JP4673418B2 - 振動式搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は振動式搬送装置に係り、特に、金属ばね板に圧電駆動素子を接着した構造を有する圧電駆動体の構造に関する。

従来、各種の製造ラインでは、部品を一定姿勢で組立装置に供給するために振動式搬送装置が広く用いられている。この振動式搬送装置では、一般に、搬送路（トラック）を備えた搬送体を弾性バネで支持するとともに、搬送体を振動させるための加振機を設けている。加振機としては、旧来の電磁駆動式の構成から近年は上記弾性バネに接続された圧電駆動体を用いる圧電駆動式の構成を有するものが多くなってきている。圧電駆動式の加振機は、電磁駆動式に比べて、スムーズな搬送性が得られる、消費電力が少ない、搬送部品を着磁させる虞がないなどの有利な点を有している。

上記の圧電駆動体としては、図７に示すように、シム板などの金属ばね板１１′の表面に圧電駆動素子１２′を接着したものが用いられる。圧電駆動素子１２′の表裏両面にはそれぞれ電極が形成され、両電極間に電圧を印加することで圧電駆動素子１２′を伸縮させて金属ばね板１１′に撓み振動を生じさせる。ところが、金属ばね板１１′の表裏にそれぞれ圧電駆動素子１２′を接着してなる圧電駆動体１０′を板ばね状の振動ばね３と直列に接続したものを、基台１に対しては取付部２を介して固定し、搬送体５に対しては取付部４を介して固定する図示の振動式搬送装置においては、圧電駆動素子１２′の裏面側の電極が金属ばね板１１′と導電接続されるため、装置の絶縁耐圧をチェックするときの測定電圧が高いと圧電駆動素子１２′を劣化させてしまう虞があり、また、電気的安全を図るために絶縁トランスを設ける必要があるなどの問題点があった。

そこで、十分な絶縁耐圧が得られて電気的安全性を確保するために、圧電駆動素子１２′と金属ばね板１１′との間を絶縁する技術、例えば、以下の特許文献１及び２に記載された構造が提案されている。特許文献１には圧電駆動素子と金属ばね板との間に絶縁フィルムを介在させた構造が記載されている。また、特許文献２には圧電駆動素子と金属ばね板の間に絶縁セラミック板を介在させた構造が記載されている。

特開平１１−３１８５５号公報 特開２００３−１３４８５２号公報

しかしながら、本願発明者らが検討した結果、前述の絶縁フィルムを用いる方法では、圧電駆動素子と金属ばね板の間の接着面に軟質の絶縁フィルムが存在することで、圧電駆動素子と金属ばね板との間のエネルギー伝達にロスが生じることにより、撓み振動を効率的に生起させることができないという問題点がある。また、振動式搬送装置は圧電駆動体による振動に起因して弾性支持された搬送体が共振する状態で動作するので圧電駆動素子と金属ばね板との間に大きな応力が加わるが、上記の構造では圧電駆動素子と金属ばね板との接着強度が低いため、接着面に剥離部分が生じ、当該剥離部分に応力が集中することにより、圧電駆動素子が変形過多により破壊されるという問題点もある。

一方、前述の絶縁セラミック板を用いる方法では、絶縁セラミック板と金属ばね板との間の接着力を高くすることができる。しかしながら、絶縁セラミック板を圧電駆動素子と金属ばね板の双方に接着させることで駆動力の伝達ロスが生ずるとともに製造コストが増大するという問題点がある。また、一般に絶縁セラミック板は硬度が高いので、絶縁セラミック板を介在させることで撓み変形量が制限され、その結果、駆動力のロスが発生して効率的に振動を発生させることができないという問題点もある。さらに、圧電駆動素子と絶縁セラミック基板の硬度が整合しないと、圧電駆動素子と絶縁セラミック基板との接着面に剥離部分が生じ、当該剥離部分に応力が集中して圧電駆動素子が破壊されるという問題点もある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、圧電駆動素子と金属ばね板との間の剥離を防止して圧電駆動素子の耐久性を向上できるとともに駆動力のロスを低減することのできる圧電駆動体を用いた振動式搬送装置を実現することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の振動式搬送装置は、基台と、該基台の上方に配置された搬送体と、前記基台と前記搬送体との間に接続された圧電駆動体とを具備し、前記圧電駆動体は、長さ方向の両端が前記基台の側と前記搬送体の側にそれぞれ連結された金属ばね板と、該金属ばね板に重なるように配置される圧電駆動素子であり、複数層の圧電セラミック層、該圧電セラミック層の表裏のいずれか一方の面上に配置される第１の電極、及び、前記圧電セラミック層の表裏の他方の面上に配置される第２の電極、並びに、素子裏面上に露出し前記第１の電極若しくは前記第２の電極を被覆する、前記圧電セラミック層と同材質の絶縁セラミック層、を一体に焼結させることにより形成され、被覆すべき前記第１の電極若しくは前記第２の電極が形成されない平面範囲において前記絶縁セラミック層が前記圧電セラミック層と直接密着して一体化され、さらに前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧を印加することで前記長さ方向に沿った撓みを生ずるように構成された圧電駆動素子と、前記絶縁セラミック層と前記金属ばね板を接着する接着層と、を有し、前記圧電駆動素子を前記長さ方向に沿って撓み振動させることで前記金属ばね板を介して前記搬送体が搬送方向に往復振動することを特徴とする。

