JPH0255330B2 - - 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関す
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
フイーダは実開昭52−61087号或いは実開昭57−
46517号によつてすでに公知であるが、その構成
原理を第１２図に示す。この第１２図において、
１は基台、２はこの基台１に支持された下枠、３
はこの下枠２を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を構
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、負のサイクルで縮む運動を行うか
ら、それぞれの圧電素子７，７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
特徴を有するが、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１３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)式で表わされる。

δ＝３／２・ｄ・ｖ／t²l₂（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 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)式に示す拘束荷重Fbに達する
と変位δはゼロになる。

Fb＝１／４・ωt³／l³・δY ……(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と拘束荷重Fbとの関係の一測定例
を第４図に示す。

この第１４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。

〔背景技術の問題点〕

第１２図に示すようにこのバツクフイーダは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ず、従つてバイモルフ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１３図において、実線で示す初期位置に
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
が防げられると曲げ応力がバイモルフ１０に外力
即ち第８図に示す荷重として作用し、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の変位はδは搬送物６に要求され
る搬送速度Ｖにより決定され、(3)式で表わされ
る。ここでfnは振動周波数、ηは搬送効率であ
る。

Ｖ＝（δ×fn）η ……(3) 振動周波数fnとしては共振周波数が選ばれる
が、第１５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即ち板ばね４の自由端４
ａ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１２図中P1点）と圧電素子７の上端（第１２
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。

〔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〕

本発明による圧電駆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
させるように構成すると共に、前記弾性板の前記
搬送体への連結側に、前記圧電素子が取付けられ
た部分よりも剛性の低い形状に形成された低剛性
部を一体に設けたことを特徴とし、これにより振
動中に剛性が低い低剛性部の弾性変形により加振
体と搬送体との連結部分の角度変化が容易に許容
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の増大を期待し
得るようにしたものである。

〔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２個の加振
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２
３の貼着部２３ａの両側面に圧電素子２４を例え
ば接着により取付けてなる。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の弾性板２３の下端
のねじ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２
２の弾性板２３のトラフ２６への連結側（上部
側）に、圧電素子２４が貼着された貼着部２３ａ
よりも剛性の低い形状に形成された低剛性部３０
を一体に設け、この低剛性部３０の上端部をねじ
３１により上枠２８に連結している。本実施例で
は、この低剛性部３０は両側部分に略半円状の切
欠部３２を形成して構成され、これにより切欠部
３２の形成付近の剛性をバイモルフ２２の弾性板
２３のそれの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なり、圧電素子
２４は低剛性部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。

この実施例の構成によれば、バイモルフ２２と
トラフ２６とを連結している低剛性部３０の剛性
（この実施例ではばね定数）をその切欠部３２の
形成によつて弾性板２３の貼着部２３ａのそれよ
りも低い値にしているので、振動に伴うバイモル
フ２２とトラフ２６とのなす角度変化（第１３図
のθ₀とθ₁との間の変化に相当）が低剛性部３０の
切欠部３２部分で多く許容される。従つてこの角
度変化をもたらす低剛性部３０によりバイモルフ
２２に加えられる荷重が大幅に減少するので、第
１４図及び第１５図に示す特性から明らかなよう
にバイモルフ２２ひいてはトラフ２６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、搬送効率の向上を意味するものである。

今、低剛性部３０の剛性について考究するに、
低剛性部３０が振動振幅δ（第１３図のδと同義）
だけ変形するに要する力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は低剛性部のヤング率 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寸法が増
すと共にパーツフイーダの固有振動数の低減を来
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。従つて、この実施例では断面二次モー
メントＩを小さくするように構成しており、この
断面二次モーメントＩは、次の(5)式で表わされ
る。

Ｉ＝ｂ・h³／12 ……(5) ここでｂは板幅、ｈは板厚である。即ち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。これに則り、この実施例では低剛性部
３０の両側に切欠部３２を形成し板幅を実質的に
減少させているのである。

第１６図は弾性板２３の貼着部２３ａの断面二
次モーメントI_Bに対する低剛性部３０の断面二次
モーメントI_S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。

この図は一例としてI_S／I_Bが0.9以上では、搬送
速度が急激に低下し、またI_S／I_B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。

尚、第３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３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３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との間を低剛性部３０により連結した場合
の変形挙動を示す。

これら第３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３図によれば低剛性部３０がバイモルフ
２２部分よりも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。

