JP5113404B2 - 差動式キャスタ - Google Patents

Description

この発明は、一対の車輪を有する差動式キャスタに関するものである。

従来から、差動式キャスタを用いて自走可能にした電動車椅子や、倉庫等に保管された部品を搬送する搬送車等が知られている。
この差動式キャスタは、シャーシ部（車体）に回転自在に取付けられた支軸の一端に一対の駆動輪を備えたものである。これら駆動輪には、小型化を図るためにそれぞれ電動モータが内蔵され、各々駆動輪が独立して駆動することができるようになっている。そして、各駆動輪の回転差によって電動車椅子や搬送車の走行方向を変更可能にしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−９０９０３号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、支軸に一対の駆動輪がリジットに固定されているので、走行路面（床面）の凹凸が大きい場合にこの凹凸に追従できず、一輪が浮いてしまうことがある。このため、駆動輪は適正なグリップ力が得られず、差動式キャスタの走行に支障をきたしたり、安定した走行ができなくなったりするおそれがあるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、凹凸に追従することで適正なグリップ力を得ることができ、安定した走行が実現できる差動式キャスタを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、取付け板と、前記取付け板に回転自在に支持され、一端に円弧部が形成された主軸と、前記主軸の一端に設けられ、前記主軸に交差するように延在する副軸と、前記副軸の両端に設けられた一対の電動モータと、前記一対の電動モータの出力軸にそれぞれ連係された一対の車輪とを備え、前記副軸には、前記主軸に対応する部位に挿通孔が形成されており、この挿通孔に前記主軸の一端が挿通され、この主軸の一端に設けられている支点ピンを介し、前記主軸に対して揺動可能に前記副軸が軸支されており、前記挿通孔の大きさは、前記副軸の揺動を許容可能な大きさに設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、走行路面の凹凸が大きい場合であっても車輪を追随させて確実に走行路面に接地させることができる。

請求項２に記載した発明は、前記主軸、又は前記副軸の少なくとも一方に中空部を設け、該中空部に前記電動モータに接続される電力供給線を配索したことを特徴とする。
このように構成することで、支軸、又は副軸の少なくとも一方の外周面に電力供給線を配索させることなく、電動モータに接続させることができる。

請求項１に記載した発明によれば、走行路面の凹凸が大きい場合であっても車輪を追随させて確実に走行路面に接地させることができるため、車輪が適正なグリップ力を得ることができ、差動式キャスタの安定した走行を実現させることが可能になる。

請求項２に記載した発明によれば、支軸、又は副軸の少なくとも一方の外周面に電力供給線を配索させることなく、電動モータに接続させることができるため、支軸に配索される電力供給線の露出を少なくすることができる。このため、電力供給線の車輪への巻き込みを防止することができ、差動式キャスタの良好な駆動状態を確保することができると共に、美観を向上させることができる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、差動式キャスタ１は、電動車椅子や搬送車として用いられる車体２の下面（図１における下側）にフリーキャスタ３，４と共に取付けられている。車体２は、その上面が椅子や部品を載置するスペースになっている。また、車体２には、差動式キャスタ１の設置位置に対応する部位に孔２ａが形成されている。この孔２ａは、車体２と差動式キャスタ１との干渉を防止するためのものである。

図２、図３に示すように、差動式キャスタ１は、これを車体２に取付けるための取付け板５を備えている。取付け板５には、径方向中央に２つの軸受け６，７が設けられ、ここに支軸８が回転自在に支持されている。
支軸８は、鉛直方向（図２における上下方向）に沿って延在し、且つ取付け板５に回転自在に支持されている主軸９と、この主軸９の下端（図２における下側）に支点ピン７１を介して揺動可能に軸支されている副軸１０とで構成されている。

主軸９には、この主軸９の上端（図２における上側）から下端（図２における下側）近傍まで軸方向に沿って延びる第一中空部９ａと、この第一中空部９ａの下端から第一中空部９ａに交差する方向で主軸９を貫通する第二中空部９ｂとが一連に形成されている。これら第一中空部９ａと第二中空部９ｂは、電動モータ１２に電力を供給するための電力供給線３０を配索するためのものである。

