JP6777857B2 - ワーク搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、進行波によりワークを搬送するワーク搬送装置に係り、特にワークの速度バランスを適正化し得るワーク搬送装置に関する。

一般に、パーツフィーダは、ホッパによって供給されたワークを貯蔵し、らせんトラックを搬送されながらおおまかな整列を行うらせん型ワーク搬送装置の一つであるボウルフィーダと、ボウルフィーダから供給されたワークを直線搬送させながら決められた方向に整列し次工程へ供給するリニアフィーダとからなっている（例えば特許文献１）。

ボウルフィーダは、ボウル全体が剛体で構成されており、この剛体に電磁式の加振源とバネによって振動を与えることで、らせんトラック上のワークに搬送力を付与するように構成されている。

特開２００３−２０６０１９号公報

ところで、近年ワークの高速化および微細化が進んでおり、特許文献１に開示の構成でワークの搬送速度を上げるためには、ボウルフィーダやリニアフィーダの振動振幅を大きくすることが考えられる。しかしながら、ボウルフィーダやリニアフィーダの振幅を大きくすると、ボウルフィーダ外周部やリニアフィーダ始端部の水平振幅が大きくなるので、ボウルフィーダとリニアフィーダとのインターフェース部間の隙間を広げる必要があり、近年ワークの微細化が進んでいることとあいまって、かかるインターフェース部間にワークが落下したり、ワークの詰まりが生じるおそれがある。

そこで、板バネの共振で振動されるボウルフィーダの駆動部の周波数を上げ、変位振幅を小さくすることで、搬送速度を上げることが考えられる。しかしながら、一般的に３００Ｈｚ程度である駆動部の周波数をこれ以上に上げると、人間の耳の感度が高い１ｋＨｚ〜４ｋＨｚの周波数に近づき、騒音が発生する可能性がある。また、板バネで共振させる構造では、３００Ｈｚを超えて周波数を上げるには限界がある。

とくに、ボウルフィーダは上記のように剛体であるボウルに振動を与えるため、ボウルの内周部よりも外周部の方が振幅は大きくなる傾向にあるので、内周部と外周部で搬送速度の差が大きくなる場合がある。このため、場所によってワークが踊ったり、遅すぎて滞留の原因になる場合がある。そして、このように搬送トラック内を搬送されるワークに速度差が生じる場合であっても、フィーダ本体が剛体で構成されて全体が振動している場合には、速度のアンバランスを解消することは難しい問題があった。

そこで、搬送部を弾性変形させて進行波搬送させることが考えられる。しかし、進行波を利用した搬送の場合、フィーダ本体の固定箇所によっては搬送部の各場所で振幅の大きさが異なり、速度のアンバランスが発生してしまう。例えば、フィーダ中央部を固定する場合には、固定される部位に近い箇所は振幅が小さく、遠くなるほど振幅が大きくなる傾向にあり、速度アンバランスが発生するといった問題がある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、騒音を発生させることなく、微細化されたワークであっても確実にワークの受け渡しを行うことができ、さらに、フィーダ本体に場所によって振幅差、ワークに速度差が生じるという不具合にも対処し得る、従来にはない搬送装置を提供することを目的としている。

本発明は以上のような問題点を鑑み、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明のワーク搬送装置は、弾性変形可能な搬送部が設けられた装置本体と、前記装置本体のうち前記搬送部が設けられた部位に進行波を発生させる進行波発生手段と、前記進行波発生手段によって前記搬送部内に発生する進行波により搬送されるワークに速度差が生じる箇所のうち相対的に速度の速い箇所に近く相対的に速度の遅い箇所から遠い部位において前記装置本体を支持基部に固定する固定手段とを備えたことを特徴とする。

このような構成であると、進行波発生手段が搬送部に進行波を発生させてワークを搬送することにより、搬送部の水平振幅が０に近くなり、搬送装置と隣接装置とを近接させることができるので、ワークが微細であっても、搬送装置と隣接装置とのインターフェース部間にワークが落下することや詰まることを抑制できる。また、進行波の周波数を例えば超音波領域にまで上げたとしても、従来の板バネの共振を利用する構成のように騒音が発生することがなく、進行波により、搬送部上でワークを高速で搬送させることができる。

そして、進行波を採用した場合には、装置本体の一部を固定しても搬送能力を担保することができ、しかも、速度差が生じる場合には相対的に速度が速い位置に近い部位を固定することで振幅を抑えることができるので、速度差を小さくして、全体の速度バランスを適正化することが可能となる。

