(57)【要約】【課題】  安定した精密な位置決め制御により、振動を防止し、高速で搬送することができる搬送装置を実現する。【解決手段】  搬送装置１０は、移動手段に載置する装置ベース１１と、平行に設けられた１対の柱状部材１２ａと１対の柱状部材１２ａの一端を連結する連結部１２ｂとからなるコアにソレノイドコイル１２ｃを巻いて形成され、装置ベース１１の上面１１ａに立設された電磁石１２と、ソレノイドコイル１２ｃの間に配置された永久磁石１５を備え、電磁石１２により上方に付勢可能に構成された、被搬送物を載置する搬送台１３と、を備えており、搬送台制御変位計測手段２１により計測された搬送台制御変位ｘと装置ベース変位計測手段２２により計測された装置ベース変位ｙとに基づいて、位置制御手段２３により、電磁石１２に供給する電流を制御することにより搬送台１３の位置を制御することができる。【選択図】図１
2011158944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被搬送物を搬送するための移動手段に載置する装置ベースと、
平行に設けられた１対の柱状部材と前記１対の柱状部材の一端を連結する連結部とからなるコアにソレノイドコイルを巻いて形成され、前記装置ベースの上面に立設された電磁石と、
前記ソレノイドコイルの間に配置された永久磁石を備え、前記電磁石により上方に付勢可能に構成された、被搬送物を載置する搬送台と、
前記搬送台の、基準面からの変位を計測する搬送台制御変位計測手段と、
前記装置ベースの、基準面からの変位を計測する装置ベース変位計測手段と、
前記搬送台制御変位計測手段により計測された搬送台制御変位と前記装置ベース変位計測手段により計測された装置ベース変位とに基づいて前記電磁石に供給する電流を制御することにより前記搬送台の位置を制御する位置制御手段と、
を備えたことを特徴とする搬送装置。
【請求項２】
前記搬送台を上方に付勢するカウンタウエイトを備えたことを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
【請求項３】
前記搬送台の下面と前記装置ベースの上面とに対向してそれぞれ設けられた磁石により構成され、前記搬送台を上方に付勢する磁気付勢手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品などの精密品を、振動を防止し、高速で搬送するための搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品などの精密品は、搬送時に慣性力や強制変位による動的荷重や振動などの外乱を受けて損傷を生じる危険性がある。そこで、従来より、空気圧、油圧ダンパーを備え、振動を吸収して精密品の損傷を防止する搬送装置が用いられている。このような搬送装置として、例えば、特許文献１には、圧油が内蔵されたダンパーを備えた搬送装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８５６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の技術は、被搬送物の位置を制御することができないので、大きな外乱が生じた場合には、搬送装置とともに被搬送物にも大きな強制変位が加わることとなり、十分な振動防止ができないという問題があった。
また、上述の技術は、流体の粘性を利用して外乱の負荷速度を緩やかにするものであるため、被搬送物を高速で搬送する場合には、外乱の変動も高速になるため応答できないおそれがあり、十分な振動防止ができないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、安定した精密な位置決め制御により、振動を防止し、高速で搬送することができる搬送装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、搬送装置が、被搬送物を搬送するための移動手段に載置する装置ベースと、平行に設けられた１対の柱状部材と前記１対の柱状部材の一端を連結する連結部とからなるコアにソレノイドコイルを巻いて形成され、前記装置ベースの上面に立設された