JP4350784B1 - 振動装置の駆動制御装置及び駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動装置の仕向地によって電源電圧の周波数や振幅が異なる場合であっても、振動装置を常に安定した一定振動で駆動する。
【解決手段】 スイッチング素子を動作させて所定のスイッチングパターンを生成し、そのスイッチングパターンによって振動装置の振動発生部７に所定の振動数と振幅を発生させるための駆動電力を供給する駆動制御装置１０であって、振動装置の仕向地における固有の電源電圧を検出する電圧検出回路１１と、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、振動発生部７を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンが予め格納された記憶回路１２と、電圧検出回路１１から検出される仕向地固有の検出電圧と基準電圧との比率を算出し、この比率に基づいて、仕向地固有の電源電圧の環境下で基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算する演算処理回路１３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動装置の駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。一般に振動装置は、電磁コイルあるいは圧電素子を用いて振動を得るようになっており、この振動は用途に応じた適正な振動特性、すなわち適正な振動数や振幅に設定される必要がある。また、このようにして得られた振動は、振動式の種々な機器に活用されている。

上述の種々な機器としては、円形のボウルに貯留した部品を送出するパーツフィーダ、四角い箱状の部品容器に傾斜させて設けた部品送出板を振動させて前記パーツフィーダのボウルに部品を供給する振動式ホッパー装置、直進的に部品を移送する直進フィーダ、多数の部品を収容した容器を振動させて部品を研磨する装置などがある。

上述のような振動装置の代表的な活用例としては、例えば、電磁コイルによる振動を利用した電磁式振動パーツフィーダが挙げられる。このようなパーツフィーダには、螺旋状の部品搬送路が形成され、プロジェクションナット等の部品を収容する円形のボウルを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

この種の振動パーツフィーダの円形のボウルは、その内壁面に沿って螺旋状の部品搬送路が形成されている。このボウルの底部裏面に固設された被吸引部が複数本のバネ部材の上端により支持されると共に、そのバネ部材の下端が静止状態のベース部材に対して所定の傾斜角度を持って固着されている。前述のベース部材には電磁コイルが設置されており、この電磁コイルへのオン・オフ通電により前述の被吸引部を断続的に吸引してボウルに円周方向と上下方向との合成振動を付与することで、ボウルの底部に供給された多数の部品を部品搬送路に沿って整列させた状態で順次搬送し、ボウル上端部の送出管から送出するようにしている。

この特許文献１に開示された振動パーツフィーダは、部品送出に伴うボウル内の部品の重量変化や工場の電力使用状況による電源電圧のわずかな変動に対して、パーツフィーダ本体に振動状態を検出するための格別の検出器を設置することなく、駆動回路中でパーツフィーダの振幅を常に一定とするように制御するものである。

つまり、この振動パーツフィーダは、電磁コイルに流れる電流を電流検出手段により検出すること、その検出電流を高調波解析手段により高調波成分に分解すること、その高調波成分のうち機械系の振動に基づく高次の電流信号と所定の振幅を発生させるために予め設定されている設定電流信号とを振動計算手段により比較演算すること、その演算結果に従って検出電流値と設定電流値とを一致させるべく駆動電源の駆動電流を制御することを構成としたものである。

特許文献１に開示された振動パーツフィーダでは、電流、特にパーツフィーダの機械系に基づく高調波の電流成分と振幅との相関を利用することにより、パーツフィーダ本体に格別の検出器を設置することなく制御装置内の電子回路により全てが処理され、部品重量の変動などに追随して振幅のフィードバック制御が的確に行われている。
特開平７−６０１８７号公報

ところで、この種の振動パーツフィーダでは、前述したボウル内の部品の重量変化や工場の電力使用状況による電源電圧のわずかな変動に対してだけではなく、その振動パーツフィーダの仕向地（振動パーツフィーダが設置される地域）における固有の電源電圧の周波数や振幅が異なることから、これら電源電圧の周波数や振幅の変化についても、振動パーツフィーダごとに安定した一定振動を発生させるために調整する必要がある。

このような一定振動が維持できない場合には、所定の単位時間当たりの部品送出個数にばらつきが発生し、後続の電気抵抗溶接工程などとの連続性を正常に確保することができず、生産管理に支障を来すことになる。

上述の仕向地固有の交流電源としては、日本国内では、例えば５０Ｈｚ，６０Ｈｚの二種類の周波数で、例えば１００Ｖ，２００Ｖの二種類の振幅の電源電圧が使用されており、また、欧州などでは、例えば５０Ｈｚの周波数で、例えば１１５Ｖ，２３０Ｖの二種類の振幅の電源電圧が使用されている。このように、国内外の仕向地では、振動パーツフィーダを駆動するための電源電圧の周波数や振幅が地域によって異なるというのが現状である。

従って、これら仕向地で電源電圧の周波数や振幅が異なることから、工場出荷時などに調整を完了した振動パーツフィーダを仕向地に設置するに際して、その仕向地で使用される固有の電源電圧に応じて振動パーツフィーダの駆動系を安定した一定振動で駆動できるように、駆動制御装置の出力電圧における周波数（振動数）や振幅を仕向地において再調整する必要がある。

前述したように部品送出に伴うボウル内の部品の重量変化や、工場の電力使用状況による電源電圧のわずかな変動に対しては、特許文献１に開示された振動パーツフィーダのようにパーツフィーダの機械系に基づく高調波の電流成分と振幅との相関を利用することにより調整することが可能である。つまり、ボウル内の部品の重量変化や、工場の電力使用状況による電源電圧のわずかな変動に対しては、駆動制御装置の出力電圧の周波数や振幅を微調整しなければならない。

