JP2567542Y2 - 圧電駆動型振動物品搬送装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、小形軽量の物品を振動
させて所定方向に搬送する圧電駆動型の振動物品搬送装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子を振動駆動源とする圧電駆動型
振動物品搬送装置は、パ−ツフィ−ダ、直進型フィ−ダ
などに使用されている。この搬送装置の振動源は、板バ
ネの両面に圧電素子を貼着したバイモルフで、これは上
下方向に配置され、上端側がボウルなどの物品搬送体に
連結されている。板バネの両面の圧電素子に交流電圧を
印加して伸縮させると、板バネが板厚方向に撓み振動
し、この振動が物品搬送体に伝達され、物品搬送体上の
物品が振動方向に搬送される。

【０００３】上記板バネで物品搬送体を直接に駆動させ
ることは、次の（ａ）〜（ｃ）の理由でできない。

【０００４】（ａ） 板バネの上下で振動のモ−ドが異
なり、１枚のバイモルフでは振動モ−ドそのものに矛盾
が生じる。

【０００５】（ｂ） 物品を搬送させるだけの振動（振
幅）を得るために、板バネを大きく撓み変形させる必要
があり、この大きな変形で板バネと圧電素子の接着が剥
離することがある。

【０００６】（ｃ） 物性的に圧電素子の駆動力は小さ
く、物品搬送体の直接駆動では、大きくて重いボウルな
どの物品搬送体を駆動させることができない。

【０００７】そこで、これら問題を解決するため、板バ
ネに圧電素子を上下２分割して取付けたり、板バネの下
部にのみ圧電素子を取付けたりしているが、これら改良
案は実用的でないことが分かっている。実用化されてい
るのは、圧電素子を固定した板バネの上端に、板バネの
バネ定数より小さいバネ定数の共振バネを連結し、板バ
ネの振動を共振バネで増幅して、物品搬送体に伝達する
ようにした振動物品搬送装置である。かかる圧電駆動型
振動物品搬送装置は、特開昭６２−４１１９号公報など
で知られており、その概略を図８を参照して説明する。

【０００８】図８は直進型フィ−ダで、固定台（30）上
に防振ゴム（31）を介して下部振動体（32）が取付けら
れる。下部振動体（32）上に一対の板バネ（33）が所定
角度傾斜させて立設され、その各々の両面に圧電素子
（34）（35）が接着固定される。板バネ（33）の上端部
に共振バネ（36）の下端部が連結され、共振バネ（36）
の上端部が上部振動体（37）に連結される。上部振動体
（37）に所望の物品搬送体（38）が取付けられる。板バ
ネ（33）は、幅方向を物品搬送方向Ａと直交させて取付
けられる。共振バネ（36）は、板バネ（33）より小さい
剛性を有する板状の増幅バネ素子で、板バネ（33）にボ
ルトなどで連結される。

【０００９】圧電素子（34）（35）に周波数可変コント
ロ−ラ（39）から所望の周波数の交流電圧を印加する
と、板バネ（33）が図８の実線と鎖線の間で撓み振動す
る。この振動が共振バネ（36）で増幅されて上部振動体
（37）に伝達され、上部振動体（37）が図８の矢印で示
す斜め上下方向に振動して、物品搬送が行われる。

【００１０】なお、上部振動体（37）と物品搬送体（3
8）を含む負荷側の振動の固有周波数は、板バネ（33）
と共振バネ（36）の振動系のバネ定数が一定であれば、
物品搬送体（38）や、これに搭載される物品の種類、搬
送形態などの負荷全体の重量、慣性モ−メントで変わ
る。この固有周波数から大きく外れた周波数で振動系を
振動させると、効率が悪く、ほとんど運転不可能とな
る。そこで、振動系の周波数が負荷側の固有周波数と同
値、または、接近するまで周波数可変コントロ−ラ（3
9）で出力周波数を調整して、運転が開始される。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】図８の装置は、板バネ
（33）を微小振動させても、共振バネ（36）で物品搬送
に必要な振幅が得られ、上記（ａ）〜（ｃ）の問題を解
決したものとして期待できる。しかし、運転周波数を自
由に選択できない不便さ、大振幅動作が困難で汎用性に
欠けるなどの問題があった。

