JP6938015B2 - キャスター及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、台車、家具、キャリーバッグ等の移動体に取り付けられるキャスター及びキャスターが取付けられた移動体に関するものである。

台車、家具、キャリーバッグ等の移動体においては、移動体を移動させるためにその下部にキャスターと呼ばれる車輪支持装置が取り付けられている。このキャスターは、車輪と車輪を回転自在に支持するフレームとフレームを旋回させる旋回装置等から構成され、キャスターの旋回装置においては、一般的に車輪を支持するフレームが旋回軸の回りに回転自在となるようにスラストベアリングが使用されている。
このキャスターに使用されるスラストベアリングは、上側基板と下側基板との間に保持器を介して、あるいは、保持器を介さずに多数のボールが保持された構造を有し、上側基板と下側基板とボールは、機械的強度があり安価な金属製のものが使用されることが多い。
この金属製の上側基板と下側基板とボールからなるスラストベアリングを使用したキャスターにおいては、車輪を支持するフレームの旋回を円滑に行うため、スラストベアリングにグリース等の潤滑剤を注入する必要がある。
ところで、キャスターを備えた台車等の移動体は種々の環境で使用され、水中等の水にさらされる環境や頻繁に洗浄される環境で使用される台車等の移動体にあっては、キャスターのスラストベアリングに注入された潤滑剤が短時間でなくなり、キャスターが旋回しなくなるという問題が生じる。
このため、水にさらされる環境においても長時間使用可能なスラストベアリングを使用した種々のキャスターが提案されている。
例えば、特開平１０−１８１３０２号公報（特許文献１）には、旋回軸を二段のスラストベアリングで支持し、該スラストベアリングを繊維材で強化した樹脂製の上下レースとセラミック製等の回転体（ボール）と樹脂製の保持器とで構成することにより、発錆と荷重の偏りを防止し長期にわたり旋回軸の円滑な動きを保持する旋回軸支持装置が提案されている。
また、特開２０００−８５３０８号公報（特許文献２）には、台車等の運搬体に固着される固定部と、この固定部と連通して形成される軸挿通孔に挿入される軸と、この軸により支持されベアリングボールを介して旋回自在な車輪支持部とからなるキャスター旋回装置において、固定部と車輪支持部間に形成される間隙の一部に円環状シールを挟着してなるキャスター旋回装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１の旋回軸支持装置のスラストベアリングにおいては、樹脂製の保持器が使用されているため、回転体（ボール）同士が転がり接触をせず、回転抵抗が大きくなり、また、保持器を使用しないものに比べてボールの個数が少なく、ボール１個にかかる荷重が大きくなって転がりにくくなり、旋回性能が悪くなるという問題が生ずる。
次に、特許文献２のキャスター旋回装置においては、固定部と車輪支持部が金属やプラスチック等で形成され、その間にステンレス等の合金やセラミックス等からなるベアリングボールが収納され、固定部と車輪支持部間に形成される間隙の一部に円環状シールが挟着されているが、その間隙を完全に密封することができず、特に、洗剤等を使用して台車等の移動体を洗浄する場合、間隙内に充填されたグリスが洗浄液によって洗い流され、洗浄する毎に潤滑剤を補給しなければならないという問題が生ずる。
ところで、特許文献１や特許文献２のスラストベアリングには、セラミック製等のボールが使用されるが、セラミック製のボールはきわめて高価であり、一般に低価格が要求される台車等の移動体のキャスターのスラストベアリングには使用できない。
この点、特許文献１には、回転体（ボール）の材質としてセラミック以外にステンレス鋼や軸受鋼を使用することが記載され、特許文献２においても、ベアリングボールの材質としてセラミック以外にステンレス等の合金を使用することが記載されている。
しかしながら、保持器のないスラストベアリングにおいては、ステンレスや鋼等の金属製のボールを使用した場合、金属製のボール同士の転がり抵抗（転がり摩擦係数）が大きいために、金属製のボール同士が接触しながら円滑に転がるためには、潤滑剤が不可欠となり、洗剤等を使用して頻繁に洗浄されるような台車のキャスターにおいては、洗浄する毎に潤滑剤が洗い流され、潤滑剤の補給が必要となり、多大の労力を要するという問題がある。
この場合、金属製のボールより転がり抵抗（転がり摩擦係数）が小さく、潤滑剤なしで接触しながら転がる樹脂製のボールを使用することも考えられるが、樹脂製のボールは、金属製のボールが比べて硬度や圧縮強度が劣り、樹脂製のボールが台車等の移動体の重量によって押しつぶされて変形し、樹脂製のボールが円滑に転がらず、キャスターの旋回性能が悪くなるという問題が生ずる。

