JP2018100139A - らせん型ワーク搬送装置およびパーツフィーダ - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を発生させることなく、微細化されたワークであっても、供給された位置から順次整列させてリニアフィーダに的確に搬送させることが可能なボウルフィーダを提供する。【解決手段】弾性変形可能ならせんトラック１０ｘを有する搬送部１０ａと、この搬送部１０ａに進行波を発生させる進行波発生手段３とによってボウルフィーダ１を構成し、進行波発生手段３が発生させた進行波により、らせんトラック１０ｘ上のワークＷを搬送するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、進行波によりワークをらせん状に搬送するらせん型ワーク搬送装置およびパーツフィーダに関する。

一般に、パーツフィーダは、ホッパによって供給されたワークを貯蔵し、らせんトラックを搬送されながらおおまかな整列を行うらせん型ワーク搬送装置の一つであるボウルフィーダと、ボウルフィーダから供給されたワークを直線搬送させながら決められた方向に整列して次工程へ供給するリニアフィーダとからなっている（例えば特許文献１）。

ボウルフィーダは、ボウル全体が剛体で構成されており、この剛体に電磁式の加振源とバネによって振動を与えることで、らせんトラック上のワークに搬送力を付与するように構成されている。

特開２００３−２０６０１９号公報

ところで、近年ワークの高速化および微細化が進んでおり、特許文献１に開示の構成でワークの搬送速度を上げるためには、ワークの供給元であるボウルフィーダの振動振幅を大きくすることが考えられる。しかしながら、ボウルフィーダの振幅を大きくすると、ボウルフィーダ外周部の水平振幅が大きくなるので、リニアフィーダ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、ボウルフィーダとリニアフィーダのインターフェース部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ボウル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、騒音が発生する可能性がある。また、板バネで共振させる構造では、３００Ｈｚを超えて周波数を上げるには限界がある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、騒音を発生させることなく、微細化されたワークであっても、供給された位置から順次整列させてリニアフィーダに的確に搬送させることが可能な、従来にはないらせん型搬送装置およびパーツフィーダ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、本発明のらせん型搬送装置は、弾性変形可能ならせんトラックを有する搬送部と、前記搬送部に進行波を発生させる進行波発生手段とを備え、前記進行波発生手段が発生させた進行波により、前記らせんトラック上のワークを搬送するように構成したことを特徴とする。

このような構成であると、進行波発生手段が搬送部に進行波を発生させてワークを搬送することにより、搬送部の水平振幅が０に近くなり、らせん型搬送装置とリニアフィーダ等の次工程装置とを近接させることができるので、ワークが微細であっても、らせん型搬送装置と次工程装置とのインターフェース部間にワークが落下することや詰まることを抑制できる。また、進行波の周波数を例えば超音波領域にまで上げたとしても、従来の板バネの共振を利用する構成のように騒音が発生することがなく、進行波により、らせんトラック上でワークを高速で搬送させることができる。

所定の基準に基づいて進行波を効率良く発生させるためには、前記進行波発生手段は、前記搬送部を設けたフィーダ本体の周方向に対し、互いに所定の空間的位相差の下に第１加振領域および第２加振領域を設定して、これら第１加振領域および第２加振領域に所定の時間的位相差の下に２つの波を与えることで進行波を発生させるように構成されることが望ましい。

前記フィーダ本体がボウル状のものである場合には、フィーダ本体の底面に搬送部をたわみ変形させる駆動手段を設けるとともに、フィーダ本体の内周に前記らせんトラックを形成していることが望ましい。

前記フィーダ本体が円筒状のものである場合には、フィーダ本体の側壁の内周面、外周面又は底面に搬送部をたわみ変形させる駆動手段を設けるとともに、前記側壁の外周面又は内周面に前記らせんトラックを形成していることが望ましい。

安定して均質な搬送波を発生させるためには、前記第１加振領域が少なくともらせんの中心を挟んだ対向位置に対をなして設けられるとともに、前記第２加振領域が少なくとも前記第１加振領域と異なる位置において前記らせんの中心を挟んだ対向位置に対をなして設けられていることが望ましい。

駆動系の簡易化を図るためには、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構成されていることが望ましい。

