JP2017190237A - 進行波搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動系の簡易化を図った進行波搬送装置を提供する。【解決手段】閉じた軌道に対し、互いに空間的位相差がある第１加振領域Ｚ１および第２加振領域Ｚ２に２つの波を時間的位相差をもって与えることで進行波を発生させ、軌道の少なくとも一部に搬送機能をもたせるようにしたものであり、その時間的位相差が、第１加振領域Ｚ１と第２加振領域Ｚ２との間で機械的な対称性を崩すことによる固有振動数ｆ１、ｆ２のずれに起因した機械的な位相差によって実現されており、これら第１加振領域Ｚ１および第２加振領域Ｚ２に設けた駆動手段たる圧電素子２１に対して、共通の駆動源４から同相で電気的駆動を行うようにした。【選択図】図３

Description

本発明は、進行波によりワークを搬送する進行波搬送装置に関するものである。

従来より、ワークを収容可能なボウルフィーダと、ボウルフィーダから供給されたワークを整列させつつ搬送するメインのリニアフィーダと、メインのリニアフィーダから排除されたワークをボウルフィーダに戻すリターン用のリニアフィーダとを有するパーツフィーダが知られている（例えば特許文献１）。また、２台のリニアフィーダでワークを循環させ、ボウルフィーダを不要としたパーツフィーダも知られている（例えば特許文献２）。

これらのものは、バネと駆動源を使って搬送路全体を斜め方向に振動させることで、ワークを搬送するものである。

特開２００３−２０６０１９号公報 特開２０００−２８９８３１号公報

ところで、近年リニアフィーダでのワークの高速化が進んでおり、特許文献１，２に開示の構成でワークの搬送速度を上げるためには、リニアフィーダの振幅を大きくすることが考えられる。しかしながら、リニアフィーダの振幅を大きくすると、リニアフィーダ先端部の水平振幅が大きくなるので、リニアフィーダの先端部に設けられるインターフェース部と次工程設備との間の隙間を広げる必要があり、近年ワークの微細化が進んでいることとあいまって、次工程設備とリニアフィーダのインターフェース部との間にワークが落下したり、ワークの詰まりが生じるおそれがある。

そこで、板バネの共振で振動されるリニアフィーダの駆動部の周波数を上げ、変位振幅を小さくすることで、搬送速度を上げることが考えられる。しかしながら、一般的に３００Ｈｚ程度である駆動部の周波数をこれ以上に上げると、人間の耳の感度が高い１ｋＨｚ〜４ｋＨｚの周波数に近づき、騒音が大きくなり、問題になる可能性がある。また、板バネで共振させる構造では、３００Ｈｚを超え、１ｋＨｚ以上になると、搬送路などが弾性変形して、ワークを正常に搬送できなくなる（搬送路（シュート）を均一に平行振動させるのが困難になる）。

これに対して、特許文献３（特開平０６−１２７６５５号公報）では、同文献中の図１に示されるように、駆動周波数を超音波領域にし、搬送路のたわみ進行波を利用して、ワークを搬送させるパーツフィーダが提案されている。同搬送装置はリターン路を有する構造ではないが、進行波を発生させるために、１／４波長ずらして配置された２つの領域の圧電素子に、それぞれ時間的９０°異なった電圧を印加して加振させている。そのため、駆動源には、同文献中の図６に示されるように、位相差の異なる２つの駆動源が必要になり、回路が複雑でコストも掛かるものとなっている。

本発明は、リターン路の有無によらず、このような駆動系の簡易化を図った進行波搬送装置を提供することを目的としている。

本発明は以上のような問題点を鑑み、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の進行波搬送装置は、閉じた軌道に対し、互いに空間的位相差のある第１加振領域および第２加振領域に２つの波を時間的位相差をもって与えることで進行波を発生させ、前記軌道の少なくとも一部に搬送機能をもたせるようにしたものであって、前記時間的位相差が、第１加振領域と第２加振領域の間で機械的な対称性を崩すことによる固有振動数のずれに起因した機械的な位相差によって実現されており、これら第１加振領域および第２加振領域に設けた駆動手段に対して、共通の駆動源から同相で電気的駆動を行うようにしたことを特徴とする。

