JP6175987B2 - チップ部品回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、自由落下したチップ部品の落下衝撃を緩和し、チップ部品が破損又は変形するのを抑制しつつ回収するチップ部品回収装置に関する。本発明が対象とするチップ部品とは、表面実装に対応できる電子部品のことであり、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗、チップサーミスタなど他種類の製品が含まれるが、その中でもセラミック成形体で形成されたチップ部品が特に好適である。なお、本チップ部品は、完成部品だけでなく、製造途中の中間部品（例えば外部電極を形成する前の成形体など）であってもよい。

従来より、積層セラミックコンデンサのようなチップ部品を製造工程の中で搬送する場合、ある高さの搬送ラインから、それより高さの低い別の搬送ラインへチップ部品を移送する必要が生じることがある。その場合、従来ではシュータのような滑り台に沿ってチップ部品を滑らせて搬送する方法が用いられているが、所定以上の高さを滑らせるには、シュータ自体が大型になると共に、水平方向にも大きなスペースを必要とする。

そこで、従来では図８に示すように、複数の搬送ベルト１０１、１０２、１０３を上下に多段階に配置し、最上段の搬送ベルト１０１上を搬送したチップ部品Ｃを、次段のベルト１０２上に落下させ、順次チップ部品Ｃを下段のベルト上へ落下させるようにして、１段当りのチップ部品Ｃの落下衝撃を緩和しつつ搬送する方法がある。積層セラミックコンデンサのようなチップ部品は、落下衝撃によって割れや欠けが発生しやすいため、１段当りのチップ部品の落下高さＨを許容落下距離以下に管理する必要がある。

例えば、０．５×０．５×１．０ｍｍの直方体形状の積層セラミックコンデンサを１ｍの高さから自由落下させると、落下速度は約４ｍ/ｓまで加速される。この速度でチップ部品を剛体プレート（例えばセラミックプレート）に衝突させると、３０％以上の確率で割れや欠けといったダメージを受けることを実験により確認した。一方、落下高さを５０〜１５０ｍｍとすると、割れや欠けはほぼゼロであり、許容落下距離は５０〜１５０ｍｍであることが確認されている。よって、１５０ｍｍを超える高さから落下した場合は、何らかの落下衝撃緩和対策が必要である。

ウレタンやスポンジなどのやわらかい弾性マット上にチップ部品を落下させると、そのマットが衝撃を吸収し、チップ部品の破壊や損傷の回避が可能となる。しかし、マット上に多数のチップ部品を連続的に落下させると、先に落下したチップ部品と後続のチップ部品とが衝突し、その衝撃によっても割れや欠けが発生する。

上述のベルトを用いた搬送装置では、先に落下したチップ部品の上に後から落下したチップ部品が衝突しないように、ベルトの搬送速度を調節する必要がある。そのため、複数のベルトを常に駆動し続けなければならず、動力エネルギーも大きくなる。また、一気に多数のチップ部品を落下させると、たとえベルトの搬送速度を上げても対応できない可能性がある。

特許文献１には、落下衝撃の緩和を目的としたコンベアのシュート装置が開示されている。このシュート装置は、高さ方向に複数段並べて配置される搬送路を備え、上下に隣り合う各搬送路のうち、下側に位置する搬送路の上流側端部を、その上側に位置する搬送路の下流側端部に回動自在に接続し、自由状態では各搬送路を上流側から下流側へかけて下方へ傾斜させた落下速度減少手段と、最下段の搬送路に設けられ、この搬送路を上昇又は下降させ、落下速度減少手段の高さ調整を行うワイヤーとを有するものである。

しかしながら、特許文献１に記載されたシュート装置の場合、
（１）十分に落下衝撃の緩和を図るためにはかなりの長さの搬送路が必要であること、
（２）ジグザグ状に移動させながら落下させるため、移動に多大な時間がかかること、
（３）複数の搬送路をヒンジ軸を介して回動可能に連結する必要があるため、装置が大型かつ複雑になること、などの課題がある。

