JP6772005B2 - 部品供給装置および部品供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、製品の自動組み立てに用いられる部品供給装置、ならびに部品供給方法に関する。

近年、製品の組み立てを自動化するための技術開発が盛んに行われている。その一方で、製品の小型化や多機能化が進展するのに伴い、製品を構成する部品も小型化や薄型化が推進される傾向にある。

そこで、製品の自動組み立てを高速に行うためには、小型部品を自動組立装置に円滑かつ高速に供給するための部品供給装置が必要になってきている。

たとえば、特許文献１には、駆動用板ばねを備えた直線型振動フィーダが開示されている。駆動用板ばねが延在する方向に対して垂直方向に部品搬送路を直線振動させ、部品を搬送するものである。言い換えれば、部品の搬送方向（前後）と鉛直方向（上下）を合成した方向に部品搬送路を直線振動することにより、部品を搬送する装置である。

また、特許文献２には、ネジ類を案内するレールを、略水平かつ長手方向に前後動させてネジ類を搬送する装置が開示されている。

特開平３−１０６７１１号公報 特開平８−１５５７５８号公報

自動組み立ての速度を高速化するには、部品供給装置から連続して部品を供給する必要があるが、そこで部品詰まりが発生すると不都合である。

特許文献１の装置においては、部品の搬送方向（前後）と鉛直方向（上下）を合成した方向に部品搬送路を直線振動させ、部品を斜め前に跳ね上げることで部品を前進させて搬送している。この装置では、比較的大きな搬送速度が得られる反面、高さが小さい部品を搬送する場合に、前後の部品が互いに乗り上げたり重なったりして、部品搬送路中で部品詰まりを発生させる場合があった。乗り上げや重なりを抑制するため、前後の部品の間隔を広げて搬送すれば、タクトタイムが大きくなってしまう問題があった。

特許文献２の装置では、上下動を抑制してレールを前後動させるため、低頭ビスのようにレール上に突出する部分の高さが小さい部品を搬送する場合であっても、ビスの頭が乗り上げたり重なったりする可能性は小さい。しかし、レールの前後動では、大きな推進力を部品に印加するのが難しく、搬送速度を大きくするのが困難であった。また、タクトタイムを抑制するために前後の部品間隔を短くすると、部品同士が接触する場合があり、不都合であった。

本発明は、部品搬送路に載置した際に突出する部分の高さが小さい部品であっても、部品同士を互いに乗り上げさせたり重なったりさせることなく高速に搬送可能な装置を提供する。さらには、前後の部品を接触させることなく、適宜の間隔で取り出すことが可能な部品供給装置を提供することを目的とする。

本発明の部品供給装置は、部品が搬送される部品搬送路と、前記部品搬送路に前記部品を供給する供給部と、前記部品搬送路を回動可能に支持する回動軸と、前記部品搬送路に対して前記部品の搬送方向と交差する水平方向に力を印加し、前記部品搬送路を前記回動軸を中心に往復回動運動させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の部品供給方法は、回動可能に支持された部品搬送路に部品を載置する工程と、前記部品搬送路に水平方向の力を印加し、前記部品搬送路を往復回動運動させ、前記部品搬送路に載置された前記部品を前記力を印加する方向と交差する方向に搬送する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、部品搬送路に載置した際に突出する部分の高さが小さい部品であっても、部品同士を互いに乗り上げさせたり重なったりさせることなく高速に搬送可能な装置を提供できる。さらには、前後の部品を接触させることなく、適宜の間隔で取り出すことが可能な部品供給装置を提供できる。

第一の実施形態にかかる部品供給装置の外観斜視図。 装置本体の一部を上面から見た模式図。 装置本体の一部をＹ方向から見た模式図。 装置本体の一部をＸ方向から見た模式図。 （ａ）乃至（ｄ）は、部品搬送路に載置された部品の動きを示す模式図。 部品供給装置の回路ブロック図。 電磁石を駆動するための電流波形図。 第二の実施形態にかかる装置本体の一部を側面から見た模式図。 第三の実施形態にかかる装置本体の一部をＸ方向から見た模式図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、図中に座標軸が示されている場合には、Ｘ軸とＹ軸は水平面内にあり、Ｚ軸は鉛直方向を示している。

