JP5803359B2 - 振動装置、物品搬送装置および物品分別装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動台の振動により可動台上の物品を搬送する物品搬送装置、可動台上の複数の物品を分別する物品分別装置および、これらに適用することが可能な振動装置に関するものである。

従来より、物品の搬送ライン上で任意に搬送方向を変えることのできる物品搬送装置として、種々のタイプのものが知られている。

例えば、特許文献１のように、物品の搬送面上に静電アクチュエータを格子状に多数配置したタイプのものがある。これは、搬送面上に多数の升形の固定子を設け、その中で搬送子をバネ部材を介して懸架しておき、固定子内の底面及び側面に設けた吸引電極を操作することによって搬送子の動作を制御することで、搬送子の上の物品を移動させるものである。

また、特許文献２では、物品の搬送面上に回転軸が搬送面と平行になるように小型のローラを多数配置し、それらのローラの回転と向きを制御することによって、それらに載せる物品の搬送方向を制御する技術が開示されている。

また、特許文献３では、搬送面上に互いに直交する回転軸を有するローラを、交互に配置し、これらのローラの回転を制御することで物品の搬送方向を制御するものが開示されている。

これらの特許文献１〜３の先行技術に係る物品搬送装置は、静電アクチュエータや小型ローラなど多数の機器から構成され、それらを同時に駆動する必要があるため、構成が複雑になるとともに制御方式も複雑なものとなる。そのため、製造コストやメンテナンス費用が高くなる上に、機器の不具合も生じやすくなる。また、こうした構成では、物品が接触する搬送面に凹凸が生じるため、当該凹凸に対して物品が小さくなるほど搬送することが難しくなる。よって、一個の物品搬送装置で小型のものから大型のものまで幅広い大きさの物品を搬送可能とすることは困難である。

こうした問題の生じない装置として、物品を載せる搬送面を有する可動台に対して振動を与えることによって物品を搬送させるものも提案されている。

例えば、特許文献４では、物品搬送用の軌道を有する可動体（可動台）に対して、垂直および水平方向の同一周波数の振動を加えることで楕円振動を生じさせ、摩擦係数に応じてそれぞれの方向の振動の位相差を設定することで、搬送方向を異ならせる技術が開示されている。

この物品搬送装置では、可動台上の搬送面を平面として構成できるため、多様な形状や大きさの物品を搬送することが可能となる。また、この物品搬送装置は、機械装置部である振動装置と、この振動装置の振動を制御するための制御システムのいずれも簡単に構成できるため、小型化や製造コストの点で利点が多い。

また、この物品搬送装置は、物品の摩擦係数に応じて搬送方向を制御することができるものであるため、制御システムのみを異ならせて摩擦係数の異なる複数の種類の物品を分別するための物品分別装置としても使用できる。この場合においても、物品搬送装置の場合と同様に、簡単な構成とすることができるために小型化や製造コストの点で利点が多い。

本発明においては、上述した物品搬送装置と物品分別装置で共通して使用する機械装置部を総称して振動装置ということとする。

特開平８−１１６６８３号公報 特開２００４−７５３８７号公報 特開２００８−１６８９５６号公報 特開２００５−２５５３５１号公報

しかしながら、上記の振動装置は２方向の振動の位相差を異ならせることで搬送面を有する可動台に楕円振動を生じさせ、これを利用して物品の搬送または分別を行うものであり、生じさせる楕円振動の方向が限定されていることから物品を移動させる方向の自由度が低い。

そこで、この特許文献４に記載された振動装置をさらに発展させて、搬送面を有する可動台を２方向だけではなく、互いに異なる３方向に独立して三次元的に振動できるように構成して、物品の移動方向の自由度を増すことが考えられる。

しかしながら、可動台を３方向に独立して振動可能とするためには、この３方向のそれぞれに対して可動台を弾性的に支持する手段と、振動を付与するための手段が必要となるため、構成が複雑化する。また、上記の手段を可動台の下に組み込む必要があるため、搬送面までの高さが増加して重心位置が高くなる傾向にあり、可動台のピッチングやローリングが生じやすくなって物品を移動させるための制御が困難になることが考えられる。

本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には簡単な構成でありつつ、可動台を３方向に独立して弾性的に支持することが可能で、かつ、搬送面までの高さが小さな振動装置と、この振動装置を使用した制御性に優れた物品搬送装置および物品分別装置を提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の振動装置は、ベースと、当該ベースに対して弾性的に支持された可動台と、当該可動台を水平な第１方向に振動させる第１の加振手段と、前記可動台を水平で且つ前記第１方向に交差する第２方向に振動させる第２の加振手段と、前記可動台を垂直な第３方向に振動させる第３の加振手段とを備えたものであって、前記ベースと前記可動台の間に第１中間台と第２中間台を備えるとともに、前記ベースに対して前記第１中間台を前記第１方向に弾性的に支持する第１の板状バネ部材と、前記第１中間台に接続され、前記第２中間台を前記第２方向に弾性的に支持する第２の板状バネ部材と、前記第２中間台に接続され、前記可動台を前記第３方向に弾性的に支持する第３の板状バネ部材を具備し、前記第１の板状バネ部材が厚み方向を前記第１方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、前記第２の板状バネ部材が厚み方向を前記第２方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、前記第３の板状バネ部材が厚み方向を前記第３方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、前記可動台の下方に、前記ベース、前記第１中間台、前記第２中間台、前記第１の板状バネ部材、前記第２の板状バネ部材および前記第３の板状バネ部材が配置されていることを特徴とする。

このように構成すると、３方向それぞれに設けた板状バネ部材によって可動台を３方向に弾性支持させることができるとともに、これらの板状バネ部材は、それぞれ弾性支持する板厚方向以外の方向には大きな剛性を持つため、互いに影響を及ぼすことなく独立して振動を制御させることができる。加えて、これらの板状バネ部材を長手方向が水平になる向きに配していることから、ベースから可動台までの高さを抑えることができ、可動台のローリングやピッチングを抑制することが可能となる。

また、上記のような３方向への並進移動を抑制し、各板状バネ部材のねじれ形態での変形が生じないようにするためには、前記第１〜第３の板状バネ部材の少なくともいずれかが、所定距離離して平行に複数個設けられているように構成することが好適である。

また、一層構成を簡単にしつつコンパクト化を図るためには、弾性支持手段と加振手段とを一体化することが効果的であるため、前記第１〜第３の加振手段が前記第１〜第３の板状バネ部材の少なくとも片面に貼設された圧電素子であり、これらの圧電素子に正弦電圧を付与して周期的な伸びを生じさせることで、前記第１〜第３の板状バネ部材を振動させるように構成することが好適である。

また、各方向に対する固有振動数を離間させたり、近接させたりする調整を簡単に行うことができるようにするために、各板状バネ部材の有効長を変更可能にすることが好ましく、そのためには、前記ベースと前記第１中間台の少なくともいずれかと前記第１の板状バネ部材との間、および、前記第１中間台と前記第２中間台の少なくともいずれかと前記第２の板状バネ部材との間に各々バネ座が設けられており、当該バネ座の位置が各々前記第１および第２の板状バネ部材の長手方向に対して変更可能に構成されていることが好適である。

可動台上の物品を任意の方向に搬送することが可能な制御性に優れた物品搬送装置として構成するためには、可動台の振動により可動台上に載せられた物品を搬送する物品搬送装置であって、上述の振動装置と、当該振動装置が有する前記第１〜第３の加振手段による周期的加振力を、位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段と、前記各加振手段による周期的加振力の振幅と位相差を切り替える振動切替手段とを備えるようにして構成することが好適である。

