JPH02198911A - 圧電駆動形搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電気素子或いは機械部品等比較的小さい物品
を振動により搬送する搬送体の振動源として圧電素子を
用いた圧電側動形搬送装置に関する。

（従来の技術） 圧電素子を振動源とした従来の圧電側動形搬送装置（パ
ーツフィーダ）は、実開昭５２−６１０８７号或いは実
開昭５７−４６５１７号によってすでに公知であるが、
その構成原理を第１０図に示す。この第１０図において
、１は基台、２は下枠、３はこの下枠２に互いに平行で
且つ傾斜して立上がる２本の板ばね４を介して水平に支
持された上枠、５は物品である搬送物６を載せる搬送体
たるトラフで、上梓３上に支持されている。７は前記各
板ばね４に貼着等により取付けられた圧電素子で、これ
には端子８，９に与えられた交流電圧がリード線８ａ、
９ａを介して印加されるようになっている。

この装置において、各板ばね４とこれに貼着した圧電素
子７とで加振体たるバイモルフ１０を形成しており、そ
の圧電素子７に交流電圧を印加して励振すると、その各
圧電素子７，７は正の半サイクルで伸び、負の半サイク
ルで縮む運動を行うから、例えば第１０図に示すように
２つの圧電素子を取付けたバイモルフにおいては、それ
ぞれの圧電素子に印加する電圧を半サイクルずらせばそ
の片持型バイモルフ構造によって前記伸縮運動が撓み運
動に変換されて、これら板ばね４を下枠２との連結部を
支点として矢印１１方向に振動してトラフ５を振動させ
る。

この種の圧電駆動パーツフィーダは電磁駆動フィーダや
電動振動フィーダに比して構造が小形且つ単純であるた
め、取扱い、補修が容易であり、しかも消費電力量が少
ないため、経済面でも優れるほか、騒音問題の懸念も全
くないなどの多くの特徴を有するが、搬送効率の点でま
だ問題があり、実用化するまでに至っていない。即ち、
上記構成による圧電駆動パーツフィーダにおいて、交流
電圧を圧電素子７に印加すると、圧電素子７は板ばね４
と一体になってたわみ振動を起こし板ばね４の自由端４
ａに結合したトラフ５を矢印１２で示す斜め上下方向に
振動させ、搬送物６をトラフ５に沿って矢印１３方向に
移動せしめる。この場合搬送物６の搬送速度はトラフ５
の振動振幅に比例する。

第１１図に示すδはバイモルフ１０が電圧印加によって
変形した際の自由端４ａ　（トラフ５との連結点）にお
ける変位を表わす。

この変位δは次の（１）式で表わされる。

ここで ｄは圧電歪常数 Ｖは印加電圧 ｔはバイモルフの厚み 更はバイモルフ実効長 σは板ばねの厚み αは非線形係数 しかし、バイモルフ１０は自由端部分に変位方向と逆方
向の外力が加えられると変位量が減少し、その外力が次
の（２）式に示す拘束荷重Ｆｂに達すると変位δはゼロ
になる。

ここで ωはバイモルフの幅 Ｙは印加電圧零時のヤング率である。

この変位δと拘束荷重Ｆｂとの関係の一測定例を第１２
図に示す。

この第１２図は直流電圧（１００Ｖ）を印加した場合の
例であるが、バイモルフ１０の固有振動数と同一周波数
の交流電圧を印加すれば、共振現象により同一電圧でも
変位δは１０倍以上になることが知られている。

しかし共振時でも拘束荷重Ｆｂには変化がなく、同一の
Ｆｂで変位が零になる。

このように、バイモルフ１０に荷重がかかると振動振幅
は急激に低下するので、板ばね４の自由端４ａには、極
力荷重を掛けないようにする必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 第１０図に示すように、このパーツフィーダは２個のバ
イモルフ１０が同一長さで且つ互に平行であるから、バ
イモルフ１０の左右方向振動に対してトラフ５は傾斜で
きず常に水平を保って斜め上下方向に振動せざるを得な
い。このため、バイモルフ１０と上枠３即ちトラフ５と
の間の連結部分に曲げ外力が加わる。