本発明によれば、一体に焼結させることにより形成された絶縁セラミック層が電極を覆った状態で圧電駆動素子の裏面上に露出し、この絶縁セラミック層を接着層により金属ばね板と接着することにより、圧電駆動素子と金属ばね板の接着強度を高めることができるとともに、絶縁セラミック層を圧電駆動素子に強固に一体化することができ、接着剤も一層のみで足りることから、駆動力のロスや製造コストを低減することができる。

本発明においては、前記絶縁セラミック層が前記圧電セラミック層と同材質で構成される。これによれば、絶縁セラミック層が圧電セラミック層と同材質となることで、圧電駆動素子の製造が容易になり製造コストも低減できるとともに、圧電セラミック層と絶縁セラミック層の弾性特性を同じにすることができるため、駆動力の伝達効率をさらに高めることができる。

本発明においては、前記絶縁セラミック層は前記圧電セラミック層より薄いことが好ましい。これによれば、表裏両面が表面側電極と裏面側電極に挟まれて電界が印加される圧電セラミック層とは異なり、絶縁セラミック層は上記電界が印加されないので、圧電駆動素子の駆動抵抗として作用するが、この絶縁セラミック層が圧電セラミック層より薄いことにより、駆動力のロスをさらに低減できる。特に、絶縁セラミック層の厚みを圧電セラミック層の厚みの合計の半分以下とすることが駆動力のロスを低減する上でさらに望ましい。

上記絶縁セラミック層の最適な厚み範囲は材質によって異なるが、通常、０．０２〜２．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．０５〜０．４５ｍｍの範囲内であることがさらに望ましい。また、絶縁セラミック層の材質は、いわゆるソフト系のセラミックスであることが好ましい。セラミックスとしては、ＢａＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣなどのファインセラミックスが挙げられるが、特に、ＢａＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ_３、ＰｂＮｂ_２Ｏ_６などの圧電性を有する圧電材料であることが好ましい。この絶縁セラミック層は、第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加したときに前記圧電セラミック層と同じ向きに変形するように構成されることが好ましい。

本発明の一の態様においては、前記圧電駆動素子の素子表面には、前記第１の電極と、該第１の電極と離間し、前記第２の電極に導電接続された張出電極部とが設けられる。これによれば、圧電駆動素子の第２の電極に導電接続された張出電極部を圧電セラミック層の形成範囲の外側に引き出す必要がないので、コンパクトに構成できるとともに、駆動配線との接続も容易になるため、製造コストをさらに低減することができる。このとき、張出電極部は圧電駆動素子の側面上に設けられた外面接続部を介して第２の電極に導電接続されることが好ましい。また、前記圧電駆動素子の素子表面に設けられた前記第１の電極と前記張出電極部は前記長さ方向に配列されることが好ましい。

この場合に、前記張出電極部は前記第１の電極と同層に形成され、前記第１の電極より小さな面積を有することが好ましい。このようにすると、張出電極部を第１の電極と同層に形成することで圧電駆動素子の製造コストをさらに低減できる。その反面、張出電極部が形成される範囲では第１の電極による電界を圧電セラミック層に印加できないが、当該張出電極部は第１の電極より面積が小さいため、張出電極部の形成範囲において圧電セラミック層に電界が印加されないことによる機能低下を抑制することができる。

本発明の別の態様においては、前記圧電駆動素子では、複数の前記圧電セラミック層が前記第１の電極又は前記第２の電極を介して積層される。これによれば、積層型圧電駆動素子を構成することで駆動電圧の低減や駆動力の増大を図ることができる。