しかしながら、振動パーツフィーダの仕向地における固有の電源電圧の範囲が例えば１００Ｖ〜２３０Ｖ程度と広範囲に亘る状況に対応するためには、特許文献１に開示された振動パーツフィーダのように駆動制御装置の出力電圧の周波数や振幅を微調整するだけでは対応することが困難であり、その駆動制御装置の出力電圧の周波数や振幅を大幅に調整しなければならない。

また、この駆動制御装置の出力電圧の周波数や振幅の調整だけでは対応が困難な場合、電磁コイルやバネ部材を変更することになるが、電磁コイルやバネ部材の交換作業は熟練と時間を要するものであり、作業効率の低下を招いて迅速な対応が困難であった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、振動装置の仕向地で電源電圧の周波数や振幅が異なり、仕向地における電源電圧の変化範囲が広い場合であっても、異なる周波数や振幅を持つ固有の電源電圧に対して振動装置を常に安定した一定振動で駆動できるように対応し得る振動装置の駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することにある。

また、前記特許文献１には記載されていないが、商用電源の周波数（日本国内の５０Ｈｚや６０Ｈｚ）を根拠にして振動パーツフィーダの振動数を毎秒５０回や６０回に設定している事例がある。しかし、このような２種類の固定的な振動数であると、振動パーツフィーダの振動部分（ボウル）や部品の質量の変化に対して柔軟に対応することが不可能となる。換言すると、毎秒５０回や６０回に適した仕様の振動パーツフィーダにならざるを得ず、設計的な自由度が狭くなるという問題がある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、請求項１記載の発明は、スイッチング素子を動作させて所定のスイッチングパターンを生成し、前記スイッチングパターンによって振動装置の振動発生部に所定の振動数と振幅を発生させるための駆動電力を供給する駆動制御装置であって、前記振動装置の仕向地における固有の電源電圧を常時監視しながら検出する電圧検出回路と、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、前記振動発生部を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンが予め格納された記憶回路と、前記電圧検出回路から検出される仕向地固有の検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、この比率の逆数を基本スイッチングパターンのオン・オフタイミングであるパルス幅に乗じて、前記仕向地固有の電源電圧の環境下で前記基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算する演算処理回路とを少なくとも備えていることを特徴とする振動装置の駆動制御装置である。なお、「仕向地」とは、振動装置が設置される地域を意味する。

本発明に係る振動装置の駆動制御装置では、前述した電圧検出回路、記憶回路および演算処理回路で主要部を構成したことにより、振動装置が設置される仕向地固有の振幅とされた電源電圧に対して、振動装置の振動発生部において常に一定振動を発生させる。

つまり、振動装置が設置される仕向地固有の電源電圧を電圧検出回路で検出し、その電圧検出回路から出力される検出電圧と任意に設定された基準電圧との比率を演算処理回路で算出し、前記基準電圧でスイッチング素子を駆動する時の振動装置にとって適正な基本スイッチングパターンを記憶回路から読み出し、前述した比率の逆数を基本スイッチングパターンのオン・オフタイミングであるパルス幅に乗じて、仕向地固有の電源電圧の環境下で基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算処理回路で算出する。

その結果、スイッチング素子のスイッチング動作により生成される駆動制御装置の出力電圧を、仕向地での電源電圧の環境下においても基準電圧でスイッチング素子を駆動する場合と一致させる。すなわち、仕向地毎の異なった電源電圧であっても、振動装置の機械的な振動数と振幅が常に一定の所定値に設定され、振動式パーツフィーダや振動式直進フィーダあるいは振動式の部品研磨装置などにおいて、均一な動作が特別な調整作業を仕向地において行うことなく自動的に求められるのである。

これにより、振動装置が設置される仕向地によって周波数や振幅が異なる複数種の電源電圧の電圧範囲が、例えば、１００Ｖ、１１５Ｖ、２００Ｖ、２３０Ｖのように変動幅の大きな範囲となっていても、駆動制御装置の出力電圧を常に一定とし、振動装置の振動発生部により常に一定振動を発生させることが可能となり、振動装置を部品搬送部等に適用した場合において最適な振動を付与することができる。さらに、工場の電力使用状況による電源電圧のわずかな変動に対しても的確な前記演算対応がなされて、常に一定振動を発生させることが可能となる。

請求項２記載の発明は、前記基準電圧は、仕向地固有の複数の電源電圧の中から選択されたものである請求項１に記載の振動装置の駆動制御装置である。このように、基準電圧は、仕向地固有の複数の電源電圧の中から任意に選択することが可能である。

請求項３記載の発明は、前記基本スイッチングパターンは、前記駆動制御装置の生産工程において設定されるものである請求項１又は２に記載の振動装置の駆動制御装置である。このように、基本スイッチングパターンは、駆動制御装置の生産工程において記憶回路に予め格納することにより設定することが可能である。

請求項４記載の発明は、前記振動装置の振動発生部は電磁コイルを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動装置の駆動制御装置である。この場合、電磁コイルへの通電により振動装置から振動を発生させることになる。

請求項５記載の発明は、前記電磁コイルは、半波電圧の印加による加圧波と前記電磁コイルに発生した逆起電力の開放による逆起波との繰り返しでもって間欠駆動されている請求項４に記載の振動装置の駆動制御装置である。このような間欠駆動を行うことにより、電磁コイルに最も省電力で強い振動を発生させることができる。電磁コイルによる振動を利用する以外に、圧電素子による振動を利用した場合にも適用可能である。また、本発明では、電源電圧を半波整流あるいは全波整流のいずれで制御してもよい。

特に、電源電圧を半波整流で制御する場合、半波電圧の印加による加圧波と電磁コイルに発生した逆起電力の開放による逆起波との繰り返しでもって電磁コイルを間欠駆動することが望ましい。このようにすれば、電源電圧を全波整流で制御する場合よりも強い振動を部品搬送部に付与することができ、省電力化を図る上で有効である。

