JP7720708B2 - ロードセルを備えた固定キャスタ又は自在キャスタ - Google Patents

Description

少なくとも１つの車輪及びロードセルを備えた固定キャスタ又は自在キャスタであって、車輪は、軸に支承されており、ロードセルは、力導入領域及び不動の領域を有し、力導入領域は、車輪に接続されている。

固定キャスタは、従来技術から公知であり、例えば病床又は介護用ベッドのような、大型で重量のある対象を移動させるために使用される。例えば、ＥＰ ０ ３７９ ０６５ Ａ１並びにＥＰ ０ ３５６ ７４２ Ａ１には、相応の操縦可能な固定キャスタが開示されており、これは自在キャスタとも称される。

更に、ＷＯ ９ ６１２ １６４ Ａ１には、キャスタに組み付けられた重量測定システムが示されており、この重量測定システムは、ベッド又はコンテナの底面、もしくは重量測定に適した他の表面に取り付けられている少なくとも３つの重量測定モジュールから成る。重量測定システムは、底面に配置されたキャスタ、キャスタに取り付けられたロードセル、歪みゲージ、又はロードセルに作用する負荷を測定するための別のセンサから成る。

この重量測定システムの欠点は、キャスタに衝撃状の負荷が加わると重量測定システムが損傷する可能性がある。水平方向の過負荷を受容することは、ロードセル、特にシングルポイント型ロードセルでは容易に実現できない。何故ならば、ロードセルは、水平方向ないし横断方向の剪断力によってはほぼ変形しないからである。換言すれば、水平方向の力ないし剪断力が加わった際に、力導入領域は水平方向においては極めて僅かにしか変形しない。従って、力導入領域は、ストッパによって停止させることができない。すなわち、最大限「許可される」剪断力を上回ると、ロードセルの損傷は不可避であり、最悪の場合、ロードセルは破断する。

従って、本発明の課題は、従来技術の公知の欠点を解消するか、又は少なくとも緩和する、固定キャスタ又は自在キャスタを提供することである。

この課題は、冒頭で述べたような固定キャスタ又は自在キャスタにおいて、少なくとも１つの側部薄板が、ロードセルの少なくとも１つの鉛直の長手方向側面においてロードセルの不動の領域に接続されていることによって達成される。一種のガイドを表す少なくとも１つの側部薄板は、とりわけ、ロードセルの長手方向側面に平行な、鉛直に延びる、比較的薄い少なくとも１つのプレートないし薄板から構成されている。側部薄板の配置に基づいて、この側部薄板は鉛直方向において非常に剛性があり、またこれによって、大きい力を伝達することができ、例えば、重量測定すべき対象の重さを伝達することができる。これに対して、側部薄板の材料厚さを横断する水平方向においては、側部薄板は柔軟性がある。つまり、側部薄板は剪断力によって湾曲する可能性がある。比較的薄いということは、本発明との関係において、側部薄板の材料厚さが、側部薄板の幅及び／又は高さよりも薄いことを意味する。とりわけ、ロードセルの対向する長手方向側面には、それぞれ１つの側部薄板が配置されている。従って、少なくとも２つの側部薄板がロードセルに接続されている。

別の構成では、側部薄板とロードセルの鉛直の長手方向側面との間に間隙が存在する。ロードセルについての最大許容剪断力に基づいて、側部薄板は、その最大許容剪断力を上回った際に、側部薄板の内面がロードセルの少なくとも１つの外面に接触する幅だけ正確に湾曲するように、側部薄板の内面と、ロードセルの外面との間の間隙幅は寸法設計されている。従って、ロードセルの湾曲は、ロードセルへの剪断力への作用に基づいて、そのロードセルの湾曲が完全に材料の弾性領域内にあるように、常に小さい程度にとどまっていなければならない。測定動作時には、側部薄板とロードセルとの間の間隙が存在し、この測定動作時に、ロードセルによって、例えば、重量、心拍及び／又は呼吸頻度が求められる。

