(57)【要約】【課題】フィーダー等の駆動源として用いられ、被搬送物をジャンプさせずに高い姿勢制御での高精度の搬送が可能で、かつ、簡易な操作で被搬送物の逆方向への搬送（バック）が可能な圧電アクチュエーターと、この圧電アクチュエーターを備えるフィーダー及び沈殿防止装置との提供を目的とするものである。【解決手段】当該フィーダーは、圧電アクチュエーター１とトラフ２とを備えている。この圧電アクチュエーター１は、電圧信号を機械的変位（撓み振動）に変換する圧電素子３と、この圧電素子３に電圧信号を印加する駆動部４と、圧電素子３の機械的変位により左右方向に振動する作動部５とを備え、この作動部５の振動における往運動と復運動との速度、加速度等が非対称であることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧信号を機械的な変位に変換する圧電素子と、この圧電素子に電圧信号を印加する駆動部と、圧電素子の機械的な変位により振動する作動部とを備える圧電アクチュエーターであって、
この作動部の振動における往運動と復運動とが非対称であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
上記作動部の振動における往運動と復運動との加速度が非対称である請求項１に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項３】
上記圧電素子が、導電性を有する方形のシム板と、このシム板の両面に電気的導通を有しつつ積層される一対の方形圧電板とを備え、
この方形圧電板が、圧電体と、この圧電体の両面に積層される一対の電極とを備えており、
この圧電素子の機械的な変位が撓み振動である請求項１又は請求項２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
上記駆動部が印加する電圧信号が、正電圧及び負電圧を交互に繰り返し、正側の波形と負側の波形とが非対称である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターと、この圧電アクチュエーターの作動部に連結されるトラフとを備え、
このトラフが、圧電アクチュエーターにより長手方向に振動するフィーダー。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複数の圧電アクチュエーターと、これらの圧電アクチュエーターの作動部に連結される平面テーブルとを備え、
この平面テーブルが、これらの圧電アクチュエーターによりテーブル面と平行な直交２方向に振動するフィーダー。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターと、この圧電アクチュエーターの作動部に連結される容器係合部とを備え、
この容器係合部が、圧電アクチュエーターにより鉛直方向に振動する沈殿防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパーツフィーダー等の駆動源として用いられる圧電アクチュエーターと、この圧電アクチュエーターを備えるフィーダー及び沈殿防止装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、各種の自動組立工程や成形工程において、金属粉末等の粒状物や電子部品、樹脂成形部品、機械部品等の小型部品を連続して搬送するパーツフィーダーが用いられている。このパーツフィーダーとしては、従来、電磁石を駆動源とする電磁型パーツフィーダーや圧電素子を駆動源とする圧電型パーツフィーダーがあるが、後者の圧電型パーツフィーダが、従来の電磁型パーツフィーダと比較して、物品の搬送がスムーズであり、また消費電力が小さい等の特長があり、広く普及してきている。
【０００３】
上記従来の圧電型パーツフィーダーは、図５に示すように、水平に設置される基台５０と、この基台５０の上方に略水平に配設されるトラフ５１と、基台５０とトラフ５１との間に配設される複数の圧電アクチュエーター５２とから構成されている。なお、かかる構造の圧電型パーツフィーダーは、例えば特開２００１−１７１８２３公報、特開２０００−７７７３４公報などに開示されている。
【０００４】
この圧電アクチュエーター５２は、基台５０上に固定される平板状の支持枠片５３と、この支持枠片５３と対偶するようトラフ５１の下面に固定される平板状の作動部５４と、この支持枠片５３から斜め上方に突設される方形板状の圧電素子５５と、この圧電素子５５の上端部と作動部５４との間に掛け渡される方形板状の変位拡大バネ５６と、圧電素子５５に電圧信号を印加する駆動部５７とを備えている。そのため、基台５０とトラフ５１とは、斜め上方の所定方向に延びる圧電素子５５及び変位拡大バネ５６によって複数箇所で連結されている。
