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【発明の名称】 リニア式台車型搬送装置
【発明者】 【氏名】藤沢 友二

【氏名】正田 憲昭

【氏名】奥田 正人

【氏名】石塚 仁司
【要約】 【課題】曲率半径の小さいベンド部でも容易且つ安価に製造できるリニアモータ式台車型搬送装置。

【解決手段】建物等の天井面１２に設けた吊り金具１０には、２本のレール１が互いに平行に設けられている。吊り金具１０には、複数の励磁コイル２がレール１に沿って並列して所定間隔毎に設けられている。搬送台車４の台車本体の側面４ｂの外側には永久磁石５が取り付けられている。台車本体の底面４ａの支持ローラ８はレール１の凹状の溝１ａ内に配され溝１ａ内を転動する。サイドローラ３はレール１の外側面を転動する。励磁コイル２と永久磁石５とによって構成されるリニアモータによって、荷物７を載せた搬送台車４はレール１上を走行自在である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 上側が解放された凹状の溝を有し、互いに平行にほぼ水平に設けられた、制振材または耐摩耗材が塗布された２本のレールと、前記レールに沿って所定間隔毎に設けられた、その極性が変換可能な背面に磁性材を持つ複数の励磁コイルと、前記レールの凹状の溝内を転動する支持ローラおよび前記レールの側面を転動して走行の振れを防止し磁石の吸着力を支えるためのサイドローラを備え荷台にコンベアを有する搬送台車と、前記搬送台車に取り付けられた所定幅を有する複数極の永久磁石と、前記励磁コイルの位置毎に取り付けられた、前記搬送台車の前記永久磁石の位置を検知するためのセンサと、前記センサの信号で前記励磁コイルの極性を変換するための極性変換機構とからなり、前記搬送台車は、前記支持ローラおよび前記サイドローラを介して、前記励磁コイルと前記永久磁石とによって構成されるリニアモータによって前記レール上を走行自在であることを特徴とするリニア式台車型搬送装置。
【請求項２】 相対する側が解放された凹状の溝を有し、互いに平行にほぼ水平に設けられた、制振材または耐摩耗材が塗布された２本のレールと、前記レールに沿って所定間隔毎に設けられた、上面にその極性が変換可能で背面に磁性材を持つ複数の励磁コイルと、懸垂機構によって前記レールの下方に懸垂され荷台にコンベアを有する搬送台車と、前記搬送台車の上面に取り付けられた所定幅を有する複数極の永久磁石と、前記励磁コイルの位置毎に取り付けられた、前記搬送台車の前記永久磁石の位置を検知するためのセンサと、前記センサの信号で前記励磁コイルの極性を変換するための極性変換機構とからなり、前記懸垂機構は、前記搬送台車の上面に設けられた支持枠と、前記支持枠の上端部に軸着され、前記レールの前記凹状の溝内に配され前記溝内を転動する支持ローラと、前記支持枠に軸着され、前記レールの側面を転動して前記搬送台車の走行の振れを防止しベンド部を円滑に駆動可能とするためのサイドローラとを備え、前記搬送台車は、前記懸垂機構、前記支持ローラおよび前記サイドローラを介して磁石の背面への吸着力と重量を支持して前記励磁コイルと前記永久磁石とによって構成されるリニアモータによって前記レールに沿って移動自在であり、上面の磁石の吸着力を利用して荷重を低減したことを特徴とするリニア式台車型搬送装置。