このように構成すれば、１軸のみの加振で第１加振領域と第２加振位置に時間的位相差の下に進行波を発生させることができるので、駆動源を別個に設けて位相差で駆動したり、共通の駆動源と駆動手段の間に位相調整部を設ける必要がなくなり、駆動系の簡易化を図ることが可能となる。

駆動源が、第１加振領域または第２加振領域の何れか一方の固有振動数に一致若しくはそれに近い周波数で駆動を行なうように構成される場合に、第１加振領域と第２加振領域の振幅を揃えるためには、他方の振幅低下を補う加振補完手段を設けていることが望ましい。

実質的な加振力を補完するためには、加振補完手段が駆動手段を構成する駆動要素の併設数または面積の差によって実現されていることが望ましい。

調整を簡単に行うためには、加振補完手段が駆動手段と駆動源の間に介在させるアンプのゲイン差によって実現されていることが望ましい。

加振補完手段を不要とするためには、駆動源が、第１加振領域または第２加振領域の各固有振動数のほぼ中間の周波数で駆動を行なうように構成されていることが望ましい。

本発明の好適な適用例としては、軌道をトラック状に周回させて、一方向への主搬送路と、逆方向へのリターン路とにそれぞれ搬送力を付与するように構成され、主搬送路の先に排出口を設けている搬送装置が挙げられる。

以上、説明した本発明によれば、１軸のみで進行波を発生させることができるので、駆動源を別個に設けて位相差で駆動したり、共通の駆動源と駆動手段の間に位相調整部を設ける必要がなくなり、駆動系が単純となって、小型化およびコスト低減を図ることが可能な進行波搬送装置を提供することができる。そして勿論、上下方向の進行波で搬送を行なうため、水平振幅が０に近づき、この進行波搬送装置を次工程に接近させて配置できワークの落下防止を図ることができる。周波数を超音波領域とすれば、駆動音が聞こえることもなく、無音化も図れるものとなる。

本発明の一実施形態に係るパーツフィーダを示す斜視図。 同パーツフィーダのリニアフィーダ部分の横断面図。 同リニアフィーダの軌道と圧電素子の位置関係を示す模式的な裏面図。 進行波のモードを説明するための図。 力に対するたわみ変位量の伝達特性を示す図。 本発明の加振力補完手段に関する変形例を示す図３に対応した図。 本発明の加振力補完手段に関する他の変形例を示す図３に対応した図。 本発明の加振力補完手段に関するさらに他の変形例を示す図３に対応下図。 本発明の軌道に関する変形例を示す斜視図。 本発明の軌道に関する他の変形例を示す斜視図。 本発明の軌道に関するさらに他の変形例を示す斜視図。 上記以外の変形例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る進行波搬送装置としてのパーツフィーダ１００は、ワーク供給用のボウルフィーダ１と、ボウルフィーダ１に接続されたリニアフィーダ２とを備える。

ボウルフィーダ１は、ワークＷを収容可能なボウル本体１０と、ボウル本体１０の下部に配置されてボウル本体１０をねじり振動により加振させるボウル駆動手段１１とを含んで構成される。

ボウル本体１０は、上部が開口したほぼ部分逆円錐状の部材であり、その内周壁には螺旋状に上昇するボウル搬送路１２が形成されている。ボウル駆動手段１１によってボウル本体１０がねじり方向に振動すると、ワークＷはボウル搬送路１２に沿ってリニアフィーダ２に向けて上方に搬送される。

一方、リニアフィーダ２は、図１及び図２に示すように、進行波を発生させるための弾性を有しその一部にワークを走行させる軌道２０ｚを形成した振動板２０と、軌道２０ｚに沿って振動板２０に超音波振動による進行波を発生させる加振手段たる圧電素子２１とを有する。