電磁石と、前記ソレノイドコイルの間に配置された永久磁石を備え、前記電磁石により上方に付勢可能に構成された、被搬送物を載置する搬送台と、前記搬送台の、基準面からの変位を計測する搬送台制御変位計測手段と、前記装置ベースの、基準面からの変位を計測する装置ベース変位計測手段と、前記搬送台制御変位計測手段により計測された搬送台制御変位と前記装置ベース変位計測手段により計測された装置ベース変位とに基づいて前記電磁石に供給する電流を制御することにより前記搬送台の位置を制御する位置制御手段と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、搬送装置は、被搬送物を搬送するための移動手段に載置する装置ベースと、平行に設けられた１対の柱状部材と１対の柱状部材の一端を連結する連結部とからなるコアにソレノイドコイルを巻いて形成され、装置ベースの上面に立設された電磁石と、ソレノイドコイルの間に配置された永久磁石を備え、電磁石により上方に付勢可能に構成された、被搬送物を載置する搬送台と、を備えており、搬送台制御変位計測手段により計測された搬送台制御変位と装置ベース変位計測手段により計測された装置ベース変位とに基づいて、位置制御手段により、電磁石に供給する電流を制御することにより搬送台の位置を制御することができる。
これにより、被搬送物の搬送時に装置ベースに搬送経路の凸凹による振動などの外乱が加わった場合でも、搬送台を基準面からの変位が変化しないように位置決め制御することができるので、被搬送物に慣性力や強制変位による動的荷重や振動などが負荷されることがないように搬送することができる。
また、搬送台を電磁力により駆動させるため、摩擦などの影響が少なく、位置決め制御の応答性が高いので、高速搬送が可能である。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の搬送装置において、前記搬送台を上方に付勢するカウンタウエイトを備えた、という技術的手段を用いる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、搬送装置は、搬送台を上方に付勢するカウンタウエイトを備えているため、搬送台の重量を上方に負荷される力で相殺して搬送台をより小さな電磁力で駆動させることができ、電磁石に供給する電力を低減することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の搬送装置において、前記搬送台の下面と前記装置ベースの上面とに対向してそれぞれ設けられた磁石により構成され、前記搬送台を上方に付勢する磁気付勢手段を備えた、という技術的手段を用いる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、搬送装置は、搬送台の下面と装置ベースの上面とに対向してそれぞれ設けられた磁石により構成され、搬送台を上方に付勢する磁気付勢手段を備えているため、搬送台の重量を上方に負荷される力で相殺して搬送台をより小さな電磁力で駆動させることができ、電磁石に供給する電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の搬送装置の構成図である。
【図２】搬送装置の制御系を示す説明図である。
【図３】実施例における搬送装置の定常状態での変位と電流の関係を示す説明図である。
【図４】外乱がない場合における搬送台の位置決め制御結果を示す説明図である。
【図５】搬送装置に外乱を与えた場合の搬送台の位置決め制御結果を示す説明図である。図５（Ａ）は位置決め制御結果、図５（Ｂ）は制御電流を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の搬送装置について、図を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、搬送装置１０は、被搬送物を搬送するための移動手段に載置する装置ベース１１と、装置ベース１１の上面１１ａに立設された電磁石１２と、電磁石１２により上方に付勢可能に構成された、被搬送物を載置する搬送台１３と、を備えている。
【００１５】
