(57)【要約】【課題】全方位移動可能であるうえに実用性に優れ、しかも狭い畝間でも走行することが可能な走行台車の操向装置を提供する。【解決手段】タイヤ３３及びタイヤホイール３４からなる車輪部３５と、タイヤホイール３４に組み付けられて車輪部３５を回転駆動するインホイールモータ３６と、タイヤ３３のタイヤ中心線Ｚ１上に配置されて車輪部３５を回転可能に支持する車輪フレーム３７と、車輪フレーム３７を支持すると共に、車輪フレーム３７を軸廻りに回動させて車輪部３５を操向する駆動支持部３８とを備えた操向装置３０を、走行台車２０の四隅に配設する。【選択図】図２
2008001273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ及びタイヤホイールからなる車輪部と、
前記タイヤホイールに組み付けられて前記車輪部を回転駆動する駆動部と、
前記タイヤのタイヤ中心線上に配置されて前記車輪部を回転可能に支持する支持軸部と、
前記支持軸部を支持すると共に、前記支持軸部を軸廻りに回動させて前記車輪部を操向する駆動支持部と、を備えたことを特徴とする走行台車の操向装置。
【請求項２】
前記駆動部はインホイールモータであることを特徴とする請求項１に記載の走行台車の操向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、走行台車の操向装置に関し、さらに詳しくは、全方位移動可能な走行台車の操向装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、農園や茶園等で使用される履帯式の農作業車や車輪式の高床運搬台車等（以下、走行台車という）は、畝の両端に設けられた枕地で方向転換して隣の畝に移動することが多い。この種の走行台車がスムーズに方向転換するには、少なくとも車体全長の約１．３倍の枕地幅が必要とされているが、このような枕地幅を畝の両端に設けると、特に、規模の小さい農園や茶園等では植栽面積の減少が顕著である。一方で、植栽面積確保のため枕地幅が十分でない場合には、狭い枕地で何度も切り返し動作を行なわなければならない。そこで、畝から畝に横移動することができる走行台車が望まれている。
【０００３】
従来、走行台車を横移動させる技術として、例えば、特許文献１には、１つの駆動源で駆動走行と旋回とを行う全輪並進操向装置が示されている。また、特許文献２には、ステアリング機構と駆動機構とを各個別の駆動モータで駆動する車輪ユニットが示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６１３０号公報
【特許文献２】特開平１０−１００９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に示された技術にあっては、図８に示されるように、１つの駆動源１で駆動走行と旋回とを行うため、駆動走行、旋回のうち一方を行っている場合には他方を行うことができない。しかも、駆動走行と旋回との切り換えを固定ピン２の挿抜によって行うため、操作性が悪く、実用的ではない。
さらには、車輪部３は、車軸４の両端に設けられ、幅方向に隣接した一対のタイヤ３ａ，３ｂを有している。そして、この一対のタイヤ３ａ，３ｂ間に、駆動軸５からの駆動力を約９０°曲げて車軸４に伝達する一対のベベルギヤ６ａ，６ｂを収めたギヤボックス７が配設されている。このため、車輪部３の横幅が広いという問題がある。車輪部３の横幅が広いと畝間も広げなければならず、畝間を広げた分だけ植栽面積が減少してしまう。
【０００６】
一方、特許文献２に示された技術にあっては、図９に示されるように、駆動輪８ａと同径の遊動輪８ｂが、ステアリング軸外周部９の回転軸線Ｚに対して駆動輪８ａと反対側に駆動輪８ａと平行して設けられた二又車輪構造を有している。そして、これら駆動輪８ａと遊動輪８ｂとの間に、ステアリング機構１０用の駆動モータ１１と駆動機構１２用の駆動モータ１３とを収めた車軸ハウジング１４が配設されている。このため、駆動走行しながら旋回を行うことはできるが、車輪ユニット１５の横幅がさらに増大してしまう。そして、車輪ユニット１５の横幅の増大に応じて、畝間をさらに広げなければならず、そのため植栽面積がさらに減少してしまう。
【０００７】
