２１の外側に断面Ｔ字状に広がる外周部２２を有し、この外周部２２の外面２２ａを転動面とするとともに、内周側に内向きコ字型の差込部２３を設けた樹脂一体成体である。差込部２３は軸受４の外側軌道輪４３の両側端面を抱く状態で軸受４の機能を妨げない位置まで差し込まれて外側軌道輪４３と一体化される。
【００３２】
内リング５は内輪２と同様の機械的強度を付与すべく、素材に例えばＰＡ６６が使用されている。内リング５は等角位置に肉抜きを設けた円盤部５１の外周側に断面Ｔ字状に広がる外周部５２を有しており、この外周部５２と円盤部５１の一部が外輪１内に埋め込まれた状態で外輪１とともに樹脂一体成型（インサート成型）されている。
【００３３】
ボス３は、軸受４の取付孔４２ａに嵌り合う外径を有する第１筒部３１と、この第１筒部３１よりも若干径の大きい第２筒部３２と、この第２筒部３２の一端に拡開して設けられた鍔部３３とが樹脂一体成型されたもので、第１筒部３１と第２筒部３２の境界には段差部３４が形成されている。
【００３４】
外輪１の内径φ１は内輪２の外径φ２よりも大径となるように設定されることで、外輪１と内輪２との間に半径方向に隙間が形成され、外輪１が内輪２に対して相対的に上方へ偏心した図３の状態において、外輪１と内輪２の間には三日月状の隙間Δが形成される。内リング５の内周５３はこの三日月状の隙間Δよりも軸心ｍ側に延びて、内輪２、２の倒れ止めを図っている。
【００３５】
外輪１の内径φ１と内輪２の外径φ２とは適宜の寸法に設定すればよいが、両者があまり近いと外内輪１，２を設けた意義が没却され、逆にかけ離れ過ぎると路面上の段差を蹴ってしまう。本発明者が種々の実験をした結果、円滑な段差乗り上げのためには、φ２とφ１の比率φ２：φ１を、１：１．２〜１．４の範囲に収めることが有効であることが判明した。
【００３６】
組み付けの一例は、内輪２の差込部２３を軸受４の外側軌道輪４３に対して一体となるように差し込み、軸受４の内側軌道輪４２の取付孔４２ａにボス３を挿入して段差部３４が内側軌道輪４２の側端面に突き当たるまで差し込んで内輪ユニットを組む。そして、その内輪ユニットを、外輪１の内側において内リング５で画された両側の空間に左右から装入する。その際、一対の軸受４、４間にはボス３の外周に嵌め合わせたスペーサであるブッシュ６を位置づける。この実施形態に用いるブッシュ６は樹脂製のもので、軸受４の回転を妨げないように内側軌道輪４２の内側面間に位置づける。勿論、素材は樹脂以外であっても構わない。
【００３７】
このような状態において、軸受４の内側軌道輪４２の外側面がボス３の段差部３４に突き当たった箇所に本発明の第１の規制部として機能する係合部Ｘが形成され、この係合部Ｘによって軸受４，４間の間隔が軸心ｍに沿って広がる挙動が規制され、その結果、軸受４に嵌め合わされた内輪２、２間の間隔も軸心ｍに沿って広がることが規制される。また、軸受４の内側軌道輪４２の内側面間に介在するブッシュ６が本発明の第２の規制部Ｙとして機能し、このブッシュ６によって軸受４、４間の間隔が軸心ｍに沿って狭まる挙動が規制され、その結果、軸受４に嵌め合わされた内輪２、２間の間隔も軸心ｍに沿って狭まることが規制される。
【００３８】
さらに、外輪１の内面１０において一対の内輪２、２が安定した軌道上を転動するよう、各内輪２、２の外周面２２ａにおける軸心ｍ方向中央部に外周に向かって緩やかに凸となる軌条２２ｍを周回させて設けるとともに、外輪１の内面１０における対応２箇所に軌条２２ｍと係合する溝１０ｍを周回させて設けている。勿論、各内輪２の外周面２２ａにおける軸心ｍ方向中央部に外周に向かって緩やかに凹となる溝を設け、外輪１の内面１０における対応２箇所に溝と係合する軌条を設けても構わない。
【００３９】
