JP2019085259A - 搬送装置、搬送方法、およびアクチュエータユニット - Google Patents

Abstract

【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の伸縮変位に対応する第１方向の変位と第１方向とは逆の第２方向の変位を繰り返す変位波形を生じさせ、アクチュエータ２００が第１方向または第２方向に変位する際に、変位の変曲点が形成されるようにアクチュエータ２００を動作させる駆動部３００と、アクチュエータ２００の変位が伝達され、その上を所定の物品が第１の方向または第２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

Description

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。

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。

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被搬送体である物品（ワーク）を搬送するものが記載されている。

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、その電極の形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。

実開昭５５−００７８５２号公報 特開平５−１０５２９１号公報

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。

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。

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かつ高速で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。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（１７）を提供する。

（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方向の変位を繰り返す変位波形を生じさせ、前記アクチュエータが前記第１方向または前記第２方向に変位する際に、変位の変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させる駆動部と、
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の方向または前記第２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。

（２）前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第１方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第１方向に搬送されることを特徴とする（１）に記載の搬送装置。

（３）前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第２方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第２方向に搬送されることを特徴とする（１）に記載の搬送装置。

（４）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（３）のいずれかに記載の搬送装置。

（５）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（４）に記載の搬送装置。

（６）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（５）のいずれかに記載の搬送装置。

（７）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（３）のいずれかに記載の搬送装置。

（８）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方向の変位を繰り返す変位波形を生じさせ、前記アクチュエータが前記第１方向または前記第２方向に変位する際に、変位の変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、
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方向または前記第２方向に搬送することを特徴とする搬送方法。

（９）前記アクチュエータが前記第１方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第１方向に搬送されることを特徴とする（８）に記載の搬送方法。

（１０）前記アクチュエータが前記第２方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第２方向に搬送されることを特徴とする（８）に記載の搬送方法。

（１１）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方向の変位を繰り返す変位波形を生じさせ、前記アクチュエータが前記第１方向または前記第２方向に変位する際に、変位の変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させる駆動部と
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。

（１２）前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第１方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第１方向に搬送されることを特徴とする（１１）に記載のアクチュエータユニット。

（１３）前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第２方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第２方向に搬送されることを特徴とする（１１）に記載のアクチュエータユニット。

（１４）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（１１）から（１３）のいずれかに記載のアクチュエータユニット。

（１５）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（１４）に記載のアクチュエータユニット。

（１６）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（１１）から（１５）のいずれかに記載のアクチュエータユニット。

（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（１１）から（１３）のいずれかに記載のアクチュエータユニット。

本発明によれば、振動搬送の技術を用いて少ない消費電力で効率良く、被搬送体の搬送量を稼ぐことができ、かつ高速搬送を実現することができる。

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。 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。 物品を第１方向であるＡ方向に搬送しようと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。 物品を第２方向であるＢ方向に搬送しようと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。 変位波形に形成される変曲点の例を示す図である。 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。 搬送レールが圧電素子の伸長方向に対応するＡ方向に変位する際に変曲点が形成される変位波形とその変位波形を形成した際の電圧波形の例を示す図である。 搬送レールが圧電素子の伸長方向に対応するＡ方向に変位する際に変曲点が形成される変位波形とその変位波形を形成した際の電圧波形の例を示す図である。 搬送レールが圧電素子の伸長方向に対応するＡ方向に変位する際に変曲点が形成される変位波形とその変位波形を形成した際の電圧波形の例を示す図である。 搬送レールが圧電素子の伸長方向に対応するＢ方向に変位する際に変曲点が形成される変位波形とその変位波形を形成した際の電圧波形の例を示す図である。 搬送レールが圧電素子の伸長方向に対応するＢ方向に変位する際に変曲点が形成される変位波形とその変位波形を形成した際の電圧波形の例を示す図である。 搬送レールが圧電素子の戻り方向に対応するＢ方向に変位する際に変曲点を設けた場合のナットの変位と、搬送レールの変位波形および電圧波形の一例を示す図である。 図１２における搬送レールの変位波形および電圧波形を拡大して示す図である。 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。

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、搬送レール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。

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。

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。

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。

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）Ｏ_３；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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、変曲点を有するものとし、その変曲点を形成する位置を調整することにより、物品１０を第１の端部４１１から第２の端部４１２に搬送することも、第２の端部４１２から第１の端部４１１に搬送することもできる。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。

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。

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。

出力部材２１５は、伸縮素子２０１の伸縮変位に対応して、基本的に、電圧非印加時の基準位置から水平方向へ進出する第１方向であるＡ方向の変位と、進出した位置から基準位置に戻る第２方向であるＢ方向の変位とを高速で繰り返す変位波形により変位し、これにともなって搬送レール４００も同様に変位する。このとき、アクチュエータ２００（出力部材２１５）に基づく搬送レール４００の変位波形において、Ａ方向およびＢ方向のうち、物品１０を搬送しようとする方向に変位している際に、変位の変曲点が生じるように、伸縮素子２０１を駆動する。ここで変位の変曲点とは、速度が極値（極大値または極小値）になる点をいう。

