JP2011025209A - 電磁振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の電磁振動装置は１個の電磁コイルの吸引力と板バネの反力により振動をおこしている。
用途は携帯電話の呼び用振動装置等小型の被振動機比較的小振の能力の電磁フィーダ、移送機等である。これはスプリングの性能により条件が定まってしまう為大型のものに適用しにくく調整範囲に限度があり負荷材料が変わると移送がうまくゆかず使い辛いという問題がある。
【解決手段】 本発明の電磁振動装置は２個の電磁力で左右に引き合うことにより振動を起すものであり、さらに電磁石に通電の際に可動鉄芯と固定鉄芯が直接接触しない構造を持たせたもので、振動に安定度があり振幅、振動数も調整域が大きく用途に応じた調整設定ができ振動移送装置としては短尺品の小型から長尺品では従来品にはない大型装置まで適用出来る。又、負荷材料が変化しても対応設定が容易にできる特徴をもっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般産業機械において電磁力を応用し振動を発生し各種振動作動装置の振動源となる電磁振動装置に関する。

振動装置には従来モータの回転力を応用した円運動、楕円運動が特徴のものが在る。この振動装置は回転中心が重心から外れた状態で回転させ遠心力の大小差を応用した振動装置で比較的大型の重量のおもいものを振動させる篩、粉体のフィーダ、移送機等のバイブレータに利用されている。

この振動装置は他の振動方式に比して電力消費が大きい、またこの振動装置は起動時停止時に大きな乱振動が起こるのが欠点である、この為回転伝達装置、回転軸に力が加わり軸の磨耗等故障も発生しやすい、同機種については「特開２００８−７３６０８」「特開２００１−９６２３２」等の特許が有る。

この方式の振動を篩に利用した場合に、この振動は機器によって違うが直径１〜３ｍｍの連続の円運動の振動となっている、網目が連続に移動するため負荷材料が網目の針金に付着しやすく網目を重力だけでは通過しにくいのが現状がある、特に比重の小さい品種は低効率である。

その他 振動発生装置には「特開平１０−２９７１６」で公知の圧電気の応用等もあるがこれは結晶体の圧電現象を利用したものである。圧電現象とは圧電結晶体に電圧を与えて特定方向に歪む現象である。
これは振動の力が弱く振動幅も小さいので適用範囲はかぎられる。応用例としては 通信分野の発振源、水晶時計、マイクロホン、超音波の発振源等がある。

また振動発生装置には「特開平９−１８３５０９」で公知の磁歪もある。これは強磁性体の磁歪現象を応用して電流の振動波の磁化に伴って起こる磁性体の形の変化を応用したもので、振動子等にも利用されている。
具体的にはニッケル等の強磁性体にコイルを施し可変電流を流すことで歪む現象を振動化する、又逆に振動を電流変化にかえて超音波振動の発生及び受波に利用されている。

一般的産業機械において振動を発生し各種振動作動装置の振動源として多く使われている振動装置には電磁振動装置が在る。
これは従来１個の電磁コイルによる電磁石の鉄芯の吸引力とスプリングの力を組合せて振動させるもので、構造はスプリングの片端を固定台に固定し反対端を可動鉄芯に取付けている、この機種の振動発生原理は次のようになる。

コイルに通電ＯＮすると電磁石の可動鉄芯がスプリングの力に打勝って固定鉄芯側に吸引されスプリングの反力と釣合った点又は可動鉄芯と固定鉄芯が接近するが物理的にそれ以上接触しない所で静止する、ここで通電ＯＦＦすると吸引力がなくなりスプリングの反力で元の位置へ戻る、これを繰り返すことで直線運動の振動となる。

一般的にコントローラのボリューム調整で電磁石の電圧を変えて振動の強弱設定ができるようになっているがスプリングを使用しているためスプリングの固有特性により調整範囲が決まってしまい調整代の幅が狭い、これを利用した作動装置で粉体、粒体のフィーダー、移送機篩等があるがしかしこの作動装置は可能振幅が最大１〜２ｍｍ位であまり大きく出来ず、大容量のものへの適用が難しい、例えば長尺の８００ｍｍ以上のものは輸送振動が先端まで届かずうまく移送が出来ない。