また、可動台上の複数の物品を摩擦係数に応じて分別することが可能な制御性に優れた物品分別装置として構成するためには、可動台の振動により可動台上に載せられた複数の物品を分別する物品分別装置であって、請求項１〜４のいずれかの振動装置と、当該振動装置が有する前記第１〜第３の加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段とを備え、前記第１の加振手段による周期的加振力と前記第３の加振手段による周期的加振力との位相差、および前記第２の加振手段による周期的加振力と前記第３の加振手段による周期的加振力との位相差を、それぞれ所定の基準摩擦係数を境界として個々の物品が有する摩擦係数の前記基準摩擦係数に対する大小関係に基づき各物品が異なる方向に移動するように設定することで、前記可動台上に載せられた複数の物品を同時に分別するように構成することが好適である。

以上説明した本発明によれば、簡単な構成でありながら、可動台を３方向に独立して弾性的に支持することが可能で、かつ、搬送面までの高さが小さく可動台のピッチングやローリングを抑制できる振動装置と、この振動装置を使用した制御性に優れた物品搬送装置および物品分別装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る振動装置と、同振動装置を用いた物品搬送装置のシステム構成図。 同振動装置の斜視図。 同振動装置の分解斜視図。 同振動装置の要部を示す斜視図。 同振動装置の要部を示す平面図。 同振動装置の要部を示す正面図。 同振動装置における可動台が第１方向に移動したときを示す平面図。 同振動装置における可動台が第２方向に移動したときを示す平面図。 同振動装置における可動台が第３方向に移動したときを示す正面図。 同振動装置の加振方向を示す概念図。 同振動装置における各方向への周期的加振力間の位相差と物品の搬送速度との関係を示す図。 同振動装置における各方向への周期的加振力間の位相差と物品の搬送速度と摩擦係数との関係を示す図。 同振動装置における水平方向への周期的加振力の振幅と物品の搬送速度との関係を示す図。 同振動装置を用いて物品を搬送した場合の搬送軌跡を例示した平面図。 本発明の第２実施形態に係る振動装置と、同振動装置を用いた物品分別装置のシステム構成図。 同振動装置における各方向への周期的加振力間の位相差と物品の移動速度との関係を示す図。 同振動装置を用いて摩擦係数の異なる複数の物品を移動させる際の移動領域を示した平面図。 同振動装置を用いてＸ、Ｙ方向の位相差を変化させた際の、摩擦係数の異なる複数の物品のそれぞれの移動領域を示す表。 同振動装置を用いてＸ、Ｙ方向の位相差を変化させた際の、摩擦係数の異なる複数の物品のそれぞれの移動領域を示す表。 図１８（ａ）、（ｂ）に示す条件の時の物品の移動方向を示す平面図。 本発明の振動装置の変形例を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第1実施形態＞

図１に、本発明の第１実施形態に係る振動装置２と、これを制御するための制御システム部３を加えて物品搬送装置１として構成した形態を示す。

この制御システム部３は、後述するように振動装置２に組み込まれた圧電素子８１、８２、８３の制御を行うことで、振動装置２に第１方向としてのＸ、第２方向としてのＹ、第３方向としてのＺの各方向の周期的加振力を与えて振動を生じさせるように構成している。

なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図中に示した座標軸に示したとおりに定義することとし、以下においても適宜図中で示す座標軸に沿って説明を進めていく。

図２は、上記振動装置２を実際に使用する状態として示したものである。この状態では、ベース４の上に設置されるカバー４２によって正面と背面および側面の四面が覆われている。また、上面には可動台６の一部を構成する長方形状の搬送台６３が設けられており、その搬送台６３の上面６３ａは搬送面として、搬送する物品９を載せることができるようになっている。

図３に、上記の振動装置２より搬送台６３を取り外した状態を示す。振動装置２はその内部でＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に対して弾性的に支持された直方体状のブロックとしての可動台座６１を有しており、当該可動台座６１に対して４個の皿ネジ６２ａ〜６２ａ（図中では２個のみ記載）によって矩形プレート状の可動板６２が接続されている。そして、可動板６２の上面には上述した搬送台６３が設けられ、可動板６２と搬送台６３とは四隅の近傍に設けられたネジ孔６２ｂ〜６２ｂとネジ６３ｂ〜６３ｂを用いて締結されている。

これらの可動台座６１、可動板６２および搬送台６３は可動台６として一体化して振動装置２の内部で弾性的に支持されるとともに、後述する加振手段によって振動を与えられる。

上記のカバー４２、可動板６２および搬送台６３を取り外した状態を図４に示す。以下、この図を用いて、本実施形態に係る振動装置２の構成を詳細に説明する。

この振動装置２はベース２に対して、可動台座６１をＸ、Ｙ、Ｚの３方向に弾性支持するように構成されており、剛体部分としてのベース４、第１中間台５１、５１、第２中間台５２および可動台座６１を順次接続するようにして、第１の板状バネ部材７１、７１、第２の板状バネ部材７２、７２および第３の板状バネ部材７３、７３を設けている。各板状バネ部材７１〜７３は、各々板厚方向がＸ、Ｙ、Ｚ方向になるように配置されているために、当該方向に対して弾性変形を行い易くなっている。

さらに、可動台座６１をＸ、Ｙ、Ｚの３方向に振動させるための加振手段としての第１〜第３圧電素子８１〜８３を備えている。

以下、これらの構成についてさらに詳細に説明を行っていく。

まず、ベース４は、矩形状のプレートとして構成されており、四隅には図示しない外部機器または床面に設置するためのボルト孔が形成されている。ベース４の下には、図示しない防振ゴム等のバネ定数の小さい弾性体を取り付ければ、設置面からの反力を低減させることができて好適である。

そして、四隅よりやや中心寄りの位置に四箇所、矩形状に配置されるようにして取付ブロック４１が設けられている。この図では記載を省略しているが、図５に示すように、各取付ブロック４１はネジを用いてベース４に対して固定されるようにしてある。

図４に戻って、取付ブロック４１は、各々Ｌ字型の断面を有するブロックとして形成されており、Ｌ字を形成する一方の辺をベース４に対して当接させた状態として、他方の辺が起立した状態となっている。そして、起立した辺は、Ｘ方向に対して直交するＹＺ平面を形成するようにされている。そして、Ｙ方向に対をなして隣接する取付ブロック４１、４１に接続するようにして、第１の板状バネ部材７１、７１が設けられている。この第１の板状バネ部材７１、７１は、上述した各々の取付ブロック４１〜４１が有するＹＺ平面に取り付けられるため、板厚方向はＸ方向となり長手方向はＹ方向となる。

また、第１の板状バネ部材７１、７１は、２対の取付ブロック４１〜４１にそれぞれ設けられるために、Ｘ方向に所定距離離れた状態で平行に２個設けられることになる。

また、第１の板状バネ部材７１、７１の両端部は、矩形状のバネおさえ７１ｄ〜７１ｄと上記各取付ブロック４１〜４１が有するＹＺ平面との間で挟み込まれるようにして、図示しないネジを用いて固定されているため、たわみ角が規制されるようにして支持される。

そして、第１の板状バネ部材７１、７１の長手方向中心付近にはバネ座７１ｃ〜７１ｃを介して第１中間台５１、５１が各々接続されている。第１中間台５１はそれぞれＹ方向に延在する直方体形状に形成されている。

バネ座７１ｃ〜７１ｃは、第１の板状バネ部材７１、７１に各々２個設けられているとともに、これらの各バネ座７１ｃ〜７１ｃと対向するようにしてバネおさえ７１ｅ〜７１ｅが設けられている。第１の板状バネ部材７１、７１は、対向するバネ座７１ｃ〜７１ｃとバネおさえ７１ｅ〜７１ｅによって挟み込まれるようにしてたわみ角が規制され、これらの部分でネジ（図５参照）によって上記第１中間台５１、５１に接続される。第１中間台５１、５１は、２つに分割された構成となっているが、後述する第２の板状バネ部材７２、７２によって接続されているため、一体化して動作を行うことになる。

