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JP7245965B2 - rolling swivel caster - Google Patents
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Description

本発明は、台車やボストンバック等の下部に反転自在に装着される旋回キャスターの駆動追従性を向上させた転がり旋回キャスターに関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rolling swivel caster that is reversibly attached to the lower part of a carriage, boston bag, or the like, and has improved drive followability.

旋回キャスターは台車等の下部に車輪軸に対して定められた角度の軸の周りを自由に旋回する車輪であり、これは台車の荷重を支えつつ台車を希望する方向に駆動しようとしたとき、当該車輪軸を駆動する方向に旋回させて台車を円滑に移動させる機能をもつものである。通常の旋回キャスターは、路面に垂直な旋回軸をもつキャスターベースと、その下に旋回自在に設けられた旋回部材と旋回部材に取り付けられた車輪で構成されており、当該旋回軸と車軸は同一平面上になく、所定長のトレールが形成されており、進行方向に駆動する力が加えられると車輪の路面抵抗力によるセルフアライニングトルクによって車輪が旋回部材と共に進行方向に旋回して転舵追従する構造となっている。 A swivel caster is a wheel that freely swivels around an axis at a specified angle with respect to the wheel axis at the bottom of a truck or the like. It has the function of turning the wheel shaft in the driving direction to move the bogie smoothly. A normal swivel caster consists of a caster base with a swivel axis that is perpendicular to the road surface, a swivel member provided under the base that can swivel, and wheels attached to the swivel member, and the swivel axis and axle are the same. It is not on a flat surface, but a trail of a predetermined length is formed. When a driving force is applied in the direction of travel, the wheels turn in the direction of travel with the turning member due to the self-aligning torque due to the road surface resistance of the wheels to follow the steering. It has a structure that

前記通常の旋回キャスターにおいては、進行方向への駆動力が車輪の路面抵抗力によって旋回する方法であるため、進行方向への旋回が車輪の方向と駆動方向のなす角度等に依存している。そのため、発生する抵抗力の大きさは一定ではない。従ってキャスターを用いた台車が駆動する方向によって抵抗力が異なる状況が生じることになる。従って、進路変更によって、それまでの車輪の転がり方向とは進行方向を逆向きにしたり、大きく方向変更した場合には、台車等に駆動力を加えても当該台車は当該駆動方向に動かなくなったり、進路変更のために台車の挙動を大きくしなければならない等、円滑には動きにくい現象が生じていた。 In the conventional swivel caster, since the driving force in the direction of travel is a method of swiveling by the road surface resistance of the wheels, the swivel in the direction of travel depends on the angle formed by the direction of the wheels and the driving direction. Therefore, the magnitude of the generated resistance is not constant. Therefore, a situation arises in which the resistance force differs depending on the direction in which the trolley using casters is driven. Therefore, when the course is changed, the direction of travel is reversed from the rolling direction of the wheels up to that point, or when the direction is changed significantly, the truck may not move in the driving direction even if a driving force is applied to the truck. For example, the behavior of the trolley had to be increased in order to change the course, and there were phenomena that made it difficult to move smoothly.

また普通、台車には旋回キャスターを複数個取り付けるため、それぞれのキャスターがランダムな向きになっていれば、キャスターごとに異なる抵抗力を発生する。このような状況下で台車を思う方向に進路変更しようとする際、その駆動力が弱ければ車輪の接地状況に依存した台車の複雑な挙動操作が求められ、進路変更した方向に台車を円滑に移動させるという旋回キャスター本来の機能が果たせなくなってしまう。特に重量物を運搬する場合や路面状況が劣悪な場合はこの課題が顕著となる難点があった。 In addition, since a dolly is usually equipped with multiple swivel casters, if each caster is oriented randomly, each caster will generate a different resistance force. Under such circumstances, when trying to change the course of the bogie in the desired direction, if the driving force is weak, complex behavioral manipulation of the bogie that depends on the grounding condition of the wheels is required, and the bogie can smoothly move in the direction of the changed course. The original function of the swivel caster to move it can no longer be fulfilled. In particular, there is a problem that this problem becomes conspicuous when transporting heavy objects or when road conditions are poor.

上記のような旋回キャスターの有する技術的課題を解決せんとして、これまで次のような改善技術が開発されてきた。
その先行事例1は、支持枠に転動体を介して旋回部材を旋回自在に支持するとともに、その旋回部材に車輪を回転自在に支持し、当該旋回部材の旋回中心線と車輪の接地点との間にトレールを与えた旋回キャスターにおいて、旋回部材と車輪との間にトレールの反転機構を設けたことを特徴とする旋回キャスターである(実開昭61-115704)。この考案は台車の進路変更に対して車輪がトレールの反転機構の作用により反転して、旋回に伴う台車の大きな挙動を抑えることができるものである。当該先行事例1は、キャスターの前後動作によって車輪が180度反転する挙動を少ない動作で成立させるための機構として第2の軸を導入して、導入した機構によって車輪ではなく、トレールを反転させている点が特徴である。しかしこの考案は、第2の軸受けに支持された車輪の旋回中心線の延長ラインが路面に接する点が車輪の接地点より進行方向Aに対して後方にあるため、進路変更時における車輪の追従性が良好でなく、車輪の操行抵抗が増大してタイヤの摩耗が大きくなる難点がある。
In order to solve the technical problems of the swivel caster as described above, the following improvement techniques have been developed.
In the preceding case 1, a turning member is rotatably supported by a support frame via a rolling element, and a wheel is rotatably supported by the turning member, and the center line of the turning member and the grounding point of the wheel are aligned. A swivel caster having a trail between them is characterized in that a trail reversing mechanism is provided between a swivel member and a wheel (Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-115704). In this invention, the wheels are reversed by the action of the reversing mechanism of the trail when the course of the truck is changed, and it is possible to suppress the large movement of the truck accompanying turning. In the preceding case 1, a second shaft was introduced as a mechanism to realize the behavior in which the wheels reversed 180 degrees due to the back and forth movement of the caster with a small amount of movement, and the introduced mechanism reversed the trail instead of the wheels. It is characterized by the presence of However, in this invention, the point where the extension line of the turning center line of the wheel supported by the second bearing touches the road surface is behind the grounding point of the wheel with respect to the traveling direction A, so the wheel follows when changing course. However, there is a drawback that the steering resistance of the wheels is increased and the wear of the tires is increased.

先行事例2は、旋回キャスターにおいて、上記支持枠に固定された第1の軸体に旋回部材を回転自在に支持するとともに、該旋回部材側方に延びる延長部を形成して、この延長部に上記第1の軸体の旋回中心線と交差する旋回中心線を有する第2の軸体を設けて、当該第2の軸体の下端部に車軸を回転自在に支持し、且つ車軸の接地点よりも車体の進行方向に第2の軸体の旋回中心線があるように設定したことを特徴とする旋回キャスターである(特開平4-87801)。 Prior example 2 relates to a swivel caster in which a swivel member is rotatably supported by a first shaft fixed to the support frame, and an extension extending to the side of the swivel member is formed. A second shaft having a turning center line that intersects with the turning center line of the first shaft is provided, an axle is rotatably supported at the lower end of the second shaft, and a grounding point of the axle This swivel caster is characterized in that the swivel center line of the second shaft body is set so as to lie in the traveling direction of the vehicle body (Japanese Patent Laid-Open No. 4-87801).

当該先行事例2は、先行事例1を改善しようとしたもので、第2の車軸の傾斜が進行方向に対して先行事例1とは逆の構成にしてトレール状態を形成するようにしたものである。このようなトレールの状態を形成することによって、安定した車輪の追従動作が得られるとしているが、このようなトレールの形成と車輪との関係を追求すると、先行事例2と先行事例1には、トレール状態と車輪との関係において必然的に類似する欠点が生じる。旋回キャスターの車輪の回転軸は路面と平行であることが動作原理の基本原則であるが、当該先行事例2及び先行事例1では、傾斜する第2の軸の下端部の車軸を支持する支持軸が路面と平行でなく、傾斜している。そのため第2の軸の駆動方向への傾斜方向(トレール)と車輪の進行方向への向きが相違した場合には、車輪の追従性が悪くなり、当該トレールと車輪の進行方向とが垂直な方向になった時には、旋回させるモーメントが発生しなくなり当該キャスターは脱出困難なスタック状態に陥ってしまう難点がある。 The prior example 2 is an improvement of the prior example 1, and the inclination of the second axle with respect to the direction of travel is opposite to that of the prior example 1 to form a trailing state. . It is said that by forming such a trail state, a stable follow-up operation of the wheels can be obtained. However, when pursuing the relationship between the formation of such a trail and the wheels, the preceding cases 2 and 1 show the following: Similar drawbacks inevitably arise in relation to trail conditions and wheels. The basic principle of operation is that the rotation axis of the wheel of the swivel caster is parallel to the road surface. is not parallel to the road surface and is slanted. Therefore, if the inclination direction (trail) of the second shaft toward the driving direction and the direction of travel of the wheels are different, the followability of the wheels is deteriorated, and the trail and the travel direction of the wheels are perpendicular to each other. When it becomes , there is a drawback that the moment to turn is no longer generated and the caster falls into a stuck state that makes it difficult to escape.

先行事例3は、運転台車、車椅子及び車輪付き手押し移動用具に用いられ、旋回を抑制することにより、「横ながれ」を防止するため、逆向きに乗り上げ困難な突起部を外周に備えたカム15を取付け台1に対して、所定角度以内に回転抑制して設け、このカム15に当接するように押しバネ17で付勢した、フォロワ16をヨーク12に設け、車輪を一旦乗り越えたフォロワ16が逆向きに再び乗り上げようとする状態になるよう、突起部の位相及び回転制限の角度を設定した発明である(特開2002-293108号)。 Prior example 3 is used in driver's carts, wheelchairs, and hand-held mobility devices with wheels. The cam 15 is equipped with a protrusion on the outer periphery that makes it difficult to ride on in the opposite direction in order to prevent "rolling over" by suppressing turning. is provided on the mounting base 1 so as to suppress its rotation within a predetermined angle, and a follower 16 is provided on the yoke 12 and biased by a push spring 17 so as to abut on the cam 15. The follower 16 once overcomes the wheel This is an invention in which the phase of the protrusion and the angle of rotation limit are set so that it is in a state in which it tries to run over again in the opposite direction (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-293108).

