JP2934379B2

JP2934379B2 - 物体浮揚装置を具備した物体搬送装置

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Publication number: JP2934379B2
Application number: JP6209794A
Authority: JP
Inventors: 芳樹橋本
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH07242317A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体を空中に浮揚させる
物体浮揚装置を具備した物体搬送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として、下記の各方
式のものが知られている。

【０００３】（１）コイルを流れる交流磁界を用いて物
体を磁気的に浮揚、搬送させる方式。（２）超電導マイスナー効果を利用して浮揚、搬送させ
る方式。（３）圧搾空気等の加圧気体を用いて浮揚、搬送させる
方式。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら各装置のうち
（１）及び（２）に記載したものにおいては、浮揚、搬
送の対象とする物体が強磁性体や半導体に限られると共
に、磁気を受ける条件下に置くことが好ましくない物体
に関しては適用できないという欠点がある。また、超電
導マイスナー効果を利用する装置についてはコイルを極
低温まで冷却するために高価な冷却液が必要であり且つ
その消耗の問題などからもコストの増大を招来すると共
に、冷却液の安全性についても配慮しなければならず、
しかも、長時間安定した状態で浮揚させ、搬送するため
には装置の規模を極めて大きくしなければならないとい
う問題がある。

【０００５】一方、上記（３）に記載した方式の装置に
おいては、物体の搬送路全面に加圧気体を供給する必要
があり、このために大掛かりな加圧気体供給手段が設け
られ、装置全体としての小型化を図ることが困難である
と共に、供給気体の圧力を広範囲にわたって均一化する
ための制御が容易ではないという問題を擁している。ま
た、該装置においては、いわゆるクリーンルームなど、
雰囲気を清浄に保つべき条件下にて使用される場合、上
記加圧気体供給手段より噴出せられる気体の拡散を防ぐ
ためにこれを吸引回収する手段も必要となり、装置の小
型化を図る上で更なる障害となっていると同時に、気体
の回収を完全に行うことは難しいという問題もある。

【０００６】ところで、最近、図２６に示す如き装置が
開発されている。なおこの装置は、１９８３年１０月３
日に発行された『日本音響学会講演論文集』の第７４５
頁及び第７４６頁において開示されている。

【０００７】すなわち、図２６において、励振手段１０
１により励振される段つき円形振動板１０２と、これに
対応して配置された反射板１０３との間に定在波（図示
せず）を生じさせ、発泡スチロールからなる球１０４
（重さ１．２ｍｇ、直径４ｍｍ）を複数、音場により浮
揚させている。なお、図２６において、重力方向を矢印
ｇにて示している。この場合、各球１０４は空中超音波
の波長の１／２間隔で静止し、その位置は音圧の谷であ
ることが判明したとされている。また、浮揚可能な球の
大きさは１／２波長以下がよく、その重さは音圧に関係
するとされている。

【０００８】しかしながら、このように定在波を用い、
その節の位置に物体を静止させる構成の装置において
は、現在、供試体としての球１０４は極めて軽量なもの
に限られ、重量の大きな物体を浮揚させるには振動板１
０２の振動振幅を極めて大きくしなければならない。従
って、振動板１０２やホーン１０１ａ（図２６参照）の
応力的な破壊に鑑みれば、重量物を長時間安定して浮揚
させることは困難であり、実用化には遠いものと考えら
れる。また、かかる構成において、音波を集束させて強
力音波にする方法を採用し、比較的重い物体でも浮揚を
可能にすることも考えられるが、これでは振動板１０２
の直径に比べ小さな面積に音波が作用することとなり、
結果として小径の物体しか扱うことができない。

【０００９】そこで本発明は、上記従来技術の欠点に鑑
みてなされたものであって、扱う物体の材質等の制約が
ないと同時に比較的大きな重量及び寸法の物体を取り扱
え、且つ、小型にしてコストが安く、しかも安全性等の
面からも好適であり、制御も容易な物体搬送装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の物体搬送装置
は、超音波振動を伝達する振動伝達部材を含み、物体を
走行させる方向に並設された複数の超音波振動発生部
と、前記振動伝達部材の先端に設けられて前記振動伝達
部材からの振動により音波を放射する平板状の振動体
と、前記超音波振動発生部を含み、前記振動体を励振す
る超音波励振手段とを備え、前記超音波振動発生部を選
択的に作動して超音波エネルギーを発生させ、前記振動
体が放射する音波の放射圧により前記振動体の表面上に
物体を浮揚させるとともに、非作動側の前記超音波振動
発生部において前記超音波エネルギーを電気エネルギー
に変換して前記音波を進行波とすることにより前記浮揚
させた物体の往復走行が可能であるものである。また、
本発明の物体搬送装置が備える前記超音波励振手段は前
記振動体を励振して縞状振動モードで振動させるもので
ある。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１２】図１乃至図３は、本発明の第１実施例とし
ての物体搬送装置を示すものである。

