JP6820471B2 - ワーク搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、進行波によってワークを搬送するワーク搬送装置に関する。

特許文献１には、超音波領域の進行波を利用して電子部品等のワークを搬送するパーツフィーダが開示されている。詳細には、上記パーツフィーダは、振動体と、振動体の裏面に貼りつけられた複数の圧電体とを備える。その上で、圧電体に超音波領域の高周波電圧を印加することで、振動体表面の搬送面に一方向へ進行する進行波が生じ、搬送面上の各質点が楕円軌道を描くように運動する。上記楕円軌道の頂部において、搬送面とワークとの間の摩擦力によってワークの推進力が生じることで、進行波の進行方向と反対向きにワークが搬送される。

ここで、特許文献１の図２においては、搬送方向におけるワークの長さが、進行波の波長よりも大きく、ワークが、進行波の複数の頂部に接触した状態で搬送されるように構成されている。このような構成の場合、圧電体への高周波電圧の入力を上げる（すなわち、高周波電圧の振幅を大きくする）ことで、質点の楕円軌道が大きくなって楕円運動が速くなり、より大きなワークの推進力が生じ、ワークの搬送速度を上げることができる。

特開平６−１２７６５５号公報

近年、ワークの小型化が進み、進行波の波長と比べて遥かに小さいサイズのワークが搬送されるようになっている。そのようなワークを搬送する場合に、上述したように高周波電圧の振幅を大きくすることで搬送速度を上げようとすると、ワークが跳躍して搬送が不安定になり、搬送速度をうまく上げることができないという問題が生じる。その原因について、本願発明者は、以下のように考察した。

ワークが小さい場合、特許文献１に記載のように、進行波の複数の頂部に接触した状態でワークが搬送されるのではなく、進行波の１つの頂部において推進力を与えられた後、搬送面から一時的に離れて、再び搬送面に着地することを繰り返しながら搬送されると考えられる。この場合、ワークの着地時にワークが跳躍してしまうため、搬送が不安定になりやすくなる。つまり、ワークが小さい場合には、高周波電圧の振幅を上げることによる搬送速度の向上が困難になる。

本発明の目的は、ワークが小さい場合でも、ワークの搬送速度を効果的に上げることである。

第１の発明のワーク搬送装置は、進行波によってワークを搬送するワーク搬送装置であって、ワークが置かれる搬送面を有する振動部と、前記搬送面に進行波を発生させることで、前記搬送面上の各部分を楕円状に振動させる進行波生成部と、を備え、前記進行波生成部は、前記進行波の波長よりも搬送方向の寸法が小さいワークが、振動する前記搬送面に対して離間と着地とを繰り返しながら搬送される場合において、前記搬送面から離間したワークが前記搬送面に着地する部分において、ワーク着地時の前記楕円状の振動の、前記搬送方向の速度成分が鉛直方向の速度成分よりも大きい加振周波数で、前記振動部を加振することを特徴とするものである。

本発明では、進行波の波長よりも小さいワークが搬送され、ワークが離間と着地とを繰り返しながら搬送される場合に、ワークが搬送面に着地する部分において、ワーク着地時の楕円状の振動の、搬送方向の速度成分が鉛直方向の速度成分よりも大きい加振周波数で振動部が加振される。このため、ワークの着地時にワークに作用する搬送方向の力が大きくなりやすく、搬送速度を上げることができる一方で、ワークの跳躍の原因になりうる鉛直方向の力を抑えることができる。したがって、ワークが小さい場合でも、ワークの搬送速度を効果的に上げることができる。具体的な原理については、本発明の実施の形態において後述する。

第２の発明のワーク搬送装置は、前記第１の発明において、前記進行波生成部は、２０ｋＨｚ以上の前記加振周波数で前記振動部を加振することを特徴とするものである。

加振周波数が２０ｋＨｚ以上になると、加振周波数を上げた分だけワークの搬送速度を確実に上げることができる一方で、ワークの着地時にワークに作用する鉛直方向上向きの力を抑えることができる。具体的な原理については、本発明の実施の形態において後述する。

第３の発明のワーク搬送装置は、前記第２の発明において、前記進行波生成部は、４０ｋＨｚ以上の前記加振周波数で前記振動部を加振することを特徴とするものである。

ワーク搬送装置から、加振周波数よりも低いサブハーモニクス成分の波が音波として発せられることで、騒音の問題が発生しうる。具体的には、主に加振周波数の半分の周波数の音波が発せられる。本発明では、４０ｋＨｚ以上の加振周波数で振動部が加振されるため、上記音波の周波数が２０ｋＨｚ以上になり、可聴域を上回る。したがって、ワークの搬送速度を効果的に上げることができるとともに、ワーク搬送装置の騒音を抑制することができる。

