JP5606036B2 - 振動フィーダの制御方法及び振動フィーダ装置と組合せ秤 - Google Patents

Description

本発明は、組合せ秤等に用いられる振動フィーダの制御方法及び振動フィーダ装置とそれを用いた組合せ秤に関する。

従来、物品を計量する組合せ秤では、物品を計量部へ搬送するために振動フィーダが用いられている。この振動フィーダは、電磁石，可動体および板ばね等からなる振動装置と、この振動装置によって振動させられるトラフ等の物品載荷部とを備えている。そして、電磁石に間欠的に電圧を印加することにより、電磁石の吸引力と板ばねのばね作用に基づく反発力とを利用して例えばトラフを振動させ、トラフ上の物品を搬送するように構成されている。

このような振動フィーダを駆動する方法としては、商用交流電源からの交流電圧を点弧角制御して電磁石に印加する方法（例えば特許文献１参照）や、電磁石に矩形波電圧を繰り返し印加する方法がある。いずれの方法であっても、振動フィーダは、トラフ等の質量と、板ばねのばね定数とによって定まる固有振動数を有しているので、振動フィーダの駆動周波数と固有振動数とを一致させた場合、共振して振動の振幅が最も大きくなる。

図１１は、振動フィーダの固有振動数が５０Ｈｚの場合の駆動周波数と振幅（振動の幅）との関係の一例を示す図である。図１１に示すように、駆動周波数を固有振動数（５０Ｈｚ）と等しくすると大きな振幅が得られることがわかる。しかし、駆動周波数を所定の固有振動数と等しくした場合、物品の質量等の周辺条件の変化によって実際の固有振動数がわずかに変化すると振幅が大きく変化する。そこで、従来、固有振動数が変化しても安定した振幅を確保するため、駆動周波数と所定の固有振動数とを若干異なった周波数に設定することが多い。例えば駆動周波数が所定の固有振動数より２〜５Ｈｚ高い周波数になるように設定されている。一方、駆動周波数と固有振動数とが異なれば、共振振動と比べて消費電力は増加する。

また、組合せ秤に使用されている振動フィーダは１回の駆動時間が短いため、駆動開始時の応答性（振幅の立ち上がり特性）を向上させる必要がある。

例えば特許文献１に開示された構成では、振動フィーダの駆動開始時に、交流電源からの給電信号のオンオフを制御して第１の所定電力レベルの駆動信号を印加したのち、給電信号のオンオフを制御してこれよりも低い第２の所定電力レベルの駆動信号を印加することにより、振動フィーダの振幅を目標振幅付近に収束させるようにしている。この場合、振動フィーダの駆動開始時に、比較的高い第１の所定電力レベルで振動フィーダを駆動することにより、駆動開始時の応答性を向上し、第１の所定電力レベルより低い第２の所定電力レベルで振動フィーダを駆動することより、振幅が目標振幅を越えるオーバーシュートを抑制することができる。また、この場合、振動フィーダの固有振動数が電源周波数付近の周波数となるように設定されている。

特開平９−２３５０１６号公報

上記の特許文献１に開示された構成の場合、駆動開始時の応答性（振幅の立ち上がり特性）に優れているといっても、振動が複数回繰り返された後に振幅が目標振幅に達するため、駆動開始時の応答性のさらなる向上が望まれる。また、この場合、振動フィーダの固有振動数が電源周波数付近の周波数となるように設定されているため、固有振動数と駆動周波数（＝電源周波数）とが若干異なり、共振振動に比べて消費電力は大きくなると考えられる。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、駆動開始時（振動動作開始時）に非常に優れた振幅の立ち上がり特性を得ることができる振動フィーダの制御方法及び振動フィーダ装置とそれを用いた組合せ秤を提供することを目的としている。さらに、本発明の他の目的は、消費電力を低減することができる振動フィーダの制御方法及び振動フィーダ装置とそれを用いた組合せ秤を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の振動フィーダの制御方法は、物品が載荷される物品載荷部と、前記物品載荷部を支持し、電磁石に間欠的に電圧が印加されることにより前記物品載荷部を振動させる振動動作を行うように構成された振動装置部とを有した振動フィーダの制御方法であって、前記振動装置部の前記振動動作の開始時に、前記物品載荷部が前記振動動作の開始前の静止位置から目標振幅に対応する位置へ変移するように前記電磁石に電圧を印加した後、駆動電圧パルスを前記電磁石に繰り返し印加するようにしている。

この方法によれば、振動動作開始時に、まず、物品載荷部の位置が目標振幅に対応する位置へ変移するように電磁石に電圧を印加するようにしているため、非常に優れた振幅の立ち上がり特性を得ることができる。

また、前記駆動電圧パルスを前記振動フィーダの固有振動数に相当する予め定められた周波数で前記電磁石に印加するようにしてもよい。これにより共振振動させることができ、消費電力を低減することができる。

この場合、前記物品載荷部が振動の上端位置から前記静止位置を通過して振動の下端位置へ変移するまでの間にのみ前記電磁石に励磁電流が流れるように前記駆動電圧パルスを印加することが好ましい。これにより、電磁石の吸引力を効率的に発生させることができる。

さらに、前記物品載荷部が前記静止位置から前記振動の下端位置へ変移するまでの間に前記電磁石に流れる励磁電流が最大となるように前記駆動電圧パルスを印加することが好ましい。これにより、電磁石の吸引力をより効率的に発生させることができる。

また、前記駆動電圧パルスを前記物品載荷部が前記振動の上端位置から前記静止位置へ変移するまでの間に印加し、かつ、前記物品載荷部が前記静止位置を通過するときに前記駆動電圧パルスが印加終了時点となるように前記駆動電圧パルスを印加するようにしてもよい。

