JP4543461B2

JP4543461B2 - 粉体供給装置

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Publication number: JP4543461B2
Application number: JP34073299A
Authority: JP
Inventors: 一路加藤; 雄志佐藤; 伸浩斉藤
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001151329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラフを振動させて粉体を供給する粉体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、桶状のトラフを加振してトラフから粉体を落下させて所定量の粉体を供給する粉体供給装置が用いられており、このような粉体供給装置としては、例えば特開平２−２０６７２７号公報に開示された装置などがある。
【０００３】
ここで、図１に上記公報に記載された粉体供給装置の構成を示す。同図に示すように、この粉体供給装置は、架台１と、架台１に固定部材１００を介して固定されたボイスコイルモータ２と、ボイスコイルモータ２によって水平方向（図の左右方向）に振動させられる振動部材３と、振動部材３の振動方向である水平方向に振動可能に支持されたトラフ４とを備えている。そして、図示せぬ制御システムから供給される推力指令（非対称波形）、電流指令によってボイスコイルモータ２が振動部材３を振動させることにより、トラフ４を振動させている。これにより、ホッパー５から供給された粉体６がトラフ４から落下するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した粉体供給装置では、ボイスコイルモータ２を架台１に固定支持する固定部材１００として、比較的剛性の高い金属板材などが用いられている。しかし、このような剛性の高い金属板材等を固定部材１００として採用すると、以下に説明するような問題が生じる。
【０００５】
まず、ボイスコイルモータ２は、振動部材３を水平方向に振動させるものであるため、その推力の反力もボイスコイルモータ２に対して水平方向に作用する。
このような反力が作用すると、ボイスコイルモータ２自体が変位するため、これを支持する固定部材１００が弾性変形することになる。このように固定部材１００が弾性変形すると、固定部材１００の復元力がボイスコイルモータ２に作用する。図２（ａ）に示すように、従来のボイスコイルモータ２はその底面部において固定部材１００に支持されているため、つまりボイスコイルモータ２の重心Ｇから離れた位置で固定部材１００に支持されているため、固定部材１００の復元力の水平方向の作用線が反力の作用線と一致しない。従って、ボイスコイルモータ２には、Ｘ方向（水平方向）の力だけでなく、Ｙ軸（紙面垂直方向）まわりのモーメントＭが作用する。これにより、図２（ｂ）に示すように、ボイスコイルモータ２の重心Ｇを中心としたＹ軸まわりの回転振動が発生してしまうことになる。なお、図２中に記載したばねは、固定部材１００のバネ定数を擬似的に表したものであり、上記のような反力が加わった場合、水平方向および垂直方向に固定部材１００のバネ定数に応じた復元力が作用していることを示す。
【０００６】
このようにボイスコイルモータ２がＹ軸まわりに回転すると、トラフ４（図１参照）が上下方向に変位することになり、トラフ４上の粉体６が跳ねたり、飛んだりしていまうこともあり得る。また、このような上下動がトラフ４の曲げ振動を励起してしまい、粉体供給に支障をきたすこともあり得る。
【０００７】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、トラフを振動させる電磁加振手段の上下方向の振動に起因する粉体供給の不具合を低減することが可能な粉体供給装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の粉体供給装置は、支持体と、電磁加振手段と、前記電磁加振手段により、水平方向に振動させられる振動部材と、前記振動部材の振動方向に振動可能に設けられ、前記振動部材の振動に伴って振動する、前記振動部材により片持ちされたトラフとを備え、前記トラフを振動させることにより、該トラフから粉体を落下させて供給する粉体供給装置において、前記電磁加振手段を前記支持体に支持する機構であって、前記支持体と前記電磁加振手段の間に配置される同一のバネ定数を有する４つの弾性体を備えた１または複数の支持機構を備え、４つの前記弾性体は、それぞれ前記電磁加振手段を支持する支持部を有し、前記４つの支持部にそれぞれ力が作用する各作用点が、前記電磁加振手段の重心を含む同一平面上に配置され、かつ前記電磁加振手段を挟んで２つずつ対向配置され、対向配置される各作用点は前記重心を通る前記振動部材の振動方向線に対して線対称の位置にあることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の粉体供給装置は、請求項１に記載の粉体供給装置において、４つの前記弾性体の前記支持部にそれぞれ力が作用する各作用点は、前記重心から等距離の位置にあることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．粉体供給装置の全体構成
