JP2009173068A - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コスト及び省電力化を図った上で、電動キャスタにより安定した走行が得られるとともに、走行の自由度を向上させることができる搬送装置を提供する。
【解決手段】車体２に電動キャスタ２１が取り付けられた搬送車１において、電動キャスタ２１は、一対の駆動輪３２，３３を備え、これら駆動輪３２，３３のそれぞれにモータ４５が内蔵されて独立して駆動可能で、一対の駆動輪３２，３３の回転差によって走行方向を変更可能に構成され、電動キャスタ２１には、電動キャスタ２１の駆動を車体２へ伝達し、または切り離し可能な電磁クラッチ７０が連結されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、搬送装置に関するものである。

従来から、電動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。この電動キャスタは、シャーシ部（車体）に回転自在に取付けられた支柱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、特許文献２参照）。

特許文献１によれば、前記電動キャスタを車体の前下部または、後下部に１つ配置し、それぞれ後部または前部に車体安定のための従動輪を配置する構造が開示されているとともに、これに加えて、電動キャスタを車体の中央下部に１つ配置することにより回転半径ゼロの旋回（芯地回転）を行える技術も開示されている。
また、特許文献２によれば、前記電動キャスタを車体の前後に１つずつ設けることにより、搬送車の直進や、カーブ、芯地旋回等を安定して行うことを可能にしている。
特開２００４−９０９０３号公報 特開平１１−１１３１８号公報

しかしながら、特許文献１において電動キャスタを車体の中央下部に設ける構造にあっては、前述した芯地回転を行えるものの、カーブ等の旋回作動を行う場合、電動キャスタの作動に車体が追従することができない。すなわち、車体の向きが変更されずに電動キャスタのみの向きが変更してしまうため、カーブ等の旋回作動を行うことができず、また、直進走行においても安定性が悪いという問題がある。
また、特許文献２に示す搬送車にあっては、電動キャスタを車体の前後に１つずつ配置することにより、搬送車の直進や、カーブ、芯地旋回等を安定して行うことを可能にしているが、電動キャスタを前後に１つずつ配置することにより、製造コスト及び消費電力が増加してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コスト化及び省電力化を図った上で、安定した走行が得られるとともに、走行の自由度を向上させることができる搬送装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、車体に電動キャスタが取り付けられた搬送装置において、前記電動キャスタは、一対の駆動輪を備え、これら駆動輪のそれぞれにモータが内蔵されて独立して駆動可能で、前記一対の駆動輪の回転差によって走行方向を変更可能に構成され、前記電動キャスタには、該電動キャスタの駆動力を前記車体へ伝達し、または切り離し可能な駆動力制御手段が連結されていることを特徴とする。
この搬送装置は、電動キャスタに駆動力制御手段を設けることにより、電動キャスタから駆動力を車体へ伝達し、または切り離すことができる。つまり、直進またはカーブ等を行う場合、駆動力制御手段により電動キャスタの駆動力を車体に伝達することで、電動キャスタと車体とが一体化し、電動キャスタの駆動に車体が追従するように作動するため、直進または旋回等を安定して行うことができる。
また、駆動力制御手段により電動キャスタの駆動力を切り離すことで、電動キャスタのみの向きを変更することができるため、車体の向きを維持した状態で芯地旋回や斜め走行等を安定して行うことができる。

請求項２に記載した発明は、前記電動キャスタは、前記車体の重心に１つ設けられ、前記電動キャスタの周囲には、前記電動キャスタの駆動に対して従動する複数のフリーキャスタが配置されていることを特徴とする。
この搬送装置は、駆動輪の回転差で走行方向を変更するときに、フリーキャスタの向きが走行方向と異なって抵抗になった場合でも、電動キャスタが車体の重心に配置されているので、安定して走行させることができる。
また、電動キャスタを１つにすることで低コスト化及び省電力化を図ることができるとともに、装置のコンパクト化を図ることができる。

請求項３に記載した発明は、前記駆動力制御手段は、電磁クラッチであることを特徴とする。
この搬送装置は、電磁クラッチに通電し、励磁または非励磁に切り替えることで、電動キャスタの駆動力を車体へ伝達し、または切り離しを行うことができる。

本発明によれば、電動キャスタに駆動力制御手段を設けることにより、電動キャスタから駆動力を車体へ伝達し、または切り離すことができる。したがって、電動キャスタが１つのみの場合でも、芯地旋回、カーブ等の旋回動作を含む全方向の安定した走行が可能になるため、低コスト化及び省電力化を図った上で、走行の自由度を向上させることができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施の形態で同じ構成要素には、同一の符号を付してある。また、重複する説明は省略する。