なお、本発明の振動式搬送装置において、前記基台と前記搬送体との間には前記圧電駆動体に接続される振動ばねが設けられる場合がある。

本発明によれば、圧電駆動素子と金属ばね板との間の剥離を防止して耐久性を向上させることができるとともに駆動力のロスを低減することのできる圧電駆動体及びこれを用いた振動式搬送装置を実現できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の圧電駆動体の実施形態の組み立て前の状態を示す分解部分断面図。 同実施形態の組み立て前の部分平面図。 同実施形態の組み立て後の部分断面図。 同実施形態の組み立て後の全体構成を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）。 異なる実施形態の詳細構造を示す平面図（ａ）、右側面図（ｂ）及び左側面図（ｃ）。 実施形態の圧電駆動体を用いた振動式搬送装置の構成を模式的に示す概略構成図。 従来の振動式搬送装置の構成を模式的に示す概略構成図。

次に、添付図面を参照して本発明に係る圧電駆動体及び振動式搬送装置用の実施形態について詳細に説明する。図１は本実施形態の組み立て前の圧電駆動体の構成を示す分解部分断面図、図２は組み立て前の部分平面図、図３は組み立て後の圧電駆動体の構成を示す部分断面図、図４は組み立て後の全体構成を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。

図１に示すように、本実施形態の圧電駆動体１０は、１〜１０ｍｍ程度の厚みを有する金属ばね板１１と、０．３〜１．０ｍｍ程度の厚みを有する圧電駆動素子１２と、金属ばね板１１と圧電駆動素子１２とを接着する接着剤１３とを有する。金属ばね板１１は金属製のばね性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、バネ材として用いられるＳＫ鋼を焼き入れ処理したもの等が使用できる。一般的には厚みは２．５〜８．０ｍｍ程度のものが用いられる。

圧電駆動素子１２は、圧電セラミック層１２ａと、該圧電セラミック層１２ａの表裏のいずれか一方の面上に形成された第１の電極１２ｂ、１２ｂ′と、該圧電セラミック層１２ａの表裏のいずれか他方の面上に形成された第２の電極１２ｃと、を有する。より具体的には、複数（図示例では５層）の圧電セラミック層１２ａが積層方向に配置され、各圧電セラミック層１２ａの積層方向の前後に第１の電極１２ｂ、１２ｂ′と第２の電極１２ｃのいずれかが配置され、全体としては第１の電極１２ｂ、１２ｂ′と第２の電極１２ｃとが積層方向に交互に配置されている。各圧電セラミック層１２ａは第１の電極１２ｂ、１２ｂ′と第２の電極１２ｃとの間に挟まれ、両電極間に印加される駆動電圧により厚み方向に電界を受ける。

圧電セラミック層１２ａはＢａＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ_３、ＰｂＮｂ_２Ｏ_６などの圧電性を有する圧電セラミック材料であれば特に限定されないが、特に、Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ_３（以下、単に「ＰＺＴ」という。）で構成されることが好ましい。圧電セラミック層は、好ましくは、圧電粉末を適宜の樹脂バインダや溶剤等と混練して乾燥させることでセラミック生シート（いわゆるセラミックグリーンシート）とし、これを焼成することによって形成される。

また、上記第１の電極１２ｂ、１２ｂ′及び第２の電極１２ｃとしては、銀、銀・パラジウムなどの導電性ペースト（スラリー）を焼成して得られる銀電極が用いられる。ただし、本発明では特に電極材料は限定されず、金や銅などの他の導体を用いることも可能である。

本実施形態では、上記のように圧電セラミック層１２ａ、第１の電極１２ｂ、１２ｂ′及び第２の電極１２ｃの積層構造を有するが、これは、通常、以下のようにして形成される。上述のセラミック生シート上に導電性ペーストをスクリーン印刷等により形成し、このように形成された電極パターン付きのセラミック生シートを積層してセラミック生シートと電極とが交互に積層されてなる積層体を形成する。その後、必要に応じて当該積層体を平面的に適宜に切断した後に、焼成を行うことによって上記積層構造が形成される。ただし、本実施形態の圧電駆動素子１２の製造方法は特に限定されるものではなく、例えば、圧電セラミック層１２ａを、バインダを含むセラミック粉体を型に入れて圧縮して成形することで形成し、その後、表面に銀ペースト等を塗布して焼き付けることで圧電駆動素子を製造しても構わない。

本実施形態では、一体に焼結されて形成されてなる圧電駆動素子１２の裏面側に設けられる第２の電極１２ｃが絶縁セラミック層１２ｄによって被覆されている。これによって、圧電駆動素子１２の裏面を接着剤１３を介して接着した場合に、圧電駆動素子１２と金属ばね板１１との間が確実に絶縁される。本実施形態では、絶縁セラミック層１２ｄは上記圧電セラミック層１２ａと同じ素材で構成されている。図示例の場合、絶縁セラミック層１２ｄは圧電セラミック層１２ａの約半分の厚みを有する。例えば、圧電セラミック層１２ａの厚みを５０〜１５０μｍとした場合、絶縁セラミック層１２ｄの厚みは２５〜７５μｍとなる。第１の電極１２ｂ及び第２の電極１２ｃの厚みはいずれも５〜１０μｍ程度である。