請求項６記載の発明は、前記振動装置が部品供給装置である請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動装置の駆動制御装置である。このように駆動制御装置による常に一定の振動特性が確保できるので、部品供給装置における振動移送が均一化される。つまり、このような一定振動が維持できることにより、所定の単位時間当たりの部品送出個数が、電源電圧が仕向地固有の値として大幅に変化しても、常に一定となり後続の電気抵抗溶接工程などとの連続性を正常に確保することができ、生産管理面において好適である。

請求項７記載の発明は、前記部品供給装置は、部品を移送する部品搬送路を有している請求項６に記載の振動装置の駆動制御装置である。部品搬送路に移送振動を付与するものであるから、その振動の振動数や振幅は常に一定に維持されることにより、電源電圧が仕向地固有の値として大幅に変化しても、常に一定となり後続の電気抵抗溶接工程などとの連続性を正常に確保することができ、生産管理面において好適である。

請求項８記載の発明は、前記部品搬送路は、部品を収容する円形の振動式ボウルの内壁面に沿って螺旋状に形成されている請求項７に記載の振動装置の駆動制御装置である。このような螺旋状の形態の部品搬送路であっても、常に一定の良好な移送振動が確保できる。

前記駆動制御装置は、振動装置の仕向地における固有の電源電圧の電圧を検出する電圧検出回路と、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、振動発生部を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンが予め格納された記憶回路と、前記電圧検出回路から検出される仕向地固有の検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、この比率に基づいて、前記仕向地固有の電源電圧の環境下で前記基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算する演算処理回路とを少なくとも備え、前記基本スイッチングパターンは基本スイッチングパターン設定手段により駆動制御装置の生産工程において前記記憶回路に格納される。このようにすれば、仕向地毎の異なった電源電圧であっても、振動装置の機械的な振動数と振幅が常に一定の所定値に設定された駆動制御装置を製作することが可能となる。

請求項９記載の発明は、スイッチング素子を動作させて所定のスイッチングパターンを生成し、前記スイッチングパターンによって振動装置の振動発生部に所定の振動数と振幅を発生させるための駆動電力を供給する駆動制御方法であって、前記振動装置の仕向地における固有の電源電圧を電圧検出回路で常時監視しながら、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、振動発生部を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンを記憶回路に予め格納し、前記電圧検出回路から検出される仕向地固有の検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、この比率に基づいて、前記仕向地固有の電源電圧の環境下で前記基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算処理回路で演算し、前記演算処理回路におけるスイッチングパターンの演算を、基本スイッチングパターンのオン・オフタイミングであるパルス幅に対して、前記基準電圧に対する前記検出電圧の比率の逆数を乗じて行うことを特徴とする振動装置の駆動制御方法である。このように電源電圧の監視をリアルタイムで行うことにより、振動装置の振動発生部において常に一定振動を発生させることが確実になり、仕向地固有の電源電圧の変動に迅速に対応することが可能となる。さらに、工場の電力使用状況による電源電圧のわずかな変動に対しても的確な前記演算対応がなされて、常に一定振動を発生させることが可能となる。

本発明によれば、前述の電圧検出回路、記憶回路および演算処理回路で主要部を構成したことにより、振動装置が設置される仕向地によって周波数あるいは振幅が異なる複数種の電源電圧に対して、振動装置の振動発生部により常に一定振動を発生させることができる。つまり、振動装置をいずれの仕向地に設置したとしても、仕向地において一々調整作業を行うことなくその振動装置を常に安定した一定振動で駆動することができ、高信頼性および高品質の振動装置を提供できる。

その結果、振動装置を仕向地で設置するに際して、その制御装置の出力電圧の周波数や振幅を調整する作業が不要となる。また、振動発生部における部品交換も不要となるため、作業員は熟練を要することなく、振動装置の設置作業を迅速かつ容易に行えることで、作業効率の大幅な向上が図れる。

本発明は上述のように、振動装置の駆動制御装置として存在しているが、これを振動装置の駆動制御方法として活用することができる。その制御方法としては、「スイッチング素子を動作させて所定のスイッチングパターンを生成し、前記スイッチングパターンによって振動装置の振動発生部に所定の振動数と振幅を発生させるための駆動電力を供給する駆動制御方法であって、前記振動装置の仕向地における固有の電源電圧を電圧検出回路で常時監視しながら、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、振動発生部を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンを記憶回路に予め格納し、前記電圧検出回路から検出される仕向地固有の検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、この比率に基づいて、前記仕向地固有の電源電圧の環境下で前記基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算処理回路で演算し、前記演算処理回路におけるスイッチングパターンの演算を、基本スイッチングパターンのオン・オフタイミングであるパルス幅に対して、前記基準電圧に対する前記検出電圧の比率の逆数を乗じて行うことを特徴とする振動装置の駆動制御方法」である。

振動装置の駆動制御装置の製造に関しては、「スイッチング素子を動作させて所定のスイッチングパターンを生成し、前記スイッチングパターンによって振動装置の振動発生部に所定の振動数と振幅を発生させるための駆動電力を供給する駆動制御装置の製造に際して、前記駆動制御装置は、振動装置の仕向地における固有の電源電圧の電圧を検出する電圧検出回路と、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、振動発生部を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンが予め格納された記憶回路と、前記電圧検出回路から検出される仕向地固有の検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、この比率に基づいて、前記仕向地固有の電源電圧の環境下で前記基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算する演算処理回路とを少なくとも備え、前記基本スイッチングパターンを基本スイッチングパターン設定手段により駆動制御装置の生産工程において前記記憶回路に格納する」のである。

