(57)【要約】【課題】走行方向を逆転する際に左右方向に振れることがなく、かつ急勾配の斜面でも逆キャスタ状態とならないキャスタ車輪を提供することにある。【解決手段】内輪であるボス１１によって回転可能に支持された車輪１２と、前記ボス１１の中心より偏心した位置に取り付けられた車輪軸１３と、該車輪軸１３を回転可能に支持するガイド部材１４と、該ガイド部材１４を旋回可能に支承する固定部材１６とを備え、前記車輪軸１３が回転することにより前記車輪をガイド部材に対してオフセットさせるので、走行方向を逆転する際に左右方向に振れることがなく、かつ急勾配の斜面でも逆キャスタ状態とならず安定走行が可能である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪であるボスによって回転可能に支持された車輪と、前記ボスの中心より偏心した位置に取り付けられた車輪軸と、該車輪軸を回転可能に支持するガイド部材と、該ガイド部材を旋回可能に支承する固定部材とを備え、前記車輪軸が回転することにより前記車輪をガイド部材に対してオフセットさせることを特徴とするキャスタ車輪。
【請求項２】
前記ボスと車輪との間の回転抵抗と、前記車輪軸とガイド部材との間の回転抵抗が異なることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ車輪。
【請求項３】
前記ボスと車輪との間を滑り軸受によって支持し、前記車輪軸とガイド部材との間を転がり軸受によって支持したことを特徴とする請求項１または２に記載のキャスタ車輪。
【請求項４】
前記ボスと車輪との間を回転可能に支持するベアリングの径を、前記車輪軸とガイド部材との間を回転可能に支持するベアリングの径より大きくしたことを特徴とする請求項１または２に記載のキャスタ車輪。
【請求項５】
前記ガイド部材の前記固定部材に対する旋回範囲を規制するストッパを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載のキャスタ車輪。
【請求項６】
前記車輪は、外周に溝を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載のキャスタ車輪。
【請求項７】
内輪であるボスによって回転可能に支持された車輪と、前記ボスの中心より偏心した位置に取り付けられた車輪軸と、該車輪軸を回転可能に支持するガイド部材と、該ガイド部材を旋回可能に支承する固定部材とを備え、前記車輪軸が回転することにより前記車輪をガイド部材に対してオフセットさせるキャスタ車輪を備えたことを特徴とするキャスタ車輪を備えた台車。
【請求項８】
前記キャスタ車輪は、レール上を走行すると共に、前記レールに沿って配設されたピンラックレールと噛合する駆動ピニオン歯車を備えたことを特徴とする請求項７に記載のキャスタ車輪を備えた台車。
【請求項９】
前記キャスタ車輪は、外周に溝を有し、レール踏面に形成された凸部と係合して走行することを特徴とする請求項７に記載のキャスタ車輪を備えた台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャスタ車輪に関し、特に車輪が走行方向を逆転する際に車輪軸芯からオフセットしたキャスタ軸周りに車輪が旋回することのない走行台車用のキャスタ車輪及びそのキャスタ車輪を備えた台車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のキャスタ車輪（自在車輪）は、図９、１０に示すように車輪１の回転軸２が路面と平行に向けられるとともに、回転軸２が旋回軸３に対してＨだけ変位（オフセット）して配設されている。また、旋回軸３は、固定部４によりボルト５等により、台車、家具、椅子等に固定される。このキャスタ車輪にあっては、前記オフセットの存在により、これが取り付けられた台車等に、所定方向の力が加えられると、車輪１が容易に旋回軸３を中心として旋回して、当該方向へ追従し、方向転換を行うことができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した台車用のキャスタ車輪では、走行方向を反転させる際に車輪１にある程度の重量がかかっている場合、車輪１と路面との接地点Ａを中心に旋回するため、キャスタ車輪の取り付けられた台車等は、オフセットした分だけ左右方向に振られることとなる。したがって、例えば軌条走行式の台車に前記キャスタ車輪を設け、軌条側に設けられたラックピンに台車側のピンピニオン歯車をかみ合わせて走行する方式では、キャスタの旋回により、台車を駆動するピンピニオン歯車と垂直配設されたラックピンとの歯丈方向の距離が変化して駆動力の伝達が不能となる虞がある。