別の構成では、側部薄板が空所を有し、空所は、力導入領域の近傍に配置されており、また空所は鉛直方向において、側部薄板の高さの中間に配置されている。空所を通してねじがねじ込まれ、ねじ先端とロードセルの外面との間には間隙が存在する。従って、最大許容剪断力を上回った際に、ねじ先端はロードセルの少なくとも１つの外面に接触する。これによって、ロードセルに作用するねじりモーメントに基づいて、最大限に「許可される」剪断力に達する前に側部薄板が既にロードセルに接触し、それによって測定誤差が生じ得る自体が発生することはない。とりわけ、ねじ先端は、ロードセルに向けられた、側部薄板の内面を超えて突出する。

別の構成では、側部薄板が、ロードセルの少なくとも１つの面に配置されており、この面は、固定キャスタ又は自在キャスタの主移動方向に位置する。従って、ロードセルの幅狭面は、移動方向に対して横断する方向に位置する。更に、移動方向において比較的大きい力での衝突が生じる可能性が非常に高く、その場合、ロードセルは、長手方向において、横断方向よりも大きい剪断力を損傷なく受容することができる。

別の構成では、側部薄板の少なくとも１つの端面には、少なくとも１つの端部薄板が配置されている。これによって、剪断力が加わった際のロードセルの湾曲を小さい程度に留めることができる。このことは、端部薄板が設けられることで、側方では少なくとも１つの端面において、特に側部薄板の２つの端面において、端部薄板、特に２つの端部薄板がそれぞれ、側部薄板に対する固定のストッパを形成することによって実現される。このことは、それと同時に、側部薄板及び端部薄板の曲げ剛性が、ロードセルの許容される剪断力に合わせて設計されている場合には、そのように取り付けられたシングルポイント型ロードセルも過度に大きい剪断力から保護されることを意味する。これに関して、平行且つ鉛直に延びて配置されている、２つの端部薄板並びに２つの側部薄板がロードセルに配置されている場合には、測定技術的に最適である。端部薄板が設けられることで、力導入領域においては、生じた剪断力によって並進運動が生じ、またそれと同時に力伝達が対称的に行われる。２つの側部薄板と、不動の領域及び／又はロードセルの力導入領域との距離は、最大限に「許可される」剪断力が加わった際に、側部薄板が不動の領域及び／又はロードセルの力導入領域に当接し、従って剪断力がもはやロードセルを介して伝えられないように正確に選択されている。測定動作時に、側部薄板及びロードセルは、接触しない。換言すれば、測定動作時に、側部薄板とロードセルとの間に間隙が存在する。何故ならば、そうでない場合には、摩擦力及び剪断力が測定結果に影響を及ぼす、若しくは測定結果を劣化させる恐れがあり、またフォースシャントが生じる可能性があるからである。

別の構成では、端部薄板の材料厚さが、側部薄板の材料厚さよりも厚い。これによって、端部薄板は剪断力の方向において剛性があり、力導入領域においては、生じた剪断力によって並進運動が生じる。

別の構成では、接続体が、力導入領域の上に配置されており、接続体はロードセルのための過負荷ストッパとして使用され、また対象に接続される。接続体とロードセルの距離は、ロードセルの最大変位が定格負荷を上回ると即座に、ロードセルが接続体に接触するように選択されている。対象は、好適には、病床又は介護用ベッドであるが、しかしながら、他の対象、例えばコンテナ、機械、シャーシ又は足場なども考えられる。更に、固定キャスタ又は自在キャスタは、接続体に基づき、簡単に、既存の固定キャスタ又は自在キャスタと交換することができ、また対象に固定されている少なくとも１つの固定キャスタ又は自在キャスタから成る既存の運搬システムに差し込むことができる。従って、既存の運搬システムに重量測定機能を簡単に追加することができる。好適には、接続体は、少なくとも１つの側部薄板に接続されており、接続体は、側部薄板に力結合又は素材結合により接続されている。