電磁石１２は、平行に設けられた１対の柱状部材１２ａと１対の柱状部材１２ａの一端を連結する連結部１２ｂとからなるコアにソレノイドコイル１２ｃを巻いて形成されている。ソレノイドコイル１２ｃは、各柱状部材１２ａへの巻き付け方向が逆になるように柱状部材１２ａに巻かれている。ソレノイドコイル１２ｃに電流を流すことにより、磁束が柱状部材１２ａに垂直な方向に生じる磁場を発生させることができる。
【００１６】
搬送台１３は、上面１３ａに被搬送物を載置し、装置ベース１１の上面１１ａに立設された軸ベアリング１４に沿って上下方向に移動可能に構成されている。電磁石１２は柱状部材１２ａ（ソレノイドコイル１２ｃ）間に位置するように配置された永久磁石１５を備えている。また、搬送台１３を上方に付勢するカウンタウエイト１６が搬送台１３の上方に設けられた滑車１７などを介してワイヤー１８などにより接続されている。ここで、軸ベアリング１４は、搬送台１３の水平方向への移動を拘束するために設けたが、摩擦をなくすために磁気反発力により搬送台１３の水平方向への移動を拘束する構成を採用することもできる。
【００１７】
磁気付勢手段１９は、搬送台１３の下面１３ｂと装置ベース１１の上面１１ａとに対向して反発するようにそれぞれ設けられた磁石により構成されており、搬送台１３を上方に付勢する。
【００１８】
上記の構成により、電磁石１２のソレノイドコイル１２ｃに電流を流すことにより、柱状部材１２ａ（ソレノイドコイル１２ｃ）間の永久磁石１５に上下方向の電磁力を生じさせることができ、供給する電圧または電流を制御することにより、搬送台１３を駆動して所定の位置に移動させることができる。
【００１９】
次に、搬送装置１０の搬送台１３を位置決め制御するための測定・制御系について説明する。ここで、搬送装置１０が図示しない移動機構により移動する地面などを基準面Ｇとする。
【００２０】
図２に示すように、搬送台１３の下面１３ｂには、搬送台１３の基準面Ｇからの変位である搬送台制御変位ｘを計測する搬送台制御変位計測手段２１が設けられている。本実施形態では、搬送台制御変位計測手段２１としてレーザ変位計を用いる。
【００２１】
装置ベース１１の下面１１ｂには、装置ベース１１の基準面Ｇからの変位である装置外乱変位ｙを計測する装置ベース変位計測手段２２が設けられている。本実施形態では、装置ベース変位計測手段２２としてレーザ変位計を用いる。
【００２２】
搬送台制御変位計測手段２１及び装置ベース変位計測手段２２は、位置制御手段２３に電気的に接続されている。位置制御手段２３は、搬送台制御変位計測手段２１により計測された搬送台制御変位ｘと装置ベース変位計測手段２２により計測された装置ベース変位ｙとに基づいて、電力供給ユニット２４から電磁石１２に供給する電流または電圧を制御することにより搬送台１３の位置を制御する。
【００２３】
上記の構成により、被搬送物の搬送時に搬送装置１０に搬送経路の凸凹による振動などの外乱が加わった場合でも、搬送台１３を基準面Ｇからの変位が変化しないように位置決め制御することができるので、被搬送物に慣性力や強制変位による動的荷重や振動などが負荷されることがないように搬送することができる。また、搬送台１３を電磁力により駆動させるため、摩擦などの影響が少なく、位置決め制御の応答性が高いので、高速搬送が可能である。
更に、カウンタウエイト１６と磁気付勢手段１９とを備えているので、搬送台１３の重量を上方に負荷される力で相殺して搬送台１３をより小さな電磁力で駆動させることができ、電磁石１２に供給する電力を低減することができる。
【００２４】
以下に、位置制御手段２３において、電磁石１２に供給する駆動電流を制御することにより搬送台１３の位置決め制御を行う方法について説明する。ここでは、搬送台１３の基準面Ｇからの変位である搬送体制御変位ｘが、位置決め制御の目標値である搬送台目標変位ｘdとなるように位置決め制御を行う。
【００２５】
搬送台１３の運動方程式は、電磁石１２により永久磁石１５に作用する電磁力ｆeと磁気付勢手段１９により生じる磁石反発力ｆmなどのつり合いから次式で表される。ここで、ｇは重力加速度、ｍは搬送台１３の重量、ｍcはカウンタウエイト１６の重量である。
【００２６】
