物品分別搬送装置
【課題】搬送面上で複数の物品を分別し異なる方向に搬送させることができる物品分別搬送装置を提供する。
【解決手段】弾性支持手段５を介して設けられた可動台６が振動することで物品９を搬送する物品分別搬送装置１であって、可動台６に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段７１と、第１の加振手段６による周期的加振力７１と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段７２と、各加振手段７１、７２による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ可動台６に楕円の振動軌跡を生じさせる振動制御手段３１とを備え、振動制御手段３１により摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送されるように可動台６の振動軌跡を設定することによって、可動台６上で物品９を分別搬送するように構成した。
【解決手段】弾性支持手段５を介して設けられた可動台６が振動することで物品９を搬送する物品分別搬送装置１であって、可動台６に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段７１と、第１の加振手段６による周期的加振力７１と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段７２と、各加振手段７１、７２による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ可動台６に楕円の振動軌跡を生じさせる振動制御手段３１とを備え、振動制御手段３１により摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送されるように可動台６の振動軌跡を設定することによって、可動台６上で物品９を分別搬送するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動により複数の物品を搬送しつつ分別することが可能な物品分別搬送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、振動を利用したリニアフィーダなどの物品搬送装置が多数知られており、こうした技術を展開した特許文献１に係るような物品搬送装置が開示されている。
【０００３】
このもの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ことを可能に構成したものである。これを用いることにより、摩擦係数の異なる２種の物品を同時に搬送面上に載せ、摩擦係数に応じた所定の位相差を有する振動を付与することで、それぞれが反対方向に搬送されるようにして分別することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
しかしながら、上述の先行技術に係る物品搬送装置では、２方向の振動成分を合成して楕円の振動軌跡を生成し、これを利用して物品の分別を行っているものの、振動軌跡の生じる方向が限定されているために、搬送する物品の移動方向についての自由度が少ない。そのため、当該装置を製造ラインに組み込んで用いた場合には、搬送経路の方向についての設計自由度が低くなる。
【０００６】
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、具体的には物品の分別を行うと同時に、分別された物品をそれぞれ任意の方向に搬送していくことができ、製造ラインの中で容易に用いることのできる物品分別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】
【０００７】
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。
【０００８】
すなわち、本発明の物品分別搬送装置は、基体上に弾性支持手段を介して設けられた可動台を具備し、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分別搬送装置であって、前記可動台に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段と、前記可動台に対して前記第１の加振手段による周期的加振力と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段と、前記各加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に楕円の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段とを備え、前記振動制御手段により摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送されるように前記可動台の振動軌跡を設定することによって、前記可動台上で前記物品を分別搬送することを特徴とする。
【０００９】
このように構成すると、複数の物品を一方向に搬送することができるとともに、摩擦係数の相違によって搬送方向を異ならせることができるため、カメラや画像処理機などの検査機器および分別のための特殊な機器を用いなくても、これらを自動的に分別することができる。さらに、搬送面を平面に構成できるため、一個の機器によって大型のものから小型のものまで対応が可能となる。
【００１０】
さらに、物品の移動する方向を安定させてそれぞれを決まった方向に搬送できるようにするために、前記可動台上に、分別された物品を所定の軌道に沿って移動させるガイドを設けるようにして構成することが好適である。
【００１１】
また、複数の物品を同方向に搬送することと、それぞれを別方向に搬送することを容易に切り替えられるようにするためには、前記可動台の振動軌跡を異なる振動軌跡に切り替える振動切替手段を備えており、当該振動切替手段が前記各加振手段による周期的加振力の位相差であって摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送される位相差のデータと、摩擦係数が異なる物品が同じ方向に搬送される位相差のデータを内部に保存しており、外部からの信号入力に応じてこれらの位相差を切り替えるように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明した本発明によれば、簡単な構成でありながら、同時に複数の物品の分別を行い、それぞれの物品を任意の方向に搬送させることができるとともに、多様な大きさ・形状の物品にも対応することができる物品分別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】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る物品分別搬送装置のシステム構成図。
【図２】同物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【図３】同物品分別搬送装置の機械装置部の側面図。
【図４】同物品分別搬送装置の機械装置部のＫ方向への動作を示す側面図。
【図５】同物品分別搬送装置のバネ部材の断面を示す図３のＡ−Ａ断面矢視図。
【図６】同物品分別搬送装置の動作原理を示す模式図。
【図７】同物品分別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８】同物品分別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９】同物品分別搬送装置における搬送路を例示した上面図。
【図１０】図１とは別の実施形態に係る物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【図１１】図１および図１０とは別の実施形態に係る物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【図１２】図１、図１０および図１１とは別の実施形態に係る物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