［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる部品供給装置の外観斜視図である。

部品供給装置１は、装置本体２と、装置本体２を不図示の自動組立装置に隣接させて設置するための台座３を備える。

装置本体２は、図１に示されるように、保護カバー４、部品を搬送するための部品搬送路５、部品を自動組立装置に向けて排出するための排出部６を備える。

装置本体２について、図２乃至図７を参照して、詳細に説明する。

図２は、保護カバー４をはずした状態で、装置本体２の一部を上面から見た模式図である。

図３は、保護カバー４をはずした状態で、装置本体２の一部をＹ方向から側面を見た模式図である。

図４は、排出部６と保護カバー４をはずした状態で、部品搬送路５をＸ方向に沿って側面から見た模式図である。

図２に示すように、部品搬送路５は、Ｘ軸とＹ軸で規定される平面、すなわち水平面内に所定間隔を隔てて平行に配置された搬送レール５ａと搬送レール５ｂとを備える。本実施形態の部品供給装置は、ネジやビスのように頭部と軸部を有した形状の部品７を供給する装置である。

図４に示すように、搬送レール５ａと搬送レール５ｂを隔てる間隔Ｌは、ネジやビスの軸部の外径ｄよりも大きく、頭部の外径Ｄよりも小さい距離に設定されている。Ｌ＜Ｄであるため、搬送レール５ａと搬送レール５ｂによって部品７の頭部が支持され、部品が部品搬送路から落下することはない。Ｌ＞ｄであるため、部品７の軸部は、搬送レール５ａと搬送レール５ｂの隙間に沿って移動可能である。

図２および図３に示すように、部品搬送路５の一端には、搬送レール５ａと搬送レール５ｂが、所定間隔を保ったまま水平面内で一体として回動できるようにするための回動軸１０が設けられている。部品搬送路５は、搬送レール５ａと搬送レール５ｂとが所定間隔を保ったまま一体として回動可能な構造であればよく、一体形成された構造体でもよいし、複数の部材を連結した構造体でもよい。

また、図２に示すように、部品搬送路５の搬送レール５ｂの外側であって、回動軸１０から離れた位置には、電磁石１１が設けられている。電磁石１１と対向する位置には、連結部材１２によって搬送レール５ｂと連結された被吸引部材１３が設置されている。

被吸引部材１３は、電磁石１１が駆動されて磁力を発生したときに吸引されるように、たとえば鉄のような強磁性体で形成されている。

一方、連結部材１２は、たとえば非磁性ステンレス鋼やアルミニウムのような非磁性体で形成されている。図４に示すように、非磁性体の連結部材１２を磁性体の被吸引部材１３の支持体として配置することにより、磁力線の漏れを抑制することが可能となる。このため、電磁石１１を駆動した時に、搬送レール５ａ、搬送レール５ｂ、部品７等が磁化してしまう不都合を防止することが可能である。

図２及び図４に示すように、搬送レール５ｂと弾性体支持部１５の間には、弾性体１４が設けられている。弾性体支持部１５は、装置本体２のフレーム（不図示）に固定されており、弾性体１４の片端を装置本体２に固定している。

部品搬送路５の搬送レール５ａの外側であって、回動軸１０から離れた位置には、部品搬送路５の回動角度を制限するためのストッパ１６が設けられている。言い換えれば、ストッパ１６は、部品搬送路５をはさんで、電磁石１１の反対側に位置している。

また、図２および図３に示すように、部品搬送路５に沿って回動軸１０に近い位置には、部品収納部９に収納された部品７を、部品収納部９から１個ずつ取り出し、部品搬送路５に載置するための部品供給部８が設けられている。部品供給部８は、図３に示すように、回転しながら部品７を１個ずつ掻き出す機構が用いられる。ただし、部品搬送路５に部品を載置できる機構であれば、これ以外の形態でもよい。

