JP2770295B2 - 振動式搬送装置 - Google Patents

振動式搬送装置

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JP2770295B2 JP2162509A JP16250990A JP2770295B2 JP 2770295 B2 JP2770295 B2 JP 2770295B2 JP 2162509 A JP2162509 A JP 2162509A JP 16250990 A JP16250990 A JP 16250990A JP 2770295 B2 JP2770295 B2 JP 2770295B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、共振数波数で搬送運転するように制御され
た振動式搬送装置に関する。
（従来の技術） 従来より、振動式搬送装置としては、振動発生源を電
磁石で構成したものの他、圧電素子を用いたものであ
る。これらいずれの振動式搬送装置にあっても、搬送効
率を最大にするには、加振周波数を共振周波数に一致さ
せる必要がある。この観点から、加振周波数調整機能を
備えた搬送装置が開発されており、それが特開昭62−21
8308号公報において公知となっている。このものは、加
振周波数調整用としてポテンショメータ付きのCR型正弦
波発生器を設け、そのポテンショメータを操作すること
により加振周波数を徐々に変化させながら、そのときの
振動状態や音の変化を作業者が自己の目や耳で観察する
ことにより、共振周波数を探りあてるようになってい
る。
（発明が解決しようとする課題） 上記従来構成では、加算周波数を共振周波数に合わせ
る調整を、人間の五感に頼って行っているので、熟練者
でも正確な調整は容易でなく、どうしても調整ばらつき
ができてしまい、搬送効率の低下を免れ得ない。
しかも、加振周波数の許容範囲は、共振周波数の±0.
2Hzであることが実験により確認されているが、この共
振周波数には負の温度依存性があるため、周囲温度を０
℃から40℃まで変化させると、共振周波数は2Hzも低下
してしまう。この原因は、振動系の熱膨張により弾性係
数が変化するためと考えられている。
一方、加振周波数調整用のCR発振器のコンデンサには
正の温度依存性があるため、このCR発振器の出力周波数
は、周囲温度の０℃から40℃までの変化に対して加振周
波数が2Hzも増加する。
この様に、振動系とCR発振器側の温度依存性の温度勾
配が逆になっているので、20℃で加振周波数を共振周波
数に正確に一致させたとしても、その後、周囲温度が±
５℃変化すれば、加振周波数と共振周波数とのずれ幅が
ほぼ0.5Hzにもなってしまい、許容範囲（0.2Hz）を超え
てしまう。この事は、周囲温度が多少変化しただけでも
加振周波数の調整が必要になることを意味するが、前述
したように、この調整を人間の五感に頼って行っていた
のでは、面倒であるのみならず、調整ばらつきができて
しまい、搬送効率の低下を免れ得ない。
本発明は上述の諸事情を勘案してなされたもので、そ
の目的は、加振周波数を共振周波数に合わせる調整を自
動化できて、簡単且つ確実に最良の加振周波数（共振周
波数）で搬送運転を行い得る振動式搬送装置を提供する
ことにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 請求項１記載の振動式搬送装置は、第11図に示すよう
に、商用交流電源を整流して直流高電圧を発生する直流
電源部と、この直流電源部から供給される直流高電圧を
交流電圧に変換して前記振動発生源に印加するインバー
タと、前記振動発生源に印加した交流電圧の実効値を求
める手段と、前記振動発生源に流れる交流電流の実効値
を求める手段と、前記交流電圧と交流電流の位相差を求
める手段と、前記交流電圧実効値、交流電流実効値及び
位相差から前記振動発生源への印加電力を計算する演算
手段と、この印加電力の計算値を記憶する記憶手段と、
前記振動発生源に印加する交流電圧の周波数を変化させ
る周波数変化手段と、共振周波数の自動設定モードで
は、前記振動発生源に印加する交流電圧の実効値を一定
にした状態で、所定時間毎に前記周波数変化手段により
交流電圧の周波数を増加若しくは減少させた上で、前記
振動発生源への印加電力を前記演算手段に計算させ、そ
の計算値を前記記憶手段に記憶された前回の計算値と比
較して、今回の計算値が前回のものよりも大きければ、
同一方向に交流電圧の周波数をずらし、逆に、今回の計
算値が前回のものよりも小さければ、反対方向に交流電
圧の周波数をずらすという動作を繰り返すことにより、
前記印加電力が最大となる共振周波数を求めてその共振
周波数で搬送運転するようように制御する制御手段とを
具備して成るものである。
一方、請求項２記載の振動式搬送装置は、振動発生源
への印加電力即ちインバータの出力電力が最大になると
きには、インバータへの入力電力も最大になるという、
インバータの入出力の相関関係に着目して発明されたも
ので、インバータへの入力電力を最大にするように制御
することによって、振動発生源への印加電力（インバー
タの出力電力）を最大にするものである。具体的な構成
は、インバータに印加する直流電圧を求める手段と、前
記インバータに供給した直流電流の平均値を求める手段
と、前記直流電圧値と前記直流電流平均値から前記イン
