(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、当該基体に対して水平方向に振動する中間台と、当該中間台に対して垂直方向に振動する可動台とを具備し、当該可動台が振動することで可動台上に載せられた物品を搬送する物品搬送装置であって、前記基体に対して前記中間台を水平方向に弾性支持する第１の弾性支持手段と、前記中間台に対して前記可動台を垂直方向に弾性支持する第２の弾性支持手段とを備え、前記第１の弾性支持手段が鉛直方向に延設された少なくとも３本の棒状バネ部材からなり、それら各々の棒状バネ部材は側面に互いに略直交する取付面を有し、当該取付面に第１および第２の圧電素子が貼設されており、前記第２の弾性支持手段が水平面と平行に配設された板状バネ部材からなり、それら板状バネ部材の少なくとも片面に第３の圧電素子が貼設されており、前記第１〜第３の圧電素子に位相差を設けつつ同一周波数の正弦電圧を同時に付与することで周期的な伸びを生じさせ、前記第１〜第３の圧電素子に直交する成分を有する合成振動を前記可動台に生じさせることを特徴とする物品搬送装置。
【請求項２】
前記第１〜第３の圧電素子が、それぞれ前記棒状バネ部材または前記板状バネ部材の一端部から長手方向の中央までの間に貼設されていることを特徴とする請求項１に記載の物品搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動により物品を搬送することが可能な物品搬送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物品の搬送ライン上で任意に搬送方向を変えることのできる装置として、種々のタイプのものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１のように、物品の搬送面上に静電アクチュエータを格子状に多数配置したタイプのものがある。これは、搬送面上に多数の升形の固定子を設け、その中で搬送子をバネ部材を介して懸架しておき、固定子内の底面及び側面に設けた吸引電極を操作することによって、搬送子の動作を制御することで、搬送子の上の物品を移動させるものである。
【０００４】
また、特許文献２では、物品の搬送面上に回転軸が搬送面と平行になるように小型のローラを多数配置し、それらのローラの回転と向きを制御することによって、それらに載せる物品の搬送方向を制御する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３では、搬送面上に互いに直交する回転軸を有するローラを、交互に配置し、これらのローラの回転を制御することで、物品の搬送方向を制御するものが開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献４では、物品搬送用の軌道を有する可動体に対して、垂直および水平方向の同一周波数の振動を加えることで楕円振動を生じさせ、摩擦係数に応じてそれぞれの方向の振動の位相差を設定することで、搬送方向を異ならせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１１６６８３号公報
【特許文献２】特開２００４−７５３８７号公報
【特許文献３】特開２００８−１６８９５６号公報
【特許文献４】特開２００５−２５５３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１〜３の先行技術に係る物品搬送装置は、静電アクチュエータや小型ローラなど多数の機器から構成され、それらを同時に駆動する必要があるため、構成が複雑になるとともに制御方式も複雑なものとなる。そのため、製造コストやメンテナンス費用が高くなる上に、機器の不具合も生じやすくなる。また、こうした構成では、物品が接触する搬送面に凹凸が生じるため、当該凹凸に対して物品が小さくなるほど搬送することが難しくなる。よって、一個の物品搬送装置で小型のものから大型のものまで幅広い大きさの物品を搬送可能とすることは困難である。
【０００９】
他方、特許文献４の先行技術に係る物品搬送装置は、装置も制御システムも簡単に構成でき、搬送面も平面上に構成できるため多様な形状・大きさの物品を搬送可能となる。しかしながら、この物品搬送装置は２方向の振動の位相差を異ならせることで可動体に楕円振動を生じさせ、これを利用して物品の搬送を行うものであるため、生じさせる楕円振動の方向が限定されることから物品を搬送させる方向の自由度が低い。
【００１０】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には簡単な構成でかつ複雑な制御を要することなく、物品を搬送面上で任意の方向に搬送させることができるとともに、様々な大きさの物品を搬送可能な物品搬送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の物品搬送装置は、基体と、当該基体に対して水平方向に振動する中間台と、当該中間台に対して垂直方向に振動する可動台とを具備し、当該可動台が振動することで可動台上に載せられた物品を搬送する物品搬送装置であって、前記基体に対して前記中間台を水平方向に弾性支持する第１の弾性支持手段と、前記中間台に対して前記可動台を垂直方向に弾性支持する第２の弾性支持手段とを備え、前記第１の弾性支持手段が鉛直方向に延設された少なくとも３本の棒状バネ部材からなり、それら各々の棒状バネ部材は側面に互いに略直交する取付面を有し、当該取付面に第１および第２の圧電素子が貼設されており、前記第２の弾性支持手段が水平面と平行に配設された板状バネ部材からなり、それら板状バネ部材の少なくとも片面に第３の圧電素子が貼設されており、前記第１〜第３の圧電素子に位相差を設けつつ同一周波数の正弦電圧を同時に付与することで周期的な伸びを生じさせ、前記第１〜第３の圧電素子に直交する成分を有する合成振動を前記可動台に生じさせることを特徴とする。