なお、本題発明に関する公知技術として「特許第３８０９８６９」がある。主として携帯電話等の呼出し用 タッチパネルの入力応答用としての振動装置に適する電磁振動装置に関するもので、励磁コイルによる電磁石鉄芯の磁力とバネの力が働くように組み合わせて励磁コイルへパルス電流を流すことにより振動を発生させる。その場合電磁石の鉄芯とバネの間に間隔をあける（磁気ギャップ）ことが必要であるが、この寸法精度が必要であり色々工夫が提案されているが十分とはいえない。即ち調整代が少ないと云える。

また「特開２００３−０３９０１９」「特開平１１−１６４５４０」にも同様にバネの固有特性が決まればそれに応じてギャップ即ち振幅をコントローラから調整制御することを提案されているが調整範囲は狭く振動の大きさ及び振動数はほとんど決まってしまうことがしるされている。

すなわち本願発明に関連する公知技術として次の特許文献１〜３を挙げることが出来る。
「特許第３８０９８６９」 「特開２００３−０３９０１９」 「特開平１１−１６４５０」。

本発明は、比較的広範囲の設備に適用されている電磁振動装置に着目したものである。その課題を次に挙げる。

従来の電磁振動装置は携帯電話の呼び出し用振動装置等小型の被振動装置や比較的小さい能力のフィーダ、電磁振動移送機に使用されている、これは構造的にスプリングの材質及び特性に制約されて大きくできず大能力化に限界があった。

また移送距離も長くなると同様に構造的にスプリングの材質及び特性に制約されて振幅を大きく取れず、そのため移送振動が減衰して先端まで届かず途中で進まなくなるという問題があった。

又振幅及び振動数のとりうる範囲が狭く調整代が少なく、例えば移送量が変わると効率が低下する問題もあった。またスプリングは高頻度の使用で金属疲労の劣化による破損事故も少なくなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は篩、移送トラフ等の振動作動装置に比較的よく使用されている電磁振動装置について、従来は励磁コイルの磁力とスプリングの反力を組み合わせて振動させている。それをスプリングを使用せずに電磁コイルのみで振動を起させることによって、振幅、振動数、が比較的自由に選択出来て大型から小型まで広範囲の振動作動装置に適用できる振動装置で、故障の少ない装置を発明することにある。

発明が解決するための手段

上述の目的を達成する本発明の電磁振動装置は、励磁コイル付電磁石鉄芯２個または２個以上で、被振動体を挟む形に両側に設置し、各々の励磁コイルに交互に通電することにより、被振動体に振動を起すことを特徴とする。

又上述の電磁振動装置において、被振動体が振動する際に通電側の励磁コイルによって電磁石の可動鉄芯と固定鉄芯が接近する面が直接接触しない構造をもち通電停止時に他方の通電された側へ移動しやすくしたことを特徴とする。

又上記に記載の特徴ある電磁振動装置を、移送トラフ、篩、振動子、選別トラフ、充填台、計量フィーダ等の振動作動装置に使用して振動を起させることにより作動させることを特徴とする装置である。

発明の効果

以上説明したように本発明によれば、ソレノイド励磁コイル付電磁石２個又は２個以上を、被振動体を挟む形に両側に設置し、各々のコイルに交互に通電することにより、被振動体に振動を起すことを特徴とする電磁振動装置であり。被振動体が振動する際に通電側の電磁コイルによって電磁石の可動鉄芯と固定鉄芯が接近する面が直接接触しない構造を持ち通電停止時に他方の通電された側へ移動しやすくしたことを特徴とする電磁振動装置である。各々のコイルに交互に通電することが基本であるが、各々のコイルにｏｎ，ｏｆｆの脈動した電圧を加え一方のコイルのｏｎの時に他方のコイルが主にｏｆｆとなっているような通電の仕方でも良い。

