JP2008044477A

JP2008044477A - キャスタ

Info

Publication number: JP2008044477A
Application number: JP2006220461A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Sato; 雅康佐藤; Koji Ichikawa; 厚司市川
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】少ないエネルギーで移動テーブルの移動を可能にするキャスタを得る。
【解決手段】移動テーブル２００は駆動力が加えられると支持テーブル３００に対して移動する。球部材１０２は移動テーブル２００との間の摩擦力により回転する。移動テーブル２００の移動量は球部材１０２の移動量の倍であるため、球部材１０２は移動テーブル２００に対し移動方向とは反対の方向に移動する。球部材１０２は移動して圧力伝達部材１０４に圧力を加える。圧力伝達部材１０４の周囲には円錐台コイルバネ１０３が配され、圧力伝達部材１０４を介して伝えられる球部材１０２からの圧力に対抗する。円錐台コイルバネ１０３は線径が小さく初期横弾性係数が十分小さいものであるため、円錐台コイルバネ１０３から球部材１０２に加えられる抗力は小さくなる。すなわち、球部材１０２と圧力伝達部材１０４との間の摩擦力が小さくなって移動テーブル２００の走行抵抗が減少する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば球状の転動部材を用いたキャスタに関する。

従来キャスタとして、移動体と支持体、すなわち移動テーブルと支持テーブルとの間に設けられ、支持テーブルに対して移動テーブルを支持するものが知られている。このようなキャスタは、移動テーブル及び支持テーブルに接触して移動テーブルを支持する球状の転動部材と、転動部材を保持する抑え部材と、抑え部材を介して転動部材を支持テーブルに対して保持する部材とから主に構成される。

抑え部材は、転動部材から加えられる圧力に対抗しうる程度の接触面積で転動部材と摺接する。これにより、転動部材の移動を防止する構成が知られている（特許文献１）。
特開２００４−２９１２１４号公報

しかし、移動テーブルが移動すると、移動テーブル及び支持テーブルと転動部材との間に第１の摩擦力（転がり摩擦）を生じる。第１の摩擦力は抑え部材に作用して、抑え部材と転動部材との間にさらに第２の摩擦力（滑り摩擦）を発生する。この第２の摩擦力が移動テーブルの大きな走行抵抗となる。一方、第２の摩擦力を発生する原因となる第１の摩擦力は、移動テーブルの重量に比例して大きくなる。従って、走行抵抗は移動テーブルの重量に比例して大きくなる。

本発明は、転動部材と転動部材に接触する部材との接触面積を減らすと共に弾性部材を用いて転動部材の移動を抑制し摩擦力の低減を図ることによって、移動体の走行抵抗を小さくし、少ないエネルギーで移動体の移動を可能にするキャスタを得ることを目的とする。

本発明によるキャスタは、移動体を支持体に対して一又は二方向へ移動可能に支持すると共に、移動体と支持体は互いに対向する対向面をそれぞれ有し、移動体が移動する方向に平行かつ対向面に垂直な平面における断面が円形状であって、移動体及び支持体の対向面に接触して支持する転動部材と、移動体の移動方向への転動部材の移動を抑制する弾性部材から成ることを特徴とする。

弾性部材は、移動体の移動方向において転動部材の最も突出した部位で転動部材と接触することが好ましく、転動部材と弾性部材との間には圧力伝達部材が設けられればよい。

キャスタが一方向に移動可能な移動体を支持するものであるとき、転動部材は円柱状であることが好ましく、転動部材と弾性部材との間には圧力伝達部材が設けられることが望ましい。

転動部材は球形状であることが好ましい。

転動部材と弾性部材との間に設けられる圧力伝達部材は、軸方向長さが転動部材の直径よりも短く、内径が転動部材の直径よりも長い円筒状であって、中心軸が支持体対して垂直であり、転動部材は圧力伝達部材の内側に配されることが好ましい。

弾性部材はコイルバネであればよく、円錐台状のコイルバネであればなおよい。

コイルバネの軸方向長さは、転動部材の半径と同じ長さであることが望ましい。

円錐台状のコイルバネにおける最も直径が大きい大径端部は、コイルバネの中心軸が移動体と垂直となるように移動体又は支持体に固定されればよい。

転動部材と円錐台状のコイルバネとの間には圧力伝達部材が設けられ、圧力伝達部材は、軸方向長さが転動部材の直径よりも短く、内径が転動部材の直径よりも長い円筒状であって、円錐台状コイルバネと互いの中心軸を略同軸とするように円錐台状コイルバネの内部に設けられ、転動部材は圧力伝達部材の内側に配されることが好ましい。