図１，２に示すように、搬送装置（以下、搬送車という）１は、矩形の平板状の車体２を有する。車体２は、その上面が部品等を搭載可能な載置スペースになっている。車体２の下面には、電動キャスタ２１と、フリーキャスタ２２，２３，２４，２５と、制御装置２６及びバッテリ２７が配設されている。

電動キャスタ２１は、車体２の２つの角部を通る２つの対角線の交点、すなわち車体重心Ｃ１（車体２の重心）上に配置されている。フリーキャスタ２２〜２５は、車体２の角部であって、車体２の２つの角部を通る２つの対角線上に配置されており、かつ車体重心Ｃ１に対して略対称な位置に設けられている。フリーキャスタ２２〜２５は、車体２に支柱３１が鉛直軸を中心に３６０°回転自在に支持され、１つの車輪が支柱３１に対して回転自在に取り付けられている。なお、各キャスタ２１〜２５を駆動させたときの軌跡は、平面視で車体２の外側には突出しない。

図３に示すように、電動キャスタ２１は、支柱３１に支持されている。この支柱３１は、車体２の下側から開口部２ａを鉛直上方向に挿通され、後述するベアリング１６，１７，１８により鉛直軸を中心に３６０°回転自在に支持されている。支柱３１の下端部は水平方向に分岐しており、一対の駆動輪３２，３３がベアリング３５でそれぞれが回転自在に取り付けられている。駆動輪３２，３３は、支柱３１に回転自在に支持された有底筒状のホイール４１を有し、ホイール４１の開口部を蓋部４２で覆うとともに、ホイール４１の外周部分に床面などに接地する車輪４３がボルトで固定されている。ホイール４１と蓋部４２が形成する内部空間には、モータ４５が１つずつ内蔵されており、各々の駆動輪３２，３３を独立して回転駆動できるようになっている。

モータ４５は、支柱３１に固定されたブラケット５１と、ブラケット５１に固定されたヨーク５２とを有し、ブラケット５１及びヨーク５２でアーマチュア５３を略水平に、かつ回転自在に支持している。ブラケット５１には、ベアリング５４が圧入されるとともに、ブラシホルダ５５が固定されている。ブラシホルダ５５には、給電用のブラシ５６が収容されている。ブラシ５６には、ブラケット５１内を通る通電線によって電流が供給されるようになっている。さらに、ブラケット５１の周縁部には、ヨーク５２の開口部が固定されている。ヨーク５２は有底筒形状を有し、底部５２Ａに形成された孔にベアリング５７が圧入されている。さらに、ヨーク５２の内周面には複数のマグネット５８が接着材等で固定されている。アーマチュア５３は、２つのベアリング５４，５７に支持される回転軸５９に、コンミテータ６０とコア６１が固定されている。コア６１にはコイル６２が巻装されており、コイル６２の巻線はコンミテータ６０の外周に配列されたセグメントに固定されている。セグメントはブラシ５６に摺接している。

回転軸５９は、ヨーク５２の底部５２Ａから突出し、減速機構６５に噛合されている。
減速機構６５は、回転軸５９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６６と、車輪４３の蓋部４２に一体に形成され段付平歯車６６に噛合される内歯歯車６８とで構成されている。段付平歯車６６は、ヨーク５２の底部５２Ａに突設されている不図示の支柱に回転自在に支持されている。この不図示の支柱は、段付歯車６６を貫通し、車輪４３の蓋部４２側に突出している。この支柱が突出した部位には、支持部材６７が取付けられている。この支持部材６７は、軸受け６９を介して蓋部４２を回転自在に支持している。このように、アーマチュア５３の出力軸５９は、減速機構６５を介して車輪４３と連係した状態になっている。

制御装置２６と、バッテリ２７は、搬送車１の車体重心Ｃ１が車体２の中心に略一致するように配置されている。
制御装置２６は、不図示の操作部からの入力を受けて各電動キャスタ２１の一対のモータ４５の回転数、回転数の比、回転方向を演算する運転制御部と、運転制御部の演算結果に応じて各モータ４５を駆動させるドライバ回路とを有し、各モータ４５毎に回転制御できるようになっている。
不図示の操作部としては、車体２に操作ハンドルを取り付けた場合に操作ハンドルに設けられたり、有線又は無線で搬送車１に接続されたりする。操作部としては、走行方向に合わせて傾倒可能な操作レバーや、移動方向に対応して配設されたボタンなどを使用できる。

一方、支柱３１の上端部には電磁クラッチ７０（駆動力伝達手段）が連結されている。この電磁クラッチ７０は、電動キャスタ２１の水平方向の回動力を車体２へ伝達し、または車体２から切り離すものであり、この電動クラッチ７０のケーシング２を介して支柱３１が車体２に水平方向に回動可能に支持されている。