当該先行事例3は、キャスターにおいて、旋回を規制する回転を制御する装置ではあるが、左右に傾斜した路面では重力の影響により、車輪が勝手に斜面下側ヘ向いて手押し車が横向きに流されてしまう現象を引き起こす欠点を防止するためのものである。これに対し本発明は、手押し車(キャスターベース)への進行方向への駆動力の負荷によって車輪支持部が回頭することにより二車輪支持部に復帰トルクが発生して、車輪支持部の回頭復帰機構を設けたものであり、その目的、構成、効果が全く異なる技術思想である。The preceding example 3 is a device for controlling the rotation of a caster to restrict turning, but on a left-right sloping road surface, the wheel arbitrarily turns to the bottom of the slope due to the influence of gravity, causing the wheelbarrow to drift sideways. It is intended to prevent the defect that causes the phenomenon that the On the other hand, in the present invention, when the wheel support portion is turned by the load of the driving force in the traveling direction of the wheelbarrow (caster base), a return torque is generated in the two-wheel support portion, and the wheel support portion is turned. It is a technical idea that has a mechanism, and its purpose, configuration, and effect are completely different.

先行事例4には、動かすことの出来るキャスターについて次のように開示されている。当該キャスターは、位置を動かせるキャスターベース(101)に装着される第1旋回軸(110)と、その旋回軸を一つの簡単な操作で回転できるようにした旋回部材(150)と、その旋回部材(150)を他の位置に第2回転軸(120)で回転できるようにその上部を結合した車輪支持部(160)と、その車輪支持部(160)の下部に装着された車輪(170)とからなると記載されている。(米国特許出願2011/0232028号明細書)Prior Case 4 discloses a movable caster as follows. The caster comprises a first swivel shaft (110) mounted on a caster base (101) that can move its position, a swivel member (150) capable of rotating the swivel shaft with one simple operation, and the swivel member. A wheel support (160) whose upper part is coupled so that (150) can be rotated to another position on a second rotating shaft (120), and a wheel (170) attached to the lower part of the wheel support (160) It is described as consisting of (U.S. Patent Application No. 2011/0232028)

当該先行事例4は、その構成部材が本発明の構成部材の一部と共通しているようにみえるが、それらを組合せてキャスターの進行方向を自由に変更できる機構の動作原理や構成が本発明とは基本的に相違している。In Prior Case 4, the constituent members seem to be common to some of the constituent members of the present invention, but the operation principle and configuration of the mechanism that can freely change the traveling direction of the caster by combining them are different from the present invention. is fundamentally different from
その第1は、先行事例4では、第2回転軸(120)が回転自在になっていて、車輪支持部と車輪は駆動力の方向変更によって自由に旋回するようにするため、車輪支持部と車輪が振り回されるという難点があった。これに対し本発明は対応する第2軸体(5)は回転しないので、駆動力の方向変更に際して車軸を傾斜させる機構によって車輪を回頭旋回して転舵追従するようにしたものである。即ち両者は、キャスターの進行方向に対する駆動力の方向変更があった時に、車輪を変更方向へ旋回して転舵追従するための動作原理もそのための構成や動作機構も全く相違している。従って、本発明では、車輪支持部と車輪が振り回されるといった難点は起こり得ないし、先行事例4では駆動力の方向変更が垂直になった時、キャスターが脱出困難なスタック状態になることを防ぐことができない。First, in the preceding case 4, the second rotating shaft (120) is rotatable, and the wheel support and the wheel support part and the wheel can be freely turned by changing the direction of the driving force. There was a problem that the wheels were swung around. On the other hand, in the present invention, since the corresponding second shaft body (5) does not rotate, a mechanism for tilting the axle when the direction of the driving force is changed is used to turn the wheels to follow the steering. That is, both of them are completely different in the principle of operation for turning the wheels in the changed direction to follow the steering when the direction of the driving force with respect to the traveling direction of the caster is changed, as well as in the configuration and operation mechanism for that purpose. Therefore, in the present invention, the wheel supporting portion and the wheel cannot be swung around, and in Prior Case 4, when the direction of the driving force is changed vertically, the caster is prevented from being stuck in a difficult-to-escape state. can't
その第2は、本発明には車輪接地点Cからのトレールt1とトレールt2の設定があり、常に支持キャスターベースの基準面と車輪接地点との垂直距離が常に一定となり、キャスターの動きが常にスムーズになる利点がある。しかし、先行事例4には、トレールt1やトレールt2の設定がなく、急に駆動力の進行方向が垂直方向に変更したときに動かないスタック状態を解消するような利点がない。Secondly, the present invention has the setting of trails t1 and t2 from the wheel grounding point C, so that the vertical distance between the reference plane of the supporting caster base and the wheel grounding point is always constant, and the movement of the caster is always constant. It has the advantage of being smoother. However, prior example 4 does not have trail t1 or trail t2, and does not have the advantage of resolving the stuck state where the motor does not move when the direction of travel of the driving force suddenly changes to the vertical direction.
その第3は、先行事例4の駆動力の負荷時におけるキャスターの進行方向が車輪支持部(160)の結合する第2回転軸(120)の前方であるのに対し、本発明の駆動力の負荷時における進行方向が、車輪の前方と全く逆である。そのため先行事例4では、本発明のようなトレールt1やトレールt2を同じ方向に設定することができないし、支持キャスターベースの基準面と車輪接地点の垂直距離を一定にすることができない。The third is that while the direction of movement of the caster when the driving force is applied in Prior Case 4 is in front of the second rotating shaft (120) to which the wheel support portion (160) is coupled, the driving force of the present invention is The direction of travel under load is completely opposite to the front of the wheels. Therefore, in the prior example 4, the trail t1 and the trail t2 cannot be set in the same direction as in the present invention, and the vertical distance between the reference plane of the supporting caster base and the wheel contact point cannot be made constant.
その第4に、本発明には、その車輪支持部の回頭復帰機構を設けてあるのに対し、先行事例4には車輪支持部の回頭復帰機構が無く、キャスターが脱出困難なスタック状態になることを防ぐことができない。Fourthly, the present invention is provided with a turning return mechanism for the wheel support portion, whereas the prior example 4 does not have a turning return mechanism for the wheel support portion, and the caster becomes stuck in a state that makes it difficult to escape. cannot be prevented.
以上のように、本発明と先行事例4とは、その構成や機構が大きく相違しているため、構成機構の動作原理や動作抵抗のメカニズムが相違しているだけでなく、その結果、先行事例4では本発明が解決しようとする課題を何ら解決することができないという難点があった。As described above, the configuration and mechanism of the present invention and Prior Case 4 are significantly different. 4 has the drawback that the problem to be solved by the present invention cannot be solved at all.

実開昭61-115704号(先行事例1)Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-115704 (Previous Case 1) 特開平4-87801号(先行事例2)Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-87801 (Preceding Case 2) 特開2002-293108号(先行事例3)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-293108 (Prior Case 3) 米国特許出願2011/0232028号(先行事例4)US Patent Application No. 2011/0232028 (Previous Case 4)

通常の旋回キャスターにおいては、車輪の方向と駆動方向のなす角度等に依存して、発生する抵抗力の大きさが一定ではない。そのため、キャスターを用いた台車では駆動する方向によって抵抗力が異なる状況が生じる。車輪の転がり方向と駆動方向が同一方向にならない場合、台車は駆動方向に動かない。またキャスターは通常複数個取り付けるため、それぞれのキャスターがランダムな向きになっていればキャスターごとに異なる抵抗力を発生する。このような状況下で台車を駆動する力が貧弱な場合、車輪の接地状況に依存した台車の操作が求められ、駆動した方向に台車を円滑に移動させるという旋回キャスター本来の機能が果たせなくなってしまう。このような旋回キャスターが有する難点を解消しようとして、これまで改善策が開発されてきたが、満足すべきものではなかった。そこで、本発明では、従来の改善策とは、原理の異なる方法で上記課題を解決せんとするものである。 In a normal swivel caster, the magnitude of the resistance generated is not constant depending on the angle formed by the direction of the wheels and the driving direction. For this reason, a truck using casters has a situation where the resistance varies depending on the driving direction. If the rolling direction of the wheels and the driving direction are not the same, the truck will not move in the driving direction. Also, since multiple casters are usually installed, if each caster is oriented randomly, each caster will generate a different resistance. Under such circumstances, if the power to drive the truck is weak, it is necessary to operate the truck depending on the grounding condition of the wheels, and the original function of the swivel caster to move the truck smoothly in the driven direction cannot be fulfilled. put away. Remedies have been developed in the past in an attempt to overcome the drawbacks of such swivel casters, but have been unsatisfactory. Therefore, in the present invention, the above problem is solved by a method different in principle from the conventional improvement measures.

本発明は、上記課題を解決するためにトレールによって転舵追従するキャスターの車輪が完全な2自由度の転がり対偶となるように構成するとともに、車輪が完全な2自由度の転がり対偶で動作するためにキャスターベースと車輪接地点の垂直距離が幾何学的に一意かつ一定になるように車輪のトレッド形状を構成したことが主要な特徴である。 In order to solve the above-mentioned problems, the wheels of the caster that follow the steering by the trail are constructed so as to form a perfect two-degree-of-freedom rolling pair, and the wheels operate with a perfect two-degree-of-freedom rolling pair. The main feature is that the tread shape of the wheel is configured so that the vertical distance between the caster base and the wheel contact point is geometrically unique and constant.

本発明は、上記課題を解決するために、まず、以下のように旋回キャスターの動作抵抗のメカニズムについて研究した。 In order to solve the above problems, the present invention first studied the mechanism of the movement resistance of the swivel caster as follows.

前述したように従来の旋回キャスターは車輪の方向と駆動方向のなす角度に依存して、発生する抵抗力の大きさが一定ではない。そのため、キャスターを用いた台車では駆動する方向によって抵抗力が異なり、車輪の転がり方向と駆動方向が同一方向にならない場合には、台車は駆動方向に動かなくなる。このように台車が駆動方向に動かなくなるのは、車台を進路変更しようとする駆動力が付加された場合が最も多い。本発明は、旋回キャスターが有するこのような特性による難点を解消せんとしたものである。そこで、従来の旋回キャスターの難点を解消するためには、その技術的原理を正確に理解する必要があるので、まず最初に、以下のように従来旋回キャスターの動作抵抗のメカニズムについて研究した。 As described above, the conventional swivel caster generates an inconsistent amount of resistance depending on the angle between the direction of the wheel and the driving direction. Therefore, a truck using casters has different resistance depending on the driving direction, and if the rolling direction of the wheels and the driving direction are not the same, the truck will not move in the driving direction. In most cases, the carriage does not move in the driving direction in this way when a driving force is applied to change the course of the carriage. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the problems caused by such characteristics of swivel casters. Therefore, in order to solve the difficulties of the conventional swivel caster, it is necessary to accurately understand its technical principle.