特開２００７−１５３５７６号公報

本発明の目的は、複数のチップ部品を連続して落下させた場合に、個々のチップ部品の衝撃緩和と共に、チップ部品同士の衝突を抑制しつつ回収できるチップ部品回収装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、自由落下したチップ部品の落下衝撃を緩和しつつ回収するチップ部品回収装置において、複数の受け板を鉛直軸に対して角度θ（θ＜９０°）で第１の方向に傾斜又は湾曲させ、かつ前記チップ部品の最大寸法より大きな間隔を隔てて配置してなる衝撃緩和手段と、前記複数の受け板を水平方向にかつ前記第１の方向に移動させる駆動手段と、を備え、前記チップ部品を前記衝撃緩和手段の上方から落下させることにより、前記チップ部品を前記受け板と前記角度θより小さい角度で衝突させながら前記衝撃緩和手段の中を通過させてチップ部品を回収することを特徴とするチップ部品回収装置を提供する。

以下に、本発明におけるチップ部品の落下衝撃吸収の原理を説明する。図１に示すように、鉛直軸に対して角度θ（θ＜９０°）で傾斜した板Ｐの上方からチップ部品Ｃを落下させると、チップ部品Ｃが板Ｐから受ける衝撃力を低減でき、ダメージを緩和できる。このとき、チップ部品の落下速度をＶとすると、板Ｐに対して垂直方向のチップ部品Ｃの速度成分Ｖｉは、
Ｖｉ＝Ｖｓｉｎθ （１）
となる。ここで、板Ｐが剛体であれば、衝突の際の落下衝撃相当速度Ｖａは、
Ｖａ＝Ｖｉ＝Ｖｓｉｎθ （２）
となる。

いま、チップ部品の終端速度が４ｍ／ｓの場合を想定すると、θ＝３０°でチップ部品の落下衝撃相当速度は２ｍ／ｓとなる。チップ部品が割れや欠けといったダメージを受けないと考えられる許容落下衝撃速度を１ｍ／ｓと仮定すると、この許容落下衝撃速度を満足する角度（許容衝突角度）は、
θp＝ａｒｃｓｉｎ（１／４） （３）
によって、θp＝１４．５°となる。

上記許容衝突角度の信憑性を確かめるため、０．５ｍｍ角サイズ（０．５×０．５×１．０ｍｍ）のセラミックチップ１００個を１ｍの高さから落下させ、θが５°、１０°、１５°、２０°、３０°、９０°のセラミック板Ｐに衝突させた。衝突後のチップ部品Ｃは、その後の衝撃による割れ欠けを回避するために、メッシュ板Ｍにて回収した。その結果、割れ欠けの発生割合は、５°および１０°の場合は０％、１５°の場合は１％、２０°で３％、３０°で８％、９０°で３０％であった。これにより、許容角度１４°未満の傾斜を持たせた板Ｐの場合は、板Ｐが剛体にも関わらず、衝撃緩和が可能であることを確認した。

図２に示すように、鉛直軸ｚに対してｘ軸方向に角度θで傾斜した受け板Ｐをｘ軸方向にＶｍで移動させた場合、チップ部品Ｃが傾斜した受け板Ｐに衝突する際の角度は、チップ部品Ｃと受け板Ｐそれぞれの速度を合成して求めることができる。実際の衝突角度θ’は、式（４）で求まる。
θ’＝θ−ａｒｃｔａｎ(Ｖｍ／Ｖｔ) （４）
ここで、Ｖｍは受け板Ｐのｘ軸方向移動速度、Ｖｔはチップ部品Ｃの落下速度、θは受け板Ｐの傾斜角度である。

例えば、θ＝４５°、Ｖｔ＝４ｍ／ｓ、Ｖｍ＝２．４ｍ／ｓとすると、θ’＝１４°となり、前述の受け板への許容衝突角度１４．５°を下回ることになる。このように受け板に衝突した後のチップ部品は、衝突により減速しつつ、受け板との衝突を繰り返すが、いずれも許容衝撃力未満の衝撃を受けつつ減速することになるため、チップ部品へのダメージを抑制できる。

