(57)【要約】【課題】振動搬送の技術を用いて物品を効率良く搬送することができる技術を提供する。【解決手段】所定の方向に伸縮変位する伸縮素子２０１の変位に対応する変位波形を出力するアクチュエータ２００と、アクチュエータ２００に、伸縮素子２０１の１回の伸縮変位に対応する、第１方向の変位と前記第１方向とは逆の第２方向の変位を有するパルス状変位を所定の休止時間を挟んで間欠的に繰り返す変位波形を出力させる駆動部３００と、アクチュエータ２００の変位が伝達され、その上を被搬送体である物品１０が第１の方向に搬送される搬送レール４００とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に伸縮変位する伸縮素子の変位に対応する変位波形を出力するアクチュエータと、
前記アクチュエータに、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、第１方向の変位と前記第１方向とは逆の第２方向の変位を有するパルス状変位を所定の休止時間を挟んで間欠的に繰り返す変位波形を出力させる駆動部と、
前記アクチュエータの変位が伝達され、その上を被搬送体が前記第１の方向に搬送される搬送レールと
を具備することを特徴とする搬送装置。
【請求項２】
前記休止時間は、一つのパルス状変位が終了した後、前記搬送レールの残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記アクチュエータが、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、前記第１方向の変位と前記第２方向の変位を有するパルス状変位を形成するように、前記伸縮素子に、二等辺三角形の形状を有する印加電圧またはそれに対応する他のパラメータを与える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。
【請求項４】
前記二等辺三角形の形状を有する前記印加電圧の、立ち上がりから前記二等辺三角形の頂点までの間の時間が、系の共振周波数の逆数にほぼ一致することを特徴とする請求項３に記載の搬送装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項６】
前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の変位を拡大して出力し、前記搬送レールに伝達する変位拡大機構であることを特徴とする請求項５に記載の搬送装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部を有し、前記変位出力部に前記搬送レールの一方の端部が取り付けられ、前記変位出力部の変位が前記搬送レールに伝達されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有し、前記伸縮素子が水平方向に伸縮するように前記変位伝達機構に装着され、前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の上方に設けられ、前記伸縮素子の伸縮変位と対応する方向に前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部材を有し、前記搬送レールは前記変位出力部材の上に取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項９】
搬送レール上で被搬送体を搬送する搬送方法であって、
所定の方向に伸縮変位する伸縮素子の変位に対応する変位波形を出力するアクチュエータに、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、第１方向の変位と前記第１方向とは逆の第２方向の変位を有するパルス状変位を所定の休止時間を挟んで間欠的に繰り返す変位波形を出力させ、
前記アクチュエータの変位を前記搬送レールに伝達させて、前記被搬送体を前記搬送レール上で前記第１方向に搬送することを特徴とする搬送方法。
【請求項１０】
前記休止時間は、一つのパルス状変位が終了した後、前記搬送レールの残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることを特徴とする請求項９に記載の搬送方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータが、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、前記第１方向の変位と前記第２方向の変位を有するパルス状変位を形成するように、前記伸縮素子に、二等辺三角形の形状を有する印加電圧またはそれに対応する他のパラメータを与えることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の搬送方法。
【請求項１２】
前記二等辺三角形の形状を有する前記印加電圧の、立ち上がりから前記二等辺三角形の頂点までの間の時間が、系の共振周波数の逆数にほぼ一致することを特徴とする請求項１１に記載の搬送方法。
【請求項１３】
搬送レール上で被搬送体を搬送するためのアクチュエータユニットであって、
所定の方向に伸縮変位する伸縮素子の変位に対応する変位波形を出力するアクチュエータと、