バータへの入力電力を計算する演算手段と、この入力電
力の計算値を記憶する記憶手段と、前記インバータの出
力周波数を変化させる周波数変化手段と、共振周波数の
自動設定モードでは、前記インバータに印加する直流電
圧を一定にした状態で、所定時間毎に前記周波数変化手
段により前記インバータの出力周波数を増加若しくは減
少させた上で、前記インバータへの入力電力を前記演算
手段に計算させ、その計算値を前記記憶手段に記憶され
た前回の計算値と比較して、今回の計算値が前回のもの
より大きければ、同一方向に前記出力周波数をずらし、
逆に、今回の計算値が前回のものよりも小さければ、反
対方向に前記出力周波数をずらすという動作を繰り返す
ことにより、前記入力電力が最大となる共振周波数を求
めてその共振周波数で搬送運転するように制御する制御
手段とを具備して成るものである。
（作用） 第８図に示すように、加振周波数に対する振動加速度
の変化曲線と印加電力の変化曲線とは、互いに相似形と
なり、振動加速度のピーク値の周波数と印加電力のピー
ク値の周波数とは一致する。この関係から、振動発生源
への印加電圧を一定にした状態で、加振周波数を変化さ
せながら、印加電力が最大になる周波数を求めれば、そ
の点が共振周波数となる。
本発明はこの様な関係に着目したもので、請求項１記
載の構成によれば、制御手段は、自動設定モードでは、
振動発生源に印加する交流電圧の実効値を一定にした状
態で、所定時間毎に周波数変化手段により交流電圧の周
波数を僅かずつ増加若しくは減少させた上で、印加電力
を演算手段に計算させ、その計算値を記憶手段に記憶さ
れた前回の計算値と比較して、今回の計算値が前回のも
のよりも大きければ、同一方向に交流電圧の周波数をず
らし、逆に、今回の計算値が前回のものよりも小さけれ
ば、反対方向に交流電圧の周波数をずらすという動作を
繰り返すことにより、前記印加電力が最大となる周波数
即ち共振周波数を求めてその共振周波数で搬送運転する
ように制御する。
一方、振動発生源への印加電力（インバータの出力電
力）が最大になるときには、インバータへの入力電力も
最大になるという関係があるので、請求項２のように、
インバータへの入力電力を最大にするように制御すれ
ば、結果的に、振動発生源への印加電力（インバータの
出力電力）が最大になるように制御され、自動的に共振
周波数に調整される。
（実施例） 以下、本発明をボウル型パーツフィーダに適用した第
１実施例について、第１図乃至第11図に基づいて説明す
る。
まず、全体の機械的概略構成を示す第２図において、
１は円盤状に形成された基台で、その上面には、複数の
バイモルフ２が同一円周上に等間隔に傾斜状に配置され
ている。各バイモルフ２は、板ばね３の両面に振動発生
源たる圧電素子４を貼着して構成され、各板ばね３の上
端には振動増幅ばね５を介してボウル型搬送体６が連結
されている。この場合、後述する駆動装置７により、各
バイモルフ２は、両圧電素子４に分極方向が互いに反対
となるように交流電圧が印加され、それによって各バイ
モルフ２は湾曲運動を繰り返してボウル型搬送体６を螺
旋方向（円周方向斜め上下方向）に振動させ、内部の搬
送部品を螺旋状搬送路８に沿って搬送する。
次に、駆動装置７の構成を第１図に基づいて説明す
る。９はAC100V又は200Vの商用単相交流電源で、この電
源９からノイズ除去用のラインフィルタ10を介して整流
器11に給電される。この整流器10は、単相ブリッジ全波
整流回路で構成され、ここで全波整流された直流電圧が
DC/DCコンバータ12に印加される。このDC/DCコンバータ
12は、RCC型又はフライバックトランス型コンバータで
構成され、全波整流された直流電圧を700Vの高電圧直流
電圧に昇圧する。このDC/DCコンバータ12の３本の出力
ライン13a,13b,13cの相互間には、抵抗14a,14bとコンバ
ータ15a,15bが並列に接続され、それによって700Vの高
圧直流電圧が＋350Vと−350Vの２電源に分割されてい
る。この第１の実施例では、ラインフィルタ10、整流器
11及びDC/DCコンバータ12から直流電源部45が構成され
ている。
一方、DC/DCコンバータ12の中央の出力ライン13bに
は、前記バイモルフ２の圧電素子４と短絡電流防止用の
リアクトル16とが直列に接続され、このリアクトル16と
両側の出力ライン13a,13c間には、スイッチング素子た
る電界効果トランジスタ（以下、FETと称す）17a,17bの
ソースとドレインが接続されている。これら両FET17a,1
7bのゲートには、ゲート駆動回路18からゲート信号が与
えられ、それによって両FET17a,17bが交互にオン・オフ
して圧電素子４に交流電圧を印加する。この交流電圧の
正の半サイクルでは、一方のFET17aがPWM方式でオンす
ると共に、他方のFET17bがオフし、反対に、負の半サイ
クルでは、他方のFET17bがPWM方式でオンすると共に、
一方のFET17aがオフする。これら両FET17a,17bとゲート
駆動回路18とからインバータ19が構成されている。この
場合、ゲート駆動回路18には、マイクロコンピュータ20
の出力ポートＰの出力信号と、このマイクロコンピュー
タ20に付設されたPWM回路21の出力信号が入力される。
そして、PWM回路21の出力信号により、圧電素子４への
交流印加電圧の振幅を制御し、出力ポートＰから極性
