JP5460903B1 - 振動式搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置面に与える反力の低減とともに振動の高周波数化或いは搬送速度の高速化を簡易な構造で容易に実現できる振動式搬送装置を提供する。
【解決手段】本発明の振動式搬送装置１０は、板状の一対の防振ばね１３ａ，１３ｂと、一対の防振ばねによって搬送方向Ｄの前後位置で支持された基準質量体１１と、基準質量体の上方に配置された上側質量体１２Ａと、基準質量体の下方に配置された下側質量体１２Ｂと、基準質量体と上側質量体とを搬送方向の前後位置でそれぞれ弾性接続する板状の一対の上側振動ばね１４ａ，１４ｂと、基準質量体と下側質量体とを搬送方向の前後位置でそれぞれ弾性接続する板状の一対の下側振動ばね１５ａ，１５ｂと、基準質量体と上側質量体との間、及び、基準質量体と下側質量体との間の双方に、搬送方向に同位相の振動を生じさせるための加振力を与える同相加振手段１６ａ，１６ｂとを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は振動式搬送装置に係り、特に、直線状に部品を搬送する場合に好適な搬送装置の搬送機構に関する。

一般に、振動式搬送装置は、架台上に板ばねを介して搬送体を弾性支持し、この搬送体を電磁駆動体や圧電駆動体などの加振手段によって加振することによって搬送の向きに斜め上方へ向かう振動を生じさせることにより、搬送体上に形成された搬送路に沿って部品等の搬送物を搬送するようにしている。近年は、搬送物として微細な電子部品が多くなり、また、このような微細な搬送物を高速で供給するニーズが高まってきているため、圧電駆動源を用いた加振により、微細な搬送物を高速で整列させながら搬送する装置が多く要求されるようになってきている。このような高速搬送の要求を満たそうとしたときに生ずる振動式搬送装置の共通の問題点は、搬送体の振動の反力が設置面に伝達されることで設置面を介して周囲の他の装置類に振動的な影響を及ぼす虞がある点や、搬送体を振動させるための加振構造全体のピッチング動作などにより搬送体が本来の振動方向とは異なる方向に振動することにより、搬送速度が搬送方向の位置によって異なったり搬送物が搬送方向以外の向きに振動して搬送姿勢が乱れたりする点である。

上記の問題点を解決するために従来の振動式搬送装置において提案されている一つの方法は、防振ばねを介して振動系を支持するとともに、当該振動系内に搬送体とは逆相で振動する反作用ウエイト（慣性体）を設け、この反作用ウエイトの振動によって搬送体の振動の反力を相殺して、設置面上に伝達される振動エネルギーを低減しようとするものである（例えば、以下の特許文献１）。しかしながら、このような構造では、搬送体と反作用ウエイトの重心が上下にずれているため、搬送体の振動に伴って装置全体にピッチング運動が生じ、これによって搬送効率が低下するとともに搬送方向の位置によって搬送速度が変化したり搬送姿勢が乱れたりする。このため、搬送体の重心と反作用ウエイトの重心のずれを低減して上記ピッチングを抑制するようにしたものが知られている。例えば、搬送体に対して、反作用ウエイトより下方に配置された釣り合い用おもりを接続した構造（例えば、以下の特許文献２）、防振ばねで支持された圧電式振動部と搬送体を連結するとともに、圧電式振動部と搬送体の間にカウンターウエイトを配置し、圧電式振動部と搬送体の合計の重心位置とカウンターウエイトの重心位置とを結ぶ直線を、搬送物に与えられる振動方向と平行に配置する構造（例えば、以下の特許文献３）、防振ばねで支持された固定フレームの上方に搬送体に接続された可動板を弾性支持し、可動板の下方に下部ウエイトを接続するとともに固定フレームの上方に固定ウエイトを接続することによって両者の重心位置を近づけ、回転モーメントの発生を抑制した構造（例えば、以下の特許文献４）などが知られている。

特開平２−２０４２１０号公報 特開平４−３９２０６号公報 特開２００６−２４８７２７号公報 特開２００９−２９８４９８号公報

しかしながら、上記従来の反作用ウエイトを備えた振動式搬送装置では、搬送体の重心と反作用ウエイトの重心を近づけたり直線状に配列させたりするために構造が複雑になることから装置の大型化や製造コストの増大を招くとともに、重心位置をきわめて精密に設定する必要があるため、搬送物の種類や搬送速度等の状況が変化する製造現場では充分な効果を得ることが難しいという問題点がある。特に、重心位置の僅かなずれがあるだけでも、高速搬送を可能にするために駆動周波数を高めるとピッチングや上下動などが激しくなり、適正な搬送状態を得ることができないため、高周波数化や高速搬送を実現することが難しい。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、設置面に与える反力の低減とともに振動の高周波数化或いは搬送速度の高速化を簡易な構造で容易に実現できる振動式搬送装置を提供することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の振動式搬送装置は、搬送方向に向いた板面を備えた板状の一対の防振ばねと、前記一対の防振ばねによって前記搬送方向の前後位置で支持された基準質量体と、前記基準質量体の上方に配置された上側質量体と、前記基準質量体の下方に配置された下側質量体と、前記基準質量体と前記上側質量体とを前記搬送方向の前後位置でそれぞれ弾性接続する、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の一対の上側振動ばねと、前記基準質量体と前記下側質量体とを前記搬送方向の前後位置でそれぞれ弾性接続する、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の一対の下側振動ばねと、前記基準質量体と前記上側質量体との間、及び、前記基準質量体と前記下側質量体との間の双方に、前記搬送方向に同位相の振動を生じさせるための加振力を与える同相加振手段と、を具備し、前記基準質量体、前記上側質量体若しくは前記下側質量体の少なくともいずれか一つに搬送物を搬送する搬送路が設けられ、前記同相加振手段により、前記上側質量体と前記下側質量体が前記搬送方向に見て同位相で振動するとともに前記基準質量体と前記上側質量体及び前記下側質量体が逆位相で振動する。

