搬送装置用圧電駆動素子
【課題】駆動入力電圧を大幅に低下させることで、振動機の駆動電源の入力商用電圧を１００Ｖ、２００Ｖ両用で使用可能とし、絶縁トランス及び駆動電源の入力商用電圧の昇圧トランスが不要になり、小型化を図ることができる搬送装置用圧電駆動素子を提供する。
【解決手段】本搬送装置用圧電駆動素子は、金属ばね板に接着された圧電積層セラミックスを用い、この圧電積層セラミックスはセラミックス板と内部電極１０ａ、１０ｂを交互に積層してなり、この内部電極１０ａ、１０ｂを電極に接続する内部接続電極１１ａ、１１ｂを設け、この内部接続電極１１ａ、１１ｂをセラミックス板の幅方向の中央に設ける。
【解決手段】本搬送装置用圧電駆動素子は、金属ばね板に接着された圧電積層セラミックスを用い、この圧電積層セラミックスはセラミックス板と内部電極１０ａ、１０ｂを交互に積層してなり、この内部電極１０ａ、１０ｂを電極に接続する内部接続電極１１ａ、１１ｂを設け、この内部接続電極１１ａ、１１ｂをセラミックス板の幅方向の中央に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は搬送装置用圧電駆動素子に係り、特に圧電駆動素子の内部電極を接続する内部接続電極の設置位置を改良した搬送装置用圧電駆動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に従来の圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダは、その振動を発生させる振動機構部に板ばね等の弾性板の両側面に圧電素子を取付けたバイモルフが多く加振体として採用され、このバイモルフの両側の圧電素子に、昇圧トランスにより交流電圧を印加すると、正の半サイクルで一方の圧電素子が伸び、他方の圧電素子が縮み、また、負の半サイクルで一方の圧電素子が縮み、他方の圧電素子が伸びるといった伸縮運動を繰返すことによりバイモルフが励振されてたわみ振動する。これによって、このバイモルフに連結した搬送体を斜め上下方向に振動させて、その搬送体上の搬送品を順次搬送する。
【０００３】
しかし、従来の圧電駆動形パーツフィーダは、昇圧トランスを含む交流電源装置が、振動機構部が収容されるフィーダ本体外に、振動機構部とは別個に設けられている。このため、振動機構部の単体の電気的絶縁耐圧試験において、一般的な機器の規格である試験電圧（ＤＣ１５００Ｖ）が印加できない。
【０００４】
このような問題を解決するために、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させるもの、あるいは金属ばね板の両面に、夫々電極を両面に有する圧電セラミックス板を接着し、この各圧電セラミックス板の両面の電極間に交流電圧を印加し、アクチュエータとして振動させる振動子であって、金属ばね板と圧電セラミックス板との間に、表面に金属箔を接着した絶縁フィルムを介在させ、金属ばね板と圧電セラミックス板とを電気的に絶縁する圧電振動子（特許文献１参照）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものは、その最大入力電圧が２５０Ｖと大きく、その駆動電源としての駆動電源（コントローラ）の商用入力電圧は２００Ｖラインのみの使用となり、現行の駆動電源は、１００Ｖ、２００Ｖライン両用が一般的であり２００Ｖだけでは使用できないユーザーもでてくる。これは駆動電源の電気回路として、駆動素子への最大入力電圧２５０Ｖを得るためには、駆動電源ヘの入力商用電圧が２００Ｖ以上であること、または、商用電圧を昇圧するトランスが必要となり、絶縁トランスをなくしたメリットがなくなる。また、駆動素子への入力電圧が２５０Ｖ以下では必要とする振動機の振幅が不足で搬送する品物（ワーク）の搬送スピードが不足し、単位時間当たりの搬送数量不足となる場合が発生する。
【０００６】
このような問題を解決する手段として、圧電セラミックスとして、低電圧駆動が可能な積層形圧電セラミックスを使用し、さらに、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させることで解決した。
【０００７】
ここで、積層形圧電セラミックスを搬送装置の駆動素子に使用することは、特許文献２で公知である。
【０００８】
また、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させることも提案されている（特許文献１、３参照）。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載のものは、それぞれの圧電セラミックス電極に供給する入力信号線の処理に対する工夫がなされていないため実用上、実現困難であり、また、駆動電圧を低下させる工夫がなされていない。
【００１０】