（＋−）の信号が出力される。この場合、PWM回路20の
クロック信号の周期が0.8マイクロ秒、PWM幅が127とす
ると、 0.8×127＝101.6［マイクロ秒］ であるから、101.6マイクロ秒毎（9.84KHz毎）のPWM制
御が可能である。従って、この実施例では、マイクロコ
ンピュータ20は、101.6マイクロ秒毎に正弦波状のデー
タをPWM回路21に出力し、出力ポートＰから極性（＋
−）の信号を出力して、交流印加電圧の振幅と周波数を
制御する。この様にして、マイクロコンピュータ20が、
電圧調整手段と周波数変化手段としても機能する。
一方、圧電素子４に流れる電流値を検出するために、
DC/DCコンバータ12の出力ライン13bには変流器22が設け
られ、この変流器22で検出されて抵抗23で電圧値に変換
された電流検出信号が、マイクロコンピュータ20のゼロ
クロス検出付き割込み回路24に入力されると共に、整流
器25を介してマイクロコンピュータ20のA/D変換器26に
も入力される。このA/D変換器26は、逐次変換式のもの
で、変換語長は８ビット、変換時間は約10〜20マイクロ
秒である。また、ゼロクロス検出付き割込み回路24は、
第10図（ａ）にt1,t2,3で示すように入力信号のレベル
が負（−）から正（＋）に、または正（＋）から負
（−）に変化する（ゼロクロスする）ときに、マイクロ
コンピュータ20に第10図（ｂ）に示すパルス状の割込み
信号を入力する。尚、整流器25を通して電流検出信号を
整流する理由は、A/D変換器26が＋−の両極性を持たな
い単極性であるためと、交流電流の実効値を計算するの
に、負の極性を正の極性に変換して計算しても、決算値
は同じなるためである。
また、前回の搬送運転終了直前の印加電圧の周波数と
電圧値をデータとして記憶しておくために、バッテリー
27でバックアップされたランダムアクセスリードライト
メモリ（以下、RAMと称す）28がデータバスを介してマ
イクロコンピュータ20に接続されている。
一方、マイクロコンピュータ20の入力ポートＩには、
モード切換手段たる運転モード切換スイッチ29が接続さ
れ、このスイッチ29をオンしたときに自動設定モードが
設定され、オフしたときに手動設定モードが設定され
る。また、手動設定モードのときに圧電素子４への印加
電圧を調整するために、電圧調整用のポテンショメータ
30を設け、このポテンショメータ30をマイクロコンピュ
ータ20のA/D変換器31に接続している。更に、手動設定
モードのときに加振周波数を調整するために、周波数手
動調整手段たるポテンショメータ32を設け、このポテン
ショメータ32をマイクロコンピュータ20のA/D変換器33
に接続している。そして、手動設定モードのときに、加
振周波数が共振周波数に一致している間はその旨を表示
する報知手段たるLED等の表示素子34を設け、この表示
素子34をマイクロコンピュータ20の出力ポートＱに接続
している。
尚、このマイクロコンピュータ20には、発振器35から
クロックパルスが入力され、このクロックパルスをもと
に、マイクロコンピュータ20はPWM回路21にPWM信号を発
生させたり、印加電圧と電流の位相差を測定するように
なっている。
次に、制御手段であるマイクロコンピュータ20による
運転制御の内容を第３図乃至第９図に基づいて説明す
る。
まず、加振周波数を共振周波数に一致させる制御の基
本原理を、第８図に基づいて説明する。この第８図に示
すように、加振周波数に対する振動加速度の変化曲線と
印加電力の変化曲線とは、互いに相似形となり、振動加
速度のピーク値の周波数と印加電力のピーク値の周波数
とは一致する。この関係から、圧電素子４への印加電圧
を一定にした状態で、加振周波数を変化させなから、印
加電力が最大になる周波数を求めれば、その点が共振周
波数となる。
また、負荷変動に伴う搬送速度（振動加速度）の変動
を防止して、搬送速度を一定化するための制御の基本原
理は、第９図に示すように、印加電力が一定であれば、
負荷が変化しても振動加速度は一定となることに基づ
く。
さて、自動設定モードで運転する場合には、運転モー
ド切換スイッチ29を「自動」に切換える（オフする）。
この後、運転スタートスイッチ（図示せず）をオンする
と、次のようにして加振周波数が共振周波数に自動的に
調整される自動設定モードで搬送運転が開始される。こ
の自動設定モードでは、圧電素子４への印加交流電圧の
１サイクル終了毎に、１サイクル分の印加電力Wiの計算
を演算手段であるマイクロコンピュータ20のCPUによっ
て行う（ステップM1,M2）。この計算は、第４図のサブ
ルーチンによって、印加電圧の実効値Vrms、電流実効値
Irms、力率cosφから次の（１）式を用いて行われる。
Wi＝Vrms×Irms×cosφ ……（１） この場合、印加電圧は、マイクロコンピュータ20のPW
M回路21により調節されるため、その印加電圧の実効値V
rmsは、電圧計等により測定せずとも、マイクロコンピ
ュータ20自身により設定される（ステップS1）。従っ
て、この第１実施例では、マイクロコンピュータ20が印
加電圧の実効値Vrmsを求める手段を兼ねることになる
が、印加電圧の実効値Vrmsを別途設けた電圧計等により
実際に測定して求める構成としても良い。
また、電流実効値Irmsを求める手順は、所定のサンプ
リング周期（50〜200μｓ）で圧電素子４に流れた電流