【００１３】
このように構成すると、中間台は基体に対して水平面内の２つの直線方向に弾性支持され、当該中間台に対して可動台は垂直方向に弾性支持されるため、簡単な構成でもって可動台は基体に対して３つの軸方向に弾性支持されることになる。さらに、それぞれの弾性支持手段であるバネ部材に対して、直接圧電素子を貼設してたわみを制御することによって可動台に付与する振動を制御することができるため、複雑な制御を要することなく振動を付与することができ、駆動装置を小型にすることもできる。また、圧電素子を駆動源に用いることで加振力を十分に与えることができるとともに電圧を制御することで振動形態を詳細に制御することが可能となるため、本発明で三次元の振動軌跡と称する鉛直平面および水平面に対して傾いた平面内の楕円の軌跡あるいは平面外の立体的な軌跡を有する振動を可動台に対して生じさせるとともに、当該三次元の振動軌跡の大きさおよび方向を簡単かつ精度良く制御し、物品の移動方向や速度を細かく変更することが可能となる。さらに、可動台の上側の搬送面は平面に構成することができるため、小型のものから大型のものまで様々な大きさ・形状の物品に対応することができる。
【００１４】
さらに、上記の各方向の振動を効率良く発生させるためには、前記第１〜第３の圧電素子が、それぞれ前記棒状バネ部材または前記板状バネ部材の一端部から長手方向の中央までの間に貼設されているように構成することがより好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明した本発明によれば、簡単な装置構成で複雑な制御を要することなく、搬送面の三次元的振動を生成し、その振動軌跡を自由に変更することができるため、搬送面上の物品を任意の方向に搬送したり種々の態様で分別することに利用できるとともに、様々な大きさの物品に対応可能な物品搬送装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る物品搬送装置のシステム構成図。
【図２】同物品搬送装置の機械装置部の斜視図。
【図３】同物品搬送装置の機械装置部の正面図。
【図４】同物品搬送装置の第１バネ部材の断面を示す図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】同物品搬送装置の機械装置部の水平方向への動作を示す正面図。
【図６】同物品搬送装置の機械装置部の垂直方向への動作を示す正面図。
【図７】同物品搬送装置の加振方向を示す概念図。
【図８】同物品搬送装置における各方向への周期的加振力間の位相差と物品の搬送速度との関係を示す図。
【図９】同物品搬送装置における各方向への周期的加振力間の位相差と物品の搬送速度と摩擦係数との関係を示す図。
【図１０】同物品搬送装置における水平方向への周期的加振力の振幅と物品の搬送速度との関係を示す図。
【図１１】同物品搬送装置を用いて物品を搬送した場合の搬送軌跡を例示した上面図。
【図１２】図１とは別の実施形態に係る物品搬送装置のシステム構成図。
【図１３】図１および図１２とは別の実施形態に係る物品搬送装置のシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
この実施形態の物品搬送装置１は、図１に示すように、大きくは機械装置部２と制御システム部３とから構成される。この制御システム部３は、後述するように機械装置部２に組み込まれた圧電素子７１、７２、７３の制御を行うことで、機械装置部２にＸ、Ｙ、Ｚの各方向の周期的加振力を与えて振動を生じさせるように構成している。
【００１９】
なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図中左下に示した座標軸に示したとおりに定義することとし、以下においてもこの座標軸に沿って説明を進めていく。
【００２０】
機械装置部２は、図２および図３に示すように、大きくは床面に固定した基体４と、基体４に対して水平方向に弾性支持した中間台５１と、当該中間台５１に対して垂直方向に弾性支持した可動台６とから構成しており、可動台６は基体４に対して振動することでその上面の搬送面６１に載せた物品９を搬送する。
【００２１】
基体４はＸ方向に長辺を向けた長方形の平板形状をしており、その上面４ａにはＹ方向に長辺を向けた直方体状の取付ブロック４１が２個Ｘ方向に間隔を空けて平行に固設してある。基体４の下に、図示しない防振ゴム等のバネ定数の小さい弾性体を取り付ければ、設置する床に対する反力を低減させることができて好適である。
【００２２】