さらに、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させることに関しては、特許文献１に開示されているが、特許文献１のものは、表面に金属箔を接着した絶縁フィルムを用いた絶縁方法であり、特許文献３のものは、セラミックスを絶縁板としその電極として枝状に延出した構成となっている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１のものは特許文献３における寿命試験の結果に示されるように従来駆動素子より寿命が劣ることが指摘されている。
【００１２】
また、図１２に示すように従来の圧電駆動形パーツフィーダ２１は、圧電積層セラミックス２２の外側から引き出される入力信号線２３と内側から引き出される入力信号線２４が結線されて圧電駆動形パーツフィーダ２１外に引き出される。パーツフィーダ２１の両側にはカバー板が付けられるため、外側の入力信号線２３がカバーに挟まれないようにするため、この入力信号線２３の外径より広い空隙を作る必要がある。このことは、近年搬送品物（ワーク）が微小化しており、ワークがパーツフィーダ２１内に入り込まないようカバーとの空隙を極力狭くしたいという要望に応えられない。また、従来の圧電駆動形パーツフィーダの−側入力信号線は、パーツフィーダ本体から引き出されるため、パーツフィーダ本体のグランドと共通でありパーツフィーダ本体の絶縁耐圧テストは不合格となる。
【特許文献１】特開平１１−３１８５５号公報
【特許文献２】実公平４−１１３６号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、駆動入力電圧を大幅に低下させることで、振動機の駆動電源の入力商用電圧を１００Ｖ、２００Ｖ両用で使用可能とし、絶縁トランス及び駆動電源の入力商用電圧の昇圧トランスが不要になり、小型化を図ることができる搬送装置用圧電駆動素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するため、本発明に係る搬送装置用圧電駆動素子は、金属ばね板の少なくとも一面に、電極が両面に設けられた圧電積層セラミックスを接着し、前記電極に交流電圧を印加し、アクチュエータとして振動させる搬送装置用圧電駆動素子において、前記圧電積層セラミックスはセラミックス板と内部電極を交互に積層してなり、この内部電極を前記電極に接続する内部接続電極を設け、この内部接続電極を前記セラミックス板の幅方向の中央に設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る搬送装置用圧電駆動素子によれば、駆動入力電圧を５０Ｖ程度に大幅に低下させることで、振動機の駆動電源の入力商用電圧を１００Ｖ、２００Ｖ両用で使用可能とし、絶縁トランス及び駆動電源の入力商用電圧の昇圧トランスが不要になり、小型化を図ることができる搬送装置用圧電駆動素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子を圧電駆動形パーツフィーダに用いる例をとり、図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明に係る搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダの斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダ１は、矩形状の基台２を有し、この基台２の上面には扁平コ字状の取付部材３を介して、圧電積層セラミックス４を備えた振動機構部５が取り付けられ、さらに、振動機構部５の上端には扁平コ字状の支持部材６が取り付けられ、この支持部材６には板状の搬送体７が取り付けられている。この搬送体７は圧電積層セラミックス４により支持部材６を介して振動され、搬送体７に載置されたワークを搬送する。
【００１９】
振動機構部５は、一対の金属ばね板８と、この金属ばね板８に接着された例えば一対の圧電積層セラミックス４と変位拡大ばね板８´から構成される。
【００２０】
図２〜図４に示すように、圧電積層セラミックス４は後述する絶縁基板９を介してエポキシ系接着剤を用いて金属ばね板８に接着されて、圧電積層セラミックス４には、圧電積層セラミックス４の後述する内部電極１０ａ、１０ｂを接続する一極側の内部接続電極１１ａ、他極側の内部接続電極１１ｂが設けられ、内部接続電極１１ａ、１１ｂには、裏面外部電極１２ａ、表面外部電極１２ｂを介して入力信号線１３ａ、１３ｂが設けられる。
【００２１】
例えば、金属ばね板８の形状は２４×４３×厚さ３ｍｍであり、取付用ねじ孔８ａが４個設けられる。
【００２２】
図５〜７に示すように、圧電積層セラミックス４は、セラミックス板１５と内部電極１０ａ、１０ｂを交互に積層する構造をなし、一体焼成されたもので、その内部電極１０ａ、１０ｂはセラミックス板１５の外周迄達するように設けられ、電気的には並列に、機械的には直列（積層）に構成される。
【００２３】
例えば、圧電積層セラミックス４の形状は、０．１ｍｍ／１層、積層数５層、全体厚み０．５５ｍｍ、面積２０×２０ｍｍの形状である。
【００２４】
セラミックス板１５の外周迄達する内部電極１０ａ、１０ｂは、側面で銀電極を焼き付ける方法で極毎に一対の内部接続電極１１ａ、１１ｂを介して交互に接続されている。
【００２５】
