JP2018127287A - ワーク搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】完全又はほぼ完全な進行波を搬送面に発生させて、搬送面上のワークをスムーズ且つ高速に搬送することが可能なワーク搬送装置を提供する。
【解決手段】同一周波数で空間的位相差がある複数の定在波を搬送面に生じさせる複数の駆動手段４を備え、これら複数の駆動手段４に時間的位相差を持たせた駆動信号を与えることで搬送面に進行波を発生させてワークを搬送するワーク搬送装置ＬＦであって、任意の軸に対して非対称な形状を有する搬送部１と、搬送部１が有する各々異なる固有振動数に対応した２つの振動モードの固有振動数の差に起因する機械的位相差を、時間的位相差に含まれる要素として取得する機械的位相差取得手段と、複数の駆動手段４への駆動信号の時間的な位相差を調整して機械的位相差に対し付与する電気的位相差調整手段７とを備えた構成にした。
【選択図】図３

Description

本発明は、進行波により部品を搬送するワーク搬送装置に関するものである。

従来より、部品を搬送する装置として、バネと駆動源を使って搬送部全体を斜め方向に振動させることで、部品を搬送するパーツフィーダが知られている。このような搬送装置では、振幅を大きくすることで部品の搬送速度を上げることが可能であるが、搬送部の下流端の水平振幅が大きくなると、搬送部の下流端に設定さ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る。その結果、次工程設備とインターフェース部との間に部品が落下したり、部品の詰まりが生じるおそれがある。特に、部品の微細化や搬送速度の高速化が進むほど、部品の落下や詰まりが生じる確率も高くなる。

また、上述のパーツフィーダは、搬送部全体を斜め方向に振動させる駆動源の周波数を上げ、変位振幅を小さくすることで、ワークの搬送速度を上げることが可能であるが、一般的に３００Ｈｚ程度である駆動源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、搬送部などが弾性変形して、ワークを正常に搬送できなくなる（搬送部（シュート）を均一に平行振動させるのが困難になる）。

このような不具合の発生を回避可能なパーツフィーダとして、超音波振動によって生じる進行波を利用して部品を移送するパーツフィーダが知られている。特許文献１には、水平面に対して傾斜させて設置したリング（長円のリングも含む）状または円板状の振動体のうち、裏面に、定在波の１／２波長で分極方向を正負交互に繰り返す多数の分極領域を有する圧電体を貼り付け、圧電体の二つの分極領域群のそれぞれに時間的に９０°の位相のずれた２種類の高周波電圧（時間的な位相の異なる高周波電圧）を印加することで、圧電体の屈曲振動で進行波が励起され、振動体の振動面に乗った部品を移送する構成が開示されている。

特開平６−１２７６５５号公報

ところで、空間的位相差と時間的位相差の両方が９０°で一致する時に、最も効率の良い進行波ができることが既に知られている。そして、特許文献１にも、上述の通り、１／４波長ずらして配置された２つの領域に圧電素子を配置することで、９０°の空間的位相差を実現し、それぞれ時間的な位相が９０°異なった高周波電圧を印加して加振させる構成が開示されている。

しかしながら、その後の本発明者による鋭意研究の末、搬送面に進行波を発生させてワークを搬送するワーク搬送装置に関して、更なる高速搬送のための改良の余地があることが判明し、本発明者は、その具体的な解決策を究明するに至った。

すなわち本発明は、同一周波数で空間的位相差がある複数の定在波を搬送面に生じさせる複数の駆動手段を備え、複数の駆動手段に時間的位相差を持たせた駆動信号を与えることで搬送面に進行波を発生させてワークを搬送するワーク搬送装置に関するものである。

そして、本発明に係るワーク搬送装置は、搬送面を有し、且つ任意の軸に対して非対称な形状を有する搬送部と、機械的位相差取得手段と、電気的位相差調整手段とを備えることを特徴としている。本発明における機械的位相差取得手段は、少なくとも搬送部が有する相互に異なる固有振動数に対応した２つの振動モードの固有振動数の差に起因する機械的位相差を、時間的位相差に含まれる要素として取得するものである。また、電気的位相差調整手段は、機械的位相差に対して、複数の駆動手段への駆動信号の時間的な位相差を調整して付与するものである。「任意の軸に対して非対称な形状を有する搬送部」とは、例えば、搬送部の構造及び剛性について軸対称でないものを示している。

本発明者は、異なる複数の定在波の時間のずれである時間的位相差が、電気的位相差のみならず、搬送部が有する相互に異なる固有振動数に対応した２つの振動モードの固有振動数の差に起因する機械的位相差によっても変化するものであるということを突き止め、異なる２つの振動モードの固有振動数の差に起因する機械的位相差に電気的位相差を調整して付与した位相差を時間的位相差として扱うというこれまでに着想されることのない技術的思想に基づいて、同一周波数で空間的位相差がある複数の定在波を搬送面に生じさせる複数の駆動手段に、機械的位相差に電気的位相差を調整して付与した時間的位相差を持たせた駆動信号を与えることで、搬送面に発生する進行波によってワークを高速且つ適切に搬送することが可能なワーク搬送装置を案出するに至った。ここで、「固有振動数の差」とは、２つの振動モードが同じ変形形態および同じ波の数であることを意味しており、異なる２つの振動モードの固有振動数の差であり、振動モードの数と、進行波を生成するための定在波の数は必ずしも一致するものではない。ここで述べる「同じ変形形態」とは、例えば、２つの振動モードの振動方向や振動の仕方が同じであることを意味しており、「同じ波の数」とは、搬送部における振動モードの波の数を意味するものである。すなわち、物体を振動させた場合には、空間的に位相差を有する２つの振動モードがあり、振動モードが３つになるケースは皆無である。したがって、例えば同一周波数、同じ変形形態および同じ波の数であり、空間的位相差がある３つ以上の定在波を搬送面に生じさせる構成であっても、振動モードは、相互に固有振動数の異なる第１振動モードと第２振動モードの２つである。互いに空間位相が９０°ずれていることから、第１振動モードを０°モード、第２振動モードを９０°モードと定義することができる。

