TWI496730B - Vibrating conveyor - Google Patents

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TWI496730B
TWI496730B TW102124121A TW102124121A TWI496730B TW I496730 B TWI496730 B TW I496730B TW 102124121 A TW102124121 A TW 102124121A TW 102124121 A TW102124121 A TW 102124121A TW I496730 B TWI496730 B TW I496730B
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Jyunichi Hara
Muneyasu Hatakoshi
Yasuhiro Minagawa
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Daishin Co Ltd
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Description

振動式輸送裝置
本發明係有關於振動式輸送裝置，尤其係適合於將部件呈直線狀地輸送之情況的輸送裝置之輸送機構。
通常，振動式輸送裝置係構成為經由板簧將輸送體彈性支承在臺座上，並且，利用電磁驅動體或壓電驅動體等激振機構對該輸送體進行激振從而在輸送方向上產生朝向斜上方的振動，由此，將部件等輸送物沿著形成於輸送體上的輸送路進行輸送。近年來，由於微小的電子器件作為輸送物的情況變多，另外將這種微小的輸送物以高速進行供給的需求也變大，因此，多數情況下要求下述裝置：即，透過利用壓電驅動源進行的激振而將微小的輸送物以高速排列並輸送之裝置。
在欲滿足這種高速輸送的要求時，在振動式輸送裝置中會產生如下的共同問題點：即，由於輸送體振動的反力被傳遞到設置面而存在經由設置面對周圍的其他裝置類帶來振動性影響之危險這一問題點，或者，由於用於使輸送體振動的激振結構整體的俯仰動作等而使得輸送體朝向與原本的振動方向不同的方向振動，由此導致輸送速度根據輸送方向的位置不同而不同、或輸送物朝向輸送方向以外的方向 振動從而輸送姿態發生混亂這一問題點。
為了解決上述問題點，針對先前的振動式輸送裝置提出的一個方法是：經由防振彈簧來支承振動系統，並且，在該振動系統內設置以與輸送體相反的相位進行振動之反作用配重(慣性體)，透過該反作用配重的振動將輸送體振動的反力抵消，從而謀求減少傳遞到設置面上的振動能(例如下述專利文獻1)。但是，在這種結構中，由於輸送體與反作用配重的重心在上下方向上偏移，因此，伴隨著輸送體的振動在裝置整體中產生俯仰運動，由此導致輸送效率降低，並且根據輸送方向的位置而使得輸送速度發生變化或輸送姿態發生混亂。
因此，透過減少輸送體的重心與反作用配重的重心之間的偏移從而抑制上述俯仰動作的振動式輸送裝置已為眾所知。例如，已知有下述結構等：相對於輸送體連接有被配置在比反作用配重更下方的平衡塊之結構(例如下述的專利文獻2)；將被防振彈簧支承的壓電式振動部與輸送體連接並在壓電式振動部與輸送體之間配置砝碼(counter weight)，並且，使將壓電式振動部和輸送體的合計重心位置與砝碼的重心位置連接的直線與對輸送物施加的振動的方向呈平行地配置之結構(例如下述的專利文獻3)；與輸送體連接的可動板彈性支承在被防振彈簧支承的固定架的上方，在可動板的下方連接下部配重且在固定架的上方連接固定配重，由此使兩者的重心位置接近從而抑制轉矩的產生之結構(例如下述的專利文獻4)等。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】：日本公報、特開平2-204210號
【專利文獻2】：日本公報、特開平4-39206號
【專利文獻3】：日本公報、特開2006-248727號
【專利文獻4】：日本公報、特開2009-298498號
然而，在上述先前的具備反作用配重的振動式輸送裝置中存在下述問題點：即，由於為了使輸送體的重心與反作用配重的重心接近或呈直線狀排列而導致構造變得複雜，因而引起裝置的大型化或製造成本的增加並且需要極其精細地設定重心位置，因此，在輸送物的類型或輸送速度等狀況發生變化的製造現場難以獲得充分的效果這一問題點。尤其是，即使重心位置僅存在稍微偏移，當為了能夠實現高速輸送而提高驅動頻率時，也會導致俯仰動作或上下運動等變得劇烈從而無法獲得恰當的輸送狀態，因此難以實現高頻化或高速輸送。
因此，本發明係為了解決上述問題點而完成，其課題係在於提供一種能夠以簡單的結構容易降低對設置面賦予的反力、且實現振動的高頻化或輸送速度的高速化之振動式輸送裝置。