この実施形態の物品分別搬送装置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の制御を行うことで、機械装置部２にＫ、Ｙ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。
【００１６】
ここで、Ｋ方向とは、圧電素子７１の弾性支持部材５２への貼り付け面に対する直交方向をいい、Ｙ方向とは紙面垂直方向をいうものとする。さらに、後述のＸ、Ｚ方向についても、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する。そのため、Ｋ方向とは、Ｘ方向、Ｚ方向成分を有するものであって、ＸＺ平面と平行になるものといえる。以下、この座標軸に沿って説明を進めていく。
【００１７】
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に対して振動することで上に載せた物品９を分別しつつ搬送する可動台６と、可動台６を基体４に対して弾性的に支持する弾性支持手段５とから構成している。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。
【００１８】
基体４は底面４１ａがＸ方向に長辺を向けた長方形であり、上面４１ｂは底面４１ａと同形状でありながらＸ方向に位置がずれた形状としている。そのため、前面４１ｃ、後面４１ｄは底面４１ａおよび上面４１ｂに対して傾いている。
【００１９】
そして、これら前面４１ｃおよび後面４１ｄのそれぞれに、弾性支持手段５を構成する棒状バネであるバネ部材５２が２本ずつ取り付けられている。このバネ部材５２は、基体４の前面４１ｃまたは後面４１ｄに、それぞれ平板状に形成された下側取付部５２ｂで固定しており、当該取付部５２ｂより、Ｋ方向およびＹ方向に垂直な、図中左上の方向に向かって延出し、平板状に形成された上側取付部５２ａで可動台６の下部に設けられた支持ブロック６２と連結している。バネ部材５２のうち、上側取付部５２ａおよび下側取付部５２ｂの間となる中間部５２ｃは断面を四角状に形成してある。
【００２０】
可動台６は、水平に配置された平板状の形態を基本とし、搬送面である上面６１には対応する製造ラインおよび物品９に応じて適宜、搬送路６３ａを形成する。図２においては、例としてＹ字型に分岐する搬送ラインを形成した場合を記載してある。前述したように可動台６の下側に支持ブロック６２を固定して設けており、当該支持ブロック６２において４本のバネ部材５２と連結してある。
【００２１】
このように構成しているため、４本のバネ部材５２はあたかも平行リンク機構のように働き、可動台６は水平状態を維持したまま各方向に移動を行うことができる。
【００２２】
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を設けている。
【００２３】
まず、Ｋ方向の振動を付与する第１の加振手段として、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の加振手段としてとして、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、図４に例として示したように、バネ部材５２をたわませ、可動台６にＫ方向あるいはＹ方向の変位を生じさせることが可能となっている。
【００２４】
本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、それぞれのバネ部材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。
【００２５】
また、バネ部材５２は変形を行う場合、図４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。
【００２６】
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および第２圧電素子７２に各々正弦波状の制御電圧を付与することによって、Ｋ、Ｙ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。
【００２７】
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に出力する。さらに、上記制御システム部３はＫ、Ｙ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、Ｋ、Ｙ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、双方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。
【００２８】
振動制御手段３１は大きくは、Ｋ、Ｙ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とから構成してある。本実施形態では、Ｋ、Ｙ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、Ｋ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Ｙの制御電圧について設けるように構成している。
【００２９】
そして、制御システム部３は、搬送する物品９に応じた搬送方向および搬送速度が得られるように、各方向の周期的加振力を付与する圧電素子への制御電圧の振幅および位相を切り替える振動切替手段３２を有している。当該振動切替手段３２は図示しない外部からの信号によって適宜物品９の搬送方向を所定の方向に変えるべく、その方向に対応する各圧電素子７１、７２の制御電圧の振幅および位相の具体的制御値を決定して、当該制御値に調整するように振幅調整回路３１ａ、位相調整回路３１bに命令を与える。
【００３０】
上記のように構成した物品分別搬送装置１は、具体的には次のような原理に基づいて物品９に対して作用する。説明を簡単にするため上述したＫ方向の振動成分は、Ｘ方向、Ｚ方向の振動に分解して考えることとする。
【００３１】
ここで、本物品分別搬送装置１を図６の模式図に示すような簡略化したモデルで考え、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６の模式図における弾性体５４、５５、５６は、図１におけるバネ部材５２に該当するとともに、図６における加振手段７４、７５、７６はそれぞれ圧電素子７１、７２に該当する。
【００３２】
図６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。
【００３３】
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、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ことができる。例えば、図６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の振動軌跡たる三次元空間上での楕円軌道が生じる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
具体的には各方向への移動速度成分の変更は次のようにして行う。
【００３７】
発明者らの知見によれば、図６を参照しつつ図７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とともに、物品９と可動台６との間の摩擦係数によっても変化する。すなわち、２種類の物品９である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となる。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。