まず、図３は本発明の一実施形態に係る粉体供給装置の構成を示す。同図に示すように、この粉体供給装置は、架台（支持体）１と、架台１に支持機構１１０により固定されたボイスコイルモータ２と、ボイスコイルモータ２によって水平方向（図の左右方向）に振動させられる振動部材３と、振動部材３の振動方向に振動可能に支持されたトラフ４とを備えている。そして、ボイスコイルモータ２によって振動部材３が振動させられることにより、トラフ４が振動させられる。
これにより、ホッパー５から供給された粉体６がトラフ４から落下するようになっている。
【００１１】
次に、上述したようにトラフ４から落下される粉体６の質量を制御する粉体供給装置の制御構成について説明する。この粉体供給装置は、粉体６の落下量を制御する構成として、質量検出器７と、減算器８と、補償器９と、非対称波形発生器１０と、増幅器１１とを備えている。
【００１２】
質量検出器７は、トラフ４から落下した粉体６の質量を検出し、減算器８に出力する。減算器８は、予め設定された質量設定値から質量検出器７によって検出された質量検出値を減算し、その減算結果を補償器９に出力する。補償器９は、減算器８から入力される減算結果に応じて波形の振幅の大きさを示す指令信号を生成し、非対称波形発生器１０に供給する。非対称波形発生器１０は、補償器９からの指令に基づいた波形振幅を有する非対称波形信号（図５参照）を生成し、増幅器１１を介してボイスコイルモータ２に供給する。このように非対称波形発生器１０から増幅器１１を介して供給された電流指令（推力指令）によってボイスコイルモータ２を励磁し、振動部材３を振動させてトラフ４から粉体６を落下させている。ここで、補償器９は、予め設定された質量設定値の粉体６が落下するように非対称波形発生器１０の発生する波形信号を制御し、これにより設定された値の粉体６を供給することができるようになっている。
【００１３】
次に、上記構成の粉体供給装置によるトラフ４の振動、およびこれによる粉体６の落下動作について説明する。まず、振動時におけるトラフ４上の粉体６に作用する力を図４に示す。同図に示すように、トラフ４上の粉体６には、振動によって慣性力ｍａが生じることになる（ｍは粉体の質量、ａは加速度）。ここで、慣性力ｍａがμ_Sｍｇより小さい場合には、粉体６はトラフ４上に静止し、トラフ４と粉体６との間に相対的な運動は生じない（μ_Sはトラフ４の表面の静止摩擦係数、ｇは重力加速度）。
【００１４】
一方、慣性力ｍａがμ_Sｍｇよりも大きい場合には、粉体６とトラフ４との間にすべりが生じることになり、両者の間に相対的な運動が生じる。このとき、粉体６にはμ_kｍｇの力が作用する（μ_kは、トラフ４の表面の動摩擦係数）。上記粉体供給装置は、このような原理を利用したものであり、トラフ４を振動させる際に、ある方向への移動時には、慣性力ｍａがμ_Sｍｇよりも小さくなる加速度でトラフ４を移動させ、逆方向への移動時に慣性力ｍａがμ_Sｍｇよりも大きくなる加速度でトラフ４を移動させる。このようにすることにより、逆方向への移動時にのみ粉体６がトラフ４に対して相対移動することになり、トラフ４上で粉体６を一方向に搬送することができる。
【００１５】
そして、このような振動をトラフ４に生じさせるために、非対称波形発生器１０が図５（ａ）に示すような非対称波形信号をボイスコイルモータ２に供給している。図５（ａ）に示すような非対称波形信号を供給した場合、ボイスコイルモータ２は、図５（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示すような加速度および速度で振動部材３（これに支持されるトラフ４）を振動させることになる。図５（ｂ）、（ｃ）において、「右」、「左」は図３におけるトラフ４の移動方向を示すものであり、トラフ４が左方向へ移動するときにのみ慣性力ｍａがμ_Sｍｇを越えるような加速度ａ２で移動し、右方向への移動時には慣性力ｍａがμ_Sｍｇを越えない加速度ａ１で移動するようになっている。なお、図５（ａ）において、一点鎖線は、トラフ４の加速度が０となるときの信号のレベル値である。このような振動を加えると、図５（ｃ）に示すように、トラフ４が左方向への移動時にのみトラフ４と粉体６との間に速度差（すべり）が生じ、その速度差の積分値（図５（ｃ）において斜線で示す部分の面積）の分だけ粉体６がトラフ４上を移動することになる。
【００１６】
このような動作原理の下、設定された質量値と、質量検出器７により検出された質量値とが一致するように、非対称波形発生器１０が発生させるボイスコイルモータ２駆動用の非対称波形の振幅等を調整することにより、トラフ４の振動状態を制御して粉体供給能力を調整している。