上記第１中間台５１、５１は上述したように直方体形状に形成されており、６面それぞれがＸ、Ｙ、Ｚ軸の各面に直交する向きになるように配置されている。そして、各々が有するＹ軸に直交するＸＺ面間を接続するようにして、２個の第２の板状バネ部材７２、７２が設けられている。

このように取り付けることで、２個の第２の板状バネ部材７２、７２は、各々板厚方向がＹ軸に対して直交し、かつ、長手方向がＸ方向を向くようになるとともに、互いにＹ方向に所定距離離間して平行に配置されることになる。

第２の板状バネ部材７２、７２は、両端部を矩形状のバネおさえ７２ｄ〜７２ｄと上記第１中間台５１、５１が有するＸＺ平面との間で挟み込まれるようにして、当該部分においてネジ（図５参照）によって固定されているため、たわみ角が規制されるようにして支持されている。

第２の板状バネ部材７２、７２の長手方向中心付近にはバネ座７２ｃ〜７２ｃを介して、第２中間台５２が接続されている。

バネ座７２ｃ〜７２ｃは、第２の板状バネ部材７２、７２に各々２個設けられているとともに、これらの各バネ座７２ｃ〜７２ｃと対向するようにしてバネおさえ７２ｅ〜７２ｅが設けられている。第２の板状バネ部材７２、７２は、対向するバネ座７２ｃ〜７２ｃとバネおさえ７２ｅ〜７２ｅによって挟み込まれるようにしてたわみ角が規制され、これらの部分でネジ（図５参照）によって上記第２中間台５２に接続される。

第２中間台５２は、図５の平面図に示すように、矩形の枠体として構成されておりＸ、Ｙ、Ｚ方向に直交する６面を有する直方体のブロックを４個組み合わせることによって形成されている。

バネ座７２ｃ〜７２ｃとバネおさえ７２ｅ〜７２ｅには、図６に示すように長孔が形成されており、図５のようにして当該長孔を挿通されるネジにより第２中間台５２に第２の板状バネ部材７２、７２が接続されるようになっている。バネ座７２ｃ〜７２ｃとバネおさえ７２ｅ〜７２ｅは、その長孔の分Ｘ方向、すなわち第２の板状バネ部材の７２、７２の長手方向に移動することができるようになっており、これにより第２の板状バネ部材７２、７２は、バネとしての作用する有効長を変えることができるようになっている。

同様に、上述した、第１の板状バネ部材７１、７１を第１中間台５１、５１に対して接続するためのバネ座７１ｃ〜７１ｃとバネおさえ７１ｅ〜７１ｅに対しても長孔が形成されており、その長孔の分Ｙ方向に移動することができるようになっているため、これにより第１の板状バネ部材７１、７１の有効長も変えることができるようになっている。

上記のように、第１の板状バネ部材７１、７１、および第２の板状バネ部材７２、７２はそれぞれ、有効長を変化することによって、バネ定数を変化させるとともに、固有振動数もまた変化させることができる。

図４に戻って、矩形の枠体として構成されている第２中間台５２の上面と、下面にはそれぞれ、２個ずつ計４個の第３の板状バネ部材７３〜７３が設けられている。第３の板状バネ部材７３〜７３は、各々第２中間台５２を形成する矩形を構成する辺のうち、Ｙ方向に平行な２辺の位置に存する部分の上面および下面として形成される各ＸＹ平面の間をＸ方向に接続するようにして設けられている。第３の板状バネ部材７３〜７３の両端部は、両端部を矩形状のバネおさえ７３ｃ〜７３ｃと上記第２中間台５２が有するＸＹ平面との間で挟み込まれるようにして、この部分でネジ（図５参照）を用いて固定されているため、たわみ角が規制されるようにして支持されている。

また、第２中間台５２の上面に接続される第３の板状バネ部材７３、７３と、第２中間台５２の下面に接続される第３の板状バネ部材７３、７３（図５参照）の中央部近傍には、両者の間隔を維持するために間隙にバネ間ブロック７３ｅが設けられている。

さらに、前記バネ間ブロック７３ｅの下方には、第２中間台５２の下面に接続される第３の板状バネ部材７３、７３を挟んで、バネおさえ７３ｅが設けられている。バネおさえ７３ｅは、２個の第３の板状バネ部材７３、７３を第２中間台５２の下面との間で挟み込んだ状態として、図示しないネジを用いて固定を行うことができる。

また、前記バネ間ブロック７３ｅの上方には、第２中間台５２の上面に接続される第３の板状バネ部材７３、７３を挟んで、上述した可動台座６１が設けられている。可動台座６１は、２個の第３の板状バネ部材７３、７３を第２中間台５２の上面との間で挟み込んだ状態として、図５に示すような形態でネジを用いて固定を行うことができる。可動台座６１の上面には図３のように可動板が取り付けを行うため、上記のネジは頭が飛び出さないように配慮してある。

上記のように、図４に示す本実施形態の振動装置では、可動台６の下方に、ベース４、第１中間台５１，５１、第２中間台５２、第１の板状バネ部材７１、第２の板状バネ部材７２および第３の板状バネ部材７３が配置されるとともに、ベース４に対して第１中間台５１、５１が第１の板状バネ部材７１、７１を用いてＸ方向に弾性的に支持され、第１中間台５１、５１に対して第２中間台５２が第２の板状バネ部材７２を用いてＹ方向に弾性的に支持され、第２中間台５２に対して可動台座６１が第３の板状バネ部材７３を用いてＺ方向に弾性的に支持される構成とされている。これにより、可動台６はベース４に対してＸ、Ｙ、Ｚの各方向に弾性的に支持されるようになっている。

各板状バネ部材７１〜７３は、それぞれ板厚方向となるＸ、Ｙ、Ｚ方向に弾性を有するとともに、これと直交する幅方向、長手方向には十分な剛性を有する。そのため、各方向への支持は独立しているものと考えることができる。

また、各方向に対して第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３をそれぞれ平行に設けて、対をなして支持させることにより、あたかも平行リンクの一部を構成するように構成している。これによって、各板状バネ部材７１〜７３は捻れ運動を行うことなく、対をなすも同士の間で隙間を一定とした関係を保ったまま変位することができるようになっている。

さらに、本実施形態の振動装置では、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に独立した第１〜第３の加振手段８１〜８３を有している。

まず、Ｘ方向への加振手段である第１の加振手段は、２個の第１の板状バネ部材７１、７１の表面にそれぞれ２個ずつ貼設された合計４個の第１圧電素子８１〜８１から構成される。この第１圧電素子８１〜８１は、電圧を印加されることによって、Ｙ方向に伸びまたは縮みを生じ、第１の板状バネ部材７１、７１に曲げを生じさせることによってＸ方向の変位を生じさせることが可能とされている。

第１の板状バネ部材７１、７１は端部のバネおさえ７１ｄによって位置決めされるベース側接続点７１ａから、中央のバネ座７１ｃとバネおさえ７１ｅによって位置決めされる第１中間台側接続点７１ｂとの間で、その中央に曲がりの方向が変化する屈曲点を有するため、当該部分にまで第１圧電素子８１〜８１を貼り付けることは、却って変形を阻害して効率を低下させることになる。そのため、第１圧電素子８１〜８１はバネ有効長の中央を避けて、いずれかの端部寄りに設けることが効率的である。

第１圧電素子８１〜８１は各々端部から同じ位置に設けられているとともに、出力を調整することで同じ変形を生じさせることができる。このようにすることで、図７のように、Ｘ方向に離間させた第１の板状バネ部材７１、７１の間隔を保ったまま同じように変形させることができ、第１中間台５１、５１を、水平状態を保ったままＸ方向にのみ変位させることができる。