【００３８】
具体的には、図７に示す位相差φ１にφｘを設定したとき、Ｗ１のＸ方向移動速度は０になり、Ｗ２は負の値を取る。そしてφ１〜φ２の間に位相差を設定しているときには、Ｗ１は正の方向、Ｗ２は負の方向と互いに逆方向に進む。位相差φ２ではＷ２の速度が０になり、Ｗ１は正の方向の速度となる。さらにφ２〜φ４の間ではＷ１、Ｗ２ともに正の方向に進むが、そのうちφ３では同じ速度になり、その前後でＷ１とＷ２の速度の大きさが逆転する。また、位相差をφ４とするとＷ１は速度が０になり、Ｗ２は正の方向に移動する。位相差φ４〜φ５の範囲ではＷ１は負の方向に進み、Ｗ２は正の方向に進む。さらに、φ５ではＷ２の速度が０になり、Ｗ１は負の方向に進む。また、φ５〜πの範囲では双方とも負の方向に進むが、その中でもφ５の時に同じ速度となり、その前後で速度が逆転する。なお、こうした関係はＹ方向の移動速度Ｖｙに対してもあてはまる。
【００３９】
また、発明者らの知見によれば、図６を参照しつつ図８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。
【００４０】
このような一方向に対する振動制御を、直交するＸ、Ｙ方向に同時に付与することによって、摩擦係数の異なる複数の種類の物品９を可動台６上で分別し異なる方向に搬送させることができる。なお、上記のように摩擦係数の異なる物品９を異なる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、同一の物品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場合が該当し、このような場合でも適宜分別・搬送を行うことができる。
【００４１】
しかしながら、複数の種類の物品９を搬送しつつ、二方向に分別し、搬送していくことを目的とした場合、上記のような３つの方向への加振手段をそれぞれ別に有することは必須とはいえない。なぜならば、図７から分かるように、Ｘ方向に対しては一方にのみ搬送を行い逆方向に進ませることを必要としないのであれば、Ｚ方向に対する位相差を０に、すなわち同位相で駆動させても良い。よって、本実施形態においては、Ｚ方向とＸ方向の振動成分を有するＫ方向の加振手段７１として一個に構成することができる。
【００４２】
これに対し、Ｙ方向には物品９の種類に応じて分別する機能が必要となるため、Ｚ方向の周期的加振力に対する位相差、すなわちＫ方向の周期的加振力に対する位相差を物品の摩擦係数に応じて切り替えることができるように構成している。
【００４３】
このように構成した本物品分別搬送装置１によって、図９（ａ）〜（ｃ）に例示するような、物品９の搬送および分別が可能となる。
【００４４】
図９（ａ）は、可動台６の上に、広い搬送路６３ａを形成し、搬送方向に対する左右に平行な壁面６３ｂ、６３ｃを形成した例である。壁面６３ｂ、６３ｃは分別する物品の移動方向を規制するガイドとして作用し、それぞれの物品９ａ、９ｂを決まった方向に搬送することができる。図中における可動台６の右側には、物品９ａ、９ｂが混在して入れられたコンテナ９５が接続されており、当該コンテナ９５から可動台６上に物品９ａ、９ｂを投入する場合を示している。さらに、図１における振動切替手段３２からの命令によって、振動制御手段３１によりＹ方向への振動の位相差を図７に示すφ１〜φ２またはφ４〜φ５に設定されており、図９（ａ）の物品９ａ、９ｂは図中の左方向に搬送されつつも、進行方向に対して左右の壁面６３ｃ、６３ｂに向かって分別されていき、やがてはそれぞれ壁面６３ｃ、６３ｂに接触しながら搬送されていく。このように簡単に搬送路および壁面を形成しただけでも分別を容易に行ったうえで、各々を決まった方向に搬送していくことができるため、様々な大きさの物品に対応できる。なお、このように特定の物品の分別搬送を行うだけであれば、振動切替手段３２は必須ではなく、振動制御手段３１にあらかじめ決まった位相差を設定しておくだけで足りる。
【００４５】
図９（ｂ）は可動台６の上に、図中上側の軌道６４、下側の軌道６５に分岐するＹ字型の搬送路６３ａを形成したものであり、この搬送路６３ａに従い２種の物品９ａ、９ｂを右側から左側に向けて搬送していく。この場合においても、図１における振動切替手段３２において、Ｙ方向への振動の位相差を図７に示すφ１〜φ２またはφ４〜φ５に切り替えることにより、図９（ａ）の物品９ａ、９ｂは互いに逆方向のＹ方向移動速度成分を受けて、搬送方向に対する左右の壁面６３ｂ、６３ｃに接触しながら搬送される。そして、Ｙ字の分岐点より、それぞれ軌道６４、６５に進入することで搬送先を異ならせることができる。
【００４６】
また、図９（ｃ）には可動台６の上に、直線状の搬送路６３ａを形成し、その延長上の軌道６４と、搬送路６３ａに対して側方に分岐する軌道６５ａ、６５ｂ、６５ｃを有するものである。このように形成することで、通常は２種の物品を９ａ、９ｂを同じ方向に搬送しつつ、特定のタイミングでＹ方向の振動成分も加えることで、特定の物品９ｂを分岐した軌道６５ａ、６５ｂ、６５ｃに取り出すことができる。そのために、通常は物品９ａ、９ｂを双方とも図の左方向に搬送しておき、特定の物品９ｂが搬送するべきいずれかのライン６５ａ、６５ｂ、６５ｃに到達した際に、図１における振動切替手段３２によって振動を切り替えて、物品９ｂを分岐した任意の軌道６５ａ、６５ｂ、６５ｃより取り出すこともできる。こうした物品９の搬送途中における搬送方向の変更を容易にするため、図１における振動切替手段は、複数の物品９を同一方向に搬送するためのＺ（Ｋ）方向振動に対するＹ方向振動の位相差データと、複数の物品９をＹ方向に分別するためのＺ（Ｋ）方向振動に対するＹ方向振動の位相差データとをあらかじめ内部に保存している。そして、図示しない外部からの信号の入力を合図にして双方の位相差を切り替えることにより、同一方向に進ませていた物品９の分別搬送することや、分別搬送していた物品９を同一方向に進ませるように切り替えることが可能である。
【００４７】
以上のように本実施形態に係る物品分別搬送装置１は、基体４上に弾性支持手段５を介して設けられた可動台６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を搬送する物品分別搬送装置１であって、前記可動台６に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段７１と、前記可動台６に対して前記第１の加振手段６による周期的加振力７１と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段７２と、前記各加振手段７１、７２による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台６に楕円の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段７１、７２を制御する振動制御手段３１とを備え、前記振動制御手段３１により摩擦係数が異なる物品９が異なる方向に搬送されるように前記可動台６の振動軌跡を設定することによって、前記可動台６上で前記物品９を分別搬送するように構成したものである。
【００４８】
このように構成しているため、複数の物品９を一方向に搬送しつつ、摩擦係数の相違によって搬送方向を異ならせることができるため、カメラや画像処理機などの検査機器および分別のための特殊な機器を用いなくても、これらを自動的に分別することができる。さらに、搬送面６１を平面に構成できるため、一個の機器によって大型のものから小型のものまで対応が可能となる。
【００４９】
さらに、前記可動台６上に、分別された物品を所定の軌道に沿って移動させるガイド６３ｂ、６３ｃを設けるように構成しているため、複数の物品を分別しつつ、それぞれを決まった方向に搬送することができるため、生産ライン等の搬送ラインの中で好適に用いることができる。
【００５０】