値を、変流器22、抵抗23、整流器25及びA/D変換器26を
介してマイクロコンピュータ20でサンプリングし（ステ
ップS2）、そのサンプリングデータを２乗して規定サイ
クル（Ｎ回）加算した上で（ステップS3）、その加算値
をＮで除算し（ステップS4）、その除算値を開平して電
流実効値Irms求める（ステップS5）。更に、力率cosφ
を求める手順は、印加電圧のゼロクロス時期tV検出する
と共に（ステップS6）、ゼロクロス検出付き割込み回路
24を通して測定される入力電流のゼロクロス時期tiを検
出する（ステップS7）。そして、これら印加電圧のゼロ
クロス時期tVと電流のゼロクロス時期tiとの時間差|tV
−ti|を算出して（ステップS8）、それを位相差φに変
換して（ステップS9）、力率cosφを算出する（ステッ
プS10）。尚、位相差φから力率cosφを求める他の方法
としては、予めφに対するcosφの計算値テーブル化し
てマイクロコンピュータ20の読出し専用メモリ（以下RO
Mと称す）に記憶しておき、その記憶データ群からcosφ
を読み取るようにしても良い。
このようにして求められた電圧実効値Vrms、電流実効
値Irms、力率cosφから前記（１）式によって印加電力W
iが１サイクル終了毎に計算されるが（ステップS11）、
この印加電力Wiの計算値は規定サイクル（Ｎ回）分、累
積加算される（第３図のステップM3,M4）。そして、規
定サイクル（Ｎ回）終了毎に、印加電力Wiの加算値Ｗを
規定回数Ｎで除算して印加電力の平均値Wnを求める（ス
テップM5）。
この後、ステップM6において、前回の処理が周波数処
理ルーチンであるか否か、即ち前回処理フラグＦ＝１で
あるか否かが判断され、周波数処理ルーチンと振幅処理
ルーチンとが交互に実行されるようになっている（ステ
ップM7,M8）。ステップM7の周波数処理ルーチンは、第
５図に示されており、加振周波数を共振周波数に追従さ
せるために、即ち印加電力のピーク値を求めるために、
次のように実行される。まず、ステップS12において、f
n＞fn−１、Wn＞Wn−１であるか否かが判断される。こ
こで、Wnは今回の印加電力（平均値）であり、Wn−１は
前回の印加電力（平均値）である。そして、このステッ
プS12で、是（YES）と判断されれば、次回の加振周波数
fn＋１をfn＋Ｋ（ここで、Ｋは後述する周波数変化分）
に設定する（ステップS13）。一方、上記ステップS12に
おいて、否（NO）と判断されれば、ステップS14に移行
して、fn＞fn−１、Wn＜Wn−１であるか否かが判断され
る。このステップS14で、是（YES）と判断されれば、fn
＋１をfn−Ｋに設定する（ステップS15）。一方、ステ
ップS14で、否（NO）と判断されれば、ステップS16に移
行して、ｆ＜fn−１、Wn＞Wn−１であるか否かが判断さ
れる。このステップS16において、是（YES）と判断され
れば、fn＋１をfn−Ｋに設定する（ステップS17）。
尚、ステップS16で、否（NO）と判断されれば、fn＋１
をfn＋Ｋに設定する（ステップS18）。以上のステップS
12〜S18により、加振周波数を共振周波数に順次近付け
る（印加電力を順次大きくする）ものである。
この後、今回の印加電力Wnと前回の印加電力Wn−１の
差μを計算する（ステップS19）。そして、印加電力Wn
に対する電力差μのパーセンテージに応じて周波数変化
分Ｋを次のように変化させることにより、共振周波数
（印加電圧のピーク値）の検出を速める。速ち、μ＜１
％であれば、Ｋ＝0.2と設定され（ステップS20,S21）、
１％≦μ＜５％であれば、Ｋ＝0.5と設定され（ステッ
プS22,S23）、５％≦μ＜10％であれば、Ｋ＝1.0と設定
され（ステップS24,S25）、μ≧10％であればＫ＝1.5と
設定される（ステップS26）。
この後、第３図のメインルーチンに戻って、ステップ
M9で、前回処理フラグＦを「１」にセットして、次回は
振幅処理ルーチンを実行する（ステップM6,M8）。この
振幅処理ルーチンは、第６図に示されており、搬送速度
を一定化するために、印加電力を一定に保つように次の
ような処理を行う。まず、fn＋１＝fn−１であるか否
か、即ち加振周波数が共振周波数に一致しているか否か
が判断される（ステップS31）。この場合、fn＋１＝fn
−１のときに、加振周波数が共振周波数に一致する理由
は、前回の加振周波数fn−１で印加電力Wn−１がピーク
値なれば、今回の加振周波数fn（即ちfn−１±Ｋ）では
印加電力Wnがピーク値からずれるため、次の周波数処理
ルーチンで、次回の加振周波数fn＋１が元の周波数（共
振周波数）に戻されるためである。
そして、ステップS31で、fn＋１≠fn−１、即ち加振
周波数が共振周波数に一致していなければ、振幅処理ル
ーチンを実行せずに、第３図のメインルーチンに戻る。
これは、加振周波数を共振周波数に一致させるまでは、
印加電圧を一定に保って、周波数処理ルーチン（加振周
波数を共振周波数に順次近付ける処理）を優先的に繰り
返させるためである。
一方、ステップS31で、fn＋１＝fn−１と判断された
とき、即ち加振周波数が共振周波数に一致したとき（印
加電力が最大になったとき）には、搬送速度（振動加速
度）を一定化するために、印加電力を一定に保つべく、
ステップS32に移行して、次回のPWM出力の振幅Sn＋１が
次の（２）式によって算出される。