図示例の場合、圧電セラミック層１２ａの厚みは、駆動電圧との関係で最適な駆動力及び耐久性が得られる値に設定される。一般に、圧電セラミック層１２ａの厚みは、所定の駆動電圧を用いる場合に駆動力及び耐久性の観点から最適な値の範囲があり、当該値の範囲より厚くなると駆動力が低下し、当該値の範囲より薄くなると耐圧特性により圧電セラミック層が劣化を起こしやすくなる。

後述する実施例では、駆動電圧を５０Ｖに設定することで、ＰＺＴ製の圧電セラミック層１２ａとしては１１０μｍの厚みを選定し、一方、絶縁セラミック層１２ｄについては、それよりも薄い５５μｍの厚みを選定した。これは、絶縁セラミック層１２ｄを圧電セラミック層１２ａよりも薄くすることで絶縁セラミック層１２ｄの可撓性を高めることにより、圧電セラミック層１２ａと絶縁セラミック層１２ｄの間に生ずる応力を低減して圧電駆動素子１２の破損を回避するとともに、圧電駆動素子１２から金属ばね板１１への駆動力の伝達時のロスを低減するためである。また、製造プロセス上では、圧電セラミック層１２ａを２枚のセラミック生シートを重ねることで形成し、絶縁セラミック層１２ｄを１枚のセラミック生シートで形成することで、異なる厚みのセラミック生シートを用いる必要がなくなるので、製造コストを低減することができるという利点が得られる。すなわち、一般的には、同じ厚みのセラミック生シートの重ね枚数を圧電セラミック層と絶縁セラミック層で変えることにより、製造コストを低減しつつ、圧電セラミック層と絶縁セラミック層のそれぞれの厚みを最適化することが可能になる。

図示例では、圧電駆動素子１２においては、上記積層方向（厚み方向）に複数の第１の電極１２ｂ、１２ｂ′及び第２の電極１２ｃが設けられ、これらの電極１２ｂ、１２ｂ′と１２ｃが複数の圧電セラミック層１２ａの表裏を挟んだ構造となっている。素子の一方の外側面上には上記複数の第１の電極１２ｂ、１２ｂ′同士を導電接続する外面接続部１２ｅが設けられ、また、他方の外側面上には上記複数の第２の電極１２ｃ同士を導電接続する外面接続部１２ｆが設けられる。これらの外面接続部１２ｅ及び１２ｆは、上記電極１２ｃと同様の銀ペースト等の導電ペーストを焼結することによって形成されるか、或いは、半田等の他の導電材によって形成される。

圧電駆動素子１２において、第２の電極１２ｃと絶縁セラミック層１２ｄの間の密着性は、圧電セラミック層１２ａと第１の電極１２ｂ及び第２の電極１２ｃとの密着性と同様に高いが、特に、第２の電極１２ｃが形成されない平面範囲、例えば、圧電セラミック層１２ａの外周部などにおいて圧電セラミック層１２ａと絶縁セラミック層１２ｄとが直接密着した状態とされることによってさらに高い密着性（一体性）が得られる。なお、図１及び図３においては圧電セラミック層１２ａを破線で示すように２層構造で描いてあるが、これは、後述するように２層のセラミック生シートを重ねて１層の圧電セラミック層１２ａを形成していることを示すものに過ぎず、結果的には一体の圧電セラミック層１２ａが形成されている。また、このように複数のセラミック生シートを重ねて圧電セラミック層１２ａを形成する場合に限らず、単層のセラミック生シートで圧電セラミック層１２ａを形成してもよいことは当然である。さらに、絶縁セラミック層１２ｄとこれに隣接する圧電セラミック層１２ａとは図示例のように電極層を介在させた部分と直接接続された部分を有し、焼結処理が施されることにより両層は一体化される。また、複数の圧電セラミック層１２ａの間も同様に一体化される。

圧電駆動素子１２には、図示例のように構成された後に、第１の電極１２ｂ、１２ｂ′と第２の電極１２ｃとの間に高電圧を印加することで、圧電セラミック層１２ａの分極処理が施される。当該分極処理は、本実施形態では上記絶縁セラミック層１２ｄには施されない。ただし、分極処理時において上記電極１２ｂ、１２ｂ′、１２ｃ以外の補助電極（図示せず）を用いるなどして、絶縁セラミック層１２ｄにも分極処理が施されるようにしてもよい。この場合、駆動方式や電極構造によっても異なるが、駆動時において絶縁セラミック層１２ｄに印加される電界方向との関係で、他の圧電セラミック層１２ａの変形と同じ向きに絶縁セラミック層１２ｄも変形するよう（向き）に分極処理が施されることが好ましい。図示例では、例えば、第２の電極１２ｃと図示しない補助電極との間に厚み方向に上記のような向きの所定の電界を印加しながら実施する。