また、前記物品載荷部の振動振幅を検出する振幅検出手段を設け、前記振動振幅が前記目標振幅を含む所定範囲の範囲外になったときに、前記振動振幅が前記所定範囲の範囲内になるように次に印加する駆動電圧パルスのパルス幅を変更するようにしてもよい。これにより、例えば物品載荷部上の物品の重量に変動があっても振動振幅を安定に保つことが可能になる。ここで、パルス幅の変更には、パルス幅を０にする場合（すなわち駆動電圧パルスの印加を休む場合）も含むものとする。

この場合、前記駆動電圧パルスの印加終了時点の間隔が一定となるように前記駆動電圧パルスを繰り返し印加するようにしてもよい。

また、本発明の振動フィーダ装置は、物品が載荷される物品載荷部と、前記物品載荷部を支持し、電磁石に間欠的に電圧が印加されることにより前記物品載荷部を振動させる振動動作を行うように構成された振動装置部とを有した振動フィーダと、前記振動装置部の前記振動動作の開始時に、前記物品載荷部が前記振動動作の開始前の静止位置から目標振幅に対応する位置へ変移するように前記電磁石に電圧を印加した後、駆動電圧パルスを前記電磁石に繰り返し印加する制御装置とを備えている。

この構成によれば、制御装置は、振動動作開始時に、まず、物品載荷部が目標振幅に対応する位置へ変移するように電磁石に電圧を印加するようにしているため、非常に優れた振幅の立ち上がり特性を得ることができる。

また、前記制御装置は、前記駆動電圧パルスを前記振動フィーダの固有振動数に相当する予め定められた周波数で前記電磁石に印加するように構成されていてもよい。これにより共振振動させることができ、消費電力を低減することができる。

また、本発明の組合せ秤は、物品を一時保持して排出することができる複数のホッパと、それぞれの前記ホッパに対応して設けられ、前記ホッパへ物品を搬送する複数の直進搬送装置と、外部から供給される物品を前記複数の直進搬送装置へ送り出す分散装置とを備え、前記直進搬送装置及び前記分散装置のうちの少なくとも一方が、上記本発明の振動フィーダ装置によって構成されている。

なお、特許請求の範囲及び本明細書において記載されている「振動振幅」あるいは「振幅」は、振動の幅（ピーク・トゥ・ピーク値）を意味する。

本発明は、以上に説明した構成を有し、駆動開始時に非常に優れた振幅の立ち上がり特性を得ることができる振動フィーダの制御方法及び振動フィーダ装置とそれを用いた組合せ秤を提供することができるという効果を奏する。さらに、消費電力を低減することができる振動フィーダの制御方法及び振動フィーダ装置とそれを用いた組合せ秤を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における振動フィーダが適用される組合せ秤の一例の概略構成を側方から見た断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態における直進フィーダの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、同直進フィーダの側面図である。 本発明の実施形態における任意の１つの直進フィーダについての制御系統の構成を示すブロック図である。 本実施形態の振動フィーダ（直進フィーダ）の制御方法による電磁石に印加する駆動電圧波形と、そのときの物品載荷部（トラフ）の振動変位とを示す図である。 電磁石の電圧印加時間に対するトラフの振幅の測定結果の一例を示す図である。 直進フィーダの固有振動数を求めるために電磁石に印加した電圧と、そのときのトラフの振動変位の時間変化とを示す図である。 駆動パルスの印加期間中における駆動パルスと、電磁石のコイルに流れる電流と、トラフの振動変位とを示す図である。 駆動パルスのパルス幅の制御を含む直進フィーダの動作の一例を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ駆動パルスのパルス幅が変更された場合の一例を示す図である。 本発明の振動フィーダの制御方法を分散フィーダの制御に適用する場合の分散フィーダの概略構成を示す側面図である。 振動フィーダの固有振動数が５０Ｈｚの場合の駆動周波数と振動振幅との関係の一例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態における振動フィーダが適用される組合せ秤の一例の概略構成を側方から見た断面図である。

この組合せ秤には、装置中央に配設されたセンター基体（ボディ）１の上部に、外部の供給装置１０から供給される物品を振動によって放射状に分散させる円錐形の分散フィーダ（分散装置）１１が設けられている。分散フィーダ１１は、物品が載せられる円錐形の分散テーブル１１ａと、分散テーブル１１ａを振動させる振動装置１１ｂとを備え、供給装置１０からその中央部に供給される物品を振動によってその周縁部方向へ送り出す。分散フィーダ１１の周囲には、分散フィーダ１１から送られてきた物品を振動によって搬送し各供給ホッパ１３へ送りこむための複数の直進フィーダ（直進搬送装置）１２が放射状に設けられている。各直進フィーダ１２には、物品を載せて搬送するためのトラフ１２ａと、トラフ１２ａを振動させる振動装置１２ｂとが備えられている。各直進フィーダ１２の下方には、供給ホッパ１３及び計量ホッパ１４がそれぞれ対応して設けられ、それぞれ円状に配設されている。供給ホッパ１３は直進フィーダ１２から送りこまれた物品を受け取り、その下方に配置された計量ホッパ１４が空になると排出ゲート１３ｇを開いて計量ホッパ１４へ物品を投入する。各計量ホッパ１４にはロードセル等の重量センサ１５が取り付けられており、この重量センサ１５により計量ホッパ１４内の物品の重量が計測される。各重量センサ１５の計測値は制御装置１９へ出力される。円状に列設された計量ホッパ１４の下方には、略逆円錐台形状の集合シュート１６が配設され、集合シュート１６の下方にはファネル状の排出シュート１７が設けられている。制御装置１９によって後述の排出組合せに選択された計量ホッパ１４はその排出ゲート１４ｇを開いて物品を排出し、その排出された物品は集合シュート１６上を滑り落ち、排出シュート１７を介して例えば包装機（図示せず）へ排出される。

