JP2001097529A - 物体浮揚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の振動体を使用して物体を浮揚させる場
合、物体搬送装置の構成部品を少なくでき、振動体を軽
量化できる物体浮揚装置を提供する。 【解決手段】 物体浮揚装置１は矩形板状に形成された
振動体２ａ，２ｂを複数備えている。各振動体２ａ，２
ｂは、各振動体２ａ，２ｂを励振させる振動子３に対し
て対称位置に配置され、振動子３の振動を増幅して各振
動体２ａ，２ｂに伝達する振動伝達部材４を介して振動
子３に連結されている。振動伝達部材４は細長い板部４
ａの両端に扁平な直方体状の取付部４ｂが平行に突設さ
れ、取付部４ｂの先端にネジにより振動体２ａ，２ｂが
締結されている。板部４ａはその中央部で振動子３に固
定されている。振動子３は配線７ａ，７ｂを介して発振
器８と接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば音波等の放
射圧を用いて物体を浮揚させる物体浮揚装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】物体を空中に浮揚させる物体浮揚装置と
して、振動手段により振動される振動体の音波の放射圧
により振動体の表面上において物体を浮揚させる物体浮
揚装置が特開平７−２４４１５号公報、特開平７−１３
７８２４号公報に開示されている。この装置では平板状
の振動体を使用し、浮揚させるべき物体の前記平板状の
振動体の表面と対向する面を平面とし、振動体の振動に
よる音波の放射圧により物体が浮揚する。

【０００３】特開平９−２０２４２５号公報には、図９
に示すように、複数の振動体５１により１個の物体５２
を浮揚状態で搬送する物体搬送装置５３が開示されてい
る。また、特開平９−２０２４２５号公報には、一つの
振動体とその振動をなすための超音波振動発生部とをユ
ニット化し、該ユニットの数を必要に応じて増やすこと
によって、大きな物体に対処することが開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
物体浮揚装置では、１個の振動体に対して１個の超音波
振動発生部が必要なため、大きな物体を浮揚させるため
複数の振動体を使用する場合には、振動体の数と同じ数
の超音波振動発生部を必要として、装置が大型化すると
ともに、製造コストも高くなるという問題がある。

【０００５】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は複数の振動体を使用して物体を
浮揚させる場合、物体浮揚装置の構成部品を少なくで
き、振動体を軽量化できる物体浮揚装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、複数の振動体を励振手
段で励振させて、振動体の音波の放射圧により振動体の
表面上において物体を浮揚させる物体浮揚装置であっ
て、前記励振手段は振動体の数より少ない数の振動子
と、振動子の振動を増幅して各振動体に伝達する振動伝
達部材とにより全ての振動体を励振させる。

【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記振動体は振動子に対して対称位
置に配置されている。請求項３に記載の発明では、請求
項１又は請求項２に記載の発明において、浮揚すべき前
記物体は底面がフラットで、少なくとも一組みの対向す
る直線状のエッジを有し、前記振動体の少なくとも一対
は、その外側のエッジが前記物体の直線状のエッジの近
傍で該エッジに沿って延びるように配置されている。

【０００８】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載の発明において、前記一対の振動体はその表面が前記
物体の底面に対して逆方向に内側に向かって傾斜した状
態に、かつ前記物体に作用する放射圧が釣り合うように
配置されている。

【０００９】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のいずれか一項に記載の物体浮揚装置をユニット
とし、複数のユニットを組み合わせて配置した。従っ
て、請求項１に記載の発明では、励振手段で励振される
複数の振動体からの音波の放射圧により、振動体の表面
上において物体が浮揚される。前記励振手段は、振動体
の数より少ない数の振動子が振動され、その振動が振動
伝達部材により、振動子の数より多い振動体に増幅して
伝達される。

【００１０】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記振動体は振動子に対して対称位
置に配置されているため、振動子の振動を振動伝達部材
を介して各振動体に均等に伝達し易くなる。