部品搬送路５の、回動軸１０と反対側の端には、搬送された部品７を不図示の自動組立装置に向けて排出するための排出部６が設けられている。

次に、部品供給部８により部品搬送路５に載置された部品を、排出部６に向けて図２の矢印Ｃの方向に搬送する原理を説明する。まず、部品搬送路５の動作について説明する。

図２において、電磁石１１が駆動されて磁力を発生すると、被吸引部材１３が電磁石１１の方向に引き付けられるために、部品搬送路はＹ方向の力を受け、搬送レール５ａと搬送レール５ｂは、回動軸１０を回動中心として、矢印Ａの方向に回動を開始する。そして、磁力による吸引力と弾性体１４の反発力がつりあうまで回動する。

次に、電磁石１１の駆動が停止され吸引力が解除されると、圧縮されていた弾性体１４が伸びようとするため、部品搬送路は水平方向の力を受け、搬送レール５ａと搬送レール５ｂは、回動軸１０を回動中心として、図２の矢印Ｂの方向に回動を開始する。そして、搬送レール５ａがストッパ１６に到達するまで回動する。

そして、再び電磁石１１が駆動されると、搬送レール５ａと搬送レール５ｂは、回動軸１０を回動中心として、図２の矢印Ａの方向に再度回動する。

このようにして、電磁石１１を適宜のタイミングで間欠的に駆動することにより、回動軸１０を回動中心として、部品搬送路５をＡ方向とＢ方向に交互に回動させることが可能である。

言い換えれば、駆動部としての電磁石１１と弾性体１４が、部品搬送方向と交差する水平方向の力を部品搬送路に交互に印加することにより、部品搬送路が回動軸を中心とした往復回動運動をするように設定されている。

このようにして部品搬送路５を往復回動運動させることにより、部品７には遠心力が作用し、部品搬送路に沿って、図２の矢印Ｃの方向に搬送される。

図５（ａ）乃至図５（ｄ）は、部品搬送路５を回動させたときの部品の挙動を示す模式的な平面図である。

図５（ａ）は、部品供給部８により、部品７ａと部品７ｂが部品搬送路５に載置された状態を示している。尚、説明の便宜のため、２個の部品が載置された場合を示すが、載置される部品の個数や位置は、この例に限られるわけではない。たとえば、１個でもよいし、３個以上であってもよい。

部品が載置された状態で電磁石１１が駆動されると、部品搬送路５は、水平面内で図２のＡ方向の力を受け、図５（ｂ）に示すように、回動軸１０を回動中心として反時計回りに回動する。部品搬送路５の回動に伴い、部品７ａと部品７ｂは、部品搬送路５の長手方向、すなわち矢印Ｃの向きに遠心力Ｆを受ける。

Ｆ＝ｍ×ｒ×ω^２ ・・・・（１）
尚、ｍは部品の質量、ｒは回動軸１０から部品までの距離、ωは回動の角速度である。

ここで、部品７ａと部品７ｂにかかる遠心力をそれぞれＦａ，Ｆｂとしたとき、これを比較してみる。部品７ａと部品７ｂが同種の部品であれば、質量ｍに関しては、両者は製造誤差程度の差しかなく、ほぼ等しいと考えてよい。また、部品７ａと部品７ｂは、ともに部品搬送路５に従動しているので、ωは等しい。一方、図５（ｂ）に示すように、部品７ａは部品７ｂよりも回動軸１０から遠い位置にあるので、部品７ａの方がｒは常に大きい（ｒａ＞ｒｂ）。したがって、ＦａはＦｂよりも大きくなる。すなわち、部品７ａは部品７ｂよりも大きな遠心力を受け、矢印Ｃの方向により大きな力で加速される。

次に、電磁石１１がオフされると、弾性体１４の反発力により、部品搬送路５は、水平面内で図２のＲ方向の力を受け、図５（ｃ）に示すように、回動軸１０を回動中心として時計回りに回動する。前述した反時計回りと同様に、時計回りの場合も、部品７ａは部品７ｂよりも大きな遠心力を受け、矢印Ｃの方向により大きく移動する。その際、回動軸１０からの距離が大きくなればなるほど大きな遠心力を受けるため、部品７ａは部品７ｂよりも早い速度で先行し、前後の部品間の距離は、次第に拡大する。