移動体又は支持体は、移動体の移動方向における転動部材の周囲を一定の距離を置いて突出した支持部材を備え、コイルバネは転動部材と支持部材の間に設けられ、移動体の移動方向において転動部材の最も突出した部位で転動部材と接触することにより、転動部材の移動を抑制することが望ましい。

弾性部材は板バネであってもよく、移動体又は支持体は、移動体の移動方向における転動部材の周囲を一定の距離を置いて突出した支持部材を備え、板バネは転動部材と支持部材の間に設けられ、移動体の移動方向において転動部材の最も突出した部位で転動部材と接触して、転動部材の移動を抑制することが好ましい。

支持体は磁性材料から成り、移動体には磁石が取り付けられればよい。また、移動体は磁性材料から成り、支持体には磁石が取り付けられてもよい。

本発明によれば、少ない走行抵抗で移動体の移動を可能にするキャスタを得ることができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

第１の実施形態について図１から図５を用いて説明する。図４では説明のためキャスタ１００を固定するナット１０６を省略している。

本実施形態におけるキャスタ１００は、移動体、すなわち移動テーブル２００と支持体、すなわち支持テーブル３００との間に位置し、移動テーブル２００の四隅に１つずつ、ナット１０６で固定して設けられる。

支持テーブル３００及び移動テーブル２００は平板状の直方体である。対向する対向面１１１、１１２は平滑に形成され、互いに平行に設けられる。

キャスタ１００は、球形状である転動部材、すなわち球部材１０２と、移動テーブル２００の移動方向における球部材１０２の移動を抑制する弾性部材１０３と、球部材１０２と弾性部材１０３との間に位置する円筒状の圧力伝達部材１０４とから主に構成される。

球部材１０２は図３において上部で移動テーブル２００と接し、下部で支持テーブル３００と接する。これにより、球部材１０２は支持テーブル３００に対して移動テーブル２００を支持する。

圧力伝達部材１０４は円筒状であって、中心軸が移動テーブル２００に垂直かつ球部材１０２の略中心を通るように、移動テーブル２００と支持テーブル３００との間に設けられる。圧力伝達部材１０４の内側には球部材１０２が置かれる。

圧力伝達部材１０４の軸方向長さは球部材１０２の直径よりも短い。これにより、圧力伝達部材１０４と移動テーブル２００との間にはクリアランスが確保されて互いに接触せず、圧力伝達部材１０４が移動テーブル２００の移動に対して摩擦力を生じることはない。一方、圧力伝達部材１０４の支持テーブル側の端部は重力により支持テーブル３００と接触し摺動する。また、圧力伝達部材１０４の内径は、球部材１０２の直径よりも長い。そのため、球部材１０２と圧力伝達部材１０４との間にはクリアランスを確保することができ、球部材１０２は圧力伝達部材１０４により完全に拘束されることがない。

圧力伝達部材１０４の端部及び内面は摩擦係数が小さい材料によって覆われる。球部材１０２、支持テーブル３００及び移動テーブル２００と接触又は接触する可能性がある面の摩擦係数を小さくすることにより、接触による摩擦力を減らして移動テーブル２００の走行抵抗を低減することができる。

弾性部材１０３は円錐台状の外形を有するコイルバネ、すなわち円錐台コイルバネ１０３であって、コイルの巻回中心軸と圧力伝達部材１０４の中心軸を略同軸とするように圧力伝達部材１０４の周囲に設けられる。円錐台コイルバネ１０３の最も直径の大きい大径端部１０８は中心軸が移動テーブル２００と垂直となるように移動テーブル２００に固定される。最も直径の小さい小径端部１０９の内周は、圧力伝達部材１０４との間にクリアランスを確保する。圧力伝達部材１０４により、円錐台コイルバネ１０３と球部材１０２とは接触しない。圧力伝達部材１０４の内面は摩擦係数の小さい材料によって覆われるため、円錐台コイルバネ１０３と球部材１２０とが直接接触する場合よりも、摩擦力を小さくすることが出来る。

円錐台コイルバネ１０３の軸方向長さは、球部材１０２の直径の略半分である。そのため、小径端部１０９は移動テーブル２００の移動方向において球部材１０２の最も突出した部位に相当する圧力伝達部材１０４の部位に位置する。これにより、球部材１０２から圧力伝達部材１０４に加えられる力とこの力に対抗して円錐台コイルバネ１０３から圧力伝達部材１０４に加えられる力は圧力伝達部材１０４を介して正対する。球部材１０２と円錐台コイルバネからの力が正対するため、圧力伝達部材１０４の軸は移動テーブル２００と垂直な軸に対して傾くことなく、圧力伝達部材１０４は移動テーブル２００と衝突したり球部材１２０又は支持テーブル３００との間に余計な抵抗を生じたりすることがない。