特開平１０−１８１３０２号公報 特開２０００−８５３０８号公報

本発明が解決しようとする課題は、車輪を旋回させるためのものであって、多数のボール等の転動体を収納して転動体同士が接触しながら回転するスラストベアリングを備えたキャスターにおいて、潤滑剤を使用しなくてもスラストベアリングが円滑に回転し、移動体の重量によりスラストベアリングの回転が損なわれることもなく、安価で耐久性があり、長期間使用しても旋回性能が悪くならないようにすることである。

請求項１に記載の発明は、車輪と、該車輪を回転自在に支持する支持フレームと、旋回軸と、該旋回軸に取り付けられて前記支持フレームを旋回自在にするスラストベアリングを備えたキャスターであって、前記スラストベアリングは、上側基板と、下側基板と、該上側基板と該下側基板の間に保持器なしで保持された多数の転動体を備え、前記多数の転動体は、金属製の転動体と樹脂製の転動体からなり、前記多数の転動体は、前記上側基板のボール溝と前記下側基板のボール溝にほぼ隙間なく、隣接する転動体同士が潤滑剤なしで接触しながら前記上側基板のボール溝面上と前記下側基板のボール溝面上を転がるように配置され、かつ、前記金属製の転動体が隣接しないように、前記金属製の転動体と前記樹脂製の転動体が配置されているキャスターを提供して、上記課題を解決するものである。

請求項２に記載の発明は、前記金属製の転動体と前記樹脂製の転動体が交互に配置されているキャスターを提供して、上記課題を解決するものである。

請求項３に記載の発明は、前記転動体はボールまたはローラであるキャスターを提供して、上記課題を解決するものである。

請求項４に記載の発明は、前記上側基板と前記下側基板の一方は金属製であり、他方は樹脂製であるキャスターを提供して、上記課題を解決するものである。

請求項５に記載の発明は、前記キャスターを備えた移動体を提供して、上記課題を解決するものである。

請求項６に記載の発明は、台車である移動体を提供して、上記課題を解決するものである。

請求項１に記載の発明のキャスターにおいては、スラストベアリングの金属製の転動体は必ず樹脂製の転動体と転がり接触し、金属製の転動体同士が転がり接触する場合に比べて、転がり抵抗（転がり摩擦係数）が小さく、潤滑剤を使用しなくてもスラストベアリングが円滑に回転し、主に金属製の転動体によってキャスターにかかる荷重を支え、樹脂製の転動体が変形してスラストベアリングの回転が損なわれることを防止し、安価で耐久性があり、長期間使用しても旋回性能が悪くならないという効果を奏する。

請求項２に記載の発明のキャスターにおいては、さらに、金属製の転動体の割合を最も大きくすることができ、樹脂製の転動体が変形してスラストベアリングの回転が損なわれることをより防止できるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明のキャスターは、請求項１のキャスターと同様の効果を奏する。

請求項４に記載の発明のキャスターにおいては、さらに、上側基板と下側基板の両方を金属製のものあるいは樹脂製のものとした場合に比べて、転動体が転がりにくくならず、スラストベアリングの回転がより円滑になるという効果を奏する。