このとき同時に内部電極の最外側に位置する裏面外側内部電極１４ａ、放電防止用切欠部１４ｂ１を備えた表面外側内部電極１４ｂもそれぞれの内部接続電極１１ａ、１１ｂに接続される。
【００２６】
圧電積層セラミックス４において、内部接続電極１１ａ、１１ｂを設ける側面位置が重要であり、例えば、図１に示すように、圧電積層セラミックス４を圧電駆動形パーツフィーダ１に組み込んで駆動させたとき、振動により積層するセラミックス板１５にかかる応力が小さい位置にする必要がある。
【００２７】
一般に圧電駆動形パーツフィーダの駆動時、セラミックスにクラックが発生する場所は圧電積層セラミックス４の長さ方向側面であり、そのため内部接続電極１１ａ、１１ｂは、図６、７に示すように、幅方向の中央部としその幅は４〜５ｍｍがよいことを実験的に求めている。また幅方向中央部としたもう一つの理由は、圧電セラミックスは、極性があり接着面が表側の場合、裏側になる場合がある。そのためどの面を接着しても対称になる位置に設けることが重要である。
【００２８】
また、図８に示すように、内部接続電極１１ａ、１１ｂを中央部に設けることは、図９に示す絶縁基板９とも関係する。
【００２９】
図１０に示すように、絶縁基板９を金属ばね板８と圧電積層セラミックス４の間に介在させて電気的絶縁を図る。絶縁基板９の材質は、ガラスエポキシであり、その表面には裏面外部電極１２ａを形成する銅箔が付着されたものを用いる。裏面外部電極１２ａを図９に示すようにコ字状にエッチングして切欠部１２ａ１を形成し、必要形状に切断することで簡単に製造が可能であり、従来のようにセラミックス基板に枝状電極を形成するのとは異なり、より簡単で安価に製造できる。
【００３０】
また、絶縁基板９において、裏面外部電極（銅箔）１２ａの形状が重要である。なぜなら、従来の単板セラミックスでは必要ない裏面外部電極１２ａに切欠部１２ａ１を設けることで、図５〜７に示すように、圧電積層セラミックス４の一極側の内部電極１０が、絶縁基板９に設けた他極側の裏面外部電極１２ａと電気的に接続することがない。
【００３１】
この端部電極に切欠部がない場合は、圧電積層セラミックスの一極側の内部接続電極と他極側の外部電極が接続され、圧電セラミックスの電極が電気的に短絡状態になり圧電セラミックスとしての機能を果さなくなる。
【００３２】
さらに、切欠部１２ａ１を基板幅方向の中央部上下に設けることが重要である。中央部上下に設けることは、絶縁基板９を組立作業中に上下逆にした場合でも短絡問題が発生することなく、また圧電積層セラミックスを上下逆に接着しても問題なく、作業上のミスを軽減する上でも重要である。
【００３３】
絶縁基板９の形状は、例えば、幅２４ｍｍ、長さ方向２１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとし、切欠部１２ａ１は、幅方向１２ｍｍ、長さ方向２ｍｍである。
【００３４】
また、図１０及び図１１に示すように、絶縁基板９の裏面外部電極１２ａと圧電積層セラミックス４に設けられた裏面外側内部電極１４ａとは、エポキシ系接着剤を用いて接着され、裏面外側内部電極１４ａの表面には凹凸が存在するが、その凸部において（数百ポイント以上）電気的に接続されており、寿命テストの確認においても非導通になる不具合は生じない。
【００３５】
また、本発明の搬送装置用圧電駆動素子には、一対の圧電積層セラミックスに設けられた電極間の接続構造に改良がなされている。
【００３６】
図２及び図３に示すように、一対の圧電積層セラミックス４の表側外部電極１２ｂ間の電気的接続は、片面に表側外部電極１２ｂとなる銅箔が設けられた表面外部電極用絶縁シート１６を用い、導電性粘着剤が塗布された銅テープ１７により表側外部電極１２ｂと裏面外側内部電極１４ａの一部を覆うように貼り、金属ばね板８と電気的に導通しないように、表側外部電極１２ｂ、銅テープ１７と金属ばね板８間に表面外部電極用絶縁シート１６を介在させる。
【００３７】
図２及び図４に示すように、また、一対の圧電積層セラミックス４の裏側外部電極１２ａ間の電気的接続は、裏面外部電極用絶縁シート１８の片面に設けられた金属箔１９を用いて行い、裏面外部電極１２ａ、金属ばね板８と電気的に導通しないように、金属箔１９、裏面外部電極１２ａと金属ばね板８間に裏面外部電極用絶縁シート１８を介在させる。
【００３８】
このような接続構造にすることにより、入力信号線を圧電積層セラミックスの両側電極から引き出していた従来とは異なり、図１に示すように、入力信号線１３ａ、１３ｂを圧電積層セラミックス４の片側のみから引き出すことが可能となる。例えば、入力信号線１３ａの−側は、絶縁基板９の裏側外部電極１２ａから、また、＋側は、圧電積層セラミックス４の表側外部電極１４ｂに接続した銅テープ１７にハンダ付けにて入力信号線１３ｂを引き出す。
【００３９】
これにより、一対の圧電積層セラミックス４に入力信号電圧が印加され、片側のみのひき出し線であっても、両側引き出しの従来と同等の駆動が可能となる。このような圧電積層セラミックス４の片側のみから入力信号線を引き出す大きなメリットは、特にインライン（直進）振動機において発揮される。
【００４０】