また、分散フィーダ１１上の物品の量を検出するためのレベル検出器１８が設けられている。このレベル検出器１８には、例えば超音波センサが用いられ、分散フィーダ１１上の物品の層厚が検出され、その検出信号は制御装置１９へ出力される。制御装置１９では、レベル検出器１８によって検出される分散フィーダ１１上の物品の層厚を基に、分散フィーダ１１上の物品を一定量に保つように、供給装置１０を制御する。

制御装置１９は、例えば、演算制御部１９ａ及び記憶部１９ｂを有するマイクロコンピュータ等によって構成されている。演算制御部１９ａには、例えば、このマイクロコンピュータのＣＰＵが用いられる。また、記憶部１９ｂには、例えば、このマイクロコンピュータの内部メモリが用いられる。記憶部１９ｂには制御プログラムが格納され、さらに、各種データが記憶される。また、演算制御部１９ａのＣＰＵが記憶部１９ｂに格納されている制御プログラムを実行することにより、制御装置１９は供給装置１０及び組合せ秤の全体の動作の制御を行うとともに後述の組合せ処理等を行う。

すなわち、制御装置１９は、供給装置１０の制御、分散フィーダ１１の振動装置１１ｂの制御、各直進フィーダ１２の振動装置１２ｂの制御、供給ホッパ１３及び計量ホッパ１４の排出ゲートの開閉制御等を行う。また、組合せ処理では、それぞれの重量センサ１５により計測される物品の重量値に基づいて組合せ演算を行い、複数の計量ホッパ１４の中から、供給されている物品の重量値の合計が、予め定められた所定重量範囲（目標組合せ重量に対する許容範囲）内になる計量ホッパ１４の組合せを１つ求め、その組合せを物品を排出すべき計量ホッパ１４の組合せ（排出組合せ）とする。

なお、制御装置１９は、必ずしも単独の制御装置で構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置されていて、それらが協働して組合せ秤及び供給装置１０の制御等を行うよう構成されていてもよい。

操作表示器２０は、例えばタッチスクリーン式のディスプレイ画面を備え、組合せ秤の操作およびその動作パラメータの設定等を行うための入力手段としての機能を有する。

この組合せ秤には、直進フィーダ１２、供給ホッパ１３、計量ホッパ１４および重量センサ１５を一組とするユニットが複数組設けられている。

このような組合せ秤では、動作の高速化が図られ、例えば１秒間に１回以上の速さで組合せ処理が行われ、排出組合せに選択された計量ホッパ１４から物品が排出される。そして、空になった計量ホッパ１４には、その上の供給ホッパ１３から物品が供給され、さらに、空になった供給ホッパ１３には直進フィーダ１２から物品が供給される。さらに分散フィーダ１１から直進フィーダ１２へ物品が送り出される。

このように組合せ秤は通常、１秒以下のサイクルで動作するため、分散フィーダ１１及び直進フィーダ１２は１回の駆動時間が通常１秒以下（例えば３５０ｍｓ）と短く、駆動開始時の振動振幅の立ち上がり特性の向上が求められる。

以下では、本発明の振動フィーダの制御方法を直進フィーダ１２の制御に適用した場合について説明する。

図２（ａ）は、本発明の実施形態における直進フィーダ１２の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、同直進フィーダの側面図である。

この直進フィーダ１２は、物品載荷部であるトラフ１２ａと、トラフ１２ａを振動させる振動装置（振動装置部）１２ｂとを備えている。このトラフ１２ａの基端部（後部）に物品が供給され、トラフ１２ａを振動させることにより物品は前方向へ搬送され、トラフ１２ａの先端部から排出される。

振動装置１２ｂは、固定フレーム２１に、例えばカーボン製の板ばねからなる弾性部材２３ａ、２３ｂを介して揺動可能に可動板２２が取り付けられている。弾性部材２３ａ、２３ｂは、その上端部側が後方側に傾斜するように固定フレーム２１と可動板２２との間に取り付けられている。

固定フレーム２１には、電磁石２４が水平面に対して所定角度を有するように固定され、可動板２２には、電磁石２４と所定間隔を有して対向するように、被吸着部材（アーマチュア）２５が取り付けられている。固定フレーム２１は、防振ばね２６を介してセンター基体１（図１）に取り付けられている。

振動装置１２ｂの可動板２２の上面には取付け部２７が固着され、トラフ１２ａは、その下面に設けられた取付金具２８によって、取付け部２７に着脱自在に取り付けられている。

この直進フィーダ１２の振動機構について説明する。なお、以降の説明において、電磁石に電圧を印加することは、電磁石のコイルに電圧を印加することである。

電磁石２４に電圧を印加すると、電磁石２４が可動板２２に固定された被吸着部材２５を吸引する。このとき、可動板２２は、可動板２２と固定フレーム２１を連結している弾性部材２３ａ、２３ｂが弾性変形することによって、電磁石２４側、すなわち後方斜め下方向へ移動する。次に、電磁石２４への電圧の印加を停止させると、電磁石２４に生じる吸引力が解除され、弾性部材２３ａ、２３ｂの弾性反発力によって可動板２２が前方斜め上方向に移動する。トラフ１２ａは可動板２２とともに移動するので、上記動作を繰り返すことによって、トラフ１２ａが振動し、トラフ１２ａ上の物品が前方へ搬送される。

なお、振動装置１２ｂを構成する、固定フレーム２１、可動板２２、弾性部材２３ａ、２３ｂ、電磁石２４及び被吸着部材２５の形状及び配置は、図２に示すものに限らず、周知の種々の構成を用いることができる。

さらに、本実施形態では、弾性部材２３ａ、２３ｂのいずれか一方（この例では弾性部材２３ａ）に振幅検出部２９が設けられている。この振幅検出部２９は、例えば、弾性部材２３ａに貼着されたピエゾフィルム等の圧電素子により構成されている。振幅検出部２９は、弾性部材２３ａの弾性変形に応じて歪むことにより、当該歪みに応じた出力を制御装置１９（図１）へ出力する。