前記アクチュエータに、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、第１方向の変位と前記第１方向とは逆の第２方向の変位を有するパルス状変位を所定の休止時間を挟んで間欠的に繰り返す変位波形を出力させる駆動部と、
を具備し、
前記搬送レールに前記アクチュエータの変位が伝達され、前記搬送レール上を前記被搬送体が前記第１の方向または前記第２の方向に搬送されることを特徴とするアクチュエータユニット。
【請求項１４】
前記休止時間は、一つのパルス状変位が終了した後、前記搬送レールの残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることを特徴とする請求項１３に記載のアクチュエータユニット。
【請求項１５】
前記駆動部は、前記アクチュエータが、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、前記第１方向の変位と前記第２方向の変位を有するパルス状変位を形成するように、前記伸縮素子に、二等辺三角形の形状を有する印加電圧またはそれに対応する他のパラメータを与えることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のアクチュエータユニット。
【請求項１６】
前記二等辺三角形の形状を有する前記印加電圧の、立ち上がりから前記二等辺三角形の頂点までの間の時間が、系の共振周波数の逆数にほぼ一致することを特徴とする請求項１５に記載のアクチュエータユニット。
【請求項１７】
前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。
【請求項１８】
前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の変位を拡大して出力し、前記搬送レールに伝達する変位拡大機構であることを特徴とする請求項１７に記載のアクチュエータユニット。
【請求項１９】
前記アクチュエータは、前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部を有し、前記変位出力部に前記搬送レールの一方の端部が取り付けられ、前記変位出力部の変位が前記搬送レールに伝達されることを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。
【請求項２０】
前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有し、前記伸縮素子が水平方向に伸縮するように前記変位伝達機構に装着され、前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の上方に設けられ、前記伸縮素子の伸縮変位と対応する方向に前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部材を有し、前記搬送レールは前記変位出力部材の上に取り付けられることを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品を搬送する搬送装置、搬送方法、およびそれに用いるアクチュエータユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
物品を搬送する搬送装置として、板ばね等で支持された搬送路を電磁石や圧電素子などのアクチュエータにより振動させることによって、搬送路上の物品を搬送するパーツフィーダが知られている。
【０００３】
パーツフィーダとして、特許文献１には、水平回転するボウルまたは水平に直線移動するフィーダを、カム機構を用い、往復に加速度差をつけて水平振動させることにより、摩擦力と慣性力を利用して物品（ワーク）を搬送するものが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、両端が互いに平行な平面とされ、これら２つの平面に電極が形成されるとともに、その電極の平成された平面に平行に分極された圧電素子を設け、この圧電素子の一端を基板上に固定し、他端を被搬送体である物品と接する作用部として配設し、圧電素子の電極間に電圧を印加することにより作用部に、第１振動方向の速度と、この速度よりも小さな第２振動方向の速度とを発生させ、物品を第２振動方向へ送る搬送装置が記載されている。すなわち、速度が小さい第２振動方向の移動により、移動体は作用部とともに移動し、圧電素子が第１振動方向へ移動する際には速度が大きく、動摩擦係数は静摩擦係数よりも小さいため、物品は移動した後の位置からは動かず、圧電素子のみが第１振動方向に移動する。このため、この動作を繰り返すことにより、物品を第２振動方向に移動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５５−００７８５２号公報
【特許文献２】特開平５−１０５２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された搬送装置では、相対滑りを生じさせて被搬送体である物品（ワーク）を効率良く搬送しようとしているが、滑りを生じさせ易くするためには、大きな駆動力により被搬送体である物品の摺動抵抗を軽減しなければならず、効率の良い搬送を行うことは困難である。また、搬送時の加速度が物品との静摩擦係数より大きくなると物品との間に滑りが発生して搬送効率が低下してしまう。
【０００７】
