(57)【要約】【課題】低コストのバッテリ交換システムおよびバッテリ交換方法を提供する。【解決手段】所定の位置に停車した車輌の下方より車体収納部に第１側面および前記第１側面から所定の角度で延びる第２側面を有する外形状を備えるバッテリユニットを脱着する車輌のバッテリ交換システムにおいて、前記車体収納部から装脱された前記バッテリユニットの下面を支持可能な第１載置台と、前記第１載置台を昇降可能な昇降手段と、前記バッテリユニットの相対位置を前記第１側面内の所定の一箇所および前記第２側面内で所定の間隔を置いた所定の二箇所に当接することで検出し、これと標準位置の間で前記バッテリユニットを移動することができる押し込み手段と、これを制御する制御手段と、装脱された前記バッテリユニットを取り出し、交換用の前記バッテリユニットを載置する移載手段と、を含む。【選択図】図１
2012006498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置に停車した車輌の下方より、車体下面に設けられたバッテリ収納部に対して、第１側面および前記第１側面から所定の角度で延びる第２側面を有する外形状を備えるバッテリユニットを脱着する車輌のバッテリ交換システムにおいて、
前記バッテリユニットの下面を支持可能な第１載置台と、
前記第１載置台を昇降可能な昇降手段と、
前記バッテリ収納部から装脱され、前記第１載置台に載置されたバッテリユニットにおける前記第１側面内の所定の一箇所および前記第２側面内で所定の間隔を置いた所定の二箇所に当接するよう配置され、前記バッテリユニットの位置を変更自在な位置変更手段と、
前記第１載置台に載置された前記バッテリユニットの初期位置を記憶する記憶部を備え、前記位置変更手段による前記バッテリユニットの位置の変更を制御する制御手段と、
車体から装脱され、前記第１載置台に載置された前記バッテリユニットを第１載置台上から取り出し、充電済みの前記バッテリユニットを第１載置台に載置する移載手段と、
を含む、車輌のバッテリ交換システム。
【請求項２】
前記バッテリユニットは、上面視矩形状を呈し、
前記第１および第２側面に対向する第１および第２対向側面を備え、
前記位置変更手段は、前記第１対向側面内の所定の一箇所および前記第２対向側面内で所定の間隔を置いた所定の二箇所に当接可能に構成することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ交換システム。
【請求項３】
更に、前記第１載置台の下方に、第１載置台に載置された前記バッテリユニットを掬い上げ、支持する複数の転動体を有する第２載置台を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ交換システム。
【請求項４】
前記位置変更手段は、押し抵抗の変化に応じて前記バッテリユニットの初期位置を検出する、請求項１から３のいずれかに記載のバッテリ交換システム。
【請求項５】
前記押し抵抗の変化は、前記位置変更手段を駆動するモータの電流値の変化により検出する、請求項４に記載のバッテリ交換システム。
【請求項６】
前記位置変更手段が前記バッテリユニットの対向するそれぞれの側面にそれぞれ配置され、それぞれの側面に当接するまで、それぞれの前記位置変更手段が動作する際の電流値上限となるそれぞれの第１設定値と、前記位置変更手段が前記バッテリユニットに当接後前記所定の標準位置まで、それぞれの前記位置変更手段が動作する際の電流値上限となるそれぞれの第２設定値とをそれぞれの位置変更手段毎に記憶する記憶手段を更に備え、
前記制御手段は、それぞれの前記第１設定値および前記第２設定値に基づいて、前記位置変更手段の動作をそれぞれ制御する、請求項５に記載のバッテリ交換システム。
【請求項７】
前記記憶手段は、位置変更手段毎に応じて予め定められた標準位置と、それぞれの前記位置変更手段により検出された前記バッテリユニットの前記初期位置を位置変更手段毎に記憶し、
前記制御手段は、位置変更手段毎に応じた前記初期位置をそれぞれ記憶後、前記所定の標準位置へ前記バッテリユニットを移動させるように、それぞれの前記位置変更手段を制御する、請求項６に記載のバッテリ交換システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記所定の標準位置に載置された前記バッテリユニットを、検出時に記憶された前記初期位置に基づき、前記初期位置へ移動させるように、前記位置変更手段を制御する、請求項７に記載のバッテリ交換システム。
【請求項９】
所定の位置に停車した車輌の下方より車体収納部に第１側面および前記第１側面から所定の角度で延びる第２側面を有する外形状を備えるバッテリユニットを脱着する車輌のバッテリ交換方法において、
前記バッテリユニットが収納される前記車輌の車体収納部の直下に載置台を移送（昇降）手段により移送（上昇）させ、前記車体収納部に収納された水平面における位置のまま前記バッテリユニットを装脱し、前記載置台に載せる第１の移載工程と、
前記バッテリユニットの前記載置台における前記水平面における位置を前記位置変更手段により検出し、そのデータを記憶手段に記憶させる検出工程と、
該検出工程後、前記バッテリユニットを前記水平面における位置から前記載置台上の所定の標準位置へと前記位置変更手段により動かす第１の動作工程と、
動かされた前記バッテリユニットを移載手段により前記載置台上から取り出し、充電済みのバッテリユニットを前記所定の標準位置で前記移載手段により前記載置台上に載置する第２の移載工程と、
記憶された前記データに基づき、前記位置変更手段が作用可能な位置において、前記所定の標準位置から前記水平面における位置に、前記載置台上に載置された充電済みの前記バッテリユニットを前記位置変更手段により動かす第２の動作工程と、
前記車体収納部の直下に前記載置台を前記移送（昇降）手段により移送（上昇）させ、前記水平面における位置にある充電済みの前記バッテリユニットを前記車体収納部に装着、収納させる第３の移載工程と、を含むバッテリ交換方法。
【請求項１０】
前記検出工程と前記第１の動作工程の間、および前記第２の移載工程と前記第２の動作工程との間に、前記載置台の平面状の第１載置部に載置された前記バッテリユニットを、複数の転動体を表面に有する第２載置部に載せ替える第１の載せ替え工程、および第２の載せ替え工程、を更に含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ交換方法。
【請求項１１】
前記第１の動作工程後、前記第２載置部に載せられた前記バッテリユニットを、再び前記第１載置部に載せ替える第３の載せ替え工程と、
前記第２の動作工程後、前記第２載置部に載せられた前記バッテリユニットを、再び前記第１載置部に載せ替える第４の載せ替え工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ交換方法。
【請求項１２】
前記検出工程において、前記位置変更手段が前記バッテリユニットの何れかの側面に当接するまで、動作する際の電流値上限となる第１設定値に基づいて、前記バッテリユニットの前記載置台における前記水平面における位置を前記位置変更手段により検出し、
前記第１の動作工程および／または第２の動作工程において、前記位置変更手段が前記バッテリユニットに当接後、前記所定の標準位置まで、動作する際の電流値上限となる第２設定値に基づいて、前記所定の標準位置と、前記水平面における位置との間で、前記載置台上に載置された前記バッテリユニットを前記位置変更手段により動かすことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載のバッテリ交換方法。
【請求項１３】
前記バッテリユニットの第１側面および第２側面にそれぞれ対向する第１対向側面および第２対向側面に対応して、前記位置変更手段に含まれる、それぞれ第１位置変更要素および第１対向位置変更要素、並びに、第１位置変更要素ＡとＢおよび第１対向位置変更要素ＡとＢが備えられ、
それぞれの位置変更要素毎に設定されたそれぞれの第１設定値に基づき、それぞれの位置変更要素が対応するそれぞれの側面に当接することを検知して、前記バッテリユニットの前記載置台における前記水平面における位置を前記検出工程において検出し、
前記位置変更手段に含まれるそれぞれの位置変更要素毎に、前記バッテリユニットの対応するそれぞれの側面に当接後、前記所定の標準位置まで、動作する際の電流値上限となる第２設定値に基づいて、前記所定の標準位置と、前記水平面における位置との間で、前記載置台上に載置された前記バッテリユニットを、前記第１の動作工程および／または第２の動作工程において、前記位置変更手段のそれぞれの位置変更要素により動かすことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリ交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輌のバッテリ交換に関し、特に車体の下側からバッテリを取り外し、再びバッテリの装着を行う車輌のバッテリ交換システムおよびバッテリ交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車等の車輌のバッテリを交換するものとしては、車体の下側からバッテリを取り外し、再び同じ車体の下側からバッテリの装着を行うバッテリ交換装置がある（特許文献１参照）。また、電気自動車のバッテリを交換可能にするガソリンスタンドのようなバッテリ交換ステーションが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５３０８７０号公報