本発明における「搬送部が有する相互に異なる固有振動数に対応した２つの振動モードの固有振動数の差に起因する機械的位相差」は、搬送部の非対称形状から派生する位相差であり、異なる２つの固有振動数の振動モードに対し、一つの周波数で加振する場合に、２つの定在波に生じる時間位相の差である。また、「電気的位相差」は、２つの振動モード用の２つの駆動手段に印加する電圧波形の位相差であり、外部から与える時間的な位相差指令であると捉えることもできる。電気的位相調整手段は、各振動モードに印加する波形の電気的位相差を調整するものであり、本発明では、電気的位相調整手段により、機械的位相差に対して、複数の駆動手段への駆動信号の時間的な位相差を調整して付与する構成であるため、電気的位相差と機械的位相差とを加算した時間的位相差を持たせた駆動信号を複数の駆動手段に与えることで搬送面に進行波を発生させてワークを搬送することができる。

空間的位相差と時間的位相差の両方が９０°で一致する時に、最も効率の良い進行波ができることが既に知られているものの、電気的位相差のみで時間的位相差を調整する構成であれば、時間的位相差を９０°に一致させることができずに、最も効率の良い進行波を生成できないケースがあっても、本発明のように、電気的位相差のみならず、機械的位相差も含む位相差を時間的位相差と捉えることで、時間的位相差を９０°で一致させることが可能になり、最も効率の良い進行波比１の進行波を搬送面に発生させることが可能になる。

なお、本発明における「搬送面」は、水平又は略水平な面（水平面）、又は水平に対して傾斜角度傾斜した面（傾斜面）、或いはＵ字状の面（曲面）の何れをも包含する概念である。またワークとしては、例えば電子部品などの微小部品を挙げることができるが、電子部品以外の物品であってもよい。

また、加振周波数や搬送部の減衰特性によって機械的位相差が変化することから、本発明における機械的位相差取得手段として、駆動信号の加振周波数に起因する機械的位相差を取得するものを適用したり、搬送部の減衰特性に起因する機械的位相差を取得するものを適用してもよい。加振周波数または搬送部の減衰特性を変化させることで機械的位相差を変動させることができ、特に、加振周波数を、異なる２つの振動モードの一方の固有振動数（第１振動モードの固有振動数）と他方の固有振動数（第２振動モードの固有振動数）との間に設定すれば、ワークの搬送に適した進行波を生成することが可能である。

また、本発明に係るワーク搬送装置では、全ての定在波の振幅が等しくなるように調整する振幅調整手段をさらに備えたものを適用することもできる。

特に、駆動手段による駆動信号が、超音波領域の周波数を加振周波数とするものであれば、超音波で駆動することで駆動音が人間の耳には聞こえず、高速搬送を実現しつつ、騒音問題を解消することができる。

本発明によれば、搬送面に生成した進行波によって搬送面上のワークを搬送するため、搬送部の下流端に設定されるインターフェース部と次工程設備との間に、水平振幅を考慮した隙間を確保する必要がなく、その隙間を広げた場合に起こり得るワークの落下や詰まりを防止・抑制することができるとともに、任意の軸に対して回転方向に非対称な形状を有する搬送部と、搬送部の非対称形状から派生する機械的位相差を取得する機械的位相差取得手段と、取得した機械的位相差に対して付与する複数の駆動手段への駆動信号の時間的位相差を調整する電気的位相差調整手段とを備えているため、完全又はほぼ完全な進行波を生成することができ、従来よりもさらにスムーズ且つ高速な搬送処理を実現可能なワーク搬送装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係るワーク搬送装置の全体図。 同実施形態に係るリニアフィーダの搬送部を下方（裏面）から見た模式図。 同実施形態に係るリニアフィーダの全体構成図。 同実施形態に係るリニアフィーダの搬送部を一部省略して模式的に示す側断面図。 同実施形態における０°モードと９０°モードの波の空間的位相差を示す図。 同実施形態における０°モードと９０°モードの加振力に対する撓み変位量の伝達特性及び位相特性を示す図。 空間的位相差、時間位相差及び定在波の振幅の値による振幅の波形変化示す図。 位相差と進行波比の関係を示す図。 同実施形態における０°モード、９０°モードの周波数特性を示す図。 進行波比と固有振動数差率の関係を示す図。 同実施形態に係るボウルフィーダの側断面を模式的に示す図。 同実施形態に係るボウルフィーダの搬送部を下方（裏面）から見た模式図。 同実施形態における圧電素子の一変形例の模式図。 同実施形態における圧電素子のさらに異なる一変形例の模式図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係るワーク搬送装置は、例えば図１に示すリニアフィーダＬＦ及びボウルフィーダＢＦにそれぞれ適用されるものである。以下では、先にリニアフィーダＬＦについて説明する。図２は、図１に示すリニアフィーダＬＦを下方から見た模式図であり、図３は、リニアフィーダＬＦの全体構成を模式的に示す図である。

本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、図１に示す供給用のボウルフィーダＢＦに接続されたものであり、図３に示すように、同一周波数で空間的位相差がある複数の定在波（第１定在波、第２定在波）を搬送面に生じさせる複数の駆動手段４を備え、これら複数の駆動手段４に時間的位相差を持たせた駆動信号を与えることで搬送面上のワークを搬送するものである。