【請求項３】 搬送台車の側面の周囲を四角く囲み互いに平行にほぼ鉛直に設けられた、前記搬送台車の前記側面に向いた側が解放された凹状の溝を有する、制振材または耐摩耗材が塗布された４本のレールと、前記レールに沿って所定間隔毎に設けられた、その極性が変換可能な背面に磁性材を持つ複数の励磁コイルと、前記側面に前記レールの前記溝内を重力および吸着力を支持しながら転動する支持ローラおよび前記レールの側面を転動して前記搬送台車の走行の振れを防止するためのサイドローラを備え荷台にコンベアを有する前記搬送台車と、前記搬送台車の側面に取り付けられた所定幅を有する複数極の永久磁石と、前記励磁コイルの位置毎に取り付けられた、前記搬送台車の永久磁石の位置を検知するためのセンサと、前記センサの信号で前記励磁コイルの極性を変換するための極性変換機構とからなり、前記搬送台車は、前記溝内に配された前記支持ローラおよび前記サイドローラを介して、前記励磁コイルと前記永久磁石とによって構成されるリニアモータによって前記レールに沿って鉛直方向に移動自在であり所定の停止位置に出し入れ自在のストッパを有することを特徴とするリニア式台車型搬送装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、荷物を搭載した搬送台車がレールに沿って騒音を抑えて静かにリニアモータにより駆動する方式を用いたリニア式台車型搬送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、励磁コイルが複数並設されたリニアチューブと、カプセル型走行体に取り付けられた永久磁石とによって構成されるリニアモータによって、カプセルがリニアチューブ内を走行自在のリニア式カプセル型走行装置が開発されている。
【０００３】従来のリニア式カプセル型走行装置は、例えば、特開平３−１０３００４号公報に開示されるように、リニアチューブのチューブ本体の外側に励磁コイル（電磁石）を巻装する構成となっている（以下、「先行技術」という）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】先行技術では、チューブ本体の外側に巻装するので励磁コイルが大型となりまた、ベンド部（曲線状部）の曲率半径の小型化によりリニアチューブの製造が難かしくコストアップとなるといった問題がある。
【０００５】従って、この発明の目的は、上述の課題を解決し、低コストで製造することができ、曲率半径の小さいベンド部でも製造容易なリニア式台車型搬送装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、上側が解放された凹状の溝を有し、互いに平行にほぼ水平に設けられた、制振材または耐摩耗材が塗布された２本のレールと、前記レールに沿って所定間隔毎に設けられた、その極性が変換可能な背面に磁性材を持つ複数の励磁コイルと、前記レールの凹状の溝内を転動する支持ローラおよび前記レールの側面を転動して走行の振れを防止し磁石の吸着力を支えるためのサイドローラを備え荷台にコンベアを有する搬送台車と、前記搬送台車に取り付けられた所定幅を有する複数極の永久磁石と、前記励磁コイルの位置毎に取り付けられた、前記搬送台車の前記永久磁石の位置を検知するためのセンサと、前記センサの信号で前記励磁コイルの極性を変換するための極性変換機構とからなり、前記搬送台車は、前記支持ローラおよび前記サイドローラを介して、前記励磁コイルと前記永久磁石とによって構成されるリニアモータによって前記レール上を走行自在であることに特徴を有するものである。
【０００７】請求項２記載の発明は、相対する側が解放された凹状の溝を有し、互いに平行にほぼ水平に設けられた、制振材または耐摩耗材が塗布された２本のレールと、前記レールに沿って所定間隔毎に設けられた、上面にその極性が変換可能で背面に磁性材を持つ複数の励磁コイルと、懸垂機構によって前記レールの下方に懸垂され荷台にコンベアを有する搬送台車と、前記搬送台車の上面に取り付けられた所定幅を有する複数極の永久磁石と、前記励磁コイルの位置毎に取り付けられた、前記搬送台車の前記永久磁石の位置を検知するためのセンサと、前記センサの信号で前記励磁コイルの極性を変換するための極性変換機構とからなり、前記懸垂機構は、前記搬送台車の上面に設けられた支持枠と、前記支持枠の上端部に軸着され、前記レールの前記凹状の溝内に配され前記溝内を転動する支持ローラと、前記支持枠に軸着され、前記レールの側面を転動して前記搬送台車の走行の振れを防止しベンド部を円滑に駆動可能とするためのサイドローラとを備え、前記搬送台車は、前記懸垂機構、前記支持ローラおよび前記サイドローラを介して磁石の背面への吸着力と重量を支持して前記励磁コイルと前記永久磁石とによって構成されるリニアモータによって前記レールに沿って移動自在であり、上面の磁石の吸着力を利用して荷重を低減したことに特徴を有するものである。
