JP2013159243A - 進行波生成装置、壁面移動システム及び搬送システム - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造及び制御で、様々な進行波を生成させることができる進行波生成装置と、該装置を用いた壁面移動システム及び搬送システムを提供する。
【解決手段】外周につるまき状の軌道を有する円柱状のシャフトと、該シャフトを軸周りに回動させる回動手段と、該シャフトに沿って延在する薄板と、該薄板の少なくとも一部をシャフトのつるまき状の軌道に沿わせて変形させることにより、薄板に凹凸を形成する作動手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、進行波生成装置、壁面移動システム及び搬送システムに関するものであり、特には、進行波生成装置を単純な構造及び制御で実現する技術を提案するものである。

車輪を用いずに移動することのできる移動機構として、特許文献１に記載されているように、走行面と面接触する推進用部材と、推進用部材を上下動させる複数のアクチュエータとを備えて、各アクチュエータの位相を制御することによって、移動方向に進行する進行波を発生させる全方向移動機構が知られている。

ここで、このような全方向移動機構では、多数のアクチュエータを設けて、それぞれのアクチュエータの位相を位置制御する必要があるために、構造や制御が複雑になりかねず、メンテナンス面やコスト面では、なお改善の余地があり、また、アクチュエータによるエネルギー損失が大きくなりかねないという問題があった。

そして、多数のアクチュエータによって進行波を生成しているため、滑らかな進行波を生成したり、進行波を連続的に生成したりすることが困難であることに加えて、生成できる進行波の波長等が、アクチュエータの配置等によって制約されてしまい、様々な波を生成することが難しかった。

さらに、アクチュエータを上下させることで進行波を発生させているため、移動時に、全方向移動機構の本体に大きな上下振動が加わりやすいという問題もあった。

特開２００８−９４２６７号公報

本発明は、車輪を用いずに移動することのできる移動機構の、このような問題点を解決するものであり、単純な構造及び制御で、様々な進行波を生成させることができる進行波生成装置と、該装置を用いた壁面移動システム及び搬送システムを提供することを目的とするものである。

本発明の進行波生成装置は、外周につるまき状の軌道を有する円柱状のシャフトと、シャフトを軸周りに回動させる回動手段と、シャフトに沿って延在する薄板と、薄板の少なくとも一部を、シャフトのつるまき状の軌道に沿わせて変形させることにより、薄板に凹凸を形成する作動手段とを具えてなる。

シャフトにつるまき状の条溝、またはつるまき状の突条を形成することが好ましい。

シャフトが、シャフトの軸線方向に整列させたカムの集合体を含み、隣接するカム同士を、軸線周りの角度をずらして順次に配設し、これらのカムの表面をもってつるまき状の条溝、またはつるまき状の突条を構成することが好ましい。

さらに、シャフトをフレキシブルシャフトとし、カムを該フレキシブルシャフトの軸線方向に離間して配置することが好ましい。

次に、本発明の壁面移動システムは、進行波生成装置の少なくとも１つを具え、該装置が生成する進行波と壁面とを接触させて、該装置が生成する進行波の進行方向に移動するように構成してなる。

壁面移動システムの進行波生成装置がさらに弾性体を具え、弾性体を、薄板の、シャフトとは反対側の面に隣接して配置することが好ましい。

壁面移動システムは、該壁面移動システムの薄板または弾性体を、壁面に密着させる壁面密着手段を具えることが好ましい。

さらに、壁面移動システムと壁面とで区画される空間内の気体を吸引し、当該空間を負圧雰囲気にする負圧発生手段で、壁面密着手段を構成することが好ましい。

またさらに、壁面移動システムの薄板または弾性体の、壁面との接触面を粘着性とすることによって、壁面密着手段を構成することが好ましい。

壁面移動システムが進行波生成装置を複数具え、それぞれの進行波生成装置を空間的配列的形態により、壁面移動システムが回転運動できるように配列することが好ましい。

壁面移動システムが少なくとも一対の前記進行波生成装置を具え、進行波生成装置が前記壁面移動システムを回転させるモーメントを互いに相殺するように、進行波生成装置を配置することが好ましい。

少なくとも２つの進行波生成装置を具え、第１の進行波生成装置のシャフトと、第２の進行波生成装置のシャフトとの外周面同士が噛合するように配設し、第１の進行波生成装置のシャフトと、第２の進行波生成装置のシャフトとを同期して回動可能とすることが好ましい。

壁面移動システムの薄板または弾性体にセンサを具えることが好ましい。

そして、本発明の搬送システムは、進行波生成装置を具え、装置表面に、被搬送物を接触させて、装置が生成する進行波の進行方向またはその逆方向に、被搬送物を移動させるように構成する。