そこで、この発明は、上記した従来技術が有している問題点を解決するためになされたものであって、全方位移動可能であるうえに実用性に優れ、しかも狭い畝間でも走行することが可能な走行台車の操向装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため第１の発明は、タイヤ及びタイヤホイールからなる車輪部と、前記タイヤホイールに組み付けられて前記車輪部を回転駆動する駆動部と、前記タイヤのタイヤ中心線上に配置されて前記車輪部を回転可能に支持する支持軸部と、前記支持軸部を支持すると共に、前記支持軸部を軸廻りに回動させて前記車輪部を操向する駆動支持部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
第１の発明によれば、走行台車の操向装置は、タイヤのタイヤ中心線と支持軸部の軸心とがほぼ一致しており、駆動走行及び旋回時に操向装置に加わるモーメントが大幅に低減されていると共に、操向装置のスリム化が図られている。これにより、走行台車が畝に沿って走行する際に、従来のような広い畝間は必要なく、狭い畝間であっても走行できるようになる。その結果、畝幅を拡幅して植栽面積の増大を図ることができる。
そのうえ、車輪部を回転駆動する駆動部と、車輪部を支持する支持軸部を軸回りに回動させて車輪部を操向する駆動支持部とにより、全方位移動可能であるうえに駆動走行しながら旋回を行うことができるので、狭い枕地であっても容易に隣の畝に横移動することができ、走行台車の実用性をさらに高めることができるうえに、広い枕地を必要としない分、植栽面積の増大をさらに図ることができる。
【００１０】
上記目的を達成するため第２の発明は、第１の発明において、前記駆動部はインホイールモータであることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明によれば、駆動部にインホイールモータを用いているので、パワーＯＦＦ時であっても走行台車を軽く手押しすることができ、バッテリーが切れた時や故障の時に押して移動できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の走行台車の操向装置によれば、操向装置のタイヤのタイヤ中心線と車輪部を支持する支持軸部の軸心とをほぼ一致させたので、駆動走行及び旋回時に操向装置に加わるモーメントが大幅に低減されると共に操向装置のスリム化が図られる。これにより、狭い畝間であっても走行することが可能となり、広い畝間を必要としない分だけ植栽面積を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用された走行台車の全体斜視図、図２は、同走行台車の正面図、図３は、同走行台車の側面図、図４は、同走行台車の平面図である。
【００１４】
まず、本操向装置が取り付けられる走行台車の車体フレームについて説明する。図１〜４に示されるように、走行台車２０の車体フレーム２１は、平面視がほぼ矩形状のフレーム本体２２と、フレーム本体２２の中央部に揺動可能に取り付けられた横長のトラニオンフレーム２３とを備えて構成されている。フレーム本体２２の中央部に形成された横穴状のピボット部２４には、トラニオンフレーム２３の中央部から後方に向けてほぼ水平に張り出された短軸２５が回動可能に嵌合した状態で抜け止め固定されている。
【００１５】
フレーム本体２２の前面には、揺動するトラニオンフレーム２３の上面と下面とに当接することによってトラニオンフレーム２３の揺動を規制する上下一対２組のストッパ部２６，２６が、ピボット部２４を中心にして左右対称となるように取り付けられている。
さらに、図４に示されるように、このフレーム本体２２には複数の補強部材２７〜２９が格子状に配設されていると共に、フレーム本体２２の左右両側には操向装置３０用の駆動電源ユニット（バッテリ）３１及び制御ユニット３２がそれぞれ配設されている。
そして、車体フレーム２１の四隅には、操向装置３０がそれぞれ１つずつ配設されている。
【００１６】