【数１】
2011158944.tif 000003
【００２７】
電磁力ｆeは、永久磁石１５の磁束密度Ｂ、駆動電流ｉ、磁界内のコイル長さｌにより次式で表される。
【００２８】
【数２】
2011158944.tif 000004
【００２９】
そして、回路電圧のつりあいにより、次式に示す駆動電流ｉと駆動電圧ｅaとの関係が求まる。ここで、Ｒはソレノイドコイル１２ｃの電気抵抗、Ｌはインダクタンスである。
【００３０】
【数３】
2011158944.tif 000005
【００３１】
ここで、外乱がなく搬送台１３が定常状態のとき、添字ｓを付けて表すこととする。
【００３２】
【数４】
2011158944.tif 000006
【００３３】
上式左辺の磁石反発力ｆmと重力とは、搬送台１３の定常状態にて計測することができる。
【００３４】
搬送装置１０の定常状態において、駆動電流ｉと搬送台制御変位ｘとの関係の線形領域から駆動電流ｉは次式で表される。
【００３５】
【数５】
2011158944.tif 000007
【００３６】
上式、式２及び式４より以下の式が求められる。
【００３７】
【数６】
2011158944.tif 000008
【００３８】
式２と式６とを式１の右辺に適用すると、以下の基礎式が得られる。搬送体制御変位ｘは外乱による変位ｙと電流ｉで決まる。
【００３９】
【数７】
2011158944.tif 000009
【００４０】
搬送台制御変位ｘと装置外乱変位ｙとはサンプルタイムＴ毎に計測するため，制御方式はディジタルコントロールとした。添字ｋ＝１，２，３・・・はタイムステップ、ｄは目標値を示し、ｅk＝ｘdk−ｘkは目標値と制御変位の偏差（制御偏差）である。
【００４１】
式７を基に、制御偏差に関する状態式をサンプルタイムＴで離散化する。システム行列級数展開は1次までの近似とすると、次式が得られる。
【００４２】
【数８】
2011158944.tif 000010
【００４３】
上式のフィードバック入力は次式で表される。
【００４４】
【数９】
2011158944.tif 000011
【００４５】
ディジタルゲインｋ1d、ｋ2dは、式８に式９を適用した閉ループ系の極指定より定めた。制御電流ｉｋは次式で表される。
【００４６】
【数１０】
2011158944.tif 000012
【００４７】
式１０により求められる制御電流を電磁石１２に供給制御することにより、搬送台１３を搬送台目標変位ｘｄとなるように位置決め制御することができる。
【００４８】
（実施例）
以下に、本発明の効果を検証するための実施例について説明する。本実施例では、外乱がない場合と搬送装置１０に模擬的に外乱を与えた場合とで、搬送台１３の位置決め制御実験を行った。
【００４９】
まず、搬送台１３の定常状態にて、式４の磁石反発力ｆmと重力とを見積もり、式５の定数を決定した。図３には、定常状態における搬送台制御変位ｘsを示す。装置ベース１１に外乱が加わったときの搬送台制御変位ｘsは、ｘs＝ｘ−ｙとなる。図３の線形領域から求めた式５の定数は、ｋi＝２８８、ｉ0＝１であった。
【００５０】
搬送台１３の重量は、磁気付勢手段＠＠を含んで１．１３ｋｇであり、カウンタウエイトの重量は０．４１ｋｇとした。電磁石１２のソレノイドコイル１２ｃの電気抵抗Ｒは、５，４８Ωである。搬送台１３の永久磁石１５は、５１ｍｍ×５１ｍｍ×１３ｍｍの板状のネオジウム磁石であり、磁束密度Ｂは０．０８６Ｔである。磁気付勢手段１９として用いる１対の磁石は、それぞれ外径３９ｍｍ×内径１９ｍｍ×厚さ７ｍｍのリング状の磁石である。
【００５１】
搬送台制御変位計測手段２１としてレーザ変位計を、装置ベース変位計測手段２２としてリニア型ポテンショメータを用いた。搬送台制御変位ｘ及び装置外乱変位ｙは、それぞれサンプルタイム０．０５ｓで計測した。
【００５２】
搬送台目標変位ｘｄは、定常状態では上方向に０．１５ｍ、搬送装置１０に模擬的に外乱を与えた場合の実験では上方向に０．０３ｍとした。搬送装置１０に模擬的に外乱を与えた場合の実験では、搬送装置１０の下部にばねを設け、下向きに０．０３ｍの強制変位を約５秒間与えた。
【００５３】
