特開 2019-218189 振動フィーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-218189(P2019-218189A)

(43)【公開日】2019年12月26日

(54)【発明の名称】振動フィーダ

(51)【国際特許分類】

   B65G 27/32 20060101AFI20191129BHJP

【ＦＩ】

   B65G27/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-117656(P2018-117656)

(22)【出願日】2018年6月21日

(71)【出願人】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河合 遼

(72)【発明者】

【氏名】忽那 真志

【テーマコード（参考）】

3F037

【Ｆターム（参考）】

3F037AA01

3F037BA03

3F037CA14

3F037CB03

3F037CC01

3F037CC07

(57)【要約】

【課題】スイッチング周波数が人間の可聴域より大きい場合に、起動時に聞こえる異音を抑える。
【解決手段】圧電素子１７に交流電圧を印加することで、被搬送物が載置されているトラフ１０を振動させて被搬送物を搬送する振動フィーダ１であって、コイルとコンデンサとが直列配置されたＬＣ共振部と、ＬＣ共振部への電圧供給状態を切り換えるためのスイッチング素子とを有し、圧電素子１７が上記コンデンサとして機能するように構成された駆動回路２０と、スイッチング素子をＰＷＭ制御する制御部３０と、を備える。制御部３０は、スイッチング素子のデューティー比を所定の一定値にしてから周期的に変化させることで、圧電素子１７を所望の周波数で駆動するように構成されており、デューティー比を一定値にする前に、デューティー比を一定値よりも低い値で一定期間維持する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電素子に交流電圧を印加することで、被搬送物が載置されているトラフを振動させて前記被搬送物を搬送する振動フィーダであって、
コイルとコンデンサとが直列配置されたＬＣ共振部と、前記ＬＣ共振部への電圧供給状態を切り換えるためのスイッチング素子とを有し、前記圧電素子が前記コンデンサとして機能するように構成された駆動回路と、
前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記スイッチング素子のデューティー比を所定の一定値にしてから周期的に変化させることで、前記圧電素子を所望の周波数で駆動するように構成されており、
前記デューティー比を前記一定値にする前に、前記デューティー比を前記一定値よりも低い値で一定期間維持することを特徴とする振動フィーダ。

【請求項2】

前記制御部は、前記デューティー比をゼロから前記一定値まで徐々に上げることを特徴とする請求項１に記載の振動フィーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電素子に交流電圧を印加することで、被搬送物が載置されているトラフを振動させて被搬送物を搬送する振動フィーダに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、特許文献１に記載されているような圧電駆動型の振動フィーダが知られている。この振動フィーダは、板バネによって支持されるトラフを有し、板バネに取り付けられた圧電素子に交流電圧を印加してトラフを振動させることで、トラフに載置されている被搬送物を搬送するように構成されている。圧電素子を駆動するための駆動回路は、コイルとコンデンサとが直列配置されたＬＣ共振部と、ＬＣ共振部への電圧供給状態を切り換えるためのスイッチング素子とを有している。このような振動フィーダでは、スイッチング素子のスイッチング周波数を駆動周波数と略同じにするのが一般的であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２１５０７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らは、例えばスイッチング周波数を十数ｋＨｚ程度とし、スイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する際のデューティー比を周期的に変化させることで、圧電素子を所望の駆動周波数（例えば数百Ｈｚ程度）で駆動する方法を採用していた。しかしながら、スイッチング周波数が人間の可聴域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度）に含まれるため、スイッチング音を小さくすることが課題となっていた。また、圧電素子の駆動電圧をできるだけきれいな正弦波にしたいという要求もあった。

【0005】

そこで、本発明者らは、スイッチング周波数を数十ｋＨｚ程度まで大きくすることで、デューティー比をきめ細かく変化させてきれいな正弦波を得るとともに、スイッチング音を可聴域から外して静音性を高めることを試みた。ところが、そうすると、スイッチング周波数が人間の可聴域よりも高くなったにもかかわらず、振動フィーダの起動時に異音が聞こえるという、新たな問題が発生した。

【0006】

本発明に係る振動フィーダは、スイッチング周波数が人間の可聴域より大きい場合に、起動時に聞こえる異音を抑え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、圧電素子に交流電圧を印加することで、被搬送物が載置されているトラフを振動させて前記被搬送物を搬送する振動フィーダであって、コイルとコンデンサとが直列配置されたＬＣ共振部と、前記ＬＣ共振部への電圧供給状態を切り換えるためのスイッチング素子とを有し、前記圧電素子が前記コンデンサとして機能するように構成された駆動回路と、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記スイッチング素子のデューティー比を所定の一定値にしてから周期的に変化させることで、前記圧電素子を所望の周波数で駆動するように構成されており、前記デューティー比を前記一定値にする前に、前記デューティー比を前記一定値よりも低い値で一定期間維持することを特徴とする。