本発明によれば、搬送方向の前後位置でそれぞれ防振ばねによって支持された基準質量体の上下それぞれに、上側質量体と下側質量体が搬送方向の前後位置において振動ばねを介して弾性接続されるとともに、同相加振手段が加振力を与えることにより、上側質量体と下側質量体が搬送方向に見て同位相で振動するとともに基準質量体と上側質量体及び下側質量体が搬送方向に見て逆位相で振動する。したがって、基準質量体の重心位置と上側質量体及び下側質量体の合計の重心位置の上下方向のずれを低減できるため、基準質量体と上側質量体及び下側質量体の搬送方向の振動の反力の打ち消し作用を高めることができる。また、振動時においては、基準質量体に対して上側質量体が与える回転モーメントと下側質量体が与える回転モーメントが相互に逆向きとなるから、基準質量体が受ける振動による回転方向の反力が相互に相殺乃至は減殺されるため、ピッチング動作（回転運動）を抑制することができる。したがって、防振ばねを介して設置面に伝達される搬送方向及び上下方向の反力が低減され、防振ばねを介した設置面への振動エネルギーの漏出を抑制することができる。さらに、ピッチング動作が抑制されることによって、高周波化しても振動が乱れにくく、搬送物の姿勢も安定するために、高速搬送が可能になるとともに、搬送路に沿った搬送速度や搬送姿勢等の搬送状態の均一性も向上させることができる。

本発明において、前記同相加振手段は、前記基準質量体と前記上側質量体との間に直接に前記加振力を与える上側加振部と、前記基準質量体と前記下側質量体との間に直接に前記加振力を与える下側加振部とを有することが好ましい。これによれば、上側加振部と下側加振部が直接かつ別々に加振力を与えるように構成されることにより、装置の全体構造を簡易化できるとともに、状況に応じた同相加振手段の調整を容易に行うことが可能になる。この場合に、前記上側加振部は、前記上側振動ばねの長さ方向の一部に組み込まれ、前記搬送方向に向いた板面が撓み変形する板状の上側圧電駆動部によって構成され、前記下側加振部は、前記下側振動ばねの長さ方向の一部に組み込まれ、前記搬送方向に向いた板面が撓み変形する板状の下側圧電駆動部によって構成されることが好ましい。これによれば、基準質量体と上側質量体及び下側質量体の間を弾性接続する上側振動ばね及び下側振動ばねの長さ方向の一部に上側圧電駆動部及び下側圧電駆動部が組み込まれることにより、基準質量体と上側質量体及び下側質量体との間に上側振動ばね及び下側振動ばねのみを介して加振力を与えることができるため、回転方向の反力や搬送方向や上下方向の反力をさらに容易に相殺乃至は減殺することができる。ここで、上記上側圧電駆動部及び下側圧電駆動部は、搬送方向に向いた板面を備えた板状の弾性基板の表裏少なくともいずれか一方の面に圧電体を積層した構造とすることができる。また、上側振動ばねは、上側圧電駆動部と、搬送方向に向いた板面を備えた板状の上側増幅ばねとを長さ方向に直列に接続した構造とすることが好ましい。この場合に、上側圧電駆動部は、上側増幅ばねに対して基準質量体の側に接続される。同様に、下側振動ばねは、下側圧電駆動部と、搬送方向に向いた板面を備えた板状の下側増幅ばねとを長さ方向に直列に接続した構造とすることが好ましい。この場合に、下側圧電駆動部は、下側増幅ばねに対して基準質量体の側に接続される。

本発明において、前記上側圧電駆動部と前記下側圧電駆動部は、前記基準質量体に対して前記搬送方向の前後位置でそれぞれ結合され、前記基準質量体の上方に伸びる部分が前記上側圧電駆動部を形成するとともに前記基準質量体の下方に伸びる部分が前記下側圧電駆動部を形成し、全体として前記搬送方向に向いた板面が一体に撓み変形する板状の圧電駆動体により構成されることが好ましい。これによれば、搬送方向の前後位置でそれぞれ一体に構成される圧電駆動体の中間部分が基準質量体に結合され、基準質量体の上方へ伸びる上側圧電駆動部が上側質量体を加振し、基準質量体の下方に伸びる下側圧電駆動部が下側質量体を加振することにより、上側質量体と下側質量体を容易かつ確実に同位相で振動させることができる。また、一体の圧電駆動体で上側質量体と下側質量体を加振できるため、装置全体の高さを低減することができ、装置をコンパクトに構成できる。なお、上記一体の圧電駆動体は、上述の同相加振手段の一態様である。

本発明において、前記上側振動ばねは、前記搬送方向の前後位置で前記基準質量体に結合されて前記基準質量体の上方に伸びる上側圧電駆動部と、前記上側圧電駆動部の上端に接続された、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の上側増幅ばねにより構成され、前記下側振動ばねは、前記基準質量体に対して前記搬送方向の前後位置で結合されて前記基準質量体の上方に伸びる下側圧電駆動部と、前記一対の下側圧電駆動部の下端に接続された、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の下側増幅ばねにより構成されることが好ましい。なお、搬送方向の前後位置でそれぞれ上側圧電駆動部と下側圧電駆動部が設けられる場合には、前後位置の各圧電駆動部は相互に前記搬送方向に見て同位相で駆動される。

本発明において、前記基準質量体は前記一対の防振ばねによって下方から支持されることが好ましい。防振ばねによる基準質量体の支持は任意の方向から行うことができるが、この構成によれば、基準質量体を吊り下げたり側方から支持したりする場合に比べて装置全体の設置面積を低減できる。

本発明において、前記防振ばね、前記上側振動ばね及び前記下側振動ばねは、いずれも前記搬送方向の一方側に向けて傾斜した姿勢で設置されることが好ましい。搬送路上で搬送物に搬送力を及ぼすには搬送路の表面を一方側に向けては斜め上方に向かう方向に振動させればよい。このような斜め上方の振動方向を実現する方法としては、ばね構造をその長さ方向（上下方向）の途中でスペーサ等を介して段差状に接続したものとするなどの方法があるが、ばねを傾斜した姿勢で設置することで部品点数の増加を回避して容易に搬送力を生じさせることができる。