即ち第１１図において、実線で示す初期位置にあったバ
イモルフ１０が電圧印加によって鎖線位置に変化した時
、板ばね４とトラフ５とのなす角はθ。からθ、へと変
化する必要がある。この角度変化が妨げられると、曲げ
応力がバイモルフ１０に外力即ち荷重として作用し、も
しこれが拘束荷重Ｆｂ以上になるとトラフ５を振動させ
ることができなくなる。

一方、トラフ５の変位δは搬送物６に要求される搬送速
度Ｖにより決定され、次の（３）式で表わされる。

Ｖ−（δＸ　ｒｎ）η　　　　　　・・・・・・（３）
ここで、「ｎは振動周波数、ηは搬送効率である。

振動周波数ｒｎとしては共振周波数が選ばれるが、第１
３図に一測定例として示すようにその共振振幅もバイモ
ルフ１０の板ばね４の自由端４ａに加わる荷重の増加に
よって著しく減少する。

このように従来の圧電素子を板ばねに貼着してこれを振
動源とするようにしたパーツフィーダによれば、振動時
に板ばね４とトラフ５との連結点（第１０図中Ｐ２点）
と圧電素子７の上端（第１０図中Ｐ２点）との間におけ
る板ばね部分の剛性が高いため、バイモルフ１０に加わ
る荷重が大きく、これによりバイモルフ１０の振動振幅
が小さくなり、トラフ５の振動振幅が著しく減少して実
用的な搬送速度が得られない欠点があった。このため、
バイモルフ１０に加わる荷重を小さくし得るとともに、
振動振幅を大きくし得、さらにこの振動振幅を効果的に
トラフ５に伝え得る手段が必要とされていた。

ところで、トラフの振動振幅を大きくすることを目的と
した公知例として、実開昭５５−１６７９１３号公報に
記載の振動フィーダがある。このものは、バイモルフの
板ばねとトラフとの間にフ字形補助ばねを介在させた構
成となっている。しかしながら、単にフ字形補助ばねを
介在させただけでは、トラフの振動振幅が必ずしも大き
くならない。その理由は次の通りである。

即ち、第１２図（弾性板に対する拘束荷重Ｆｂと変位δ
（振幅）との関係）に示すように、バイモルフは、その
変位δが最大でも５０μ−程度と非常に小さく、且つそ
の変位δが零になる拘束荷重Ｆｂ　　（変位方向と逆方
向に作用する荷重）も０゜６ｋｇ程度と非常に小さい値
である。

このような事情があるため、バイモルフの弾性体とトラ
フとの連結部分のフ字形補助ばねの剛性が、弾性体のそ
れよりも僅かに高くなっているだけでも、そのフ字形補
助ばねの剛性により弾性体が拘束荷重を受け、もともと
最大でも５０μ回程度の非常に小さい振動振幅が一段と
小さくなり（場合によっては零になり）、その振動フィ
ーダはその機能（振動による物品の搬送）をほとんど発
揮し得なくなる。

しかも、このように７字形補助ばねを用いたものでは、
仮に、そのフ字形補助ばねの剛性をその全長にわたって
バイモルフの板ばねの剛性よりも低く設定してしまうと
、フ字形補助ばねの屈曲部分も剛性が低くなってしまう
ので、その屈曲部分が搬送運転時に比較的大きく屈伸運
動を繰り返すようになり、それによってその屈曲部分が
早期に疲労して破損するおそれがあり、連結板３０の寿
命が短くなって、耐久性に劣るという新たな欠点を生じ
る。

本発明はこの様な事情を考慮してなされたもので、従っ
てその目的は、圧電素子に加わる拘束荷重を減少できて
振動振幅の拡大を図り得、搬送速度を実用域まで高め得
ると共に、連結部材の耐久性を向上できる圧電側動形搬
送装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明による圧電側動形搬送装置は、弾性板に圧電素子
を取付けてなる加振体により搬送体を振動させるように
したものにおいて、前記加振体の弾性板と搬送体との間
を弾性材製の連結部材により連結し且つこの連結部材の
うち前記弾性板に沿って延びる部分の剛性を前記弾性板
のそれよりも低く設定したものである。