さらに、前記可動台６の振動軌跡を異なる振動軌跡に切り替える振動切替手段３２を備えており、当該振動切替手段３２が前記各加振手段７１、７２による周期的加振力の位相差であって摩擦係数が異なる物品９が異なる方向に搬送される位相差のデータと、摩擦係数が異なる物品９が同じ方向に搬送される位相差のデータを内部に保存しており、外部からの信号入力に応じてこれらの位相差を切り替えるように構成しているため、複数の物品９を同じ方向に搬送することと、二方向に分別してそれぞれ別の方向に向かって搬送させていくことを容易に切り替えることが可能となる。
【００５１】
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。
【００５２】
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をそれぞれＫ、Ｙ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にこれらを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が交差しているだけでもよい。
【００５３】
また、上述の実施形態においては、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５（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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、上述の実施形態では、弾性支持手段５を４本のバネ部材５２より構成していたが、これは可動台６の水平状態を維持しやすくするためである。そのため、Ｙ方向の振動振幅が小さく、物品９の重量が小さい場合には図１０に示すように搬送方向に対して前後２本のバネ部材５２で構成することも可能である。この場合には可動台６の傾きはほとんど無視できる程度にしか生じない。
【００５６】
また、上述の実施形態の棒状のバネ部材５２に替えて、板バネを用いた構成を図１１に示す。この形態においては、Ｋ方向バネ部材として、Ｋ方向に垂直になるように配置した一対の板バネ１５１の一端をそれぞれ基体４に対して設けるとともに、他端によって、中間台１６１を支持する。中間台１６１に対しては、さらに、Ｙ方向バネ部材として、Ｙ方向に垂直になるように配置した一対の板バネ１５２、１５２を２組設けており、これらの板バネ１５２、１５２によって一対のブロック１６２、１６２を支持するとともに、当該ブロック１６２、１６２によって可動台６を支持する構成としている。加えて、Ｋ方向バネ部材である板バネ１５１には圧電素子１７１が貼り付けられ、Ｙ方向バネ部材である板バネ１５２には圧電素子１７２が貼り付けられており、これらの圧電素子１７１、１７２に対して上述の実施形態と同様、制御電圧を付与することでＫ方向、Ｙ方向に振動を与えることができるようになっている。こうした構成であっても、上記と同様に制御することで同じ効果を得ることが可能であるとともに、Ｋ方向、Ｙ方向の板バネ１５１、１５２を各々独立して管理することができるため保守作業を容易に行うことができるようになる。さらには、こうした板バネは複数のものをつなぎ合わせて使用する構成とすることも可能でありさらに保守が容易となる。また、平行に配置する板バネを組み合わせることで、可動台６に対してねじり方向の変位が生じることを防止することができ、可動台６の傾きを保ったまま動作させることができる。
【００５７】
また、上記とは別の実施形態として構成した例を図１２に示す。これは、図１１に示したものと同様の板バネ構成を採るとともに、Ｋ方向、Ｙ方向の加振手段として圧電素子に替えて電磁石１７３、１７４を用いたものである。この場合には、中間台１６１の下面に金属プレート１６３を設けるとともに、可動台６の下面に金属プレート１６４を設けてある。可動台６の下面の金属プレート１６４は、中間台１６１に設けられた孔部１６１ａを挿通するようにして下方に張り出しているため中間台１６１とは干渉することなく独立してＹ方向に動作可能になっている。このように設けられたプレート１６３、１６４と対向させるように電磁石１７３、１７４が基体４上に設けられており、これらに電流を与えることでそれぞれＫ方向またはＹ方向の変位を可動台６に対して生じさせることができるようになっている。こうした構成であっても、それぞれの方向の電流値を制御することで、上記と同じ効果を得ることが可能であるとともに、Ｋ方向、Ｙ方向の動作を圧電素子によって行う場合に対して、容易に大きな出力を得ることができる。
【００５８】
さらに、上述した実施形態では、個々の物品９の摩擦係数に着目して、摩擦係数を基準に物品９の分別・搬送を行うように構成したが、前述の通り物品９の表面形状によっては局所的な摩擦係数は同一であっても見かけ上は摩擦係数が異なるものと扱っても支障がない場合もある。また、物品９の表面形状を大きく変えることにより可動台６の上で転動や揺動を行うようになり、摩擦による推力の伝達を効果的に行うことができなくなる場合もある。さらには、可動台６の表面の硬さと、物品９の重量及び硬さとの関係から生じる幾何学的な形状変化も物品９に与える推力に影響を与える。そのため、通常の意味での摩擦係数に加えて、物品９および可動台６の表面形状や表面粗度、さらには重量や硬さによる形状変化等の影響を含めて、現実に物品９に対して水平方向に作用する推力を広い意味での摩擦力として捉え、当該広い意味での摩擦力を基準として各方向の振動成分の制御を行い、物品９の分別・搬送を行わせるように構成することも可能である。こうした考えを採る限りにおいては、物品９の分別・搬送を行うために基準として用いる摩擦係数の中に、上記広い意味での摩擦力の考えを取り込ませることも可能である。すなわち、上記広い意味での摩擦力を物品９に対する可動台６の垂直抗力で除した係数を広い意味での摩擦係数として、これを一般の摩擦係数と置き換えて基準として用いることでより多様な物品９の分別・搬送ができるようになるのであり、本発明における意図はこうした内容をも含むものである。また、上述の実施形態では摩擦係数を基準として制御を行うことで個々の物品９に対する推力を変化させて物品９の分別・搬送を行わせているが、上述のように広い意味での摩擦力を変化させることによって推力を変化させることが可能である限り、摩擦係数と置き換えて異なるパラメータを基準として用いても同様の作用効果を生じる物品分別搬送装置として構成することもできるのであり、こうした構成についても本発明の均等の範囲に含まれる。
【００５９】
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】
【００６０】
４…基体
５…弾性支持手段
６…可動台
９…物品
３１…振動制御手段
３２…振動切替手段
３４…発振機
５２…バネ部材
７１…第１圧電素子（第１の加振手段）
７２…第２圧電素子（第２の加振手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動により複数の物品を搬送しつつ分別することが可能な物品分別搬送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、振動を利用したリニアフィーダなどの物品搬送装置が多数知られており、こうした技術を展開した特許文献１に係るような物品搬送装置が開示されている。
【０００３】
このもの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ことを可能に構成したものである。これを用いることにより、摩擦係数の異なる２種の物品を同時に搬送面上に載せ、摩擦係数に応じた所定の位相差を有する振動を付与することで、それぞれが反対方向に搬送されるようにして分別することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