図３は、任意の１つの直進フィーダ１２についての制御系統の構成を示すブロック図である。この構成は、組合せ秤に備えられる個々の直進フィーダ１２について同様である。

フィーダ主制御手段１９１及び振幅演算手段１９２を有する直進フィーダ制御手段１９０は、本実施形態では制御装置１９の機能によって実現されるが、制御装置１９とは別に直進フィーダ制御手段１９０が設けられてあってもよい。直進フィーダ１２と直進フィーダ制御手段１９０とによって振動フィーダ装置が構成される。

フィーダ主制御手段１９１は、駆動期間内において、電磁石２４のコイルに、後述の図４に示す初期吸引パルスＰｏ及び駆動パルス（駆動電圧パルス）Ｐｓ等の矩形波電圧を印加するように構成されている。また、トラフ１２ａの振幅の大きな変動を抑えるために、フィーダ主制御手段１９１は、駆動期間中に、振幅演算手段１９２によって算出されるトラフ１２ａの振動振幅が目標振幅を含む所定範囲（以下「所定範囲α」という）の範囲外になったときに次に印加する駆動パルスＰｓのパルス幅の変更等を行うように構成されている。

振幅演算手段１９２は振幅検出部２９の出力電圧を入力し、その出力電圧に基づいてトラフ１２ａの振動振幅を算出し、フィーダ主制御手段１９１へ渡す。これら振幅検出部２９及び振幅演算手段１９２によってトラフ１２ａの振動振幅を検出する振幅検出手段３０が構成されている。

なお、予め実験等により、振幅検出部２９の出力電圧とトラフ１２ａの振動振幅との関係を示す情報（例えば、上記関係を示す近似式）を求めて記憶部１９ｂに記憶しておき、その情報に基づいて振幅演算手段１９２が振幅検出部２９の出力電圧からトラフ１２ａの振動振幅を算出するように構成されている。

なお、弾性部材２３ａ、２３ｂの両方に振幅検出部２９を設け、その２つの振幅検出部２９の出力電圧を振幅演算手段１９２へ入力し、振幅演算手段１９２は、その２つの振幅検出部２９の出力電圧の平均値を算出し、その平均値に基づいて、トラフ１２ａの振動振幅を算出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、振幅検出部２９にピエゾフィルムを用いて振幅検出手段３０を構成しているが、振幅検出部２９にストレインゲージ等を用いて振幅検出手段３０を構成してもよい。

図４は、本実施形態の振動フィーダ（直進フィーダ１２）の制御方法による電磁石２４に印加する駆動電圧波形と、そのときのトラフ１２ａの振動変位とを示す図である。

本実施形態では、駆動開始時に、電圧Ｖａ、パルス幅（印加時間）Ｔｐの初期吸引パルスＰｏを印加し、その後、時間Ｔｓ経過後から駆動終了時までの間に、電圧Ｖａ、パルス幅Ｔａの駆動パルスＰｓを周期Ｔ（駆動周波数ｆ＝１／Ｔ）で印加するようにしている。ここで、電磁石２４に初期吸引パルスＰｏを印加することにより、トラフ１２ａが目標振幅（目標とする振動の幅）Ａｔに対応する振動変位となるように印加時間Ｔｐが設定されている。すなわち、パルス幅Ｔｐの初期吸引パルスＰｏを印加することにより、トラフ１２ａの位置が目標振幅Ａｔに対応する位置になる。この目標振幅Ａｔに対応する位置とは、トラフ１２ａが目標振幅Ａｔで振動する場合の振動の下端位置に相当する。なお、目標振幅Ａｔは、トラフ１２の振動振幅の目標値であり、搬送物品の種類、搬送量等を勘案して定められている。

電圧Ｖａは、予め駆動電圧として定められた所定電圧であり、例えば電磁石２４の定格電圧としてもよい。

また、初期吸引パルスＰｏのパルス幅Ｔｐ、時間Ｔｓ、駆動パルスＰｓの周波数ｆ及び周期Ｔ、駆動パルスＰｓのパルス幅Ｔａは、次のようにして決められている。

まず、初期吸引パルスＰｏのパルス幅（印加時間）Ｔｐの決め方について説明する。

実験等により、電磁石２４に電圧Ｖａを連続して印加する電圧印加時間とトラフ１２ａの振幅との関係を求め、トラフ１２ａの振幅が目標振幅Ａｔとなる電圧印加時間をＴｐとする。具体的には、例えば、所定点数の電圧印加時間におけるトラフ１２ａの振幅をそれぞれ測定する。この測定結果の一例を図５に示す。図５では、電圧Ｖａの印加時間が７．０ｍｓ、９．０ｍｓ、１１．０ｍｓ、１３．０ｍｓ、１５．０ｍｓのときの振幅の測定結果を黒く塗りつぶした四角で示している。例えば、電圧印加時間が７．０ｍｓの場合の振幅の測定結果は、電圧Ｖａを７．０ｍｓの時間のみ印加し、そのあと無印加状態にしたときにトラフ１２ａが振動するが、その振動したときのトラフ１２ａの位置が最も高い位置と最も低い位置との差を振幅として求めている。このトラフ１２ａの振幅は、例えばレーザ変位計を用いて測定する。測定結果に基づいて、例えば最小２乗法により電圧印加時間と振幅との関係を示す直線回帰式（図５において直線Ｌ１で示される近似式）を求める。この直線回帰式を用いて目標振幅Ａｔに対応する電圧印加時間を求め、その時間を時間Ｔｐに決める。

次に、駆動パルスＰｓの繰り返し周波数（駆動周波数）ｆ及び周期Ｔを決める。この駆動周波数ｆは、直進フィーダ１２の固有振動数を求め、それと等しい周波数に決定する。そこで、直進フィーダ１２の固有振動数を求める。この求め方の一例を図６を参照して説明する。図６は、固有振動数を求めるために電磁石２４に印加した電圧と、そのときのトラフ１２ａの振動変位の時間変化とを示す図である。