次に、図４に戻って、Ｙ方向への加振手段である第２の加振手段は、上述の第１の加振手段と同様、２個の第２の板状バネ部材７２、７２の表面にそれぞれ２個ずつ貼設された合計４個の第２圧電素子８２〜８２から構成される。この第２圧電素子８２〜８２は電圧を印加されることによって、Ｘ方向に伸びまたは縮みを生じ、第２の板状バネ部材７２、７２に曲げを生じさせることによってＹ方向の変位を生じさせることが可能とされている。第２圧電素子８２〜８２も、第１圧電素子８１〜８１と同様の位置に取付がなされており、このようにすることで、図８のように、Ｙ方向に離間させた第２の板状バネ部材７２、７２の間隔を保ったまま同じように変形させることができ、第２中間台５２を、水平状態を保ったままＹ方向にのみ変位させることができる。

さらに、図４に戻って、Ｚ方向への加振手段である第３の加振手段は、上下に２個ずつ設けられている板状バネ部材７３〜７３のうち上側の２個の板状バネ部材７３、７３の表面にそれぞれ２個ずつ貼設された合計４個の第３圧電素子８３〜８３から構成される。この第３圧電素子８３〜８３は電圧を印加されることによって、Ｘ方向に伸びまたは縮みを生じ、第３の板状バネ部材７３、７３に曲げを生じさせることによってＺ方向の変位を生じさせることが可能とされている。第３圧電素子８３〜８３も、第１圧電素子８１〜８１および第２圧電素子８２〜８２と同様の位置に取付がなされており、このようにすることで、図９のように、Ｚ方向に離間させた第３の板状バネ部材７３、７３の間隔を保ったまま同じように変形させることができ、可動台座６１を水平状態を保ったままＺ方向にのみ変位させることができる。なお、第３の圧電素子８３〜８３を、下側に設けている２個の第３の板状バネ部材７３、７３に設けることも可能であり、上側と下側の計４個の第３の板状バネ部材７３〜７３に設けることも可能である。

上記のように、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に変位を与えることのできる電圧を各々正弦波状に変化させることによって、可動台座６１に対して各方向に周期的な加振力を付与することができる。

上記のようにして構成した振動装置２に対して図１に示す制御システム部３は、第１圧電素子８１、第２圧電素子８２および第３圧電素子８３に各々正弦波状の制御電圧を付与することによって、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向の振動を発生させるための周期的加振力を生じさせる。

そのため、制御システム部３は、正弦電圧を生じさせる発振機３４を備えており、この正弦電圧をアンプ３５により増幅した上で、各圧電素子８１、８２、８３に出力する。さらに、上記制御システム部３はＸ、Ｙ、Ｚの各方向の制御電圧を詳細に調整するための振動制御手段３１を有している。なお、発振機３４により生じさせる振動の周波数は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のいずれかの振動系と共振する周波数とすることで、振動を増幅して省電力化を図るようにしてある。なお、全ての方向の振動系の振動が干渉することを避けるためには、各方向の固有振動数を離してもよい。この時、各方向の固有振動数は例えば−１０％〜＋１０％程度離すようにする。

なお、本実施形態においては、上述したように第１の板状バネ部材７１、７１および第２の板状バネ部材７２、７２の有効長を、バネ座７１ｃ〜７１ｃ、７２ｃ〜７２ｃによって各々変更することが可能である。そのため、Ｚ方向の固有振動数を基準として、Ｘ方向およびＹ方向の固有振動数をそれぞれ適切な値になるように変更調整することが可能である。

振動制御手段３１は大きくは、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向の制御電圧の振幅を調整する振幅調整回路３１ａと、それぞれの位相差を調整するための位相調整回路３１ｂとからなる。本実施形態では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各制御電圧にそれぞれ対応した振幅調整回路３１ａを有するとともに、Ｚ方向の制御電圧の位相を基準として、これと所定の位相差となるように制御電圧の位相を調整する位相調整回路３１ｂをＸ、Ｙの制御電圧についてそれぞれ設けるように構成している。

そして、制御システム部３は、搬送する物品９に応じた搬送経路および搬送速度を決定するための搬送経路決定手段３３と、決定した搬送経路と搬送速度に応じて各振幅調整回路３１ａおよび各位相調整回路３１ｂに具体的な制御値を変更するための命令を出す振動切替手段３２とを有している。

そして、搬送経路決定手段３３は、搬送する物品９に応じた搬送経路と搬送速度のデータを内部に複数保存しており、その中から図示しない外部からの指示によって搬送経路と搬送速度を選択した上で、そこで選択した搬送経路および搬送速度に合わせて振動形態を切り替えるように振動切替手段３２に対して命令を与える。

さらに、振動切替手段３２では搬送経路や搬送速度が命令された目標値となるように、各振幅調整回路３１ａおよび各位相調整回路３１ｂのそれぞれの具体的な制御値を決定して当該制御値に切り替えるよう命令を出力する。

上記のように構成した物品搬送装置１は、具体的には次のように動作し、可動台６に載せた物品９の搬送や分別などを行う。

ここで、図１０の模式図に示すように簡略化して、可動台６がベース４に対してＸ、Ｙ、Ｚの各方向に弾性体７４、７５、７６により弾性的に支持するとともに、各方向の加振手段８４、８５、８６を設けている場合を想定する。このように構成することで、Ｘ、Ｙ、Ｚの三方向に設けた加振手段８４、８５、８６によって可動台６を三方向に動作させることが可能とされている。図１０の模式図における弾性体７４〜７６は、第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３（図４参照）に相当するとともに、加振手段８４〜８６はそれぞれ第１〜第３加振手段としての第１〜第３圧電素子８１〜８３（図４参照）に相当する。

図１０に示すモデルの可動台６に対して、Ｚ方向にＺ＝Ｚ_０×ｓｉｎωｔで表される周期的な振動変位を与える。ここで、Ｚ_０はＺ方向の振幅を、ωは角周波数を、ｔは時間を示す。さらに、Ｘ、Ｙ方向にもそれぞれＺ方向と同一周波数の振動を、Ｘ＝Ｘ_０×ｓｉｎ（ｗｔ＋φｘ）、Ｙ＝Ｙ_０×ｓｉｎ（ｗｔ＋φｙ）の式のように与えることとする。ここで、Ｘ_０、Ｙ_０はそれぞれＸ方向、Ｙの振幅を、φｘ、φｙはそれぞれＸ方向、Ｚ方向の振動のＺ方向の振動に対する位相差を示す。

このように、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に正弦波状の周期的な振動変位を加えることにより、可動台６にはこれらが合成された三次元的な振動を生じさせることができる。例えば、図１０に示すように、Ｚ方向の振動成分に対してφｘ、φｙの位相差を持たせてＸ、Ｙ方向の振動を生じさせたとき、二次元的にはＸＺ平面上で右側を上にした楕円軌道を有する振動が生じ、ＹＺ平面上で右側を下にした楕円軌道を有する振動が生じる。そして、さらにこの２つを合成することで、図中右下に示すように三次元空間上での楕円軌道が生じる。

そして、各方向の振動変位の振幅および位相を変えることにより、ＸＺ平面、ＹＺ平面内の二次元の楕円軌道の大きさや向きを変更することができ、対応して三次元空間上の楕円軌道の大きさや向きを自由に変更することができる。なお、このように各方向への周期的な振動変位を付与するために、制御上は各方向への周期的加振力を付与することで対応を行っている。

以上のように、可動台６が楕円軌道を描きつつ振動することによって、可動台６の上に載せられた物品９は移動を行う。そして、この移動のうちＸ方向への移動速度成分は上記ＸＺ平面内の楕円軌道によって制御でき、Ｙ方向への移動速度成分は上記ＹＺ平面内の楕円軌道によって制御できる。すなわち、Ｚ方向への振動成分を基準としてＸ方向、Ｙ方向のそれぞれの振動の振幅と位相差を変化させることで、Ｘ、Ｙ方向への移動速度成分を変化させ、任意の方向に搬送させることが可能となる。

