JP2008184334A - 振動式パーツフィーダ、およびそれを用いた部品搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレームからの不要振動を原因とする部品供給能力の低下を抑制し、かつ部品の供給位置の変化を所望の値以下にすることができる振動式パーツフィーダを提供する。
【解決手段】 振動周波数が２００Ｈｚ以上である振動源を有するパーツフィーダ本体が配置されたベースと、前記ベースを保持するフレームと、前記ベースと前記フレームとの間に配置され、少なくとも鉛直方向に対する振動を抑制する振動抑制ばねと、を備える振動式パーツフィーダであって、前記振動抑制ばねのばね定数をＫ（Ｎ／ｍ）としたとき、
【数１】

を満たすようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動式パーツフィーダ、特に高い供給位置精度が要求されるチップ部品等の供給に用いられる振動式パーツフィーダ、ならびに振動式パーツフィーダを用いた部品搬送装置に関する。

従来、積層型コンデンサや積層型インダクタ等のチップ部品について、出荷前に特性不良検査や外観検査を行ったりする際に、所定の位置にチップ部品を精度よく供給する必要がある。このための装置として、チップ部品を移送するための部品通路に対し、振動源から５０〜６０Ｈｚもしくは１００〜１２０Ｈｚの加振周波数で振動を付与することで、部品通路に一定方向の振動を生じさせ、この振動によりチップ部品を一定方向に供給する振動式のパーツフィーダが一般的に広く用いられている。

この振動式パーツフィーダとしては、例えば以下に示すようなものがある。すなわち、内周壁にスパイラル状のトラックが形成され、このトラックに沿って部品を排出する椀状のボウルと、ボウルの排出端部に連通して水平方向に配置され、本発明の部品通路に該当するトラフ（部品通路）と、このトラフに対し、直線振動を付与する振動源とを備えた振動式パーツフィーダである。振動源とトラフとは、前後一対の傾斜板ばねによって取り付けられており、振動源と基台ブロック（ベース）とは、別の前後一対の傾斜板ばねによって取り付けられ、基台ブロックは基台に直接固定されている（特許文献１参照）。

また、トレイにフレキシャ振動体を振動源として取り付け、この振動源をベッド（ベース）上に支持固定するとともに、ベッドを基台上にコイルスプリング（振動抑制ばね）を介して保持するものもある（特許文献２参照）。

これらの振動式パーツフィーダには、被供給物であるチップ部品の小型化に伴い、部品供給口から次工程への受け渡しなどにおいて、より高い供給精度を求められるようになってきており、近年特にその要望が強くなっている。また、より高速に供給することも同時に強く求められている。
特開平９−７５８４６号公報 特開平５−２４６５２６号公報

特許文献１に開示されているような振動源が板ばねを介して支持されている振動式パーツフィーダは、強固な定盤上に搭載した場合には固有の部品供給能力を十分に発揮できる。しかしながら、実際の工程において用いられるような金属製のフレーム上に搭載した場合には振動源からの振動がフレームに伝わることによって、フレームが大きく振動してしまう。その結果、フレーム振動の反力が部品通路に不要振動として伝わるため、本来、部品供給に寄与するはずの振動を阻害してしまい、振動式パーツフィーダが有する部品供給能力の低下する要因となっている。また、同じフレーム上に次の工程の装置が載置されている場合は、その装置による処理に悪影響が出る場合がある。これは板ばねを斜めに起立させた状態で使用しているため、水平方向の振動についてはよく吸収されるが、鉛直方向の振動についてはほとんど吸収されないからである。