（作用） 搬送運転中は、加振体の振動が弾性材製の連結部材を介
して搬送体に伝達される。この場合、連結部材は加振体
の弾性板に沿って延びる部分の剛性が前記弾性板のそれ
よりも低く設定されているので、この剛性の低い部分が
加振体の振動に追従してあたかも鞭が撓うようにしなや
かに弾性変形し、その弾性変形により、搬送体側から加
振体に加わる拘束荷重が効果的に軽減されて、加振体の
振動振幅ひいては搬送体の振動振幅が実用域まで高めら
れる。しかも、連結部材には低剛性の屈曲部分を形成す
る必要がないので、その屈曲部分で連結部材が破損する
という不具合は回避され、連結部材の耐久性が向上する
。

（実施例） 以下、本発明をパーツフィーダに適用した各実施例につ
いて説明する。′！ｓ１実施例を示す第１及び第２図に
おいて、２０は上面に下枠２１をねじ止め手段により取
付けた基台、２２は加振体たるバイモルフであり、この
バイモルフ２２は板ばね或いはプラスチック板等からな
る弾性板２３の両側面に圧電素子２４をエポキシレジン
等の接着剤により強固に接着して成る。この場合、圧電
素子２４としてはチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミ
ックスを分極処理して一方の面にプラス極性の、また他
方の面にマイナス極性の分極電位をもたせたものを用い
ている。

このようなバイモルフ２２の弾性板２３の下端をねじ２
５により下枠２１に連結している。一方、２６は搬送体
例えばトラフであり、これは搬送物２７を載置してこれ
を振動により直線的に搬送するためのもので、下面に上
枠２８をねじ２９により連結している。そして、前記各
バイモルフ２２の弾性板２３の上端と上枠２８との間を
連結部材である弾性材製の連結板３０によりねじ３１，
３２を用いて連結している。

この連結板３０はこの実施例では第３図に示すように平
板状のばね鋼板の両側部分に略半円状の切欠部３０ａを
形成した構造にしてあり、これにより弾性板２３に沿っ
て真直ぐに延びる連結板３０の曲げ剛性を、弾性板２３
の剛性の０．３〜０゜９（断面二次モーメント比）倍程
度の低い値に設定している。

この搬送装置は以上の構成から成り、圧電素子２４は連
結板３０をも含むその振動系の固有振動数と同一の周波
数をもつ交流電圧によって駆動され、これにより搬送体
２６が斜め上下方向に振動されて、搬送物２７が矢印３
３方向に搬送される。

この実施例の構成によれば、バイモルフ２２の弾性板２
３とトラフ２６との間を連結する連結板３０を、弾性板
２３に沿って真直ぐに延びる平板状に形成し、その連結
板３０の剛性を、切欠部３０ａの形成によって弾性板２
３の剛性よりも低い値に設定しているので、その剛性の
低い部分がバイモルフ２２の振動に追従してあたかも鞭
が撓うようにしなやかに弾性変形し、その弾性変形によ
り、バイモルフ２２とトラフ２６とのなす角度変化（第
１１図のθ。とθ、との間の変化に相当）が連結板３０
の切欠部３０ａ部分で多く許容される。従って、この角
度変化をもたらす拘束荷重の圧電素子２４に加わる度合
が大幅に減少するので、第１２図及び第１３図に示す特
性から明らかなように圧電素子２４の振幅が大幅に増大
される。このことはトラフ２６の搬送速度の飛躍的向上
、搬送効率の飛躍的向上を意味するものである。

今、連結板３０の曲げ剛性について考究するに、連結板
３０が振動振幅δ（第１１図のδと同義）だけ変形する
に要する力Ｆｌはこの連結板３０を片持梁として扱うと
次の（４）式で表わされる。

ここで、 Ｅは連結板のヤング率 ■は同断面の二次モーメント Ｌは変形部の長さである。

連結板３０の曲げ剛性である上記力Ｆ１を小さくするに
は、断面二次モーメントＩを小さくするか、長さＬを大
きくするかの何れでもよいが、Ｌを大きくする事は、パ
ーツフィーダの高さが増すと共にパーツフィーダの固有
振動数の低減をきたして、搬送速度が低下するので得策
とは云えない。

一方、断面二次モーメントｌは、次の（５）式％式％ ここで、ｂは板幅、ｈは板厚である。この（５）式から
、■を小さくするには板幅す或いは板厚りを小さくすれ
ば良い事がわかる。これに則り、この実施例では連結板
３０に切欠部３０ａを形成し板幅すを実質的に減少させ
ているのである。