しかしながら、上述の先行技術に係る物品搬送装置では、２方向の振動成分を合成して楕円の振動軌跡を生成し、これを利用して物品の分別を行っているものの、振動軌跡の生じる方向が限定されているために、搬送する物品の移動方向についての自由度が少ない。そのため、当該装置を製造ラインに組み込んで用いた場合には、搬送経路の方向についての設計自由度が低くなる。
【０００６】
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、具体的には物品の分別を行うと同時に、分別された物品をそれぞれ任意の方向に搬送していくことができ、製造ラインの中で容易に用いることのできる物品分別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】
【０００７】
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。
【０００８】
すなわち、本発明の物品分別搬送装置は、基体上に弾性支持手段を介して設けられた可動台を具備し、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分別搬送装置であって、前記可動台に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段と、前記可動台に対して前記第１の加振手段による周期的加振力と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段と、前記各加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に楕円の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段とを備え、前記振動制御手段により摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送されるように前記可動台の振動軌跡を設定することによって、前記可動台上で前記物品を分別搬送することを特徴とする。
【０００９】
このように構成すると、複数の物品を一方向に搬送することができるとともに、摩擦係数の相違によって搬送方向を異ならせることができるため、カメラや画像処理機などの検査機器および分別のための特殊な機器を用いなくても、これらを自動的に分別することができる。さらに、搬送面を平面に構成できるため、一個の機器によって大型のものから小型のものまで対応が可能となる。
【００１０】
さらに、物品の移動する方向を安定させてそれぞれを決まった方向に搬送できるようにするために、前記可動台上に、分別された物品を所定の軌道に沿って移動させるガイドを設けるようにして構成することが好適である。
【００１１】
また、複数の物品を同方向に搬送することと、それぞれを別方向に搬送することを容易に切り替えられるようにするためには、前記可動台の振動軌跡を異なる振動軌跡に切り替える振動切替手段を備えており、当該振動切替手段が前記各加振手段による周期的加振力の位相差であって摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送される位相差のデータと、摩擦係数が異なる物品が同じ方向に搬送される位相差のデータを内部に保存しており、外部からの信号入力に応じてこれらの位相差を切り替えるように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明した本発明によれば、簡単な構成でありながら、同時に複数の物品の分別を行い、それぞれの物品を任意の方向に搬送させることができるとともに、多様な大きさ・形状の物品にも対応することができる物品分別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】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る物品分別搬送装置のシステム構成図。
【図２】同物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【図３】同物品分別搬送装置の機械装置部の側面図。
【図４】同物品分別搬送装置の機械装置部のＫ方向への動作を示す側面図。
【図５】同物品分別搬送装置のバネ部材の断面を示す図３のＡ−Ａ断面矢視図。
【図６】同物品分別搬送装置の動作原理を示す模式図。
【図７】同物品分別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８】同物品分別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９】同物品分別搬送装置における搬送路を例示した上面図。
【図１０】図１とは別の実施形態に係る物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【図１１】図１および図１０とは別の実施形態に係る物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【図１２】図１、図１０および図１１とは別の実施形態に係る物品分別搬送装置の機械装置部の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
この実施形態の物品分別搬送装置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の制御を行うことで、機械装置部２にＫ、Ｙ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。
【００１６】
ここで、Ｋ方向とは、圧電素子７１の弾性支持部材５２への貼り付け面に対する直交方向をいい、Ｙ方向とは紙面垂直方向をいうものとする。さらに、後述のＸ、Ｚ方向についても、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する。そのため、Ｋ方向とは、Ｘ方向、Ｚ方向成分を有するものであって、ＸＺ平面と平行になるものといえる。以下、この座標軸に沿って説明を進めていく。
【００１７】
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に対して振動することで上に載せた物品９を分別しつつ搬送する可動台６と、可動台６を基体４に対して弾性的に支持する弾性支持手段５とから構成している。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。
【００１８】
基体４は底面４１ａがＸ方向に長辺を向けた長方形であり、上面４１ｂは底面４１ａと同形状でありながらＸ方向に位置がずれた形状としている。そのため、前面４１ｃ、後面４１ｄは底面４１ａおよび上面４１ｂに対して傾いている。
【００１９】
そして、これら前面４１ｃおよび後面４１ｄのそれぞれに、弾性支持手段５を構成する棒状バネであるバネ部材５２が２本ずつ取り付けられている。このバネ部材５２は、基体４の前面４１ｃまたは後面４１ｄに、それぞれ平板状に形成された下側取付部５２ｂで固定しており、当該取付部５２ｂより、Ｋ方向およびＹ方向に垂直な、図中左上の方向に向かって延出し、平板状に形成された上側取付部５２ａで可動台６の下部に設けられた支持ブロック６２と連結している。バネ部材５２のうち、上側取付部５２ａおよび下側取付部５２ｂの間となる中間部５２ｃは断面を四角状に形成してある。
【００２０】
可動台６は、水平に配置された平板状の形態を基本とし、搬送面である上面６１には対応する製造ラインおよび物品９に応じて適宜、搬送路６３ａを形成する。図２においては、例としてＹ字型に分岐する搬送ラインを形成した場合を記載してある。前述したように可動台６の下側に支持ブロック６２を固定して設けており、当該支持ブロック６２において４本のバネ部材５２と連結してある。
【００２１】
このように構成しているため、４本のバネ部材５２はあたかも平行リンク機構のように働き、可動台６は水平状態を維持したまま各方向に移動を行うことができる。
【００２２】
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を設けている。