これはまず従来使用されていたスプリングを使用しないで励磁コイル付電磁石２個又は２個以上を被振動体を挟む形に相対して設置して、各々の励磁コイルに交互に通電することによって振動を起すことに意味がある。即ち励磁コイルの巻数とかける電圧を自由に組み合わせて、振動の強さ、振幅振動数を決定出来るのである。

さらに吸引時の可動鉄芯が固定鉄芯に直接接触しないところに意味があり、やがて反対方向の吸引が始まると反対方向への移動がしやすく速い動作が可能となる、左右双方向共に同様のことが起こり高速振動でも対応可となる訳である。

従って電磁振動装置の機能、負荷材料の材質、処理内容必要能力等に対し振動数、振幅等を適合設定することで高効率の強力な直線振動を可動鉄芯に生じさせることが可能となる。

又電磁振動装置の機能、負荷材料の材質、処理内容必要能力等に対し振動数、振幅等を適合設定して制御、調整するコントローラを組み合わせることによってより使いさすい高効率な装置となる。強力な直線振動を可動鉄芯に生じさせるように又電磁コイルが無理の無い安定した作動となるよう制御しうるべく振幅、振動数等の調整域の広い機能を内臓したコントローラを組み合わせることにより使用しやすくなる。又一方のコイルの通電開始のタイミングと他方のコイルへの通電停止のタイミングを少しずらすことが出来る調整機能もあった方が良い。

この振動装置を、移送トラフ、篩、振動子、選別トラフ、充填台、計量フィーダ等の振動作動装置に適用すれば、個々の装置の機能、目的に合致した振幅、振動数、設置方向角度等の幅広い調整が可能となり最良の機能発揮出来る振動作動装置となる。

従来の電磁振動装置は携帯電話の呼び出し用振動装置等小型の被振動装置や比較的小さい能力のフィーダ、電磁振動移送機に使用されている、発明の振動装置は構造的にスプリングを使用していないのでスプリングの材質、特性に制約されず大能力化が可能となる。

またフィーダー等の移送距離が長くなると同様に構造的にスプリングの材質及び特性に制約されて振幅も大きく取れず移送振動が減少して先端まで届かず途中で進まなくなるという問題があった。発明の振動装置はスプリングを使用していないので振幅を大きくとることが出来て解決できる。叉振幅及び振動数のとりうる範囲が広くなり調整代が大きくとれて例えば移送量が変わった場合も効率が低下することなく振動させて移送することが出来る。またスプリングを使用していないので金属疲労劣化による破損事故も発生しなくなる。

即ち本発明の効果は篩、移送トラフ等の振動作動装置に比較的よく使用されている電磁振動装置について従来は励磁コイルの磁力とスプリングの反力を組み合わせて振動させているものをスプリングを使用せずに電磁コイルのみで振動を起させることが出来て振幅、振動数が比較的自由に選択出来て大型から小型まで広範囲の振動作動装置に適用できる振動装置で、故障の少ない装置となったことである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

［図１］、［図２］、［図３］は本発明の第［１］及び第［２］の実施の形態にかかわり、［図１］はその構成図、［図２］は［Ａ］，［Ｂ］コイルへの交互通電タイムチャートである通電時の電圧は必ず一定である必要はない、［図１］に示すように同容量の励磁コイル電磁石鉄芯［Ａ］，［Ｂ］２個又は数個使用し被振動体［６］を挟む形に左右に取り付け配置する。固定鉄芯［２］、［１０］はそれぞれ基台［７］に固定している、［Ａ］，［Ｂ］の可動鉄芯［１］、［８］は被振動体［６］の左右端で連結軸［５］、［１２］（長さ調整機能付）で連結されこれを長さ調整することで振動装置の振幅をかえることが出来る。振幅の大きさは装置によるが、通常２５ｍｍ以下望ましくは７ｍｍ以下である。