別の構成では、ロードセルの不動の領域が、固定体を介して、少なくとも１つの側部薄板に接続されている。これによって、接続体は、側部薄板を介して、固定体に接続されており、この固定体はまた、ロードセルの不動の領域に接続されている。従って、対象は接続体を介して、不動の領域に接続されている。

別の構成では、回転プレートが固定キャスタ又は自在キャスタの車輪に接続されている。これによって、固定キャスタは、操作可能な固定キャスタないし自在キャスタになる。何故ならば、固定キャスタは、回転プレートに基づいて、付加的な回転軸周りに、特に付加的な鉛直方向の回転軸周りに動くことができるからである。とりわけ、回転プレートは、ロードセルの力導入領域に接続されている。接続体は、固定キャスタ又は自在キャスタの回転プレートの鉛直方向の回転軸線の延長線上に位置する。特に、軸ないしキャスタ回転軸は、鉛直方向の回転軸線からずらされて配置されている。これによって、固定キャスタ又は自在キャスタの良好な操作性が実現され、固定キャスタ又は自在キャスタの機械的な特性が最適になり、特に固定キャスタ又は自在キャスタの傾斜に対して最適になる。

別の構成では、ロードセルの力導入領域及び接続体が、鉛直方向の回転軸線上に位置し、ロードセルの不動の領域が、鉛直方向の回転軸線に対して横方向にずらされて配置されている。これによって、固定キャスタ又は自在キャスタの機械的な特性は変化しない。ここで、不動の領域は、ロードセルの位置固定された区間であり、これは可動の力導入領域に対向して配置されている。

更に、ロードセルの周囲にハウジングを配置することができ、このハウジングは、少なくとも１つの側部薄板及び少なくとも１つの端部薄板を包囲している。代替的に、少なくとも１つの側部薄板及び少なくとも１つの端部薄板は、ハウジングの一部であってよく、その場合には、ハウジングは、底面部分を有さないことになる。換言すれば、ハウジングは、１つの上部部分、２つの側部薄板及び２つの端部薄板から構成されることになる。従って、上部部分は、側部薄板と端部薄板との間の領域を閉鎖し、対象に対する接続領域を提供することになる。つまり、上部部分、側部薄板及び端部薄板は、対象とロードセルの不動の領域とに接続されることになる。これによって、ロードセルは保護されており、ロードセルの清掃が容易になる。何故ならば、ハウジングから汚染物を除去さえすればよいからである。

別の有利な態様は、添付の図面を参照した好適な実施例の以下の説明から明らかになる。
車輪を備えた固定キャスタ又は自在キャスタの概略図である。 ロードセルの概略図である。 ロードセルの平面図である。

図１は、車輪２及びロードセル３を備えた固定キャスタ１又は自在キャスタ１の概略図を示す。ロードセル３の上には、接続体４が配置されており、この接続体４が対象に接続される。接続体４は、一方では、端部薄板６、特に第１の端部薄板１０に接続されており、他方では、少なくとも１つの側部薄板７に接続されており、端部薄板６ないし第１の端部薄板１０は、ロードセル３の力導入領域８側に配置されている。とりわけ、接続体４は、端部薄板６及び／又は側部薄板７よりも厚い材料厚さを有する。図１には、ロードセル３、接続体４、固定体９及び端部薄板６の断面が示されている。ロードセル３の不動の領域５の上に、固定体９が配置されている。固定体９は、一方では、端部薄板６、特に第２の端部薄板１１と接続されており、他方では、少なくとも１つの側部薄板７と接続されており、端部薄板６ないし第２の端部薄板１１は、ロードセル３の不動の領域８側に配置されている。とりわけ、固定体９は、端部薄板６及び／又は側部薄板７よりも厚い材料厚さを有する。更に、不動体５と固定体９との間には、第１のスペーサ１３を配置することができ、この第１のスペーサは、不動の領域５と、側部薄板７並びに端部薄板６との高さの差を調整する。第１のスペーサ１３は、ロードセル３の一部であってもよいし、付加的な構成部材として設けられてもよい。

