JP5639059B2 - 非接触型操作装置および方法 - Google Patents

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Description

優先権
本願は、２００８年８月２８日に出願された「Non-Contact Manipulating Devices and Methods（非接触型操作装置および方法）」という名称の米国特許出願第１２/２００,７１０号による優先権を主張する。
本発明は、一般的に、物品を操作するための方法および装置に関し、より具体的には、様々な物品を操作するための非接触型操作装置および方法に関する。
従来から、物品に実際に接触することなく物品を操作するための装置および方法が知られている。例えば、従来の装置および方法は、物品に接触せずに物品を持ち上げて保持するために、周知のベルヌーイの定理を用いることが多い。このような装置および方法は、物品の表面にわたる空気流を用いて、物品を装置に向かって引き付けることが知られている。同時に、同じ空気流からの圧力により、物品と装置との接触に抵抗するクッションが提供される。
１つの例示的な態様において、非接触型操作装置は、第１の流体ポートを有する流体分配部材を備える。第１の流体ポートは、操作装置によって操作される物品と流体分配部材との間の間隙を維持しつつ物品を引き付けるために、流体を供給してベルヌーイ効果を生じるよう構成される。流体分配部材は、間隙の維持を補助するために流体を供給するよう構成された第２の流体ポートを更に備える。非接触型操作装置は、間隙の維持を補助するために、少なくとも第２の流体ポートを通る流体の流れを制御するよう構成されたコントローラを更に備える。
別の例示的な態様において、非接触型操作装置は、第１の関節面を有する支持アームを備える。非接触型操作装置は、第２の関節面を有する流体分配部材を更に備え、該第２の関節面は、第１の関節面と係合して、流体分配部材を支持アームに関節接続させるように取り付ける。流体分配部材は、操作装置によって操作される物品と流体分配部材との間の間隙を維持しつつ物品を引き付けるために、流体を供給することによってベルヌーイ効果を生じるよう構成された流体ポートを有する。非接触型操作装置は、支持アームに対する流体分配部材の関節接続を可能にするために、第１の関節面を第２の関節面に対して付勢する付勢部材を更に備える。
更に別の例示的な態様において、非接触型操作装置は、第１の流体チャネルおよび第２の流体チャネルを有する支持アームを備える。非接触型操作装置は、支持アームに枢動可能に接続された流体分配部材を更に備える。流体分配部材は、第１の流体チャネルと連通した第１の流体ポートを有し、該第１の流体ポートは、操作装置によって操作される物品と流体分配部材との間の間隙を維持しつつ物品を引き付けるために、流体を供給することによってベルヌーイ効果を生じるよう構成される。非接触型操作装置は、流体分配部材を、支持アームに対する所望の角度位置に選択的に枢動可能に係止する係止装置を更に備え、該係止装置は第２の流体チャネルによって動力を与えられる。
更に別の例示的な態様において、非接触型操作装置は、流体分配部材を備える。流体分配部材は、操作装置によって操作される物品と流体分配部材との間の間隙を維持しつつ物品を引き付けるために、流体を供給することによってベルヌーイ効果を生じるよう構成された流体ポートを有する。流体分配部材は、流体ポートに対して調節可能に取り付けられたキャップを有し、該キャップは、流体ポートによって供給される流体の特性を変えるために、流体ポートに対して調節される。
別の例示的な態様において、物品を操作する方法は、第１の流体ポートおよび第２の流体ポートを有する流体分配部材を備えた非接触型操作装置を設ける工程を有する。本方法は、操作装置によって操作される物品と流体分配部材との間の間隙を維持しつつ物品を引き付けるために、第１の流体ポートを通して流体を供給することによってベルヌーイ効果を生じる工程を更に備える。本方法は、間隙の維持または変更を補助するために、少なくとも第２の流体ポートを通る流体の流れを修正する工程を更に備える。
本発明の上記および他の特徴、態様および長所は、添付の図面を参照しながら以下の本発明の詳細な説明を読めば、よりよく理解される。
本発明の例示的な態様を組み込んだ非接触型操作装置の分解斜視図 図１の非接触型操作装置の前方斜視図 図１の非接触型操作装置の後方斜視図 図１の非接触型操作装置の背面図 物品を操作する例示的な方法における工程を示す、非接触型操作装置の図４の線５−５に沿った断面図 物品を操作する例示的な方法における工程を示す、非接触型操作装置の図４の線５−５に沿った断面図 物品を操作する例示的な方法における工程を示す、非接触型操作装置の図４の線５−５に沿った断面図 物品を操作する例示的な方法における工程を示す、非接触型操作装置の図４の線５−５に沿った断面図 装置のキャップが対応する流体ポートを通る流体の流れを増加させるよう調節されたこと以外は、図５Ａに類似した非接触型操作装置の断面図 流体分配部材を支持アームに対して関節接続させる例示的な方法における工程を示す、非接触型操作装置の図４の線６−６に沿った断面図 流体分配部材を支持アームに対して関節接続させる例示的な方法における工程を示す、非接触型操作装置の図４の線６−６に沿った断面図 流体分配部材が支持アームに対して係止された状態の、図６Ｂの非接触型操作装置の断面図 本発明の態様による例示的なコントローラの各部分の模式図 例示的な位置決め部材を有する図１の非接触型操作装置の側面図 本発明の例示的な態様を組み込んだ別の非接触型操作装置の分解部分断面図 図９の非接触型操作装置の正面図 非接触型操作装置の図１０の線１１Ａ−１１Ａに沿った断面図 支持アームの第１の関節面と流体分配部材の第２の関節面との係合が解除された状態の、図１１Ａに類似した非接触型操作装置の断面図