【０００８】請求項３記載の発明は、搬送台車の側面の周囲を四角く囲み互いに平行にほぼ鉛直に設けられた、前記搬送台車の前記側面に向いた側が解放された凹状の溝を有する、制振材または耐摩耗材が塗布された４本のレールと、前記レールに沿って所定間隔毎に設けられた、その極性が変換可能な背面に磁性材を持つ複数の励磁コイルと、前記側面に前記レールの前記溝内を重力および吸着力を支持しながら転動する支持ローラおよび前記レールの側面を転動して前記搬送台車の走行の振れを防止するためのサイドローラを備え荷台にコンベアを有する前記搬送台車と、前記搬送台車の側面に取り付けられた所定幅を有する複数極の永久磁石と、前記励磁コイルの位置毎に取り付けられた、前記搬送台車の永久磁石の位置を検知するためのセンサと、前記センサの信号で前記励磁コイルの極性を変換するための極性変換機構とからなり、前記搬送台車は、前記溝内に配された前記支持ローラおよび前記サイドローラを介して、前記励磁コイルと前記永久磁石とによって構成されるリニアモータによって前記レールに沿って鉛直方向に移動自在であり所定の停止位置に出し入れ自在のストッパを有することに特徴を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。まず、リニアモータについて説明する。図９はリニアモータの動作原理を示す斜視図、図１０は電流の流し方を説明するグラフである。リニアで駆動する搬送システムで駆動用の同期型のリニアモータは、楕円型のコイル（励磁コイル）２を搬送路に取り付け、コイルごとに位置検知センサ６が取り付けてある。この位置検知センサ６は、１方向性の磁気センサ（位置センサ）を用いている。コイルの所定幅（３／５Ｐ）は、所定ピッチ（Ｐ）で取り付け、電流が交互に正方向と反対方向になるように順次変えて、複数相ごとにシリーズ配線している。センサ６は１方向のみ検知する磁気センサで、検知方向を順次替えて取り付け、複数相（例えば３相）ごとに配線している。搬送体（搬送台車）４には、コイル幅と同じで、極を順次替え、コイル方向に磁界が出るように複数極の永久磁石５を取り付けている。推力は磁石５から出た磁束が電流が流れているコイル２を通過する際、「フレミングの左手の法則」に従い、磁束方向に垂直方向に磁力が発生する。このように、電流の流し方で進行方向が正方向にも、逆方向にも容易に発生でき、磁石５を付けた搬送体４はこの反力で走行できる。図９はリニアモータの構成を示している。永久磁石５や励磁コイル２のバックに磁束が飽和しない程度の磁性材のコアを取り付けることで、磁束が増大し、効率アップが出来る。駆動方法は、５極の磁石５に対してセンサ６の検知の仕方で１周期（Ｆ）の１／８おきにパターン化できる。これは、センサ６を増やすことで更にパターン数を増やすことができ、微細な制御ができる。このパターンが切り替える位置によって、複数相（例えば３相）のコイル２に対してセンサ６で検知したパターンに対応した電流の流し方を設定できる。電流の流し方は、正に１／４区間、停止１／８区間、逆側に１／４区間、停止１／８区間の順で動作する。図１０は、駆動方法の１例として、３相の電源に対する５極の磁石を使用した例として、このセンサ６のパターンに対する電流の流し方を示している。