また、特許文献２の技術では、被搬送体である物品を搬送するためには、圧電素子を第２振動方向へゆっくりと伸長させた後、第１振動方向へ急速に縮退させるが、小型の物品を搬送する際には、圧電素子を第１振動方向へ急速に縮退しても、物品がそれに追従して第１振動方向に移動してしまう場合があり、また、圧電素子にこのような変位を高速で行わせると残留振動により効率の良い搬送は困難である。
【０００８】
したがって、本発明は、振動搬送の技術を用いて被搬送体を効率良く搬送することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（２０）を提供する。
【００１０】
（１）所定の方向に伸縮変位する伸縮素子の変位に対応する変位波形を出力するアクチュエータと、
前記アクチュエータに、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、第１方向の変位と前記第１方向とは逆の第２方向の変位を有するパルス状変位を所定の休止時間を挟んで間欠的に繰り返す変位波形を出力させる駆動部と、
前記アクチュエータの変位が伝達され、その上を被搬送体が前記第１の方向に搬送される搬送レールと
を具備することを特徴とする搬送装置。
【００１１】
（２）前記休止時間は、一つのパルス状変位が終了した後、前記搬送レールの残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることを特徴とする（１）に記載の搬送装置。
【００１２】
（３）前記駆動部は、前記アクチュエータが、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、前記第１方向の変位と前記第２方向の変位を有するパルス状変位を形成するように、前記伸縮素子に、二等辺三角形の形状を有する印加電圧またはそれに対応する他のパラメータを与えることを特徴とする（１）または（２）に記載の搬送装置。
【００１３】
（４）前記二等辺三角形の形状を有する前記印加電圧の、立ち上がりから前記二等辺三角形の頂点までの間の時間が、系の共振周波数の逆数にほぼ一致することを特徴とする（３）に記載の搬送装置。
【００１４】
（５）前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有することを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の搬送装置。
【００１５】
（６）前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の変位を拡大して出力し、前記搬送レールに伝達する変位拡大機構であることを特徴とする（５）に記載の搬送装置。
【００１６】
（７）前記アクチュエータは、前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部を有し、前記変位出力部に前記搬送レールの一方の端部が取り付けられ、前記変位出力部の変位が前記搬送レールに伝達されることを特徴とする（１）から（６）のいずれかに記載の搬送装置。
【００１７】
（８）前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有し、前記伸縮素子が水平方向に伸縮するように前記変位伝達機構に装着され、前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の上方に設けられ、前記伸縮素子の伸縮変位と対応する方向に前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部材を有し、前記搬送レールは前記変位出力部材の上に取り付けられることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の搬送装置。
【００１８】
（９）搬送レール上で被搬送体を搬送する搬送方法であって、
所定の方向に伸縮変位する伸縮素子の変位に対応する変位波形を出力するアクチュエータに、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、第１方向の変位と前記第１方向とは逆の第２方向の変位を有するパルス状変位を所定の休止時間を挟んで間欠的に繰り返す変位波形を出力させ、
前記アクチュエータの変位を前記搬送レールに伝達させて、前記被搬送体を前記搬送レール上で前記第１方向に搬送することを特徴とする搬送方法。
【００１９】
（１０）前記休止時間は、一つのパルス状変位が終了した後、前記搬送レールの残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることを特徴とする（９）に記載の搬送方法。
【００２０】
（１１）前記アクチュエータが、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、前記第１方向の変位と前記第２方向の変位を有するパルス状変位を形成するように、前記伸縮素子に、二等辺三角形の形状を有する印加電圧またはそれに対応する他のパラメータを与えることを特徴とする（９）または（１０）に記載の搬送方法。
【００２１】
（１２）前記二等辺三角形の形状を有する前記印加電圧の、立ち上がりから前記二等辺三角形の頂点までの間の時間が、系の共振周波数の逆数にほぼ一致することを特徴とする（１１）に記載の搬送方法。
【００２２】
