JP2007022254A - キャスタ及び台車 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨーク部のガタつき量をより低減するとともに、耐荷重がより大きいキャスタ、及び当該キャスタを用いた台車を提供する。
【解決手段】旋回軸部材１０とキャスタ取付プレート２０と第１座金４０とラジアルベアリング５０と第２座金７０と車輪を保持するヨーク部６０を有する旋回車輪とを備える。キャスタ取付プレート２０と第１座金４０とラジアルベアリング５０と第２座金７０は、旋回軸部材１０におけるフランジ部が形成された一方の側から順に同軸上に配置され、旋回軸部材１０のフランジ部と他方の側との間で旋回軸方向に押圧されて固定されており、第１座金４０においてラジアルベアリング５０と接する側のベアリング当接面４０ｍの外径の半径Ｒ４０ｍは、外輪の内径の半径Ｒ５０ｃよりも小さく、且つ旋回軸ＶＺからボール５０ｂの中心までの距離Ｒ５０ｂよりも大きく形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、比較的重量物を搬送する台車に用いるキャスタ、及び当該キャスタを備えた台車に関する。

従来、車両の製造工場等の製造現場では、比較的重量のある種々の部品を台車に載せて牽引している。この場合、台車に載せる部品の総重量は、例えば１００［ｋｇ］以上となる場合もあり、耐荷重の大きなキャスタ（水平方向に旋回可能な、例えば図１に示す外観のキャスタ）が台車の車輪に用いられている。
図９は、従来のキャスタ１００における旋回軸部分の構造を示している。この従来の構造のキャスタ１００は、キャスタ取付プレート１２０に旋回軸部材１１０が固定されており、旋回軸ＶＺを中心としてヨーク部１５０（図示しない車輪が組み付けられている）が旋回する。しかし、従来の構造のキャスタ１００は、耐荷重は満足するが、ベアリング部のボール１３０を受ける受け部材１４０と、ベアリング部のボール１６０を受ける旋回軸部材１１０とをかしめ加工で変形させて、それぞれボール１３０及びボール１６０を包み込むようにしているため、ボール１３０と受け部材１４０の間隙のばらつき及びボール１６０と旋回軸部材１１０の間隙のばらつきが大きくなりやすく、ガタつきが比較的大きい。
また特許文献１に記載した従来技術では、旋回軸方向に２つのスラストベアリングを配置し、グリース等の潤滑材を必要としないように、スラストベアリングのボールを受ける上下レース部を樹脂で形成し、ボールをセラミック製としたキャスタ用旋回軸支持装置が提案されている。
また特許文献２に記載した従来技術では、合成樹脂製のヨークにラジアルベアリングをインサート成型し、ヨークの開口部においてラジアルベアリングを係止する爪部を切除することでヨークからラジアルベアリングを外して分離することができるキャスタが提案されている。
特開平１０−１８１３０２号公報 特開２００２−３４７４０８号公報