ここで発明の動作を説明すると［図１］の左［Ａ］のコイル［４］に通電すると左の可動鉄芯［１］が磁化され左に吸引され第［２］の実施を具体化した一例として可動鉄芯［１］と固定鉄芯［２］が直接接触しないように片側に弾力性のある非磁性体材［３］を接着させてあるので弾力性材［３］を押し縮めて固定鉄芯［２］に接近するが直接接触しない。この場合非磁性体［３］は弾力性のあるものの方が弾性のないものより振動をうまく発生しやすい。

ここで通電を切にすると鉄心間には圧縮された弾力性材［３］があってギャップが有る為残留磁気の影響がほとんどなく、また弾力性材［３］の反発力により左の可動鉄芯［１］は右へ押し返される。それと同時に右［Ｂ］のコイル［１０］の通電により右の可動鉄芯［８］が磁化され右に吸引されるので二つの右移動力が合成力となりより速い応答動作が可能になる、右側も左と同様のことが起こりこれが繰り返されて振動が起こる。

尚［３］については非磁性体で弾力性の無い物とスプリング状の弾性体と組み合わせた構造のもの、単なるスプリング又はエアークッション状のものでも良い。

この振動装置の振幅は設計時機械的に用途に応じた調整をするために調整代をもたせておく、それは連結軸［５］、［１２］の長さ調整にて行う、振動数は振動波発生回路［１５］の発振周期変動調整回路の可変抵抗器の抵抗値を変更することで［図２］の［Ａ］，［Ｂ］コイルへの交互通電タイムの調整が可能でありそれにより振動数が調整されうる。振幅の大きさや振動作動装置の負荷の程度によって適切な振動数は変わるが一般的に振動数は５回／秒以上４０回／秒が望ましい。

又この場合振動装置の振動は従来からあるバネを使用した電磁振動装置と同じ直線振動であるが往復共に同じ力の電磁力で引き合う振動なので安定性が良く振動数及び振幅もバネを使用していないのでバネの固有特性に制限されること無く自由に変えることが出来るし従来品より大きく設定でき大型化も可能である、

設置方向も機能上制限がなく調整範囲も広く用途も多種に応用可能である。

又、振動装置として励磁コイル付電磁石鉄心２個又は２個以上のものを軸等の回転中心のまわりを回転することが出来る構造の回転円の接線方向に相対して組み込めば回転中心を中心とした回転振動の振動装置となる。［図３］は振動装置に対応したコントローラの構成図の一例で入出力回路［１９］、電源回路［１４］、振動波発生回路［１５］、出力電圧調整回路［１６］等の構成からなっていて被振動装置の負荷材料の材質等に対応して、振動装置の全機能が最大限発揮できるよう監視及び制御を行うものである。

このように負荷条件が変わった時も対応出来るよう広い調整域を備えたコントローラと組み合わせて左右ソレノイド電磁コイル［Ａ］，［Ｂ］に交互に通電又は両方のコイルにｏｎ，ｏｆｆの脈動した電圧をタイミングをずらして通電し振動を起す電磁振動装置として使用することも出来る。

［図４］、［図５］は第３の実施の形態に関わるもので［図４］は電磁直進振動移送装置の概略図で、符号［２０］は負荷材料の投入口で実装置ではこの上に上流機器、またはホッパー等のシュートが取り付けられる。

符号［２１］は移送トラフで上流から到着した負荷材料品が，装置が発生した移送振動により下流方向へ随時移送される。符号［２２］は移送トラフにより搬送された負荷材料の出口で下流装置、又は受けホッパー等へ送られる。

符号［２３］は移送装置の基台で単独架台または周辺設備の架台等に組み込まれる。

符号［２４］は左ソレノイド、ソレノイドとは「励磁コイル付電磁石鉄芯」のことをいう以後「ソレノイド」を用いる、符号［２６］は右ソレノイド、符号［２７］は連結軸。これは長さ調整機能付で左右ソレノイドの可動鉄芯と被振動体の移送トラフ［２１］が一体となって振動するように連結されている。