以上、説明した本発明によれば、搬送部を次工程装置に近接させて、ワークが微細であっても、搬送部と次工程装置とのインターフェース部間への落下や詰まりを抑制できるとともに、特に超音波振動により進行波を発生させることで、騒音を発生させることなく、らせんトラック上でワークを高速で搬送させることができる、新規有用ならせん型搬送装置およびパーツフィーダを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るらせん型搬送装置であるボウルフィーダを示す斜視図。 図１に示すボウルフィーダを一部破断して示す縦断面図。 同ボウルフィーダに備わる搬送部の模式的な図。 同搬送部に進行波を発生させるための圧電素子の構造を示す図。 同搬送部に発生する進行波を説明するための図。 同搬送部に発生する進行波を説明するための図。 進行波の一般的な搬送原理を説明するための図。 らせん型搬送装置であるボウルフィーダおよびリニアフィーダによって構成されているパーツフィーダを示す斜視図。 本発明の変形例を示す模式的な平面図。 本発明の他の変形例を示す模式的な斜視図。 本発明の上記以外の変形例を示す模式的な図。 同変形例における加振原理を示す図。 圧電素子の他の変形例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図８は、本発明の一実施形態に係る螺旋型ワーク搬送装置が適用されるパーツフィーダＰＦを示している。このパーツフィーダＰＦは、ボウルフィーダＦ１とリニアフィーダＦ２とから構成されており、ボウルフィーダＦ１に供給されたワークをらせんトラックに沿って登坂させて搬送した後、近接配置したリニアフィーダＦ２に受け渡して更に搬送させるものである。図示例のボウルフィーダＦ１は、フィーダ本体１００が剛体で構成されて中央部を止着具１００ａで固定されるとともに、フィーダ本体１００が図示しないバネを介して支持されており、電磁式の加振源Ｐによってフィーダ本体１００の全体に振動を与えることでらせんトラック上のワークを搬送する従来方式のものである。

図１はそのうちのボウルフィーダＦ１に代替される螺旋型ワーク搬送装置（以下、ボールフィーダ１と称する）を示している。図８のボウルフィーダＦ１とは搬送方向が異なる図示となっているため、リニアフィーダＦ２と組み合わせるときには出入口が合致するように搬送方向を揃える。このボウルフィーダ１は、ワークＷを収容可能なフィーダ本体１０と、このフィーダ本体１０の搬送部１０ａに進行波を発生させる図３に示す進行波発生手段３とを含んで構成される。搬送部１０ａはたわみ進行波を生成する弾性部材で構成されており、進行波発生手段３は、圧電素子を用いた駆動手段３１によって搬送部１０ａにたわみ変形を引き起こす。

図1および図２に示すようにフィーダ本体１０は、平坦な中央部１１と、この中央部から外周に向かって下り勾配で傾斜する円錐部１２と、この円錐部１２の外周側より外周に向かって登り勾配で傾斜する逆円錐部１４と、円錐部１２から逆円錐部１４までの間に形成された平坦なワーク溜まり部１３と、逆円錐部１４の外側に位置する外縁部１５とを、底面１６の位置を揃えて一体に設けたもので、中央部１１が押え板１７を介して止着具１８により支持基部である台座１９に固定され、中央部１１以外の部位が接地面Ｆから浮いた状態に設けられている。

そして、搬送部１０ａに搬送トラックの一形態であるらせんトラック１０ｘを形成している。このらせんトラック１０ｘは、一端１０ｘ１がワーク溜まり１３の外周に接続され、そこから螺旋状に１回以上周回して他端１０ｘ２にまで延び、外縁部１５に設けた出口１０ｚに連なるようにフィーダ本体１０の表面に溝を凹設することによって構成されている。出口１０ｚはワークＷが滑り落ちるように傾斜がつけてある。

フィーダ本体１０は、２０ｋHz以上の超音波振動で、中心線ｍの回りに少なくとも２つ以上の上下方向のたわみ波を発生させることが可能な程度の弾性を有する部材で構成されている。