図８に示す従来の構造のキャスタ１００では、旋回軸部材１１０に対するヨーク部１５０のガタつき量が比較的大きく、搬送車両で台車を牽引した場合等にて、ヨーク部１５０及び車輪が旋回方向に振動する。しかも速度を増加すると、振動の周波数が上がり、振幅も大きくなる場合がある。この振動により、キャスタ１００の旋回軸ＶＺ周囲の部材の耐久性が低下し、比較的短い期間で破壊される場合がある。
また、特許文献１に記載したキャスタ用旋回軸支持装置では、スラストベアリングにてヨーク部のガタつき量は低減されている。しかし、グリース等の潤滑材を必要としないように、スラストベアリングのボールを受ける上下レース部を樹脂で形成しているため、耐荷重が小さく、車両の製造工場等の製造現場で使用する台車には適していない。
また、特許文献２に記載したキャスタでは、ラジアルベアリングにてヨーク部のガタつき量は低減されている。しかし、ヨーク等の各部材を金属等の剛性の高い部材で構成しても、ラジアルベアリングに旋回軸方向の応力がかかるため、ラジアルベアリングが破損しやすく、耐荷重が小さい。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ヨーク部のガタつき量をより低減するとともに、耐荷重がより大きいキャスタ、及び当該キャスタを用いた台車を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのキャスタである。
請求項１に記載のキャスタは、旋回軸を中心軸として略円柱状の形状を有し、旋回軸方向の一方の側にフランジ部が形成された旋回軸部材と、前記フランジ部の外径よりも小さな内径を有するとともに前記旋回軸部材を挿通可能な孔部を有するキャスタ取付プレートと、前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有する略環状の第１座金と、前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有する内輪と、前記内輪との間に複数のボールを備えて前記内輪の周囲を旋回可能な外輪とを備えたラジアルベアリングと、前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有する略環状の第２座金と、車輪及び前記車輪の車軸を保持するヨーク部を有する旋回車輪とを備える。
前記ヨーク部は、前記旋回軸部材を挿通可能な孔部を備えるとともに当該孔部と同軸上に前記外輪が固定されている。
前記キャスタ取付プレートと前記第１座金と前記ラジアルベアリングと前記第２座金は、前記旋回軸部材における前記フランジ部が形成された一方の側から順に同軸上に配置され、旋回軸部材のフランジ部と旋回軸部材の他方の側との間で旋回軸方向に押圧されて固定されており、前記第１座金において前記ラジアルベアリングと接する側の面を示すベアリング当接面の外径の半径は、前記外輪の内径の半径よりも小さく、且つ旋回軸から前記ボールの中心までの距離よりも大きく形成されている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのキャスタである。
請求項２に記載のキャスタは、請求項１に記載のキャスタであって、旋回軸方向における前記ラジアルベアリングの前記ボールと前記第１座金の前記ベアリング当接面との間の間隙を埋める隙間部材を備える。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのキャスタである。
請求項３に記載のキャスタは、請求項１に記載のキャスタであって、更に、前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有するスラストベアリングを備える。
第１座金において前記ラジアルベアリングと接する側の面を示すベアリング当接面の外径の半径は、前記外輪の内径の半径よりも小さく、前記スラストベアリングを、前記旋回軸部材の旋回軸と同軸上に配置し、前記ヨーク部と前記キャスタ取付プレートとの間に固定した構造を有する。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの台車である。
請求項４に記載の台車は、請求項１〜３のいずれかに記載の複数のキャスタと、車体フレームとを備え、前記車体フレームの底面に前記キャスタを取り付け、前記キャスタの旋回車輪が旋回軸を中心軸として任意の方向に旋回可能な台車である。

請求項１に記載のキャスタを用いれば、ラジアルベアリングの外輪にヨーク部を固定し、ラジアルベアリングの内輪を旋回軸部材に固定しているので、旋回軸部材に対するヨーク部のガタつき量をより低減することができる。また、ラジアルベアリングに旋回軸方向の応力がかかった場合、ラジアルベアリングのボールが、第１座金のベアリング当接面の方向に移動しようとするが、このベアリング当接面にボールが押さえ込まれるため、ラジアルベアリングの破損を防止することができ、耐荷重をより大きくすることができる。
これにより、耐荷重が高く、走行時の振動（旋回方向の振動）を抑制して耐久性も高いキャスタを容易に実現することができる。

また、請求項２に記載のキャスタによれば、ラジアルベアリングに旋回軸方向の応力がかかった場合において、ラジアルベアリングのボールをより適切にベアリング当接面にて押さえ込むことができ、ラジアルベアリングの破損をより適切に防止することができる。

また、請求項３に記載のキャスタによれば、更にスラストベアリングを追加し、旋回軸方向の応力をスラストベアリングで受ける構造としたことで、更に耐荷重を大きくすることができる。