本発明において、前記搬送路は前記上側質量体に設けられることが好ましい。３つの質量体のうち最も上方に配置される上側質量体に搬送路を設けることによって、稼働時の装置や搬送物の取り扱いが容易になる。

本発明において、前記基準質量体の質量は、前記上側質量体と前記下側質量体の質量の和と等しいか、或いは、前記質量の和より大きいことが好ましい。基準質量体と上側質量体及び下側質量体は相互に搬送方向（振動方向）の反力を打ち消し合う関係にあるため、基準質量体の質量が上側質量体と下側質量体の質量の和と実質的に等しいことで反力の打ち消し効果を高めることができるが、基準質量体は防振ばねによって設置面に対して支持されるとともに拘束されているから、上記質量の和よりも基準質量体の質量を大きくすることで、基準質量体の振幅を抑制することができ、設置面へ流れる振動エネルギーを抑制できるとともに、上側質量体及び下側質量体においてもより安定した振動態様を実現できる。

本発明において、前記上側質量体の質量と前記下側質量体の質量は実質的に等しく、前記基準質量体と前記上側質量体の間の重心間隔及びばね定数と、前記基準質量体と前記下側質量体の間の重心間隔及びばね定数とが実質的に等しいことが好ましい。これによれば、基準質量体に対して上側質量体と下側質量体の慣性質量及び弾性接続態様が対称的に構成されるため、回転モーメントを相殺し、ピッチング動作をさらに低減できる。

本発明において、前記搬送路は直線状であり、前記搬送方向は直線に沿った方向であることが好ましい。本発明は、所定の軸線の周りに周回する方向（軸線周りの接線方向）を搬送方向とする回転振動機と、この回転振動機上に設置されるらせん状の搬送路とを有する振動式搬送装置において、回転方向の振動によって搬送物をらせん状の搬送路に沿って搬送する場合にも適用可能であるが、直線状の搬送路に沿って直線状に搬送物を搬送する場合には、後述する実施例にも示すように、装置構造を簡易に構成できるとともに、搬送速度の向上や搬送状態の安定化を容易に図ることができる。

本発明において、前記圧電駆動体は前記基準質量体に対する結合位置より上下両側に伸びる一体の圧電体を有することが好ましい。上記圧電駆動体では、例えば、弾性基板を一体のものとしつつ、基準質量体の上方の上側圧電駆動部と下方の下側圧電駆動部において別々の圧電体を設けることも可能であるが、上記のように上下両側に伸びる一体の圧電体を設けることによって、構造の簡易化、製造コストの低減、上下の振動態様の均一化などを容易に図ることができる。

本発明において、前記上側圧電駆動部と前記下側圧電駆動部は前記基準質量体に対する結合位置より実質的に上下に対称な構造を有することが好ましい。これによれば、対称な構造を有する上側圧電駆動部と下側圧電駆動部により、上下両側に対称な動作態様を得ることができる。

本発明において、前記圧電駆動体は、前記基準質量体に対する結合位置が幅方向両側に設けられ、前記結合位置の間に圧電体が配置されていることが好ましい。これによれば、圧電駆動体と基準質量体とが幅方向両側で結合されるとともに、その結合位置の間に圧電体が配置されることで、基準質量体に対して幅方向両側に均等な結合剛性を確保でき、安定した加振状態を容易に実現することができる。

本発明によれば、設置面に与える反力の低減とともに振動の高周波数化或いは搬送速度の高速化を簡易な構造で容易に実現することのできる振動式搬送装置を提供できるという優れた効果を奏し得る。

本発明に係る振動式搬送装置の実施形態の全体構成を示す概略斜視図である。 同実施形態の側面図である。 同実施形態の圧電駆動体の斜視図（ａ）、圧電駆動体と上下の増幅ばねとの接続状態を示す側面図（ｂ）及びこの接続状態にあるときの圧電駆動体の正面図（ｃ）である。 図３に示す圧電駆動体とは別の圧電駆動体の例を示す斜視図（ａ）、接続状態の側面図（ｂ）及び圧電駆動体の正面図（ｃ）である。 他の圧電駆動体の例を示す正面図（ａ）及び（ｂ）である。 比較例の圧電駆動体と基準質量体との接続構造を示す正面図（ａ）及び（ｂ）である。 本発明の基本構造の原理構成を示す説明図である。 上記実施形態の原理構成を示す説明図である。 上記実施形態のモーダル解析を行った結果としてのアニメーション動作の或るタイミングにおける振動態様を示す側面図である。 同アニメーション動作の他のタイミングにおける振動態様を示す側面図である。 同アニメーション動作の上記或るタイミングにおける振動態様を示す斜視図である。 同アニメーション動作の上記他のタイミングにおける振動態様を示す斜視図である。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。最初に、実施形態の全体構成について図１及び図２を参照して説明する。

本実施形態の振動式搬送装置１０は、基準質量体１１と、この基準質量体１１の上方に配置される上側質量体１２Ａと、基準質量体１１の下方に配置される下側質量体１２Ｂとを有する。基準質量体１１は、搬送方向Ｄの前後位置においてそれぞれ搬送方向Ｄに向いた（正確には振動方向Ｂにほぼ正対した、以下同様。）板面を備えた板状の防振ばね１３ａと１３ｂによって下方から支持されている。これらの防振ばね１３ａ，１３ｂの下端は、設置面若しくは設置面上に配置された基台２に固定される。ここで、搬送方向Ｄの前後位置とは、搬送方向Ｄに沿って相互に離間した２つの位置、すなわち、前方の位置が搬送の向きＦ側の位置、後方の位置が搬送の向きＦとは反対側の位置である。なお、本明細書において、搬送方向Ｄとは、振動式搬送装置１０における搬送路１２ｃにおいて電子部品などの搬送物が搬送されていく方向であり、搬送の向きＦとは、搬送方向Ｄのうちの上記搬送物が進行する向きである。