図11に示したように、従来の旋回キャスターDの車輪接地点Cにおける抵抗力の作用形態は3通りに分けて考えることができる。第1の作用形態は、駆動力が車輪の転がり方向に対して直角に作用する場合で、駆動方向と車輪の転がり方向の駆動位相角は90度である図11(イ)。この場合は駆動力がすべて旋回力として作用し、車輪の接地点は移動しない。そのように駆動力の転がり方向への成分がないため車輪が静止した状態での据切りとなり最大の旋回抵抗が発生する。しかしこの作用は車輪の転がり方向と駆動方向が完全に直角の場合であって、これをわずかにでも外れると第2の作用形態に移行する。 As shown in FIG. 11, the forms of action of the resistance force at the wheel contact point C of the conventional swivel caster D can be classified into three types. In the first mode of action, the driving force acts perpendicularly to the rolling direction of the wheel, and the driving phase angle between the driving direction and the rolling direction of the wheel is 90 degrees (FIG. 11(a)). In this case, all of the driving force acts as turning force, and the ground contact points of the wheels do not move. Since there is no component in the rolling direction of the driving force, the wheel is stationary and the maximum turning resistance is generated. However, this action occurs only when the rolling direction of the wheel and the driving direction are at right angles.

前記第2の作用形態では、駆動位相角は90度を下回り、車輪は駆動力の転動成分により転がりながら、駆動力の旋回成分で車輪が方向転換する図11(ロ)。 In the second mode of action, the driving phase angle is less than 90 degrees, and the wheel changes direction due to the turning component of the driving force while rolling due to the rolling component of the driving force (Fig. 11(b)).

第3の作用形態は、駆動力の方向が車輪の転がり方向と一致する場合で、駆動位相角は0度である図11(ハ)。この場合、旋回力は発生せず台車は駆動方向に車輪の転がり抵抗を伴って移動する。
第1作用形態を始動形態として台車を駆動すると、直ちに第2作用形態へ移行し、さらに同一方向に駆動し続けると最終的に第3作用形態へ移行する。そのときの車輪の転舵追従の関係を示すと、図11に示すように、車輪接地点Cは近似的にトラクトリックス軌道Eを描いている。
In the third mode of action, the direction of the driving force coincides with the rolling direction of the wheel, and the driving phase angle is 0 degrees, as shown in FIG. 11(c). In this case, no turning force is generated and the truck moves in the driving direction with the rolling resistance of the wheels.
When the truck is driven with the first working mode as the starting mode, it immediately shifts to the second working mode, and if it continues to drive in the same direction, it finally shifts to the third working mode. When the relationship of the steering follow-up of the wheels at that time is shown, as shown in FIG.

上記従来の旋回キャスターDの動作抵抗のメカニズムから、普通の旋回キャスターが最大の旋回抵抗トルクとなるのは車輪が静止している状態で方向転換を行う場合に発生する。これは駆動位相角が90度の状態で発生するが、この状態では接地点と旋回軸との水平距離が最大であるため抵抗力は最大にはならない。駆動力に対する最大の抵抗力は駆動位相角が概ね45度のときに発生するのである。駆動力によって旋回抵抗が発生するのは車輪の接地部分が点ではなく実際には面であるためである。車輪の接地部分が面であっても、もし転がり移動であれば大きな抵抗力にはならないが、車軸を水平に保持したまま車輪を方向転換すると、車輪が転がりながらであっても接地面にすべりが生じて旋回抵抗となる。 From the mechanism of the motion resistance of the conventional swivel caster D, the maximum swivel resistance torque of the ordinary swivel caster occurs when the direction is changed while the wheels are stationary. This occurs when the drive phase angle is 90 degrees, but in this state the horizontal distance between the grounding point and the pivot axis is maximum, so the resistance is not maximum. The maximum resistance to the driving force occurs when the driving phase angle is approximately 45 degrees. The reason why the turning resistance is generated by the driving force is that the contact portion of the wheel is actually a surface rather than a point. Even if the grounding part of the wheel is a surface, if it is a rolling movement, it will not create a large resistance force, but if the wheel is turned while the axle is held horizontally, the wheel will slide on the grounding surface even if it is rolling. is generated and becomes turning resistance.

そのため理想的な旋回キャスターには、路面のすべての方向に対して同一の転がり特性を持っていることが求められる。車輪が球形であれば、路面のどの方向に対しても同等の転がり特性をもつことができるからである。しかも、旋回キャスターにはその商品特性として、全方向への移動の機能を持つだけでなく、その構成が単純で且つ強固な構成の車輪が求められる。そのため、これまで旋回キャスター用に、上記の条件を備えた球形状の車輪はほとんど用いられることはなかった。 Therefore, an ideal swivel caster should have the same rolling characteristics in all directions on the road surface. This is because if the wheel is spherical, it can have the same rolling characteristics in any direction on the road surface. In addition, swivel casters are required to have wheels with a simple and strong structure, in addition to having the function of moving in all directions as a product characteristic. For this reason, spherical wheels meeting the above conditions have rarely been used for swivel casters.

上記のように、理想的な旋回キャスターには、路面のすべての方向に対して同一の転がり特性を持っていることが要請されていることから、次に、車輪の転がり基本動作について研究した。
回転対称の軸を持ち表面が球面状の車輪は、いわゆるドーナツ状の表面形状がある。当該ドーナツ状の表面形状はトーラスと称されている。当該トーラスを回転対称軸方向から見た場合、ドーナツの穴の円と外形の円の2重の同心円となっているが、この2重の同心円を形成している円はドーナツの芯に相当する円でトーラス大円と呼ばれる。また、当該トーラスは、その軸方向の断面形状も円形であるが、これはトーラス小円と呼ばれている。
As described above, an ideal swivel caster is required to have the same rolling characteristics in all directions on the road surface.
A wheel with an axis of rotational symmetry and a spherical surface has a so-called doughnut-shaped surface. The donut-shaped surface shape is called a torus. When the torus is viewed from the direction of the axis of rotational symmetry, it is a double concentric circle consisting of the donut hole circle and the outer shape circle, and the circle forming these double concentric circles corresponds to the core of the donut. The circle is called the torus great circle. The torus also has a circular cross-sectional shape in the axial direction, which is called a torus small circle.

このようなトーラスを車輪と見なしたとき、トーラスの回転対称軸は車輪の車軸であり、トーラス表面は車輪のトレッドと見なすことができる。当該車輪が路面に接触して車軸回りに回転し転がる状況は、トレッドが路面と接触してトーラスの大円の円周方向に転がる動作であると解釈することができる。これは通常の車輪の転がり動作である。しかし、トーラス表面の形状が車輪のトレッドであるとすれば、大円の円周方向に転がることが可能であると同時にそれと直角方向の小円円周方向に転がることも可能である。小円の円周方向への転がり動作に伴い車軸は傾斜する。このように2方向の転がり動作ができれば、一定の範囲内で球形状又はトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪であれば転がり動作を起こすことができる。従って本発明に、球形状又はトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪を用いるとともに、その車軸を傾斜させる機構とを組み込めば、車輪を大円円周方向への転がりと小円円周方向への転がり動作を同時にさせることができるのである。 When such a torus is regarded as a wheel, the rotational symmetry axis of the torus is the axle of the wheel, and the torus surface can be regarded as the tread of the wheel. The situation in which the wheel contacts the road surface and rotates and rolls around the axle can be interpreted as the action of the tread contacting the road surface and rolling in the circumferential direction of the great circle of the torus. This is the rolling motion of a normal wheel. However, if the shape of the torus surface is the tread of a wheel, it is possible to roll in the circumferential direction of a large circle and at the same time to roll in the direction of a small circle perpendicular thereto. The axle tilts as the small circle rolls in the circumferential direction. If rolling motion in two directions can be performed in this manner, the rolling motion can occur within a certain range if the wheel has an arc-shaped contact surface such as a sphere or a torus. Therefore, if a wheel having an arc-shaped contact surface such as a sphere or a torus is used in the present invention, and a mechanism for tilting the axle is incorporated, the wheel can roll in the direction of a large circle and roll in a small circle. Rolling motion in the circumferential direction can be performed at the same time.

このように、トーラス状の車輪における大円円周方向に転がることが可能であると同時にそれと直角方向の小円の円周方向に転がることを可能にするには、当該大円の車軸を第1の車軸とし、小円の車軸を第2の車軸とする2軸方式にすることである。具体的には第2の車軸は路面に対して平行で、且つ第1の車軸と直交するようにすると共に、第2の車軸を第1の車軸から垂直方向に大円の半径分だけ低くオフセットした位置とすることである図12(イ)。
このように第2の車軸を低くオフセットした位置の車軸としたうえで、当該第2の車軸を路面に対して傾斜した取り付け角度に構成にすること図12(ロ)としても、大円円周方向の転がり動作と小円周方向の転がり動作を維持することができる。ただし、トレッドがトーラス形状のままでは、第2の車軸回りの回転によって、キャスターベースと車輪接地点との垂直距離が多少変化する。
Thus, in order to be able to roll in the circumferential direction of a large circle in a torus-shaped wheel and at the same time to be able to roll in the circumferential direction of a small circle perpendicular to it, the axle of the large circle must be placed in the second direction. 1 axle and a small circle axle as the second axle. Specifically, the second axle is parallel to the road surface and orthogonal to the first axle, and the second axle is vertically offset from the first axle by the radius of a great circle. FIG. 12(a).
As shown in FIG. Directional rolling motion and minor circumferential rolling motion can be maintained. However, if the tread remains toroidal, rotation about the second axle will slightly change the vertical distance between the caster base and the wheel contact point.

しかし旋回キャスターは台車を水平に移動させることが求められるため、転がり旋回キャスターにおいてもキャスターベースと車輪接地点との垂直距離が一定であることが要求されている。そこで旋回キャスターのキャスターベースと車輪接地点との垂直距離が一定であるような要求を満たすトレッド形状を求めるために、第2の車軸の傾斜角、オフセット、車輪の半径から幾何学的作図、あるいは幾何計算によって一意に確定することによって旋回キャスターとして許容される垂直距離一定の条件を満たす範囲で第2軸を任意の角度に取ることができる。そのほか旋回キャスターの挙動安定性を考慮して、オフセット、車輪の半径、車輪の幅等々を確定することもできるのである。 However, since swivel casters are required to move the carriage horizontally, even rolling swivel casters are required to have a constant vertical distance between the caster base and the wheel contact point. Therefore, in order to obtain a tread shape that satisfies the requirement that the vertical distance between the caster base of the swivel caster and the wheel grounding point is constant, a geometric drawing from the inclination angle of the second axle, the offset, and the radius of the wheel, or By uniquely determining by geometric calculation, the second axis can be arbitrarily set within the range that satisfies the condition of a constant vertical distance that is allowed as a swivel caster. In addition, it is also possible to determine the offset, wheel radius, wheel width, etc. in consideration of the behavior stability of the swivel caster.