中間台５１は、断面が四角形の棒状バネである第１の弾性支持手段としての４本の第１バネ部材５２によって基体４と連結しており、基体４の上方で弾性的に支持してある。Ｙ方向に平行に配置された一対の第１バネ部材５２は、それぞれ平板状に構成した下端部５２ｂで上記取付ブロック４１のＸ軸と直交する側面のうち外側の側面４１ａに連結しており、当該下端部５２ｂより鉛直上方（Ｚ方向）に向かって延出する形状としている。そして、合計４本の第１バネ部材５２がそれぞれ基体４の外縁をなす長方形の四隅のやや内側より起立するように配置してあり、上端部５２ａによって中間台５１の一部を構成する上側ブロック５１ａを側面から支持するように連結している。第１バネ部材５２のうち上端部５２ａと下端部５２ｂの間の中間部５２ｃは、断面が四角形となるように構成してあり、それぞれの側面がＸ軸、Ｙ軸に直交する平面となるようにしている。このように４本の第１バネ部材５２によって支持することによって、中間台５１は水平方向に弾性的に支持され、Ｘ、Ｙ方向に変位が生じる際にもほぼ水平状態を維持することができる。
【００２３】
中間台５１は、４枚の平板状の側板５１ｄを縦横に組んだ矩形状の枠を構成し、これをＸ方向に一対配置した上側ブロック５１ａで吊り下げるような形で固定するように構成している。上述したように、上側ブロック５１ａは４本の第１バネ部材５２によって支持しているため、中間台５１は全体として空中で水平方向に弾性的に支持される。
【００２４】
さらに、当該中間台５１に対して４枚の板状バネである第２の弾性支持手段としての第２バネ部材５３を介して可動台６を連結し、垂直方向に弾性支持してある。中間台５１の側板５１ｄの内側には、４枚の板状バネである第２バネ部材５３を、２枚を一組としてＸ方向に直列にかつ水平面に平行となるように配置し、これを上下２段として取付けている。側板５１ｄは、第２バネ部材５３に対して十分な強度を有しているために、強度メンバとして第２バネ部材５３のねじれ方向の変形を抑制するとともに、第１バネ部材５２が等しく変形するように変形方向を拘束するように機能する。上記の４枚の第２バネ部材５３は、それぞれ片端側を上記上側ブロック５１ａと中間ブロック５１ｂ、あるいは中間ブロック５１ｂと下側ブロック５１ｃによって上下に挟みこむようにして固定している。そして、他端側を可動台６の下部に設けられた支持ブロック上部６２ａと支持ブロック中間部６２ｂ、あるいは支持ブロック中間部６２ｂと支持ブロック下部６２ｃとによって上下に挟みこむようにして固定している。このように構成することで、可動台６は中間台５１に対して垂直方向に弾性的に支持され、Ｚ方向に変位が生じる際にも水平状態を維持することが可能となっている。
【００２５】
可動台６は下側に、上述したような支持ブロック上部６２ａと支持ブロック中間部６２ｂと支持ブロック下部６２ｃを備えており、一体として動作を行う。そして、上面は搬送面６１として、平面状に構成してあり物品９を積載することが可能となっている。上述したように中間台５１は、基体４に対して同一の４本の第１バネ部材５２で連結されることによって水平方向に弾性支持されており、さらに可動台６は中間台５１に対して第２バネ部材５３で連結されることによって垂直方向に弾性支持されている。その結果、可動台６は、基体４に対してＸ、Ｙ、Ｚの各方向に弾性的に支持されるように構成されており、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に変位が生じた場合でも可動台６の上面はほぼ水平の状態を維持することが可能となっている。
【００２６】
そして、この可動台６をＸ、Ｙ、Ｚの各方向に振動させるための駆動部として、以下のように圧電素子７１、７２、７３を設けている。
【００２７】
まず、Ｘ方向の振動を付与する第１の水平加振手段として、第１バネ部材５２の中間部５２ｃの長手方向中央以下の側面でＸ軸に直交する面に、直方体状の第１圧電素子７１を貼りつけてある。また、Ｙ方向の振動を付与する第２の水平加振手段としてとして、第１バネ部材５２の中間部５２ｃの長手方向中央以下の側面でＹ軸に直交する面に、直方体状の第２圧電素子７２を貼りつけてある。これらの圧電素子７１、７２は電圧を付与することにより全長に伸びを生じさせることができるため、これに伴って圧電素子７１、７２を貼りつけた第１バネ部材５２を図５に示すようにたわませ、可動台６に水平方向の変位を生じさせることが可能となっている。
【００２８】
本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、それぞれの第１バネ部材５２に対して第１圧電素子７１ａ、７１ｂと第２圧電素子７２ａ、７２ｂとをそれぞれ対向する面に一対ずつ設けたバイモルフ型として構成した。本実施形態のように圧電素子の伸びを利用してバネ部材にたわみを生じさせようとする場合、対向面に設けた圧電素子の片方を伸び側に設定するときには他方を縮み側に設定する必要があるため、片方を伸び側とした際に、他方が縮み側になるように電圧印加及び貼り付け方向を設定してある。以下、圧電素子に対して付与する電圧に関しては、単純にＸ方向制御電圧、Ｙ方向制御電圧として説明を行い、Ｘ方向およびＹ方向に正の制御電圧を付与するということは、それぞれ可動台６をＸ、Ｙの正方向に移動させる向きに第１バネ部材５２に曲げを生じさせるように、第１圧電素子７１、第２圧電素子７２を伸び縮みさせる電圧を付与することを意味するものする。