鑒於上述實際情況，本發明之振動式輸送裝置具備：一對板狀的防振彈簧，其具備朝向輸送方向的板面；基準質量體，其在所述輸送方向的前後位置處被一對所述防 振彈簧支承；上側質量體，其配置在所述基準質量體的上方；下側質量體，其配置在所述基準質量體的下方；一對板狀的上側振動彈簧，其在所述輸送方向的前後位置處分別將所述基準質量體與所述上側質量體加以彈性連接，並具備朝向所述輸送方向的板面；一對板狀的下側振動彈簧，其在所述輸送方向的前後位置處分別將所述基準質量體與所述下側質量體加以彈性連接，並具備朝向所述輸送方向的板面；以及同相激振機構，其對所述基準質量體與所述上側質量體之間、以及所述基準質量體與所述下側質量體之間施加用於在所述輸送方向上產生同相振動的激振力；在所述基準質量體、所述上側質量體或所述下側質量體的至少任意一個質量體上，設置有輸送輸送物的輸送路；利用所述同相激振機構，使所述上側質量體和所述下側質量體在從所述輸送方向觀察時進行同相振動，並且，使所述基準質量體與所述上側質量體和所述下側質量體進行反相振動。
根據本發明，上側質量體和下側質量體在輸送方向的前後位置處經由振動彈簧分別彈性連接於在輸送方向的前後位置處分別被防振彈簧支承的基準質量體的上方和下方，並且，透過由同相激振機構施加激振力，上側質量體和下側質量體在從輸送方向觀察時進行同相振動，且基準質量體與上側質量體和下側質量體在從輸送方向觀察時進行反相振動。
因此，由於能夠減少基準質量體的重心位置與上側質量體和下側質量體的合計重心位置在上下方向上的偏 移，因此，能夠提高基準質量體與上側質量體和下側質量體的輸送方向的振動反力的消除作用。另外，在進行振動時，由於上側質量體對基準質量體賦予的轉矩與下側質量體對基準質量體賦予的轉矩相互呈相反方向，因而基準質量體所受到的由振動產生的旋轉方向反力被相互抵消或減弱，因此能夠抑制俯仰動作(旋轉運動)。因此，經由防振彈簧被傳遞至設置面的輸送方向及上下方向的反力被減弱，從而能夠抑制振動能經由防振彈簧漏向設置面。進而，透過抑制俯仰動作，即使高頻化，振動也不容易紊亂且輸送物的姿態也穩定，因此，能夠實現高速輸送，且也能夠提高沿著輸送路的輸送物的輸送速度或輸送姿態等輸送狀態的均勻性。
在本發明中，優選所述同相激振機構具備上側激振部和下側激振部，所述上側激振部對所述基準質量體與所述上側質量體之間直接施加所述激振力，所述下側激振部對所述基準質量體與所述下側質量體之間直接施加所述激振力。由此，透過構成為由上側激振部和下側激振部直接且分別地施加激振力，能夠使裝置的整體結構簡易化，並且能夠根據情況容易地進行同相激振機構的調整。
在該情況下，優選所述上側激振部由板狀的上側壓電驅動部構成，所述上側壓電驅動部被插入所述上側振動彈簧的長度方向的一部分中且其朝向所述輸送方向的板面進行撓曲變形，所述下側激振部由板狀的下側壓電驅動部構成，所述下側壓電驅動部被插入所述下側振動彈簧的長度方向的一部分中且其朝向所述輸送方向的板面進行撓曲變形。
由此，透過將上側壓電驅動部和下側壓電驅動部插入將基準質量體與上側質量體和下側質量體之間彈性連接的上側振動彈簧和下側振動彈簧長度方向的一部分中，能夠僅經由上側振動彈簧和下側振動彈簧對基準質量體與上側質量體和下側質量體之間施加激振力，因此，能夠更加容易地將旋轉方向的反力或者輸送方向或上下方向的反力抵消或削弱。在此，上述上側壓電驅動部和下側壓電驅動部能夠形成為下述結構：即，在具備朝向輸送方向的板面的板狀彈性基板的表面和背面中的至少任意一面上層壓有壓電體之結構。
另外，上側振動彈簧優選形成為將上側壓電驅動部和具備朝向輸送方向的板面的板狀上側增幅彈簧在長度方向上串聯連接之結構。該情況下，上側壓電驅動部相對於上側增幅彈簧連接在基準質量體側。同樣地，下側振動彈簧優選形成為將下側壓電驅動部和具備朝向輸送方向的板面的板狀下側增幅彈簧在長度方向上串聯連接之結構。該情況下，下側壓電驅動部相對於下側增幅彈簧連接在基準質量體側。
在本發明中，優選所述上側壓電驅動部和所述下側壓電驅動部由板狀的壓電驅動體構成，其中，所述壓電驅動體在所述輸送方向的前後位置處分別與所述基準質量體結合，並且，所述壓電驅動體的朝向所述基準質量體上方延伸的部分形成所述上側壓電驅動部，朝向所述基準質量體下方延伸的部分形成所述下側壓電驅動部，且作為整體朝向所 述輸送方向的板面一體地進行撓曲變形。
透過這樣構成，呈一體構成的壓電驅動體的中間部分在輸送方向的前後位置處分別與基準質量體結合，朝向基準質量體上方延伸的上側壓電驅動部對上側質量體激振，朝向基準質量體下方延伸的下側壓電驅動部對下側質量體激振，由此能夠容易地且可靠地使上側質量體和下側質量體進行同相振動。另外，由於能夠利用一體的壓電驅動體對上側質量體和下側質量體進行激振，因此能夠降低裝置整體的高度，且能夠使裝置構成小型化。另外，所述一體的壓電驅動體是上述同相激振機構的一種形態。
在本發明中，優選所述上側振動彈簧由上側壓電驅動部和板狀的上側增幅彈簧構成，所述上側壓電驅動部構成所述上側激振部，且在所述輸送方向的前後位置處與所述基準質量體結合並朝向所述基準質量體的上方延伸，所述上側增幅彈簧連接在所述上側壓電驅動部的上端且具備朝向所述輸送方向的板面；所述下側振動彈簧由下側壓電驅動部和板狀的下側增幅彈簧構成，所述下側壓電驅動部構成所述下側激振部，且在所述輸送方向的前後位置處與所述基準質量體結合並朝向所述基準質量體的下方延伸，所述下側增幅彈簧連接在所述下側壓電驅動部的下端且具備朝向所述輸送方向的板面。
另外，在輸送方向的前後位置處分別設置有上側壓電驅動部和下側壓電驅動部的情況下，前後位置處的各壓電驅動部在從所述輸送方向觀察時被呈同相地驅動。
在本發明中，優選所述基準質量體被一對所述防振彈簧從下方加以支承。利用防振彈簧對基準質量體進行的支承能夠從任意的方向進行，但是，根據該構成，與將基準質量體懸掛或從側面進行支承的情況相比，能夠減少裝置整體的設置面積。