上記のような旋回キャスターの動作抵抗のメカニズムとその車輪の転がり基本動作の研究から、旋回キャスターにおいても、球形状又はトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪を用いるとともに、その車軸を傾斜させる機構を組み込むようにすれば、すべりのない転がり動作のみで車輪を方向転換することが出来ることが解った。 Based on the above research on the mechanism of motion resistance of swivel casters and the basic rolling motion of the wheels, swivel casters also use wheels with arc-shaped contact surfaces such as spherical or torus-shaped wheels, and their axles are It has been found that if a tilting mechanism is incorporated, the direction of the wheel can be changed only by rolling motion without slippage.

上記の様な原理と技術的思想に基づいて、課題を解決するための手段として本発明を以下のような構成にした。 Based on the principle and technical idea as described above, the present invention has the following configuration as means for solving the problems.

本発明は、路面に向けて垂直な第1旋回軸2をもつキャスターベースと、その垂直な第1旋回軸2に旋回部材を回転自在に軸着する。当該旋回部材は、その軸着部から側方に延び、且つその後方部が下向きに「く」の字状に曲がった延長旋回部を形成してなり、この延長旋回部には前記第1旋回軸の旋回中心線と交差する旋回中心線を有する第2軸体を装着して、当該第2軸体の下部に車輪支持部を装着し、その車輪支持部の下端部には路面に平行な車軸を設けて、当該車軸に球形状又は円弧状の接地面を持った車輪を回転自在に装着してある。それによって、前記垂直な第1旋回軸に装着した旋回部材の旋回中心線と車輪の接地点との間にトレールを形成するようにする。そして、台車を任意の方向へ進路変更させるためにキャスターベースに駆動力が負荷されると、前記トレールと車輪の進行方向とが大きく相違したり、垂直な関係になっても、球形状又は円弧状の接地面を持った車輪は付加された駆動力が旋回モーメントになって横方向に転がり旋回して旋回キャスターの進路変更方向への旋回始動力の低減と車輪の回頭特性を向上させるようにしたことを特徴とする転がり旋回キャスターである。 The present invention comprises a caster base having a first swivel shaft 2 perpendicular to the road surface, and a swivel member rotatably attached to the first swivel shaft 2. The turning member extends laterally from the shaft mounting portion and forms an extended turning portion whose rear portion is bent downward into a "<" shape. A second shaft having a turning center line that intersects with the turning center line of the shaft is mounted, a wheel support is mounted on the lower part of the second shaft, and a lower end of the wheel support is parallel to the road surface. An axle is provided, and a wheel having a spherical or arcuate contact surface is rotatably mounted on the axle. A trail is thereby formed between the pivot centerline of the pivot member mounted on the first vertical pivot axis and the ground contact point of the wheel. When a driving force is applied to the caster base in order to change the course of the truck in an arbitrary direction, even if the traveling direction of the trail and the wheels are greatly different or perpendicular to each other, the spherical or circular A wheel with an arc-shaped contact surface turns into a turning moment and rolls in the lateral direction, reducing the turning starting force in the direction of changing the course of the turning caster and improving the turning characteristics of the wheel. A rolling swivel caster characterized by:

上記のように本発明に係る転がり旋回キャスターは、第1に、球形状又はトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪を用いたこと、第2に、当該車軸を傾斜させる機構を新たに設け、水平に固定されていた車軸を傾斜させて車輪を横方向にも転がり可能としたことを特徴とするものである。以下、本発明に係る転がり旋回キャスターの特徴について詳しく説明する。 As described above, the rolling and turning caster according to the present invention firstly uses a wheel having an arc-shaped contact surface such as a sphere or a torus, and secondly, a new mechanism for tilting the axle. , and the horizontally fixed axle is tilted so that the wheels can also roll in the lateral direction. The features of the rolling and turning caster according to the present invention will be described in detail below.

本発明は、路面に垂直な旋回軸をもつキャスターベースと、その下に設けられた旋回部材と、旋回部材に取り付けられた路面に平行な車軸をもつ車輪で構成されている通常のキャスターの旋回部材において、次のような車軸を傾斜させる機構を新たに設けた点が第1の特徴である。 The present invention is a swivel of an ordinary caster which consists of a caster base with a swivel axis perpendicular to the road surface, a swivel member provided therebelow, and a wheel attached to the swivel member and having an axle parallel to the road surface. The first feature of the member is that the following mechanism for tilting the axle is newly provided.

本発明に係る車軸を傾斜させる機構は、路面に垂直な第1旋回軸をもつキャスターベースと、その垂直な第1旋回軸の下部に旋回部材を回転自在に軸着する。当該旋回部材は、その軸着部から側方に延び且つ、その後方部が下向きに「く」の字状に曲がった延長旋回部を形成する。この延長旋回部には第2軸体が装着されているが、当該第2軸体は、前記第1旋回軸に対して傾斜して、第1旋回軸の旋回中心線M-Mと交差する車輪支持部旋回中心線N-Nを有するように設定装着している。更に当該第2軸体の下部には車輪支持部を装着し、その車輪支持部の下端部には路面に平行な車軸を設けて当該車軸に球形状またはトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪を回転自在に装着する。しかも、前記垂直な第1旋回軸2に装着した旋回部材3の旋回中心線M-Mと車輪の接地点Cとの間にトレールを形成する。 A mechanism for tilting an axle according to the present invention includes a caster base having a first swivel shaft perpendicular to a road surface, and a swivel member rotatably attached to a lower portion of the first perpendicular swivel shaft. The swivel member extends laterally from its pivoting portion and forms an extended swivel portion whose rear portion is bent downward in a doglegged shape. A second shaft is attached to the extended turning portion, and the second shaft is inclined with respect to the first turning shaft and intersects the turning center line MM of the first turning shaft. It is set and mounted so as to have a wheel support turning centerline NN. Further, a wheel support part is attached to the lower part of the second shaft body, and an axle parallel to the road surface is provided at the lower end of the wheel support part, and the axle has an arc-shaped ground contact surface such as a spherical shape or a torus shape. Attach the wheel you have so that it can rotate freely. Moreover, a trail is formed between the turning center line MM of the turning member 3 mounted on the vertical first turning shaft 2 and the contact point C of the wheel.

車軸を傾斜させる機構は、上記のような構成にすることにより、第2軸体が傾斜して、当該トレールと車輪の進行方向とが垂直な方向になっても車輪が横方向に転がり車輪の進行方向への回頭する特性を向上させるようにした転がり旋回キャスターとなるのである。 The mechanism for tilting the axle is configured as described above, so that even if the second shaft is tilted and the traveling direction of the wheel is perpendicular to the trail, the wheel rolls in the lateral direction. Thus, it becomes a rolling and turning caster that improves the characteristics of turning in the direction of travel.

本発明の第2の特徴は、車輪を球形状又はトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪とする。これは、車台への駆動力が付与して車輪が傾斜しても路面に接触しながら横方向に転がりながら傾斜した車軸を水平に保って、車輪を進行方向へ回頭するのである。 A second feature of the present invention is that the wheel has an arcuate contact surface such as a sphere or a torus. Even if a driving force is applied to the chassis and the wheels tilt, the wheels roll in the lateral direction while contacting the road surface, keeping the tilted axle horizontal and turning the wheels in the direction of travel.

叙上のように本発明は、キャスターベースには路面に向けて垂直な第1旋回軸が装着され、その垂直な第1旋回軸にはその軸着部から側方に延び、その後方部が下向きに「く」の字状に曲がった延長旋回部を形成してなる旋回部材が回転自在に軸着しており、当該旋回部材の延長旋回部には下向きに傾斜した第2軸体が装着し、その第2軸体の下部には車輪支持部を軸着し、その車輪支持部の下端部には路面に平行な車軸が設けてあり、更にその車軸には球形状またはトーラス状の円弧状の接地面を持った車輪が回転自在に装着してなる転がり旋回キャスターにおいて、第1旋回軸は、路面に対して垂直で、第1旋回軸の旋回中心線M―Mを有しており、第2軸体は、路面に対して垂直な第1旋回軸に対して傾斜し、且つ当該前記第1旋回軸の旋回中心線M-Mと交差する旋回中心線N-Nを有するように有しており、当該第1旋回軸は、路面に対して垂直である旋回中心線M―Mの路面との交点A1と車輪接地点Cとの間にトレールt1を形成するように設定装着するとともに、第2軸体は、車輪支持部の旋回中心線N-Nの路面との交点A2と車輪の接地点Cとの間にトレールt2が形成するように設定装着し、更に車輪接地点Cから見て当該トレールt1方向とトレールt2方向とが同じ方向に形成されるように設定することにより、支持キャスターベースの基準面と車輪接地点との垂直距離が常に一定であるようにしたものである。そのうえで、前記キャスターベースに任意な進行方向へ駆動力が負荷されると、車輪が当該駆動方向に牽引されながら回頭旋回して追従し、その負荷される駆動力の進路が変更して当該トレールと車輪の進行方向とが垂直な方向に負荷されると、球形状またはトーラス状など円弧状の接地面を持った車輪の車軸がその負荷により傾斜して車輪が横方向に転がりながら垂直な進行方向へ回頭旋回して転蛇追従するようにしたことを特徴とする転がり旋回キャスターである。As described above, according to the present invention, the caster base is equipped with a first pivot shaft perpendicular to the road surface, the first perpendicular pivot shaft extends laterally from the pivot attachment portion, and has a rear portion thereof. A swivel member formed by forming an extended swivel portion bent downward in a letter V shape is rotatably attached to the shaft, and a downwardly inclined second shaft is attached to the extended swivel portion of the swivel member. A wheel support portion is attached to the lower portion of the second shaft body, and an axle parallel to the road surface is provided at the lower end of the wheel support portion. A rolling swivel caster in which a wheel having an arcuate contact surface is rotatably mounted, wherein the first swivel axis is perpendicular to the road surface and has a swivel center line M-M of the first swivel axis. , the second shaft is inclined with respect to the first turning axis perpendicular to the road surface and has a turning center line NN that intersects the turning center line MM of the first turning axis; The first pivot axis is set and mounted so as to form a trail t1 between the intersection point A1 of the turning centerline MM perpendicular to the road surface and the road surface A1 and the wheel contact point C. At the same time, the second shaft body is set and mounted so that a trail t2 is formed between the intersection A2 of the turning center line NN of the wheel support portion with the road surface and the ground contact point C of the wheel, and further the wheel ground contact point C The vertical distance between the reference surface of the support caster base and the wheel grounding point is always constant by setting the trail t1 direction and the trail t2 direction so that they are formed in the same direction when viewed from above. be. In addition, when a driving force is applied to the caster base in an arbitrary direction, the wheels are towed in the driving direction and followed by turning, and the course of the applied driving force changes to follow the trail. When a load is applied in a direction perpendicular to the direction of travel of the wheel, the axle of the wheel, which has an arc-shaped contact surface such as a sphere or a torus, is tilted by the load, causing the wheel to roll sideways and move in the vertical direction. This rolling and turning caster is characterized in that it turns to follow a rolling snake.