具体的には、物品１０を第１方向であるＡ方向に搬送しようとする際には、アクチュエータ２００から出力される変位波形の一例としては、図３に示すようなものとなる。すなわち、アクチュエータ２００がＡ方向に変位しているときに、その途中に変曲点Ｃが形成されるように、伸縮素子２０１を駆動する。

逆に、物品１０を第２方向であるＢ方向に搬送しようとする際には、アクチュエータ２００から出力される変位波形の一例としては、図４に示すようなものとなる。すなわち、アクチュエータ２００がＢ方向に変位しているときに、その途中に変曲点Ｃが形成されるように、伸縮素子２０１を駆動する。

変位の変曲点としては、図５のように、Ａ方向に一定の速度で変位している途中で、（ａ）に示すようにＡ方向の変位を保ったまま変位の速度が低下する場合、（ｂ）に示すように変位変化が０になる場合、（ｃ）に示すように変位がＢ方向に逆転する場合のいずれであってもよい。変曲点で速度または加速度が変化した後は、所定期間で変位の速度が元の速度に戻る。

このような変曲点を有するアクチュエータ２００の変位すなわち搬送レール４００の変位を実現するためには、対応する電圧波形をコンピュータで合成してもよいし、信号発生装置で発生した２つ以上の波形を合成してもよいし、プレパルスを利用してもよい。

次に、本発明における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を一方向に変位させると、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に移動する。そしてアクチュエータ２００により搬送レール４００が搬送方向に変位している途中で変位の変曲点Ｃを設けることにより、搬送レール４００の速度が変化し、ある時点で搬送レール４００と物品１０との相対速度差が０となる。この相対速度差が０になる時点において、搬送レール４００と物品１０との間に再び静止摩擦が生じる。その後、搬送レール４００は加速され、その際に静止摩擦により搬送レール４００から物品１０に加速力が伝達されて、その結果、物品１０が加速され、搬送レール４００の変位が逆向きになった際にも、物品１０は摩擦力に抗して搬送面４０１上を搬送方向に向けて変位する。このため、伸縮素子２０１が伸長して戻るまでの変位に対応する搬送レール４００の一回の変位波形で、物品１０を大きく変位させることができ、搬送レール４００にこのような変位波形を繰り返し与えることにより、物品１０を効率良く搬送することができる。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。このように、１回目の加速力により搬送レール４００上で物品１０を滑らせながら、搬送レール４００の変位に変曲点Ｃを設けて、物品１０に２回目の加速力を加えるため、一回の変位波形で物品１０に２回の加速力を加えることができ、少ない消費電力で効率良く、物品の搬送量を稼ぐことができ、かつ高速搬送が実現できる。

図６は、このことを示す実験結果である。ここでは、物品として直径約１０ｍｍのナットを用いた。図６では、横軸に時間をとり、縦軸に端子間電圧および変位をとっている。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、図６は、搬送レール４００にＡ方向およびＢ方向の変位を一往復与えた場合を示し、変位の方向は、図３、図４とは逆で、正方向（上方向）がＢ方向（戻り方向）であり、負方向（下方向）がＡ方向（伸長方向）である。

図６に示すように、搬送レール４００を搬送方向であるＡ方向に変位させている途中で、変位の変曲点を形成することで、搬送レール４００の変位方向がＢ方向に転じた後もナットがＡ方向へ変位していることがわかる。このことから、物品であるナットを効率良く搬送できること、つまり、一回の変位波形で物品１０に２回の加速力を加えて、少ない消費電力で効率良く物品の搬送量を稼ぐことができ、かつ高速搬送が実現できることが確認された。

また、本実施形態では、アクチュエータ２００および搬送レール４００の変位波形における変曲点の位置により物品１０をＡ方向にもＢ方向にも搬送することができるという利点も得られる。

さらに、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、変曲点を設けることにより、残留振動が低減され、残留振動の影響をほとんど受けずに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。

次に、実際に変曲点を有する変位波形を搬送レールに繰り返し与えて搬送実験を行った結果について説明する。

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、搬送レール上の物品として直径約１０ｍｍのナットを搬送する実験を行った。端子間電圧を１５０Ｖとし、圧電素子を伸長して元に戻すまでの１波長の時間を８ｍｓｅｃとし、最大変位を１５０μｍとし、電圧波形を変化させて、種々の変曲点を有する変位波形を形成して搬送レールを振動させてナットの搬送実験を行った。

図７〜９は、搬送レールが圧電素子の伸長方向に対応するＡ方向に変位する際に変曲点が形成される変位波形とその変位波形を形成した際の電圧波形の例を示す図であり、図１０〜１１は、搬送レールが圧電素子の戻り方向に対応するＢ方向に変位する際に変曲点が形成される変位波形とその変位波形を形成した際の電圧波形の例を示す図である。なお、これらの図においては、変位の方向は、図３、図４と同様、正方向（上方向）がＡ方向（伸長方向）であり、負方向（下方向）がＢ方向（戻り方向）である。

