KR200181333Y1

KR200181333Y1 - 압전 진동자를 사용한 부품 공급기

Info

Publication number: KR200181333Y1
Application number: KR2019960048976U
Authority: KR
Inventors: 임종인; 전명철
Original assignee: 신현준; 재단법인포항산업과학연구원
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2000-05-15
Also published as: KR19980035987U

Abstract

본 고안은 적층형 압전 진동자와 바이몰프형 압전 진동자를 효율적으로 조합한 형태의 압전 진동자를 사용한 부품 공급기에 관한 것이다.

본 고안에 따른 부품 공급기는 금속 탄성체(22) 위에 복수의 압전 소자(21)들을 각 소자의 분극 방향이 서로 반대가 되도록 적층하여서 된 적층형 압전 진동자와, T자형 금속 탄성체 코아(23)의 수직부 양측에 압전 소자(21)를 부착하여서 된 바이몰프형 압전 진동자를 상하로 조합하고, 그 상단에 진동 증폭 스프링(24)을 연결설치하여서 된 압전 진동자(20)를 사용하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이 본 고안의 부품 공급기는 향상된 발생력 및 변위특성의 압전 진동자를 그 구동부로 사용하여 부품 공급 속도가 빠르고 보다 무거운 부품들의 자동 공급도 가능한 장점을 제공한다.

Description

압전 진동자를 사용한 부품 공급기

본 고안은 압전 진동자를 사용한 부품 공급기에 관한 것으로 보다, 상세하게는 기존의 바이몰프(bimorph)형 압전 진동자에 적층형 압전 지동자를 조합한 형태의 압전 진동자를 사용하여 부품 공급기의 발생력 및 부품 이송 속도를 향상시킨, 압전 진동자를 사용한 부품 공급기에 관한 것이다.

산업 생산 조립 라인의 자동화 및 부품의 소형화로 미소한 시계 부품에서 각종 대형 부품에 이르기까지 관련 부품을 사람 손에 의존하지 않고 자동 공급할 수 있는 수단에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 부품 자동 공급수단의 한 예로서는 전자식 압전 부품 공급기를 들 수 있다.

지금까지 이러한 부품 공급기는 전자석을 구동요소로 하는 전자석식 진동 부품 공급기가 주류를 이루고 있다. 이와 같은 전자석을 이용한 부품 공급기의 경우는 전후 2개의 스프링으로 지지한 톱플레이트(top plate)에 전자석의 가동 철심을 부착하고 전자기 코일을 감은 고정 철심을 베이스(base)에 고정시킨 구조이다. 이러한 전자석식의 경우 최대의 단점은 수시로 분해하여 스프링을 조절하여 고유 진동수를 전원 주파수와 일치시켜 진동 제어를 하여야 한다는 것이다. 최근 일본의 (주)도시바와 (주)산기가 공동으로 바이몰프형 압전 진동자를 이용한 부품 공급기를 개발함으로써 상기한 전자식 부품 공급기의 진동 제어에 대한 단점을 개선하였고, 부품 공급 속도도 어는 정도 향상시킨 바 있다. 그러나 사용한 바이몰프형 압전 진동자의 발생력 특성이 전자석의 발생력에 비해 상대적으로 낮기 때문에 대형 부품에 대해 적용하지 못하는 한계를 갖고 있다.

따라서, 본 고안은 상기한 종래의 부품 공급기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 바이몰프형 압전 진동자 보다 변위 특성 및 발생력 특성이 우수한 적층형 및 바이몰프형 압전 진동자를 조합한 형태의 압전 진동자를 구동부로 채용한 부품 공급기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

제1도는 본 고안에 따른 압전 진동자를 사용한 직진식 부품 공급기의 구성개요도.

제2도는 본 고안에 따른 압전 지동자를 사용한 회전식 부품 공급기의 구성개요도.

제3a, 3b도는 본 고안의 부품 공급기에 사용된 압전 진동자의 구성개요도.

제4a도 및 제4b도는 종래의 부품 공급기에 사용된 압전 진동자의 입체도 및 측면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 베이스(Base) 20 : 압전 진동자

30 : 톱 플레이트(Top plate) V_AC: 교류 전압 공급원

21 : 압전 소자 22 : 금속 탄성체

23 : 금속 탄성체 코아 24 : 진동 증폭 스프링

25 : 체결 볼트

이하에서, 본 고안을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.