また、圧電積層セラミックス４の側面を入力信号線１３ｂが通らないため圧電駆動形パーツフィーダ１のカバーを小型化することが可能となり、外部に引き出すケーブル線との接続は信号線１３ａ、１３ｂの本数が半分になるため作業性も簡単になり、結線ミスも軽減されることになる。
【００４１】
さらに、パーツフィーダ本体と一側入力信号線は絶縁されているため絶縁耐圧テストは合格となる。
【００４２】
また、本搬送装置用圧電駆動素子に積層セラミックスを使用することにより、最大入力電圧が５０Ｖ程度に大幅に低下させることができ、それぞれの電極と金属ばね板との縁面距離が短くても縁面放電を起こす心配がなく電気的な安全性も大幅に向上する。
【実施例】
【００４３】
（試験１） 図１に示す本発明の搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダを使用して、ワーク搬送性能試験を行った。
【００４４】
なお、圧電積層セラミックスの仕様は０．１ｍｍ／１層、積層数５層、全体厚み０．５５ｍｍ、面積２０×２０ｍｍのものを用いた。
【００４５】
結果：最大入力電圧５０Ｖにもかかわらず、ワーク搬送性能を従来と同等またはそれ以上にすることができた。
【００４６】
（試験２） 本発明の搬送装置用圧電駆動素子に用いるガラスエポキシ基板について、寿命試験を行った。
【００４７】
なお、ガラスエポキシ基板の仕様は市販品で０．２ｍｍ厚さのものを用いた。
【００４８】
結果： 従来の高価なセラミックス絶縁板と同等の結果を得た。
【００４９】
上述のように、本実施形態の搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダによれば、駆動入力電圧を大幅に低下させることで、振動機の駆動電源の入力商用電圧を１００Ｖ、２００Ｖ両用で使用可能とし、絶縁トランス及び駆動電源の入力商用電圧の昇圧トランスが不要になり、これまで困難であった低電圧振動、小型搬送装置の実用化を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダの斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の側面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の側面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの概念図。
【図６】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの側面図。
【図７】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの側面図。
【図８】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの斜視図。
【図９】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる絶縁基板の斜視図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの組立状態を示す斜視図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の組立図。
【図１２】従来の圧電駆動形パーツフィーダの斜視図。
【符号の説明】
【００５１】
１ 圧電駆動形パーツフィーダ
４ 圧電積層セラミックス
５ 振動機構部
７ 搬送体
８ 金属ばね板
８´ 変位拡大ばね板
９ 絶縁基板
１０ａ 内部電極
１０ｂ 内部電極
１１ａ 内部接続電極
１１ｂ 内部接続電極
１２ａ 裏面外部電極
１２ａ１ 切欠部
１２ｂ 表面外部電極
１３ａ 入力信号線
１３ｂ 入力信号線
１４ａ 裏面外側内部電極
１４ｂ 表面外側内部電極
１５ セラミックス板
１６ 表面外部電極用絶縁シート
１７ 銅テープ
１８ 裏面外部電極用絶縁シート
１９ 金属箔
【技術分野】
【０００１】
本発明は搬送装置用圧電駆動素子に係り、特に圧電駆動素子の内部電極を接続する内部接続電極の設置位置を改良した搬送装置用圧電駆動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に従来の圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダは、その振動を発生させる振動機構部に板ばね等の弾性板の両側面に圧電素子を取付けたバイモルフが多く加振体として採用され、このバイモルフの両側の圧電素子に、昇圧トランスにより交流電圧を印加すると、正の半サイクルで一方の圧電素子が伸び、他方の圧電素子が縮み、また、負の半サイクルで一方の圧電素子が縮み、他方の圧電素子が伸びるといった伸縮運動を繰返すことによりバイモルフが励振されてたわみ振動する。これによって、このバイモルフに連結した搬送体を斜め上下方向に振動させて、その搬送体上の搬送品を順次搬送する。
【０００３】