図７〜９の場合は、いずれもナットをＡ方向に搬送することができ、その際の平均搬送速度は、１２〜２０ｍｍ／ｓｅｃであった。また、図１０〜１１の場合は、いずれもナットをＢ方向に搬送することができ、その際の平均速度は、８〜１０ｍｍ／ｓｅｃであった。このように、本発明により効率良くかつ高速な搬送が可能なことが確認された。

図１２は、搬送レールが圧電素子の戻り方向に対応するＢ方向に変位する際に変曲点を設けた場合のナットの変位と搬送レールの変位波形の一例を示す図であり、図１３は、その際の端子間電圧と搬送レールの変位を拡大して示す図である。なお、図１２、１３においては、変位の方向は、図７〜１１とは逆で、正方向（上方向）がＢ方向（戻り方向）であり、負方向（下方向）がＡ方向（伸長方向）である。この場合、図１２に示すように、ナットは最初の１５波形までは、逆方向のＡ方向に搬送され、それ以降Ｂ方向に搬送される現象がみられた。これは、最初の圧電素子の伸長に対応する搬送レールのＡ方向の変位によりナットがＡ方向に搬送される影響が残留したためと考えられる。この現象の時間はわずかであるから、Ｂ方向の搬送には大きな影響はおよぼさない。

＜第２の実施形態＞
次に本発明の第１の実施形態について説明する。
図１４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。

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。

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。

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８１６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。

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。

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。

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。

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。

出力部材８１４は、伸縮素子８０１の伸縮変位に対応して、基本的に、電圧非印加時の基準位置から伸縮素子８０１が伸長する第１方向であるＡ方向の変位と、伸長した位置から基準位置に戻る第２方向であるＢ方向の変位とを高速で繰り返す変位波形により変位し、これにともなって搬送レール４００も同様に変位する。このとき、第１の実施形態と同様、アクチュエータ８００（出力部材８１４）に基づく搬送レール４００の変位波形において、Ａ方向およびＢ方向のうち、物品１０を搬送しようとする方向に変位している際に、変位の変曲点が生じるように、伸縮素子８０１を駆動する。

これにより、第１の実施形態と同様の原理で、伸縮素子８０１が伸長して戻るまでの変位に対応する搬送レール４００の一回の変位波形で、物品１０を大きく変位させることができ、搬送レール４００にこのような変位波形を繰り返し与えることにより、物品１０を効率良く搬送することができる。

また、本実施形態においても、アクチュエータ８００および搬送レール４００の変位波形における変曲点の位置により物品１０をＡ方向にもＢ方向にも搬送することができるという利点も得られる。

さらに、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、変曲点を設けることにより、残留振動が低減され、残留振動の影響をほとんど受けずに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。

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。

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、上述した変曲点を有する所望の変位波形を形成し、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、上述した変曲点を有する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。

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。

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

Claims (17)

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方向の変位を繰り返す変位波形を生じさせ、前記アクチュエータが前記第１方向または前記第２方向に変位する際に、変位の変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させる駆動部と、
   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の方向または前記第２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。
2. 前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第１方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第１方向に搬送されることを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
3. 前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第２方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第２方向に搬送されることを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
4. 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３のいずれか１項に記載の搬送装置。
5. 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４に記載の搬送装置。
6. 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５のいずれか１項に記載の搬送装置。
7. 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３のいずれか１項に記載の搬送装置。
8. 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方向の変位を繰り返す変位波形を生じさせ、前記アクチュエータが前記第１方向または前記第２方向に変位する際に、変位の変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、
   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方向または前記第２方向に搬送することを特徴とする搬送方法。
9. 前記アクチュエータが前記第１方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第１方向に搬送されることを特徴とする請求項８に記載の搬送方法。
10. 前記アクチュエータが前記第２方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記被搬送体は前記第２方向に搬送されることを特徴とする請求項８に記載の搬送方法。
11. 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方向の変位を繰り返す変位波形を生じさせ、前記アクチュエータが前記第１方向または前記第２方向に変位する際に、変位の変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させる駆動部と
    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。
12. 前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第１方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記物品は前記第１方向に搬送されることを特徴とする請求項１１に記載のアクチュエータユニット。
13. 前記駆動部は、前記アクチュエータが前記第２方向に変位している際に前記変曲点が形成されるように前記アクチュエータを動作させ、前記物品は前記第２方向に搬送されることを特徴とする請求項１１に記載のアクチュエータユニット。
14. 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１１から請求項１３のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。
15. 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１４に記載のアクチュエータユニット。
16. 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１１から請求項１５のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。
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１１から請求項１３のいずれか１項に記載のアクチュエータユニット。

Images