(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属シム板の片面あるいは両面に圧電セラミック素子を貼付け、前記金属シム板と圧電セラミック素子との間に交流電圧を印加するようにしたものであって、
前記金属シム板と圧電セラミック素子との間に、導電性樹脂を線状あるいは点状に配した状態で、それら両者を前記導電性樹脂の非塗布部分にて接着剤により接着するようにしたことを特徴とする搬送装置の駆動素子。
【請求項２】
前記圧電セラミック素子の表面部に、導電性粘着剤を介して導電箔を貼付けて電極を構成し、交流電圧を印加するためのリード線を前記導電箔に半田付けしたことを特徴とする請求項１記載の搬送装置の駆動素子。
【請求項３】
前記接着剤の硬化後の硬さが、ショアーＤコードで８０〜８５であることを特徴とする請求項１又は２記載の搬送装置の駆動素子。
【請求項４】
前記接着剤の層の厚み寸法が、３０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の搬送装置の駆動素子。
【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の駆動源として用いられる搬送装置の駆動素子に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば各種の自動組立工程において、電子部品、樹脂成形部品、機械部品など比較的小形の部品を搬送するパーツフィーダとしては、圧電セラミック振動子を駆動素子として用いた圧電型パーツフィーダがある。このような圧電型パーツフィーダは、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】
図８及び図９は、この種の圧電型パーツフィーダ（直線駆動方式）の基本的構成を示している。ここで、基台１の上方部に、ほぼ水平方向に延びるトラフ２が配されるようになっており、このとき、前記基台１上に取付けられた水平枠片３と、前記トラフ２の下面に取付けられた水平枠片４との間が、左右両端部にて、斜め上下方向に延びる圧電セラミック振動子５とその上部にねじ止め固着された変位拡大ばね６とにより繋がれている。
【０００４】
前記圧電セラミック振動子５は、図１０にも示すように、例えばＳＫ鋼を焼入れ処理してなり一般的な板ばね材に比べてかなり厚み寸法が大きい金属シム板７の両面の中央部に、圧電セラミック素子８，８を貼付けて構成される。この場合、図示はしないが、圧電セラミック素子８の両面には、ほぼ全面に位置して例えば銀等の導電性ペーストが印刷されて焼付けられ、電極とされるようになっている。前記金属シム板７の上下両端部には、複数個のねじ止め用の孔９（図１０参照）が形成されている。
【０００５】
また、圧電セラミック素子８と金属シム板７との間の接着は、例えば導電粉を混入した接着剤により行われ、圧電セラミック素子８の裏面側電極と金属シム板７との電気的導通が図られるようになっている。尚、圧電セラミック素子８と金属シム板７との間の接着の別の方法として、圧電セラミック素子８の裏面側の電極の表面の凹凸のうち凸部を、ポイント状に金属シム板７に接触させた状態で、接着剤により接着するものがあった。このとき、確実な導通を図るべく、接着剤の層の厚み寸法は２０μｍ以下というかなり薄いものとされていた。
【０００６】
そして、図８に示すように、一方の電源端子１０に接続されたリード線１１が前記金属シム板７に接続されると共に、他方の電源端子１２に接続されたリード線１３が、各圧電セラミック素子８の表面部に半田付けにより接続されるようになっている（半田付け部１４）。これにて、図示しない電源装置により発生された交流電圧が、リード線１１，１３を介して印加されることにより、圧電セラミック振動子５がたわみ振動し、前記トラフ２上の部品１５を例えば矢印Ａ方向に移動させるようになっているのである。
【０００７】
しかしながら、上記した圧電セラミック振動子５にあっては、圧電セラミック素子８の表面側におけるリード線１３の半田付け部１４部分が他の部分と比べて硬くなるため、その半田付け部１４部分に振動時の応力が集中し、その半田付け部１４部分を通るようなクラックＣ（図１０参照）が発生しやすく、圧電セラミック振動子５としての寿命が短くなる問題点があった。
【０００８】
また、圧電セラミック素子８の前記半田付け部１４のクラックとは別に、長期間の使用に伴い、トラフ２の慣性力により発生するモーメント荷重などにより、圧電セラミック素子８の特に下部側部分において、疲労による金属シム板７からの圧電セラミック素子８の接着剥がれや、クラックの発生の問題があり、ひいてはそれらによる圧電セラミック素子８の放電破壊を招くこともあった。