しかし、従来の圧電駆動形パーツフィーダは、昇圧トランスを含む交流電源装置が、振動機構部が収容されるフィーダ本体外に、振動機構部とは別個に設けられている。このため、振動機構部の単体の電気的絶縁耐圧試験において、一般的な機器の規格である試験電圧（ＤＣ１５００Ｖ）が印加できない。
【０００４】
このような問題を解決するために、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させるもの、あるいは金属ばね板の両面に、夫々電極を両面に有する圧電セラミックス板を接着し、この各圧電セラミックス板の両面の電極間に交流電圧を印加し、アクチュエータとして振動させる振動子であって、金属ばね板と圧電セラミックス板との間に、表面に金属箔を接着した絶縁フィルムを介在させ、金属ばね板と圧電セラミックス板とを電気的に絶縁する圧電振動子（特許文献１参照）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものは、その最大入力電圧が２５０Ｖと大きく、その駆動電源としての駆動電源（コントローラ）の商用入力電圧は２００Ｖラインのみの使用となり、現行の駆動電源は、１００Ｖ、２００Ｖライン両用が一般的であり２００Ｖだけでは使用できないユーザーもでてくる。これは駆動電源の電気回路として、駆動素子への最大入力電圧２５０Ｖを得るためには、駆動電源ヘの入力商用電圧が２００Ｖ以上であること、または、商用電圧を昇圧するトランスが必要となり、絶縁トランスをなくしたメリットがなくなる。また、駆動素子への入力電圧が２５０Ｖ以下では必要とする振動機の振幅が不足で搬送する品物（ワーク）の搬送スピードが不足し、単位時間当たりの搬送数量不足となる場合が発生する。
【０００６】
このような問題を解決する手段として、圧電セラミックスとして、低電圧駆動が可能な積層形圧電セラミックスを使用し、さらに、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させることで解決した。
【０００７】
ここで、積層形圧電セラミックスを搬送装置の駆動素子に使用することは、特許文献２で公知である。
【０００８】
また、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させることも提案されている（特許文献１、３参照）。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載のものは、それぞれの圧電セラミックス電極に供給する入力信号線の処理に対する工夫がなされていないため実用上、実現困難であり、また、駆動電圧を低下させる工夫がなされていない。
【００１０】
さらに、金属ばね板と圧電セラミックスの間に絶縁板を介在させることに関しては、特許文献１に開示されているが、特許文献１のものは、表面に金属箔を接着した絶縁フィルムを用いた絶縁方法であり、特許文献３のものは、セラミックスを絶縁板としその電極として枝状に延出した構成となっている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１のものは特許文献３における寿命試験の結果に示されるように従来駆動素子より寿命が劣ることが指摘されている。
【００１２】
また、図１２に示すように従来の圧電駆動形パーツフィーダ２１は、圧電積層セラミックス２２の外側から引き出される入力信号線２３と内側から引き出される入力信号線２４が結線されて圧電駆動形パーツフィーダ２１外に引き出される。パーツフィーダ２１の両側にはカバー板が付けられるため、外側の入力信号線２３がカバーに挟まれないようにするため、この入力信号線２３の外径より広い空隙を作る必要がある。このことは、近年搬送品物（ワーク）が微小化しており、ワークがパーツフィーダ２１内に入り込まないようカバーとの空隙を極力狭くしたいという要望に応えられない。また、従来の圧電駆動形パーツフィーダの−側入力信号線は、パーツフィーダ本体から引き出されるため、パーツフィーダ本体のグランドと共通でありパーツフィーダ本体の絶縁耐圧テストは不合格となる。
【特許文献１】特開平１１−３１８５５号公報
【特許文献２】実公平４−１１３６号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、駆動入力電圧を大幅に低下させることで、振動機の駆動電源の入力商用電圧を１００Ｖ、２００Ｖ両用で使用可能とし、絶縁トランス及び駆動電源の入力商用電圧の昇圧トランスが不要になり、小型化を図ることができる搬送装置用圧電駆動素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するため、本発明に係る搬送装置用圧電駆動素子は、金属ばね板の少なくとも一面に、電極が両面に設けられた圧電積層セラミックスを接着し、前記電極に交流電圧を印加し、アクチュエータとして振動させる搬送装置用圧電駆動素子において、前記圧電積層セラミックスはセラミックス板と内部電極を交互に積層してなり、この内部電極を前記電極に接続する内部接続電極を設け、この内部接続電極を前記セラミックス板の幅方向の中央に設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