また、基準質量体１１と上側質量体１２Ａは、搬送方向Ｄの前後位置においてそれぞれ搬送方向Ｄに向いた板面を備えた板状の上側振動ばね１４ａと１４ｂにより弾性接続されている。すなわち、上側質量体１２Ａは、搬送方向Ｄの前後位置においてそれぞれ上側振動ばね１４ａ，１４ｂにより下方から支持されている。さらに、基準質量体１１と下側質量体１２Ｂは、搬送方向Ｄの前後位置においてそれぞれ搬送方向Ｄに向いた板面を備えた板状の下側振動ばね１５ａと１５ｂに弾性接続されている。すなわち、下側質量体１２Ｂは、搬送方向Ｄの前後位置においてそれぞれ下側振動ばね１５ａ，１５ｂによって上方から吊り下げられている。

上記防振ばね１３ａ，１３ｂ、上側振動ばね１４ａ，１４ｂ及び下側振動ばね１５ａ，１５ｂは、いずれも全体として板状に構成され、その板面が正対する方向のばね定数は低く、長さ方向（上下両側に接続される物体間を結ぶ方向）のばね定数は高い。したがって、図示例では、長さ方向に沿って僅かに傾斜した上下方向に見た支持剛性が高いのに対して、搬送方向Ｄに沿って僅かに傾斜した振動方向Ｂに見た剛性は低い。これによって、基準質量体１１、上側質量体１２Ａ及び下側質量体１２Ｂの相互間の支持構造が安定し、相互の位置関係が保持されやすくなるとともに、搬送物に対して搬送の向きＦの搬送力を与えるための振動を容易に生じさせつつ、上記搬送力に寄与しない、或いは、上記搬送を妨げる態様の不要振動の発生を抑制する。ここで、防振ばね１３ａ，１３ｂは他のばねよりも幅を大きくすることで幅方向の支持剛性を高めるとともに、他のばねよりも長さを大きくすることで振動方向Ｂの弾性変形を容易にしている。なお、上記各ばねの弾性特性は材質や板厚によっても調整できる。

本実施形態において、上側振動ばね１４ａ，１４ｂは、基準振動体１１の前方部１１ａと後方部１１ｂにそれぞれ結合（接続固定）された圧電駆動体１６ａ，１６ｂのうちの基準質量体１１の上方へ伸びる部分である上側圧電駆動部１６ａｕ，１６ｂｕと、この上側圧電駆動部１６ａｕ，１６ｂｕの上端に接続された、搬送方向Ｄに向いた板面を備えた板状の上側増幅ばね１７ａ，１７ｂとの直列接続構造によってそれぞれ構成されている。同様に、下側振動ばね１５ａ，１５ｂは、基準振動体１１の前方部１１ａと後方部１１ｂにそれぞれ結合（接続固定）された圧電駆動体１６ａ，１６ｂのうちの基準質量体１１の下方へ伸びる部分である下側圧電駆動部１６ａｄ，１６ｂｄと、この下側圧電駆動部１６ａｄ，１６ｂｄの下端に接続された、搬送方向Ｄに向いた板面を備えた板状の下側増幅ばね１８ａ，１８ｂとの直列接続構造によってそれぞれ構成されている。

基準質量体１１は、搬送方向Ｄの前後にある前方部１１ａと後方部１１ｂが薄肉化され、それらの間にある搬送方向Ｄの中間部が上下両側に張り出して厚肉化された構造を有している。前方部１１ａの端面には圧電駆動体１６ａ、１６ｂの長さ方向の中間部が固定され、この中間部は、基準質量体１１の一部を構成するスペーサ１９ａ，１９ｂを介して搬送方向Ｄのさらに前方及び後方の位置において防振ばね１３ａ，１３ｂの上端部に接続固定されている。なお、防振ばね１３ａ，１３ｂが下側振動ばね１８ａ，１８ｂよりも搬送方向Ｄの前後外側に配置されることで、振動系全体の安定性が向上する。

図３には本実施形態の圧電駆動体１６ａ，１６ｂの構造を示す。圧電駆動体１６ａ，１６ｂは、シム板と呼ばれる金属製の弾性基板１６ｓと、この弾性基板１６ｓの表裏面に貼着（積層）された圧電体（圧電層）１６ｐとを有する。弾性基板１６ｓは、その長さ方向の両端（上下両端）にそれぞれ上側増幅ばね１７ａ，１７ｂと下側増幅ばね１８ａ，１８ｂに対する上部接続構造（図示例では連結用の孔）１６ｕ及び下部接続構造１６ｄを備えている。また、弾性基板１６ｓは、その長さ方向の中間部の幅方向の両側に基準質量体１１に対する側部接続構造（図示例では幅方向に突出する孔付の突出部）１６ｔ、１６ｔを有する。このとき、圧電体１６ｐは、弾性基板１６ｓ上において、左右の側部接続構造１６ｔの間の幅方向の中間位置に配置される。このようにすると、基準質量体１１に対する結合位置が圧電体１６ｐを回避した幅方向両側に設けられるため、圧電駆動体１６ａ，１６ｂの撓み変形動作に影響を与えにくくなるとともに、左右両側で確実に基準質量体１１に結合させることにより、圧電駆動体１６ａ，１６ｂを基準質量体１１に強固に固定でき、この基準質量体１１に対して上下両側に加振力を確実に与えることが可能になる。なお、図示例の圧電駆動体１６ａ，１６ｂは、弾性基板１６ｓの両面に圧電体１６ｐが配置されたバイモルフ構造を有するが、弾性基板１６ｓの片面のみに圧電体が配置されてなるユニモルフ構造であってもよく、その他、公知の種々の圧電駆動体を用いることができる。また、圧電駆動体１６ａ，１６ｂは、上記中間部を対称軸として長さ方向（上下）に対称な構造を有し、幅方向（左右）にも対称に構成される。