つぎに、本発明に係る振動装置の駆動制御装置を実施するための最良の形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態では、電磁コイルによる振動を利用した電磁式振動パーツフィーダに適用した場合を例示するが、圧電素子による振動を利用した振動パーツフィーダや、電磁振動式直進フィーダあるいは電磁振動式の部品研磨装置などにも適用可能である。

図１（ａ）は、実施形態における振動パーツフィーダ１およびその駆動制御装置１０の概略構成を示す。振動パーツフィーダ１に収容される部品は、同図（ｄ）に示すように鉄製のプロジェクションナット１９であり、その寸法は、例えば、縦１２ｍｍ、横１２ｍｍ、厚さ５ｍｍで、中央部にねじ孔１９ａが形成され、片側の四隅に溶着用突起１９ｂが形成された一般的なものである。

この実施形態における振動パーツフィーダ１は、鋼板製のボウル２を備えている。螺旋状の部品搬送路が形成された円形のボウル２の下側に振動発生部３を具備する。前記ボウル２の内壁面に沿って螺旋状の部品搬送路２０〔図１（ｂ）参照〕が形成されている。このボウル２の底部裏面に固設された磁性材料製の被吸引部４が複数本のバネ部材５の上端により支持されると共に、そのバネ部材５の下端が静止状態のベース部材６に対して所定の傾斜角度を持って固着されている。

前述のベース部材６には電磁コイル７が設置されており、この電磁コイル７へのオン・オフ通電により前述の被吸引部４を断続的に吸引してボウル２に円周方向と上下方向との合成振動を付与することで、ボウル２の底部に供給された多数の部品を部品搬送路２０に沿って整列させた状態で順次搬送し、ボウル２上端部の送出管２１から送出するようにしている。なお、一般的に採用されているので図示していないが、電磁コイル７の電磁鉄心と被吸引部４の間に所定間隔の空隙が設けてあり、それによって上述の合成振動が形成されている。

従って、振動パーツフィーダ１の振動発生部３は、ベース部材６、バネ部材５、電磁コイル７および被吸引部４がユニット化された状態で構成され、局部的には電磁コイル７である。なお、図１（ｂ）に示すように、部品搬送路２０の搬送滑動面が前記送出管２１の搬送滑動面に連なっている。

図１（ａ）（ｂ）に二点鎖線で示すように、送出管２１にウレタン樹脂やポリプロピレン樹脂で作られた柔軟性のある供給ホース２２が接続され、プロジェクションナット１９の消費装置である電気抵抗溶接機にナットフィーダ装置を経由して供給されるようになっている。

上述の振動パーツフィーダ１に類似した装置として、同図（ｃ）に示すように、電磁振動式直進フィーダ２３があり、このようなフィーダにおいても、前述のような電源電圧に関する課題がある。これは直線的な部品搬送部材２４に部品搬送路２０が形成され、この部品搬送路２０に沿ってボルト等の部品が移送される。この移送は、前記振動パーツフィーダ１と同様な振動によって行われる。部品がボルトである場合には、その頭部を首吊り状にして搬送するようになっている。なお、図１（ａ）（ｂ）と同様な構造については、同一符号を付して重複説明は省略してある。

前記振動パーツフィーダ１における振動発生部３を構成する電磁コイル７への通電を制御する駆動制御装置１０は、電圧検出回路１１、記憶回路１２、演算処理回路１３、駆動回路１４、通電検出回路１５および電流検出回路１６で主要部が構成されている。この駆動制御装置１０は、交流電源１７に接続されたブリッジ構成の整流ダイオードＤ_１〜Ｄ_４と平滑コンデンサＣ_１により電源電圧を直流変換し、その直流電圧を駆動回路１４によりスイッチング動作されるスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３でもって出力電圧に変換してその出力電圧で振動パーツフィーダ１の電磁コイル７を駆動する。

この駆動制御装置１０における電圧検出回路１１は、整流ダイオードＤ_１〜Ｄ_４および平滑コンデンサＣ_１の後段に設けられ、交流電源１７から入力される電源電圧、例えば仕向地での電源電圧として周波数６０Ｈｚで振幅２００Ｖの電圧値を整流ダイオードＤ_１〜Ｄ_４および平滑コンデンサＣ_１により直流変換された電圧を検出する。

記憶回路１２に、仕向地での電源電圧に対する基準電圧、例えば周波数６０Ｈｚで振幅１００Ｖの電圧値でトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３を駆動する時の基本スイッチングパターンを、振動パーツフィーダ１の生産工程において基本スイッチングパターン設定手段１８により予め格納させておく。この基本スイッチングパターンは、この実施形態におけるプロジェクションナット１９のサイズや質量およびボウル２の質量、電磁コイル７の出力特性等を勘案した良好な状態のもの、望ましくは最適状態のものとされており、この場合ではボウル２の振動数が毎秒７５回で電圧が９５Ｖとされ、毎分約２００個の最適な送出がなされるように製造段階で設定されている。

この基本スイッチングパターン設定手段１８は、例えば、上述のように振動数が毎秒７５回で、振幅を設定する電圧が９５Ｖの値を設定する機能のものであり、種々な形態のものが採用できる。その一例は、つぎの通りである。基本スイッチングパターンを設定する機器は、交流電源を直流に変換する直流変換手段と、この直流により所定の波形を形成する波形形成手段と、この波形を所定の周波数（振動数）と振幅に設定する手段等が含まれたものである。そして、前記周波数（振動数）を所定値に設定するための振動数設定手段が調節可能なものとして設置され、また、前記振幅を所定値に設定するための振幅設定手段が調節可能なものとして設置されている。