また、第１４図はバイモルフ２２の弾性板２３の断面二
次モーメントＸａに対する連結板３０の断面二次モーメ
ントＩｓの比と搬送速度との関係についての一測定例を
示したものである。

この第１４図に示された一例では、Ｉｓ／Ｉｎが０．９
以上では、搬送速度が急激に低下し、またＩ　ｓ　／　
Ｉ　ａが０．５以下でも搬送速度が徐々に低下すること
を示している。

一方、第１５図はバイモルフ及びトラフを含んでなる振
動系の変形挙動を象徴的に示すものである。即ち、従来
例に対応する第１５図（Ａ）はバイモルフ１０とトラフ
５との連結部分の角度θが変化しないとした場合の変形
挙動を示し、また第１５図（Ｂ）はこの発明の第１実施
例のようにバイモルフ２２とトラフ２６との間を曲げ剛
性の低い連結板３０により連結した場合の変形挙動を示
す。

これら第１５図（Ａ）、（Ｂ）において、実線は印加電
圧が零の場合を、鎖線は電圧印加によって変形した場合
を夫々示し、またＷ、、Ｗ２は水平方向振動成分、Ｈｌ
、Ｈ２は垂直方向振動成分である。

この第１５図によれば、連結板３０がバイモルフ２３部
分よりも大きく弾性変形してトラフ２６の振動振幅が大
幅に増大していることがわかる。

ところで、前述した実開昭５５−１６７９１３号公報に
記載の振動フィーダは、バイモルフの板ばねとトラフと
の間にフ字形補助ばねを介在させた構成となっている。

このものにおいて、フ字形補助ばねの剛性をその全長に
わたってバイモルフの板ばねの剛性よりも低く設定した
構成のものを考えてみる。この場合、フ字形補助ばねの
屈曲部分も剛性が低くなるので、その屈曲部分が搬送運
転時に比較的大きく屈伸運動を繰り返し、それによって
その屈曲部分が早期に疲労して破損するおそれがあり、
連結板３０の寿命が短くなって、耐久性に劣る。

この点、上記実施例では、連結板３０に低剛性の屈曲部
分がないので、上述のように屈曲部分が早期に疲労する
という不具合はなく、連結板３０の寿命が長くなって、
耐久性が向上する。

本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、バ
イモルフ２２とトラフ２６側の上枠２８との間を継ぐ連
結板としては、第４図に第２実施例として示すように、
中央部分に幅方向（横方向）に長いスリット３４を形成
した連結板３５を用い、或いは第５図に第３実施例とし
て示すように、中央部分にスリット３６により剛性の低
い部分を形成すると共にこれを挾む上下両側にプレス加
工によって数条のビート３７を形成して剛性の高い部分
を形成した連結板３８を用いてもよい。

一方、第６図乃至第８図は本発明をボウル形パーツフィ
ーダに適用した第４実施例を示し、第１実施例と同一部
分には同一符号を付している。このパーツフィーダは、
基台４２上において例えば３個の加振体たるバイモルフ
２２を三点配列となる位置にこの点を通る円の接線方向
に傾斜状態となるように立設し、そしてこれらバイモル
フ２２の上端を連結部材たる連結板４３を介して搬送体
たるボウル（ｂｏｗｌ）即ちなべ形の容器４４の下部に
連結している。

上記構成において、バイモルフ２２が振動されると搬送
物を収容している容器４４が螺旋状の往復回動振動をし
て搬送物を容器４４の内側に予め形成しである螺旋状搬
送路４５上をその出口４５ａ方向に搬送させる。この第
４実施例で用いた連結板４３はｊｉ８図に示すように長
手方向（縦方向）に長いスリット４６ａを幅方向（横方
向）に複数個形成し、バイモルフ２２の弾性板２３に沿
って延びるスリット形成部４６部分のねじれ方向の剛性
を、弾性板２３のそれよりも低くした構造のものである
。

この場合、搬送運転時には、容器４４とバイモルフ２２
の弾性板２３との間にねじり力が作用することになるが
、それらの間に介在された連結板４３は、弾性板２３に
沿って延びるスリット形成部４６部分におけるねじれ方
向の剛性が弾性板２３のそれよりも低くなりでいるので
、その低剛性部分が容器４４側から加わるねじり力によ
り比較的自由にねじり変形され、これによってバイモル
フ２２の弾性板２３に加わるねじり力（拘束荷ｆｆ１）
が大幅に小さくなり、バイモルフ２２の振動振幅が飛躍
的に大きくなって搬送速度が実用域まで高められる。