ここで、Snは今回の振幅、Wnは今回の印加電力、Wn−
１は前回の印加電力である。この様にして、PWM出力の
振幅を調整することにより、圧電素子４への印加電圧を
調整して、印加電力（搬送速度）を一定に保つものであ
る。そして、次回の振幅Sn＋１の算出後、メインルーチ
ンに戻って、前回処理フラグＦを「０」にセットし（ス
テップM10）、次回は前述した周波数処理ルーチンを実
行する（ステップM6,M7）。
参考までに、上述した各処理のタイミングを第７図に
図示している。また、上記各処理ルーチンにおいて、計
算された印加電力Wn−1,Wnと加振周波数fn−1,fnは、マ
イクロコンピュータ20内蔵の記憶手段たるRAM（図示せ
ず）に記憶され、これらの記憶値をもとに各処理ルーチ
ンが実行される。
以上説明した自動設定モードにおける制御の流れを要
約すれば、圧電素子４に印加する交流電圧の実効値を一
定にした状態で、所定時間毎に交流印加電圧の周波数を
僅かずつ増加若しくは減少させた上で、印加電力を計算
し、その計算値を前回の計算値と比較して、今回の計算
値が前回のものよりも大きければ、同一方向に印加電圧
の周波数をずらし、逆に、今回の計算値が前回のものよ
りも小さければ、反対方向に印加電圧の周波数をずらす
という動作を繰り返すことにより、前記印加電力が最大
となる周波数即ち共振周波数を求めての共振周波数で搬
送運転するように制御する。従って、加振周波数を共振
周波数に合わせる調整を自動化できて、簡単且つ確実に
最良の加振周波数（共振周波数）で搬送運転を行い得
る。
しかも、自動設定モードでは、搬送運転の全期間を通
して、加振周波数が絶えず共振周波数に調整されるの
で、たとえ、周囲温度が変動して共振周波数がずれたと
しても、それに追従して加振周波数が自動的に調整さ
れ、搬送運転中の温度変化（共振周波数のずれ）にも対
処できて、搬送運転を安定化できる。
また、自動設定モードでは、共振周波数を求める毎
に、その共振周波数における印加電力の計算値が一定に
なるように、電圧調整手段たるマイクロコンピュータ20
によりPWM出力の振幅（印加電圧）が自動的に調整され
るので、負荷が変化しても搬送速度（振動加速度）を一
定にすることができて、この面からも搬送運転を安定化
できる。
ところで、搬送運転開始当初の加振周波数が共振周波
数から大きく離れていると、加振周波数が共振周波数に
調整されるまでの時間が長くなってしまうので、この実
施例では、この時間を次のようにして短縮する。前回の
搬送運転終了直前の加振周波数とPWM出力の振幅（印加
電圧）を、バッテリー27でバックアップされたRAM28に
記憶しておき、このRAM28に記憶された加振周波数とPWM
出力の振幅（印加電圧）を初期値して次回の搬送運転を
開始する。この場合、記憶手段として、バッテリー27で
バックアップされたRAM28を用いる理由は、電源オフ時
でも記憶データを保持しておくためである。従って、電
源オフ時でも記憶データを保持できるものであれば、RA
M28でなくても、EEPROMや書き込み装置付きROMであって
も良い。
尚、加振周波数と印加電圧の初期値の設定は、加振周
波数調整用のポテンショメータ32と印加電圧調整用のポ
テンショメータ30の調整によって、使用者が任意に設定
できるように構成しても良い。
一方、加振周波数と印加電圧を手動で設定する手動設
定モードで搬送運転を行う場合には、次の手順で操作す
る。まず、運転モード切換スイッチ29を「手動」に切換
えて（オンして）、運転スタートスイッチ（図示せず）
をオンすれば、手動設定モードで搬送運転が開始され
る。この後、加振周波数調整用のポテンショメータ32を
ゆっくり回す。これにより、加振周波数が少しずつ増加
若しくは減少されるが、このときも上述した自動設定モ
ードと同じく、加振周波数が所定量ずらされる毎に印加
電力を計算して、その計算値をマイクロコンピュータ20
のRAMに記憶された前回の計算値と比較することによっ
て、印加電力が最大になったか否かを判断し、印加電力
が最大になった時点で、表示素子34を連続点灯させて、
加振周波数が共振周波数に一致した旨の報知を行わせ
る。この場合、加振周波数が共振周波数よりも低いとき
には、表示素子34をゆっくり点滅させ、逆に、加振周波
数が共振周波数よりも高くなったときには、表示素子34
を早く点滅させることによって、ポテンショメータ32を
周波数増加・減少のいずれの方向に調整すれば良いかを
作業者に知らせて、素早い手動調整を可能にしている。
尚、加振周波数が共振周波数よりも低いか高いかの判断
方法は、加振周波数を増加（減少）させたときに印加電
力が増加（減少）するか否かによって判断される。
この様に、手動設定モードでも、作業者は、表示素子
34が連続点灯するまで、ポテンショメータ32を調整すれ
ば良く、従来のように勘に頼って手動調整する場合に比
し、手動調整が簡単であると共に、正確な周波数調整が
可能である。尚、周波数調整完了を報知する報知手段と
しては、表示素子34に限らず、ブザー、スピーカ等であ
っても良い。
一方、手動設定モードにおいて、印加電圧の調整を行
う場合には、上述したようにして加速周波数を共振周波
数に調整た上で、印加電圧調整用のポテンショメータ30
を操作して任意の電圧に調整すれば良い。
尚、上記第１実施例では、DC/DCコンバータ12の出力
を＋350Vと−350Vの２電源に分割したので、インバータ