好ましい実施の態様としては、前記進行波発生手段が周方向に進行波を発生させ、前記搬送部が前記進行波の進行方向に略沿って延びる形状をなす搬送トラックを有するものであり、記周方向と交差する方向に対して前記搬送トラックが設けられた領域よりも外側の領域に前記固定手段を設けているものが挙げられる。搬送トラックは周方向に沿って閉じているもの、１周以上周回するものに限らない。

特に、前記装置本体のうち前記搬送トラックが設けられた領域よりも外側の領域に、当該装置本体のうち前記搬送トラックが設けられた部位よりも低剛性となる被固定部を設け、この被固定部を前記固定手段によって固定していることが好適である。

外側を固定する場合には、前記周方向と交差する方向に対して前記装置本体のうち前記搬送トラックが設けられた領域の内側部位に貫通孔を設けていることが好適である。

以上、説明した本発明によれば、搬送部を次工程装置に近接させて、ワークが微細であっても、搬送部と隣接工程装置とのインターフェース部間への落下や詰まりを抑制できるとともに、特に超音波振動により進行波を発生させることで、騒音を発生させることなく、搬送部上でワークを適切な速度バランスで搬送させることができる、新規有用な搬送装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るらせん型搬送装置であるボウルフィーダを示す斜視図。 図１に示すボウルフィーダを一部破断して示す斜視図。 同ボウルフィーダに備わる搬送部の模式的な図。 同搬送部に進行波を発生させるための圧電素子の構造を示す図。 同搬送部に発生する進行波を説明するための図。 同搬送部に発生する進行波を説明するための図。 進行波の一般的な搬送原理を説明するための図。 らせん型搬送装置であるボウルフィーダおよびリニアフィーダによって構成されているパーツフィーダを示す斜視図。 本発明の変形例を示す斜視図。 同搬送部に発生する進行波を説明するための斜視図。 本発明の他の変形例に係るらせん型搬送装置であるリニアフィーダを示す奢侈図。 図１１に示すリニアフィーダを一部破断して示す斜視図。 圧電素子の他の変形例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図８は、本発明の一実施形態に係る螺旋型ワーク搬送装置が適用されるパーツフィーダＰＦを示している。このパーツフィーダＰＦは、ボウルフィーダＦ１とリニアフィーダＦ２とから構成されており、ボウルフィーダＦ１に供給されたワークをらせんトラックに沿って登坂させて搬送した後、近接配置したリニアフィーダＦ２に受け渡して更に搬送させるものである。図示例のボウルフィーダＦ１は、フィーダ本体１００が剛体で構成されて中央部を止着具１００ａで固定されるとともに、フィーダ本体１００が図示しないバネを介して支持されており、電磁式の加振源Ｐによってフィーダ本体１００の全体に振動を与えることで搬送トラック上のワークを搬送する従来方式のものである。

図１はそのうちのボウルフィーダＦ１に代替される螺旋型ワーク搬送装置（以下、ボールフィーダ１と称する）を示している。図８のボウルフィーダＦ１とは搬送方向が異なる図示となっているため、リニアフィーダＦ２と組み合わせるときには出入口が合致するように搬送方向を揃える。このボウルフィーダ１は、ワークＷを収容可能なフィーダ本体１０と、このフィーダ本体１０の搬送部１０ａに進行波を発生させる図３に示す進行波発生手段３とを含んで構成される。搬送部１０ａはたわみ進行波を生成する弾性部材で構成されており、進行波発生手段３は、圧電素子を用いた駆動手段３１によって搬送部１０ａにたわみ変形を引き起こす。

図1および図２に示すようにフィーダ本体１０は、中心から外周に向かって下り勾配で傾斜する円錐部１２と、この円錐部１２の外周側より外周に向かって登り勾配で傾斜する逆円錐部１４と、円錐部１２から逆円錐部１４までの間に形成された平坦なワーク溜まり部１３と、逆円錐部１４の外側に位置する外縁部１５と、外縁部１５の外側の段落ちした部位に位置する被固定部たる薄肉な外側部位１１とを、底面１６の位置を揃えて一体に設けたもので、外側部位１１が円環状の押え板１７ａおよび座板１７ｂを介して固定手段である止着具１８により支持基部である台座１９に固定され、外側部位１１以外の部位が接地面Ｆから浮いた状態に設けられている。

