キャスター

キャスター（またはキャスター）は、より大きな物体（「車両」）の底部に取り付けられ、その物体を移動できるように設計された非駆動車輪です 。

キャスターは、ショッピング カート、オフィス チェア、おもちゃのワゴン、病院用ベッド、資材搬送機器など、さまざまな用途に使用されています。高容量の頑丈なキャスターは、プラットフォーム トラック、カート、アセンブリ、工場の牽引ラインなど、多くの産業用途で使用されています。

キャスターは、直線経路に沿って転がるように固定することも、車輪が移動方向に自動的に揃うように ピボットまたはピントルに取り付けることもできます。

基本的な固定キャスターは、固定フォークに取り付けられた車輪で構成されています。車両に対して固定されたフォークの方向は、キャスターが車両に取り付けられたときに決定されます。^[1]この例としては、北米のショッピングカートの後部にある車輪が挙げられます。固定キャスターは車両の動きを制限する傾向があるため、車両は直線に沿って移動します。

よりシンプルな固定キャスターと同様に、スイベルキャスターにはフォークに取り付けられたホイールが組み込まれていますが、フォークの上部にある追加のスイベルジョイントにより、フォークが約 360° 自由に回転し、ホイールをどの方向にも転がすことができます。これにより、車両の向きを変えずに、どの方向にも簡単に移動できます。スイベルキャスターは、オペレーターが手動で向きを設定できるように、ハンドルに取り付けられている場合があります。改良されたスイベルキャスターは、1920 年に Seibert Chesnutt によって発明され、米国特許 1341630 を取得しました。これは、スタンピングで簡単に製造でき、ボールベアリングが組み込まれているため、寿命が長くなっています。基本的なスイベルキャスターは、1840 年代には、チャールズ ダーウィンの有名な「オフィス チェア」に見られました。

さらに、スイベルキャスターは通常、垂直シャフトの中心軸とキャスターホイールの中心軸の間にわずかなオフセット距離を含める必要があります。キャスターが移動され、ホイールが正しい方向を向いていないと、オフセットによりホイールアセンブリが垂直シャフトの軸を中心に回転し、移動方向に従います。オフセットがない場合、ホイールは正しい方向を向いていないと回転せず、動きを妨げるか、地面を引きずります。

直線に沿って移動する場合、スイベル キャスターは自動的に移動方向に揃い、移動方向と平行に回転する傾向があります。これは、ショッピング カートで通路を移動するときに前部キャスターが後部キャスターと平行に揃うときに確認できます。この結果、車両は自然に直線方向に移動する傾向があります。キャスターは直線運動を維持する傾向があるため、正確なステアリングは必要ありません。これは、車両の旋回時にも当てはまります。キャスターは旋回半径に対して垂直に回転し、スムーズな旋回を実現します。これは、ショッピング カートで前輪が異なる速度で回転し、旋回半径がどの程度きついかによって異なるときに確認できます。

車輪軸とスイベルジョイントの角度と距離は、さまざまなタイプのキャスターの性能に合わせて調整できます。^[2]

工業用キャスターは、場合によっては 3 万ポンドにも及ぶ重い荷物を運ぶために設計された頑丈なキャスターです。工業用キャスターには、スイベル キャスターまたは固定キャスター設計があります。工業用キャスターには通常、トップ プレートと荷物をしっかりと接続するための 4 つのボルト穴がある平らなトップ プレートがあります。これらは、台車カート、組み立てターンテーブル、頑丈な保管ラック、保管箱、牽引ロープ、メンテナンス機器、材料処理機構など、さまざまな用途で使用されます。

初期の製造では、工業用キャスター本体は、通常、トッププレートに溶接された 3 つの別個の打ち抜き金属部品から製造されていました。今日では、多くの工業用キャスター本体は、単一の金属ブランクから本体をレーザー切断し、プレスブレーキを使用して脚を必要な 90 度の角度に成形することで製造されており、機械的に強度の高い装置が製造されています。