移動テーブル２００と円錐台コイルバネ１０３との固定は、移動テーブル２００と移動テーブル２００に取り付けられる４つの支持部材１０５との間に大径端部１０８を係止することにより行われる。

支持部材１０５は、直方体の一隅を大径端部１０８と略同径の円柱により円柱の軸と直方体の一辺とが平行となるような方向で切除した形状をなし、移動テーブル２００方向に突出する螺子部１０７を有する。円柱で切除されることにより形成された円弧付近における支持部材１０５の移動テーブル２００側の平面には、円錐台コイルバネ１０３の線径と略同じ深さの溝部１１０が刻まれる。円錐台コイルバネは、大径端部１０８の円周上であって円周方向に均等に配された４カ所において、溝部１１０に大径端部１０８を嵌合させて係止される。螺子部１０７は移動テーブル２００に開けられた貫通孔２０３を通じてキャスタ１００とは反対側の面から突出する。移動テーブル２００においてキャスタ１００の反対側の面に突出した螺子部１０７はナット１０６と螺合する。これにより支持部材１０５は移動テーブル２００に固定され、大径端部１０８は支持部材１０５と移動テーブル２００との間に挟まれて円錐台コイルバネ１０３は移動テーブル２００に固定される。

移動テーブル２００の支持テーブル３００に対向する面には、接着剤又は図示しない螺子等により磁石２０２が３つ設けられる。磁石２０２は、移動テーブル２００における一辺の両端部付近とその一辺に対向する辺の中央部にそれぞれ位置する。支持テーブル３００は磁性材料からなり、移動テーブル２００は磁力によって支持テーブル３００に引き寄せられ、支持テーブル３００に対して垂直方向に拘束される。

磁石２０２と磁性材料から成る支持テーブル３００との作用により、本実施形態による移動テーブル２００が重力に対して垂直に設けられなくても、支持テーブル３００と移動テーブル２００とが離れてしまうことがない。

次に、図６を用いて移動テーブル２００が支持テーブル３００に対して移動するときの各部材の動作について説明する。説明のため、球部材１０２は移動テーブル２００及び支持テーブル３００との間では滑らないものとする。

移動テーブル２００に駆動力が加えられると、移動テーブル２００は駆動力が与えられた方向に支持テーブル３００に対して移動する。移動テーブル２００を支持テーブル３００に対して支持する球部材１０２は、移動テーブル２００との間に生じる摩擦力によって回転する。例えば、図において右方向に移動テーブル２００が移動すると、球部材１０２は時計回りに回転する。

球部材１０２が回転し、支持テーブル３００に対して一定量を移動すると、移動テーブル２００も球部材１０２に対して同じ量を移動する。そのため、移動テーブル２００が支持テーブル３００に対して移動する量は球部材１０２の移動量と移動テーブル２００の球部材１０２に対する移動量とを加えた値となる。すなわち、移動テーブル２００の移動量は球部材１０２の移動量の倍となる。

球部材１０２の移動量は移動テーブル２００の半分であるため、移動テーブル２００に対して球部材１０２は相対的に移動方向とは反対の方向に移動する。球部材１０２は、圧力伝達部材１０４との間のクリアランス量を移動すると、圧力伝達部材１０４に接触する。

さらに駆動力を移動テーブル２００に加えると、球部材１０２は移動テーブル２００に対してさらに移動して圧力伝達部材１０４に圧力を加える。圧力伝達部材１０４の周囲には円錐台コイルバネ１０３がクリアランスを持って配される。球部材１０２の圧力により圧力伝達部材１０４がクリアランス量を移動すると、圧力伝達部材１０４は円錐台コイルバネ１０３に接触する。円錐台コイルバネ１０３は、圧力伝達部材１０４を介して伝えられる球部材１０２からの圧力に対抗する。すなわち、図において移動テーブル２００が右方向に移動すると、球部材１０２は移動テーブル２００に対して左方向に移動する。移動した球部材１０２は圧力伝達部材１０４と接触して円錐台コイルバネ１０３に圧力を加える。