また、特許文献２に開示されているような振動源がコイルばねを介して支持されている振動式パーツフィーダは、ベースの下面に鉛直方向の振動を吸収できるコイルばねが設けられているため、振動源からの振動がフレームにほとんど伝わらず、フレームからの不要振動による振動式パーツフィーダの部品供給能力はほとんど阻害されることがない。これは振動源からの振動を十分に吸収できるだけのばね定数の低いコイルばねが用いられているからである。しかしながら、ベース上に部品収納部を並設していると、部品を供給していくにつれて、振動抑制ばねが支持する総質量のうち供給した部品に該当する質量分が変動することになる。通常、振動源からの振動を十分に吸収するために、振動抑制ばねとしては、ばね定数が十分に低いものが用いられており、そのような振動抑制ばねの撓み量は振動抑制ばね上の質量変動に影響されやすくなる。その結果、部品供給口の高さが振動抑制ばねの撓み量によって変動することになり、部品の供給位置が一定しないという新たな問題が生じている。また、振動抑制ばねの撓み量は、振動抑制ばね上の質量だけでなく、部品収納部への部品の補充時の衝撃や、外部からのパーツフィーダへの接触による物理的衝撃によっても影響を受ける。したがって、厳密な供給位置精度が要求される微小な電子部品の供給に用いる場合には、十分な振動抑制効果を有するばね定数のコイルばねを採用することができないため、フレームからの不要振動が抑制しきれてなかった。

本発明の目的は、フレームからの不要振動を原因とする部品供給能力の低下を抑制し、かつ部品の供給位置の変化を所望の値以下にすることができる振動式パーツフィーダを提供することにある。

本発明は上記課題に基づいてなされたものである。

本発明の振動式パーツフィーダは、被供給物である質量が５０ｍｇ以下の部品を外部に供給する部品供給口を有する部品通路と、振動周波数が２００Ｈｚ以上である振動源を有し、前記振動源からの振動が前記部品通路上にある部品を前記部品供給口の方向に移動させるものとなるように前記部品通路に係合された加振機構とを備えるパーツフィーダ本体と、前記パーツフィーダ本体が配置されたベースと、前記ベースを保持するフレームと、前記ベースと前記フレームとの間に配置され、少なくとも鉛直方向に対する振動を抑制する振動抑制ばねと、を備える振動式パーツフィーダであって、前記振動抑制ばねのばね定数をＫ（Ｎ／ｍ）としたとき、

を満たすことを特徴とする。

このような構成となるように各パラメータを設定することによって、パーツフィーダ本体からの振動に起因するフレームの振動を抑制し、かつ部品供給口の位置変動を０．０００１ｍ（１００μｍ）以内である振動式パーツフィーダとすることができる。

また、本発明の振動式パーツフィーダにおいては、前記振動抑制ばねのばね定数Ｋが、

を満たすことが好ましい。

このような構成となるように各パラメータを設定することによって、パーツフィーダ本体からの振動に起因するフレームの振動抑制効果がより顕著なものとなる。

また、本発明の部品搬送装置は、前記振動式パーツフィーダにおいて、前記フレーム上に、搬送部材と駆動部からなる部品搬送機構が配置されており、前記部品供給口から前記部品を前記搬送部材上に供給し、前記搬送部材を前記駆動部によって駆動して前記部品を搬送するようにしたことを特徴とする。

（作用）
本発明の振動式パーツフィーダの設計方法は、次の二つの目的を達成することを課題としている。すなわち、フレームからの不要振動を原因とする部品供給能力の低下を抑制するということと、部品の供給位置の変化を所望の値以下にすることである。

まず、フレームからの不要振動抑制については、パーツフィーダ本体の振動周波数におけるフレーム自体の振動に対する耐性を高めるのではなく、パーツフィーダ本体からの振動のフレームへの伝達効率を抑制することでフレームからの不要振動を抑制するものである。本発明者らは、フレームへの振動の伝達効率がパーツフィーダ本体の振動周波数と、振動抑制ばねおよびこれが支持する構成の共振周波数との差に起因すること、振動抑制ばねおよびこれが支持する構成の共振周波数が振動抑制ばねのばね定数により変化することに着目し、このパーツフィーダ本体からフレームに伝達する振動を抑制するための条件が、