符号［２５］は傾斜台で基台に固定され傾斜面に図１の振動装置が取り付けられ移送振動が移送トラフに伝達される、傾斜台の傾斜は通常２０度から３０度の傾斜が適当である。

尚ここで使用されているソレノイドには残留磁気による作動遅れを無くし高速作動が可能なように固定鉄芯と可動鉄芯の接触面に非磁性体の弾力性材が取り付けてある、［図１］の符号［３］及び［９］参照。

図５は被振動体を篩装置に組み込んで構成した概略図で、符号［２８］は左連結軸、長さ調整機能付、符号［２９］は右連結軸、長さ調整機能付、装置振動の振幅はこの両連結軸により決定される。尚振動数の設定はこの装置に結合されるコントローラにより負荷材料の状況監視の下に振動波調整用可変抵抗調節器により調整できる。

符号［３３］は篩で上中下の３段型。符号［３１］は左ソレノイド、符号［３２］は基台で設備の総合架台等の上に取り付けて使用する。

符号［３４］は右ソレノイド、ここで使用されているソレノイドも残留磁気による作動遅れをなくし高速作動が可能なように発明の固定鉄芯，可動鉄芯間の接触面に非磁性体の弾力性材が施してある。［図１］の符号［３］及び［９］参照。

発明の実施例

［図４］について説明した電磁直進振動移送装置概要図の実施例について説明する、全体の構造形状は装置幅１００ｍｍ、高さ３９０ｍｍ、奥行１５００ｍｍ、の外形寸法で振動発生装置は発生した振動を移送振動として使用するため、水平設置の移送トラフに対し傾斜して取付ける。負荷材料により設定が変わるので材料搬送状況を見て傾斜角度を決定するため２０度から３０度の間変更可能な傾斜設置構造になっている。

この装置に使用しているソレノイドは大型で横９５ｍｍ、高さ１００ｍｍ、奥行１７０ｍｍ、吸引力１０ｋｇ、ストローク最大２５ｍｍ、定格ＡＣ２００Ｖ２．０Ａのものを２個使用。
尚［図１］の符号［３］，［９］の弾力性材はゴム系厚み４ｍｍを使用。
負荷材料投入口［２０］の上部に仮ホッパーを取付けてある。
粉体の流れる移送トラフ［２１］の大きさは幅１００ｍｍ、高さ７０ｍｍ
長さ１５００ｍｍ、材質ＳＵＳ製板厚１ｍｍ。
水平に設置されたトラフ［２１］に対し振動発生装置［図１］はトラフ［２１］全体を進行方向に跳ね上げる形に２０度の傾斜にセットした。
ソレノイドのストローク寸法３．０ｍｍ。
ソレノイドにかける通電電圧１０５Ｖ、最大電流２．０Ａ。
左右のソレノイド各々にかける電圧の周期１８回／秒。
トラフ［２１］上部に設置した仮ホッパーには粉石鹸を６０Ｋｇ入れ上記の条件で運転の結果、振幅３．０ｍｍ、振動回数１８回／秒の振動発生しトラフへの振動伝達も良好で粉体は良好に流れて，約２分間で完全に１５００ｍｍ間の移送が終了した。

この種の移送原理は公知であるが振動発生装置［図１］はトラフ［２１］全体を進行方向に跳ね上げる形に例えば２０度の傾斜設置している、まず進行方向の上向き振動でトラフ［２１］上の材料が前進方向に跳ね上げられ、放物線を描いて飛行しトラフ［２１］は下向きの振動で元の位置へ戻ると同時に飛行中の材料が重力により斜め下に落下してくるこの動作を繰り返し移送が次々行われる。

［図５］について説明した電磁振動篩装置概要図の実施例について説明する全体の構造形状は架台付きで、外形寸法横６６０ｍｍ、高さ８６０ｍｍ、奥行５００ｍｍ、振動発生装置は水平設置でこの装置に使用しているソレノイドは小型で横８０ｍｍ、高さ７０ｍｍ、奥行１１５ｍｍ吸引力５ｋｇ、ストローク最大１０ｍｍ、定格ＡＣ２００Ｖ０．６Ａを２個使用。弾力性材はゴム系で２．０ｍｍ、を使用。