以下、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照し、本発明をより完全に説明する。可能である場合には、同じまたは類似の部分は、これらの図面を通して同じ参照番号を用いて示されている。しかし、本発明は多くの異なる形態で実施され得るものであり、本願明細書に示されている実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。これらの例示的な実施形態は、本開示が完全なものとなり、当業者が本発明の範囲を完全に理解できるように提供されるものである。
シート状材料等の物品を操作するための非接触型操作装置および方法が提供される。シート状材料には、帯状物、ウェビング、基体、プレートまたは他の物品が含まれ得る。一例では、シート状材料には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用に設計されたガラス等のガラスが含まれ得る。例示的な物品としては、製造された板ガラス、または、例えばフュージョン・ドロー法によって板ガラスの形態に製造中の材料が含まれ得る。
本願における非接触型装置は、様々なやり方で物品を操作するために用いられ得る。例えば、操作とは、搬送、形成、仕上げ、検査、測定、または他の手順のために物品を持ち上げることを含み得る。更に別の例では、操作は、物品を特定の方向に移動させるため、および／または所望の形状を形成するために物品を付勢することを含み得る。例えば、操作は、材料が側方に移動するよう付勢すること、製造中の物品を成形すること、または他の操作技術を含み得る。一例では、操作は、ガラスのドロー処理における切断中または他の手順の間に、板ガラスを安定させることを含み得る。
図１〜図４は、本発明の例示的な態様を組み込んだ非接触型操作装置１００の一例を示す。非接触型操作装置１００は、流体分配部材１２０を有し得る。流体分配部材１２０は、該流体分配部材１２０に向かって物品を引き付けるために流体を供給するよう構成された第１の流体ポート１２２を有する。例えば、後でより完全に説明するが、第１の流体ポート１２２から発せられた流体は、物品を流体分配部材１２０に向かって引き付けるベルヌーイ効果を生じることができる。物品が流体分配部材１２０の面に十分に近いとき、流体は物品に対して反発力を生じる。従って、流体分配部材１２０は、物品１１０と流体分配部材１２０との間の間隙を維持しつつ、操作装置１００によって操作される物品（例えば、図５Ａの１１０を参照）を引き付けるために、流体を供給してベルヌーイ効果を生じるよう構成された第１の流体ポート１２２を有し得る。
流体分配部材１２０は様々な形状およびサイズを有し得る。図示されるように、流体分配部材１２０は略円形の周辺部を有し得るが、更に別の例では他の形状が用いられてもよい。例えば、流体分配部材は、楕円形または他の曲線を成す周辺部を有し得る。更に別の例では、流体分配部材は、三角形、長方形または他の多角形の周辺部を有し得る。流体分配部材のサイズは用途に応じて選択できる。一例では、サイズは、第１の流体ポート１２２から供給される流体によって生じるベルヌーイ効果に基づいて選択される。例えば、流体の速度、およびそれに対応するベルヌーイ効果は、流体が第１の流体ポート１２２から径方向に離れる方向に移動するにつれて減少する。従って、流体分配部材１２０の半径は、具体的な対象の物品に合わせた所望のベルヌーイ効果を提供するのに十分な半径を設けつつ、流体分配部材１２０のサイズを最小にするよう選択され得る。
流体分配部材１２０の外面１３０は、ベルヌーイ効果を促進するための様々な形状を有し得る。外面は略平面状であり得るが、更に別の例では非平面状の構成が設けられてもよい。更に、外面は略連続したものであり得るが、更に別の例では、一貫した連続性のない構成または別様で不連続な構成であってもよい。図示されている例では、外面１３０は、略連続した段差のある面を有し、内部領域１３０ａが外周ランディング（踊り場）領域１３０ｂに対して窪んでいる。必要に応じて、内部領域１３０ａと外周ランディング領域１３０ｂとの間に、外面１３０にわたって移動する流体の経路が所望の形状となることを促進するための形状を有する遷移面１３０ｃが設けられてもよい。
図示されるように、流体分配部材１２０の外面１３０には、第１の流体ポート１２２が設けられ得る。一例では、第１の流体ポート１２２は、流体分配部材１２０の中心軸１２１（例えば図示されている対称軸）に沿って配設され得る。例えば図示されるように、第１の流体ポート１２２は、中心軸１２１に沿って配設された単一の流体ポートで構成され得るが、本発明の更に別の態様によれば、複数の流体ポートが設けられてもよい。例えば、第１の流体ポートは、流体分配部材１２０の中心軸１２１の周りに配設された複数の流体ポートのアレイで構成されてもよい。第１の流体ポート１２２は、図示されている円形のアパチャーを有してもよいが、本発明の複数の態様は非円形の構成で実施されてもよい。例えば、第１の流体ポートは、楕円形のアパチャーまたは他の曲線を成すアパチャーを有してもよい。更に、第１の流体ポートは、星型、三角形、長方形または他の多角形の形状を有してもよい。第１の流体ポート１２２は、ノズルを有してもよく、または他の流体供給要素を有してもよい。