本発明に係る転がり旋回キャスターは、路面に垂直な第1旋回軸をもつキャスターベースと、その下に旋回自在に装着された旋回部材と、旋回部材に取り付けられた車輪支持部と、その下端部に車軸を設けて、当該車軸に球形状又はトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪で構成されており、当該第1旋回軸と第2車軸は交差していて、車輪の接地点との間に所定長のトレールが形成され、進行方向に駆動する力が加えられると車軸が傾斜して車輪の路面抵抗力によるセフルアライニングトルクによって車輪が旋回部材と共に進行方向に転がりながら旋回して転舵追従する構造となっている。 A rolling swivel caster according to the present invention comprises a caster base having a first swivel axis perpendicular to the road surface, a swivel member rotatably mounted thereunder, a wheel support attached to the swivel member, and a lower end thereof. is provided with an axle, and the axle is composed of wheels with an arc-shaped ground contact surface such as a spherical or torus shape. When a driving force is applied in the direction of travel, the axle tilts, and the wheels turn while rolling in the direction of travel together with the turning member due to the self-aligning torque generated by the road surface resistance of the wheels. It has a structure that follows the rudder.

このように、本発明は、第1旋回軸と第2車軸の2軸方式を採用して、それら両者の旋回中心線を交差させて車輪の接地点との間に所定長のトレールを形成してなる車輪を傾斜させる機構を設けるとともに、車輪を球形状またはトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪としたので、進路変更のために駆動力が負荷されて前記トレールと車輪の進行方向とが垂直となっても、球形状又は円弧状の接地面を持った車輪は傾斜して路面に接触しながら横方向に転がり、容易に進路変更方向への旋回始動をさせることが出来るのである。 In this way, the present invention adopts a two-axis system of the first turning shaft and the second axle, and the turning center lines of both of them intersect to form a trail of a predetermined length between the grounding points of the wheels. Since the wheels are provided with a mechanism for tilting the wheels, and the wheels have an arc-shaped contact surface such as a spherical shape or a torus shape, driving force is applied to change the course, and the trail and the wheels advance. Even if the direction is perpendicular to the direction, the wheel with a spherical or arc-shaped ground contact surface tilts and rolls sideways while contacting the road surface, so it is possible to easily start turning in the course change direction. be.

また、本発明に係る旋回キャスターは、これを全方位のいかなる方向に進路変更しようとした場合でも、車輪に負荷された駆動力が旋回モーメントになって車輪を転がりながら旋回するので、容易に車輪を進行方向に転舵追従させることができるものである。 In addition, even if the turning caster according to the present invention is to change course in any direction in all directions, the driving force applied to the wheel becomes a turning moment and turns while rolling the wheel, so the wheel can be easily moved. can be made to follow the steering in the direction of travel.

本発明に係る転がり旋回キャスターの基本構造を示す一実施例の2面図であり、(イ)はその側面図であり、(ロ)は正面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a two-side view of one Example which shows the basic structure of the rolling turning caster which concerns on this invention, (A) is the side view, (B) is a front view. 本発明に係る転がり旋回キャスターの基本構造を示す第2実施例の2面図であり、(イ)はその側面図であり、(ロ)は正面図である。It is a two-sided view of the second embodiment showing the basic structure of the rolling and turning caster according to the present invention, (a) is its side view, and (b) is a front view. 本発明に係る転がり旋回キャスターの基本構造を示す第3他実施例の2面図であり、(イ)はその側面図であり、(ロ)は正面図である。It is a two-sided view of the 3rd other Example which shows the basic structure of the rolling turning caster which concerns on this invention, (A) is the side view, (B) is a front view. 本発明に係る転がり旋回キャスターへ負荷された駆動力の方向と旋回部材3の方向とのなす角度における当該旋回キャスターの挙動について示す2面図で、(イ)はその角度が90度より小さい場合の斜視図であり、(ロ)はその角度が直角の場合の斜視図である。Fig. 10 is a two-sided view showing the behavior of the rolling and turning caster according to the present invention at the angle formed by the direction of the driving force applied to the rolling and turning caster and the direction of the turning member 3; and (b) is a perspective view when the angle is a right angle. 本発明に係る転がり旋回キャスターに進路変更のために駆動力が負荷されて前記トレールと車輪の進行方向とが垂直となった場合に球形状又は円弧状の接地面を持った車輪が傾斜して路面に接触しながら横方向に転がり、容易に進路変更方向への旋回始動する動作状態(イ)(ロ)(ハ)を示す3面図であり、(イ)は、進路変更のために駆動力が前記トレールと車輪の進行方向とが垂直の状態となったときの斜視図、(ロ)は、車輪が傾斜して路面に接触しながら横方向に転がった状態を示す斜視図、(ハ)は、転がり旋回して駆動力が前記トレールと車輪の進行方向と一致した状態となった斜視図である。When the rolling and turning caster according to the present invention is loaded with a driving force to change the course and the traveling direction of the wheel becomes perpendicular to the trail, the wheel having a spherical or arc-shaped contact surface tilts. It is a trihedral view showing operation states (A), (B), and (C) in which the vehicle rolls in the lateral direction while contacting the road surface and easily starts turning in the course change direction, and (A) is driven for course change. (b) is a perspective view showing a state where the force is perpendicular to the trail and the traveling direction of the wheel; ) is a perspective view showing a state in which the vehicle rolls and turns, and the driving force is aligned with the advancing direction of the trail and the wheels. 第2軸体5の回りに車輪が回頭する動作を示す幾何学図である。FIG. 4 is a geometrical diagram showing the motion of a wheel turning around the second shaft 5; 転がり旋回キャスターに形成されている第1トレールと第2トレールの向きを同じ向きにし、転がり旋回キャスターが一時的にスタック状態に陥っていることを示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing the rolling and swiveling caster temporarily stuck in a state in which the first and second trails formed on the rolling and swiveling caster are oriented in the same direction. (イ)(ロ)は球形車輪の軸縦断面トレッド形状を示す要部断面した車輪の正面図であり、(ハ)は、車輪(ロ)における車軸の傾斜角度を指定角度以内に制限している状態を示す正面図である。(A) and (B) are front views of the wheel with the main parts sectioned showing the tread shape of the spherical wheel in axial longitudinal section, and (C) is a wheel (B) with the axle tilt angle limited to within a specified angle. It is a front view which shows the state which is. 旋回部材の背面に突出した車輪支持部軸部と旋回部材本体の間に設けた車輪支持部の回頭復帰機構を示す説明図であり、(イ)は旋回部材の背面に取り付けられた車輪支持部の回頭復帰機構の実施例を示す背面図、(ロ)は車輪支持部の回頭によって円弧状ばねが変形し、車輪支持部回頭角に比例して復帰トルクが発生した際の車輪支持部の回頭復帰機構の実施例を示す背面図、(ハ)は旋回部材の背面に取り付けられた車輪支持部の回頭復帰機構の他実施例を示す背面図、(ニ)及び(ホ)は、車輪支持部の回頭によってカムの回転により円弧状ばねが変形して車輪支持部回頭角に対応して復帰トルクが発生した際の車輪支持部の回頭復帰機構の他実施例を示す背面図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a turning return mechanism of a wheel support portion provided between a wheel support portion shaft protruding from the back surface of the turning member and a turning member main body; A rear view showing an embodiment of the turning return mechanism, (B) is the turning of the wheel support when the arc-shaped spring is deformed by the turning of the wheel support, and the return torque is generated in proportion to the turning angle of the wheel support. Rear view showing an embodiment of the return mechanism, (C) is a rear view showing another embodiment of the turning return mechanism of the wheel support attached to the back of the turning member, (D) and (E) are the wheel support. FIG. 10 is a rear view showing another embodiment of the turning return mechanism for the wheel support portion when the circular arc spring is deformed by the rotation of the cam and the return torque corresponding to the turning angle of the wheel support portion is generated. 旋回軸体を揺動させない方向転換機構を備えた転がり旋回キャスターの実施例を示した側面図である。FIG. 10 is a side view showing an embodiment of a rolling and turning caster having a direction changing mechanism that does not allow the turning shaft to swing. 普通の旋回キャスターと、その車輪接地点における抵抗力の作用形態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory drawing showing a normal swivel caster and the mode of action of the resistance force at the wheel grounding point thereof; (イ)(ロ)は、第2の車軸を低くオフセットした位置の車軸とし、当該第2の車軸を路面に対して傾斜した取り付け角度に構成することを示した説明図である。(a) and (b) are explanatory diagrams showing that the second axle is positioned at a low offset position, and the second axle is configured at an installation angle that is inclined with respect to the road surface.

以下、本発明に係る転がり旋回キャスターを実施するための形態について説明する。 Hereinafter, a form for implementing a rolling and turning caster according to the present invention will be described.

最初に本発明に係る転がり旋回キャスターの基本的構造について説明する。
図1は、転がり旋回キャスターの一実施例を示す2面図であり、(イ)はその側面図であり、(ロ)は同正面図である。
図1においてキャスターベース1は台車やボストンバック等にキャスターを固定するための部材であり、そのキャスターベース1には、路面Aに垂直な第1旋回軸2が装着されており、その第1旋回軸2には旋回部材3が回転自在に軸着されている。当該旋回部材3は、その軸着部から側方に延び、且つその後方部が下向きに「く」の字状に曲がった延長旋回部4を形成している。この延長旋回部4には前記第1旋回軸2の旋回中心線M-Mと交差する旋回中心線N-Nを有する第2軸体5を装着し、その下部に車輪支持部6が回転自在に装着されている。その際、第2軸体5は、第1旋回軸2に対して傾斜しており、両者は交差するように設定されている。更に、当該延長旋回部4の下部には車輪支持部6を装着しているが、当該車輪支持部6の下端部には路面に平行な車軸7が設けており、当該車軸7には球形状又は円弧状の接地面を持った車輪8が回転自在に装着してある。
First, the basic structure of the rolling and turning caster according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a two-sided view showing an embodiment of a rolling and turning caster, where (a) is its side view and (b) is its front view.
In FIG. 1, a caster base 1 is a member for fixing a caster to a trolley, Boston bag, etc. A first turning shaft 2 perpendicular to the road surface A is mounted on the caster base 1, and the first turning shaft 2 is mounted on the caster base 1. A turning member 3 is rotatably attached to the shaft 2 . The swivel member 3 extends laterally from its shaft mounting portion and forms an extended swivel portion 4 whose rear portion is bent downward into a "<" shape. A second shaft body 5 having a turning center line N--N intersecting with the turning center line M--M of the first turning shaft 2 is attached to the extension turning part 4, and a wheel support part 6 is freely rotatable under the second shaft body 5. is attached to the At that time, the second shaft body 5 is inclined with respect to the first turning shaft 2, and both are set to intersect each other. Further, a wheel support portion 6 is attached to the lower portion of the extension turning portion 4, and an axle 7 parallel to the road surface is provided at the lower end portion of the wheel support portion 6, and the axle 7 has a spherical shape. Alternatively, a wheel 8 having an arcuate contact surface is rotatably mounted.