図２に示すように、進行波発生手段３を構成すべく圧電素子を用いた駆動手段３１は、らせんトラック１０ｘが形成された逆円錐部１４から外縁部１５に亘る部分の底面１６に張り付けられている。駆動手段３１は、らせんトラック１０ｘにほぼ沿う形で中心線ｍの周方向に伸縮することで搬送部１０ａにたわみを発生させる。複数の駆動手段３１は、図３に示すように、振動モードの腹の位置に１／２波長間隔で極性を交互に入れ替えて張り付けられている。また駆動手段３１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で効率良く加振するために、加振する領域のうちフィーダ本体１０の略半周を第１加振領域Ａ、残り略半周を第２加振領域Ｂとして、第１加振領域Ａと第２加振領域Ｂに駆動手段３１を、進行波の波長の３／４波長分だけ空間的位相をずらして貼り付けるとともに、２相交流信号発信部３０で発生させた９０°位相の異なる交流信号を第１のアンプ３２ａおよび第２のアンプ３２ｂを介して第１加振領域Ａおよび第２加振領域Ｂの各駆動手段３１に印加している。

図４は駆動手段３１として用いられる電極一体型構造の圧電素子Ｒの構造例を示している。図では直線状に表してあるが、本実施形態では円環状に成形して適用される。この圧電素子Ｒは、電極が一枚一枚貼り付けられる一般的な構造とは異なり、セラミック部分ｒ１を一体化して、電極ｒ２のみ別々にしている。これにより、貼り付け作業の軽減、貼り付け精度の向上を図ることができる。

また、図３に示す２相交流信号発信部３０は、波形選択部３０ａで選択された波形の周波数を加振周波数調整手段３０ｂで調整し、第１の振幅調整手段３０ｃで振幅調整した後に第１のアンプ３２ａに、また電気的位相調整手段３０ｄで位相を調整した上で第２の振幅調整手段３０ｅ振幅調整した後に第２のアンプ３２ｂに、それぞれ入力している。なお、定在波とは、共振するとその場で単に上下に振動するものである。図５は搬送部１０ａに０°定在波モードが生じた状態を示しており、この図５から中心線の回りに円周方向へ９０°ずれた位置に山と谷を有するもう一つの定在波モードである９０°定在波モードが発生する。

このような駆動手段３１により、搬送部１０ａに、周方向に沿って２箇所に時間的に位相を９０°ずらした超音波の正弦波振動を与えると、空間的かつ時間的に９０°ずれた２つの定常波が重ね合わされ、搬送部１０ａ自体が共振して弾性変形し、たわみ振動が進行波となる。進行波が発生した搬送部１０ａの一点Ｚでは、図６に示すように、起算点ｔ＝０からｔ＝３／４Ｔを経て楕円振動が生じる。また、搬送部１０ａに生成された進行波によって、波の頂点の一点ＺでワークＷに力が働き、ワークＷと搬送部１０ａとの間に図７に示すように摩擦力ｅが発生することで、楕円振動の水平成分（水平振幅）の推進力により、進行波の進む方向（図７に示す矢符ｄ）と逆方向（図７に示す矢符ｃ）にワークＷが搬送される。搬送部１０ａでこのようなたわみ波の進行波が循環することで、ワークＷはらせんトラック１０ｘを登坂する。このように搬送部１０ａをたわみ振動させるので、前述のようにフィーダ本体１０の中央部１１を固定しても搬送部１０ａのたわみ振動モードに影響を与えず、進行波が得られる。なお、第１の加振領域Ａと第２の加振領域Ｂとで駆動手段３１に与える正弦波の位相差を反転させることで（時間位相を反転（−９０°））、逆方向にワークＷを搬送させることができ、外縁部１５からワーク溜まり部１３に向かってワークＷを搬送したい事情がある場合に有効となる。進行波を発生させる構成は上記のものに限定されず、従来既知の技術である両端加振方式により進行波を発生させてもよい。また、搬送部１０ａには、水平振幅を増大させるために搬送方向に沿って所定ピッチでスリットを入れても良い。

以上のように、この実施形態のらせん型ワーク搬送装置であるボウルフィーダ１は、弾性変形可能ならせんトラック１０ｘを有する搬送部１０ａと、この搬送部１０ａに進行波を発生させる進行波発生手段３とを備え、進行波発生手段３が発生させた進行波により、らせんトラック１０ｘ上のワークＷを搬送するように構成したものである。