請求項５に記載の発明の移動体のキャスターは、請求項１乃至請求項４のキャスターと同様の効果を奏する。

請求項６に記載の発明の移動体である台車のキャスターは、請求項１乃至請求項４のキャスターと同様の効果を奏する。

本発明のキャスターの正面図である。 図１に示すキャスターの左側面図である。 図１に示すキャスターの平面図である。 図２のＹ−Ｙ断面図である。 図１に示すスラストベアリグ２０からボール２３の一部を省略したものの正面図である。 図１に示すスラストベアリグ２０からボール２３を省略したものの縦断面図である。 図１に示すスラストベアリグ２０から上側基板２１を外したものの平面図である。 樹脂ボール２３ｐの割合を大きくしたスラストベアリグ２０から上側基板２１を外したものの平面図である。 転動体にローラを使用したスラストベアリグからローラの一部を省略したものの正面図である。 図９に示すスラストベアリグからローラを省略したものの縦断面図である。 図９に示すスラストベアリグから上側基板を外したものの平面図である。 キャスター１が取り付けられた台車の正面図である。 図１２に示す台車の左側面図である。 図１２に示す台車の平面図である。

［キャスター］
本発明のキャスターの実施形態について説明する。
図１は、本発明のキャスターの正面図、図２は、図１に示すキャスターの左側面図、図３は、図１に示すキャスターの平面図、図４は、図２のＹ−Ｙ断面図である。
図中、１はキャスター、１０は車輪、１１は車軸、１２は支持フレーム、１３は旋回軸、１３ａは頭部、１３ｂはカシメ部、１４は取付板、１４ａは凹部、１４ｂは長穴、２０はスラストベアリング、２１は上側基板、２２は下側基板、２３は転動体となるボールである。
図に示すようキャスター１は、車輪１０、車軸１１、支持フレーム１２、旋回軸１３、取付板１４等から構成されている。
そして、車輪１０が挿入された車軸１１の両端は、支持フレーム１２の側面部に取り付けられ、これにより車輪１０が支持フレーム１２に回転自在に支持されている。
また、図４に示すように、支持フレーム１２の上面部に設けられた穴と、上側基板２１と下側基板２２とボール２３とからなるスラストベアリグ２０の軸穴と、取付板１４の凹部１４ａの中央部に設けられた穴には、旋回軸１３が挿入され、これにより支持フレーム１２と取付板１４がスラストベアリグ２０を介して連結され、支持フレーム１２が取付板１４に対して旋回自在となっている。
この場合、旋回軸１３の頭部１３ａが凹部１４ａの穴の周囲部分を押さえ、旋回軸１３のカシメ部１３ｂが支持フレーム１２の上面部に設けられた穴の周囲を押さえている。
さらに、取付板１４の四隅に設けられた長穴１４ａには、ボルトのネジ部が挿入され、このネジ部に螺合するナットにより、取付板１４が台車等の移動体の底部に取り付けられる。

