(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラフを振動させてトラフに載荷された物品を振動方向に搬送する搬送装置であって、
前記トラフとベースとを連結するばね部材に歪ゲージを設け、この歪ゲージの電気的出力に基づいて前記トラフに載荷された物品の重量と前記トラフの振幅とを検出するとともに、この検出した重量と振幅とから単位時間あたりの搬送量をリアルタイムで算出し、この搬送量に基づいて搬送装置を制御する物品の振動式搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラフ上に供給される物品を、トラフを振動させて一定時間ごとに一定重量ずつ供給する振動式搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、スナック菓子のような物品を袋詰めする場合、組合せ計量装置により定量ずつ切り出すようにしている。図９に、組合せ計量装置の機構部の概略側面図を示す。物品Ｍは、供給シュート４０を介して背の低い円錐形分散フイーダ４１の中央に供給される。そして、分散フイーダ４１の振動により放射状に配置された複数の振動フイーダ１に分散供給される。次に、物品Ｍは各振動フイーダ１に搬送されて円周上に複数配置されたプールホッパ４２に送られ、計量動作に合わせて一時的にプールされた後、プールホッパ４２の排出ゲート４３が開放されて計量ホッパ４４に投入される。ロードセルのような計量手段４５は、各計量ホッパ４４にプールされている物品Ｍの重量Ｗを計量して計量信号を出力する。重量Ｗが計量された物品Ｍは、計量ホッパ４４の排出ゲート４６が開放されて集合シュート４７で集合され、排出シュート４８に排出される。この排出された物品Ｍは、図示しない包装機により包装されて目標重量の袋詰め商品となる。各計量ホッパ４４には投入目標値が設定されており、計量値の目標値に対する大小に応じて、振動フイーダ１の振幅または振動時間を調節して、計量値が投入目標値に合致するように制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この制御は計量ホッパの計量値、すなわち搬送装置よりも下流側での計量値を読み取って行われるものであり、振動フイーダの搬送量をリアルタイムで精度よく読み取って行うものではないので、時間遅れが大きくなり、応答性が悪い。そのため、投入量（搬送量）の制御を精度よく行うのが難しい。
【０００４】
本発明は、上記のような課題を解決して、搬送量をリアルタイムで精度よく制御できる振動式搬送装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一構成に係る物品の振動式搬送装置は、トラフを振動させてトラフに載荷された物品を振動方向に搬送する搬送装置であって、前記トラフとベースとを連結するばね部材に歪ゲージを設け、この歪ゲージの電気的出力に基づいて前記トラフに載荷された物品の重量と前記トラフの振幅とを検出するとともに、この検出した重量と振幅とから単位時間あたりの搬送量をリアルタイムで算出し、この搬送量に基づいて搬送装置を制御する。
上記構成によれば、ばね部材に設けた歪ゲージの歪量からトラフに載荷された物品の重量とトラフの振幅とを検出し、この重量と振幅とから、物品の搬送量をリアルタイムで算出し、この搬送量に基づいて搬送装置の振動周波数、振幅、動作時間を制御するので、搬送装置の正確な制御を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、振動フイーダの概略側面図を示す。この振動フイーダ１は、加振器２と、この加振器２にブラケット３を介して取り付けられているトラフ４とを有している。また、前記加振器２は、当該振動フイーダ１が取り付けられる架台５に複数のゴムまたはコイルばねのような防振用ないし免振用の弾性体６を介して取り付けられたベース７と、このベース７に取り付けられた電磁石８と、ベース７の前部と後部にボルトＢ1 によりそれぞれ一端部９ａが取り付けられ、他端部９ｂがボルトＢ2 によりそれぞれ前記ブラケット３に取り付けられて平行に配置されている一対の板ばね９と、前記ブラケット３に固着されて前記電磁石８に対向する可動鉄心１０とを備えている。前記可動鉄心１０は一方の板ばね９の他端部９ｂに対応した位置でブラケット３に固定されている。前記電磁石８には、商用の交流電源１１からスイッチング素子１２を介して給電されている。