そして、ふたたび電磁石１１が駆動されると、部品搬送路５は、水平面内で図２のＡ方向の力を受け、図５（ｄ）に示すように、回動軸１０を回動中心として、ふたたび反時計回りに回動する。

以上のように、時計回りと反時計回りの往復回動運動を繰り返すことにより、部品搬送路上の部品に遠心力を作用させ、部品搬送路に沿って部品を搬送することが可能である。

本実施形態によれば、部品搬送路を回動させるための駆動力は水平方向に印加され、部品搬送路の回動も水平面内で行われるため、部品に垂直方向の力は加わらない。そのため、部品が跳ねることはなく、たとえば低頭ビスのように部品搬送路から突出する部分の高さが小さな部品を搬送する場合であっても、部品どうしが重なるのを抑制することができる。

本実施形態によれば、回動軸から遠い位置の部品ほど大きな遠心力が作用するため、複数の部品を搬送する場合に、部品搬送路上で先行する部品の方が後行する部品よりも早い速度で搬送される。部品搬送路の部品が載置される側を上流側、部品が排出される側を下流側とすれば、部品が上流側から下流側に進むにしたがって、搬送速度が高速になる。そして、部品が上流側から下流側に進むにしたがって、前後の部品の間隔は広くなる。このため、部品どうしが接触することはなく、適宜の間隔で部品を排出することが可能である。搬送された部品７は、排出部６により、不図示の自動組立装置に向けて部品搬送路から排出される。

部品の搬送速度は、式（１）から明らかなように、回動動作における角速度ωを制御することによって調整可能である。また、時計回りと反時計回りの回動を繰り返す周波数を制御することによっても調整可能である。

たとえば、質量が０．０５ｇのＭ２のタッピングビスを供給する装置の場合、部品搬送路のレールの長さは１００ｍｍであり、部品搬送路の回転角度θは０．５度乃至３度、周波数は５０Ｈｚ乃至２００Ｈｚが好適である。

回転角度θと回動の周波数は、電磁石１１の駆動条件や、弾性体１４の弾性率、電磁石１１とストッパ１６の設置位置等を、適宜設定することにより調整可能である。

次に、本実施形態の装置における駆動制御系について説明する。

本実施形態の装置では、電磁石の駆動を制御する制御部を備えることで、自動組立ラインのタクトタイムに合わせた搬送速度の調整や、部品の種類を変更したときの搬送条件の変更を、容易に行えるようにしている。

図６は、本実施形態の部品供給装置の回路ブロック図である。

図６において、制御部６１は部品供給装置の動作を制御する制御回路であり、指示入力部６２、部品供給部８、排出部６、電磁石駆動回路６３と接続している。制御部６１は、ＣＰＵ、制御プログラムや制御用数値テーブルを記憶した不揮発性メモリであるＲＯＭ、演算等に使用する揮発性メモリであるＲＡＭ、装置各部と通信するためのＩ／Ｏポート、等を備えている。なお、ＲＯＭには、搬送する部品の種類と搬送速度によってあらかじめ決められた電磁石駆動回路の駆動条件が、テーブルとして記憶されている。

指示入力部６２は、部品供給装置の操作者が、装置に指示を与えるための入力部で、キーボードや操作ボタンを備えている。

電磁石駆動回路６３は、制御部６１の指示に従い、電磁石１１を駆動するための回路である。

操作者が、指示入力部６２を介して部品の種類を入力すると、制御部６１は記憶した制御用数値テーブルから当該部品に適した電磁石の駆動条件を読み出す。そして、指示入力部６２から部品供給開始の指示を受けると、制御部６１は、部品供給部８、電磁石駆動回路６３、排出部６に制御信号を送信し、各部が連係して部品を搬送するように動作タイミングを制御する。

制御部６１は、当該部品の搬送に適した電流パルスの振幅（Ｉｈ）と周波数（１／Ｔｃ）を電磁石駆動回路６３に指示する。電磁石駆動回路６３は、制御部６１からの指示にしたがって、図７に示す駆動電流を電磁石１１に印加する。