なお、本発明において「壁面」とは、鉛直方向に延在する面や斜面を含むとともに、水平面と略平行な天井面及び地面や底面も含むものとする。

本発明の進行波生成装置では、回動手段によってシャフトを軸周りに回動させつつ、作動手段によってシャフトに沿って延在する薄板の少なくとも一部をシャフトのつるまき状の軌道に沿わせて変形させることで、装置の上下振動を抑えつつ簡便に、薄板に進行波を形成することができる。また、シャフトを軸周りに連続的に回動させることだけで、進行波を連続的に生成することができる。さらに、シャフトのつるまき状の軌道を適切に選択することで、生成される進行波の形態を、容易に意図したものとすることができる。

ここで、シャフトにつるまき状の軌道として、つるまき状の突条、またはつるまき状の条溝を形成することができる。この場合、作動手段により、薄板がシャフトの表面形状に沿って変形することから、シャフトの表面形状を適切に選択することで、様々な進行波をより容易に形成することができる。

また、シャフトが、シャフトの軸線方向に整列させたカムの集合体を含み、隣接するカム同士をシャフトの軸線周りの角度をずらして配設し、カムの表面形状をもってつるまき状の条溝、またはつるまき状の突条を構成することができる。この場合、既存のパーツであるカムを組み合わせることで、突条または条溝の形成に設計自由度を持たせることができて、様々なニーズに対応した進行波を生成する進行波形成装置を、簡便に製造することができる。

なお、シャフトをフレキシブルシャフトとし、カムを該フレキシブルシャフトの軸線方向に離間して配置することができる。この場合には、シャフトを自由に屈曲させることができる。

次に、本発明の壁面移動システムは、進行波生成装置の少なくとも１つを具え、該装置が生成する進行波と壁面とを接触させて、該装置が生成する進行波の進行方向に移動するように構成することで、壁面と、薄板または弾性体とが接触する面（以下、「接触面」という）が、ほとんど移動方向に動かず、クローラ等のように接触面を循環させる必要も無いことから、接触面周囲の防塵性を有効に高めることができるとともに、回転時にクローラ等と比較して接地面の滑りが少なく、耐久性を向上させることができる。

ところで、進行波生成装置がさらに弾性体を具え、該弾性体を、薄板の、前記シャフトとは反対側の面に隣接して配置することができる。この場合、弾性体と壁面との間の摩擦係数が向上して、壁面移動システムの移動速度を向上させることができるとともに、弾性体が壁面移動システムの振動を吸収することができ、さらには、外部からの衝撃を弾性体で吸収することで、薄板の損傷を防止することができる。

また、壁面移動システムは、移動システムの薄板または弾性体を、壁面に密着させる壁面密着手段を具えることができる。この場合、薄板または弾性体と壁面との間に、重力による押し付け力が働かない壁面上でも、壁面移動システムを安定して移動させることができる。

さらに、前記壁面密着手段は、壁面移動システムと壁面で区画される空間内の気体を吸引し、当該空間を負圧雰囲気にする負圧発生手段で構成することができる。この場合、壁面の表面状態（凹凸の有無、汚染の有無等）に関わらずに、壁面移動システムの壁面との接触面を、壁面に確実に押し付ける力を発揮することができる。また、壁面移動システムの隔壁と壁面との間の隙間は、進行波生成装置が生成する進行波の高さに依存するが、本発明の壁面移動システムでは、進行波の位置に関わらず、この高さを一定とすることができるため、壁面移動システムの隔壁と壁面との間の隙間が一定となり、隔壁内に安定した負圧を発生させて、押し付け力を確保することができる。

またさらに、壁面移動システムの薄板または弾性体の、壁面との接触面を粘着性とすることで、前記壁面密着手段を構成することができる。この場合、壁面密着手段に上述した負圧発生手段を用いた場合よりも、壁面密着手段の構造を単純化することができるとともに、壁面との間に摩擦力が発生しにくいガラス等の壁面であっても、十分な摩擦力を確保して、壁面を移動することができる。

また、本発明の壁面移動システムでは、接触面の面積を大きくできるため、接触面の一部に摩擦力の低下が発生しても、タイヤ等の移動機構と比較して、接触面全体では十分な摩擦力を確保することができる。加えて、特許文献１に記載されるような従来の全方向移動機構と比較して、単位面積当りの吸着力を小さくしても、接触面全体では十分な吸着力を確保することができるため、壁面密着手段を単純なものとすることができる。

そして、壁面移動システムが進行波生成装置を複数具え、それぞれの進行波生成装置を所定の空間的配列的形態、例えば環状または格子状として、壁面移動システムが回転運動できるように配列することができる。この場合、壁面移動システムは並進移動のみならず、回転運動も行うことができる。

ここで、壁面移動システムが少なくとも一対の前記進行波生成装置を具え、進行波生成装置が前記壁面移動システムを回転させるモーメントを互いに相殺するように、進行波生成装置を配置することができる。この場合、一の進行波生成装置による駆動力と、他の進行波生成装置による駆動力とに由来するモーメントが相殺されるために、壁面移動システムを回転させずに、並進移動のみを行わせることができる。