도1은 본 고안을 직진형 부품 공급기에 적용한 경우의 구성례를 나타낸 것이고, 도2는 본 고안을 회전형 부품 공급기에 적용한 경우의 구성례를 나타낸 것이다. 상기한 도1, 도2의 부품 공급기는 베이스(10)에 본 고안에 따른 조합형 압전 진동자(20)를 결합시킨 후 진동자 상부에 톱플레이트(또는 트로트)(30)를 결합시켜 구성한 것이다. 도1에 예시된 직진형 부품 공급기의 경우 두 개의 압전 진동자(20)를 사용하여 구성되고, 도2에 예시된 회전형 압전 부품 공급기의 경우는 필요로 하는 출력의 크기에 따라 두 개 혹은 네 개, 혹은 여섯 개 이상 등의 짝수 개 압전 진동자(20)를 대칭이 되도록 배치하여 사용한다. 만약 두 개의 압전 진동자(20)만을 사용 하여 회전형 압전 부품 공급기를 구성하고자 할 경우는 압전 진동자(20)를 서로 마주 보도록 배치한 후 상부의 톱플레이트(30)의 지지를 위해 압전 진동자의 구성 요소들 중 압전 소자를 제외한 두 개의 금속 탄성체를 각각 마주보도록 배치하여 사용한다.

도3(a) 및 도3(b)에는 본 고안의 부품 공급기에 사용한 압전 진동자의 구성개요를 나타내었다. 도3(a)의 압전 진동자는 부품 공급기 베이스(10)에 결합되는 두 개의 금속 탄성체(22)위에 복수 개의 압전 소자(21)들을 각 소자의 분극 방향(화살표로 표시)이 서로 반대가 되도록 적층하여 적층형 압전 진동자를 구성하고, 그 위에 T자형 금속 탄성체 코아(23)를 체결한다. 체결된 T자형 금속 탄성체 코아(23)의 수직부 측면에 압전 소자(21)를 부착하여 바이몰프형 압전 진동자를 구성한다. 또한 T자형 금속 탄성체 코아(23)의 상부를 진동 증폭 스프링(24)의 하단과 볼트(25)로 체결하여 연결한다. 이렇게 구성된 압전 진동자(20)의 하단 금속 탄성체(22)를 베이스(10)에 연결하고, 이 압전 진동자(20) 상부의 진동 증폭 스프링(24) 상단을 톱플레이트(30) 하단에 연결 고정시켜 압전 부품 공급기를 구성한다.

도3(b)에 나타낸 압전 진동자(20)의 경우는 도3(a)의 압전 진동자 구성과는 그 적층형 압전 소자(21)의 상단과 하단에 연결되는 금속 탄성체(22)에 구멍(26)을 형성한 것만 상이하고, 나머지 부분은 동일하다.

그리고, 도3(a) 및 도3(b)의 압전 진동자를 구성하는 압전 소자들에 도시된 양태로 교류 전원(V_AC)을 연결하여 필요한 구동 전압을 공급한다.

도4(a) 및 도4(b)는 상술한 본 고안의 경우와 대비되는 기존 부품 공급기에 사용된 압전 진동자의 구성개요를 나타낸 것인데, 이는 금속 탄성체(23')의 양면에 압전 소자(21')를 부착한 바이몰프형 압전 진동자만으로 된 것이다.

본 고안의 부품 공급기에 사용되는 도3(a) 및 도3(b)의 압전 진동자(20)와 도4(a), 도4(b)의 기존 부품 공급기에 사용된 압전 진동자(20')의 인가 전압에 의한 발생변위 특성을 비교하면 다음과 같다.