［スラストベアリグ］
次に、キャスター１に使用されるスラストベアリグ２０について説明する。
図５は、図１に示すスラストベアリグ２０からボール２３の一部を省略したものの正面図、図６は、図１に示すスラストベアリグ２０からボール２３を省略したものの縦断面図、図７は、図１に示すスラストベアリグ２０から上側基板２１を外したものの平面図である。
図中、２１ａ、２２ａは軸穴、２１ｂ、２２ｂはボール溝、２１ｃ、２２ｃはボール溝面、２３ｓは金属ボール、２３ｐは樹脂ボールある。
図５、図６に示すように、上側基板２１においては、中央部に軸穴２１ａが設けられ、軸穴２１ａと外周面の間に、断面形状が半円形で環状のボール溝２１ｂが設けられており、下側基板２２においても、同様に軸穴２２ａ、ボール溝２２ｂが設けられている。
そして、上側基板２１と下側基板２２のボール溝２１ｂ、２２ｂには、多数のボール２３が配置され、隣接するボール２３同士が接触しながらボール溝面２１ｃ、２２ｃ上を転がるようになっている。
上側基板２１と下側基板２２には、ステンレス等の合金製や鋼製等の金属製のもの、あるいは、硬度や圧縮強度が高く耐摩耗性や耐薬品性に優れたフェノール樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン４フッ化エチレン樹脂）、ＵＨＭＷ（超高分子量ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、カーボン等の樹脂製のものが使用される。
この場合、上側基板２１と下側基板２２の両方を金属製のものとすると、基板自体の硬度や圧縮強度、耐摩耗性や耐薬品性等の点では優れているが、後述するようにボール２３の一部に金属製のボールを使用することから、金属製のボール２３と上側基板２１や下側基板２２の転がり抵抗（転がり摩擦係数）が大きくなり、スラストベアリング２０の回転が悪くなり、摩耗も大きくなる。
また、上側基板２１と下側基板２２の両方を樹脂製のものとすると、キャスター１が取り付けられた台車等の移動体の荷重によって、上側基板２１と下側基板２２のボール２３に当たる部分が凹み、ボール２３が転がりにくくなり、スラストベアリング２０の回転が悪くなる。
このため、上側基板２１と下側基板２２の一方を金属製とし、他方と樹脂製とし、スラストベアリング２０の回転が悪くならないようにすることが望ましい。

図７に示すように、ボール２３は、金属ボール２３ｓと樹脂ボール２３ｐとからなる。
金属ボール２３ｓには、ステンレス等の合金や鋼等からなる金属製のボールが使用される。
樹脂ボール２３ｐには、硬度や圧縮強度が高く耐摩耗性や耐薬品性に優れたジュラコン（ＰＯＭ：ポリオキシメチレン）、６６ナイロン、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ、ポリスチレン、ポリカードネート、テフロン（登録商標）、アクリル、塩化ビニール、ＡＢＳ等からなる樹脂製のボールが使用される。
上述のようにボール２３は、ボール溝２１ｃ、２２ｃにほぼ隙間なく配置され、隣接するボール２３同士が接触しながらボール溝面２１ｃ、２２ｃ上を転がるようになっている。
図７において、薄墨で表したボールは金属ボール２３ｓであり、網点で表したボールは樹脂ボール２３ｐであり、金属ボール２３ｓ同士が隣接して接触しないように、金属ボール２３ｓと樹脂ボール２３ｐが交互に配置され、金属ボール２３ｓと樹脂ボール２３ｐはそれぞれ８個ずつ合計１６個配置されている。
このようにボール２３を金属ボール２３ｓと樹脂ボール２３ｐを混在させたものとし、金属ボール２３ｓ同士が隣接して接触しないようにすることにより、以下の（１）〜（３）のような効果がある。
（１）金属ボール２３ｓは必ず樹脂ボール２３ｐと転がり接触し、金属ボール２３ｓ同士が転がり接触する場合に比べて、転がり抵抗（転がり摩擦係数）が小さく、潤滑剤なしでスラストベアリング２０を円滑に回転させることができる。
（２）主に金属ボール２３ｓでキャスターが取り付けられた移動体の荷重を支え、樹脂ボール２３ｐにかかる荷重を小さくしてその変形を小さくし、樹脂ボール２３ｐが大きく変形してスラストベアリング２０の回転が悪くなるのを防止できる。
（３）上側基板２１または下側基板２２に金属製のものを使用しても、上側基板２１または下側基板２２に接する金属ボール２３ｓの数をボール２３全体の半分以下として、ボール２３全体と上側基板２１または下側基板２２の転がり抵抗が大きくなること防止し、スラストベアリング２０の回転が悪くなるのを防止できる。
この場合、上記（１）、（２）の効果の点で、金属ボール２３ｓ同士を隣接させずにできるだけ多くの金属ボール２３ｓを配置すること、すなわち、図７に示すように金属ボール２３ｓと樹脂ボール２３ｐを交互に配置し、金属ボール２３ｓと樹脂ボール２３ｐの割合を同じにすることが望ましいが、スラストベアリング２０にかかる荷重がそれほど大きくない場合は、樹脂ボール２３ｐの割合を大きくして、ボール２３全体の転がり抵抗を小さくし、スラストベアリング２０をより円滑に回転させるようにしてもよい。
図８は、樹脂ボール２３ｐの割合を大きくしたスラストベアリグ２０から上側基板２１を外したものの平面図である。図８では、ボール２３を２つ置きに金属ボール２３ｓとして、５個の金属ボール２３ｓと１０個の樹脂ボール２３ｐが配置されている。