となることを見出した。（ＩＩＩ）式においては、左辺が振動抑制ばねおよびこれが支持する構成の共振周波数に該当する。すなわち（ＩＩＩ）式は、振動抑制ばねおよびこれが支持する構成の共振周波数が振動源の振動周波数の７０％未満となったときに、振動源からフレームへの実質的な振動抑制効果が表れることを示している。なお、（ＩＶ）式にあるように、振動抑制ばねおよびこれが支持する構成の共振周波数が振動源の振動周波数の５０％未満とした場合には、振動源からフレームへの振動抑制効果が特に顕著となり、フレームとして比較的振動しやすい螺合部位を有するものやアルミニウム製のものを用いても十分実用に供することができるようになる。

なお、パーツフィーダ本体の振動周波数としては、基本的に振動源の振動周波数をそのまま適用すればよいが、部品通路への部品の供給に別の振動フィーダを用いており、かつその振動エネルギーがパーツフィーダ本体の振動周波数に影響を及ぼす程度に大きい場合は、振動源の振動周波数と振動フィーダの振動周波数とを比べてより周波数が低い方をパーツフィーダ本体の振動周波数として適用すればよい。

また、常に部品の供給位置精度が１００μｍ以下となるような振動式パーツフィーダを示しているものが（Ｖ）式である。なお、ΔＭが０．０１（ｋｇ）以上としているのは、ΔＭが０．０１ｋｇより小さい場合、一度に投入できる部品の量が少なく非効率的であるためである。

ここで、本発明の振動式パーツフィーダの稼動条件についてより具体的に説明する。一般的な振動式パーツフィーダには、供給すべき部品の質量に応じて、およそ５０〜６０Ｈｚもしくは１００〜１２０Ｈｚの振動周波数の振動源が広く用いられている。しかしながら、このような振動周波数の振動源からの振動を抑制するためには、一般的に想定できる振動式パーツフィーダの稼動条件を考慮すると、振動抑制ばねのばね定数を十分に低く設定する必要がある。このため、上記（ＩＩＩ）式および（Ｖ）式を同時に満たすようなばね定数の振動抑制ばねというものが存在しないか、存在しても、振動源からフレームに伝達する振動を抑制する効果と供給位置精度の向上という効果とを高いレベルで実現することはできないという制約がある。

これに対し、微小な部品を安定的に供給するには、一般的に１５０Ｈｚ以上という高い振動周波数の振動源を用いたほうが効率がよいといわれている。そしてこのような振動源を用いれば、上記（ＩＩＩ）式および（Ｖ）式を同時に満たすばね定数が設定できるようになる。

ただし、振動源の振動周波数が高い場合、部品通路に与える振幅が小さくなるので、比較的質量が大きい部品を供給するような用途にはもともとの供給能力が低くあまり効率的とはいえない。また、このような大型部品の場合、供給位置精度を厳密に要求されることも少ない。

したがって、質量が５０ｍｇ以下であるような微小部品を供給する場合、本発明の振動式パーツフィーダをより効果的に適用できる。

（実施例）
まず、本発明の振動式パーツフィーダおよびこれを用いた部品搬送装置の構成について説明する。なお、図１は本発明の振動式パーツフィーダの一実施例を示す概略断面図、図２は本発明の一実施例の振動式パーツフィーダにおける振動抑制ばね周辺を示す断面図、図３は本発明の他の実施例の振動式パーツフィーダにおける振動抑制ばね周辺を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の振動式パーツフィーダ１は、チップ部品Ｗを載置して部品供給口３ａからチップ部品を供給するトラフ（部品通路）３と、トラフ３を加振するための振動源４と、振動源４からの振動を部品通路３に伝達できるようにトラフ３に係合された加振機構５とを備えるパーツフィーダ本体２と、パーツフィーダ本体２が配置されたベース６と、ベース６を保持するフレーム７と、ベース６とフレーム７との間に配置され、少なくとも鉛直方向に対する振動を抑制するコイルばね（振動抑制ばね）８と、トラフ３上にチップ部品を供給する振動フィーダ１０とからなる。