具体的には移動速度の変更は次のようにして行う。

発明者らの知見によれば、図１０を参照しつつ図１１を用いて説明すると、位相差φｘ（φｙ）によって物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）は正弦波に類似したカーブを描くように変化する。そのため、Ｚ方向の振動成分に対するＸ方向の振動成分の位相差を図１０におけるφ１２に設定したときにはＸが正となる方向に物品９は搬送されていく。また、位相差をφ１４に設定したときには、Ｘが負となる方向に物品９は搬送されていく。これらに対して、位相差をφ１１、φ１３と設定したときには、移動速度Ｖｘは０になって、物品９はＸ方向に静止した状態となる。さらに、φ１１〜φ１３の間またはφ１３〜π（-π）〜φ１１の間で位相差を変化させることによって、それぞれ正の方向、負の方向に対する速度を増減させることができる。こうした関係は、Ｘ方向だけでなくＹ方向にも成り立ち、同様にＺ方向の振動成分に対する位相差を設定することで移動方向と移動速度を変化させることができる。

このように、Ｘ、Ｙ各方向の振動成分の振幅Ｘ_０、Ｙ_０と、Ｚ方向振動成分に対する位相差φｘ、φｙとを変化させることによって、Ｘ、Ｙ方向への移動速度Ｖｘ、Ｖｙを変化さることができる。

さらに、発明者らの知見によれば、図１０を参照しつつ説明すると、図１１で示した位相差と物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）との関係を示すカーブは、物品９と可動台６との摩擦係数によって変化し、図１２に示す関係となる。すなわち、２種類の物品Ｗ１１、Ｗ１２と可動台６との間の摩擦係数をそれぞれμ１１、μ１２としてμ１１＜μ１２の関係があるとき、Ｗ１２の時の移動速度のグラフは、Ｗ１１の時の移動速度のカーブを位相差が正となる方向にずらした形状になる。そのため、楕円振動を行う可動台６の上に同時に摩擦係数の異なる物品９を置いた場合には、移動速度及び移動方向が異なることになる。

具体的には、図１２に示す位相差φ１１に設定している場合にはＷ１１は移動することなく、Ｗ１２が負の方向に移動することになる。また、位相差をφ１１からφ１２の間に設定した場合には、Ｗ１１を正の方向に、Ｗ１２を負の方向に移動させることができる。そして、φ１２に設定すると、Ｗ１２を移動させずに、Ｗ１１のみを正の方向に移動させることができる。また、φ１２からφ１４の間に設定すると、Ｗ１１、Ｗ１２ともに正の方向に移動させることができるが、φ１３を境にＷ１１とＷ１２の速度の大小を入れ替えることができる。さらに、φ１２からφ１４の範囲で位相差を細かく変更すれば、Ｗ１１とＷ１２の速度比も変更することができる。

そして、位相差をφ１４とすれば、Ｗ１１を移動させずに、Ｗ１２のみを正方向に移動させることができる。さらに、位相差をφ１４からφ１５の間に設定すれば、Ｗ１２を正方向に、Ｗ１１を負の方向に移動させることができる。位相差をφ１５と設定すれば、Ｗ１２を移動させずにＷ１１のみを負の方向に移動させることができる。そして、位相差をφ１５からπの範囲にしたときは、Ｗ１１とＷ１２の双方とも負の方向に移動させることができ、この範囲で位相差を変えることで両者の移動速度の比を変更することもできる。

さらに、発明者らの知見によれば、図１０を参照しつつ図１３を用いて説明すると、位相差φｘ（φｙ）と物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）との関係は、振幅Ｘ_０（Ｙ_０）を変えることによっても変化する。すなわち、位相差φｘ（φｙ）に対する物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）である正弦波類似のカーブは、概ね振動変位の振幅Ｘ_０（Ｙ_０）に比例して変化する。このことから、物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）を２倍にしたい場合には、概ねＸ（Ｙ）方向の振動変位の振幅を２倍にすればよい。そのためには、それに応じた加振力を与えるべく、制御電圧の振幅を変化させればよい。

このようにして、摩擦係数の異なる２種の物品９をＸ（Ｙ）方向に搬送する場合においては、Ｚ方向の振動に対するＸ（Ｙ）方向の振動の位相差φｘ（φｙ）を変更することで、２種の物品９のうちどちらかのみを移動させることや、移動方向を変えつつ速度比を変えることが可能となり、さらにＸ（Ｙ）方向の振動の振幅を変えることで、移動速度の絶対値を制御することができる。これらを組み合わせることで、片方の速度を維持したままで、他方の速度を変更することや搬送の向きを変更することも可能となる。

以上のような、一方向への搬送速度および向きの制御を、二方向に展開することで、ＸＹ平面内で自由に移動させることが可能となる。すなわち、水平方向の振動をＸ、Ｙの２方向にして、Ｚ方向の振動とそれぞれ組み合わせることで、ＸＺ平面内の楕円振動、ＹＺ平面内の楕円振動をそれぞれ作り出し、これらを合成した三次元的な楕円振動を発生させ、この楕円振動の向きや大きさを三次元的に切り替えることで、より詳細に物品９の移動方向や移動速度を制御できる。そして、Ｚ方向の制御電圧によって生じる周期的加振力を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向の制御電圧によって生じる周期的加振力の振幅や位相をそれぞれ変更することによって、ＸＺ平面内の楕円振動成分とＹＺ平面内の楕円振動成分をそれぞれ変更すれば、上述の図１１〜１３の関係に従ってそれぞれＸ方向、Ｙ方向の移動速度成分を物品９に与えることが可能となる。

このことから、具体的には次のようにして物品９の搬送を行わせることが可能となる。以下、図１を参照しつつ、図１４（ａ）〜（ｆ）の各物品の搬送形態を例示した平面図に従って説明を行う。

まず、物品９が一種だけである場合には、図１４（ａ）に示すように、物品９を初期（Ｔ_０）の時点よりＸ方向に移動させ、ある時点（Ｔ_１）よりＹ方向の移動速度成分も追加して方向を変えて移動させることができる。こうした場合には、物品９の種類に応じて搬送先を変更する場合や、別に設けたカメラによる検査データに基づいて当該物品９を不良品と判断してライン外に搬送する場合がある。このような形態の搬送を行うため、図１における搬送経路決定手段３３は、外部より被搬送物関連データとして搬送する物品９の種類を入力され、あらかじめ内部に保存されたデータに基づいて物品９に応じた搬送経路と搬送速度を選択し、あるいは被搬送物関連データとしての検査データに基づいて搬送方向と搬送速度を決定して振動切替手段３２に出力する。当該振動切替手段３２においては、その搬送方向と搬送速度に対応して各方向の振動形態の切替の要否を判断するとともに、切替が必要な場合には各方向の周期的加振力の振幅と位相を調整するため各振幅調整回路３１ａおよび位相調整回路３１ｂに具体的な制御値を命令する。

そして、こうした搬送経路変更の判断を随時行い、振動切替手段３２によって振幅、位相を調整していくと、図１４（ｂ）に示すようにＸＹ方向に自在な軌跡を描かせつつ物品９を移動させることが可能となる。搬送経路変更の判断は、あらかじめ設定したタイミングによるものであっても、外部からの信号に応じて行うものであっても良い。