【００１２】
前記スイッチング素子１２は、コントローラ１３から出力される駆動制御信号Ｃd に基づく周波数ｆd と電流量Ｉd の交流駆動電流を電磁石８に給電し、電磁石８の可動鉄心１０の吸引力と板ばね９のばね定数ｋによって定まる振幅Ａでもって、トラフ４を水平姿勢のままで矢印Ｖ方向に振動させ、トラフ４上の物品Ｍを矢印Ｐ方向（水平方向）に搬送する。このように構成された振動系の共振周波数ｆn は、次式で求められる。
ｆn ＝（１／２π）（ｋ／ｍ）1/2 
ただし、ｍ＝（ｍ1 ×ｍ2 ）／（ｍ1 ＋ｍ2 ）、ｋはばね定数、ｍ1 はばね上重量、ｍ2 はばね下重量である。
本実施形態では、共振周波数ｆn が商用電源周波数に近い周波数となるように設定し、これによって、少電力でトラフ４の振幅が大きくなるように構成している。
【００１３】
搬送方向前側の板ばね９の両端部のブラケット３およびベース７への固定部の近傍には、４つの歪ゲージ１４ａ〜１４ｄが装着されている。この装着部Ｕは、振動時に板ばね９の弾性歪が大きい部分である。つまり、一対の板ばね９，９とブラケット３とベース７とにより、平行四辺形の形状を保って変形する一種のロバーバル機構が構成されているので、板ばね９は、一端部９ａを支点として他端部９ｂが移動する際に、ボルトＢ1 ，Ｂ2 の近傍、つまり固定部の近傍が屈曲し、この部分に大きな弾性歪が発生する。歪ゲージ１４ａ〜１４ｄで検出された歪量は、図１の重量検出回路１５に入力され、ブラケット３、トラフ４、可動鉄心１０などの既知の装置重量が風袋として差し引かれて、トラフ４上の物品Ｍの重量が検出される。このように、歪ゲージ１４ａ〜１４ｄと重量検出回路１５で、重量検出器２３を構成している。
【００１４】
図２は、板ばね９の歪ゲージ１４ａ〜１４ｄの配設位置を示す正面図である。板ばね９は矩形であり、長手方向の一端部９ａにベース７に取り付けるための取付孔Ｈ1 が、他端部９ｂにブラケット３に取り付けるための取付孔Ｈ2 がそれぞれ形成されている。各取付孔Ｈ1 ，Ｈ2 に前記ボルトＢ1 ，Ｂ2 が挿通される。歪ゲージ１４ａ，１４ｃは取付孔Ｈ2 の近傍で、歪ゲージ１４ｂ，１４ｄは取付孔Ｈ1 の近傍で、それぞれの固定部よりも板ばね９の中央よりの位置に、接着剤で貼り付けられており、その出力リードがフレキシブル配線シート１６の４本の配線１６ａ〜１６ｄに接続されて、図３に示すブリッジ回路１７を構成している。
【００１５】
図３は、ブリッジ回路１７と、重量検出回路１５の構成を示す図である。重量検出回路１５は、第１〜第４の積分器１９ａ〜１９ｄと、第１，第２の分圧器２０，２１と、信号処理回路２２とを有している。ブリッジ回路１７の歪ゲージ１４ａと１４ｃの接続点ｃは直流定電圧電源１８に接続され、歪ゲージ１４ｂと１４ｄの接続点ｄは接地されている。また、歪ゲージ１４ａと１４ｂの接続点ａは第１の積分器１９ａに接続され、歪ゲージ１４ｃと１４ｄの接続点ｂは第２の積分器１９ｂに接続されている。他方、接続点ｃと接地との間には、抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 の直列体で構成された第１の分圧器２０と、抵抗器Ｒ3 ，Ｒ4 の直列体で構成された第２の分圧器２１とが接続されており、第１の分圧器２０の出力電圧は第３の積分器１９ｃに、第２の分圧器２１の出力電圧は第４の積分器１９ｄにそれぞれ入力される。信号処理回路２２には、接続点ｃの電圧ＶC 、接続点ｄの接地電位、積分器１９ａ，１９ｂの出力電圧Ｖa ，Ｖb 、積分器１９ｃから共通電圧Ｖcom ，積分器１９ｄから参照電圧Ｖref がそれぞれ入力され、トラフ４上の重量Ｗが算出される。つまり、重量Ｗはブリッジ回路１７で得られた振動する重量信号の平均値として求められる。