【００１３】図示のように、当該物体搬送装置は、矩形
板状に形成された振動体１を有している。この振動体１
は例えばその中心部にて振動伝達部材としてのホーン２
の先端に螺子３（図２に図示）により締結されている。
ただし、振動体１の形状に関しては、平板状に限らず、
その用途等に応じて適宣可変である。また、振動伝達部
材としてのホーン２に対する振動体１の取付けについて
も、ロウ付けや溶接など、他の種々の手段を用いてよ
く、取付位置も可変である。なお、図１において、振動
伝達部材としてのホーン２による超音波振動の振動方向
を矢印Ｕにて示す。このように、振動伝達部材としての
ホーン２は縦振動を行う。振動体１の長さＬ（図２参
照）及び幅Ｂは、振動伝達部材としてのホーン２から伝
達される振動に基づく撓み振動の共振長に定められ、図
１に示す撓み曲線Ａのような撓み振動をする。

【００１４】因に、本実施例の振動体１は、その長さＬ
が４３４ｍｍ、幅Ｂが１５４ｍｍ、厚みｔ（図１に図
示）が３ｍｍとなされ、素材としてジュラルミンが用い
られている。また、振動伝達部材としてのホーン２につ
いては、約１９．４ｋＨｚで励振され、先端には振幅が
３２μｍｐ−ｐ程度の振動がのせられる。これらの設定
により、振動体１の振動の節はその長さ方向において約
５４．２５ｍｍ、幅方向においては約１９．２５ｍｍの
間隔で現れ、格子状の振動モードにて振動する。なお、
振動体１の各寸法、共振周波数及びその振幅並びに振動
モードの形態については、適宣設定することができ、例
えば長さＬに関しては１０００ｍｍ以上とすることが可
能である。

【００１５】図１に示すように、振動伝達部材としての
ホーン２は、振動体１に対する結合部とは反対側におい
て振動子４と結合されている。この振動子４の電極４ａ
と発振器５とが接続されており、振動子４は該発振器５
によって励振されて超音波振動を発生する。振動伝達部
材としてのホーン２は、この振動子４が発する振動を機
械的に増幅して伝達するものである。なお、振動伝達部
材としてのホーン２にはフランジ部２ｂが形成されてお
り、振動子４及び該ホーン２を内蔵するケース６に対し
て該フランジ部２ｂがパッキン２ｃを介して締結されて
いる。

【００１６】上述した振動伝達部材としてのホーン２
と、振動子４と、発振器５と、これらに関連する周辺の
部材を、超音波励振手段と総称する。

【００１７】図２及び図３に示すように、搬送されるべ
き物体７の搬送路両側に沿って板状の音波反射部材８が
配置されており、且つ、ケース６に取り付けられてい
る。

【００１８】次に、以上のような構成よりなる物体搬送
装置の作用について説明する。

【００１９】まず、当該物体搬送装置が含む物体浮揚装
置としての作用について説明する。

【００２０】まず、装置の作動に際し、図１に示すよう
に、振動体１が仮想水平面１０に対して平行となるよう
に装置の姿勢が調整される。この状態で給電がなされ、
発振器５により振動子４が励振され、ホーン２が縦振動
して該ホーンを通じて振動体１が励振されて撓み振動を
行う。振動体１が撓み振動を行うことにより、該振動体
１より音波（図示せず）が放射される。

【００２１】上記のように振動体１が振動を開始した
後、物体７を振動体１上に持ち来し、静かに手を離す。
但し、物体７は、振動体１の振動開始以前に予め振動体
１上に載置しておいてもよい。

【００２２】図４は図１における部分Ｅを拡大したもの
であるが、該図から明らかなように、振動体１より発せ
られる音波の放射圧によって、物体７は該振動体１の表
面から距離ｅ₁ を隔てた状態で浮揚する。ここで、この
浮揚距離ｅ₁ は、未だ音波を発することなく静止した状
態の振動体１の表面を０（ゼロ）とし、これを基準とし
た距離である。また、振動体１の面積が小さければ、振
動体１は撓み振動をせずにホーン２より付与される縦振
動そのものの振動モードで振動するが、この場合も物体
７は同様に浮揚する。なお、超音波励振手段への給電を
断てば振動体１よりの音波は直ちに停止し、物体７は振
動体１に接触する。

