JPH11301832A

JPH11301832A - 浮揚装置

Info

Publication number: JPH11301832A
Application number: JP11169998A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Suzuki; 成一郎鈴木; Akihira Morishita; 明平森下; Koji Kawachi; 幸二河内
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】従来は、使用電力が少なく、構成が簡易であ
り、浮揚距離の大きな、発生騒音の小さい音響波による
物体の浮揚装置がなかった。【解決手段】音響共鳴管１を用いて、容易に入手できる
音響エネルギ発生手段２からの音響エネルギを増幅させ
る。音響共鳴管１の上部には浮揚エネルギ供給板４が取
り付けられており、音響共鳴管１からの音響エネルギに
より、この板４が振動をして被浮揚物体６との間に放射
圧を発生させて浮揚力を得る。共鳴管１の低次の共鳴周
波数を用いた音響エネルギであるために非常に大きな浮
揚力を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響エネルギを用
いて、物体を浮揚させる浮揚装置に係り、特に、薄板で
大面積の材料、例えば半導体工学におけるウェハや、Ｌ
ＣＤや、ステータコイルなどの鉄芯材料などを扱う装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄板形状の大面積構造物を搬送するため
には搬送時の破壊を抑制するための工夫が必要である。
例えば、多くの支持点を設けた治具上に構造物を設置し
て、水平方向に搬送したり、垂直方向に支持して厚さ方
向には撓まないようにする等の構造が多くとられてい
る。

【０００３】しかしながら、多くの支持点を設けた治具
を用いた場合には、治具が構造物に接触する部位に過大
な応力が発生し、その接触点にて薄板の破壊、損傷など
が生じる恐れがある。接触部位に過大な応力が発生する
と、例えば、構造物が半導体ウェハである場合には、ウ
ェハ上の集積回路に格子欠陥が発生する可能性が高くな
る。そのために、接触部位には集積回路などが形成され
た製品を用いることができず、歩留まりが悪化するとい
う欠点を有していた。

【０００４】また、構造物を、垂直方向に支持する場合
においても支持用の治具が必要となり、前述した様に、
支持部位に過大な応力が発生するという欠点を有してい
た。上述した欠点を克服するために、材料を面全体で支
持する浮揚装置が提案されている。

【０００５】以下に、従来の浮揚装置の構成、動作に付
いて説明する。接触部位における応力発生を抑制するた
めに、従来は、構造体の面全体を支持する専用の筐体を
設け、その筐体を浮揚させる手段を用いていた。また、
浮揚手段としては、（１）筐体側から基板に向けて空気
を噴出させて、その噴出力と重力とを釣り合わせた手法
や、（２）筐体に磁気回路を設けて磁力により筐体を浮
上させる手法が用いられていた。

【０００６】しかしながら、上述したいずれの手法にお
いても、搬送物（構造物）を浮揚させる浮揚エネルギを
得るための専用の回路を、搬送物自体、もしくは搬送物
を載せる治具自体に搭載させる必要があり、さらには、
それらの回路を駆動させるために必要となる空気供給
源、もしくは電源等も必要となってくる。また、それら
の回路等を構成されるために、浮揚体（搬送物）自体の
重量が大きくなり、また、浮揚させるために、高出力の
エネルギ源が、更に必要となる悪循環を招いていた。以
上のような問題点を有する浮揚搬送技術に対して、超音
波エネルギにより浮揚させて搬送させる技術がある。

【０００７】上羽等は、超音波振動子を取り付けた振動
板を、１９ｋＨｚの超音波により直接音響加振させ、振
動板上に置かれた薄板搬送物体を浮揚させることを、
「音波浮揚を利用した非接触物質搬送」（電子情報通信
学会技術研究報告、ＵＳ９３−６７（１９１９−１
１））において示している。

【０００８】さらには、振動板に、搬送方向に進行波を
発生させて薄板構造物を移動させることを、「音波浮揚
を利用した非接触物質搬送−搬送法に関する基本的検討
−」（日本音響学会講演論文集、平成６年１０月３１日
発行、橋本、小池、上羽）において示している。

【０００９】さらには、特開平７−２４２３１７号「物
体浮揚装置を具備した物体搬送装置」、等多数の特許に
より示されている。しかしながら、上記した様な技術に
対しては、以下のような問題を有していた。

【００１０】薄板構造体に音響波を与えるためには超音
波励振手段を用いている。しかし、この超音波励振手段
である超音波振動子を駆動させる発振器には、非常に大
きな電力を出力できる装置が必要である。この電力の大
容量化に併せて電気系統も強化させる必要があるために
周辺装置が大型化するという問題点を有していた。