19のスイッチング素子（FET17a,17b）を２個で構成でき
るが、例えば、第12図に示す本発明の第２実施例のよう
に、DC/DCコンバータ40を＋350Vを単一電源として構成
する場合には、４個のスイッチング素子たるFET41a〜41
dでブリッジ回路を構成し、これら各FET41a〜41dをゲー
ト駆動回路42によって駆動して、FET41a,41cとFET41b,4
1dとを交互にオン・オフさせることにより、圧電素子４
に交流電圧を印加するようにすれば良い。この場合に
は、４個のFET41a〜41dとゲート駆動回路42からのイン
バータ43が構成され、そのゲート駆動回路42がマイクロ
コンピュータ20によって制御される。
一方、第13図及び第14図は本発明の第３実施例を示し
たもので、前述した第１実施例と同一部分には同一符号
を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ異符号
を付して説明する。
DC/DCコンバータ51は、電流平滑用のリアクトル52、
ダイオード53、FET54、PWMスイッチングレギュレータ55
及び２個の帰還抵抗56,57から構成されている。上記リ
アクトル52は整流器11の一方の出力端子に接続され、こ
のリアクトル52と整流器11の他方の出力端子との間にFE
T54のソースとドレインが接続されている。このFET54の
ゲートにはPWMスイッチングレギュレータ55の出力端子
が接続され、PWMスイッチングレギュレータ55の出力信
号によりFET54のオン・オフが制御されるようになって
いる。そして、DC/DCコンバータ51の出力電圧は、２個
の帰還抵抗56,57を介してPWMスイッチングレギュレータ
55に帰還され、その帰還入力に基づいてPWMスイッチン
グレギュレータ55がFET54のオン・オフを制御してDC/DC
コンバータ51の出力電圧を一定化する。このDC/DCコン
バータ51と整流器11及びラインフィルタ10から直流電源
部58が構成されている。
一方、インバータ19に供給した直流電流の平均値を求
めるために、DC/DCコンバータ51の出力端子には電流検
出用の抵抗59が接続され、この抵抗59により直流電流値
が電圧値に変換されて検出される。この抵抗59により検
出される直流電流値は、フィルタ60により直流電流平均
値に変換され、マイクロコンピュータ20のA/D変換器26
に入力される。
この第３実施例は、圧電素子４への印加電力即ちイン
バータ19の出力電力が最大になるときに、インバータ19
への入力電力も最大になるという、インバータ19の入出
力の相関関係に着目したもので、インバータ19への入力
電力を最大にするようにマイクロコンピュータ20により
制御することによって、圧電素子４への印加電力（イン
バータ19の出力電力）を最大にして、加振周波数を共振
周波数に合わせるものである。この場合、マイクロコン
ピュータ20は、後述する手順でインバータ19への入力電
力を最大にするように制御する制御手段として機能する
他、インバータ19に印加する直流電圧値と前記フィルタ
60を介して入力される直流電流平均値からインバータ19
への入力電力を計算する演算手段と、この入力電力の計
算値を記憶する記憶手段と、前記インバータ19の出力周
波数を変化させる周波数変化手段としても機能する。
このマイクロコンピュータ20により、インバータ19へ
の入力電力を計算する手順は、所定のサンプリング周期
（50〜200μｓ）でインバータ19に流れた直流電流平均
値をフィルタ60を介して読み込み、その直流電流平均値
にDC/DCコンバータ51の出力電圧値（インバータ19に印
加する直流電圧値）を乗算して入力電力を求める。この
第３実施例では、DC/DCコンバータ51の出力電圧は、PWM
スイッチングレギュレータ55によるFET54のオン・オフ
制御により定電圧化されているので、DC/DCコンバータ5
1の出力電圧は、電圧計等により測定するのではなく、
マイクロコンピュータ20内蔵のROMに予め記憶しておい
た出力電圧のデータを読み取ることにより、DC/DCコン
バータ51の出力電圧を求める。従って、この第３実施例
では、マイクロコンピュータ20がDC/DCコンバータ51の
出力電圧値（インバータ19に印加する直流電圧値）を求
める手段を兼ねることになるが、この出力電圧を別途設
けた電圧計等により実際に測定して求める構成としても
良い。
この場合、サンプリング毎にマイクロコンピュータ20
が読み込んだ直流電流平均値をI1,I2,……,INとし、DC/
DCコンバータ51の出力電圧（一定値）をＶとすると、Ｎ
回のサンプリングによりインバータ19への入力電力の平
均値Wnが次の（３）式によって計算される。
Wn＝Ｖ×（I1＋I2＋……＋IN）/N ……（３） この様にしてインバータ19への入力電力の平均値Wnを
計算した後、第１実施例のメインルーチン（第３図）で
言えば、ステップM6〜M10と同様の動作が実行される。
即ち、周波数処理ルーチン（ステップM7）と振幅処理ル
ーチン（ステップM8）が交互に実行される。周波数処理
ルーチンでは、所定時間毎にインバータ19の出力周波数
を僅かずつ増加若しくは減少させた上で、インバータ19
への入力電力（平均値Wn）を計算させ、その計算値Wnを
マイクロコンピュータ20のRAMに記憶された前回の計算
値Wn-1と比較して、今回の計算値Wnが前回のものよりも
