JPS62111817A - 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］ 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。

［発明の技術向背ｍ］ 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
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
た上梓、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
加されるようになっている。

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１＝
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、しかも消費電力母が少な
いため、経済面でも優れるぼか、騒音問題の懸念も全く
ないなどの多くの特長を右するが、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１２で示ず斜め上下
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９図に示すδはバイモルフ１０が電圧印加によって変
形した際の自由端４ａ（１〜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・ｄｏＶ　１２　（１十−）α・・・（１）２ｔ
　　　　　　　　ｔ ここで、ｄは圧電歪常数、■は印加電圧、しはバイモル
フの厚み、矛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〉式に示す拘束荷重Ｆｂに達すると変位δはゼロに
なる。

Ｆｂ　−−Ｌ・包１・σＹ　　　　　・・・（２）／１
．　１ 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ど拘束荷重Ｆｂど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
。しかじ共成時でも拘束荷重Ｆ　ｂ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１
０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１の自由端４　ａ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θ０から０１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ｆｆ１Ｆｂ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
■により決定され次式で表わされる。

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１
０図（Ｂ）に−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ｇ１４．　ａに加わ
る荷重の増加にに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１−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
板は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に加わる荷重を小さくシ１ｎ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６０重量に応じてバイセルフ１ｏを変換し
なければならなかった。

［発明の目的］ −〇　− 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
度が得られる圧電型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【プてなる加振体に
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どの間の角度変化が許容され
、それだ（プ加振休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ｄ３
いて、２０は上面に下枠２１をねじ止め手段により取イ
」（づた基台、２２は加振体たるバイモルフであり、こ
のバイモルフ２２は根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
ど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にり
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Ｊ：り連結している。ぞして前記各バイモルフ２
２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３ｊ、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１
〜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Ｉｃ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
のどき弾性板２３は連結板３０を右するので振動に伴っ
て変化するバイモルフ２２と１〜ラフ２６との角度（第
９図の００と０１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
ぎく許容される。従って、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１〜ラフ２
６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。

Ｆ　　、＝３ＥＩ−δ　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・　・・・　　く　／１　）ここで、Ｅは連結
板のヤング率、■は同断面の二次モーメント、しは変形
部の長さである。

低剛性部３０の曲げ剛性である上記力Ｆ１を小さくする
には、断面二次モーメンｌへＩを小さくするか、長ざＬ
を大ぎ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■ば、次の（５）式
で表わされる。

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■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
１〜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どトラフ２６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、実線は印加電圧での場合を、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
ｌ、Ｗ２は水平方向振動成分、１−１＋　、　１−１２
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部分より大ぎ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の種類によってバイモルフ１０にかかる荷重が変化
した場合においても、薄板の積層枚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実施例どじで第６図に示すように、薄板３Ｑａ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３０
Ｇの強度を増し、伯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イ
」部３０ｃに、連結板３０より短い薄板を取付け、ねじ
の取付部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ィーダを用いて説明し
たがボウル形パーツフィ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（プ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更する
ことが可能である。

［発明の効果コ 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
酸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１ｑ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ィーダの動作説明図、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（Δ）。 （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・・
・搬送体くトラフ）、　２７・・・搬送物、３０、・・
・連結板、 ３０ａ、３０ｂ・＃板、 ３０ｃ・・・取付部。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第１図 〃 剛・片比（ＷＩＢ％）０ ＃　　。　が月 ヒ吟÷ 第４図 第６図 第７図 危 第８図 荷重（Ｋｌ）→ 第１０図（Ａ） 第９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。