上記圧電駆動体１６ａ，１６ｂでは、圧電体１６ｐの表裏に電圧を印加すると、電圧に応じて圧電体１６ｐが変形し、これによって弾性基板１６ｓは長さ方向に撓むように湾曲する。そして、所定周波数の交番電圧を印加することにより、圧電駆動体１６ａ，１６ｂは交互に逆方向に撓み変形して振動し、その振動は上側増幅ばね１７ａ，１７ｂ及び下側増幅ばね１８ａ，１８ｂを介して基準質量体１１と上側質量体１２Ａ及び下側質量体１２Ｂとの間に搬送方向Ｄにほぼ沿った振動方向Ｂの振動を生じさせる。ここで、搬送方向Ｄの前後位置の圧電駆動体１６ａ，１６ｂは共に同位相で撓み変形し、上側圧電駆動部１６ａｕ，１６ｂｕと下側圧電駆動部１６ａｄ，１６ｂｄも同位相で変形するので、基準質量体１１に対して上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂも同位相で振動方向Ｂに振動する。このとき、基準振動体１１は、上側質量体１２Ａ及び下側質量体１２Ｂの振動方向Ｂの振動による反力を打ち消すように、これらとは逆位相で振動方向Ｂに振動する。

なお、基準質量体１１（実際には振動系全体）を弾性支持する防振ばね１３ａ，１３ｂと、上記の基準質量体１１、上側質量体１２Ａ及び下側質量体１２Ｂの間を接続する上側振動ばね１４ａ，１４ｂ及び下側振動ばね１５ａ，１５ｂの各板面は、搬送方向Ｄに対して搬送の向きＦに向けては斜め上方、反対側の向きに向けては斜め下方へ向いた姿勢で設置されている。この方向は、これらの振動系全体の振動方向Ｂとほぼ一致している。振動方向Ｂは、通常は１〜１０度、好ましくは２〜８度、望ましくは３〜６度の範囲内の水平方向に対する傾斜角を有している。図２に示すように、上記振動方向Ｂは、上側搬送体１２Ａに設けられた搬送路１２ｃ上の搬送物を搬送の向きＦに向けて搬送するための搬送力を生じさせる。

図示例では、基準質量体１１の前端部においては、上記振動方向Ｂとほぼ一致する軸線Ｓ_ａｘに沿って前方部１１ａ、圧電駆動体１６ａ、スペーサ１９ａ及び防振ばね１３ａがボルトと固定板（座金、ワッシャ）などを介して接続固定される。また、基準質量体１１の後端部においては、上記振動方向Ｂとほぼ一致する軸線Ｓ_ｂｘに沿って後方部１１ｂ、圧電駆動体１６ｂ、スペーサ１９ｂ及び防振ばね１３ｂがボルトと固定板（座金、ワッシャ）などを介して接続固定される。ここで、軸線Ｓ_ａｘとＳ_ｂｘは、相互に平行であるものの、基準質量体１１がほぼ搬送方向Ｄ（水平方向）に直線状に延在する板状若しくはブロック状に構成されているため、相互に一致する線ではない。また、上側質量体１２Ａ及び下側質量体１２Ｂもまた、搬送方向Ｄ（水平方向）に沿って直線状に延在する板状若しくはブロック状に構成される。なお、図示のように、上側振動ばね１４ａと下側振動ばね１５ａ、並びに、上側振動ばね１４ｂと下側振動ばね１５ｂは、それぞれ、ほぼ直線状に配列されていることがピッチング動作をさらに軽減する上で好ましい。

図４は、上記実施形態にそのまま用いることができる、上記圧電駆動体１６ａ，１６ｂとは別の圧電駆動体１６ａ′，１６ｂ′の構造を示すものである。この圧電駆動体１６ａ′，１６ｂ′は、基本的には上記と同様の弾性基板１６ｓ′、上部接続構造１６ｕ′、下部接続構造１６ｄ′、側部接続構造１６ｔ′を備えているが、弾性基板１６ｓ′上に積層された圧電体が、その長さ方向の中間部（基準質量体１１に対する結合位置）の上下で分断されることによって、長さ方向に二分割されている点で上記のものと異なる。すなわち、弾性基板１６ｓ′上には、上記結合位置の上方に配置された上側圧電体１６ｐｕ′と、上記結合位置の下方に配置された下側圧電体１６ｐｄ′が形成されている。このように構成しても、圧電駆動体１６ａ′，１６ｂ′の駆動力を上下それぞれで確実に生じさせることができる。

図５は、さらに別の圧電駆動体１６ａ″，１６ｂ″を示す正面図（ａ）及び（ｂ）である。これらは基本的に弾性基板１６ｓ″、圧電体１６ｐ″（又は上側圧電体１６ｐｕ″と下側圧電体１６ｐｄ″）、上部接続構造１６ｕ″及び下部接続構造１６ｄ″を有する点では図３及び図４に示すものと同様である。図５（ａ）に示すものは、上記圧電駆動体１６ａ，１６ｂの変形例であり、弾性基板１６ｓ″の平面形状を変えて、幅方向両側に突出した側部接続構造１６ｔを設ける代わりに全体的に幅を大きくした矩形の平面形状を有するものとし、この幅方向の両端部に孔などの側部接続構造１６ｔ″を形成したものである。図５（ｂ）は同様に圧電駆動体１６ａ′，１６ｂ′の変形例であり、図５（ａ）と同様に弾性基板１６ｓ″の平面形状を変えて、側部接続構造１６ｔ′を設ける代わりに広幅とし、幅方向の両端部に側部接続構造１６ｔ″を形成したものである。

