JP2903079B2 - 圧電駆動型搬送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気部品或いは機械部
品などの各種部品を振動により搬送させる圧電駆動型搬
送装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子を駆動源とする従来の圧電駆動
型搬送装置は実開昭５２−６１０８７号，実開昭５７−
４６５１７号，特開昭６２−４１１８号，特開昭６２−
４１１９号などによって既に公知化されており、その構
成および搬送原理を図２を用いて説明すると以下のよう
である。

【０００３】即ち圧電素子２１を弾性板２２の両面に貼
着したいわゆるバイモルフでなる加振体２０を二以上用
いる構成と当該加振体２０の一端を基台２３に傾斜立設
させて固定する構成と前記加振体２０の他端を連結部材
２４を介して搬送体２５に固定する構成からなるもので
ある。しかるにかかる構成でなる圧電駆動型搬送装置の
各圧電素子２１に交流電圧を印加する。

【０００４】前記交流電圧の印加によって圧電素子２１
は正に半サイクルで伸長し、負の半サイクルで収縮する
繰り返し運動を行うことから、圧電素子２１を貼着した
バイモルフでなる加振体２０において、それぞれの圧電
素子２１に印加する電圧を半サイクルずつずらせば、そ
の片持ち型バイモルフ構造によって前記伸縮運動は撓み
運動に変換され、弾性板２２の下端と基台２３との連結
部を支点とする矢印方向の振動となって搬送体２５を振
動させ、その結果、搬送体上に載置される部品２６に一
方向の駆動力を付与するのである。

【０００５】

【従来技術の問題点】連結部材２４には以下の条件の具
備が求められる。即ち搬送体２５に載置又は投入される
搬送部品２６は多種多様に亘るものであり、従ってその
重量も大きく変動する。かかる点を考慮して前記連結部
材２４の曲げ剛性は、少なくとも搬送体２５に載置又は
投入される搬送部品２６の最大荷重を支えるに足る大き
さであると同時に当該搬送部品２６に搬送駆動力を付加
するに足る大きさであることが要求される。

【０００６】ところで前記搬送部品２６の最大荷重を支
えるに足るものとするには、連結部材２４の曲げ剛性は
ある大きさ以上でなければならない。でなければ連結部
材２４は搬送部品２６を含む搬送体２５からの荷重に耐
えかねて搬送体２５と共に下方に沈下し、搬送部品２６
の搬送速度を著しく低下させるからである。

【０００７】一方連結部材２４の曲げ剛性を連結部材２
４の全面に亘って、前記搬送部品２６の最大荷重を支え
るに足る大きさとすれば、加振体２０の励振によって生
じる振動エネルギーの多くは連結部材２４に吸収され、
その結果、搬送部品２６を高速搬送させるに足る大きさ
の振動エネルギーは搬送体２５に伝達されない。このこ
とから搬送部品２６を高速搬送させるには、加振体２０
の励振によって生じた振動エネルギーを損失少なくして
搬送体２５に伝達させることが必要であり、この必要性
は連部材２４の曲げ剛性を前記最大荷重を支えるに足る
曲げ剛性以下とすことによって達成される。

【０００８】連結部材２４の曲げ剛性について前記条件
及び必要性を満たすには一の連結部材２４において曲げ
剛性の高い部所と低い部所を設けること、即ち曲げ剛性
の比に差異を設けることが求められる。従来、この二律
背反的な条件及び必要性を満たさせるため、連結部材の
一部に切欠き、スリットを設ける等の手段を採つてき
た。しかし、かかる手段では一の連結部材２４におい
て、曲げ剛性の高い部材と低い部所を設けることは可能
であってもこの両者の曲げ剛性の比を大きくするには限
界があり、従って搬送部品の高速搬送化には限界がある
という問題点があた。

【０００９】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の
圧電駆動型搬送装置が有していた問題点を解決した新規
な圧電駆動型搬送措置を提供せんとするものである。即
ち具体的には圧電駆動型搬送装置の構成部品である連結
部材に、曲げ剛性の高い部所と低い部材を設けることは
もとより、この両部所の曲げ剛性の比を従来より大幅に
拡大させて搬送部品の高速搬送化を可能ならしめる圧電
駆動型搬送装置を提供せんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下、図１を用いて課題
解決のための手段を説明する。本発明は前記課題解決の
ため弾性板２２の片面又は両面に圧電素子２１を貼着し
た、いわゆるユニモルフ又はバイモルフでなる加振体２
０を用いた圧電駆動型搬送装置において、前記加振体２
０の一端を基台２３に固定する構成と前記加振体２０の
他端を長さの異なる二以上の連結部材２４を積層させた
積層連結部材２７の一端に固定する構成と、前記積層連
結部材２７のうち、最長の連結部材２４の他端を搬送部
品２６を載置する搬送体２５に固定する構成からなるも
のである。