【特許文献２】特開２００１−０５７７１１号公報
【０００４】
しかしながら、特許文献１のバッテリ交換装置においては、充電済みのバッテリを装着する前に交換対象となる車輌のバッテリ装着位置を車体の下方からレーザ変位センサーによりレーザを照射しながら車体の下面の装着位置を走査し、その走査して取得したデータを基に装着位置の算出を行って、載置台に載置されたバッテリの位置を合せ、その後車体にバッテリの装着を行うものである（［００３７］〜［００３９］参照）。レーザ変位センサーは、主にレーザを検出対象に反射させてデータを検出し測定するものであるため、車輌の底部（車体下面）の状態（汚れ具合、光沢具合、色など）により検出結果に不具合（データ誤差）が発生する場合がある。
【０００５】
また、特許文献１の装置や本発明のシステムにおいては、特許文献２のようなガソリンスタンド形式の「バッテリ交換ステーション（スタンド）」に採用することも考えられる。この場合、運転者が車輌に乗車したままであったり、もしくは、運転者がバッテリ交換のために車輌に乗り降りしたりするため、車体が揺れ動く可能性があることが考えられる。このように、検出時に車体が揺れ動くと誤ったデータを検出することになり、誤ったデータを基にバッテリの位置合わせをして車体へのバッテリ装着動作を行うと、バッテリ装着不良になる可能性がある。また、車輌のバッテリ装着位置を検出する専用の検出手段を設けるため、検出のための検出動作が必要となり全体の作業時間が増加すると共に、装置が複雑になり装置コストが増加することになる。そして、このようなバッテリ交換ステーションでは、バッテリの充電量が少なくなった電気自動車が到着し、装着中の使用したバッテリと充電済みバッテリとを交換する際に、まず、装着中の使用したバッテリが車体から取り外される。そして、充電可能なバッテリ保管庫から充電済みバッテリが取り出されて移動され、車体に取り付けられる。そして、取り外された使用したバッテリは、充電を行うために保管庫に移動され、保管される。このとき、保管庫でバッテリの保管をしつつ充電をするためには、所定の保管位置で保管庫に保管することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置コストを抑えると共に装置構造を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者は、上記課題に鑑みて、レーザ変位センサーを用いることなく、車輌（車体）に対するバッテリ等の脱着を容易に行うことができ、装脱されたバッテリの保管を行いつつ充電が容易に行い得るバッテリ交換システムおよびバッテリ交換方法を考案した。
【０００８】
より具体的には、以下のようなものを提供することができる。
（１）所定の位置に停車した車輌の下方より、車体下面に設けられたバッテリ収納部に対して、第１側面および前記第１側面から所定の角度で延びる第２側面を有する外形状を備えるバッテリユニットを脱着する車輌のバッテリ交換システムにおいて、前記車体収納部から装脱された前記バッテリユニットの下面を支持可能な第１載置台と、前記第１載置台を昇降可能な昇降手段と、前記バッテリ収納部から装脱され、前記第１載置台に載置されたバッテリユニットにおける前記第１側面内の所定の一箇所および前記第２側面内で所定の間隔を置いた所定の二箇所に当接するよう配置され、前記バッテリユニットの位置を変更自在な位置変更手段と、前記第１載置台に載置された前記バッテリユニットの初期位置を記憶する記憶部を備え、前記位置変更手段による前記バッテリユニットの位置の変更を制御する制御手段と、車体から装脱され、前記第１載置台に載置された前記バッテリユニットを第１載置台上から取り出し、充電済みの前記バッテリユニットを第１載置台に載置する移載手段と、を含む、車輌のバッテリ交換システムを提供することができる。
【０００９】
車輌は、少なくとも１つのタイヤの位置を特定することにより所定の位置に停車できる。車体収納部は、下方向に開口可能なもの、走行時に落下しないようにロック機構を備えるものが好ましい。バッテリユニットの第１および第２の側面は、バッテリユニットの下面に対して垂直若しくは実質的に垂直であることが好ましい。例えば、バッテリユニットの下面近傍が直方体であってもよい。上記第１側面は、上記バッテリユニットの下面の平面形状（下面に平行な面への正射影に相当）において、短辺に対応する側面であってもよい。上記第２側面は、該平面形状の長辺に対応する側面であってもよい。また、第１及び第２側面により形成される上記所定の角度は、直角または実質的に直角であってもよい。該平面形状が長方形であってもよい。上記所定の間隔とは、上記位置変更手段がそれぞれ安定的に上記バッテリユニットに機能することができる間隔であってもよい。特に、この所定の間隔内に、上記バッテリユニットの重心の第２側面への正射影があってもよい。
【００１０】
（２）前記バッテリユニットは、上面視矩形状を呈し、前記第１および第２側面に対向する第１および第２対向側面を備え、前記位置変更手段は、前記第１対向側面内の所定の一箇所および前記第２対向側面内で所定の間隔を置いた所定の二箇所に当接可能に構成することを特徴とする上記（１）に記載のバッテリ交換システムを提供することができる。
【００１１】
第１載置台は、第１載置面を備え、該第１載置面はバッテリユニットを支持する。第１載置面上のバッテリユニットの相対位置は、例えば第１載置面をＸ−Ｙの直交座標系で表現し、バッテリユニットの下面の所定の距離隔てた２点の座標を特定することにより求めることができる。より具体的には、バッテリユニットの下面が長方形（第１長方形）であるとき、４つの角の内２つの角の座標を特定することで、相対位置が得られる。また、バッテリユニットの重心から垂線を下ろして下面と交わる点を下面重心とすると、この下面重心の座標と、下面重心を通って第１長方形の長辺（長い方の辺）に平行な直線が第１載置面のＸ又はＹ軸となす角（以下「傾き角」という）を特定することにより、バッテリユニットの相対位置を求めることができる。尚、長方形は正方形を含んでよい。
【００１２】
車体収納部から第１載置台の第１載置面に降ろされたバッテリユニットの第１載置面上の相対位置は、そのまま上げれば車体収納部に入れることができる位置（以下「初期位置」という）である。常に一定の位置関係を保持して車輌をピットに対して停止させることは難しいので、この初期位置は変動する。また、棚部屋にて保管／メンテナンス／充電等がされている交換用のバッテリユニットは、棚部屋から取出されて第１載置面上の予め定められた所定の相対位置（以下「標準位置」という）に載置されてから、車体収納部に取付られる。初期位置と標準位置が異なり得ることは言うまでもないが、初期位置が変動するため、標準位置を一定としても、両者の関係は一定となるとは限らない。そのため、充電済みのバッテリユニットを第１載置台から同車体収納部に取り付ける場合、第１載置台に載置されたバッテリユニットと車体収納部との相対位置合わせを行う。第１載置台は、ピットに対する一定の相対位置を確保できるので、バッテリユニットの第１載置面上の相対位置を初期位置にできれば、かかる相対位置合わせは必ずしも必要ではない。
【００１３】
（３）更に、前記第１載置台の下方に、第１載置台に載置された前記バッテリユニットを掬い上げ、支持する複数の転動体を有する第２載置台を備えることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のバッテリ交換システムを提供することができる。
【００１４】
ここで、第２載置台は、複数の転動体を上面に備えることもできる。それぞれの転動体の頂部は、ほぼ同じ高さで並んでおり、バッテリユニットの下面を載せると、複数の転動体の頂部で支持することにより、バッテリユニットを移動および／または回動を容易にすることができる。第１載置台は、これらの転動体の配置に応じた位置に、それぞれの転動体の頂部が第１載置台の載置面を超えて出没することができるように開口が設けられる。第１載置台および第２載置台の間の距離は、アクチュエータやエアシリンダ等を含む昇降手段によって調整され、バッテリユニットの下面を転動体の頂部が支持する状態および支持が解除される状態を作ることができる。第１載置台及び第２載置台を組合せたものを載置台と総称してもよい。
【００１５】
（４）前記位置変更手段は、押し抵抗に応じて前記バッテリユニットの初期位置を検出する、上記（１）から（３）のいずれかに記載のバッテリ交換システムを提供することができる。
【００１６】