【００１７】
Ｂ．ボイスコイルモータの支持機構
次に、ボイスコイルモータ２を支持機構１１０に固定支持する支持機構１１０について図６を参照しながら詳細に説明する。同図に示すように、この支持機構１１０は、架台１とボイスコイルモータ２との間に配置される４つの弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄを備えている。ここで、弾性体１１１としては、バネ定数の小さいものが用いられることが好ましく、例えば防振ゴムや空気バネなどを用いるようにすればよい。また、４つの各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄのバネ定数は同一であり、また形状も同一である。さらに、各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄがボイスコイルモータ２を支持する姿勢も全て揃えられている。
【００１８】
次に、４つの弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄの配置位置について説明する。図示のように各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄのボイスコイルモータ２を支持する側の部分（支持部）１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓが以下に説明するような条件を満たすように各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄが配置されている。ここで、実際には弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄは点ではなく面でボイスコイルモータ２を支持しているが、部分１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓとは、これらの面全体に作用する力関係等を点に置き換えた場合に力が作用する部分である。
【００１９】
まず、弾性体１１１ｃ，１１１ａはボイスコイルモータ２の上下にそれぞれボイスコイルモータ２を挟んで対向する位置に配置されており、弾性体１１１ｄ，１１１ｂはボイスコイルモータ２の上下にそれぞれボイスコイルモータ２を挟んで対向する位置に配置されている。ここで、４つの部分１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓと、ボイスコイルモータ２の重心Ｇとは１つの平面Ｈ（図６（ｂ）参照）上に位置するようになっている。
【００２０】
また、対向配置される弾性体１１１ｃ，１１１ａおよび弾性体１１１ｄ，１１１ｂは、それぞれボイスコイルモータ２の重心Ｇを通る振動部材３（図３参照）の移動方向（水平方向）線Ｓ１に対して線対称となるようになっている。ボイスコイルモータ２の重心Ｇが図６（ａ）に示す方向から視てボイスコイルモータ２の中央に位置する場合には、移動方向線Ｓ１から部分１１１ａｓと部分１１１ｃｓとの垂線距離（Ｙ₀）が等しくなる。
【００２１】
また、本実施形態では、上記条件に加えて重心Ｇから部分１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓまでの直線距離が全て等しくなるようになっている。つまり、部分１１１ａｓと１１１ｄｓとが重心Ｇに対して点対称となり、部分１１１ｂｓと部分１１１ｃｓとが重心Ｇに対して点対称となるように、各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄが配置されている。従って、図６（ａ）に示すように、ボイスコイルモータ２の重心Ｇがボイスコイルモータ２の中央に位置する場合には、部分１１１ａｓと部分１１１ｄｓと重心Ｇを通る垂直方向線Ｓ２との垂線距離（Ｘ₀）が等しくなる。
【００２２】
Ｃ．振動時の支持機構の作用
次に、ボイスコイルモータ２が振動部材３を振動させている時に、上述した支持機構１１０に作用する力について図７を参照しながら説明する。なお、図７中に記載したばねは、各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄのバネ定数を擬似的に表したものであり、反力が加わった場合、水平方向および垂直方向に各弾性体のバネ定数に応じた復元力が作用していることを示す。
【００２３】
同図に示すように、ボイスコイルモータ２が振動部材３を振動させた場合、ボイスコイルモータ２にはその推力の反力が水平方向に作用することになる。ここで、ボイスコイルモータ２の推力の反力としてＦ_0Xが水平方向に作用し、また弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄの各部分１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓにおけるＸ方向のバネ定数をｋ_Xとした場合、架台１に伝達される反力の水平方向成分Ｆ_TXは、次の式により近似される。