【００２９】
４箇所に設けられた第１バネ部材５２は、それぞれ同じように第１圧電素子７１、第２圧電素子７２が貼りつけられ同時にたわみが制御されるため、常時同じ方向に同じ量の変形を行う。そのため、これらによって四隅を支持した中間台５１は、水平を維持しながらＸ方向、Ｙ方向に並進移動するようになっている。
【００３０】
また、第１バネ部材５２は変形を行う場合、図５に示すように中間部５２ｃの長手方向中央を境に、一つの面内の上下で伸び側と縮み側が逆転する。よって、第１圧電素子７１、第２圧電素子７２を長手方向中央付近を超えて広い範囲に貼りつけることは、却って変形を阻害することになり好ましくない。そのため、本実施形態のように長手方向中央付近より片端部側に寄せた位置に貼りつけることが効率的である。
【００３１】
次に、Ｚ方向の振動を付与する垂直加振手段として、図３に示すように、板状バネである第２バネ部材５３の長手方向中央より外側となる位置の裏表に第３圧電素子７３を貼りつけてある。なお、図中では４枚の第２バネ部材５３のうち上段の２枚にのみ第３圧電素子７３を貼りつけてあるが、これに代わって下段の第２バネ部材５３に対して第３圧電素子７３を取り付けても良いし、双方ともに第３圧電素子７３を取り付けても良い。ただし、第１バネ部材５２に貼りつけたある第１圧電素子７１、第２圧電素子７２と同様に、第２バネ部材５３の長手方向中央付近にまたがって貼りつけることは却って効率を損ない不適当である。当該圧電素子７３に電圧を付与することによって、伸び縮みを生じさせ、第２バネ部材５３をたわませ、可動台６を垂直方向に移動させることができる。
【００３２】
第２バネ部材５３の変形は、図６に示すような形で生じ、表裏に貼られた第３圧電素子７３、７３はそれぞれ伸びと縮みが逆転する。そのため、これを駆動する電圧は具体的に表裏に加える電圧を区別することなく、Ｘ、Ｙ方向の制御電圧と同様に、単に可動台６をＺ軸の正方向に移動させるものを正の制御電圧として表すことにする。
【００３３】
第２バネ部材５３および第３圧電素子７３は、可動台６に対して左右対称に設けられているため、可動台６は搬送面６１を水平に保ったままで、垂直方向に移動することになる。
【００３４】
このようにして構成した機械装置部２に対して制御システム部３は、第１圧電素子７１、第２圧電素子７２および第３圧電素子７３に各々正弦波状の制御電圧を付与することによって、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向の振動を発生させるための周期的加振力を生じさせる。
【００３５】
そのため、制御システム部３は、図１に示すように、正弦電圧を生じさせる発振機３４を備えており、この正弦電圧をアンプ３５により増幅した上で、各圧電素子７１、７２、７３に出力する。さらに、上記制御システム部３はＸ、Ｙ、Ｚの各方向の制御電圧を詳細に調整するための振動制御手段３１を有している。なお、発振機３４により生じさせる振動の周波数は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のいずれかの振動系と共振する周波数とすることで、振動を増幅して省電力化を図るようにしてある。なお、全ての方向の振動系の振動が干渉することを避けるためには、各方向の固有振動数を離してもよい。この時、各方向の固有振動数は例えば−１０％〜＋１０％程度離すようにする。
【００３６】
振動制御手段３１は大きくは、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向の制御電圧の振幅を調整する振幅調整回路３１ａと、それぞれの位相差を調整するための位相調整回路３１ｂとからなる。本実施形態では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各制御電圧にそれぞれ対応した振幅調整回路３１ａを有するとともに、Ｚ方向の制御電圧の位相を基準として、これと所定の位相差となるように制御電圧の位相を調整する位相調整回路３１ｂをＸ、Ｙの制御電圧についてそれぞれ設けるように構成している。
【００３７】
そして、制御システム部３は、搬送する物品９に応じた搬送経路および搬送速度を決定するための搬送経路決定手段３３と、当該搬送経路と搬送速度が得られるように各振幅調整回路３１ａおよび各位相調整回路３１ｂに具体的な制御値を変更するための命令を出す振動切替手段３２とを有している。
【００３８】
そして、搬送経路決定手段３３は、搬送する物品９に応じた搬送経路と搬送速度のデータを内部に複数保存しており、その中から図示しない外部からの指示によって搬送経路と搬送速度を選択した上で、そこで選択した搬送経路および搬送速度に合わせて振動形態を切り替えるように振動切替手段３２に対して命令を与える。
【００３９】
さらに、振動切替手段３２では搬送経路や搬送速度が命令された目標値となるように、各振幅調整回路３１ａおよび各位相調整回路３１ｂのそれぞれの具体的な制御値を決定して当該制御値に切り替えるよう命令を出力する。
【００４０】
上記のように構成した物品搬送装置１は、具体的には次のように動作し、可動台６に載せた物品９の搬送や分別などを行う。
【００４１】