最後に、軸孔２０にボルト状の車軸Ｓを挿入して先端を図示しないナットで締め付けることにより、ブッシュ６が軸受４を構成する内側軌道輪４２の内側面間で突っ張った状態でボス３の段差部３４が軸受４を構成する内側軌道輪４２の外側面に突き当たった状態で締め付けられる。このとき、図１に示すキャスタ本体７の左右一対のブラケット７１、７１間に車輪Ａを位置づけてブラケット７１、７１ともども共締めすれば、車輪Ｒがキャスタ本体７に取り付けられてキャスタＣに仕上げられる。ブラケット７１は図４に示す左右のボス３の鍔部３３を左右から締め付けた状態を維持する。
【００４０】
この状態で、一対の内輪２、２は外輪１の溝１０ｍに軌条２２ｍをガイドされて軸心ｍ方向にガタつきなく安定に転動し、内輪２の外周部２２と内リング５の円盤部５１との間には所定のクリアランスδが確保される。
【００４１】
この車輪Ａが路面上を走行する際の挙動は基本的に特許文献１と同様であって、内輪２は外輪１内を転動することができるので、外輪１が障害物に衝突してロックし、或いは円滑な走行が妨げられた状況下において、引き続き車軸Ｓを通して内輪２に上載物の慣性が作用する場合、あるいは操作力が加わる場合には、先に内輪２が外輪１内を障害物上へ乗り上がる位置まで前上方に移動し、この内輪２に付勢されるようにして外輪１がやや遅れて外輪１の内面１０を転動して障害物へ乗り上がるという作用が営まれる。したがって、上載物の慣性力がそのまま衝突反力として車輪Ｒに作用することを回避して、衝撃や騒音発生を有効に防止することができる。その際、内輪２は、障害物の大きさに応じて必要な高さまで上がることができるので、障害物が極端に大きい場合を除いて、一律に有効な緩衝作用が生じることになる。
【００４２】
障害物から降りるときは、先に外輪１が下りた後、内輪２がやや遅れて外輪１の内面１０を転動しつつ障害物から降りるという作用が営まれる。したがって、この場合にも衝撃や騒音発生を有効に防止することができる。
【００４３】
図５は図１のキャスタＣにブレーキ機能を付与する構成を示すもので、キャスタ本体７１を足場にして外輪１に直接ブレーキパッド８１を押し当てる構造のものや、ブッシュ６を弾性により縮み得るようにし、或いは皿バネ等により構成して、両側のブラケット７１からボス３を介して内輪２、２間を第２の規制部Ｙに抗して強制的に狭め、図４に示す隙間δを潰して内輪２を内リング５に押し当ててロックする構造のもの等を、適宜採用することが可能である。
【００４４】
以上のように、本実施形態の車輪Ｒは、外輪１との間で半径方向に隙間を形成することにより半径方向を含む所定の範囲で遊動自在とした状態で外輪１の内側に内輪２を配置し、内輪２の軸心ｍの位置にボス３による軸孔２０を設けて、外輪１が接地することにより内輪２が外輪１の偏心した位置に内接し且つ外輪１の内面１０上を転動しながらその内接位置を変更し得るように構成するにあたり、外輪１の内側に内リング５を外輪１と一体的に設け、この内リング５を挟む位置に一対の内輪２、２を互いに分離して配置することにより双輪構造としたものである。そして、内輪２、２間の間隔が軸心ｍに沿って広がる挙動を規制する第１の規制部Ｘと、内輪２、２間の間隔が軸心ｍに沿って狭まる挙動を規制する第２の規制部Ｙとを設けている。
【００４５】
このようにすると、内輪２、２同士をボス構造にして嵌め合わせる必要がなく、車軸Ｓと内リング５の内周５３との間に十分な隙間ができるため、軸受４、４間の中央で内リング５から外輪１に集中荷重が掛かって外輪１の破損の原因となることが解消するほか、一対の内輪２，２を対称構造にすることができるため、共通の金型が使えてコストダウンを図ることができる。
【００４６】
具体的には、それぞれの内輪２の内周を軸受４で支持し、内輪２の内周に設けた差込部２３を軸受４の外側軌道輪４３に対して回転を妨げずに一体となるように差し込むとともに、軸受４の内側軌道輪４２が第１の規制部Ｘの一部を構成するようにしており、内輪２は軸受４に一体に差し込まれているから、結果的に内輪２、２間隔も車軸Ｓに沿って広がる挙動が規制される構造を好適に実現するものとなっている。