具体的には、ケーシング２は、支柱３１の軸線方向であって車体２を境にして下側の第１分割体３と上側の第２分割体４とに分割構成され、第２分割体４の開口縁４ａを支柱３１が挿通される車体２の開口部２ａに固定し、第１分割体３のフランジ部３ａを車体２の裏面に固定して、これら第１分割体３と第２分割体４とで収納部１５が形成されるものである。なお、各分割体３，４はアルミニウムなどの金属で成形されている。各分割体３，４はそれぞれ向き合う側が開放された略凹状断面形状の部材で、第１分割体３の端板部３ｂに設けたベアリング１６，１７と、第２分割体４の端板部４ｂに設けたベアリング１８とにより支柱３１を車体２に対して回転可能に支持している。

支柱３１のケーシング２内に位置する部位には、ホイール６の胴部６ａが一体的に固定されている。
ホイール６の胴部６ａの外周部には第２分割体４との間に、円環状の励磁コイル７及びその励磁コイル７を保持する円環状のヨーク８が支柱３１と同軸で第２分割体４に固定されている。ヨーク８及び励磁コイル７には第２分割体４の端板部４ｂ側に入力側部材９が固定されている。この入力側部材９は、磁性体から形成された断面コの字状に形成された環状の部材であり、外周部分と内周部分が励磁コイル７の内周と外周の一部を囲むようになっている。

入力側部材９と第２分割体４の端板部４ｂとの間には、円盤状の板磁性体からなる出力側回転部材１１が互いに重ね合わされた２枚の板ばね１２を介して支柱３１に一体固定されている。したがって、支柱３１が車体２に対して回動すると出力側回転部材１１が回動するが、励磁コイル７が通電されると、入力側部材９が磁化し、これに出力側回転部材１１が吸着することにより支柱３１つまり電動キャスタ２１の支柱３１を中心にした回動力に制動力が付与される。
なお、支柱３１の車体２に対する支持部分は中空に形成され、内部にハーネス挿通され、支柱３１の上端部から外部に引き出され外部の電子回路に接続されている。ここで、電磁クラッチ７０の制御は、前述した制御装置２６により、電動キャスタ２１の制御と共有して行えるようになっている。

次に、作用について説明する。
搬送車１が前進するときは、電磁クラッチ７０を通電し、励磁コイル７を励磁することで、出力側回転部材１１及びヨーク８、入力側部材９に磁束が通り、出力側回転部材１１が入力側部材９に吸着する。これにより、電動キャスタ２１の支柱３１の鉛直軸を中心とした水平方向の回動力に制動力が付与され、その回動力が車体２に伝達される状態となる（以下、駆動力伝達状態という）。そして、制御装置２６の運動制御部が各モータ４５を同じ回転速度（回転比＝１）で、かつ前進する方向に正転させる。すると、モータ４５のアーマチュア５３が回転し、減速機構６５で減速された回転数で電動キャスタ２１が駆動し、フリーキャスタ２２〜２５が従動して搬送車１が前進する。

搬送車１が後退するときは、モータ４５が逆転する他は前進時と同様の動作をする。
なお、操作部として操作レバーを使用して操作する場合には、操作レバーを傾倒させることで、制御装置２６が走行方向を決定する。さらに、操作レバーの傾斜角度で、走行速度を決定する。すなわち、操作レバーの傾斜角度が小さいときは、モータ４５の回転速度が小さくなる。傾斜角度が大きいときは、モータ４５の回転速度が大きくなる。

搬送車１を右旋回（カーブ）させるときは、電磁クラッチ７０を駆動力伝達状態とし、電動キャスタ２１の回動力が車体２に伝達されるようにする。そして、制御装置２６が電動キャスタ２１において前進方向の左側にあるモータ４５を所定の回転数で正転させ、右側にあるモータ４５の回転数をゼロ又は左側より小さい回転数に設定する。これにより、左側の駆動輪３３が所定の回転数で回転するのに対して、右側の駆動輪３２はほとんど回転しないので、電動キャスタ２１の一対の駆動輪３２，３３の間に回転差が生じ、搬送車１が右側に旋回する。

この時、車体２と電動キャスタ２１とは、電磁クラッチ７０により駆動力伝達状態とされているため、電動キャスタ２１と車体２とが一体化し、車体２が電動キャスタ２１の旋回方向（右方向）に追従するように旋回することとなる。搬送車１を左旋回させるときは、電動キャスタ２１の左右のモータ４５の動作が逆転する他は右旋回時と同様の動作をする。

搬送車１を静止位置で右回りに回転（芯地回転）させるときは、まず電磁クラッチ７０の励磁コイル７を非励磁状態とすることで、入力側部材９と出力側回転部材１１とが切り離され、電動キャスタ２１の支柱３１の鉛直軸を中心とした回動力が車体２に伝達されない状態とする。そして、制御装置２６が電動キャスタ２１の前進方向で左側にあるモータ４５を正転させ、右側にあるモータ４５を停止させる。