位置変更手段は、接触子、伸縮ロッド、およびサーボモータをそれぞれ備える複数の押し込み装置を含んでよい。これらの押し込み装置は、第１載置台の昇降を妨げない待機位置に設置される。例えば、それぞれの伸縮ロッドが伸びて第１側面および第２側面にそれぞれ当接して位置を検出し、当接しながら更に伸びてバッテリユニットを移動させる。しかるに、伸縮ロッドが縮む際には第１側面および第２側面の当接が解除され、力は働かなくなる。例えば、フリーの伸縮ロッドがバッテリユニットに当接すると押抵抗が生じ、押し込み装置を駆動するサーボモータの電流により位置検出ができる。各押し込み装置のそれぞれの伸縮量を記録することができる。
【００１７】
（５）前記押し抵抗は、前記位置変更手段を駆動するモータの電流値の変化により測定する、上記（４）に記載のバッテリ交換システムを提供することができる。
【００１８】
（６）前記位置変更手段が前記バッテリユニットの対向するそれぞれの側面に当接するまで、それぞれの前記位置変更手段が動作する際の電流値上限となるそれぞれの第１設定値と、前記位置変更手段が前記バッテリユニットに当接後前記所定の標準位置まで、それぞれの前記位置変更手段が動作する際の電流値上限となるそれぞれの第２設定値とをそれぞれの位置変更手段毎に記憶する記憶手段を更に備え、前記制御手段は、それぞれの前記第１設定値および前記第２設定値に基づいて、前記位置変更手段の動作を制御する、上記（５）に記載のバッテリ交換システムを提供することができる。
【００１９】
（７）前記記憶手段は、位置変更手段毎に応じて予め定められた標準位置と、それぞれの前記位置変更手段により検出された前記バッテリユニットの前記初期位置を位置変更手段毎に記憶する。前記制御手段は、位置変更手段毎の前記初期位置をそれぞれ記憶後、前記所定の標準位置へと前記バッテリユニットを移動させるように、それぞれの前記位置変更手段を制御する、上記（６）に記載のバッテリ交換システムを提供することができる。
【００２０】
第１設定値よりも第２設定値は大きく、別々に検出可能である。バッテリユニットの相対位置は、第１載置面と一定の位置関係を持つ位置に配置される複数の押し込み装置からの当接時の伸縮ロッドの長さデータ（伸縮量）から算出可能である。
【００２１】
（８）前記制御手段は、前記所定の標準位置に載置された前記バッテリユニットを、検出時に記憶された前記初期位置に基づき、前記初期位置へ移動させるように、前記位置変更手段を制御する、上記（７）に記載のバッテリ交換システムを提供することができる。
【００２２】
（９）所定の位置に停車した車輌の下方より車体収納部に第１側面および前記第１側面から所定の角度で延びる第２側面を有する外形状を備えるバッテリユニットを脱着する車輌のバッテリ交換方法において、前記バッテリユニットが収納される前記車輌の車体収納部の直下に載置台を移送（昇降）手段により移送させ、前記車体収納部に収納された水平面における位置のまま前記バッテリユニットを装脱し、前記載置台に載せる第１の移載工程と、前記バッテリユニットの前記載置台における前記水平面における位置を前記位置変更手段により検出し、そのデータを記憶手段に記憶させる検出工程と、該検出工程後、前記バッテリユニットを前記水平面における位置から前記載置台上の所定の標準位置へと前記位置変更手段により動かす第１の動作工程と、動かされた前記バッテリユニットを移載手段により前記載置台上から取り出し、充電済みのバッテリユニットを前記所定の標準位置で前記移載手段により前記載置台上に載置する第２の移載工程と、記憶された前記データに基づき、前記位置変更手段が作用可能な位置において、前記所定の標準位置から前記水平面における位置に、前記載置台上に載置された充電済みの前記バッテリユニットを前記位置変更手段により動かす第２の動作工程と、前記車体収納部の直下に前記載置台を前記移送手段により移送させ、前記水平面における位置にある充電済みの前記バッテリユニットを前記車体収納部に装着、収納させる第３の移載工程と、を含むバッテリ交換方法を提供することができる。
【００２３】
（１０）前記検出工程と前記第１の動作工程の間、および前記第２の移載工程と前記第２の動作工程との間に、前記載置台の平面状の第１載置部に載置された前記バッテリユニットを、複数の転動体を表面に有する第２載置部に載せ替える第１の載せ替え工程、および第２の載せ替え工程、を更に含むことを特徴とする上記（９）に記載のバッテリ交換方法を提供することができる。
【００２４】
（１１）前記第１の動作工程後、前記第２載置部に載せられた前記バッテリユニットを、再び前記第１載置部に載せ替える第３の載せ替え工程と、前記第２の動作工程後、前記第２載置部に載せられた前記バッテリユニットを、再び前記第１載置部に載せ替える第４の載せ替え工程と、を更に含むことを特徴とする上記（１０）に記載のバッテリ交換方法を提供することができる。
【００２５】
（１２）前記検出工程において、前記位置変更手段が前記バッテリユニットの何れかの側面に当接するまで、動作する際の電流値上限となる第１設定値に基づいて、前記バッテリユニットの前記載置台における前記水平面における位置を前記位置変更手段により検出し、前記第１の動作工程および／または第２の動作工程において、前記位置変更手段が前記バッテリユニットに当接後前記所定の標準位置まで、動作する際の電流値上限となる第２設定値に基づいて、前記所定の標準位置と、前記水平面における位置との間で、前記載置台上に載置された前記バッテリユニットを前記位置変更手段により動かすことを特徴とする上記（９）から（１１）のいずれかに記載のバッテリ交換方法を提供することができる。
【００２６】
（１３）前記バッテリユニットの第１側面および第２側面にそれぞれ対向する第１対向側面および第２対向側面に対応して、前記位置変更手段に含まれる、それぞれ第１位置変更要素および第１対向位置変更要素、並びに、第１位置変更要素ＡとＢおよび第１対向位置変更要素ＡとＢが備えられ、それぞれの位置変更要素毎に設定されたそれぞれの第１設定値に基づき、それぞれの位置変更要素が対応するそれぞれの側面に当接することを検知して、前記バッテリユニットの前記載置台における前記水平面における位置を前記検出工程において検出し、前記位置変更手段に含まれるそれぞれの位置変更要素毎に、前記バッテリユニットの対応するそれぞれの側面に当接後、前記所定の標準位置まで、動作する際の電流値上限となる第２設定値に基づいて、前記所定の標準位置と、前記水平面における位置との間で、前記載置台上に載置された前記バッテリユニットを、前記第１の動作工程および／または第２の動作工程において、前記位置変更手段のそれぞれの位置変更要素により動かすことを特徴とする上記（１２）に記載のバッテリ交換方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明のバッテリ交換システムによれば、車体から取り外したバッテリユニットの取り付け位置を正確に把握でき、また、充電済みのバッテリユニットを車体に取り付ける際、元の取り付け位置へ正確に位置の再現をすることができ、容易に、かつ、精度よくバッテリユニットを脱着できる。つまり、使用済みバッテリユニットと、充電済みバッテリユニットとの交換をする際の位置の再現を正確に容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に関し、バッテリ交換システムの概略を模式的に示す図である。
【図２】図１のバッテリ交換システムの機能（初期）を説明する図である。
【図３】バッテリ交換システムの全体設備を模式的に示す斜視図である。
【図４】バッテリ交換システムの全体設備を模式的に示す壁を全て透明にした斜視図である。
【図５】図１のバッテリ交換システムの機能を説明する図である（車停止）。
【図６】バッテリユニットおよび車体収納部をより詳しく説明する図である。
【図７】図１のバッテリ交換システムの機能（装脱）を説明する図である。
【図８】図１のバッテリ交換システムの機能（位置移動１）を説明する図である。
【図９】バッテリ交換システムの制御を示すブロック図である。
【図１０】バッテリユニットの位置移動の具体例を説明する概略模式図である。
【図１１Ａ】バッテリユニットの位置移動の別の具体例を説明する部分上面図である。
【図１１Ｂ】バッテリユニットの位置移動の更に別の具体例を説明する部分上面図である。
【図１２】バッテリ交換システムの第１及び第２載置台、昇降装置、搬送レール（部分）を示す斜視図である。
【図１３】バッテリ交換システムの第１及び第２載置台をより詳しく説明する一部を切断した斜視図である。
【図１４】図１３の第１及び第２載置台を側面から見た図である。
【図１５】図１３の第１及び第２載置台であって別の面で切断したものを側面から見た図である。
【図１６】バッテリ交換システムの所定位置に停車された車輌およびシステムの一部を一部透明にして示した斜視図である。
【図１７】図１６のバッテリ交換システムをほぼ側面から見た図である。
【図１８】図１のバッテリ交換システムの機能（搬送移動）を説明する図である。
【図１９】図１のバッテリ交換システムの機能（移載１）を説明する図である。
【図２０】図１のバッテリ交換システムの機能（保管１）を説明する図である。
【図２１】図１のバッテリ交換システムの機能（移載２）を説明する図である。
【図２２】図１のバッテリ交換システムの機能（移載３）を説明する図である。
【図２３】図１のバッテリ交換システムの機能（移載４）を説明する図である。
【図２４】図１のバッテリ交換システムの機能（位置移動２）を説明する図である。