交流電源は例えば、ＡＣ１００Ｖ、６０Ｈｚであり、これを直流に変換してから前記振動数設定手段と振幅設定手段を用いて、適正な振動数と電圧（振幅）を設定する。この設定は、調節つまみ等を操作して作業者がプロジェクションナットの送出個数の状態を観察しながら最適値を設定するもので、このパーツフィーダの場合は前述のように、振動数毎秒７５回で電圧ＡＣ９５Ｖが最適値である。このようにして求められた値を記憶回路１２に格納する。この格納は、コンピュータ装置等を用いた通常の手法で行われる。

演算処理回路１３は、電圧検出回路１１から出力される検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、その比率に基づいて、仕向地固有の電源電圧の環境下で基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算する。つまり、仕向地での電源電圧（周波数６０Ｈｚで振幅２００Ｖの電圧値）でトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３を駆動する時のスイッチングパターンとして、基本スイッチングパターンでのオン・オフタイミングであるパルス幅に対して、基準電圧に対する検出電圧の比率の逆数を乗じることにより、基準電圧（周波数６０Ｈｚで振幅１００Ｖの電圧値）でトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３を駆動する時の基本スイッチングパターン（振動数が毎秒７５回で電圧が９５Ｖ）と実質的に同じスイッチングパターンでのオン・オフタイミングを演算する。

駆動回路１４は、その演算処理回路１３での算出結果に基づく制御信号により、整流ダイオードＤ_１〜Ｄ_４と平滑コンデンサＣ_１により変換された直流電圧をトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３のスイッチング動作でもって出力電圧に変換してその出力電圧で振動パーツフィーダ１の電磁コイル７を駆動する。

なお、この駆動制御装置１０は、交流電源１７の入力側に設けられた通電検出回路１５と、トランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３の前段に設けられた電流検出回路１６とを備えている。

この通電検出回路１５は、電源電圧の短時間の遮断後の通電開始による電磁コイル７への突入過電流を抑制するため、交流電源１７による通電の有無を検出する。また、電流検出回路１６は、電磁コイル７の損傷や過熱による過電流を抑制するため、電磁コイル７に流れる電流を検出する。

以上の回路構成を具備した駆動制御装置１０の動作を、図２および図３に例示したフローチャートに基づいて説明する。図２は振動パーツフィーダ１を駆動させる手順を示し、図３は駆動制御装置１０における演算処理回路１３での処理手順を示す。

図２に示すように、まず、振動パーツフィーダ１の電磁コイル７を安定した一定振動で駆動するための基準電圧は任意に設定されるものであり、例えば周波数６０Ｈｚ、振幅１００Ｖで電磁コイル７を駆動する時の駆動回路１４によるトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３の基本スイッチングパターン（トランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３のオン・オフタイミング）を、振動パーツフィーダ１の生産工程において基本スイッチングパターン設定手段１８により設定し（STEP１）、その基本スイッチングパターンを記憶回路１２に予め格納する（STEP２）。このようにして格納された値は、図５に示すように、ＡＣ９５Ｖ、７５Ｈｚである。上記の任意に設定された基準電圧は、仕向地固有の複数の電源電圧の中から選択されている。

ここで、交流電源１７による電源電圧を短時間遮断した後に通電を開始することにより電磁コイル７へ突入過電流が流れることを抑制するため、交流電源１７による通電の有無を通電検出回路１５で検出する（STEP３）。この通電検出回路１５の出力に基づいて演算処理回路１３では以下のように判定する。交流電源１７による通電があれば（電源オン）、電磁コイル７への通電を続行し（STEP４）、交流電源１７による通電がなければ（電源オフ）、電磁コイル７への通電を遮断して振動パーツフィーダ１を駆動停止する（STEP５）。このようにして、電磁コイル７への突入過電流に対して振動パーツフィーダ１を保護している。

また、電磁コイル７の損傷や過熱による過電流を抑制するため、電磁コイル７に流れる電流を電流検出回路１６で検出する（STEP６）。この電流検出回路１６の出力に基づいて演算処理回路１３では以下のように判定する。電磁コイル７への過電流が発生していなければ、電磁コイル７への通電を続行し（STEP７）、電磁コイル７への過電流が発生していれば、電磁コイル７への通電を遮断して振動パーツフィーダ１を駆動停止し（STEP８）、ランプやブザー等で異常状態を報知する（STEP９）。このようにして、電磁コイル７の損傷や過熱による過電流に対して振動パーツフィーダ１を保護している。

以上のようにして電磁コイル７の通電状態が正常であるか否かを確認した上で、駆動回路１４によりトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３をスイッチング動作させることにより、電磁コイル７を駆動させて部品搬送部に振動を付与する。この時、演算処理回路１３では、図４に示すように交流電源１７による電源電圧を半波整流で制御することにより、半波電圧の印加による加圧波Ｘと電磁コイル７に発生した逆起電力の開放による逆起波Ｙとの繰り返しでもって電磁コイル７を間欠駆動する。

つまり、演算処理回路１３では、整流ダイオードＤ_１〜Ｄ_４および平滑コンデンサＣ_１により整流された直流電圧の半波を例えば１５分割（等分割）（ｔ_１＝ｔ_２＝・・・＝ｔ_１４＝ｔ_１５）してトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３のオン・オフタイミングであるスイッチングパターンを算出し（STEP１０）、トランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３を以下のようにスイッチング動作させる（STEP１１）。

図中のＡ部の拡大図で示すように電圧を印加する加圧波Ｘのｂ期間でトランジスタＴｒ_１とＴｒ_３（図１参照）をオンさせ、電圧を印加しない加圧波Ｘのａ期間でトランジスタＴｒ_２とＴｒ_３をオンさせる。ここで、加圧波Ｘのａ期間とｂ期間を時間調整する。つまり、１５分割（ｔ_１＝ｔ_２＝・・・＝ｔ_１４＝ｔ_１５）の中央部分でオン時間（ｂ期間）が最大、オフ時間（ａ期間）が最小となり、その両端部分でオン時間（ｂ期間）が最小、オフ時間（ａ期間）が最大となるようにオン時間（ｂ期間）あるいはオフ時間（ａ期間）を徐々に増減させたスイッチングパターンに基づいて実効的な正弦波（図中細線）を生成する。