必要に応じて、第１の流体ポート１２２は、流体の流れが渦となることを促進する形状、構成、構造物を有するか、または別様でそのように構成されていてもよい。例えば、第１の流体ポートの内部形状は、第１の流体ポートから流体が供給される際に流体が回転することを促進する螺旋形の構成を有してもよい。更に別の例では、第１の流体ポートは、流体ポートから流体が出る際に流体が回転することを促進するよう角度をつけて配置された、複数の噴射部等の複数の流体ポートで構成されてもよい。更に別の例では、図示されるように、第１の流体ポート１２２は、第１の流体ポート１２２の開口部の周りに径方向に配列された複数のリブまたは羽根１２４を有してもよい。図示されるように、各隣接するリブ１２４間には、第１の流体ポート１２２から出る流体の回転を促進する溝が画成されている。流体の流れを渦とすることは、物品を流体分配部材１２０に向かって引き付ける力を高めるのに有益であり得る。例えば、渦は、渦の目の部分に、ベルヌーイ効果によって生じる圧力差を高める低圧区域を生じ得る。
更に図示されるように、流体分配部材１２０は、必要に応じてキャップ１２６を有し得る。キャップ１２６は、ねじ切りされた軸１２８を有し得る。ねじ切りされた軸１２８は、流体分配部材１２０の対応するねじ切りされた部分内に固定され得る。図５Ａに示されるように、キャップ１２６は、プレート１２７の内面１２７ａがリブ１２４と係合するように取り付けられ得る。内面１２７ａをリブに対して締め付けると、全ての流体が、リブ１２４間に画成された複数のチャネルを通って流れるよう強制され、渦の効果が最大になる。図５Ｅに示されるように、キャップ１２６は、リブ１２４とプレート１２７の内面１２７ａとの間に間隙１２９の形成を可能にするよう、第１の流体ポート１２２に対して調節可能に取り付けられ得る。一例では、複数のシムを配置して、間隙１２９を保ちつつ、シムに対してプレートを締め付けるのを可能にしてもよい。間隙を調節することで、第１の流体ポート１２２によって供給される流体の特性を変えることができる。例えば、図示されるように、間隙１２９は、流体の流量を増加させる、流体の速度を低減する、および／または全体的な渦の効果を低減するよう設計され得る。
流体分配部材１２０の例は、物品を流体分配部材１２０から離れる方向に反発させるために流体を供給するよう構成された第２の流体ポート１４０を更に有し得る。第２の流体ポートは様々な構造を有し得る。一例では、第２の流体ポートは、多孔質材料、１以上のアパチャー、ノズル構成等を有し得る。図１〜図６に示されるように、第２の流体ポート１４０は複数のアパチャー１４２を有する。図示されるように、第２の流体ポート１４０は、流体分配部材１２０の中心軸１２１から径方向に配設され得る。例えば、図示されるように、複数のアパチャー１４２は、中心軸１２１の周りに延在する複数の流体アパチャーのリングの形態で配置され得る。また、複数のアパチャー１４２は、ハブとスポークのパターンで径方向に配置されるが、更に別の例では、ランダムまたは所定のパターンのアパチャーが組み込まれてもよい。更に図示されるように、第２の流体ポート１４０は外周ランディング領域１３０ｂに配設されているが、更に別の例では、第２の流体ポート１４０は他の位置に配置されてもよい。
第２の流体ポート１４０を設けることは、物品との初期の相互作用をソフトなものにするクッション領域を設けるのに望ましいものであり得る。第２の流体ポート１４０によって設けられるクッション領域は、物品１１０がまず、流体分配部材１２０からの平衡間隙距離ｄ（図５Ｄ参照）に向かって移動する際の、物品と流体分配部材１２０との不用意な接触の可能性を低減し得る。また、高くなった外周ランディング領域１３０ｂを設けることで、第１の流体ポート１２２のみによって導入される流体によって生じる空気力学的効果による平衡間隙距離を増加させることができる。
第１の流体ポート１２２および／または第２の流体ポート１４０を通って供給される流体を調節して、流体分配部材１２０と物品１１０との所望の相互作用を生じさせることができると考えられる。一例では、第１の流体ポート１２２および／または第２の流体ポート１４０によって供給されている流体の１以上の特性を、移動コマンドおよび／または物品１１０に対する流体分配部材１２０の感知された移動に基づいて、コンピューターによって変えることができる。例えば、物品と流体分配部材との間の距離、速度、加速度または他の特性を監視するセンサが設けられ得る。加えて、またはその代わりに、センサで、温度や表面特性（形状を含む）等といった、物品の実際の特性を監視できる。センサからのフィードバックをコンピューターに送って、第１の流体ポート１２２および／または第２の流体ポート１４０によって供給されている流体の１以上の特性を変えることができる。例えば、ベルヌーイ効果を増加または減少させるために、コンピューターが、第１の流体ポート１２２によって供給される流体を変化させることができる。加えて、またはその代わりに、物品を流体分配部材１２０から離れる方向に反発させる力を増加または減少させるために、コンピューターが、第２の流体ポート１２２によって供給される流体を変化させることができる。