図1において、第1旋回軸2は、路面Aに対して垂直であり、第1旋回軸2の旋回中心線M-Mの路面との交点A1と車輪接地点Cとの間にトレールt1が形成されており、同時に第2軸体5は車輪支持部6の旋回中心線N-Nの路面との交点A2と車輪8の接地点Cとの間にトレールt2が形成されるように設定する。 In FIG. 1, the first turning shaft 2 is perpendicular to the road surface A, and the trail t1 is between the intersection A1 of the turning center line MM of the first turning shaft 2 with the road surface and the wheel contact point C. At the same time, the second shaft body 5 is set so that a trail t2 is formed between the intersection A2 of the turning center line NN of the wheel support portion 6 with the road surface and the contact point C of the wheel 8. .

また、本発明に係る転がり旋回キャスターの基本構造として、キャスターベース1の基準面Bと車輪接地点Cとの垂直距離が一定であることについて説明する。
本発明に係る転がり旋回キャスターの一実施例を示す図1において、キャスターベース1の基準面Bと車輪接地点Cの垂直距離は、旋回部材3の方向、車輪支持部6の取り付け角度、車輪支持部6の回頭角度に依存することなく常に一定でなければならない。そのようにキャスターベース1の基準面Bと車輪接地点Cとの垂直距離が一定であることを満たすための、車輪半径、車輪支持部の第2軸体5への取り付け角、トレッド形状の関係等は、幾何学的な一意により確定する。垂直距離が一定であることを満たすためには、車輪半径、車輪支持部の第2軸体5の取り付け角、トレッド形状の関係は幾何学的な一意により確定する。
Further, as the basic structure of the rolling and turning caster according to the present invention, the fact that the vertical distance between the reference plane B of the caster base 1 and the wheel contact point C is constant will be described.
In FIG. 1 showing an embodiment of the rolling and turning caster according to the present invention, the vertical distance between the reference plane B of the caster base 1 and the wheel contact point C depends on the direction of the turning member 3, the mounting angle of the wheel support 6, and the wheel support. It must always be constant without depending on the turning angle of the portion 6 . The relationship between the wheel radius, the mounting angle of the wheel support portion to the second shaft 5, and the tread shape in order to satisfy the fact that the vertical distance between the reference plane B of the caster base 1 and the wheel grounding point C is constant. etc. are determined by geometric uniqueness. In order to satisfy the fact that the vertical distance is constant, the relationship between the wheel radius, the mounting angle of the second shaft body 5 of the wheel supporting portion, and the tread shape is geometrically determined uniquely.

本発明に係る転がり旋回キャスターの第2実施例を示す図2の(イ)側面図、同(ロ)正面図においても、第3実施例を示す図3の(イ)側面図、(ロ)正面図においても、キャスターベース1の基準面Bと車輪接地点Cとの垂直距離は一定でなければならない。そのように垂直距離が一定であることを満たすためには、車輪半径、車軸オフセットf、車輪支持部の第2軸体5の取り付け角、トレッド形状の関係を幾何学的な一意により確定することにより確定する。また、第1旋回軸2は、路面Aに対して垂直であり、第1旋回軸2の路面との交点A1と車輪接地点Cとの間にトレールt1が形成されていると同時に、車輪支持部6の旋回中心線N-Nの路面との交点A2と、車輪8の接地点Cとの間にトレールt2を形成するように設定する。 2 (a) side view and (b) front view showing the second embodiment of the rolling and turning caster according to the present invention, and FIG. 3 (a) side view and (b) showing the third embodiment. Also in the front view, the vertical distance between the reference plane B of the caster base 1 and the wheel contact point C must be constant. In order to satisfy such a constant vertical distance, the relationship between the wheel radius, the axle offset f, the mounting angle of the second shaft body 5 of the wheel support portion, and the tread shape must be geometrically uniquely determined. determined by The first turning shaft 2 is perpendicular to the road surface A, and a trail t1 is formed between the intersection point A1 of the first turning shaft 2 with the road surface and the wheel contact point C. A trail t2 is formed between the intersection point A2 of the turning center line NN of the portion 6 with the road surface and the contact point C of the wheel 8.

図6は、第2軸体5の回りに車輪8が回頭する動作を示す幾何学図である。図中の記号P0は車輪8の中心位置、P1は車輪トーラス大円の最下部位置、P2はP1から路面におろした垂線の足、fは第2軸体5のオフセット量である。図中θ1は第2車軸と路面とのなす角度、θ2は第2車軸の回頭角度、θ3は車輪8のトーラス大円の回頭角θ2の時に大円円周部が最も路面に接近している大円円周上の点の方向を表す角度、θ4は大円の平面から見た接地点の振れ角を表している。大円円周面から角度θ4に振れた方向で大円円周からの距離Zの位置にトレッド面があれば垂直距離が一定となる。 6A and 6B are geometric diagrams showing the motion of the wheel 8 turning around the second shaft 5. FIG. Symbol P0 in the figure is the center position of the wheel 8, P1 is the lowest position of the wheel torus great circle, P2 is the leg of the perpendicular drawn from P1 to the road surface, and f is the offset amount of the second shaft 5. In the figure, θ1 is the angle between the second axle and the road surface, θ2 is the turning angle of the second axle, and θ3 is the turning angle of the torus great circle of the wheel 8 when the great circle is closest to the road surface. An angle .theta.4 representing the direction of a point on the circumference of the great circle represents the deflection angle of the contact point viewed from the plane of the great circle. If the tread surface is located at a distance Z from the circumference of the great circle in a direction slanted at an angle θ4 from the circumference of the great circle, the vertical distance is constant.

垂直距離を一定に保つトレッド形状を基本トレッド形状と呼ぶが、垂直距離が一定である条件のもとで、車軸オフセットがゼロ(0)の場合、基本トレッド形状は図1のように球面となる。オフセットfによって車輪支持部の第2軸体5の上部に車軸7が位置するように構成する場合、車輪8は図2のような縦長球形状となる。逆にオフセットfにより車輪支持部の第2軸体5の下部に車軸7が位置する場合、当該車輪8は図3のような樽型形状となる The tread shape that keeps the vertical distance constant is called the basic tread shape. Under the condition that the vertical distance is constant, when the axle offset is zero (0), the basic tread shape becomes spherical as shown in FIG. . When the axle 7 is positioned above the second shaft body 5 of the wheel support portion by the offset f, the wheel 8 has a vertically oblong spherical shape as shown in FIG. Conversely, when the axle 7 is positioned below the second shaft body 5 of the wheel support portion due to the offset f, the wheel 8 has a barrel shape as shown in FIG.

次に、図4は、本発明に係る転がり旋回キャスターへの負荷された駆動力K1の方向と旋回部材3の方向Lとのなす角度における当該旋回キャスターの挙動を示す2面図で、図4(ロ)はその角度が90度より小さい場合の斜視図であり、図4(イ)はその角度が直角の場合の斜視図である。 Next, FIG. 4 is a two-sided view showing the behavior of the swivel caster at the angle formed by the direction of the driving force K1 applied to the rolling swivel caster according to the present invention and the direction L of the swivel member 3. FIG. (b) is a perspective view when the angle is smaller than 90 degrees, and FIG. 4 (a) is a perspective view when the angle is a right angle.

図4(ロ)において、駆動力K1の方向と旋回部材3の方向とのなす角度を旋回位相角θ5とし、旋回部材3と車輪支持部6とのなす角度を車輪支持部回頭角θ6とする。旋回部材3はマイナスY方向を正方向とする。上記の構成において図4(イ)に示すようにキャスターベース1にK1方向の駆動力がかかった場合、旋回位相角θ5は90度で車輪支持部回頭角θ6は0度である。この状態の場合、接地点Cにはマイナス方向の抵抗力K2が発生する。駆動力K1と抵抗力K2は偶力を構成し、この偶力は旋回軸2回りに旋回部材3を旋回させるトルクT1を発生する。同時に車輪支持部の第2軸体5回りに車輪支持部6を回頭させるトルクT2が発生する。 In FIG. 4B, the angle formed by the direction of the driving force K1 and the direction of the turning member 3 is defined as turning phase angle θ5, and the angle formed between the turning member 3 and the wheel support portion 6 is defined as the wheel support portion turning angle θ6. . The turning member 3 has the negative Y direction as the positive direction. In the above configuration, when a driving force in the K1 direction is applied to the caster base 1 as shown in FIG. 4(a), the turning phase angle .theta.5 is 90 degrees and the wheel support portion turning angle .theta.6 is 0 degrees. In this state, the grounding point C generates a resistance K2 in the negative direction. The driving force K1 and the resistance force K2 form a force couple, and this force couple generates a torque T1 for turning the turning member 3 around the turning shaft 2. As shown in FIG. At the same time, a torque T2 is generated around the second shaft body 5 of the wheel support portion to rotate the wheel support portion 6 .

図5の(イ)(ロ)(ハ)は、本発明に係る転がり旋回キャスターのキャスターベース1に進路変更のために駆動力K1に負荷されてトレールと車輪8の進行方向とが垂直となった場合に、車軸7が傾斜して、球形状又は円弧状の接地面を持った車輪8がて路面Aに接触しながら横方向に転がり、容易に進路変更方向への旋回始動する動作状態を示す3面の斜視図である。その(イ)は、進路変更のために駆動力が前記トレールと車輪8の進行方向とが垂直の状態となったときの斜視図であり、車輪8は駆動力K1に追従して車軸回りに回転しはじめる。(ロ)は、車輪8が傾斜して路面Aに接触しながら横方向に転がった状態を示す斜視図であり、車輪支持部は第2軸体5の回りに横転して旋回位相角θ5を減少する。(ハ)は、更に転がり旋回して駆動力が前記トレールと車輪8の進行方向と一致した状態となった斜視図であり、旋回位相角θ5が減少すると車輪支持部6を回頭させるトルクが減少し、車輪支持部回頭角θ6が減少する。更に、当該駆動が続行されると最終的に旋回位相角θ5は0度、車輪支持部回頭角θ6も0度に収束する。 In (a), (b), and (c) of FIG. 5, the driving force K1 is applied to the caster base 1 of the rolling and turning caster according to the present invention to change the course so that the trail and the traveling direction of the wheels 8 are perpendicular to each other. In this case, the axle 7 is tilted, and the wheel 8 having a spherical or arc-shaped contact surface rolls in the lateral direction while contacting the road surface A, and the vehicle easily starts turning in the course change direction. 3 is a three-sided perspective view shown; FIG. (a) is a perspective view when the direction of travel of the wheels 8 is perpendicular to the trail due to the course change, and the wheels 8 follow the driving force K1 around the axle. begin to rotate. (b) is a perspective view showing a state in which the wheel 8 is tilted and rolls in the lateral direction while contacting the road surface A. Decrease. (C) is a perspective view showing a state in which the driving force is aligned with the traveling direction of the trail and the wheels 8 after further rolling. As a result, the wheel support portion turning angle θ6 decreases. Further, when the driving is continued, the turning phase angle θ5 finally converges to 0 degrees, and the wheel support portion turning angle θ6 also converges to 0 degrees.