大きければ、同一方向に前記出力周波数をずらし、逆
に、今回の計算値Wnが前回のものよりも小さければ、反
対方向に前記出力周波数をずらすという動作を繰り返す
ことにより、入力電力が最大となる共振周波数を求めて
その共振周波数で搬送運転するように制御する。
一方、振幅処理ルーチンでは、インバータ19への入力
電力が常に一定になるようにインバータ19の出力電圧
（振幅）を調整し、それによって負荷の変動に伴う搬送
速度（振動加速度）の変動を防止して、搬送速度を一定
化する。この場合、インバータ19への入力電力が一定に
なれば、インバータ19から圧電素子４に印加される電力
も一定となり、結果的に、第１実施例と同様の制御を行
うことになる。
尚、この第３実施例においても、前回の搬送運転終了
直前の加振周波数とPWM出力の振幅（印加電圧）を、バ
ッテリー27でバックアップされたRAM28に記憶してお
き、このRAM28に記憶された加振周波数とPWM出力の振幅
（印加電圧）を初期値として次回の搬送運転を開始す
る。これにより、素早く加振周波数を共振周波数に調整
できる。
更に、第１実施例と同じく、自動設定モードと手動設
定モードとを切換えるモード切換手段たる運転モード切
換スイッチ29と、手動設定モードのときにインバータ19
の出力周波数を使用者が調整可能な周波数手動調整手段
たるポテンショメータ32と、共振周波数で搬送運転して
いる間はその旨を報知する報知手段たる表示素子34とを
備えている。そして、手動設定モードに切換えられたと
きには、周波数調整用のポテンショメータ32の操作によ
りインバータ19の出力周波数が調整される毎に、マイク
ロコンピュータ20によりインバータ19への入力電力を計
算して、その計算値をマイクロコンピュータ20のRAMに
記憶された前回の計算値と比較することにより、入力電
力が最大になったか否かを判断し、入力電力が最大にな
った時点で、表示素子34を連続点灯させて、加振周波数
が共振周波数に一致した旨の報知を行わせる。この場合
も、第１実施例と同じく、加振周波数が共振周波数より
も低いときには、表示素子34をゆっくり点滅させ、逆
に、加振周波数が共振周波数よりも高くなったときに
は、表示素子34を早く点滅させることによって、ポテン
ショメータ32を周波数増加・減少のいずれの方向に調整
すれば良いかを作業者に知らせて、素早い手動調整を可
能にしている。
そして、手動設定モードにおいて、圧電素子４への印
加電圧の調整を行う場合には、上述したようにして加振
周波数を共振周波数に調整した上で、印加電圧調整用の
ポテンショメータ30を操作して任意の電圧に調整すれば
良い。
尚、本発明は、上記各実施例に限定されるものではな
く、例えば、搬送運転開始当初のみ一時的に自動設定モ
ードで運転して、一旦、加振周波数が共振周波数に調整
されたならば、それ以後は、その加振周波数に固定して
搬送運転を行うようにしても良い。これは、周囲温度が
変動しなければ、共振周波数も変動しないため、周囲温
度が一定に保たれれば、搬送運転中の周波数調整の必要
がないからである。或は、周囲温度が変化した場合等、
使用者が周波数調整を必要と考えたときのみ、適宜スイ
ッチを操作して、その後、加振周波数が共振周波数に調
整されるまでの間だけ一時的に自動設定モードで運転す
るようにしても良い。
その他、本発明は、上記実施例のようなボウル型パー
ツフィーダに限定されず、直線型パーツフィーダにも適
用でき、また、圧電素子を駆動源とするものに限定され
ず、電磁石を駆動源とするものにも適用できる等、種々
の変形が可能である。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、請求項１記載の構成
によれば、制御手段は、自動設定モードでは、振動発生
源に印加する交流電圧の実効値を一定にした状態で、所
定時間毎に周波数変化手段により交流電圧の周波数を増
加若しくは減少させた上で、印加電力を演算手段に計算
させ、その計算値を記憶手段に記憶された前回の計算値
と比較して、今回の計算値が前回のものよりも大きけれ
ば、同一方向に交流電圧の周波数をずらし、逆に、今回
の計算値が前回のものよりも小さければ、反対方向に交
流電圧の周波数をずらすという動作を繰り返すことによ
り、前記印加電力が最大となる周波数即ち共振周波数を
求めてその共振周波数で搬送運転するように制御するの
で、加振周波数を共振周波数に合わせる調整を自動化で
きて、簡単且つ確実に最良の加振周波数（共振周波数）
で搬送運転を行うことができる。
また、請求項２によれば、振動発生源への印加電力即
ちインバータの出力電力が最大になるときには、インバ
ータへの入力電力も最大になるという、インバータの入
出力の相関関係に着目して、インバータへの入力電力を
最大にするように制御することによって、振動発生源へ
の印加電力（インバータの出力電力）を最大にするよう
に制御するので、請求項１と同じく、加振周波数を共振
周波数に合わせる調整を自動化できて、簡単且つ確実に
最良の加振周波数（共振周波数）で搬送運転を行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第11図は本発明の第１実施例を示したもの
で、第１図は全体の電気的構成を示す回路図、第２図は
搬送装置の外観斜視図、第３図は制御プログラムのメイ
ンルーチンのフローチャート、第４図は電力計算ルーチ