篩［３４］は直径２００ｍｍ円形、深さ５０ｍｍ、３段形で上網目径４２５μｍ、中網目径３００μｍ、下網目径１５０μｍ、上網針金径２９０μｍ、中網針金径２０８μｍ、下網針金径１０４μｍを装置に組み込みストローク寸法１．０ｍｍ、ソレノイドにかける通電電圧１１０Ｖ、最大電流０．６Ａ，左右ソレノイドにかける電圧の周期は４５回／秒で市販の澱粉６００ｇをこの篩装置にかけて運転実施の結果、発生振動は振幅１．０ｍｍ振動数４５回／秒で、４０秒で３段を完全通過。良好に篩が出来た。

この振動装置の振動は水平直線振動で振動の網目の移動速度を分析すると振幅の左右端では速度０で振幅の中腹部で最高速となる脈動振動である、従ってこの振動波は常に加速減速を繰り返す運動となっている、この脈動振動が篩の振動として最適なのである。これは高速域で粉体の固まりを破砕及び散らし低速域で網目を通過することを繰り返すので良好な篩作業が出来る。

以上［図４］［図５］の実施例はソレノイド２個使用の例であるが、もっと大型化、長尺化の場合はソレノイド４個使用、６個使用によることも可能である。

以上本発明の実施の形態及び実施例を説明したが本発明の範囲はこれに限定されるものではない。

励磁コイル付電磁石鉄芯２台を使用した発明の電磁振動装置構成図 Ａ，Ｂソレノイドコイルへの通電タイムチャート コントローラ構成図 電磁直進移送装置説明用概要図 電磁振動篩装置説明用概要図

１ 左側ソレノイドの可動鉄芯
２ 左側ソレノイドの固定鉄芯
３ 左側ソレノイド弾力性のある非磁性体材
４ 左側ソレノイドの電磁コイルＡ
５ 左側可動鉄芯と被振動体の連結軸、長さ調整機能付
６ 被振動体
７ 基台
８ 右側ソレノイドの可動鉄芯
９ 右側ソレノイド弾力性のある非磁性体材
１０ 右側ソレノイドの固定鉄芯
１１ 右側ソレノイドの電磁コイルＢ
１２ 右側可動鉄芯と被振動体の連結軸、長さ調整機能付
１３ 電源供給ＡＣ１００Ｖ／ＡＣ２００Ｖ
１４ コントローラ内部電源回路
１５ コントローラ振動波発生回路
１６ コントローラ出力電圧調整回路
１７ ソレノイドＡ電磁コイル作動給電
１８ ソレノイドＢ電磁コイル作動給電
１９ コントローラ入出力インターフェース
２０ 負荷材料投入口
２１ 移送トラフ
２２ 移送トラフ出口
２３ 基台
２４ 左側ソレノイドＡ
２５ 傾斜台
２６ 右側ソレノイドＢ
２７ 移送装置連結軸、長さ調整機能付
２８ 移送装置連結冶具
２９ 篩装置左側連結軸、長さ調整機能付
３０ 篩装置右側連結軸、長さ調整機能付
３１ 投入口、篩われた粉体は重力で落下し集積される
３２ 篩左側ソレノイド
３３ 基台
３４ 上段、中段、下段の３段型篩
３５ 篩右側ソレノイド

Claims (3)

1. 励磁コイル付電磁石２個又は２個以上を、被振動体を挟む形に相対して両側に設置し、各々の励磁コイルに交互に通電することにより、被振動体に振動を起すことを特徴とする電磁振動装置。
2. ［請求項１］記載の電磁振動装置において、被振動体が振動する際に通電側の電磁コイルによって電磁石の可動鉄芯と固定鉄芯が接近する面が直接接触しない構造をもち通電停止時に他方の通電された側へ移動しやすくしたことを特徴とする電磁振動装置。
3. ［請求項１］、及び［請求項２］記載の電磁振動装置を使用して振動を起させることにより作動することを特徴とする粉体移送フィーダートラフ、篩、振動子、選別トラフ、充填台及び装置、計量フィーダ等の振動作動装置。

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