圧電駆動素子１２の上面には、圧電セラミック層１２ａの上面を覆う第１の電極１２ｂ′が配置されるとともに、当該第１の電極１２ｂ′と離間して、これと同層に、第２の電極１２ｃに導電接続された張出電極部１２ｃ′も配置される。図示例では圧電セラミック層１２ａ上に第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′が共に配置され、これによって圧電駆動素子１２をコンパクトに構成できると同時に第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′の双方に対する電気的接続が容易になる。図示例では、図３及び図４に示すように、圧電駆動素子１２の上面にそれぞれ露出する上記の第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′の表面上に接続端子片１２ｇ、１２ｈが導電接続された状態で配置され、これらの接続端子片１２ｇ、１２ｈに対して駆動配線１４，１５がそれぞれ導電接続される。

なお、上記のように第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′とが同層に配置されるように構成した図示例とは異なる態様ではあるが、圧電駆動素子１２の上面に、第１の電極１２ｂ′を他の第１の電極１２ｂと同様の平面範囲に形成し、或いは、図示の張出電極部１２ｃ′と平面的に重なる範囲まで広げて形成し、当該張出電極部１２ｃ′を図示しない絶縁層を介して第１の電極１２ｂ′の一部上に平面的に重ねて配置してもよい。この場合でも第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′とは上記絶縁層を挟んで離間して配置される。この場合においても、接続端子片１２ｇ又は駆動配線１４を第１の電極１２ｂ′の表面のうち上記張出電極部１２ｃ′及び上記絶縁層に被覆されていない部分において導電接続することができ、接続端子片１２ｈ又は駆動配線１５を当該張出電極部１２ｃ′に導電接続することができるので、製造工数が増加するものの、上記と同様の効果が得られる。
また、この場合には、上述のように最上層の圧電セラミック層１２ａにおいて駆動電圧が印加されない領域をさらに低減でき、或いは、無くすことができるので、圧電性能の低下を防止できる。

張出電極部１２ｃ′の形成面積は第１の電極１２ｂ′の形成面積よりも小さいことが好ましく、特に、半分以下であることが好ましく、図示例のように１／３以下であることがさらに望ましい。これは、最上層の圧電セラミック層１２ａに対する第１の電極１２ｂ′による電圧印加範囲を大きくするためである。この場合に、張出電極部１２ｃ′は図示例のように第２の電極１２ｃに対して外面接続部１２ｆを介して導電接続される。

また、圧電セラミック層１２ａの伸縮動作に伴う歪を抑制するために第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′とは長さ方向（図示左右方向）に配列されていることが好ましい。これは、圧電駆動体１０の撓み方向が長さ方向となるので、当該撓み方向と異なる方向に電界印加領域と、電界無印加領域とが配置されないようにして両領域間に生ずる歪による影響を低減するためである。

なお、上記構成は一例であり、たとえば、圧電駆動素子１２の上面に圧電セラミック層１２ａを覆う第１の電極１２ｂ′のみを配置し、圧電駆動素子１２の側面（例えば、長さ方向の一方の側面上に形成された上記外面接続部１２ｆ）上で第２の電極１２ｃが駆動配線１５と導電接続されるように構成してもよい。もちろん、第１の電極１２ｂ、１２ｂ′についても、側面（例えば、長さ方向の他方の側面上に形成された上記外面接続部１２ｅ）上で駆動配線１４と導電接続されるように構成してもよい。

接着剤１３は特に限定されないが、圧電駆動素子１２と金属ばね板１１とを強固に固定できるものが好ましく、圧電駆動素子１２の駆動力によって剥がれが生じないものが選定される。このような接着剤１３は特に限定されないが、絶縁セラミック層１２ｄと金属ばね１１に対する接着性が良好であるものが好ましい。なお、ウレタン系接着剤やシリコーン系接着剤を用いると接着剤の硬度が不足して剥離の危険性が高まる場合があるので、高い硬度を得ることができる接着剤、例えば、エポキシ系接着剤を用いることが望ましい。

本実施形態では、図１及び図２に示す状態で圧電駆動素子１２を接着剤１３を介して金属ばね板１１に接着することで、図３及び図４に示すように構成される。また、本実施形態では、一対の圧電駆動素子１２を金属ばね板１１の表裏にそれぞれ接着し、バイモルフ型の圧電駆動体を構成しているが、これに限らず、金属ばね板１１の片面上にのみ圧電駆動素子１２を接着したユニモルフ型の圧電駆動体を構成してもよい。図示例の場合、接続端子片１２ｇ、１２ｈはそれぞれ帯状の導電フィルムで構成される。