このような構成であると、進行波発生手段３が搬送部１０ａに進行波を発生させてワークを搬送することにより、搬送部１０ａの水平振幅が０に近くなり、らせん型搬送装置であるボウルフィーダ１と図８に示したリニアフィーダＦ２とを近接させることができるので、ワークＷが微細であっても、ボウルフィーダ１（Ｆ１）とリニアフィーダＦ２とのインターフェース部間にワークＷが落下することや詰まることを抑制できる。また、進行波の周波数を例えば超音波領域にまで上げたとしても、従来の板バネの共振を利用する構成のように騒音が発生することがなく、進行波により、らせんトラック１０ｘ上でワークＷを高速で搬送させることができる。また、圧電素子による駆動手段３１を用いて加振源を構成することで、電磁式のものに比べて装置全体の嵩を低く抑えることができる。さらに、らせん状のトラックとすることで、ワークの整列能力や貯蔵能力を高めることができる。

具体的に進行波発生手段３は、搬送部１０ａを設けたフィーダ本体１０の周方向に対して、互いに空間的位相差のある第１加振領域Ａおよび第２加振領域Ｂに時間的位相差（３／４波長）で２つの波を与えることで進行波を発生させるように構成されているので、定在波の発生を抑えて効率良く進行波を発生させることができる。

特に、フィーダ本体１０がボウル状のものであり、このフィーダ本体１０の底面１６に圧電素子を用いて搬送部１０ａをたわみ変形させる駆動手段子３１を設けるとともに、内周面にらせんトラック１０ｘを形成しているので、駆動手段３１によって搬送部１０ａに周方向の平面的な進行波を発生させ、その進行波を垂直方向成分を有するらせんトラック１０ｘにも効率良く伝達することができる。

そして、このようなボウルフィーダ１をリニアフィーダＦ２に接続してパーツフィーダＰＦを構成すれば、フィーダ１、Ｆ２間を近接配置して、微小ワークに対しても適切な搬送を行うことが可能となる。

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、図９に示すように、フィーダ本体１０を中心線ｍの回りに偶数個に分割して、第１加振領域Ａを中心線ｍを挟んだ対向位置に対をなして設けるとともに、第２加振領域Ｂを前記第１加振領域Ａと異なる位置において中心線ｍを挟んだ対向位置に対をなして設けるようにしてもよい。この場合にも、第１加振領域Ａと第２加振領域Ｂの間には３／４波長分だけ空間的位相差を設けておくようにする。

また、上記実施形態ではフィーダ本体がボウル状のものであったが、図１０に示すようにフィーダ本体１１０は円筒状とすることもできる。この場合には、当該フィーダ本体１１０の底面中央部を押え板１１７によって固定し、側壁の外周面に圧電素子を用いて搬送部１１０ａを撓み変形させる駆動手段１３１を設けるとともに、前記側壁の内周面にらせんトラック１１０ｘを形成したものである。

このようにすると、半径方向を大きくせずにトラック長を確保することができるので、設置スペースが小さくて済み、上下方向にワークを搬送したいときに有効であるのは勿論のこと、ワークの整列能力やワークの貯蔵能力をより高めることができる利点がある。

勿論、当該フィーダ本体１１０の底面に圧電素子を用いた駆動手段を設け、側壁の内周面にらせんトラックを形成したものであっても上記に準じた作用効果を奏する。また、当該フィーダ本体１１０の側壁の内周面又は底面に圧電素子を用いた駆動手段を設け、側壁の外周面にらせんトラックを形成した構成であっても上記に準じた作用効果を奏する。さらに、圧電素子を用いた駆動手段は側壁の内周面、外周面、底面の２箇所以上に設けて各々独立してたわみ変形を引き起こすように構成することもできる。

なお、本発明に言う「らせん」は、必ずしも１周以上周回する構成のものに限らず、らせんの始点から終点まで1周に満たない構成も含まれる。

らせんトラックは上記に限らず、底面に形成されていても良い。

さらに、上記実施形態では、位相調整部によって第１加振領域と第２加振領域との間に時間的位相差を付与したが、時間的位相差は、第１加振領域Ａと第２加振領域Ｂとで搬送部１０ａの対称構造を崩すことによって実現してもよい。すなわち、第１加振領域Ａの固有振動数ｆ１と第２加振領域Ｂ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ができる。機械的な対称性を崩すためには、第１加振領域Ａと第２加振領域Ｂとで底面１６（図７参照）の高さ位置を変えることで搬送部１０ａの厚みを変えたり、一部に切り欠きや肉厚欠損部を設けたり、ウェイトを設けるなど、種々の対応が可能である。