【００２３】図１乃至図４に示した物体７は、単に平板
状で比較的軽量のもの、例えば名刺や、合成樹脂製ある
いは金属製の薄板等を想定している。これらの物体は、
本実施例で示した装置を試作し、供試体として浮揚させ
てみたものであるが、この他、図５に示すような形態の
物体７についても実験を行った。すなわち、平板状のキ
ャリア７ａと、該キャリア７ａ上に担持された重量物７
ｂとからなるものである。図５において、この場合のキ
ャリア７ａと振動体１との距離をｅ₂ にて示している。
なお、このようなキャリア７ａを必要とする重量物７ｂ
としては、球形に近いものあるいは凹凸を有するものな
ど自体のみにては浮揚し得ない物体や、容器に収容した
状態の粉体又は液体等が挙げられる。但し、自体の底面
が平坦であればキャリア７ａを外して該重量物７ｂのみ
にても浮揚する故、そのような重量物７ｂについては自
体のみの浮揚実験をも行った他、種々の物体についても
実験を行った。

【００２４】上記の実験の結果、浮揚に供する供試体の
材質には何等制約されることがなく、どのような物体で
も浮揚することが判明した。また、軽量なものから重い
ものに亘り幅広く実験を行ったが、軽量物については勿
論浮揚し、重量物に関しては実験中最大のもので直径が
約１４０ｍｍ、重量が約３．２６Ｋｇの金属製の物体が
浮揚し、これから、振動体１よりの音波の放射圧によっ
て物体が受ける最大浮力を計算すると２１．４ｇ／ｃｍ
² となった。よって、振動体１の表面積よりこの数値を
換算すると、仮に振動体１の全面に亘って延在するよう
な物体であれば、その物体の重量が１４．３Ｋｇでも浮
揚可能となる。ただし、比較的軽量の物体を浮揚させる
際は装置に加える振動系への入力電力は１３０Ｗで済ん
だが、上記のように重い物体を浮揚させる場合には１６
０Ｗを要した。

【００２５】また、前述したように、浮揚実験にはさま
ざまな材質の物体が供されたが、振動体１の表面と対向
する底面の平面精度が高いものほど、重量が大きくとも
浮揚することが判明した。ただし、振動体１の表面の平
面精度が高いこと、また、装置全体の安定性が重要であ
ることも確認された。

【００２６】上記から明らかなように、本発明に係る装
置においては、磁性体であるや否やなど、扱う物体の材
質等の制約を受けることがなく、また、磁界中におくこ
とができないもの等、あらゆる物体を浮揚させ、後述の
ように搬送することができる。また、扱う物体の重量及
び寸法が比較的大きくとも、浮揚させ、搬送することが
できるものである。

【００２７】続いて、上述した物体浮揚装置を含む物体
搬送装置の作用について説明する。この物体搬送装置
は、前述した物体浮揚装置の構成に、浮揚した状態の物
体７を走行させる走行手段を付加させたものである。

【００２８】この走行のための手段の一例として、図６
に示すような構成を採用している。すなわち、振動体１
の表面が仮想水平面１０に対して角度θ₁ だけ傾斜する
ようになされる。この傾斜θ₁ により、物体７に重力に
基づく加速度が生じ、走行する訳である。但し、角度θ
₁ については実験では１〜５°に設定された。かかる構
成の場合、物体７を走行させるための駆動源を特に必要
とせず、単に装置を傾けるだけでよいため、装置全体と
しての小型化及びコストの低減が図り易くなっている。
なお、前述したように、超音波励振手段への給電を断て
ば物体７は瞬時に振動体１に接触し、摩擦抵抗により停
止する。

【００２９】ところで、上記のようにして物体７が搬送
される際、下記の作用によって搬送路からの逸脱が防止
される。

【００３０】すなわち、図２及び図３に示すように、該
搬送路の両側に沿って音波反射部材８が配設されてい
る。図３から明らかなように、これらの音波反射部材８
は振動体１とは非接触の状態であり、図において矢印に
て示すように振動体１の下面より放射される音波を反射
しつつ上記搬送路の側方へと導く。搬送路の側方にはこ
のように導かれた音波が存在することとなるため、これ
が壁となり、物体７が搬送路から逸脱しようとするとこ
れを押し戻す作用をなす。よって物体７が搬送路から逸
脱することがない。また、かかる構成によれば、物体７
は音波反射部材８と接触することがない。但し、このよ
うな音波反射部材８を設けずとも、振動体１の縁からは
み出そうとした物体７が、該振動体１自体が放射する音
波の作用によって内側に引き戻される作用があることが
確認されている。

【００３１】次に、上述のように重力を利用して物体７
を走行させる形式とは異なる走行手段を夫々備えた他の
物体搬送装置について説明する。なお、これら各物体搬
送装置は、以下に説明する部分以外は図１乃至図３並び
に図６に示した物体搬送装置と同様に構成されているの
で、装置全体としての説明は重複する故に省略し、要部
のみの説明に留める。また、以下の説明において。図１
乃至図３並びに図６に示した物体搬送装置の構成部材と
同一の構成部材については同じ参照符号を用いて示して
いる。