【００１２】すなわち、図８の装置は、振動系のバネ定
数が一定であり、この条件を基に振動系の周波数を、負
荷側の固有周波数に合わせて運転している。換言する
と、運転周波数は負荷側の重量、慣性モ−メントに依存
しており、自由に変えることは効率などの点からできな
い。このような決められた運転周波数は、必ずしも物品
搬送に理想的な周波数とは限らない場合がある。例え
ば、物品が大きいか、小さいかの相違で、理想的な搬送
時の運転周波数が異なることがあるが、これに対応でき
ず、多少条件の悪い運転周波数で物品搬送をせざるを得
ない不便なことがあった。さらに、バネ定数一定の振動
系では、調整できる運転周波数の範囲が限られるため、
負荷側の重量が極端に大きく、あるいは、小さくなると
運転不可能となる不便なこともあった。

【００１３】また、図８の装置は、下部振動体（32）か
ら上方に圧電駆動する板バネ（33）を延ばし、その上端
に振動増幅用共振バネ（36）を直列結合した構造のた
め、装置全体の全高が高くなり、大型化する傾向にあっ
た。さらに、全高を抑えるため、どうしても共振バネ
（36）のスパンを小さく切り詰めねばならず、大振幅動
作が困難であった。つまり、大振幅動作させるとバネ応
力が過大となって、バネ折損事故を引き起こす恐れが生
じる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本考案者は、上記問題点
の主要な原因が、振動系のバネ定数が一定であること、
絶対値の小さいバイモルフの駆動力を有効に利用できて
いないことにあると考え、様々な技術開発を試みた結
果、次なる振動物品搬送装置を開発した。

【００１５】すなわち、本考案は、上下に対向配置され
た下部振動体および上部振動体と、下部振動体に下端部
が連結されて上方に延びる板バネと、板バネを振動させ
る圧電素子と、板バネの振動を増幅して上部振動体に伝
達する振動増幅伝達手段とを具備した圧電駆動型振動部
品供給装置であって、振動増幅伝達手段は、板バネの上
端部と上部振動体にそれぞれ連結され、板バネの振動方
向と直交方向に延び、かつ、捻じりバネ定数が板バネの
曲げバネ定数よりも小さい上下一対のトーションバー
と、上下一対のトーションバーに両端部がスライド可能
に連結された連結腕とを含むことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本考案装置における圧電駆動源の振動系は、圧
電駆動する板バネと、振動増幅伝達手段としての上下一
対のト−ションバ−及び連結腕で構成され、ト−ション
バ−への連結腕の連結箇所をスライド移動させて、その
有効バネ部分の長さを変えると、ト−ションバ−の振動
系に作用するバネ定数が変化する。このト−ションバ−
に対する連結腕の位置変更で、振動系全体のバネ定数が
可変調整され、負荷側を何ら変更することなくその固有
周波数を変えることができるようになる。また、振動増
幅手段としてのト−ションバ−は、従来の振動増幅バネ
素子よりダンピング（振動減衰）が小さく、駆動力の絶
対値の小さい圧電駆動に使用した場合、ロスが小さくて
大振幅動作にも適する。

【００１７】

【実施例】本考案をボウル型パ−ツフィ−ダに適用した
実施例を、図１ないし図７を参照して説明する。

【００１８】図１および図２に示すボウル型パ−ツフィ
−ダは、固定台（10）上に防振ゴム（図示せず）を介し
て配置された円形の下部振動体（１）と、これの上方に
配置された円板状の上部振動体（２）を備え、上部振動
体（２）上に円形のボウル（10）が固定される。下部振
動体（１）と上部振動体（２）の間に等間隔で３つ以
上、例えば４つの振動系が設置される。各振動系は、剛
性の高い板バネ（３）と、これの両面に固定された圧電
素子（４）（５）と、振動増幅伝達手段（６）で構成さ
れる。

【００１９】板バネ（３）は、例えば図３に示すような
縦長のストレ−トな一枚バネで、下部振動体（１）の周
辺部に半径方向に、上下を貫通して形成されたスリット
（11）に垂直に挿通される。板バネ（３）の下端部は、
下部振動体（１）の下面側に突出し、この下端部が、下
部振動体（１）の下面のブロック（12）の側面にボルト
（13）で固定される。ブロック（12）は、下部振動体
（１）の下面にボルト（14）で固定される。板バネ
（３）の上端部は、下部振動体（１）から上に少し突出
し、この上端部はト−ションバ−（７）を固定するボス
部（15）として構成される。圧電素子（４）（５）にリ
−ド線（16）（16）を介して交流電圧を印加すると、板
バネ（３）は下部振動体（１）の接線方向に振動する。