【０００９】
これに対し、このような圧電型パーツフィーダにあっては、近年、搬送部品Ａの小形化に伴う装置全体の小形化や、高速搬送化が要求されてきており、圧電セラミック振動子５の振幅を大きくするといった、より一層の過酷な条件下での使用に耐えることができ、耐久性に優れ信頼性の高い圧電セラミック振動子の開発が要望されているのである。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、金属シム板と圧電セラミック素子との接着構造を改善することにより、金属シム板と圧電セラミック素子との間の接着面における接着剥がれやクラックの発生を効果的に防止し、ひいては耐久性の向上を図ることができる搬送装置の駆動素子を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の搬送装置の駆動素子は、金属シム板の片面あるいは両面に圧電セラミック素子を貼付け、金属シム板と圧電セラミック素子との間に交流電圧を印加するようにしたものにあって、金属シム板と圧電セラミック素子との間に、導電性樹脂を線状あるいは点状に配した状態で、それら両者を導電性樹脂の非塗布部分にて接着剤により接着するようにした構成に特徴を有する。
これによれば、金属シム板と圧電セラミック素子との間は接着剤により接着されるのであるが、このとき、線状あるいは点状に配された導電性樹脂によって、両者間の確実な電気的導通を図ることができ、それでいながらも、接着剤の層により、圧電セラミック素子に作用する応力の緩和を図ることができる。この場合、導電性接着剤を用いる必要はないので、接着剤の種類を自在に選ぶことができ、また、導電性樹脂によって導通が図られるので、接着剤の層の厚みも任意に設定することが可能である。
【００１３】
このとき、圧電セラミック素子の表面部に、導電性粘着剤を介して導電箔を貼付けて電極を構成し、交流電圧を印加するためのリード線をその導電箔に半田付けするように構成することができる。
これによれば、リード線が半田付けされる導電箔と圧電セラミック素子の表面部との間には、導電性粘着剤が介在されているので、振動時に圧電セラミック素子の表面側の半田付け部に作用する応力が、導電性粘着剤により吸収されるようになる。尚、導電箔としては、銅箔等各種の材料を採用することができ、また、銅箔の裏面に導電性粘着剤を予め塗布してなる銅の粘着テープ等も市販されている。
【００１６】
ところで、上記のように金属シム板と圧電セラミック素子とを接着する場合には、接着剤の硬化後の硬さによって、剥がれやすさや、クラックの発生しやすさが異なってくる。本発明者の実験，研究によれば、接着剤の硬化後の硬さが、ショアーＤコードで８０〜８５であれば（請求項３の発明）、剥がれ防止及びクラックの発生防止に最も効果があることが確認された。硬さが８０を下回ると、圧電セラミック素子にクラックが比較的発生しやすいものとなり、硬さが８５を越えると、接着剥がれが比較的起こりやすくなる。
【００１７】
さらには、接着剤の層の厚み寸法によっても、圧電セラミック素子の剥がれやすさや、クラックの発生しやすさが異なってくる。本発明者の実験，研究によれば、接着剤の層の厚み寸法を、３０〜５０μｍの範囲とすることが最も望ましく（請求項４の発明）、その範囲を越えると、クラックが比較的発生しやすくなってしまう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をパーツフィーダの駆動源として用いられる圧電セラミック振動子に適用した実施の形態について説明する。まず、図１ないし図４を参照して、本発明の第１の実施の形態（請求項１〜４に対応）について述べる。尚、パーツフィーダの基本的構成（圧電セラミック振動子を除く部分）については、従来例で述べたと同様の周知構成であるため、図示及び説明を省略することとする。
【００１９】
図１及び図２は、本実施形態に係る駆動素子たる圧電セラミック振動子２１（後述する実施例１に相当）の構成を示している。この圧電セラミック振動子２１は、図３にも示すように、この場合、金属シム板２２の両面に、圧電セラミック素子２３，２３を貼付けて構成されている。前記金属シム板２２は、矩形板状をなしており、例えばＳＫ鋼を焼入れ処理して構成されている。尚、この金属シム板２２の具体的寸法は、例えば幅が５０mm、長さが８６mm、厚さが６mmとされている。また、図２に示すように、この金属シム板２２の上下両端部には、ねじ止め用の複数個の孔２４が形成されている。
【００２０】