図７は、本発明の態様によるコントローラ１５０の一例の各部の模式図を示す。コントローラ１５０は、近づいてくる物品１１０を感知するよう配置された近接センサ１５２を有し得る。センサ１５２には、コンピューター１５４に信号を送るよう構成されたフィードバック経路１５２ａが設けられ得る。コンピューターは、センサからのフィードバック信号に基づいて、第１の流体圧力ラインＬ１および／または第２の流体圧力ラインＬ２内の所望の圧力を決定できる。次に、コンピューター１５４は、圧力制御装置１５５に適切なコマンドを送ることができる。例えば、コンピューター１５４は、第１の流体圧力ラインＬ１内の圧力を制御するために、第１のコマンド経路１５６ａに沿って第１の流体ポンプまたは圧力調整器１５６にコマンドを送ることができ、且つ／または、第２の流体圧力ラインＬ２内の圧力を制御するために、第２のコマンド経路１５８ａに沿って第２の流体ポンプ１５８に適切なコマンドを送ることができる。第１の圧力ゲージ１５７は、第１の流体圧力ラインＬ１内の流体の圧力を監視して、フィードバック経路１５７ａを介してコンピューター１５４に圧力フィードバックを供給できる。同様に、第２の圧力ゲージ１５９は、第２の流体圧力ラインＬ２内の流体の圧力を監視して、フィードバック経路１５９ａを介してコンピューター１５４に圧力フィードバックを供給できる。コンピューターは、第１の圧力ゲージ１５７および／または第２の圧力ゲージ１５９からのフィードバックに基づいて、制御ループにおいて第１の流体ポンプ１５６および／または第２の流体ポンプ１５８を、対応する圧力ライン内の流体の所望の圧力を達成するよう修正してもよい。第１の流体圧力ラインＬ１および第２の流体圧力ラインＬ２は、第１の流体ポート１２２および第２の流体ポート１４０とそれぞれ連通するよう配置される。従って、コントローラ１５０は、第１の流体ポート１２２および第２の流体ポート１４０によって供給されている流体を変化させるために、これらの圧力ライン内の圧力の変化を促進できる。或いは、１以上の流体ポンプを用いて、１以上の圧力タンクを与圧してもよく、流体圧力ラインＬ１およびＬ２は、コンピューター１５４によって制御される複数の圧力調整器を介して、１以上の圧力タンクと連通していてもよい。
更に別の例では、非接触型操作装置１００は、流体分配部材１２０を支持するよう構成された支持アーム１６０を有し得る。支持アームは、支持アーム１６０を流体分配部材１２０と共に適切に配置するよう構成されたマニホールド（図示せず）または他の支持機構に取り付けられ得る。更に別の例では、流体分配部材１２０は、支持アーム１６０に枢動可能に接続され得る。例えば、図１および図５Ａに示されるように、支持アーム１６０は、流体分配部材１２０の第２の関節面１２３と係合するよう構成された第１の関節面１６２を有し得る。第１の関節面１６２および第２の関節面１２３は、流体分配部材１２０が支持アーム１６０に対して全範囲で枢動するのを容易にする球形のソケットを有し得る。第１の関節面および／または第２の関節面は、枢動の際の抵抗を低減する低摩擦面も有し得る。流体分配部材１２０が物品１１０に対する所望の位置まで自由に回転するよう、球形のソケットは流体分配部材の重心またはその付近に配置され得る。
関節接続を達成するために、流体分配部材１２０は、第１の部分１２０ａおよび第２の部分１２０ｂを有し得る。第１の部分１２０ａおよび第２の部分１２０ｂは、第２の部分１２０ｂのアパチャー１６６および第１の部分１２０ａの対応するねじ切りされたアパチャーにボルト１６４を挿入することによって共に取り付けられる。図１および図５Ｃを参照すると、支持アーム１６０の端面１６３と第１の部分１２０ａの内面１２５との間には、必要に応じて付勢部材１６５が設けられてもよい。支持アーム１６０に対する流体分配部材１２０の枢動を可能にしつつ、流体の漏れを防止するために、付勢部材１６５は、支持アーム１６０の第１の関節面１６２を、流体分配部材１２０の第２の部分１２０ｂの第２の関節面１２３に対して付勢するよう構成される。図示されるように、付勢部材１６５は、シリコーンまたは他の材料のＯ−リングで構成され得る。付勢部材の材料は、具体的な用途に応じて選択され得る。例えば、材料は、移動を容易にするために、より柔らかいものであってもよく、抵抗を大きくするために、より硬いものであってもよい。別の例では、付勢部材は、高温用途のステンレス鋼でできた波形ばね座金で構成され得る。
必要に応じて設けられる付勢部材１６５は、流体分配部材１２０と支持アーム１６０との間の所定の角度方向に流体分配部材１２０を戻すようにも構成され得る。例えば、図５Ｃに示されるように、付勢部材１６５は、流体分配部材１２０を、外面１３０が中心軸１２１に対して略垂直になるように配向するよう構成され得る。流体分配部材１２０は、外面１３０が中心軸１２１に対して垂直にならないように枢動可能である。しかし、一旦解放されると、付勢部材１６５からの力によって、外面１３０が再び中心軸１２１に対して略垂直になるように流体分配部材１２０を再配向できる。
更に、流体分配部材１２０を付勢部材１６５の力に逆らって支持アーム１６０に向かって移動させると、流体分配部材１２０の第２の関節面１２３と支持アーム１６０の第１の関節面１６２との係合が解除されるよう構成され得る。例えば、物品１１０が流体分配部材１２０に向かって加速した場合には、付勢部材１６５が圧縮し、流体分配部材１２０が支持アーム１６０に対して相対的に移動するのを可能にして、第２の関節面１２３と第１の関節面１６２との係合が解除されるようにしてもよい。流体分配部材１２０が支持アーム１６０に対して相対的に移動するのを可能にすることにより、物品１１０と流体分配部材１２０との不用意な係合の防止を補助できる。
更に別の例では、付勢部材１６５を有しない非接触型操作装置１００を設けることも可能である。そのような例では、プレナム１７３内の流体の圧力が、支持アーム１６０の第１の関節面１６２を流体分配部材１２０の第２の関節面１２３に対して付勢するよう作用し得る。