【０００５】
この圧電素子５５は、バネ鋼等からなる方形の金属シム板５８と、この金属シム板５８の両面に積層される一対の圧電体５９とを備えている。この圧電体５９の両面には一対の電極が積層されている。かかる構造の圧電素子５５が駆動部５７による電圧信号の印加によって撓み振動し、この撓み振動が変位拡大バネ５６で拡大され、作動部５４及びトラフ５１を所定の方向に振動させる。その結果、トラフ５１上の粒状物や小型部品などの被搬送物を一定方向に搬送することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の圧電型パーツフィーダーによれば、トラフ５１に対して斜め方向Ａ（圧電素子５５の板面と垂直方向）の振動が付与され、小型部品等の被搬送物を斜め上方に連続してジャンプさせて搬送する。かかるジャンプ式の圧電型パーツフィーダーでは、被搬送物をジャンプさせる関係上、搬送精度の向上には一定の制限がある。具体的には、圧電型パーツフィーダーのトラフ５１上には、通常、被搬送物の姿勢制御を行うための上方押さえ板が配設されるが、被搬送物がジャンプする分だけ遊び（隙間）を設ける必要があるため、転倒等が生じるおそれがあり、被搬送物の姿勢制御が困難である。また、圧電アクチュエーター５２から離れるに従ってトラフ５１の上下方向の振動が大きくなり、スムーズな搬送がより困難になる。特に、被搬送物が粒状物や粉体等の場合、搬送停止後に被搬送物がトラフ５１から零れ出るおそれがある。
【０００７】
また、上記従来の圧電型パーツフィーダーは、上述のように圧電素子５５を斜め上方の所定方向に突設し、トラフ５１に斜め方向の振動を加えて被搬送物を搬送する構造上、被搬送物を逆方向に搬送することや、連続して搬送する被搬送物を切り離すことは不可能である。そのため、上記従来の圧電型パーツフィーダーにより搬送されている被搬送物をピックアップする場合、隣接する被搬送物の共上がりを防止し、１個だけをピックアップするために、直角方向への切出し機構をさらに付設する必要があり、搬送設備の複雑化及び設備コストの増大を招いている。
【０００８】
本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、フィーダー等の駆動源として用いられ、被搬送物をジャンプさせずに高い姿勢制御での高精度の搬送が可能で、かつ、簡易な操作で被搬送物の逆方向への搬送（バック）が可能な圧電アクチュエーターと、この圧電アクチュエーターを備えるフィーダー及び沈殿防止装置との提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた発明は、電圧信号を機械的な変位に変換する圧電素子と、この圧電素子に電圧信号を印加する駆動部と、圧電素子の機械的な変位により振動する作動部とを備える圧電アクチュエーターであって、この作動部の振動における往運動と復運動とが非対称であることを特徴とする圧電アクチュエーターである。
【００１０】
従って、当該圧電アクチュエーターとこの圧電アクチュエーターの作動部に連結されるトラフとを備え、このトラフが圧電アクチュエーターにより長手方向に振動するフィーダーは、往運動と復運動とが非対称のトラフの振動によって振動方向の一方向に被搬送物をジャンプさせずに搬送することができる。そのため、当該フィーダーによれば、高い姿勢制御での高精度の搬送が可能となる。また、当該フィーダーは、圧電アクチュエーターの作動部の振動における往運動と復運動との非対称性を例えば駆動部の電気的な切替等の簡易な手段で逆転させることで、被搬送物を逆方向に搬送することができる。このように、当該フィーダーによれば、搬送方向の正逆切り替えが簡易かつ確実にできるため、搬送停止前に被搬送物をバックさせてトラフ先端からの被搬送物の意図せぬ零れを防止でき、またトラフの先端部に被搬送物が逆送できない程度の勾配を設けておけば、搬送方向の正逆切り替えによって被搬送物の切り離しが可能となる。そのため、上記従来の圧電型パーツフィーダーを備える搬送設備において、被搬送物を１個ずつピックアップするために付設されている直角方向への切出し機構が不要になり、搬送設備の簡素化及び設備コストの低減化を促進することができる。
【００１１】
また、複数の当該圧電アクチュエーターとこれらの圧電アクチュエーターの作動部に連結される平面テーブルとを備え、この平面テーブルがこれらの圧電アクチュエーターによりテーブル面と平行な直交２方向に振動するフィーダーは、平面テーブルと平行な直交２方向の両振動の往運動及び復運動の非対称性を調整することで、平面テーブルの任意の方向に被搬送物を搬送することができる。
【００１２】