トラフ３は、底面部と側面部とからなる断面コの字状の直線通路であり、底面部が略水平となるように配置されている。また、その一方端側がトラフ３上を移動してきたチップ部品を排出する部品供給口３ａに該当し、所望の部品供給位置とこの部品供給口３ａとが一致するように配置位置が調整されている。

振動源４は、所定の振動周波数で振動する圧電振動体であり、トラフ３にこの振動を伝達することによってトラフ３上のチップ部品を部品供給口３ａ方向に移動させるためのものである。なお、本実施形態では振動源として圧電振動体を用いているが、電気コイルと永久磁石とを組み合わせた電磁式の振動体を用いてもよい。

加振機構５は、一方端がトラフ３の底面部下面に係合し、かつトラフ３の長手方向に平行配置された一対の板ばね５ａと、この板ばね５ａの他方端と係合し、板ばね５ａを保持する保持具５ｂとからなる。また、板ばね５ａはトラフ３の長手方向に撓むように斜めに傾いた状態で保持されており、この板ばねの両主面に振動源４が設けられている。

ベース６は、その一方主面側に保持具５ｂおよび振動フィーダ９が固定された平板であり、他方主面側にはコイルばね８を設けるための凹部が形成されている。

コイルばね８は、振動源４からの振動がフレーム７に伝達するのを抑制するためのものである。図２に示すように、コイルばね８は、ベース６に設けられた凹部６ａ内に収納されている。また、コイルばね８の両端は雌ネジが形成されたプレート８ａに固定されており、コイルばね８の一方端がベース６側に、他方端がフレーム７側にそれぞれ雄ネジ８ｂによって螺合されている。

振動フィーダ１０は、トラフ３上にチップ部品Ｗを供給するためのものである。振動フィーダ１０の構成は、螺旋状に振動するボウル部１０ａと、ボウル部１０ａを振動させるボウル部振動源（図示しない）と、ボウル部１０ａに連通する排出口１０ｂとを有している。チップ部品Ｗは、このボウル部１０ａに図示しない部品投入機構によって投入され、ボウル部１０ａに形成された通路を通って排出口から順次トラフ３上に供給される。

また、図３は、コイルばねに代えてＵ字型板ばね９を設けたものである。Ｕ字型板ばね９は、平板部９ａと湾曲部９ｂとから構成され、２つの平板部９ａが湾曲部９ｂを介して繋がっており、この湾曲部９ｂでばね性を付与している。平板部９ａはそれぞれ固定板９ｂに螺合され、この上下２つの固定板４ｂはそれぞれベース６とフレーム７とに螺合されている。

次に、上記振動式パーツフィーダの各構成のパラメータを以下のようにして設定した。まず、振動式パーツフィーダの稼動条件として、質量が１０ｍｇのチップ部品を供給すること、チップ部品を補充するときは一度に１ｋｇずつ投入する（ΔＭ）こととし、振動源の振動周波数ｆを２００Ｈｚ、想定外力Ｆを１０Ｎとした。なお、コイルばねにかかる総質量Ｍは１０ｋｇであった。そして、上記稼動条件のもと要求される部品供給位置精度を１００μｍ以内に設定した。以上の条件を（ＩＩＩ）式および（Ｖ）式にあてはめて、コイルばねのばね定数を設定した。このうち、（ＩＩＩ）式を満たすようにばね定数を設定したものを実施例１，２、（ＩＩＩ）式は満たすが（ＩＶ）式を満たさないものを実施例３とした。