振動板２０は、素材として左右略対称な長円形状をなす弾性体が用いてあり、弾性体は２０ｋＨｚ以上の加振によって撓み波を形成することができる弾性を有する。この振動板は、中央に長円状の凹部２０ａが設けてあり、その外側が進行波の周回するトラック形状の軌道２０ｚとなっている。凹部２０ａには、当該凹部２０ａよりも一回り小さい長円形状の押さえ板２０ｂが収められており、押さえ板２０ｂは、長手方向に並ぶ複数の止着具２０ｅにより、凹部２０ａの底面２０ａａの中央を支持台２２に固定されている。凹部２０ａの底部２０ａａにおいて、押さえ板２０ｂが固定された固定部分２０ｇと軌道２０ｚとの間の位置に、他の部分よりも薄く、固定部分２０ｇおよび軌道２０ｚよりも剛性が小さい低剛性部分２０ｃが形成されており、その外周側のトラック状に閉じた軌道２０ｚに沿って効果的に撓み進行波を発生させるものとなっている。

そして、かかる軌道２０ｚの機械的な左右対称構造を崩す目的も兼ねて、一端側と他端側とで振動板２０の軌道２０ｚに沿ったトラフ構造に相違を設けている。具体的には、振動板２０の幅方向(図１におけるトラックの長軸と直交する方向)の一端側に、ワークＷを整列させて搬送する主搬送路たる整列トラフ部３１および整列トラフ部３１よりも低位置にあって不良ワークを回収する回収トラフ３２を設ける一方、振動板２０の幅方向の他端側にリターントラフ３３を設け、これら回収トラフ３２の終端側とリターントラフ３３の始端側との間をＵ字状の折り返しトラフ３４で接続している。回収トラフ３２、折り返しトラフ３３およびリターントラフ３４は長円形状をなす振動板２０の長軸に対して左右対称位置にほぼ同じ深さで設けてあり、対する整列トラフ３１は回収トラフ３２の外側にあって底浅かつ外側に傾斜させて設けてある。図２において符号２５で示すところは振動板２０の上面であり、少なくとも整列トラフ３１の肉抜き分だけでも左右の構造や剛性が非対称となっている。整列トラフ３１ではこの上面２５との段差に沿ってワークＷがガイドされつつ搬送され、その間にワークＷを一列に整列させて次工程装置に供給する。

なお、この整列トラフ３１には図１に示す選別部２３が設けてある。この選別部２３は、姿勢判別に利用されるセンサ２３ａと、姿勢判別の結果に基づいてエアを噴出させるエア噴出部２３ｂとを有する。エア噴出部２３ｂは図２に示すように段差部分からワークＷに向けてエアを噴きつけることができる位置に開口し、図１に示すセンサ２３ａが異方向と判別したワークに対して、エア噴出部２３ｂからエアを噴出することで、ワークＷを搬送トラフ３１から排除し、低位置にある回収トラフ３２に落下させることができる。回収トラフ３２に排除された異方向のワークＷは、折り返しトラフ３４及びリターントラフ３３を経てボウルフィーダ１のボウル本体１０に戻される。適正と判別されたワークＷは、整列トラフ３１の終端に設けた排出口３１ａから排出される。