【００１１】また、超音波振動子、および発振器は、比
較的特殊用途に用いられることから価格が高くなるとい
う欠点もある。一方、音響波による浮揚量は、被浮揚物
体に音圧を与える振動体の振幅に比例する。超音波帯域
のように周波数が高くなると振動体の振幅が小さくな
り、浮揚量が小さくなる。それに伴って、浮揚物体や振
動体には極めて高い平面度が要求されるという欠点も有
していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
様な構成をした従来の浮揚装置では、超音波を用いて被
搬送体を浮揚させて搬送させており、そのため、超音波
振動子を駆動させる発振器には大きな電力が必要となる
という問題が生じていた。同時に電気系統も強化する必
要がある。したがって、浮揚装置以外の周辺装置の補強
が必要となり、浮揚装置本体よりも周辺装置の充実のた
めに、手間とコストとを要する。

【００１３】さらに、浮揚のための振動体と、被浮揚体
とには、高い平面度が要求されるという問題も生じてい
た。そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、共鳴による音響エネルギを用いて構造体を浮
揚させるため、低電力で動作でき、放射騒音を低減し、
また浮揚装置を含めた周辺装置の構成を簡易に、また構
造物の高精度の平面度を不必要とする浮揚装置の提供を
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の浮揚装置は、音響共鳴手段と、前記音響
共鳴手段に設けられ、前記音響共鳴手段に、所定の波長
を持った音を供給する音源と、前記音響共鳴手段に設け
られ、前記音響共鳴手段による音響エネルギが、所定の
物体に供給し、前記物体を浮揚させる浮揚エネルギ供給
手段とから構成される。

【００１５】また、本発明の浮揚装置は、音響共鳴手段
と、前記音響共鳴手段に設けられ、前記音響共鳴手段
に、所定の波長を持った音を供給する音源と、前記音響
共鳴手段に設けられ、前記音響共鳴手段による音響エネ
ルギが、所定の物体に供給し、前記物体を浮揚させる浮
揚エネルギ供給手段とを有する浮揚装置を複数設け、隣
接する前記浮揚エネルギ供給手段が、互いに接続されて
いる。

【００１６】また、本発明の浮揚装置は、可聴音により
音響浮揚を実現するもので、有効に音響エネルギを所定
の方向に放射させるために音響管の共鳴現象を用いる。
可聴音の放射には、通常の聴覚装置に用いられる信号処
理系、増幅系および拡声系を用いるので非常に容易に浮
揚制御系を低コストで実現させることができる。

【００１７】さらに、搬送方向を制御する目的と、制御
時に発生する音を遮音する目的とでダクト筐体を設ける
ことにより搬送制御が可能となり、さらには騒音低減と
防塵とが可能となる。

【００１８】前記音響エネルギ発生手段は、例えば音楽
鑑賞器材に一般に広く用いられている装置をそのまま使
うことができるので非常にコスト効率が良くなる。騒音
の低減は、搬送を兼ねたシールドダクトを用いることに
よりなされる。

【００１９】被搬送物体の取り出し、挿入などのために
必要となる開口窓部からの放射音は、能動的な音響制御
装置による干渉音の制御により、顕著な低減効果を得る
ことができる。浮揚のための音響エネルギ発生手段と、
搬送のための音響エネルギ発生手段とを完全に分離させ
ることにより位置決め制御が可能となり、さらには回転
や曲線追跡も可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の構成を図
面を参照しながら説明する。図１は、本発明の浮揚装置
の第１実施例の斜視図である。音響共鳴管（音響共鳴手
段）１は、中空円筒形状である。スピーカ等により構成
されており、音響共鳴管１に音響エネルギを供給する音
源２は、音響共鳴管１の側面の所定の位置に設けられ
る。また、音響共鳴管１の一端には、共鳴強調用底板３
が設けられる。音響共鳴管１の他端には、共鳴強調用底
板３に対向するように、浮揚エネルギ供給板４が設けら
れる。浮揚エネルギ供給板４上には、たとえばウェハな
どの浮揚体６が配置可能である。

【００２１】音源２には、通常の動電型スピーカを使用
することが一番適当であるが、動電型スピーカでなくと
も、音響エネルギを音響共鳴管１内に入力できれば、例
えばピストン−シリンダ系のような空気圧縮機であって
もよい。

【００２２】また、音源２には、不図示の増幅器が接続
されている。さらに、増幅器には不図示の信号発生器が
接続されている。このような構成からなる第１実施例の
動作について説明する。

【００２３】信号発生器からの信号が、増幅器に入力さ
れる。入力された信号は、増幅器により増幅信号処理が
なされた後、所望のエネルギ量を持った音響エネルギと
して音源２から音響共鳴管１内に放射される。