【図２５】図１のバッテリ交換システムの機能（装着）を説明する図である。
【図２６】バッテリユニットの受取り工程を示すフローチャートである。
【図２７】バッテリユニットの移載・保管工程を示すフローチャートである。
【図２８】バッテリユニットの装着工程を示すフローチャートである。
【図２９】バッテリユニットの相対位置検出工程を示すフローチャートである。
【図３０】バッテリユニットの相対位置再現工程を示すフローチャートである。
【図３１】第１及び第２載置台の調整工程を示すフローチャートである。
【図３２】第１及び第２載置台の戻し工程を示すフローチャートである。
【図３３】バッテリユニットの相対位置の検出におけるモータの動きおよび電流を示すグラフである。
【図３４】バッテリユニットの相対位置の再現におけるモータの動きおよび電流を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。また、以下の説明では、本発明に係る実施の態様の例を示したに過ぎず、当業者の技術常識に基づき、本発明の範囲を超えることなく、適宜変更可能である。従って、本発明の範囲はこれらの具体例に限定されるものではない。また、これらの図面は、説明のために強調されて記載されており、実際の寸法とは異なる場合がある。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の第１実施例に関し、バッテリ交換システムの概略を模式的に示す。バッテリ交換システム１０は、主に交換部５０、移載部９０、保管・充電部１２０から構成される。交換部５０は、床面１２を基準に、コンベヤからなるタイヤ支持部１４が車輌１８の位置決め用に配置され、そこに車輌１８が停車したことを検知することができる。車輌１８にはバッテリユニットを収納保持する車体収納部があり、バッテリユニット２０が装着されている。この車体収納部の直下には、ピットが開口しており、車体収納部による保持が解除されたバッテリユニット２０を載置する載置台５２が支持ベース５４に支持されて床面１２と同じ高さでピットの開口を塞ぐように待機している。支持ベース５４は、昇降手段である昇降機構としてＸリンク型の昇降装置５６により昇降される。これら載置台５２、支持ベース５４、昇降装置５６を含む交換装置は所定の軌道を移動する移動部材５８ａ、５８ｂによって走行レール６０上を水平方向に移動可能にガイドされる。走行レール６０は、基準土台１６に支持されている。ピットの開口の下で交換装置の両側（実際にはバッテリユニットの周囲（４辺））には、位置検出・補正を行う機能を有する位置変更手段として押し込み装置６２ａ、６２ｂ（詳細は後述する）が配置されている。
【００３１】
図中左側には、移載部９０が設けられ、移載手段として機能するスタッカークレーン９２が配置され、主軸９４に沿って上下する支持移動部材９６に固定されたアーム基台９８が第１アーム１００およびより先端の第２アーム１０２をスライド拡張可能に構成されている。この支持移動部材９６は、図中破線で示すように上昇し、移載部９０と交換部５０との間に配置された保管・充電部１２０の保管棚１２２の棚高さに合わせた位置に停止し、使用済みバッテリユニットを所定の保管棚へ移載を行うことができる。保管・充電部１２０には、複数の棚部屋に分かれた保管棚１２２が配置され、各棚部屋にはそれぞれ充電手段となる充電器１２４、１２６と、バッテリユニットの受電部に接触して通電を行う接触部材１２８、１３０が配置され、各棚部屋に保管されたバッテリユニットへと電力を供給して充電を行う。本実施例では、保管棚１２２を移載部９０と交換部５０との間に配置したが、移載部９０を挟んだ反対側に配置してもよい。
【００３２】
図２から図２５は、図１のバッテリ交換システムの作用について手順と共に説明する。図２は、バッテリ交換システムの初期状態で、床面１２には車輌がなく、交換装置は、ピット開口が載置台５２により塞がれたスタンバイの状態である。載置台５２の高さは、床面１２と面一の高さとされる。保管・充電部１２０の上の保管棚１２２には、交換用のバッテリユニット２２が保管され、充電器１２４からの電力が接触部材１２８によりバッテリユニット２２に供給されて充電済みの状態で保管されている。
【００３３】
図３は、模式的に示してきたバッテリ交換システムの全体設備を示す一部の壁を透明にした斜視図であり、図４は、壁や床を透明にした斜視図である。バッテリ交換システム１０は、全体を図中左右に分ける仕切り壁３４の右側（図３中では手前側）の交換部５０と、左側（図３中では奥側）の保管・充電部１２０側から構成され、交換部５０は、更に床面１２で上下に分けられ、上部には床面１２に設けられた開口１３の位置に車体格納部を合わせるように車輌を停車する空間が広がる。一方、下部には、上述した載置台５２およびその他の部材がそれぞれ配置されている。保管・充電部１２０側には、移載部９０が設けられ、バッテリユニットの保管・充電のための移載手段として機能するスタッカークレーン９２が備えられている。保管棚１２２は、上下方向のみならず、横方向にも配置され、スタッカークレーン９２を横方向にも移動可能とするべく、保管棚１２２と平行にレール１２３が敷かれている。
【００３４】
図５では、床面１２にバッテリユニット２０の交換のために、車輌１８が、そのタイヤを交換部５０のタイヤ支持部１４に載せた状態で、所定の位置に停車される。車輌１８は床面１２上にほぼ水平にタイヤ支持部１４に所定の車輪を支持させることにより車輌１８の床面上の車輌位置（バッテリ受取位置）が固定される。車輪の位置から車種毎に予め決められた位置に車体収納部があるので、車種毎にタイヤ支持部１４の位置を変えてもよい。以下、このような車種毎の調整ができたものとして説明を続ける。昇降装置５６により、載置台５２が上に持ち上げられ所定の位置（高さ）で停止し、車体収納部に収納保持されているバッテリユニット２０を載置・支持する。例えば、載置台５２がバッテリユニット２０の下面に接触するもしくは、接触する直前の位置（高さ）まで持ち上げられ、車体収納部の図示しないロック機構の解除により、バッテリユニット２０は、その保持が解除され、載置台５２に載置・支持される。このとき、バッテリユニット２０は図６に示すように水平方向に動き難い様式で脱着可能に収納される。従って、装脱時に車体収納部に取り付けられていたままで載置台５２に載置される。また、載置台５２は、昇降可能でありつつ、ピット開口に対して水平方向において一定の位置関係を維持する。例えば、車輌１８が、タイヤをタイヤ支持部１４に支持させつつも、ピット開口の一辺に対して若干傾いて（ある角度で）停車された場合、車体収納部も同様に傾くので、そこに収納されたバッテリユニット２０も同様に傾いており、この傾きを維持しつつ、載置台５２の載置面上に載置される。また、車輌１８が前後に若干ずれて停車された場合も同様である。このときのバッテリユニット２０の載置台５２の載置面上の受取位置（いわゆる傾きを含む）を初期位置という。
【００３５】
ここで、バッテリユニット２０および車輌１８の車体収納部１９について図６を参照しつつ説明する。バッテリユニットの下面部を形成するベース２４に、Ｙ方向に延びる中心線である第１基準線ＳＣＬ１およびＸ方向に延びる中心線である第２基準線ＳＣＬ２をとる（ベース２４の詳細は省略して表示）。ベース２４は、上面視の図形（平面図形）若しくは下面が実質的に長方形になっている。上記第１基準線ＳＣＬ１は、この長方形の短辺側に垂直に交わり、上記第２基準線ＳＣＬ２は、この長方形の長辺側に垂直に交わる。例えば、上記バッテリユニットの第１基準線ＳＣＬ１に直交する側面を第１側面としてもよく、第２基準線ＳＣＬ２に直交する側面を第２側面としてもよい。位置決めピン２６および２８は、ベース２４上に車輌右側のＹ方向に第２基準線ＳＣＬ２に対して対称に配置される。位置決めピン２６および２８に対応する車体の位置決め受け部２７および２９が車輌に備えられ、位置決め受け部に形成されたガイドにより位置決めピンをガイドしてバッテリユニットを確実、正確に車体収納部１９へ取り付けることができる。また、ベース２４上には、セル３２およびセル制御装置３０が備えられている。
【００３６】
図７に示すように、昇降装置５６により、載置台５２を下降させ、複数の押し込み装置６２ａ、６２ｂが位置する高さ、すなわち、載置台５２に載置されるバッテリユニット２０の所定の位置（測定位置または当接位置）に押し込み装置６２ａ、６２ｂが当接可能な高さ位置で、載置台５２を停止可能とする。各押し込み装置６２ａ、６２ｂは待機位置で待機する。
【００３７】
図９は、バッテリ交換システムの制御ブロック図である。システム全体の制御手段２００は、押し込み装置の伸縮ロッドの駆動を含むサーボモータ２１のサーボ制御手段２０２、および、主制御手段２０４を備える。主制御手段２０４は、位置決め制御手段２０６、プロセッサ（ＣＰＵ）２０８、および記憶手段２１０を備える。制御手段２００はバッテリ交換システムの主な機能や動作を制御するために、各機能手段や動作手段と無線および／または有線で接続されている。制御手段２００には、キーボードや検出センサ等を含む入力機器の入出力手段２１２が接続され、必要なデータや信号が入力される。載置台等の昇降を行う昇降手段２３０、検出手段（兼：押手段）２２４やサーボモータ２１のような動力源を含む押し込み装置等の位置変更手段２２０、載置台や昇降手段２３０を載せて水平に走行レール上を移動する水平移動手段２５０、そして、スタッカークレーン９２やアーム等の移載手段２６０は、それぞれ、制御手段２００に接続され、統一的な制御がなされる。また、載置台に転動体が適用される場合は、第１及び第２載置台を近接または離間動作をさせるアクチュエータ７０（図１３等参照）等の昇降手段２４０も制御される。