【００２０】振動増幅伝達手段（６）は、板バネ（３）
の振動を増幅して上部振動体（２）に伝達する。これは
上下一対の角棒状のト−ションバ−（７）（８）と、一
対のト−ションバ−（７）（８）を連結する連結腕
（９）で構成される。一対のト−ションバ−（７）
（８）のバネ定数は、板バネ（３）のバネ定数より十分
小さく設定されて、板バネ（３）の振動を増幅するよう
にしてある。下部のト−ションバ−（７）は、基端部が
板バネ（３）のボス部（15）に挿入されて固定され、ボ
ス部（15）から下部振動体（１）の半径方向外側に延び
る。上部のト−ションバ−（８）は、基端部が上部振動
体（２）の下面のブロック（17）に挿入されて固定され
る。ブロック（17）は、上部振動体（２）の下面に位置
移動可能にボルト（18）で固定される。上部のト−ショ
ンバ−（８）は、下部のト−ションバ−（７）と平行に
配置される。上下のト−ションバ−（７）（８）に連結
腕（９）の上下端部が、ト−ションバ−（７）（８）の
軸方向にスライド移動可能に連結される。連結腕（９）
の上下端部は、図４に示すように、対応するト−ション
バ−（７）（８）に挿入後、ボルト（19）（20）で締め
付けることで、ト−ションバ−（７）（８）の任意の位
置に固定される。連結腕（９）は、板バネ（３）と直交
方向に配置される。連結腕（９）の中央部は、選択的に
板厚方向の剛性を弱くするように薄肉にくびれ加工さ
れ、このくびれ部分（９ａ）で振動系に加わる後述応力
を吸収するようにしてある。４つの連結腕（９）のそれ
ぞれは、同一方向に所望の角度θだけ傾斜させて取付け
られる。

【００２１】４つの振動系の各板バネ（３）を同位相で
圧電駆動させると、板バネ（３）が倒立振り子のように
振動する。板バネ（３）は板厚の厚い、剛性の大きなも
ので、その上端のボス部（15）の振幅は小さく、最大で
０．２mm程度である。この微小振動が、ト−ションバ−
（７）、連結腕（９）、ト−ションバ−（８）を介し増
幅されて上部振動体（２）に伝達され、ボウル（10）が
回転振動と上下振動の合成された斜め上方へのひねり振
動をする。ボウル（10）のひねり振動と振幅で、ボウル
（10）に収容された物品（図示せず）が所定の方向に、
所望の給送速度で搬送される。

【００２２】上記物品搬送動作において、連結腕（９）
は振動方向に十分な幅を持たせて、振動方向の剛性を高
くしてあるので、上部振動体（２）に振動を減衰させる
ことなく伝達する。また、圧電駆動の板バネ（３）は剛
性が高く、またト−ションバ−（７）（８）も曲げには
大きな抵抗を示し、これら振動系で上部振動体（２）を
回転振動させると、振動系全体に捻れ応力が生じること
になる。そこで、この種応力で連結腕（９）のくびれ部
分（９ａ）が捻れるようにしておいて、くびれ部分（９
ａ）で回転振動に伴う応力を吸収するようにしてある。
このようにすると振動系に過大な応力がかからず、振動
系が安定した動作をする。

【００２３】ボウル（10）を含む負荷側の固有周波数
は、ボウル（10）の重量、形態、材質、収容される物品
の種類、搬送形態などの各種条件によって異なり、この
固有周波数に共振するように振動系の振動周波数を調整
して運転が開始される。ここで上記実施例においては、
次のように運転周波数を調整して、運転が開始される。
すなわち、負荷側に重量等の変更があれば、この変更に
応じて振動系のバネ定数を、ト−ションバ−（７）
（８）に対する連結腕（９）の取付け位置の移動で調整
する。例えば、連結腕（９）をト−ションバ−（７）
（８）の開放先端側に移動させると、下部のト−ション
バ−（７）における板バネ（３）のボス部（15）から連
結腕（９）までの捻れ部分の長さＬが長くなり、その
分、ト−ションバ−（７）の振動系に及ぼす有効なバネ
定数が低下する。これは上部のト−ションバ−（８）で
も同じことである。従って、振動系全体のバネ定数が低
下し、これにより共振周波数も低下して、運転周波数が
下がることになる。逆に、上記長さＬを短く調整すれ
ば、運転周波数が上がる。この運転周波数の可変調整
で、負荷側の物品が、より理想に近い振動条件で搬送さ
れる。

【００２４】次に、上記実施例の構造上の特徴、変形例
を説明する。

【００２５】下部振動体（１）のスリット（11）に板バ
ネ（３）を垂直に挿入することにより、振動系全体の高
さが小さくでき、その分、振動物品搬送装置が小形とな
る。また、下部振動体（１）は、板バネ（３）を垂直に
取付ける構造であるため、従来品のような斜め加工部分
がなくて、加工がし易いシンプルな構造で、製造上有利
なものが使用できる。