操向装置３０について説明する。操向装置３０は、図２に示されるように、タイヤ３３及びタイヤホイール３４からなる車輪部３５と、タイヤホイール３４に組み付けられて車輪部３５を回転駆動する駆動部としてのインホイールモータ３６と、タイヤ３３のタイヤ中心線Ｚ１上に配置されて車輪部３５を回転可能に支持する支持軸部としての車輪フレーム３７と、車輪フレーム３７を支持すると共に、車輪フレーム３７を軸廻りに回動させて車輪部３５を操向する駆動支持部３８と、を備えて構成されている。
【００１７】
詳述すると、車輪部３５は１つのタイヤ３３と１つのタイヤホイール３４とを備えて構成され、タイヤ３３は、タイヤホイール３４の外周部（リム）に組み付けられている。このタイヤホイール３４の側面部（ディスク）には、インホイールモータ３６が一体的に組み付けられており、インホイールモータ３６自体がハブ軸廻りに回転することによって車輪部３５を回転するようになっている。
なお、符号３９は、インホイールモータ３６に組み付けられた機械式のブレーキ装置である。
【００１８】
インホイールモータ３６が組み付けられた車輪部３５は、タイヤ３３のタイヤ中心線Ｚ１上に軸心が位置するように配置された円筒状の車輪フレーム３７に回転可能に支持されている。なお、ここでのタイヤ中心線Ｚ１とは、車体前方から見てタイヤ接地中心とタイヤ回転中心とを通る直線のことであり、このタイヤ中心線Ｚ１と車輪フレーム３７の軸心とをほぼ一致させることで、駆動走行及び旋回時に操向装置３０に加わるモーメントが大幅に低減されると共に、操向装置３０のスリム化が図られるようになっている。
さらに、車輪フレーム３７の直径は、タイヤ３３の横幅とほぼ同じ寸法となるように設定されており、これによっても、操向装置３０のスリム化が図られている。
【００１９】
この車輪フレーム３７の下端部には、車輪部３５を回転可能に支持する二又状の連結支持部４０が一体的に連なっている。この連結支持部４０は、タイヤホイール３４の回転中心よりも下方側に到達するように延設されており、インホイールモータ３６を貫通したハブ軸の軸両端部を支持する支持部材４１，４１に接合した状態で固定されることによって、車輪部３５を回転可能に支持している。
なお、車輪フレーム３７は、車輪部３５を左右両側から支持するのではなく、左右どちらからか片側で支持するように構成することもできる。
また、連結支持部４０の前側及び後側にはタイヤカバー４２が取り付けられている。このタイヤカバー４２は、タイヤ３３のほぼ上半分を覆うものであり、茶樹の枝（作物）とタイヤ３３との干渉を防ぐ。
【００２０】
車輪フレーム３７の上部は、車輪フレーム３７の下部よりも縮径形成されている。そして、この縮径部は、車輪フレーム３７の直径とほぼ同径とされ、且つ中空筒状の駆動支持部３８に回動可能に挿入された状態で抜け止め固定されている。この駆動支持部３８の上部には、車輪フレーム３７を軸廻りに回動させる操舵用の駆動モータ（電動式）としてのステアリングモータ４３が取付フランジ４４を介して横向きに取り付けられている。そして、このステアリングモータ４３と車輪フレーム３７の上端部との間には、ステアリングモータ４３の駆動軸から伝達される駆動力を減速すると共に、約９０°曲げて車輪フレーム３７に伝達する図示しない伝達機構（例えば、一対のベベルギヤ等）が介設されている。
【００２１】
そして、このように構成された操向装置３０が、車体フレーム２１の四隅となるフレーム本体２２後部の左右端部とトラニオンフレーム２３の左右端部とにそれぞれ１つずつ配設されることによって、畝Ａ（図２，６（ｂ）に図示）を跨ぎながら走行可能な腰高の４輪式走行台車が構成される。
操向装置３０の上面には車輪フレーム３７と直結する細軸（図示せず）が突出しており、この細軸に後述するロータリエンコーダ５３を取り付けることで操舵角が把握できるようになっている。
【００２２】
さらに、図１，３に示されるように、トラニオンフレーム２３に取り付けられた左右の操向装置３０，３０の駆動支持部３８，３８と車体フレーム２１との間には、前後両端部に弾性部材４５，４５を配設したトーションバー４６，４６がそれぞれ水平状に介設されており、常にトラニオンフレーム２３を水平状態に保とうとするようになっている。
また、弾性部材４５及びトーションバー４６の機構は、トラニオンフレーム２３が、図３の一点鎖線で示すところの前後方向に開かないように支持する役割をもつ。
【００２３】
次に、走行台車３０の制御系について図５〜７を用いて説明する。