図４および図５Ａ〜図５Ｅに示されるように、一例では、支持アーム１６０は、第１の流体ポート１２２と連通した少なくとも１つの第１の流体チャネル１７０を有し得る。第１の流体チャネル１７０は、第１の流体圧力ラインＬ１と第１の流体チャネル１７０とを連通させる連結部（図示せず）を係合させるよう構成された端部１７１を有し得る。第１の流体チャネル１７０は、支持アーム１６０と流体分配部材１２０との間に画成されたプレナム１７３（図５Ｂ参照）を介して第１の流体ポート１２２と連通したもう一つの端部１７２を有し得る。従って、本発明の例では、流体を、支持アーム１６０を少なくとも部分的に通って伸びる第１の流体チャネル１７０を介して、第１の流体ポート１２２に供給できる。流体チャネルは、様々な位置に配置される単一または複数の流体チャネルで構成され得る。図示されている例では、第１の流体チャネル１７０は、中心軸１２１に沿って配設された単一のチャネルで構成されている。
支持アーム１６０は、第１の流体チャネル１７０に加えて、またはその代わりに、少なくとも１つの第２のチャネルを有し得る。少なくとも１つの第２のチャネルは、単一または複数のチャネルで構成され得る。例えば、図４および図５Ａ〜図５Ｅに示されるように、少なくとも１つの第２のチャネルは、第２の流体ポート１４０と連通して配置されるよう構成された４つのチャネル１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄで構成され得る。図示されるように、各４つのチャネル１８０ａ〜１８０ｄは、中心軸１２１の周りに等間隔で配置された複数のチャネルのアレイとして、互いに略同一であり得る。図示しないが、これらのチャネルは異なる構成を有してもよく、且つ／または、互いに異なっていてもよい。更に、これらのチャネルは中心軸の周りに不均等に配分されていてもよく、更に別の例では、中心軸１２１に沿って延在していてもよい。
次に、第２の流体チャネル１８０ａについて説明するが、この説明は、図示されている同一の第２の流体チャネル１８０ｂ〜１８０ｄの説明でもあり得ることを理解されたい。図５Ｂに示されるように、第２の流体チャネル１８０ａは、第２の流体圧力ラインＬ２と第２の流体チャネル１８０ａとを連通させるために連結部（図示せず）を係合させるよう構成された端部１８１ａを有し得る。従って、単一の第２の圧力ラインＬ２を、各第２の流体チャネル１８０ａ〜１８０ｄを均等に与圧するよう構成できる。図５Ｂに更に示されるように、第２の流体チャネル１８０ａは、支持アーム１６０の第１の関節面１６２を通って開口したもう一つの端部１８２ａも有し得る。従って、第２の流体チャネル１８０ａは、支持アーム１６０の第１の関節面１６２を通って延びるよう構成され得る。図５Ｂに更に示されるように、流体分配部材１２０は、第２の流体チャネル１８０ａと第２の流体ポート１４０の後側のリングチャンバ１８６とを連通させる流体チャネル１８４も有し得る。図示されるように、各第２の流体チャネル１８０ａ〜１８０ｄは、流体分配部材１２０の第２の関節面１２３を通る対応する流体チャネル１８４と連通できる。
支持アーム１６０は、第１の流体チャネル１７０および第２の流体チャネル１８０ａ〜１８０ｄに加えて、またはその代わりに、少なくとも１つの第３のチャネルも有し得る。第３の流体チャネルは、例における第２の流体ポート１４０を有しない第２の流体チャネルであると考えることができる。
少なくとも１つの第３の流体チャネルは、単一または複数のチャネルで構成され得る。例えば、図４および図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、少なくとも１つの第３の流体チャネルは、係止装置１９５と連通して配置されるよう構成された４つの第３の流体チャネル１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄで構成され得る。図示されるように、各４つの第３のチャネル１９０ａ〜１９０ｄは、中心軸１２１の周りに等間隔に配置された複数のチャネルのアレイとして、互いに略同一であり得る。図示しないが、これらのチャネルは異なる構成を有してもよく、且つ／または、互いに異なっていてもよい。更に、これらのチャネルは中心軸の周りに不均等に配分されていてもよく、更に別の例では、中心軸１２１に沿って延在していてもよい。
次に、第３の流体チャネル１９０ａについて説明するが、この説明は、図示されている同一の第３の流体チャネル１９０ｂ〜１９０ｄの説明でもあり得ることを理解されたい。図６Ａに示されるように、第３の流体チャネル１９０ａは、第３の流体圧力ラインＬ３と第３の流体チャネル１９０ａとを連通させるために連結部を係合させるよう構成された端部１９１ａを有し得る。従って、単一の第３の流体圧力ラインＬ３を、各第３の流体チャネル１９０ａ〜１９０ｄを均等に与圧するよう構成できる。図６Ａに更に示されるように、第３の流体チャネル１９０ａは、支持アーム１６０の第１の関節面１６２を通って開口したもう一つの端部１９２ａも有し得る。従って、第３の流体チャネル１９０ａは、支持アーム１６０の第１の関節面１６２を通って延びるよう構成され得る。図６Ａに更に示されるように、流体分配部材１２０は、第３の流体チャネル１９０ａと係止装置１９５とを連通させるもう一つの流体チャネル１８５も有し得る。図示されるように、各第３の流体チャネル１９０ａは、流体分配部材１２０の第２の関節面１２３を通って開口した対応する流体チャネル１８５と連通できる。更に、係止装置１９５は、流体分配部材１２０を支持アーム１６０に対する所望の角度位置に選択的に係止するよう構成された複数の係合ピンを有し得る。ここで、第３の流体チャネル１９０ａ〜１９０ｄは、対応する係合ピンに動力を与えるよう構成されている。