【００３２】図７に、本発明の第２実施例としての物体
搬送装置の要部を示す。

【００３３】図示のように、当該物体搬送装置において
は、振動体１が、仮想水平面１０に対して平行となされ
ている。そして、物体７を走行させる走行手段が、該物
体７が走行すべき方向に沿って互いに所定間隔を隔てて
並設された複数のノズル１５を有している。これらのノ
ズル１５は例えば振動体１の上方に配設され、斜め後方
より物体７に向けて圧搾空気を噴出する。物体７はこの
噴出する圧搾空気によって加速され、搬送される。これ
らのノズル１５と、該ノズル１５に圧搾空気を供給する
コンプレッサ（図示せず）等とによって、上記走行手段
として作用する気体噴射手段が構成されている。なお、
加圧して噴射される気体は、空気に限らず、用途に応じ
て、また、雰囲気等の環境に及ぼす影響が許容されるな
らば、種々のものが使用可能である。

【００３４】図８は、本発明の第３実施例としての物体
搬送装置の要部を示すものである。上記図７の物体搬送
装置においては気体の噴射によって物体７を走行させて
いるが、当該装置においては物体７に対して超音波を放
射し、これを推進力として走行させる。

【００３５】すなわち、図示のように、振動体１の上方
に、物体７が走行すべき方向に沿って複数の超音波放射
器２０が等間隔にて並べて設けられている。そしてこれ
らの超音波放射器２０は、各々が具備した振動板２０ａ
より放射する超音波２１が斜め前下方に指向するように
傾斜した状態に設置されている。

【００３６】かかる構成においては、物体７は各超音波
放射器２０より発せられる音波の放射圧により加速さ
れ、搬送される。

【００３７】図９に、本発明の第４実施例としての物体
搬送装置の要部を示す。図８に示した物体搬送装置にお
いては物体７の推進のために超音波放射器２０を設けて
いるが、本実施例においては振動体１自体が発する音波
を物体推進用として活用している。

【００３８】図示のように、本装置においては、振動体
１の上方に、物体７が走行すべき方向に沿って複数の平
板状の反射部材２５が並べて設けられている。各反射部
材２５は振動体１の表面に対してθ₂ の角度をなすよう
に、且つ前方が高くなるように傾けて設置されている。
よって、振動体１より上方に向けて放射された音波２６
ａはこれら反射部材２５にて反射し、斜め前下方向に向
って進む。物体７はこの反射波２６ｂにより加速され、
搬送される。

【００３９】なお、本装置においては複数の反射部材２
５を個別に設けたが、この他、複数の傾斜部を波状に形
成した長尺の反射部材（図示せず）を１つのみ設ける構
成としてもよい。

【００４０】また、図７乃至図９に夫々示した物体搬送
装置においては、ノズル１５、超音波放射器２０及び反
射部材２５を物体搬送路に沿って各々複数並べて設けて
いるが、これらを単一として、搬送すべき物体７を追う
ように移動させる構成とすることも可能である。

【００４１】図１０は、本発明の第５実施例としての物
体搬送装置を示すものである。当該物体搬送装置におい
ては、物体７を走行させる走行手段が下記のように構成
されている。

【００４２】図示のように、振動体１を励振する超音波
励振手段３０が該振動体１の右端側に設置され、左端側
に、該超音波励振手段３０とほぼ同様の構成を有するエ
ネルギー変換手段３１が配置されている。このエネルギ
ー変換手段３１は、超音波励振手段３０により励振され
た振動体１が発する超音波のエネルギーを再び電気エネ
ルギーに戻すべく変換するものである。具体的には、該
エネルギー変換手段３１が具備する振動子４の電極４ａ
に、抵抗Ｒ及びコイルＬからなる回路が接続されてお
り、機械的エネルギーとしての超音波エネルギーより変
換された電気エネルギーはこの回路を経ることにより更
にジュール熱に変換され、放散される。

【００４３】かかる構成においては、超音波励振手段と
同時にこのエネルギー変換手段３１を作用させれば、矢
印Ｓにて示すように、振動体１に生ずる撓み振動の波が
進行波となる。物体７は、この進行波に載る状態にて走
行する。

【００４４】図１１に、本発明の第６実施例としての物
体搬送装置の要部を示す。

【００４５】図示のように、当該物体搬送装置において
は、物体７の走行のための手段として、物体１の走行方
向側に重り３２を搭載させることが行われる。このよう
に重りを載せると、物体７は該物体の走行方向側とその
反対方向側とで重量配分が異なり浮揚した状態にて傾斜
する。すると、振動体１より上方に向けて放射された音
波（図示せず）は物体７の下面にて反射し、その反射波
（図示せず）が斜め後下方向に向かって進む。物体７は
この反射波による推進力によって加速され、走行する。
なお、このような重り３２を用いず、物体７自体につい
て走行方向側とその反対方向側との厚さを変えるなどし
て重量配分を異ならしめて傾斜させてもよい。