図６に示すように、電磁石２４に電圧Ｖａを上記で決めた電圧印加時間Ｔｐのみ印加して、トラフ１２ａの振動変位を例えばレーザ変位計を用いて測定する。そして、トラフ１２ａの振動変位が０になる間隔の時間Ｈ１〜Ｈ６を複数求める。これらの時間の平均値Ｈaveを求め、１／（２×Ｈave）を固有振動数として求める。あるいは、上記測定したトラフ１２ａの振動変位のデータをＦＦＴ解析することにより固有振動数を求めてもよい。また、このとき、電圧Ｖａの印加終了時点からトラフ１２ａの振動変位が２回目に０になる時点までの時間Ｔｏを測定しておく。上記の固有振動数及び時間Ｔｏは、上記測定を複数回行ってその平均値として算出するようにしてもよい。なお、ここで求めた時間Ｔｏは、後で時間Ｔｓを算出するときに用いる。

以上のようにして求めた固有振動数を駆動周波数ｆに決定し、駆動パルスの周期Ｔを１／ｆとして求める。

次に、駆動パルスのパルス幅Ｔａを決める。ここでは、電圧Ｖａのパルスを駆動周波数ｆで印加したときのトラフ１２ａの振幅を例えばレーザ変位計を用いて測定することを、所定点数のパルス幅について行う。例えば、駆動周波数ｆが５０Ｈｚ（周期が２０ｍｓ）の場合、パルス幅（ｘ１〜ｘ４）を、例えば、ｘ１＝０．０６（ｍｓ）、ｘ２＝０．３０（ｍｓ）、ｘ３＝０．５４（ｍｓ）、ｘ４＝０．７８（ｍｓ）として、それぞれの場合について、例えば４秒間パルスを印加する実験を行い、３秒後から４秒後までの間の安定したときの振幅を測定する。この測定結果に基づいて、例えば最小２乗法によりパルス幅と振幅との関係を示す直線回帰式を求め、この直線回帰式から目標振幅Ａｔに対応するパルス幅を求めて、これを駆動パルスＰｓのパルス幅Ｔａ（標準パルス幅）に決める。

次に、先に求めた時間Ｔｏからパルス幅Ｔａを減算し、その減算結果を、初期吸引パルスＰｏの電圧印加終了時点から最初の駆動パルスＰｓの印加開始時点までの時間Ｔｓに決める。

なお、上記では、トラフ１２ａの振幅及び振動変位を測定する際、鉛直方向（上下方向）におけるトラフ１２ａの振幅及び振動変位を測定するようにしたが、これに限られない。例えば、トラフ１２ａの物品の搬送方向（前後方向）における振幅及び振動変位を測定するようにしてもよい。また、被吸着部材２５の電磁石２４と対向する方向における振幅及び振動変位を測定し、それをトラフ１２ａの振幅及び振動変位としてもよい。また、レーザ変位計を用いてトラフ１２ａの振幅及び振動変位を測定するようにしたが、振幅検出部２９の出力からそれらを算出するようにしてもよい。また、トラフ１２ａの振幅及び振動変位の測定時には、トラフ１２ａ上に物品が載っていない状態で測定してもよいが、稼働時に載っていると予想される一定量の物品を載せた状態で測定するようにしたほうが好ましい。

本実施形態では、以上のようにして決定した時間Ｔｐ、Ｔｓ、Ｔａ及び周期Ｔに基づいて、駆動期間内において初期吸引パルスＰｏ及び駆動パルスＰｓを例えば図４のように印加する。図４の例では、駆動パルスＰｓの立ち下がり時点（印加終了時点）が、振動変位が０（静止時における位置）になる時点と一致するようにしている。これについて図７を参照しながら説明する。

図７は、駆動パルスＰｓの印加期間中における駆動パルスＰｓと、その期間中における電磁石２４のコイルに流れる電流（励磁電流）Ｉと、トラフ１２ａの振動変位Ａｗとを示す図である。

駆動パルスＰｓは、電磁石２４の吸引力が最も効率よく振幅に反映されるタイミングとなるように印加されることが望ましい。すなわち、振動変位Ａｗが最大値ＡＨから最小値ＡＬになるまでの間に電磁石２４の吸引力が生じるように駆動パルスＰｓを印加することが消費電力を削減する上で望ましい。さらには、電磁石２４の最大吸引力が振動変位Ａｗが０から最小値ＡＬになるまでの間に生じるように駆動パルスＰｓを印加することが望ましい。

電磁石の吸引力Ｆは、空隙の磁束密度ピーク値をＢｍ、コア断面積をＳ、透磁率をμ₀、重力加速度をｇとすると、
Ｆ＝Ｂｍ²×Ｓ／（μ₀×ｇ）で表される。ここで、空隙の磁束密度ピーク値Ｂｍは、パーミアンスをＰ、電流をＩ、コイルの巻き数をＮとすると、
Ｂｍ＝（√２）×Ｐ×Ｉ×Ｎ／Ｓである。
すなわち、吸引力Ｆは電流Ｉの２乗に比例し、電流Ｉが大きいほど大きくなる。

したがって、前述のように、振動変位Ａｗが最大値ＡＨから最小値ＡＬになるまでの間に電磁石２４の吸引力が生じるように駆動パルスＰｓを印加するということは、トラフ１２ａが振動の上端位置（振動変位Ａｗが最大値ＡＨ）から静止位置（振動変位Ａｗが０）を通過して振動の下端位置（振動変位Ａｗが最小値ＡＬ）へ変移するまでの間にのみ電磁石２４のコイルに励磁電流Ｉが流れるように駆動パルスＰｓを印加するということである。また、電磁石２４の最大吸引力が振動変位Ａｗが０から最小値ＡＬになるまでの間に生じるように駆動パルスＰｓを印加するということは、トラフ１２ａが静止位置（振動変位Ａｗが０）から振動の下端位置（振動変位Ａｗが最小値ＡＬ）へ変移するまでの間に励磁電流Ｉが最大となるように駆動パルスＰｓを印加するということである。