再び図７に戻ると、コントローラ１５０は、係止装置１９５を係合・係合解除させるようにも構成され得る。例えば、コントローラ１５０は、第３の圧力ラインＬ３内の圧力を調節するために順方向および逆方向に運転可能な第３の流体ポンプ１７４を有し得る。或いは、逆転可能なポンプ１７４は、並列する２つの要素、即ち、制御可能な切替え装置を伴う真空発生器および一方向ポンプ若しくは圧力調整器であってもよい。第３の圧力ゲージ１７５は、第３の流体圧力ラインＬ３内の流体の圧力を監視して、フィードバック経路１７５ａを介してコンピューター１５４に圧力フィードバックを供給できる。コンピューターは、第３の圧力ゲージ１７５からのフィードバックに基づいて、制御ループにおいて第３の流体ポンプ１７４を、流体の所望の圧力を達成するよう修正してもよい。図６Ａおよび６Ｂに示されるように、コントローラ１５０は、第３の圧力ラインＬ３内に負圧を与えるよう、第３の流体ポンプ１７４を逆方向に運転させることができる。図示されるように、この負圧により、係止装置１９５の各係合ピンの係合が解除されて支持アーム１６０の第１の関節面１６２から引き離され、これにより、流体分配部材１２０の支持アーム１６０に対する自由な枢動が可能になる。図６Ｃに示されるように、コントローラ１５０は、第３の圧力ラインＬ３内に正圧を与えるために、第３の流体ポンプ１７４を順方向に運転させることもできる。図示されるように、この正圧により、係止装置１９５の係合ピンが支持アーム１６０の第１の関節面１６２と係合して、流体分配部材１２０が支持アーム１６０に対する所望の角度位置に係止される。
なお、図４〜図６に示されるように、本発明の例は、所望の機能性を有する非接触型操作装置１００を提供するよう構成された流体チャネル１７０、１８０ａ〜１８０ｄ、１９０ａ〜１９０ｄを有し得る。高温のガスを搬送する際には特に問題となり得る流体分配部材１２０の枢動を制限する可能性がある外部ホースをなくすために、これらのチャネルは、図示されるように内部チャネルとすることができる。実際、フュージョン・ドロー法で板ガラスにされる途中の加熱された材料の安定化等といった特定の用途においては、第１の流体ポートおよび／または第２の流体ポートによって放たれるガスは加熱され得る。
次に、図５Ａ〜図５Ｄを参照し、物品１１０を操作する方法について説明する。図５Ａに示されるように、物品１１０を感知するためにセンサ１５２が設けられ得る。第１の圧力ゲージ１５７によって示されるように、第１の流体ポート１２２から出る流体の流れ１１２を最大にして、可能な最大のベルヌーイ効果を提供するために、第１の圧力ラインＬ１は比較的高い圧力で稼動されている。一方、第２の流体ポート１４０から出る流体の流れ１１４最小にして、流体の流れ１１４の反発作用を最小にするために、第２の圧力ラインＬ２は比較的低い圧力で稼動されている。
図５Ｂに示されるように、センサ１５２は、物品１１０が流体分配部材１２０の外面１３０からの距離Ｄ内にあるときに検出できる。それに応答して、図７に示されるように、センサからのフィードバックに基づいて応答するようプログラムされたコンピューター１５４に、フィードバック経路１５２ａに沿って信号を送ることができる。例えば、それに応答して、コンピューターは、第１のコマンド経路１５６ａに沿って信号を送り、第１の流体ポンプ１５６に、第１の圧力ラインＬ１内の圧力を比較的低い圧力に減少させることができる。同時に、コンピューターは、第２のコマンド経路１５８ａに沿って信号を送り、第２の流体ポンプ１５８に、第２の圧力ラインＬ２内の圧力を比較的高い圧力に増加させることができる。図５Ｂの第１の圧力ゲージ１５７によって示されるように、第１の流体ポート１２２から出る流体の流れ１１２を最小にして、最小のベルヌーイ効果を提供するために、第１の圧力ラインＬ１は比較的低い圧力で稼動されている。一方、第２の流体ポート１４０から出る流体の流れ１１４最大にして、流体の流れ１１４の反発作用を最大にするために、第２の圧力ラインＬ２は比較的高い圧力で稼動されている。これにより、流体分配部材１２０に近づく物品１１０にクッション効果が与えられ、物品１１０と流体分配部材１２０との接触を生じ得るベルヌーイ効果による唐突な加速度が防止される。
図５Ｃは、流体分配部材に近づく物品１１０を示す。センサ１５２が、物品１１０が近づいていると判定すると、コントローラ１５０は、第１の流体ポート１２２によるベルヌーイ効果を増加させ、且つ、第２の流体ポート１４０からの反発力を減少させるために、圧力ラインの更なる調節を行わせる。最後に、図５Ｄに示されるように、物品１１０が平衡間隙距離ｄに達すると、ベルヌーイ効果を最大にすると共に反発作用を最小にすることができる。一旦、平衡距離ｄが達成されると、第１の流体ポート１２２から生じる空気が、物品を流体分配部材に向かって引き付けるベルヌーイ効果と流体分配部材から離れる方向に物品を押す反発の空気圧との組み合わせを生じ、平衡距離ｄが与えられる。更に、物品の平衡距離ｄを流体分配部材から更に離れた位置に移動させるために、第２の流体ポートを通して更なる流体が供給され得る。或いは、ラインＬ１を比較的高い圧力に維持しつつ、ラインＬ２を比較的高い圧力で稼動させて、反発力を増加させてもよい。
従って、本発明の複数の態様では、物品１１０が流体分配部材１２０に近づくと、第２の流体ポート１４０からの反発力を増加させることができる。このように反発力を増加させると、正味の吸引力、およびそれに対応する流体分配部材１２０に向かう物品１１０の加速度を低くできる。物品１１０が非接触型操作装置１００との平衡状態に達したら、第２の流体ポート１４０によって供給される流体を減らすかまたは停止させて、反発力を低減することができる。ベルヌーイ効果の性質に起因して、これにより保持がより堅固になり、外力による物品の乱れが少なくなる。本方法の変形として、反発力がベルヌーイ効果の吸引力超えるように第２の流体ポート１４０を通る流体を調節し、非接触型操作装置１００を物品１１０に接近させ、それから徐々に第２の流体ポート１４０を通って供給される流体を減らすことが含まれ得る。一旦、臨界点に達したら、ベルヌーイ部の吸引力は第２の流体ポートの反発力を超え、物品が保持される。第２の流体ポートを加えることにより、ベルヌーイ部の出力を低減して、接触のリスクを最小にすることができる。接触のリスクを最小にして物品１１０を解放するには、これらの方法を逆転させればよい。