主軸９の上端側には、これの回転角度を検出するための中空軸型エンコーダ１１が設けられている。中空軸型エンコーダ１１は、この上端側に設けられた中空状のカラー３３と下端側に設けられた受け座３４とによって支軸８の軸方向への移動が規制されるようになっている。受け座３４は、ボルト５４で取付け板５に締結固定してある。また、主軸９の下端には、円弧部７０が形成されている。この円弧部７０の略中心点に、支点ピン７１が設けられている。

副軸１０は、主軸９に交差する方向に延在し、軸方向、及び径方向の略中央で支点ピン７１に軸支されるようになっている。この副軸１０には、軸方向に貫通する中空部１０ａが形成されている。この中空部１０ａも電力供給線３０を配索するためのものである。また、副軸１０には、主軸９に対応する部位に挿通孔７２が形成されており、ここに主軸９が挿通されるようになっている。

副軸１０の両端には、一対の車輪３５，３５が軸受け３６，３６でそれぞれが回転自在に取付けられている。各車輪３５，３５は、副軸１０に回転自在に支持された有底筒状のホイール３７を有し、ホイール３７の開口部を蓋部３８で覆うと共に、ホイール３７の外周部分に走行路面Ｆなどに接地するタイヤ３９がタッピングネジ４０で固定されている。ホイール３７と蓋部３８が形成する内部空間には、電動モータ１２が１つずつ内蔵されており、各々車輪３５，３５を独立して回転駆動できるようになっている。

電動モータ１２は、支軸８の副軸１０に固定されたブラケット１５と、ブラケット１５に固定された有底筒状のヨーク１３とを有し、ブラケット１５、及びヨーク１３でアーマチュア１４を回転自在、且つ水平方向に沿うように支持している。
ブラケット１５は、副軸１０の中空部１０ａに内嵌される筒部２４と、筒部２４のアーマチュア１４側（図２における左右方向）端から径方向外側に延出するフランジ部２５とが一体成形されたものである。

筒部２４の周壁には、主軸９側（図２における上側）に筒部２４の軸方向に貫通する貫通孔２４ａが形成されている。この貫通孔２４ａは、電力供給線３０を挿通するためのものである。また、筒部２４のアーマチュア１４側（図２における左右方向）には、径方向中央に軸受け２６が設けられ、ここにアーマチュア１４の出力軸１７の一端が回転自在に支持されている。

フランジ部２５は、ヨーク１３の開口部を覆うように断面略ハット状に形成されたものであって、このエンド部２５ａには、副軸１０側（図３における左側）に段差部４７が形成されている。この段差部４７により、フランジ部２５は、副軸１０の両端に設けられた軸受け３６の内輪のみに当接するようになっている。

一方、フランジ部２５のアーマチュア１４側（図３における右側）には、ホルダーステー４８が取付けられている。このホルダーステー４８には、複数のブラシホルダ２８が設けられており、このブラシホルダ２８に、それぞれブラシ２９が出没自在に内装されている。

これらブラシ２９には、電力供給線３０の一端が電気的に接続されている。この電力供給線３０の一端は、外部から支軸８の中空部９ａ，９ｂ，１０ａ、筒部２４の貫通孔２４ａを通ってブラシ２９まで配索されている一方、他端は主軸９の上端に設けられたカラー３３から引き出され、不図示の外部電源に接続されている。

フランジ部２５の周縁部には、ヨーク１３の開口部が固定されている。ヨーク１３の内周面には、複数の永久磁石２７が周方向に等間隔で接着剤等により固定されている。
ヨーク１３のエンド部（底部）１６には、径方向中央にアーマチュア１４の出力軸１７を挿通するための挿通孔１８が形成され、この挿通孔１８内に軸受け１９が設けられている。この軸受け１９は、アーマチュア１４の出力軸１７の他端側を回転自在に支持するためのものである。