（１３）搬送レール上で被搬送体を搬送するためのアクチュエータユニットであって、
所定の方向に伸縮変位する伸縮素子の変位に対応する変位波形を出力するアクチュエータと、
前記アクチュエータに、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、第１方向の変位と前記第１方向とは逆の第２方向の変位を有するパルス状変位を所定の休止時間を挟んで間欠的に繰り返す変位波形を出力させる駆動部と、
を具備し、
前記搬送レールに前記アクチュエータの変位が伝達され、前記搬送レール上を前記被搬送体が前記第１の方向または前記第２の方向に搬送されることを特徴とするアクチュエータユニット。
【００２３】
（１４）前記休止時間は、一つのパルス状変位が終了した後、前記搬送レールの残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることを特徴とする（１３）に記載のアクチュエータユニット。
【００２４】
（１５）前記駆動部は、前記アクチュエータが、前記伸縮素子の１回の伸縮変位に対応する、前記第１方向の変位と前記第２方向の変位を有するパルス状変位を形成するように、前記伸縮素子に、二等辺三角形の形状を有する印加電圧またはそれに対応する他のパラメータを与えることを特徴とする（１３）または（１４）に記載のアクチュエータユニット。
【００２５】
（１６）前記二等辺三角形の形状を有する前記印加電圧の、立ち上がりから前記二等辺三角形の頂点までの間の時間が、系の共振周波数の逆数にほぼ一致することを特徴とする（１５）に記載のアクチュエータユニット。
【００２６】
（１７）前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有することを特徴とする（１３）から（１６）のいずれかに記載のアクチュエータユニット。
【００２７】
（１８）前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の変位を拡大して出力し、前記搬送レールに伝達する変位拡大機構であることを特徴とする（１７）に記載のアクチュエータユニット。
【００２８】
（１９）前記アクチュエータは、前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部を有し、前記変位出力部に前記搬送レールの一方の端部が取り付けられ、前記変位出力部の変位が前記搬送レールに伝達されることを特徴とする（１３）から（１８）のいずれかに記載のアクチュエータユニット。
【００２９】
（２０）前記アクチュエータは、前記伸縮素子の変位を前記搬送レールに伝達する変位伝達機構をさらに有し、前記伸縮素子が水平方向に伸縮するように前記変位伝達機構に装着され、前記変位伝達機構は、前記伸縮素子の上方に設けられ、前記伸縮素子の伸縮変位と対応する方向に前記第１方向および前記第２方向の変位を出力する変位出力部材を有し、前記搬送レールは前記変位出力部材の上に取り付けられることを特徴とする（１３）から（１６）のいずれかに記載のアクチュエータユニット。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、振動搬送の技術を用いて被搬送体を効率良く搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る搬送装置を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る搬送装置を示す平面図である。
【図３】物品を第１方向であるＡ方向に搬送する際のアクチュエータから出力される変位波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の効果を説明するための実験結果を示す図である。
【図５】実際に上述のパルス状変位を間欠的に繰り返す変位波形を搬送レールに与えて搬送実験を行った結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る搬送装置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
最初に本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る搬送装置を示す側面図、図２はその平面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の搬送装置１は、水平部１０１および垂直部１０２を有するベース部材１００と、ベース部材１００の垂直部１０２に固定され所定波形の変位を出力するアクチュエータ２００と、アクチュエータ２００を駆動する駆動部３００と、アクチュエータ２００の変位が伝達され、物品１０を搬送する搬送レール４００と、ベース部材１００の水平部１０１に取り付けられ、搬送路４００を移動可能に支持する支持部５００と、支持部５００と搬送レール４００の間に設けられたリニアガイド６００とを有する。アクチュエータ２００と駆動部３００とによりアクチュエータユニット７００を構成する。
【００３３】
アクチュエータ２００は、電圧等のトリガーを与えることにより伸縮する伸縮素子２０１と、この伸縮素子２０１が装着され、伸縮素子２０１の変位を搬送レール４００に伝達する変位伝達機構としての変位拡大機構２１０とを具備している。
【００３４】