産業用キャスターの性能にはさまざまな要因が影響します。たとえば、ホイールの直径と幅が大きいほど、荷重の重量がホイールの表面積全体に分散されるため、重量容量が高くなります。また、硬いホイール素材 (鋳鉄、高プロファイル ポリウレタンなど) は、床の汚れやゴミの影響を受けにくく、汚れやゴミが付着しにくい傾向があります。

一般的な安価なキャスターには、車輪の回転を防ぐブレーキ機能が付いている場合があります。これは通常、ブレーキ カムを車輪に押し付けるレバーを使用して実現されます。ただし、スイベル キャスターは、垂直シャフトとロックされた車輪の中心の間のオフセット距離を中心に小さな円を描いてわずかに動くことができます。

より複雑なタイプのスイベルキャスターは、トータルロックキャスターとも呼ばれ、垂直シャフトに追加の回転ロックが付いており、シャフトの回転もホイールの回転も発生せず、非常に堅牢なサポートを提供します。これら 2 つのロックは、一緒に使用することも、別々に使用することもできます。垂直シャフトがロックされていてもホイールが回転できる場合、キャスターは方向性キャスターになりますが、水平軸に沿って一方向に回転するようにロックすることもできます。

場合によっては、各キャスターの機構を個別に作動させるために歩き回る必要がなく、すべてのキャスターを同時にブレーキまたはロックできると便利です。これは、ホイールの少し上で各スイベルキャスターを取り囲む剛性リングと連動する中央ロック機構を使用して実現できます。このリングはホイールを下げて押し下げ、ホイールとスイベルの両方の回転を防止します。別の方法として、中央ロックキャスターがあります。これは、各垂直キャスターシャフトの中央に回転カムがあり、各キャスターの底部のブレーキ機構につながっています。

キングピンレス キャスターには、内側のレースウェイ、車両に取り付けられた外側のレースウェイ、およびレースウェイ間のボール ベアリングがあります。 この機構にはキングピンがないため、キングピンレスと呼ばれています。 キングピンがないため、スイベル キャスターの故障の原因のほとんどが排除され^{[要出典] 、}使用後の振動が軽減または解消されます^[明確化]。 密閉された精密ボール ベアリングまたはテーパー ベアリングを備えたユニットに匹敵する容量と耐久性を提供し^[要出典]、衝撃の大きい状況では従来のスイベル キャスターの実用的な代替品となります^{[なぜ? ]}。

キャスターの主な欠点の 1 つは、フラッターです。キャスターのフラッターの一般的な例は、スーパーマーケットのショッピングカートで、1 つのキャスターが急速に左右に揺れる場合です。シミーとも呼ばれるこの振動は、特定の速度で自然に発生し、他の車輪付き車両で発生する速度の揺れに似ています。キャスターのフラッターが発生する速度は、キャスターが支える重量と、車輪の車軸とステアリング軸の間の距離によって決まります。この距離はトレーリング距離と呼ばれ、この距離を増やすと、中程度の速度でのフラッターをなくすことができます。一般に、フラッターは高速で発生します。

フラッターが危険なのは、車両が突然望ましくない方向に動く可能性があるからです。フラッターは、キャスターが地面に完全に接触していないために方向を制御できないときに発生します。キャスターが地面に完全に接触すると、どの方向にも向きを変えることができます。これにより、車両がキャスターが指している方向に突然動く可能性があります。低速では、キャスターの回転機能により方向を修正し、目的の方向に移動し続けることができます。しかし、高速では、車輪が十分に速く回転できず、車両が任意の方向に急に動く可能性があるため、危険です。

電動およびレース用車椅子の設計者は、車椅子がライダーにとって安全でなければならないため、ばたつきに非常に気を配っています。車椅子のレースでは、トレーリング距離を長くすると高速での安定性が増しますが、日常使用では低速でばたつきが生じる可能性があります。残念ながら、キャスターのトレーリング距離が長ければ長いほど、キャスターが旋回するために必要なスペースが大きくなります。したがって、この余分な旋回スペースに対応するには、フレームを長くするか、フットレストを延長する必要があります。これにより、車椅子が扱いにくくなる傾向があります。