外乱がない場合における搬送台１３の位置決め制御結果をシミュレーション結果とともに図４に示す。搬送台制御変位ｘは、約０．４秒で定常状態となり、搬送台目標変位ｘｄで位置決め制御が可能であった。
【００５４】
続いて、搬送装置１０に模擬的に外乱を与えた場合の結果を示す。電流制御法による搬送台１３の位置決め制御結果を図５に示す。図５（Ａ）は位置決め制御結果、図５（Ｂ）は制御電流である。外乱がない場合には、図４の結果同様に、搬送台目標変位ｘｄで位置決め制御が可能であった。約３秒後から約５秒間下向きに０．０３ｍの強制変位を与えると、搬送台制御変位ｘは、約０．４秒で定常状態となり、搬送台目標変位ｘｄをわずかに超えたものの安定した位置決め制御が可能であった。
【００５５】
以上より、本発明の搬送装置１０によれば、搬送装置１０に外乱が与えられても、搬送台１３の搬送台制御変位ｘを高い応答性で搬送台目標変位ｘｄに保持する位置決め制御ができることが確認された。これにより、本発明の搬送装置１０によれば、被搬送物に慣性力や強制変位による動的荷重や振動などが負荷されることがないように搬送することができることが確認された。
【００５６】
（変更例）
被搬送物、搬送台１３が軽量であったり、電磁石１２による電磁力が大きく、搬送台１３を駆動させるために十分な力が生じる場合には、カウンタウエイト１６や磁気付勢手段１９は設けなくてもよい。
【００５７】
［実施形態の効果］
本発明の搬送装置１０は、被搬送物を搬送するための移動手段に載置する装置ベース１１と、平行に設けられた１対の柱状部材１２ａと１対の柱状部材１２ａの一端を連結する連結部１２ｂとからなるコアにソレノイドコイル１２ｃを巻いて形成され、装置ベース１１の上面１１ａに立設された電磁石１２と、ソレノイドコイル１２ｃの間に配置された永久磁石１５を備え、電磁石１２により上方に付勢可能に構成された、被搬送物を載置する搬送台１３と、を備えており、搬送台制御変位計測手段２１により計測された搬送台制御変位ｘと装置ベース変位計測手段２２により計測された装置ベース変位ｙとに基づいて、位置制御手段２３により、電磁石１２に供給する電流を制御することにより搬送台１３の位置を制御することができる。
これにより、被搬送物の搬送時に装置ベース１１に搬送経路の凸凹による振動などの外乱が加わった場合でも、搬送台１３を基準面Ｇからの変位が変化しないように位置決め制御することができるので、被搬送物に慣性力や強制変位による動的荷重や振動などが負荷されることがないように搬送することができる。
また、搬送台１３を電磁力により駆動させるため、摩擦などの影響が少なく、位置決め制御の応答性が高いので、高速搬送が可能である。
【００５８】
［その他の実施形態］
上述の実施形態では、搬送台１３の駆動方向は垂直方向であったが、搬送装置１０を横向きに配置して水平方向に駆動するように構成してもよい。これによれば、低振動で応答性が高い搬送が可能であるため、例えば、被搬送物を光学レンズとして、搬送装置１０をオートフォーカスの駆動装置に好適に適用することができる。ここで、水平方向では重力が駆動方向へ作用しないため、位置決め制御を精度よく行うためには、搬送台１３を水平方向へ付勢する手段を備えていることが好ましい。上述の実施形態では、磁気付勢手段１９は互いに反発するように構成したが、本実施形態では、引き合うように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０…搬送装置
１１…装置ベース
１２…電磁石
１２ａ…柱状部材
１２ｂ…連結部
１２ｃ…ソレノイドコイル
１３…搬送台
１４…軸ベアリング
１５…永久磁石
１６…カウンタウエイト
１７…滑車
１８…ワイヤー
１９…磁気付勢手段
２１…搬送台制御変位計測手段
２２…装置ベース変位計測手段
２３…位置制御手段
２４…電力供給ユニット
【図１】
2011158944.tif 000013
【図２】
2011158944.tif 000014
【図３】
2011158944.tif 000015
【図４】
2011158944.tif 000016
【図５】
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