Ｆ_TX＝Ｆ_0X／（１−（Ｍω／４ｋ_X）²）
ここで、ωはＦ_TXの角周波数であり、Ｍはボイスコイルモータ２の質量を示す。
従って、架台１に伝達される力Ｆ_0Xは、ボイスコイルモータ２に加わる反力Ｆ_0Xの値だけでなく、ｋ_Xの値によっても変化するものであることがわかる。具体的には、ｋ_Xが大きければ大きいほど、Ｆ_TXは大きくなる。このため、ｋ_X＜＜Ｍωの場合には、Ｆ_TXは微少な値となり、架台１へ伝達される反力がほとんどなくなる。一方、ｋ_X＞＞Ｍωの場合には、Ｆ_TXがＦ_0Xに近づく、つまり架台１への反力の伝達率が１００％に近づくことになる。
【００２４】
ここで、本実施形態のように弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄの部分１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓにおけるＸ方向のバネ定数ｋ_Xの小さいもの（上述した防振ゴムや空気バネなど）を用いることにより、架台１の反力の伝達力Ｆ_TXを微少なものとすることができる。これにより、以下に説明するような効果が得られる。
【００２５】
上述したような反力が支持機構１１０を介して架台１に伝達された場合、支持機構１１０の剛性が高い場合には、上述した反力の架台１への伝達量は大きくなり、架台１と、これを固定する基礎（図示略）との取り付け剛性が低い場合には、架台１が大きく振動してしまうこともある。また、架台１と基礎の取り付け剛性が高い場合には、基礎に対する架台１の振動を抑制することができるが、基礎が振動してしまうこともある。また、様々な設置条件の下、常に架台１と基礎とを高い剛性をもって取り付けることができるとは限らない。これに対し、本実施形態では、上述したように架台１への反力の伝達を微少なものとすることができるので、上述したような問題を解消することができる。
【００２６】
また、本実施形態では、各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄの部分１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓが上述した条件を満たす位置に配置されるようになっているが、これによる作用効果について説明する。
【００２７】
ボイスコイルモータ２に推力の反力Ｆ_0Xが加わり、ボイスコイルモータ２が水平方向にΔＸ変位した場合、各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄの水平方向の復元力はｋ_X＊ΔＸとなる。この際、各弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄの復元力の作用線は、ボイスコイルモータ２の重心Ｇを通らないので、個々の弾性体のみの復元力に着眼すると、Ｙ軸まわりのモーメントが発生することになる。しかしながら、本実施形態では、上述したように弾性体１１１ａの部分１１１ａｓと弾性体１１１ｃの部分１１１ｃｓが移動方向線Ｓ１に対して線対称となるように配置されているので、両者の復元力によって作用するＹ軸まわりのモーメントは逆極性となり、これにより両者の復元力によるモーメントが相殺する。また、弾性体１１１ｂの部分１１１ｂｓと弾性体１１１ｄの部分１１１ｄｓが移動方向線Ｓ１に対して線対称となるように配置されているので、両者の復元力によって作用するＹ軸まわりのモーメントが相殺する。従って、４つの弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄの全体としての復元力に着眼すると、ボイスコイルモータ２にはＹ軸まわりのモーメントが作用しない。すなわち、ボイスコイルモータ２にはＸ方向のみ復元力が作用するが、この復元力も上述したようにバネ定数の小さい弾性体を用いることにより微少なものとなっている。
【００２８】
従って、本実施形態によれば、ボイスコイルモータ２に作用する推力の反力によって上下方向にボイスコイルモータ２が移動したりすることが抑制され、トラフ４を水平方向に振動させることにより行われる粉体供給のボイスコイルモータ２の上下動に起因する誤動作等を低減することができる。
【００２９】
Ｃ．変形例
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の変形が可能である。
【００３０】
（１）上述した実施形態においては、２つの弾性体がそれぞれ上下からボイスコイルモータ２を支持するようにしていたが、これに限らず、図８に示すように、ボイスコイルモータ２を左右２つずつの弾性体１２１で支持する（水平方向で支持する）ような支持機構１２０を用いるようにしてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様に同じバネ定数を有する防振ゴムなどの４つの弾性体１２１の支持点１２１ｓがボイスコイルモータ２の重心Ｇを含む１つの平面Ｈ上に配置される等の上述した実施形態と同様の条件を満たすように配置すれば（平面Ｈで切った断面図が図６（ａ）と同様になるようにすれば）、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。また、ボイスコイルモータ２を支持する機構の支持方向は、このような水平方向や上記実施形態の垂直方向に限らず、上述した実施形態と同様の条件を満たすのであれば斜め方向であってもよい。