ところで、壁面移動システムが少なくとも２つの進行波生成装置を具え、第１の進行波生成装置のシャフトと、第２の進行波生成装置のシャフトとの外周面同士が噛合するように配設し、第１の進行波生成装置のシャフトと、第２の進行波生成装置のシャフトとを同期して回動可能とすることができる。この場合、それぞれのシャフトが、噛合するシャフトの突状または条溝による隙間を、互いに埋め合うことによって、異物の侵入を防ぎ、壁面移動システムにおける防塵性をさらに向上させることができる。

そして、壁面移動システムの薄板または弾性体にセンサを具えることができる。この場合、壁面移動システムの接触面が、クローラ等の移動手段と比較して、壁面移動システムの移動方向にほとんど動かず、また、接触面が循環することも無いために、センサの配線を単純なものとすることができる。

そして、本発明の搬送システムは、進行波生成装置を具えて、進行波生成装置の表面に被搬送物を接触させた状態で、進行波を生成することにより、接触面での摩擦によって、進行波の波長よりも大きな被搬送物を、滑りを生じさせることなく、進行波の進行とは逆方向に移動させることができる。なお、進行波の波長よりも小さな被搬送物は、進行波の進行方向に移動することとなる。
上述したように、本発明の搬送システムでは、被搬送物の大きさの違いによって移動方向が異なるために、被搬送物を大きさによって分離することができる。この分離方法は、被搬送物が粉状体または粒状体の場合に、特に有効である。

また、本発明の搬送システムでは、従来のベルトコンベア等の搬送システムと比較して、搬送面がほとんど被搬送物の移動方向に動かないために、搬送面周囲の防塵性を有効に高めることができるとともに、接触面を循環させる必要が無いことから、接触面を移動させることによる摩滅等が生じにくいために、装置の耐久性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態の進行波生成装置を示す側部断面図である。 図１に示す進行波生成装置の、II-II線における正面断面図である。 本発明の第２の実施形態の進行波生成装置を示す側部断面図である。 本発明の第３の実施形態の進行波生成装置を示す側部断面図である。 本発明の第４の実施形態の進行波生成装置を示す側部断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第５の実施形態の進行波生成装置を示す側部断面図である。 本発明の第５の実施形態の進行波生成装置を示す側部断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１の実施形態の壁面移動システムを示す平面図及び正面図である。 図７に示す壁面移動システムを壁面に押し付けて、進行波を生成した状態を示す要部側面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、壁面移動システムの弾性体が、進行波の通過前後で移動する様子を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第２の実施形態の壁面移動システムの進行波生成装置の配置を示す要部平面図である。 図７に示す壁面移動システムの２つの進行波生成装置に、同じ方向に進行する進行波を生成した際に、壁面移動システムによる駆動力を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態の壁面移動システムを示す要部底面図である。 本発明の第４の実施形態の壁面移動システムを示す要部平面図である。 本発明の実施形態の搬送システムを示す要部側断面図である。 図１４に示す搬送システムを、進行波生成装置の薄板及び弾性体を描写しない状態で示す要部平面図である。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。なお、下記の説明はあくまで例示であり、各部材の構成や作用効果等は、これに限定されるものではない。

図１に例示する進行波生成装置１は、外周につるまき状、ここでは螺旋状の条溝２ａが形成された円柱状のシャフト２と、シャフト２を回転軸Ｌ_Ｒ周りに回動させる図示しない回動手段と、シャフト２に沿って延在する薄板３とを具えてなる。

シャフト２の横断面は軸線方向位置に関わらず、図２に示すような、断面中心Ｏとは異なる点Ｄを中心とする角度ｂの円弧ＡＣＢと、点Ｏを中心とする角度２π−ａの円弧とで表すことができ、軸線方向に移動するにつれて、このような横断面が一定の割合で図１に示す回転軸Ｌ_Ｒの周りに回転することによって、図１に示す螺旋状の条溝２ａを形成している。

シャフト２の断面をこのような形態とすることで、図１に示す条溝２ａの角度αを大きくし、薄板３が変形する際の、最大曲率半径を極力大きくして、薄板３が破損することを防止しているが、シャフト２の断面の形態を他のものとすることもできる。

またシャフト２の両端２ｃ、２ｄ付近の進行波減衰部２ｅでは、両端２ｃ、２ｄに近づくほど条溝２ａの深さが小さくなり、両端２ｃ、２ｄでは、シャフト２の断面形状が円形となっている。このことによって、後述するように、シャフト２の進行波減衰部２ｅで進行波１０を減衰させ、両端２ｃ、２ｄが進行波生成装置１で生成される進行波１０の固定端となるようにしている。

本実施形態ではシャフト２を剛体で構成しているが、シャフト２に可撓性を持たせることもできる。また、シャフト２を中空にすることや、つるまきバネのように、条溝以外の部分を形成して、残りの部分を条溝とすることもできる。