在本發明中，優選所述防振彈簧、所述上側振動彈簧以及所述下側振動彈簧均以朝向所述輸送方向的一側傾斜的姿態設置。為了在輸送路上對輸送物提供輸送力，只要使輸送路的表面朝向一側沿著朝向斜上方的方向振動即可。作為實現這種斜上方的振動方向的方法，存在將彈簧結構形成為在彈簧結構長度方向(上下方向)的中途經由間隔件等呈階梯狀地連接等的方法，透過將彈簧以傾斜的姿態設置，能夠避免零部件數的增加並容易產生輸送力。
在本發明中，優選所述輸送路設置在所述上側質量體上。透過在三個質量體中被配置於最上方的上側質量體上設置輸送路，在工作時對裝置或輸送物的處理變得容易。
在本發明中，優選所述基準質量體的質量等於或大於所述上側質量體與所述下側質量體的質量之和。由於基準質量體與上側質量體和下側質量體呈相互將輸送方向(振動方向)的反力消除的關係，因此，透過使基準質量體的質量實質上等於上側質量體與下側質量體的質量之和，能夠提高反力的消除效果，另外，由於利用防振彈簧將基準質量體相對於設置面加以支承且限制基準質量體，因此，透過使基準質量體的質量大於上述質量之和，能夠抑制基準質量 體的振幅從而能夠抑制振動能流向設置面，並且，在上側質量體和下側質量體中也能夠實現更穩定的振動形態。
在本發明中，優選所述上側質量體的質量與所述下側質量體的質量實質上相等，所述基準質量體和所述上側質量體之間的重心間隔及彈簧常數與所述基準質量體和所述下側質量體之間的重心間隔及彈簧常數實質上相等。透過這樣構成，上側質量體和下側質量體相對於基準質量體的慣性質量及彈性連接形態呈對稱，因此抵消了轉矩從而能夠進一步減少俯仰動作。
在本發明中，優選所述輸送路呈直線狀，所述輸送方向為沿著直線的方向。本發明也能夠適用於下述情況：即在具備旋轉振子和設置在該旋轉振子上的螺旋狀輸送路的振動式輸送裝置中，透過旋轉方向的振動將輸送物沿著螺旋狀輸送路輸送這一情況，但是，在沿著直線狀輸送路呈直線狀地輸送輸送物的情況下，如後述的實施例中所示能夠使裝置結構簡易地構成，並且能夠容易地實現輸送速度的提高或輸送狀態的穩定化，其中，上述旋轉振子將圍繞規定軸線周圍旋轉的方向(軸線周圍的切線方向)作為輸送方向。
在本發明中，優選所述壓電驅動體具有從相對於所述基準質量體的結合位置起向上下兩側延伸的一體的壓電體。在上述壓電驅動體中，例如也能夠將彈性基板形成為呈一體的部件並且在基準質量體上方的上側壓電驅動部和基準質量體下方的下側壓電驅動部中分別設置獨立的壓電體，透過上述那樣設置朝向上下兩側延伸的呈一體的壓電體，能 夠容易地實現構造的簡易化、製造成本的降低、上下的振動形態的均勻化等。
在本發明中，優選所述上側壓電驅動部和所述下側壓電驅動部具有從相對於所述基準質量體的結合位置起實質上呈上下對稱的結構。透過這樣構成，利用具有對稱結構的上側壓電驅動部和下側壓電驅動部，能夠在上下兩側獲得對稱的動作形態。
在本發明中，優選所述壓電驅動體相對於所述基準質量體的結合位置設置在寬度方向兩側，並且在所述結合位置之間配置有壓電體。由此，透過使壓電驅動體與基準質量體在寬度方向兩側結合且在其結合位置之間配置壓電體，相對於基準質量體能夠在寬度方向兩側確保均等的結合剛性，從而能夠容易地實現穩定的激振狀態。
根據本發明，能夠起到可提供一種能夠以簡單的結構容易地降低對設置面賦予的反力、且實現振動的高頻化或輸送速度的高速化之振動式輸送裝置這一出色的效果。
10‧‧‧振動式輸送裝置
11‧‧‧基準質量體
11a‧‧‧前方部
11b‧‧‧後方部
12A‧‧‧上側質量體
12B‧‧‧下側質量體
12c‧‧‧輸送路
13a、13b‧‧‧防振彈簧
14a、14b‧‧‧上側振動彈簧
15a、15b‧‧‧下側振動彈簧
16A‧‧‧上側壓電驅動體
16B‧‧‧下側壓電驅動體
16a、16b、16a'、16b'、16a"、16b"‧‧‧壓電驅動體
16au、16bu‧‧‧上側壓電驅動部
16ad、16bd‧‧‧下側壓電驅動部
16d、16d'、16d"‧‧‧下部連接結構
16p、16p"‧‧‧壓電體
16pu'、16pu"‧‧‧上側壓電體
16pd'、16pd"‧‧‧下側壓電體
16s、16s'、16s"‧‧‧彈性基板
16t、16t'、16t"‧‧‧側部連接結構
16u、16u'、16u"‧‧‧上部連接結構
17a、17b‧‧‧上側增幅彈簧
18a、18b‧‧‧下側增幅彈簧
19a、19b‧‧‧間隔件
2‧‧‧基臺(設置面)
B‧‧‧振動方向
D‧‧‧輸送方向
F‧‧‧輸送的朝向
Sax 、Sbx ‧‧‧軸線
F1A 、F1B 、F2A 、F2B ‧‧‧激振力
M1 、M2A 、M2B ‧‧‧質量
R2A 、R2B ‧‧‧重心間距離
Φ 1 、Φ 2A 、Φ 2B ‧‧‧相位
ω1 、ω2 ‧‧‧共振頻率
圖1係顯示本發明之振動式輸送裝置之實施方式整體結構之概略立體圖。
圖2係同一實施方式之側視圖。
圖3中(a)係同一實施方式之壓電驅動體之立體圖，(b) 係顯示壓電驅動體與上下的增幅彈簧之間的連接狀態之側視圖，(c)係顯示處於該連接狀態時的壓電驅動體之主視圖。
圖4中(a)係顯示與圖3所示壓電驅動體不同的其他壓電驅動體的例子之立體圖，(b)係顯示連接狀態之側視圖，(c)係壓電驅動體之主視圖。