また、図１４（ｃ）に示したように、物品９ａ、９ｂが摩擦係数の異なる二種のものである場合には初期段階（Ｔ_０）は一方向に同速度で搬送しておき、ある時点（Ｔ_１）より異なる方向に分岐させて移動させることも可能である。この場合には初期段階（Ｔ_０）では、Ｘ方向には図１２における位相差φ１３で振動させ、Ｙ方向には振動を生じさせずにおき、Ｔ_１の時点からＹ方向にも振動を生じさせＺ方向との振動位相差をφ１１とφ１２の間またはφ１４とφ１５の間に切り替えたものである。同時にＸ方向の速度においてもＺ方向に対する振動の位相差をφ１３よりずらすことで、物品９ａ、９ｂの間にＸ方向の速度差を持たせるように切り替えている。この振動の切り替えにあたっても、図１における搬送経路決定手段３３が、設定されたタイミングに応じて、または外部から入力された被搬送物関連データに基づいて適切な搬送経路と搬送速度を決定し、それに基づいて振動切替手段３２に搬送方向および搬送速度の変更命令を出す。そして、当該振動切替手段３２においては、命令された搬送方向および搬送速度に対応した各方向の振幅、位相の具体的制御値を決定し、各振幅調整回路３１ａ、位相調整回路３１ｂに当該制御値に変更するように命令を出す。

また、同様の制御を行うことによって、図１４（ｄ）のように物品９ａ、９ｂのうち、片方のみを動かすことや、両者に速度差を設けることも可能である。さらに、図１４（ｅ）のように、任意の方向を選択した上で、その方向に沿って互いに逆向きに移動させることも可能である。

さらに、このような搬送経路および速度の変更を連続して行うことで、図１４（ｆ）のように物品９ａ、９ｂの搬送経路と搬送速度をＸＹ平面内で、それぞれ独立させて同時に制御することが可能となる。

また、上記のように摩擦係数の異なる物品９を異なる搬送方向に搬送させるように制御することによって、厳密には摩擦係数が同じものであっても表面形状が異なるなど、見かけ上摩擦係数が異なっているようにとらえられるものについても搬送方向を異ならせることもできる。例えば、同一部材の表面と裏面であっても、面の凹凸が異なり可動台６との接触面積が大きく異なるような場合が該当する。

以上のように、本実施形態に係る振動装置２は、ベース４と、当該ベース４に対して弾性的に支持された可動台６と、当該可動台６を水平な第１方向に振動させる第１の加振手段８１と、前記可動台６を水平で且つ前記第１方向に交差する第２方向に振動させる第２の加振手段８２と、前記可動台６を垂直な第３方向に振動させる第３の加振手段８３とを備えたものであって、前記ベース４と前記可動台６の間に第１中間台５１、５１と第２中間台５２を備えるとともに、前記ベース４、前記第１中間台５１、前記第２中間台５２および前記可動台６を順次前記第１方向、第２方向、第３方向に弾性的に接続する第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３を具備し、前記第１の板状バネ部材７１が厚み方向を前記第１方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、前記第２の板状バネ部材７２が厚み方向を前記第２方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、前記第３の板状バネ部材７３が厚み方向を前記第３方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されるようにして構成したものである。

このように構成しているため、可動台６を弾性的に支持する弾性支持手段としての第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３を第１〜第３の各方向に弾性変形しやすい向きに有しているとともに、各板状バネ部材７１〜７３は板厚方向とは異なる方向には大きな剛性を有しているため、可動台６を各方向にそれぞれ独立して弾性支持させることができる。そのため、第１〜第３の加振手段８１〜８３によって各方向に振動させる場合に、互いの方向に影響を与えることなく独立して振動を制御させることができる。さらに、これらの板状バネ部材７１〜７３を各々長手方向が水平になる向きに配していることから、ベース４から可動台６までの高さを抑えることができ、可動台６のピッチングやローリングを抑制することができる。

また、前記第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３が、所定距離離して平行に複数個設けられているように構成しているため、各板状バネ部材７１〜７３は、平行リンクの一部を構成するように接続されるために、各方向に対して間隔を一定とした状態を保持したまま変位しやすくなる。そのため、各板状バネ部材７１〜７３はねじれ形態での変形が抑制されるために、より上記の３方向への支持を安定して行わせることができるようになる。

また、前記第１〜第３の加振手段が前記第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３の少なくとも片面に貼設された圧電素子８１〜８３であり、これらの圧電素子８１〜８３に正弦電圧を付与して周期的な伸びを生じさせることで、前記第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３を振動させるように構成しているため、弾性支持手段としての各板状バネ部材７１〜７３と、加振手段８１〜８３とを一体化することによって構成を簡単にしてコンパクト化を行うことが可能となる。

また、前記第１中間台５１と前記第１の板状バネ部材７１との間、および、前記第２中間台５２と前記第２の板状バネ部材７２との間に各々バネ座７１ｃ〜７２ｃが設けられており、当該バネ座７１ｃ〜７２ｃの位置が各々前記第１および第２の板状バネ部材７１、７２の長手方向に対して変更可能に構成されているため、各バネ座７１ｃ〜７２ｃの位置を板状バネ部材７１、７２の長手方向に対して変更することで、簡単に板状バネ部材７１、７２の固有振動数を変えることができる。これにより、各方向に対する固有振動数を離間させたり、近接させたりする調整を簡単に行うことができるようになる。

さらに、本実施形態に係る物品搬送装置１は、可動台６の振動により可動台６上に載せられた物品９を搬送するものであって、上記の振動装置２と、当該振動装置２が有する前記第１〜第３の加振手段８１〜８３による周期的加振力を、位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台６に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段３１と、前記各加振手段８１〜８３による周期的加振力の振幅と位相差を切り替える振動切替手段３２とを備えるようにして構成したものである。

このように構成しているため、可動台６上の物品を任意の方向に搬送することが可能な制御性に優れた物品搬送装置１を構成することができる。
＜第２実施形態＞

図１５は、本発明の振動装置２を用いて、物品分別装置１０１として構成した第２実施形態を示すものである。第１実施形態の場合と同じ部分には同じ符号を付し、説明を省略する。

この実施形態においては、振動装置２としての構成は第１実施形態の場合と同様であり、これを制御するための制御システム部１０３が異なるにとどまる。具体的には、図１のように第１実施形態における制御システム部３が有していた振動切替手段３２、搬送経路決定手段３３がなく、これらに代わるものとして図１５のように位相差入力部１３２を有している。位相差入力部１３２ではＺ方向の制御電圧の位相を基準とした、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれの位相差を入力されることで、当該位相差に設定するようにＸ、Ｙ方向に対応する各位相調整回路３１ｂに命令を出すようになっている。

ここで、本実施形態における物品分別装置１０１の動作原理も、上述の第１実施形態において図１０〜１３を用いて説明したものと同様であり、可動台６と物品９との摩擦係数
と各方向の振動の位相差および振幅によって、物品９の移動速度と移動方向を変更するものである。

具体的には次のようにして、物品９の分別を行う。

発明者らの知見によれば、図１０を参照しつつ図１６を用いて説明すると、位相差φｘ（φｙ）によって物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）は正弦波に類似したカーブを描くように変化するとともに、物品９と可動台６との間の摩擦係数によっても変化する。すなわち、３種類の物品Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３と可動台６との間の摩擦係数をそれぞれμ２１、μ２２、μ２３としてμ２１＜μ２２＜μ２３の関係があるとき、Ｗ２２の時の移動速度のグラフは、Ｗ２１の時の移動速度のカーブを位相差が正となる方向にずらした形状となり、Ｗ２３の時の移動速度のグラフはそれをさらに位相差が正となる方向にずらした形状になる。そのため、楕円振動を行う可動台６の上に同時に摩擦係数の異なる物品９を置いた場合には、移動速度及び移動方向が異なることになる。

具体的には、図１６に示す位相差φ２１に設定しているときには、Ｗ２１は正の方向に進み、Ｗ２２とＷ２３とは同じ負の方向に進むがＷ２３のほうがＷ２２よりも移動速度が大きくなる。さらに位相差φ２２に設定すると、Ｗ２１は正方向に、Ｗ２２はＷ２１よりも小さな速度で正方向に進み、Ｗ２３は負の方向に進む。位相差をφ２３に設定すると、Ｗ２１は負の方向に進み、Ｗ２２は正方向に、Ｗ２３はＷ２２よりも大きな速度で正方向に進む。位相差をφ２４に設定すると、Ｗ２１は負の方向に、Ｗ２２はＷ２１よりも小さな速度で負の方向に進み、Ｗ２３は正の方向に進む。このようなφ２１〜φ２４以外にも位相は任意に設定可能であり、Ｗ２１からＷ２３を全て正方向または逆方向に移動させることや、移動速度の大きさの順番を変更することも可能である。