固定体９は、ロードセル３の不動の領域５に接続されている。とりわけ、不動の領域５は、固定体９に力結合により接続されており、少なくとも１つのねじ１２が、固定体９の少なくとも１つの貫通孔に挿入され、不動の領域５内のねじ穴にねじ込まれる。相応に、第１のスペーサ１３にも、少なくとも１つの貫通孔ないし少なくとも１つのねじ穴が設けられている。

接続体４は、１つないし複数の側部薄板７を介して、固定体９に接続されており、この固定体９はまた、ロードセル３の不動の領域５に接続されている。従って、接続体４は、ロードセル３の不動の領域５に接続されている。接続体４には、対象の脚部１４に接続される固定ピンを配置することができる。

ロードセル３の力導入領域８は、車輪２に接続されている。車輪２と力導入領域８との間には、第２のスペーサ１５を配置することができ、この第２のスペーサ１５は、ロードセル３の一部であってもよいし、付加的な構成部材として設けられてもよい。更に、第２のスペーサ１５は、固定キャスタ１又は自在キャスタ１の一部であってもよい。ロードセル３と接続体４との間、ないし力導入領域８と接続体４との間には間隙がある。接続体４とロードセル３ないし力導入領域８との距離は、定格負荷時にロードセル３の最大変位を超えると即座に、ロードセル３が接続体４に接するように選択されている。とりわけ、ロードセル３の不動の領域５に配置されている第１のスペーサ１３の材料厚さは、第１のスペーサの材料厚さが、定格負荷時のロードセル３の最大限「許可される」変位に相当するように選択されている。

ロードセル３の力導入領域８、接続体４、及び車輪２が回転する際の軸１６は、１つの鉛直方向の回転軸線１７上に位置する。ロードセル３の不動の領域５は、鉛直方向の回転軸線１７からずらされて配置されている。従って、接続体４、力導入領域８及び軸１６は、鉛直方向において一列に配置されている。代替的に、車輪２は、鉛直方向の回転軸線１７からずらして配置することができる。これに関して、ロードセル３と車輪２との間には、図示していない回転プレートを配置することができる。回転プレートは、第２のスペーサ１５の下方に配置されている付加的な構成部材であってもよい、又は回転プレートは、第２のスペーサ１５の一部であってもよい。

とりわけ、側部薄板７及び／又は端部薄板６、１０、１１には、ケーブルを案内するための図示していない開口部が設けられており、ケーブルは、ロードセル３に電流を供給し、ロードセルの測定信号を制御部に伝送することができる。

ロードセル３は、好適には、剪断ビーム型ロードセル、又は曲げ型ロードセル、又はシングルポイント型ロードセル、又は折り畳み式の剪断ビーム型／曲げビーム型ロードセル、又は圧縮型ロードセルである。

図２は、２つの側部薄板７及び２つの端部薄板６、１０、１１を備えたロードセル３の概略図であり、各側部薄板７は、ロードセル３の鉛直の長手方向側面１９に配置されており、鉛直の長手方向側面１９は、力導入領域８から不動の領域５まで延在しており、鉛直の長手方向側面１９は、ロードセル３の上面１８に対して直角に配置されている。ここで、ロードセル３の上面１８は、接続体４に接続される対象の方向に向けられている。更に、ロードセル３と側部薄板７との間に間隙２０が存在するか、もしくは側部薄板７と鉛直の長手方向側面１９との間に間隙２０が存在する。側部薄板７の各内面と、ロードセル３の外面ないし鉛直の長手方向側面１９の外面との間の間隙幅は、剪断力が加わった際のロードセル３の最大許容変位に相当する。最大許容変位を超えると、ロードセル３が損傷する可能性があり、従って使用不能になる。