アーマチュア１４は、出力軸１７に外嵌固定されたアーマチュアコア２０と、アーマチュアコア２０に巻装されたアーマチュアコイル２１と、アーマチュアコア２０の一端側（図２における中央側）に配置されたコンミテータ（整流子）２２とで構成されている。
コンミテータ２２の外周面には、導電材で形成されたセグメント２３が複数枚取付けられている。

セグメント２３は軸方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って等間隔に並列に固定されている。各セグメント２３には、アーマチュアコイル７の巻き始め端と巻き終わり端とがヒュージングにより接続されている。
また、セグメント２３は、ブラシ２９の先端部に摺接している。これにより、外部からの電源が電力供給線３０，ブラシ２９を介してコンミテータ２２に供給されるようになっている。

出力軸１７の他端側は、ヨーク１３のエンド部１６に形成されている挿通孔１８から外側に向かって突出している。この出力軸１７の突出した部分には、外周面にギア部４１が形成され、減速機構４２に噛合されている。
減速機構４２は、出力軸１７に噛合され歯数の異なる２つの平歯車を同軸上に備えた段付平歯車４３と、車輪３５の蓋部３８に一体に形成され段付平歯車４３に噛合される内歯歯車４５とで構成されている。段付平歯車４３は、ヨーク１３のエンド部１６に突設されている不図示の支軸に回転自在に支持されている。この不図示の支軸は、段付歯車４３を貫通し、車輪３５の蓋部３８側に突出している。この支軸が突出した部位には、支持部材４４が取付けられている。この支持部材４４は、軸受け４６を介して蓋部３８を回転自在に支持している。このように、アーマチュア１４の出力軸１７は、減速機構４２を介して車輪３５と連係した状態になっている。

このように構成された差動式キャスタ１は、両輪（図２における一対の車輪３５，３５）を同じ回転速度で駆動させたとき、車体２が直進、又は後進（図２における紙面手前側、又は奥側）するようになっている。そして、それぞれ車輪３５，３５を互いに違う回転速度で駆動させたとき、又は一方の車輪３５を駆動し、他方の車輪３５を停止させたとき、車体２が右方向、又は左方向に旋回するようになっている。

したがって、上述の実施形態によれば、取付け板５に回転自在に支持されている支軸８が鉛直方向（図２における上下方向）に沿って延在し、且つ取付け板５に回転自在に支持されている主軸９と、この主軸９の下端（図２における下側）に支点ピン７１を介して揺動可能に軸支されている副軸１０とで構成されている。つまり、主軸９は、この周方向に回動可能となっていると共に、副軸１０は、支点ピン７１の周方向に揺動可能となっている。このため、走行路面Ｆ（図２参照）の凹凸形状に応じて車輪３５を追随させ、走行路面Ｆに車輪３５を確実に接地させることができる。よって、車輪３５は適正なグリップ力を得ることができ、差動式キャスタ１の安定した走行を実現させることが可能になる。
しかも、主軸９の下端に円弧部７０が形成されているため、副軸１０が大きく傾いたとしても主軸９と副軸１０との干渉をある程度許容することができる。このため、走行路面Ｆの凹凸が大きい場合であっても確実に車輪３５を走行路面Ｆに接地させることができる。

また、支軸８の主軸９に第一中空部９ａ、及び第二中空部９ｂが形成されていると共に、副軸１０に中空部１０ａが形成されている。このため、支軸８の外周面に電力供給線３０を配索させることなく、外部電源と電動モータ１２とを電気的に接続させることができる。よって、電力供給線３０の車輪３５への巻き込みを防止することができ、差動式キャスタ１の良好な駆動状態を確保することができる。また、支軸８の内部に電力供給線３０を配索することで、美観を向上させることができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、主軸９の上端側に中空状のカラー３３を設け、ここから電力供給線３０が引き出されている場合について説明したが、図４に示すように、主軸９の上端にスリップリング５０を設けてもよい。