【００３８】
各押し込み装置６２ａ、６２ｂの伸縮ロッドの、収縮時先端位置は、載置台５２の昇降に支障をきたすことのない待機位置に維持される。図１０は、載置台５２が各押し込み装置の伸縮ロッドにより載置面上に載置されたバッテリユニットの所定の位置に当接可能な位置に位置した状態を簡略上面視して示し、載置台５２の載置面に載置されたバッテリユニットの載置位置（受け取り位置）を基準として載置面上のバッテリユニットのベース２４を押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂにより載置台５２の載置面上における標準位置への移動に関して説明する。図１０（ａ）はバッテリユニットの受取り時、図１０（ｂ）は初期位置（受け取り位置（絶対基準位置））である載置面上の相対位置の検出時、図１０（ｃ）は標準位置への移動時、図１０（ｄ）は相対位置の再現時についてそれぞれ図解する。図１０（ａ）において、載置面における直交する基準線を、Ｙ方向の載置第１基準線ＳＬ１及びＸ方向の載置第２基準線ＳＬ２とし、ベース２４の長辺及び短辺に平行な線をＹ方向の第１基準線ＳＣＬ１及びＸ方向の第２基準線ＳＣＬ２とする。ここで、載置第１基準線ＳＬ１及び載置第２基準線ＳＬ２の交点と第１基準線ＳＣＬ１及び第２基準線ＳＣＬ２の交点とを合致させると、載置第１基準線ＳＬ１及び載置第２基準線ＳＬ２に対して、第１基準線ＳＣＬ１及び第２基準線ＳＣＬ２は、任意の傾き角で傾いており、これが載置面上におけるバッテリユニットのベース２４の傾きに相当する。標準位置にあるバッテリユニット（図１０（ｃ））においては、載置第１基準線ＳＬ１及び載置第２基準線ＳＬ２に対して第１基準線ＳＣＬ１及び第２基準線ＳＣＬ２がそれぞれ重なる（一致する）こととなる。押し込み装置６３ａ、６３ｂは、載置面における載置第１基準線ＳＬ１に沿って、ベース２４を挟んで対向して備えられ、載置第２基準線ＳＬ２に対して線対称に配置されている。また、押し込み装置６２ａ及び６２ｂ並びに押し込み装置６２ｃ及び６２ｄは、ベース２４を挟んで対向して備えられ、それぞれ載置第１基準線ＳＬ１に対して線対称に配置されている。対称の対となる押し込み装置６２ａ及び６２ｂ、並びに、押し込み装置６２ｃ及び６２ｄは、それぞれ、載置第２基準線ＳＬ２に平行な線で結ぶことができる。また、これらの対となる押し込み装置６２ａ及び６２ｂ、並びに、押し込み装置６２ｃ及び６２ｄは、載置第２基準線ＳＬ２に対して線対称に配置されている。各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂはそれぞれの各伸縮ロッドにより初期位置にあるバッテリユニット２０のベース２４の所定の位置に対して伸長した際に当接（接触）可能な位置に配置され、収縮した状態で待機する（図１０（ａ））。ここからそれぞれの押込み装置のそれぞれのサーボモータを各々駆動し、各伸縮ロッドを所定の一定速度で第１の位置となる伸縮ロッドが伸長した位置に向かって移動させ、ベース２４の各側面に当接させる。それぞれの押し込み装置には、エンコーダが構成され、伸縮ロッドの動作位置は、エンコーダによりパルスカウントが行われることで位置データとして管理されている（図１０（ｂ））。また、伸縮ロッドは、動作する際に使用される電流値の監視が行われている。そして、各伸縮ロッドの先端部がベースの側面に当接すると、各サーボモータの電流が予め設定された第１設定値（非当接時の設定時）に到達し、または、超えることで当接位置の信号が検出され（図３３参照）、その信号を基にそれぞれの累積パルスカウント（位置データ）が記憶手段２１０（図９参照）に各々記憶される。これにより、各サーボモータのパルスカウントからなるバッテリユニット２０の初期位置（の位置データ）が記憶手段２１０（又は記憶部）に記憶される。次に、予め設定（記憶）されていた標準位置の位置データを読み出し、各サーボモータに設定する。図１０（ｂ）及び（ｃ）からわかるように、図１０（ｃ）の標準位置にバッテリユニットを移動させるためには、図１０（ｂ）において、押し込み装置６２ａ及び６２ｄの伸縮ロッドを伸ばし（そして若干ではあるが、押し込み装置６３ａ及び６３ｂの伸縮ロッドを動作し）、それぞれに対向する押し込み装置６２ｂ及び６２ｃの伸縮ロッドを縮める必要がある。このときに、図１０（ｂ）と（ｃ）を比べると、押し込み装置６３ａ及び６３ｂの伸縮ロッドの各先端の間の距離は、図１０（ｂ）においてベース２４が傾いている分だけ、より長くなる。従って、図１０（ｃ）では押し込み装置６３ａ及び６３ｂの伸縮ロッドを僅かに伸ばして、短くなった距離を詰めることになる。また、少なくとも当接した伸縮ロッドを伸長する（バッテリを押して移動させる）場合は、サーボモータの電流設定値を当接時後の設定値（当接後の設定値）に変更する。このようにして、各伸縮ロッドの伸縮量を定量化し、それだけのパルスカウント（位置データ）を各サーボモータに送信することにより、載置面上の初期位置に載置されたバッテリユニット２０を記憶手段に記憶させておいた載置面上の標準位置に移動させることができる。この標準位置は、後述する移載手段により移載を行う際のバッテリユニットの載置面上における基準とされるものである。そして、載置台５２における標準位置にバッテリユニット２０の位置が変更された後、各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂの各伸縮ロッドは全て待機位置まで、縮められる。以上のような各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂの制御は、制御手段２００（図９）によって行われる。
【００３９】
図１１Ａは、より詳しくこの移動について説明する上面図である。交換部５０の基準土台１６上に設置された枠フレーム５９を構成する水平フレーム部５９ｂの所定の位置に、各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂがそれぞれ固定される。昇降装置５６の上に載った載置台５２は、水平フレーム部５９ｂと一定の位置関係を維持するので、各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂおよびそれぞれの伸縮ロッド６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂとも一定の位置関係を維持する。バッテリユニット２０の位置検出および移動可能な高さ位置（測定位置または当接位置）に載置台５２が停止されるまで、伸縮ロッド６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂは、それぞれの基底部が点線で表す待機位置Ａにて、待機する。載置台５２には、初期位置に載置されたバッテリユニット２０がある。そして、載置台５２が測定位置に位置されると、待機位置Ａから伸びる各伸縮ロッド６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂが、ベース２４の各側面に向かって伸長され、ベース２４の各側面に当接する（当接位置６４ａ１、６４ｂ１、６４ｃ１、６４ｄ１、６５ａ１、６５ｂ１）ことで、伸長が停止される。位置の記録等は図１０の場合と同様である。次に、バッテリユニット２０をそれぞれの伸縮ロッド６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂを操作して標準位置（ベース２４’として点線で示す位置）に移動する。このとき、伸縮ロッド６５ｂは位置６５ｂ２まで縮み、伸縮ロッド６５ａはそれに合わせて位置６５ａ２まで伸びることにより、バッテリユニット２０が図中右方向（Ｙ方向）に移動する。一方、伸縮ロッド６４ｂおよび６４ｄは位置６４ｂ２および６４ｄ２まで縮み、伸縮ロッド６４ａおよび６４ｃはそれに合わせて位置６４ａ２および６４ｃ２まで伸びることにより、バッテリユニット２０が図中下方向（Ｘ方向）に移動する。これにより、バッテリユニット２０の載置台５２に対する回転（または傾き）を含んだ相対位置を変更することができる。
【００４０】