一方、前記圧電セラミック素子２３は、矩形薄板状をなし、例えばチタン酸鉛、ジルコン酸鉛を主成分とする誘電率２０００程度のソフト系材料を、分極処理して極性を持たせたものである。そして、この圧電セラミック素子２３の両面には、図４にも示すように、周縁部のみを除いたほぼ全面に位置して表面電極２５が設けられている。この表面電極２５は、例えば銀ペーストを印刷した後焼付けて形成されるようになっている。尚、この圧電セラミック素子２３の具体的寸法は、例えば幅が４５mm、長さが４７mm、厚さが０．７５mmとされている。
【００２１】
さて、前記圧電セラミック素子２３は、その一方の接着面（この面を裏面とする）にて前記金属シム板２２の中央部に貼付けられるのであるが、このとき、図１及び図３に示すように、金属シム板２２と圧電セラミック素子２３との間には、導電性樹脂からなる線状導電体２６が両者間を電気的に接続するように設けられ、その状態で線状導電体２６の非形成部分にて接着剤２７により接着されるようになっている。
【００２２】
前記線状導電体２６は、導電性樹脂例えばカーボン樹脂ペーストを、圧電セラミック素子２３の裏面にスクリーン印刷法により印刷し、１００〜１４０℃で２０分乾燥して硬化させることにより設けられる。この場合、図４に示すように、線状導電体２６は、圧電セラミック素子２３の縦方向（長さ方向）に直線上に延び、例えば平行にほぼ等間隔で９本が形成されるようになっている。尚、線状導電体２６の具体的寸法は、幅が１．０〜１．５mm、長さが圧電セラミック素子２３の長さより若干短く、厚さが３５〜４０μｍとされている。
【００２３】
また、前記接着剤２７は、例えば硬化後の硬度がショアーＤコードで８３となるエポキシ系接着剤が用いられ、圧電セラミック素子２３の裏面のうち、線状導電体２６の非形成部分に塗布される。接着は、金属シム板２２の両面の所定位置に、接着剤２７が塗布された圧電セラミック素子２３を貼付けて、それらを加圧した状態で例えば１００〜１２０℃にて乾燥し、接着剤２７を硬化させることにより行われる。
【００２４】
これにて、図３に示すように、金属シム板２２の両面に圧電セラミック素子２３が貼付けられ、該金属シム板２２と圧電セラミック素子２３の裏面側の表面電極２５とが線状導電体２６によって電気的に導通した状態とされる。このとき、線状導電体２６により、接着剤２７層の厚み制御を行うことができ、接着剤２７層の厚み寸法は、この場合３５〜４０μｍとされるのである。さらに、線状導電体２６により接着剤２７層の厚みを均一化することができる。また、図１に示すように、前記金属シム板２２には、交流電源装置２８の一方の出力端子に接続されたリード線２９が接続されるようになっている。
【００２５】
そして、図１に示すように、各圧電セラミック素子２３の表面側には、交流電源装置２８の他方の出力端子に接続されたリード線３０が接続されるのであるが、このとき、図２にも示すように、圧電セラミック素子２３の表面部の表面電極２５の中央部に対し導電箔たる銅箔３１が貼付けられ、その銅箔３１の表面にリード線３０が半田付け（半田付け部を符号３２で示す）されるようになっている。この銅箔３１は、例えば厚さ寸法が７０μｍの矩形状をなし、その裏面側に導電性粘着剤が塗布されていて、その導電性粘着剤によって導通を確保した状態で貼付けられるようになっている。
【００２６】
上記のように構成された圧電セラミック振動子２１は、図示はしないが、パーツフィーダに駆動源として組込まれ、交流電源装置２８からの交流電圧が、リード線２９，３０を介して各圧電セラミック素子２３に印加されると、圧電セラミック素子２３の伸び縮みによってたわみ振動し、もってトラフ上の部品を移動させるようになっているのである。
【００２７】
しかして、このような圧電セラミック振動子２１にあっては、圧電セラミック素子２３の表面側におけるリード線３０の半田付け部３２部分に振動時の応力が集中する事情がある。ところが、本実施形態では、リード線３０を圧電セラミック素子２３に直接半田付けするのではなく、リード線３０を、圧電セラミック素子２３に導電性粘着剤を介して貼付けられた銅箔３１に半田付けする構成とされているので、振動時に圧電セラミック素子２３の半田付け部３２に作用する応力を、導電性粘着剤により吸収させることができる。
【００２８】
一方、長期間の使用に伴い、トラフの慣性力により発生するモーメント荷重などにより、圧電セラミック素子２３の特に下部側部分において、金属シム板２２からの圧電セラミック素子２３の接着剥がれや、圧電セラミック素子２３の疲労によるクラックの発生の問題があり、ひいてはそれらによる圧電セラミック素子２３の放電破壊を招く虞もある。ところが、本実施形態では、導電粉を混入した接着剤等を用いるものと異なり、線状導電体２６によって、金属シム板２２と圧電セラミック素子２３との間の確実な電気的導通を図りながらも、接着剤２７の厚い層により、圧電セラミック素子２３を強固に接着しつつ圧電セラミック素子２３に作用する応力の緩和を図ることができる。