キャスターのフラッターは、ダンパーを追加するか、スイベルジョイントの摩擦を増やすことで制御できます。^[3]これは、スイベルジョイントにワッシャーを追加することで実現できます。車椅子の前部の重量が増加すると、摩擦が増加します。キャスターがフラッターし始めると、車椅子の速度が低下し、重量が前輪に移動します。この方法で車椅子のキャスターを改造するためのフラッター防止キットがオンラインでいくつかあります。キャスターのフラッターを減らす他の方法としては、スイベルリードを増やす、より重いグリースを使用する、ホイールの質量を減らす、または材料を変更して地面との摩擦を増やすなどがあります。^[4]

キャスターカップを使用することでキャスターも完全に停止します。

人間工学に基づいたキャスターは、作業環境と実行する作業を考慮して設計されており、作業者への傷害の影響を最小限に抑えます。キャスターに抵抗する動作を長期間繰り返し行うと、過度の負担による傷害につながる可能性があります。不適切な仕様も、キャスターの耐用年数を短縮する原因となります。

キャスターの性能には多くのパラメータが関係しています。タイヤの硬さ、トレッドの幅と形状、トレーリングオフセットの長さ（「キャスター」）、ホイールの直径などのパラメータはすべて、プラットフォームを動かすために必要な労力に影響します。ホイールが硬いほど、変形抵抗が減り、キャスターが転がりやすくなります。空気圧が低いタイヤは変形抵抗が大きくなるため、取り付けられたプラットフォームを動かすのにより多くの労力が必要になります。回転の労力は、キャスターの量とホイールの直径によって影響を受けます。^[5]

従来のキャスター設計の改良点には、つま先ガード、トラックワイパー、強化脚、ステアリングチューブ、スイベルロック、ブレーキなどがあり、これらはすべて職場での作業者の負傷を減らすために実装されています。^[6]

キャスター ホイールの直径は、粒子状、粗い、または不規則な表面上でのキャスターの移動のしやすさに影響します。直径の大きいキャスター ホイールは、床とエレベータ カーの間の隙間などを埋めることができます。ただし、キャスター ホイールの直径が大きいほど、キャスター サポート アームを高くする必要があります。低い位置にある物体のベースをホイールより高く持ち上げるか、キャスターを低い位置にある支持対象物にまたがって横に垂らす必要があります。垂直シャフトの周りを回転しながら、スイベル キャスター ホイールはスペースを掃き出します。ホイールが大きいほど、このスペースをより多く必要とします。

接地面積の広い幅広の車輪を使用することで、荷重容量を増やすことができます。ただし、幅広のスイベルキャスターをその場で回転させると、車輪と地面の接触面の中央部分は、外側の領域よりも遅く回転します。車輪の接触面のベース全体での回転速度の差により、幅広の車輪はスイベルの周りの回転に抵抗し、この抵抗は重量負荷が増加するにつれて大きくなります。

旋回回転抵抗を制限しながら積載量を増やす別の方法は、同じ車輪軸上で複数の狭い車輪を並べて使用することです。各車輪の接地面積は、単一の広い車輪よりも比較的狭いため、旋回時にその場で回転する際の抵抗が少なくなります。

ホイールには主に 4 つの分類があります。

• 標準的なホイールには、中央に回転するハブ (またはベアリング) があり、その外側には柔軟な素材が使用されています。
• キャスターは、オプションでオフセットステアリングジョイントを追加してフォークに取り付けられたホイールです。
• 全方向ホイール(メカナムホイール、オムニホイール、またはスウェーデンホイール) は、大きな中央ハブと、その周囲に沿って取り付けられた多数の小さなホイールで構成され、ホイールの軸は中央ホイールに垂直になります。中央ホイールは従来のホイールと同様に軸を中心に回転できますが、小さなホイールにより、中央軸に垂直な動きも可能になります。
• 球状ホイールは全方向性があり、通常は拘束具内に取り付けられた球状のボールです。例としては、ボール転送ユニットがあります。

• キャスター角
• キャスターボード
• ボギー