圖5中(a)、(b)係顯示其他壓電驅動體的例子之主視圖。
圖6中(a)、(b)係顯示比較例的壓電驅動體與基準質量體的連接結構之主視圖。
圖7係顯示本發明之基本結構之原理構成之說明圖。
圖8係顯示上述實施方式之原理構成之說明圖。
圖9係對作為上述實施方式中進行了模態分析後的結果之仿真動作某一時點上的振動形態進行顯示之側視圖。
圖10係對上述仿真動作其他時點上的振動形態進行顯示之側視圖。
圖11係對上述仿真動作的上述某一時點上的振動形態進行顯示之立體圖。
圖12係對上述仿真動作的上述其他時點上的振動形態進行顯示之立體圖。
接下來，參照附圖對本發明的實施方式詳細地進行說明。首先，參照圖1及圖2對實施方式的整體結構進 行說明。
本實施方式之振動式輸送裝置10具有基準質量體11、配置在該基準質量體11的上方的上側質量體12A、以及配置在基準質量體11的下方的下側質量體12B。基準質量體11在輸送方向D的前後位置處被板狀的防振彈簧13a和13b從下方加以支承，其中，該板狀的防振彈簧13a、13b分別具有朝向輸送方向D(準確而言是與振動方向B大致正對、以下相同)的板面。上述防振彈簧13a、13b的下端固定於設置面上、或固定於被配置在設置面上的基臺2上。
在此，輸送方向D的前後位置是指沿著輸送方向D相互遠離的兩個位置，即，前方位置是指輸送的朝向F側的位置，後方位置是指與輸送的朝向F相反側的位置。另外，在本說明書中，所謂的“輸送方向D”是指在振動式輸送裝置10的輸送路12c中輸送電子器件等輸送物的方向，所謂的“輸送的朝向F”是指輸送方向D中的上述輸送物前進的方向。
另外，基準質量體11與上側質量體12A在輸送方向D的前後位置處藉由板狀的上側振動彈簧14a和14b而被彈性連接，其中，該板狀的上側振動彈簧14a、14b分別具有朝向輸送方向D的板面。即，上側質量體12A在輸送方向D的前後位置處分別被上側振動彈簧14a、14b從下方加以支承。
進而，基準質量體11與下側質量體12B在輸送方向D的前後位置處藉由板狀的下側振動彈簧15a和15b而 被彈性連接，其中，該板狀的下側振動彈簧15a、15b分別具有朝向輸送方向D的板面。即，下側質量體12B在輸送方向D的前後位置處分別被下側振動彈簧15a、15b從上方加以懸掛。
上述防振彈簧13a、13b、上側振動彈簧14a、14b、以及下側振動彈簧15a、15b，均是整體構成為板狀，且上述各彈簧的板面正對方向的彈簧常數低，長度方向(將被連接在上下兩側的物體之間連接的方向)的彈簧常數高。因此，在圖示的例子中，從沿著長度方向稍微傾斜的上下方向觀察到的支承剛性高，相對於此，從沿著輸送方向D稍微傾斜的振動方向B觀察到的剛性低。由此，基準質量體11、上側質量體12A及下側質量體12B相互之間的支承結構穩定，從而容易保持相互的位置關係，並且，容易產生用於對輸送物賦予輸送的朝向F的輸送力的振動，同時抑制發生無助於上述輸送力、或妨礙上述輸送的形態的無用振動。
在此，透過使防振彈簧13a、13b的寬度比其他彈簧的寬度大，從而提高寬度方向的支承剛性，並且，透過使防振彈簧13a、13b的長度比其他彈簧的長度長，從而使振動方向B的彈性變形容易。另外，上述各彈簧的彈性特性也能夠根據材質或板厚進行調整。
在本實施方式中，上側振動彈簧14a、14b透過上側壓電驅動部16au、16bu與板狀的上側增幅彈簧17a、17b的串聯結構而被分別構成，其中，上側壓電驅動部16au、16bu是壓電驅動體16a、16b中的朝向基準質量體11上方延伸的 部分，壓電驅動體16a、16b被分別結合(連接固定)在基準質量體11的前方部11a和後方部11b上，上側增幅彈簧17a、17b被連接在該上側壓電驅動部16au、16bu的上端、且具有朝向輸送方向D的板面。
同樣地，下側振動彈簧15a、15b透過下側壓電驅動部16ad、16bd與板狀的下側增幅彈簧18a、18b的串聯結構而被分別構成，其中，下側壓電驅動部16ad、16bd是壓電驅動體16a、16b中的朝向基準質量體11下方延伸的部分，壓電驅動體16a、16b被分別結合(連接固定)在基準質量體11的前方部11a和後方部11b上，下側增幅彈簧18a、18b被連接在該下側壓電驅動部16ad、16bd的下端、且具有朝向輸送方向D的板面。
基準質量體11具有下述結構：即，位於輸送方向D的前後位置的前方部11a和後方部11b被薄壁化，位於前方部11a與後方部11b之間的輸送方向D的中間部以朝向上下兩側突出的方式被厚壁化這一結構。前方部11a和後方部11b的端面上固定有壓電驅動體16a、16b的長度方向的中間部，該中間部經由構成基準質量體11一部分的間隔件(spacer)19a、19b而在輸送方向D的更為前方和更為後方的位置處被連接固定於防振彈簧13a、13b的上端部。另外，將防振彈簧13a、13b配置在輸送方向D上相比下側振動彈簧15a、15b更為前方外側和更為後方外側的位置處，由此提高了振動系統整體的穩定性。
在圖3中示出本實施方式的壓電驅動體16a、16b 的結構。壓電驅動體16a、16b具有被稱為墊板(shim plate)的金屬制的彈性基板16s、和被粘接固定(層壓)於該彈性基板16s的表面及背面的壓電體(壓電層)16p。