【００４６】図１２は、本発明の第７実施例としての物
体搬送装置の要部を示すものである。

【００４７】図示するように、この物体搬送装置におい
ては、物体７を走行させるための手段として、物体７の
後部下面に凹凸７ｄが形成されている。図１３から明ら
かなように、この凹凸７ｄは例えば、該物体７が走行す
べき方向において鉛直面７ｅ及び傾斜面７ｆとを交互に
且つ連続的に形成することによりなる。そして、該傾斜
面７ｆは、振動体１の表面に対してθ₃ の角度をなすよ
うに、且つ前方が低くなるように形成されている。よっ
て、振動体１より上方に向けて放射された音波２６ａは
これら傾斜面７ｆにて反射し、斜め後下方向に向って進
む。物体７はこの反射波２６ｂによる推進力によって加
速され、走行する。

【００４８】ところで、図２及び図３に示すように、前
述した各物体搬送装置においては、物体７の搬送路から
の逸脱を防止するために、搬送路に沿って音波反射部材
８を設け、振動体１の下面側より発せられて該音波反射
部材８に沿って反射された音波を壁として作用させてい
る。かかる構成により、ある程度の質量までの物体に対
処し得るのであるが、物体７の質量がかなり大きくなる
と搬送路外に逸脱しようとする時の慣性も大きく、音波
の壁のみにてはこれを規制することは困難である。そこ
で図１４に示す構成を付加することが行われる。

【００４９】図１４に示すように、重量が大きい物体７
（例えば重量物７ｂのみからなる）の搬送路の両側に、
平板状の逸脱防止部材３５を配設している。よって、物
体７は搬送路から逸脱しようとするとこの逸脱防止部材
３５の内側面に極く軽く接触し、逸脱が回避される。

【００５０】前述した各実施例においては、１台の物体
搬送装置について示したが、図１５に示すように、２台
またはそれ以上の物体搬送装置を、その各々の搬送路が
連続するように直列に並べて設置することができる。こ
のように、搬送路の長さを自在に設定することができ、
自由度が大きく、汎用性に優れている。

【００５１】続いて、本発明の第８実施例としての物体
搬送装置について図１６乃至図１９に基づいて説明す
る。

【００５２】図１６及び１７に示すように、当該物体搬
送装置においては、振動伝達部材としてのホーン２、振
動子４及びケース６を夫々含む超音波振動発生部３８が
２つ設けられている。該各超音波振動発生部３８は夫
々、後述する発振器５と共に超音波励振手段を構成す
る。

【００５３】図示のように、当該物体搬送装置において
は、物体７をその表面上にて浮揚させるための矩形板状
の主振動体４１と、該主振動体４１と励振用の振動伝達
部材としてのホーン２との間に介在する副振動体４２と
からなる振動体を備えている。主振動体４１は、ジュラ
ルミン製であり、例えば、その長さＬが６９５ｍｍ、幅
Ｂが２２０ｍｍ、厚みｔが３ｍｍとなされている。ま
た、副振動体４２としては、有限要素法解析で先端面を
均一な振動分布になるように設計されたプレート状のホ
ーンが用いられ、上記振動伝達部材としてのホーン２の
先端に下端部にて締結されると共に、上記主振動体４１
の片側に対して、多数のねじ４４（図１７に図示）を用
いて締結してある。なお、副振動体４２に対する主振動
体４１の結合は、このようにねじによる他、接着、ロウ
付け及び溶接等によってもよい。また、振動伝達部材と
してのホーン２に対する副振動体４２の結合手段に関し
ても同様である。

【００５４】かかる構成の物体搬送装置においては、振
動伝達部材としてのホーン２を通じて伝達される縦振動
に基づき、主振動体４１が縞状の振動モードにて振動す
る。その振動モードをクラードニの砂図により測定した
ところ、図１８に示すような結果が得られた。この構成
によっても、物体７は主振動体４１の表面上において浮
揚する。この縞状振動モードの場合、後述する物体７の
往復走行が円滑に行われる。また、主振動体４１が平板
状である故、有効な縞状振動モードが生ずる。

【００５５】上記した両超音波振動発生部３８が夫々有
する振動子４に対して１つの発振器が設けられ、これら
は図１９に示すように接続されている。

【００５６】図１９において、上記両振動子４は並列に
設けられ、共に陰極が接地されている。また、発振器５
についても陰極が接地されている。発振器５の陽極はリ
レー４６のスイッチ４６ａに接続されている。このリレ
ー４６の一方の端子４６ｂは他のリレー４７の一方の端
子４７ｂと共に片方の振動子４の陽極に接続されてい
る。また、リレー４６の他方の端子４６ｃは該リレー４
７の他方の端子４７ｃと共に他方の振動子４の陽極に接
続されている。このリレー４７のスイッチ４７ａには並
列に設けられたコイルＬ及び抵抗Ｒの各一端が接続さ
れ、該コイルＬ及び抵抗Ｒの他端は接地されている。そ
して、図示のように、両リレー４６、４７のスイッチ４
６ａ、４７ａは互いに連動するようになされている。

