JP2008189406A

JP2008189406A - 振動供給装置

Info

Publication number: JP2008189406A
Application number: JP2007022982A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Maehara; 光雄前原; Yoshimichi Takahashi; 佳道高橋; Toshimitsu Morihana; 俊光森鼻; Katsuhiko Nakano; 克彦中野; Yoshiaki Okura; 嘉昭大倉
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】本発明は、より小型に構成することが可能であるとともに部品搬送部を加振する振動数の調整が容易に可能な振動供給装置を提供することを目的とする。
【解決手段】振動供給装置１は、ベース部２と、板ばね３を介して連結支持された部品搬送部４と、加振装置５と、を備えている（図１参照）。そして、加振装置５が備える一対の永久磁石１７・１８の一の永久磁石１７は、電磁コイル１５に通電することより形成される磁界の向きと垂直な方向にＮ極とＳ極とが直列に並ぶように配置され、当該永久磁石１７と対面するように他の永久磁石１８が配置されている。そして、電磁コイル１５に一方向及びその逆方向の電流を交互に流すことにより可動子１４を含む駆動部を一直線上で往復駆動させてベース部２に加振力を作用させることが可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、部品搬送部に連結された板ばねを撓み振動させることにより、部品を整列させて搬送する振動供給装置に関する。

従来、部品搬送部に連結された板ばねを撓み振動させることにより、部品を整列させて搬送する振動供給装置として特許文献１に記載のものが知られている。当該特許文献１の図２に示すように、この振動供給装置は、駆動用板ばね２を振動させるための線励振発生装置Ｅを備えている。特許文献１の図６に示すように線励振発生装置Ｅは、２台の駆動モータＭと、当該駆動モータＭに対してベルトＶを介して連結された２個のアンバランスウエイト１４とから構成されている。この駆動モータＭを作動させて、各アンバランスウエイト１４を逆方向に回転させることにより、駆動用板ばね２を振動させるための一方向の加振力を発生させることが可能となる。
そして、駆動モータＭのモータ軸に、ピッチ円径が調整可能なピッチ円可変プーリＰを装着してピッチ円径を調整可能とすることで、板ばね２を加振する振動周波数を調整し、加振力がトラフにのみ作用するように調整して被搬送物を効率的に搬送することを可能としている。

特開２００４−１８９３８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された振動供給装置は、駆動モータＭにより回転軸に対して偏心するように装着されたアンバランスウエイトを回転させて加振力を得る構成であるため、一方向に加振力を作用させるためには、アンバランスウエイトを２つ用いて、それぞれ対称的に回転させる必要がある。そのため、部品点数が増加し、加振装置の設置スペースが大きくなり、振動供給装置が大型化してしまうという問題がある。
一方、特許文献１の図９のグラフに示されるように、アンバランスウエイトによる振動の振動数をある特定の振動数（７００ｖｐｍ前後）に設定することで、ベースの振動を抑制可能であることが分かっているが、このように振動供給装置が有利な効果を奏する特定の振動数を備える構成である場合は、振動供給装置のベース部を振動させる加振装置は当該特定の振動数に合わせて容易に振動数を調整可能なものであることが望まれる。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、より小型に構成することが可能であるとともに部品搬送部を加振する振動数の調整が容易に可能な振動供給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及び効果

本発明に係る振動供給装置は、部品搬送部に連結された板ばねを撓み振動させることにより、部品を整列させて搬送する振動供給装置に関する。そして、本発明に係る振動供給装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の振動供給装置は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。

上記目的を達成するための本発明に係る振動供給装置における第１の特徴は、防振部材を介して床面に設置されるベース部と、当該ベース部に複数の板ばねを介して連結支持された部品搬送部と、前記ベース部に設置され、当該ベース部に加振力を作用させることが可能な加振装置と、を備え、当該加振装置の加振力により、前記複数の板ばねを撓み振動させて、前記部品搬送部上の被搬送物を搬送する振動供給装置であって、前記加振装置は、前記ベース部に固定される加振装置本体と、当該加振装置本体に固定される固定子と、前記固定子に対して相対移動可能に設置された可動子と、当該固定子に巻回され、通電することにより前記可動子が移動可能な空間である可動空間を一方向に通過する磁界を形成する電磁コイルと、前記可動空間において前記電磁コイルが形成する磁界の向きと平行に前記可動子を挟み込むように前記固定子に固定される一対の永久磁石と、を備え、当該一対の永久磁石における一の永久磁石は、前記電磁コイルに通電することより形成される磁界の向きと垂直な方向にＮ極とＳ極とが直列に並ぶように配置されるとともに、前記可動子を挟んで当該一の永久磁石のＮ極に他の永久磁石のＳ極が対面し、当該一の永久磁石のＳ極に他の永久磁石のＮ極が対面するように配置されており、前記電磁コイルに一方向及びその逆方向の電流を交互に流すことにより前記可動子を含む駆動部を一直線上で往復駆動させて前記ベース部に加振力を作用させることが可能な構成であることである。