回動手段はサーボモータ等で構成される。後述するように、進行波１０の進行速度を制御するために、シャフト２を回転軸Ｌ_Ｒ周りに回動させる際の、回転数を制御できることが好ましい。

薄板３は、ほとんど伸縮せず、長手方向の両端から内側に力を加えることで上下方向に屈曲する板であり、薄板バネ等の素材で構成される。図１に示すように、薄板３は、長手方向の両端から内側に所定の力Ｐｗで押圧されて、シャフト２を押圧する方向に屈曲させる力Ｐｉが働いている状態でネジ留めされており、このシャフト２に対する薄板３の押圧によって、薄板３は、シャフト２との接触部で条溝２ａに密着し、条溝２ａの形状に合わせて変形する。このように、薄板３はネジや、ストッパ等の作動手段によって凹凸を形成する。

後述するように、進行波生成装置１に、薄板３の、シャフト２と接触する面とは反対側の面に隣接する弾性体５を設けることが、進行波生成装置１を壁面移動システムで利用する際に好ましい。

次に、進行波生成装置１が進行波を生成する原理について説明する。回動手段がシャフト２を回転させていない時には、薄板３は作動手段によって屈曲してシャフト２に密着し、薄板３が、シャフトに形成された条溝２ａまたは後述する突条２ｂに追従して変形することで、薄板３からシャフト２の回転軸Ｌ_Ｒへ向かう方向に波の頂点を持つ、図１では、３つの固定波１０が形成されている。

この状態で、回動手段によってシャフト２を、図１に矢印で示すように、シャフト２の上面が手前から奥に移動する方向へ回動させると、シャフト２と薄板３との接触部がずれて、それに伴って薄板３は、シャフト２との新たな接触部の条溝２ａの形状に追従して変形する。シャフト２の上面を手前から奥に回動させ続けると、薄板３が形成する波１０は、図１に矢印で示すように、シャフト２の回転軸Ｌ_Ｒと平行（図１では右方向）に進行する進行波となる。

シャフト２を回動し続けることで、薄板３の左端部から進行波１０が次々と生成されて、右側へ進行してゆき、薄板３の右端部で消滅する。

一方、回動手段によって、シャフト２を上記とは逆方向、つまりシャフト２の上面が奥から手前に移動する方向に回動させ続けると、進行波１０は薄板３の右端部から生成されて、左に進行してゆき、薄板３の左端部で消滅する。

ここで、進行波１０の振幅は、シャフト２の条溝２ａの深さに相当する。また、同時に形成される進行波１０の数は、シャフトの条溝２ａの条数と一致するため、条溝２ａの条数を変えることで、単独の進行波を生成することも、複数の進行波を連続的に生成することもできる。さらに、進行波１０の進行速度は、シャフト２の回転数に比例する。

また上述したように、シャフト２の両端２ｃ、２ｄ付近の進行波減衰部２ｅでは、両端２ｃ、２ｄに近づくほど条溝２ａの深さが小さくなり、両端２ｃ、２ｄでは、シャフト２の断面形状が円形となる。このため、薄板３の両端付近では、薄板３の端部に近づくほど進行波１０の振幅が減衰していき、薄板３の両端では、シャフト２を回動させても凹凸が形成されず、進行波１０の固定端を構成する。

このように進行波１０を薄板３の両端付近で減衰させて、両端を固定端とすることで、薄板３が両端で変形することによる、薄板３の破損や、大きな変形音の発生を防止できる。

ここで、薄板３の、シャフト２と接触する面とは反対側の面に隣接して弾性体５が設けられている場合には、薄板３の変形に追従して弾性体５も変形することで、弾性体５の表面にも進行波１０が形成される。

以下、進行波生成装置１が弾性体５を具えるものとして、弾性体５に生成される進行波についての説明を行うが、進行波生成装置１が弾性体５を具えていない場合には、薄板３に、同様の進行波が生成されることとなる。

ここまで、シャフト２に条溝２ａが形成されている進行波生成装置１を説明したが、図３に示すように、シャフトに突条２ｂを形成して進行波生成装置を構成することもできる。この場合には、シャフト２の回転軸Ｌ_Ｒから薄板３へ向かう方向に波の頂点を持つ進行波１０’が形成される。

また図４のように、シャフト２を、シャフトの軸線方向に整列させたカム４の集合体で構成することもできる。この場合、隣接するカム４同士を、シャフト２の回転軸Ｌ_Ｒ周りにオフセット角を持たせて配置することで、つるまき条の条溝４ａや、図示しない突条を構成することができる。

このように、既存のパーツであるカムでシャフト２を構成することによって、突条または条溝の形成に設計自由度を持たせることができる。例えば、カムの形態を適宜選択して、シャフトの形態を容易に意図するものとでき、また、隣接するカム同士のオフセット角を変更することで、突条または条溝の条数を容易に変更することができる。これらのことによって、進行波１０の形態や数等を容易に変更することができる。
また、図示はしていないが、カムを互いに離隔させて、フレキシブル心棒で連結することで、シャフト２を屈曲させることもできる。