伸縮素子２０１は、長尺状をなし、長手方向を鉛直にして配置されている。伸縮素子２０１としては、トリガーが与えられることにより主に長手方向に伸縮する素子であればよく、電圧に応じて変位する圧電素子、磁界に応じて変位する磁歪素子、温度に応じて変位する形状記憶合金素子等を挙げることができる。いずれの素子の場合にも電源からの電圧を直接印加するか、または電圧を適宜の手段で磁界や温度に変換して用いることにより電圧に応じた変位を実現することができる。
【００３５】
伸縮素子２０１としては、圧電素子が好ましい。圧電素子を用いたアクチュエータは、（１）投入される電気エネルギーに対して実に６０％以上が機械エネルギーに変換され、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍの素子で発生する力が３００ｋｇｆに達し、エネルギー効率が極めて高い、（２）数ｋＨｚ以上の高速応答が可能である、（３）物体を一定の位置で保持する場合に、電圧を印加する必要はあるが、電流は流れなくて済むため、電気エネルギー消費を抑えることができる、（４）小型化、薄型化に適している、等の優れた点を有している。
【００３６】
伸縮素子２０１として用いられる圧電素子としては、板状の圧電体が電極を挟んで複数積層されて構成された積層タイプのものが用いられる。例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの圧電体を４０ｍｍ程度の長さに積層して直方体として構成される。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）を挙げることができる。伸縮素子２０１の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。
【００３７】
変位拡大機構２１０は、伸縮素子２０１の変位を拡大して出力し、その拡大された変位を搬送レール４００に伝達するものであり、本例では、長尺体からなる伸縮素子２０１の一端面および他端面にそれぞれ固定された第１の取り付け部材２１１および第２の取り付け部材２１２と、伸縮素子２０１の一方の側面に、これら第１の取り付け部材２１１および第２の取り付け部材２１２を連結するように設けられ、圧電素子の変位方向に直交する方向に拡大された変位を出力する変位伝達部２１３と、伸縮素子２０１の他方の側面に、第１の取り付け部材２１１および第２の取り付け部材２１２を、可撓性を有するヒンジ２１６を介して連結するように設けられた固定部材２１４とを有する。変位伝達部２１３は、中央に出力部材２１５を有し、複数の可撓性を有するヒンジ２１６および複数のアーム２１７の作用により出力部材２１５から拡大された変位を出力することが可能となっている。出力部材２１５には搬送レール４００が取り付けられる取り付け部材２１８が装着されている。固定部材２１４の表面は固定面であり、ベース部材１００の垂直部１０２に固定される。
【００３８】
このような構成の変位拡大機構２１０に伸縮素子２０１が装着されることによりアクチュエータ２００が構成される。なお、変位拡大機構は、図示したような構成に限らず種々の構成をとることができる。また、変位伝達機構としては、変位を拡大せずに伸縮素子２０１の変位を伝達する機能のみを有するものであってもよい。また、変位伝達機構を用いずに、伸縮素子のみでアクチュエータ２００を構成してもよい。
【００３９】
伸縮素子２０１が圧電素子の場合、脆性材料であるセラミックス材料で構成されており、引張り力に対して弱い。このため、図示するように、伸縮素子２０１に与圧機構２２０により長手方向に圧縮力を与えられた状態で変位拡大機構２１０に装着されることが好ましい。与圧機構２２０により予め圧縮力を与えることによりこのような欠点を軽減することができる。与圧機構２２０は、本例では、伸縮素子２０１の一端面および他端面に固定される一対のヘッドピース２２１，２２２と、これらの間に架け渡されるように設けられた例えば２本の圧縮力付与部材２２３とを有している。ただし、与圧機構の構成は、圧縮力を付与できればこれに限るものではない。なお、与圧機構２２０は設けなくともよく、また、変位拡大機構（変位伝達機構）に与圧機構としての機能を持たせてもよい。
【００４０】
駆動部３００は、伸縮素子２０１を伸縮駆動させるドライバー３０１と、所定波形の信号を発生してドライバー３０１に供給する信号発生部３０２を有している。ドライバー３０１は、電源と駆動回路とを有している。伸縮素子２０１が圧電素子である場合には、ドライバー３０１は、圧電素子である伸縮素子２０１に信号発生部３０２から所定の波形の信号に応じて所定の電圧を印加して充放電させることにより伸縮素子２０１を駆動する。
【００４１】
駆動部３００により伸縮素子２０１が所定の波形で伸縮駆動され、変位拡大機構２１０の出力部材２１５から、その伸縮駆動の波形に対応した変位波形が出力される。このときの出力される変位波形については後述する。
【００４２】
搬送レール４００は、変位拡大機構２１０の出力部材２１５に装着された取り付け部材２１８に着脱可能に取り付けられており、出力部材２１５から出力される変位波形が直接伝達される。搬送レール４００は、複数の物品１０が載せられる搬送面４０１と、搬送面４０１から物品１０が落下しないように搬送面４０１の両側部に設けられたガード部材４０３を有している。また、搬送レール４００は、アクチュエータ側の第１の端部４１１と、先端側の第２の端部４１２とを有しており、これらの間で物品１０が搬送される。このとき、後述するように、アクチュエータ２００から出力される変位波形を、伸縮素子の１回の伸縮に対応するパルス状変位を間欠的に繰り返すものとすることにより、物品１０を第１の端部４１１から第２の端部４１２に搬送することできる。物品１０は特に限定されず、ボルトやナット等の部品でもよいし、重量が大きいものであってもよいが、特に、直径０．５ｍｍ以下の小さいものに対して有効である。