また、請求項４に記載の台車によれば、請求項１〜３のいずれかに記載のキャスタを用いることで、ヨーク部のガタつき量がより低減され、更に耐荷重がより大きい台車を容易に実現することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のキャスタ１の一実施の形態における概略外観図を示している。
本発明のキャスタ１は、台車等に取り付けるためのキャスタ取付プレート２０に旋回軸部材１０が固定されており、旋回軸部材１０の旋回軸ＶＺを中心軸として車輪６０ｓを備えたヨーク部６０（車輪６０ｓ及び車輪６０ｓの車軸ＨＺを保持するヨーク部６０を有する旋回車輪）が、任意の方向に旋回可能なキャスタであり、旋回軸部材１０周辺の旋回部の構造に特徴がある。
以下、この構造について、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを順に説明する。
なお、各図面においてＺ軸は鉛直方向を示し、Ｘ軸及びＹ軸は水平方向を示している。

●［第１の実施の形態（図２〜図５）］
図２は、本発明のキャスタ１の第１の実施の形態における旋回軸部材１０の周辺の構造を示しており、図１に示すキャスタ１を、旋回軸ＶＺを通るＹＺ平面にて切断した断面図を示している。また、図２はキャスタ１の各構成要素を組み付けて旋回軸部材１０の端部１０ｔをかしめ加工で変形させた後のキャスタ１の断面図を示しており、図３はキャスタ１の各構成要素を組み付け順に並べた様子を示している。また図４はラジアルベアリング５０の構造を示している。
図２及び図３に示すように、旋回軸部材１０は、旋回軸ＶＺを中心軸として略円柱状の形状を有しており、旋回軸ＶＺ方向の一方の側にフランジ部１０ｆが形成されている。旋回軸部材１０は、このフランジ部１０ｆと、フランジ部１０ｆと反対側の端部１０ｔとの間に、以下に説明する部材を挟んで固定している（端部１０ｔをかしめ加工で変形させて固定している）。

キャスタ１を組み付ける場合、旋回軸部材１０に、キャスタ取付プレート２０、ダストカバー３０、第１座金４０、ラジアルベアリング５０（外輪５０ｃにヨーク部６０が固定されている）、第２座金７０、を順番に挿通して旋回軸ＶＺと同軸上に配置し、旋回軸部材１０の端部１０ｔをかしめ加工する。これにより、旋回軸部材１０のフランジ部１０ｆと端部１０ｔとの間に挟み込んだ各部材を固定（挟持）している。なお、ダストカバー３０は省略してもよい。
また、旋回軸部材１０には、フランジ部１０ｆの側の端部から反対側の端部１０ｔに向かって階段状の段が設けてあり、各段にてキャスタ取付プレート２０、第１座金４０等を位置決めしている。

キャスタ取付プレート２０は、旋回軸部材１０のフランジ部１０ｆの外径よりも小さな内径を有するとともに旋回軸部材１０を挿通可能な孔部２０ｈ（図３参照）を有している。また図１に示す例では、台車等の底面にボルト等で固定するための孔がキャスタ取付プレート２０の四隅に設けられている。
ダストカバー３０は例えば樹脂で形成され、旋回軸部材１０を挿通可能な孔部３０ｈ（図３参照）を有している。
第１座金４０は、旋回軸部材１０を挿通可能な孔部４０ｈ（図３参照）を有する略環状の部材である。そして第１座金４０においてラジアルベアリング５０と接する側の面を示すベアリング当接面４０ｍ（図３参照）の外径の半径Ｒ４０ｍは、ラジアルベアリング５０の外輪５０ｃの内径の半径Ｒ５０ｃよりも小さく、且つ旋回軸ＶＺからボール５０ｂの中心までの距離Ｒ５０ｂよりも大きく形成されている。
ラジアルベアリング５０は、旋回軸部材１０を挿通可能な内径の孔部５０ｈ（図３参照）を有する内輪５０ａと、当該内輪５０ａとの間に複数のボール５０ｂを備えて内輪５０ａの周囲を旋回可能な外輪５０ｃとを備えている。
また、外輪５０ｃは、ヨーク部６０の孔部６０ｈと同軸上に配置されてヨーク部６０に固定されている。
第２座金７０は、旋回軸部材１０を挿通可能な孔部７０ｈ（図３参照）を有する略環状の部材である。そして第２座金７０においてラジアルベアリング５０と接する側の面を示すベアリング当接面の外径の半径は、ラジアルベアリング５０の外輪５０ｃの内径の半径Ｒ５０ｃよりも小さい。