【０００４】
また、反転する直前までの走行方向（キャスタ車輪の方向）により台車の左右への振られ方向が異なるために、積載荷重のバランスがとりにくく荷崩れを起こしたり、場合によっては意図する方向とは逆方向へ台車が振られ走行安定性に欠けると共に、乗り心地の悪いものであった。
更に、図１０に示すように車輪１が旋回軸（キャスタ軸）３の周りに３６０度旋回するために、台車自体におけるキャスタ車輪の周囲に旋回半径分の余裕（デッドスペース）を設ける必要が存在した。
【０００５】
また、別の従来例として、路面と平行に配置され車輪の回転軸を路面と平行方向に形成された長溝内に遊嵌し、走行方向を反転させる際にキャスタ軸周りに車輪が旋回するのを防止する構造のものが提案されている。
しかし、このような構造のキャスタ車輪においては、車輪の回転軸が長穴内を自由に移動できるために、急勾配の斜面を下る際に、荷重の具合によって車輪の回転軸が進行方向に前進移動してしまい、逆キャスタ状態となってしまい、安定した走行を確保できないと云う虞があった。
【０００６】
上記問題点を解決するため、本発明は車輪の内輪であるボスを偏心支持することにより車輪をオフセット可能とし、走行方向を逆転する際に左右方向に振れることが無く、且つ急勾配の斜面でも逆キャスタ状態とならないキャスタ車輪及びキャスタ車輪を備えた台車を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内輪であるボスによって回転可能に支持された車輪と、前記ボスの中心より偏心した位置に取り付けられた車輪軸と、該車輪軸を回転可能に支持するガイド部材と、該ガイド部材を旋回可能に支承する固定部材とを備え、前記車輪軸が回転することにより前記車輪をガイド部材に対してオフセットさせることを特徴とする。車輪の回転によって車輪軸がボスに対して偏心することにより、ガイド部材に対してオフセットすることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のキャスタ車輪であって、前記ボスと車輪との間の回転抵抗と、前記車輪軸とガイド部材との間の回転抵抗が異なることを特徴とする。回転抵抗の相違により、車輪の回転に伴う偏心を生じることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、前記ボスと車輪との間を滑り軸受によって支持し、前記車輪軸とガイド部材との間を転がり軸受によって支持したことを特徴とする。滑り軸受と転がり軸受との動作原理の相違により、回転抵抗を相違させることができる。
【００１０】
請求項４の発明は、前記ボスと車輪との間を回転可能に支持するベアリングの径を、前記車輪軸とガイド部材との間を回転可能に支持するベアリングの径より大きくしたことを特徴とする。転がり軸受は、一般にベアリング径が大きくなるほど回転抵抗が大きくなるため、回転抵抗を相違させることができる。
【００１１】
請求項５の発明は、前記ガイド部材の前記固定部材に対する旋回範囲を規制するストッパを有することを特徴とする。該ストッパにより、旋回範囲を所定範囲とすることができる。
【００１２】
請求項６の発明は、前記車輪は、外周に溝を有することを特徴とする。該溝がレールと係合することによって脱輪を防止することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、内輪であるボスによって回転可能に支持された車輪と、前記ボスの中心より偏心した位置に取り付けられた車輪軸と、該車輪軸を回転可能に支持するガイド部材と、該ガイド部材を旋回可能に支承する固定部材とを備え、前記車輪軸が回転することにより前記車輪をガイド部材に対してオフセットさせるキャスタ車輪を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明は、前記キャスタ車輪は、レール上を走行すると共に、前記レールに沿って配設されたピンラックレールと噛合する駆動ピニオン歯車を備えたことを特徴とする。該駆動ピニオン歯車を駆動することによって車体を移動させることができる。
【００１５】