図７のように、電流Ｉは、駆動パルスＰｓの立ち上がり時点から流れはじめ、駆動パルスＰｓの立ち下がり時点から所定時間後に最大となる。本実施形態では、駆動パルスＰｓの立ち下がり時点を振動変位Ａｗが０になる時点と一致するようにしている。すなわち、ここでは、駆動パルスＰｓをトラフ１２ａが振動の上端位置（振動変位Ａｗが最大値ＡＨ）から静止位置（振動変位Ａｗが０）へ変移するまでの間に印加し、かつ、トラフ１２ａが静止位置を通過するときに駆動パルスＰｓが立ち下がり時点（印加終了時点）となるように駆動パルスＰｓを印加するようにしている。このようにすれば、電磁石２４の吸引力が振動変位Ａｗが最大値ＡＨから最小値ＡＬになるまでの間で生じ、かつその最大吸引力が振動変位Ａｗが０から最小値ＡＬになるまでの間で生じるようにできる。

本実施形態では、以上に述べたように、駆動開始時に、トラフ１２ａが目標振幅Ａｔに対応する振動変位となるように初期吸引パルスＰｏを印加することにより、非常に優れた振幅の立ち上がり特性が得られる。その後、固有振動数を駆動周波数として駆動パルスＰｓを印加して共振振動させるようにしているので、消費電力の低減を図ることが可能になる。組合せ秤には、直進フィーダ１２が複数用いられているので消費電力の低減効果はより大きいものとなる。

さらに、本実施形態では、トラフ１２ａの振幅を検出する振幅検出手段３０（図３）が設けられており、駆動期間中の振幅の安定化を図るように構成されている。以下、これについて説明する。

駆動期間中に、振幅検出手段３０は、トラフ１２ａの振幅Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・（図４参照）を順次検出し、それに基づいてフィーダ主制御手段１９１は、トラフ１２ａ上の物品量の変化などによるトラフ１２ａの振幅の変動を抑えるために駆動パルスＰｓのパルス幅を制御するようにしている。

図８は、駆動パルスのパルス幅の制御を含む直進フィーダの動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、制御装置１９の直進フィーダ制御手段１９０の動作によって遂行される。制御装置１９の記憶部１９ｂには、直進フィーダを駆動するために必要な情報が全て記憶されている。例えば、初期吸引パルスのパルス幅（印加時間）Ｔｐ、初期吸引パルス印加終了時点から１回目の駆動パルスの印加開始時点までの時間Ｔｓ、駆動パルスの周期Ｔ、標準パルス幅Ｔａの他、パルス幅変更時のパルス幅として０あるいはＴｂ、及びＴｃ（図９（ａ）、（ｂ）参照）等が記憶されている。

まず、直進フィーダの駆動開始タイミングになると、ステップＳ１からステップＳ２へ進み、電圧Ｖａ、パルス幅Ｔｐの初期吸引パルスＰｏを印加する。

次に、初期吸引パルスＰｏの印加終了時から時間Ｔｓ経過後に、電圧Ｖａ、標準パルス幅Ｔａの１回目の駆動パルスＰｓを印加する（ステップＳ３）。

次に、ステップＳ４では、駆動を終了するか否かを判定し、終了しない場合にはステップＳ５へ進む。

次に、ステップＳ５では、振幅演算手段１９２がトラフ１２ａの振幅を検出し、その検出した振幅が所定範囲α内であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６で、振幅が所定範囲α内であると判定した場合には、ステップＳ３へ戻り、所定範囲α内ではないと判定した場合には、ステップＳ７のパルス幅変更処理へ進む。

ステップＳ７では、次に印加する駆動パルスのパルス幅を変更する設定を行い、ステップＳ３へ戻る。この場合、ステップＳ３では、ステップＳ７で設定されたパルス幅の駆動パルスを印加する。

以上の動作において、ステップＳ５以外は、フィーダ主制御手段１９１により行われる。また、フィーダ主制御手段１９１は、計時機能を有し、ステップＳ２の次に行うステップＳ３は、初期吸引パルスＰｏの印加終了時から時間Ｔｓ（図４）の経過後に行う。また、ステップＳ６あるいはステップＳ７の次に行うステップＳ３（駆動パルスの印加）は、先の駆動パルスの印加終了時から時間（Ｔ−Ｔｘ）の経過後に行う。ここで、Ｔｘは、次のステップＳ３で印加する駆動パルスのパルス幅である。ステップＳ７のパルス幅変更処理が行われない場合、すなわち、ステップＳ６からステップＳ３へ戻る場合には、Ｔｘは標準パルス幅のＴａである。

なお、ステップＳ４の判定は、例えば駆動開始から予め設定された所定時間が経過しているか否かを判定し、経過していれば駆動終了と判定するようにしてもよい。

次に、ステップＳ７のパルス幅変更処理の一例について、図９を参照して説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ駆動パルスＰｓのパルス幅が変更された場合の一例を示す図である。

前述のように、トラフ１２ａの振幅を検出し、その振幅が予め設定された所定範囲αの範囲外になったときに、次に印加する駆動パルスのパルス幅を変更する（ステップＳ７）。上記所定範囲αは、目標振幅Ａｔに対して予め設定された範囲であり、例えば、ａ、ｂを所定の値として、（Ａｔ−ａ）以上で、かつ（Ａｔ＋ｂ）以下の範囲として設定されている。ここで、一例を示せば、Ａｔ＝３ｍｍ、ａ＝ｂ＝０．１ｍｍとしてもよい。