本実施形態に係るパーツフィーダの斜視図である。 リニアフィーダの平面図である。 （ａ）は、リニアフィーダの断面斜視図であり、（ｂ）は、図２のIII（ａ）-III（ｂ）断面図である。 駆動手段の模式図である。 進行波生成部の構成を示す模式図である。 搬送面に発生する進行波の説明図である。 小型のワークの搬送原理を示す説明図である。 搬送面の頂部に関する説明図である。 ワークが着地する質点の鉛直方向の速度成分をシミュレーションしたグラフである。 ワークが着地する質点の速度の、加振周波数による変化を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、図１に示す方向を前後左右上下方向とする。上下方向が、本発明の「鉛直方向」に相当する。また、ワークＷが搬送される方向を搬送方向とする。

（パーツフィーダの概略構成）
まず、本実施形態に係るパーツフィーダ１の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、パーツフィーダ１の斜視図である。パーツフィーダ１は、ワークＷを供給するためのボウルフィーダ２と、ボウルフィーダ２の前端部に接続されたリニアフィーダ３とを備える。ボウルフィーダ２及びリニアフィーダ３は、いずれもたわみ進行波を利用してワークＷを搬送する。本実施形態では、リニアフィーダ３に対して本発明を適用した場合について説明するが、ボウルフィーダ２に本発明を適用することも勿論可能である。

ボウルフィーダ２は、ワークＷが収容されるボウル本体１１等を有する。ボウル本体１１は、上部が開口した略逆円錐台状の部材である。ボウル本体１１の内周壁には、底部から螺旋状に上昇するらせんトラック１２が形成されている。ボウル本体１１は、ボウル駆動手段（不図示）によって振動させられる。ワークＷは、らせんトラック１２に沿ってリニアフィーダ３に向かって上昇する。

リニアフィーダ３は、ボウルフィーダ２から供給されたワークＷを前方に搬送するためのものである。リニアフィーダ３は、たわみ進行波が生成される部材である搬送部２１と、搬送部２１を超音波振動させるための進行波生成部２２等を備える。進行波生成部２２によって搬送部２１を振動させると、搬送部２１の上面に形成された搬送面３１にたわみ進行波が発生する。このたわみ進行波によって、ワークＷは搬送面３１に沿って前方に搬送され、次工程に供給される。リニアフィーダ３の詳細については、後述する。

（リニアフィーダの詳細構成）
次に、リニアフィーダ３の詳細構成について、図１〜図５を用いて説明する。前述したように、リニアフィーダ３は、搬送部２１と、進行波生成部２２等を有する。

搬送部２１について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、リニアフィーダ３の平面図である。図３（ａ）は、リニアフィーダ３の断面斜視図である。図３（ｂ）は、リニアフィーダ３の前後方向に直交する断面図である。

搬送部２１は、例えば金属製の平面視略矩形状の部材である。搬送部２１は、長手方向に直交する断面が略凹状になっている（図３参照）。図２及び図３に示すように、搬送部２１の平面視中央部には、平面視周辺部よりも厚みが小さい略長円形状の固定部２１ａが形成されている。また、固定部２１ａよりも平面視外側に、固定部２１ａよりも厚みが大きい振動部２１ｂが形成されている。図３（ｂ）において、一点鎖線で囲まれた部分が固定部２１ａであり、二点鎖線で囲まれた部分が振動部２１ｂである。固定部２１ａは、押さえ板３８と押さえ板３９とによって上下から挟まれ、複数の止着具４０によって固定されている。

図３（ｂ）に示すように、振動部２１ｂは、断面視で略矩形状である。振動部２１ｂの上面には、ワークＷが搬送される溝である搬送トラック２７が形成されている。図２において、ハッチングされた部分が搬送トラック２７に該当する。搬送トラック２７は、メイントラック２８とリターントラック２９とに分かれている。メイントラック２８は、ワークＷを次工程の装置へ供給するためのものであり、搬送部２１の後端部から前端部に亘って延びた経路である。リターントラック２９は、一部のワークＷをボウルフィーダ２に戻すためのものであり、平面視略Ｕ字状の経路である。すなわち、リターントラック２９は、搬送部２１の後端部から、メイントラック２８と並んで前方に延び、固定部２１ａの前端部に沿って回り、後方に延びて搬送部２１の後端部に戻る経路になっている。メイントラック２８は、ワークＷが置かれる搬送面３１を有する。同様に、リターントラック２９は、搬送面３２を有する。搬送面３１、３２の両方が、本発明の「搬送面」に相当する。