ここまで、作動手段を、薄板３を屈曲させて、ネジまたはストッパで固定することによって実現していたが、静電気や磁気等で作動手段を実現して、進行波を生成することもできる。この場合、薄板３を誘電体や磁性体等で構成して、図５のように、シャフト２のつるまき状の軌道２ｆに、薄板３を引き付ける力Ｐｉを発生させ続けたまま、シャフト２を回動させることによって、進行波１０を生成することができる。また、シャフト２のつるまき状の軌道２ｆを誘電体や磁性体等で構成し、薄板３に、シャフト２のつるまき状の軌道２ｆを引き付ける力を発生させ、この力の反作用によって薄板３をシャフト２のつるまき状の軌道２ｆに沿わせて変形させてシャフト２を回動させることによっても進行波１０を生成することもできる。

なお、上記作動手段を静電気や磁気等で実現する際には、シャフト２または薄板３の表面の電荷分布や磁場分布等を適宜変更することで、進行波の振幅、波長、数等を変更することができる。

そして、薄板３のシャフト２のつるまき状の軌道２ｆと接触する部分を、作動手段によってシャフト２に沿わせて変形させたまま、シャフト２のつるまき状の軌道２ｆ以外の部分に、薄板３を押し退ける力を発生させることでも、進行波１０を生成することができる。

また、図６Ａに示すように、誘電体や磁性体等で構成される多数の引力発生手段１０１を並べて配置し、金属板等で構成される変形手段１０２を、引力発生手段１０１から適度に離隔して配置することでも、進行波生成装置を構成することができる。この実施形態では、図６Ａに示すように、引力発生手段１０１の一部１０１ａに引力を発生させて変形手段１０２を変形させ、図６Ａ（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ａ）のように、引力を発生させる引力発生手段１０１ａを順次切り替えることで、進行波１０を生成することができる。

なお、図示はしないが、引力発生手段自体が変形して進行波を生成することもできる。この場合には、少なくとも表面を誘電体または磁性体とした薄板を引力発生手段とし、この引力発生手段と平行に対向面を配置し、該対向面は該対向面の表面に立てた垂線方向に十分な剛性を持つようにする。ここで、引力発生手段の一部に、対向面を引き付ける力を発生させると、その力の反作用として引力発生手段が対向面に向かって変形する力が発生する。この力による引力発生手段の変形によって、進行波が形成される。

図６Ａでは、引力を発生させている引力発生手段１０１ａの両側で、隣接するそれぞれ２つの引力発生手段１０１には引力を発生させないように構成しているが、引力が発生している引力発生手段１０１ａ同士の間隔を変えることで、進行波の数を変えることができる。また、引力発生手段１０１ａが発生する引力の強さを変えることで、進行波１０の振幅を変えることができる。さらに、図６Ｂのように、互いに隣接する複数の引力発生手段１０１ａに引力を発生させることで、進行波１０の波長λを変えることができる。

次に、図７に示す壁面移動システム１１は、壁面移動システム１１を壁面１００に密着させる壁面密着手段を構成する負圧発生手段１２と、負圧発生手段１２の幅方向両端に隣接して延在する２つの進行波生成装置１ａ、１ｂとを具える。

負圧発生手段１２は、隔壁１２ａと、隔壁１２ａを貫通する減圧用遠心ファン１２ｂと、減圧用遠心ファン１２ｂを回動させるモータ１２ｃとを具え、隔壁１２ａにより区画される負圧空間を形成する。

負圧発生手段１２のモータ１２ｃを駆動して減圧用遠心ファン１２ｂを回動させると、減圧用遠心ファン１２ｂは、負圧空間１２ｄの空気を吸引して、負圧空間１２ｄの外側に排出する。このことで、負圧空間１２ｄ内が負圧雰囲気となり、隔壁１２ａの外側から大気圧による押圧力が働くために、壁面移動システム１１は壁面１００に押し付けられる。

このように、負圧発生手段１２を用いることで、壁面１００の表面状態や汚染状態に関わらず、壁面移動システム１１の接触面と壁面１００との間に、一定の押し付け力を確保することができる。

また、壁面移動システム１１の接触面と壁面１００との間に大きな接触面積を確保できるために、接触面の一部に摩擦力の低下が発生しても、タイヤ等の移動機構と比較して、接触面全体では十分な摩擦力を確保することができる。加えて、単位面積当りの吸着力を小さくしても、接触面全体では十分な吸着力を確保することができるため、壁面密着手段を単純なものとすることができる。また、後述するように、壁面１００と隔壁１２ａとの間の隙間を小さくすることで、負圧空間１２ｄの負圧雰囲気を安定的に保つことができる。