【００１０】電源装置は、３相の場合、６個のＩＧＢＴ等の素子を制御して、センサで検知したパターンに沿ってＯＮ・ＯＦＦを制御することで、コイルに流す電流をパターン化できる。図１０は、５極の永久磁石位置、コイル位置とセンサ位置とセンサの検知パターンおよびコイルへの電流方向を示している。
【００１１】図７は、搬送ラインにおけるセクション制御および複数台車が同時駆動するための複数ゾーンの制御方法を示す配線図、図８は、リニアモータの１セクションを示す配線図である。複数個の励磁コイル２は、複数のセクションに分かれており、各セクションは、多相電力ケーブルの電源ケーブルに並列に配線されている。励磁コイル２および磁気センサ６は、切替器２３を介して各セクションおよび相毎にシリーズに配線されている。磁気センサ６からの信号がＯＲ回路を経て制御装置にデジタル信号で送られることによって搬送台車４の所在セクション位置が検知される。このようにして、搬送台車４が磁気センサ６によって検知されると、切替器２３に信号が送られて、搬送台車４が走行しているセクションの励磁コイル２のみに通電される。従って、搬送台車４が走行していない他のセクションの励磁コイル２には通電されない。
【００１２】搬送台車４の走行は、永久磁石５に対し「フレミングの左手の法則」に従った励磁パターンを付与することにより行なわれる。即ち、搬送台車４に取り付けられた永久磁石５が位置センサ（磁気センサ）６を通過すると該センサ６がこれを検知し、その直後から電流の停止および搬送台車４の進行方向前方の励磁コイル２がコイルのピッチ間隔の３／５の幅の永久磁石５と異なる極性となるように電流が流れる。これにより、永久磁石５は前記励磁コイル２に走行方向と反対の推力が働き反力として搬送台車４は走行方向へ力が作用し移動する。次いで、永久磁石５が次の走行方向前方の位置センサ６を通過すると該センサ６がこれを検知し、その直後から前記励磁コイル２に流れる電流が停止および逆転し反対極の永久磁石５と前記励磁コイル２に進行方向と逆の推力が生じる。搬送台車４には反力が働き走行方向へ押し出される。これを、各励磁コイル２毎に複数極の永久磁石で順次繰り返して行うことにより、搬送台車４は走行方向へ連続して走行する。このように、励磁コイル２と複数極の永久磁石５との位置を位置センサ６により検知し、一定方向（走行方向）にリニアモータによる複数極倍で均一の推力を付与できる。
【００１３】搬送ライン（レール３）を複数のセクション２０に区切り、その間をリニアモータの駆動用の主配線２２とサイリスタやトランジスタ等の切替器２３を経て、限られた１セクション２０のみに電流を流したり、動力に合わせてセクション２０長を変えることができる。これにより、動力の低減および動力の小型化を図ることができる。また、複数の搬送台車４を同時に駆動する場合のためにゾーン２１に分けられ、それぞれのゾーン２１ごとに主配線２２が切替器２３を経てリニア駆動装置２４につながっており、搬送台車４は、１ゾーンの１台が、それぞれのゾーンのリニア駆動装置２４、２４・・・により制御される。これらは操作盤２５の操作装置２６で制御でき、位置センサ６からの信号は信号線２７を経てＣＰＵ２８に送られ、常に複数の搬送台車４の位置が把握される。
【００１４】次に、この発明の搬送装置について説明する。図１はこの発明のリニア式台車型搬送装置の実施の形態１に係る平面図、図２は正面図である。実施の形態１は水平型の搬送装置である。建物等の天井面１２から、吊り金具１０がレール１の長手方向に複数並んで吊り下げられている。それぞれの吊り金具１０には、２本のレール１が互いに平行に設けられている。レール１は、上方に解放された凹状の溝１ａを有している。レール１は地面や床面に敷設してもよい。吊り金具１０には、複数の励磁コイル２がコイルケース９内に収容されレール１に沿って並列して所定間隔毎に設けられている。コイルケース９は非磁性材（例えば、エンジニアリングプラスチックやＳＵＳ３０４等）からなっている。ここでいう、「所定間隔毎に設けられた」というのは、完全に等間隔に設けられた場合以外に、搬送台車４の永久磁石５の長さとの関係で推進力が得られる範囲で、等間隔に設けられたものから一部を間引いた場合も含むものである。コイルケース９内において、励磁コイル２の位置ごとに位置センサ６が設けられている（図８参照）。