ここで、図７の模式図に示すように簡略化して、可動台６が基体４に対してＸ、Ｙ、Ｚの各方向に弾性体５４、５５、５６により弾性的に支持するとともに、各方向の加振手段７４、７５、７６を設けている場合を想定する。このように構成することで、Ｘ、Ｙ、Ｚの三方向に設けた加振手段７４、７５、７６によって可動台６を三方向に動作させることが可能とされている。図７の模式図における弾性体５４、５５は、図２における第１バネ部材５２に該当するとともに、弾性体５６は第２バネ部材５３に該当する。また、図７の模式図における加振手段７４、７５、７６はそれぞれ第１の水平加振手段７１、第２の水平加振手段７２、垂直加振手段７３に該当する。
【００４２】
図７に示すモデルの可動台６に対して、Ｚ方向にＺ＝Ｚ０×ｓｉｎωｔで表される周期的な振動変位を与える。ここで、Ｚ０はＺ方向の振幅を、ωは角周波数を、ｔは時間を示す。さらに、Ｘ、Ｙ方向にもそれぞれＺ方向と同一周波数の振動を、Ｘ＝Ｘ０×ｓｉｎ（ｗｔ＋φｘ）、Ｙ＝Ｙ０×ｓｉｎ（ｗｔ＋φｙ）の式のように与えることとする。ここで、Ｘ０、Ｙ０はそれぞれＸ方向、Ｙの振幅を、φｘ、φｙはそれぞれＸ方向、Ｚ方向の振動のＺ方向の振動に対する位相差を示す。
【００４３】
このように、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に正弦波状の周期的な振動変位を加えることにより、可動台６にはこれらが合成された三次元的な振動を生じさせることができる。例えば、図７に示すように、Ｚ方向の振動成分に対してφｘ、φｙの位相差を持たせてＸ、Ｙ方向の振動を生じさせたとき、二次元的にはＸＺ平面上で右側を上にした楕円軌道を有する振動が生じ、ＹＺ平面上で右側を下にした楕円軌道を有する振動が生じる。そして、さらにこの２つを合成することで、図中右下に示すように三次元空間上での楕円軌道が生じる。
【００４４】
そして、各方向の振動変位の振幅および位相を変えることにより、ＸＺ平面、ＹＺ平面内の二次元の楕円軌道の大きさや向きを変更することができ、対応して三次元空間上の楕円軌道の大きさや向きを自由に変更することができる。なお、このように各方向への周期的な振動変位を付与するために、制御上は各方向への周期的加振力を付与することで対応を行っている。
【００４５】
以上のように、可動台６が楕円軌道を描きつつ振動することによって、可動台６の上に載せられた物品９は移動を行う。そして、この移動のうちＸ方向への移動速度成分は上記ＸＺ平面内の楕円軌道によって制御でき、Ｙ方向への移動速度成分は上記ＹＺ平面内の楕円軌道によって制御できる。すなわち、Ｚ方向への振動成分を基準としてＸ方向、Ｙ方向のそれぞれの振動の振幅と位相差を変化させることで、Ｘ、Ｙ方向への移動速度成分を変化させ、任意の方向に搬送させることが可能となる。
【００４６】
具体的には移動速度の変更は次のようにして行う。
【００４７】
発明者らの知見によれば、図７を参照しつつ図８を用いて説明すると、位相差φｘ（φｙ）によって物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）は正弦波に類似したカーブを描くように変化する。そのため、Ｚ方向の振動成分に対するＸ方向の振動成分の位相差を図８におけるφ２に設定したときにはＸが正となる方向に物品９は搬送されていく。また、位相差をφ４に設定したときには、Ｘが負となる方向に物品９は搬送されていく。これらに対して、位相差をφ１、φ３と設定したときには、移動速度Ｖｘは０になって、物品９はＸ方向に静止した状態となる。さらに、φ１〜φ３の間またはφ３〜π（-π）〜φ１の間で位相差を変化させることによって、それぞれ正の方向、負の方向に対する速度を増減させることができる。こうした関係は、Ｘ方向だけでなくＹ方向にも成り立ち、同様にＺ方向の振動成分に対する位相差を設定することで移動方向と移動速度を変化させることができる。
【００４８】
また、発明者らの知見によれば、図７を参照しつつ図１０を用いて説明すると、位相差φｘ（φｙ）と物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）との関係は、振幅Ｘ０（Ｙ０）を変えることによっても変化する。すなわち、位相差φｘ（φｙ）に対する物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）である正弦波類似のカーブは、概ね振動変位の振幅Ｘ０（Ｙ０）に比例して変化する。このことから、物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）を２倍にしたい場合には、概ねＸ（Ｙ）方向の振動変位の振幅を２倍にすればよい。そのためには、それに応じた加振力を与えるべく制御電圧の振幅を変化させればよい。
【００４９】
このように、Ｘ、Ｙ各方向の振動成分の振幅Ｘ０、Ｙ０と、Ｚ方向振動成分に対する位相差φｘ、φｙとを変化させることによって、Ｘ、Ｙ方向への移動速度Ｖｘ、Ｖｙを変化さることができる。
【００５０】