る搬送装置用圧電駆動素子によれば、駆動入力電圧を５０Ｖ程度に大幅に低下させることで、振動機の駆動電源の入力商用電圧を１００Ｖ、２００Ｖ両用で使用可能とし、絶縁トランス及び駆動電源の入力商用電圧の昇圧トランスが不要になり、小型化を図ることができる搬送装置用圧電駆動素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子を圧電駆動形パーツフィーダに用いる例をとり、図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明に係る搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダの斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダ１は、矩形状の基台２を有し、この基台２の上面には扁平コ字状の取付部材３を介して、圧電積層セラミックス４を備えた振動機構部５が取り付けられ、さらに、振動機構部５の上端には扁平コ字状の支持部材６が取り付けられ、この支持部材６には板状の搬送体７が取り付けられている。この搬送体７は圧電積層セラミックス４により支持部材６を介して振動され、搬送体７に載置されたワークを搬送する。
【００１９】
振動機構部５は、一対の金属ばね板８と、この金属ばね板８に接着された例えば一対の圧電積層セラミックス４と変位拡大ばね板８´から構成される。
【００２０】
図２〜図４に示すように、圧電積層セラミックス４は後述する絶縁基板９を介してエポキシ系接着剤を用いて金属ばね板８に接着されて、圧電積層セラミックス４には、圧電積層セラミックス４の後述する内部電極１０ａ、１０ｂを接続する一極側の内部接続電極１１ａ、他極側の内部接続電極１１ｂが設けられ、内部接続電極１１ａ、１１ｂには、裏面外部電極１２ａ、表面外部電極１２ｂを介して入力信号線１３ａ、１３ｂが設けられる。
【００２１】
例えば、金属ばね板８の形状は２４×４３×厚さ３ｍｍであり、取付用ねじ孔８ａが４個設けられる。
【００２２】
図５〜７に示すように、圧電積層セラミックス４は、セラミックス板１５と内部電極１０ａ、１０ｂを交互に積層する構造をなし、一体焼成されたもので、その内部電極１０ａ、１０ｂはセラミックス板１５の外周迄達するように設けられ、電気的には並列に、機械的には直列（積層）に構成される。
【００２３】
例えば、圧電積層セラミックス４の形状は、０．１ｍｍ／１層、積層数５層、全体厚み０．５５ｍｍ、面積２０×２０ｍｍの形状である。
【００２４】
セラミックス板１５の外周迄達する内部電極１０ａ、１０ｂは、側面で銀電極を焼き付ける方法で極毎に一対の内部接続電極１１ａ、１１ｂを介して交互に接続されている。
【００２５】
このとき同時に内部電極の最外側に位置する裏面外側内部電極１４ａ、放電防止用切欠部１４ｂ１を備えた表面外側内部電極１４ｂもそれぞれの内部接続電極１１ａ、１１ｂに接続される。
【００２６】
圧電積層セラミックス４において、内部接続電極１１ａ、１１ｂを設ける側面位置が重要であり、例えば、図１に示すように、圧電積層セラミックス４を圧電駆動形パーツフィーダ１に組み込んで駆動させたとき、振動により積層するセラミックス板１５にかかる応力が小さい位置にする必要がある。
【００２７】
一般に圧電駆動形パーツフィーダの駆動時、セラミックスにクラックが発生する場所は圧電積層セラミックス４の長さ方向側面であり、そのため内部接続電極１１ａ、１１ｂは、図６、７に示すように、幅方向の中央部としその幅は４〜５ｍｍがよいことを実験的に求めている。また幅方向中央部としたもう一つの理由は、圧電セラミックスは、極性があり接着面が表側の場合、裏側になる場合がある。そのためどの面を接着しても対称になる位置に設けることが重要である。
【００２８】
また、図８に示すように、内部接続電極１１ａ、１１ｂを中央部に設けることは、図９に示す絶縁基板９とも関係する。
【００２９】
図１０に示すように、絶縁基板９を金属ばね板８と圧電積層セラミックス４の間に介在させて電気的絶縁を図る。絶縁基板９の材質は、ガラスエポキシであり、その表面には裏面外部電極１２ａを形成する銅箔が付着されたものを用いる。裏面外部電極１２ａを図９に示すようにコ字状にエッチングして切欠部１２ａ１を形成し、必要形状に切断することで簡単に製造が可能であり、従来のようにセラミックス基板に枝状電極を形成するのとは異なり、より簡単で安価に製造できる。
【００３０】
また、絶縁基板９において、裏面外部電極（銅箔）１２ａの形状が重要である。なぜなら、従来の単板セラミックスでは必要ない裏面外部電極１２ａに切欠部１２ａ１を設けることで、図５〜７に示すように、圧電積層セラミックス４の一極側の内部電極１０が、絶縁基板９に設けた他極側の裏面外部電極１２ａと電気的に接続することがない。
【００３１】
この端部電極に切欠部がない場合は、圧電積層セラミックスの一極側の内部接続電極と他極側の外部電極が接続され、圧電セラミックスの電極が電気的に短絡状態になり圧電セラミックスとしての機能を果さなくなる。
【００３２】