一方、加振手段である圧電素子２１は、振動板２０のうち軌道２０ｚの直線部分の裏側に張り付けられている。圧電素子２１は、軌道２０ｚに沿って伸縮することで振動板２０にたわみを発生させるものであり、整列トラフ３１及び回収トラフ３２に沿った位置、およびリターントラフ３３に沿った位置に、図３に示すように互いに空間的位相差をもって設けられている。図３は振動板２０を裏面から見た模式図である。具体的には、整列トラフ３１及び回収トラフ３２が設けられた振動板２０の一端側には０°モードの波を発生させるための第１加振領域Ｚ１を設定し、リターントラフ３３が設けられた振動板２０の他端側には９０°モードの波を発生させるための第２加振領域Ｚ２を設定しており、それぞれの振動モードの腹の位置にλ／２間隔で複数の圧電素子２１を張り付けている。各加振領域Ｚ１、Ｚ２において隣り合う圧電素子２１、２１は、振幅の山と谷の関係となることから、同じ駆動をした場合に逆方向の変位（図３で「＋」と「−」で表現）となるように構成されている。第１加振領域Ｚ１と第２加振領域Ｚ２とでは、周波数を同じにしつつ、空間的に波の位相が９０°ずれた２つのたわみ定在波モード（図４（ａ）に示す０°定在波モードと図４（ｂ）に示す９０°モード）の波を発生させる必要があるため、例えば第２加振領域Ｚ２に対して第１加振領域Ｚ１は軌道２０ｚの方向に沿って（ｎ＋１／４）λ（ｎ＝０又は整数）の空間的位相差が設定され、第１加振領域Ｚ１と第２加振領域Ｚ１とで同じ極性の圧電素子２１同士の配置が実質的にλ／４ずれるように取り付けられている。

そして本実施形態は、前述したように振動板２０の左右対称構造を崩すことによって、第１加振領域Ｚ１を設定した振動板２０の一端側の固有振動数ｆ１と第２加振領域Ｚ２を設定した振動板２０の他端側の固有振動数ｆ２とのずれ（ｆ１＜ｆ２）に起因して、ほぼ９０°の機械的位相差を実現し、この機械的な位相差を、進行波を発生させるための時間的位相差として利用することとしている。すなわち、第１加振領域Ｚ１及び第２加振領域Ｚ２の各圧電素子２１には、図３に示すように、正弦波を発生する共通の駆動源４がアンプ５を介して接続されて、それぞれ同相で電気的駆動がなされるようにしてあり、駆動源４を２つ設けて位相差で駆動したり、共通の駆動源４から位相調整部を介して位相差で駆動するといった事はしていない。

図５に２つの定在波モードの加振力（発生力）に対するたわみ変位量の伝達特性、及び、位相特性を示す。加振周波数ｆを第１加振領域Ｚ１（０°モード）の固有周波数ｆ_１とすると、位相特性について、第１加振領域Ｚ１（０°モード）では、共振駆動であるため、力に対する変位の位相差は９０°になる。一方、第２加振領域Ｚ２（９０°モード）では、固有振動数がｆ２であるため共振からずれ、力に対する変位の位相差がほぼ０°になる（ｆ_１＜ｆ_２）。その結果、第１加振領域Ｚ１（０°モード領域）と第２加振領域Ｚ２（９０°モード領域）を同相で加振すると、両者の変位には時間的位相差９０°が発生する。その結果、２つの定在波が合成され、たわみ進行波が生成される。すなわち、時間的位相差が、固有振動数のずれに起因した機械的な位相差によって実現される。

一方、図５の変位／力の特性をみると、第１加振領域Ｚ１（０°モード）の波は、共振点ｆ１で駆動されるが、第２加振領域Ｚ２（９０°モード）の波は、共振点から外れ、振幅が低減する。そこで、本実施形態は、図３に示すように第１加振領域Ｚ１よりも第２加振領域Ｚ２側に圧電素子２１をより多く貼り付けている。例えば、変位が１／２になれば圧電素子２１の併設数を２倍にするといった具合に加振力のバランスをとり、第１加振領域Ｚ１（０°モード）側と第２加振領域Ｚ２（９０°モード）側とで変位量を同じにしている。図３に示す例では、第１加振領域Ｚ１側が２枚であるのに対して、第２加振領域Ｚ２側には４枚を貼り付けている。この併設数の差分が、本発明の電圧補完手段６に相当している。なお、ここでは全ての圧電素子２１がほぼ同一形状、同一性能であるとして説明している。