第１座金４０のベアリング当接面４０ｍ及び第２座金７０のベアリング当接面は、それぞれラジアルベアリング５０の内輪５０ａと外輪５０ｃの双方に同時に接触しないように形成されている。第２座金７０のベアリング当接面は、内輪５０ａのみに当接すればよいので、外輪５０ｃの内径の半径よりも小さいのみでよい。しかし、第１座金４０のベアリング当接面４０ｍの半径は、内輪５０ａに当接するとともに、ボール５０ｂが旋回軸ＶＺの方向に移動しようとした場合に、当該ボール５０ｂを押さえ込むために、旋回軸ＶＺからボール５０ｂの中心までの距離Ｒ５０ｂよりも大きく形成されている。この点については、図５（Ａ）を用いた説明にて後述する。

次に図４を用いて、本実施の形態にて説明するキャスタ１に用いたラジアルベアリング５０の構造について説明する。
ボール５０ｂは、隣り合うボール５０ｂの間隔を固定するボール位置決め部材５０ｄにて、旋回軸ＶＺと直交する面（図４中ではボール５０ｂの上下の面）が挟持されている。また、第１座金のベアリング当接面４０ｍとボール５０ｂとの間にはプレート５０ｐＵが設けられており、第２座金のベアリング当接面とボール５０ｂとの間にはプレート５０ｐＬが設けられている。
このボール位置決め部材５０ｄとプレート５０ｐＵにより、図２及び図３に示すように、旋回軸ＶＺ方向において、ラジアルベアリング５０のボール５０ｂと第１座金４０のベアリング当接面４０ｍとの間の間隙を埋めている。このように、ボール５０ｂとベアリング当接面４０ｍとの間の間隙を埋める隙間部材を設けると、より好ましい。本実施の形態では、ボール位置決め部材５０ｄとプレート５０ｐＵが隙間部材に相当する。

図２に示す本実施の形態におけるキャスタ１では、旋回軸ＶＺの方向（Ｚ軸と逆の方向）に荷重がかかると、図５（Ａ）の左図に示すように、図示しない車輪からヨーク部６０を介してラジアルベアリング５０の外輪５０ｃにＺ軸方向の力ＦＵが働く。また旋回軸部材１０からラジアルベアリング５０の内輪５０ａにＺ軸方向の逆の力ＦＬが働く。
この力ＦＵと力ＦＬの大きさが許容限界を超えると、図５（Ａ）の右図に示すように、内輪５０ａと外輪５０ｃとの相対位置がずれ、ラジアルベアリング５０が破壊される。この場合、内輪５０ａの位置を基準とすると、ボール５０ｂの位置が、力ＦＵの方向（すなわち、第１座金４０のベアリング当接面４０ｍの方向）に、距離ＢＰだけ移動することになる。

本実施の形態にて説明したキャスタ１では、旋回軸ＶＺの方向に大きな荷重がかかり、ボール５０ｂが距離ＢＰだけ移動しようとしても、第１座金４０のベアリング当接面４０ｍが、ボール５０ｂの移動を阻止する。このため、より大きな荷重に対してラジアルベアリング５０の破壊を防止することができる。これにより、旋回軸ＶＺに直交する方向の軸受けであるラジアルベアリング５０のみで、旋回軸ＶＺの方向の耐荷重をより大きくすることができる。

次に図５（Ｂ）に、第１の実施の形態における他の構造の例を示す。この例では、ラジアルベアリング５０のボール位置決め部材５０ｄとプレート５０ｐＵ、５０ｐＬを省略し、第１座金４０のベアリング当接面４０ｍに、各ボール５０ｂの中心の位置に沿うように環状に突出形成した凸状部４０ｓを設け、ボール５０ｂとベアリング当接面４０ｍとの間の間隙を埋めている。この場合、第１座金４０のベアリング当接面４０ｍに環状に突出形成した凸状部４０ｓが隙間部材に相当する。