【００５７】かかる構成においては、以下のように作動
する。

【００５８】例えば、図１９に示した両リレー４６、４
７のスイッチ４６ａ、４７ａが、同図に示すように、該
両リレーの端子４６ｃ、４７ｂに夫々接触している場
合、一方の振動子４が作動して発する振動によって上記
主振動体４１が縞状振動モードにて振動を行い、同時に
この振動は他方の非作動側である振動子４に伝わって該
振動子４によって機械的エネルギーとしての超音波エネ
ルギーから電気エネルギーに変換される。この電気エネ
ルギーはコイルＬ及び抵抗Ｒからなる回路を経ることに
より更にジュール熱に変換され放射される。これによ
り、主振動体４１に生ずる振動の波が進行波となり、物
体７はこの進行波に載る状態で矢印Ｇ（図１６、図１７
参照）にて示すように一方向へと走行する。なお、詳し
くは、電気エネルギーは抵抗Ｒにてジュール熱に変換さ
れて消費され、コイルＬはそのインダクタンスによって
エネルギー変換の整合作用をなすもので、効率が最も大
きくなる値に作られている。

【００５９】一方、上記両リレー４６、４７のスイッチ
４６ａ、４７ａが切り替えられて該両リレーの他方の端
子４６ｂ、４７ｃに接触すると、物体７は矢印Ｇ方向と
は逆方向に走行する。すなわち、図１９において、一方
の振動子４が作動して超音波エネルギーを発していると
きに、他方の非作動側である振動子４は、コイルＬ及び
抵抗Ｒからなる回路と協働して該超音波エネルギーを電
気エネルギーに変換して音波を進行波とするエネルギー
変換手段として作用する。このエネルギー変換手段が、
物体７を走行させる走行手段となる。

【００６０】上記のように、複数の超音波振動発生部３
８を物体７を走行させるべき方向において並設し、該各
超音波振動発生部３８を選択的に作動させるとともに、
発する超音波エネルギーをエネルギー変換手段として作
用する非作動側の前記超音波振動発生部３８において選
択的にエネルギー変換することにより、物体７を往復走
行させることが可能となっている。

【００６１】なお、上記は、単に物体７の往復動につい
ての説明であるが、物体７を所望の位置に停止させる場
合、次のような制御を行う。但し、この制御は、図示し
ないマイクロコンピュータ等の制御回路により行われ
る。

【００６２】すなわち、一方向に向って走行中の物体７
について、その走行の慣性力を打ち消すように上記のス
イッチ４６ａ、４７ａを切り替え、停止するまで逆方向
の進行波を生じさせる。そして、物体７が停止したら、
受動側すなわちエネルギー消費側の端子をオープン状態
にするか、あるいは駆動側すなわち超音波振動発生側の
駆動周波数をそれまでとは異なる共振点に変化させ、完
全に停止させる。

【００６３】ところで、上述した物体搬送装置において
は、図２０に示すように、物体７の搬送が行われる主振
動体４１上の搬送路両側に沿って板状の音波反射部材４
８が設けられている。但し、この音波反射部材４８は主
振動体４１とは非接触の状態である。上記のようにして
物体７が搬送される際、この音波反射部材４８の作用に
よって搬送路からの逸脱が防止される。

【００６４】すなわち、これら音波反射部材４８は、図
２０において矢印にて示すように主振動体４１の下面よ
り放射される音波を反射しつつ上記搬送路の側方へと導
く、搬送路の側方にはこのように導かれた音波が存在す
ることとなるため、これが壁となり、物体７が搬送路か
ら逸脱しようとするとこれを押し戻す作用をなす。よっ
て物体７が搬送路から逸脱することがない。また、かか
る構成によれば、物体７は音波反射部材４８と接触する
ことがない。但し、このような音波反射部材４８を設け
ずとも、主振動体４１の縁からはみ出そうとした物体７
が、該主振動体４１自体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ことが確認されている。

【００６５】物体７の搬送路からの逸脱を防止する他の
手段として、下記の構成のものが挙げられる。

【００６６】まず、図２１及び図２２に示すように、搬
送路の両側にエアノズル４９を水平若しくは斜め上向き
に設け、該各エアノズル４９から噴射する加圧気体、こ
の場合圧搾空気により壁を形成する構成である。

【００６７】次に、図２３に示す構成である。前述した
逸脱防止用の各構成により、ある程度の質量までの物体
に対処し得るのであるが、物体７の質量がかなり大きく
なると搬送路外に逸脱しようとする時の慣性も大きく、
音波や加圧気体の壁のみにてはこれを規制することは困
難である。本例は、大重量の物体に対処するためのもの
である。