また、この種のボウル形パーツフィーダでは、連結板４
３の剛性を高くした構造であると、容器４４が上下に変
位する過程で回動変位を伴うため容器４４は上下方向の
みならずその半径方向にもわずかに振動する。この半径
方向振動は搬送物を搬送路４５から容器４４内へ脱落さ
せる原因になり搬送量が低下する。

しかしながら、この実施例では連結板４３の剛性を低く
しているので、バイモルフ２２から容器４４に作用する
半径方向の力がこの連結板４３のねじれ変形によって吸
収される。これにより、容器４４の半径方向振動成分の
振幅が減少して搬送路４５からの搬送物の脱落量が減少
する。

尚、このボウル形パーツフィーダに用いる連結板として
は第８図に示すもののほかに第９図に示すようなものが
考えられる。第９図に第５実施例として示す連結板４７
は片側部分を０字状に切欠いてその切欠き部分をバイモ
ルフ２２の弾性板２３よりも極端に幅狭に形成した構成
のものである。

上記各実施例においては、連結部材の剛性の設定を前記
（５）式中の板幅すの設定により行っているが、同式中
の板厚りの設定により行っても差し支えなく、また加振
体は弾性板の両面にそれぞれ１枚づつの圧電素子を取付
けたバイモルフにより形成したが、圧電素子を片面１枚
だけにしたり、両面合わせて３枚以上にする等、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能で、
ある。

［発明の効果］ 本発明は以上述べたように、加振体の弾性板と搬送体と
の間を弾性材製の連結部材により連結し且つこの連結部
材のうち前記弾性板に沿って延びる部分の剛性を前記弾
性板のそれよりも低く設定したので、その剛性の低い部
分が加振体の振動に追従してあたかも鞭が撓うようにし
なやかに弾性変形し、その弾性変形により、搬送体側か
ら加振体に加わる拘束荷重を効果的に減少させることが
できて、振動振幅を大幅に高めることができ、十分実用
に供し得る搬送効率を得ることができる。

しかも、連結部材には低剛性の屈曲部分を形成する必要
がないので、その屈曲部分で連結部材が破損するという
不具合を回避できて、連結部材の耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の第１実施例を示すもので、
第１図は全体の斜視図、第２図は同側面図、第３図は連
結板の斜視図である。そして、第４図及び第５図は夫々
本発明の第２及び第３実施例を示す連結板の斜視図、第
６図乃至第８図は本発明の第４実施例を示すもので、第
６図はボウル形パーツフィーダの斜視図、第７図は同側
面図、第８図は連結板の斜視図であり、第９図は本発明
の第５実施例を示す連結板の斜視図である。 また、第１０図は従来の圧電駆動パーツフィーダを示す
側面図、第１１図はバイモルフの振動態様を示す線図、
第１２図はバイモルフの直流電圧駆動時の変位−荷重特
性図、第１３図は交流電圧駆動時の第１２図相当図、第
１４図は搬送速度と剛性との関係を示す特性図、第１５
図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々従来と本発明におけるバイモ
ルフを含む振動系の変形挙動を示す線図である。 図面中、２０は基台、２２はバイモルフ（加振体）、２
３は弾性板、２４は圧電素子、２６はトラフ（搬送体）
、３０．３５及び３８は連結板（連結部材）、４２は基
台、４３は連結板（連結部材）、４４は容器（搬送体）
、４７は連結板（連結部材）である。 第１　図 第２ｇ 第３図 第４図 １フ 第５図 ｌｌｌ９図 第１０図 第６図 第７図 ｙＡ１１図 荷１ｉ（ｋｇ） 第１２図 ？！５重（ｋｇ）　　−一一一 第１図 牌ＷＤ’ｔ（ｂｔ−・１．） １１１１１４図 第１５図（Ａ） ｊｌ！１５図（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弾性板に圧電素子を取付けてなる加振体により搬送
   体を振動させるようにしたものにおいて、前記加振体の
   弾性板と搬送体との間を弾性材製の連結部材により連結
   し且つこの連結部材のうち前記弾性板に沿って延びる部
   分の剛性を前記弾性板のそれよりも低く設定したことを
   特徴とする圧電駆動形搬送装置。