彈性基板16s在其長度方向的兩端(上下兩端)，分別具有相對於上側增幅彈簧17a、17b的上部連接結構(在圖示的例子中為連接用的孔)16u和相對於下側增幅彈簧18a、18b的下部連接結構16d。另外，彈性基板16s在其長度方向中間部的寬度方向兩側，具有相對於基準質量體11的側部連接結構(在圖示的例子中為向寬度方向突出的帶孔的突出部)16t、16t。該情況下，壓電體16p在彈性基板16s上被配置在左右的側部連接結構16t之間的寬度方向中間位置處。
當這樣構成時，由於壓電驅動體16a、16b相對於基準質量體11的結合位置被設置在避開壓電體16p的寬度方向兩側，因此，不易對壓電驅動體16a、16b的撓曲變形動作造成影響，且在左右兩側可靠地與基準質量體11結合，由此，能夠將壓電驅動體16a、16b牢固地固定在基準質量體11上，從而能夠在上下兩側對基準質量體11可靠地施加激振力。
另外，圖示例子中的壓電驅動體16a、16b具有在彈性基板16s的兩面配置有壓電體16p的雙壓電晶片結構，但是，也可以為僅在彈性基板16s的一面配置有壓電體而形成的單壓電晶片結構，能夠使用其他周知的各種壓電驅動體。另外，壓電驅動體16a、16b具有以上述中間部為對稱 軸而在長度方向(上下)呈對稱的結構，並構成為在寬度方向(左右)也呈對稱。
關於上述壓電驅動體16a、16b，當對壓電體16p的表面和背面施加電壓時，壓電體16p根據電壓而變形，由此彈性基板16s以朝向長度方向撓曲的方式彎曲。然後，透過施加規定頻率的交變電壓，壓電驅動體16a、16b以交替向相反方向撓曲變形的方式振動，並且，該振動經由上側增幅彈簧17a、17b及下側增幅彈簧18a、18b在基準質量體11與上側質量體12A、基準質量體11與下側質量體12B之間產生大致沿著輸送方向D的振動方向B的振動。
在此，輸送方向D的前後位置處的壓電驅動體16a、16b均以同相進行撓曲變形，上側壓電驅動部16au、16bu與下側壓電驅動部16ad、16bd也以同相進行變形，因此，相對於基準質量體11，上側質量體12A與下側質量體12B也以同相沿振動方向B振動。此時，基準質量體11以與上側質量體12A和下側質量體12B相反的相位沿振動方向B振動，以消除由上側質量體12A和下側質量體12B沿振動方向B振動而產生的反力。
另外，彈性支承基準質量體11(實際上是振動系統整體)的防振彈簧13a、13b、將上述基準質量體11與上側質量體12A之間連接的上側振動彈簧14a、14b、以及將上述基準質量體11與下側質量體12B之間連接的下側振動彈簧15a、15b的各板面，以朝向與輸送的朝向F相反側的方向相對於輸送方向D朝向斜上方傾斜的姿態設置。該傾斜方向與 該振動系統整體的振動方向B大致一致。
振動方向B通常具有相對於水平方向為1度~10度範圍內的傾角，優選為2度~8度範圍內、更優選3度~6度範圍內。如圖2所示，上述振動方向B的振動產生用於將輸送路12c上的輸送物朝向輸送的朝向F輸送的輸送力，其中，輸送路12c設置在上側質量體12A。
在圖示例子中，在基準質量體11的前端部上，利用螺栓和固定板(墊圈、墊片)等，將前方部11a、壓電驅動體16a、間隔件19a及防振彈簧13a沿著與上述振動方向B大致一致的軸線Sax 進行連接固定。另外，在基準質量體11的後端部上，利用螺栓和固定板(墊圈、墊片)等，將後方部11b、壓電驅動體16b、間隔件19b及防振彈簧13b沿著與上述振動方向B大致一致的軸線Sbx 進行連接固定。
在此，軸線Sax 與軸線Sbx 呈相互平行，但是由於基準質量體11構成為大致沿著輸送方向D(水平方向)呈直線狀地延伸的板狀或片狀，因此軸線Sax 與軸線Sbx 並不是相互一致的線。另外，上側質量體12A和下側質量體12B也構成為沿著輸送方向D(水平方向)呈直線狀地延伸的板狀或片狀。
另外，如圖所示，從進一步減輕俯仰(pitching)動作方面出發，上側振動彈簧14a與下側振動彈簧15a以及上側振動彈簧14b與下側振動彈簧15b，分別優選為呈大致直線狀地排列。
圖4中示出能夠直接使用於上述實施方式中的 與上述壓電驅動體16a、16b不同的其他壓電驅動體16a'、16b'的結構。該壓電驅動體16a'、16b'基本上具有與上述相同的彈性基板16s'、上部連接結構16u'、下部連接結構16d'、側部連接結構16t'，但是在下述方面與上述壓電驅動體16a、16b不同：即，層壓在彈性基板16s'上的壓電體，透過在其長度方向的中間部(相對於基準質量體11的結合位置)位置處被上下截斷從而在長度方向上分成兩部分。即，在彈性基板16s'上形成有：配置在上述結合位置的上方的上側壓電體16pu'和配置在上述結合位置的下方的下側壓電體16pd'。
在這樣構成的情況下，也能夠在上下分別可靠地產生壓電驅動體16a'、16b'的驅動力。
圖5的(a)和(b)是進一步顯示其他的壓電驅動體16a"、16b"的主視圖。該壓電驅動體16a"、16b"在具有彈性基板16s"、壓電體16p"(或上側壓電體16pu"和下側壓電體16pd")、上部連接結構16u"及下部連接結構16d"這一點上基本與圖3和圖4所示的壓電驅動體相同。
圖5(a)所示的壓電驅動體是上述壓電驅動體16a、16b的變形例，是將彈性基板16s"的平面形狀改變，即，取代設置朝向寬度方向兩側突出的側部連接結構16t而形成為具有整體地將寬度增大的矩形平面形狀的結構，並且在寬度方向的兩端部形成有孔等的側部連接結構16t"。
