JPS624117A - 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ィーダ
は実開、昭５２−６１０８７号或いは実開昭５７−４６
５１７号によってすでに公知であるが、その構成原理を
第１５図に示す。この第１５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木の板ばね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、例えば第１４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を振動させる。

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４Ｍ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ｆ４費電力間
が少ないため、経済面でも優れるほか、騒音問題のａ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１２で示す斜め上下方向に振動さ「、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１６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　（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。

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 ！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Ｆｉｌに達すると変位δはゼロ
になる。

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１７
図に示す。

この第１７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
Ｆｌｌで変位が零になる。即ら、第１８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１５図に示す従来のパーツフィーダは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
間の長さによって決定される。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
よってばね常数、板厚及び取付部間の良さ等が必然的に
ばらつき、このためにバイモルフ１０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の搬送速度が異なって搬送速度
にばらつきが生じ、搬送効率が低い欠点があった。

〔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間動形搬送５Ａ置を
記供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は弾性板に圧Ｎ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連結固定位置を調
整できる手段を設け、加振体の固有振動数が圧電素子に
印加される交流電源の固有振動数と共撮を生ずるように
調整しつつ連結固定し得るようにするところに特徴を有
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ック板等か
らなる弾性板２３の両ｍ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としてはチタン酸、ジルコン酸鉛等圧電Ｕ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２６．２６が形成されている。そして、
弾性板２３の下端が長孔２５．２５を貫通するねじ２７
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はｉｌｌ！
直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ＶＲ′１１は以上の構成からなり、圧電素子２
４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圧によって駆動され、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
実施例でばばね定数）を、その切欠部３２ａの形成によ
ってバイモルフ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１６図のθ。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。従ってこの角度変化をもたらす荷重の圧電素子２
４に加わる度合が大幅に減少するので、第１７図及び第
１８図に示ず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１６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。

ＥＩ Ｆｉ＝−一δ　　　　　　　　・・・・・・（３）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。

連結板３２の曲げ剛性である上記力Ｆｉを小さくするに
は、開面二次モーメント■を小さくするか、長さしを大
きくするかの何れでもよいがＬを大きくする事は、パー
ツフィーダの高さが増ずと共にパーツフィーダの固有振
動数の低減を来たし１［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。

ここでｂは板幅、ｈは板厚である。即ち１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３２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、電圧素子２４は上述したように連結板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
源によって駆動し、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
はヤング率等番ユ、予め設定された製作誤差内の範囲で
ばらつきを持っており、連結板３２も同様に製作誤差内
の範囲でばらつきを持っており、従って、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＋ｉＪ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１９図はバイモルフ２２の弾性板２３の断面二次モー
メントＩｓ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、係についての一例定例を示し
たものである。

この図は一例としてＩｓ／Ｆが９０％以上では、搬送速
度が急激に低下し、またＩｓ／Ｉｓ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２０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２０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、Ｈｒ、ｔ−１２は垂直方
向振動成分である。

この第２０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、以下具なる部分のみ説明する。即ち、６０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６０ａを
有している。

この切欠部６０ａの作用は連結板３２の切欠部３２ａ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６０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６０の最上端には長孔６１
が設けられ上枠３０にねじ６２にて連結されている。従
って、この第２の実施例では長孔２５又は６１を利用し
てねじ２５又は６２の締付位置を変化させ、弾性板６０
の有効長を変化させることにより、該弾性板６０を含む
Ｗｌ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、バイモルフ２２とトラフ２８即ら上枠３０
との間を継ぐ連結板としては、第６図に第３実施例とし
て示すように、中央部分に幅方向に長いスリット３７を
形成した連結板３８を用い、或いは第７図に第４実施例
として示すように、中央部分にスリット３９により剛性
の低い部分を形成すると共にこれを挾む両側に押出しに
よって数条のビード４０を形成して剛性の高い部分を形
成した連結板４１を用いてもよい。

第５実施例として第８図に示した連結板４２は７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９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付して示す第１０図乃至
第１２図は本発明をボウル形パーツフィーダに適用した
第６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）ｆｉｌ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で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６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
長いスリット４８ａを幅方向に複数個形成し、このスリ
ット形成部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。

尚、このボウル形パーツフィーダに用いる連結板として
は第１２図に示すもののほかに第１３図及び第１４図に
示ずようなものが考えられる。第１３図に第７実施例と
して示す連結板４９は両端の連結桟部分以外をバイモル
フ２２の弾性板２３よりも極端に幅狭に形成した構成の
ものである。

第１４図に第８寅施例として示した連結板５０は第１３
図と同一の展開形状のものをフナ状に折曲した構造のも
ので、第９図に示すものと同様の態様でボウル形パーツ
フィーダに組込まれる。

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６０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、従って片方
を普通の丸孔にしてもよい。

その他、長孔２５及び２６又は６１の代りに各ねじ２７
．３４又は６２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２３．６０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Ｎ
索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連結位置を調整できる手段を設け
、加振体の固有振動数が圧電素子に印加される交流電源
の固有振動数と共振を生ずるように相手部材に連結固着
し得るようにしたから、加振体の共振周波数を圧電素子
に印加される交３！電圧の周波数に一致させ得るように
し、以って、搬送周波数にばらつきがなく、搬送効率の
向上を図り得る電圧駆動形搬送装ｄ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図及び第７図は本
発明の第３及び第４実施例を示す連結板の斜視図、第８
図及び第９図は夫々第５実施例における連結板の斜視図
及び要部の側面図、第１０図及び第１１図は第６実施例
を示すもので、その第１０図及び第１１図はボウル形パ
ーツフィーダの斜視図及び側面図、第１２図は連結板の
斜視図、第１３図及び第１４図は夫々第７及び第８実施
例を示す連結板の斜視図である。 また、第１５図は従来の圧電駆動パーツフィーダを示す
側面図、第１６図はバイモルフの撮動態様を示す線図、
第１７図はバイモルフの直流電圧駆動時の変位−荷重特
性図、第１８図は交流電圧駆動時の第１７図相当図、第
１９図は搬送速度と剛性との関係を示す特性図、第２０
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（加系体）、２
３及び６０は弾性板、２４は圧電素子、２５及び２６並
びに６１は長孔、２８はトラフ（ＩＩ送休体、３２．３
８．４１．４９及び５０は連結板、４６は容器である。 −Ｊ ＩＩＡ２　　図 第　３　図 第　４　図 第６図 ｐ２７　　図 第　５　図 第　８　図 第　９　図 第　１０　図 兜１１　凹 第　１２　図 第１３　　図 第　１４　　図 第　１５　　図 ＪＦｉ　　１６　　図 筒型（ｋう＞　　− 第　１７　図 前型（ｋう） Ｍ　１８　　［！１ 牌ｊ　性　ｒヒ（Ｉｓ／Ｉａ％ン　−一一−第２０図 手続補正書 昭柘０　年８　月　５日

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、装置における振動系の固有振動数が、前記圧電素
   子に印加される交流電源の周波数と共振するように連結
   固定位置を調整できる手段を設けたことを特徴とする圧
   電駆動形搬送装置。