【００４７】
或いは、それぞれの内輪２の内周を軸受４で支持し、内輪２の内周に設けた差込部２３を軸受４の外側軌道輪４３に対して回転を妨げずに一体となるように差し込むとともに、軸受４を構成する内側軌道輪４２の内側面間に回転を妨げない状態で介在させたスペーサたるブッシュ６によって第２の規制部Ｙを実現しており、軸受４，４間隔が車軸Ｓに沿って狭まる挙動がブッシュ６によって規制され、内輪２は軸受４に一体に差し込まれているから、結果的に内輪２、２間の間隔も軸心ｍに沿って狭まる挙動が規制される構造を好適に実現するものとなっている。特に、ブッシュ６をボス３に緊密に嵌合させることで、内輪２、２をガタつき無く一体化させる効果が生じる。
【００４８】
加えて、各内輪２の外周面２２ａにおける軸心ｍ方向中央部に外周に向かって凸となる軌条２２ｍを設けるとともに、外輪１の内面１０における対応２箇所に軌条２２ｍと係合する溝１０ｍを設けているため、各内輪２の軌道が安定するうえに、一対の内輪２、２は共通の外輪１の溝１０ｍに係合することで第１の規制部Ｘや第２の規制部Ｙとしての役割を兼ね、内輪２の挙動はより安定することになる。
【００４９】
さらに、内輪２の外径寸法φ２と外輪１の内径寸法φ１の比率を、１：１．２〜１．４の範囲内に設定しているので、段差乗り上げ機能が極めて良好なものとなる。
【００５０】
そして、以上のように構成される車輪Ｒの軸孔２０に車軸Ｓを挿通して車軸Ｓの両端をキャスタ本体７に支持させることで、内外輪分離かつ内輪双輪構造の車輪２を適切に組み付けてキャスタＣを構成することが可能となる。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成や素材等は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００５２】
例えば、内リング５と外輪１は必ずしも一体成型せずとも、別々に成形して一体化若しくは一体的に連結してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態ではボスを軸受の内側軌道輪に押し当てて内輪間隔が広がる挙動を規制する第１の規制部を構成したが、ボスを用いない場合には、軸受の内側軌道輪を外側軌道輪よりも幅広にしてこの内側軌道輪に直接規制力を作用させるように構成することで、同様の効果を奏することができる。
【００５４】
さらに、前記実施形態では外輪が単輪で内輪が双輪である構造について説明したが、外輪も双輪として各々の外輪の内側に内輪を配置し、これらの内輪間に各外輪とそれぞれ一体化された内リングを位置づけても、上記実施形態に準じた車輪やキャスタを構成することができる。この場合、内リングの内径よりも径の大きい保持板を内リング間に配置して車軸に通し、車軸の両端を抜け止め構造にするとともに、保持板間において当該車軸をキャスタ本体に支持させれば、外輪の適切な保持を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の車輪及びキャスタは、台車やキャリー、カート、手押し車、車両を始め、路面の段差や障害物を乗り越えて走行することが要求される種々の民生品や産業機械等に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…外輪
２…内輪
３…ボス
４…軸受
５…内リング
６…スペーサ（ブッシュ）
７…キャスタ本体
１０…内面
１０ｍ…溝
２０…軸孔
２２ｍ…軌条
７１…ブラケット
Ｃ…キャスタ
ｍ…軸心
Ｒ…車輪
Ｘ…第１の規制部
Ｙ…第２の規制部
【図１】
0006789003.tif 000002
【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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