【００４３】
搬送レール４００の下部には、長手方向に沿ってガイドレール４１０が設けられている。そして、このガイドレール４１０にリニアガイド６００が装着され、搬送レール４００は、ベース部材１００の水平部１０１に取り付けられた支持部５００にリニアガイド６００を介して支持されている。このため、搬送レール４００は、アクチュエータ２００の変位に追従して移動することができる。
【００４４】
このように構成される搬送装置１においては、駆動部３００の信号発生部３０２からの信号に基づいて、ドライバー３０１から伸縮素子２０１に所定波形の電圧が印加され、伸縮素子２０１は伸縮変位を高速で繰り返す。この伸縮変位は、変位伝達機構である変位拡大機構２１０により拡大された変位として出力部材２１５から出力され、この変位が搬送レール４００に伝達される。
【００４５】
駆動部３００は、伸縮素子２０１に所定波形の電圧を印加し、伸縮素子２０１が間欠的に伸縮するように駆動する。これにより、出力部材２１５から、伸縮素子２０１の１回の伸縮に対応して、電圧非印加時の基準位置から、水平方向の第１方向であるＡ方向に変位した後、進出した位置から基準位置に戻る第２方向であるＢ方向に変位するパルス状変位を間欠的に繰り返す変位波形が出力され、これにともなって搬送レール４００も同様に変位する。そのときの変位波形の具体例を図３に示す。図３は、横軸が時間であり、縦軸が出力部材２１５から出力される変位である。変位の方向は、下側がＡ方向（伸縮素子の伸長に対応）、上側がＢ方向（伸縮素子の戻りに対応）である。
【００４６】
このように伸縮素子２０１の１回の伸縮に対応するアクチュエータ２００のパルス状変位を、適切な休止時間を空けて間欠的に繰り返すことにより、被搬送体である物品１０をＡ方向に搬送することができる。
【００４７】
次に、このような間欠的なパルスを用いた物品搬送の原理について説明する。
アクチュエータ２００により搬送レール４００に上述したパルス状変位を与えると、搬送レール４００は最初にＡ方向に変位し、搬送面４０１上の物品１０は静止摩擦により搬送レール４００の移動方向に加速力が伝達される。加速力を得た物品１０は搬送面４０１との間に滑りが生じた状態となり、搬送レール４００よりも低速で搬送レールの変位方向であるＡ方向に移動する。そして、搬送レール４００の変位方向がＢ方向に逆転しても物品１０は慣性によりしばらくはＡ方向に変位し続けるが、やがて停止する。
【００４８】
そのことを確認した実験について図４に示す。ここでは伸縮素子として圧電素子を用いたアクチュエータにより、物品として直径約１０ｍｍのナットを搬送レール上で搬送する実験を行った。端子間電圧が最大１００Ｖの電圧パルスを１回印加し、アクチュエータ２００を介して搬送レール４００に１００μｍ／Ｖのパルス状変位を与えた。電圧パルスの時間は６．４ｍｓｅｃとした。その際の電圧パルスに対する搬送レールの変位およびナットの変位を図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。なお、搬送レールおよびナットの変位は、搬送レール４００の先端側に設けられたレーザー距離計により測定した。なお、これらの図において、変位の方向は、下方向がＡ方向であり、上方向がＢ方向である。図４（ａ）（ｂ）に示すように、搬送レール４００がＡ方向に変位している間、ナットは搬送レール４００よりも低速でＡ方向に変位し、搬送レール４００の変位方向がＢ方向に逆転しても物品１０はＡ方向に変位し続けていることがわかる。
【００４９】
このように、搬送レール４００に１回のパルス状変位を与えることにより、搬送レール４００が最初に変位する方向であるＡ方向に物品１０が変位する。
【００５０】
したがって、このようなパルス状変位を搬送レール４００に繰り返し与えることにより、物品１０をＡ方向に搬送し続けることができ、効率の良い搬送を実現することができる。また搬送レールを駆動する周波数を高くすることができるので、高速搬送が可能である。
【００５１】
パルス状変位の休止時間は、一つのパルス状変位が終了した後、次のパルス状変位が開始するまでの時間であるが、この休止時間は、搬送レール４００の残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることが好ましい。これは、搬送レール４００は残留振動がある状態で、次のパルス状変位を与えると、その残留振動がパルス状変位に加算してしまい、その結果、物品１０の移動を阻止してしまうからである。搬送レール４００の残留振動がゼロ近傍の状態でパルス状変位を与えると、搬送レール４００が加速し、物品１０との相対速度がゼロになる時点で、静止摩擦により搬送レール４００の移動方向に加速力を伝達することができる。このように最初のパルス状変位が与えられた際とほぼ同じ状況で静止摩擦により搬送レール４００の移動方向に加速力を伝達することができ、物品１０を確実にＡ方向に効率良く搬送することができる。
【００５２】