図５は、同走行台車３０の操向装置３０の制御ブロック図、図６は、同走行台車３０における作業状態図であり、（ａ）は、運搬時、（ｂ）は、畝跨ぎ走行時、（ｃ）は、横移動時を示している。また、図７は、同走行台車３０における走行パターン図である。
【００２４】
図５に示されるように、制御系は、インホイールモータ３６、ステアリングモータ４３を各種制御するための制御ユニットとしてのＰＬＣ盤（ＰＣＬ：プログラマブルロジックコントローラ）４７、インホイールモータコントロールボックス４８、リレー及びＭＣ盤４９、操作ボックス５０とを備えて構成されている。
【００２５】
操作ボックス５０は、操作盤５１に設けられた各種切替スイッチとジョイスティックとからの制御信号が入力される。操作盤５１は、車体フレーム２１後部に脱着可能に設けられており、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、この操作盤５１を車体フレーム２１に固定した状態で走行台車２０を操作したり（例えば、運搬時）、車体フレーム２１から外した状態で走行台車２０を遠隔操作することもできるようになっている（例えば、農作業時）。走行台車２０を遠隔操作する場合、隣接する畝間（１つ隣の畝間）から作業するのが望ましい。
【００２６】
ここで、各種切替スイッチ及びジョイステックについて説明する。
切替スイッチは、ＯＦＦ、手動操作及びＰＬＣ操作を切り替えるメインスイッチ、前後及び左右への走行方向を切り替える走行方向切替スイッチ、操舵方法（２ＷＳ，４ＷＳ及び信地転回）を切り替える操舵方法切替スイッチ、２ＷＳ時の操舵方法（フロント、リヤ）を切り替える２ＷＳ操舵方法切替スイッチ、４ＷＳ時の操舵方法（小回り、斜行）を切り替える４ＷＳ操舵方法切替スイッチ、各スイッチの切替を確定し、車輪部３５をその位置に回動させる確定スイッチ、等である。また、ジョイスティックは、２軸の自動復帰タイプが用いられており、操作角度に応じて走行速度、各操舵を制御可能となっている。
【００２７】
なお、メインスイッチによる手動操作とは、あくまでもＰＬＣ制御を使用しない操作のことであって、トラブル発生時に各車輪フレーム３７の操舵角を個別に調整する操作のことである。通常は、ＰＬＣ制御による操作が行われる。
また、走行方向切替スイッチの切替により、ジョイスティックの操作方法も９０°反転する。すなわち、前後走行での前進後進が、左右走行では操舵操作になる。また、このスイッチの切替が前後か左右かによって、２ＷＳ，４ＷＳ及び信地転回のいずれかにおいて制御される車輪部３５が変わる。
【００２８】
さらにまた、２ＷＳ操舵方法切替スイッチをフロントに入れると、前後運転時は前側、左右運転時は左側の車輪部３５が操舵される。また、このスイッチをリヤに入れると、前後運転時は後側、左右運転時は右側の車輪部３５が操舵される。
４ＷＳ操舵方法切替スイッチを小回りに入れると、前後運転時は左右の車輪部３５、左右運転時は前後の車輪部３５が逆相に制御される。また、このスイッチを斜行に入れると、前後運転時は左右の車輪部３５、左右運転時は前後の車輪部３５が同相に制御される。また、確定スイッチは、誤操作防止のため１秒以上押さないと作動しないようになっている。
以上、各種制御スイッチ及びジョイスティックについて説明した。
【００２９】
そして、図５に示されるように、各種スイッチ操作とジョイスティック操作とに応じて操作ボックス５０から出力される各種の制御信号は、ＰＬＣ盤４７、インホイールモータコントロールボックス４８、リレー及びＭＣ盤４９に入力される。
ＰＬＣ盤４７には、車輪フレーム３７の回動角度を検出するロータリエンコーダ５３からの検出値が入力されるようになっている。さらに、このＰＬＣ盤４７とインホイールモータコントロールボックス４８とは通信可能に接続されていると共に、インホイールモータコントロールボックス４８からの出力信号は、インホイールモータ３６に入力されてインホイールモータ３６を駆動するようになっている。
また、リレー及びＭＣ盤４９から出力される制御信号は、ステアリングモータ４３、ブレーキ装置３９を作動させるためのブレーキ用電磁弁５１、ブレーキ用モータ５２に入力されてステアリングモータ４３、ブレーキ用電磁弁５１、ブレーキ用モータ５２を駆動するようになっている。