圖5(b)同樣地是壓電驅動體16a'、16b'的變形例，與圖5(a)同樣地是將彈性基板16s"的平面形狀改變，即，取代設置側部連接結構16t'而形成為寬幅並在寬度方向 的兩端部形成有側部連接結構16t"。
圖6的(a)和(b)係對上側振動彈簧14a、14b和下側振動彈簧15a、15b所包含的上側壓電驅動部16au、16bu和下側壓電驅動部16ad、16bd的比較例進行顯示的主視圖。
在圖6(a)所示的例子中顯示了下述結構：即，取代設置如上所述上下一體的(即，整體地撓曲變形而產生振動)壓電驅動體16a、16b，而將上下分開的壓電驅動體、即相互獨立的(分別進行撓曲變形而產生振動)上側壓電驅動體16A和下側壓電驅動體16B均固定於基準質量體11上的結構。
即，將上側壓電驅動體16A的下端連接固定於基準質量體11(的前方部11a和後方部11b的上部)上，並且，將下側壓電驅動體16B的上端連接固定於基準質量體11(的前方部11a和後方部11b的下部)上。
圖6(b)所示比較例中在將上側壓電驅動體16A連接固定於基準質量體11的上部、且將下側壓電驅動體16B連接固定於基準質量體11的下部這一點上與圖6(a)的結構相同，但是，在將基準質量體11的一部分配置在上側壓電驅動體16A與下側壓電驅動體16B之間而不是將上側壓電驅動體16A與下側壓電驅動體16B直接鄰接這一點上不同。
最後，參照圖7~圖12對本實施方式的振動式輸送裝置10的作用效果進行說明。圖7係顯示本發明振動系統的原理構成的說明圖。對說明圖中的各部分標注與上述實施方式對應的部分的符號。
在本發明的振動系統中，上側質量體12A和下側質量體12B經由上側振動彈簧14a、14b和下側振動彈簧15a、15b而被彈性連接在基準質量體11的上下兩側。而且，上側質量體12A和下側質量體12B利用被作為同相激振機構的壓電驅動體16a、16b分別施加於上側質量體12A及下側質量體12B與基準質量體11之間的激振力、即利用從上側振動彈簧14a、14b接受的激振力F2A 和從下側振動彈簧15a、15b接受的激振力F2B ，從輸送方向D觀察時相對於基準質量體11呈同相地進行振動。
在此，F1A 是基準質量體11從上側振動彈簧14a、14b接受的激振力，F1B 是基準質量體11從下側振動彈簧15a、15b接受的激振力。因此，當從輸送方向D觀察時，基準質量體11的相位Φ1 為與上側質量體12A和下側質量體12B的相位Φ2A 、Φ2B 相反的相位。因此，當以設置面2為基準加以考慮時，呈下述關係：即，由基準質量體11的振動產生的輸送方向D的反力與由上側質量體12A和下側質量體12B的振動合成的反力相互消除的關係(抵消或削弱的關係)。其結果是，經由防振彈簧13a、13b傳向設置面2側的輸送方向D的振動被減弱。
另一方面，當以基準質量體11為基準加以考慮時，從上側質量體12A接受的激振力F1A 和從下側質量體12B接受的激振力F1B 均是沿著振動方向B的方向的相同朝向，但是，相互以同相進行振動的上側質量體12A的轉矩與下側質量體12B的轉矩為相反方向且呈相互消除的關係(抵消或 削弱的關係)。因此，基準質量體11受到的旋轉方向的反力被減弱，從而不易發生俯仰動作，並且，經由防振彈簧13a、13b被傳向設置面2側的上下方向的振動也被減弱。另外，由此，沿著輸送路12c長度方向的輸送物的輸送速度或輸送姿態等輸送狀態也被均勻化。
在本發明中，在圖7所示的振動系統中，透過設置作為同相激振機構的壓電驅動體16a、16b，上側質量體12A和下側質量體12B實際上作為一個質量體進行動作，換言之，利用同相激振機構將上側質量體12A和下側質量體12B限制成作為一個質量體進行動作，因此，構成具有作為一個質量體的基準質量體11和另一個質量體(上側質量體12A和下側質量體12B)的、實質上為雙自由度(Two Degree Of Freedom)或雙質點(Two-Mass)的受迫(衰減)振動系統，其中，上述作為同相激振機構的壓電驅動體16a、16b以使上側質量體12A和下側質量體12B相對於基準質量體11呈同相進行振動的方式施加激振力，上述作為一個質量體的基準質量體11經由防振彈簧13a、13b與設置面2彈性連接，上述另一個質量體經由四個振動彈簧14a、14b、15a、15b與基準質量體11彈性連接。
在該振動系統中，具有高低兩個的共振頻率ω1 和ω2 ，並且，在該兩個共振頻率ω1 和ω2 之間的頻帶上兩個質量體相互以相反的相位進行振動。
在具有該兩個質量體11和12A+12B的振動系統的反相模式中，呈兩個質量體之間的輸送方向D的反力相互 消除的關係，在本發明中如上所述，相對於作為一個質量體的基準質量體11，另一個質量體被二分為上側質量體12A和下側質量體12B，且上側質量體12A和下側質量體12B被彈性連接於基準質量體11的相互相反側，因此，基準質量體11所受到的轉矩也呈相互消除的關係。
在此，當以基準質量體11的質量M1 的重心位置為基準時，上側質量體12A的轉矩為上側質量體12A的質量與重心間距離之積、即M2A ×R2A ，下側質量體12B的轉矩同樣地為M2B ×R2B 。但是，兩個轉矩為相反方向。這種振動系統的構成，形成與先前裝置基本不同的振動形態，並實現不依賴於利用設置面產生的固定力的輸送形態。