リニアフィーダＬＦは、図３及び図４（図４はリニアフィーダＬＦの断面模式図である）に示すように、搬送中のワークが接触する面である搬送面を有する搬送部１と、搬送部１を下方から支持する支持台２と、搬送部１の所定箇所に設置された選別部３とを有する。

搬送部１は、進行波を生成する弾性部材であるプレート弾性体１１によって形成され、長尺な形状をなし、任意の軸に対して回転方向に非対称な形状を有するものである。プレート弾性体１１は、例えば平面視矩形状をなし、例えば２０ｋＨｚ以上の加振によって撓み波が形成される弾性体である。本実施形態では、導体のプレート弾性体１１を適用している。プレート弾性体１１は、搬送部１のうち後述するメイントラック１６の始端部がボウルフィーダＢＦのうちボウル搬送部１（Ｂ）の終端部と接続されている。搬送部１は、ほぼ直線状に延伸する搬送面を有する。なお、搬送部１の形状は平面視長方形状に限定されず、図３に模式的に示すように平面視長円形状であってもよい。

プレート弾性体１１の中央部分には、平面視略長円形状の凹部１２が形成され、凹部１２の外側が搬送トラック１３となっている。凹部１２には、凹部１２よりも一回り小さい長円形状の押さえ板１４が収められ、長手方向に並ぶ複数の止着具１５により押さえ板１４を支持台２に固定している。凹部１２の底面１２ａにおいて、押さえ板１４が固定された固定部分１２ｂと搬送トラック１３との間の位置に、他の部分よりも薄く、固定部分１２ｂ及び搬送トラックよりも剛性が小さい低剛性部分１２ｃが形成されている。このような構成により、低剛性部分１２ｃよりも外周側において、搬送トラック１３に沿って撓み進行波を効果的に発生させることができる。

そして、プレート弾性体１１の長手方向に沿った軸（以下、長軸Ｌ）を境界とする一方側のエリアと他方側のエリアとで搬送トラック１３の構造・形状を異ならせている。具体的には、ワークを整列させて搬送する直線状のメイントラック１６を、プレート弾性体１１のうち長軸Ｌを境界とする一方側のエリアにのみ設け、メイントラック１６から排除されたワークＷをボウルフィーダＢＦに戻すリターントラック１７を、プレート弾性体１１のうち長軸Ｌを境界とする一方側のエリアから他方側のエリア側に亘る広範囲に設けている。

リターントラック１７は、プレート弾性体１１のうち長軸Ｌを境界とする一方側のエリアにおいてメイントラック１６よりも内周側に設けた直線状の上流側リターントラック１７ａと、プレート弾性体１１のうち長軸Ｌを境界とする他方側のエリアに設けた直線状の下流側リターントラック１７ｂと、上流側リターントラック１７ａの下流端（終端）から下流側リターントラック１７ｂの上流端（始端）に亘って設けた部分円弧状（Ｕ字状）の中間リターントラック１７ｃとから構成されている（図１参照）。

リターントラック１７は、図４に示すように、メイントラック１６よりも深い溝状に設定されている。本実施形態では、上流側リターントラック１７ａと下流側リターントラック１７ｂが、プレート弾性体１１の長軸Ｌに対して相互に対称となる位置に形成されている。また、部分円弧状の中間リターントラック１７ｃは、プレート弾性体１１の長軸Ｌを中心に対称となる形状に設定されている。リターントラック１７の上向き面が、「ワークが接触する搬送面」である。なお、搬送面は、水平又は略水平な面（水平面）、又は水平に対して所定角度傾斜した面（傾斜面）、或いはＵ字状の面（曲面）の何れであってもよい。

メイントラック１６は、プレート弾性体１１のうち長軸Ｌを境界とする一方側のエリアにおいて上流側リターントラック１７ａよりも外周側に形成され、断面形状が上流側リターントラック１７ａよりも浅い溝状に設定されている。メイントラック１６の上向き面が、「ワークが接触する搬送面」である。メイントラック１６の上向き面は、外周側に下り勾配となるように所定角度傾斜した面に設定されている。メイントラック１６では搬送中にワークを一列に整列させて次工程装置に供給することができる。以下では、プレート弾性体１１のうち長軸Ｌを境界とする一方側のエリアを「メイントラック側エリア」とし、他方側のエリアを「リターントラック側エリア」とする。これは軸対称性を崩す一例である。

このメイントラック１６には、図１及び図４に示す選別部３が設けてある。選別部３は、姿勢判別に利用されるセンサ３１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３２とを有する。センサ３１が、所望の適正な姿勢ではない姿勢（異方向姿勢）あると判別したワークＷに対して、エア噴出部３２からエアを噴出することで、異方向姿勢のワークＷをメイントラック１６から排除し、メイントラック１６よりも内周側であって且つ低位置にある上流側リターントラック１７ａに落下させることができる。

上流側リターントラック１７ａに排除された異方向姿勢のワークＷは、中間リターントラック１７ｃ及び下流側リターントラック１７ｂを経てボウルフィーダＢＦのボウル弾性体１１に戻される。適正な姿勢であると判別されたワークＷは、メイントラック１６の終端に設けた排出口から排出される。

このような搬送部１を撓み変形させる複数の駆動手段４は、図２〜図４に示すように、圧電素子４１によって構成されている。搬送面（メイントラック１６の搬送面、リターントラック１７の搬送面）に進行波を発生させる進行波発生手段として機能する複数の圧電素子４１は、プレート弾性体１１のうち、搬送面（メイントラック１６の搬送面、リターントラック１７の搬送面）が形成された部分の裏面（下向き面）側に貼り付けられている。