そして、搬送部１０ａに搬送トラックの一形態であるらせんトラック１０ｘを形成している。このらせんトラック１０ｘは、一端１０ｘ１がワーク溜まり１３の外周に接続され、そこから螺旋状に１回以上周回して他端１０ｘ２にまで延び、外縁部１５に設けた出口１０ｚに連なるようにフィーダ本体１０の表面に溝を凹設することによって構成されている。出口１０ｚはワークＷが滑り落ちるように傾斜がつけてある。

フィーダ本体１０は、２０ｋHz以上の超音波振動で、中心線ｍの回りに少なくとも２つ以上の上下方向のたわみ波を発生させることが可能な程度の弾性を有する部材で構成されている。

図２に示すように、進行波発生手段３を構成すべく圧電素子を用いた駆動手段３１は、らせんトラック１０ｘが形成された逆円錐部１４から外縁部１５に亘る部分の底面１６に張り付けられている。駆動手段３１は、らせんトラック１０ｘにほぼ沿う形で中心線ｍの周方向に伸縮することで搬送部１０ａにたわみを発生させる。複数の駆動手段３１は、図３に示すように、振動モードの腹の位置に１／２波長間隔で極性を交互に入れ替えて張り付けられている。また駆動手段３１は、周波数を同じにしつつ、空間的に波の位相が９０°ずれた２つのたわみ定在波モードで効率良く加振するために、加振する領域のうちフィーダ本体１０の略半周を第１加振領域Ａ、残り略半周を第２加振領域Ｂとして、第１加振領域Ａと第２加振領域Ｂに駆動手段３１を、進行波の波長の３／４波長分だけ空間的位相をずらして貼り付けるとともに、２相交流信号発信部３０で発生させた９０°位相の異なる交流信号を第１のアンプ３２ａおよび第２のアンプ３２ｂを介して第１加振領域Ａおよび第２加振領域Ｂの各駆動手段３１に印加している。

図４は駆動手段３１として用いられる電極一体型構造の圧電素子Ｒの構造例を示している。図では直線状に表してあるが、本実施形態では円環状に成形して適用される。この圧電素子Ｒは、電極が一枚一枚貼り付けられる一般的な構造とは異なり、セラミック部分ｒ１を一体化して、電極ｒ２のみ別々にしている。これにより、貼り付け作業の軽減、貼り付け精度の向上を図ることができる。

また、図３に示す２相交流信号発信部３０は、波形選択部３０ａで選択された波形の周波数を加振周波数調整手段３０ｂで調整し、第１の振幅調整手段３０ｃで振幅調整した後に第１のアンプ３２ａに、また電気的位相調整手段３０ｄで位相を調整した上で第２の振幅調整手段３０ｅ振幅調整した後に第２のアンプ３２ｂに、それぞれ入力している。なお、定在波とは、共振するとその場で単に上下に振動するものである。図５は搬送部１０ａに０°定在波モードが生じた状態を、内側振幅位置、外側振幅位置および外周固定位置とともに示しており、この図５から中心線の回りに円周方向へ９０°ずれた位置に山と谷を有するもう一つの定在波モードである９０°定在波モードが発生する。

このような駆動手段３１により、搬送部１０ａに、周方向に沿って２箇所に時間的に位相を９０°ずらした超音波の正弦波振動を与えると、空間的かつ時間的に９０°ずれた２つの定常波が重ね合わされ、搬送部１０ａ自体が共振して弾性変形し、たわみ振動が進行波となる。進行波が発生した搬送部１０ａの一点Ｚでは、図６に示すように、起算点ｔ＝０からｔ＝３／４Ｔを経て楕円振動が生じる。また、搬送部１０ａに生成された進行波によって、波の頂点の一点ＺでワークＷに力が働き、ワークＷと搬送部１０ａとの間に図７に示すように摩擦力ｅが発生することで、楕円振動の水平成分（水平振幅）の推進力により、進行波の進む方向（図７に示す矢符ｄ）と逆方向（図７に示す矢符ｃ）にワークＷが搬送される。搬送部１０ａでこのようなたわみ波の進行波が循環することで、ワークＷはらせんトラック１０ｘを登坂する。このように搬送部１０ａをたわみ振動させるので、前述のように外縁部１１を固定しても搬送部１０ａのたわみ振動モードに影響を与えずに進行波を発生させることができる。