上述の許容衝突角度１４．５°は、０．５ｍｍ角サイズのセラミックチップを速度４ｍ／ｓでセラミック板Ｐに衝突させた場合であるが、受け板の素材や弾性、チップ部品の大きさや強度等によって許容衝突角度θpは異なる。θpは実験的に求めることができる。そこで、上述の式を一般化して、
θｐ＞θ−ａｒｃｔａｎ(Ｖｍ／Ｖｔ) （５）
となるように、移動速度Ｖｍと傾斜角度θとを設定すれば、チップ部品を割れ欠けなく回収することができる。

次に、チップ部品が連続して落下してくるケースを想定する。この場合は、図３に示すように、前述した受け板Ｐを複数枚用意し、一定間隔を設けてｘ軸方向に移動させることにより、落下してくるチップ部品Ｃをすべて鋭角衝突させ、その後に回収可能となる。受け板Ｐの間に落下したチップ部品Ｃが、落下途中で受け板Ｐに鋭角衝突するための条件としては、受け板の間隔をｄ、受け板間の落下距離をL、受け板の水平面への投影距離をＷとすれば、
ｄ＜Ｗ−（Ｖｍ／Ｖｔ）Ｌ （６）
を満足すればよい。ここで、ｔａｎθ＝Ｗ／Ｌである。

衝撃緩和手段と駆動手段の組合せの形態は種々考えられる。例えば、枠体の内側に複数枚の受け板を平行に配置し、枠体を垂直軸を中心として水平回転させることにより、本発明の回収装置を構成することもできる。一方、内輪部と外輪部との間に半径方向に延びる受け板を周方向に所定間隔をあけて複数枚配置し、駆動手段により内輪部と外輪部とを一体的に回転させるようにしてもよい。いずれの場合も、衝撃緩和手段を連続回転させながら受け板上にチップ部品を落下させることができるので、連続運転が可能になる。なお、回転方式の回収装置の場合には、受け板の外周側（回転中心から離れた部分）に比べて内周側（回転中心に近い部分）の周速が遅くなるが、少なくとも内周側の周速が（５）式を満足するように設定することで、許容衝突角度以下でチップ部品を受け板へ衝突させることができる。

以上のように、本発明によれば、鉛直軸に対して角度θ（θ＜９０°）で傾斜又は湾曲した受け板を、チップ部品の最大寸法より大きな間隔を隔てて配置してなる衝撃緩和手段を水平移動させるので、移動速度分だけ受け板に衝突するチップ部品の衝突角度が小さくなり、許容角度より大きな傾斜角θで傾斜した受け板であっても、チップ部品に割れや欠けを発生させずに回収可能になる。本発明にかかる回収装置を、高さの異なる搬送ラインに適用すれば、１回の落下で十分な高さ（例えば１ｍ以上）を稼ぐことができ、平面方向のスペースを小さくできると共に、チップ部品を連続的に落下させることができ、処理効率が向上する。

傾斜した板へのチップ部品の落下衝撃を説明するための図である。 移動している受け板上に落下したチップ部品の衝突角度を説明するための図である。 複数の受け板間にチップ部品が落下したときの説明図である。 本発明に係るチップ部品回収装置の第１実施例の斜視図である。 図４に示す回収装置を周方向にそって展開した側面図である。 本発明に係るチップ部品回収装置の第２実施例の受け板の部分側面図である。 本発明に係るチップ部品回収装置の第３実施例の平面図である。 従来の搬送装置の一例の概略図である。

−第１実施例−
図４、図５は本発明にかかるチップ部品回収装置の第１実施例を示し、図４はその全体斜視図、図５は衝撃緩和手段を周方向に展開した展開図である。この実施例の回収装置１Ａは、衝撃緩和手段１０と、衝撃緩和手段１０の上方に配置されたガイド筒２０と、衝撃緩和手段１０を矢印方向に回転駆動させる駆動手段３０とを備えている。衝撃緩和手段１０は、内輪部１２と外輪部１３との間に羽根板状の複数の受け板１１を周方向に所定間隔で配置したものである。各受け板１１は鉛直軸に対して角度θ（θ＜９０°）で回転方向（図５では右方向）に傾斜させてあり、各受け板１１の間にはチップ部品Ｃの最大寸法より大きな間隔ｄが設けられている。衝撃緩和手段１０を水平面へ垂直投影したとき、隣接する受け板１１の一部同士が寸法ｓで重なっている。この実施例では、受け板１１として、チップ部品Ｃが通過できない目開きを有し弾力性を有する金属メッシュを使用したが、金属板、セラミック板、樹脂板など任意の板材を使用できる。