トラフ１２ａの振幅が所定範囲αの上限値（Ａｔ＋ｂ）より大きい場合には、図９（ａ）の実線で示すように、駆動パルスの印加を１回休むようにする。あるいは、駆動パルスのパルス幅を所定回数（１回以上）小さくするようにしてもよい。図９（ａ）では、図中左側から２つ目の鎖線で示された駆動パルスＰｓが印加されていない状態を示す（この場合、ステップＳ３において、パルス幅が０の駆動パルスが印加されると考えればよい）。また、鎖線で示す駆動パルスＰｓ１はパルス幅の小さい駆動パルスが印加される場合を示し、駆動パルスＰｓ１のパルス幅Ｔｂは、例えば予め定められたパルス幅であり、通常のパルス幅Ｔａより小さくなっている。すなわち、ステップＳ７では、トラフ１２ａの振幅が所定範囲αの上限値（Ａｔ＋ｂ）より大きい場合に、次の駆動パルスのパルス幅を０あるいはＴｂに設定する。

また、トラフ１２ａの振幅が所定範囲αの下限値（Ａｔ−ａ）より小さい場合には、図９（ｂ）に示すように、駆動パルスのパルス幅を通常のパルス幅Ｔａより大きくする。図９（ｂ）では、図中左側から３つ目の駆動パルスＰｓ２がパルス幅を大きくした駆動パルスである。この駆動パルスＰｓ２のパルス幅Ｔｃは、例えば予め定められたパルス幅であり、通常のパルス幅Ｔａより大きくなっている。すなわち、ステップＳ７では、トラフ１２ａの振幅が所定範囲αの下限値（Ａｔ−ａ）より小さい場合に、次の駆動パルスのパルス幅をＴｃに設定する。

本実施形態では、駆動パルスの立ち下がり時点の間隔が周期Ｔと等しくなるようにしている。このようにすることにより、パルス幅を変更した場合も、駆動パルスの立ち下がり時点を振動変位Ａｗ（図７参照）が０の時点と一致させることができ、電磁石の吸引力を効率よく生じさせることができる。すなわち、小さいパルス幅Ｔｂの駆動パルスＰｓ１を印加した場合も、大きいパルス幅Ｔｃの駆動パルスＰｓ２を印加した場合も、電磁石２４の吸引力が振動変位Ａｗが最大値ＡＨから最小値ＡＬになるまでの間で生じ、かつその最大吸引力が振動変位Ａｗが０から最小値ＡＬになるまでの間で生じるようにできる。

このように駆動パルスのパルス幅を変更する（パルス幅が０の場合すなわち駆動パルスの印加を休む場合も含む）ことにより、駆動期間中にトラフ上の物品の量の変動による振幅の変動を抑え、振幅が目標振幅Ａｔと大きく異なることを防止できる。

なお、駆動パルスのパルス幅の変更は、トラフ１２ａの振幅が目標振幅Ａｔとなるようにフィードバック制御を行う構成として実施するようにしてもよい。

また、本実施形態では、駆動開始時に、１つの初期吸引パルスＰｏを印加することにより、物品載荷部（トラフ１２ａ）を目標振幅Ａｔに対応する位置へ変移させるようにしたが、物品載荷部が振動動作の開始前の位置（すなわち、振動変位が０である静止位置）から、この振動動作開始前の位置に戻ることなく目標振幅Ａｔに対応する位置へ変移するように電磁石に電圧を印加するようにすればよい。すなわち、目標振幅Ａｔに対応する位置へ変移するまでに、振動変位が０の位置（静止位置）に戻らないことを条件として、例えば２つか３つの複数のパルスに分けた初期吸引パルスを印加するようにしてもよい。一例を挙げれば、図４の鎖線で示すように、１つの初期吸引パルスＰｏに代えて、２つの初期吸引パルスＰｏ１、Ｐｏ２を印加するようにしてもよい。

また、本実施形態では、初期吸引パルスＰｏの印加後に、固有振動数に等しい周波数を駆動周波数として駆動パルスＰｓを印加し共振振動させるようにしたが、これに限られない。本実施形態のように共振振動させるようにした方が低消費電力化を図ることができて好ましいが、初期吸引パルスＰｏの印加後に、固有振動数より若干高い周波数を駆動周波数として駆動パルスを印加し振動させるようにしても、初期吸引パルスＰｏの印加によって優れた立ち上がり特性を得ることはできる。

また、上記では、本発明の振動フィーダの制御方法を直進フィーダ１２の制御に適用した例について説明したが、分散フィーダ１１の制御に適用してもよい。この場合の分散フィーダ１１の概略構成を示す側面図を図１０に示す。

この分散フィーダ１１は、物品載荷部である分散テーブル１１ａと、分散テーブル１１ａを振動させる振動装置（振動装置部）１１ｂとを備えている。供給装置１０から分散テーブル１１ａの中央部に供給される物品を振動によってその周縁部方向へ送り出す。

振動装置１１ｂは、固定フレーム３１に、例えばカーボン製の板ばねからなる４枚の弾性部材３３を介して可動板３２が取り付けられている。４枚の弾性部材３３は、それぞれ固定フレーム３１と可動板３２との間に傾斜状態で取り付けられている。

固定フレーム３１には、電磁石３４が固定され、可動板２２には、電磁石３４と所定間隔を有して対向するように、被吸着部材（アーマチュア）３５が取り付けられている。固定フレーム３１は、防振ばね３６を介してセンター基体１に取り付けられている。

振動装置１１ｂの可動板３２の上面には支持部材３７を介して分散テーブル１１ａが取り付けられている。

この分散フィーダ１１は、電磁石３４のコイルに電圧が間欠的に印加されることにより、可動板３２及び分散テーブル１１ａが鉛直方向に往復螺旋状運動を行いつつ振動されるようになっている。

なお、振動装置１１ｂを構成する、固定フレーム３１、可動板３２、弾性部材３３、電磁石３４及び被吸着部材３５の形状及び配置は、図１０に示すものに限らず、周知の種々の構成を用いることができる。