【００１６】
図４は、本実施形態におけるトラフ４の振動系の振動特性を示す図である。この振動系は加振器２、ブラケット３、架台５および弾性体６からなる。共振周波数ｆn は、前述したように板ばね９のばね定数ｋと、ばね上重量ｍ1 とばね下重量ｍ2 で定まるので、トラフ４上の物品Ｍの重量Ｗに応じて変化し、図４に示すように、重量ＷがＷ1 から大きな値Ｗ2 に変化するとｆn1からｆn2のように低くなる。他方、板ばね９の振幅Ａは、駆動電流Ｉd の大きさと、その周波数ｆd によって変化し、駆動電流Ｉd が大きいほど、また、駆動周波数ｆd が共振周波数ｆn に近づくほど大きくなる。したがって、たとえば、駆動電流Ｉd とその周波数ｆd1が同一であっても、重量ＷがＷ1 からＷ2 に変化すると、振幅はＡ1 からＡ2 に変化する。
【００１７】
振動フイーダ１の搬送量は、発明者による検討の結果、（トラフ上の物品の重量Ｗ）×（板ばねの振幅Ａ）×（振動時間Ｔ）×（係数）で定まることがわかった。したがって、そのいずれかの値を調整することで、搬送量を調節することができ、単位時間ごとの搬送量は、トラフ上の物品の重量Ｗまたは板ばねの振幅Ａを調節することで調整できる。前記係数は、板ばね９の振動方向Ｖとトラフ４の搬送方向Ｐとの角度ずれ、物品の種類による滑りの差等を修正するためのもので、経験的に求められる。なお、トラフ４の搬送方向Ｐの振幅を板ばね９の振幅とみなしてもよく、その場合、前記係数の値が異なってくる。
【００１８】
図１の振幅検知手段２５は、歪ゲージ９の歪量からトラフ４の搬送方向の振幅Ａを検出する。また、データ記憶手段２４は、トラフ４上の物品の重量Ｗをパラメータとした、加振器２の駆動周波数ｆd と、板ばね９の振幅Ａのデータを記憶している。このデータは、例えば、実際に振動フイーダ１を駆動して搬送し、そのときの物品の重量Ｗを上述の方法で求めるとともに、振幅Ａを前記歪ゲージ１４ａ〜１４ｄの歪量から求めることにより得られる。また、振幅検知手段２５は、重量検出器２３で検出された物品の重量Ｗと駆動周波数ｆd とに対応する振幅Ａをデータ記憶手段２４から読み出して出力する。
【００１９】
次に、搬送量演算手段２６は、振幅検知手段２５から入力された振幅Ａと、重量検出器２３から入力された物品の重量Ｗと、振幅検知手段２５において検出されるか、またはコントローラ１３から出力される制御信号Ｃd の継続時間から求められる搬送時間（加振器２の動作時間）Ｔとに基づき、搬送量Ｓw を算出する。搬送量制御手段２７は、入力された搬送量Ｓw と目標搬送量との差を振幅Ａまたは搬送時間Ｔの調節により補正する搬送量制御信号Ｃswを、コントローラ１３に出力する。コントローラ１３は、スイッチング素子１２の点弧角を調節して駆動電流Ｉd を調整することにより振幅Ａが指令された振幅になるように制御するか、または加振器２の動作時間Ｔを指示された時間となるように制御する。例えば、図４において、駆動周波数がｆd1で、重量がＷ1 であったとき、駆動電流Ｉd を大きくすると、振動特性曲線が上方にずれた破線で示す形となり、振幅ＡがＡ3 のように大きくなる。また、重量がＷ1 から大きな値Ｗ2 に変化すると、共振周波数はｆn1からｆn2のように低くなり、振幅ＡはＡ1 からＡ2 のように小さくなる。
【００２０】
本実施形態によれば、トラフ４上の物品の重量Ｗが直接検出されて搬送量Ｓw がリアルタイムで精度よく得られる。また、リアルタイムで得られた搬送量Ｓw に基づいて振動フイーダ１の搬送量が制御されるので、応答性に優れ、したがって、精度の高い制御がなされる。また、物品の重量Ｗが板ばね９に装着された歪ゲージ１４ａ〜１４ｄを用いて検出され、別途ロードセルを必要としないので、小形で簡単な構成となる。さらに、データ記憶手段２４に、トラフ４上の物品の重量Ｗをパラメータとして駆動周波数ｆd と振幅Ａとの関係を示すデータを記憶しているので、振動式搬送装置の作動開始時の最初の計量データから搬送量の調整を実行できる。このため、試験運転の必要がなく、稼働率を高めることができる。
