JPH0321446B2 - - 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源がリード線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、例えば第１２図に示す２つの圧電素子に印
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、経済面での優れ
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
の加速度に比例する。

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・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と拘束荷重Fbとの関係の一測定例
を第１４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。即ち、第１５図は
バイモルフ１０に固有振動数に共振する交流電圧
を印加した場合の特性を示すものである。

〔背景技術の問題点〕

第１２図に示す従来のパーツフイーダは２個の
バイモルフ１０が同一長さであるから、必然的に
共振周波数が決定されてしまう。そして、この周
波数はバイモルフ１０を構成する板ばね４のばね
常数，板厚及び両端の取付部間の長さによつて決
定される。一方、バイモルフ１０に与える交流電
源は一般的に周波数の固定された電源を用いるか
ら、周波数を共振周波数に合せて自由に変化させ
ることができない事情にあるが、弾性板４は製作
誤差によつてばね常数，板厚及び取付部間の長さ
等が必然的にばらつき、このためにバイモルフ１
０の共振周波数を交流電圧の周波数と完全に一致
させることは困難で、このために製品毎に搬送物
６の搬送速度が異なつて搬送速度にばらつきが生
じ、搬送効率が低い欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、加振体の連結固定位置を調整可
能にして、加振体の共振周波数を圧電素子に印加
される交流電圧の周波数に一致させ得るように
し、以つて搬送速度にばらつきがなく、搬送効率
の向上を図り得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着してなる加振
体を基台と搬送体との間に介在させその加振体の
振動により搬送物の搬送を行なうものにおいて、
前記基台，加振体及び搬送体の少なくとも一箇所
の連結部に長孔又は切欠部を形成し、この長孔又
は切欠部に固定手段を挿通してその固定位置を調
整することにより前記加振体の有効長を調整し得
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乃至
第４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
としてのバイモルフであり、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２
４としてチタン酸・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の両端
部は圧電素子２４の各端から夫々所定寸法突出し
て取付部２３ａ，２３ａを構成しており、各取付
部２３ａ，２３ａには弾性板２３の長手方向に沿
つて延びる取付用の長孔２５，２５及び２６，２
６が形成されている。そして、弾性板２３の下端
が長孔２５，２５を貫通する固定手段たるねじ２
７により下枠２１に連結固着されている。一方。
２８は搬送体例えばトラフであり、これは搬送物
２９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３０をねじ３１によ
り連結している。３２は弾性材製の連結板で、こ
れの上端がねじ３３により上枠３０に固着され、
また、下端が長孔２６，２６を貫通するねじ３４
とナツト３５によりバイモルフ２３の弾性板２３
の上端部に連結されている。

この連結板３２はこの実施例では第４図に示す
ように短冊状のばね鋼板の両側部分に略半円状の
切欠部３２ａを形成した構造にしてあり、これに
より切欠部３２ａの形成付近の曲げ剛性をバイモ
ルフ２２を形成している弾性板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は連結板３２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源によつて駆動さ
れ、これによりトラフ２８が斜め上下方向に振動
され搬送物２９が矢印３６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
上端とトラフ２８とを連結している連結板３２の
曲げ剛性（この実施例ではばね定数）を、その切
欠部３２ａの形成によつてバイモルフ２２の弾性
板２３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２８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
連結板３２の切欠部３２ａ部分で多く許容され
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１
４図及び第１５図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２８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、連結板３２の曲げ剛性について考究する
に、連結板３２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はこの連結板３２
を片持梁として扱うと次の(3)式で表わされる。

Fi＝3EI／L³δ ……(3) 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。

連結板３２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、長く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来たし
得策とは云えない。

断面二次モーメントＩは、次の(4)式で表わされ
る。

Ｉ＝ｄ・h³／12 ……(4) 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。これにより、この実施例では連結板３
２に切欠部３２ａを形成し板幅を実質的に減少さ
せているのである。