この構成によると、電磁コイルに電流を流して磁界を発生させることにより、可動子を含む駆動部を一直線上に駆動させることができる。そして、電流を流す向きを交互に変化させることにより、駆動部を一直線上で往復駆動させて、ベース部に加振力を作用させることができる。このように、駆動部が一直線上でのみ駆動するため、狭いスペースに配置することが可能であり、振動供給装置をより小型に構成することができる。また、電流の向きを切り換える周期を調整することにより、任意の振動数で加振することが可能であり、加振装置の振動数を所定の振動数になるように調整することが容易に可能である。

また、本発明に係る振動供給装置における第２の特徴は、前記ベース部に前記板ばねを介して支持される部分の質量をＭ_１、当該板ばねを介して支持される部分を除く前記防振部材上に配置された部分の質量をＭ_２、前記板ばねのばね定数をＫ、としたときに、前記駆動部の振動数ｆが、以下の式（１）を満たすように設定されていることである。

この構成によると、ｆをｆ_０×（Ｍ_２／（Ｍ_１＋Ｍ_２））^{１／２----}に近づけた場合、部品搬送部の振幅を過度に小さくすることなく、ベースの振幅をより小さくすることができる。したがって、加振力を効率的に部品搬送部の振動に利用することが可能であるとともに、ベースが設置される床やその周囲の設備に振動を伝えにくくすることが可能である。また、ｆをｆ_０に近づけた場合、部品搬送部の振幅が共振時の振幅に近づけることができるため、より小さい加振力で部品搬送部の振幅を大きくすることが可能となる。したがって、効率よく部品搬送部の振幅を大きく保つことが可能となる。
以上より、ｆ_０×（Ｍ_２／（Ｍ_１＋Ｍ_２））^{１／２----}≦ｆ≦ｆ_０の範囲で振動数を設定することで、効率よく部品搬送を行うことが可能となる。

以下、本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つつ説明する。図１は、本実施形態に係る振動供給装置の概略図である。本実施形態においては、部品搬送トラックが直線状に形成された部分を備える部品搬送部（トラフ等）を直線的に振動させながら部品を整列させて搬送し、次工程に供給する振動供給装置（リニア型パーツフィーダ）を例にとって説明する。

図１に示すように、振動供給装置１は、例えばコイルばねの周囲にゴム材をモールドしたゴムスプリング等により構成された防振部材９を介して床面１０に設置されるベース部２と、当該ベース部２に一対の板ばね３・３を介して連結されたトラフ４（部品搬送部）と、前記ベース部２に加振装置本体６を固定されることにより設置された加振装置５と、を備えている。そして、当該加振装置５は、駆動軸７及び当該駆動軸７に固定されたウエイト８を一直線上に往復駆動させることにより、加振装置本体６を介してベース部２に加振力Ｆ（図１参照）を作用させることが可能となっている。この加振力Ｆにより、ベース部２を介して板ばね３を撓み振動させて、トラフ４上の被搬送物（図示せず）が搬送される。尚、図１において搬送方向を矢印Ｑで示す。

ここで、加振装置５による加振力Ｆの力線を延長した直線がが、振動供給装置１の重心Ｇを通過するように、即ち、加振装置５における駆動軸７の中心線（図１においてＣで示す）の延長線上に振動供給装置１の重心Ｇが位置するように構成されている。これにより、加振装置５からの力により重心Ｇを中心としたモーメントが作用することはない。したがって、振動供給装置１を重心Ｇ周りに回転させる力として加振力Ｆが利用されることはなく、加振力Ｆを板ばね３の振動に効率よく利用することが可能である。

ベース部２は、加振装置５を取り付けるためのブロックであり、コイルばねの周囲にゴム材をモールドしたゴムスプリング等により構成された防振部材９が下部に連結されている。そして、ベース部２は、当該防振部材９及び当該防振部材９の下方に位置する支柱１１を介して床面１０に設置されている。このベース部２には、搬送方向に並んだ一対の板ばね３・３がボルト等の締結部材により固定されており、当該板ばね３・３を介してベース部２がトラフ４を支持している。