所望の空隙を維持するために、第２の流体ポートを用いて外力に対する補償を行うこともできる。必要であれば、ベルヌーイ部をオフにして、反発力を最大にできる（例えば、物品を解放する）。更に別の例では、操作装置１００を移動させることによって物品１１０を移動させる際、物品が装置から引き離されるのを防止するために、より大きな保持力を要する場合には、第１の流体ポートを通る流体を増加させてベルヌーイ効果を高めながら、第２の流体ポートを通る流体を減少させて物品の反発を最小にすることができる。
図８は、支持アーム１６０に対する流体分配部材１２０の所望の角度位置を選択的に維持するよう構成された位置決め部材１７６を有する、非接触型操作装置１００を示す。図示されるように、位置決め部材１７６は、流体分配部材と係合するよう構成された、周知の構成の３つのアクチュエータ１７８（例えば、電子的に若しくは流体で作動される調節ねじ若しくはピストン１７９等）を有し得る。従って、支持アーム１６０に対して流体分配部材１２０を関節接続させるために、コントローラ１５０は、適切な構成要素を用いてアクチュエータ１７９とやりとりできる。一例では、位置決め部材１７６は、係合後に物品１１０を配向するために、流体分配部材１２０を移動させることができる。例えば、スキューを直す場合には、スキューを移動させるか、または適切な位置に配向し直すことができる。別の例では、多段階処理において、物品を固定し直すことなく、物品１１０を様々な向きで処理ツールに向かわせるために用いることもできる。
図９〜図１１は、非接触型操作装置２００の別の例を示す。図示されるように、支持アーム２６０は、第１の関節面２６２および第１の流体チャネル２７０を有する。装置２００は流体分配部材２２０を更に備え、流体分配部材２２０は、第２の流体ポート２４０と連通した第２の流体チャネル２８０を有する。図示されるように、第２の流体ポート２４０は多孔質材料で構成され得るが、更に別の例では他の構成を用いてもよい。本発明の流体分配部材１２０、２２０の全ては、支持アーム２６０に対する流体分配部材２２０の関節接続を可能にする円錐形の領域（例えば、図９の２２４を参照）を更に有し得る。図１１Ａに示されるように、付勢部材２６５を圧縮するために、第１のベルヌーイ・インサート２７０およびアダプタ・インサート２７２が凹部に挿入され得る。付勢部材２６５は、第２の関節面２２３に対して第１の関節面２６２を押し付けるよう構成される。例えば、支持アームと流体分配部材２２０との接合部における重心の調節を補助するために、バランス調整ねじ２２５も設けられ得る。
更に、図１１Ｂに示されるように、関節面の係合を解除するために、流体分配部材２２０が支持アーム２６０に対して相対的に移動するのを可能にするために、付勢部材２６５を圧縮できる。係合の解除に備えることは、物品と流体分配部材２２０との不用意な接触を防止する補助となる。
非接触型操作装置２００は、支持アーム２６０に対する流体分配部材２２０の角度位置を係止するよう構成された係止装置２９５を更に有し得る。係止装置は、支持アーム２６０に取り付けられた筐体２９７と、筐体内に調節可能に配置されたピストン２９６とを有し得る。ピストンは、流体によって作動され、筐体から延出して流体分配部材２２０と係合するよう設計される。一旦係合したら、流体分配部材２２０は適切な位置に係止される。
動作においては、所望のベルヌーイ効果を提供するために、第１の流体ポート２２２を通して流体が供給され得る。また、物品を流体分配部材２２０から離れる方向に反発させるために、第２の流体ポート２４０を通して流体が供給され得る。従って、所望の平衡間隙を設けるための、これらの力のバランスが存在し得る。更に、装置１００と同様に、装置２００は、コントローラによって、物品が流体分配部材と係合する可能性を最小にするよう操作可能である。
図示されるように、非接触型操作装置１００、２００は、単一の流体分配部材および支持アームを備える。更に別の例では、２つ以上の流体分配部材および支持アームが用いられ得る。例えば、複数の流体分配部材/支持アームのアレイ（例えばマトリクス等）が用いられ得る。そのような例では、アレイは、内側および外側に同時に移動されるよう、または独立して移動されるよう設計でき、物品（例えば、シート）を異なる方法で押したり引いたりできる。例えば、形成中に、ガラスに縦方向の湾曲を与えてシートを硬化させる、振動を低減する等のために、複数の装置のアレイは、フュージョン・ドロー部から出てくるガラスのシートを押したり引いたりするよう設計され得る。本装置は、板ガラスのスコアリングおよび折り取りの際に、板ガラスの中ほどを安定させるため、および帯状ガラスから分離された板ガラスを取り除くためにも用いられ得る。
本発明による装置は、高温用途に耐えるよう設計されたステンレス鋼または他の材料で作られ得る。更に別の例では、本装置は、用途に応じて、様々な樹脂、ポリマー、複合材料等の他の材料で作られ得る。更に、構成要素の全てまたは一部は、ステレオリソグラフィや直接金属レーザ焼結法等の付加的なプロセスによって製造され得る。
非接触型操作装置では、様々な流体が用いられ得る。例えば、流体は液体または気体で構成され得る。一例では、流体は空気で構成されてもよく、窒素や他のタイプの気体で構成されてもよい。また、これらの流体は、操作中の物品を汚染しないように扱われ得る。