【００２４】音響共鳴管１は、音源２から放射された、
所定の波長を持った音の音響エネルギを、共鳴によって
増幅する。より具体的には、音響共鳴管１内に入力され
た音源２により生成された音響波は、共鳴強調用底板３
と浮揚エネルギ供給板４との間で多重反射を起こす。音
響共鳴管１内には、音源２から浮揚のための音響エネル
ギが連続的に入力されるので、それまでに入力された音
響波が多重反射をしている波と位相を合わせることによ
り、音響共鳴管１内の音響エネルギを増幅することが可
能となる。

【００２５】そして、音響共鳴管１内に新たに入力され
る音と、既に多重反射を起こしている音響波との位相を
合わせるためには、音響共鳴管１の軸方向の長さＬによ
って決定される共鳴周波数によって、音源２を駆動させ
る。その時の共鳴周波数ｆｎは以下の式（１）のように
して決定される。

【００２６】ｆｎ＝ｃ＊ｎ／２＊Ｌ …（１）ただし、ｎは自然数であり、ｃは音速（ｍ／ｓ）であ
る。通常は、周波数が高くなるほど周辺環境に吸収され
るエネルギ量が多くなるので、ｎ＝１の基本周波数で駆
動する方がエネルギ放射効率がよい。ただし、ｎ＝１の
場合は、概ね音響共鳴管１の軸方向に対して中央部位
が、節となるモード形態を形成している。そのため音源
２の設置位置は、音響共鳴管１の中央部位以外の例え
ば、共鳴強調用底板３の近傍や、共鳴強調用底板３に直
接取り付けることが好ましい。

【００２７】また、駆動周波数としては、式（１）で決
定される周波数で必ずしも駆動しなくとも良い場合があ
る。それは、音源２に動電型スピーカを用いた時には、
動電型スピーカの膜面の質量ｍと、その膜面を支持する
剛性ｋにより決定されるｆ０周波数と呼ばれる共振の基
本周波数とを利用した駆動によっても、同様に音響エネ
ルギを有効に音響共鳴管１内に発生させることができ
る。ここで、このｆ０周波数とは、以下の式（２）によ
り表すことができる。

【００２８】

【数１】

【００２９】一般的に、ｆ０周波数は、音響共鳴管１の
最低次の共鳴周波数に比べて低い５０〜１００Hzの帯域
に設定されることが多い。そして、このような低い帯域
で、式（１）で決定される最低次の共鳴周波数よりも更
に低い周波数で音響共鳴管１に音響加振を加えると、音
響共鳴管１内の媒体があたかも一体となった大きな呼吸
運動を発生させる。したがって大きな振幅を音響エネル
ギ供給板２に与えることができる。

【００３０】さらには、音源２の振動の固有周波数と一
致させることも音響エネルギを増幅させる手段として有
効である。音響共鳴管１により増幅された音響エネルギ
は、音源２を加振する。本発明の基本原理は、従来の発
明で示した文献でも述べているように、振動する板と、
被搬送体との間で生じる放射圧により発生する浮揚力を
用いて浮揚させることである。

【００３１】したがって、音源２は、できるだけ大きな
振幅で動いて放射圧が発生することが望ましい。そのた
めには浮揚エネルギ供給板４は、厚さが１ミリ以下の薄
板であり、かつ平面度のよい平滑な材料を選択する必要
がある。

【００３２】さらには、共鳴強調用底板３は、音響共鳴
管１内の音響エネルギが散逸しないように、頑丈で、か
つ完全反射の状態を実現できる板を用いる。音響共鳴管
１内の音響エネルギにより駆動周波数で振動している浮
揚エネルギ供給板４上には被浮揚物体6 が載せられてい
る。そして、振動している浮揚エネルギ供給板４と被浮
揚物体６との間に放射圧により発生する浮揚力が作用す
ることにより浮揚する。この時には放射圧が被浮揚物体
６に一様に作用する必要があるために、両者の平面度は
良好である必要がある。放射圧を被浮揚物体６に一様に
作用させるためには周波数の選定にも注意する必要があ
る。すなわち、図１２に示されるように、例えば浮揚面
（浮揚エネルギ供給板４）に、互いに逆相となる音圧が
作用するモードに対しては、図１３に示すように、被浮
揚体６も逆相に動くために放射圧の位相も逆相となる。
その結果として、浮揚力が打ち消し合ってしまう。この
現象は、周波数が高くなるほど発生する度合いが高くな
る。したがって、有効な浮揚力を得るためには、音響共
鳴管１の断面方向の音響モードが駆動する周波数範囲で
は発生しないように音響共鳴管１の断面寸法を決定す
る。