圧電素子４１は、プレート弾性体１１の長手方向に伸縮することで搬送面（メイントラック１６の搬送面、リターントラック１７の搬送面）に撓みを発生させるものであり、プレート弾性体１１のメイントラック側エリアとリターントラック側エリアに、それぞれ長軸Ｌ方向に沿って設けられる。メイントラック側エリアに沿った位置に配置された圧電素子４１と、リターントラック側エリアに沿った位置に配置された圧電素子４１は、図２及び図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。本実施形態では、メイントラック側エリアを、０°モードの波を発生させるための第１加振領域Ｚ１に設定し、リターントラック側エリアを、９０°モードの波を発生させるための第２加振領域Ｚ２に設定している。

図３に示すように、第１加振領域Ｚ１の圧電素子４１は第１アンプ５１に接続され、第２加振領域Ｚ２の圧電素子４１は第２アンプ５２に接続されている。各圧電素子４１は、第１加振領域Ｚ１及び第２加振領域Ｚ２においてそれぞれ振動モードの腹の位置に１／２波長間隔で配置されている。各加振領域（第１加振領域Ｚ１、第２加振領域Ｚ２）において隣り合う圧電素子４１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２及び図３で「＋」と「−」で表現）となるように構成されている。つまり、搬送面に上下方向の撓み振動を発生させて、効率良く加振させるために、搬送面の下方（裏側）に、振動モードの腹の位置に１／２波長間隔で圧電素子４１を貼り付け、搬送方向に隣り合う圧電素子４１の極性を交互に入れ替えている。

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つの振動モード、具体的には、図５に示す０°モードと９０°モードの波を発生させて効率良く加振するため、図３に示すように、例えば第２加振領域Ｚ２に対して第１加振領域Ｚ１はリターントラック１７におけるワークの搬送方向に沿って（ｎ＋１／４）λ（ｎ＝０又は正の整数）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４１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（取付条件）。このように、本実施形態では、１／４波長ずらして圧電素子４１が配置されている。図５では、０°モードの波と９０°モードの波の同じ位置で、０°モードの波の節と９０°モードの波の腹が一致しており、９０°の空間的位相差があることが理解できる。

なお、定在波とは、共振すると単にその場で振動するものである。また、圧電素子４１は一体のもので、表面の電極の極性を交互に入れ替える構成であってもよく、極性は、図２及び図３に示す極性と逆であってもよい。さらに、圧電素子４１は、第１加振領域Ｚ１（メイントラック側エリア）及び第２加振領域Ｚ２（リターントラック側エリア）に１つずつ設けられる構成、あるいは片方の加振領域に圧電素子４１同士の配置がλ／４ずれて設けられる構成でもよい。またプレート弾性体１１のうち、搬送面（メイントラック１６の搬送面、リターントラック１７の搬送面）が形成された部分の裏側とオモテ側のそれぞれ取り付けられてもよい。すなわち、上述した取付条件を満たせば２以上の圧電素子４１が搬送部１のどこに設けられてもよい。

そして、搬送部１の長軸Ｌを中心とする対称構造を崩すことによって、搬送部１のうち０°モードの固有振動数ｆ１と、９０°モードの固有振動数ｆ２とに差（ｆ１＜ｆ２）が生じている。本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、図３に示すように、少なくとも固有振動数ｆ１と固有振動数ｆ２の差に起因する機械的位相差を、進行波を発生させるための時間的位相差に含まれる要素として取得する機械的位相差取得手段を備えている。ここで、機械的位相差は、２つの振動モードの固有振動数の差に起因した位相差である。つまり、機械的位相差は、搬送部１の非対称形状から派生する位相差であり、異なる２つの固有振動数の振動モードに対し、一つの周波数で加振する場合に、２つの定在波に生じる時間位相の差である。「固有振動数の差」とは、２つの振動モードが同じ変形形態および同じ波の数であることを意味しており、異なる２つの振動モードの固有振動数の差であり、振動モードの数と、進行波を生成するための定在波の数は必ずしも一致するものではない。ここで述べる「同じ変形形態」とは、例えば、２つの振動モードの振動方向や振動の仕方が同じであることを意味しており、「同じ波の数」とは、搬送部が有する搬送面のうち、ワークが搬送される搬送経路全周における波長の数を意味するものである。すなわち、物体を振動させた場合には、空間的に位相差を有する２つの振動モードがあり、振動モードが３つになるケースは皆無である。したがって、例えば同一周波数、同じ変形形態および同じ波の数であり、空間的位相差がある３つ以上の定在波を搬送面に生じさせる構成であっても、振動モードは、相互に固有振動数の異なる第１振動モードと第２振動モードの２つである。互いに空間位相が９０°ずれていることから、２つの振動モードのうち第１振動モードを０°モード、第２振動モードを９０°モードと定義することができる。

図６に空間的に波の位相差が９０°ずれた２つの振動モードの加振力（発生力）に対する撓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ｆ１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（同図における「９０−φ_１」）。同図の変位／力の特性から、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、振幅が低減することが理解できる。

また、加振周波数ｆを第１加振領域Ｚ１（０°モード）の固有周波数ｆ１と第２加振領域Ｚ２（９０°モード）の固有周波数ｆ２の中間の周波数ｆ３にすると、力に対する変位の位相差は、同図における「φ_３−φ_２」になり、０°モードの振幅と、９０°モードの振幅は同じになる（同図中の符号ｂ参照）。