ところで、図７（ｂ）では、壁面１００は左右方向に延在しているが、壁面は鉛直方向に延在する面や斜面、水平面と略平行な天井面または地面や底面とすることが可能であり、壁面移動システムはいずれの壁面をも移動することができる。

なお、底面や勾配の小さい斜面を移動する際には、壁面移動システム１１が、壁面１００に対して、重力により押し付けられて密着するために、負圧発生手段等の壁面密着手段は必ずしも必要でない。

ここで、負圧空間内の負圧雰囲気を安定的に保つためには、壁面１００と隔壁１２ａとの間の隙間を極力小さなものとして、隙間から空気が流入しにくくする必要がある。図７（ｂ）に示される壁面移動システム１１では、隔壁１２ａの左右の縁に、それぞれ進行波生成装置１ａ、１ｂを配置しており、隔壁１２ａの左右の縁の隙間を壁面移動システムで塞いでいる。また、図７（ａ）に示すように、隔壁１２ａの幅方向（進行波生成装置の回転軸と直交する方向）の長さＷを、長さ方向（進行波生成装置の回転軸と平行な方向）の長さＬよりも短くしている。

上記のように壁面移動システム１１を構成することで、壁面１００と隔壁１２ａとの間の隙間を十分小さくして、負圧空間１２ｄの負圧雰囲気を安定的に保つことができる。

なお、壁面移動システム１１の進行波生成装置１ａ、１ｂの進行波部分と、壁面１００との間には隙間が発生し、この隙間から空気が流入する。減圧用遠心ファン１２ｂを回動させ続けることで、この隙間から流入した空気は吸引されることとなる。

上記のように、壁面移動システム１１を壁面１００に押し付けたまま、進行波生成装置１の回動手段によってシャフト２を回動させると、図８に示されるように、弾性体５に進行波１０が生成される。

そして、図９のように弾性体５上のある点Ｐに注目して、図９（ａ）のように進行波１０が点Ｐを通過する前と、図９（ｂ）のように進行波１０が点Ｐを通過した後とを比較すると、進行波１０が通過した後では、進行波を形成している撓みの分だけ、点Ｐは進行波１０の進行方向に移動していることがわかる。なお、進行波１０の通過による点Ｐの移動距離をｆ、進行波１０の始点と終点との曲線長さをＳ、進行波の始点と終点とのシャフトの回転軸方向長さをＹとすると、それらの関係は、ｆ＝Ｓ−Ｙとなる。

また、進行波１０が既に通過している点Ｑ、進行波がまだ通過していない点Ｒの位置は変化しない。

従って、壁面移動システム１１を壁面１００に押し付けた状態で、進行波１０を生成することにより、弾性体５は進行波の進行方向に移動し、その結果として、壁面移動システム１１は、進行波の進行方向に移動する。

なお、壁面移動システムの移動速度Ｖと、上記進行波の通過による点Ｐの移動距離ｆと、シャフトの回転数ｑと、シャフトに形成された条溝の条数をｒとすると、それらの関係は、Ｖ＝ｆ×ｑ×ｒとなる。

ここで、図７（ｂ）のように、進行波生成装置１が、薄板３の、シャフト２とは反対側の面に隣接する弾性体５を具えることで、弾性体５と壁面１００との間の摩擦係数を向上させて、壁面移動システムの移動速度を向上させることができるとともに、弾性体５が壁面移動システム１１の振動を吸収することができ、さらには、外部からの衝撃を弾性体５で吸収することで、薄板３の損傷を防止することができる。

ところで、図７に示されるように、壁面移動システム１１は、壁面移動システム１１の幅方向の両縁に、互いに平行に延在する２つの進行波生成装置１ａ、１ｂを具えている。ここで、２つの進行波生成装置１ａ、１ｂに、同じ方向に進行する進行波を生成させた場合には、壁面移動システム１１は、進行波の進行方向に並進移動し、一方、２つの進行波生成装置１ａ、１ｂに、互いに逆方向に進行する進行波を生成させた場合には、壁面移動システム１１は、その場で回転する。

また、壁面移動システム１１を構成する際に、進行波生成装置１を、図１０（ａ）のように環状に配置したり、図１０（ｂ）のように格子状に配置したりすることでも、壁面移動システムは、並進移動及び回転を行うことができる。

そして、図７（ａ）に示すように、図の下側の進行波生成装置１ａのシャフトには、右下がりの螺旋条の条溝が形成されており、一方、図の上側の進行波生成装置１ｂのシャフトの条溝２ａには、右上がりの螺旋状の条溝が形成されている。

進行波生成装置１による駆動力は、図１１に示すように、シャフト２の条溝と垂直な方向に作用するため、下側の進行波生成装置１ａでは、図の右側に進行する進行波を生成すると、弾性体５と壁面１００との間に、壁面移動システム１１を図の右上に移動させる駆動力が発生して、壁面移動システム１１を反時計回りに回転させるモーメントが発生する。また、図１１の上側の進行波生成装置１ｂで、図の右側に進行する進行波を生成すると、弾性体５と壁面１００との間に、壁面移動システム１１を図の右下に移動させる駆動力が発生して、壁面移動システム１１を時計回りに回転させるモーメントが発生する。