次に、転がり旋回キャスターがスタック状態にならないようにしたトレールの構成について説明する。
転がり旋回キャスターにおいても駆動力K1方向に駆動されると旋回位相角θ5が0度で車輪支持部回頭角θ6が90度の場合、車輪は駆動力K1によって回転することができず、また車輪支持部6を回頭するトルクも発生しないので、横車を押す形態となり、一時的にスタック状態に陥る。しかし、その際、転がり旋回キャスターに形成されている前記第1トレールt1と第2トレールt2の向きとが同じ向きとなっていれば、その特異点は不安定となり、駆動力のわずかな変動で均衡が破られてスタック状態から脱出することができるのである(図7)。従って転がり旋回キャスターの製作をする際は、第1トレールt1と第2トレールt2の向きを同じ向きとなるように設計する。
Next, a description will be given of a trail configuration that prevents rolling and turning casters from being stuck.
When the rolling and turning caster is also driven in the direction of the driving force K1, when the turning phase angle θ5 is 0 degrees and the wheel support portion turning angle θ6 is 90 degrees, the wheels cannot be rotated by the driving force K1, and the wheel support Since no torque is generated to turn the portion 6, the vehicle pushes the side wheel and temporarily falls into a stuck state. However, at that time, if the directions of the first trail t1 and the second trail t2 formed on the rolling and turning caster are the same, the singular point becomes unstable, and even a slight change in the driving force Equilibrium is broken and the stuck state can be escaped (Fig. 7). Therefore, when manufacturing a rolling and turning caster, the direction of the first trail t1 and the direction of the second trail t2 are designed to be the same.

次に、転がり旋回キャスターにおけるトレッド形状最適化の実施例について説明する。
図8(イ)、(ロ)は、球形車輪の軸縦断面トレッド形状を示す要部断面した車輪8の正面図である。図8(イ)の場合は、球形状の車輪8であるから、断面形状はほぼ真円の円弧状となっている。このような形状の場合、車輪の駆動方向への復帰する力は微弱である。
そこで直進安定性を得るためには、ヨーク傾斜角が0度付近で車輪の自由度を1に制限すればよいから、球面のドレッドを出来るだけ円筒面の形状に近づけるのが望ましく、接地点の軸縦断面方向のドレッドの曲率を変更することによって、直進安定性を調整することができる。
また、軸端付近のトレッドを図8(ロ)に示すように円錐面形状にすることで、図8(ハ)に示すように車軸の傾斜角度を指定角度以内に制限することができるので、車輪形状をトーラス型、樽型においても適用することができる。
Next, an example of tread shape optimization in a rolling swivel caster will be described.
8(a) and 8(b) are front views of the wheel 8, showing the tread shape in axial longitudinal section of the spherical wheel, with the essential parts sectioned. In the case of FIG. 8(a), since the wheel 8 is spherical, the cross-sectional shape is a substantially perfect circular arc. In the case of such a shape, the force for returning the wheels in the driving direction is weak.
Therefore, in order to obtain straight running stability, the degree of freedom of the wheel should be limited to 1 when the yoke inclination angle is near 0 degrees. By varying the curvature of the dreads in the longitudinal axial direction, straight line stability can be adjusted.
Also, by making the tread near the end of the shaft conical as shown in FIG. A torus-shaped or barrel-shaped wheel can also be applied.

次に、トレッド形状を変えずに車輪支持部6の回頭復帰力を発生させるためには、車輪支持部6が回頭して車輪支持部6と旋回部材3との間に回頭変位が生じたとき、この変位を減少させようとするトルクが発生すればよい。そのためにバネによって車輪支持部の回頭復帰力を発生させる機構を設けた実施例を提供するようにしても良い。以下、車輪支持部6の回頭復帰機構を備えた実施例を説明する。 Next, in order to generate a turning return force of the wheel support portion 6 without changing the tread shape, when the wheel support portion 6 turns and a turning displacement occurs between the wheel support portion 6 and the revolving member 3, , a torque that tends to reduce this displacement should be generated. For this reason, an embodiment may be provided in which a mechanism is provided to generate a turning restoring force of the wheel support portion by means of a spring. An embodiment provided with a turning return mechanism for the wheel support portion 6 will be described below.

図9は、突出した車輪支持部6の第2軸体5と旋回部材3との間に設けた車輪支持部6の回頭復帰機構の一実施例を示す側面説明図である。
当該回頭復帰機構の一実施例は、図9(イ)(ロ)に示すように、旋回部材3の延長旋回部4に装着した第2軸体5の頭部を旋回部材3の背面より突出し、当該旋回部材3の背面に突出した第2軸体5の頭部には扇状突出部10を設けるとともに、旋回部材3の背面には扇状突出部10の回転範囲を規制するストッパ11を設け、前記扇状突出部10とストッパ11との間にはピン9により円弧状のばね12を装着してあり、前記ストッパ11と扇状突出部10とが当たることにより車輪支持部6の回頭角度に制限を与えるように構成してある。車輪支持部6の回頭によって前記円弧状ばね12が変形すると車輪支持部6の回頭角に比例して復帰トルクが発生するようになる。本発明に係る旋回キャスターの実施例として、基本構成に上記のように構成された車輪支持部6の回頭復帰機構を設けてもよい。
FIG. 9 is an explanatory side view showing an embodiment of the pivoting return mechanism of the wheel support portion 6 provided between the protruding second shaft 5 of the wheel support portion 6 and the turning member 3. As shown in FIG.
In one embodiment of the turning return mechanism, as shown in FIGS. , a fan-shaped projecting portion 10 is provided on the head of the second shaft body 5 projecting from the back surface of the turning member 3, and a stopper 11 is provided on the back surface of the turning member 3 for restricting the rotation range of the fan-shaped projecting portion 10, An arc-shaped spring 12 is attached by a pin 9 between the fan-shaped projecting portion 10 and the stopper 11, and when the stopper 11 and the fan-shaped projecting portion 10 come into contact with each other, the turning angle of the wheel support portion 6 is limited. configured to give When the circular spring 12 is deformed by the pivoting of the wheel supporting portion 6, a restoring torque is generated in proportion to the pivoting angle of the wheel supporting portion 6. As shown in FIG. As an embodiment of the swivel caster according to the present invention, a turning return mechanism for the wheel support portion 6 configured as described above may be provided in the basic configuration.

次に、図9(ハ)(ニ)(ホ)は、本発明に係る旋回キャスターの基本構成に回頭復帰機構を設けた他実施例である。その構成は、旋回部材3の延長旋回部4に装着した第2軸体5の頭部を旋回部材3の背面より突出し、当該旋回部材3の背面に突出した第2軸体5の頭部にはその復帰トルク特性を規定するカム13を設けるとともに、旋回部材3の背面には円弧状ばね14を装着し、当該円弧状ばね14の先端部にはカム面を転がるローラー15が取り付けられており、前記カム13と円弧状ばね14とが当たることにより車輪支持部6の回頭角度に制限を与えるように構成する。そのうえで、車輪8の回頭により車輪支持部6の第2軸体5が回転すると、カム13の回転によってローラー15がおされて前記円弧状ばね14が変形して車輪支持部6の回頭角に対応した復帰トルクが発生するようにした車輪支持部6の回頭復帰機構を設けたことを特徴とする転がり旋回キャスターである。 Next, FIGS. 9(C), 9(D) and 9(E) show another embodiment in which a turning return mechanism is provided in the basic structure of the swivel caster according to the present invention. The configuration is such that the head portion of the second shaft body 5 attached to the extended turning portion 4 of the turning member 3 protrudes from the rear surface of the turning member 3, and the head portion of the second shaft body 5 protruding to the rear surface of the turning member 3 is provided with a cam 13 that defines its return torque characteristics, an arcuate spring 14 is attached to the back surface of the turning member 3, and a roller 15 that rolls on the cam surface is attached to the tip of the arcuate spring 14. , the cam 13 and the arcuate spring 14 contact each other to limit the turning angle of the wheel support portion 6 . Then, when the second shaft 5 of the wheel support portion 6 rotates due to the turning of the wheel 8, the rotation of the cam 13 pushes the roller 15 and deforms the arc-shaped spring 14 to correspond to the turning angle of the wheel support portion 6. This rolling and turning caster is characterized in that it is provided with a turning return mechanism for the wheel support portion 6 so as to generate a restored torque.

図10は、旋回軸体を揺動させない方向転換機構を備えた転がり旋回キャスターの実施例の側面図である。本発明の基本的構成を備えた転がり旋回キャスターにおいて、第1旋回軸2の旋回中心線M-Mの接地点と傾斜している第2軸体5に装着した車輪支持部6の旋回中心線N-Nの接地点とが接地交点16となるように形成し、旋回部材3を強制的に旋回させたとしても、当該接地交点16を中心として旋回部材3の第1旋回軸2を揺動させることなく、球形状またはトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪8の転がりにより旋回して、円滑に車輪8の方向転換をすることが出来る。 FIG. 10 is a side view of an embodiment of a rolling and swiveling caster with a turning mechanism that does not allow the swivel shaft to swing. In the rolling swivel caster having the basic structure of the present invention, the ground contact point of the swivel center line MM of the first swivel shaft 2 and the swivel center line of the wheel support portion 6 mounted on the inclined second shaft body 5 Even if the grounding point NN and the grounding point NN are formed to be the grounding intersection 16, and the turning member 3 is forced to turn, the first turning shaft 2 of the turning member 3 will not swing around the grounding intersection 16. The wheel 8 having an arc-shaped contact surface such as a sphere or a torus rolls to turn and smoothly change the direction of the wheel 8.例文帳に追加

従来のキャスターの場合、これに荷重がかかっているときに旋回部材に転向トルクを加えて、車輪を方向転換させようとした場合、車輪の接地点に据切りが発生し、転向トルクの反力で旋回軸を揺動させる作用が生じる。 In the case of a conventional caster, if a turning torque is applied to the turning member while a load is applied to the wheel to change the direction of the wheel, stationary steering occurs at the grounding point of the wheel and the reaction force of the turning torque occurs. , the action of swinging the turning shaft is generated.