なお、図３（ａ）に示すように、リニアフィーダ３には、選別部４９が設けられている。選別部４９は、並設されたメイントラック２８及びリターントラック２９の上方に配置されたセンサ４９ａと、図示しないエア噴出部と、を有する。センサ４９ａは、メイントラック２８上を搬送されるワークＷの姿勢を検出するためのものである。エア噴出部は、メイントラック２８上のワークＷに横からエアを吹き付けて、ワークＷをリターントラック２９へ飛ばすためのものである。センサ４９ａによって、メイントラック２８上のワークＷの姿勢が正常と異なると検知された場合、エア噴出部がそのワークＷをリターントラック２９へ吹き飛ばす。これにより、そのワークＷはリターントラック２９上を搬送され、ボウルフィーダ２へ戻される。また、メイントラック２８を搬送されるワークＷの姿勢が正常である場合は、エア噴出部は作動しない。つまり、正常な姿勢でメイントラック２８を搬送されてくるワークＷのみが、そのまま次工程の装置へ供給される。

進行波生成部２２について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、後述する駆動手段２３を示す図である。図４（ａ）は駆動手段２３の平面図であり、図４（ｂ）は同じく側面図であり、図４（ｃ）は同じく裏面図である。図５は、搬送部２１の振動部２１ｂと後述する駆動手段２３との位置関係を示す模式図である。進行波生成部２２は、駆動手段２３と、信号発信器４１と、アンプ４２、４３等を有する。

駆動手段２３は、振動部２１ｂに沿って伸縮することで振動部２１ｂを振動させるためのものである。駆動手段２３は、振動部２１ｂのうち、搬送トラック２７の直線部分の裏面に貼り付けられている（図３参照）。駆動手段２３は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、４つの圧電素子１６を有する。４つの圧電素子１６は、矩形の薄板状のセラミックス部１７と、セラミックス部１７を平面視したときの上面（便宜上、表面とする）に貼り付けられた４つの電極１８と、セラミックス部１７の下面（同じく、裏面とする）に貼り付けられた電極１９と、を有する。

セラミックス部１７は、電圧を印加されることによりたわむ圧電体セラミックスの部材である。セラミックス部１７は、４つの圧電素子１６において共通に用いられる。セラミックス部１７には、予め定められた波長（詳細は後述する）をλとして、λ／２の間隔で、極性（＋、−）が交互に反転するように分極処理が施されている。４つの電極１８は、セラミックス部１７の分極した部分の表面に、λ／２の間隔で貼り付けられている。電極１９は、セラミックス部１７の裏面の電位をコモン電位にするためのものであり、セラミックス部の裏面と同程度の面積を有する。電極１９も、４つの圧電素子１６において共通に用いられる。これらの構成によって、４つの圧電素子１６が、λ／２の間隔で、極性を交互に反転させつつ並べられている。

なお、電極１９の代わりに、電極１８と同程度の面積を有する４つの電極が、セラミックス部１７を挟んで電極１８と対向するように裏面に貼り付けられているような構成でも良い。その場合、裏面に貼り付けられた４つの電極の電位は、例えばジャンパ線等で共通化される。また、上記では、１つの駆動手段２３が４つの圧電素子１６を有するものとして説明したが、圧電素子１６の数は、これに限られるものではない。

図５に示すように、搬送トラック２７の一方の直線部分の裏面に駆動手段２３ａが、固定部２１ａを挟んで反対側に駆動手段２３ｂが、それぞれ配置されている。駆動手段２３ａの圧電素子１６ａ及び駆動手段２３ｂの圧電素子１６ｂは、前述したように、λ／２の間隔で、極性を交互に反転させつつ並べられている。また、最も前方の圧電素子１６ａの中央部と、最も前方の圧電素子１６ｂの中央部との間には、振動部２１ｂに沿って（ｎ＋１／４）λ（ｎは０以上の整数）の隔たりがある。