接続端子片１２ｇは、一方の圧電駆動素子１２の上記第１の電極１２ｂ′に導電接続され、ここから当該圧電駆動素子１２及び金属ばね板１１の幅方向の側面上を通過し、もう一つの圧電駆動素子１２の幅方向の側面上をさらに通過して当該もう一方の圧電駆動素子１２の第１の電極１２ｂ′の上面上に延在して導電接続される。また、接続端子片１２ｈは、一方の圧電駆動素子１２の上記張出電極部１２ｃ′に導電接続され、ここから当該圧電駆動素子１２及び金属ばね板１１の幅方向の側面上を通過し、もう一つの圧電駆動素子１２の幅方向の側面上をさらに通過して当該もう一方の圧電駆動素子１２の張出電極部１２ｃ′の上面上に延在して導電接続される。

図４は実際の圧電駆動体１０の寸法に近い全体形状を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。図４に示すように、金属ばね板１１は、長さ方向（図示左右方向）の両端部に、それぞれ固定孔１１ａが設けられてなる取付部１１ｂ、１１ｂを有し、また、金属ばね板１１の当該取付部１１ｂ、１１ｂの間には上述の圧電駆動素子１２が接着される接着領域１１ｃが設けられる。この圧電駆動素子１２の上面には、上記第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′が長さ方向に配列された状態で形成されている。

図５は、異なる実施形態の圧電駆動体１０の構造を示す平面図（ａ）、一部を断面で示す右側面図（ｂ）及び左側面図（ｃ）である。なお、図５（ｂ）及び（ｃ）において、圧電駆動素子１２については厚み方向に拡大して示してあり、実際の厚み方向の寸法は図４（ｂ）に示す態様に近いものである。また、図５において先の実施形態と同様の部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。

本実施形態では、先の実施形態における接続端子片１２ｇ、１２ｈに相当するものをフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）等で構成される配線部材１６で構成している。配線部材１６は、ポリイミド樹脂などの合成樹脂等で構成される基体１６ａの表面（図示例では外面）上に銅箔やアルミニウム層等で構成される配線パターン１６ｂ、１６ｃが形成されたものである。配線パターン１６ｂ、１６ｃの先端には導電接続部１６ｂ′、１６ｃ′が設けられ、これらの導電接続部１６ｂ′、１６ｃ′は導電接着剤１６ｄ等を介して上記第１の電極１２ｂ′、張出電極部１２ｃ′に導電接続されている。

導電接続部１６ｂ′、１６ｃ′は基体１６ａの表面上に形成された配線パターン１６ｂ、１６ｃに接続されているともに基体１６ａの表裏を貫通するようにして基体１６ａの裏面上に露出し、上記導電接着剤１６ｄ等を介して上記第１の電極１２ｂ′、張出電極部１２ｃ′に導電接続される。また、配線パターン１６ｂ、１６ｃは金属ばね板１１の表裏にそれぞれ接着された一対の圧電駆動素子１２、１２に導電接続される。配線パターン１６ｂ、１６ｃは、好ましくは金属ばね板１１の側方位置で駆動配線１４、１５に対し半田等の接続箇所１４ａ、１５ａにおいてそれぞれ導電接続される。したがって、本実施形態の配線部材１６は、先の実施形態の接続端子片１２ｇと１２ｈを一体に構成するものとなっている。

本実施形態では、先の実施形態と同様に圧電駆動素子１２の上面に第１の電極１２ｂ′と張出電極部１２ｃ′が共に配置されていることで、一体の配線部材１６に設けられた配線パターン１６ｂと１６ｃをそれぞれ圧電駆動素子１２に接続することができ、配線接続構造を簡易なものとすることができる。

本実施形態では、図６に示すように、基台１上に取付部２を介して上述の圧電駆動体１０、１０を接続し、これらの圧電駆動体１０、１０にさらに板ばね状の振動ばね３，３を接続して取付部４を介して搬送体５に接続することで、部品搬送装置２０を構成することができる。ここで、複数の圧電駆動体１０、１０は搬送方向Ｆに離間した位置において振動ばね３を介して搬送体５に接続される。この部品搬送装置２０では、圧電駆動体１０に正負の駆動電圧を交互に印加することにより搬送体５を搬送方向Ｆに往復振動させることができる。搬送体５には搬送方向Ｆに伸びる直線状の搬送トラック（図示せず）が形成され、図示しない部品は当該搬送トラック上を搬送方向Ｆに沿って移動する。図示例では図示左右方向に搬送体５を振動させるリニア型パーツフィーダを構成するための直線振動機を構成しているが、本実施形態の圧電駆動体１０により、例えば、螺旋状の搬送トラックを備えた搬送体を回転方向に振動させる回転振動機を構成することも可能である。この場合、上記搬送方向Ｆは軸線回りの回転方向となる。