【００１１】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、物体は浮揚状態におい
てエッジが振動体のエッジと対向する位置より外側へ移
動し難くなるため、物体の対向するエッジが振動体の互
いに離れた側のエッジに沿ってエッジの近傍に配置され
ていると、物体は振動体のエッジと対応する位置に安定
して保持される。

【００１２】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載の発明において、前記物体の底面に対して傾斜した状
態で配置された振動体が振動すると、浮揚物体と振動体
との間に内側に向かう空気流が発生し、該空気流により
互いに向かい合う水平方向の力が存在する状態となり、
物体に小さな水平方向の外力が作用した程度では物体は
所定位置に安定した状態でとどまる。

【００１３】請求項５に記載の発明では、大型の物体を
浮揚させる物体浮揚装置が複数のユニットにより構成さ
れるため、組み付け時の調整が容易になり、ユニットの
個数を変更することで、大きさの異なる物体に対応する
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を細長い板材を浮揚保持する装置に具体化した第１の
実施の形態を図１及び図２に従って説明する。

【００１５】図１（ａ），（ｂ）に示すように、物体浮
揚装置１は矩形板状に形成された振動体２ａ，２ｂを複
数（この実施の形態では２個）備えている。各振動体２
ａ，２ｂは、各振動体２ａ，２ｂを励振させる励振手段
を構成する振動子３に対して対称位置に配置され、振動
子３の振動を増幅して各振動体２ａ，２ｂに伝達する振
動伝達部材４を介して振動子３に連結されている。

【００１６】振動伝達部材４は細長い板部４ａの両端に
扁平な取付部４ｂが平行に突設され、取付部４ｂの先端
に図示しないネジにより振動体２ａ，２ｂが締結されて
いる。取付部４ｂの先端面は振動子３の軸方向と直交す
る平面に形成され、振動体２ａ，２ｂは水平となるよう
に取付部４ｂに固定されている。板部４ａはその中央部
で振動子３に固定されている。振動伝達部材４の形状
は、例えば有限要素解析法で設計される。

【００１７】振動子３には所謂ランジュバン形振動子が
使用され、一対のリング状のピエゾ素子５ａ，５ｂと、
ピエゾ素子５ａ，５ｂ間に配置されたリング状の電極板
５ｃと、ピエゾ素子５ａ，５ｂの電極板５ｃと反対側の
面と当接する位置に配置された金属ブロック６ａ，６ｂ
とを、図示しないボルトによって締め付け固定すること
により構成されている。ボルトは金属ブロック６ａに形
成された図示しないねじ穴に、金属ブロック６ｂ側から
螺合されている。両金属ブロック６ａ，６ｂはボルトを
介して互いに導通された状態となっている。

【００１８】電極板５ｃは配線７ａを介して発振器８と
接続され、発振器８の接地端子が配線７ｂを介して金属
ブロック６ｂに接続されている。発振器８は図示しない
制御装置からの制御信号により駆動される。振動子３
と、振動伝達部材４と、発振器８とにより振動体２ａ，
２ｂを励振させる励振手段が構成されている。

【００１９】次に前記のように構成された装置の作用を
説明する。前記物体浮揚装置１は例えば搬送車上に装備
され、搬送すべき板状の物体９を浮揚状態に保持しつつ
搬送車の移動により目的位置まで搬送される。

【００２０】図１（ａ），（ｂ）に鎖線で示すように、
物体９は長手方向（図１の左右方向）の両エッジ９ａ，
９ｂが両振動体２ａ，２ｂの外側のエッジ１０に揃うよ
うに両振動体２ａ，２ｂ上に載置される。その状態で発
振器８の駆動により、振動子３が所定の共振周波数（例
えば、２０ｋＨｚ前後）で励振され、振動伝達部材を介
して振動体２ａ，２ｂが振動子３の振幅より増幅された
状態で励振される。振動体２ａ，２ｂが振動することに
より、振動体２ａ，２ｂから音波が放射される。