【００２１】
図５は、本発明の第２実施形態を示す図で、図１と同一符号はそれぞれ同一部分または相当部分を示している。本実施形態は、重量検出器２３を、ロードセル３０と重量検出回路１５とで構成したものである。本実施形態のロードセル３０は、固定側が架台５に支持部材３１を介して支持され、可動側に支持部材３２を介して保持架台５０が取り付けられて、架台５に支持されている振動フイーダ１の全重量を計量するように構成されている。他の構成とその作用は第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００２２】
本実施形態によってもやはり、搬送量Ｓw がリアルタイムで精度よく得られ、また、応答性に優れた高精度の搬送量制御が可能になり、さらに、試運転の必要をなくして稼働率を高めることができる。
【００２３】
本発明の第３実施形態は、図１に示した第１実施形態と同一の装置構成を有し、図６に示す振幅−重量特性に基づいてトラフ４上の物品の重量を求める。すなわち、加振器２の駆動周波数ｆd が一定で、かつ、物品Ｍの重量Ｗのばらつきがさほど大きくない場合、振幅Ａを重量Ｗから一義的に決めても、大きな誤差はない。そこで図６のような振幅−重量特性を得て、これを図１のデータ記憶手段２４に記憶しておき、重量検出器２３で検出した重量Ｗに基づいて、記憶された特性データから振幅Ａを求める。こうして得られた重量Ｗと振幅Ａを用いて、搬送量演算手段２６が搬送量Ｓw を算出し、搬送量制御手段２７から搬送量制御信号Ｃswが出力される。
【００２４】
図７は、歪ゲージによって、物品の重量に加えて板ばねの振幅も求める第４実施形態に係る振動式搬送装置を示すもので、図１と同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示している。図７において、１４は歪ゲージで、板ばね９の振動時の撓み量の大きい部分に装着されている。前記第１実施形態では、板ばねに４つの歪ゲージを配置してブリッジ回路を構成し、温度補償、ねじれなどによる計量誤差を補償したが、高い計量精度を必要としない場合は、１つの歪ゲージを板ばねの歪量の大きい部分に配設し、この歪ゲージ１４が検出した板ばね９の歪量から、トラフ上の物品の重量Ｗと、板ばね９の振幅Ａの両方を検出することができる。
【００２５】
図７において、３３は振幅検出器で、歪ゲージ１４と振幅検出回路３３で構成され、振幅検出回路３３は歪ゲージ１４の振動する歪量から板ばね９の振幅Ａを検出する。この歪ゲージ１４の振動の歪量は板ばね９の変形量に対応している。なお、重量検出器２３、搬送量演算手段２６、および搬送量制御手段２７の動作は、前記第１実施形態と同じであるので、説明は省略する。
【００２６】
本第４実施形態によれば、第１実施形態と同一の効果が得られるのに加えて、第１実施形態で備えたデータ記憶手段を要しないので、構成が更に簡単になる。本実施形態においても、重量検出器２３を第２実施形態と同様なロードセル型とすることができる。
【００２７】
また、トラフの振幅（板ばねの振幅）を検出する手段は、歪ゲージによって検出するものに限られるものではなく、光学的検知手段、電気的検知手段であってもよい。
【００２８】