また、比較例として、振動源の振動周波数が１００Ｈｚでコイルばねのばね定数が１×１０⁶Ｎ／ｍのもの（比較例１）、振動源の振動周波数が１００Ｈｚでコイルばねのばね定数が０．１×１０⁶Ｎ／ｍのもの（比較例２）、振動源の振動周波数が１００Ｈｚでコイルばねのばね定数が３×１０⁶Ｎ／ｍのもの（比較例３）、振動源の振動周波数が１００Ｈｚでコイルばねのばね定数が５×１０⁶Ｎ／ｍのもの（比較例４）、振動源の振動周波数が２００Ｈｚでコイルばねのばね定数が０．０５×１０⁶Ｎ／ｍのもの（比較例５）、振動源の振動周波数が２００Ｈｚでコイルばねのばね定数が１０×１０⁶Ｎ／ｍのもの（比較例６）を用意し、本発明の振動式パーツフィーダと同様の条件で、振動式パーツフィーダの供給能力および供給位置最大誤差を評価した。その結果を表１に示す。なお、振動式パーツフィーダの供給能力については、フレームの代わりに定盤を用いた振動式パーツフィーダの供給能力を１００％としたとき、９５％以上の場合には「○」、８０％以上９５％未満の場合には「△」、８０％未満の場合には「×」を付している。

表１に示すように、実施例１〜３の振動式パーツフィーダは部品供給能力の低下が比較例３，４，６に比べて小さく、特に実施例１，２で高い効果が得られていることがわかる。さらに、供給位置精度も１００μｍ以内に抑えられていることがわかる。

一方、比較例２，５の振動式パーツフィーダは、部品供給能力の低下こそほとんどないものの、供給位置精度において１００μｍを超える誤差が出てきており好ましくない。また、比較例３，４，６の振動式パーツフィーダは、供給位置精度こそ１００μｍ以内に抑えられているが、部品供給能力に大幅な低下が見られるため好ましくない。

なお、実施例１と比較例１とを比較すると、供給位置精度は同程度であるが供給能力に差が見られる。また、実施例２と比較例３とを比較するとわかるように、より厳密な供給位置精度を実現しようとした場合、振動周波数が１００Ｈｚの比較例３はその供給能力が８０％未満しか発揮できないことがわかる。したがって、振動周波数を２００Ｈｚ以上とすることにより、高い供給位置精度を実現しながら供給能力の低下を防ぐことができる。

ここで、本発明の振動式パーツフィーダを用いた部品搬送装置について説明する。図４は本発明の部品搬送装置の一例を示す概略斜視図である。この部品搬送装置１００は、チップ部品の外観検査に用いられるものであり、振動式パーツフィーダ１のフレーム７上に、チップ部品Ｗを搬送する搬送板１１ａおよび搬送板の駆動手段１１ｂを備える部品搬送機構１１と、搬送板１１ａ上に載置されたチップ部品Ｗの外観を撮像するためのカメラ１２と、搬送板１１ａ上に載置されたチップ部品Ｗを所定位置において搬送板１１ａ上から除去・回収するためのエアブロー機構（図示しない）が設けられている。振動式パーツフィーダ１の部品供給口３ａから搬送板１１ａ上に供給されたチップ部品Ｗは、図示しない整列部材によって円周方向に整列させられた後、搬送板１１ａが図中の矢印の方向に回転するのに伴って搬送される。搬送板１１ａは透明部材で構成されており、所定位置において上下方向からチップ部品Ｗの撮像ができるようになっている。撮像を終えたチップ部品Ｗは、その良否を判定され、所定位置において良否別にエアブロー機構により搬送板１１ａ上から除去・回収される。

上記のようなチップ部品の外観検査に用いるような部品搬送装置の場合、位置精度よくチップ部品を供給する必要があるため、本発明のような振動式パーツフィーダは特に有用である。また、本実施例においては、部品搬送装置の用途として外観検査を挙げたが、特にこれに限定するものではなく、例えば部品の吸着ノズルを有する搬送機構への部品供給などにも適用できる。