【００３１】
（２）また、上述した支持機構１１０に代えて、図９に示すような支持機構を用いるようにしてもよい。同図に示すように、この支持機構では、上述した実施形態と同様に同じバネ定数を有する防振ゴムなどの４つのの弾性体１３１が取り付け治具１５０を介してボイスコイルモータ２を支持している。この場合も、上記実施形態と同様に各取り付け治具１５０のボイスコイルモータ２を支持する点が重心Ｇを含んだ１つの平面Ｈ上に配置される等の上記実施形態と同様の条件を満たすように配置すれば、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３２】
（３）また、図１０に示すように、４つの弾性体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄを有する支持機構１１０に加えて、水平方向からボイスコイルモータ２を支持する４つの弾性体を有する支持機構１２０を設けるようにしてもよい。
ここで、上記変形例（１）において説明したように、支持機構１２０を構成する４つの弾性体１２１の支持点１２１ｓが上述した実施形態と同様の条件を満たすように配置されている。このように垂直方向でボイスコイルモータ２を支持する支持機構１１０と、水平方向でボイスコイルモータ２を支持する支持機構１２０とを組み合わせるようにしてもよい。また、斜め方向にボイスコイルモータ２を支持する支持機構を組み合わせるようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トラフを振動させる電磁加振手段の上下方向の振動に起因する粉体供給の不具合を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の粉体供給装置の構成を示す図である。
【図２】従来の粉体供給装置の構成要素であるボイスコイルモータの支持機構に作用する力を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る粉体供給装置の構成を示す図である。
【図４】実施形態に係る前記粉体供給装置による粉体供給原理を説明するための図である。
【図５】実施形態に係る前記粉体供給装置による粉体供給原理を説明するための図である。
【図６】実施形態に係る前記粉体供給装置の構成要素であるボイスコイルモータ２の支持機構付近を示す図である。
【図７】前記ボイスコイルモータ動作時の、実施形態に係る前記粉体供給装置の前記支持機構に作用する力を説明するための図である。
【図８】実施形態に係る前記粉体供給装置の変形例における前記支持機構付近を示す側面図である。
【図９】実施形態に係る前記粉体供給装置の他の変形例における前記支持機構付近を示す側面図である。
【図１０】実施形態に係る前記粉体供給装置のその他の変形例における前記支持機構付近を示す側面図である。
【符号の説明】
１……架台（支持体）、２……ボイスコイルモータ（電磁加振手段）、３……振動部材、４……トラフ、５……ホッパー、６……粉体、７……質量検出器、８……減算器、９……減算器、１０……非対称波形発生器、１１０……支持機構、１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ……弾性体、１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓ……部分（支持部）、１２０……支持機構、１２１……弾性体、１２１ｓ……支持点、１３１……弾性体

Claims

支持体と、電磁加振手段と、前記電磁加振手段により、水平方向に振動させられる振動部材と、前記振動部材の振動方向に振動可能に設けられ、前記振動部材の振動に伴って振動する、前記振動部材により片持ちされたトラフとを備え、前記トラフを振動させることにより、該トラフから粉体を落下させて供給する粉体供給装置において、
前記電磁加振手段を前記支持体に支持する機構であって、前記支持体と前記電磁加振手段の間に配置される同一のバネ定数を有する４つの弾性体を備えた１または複数の支持機構を備え、
４つの前記弾性体は、それぞれ前記電磁加振手段を支持する支持部を有し、
前記４つの支持部にそれぞれ力が作用する各作用点が、前記電磁加振手段の重心を含む同一平面上に配置され、かつ前記電磁加振手段を挟んで２つずつ対向配置され、対向配置される各作用点は前記重心を通る前記振動部材の振動方向線に対して線対称の位置にある
ことを特徴とする粉体供給装置。
４つの前記弾性体の前記支持部にそれぞれ力が作用する各作用点は、前記重心から等距離の位置にあることを特徴とする請求項１に記載の粉体供給装置。