【００１１】本発明に用いられる弾性板２２は高弾性及
び導電性を具有するＳＵＳ３０４等のステンレス鋼，ば
ね鋼等の中から適宜のものが選定される。ここで前記弾
性板２２に導電性の具有を不可欠の条件としたのは、弾
性板２２に貼着される圧電素子２１への交流電圧の印加
を可能ならしめるためである。

【００１２】弾性板２２に貼着される圧電素子２１は高
い圧電性を具有するチタン酸ジルコン酸鉛等の適宜の圧
電素子２１の中から選定される。しかして前記圧電素子
２１にはその両面に銀焼付け、真空蒸着等の適宜の手段
により電極が形成され、前記電極に直流電圧を印加して
分極処理を施したものが用いられる。

【００１３】弾性板２２への圧電素子２１の貼着は、弾
性板２２の片面のみに圧電素子２１を貼着するユニモル
フ又は両面に圧電素子２１を貼着するバイモルフのいず
れでもよい。そのいずれであっても圧電素子２１に交流
電圧を印加することによって加振体２０から励振が生じ
るからである。

【００１４】前記構成でなる加振体２０の一端は基台２
３にねじ止め、スポット溶接等の適宜の手段によって固
定される。しかしてその固定部所は搬送体２５上に搬送
部品２６を載置したとき、搬送部品２６が一方向のみに
搬送する部所である。他端は端面を揃えた積層連結部材
２７の一端にねじ止め、スポット溶接等の適宜の手段に
よって固定される。

【００１５】連結部材は前記したように搬送部品２６を
含む搬送体２５からの荷重を支えるに足る曲げ剛性（以
下、前者の曲げ剛性という）と加振体２０から生じる励
振を撓み運動に変換し、搬送体２５に振動振幅を生じさ
せるに十分な曲げ剛性（以下、後者の曲げ剛性という）
を具有することが求められる。しかして前記両曲げ剛性
は大きく異なる。即ち前者の曲げ剛性は少なくとも搬送
部品２６を含む搬送体２５からの最大荷重を支えるに足
る大きさ以上の曲げ剛性でなければならない。これに対
し後者の曲げ剛性は、前者の曲げ剛性と同程度であって
は搬送部品２６を高速搬送させ得ないことから、前者の
曲げ剛性より相当程度小さくしなければならない。即ち
前者の曲げ剛性と同程度の曲げ剛性であっては加振体の
励振による振動エネルギーはその殆どを連結部材に吸収
され、搬送部品２６を高速搬送させるに十分な振動振幅
を搬送体２５に付与し得ないからである。

【００１６】本発明では連結部材に求められる前者の曲
げ剛性と後者の曲げ剛性を一の連結部材において、具有
させるべく長さの異なる連結部材２４を二以上積層して
構成するものである。連結部材をかかる構成とすること
によって積層された部所の連結部材で前者の曲げ剛性を
確保し、積層されない部所の連結部材で後者の曲げ剛性
を確保するものである。連結部材をかかる構成とするこ
と、即ち積層連結部材２７とすることによって一の積層
連結部材２７において曲げ剛性の高い部所と低い部所を
設けることが可能となり、これを受けて前者の曲げ剛性
と後者の曲げ剛性の比を求められる曲げ剛性の比とする
ことができる。

【００１７】積層連結部材２７が前記求められる曲げ剛
性の比を具有し、かつ搬送部品２６を一方向のみに搬送
させ得るものである限り、積層連結部材２７を構成する
それぞれの連結部材２４の材質，幅及び厚さは必ずしも
同一とする必要はない。

【００１８】積層連結部材２７を構成するそれぞれの連
結部材２４の他端のうち、最長の連結部材の他端は搬送
体に固定される。

【００１９】

【作用】固体変位材料の一つである圧電素子２１に外部
から交流電圧を印加すると印加電圧の正の半サイクルで
伸長し、負の半サイクルで収縮する伸縮運動を惹起し、
加振体２０の励振をもたらす。ここで加振体２０，積層
連結部材２７及び搬送体２５を含めた全体の固有振動周
波数と同一の周波数でなる交流電圧を印加すれば、いわ
ゆる共振現象により加振体２０からもたらされる変位は
きわめて大きいものとなる。

