JPH0251806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 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駆動形搬送装置にする。

［発明の技術的背景］ 圧電素子を振動源とした従来の圧電駆動パーツ
フイーダの構成原理を第８図に示す。この第８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は搬送物
６を載せる搬送体例えばトラフで、上枠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つている。

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、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圧電を半
サイクルずらせばその片持型バイモルフ構造によ
つ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イーダは電磁駆動フ
イーダや電動振動フイ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
長を有するが、搬送効率の点でまだ問題があつ
た。即ち、上記構成による圧電駆動パーツフイー
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と一体になつてたわみ
振動を起こし板ばね４の自由端４ａ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に沿つて矢印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９図に示すδはバイモルフ１０が電圧印加に
よつ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(1)で表わされる。

δ＝３／２・ｄ・Ｖ／ｔl²（１＋σ／ｔ）α ……(1) 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、ｌはバイモルフ実効長、σは
板ばねの厚み、αは非線形係数である。

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(2)式に示す抱束荷重Fbに達する
と変位δはゼロになる。

Fb＝１／４・ωt／ｌ・σY ……(2) 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と抱束荷重Fbとの関係の一測定例
を第１０図Ａに示す。同図は直流電圧（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
抱束荷重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、極力荷重をかけないように
する必要がある。

［背景技術の問題点］ 第８図に示すようにこのパーツフイーダは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つて斜め上下方
向に振動せざるを得ない。従つて、バイモルフ１
０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９図において、実験で示
す初期位置にあつたバイモルフ１０が電圧印加に
よつ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θ₀からθ₁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
が抱束荷重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により決定され次式で表わされる。

Ｖ＝（δ×fn）η ……(3) ここでfnは振動周波数、ηは搬送効率である。

振動周波数fnとしては共振周波数が選ばれる
が、第１０図Ｂ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即ち板ばね４の自由端
４ａに加わる荷重の増加によつて著しく減少す
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イーダに
よれば、振動時に板ばね４とトラフ５との連結点
（第８図中P1点）と圧電素子７の上端（第８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、従つてトラフ５の振動振幅が減少し実用的な
搬送速度が得られない欠点があつた。この為、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。またバイモルフ１０の振動は上枠３を介
して、トラフ５に伝えられるが上枠３及び弾性板
４の剛性は一定であるから、トラフ５上の搬送物
６の重量に応じてバイモルフ１０を変換しなけれ
ばならなかつた。

［発明の目的］ そこで本発明の目的は圧電素子に加わる荷重を
減少できて振動振幅の拡大を図り得、十分実用に
供し得る搬送速度が得られる圧電駆動形搬送装置
を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、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して搬送物を搬送するも
のにおいて、前記弾性板と前記搬送体との間を薄
板を積層して成る連結板により連結したことによ
り、振動中に連結板の弾性変形により加振体と搬
送体との間の角度変化が許容され、それだけ加振
体に加わる荷重が減少して加振体及び搬送体にお
ける振動振幅が増大し得ることに特徴を有する。

［発明の実施例］ 以下本発明をパーツフイーダに適用した各実施
例について説明する。第１実施例を示す第１図及
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
或いはプラスチツ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なる。圧電素子２４として
はチタン酸ジルコン酸鉛等圧電セラミツクスを分
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の下端をねじ２５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は薄板を積層した連結板３０に
よりねじ３１，３２を用いて連結されている。こ
の連結板３０の剛性Isは、例えば第３図に弾性板
２３の剛性IBとの剛性比（断面二次モーメント
比）Is／IBと搬送速度の関係の測定例を示す様
に、剛性比が100％に近くても０％に近くても搬
送速度が低下するため、30％〜90％程度に設定さ
れる。

この搬送装置は以上の構成からなり、圧電素子
２４はその振動糸の固有振動数と同一の周波数を
もつ交流電圧によつて駆動され、これにより搬送
体２６が斜め上下方向に振動され搬送物２７が矢
印３３方向に搬送される。このとき弾性板２３は
連結板３０を有するので振動に伴つて変化するバ
イモルフ２２とトラフ２６との角度（第９図のθ₀
とθ₁との間の変化に相当）は第４図に示す様に連
結板３０が円滑な円弧状に変形することにより大
きく許容される。従つて、この角度変化をもたら
す荷重の圧電素子２４に加わる度合が大幅に減少
するので、第１０図Ａ，Ｂに示す特性から明らか
なように圧電素子２４の振幅が増大される。この
ことはトラフ２６の搬送速度の向上、搬送効率の
効率の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９図のδと同義）
だけ弾性変形するのに要する力Fiは、この低剛性
部３０を片持梁として扱うと次の(4)式で表わされ
る。