【００２９】
この場合、後の試験結果の説明でも述べるように、特に本実施形態では、接着剤２７の硬化後の硬さを、ショアーＤコードで８０〜８５の範囲内ここでは８３としたので、圧電セラミック素子２３の剥がれ防止及びクラックの発生防止に極めて高い効果を得ることができ、さらには、接着剤２７の層の厚み寸法を、３０〜５０μｍの範囲ここでは３５〜４０μｍとしたので、やはり圧電セラミック素子２３の剥がれ防止及びクラックの発生防止に極めて高い効果を得ることができるものである。
【００３０】
従って、本実施形態の圧電セラミック振動子２１によれば、半田付け部３２における応力集中に起因するクラックの発生を効果的に防止することができると共に、金属シム板２２と圧電セラミック素子２３との間の接着面における接着剥がれやクラックの発生を効果的に防止することができる。この結果、振動加速度を大きくして高速搬送化を図るべく、過酷な条件下で使用される事情があっても、十分な耐久性を得ることができて長寿命化を図ることができ、信頼性を向上させることができるものである。
【００３１】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る駆動素子たる圧電セラミック振動子４１（後述する実施例２に相当）を示している。このセラミック振動子４１が上記第１の実施形態のセラミック振動子２１と異なる点は、銅箔３１を設けずに、圧電セラミック素子２３の表面部（表面電極２５）にリード線３０を直接的に半田付けしたところにある。
【００３２】
かかる構成においても、金属シム板２２と圧電セラミック素子２３との間に、線状導電体２６を設けた状態で、硬化後の硬さがショアーＤコードで８３、層の厚み寸法が３５〜４０μｍの接着剤２７により接着したことにより、圧電セラミック素子２３の剥がれ防止及びクラックの発生防止に優れた効果を得ることができるものである。
【００３３】
さて、図６は、本発明者の行った圧電セラミック振動子の加速寿命試験の条件（ａ）及び結果（ｂ）を示している。ここでは、図６（ａ）に示すような、実施例１〜実施例６及び比較例１の７個の試料を用いて試験を行った。これらは、金属シム板２２と圧電セラミック素子２３との間の線状導電体２６の有無、接着剤２７層の厚み寸法（３０〜５０μｍの範囲に入るかどうか）、接着剤２７の硬化後の硬度（ショアーＤコードで８０〜８５の範囲に入るかどうか）、圧電セラミック素子２３の表面部に銅箔３１を設けたかどうか、の４つの条件を夫々異ならせたものである。
【００３４】
具体的には、実施例１は、上記第１の実施の形態に係る圧電セラミック振動子２１であり、実施例２は、上記第２の実施の形態に係る圧電セラミック振動子４１である。実施例３は、圧電セラミック素子２３の表面部に銅箔３１を設けているが、線状導電体２６を設けなかったものである。実施例４は、銅箔３１を設け且つ線状導電体２６を設けているが、接着剤２７の層の厚さ（線状導電体２６の厚さ）が上記範囲から大きい方に外れたものである。
【００３５】
実施例５は、銅箔３１を設け且つ線状導電体２６を設けているが、接着剤の硬化後の硬度が上記範囲から高い方に外れたものであり、実施例６は、銅箔３１を設け且つ線状導電体２６を設けているが、接着剤の硬化後の硬度が上記範囲から低い方に外れたものである。そして、比較例１は、特許請求の範囲から逸脱しており、銅箔３１及び線状導電体２６が存在せず、また接着剤の厚み及び硬度も上記範囲から外れたものである。
【００３６】
試験は、直径２３０mmの搬送ボウルを有するボウル型のパーツフィーダの駆動部に、現状品の２個の圧電セラミック振動子と、各試料の２個の圧電セラミック振動子とを組込み、４個の圧電セラミック振動子を同時に駆動させて行った。この場合、共振振動周波数が１７０Ｈｚ、最大駆動電圧が２５０Ｖrms の条件で連続駆動を行い、試料の圧電セラミック素子に、クラック、接着剥がれ、放電破壊等の異常が発生するまでの時間を調べ、その時間から振動回数を計算した。この試験は、各試料について複数回ずつ行い、その結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）には、各試料について、異常発生時までの振動回数の平均を太線で示し、試験結果のばらつきの範囲を破線の両矢印で示している。
【００３７】