【００１５】搬送台車４の台車本体は、水平な底面４ａと側面４ｂとからなっており、天井は解放されている。台車本体の側面４ｂの外側には所定幅を有する永久磁石５が取り付けられている。永久磁石５は励磁コイル２とにより磁石式の同期型リニアモータを構成するので、励磁コイル２が設けられている面側に取り付けられている。搬送台車４に取り付けた永久磁石５の上下高さは、ジャッジボルト（図示せず）などで高さ調整して所定の隙間を容易に設定することができるようになっている。
【００１６】底面４ａの下側には、レール１に相当する４箇所の位置に支持ローラ８と、支持ローラ８の各々の内側にレール１の外側面と接触するサイドローラ３が、それぞれ設けられている。支持ローラ８はレール１の凹状の溝１ａ内に配され溝１ａ内を転動し、サイドローラ３はレール１の外側面を転動し、かくして、搬送台車４はレール１上を安定して走行可能である。
【００１７】台車本体の底面４ａの上面には複数の駆動ロール（またはベルト）からなる駆動コンベア１１が設けられている。更に、台車本体の永久磁石５が取り付けられた側面と反対側の側面は解放されており荷物の出入り口となっている。搬送台車４が位置決め停止後、駆動コンベア１１は、搬送台車４と非接触（磁気結合方式等）または接触による電気的結合、あるいは、外部からの回転駆動輪等の押し付けにより駆動し、箱型の荷物ケースに収容されている荷物７を出入り口から搬出入するようになっている。
【００１８】図３はこの発明の実施の形態２に係る正面図である。実施の形態２は懸垂型の搬送装置である。建物等の天井面１２には制振材または耐摩耗材（耐摩耗ゴム）が塗布された２本のレール１が互いに平行に設けられている。天井面１２のレール１、１間には、複数の励磁コイル２がコイルケース９内に収容されレール１に沿って並列して所定間隔毎に設けられている。２本のレール１は、相対する側、即ち、励磁コイル２側が解放された凹状の溝１ａを有している。上部に設置されたコイルケース９内において、背面に磁性材のプレートを取り付けた励磁コイル２と励磁コイル２の位置ごとに位置センサ６が背面（永久磁石５と反対側）に設けられている（図８参照）。
【００１９】搬送台車３１の台車本体は、屋根面３１ａ、側面３１ｂおよび底面３１ｃとからなっている。屋根面３１ａの上面の、レール１、１に相当する位置には、支持枠３２が取り付けられ、支持枠３２の上部には、支持ローラ３３およびサイドローラ３４が、支持ローラ３３は軸を水平にして、サイドローラ３４は軸を鉛直にして、それぞれ軸着されている。支持ローラ３３およびサイドローラ３４はレール１の溝１ａ内に配され、支持ローラ３３はレール１内の底面を転動し、サイドローラ３４はレール１の内側面を転動する。
【００２０】台車本体の底面３１ｃの上面には複数の駆動ロールからなる駆動コンベア１１が設けられている。側面３１ｂの１箇所（図３の右側の側面）は解放されており荷物７の出入り口となっている。駆動コンベア１１の上に載せられた荷物７はコンベア３５の駆動により出入り口から搬出入可能である。
【００２１】台車本体の屋根面３１ａの上面の励磁コイル２と対応する位置には、永久磁石５が取り付けられている。永久磁石５は励磁コイル２とにより磁石式の同期型リニアモータを構成するので、励磁コイル２が設けられている面側に取り付けられている。永久磁石５と励磁コイル２とによる磁石式の同期型リニアモータにより、支持枠３２、支持ローラ３３およびサイドローラ３４からなる懸垂機構により懸垂された搬送台車３１は、レール１に沿って移動可能である。支持ローラ３３はレール１よりわずかに小さめにして吸着力により浮上した場合を支え、リニアモータの吸着力が搬送台車３１の自重軽減に作用する。