この場合、１５分割（ｔ_１＝ｔ_２＝・・・＝ｔ_１４＝ｔ_１５）の各期間を一定として、オン時間（ｂ期間）を増減させるようにすればよい。なお、１５分割（ｔ_１＝ｔ_２＝・・・＝ｔ_１４＝ｔ_１５）の各期間を一定として、オフ時間（ａ期間）を増減させることも可能である。

図中のＢ部の拡大図で示すように逆起電力を開放する逆起波Ｙのｂ’期間でトランジスタＴｒ_２のみをオンさせ、逆起電力を開放しない逆起波Ｙのａ’期間でトランジスタＴｒ_２とＴｒ_３をオンさせる。ここで、逆起波Ｙのａ’期間とｂ’期間を時間調整する。つまり、１５分割（ｔ_１’＝ｔ_２’＝・・・＝ｔ_１４’＝ｔ_１５’）の中央部分でオン時間（ｂ’期間）が最大、オフ時間（ａ’期間）が最小となり、その両端部分でオン時間（ｂ’期間）が最小、オフ時間（ａ’期間）が最大となるようにオン時間（ｂ’期間）あるいはオフ時間（ａ’期間）を徐々に増減させたスイッチングパターンに基づいて実効的な正弦波（図中細線）を生成する。

この場合、１５分割（ｔ_１’＝ｔ_２’＝・・・＝ｔ_１４’＝ｔ_１５’）の各期間を一定として、オン時間（ｂ’期間）を増減させるようにすればよい。なお、１５分割（ｔ_１’＝ｔ_２’＝・・・＝ｔ_１４’＝ｔ_１５’）の各期間を一定として、オフ時間（ａ’期間）を増減させることも可能である。

このように、交流電源１７による電源電圧を半波整流で制御することにより、半波電圧の印加による加圧波Ｘと電磁コイル７に発生した逆起電力の開放による逆起波Ｙとを繰り返すスイッチングパターンに基づいて生成された実効的な正弦波を駆動制御装置１０の出力電圧として電磁コイル７に供給し、その出力電圧でもって電磁コイル７を間欠駆動する。この電源電圧の半波整流は、電源電圧を全波整流で制御する場合よりも強い振動を部品搬送部に付与することができ、省電力化を図ることができる。

この駆動制御装置１０によれば、振動パーツフィーダ１が設置される地域である仕向地によって電源電圧の周波数や振幅が基準電圧の周波数および振幅（例えば周波数６０Ｈｚで振幅１００Ｖ）と異なる複数種の電源電圧を包含する所定の電圧範囲（例えば９０Ｖ〜２６０Ｖ）に対して、振動パーツフィーダ１の電磁コイル７により常に一定振動を発生させることができる。

例えば、図５（ａ）は周波数が６０Ｈｚで振幅が１００Ｖの基準電圧を例示し、図６（ａ）は周波数が６０Ｈｚで振幅が２００Ｖの仕向地固有の電源電圧を例示する。この場合、駆動制御装置１０では、図３に示すように振動パーツフィーダ１の仕向地固有の電源電圧（図６に示す周波数６０Ｈｚで振幅２００Ｖの場合）を電圧検出回路１１（図１参照）で検出し（STEP１）、その電圧検出回路１１から出力される検出電圧（仕向地固有の電源電圧）と基準電圧（図５に示す周波数６０Ｈｚで振幅１００Ｖの場合）との比率（この場合、検出電圧が基準電圧の振幅の２倍）を演算処理回路１３で算出する（STEP２）。

ここで、演算処理回路１３では、前述したように整流ダイオードＤ_１〜Ｄ_４および平滑コンデンサＣ_１により整流された直流電圧の半波を例えば１５分割（等分割）し、その１５分割（ｔ_１＝ｔ_２＝・・・＝ｔ_１４＝ｔ_１５）の中央部分でオン時間（ｂ期間）が最大、オフ時間（ａ期間）が最小となり、その両端部分でオン時間（ｂ期間）が最小、オフ時間（ａ期間）が最大となるようにオン時間（ｂ期間）あるいはオフ時間（ａ期間）を徐々に増減させたトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３のオン・オフタイミングであるスイッチングパターンに基づいて実効的な正弦波（図中細線）を生成する。この場合、１５分割（ｔ_１＝ｔ_２＝・・・＝ｔ_１４＝ｔ_１５）の各期間を一定として、オン時間（ｂ期間）を増減させる。

次に、記憶回路１２に予め格納されていたトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３の基本スイッチングパターン（基準電圧に対応）をその記憶回路１２から読み出し（STEP３）、前述の比率に基づいて、仕向地での電源電圧（周波数６０Ｈｚで振幅２００Ｖの電圧値）でトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３を駆動する時のスイッチングパターンとして、基本スイッチングパターンでのオン・オフタイミングであるパルス幅〔オン時間（ｂ期間）〕に対して、基準電圧に対する検出電圧の比率の逆数を乗じることにより、基準電圧（周波数６０Ｈｚで振幅１００Ｖの電圧値）でトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３を駆動する時の基本スイッチングパターン（振動数が毎秒７５回で電圧が９５Ｖ）と実質的に同じスイッチングパターンでのオン・オフタイミングを演算する。