【００２１】振動体２ａ，２ｂから放射される音波の放
射圧によって、物体９は振動体２ａ，２ｂの表面から浮
揚する。浮遊高さは数１０〜数１００μｍである。振動
体２ａ，２ｂのエッジ１０と物体９のエッジ９ａ，９ｂ
とが揃った状態に配置された状態では、振動体２ａ，２
ｂのエッジ１０からはみ出そうとした物体９が、振動体
２ａ，２ｂが放射する音波の作用によって内側に引き戻
される作用があるため、物体９が所定の位置に安定した
状態で保持される。

【００２２】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） 励振手段は振動体２ａ，２ｂの数より少ない数
の振動子３と、振動子３の振動を増幅して各振動体２
ａ，２ｂに伝達する振動伝達部材４とにより全ての振動
体２ａ，２ｂを励振させる。従って、複数の振動体２
ａ，２ｂを使用して物体９を浮揚させる場合、物体浮揚
装置１の構成部品を少なくできる。

【００２３】（２） 物体９に音波を放射する振動体を
物体９の底面積全体と対応する大きさの振動体を使用せ
ずに、複数の振動体２ａ，２ｂを使用するとともに、そ
の面積の合計が物体９の底面積より小さいため、振動体
２ａ，２ｂを軽量化でき、ひいては物体浮揚装置１全体
の軽量化を図ることができる。

【００２４】（３） 浮揚すべき物体９は底面がフラッ
トで、少なくとも一対の対向する直線状のエッジ９ａ，
９ｂを有し、振動体２ａ，２ｂは物体９を浮揚状態で保
持する際、その外側のエッジ１０が物体９の直線状のエ
ッジ９ａ，９ｂの近傍で該エッジ９ａ，９ｂに沿って延
びるように配置されている。従って、物体９を所定位置
に安定した状態で保持できる。

【００２５】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図３及び図４に従って説明する。この実施の形態で
は複数の振動体を一つの振動子で振動子させるユニット
を複数組み合わせて物体浮揚装置を構成した点が前記実
施の形態と大きく異なっている。前記実施の形態と同一
部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

【００２６】図３に示すように、物体浮揚装置１１は、
３個の振動体２ａ，２ｂ，２ｃを一つの振動子３で振動
させるユニット１２を２個組み合わせて構成されてい
る。各ユニット１２は同じ構成で、前記実施の形態の振
動伝達部材４に代えて、３個の取付部４ｂを備えた振動
伝達部材４が振動子３に連結されている点が、前記実施
の形態の物体浮揚装置１と異なっている。各振動子３は
共通の発振器８に接続され、発振器８により同期した状
態で同じ振幅で振動される。

【００２７】従って、この実施の形態の物体浮揚装置１
１は、前記実施の形態の（１）〜（３）に記載の効果の
他に次の効果を有する。 （４） 複数の振動体２ａ，２ｂ，２ｃを一つの振動子
３で振動させるユニット１２を複数組み合わせて物体浮
揚装置１１を構成したので、ユニット１２を組み合わせ
ることで簡単に大きさの異なる物体用の物体浮揚装置１
１を構成できる。

【００２８】（５） ユニット１２が製造される際に、
予め各振動体２ａ，２ｂ，２ｃの高さは所定の位置に調
整されているため、ユニット１２を組み合わせて物体浮
揚装置１１を製造する際、振動体２ａ，２ｂ，２ｃの高
さ調整が簡単になる。

【００２９】（第３の実施の形態）次に第３の実施の形
態を図５（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施の
形態では、一つの振動子３で複数の振動体をその撓み方
向がＸ方向及びＹ方向でそれぞれ対称となるように振動
させる点が前記両実施の形態と大きく異なっている。前
記実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明
を省略する。

