JPH05253470A - 空中音響浮揚の装置及び方法 - Google Patents

空中音響浮揚の装置及び方法

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JPH05253470A
JPH05253470A JP3315516A JP31551691A JPH05253470A JP H05253470 A JPH05253470 A JP H05253470A JP 3315516 A JP3315516 A JP 3315516A JP 31551691 A JP31551691 A JP 31551691A JP H05253470 A JPH05253470 A JP H05253470A
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JP
Japan
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sample
acoustic
levitation
gas
levitating
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JP3315516A
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English (en)
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Charles A Rey
エイ．レイ チャールス
Dennis R Merkley
アール．マークリー デニス
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Intersonics Inc
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、空力学と音響技術の特別な組合せ
を使用することにより物体を浮揚できるようにした。 【構成】 音源１０及び音源１２は、軸Ｘに沿って反対
方向に強い音響の柱をつくる。これら音源１０，１２は
共通発振器１８及び増幅器２０に接続し、同一周波数で
音響を生成する。各音源は、発振器１８からの信号を受
信する複数の圧電ウェーハ１１を含み、凹形の放射器１
４，１６に留めてある円筒形ロッドあるいはピストン１
３に圧着されている。圧電ウェーハ１１は、力の高いレ
ベルで広がったり縮んだり、あるいは振動し、ロッド１
３及び放射器１４あるいは放射器１６の振動を起こす。
音源１０及び１２が同一周波数で駆動されるとき、相互
に作用するビームの間に干渉する波形パターンが創出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体を空中浮揚する装
置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりさまざまなタイプの音響及び他
の非接触浮揚技術がよく知られている。調整室を使用す
る音響浮揚は、米国特許第３，８８２，７３２及び４，
０５４，１８１号に記述されている。一つの音束が小さ
な反射器の方向に向けられている音響浮揚は、米国特許
第４，２８４，４０３号に記述されている。米国特許第
５，０３６，９４４号は、同一の周期で駆動される一対
あるいは複数の対の向き合う音源間に物体が懸下される
音響浮揚の方法及び装置を記述している。地上における
音響浮揚技術は、特に浮揚された物体が高密度である場
合には、重力の存在のためにあまり効率がよくない。音
響力はかなり弱く、必要な高音圧レベルを生成すること
は困難である。さらに、高密度音の発生は浮揚にとって
大変不利な音響歪を起こす結果となる。物体が加熱され
たり、あるいは冷却される場合には、この歪はさらにひ
どくなる。ガス気流を使用して既知の物体を浮揚させる
と、持ち上げる力は、音響技術で使用可能な持ち上げる
力よりも大きい。しかしながらこの技術は、過去におい
ては、個体で球状の物体を持ち上げる場合にのみ使用さ
れてきた。液体の場合、あるいは浮揚されている間に溶
解される物体の場合は、その物体は、平になるか、ある
いはそうでない場合は変形してしまい、その材料はガス
流からはみ出してしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実に鑑
みなされたものであり、空力学と音響技術の特別な組合
せを使用することにより物体を浮揚できるようにした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、試料