さらに、当該圧電アクチュエーターとこの圧電アクチュエーターの作動部に連結される容器係合部とを備え、この容器係合部が圧電アクチュエーターにより鉛直方向に振動する沈殿防止装置は、この振動の下方への運動と上方への運動を調整することで、容器係合部に取付けた容器内の液体（粘性流体を含む）の沈殿を防止し、ひいてはこの液体を撹拌することができる。
【００１３】
上記作動部の振動における往運動と復運動との加速度を非対称にするとよい。かかる往復運動の加速度が非対称の振動を作動部から例えばトラフ等に付与することで、トラフ等の長手方向の振動であっても、振動の加速度が大きい運動時にに被搬送物を滑らせて搬送することができる。
【００１４】
上記圧電素子としては、導電性を有する方形のシム板とこのシム板の両面に電気的導通を有しつつ積層される一対の方形圧電板とを備え、この方形圧電板が圧電体とこの圧電体の両面に積層される一対の電極とを備え、機械的な変位が撓み振動であるものが好ましい。ここで、「撓み振動」とは、方形板状の当該圧電素子の中心面（シム板中心面）を基準とする左右両側への撓み振動を意味する。このような２枚の圧電体が積層された板状の圧電素子の撓み振動は振幅が比較的大きく、当該圧電素子を用いたフィーダーの搬送速度を向上させることができる。
【００１５】
上記駆動部が印加する電圧信号は、正電圧及び負電圧を交互に繰り返し、正側の波形と負側の波形とを非対称にするとよい。このように正電圧及び負電圧を交互に繰り返す電圧信号を印加することで、圧電素子に撓み振動を付与し、この電圧信号の正側の波形と負側の波形を非対称にすることで、当該圧電素子の撓み振動の往運動と復運動の加速度等を容易かつ確実に非対称とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエーターを備えるフィーダーを示す斜視図、図２は図１のフィーダーのＡ−Ａ断面図、図３は図１のフィーダーのＢ−Ｂ断面図、図４は図１の圧電アクチュエーターに備える圧電素子及び駆動部を示す概略構成図である。
【００１７】
図１〜図３の圧電アクチュエーターは、金属粉末等の粒状物や電子部品、樹脂成形部品、機械部品等の小型部品などの被搬送物を略水平にかつ直線状に搬送するものであり、圧電アクチュエーター１とトラフ２とを備えている。
【００１８】
圧電アクチュエーター１は、電圧信号を撓み振動に変換する圧電素子３と、この圧電素子３に電圧信号を印加する駆動部４と、圧電素子３の撓み振動により水平に振動する作動部５と、圧電素子３を支持及び収納しかつ作動部５を水平に摺動可能に支持するハウジング６とを備えている。
【００１９】
ハウジング６は、基台７、一対の支柱８、一対の側壁９などから構成されている。この基台７は、当該フィーダーの台となる所定厚さの略方形盤状体であり、上面中央の左右方向（長辺と平行方向）に凸条部１０が形成されている。一対の支柱８は、基台７の凸条部１０の左右両側に垂直に突設されており、基台７の底面側からねじ込まれたボルトでネジ止めされている。一対の側壁９は、基台７の凸条部１０の両側面にネジ止めされ、前後方向（基台７の短辺と平行方向）に所定の間隔を開けて平行に配設されている。
【００２０】
この基台７、支柱８及び側壁９の材料としては、各部材に要求される強度等が確保できれば特に限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金、銅合金、鋼等の金属やエンジニアリングプラスチック等の合成樹脂などが用いられる。
【００２１】
圧電素子３は、圧電体を含む多層構造の長方形板状体であり、具体的には図４に示すように、方形のシム板１１と、このシム板１１の両面に導電性接着層１２を介して積層される一対の方形圧電板１３とを備えている。このシム板１１は、少なくとも表面部に導電性を有する補強材であり、その材料としては例えばＳＫ鋼を焼入れ処理したものが好適に用いられる。
【００２２】
方形圧電板１３は、圧電体１４と、この圧電体１４の両面に積層される一対の電極１５とを備えている。この圧電体１４は、電圧の印加により歪みが生じるピエゾ効果を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば圧電セラミックス、高分子圧電体、単結晶圧電体等を使用することができる。中でも、大きな圧電効果を有し、耐久性も良好なチタン酸・ジルコン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ）が好ましい。電極１５は、圧電体１４の外縁部を除いたほぼ全面に積層され、例えば銀ペーストの印刷及び焼付けにより形成される。かかる構造の一対の方形圧電板１３の圧電効果の方向性は揃えられている。
【００２３】