この試験結果において、比較例１については、接着剥がれやクラック等各種の異常が発生し耐久性にばらつきが最も大きかった。これに対し、実施例１では、耐久性に最も優れ、また、ばらつきも小さいものであった。銅箔３１を設けなかった実施例２では、半田付け部にクラックの発生が見られ、実施例１に比べて耐久性に劣っていた。接着剤の層の厚み寸法が小さすぎるあるいは大きすぎる実施例３，４については、圧電セラミック素子２３の下部におけるクラックの発生が見られた。接着剤の硬度が大きい実施例５では、圧電セラミック素子２３の下部における接着剥がれが見られ、接着剤の硬度が小さい実施例６では、圧電セラミック素子２３の下部におけるクラックの発生が見られた。これら実施例２〜６については、試験結果のばらつきは小さかった。
【００３８】
この結果から明らかなように、銅箔３１を設けることによって、半田付け部３２におけるクラックの発生を効果的に防止することができる。一方、金属シム板２２と圧電セラミック素子２３との間に、線状導電体２６を設けると共に、接着剤２７の適度な硬度及び厚み寸法で接着することにより、圧電セラミック素子２３の下部における接着剥がれやクラックの発生を効果的に防止することができるものでる。
【００３９】
このとき、接着剤２７の硬化後の硬さを、ショアーＤコードで８０〜８５とすることが、剥がれ防止及びクラックの発生防止に最も効果があり、硬さが８０を下回ると、圧電セラミック素子２３の下部にクラックが比較的発生しやすいものとなり、硬さが８５を越えると、接着剥がれが比較的起こりやすくなる。また、接着剤２７の層の厚み寸法を、３０〜５０μｍの範囲とすることが最も望ましく、その範囲をいずれの方向に越えても、圧電セラミック素子２３の下部にクラックが比較的発生しやすくなってしまうのである。
【００４０】
尚、上記した実施の形態では、金属シム板２２と圧電セラミック素子２３との間に直線状に延びる線状導電体２６を設けるようにしたが、例えば、図７（ａ）に示すように、斑点状に導電性樹脂を塗布して点状の導電体４２としても良く、あるいは図７（ｂ）に示すように、一部が破線状となった線状導電体４３としても良く、さらには、それらを組合わせた如きものとしても良い。また、上記実施形態では、金属シム板２２の両面に圧電セラミック素子２３を設けるようにしたが、本発明は、金属シム板の片面に圧電セラミック素子を設けるものにも適用することができる。
【００４１】
その他、金属シム板ではなく、板ばね材に圧電セラミック素子を貼付けたものにあっても、導電箔を介してリード線を半田付けすることにより所期の効果を得ることができ、また、導電箔としては、銅箔３１に限らず各種材質のものを用いることができ、さらには、圧電セラミック素子の材質や形状，各部の具体的寸法等についても一例を示したに過ぎない等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して実施し得るものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明にて明らかなように、本発明の搬送装置の駆動素子によれば、金属シム板と圧電セラミック素子との間に、導電性樹脂を線状あるいは点状に配した状態で、導電性樹脂の非塗布部分にて接着剤により接着するようにしたので、それら両者間の接着面における接着剥がれやクラックの発生を効果的に防止し、ひいては耐久性の向上を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すもので、圧電セラミック振動子の断面図
【図２】圧電セラミック振動子の斜視図
【図３】金属シム板に圧電セラミック素子を貼付けた状態の断面図
【図４】圧電セラミック素子の裏面部に線状導電体を設けた様子を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図１相当図
【図６】試験条件（ａ）及び試験結果（ｂ）を示す図
【図７】導電体の形態の２つの変形例を示す図４相当図
【図８】従来例を示すもので、パーツフィーダの概略的正面図
【図９】パーツフィーダの概略的斜視図
【図１０】図２相当図
【符号の説明】
図面中、２１，４１は圧電セラミック振動子（駆動素子）、２２は金属シム板、２３は圧電セラミック素子、２６，４３は線状導電体（導電性樹脂）、２７は接着剤、３０はリード線、３１は銅箔（導電箔）、３２は半田付け部、４２は点状導電体（導電性樹脂）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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