さて、圧電素子２４は上述したように連結板３
２をも含むその振動系の固有振動数と同一の周波
数をもつ交流電源によつて駆動し、共振状態にす
ることが搬送効率を向上させる上で必須の要件で
あるが、交流電源の出力周波数は固定されてい
る。しかし、バイモルフ２２の弾性板２３の厚
さ，長さ或いはヤング率等は、予め設定された製
作認差内の範囲でばらつきを持つており、連結板
３２も同様に製作誤差内の範囲でばらつきを持つ
ており、従つて、仮りに弾性板２３の有効長を一
定にして組立てると振動系の固有振動数がばらつ
くことは避られず、振動振巾がばらついて搬送速
度に差異を生ずることになる。そこで、上記構成
では、バイモルフ２２の弾性板２３の両端に長孔
２５，２６を設けて、下枠２１及び連結板３２に
対するねじ止め固定の位置を変化させ得るように
し、弾性板２３の有効長を加減できるようにした
から、これにより弾性板２３の固有振動数を変化
設定でき、連結板３２を含む振動系の固有振動数
を正確に交流電源の周波数に合致させ、共振させ
ることが可能で、搬送効率を向上させ得る。

第１６図はバイモルフ２２の弾性板２３の断面
二次モーメントI_Bに対する連結板３２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90％以上では、搬
送速度が急激に低下し、またI_S／I_Bが50％以下で
も搬送速度が徐々に低下することを示している。

第１７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
ちこの発明の第１実施例のようにバイモルフ２２
とトラフ２８との間を曲げ剛性の低い連結板３２
により連結した場合の変形挙動を示す。

この第１７図において、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１７図によれば連結板３２がバイモルフ
２３部分よりも大きく弾性変形してトラフ２８の
振動振幅が増大していることがわかる。

第５図は本発明の第２の実施例を示すものであ
り、第１図乃至第４図と同一部分には同一符号を
付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明す
る。即ち、３７は弾性板２３の代りをなす弾性板
で、これは弾性板２３の上端を所定長さ延長した
形状で、延長部分に切欠部３７ａを有している。
この切欠部３７ａの作用は連結板３２の切欠部３
２ａと同様で、この第２の実施例では連結板３２
が省略されている。一方、弾性板３７の最下端に
は第１の実施例と同様に長孔２５が設けられてね
じ２７にて下枠２１に固着されている。そして、
弾性板３７の最上端には長孔３８が設けられ上枠
３０にねじ３９にて連結されている。従つて、こ
の第２の実施例では長孔２５又は３８を利用して
ねじ２７又は３９の締付位置を変化させ、弾性板
３７の有効長を変化させることにより、該弾性板
３７を含む振動系の周波数を駆動用電源の電源周
波数に共振し得るように調整し得るもので、第１
の実施例と同様の作用効果を奏する。

本発明は上記第１及び第２の実施例のみに限定
されるものではなく、例えばバイモルフ２２とト
ラフ２８即ち上枠３０との間を継ぐ連結板３２の
代りに、第６図は第３実施例として示すように、
切欠部４０ａ，４０ａを有する連結板４０の両端
部に長孔４１，４１を設けるとともに第３図に示
された弾性板２３の長孔２５及び２６を一般的な
円形孔に変更し、長孔４１，４１を利用して弾性
板２３と連結板４０の合計長さを変化させること
により、振動系の共振周波数をバイモルフ２２に
与えられる交流電源の周波数と等しくなるように
してもよい。

第４実施例として第７図に示した連結板４２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４２ａを形成した構造のも
のである。この連結板４２は第２図と同一部分に
同一符号を付した第８図に示すようにトラフ２８
に固定された上枠４３とバイモルフ２２の弾性板
２３との間をボルト３４ａ及びナツト３５ａによ
り連結するように用いられるもので、この場合、
バイモルフ２２は第３図に示されたものを用いる
のであるが、連結板４３側に円形孔の代りに長孔
を設けてバイモルフ２２との締付位置を変化させ
得るようにすれば、バイモルフ２２の長孔２５及
び２６を夫々一般的な円形状になし得る。