【００３０】図５（ａ）に示すように、物体浮揚装置１
３は５個の振動体２ａ〜２ｅを備え、各振動体２ａ〜２
ｅは十字形状の振動伝達部材１４を介して振動子３に連
結されている。振動伝達部材１４は十字形状の板部１４
ａと、十字の各先端に突設された取付部１４ｂと、十字
の中心に突設された円柱状の取付部１４ｃとから構成さ
れている。対をなす振動体２ａ，２ｂ及び振動体２ｄ，
２ｅは取付部１４ｂに固定され、振動体２ｃは取付部１
４ｃに固定されている。振動伝達部材１４は振動体２
ａ，２ｂにＸ方向（図５（ａ）における左右方向）の撓
み振動を生じさせ、振動体２ｄ，２ｅにはＹ方向（図５
（ａ）における上下方向）の撓み振動を生じさせるよう
に形成されている。

【００３１】この実施の形態の装置では、図５（ａ）に
鎖線で示すように、正方形板状の物体９の各エッジ９ａ
〜９ｄが振動体２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅの外側のエッジ
１０と揃った状態で振動体２ａ〜２ｅ上に配置され、そ
の状態で発振器８が駆動される。そして、両振動体２
ａ，２ｂはＸ方向に撓み振動し、両振動体２ｄ，２ｅは
Ｙ方向に撓み振動すし、物体９はＸ方向及びＹ方向の両
方向へのずれが抑制された状態で浮揚される。

【００３２】従って、この実施の形態では第１の実施の
形態の（１）〜（３）の効果の他に次の効果を有する。 （６） Ｘ方向に撓み振動する一対の振動体２ａ，２ｂ
と、Ｙ方向に撓み振動する一対の振動体２ｄ，２ｅとを
備えているため、正方形状の物体９をＸ方向及びＹ方向
のいずれの方向へのずれも生じ難い状態で浮揚保持でき
る。

【００３３】（７） 対をなす振動体２ａ，２ｂ、２
ｄ，２ｅはそれぞれ互いに離れた側のエッジ１０が物体
９の対向するエッジ９ａ〜９ｄの近傍でエッジ１０に沿
って延びるように配置されている。従って、振動体２
ａ，２ｂ、２ｄ，２ｅの外側のエッジ１０が物体のエッ
ジ９ａ〜９ｄと揃っていない場合に比較して、物体を所
定位置に保持する機能が向上する。

【００３４】（第４の実施の形態）次に第４の実施の形
態を図６及び図７に従って説明する。この実施の形態で
は、一つの振動子３で複数の振動体をその撓み方向がＸ
方向及びＹ方向でそれぞれ対称となるように振動させる
点は前記第３の実施の形態と同じであるが、対をなす振
動体をその表面が平板状の物体９の底面に対して逆方向
に内側に向かって傾斜した状態に、かつ物体９に作用す
る放射圧が釣り合うように配置した点が大きく異なって
いる。前記実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳
しい説明を省略する。

【００３５】図６に示すように、振動伝達部材１４は、
ほぼ正方形状の板部１４ａと、板部１４ａの各辺に突設
された扁平な取付部１４ｂと、板部１４ａの中央に突設
された取付部１４ｃを備え、板部１４ａの対角線上に孔
１４ｄが形成されている。Ｘ方向に撓み振動する３対の
振動体２ａ，２ｂが、板部１４ａのＹ方向に延びる辺の
上に設けられ、Ｙ方向に撓み振動する一対の振動体２
ｄ，２ｅが、板部１４ａのＸ方向に延びる辺の上に設け
られている。

【００３６】図７に示すように、各一対の振動体２ａ，
２ｂは、その表面が平板状の物体９の底面に対して逆方
向に内側に向かって傾斜した状態に、かつ物体９に作用
する放射圧が釣り合うように配置されている。また、一
対の振動体２ｄ，２ｅもその表面が平板状の物体９の底
面に対して逆方向に内側に向かって傾斜した状態に、か
つ物体９に作用する放射圧が釣り合うように配置されて
いる。各振動体２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅの水平面と成す
角度は、物体９の質量、振動体２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ
の面積などによって適正値は変化するが、例えば、ほぼ
１°前後であり、通常３°以下である。板部１４ａの中
心に設けられた振動体２ｃは水平に設けられている。