上述の本発明のキャスターの実施形態においては、スラストベアリングの転動体にボールを使用したが、ボールに代えてローラを転動体としたスラストベアリングを使用してもよい。
図９は、転動体にローラを使用したスラストベアリグからローラの一部を省略したものの正面図、図１０は、図９に示すスラストベアリグからローラを省略したものの縦断面図、図１１は、図９に示すスラストベアリグから上側基板を外したものの平面図である。
図中、３０はスラストベアリング、３１は上側基板、３２は下側基板、３３は転動体となるローラで、３１ａ、３２ａは軸穴、３１ｂ、３２ｂはローラ溝、３１ｃ、３２ｃはローラ溝面、３３ｓは金属ローラ、３３ｐは樹脂ローラある。
図９、図１０に示すように、スラストベアリング３０の上側基板３１においては、中央部に軸穴３１ａが設けられ、軸穴３１ａと外周面の間に、断面形状が台形で環状のローラ溝３１ｂが設けられており、下側基板３２においても、同様に軸穴３２ａ、ローラ溝３２ｂが設けられている。
そして、上側基板３１と下側基板３２のローラ溝３１ｂ、３２ｂには、多数の円錐台形状のローラ３３が配置され、隣接するローラ２３同士が接触しながらローラ溝面３１ｃ、３２ｃ上を転がるようになっている。
上側基板３１と下側基板３２には、図５〜図８に示すスラストベアリング２０の上側基板２１と下側基板２２と同様の金属製のもの、あるいは、樹脂製のものが使用される。
図１１に示すように、ローラ３３は、金属ローラ３３ｓと樹脂ローラ３３ｐとからなる。
金属ローラ３３ｓには、金属ボール２３ｓと同じ金属製のローラが使用され、樹脂ローラ３３ｐには、樹脂ボール２３ｐと同じ樹脂製のローラが使用される。
上述のようにローラ３３は、ローラ溝３１ｃ、３２ｃにほぼ隙間なく配置され、隣接するローラ３３同士が接触しながらローラ溝面３１ｃ、３２ｃ上を転がるようになっている。
図１１において、薄墨で表したローラは金属ローラ３３ｓであり、網点で表したローラは樹脂ローラ３３ｐであり、金属ローラ３３ｓ同士が隣接して接触しないように、金属ローラ３３ｓと樹脂ローラ３３ｐが交互に配置され、金属ローラ３３ｓと樹脂ローラ３３ｐはそれぞれ８個ずつ合計１６個配置されている。
スラストベアリング３０のローラ３３は、スラストベアリング２０のボール２３に比べて、荷重による変形が小さいため、移動体の重量が大きく、キャスターのスラストベアリングにかかる荷重が大きき場合に、ローラ３３を転動体としたスラストベアリング３０を使用するのが望ましい。