請求項９の発明は、前記キャスタ車輪は、外周に溝を有し、レール踏面に形成された凸部と係合して走行することを特徴とする。溝と凸部との係合によって脱輪を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１は、本発明に関わるキャスタ車輪の一実施の形態を示す一部を切欠いた側面図、図２は本発明のキャスタ車輪の縦断面図である。ここで、キャスタ車輪１０は、内輪であるボス１１によって回転可能に支持された車輪１２と、ボス１１の中心Ｇ１より偏心した位置Ｇ２に取り付けられた車輪軸１３と、該車輪軸１３を回転可能に支持するガイド部材１４と、該ガイド部材１４をスラスト軸受１５等で旋回可能に支承する固定部材１６等を備えている。
【００１７】
車輪１２は、内輪である円板状のボス１１によって回転可能に支持されており、滑り係合または、ベアリング１７を介して支持されている。また、ボス１１は、円板の中心Ｇ１から例えば、１０〜２０ｍｍオフセットした位置Ｇ２に車輪軸１３が貫通されている。ボス１１と車輪軸１３は、一体的に固着されている。更に、車輪軸１３は両端を転がり軸受であるベアリング１８によって回転自在に支持されている。なお、車輪１２とボス１１との間を滑り係合とし、車輪軸１３の両端をベアリング１８によって支持した場合、車輪軸１３の回転抵抗の方が車輪１２の回転抵抗より小さいので、静止状態から動かす際に、先に車輪軸１３が回転して車輪１２が偏心することとなる。
【００１８】
車輪軸１３の回転抵抗と車輪１２の回転抵抗に差違を設ける具体例として、両者をベアリング支持とした場合、ベアリングの径に差を設け、ベアリング１７の径をベアリング１８の径より大きくしてもよい。
【００１９】
ガイド部材１４は、固定部１６にスラスト軸受１５によって旋回軸Ｌ（通常は垂直に設けられる）を中心に旋回可能に支持されている。また、ガイド部材１４は、門型をしており中央に車輪１２を収納する凹部１４ａを有している。また、ガイド部材１４の左右脚部１４ｂには、水平に貫通孔１４ｃが形成されており、この貫通孔１４ｃにベアリング１８が配設されている。更に、ベアリング１８に回転軸１３が回転自在に取付けられており、この回転軸１３の中央にボス１１が一体的に取付けられている。
【００２０】
ガイド部材１４は、図２に示すように固定部材１６に対する旋回範囲を規制するストッパ１９を有している。ガイド部材１４は、旋回軸Ｌを中心にして３６０度旋回する必要はなく、走行レールのカーブの曲率に対応した範囲で旋回できれば充分である。ストッパ１９は、旋回するガイド部材１４の側面に当接してキャスタ車輪１０の旋回範囲を規制するものであるが、旋回軸Ｌの一部に設けて、固定部材１６との関係でキャスタ車輪１０の旋回範囲を規制するものであってもよい。
【００２１】
以上のように構成されたキャスタ車輪の動作について、図１〜４に従って説明する。まず、図１，２に示すようにキャスタ車輪１０が停止時に、円板であるボス１１の中心Ｇ１と車輪軸１３の軸心Ｇ２とは同一鉛直線上にあり、オフセット量が無い中立状態である。これは、車輪１２が踏面レール２０からの走行抵抗を受けておらず、ボス１１が回転力を受けないからである。
【００２２】
次に図３に示すようにキャスタ車輪１０が矢印Ｘ方向に走行すると、車輪１２が踏面レール２０から走行方向と逆向きの走行抵抗Ｙによりボス１１が車輪軸１３の軸心Ｇ２周りにθだけ回動する。この時、一般にすべり軸受の回転抵抗が転がり軸受の回転抵抗より大きいため、車輪軸１３の回転抵抗の方が車輪１２の回転抵抗より小さくなる。したがって、静止状態から動かす際に、先に車輪軸１３が回転して車輪１２が偏心することとなる。偏心量は、Ｇ１、Ｇ２間の距離×ｓｉｎθとなる。この偏心量は、１０〜２０ｍｍとなるように設定される。また、車輪１２は、Δｈだけ下降する。
【００２３】
車輪１２がオフセット状態で矢印Ｘ方向へ床面或るいは踏面レール２０上を走行しても、安定した走行が可能である。また、踏面レール２０が前方へ急傾斜していても、車輪１２は走行抵抗を受けているので、オフセット状態を維持して逆キャスタ状態となることもなく、安定した走行ができる。
【００２４】
次に、キャスタ車輪１０が今まで走行していた方向と逆方向へ走行する場合について説明する。図３に示す状態から逆方向の力を受けて車輪１２が回転を停止すると、図１、２に示すように円板の中心Ｇ１と車輪軸１３の軸心Ｇ２とが同一鉛直線上にあり、オフセット量が無い中立状態となる。更に逆方向の力を受けて車輪１２が逆回転を始めると、ボス１１が車輪軸１３の軸心Ｇ２周りに図３に示す場合と逆方向にθだけ回動する。この際も、車輪軸１３の回転抵抗の方が車輪１２の回転抵抗より小さいので、先にボス１１が車輪軸１３を中心に回転して車輪１２が偏心することとなる。