ンのフローチャート、第５図は周波数処理ルーチンのフ
ローチャート、第６図は振幅処理ルーチンのフローチャ
ート、第７図は各処理ルーチンのタイミングを示す図、
第８図は加振周波数と印加電力、振動加速度、電流、位
相差との関係を示す図、第９図は負荷と振動加速度及び
印加電力との関係を示す図、第10図はゼロクロス検出付
き割り込み回路の入力信号と割り込み信号を示す電圧波
形図、第11図は機械的機能を示すブロック図である。そ
して、第12図は本発明の第２実施例を示すインバータの
回路図、第13図は本発明の第３実施例を示す全体の電気
回路図、第14図は同実施例の機能的構成を示すブロック
図である。 図面中、２はバイモルフ、３は板ばね、４は圧電素子
（振動発生源）、６はボウル型搬送体、７は駆動装置、
12はDC/DCコンバータ、17a及び17bはFET、18はゲート駆
動回路、19はインバータ、20はマイクロコンピュータ
（制御手段、演算手段、周波数変化手段、記憶手段、電
圧調整手段）、21はPWM回路、28はRAM、29は運転モード
切換スイッチ、30は電圧調整用のポテンショメータ、32
は周波数調整用のポテンショメータ（周波数手動調整手
段）、34は表示素子（発光素子）、40はDC/DCコンバー
タ、41a乃至41dはFET、42はゲート駆動回路、43はイン
バータ、45は直流電源部、51はDC/DCコンバータ、54はF
ET、55はPWMスイッチングレギュレータ、56及び57は帰
還抵抗、58は直流電源部、59は電流検出用の抵抗、60は
フィルタである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B65G 27/00 - 27/34 G05D 19/00 - 19/02 G01M 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】振動発生源に交流電圧を印加することによ
    り搬送体を振動させて搬送物を搬送する振動式搬送装置
    において、 商用交流電源を整流して直流高電圧を発生する直流電源
    部と、 この直流電源部から供給される直流高電圧を交流電圧に
    変換して前記振動発生源に印加するインバータと、 前記振動発生源に印加した交流電圧の実効値を求める手
    段と、 前記振動発生源に流れる交流電流の実効値を求める手段
    と、 前記交流電圧と交流電流の位相差を求める手段と、 前記交流電圧実効値、交流電流実効値及び位相差から前
    記振動発生源への印加電力を計算する演算手段と、 この印加電力の計算値を記憶する記憶手段と、 前記振動発生源に印加する交流電圧の周波数を変化させ
    る周波数変化手段と、 共振周波数の自動設定モードでは、前記振動発生源に印
    加する交流電圧の実効値を一定にした状態で、所定時間
    毎に前記周波数変化手段により交流電圧の周波数を増加
    若しくは減少させた上で、前記振動発生源への印加電力
    を前記演算手段に計算させ、その計算値を前記記憶手段
    に記憶された前回の計算値と比較して、今回の計算値が
    前回のものよりも大きければ、同一方向に交流電圧の周
    波数をずらし、逆に、今回の計算値が前回のものよりも
    小さければ、反対方向に交流電圧の周波数をずらすとい
    う動作を繰り返すことにより、前記印加電力が最大とな
    る共振周波数を求めてその共振周波数で搬送運転するよ
    うに制御する制御手段とを具備して成る振動式搬送装
    置。
  2. 【請求項２】振動発生源に交流電圧を印加することによ
    り搬送体を振動させて搬送物を搬送する振動式搬送装置
    において、 商用交流電源を整流して直流高電圧を発生する直流電源
    部と、 この直流電源部から供給される直流高電圧を交流電圧に
    変換して前記振動発生源に印加するインバータと、 このインバータに印加する直流電圧を求める手段と、 前記インバータに供給した直流電流の平均値を求める手
    段と、 前記直流電圧値と前記直流電流平均値から前記インバー
    タへの入力電力を計算する演算手段と、 この入力電力の計算値を記憶する記憶手段と、 前記インバータの出力周波数を変化させる周波数変化手
    段と、 共振周波数の自動設定モードでは、前記インバータに印
    加する直流電圧を一定にした状態で、所定時間毎に前記
    周波数変化手段により前記インバータの出力周波数を増
    加若しくは減少させた上で、前記インバータへの入力電
    力を前記演算手段に計算させ、その計算値を前記記憶手
    段に記憶された前回の計算値と比較して、今回の計算値
    が前回のものよりも大きければ、同一方向に前記出力周
    波数をずらし、逆に、今回の計算値が前回のものよりも
    小さければ、反対方向に前記出力周波数をずらすという
    動作を繰り返すことにより、前記入力電力が最大となる
    共振周波数を求めてその共振周波数で搬送運転するよう
    に制御する制御手段とを具備して成る振動式搬送装置。
JP2162509A 1989-12-05 1990-06-20 振動式搬送装置 Expired - Lifetime JP2770295B2 (ja)

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