【００２２】図４はこの発明の実施の形態３に係る斜視図、図５は平面図、図６は側面図である。実施の形態３は鉛直型の搬送装置である。搬送台車４１の台車本体は、水平な底面４１ａと側面４１ｂとからなっており、天井は解放されている。地面（または床面）４４には複数の駆動ロールからなる搬送コンベア４２が設置されている。地面４４には４本の枠４３が搬送台車４１の側面４１ｂの周囲を四角く囲んで鉛直に立設されている。４８は梁である。そして、４本の枠４３には、搬送台車４１の側面４１ｂの周囲を四角く囲んで、４本のレール１がそれぞれ鉛直に設けられている。４本のレール１は、搬送台車４１の側面４１ｂに向いた側が解放された凹状の溝１ａを有している。枠４３には、複数の励磁コイル２がコイルケース９内に収容されレール１に沿って並列して所定間隔毎に設けられている。コイルケース９内において、励磁コイル２の位置ごとに位置センサ６が設けられている（図８参照）。
【００２３】励磁コイル２に対応する台車本体の側面４１ｂの外側には永久磁石５が取り付けられている。永久磁石５は背面に磁性材を持つ励磁コイル２とにより磁石式の同期型リニアモータを構成するので、励磁コイル２が設けられている面側に取り付けられている。図３〜５においては、励磁コイル２と永久磁石５とは１つの面においてリニアモータを構成しているが、励磁コイル２および永久磁石５を複数の面に設けて推力を増してもよい。
【００２４】台車本体の側面４１ｂの外側のレール１側には、レール１に相当する８箇所の位置に支持ローラ４５が軸を水平にして設けられている。更に、台車本体の側面４１ｂの外側には、レール１の内側面と接触し転動する走行振れを防止するためのサイドローラ４６が軸を水平にして設けられている。支持ローラ４５はレール１の凹状の溝１ａ内に配され溝１ａ内の底面を転動し、サイドローラ４６はレール１の内側面を転動し、かくして、搬送台車４１はレール１に沿って安定して上下に移動可能である。
【００２５】台車本体の底面４１ａの上面には駆動コンベア１１が設けられている。床面４４の搬送コンベア４２と接続する側の側面４１ｂは解放されており荷物７の出入り口となっている。搬送台車４１が所定位置にストッパ等で位置決め停止すると、駆動コンベア１１の上に載せられた荷物７は駆動コンベア１１の駆動により出入り口から搬出入され、搬送コンベア４２により搬送される。４７は停電となった場合の落下などのための衝撃吸収用ダンパである。また、ブレーキ等も取り付けられている。レール１の途中の、例えば、建物等の各階層の床面においてもここと同様に搬送台車４１の位置決め停止および荷物の搬出入が行なわれる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、下記に示す有用な効果がもたらされる。
【００２７】■ リニアモータによって非接触で搬送台車に推力を付加する機構であり、搬送台車に動力を搭載しないので重量が軽く効率良く荷物を搬送することができる。
【００２８】■ 凹状の溝を有する溝型鋼等のレールをリニアモータの走行軌道として使用するので、曲率半径の小さいベンド部でも容易に製造することができ製造コストも低く経済上有利である。
【出願人】 【識別番号】０００００４１２３
【氏名又は名称】日本鋼管株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）１月７日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】石川 泰男
【公開番号】 特開平１１−２０５９１０
【公開日】 平成１１年（１９９９）７月３０日
【出願番号】 特願平１０−１５４５