そして、複数の弾性部材３３の少なくともいずれか１枚に振幅検出部３８が設けられている。この振幅検出部３８は、例えば、前述の直進フィーダ１２に設けている振幅検出部２９と同様、例えばピエゾフィルム等により構成されている。振幅検出部３８は、弾性部材３３の弾性変形に応じて歪むことにより、当該歪みに応じた出力を制御装置１９（図１）へ出力する。

この場合、制御装置１９は、直進フィーダ１２の直進フィーダ制御手段１９０（図３）と同様、振幅検出部３８からの出力に基づいて分散テーブル１１ａの振動振幅を算出する振幅演算手段と、例えば図４に示す初期吸引パルスＰｏ及び駆動パルスＰｓ等と同様の矩形波電圧を電磁石３４のコイルに印加するフィーダ主制御手段とからなる分散フィーダ制御手段としての機能を有する。

なお、本発明が適用される組合せ秤は、直進フィーダ１２あるいは分散フィーダ１１を用いた組合せ秤である限り、図１に示す組合せ秤に限られない。例えば、本実施形態で示した組合せ秤は、複数の計量ホッパ１４等が円状に配置されているが、他の態様（楕円状、直線状等）に配置されていても構わない。また、計量ホッパ１４等の配置形状に応じて複数の直進フィーダ１２の配置及び分散フィーダ１１の分散テーブル１１ａの形状が異なっても構わない。また、本実施形態では、供給されている物品の重量が組合せ演算に用いられるホッパとして、計量ホッパ１４のみが用いられる組合せ秤の一例を示したが、このような例に限られるものではない。例えば、各計量ホッパの斜め下方に計量ホッパから供給される物品を一時保持して集合シュートへ排出可能なメモリホッパを配設し、各計量ホッパをその保持している物品をメモリホッパと集合シュートとへ選択的に排出可能な構成とし、計量ホッパとメモリホッパとに保持している物品の重量を組合せ演算に用いるようにしてもよい。これ以外にも、ホッパ構成等を種々変更してもよい。

本発明は、組合せ秤に用いられる振動フィーダの制御方法及び振動フィーダ装置等として有用である。

１１ 分散フィーダ
１１ａ 分散テーブル
１１ｂ 振動装置
１２ 直進フィーダ
１２ａ トラフ
１２ｂ 振動装置
１３ 供給ホッパ
１４ 計量ホッパ
１５ 重量センサ
１９ 制御装置
２４ 電磁石
２９ 振幅検出部
３０ 振幅検出手段
３４ 電磁石
３８ 振幅検出部
１９０ 直進フィーダ制御手段
１９１ フィーダ主制御手段
１９２ 振幅演算手段

Claims (10)

1. 物品が載荷される物品載荷部と、前記物品載荷部を支持し、電磁石に間欠的に電圧が印加されることにより前記物品載荷部を振動させる振動動作を行うように構成された振動装置部とを有した振動フィーダの制御方法であって、
   前記振動装置部の前記振動動作の開始時に、前記物品載荷部が前記振動動作の開始前の静止位置から、この静止位置に戻ることなく目標振幅に対応する位置まで変移するように、１または複数の第１の電圧パルスを前記電磁石に印加し、その後、第２の電圧パルスを予め定められた周波数で前記電磁石に繰り返し印加する、振動フィーダの制御方法。
2. 前記予め定められた周波数は前記振動フィーダの固有振動数に相当する周波数である、請求項１に記載の振動フィーダの制御方法。
3. 前記物品載荷部が振動の上端位置から前記静止位置を通過して振動の下端位置へ変移するまでの間にのみ前記電磁石に励磁電流が流れるように前記第２の電圧パルスを印加する、請求項１または２に記載の振動フィーダの制御方法。
4. 前記物品載荷部が前記静止位置から前記振動の下端位置へ変移するまでの間に前記電磁石に流れる励磁電流が最大となるように前記第２の電圧パルスを印加する、請求項３に記載の振動フィーダの制御方法。
5. 前記第２の電圧パルスを前記物品載荷部が前記振動の上端位置から前記静止位置へ変移するまでの間に印加し、かつ、前記物品載荷部が前記静止位置を通過するときに前記第２の電圧パルスが印加終了時点となるように前記第２の電圧パルスを印加する、請求項４に記載の振動フィーダの制御方法。
6. 前記物品載荷部の振動振幅を検出する振幅検出手段を設け、
   前記振動振幅が前記目標振幅を含む所定範囲の範囲外になったときに、前記振動振幅が前記所定範囲の範囲内になるように次に印加する前記第２の電圧パルスのパルス幅を変更する、請求項１〜５のいずれかに記載の振動フィーダの制御方法。
7. 前記第２の電圧パルスの印加終了時点の間隔が一定となるように前記第２の電圧パルスを繰り返し印加する、請求項６に記載の振動フィーダの制御方法。
8. 物品が載荷される物品載荷部と、前記物品載荷部を支持し、電磁石に間欠的に電圧が印加されることにより前記物品載荷部を振動させる振動動作を行うように構成された振動装置部とを有した振動フィーダと、
   前記振動装置部の前記振動動作の開始時に、前記物品載荷部が前記振動動作の開始前の静止位置から、この静止位置に戻ることなく目標振幅に対応する位置まで変移するように、１または複数の第１の電圧パルスを前記電磁石に印加し、その後、第２の電圧パルスを予め定められた周波数で前記電磁石に繰り返し印加する制御装置とを備えた振動フィーダ装置。
9. 前記予め定められた周波数は前記振動フィーダの固有振動数に相当する周波数である、請求項８に記載の振動フィーダ装置。
10. 物品を一時保持して排出することができる複数のホッパと、
    それぞれの前記ホッパに対応して設けられ、前記ホッパへ物品を搬送する複数の直進搬送装置と、
    外部から供給される物品を前記複数の直進搬送装置へ送り出す分散装置とを備え、
    前記直進搬送装置及び前記分散装置のうちの少なくとも一方が、請求項８または９に記載の振動フィーダ装置によって構成された、組合せ秤。

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