図１１Ｂは、別の移動について説明する主な構成のみを描いた上面模式図である。載置台の上面が大きく横長の長四角に描かれている。また、各押し込み装置６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂがそれぞれ、この載置台に対して、相対的な位置が固定される。ここでは、各押し込み装置６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂのそれぞれの軸方向の移動を分かり易く描くために、横にずらして表示している。即ち、第１段階では、実線で描いたバッテリユニット及び各押し込み装置が存在する。第２段階では、押し込み装置６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄを軸方向に図１１Ｂにおいて上下（Ｙ方向）に動かし、バッテリユニットを破線の位置に移動させる。本図では、押し込み装置６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄが破線で内側にずらして描かれている。そして、第３段階で、押し込み装置６５ａ、６５ｂを軸方向に図１１Ｂにおいて左右（Ｘ方向）に動かし、バッテリユニットを二点鎖線の位置に移動させる。バッテリユニットは、第１段階では、その重心の位置が黒丸（ｘ０、ｙ０）である。第２段階では、重心の回りに反時計回りに回転させるだけであるので、重心の位置は変わらない。しかし、第３段階では、重心の位置が左方向に移動する。この移動を、押し込み装置６５ａ、６５ｂのみで行うと、バッテリユニットの重心を通る線上の１点でバッテリユニットを押すわけではないので、バッテリユニットには回転モーメントが働くことになる。しかしながら、本実施例においては、破線で描いた押し込み装置６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄにより図中上下方向の自由度を押さえ込むので、回転モーメントは相殺され、バッテリユニットは回転することなく左方向に移動可能である。このようにバッテリユニットの上面視で短辺側の押し込み装置を左右の１対にできるので、経済的に有利である。また、特に短辺側の押し込み装置の数を減らすのは、基準となる長さが短く、モーメントを大きくする重心からの距離が比較的短くなるからである。
【００４１】
図１２は、バッテリ交換システムの第２実施例となる交換部の第１及び第２載置台、昇降装置、搬送レール等を示す斜視図である。第１載置台５２には、円形に形成された複数の開口５１が設けられており、第１載置台５２の下に備えられた第２載置台６６に支持される転動体６７が第１載置台５２に形成された各開口５１に対応する位置に配置される。第１載置台５２は、後述する昇降手段により、転動体６７が各開口５１からその頂部を出没するように、第２載置台６６に近接（下降）し、離隔（上昇）する。第１載置台５２および第２載置台６６の周りには、図１１Ａと同様に複数の押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂが第１載置台５２および第２載置台６６を囲うようにほぼ水平面内に配置される（図１１Ａ参照）。これらの押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂは、交換部５０の基準土台１６上に設置された枠フレーム５９を構成する水平フレーム部５９ｂの所定の位置にそれぞれ固定される。第１載置台５２等の昇降体は、Ｘリンク機構を含む昇降装置５６により昇降されるが、これらは、基準土台１６上に設置された走行レール６０上を移動する移動部材５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄにより移動可能に支持される。同様に、第１載置台５２と押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂとの相対位置が予め設定された関係を維持する。平行に延びる走行レール６０の中央には、ガイド帯６１が配置され、移動方向に延びる歯切りをしたラックを備えるガイド帯６１と図示しないピニオンギアを備える昇降装置５６とは、ラック＆ピニオン機構による駆動可能となっている。昇降装置５６は、この図示しないピニオンギアを図示しないサーボモータにより数値制御して移動させることができるため、昇降装置５６をガイド帯６１における所望の位置へ移動させ、また、停止させることができる。ここでは、ラック＆ピニオン機構が用いられているが、ボールネジ機構等の他の機構も用いることができる。
【００４２】
図１３は、バッテリユニット２０を載置した状態で、第１載置台５２近傍を詳細に説明する斜視図であり、特に、第１載置台５２を昇降手段として機能する装置（アクチュエータ）が手前側に見えるように部分的に切断した部分切断斜視図である。切断面は、このアクチュエータが露出する面（側面に平行な平面）で切ったものである。図１４は、この部分的に切断された第１載置台５２等について、切断面の側からみた図である。図１５は転動体６７、第２載置台６６、および第１載置台５２の関係を説明するための別の切断面を見せる側面図である。第１載置台５２の載置面には、ゴムシートのような摩擦が大きい部材５２ａが配置され、バッテリユニット２０のベース２４を安定して載置することができる。この摩擦が大きい部材においても、複数の開口５１と連通する複数の開口（孔）が対応した位置に形成されており、第２載置台６６に転動可能に支持される転動体６７の頂部が、開口５１から出没可能に構成される。これは、第１載置台５２および第２載置台６６を支持する支持ベース５４の四隅部にそれぞれ形成された開口に４つの昇降手段として機能するアクチュエータ（例えば、エアシリンダ）７０を第２載置台６６の下面にそれぞれ取り付け固定しそれぞれの昇降手段の動作を協調して動作することにより行うことができる。アクチュエータ７０のロッド７２は、第２載置台６６の対応する部分（本実施例では、四隅部）に設けられた開口に移動可能に挿通され、第１載置台５２の下面に取り付け固定される。このアクチュエータ７０は、昇降装置５６および押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂと連携して動作可能である。例えば、バッテリユニット２０の相対位置を検出する際には、アクチュエータ７０により、第２載置台６６から第１載置台５２を離隔させ、バッテリユニット２０が動き難い状態とし、バッテリユニット２０の相対位置を初期位置と標準位置との間で動かす際には、第２載置台６６と第１載置台５２を近接させ、転動体６７によるバッテリユニット２０の支持を行うようにする。すると、摩擦抵抗も少なく、押込み装置によりスムーズにバッテリユニット２０を動かすことができ、第１載置台５２上におけるバッテリユニット２０をより正確に位置決めすることが可能となる。
【００４３】
図１６及び１７は、車輌１８の横方向から見た一部透過の概略側面図である。上述する実施例と異なり、昇降手段として単純なリフト型の昇降装置５７を用いている。
【００４４】
次に本発明において、取り外されたバッテリユニット２０の入替を行う動作について、説明する。
図１８の破線で示したように、バッテリユニット２０を載せた載置台５２は、昇降装置５６によって、水平に移動可能な位置まで下降され、移動部材５８ａ、５８ｂが走行レール６０に案内されて、図示しない移動機構により移載部９０に向かって移動する。
【００４５】
図１９のように、移載部９０の所定の位置に停止した載置台５２上のバッテリユニット２０に向かって、アーム基台９８から第１アーム１００および第２アーム１０２が伸張される。このとき、バッテリユニット２０は、載置台５２上において標準位置で載置されているので、バッテリユニット２０に設けられたアーム受入穴（図示せず）に容易に第２アーム１０２を挿入させることができる。そして、スタッカークレーン９２により、載置台５２からバッテリユニット２０を持ち上げた後、第１アーム１００および第２アーム１０２を収縮させることで、載置台５２から支持移動部材９６のアーム基台９８にバッテリユニット２０が移載される。その結果、アーム基台９８の所定の位置（標準位置に相当する相対位置）にバッテリユニット２０が位置される。その後、スタッカークレーン９２により、アーム基台９８の所定の位置で載置されたバッテリユニット２０は持ち上げられ（図２０）、保管・充電部１２０における空の保管棚１２２（下の棚部屋に移載される（図２１）。
【００４６】
図２１に示すように、保管棚１２２（下の棚部屋）に移載されたバッテリユニット２０は、棚部屋の所定の位置に置かれる。その結果、図２２に示すように、接触部材１３０を上方からバッテリユニット２０の充電部に接触させることで充電が容易にでき、充電器１２６からの電力がバッテリユニット２０に供給される。そして、空となったスタッカークレーン９２は、上昇し、上の棚部屋に載置された交換用（充電済み）のバッテリユニット２２を取りに行く。その際に、交換に供されるバッテリユニット２２から接触部材１２８が上方に移動することで充電部から離れ、バッテリユニット２０の充電部への給電が解除される。そして伸張された第１アーム１００および第２アーム１０２により、交換用のバッテリユニット２２を上の棚部屋から支持移動部材９６のアーム基台９８へと移載される。この交換用のバッテリユニット２２は、スタッカークレーン９２により上の棚部屋の所定の位置に載置されているものであるから、結果として、アーム基台９８の所定の位置に移載・載置される。
【００４７】
図２３に示すように、アーム基台９８の所定の位置に移載・載置された交換用のバッテリユニット２２を、スタッカークレーン９２により、載置台５２の標準位置に移載される。そして、交換用のバッテリユニット２２は載置台５２および昇降装置５６と共に右側の交換部５０へと水平に移動し、所定の位置で停止する。
【００４８】