トラフ４には、長手方向において所定の間隔をおいてベース部２に連結された板ばね３の端部がボルト等の締結部材を用いて固定されている。このトラフ４は、振動供給装置１の載置される床面１０と上面が略平行になるように、当該板ばね３を介してベース部２に取り付けられている。一対の板ばね３・３は互いに略平行に設置されており、トラフ４の上面と直交する方向に対して搬送方向側に所定の取付角度（図１においてθで示す角度）で傾斜する方向に長手方向を向けて設置されている。板ばね３は、細長い板状のばね鋼材からなり、所定のばね定数を有している。また、加振装置５による加振方向（加振力Ｆの方向）と板ばね３の長手方向とが直交するように設置されている。

次に、加振装置５の駆動機構について図２〜図５を用いて説明する。図２は、加振装置５における駆動機構の主要部の部分断面模式図であり、永久磁石１７近傍部分が駆動軸７の中心線Ｃを含む平面により切断され、また、当該平面と直交する平面により固定子１３及び可動子１４の一部が切断された状態を示すものである。加振装置５は、加振装置本体６（図２において図示せず。図１参照）に固定される固定子１３と、当該固定子１３に巻回される電磁コイル１５と、駆動軸７に固定される可動子１４と、可動子１４を挟み込むように設置された永久磁石１７・１８とを備えている。

固定子１３は、リング状に形成された鋼板を積層したブロックからなり、内部に可動子１４が積層方向に移動可能な空間（以下、可動空間と称する）を備えた筒状に形成されている。また、可動空間の中央に向かって突出する一対の突出部１３ａ・１３ｂが、当該可動空間内に設置される可動子１４を挟み込むように形成されており、電磁コイル１５を巻回可能となっている。

電磁コイル１５は、固定子１３の突出部１３ａ・１３ｂに巻回され、通電することにより可動空間を、突出部１３ａから突出部１３ｂに向かう方向、又は、その逆方向のいずれか一方向に通過する磁界を形成することが可能である。

永久磁石１７・１８は、可動空間において電磁コイル１５が形成する磁界の向きと平行に可動子１４を挟み込むように固定子１３の突出部１３ａ・１３ｂの端部に固定され、円筒状に形成された可動子１４の外形に合わせて、可動子１４と対面する面が円弧面になるように形成されている。

図３に加振装置５における可動子の駆動方向（図２中矢印で示す方向）と平行な断面模式図を示す。図３に示すように、永久磁石１７は、電磁コイル１５（図３において、断面１５ａ〜１５ｄとして模式的に示す）に通電することより形成される磁界の向き（図３における上下方向）と垂直な方向にＮ極とＳ極とが直列に並ぶように配置されている。そして、可動子１４を挟んで永久磁石１７のＮ極に他の永久磁石１８のＳ極が対面し、永久磁石１７のＳ極に他の永久磁石１８のＮ極が対面するように配置されている。これにより、永久磁石１７と永久磁石１８との間において、永久磁石１７のＮ極側においては永久磁石１７から永久磁石１８に向かう方向（図中下向きの矢印で示す）の磁界が生じ、永久磁石１７のＳ極側においては永久磁石１８から永久磁石１７に向かう方向（図中上向きの矢印で示す）の磁界が生じることになる。

可動子１４は、リング状の鋼板を積層したブロックからなり、永久磁石１７・１８との間において、図３における左右方向に固定子１３に対して相対的に移動可能に配置されている。電磁コイル１５に通電を行っていない状態では、可動子１４は、永久磁石１７・１８の磁力により、永久磁石１７・１８の左右方向略中央の中立位置において静止するように配置される。

尚、可動子１４が固定される駆動軸７（図２参照）は、例えば加振装置本体６に対して板ばね等の支持部材（図示せず）を介して固定され、当該保持部材の弾性変形により駆動方向（図２参照）における所定の変位を可能とした状態で、当該駆動方向と垂直な方向への変位を拘束するように支持される。これにより、駆動軸７を軸受等により摺動支持する必要がなくなるため、当該軸受等の磨耗によるメンテナンスが不要となり経済的である。また、摩擦による発熱を抑制でき、高振動数での振動が可能である。