【００２０】本発明に係る圧電駆動型搬送装置における
加振体２０は、その一端を基台２３に固定しているた
め、いわゆる片持ち構造である。しかるにかかる加振体
２０の片持ち構造によって前記加振体２０の励振は撓み
運動に変換され、積層連結部材２７を介して搬送体２５
に斜め上下方向の振動振幅を発生させる。この振動振幅
は搬送体２５上に載置される搬送部品２６の搬送を可能
ならしめる駆動力となるものであり、搬送部品２６の搬
送速度は前記振動振幅に比例する。

【００２１】次に本発明の具体的実施例を示す。弾性板
２２として長さ１に対し幅０．２〜０．５，厚さ０．０
４〜０．０８の比でなるものを、構成し圧電素子２１と
して長さ１に対し幅０．３〜０．７，厚さ０．０１５〜
０．０６の比でなるチタン酸ジルコン酸鉛、で構成し積
層連結部材２７として二層の連結部材でなり、長さは最
長の連結部材２４の長さ１に対し最長でない連結部材２
４の長さは０．５〜０．８５の比にし，幅は最長の連結
部材の長さ１に対し最長でない連結部材２４の幅を０．
３〜０．６の比にし、厚さは積層するそれぞれの連結部
材２４とも最長の連結部材２４の長さ１に対し０．０１
〜０．０４の比でなるものを用いた場合、搬送開始最低
電圧は４０Ｖ，駆動電圧１００Ｖ（周波数１２５ＨＺ）
の下での高速搬送可能な搬送部品２６の最大重量は１５
Ｋｇ、最大搬送速度は５０ｍｍ／ｓｅｃであった。

【００２２】

【本発明の効果】本発明の第一の効果は連結部材２４の
材質，厚さ及び積層数を適宜に選定し得ることから一の
積層連結部材２７において曲げ剛性の高い部所と低い部
所を設けることができ、しかも当該曲げ剛性の比を従来
の連結部材のそれよりも格段に大きくすることができ
る。この効果を受けて搬送物品２６の高速搬送が可能に
なった。この効果は裏返せば加振体２０から生じる振動
エネルギーの利用効率を一段と高めたことに他ならな
い。

【００２３】本発明の第二の効果は、搬送体２５に載置
又は投入される搬送部品２６の重量変化によっても搬送
部品２６の搬送速度の変動はきわめて小さいことであ
る。その対比として従来の圧電駆動型搬送装置における
搬送部品２６の重量変化に伴なう搬送部品２６の搬送速
度の変動１に対し、本発明に係る圧電駆動型搬送装置に
おける同一条件下での搬送部品２６の搬送速度の変動は
０．３〜０．４と大きく減少しており、加えて高速搬送
を可能ならしめる搬送体２５に載置又は投入し得る搬送
部品２６の重量が従来の圧電駆動型搬送装置のそれに比
し３５％程度大きくし得たことである。即ちこの効果は
重量物の高速搬送を可能ならしめる範囲の拡大に他なら
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明に係る圧電駆動型搬送装置の側面図で
ある。

【図２】は従来の圧電駆動型搬送装置の側面図である。

【符号の説明】

２０．加振体 ２１．圧電素子 ２２．弾性板 ２３．基台 ２４．連結部材 ２５．搬送体 ２６．搬送部品 ２７．積層連結部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性板の片面または両面に圧電素子を貼着
   したユニモルフ又はバイモルフでなる加振体を用いた圧
   電駆動型搬送装置において、前記加振体の一端を基台に
   固定する構成と前記加振体の他端を長さの異なる二以上
   の連結部材を積層させた積層連結部材の一端に固定する
   構成と前記積層連結部材のうち、最長の連結部材の他端
   を搬送体に固定する構成からなる圧電駆動型搬送装置。
2. 【請求項２】弾性板の片面または両面に圧電素子を貼着
   したユニモルフ又はバイモルフでなる加振体を用いた圧
   電駆動型搬送装置において、弾性板２２として長さ１に
   対して幅０．２〜０．５，厚さ０．０４〜０．０８の比
   でなるものを構成し、圧電素子２１として長さ１に対し
   幅０．３〜０．７，厚さ０．０１５〜０．０６の比でな
   るチタン酸ジルコン酸鉛で構成し、積層連結部材２７と
   して二層の連結部材２４でなり、長さは最長の連結部材
   ２４の長さ１に対し最長でない連結部材２４の長さを
   ０．５〜０．８５の比にし、幅は最長の連結部材の長さ
   １に対し最長でない連結部材２４の幅を０．３〜０．６
   の比にし、厚さは積層するそれぞれの連結部材２４とも
   最長の連結部材２４の長さ１に対し０．０１〜０．０４
   の比で構成されてなる請求項１記載の圧電駆動型搬送装
   置。