【００２６】連結腕（９）を、図５に示すように、鎖線
位置から実線位置横に１８０度反転させて取付ければ、
ボウル（10）が１８０度反対方向に回転振動する。この
場合、上部振動体（２）の下面に取付けるブロック（1
7）を図５の左側に移動させ、その移動位置の上部振動
体（２）に予備に設けた取付穴（21）（図３参照）を利
用して、移動したブロック（17）をボルト（18）で固定
するようにすればよい。図６に示すように、連結腕
（９）の取付角度θを変更させて、負荷の振動角度を自
由に変更させることが可能である。この角度変更は、連
結腕（９）のト−ションバ−取付穴（22）（23）の位相
を設計変更させることで実行すればよい。この場合、連
結腕（９）の角度変更で上部のト−ションバ−（８）の
位置が横に移動するので、この移動を見越して上部のブ
ロック（17）を取付ける上部振動体（２）のブロック取
付穴を横長穴にしておくことが望ましい。

【００２７】板バネ（３）は、図７に示すように、下端
部（３ａ）を横に一体に折曲させ、この下端部（３ａ）
を下部振動体（１）に直接にボルト止めするようにし
て、構成部品の低減化を図るようにしてもよい。

【００２８】ト−ションバ−（７）（８）は、角棒状に
限らず、セレ−ションを施した円柱状、６角柱状など
の、要は、棒材の捻りによってバネとしての性質を備え
たものであればよい。

【００２９】また、本考案は、ボウル型パ−ツフィ−ダ
以外の直進型パ−ツフィ−ダ、ホッパ−などにも有効に
適用できることは、明らかである。

【００３０】

【考案の効果】本考案によれば、圧電駆動する板バネ
と、振動増幅伝達手段としてのト−ションバ−及び連結
腕で構成される振動系のバネ定数が、ト−ションバ−へ
の連結腕の連結箇所を移動させることで可変調整でき
る。その結果、負荷側を何ら変更することなく、運転周
波数を負荷に応じて可変調整して、物品を常に理想とす
る、あるいは理想に近い条件で搬送することができ、実
用価値大なる振動物品搬送装置が提供できる。また、振
動増幅手段としてのト−ションバ−は、従来の振動増幅
バネ素子よりもダンピング（振動減衰）が小さく、絶対
値の小さいバイモルフの駆動力を有効に利用して、振動
伝達ロスを低減することができるので、従来構成に比べ
て、より大きな振幅動作を可能にし、これにより、部品
搬送容量の増大、部品搬送速度の向上を達成することが
できる。

【００３１】また、板バネを、下部振動体を上下垂直方
向に貫通させた状態で取付けることにより、振動物品搬
送装置の小形化、下部振動体の構造簡略化による製造コ
ストの低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す部分断面を含む側面図で
ある。

【図２】図１の物品搬送装置の一部省略部分を含む平面
図である。

【図３】図１装置における板バネの拡大正面図である。

【図４】図１装置における連結腕の部分断面を含む拡大
正面図である。

【図５】図１装置の一部使用変更例を示す部分正面図で
ある。

【図６】図４の連結腕の変形例を示す正面図である。

【図７】従来の圧電駆動型振動物品搬送装置の要部の概
略を示す正面図である。

【図８】従来の圧電駆動型振動物品搬送装置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 下部振動体 ２ 上部振動体 ３ 板バネ ４ 圧電素子 ５ 圧電素子 ６ 振動増幅伝達手段 ７ トーションバー ８ トーションバー ９ 連結腕

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下に対向配置された下部振動体および
   上部振動体と、下部振動体に下端部が連結されて上方に
   延びる板バネと、板バネを振動させる圧電素子と、板バ
   ネの振動を増幅して上部振動体に伝達する振動増幅伝達
   手段とを具備し、 前記振動増幅伝達手段は、前記板バネの上端部と前記上
   部振動体にそれぞれ連結され、前記板バネの振動方向と
   直交方向に延び、かつ、捻じりバネ定数が板バネの曲げ
   バネ定数よりも小さい上下一対のトーションバーと、前
   記上下一対のトーションバーに両端部がスライド可能に
   連結された連結腕とを含むことを特徴とする圧電駆動型
   振動部品供給装置。
2. 【請求項２】 前記板バネが、前記下部振動体を上下垂
   直方向に貫通した状態で、前記下部振動体に取付けられ
   たことを特徴とする請求項１記載の圧電駆動型振動部品
   供給装置。