このように、０°モードと９０°モードは、固有振動数が完全に一致しない。そのため、ある一つの周波数で駆動する場合、２つの定在波（０°モードと９０°モード）に位相差が生じる。また、加振周波数を変化すると、位相差も変化する。それと同時に、共振ピークから外れるため、振幅差も生じる。そのため、加振周波数を変化させることは、結果的に位相差と振幅比を変更していることと同等になる。そこで、本実施形態では、機械的位相差取得手段として、固有振動数ｆ１と固有振動数ｆ２の差に起因する機械的位相差のみならず、駆動信号の加振周波数に起因する機械的位相差を、進行波を発生させるための時間的位相差に含まれる要素として取得するものを適用している。

また、本実施形態では、機械的位相差取得手段が、搬送部１の減衰特性に起因する機械的位相差も、進行波を発生させるための時間的位相差に含まれる要素として取得するように構成している。これは、搬送部１の減衰特性が変化すれば機械的位相差も変動するという点に着目した構成である。

本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、図３に示すように、波形を選択する波形選択手段６を備えている。波形選択手段６は、例えば正弦波、矩形波、三角波等の複数種の波形から１つの波形を選択するものである。また、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、各振動モードに印加する波形の電気的位相差を調整する電気的位相差調整手段７を備え、電気的位相差調整手段７が、機械的位相差取得手段で取得した機械的位相差に対して、複数の駆動手段４（第１駆動手段４１、第２駆動手段４２）への駆動信号の時間的な位相差を調整して付与するように構成している。「電気的位相差」は、２つの振動モード用のそれぞれの駆動手段４に印加する電圧波形の位相差であり、外部から与える時間的な位相差指令である。

また、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、加振周波数を調整する加振周波数調整手段８と、全ての定在波（０°モードの定在波、９０°モードの定在波）の振幅を調整する振幅調整手段（第１振幅調整手段９１、第２振幅調整手段９２）とを備えている。第１振幅調整手段９１、第２振幅調整手段９２は、０°モードの定在波の振幅と９０°モードの定在波の振幅が等しくなるように調整するものである。

本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、このような構成において、第１加振領域Ｚ１の圧電素子４１と第２加振領域Ｚ２の圧電素子４１に対して、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、空間的且つ時間的に９０°ずれた２つの定在波が重ね合わされ、搬送面（メイントラック１６の搬送面、リターントラック１７の搬送面）自体が弾性変形し、撓み振動が進行波となる（循環方式）。

ここで、振動する領域における「最小振幅／最大振幅」で求められる進行波比は、その値が「１」である場合に理想的な進行波を生成することができる。そして、進行波比１の進行波を生成するためには、２つの定在波（０°モードの定在波、９０°モードの定在波）の時間的位相差及び空間的位相差が９０°且つ振幅が同じである必要がある。しかし、実際には、位相差を９０°及び両者の振幅を完全に一致させることは困難である。特に、２つの振動モードの固有振動数付近で駆動するため、固有振動数の差が生じる場合、機械的に時間的位相差が発生してしまう。また、減衰によってもその位相差が変化するため、時間的位相差を９０°に設定することは非常に難しい。そこで、本発明者は、２つの定在波の位相差及び振幅比が理想値からずれた場合、進行波比がどの程度変化するのかを検証した。

振幅が異なり、空間的及び時間的に位相差が生じた２つの定在波があり、一方の定在波の振幅をａ、他方の振幅をｂ、空間的位相差をφ_１、時間位相差をφ_２、周波数をω、波数をｋとすると、ある位置ｘにおける定在波の変位ｙ_１、ｙ_２は以下の式（１）で表すことができる。

この２つの波を合成し、整理すると、以下の式（２）となる。

式（２）の正弦波の振幅「ｈ（ｘ）＝√Ａ^２＋Ｂ^２」を、位置ｘに対してプロットすると、図７となる。同図より、振幅ｈ（ｘ）の波形が、空間的位相差φ_１、時間位相差φ_２及び定在波の振幅ａ、ｂの値によって大きく変化することが理解できる。そして、空間的位相差φ_１＝時間的位相差φ_２＝９０°、一方の定在波の振幅ａ＝他方の定在波の振幅ｂの時に、振幅が位置ｘによらず一定になり、進行波比1の完全進行波となる。一方，空間的位相差φ_１＝０または時間的位相差φ_２＝０の時は、節の振幅が０になる完全定在波となる。それ以外の場合には、定在波と進行波が混在している状態となる。

ここで、空間的位相差φ_１または時間的位相差φ_２の一方の位相差を９０°に固定し、もう片方の位相差を０°から９０°まで変化させたときの進行波比の関係を図８に示す。パラメータとして、振幅比ａ／ｂ、つまり一方の定在波の振幅ａと他方の定在波の振幅ｂとの比率を、「１．０」、「１．５」、「２．０」と変化させた結果、位相差が０°に近づくほど進行波比は急激に小さくなり、０°で進行波比は０となり完全定在波となった。一方、９０°に近づくほど、進行波比が１に近づき、９０°で進行波比が１（振幅比が１の場合）になり、完全進行波となった。また、９０°から１８０°は０°から９０°の対称の特性になることも判明した。

以上の検証結果に基づいて、軸対象ではない搬送部１を備えた本実施形態に係るリニアフィーダＬＦでは、先ず、相互に異なる固有振動数に対応した２つの振動モードの固有振動数、つまり、０°モードの固有振動数ｆ１と、９０°モードの固有振動数ｆ２を適宜の手段によって測定し（固有振動数測定ステップ）、加振周波数を決定する（加振周波数決定ステップ）。固有振動数測定ステップで測定した各モードの固有振動数（０°モードの固有振動数ｆ１、９０°モードの固有振動数ｆ２）は、図９に示すグラフのように表すことができる。加振周波数決定ステップでは、加振周波数調整手段８によって、加振周波数を０°モードの固有振動数ｆ１と９０°モードの固有振動数ｆ２の間の周波数に設定する。