つまり、仕向地での電源電圧が周波数６０Ｈｚで振幅２００Ｖであるのに対して、基準電圧が周波数６０Ｈｚで振幅１００Ｖであることから、検出電圧である電源電圧が基準電圧の振幅の２倍（比率が２）となっているので、基準電圧の半波（図５参照）を１５分割したオン時間に比率の逆数である１／２を乗算し（STEP４）、オフ時間に比率である２を乗算する（STEP５）。なお、半波が終了していなければ（STEP６）、前述した比率計算を繰り返すことになる。

これにより、基準電圧の半波におけるオン時間を１／２倍とし、オフ時間を２倍とした電源電圧の半波となる。つまり、図６（ｂ）に示す仕向地でのスイッチングパターンは、図５（ｂ）に示す基本スイッチングパターンのオン時間を１／２倍とし、オフ時間を２倍としたものになっている。その結果、図６（ｂ）の細線で示すように仕向地での電源電圧におけるスイッチングパターンに基づく実効的な正弦波（周波数が７５Ｈｚで振幅が９５Ｖ）が、図５（ｂ）の細線で示すように基準電圧における基本スイッチングパターンに基づく実効的な正弦波（周波数が７５Ｈｚで振幅が９５Ｖ）と実質的に同一になる。

このように、１５分割したオン時間およびオフ時間を電源電圧と基準電圧との比率に応じて変動させ、仕向地での電源電圧におけるスイッチングパターンに基づく実効的な正弦波を、基準電圧における基本スイッチングパターンに基づく実効的な正弦波と実質的に同一にすることにより、その実効的な正弦波を駆動制御回路１０の出力電圧として振動パーツフィーダ１の電磁コイル７に供給し、その出力電圧でもって電磁コイル７を駆動する。このようにして、振動パーツフィーダ１の電磁コイル７により常に良好もしくは最適な一定振動を発生させることが可能となる。

なお、仕向地での電源電圧を常時監視しながら検出する電圧検出回路１１からの出力に基づいて、演算処理回路１３から出力される制御信号でもって駆動回路１４によりトランジスタＴｒ_１〜Ｔｒ_３を駆動するようにしている。このように電源電圧の監視をリアルタイムで行うことにより、振動パーツフィーダ１の電磁コイル７により常に一定振動を発生させることが確実になり、電源電圧の変動にも迅速に対応することが可能となる。さらに、工場の電力使用状況による電源電圧のわずかな変動に対しても的確な前記演算対応がなされて、常に一定振動を発生させることが可能となる。

さらに、部品供給装置として実用化した場合には、プロジェクションナットの送出個数を電気抵抗溶接機などの消費個数に適合させることができ、後工程との関連性が良好となり、安定した生産管理が実現する。

本出願人は、以下の仕様を持つ振動パーツフィーダ１について、電源電圧の変動に対する部品の送出個数について試験を実施した。

振動パーツフィーダ１のボウル２の直径は２８ｃｍ、質量は２ｋｇ、部品は前述の寸法とされたプロジェクションナット１９である。前述の基準電圧は、ＡＣ１００Ｖ、周波数６０Ｈｚであり、記憶回路１２に格納されている基本スイッチングパターンは実効的な値としてＡＣ９５Ｖ、７５Ｈｚである。

このような条件下で電源電圧をＡＣ９０Ｖから順次１０Ｖずつ上げていき、各電圧における送出管２１からのナット送出個数を計測した。その結果は以下のとおりである。
ＡＣ９０Ｖでは毎分１５５個から１６０個
ＡＣ１００Ｖでは毎分１９４個から２０４個
ＡＣ１１０Ｖでは毎分２０４個から２１８個
ＡＣ１２０Ｖでは毎分２００個から２０２個
ＡＣ１３０Ｖでは毎分１９４個から２１４個
ＡＣ１４０Ｖでは毎分１８８個から２０２個
ＡＣ１８０Ｖでは毎分１８０個から１８４個
ＡＣ２３０Ｖでは毎分１７０個から２０６個
ＡＣ２６０Ｖでは毎分１７４個から１９４個

これらの送出個数は後続の電気抵抗溶接機の動作サイクルに対して十分な値であることが確認された。なお、ＡＣ１４０Ｖまでは１０Ｖ刻みで表示してあるが、それ以上は個数が近似しているので、３０Ｖ以上の間隔で表示してある。また、送出個数にばらつきがあるのは、プロジェクションナット１９が図１（ｄ）に示すように片側の四隅に溶着用突起１９ｂが形成された形態で、表側と裏側をもつ部品であり、正規には表側を上にした状態でボウル２内の部品搬送路２０を搬送されるが、振動により裏側を上にした状態となって部品搬送路２０を搬送されないものが発生することによる。つまり、部品搬送路２０に表側が多くて裏側が少ない場合や、あるいはその逆の場合によって送出個数にばらつきが発生する。

一方、比較例として、上述の寸法と質量のボウルを用いて同じプロジェクションナットを部品とし、本発明の駆動制御回路を備えていない振動パーツフィーダを動作させた。この場合の電源電圧はＡＣ１００Ｖ、６０Ｈｚである。その試験結果は以下のとおりである。
ＡＣ１００Ｖでは毎分１６４個から１９４個
ＡＣ９０Ｖでは毎分８２個から１０２個
ＡＣ１１０Ｖでは毎分１００個から１２０個

以上のようにＡＣ１００Ｖでは、送出個数としては適正範囲内であった。しかしながら、ＡＣ９０Ｖではナットの移動速度が緩慢過ぎて送出個数が極端に少なく、ＡＣ１１０Ｖでは振動状態が強すぎて部品搬送路２０から転落して送出個数が極端に少なくなった。この比較例を観察すると、電源電圧がＡＣ９０ＶやＡＣ１１０Ｖに変化すると、直ちに送出個数が激減し、電源電圧変化への自動対応機能が存在しないために、電気抵抗溶接機へのナット供給能力として不合格であることが判明した。