このようにして、軌道２０ｚに沿って生成された進行波により、ワークＷと軌道２０ｚの搬送面との間に摩擦力が発生し、ワークＷの供給と回収が行なわれる。

以上のように、本実施形態の進行波搬送装置は、閉じた軌道２０ｚに対し、互いに空間的位相差がある第１加振領域Ｚ１および第２加振領域Ｚ２に２つの波を時間的位相差をもって与えることで進行波を発生させ、軌道２０ｚの少なくとも一部に搬送機能をもたせるようにしたものであり、その時間的位相差が、第１加振領域Ｚ１と第２加振領域Ｚ２との間で機械的な対称性を崩すことによる固有振動数ｆ１、ｆ２のずれに起因した機械的な位相差によって実現されており、これら第１加振領域Ｚ１および第２加振領域Ｚ２に設けた駆動手段たる圧電素子２１に対して、共通の駆動源４から同相で電気的駆動を行うようにしたものである。

このように構成すれば、１軸のみの加振で第１加振領域Ｚ１と第２加振領域Ｚ２に時間的位相差の下で進行波を発生させることができるので、駆動源４を別個に設けて位相差で駆動したり、駆動源４を共通にし駆動源４と圧電素子２１の間に位相調整部を設けるといった必要がなくなり、駆動系が単純となって、小型化およびコスト低減を図ることが可能となる。

特に、駆動源４が、第１加振領域Ｚ１の固有振動数ｆ１にほぼ一致する周波数で駆動を行なうように構成され、第２加振領域Ｚ２側の振幅低下を補う加振補完手段６を設けているので、第１加振領域Ｚ１と第２加振領域Ｚ２に振幅の揃った定在波を発生させることができ、うねりのない進行波を形成することができる。

具体的に加振補完手段６は、駆動手段を構成する駆動要素たる圧電素子２１の併設数に差を設けたものであるので、実質的な加振力の補完が可能になる。

さらに、本実施形態の進行波搬送装置たるパーツフィーダ１００のリニアフィーダ２部分では、軌道２０ｚをトラック状に周回させて、一方向への主搬送路たる整列トラフ３１及び回収トラフ３２と、逆方向へのリターン路たるリターントラフ３３とにそれぞれ搬送力を付与するように構成され、整列トラフ３１の先に排出口３１ａを設けたものであるが、このようにトラック状であるからこそ、機械的な対称性を崩すことによる固有振動数のずれを形成し易く、本発明の適用に極めて適したものとなっている。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、本発明の基本的な機能を発揮するうえでは、加振力補完手段を設けることをせず、加振力０°モードと９０°モードで第１、第２加振領域を加振する圧電素子の枚数（加振力）を同じにしてもよい。定在波成分に対し、進行波成分が１／３（定在波比３）程度あれば、ある程度有効な搬送力が得られるため、目的・用途によっては簡素化を図ることができる。また、２つのモード間の位相差を必ずしも９０°にする必要はないし、第１加振領域と第２加振領域とで振幅を完全に一致させる必要もない。

ただし、固有振動数の差の観点から見た場合、離れすぎると本発明が成立し難くなるため、せいぜい駆動周波数の１％未満であることが望ましい。

また、第１、第２加振領域のうちのどちらかの定在波モードの固有振動数で駆動する必要もない。２つのモードの間の周波数で駆動すれば、ある程度の振幅が得られ、位相差が発生するため、進行波が発生する。特に、２つのモードの中間の周波数で駆動すれば、２つのモードを同振幅で駆動できる。さらに、減衰を調製することで位相差を９０°にすることも可能である。敢えて言えば、加振周波数は２つの固有振動数の間である必要もない。

さらに、第１、第２加振領域の加振力が同じであれば、０°モードの固有振動数で加振する場合と、９０°モードの固有振動数で加振周波数を切り替えることで、両者の時間位相が反転するため、搬送方向を同速度で逆送させることが可能である。これは特に一方向のみ搬送を行なう場合に適している。