円錐台コイルバネ１０３は線径が小さく、初期横弾性係数が十分小さいものが好ましい。これにより、球部材１０２が円錐台コイルバネ１０３へ圧力を加え始めたときに円錐台コイルバネ１０３から球部材１０２に加えられる抗力を小さくできる。すなわち、球部材１０２と圧力伝達部材１０４との間の摩擦力を小さくすることができ、移動テーブル２００の走行抵抗を小さくすることができる。

図７を用いて移動テーブル２００の移動量と走行抵抗との関係について説明する。

Ｘ軸は移動テーブル２００の移動量であり、Ｙ軸は移動テーブル２００の走行抵抗を示す。本実施形態によるキャスタ１００は、移動テーブル２００の最大移動量は６ｍｍ、最大走行抵抗は３ｇとして設計される。球部材１０２、圧力伝達部材１０４、及び円錐台コイルバネ１０３のそれぞれの間にはクリアランスが０．５ｍｍずつ設けられる。移動テーブル２００に駆動力を加えると、球部材１０２はクリアランスの量だけ移動して圧力伝達部材１０４と接触し、圧力伝達部材１０４は円錐台コイルバネ１０３と接触する。この過程では、球部材１０２は圧力伝達部材１０４を介して円錐台コイルバネ１０３から力を加えられることがない。そのため、移動テーブル２００はクリアランス量を移動するときには走行抵抗を生じることなく移動する。

球部材１０２、圧力伝達部材１０４、及び円錐台コイルバネ１０３が接触すると、円錐台コイルバネ１０３から抗力が圧力伝達部材１０４に加えられて、圧力伝達部材１０４と球部材１０２との間に摩擦力を生じる。この摩擦力は前述のように円錐台コイルバネの働きにより、小さく抑えることができる。摩擦力は走行抵抗を生じるため、円錐台コイルバネ１０３が移動テーブル２００の移動量に従い変形して圧力伝達部材１０４への抗力を増加させると、移動テーブル２００の走行抵抗が増加する。

第２の実施形態について図８を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

本実施形態では弾性部材としてコイルバネ１２１が用いられる。第１の実施形態と同様に転動部材は球部材１０２であり円筒形である圧力伝達部材１０４の内部に配される。圧力伝達部材１０４の周囲には移動テーブル２００から突出する支持部材１２０が設けられる。支持部材１２０は正方形の断面を有する筒状であって、中心軸方向の長さは球部材１０２の半径よりもやや長い。内辺の長さは、圧力伝達部材１０４の外径に２つのコイルバネの自由長とクリアランスを加えた値となる。支持部材１２０は、中心軸を圧力伝達部材１０４の中心軸と略同軸となるように移動テーブル２００から突出して、圧力伝達部材１０４から一定の距離を置くように配される。支持部材１２０の内面にはコイルバネ１２１の一端が軸を支持部材１２０に対して垂直となるように取り付けられ、他端は移動テーブル２００の移動方向において球部材１０２の最も突出した部位に相当する圧力伝達部材１０４の部位に接触する。

本実施形態によれば、コイルバネ１２１が圧力伝達部材１０４を介して球部材１０２の移動を抑制して、移動テーブル２００の走行抵抗を低く抑えることができる。

第３の実施形態について図９を用いて説明する。他の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

本実施形態では弾性部材として板バネ１３１が用いられる。第１の実施形態と同様に転動部材は球部材１０２であり円筒形である圧力伝達部材１０４の内部に配される。圧力伝達部材１０４の周囲には、第２の実施形態と同様に移動テーブル２００から突出する支持部材１３０が設けられる。支持部材１３０の内辺の長さは、圧力伝達部材１０４の外直径に２つの板バネ１３１の自由長とクリアランスを加えた値となる。支持部材１３０の内面には板バネ１３１の一端が取り付けられ、他端は移動テーブル２００の移動方向において球部材１０２の最も突出した部位に相当する圧力伝達部材１０４の部位に接触する。

本実施形態によれば、板バネ１３１が圧力伝達部材１０４を介して球部材１０２の移動を抑制して、移動テーブル２００の走行抵抗を低く抑えることができる。

なお、転動部材は円柱状の円柱部材であっても良い。移動テーブルは一方向に移動可能であり、円柱部材における移動テーブルの移動方向にはそれぞれ平板状の圧力伝達部材が設けられる。圧力伝達部材と移動テーブルとの間には弾性部材が取り付けられて、円柱部材の移動テーブルに対する移動を抑制する。