［移動体］
次に、キャスター１が取り付けられた台車等の移動体について説明する。
図１２は、キャスター１が取り付けられた台車の正面図、図１３は、図１２に示す台車の左側面図、図１３は、図１２に示す台車の平面図である。
図中、４０は台車、４１は荷台、４１ａは荷台４１の底板、４２はボルトであり、同じものには同一の符号を付す。
図に示すように台車４０は、荷台４１と荷台４１の底板４１ａの四隅に取り付けられたキャスター１を備えている。
荷台４１は、上面が開放された浅い箱状のものであり、例えば、食品が入った食品容器等を積載できるようになっている。
荷台４１の底板４１ａの四隅には、キャスター１の取付板１４の長穴１４ａに対応する位置に、ボルト穴が設けられ、このボルト穴と長穴１４ａにボルト４２を通し、ナット（図示せず）をボルト４２のネジ部に螺合させて締め付けることにより、キャスター１の取付板１４が荷台４１の底板４１ａに取り付けられる。
台車４０は、コンビニ等で食品が入った食品容器等の重量物の運搬用に使用され、運搬中に食品等がこぼれて汚れるため、頻繁に洗剤を使用して洗浄される。
この場合、台車４０には、金属ボール２３ｓと樹脂ボール２３ｐを混在させたスラストベアリング２０を使用したキャスター１が取り付けられているため、潤滑剤なしでスラストベアリング２０が円滑に回転して車輪１０が旋回し、洗浄する毎に潤滑剤を注入する必要がなくなる。
また、台車４０で、食品容器等の重量物を運搬しても、主にスラストベアリング２０の金属ボール２３ｓが、スラストベアリング２０にかかる荷重を支えるため、樹脂ボール２３ｐが変形してスラストベアリング２０の回転が悪くなり、車輪１０が旋回しにくくなることが防止される。
なお、本発明の移動体としては、上述のような台車の他に、テーブル、椅子、机等の家具やＯＡ機器、キャリーバッグ等が挙げられる。

本発明のキャスターは、潤滑剤を使用しなくてもスラストベアリングが円滑に回転し、移動体の重量によりスラストベアリングの回転が損なわれることもなく、安価で耐久性があり、長期間使用しても旋回性能が悪くならないものであり、台車、家具、キャリーバッグ等の移動体に利用できる。

１ キャスター
１０ 車輪
１１ 車軸
１２ 支持フレーム
１３ 旋回軸
１３ａ 頭部
１３ｂ カシメ部
１４ 取付板
１４ａ 凹部
１４ｂ 長穴
２０ スラストベアリング
２１ 上側基板
２１ａ 軸穴
２１ｂ ボール溝
２１ｃ ボール溝面
２２ 下側基板
２２ａ 軸穴
２２ｂ ボール溝
２２ｃ ボール溝面
２３ ボール
２３ｓ 金属ボール
２３ｐ 樹脂ボール
３０ スラストベアリング
３１ 上側基板
３１ａ 軸穴
３１ｂ ローラ溝
３１ｃ ローラ溝面
３２ 下側基板
３２ａ 軸穴
３２ｂ ローラ溝
３２ｃ ローラ溝面
３３ ローラ
３３ｓ 金属ローラ
３３ｐ 樹脂ローラ
４０ 台車
４１ 荷台
４１ａ 底板
４２ ボルト

Claims (6)

1. 車輪と、該車輪を回転自在に支持する支持フレームと、旋回軸と、該旋回軸に取り付けられて前記支持フレームを旋回自在にするスラストベアリングを備えたキャスターであって、
   前記スラストベアリングは、上側基板と、下側基板と、該上側基板と該下側基板の間に保持器なしで保持された多数の転動体を備え、
   前記多数の転動体は、金属製の転動体と樹脂製の転動体からなり、
   前記多数の転動体は、前記上側基板のボール溝と前記下側基板のボール溝にほぼ隙間なく、隣接する転動体同士が潤滑剤なしで接触しながら前記上側基板のボール溝面上と前記下側基板のボール溝面上を転がるように配置され、かつ、前記金属製の転動体が隣接しないように、前記金属製の転動体と前記樹脂製の転動体が配置されていること
   を特徴とするキャスター。
2. 前記金属製の転動体と前記樹脂製の転動体が交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載のキャスター。
3. 前記転動体は、ボールまたはローラであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のキャスター。
4. 前記上側基板と前記下側基板の一方は金属製であり、他方は樹脂製であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載したキャスター。
5. 前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載したキャスターを備えたことを特徴とする移動体。
6. 前記移動体は、台車であることを特徴する請求項５記載の移動体。

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