JPS624119A - 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５７−４６５
１７号によってすでに公知であるが、その構成原理を第
１３図に示す。この第１３図においで、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１３図に示すように
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どの連結部を
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構造が小形且つＱＩＩ［！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１２で示す斜め上下方向に微動させ、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１４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 【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。

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１５
図に示す。

この第１５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１３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−艮ざ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ず、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１４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０口から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×［ｎ）η　　　　　　・・・・・・（３）振
動周波数「ｎとしては共振周波数が選ばれるが、第１６
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１３図中Ｐ１点）
と圧電素子７の上端（第１３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の撮動振幅
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。

〔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して搬送物を搬
送するものにおいて、この搬送体と弾性板との間を弾性
材製の連結部材により連結し且つこの連結部材の曲げ剛
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と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Ｊ３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
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−ｂだＵたものを用いている。

このようなバイモルフ２２、従って弾性板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２２の弾性板２３の上端と
上枠２８との間を連結部材である弾性材製の連結板３０
によりねじ３１゜３２を用いて連結している。

この連結板３０はこの実施例では第３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３０ａを
形成した構造にしてあり、これにより切欠部３０ａ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。

この搬送装置は以上の構成からなり、圧電索子２４は連
結板３０をも含むその振動系の固有撮動数と同一の周波
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との間に介在されてこれらの間を連結している連結板
３０の曲げ剛性（この実施例ではばね定数）を、その切
欠部３０ａ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、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１４図のθ
０とθ１との間の変化に相当）が連結板３０の切欠部３
０ａ部分で多く許容される。従ってこの角度変化をｂた
ら１荷重の圧電素子２４に加わる度合が大幅に減少する
ので、′Ｍ７５図及び第１６図に示す特性から明らかな
ように圧電索子２４の振幅が増大される。このことは１
〜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１４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「ｉを小さくするに
は、断面二次上−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。

断面二次モーメンｈ　Ｉは、次の（５）式で表わされる
。

ｈ３ ここでｂは板幅、ｈは板厚である。即ら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
に則り、この実施例では連結板３０に切欠部３０ａを形
成し板幅を実質的に減少さけているのである。

第１７図はバイモルフ２２の骨性板２３の断面二次モー
メントＩｓに対する連結板３０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測定例を示した
ものである。

この図は一例としてＩ　Ｓ　／　Ｉ　ｓが０．９以上で
は、搬送速度が急激に低下し、またＩ　Ｓ　／　Ｉ　ｓ
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。

第１８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１８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１８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１８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、
Ｈ２は垂直方向振動成分である。

この第１８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＃ＪＷ　幅が
増大していることがわかる。

本発明は上記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２６即ら上枠２８との間を継ぐ連
結板としては、第４図に第２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３４を形成した連結板
３５を用い、或いは第５図に第３実施例として示すよう
に、中央部分にスリット３６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
ート３７を形成して剛性の高い部分を形成した連結板３
８を用いてもよい。

第４実施例として第６図に示した連結板３９はフチ状に
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４０を形成した構造のものである。この連結板
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８図乃至第
１０図は本発明をボウル形パーツフィーダに適用した第
５実施例を示す。このパーツフィーダは基台４２上に例
えば３個の加撮体たるバイモルフ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
４３を介してボウル（ｂｏｗｌ　）即らなべ形の容器４
４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４４が螺旋状の往復口＠撮動をして搬送物を容器４４
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
４５上を出口４５ａ方向に搬送させる。この第５実施例
で用いた連結板４３は第１０図に示すように長手方向に
長いスリット４６ａを幅方向に複数佃形成し、このスリ
ンＩ・形成部４６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４４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、連結板４３の剛性を高くした構造
であると、容器４４が上下に変位する過程で回動変位を
伴うため容器４４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。この半径方向撮動は搬送物を搬送
路４５から容器４４内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４４に半径方向の変
位として与えられる力がこの連結板４３にその低剛性に
よって吸収される。従って容器４４の半径方向振動成分
の振幅が減少し搬送路４５からの搬送物の脱落ωが減少
づる。

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１０図に示すもののほかに第１１図及び第１２図に
示すようなものが考えられる。第１１図に第６実施例と
して示す連結板４７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１２図に第７実施例として示した連結板４８は第１１
図と同一の展開形状のものをフチ状に折曲した構造のも
ので、第７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。

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
わけて３枚以上にする等、本発明（７１！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、前記バイモルフの弾性板と搬送体との問を弾
性材製の連結部材により連結し且つこの連結部材の曲げ
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撮動振幅の増大を図り得、十分
実用に供し得る搬送効率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図は連結板の斜視図、第４図及び第５図
は本発明の第２及び第３実施例を示す連結板の斜視図、
第６図及び第７図は夫々第４実施例における連結板の斜
視図及び要部の側面図、第８図乃至第１０図は第５実施
例を示すもので、その第８図及び第９図は・ボウル形パ
ーツフィーダの斜視図及び側面図、第１０図は連結板の
斜視図、第１１図及び第１２図は夫々第６及び第７実施
例を示す連結板の斜視図である。 また、第１３図は従来の圧電駆動パーツフィーダを示す
側面図、第１４図はバイモルフの振動態様を示す線図、
第１５図はバイモルフの直流電圧駆動時の変位−荷重特
性図、第１６図は交流電圧駆動時の第１５図相当図、第
１７図は搬送速度と剛性、どの関係を示す特性図、第１
８図はバイモルフを含む撮動系の変形挙動を示す線図で
ある。 図中、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）、３０．３５．３８．３９゜４３．４７及び４８は
連結板である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１４図 衝虹ｋｇ）　− 筒型（ｋｓ） 第１６図 片１性に（Ｉｓ／１８％）− 第１７図 第１８図（Ａ） 第１８図（Ｂ） 手続補正書 昭和　６１年　６月　１６日

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弾性材製の連結部材により連結
   し且つこの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圧電駆動形搬送装置。