在先前裝置中為了確保輸送路上的輸送物的輸送狀態而必須牢固地固定於設置面上或使基臺重型化，相對於此，在本發明中，極端而言，即使在將防振彈簧13a、13b的下端僅僅是載置在柔軟被褥等設置面上而並沒有進行固定的情況下，或者，在將輕型化的基臺2不加以固定地進行設置的情況下，振動形態也幾乎不發生變化(惡化)，輸送路12c上的輸送形態也基本不變。
另外，如圖中明確所示，從將輸送方向D的反力抵消這一方面來看，實際上優選M1 =M2A +M2B ，從將上述兩個轉矩抵消這一方面來看，實際上優選M2A ×R2A =M2B ×R2B ，從減少俯仰動作這一方面來看，實際上優選M2A =M2B 且R2A =R2B 。
以上的構成及作用效果基本上是根據表示本發明基本結構之概念的圖7所示結構而得出，但是，在本實施 方式中，透過使上述同相激振機構分別具有上側激振部和下側激振部，並且由上側激振部和下側激振部直接且分別地賦予激振力F2A (F1A )和激振力F2B (F1B )，由此能夠使裝置構造簡易化，同時，也能夠容易地進行用於與例如輸送物或輸送路的變動等對應的激振側頻率或振幅等的調整。尤其是，在本實施方式中，由於設置有被插入上側振動彈簧14a、14b中的上側壓電驅動部16au、16bu和被插入下側振動彈簧15a、15b中的下側壓電驅動部16ad、16bd，並且利用壓電驅動方式進行激振，因此無需在振動系統之外另外設置激振機構，因而能夠更為簡易地構成裝置構造。
圖8係顯示上述實施方式的振型(vibration model)的圖。在本實施方式中如圖8所示，上側振動彈簧14a、14b與下側振動彈簧15a、15b直接連接，並且其連接點被連接固定在基準質量體11上。因此，上述激振力F1A 和F1B 作用於基準質量體11的點相互一致，因而，由圖7所示振型中的激振力F1A 和F1B 的作用位置的偏差引起的無用振動或力矩的發生被減少。另外，由於上側振動彈簧14a、14b與下側振動彈簧15a、15b被直接連接，因此，上下的振動結構部分之間的振動能的交換變得容易，由此認為能夠構成更穩定的振動系統。進而，在本實施方式中，如圖中明確所示，根據上述構成，具有能夠降低振動式輸送裝置10的高度這一效果。
進而，在本實施方式中，上側振動彈簧14a、14b與下側振動彈簧15a、15b呈直線狀排列，並且，沿著與該直 線垂直且相互平行的軸線Sax 和Sbx 排列有基準質量體11、上側振動彈簧14a、14b與下側振動彈簧15a、15b的連接點、防振彈簧13a、13b的支承點，因此可認為被構成為不易發生旋轉方向的無用振動或俯仰動作。
尤其是，透過構成為將基準質量體11的質量M1 的重心位置、上側質量體12A的質量M2A 的重心位置、以及下側質量體12B的質量M2B 的重心位置配置在與上述直線平行的直線上、即與上述軸線Sax 、Sbx 垂直的直線上，從而能夠使振動系統進一步穩定化。
另外，在圖8中強調記載了振動方向的傾角，但是，實際上傾角如上所述為數度左右，振動的振幅也十分小且各彈簧長度方向的剛性十分高，因此由傾角引起的上下振動的影響小。
另外，在圖8的振型中，M2A =M2B 、R2A =R2B 、上側振動彈簧14a、14b和下側振動彈簧15a、15b的長度及彈簧常數均相同，防振彈簧13a和13b的長度及彈簧常數也相同，但其並不是對本發明及本實施方式進行任何的限定。另外，在圖示中，在處於靜止狀態時，基準質量體11(質量M1 )的重心位置位於將上側質量體12A(質量M2A )的重心位置和下側質量體12B(質量M2B )的重心位置連接的直線上。
在本實施方式中，透過使用長度方向的中間部相對於基準質量體11被結合的一體的壓電驅動體16a、16b，從而能夠可靠且穩定地對上側質量體12A和下側質量體12B雙方施加激振力。尤其是，壓電驅動體16a、16b透過一體的 撓曲變形，能夠對上側質量體12A和下側質量體12B該兩質量體可靠地施加同相的激振力。
另外，由於在上側振動彈簧14a、14b和下側振動彈簧15a、15b中的基準質量體11側位置配置有上側壓電驅動部16au、16bu和下側壓電驅動部16ad、16bd，因此，利用上側增幅彈簧17a、17b或下側增幅彈簧18a、18b，能夠產生在上側質量體12A和下側質量體12B上設置輸送路時所需要的充分的振幅。
圖9~圖12係對表示根據上述實施方式的結構模型進行了模態分析後的結果的仿真動作的一部分進行顯示的圖。在此，使用上述基準質量體11、上側質量體12A、下側質量體12B、基臺2、防振彈簧13a、13b、壓電驅動體16a、16b、上側增幅彈簧17a、17b、下側增幅彈簧18a、18b、間隔件19a、19b、其他的墊圈或螺栓等的各材質和尺寸、以及各材質的楊氏模量、泊松比、密度等的數據，進行整體結構的振動模式的分析，並根據其分析結果(模態參數、即固有振型、固有振動頻率、模態阻尼比)作成了仿真動畫。
圖9和圖11顯示在接近一方最大位移時的振動形態，圖10和圖12顯示在接近另一方最大位移時的振動形態。另外，在該分析所使用的資料中，將基準質量體11的質量M1 設定為1時，上側質量體12A的質量M2A 設定為0.46，下側質量體12B的質量M2B 設定為0.38。
在本發明中，從獲得穩定的振動形態的方面出發，優選基準質量體11的質量M1 與上側質量體12A和下側 質量體12B的質量之和M2A +M2B 大致相等(例如，M1 與M2A +M2B 的質量之差為M1 與M2A +M2B 的中值的10%以下)，或者，大於該質量之和M2A +M2B 。