図２４に示すように、載置台５２の標準位置に載置された交換用のバッテリユニット２２は、昇降装置５６により、複数の押し込み装置６２ａ、６２ｂが載置台５２に載置されるバッテリユニット２２の所定の位置（測定位置または当接位置）に当接可能な高さまで持ち上げられ、停止して待機される。そして、制御手段は、記憶手段に記憶された押し込み装置毎の初期位置に関する位置データを読み出す。その後、標準位置に載置されるバッテリユニット２２のベース２４（図６参照）の４つの側面に向って各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂの各伸縮ロッドが伸び、読み出した位置データのそれぞれの位置に移動して停止する。各伸縮ロッドは、このようにして、初期位置を検出した際に記憶した初期位置データを基に各縮ロッドの伸縮量を設定し、その設定値に応じたパルスカウントを各サーボモータに送信することにより、標準位置で載置されたバッテリユニット２２を記憶手段に記憶させておいた初期位置に移動させることができる。このように、載置台５２における初期位置にバッテリユニット２２の位置が変更された後、各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂの各伸縮ロッドは全て待機位置まで、縮められる。以上のような各押し込み装置６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂの制御は、制御手段２００（図９）によって行われる。
【００４９】
図２５に示すように、その後、交換用（充電済み）のバッテリユニット２２については、取り出したバッテリユニット２０で検出された相対位置が再現されている。このため、交換用（充電済み）のバッテリユニット２２を昇降装置５６によりそのまま上昇させるだけで、車体収納部へ収納させることが可能となっている。そして、載置台５２を更に上昇させ、車輌１８の車体収納部に交換用（充電済み）のバッテリユニット２２を位置付け、図示しないロック機構により、バッテリユニット２２が車体収納部へ装着される。
【００５０】
すなわち、全く新たに取り付けられるバッテリユニットにもかかわらず、実際に車体収納部に収納されていた使用済みのバッテリユニットが取り出されたときと同じ若しくは実質的に同じ相対位置である初期位置となるように位置決めすることができるので、収納時の微調整が必ずしも必要ではなく、車体収納部の予め決められた位置への取り付けおよび収納が極めて容易となる。また、収納時の微調整のための装置がなくてもよいので、システムを簡素化することができる。また、本発明のバッテリ交換システムは、バッテリユニットの相対位置を検出するための光学的なセンサーを使用しない。そのため、同システムによるバッテリユニットの相対位置等の検出工程においてバッテリユニットの相対位置等の検出の正確性や精度は、対象物となるバッテリユニットの表面の汚れ等の影響を受けることがない。そして、本発明のバッテリ交換システムにおいて、車体収納部から取り出されたバッテリユニットの相対位置である初期位置等の検出とバッテリユニットの標準位置への移動（補正）を同じ押し込み装置により行うことができる。また、標準位置で載置されたバッテリユニットの相対位置等の検出とバッテリユニットの取り出し時の相対位置である初期位置等への移動（補正）を同じ押し込み装置により行うことができる。つまり、押し込み装置の先端に検出器を一体に設けることで検出と移動が可能となる。そのため、検出器と押し込み装置とのマッチングを行う必要がなく、システムの簡素化に寄与する。
【００５１】
図２６は、本バッテリ交換システムを用いたバッテリユニットの受け取り工程を説明するフローチャートである。先ず、車輌が図１６に示すように所定位置に停止しているかを確認し、停止していない場合は（Ｓ５０、Ｎｏ）、停止するまで待機する。停止している場合は（Ｓ５０、Ｙｅｓ）、昇降手段が上昇を開始し、載置台が車輌格納部に向かって上昇する（Ｓ５１）。そして、載置台が車輌格納部の底面（即ち、車輌底面）に当接するか（受け取り可能位置で待機しているか）をチェックし、当接していない場合は（Ｓ５２、Ｎｏ）、上昇を続け、当接したら上昇を停止し、バッテリユニットを受け取ることができるという受取許可信号が制御手段により車輌に発信される（Ｓ５３）。車輌のバッテリ保持の解除（例えば、ロック機構の開放）が行われると（Ｓ５４）、載置台にバッテリユニットが載置される（Ｓ５５）。このとき、バッテリユニットの相対位置である初期位置は維持される。次に、昇降手段が下降を開始し（Ｓ５６）、載置台上に載置されるバッテリユニットの相対位置（初期位置）を検出可能な位置である高さ（位置変更手段が機能し得る高さ）に到達するまで下降を続ける。そして、後述する相対位置の検出工程により相対位置を検出し、その位置データを記録すると共に、バッテリユニットを初期位置から、標準位置へと動かす（Ｓ５８）。次に、昇降手段は下降を開始し、所定の高さ（水平移動可能な位置）まで下降される（Ｓ５９、Ｓ６０）。
【００５２】
図２７は、バッテリユニットの受取工程が終了後、自動的に或いはスイッチの動作に応じて、開始されるバッテリユニットの移載・保管工程を説明するフローチャートである。載置台が移動可能位置まで下降を完了すると、昇降装置の走行レール上を交換装置の駆動機構が動作することで保管部へのバッテリユニットの移動が開始される（Ｓ７０）。そして、この移動は、交換装置が保管部の所定位置に到達するまで続けられ、到達後、交換装置の移動が停止される（Ｓ７１、Ｓ７２）。次に、載置台に載置されたバッテリユニットが保管部の移載手段（例えばスタッカークレーン）により移載されて取り出され、保管棚における空の棚部屋へこのバッテリユニット２０が、移載されて、充電が開始される（Ｓ７３）。その後、移載手段は、充電済みのバッテリユニット２２が保管される棚部屋へ移動され、その交換用のバッテリユニット２２が保管棚から移載手段により移載されて取り出される（Ｓ７４）。次に、移載手段は、下降し初期位置に戻り、何も載っていない載置台の標準位置にこの交換用のバッテリユニット２２を移載し（Ｓ７５）、載置されたバッテリユニットと共に交換装置は移動され（Ｓ７６）、交換部に到達後、交換装置の移動が停止される（Ｓ７７、Ｓ７８）。ここでは、充電済みのバッテリユニット２２として、車体から取り外したバッテリユニット２０とは別の新たなバッテリユニット２２を用いる例を挙げたが、これに限定するものではない。例えば、バッテリユニット２０の交換に要する時間は長くなるものの、車体から取り外した要充電のバッテリユニット２０を保管棚に移載して充電を行い、その充電を行ったバッテリユニット２０を、充電済みのバッテリユニット２２として再び車体に取り付けるようにしてもよい。
【００５３】
図２８は、交換用のバッテリユニット２２が交換部の所定位置まで運ばれてくると、自動的に或いはスイッチの動作に応じて、開始されるバッテリユニット２２の装着のフローチャートを示す。交換装置が昇降の所定位置にあることを確認し（Ｓ８０）、昇降装置５６が載置台５２の上昇を開始させる（Ｓ８１）。載置台５２は、押込み手段がバッテリユニット２２を標準位置から初期位置に移動可能となる高さに到達するまで、上昇が続けられ（Ｓ８２）、到達後、昇降装置５６は停止され、その位置で載置台５２を待機させる（Ｓ８３）。尚、載置台５２のこの高さは、相対位置等を検出可能な高さに相当する。そして、詳細は後述するが、標準位置で載置されているバッテリユニット２２を、バッテリ受け取り時の相対位置である初期位置へと位置調整される（Ｓ８４）。位置調整後、昇降装置５６による載置台５２の上昇が再開され（Ｓ８５）、載置台５２が車輌の収納部のバッテリユニット装着位置に達するまで上昇が続けられる（Ｓ８６）。そして、載置台５２がバッテリユニット装着位置に達すると、車輌１８に保持開始をさせるための保持開始信号が制御手段により車輌側へ出力される（Ｓ８７）。保持開始信号を基に車輌１８はバッテリユニット２２の保持を開始し（Ｓ８８）、保持が完了すると（Ｓ８９）、車輌１８から昇降手段へ保持完了信号が発信され、昇降装置５６の下降が開始され（Ｓ９０）、載置台５２が待機位置（載置台の上面と床面とが略同じ高さ）になるまで下降を続ける（Ｓ９１）。そして、待機位置に到達後、昇降装置５６が停止され、バッテリユニット２２の車輌１８への装着が完了する。これによりピットストップは終了となり、車輌１８が交換部の床から発進される。
【００５４】