信号発信器４１は、超音波領域の周波数の信号を生成して駆動手段２３へ出力することで、振動部２１ｂを加振するためのものである。信号発信器４１は、所定の振幅及び周波数を有する第１の信号を駆動手段２３ａへ出力可能な構成になっている。また、信号発信器４１は、第１の信号と位相が９０°異なる第２の信号を駆動手段２３ｂへ出力可能な構成になっている。

信号発信器４１は、生成する信号の波形を選択する波形選択部４４と、信号の周波数（すなわち、振動部２１ｂを加振する加振周波数）を調整する加振周波数調整部４５と、信号の位相を調整する電気的位相調整部４６と、信号の振幅を調整する振幅調整部４７、４８と、を有する。波形選択部４４は、加振周波数調整部４５と電気的に接続されている。加振周波数調整部４５は、電気的位相調整部４６及び振幅調整部４７と電気的に並列に接続されている。電気的位相調整部４６は、振幅調整部４８と電気的に接続されている。

第１の信号は、波形選択部４４によって選択された波形と、加振周波数調整部４５によって調整された加振周波数と、振幅調整部４７によって調整された振幅とを有し、アンプ４２へ出力される。第２の信号は、波形選択部４４によって選択された波形と、加振周波数調整部４５によって調整された加振周波数と、電気的位相調整部４６によって調整された位相と、振幅調整部４８によって調整された振幅とを有し、アンプ４３へ出力される。第１の信号と第２の信号とは、位相が互いに９０°異なる。なお、第１の信号及び第２の信号は、例えば正弦波信号であるが、矩形波信号や三角波信号等でも良い。

アンプ４２は、第１の信号を増幅するためのものであり、信号発信器４１と駆動手段２３ａとの間に配置されている。アンプ４３は、第２の信号を増幅するためのものであり、信号発信器４１と駆動手段２３ｂとの間に配置されている。第１の信号は、アンプ４２によって増幅されて駆動手段２３ａに印加され、第２の信号は、アンプ４３によって増幅されて駆動手段２３ｂに印加される。これにより、駆動手段２３ａと駆動手段２３ｂが伸縮することで、節の位置が互いにλ／４ずれており、且つ、位相が互いに９０°異なる２つの定在波が、振動部２１ｂ全体に発生する。これらの定在波は、上下方向にのみ振動する波であり、その波長はλである。上記２つの定在波が重なり合うと、搬送面３１、３２において一方向へ進行する、波長λを有するたわみ進行波が生じ、搬送面３１、３２の各点が上下方向及び水平方向に振動する。

例として、搬送面３１に発生するたわみ進行波について、図６を用いて説明する。図６は、搬送面３１に発生するたわみ進行波を側面から見た図である。たわみ進行波は、図６（ａ）において実線の矢印で示す方向（後方）へ、周期Ｔで進行する。なお、図６において、振動の中立軸Ｎの位置は、振動部２１ｂの上下方向の中心位置にあるものとする。

時刻ｔ＝０において、搬送面３１上のある質点Ｚが、最も上昇した状態であるとする（図６（ａ）参照）。その後、質点Ｚは下降するとともに前方に移動し、時刻ｔ＝Ｔ／４において最も前方に位置する（図６（ｂ）参照）。また、質点Ｚは、時刻ｔ＝２Ｔ／４においては最も下方に位置し（図６（ｃ）参照）、時刻３Ｔ／４においては最も後方にある（図６（ｄ）参照）。このように、質点Ｚは、楕円軌道１０１を描くように上下方向及び前後方向に運動する。楕円軌道１０１において、質点Ｚが最も上方にあるとき、搬送面３１とワークＷとの間の摩擦力による水平方向（搬送方向）の推進力が発生し、たわみ進行波の進行方向とは逆方向へワークＷが搬送される。このように、搬送面３１上の各部分が、搬送方向の速度成分と上下方向の速度成分とを有するように楕円運動することで、ワークＷが搬送方向へ搬送される。勿論、搬送面３２についても、同様のことが言える。

本実施形態では、ワークＷは、メイントラック２８においては前方へ搬送され、リターントラック２９においては反時計回りに搬送される（図２の二点鎖線の矢印参照）。すなわち、振動部２１ｂにおいては、平面視で時計回りにたわみ進行波が発生し、反時計回りにワークＷの推進力が発生する。