【００３３】このように形状を設定することにより、多
くの音響モードが発生することによる拡散音場状態を避
けることができ、より有効に音響エネルギを発生させ、
効率よく音響エネルギを増幅することができる。

【００３４】その結果、浮揚体６に対して十分な浮揚力
を得ることができる。具体的には断面が矩形の音響共鳴
管１に対しては、その長手方向の寸法をｂとすると断面
方向の音響モードが発生する周波数ｆｂは、以下に示す
式（３）のように設定できる。

【００３５】ｆｂ＝ｃ／２ｂ …（３）また、音響共鳴管１の断面が円形である場合には、その
半径をｒとすれば断面方向の音響モードが発生する周波
数ｆｒは、以下に示す式（４）のように表せる。

【００３６】ｆｒ＝０．２９８・ｃ／ｒ …（４）ここでｃは音速である。以上の式（３）、（４）によっ
て決定される周波数よりも低い周波数を、浮揚エネルギ
供給板４を駆動する周波数として設定する方がより高い
浮揚距離を得ることができ、性能向上をはかることがで
きる。

【００３７】なお、図１では共鳴強調用底板３が取り付
けられているが、開放状態であってもインピーダンス不
整合による多重反射の発生は可能であるので、共鳴強調
用底板３は外した状態であっても同様の効果を得ること
ができる。

【００３８】次に、本発明の第２実施例の構成に付い
て、図２を参照して説明する。尚、以下の各実施例にお
いて、第１実施例と同一構成要素は同一符号を付し、重
複する説明は省略する。

【００３９】第２実施例の特徴は、音響共鳴管１内にセ
ンサ１０を設け、所望の音響エネルギを発生させること
である。図２は、浮揚装置の第２実施例の構成図であ
る。

【００４０】音響共鳴管１内にセンサ１０を設ける。セ
ンサ１０によって検知された信号は、センサ１０に接続
される内部監視装置１１に送られる。内部監視装置１１
からの信号により、内部監視装置１１に接続される音響
信号出力装置１２が音響エネルギ発生手段２に所望の信
号を送信する。

【００４１】また、浮揚体６上方には、距離センサ１３
が配置される。距離センサは１３は、不図示の固定手段
によって位置が固定されている。距離センサ１３は、距
離センサ１３と浮揚体６との距離を測定する。

【００４２】このような構成からなる第２実施例の動作
について説明する。浮揚距離は、浮揚エネルギ供給板４
から供給されるエネルギに依存する。したがって浮揚距
離を一定に保ちたい場合には、音響エネルギを監視し
て、供給される信号を随時制御する必要がある。

【００４３】具体的には、センサ１０により測定される
音響共鳴管１内の音響エネルギを測定する。測定された
音響エネルギが所望の値の範囲内にあれば、音響エネル
ギ発生手段の出力を維持する。音響エネルギが所望の値
の範囲外にあるときには、センサ１０によって検知され
た信号を内部監視装置１１に送る。内部監視装置１１に
は、距離センサ１３によって測定された距離センサ１３
と浮揚体６との距離に対応する信号が供給される。

【００４４】センサ１０と距離センサ１３とから送られ
る信号によって、内部監視装置１１では、音響共鳴管１
内に供給すべき音響エネルギの出力を演算し決定する。
演算された音響エネルギを信号として、音響信号出力装
置１２に送信し、音響信号出力装置１２により音源２か
らの音響出力を制御する。

【００４５】制御については、好ましくは、浮揚体６の
浮揚距離を常に一定に保つような制御がなされる。例え
ば、距離センサ１０から得られる浮揚距離が所望の値よ
りも大きな時には、内部監視装置１１は、音響信号出力
装置１２からの出力信号が小さくなるように制御する。
その時には、音響共鳴管１内の音響状態をセンサ１０に
より、常に、若しくは所定の間隔にて監視して、安定な
浮揚状態が得られるようにする。

【００４６】以上述べたような第２実施例では、音響共
鳴管１内部の音響エネルギの状態を監視することによ
り、浮揚体６の浮揚距離を所望の値に一定に保つことが
できる。

【００４７】また、音響共鳴管１内の音響状態が一定で
あれば、基本的に浮揚体の浮揚量は一定であるため、浮
揚量が安定した信頼性の高い浮揚装置とすることができ
る。次に、本発明の第３実施例の構成に付いて、図３を
参照して説明する。

【００４８】第３実施例の特徴は、複数の浮揚装置を所
定の方向に並べて配置し、浮揚体６を連続して浮揚し、
搬送することである。図３は、浮揚装置の第３実施例の
斜視図である。