●［第２の実施の形態（図６〜図８）］
図６は、第２の実施の形態におけるキャスタ２の旋回軸部材１０の周辺の構造を示す断面図を示している。また、図６はキャスタ２の各構成要素を組み付けて旋回軸部材１０の端部１０ｔをかしめ加工で変形させた後のキャスタ２の断面図を示しており、図７はキャスタ２の各構成要素を組み付け順に並べた様子を示している。また図８はスラストベアリング３５の構造を示している。
第２の実施の形態に示すキャスタ２は、第１の実施の形態にて説明したキャスタ１に対して、スラストベアリング３５が追加されている点が異なる。以下、第１の実施の形態との相違点について説明し、第１の実施の形態と同じ点については説明を省略する。

キャスタ２を組み付ける場合、旋回軸部材１０に、キャスタ取付プレート２０、スラストベアリング３５、第１座金４０、ラジアルベアリング５０（外輪５０ｃにヨーク部６０が固定されている）、第２座金７０、を順番に挿通して旋回軸ＶＺと同軸上に配置し、旋回軸部材１０の端部１０ｔをかしめ加工する。これにより、旋回軸部材１０のフランジ部１０ｆと端部１０ｔとの間に挟み込んだ各部材を固定（挟持）している。なお、第２の実施の形態では、ダストカバー３０は省略されている。

スラストベアリング３５は、図８に示すように、複数のボール３５ｂを挟んで上輪３５Ｕと下輪３５Ｌ（図８に示すスラストベアリング３５は、図６及び図７に示すスラストベアリング３５と上下を逆に示している）を重ねた構造をしている。なお、各ボール３５ｂは、ボール位置決め部材３５ｄ（各ボール３５ｂの位置に孔も空けられている）にて隣り合うボール３５ｂとの間隔が固定されている。
そして図６に示すように、スラストベアリング３５は、キャスタ取付プレート２０とヨーク部６０との間に挟持されて固定されている。なお、上輪３５Ｕをキャスタ取付プレート２０に溶接等して固定してもよいし、下輪３５Ｌをヨーク部６０に溶接等して固定してもよい。

第２の実施の形態では、旋回軸ＶＺ方向の荷重は、スラストベアリング３５にて受けるため、第１座金４０のベアリング当接面にてラジアルベアリング５０のボール５０ｂを押さえ込まなくてもよい。図５に示すキャスタ２の例では、第１座金４０のベアリング当接面４０ｍの外径の半径Ｒ４０ｍが、旋回軸ＶＺからボール５０ｂの中心までの距離Ｒ５０ｂよりも大きな例を示したが、第１座金４０のベアリング当接面４０ｍの外径の半径Ｒ４０ｍは、第２座金７０のベアリング当接面の外径の半径と同様に、外輪５０ｃの内径Ｒ５０ｃよりも小さければよい。

第２の実施の形態にて説明したキャスタ２では、旋回軸ＶＺの方向に大きな荷重がかかった場合、この荷重をスラストベアリング３５にて受ける。このため、第１の実施の形態にて説明したキャスタ１よりも、より大きな荷重に対してラジアルベアリング５０の破壊を防止することができ、旋回軸ＶＺの方向の耐荷重をより大きくすることができる。

以上、第１の実施の形態にて説明したキャスタ１、または第２の実施の形態にて説明したキャスタ２を、車体フレームの底面の四隅に取り付けた台車では、搬送車両で牽引しても車輪がほとんど振動せず、耐久性を向上させることができた。発明者は、旋回軸部材１０、キャスタ取付プレート２０、第１座金４０、ラジアルベアリング５０、スラストベアリング３５、第２座金７０、ヨーク部６０をスチール等の金属で形成した試作品にて、キャスタ１を用いた台車では耐荷重が約１８０［Ｋｇ］、キャスタ２を用いた台車では耐荷重が約４００［Ｋｇ］という、充分な耐荷重があることを確認した。
また、搬送車両にて複数台の台車を直列に連結して牽引した場合、従来のキャスタ１００を用いた台車では、キャスタ１００の車輪の振動が原因となり、５台も連結すると蛇行して真直ぐ牽引できなかった。しかし本発明のキャスタ１または２を用いた台車の場合、同じ条件でも真直ぐ牽引することが可能であることを確認した。