測定動作時に、側部薄板７及びロードセル３は接触しない。端部薄板６、１０、１１は、側部薄板７の端面に配置されているか、もしくは第１の端部薄板１０は、力導入領域８側に配置されており、且つ第２の端部薄板１１は、不動の領域５側に配置されている。端部薄板６、１０、１１は、側部薄板７に対して直角に配置されており、且つロードセル３の上面１８に対して直角に配置されている。更に、側部薄板７は、端部薄板６、１０、１１よりも薄い材料厚さを有する。側部薄板７、端部薄板６、１０、１１、接続体４及び固定体９は、素材結合及び／又は力結合により相互に接続されている。

更に、側部薄板７は、それぞれ少なくとも１つの空所２２を有し、空所２２は、力導入領域８の近傍に配置されており、また空所２２は鉛直方向において、側部薄板７の高さの中間に配置されている。空所２２を通してねじ２３がねじ込まれ、ねじ先端とロードセル３の外面との間には間隙が存在する。

図３は、図２のロードセルを下側から示す。力導入領域８には、ねじ穴２１が配置されており、それらのねじ穴２１を介して、車輪２をロードセル３に固定することができる。側部薄板７が、比較的薄くて長いことに基づき、それらの側部薄板７は、鉛直方向において非常に剛性があり、これによって大きい力を伝達することができる。これに対して、水平方向ないし剪断力Ｆ_Ｑの方向においては、もしくは側部薄板７の材料厚さを横断する方向においては、側部薄板７は軟性がある。従って、側部薄板７は、剪断力Ｆ_Ｑによって湾曲する可能性がある。側部薄板７に接続されている端部薄板６、１０、１１は、側部薄板７に対する固定のストッパを形成する。これによって、剪断力Ｆ_Ｑが加わった際のロードセル３の湾曲を僅かな程度にとどめることができる。端部薄板６、１０、１１が設けられることで、力導入領域８においては、生じた剪断力Ｆ_Ｑによって並進運動が生じ、またそれと同時に力伝達が対称的に行われる。２つの側部薄板７と、不動の領域５及び／又はロードセル３の力導入領域８との距離は、最大限「許可される」剪断力Ｆ_Ｑが加わった際に、少なくとも１つの側部薄板７が不動の領域５及び／又はロードセル３の力導入領域８に当接し、従って剪断力Ｆ_Ｑがもはやロードセル３を介して伝えられないように正確に選択されている。

従って、過度に高い剪断力Ｆ_Ｑが加わった際に、側部薄板７が少なくとも部分的にロードセル３に接触し、側部薄板７は、剪断力Ｆ_Ｑが作用する側に配置されており、また端部薄板６、１０、１１に基づいて、対向する側部薄板７の並進運動が行われ、その結果、ロードセル３と、対向する側部薄板７との間の間隙２０、もしくはロードセル３と、対向する側部薄板７との距離は、剪断力Ｆ_Ｑが加わっていないときよりも大きい、もしくは通常の動作位置ないし測定動作時よりも大きい。これによって、過度に高い剪断力Ｆ_Ｑは、側部薄板７及び端部薄板６、１０、１１を介して誘導され、ロードセル３は、過度に高い剪断力Ｆ_Ｑから保護される。

図３には、剪断力Ｆ_Ｑがロードセル３に作用しない通常の動作位置にあるロードセル３が図示されている。ここでは、各側部薄板７が、ロードセル３まで同一の間隙２０ないし同一の距離を有している。端部薄板６、１０、１１の材料厚さは、側部薄板７の材料厚さよりも厚い。これによって、剪断力Ｆ_Ｑの方向において、端部薄板６、１０、１１は剛性がある。更に、ロードセル３の各外面と、ねじ２３もしくはねじ先端との間の間隙は、最大限「許可される」剪断力Ｆ_Ｑに相当し、この剪断力を上回ると、ねじ先端は、ロードセル３の各外面に接触し、従って剪断力Ｆ_Ｑはもはやロードセルを介して伝わらない。とりわけ、側部薄板７とロードセル３ないし各鉛直の長手方向側面１９との間の間隙２０は、ロードセル３の各外面と各ねじ先端との間の間隙よりも大きく、各ねじ先端は、とりわけ各側部薄板７の各内面から突出している。