この場合、第１加振領域Ａ及び第２加振領域Ｂを撓み変形させるための圧電素子を用いた駆動手段３１には、図１１に示すように、正弦波を発生する共通の駆動源３０´が第１のアンプ３２ａおよび第２のアンプ３２ｂ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構成し、位相調整部は設ける必要がない。

図１２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Ａ（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Ａ（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Ｂ（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Ａ（０°モード領域）と第２加振領域Ｂ（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１２の変位／力の特性をみると、第１加振領域Ａ（０°モード）の波は、共振点ｆ１で駆動されるが、第２加振領域Ｂ（９０°モード）の波は、共振点から外れ、振幅が低減する。そこで、加振力調整手段として第１加振領域Ａよりも第２加振領域Ｂ側に駆動手段３１をより多く貼り付けることで振幅を揃える構成等を採用することが有効である。例えば、変位が１／２になれば駆動手段３１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Ａ（０°モード）側と第２加振領域Ｂ（９０°モード）側とで変位量を同じにすることで、均質な駆動を行うことができるようになる。

さらにまた、図１３に示す圧電素子Ｒ´のように、電極ｒ２´、ｒ３´は別体とし、セラミック部ｒ１´のみ一体化した圧電（セラミック）一体型としてもよい。このようにしても、貼り付け作業の軽減や貼り付け精度の向上を図れる点で、上記実施形態に準じた作用効果が奏される。

その他、上記実施形態とは逆に搬送部の外側を固定したり、搬送部の外側と内側を固定したり、搬送部に搬送方向に沿って間欠的に水平方向振幅を増大させるためのスリットを設けるなど、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。

１…らせん型ワーク搬送装置（ボウルフィーダ）
３…進行波発生手段
１０、１１０…フィーダ本体
１０ａ、１１０ａ…搬送部
１０ｘ、１１０ｘ…らせんトラック
１６…底面
３１、１３１…駆動手段
Ａ…第１加振領域
Ｂ…第２加振領域
Ｆ２…直線型ワーク搬送装置（リニアフィーダ）
Ｗ…ワーク

Claims (6)

1. 弾性変形可能ならせんトラックを有する搬送部と、
   前記搬送部に進行波を発生させる進行波発生手段とを備え、
   前記進行波発生手段が発生させた進行波により、前記らせんトラック上のワークを搬送するように構成したことを特徴とするらせん型ワーク搬送装置。
2. 前記進行波発生手段は、前記搬送部を設けたフィーダ本体の周方向に対して、互いに所定の空間的位相差の下に第１加振領域および第２加振領域を設定し、これら第１加振領域および第２加振領域に所定の時間的位相差の下に２つの波を与えることで進行波を発生させるように構成されている請求項に１記載のらせん型ワーク搬送装置。
3. 前記フィーダ本体はボウル状のものであり、当該フィーダ本体の底面に搬送部をたわみ変形させる駆動手段を設けるとともに、内周面に前記らせんトラックを形成している請求項２に記載のらせん型ワーク搬送装置。
4. 前記フィーダ本体は円筒状のものであり、当該フィーダ本体の側壁の内周面、外周面又は底面に搬送部をたわみ変形させる駆動手段を設けるとともに、前記側壁の外周面又は内周面に前記らせんトラックを形成している請求項２に記載のらせん型ワーク搬送装置。
5. 前記第１加振領域が少なくともらせんの中心を挟んだ対向位置に対をなして設けられるとともに、前記第２加振領域が少なくとも前記第１加振領域と異なる位置において前記らせんの中心を挟んだ対向位置に対をなして設けられている請求項２〜４の何れかに記載のらせん型ワーク搬送装置。
6. 前記時間的位相差が、第１加振領域と第２加振領域の間で構造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構成されている請求項２〜５の何れかに記載のらせん型ワーク搬送装置。