さらに、発明者らの知見によれば、図１を参照しつつ説明すると、図８で示した位相差と物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）との関係を示すカーブは、物品９と可動台６との摩擦係数によって変化し、図９に示す関係となる。すなわち、２種類の物品Ｗ１、Ｗ２と可動台６との間の摩擦係数をそれぞれμ１、μ２としてμ１＜μ２の関係があるとき、Ｗ２の時の移動速度のグラフは、Ｗ１の時の移動速度のカーブを位相差が正となる方向にずらした形状になる。そのため、楕円振動を行う可動台６の上に同時に摩擦係数の異なる物品９を置いた場合には、移動速度及び移動方向が異なることになる。
【００５１】
具体的には、図９に示す位相差φ１に設定している場合にはＷ１は移動することなく、Ｗ２が負の方向に移動することになる。また、位相差をφ１からφ２の間に設定した場合には、Ｗ１を正の方向に、Ｗ２を負の方向に移動させることができる。そして、φ３に設定すると、Ｗ２を移動させずに、Ｗ１のみを正の方向に移動させることができる。また、φ２からφ４の間に設定すると、Ｗ１、Ｗ２ともに正の方向に移動させることができるが、φ３を境にＷ１とＷ２の速度の大小を入れ替えることができる。さらに、φ２からφ４の範囲で位相差を細かく変更すれば、Ｗ１とＷ２の速度比も変更することができる。
【００５２】
そして、位相差をφ４とすれば、Ｗ１を移動させずに、Ｗ２のみを正方向に移動させることができる。さらに、位相差をφ４からφ５の間に設定すれば、Ｗ２を正方向に、Ｗ１を負の方向に移動させることができる。位相差をφ５と設定すれば、Ｗ２を移動させずにＷ１のみを負の方向に移動させることができる。そして、位相差をφ５からπの範囲にしたときは、ｗ１とｗ２の双方とも負の方向に移動させることができ、この範囲で位相差を変えることで両者の移動速度の比を変更することもできる。
【００５３】
さらに、発明者らの知見によれば、図７を参照しつつ図１０を用いて説明すると、位相差φｘ（φｙ）と物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）との関係は、振幅Ｘ０（Ｙ０）を変えることによっても変化する。すなわち、位相差φｘ（φｙ）に対する物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）である正弦波類似のカーブは、概ね振動変位の振幅Ｘ０（Ｙ０）に比例して変化する。このことから、物品９の移動速度Ｖｘ（Ｙｙ）を２倍にしたい場合には、概ねＸ（Ｙ）方向の振動変位の振幅を２倍にすればよい。そのためには、それに応じた加振力を与えるべく、制御電圧の振幅を変化させればよい。
【００５４】
このようにして、摩擦係数の異なる２種の物品９をＸ（Ｙ）方向に搬送する場合においては、Ｚ方向の振動に対するＸ（Ｙ）方向の振動の位相差φｘ（φｙ）を変更することで、２種の物品のうちどちらかのみを移動させることや、移動方向を変えつつ速度比を変えることが可能となり、さらにＸ（Ｙ）方向の振動の振幅を変えることで、移動速度の絶対値を制御することができる。これらを組み合わせることで、片方の速度を維持したままで、他方の速度を変更することや搬送の向きを変更することも可能となる。
【００５５】
以上のような、一方向への搬送速度および向きの制御を、二方向に展開することで、ＸＹ平面内で自由に移動させることが可能となる。すなわち、水平方向の振動をＸ、Ｙの２方向にして、Ｚ方向の振動とそれぞれ組み合わせることで、ＸＺ平面内の楕円振動、ＹＺ平面内の楕円振動をそれぞれ作り出し、これらを合成した三次元的な楕円振動を発生させ、この楕円振動の向きや大きさを三次元的に切り替えることで、より詳細に物品９の移動方向や移動速度を制御できる。そして、Ｚ方向の制御電圧によって生じる周期的加振力を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向の制御電圧によって生じる周期的加振力の振幅や位相をそれぞれ変更することによって、ＸＺ平面内の楕円振動成分とＹＺ平面内の楕円振動成分をそれぞれ変更すれば、上述の図８〜１０の関係に従ってそれぞれＸ方向、Ｙ方向の移動速度成分を物品９に与えることが可能となる。
【００５６】
このことから、具体的には次のようにして物品９の搬送を行わせることが可能となる。以下、図１を参照しつつ、図１１（ａ）〜（ｆ）の各物品の搬送形態を例示した上面図に従って説明を行う。
【００５７】
まず、物品９が一種だけである場合には、図１１（ａ）に示すように、物品９を初期（Ｔ０）の時点よりＸ方向に移動させ、ある時点（Ｔ１）よりＹ方向の移動速度成分も追加して方向を変えて移動させることができる。こうした場合には、物品９の種類に応じて搬送先を変更する場合や、別に設けたカメラによる検査データに基づいて当該物品９を不良品と判断してライン外に搬送する場合がある。このような形態の搬送を行うため、図１における搬送経路決定手段３３は、外部より被搬送物関連データとして搬送する物品９の種類を入力され、あらかじめ内部に保存されたデータに基づいて物品９に応じた搬送経路と搬送速度を選択し、あるいは被搬送物関連データとしての検査データに基づいて搬送方向と搬送速度を決定して振動切替手段３２に出力する。当該振動切替手段３２においては、その搬送方向と搬送速度に対応して各方向の振動形態の切替の要否を判断するとともに、切替が必要な場合には各方向の周期的加振力の振幅と位相を調整するため各振幅調整回路３１ａおよび位相調整回路３１ｂに具体的な制御値を命令する。
【００５８】