また、図１３を用いて上述したように、位相差φｘ（φｙ）と物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）との関係は、振幅Ｘ_０（Ｙ_０）を変えることによっても変化する。すなわち、位相差φｘ（φｙ）に対する物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）である正弦波類似のカーブは、概ね振動変位の振幅Ｘ_０（Ｙ_０）に比例して変化する。このことから、物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）を２倍にしたい場合には、概ねＸ（Ｙ）方向の振動変位の振幅を２倍にすればよい。そのためには、それに応じた加振力を与えるべく、制御電圧の振幅を変化させればよい。

このような一方向に対する振動制御を、直交するＸ、Ｙ方向に同時に対して行うことによって、複数の種類の物品９を可動台６上で分別し異なる方向に移動することができる。

以下、図１７に示すように、可動台６上にＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３の三種の物品が載っていることを想定して説明を行う。なお、それぞれの摩擦係数はμ２１、μ２２、μ２３としこれらの間にμ２１＜μ２２＜μ２３の関係があるものとする。

このような物品を可動台６上で移動させる速度は、Ｘ方向移動速度成分Ｖｘ、Ｙ方向移動速度成分Ｖｘに分解して考えることができ、上述したようにＶｘ、ＶｙはそれぞれＸＺ平面内の楕円軌道、ＹＺ平面内の楕円軌道によって制御でき、それぞれＺ方向の振動成分に対する位相差との関係で、上述の図１６の関係を有する。

ここで、摩擦係数の異なる物品Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３を移動する方向として、図１７のように上下左右で領域を分け、それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ領域とする。Ｘ、Ｙの振動成分のＺ方向振動成分に対する位相差φｘ、φｙを変化させることで、移動方向をこれらの領域のいずれかに設定することが可能となる。

例えば、φｘ、φｙをそれぞれ、図１６に示すφ２１、φ２２に設定したとき、図１８（ａ）の表に示したように、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３のＸ方向移動速度成分Ｖｘは、それぞれ正（＋）、負（−）、負（−）の値となり、Ｙ方向移動速度成分Ｖｙは、それぞれ正（＋）、正（＋）、負（−）の値となる。すなわち、図１７に示す領域においては、Ｗ２１はＤ領域に、Ｗ２２はＣ領域に、Ｗ２３はＡ領域に移動しようとすることになり、その結果、図２０（ａ）に示すようにＷ２１〜Ｗ２３はそれぞれの領域に分別されつつ移動する。

これと同様に図１８（ｂ）の表に示すように、φｘ＝φ２１、φｙ＝φ２４のときはＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はそれぞれＢ、Ａ、Ｃ領域に向かい、その結果、図２０（ｂ）に示すようにＷ２１〜Ｗ２３はそれぞれの領域に分別されつつ移動する。

さらに、図１８（ｃ）、（ｄ）および図１９（ｅ）〜（ｈ）に示すように、φｘ＝φ２２、φｙ＝φ２１のときはＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はそれぞれＤ、Ｂ、Ａ領域に、φｘ＝φ２２、φｙ＝φ２３のときはＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はそれぞれＢ、Ｄ、Ｃ領域に、φｘ＝φ２３、φｙ＝φ２２のときはＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はそれぞれＣ、Ｄ、Ｂ領域に、φｘ＝φ２３、φｙ＝φ２４のときはＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はそれぞれＡ、Ｂ、Ｄ領域に、φｘ＝φ２４、φｙ＝φ２１のときはＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はそれぞれＣ、Ａ、Ｂ領域に、φｘ＝φ２４、φｙ＝φ２３のときはＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はそれぞれＡ、Ｃ、Ｄ領域に分別されつつ移動することになる。

このように摩擦係数の異なる物品９であればそれぞれ別の方向に移動することができるとともに、それぞれを任意の移動方向に変更することも可能である。

上記のような原理を用いて、具体的には、次のように本物品分別装置１０１を用いて物品９の分別を行う。以下、図１５および図１６を用いて説明を行う。

まず、位相差入力部１３２よりＺ方向の振動成分に対するＸ方向、Ｙ方向の振動成分のそれぞれの位相差φｘ、φｙを入力する。この入力値に従って位相差入力部１３２は、Ｘ、Ｙ方向の振動の位相をφｘまたはφｙずらすように、それぞれに対応する位相調整回路３１ｂ、３１ｂに命令する。そして、位相調整回路３１ｂは、もともとの発振機３４の信号より位相をφｘまたはφｙずらして制御電圧として第１圧電素子８１、第２圧電素子８２に加えることでＺ方向の振動成分との位相差を与える。このようにして、例えば位相差入力部１３２よりφｘ＝φ２３、φｘ＝φ２２と設定するものとして入力すると、上記のＷ２１、Ｗ２２、Ｗ２３の性質を有する物品９は、それぞれ図１９（ｅ）のケースと同様にして、図１７のＣ、Ｄ、Ｂ領域に分別することができる。

また、位相差入力部１３２より図１８、図１９に示すような位相差を設定すれば、それぞれの表中に記載の通り物品９を分別することができる。

ここで、本発明においては、上記分別を行うための位相差に設定したときに、移動速度が０になる摩擦係数を基準摩擦係数として定義する。すなわち、図１６における位相差φ２１、φ２３に対応する基準摩擦係数はμａであり、φ２２、φ２４に対応する基準摩擦係数はμｂである。すなわち、位相差をφ２３に設定することは、分別を行う境界として基準摩擦係数をμａに設定しつつ、これより摩擦係数が大きな物品９は正の方向に、摩擦係数が小さな物品９は負の方向に進ませるように設定することと同義である。同様に、位相差をφ２２に設定することは、分別を行う境界として基準摩擦係数をμｂに設定しつつ、これより摩擦係数が大きな物品９は負の方向に、摩擦係数が小さな物品９は正の方向に進ませるように設定することと同義である。

よって、上記の位相差入力部１３２を、Ｘ、Ｙの各方向に分別する基準として位相差そのものを入力するものではなく、Ｘ、Ｙの各方向に対する基準摩擦係数と、当該基準摩擦係数に対する摩擦係数の大小に応じて物品が進行する正負のいずれかの方向とを入力するものとして、これらの情報から内部に保存しておいた図１６のグラフを基にして自動的に位相差を設定して出力するように構成することも可能である。

さらに、図１６から分かるように、Ｚ方向の振動に対して振動の位相差を変えることで、摩擦係数の異なる物品９の移動方向を変更できると同時に、速度差を設けることも可能である。そのため、本物品分別装置１０１は可動台上６の四隅に対応する領域に分別していくだけでなく、それらの領域の中間などのさらに細かな領域設定を行った上で、４種類以上に分別させることも可能である。

また、上記のように摩擦係数の異なる物品９を分別させるように制御することによって、厳密には摩擦係数が同じものであっても表面形状が異なるなど、見かけ上摩擦係数が異なっているようにとらえられるものについても分別することができる。例えば、同一部材の表面と裏面であっても、面の凹凸が異なり可動台６との接触面積が大きく異なるような場合が該当する。

以上のように、本実施形態の物品分別装置１０１は、可動台６の振動により可動台６上に載せられた複数の物品９を分別するものであって、上述の振動装置２と、当該振動装置２が有する前記第１〜第３の加振手段８１〜８３による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台６に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段８１〜８３を制御する振動制御手段３１とを備え、前記第１の加振手段８１による周期的加振力と前記第３の加振手段８３による周期的加振力との位相差、および前記第２の加振手段８２による周期的加振力と前記第３の加振手段８３による周期的加振力との位相差を、それぞれ所定の基準摩擦係数を境界として個々の物品９が有する摩擦係数の前記基準摩擦係数に対する大小関係に基づき各物品が異なる方向に移動するように設定することで、前記可動台６上に載せられた複数の物品９を同時に分別するようにして構成したものである。