次に、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、機械的位相差算出手段によって機械的位相差を算出する（機械的位相差算出ステップ）。具体的には、図９に示すグラフから機械的位相差（同図中で「φｍ」で示す機械的位相差）を算出することができる。機械的位相差算出ステップに続いて、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、外部から与える時間的な位相差指令である電気的位相差を設定する（電気的位相差設定ステップ）。具体的には、電気的位相差と機械的位相差の和が９０°となるように電気的位相差を決定して設定する。すなわち、「電気的位相差＝９０−機械的位相差」の条件を満たす場合に進行波比が「１」となる。

以上の処理を経ることによって、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、２つの領域（第１加振領域Ｚ１、第２加振領域Ｚ２）の圧電素子４１に与える波の振動（例えば正弦波振動）の位相差を調整することで、進行波比（進行波比＝最小振幅／最大振幅）を調整して、空間的且つ時間的に９０°ずれた２つの定在波が重ね合わされ、撓み振動は進行波になり、完全又はほぼ完全な進行波を生成して、ワークＷを搬送することができる。

進行波が生成されると、搬送面のある一点の軌跡が楕円振動を描き、この楕円振動が搬送面の頂点に達する時にワークと接触し、ワークに摩擦力を与える。摩擦力が作用する方向にワークは搬送される。このワークの搬送方向は、進行波の進む方向の逆になる。

ここで、０°モードの固有振動数ｆ１と９０°モードの固有振動数ｆ２は互いに異なる値であり、これらの差は、以下の式３に示すように、０°モードの固有振動数ｆ１に対する９０°モードの固有振動数ｆ２の差の割合である固有振動数差率Δｆとして表すことができる。
Δｆ＝（ｆ２−ｆ１）／ｆ１×１００ ただしｆ２＞ｆ１とする …式３

進行波比と固有振動数差率Δｆの関係を図１０に示す。ここで述べる進行波比とは、進行波による搬送面における垂直振幅のうち、搬送面のうち所定範囲にて最も大きく振動する位置における最大振幅に対する、前記所定範囲にて最も小さく振動する位置における最小振幅の比、を意味する。式３及び図１０より、実用上支障なくワークを搬送可能とする進行波比（搬送限界進行波比）の値（本発明者は、検証実験により搬送限界進行波比の値が「０．１３以上」であることを見出した）となるのは、固有振動数差率Δｆの値がΔｆ≦１．５４であることが把握できる。したがって、固有振動数差率Δｆ≦１．５４であれば、実用上支障なくワークを搬送可能なワーク搬送装置を形成できる。

また、上述の各ステップを経る電気的な処理によっても適切な進行波を生成することができない場合は、搬送部１の減衰特性を変化させることを目的に搬送部１の構造を変更してもよい。搬送部１の減衰特性を変化させると、それに伴って機械的位相差が変動し、その変動した機械的位相差を、時間的位相差に含まれる要素として機械的位相差取得手段で取得して、その後の電気的な処理（固有振動数測定ステップ以降の処理）を経ることで、搬送部１の減衰特性に起因する機械的特性を含む時間的位相差を９０°又はほぼ９０°に一致させることができる。

このように、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、搬送面を有し、且つ任意の軸に対して非対称な形状を有する搬送部１と、機械的位相差取得手段と、電気的位相差調整手段７とを備え、少なくとも搬送部１が有する相互に異なる固有振動数に対応した２つの振動モードの固有振動数の差に起因した機械的位相差を、時間的位相差に含まれる要素として機械的位相差取得手段で取得し、その取得した機械的位相差に対して、電気的位相差調整手段７によって、複数の駆動手段４への駆動信号の時間的な位相差を調整して付与するように構成し、機械的位相差に電気的位相差を調整して付与した時間的位相差を持たせた駆動信号を、同一周波数で空間的位相差がある複数の定在波を搬送面に生じさせる複数の駆動手段４に与えるように構成しているため、搬送面に完全又はほぼ完全な進行波を発生させることができ、この進行波によってワークを高速且つ適切に搬送することが可能である。特に、加振周波数を、異なる２つの振動モードの一方の固有振動数（第１振動モードの固有振動数）と他方の固有振動数（第２振動モードの固有振動数）との間の適宜の値、好適な例として、第１振動モードの固有振動数と他方の固有振動数の中間値に設定すれば、ワークの搬送に適した進行波を生成することが可能である。

本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、電気的位相差のみならず、機械的位相差も含む位相差を時間的位相差と捉えることで、時間的位相差を９０°又はほぼ９０°に一致させることが可能になり、最も効率の良い進行波比の進行波を搬送面に発生させることができる。

また、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、機械的位相差取得手段として、駆動信号の加振周波数に起因する機械的位相差や、搬送部１の減衰特性に起因する機械的位相差を取得するものを適用しているため、加振周波数や搬送部１の減衰特性によって変動する機械的位相差を的確に把握することができ、時間的位相差にそれらの機械的位相差を含ませることができる。

特に、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦでは、駆動手段４による駆動信号が、超音波領域の周波数を加振周波数とするものであるため、超音波の駆動音が人間の耳には聞こえず、高速搬送を実現しつつ、騒音問題を解消することができる。