【００４９】複数の浮揚装置（例えば、４つの音響共鳴
管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとして示す）を、所定の方
向、例えば搬送経路に従って配置する。各浮揚装置の浮
揚エネルギ供給板４の代わりに、搬送エネルギ供給板５
を配置する。搬送エネルギ供給板５は、浮揚体６が搬送
される搬送路となる。搬送エネルギ供給板５には、各浮
揚装置間にセンサ２０、２１を設ける。センサ２０、２
１によって測定された信号は、エネルギ流制御装置２２
に供給される。エネルギ流制御装置２２は、浮揚装置の
音響エネルギ発生手段に接続される。

【００５０】このような構成からなる第３実施例の動作
について説明する。各音響共鳴管１ａ（１ｂ、１ｃ、１
ｄ）は、浮揚体６が、各音響共鳴管１ａ（１ｂ、１ｃ、
１ｄ）上の搬送エネルギ供給板５を通過するごとに、搬
送方向に進行波が発生するように駆動する。

【００５１】搬送方向に進行波を発生するためには、以
下のような制御を行う。ここで、例えば音響共鳴管１ａ
上に、搬送体６が置かれて搬送エネルギ供給板５を振動
し、搬送体６が搬送されるときの振動エネルギ流の流れ
を、図１４を参照して説明する。

【００５２】音響共鳴管１ａから図中右方向に流れ出る
音響エネルギの流れを７２、左方向に流れ出る音響エネ
ルギの流れを７３とする。同様に、音響共鳴管１ｂから
図中右方向に流れ出る音響エネルギの流れを７５、左方
向に流れ出る音響エネルギの流れを７４とする。

【００５３】この時、搬送エネルギ供給板５の端部に
は、端部により多重反射する音響エネルギ成分７０およ
び７１が発生する。搬送エネルギ供給板５に設けられた
センサ２０と２１とによって、音響共鳴管１ａ、１ｂ間
のエネルギ流が測定される。図中左方向に流れる音響エ
ネルギ流７８、または図中右方向に流れる音響エネルギ
流７９のどちらか一方のみが発生するように、センサ２
０、２１により測定された信号をもとに、エネルギ流制
御装置２２が動作する（図３参照）。

【００５４】この時、図１４におけるエネルギ流７０お
よび７１の矢印先端から伸びる点線矢印部、つまりは、
搬送エネルギ供給板５の端部の反射成分は、音響共鳴管
１によりエネルギが吸い込まれる。これにより、エネル
ギ流は７３から７６へ流れ込むだけの成分を発生して、
その結果、７９だけの進行波成分を発生させる。

【００５５】エネルギ流７５と７７とを用いることによ
り、７８に示す進行波成分を発生させることができる。
音響共鳴管１ｂを音響共鳴管１ａからの振動波の流れ
を、吸音材の様に吸収するように制御することにより、
搬送方向に従った音響エネルギ（搬送のための音響エネ
ルギ）を供給することができる。

【００５６】音響共鳴管１ａと１ｂとの間には、二本の
センサ２０、２１とによって、搬送エネルギ供給板５の
振動エネルギ流を計測している。センサ２０、２１は、
例えば加速度ピックアップなどを用いている。振動エネ
ルギ流は、振動インテンシティの計測手法を用いてい
る。

【００５７】そして、音響共鳴管１間の振動インテンシ
ティをセンサ２０、２１によって観測して、測定結果が
搬送方向に沿った流れになるようにエネルギ流制御装置
２２から信号を供給するように適応制御器で制御させ
る。

【００５８】以上述べた様に第３実施例では、上述した
制御を順次、各浮揚装置に適用することにより、搬送体
６の浮揚と、搬送（移動）とを同時に制御することがで
きる。

【００５９】また、振動インテンシティを用いて、搬送
動作を制御することが可能であるのは、音響共鳴管１の
基本周波数が可聴音の低い周波数帯域を用いているた
め、波長が長く、制御すべきモードが単純であることに
よる。

【００６０】さらに、簡単な構成による動作制御のた
め、制御の容易性がある。また、図３では、搬送方向に
複数個の音響共鳴管１を並べたが、必ずしもこの形に限
定する必要はない。

【００６１】次に、本発明の第４実施例の構成に付い
て、図４を参照して説明する。第４実施例の特徴は、複
数の浮揚装置を放射状に配置し、搬送エネルギ供給板５
に伝達される音響エネルギ量を増加させたことである。

【００６２】図４は、浮揚装置の第４実施例の斜視図で
ある。複数の浮揚装置（音響共鳴管１ａ、１ｂ、１ｃ）
が、互いにできるだけ密になるように円形状に配置す
る。各浮揚装置と一体的に搬送エネルギ供給板５が接続
される。