上記基準電圧は、ＡＣ１００Ｖ、周波数６０Ｈｚであるが、これを、ＡＣ１００Ｖ、周波数５０Ｈｚの電源に接続して動作させると、つまり、日本国内のように関西と関東で周波数だけが異なった場合を想定してテストすると、送出管２１からのナット送出個数は毎分１９０〜２０５個であり、後工程の電気抵抗溶接機にとって十分な送出個数であった。

一方、本発明の駆動制御回路を備えていない振動パーツフィーダを動作させると、送出管２１からのナット個数は毎分４０〜５０個に激減し、電気抵抗溶接機への供給能力がないことが判明した。このように実施例における電源電圧の振幅は不変で、周波数だけが変化する場合には、基準電圧と仕向地の電源電圧が同じであるから、その比率は「１」となり、基本スイッチングパターンが再現するのである。

図１等に示した実施例においては、基本スイッチングパターンを記憶回路１２に格納するための生産機器すなわち生産設備として基本スイッチングパターン設定手段１８が配置されているが、このような基本スイッチングパターン設定手段１８や格納に必要な回路（例えば、コンピュータ装置を簡素化したもの）を、振動装置である振動パーツフィーダ等の駆動制御装置１０に組み込み、この組み込まれた手段１８によって適正な振動数や振幅を設定し、その後、この設定値を顧客が変換できないようにブラックボックス化したり、調整つまみの回転箇所をロック（例えば、かしめ）したりして、本発明の趣旨を活用することができる。このような方式を採用することにより、多数の振動パーツフィーダを駆動制御装置１０と共にストックしておき、出荷直前に顧客が希望する部品質量やボウルの大きさに応じた適正な基本スイッチングパターンを出荷工場の調整工程において設定することができる。すなわち、生産・出荷の物流過程において振動数や振幅を顧客の要望に応じて的確に設定することができるのである。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の実施形態で、（ａ）は振動パーツフィーダおよびその駆動制御装置の概略構成を示す回路構成図、（ｂ）は（ａ）の振動パーツフィーダにおけるボウルの部品搬送路を示す平面図、（ｃ）は電磁振動式直進フィーダを示す概略構成図、（ｄ）は部品であるプロジェクションナットを示す斜視図である。 振動パーツフィーダを駆動させる手順を示すフローチャートである。 駆動制御装置における演算処理回路での処理手順を示すフローチャートである。 電源電圧を半波整流で制御することにより、半波電圧の印加による加圧波と電磁コイルに発生した逆起電力の開放による逆起波を示す波形図である。 （ａ）は基準となる電源電圧を示す波形図、（ｂ）は（ａ）の基準電圧に基づくスイッチングパターンを示す波形図である。 （ａ）は仕向地での電源電圧を示す波形図、（ｂ）は（ａ）の電源電圧に基づくスイッチングパターンを示す波形図である。

符号の説明

１ 振動パーツフィーダ
７ 振動発生部（電磁コイル）
１０ 駆動制御装置
１１ 電圧検出回路
１２ 記憶回路
１３ 演算処理回路

Claims (9)

1. スイッチング素子を動作させて所定のスイッチングパターンを生成し、前記スイッチングパターンによって振動装置の振動発生部に所定の振動数と振幅を発生させるための駆動電力を供給する駆動制御装置であって、
   前記振動装置の仕向地における固有の電源電圧を常時監視しながら検出する電圧検出回路と、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、前記振動発生部を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンが予め格納された記憶回路と、前記電圧検出回路から検出される仕向地固有の検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、この比率の逆数を基本スイッチングパターンのオン・オフタイミングであるパルス幅に乗じて、前記仕向地固有の電源電圧の環境下で前記基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算する演算処理回路とを少なくとも備えていることを特徴とする振動装置の駆動制御装置。
2. 前記基準電圧は、仕向地固有の複数の電源電圧の中から選択されたものである請求項１に記載の振動装置の駆動制御装置。
3. 前記基本スイッチングパターンは、前記駆動制御装置の生産工程において設定されるものである請求項１又は２に記載の振動装置の駆動制御装置。
4. 前記振動装置の振動発生部は電磁コイルを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動装置の駆動制御装置。
5. 前記電磁コイルは、半波電圧の印加による加圧波と前記電磁コイルに発生した逆起電力の開放による逆起波との繰り返しでもって間欠駆動されている請求項４に記載の振動装置の駆動制御装置。
6. 前記振動装置が部品供給装置である請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動装置の駆動制御装置。
7. 前記部品供給装置は、部品を移送する部品搬送路を有している請求項６に記載の振動装置の駆動制御装置。
8. 前記部品搬送路は、部品を収容する円形の振動式ボウルの内壁面に沿って螺旋状に形成されている請求項７に記載の振動装置の駆動制御装置。
9. スイッチング素子を動作させて所定のスイッチングパターンを生成し、前記スイッチングパターンによって振動装置の振動発生部に所定の振動数と振幅を発生させるための駆動電力を供給する駆動制御方法であって、
   前記振動装置の仕向地における固有の電源電圧を電圧検出回路で常時監視しながら、任意に設定された基準電圧に対応させてあると共に、振動発生部を適正な振動数と振幅の下に駆動する基本スイッチングパターンを記憶回路に予め格納し、前記電圧検出回路から検出される仕向地固有の検出電圧と前記基準電圧との比率を算出し、この比率に基づいて、前記仕向地固有の電源電圧の環境下で前記基本スイッチングパターンと実質的に同じスイッチングパターンを演算処理回路で演算し、前記演算処理回路におけるスイッチングパターンの演算を、基本スイッチングパターンのオン・オフタイミングであるパルス幅に対して、前記基準電圧に対する前記検出電圧の比率の逆数を乗じて行うことを特徴とする振動装置の駆動制御方法。

Images