図８は、本発明の第５実施形態に係る振動式搬送装置の構成を示す。本実施形態は、図７に示した振幅検出器３３で検出した振幅値から、図６に示す振幅−重量特性に基づいてトラフ４上の物品の重量を求める。すなわち、データ記憶手段２４は、図６に示した板ばね９の振幅値Ａとトラフ４上の物品の重量Ｗとの関係を記憶しており、搬送量演算手段２６は、振幅検出器３３で検出された振幅Ａに対応する重量Ｗをデータ記憶手段２４から読み出して、搬送量Ｓw を算出する。搬送量制御手段２７は、入力された搬送量と目標搬送量を比較し、その差が許容範囲を越えているときは、データ記憶手段２４から目標搬送量となる振幅値Ａを読み出し、加振器２の電流Ｉd を板ばね９の振幅がＡ1 となる駆動電流Ｉd に変更する搬送量制御信号Ｃswを、コントローラ１３に送出する。本実施形態によれば、重量検出器を省略することができる。
【００２９】
本発明の第６実施形態は、図８に示す構成において、図４に示すトラフ４上の物品の複数の重量Ｗにそれぞれ対応する複数の振幅−駆動周波数特性を記憶するデータ記憶手段２４を設け、搬送量演算手段２６により、振幅検出器３３で検出された振幅値Ａと駆動周波数ｆd とからトラフ４上の物品の重量Ｗを算出する。搬送量制御手段２７による駆動電流Ｉd の制御動作は前記第５実施形態と同様である。本第６実施形態によれば、重量検出器を省略できるとともに、搬送装置をより高精度に制御することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の一構成によれば、ばね部材に設けた歪ゲージの歪量からトラフ上の物品の重量とトラフの振幅とを検出し、この重量と振幅とから、物品の搬送量をリアルタイムで算出し、この搬送量に基づいて搬送装置の振動周波数、振幅、動作時間を制御するので、搬送装置の正確な制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動式搬送装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の板ばねの歪ゲージの配設位置を示す正面図である。
【図３】第１実施形態のブリッジ回路と重量検出回路の構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の振動系の振動周波数とトラフの搬送方向の振幅の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る振動式搬送装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態のデータ記憶手段に記憶されている重量−振幅特性を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る振動式搬送装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る振動式搬送装置の構成を示す図である。
【図９】組合せ計量装置の機構部の概略側面図である。
【符号の説明】
１…振動フイーダ、２…加振器、３…ブラケット、４…トラフ、５…架台、６…防振用の弾性体、７…ベース、８…電磁石、９…板ばね、１０…可動鉄心、
１１…商用電源、１２…スイッチング素子、１３…コントローラ、
１４ａ〜１４ｄ…歪ゲージ、１５…重量検出回路、１６…フレキシブル配線シート、１６ａ〜１６ｄ…配線、１７…ブリッジ回路、１８…直流定電圧電源、
１９ａ〜１９ｄ…積分器、２０，２１…分圧器、２２…信号処理回路、２３…重量検出器、２４…データ記憶手段、２５…振幅検知手段、２６…搬送量演算手段、２７…搬送量制御手段、３０…ロードセル、３１，３２…支持部材、３３…振幅検出器、３４…振幅検出回路、４０…供給シュート、４１分散フイーダ、４２…プールホッパ、４３，４６…排出ゲート、４４…計量ホッパ、４５…計量手段、４７…集合シュート、４８…排出シュート、Ａ…板ばねの振幅、ＡＡ…板ばねの検出振幅値、Ｃd …駆動制御信号、Ｃsw…搬送量制御信号、ｆd …駆動周波数、Ｉd …駆動電流、Ｍ…物品、Ｓw …搬送量、Ｔ…搬送時間、Ｗ…物品の重量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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