【００２３】
まず、Ｋ方向の振動を付与する第１の加振手段として、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の加振手段としてとして、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、図４に例として示したように、バネ部材５２をたわませ、可動台６にＫ方向あるいはＹ方向の変位を生じさせることが可能となっている。
【００２４】
本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、それぞれのバネ部材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。
【００２５】
また、バネ部材５２は変形を行う場合、図４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。
【００２６】
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および第２圧電素子７２に各々正弦波状の制御電圧を付与することによって、Ｋ、Ｙ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。
【００２７】
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に出力する。さらに、上記制御システム部３はＫ、Ｙ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、Ｋ、Ｙ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、双方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。
【００２８】
振動制御手段３１は大きくは、Ｋ、Ｙ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とから構成してある。本実施形態では、Ｋ、Ｙ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、Ｋ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Ｙの制御電圧について設けるように構成している。
【００２９】
そして、制御システム部３は、搬送する物品９に応じた搬送方向および搬送速度が得られるように、各方向の周期的加振力を付与する圧電素子への制御電圧の振幅および位相を切り替える振動切替手段３２を有している。当該振動切替手段３２は図示しない外部からの信号によって適宜物品９の搬送方向を所定の方向に変えるべく、その方向に対応する各圧電素子７１、７２の制御電圧の振幅および位相の具体的制御値を決定して、当該制御値に調整するように振幅調整回路３１ａ、位相調整回路３１bに命令を与える。
【００３０】
上記のように構成した物品分別搬送装置１は、具体的には次のような原理に基づいて物品９に対して作用する。説明を簡単にするため上述したＫ方向の振動成分は、Ｘ方向、Ｚ方向の振動に分解して考えることとする。
【００３１】
ここで、本物品分別搬送装置１を図６の模式図に示すような簡略化したモデルで考え、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６の模式図における弾性体５４、５５、５６は、図１におけるバネ部材５２に該当するとともに、図６における加振手段７４、７５、７６はそれぞれ圧電素子７１、７２に該当する。
【００３２】
図６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。
【００３３】
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、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ことができる。例えば、図６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の振動軌跡たる三次元空間上での楕円軌道が生じる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
具体的には各方向への移動速度成分の変更は次のようにして行う。
【００３７】
発明者らの知見によれば、図６を参照しつつ図７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とともに、物品９と可動台６との間の摩擦係数によっても変化する。すなわち、２種類の物品９である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となる。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。
【００３８】
具体的には、図７に示す位相差φ１にφｘを設定したとき、Ｗ１のＸ方向移動速度は０になり、Ｗ２は負の値を取る。そしてφ１〜φ２の間に位相差を設定しているときには、Ｗ１は正の方向、Ｗ２は負の方向と互いに逆方向に進む。位相差φ２ではＷ２の速度が０になり、Ｗ１は正の方向の速度となる。さらにφ２〜φ４の間ではＷ１、Ｗ２ともに正の方向に進むが、そのうちφ３では同じ速度になり、その前後でＷ１とＷ２の速度の大きさが逆転する。また、位相差をφ４とするとＷ１は速度が０になり、Ｗ２は正の方向に移動する。位相差φ４〜φ５の範囲ではＷ１は負の方向に進み、Ｗ２は正の方向に進む。さらに、φ５ではＷ２の速度が０になり、Ｗ１は負の方向に進む。また、φ５〜πの範囲では双方とも負の方向に進むが、その中でもφ５の時に同じ速度となり、その前後で速度が逆転する。なお、こうした関係はＹ方向の移動速度Ｖｙに対してもあてはまる。
【００３９】
また、発明者らの知見によれば、図６を参照しつつ図８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。
【００４０】
このような一方向に対する振動制御を、直交するＸ、Ｙ方向に同時に付与することによって、摩擦係数の異なる複数の種類の物品９を可動台６上で分別し異なる方向に搬送させることができる。なお、上記のように摩擦係数の異なる物品９を異なる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、同一の物品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場合が該当し、このような場合でも適宜分別・搬送を行うことができる。
【００４１】
しかしながら、複数の種類の物品９を搬送しつつ、二方向に分別し、搬送していくことを目的とした場合、上記のような３つの方向への加振手段をそれぞれ別に有することは必須とはいえない。なぜならば、図７から分かるように、Ｘ方向に対しては一方にのみ搬送を行い逆方向に進ませることを必要としないのであれば、Ｚ方向に対する位相差を０に、すなわち同位相で駆動させても良い。よって、本実施形態においては、Ｚ方向とＸ方向の振動成分を有するＫ方向の加振手段７１として一個に構成することができる。
【００４２】
これに対し、Ｙ方向には物品９の種類に応じて分別する機能が必要となるため、Ｚ方向の周期的加振力に対する位相差、すなわちＫ方向の周期的加振力に対する位相差を物品の摩擦係数に応じて切り替えることができるように構成している。
【００４３】
このように構成した本物品分別搬送装置１によって、図９（ａ）〜（ｃ）に例示するような、物品９の搬送および分別が可能となる。
【００４４】