このように構成しているため、可動台６上の複数の物品９を摩擦係数に応じて分別することが可能な制御性に優れた物品分別装置１０１を構成することができる。
＜変形例＞

ここで、上述した第１実施形態および第２実施形態に共通する振動装置２を変形した例を、図２１に示す。

この変形例においては、ベース４から順次接続する第１の板状バネ部材７１、第１中間台５１、第２バネ部材７２までの形態は、図４におけるものとほぼ同一である。

図２１のように、第２の板状バネ部材７２とバネ座７２ｃを介して接続される第２中間台２５２が直方体のブロック状の形状となっている。そして、その第２中間台２５２の上面および下面より、各々Ｘ方向両側に向かって第３バネ部材７３〜７３が延出するようにして設けられており、第１の板状バネ部材７１、７１の外側の各々に配置された、直方体状のブロックとして形成されたバネ間ブロック２７３ｅ、２７３ｅに接続されている。

バネ間ブロック２７３ｅ、２７３ｅに対しては、それそれ、Ｚ方向に離間して平行になるように配置された第３バネ部材７３〜７３が一対ずつ接続されており、下方向よりバネおさえ２７３ｄ〜２７３ｄで、上方向からは可動台座２６１、２６１との間で挟み込まれるようにして固定されている。

本実施形態においては、可動台座２６１、２６１は、図３の場合と異なり、Ｘ方向に離間した形態となるために、可動板６２（図３参照）を設けなくても直接搬送台６３を可動台座２６１、２６１に固定することができる。これに対して、図３に記載した振動装置１のように可動台座６１が中央付近にある場合には、搬送台６３の中央付近にネジを設けることを回避するために可動台座６１と搬送台６３との間に可動板６２を設けて、ネジ位置をずらす構成とすることが必要となる。従って、こうした構成と比べた場合、本変形例のような構成にすると、可動部分の軽量化が可能となる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態においては、各方向への加振手段８１〜８３をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚの互いに直交する方向に加振力を与えるように構成したが、可動台６に三次元的に合成した振動軌跡を生成・変更できるかぎり必ずしも直交させることは必要でなく、単にそれぞれの方向を交差させるだけでよい。また、各加振手段８１〜８３は厳密に垂直、水平方向に設定することも必要ではないし、ベース４を傾けることや、垂直に設置する等の種々の利用の態様も可能である。

また、上述の実施形態においては、第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３の側面に貼りつける第１〜第３圧電素子８１〜８３とは片面に貼りつけたユニモルフ型としていたが、それぞれを裏表の両面に１個ずつ貼り付けたユニモルフ型として、さらに加振力を増すように構成することも可能である。

また、本実施形態においては、図４および図２１に記載するように、第１〜第３圧電素子８１〜８３は第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３のそれぞれ外側半分に貼りつけてあるが、これを内側半分に貼りつける構成とすることも可能であるし、外側半分と内側半分のそれぞれに設けるように構成することも可能である。

さらに、本実施形態では第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３をそれぞれ端部で支持しつつ、中央で別の部材を支持する構成としていたが、中央付近で分割して各々２個の板状バネ部材として構成することも可能である。

また、本実施形態では、弾性支持を行うための第１〜第３の板状バネ部材７１〜７３と、各方向への加振を行う第１〜第３の加振手段８１〜８３としての圧電素子を一体化して構成していたが、コンパクト化の要求が小さい場合には、加振手段として電磁石を用いることも可能である

また、上述の実施形態では、Ｚ方向の周期的加振力の位相を基準として、Ｘ方向の周期的加振力とＹ方向の周期的加振力の位相を調整するような制御回路としていたが、Ｚ方向の周期的加振力とＸ方向及びＹ方向の各周期的加振力との間の位相差を所定の値とすることができる限り、方向の周期的加振力の位相を変更するように構成しても良い。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…物品搬送装置
２…振動装置
３…制御システム部
４…ベース
６…可動台
９…物品
３１…振動制御手段
３２…振動切替手段
３３…搬送経路決定手段
３４…発振機
３５…制御電圧増幅器
４２…カバー
５１…第１中間台
５２…第２中間台
６１…可動台座
６２…可動板
６３…搬送台
７１…第１の板状バネ部材
７２…第２の板状バネ部材
７１…第３の板状バネ部材
８１…第１圧電素子（第１の加振手段）
８２…第２圧電素子（第２の加振手段）
８３…第３圧電素子（第３の加振手段）
１０１…物品分別装置
１３２…位相差入力部

Claims (6)

1. ベースと、当該ベースに対して弾性的に支持された可動台と、当該可動台を水平な第１方向に振動させる第１の加振手段と、前記可動台を水平で且つ前記第１方向に交差する第２方向に振動させる第２の加振手段と、前記可動台を垂直な第３方向に振動させる第３の加振手段とを備えた振動装置であって、
   前記ベースと前記可動台の間に第１中間台と第２中間台を備えるとともに、前記ベースに対して前記第１中間台を前記第１方向に弾性的に支持する第１の板状バネ部材と、前記第１中間台に接続され、前記第２中間台を前記第２方向に弾性的に支持する第２の板状バネ部材と、前記第２中間台に接続され、前記可動台を前記第３方向に弾性的に支持する第３の板状バネ部材を具備し、
   前記第１の板状バネ部材が厚み方向を前記第１方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、
   前記第２の板状バネ部材が厚み方向を前記第２方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、
   前記第３の板状バネ部材が厚み方向を前記第３方向にほぼ合致させるとともに長手方向を水平な向きに配されており、
   前記可動台の下方に、前記ベース、前記第１中間台、前記第２中間台、前記第１の板状バネ部材、前記第２の板状バネ部材および前記第３の板状バネ部材が配置されていることを特徴とする振動装置。
2. 前記第１〜第３の板状バネ部材の少なくともいずれかが、所定距離離して平行に複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
3. 前記第１〜第３の加振手段が前記第１〜第３の板状バネ部材の少なくとも片面に貼設された圧電素子であり、これらの圧電素子に正弦電圧を付与して周期的な伸びを生じさせることで、前記第１〜第３の板状バネ部材を振動させることを特徴とする請求項１または２に記載の振動装置。
4. 前記ベースと前記第１中間台の少なくともいずれかと前記第１の板状バネ部材との間、および、前記第１中間台と前記第２中間台の少なくともいずれかと前記第２の板状バネ部材との間に各々バネ座が設けられており、当該バネ座の位置が各々前記第１および第２の板状バネ部材の長手方向に対して変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の振動装置。
5. 可動台の振動により可動台上に載せられた物品を搬送する物品搬送装置であって、
   請求項１〜４のいずれかの振動装置と、当該振動装置が有する前記第１〜第３の加振手段による周期的加振力を、位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段と、前記各加振手段による周期的加振力の振幅と位相差を切り替える振動切替手段とを備えることを特徴とする物品搬送装置。
6. 可動台の振動により可動台上に載せられた複数の物品を分別する物品分別装置であって、
   請求項１〜４のいずれかの振動装置と、当該振動装置が有する前記第１〜第３の加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に三次元の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段とを備え、
   前記第１の加振手段による周期的加振力と前記第３の加振手段による周期的加振力との位相差、および前記第２の加振手段による周期的加振力と前記第３の加振手段による周期的加振力との位相差を、それぞれ所定の基準摩擦係数を境界として個々の物品が有する摩擦係数の前記基準摩擦係数に対する大小関係に基づき各物品が異なる方向に移動するように設定することで、前記可動台上に載せられた複数の物品を同時に分別することを特徴とする物品分別装置。

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