また、本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、上下方向の超音波撓み進行波でワークを搬送するため、搬送部１の先端の水平振幅がゼロに近く、搬送部１の先端を次工程装置に接近させて設置でき、小さいワークの落下を防止・抑制することができるとともに、圧電素子４１が、超音波振動により進行波を発生させるように構成していることから、駆動音が人間の耳に聞こえず、無音化でき、騒音が大きくなることを防止しつつ高速化を達成できる。

本実施形態に係るリニアフィーダＬＦは、搬送面のみを撓み振動させるので、前述のように、搬送部１の中央部を固定しても搬送面の撓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加振領域Ｚ１の圧電素子４１と、第２加振領域Ｚ２の圧電素子４１とで、それらに与える波の位相差を反転させることで（時間位相を反転（−９０°））、逆方向にワークを搬送させることができ、ワークの詰まりが発生した場合などで、ワークを一旦逆送させて詰まりを解除することができる。

このようにして、搬送部１に沿って生成された進行波により、ワークと搬送面（メイントラック１６の搬送面、リターントラック１７の搬送面）との間に摩擦力が発生し、ワークの供給と回収が行なわれる。

また、本実施形態に係るボウルフィーダＢＦは、図１、図１１及び図１２に示すように、螺旋状の搬送トラックである螺旋トラック１３（Ｂ）の搬送面に発生させた進行波によりワークを移動させながら所定の搬送先（供給先、本実施形態ではリニアフィーダＬＦのメイントラックの上流端）に搬送する装置である。ボウルフィーダＢＦは、底部側から上昇し且つ螺旋形状を描く搬送面を有し、任意の軸に対して非対称な形状を有するボウル状の搬送部１（Ｂ）と、同一周波数で空間的位相差がある複数の定在波を搬送面に生じさせる複数の駆動手段４（Ｂ）とを備え、これら複数の駆動手段４（Ｂ）に、上述のリニアフィーダＬＦと同様または準じた構成によって、電気的位相差に加えて機械的位相差を含む時間的位相差を持たせた駆動信号を与えることで、ボウル状搬送部１（Ｂ）の搬送面に進行波を発生させてワークを搬送するものである。図１１は、ボウルフィーダＢＦの側断面を模式的に示す図であり、図１２は、ボウルフィーダＢＦを下方から見た模式図である。なお、図１１では、断面部分を示す平行斜線（ハッチング）を省略している。

ボウル状搬送部１（Ｂ）は、進行波を生成する弾性部材であるボウル弾性体１１（Ｂ）によって形成され、任意の軸に対して非対称な形状を有するものである。搬送部１（Ｂ）のうち螺旋トラック１３（Ｂ）の終端部（下流端部）がリニアフィーダＬＦのうちメイントラック１６の始端部（上流端部）に接続されている。

本実施形態では、ボウル弾性体１１（Ｂ）の中央部分を適宜のパーツ（図１では止着具（ボルト）、図１１では押さえ部材１４（Ｂ））によって支持台２（Ｂ）に固定している。ボウル状搬送部１（Ｂ）は、ボウル弾性体１１（Ｂ）の内周面に螺旋トラック１３（Ｂ）を形成しているため、幾何学的に軸対象となるような対称軸を搬送部１（Ｂ）のどこにも設定できない。螺旋トラック１３（Ｂ）の上向き面が、「ワークが接触する搬送面」である。

このようなボウル状搬送部１（Ｂ）を撓み変形させる複数の駆動手段４（Ｂ）は、図１１及び図１２に示すように、圧電素子４１（Ｂ）によって構成されている。圧電素子４１（Ｂ）は、ボウル弾性体１１（Ｂ）のうち、螺旋トラック１３（Ｂ）の搬送面が形成された部分の裏面（下向き面）側に貼り付けられている。

圧電素子４１（Ｂ）は、ボウル弾性体１１（Ｂ）の周方向に伸縮することで螺旋トラック１３（Ｂ）の搬送面に撓みを発生させるものであり、ボウル弾性体１１（Ｂ）のうち直径に相当する任意の直線を境界にして区別される半円状のエリアに、それぞれ周方向に沿って設けられる。複数の圧電素子４１（Ｂ）は、互いに空間的位相差をもって設けられている。本実施形態では、一方の半円状のエリアを、０°モードの波を発生させるための第１加振領域に設定し、他方の半円状のエリアを、９０°モードの波を発生させるための第２加振領域に設定している（図１２参照）。なお、片方の半円状のエリアに、第１加振領域及び第２加振領域を設定してもよい。各圧電素子４１は、第１加振領域及び第２加振領域においてそれぞれ振動モードの腹の位置に１／２波長間隔で配置されている。各加振領域（第１加振領域、第２加振領域）において隣り合う圧電素子は、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１２で「＋」と「−」で表現）となるように構成されている。また、第１加振領域と第２加振領域とで同じ極性の圧電素子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

このようなボウル状搬送部１（Ｂ）を備えるボウルフィーダＢＦは、上述のリニアフィーダＬＦに関する図３と同様の構成、つまり、第１加振領域の圧電素子４１（Ｂ）が接続されている第１アンプと、第２加振領域の圧電素子４１（Ｂ）が接続されている第２アンプと、機械的位相差取得手段と、電気的位相差調整手段と、加振周波数調整手段と、振幅調整手段（第１振幅調整手段、第２振幅調整手段）とを備えた構成である。そして、上述のリニアフィーダＬＦと同様に、機械的位相差を含んだ時間的位相差を９０°に完全に一致又はほぼ一致させた進行波を生成することができる。

