(57)【要約】【課題】自在キャスタを脚先につける移動装置は、方向を逆に転換する場合、転換時に必要以上の押す、あるいは引く力が必要とし、予想できない複雑な挙動となる。この問題を解消する。【解決手段】一端に床面を転がる車輪１を、かつ、他端にローラ３を取り付ける棒２と、ローラ３の転動用案内壁６と、脚柱11に固定されて棒２を案内する支軸５と、脚柱11を脚軸回りに自在に回転させるスラストベアリング７、とで構成し、車輪１とローラ３の回転軸、及び支軸５がともに平行になるように組み、棒２に開けた棒軸方向の長穴４に支軸５を通し、棒２の滑動と傾斜を自由にし、かつ、支軸５の床面からの高さを荷重の影響無しに常時一定に保ったまま、脚柱11の振り運動を低減して逆方向への進路変更を容易にした全方向キャスタ、及びスラストベアリング７の動作を±数十度の範囲に制限した２方向キャスタを提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚軸周りの回転機構と、中間部に長穴を有し、また、両端にローラを置いて両ローラの回転軸を互いに平行にする棒と、前記棒の長穴に通してこれを傾け、また、滑動させる支軸と、前記棒上端のローラ転動用案内壁とで構成し、前記棒の下端ローラを床面に置き、上端ローラを下側から前記案内壁に当てることで、脚荷重の影響なしに脚根元の床面からの高さを常時一定に保持しながら脚柱の振りを抑えて任意の方向に移動可能にしたことを特徴とする全方向キャスタ。
【請求項２】
前記請求項１に記載のキャスタにおいて、脚軸周りの回転機構の動作範囲を±数十度の範囲内に制限する機構を付加し、前後方向への進路の変更を容易にしたことを特徴とする2方向キャスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運搬車、台車等の移動装置、あるいは半固定的に据え置く装置の脚先に取り付けるキャスタに関する。とくに、脚先の方向転換時における予想できない挙動を低減するキャスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
台車等の移動装置が方向を変える場合、操舵の役目をする車輪は意図的に転がる向きを指定される。一方、荷重を支えるだけでよい車輪、たとえば、キャスタは作用する力に任せて自由に転がることで移動を滑らかにする。このための車輪は一般に、脚柱から僅かに離れる距離（オフセット）にあり、かつ、その置かれる向きは拘束されずに自由である。このため、外部、あるいは内部から加わる力に応じて車輪の向きを自動的に変える。自在キャスタと呼ばれる脚先用品がそれである。
【０００３】
この車輪の材質は、ゴム、エラストマ、ウレタン、ナイロン、フェノール、鋳物、等様々である。車輪の数においても単輪、双輪の2種がある。形においても球型、樽型、円板型、等がある。さらに、車輪の動きを停止・固定するストッパ、あるいは、移動方向を別に限定・固定する方向規制機構を付加するキャスタがある。車輪の転がりや磨耗に配慮して給油手段を組込むキャスタもある。組立と分解を容易にする利便性の高い差込型、ネジ型、ピン型等の構造も提案されている。脚軸の形も角型、円型等、様々である。
【特許文献１】特開２００１−２９４００７号公報
【特許文献１】特開平０７−２６６８０４号
【非特許文献１】岡田、坂井、広川  著「歩行ロボットの旋回動作」日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’０３講演論文集、2P1-1F-A5、2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脚先に自在キャスタを取り付ける移動装置を正反対の方向に転がす場合、始動時に必要以上の押し力、あるいは引き力が要求される。また、脚柱自体の移動軌跡は直線でなく回転を含む。これが、自在キャスタの最大の欠点となっている。とくに、複数のキャスタを取り付ける移動装置においては、予想できない複雑な挙動を作り出す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