ここで、より詳細なワークＷの搬送原理は、ワークＷの搬送方向の大きさが、たわみ進行波の波長よりも大きいか小さいかによって異なると考えられる。まず、ワークＷの搬送方向の大きさがたわみ進行波の波長よりも大きい場合、ワークＷは、たわみ進行波の２つ以上の頂部に常時接触した状態で搬送される。このような原理で搬送されるワークＷに対しては、例えば振幅調整部４７、４８によって、第１及び第２の信号の振幅を大きくしてたわみ進行波の振幅を大きくすることで、搬送速度を上げることができる。すなわち、たわみ進行波の振幅が大きくなると、質点Ｚの楕円軌道１０１が大きくなって楕円運動が速くなるので、より大きなワークＷの推進力が生じ、ワークＷの搬送速度が上がる。一方、ワークＷの搬送方向の大きさがたわみ進行波の波長λよりも小さい場合のワークＷは、上述したものとは異なる原理で搬送されると考えられる。小型のワークＷの搬送原理について、本願発明者は、以下のように考察した。

（小型のワークの搬送原理）
小型のワークＷの搬送原理について、図７を用いて説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、搬送面３１を側面から見た概念図であり、ワークＷの搬送原理を示す説明図である。なお、以降の説明では、搬送面３１についてのみ説明するが、搬送面３２についても勿論同様である。

まず、図７（ａ）に示すように、搬送面３１上のある質点Ｚ０にワークＷが載った状態で、質点Ｚ０が楕円軌道１０２の頂点に達する。このとき、ワークＷと質点Ｚ０との摩擦力による搬送方向への推進力２００がワークＷに生じ、ワークＷが搬送方向に移動する。一方、たわみ進行波は、ワークＷの搬送方向と逆向き（紙面右方）に進行する。このため、図７（ｂ）に示すように、ワークＷは、搬送面３１から離れ、鉛直方向に落下しながら搬送方向に移動する（破線の矢印参照）。その後、図７（ｃ）に示すように、ワークＷは、搬送面３１上の、質点Ｚ０とは別の質点Ｚ１に着地する。このように、小型のワークＷは、搬送面３１に対して離間と着地とを繰り返しながら搬送されると考えられる。

ここで、上記のような原理でワークＷが搬送される場合、振幅調整部４７、４８を調整してたわみ進行波の振幅を大きくすると、ワークＷが跳躍しやすくなって搬送が不安定になるという問題が生じる。つまり、ワークＷが小さい場合には、従来のようにたわみ進行波の振幅を大きくすることで搬送速度を上げるという方法を採用できない場合がある。ワークＷの跳躍の原因について、本願発明者は、以下のように考察した。

（小型のワークが跳躍する原因）
図７（ｃ）に示すように、ワークＷが着地する質点Ｚ１は、楕円軌道１０３を描くように運動する。ワークＷが搬送面３１に着地する時の質点Ｚ１の速度を速度ベクトル２０１で表すと、速度ベクトル２０１は、搬送方向の速度成分２０２と、鉛直方向の速度成分２０３とを有する。この鉛直方向の速度成分２０３によって、ワークＷは、質点Ｚ１との接触時に上向きの力を受ける。この上向きの力は、鉛直方向の速度成分２０３が大きくなるほど大きくなり、鉛直方向の速度成分２０３の大きさがある限界値を超えると、ワークＷが跳躍する。以上の原理により、たわみ進行波の振幅が大きくなると、質点Ｚ１の楕円軌道１０３が大きくなって鉛直方向の速度成分２０３が大きくなり、ワークＷが跳躍しやすくなると考えられる。

以上のように、ワークＷの搬送方向の大きさがたわみ進行波の波長よりも小さく、搬送面３１に対して離間と着地とを繰り返しながら搬送される場合、たわみ進行波の振幅を大きくすることによる搬送速度の向上が困難となる場合がある。なお、たわみ進行波の波長がワークＷよりも小さくなればワークＷの跳躍は抑制されるが、たわみ進行波の波長を小さくするには、複数の駆動手段２３同士の間隔を狭くすることが必要である。しかしながら、上記間隔を狭くするのにも物理的な限界がある。また、短波長化するほど振動部２１ｂの振動モードの次数が高くなり、振動部２１ｂのねじれや横変形など、ワークＷの搬送に悪影響を及ぼす振動モードが発生しやすくなる。これらの理由により、たわみ進行波の短波長化によるワークＷの跳躍対策は、現状難しい。