また、操作者が指示入力部６２を介して搬送速度を変更する指示をした場合には、制御部６１は指示に合わせて電磁石の吸引力を変更すべく、電流パルスの振幅および／または周波数を電磁石駆動回路６３に指示する。

かかる制御部６１を備えた本装置は、自動組立ラインのタクトタイムに合わせた搬送速度の調整や、部品の種類を変更したときの搬送条件の変更を、容易に行うことが可能である。

［第二の実施形態］
図８は、第二の実施形態にかかる装置本体の一部を側面から見た模式図である。第一の実施形態と共通する要素については、同一の番号で付してある。

第一の実施形態では、部品搬送路５が水平面内で回動するように、回動軸１０は鉛直方向に設置されたのに対し、第二の実施形態は、部品搬送路５が水平から傾斜した面内で回動するように、回動軸１０を鉛直方向から傾斜させている。具体的には、図８において部品搬送路５の左側が低くなるように、すなわち部品の搬送方向である矢印Ｃの下流側にいくほど部品搬送路５が低くなるように、回動軸１０を傾斜させている。

かかる構成とすることにより、遠心力に重力を加えた力で部品を搬送することが可能で、搬送速度を高速化することが可能である。ただし、搬送速度の制御性を確保するために、回動軸の傾斜角度は、鉛直方向（Ｚ軸）から３度以内に設定するのが好ましい。

さらに、図８に示すように、上部部材８１を設けるのが好ましい。第二の実施形態であっても、部品を垂直方向に跳躍させて搬送するわけではないので、部品どうしが重なる確率は極めて低い。しかし、部品の上下動を規制する上部部材８１を設けておけば、部品搬送路上に隣接した状態で部品をストックする必要が生じたような場合にも、より確実に部品の重なりを防止することが可能である。

［第三の実施形態］
第一の実施形態と第二の実施形態においては、電磁石１１と弾性体１４を用いて部品搬送路５に外力を印加して、部品搬送路を回動させた。第三の実施形態は、電磁石１１と弾性体１４の代わりに、モータと、回転運動を直線往復運動に変換するリンク機構を用いる点が異なる。

図９は、第三の実施形態の装置において、排出部６を除外した状態で、部品搬送路５をＸ方向に沿って側面から見た模式図である。

モータ回転軸９１にはクランクディスク９２が結合されており、モータが回転するとクランクディスク９２も回転する。クランクディスク９２は、コネクティングロッド９３を介してスライダ９４に連結されている。このリンク機構により、モータの回転は、スライダ９４のＹ方向の往復直線運動に変換される。

スライダ９４は、支持体９５を介して搬送レール５ｂに連結されているため、スライダ９４が往復直線運動をすると、部品搬送路は回動軸１０を中心に時計回りと反時計回りの回動運動を繰り返す。

言い換えれば、駆動部としてのモータとリンク機構が、部品搬送方向と交差する水平方向の力を部品搬送路に交互に印加することにより、部品搬送路が回動軸を中心とした往復回動運動をするように設定されている。

第一の実施形態と第二の実施形態においては、図６の回路ブロック図において制御部６１は電磁石駆動回路６３と接続していたが、第三の実施形態では制御部６１はモータ駆動回路（不図示）と接続している。制御部６１が、モータの回転速度を適宜制御することにより、部品の搬送速度を調整することが可能である。

なお、リンク機構を用いる場合であっても、回動軸については、第一の実施形態のように鉛直方向に設置してもよいし、第二の実施形態のように鉛直方向から３度以内で傾斜させてもよい。

［その他の実施形態］
以上説明した実施形態の部品供給装置は、ネジやビスのように頭部と軸部を有した形状の部品７を供給する装置であったため、部品搬送路として所定間隔を隔てて配置された２本の搬送レールを用いたが、本発明の実施はこれに限られるものではない。本発明によれば、たとえば、薄いチップ形状の部品を搬送する場合にも、部品どうしの重なりを抑制できる効果を達成することができる。搬送する部品の形状に合わせて部品搬送路の形状を適宜選択すればよく、たとえば部品搬送路の底面は、平面、凹面あるいは湾曲面であってもよく、場合によっては、搬送路に沿って底面にローラを配列してもよい。