導電性接着層１２は、線状、散点状等に積層される導電体１６と、この導電体１６以外の部分に充填される接着剤１７とを有している。この導電体１６によりシム板１１と方形圧電板１３との導電性が付与され、接着剤１７により方形圧電板１３に作用する応力が緩和され、層間剥離やクラックの発生が低減される。導電体１６としては、例えばカーボン樹脂ペースト等の導電性樹脂が用いられ、方形圧電板１３又はシム板１１表面への印刷及び硬化により形成される。接着剤１７としては、例えばエポキシ系接着剤が用いられ、上記導電体１６の積層面への塗工により形成される。
【００２４】
上記構造の圧電素子３は、外面側に配設される一対の電極１５とシム板１１とに駆動部４から延びるリード線が接続されている。駆動部４は、このリード線を介して外側の両電極１５に正電圧及び負電圧を交互に印加する。このように正電圧を印加した場合、一方の圧電体１４は伸び、他方の圧電体１４は縮む結果、圧電素子３は左側又は右側の一方側に湾曲する。逆に、負電圧を印加した場合、一方の圧電体１４は縮み、他方の圧電体１４は伸びる結果、圧電素子３は左側又は右側の他方側（上記場合と反対側）に湾曲する。そのため、圧電素子３に正電圧及び負電圧を交互に印加することで、圧電素子３は左右両側に撓み振動する。
【００２５】
また、圧電素子３の先端部１８及び後端部１９は、インサート成形等の手段により合成樹脂で被覆されている。この先端部１８及び後端部１９に用いられる合成樹脂としては、特に限定されず、例えばウレタン系樹脂、エステル系樹脂、アミド系樹脂、アイオノマー系樹脂等の熱可塑性エラストマー樹脂が挙げられ、圧電素子３の湾曲運動に対して柔軟性を失わないポリエステル系熱可塑性エラストマー樹脂が好ましい。また、後端部１９の合成樹脂被覆は、先端側ほど薄肉になるよう先細りに形成され、圧電素子３の湾曲運動に対する抵抗、圧電素子３の破損等が低減される。
【００２６】
当該圧電アクチュエーター１において、複数（図中では６個）の圧電素子３が基台７と一対の支柱８と一対の側壁９で囲まれる内部空間に収納及び支持されている。これらの圧電素子３は、垂直に立設され、等間隔に配設されている。各圧電素子３の後端部１９には、対偶する一対の側壁９間に垂直に掛け渡された上下２本のピン２０、２１が挿入され、板面を左右方向に向け、かつ、先端部１８を上方に向けて支持されている。従って、上述のように駆動部４により電圧信号を印加し、圧電素子３に撓み振動を生じさせると、先端部１８が略円軌道に沿って左右方向に振動する。
【００２７】
作動部５は、略方形の板状体であり、ハウジング６の一対の支柱８の上端面上に支持されている。この作動部５は、支柱８の上部に打ち込んだボルト２３の軸部及び頭部によって、左右方向に微小範囲だけ摺動自在に、かつ、上方への跳び上がりを抑制するよう係合されている。この作動部５の下面には、圧電素子３の個数に対応する数の凹状溝２２が前後方向に沿って穿設されている。この凹状溝２２に圧電素子３の先端部１８が上下方向に遊びを有しつつ嵌合されている。従って、上記圧電素子３の先端部１８が略円軌道に沿って左右方向に振動することで、作動部５が左右方向ｎに振動する。
【００２８】
駆動部４は、上述のようにリード線を介して圧電素子３に電圧信号を印加するものである。この電圧信号は、正電圧及び負電圧を交互に繰り返すものであり、正側の波形と負側の波形とが非対称であることを特徴とする。かかる正側と負側で非対称の電圧信号の具体的な内容としては、特に限定されるものではないが、例えば電圧増加速度や電圧増加加速度、つまり電圧増加カーブの傾斜形状を正側と負側とで相違させるとよい。このような正側及び負側で非対称の電圧信号を圧電素子３に印加することで、圧電素子３の撓み振動における往運動と復運動の速度、加速度等が非対称になり、ひいては作動部５の左右方向の振動における往運動と復運動も速度、加速度等が非対称になる。なお、駆動部４において、このような正側及び負側で非対称の電圧信号を発生させる手段としては、特に限定されず公知の手段が採用されるが、例えば正電圧を印加するための回路と負電圧を印加するための回路とに一対の抵抗を接続し、この一対の抵抗の大きさを相違させる手段などがある。
【００２９】
トラフ２は、金属粉末等の粒状物や電子部品等の小型部品などの被搬送物の搬送通路であるトイ状のものであり、圧電アクチュエーター１の作動部５の上面に略水平にかつ左右方向に向けて固定される。そのため、このトラフ２は、作動部５と同様に、左右方向ｎ（つまり長手方向）に、かつ、往運動と復運動の速度、加速度等が非対称に振動する。
【００３０】