移動体の脚先に取り付けられる自在キャスタは、ローラ軸を支える腕を脚軸周りに自由に回転可能にし、移動体を逆方向に移動させるには、腕を180度回転させて後方に移す必要がある。しかし、移動開始時の腕は前方にあり、これを瞬時に後方に移すことは、本質的に不可能である。その結果、腕を振り回すことになる。
【０００６】
この問題の解決のため、本発明は、腕を振り回すことなく、床面上の脚先ローラを線上に転がすことで後方に移す手段を採用する。ローラを単純に転動させることで腕を移す方法では、移動体を上下に変位させ、新たな問題を作り出す。この理由から、採用する手段は腕を斜め上下にスライドさせる機構を導入し、上下変位を無くし、かつ、移動体荷重の影響なしに床面から脚根元までの高さを一定にする。
【０００７】
また、上記機能を前後の２方向に限って有効にするため、脚柱の回転範囲を±数十度に制限する機構を付加し、脚先ローラの転動によって腕を逆方向に移し、通常キャスタの大幅な首振り運動を不要にする。
【発明の効果】
【０００８】
従来の自在キャスターの複雑な首振り運動をなくし、目的とする動作を確実簡便に行わせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
限られた幅の中で物体を出し入れする場合、物体を回転させる必要はない。このため、脚先キャスタの首振り角を１８０度も大きくする必要がない。しかし、小幅な方向変化においてはキャスタの首振りは必要不可欠である。これを満足させる動作の実現には本発明の効果が大である。とくに、ストッパを導入して脚柱の回転動作の範囲を半固定的に変更可能にする場合、本発明の実施は最良の形態となる。
【００１０】
脚ロボットは操舵時に床面上で脚先を滑らせる。しかも、滑る方向はどの位置にある脚かによって異なる。その場旋回動作においては脚毎に滑る方向が計算され、ある範囲内になければならないことが非特許文献１によって明らかにされている。事実、それは移動体重心位置から放射状に伸びる向きにある。このような条件を満たすために自在キャスタを用いる場合、ロボットは平地上でも歩進できず、斜面上では転がり落ちる。こうした事態を作らずに歩くロボットに本発明の実施は最良である。
【００１１】
自在キャスタは、脚根元のスラストベアリングの回転によって任意の角度方向にローラを移動できる。このため、脚柱からみるローラの位置は図１aのように表される。回転角度範囲Aは方向変化の大小に比例する。ローラはこのとき受動的に振舞う。脚柱は、180度の方向変化に対し脚柱は、その時の様々な要因による力関係で右、あるいは左のいずれかの方向に回転する。たとえば、図中の上方に移動する際、脚柱は、一般に図1bのようにオフセットに等しい半径の円上に振り回される。これが自在キャスタの特徴で、方向を反転させた後の位置の微調整を必要とし、使い勝手を悪くする原因になっている。
【実施例１】
【００１２】
これに対し、本発明は図２aのようにローラ１の脚柱回りの回転を不要にし、方向転換中のオフセットを実質ゼロにする。このため、ローラを図１bと同様、上から下に移す際、図2bのように理想的な直線になる。この様に脚柱位置を無駄に振らない効果は方向変化が±90度以上の時に現れる。±90以内の変化においては従来の自在キャスタと全く同様な振舞いで問題ない。
【００１３】
以下、図２の実施例１を詳しく説明する。図３は、実施例１が左から右に向かって移動中の実施例１の外観図を示す。図４は、同実施例が真右から真左に進行方向を転換する場合のスライド棒２に着目して５つの状態を側面から示す。これは、主に、両端に自由に回転可能なローラ１と３を備えるスライド棒２と、上に押しつけるローラ３を受けとめ、かつローラ３を自由に転動させる案内壁６（一般には曲壁）と、脚柱11と脚根元10との間に自由な回転を作り出すスラストベアリング７、とで構成される。
【００１４】
スライド棒２の中間部には棒軸方向に長穴を切り、この中に脚柱に直交させて固定する支軸５を通し、ラジアルベアリング等を介在させてスライド棒を受け止め、かつ、自由に滑動させる。案内壁６は脚柱11に固定されてローラ圧に耐え、かつ、作用する荷重の影響を受けずに脚柱を常に床面から一定の高さに保つのに適した形に設計される。