衝撃緩和手段１０の底部には、内輪部１２と外輪部１３との間を蓋する底板１４が着脱可能に取り付けられており、受け板１１の間を通過したチップ部品Ｃはこの底板１４で受けられる。なお、底板１４は任意であり、内輪部１２と外輪部１３の底部が開口していてもよい。その場合には、衝撃緩和手段１０の下方にチップ部品Ｃを収容するための回収箱や、チップ部品を別の場所へ搬送するためのベルトコンベアなどを配置してもよい。底板１４としては、硬質板でもよいし、金属メッシュのような弾性板でもよい。

ガイド筒２０は、チップ部品Ｃの拡散を抑制しながら、チップ部品Ｃを衝撃緩和手段１０の所定箇所へ落下させるものである。ガイド筒２０の上端から衝撃緩和手段１０の上端までの高さは１ｍ以上であってもよいが、受け板１１の下端から底板１４までの高さは許容落下距離（例えば５０〜１５０ｍｍ）以下とするのがよい。ガイド筒２０は、その上下部が開口しており、上部開口からチップ部品Ｃが連続的に投入され、ガイド筒２０の中を通って下部開口から衝撃緩和手段１０の内輪部１２と外輪部１３の間の位置、つまり受け板１１の上へ落下する。ガイド筒２の横断面形状は円筒形、角筒形、長円筒形など任意である。

駆動手段３０は、例えばモータ等からなり、衝撃緩和手段１０をその中心軸１０ａ周りに一定速度で回転させる。許容衝突角度をθp、受け板１１の周速度をＶｍ、受け板１１の傾斜角度をθ、チップ部品Ｃの落下速度をＶｔとすると、
θｐ＞θ−ａｒｃｔａｎ(Ｖｍ／Ｖｔ) （５）
の関係が成立するように、Ｖｍとθとが設定されている。

受け板１１の内周部と外周部とでは周速度Ｖｍが異なるので、最小周速度である内周部の周速度が上記式を満足する速度で衝撃緩和手段１０を回転させるのがよい。この場合には、ガイド筒２０から内輪部１２と外輪部１３との間の空間であればどの位置へチップ部品を落下させてもよい。また、受け板１１の内周部と外周部とで傾斜角度θが異なっていてもよい。例えば内周部の傾斜角度θを外周部の傾斜角度θに比べて小さくすれば、周速度Ｖｍの小さい内周部でも（５）式を満足しやすくなる。

受け板１１同士を鉛直方向から見たときの間隔をｄ、受け板１１間におけるチップ部品Ｃの落下距離（鉛直成分）をＬ、受け板１１の水平面への投影距離をＷ（図３参照）とすると、
ｄ＜Ｗ−（Ｖｍ／Ｖｔ）Ｌ （６）
とされている。ここで、
ｔａｎθ＝Ｗ／Ｌ
である。（６）式を満足するように寸法設定することで、落下してくるすべてのチップ部品Ｃを受け板１１に対して鋭角衝突させることができる。

上記のように受け板１１を斜めに傾斜させ、しかも傾斜方向に水平移動させるため、受け板１１に対してチップ部品Ｃが許容衝突角度θｐ以下で衝突し、複数回の衝突を繰り返すことにより段階的に速度が低減し、チップ部品Ｃを割れ欠けなく底板１４で回収できる。また、受け板１１は傾斜方向に水平移動するので、先に落下したチップ部品Ｃは速やかに受け板１１の背面側に回り込み、後続のチップ部品Ｃとの衝突頻度を激減させることができる。そのため、複数のチップ部品を連続的に落下させても、チップ部品同士の衝突による割れや欠けを防止できる。

−第２実施例−
図６は、本発明に係る回収装置の第２実施例を示す。この回収装置１Ｂは、受け板１１を直線的に傾斜させた第１実施例の回収装置に比べて、受け板１５を湾曲させた点で異なる。受け板１５の湾曲形状は、鉛直軸に対する傾斜角度θが下方に至るに従い漸次大きくなっている。