さらに、切欠部１２ａ１を基板幅方向の中央部上下に設けることが重要である。中央部上下に設けることは、絶縁基板９を組立作業中に上下逆にした場合でも短絡問題が発生することなく、また圧電積層セラミックスを上下逆に接着しても問題なく、作業上のミスを軽減する上でも重要である。
【００３３】
絶縁基板９の形状は、例えば、幅２４ｍｍ、長さ方向２１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとし、切欠部１２ａ１は、幅方向１２ｍｍ、長さ方向２ｍｍである。
【００３４】
また、図１０及び図１１に示すように、絶縁基板９の裏面外部電極１２ａと圧電積層セラミックス４に設けられた裏面外側内部電極１４ａとは、エポキシ系接着剤を用いて接着され、裏面外側内部電極１４ａの表面には凹凸が存在するが、その凸部において（数百ポイント以上）電気的に接続されており、寿命テストの確認においても非導通になる不具合は生じない。
【００３５】
また、本発明の搬送装置用圧電駆動素子には、一対の圧電積層セラミックスに設けられた電極間の接続構造に改良がなされている。
【００３６】
図２及び図３に示すように、一対の圧電積層セラミックス４の表側外部電極１２ｂ間の電気的接続は、片面に表側外部電極１２ｂとなる銅箔が設けられた表面外部電極用絶縁シート１６を用い、導電性粘着剤が塗布された銅テープ１７により表側外部電極１２ｂと裏面外側内部電極１４ａの一部を覆うように貼り、金属ばね板８と電気的に導通しないように、表側外部電極１２ｂ、銅テープ１７と金属ばね板８間に表面外部電極用絶縁シート１６を介在させる。
【００３７】
図２及び図４に示すように、また、一対の圧電積層セラミックス４の裏側外部電極１２ａ間の電気的接続は、裏面外部電極用絶縁シート１８の片面に設けられた金属箔１９を用いて行い、裏面外部電極１２ａ、金属ばね板８と電気的に導通しないように、金属箔１９、裏面外部電極１２ａと金属ばね板８間に裏面外部電極用絶縁シート１８を介在させる。
【００３８】
このような接続構造にすることにより、入力信号線を圧電積層セラミックスの両側電極から引き出していた従来とは異なり、図１に示すように、入力信号線１３ａ、１３ｂを圧電積層セラミックス４の片側のみから引き出すことが可能となる。例えば、入力信号線１３ａの−側は、絶縁基板９の裏側外部電極１２ａから、また、＋側は、圧電積層セラミックス４の表側外部電極１４ｂに接続した銅テープ１７にハンダ付けにて入力信号線１３ｂを引き出す。
【００３９】
これにより、一対の圧電積層セラミックス４に入力信号電圧が印加され、片側のみのひき出し線であっても、両側引き出しの従来と同等の駆動が可能となる。このような圧電積層セラミックス４の片側のみから入力信号線を引き出す大きなメリットは、特にインライン（直進）振動機において発揮される。
【００４０】
また、圧電積層セラミックス４の側面を入力信号線１３ｂが通らないため圧電駆動形パーツフィーダ１のカバーを小型化することが可能となり、外部に引き出すケーブル線との接続は信号線１３ａ、１３ｂの本数が半分になるため作業性も簡単になり、結線ミスも軽減されることになる。
【００４１】
さらに、パーツフィーダ本体と一側入力信号線は絶縁されているため絶縁耐圧テストは合格となる。
【００４２】
また、本搬送装置用圧電駆動素子に積層セラミックスを使用することにより、最大入力電圧が５０Ｖ程度に大幅に低下させることができ、それぞれの電極と金属ばね板との縁面距離が短くても縁面放電を起こす心配がなく電気的な安全性も大幅に向上する。
【実施例】
【００４３】
（試験１） 図１に示す本発明の搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダを使用して、ワーク搬送性能試験を行った。
【００４４】
なお、圧電積層セラミックスの仕様は０．１ｍｍ／１層、積層数５層、全体厚み０．５５ｍｍ、面積２０×２０ｍｍのものを用いた。
【００４５】
結果：最大入力電圧５０Ｖにもかかわらず、ワーク搬送性能を従来と同等またはそれ以上にすることができた。
【００４６】
（試験２） 本発明の搬送装置用圧電駆動素子に用いるガラスエポキシ基板について、寿命試験を行った。
【００４７】
なお、ガラスエポキシ基板の仕様は市販品で０．２ｍｍ厚さのものを用いた。
【００４８】
結果： 従来の高価なセラミックス絶縁板と同等の結果を得た。
【００４９】
上述のように、本実施形態の搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダによれば、駆動入力電圧を大幅に低下させることで、振動機の駆動電源の入力商用電圧を１００Ｖ、２００Ｖ両用で使用可能とし、絶縁トランス及び駆動電源の入力商用電圧の昇圧トランスが不要になり、これまで困難であった低電圧振動、小型搬送装置の実用化を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子を用いた圧電駆動形パーツフィーダの斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の側面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の側面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの概念図。