そのため、上記のような２つの進行波生成装置１ａ、１ｂに、同じ方向に進行する進行波を生成することで、それぞれの進行波生成装置によるモーメントが相殺されるとともに、進行波の進行方向に壁面移動システム１１を移動させる合力が働くため、壁面移動システム１１を回転させることなく、壁面移動システム１１を並進移動させることができる。

なお、図１２に示すように、壁面移動システム１１’が進行波生成装置を一つだけ具える場合でも、弾性体５の壁面との接触面に、進行波の移動方向に直交する、すだれ状の切れ目、または、図示しない突起または溝を設けることで、進行波の移動方向に平行な駆動力を発生させることができ、壁面移動システム１１’を回転させることなく、壁面移動システム１１’を並進移動させることができる。

本発明の壁面移動システムの他の実施形態では、図１３に示すように、条溝が形成された２つの進行波生成装置１ａ、１ｂを、シャフトが互いに噛合するように配置させて、２つのシャフト１ａ、１ｂを同じ方向に同じ回転数で回動させている。この場合には、シャフトの条溝による隙間が、他のシャフトで埋められることで、隙間から粉塵等が入り込むおそれを低減して、壁面移動システムの防塵性を向上して、故障を防止することができる。なお、進行波生成装置を３つ以上具え、それぞれの進行波生成装置のシャフト同士が互いに噛合するように配置することもできる。

ここまで説明した壁面移動システム１１では、弾性体５を壁面に押し付ける壁面密着手段を、負圧発生手段１２で構成していたが、これに代えて、弾性体５と壁面との接触面を粘着性とすることで壁面密着手段を構成することもできる。この場合には、弾性体５が、壁面１００との間に摩擦力を発生させにくい、ガラス等の壁面であっても、弾性体５と壁面との間に十分な摩擦力を確保し、壁面１００に沿って壁面移動システム１１を移動させることができる。

さらに、弾性体５と壁面１００とを、静電気や磁気で引き合わせることもできる。弾性体５と壁面１００とは面接触をするため、接触面積を大きくすることができ、一般に静電気や磁気は引力が接触面積に比例することにより、弾性体５と壁面１００との間に十分な押し付け力を確保することができる。

また、弾性体５と壁面１００との接触面は、クローラ等の移動手段と異なり、移動方向にほとんど動かず、また、接触面が循環することも無いために、静電気を発生させるために、弾性体５等に電極を設けた場合に、電極からの配線が絡まったり引き千切られたりすることが無くなって、電極等の破損を有効に防止することができる。

ここで、弾性体５にセンサを具えることができる。上述したように、弾性体５と壁面１００との接触面は、移動方向にほとんど動かず、また、接触面が循環することも無いために、センサに接続された配線が絡まったり、配線が損傷したりするおそれが少なく、多数のセンサを配置することが容易となる。設けられるセンサの例として、弾性体全体に圧力センサを配置して、壁面から受ける圧力を詳細に計測することができる。なお、壁面移動システム１１の進行波生成装置１が弾性体５を有しない場合には、薄板３にセンサを具えることができる。

さらに、進行波生成装置１によって、図１４に示す搬送システム２１を構成することができる。なお、この実施形態では、進行波生成装置１は、シャフト２の内側に凹んだ形態の進行波１０を生成しているが、シャフト２の外側に突出する進行波を生成する場合でも、搬送システムを構成することができる。

この搬送システム２１の弾性体５の表面上に、進行波生成装置１が生成する進行波１０の波長λよりも大きな被搬送物２００ａを載せた状態で、シャフト２を回動させると、弾性体５に進行波１０が生成される。進行波１０が、被搬送物２００ａの下部を通過する際に、被搬送物２００ａと進行波１０との間には、壁面移動システムと壁面との間に発生する摩擦力と同様の摩擦力が作用する。この摩擦力を十分に確保することで、被搬送物２００ａは、進行波１０との間に滑りを生じさせることなく、進行波の進行方向に搬送されることとなる。なお、シャフト２を円滑に回動させて進行波１０を形成するためには、被搬送物２００ａの重量を適切なものとする必要があることは言うまでもない。

一方、搬送システム２１の弾性体５の表面に、進行波１０の波長λよりも小さな被搬送物２００ｂを載せた状態で、シャフト２を回動させて進行波１０を生成すると、被搬送物２００ｂは、進行波１０の谷部に引き込まれて、進行波１０の谷部に落ち込んだまま、進行波１０に伴って、進行波１０の進行方向に移動することとなる。被搬送物がこのように移動する作用は、被搬送物が粉状体または粒状体の場合に、特に顕著となる。