また、加振力補完手段としては、図６に示す圧電素子２１と１２１の関係のように、サイズ（電極面積）を変えることによって面積差の部分を加振力補完手段としてもよいし、図７に示すようにアンプ５１、５２を別々にしてゲイン差を生じさせる構成を加振力補完手段とすることもできる。

或いは、加振力補完手段の他の態様として、図８に示すように、０°モードと９０°モードを１枚の圧電素子２２１の貼り付け箇所を変えることで実現する構成も考えられ、圧電素子２２１の中心を９０°モード（０°モード）の腹の位置からずらし、両方のモードを１枚の圧電素子２２１で加振できるようにする。圧電素子２２１の中心から腹の位置のずれ量が大きくなるほど、圧電による加振力が小さくなるので、そのずれ量を９０°モードと０°モードに差を付けることで、加振力に差をつけることができる。図示例の場合、９０°モードの方の加振力が大きくなる。

その他、ワークが跳躍しにくいようにするために、図９に示す軌道１２０ｚのように搬送面をスリットＳを設けた形状にしたり、図１０に示す軌道２２０ｚのように台形形状にしたり、図１１に示す軌道３２０ｚのようにその一部を立面側に折り曲げて場所をとらないようにする等の変形実施が可能である。図１０、図１１は、軌道の一部にスリットＳを設ける点で図９と同じであるほか、直線部分にのみ搬送機能のみをもたせる変形例でもある。スリットＳは跳躍を防ぐとともに軌道の機械的な対称性を崩すためにも有効である。さらに、図１２に示すように、軌道４２０ｚの形状としてトラフ１３１から排出口１３１ａを経てワークが取り出し易い形状にすることも有効である。

その他、軌道の機械的な対称性を崩すために、振動板の適宜箇所に孔を設けたり、振動板の適宜箇所にボルト等の部材を取り付けたり、振動面の一端側と他端側とでトラフの幅を変えるなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１００…進行波搬送装置（パーツフィーダ）
２０ｚ、１２０ｚ、２２０ｚ、３２０ｚ、４２０ｚ…軌道
２１…駆動手段（圧電素子）
４…駆動源
５、５１、５２…アンプ
６…加振力補完手段
ｆ１…固有振動数（第１加振領域）
ｆ２…固有振動数（第２加振領域）
Ｚ１…第１加振領域
Ｚ２…第２加振領域

Claims (6)

1. 閉じた軌道に対し、互いに空間的位相差のある第１加振領域および第２加振領域に２つの波を時間的位相差をもって与えることで進行波を発生させ、前記軌道の少なくとも一部に搬送機能をもたせるようにしたものであって、
   前記時間的位相差が、第１加振領域と第２加振領域の間で機械的な対称性を崩すことによる固有振動数のずれに起因した機械的な位相差によって実現されており、これら第１加振領域および第２加振領域に設けた駆動手段に対して、共通の駆動源から同相で電気的駆動を行うようにしたことを特徴とする進行波搬送装置。
2. 駆動源が、第１加振領域または第２加振領域の何れか一方の固有振動数に近い周波数で駆動を行なうように構成され、他方の振幅低下を補う加振補完手段を設けている請求項１に記載の進行波搬送装置。
3. 加振補完手段が駆動手段を構成する駆動要素の併設数または面積の差によって実現されている請求項２に記載の進行波搬送装置。
4. 加振補完手段が駆動手段と駆動源の間に介在させるアンプのゲイン差によって実現されている請求項２に記載の進行波搬送装置。
5. 駆動源が、第１加振領域または第２加振領域の各固有振動数のほぼ中間の周波数で駆動を行なうように構成されている請求項１に記載の進行波搬送装置。
6. 軌道をトラック状に周回させて、一方向への主搬送路と、逆方向へのリターン路とにそれぞれ搬送力を付与するように構成され、主搬送路の先に排出口を設けている請求項１〜５の何れかに記載の進行波搬送装置。
   
   

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