JPS624118A - 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＋１＃５７−４
６５１７号によってずでに公知であるが、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
平に支持された上梓、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との連結部を支点どして矢印１
１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、しかも消費電力機が少
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撮動させ、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７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。

Ｚ　　　　　　Ｌ’　　　　　　　　　　　　ｔここで ｄは圧電歪常数 Ｖは印加電圧 【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間が減少し、その外力が
（２）式に示Ｊ拘束荷ΦＦｂ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、バイセルフ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、板はね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
に水平を保つＩ斜め上下方向に振動せざるを得す、従っ
てバイセルフ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ったバイ
モルフ１０が電圧印加によってｍ１ｍ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
がバイセルフ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
振動さぼ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×「ｎ）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ｊｔ振振幅幅バイモル
フ１０即ち板ばね４の自由＊　４　ａ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（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
さくなリ、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。

〔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、この搬送体と弾性板との間を、連結部材
により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連結部材の
剛性を弾性板のそれよりも低い値に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。

〔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の下端をねじ２
５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２・７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２３の上端と上梓２８との問を
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１−．ポリエーテルイ
ミド等の機械的強度に優れた樹脂、カラス繊維強化プラ
スデック、炭素繊維強化プラスチッ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２３のそれより６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。

この実施例の構成によれば、バイモルフ２２とトラフ２
６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　Ｇ、を小さな荷重
で大きく変形するようになり、これにより撮動に伴うバ
イモルフ２２とトラフ２６とのなす角度変化（第７図の
θ。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３０の変形により容易に許容される。従っ
てこの角度変化をもたらす連結板３０によりバイモルフ
２２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。

Ｌ’ 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 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
の高さ寸法が増すと共にパーツフィーダの固有撮動数の
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、パーツフィーダの高さ寸法が増すこと
はなく、しかもパーツフィ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ＦＢ
に対する連結板３０の曲げ剛性ＦＳ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Ｆｓ　／Ｆｓが０．９以上では、搬
送速度が急激に低下し、またｌ：ｓ／Ｆａ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。従っ
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って変形した場合を夫
々示し、またＷｌ、Ｗ２は水平方向振動成分、Ｈｌ、Ｈ
２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２３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ィーダに適用した
第２実施例を示す。このパーツフィーダは基台３４上に
例えば３個のバイモルフ２２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が撮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。従って、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２４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
ン！・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Ｊ３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の間を連結部
材により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連結部材
の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ィーダを示す側
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
送速度仁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。 ％　１　図 ｔυ 第　２　図 第　３　図（Ａ） 第　３　図（Ｂ） 第　４　図 第　５　図 第　７　図 倒置（に９）−一一伽 伺ｌ（にψ−−−−◆ 第　９　図 剛性比（Ｆｓ／Ｆａ）□ 第　１０　　図 手続補正書　− 昭和６１年６月１６０

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
   弾性板と搬送体との間を連結部材により連結し且つこの
   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。