【図６】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの側面図。
【図７】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの側面図。
【図８】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの斜視図。
【図９】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる絶縁基板の斜視図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子に用いられる圧電積層セラミックスの組立状態を示す斜視図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る搬送装置用圧電駆動素子の組立図。
【図１２】従来の圧電駆動形パーツフィーダの斜視図。
【符号の説明】
【００５１】
１ 圧電駆動形パーツフィーダ
４ 圧電積層セラミックス
５ 振動機構部
７ 搬送体
８ 金属ばね板
８´ 変位拡大ばね板
９ 絶縁基板
１０ａ 内部電極
１０ｂ 内部電極
１１ａ 内部接続電極
１１ｂ 内部接続電極
１２ａ 裏面外部電極
１２ａ１ 切欠部
１２ｂ 表面外部電極
１３ａ 入力信号線
１３ｂ 入力信号線
１４ａ 裏面外側内部電極
１４ｂ 表面外側内部電極
１５ セラミックス板
１６ 表面外部電極用絶縁シート
１７ 銅テープ
１８ 裏面外部電極用絶縁シート
１９ 金属箔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ばね板の少なくとも一面に、電極が両面に設けられた圧電積層セラミックスを接着し、前記電極に交流電圧を印加し、アクチュエータとして振動させる搬送装置用圧電駆動素子において、前記圧電積層セラミックスはセラミックス板と内部電極を交互に積層してなり、この内部電極を前記電極に接続する内部接続電極を設け、この内部接続電極を前記セラミックス板の幅方向の中央に設けることを特徴とする搬送装置用圧電駆動素子。
【請求項２】
前記金属ばね板と圧電積層セラミックスの間に介在する絶縁基板としてガラスエポキシ基板を使用し、このガラスエポキシ基板に銅箔を設けて前記内部電極の外側電極と電気的に接触する一側外部電極を形成し、この一側外部電極には前記内部接続電極の位置に対応して前記絶縁基板の幅方向の中央部で長さ方向の両端に切欠部を形状することを特徴とする請求項１に記載の搬送装置用圧電駆動素子。
【請求項３】
前記一側外部電極、前記外側電極を金属箔が設けられた絶縁シートを介して接続し、前記圧電積層セラミックスおよびガラスエポキシ基板の銅箔の片面から入力信号線を引き出すことを特徴とする請求項１または２に記載の搬送装置用圧電駆動素子。
【請求項１】
金属ばね板の少なくとも一面に、電極が両面に設けられた圧電積層セラミックスを接着し、前記電極に交流電圧を印加し、アクチュエータとして振動させる搬送装置用圧電駆動素子において、前記圧電積層セラミックスはセラミックス板と内部電極を交互に積層してなり、この内部電極を前記電極に接続する内部接続電極を設け、この内部接続電極を前記セラミックス板の幅方向の中央に設けることを特徴とする搬送装置用圧電駆動素子。
【請求項２】
前記金属ばね板と圧電積層セラミックスの間に介在する絶縁基板としてガラスエポキシ基板を使用し、このガラスエポキシ基板に銅箔を設けて前記内部電極の外側電極と電気的に接触する一側外部電極を形成し、この一側外部電極には前記内部接続電極の位置に対応して前記絶縁基板の幅方向の中央部で長さ方向の両端に切欠部を形状することを特徴とする請求項１に記載の搬送装置用圧電駆動素子。
【請求項３】
前記一側外部電極、前記外側電極を金属箔が設けられた絶縁シートを介して接続し、前記圧電積層セラミックスおよびガラスエポキシ基板の銅箔の片面から入力信号線を引き出すことを特徴とする請求項１または２に記載の搬送装置用圧電駆動素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２９４５２９（Ｐ２００７−２９４５２９Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１８０９１（Ｐ２００６−１１８０９１）
【出願日】平成１８年４月２１日（２００６．４．２１）
【出願人】（５０６１３９２５５）株式会社 ＢＦＣアプリケーションズ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２１日（２００６．４．２１）
【出願人】（５０６１３９２５５）株式会社 ＢＦＣアプリケーションズ (1)
【Ｆターム（参考）】
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