の重量の大部分を持ち上げるための上向きに軸に沿った
ガス集中流を向けるガス浮揚装置及び同軸から離れて試
料の運動を保持するために物体に音響位置決め力として
作用する音響装置により特徴付けられた、重力の影響下
で接触せずに個体の表面に接触せずに物体を懸下するこ
とを特徴としている。請求項２の発明は、同物体にある
いは同軸に対して斜めに向けられた音響装置が一対の干
渉音源であるということを特徴としている。請求項１２
の発明は、試料を持ち上げる力を生成するのに十分な上
向きのガスの流れを試料に対して用い、またガス流内に
物体を位置させるために試料に対して音響力を用いるこ
とを特徴としている。
【０００５】
【作用】本発明に係る空中音響浮揚の装置及び方法にお
いては、ガス気流が物体の近傍から向けられ、重力下で
の物体の重量に対抗して１次の上向きのあるいは垂直な
持ち上げる力を生成する。また、音響力が使用され、そ
のガス気流に起因した不安定状態に打ち勝つのに十分な
力で物体を所定の位置に保持する。
【０００６】
【実施例】図１は、米国特許第５，０３６，９４４号に
詳述されているように、共通軸Ｘに沿って互いに相手に
向かって音響を十分に発生させる音響放射面１４及び１
６を有する一対の向き合う音源１０及び１２を図示す
る。音源１０及び１２は、圧電気または磁気歪、あるい
は従来の音声コイルなどの電気機械駆動体を含む個体ピ
ストンタイプの音源である。音源１０及び音源１２は、
軸Ｘに沿って反対方向に強い音響の柱をつくる。これら
音源１０，１２は共通発振器１８及び増幅器２０に接続
し、同一周波数で音響を生成する。各音源は、発振器１
８からの信号を受信する複数の圧電ウェーハ１１を含
み、凹形の放射器１４，１６に留めてある円筒形ロッド
あるいはピストン１３に圧着されている。圧電ウェーハ
１１は、力の高いレベルで広がったり縮んだり、あるい
は振動し、ロッド１３及び放射器１４あるいは放射器１
６の振動を起こす。音源１０及び１２が同一周波数で駆
動されるとき、相互に作用するビームの間に干渉する波
形パターンが創出される。図１は、音源１０からの音
波、及び音源１２からの同一波長の音波を図示する。こ
の二つの音波は、軸Ｘに沿ったある点で干渉し、互いに
強化し合い、低音圧のノード（波節）２６を生成する。
このノード２６は、各半波長の位置に現れ、そこに固形
あるいは液状の物体を浮揚するエネルギーのくぼみを限
定する。このノードあるいはエネルギーのくぼみ２６
は、物体２８を軸方向また放射状の両方に保持あるいは
収容する合力を生成する。位相移動及びレベル制御器３
４，３６は、もう一方に比例して片方の音源の位相を変
えるために、増幅器のどちらか一方あるいは両方に接続
している。共通制御器３８は、両音源間でのエネルギー
のくぼみ２６の正、負あるいはゼロ変化を生成するため
に調整されることがある。この調整により、軸Ｘに沿っ
たエネルギーのくぼみ２６の位置及び物体の動きが対応
して変化する。図２は、本発明の空中音響浮揚装置を図
示する。圧力調整器５２を有する圧力タンク５０などの
圧縮ガス源が、ニードル弁５６を有する一本の出力線５
４に接続している。ガスの制御された量が、適切な大き
さの穴を通って通過する。この穴は今度は放出口６２を
有する一本の直立した放出管６０に接続している。放出
管６０の放出口６２からガスが放出する。この放出管６
０は、そこに試料としての物体６４が懸下あるいは浮揚
される浮揚区域に対して向けられている。この物体６４
は、電気的に導体あるいは不導体である材料で構成され
ていることがある。一般には、垂直軸に対して斜めに配
置された一本あるいは複数のガス気流あるいはジェット
で物体を浮揚することが可能であるが、ガス流は垂直軸
に沿って向けることが好ましい。このガス気流の速度
は、所望の浮揚の度合を保持するように調整すること、
またノズルからの距離を調整することが可能である。薄
い層状あるいはジェット状のガス流を使用する。薄い層
状のガス流の場合は、放出口６２の直径はその物体の直
径よりも大きく、そのガス流は側方保持力が少ししかな
いかまたは全然ない上向きの浮揚成分を生成する。ジェ
ット状のガス流の場合は、ジェットの直径は浮揚される
物体よりも小さく、そのジェットの流れはその物体の周
囲のガスの流れによる横方向の安定の度合と同様な上向
きの浮揚成分を生成する。特にガス浮揚の軸に対して直
角に、物体を安定した位置に保持するために、音響浮揚
位置決めを行う。これは、図１に図示する装置において
望ましい。二対の向き合っている音源６６，６８が、浮
揚区域あるいは懸下された物体に対して向けられてい