【００６３】この様な構成からなる第４実施例の動作に
付いて説明する。各音響共鳴管１ａ、１ｂ、１ｃ、…で
共鳴によって増幅された音響エネルギは、搬送エネルギ
供給板５に伝達される。音響共鳴管の数に比例した音響
エネルギが搬送エネルギ供給板５に伝えられるため、搬
送エネルギ供給板５は、搬送エネルギ供給板５上に配置
される浮揚体（不図示）を浮揚、または搬送させる。

【００６４】以上述べた様な第４実施例では、浮揚体の
重量が大きい場合、または浮揚体と搬送エネルギ供給板
５との浮揚距離を大きくしたい場合には、それぞれの場
合に応じた音響エネルギを、音響共鳴管１を複数配置す
ることによって、生成することができるため、好適であ
る。

【００６５】ここで、図中では６つの例を記したが、音
響共鳴管の数量、配置、大きさ（直径、軸方向高さ）
は、適宜変更できることは言うまでもない。次に、本発
明の第５実施例の構成に付いて、図５を参照して説明す
る。

【００６６】第５実施例の特徴は、浮揚体６が、浮揚さ
れ搬送する経路に、シールドダクト２５を覆い、駆動時
の騒音を低減したことである。図５は、浮揚装置の第５
実施例の斜視図である。

【００６７】本発明による浮揚装置では、浮揚エネルギ
供給板４の振動振幅をできるだけ大きくする必要があ
る。そのためには、搬送エネルギ供給板５の板厚が薄く
なり、それに伴い遮音性能が低下して大きな透過音が外
部に放射される。

【００６８】この装置外部に放射される音は、可聴音で
あるので騒音として問題となることがある。このような
場合には、シールドダクト２５により搬送経路を覆うこ
とにより騒音として外部に放射される音のエネルギを遮
断することができる。

【００６９】本発明では、所定の音響エネルギを発生さ
せるために、単一の周波数を用いることから遮音効果を
容易に予想することができる。さらには、音響エネルギ
発生手段２の位置が明確であり、音響エネルギ発生手段
２の架台、若しくは音響共鳴管１への固定を、柔とする
ことにより、固体伝播振動などの二次源による騒音発生
も容易に抑制することができる。

【００７０】第５実施例では、浮揚エネルギ供給板４
は、音響共鳴管１の一端に取り付けられており、浮揚の
ための音響エネルギは、複数配置された音響共鳴管１の
それぞれから、浮揚エネルギ供給板４に放射されてい
る。

【００７１】シールドダクト２５は、特に、音響放射エ
ネルギの著しい浮揚エネルギ供給板４を遮音するように
取り付けられる。浮揚体６は、このシールドダクト２５
内で浮揚動作が行われる。

【００７２】以上述べた様な第５実施例では、浮揚体６
の搬送経路をシールドダクト２５によって覆うことによ
り、浮揚装置の駆動時において発生する騒音を、容易に
抑制（遮音）することができる。また、シールドダクト
２５は、搬送経路の形状によって如何様にも形成するこ
とができるため、困難性なく安定した遮音効果を得るこ
とができる。また、浮揚体６へのゴミなどが付着するこ
との抑制や、浮揚体６に外力が加わり破損することを防
止することもできる。

【００７３】次に、本発明の第６実施例の構成に付い
て、図６を参照して説明する。第６実施例の特徴は、シ
ールダクト内に浮揚エネルギ供給板２６（４）を配設
し、浮揚体６を浮揚、搬送させて、浮揚装置の駆動時に
おける騒音を低減したことである。

【００７４】図６は、浮揚装置の第６実施例の斜視図で
ある。第６実施例の浮揚エネルギ供給板４は、浮揚体６
を浮揚させる役割だけではなく、搬送の役割も担ってい
る。したがって、浮揚エネルギ供給板４は、浮揚搬送エ
ネルギ供給板２６ともなる。そして、浮揚と搬送とを行
うために、図６の場合には、音響共鳴管１の音響特性
と、シールドダクト内の音響特性との二つを考慮する必
要がある。音響共鳴管１からの音響エネルギは、浮揚エ
ネルギ供給板２６を加振する。

【００７５】さらには、所定の方向に配置された複数個
の音響共鳴管１からの放射周波数や振幅、そして、位相
を制御することでシールドダクト２５内に所望の方向へ
搬送するエネルギ流を発生させることができる。

【００７６】浮揚体６の浮揚に使われる共鳴周波数ｆｎ
は、上述した式（１）で導かれた式とは異なる。すなわ
ち、音響共鳴管１の一端が閉じて、他端が開いているた
め、次式の式（５）で決定される。