【００２５】
同様に車輪１２がガイド部材１４の旋回軸Ｌに対して変位（オフセット）しているので床面或いは踏面レール２０が逆方向に急傾斜していても、逆キャスタ状態となって不安定となることがない。また、方向を変換する際に、車輪１２を支持するボス１１が車輪軸１３周りに所定角度回動するのみで、旋回軸Ｌ周りに回転する必要がないので周囲に余分なスペースを必要としない。また、一定方向への走行時には、車輪１２が常にオフセットしているので、路面の変化や踏面レールのカーブに対しても安定した走行を確保できる。
【００２６】
図６は、本発明のキャスタ車輪の他の実施の形態を示す要部正面図である。本実施の形態において、車輪２１は、外周にレール２３と係合するための溝２２を有している。このように構成した場合、車輪２１がレール２３の踏面から外れる虞がなく、台車等がレール上を安定して走行することができる。
【００２７】
図７は、本発明のキャスタ車輪を備えた台車の駆動機構の一例を示す斜視図、図８は、本発明の台車の側面図である。台車２４は、台車フレーム２５の下にキャスタ車輪１０が４個取り付けられており、軌条２６の上に載っている。また、左右の軌条２６の間にラックピン２７が等間隔で敷設されており、このラックピン２７に台車２４に設けられたピンピニオン歯車２８が噛み合っている。したがって、台車２４側に設けた駆動機構２９によってピンピニオン歯車２８を回転駆動することにより、急傾斜軌条であっても台車２４を前進、後退させることができる。また、台車２４に設けられたガイドローラ３０は、ラックピン２７の上部に設けられた補強フランジ３１に当接して、台車の幅方向への移動を規制している。キャスタ車輪１０は、台車２４の下面の４箇所に取り付けられており、台車の重量を支えると共に従動する。また、キャスタ車輪１０は、上記した構造からなっている。
【００２８】
以上のように構成された台車２４は、キャスタ車輪１０が偏心支持されたボス１１により車輪１２が支承され、走行抵抗により変位量が保持されているので、急傾斜を下る場合でも車輪１２が勝手に前方へ移動して逆キャスタ状態となることがなく、安定した走行を維持することができる。また、走行方向を転換する際にも、車輪１２を支承するボス１１が、車輪軸１３を中心に回動するのみであるので、従来のように車輪１２と踏面レールとの接点を中心に回転することがないので、台車が左右に振られて、積荷のバランスを崩す虞がない。また、台車が意図した方向と異なる方向に振られることがないので、走行の安定性と乗り心地の向上を図ることができる。さらに、車輪が旋回軸Ｌの周りに旋回することがないので車輪の周囲のデッドスペースが小さくなり、台車の下部へ有効に機器等を設置及び収納することができる。
【００２９】
また、走行方向を反転する際に、台車が幅方向に振られて台車を駆動するラックピン２７とピンピニオン歯車２８の歯丈方向の距離が変化して、駆動力の伝達が不能となる虞がない。
【００３０】
なお、以上の実施の形態では、ラックピンとピンピニオン歯車による駆動機構を有する台車の例について説明したが、これに限ることなく、自動車や鉄道車両等の車両駆動方式における従動車両についても適用することができる。
【００３１】
また、実施の形態では、ボスと車輪との間の回転抵抗と、車輪軸とガイド部材との間の回転抵抗とを異ならせるべく、互いに異なる方式の軸受を用いたが、同種軸受間で回転抵抗に差を持たせるようにしても良い。例えば、転がり軸受にあっては、一般に呼び径や呼び耐荷重の大きいものほど回転抵抗が大きいから、相対的に大きな回転抵抗を与えるべき個所に前記呼び径あるいは耐荷重の大きいものを採用するようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載したキャスタ車輪は、内輪であるボスによって回転可能に支持された車輪と、前記ボスの中心より偏心した位置に取り付けられた車輪軸と、該車輪軸を回転可能に支持するガイド部材と、該ガイド部材を旋回可能に支承する固定部材とを備え、前記車輪軸が回転することにより前記車輪をガイド部材に対してオフセットさせるので、走行方向を逆転する際に車輪が左右方向に振れ回ることがない。また、急勾配の斜面を下る場合でも逆キャスタ状態となることがなく、安定して走行することができる。更に構造が非常に簡素であり、メンテナンスが容易である。