【0008】

後で詳細に説明するが、本発明者らが起動時の異音の原因について解明に努めたところ、起動時にスイッチング素子のデューティー比を一気に所定の一定値まで上げることが、異音の原因であることが判明した。そこで、本発明では、起動時にスイッチング素子のデューティー比を一気に一定値まで上げるのではなく、一定値よりも低いデューティー比で一定期間維持するようにしている。これによって、起動時の異音を抑えることができる。

【0009】

本発明において、前記制御部は、前記デューティー比をゼロから前記一定値まで徐々に上げるとよい。

【0010】

こうすることで、起動時の異音を抑えつつ、圧電素子に印加される電圧を徐々に上げていくことができるので、振動フィーダを静かに且つ効率的に起動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態に係る振動フィーダを模式的に示す側面図である。

【図2】駆動回路の構成を示す図である。

【図3】スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態及びコンデンサの電圧を示すグラフである。

【図4】スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態及びコンデンサの電圧を示すグラフである。

【図5】スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態及びコンデンサの電圧を示すグラフである。

【図6】スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態及びコンデンサの電圧を示すグラフである。

【図7】従来技術と本発明におけるコンデンサの電圧を比較するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（振動フィーダの概略構成）
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る振動フィーダを模式的に示す側面図である。本実施形態の振動フィーダ１は、トラフ１０と、可動台１１と、固定台１２と、前後一対の振動発生器１３と、前後一対の支持部材１４とを備えている。振動フィーダ１の向きは、図１に示すように定義する。

【0013】

トラフ１０は、可動台１１の上面に固定されており、被搬送物を載置可能に構成されている。固定台１２は、可動台１１の下方に配置されており、振動発生器１３及び支持部材１４を介して、可動台１１及びトラフ１０を加振自在に支持している。固定台１２の中央部分には、振動発生器１３を配置するための凹部空間１２ａが形成されている。

【0014】

前後一対の振動発生器１３は、可動台１１と固定台１２との間に配置されている。各振動発生器１３は、板バネからなる圧電バネ１６及び圧電バネ１６に設けられた圧電素子１７を有する。圧電バネ１６の上端部は可動台１１に取り付けられ、圧電バネ１６の下端部は固定台１２に取り付けられている。各圧電バネ１６は、鉛直面に対して同一角度だけ傾斜した状態で取り付けられている。

【0015】

圧電素子１７は、例えば、圧電セラミックスを分極処理して一方の面にプラス極性の分極電位を持たせ、他方の面にマイナス極性の分極電位を持たせたものとして構成されている。振動発生器１３は、圧電バネ１６の表裏面に圧電素子１７が接着等により貼り付けられた構成を有する。表裏面に貼られた２つの圧電素子１７に、位相が１８０度異なる所定の周波数の交流電圧をそれぞれ印加すると、圧電バネ１６が曲げ振動を行う。これによって、可動台１１及びトラフ１０を前後方向に振動させ、トラフ１０の上面に載置された被搬送物を前方へと搬送することができる。

【0016】

前後一対の支持部材１４は、板バネからなる支持バネ１８を有する。支持バネ１８の上端部は可動台１１に取り付けられており、支持バネ１８の下端部は固定台１２に取り付けられている。各支持バネ１８は、鉛直面に対して圧電バネ１６と同一角度だけ傾斜した状態で取り付けられている。つまり、各圧電バネ１６及び各支持バネ１８は互いに平行に配置されている。これにより、加振側である圧電バネ１６の振動と略同期して支持バネ１８を振動させやすくなり、圧電バネ１６と支持バネ１８との間で振動動作に干渉を生じることを抑制でき、可動台１１及びトラフ１０に対して効率よく振動を伝達することができる。

【0017】

（駆動回路の構成）
圧電素子１７に印加される交流電圧は、駆動回路２０によって生成される。図２は、駆動回路２０の構成を示す図である。駆動回路２０は、コイル２１とコンデンサ２２とが直列配置されたＬＣ共振部２３と、ＬＣ共振部２３に電圧を供給する電圧供給部２４とを有する。そして、圧電素子１７がコンデンサ２２として機能することで、圧電素子１７に交流電圧が供給され、振動フィーダ１を作動させる。

【0018】

電圧供給部２４は、２つの直流電源２５（２５ａ、２５ｂ）と、各直流電源２５の電圧をＬＣ共振部２３に供給する状態と供給しない状態との間で切り換えるための２つのスイッチング素子２６（２６ａ、２６ｂ）とを有する。２つの直流電源２５ａ、２５ｂは、大きさが同じで向きが反対の直流電圧をＬＣ共振部２３に供給する。直流電源２５ａはＬＣ共振部２３に＋Ｖの直流電圧を供給し、直流電源２５ｂはＬＣ共振部２３に−Ｖの直流電圧を供給するものとする。