尚、上記実施例では両側に切欠部３２を形成す
ることにより低剛性部３０を弾性板２３に一体に
設ける構成としたが、これに限られず、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
に長いスリツト３４を形成することにより低剛性
部３５を弾性板２３に一体に設ける構成としても
良く、また、図示はしないが弾性板２３のトラフ
２６側の突出部分の板厚或いは板幅を少さくする
ことにより低剛性部を弾性板に一体に設ける構成
としても良い。

第３実施例として第５図及び第６図に示した低
剛性部３６はフ字状に折曲した形状をなしその折
曲部分の横断方向の両側縁に切欠部３７を形成し
た構成のものである。この低剛性部３６は第６図
に示すようにトラフ２６に固定された上枠３８に
バイモルフ２２を連結するように用いられるもの
である。

第１実施例と同一部分に同一符号を付して示す
第７図乃至第９図は本発明をボウル形パーツフイ
ーダに適用した第４実施例を示す。このパーツフ
イーダは基台３９上に例えば３個のバイモルフ２
２を傾斜させるように立設すると共に、これら各
バイモルフ２２の弾性板２３に一体に形成した低
剛性部４０を搬送体たるボウル（bowl）即ちな
べ形の容器４１の下部に連結してなる。

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４１が螺旋状の往復回動振動をして搬
送物を容器４１の内側の螺旋状搬送路４２上を出
口４２ａ方向に搬送させる。この第４実施例にお
いては、低剛性部４０を、第９図に示すように長
手方向に延びるスリツト４３を幅方向に複数個形
成することにより構成し、これにより低剛性部４
０のねじれ方向の剛性を弾性板２３の貼着部２３
ａのそれよりも低くしたものである。この低剛性
部４０が弾性板２３の貼着部２３ａに比して容易
にねじれ方向に変形するようになるから、容器４
１の振動時に低剛性部４０によりバイモルフ２２
に加えられる荷重を低減できて、バイモルフ２２
ひいては容器４１の振動を大きくすることができ
る。

尚、このボウル形パーツフイーダにおいても低
剛性部の形状は第９図に示すものの他に第１０図
及び第１１図に示すようなものが考えられる。第
１０図に第５実施例として示す低剛性部４４は両
端の連結代部分以外を弾性板２３の貼着部２３よ
りも極端に幅狭に形成した構成のものである。第
１１図に第６実施例として示した低剛性部４５は
第１０図と同一の展開形状のものをフ字状に折曲
した構成のもので、第６図に示すものと同様の態
様でボウル形パーツフイーダに組込まれる。

その他、低剛性部の形状は上記各実施例に限定
されるものではなく、弾性板２３の貼着部２３ａ
よりも剛性が低くなるような形状であれば他の形
状であつても良い。

さらに上記実施例において、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、
本発明は要旨を逸脱しない範囲内で種々変形可能
である。

〔発明の効果〕

本発明は以上の説明から明らかなように、バイ
モルフの弾性板の搬送体への連結側に、圧電素子
が取付けられた部分よりも剛性の低い形状に形成
された低剛性部を一体に設けた構成としたので、
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
る搬送速度が得られる圧電駆動形搬送装置を提供
することができるものである。

【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図はその側面図、第３図Ａは従来例の振動状態
を説明するための概略図、第３図Ｂは前記第１実
施例の振動状態を説明するための概略図、第４図
は本発明の第２実施例を示す低剛性部の斜視図、
第５図及び第６図は夫々第３実施例における低剛
性部の斜視図及び要部の側面図、第７図乃至第９
図は第４実施例を示すもので、その第７図及び第
８図は夫々ボウル形パーツフイーダの斜視図及び
側面図、第９図は低剛性部の斜視図、第１０図及
び第１１図は夫々第５及び第６実施例を示す低剛
性部の斜視図である。また、第１２図は従来の圧
電駆動パーツフイーダを示す側面図、第１３図は
バイモルフの振動態様を示す線図、第１４図はバ
イモルフの直流電圧駆動時の変位−荷重特性図、
第１５図は交流電圧駆動時の第１４図相当図、第
１６図は搬送速度と剛性との関係を示す特性図で
ある。 図面中、２０，４２は基台、２２はバイモルフ
（加振体）、２３は弾性板、２３ａは貼着部、２４
は圧電素子、２６はトラフ（搬送体）、３０，３
５，３６，４０，４４，４５は低剛性部、４１は
容器（搬送体）である。

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、
   前記弾性板の前記搬送体への連結側に、前記圧電
   素子が取付けられた部分よりも剛性の低い形状に
   形成された低剛性部を一体に設けたことを特徴と
   する圧電駆動形搬送装置。