본 고안의 도3(a) 혹은 도3(b)의 압전 진동자(20)에 교류전압 V를 인가할 경우 압전 진동자(20)의 진동 증폭 스프링(24)에서 발생한 변위 (δ)는 각각 다음식(1) 및 (2)와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 L₁과 L₂는 각각 두쌍의 적층형 압전 소자를 지지하는 T자형 금속 탄성체(2)의 하단 길이 및 상단 길이를 의미한다. 그리고 n은 적층된 압전 소자(21)의 개수이고, w 및 h는 각각 압전 소자(21)의 폭 및 두께를 의미한다. 또한 d₃₃및 d₃₁은 압전 소자(21)의 압전상수를 의미하고, 식(2)의 δ_MC는 도3(b)의 적층형 압전 소자(21)의 위 아래에 부착된 금속 탄성체(22)에 의하여 부가적으로 압전 소자(21)의 적층 방향으로 확대되는 변형량을 의미한다.

도4(a), 도4(b)와 같이 기존 부품 공급기에 사용된 바이몰프형에 압전 진동자에 교류 전압 V를 인가할 경우 진동 증폭 스프링(24')에서 발생한 변위(δ)는 식(3)과 같이 나타낼 수 있다.

일반적으로 압전상수 d₃₁은 음의 값을 가지며, 식 (1)부터 식(3)까지의 비교로부터 알 수 있듯이 d₃₃혹은 d₃₁및 δ_MC의 부가적인 영향으로 도4(a), 도4(b)의 기존 압전 진동자보다 본 고안에 사용한 도3(a) 및 도3(b)의 조합형 압전 진동자가 더 향상된 발생 변위 특성을 갖고 있음을 알 수 있다. 또한 인가 전압에 의한 발생력 특성면에서도 향상된 특성을 갖는다.

본 고안에 따라 도3(a) 혹은 도3(b)와 같이 구성된 압전 진동자(20)를 도1 혹은 도2와 같이 사용하여 부품 공급기를 구성하고, 상기 압전 진동자(20)의 압전 소자(21)에 교류 전압을 인가하면 압전 진동자(20) 상단의 진동 증폭 스프링(24)이 좌우로 이동하게 된다. 이에 따라 상기 스프링(24) 상단에 연결된 톱플레이트(30)가 진동하게 되어서, 그 위 혹은 내부에 있는 부품들이 그 진동의 힘으로 앞으로 혹은 위로 움직여 목적한 곳으로 공급되어진다.

도3(a) 또는 도3(b)와 같은 본 고안의 압전 진동자(20)를 이용하여 구성된 부품 공급기의 경우 도4(a), 도4(b)의 기존 압전 진동자(20')를 이용하여 구성된 부품 공급기의 경우보다 향상된 발생력 및 발생 변위 특성을 제공받게 되므로 동작 특성이 개선되어 부품의 공급 속도가 향상되고, 더 무거운 부품도 효율적으로 공급할 수 있다.

즉, 기존 부품 공급기의 바이몰프형 압전 진동자에 적층형 압전 진동자를 효율적으로 조합시켜서 된 본 고안의 압전 진동자를 사용하여 부품 공급기를 구성할 경우 등 부품 공급기의 구동원인 압전 진동자의 발생력 및 발생 변위가 크게 향상되어 부품 공급 속도가 향상되고, 또한 기존 바이몰프형 압전 진동자를 사용한 부품 공급기의 경우 전자석식 부품 공급기에 비해 발생력이 약해 대형 부품의 공급에는 사용되지 못하였으나 본 고안의 경우는 상기의 단점이 극복된 고 발생력, 고 변위 특성 및 빠른 응답특성을 함께 가지고 있어 기존의 부품 공급기에 비해 그 응용범위가 확대될 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

금속 탄성체(22) 위에 복수의 압전 소자(21)들을 각 소자의 분극 방향이 서로 반대가 되도록 적층하여서 된 적층형 압전 진동자와, T자형 금속 탄성체 코아(23)의 수직부 양측에 압전 소자(21)를 부착하여서 된 바이몰프형 압전 진동자를 상하로 조합하고, 상기 T자형 금속 탄성체 코아(23) 상단에 진동 증폭 스프링(24)을 연결설치하여서 된 압전 진동자(20)를 사용하여 구성된 것을 특징으로 하는 압전 진동자를 사용한 부품 공급기.
제1항에 있어서, 상기 적층형 압전 소자(21)의 상하에 구멍(26)을 가진 금속 탄성체(22)가 연결 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동자를 사용한 부품 공급기.