これにより、電動キャスタ２１の一対の駆動輪３２，３３の間に回転差が生じ、電動キャスタ２１が車体２に対して回動する。つまり、搬送車１が停止し、車体２の向きを維持した状態で電動キャスタ２１のみの向きが変わる。一対の駆動輪３２，３３が回転方向に向いたら、電磁クラッチ７０駆動力伝達状態とし、電動キャスタ２１の駆動を車体２に伝達させる。そして、制御装置２６が各駆動輪３２，３３を同じ回転数で、かつ同じ方向に回転させる。これによって、搬送車１がその場で回転する。電動キャスタ２１の向きを変更するときは、一対の駆動輪３２，３３の一方を正転させ、他方を逆転させても良い。

搬送車１を斜め方向や、横方向に移動させるときも、同様にして、電動キャスタ２１の回動力を電磁クラッチ７０により伝達し、または切り離し、電動キャスタ２１内の２つの駆動輪３２，３３を所定の回転数比で回転させて、電動キャスタ２１，２３の向きを斜め方向や、横方向に移動させてから、駆動輪３２，３３を同じ回転数で駆動さても良い。

したがって、上述の実施の形態によれば、電動キャスタ２１に電磁クラッチ７０を設けることにより、電動キャスタ２１の支柱３１の鉛直軸を中心とした水平方向の回動力を車体２へ伝達し、または切り離すことができる。つまり、搬送車１が直進またはカーブ等を行う場合、電磁クラッチ７０を駆動力伝達状態とし、電動キャスタ２１の駆動を車体２に伝達することで、電動キャスタ２１と車体２とが一体化し、電動キャスタ２１の駆動に車体２が追従するように作動するため、搬送車１の直進またはカーブ等の移動を安定して行うことができる。また、電磁クラッチ７０により電動キャスタ２１の駆動を切り離すことで、電動キャスタ２１のみの向きを変更することができるため、車体２を静止した状態で、芯地旋回、斜め方向等の移動を安定して行うことができる。
したがって、電動キャスタ２１が１つのみの場合でも、芯地旋回、カーブ等の旋回動作を含む全方向の走行が可能になり、走行の自由度を向上させることができる。また、電動キャスタ２１を１つにすることで、低コスト化及び省電力化を図ることができるとともに、搬送車１自体のコンパクト化を図ることができる。
さらに、駆動輪３２，３３の回転差で走行方向を変更するときに、フリーキャスタ２２〜２５の向きが走行方向と異なって抵抗になった場合でも、電動キャスタ２１が車体重心Ｃ１に配置されているので、安定して走行させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本実施形態においては、駆動力制御手段として電磁クラッチを用いた場合について説明したが、電磁クラッチ以外のクラッチ機構を用いてもよく、電磁ブレーキ等のブレーキ機構を用いてもよい。
また、電動キャスタを複数設けてもよく、この場合、１つのみの電動キャスタに電磁クラッチを連結し、それ以外の電動キャスタを支柱の鉛直軸を中心に回転自在に構成してもよい。

さらに、車体上に部品等を載置する他の載置スペースを設けたり、多段に部品を配置できるように構成しても良い。部品の落下を防止する柵を設けても良い。
また、実施形態で搬送車は、荷物を搭載可能な台車として使用する場合を例にして説明したが、電動ベッドや電動歩行器、電動車椅子など、種々に応用することができる。

また、アーマチュアの回転軸は、減速機構を介して車輪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、減速機構に代えて遊星減速機構としてもよい。この場合、段付歯車を回転軸に噛合って自転すると共に、回転軸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係る搬送装置の構成を示す側面図である。 搬送装置の平面図であって、各キャスタの配置を説明する図である。 搬送装置の電動キャスタ及び電磁クラッチの構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 搬送車（搬送装置） ２ 車体 ２１ 電動キャスタ ２２，２３，２４，２５ フリーキャスタ ３２，３３ 駆動輪 ４５ モータ ７０ 電磁クラッチ（駆動力制御手段） Ｃ１ 車体重心

Claims (3)

1. 車体に電動キャスタが取り付けられた搬送装置において、
   前記電動キャスタは、一対の駆動輪を備え、これら駆動輪のそれぞれにモータが内蔵されて独立して駆動可能で、前記一対の駆動輪の回転差によって走行方向を変更可能に構成され、
   前記電動キャスタには、該電動キャスタの駆動力を前記車体へ伝達し、または切り離し可能な駆動力制御手段が連結されていることを特徴とする搬送装置。
2. 前記電動キャスタは、前記車体の重心に１つ設けられ、前記電動キャスタの周囲には、前記電動キャスタの駆動に対して従動する複数のフリーキャスタが配置されていることを特徴とする請求項１記載の搬送装置。
3. 前記駆動力制御手段は、電磁クラッチであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の搬送装置。

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