図９（ａ）は、可動台６の上に、広い搬送路６３ａを形成し、搬送方向に対する左右に平行な壁面６３ｂ、６３ｃを形成した例である。壁面６３ｂ、６３ｃは分別する物品の移動方向を規制するガイドとして作用し、それぞれの物品９ａ、９ｂを決まった方向に搬送することができる。図中における可動台６の右側には、物品９ａ、９ｂが混在して入れられたコンテナ９５が接続されており、当該コンテナ９５から可動台６上に物品９ａ、９ｂを投入する場合を示している。さらに、図１における振動切替手段３２からの命令によって、振動制御手段３１によりＹ方向への振動の位相差を図７に示すφ１〜φ２またはφ４〜φ５に設定されており、図９（ａ）の物品９ａ、９ｂは図中の左方向に搬送されつつも、進行方向に対して左右の壁面６３ｃ、６３ｂに向かって分別されていき、やがてはそれぞれ壁面６３ｃ、６３ｂに接触しながら搬送されていく。このように簡単に搬送路および壁面を形成しただけでも分別を容易に行ったうえで、各々を決まった方向に搬送していくことができるため、様々な大きさの物品に対応できる。なお、このように特定の物品の分別搬送を行うだけであれば、振動切替手段３２は必須ではなく、振動制御手段３１にあらかじめ決まった位相差を設定しておくだけで足りる。
【００４５】
図９（ｂ）は可動台６の上に、図中上側の軌道６４、下側の軌道６５に分岐するＹ字型の搬送路６３ａを形成したものであり、この搬送路６３ａに従い２種の物品９ａ、９ｂを右側から左側に向けて搬送していく。この場合においても、図１における振動切替手段３２において、Ｙ方向への振動の位相差を図７に示すφ１〜φ２またはφ４〜φ５に切り替えることにより、図９（ａ）の物品９ａ、９ｂは互いに逆方向のＹ方向移動速度成分を受けて、搬送方向に対する左右の壁面６３ｂ、６３ｃに接触しながら搬送される。そして、Ｙ字の分岐点より、それぞれ軌道６４、６５に進入することで搬送先を異ならせることができる。
【００４６】
また、図９（ｃ）には可動台６の上に、直線状の搬送路６３ａを形成し、その延長上の軌道６４と、搬送路６３ａに対して側方に分岐する軌道６５ａ、６５ｂ、６５ｃを有するものである。このように形成することで、通常は２種の物品を９ａ、９ｂを同じ方向に搬送しつつ、特定のタイミングでＹ方向の振動成分も加えることで、特定の物品９ｂを分岐した軌道６５ａ、６５ｂ、６５ｃに取り出すことができる。そのために、通常は物品９ａ、９ｂを双方とも図の左方向に搬送しておき、特定の物品９ｂが搬送するべきいずれかのライン６５ａ、６５ｂ、６５ｃに到達した際に、図１における振動切替手段３２によって振動を切り替えて、物品９ｂを分岐した任意の軌道６５ａ、６５ｂ、６５ｃより取り出すこともできる。こうした物品９の搬送途中における搬送方向の変更を容易にするため、図１における振動切替手段は、複数の物品９を同一方向に搬送するためのＺ（Ｋ）方向振動に対するＹ方向振動の位相差データと、複数の物品９をＹ方向に分別するためのＺ（Ｋ）方向振動に対するＹ方向振動の位相差データとをあらかじめ内部に保存している。そして、図示しない外部からの信号の入力を合図にして双方の位相差を切り替えることにより、同一方向に進ませていた物品９の分別搬送することや、分別搬送していた物品９を同一方向に進ませるように切り替えることが可能である。
【００４７】
以上のように本実施形態に係る物品分別搬送装置１は、基体４上に弾性支持手段５を介して設けられた可動台６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を搬送する物品分別搬送装置１であって、前記可動台６に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段７１と、前記可動台６に対して前記第１の加振手段６による周期的加振力７１と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段７２と、前記各加振手段７１、７２による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台６に楕円の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段７１、７２を制御する振動制御手段３１とを備え、前記振動制御手段３１により摩擦係数が異なる物品９が異なる方向に搬送されるように前記可動台６の振動軌跡を設定することによって、前記可動台６上で前記物品９を分別搬送するように構成したものである。
【００４８】
このように構成しているため、複数の物品９を一方向に搬送しつつ、摩擦係数の相違によって搬送方向を異ならせることができるため、カメラや画像処理機などの検査機器および分別のための特殊な機器を用いなくても、これらを自動的に分別することができる。さらに、搬送面６１を平面に構成できるため、一個の機器によって大型のものから小型のものまで対応が可能となる。
【００４９】
さらに、前記可動台６上に、分別された物品を所定の軌道に沿って移動させるガイド６３ｂ、６３ｃを設けるように構成しているため、複数の物品を分別しつつ、それぞれを決まった方向に搬送することができるため、生産ライン等の搬送ラインの中で好適に用いることができる。
【００５０】
さらに、前記可動台６の振動軌跡を異なる振動軌跡に切り替える振動切替手段３２を備えており、当該振動切替手段３２が前記各加振手段７１、７２による周期的加振力の位相差であって摩擦係数が異なる物品９が異なる方向に搬送される位相差のデータと、摩擦係数が異なる物品９が同じ方向に搬送される位相差のデータを内部に保存しており、外部からの信号入力に応じてこれらの位相差を切り替えるように構成しているため、複数の物品９を同じ方向に搬送することと、二方向に分別してそれぞれ別の方向に向かって搬送させていくことを容易に切り替えることが可能となる。
【００５１】
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。
【００５２】
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をそれぞれＫ、Ｙ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にこれらを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が交差しているだけでもよい。
【００５３】
また、上述の実施形態においては、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５（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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、上述の実施形態では、弾性支持手段５を４本のバネ部材５２より構成していたが、これは可動台６の水平状態を維持しやすくするためである。そのため、Ｙ方向の振動振幅が小さく、物品９の重量が小さい場合には図１０に示すように搬送方向に対して前後２本のバネ部材５２で構成することも可能である。この場合には可動台６の傾きはほとんど無視できる程度にしか生じない。
【００５６】
また、上述の実施形態の棒状のバネ部材５２に替えて、板バネを用いた構成を図１１に示す。この形態においては、Ｋ方向バネ部材として、Ｋ方向に垂直になるように配置した一対の板バネ１５１の一端をそれぞれ基体４に対して設けるとともに、他端によって、中間台１６１を支持する。中間台１６１に対しては、さらに、Ｙ方向バネ部材として、Ｙ方向に垂直になるように配置した一対の板バネ１５２、１５２を２組設けており、これらの板バネ１５２、１５２によって一対のブロック１６２、１６２を支持するとともに、当該ブロック１６２、１６２によって可動台６を支持する構成としている。加えて、Ｋ方向バネ部材である板バネ１５１には圧電素子１７１が貼り付けられ、Ｙ方向バネ部材である板バネ１５２には圧電素子１７２が貼り付けられており、これらの圧電素子１７１、１７２に対して上述の実施形態と同様、制御電圧を付与することでＫ方向、Ｙ方向に振動を与えることができるようになっている。こうした構成であっても、上記と同様に制御することで同じ効果を得ることが可能であるとともに、Ｋ方向、Ｙ方向の板バネ１５１、１５２を各々独立して管理することができるため保守作業を容易に行うことができるようになる。さらには、こうした板バネは複数のものをつなぎ合わせて使用する構成とすることも可能でありさらに保守が容易となる。また、平行に配置する板バネを組み合わせることで、可動台６に対してねじり方向の変位が生じることを防止することができ、可動台６の傾きを保ったまま動作させることができる。