そこで、本実施形態においては、リニアフィーダ３において小型のワークＷを搬送するにあたり、加振周波数を調整することで搬送速度を向上させる。以下、具体的に説明する。

（進行波生成部による振動部の加振）
進行波生成部２２は、信号発信器４１の加振周波数調整部４５で調整された、所定の大きさ以上の加振周波数で振動部２１ｂを加振する。所定の大きさ以上の加振周波数とは、搬送面３１を離れたワークＷが、後述する搬送面３１の頂部３０１に着地するような加振周波数である。より詳細には、所定の大きさ以上の加振周波数とは、ワークＷが着地する質点Ｚ１において、ワークＷの着地時の、楕円運動の搬送方向の速度成分２０２が、鉛直方向の速度成分２０３よりも大きい加振周波数である。本実施形態における頂部３０１の定義について、図８を用いて説明する。図８は、頂部３０１に関する説明図であり、搬送面３１を側面から見た概念図である。

図８に示すように、ワークＷが搬送面３１上の質点Ｚ１に着地したときに、その質点Ｚ１の搬送方向の速度成分２０２と、鉛直方向の速度成分２０３とが等しいとする。また、ワークＷが質点Ｚ１に着地したときの搬送面３１の頂点を質点Ｚ２とする。頂部３０１は、このような質点Ｚ１と質点Ｚ２との間の、実線で示された部分である。つまり、ワークＷが頂部３０１の任意の質点に着地したとき、その質点の搬送方向の速度成分は、鉛直方向の速度成分よりも大きくなる。

ワークＷが、鉛直方向において搬送面３１のどの位置に着地するかは、加振周波数の大きさによって変わると考えられる。前述したように、ワークＷが搬送面３１を離れてから再び着地するまでの間、ワークＷは、搬送方向に移動しつつ鉛直方向に落下する。ここで、加振周波数が大きくなると、たわみ進行波の進行速度が大きくなり、ワークＷが落下し始めてから搬送面３１に着地するまでの時間が短くなるため、鉛直方向におけるワークＷの落下距離は小さくなる。このため、加振周波数が大きければ大きいほど、ワークが着地する質点Ｚ１は、よりたわみ進行波の頂点に近くなり、質点Ｚ１の搬送方向の速度成分２０２が、鉛直方向の速度成分２０３と比べて相対的に大きくなる。つまり、加振周波数が大きくなると、ワークＷの着地時において、ワークＷに作用する搬送方向の力が大きくなりやすく、搬送速度を向上させることができる一方で、ワークＷの跳躍の原因になりうる鉛直方向の力を抑えることができると考えられる。

そこで、本願発明者は、ワークＷが着地する質点Ｚ１の鉛直方向の速度成分２０３が、たわみ進行波の周波数に応じてどのように変わるかについて、以下のようなシミュレーションを行った。図９は、ワークＷの着地時における、質点Ｚ１の鉛直方向の速度成分２０３をシミュレーションした結果のグラフである。

（質点の鉛直方向の速度成分のシミュレーション）
まず、シミュレーションの条件について説明する。ワークＷの後端部が搬送面３１の頂点に接している状態を、初期状態とした（前述の図７（ａ）参照。シミュレーションの初期状態では、ワークＷの紙面右方の端部が、質点Ｚ０に接しているものとした）。ワークＷが搬送面３１から離れた後（図７（ｂ）参照）、ワークＷの前端部が搬送面３１の質点Ｚ１と接触するまでの間、鉛直方向の初期速度を０として自由落下するものとした。その上で、ワークＷの前端部が質点Ｚ１に接触した時点（図７（ｃ）参照）における、質点Ｚ１の鉛直方向の速度成分２０３について、たわみ進行波の周波数依存性を計算した。たわみ進行波の周波数の条件は、３ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとした。たわみ進行波の波長は、ワークの搬送方向の大きさよりも十分大きい２０ｍｍに固定した。たわみ進行波の振幅（頂点から底までの鉛直方向の長さ）は、０．２μｍに固定した。また、ワークＷの搬送方向の大きさを３条件とし、搬送方向の大きさがそれぞれ３．２ｍｍ（たわみ進行波の波長の１６％）、１．６ｍｍ（同８％）、０．６ｍｍ（同３％）の場合について計算を行った。

次に、上記シミュレーションの結果について説明する。図９に示すように、グラフの横軸は、たわみ進行波の周波数を表す。縦軸は、ワークＷの着地時における質点Ｚ１の鉛直方向の速度成分２０３の大きさを表す。菱形のマーカーは、ワークＷの搬送方向の大きさが３．２ｍｍの場合のシミュレーション結果を表す。同様に、正方形のマーカー及び三角形のマーカーは、ワークＷの搬送方向の大きさがそれぞれ１．６ｍｍ、０．６ｍｍの場合のシミュレーション結果を表す。