図６は、上側振動ばね１４ａ，１４ｂ及び下側振動ばね１５ａ，１５ｂに含まれる上側圧電駆動部１６ａｕ，１６ｂｕと下側圧電駆動部１６ａｄ，１６ｂｄの比較例を示す正面図（ａ）及び（ｂ）である。図６（ａ）に示す例では、上記のような上下一体の（すなわち、一体に撓み変形して振動を生じさせる）圧電駆動体１６ａ，１６ｂを設ける代わりに、上下別々の圧電駆動体、すなわち、相互に別体の（別々に撓み変形して振動する）上側圧電駆動体１６Ａと下側圧電駆動体１６Ｂを共に基準質量体１１に固定した構造を示す。すなわち、上側圧電駆動体１６Ａの下端を基準質量体１１（の前方部１１ａ及び後方部１１ｂの上部）に接続固定するとともに、下側圧電駆動体１６Ｂの上端を基準質量体１１（の前方部１１ａ及び後方部１１ｂの下部）に接続固定する。

図６（ｂ）に示す比較例は、上側圧電駆動体１６Ａを基準質量体１１の上部に接続固定するとともに下側圧電駆動体１６Ｂを基準質量体１１の下部に接続固定する点では図６（ａ）の構造と同様であるが、上側圧電駆動体１６Ａと下側圧電駆動体１６Ｂの間に基準質量体１１の一部が配置され、両者が直接隣接していない点で異なる。

最後に、図７〜図１２を参照して、本実施形態の振動式搬送装置１０の作用効果を説明する。図７は、本発明の振動系の原理構成を示す説明図である。説明図中の各部には、上記実施形態の対応する部分の符号を付してある。本発明の振動系では、基準質量体１１の上下両側に上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂが上側振動ばね１４ａ，１４ｂと下側振動ばね１５ａ，１５ｂを介して弾性接続されている。そして、上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂは、同相加振手段である圧電駆動体１６ａ，１６ｂによりそれぞれ基準質量体１１との間に与えられる加振力、すなわち、上側振動ばね１４ａ，１４ｂから受ける加振力Ｆ_２Ａと下側振動ばね１５ａ，１５ｂから受ける加振力Ｆ_２Ｂにより、基準質量体１１に対して搬送方向Ｄに見て同位相で振動する。ここで、Ｆ_１Ａは基準質量体１１が上側振動ばね１４ａ，１４ｂから受ける加振力、Ｆ_１Ｂは基準質量体１１が下側振動ばね１５ａ，１５ｂから受ける加振力である。このため、搬送方向Ｄに見ると、基準質量体１１の位相φ_１は、上側質量体１２Ａ及び下側質量体１２Ｂの位相φ_２Ａ、φ_２Ｂとは逆位相になる。したがって、設置面２を基準として考えると、基準質量体１１の振動による搬送方向Ｄの反力と、上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂの振動による合成された反力とは相互に打ち消し合う関係（相殺或いは減殺する関係）となる。その結果、防振ばね１３ａ，１３ｂを介して設置面２側へ伝達される搬送方向Ｄの振動が低減される。

一方、基準質量体１１を基準として考えると、上側質量体１２Ａから受ける加振力Ｆ_１Ａと下側質量体１２Ｂから受ける加振力Ｆ_１Ｂはいずれも振動方向Ｂに沿った方向の同じ向きであるが、相互に同位相で振動する上側質量体１２Ａの回転モーメントと下側質量体１２Ｂの回転モーメントは逆向きとなり相互に打ち消し合う関係（相殺或いは減殺する関係）となる。したがって、基準質量体１１が受ける回転方向の反力は低減され、ピッチング動作が生じにくくなるとともに、防振ばね１３ａ，１３ｂを介して設置面２側へ伝達される上下方向の振動も低減される。また、これにより、搬送路１２ｃの長さ方向に沿った搬送物の搬送速度や搬送姿勢などの搬送状態も均一化される。

本発明では、図７に示す振動系において、基準質量体１１に対して上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂが同位相で振動するように加振力を与える同相加振手段である圧電駆動体１６ａ，１６ｂを設けることにより、上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂが実質的に一つの質量体として動作するため、換言すれば、同相加振手段によって一つの質量体として動作するように拘束されるため、防振ばね１３ａ，１３ｂを介して設置面２に対して弾性接続された一方の質量体である基準質量体１１と、この基準質量体１１に対して４つの振動ばね１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを介して弾性接続された他方の質量体（上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂ）を有する、実質的に２自由度若しくは２質点の強制（減衰）振動系が構成される。この振動系では、高低２つの共振振動数ω_１とω_２を有するとともに、この２つの共振振動数ω_１とω_２の間の振動数帯域で２つの質量体が相互に逆位相で振動する。

これらの２つの質量体１１と１２Ａ＋１２Ｂを有する振動系の逆位相モードでは、２つの質量体間の搬送方向Ｄの反力が相互に打ち消し合う関係にあるが、本発明では、上述のように、一方の質量体である基準質量体１１に対して他方の質量体が上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂに二分割されて相互に反対側に弾性接続されているために、基準質量体１１が受ける回転モーメントも相互に打ち消し合う関係にある。ここで、基準質量体１１の質量Ｍ_１の重心位置を基準とすると、上側質量体１２Ａの回転モーメントは、その質量と重心間距離の積、すなわちＭ_２Ａ×Ｒ_２Ａとなり、下側質量体１２Ｂの回転モーメントは、同様にＭ_２Ｂ×Ｒ_２Ｂとなる。ただし、両回転モーメントは逆向きである。このような振動系の構成は、従来装置とは基本的に異なる振動態様を形成し、設置面による固定力に依存しない搬送態様を実現する。従来装置では、搬送路上の搬送物の搬送状態を確保するには、設置面への強固な固定や基台の重量化が必要であったのに対して、本発明では、極端に言えば、防振ばね１３ａ，１３ｂの下端を柔らかい布団のような設置面上に固定せずに載置しただけの場合、或いは、軽量化された基台２を固定せずに設置した場合でも、振動態様の変化（悪化）はほとんどなく、搬送路１２ｃ上の搬送態様もほとんど変わらない。なお、図から明らかなように、搬送方向Ｄの反力を相殺する上では、実質的にＭ_１＝Ｍ_２Ａ＋Ｍ_２Ｂとすることが好ましく、上記二つの回転モーメントを相殺する上では、実質的にＭ_２Ａ×Ｒ_２Ａ＝Ｍ_２Ｂ×Ｒ_２Ｂとすることが好ましく、ピッチング動作を低減する上では、実質的にＭ_２Ａ＝Ｍ_２ＢかつＲ_２Ａ＝Ｒ_２Ｂとすることが望ましい。

