JPH0561171B2 - - 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６図に示す。この第６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、負の半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７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８図に示す。

この第８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。

〔背景技術の問題点〕

第６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７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
妨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９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６図中P1点）と圧電素子７の上端（第６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。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
振動フイーダがある。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
せた構成となつている。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１５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50μｍ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つているだ
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50μｍそこそ
この小さい振動振幅が更に減少若しくは零にな
り、その振動フイーダはその機能をほとんど発揮
し得なくなる。

〔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、前記加振体の弾性
板と搬送体とを、前記弾性板に沿つて延びる方向
で、非ゴム製である板状の弾性材製の連結部材の
下端部と上端部とで、それぞれ連結し、且つこの
連結部材のヤング率が前記弾性板のそれよりも低
い材料で形成することにより、曲げ剛性を前記弾
性板のそれよりも低く設定したことを特徴とし、
これにより振動中に剛性が低い連結部材の変形に
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。本発明の構
成要件である連結部材を非ゴム製としたのは、以
下の理由によるものである。

連結部材をゴム製としたのでは、連結部材の内
部減衰率が非常に高くなり、連結部材の伸縮変形
に対するヒシテリシスにより、弾性板の振動振幅
を吸収してしまい、搬送体に振動振幅を十分に伝
えることができなくなる。

本発明の構成要件である連結部材の材質として
は、ばね性を有する合金、機械的強度の優れた樹
脂、繊維強化プラスチツク等が適当であり、その
内部減衰率は十分低く、振動によつてあまり伸縮
することはなく、曲げの発生により、搬送体に振
動振幅を十分に伝えることができる。

本発明の圧電駆動形搬送装置における連結部材
を弾性板と搬送体とに連結する連結構造は、加振
体の弾性板と搬送体とを、弾性板に沿つて延びる
方向で、非ゴム製である板状の弾性材製の連結部
材の下端部と上端部とで、それぞれ連結した構造
である。

そのため、連結部材の弾性板側と搬送体側の連
結部を支点にして、連結部材は自由にたわむこと
ができ、連結部材側の弾性板の振動を拘束する荷
重を少なくすることができる。そのため、弾性板
は大きい振幅で振動することができるので、少な
い振動エネルギーで弾性板を振動可能となり、弾
性板の振動振幅を従来に比較して増幅することが
でき、従つて、搬送体の搬送速度を向上すること
ができる。

また、本発明における連結構造は、弾性板と搬
送体の間に連結部材を面接触の状態で積層する構
成は採らないものである。

このような構成では、加振体を振動させても、
連結部材に大きな曲げ変形が生じないので、加振
体の弾性板と搬送体との連結部分の角度変化が許
容されず、弾性板を拘束しようとする荷重が大き
く、加振体及び搬送体における振動振幅の増大を
計ることができないからである。

〔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
例えば板ばねからなる弾性板２３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
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２
２の弾性板２３の上端と上枠２８との間を連結部
材たる連結板３０によりねじ３１，３２を用いて
連結している。

この連結板３０はヤング率が前記弾性板２３の
それよりも低い材料、例えばリン青銅、ベリリウ
ム銅等のばね性を有する銅合金、ポリカーボネー
ト、ポリエーテルイミド等の機械的強度に優れた
樹脂、ガラス繊維強化プラスチツク、炭素繊維強
化プラスチツク等により形成され、これにより連
結板３０の曲げ剛性をバイモルフ２２の弾性板２
３のそれよりも低く設定している。

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との間を連結している連結板３０の曲
げ剛性をバイモルフ２２の弾性板２３のそれより
も低い値にしているので、弾性板２３に比して連
結板３０は小さな荷重で大きく変形するようにな
り、これにより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７図のθ₀とθ₁との間
の変化に相当）が第３図Ｂで示すように連結板３
０の変形により容易に許容される。従つてこの角
度変化をもたらす連結板３０によりバイモルフ２
２に加えられる荷重が大幅に減少するので、第８
図及び第９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、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７図のδと同義）
だけ変形するに要する力Fi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。

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。

連結板３０の曲げ剛性である上記力Fiを小さく
するには、ヤング率Ｅ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。

この点、本実施例によれば連結板３０をヤング
率Ｅの低い材料で形成することにより連結板３０
の曲げ剛性を低くしているので、バーツフイーダ
の高さ寸法が増すことはなく、しかもパーツフイ
ーダの固有振動数の低減を抑えられる。

第１０図はバイモルフ２２の弾性板２３の曲げ
剛性F_Bに対する連結板３０の曲げ剛性F_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F_S／F_Bが0.9以上では、搬
送速度が急激に低下し、またF_S／F_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。
従つて、連結板３０の曲げ剛性を弾性板２３のそ
れの0.3〜0.9倍程度の低い値に設定すれば、搬送
速度を十分に大きくすることができる。

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図によれば連結板３０がバイモルフ２
３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。

第１実施例と同一部分に同一符号を付して示す
第４図及び第５図は本発明をボウル形パーツフイ
ーダに適用した第２実施例を示す。このパーツフ
イーダは基台３４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３５を介
して搬送体たるボウル（bowl）即ちなべ形の容
器３６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３６が螺旋状の往復回動振動をして搬
送物を容器３６の内側の螺旋状搬送路３７上を出
口３７ａ方向に搬送させる。この第２実施例で用
いた連結板３５も、第１実施例と同様にヤング率
がバイモルフ２２の弾性板２３のそれよりも低い
材料で形成され、これにより連結板３５のねじれ
方向の剛性を弾性板２３のそれよりも低くしてい
る。従つて、この連結板３５が弾性板２３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３６の振動時に連結板３５により圧電素子２
４に加えられる荷重を低減できて、圧電素子２４
ひいては容器３６の振動を大きくすることができ
る。

尚、連結板３０，３５の形状は上記実施例のよ
うな矩形状に限られず、例えば連結部３０，３５
に切欠部やスリツトを形成して更に曲げ剛性を低
くする構成としても良い。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、前記加振体の弾性板と
搬送体とを、前記弾性板に沿つて延びる方向で、
非ゴム製である板状の弾性材製の連結部材の下端
部と上端部とで、それぞれ連結し、且つこの連結
部材をヤング率が前記弾性板のそれよりも低い材
料で形成することにより、曲げ剛性を前記弾性板
のそれよりも低く設定したことを特徴とするもの
で、これ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実施例を示す斜視図、第５図はそ
の側面図である。また、第６図は従来の圧電駆動
パーツフイーダを示す側面図、第７図はバイモル
フの振動態様を示す線図、第８図はバイモルフの
直流電圧駆動時の変位−荷重特性図、第９図は交
流電圧駆動時の第８図相当図、第１０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、２４は圧電素子、２６
はトラフ（搬送体）、３０，３５は連結板（連結
部材）、３６は容器（搬送体）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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を、前記弾性板
   に沿つて延びる方向で、非ゴム製である板状の弾
   性材製の連結部材の下端部と上端部とで、それぞ
   れ連結し、且つこの連結部材のヤング率が前記弾
   性板のそれよりも低い材料で形成することによ
   り、曲げ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。