ワークＷの搬送方向の大きさが３．２ｍｍ以下（たわみ進行波の波長の概ね２０％以下）のいずれの場合にも、たわみ進行波の周波数が２０ｋＨｚ未満の場合には、たわみ進行波の周波数が大きくなるのに応じて、質点Ｚ１の鉛直方向の速度成分２０３が大きくなる。一方、たわみ進行波の周波数が概ね２０ｋＨｚ以上になると、周波数が大きくなっても、速度成分２０３はほぼ一定に保たれるという結果が得られた。

次に、上記シミュレーション結果について、図１０を用いて模式的に説明する。図１０は、ワークが着地する質点Ｚ１の速度の、加振周波数による変化を示す説明図である。搬送面３１に生じるたわみ進行波の周波数は、加振周波数と同じであるものとする。

まず、加振周波数が小さい場合、例えばｆ＝１０ｋＨｚの場合について説明する。図１０（ａ）に示すように、ｆ＝１０ｋＨｚの場合、ワークＷが着地する搬送面３１上の質点Ｚ１ａは、楕円軌道１０３ａを描くように運動する。ワークＷが着地した時点での質点Ｚ１ａの速度を速度ベクトル２０１ａで表すと、速度ベクトル２０１ａは、搬送方向の速度成分２０２ａと、鉛直方向の速度成分２０３ａとを有する。このとき、搬送方向の速度成分２０２ａの大きさは、鉛直方向の速度成分２０３ａの大きさよりも小さい。すなわち、ｆ＝１０ｋＨｚの場合、質点Ｚ１ａは、前述した頂部３０１には含まれない。

次に、加振周波数を上げて、ｆ＝２０ｋＨｚにした場合について説明する。図１０（ｂ）に示すように、ワークＷが着地する質点Ｚ１ｂは、楕円軌道１０３ｂを描くように運動する。ここで、たわみ進行波の振幅は固定されているので、楕円軌道１０３ｂの大きさは、楕円軌道１０３ａの大きさと同じになる。つまり、質点Ｚ１の運動する速さは、単純に加振周波数の大きさに応じて変わる。具体的には、質点Ｚ１ｂの速度ベクトル２０１ｂの大きさは、ｆ＝１０ｋＨｚの場合の質点Ｚ１ａの速度ベクトル２０１ａの大きさの２倍である。

ワークＷが着地した時点で、質点Ｚ１ｂは、ｆ＝１０ｋＨｚの場合の質点Ｚ１ａよりも上方にあり、速度ベクトル２０１ｂの搬送方向の速度成分２０２ｂは、鉛直方向の速度成分２０３ｂよりも大きい。すなわち、ｆ＝２０ｋＨｚの場合、質点Ｚ１ｂは頂部３０１に含まれる。この場合、搬送方向において、ｆ＝２０ｋＨｚのときの速度成分２０２ｂは、ｆ＝１０ｋＨｚのときの速度成分２０２ａの２倍よりも大きい。つまり、ワークＷの着地時にワークＷに作用する搬送方向の力が大きくなりやすく、搬送速度を効果的に上げることができる。一方、鉛直方向において、ｆ＝２０ｋＨｚのときの速度成分２０３ｂは、ｆ＝１０ｋＨｚのときの速度成分２０３ａの２倍以下である。つまり、ワークの跳躍の原因になりうる鉛直方向の力は大きくなりにくい。

次に、加振周波数をさらに上げた場合について説明する。図１０（ｃ）に示すように、ｆ＝４０ｋＨｚの場合、ワークＷは、楕円軌道１０３ｃの頂点に近い質点Ｚ１ｃに着地する。このため、質点Ｚ１ｃの速度ベクトル２０１ｃにおいて、搬送方向の速度成分２０２ｃはいっそう大きくなる。一方、鉛直方向の速度成分２０３ｃは、ｆ＝２０ｋＨｚのときの鉛直方向の速度成分２０３ｂとほぼ変わらない。勿論、質点Ｚ１ｃも、頂部３０１に含まれる。