る。これら音源６６，６８は、互いに直角に配置されて
いて、それぞれの放射軸が共通平面内に存在するように
して、等しく離れて置かれている。放射の軸は、強力な
横方向の位置決め力を生成するように、水平な平面内に
存在している。物体を監視しかつ各種の機能を可能にす
るように、ビデオスキャナあるいは他のセンサ７０が物
体に対して向けられている。この機能には、位置、回
転、温度、動き、位相変化、形状あるいは他の特性が含
まれる。さらに、物体の回転を最小にするまたは制御す
る目的でその物体に回転力を与えるため、あるいは回転
を生成するために位相移動制御器７２を使用することが
可能である。音響場は、物体に対して均一な保持力を作
用する。これにより、浮揚された液体に対してより安定
した形状をもたらすことになる。リーザ７４あるいは他
の既知の加熱器などの熱源が、物体の加熱あるいは溶融
に使用することが可能である。図３は、三軸音響位置決
め装置を組み合わせたガス浮揚装置を図示する。向き合
う対の音源は、それぞれ音源８０，８２及び８４で図示
されている。この音響装置は、中心の物体８６に対して
直角の軸に沿って配置されている。この配置が、物体８
６の周りに音響力の均一な分布を生成し、また水平軸に
沿ったある度合の浮揚及び抑制を生成する。しかしなが
ら、その物体の重量の大部分はガス流により支えられる
ことが望ましい。加熱器８８は、ガス供給線に設置す
る。ガスを予熱することにより、効率及び安定性が改善
する。温度は、摂氏１００から１５０度また６００度ま
であるいはそれ以上がよい。上向きの浮揚を生成するた
めの空気流を使用すると、物体を所定の位置に保持する
ために必要な音響力の度合が減少する。非常に高圧レベ
ルでの音響の発生及び取扱いの問題は、非常に緩和され
た。中密度から高密度の物体は、単一事前方のみに関連
した問題及び制限なく、地球の重力中で浮揚される。ま
た、液体の安定ガス浮揚が創出された。これは、従来は
創出が非常に困難であるか、あるいは不可能であるとさ
れていたものである。示した装置の代わりに、音響位置
決め装置の他の既知のタイプを使用することもある。こ
れには、単一の音源に対して定常波あるいは単一あるい
は複数の反射表面を使用する同調キャビティ技法が含ま
れる。加熱及び冷却中での物体の周りの安定ガス流の使
用は、それぞれ有効である。物体の加熱は、その物体の
周りのガスを不均一に加熱する結果となる。物体の周り
の正のガス流を使用すると、その物体の周りにより均一
な温度環境を作成し、またより効果的な音響位置決めを
計算に入れることができる。図４は、三本の直角軸に沿
って配置された位置センサ９０，９２及び９４を含む制
御系を概略に図示する。三個の位置センサ９０，９２，
９４がプロセッサ９６に接続していて、形状の変化ある
いは物体の動きを測定する。動作弁１００に接続してい
る独立した制御器９８は、ノズル１０２を通してガス流
を調節する。この制御器９８は、プロセッサ９６に情報
の提供をもする。この制御器９８は、物体１０３の所望
の位置及び形状を保持するために使用する。位置センサ
９０，９２，９４から受け取った情報は、さまざまな方
法に使用される。軸に沿ったあるいは軸から離れる物体
のゆっくりした移動は、その物体の位置を感知すること
により修正することが可能であり、つぎに相対位相ある
いは適正な音源の強度を調整して、物体を所望の位置に
戻すことが可能である。浮揚された物体が溶融した場合
は、その物体は平らな形状になることが多い。このよう
な事態には、音源の濃度を増加させて圧迫を強化する。
さらに、ガスの流量を強力に減少させて変形物体の形状
を補整し、所望の位置に物体を保持する。本発明は、地
球の重力で高温での高密度の物質の容器無し処理に成功
裏に使用されてきた。例えば、酸化アルミニウム（Ａ１
２０３）の物体は、安定的に浮揚され、加熱され、また
摂氏２４００度までの温度で、あるいは融点を約摂氏３
５０度越えて溶融された。また、酸化アルミニウムが約
摂氏１７２５度まで、あるいは凝固前に融点以下約摂氏
３２５度も過冷却された。
【０００７】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る空中音
響浮揚の装置及び方法では、ガス気流が物体の近傍から
向けられ、重力下での物体の重量に対抗して１次の上向
きのあるいは垂直な持ち上げる力を生成する。また、音
響力が使用され、そのガス気流に起因した不安定状態に
打ち勝つのに十分な力で物体を所定の位置に保持すると
いう優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と連結して使用することがある音響浮揚