図示例では、駆動端子Ｔ１とＴ２の間に正負の駆動電圧を交互に印加することで圧電駆動体１０が長さ方向に撓み振動し、この振動は振動ばね３，３を介して搬送体５を振動させる。このとき、振動機の共振周波数は、圧電駆動体１０の振動特性、振動ばね３の弾性定数、搬送体５を主とした慣性重量によって決定される。このような部品搬送装置２０では、圧電駆動体１０によって振動が誘起されるものの、振動態様そのものは、振動系の弾性定数や慣性重量によって決定されるので、圧電駆動体１０には大きな負荷が加わり、その結果、圧電駆動素子１２と金属ばね板１１の間にも応力が働く。通常、金属ばね板１１は十分な靭性を備えているが、圧電セラミック層１２ａは靭性が一般に低く、過度の負荷が加わると破断を生ずる。特に、圧電駆動素子１２と金属ばね板１２の接着面の一部に剥離が生ずると、応力負荷は当該剥離部分に集中するので、当該部分において圧電セラミック層１２ａが割れることが多い。

次に、上記構成を有する圧電駆動素子１２として、ＰＺＴ製の厚み１１０μｍの圧電セラミック層１２ａを５層積層し、ＰＺＴ製の厚み５５μｍの絶縁セラミック層１２ｄを用いたものを使用し、金属ばね板１１としてＪＩＳのＳＵＰ１０（クロムバナジウム鋼）の幅２４ｍｍ、長さ４３ｍｍ、厚み３ｍｍのものを用いて、バイモルフ構造の圧電駆動体１０を実施例として製作した。この実施例の圧電駆動体１０を図５に示す部品搬送装置に組み込み、周波数２４０Ｈｚ、正負の駆動電圧５０Ｖを交互に印加して駆動した。水平振幅は０．９４ｍｍであった。この条件で１か月連続して稼働させたところ、周波数の変化、振幅の変化などもなく、耐久性にも問題がないことが確認された。

［比較例１］
一方、上記の圧電駆動素子１２と同じ圧電セラミック層１２ａの積層構造を有するが絶縁セラミック層１２ｄを設けない圧電駆動素子を、上記と同様の金属ばね板１１に接着してバイモルフ構造の圧電駆動体を形成した。このとき、上記圧電駆動素子と金属ばね板１１との間にガラスエポキシ製で表面に銅箔による配線パターンを備えた厚み０．２ｍｍの絶縁基板を介在させ、当該絶縁基板と圧電駆動素子、当該絶縁基板と金属ばね板１１との間をエポキシ系の接着剤で接着したものを比較例１として製作した。なお、上記配線パターンは裏面側の電極と導電接続され、上記駆動配線に接続される。この比較例１を図５に示す部品搬送装置に組み込み、周波数２４６．１Ｈｚ、正負の駆動電圧５０Ｖを交互に印加して駆動した。水平振幅は０．９４ｍｍであった。この条件で駆動を開始して５分後に水平振幅が０．５２ｍｍに低下した直後に圧電駆動素子が破断した。この圧電駆動体を調べたところ、上記絶縁基板と金属ばね板との間に幅方向に延在した剥離部分が観察され、当該剥離部分に対応する位置で圧電駆動素子が割れていた。これは、絶縁基板と金属ばね板との接着性が不十分であるとともに、絶縁基板の剛性が低いために剥離が生じ、当該剥離部分に応力が集中した結果、圧電駆動素子が破損したものと考えられる。

［比較例２］
また、上記の圧電駆動素子１２と同じ圧電セラミック層１２ａの積層構造を有するが絶縁セラミック層１２ｄを設けない圧電駆動素子（裏面上に第２の電極１２ｃが露出した構造を有するもの）を、上記と同様の金属ばね板１１に接着してバイモルフ構造の圧電駆動体を形成した。このとき、上記圧電駆動素子と金属ばね板１１との間にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）製の厚み０．６２５ｍｍと０．５ｍｍの絶縁セラミック基板をそれぞれ介在させ、当該絶縁セラミック基板と圧電駆動素子、当該絶縁セラミック基板と金属ばね板１１との間をエポキシ系の接着剤で接着したものを２種の比較例２として製作した。これらの比較例２を図５に示す部品搬送装置に組み込み、周波数２４０〜２５０Ｈｚ、正負の駆動電圧５０Ｖを交互に印加して駆動した。水平振幅はいずれも０．６０ｍｍ以下であった。これは、上記の実施例及び比較例１に比べて駆動力が大幅に低下していることを示している。また、この条件で駆動を開始してしばらくして圧電駆動素子が破断した。この圧電駆動体を調べたところ、上記絶縁セラミック基板と圧電駆動素子との間に幅方向に延在した剥離部分が観察され、当該剥離部分に対応する位置で圧電駆動素子が割れていた。破断時点は上記比較例１より時間が経過した後であった。これは、絶縁セラミック基板と金属ばね板１１との間の接着力は強固であるが、絶縁セラミック基板が変形しにくいため、駆動力のロスが生ずるとともに圧電駆動素子と絶縁セラミック基板との間の接着層に応力が加わって剥離が生じ、当該剥離部分に応力が集中した結果、圧電駆動素子が破損したものと考えられる。