以上より、たわみ進行波の周波数が２０ｋＨｚ以上になると、ワークＷが着地する質点Ｚ１の鉛直方向の速度成分２０３のワーク着地時の大きさが、たわみ進行波の周波数にほとんど依存しなくなるという結果が得られた。つまり、たわみ進行波の周波数を２０ｋＨｚ以上にすれば、周波数を大きくすることによって質点Ｚ１の鉛直方向の速度成分２０３が大きくなることを抑えつつ、質点Ｚ１の搬送方向の速度成分２０２をより効果的に大きくすることができる。したがって、具体的な加振周波数の値として、進行波生成部２２は、２０ｋＨｚ以上の加振周波数で振動部２１ｂを加振することが好ましい。

なお、上記シミュレーションにおいては、たわみ進行波の波長及び振幅の条件を固定したが、シミュレーション結果は、上述したように模式的に説明可能である。したがって、これらの条件を変更しても、たわみ進行波の波長がワークＷの搬送方向の大きさよりも大きいという条件を満たしていれば、同様のシミュレーション結果が得られると考えられる。

以上のように、本実施形態のリニアフィーダ３では、たわみ進行波の波長よりも小さいワークＷが搬送され、ワークＷが離間と着地とを繰り返しながら搬送される場合に、楕円振動する搬送面３１、３２から離間したワークが、搬送面３１、３２の頂部３０１に着地するような加振周波数で振動部２１ｂが加振される。言い換えると、ワークＷが着地する搬送面３１、３２上の部分において、ワークＷの着地時における楕円状の振動の、搬送方向の速度成分が鉛直方向の速度成分２０３よりも大きい加振周波数で振動部が加振される。このため、ワークＷの着地時にワークＷに作用する搬送方向の力が大きくなりやすく、搬送速度を上げることができる一方で、ワークＷの跳躍の原因になりうる鉛直方向の力を抑えることができる。したがって、ワークＷが小さい場合でも、ワークＷの搬送速度を効果的に上げることができる。

また、加振周波数が２０ｋＨｚ以上になると、加振周波数を上げた分だけワークＷの搬送速度を確実に上げることができる一方で、ワークＷの着地時にワークＷに作用する鉛直方向上向きの力を抑えることができる。

次に、前記実施形態に変更を加えた変形例について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

（１）進行波生成部２２が、４０ｋＨｚ以上の加振周波数で振動部２１ｂを加振することで、さらに別の効果が得られる。すなわち、リニアフィーダ３から、加振周波数よりも低いサブハーモニクス成分の波が音波として発せられることで、騒音の問題が発生しうる。具体的には、主に加振周波数の半分の周波数の音波が発せられる。このような場合、４０ｋＨｚ以上の加振周波数で振動部２１ｂが加振されることで、上記音波の周波数が２０ｋＨｚ以上になり、可聴域を上回る。したがって、ワークＷの搬送速度を効果的に上げることができるとともに、リニアフィーダ３の騒音を抑制することができる。

（２）加振周波数は、必ずしも２０ｋＨｚ以上でなくても良い。すなわち、ワークＷが搬送面３１上の質点Ｚ１に着地したときに、その質点Ｚ１の搬送方向に沿った速度成分２０２が、鉛直方向の速度成分２０３よりも大きくなる加振周波数で、進行波生成部２２が振動部２１ｂを加振すれば良い。

１ パーツフィーダ
２ ボウルフィーダ
３ リニアフィーダ
２１ｂ 振動部
２２ 進行波生成部
３１、３２ 搬送面
２０２ 速度成分
２０３ 速度成分
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 進行波によってワークを搬送するワーク搬送装置であって、
   ワークが置かれる搬送面を有する振動部と、
   前記搬送面に進行波を発生させることで、前記搬送面上の各部分を楕円状に振動させる進行波生成部と、を備え、
   前記進行波生成部は、
   前記進行波の波長よりも搬送方向の寸法が小さいワークが、振動する前記搬送面に対して離間と着地とを繰り返しながら搬送される場合において、
   前記搬送面から離間したワークが前記搬送面に着地する部分において、ワーク着地時の前記楕円状の振動の、前記搬送方向の速度成分が鉛直方向の速度成分よりも大きい加振周波数で、前記振動部を加振することを特徴とするワーク搬送装置。
2. 前記進行波生成部は、２０ｋＨｚ以上の前記加振周波数で前記振動部を加振することを特徴とする請求項１に記載のワーク搬送装置。
3. 前記進行波生成部は、４０ｋＨｚ以上の前記加振周波数で前記振動部を加振することを特徴とする請求項２に記載のワーク搬送装置。

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