この場合、図８に示すようにフィーダ本体１００の中央部が固定され、フィーダ本体１００の全体が剛体として振動すると、外周側ほど振幅が大きくなるため、すり鉢状に開くらせんトラックを登坂するほど、すなわち、外側のワークほど速度が速くなり、外側でワークが踊った状態になり易い。それを抑えるために、加振力を弱めると、今度は内側でワークが速度不足になって滞留の原因になるというジレンマがある。圧電素子を用いた本実施形態の駆動手段３１であっても、図８のようにフィーダ本体１００の中央を固定すると内周側の振幅が抑えられてワークの速度が遅くなる事情は類似する。

これに対して、本実施形態のように外側を固定すれば、フィーダ本体１０のうち相対的にワークＷの速度の速い外周側に近く相対的にワークＷの速度の遅い内周側から遠い部位を固定することになる。換言すれば、らせんトラック１０ｘは周方向に延びるにつれて外側に開く形状であり、周方向と交差する方向を見たときに搬送トラック１０ｘが設けられた領域である逆円錐部１４よりも外側の領域を止着具１８によって固定している。このため、外側ほど振幅が抑えられ、結果的に内側とのワークＷの速度差を小さくすることができる。

なお、第１の加振領域Ａと第２の加振領域Ｂとで駆動手段３１に与える正弦波の位相差を反転させることで（時間位相を反転（−９０°））、逆方向にワークＷを搬送させることができ、外縁部１５からワーク溜まり部１３に向かってワークＷを搬送したい事情がある場合に有効となる。進行波を発生させる構成は上記のものに限定されず、従来既知の技術である両端加振方式により進行波を発生させてもよい。また、搬送部１０ａには、水平振幅を増大させるために搬送方向に沿って所定ピッチでスリットを入れても良い。

以上のように、本実施形態のワーク搬送装置たるボウルフィーダ１は、弾性変形可能な搬送部１０ａが設けられた装置本体であるフィーダ本体１０と、このフィーダ本体１０のうち搬送部１０ａが設けられた部位に進行波を発生させる進行波発生手段３と、この進行波発生手段３によって搬送部１０ａ内に発生する進行波により搬送されるワークＷに速度差が生じる箇所のうち相対的に速度の速い箇所である外側に近く相対的に速度の遅い箇所である内側から遠い部位においてフィーダ本体１０を支持基部である台座１９に固定する固定手段たる止着具１８とを備えたものである。

このような構成であると、進行波発生手段３が搬送部１０ａに進行波を発生させてワークを搬送することにより、搬送部１０ａの水平振幅が０に近くなり、ボウルフィーダ１と隣接装置である図８に示したリニアフィーダＦ２等とを近接させることができるので、ワークＷが微細であっても、ボウルフィーダ１とリニアフィーダ２とのインターフェース部間にワークが落下することや詰まることを抑制できる。また、進行波の周波数を例えば超音波領域にまで上げたとしても、従来の板バネの共振を利用する構成のように騒音が発生することがなく、進行波により、搬送部１０ａ上でワークを高速で搬送させることができる。また、圧電素子による駆動手段３１を用いて加振源を構成することで、電磁式のものに比べて装置全体の嵩を低く抑えることができる。さらに、らせん状のトラックとすることで、ワークの整列能力や貯蔵能力を高めることができる。

そして、進行波を採用した場合には、フィーダ本体１０の一部を固定しても搬送能力を確保することができ、しかも、速度差が生じる場合には相対的に速度が速い位置に近い部位を固定することで振幅を抑えることができるので、速度差を小さくして、全体の速度バランスを適正化することが可能となる。

具体的には、進行波発生手段３が周方向に進行波を発生させ、搬送部１０ａが進行波の進行方向に略沿って延びる形状をなす搬送トラック１０ｘを有するものであり、周方向と交差する方向に対して搬送トラック１０ｘが設けられた領域である逆円錐部１４よりも外側の領域に位置する被固定部１１に固定手段である止着具１８を設けているので、搬送トラック１０ｘの全長に亘って上記の作用効果を得ることができる。

この場合、フィーダ本体１０のうち搬送トラック１０ｘが設けられた領域である逆円錐部１３よりも外側の領域に、当該逆円錐部１３よりも低剛性となる被固定部１１を設け、この被固定部１１を固定手段である止着具１８によって固定しているので、止着具１８を緊締しても逆円錐部１３に過度の振動抑制が掛からないようにすることができる。

特に、この実施形態の搬送トラック１０ｘは周方向に延びるにつれて外側に開くらせんトラック１０ｘであるため、らせんトラック１０ｘに沿ってワークＷ、Ｗ間の距離を縮め、フィーダ本体１０のワーク貯蔵能力のさらなる増大を図ることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、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、搬送部に設けられるトラックが渦巻き状のものであっても、上記実施形態に準じた作用効果を奏することができる。