そして、こうした搬送経路変更の判断を随時行い、振動切替手段３２によって振幅、位相を調整していくと、図１１（ｂ）に示すようにＸＹ方向に自在な軌跡を描かせつつ物品９を移動させることが可能となる。搬送経路変更の判断は、あらかじめ設定したタイミングによるものであっても、外部からの信号に応じて行うものであっても良い。
【００５９】
また、図１１（ｃ）に示したように、物品９ａ、９ｂが摩擦係数の異なる二種のものである場合には初期段階（Ｔ０）は一方向に同速度で搬送しておき、ある時点（Ｔ１）より異なる方向に分岐させて移動させることも可能である。この場合には初期段階（Ｔ０）では、Ｘ方向には図９における位相差φ３で振動させ、Ｙ方向には振動を生じさせずにおき、Ｔ１の時点からＹ方向にも振動を生じさせＺ方向との振動位相差をφ１とφ２の間またはφ４とφ５の間に切り替えたものである。同時にＸ方向の速度においてもＺ方向に対する振動の位相差をφ３よりずらすことで、物品９ａ、９ｂの間にＸ方向の速度差を持たせるように切り替えている。この振動の切り替えにあたっても、図１における搬送経路決定手段３３が、設定されたタイミングに応じて、または外部から入力された被搬送物関連データに基づいて適切な搬送経路と搬送速度を決定し、それに基づいて振動切替手段３２に搬送方向および搬送速度の変更命令を出す。そして、当該振動切替手段３２においては、命令された搬送方向および搬送速度に対応した各方向の振幅、位相の具体的制御値を決定し、各振幅調整回路３１ａ、位相調整回路３１ｂに当該制御値に変更するように命令を出す。
【００６０】
また、同様の制御を行うことによって、図１１（ｄ）のように物品９ａ、９ｂのうち、片方のみを動かすことや、両者に速度差を設けることも可能である。さらに、図１１（ｅ）のように、任意の方向を選択した上で、その方向に沿って互いに逆向きに移動させることも可能である。
【００６１】
さらに、このような搬送経路および速度の変更を連続して行うことで、図１１（ｆ）のように物品９ａ、９ｂの搬送経路と搬送速度をＸＹ平面内で、それぞれ独立させて同時に制御することが可能となる。
【００６２】
また、上記のように摩擦係数の異なる物品９を異なる搬送方向に搬送させるように制御することによって、厳密には摩擦係数が同じものであっても表面形状が異なるなど、見かけ上摩擦係数が異なっているようにとらえられるものについても搬送方向を異ならせることもできる。例えば、同一部材の表面と裏面であっても、面の凹凸が異なり可動台６との接触面積が大きく異なるような場合が該当する。
【００６３】
以上のように、本実施形態に係る物品搬送装置１は、基体４と、当該基体４に対して水平方向に振動する中間台５１と、当該中間台５１に対して垂直方向に振動する可動台６とを具備し、当該可動台６が振動することで可動台６上に載せられた物品９を搬送する物品搬送装置であって、前記基体４に対して前記中間台５１を水平方向に弾性支持する第１の弾性支持手段５２と、前記中間台５１に対して前記可動台６を垂直方向に弾性支持する第２の弾性支持手段５３とを備え、前記第１の弾性支持手段５２が鉛直方向に延設された４本の棒状バネ部材からなり、それら各々の棒状バネ部材５２は側面に互いに直交する取付面を有し、当該取付面に第１および第２の圧電素子７１、７２が貼設されており、前記第２の弾性支持手段５３が水平面と平行に配設された板状バネ部材からなり、それら板状バネ部材５３の少なくとも片面に第３の圧電素子７３が貼設されており、前記第１〜第３の圧電素子に位相差を設けつつ同一周波数の正弦電圧を同時に付与することで周期的な伸びを生じさせ、前記第１〜第３の圧電素子７１、７２、７３に直交する成分を有する合成振動を前記可動台６に生じさせるように構成したものである。
【００６４】
このように構成しているため、可動台６を基体４に対して３つの軸方向に弾性支持することができるとともに、それぞれの弾性支持手段であるバネ部材５２、５３に対して直接圧電素子７１、７２、７３を貼設してたわみを制御することによって可動台６に付与する振動を制御することができるため、装置全体を簡単な構成でかつ小型化することができる。また、圧電素子７１、７２、７３を駆動源に用いることで加振力を十分に与えることができるとともに電圧を制御することで振動形態を詳細に制御することが可能となるため、可動台６に生じさせる三次元の振動軌跡を複雑な制御を要することなく精度良く発生させ、物品９の移動方向や速度を細かく変更することが可能となる。さらに、可動台６の上側の搬送面６１は平面に構成することができるため、小型のものから大型のものまで様々な大きさ・形状の物品に対応することができる。
【００６５】
さらに、第１〜第３の圧電素子をそれぞれ棒状バネ部材５２または板状バネ部材５３の一端部から長手方向の中央までの間に貼設されているように構成することで、それぞれの方向の振動を効率よく発生させることができ、上記の効果をさらに高めることができる。
【００６６】
なお、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。
【００６７】