【0019】

スイッチング素子２６ａは、直流電源２５ａの直流電圧（＋Ｖ）をＬＣ共振部２３に供給するか否か（電圧供給状態）を切り換えるためのものである。一方、スイッチング素子２６ｂは、直流電源２５ｂの直流電圧（−Ｖ）をＬＣ共振部２３に供給するか否か（電圧供給状態）を切り換えるためのものである。本実施形態では、スイッチング素子２６として、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いているが、これ以外にもトランジスタ等をスイッチング素子２６に用いることも可能である。

【0020】

制御部３０がスイッチング素子２６ａをＯＮ状態とし、スイッチング素子２６ｂをＯＦＦ状態とすると、＋Ｖの直流電圧がＬＣ共振部２３に印加される。一方、制御部３０がスイッチング素子２６ａをＯＦＦ状態とし、スイッチング素子２６ｂをＯＮ状態とすると、−Ｖの直流電圧がＬＣ共振部２３に印加される。

【0021】

制御部３０は、スイッチング素子２６ａ、２６ｂのデューティー比（ＯＮ状態とする時間の割合）を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を実行可能である。制御部３０は、振動フィーダ１を起動する際には、スイッチング素子２６ａとスイッチング素子２６ｂとを交互にＯＮ状態にするようにＰＷＭ制御を実行することで、コンデンサ２２に交流電圧を生じさせる。そして、コンデンサ２２に生じた交流電圧を必要に応じて増幅等してから圧電素子１７に印加することによって、振動フィーダ１を作動させる。

【0022】

（圧電素子の駆動方法）
このような駆動回路２０を用いた圧電素子１７の駆動方法について、図３〜図６を参照しつつ説明する。図３〜図６は、スイッチング素子２６ａ、２６ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態及びコンデンサ２２の電圧を示すグラフである。なお、ここでは、ＬＣ共振部２３の共振周波数（以下、ＬＣ共振周波数と言う）を十数ｋＨｚとし、スイッチング素子２６のスイッチング周波数をＬＣ共振周波数よりも大きい数十ｋＨｚとする。そして、圧電素子１７を数ｋＨｚの駆動周波数で駆動させるように、制御部３０によってスイッチング素子２６のＰＷＭ制御を実行するものとする。しかしながら、これらの周波数はこれらの数値に限定されるものではない。

【0023】

振動フィーダ１が作動していないときは、図３に示すように、スイッチング素子２６ａ、２６ｂはともにＯＦＦ状態に維持されており、コンデンサ２２に電圧は生じない。振動フィーダ１を起動する際には、図４に示すように、スイッチング素子２６ａ、２６ｂのデューティー比をゼロから５０％（本発明の「所定の一定値」に相当）へと徐々に上げていく。これによって、コンデンサ２２には、徐々に振幅の大きな電圧が生成される。起動時にデューティー比を徐々に上げる理由については、後で詳細に説明する。

【0024】

図５に示すように、スイッチング素子２６ａ、２６ｂのデューティー比が５０％のときは、コンデンサ２２に０Ｖを中心値とする交流電圧が生じる。この交流電圧は、十数ｋＨｚのＬＣ共振周波数成分が主となっているが、数十ｋＨｚのスイッチング周波数成分の影響も受けている。所望する数ｋＨｚの駆動周波数成分はまだゼロである。

【0025】

最後に、制御部３０は、図６に示すように、デューティー比を周期的に増減させるようにスイッチング素子２６ａ、２６ｂのＰＷＭ制御を行うことによって、所望の数ｋＨｚの駆動周波数の交流電圧を生成する。こうして生成されたコンデンサ２２の電圧には、十数ｋＨｚのＬＣ共振周波数成分や数十ｋＨｚのスイッチング周波数成分の影響も見られるが、数ｋＨｚの駆動周波数成分が主となっている。なお、デューティー比を周期的に増減させる周期を変えれば、数ｋＨｚ以外の駆動周波数を生成することも可能である。

【0026】

（起動時の異音）
これまで、本発明者らは、スイッチング周波数を十数ｋＨｚ程度とし、スイッチング素子をＰＷＭ制御する際のデューティー比を周期的に変化させることで、圧電素子を所望の駆動周波数（例えば数百Ｈｚ程度）で駆動する方法を採用していた。しかしながら、スイッチング周波数が人間の可聴域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度）に含まれるため、スイッチング音を小さくすることが課題となっていた。また、圧電素子の駆動電圧をできるだけきれいな正弦波にしたいという要求もあった。

【0027】

そこで、スイッチング周波数を、上述のように、可聴域よりも大きな数十ｋＨｚに変更した。本発明者らは、スイッチング周波数を数十ｋＨｚまで大きくすると、スイッチング音が聞こえなくなることで、静音性が高まるものと予想していた。しかしながら、そうすると、振動フィーダ１の起動時に異音が聞こえるようになった。本発明者らがこの起動時の異音の原因について解明に努めたところ、起動時にスイッチング素子２６のデューティー比を一気にゼロ（図３の状態）から５０％（図５の状態）まで上げていることが原因であることが判明した。