また、本発明によればフィーダ本体の中央部に固定場所が必要でないため、図９に示すように、周方向と交差する方向に対してフィーダ本体１０のうち搬送トラック１０ｘが設けられた領域すなわち逆円錐部１４よりも内側の領域に貫通孔１０ｙを設けてもよい。このようにすれば、貫通孔１０ｙをカメラ設置場所や通線場所、各種機器の設置場所などとして利用することができ、スペース上の制約が大きい場合等に極めて有効なものとなり得る。また、ワークを逆搬送する場合には、貫通孔１０ｙをワークの導出口等として利用することもできる。このようにしても、図１０に示すように搬送部１０ａに適切に進行波を発生させることができる。

さらに、本発明のワーク搬送装置は図８に示すリニアフィーダＦ２に適用することもできる。具体的には、図１１に示すリニアフィーダ２は、搬送トラックがＵ字状をなすリターントラック２１と、その一部の外側に並走する直線状のメイントラック２２とを有するものであり、適正姿勢のものはメイントラック２２を通って排出口２２ａより排出される一方、姿勢が不適切なワークは図示しないエア噴射手段によってリターントラック２１に落とされ、リターントラック２１を周回してワーク戻し口２１ａより図８に示すボウルフィーダＦ１に戻されようにしている。そして、図８に示すリニアフィーダＦ２が中央を止着具１００ｂで固定されていて加振手段によってフィーダ本体１００の全体が加振されるのに対して、図１１および図１２に示すリニアフィーダ２は、搬送部２０ａをたわみ進行波が発生し得る弾性を有する部材で構成して、トラック２０ｘに沿って進行波が発生するように底面１１６に搬送部１１０ａを撓み変形させるための圧電素子を用いた駆動手段３１を設けたうえで、周回方向と交差する方向に対してリターントラック２１やメイントラック２２の外側の領域に設定した被固定部２１１を押え板１１７ａ及び座板１１７ｂを介して固定手段たる止着具１１８によって固定するようにしている。

このようにすれば、メイントラック２２を搬送されるワークの速度がリターントラック２１を搬送されるワークの速度よりも速い場合等に、メイントラック２２とリターントラック２１でワークの並走速度を揃えたり、リターントラック２１を適切に作動させる設定をしたときにメイントラック２２のワークの姿勢が不安定となるときに、その振動を抑制する効果を奏することができる。

さらにまた、図１３に示す圧電素子Ｒ´のように、電極ｒ２´、ｒ３´は別体とし、セラミック部ｒ１´のみ一体化した圧電（セラミック）一体型としてもよい。このようにしても、貼り付け作業の軽減や貼り付け精度の向上を図れる点で、上記実施形態に準じた作用効果が奏される。

その他、搬送部に搬送方向に沿って間欠的に水平方向振幅を増大させるためのスリットを設けるなど、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。

３…進行波発生手段
１０…フィーダ本体（装置本体）
１０ａ、２０ａ…搬送部
１０ｘ、２０ｘ…搬送トラック（らせんトラック）
１０ｙ…貫通孔
１１、２１１…被固定部
１８、１１８…固定手段（止着具）
１９…支持基部
Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. 弾性変形可能な搬送部が設けられた装置本体と、
   前記装置本体のうち前記搬送部が設けられた部位に進行波を発生させる進行波発生手段と、
   前記進行波発生手段によって前記搬送部内に発生する進行波により搬送されるワークに速度差が生じる箇所のうち相対的に速度の速い箇所に近く相対的に速度の遅い箇所から遠い部位において前記装置本体を支持基部に固定する固定手段とを備えたことを特徴とするワーク搬送装置。
2. 前記進行波発生手段が周方向に進行波を発生させ、前記搬送部が前記進行波の進行方向に略沿って延びる形状をなす搬送トラックを有するものであり、前記周方向と交差する方向に対して前記搬送トラックが設けられた領域よりも外側の領域に前記固定手段を設けている請求項１に記載のワーク搬送装置。
3. 前記装置本体のうち前記搬送トラックが設けられた領域よりも外側の領域に、当該装置本体のうち前記搬送トラックが設けられた部位よりも低剛性となる被固定部を設け、この被固定部を前記固定手段によって固定している請求項２に記載のワーク搬送装置。
4. 前記周方向と交差する方向に対して前記装置本体のうち前記搬送トラックが設けられた領域の内側に貫通孔を設けている請求項２又は３に記載のワーク搬送装置。