図２９は、図２６の相対位置（初期位置）検出工程を示すフローチャートである。まず、バッテリユニット（を載置した載置台）が図１７に示すように検出位置に待機しているかをチェックする（Ｓ１０）。次に、後述するように、載置台５２が転動体６７を用いた摩擦力調整可能なものであるかどうかをチェックする（Ｓ１１）。調整可能なものであれば、後述する載置台５２の調整工程（Ｓ２００）を行う。調整不能なものである場合は、そのまま次の工程に進み、予め記憶手段２１０に記憶する第１設定値となる電流値を設定し、サーボモータ２１を始動し、パルスカウントを開始すると共に、モータ電流のモニターを開始する（Ｓ１２）。尚、上記載置台５２が摩擦力調整可能なものでない場合は、調整可能か否かの判断工程（Ｓ１１）を削除してもよく、具体的には、図２９においてＳ１０工程後にＳ１２工程が直ちに行われてもよい。また、載置台５２が摩擦力調整可能なものである場合であっても、調整可能か否かの判断工程（Ｓ１１）を削除してもよく、具体的には、Ｓ１０工程後にＳ２００工程が無条件で行われ、続いてＳ１２工程が行われてもよい。そして、各押し込み装置の各伸縮ロッドの拡張（伸展）を行い接触子の前進をさせる（Ｓ１３）。この前進中に電流モニターによりサーボモータに流れる電流が第１設定値を超えるかどうかを調べる（監視する）。このときのモデル電流グラフを図３３に示す。このグラフでＳ１停止から、Ｓ２動作となった段階がこの工程である。ここではまだ接触子が非接触状態のため基本的に無負荷の状態でモータは正転をしており、モータの電流値が第１設定値を超えない範囲で推移（接触子が前進）する。接触子がバッテリユニットの側面に当接すると、負荷状態となりモータの電流値が上昇し、第１設定値に到達する（若しくは超える）（Ｓ１４・Ｓ１５、図３３のＳ３停止）。このとき、パルスカウントの値が記憶され（Ｓ１６・Ｓ１７）る。その後、予め記憶手段２１０に記憶する第１設定値よりも大きい値の電流値となる第２設定値が設定される（Ｓ１８、Ｓ１９）。次に、第２設定電流値となる電流値を設定し、サーボモータ２１を始動し、パルスカウントを開始すると共に、モータ電流のモニターを開始する。このとき、バッテリユニットに接触子を接触させた状態でバッテリユニットを押しながら移動する伸縮ロッドにおいては、サーボモータ２１の電流値が上昇することになる。そして、バッテリユニットを移動すると供に、パルスカウントおよび電流モニターの監視が継続され、バッテリユニットの移動を行う（Ｓ２０、Ｓ２１、図３３のＳ４動作）。なお、押し込み装置のうち対向する一方が押し込み方向に動く場合は、他方は引き方向に動くため、引き方向に回転するサーボモータの電流は、それほど大きくならない。そして、目標とするパルスカウント分だけ回転すると、バッテリユニットは目標位置（標準位置）に到達するので（Ｓ２２、Ｓ２５）、サーボモータ２１を停止する（Ｓ２５、図３３のＳ５停止）。仮に第２設定値を超えた場合は機械的に動作不能な異常な状態であるので、非常停止（または、異常を発信して自動で停止）する（Ｓ２３、Ｓ２４）。載置台の調整を行った場合は、載置台の戻し工程（Ｓ２５０）を行ってバッテリユニットを載置台の載置面に載置するが、そうでない場合は、そのまま、押し込み装置を待機位置まで戻す（Ｓ２７、Ｓ２８、図３３のＳ６動作）。以上により検出工程が終了し、プログラムを返す（Ｓ２９）。
【００５５】
図３０は、図２８のバッテリユニットの装着のフローチャートの相対位置再現工程を図解するフローチャートである。まず、バッテリユニット（を載置する載置台）が検出位置に待機しているかをチェックする（Ｓ３０）。次に、後述するように、載置台５２が転動体６７を用いた摩擦力調整可能なものであるかどうかをチェックする（Ｓ３１）。そうであれば、後述する載置台５２の調整工程（Ｓ２００）を行う。そうでない場合は、そのまま次の工程に進み、相対位置検出フローで取得し記憶しておいた検出した相対位置に関するデータを記憶手段２１０から読み出して取得する（Ｓ３２）。ここでも上述したのと同様に、調整可能か否かの判断工程（Ｓ３１）を削除してもよく、装置に応じて、Ｓ３０工程後にＳ３２工程が、若しくは、Ｓ３０工程後にＳ２００工程が無条件で行われ続いてＳ３２工程が行われてもよい。次に、サーボモータ２１を始動し、パルスカウントを開始すると共に、モータ電流のモニターを開始する（Ｓ３３）。そして、各押し込み装置の各伸縮ロッドの拡張（伸展）を行い接触子の前進をさせる（Ｓ３４）。そして、押込み装置の電流モニターによりサーボモータに流れる電流が第１設定値を超えるかどうかを調べる（監視する）。このときのモデル電流グラフを図３４に示す。このグラフでＲＳ１停止から、ＲＳ２動作となった段階がこの工程である。ここではまだ接触子が非接触状態のため基本的に無負荷の状態でモータは正転をしており、モータの電流値が第１設定値を超えない範囲で推移（接触子が進行）する。接触子がバッテリユニットの側面に当接すると、負荷状態となりモータ電流値が上昇し、第１設定値に到達する（若しくは超える）（Ｓ３５、図３４のＲＳ３停止）。その後、記憶手段から読み出された相対位置（初期位置）データを基にサーボモータを再度駆動し、伸縮ロッドを移動してバッテリユニットの移動を行う（Ｓ３６）。このとき、接触子をバッテリユニットに接触させた状態で押し続ける伸縮ロッドについては、サーボモータ２１の電流が更に上昇するので、第２設定値となる電流値が設定される（Ｓ３８、Ｓ３９）。そして、引き続きパルスカウントのカウントが行われる（Ｓ４０、Ｓ４１、図３４のＲＳ４動作）。押し込み装置の各伸縮ロッドのサーボモータが目標とするパルスカウント分だけ回転すると、バッテリユニットは目標位置（相対位置＝初期位置）に到達するので（Ｓ４２、Ｓ４５）、サーボモータを停止する（Ｓ４５、図３４のＲＳ５停止）。仮に第２設定値を超えた場合は異常であるので、非常停止（または、異常を発信して自動で停止）する（Ｓ４３、Ｓ４４）。載置台の調整を行った場合は、載置台の戻し工程（Ｓ２５０）を行ってバッテリユニットを載置台の載置面に載置するが、そうでない場合は、そのまま、押し込み装置を待機位置まで戻す（Ｓ４７、Ｓ４８、図３４のＲＳ６動作）。以上により検出工程が終了し、プログラムを返す（Ｓ４９）。
【００５６】
図３１は、図２９および３０で述べた第１載置台５２および第２載置台６６の調整工程のフローチャートである。第１載置台５２は、支持台に固定されるアクチュエータのロッド（突出状態）により支持されているので、第２載置台６６に支持された転動体６７が載置面より下方にある。アクチュエータの下降が開始されると（Ｓ２０１）、第１および第２載置台５２および６６が近接し、転動体の頂部が載置面より上方に突出する（Ｓ２０２）。すると、載置されたバッテリユニットの下面は転動体により支持されるので、アクチュエータを停止し、その位置を保持する（Ｓ２０３）。この様にして、バッテリユニットの下面を転動体で支持することでバッテリユニットの移動時における摩擦力を減少させることでバッテリユニットの容易な移動が可能となる。
【００５７】
図３２は、図２９および３０で述べた載置台の戻し工程のフローチャートである。第１載置台５２は、支持台に固定されるアクチュエータのロッドにより調整されて、第２載置台６６に支持された転動体６７が載置面より上方に位置するようになっている。アクチュエータの上昇が開始されると（Ｓ２５１）、第１および第２載置台５２および６６が離隔し、転動体６７の頂部が載置面より下方に後退する（Ｓ２５２）。すると、支持されたバッテリユニット２０または２２の下面は第１載置台５２の載置面により載置され、その後、アクチュエータが停止される（Ｓ２５３）。この様にして、バッテリユニット２０または２２の下面を直接第１載置台５２の載置面で載置することができる。これにより、安定した位置の確保が可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  バッテリ交換システム        １２  床面        １３  開口
１４  タイヤ支持部        １６  基準土台        １８  車輌
１９  車体収納部        ２０、２２  バッテリユニット
２４  ベース        ３０  セル制御装置        ３２  セル        ５０  交換部
５１  開口        ５２  載置台（第１載置台）        ５２ａ  摩擦が大きい部材
５４  支持ベース        ５６  昇降装置        ５７  リフト機構
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ  車輪（移動部材）        ５９  枠フレーム
６０  走行レール
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂ  押し込み装置
６６  第２載置台        ６７  転動体        ７０  アクチュエータ
７２  ロッド        ９０  移載部        ９２  スタッカークレーン
９４  主軸        ９６  支持移動部材        ９８  アーム基台
１００、１０２  アーム        １２０  保管・充電部        １２２  保管棚
１２４、１２６  充電器        １２８、１３０  接触部材
２００  制御手段        ２０２  サーボ制御手段        ２０４  主制御手段
２１０  記憶手段        ２１２  入出力手段        ２２０  位置変更手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012006498.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012006498.tif 000012
【図１１Ａ】
2012006498.tif 000013
【図１１Ｂ】
2012006498.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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