なお、本発明の搬送システムは、ベルトコンベア等の従来の搬送システムと比較して、被搬送物の搬送方向にほとんど動かないために、防塵性に優れており、また、搬送システムと被搬送物との接触面が循環することが無いために、耐久性に優れる。

また、本発明の搬送システムでは、被搬送物の大きさの違いによって、被搬送物の移動方向が異なるため、図１５に示すように、大きさの異なる複数種類の搬送物２００ａ、２００ｂを搬送システム上で一緒に移動させることで、被搬送物を、進行波の波長λよりも大きなもの（２００ａ）と、進行波の波長λよりも小さなもの（２００ｂ）とに分離することができる。

１ 進行波生成装置
２ シャフト
２ａ 条溝
２ｂ 突条
２ｃ、２ｄ 端面
２ｅ 進行波減衰部
２ｆ 軌道
３ 薄板
４ カム
４ａ 突条
５ 弾性体
１０、１０’ 進行波
１１、１１’ 壁面移動システム
１２ 負圧発生手段
１２ａ 隔壁
１２ｂ 減圧用遠心ファン
１２ｃ モータ
１２ｄ 負圧空間
２１ 搬送システム
１００ 壁面
１０１ 引力発生手段
１０２ 変形手段
２００ａ、２００ｂ 搬送物
Ｌ_Ｒ シャフトの回転軸
α シャフトの条溝の角度
ｆ 進行波の通過によって移動する距離
Ｓ 進行波の始点と終点との曲線長さ
Ｙ 進行波の始点と終点との、シャフトの回転軸方向長さ
λ 進行波生成装置が生成する進行波の波長
Ｗ 負圧発生手段の隔壁の幅方向の長さ
Ｌ 負圧発生手段の隔壁の長さ方向の長さ
Ｐｗ 薄板を押圧する力
Ｐｉ 薄板を屈曲させる力

Claims (14)

1. 外周につるまき状の軌道を有する円柱状のシャフトと、
   該シャフトを軸周りに回動させる回動手段と、
   該シャフトに沿って延在する薄板と、
   該薄板の少なくとも一部を、シャフトのつるまき状の軌道に沿わせて変形させることにより、薄板に凹凸を形成する作動手段とを備える進行波生成装置。
2. 前記シャフトにつるまき状の条溝、またはつるまき状の突条を形成してなる、請求項１に記載の進行波生成装置。
3. 前記シャフトが、シャフトの軸線方向に整列させたカムの集合体を含み、隣接するカム同士を、該軸線周りの角度をずらして順次に配設し、これらのカムの表面をもって前記つるまき状の条溝、またはつるまき状の突条を構成する、請求項２に記載の進行波生成装置。
4. 前記シャフトをフレキシブルシャフトとし、
   前記カムを該フレキシブルシャフトの軸線方向に離間して配置する、請求項３に記載の進行波生成装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の進行波生成装置の少なくとも１つを具え、
   該装置が生成する進行波と壁面とを接触させて、該装置が生成する進行波の進行方向に移動するように構成される壁面移動システム。
6. 前記壁面移動システムの進行波生成装置がさらに弾性体を具え、
   該弾性体は、薄板の、前記シャフトとは反対側の面に隣接して配置される、請求項５に記載の壁面移動システム。
7. 前記壁面移動システムが、該壁面移動システムの薄板または弾性体を、壁面に密着させる壁面密着手段を具える、請求項５または６に記載の壁面移動システム。
8. 壁面移動システムと壁面とで区画される空間内の気体を吸引し、当該空間を負圧雰囲気にする負圧発生手段で、前記壁面密着手段を構成してなる、請求項７に記載の壁面移動システム。
9. 前記システムの薄板または前記弾性体の、壁面との接触面を粘着性とすることで、前記壁面密着手段を構成してなる、請求項７に記載の壁面移動システム。
10. 前記進行波生成装置を複数具え、それぞれの進行波生成装置を、空間的配列的形態により、壁面移動システムが回転運動できるように配列してなる請求項５〜９のいずれかに記載の壁面移動システム。
11. 少なくとも一対の前記進行波生成装置を具え、
    前記壁面移動システムを回転させるモーメントを互いに相殺するように進行波生成装置を配置する、請求項５〜１０のいずれかに記載の壁面移動システム。
12. 少なくとも２つの進行波生成装置を具え、
    第１の進行波生成装置のシャフトと、第２の進行波生成装置のシャフトとの外周面同士が噛合するように配設し、
    第１の進行波生成装置のシャフトと、第２の進行波生成装置のシャフトとを同期して回動可能とした、請求項５〜１１のいずれかに記載の壁面移動システム。
13. 前記壁面移動システムの薄板または弾性体にセンサを具えてなる、請求項５〜１２のいずれかに記載の壁面移動システム。
14. 請求項１〜４のいずれかに記載の進行波生成装置を具え、
    該装置の表面に、被搬送物を接触させて、該装置が生成する進行波の進行方向またはその逆方向に、被搬送物を移動させるように構成される搬送システム。
    
    

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