【００３０】
そして、この制御系は、オペレータの各種スイッチ操作及びジョイスティック操作に応じてインホイールモータ３６及びステアリングモータ４３を駆動制御する。ステアリングモータ４３を駆動制御する際、制御系は、各車輪部３５の操舵角をそれぞれのロータリエンコーダ５３によってモニタし、操舵モードに応じて内輪、外輪の切れ角をＰＬＣ盤が算出し、その算出値に応じて各ステアリングモータ４３を適切に駆動するようになっている。
【００３１】
さらに、この制御系は、小回り、旋回時にあっては、操舵に加えて内輪のブレーキ装置３９を駆動制御して内輪ブレーキを効かし、さらに小回りすることもできるようになっている。なお、車体フレーム２１の後部には、手動用のブレーキレバー５３が設けられている。
【００３２】
このようにして操舵される走行台車２０の操向パターンを図７に示す。図７に示されたように、作業環境に応じたフロント或いはリヤによる２輪操舵、４輪操舵（同位相及び逆位相を含む小回り、斜行）、信地転回、横移動（操舵、小回り、斜行を含む）等を行うことが可能であり、良好な取り扱い性が得られ、優れた実用性が得られる。
【００３３】
以上説明したように本発明の走行台車の操向装置によれば、タイヤ３３のタイヤ中心線Ｚ１と車輪フレーム３７の軸心とがほぼ一致しており、駆動走行及び旋回時に操向装置３０に加わるモーメントが大幅に低減されていると共に、操向装置３０のスリム化が図られている。これにより、走行台車２０が畝Ａに沿って走行する際に、従来のような広い畝間は必要なく、狭い畝間であっても走行できるようになる。その結果、畝幅を拡幅して植栽面積の増大を図ることができる。
そのうえ、車輪部３０を回転駆動するインホイールモータ３６と、車輪部３５を支持する車輪フレーム３７を軸回りに回動させて車輪部３５を操向するステアリングモータ４３とにより、全方位移動可能であるうえに駆動走行しながら旋回を行うことができるので、狭い枕地であっても容易に隣の畝Ａに横移動することができ、走行台車２０の実用性をさらに高めることができるうえに、広い枕地を必要としない分、植栽面積の増大をさらに図ることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、インホイールモータ３６を用いているので、パワーＯＦＦ時であっても走行台車２０を軽く手押しすることができ、バッテリーが切れた時や故障の時に押して移動できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明が適用された走行台車の後方斜視図である。
【図２】同走行台車の正面図である。
【図３】同走行台車の側面図である。
【図４】同走行台車の平面図である。
【図５】同走行台車の操向装置の制御ブロック図である。
【図６】同走行台車における作業状態図であり、（ａ）は、運搬時、（ｂ）は、畝跨ぎ走行時、（ｃ）は、横移動時を示している。
【図７】同走行台車における走行パターン図である。
【図８】従来の走行台車における操向装置の一例を示した模式図である。
【図９】従来の走行台車における操向装置の一例を示した模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１５  走行台車
３０  操向装置
３２  制御ユニット
３３  タイヤ
３４  タイヤホイール
３５  車輪部
３６  インホイールモータ（駆動部）
３７  車輪フレーム（支持軸部）
３８  駆動支持部
４３  ステアリングモータ（操舵用の駆動モータ）
４７  ＰＬＣ盤
４８  インホイールモータコントロールボックス
４９  リレー及びＭＣ盤
Ａ    畝
Ｚ１  タイヤ中心線
【図１】
2008001273.tif 000003
【図２】
2008001273.tif 000004
【図３】
2008001273.tif 000005
【図４】
2008001273.tif 000006
【図５】
2008001273.tif 000007
【図６】
2008001273.tif 000008
【図７】
2008001273.tif 000009
【図８】
2008001273.tif 000010
【図９】
2008001273.tif 000011