したがって、ボウルフィーダＢＦは、上述のリニアフィーダＬＢと同様又はほぼ同様の作用効果を奏する。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば同一周波数で空間的位相差がある３つ以上の定在波を搬送面に生じさせる構成であっても、振動モードは、相互に固有振動数の異なる第１振動モードと第２振動モードの２つである。すなわち、物体を振動した場合には、空間的に位相差を有する２つの振動モードがあり、振動モードが３つ以上になるケースは皆無であり、本発明における「固有振動数の差」は、異なる２つのモードの固有振動数の差であって、進行波を生成するための定在波の数と振動モードの数とは必ずしも一致するものではない。

上述の実施形態では、駆動手段を構成する圧電素子を１枚ずつ個別に搬送部に貼り付けた態様を例示したが、図１３に示すように、圧電素子４１のセラミック部４２を一体化して、電極４３のみ別々にする構成にしてもよい。同図（ａ）、（ｂ）は、セラミック部４２を一体化した圧電素子４１の平面模式図、側面模式図である。同図（ｂ）において矢印で示す各電極４３の分極方向から把握できるように、セラミック部４２が一体化されていても電極４３を部分的に変更することが可能である。このようなセラミック部一体化タイプの圧電素子４１を搬送部１に貼り付けた時点で、セラミック部４２の一方の面側（例えば上向き面側）の各電極４３は導体の搬送部１に接触してコモン（共通電極）になり、セラミック部４２の他方の面側（例えば下向き面側）の各電極４３は導体の搬送部１に接触しないため、適宜の手段によってコモンにする必要がある。このようなセラミック部一体化タイプの圧電素子４１であれば、上述の実施形態で例示したタイプの圧電素子４１と比較して、圧電素子４１を搬送部１に貼り付ける作業負担の軽減化と、貼り付け精度の向上を図ることができる。なお、セラミック部４２の一方の面側（例えば上向き面側）の各電極４３を導体の搬送部１に貼り付けた場合、各電極４３と導体の搬送部１の間に接着層が形成されるが、電極４３と搬送部１の表面粗さによって導通する。

また、図１３に示すセラミック一体化タイプの圧電素子４１のさらに改良バージョンとして、図１４に示すようなセラミック部４２の一方の面側（例えば上向き面側）の電極４３を別々にし、他方の面側（例えば下向き面側）の電極４４を一体化したものを挙げることができる。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、セラミック部４２と片方の面側の電極４４をそれぞれ一体化した圧電素子４１の平面模式図、側面模式図、底面模式図である。このように、セラミック部４２と片方の面側の電極４４をそれぞれ一体化した圧電素子４１を搬送部１に貼り付けた時点で、セラミック部４２の一方の面側（例えば上向き面側）の各電極４３は導体の搬送部１に接触してコモン（共通電極）になり、セラミック部４２の他方の面側（例えば下向き面側）の電極４４は一体化されているためコモン作業が不要である。

また、上述の実施形態では、電気的位相差設定ステップの具体例として、電気的位相差と機械的位相差の和が９０°となるように電気的位相差を決定して設定する態様を例示したが、「機械的位相差の和が９０±１８０ｎ（ｎは正の整数）」となるように電気的位相差を決定して設定するようにしても良い。すなわち、「電気的位相差＝９０±１８０ｎ（ｎは正の整数）−機械的位相差」の条件を満たす場合にも進行波比が「１」となる。

上述の実施形態では、２つの領域の駆動手段に与える波の振動として、正弦波振動を例示したが、矩形波振動であってもよい。

本発明では、駆動手段として、圧電素子に代えて、磁歪素子を適用することができる。

さらに、上記実施形態では進行波を循環方式により発生させたが、循環方式ではない方式（搬送面の両端をそれぞれ位相差を変えて加振する両端加振方式等）で進行波を発生させてもよい。

ワークとしては、例えば電子部品などの微小部品を挙げることができるが、電子部品以外の物品であってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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、１（Ｂ）…搬送部
４、４（Ｂ）…駆動手段
７…電気的位相差調整手段
９１、９２…振幅調整手段（第１振幅調整手段、第２振幅調整手段）
ＬＦ、ＢＦ…ワーク搬送装置（リニアフィーダ、ボウルフィーダ）

Claims (5)

1. 同一周波数で空間的位相差がある複数の定在波を搬送面に生じさせる複数の駆動手段を備え、これら複数の駆動手段に時間的位相差を持たせた駆動信号を与えることで前記搬送面に進行波を発生させてワークを搬送するワーク搬送装置であって、
   前記搬送面を有し、任意の軸に対して非対称な形状を有する搬送部と、
   前記搬送部が有する各々異なる固有振動数に対応した２つの振動モードの固有振動数の差に起因する機械的位相差を、前記時間的位相差に含まれる要素として取得する機械的位相差取得手段と、
   前記複数の駆動手段への前記駆動信号の時間的な位相差を調整して前記機械的位相差に対し付与する電気的位相差調整手段とを備えることを特徴とするワーク搬送装置。
2. 前記機械的位相差取得手段は、前記駆動信号の加振周波数に起因する機械的位相差を取得するものであり、
   前記駆動手段において、前記加振周波数を、前記２つの振動モードのうち一方の振動モードの固有振動数と他方の振動モードの固有振動数との間に設定している請求項１に記載のワーク搬送装置。
3. 前記機械的位相差取得手段は、前記搬送部の減衰特性に起因する機械的位相差を取得するものである請求項１又は２に記載のワーク搬送装置。
4. 全ての前記定在波の振幅が等しくなるように調整する振幅調整手段をさらに備えている請求項１乃至３の何れかに記載のワーク搬送装置。
5. 前記駆動手段による駆動信号が、超音波領域の周波数を加振周波数とするものである請求項１乃至４の何れかに記載のワーク搬送装置。

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