【００７７】ｆｎ＝Ｃ（２ｎ−１）／４Ｌ …（５）そして、搬送については、図３と同様の考え方により、
音響共鳴器管１の間に生じるエネルギ流を制御すること
によって可能になる。

【００７８】以上のように、第６実施例の構成によれ
ば、シールドダクトとしての効果と、搬送体６が搬送さ
れる搬送方向に音響エネルギを与えるダクトとしての効
果とを、兼用させることができる。つまり、浮揚装置の
駆動時における騒音の低減と共に、音響エネルギの浮揚
体６への伝播手段としても活用できる。

【００７９】また、搬送方向（図中矢印）に、エネルギ
流を与えるには、音響共鳴管１を用いる方法の他に、シ
ールドダクト２５内に別に設けた音響エネルギ発生手段
により進行波を発生させることもできる。

【００８０】次に、本発明の第７実施例の構成に付い
て、図７を参照して説明する。第７実施例の特徴は、シ
ールドダクト２５に搬送方向制御御発生手段２８を設
け、進行波を所望の動作状態に制御したことである。

【００８１】図７は、浮揚装置の第７実施例の斜視図で
ある。搬送方向制御音響発生手段２８が、シールドダク
ト２５の一側面に接触して配置される。シールダクト２
５の一側面（音響共鳴管の一端に対する）に形成された
開口窓部４９については、後述する。

【００８２】シールドダクト２５は、幅、長さ方向の寸
法に比べて、高さ方向の寸法が小さければ、低い周波数
帯域、すなわち高さ方向の音響モードが発生するまでの
帯域では、その幅と長さ方向とだけの音響モードを考慮
するだけで良い。

【００８３】この様な状態であれば、シールドダクト２
５内に、容易に搬送方向へ流れる進行波を生成させるこ
とができる。進行波とは無反射の状態を実現することで
ある。そのため、例えばシールドダクト２５内に吸音材
を貼る。さらには、音響共鳴管１−Ｃを、搬送方向制御
音響発生手段２５からのエネルギ流を取り込んで制御す
ることも可能である。

【００８４】このエネルギ流の制御には、シールドダク
ト２５内に設けられたセンサ２９と、３０を用いる。シ
ールドダクト２５内には、浮揚体の搬送方向に従った音
響流を発生させる必要がある。検知センサ２９と３０に
は、例えば、音響マイクロホンを用いると空間を伝播す
る音響流を、音響インテンシティの形で計測することが
できる。

【００８５】音響インテンシティは、センサ２９、３０
によって測定された信号をもとに、搬送エネルギ制御装
置３１により演算される。そして、音響インテンシティ
が搬送方向に向かうように、搬送方向制御音響発生手段
２８への出力信号を制御する。

【００８６】なお、搬送方向制御音響発生器は単一であ
る必要はなく、図７で示されるように複数個設けるとよ
り有効に進行波を制御することができる。その作動原理
の詳細に付いて、以下に説明する。

【００８７】図８は、一つの音響発生管４０（１）から
発生された音響波が、どのような経路を通って観測面４
１で観測されるのかを示している。矢印４２は音響発生
管１からの直接音と、矢印４３は図中左端からの反射波
と、矢印４４は、図中右端からの反射波とする。破線４
１は、観測点である。

【００８８】このような多重反射波によりシールドダク
ト２５内の音響特性が生成されるため、通常は、一方向
への進行波を生成させることは困難である。ただし、図
８からも分かる様に、図中左端および図中右端からの反
射波が、少ない時には矢印４２で示される一方向進行波
だけであるので一つの音響発生管でも有効に作用する。

【００８９】次に、多重反射波を一方向制御波とする構
成が図９である。音響発生管４５、４６とが複数が設け
られている。音響発生管４５へは音響信号が入力され、
同時に、搬送方向制御器３１へも入力される。音響発生
管４５からの音響波と音響発生管４６からの音響波は、
観測面４１で合成される。このとき、合成される音響波
は、振幅と位相とを考慮した合成波であり、観測面４１
において一方向へ進行する音響波４８が生成される。

【００９０】搬送方向制御器３１に設定される特性Ｇ
は、以下のような特性である。すなわち音響発生管４５
から観測面４１までの伝達関数をＨ１、音響発生管４６
から観測面４１までの伝達関数をＨ２とすれば、Ｇ＝−Ｈ１／Ｈ２ …（６）である。実際の信号処理にはディジタルフィルタの手法
を用いることが可能である。