１ 固定キャスタ／自在キャスタ
２ 車輪
３ ロードセル
４ 接続体
５ 不動の領域
６ 端部薄板
７ 側部薄板
８ 力導入領域
９ 固定体
１０ 第１の端部薄板
１１ 第２の端部薄板
１２ ねじ
１３ 第１のスペーサ
１４ 対象の脚部
１５ 第２のスペーサ
１６ 軸
１７ 鉛直方向の回転軸線
１８ 上面 ロードセル
１９ 鉛直の長手方向側面
２０ 間隙
２１ ねじ穴
２２ 空所
２３ ねじ
Ｆ_Ｑ 剪断力

Claims (16)

1. 少なくとも１つの車輪（２）及びロードセル（３）を備えた固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）であって、
   前記車輪（２）は、軸（１６）に支承されており、前記ロードセル（３）は、力導入領域（８）及び不動の領域（５）を有し、前記力導入領域（８）は、前記車輪（２）に接続されている、固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）において、
   前記ロードセル（３）の鉛直の長手方向側面（１９）には、側部薄板（７）が、前記ロードセル（３）の前記不動の領域（５）に接続されており、
   前記側部薄板（７）と前記ロードセル（３）の前記鉛直の長手方向側面（１９）との間に間隙（２０）が存在し、
   前記側部薄板（７）の少なくとも１つの端面には、少なくとも１つの端部薄板（６、１０、１１）が配置されており、
   前記端部薄板（６、１０、１１）の材料厚さは、前記側部薄板（７）の材料厚さよりも厚いことを特徴とする固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
2. 測定動作時に前記間隙（２０）は、前記側部薄板（７）と前記ロードセル（３）との間に存在することを特徴とする、請求項１記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
3. 最大許容剪断力（ＦＱ）を超えると、前記側部薄板（７）の内面が、前記ロードセル（３）の少なくとも１つの外面に接触することを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
4. 前記側部薄板（７）は空所（２２）を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
5. 前記空所（２２）は、鉛直方向において、前記側部薄板（７）の高さの中間に配置されていることを特徴とする、請求項４記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
6. 前記空所（２２）は、前記力導入領域（８）の近傍に配置されていることを特徴とする、請求項４又は５記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
7. 前記空所（２２）を通してねじ（２３）がねじ込まれ、ねじ先端と前記ロードセル（３）の外面との間には間隙が存在する、請求項４から６のいずれか一項に記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
8. 最大許容剪断力（ＦＱ）を超えると、前記ねじ先端は、前記ロードセル（３）の少なくとも１つの外面に接触することを特徴とする、請求項７記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
9. 前記側部薄板（７）は、前記固定キャスタ（１）の主移動方向に位置する、前記ロードセル（３）の少なくとも１つの面に配置されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
10. 接続体（４）が、前記力導入領域（８）の上に配置されており、前記接続体（４）は、前記ロードセル（３）のための過負荷ストッパとして使用され、且つ対象に接続されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
11. 前記接続体（４）は、前記少なくとも１つの側部薄板（７）に接続されていることを特徴とする、請求項１０記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
12. 前記ロードセル（３）の前記不動の領域（５）は、固定体（９）を介して、前記少なくとも１つの側部薄板（７）に接続されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
13. 回転プレートが前記車輪（２）に接続されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
14. 前記回転プレートは、前記力導入領域（８）に接続されていることを特徴とする、請求項１３記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
15. 前記力導入領域（８）の上に配置されている接続体（４）は、前記回転プレートの鉛直方向の回転軸線（１７）の延長線上に位置することを特徴とする、請求項１３又は１４記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。
16. 前記ロードセル（３）の前記力導入領域（８）は、前記鉛直方向の回転軸線（１７）上に位置し、前記ロードセル（３）の前記不動の領域（５）は、前記鉛直方向の回転軸線（１７）から横方向にずらされて配置されていることを特徴とする、請求項１５記載の固定キャスタ（１）又は自在キャスタ（１）。