【００３７】この実施の形態の装置では、発振器８が駆
動されて振動子３が励振されると、振動体２ａ，２ｂは
Ｘ方向に撓み振動し、振動体２ｄ，２ｅはＹ方向に撓み
振動する。各振動体２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅが傾斜した
状態に配置されているため、振動体２ａ，２ｂ，２ｄ，
２ｅと物体９とにより挟まれた空間に対して、エッジ１
０側から内側に向かう空気流が発生し、この空気流が物
体９に図６に矢印で示す水平方向の力を作用させる。従
って、物体９が安定した状態で所定位置に浮揚状態で保
持される。振動体２ａ，２ｂ、２ｄ，２ｅのエッジ１０
と物体９のエッジ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄとが揃った状
態では、前記空気流の作用が大きくなる。

【００３８】この実施の形態では第３の実施の形態と同
様な効果を有する他に次の効果を有する。 （８） 対をなす振動体２ａ，２ｂ及び振動体２ｄ，２
ｅが、その表面が物体９の底面に対して逆方向に内側に
向かって傾斜した状態に、かつ物体９に作用する放射圧
が釣り合うように配置されている。その結果、振動体２
ａ，２ｂ、２ｄ，２ｅと物体９とにより挟まれた空間に
対して、エッジ１０側から内側に向かう空気流が発生
し、物体９が安定した状態で所定位置に浮揚状態で保持
される。また、物体９が振動体２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ
からずれて落下するのを防止するための規制部材を設け
たり、物体が所定量以上移動したことを検知して物体浮
遊装置の作動を停止する等の落下防止対策を不要にする
ことができる。

【００３９】（９） 対をなす振動体２ａ，２ｂ、２
ｄ，２ｅはそれぞれ互いに離れた側のエッジ１０が物体
９の対向するエッジ９ａ〜９ｄの近傍でエッジ１０に沿
って延びるように配置されている。従って、エッジ９ａ
〜９ｅとエッジ１０とが離れた状態に配置された場合に
比較して、空気流の流れが強くなり、物体を所定位置に
保持する機能が高まる。

【００４０】（１０） 対向するエッジ９ａ〜９ｄが平
行な平板状の物体９を安定した状態で浮揚保持すること
ができるため、例えば液晶基板等をケースを使用せずに
浮揚保持した状態で搬送できる。

【００４１】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
ではなく、例えば、次のように具体化してもよい。 ○ ユニット１２を組み合わせて物体浮揚装置を構成す
る場合、ユニット１２の数は２個に限らず、３個以上で
あってもよい。例えば、図８に示すように、第２の実施
の形態で使用したユニット１２を３個並べて物体浮揚装
置１１を構成してもよい。また、第２及び第３の実施の
形態の装置のように、Ｘ方向及びＹ方向の撓み振動生じ
る振動体２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅを備えた物体浮揚装置
１をユニットとし、浮揚すべき物体の大きさに合わせ
て、適宜の数のユニットを組み合わせて物体浮揚装置を
構成してもよい。

【００４２】○ 第４の実施の形態の装置のように、正
方形状の板部１４ａの各辺の上に取付部１４ｂを設けた
場合、取付部１４ｂに固定される振動体２ａ，２ｂ，２
ｄ，２ｅを傾斜させずに水平状態に配置してもよい。

【００４３】○ 第３及び第４の実施の形態の物体浮揚
装置１は、必ずしも対をなす振動体２ａ，２ｂ、２ｄ，
２ｅのエッジ１０と物体９のエッジ９ａ，９ｂとが揃う
大きさの物体９のみに使用されるものではなく、物体９
がエッジ１０からはみ出す大きさのものに適用してもよ
い。

【００４４】○ 複数のユニットで物体浮揚装置を構成
する場合、発振器８も各ユニット毎に別々に設けてもよ
い。 ○ 底面がフラットな物体を浮揚保持する装置に限ら
ず、特開平７−１３７８２４号公報に開示された装置の
ように、物体の底面がＶ字状の物体を浮揚させる装置に
適用してもよい。