さらに上枠３０と弾性板３７また連結板３２，
４０，４２とを連結する為に上枠に設けたねじ孔
を長孔にしたり、弾性板２３または３７を下枠２
１に固定する為に下枠２１に設けたねじ孔を長孔
にしてボルトとナツトにより締め付け、トラフ２
８の高さを変えることによつても振動系の共振周
波数をバイモルフ２２に与えられる交流電源の周
波数に合わせることができる。

第２図と同一部分に同一符号を付して示す第９
図乃至第１１図は本発明をボウル形パーツフイー
ダに適用した第５実施例を示す。このパーツフイ
ーダはゴム製の足４４ａを有する基台４４上に例
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の上端を連結板４５を介してボウル（boWl）
即ちなべ形の容器４６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４６が螺旋状の往復回動振動をして搬
送物を容器４６の内側に予め形成してある搬送体
としての螺旋状搬送路４７上を出口４７ａ方向に
搬送させる。この第５実施例で用いた連結板４５
は第１１図に示すように長手方向に長いスリツト
４８ａを幅方向に複数個形成し、このスリツト形
成部４８部分のねじれ方向の曲げ剛性をバイモル
フ２２の弾性板２３のそれよりも低くした構造の
ものであり、容器４６のねじれ時の荷重がバイモ
ルフ２２に対して加わることを減少できる。

また、加振体としては上記各実施例のバイモル
フ２２の代りに弾性板２３又は３７の一面にのみ
圧電素子を取付けるようにしたものを用いてもよ
く、長孔２５及び２６又は６１は必ずしも両方設
ける必要がなく、従つて片方を普通の丸孔にして
もよい。

その他、長孔２５，２６，３８又は４１の代り
に各ねじ２７，３３，３４又は３９の外径に比べ
て径の大きな所謂ばか孔を形成して弾性板２３，
３７の有効長を変化させてもよい等、種々変形が
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、弾性
板に圧電素子を取付けてなる加振体を基台と搬送
体との間に介在させるものにおいて、基台，加振
体及び搬送体の少なくとも一個所の連結部に長孔
又は切欠部を形成し、この長孔又は切欠部に固定
手段を挿通してその固定位置を調整することによ
り前記加振体の有効長を調整し得るようにしたの
で、その調整により加振体の共振周波数を圧電素
子に印加される交流電圧の周波数に一致させ得る
ようし、以つて、搬送周波数にばらつきがなく、
搬送効率の向上を図り得る圧電駆動形搬送装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の第１の実施例を示
すものであり、第１図は斜視図、第２図は側面
図、第３図はバイモルフの斜視図、第４図は連結
板の斜視図、第５図は本発明の第２実施例を示す
斜視図、第６図は本発明の第３の実施例を示す連
結板の斜視図、第７図及び第８図は夫々第４実施
例における連結板の斜視図及び要部の側面図、第
９図乃至第１１図は第５実施例を示すもので、そ
の第９図及び第１０図はボウル形パーツフイーダ
の斜視図及び側面図、第１１図は連結板の斜視図
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、第１７図はバ
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）、２３，４０及び４５は弾性板、２４は圧電
素子、２５及び２６並びに４１は長孔、２７はね
じ（固定手段）、２８はトラフ（搬送体）、４６は
容器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基台上に、圧電素子を弾性板に取付けてなる
   加振体を介して搬送体を設け、前記加振体の振動
   により前記搬送体を振動させて搬送物の搬送を行
   なうものにおいて、前記基台、加振体及び搬送体
   の少なくとも一箇所の連結部に形成された長孔又
   は切欠部と、この長孔又は切欠部に挿通して前記
   連結部を固定しその固定位置を調整することによ
   り前記加振体の有効長を調整する固定手段とを具
   備して成る圧電駆動形搬送装置。