【００６８】図２３に示すように、重量が大きい物体７
（例えば重量物７ｂのみからなる）の搬送路の両側に、
平板状の逸脱防止部材５０を配設している。よって、物
体７は搬送路から逸脱しようとするとこの逸脱防止部材
５０の内側面に極く軽く接触し、逸脱が回避される。

【００６９】ここで、前述した実験の実際についてその
一部を説明する。

【００７０】この実験のため、図２４に示すような測定
装置を用意した。この測定装置は振動体１（若しくは前
述の４１）上における各種物体７の浮揚距離ｅを測定す
るものである。図示のように、レーザ変位計５７と、該
レーザ変位計５７による測定値を表示するオシロスコー
プ５８と、該レーザ変位計５７より発せられる信号の増
幅等を行ってオシロスコープ５８に表示させるべく両者
間に介在する変位計本体５９とを有している。

【００７１】上記レーザ変位計５７は、物体７の直上か
ら該物体の上面に向けてレーザ５７ａを照射し、その反
射光等を利用して距離を測定するためのものであるが、
種々ある公知の測定原理のものが採用され得る。測定
は、具体的には下記のように行われる。

【００７２】まず、振動体１を振動させることなく静止
状態とし、該振動体１上に物体７を載置する。この状態
で上記測定装置を作動させ、静止状態の物体７の上面ま
での距離を浮揚距離測定の基準すなわち０（ゼロ）とす
べくリセットさせる。次いで、振動体１を励振させて物
体７を浮揚させる。この浮揚状態にて再び測定装置を作
動させ、測定を行う。ここで得られる測定値は上記基準
よりの距離であるから、該測定値がすなわち浮揚距離ｅ
となる。なお、物体７が金属の場合、非浮揚状態におい
て物体７と振動体１とに通電して相互の導通状態を得て
おき、この導通状態が消えて非導通状態となったことを
以て物体７が浮揚したことを確認することも行われた。

【００７３】上記までの説明は、供試体として種々の物
体を選定し、試作した物体搬送装置による浮揚実験をこ
れら各物体について行った結果に基づくものであるが、
物体搬送の実用化の一例として、図２５に示す構成を考
えた。

【００７４】この構成において搬送されるべき物体は、
半導体（ＩＣチップ）を製造する際の一次製品としての
シリコンウェハー７０であり、該シリコンウェハー７０
を例えば矩形板状に形成したキャリア７１上に搭載させ
た状態で前述の物体搬送装置により浮揚させ、搬送する
ことを行う。

【００７５】図から明らかなように、キャリア７１に
は、略円形のシリコンウェハー７０が挿通されるべき円
形の凹部７１ａが設けられている。この凹部７１ａの内
周面には例えば４つの突起７１ｂが等間隔にて形成され
ており、シリコンウェハー７０は凹部７１ａ内において
これら突起７１ｂ上に載置されるようになされている。
そして、キャリア７１の両側には、凹部７１ａに連通す
る切欠部７１ｃが形成されている。この切欠部７１ｃ
は、シリコンウェハー７０を上記突起７１ｂ上に載置し
た状態において該切欠部７１ｃの底面とシリコンウェハ
ー７０の下面との間に所定の間隙が生ずる程度の深さを
有している。すなわち、図示しないロボットハンド等が
このシリコンウェハー７０を凹部７１ａ内に挿入したり
取り出す際に、上記切欠部７１ｃを通じてシリコンウェ
ハー７０を保持するようになされている。

【００７６】なお、かかるキャリア７１を使用せずに、
直接シリコンウェハー７０を搬送することも可能であ
る。

【００７７】また、本発明は、前述した各々の構成に限
らず、これら各構成のいずれか２以上の構成をその一部
ずつでも互いに組み合わせることなどにより、多岐に亘
る構成を実現できることは勿論である。

【００７８】また、前述の各実施例においては、振動体
の素材としてジュラルミンが使用されているが、他に、
炭素鋼及びその合金鋼であるステンレス鋼や、チタン合
金等、種々の材質が採用可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁性体であるや否やなど、扱う物体の材質等の制約を受
けることがなく、また、磁界中におくことができないも
の等、あらゆる物体を浮揚させ、搬送することができ、
しかも、物体の重量及び寸法が比較的大きくとも対処可
能であるという効果がある。また、装置に関しては、実
質的に、振動体とこれを励振する超音波励振手段のみを
最小限設けるだけでよいから、小型化及びコストの低減
が達成されるという効果が得られると共に、消費電力も
極めて少なくて済み、省エネルギー化に寄与するもので
ある。更に、電気エネルギーを変換した音波の放射圧に
よる浮揚作用であるため、作業者の安全性についても容
易に確保し得ると共に、給電及びその断をなすことによ
り簡単に制御できる利点を有する。そして、用途に応じ
て振動体の形状を適宜変更し得、また、物体を長距離搬
送するためには装置を並べればよいなど、その自由度が
非常に大きく、且つ汎用性に優れている。更に本発明で
は、超音波励振手段の超音波振動発生部を物体を走行さ
せるべき方向において複数並設する一方、該各超音波振
動発生部が発する超音波エネルギーを電気エネルギーに
変換して進行波を生じさせるエネルギー変換手段を設
け、該超音波振動発生部各々について選択的に超音波エ
ネルギーを発生させると共にエネルギー変換を行い、以
て物体の往復走行を可能としている。よって、物体を所
望の方向に自在に搬送させ、望む位置に停止させること
ができるという効果が得られる。また、この物体の往復
走行に際し、振動体をして縞状振動モードにて振動させ
ることが行われるが、縞状振動モードの場合、物体の走
行方向の切り替えや停止を円滑に行えるものである。ま
た、平板状の振動体を採用することによって、かかる有
効な縞状振動モードを生じさせ易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例としての物体搬送
装置の、一部断面を含む正面図である。