しかし、図10に示す第1旋回軸2を揺動させない方向転換機構を備えた転がり旋回キャスターの場合、旋回部材3を強制的に旋回させたとしても、球形状またはトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪8の接地点Cは、交点16を頂点とする円錐面の一部となって完全な転がり動作で接地交点16の回りを旋回する。 However, in the case of the rolling swivel caster having a direction changing mechanism that does not swing the first swivel shaft 2 shown in FIG. The ground contact point C of the wheel 8 with a contact surface turns around the contact point 16 in a complete rolling motion as part of a conical surface with the intersection point 16 as its apex.

また、第1旋回軸2と車輪支持部6の第2軸体5の接地交点16が路面A上に設定されているため、旋回部材3の旋回動作は旋回軸2を揺動させることがない。実際には荷重による車輪8の転がり抵抗および車輪支持部復帰機構の反力が作用するが、大荷重で路面が劣悪な状況、駆動力が貧弱な状況であっても、台車と路面に対する影響を最小限にして車輪の方向を転換することができるのである。 Further, since the ground contact point 16 of the first turning shaft 2 and the second shaft body 5 of the wheel support portion 6 is set on the road surface A, the turning movement of the turning member 3 does not cause the turning shaft 2 to swing. . In reality, the rolling resistance of the wheels 8 and the reaction force of the wheel support return mechanism act due to the load. It is possible to change the direction of the wheels with minimal effort.

1…キャスターベース
2…第1旋回軸
3…旋回部材
4…延長旋回部
5…第2軸体
6…車輪支持部
7…車軸
8…車輪
9…ピン
10…扇状突出部
11…ストッパ
12…円弧状ばね
13…カム
14…円弧状ばね
15…ローラー
16…接地交点
A…路面
A1…第1旋回軸の路面との交点
A2…第2軸体の路面との交点
M―M…第1旋回軸の旋回中心線
N-N…車輪支持部の旋回中心線
K1…駆動力
K2…抵抗力
L…旋回部材の方向
P0…車輪の中心位置、
P1…車輪トーラス大円の最下部位置、
P2…P1から路面におろした垂線の足、
T1…旋回部材を旋回させるトルク
T2…車輪支持部を回頭させるトルク
Z…大円円周からの距離
θ1…第2車体と路面とのなす角度
θ2…第2車体の回頭角度、
θ3…大円円周上の点の方向を表す角度、
θ4…大円の平面から見た接地点の振れ角
θ5…旋回位相角
θ6…車輪支持部回頭角
f…車軸オフセット
t1…第1トレール
t2…第2トレール
REFERENCE SIGNS LIST 1 Caster base 2 First turning shaft 3 Turning member 4 Extension turning part 5 Second shaft body 6 Wheel supporting part 7 Axle 8 Wheel 9 Pin 10 Fan-shaped projecting part 11 Stopper 12 Circle Arc-shaped spring 13 Cam 14 Arc-shaped spring 15 Roller 16 Ground contact point A Road surface A1 Intersection point A2 of the first turning shaft with the road surface M-M First turning shaft Turning center line NN Turning center line of wheel support K1 Driving force K2 Resistance L Direction of turning member P0 Wheel center position,
P1: lowest position of wheel torus great circle,
P2 … The perpendicular leg that is lowered from P1 to the road surface,
T1: Torque for turning the turning member T2: Torque for turning the wheel support Z: Distance from the circumference of the great circle θ1: Angle between the second vehicle body and the road surface θ2: Turning angle of the second vehicle body ,
θ3: an angle representing the direction of a point on the circumference of a great circle,
θ4 .

Claims (3)

キャスターベースには路面に向けて垂直な第1旋回軸が装着され、その垂直な第1旋回軸にはその軸着部から側方に延び、その後方部が下向きに「く」の字状に曲がった延長旋回部を形成してなる旋回部材が回転自在に軸着しており、当該旋回部材の延長旋回部には下向きに傾斜した第2軸体が装着し、その第2軸体の下部には車輪支持部を装着し、その車輪支持部の下端部には路面に平行な車軸が設けられており、更にその車軸には球形状またはトーラス状などの円弧状の接地面を持った車輪が回転自在に軸着してなる転がり旋回キャスターにおいて、The caster base is equipped with a first pivot shaft that is perpendicular to the road surface. The first pivot shaft extends laterally from the pivot attachment portion, and the rear portion of the first pivot shaft is downwardly bent into a "<" shape. A swivel member forming a curved swivel extension is rotatably journalled, and a downwardly inclined second shaft is attached to the extended swivel portion of the swivel member, and a lower portion of the second shaft. A wheel support is attached to the wheel support, and an axle parallel to the road surface is provided at the lower end of the wheel support, and the axle has an arc-shaped ground contact surface such as a sphere or a torus. In a rolling swivel caster rotatably attached to a shaft,
第1旋回軸は、路面に対して垂直で、第1旋回軸の旋回中心線M―Mを有しており、the first pivot axis is perpendicular to the road surface and has a pivot centerline M-M of the first pivot axis;
第2軸体は、路面に対して垂直な第1旋回軸に対して傾斜し、且つ当該前記第1旋回軸の旋回中心線M-Mと交差する旋回中心線N-Nを有しており、The second shaft is inclined with respect to a first turning axis perpendicular to the road surface and has a turning center line NN that intersects the turning center line MM of the first turning axis. ,
当該第1旋回軸は、路面に対して垂直である旋回中心線M―Mの路面との交点A1と車輪接地点Cとの間にトレールt1を形成するように設定装着するとともに、第2軸体は、車輪支持部の旋回中心線N-Nの路面との交点A2と車輪の接地点Cとの間にトレールt2が形成するように設定装着し、更に車輪接地点Cから見て当該トレールt1方向とトレールt2方向とが同じ方向に形成されるように設定することにより、支持キャスターベースの基準面と車輪接地点との垂直距離が常に一定であるようになし、The first turning axis is set and mounted so as to form a trail t1 between the road surface intersection A1 of the turning center line M-M perpendicular to the road surface and the wheel contact point C. The body is set and installed so that a trail t2 is formed between the intersection A2 of the turning center line NN of the wheel support portion with the road surface and the ground contact point C of the wheel, and further, when viewed from the wheel ground contact point C, the trail t2 is formed. By setting the t1 direction and the t2 direction of the trail to be formed in the same direction, the vertical distance between the reference surface of the supporting caster base and the wheel grounding point is always constant,
前記キャスターベースに任意な進行方向へ駆動力が負荷されると、車輪が当該駆動方向に牽引されながら回頭旋回して追従し、その負荷される駆動力の進路が変更して当該トレールt1方向とトレールt2方向と車輪の進行方向に対して垂直な方向に負荷されると、球形状またはトーラス状など円弧状の接地面を持った車輪の車軸がその負荷により傾斜して車輪が横方向に転がりながら垂直な進行方向へ回頭旋回して転蛇追従するようにしたWhen a driving force is applied to the caster base in an arbitrary direction of travel, the wheels are pulled in the driving direction and followed by turning, and the course of the applied driving force changes to the direction of the trail t1. When a load is applied in the direction perpendicular to the trail t2 direction and the direction of travel of the wheel, the axle of the wheel, which has an arc-shaped contact surface such as a sphere or torus, is tilted by the load, causing the wheel to roll laterally. while turning in the vertical direction of movement to follow the rolling snake.
ことを特徴とする転がり旋回キャスター。A rolling swivel caster characterized by:
旋回部材の延長旋回部に装着した第2軸体の頭部を旋回部材の背面より突出し、
当該旋回部材の背面に突出した第2軸体の頭部には扇状突出部を設けるとともに、
旋回部材の背面には扇状突出部の回転範囲を規制するストッパを設け、
前記扇状突出部とストッパとの間には円弧状のばねを装着し、
前記ストッパと扇状の突出部とが当たることにより車輪支持部の回頭角度に制限を与えるように構成し、
車輪支持部の回頭によって前記円弧状ばねが変形すると車輪支持部の回頭角に比例して復帰トルクが発生するようにした車輪支持部の回頭復帰機構を設けたことを特徴とする請求項1に記載の転がり旋回キャスター。
projecting the head portion of the second shaft attached to the extended turning portion of the turning member from the rear surface of the turning member;
A fan-shaped protrusion is provided on the head of the second shaft protruding from the back surface of the turning member,
A stopper is provided on the back of the turning member to regulate the rotation range of the fan-shaped projection,
An arc-shaped spring is mounted between the fan-shaped projecting portion and the stopper,
configured to limit the turning angle of the wheel support portion by contact between the stopper and the fan-shaped projecting portion;
2. A turning return mechanism for a wheel support is provided, wherein when the arc-shaped spring is deformed by the turning of the wheel support, a return torque is generated in proportion to the turning angle of the wheel support. Rolling swivel casters as described.
旋回部材の延長旋回部に装着した第2軸体の頭部を旋回部材の背面より突出し、
当該旋回部材の背面に突出した第2軸体の頭部にカムを設けるとともに、
旋回部材の背面には円弧状ばねを装着し、
当該円弧状ばねの先端部にはカム面を転がるローラーが取り付けられており、
前記カムと円弧状ばねとが当たることにより車輪支持部の回頭角度に制限を与えるように構成し、
車輪の回頭により車輪支持部の第2軸体が回転すると、カムの回転によってローラーが押されて前記円弧状ばねが変形して車輪支持部の回頭角に対応して復帰トルクが発生するようにした車輪支持部の回頭復帰機構を設けたことを特徴とする請求項1に記載の転がり旋回キャスター。
projecting the head portion of the second shaft attached to the extended turning portion of the turning member from the rear surface of the turning member;
A cam is provided on the head of the second shaft protruding from the back surface of the turning member, and
A circular spring is attached to the back of the turning member,
A roller that rolls on the cam surface is attached to the tip of the arc-shaped spring,
configured to limit the turning angle of the wheel support portion by contact between the cam and the arc-shaped spring;
When the second shaft of the wheel support portion rotates due to the turning of the wheel, the rotation of the cam pushes the roller, deforms the arc-shaped spring, and generates a return torque corresponding to the turning angle of the wheel supporting portion. 2. The rolling and turning caster according to claim 1, further comprising a turning return mechanism for the wheel supporting portion.
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