例えば、上述の実施形態においては、各方向への加振手段７１、７２、７３をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚの互いに直交する方向に加振力を与えるように構成したが、可動台６に三元的に合成した振動軌跡を生成・変更できるかぎり必ずしも直交させることは必要でなく、単にそれぞれの方向を交差させるだけでよい。また、各加振手段７１、７２、７３は厳密に垂直、水平方向に設定することも必要ではないし、基体４を傾けて設置する等の種々の利用の態様も可能である。
【００６８】
また、上述の実施形態においては、第１バネ部材５２の側面に貼りつける第１圧電素子７１と第２圧電素子７２とは裏表に貼りつけた２個を一組としたバイモルフ型としていたが、図４（ｂ）のようにそれぞれを１個ずつとしたユニモルフ型とすることも可能である。
【００６９】
また、本実施形態においては、図２および図３に示すように、第１圧電素子７１および第２圧電素子７２は第１バネ部材５２の下側半分に貼りつけてあるが、これを上側半分に貼りつける構成とすることも可能であるし、上側半分と下側半分のそれぞれに設けるように構成することも可能である。同様に、第３圧電素子７３を第２バネ部材５３の外側半分ではなく内側半分に設けることも、内側と外側の双方に設けることも可能である。
【００７０】
また、第１バネ部材５２は断面を四角形としていたが、これは第１および第２圧電素子７１、７２の貼り付けを容易にするために側面を平面で構成することを意図するものであり、これら圧電素子７１、７２の取付面のみを平面にして他の部分を円形断面にするなどの構成とすることも差し支えない。また、第２バネ部材５３についても同様である。
【００７１】
また、上述の実施形態では、第１バネ部材５２を４本設ける構成としていたが、中間台の水平を維持できる限り４本とすることは必要ではなく、少なくとも３本以上として構成することで足りる。
【００７２】
さらに、本実施形態では第２バネ部材５３を合計４枚設けてあり、一対の第２バネ部材５３を直列に配置したものを上下の二段として設けているが、直列に配置した２枚を連続した１枚の板状バネとして形成し、これを上下段に配置することにより合計２枚で構成することも可能である。本実施形態のように４枚構成とする場合には、組立が容易となり精度が向上するという利点があるとともに、２枚構成とした場合には部品点数が削減できて管理が容易になるという利点がある。
【００７３】
また、上述の実施形態では、Ｚ方向の周期的加振力の位相を基準として、Ｘ方向の周期的加振力とＹ方向の周期的加振力の位相を調整するような制御回路としていたが、Ｚ方向の周期的加振力とＸ方向及びＹ方向の各周期的加振力との間の位相差を所定の値とすることができる限り、どの方向の周期的加振力の位相を変更するように構成しても良い。例えば、図１２に示すように、Ｘ方向の周期的加振力の位相を基準として、これに対する位相差が所定のものになるように、Ｚ方向、Ｙ方向の各周期的加振力の位相を変更するように制御システム部３を構成しても良い。
【００７４】
また、上述したように加振周波数を可動台６の共振周波数近くに設定することも好適であるが、分別する物品９が載った状態では共振周波数がずれる場合があるため、実際の加振台６の振動の振幅を検知しながら、加振周波数の補正を行うことも好適である。そのためには、図１３に示すように、可動台６の下部に張り出した支持ブロック下部６２ｃのＸ、Ｙ、Ｚ方向の振幅を検知するため、各方向に対応した変位センサ８１、８２、８３をそれぞれブラケット８１ａ、８２ａ、８３ａと、変位センサ台４２を介して基体４上に固定し、これらより得られる検知データを基にして発振機３７からの周波数信号を共振点追尾制御回路３１ｅや、定振幅制御回路３１ｃを用いて周波数及び振幅を適切に変換するようにして制御することで、安定した振動を得ることができる。
【００７５】
また、上述の実施形態では、各方向の振動成分として正弦波状の加振力を付与しているため可動台６上には同一平面内の楕円の振動軌跡が生成されるが、正弦波の波形と変えることで楕円とは異なる振動軌跡を生じさせることも可能であり、この場合においても上記の考えに基づいて物品９の搬送や分別を任意に行うように構成することが可能である。
【００７６】
その他の構成も、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。
【符号の説明】
【００７７】
４…基体
６…可動台
９…物品
３１…振動制御手段
３２…振動切替手段
３３…搬送経路決定手段
５１…中間台
５２…第１バネ部材
５３…第２バネ部材
７１…第１圧電素子（第１の水平加振手段）
７２…第２圧電素子（第２の水平加振手段）
７３…第３圧電素子（垂直加振手段）
【図１】
0005696577.tif 000002
【図２】
0005696577.tif 000003
【図３】
0005696577.tif 000004
【図４】
0005696577.tif 000005
【図５】
0005696577.tif 000006
【図６】
0005696577.tif 000007
【図７】
0005696577.tif 000008
【図８】
0005696577.tif 000009
【図９】
0005696577.tif 000010
【図１０】
0005696577.tif 000011
【図１１】
0005696577.tif 000012
【図１２】
0005696577.tif 000013
【図１３】
0005696577.tif 000014