【図２】図２は、図１に示した物体搬送装置の平面図で
ある。

【図３】図３は、図１に関するＤ−Ｄ矢視図である。

【図４】図４は、図１における部分Ｅの拡大図である。

【図５】図５は、図１乃至図３に示した物体搬送装置に
よって搬送されるべき物体の他の構成を示す図である。

【図６】図６は、図１乃至図３に示した物体搬送装置の
動作説明図である。

【図７】図７は、本発明の第２実施例としての物体搬送
装置の要部の正面図である。

【図８】図８は、本発明の第３実施例としての物体搬送
装置の要部の正面図である。

【図９】図９は、本発明の第４実施例としての物体搬送
装置の要部の正面図である。

【図１０】図１０は、本発明の第５実施例としての物体
搬送装置の、一部断面を含む正面図である。

【図１１】図１１は、本発明の第６実施例としての物体
搬送装置の要部の正面図である。

【図１２】図１２は、本発明の第７実施例としての物体
搬送装置の要部の正面図である。

【図１３】図１３は、図１２における部分Ｇの拡大図で
ある。

【図１４】図１４は、図１乃至図１３に示した各実施例
の物体搬送装置に関し、その一部の変形例を示す側面図
である。

【図１５】図１５は、物体搬送装置を複数台並べた状態
を示す、一部断面を含む正面図である。

【図１６】図１６は、本発明の第８実施例としての物体
搬送装置の、一部断面を含む正面図である。

【図１７】図１７は、図１６に示した物体搬送装置の、
一部断面を含む斜視図である。

【図１８】図１８は、図１６及び図１７に示した物体搬
送装置が具備する振動体の平面図である。

【図１９】図１９は、図１６乃至図１８に示した物体搬
送装置の動作制御系の回路図である。

【図２０】図２０は、図１６及び図１７に示した物体搬
送装置の要部の縦断面図である。

【図２１】図２１は、図１６乃至図２０に示した物体搬
送装置の一部の変形例を示す縦断面図である。

【図２２】図２２は、図１６乃至図２０に示した物体搬
送装置の一部の変形例を示す縦断面図である。

【図２３】図２３は、図１６乃至図２０に示した物体搬
送装置の一部の変形例を示す縦断面図である。

【図２４】図２４は、物体搬送装置に関する測定を行う
測定装置の概略を示す正面図である。

【図２５】図２５は、図１乃至図２３に示した各実施例
の物体搬送装置により搬送されるべきシリコンウェハー
と、該シリコンウェハーを搭載するキャリアの斜視図で
ある。

【図２６】図２６は、従来の装置の概略を示す正面図で
ある。

【符号の説明】

１振動体２ホーン４振動子５発振器７物体８音波反射部材１０仮想水平面２０超音波放射器２１超音波２５反射部材３０超音波励振手段３１エネルギー変換手段３５逸脱防止部材３８超音波振動発生部４１主振動体４２副振動体４６、４７リレー４８音波反射部材４９エアノズル５０逸脱防止部材５７レーザ変位計５８オシロスコープ５９変位計本体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波振動を伝達する振動伝達部材を含
み、物体を走行させる方向に並設された複数の超音波振
動発生部と、前記振動伝達部材の先端に設けられて前記振動伝達部材
からの振動により音波を放射する平板状の振動体と、前記超音波振動発生部を含み、前記振動体を励振する超
音波励振手段とを備え、前記超音波振動発生部を選択的に作動して超音波エネル
ギーを発生させ、前記振動体が放射する音波の放射圧に
より前記振動体の表面上に物体を浮揚させるとともに、
非作動側の前記超音波振動発生部において前記超音波エ
ネルギーを電気エネルギーに変換して前記音波を進行波
とすることにより前記浮揚させた物体の往復走行が可能
であることを特徴とする物体搬送装置。
【請求項２】前記超音波励振手段は前記振動体を励振
して縞状振動モードで振動させることを特徴とする請求
項１記載の物体搬送装置。