なお、キャスタ１００は支持テーブル２００に３つ以上設けられればよい。

また、コイルバネ１０９は移動テーブル２００ではなく、支持テーブル３００に固定されても良い。移動テーブル２００の重量を軽減して走行抵抗を減少させることが出来る。

磁石２０２を支持テーブル３００に設け、移動テーブル２００は磁性体からなるものであっても良い。移動テーブル２００を支持テーブル３００に対して垂直方向に拘束することができる。

第１の実施形態におけるキャスタ付きテーブルの斜視図である。キャスタ付きテーブルの図１におけるII−II線での断面図である。キャスタ部分の断面を示した一部断面図である。キャスタを固定するナットを省略したキャスタ付きテーブルの斜視図である。移動テーブル側から見たキャスタ部分の上面図である。移動テーブルの移動時におけるキャスタ部分の断面を示した一部断面図である。移動テーブルの移動量と走行抵抗との関係を示したグラフである。第２の実施形態におけるキャスタ部分の上面図である。第３の実施形態におけるキャスタ部分の上面図である。

符号の説明

１０キャスタ付きテーブル
１００キャスタ
１０２転動部材
１０３弾性部材
１０４圧力伝達部材
１０５支持部材
１０６ナット
２００移動テーブル
２０２磁石
３００支持テーブル

Claims

移動体を支持体に対して一又は二方向へ移動可能に支持するキャスタであって、
前記移動体と前記支持体は互いに対向する対向面をそれぞれ有し、
前記移動体が移動する方向に平行かつ前記対向面に垂直な平面における断面が円形状であって、前記移動体及び前記支持体の前記対向面に接触して支持する転動部材と、
前記移動体の移動方向への前記転動部材の移動を抑制する弾性部材から成るキャスタ。
前記弾性部材は、前記移動体の移動方向において前記転動部材の最も突出した部位で前記転動部材と接触することにより、前記転動部材の移動を抑制することを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。
前記転動部材と前記弾性部材との間には圧力伝達部材が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のキャスタ。
一方向に移動可能な前記移動体を支持するキャスタであって、前記転動部材は円柱状であることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。
前記転動部材と前記弾性部材との間には圧力伝達部材が設けられることを特徴とする、請求項４に記載のキャスタ。
前記転動部材は球形状であることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。
前記転動部材と前記弾性部材との間には圧力伝達部材が設けられることを特徴とする、請求項６に記載のキャスタ。
前記圧力伝達部材は、軸方向長さが前記転動部材の直径よりも短く、内径が前記転動部材の直径よりも長い円筒状であって、中心軸が前記支持体と垂直になるよう設けられ、
前記転動部材は前記圧力伝達部材の内側に配されることを特徴とする請求項７に記載のキャスタ。
前記弾性部材はコイルバネであることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。
前記コイルバネは円錐台状のコイルバネであることを特徴とする請求項９に記載のキャスタ。
前記コイルバネの軸方向長さは、前記転動部材の半径と略同じ長さであることを特徴とする請求項９に記載のキャスタ。
前記コイルバネにおける最も直径が大きい大径端部は、前記コイルバネの中心軸が前記移動体と垂直となるように前記移動体又は前記支持体に固定されることを特徴とする請求項１１に記載のキャスタ。
前記転動部材と前記コイルバネとの間には圧力伝達部材が設けられ、
前記圧力伝達部材は、軸方向長さが前記転動部材の直径よりも短く、内径が前記転動部材の直径よりも長い円筒状であって、前記コイルバネと互いの中心軸を略同軸とするように前記コイルバネの内部に設けられ、
前記転動部材は前記圧力伝達部材の内側に配されることを特徴とする請求項１２に記載のキャスタ。
前記移動体又は前記支持体は、前記移動体の移動方向における前記転動部材の周囲を一定の距離を置いて突出した支持部材を備え、
前記コイルバネは前記転動部材と前記支持部材の間に設けられ、前記移動体の移動方向において前記転動部材の最も突出した部位で前記転動部材と接触することにより、前記転動部材の移動を抑制することを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。
前記弾性部材は板バネであることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。
前記移動体又は前記支持体は、前記移動体の移動方向における前記転動部材の周囲を一定の距離を置いて突出した支持部材を備え、
前記板バネは前記転動部材と前記支持部材の間に設けられ、前記移動体の移動方向において前記転動部材の最も突出した部位で前記転動部材と接触することにより、前記転動部材の移動を抑制することを特徴とする請求項１５に記載のキャスタ。
前記支持体は磁性材料から成り、前記移動体には磁石が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。
前記移動体は磁性材料から成り、前記支持体には磁石が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ。