JP2006248768A - 音波浮揚装置及び音波浮揚装置の共振周波数検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺の振動体を励振側の振動子で励振させる際の共振周波数を正確に検出でき、従来装置より効率良く振動体を振動させることができる音波浮揚装置を提供する。
【解決手段】音波浮揚装置は長尺の振動体の一端に連結した励振側の振動子を励振させて、振動体の振動による超音波の放射圧を用いて物体を浮揚させる。電源装置２３は、励振側の振動子を励振させる発振器２２を定電圧制御する定電圧制御手段と、発振器２２の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引する周波数掃引手段を構成する制御装置２９を備えている。制御装置２９は、周波数掃引時における電圧センサの出力ピークのうち少なくとも振動体の最大振幅に対応するピークの周波数及び二番目に大きな振幅に対応するピークの周波数をメモリ３２に記憶する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、音波浮揚装置及び音波浮揚装置の共振周波数検出方法に係り、詳しくは長尺の振動体の振動による超音波の放射圧を用いて物体を浮揚させる音波浮揚装置及び音波浮揚装置の共振周波数検出方法に関する。この明細書で「長尺の振動体」とは、振動体の長さが振動波長の１０波長以上の長さのものを意味する。

長尺の振動体の一端に励振側（加振側）の振動子を設けるとともに、他端に受波側の振動子を設け、該振動体に進行波を発生させてその放射圧により振動体の表面上で物体を浮揚させた状態で搬送する物体浮揚搬送装置（音波浮揚装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は長尺の平板状の振動体を使用し、該振動体の一端に励振側の振動子を設けるとともに、他端に受波側の振動子を設ける。そして、励振側の振動子を発振器に接続して励振させ、振動体に進行波を発生させてその放射圧により振動体の表面上で物体を浮揚させた状態で搬送する。

特許文献１の物体浮揚搬送装置では、励振側の振動子として圧電素子（ピエゾ素子）を使用したランジュバン形振動子が使用されている。そして、縞モードで受波側振幅が最大となる共振周波数で振動子を励振させることにより、振動体を必要な強さ（振幅）で振動させるとともに、受波側の振動状態を検出する振動状態検出手段の信号をフィードバックして前記発振器を制御する。前記振動状態検出手段としては受波側の振動子を構成する圧電素子の出力電圧を検出する電圧センサが設けられている。制御は、受波側の電圧が最大あるいは予め設定された設定値以上となるように行われ、実質的に定電流制御である。
特開２００３−１２６７７８号公報（明細書の段落［００２０］，［００２１］，［００２４］、図１）

長尺板のように振動体の励振側と受波側とが離れている場合、振動体が励振側で良好に振動されていても受波側では振動が良好に行われない場合がある。また、長尺の振動体は共振周波数の固有値が複数存在するため、励振側では所望のモード（例えば、縞モード）で振動していても、受波側では所望のモードでない状態で振動する場合がある。特に、振動体に定在波を生じさせる場合は共振点で励振させるのが良いが、進行波を発生させる場合は、共振点ではなく、共振点の近傍でかつ受波側と所定の位相差で励振させるのが良いため、受波側の振動状態をフィードバックする必要がある。

特許文献１の装置では、縞モードで受波側振幅が最大となる共振周波数で振動子を励振させるようにしている。そのためには、装置の通常運転に先だって、発振器の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって掃引する周波数掃引を行い、縞モードで受波側振幅が最大となる共振周波数を検出する必要がある。従来装置では、発振器は定電流制御で制御されるので、前記周波数掃引も定電流制御で行われる。しかし、定電流制御で周波数掃引を行うと、共振点から多少ずれた位置で振動が起こるので、結果的に共振周波数の検出精度が低く、振動体を効率良く振動させるには微調整が必要になる。また、振動体の長さや負荷等の条件によっては、縞モードで受波側振幅が最大となる共振周波数で振動体を励振させた際に、必ずしも振動体の端部（振動体の振動子のホーンに対する固定箇所より振動体の端部側）まで均一に振動しない場合がある。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、長尺の振動体を励振側の振動子で励振させる際の共振周波数を正確に検出でき、従来装置より効率良く振動体を振動させることができる音波浮揚装置を提供することにある。また、第２の目的は、長尺の振動体を励振側の振動子で励振させる際の共振周波数を正確に検出することができる音波浮揚装置の共振周波数検出方法を提供することにある。

前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、長尺の振動体の一端に連結した励振側の振動子を励振させる発振器を定電圧制御する定電圧制御手段と、前記発振器の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引する周波数掃引手段とを備えている。また、前記振動体の受波側における振動状態に対応する検出信号を出力する振動状態検出手段と、前記周波数掃引手段による周波数掃引時における前記振動状態検出手段の出力ピークのうち少なくとも振動体の最大振幅に対応するピークの周波数及び二番目に大きな振幅に対応するピークの周波数を記憶する記憶手段とを備えている。

この発明では、周波数掃引手段により発振器の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引することにより、その周波数範囲内における全ての共振周波数を正確に検出することができる。そして、少なくとも振動体の受波側における振動体の最大振幅に対応するピークの周波数及び二番目に大きな振幅に対応するピークの周波数が記憶手段に記憶される。従って、装置を通常運転する際、振動体の受波側における振幅が最大になる条件が振動体を最適な状態で励振させる条件でない場合に、二番目の共振周波数を基準に励振させることにより、振動体を適正な状態で振動させる励振条件に容易に変更することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記発振器を定電流制御する定電流制御手段を備え、通常運転時は前記発振器が定電流制御される。ここで、「通常運転」とは、物体を浮揚あるいは浮揚搬送させるために振動体を励振させる場合を意味する。

この発明では、定電圧制御で発振器を駆動することにより、長尺の振動体を励振側の振動子で励振させる際の共振周波数を正確に検出することができる。また、通常運転時には、発振器が定電流制御されるため、振動体を一定の振幅で駆動させることが容易になる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記定電流制御手段及び前記定電圧制御手段は同一回路で構成されている。この発明では、定電流制御手段及び定電圧制御手段をそれぞれ独立した回路構成とする場合に比較して、装置の体格及び重量の増大を抑制でき、製造コストを低減できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記記憶手段には、前記周波数掃引手段による周波数掃引時において検出される情報のうち少なくとも共振周波数と、その共振周波数における前記振動体の振幅に対応する値とが記憶される。ここで、「振幅に対応する値」とは、前記振動状態検出手段から出力される検出信号の値そのものに限らず、その検出信号の値から計算した振幅値あるいは振幅値に係数を掛けた値等を含む。

この発明では、共振周波数と、その共振周波数における振動体の振幅に対応する値とが記憶手段に記憶されているため、その情報に基づいて最適な振動状態となる振動体の励振条件を選択するのが容易になる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、少なくとも前記振動体の共振周波数と振動モードとを表示する表示装置を備えている。従って、この発明では、表示装置で振動体の共振周波数と振動モードとを確認でき、装置が所望の状態で運転されているか否かを容易に確認できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記振動体はホーンに固定されており、前記振動体の前記ホーンに対する固定箇所より端部側の振動を検出する振動検出手段を備えている。この発明では、振動体がその両端部まで振動しているか否かを確認でき、振動体がその両端部まで振動する状態と異なる状態で励振が継続されるのを防止するように励振条件を変更するのが容易になる。

前記第２の目的を達成するため、請求項７に記載の発明の共振周波数検出方法では、長尺の振動体の一端に連結した励振側の振動子を励振させて、前記振動体の振動による超音波の放射圧を用いて物体を浮揚させる音波浮揚装置において、前記励振側の振動子を励振させる発振器の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引する。そして、前記振動体の受波側における共振状態に対応する検出信号のピークを検出して共振周波数を検出する。この発明では、発振器の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引して、振動体の受波側における共振状態に対応する検出信号のピークを検出して共振周波数を検出する。従って、長尺の振動体を励振側の振動子で励振させる際の共振周波数を正確に検出することができる。

本発明によれば、音波浮揚装置において、長尺の振動体を励振側の振動子で励振させる際の共振周波数を正確に検出することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を物体浮揚搬送装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図４に従って説明する。図１は物体浮揚搬送装置の概略斜視図、図２は物体浮揚搬送装置の模式側面図、図３は駆動用電源のブロック回路図である。

図１及び図２に示すように、音波浮揚装置としての物体浮揚搬送装置１１は長尺の振動体としての振動板１２を備えている。振動板１２は矩形平板状に形成されている。振動板１２の一端側（図１及び図２の左端側）には励振側の振動子１３が、他端側には受波側の振動子１４が、それぞれホーン１５の先端において図示しないねじ１６により締結されている。ホーン１５は偏平なほぼ直方体状に形成され、振動板１２に対してその長手方向両端部において長手方向と直交する状態で取り付けられている。

各ホーン１５は振動板１２が締結される面の反対側の面において各振動子１３，１４に固定されている。即ち、ホーン１５は振動子１３の一部を構成している。ホーン１５の先端面は振動子１３，１４の軸方向と直交する平面に形成され、ホーン１５及び振動子１３，１４の中心軸が鉛直方向に延びる状態で配置されている。

振動子１３，１４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１７ａ，１７ｂを備えている。両ピエゾ素子１７ａ，１７ｂ間にリング状の電極板１８が配置され、ピエゾ素子１７ａ，１７ｂの電極板１８と当接する側と反対側の面に当接する金属ブロック１９ａ，１９ｂ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振動子１３，１４が構成されている。ボルトは金属ブロック１９ａに形成された図示しないねじ穴に、金属ブロック１９ｂ側から螺合されている。両金属ブロック１９ａ，１９ｂはボルトを介して互いに導通された状態となっている。

図２に示すように、金属ブロック１９ａの上端にはフランジ２０が形成され、金属ブロック１９ａはベースプレート２１に形成された孔（図示せず）に嵌合された状態で図示しないボルトにより、フランジ２０においてベースプレート２１に固定されている。

振動板１２の励振側に締結されたホーン１５を励振させる振動子１３は発振器２２を備えた電源装置２３に接続されている。電極板１８は配線２４ａを介して発振器２２と接続され、発振器２２の接地端子が配線２４ｂを介して金属ブロック１９ｂに接続されている。

振動板１２の受波側に締結された振動子１４のエネルギー変換用素子としてのピエゾ素子１７ａ，１７ｂは、抵抗Ｒ及びコイルＬからなるエネルギー変換手段としての負荷回路２５に、電極板１８及び金属ブロック１９ｂを介してそれぞれ接続されている。振動子１４にはピエゾ素子１７ａ，１７ｂに発生する電圧を検出する電圧センサ２６が装備されている。電圧センサ２６は、振動板１２の受波側における振動状態に対応する検出信号を出力する振動状態検出手段を構成する。

図３に示すように、電源装置２３は、直流定電圧生成回路２７、インバータ回路２８、制御装置２９及び電流センサ３０を備えている。直流定電圧生成回路２７は、入力された電力を所定の直流定電圧に変換可能に構成され、変換電圧の上限値を設定可能に構成されている。インバータ回路２８は、直流定電圧生成回路２７から出力された直流電圧を入力して交流に変換する。インバータ回路２８は、例えば、トランスにより出力電圧も変更可能に構成されている。電流センサ３０は、インバータ回路２８から出力されて負荷、即ち振動子１３に流れる電流量を検出する。インバータ回路２８は発振器２２を構成する。

この実施形態では、励振側の振動子１３を励振させる発振器２２を定電圧制御するための定電圧制御手段と、発振器２２を定電流制御するための定電流制御手段とを直流定電圧生成回路２７及び制御装置２９が構成する。また、発振器２２の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引する周波数掃引手段を制御装置２９が構成する。

制御装置２９は、ＣＰＵ（中央処理装置）３１及び記憶手段としてのメモリ３２を備えている。電圧センサ２６及び電流センサ３０は、Ａ／Ｄ変換器、インタフェース（いずれも図示せず）を介して、ＣＰＵ３１に接続されている。制御装置２９は、通常運転時には、設定された電流値になるように定電流制御を行う。また、制御装置２９は、通常運転に先立って、振動板１２の共振周波数を検出するように構成されている。制御装置２９は、発振器２２の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引し、電圧センサ２６の検出信号に基づいて、振動板１２の受波側における共振状態に対応する電圧のピークを検出して共振周波数を検出する。

定電流制御を行う際、制御装置２９は、電流センサ３０の検出信号を入力して、その検出信号が設定された電流値より小さければ、直流定電圧生成回路２７に出力電圧を大きくする指令信号を出力して、インバータ回路２８の出力電流値を大きくする。逆に、電流センサ３０の検出信号が設定された電流値より大きければ、直流定電圧生成回路２７に出力電圧を小さくする指令信号を出力して、インバータ回路２８の出力電流値を小さくする。

電圧制御を行う際、制御装置２９は、直流定電圧生成回路２７における出力電圧設定値の上限を絞り（例えば、最大値の１０％に絞り）、インバータ回路２８の出力定電流の設定値を大きくする（例えば、最大値の９０％）。この状態で制御を行うと、インバータ回路２８の出力電流を設定された定電流値に制御しようとして、直流定電圧生成回路２７の出力電圧を大きくしようとするが、電圧上限設定を絞っているため、制限がかかる。その結果、直流定電圧生成回路２７の出力は電圧上限設定値で一定となり、定電圧制御となる。

メモリ３２には、定電圧制御を行う場合の電圧上限設定値と、負荷に供給する電流との関係を示すマップが記憶されており、負荷によって定電圧制御を行う場合の適正な電圧上限設定値が変更されるようになっている。前記マップは予め試験を行うことによって求められる。

制御装置２９は、通常運転に先立って行われる周波数掃引時において検出される情報をメモリ３２に記憶する。情報としては、電圧センサ２６の出力ピークのうち少なくとも振動板１２の最大振幅に対応するピークの周波数及び二番目に大きな振幅に対応するピークの周波数、即ち共振周波数のうち振動板１２の最大振幅及び二番目に大きな振幅に対応する共振周波数と、その共振周波数における振動板１２の振幅に対応する値とがある。この実施形態においては、振幅に対応する値として電圧センサ２６から出力される電圧Ｖ２を記憶する。制御装置２９は、全ての共振周波数及びそれに対応する電圧Ｖ２を記憶する。また、情報として、励振側の振動子１３に供給される電圧Ｖ１の位相と、受波側の振動子１４の振動に基づいて電圧センサ２６から出力される電圧Ｖ２の位相とがある。

図４に示すように、制御装置２９は通信ポート３３を備えており、通信ポート３３に接続される通信ケーブル３４を介して、表示装置としての制御モニタ３５が制御装置２９に接続されている。制御モニタ３５は図示しないマイクロコンピュータを備え、制御装置２９のメモリ３２に記憶された情報や、その情報を処理して得られる情報を画面に表示するようになっている。表示される情報には、少なくとも振動板１２の共振周波数と、その共振周波数で振動板１２が励振された場合の振動モードと、振動板１２の振幅と、前記電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の位相差等がある。

振動モード、即ち振動板１２が縞モードで振動しているか格子モードで振動しているかは、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の位相差から判別できるため、制御モニタ３５は、通信ケーブル３４を介して制御装置２９から得られる電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の位相情報により、縞モードか格子モードかを判断して、振動モードの表示を行う。

図４に示す画面は、共振周波数検出のための定電圧制御時における表示画面の一例を示す。図４の画面では、縦軸を電圧Ｖ２、横軸を周波数としたグラフと、グラフのピーク位置の周波数、即ち共振周波数の値が文字で表示される。また、共振周波数を全て同時にグラフに表示することができない場合は、複数回に分けて、あるいは画面をスクロールして表示するようになっている。また、縞モードの振動となる共振周波数の部分に関しては、それを区別する表示がなされるようになっている。縞モードを区別する表示の一例としては、縞モードの共振周波数のピークを異なる色で表示したり、ピークを中心として縞モードで振動可能な周波数の範囲に網かけを施したりする方法がある。

制御モニタ３５は、通常運転中は、その運転状態における、振動モード、共振周波数、振動板１２の振幅に対応する値、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の位相差の情報を表示する。また、共振周波数検出のための定電圧制御時には、制御モニタ３５は、検出された全ての共振周波数、振動板１２の振幅、振動モード、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の位相差を表示する。

制御装置２９は、通常運転時の励振条件として、共振周波数の検出処理で検出された共振周波数のうち、振動板１２が縞モードで振動する周波数の中から、振動板１２の振幅が最大の共振周波数となる励振条件を選択して、振動子１３を励振させるように、発振器２２を定電流制御する。しかし、オペレータは、制御モニタ３５に表示された共振周波数を選択することにより、全ての共振周波数の中から選択した共振周波数で振動子１３を励振させるように、制御装置２９に指令することができる。

次に前記のように構成された物体浮揚搬送装置１１の作用を説明する。
通常運転に先立って、共振周波数の検出が行われる。制御装置２９は、発振器２２の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引し、全ての共振周波数を検出する。そして、検出された全ての共振周波数の値、各共振周波数における振動板１２の振幅に対応する値、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の位相がメモリ３２に記憶される。そして、制御モニタ３５に、検出された共振周波数、各共振周波数における振動モード、振動板１２の振幅に対応する値としての電圧Ｖ２、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の位相差が表示される。

オペレータは制御モニタ３５の表示を確認して、通常運転の共振周波数を選択する。そして、選択された共振周波数で通常運転が行われる。オペレータが共振周波数を選択しない場合は、制御装置２９は、検出された共振周波数のうち、振動板１２が縞モードで振動する周波数の中から、振動板１２の振幅が最大の共振周波数となる励振条件を選択して、その励振条件で通常運転を行う。

通常運転は、定電流制御で発振器２２が制御される。制御装置２９からの制御信号により発振器２２が駆動されて、振動子１３が選択された共振周波数（例えば、２０ｋＨｚ前後）の近傍の周波数で励振される。振動子１３が励振されるとホーン１５が縦振動され、ホーン１５を介して振動板１２が励振されて撓み振動を行う。振動板１２から放射される音波の放射圧によって、物体Ｍは振動板１２の表面から浮揚する。浮揚距離は数１０〜数１００μｍである。

振動板１２の振動は受波側の振動子１４に伝達され、振動子１４を構成するピエゾ素子１７ａ，１７ｂにより機械エネルギーである振動のエネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーが負荷回路２５の抵抗Ｒでジュール熱に変換されて放散される。そのため、振動板１２に生じる振動の波が励振側から受波側に向かって一方向へ進む進行波（この実施形態では振動子１３側から振動子１４側へ進む進行波）となり、板状の物体Ｍは振動板１２の励振側から受波側へ浮揚状態で搬送される。

制御装置２９は図示しない物体検知センサの検出信号により、物体Ｍが停止位置近傍に達したことを確認すると、発振器２２の出力を振動板１２に定在波を発生させる状態に変更する。そして、物体Ｍが浮揚状態で減速されて停止される。

制御装置２９は振動板１２に振動子１３側から振動子１４側へ向かう進行波が発生するように発振器２２の出力を制御する。制御装置２９は励振側の振動子１３へ入力される電圧Ｖ１と、受波側の振動子１４から出力される電圧Ｖ２との位相差が予め設定された進行波が発生し易い位相差（例えば９０°）となり、かつ受波側の振動子１４の出力電圧が所定の値以上となるように発振器２２の出力を制御する。受波側の振動子１４の出力電圧及び位相は電圧センサ２６の出力信号により検出される。

圧電素子を使用した振動子１３では、振動板１２に定在波を発生させる状態で効率よく振動させるには、共振周波数で振動子１３を励振させる必要がある。これに対して、振動板１２に進行波を効率良く発生させる状態で振動させるには、共振周波数ではなく、共振周波数から若干ずれた周波数で振動子１３を励振させるのが好ましい。そして、制御装置２９は、複数の共振周波数のうちから選択された共振周波数を基準に設定した進行波を効率良く発生させるための、励振側及び受波側の振動子１３，１４の電圧Ｖ１，Ｖ２の位相差及び振動子１３の周波数で振動子１３を励振させるように発振器２２を制御する。物体浮揚搬送装置１１の環境が変化すると、共振周波数検出時には適正だった共振周波数及び電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の位相差が適正な励振条件からずれる場合がある。

制御装置２９は、電圧センサ２６からの出力を入力することにより受波側の振動子１４の振動状態をつねに検出しているため、その電圧Ｖ２の位相及び大きさから振動状態を正確に把握できる。そして、振動子１４の振動状態が弱くなる等、振動板１２に進行波を効率よく発生させる状態からずれた場合は、発振器２２から出力される電圧Ｖ１の位相を変更したり、定電流制御の設定電流値を高くしたりする。

そして、電圧センサ２６の出力から、振動子１４の振動状態が進行波を効率よく発生させる状態に復帰したことを確認したらその条件で発振器２２の駆動を継続する。
この実施形態では以下の効果を有する。

（１）長尺の振動板１２の一端に連結した励振側の振動子１３を励振させる発振器２２を定電圧制御する定電圧制御手段（直流定電圧生成回路２７及び制御装置２９）と、発振器２２の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引する周波数掃引手段（制御装置２９）とを備えている。また、振動板１２の受波側における振動状態に対応する検出信号（電圧Ｖ２）を出力する振動状態検出手段（電圧センサ２６）を備えている。従って、制御装置２９の制御により、発振器２２の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引することにより、その周波数範囲内における全ての共振周波数を正確に検出することができる。また、物体Ｍの重量の違い等による振動系の負荷の変動で、受波側の振動状態が変化しても、正確な共振周波数に基づいて励振側の振動子１３の励振条件を設定することができる。

（２）前記周波数掃引時において検出された全ての共振周波数及び各共振周波数における振動板１２の振幅に対応する値がメモリ３２に記憶される。従って、物体浮揚搬送装置１１を通常運転する際、振動板１２の受波側における振幅が最大になる条件が振動板１２を最適な状態で励振させる条件でない場合に、振動板１２を適正な状態で振動させる励振条件に容易に変更することができる。

（３）発振器２２を定電流制御する定電流制御手段（直流定電圧生成回路２７及び制御装置２９）を備え、通常運転時は発振器２２が定電流制御される。従って、通常運転時には、発振器２２が定電流制御されるため、振動板１２を一定の振幅で駆動させることが容易になる。

（４）定電流制御手段及び定電圧制御手段は同一回路で構成されている。従って、定電流制御手段及び定電圧制御手段をそれぞれ独立した回路構成とする場合に比較して、装置の体格及び重量の増大を抑制でき、製造コストを低減できる。

（５）メモリ３２には、周波数掃引時において検出される情報のうち少なくとも共振周波数と、その共振周波数における振動板１２の振幅に対応する値とが記憶されるため、その情報に基づいて最適な振動状態となる振動板１２の励振条件を選択するのが容易になる。

（６）少なくとも振動板１２の共振周波数と振動モードとを表示する制御モニタ３５を備えている。従って、オペレータは、制御モニタ３５で振動板１２の共振周波数と振動モードとを確認でき、物体浮揚搬送装置１１が所望の状態で運転されているか否かを容易に確認できる。

（７）制御モニタ３５は、通常運転中は、その運転状態における、振動モード、共振周波数、振動板１２の振幅及び電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の位相差の情報を表示する。従って、オペレータは、運転環境が変わった場合に、現在の励振条件が適正な状態であるか否かを容易に判断できる。

（８）共振周波数検出のための定電圧制御時には、制御モニタ３５は、検出された全ての共振周波数、振動板１２の振幅に対応する値、振動モード及び電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の位相差を表示する。従って、オペレータは、その表示に基づいて適正な励振条件に対応する共振周波数を選択するのが容易になる。

（９）制御装置２９は長尺の振動板１２に進行波を発生させるように振動子１３を励振させる。このとき、受波側の振動子１４の振動状態が電圧センサ２６で検出されてフィードバックされるため、制御装置２９は励振側と受波側との振動の位相差が進行波を発生させるのに適正な状態か否かを確認することができる。

（１０）受波側の振動子１４の振動状態を検出する振動状態検出手段としてエネルギー変換用素子（ピエゾ素子１７ａ，１７ｂ）から出力される電圧Ｖ２を検出する電圧センサ２６が使用されているため、受波側の振動子１４の振動状態を簡単に検出できる。

（１１）励振側及び受波側の振動子１３，１４として、ピエゾ素子１７ａ，１７ｂ等を備えた同じ構成の振動子が使用されている。従って、受波側の振動子１４の振動状態を電気的に検出するのが容易になる。また、負荷回路２５を接続することにより、進行波を安定して発生するのが容易になる。

（１２） 受波側の振動子１４を構成するピエゾ素子１７ａ，１７ｂにより機械エネルギーである振動のエネルギーが電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーが負荷回路２５の抵抗Ｒでジュール熱に変換されて放散される。従って、前記振動エネルギーを負荷回路２５で消費しない構成に比較して、励振側から受波側に向かう進行波を容易に発生させることができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図５に従って説明する。この実施形態は、振動板１２の両端部に振動検出手段を備えている点が前記第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

振動板１２のホーン１５に対する固定箇所より端部側の振動を検出するため、振動板１２の両端部には、ホーン１５に対する固定箇所より端部側下面に振動検出手段として振動ピックアップ３６ａ，３６ｂが固定されている。振動ピックアップ３６ａは振動板１２の励振側端部に固定され、振動ピックアップ３６ｂは振動板１２の受波側端部に固定されている。振動ピックアップ３６ａ，３６ｂの検出信号は、制御装置２９に入力される。

制御装置２９は、共振周波数を検出するために定電圧制御で周波数掃引を行う際に、前記第１の実施形態における場合と同様の情報に加えて、振動ピックアップ３６ａ，３６ｂの検出情報、即ち振動板１２の両端部の振幅に対応する値もメモリ３２に記憶する。そして、制御モニタ３５には、検出された共振周波数、各共振周波数における振動モード、振動板１２の振幅に対応する値、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の位相差に加えて、振動板１２の端部の振動状態としての振幅に対応する値が表示される。振動板１２の端部の振動状態としての振幅に対応する値として、振動ピックアップ３６ａの出力電圧Ｖ３及び振動ピックアップ３６ｂの出力電圧Ｖ４が表示される。

振動板１２を縞モードで受波側の振幅が最大となる共振周波数で振動させた場合、必ずしも振動板１２の端部まで均一に振動しない場合がある。振動板１２の受波側の振動子１４の振動状態は、振動板１２のホーン１５に固定された部分の間の振動に関しては正確に反映するが、ホーン１５に固定された部分より自由端側の振動に関しては正確に反映されない。従って、電圧センサ２６から出力される電圧Ｖ２の値をモニタするだけでは、振動板１２全体の振動状態を把握するのに信頼性が低い。しかし、この実施形態では、振動ピックアップ３６ａ，３６ｂの検出信号により、振動板１２の端部まで均一に振動しているか否かを確実に判断できる。

従って、この第２の実施形態では、前記第１の実施形態の効果（１）〜（１２）と同様の効果を有する他に次の効果を有する。
（１３）振動板１２のホーン１５に対する固定箇所より端部側の振動を検出する振動検出手段（振動ピックアップ３６ａ，３６ｂ）を備えている。従って、振動板１２がその両端部まで振動しているか否かを確認でき、振動板１２がその両端部まで振動する状態と異なる状態で励振が継続されるのを防止するように励振条件を変更するのが容易になる。また、振動板１２の端部まで効率良く安定して均一に振動させる条件で、振動子１３を励振させることができるので、複数の物体浮揚搬送装置１１を直列に連結して物体Ｍを搬送する際、搬送方向上流側の振動板１２から下流側の振動板１２への乗り継ぎ部においても安定して物体Ｍを浮揚させることができる。

（１４）前記振動検出手段として振動板１２に固定される振動ピックアップ３６ａ，３６ｂを使用しているため、コンパクトな構成で精度良く振動を検出できる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。

○ 振動板１２の受波側における振動状態に対応する検出信号を出力する振動状態検出手段として、受波側の振動子１４を構成するピエゾ素子１７ａ，１７ｂに発生する電圧を検出する電圧センサ２６に代えて、振動板１２の受波側に振動ピックアップを設けてその検出信号を電圧Ｖ２の代替としてもよい。

○ 振動板１２の受波側における振動状態に対応する検出信号を出力する振動状態検出手段は、励振側の振動子１３が励振された際、振動板１２の受波側が振動していることを検出できればよく、振動板１２の受波側の振動を直接検出する構成に限らず、受波側が振動する際に振動する箇所の振動を検出する構成であってもよい。従って、振動ピックアップを振動状態検出手段として使用する場合、その取り付け位置は振動板１２の受波側に限らず、振動板１２の受波側以外の箇所に取り付けたり、振動板１２やホーン１５の振動に対応して振動する箇所に取り付けたりしてもよい。振動板１２の受波側以外の箇所に取り付けた場合は、予めその検出信号と電圧Ｖ２との関係を求めておいて利用するのが好ましい。

○ 振動板１２のホーン１５に対する固定箇所より端部側の振動を検出する振動検出手段は、前記端部側の振動に対応した検出信号を出力することができればよく、振動ピックアップ３６ａ，３６ｂに限らない。例えば、マイクロホンなどを用いて振動成分と等価な音圧信号を出力する構成としたり、レーザドップラ方式の非接触振動センサを使用したりしてもよい。また、振動状態検出手段においても同様な構成を採用してもよい。

○ 電流センサ３０をインバータ回路２８の出力側に設ける代わりに、インバータ回路２８に内蔵されたトランスの一次側に設けて、その検出信号からインバータ回路２８の出力電流を求める構成としてもよい。

○ 制御モニタ３５を電源装置２３と独立して設ける代わりに、電源装置２３の筐体に表示部を設け、その表示部に共振周波数等の情報を表示する構成にしてもよい。
○ 制御モニタ３５や前記表示部として、タッチパネルで表示を選択可能な構成とし、パネル上に表示された共振周波数の表示に触れることで、その共振周波数に関連する情報を表示する画面を選択したり、振動子１３の励振条件を選択したりすることが可能な構成としてもよい。

○ 制御モニタ３５を設けず、他の機器への通信機能もしくは可搬の記憶媒体（各種ディスク、メモリーカードなど）への入出力機能を追加し、これら機能を用いて共振周波数等の情報および励振条件を授受する構成としてもよい。

○ 定電流制御手段及び定電圧制御手段をそれぞれ独立に設けてもよい。
○ 振動板１２に進行波を発生させる場合に、受波側の振動子１４を構成するピエゾ素子１７ａ，１７ｂにより振動のエネルギーから変換された電気エネルギーを負荷回路２５で消費させない構成としてもよい。

○ 物体浮揚搬送装置として、振動板１２で進行波を発生させずに定在波を発生させて物体Ｍを浮揚させ、物体Ｍに対する推進力は音波以外の力を使用する構成としてもよい。例えば、図６に示すように、物体浮揚搬送装置４０をローラコンベア装置４１と、音波浮揚装置としての音波浮揚ユニット４２とから構成する。この装置では、物体Ｍは音波浮揚ユニット４２により音波の作用で浮揚されるが、物体Ｍを移動（搬送）させる力（推進力）はローラコンベア装置４１で与えられる。ローラコンベア装置４１は、支持プレート４３の一対の側壁４３ａ間に設けられた複数本の回転軸４４と、回転軸４４と一体回転するローラ４５とを備えている。回転軸４４は、モータ４６によりベルト伝動機構を介して回転される。振動板１２から発生する定在波により、物体Ｍの中央部は振動板１２の表面から浮揚する。しかし、物体Ｍの両端部はローラ４５の段差部４５ａに接触した状態に保持される。そして、ローラ４５の回転により物体Ｍに推力が付与され、物体Ｍは側壁４３ａに沿って搬送される。なお、物体Ｍとして、例えば、薄いガラス板（厚さ１ｍｍ以下）の搬送に適用される。

○ 振動板１２に定在波を発生させて物体Ｍを浮揚状態で保持する物体浮揚装置に適用してもよい。この場合、受波側の振動子１４には、ピエゾ素子１７ａ，１７ｂにより振動のエネルギーから変換された電気エネルギーを消費させるための負荷回路２５は不要となる。

○ 搬送すべき物体Ｍの幅が広い場合は、振動板１２及び両振動子１３，１４のユニットを複数平行に配置し、各ユニットの振動子１３を共通の電源装置に並列に接続してもよい。この場合、幅の広い物体Ｍを複数の振動板１２で安定した浮揚状態で搬送できる。

○ 進行波を発生させる物体浮揚搬送装置１１において、振動板１２の一端側及び他端側に連結された両振動子１３，１４を、発振器２２に切換接続可能に構成し、励振側と受波側とを切替可能に構成してもよい。この場合、発振器２２の連結状態を切り替えることにより、進行波の進行方向を振動板１２の一端側から他端側、あるいは他端側から一端側に変更することができる。従って、物体Ｍを浮揚状態で搬送する際、進行波の向きを切り替えることで、浮揚状態で移動中の物体Ｍに制動をかけて所定位置に停止させるのが容易になる。

○ ホーン１５の形状は扁平な直方体状に限らず、円柱状や円錐台状等先端側が細くなった形状としてもよい。
○ 振動板１２のホーン１５への固定はねじ１６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たりしてもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記周波数掃引手段は通常運転に先だって、周波数掃引を行い、前記記憶手段には全ての共振周波数が記憶される。

（２）請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記振動状態検出手段は、受波側の振動状態に対応する電圧及び位相を検出可能な電圧センサである。
なお、本明細書において、「振動体の受波側」とは、励振側の振動子から離れた位置で振動体に連結された固定部と対応する振動体の位置及び固定部に対して励振側の振動子より遠い側を意味する。

第１の実施形態における物体浮揚搬送装置の概略斜視図。 物体浮揚搬送装置の模式側面図 駆動用電源のブロック回路図。 駆動用電源及びモニタを示す模式図。 第２の実施形態における物体浮揚搬送装置の概略斜視図。 別の実施形態における物体浮揚搬送装置の概略斜視図。

符号の説明

Ｍ…物体、１１…音波浮揚装置としての物体浮揚搬送装置、１２…振動体としての振動板、１３，１４…振動子、１５…ホーン、２２…発振器、２６…振動状態検出手段としての電圧センサ、２７…定電圧制御手段及び定電流制御手段を構成する直流定電圧生成回路、２９…定電圧制御手段及び定電流制御手段を構成するとともに周波数掃引手段を構成する制御装置、３２…記憶手段としてのメモリ、３５…表示装置としての制御モニタ、３６ａ，３６ｂ…振動検出手段としての振動ピックアップ。

Claims (7)

1. 長尺の振動体の一端に連結した励振側の振動子を励振させて、前記振動体の振動による超音波の放射圧を用いて物体を浮揚させる音波浮揚装置であって、
   前記励振側の振動子を励振させる発振器を定電圧制御する定電圧制御手段と、
   前記発振器の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引する周波数掃引手段と、
   前記振動体の受波側における振動状態に対応する検出信号を出力する振動状態検出手段と、
   前記周波数掃引手段による周波数掃引時における前記振動状態検出手段の出力ピークのうち少なくとも振動体の最大振幅に対応するピークの周波数及び二番目に大きな振幅に対応するピークの周波数を記憶する記憶手段と
   を備えている音波浮揚装置。
2. 前記発振器を定電流制御する定電流制御手段を備え、通常運転時は前記発振器が定電流制御される請求項１に記載の音波浮揚装置。
3. 前記定電流制御手段及び前記定電圧制御手段は同一回路で構成されている請求項２に記載の音波浮揚装置。
4. 前記記憶手段には、前記周波数掃引手段による周波数掃引時において検出される情報のうち少なくとも共振周波数と、その共振周波数における前記振動体の振幅に対応する値とが記憶される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の音波浮揚装置。
5. 少なくとも前記振動体の共振周波数と振動モードとを表示する表示装置を備えている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の音波浮揚装置。
6. 前記振動体はホーンに固定されており、前記振動体の前記ホーンに対する固定箇所より端部側の振動を検出する振動検出手段を備えている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の音波浮揚装置。
7. 長尺の振動体の一端に連結した励振側の振動子を励振させて、前記振動体の振動による超音波の放射圧を用いて物体を浮揚させる音波浮揚装置において、前記励振側の振動子を励振させる発振器の出力を予め設定された周波数範囲全域にわたって定電圧制御で掃引し、前記振動体の受波側における共振状態に対応する検出信号のピークを検出して共振周波数を検出する音波浮揚装置の共振周波数検出方法。

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