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変形および変更がなされ得ることは、当業者には自明である。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物に含まれる本発明の変形および変更を網羅することが意図される。
１００、２００ 非接触型操作装置
１１０ 物品
１２０、２２０ 流体分配部材
１２１ 中心軸
１２２、２２２ 第１の流体ポート
１４０、２４０ 第２の流体ポート
１５０ コントローラ
１６０、２６０ 支持アーム
１７０、２７０ 第１の流体チャネル
１７６ 位置決め部材
１８０ｂ〜１８０ｄ 第２の流体チャネル
１９０ａ〜１９０ｄ 第３の流体チャネル
１９５、２９５ 係止装置

Claims (5)

  1. 非接触型操作装置（１００）であって、
    前記操作装置によって操作される物品と流体分配部材（１２０）との間の間隙を維持しつつ前記物品を引き付けるために、流体を供給してベルヌーイ効果を生じるよう構成された第１の流体ポート（１２２）と、前記間隙の維持を補助するために流体を供給するよう構成された第２の流体ポートとを有する前記流体分配部材（１２０）と、
    前記間隙の維持を補助するために、前記物品が前記非接触型操作装置に近づくと、（ａ）前記近づいてくる物品が、前記非接触型操作装置からの第１の所定の距離以内にあるとき、前記第２の流体ポートを通る前記流体の流れを増加させること、および（ｂ）前記近づいてくる物品が、前記非接触型操作装置からの前記第１の所定の距離より小さい第２の所定の距離以内にあるとき、前記第２の流体ポートを通る前記流体の流れを減少させることの少なくとも一方を行うことにより、少なくとも前記第２の流体ポートを通る流体の流れを制御するよう構成されたコントローラと、
    を備え、
    前記第１の流体ポートが、（ｉ）前記流体分配部材（１２０）の中心軸に沿って配設されるか、または（ｉｉ）前記流体分配部材（１２０）の中心軸から径方向に配設され、
    前記第２の流体ポートが、（ｉ）前記中心軸の周りに延在する複数の流体ポートのリング、または（ｉｉ）前記中心軸の周りに延在する多孔質材料のリングで構成されることを特徴とする非接触型操作装置。
  2. 第１の流体チャネルおよび第２の流体チャネルを有する支持アームと、
    前記支持アームに枢動可能に接続された流体分配部材と、
    前記流体分配部材を前記支持アームに対する所望の角度位置に選択的に枢動可能に係止する係止装置であって、前記第２の流体チャネルによって動力を与えられる係止装置とを備えた非接触型操作装置であって、
    前記流体分配部材は、前記第１の流体チャネルと連通した第１の流体ポートを備え、該第１の流体ポートは、前記操作装置によって操作される物品と前記流体分配部材との間の間隙を維持しつつ前記物品を引き付けるために、流体を供給することによってベルヌーイ効果を生じるよう構成されており、
    前記第２の流体チャネル内の負圧が前記係止装置に前記支持アームに対する前記流体分配部材の自由な枢動の解除を可能にさせ、前記第２の流体チャネル内の正圧が前記係止装置に前記支持アームに対して前記流体分配材を所望の角度位置で係止させるように、前記係止装置が前記第２の流体チャンネルによって動力を与えられることを特徴とする非接触型操作装置。
  3. 物品を操作する方法であって、
    第１の流体ポートおよび第２の流体ポートを有する流体分配部材を備えた非接触型操作装置を設ける工程と、
    前記操作装置によって操作される物品と前記流体分配部材との間の間隙を維持しつつ前記物品を引き付けるために、前記第１の流体ポートを通して流体を供給することによってベルヌーイ効果を生じる工程と、
    前記間隙の維持または変更を補助するために、前記物品が前記非接触型操作装置に近づくと、（ａ）前記近づいてくる物品が、前記非接触型操作装置からの第１の所定の距離以内にあるとき、前記第２の流体ポートを通る前記流体の流れを増加させること、および（ｂ）前記近づいてくる物品が、前記非接触型操作装置からの前記第１の所定の距離より小さい第２の所定の距離以内にあるとき、前記第２の流体ポートを通る前記流体の流れを減少させることの少なくとも一方を行うことにより、少なくとも前記第２の流体ポートを通る流体の流れを修正する工程と、
    を備えることを特徴とする方法。
  4. 前記間隙の維持を補助するために、前記第１および第２の流体ポートを通る前記流体の流れの同時の調節を行いながら、前記物品を移動させるために前記非接触型操作装置を移動する工程を更に備えることを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 前記間隙の維持を補助するために流体を供給するよう構成された第２の流体ポートを有する前記流体分配部材（１２０）と、
    前記間隙の維持を補助するために、前記物品が前記非接触型操作装置に近づくと、（ａ）前記近づいてくる物品が、前記非接触型操作装置からの第１の所定の距離以内にあるとき、前記第２の流体ポートを通る前記流体の流れを増加させること、および（ｂ）前記近づいてくる物品が、前記非接触型操作装置からの前記第１の所定の距離より小さい第２の所定の距離以内にあるとき、前記第２の流体ポートを通る前記流体の流れを減少させることの少なくとも一方を行うことにより、少なくとも前記第２の流体ポートを通る流体の流れを制御するよう構成されたコントローラと、
    を更に備えることを特徴とする請求項２記載の非接触型操作装置。
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