アクチュエータ２００が、伸縮素子２０１の１回の伸縮変位に対応するＡ方向の変位とＢ方向の変位を有するパルス状変位を形成するためには、図４に示すような二等辺三角形の形状を有する印加電圧を与えることが好ましい。また、伸縮素子２０１に印加するパラメータが電圧以外であっても二等辺三角形の形状のパラメータを印加することが好ましい。
【００５３】
伸縮素子２０１に電圧を印加する場合、特に、伸縮素子２０１が圧電素子である場合、二等辺三角形の形状を有する印加電圧の、立ち上がりから二等辺三角形の頂点までの間の時間、つまりＡ方向の変位からＢ方向の変位に折り返すまでの時間が、系の共振周波数の逆数にほぼ一致することが好ましい。これにより、伸縮素子２０１の残留振動を小さくすることができ、搬送レール４００に所望の変位を生じさせて、物品１０を効率良く搬送することができる。
【００５４】
図４の例では、二等辺三角形の電圧パルスの時間は６．４ｍｓｅｃで、立ち上がりから二等辺三角形の頂点までの間の時間は３．２ｍｓｅｃであり、系の共振周波数がほぼ３１２．５Ｈｚであることが好ましいことになる。
【００５５】
また、伸縮素子、特に圧電素子は、０．１〜５０μｍ程度の小さな変位で駆動することができるので、直径０．５ｍｍ以下の小さな物品であっても、部品の搬送先との間の継ぎ目を物品の落下の危険性が生じない程度に狭くすることができ、しかも、高速駆動が可能であるため、１回の変位が小さくても十分に高い搬送速度で物品を搬送することができる。
【００５６】
次に、実際に上述のパルス状変位を間欠的に繰り返す変位波形を搬送レールに与えて搬送実験を行った結果について説明する。
【００５７】
ここでは、伸縮素子として圧電素子を用いたアクチュエータ２００を用い、搬送レール４００にパルス状変位を繰り返し与えて、直径約１０ｍｍのナットを搬送する実験を行った。このとき、端子間電圧が最大１００Ｖの電圧パルスを間欠的に印加し、アクチュエータ２００を介して搬送レール４００に最大変位３００μｍのパルス状変位を間欠的に繰り返し与えた。電圧パルスの時間は６．４ｍｓｅｃとし、電圧パルス間の休止時間を１３．６ｍｓｅｃとし、搬送レールおよびナットの変位を搬送レール４００の先端側に設けられたレーザー距離計により測定した。この実験結果を図５に示す。図５（ａ）はその際の電圧パルスに対する搬送レールの変位を示し、図５（ｂ）は電圧パルスに対するナットの変位を示す。なお、これらの図において、変位の方向は、下方向がＡ方向であり、上方向がＢ方向である。
【００５８】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、搬送レール４００に最初のパルス状変位が与えられることにより、ナットがＡ方向に変位し、ナットと搬送レール４００との相対速度がゼロまたはゼロ近傍となった時点で次のパルス状変位が与えられ、これを繰り返すことによりナットがＡ方向に継続的に変位していることがわかる。このことから、搬送レールにパルス状変位を所定の間隔で間欠的に与えることにより、被搬送体であるナットをＡ方向に搬送可能であることが確認された。また、このときの平均の搬送速度は９ｍｍ／ｓｅｃであり、効率的な搬送が行えることが確認された。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は本発明の第２の実施形態に係る搬送装置を示す側面図である。
この図に示すように、本実施形態の搬送装置２は、所定波形の変位を出力するアクチュエータ８００と、アクチュエータ８００を駆動する駆動部３００と、アクチュエータ８００の変位が伝達され、物品１０を搬送する搬送レール４００とを有する。アクチュエータ８００と駆動部３００とでアクチュエータユニット９００を構成する。アクチュエータ８００は、基台１０００上に載置または固定される。
【００６０】
アクチュエータ８００は、電圧等のトリガーを与えることにより伸縮する伸縮素子８０１と、この伸縮素子８０１が装着され、伸縮素子８０１の変位を搬送レール４００に伝達する変位伝達機構８１０とを具備している。
【００６１】
伸縮素子８０１は、長尺状をなし、長手方向を水平にして配置されている。伸縮素子８０１としては、伸縮素子２０１と同様、トリガーが与えられることにより主に長手方向に伸縮する素子であればよく、電圧に応じて変位する圧電素子、磁界に応じて変位する磁歪素子、温度に応じて変位する形状記憶合金素子等を挙げることができ、これらの中では圧電素子が好ましい。
【００６２】
変位伝達機構８１０は、伸縮素子８０１の変位を搬送レール４００に伝達するものであり、基台１０００に載置または固定されるベース部材８１１と、ベース部材８１１と一体またはベース部材８１１に固定して設けられ、伸縮素子８０１の一端が取り付けられる第１の取り付け部材８１２と、伸縮素子８０１の他端が移動可能に取り付けられる第２の取り付け部材８１３と、伸縮素子８０１の上方に水平に設けられ、伸縮素子８０１の伸縮変位に対応した水平方向の所定波形の変位を出力する出力部材８１４とを有している。第２の取り付け部材８１３は、ベース部材８１１の一端および出力部材８１４の対応する一端に、それぞれ可撓性を有するヒンジ８１５を介して連結されている。一方、ベース部材８１１の他端および出力部材８１４の対応する他端には、中間部材８１７がそれぞれ可撓性を有するヒンジ８１５を介して連結されている。出力部材８１４の上には搬送レール４００が取り付けられる取り付け部材８１６が装着され、搬送レール４００は、取り付け部材８１６を介して出力部材８１４上に取り付けられている。