以上のように、本実施形態では、絶縁セラミック層１２ｄを予め圧電駆動素子１２に一体化して形成することで、金属ばね板１１との接着強度も高くなり、剥離による圧電駆動素子１２の破損が生じなくなるとともに、駆動力のロスも少なくなることが判明した。すなわち、本実施形態の圧電駆動体１０は耐久性に優れるとともに駆動効率も高いものとなった。特に、絶縁セラミック層１２ｄとして圧電セラミック層１２ａよりも薄いものを用いることで、駆動力のロスが低減されることが判明した。また、絶縁セラミック層１２ｄを圧電セラミック層１２ａと同じ材質を用いることで、機械的特性の相違がなくなるため、剥離もしにくくなるのではないかと思われる。

尚、本発明の振動式搬送装置用圧電駆動体及び振動式搬送装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では複数の圧電セラミック層を積層した積層型圧電駆動素子を用いたが、単層の圧電セラミック層を備えた圧電駆動素子であっても構わない。

１０…圧電駆動体、１１…金属ばね板、１２…圧電駆動素子、１２ａ…圧電セラミック層、１２ｂ、１２ｂ′…第１の電極、１２ｃ…第２の電極、１２ｃ′…張出接続部、１２ｄ…絶縁セラミック層、１２ｅ、１２ｆ…外面接続部、１２ｇ、１２ｈ…接続端子、１３…接着剤（接着層）、１４、１５…駆動配線、１６…配線部材、１６ａ…基体、１６ｂ、１６ｃ…配線パターン、１６ｂ′、１６ｃ′…導電接続部、１…基台、２…取付部、３…振動ばね、４…取付部、５…搬送体、２０…振動式搬送装置

Claims (6)

1. 基台と、該基台の上方に配置された搬送体と、前記基台と前記搬送体との間に接続された圧電駆動体とを具備し、
   前記圧電駆動体は、長さ方向の両端が前記基台の側と前記搬送体の側にそれぞれ連結された金属ばね板と、該金属ばね板に重なるように配置される圧電駆動素子であり、複数層の圧電セラミック層、該圧電セラミック層の表裏のいずれか一方の面上に配置される第１の電極、及び、前記圧電セラミック層の表裏の他方の面上に配置される第２の電極、並びに、素子裏面上に露出し前記第１の電極若しくは前記第２の電極を被覆する、前記圧電セラミック層と同材質の絶縁セラミック層、を一体に焼結させることにより形成され、被覆すべき前記第１の電極若しくは前記第２の電極が形成されない平面範囲において前記絶縁セラミック層が前記圧電セラミック層と直接密着して一体化され、さらに前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧を印加することで前記長さ方向に沿った撓みを生ずるように構成された圧電駆動素子と、前記絶縁セラミック層と前記金属ばね板を接着する接着層と、を有し、
   前記圧電駆動素子を前記長さ方向に沿って撓み振動させることで前記金属ばね板を介して前記搬送体が搬送方向に往復振動することを特徴とする振動式搬送装置。
2. 前記絶縁セラミック層は前記圧電セラミック層より薄いことを特徴とする請求項１に記載の振動式搬送装置。
3. 前記圧電駆動素子の素子表面には、前記第１の電極と、該第１の電極と離間し、前記第２の電極に導電接続された張出電極部とが設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動式搬送装置。
4. 前記張出電極部は前記第１の電極と同層に形成され、前記第１の電極より小さな面積を有することを特徴とする請求項３に記載の振動式搬送装置。
5. 前記圧電駆動素子の素子表面に設けられた前記第１の電極と前記張出電極部は前記長さ方向に配列されることを特徴とする請求項３又は４に記載の振動式搬送装置。
6. 前記絶縁セラミック層は、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧を印加したときに前記圧電セラミック層と同じ向きに変形するように構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動式搬送装置。

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