従って、当該フィーダーによれば、上記従来のフィーダーのように被搬送物をジャンプさせず、トラフ２の左右方向への非対称振動により被搬送物を左右方向の一方向に搬送することができる。例えば、トラフ２の振動のうち往運動の加速度をμ＊Ｇ（μ：トラフ２と被搬送物との摩擦係数、Ｇ：重力加速度）よりも小さくし、復運動の加速度をμ＊Ｇよりも大きくすることで、往運動時には被搬送物を滑らさずに移動させ、復運動時には被搬送物を滑らせてその場に残し、これを繰り返して被搬送物を往運動方向に搬送することができる。そのため、当該フィーダーによれば、高い姿勢制御が可能となり、搬送スピード等の搬送精度が格段に向上する。
【００３１】
また、当該フィーダーによれば、駆動部４により印加される電圧信号の正側及び負側の非対称性（例えば、上記加速度）を逆転させることで、圧電素子３、作動部５及びトラフ２の振動の往運動及び復運動の非対称性を簡易に逆転させ、搬送方向を逆転（バック）させることができる。そのため、当該フィーダーによれば、搬送停止前に被搬送物をバックさせてトラフ２先端からの被搬送物の意図せぬ排出を防止でき、トラフ２先端部に被搬送物が逆送できない程度の勾配を設けておけば、搬送方向の正逆切り替え操作によって被搬送物の切り離しが可能となる。
【００３２】
なお、本発明の圧電アクチュエーターは上記実施形態に限定されるものではなく、例えば側壁は、圧電素子３を収納する内部空間全面を被覆するよう構成することも可能であり、複数枚で構成することも可能である。圧電素子は、２枚の圧電体１４を貼り合わせたリード線２本タイプの圧電素子３に限定されず、往運動と復運動とが非対称の振動を取り出せるものであれば、いかなる形態でも可能である。振動の非対称性を取得する手段としても、駆動部４による電圧信号を正側と負側で非対称とする当該実施形態の手段に限定されず、例えば圧電体のピエゾ効果の特性自体を利用する手段も可能である。
【００３３】
また、２機の当該圧電アクチュエーター１と平面テーブルとを備え、これらの圧電アクチュエーター１が作動部５の互いの振動方向を直交させて設置され、これらの作動部５に平面テーブルが固定されるフィーダーも可能である。このフィーダーによれば、圧電アクチュエーター１における直交２方向の振動の往運動及び復運動の非対称性を調整することで、平面テーブルの任意の方向に被搬送物を搬送することができる。
【００３４】
さらに、当該圧電アクチュエーター１と容器係合部とを備え、この圧電アクチュエーター１が作動部５の振動方向を鉛直方向に向けて設置され、この作動部５に容器係合部が連結される沈殿防止装置も可能である。この沈殿防止装置によれば、上方方向の振動の非対称性を調整し、下方への運動を１Ｇよりも大きい加速度とすることで、容器係合部に取付けた容器内の液体の沈殿を防止し、ひいてはこの液体を撹拌することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧電アクチュエーターによれば、往運動及び復運動が非対称の振動により高精度のフィーダーや沈殿防止装置の駆動源として利用することができる。また、当該圧電アクチュエーターを備えるフィーダーによれば、被搬送物をジャンプさせずに搬送精度及び姿勢制御が良好な搬送が可能であり、かつ、簡易な操作で被搬送物の逆方向への搬送（バック）が可能である。さらに、当該圧電アクチュエーターを備える沈殿防止装置によれば、容器に取り付けることで、金属微粒子等が混合する液体の沈殿防止及び撹拌が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエーターを備えるフィーダーを示す斜視図である。
【図２】図１のフィーダーのＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のフィーダーのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１の圧電アクチュエーターに備える圧電素子及び駆動部を示す概略構成図である。
【図５】従来の圧電型パーツフィーダーを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　圧電アクチュエーター
２　トラフ
３　圧電素子
４　駆動部
５　作動部
６　ハウジング
７　基台
８　支柱
９　側壁
１０　凸条部
１１　シム板
１２　導電性接着層
１３　方形圧電板
１４　圧電体
１５　電極
１６　導電体
１７　接着剤
１８　先端部
１９　後端部
２０　ピン
２１　ピン２０
２２　凹状溝
２３　ボルト
【図１】
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【図２】
2004067360.tif 000004
【図３】
2004067360.tif 000005
【図４】
2004067360.tif 000006
【図５】
2004067360.tif 000007