ここで、スリップリング５０は、固定側から回転側に電力を供給する所謂ロータリーコネクタであって、車体２に取付けられている外部電源（不図示、固定側）から車輪３５の電動モータ１２（回転側）に電力を供給するために用いられる。
このように、スリップリング５０を設けた場合にあっては、スリップリング５０を構成する固定部５１をカラー３３にボルト５３によって締結固定する。

そして、可動部５２に、不図示の外部電源に一端が接続されている第一電力供給線３０ａの他端を電気的に接続する一方、固定部５１に、第二電力供給線３０ｂの一端を電気的に接続すると共に、他端を電動モータ１２のブラシ２９に電気的に接続する。
こうすることによって、例えば、差動式キャスタ１を同一方向に連続回転させた場合であっても、第一電力供給線３０ａ、及び第二電力供給線３０ｂの捩れを防止することができる。このため、第一電力供給線３０ａ、及び第二電力供給線３０ｂの捩れによる断線を防止することができ、より信頼性の高い差動式キャスタ１を提供することが可能になる。

また、上述の実施形態では、支軸８の主軸９に第一中空部９ａ、及び第二中空部９ｂを形成すると共に、副軸１０に中空部１０ａを形成した場合について説明したが、これに限られるものではなく、少なくとも主軸９、又は副軸１０の何れか一方に中空部が形成されていればよい。

さらに、上述の実施形態では、支軸８の中空部９ａ，９ｂ，１０ａに電力供給線３０を配索した場合について説明した場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、電動モータ１２に、これの作動状態を認識するためのセンサ（出力軸１７の回転角度や、出力軸１７の回転速度を検出するセンサ）を取付けた場合にあっては、別途、作動状態信号線を配索してもよい。
そして、上述の実施形態では、差動式キャスタ１は、電動車椅子や搬送車の車体２の下面にフリーキャスタ３，４と共に取付けられている場合について説明したが、これに限られるものではなく、車体２の下面に差動式キャスタ１のみ取付けてもよい。

また、アーマチュア１４の出力軸１７は、減速機構４２を介して車輪３５と連係した状態になっている場合について説明したが、これに限られるものではなく、減速機構４２に代えて遊星減速機構としてもよい。この場合、段付歯車４３を出力軸１７に噛合って自転すると共に、出力軸１７を中心に公転可能な遊星歯車に代えればよい。

本発明の実施形態における差動式キャスタの取付け状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態における差動式キャスタの縦断面図である。 本発明の実施形態における差動式キャスタの一部拡大断面図である。 本発明の実施形態における差動式キャスタの縦断面図である。

符号の説明

１ 差動式キャスタ
５ 取付け板
９ 主軸
９ａ 第一中空部（中空部）
９ｂ 第二中空部（中空部）
１０ 副軸
１０ａ 中空部
１２ 電動モータ
１７ 出力軸
３０ 電力供給線
３０ａ 第一電力供給線（電力供給線）
３０ｂ 第二電力供給線（電力供給線）
３５ 車輪
７０ 円弧部
７１ 支点ピン
７２ 挿通孔

Claims (2)

1. 取付け板と、
   前記取付け板に回転自在に支持され、一端に円弧部が形成された主軸と、
   前記主軸の一端に設けられ、前記主軸に交差するように延在する副軸と、
   前記副軸の両端に設けられた一対の電動モータと、
   前記一対の電動モータの出力軸にそれぞれ連係された一対の車輪とを備え、
   前記副軸には、前記主軸に対応する部位に挿通孔が形成されており、この挿通孔に前記主軸の一端が挿通され、この主軸の一端に設けられている支点ピンを介し、前記主軸に対して揺動可能に前記副軸が軸支されており、
   前記挿通孔の大きさは、前記副軸の揺動を許容可能な大きさに設定されていることを特徴とする差動式キャスタ。
2. 前記主軸、又は前記副軸の少なくとも一方に中空部を設け、
   該中空部に前記電動モータに接続される電力供給線を配索したことを特徴とする請求項１に記載の差動式キャスタ。

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