【００５７】
また、上記とは別の実施形態として構成した例を図１２に示す。これは、図１１に示したものと同様の板バネ構成を採るとともに、Ｋ方向、Ｙ方向の加振手段として圧電素子に替えて電磁石１７３、１７４を用いたものである。この場合には、中間台１６１の下面に金属プレート１６３を設けるとともに、可動台６の下面に金属プレート１６４を設けてある。可動台６の下面の金属プレート１６４は、中間台１６１に設けられた孔部１６１ａを挿通するようにして下方に張り出しているため中間台１６１とは干渉することなく独立してＹ方向に動作可能になっている。このように設けられたプレート１６３、１６４と対向させるように電磁石１７３、１７４が基体４上に設けられており、これらに電流を与えることでそれぞれＫ方向またはＹ方向の変位を可動台６に対して生じさせることができるようになっている。こうした構成であっても、それぞれの方向の電流値を制御することで、上記と同じ効果を得ることが可能であるとともに、Ｋ方向、Ｙ方向の動作を圧電素子によって行う場合に対して、容易に大きな出力を得ることができる。
【００５８】
さらに、上述した実施形態では、個々の物品９の摩擦係数に着目して、摩擦係数を基準に物品９の分別・搬送を行うように構成したが、前述の通り物品９の表面形状によっては局所的な摩擦係数は同一であっても見かけ上は摩擦係数が異なるものと扱っても支障がない場合もある。また、物品９の表面形状を大きく変えることにより可動台６の上で転動や揺動を行うようになり、摩擦による推力の伝達を効果的に行うことができなくなる場合もある。さらには、可動台６の表面の硬さと、物品９の重量及び硬さとの関係から生じる幾何学的な形状変化も物品９に与える推力に影響を与える。そのため、通常の意味での摩擦係数に加えて、物品９および可動台６の表面形状や表面粗度、さらには重量や硬さによる形状変化等の影響を含めて、現実に物品９に対して水平方向に作用する推力を広い意味での摩擦力として捉え、当該広い意味での摩擦力を基準として各方向の振動成分の制御を行い、物品９の分別・搬送を行わせるように構成することも可能である。こうした考えを採る限りにおいては、物品９の分別・搬送を行うために基準として用いる摩擦係数の中に、上記広い意味での摩擦力の考えを取り込ませることも可能である。すなわち、上記広い意味での摩擦力を物品９に対する可動台６の垂直抗力で除した係数を広い意味での摩擦係数として、これを一般の摩擦係数と置き換えて基準として用いることでより多様な物品９の分別・搬送ができるようになるのであり、本発明における意図はこうした内容をも含むものである。また、上述の実施形態では摩擦係数を基準として制御を行うことで個々の物品９に対する推力を変化させて物品９の分別・搬送を行わせているが、上述のように広い意味での摩擦力を変化させることによって推力を変化させることが可能である限り、摩擦係数と置き換えて異なるパラメータを基準として用いても同様の作用効果を生じる物品分別搬送装置として構成することもできるのであり、こうした構成についても本発明の均等の範囲に含まれる。
【００５９】
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】
【００６０】
４…基体
５…弾性支持手段
６…可動台
９…物品
３１…振動制御手段
３２…振動切替手段
３４…発振機
５２…バネ部材
７１…第１圧電素子（第１の加振手段）
７２…第２圧電素子（第２の加振手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に弾性支持手段を介して設けられた可動台を具備し、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分別搬送装置であって、前記可動台に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段と、前記可動台に対して前記第１の加振手段による周期的加振力と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段と、前記各加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に楕円の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段とを備え、前記振動制御手段により摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送されるように前記可動台の振動軌跡を設定することによって、前記可動台上で前記物品を分別搬送することを特徴とする物品分別搬送装置。
【請求項２】
前記可動台上に、分別された物品を所定の軌道に沿って移動させるガイドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の物品分別装置。
【請求項３】
前記可動台の振動軌跡を異なる振動軌跡に切り替える振動切替手段を備えており、当該振動切替手段が前記各加振手段による周期的加振力の位相差であって摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送される位相差のデータと、摩擦係数が異なる物品が同じ方向に搬送される位相差のデータを内部に保存しており、外部からの信号入力に応じてこれらの位相差を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の物品分別搬送装置。
【請求項１】
基体上に弾性支持手段を介して設けられた可動台を具備し、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分別搬送装置であって、前記可動台に対して鉛直方向より傾斜した方向に周期的加振力を付与する第１の加振手段と、前記可動台に対して前記第１の加振手段による周期的加振力と交差する方向に周期的加振力を付与する第２の加振手段と、前記各加振手段による周期的加振力を位相差を有しつつ同一の周波数で同時に発生させ前記可動台に楕円の振動軌跡を生じさせるように前記各加振手段を制御する振動制御手段とを備え、前記振動制御手段により摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送されるように前記可動台の振動軌跡を設定することによって、前記可動台上で前記物品を分別搬送することを特徴とする物品分別搬送装置。
【請求項２】
前記可動台上に、分別された物品を所定の軌道に沿って移動させるガイドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の物品分別装置。
【請求項３】
前記可動台の振動軌跡を異なる振動軌跡に切り替える振動切替手段を備えており、当該振動切替手段が前記各加振手段による周期的加振力の位相差であって摩擦係数が異なる物品が異なる方向に搬送される位相差のデータと、摩擦係数が異なる物品が同じ方向に搬送される位相差のデータを内部に保存しており、外部からの信号入力に応じてこれらの位相差を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の物品分別搬送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２９１２０（Ｐ２０１２−２２９１２０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００１８２（Ｐ２０１１−１００１８２）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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