【実施例２】
【００１５】
全方向キャスタの転換可能な方向を制限する本発明の実施例２を図５に示す。本発明の脚柱は、スライド棒を支持して滑動させ、支軸５に直交する平面内で運動する。このため、転換方向を制限する場合、スライド棒の運動面を基準にして±90度周辺を拘束して使えなくするのが合理的である。この観点から図５の構造が有効である。
【００１６】
すなわち、ローラ１の進行方向から±数十度内でのみ自由に回転させるように脚根元に当て板８を、また、脚柱にストッパ９を固定する。この取付状況は図６と７でさらに明確になる。当て板とストッパの取付箇所を脚根元と脚柱で逆にするのも可である。なお、図７は、図４と異なり、スライド棒２が右から左に、あるいは左から右に転向する過程において脚柱と平行になるまでの様子を理解し易く描写する。
【００１７】
実施例１と実施例２のいずれにおいても、スライド棒の鉛直方向に対する傾斜角はキャスタのオフセットと密接に関係する。これを決定する因子が、スライド棒両端のローラ軸間距離に対する案内壁とスライド棒支軸間距離、の比にある。これが小であるほどオフセットは大となる。もちろん案内壁は有限で開曲線となる。
【００１８】
オフセットが大の場合、方向転換の即応性は悪化し、案内壁への作用圧は急激に上昇する。これらを考慮すると当然のことながら、案内壁の両端に上部ローラの転動限界を設けるべきで図３、４、６、７図中の端部突起形状がこの機能を果たす。
【００１９】
また、ローラ２は案内壁６の下側にあって転動するが、案内壁に潤滑材を塗るなどしてスライド棒の端に固定してもよい。すなわち、スライド棒の一端を丸形に加工してローラ２を省くことも可能である。あるいは、転動するローラを歯車に替えてもよい。ローラ２を歯車に替える場合、案内壁に内歯を切ることは言うまでもない。
【００２０】
さらに、歯車として偏芯歯車、あるいは楕円歯車を採用することも可能である。この場合、案内壁への作用圧の均一化が図られ、あるいは案内壁を脚柱に垂直な直線壁にする等の設計も考えられる。ローラや棒、案内壁、脚柱、等の材質として、軽量で強靭な素材を使える。その他、キャスタの騒音防止や回転制動、球車輪等、既存の技術を付加する実施例も考えられる。
【００２１】
要するに、本発明は、一端に床面を転がる車輪１を、かつ、他端にローラ３を取り付ける棒２と、ローラ３の転動用案内壁６と、脚柱11に固定されて棒２を案内する支軸５と、脚柱11を脚軸回りに自在に回転させるスラストベアリング７、とで構成し、車輪１とローラ２の回転軸、及び支軸５がともに平行になるように組み、棒２に開けた棒軸方向の長穴４に支軸５を通し、棒２の滑動と傾斜を自由にし、かつ、支軸５の床面からの高さを荷重の大きさに関係なく常時一定に保ったまま、脚柱11の振り運動を低減して逆方向への進路変更を容易にした全方向キャスタ、を提供する。
【００２２】
また、脚軸回転機構の動作範囲を制限し、前後±数十度の範囲内で進路の変更を容易にする２方向キャスタ、を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】床面上の自在キャスタ動作
【図２】床面上の本発明第１実施例のキャスタ動作
【図３】本発明第１実施例外観図
【図４】本発明第１実施例側面図
【図５】床面上の本発明第２実施例のキャスタ動作
【図６】本発明第２実施例外観図
【図７】本発明第２実施例側面図
【符号の説明】
【００２４】
１  下部ローラ
２  スライド棒
３  上部ローラ
４  長穴
５  スライド棒支軸
６  ローラ案内軸
７  スラストベアリング
８  突き当て板
９  ストッパ
１０  脚根元
１１  脚柱
１２  床面
Ａ  ローラの移動範囲
【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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