另外，優選上側質量體12A的質量M2A 和下側質量體12B的質量M2B 大致相等，但是，觀察上述數值可知，只要M2A 與M2B 的質量之差也在M2A 與M2B 的中值的30%以下便無大問題，更優選為20%以下。
根據上述仿真圖像所示的振動形態可知，俯仰動作幾乎未發生，而且各質量體在作為輸送方向D的水平方向上整齊地往復振動，因此，也能夠充分獲得在輸送方向D上所觀察到的輸送狀態(輸送速度、輸送姿態)的均勻性。
另外，本發明的振動式輸送裝置並不僅限於上述的圖示例子，毋庸置疑在不脫離本發明主旨的範圍內能夠追加各種變更。
10‧‧‧振動式輸送裝置
11‧‧‧基準質量體
11a‧‧‧前方部
11b‧‧‧後方部
12A‧‧‧上側質量體
12B‧‧‧下側質量體
12c‧‧‧輸送路
13a、13b‧‧‧防振彈簧
14a、14b‧‧‧上側振動彈簧
15a、15b‧‧‧下側振動彈簧
16a、16b‧‧‧壓電驅動體
16au、16bu‧‧‧上側壓電驅動部
16ad、16bd‧‧‧下側壓電驅動部
17a、17b‧‧‧上側增幅彈簧
18a、18b‧‧‧下側增幅彈簧
19a、19b‧‧‧間隔件
2‧‧‧基臺(設置面)
D‧‧‧輸送方向
F‧‧‧輸送的朝向

Claims (6)

  1. 一種振動式輸送裝置，其特徵在於，具備：一對板狀的防振彈簧，其具備朝向輸送方向的板面；基準質量體，其在所述輸送方向的前後位置處被一對所述防振彈簧支承；上側質量體，其配置在所述基準質量體的上方；下側質量體，其配置在所述基準質量體的下方；一對板狀的上側振動彈簧，其在所述輸送方向的前後位置處分別將所述基準質量體與所述上側質量體加以彈性連接，並具備朝向所述輸送方向的板面；一對板狀的下側振動彈簧，其在所述輸送方向的前後位置處分別將所述基準質量體與所述下側質量體加以彈性連接，並具備朝向所述輸送方向的板面；以及，同相激振機構，其對所述基準質量體與所述上側質量體之間、以及所述基準質量體與所述下側質量體之間施加用於在所述輸送方向上產生同相振動的激振力；在所述基準質量體、所述上側質量體或所述下側質量體的至少任意一個質量體上，設置有輸送輸送物的輸送路；利用所述同相激振機構，使所述上側質量體和所述下側質量體在從所述輸送方向觀察時進行同相振動，並且，使所述基準質量體與所述上側質量體和所述下側質量體從所述輸送方向觀察時進行反相振動； 所述同相激振機構由一對板狀的壓電驅動體構成，該一對壓電驅動體在所述輸送方向的前後位置處分別與所述基準質量體結合，並且，具有在具備朝向所述輸送方向的板面的板狀彈性基板的表面和背面中至少任意一面上層壓有壓電體之結構；所述一對壓電驅動體中的朝向所述基準質量體上方延伸的部分形成板狀的上側壓電驅動部，該上側壓電驅動部被插入所述上側振動彈簧的長度方向的一部分中且其朝向所述輸送方向的板面進行撓曲變形，所述一對壓電驅動體中的朝向所述基準質量體下方延伸的部分形成板状的下側壓電驅動部，該下側壓電驅動部被插入所述下側振動彈簧的長度方向的一部分中且其朝向所述輸送方向的板面進行撓曲變形；所述一對壓電驅動體相對於所述基準質量體的結合位置設置在寬度方向兩側，且在寬度方向兩側的所述結合位置之間配置有所述壓電體，並且所述一對壓電驅動體作為整體朝向所述輸送方向的板面在沿著上下方向的長度方向上呈一體地進行撓曲變形。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之振動式輸送裝置，其中，所述壓電驅動體具有相對於所述結合位置朝向上下兩側延伸的呈一體的所述壓電體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之振動式輸送裝置，其中， 所述基準質量體具備：位於所述輸送方向的前後位置的前方部和後方部，以及位於所述前方部與所述後方部之間的所述輸送方向的中間部，並且，所述基準質量體具有所述前方部和所述後方部沿上下方向被薄壁化且所述中間部以朝向上下兩側突出之方式被厚壁化之結構；所述前方部和所述後方部在所述輸送方向的前後位置處分別與所述壓電驅動體結合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之振動式輸送裝置，其中，一對所述防振彈簧在所述輸送方向的前後位置處分別從所述輸送方向的前後外側與所述壓電驅動體的所述結合位置連接。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項所述之振動式輸送裝置，其中，所述基準質量體的質量等於或大於所述上側質量體與所述下側質量體的質量之和。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之振動式輸送裝置，其中，所述上側振動彈簧由上側壓電驅動部和板狀的上側增幅彈簧構成，所述上側增幅彈簧連接在所述上側壓電驅動部的上端且具備朝向所述輸送方向的板面；所述下側振動彈簧由下側壓電驅動部和板狀的下側增幅彈簧構成，所述下側增幅彈簧連接在所述下側壓電驅動部的下端且具備朝向所述輸送方向的板面。
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