Fi＝3EI／L³δ ……(4) ここで、Ｅは連結板のヤング率、Ｉは同断面の
二次モーメント、Ｌは変形部の長さである。

低剛性部３０の曲げ剛性である上記力Fi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、パーツフイーダの高さが増すと
共にパーツフイーダの固有振動数の低減をきた
し、この結果搬送速度が低下するので得策とは云
えない。そこで断面二次モーメントについて考え
ると、断面二次モーメントＩは、次の(5)式で表わ
される。

Ｉ＝bh³／12 ……(5) ここでｂは板幅、ｈは板厚である。

即ち断面二次モーメントＩを小さくするには板
幅或いは板厚を削減すれば良い事がわかる。特に
板厚は三乗に比例して影響する為この実施例では
連結板３０を薄板からなる積層板により形成して
一枚当りの断面二次モーメントを大幅に減少し、
これを積層することにより板厚を実質的に減少さ
せているのである。

第５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５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５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２
６との間に曲げ剛性の低い連結板３０を形成した
場合の変形挙動を示す。これら第５図Ａ，Ｂにお
いて、実線は印加電圧零の場合を、鎖線は電圧印
加によつて変形した場合を夫々示し、またW₁，
W₂は水平方向振動成分、H₁，H₂は垂直方向振動
成分である。この第５図によれば連結板３０がバ
イモルフ２３部分より大きく弾性変形してトラフ
２６の振動振幅が増大していることがわかる。

上述した様に本発明の実施例においては、薄板
を積層して成る低曲げ剛性の連結板により搬送体
とバイモルフを連結することによりバイモルフに
かかる荷重を減少して搬送装置の搬送速度を上げ
ることが可能となる。

また連結板は薄板を積層した構成としているた
め加工及び製造が容易にできる。ここで同じ薄板
を製作し、搬送物６の種類によつてバイモルフ１
０にかかる荷重が変化した場合においても、薄板
の積層板数を変化させることにより、最適な断面
二次モーメント比にすることが可能となり、各機
種への対応ができ薄板の標準化が可能である。

第２実施例として第６図に示すように、薄板３
０ａを積層して成る連結板３０の内側に中央部に
穴を形成した薄板３０ｂをはさみ込むことによ
り、ねじの取付部分３０ｃの強度を増し、他の部
分の剛性を低くする構成としてもよい。

また、第３実施例として第７図に示すようにね
じの取付部３０ｃに、連結板３０により短い薄板
を取付け、ねじの取付不３０ｃの強度を増し他の
部分の剛性を低くする構造としてもよい。

尚、上記実施例は直進形パーツフイーダを用い
て説明したがボウル用パーツフイーダに適用して
も効果が得られる。

さらに、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化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、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、前記弾性板と前記搬送
体との間を薄板を積層成る連結板により連結して
低剛性部を設けることにより、加振体に加わる荷
重を減少できて加振体及び搬送体の振動振幅の増
大を図り得、十分実用に供し得る搬送効率が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す斜視図、第
２図はその正面図、第３図は弾性板とその低剛性
部との剛性比に対する搬送速度を示す図、第４図
は主要部の弾性変形状態を示す図、第５図Ａ，Ｂ
はそれぞれ弾性板が低剛性部を有しない場合と有
する場合における変形挙動を示す図、第６図は第
２実施例の分解斜視図、第７図は第３実施例を示
す斜視図、第８図は従来のパーツフイーダの動作
説明図、第９図は電圧印加時におけるバイモルフ
の自由端の変位を示す図、第１０図Ａ，Ｂはそれ
ぞれバイモルフの自由端にかかる荷重と変位、共
振振幅との関係を示す図である。 ２０……基台、２２……バイモルフ、２３，３
９……弾性板、２４………圧電素子、２６……搬
送体（トラフ）、２７……搬送物、３０……連結
板、３０ａ，３０ｂ……薄板、３０ｃ……取付
部。

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て搬送物を搬送するようにし
   たものにおいて、前記弾性板と前記搬送体との間
   を薄板を積層して成る連結板により連結したこと
   を特徴とする圧電駆動形搬送装置。