また、第一の実施形態および第二の実施形態においては、弾性体１４を部品搬送路５に対して電磁石１１と同じ側に配置したが、部品搬送路５を挟んで反対側に設置してもよい。その場合には、電磁石を駆動させたときに弾性体は延伸され、電磁石の駆動を停止したときに弾性体は縮み、部品搬送路を往復回動運動させることが可能である。

１・・・部品供給装置／２・・・装置本体／５・・・部品搬送路／５ａ，５ｂ・・・搬送レール／７・・・部品／７ａ，７ｂ・・・部品／１０・・・回動軸／１１・・・電磁石／１２・・・連結部材／１３・・・被吸引部材／１４・・・弾性体／１６・・・ストッパ／Ｃ・・・搬送方向／６１・・・制御部／６２・・・指示入力部／６３・・・電磁石駆動回路／８１・・・上部部材／９１・・・モータ回転軸／９２・・・クランクディスク／９３・・・コネクティングロッド／９４・・・スライダ

Claims (16)

1. 部品が搬送される部品搬送路と、
   前記部品搬送路に前記部品を供給する供給部と、
   前記部品搬送路を回動可能に支持する回動軸と、
   前記部品搬送路に対して前記部品の搬送方向と交差する水平方向に力を印加し、前記部品搬送路を前記回動軸を中心に往復回動運動させる駆動部と、
   を備えることを特徴とする部品供給装置。
2. 前記駆動部は、電磁石と弾性体を有することを特徴とする請求項１に記載の部品供給装置。
3. 前記駆動部は、モータと、前記モータの回転運動を直線往復運動に変換するリンク機構を有することを特徴とする請求項１に記載の部品供給装置。
4. 前記駆動部を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記電磁石を駆動する電流パルスの振幅および／または周波数を制御することを特徴とする請求項２に記載の部品供給装置。
5. 前記駆動部を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記モータの回転速度を制御することを特徴とする請求項３に記載の部品供給装置。
6. 前記制御部は、部品の種類によってあらかじめ決められた前記駆動部の駆動条件を記憶しており、前記駆動条件で前記駆動部を制御することを特徴とする請求項４または５に記載の部品供給装置。
7. 前記回動軸は、鉛直方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の部品供給装置。
8. 前記回動軸は、鉛直方向から３度以内の角度で傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の部品供給装置。
9. 前記部品搬送路の上部には、部品の上下動を規制する上部部材が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の部品供給装置。
10. 前記部品搬送路における部品の搬送速度は、部品が上流側から下流側に進むにしたがって高速になることを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか１項に記載の部品供給装置。
11. 前記部品搬送路における前後の部品の間隔は、部品が上流側から下流側に進むにしたがって広くなることを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか１項に記載の部品供給装置。
12. 回動可能に支持された部品搬送路に部品を載置する工程と、
    前記部品搬送路に水平方向の力を印加し、前記部品搬送路を往復回動運動させ、前記部品搬送路に載置された前記部品を前記力を印加する方向と交差する方向に搬送する工程と、
    を有することを特徴とする部品供給方法。
13. 電磁石と弾性体により前記部品搬送路に水平方向の力を印加し、前記部品搬送路を往復回動運動させることを特徴とする請求項１２に記載の部品供給方法。
14. モータと、前記モータの回転運動を直線往復運動に変換するリンク機構により、前記部品搬送路に水平方向の力を印加し、前記部品搬送路を往復回動運動させることを特徴とする請求項１２に記載の部品供給方法。
15. 前記部品搬送路に載置された部品の搬送速度は、前記部品が前記部品搬送路の載置される側から排出される側に進むにしたがって高速になることを特徴とする請求項１２乃至１４のうちの何れか１項に記載の部品供給方法。
16. 前記部品搬送路に載置された前後の部品の間隔は、前記部品が前記部品搬送路の載置される側から排出される側に進むにしたがって広くなることを特徴とする請求項１２乃至１５のうちの何れか１項に記載の部品供給方法。

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