本発明のキャスタ１、２及び台車は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、形状、材質等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態にて説明した数値は、この数値に限定されるものではない。

本発明のキャスタ１の外観の例を説明する図である。 本発明のキャスタ１（第１の実施の形態）における旋回軸部材１０の周辺の構造を説明する断面図（組み付け後）である。 本発明のキャスタ１（第１の実施の形態）における旋回軸部材１０の周辺の構造を説明する断面図（組み付け前）である。 ラジアルベアリング５０の構造の例を説明する図である。 旋回軸ＶＺ方向の荷重に対してラジアルベアリング５０が破壊される例、及び第１の実施の形態における他の構造の例を説明する図である。 本発明のキャスタ２（第２の実施の形態）における旋回軸部材１０の周辺の構造を説明する断面図（組み付け後）である。 本発明のキャスタ２（第２の実施の形態）における旋回軸部材１０の周辺の構造を説明する断面図（組み付け前）である。 スラストベアリング３５の構造の例を説明する図である。 従来のキャスタ１００における旋回軸部材１１０の周辺の構造を説明する断面図（組み付け後）である。

符号の説明

１、２ キャスタ
１０ 旋回軸部材
２０ キャスタ取付プレート
３０ ダストカバー
３５ スラストベアリング
３５ｂ ボール
３５Ｕ 上輪
３５Ｌ 下輪
４０ 第１座金
４０ｍ ベアリング当接面
５０ ラジアルベアリング
５０ａ 内輪
５０ｂ ボール
５０ｃ 外輪
６０ ヨーク部
６０ｓ 車輪
７０ 第２座金
ＶＺ 旋回軸

Claims (4)

1. 旋回軸を中心軸として略円柱状の形状を有し、旋回軸方向の一方の側にフランジ部が形成された旋回軸部材と、
   前記フランジ部の外径よりも小さな内径を有するとともに前記旋回軸部材を挿通可能な孔部を有するキャスタ取付プレートと、
   前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有する略環状の第１座金と、
   前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有する内輪と、前記内輪との間に複数のボールを備えて前記内輪の周囲を旋回可能な外輪とを備えたラジアルベアリングと、
   前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有する略環状の第２座金と、
   車輪及び前記車輪の車軸を保持するヨーク部を有する旋回車輪とを備え、
   前記ヨーク部は、前記旋回軸部材を挿通可能な孔部を備えるとともに当該孔部と同軸上に前記外輪が固定されており、
   前記キャスタ取付プレートと前記第１座金と前記ラジアルベアリングと前記第２座金は、前記旋回軸部材における前記フランジ部が形成された一方の側から順に同軸上に配置され、旋回軸部材のフランジ部と旋回軸部材の他方の側との間で旋回軸方向に押圧されて固定されており、
   前記第１座金において前記ラジアルベアリングと接する側の面を示すベアリング当接面の外径の半径は、前記外輪の内径の半径よりも小さく、且つ旋回軸から前記ボールの中心までの距離よりも大きく形成されている、
   ことを特徴とするキャスタ。
2. 請求項１に記載のキャスタであって、
   旋回軸方向における前記ラジアルベアリングの前記ボールと前記第１座金の前記ベアリング当接面との間の間隙を埋める隙間部材を備える、
   ことを特徴とするキャスタ。
3. 請求項１に記載のキャスタであって、更に、前記旋回軸部材を挿通可能な内径を有するスラストベアリングを備え、
   第１座金において前記ラジアルベアリングと接する側の面を示すベアリング当接面の外径の半径は、前記外輪の内径の半径よりも小さく、
   前記スラストベアリングを、前記旋回軸部材の旋回軸と同軸上に配置し、前記ヨーク部と前記キャスタ取付プレートとの間に固定した構造を有する、
   ことを特徴とするキャスタ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の複数のキャスタと、車体フレームとを備え、
   前記車体フレームの底面に前記キャスタを取り付け、前記キャスタの旋回車輪が旋回軸を中心軸として任意の方向に旋回可能な台車。
   
   

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