【００４５】○ 振動体２ａ〜２ｅの取付部４ｂ，１４
ｂ，１４ｃへの固定はネジによる締結に限らず、接着剤
を使用したり、ロウ付けや溶接で固着してもよい。 ○ 振動子３はランジュバン形振動子に限らず他の振動
子を使用してもよい。

【００４６】○ 第４の実施の形態のように、対をなす
振動体を互いに内側に傾斜するように配設する構成の装
置において、ほぼ正方形状の板部１４ａの四隅に設けら
れた取付部１４ｂ固定する振動体をそれぞれ対角線に沿
って向かい合って傾斜するように配置してもよい。

【００４７】前記実施の形態から把握できる請求項記載
以外の技術的思想（発明）について、以下にその効果と
ともに記載する。 （１） 請求項４に記載の発明において、前記振動体は
振動体の長さ方向又は幅方向に傾斜するように配置され
ている。この場合、振動子３の所定の振動を振動伝達部
材を介して振動体に伝達し易い。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
５に記載の発明によれば、複数の振動体を使用して物体
を浮揚させる場合、物体浮揚装置の構成部品を少なくで
き、振動体を軽量化できる。

【００４９】請求項３に記載の発明では、振動体のエッ
ジが物体のエッジと揃っていない場合に比較して、物体
を所定位置に保持する機能が向上する。請求項４に記載
の発明では、振動体と物体とにより挟まれた空間に対し
て、エッジ側から内側に向かう空気流が発生し、物体を
安定した状態で所定位置に浮揚保持できる。

【００５０】請求項５に記載の発明では、ユニットを組
み合わせることで簡単に大きさの異なる物体用の物体浮
揚装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は第１の実施の形態の物体浮揚装置の
模式平面図、（ｂ）は同じく模式正面図。

【図２】 同じく振動体と振動伝達部材の関係を示す模
式斜視図。

【図３】 第２の実施の形態の物体浮揚装置の模式平面
図。

【図４】 同じく物体浮揚装置の模式正面図。

【図５】 （ａ）は第３の実施の形態の物体浮揚装置の
模式平面図、（ｂ）は同じく模式正面図。

【図６】 第４の実施の形態の物体浮揚装置の模式平面
図。

【図７】 同じく模式正面図。

【図８】 別の実施の形態の物体浮揚装置の模式平面
図。

【図９】 従来の物体搬送装置の概略斜視図。

【符号の説明】

１，１１…物体浮揚装置、２ａ〜２ｅ…振動体、３…励
振手段を構成する振動子、４，１４…同じく振動伝達部
材、８…同じく発振器、９…物体、９ａ〜９ｄ，１０…
エッジ、１２…ユニット。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の振動体を励振手段で励振させて、
   振動体の音波の放射圧により振動体の表面上において物
   体を浮揚させる物体浮揚装置であって、 前記励振手段は振動体の数より少ない数の振動子と、振
   動子の振動を増幅して各振動体に伝達する振動伝達部材
   とにより全ての振動体を励振させる物体浮揚装置。
2. 【請求項２】 前記振動体は振動子に対して対称位置に
   配置されている請求項１に記載の物体浮揚装置。
3. 【請求項３】 浮揚すべき前記物体は底面がフラット
   で、少なくとも一組みの対向する直線状のエッジを有
   し、前記振動体の少なくとも一対は、その外側のエッジ
   が前記物体の直線状のエッジの近傍で該エッジに沿って
   延びるように配置されている請求項１又は請求項２に記
   載の物体浮揚装置。
4. 【請求項４】 前記一対の振動体はその表面が前記物体
   の底面に対して逆方向に内側に向かって傾斜した状態
   に、かつ前記物体に作用する放射圧が釣り合うように配
   置されている請求項３に記載の物体浮揚装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記
   載の物体浮揚装置をユニットとし、複数のユニットを組
   み合わせて配置した物体浮揚装置。