JPS62111815A - 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】 ［発明の技術分野１ 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。

し発明の技術的背景コ 圧電素子を振動源とした従来の圧電駆動パーツフィーダ
は実開昭５２−６１０８７号或いは実開昭５７−４６５
１７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に互いに平行で旧つ傾斜して立上
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
等により取イ」けられた圧電素子で、これには端子８，
９に与えられＩＣ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正いる。

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を振動さぜる。

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椙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
だ問題があった。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４ａに結合したトラフ５を矢印１
２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はパ゛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（１）式で表わされる。

δ一旦・１°Ｖ　１２　（１＋ｇ−）α・・・（１）２
ｔ　　　　　　　　ｔ ここで、ｄは圧電歪常数、■は印加電圧、ｔはバイモル
フの厚み、りはバイモルフ実効長、σμ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市が減少し、その外力が
（２）式に示す拘束加重Ｆｂに達すると変位δはゼロに
なる。

ここで、θ）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（Ａ＞に示す。同図は直流電圧（１０ＯＶ＞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「ｂ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。

従って、バイモルフ１０と上枠３、即ち１〜ラフ５との
間の連結部分に曲げ外力が加わる。即ち第四図において
、実験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００からθｌ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を振動さゼ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。

Ｖ−（δｘｆｎ　）η　　　　　・・・（３）ここでｆ
ｎ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Ｗ
＃−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
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との連結点く第１０図中Ｐ１点）
と圧電素子７の上端（第１０図中Ｐ２点）との間にお【
ブ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、従ってトラフ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った。この為、バ
イモルフ１０に加わる荷車を小さクシ得るとともに、振
動振幅を大ぎくし得、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、１〜
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（プれはならなかった。

［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詔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、前記弾性板の前記圧電素子よりも
前記搬送体側に長さ方向に複数のスリットを設（プて低
剛性部を形成したことにより、振動中にその曲げ剛性を
低くした部分での弾性変形により加振体と搬送体どの間
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（プ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ィ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をねし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なる。圧電素子２４として
はヂタン酸ジルコン酸鉛等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２３５側には、基台１から搬送体５方向に形成
された複数のスリット３０ａにより、低剛性部３０を設
けている。この低剛性部３０の剛性は、例えば第３図に
弾性板２３との剛性比Ｉｓ／ＩＢ　　（断面二次モーメ
ント比）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は複数のスリットにより形成した低剛
性部３０を有するので振動に伴って変化するバイモルフ
２２とトラフ２６との角度（第四図の００とθ１との間
の変化に相当）が低剛性部３０で多く許容される。従っ
て、この角度変化をもたらす荷重の督ノ素子２４に加わ
る度合が大幅に減少するので、第１２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、低剛性部３０の曲げ剛性について考究するに、低剛
性部３０が振動振幅δ（第貨図のδと同義）だけ変形す
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。

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■を小さくするか、長さ１−
を大きくするかの何れでもよいがＬを大ぎくする事は、
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
有振動数の低減をぎたし、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−堕°　　　　　　　　・・・・・・（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。これにより、この実施例では低剛性部３
０にスリット３０ａを形成し板幅を実質的に減少させて
いるのである。

さらに搬送物の重量により第４図に示す様に弾性板２３
の低剛性部３０を必要に応じてスリット３０ａまで切欠
き剛性を調整することもできる。

第５図はバイモルフ及び１〜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２６との間に曲げ剛性の低い低剛
性部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５図によれば低剛性部３０
がバイモルフ２３部分より大ぎく弾性変形して１〜ラフ
２６の振動振幅が増大していることがわかる。

第２実施例として第６図に示した弾性板３９の低剛性部
４０はフ字状に折曲した形状をなし、必要に応じて低剛
性部４０のスリット４０ａに切欠部４−　Ｏｂを形成し
た構造のものである。この弾性板３９は第２図と同一部
分に同一符号を付した第７図に示すようにトラフ２６に
固定された上枠４１とバイモルフ２２の弾性板３９とを
連結するように用いられるものである。

第２図と同一部分に同一符号をイリして示す第８図乃至
第９図は本発明をボウル形パーツフィーダに適用した第
３実施例を示す。このパーツフィーダは基台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
位置に傾斜状態となる様に立設し、そしてこれらバイモ
ルフ２２の上端を連結板４３を介してボウル、即ちなべ
形の容器４４の下部に、この点を通る円の接線方向に連
結してなる。

バイモルフ２２が１辰動されると搬送物を収容している
容器を６が螺旋状の往復回動振動をして搬送物を容器４
６の内側に予め形成しである搬送体としての螺旋状搬送
路４７ａ方向に搬送させる。

この第３実施例で用いた弾性板２３の低剛性部４５は第
９図に示ずように長手方向に長いスリット４５ａを幅方
向に複数個形成し、この低剛性部４５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
たこの種のボウル形パーツフィーダでは、低剛性部４５
を有しない構造であると、容器４６が上下に変形する過
程で回動変位を伴うため容器４６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４７から容器４６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４６に半径方向の変
位として与えられる力が低剛性部４５によって吸収され
る。従って容器４６の半径方向振動成分の振幅が減少し
搬送路の脱落蹟が減少する。尚、このボウノδＩｔ＜−
ツフイーダに適用した場合においても低剛性部４５にス
リット４５ａまで達する切欠部４５ｂを形成することに
より、搬送重量に応じて低剛性部４５の剛性を変更する
ことができる。

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りたバイモルフにより
形成しＩＣ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、弾性板に圧電素子を増刊け
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、前記弾性板の前記圧電素子よりも前記搬送体
側に長さ方向に複数のスリットを形成して低剛性部を設
（プることにより、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１ｑ１十分実用
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図は低剛性部に切欠部を
入れた図、第５図（△）。 （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
例を示す部分斜視図、第７図はその取付構造を示す図、
第８図は第３実施例を示す斜視図、第９図はその正面図
であり、第１０図は従来のパーツフィーダの動作説明図
、第１１図は電圧印加時にお【づるバイモルフの自由端
の変位を示す図、第１２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．
３９・・・弾性板、　　２４・・・圧電素子、２６・・
・搬送体（１〜ラフ）、　２７・・・物品、３０．４０
．４５・・・低剛性部、 ３０ａ、４０ａ−・・スリット、 ３０ｂ、４０ｂ・・・切欠部。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第１図 １ｑリ　、ｌ’ｆ　　、壇て四ｌｘｂ慢　−第３図 第５図（Ａ） 第６図 第７図 第丁図（β） 第８図 第２図 ｙ久 第１θ図

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、前記弾性板の前記圧電素子よりも前記搬送体側に長
   さ方向に複数のスリットを設けて低剛性部を形成したこ
   とを特徴とする圧電駆動形搬送装置。