【0028】

図７は、従来技術と本発明におけるコンデンサ２２の電圧を比較するグラフである。起動時にデューティー比を一気に上げることで、図７のａ図に示すように、ＬＣ共振部２３の共振によりコンデンサ２２に生じる電圧Ｖｃの振幅が起動直後に大きくなり、その結果、圧電素子１７の振動が大きくなり異音が発生していた。

【0029】

なお、従来は、スイッチング周波数が十数ｋＨｚ程度と可聴域であったため、ＬＣ共振部２３の共振に起因する音（以下、共振音と言う）はスイッチング音に紛れており、異音として認識されにくかった。しかしながら、スイッチング周波数を数十ｋＨｚと大きくしたことで、スイッチング音が人間の可聴域から外れ、予想に反して共振音が新たな異音として認識されるに至ったのである。

【0030】

共振音を抑えるためには、ＬＣ共振周波数を大きくすることで、ＬＣ共振周波数を可聴域から外すことが考えられる。しかし、ＬＣ共振周波数を大きくすると、ＬＣ共振周波数がスイッチング周波数に近づくため、スイッチング周波数の電圧が大きくなる。その結果、コンデンサ２２の電圧のスイッチング周波数成分が大きくなってしまい、きれいな数ｋＨｚの正弦波からは図６の電圧のグラフ以上に遠のいてしまう。また、スイッチング周波数は、スイッチング素子２６の応答速度を考慮すると数十ｋＨｚからさらに大きくするのは難しく、ＬＣ共振周波数とスイッチング周波数をともに上げるというのは現実的ではない。一方、ＬＣ共振周波数を可聴域未満（２０Ｈｚ未満）とすることも現実的ではない。このように、駆動周波数とスイッチング周波数との間のＬＣ共振周波数は、大きくするのも小さくするのも難しいという現状があった。

【0031】

そこで、本実施形態では、上述のように、スイッチング素子２６のデューティー比を起動時に一気に５０％まで上げるのではなく、ゼロから５０％まで徐々に上げるようにＰＷＭ制御を行うことによって、異音の発生を抑えている。言い方を変えると、起動直後には、５０％よりも低いデューティー比で一定期間維持するようにしている。これによって、図７のｂ図に示すように、起動直後にＬＣ共振部２３の共振によりコンデンサ２２に生じる電圧Ｖｃの振幅が小さくなり、圧電素子１７の振動に起因する共振音を抑えることに成功した。

【0032】

（効果）
本実施形態に係る振動フィーダ１は、制御部３０が、スイッチング素子２６のデューティー比を所定の一定値（５０％）にしてから周期的に変化させることで、圧電素子１７を所望の周波数で駆動するように構成されている。そして、スイッチング素子２６のデューティー比を５０％にする前に、デューティー比を５０％よりも低い値で一定期間維持するようにしている。これによって、上述のように、圧電素子１７に印加される電圧の振幅を抑え、振動フィーダ１の起動時の異音を抑えることができた。

【0033】

本実施形態では、振動フィーダ１の起動時に、デューティー比をゼロから５０％まで徐々に上げるようにしている。こうすることで、起動時の異音を抑えつつ、圧電素子１７に印加される電圧を徐々に上げていくことができるので、振動フィーダ１を静かに且つ効率的に起動させることができる。

【0034】

（他の実施形態）
上記実施形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。

【0035】

上記実施形態では、本発明を図１に示した振動フィーダ１に適用するものとした。しかしながら、本発明は、圧電素子によって駆動される他の公知の振動フィーダに適用することも可能である。

【0036】

上記実施形態では、駆動回路２０に２つの直流電源２５及び２つのスイッチング素子２６が設けられているものとした。しかしながら、駆動回路２０の具体的な構成は図２に示したものに限定されず、直流電源やスイッチング素子の数や配置を変更することも可能である。

【0037】

上記実施形態では、本発明の「所定の一定値」のデューティー比が５０％であるものとした。しかしながら、当該一定値は５０％以外の値でもよい。

【0038】

上記実施形態では、振動フィーダ１の起動時に、デューティー比をゼロから５０％まで徐々に上げるようにした。しかしながら、異音の発生を抑えるという目的を鑑みれば、デューティー比をゼロから徐々に上げることは必須ではなく、５０％に至るまでにデューティー比の増減があってもよい。

【符号の説明】

【0039】

１：振動フィーダ
１０：トラフ
１７：圧電素子
２０：駆動回路
２１：コイル
２２：コンデンサ
２３：ＬＣ共振部
２６：スイッチング素子
３０：制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】