本発明の振動式パーツフィーダであれば、被供給物である質量が５０ｍｇ以下の部品を外部に供給する部品供給口を有する部品通路と、振動周波数が２００Ｈｚ以上である振動源を有し、前記振動源からの振動が前記部品通路上にある部品を前記部品供給口の方向に移動させるものとなるように前記部品通路に係合された加振機構とを備えるパーツフィーダ本体と、前記パーツフィーダ本体が配置されたベースと、前記ベースを保持するフレームと、前記ベースと前記フレームとの間に配置され、少なくとも鉛直方向に対する振動を抑制する振動抑制ばねと、を備える振動式パーツフィーダであって、前記振動抑制ばねのばね定数をＫ（Ｎ／ｍ）としたとき、（Ｉ）式を満たすようにしているので、パーツフィーダ本体からの振動のフレームへの伝達効率を低く抑えることができ、その結果、パーツフィーダ本体からの振動に起因するフレームの振動を抑制して部品供給能力の低下を抑制することができる。

また、振動抑制ばねのばね定数Ｋ（Ｎ／ｍ）が（ＩＩ）式を満たす場合は、パーツフィーダ本体からの振動に起因するフレームの振動抑制効果がより顕著なものとなる。

また、本発明の振動式パーツフィーダは、振動抑制ばねのばね定数Ｋ（Ｎ／ｍ）（Ｉ）式を満たすようにしているので、パーツフィーダ本体からの振動に起因するフレームの振動を抑制して部品供給能力の低下を抑制し、部品供給口の位置変動を１００μｍ以下に抑えることができる。

また、本発明の部品搬送装置は、上記振動式パーツフィーダを用いているので、安定した部品搬送が可能になり、より高精度な位置決めを要求される処理にも対応させることができる。

本発明の振動式パーツフィーダの一実施例を示す概略断面図。 本発明の本発明の一実施例の振動式パーツフィーダにおける振動抑制ばね周辺を示す断面図。 本発明の他の実施例の振動式パーツフィーダにおける振動抑制ばね周辺を示す断面図。 本発明の部品搬送装置の一例を示す概略斜視図。

符号の説明

１ 振動式パーツフィーダ
２ パーツフィーダ本体
３ トラフ（部品通路）
４ 振動源
５ 加振機構
６ ベース
７ フレーム
８ コイルばね（振動抑制ばね）
９ Ｕ字型板ばね
１１ 部品搬送機構
１００ 部品搬送装置

Claims (3)

1. 被供給物である質量が５０ｍｇ以下の部品を外部に供給する部品供給口を有する部品通路と、振動周波数が２００Ｈｚ以上である振動源を有し、前記振動源からの振動が前記部品通路上にある部品を前記部品供給口の方向に移動させるものとなるように前記部品通路に係合された加振機構とを備えるパーツフィーダ本体と、
   前記パーツフィーダ本体が配置されたベースと、
   前記ベースを保持するフレームと、
   前記ベースと前記フレームとの間に配置され、少なくとも鉛直方向に対する振動を抑制する振動抑制ばねと、
   を備える振動式パーツフィーダであって、
   前記振動抑制ばねのばね定数をＫ（Ｎ／ｍ）としたとき、
   

   

   を満たすことを特徴とする振動式パーツフィーダ。
2. 請求項１に記載の振動式パーツフィーダにおいて、
   前記振動抑制ばねのばね定数Ｋが、
   

   

   を満たすことを特徴とする振動式パーツフィーダ。
3. 請求項１または２に記載の振動式パーツフィーダにおいて、
   前記フレーム上に、搬送部材と駆動部からなる部品搬送機構が配置されており、前記部品供給口から前記部品を前記搬送部材上に供給し、前記搬送部材を前記駆動部によって駆動して前記部品を搬送するようにしたことを特徴とする部品搬送装置。

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