この実施例の場合は、最大速度で落下してくるチップ部品Ｃが最初に衝突する受け板１５の部分は、傾斜角度θが小さな上部であるため、チップ部品Ｃが許容衝突角度θｐ以下で衝突することができる。そして、一度衝突して減速されたチップ部品は、受け板１５の傾斜角度θの大きな下部で再び許容衝突角度θｐ以下で衝突するため、チップ部品Ｃを割れ欠けなく回収できる。この実施例では、複数回の衝突を実現するための受け板１５の上下方向のサイズを、図５に示すように受け板１１を直線的に傾斜させた場合に比べて小さくできる。

−第３実施例−
図７は、本発明に係る回収装置の第３実施例を示す。この実施例の回収装置１Ｃでは、四角形の枠体５０の内部に複数の受け板５１を平行にかつ傾斜させて配置してある。この枠体５０を、その垂直方向の中心軸Ｏを中心として図示しない駆動手段により矢印方向に水平回転させる。受け板５１は、第１実施例（図４）と同様に、回転方向側にθ（θ＜９０°）で傾斜させたものである。枠体５０の上方には、中心軸Ｏに対して所定距離δだけずらした位置にガイド筒２０が配置されている。δはガイド筒２０の半径より大きい。

この実施例の場合も、受け板５１を斜めに傾斜させ、しかも傾斜方向に水平移動させながら、枠体５０の回転中心以外の位置にチップ部品を落下させるため、受け板５１に衝突したチップ部品Ｃが許容衝突角度θｐ以下で衝突する。複数回の衝突を繰り返すことにより、段階的に速度が低減し、チップ部品Ｃを割れ欠けなく回収できる。

本発明が対象とするチップ部品としては、セラミック成形体よりなるチップ部品に限らず、樹脂や金属を含むチップ部品であってもよい。さらに、チップ部品とは完成品としてのチップ部品である必要はなく、製造途中の中間部品又は半製品であってもよい。チップ部品の形状は、直方体に限らず、立方体、円盤形、円柱形など任意である。

Ｃ チップ部品
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ チップ部品回収装置
１０ 衝撃緩和手段
１１ 受け板
１２ 内輪部
１３ 外輪部
１４ 底板
１５ 受け板
２０ ガイド筒
３０ 駆動手段
５０ 枠体
５１ 受け板

Claims (5)

1. 自由落下したチップ部品の落下衝撃を緩和しつつ回収するチップ部品回収装置において、
   複数の受け板を鉛直軸に対して角度θ（θ＜９０°）で第１の方向に傾斜又は湾曲させ、かつ前記チップ部品の最大寸法より大きな間隔を隔てて配置してなる衝撃緩和手段と、
   前記複数の受け板を水平方向にかつ前記第１の方向に移動させる駆動手段と、を備え、
   前記チップ部品を前記衝撃緩和手段の上方から落下させることにより、前記チップ部品を前記受け板と前記角度θより小さい角度で衝突させながら前記衝撃緩和手段の中を通過させてチップ部品を回収することを特徴とするチップ部品回収装置。
2. 前記衝撃緩和手段の水平方向の移動速度をＶｍ、チップ部品の落下速度をＶｔ、前記受け板の傾斜角度をθ、チップ部品の受け板への許容衝突角度をθｐとしたとき、
   θｐ＞θ−ａｒｃｔａｎ(Ｖｍ／Ｖｔ)
   であることを特徴とする、請求項１に記載のチップ部品回収装置。
3. 前記受け板同士を鉛直方向から見たときの間隔をｄ、前記受け板間におけるチップ部品の落下距離（鉛直成分）をＬ、前記受け板の水平面への投影距離をＷとすると、
   ｄ＜Ｗ−（Ｖｍ／Ｖｔ）Ｌ
   であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のチップ部品回収装置。
4. 前記受け板は、セラミック板、金属板又はメッシュ板であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のチップ部品回収装置。
5. 前記受け板は、その傾斜角度θが下方に至るほど大きくなるように湾曲していることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のチップ部品回収装置。

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