【００３３】
また、前記ボスと車輪との間の回転抵抗と、前記車輪軸とガイド部材との間の回転抵抗が異なるので、静止状態から動き出す際に、回転抵抗の少ない車輪軸が回転することによって先に車輪の偏心が行われる。また、偏心量を確実に得ることができる。
【００３４】
また、前記ボスと車輪との間を滑り軸受によって支持し、前記車輪軸とガイド部材との間を転がり軸受によって支持したので、走行方向を変換する際に、滑り軸受による支持より、転がり軸受による支持の方が摩擦抵抗が小さいので、先ず偏心を確実に実行することができる。また、オフセットする際、旋回軸Ｌ周りに回転することがないので周囲に余分なスペースを必要としない。
【００３５】
また、前記ボスと車輪との間を回転可能に支持するベアリングの径を、前記車輪軸とガイド部材との間を回転可能に支持するベアリングの径より大きくしたので、ベアリング径の小さい車輪軸の方が回転抵抗の小さくなり、先に回転するので、走行方向を変更する場合に、先ず車輪の偏心を確実に実行することができる。
【００３６】
また、前記ガイド部材の前記固定部材に対する旋回範囲を規制するストッパを有するので、ガイド部材の旋回角度が制限され、車輪がむやみに旋回することなく、キャスタ車輪の安定した走行を実現することができる。
【００３７】
また、記車輪は、外周に溝を有するので踏面レールに確実に係合して、動力の損失を低減することができる。
【００３８】
また、内輪であるボスによって回転可能に支持された車輪と、前記ボスの中心より偏心した位置に取り付けられた車輪軸と、該車輪軸を回転可能に支持するガイド部材と、該ガイド部材を旋回可能に支承する固定部材とを備え、前記車輪軸が回転することにより前記車輪をガイド部材に対してオフセットさせるキャスタ車輪を備えた台車であるので、台車の走行方向を変更する場合に台車が横方向に振れて荷崩れを起こす虞がない。また、急斜面を下る際にも逆キャスタ状態となることがなく、安定した走行を実現できる。
【００３９】
また、前記キャスタ車輪は、レール上を走行すると共に、前記レールに沿って配設されたピンラックレールと噛合する駆動ピニオン歯車を備えたので、レールの上を走行する台車であっても滑ることなく確実に駆動することができる。また、急斜面を昇ったり、下降する際にも滑ることなく、安定した走行を実現できる。さらに、台車が左右方向に振れないのでピニオン歯車、ピンラックレール等を損傷させることもない。
【００４０】
また、前記キャスタ車輪は、外周に溝を有し、レール踏面に形成された凸部と係合して走行するので、動力の損失を低減することができる。また、急斜面を下る際にも脱輪することがなく、安定した走行を実現できる。更に、台車に荷重がかかっていても、容易に車輪をオフセットすることができ、旋回軸周りに車輪が回転することがないので軌条の周囲に余分なスペースを必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わるキャスタ車輪の一実施の形態を示す一部を切欠いた側面図である。
【図２】同キャスタ車輪の縦断面図である。
【図３】同キャスタ車輪のオフセット状態を示す一部を切欠いた側面図である。
【図４】同キャスタ車輪のオフセット状態を示す縦断面図である。
【図５】同キャスタ車輪の分解斜視図である。
【図６】本発明のキャスタ車輪の他の実施の形態を示す要部正面図である。
【図７】本発明のキャスタ車輪を備えた台車の駆動機構の一例を示す斜視図である。
【図８】同台車の側面図である。
【図９】従来のキャスタ車輪の一例を示す側面図である。
【図１０】従来のキャスタ車輪の旋回状態を示す底面図である。
【符号の説明】
１０　　　キャスタ車輪
１１　　　ボス
１２　　　車輪
１３　　　車輪軸
１４　　　ガイド部材
１５　　　スラスト軸受
１６　　　固定部材
１７　　　ベアリング
１８　　　ベアリング
１９　　　ストッパ
２０　　　踏面レール
【図１】
2004051045.tif 000003
【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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【図１０】
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