図４及び図５は、図３に示す電磁コイル１５に通電することにより可動子１４に作用する力について説明するための図である。図４に示すように、永久磁石１７のＮ極側（永久磁石１８のＳ極側）に位置して断面で示される電磁コイル１５ａ、１５ｃには、紙面奥方向に向かって電流が流れ、永久磁石１７のＳ極側（永久磁石１８のＮ極側）に位置して断面で示される電磁コイル１５ｂ、１５ｄには、紙面手前方向に向かって電流が流れるように電磁コイル１５に電流を流した場合（以下、当該電流の流れる方向を正方向、その逆方向を負方向と称する）、可動空間には突出部１３ａから突出部１３ｂに向かう方向に当該通電された電磁コイル１５による磁界が生じることになる。この電磁コイル１５からの磁界により、永久磁石１７のＮ極から永久磁石１８のＳ極に向かう方向の磁界は強められ、永久磁石１８のＮ極から永久磁石１７のＳ極に向かう方向の磁界は弱められる。これにより、可動子１４は、永久磁石１７のＮ極及び永久磁石１８のＳ極側に向かった推力（図３における矢印Ｆ１で示す）を受けて矢印Ｆ１の方向に移動する。同様に、図５に示すように、電磁コイル１５に電流を負方向に流した場合、可動子１４は、磁界が強められる永久磁石１７のＳ極及び永久磁石１８のＮ極側に向かった推力（図５における矢印Ｆ２で示す）を受けて矢印Ｆ２の方向に移動する。

このように、可動子１４に作用する推力の方向は、電磁コイル１５に流す電流の方向により決定される。そのため、電磁コイル１５に正方向及び負方向の電流を交互に流すことにより可動子１４を一直線上で往復駆動（振動）させることが可能となる。これにより、可動子１４とともに、可動子１４に固定される駆動軸７、ウエイト８等の駆動部を往復駆動させることができる。したがって、電流の通電方向の切換周期を変更することにより、任意の周波数で振動させることが可能である。

また、可動子１４が受ける推力の大きさは、電磁コイル１５に流す電流の大きさに比例する。そのため、駆動部の加速度の調整が容易に可能であり、これにより加振装置５からベース部２に伝わる力の大きさの調整が容易に可能となる。また、加振装置５の振動周波数は、電磁コイル１５に流す電流の大きさにより変動することはないため、加振装置５からベース部２に伝える力の調整を振動周波数の調整と独立して行うことができる。

また、電流の切換周期を変更することで広い範囲で加振装置５の振動数を調整することが可能であるため、加振装置５の振動数を最適な振動条件に合致させるために板ばね３のばね定数の調整が不要となる。

また、加振装置５において可動子１４への給電は不要な構成であるため、配線が複雑になることはなく、配線が可動子と共に駆動することにより、周囲との摩擦等により劣化して断線するなどの問題がない。また、可動子１４自体を永久磁石として構成する必要がないため、可動子１４を含む駆動部の機械的強度を高くすることができる。

次に、加振装置５によるベース部２の加振周波数の制御について説明する。
本実施形態における板ばね３に支持される部分（トラフ４及びその他図示しない部品搬送部材を含む）の合計質量をＭ_１、当該板ばね３に支持される部分を除いた防振部材上に配置される部分（ベース部２、加振装置５）の合計質量をＭ_２、板ばね３のばね定数Ｋとしたときに、本実施形態における振動周波数ｆは、数３を満たすような値として設定することが望ましい。

特許文献１において図９に、加振装置の振動数とトラフ及びベースの各振幅の関係のグラフが示されているが、このグラフから、所定の周波数（７００ｖｐｍの前後）において、ベースの振幅が最小になっていることが分かる。これは、振動数が７００ｖｐｍの前後において、加振装置による加振力のほとんど全てが、トラフを振動させるために使用されていることを意味している。また、７００ｖｐｍよりも振動数が増加すると、ベース及びトラフからなる系の共振振動数に近づき、ベースの振幅は増加する一方、トラフの振幅が更に増加することが分かる。

ここで、図６に質量ｍ_１の物体Ａ及び質量ｍ_２の物体Ｂをばね定数ｋのばねＳで連結したモデルを示す。
このモデルにおいて、質量ｍ_２の物体Ｂに対して、ばねＳの長手方向（ばね定数ｋで変形する方向）と平行に振動数ｆ_ｘの加振力（Ｆ_０ｃｏｓ（ωｔ）、ｔ：時間）を与えた時の物体Ａ及び物体Ｂについての運動方程式（物体Ａの変位をｘ_１、及び、物体Ｂの変位をｘ_２とする）を数４に示す。
また、この方程式の解を数５に示す（ω、ｍ、λ、ｆ_ｘ０については数６に示す）。

数５より、物体Ａの変位ｘ_１と物体Ｂの変位ｘ_２との間には、数７に示す関係がある（λ、ｆ_ｘ０、ｍについては数６に示す）。

数７の右辺が０、即ち、振動数ｆ_ｘが数８に示す関係（λ、ｆ_ｘ０、ｍについては数６に示す）を満たすときは、加振力を与えられる物体Ｂの変位ｘ_２は０、即ち、物体Ｂは静止し続けながら物体Ａの変位を許容することになる。この物体Ｂが静止した状態は、特許文献１の図９におけるベースの振幅が最小になったときの振動状態を表していると考えられる。