【００６３】
このような構成の変位伝達機構８１０に伸縮素子８０１が装着されることによりアクチュエータ８００が構成される。
【００６４】
伸縮素子８０１には、その長手方向に予め圧縮力を与える与圧機構８２０が装着されている。与圧機構８２０は、上述した与圧機構２２０と同様の機能を有しており、本例では、伸縮素子８０１の一端面および他端面に固定される一対のヘッドピース８２１，８２２と、これらの間に架け渡されるように設けられた例えば２本の圧縮力付与部材８２３とを有している。ただし、与圧機構の構成は、圧縮力を付与できればこれに限るものではない。なお、与圧機構８２０は設けなくともよく、また、変位伝達機構に与圧機構としての機能を持たせてもよい。
【００６５】
駆動部３００は、第１の実施形態と同様、ドライバーと、所定波形の信号を発生してドライバーに供給する信号発生部とを有している。詳細については第１の実施形態と同様であるから省略する。駆動部３００により伸縮素子８０１が所定の波形で伸縮駆動され、変位伝達機構８１０の出力部材８１４から、その伸縮駆動の波形に対応した変位波形が出力される。このときの出力される変位波形は第１の実施形態と同様である。
【００６６】
搬送レール４００は、第１の実施例と同様に構成され、変位伝達機構８１０の出力部材８１４に装着された取り付け部材８１６に着脱可能に取り付けられており、出力部材８１４から出力される変位波形が直接伝達される。第１の実施形態と同様、物品１０は特に限定されず、ボルトやナット等の部品でもよいし、重量が大きいものであってもよいが、特に、直径０．５ｍｍ以下の小さいものに対して有効である。
【００６７】
このとき、出力部材８１４は、第１の実施形態と同様、伸縮素子８０１の１回の伸縮に対応して、電圧非印加時の基準位置から、水平方向の第１方向であるＡ方向に変位した後、進出した位置から基準位置に戻る第２方向であるＢ方向に変位するパルス状変位を間欠的に繰り返す変位波形が出力され、これにともなって搬送レール４００も同様に変位する。
【００６８】
これにより、第１の実施形態と同様の原理で、被搬送物である物品１０をＡ方向に効率良く搬送することができる。このとき、第１の実施形態と同様、パルス状変位の間の休止時間を、一つのパルス状変位が終了した後、前記搬送レールの残留振動がゼロ近傍になるまでの期間以上とすることが好ましい。これにより、物品１０を確実に所望の方向へ効率良く搬送することができる。
【００６９】
アクチュエータ８００が、伸縮素子８０１の１回の伸縮変位に対応するＡ方向の変位とＢ方向の変位を有するパルス状変位を形成するためには、第１の実施形態と同様、二等辺三角形の形状を有する印加電圧を与えることが好ましい。また、伸縮素子８０１に印加するパラメータが電圧以外であっても二等辺三角形の形状のパラメータを印加することが好ましい。
【００７０】
伸縮素子８０１に電圧を印加する場合、特に、伸縮素子８０１が圧電素子である場合、二等辺三角形の形状を有する印加電圧の、立ち上がりから二等辺三角形の頂点までの間の時間、つまりＡ方向の変位からＢ方向の変位に折り返すまでの時間が系の共振周波数の逆数に一ほぼ致することが好ましい。これにより、伸縮素子８０１の残留振動を小さくすることができ、搬送レール４００に所望の変位を生じさせて、物品１０を効率良く搬送することができる。
【００７１】
また、伸縮素子、特に圧電素子は、０．１〜５０μｍ程度の小さな変位で駆動することができるので、直径０．５ｍｍ以下の小さな物品であっても、部品の搬送先との間の継ぎ目を物品の落下の危険性が生じない程度に狭くすることができ、しかも、高速駆動が可能であるため、１回の変位が小さくても十分に高い搬送速度で物品を搬送することができる。
【００７２】
さらにまた、本実施形態では搬送レール４００の第１の端部４１１および第２の端部４１２のいずれも開放されているので、これらのいずれにも物品１０の搬送先の部材を設けることが可能であるという利点を得ることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では圧電素子を与圧機構により予め圧縮力を与えた例を示したが、与圧機構は必須ではない。また、変位伝達機構は、上記実施形態に限定されるものではなく、搬送レールに伝達することができるものであればよく、さらに、所望の変位波形を実現することができれば変位伝達機構を設けなくてもよい。
【００７４】
さらにまた、アクチュエータユニットの構成は、搬送レールに物品の搬送が可能な上記変位波形を伝達できるものであれば、上記２つの実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７５】
１，２；搬送装置
１０；物品（被搬送体）
１００；ベース部材
２００，８００；アクチュエータ
２０１，８０１；伸縮素子
２１０；変位拡大機構（変位伝達機構）
３００；駆動部
４００；搬送レール
５００；支持部
６００；リニアガイド
７００，９００；アクチュエータユニット
１０００；基台
【図１】
2019085260.tif 000003
【図２】
2019085260.tif 000004
【図３】
2019085260.tif 000005
【図４】
2019085260.tif 000006
【図５】
2019085260.tif 000007
【図６】
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