装置の概略図である。
【図２】本発明の空中音響浮揚装置の一つの形の概略図
である。
【図３】本発明の浮揚装置の別の形の概略図である。
【図４】本発明に使用することがある制御系の概略図で
ある。
【符号の説明】
（１０）・・・音源 （１２）・・・音源 （２８）・・・物体

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料の重量の大部分を持ち上げるための
    上向きに軸に沿ったガス集中流を向けるガス浮揚装置及
    び同軸から離れて試料の運動を保持するために物体に音
    響位置決め力として作用する音響装置により特徴付けら
    れた、重力の影響下で接触せずに個体の表面に接触せず
    に物体を懸下するための浮揚装置。
  2. 【請求項２】 同物体にあるいは同軸に対して斜めに向
    けられた音響装置が一対の干渉音源であるということを
    特徴とする請求項１記載の浮揚装置。
  3. 【請求項３】 音源が向き合っており同一の周波数にて
    動作するということを特徴とする請求項２記載の浮揚装
    置。
  4. 【請求項４】 音源が放射軸を共通平面内に有すること
    を特徴とする請求項２記載の浮揚装置。
  5. 【請求項５】 音源が放射軸を多数の平面内に有するこ
    とを特徴とする請求項２記載の浮揚装置。
  6. 【請求項６】 三組の向き合った音源が使用され、それ
    ぞれ別個の放射の共通軸を有し、各共通軸は直角に配置
    された三組の軸であることを特徴とする請求項２記載の
    浮揚装置。
  7. 【請求項７】 試料に接触する以前にガスを加熱するた
    めの手段によりなることを特徴とする請求項１記載の浮
    揚装置。
  8. 【請求項８】 試料の位置を検出するために検出器が使
    用されることを特徴とする請求項１記載の浮揚装置。
  9. 【請求項９】 試料に回転力を与えるための手段を含む
    音響浮揚器であることを特徴とする請求項１記載の浮揚
    装置。
  10. 【請求項１０】 試料の位置を変更するための音響手段
    を含む音響装置であることを特徴とする請求項１記載の
    浮揚装置。
  11. 【請求項１１】 試料を加熱するための手段からさらに
    成り立っていることを特徴とする請求項１記載の浮揚装
    置。
  12. 【請求項１２】 試料を持ち上げる力を生成するのに十
    分な上向きのガスの流れを試料に対して用い、またガス
    流内に物体を位置させるために試料に対して音響力を用
    いることを特徴とする重力の影響の下で試料の安定浮揚
    ための方法。
  13. 【請求項１３】 試料は浮揚されている間に加熱されま
    た溶融されることを特徴とする請求項１２記載の安定浮
    揚ための方法。
  14. 【請求項１４】 試料に対するガス流量は、物体が加熱
    及び溶融される間に、変化することを特徴とする請求項
    １２及び請求項１３記載の安定浮揚ための方法。
  15. 【請求項１５】 試料の回転あるいは他の運動を制御す
    るために、音響力がさらに使用されることを特徴とする
    請求項１２、請求項１３記載及び請求項１４記載の安定
    浮揚ための方法。
  16. 【請求項１６】 溶融した試料の形状を制御するため
    に、音響力がさらに使用されることを特徴とする請求項
    １３あるいは請求項１４記載の安定浮揚ための方法。
JP3315516A 1990-11-05 1991-11-01 空中音響浮揚の装置及び方法 Pending JPH05253470A (ja)

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US07/608,995 US5096017A (en) 1986-03-24 1990-11-05 Aero-acoustic levitation device and method
US07/608,995 1990-11-05

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JPH05253470A true JPH05253470A (ja) 1993-10-05

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EP (1) EP0484734A3 (ja)
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