以上の構成及び作用効果は、基本的に本発明の基本構造の概念を示す図７に示す構成に基づくものであるが、本実施形態では、上記同相加振手段が上側加振部と下側加振部をそれぞれ有して、直接かつ別々に加振力Ｆ_２Ａ（Ｆ_１Ａ）と加振力Ｆ_２Ｂ（Ｆ_１Ｂ）を与えることにより、装置構造を簡易化することができるとともに、例えば、搬送物や搬送路のバリエーション等に対応するための加振側の周波数や振幅等の調整を容易に行うことも可能になる。特に、本実施形態においては、上側振動ばね１４ａ，１４ｂに組み込まれた上側圧電駆動部１６ａｕ，１６ｂｕと、下側振動ばね１５ａ，１５ｂに組み込まれた下側圧電駆動部１６ａｄ，１６ｂｄを設け、圧電駆動方式によって加振しているため、振動系とは別途の加振機構を設ける必要がないから、装置構造をさらに簡易に構成できる。

図８は上記実施形態の振動モデルを示す図である。本実施形態では、図８に示すように、上側振動ばね１４ａ，１４ｂと下側振動ばね１５ａ，１５ｂとが直接に接続されるとともに、その接続点が基準質量体１１に接続固定されている。したがって、上述の加振力Ｆ_１ＡとＦ_１Ｂが基準質量体１１に作用する点は相互に一致するため、図７に示す振動モデルにおける加振力Ｆ_１ＡとＦ_１Ｂが作用する位置のずれに起因する不要振動やモーメントの発生は低減される。また、上側振動ばね１４ａ，１４ｂと下側振動ばね１５ａ，１５ｂとが直接に接続されているので、上下の振動構造部分の間の振動エネルギーの交換が容易になることから、より安定な振動系が構成できると考えられる。さらに、本実施形態では、上記の構成により、図から明らかなように、振動式搬送装置１０の高さを低減することができるという効果を有する。

さらに、本実施形態では、上側振動ばね１４ａ，１４ｂと下側振動ばね１５ａ，１５ｂとが直線状に配列されるとともに、この直線と直交する相互に平行な軸線Ｓ_ａｘとＳ_ｂｘに沿って、基準質量体１１、上側振動ばね１４ａ，１４ｂと下側振動ばね１５ａ，１５ｂの接続点、防振ばね１３ａ，１３ｂの支持点が配列されるため、回転方向の不要振動やピッチング動作が発生しにくく構成されると考えられる。特に、基準振動体１１の質量Ｍ_１の重心位置と、上側質量体１２Ａの質量Ｍ_２Ａの重心位置と、下側質量体１２Ｂの質量Ｍ_２Ｂの重心位置とが、上記直線と平行な直線上、すなわち上記軸線Ｓ_ａｘ，Ｓ_ｂｘと直交する直線上に配置されるように構成することで、振動系をさらに安定させることができる。なお、図８では振動方向の傾斜角を強調して記載しているが、実際には傾斜角は上述のように数度程度であり、振動の振幅も充分に小さく、各ばねの長さ方向の剛性は十分に高いので、傾斜角に起因する上下動の影響は少ない。

なお、図８の振動モデルは本発明及び本実施形態を何ら限定するものではないが、Ｍ_２Ａ＝Ｍ_２Ｂ、Ｒ_２Ａ＝Ｒ_２Ｂ、上側振動ばね１４ａ，１４ｂ及び下側振動ばね１５ａ，１５ｂの長さ及びばね定数は全て同一であり、防振ばね１３ａと１３ｂの長さ及びばね定数も同一としている。また、静止状態において、基準質量体１１（質量Ｍ_１）の重心位置は、上側質量体１２Ａ（質量Ｍ_２Ａ）の重心位置と下側質量体１２Ｂ（質量Ｍ_２Ｂ）の重心位置とを結ぶ直線上にあるものとして図示している。

本実施形態では、基準質量体１１に対して長さ方向の中間部が結合された一体の圧電駆動体１６ａ，１６ｂを用いることにより、上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂの双方に対して確実にかつ安定して加振力を与えることができる。特に、圧電駆動体１６ａ，１６ｂは、一体の撓み変形により両質量体に対して確実に同位相の加振力を与えることができる。また、上側振動ばね１４ａ，１４ｂ及び下側振動ばね１５ａ，１５ｂにおいて基準質量体１１の側に上側圧電駆動部１６ａｕ，１６ｂｕ及び下側圧電駆動部１６ａｄ，１６ｂｄが配置されるため、上側増幅ばね１７ａ，１７ｂ又は下側増幅ばね１８ａ，１８ｂにより上側質量体１２Ａ又は下側質量体１２Ｂに搬送路を設ける場合に必要とされる充分な振幅を生じさせることができる。

図９乃至図１２は、上記実施形態の構造モデルに基づいてモーダル解析を行った結果を示すアニメーション動作の一部を示すものである。ここで、上記基準質量体１１、上側質量体１２Ａ、下側質量体１２Ｂ、基台２、防振ばね１３ａ，１３ｂ、圧電駆動体１６ａ，１６ｂ、上側増幅ばね１７，１７ｂ、下側増幅ばね１８ａ，１８ｂ、スペーサ１９ａ，１９ｂ、その他の座金やボルト等の各材質及び寸法と、各材質のヤング率、ポアソン比、密度等のデータを用いて、全体構造の振動モードの解析を行い、その解析結果（モーダルパラメータ、すなわち、固有モード、固有振動数、モード減衰比）に基づいて、アニメーション動画を作成した。図９及び図１１は一方の最大変位に近い時点での振動態様を示し、図１０及び図１２は他方の最大変位に近い時点での振動態様を示している。なお、この解析に用いたデータでは、基準質量体１１の質量Ｍ_１を１としたとき、上側質量体１２Ａの質量Ｍ_２Ａを０．４６、下側質量体１２Ｂの質量Ｍ_２Ｂを０．３８としている。