本実施形態においては、上述した図６に示すモデルに対応するように、ベース部２に板ばね３を介して支持される部分（トラフ４等、質量Ｍ_１）を物体Ａ、板ばね３を介して支持される部分を除く防振部材９上に配置された部分（ベース部２、加振装置５等、質量Ｍ_２）を物体Ｂ、及び、一対の板ばね３・３（ばね定数Ｋ）をばねＳ、とみなして、数８に対応した数９に示す算出式に基づいて加振装置５の振動数ｆをｆ_１に近づくように設定することにより、トラフ４の振幅を過度に小さくすることなく、ベース部２の振幅をより小さくすることができる。したがって、加振力を効率的にトラフ４の振動に利用することが可能であるとともに、ベース部２が設置される床面１０やその周囲の設備に振動を伝えにくくすることが可能である。

また、数１０に示す算出式に基づいて加振装置の振動数ｆをｆ_２に近づくように設定することにより、振動数を共振振動数に近づけトラフの振幅をより大きくすることが可能となる。この場合、より小さい加振力で部品搬送部の振幅を大きくすることが可能となる。したがって、効率よく部品搬送部の振幅を大きく保つことが可能となる。

このように、加振装置の振動数ｆをｆ_１以上ｆ_２以下の範囲内で設定した場合は、ｆ_１に近づけることでベース部２の振動をより抑制しながら効率よく加振することができ、ｆ_２に近づけることでより小さい加振力で部品搬送部に大きな振幅を与えることができるため、加振装置による効率のよい加振を実現することが可能となる。

本実施形態においては、加振装置５の駆動部を駆動させる力は、加振装置に流す電流の大きさに略比例し、電流値を適宜調整することにより、振動数を変化させることなくトラフの振幅を大きくすることが可能となる。したがって、電流の切換周期を調整することにより、加振装置の振動数（加振周波数）をベース部２の振動が最小になる振動数に設定した上で、電流値の大きさを調整してトラフの振幅を所望の大きさの振幅に調整することが容易に可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。

本発明の実施形態に係る振動供給装置を示す概略図である。図１に示す加振装置における駆動機構の主要部の部分断面模式図である。図２に示す加振装置における可動子の駆動方向と平行な断面模式図を示す。図３おいて電磁コイルに通電した状態を示す図である。図３おいて電磁コイルに通電した状態を示す図である。２質量とばねからなるモデルを示す図である。

符号の説明

１振動供給装置
２ベース部
３板ばね
４トラフ（部品搬送部）
５加振装置
６加振装置本体
７駆動軸（駆動部）
８ウエイト（駆動部）
９防振部材
１３固定子
１４可動子
１５電磁コイル
１７、１８永久磁石

Claims

防振部材を介して床面に設置されるベース部と、当該ベース部に複数の板ばねを介して連結支持された部品搬送部と、前記ベース部に設置され、当該ベース部に加振力を作用させることが可能な加振装置と、を備え、当該加振装置の加振力により、前記複数の板ばねを撓み振動させて、前記部品搬送部上の被搬送物を搬送する振動供給装置であって、
前記加振装置は、
前記ベース部に固定される加振装置本体と、
当該加振装置本体に固定される固定子と、
前記固定子に対して相対移動可能に設置された可動子と、
当該固定子に巻回され、通電することにより前記可動子が移動可能な空間である可動空間を一方向に通過する磁界を形成する電磁コイルと、
前記可動空間において前記電磁コイルが形成する磁界の向きと平行に前記可動子を挟み込むように前記固定子に固定される一対の永久磁石と、を備え、
当該一対の永久磁石における一の永久磁石は、前記電磁コイルに通電することより形成される磁界の向きと垂直な方向にＮ極とＳ極とが直列に並ぶように配置されるとともに、前記可動子を挟んで当該一の永久磁石のＮ極に他の永久磁石のＳ極が対面し、当該一の永久磁石のＳ極に他の永久磁石のＮ極が対面するように配置されており、前記電磁コイルに一方向及びその逆方向の電流を交互に流すことにより前記可動子を含む駆動部を一直線上で往復駆動させて前記ベース部に加振力を作用させることが可能な構成であることを特徴とする振動供給装置。
前記ベース部に前記板ばねを介して支持される部分の質量をＭ_１、当該板ばねを介して支持される部分を除く前記防振部材上に配置された部分の質量をＭ_２、前記板ばねのばね定数をＫ、としたときに、前記駆動部の振動数ｆが、以下の式（１）を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動供給装置。