本発明において、基準質量体１１の質量Ｍ_１は上側質量体１２Ａと下側質量体１２Ｂの質量の和Ｍ_２Ａ＋Ｍ_２Ｂとほぼ同等（例えば、両者の質量の差が両者の中間値の１０％以下）か、或いは、その質量の和Ｍ_２Ａ＋Ｍ_２Ｂよりも大きいことが安定した振動態様を得る上で好ましい。また、上側質量体１２Ａの質量Ｍ_２Ａと下側質量体１２Ｂの質量Ｍ_２Ｂはほぼ同等であることが好ましいが、上記の数値を見ればわかるように、両者の質量の差も両者の中間値の３０％以下であれば大きな問題はなく、２０％以下であればさらに好ましい。

上記のアニメーション画像が示す振動態様によれば、ピッチング動作がほとんど生じておらず、しかも、各質量体は搬送方向Ｄである水平方向に整然と往復振動しているため、搬送方向Ｄに見た搬送状態（搬送速度、搬送姿勢）の均一性も十分に得られることがわかる。

尚、本発明の振動式搬送装置は、上述の図示例にのみ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種々変更を加え得ることは勿論である。

１０…振動式搬送装置、１１…基準質量体、１１ａ…前方部、１１ｂ…後方部、１２Ａ…上側質量体、１２Ｂ…下側質量体、１２ｃ…搬送路、１３ａ，１３ｂ…防振ばね、１４ａ，１４ｂ…上側振動ばね、１５ａ，１５ｂ…下側振動ばね、１６ａ，１６ｂ…圧電駆動体、１６ａｕ，１６ｂｕ…上側圧電駆動部、１６ａｄ，１６ｂｄ…下側圧電駆動部、１６ｓ…弾性基板、１６ｐ…圧電体、１７ａ，１７ｂ…上側増幅ばね、１８ａ，１８ｂ…下側増幅ばね、１９ａ，１９ｂ…スペーサ、２…基台（設置面）、Ｄ…搬送方向、Ｆ…搬送の向き、Ｂ…振動方向

Claims (6)

1. 搬送方向に向いた板面を備えた板状の一対の防振ばねと、
   前記一対の防振ばねによって前記搬送方向の前後位置で支持された基準質量体と、
   前記基準質量体の上方に配置された上側質量体と、
   前記基準質量体の下方に配置された下側質量体と、
   前記基準質量体と前記上側質量体とを前記搬送方向の前後位置でそれぞれ弾性接続する、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の一対の上側振動ばねと、
   前記基準質量体と前記下側質量体とを前記搬送方向の前後位置でそれぞれ弾性接続する、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の一対の下側振動ばねと、
   前記基準質量体と前記上側質量体との間、及び、前記基準質量体と前記下側質量体との間の双方に、前記搬送方向に同位相の振動を生じさせるための加振力を与える同相加振手段と、
   を具備し、
   前記基準質量体、前記上側質量体若しくは前記下側質量体の少なくともいずれか一つに搬送物を搬送する搬送路が設けられ、
   前記同相加振手段により、前記上側質量体と前記下側質量体が前記搬送方向に見て同位相で振動するとともに前記基準質量体と前記上側質量体及び前記下側質量体が前記搬送方向に見て逆位相で振動し、
   前記同相加振手段は、前記基準質量体に対して前記搬送方向の前後位置においてそれぞれ結合され、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の弾性基板の表裏少なくともいずれか一方の面に圧電体を積層した構造を有する一対の圧電駆動体であって、前記基準質量体の上方へ伸びる部分が前記上側振動ばねの長さ方向の一部に組み込まれるとともに前記搬送方向に向いた板面が撓み変形する板状の上側圧電駆動部を形成し、前記基準質量体の下方へ伸びる部分が前記下側振動ばねの長さ方向の一部に組み込まれるとともに前記搬送方向に向いた板面が撓み変形する板状の下側圧電駆動部を形成し、前記基準質量体に対する結合位置が幅方向両側に設けられ、幅方向両側の前記結合位置の間に前記圧電体が配置され、全体として前記搬送方向に向いた板面が上下方向に沿った長さ方向に一体に撓み変形する板状の前記圧電駆動体により構成されることを特徴とする振動式搬送装置。
2. 前記圧電駆動体は、前記結合位置より上下両側に伸びる一体の前記圧電体を有することを特徴とする請求項１に記載の振動式搬送装置。
3. 前記基準質量体は、前記搬送方向の前後にある前方部及び後方部と、前記前方部と前記後方部の間にある前記搬送方向の中間部とを有し、前記前方部及び前記後方部が上下方向に薄肉化されるとともに、前記中間部が上下両側に張り出して厚肉化された構造を有し、
   前記搬送方向の前後において前記前方部及び前記後方部にそれぞれ前記圧電駆動体が結合されることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動式搬送装置。
4. 前記一対の防振ばねは、前記搬送方向の前後位置でそれぞれ前記圧電駆動体の前記結合位置に対して前記搬送方向の前後外側から連結されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動式搬送装置。
5. 前記基準質量体の質量は、前記上側質量体と前記下側質量体の質量の和と等しいか、或いは、前記質量の和より大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動式搬送装置。
6. 前記上側振動ばねは、前記上側圧電駆動部と、前記上側圧電駆動部の上端に接続された、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の上側増幅ばねとにより構成され、前記下側振動ばねは、前記下側圧電駆動部と、前記下側圧電駆動部の下端に接続された、前記搬送方向に向いた板面を備えた板状の下側増幅ばねとにより構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動式搬送装置。