【００９１】シールドダクトにより本浮揚装置を覆う
と、密閉構造であるので被搬送物の扱い例えば取り出し
や清掃などの際に不便になる恐れがある。そこで、図７
で示される開口窓部４９を設ける。開口窓部４９は、必
要な時だけに作用できるように開閉可能な構造とすれば
開放時の騒音漏洩を最小限にすることができる。

【００９２】開口窓部４９を利用のたびに開閉するのは
煩雑であり、さらには搬送の動作中に開放すると不快な
騒音が漏洩する可能性もある。その場合には図１０（本
発明の第８実施例）で示されるように能動音響信号発生
器５１により開口窓部４９から漏洩する音響成分と逆相
となる音響成分を発生させて、開口窓部４９からの放射
音を低減させる構成にする。

【００９３】この様な構成であれば、常時開口されてい
ても開口窓部４９からの放射音による騒音を抑制するこ
とができる。具体的には、シールドダクト２５内に設け
られた検知センサ５０によりシールドダクト内の音響特
性を検知する。その検知信号は、能動信号演算装置５２
へ入力され、この能動信号演算装置５２は、開口窓部４
９での制御効果を評価する評価センサ５３における音響
信号が最小となるように係数を適応制御して更新させ
る。

【００９４】浮揚エネルギ供給板は、前述したように音
響エネルギ発生手段に応じた共振周波数で駆動させる方
が、多くのエネルギを効率よく利用することができる。
前述した式（１）から分かる様に共鳴周波数は無限に存
在するが、その周波数と搬送エネルギ供給板の共振周波
数とが一致するように駆動すると、より多くの音響エネ
ルギを得ることができ、さらに大きな浮揚量を得ること
ができる。

【００９５】次に、本発明の第９実施例の構成に付い
て、図１１を参照して説明する。第９実施例の特徴は、
浮揚させるための音響波を供給する部位と、搬送させる
ための音響波を供給する部位とを、別別にし、浮揚、搬
送動作を安定させたことである。図１１は、浮揚装置の
第９実施例の斜視図である。

【００９６】搬送エネルギ供給板により浮揚した被浮揚
物体は、進行波の搬送力により搬送されていた。これま
での実施例では、浮揚のための音響波と、搬送のための
音響波とが混合した状態で動作させていたが、本実施例
では、浮揚のための音響エネルギを発生する部位と、搬
送のための音響エネルギを発生する部位とを分離させ
て、より効率の高い装置を提供できる。

【００９７】図１１は、浮揚のための音響エネルギを発
生する部位と、搬送のための音響エネルギを発生する部
位とを分離させた構成である。音響共鳴管１は、被搬送
物体が搬送される搬送方向に順次並べられている。その
音響共鳴管１上には、浮揚エネルギ供給板４が取り付け
られ、この部位から浮揚力を得る。

【００９８】一方、音響共鳴管１の両脇（搬送方向に対
して直交する方向）には、搬送方向に被搬送物体を搬送
させるための力となる進行波を発生する方向制御筐体６
０が設けられる。方向制御筐体６０には、方向制御エネ
ルギ発生手段６１が設けられており、進行波を発生させ
る。進行波の発生については反射が少ない状態であれば
一つの方向制御エネルギ発生手段で充分であり、反射の
顕著な場合には複数個を用いることで最適な進行波を生
成できる。

【００９９】この様な構成では、浮揚力を得るためだけ
に浮揚エネルギ供給板４は用いられるので、搬送方向を
制御する音響波との間のお互いの干渉による悪影響が少
なくなり、より効率の高い搬送が可能となる。

【０１００】ここで、方向制御筐体６０には、進行波を
有効に得るための搬送板６３が取り付けられているが、
必要に応じて、この部位を開放にしても同様に進行エネ
ルギを得ることができる。

【０１０１】また、被浮揚物体の停止位置を制御するた
めには、図１１で示されるように位置制御用遮蔽板６２
を用いる構成とする。例えば、方向制御エネルギ発生手
段６１−ｂだけを駆動した時には、進行波は遮蔽板より
も先には伝播しないために被浮揚物体は、この位置（遮
蔽板）で浮揚したままで停止する。そして方向制御エネ
ルギ発生手段６１−ｂの代わりに方向制御エネルギ発生
手段６１−ａを駆動すれば、同様にして次の遮蔽板の位
置まで移動させることができる。遮蔽板の位置を適宜変
更させることにより任意の位置で停止させることがで
き、搬送物体に対する処理も可能となる。

【０１０２】なお、方向制御筐体６０は、一つに限らず
に二つを図１１で示されるように、音響共鳴管１の両脇
に設置する構成でもよい。さらには、音響共鳴管１の両
脇に置かれた搬送方向制御筐体６０内に発生するそれぞ
れの進行波の発生を制御させることにより、被搬送物体
の回転や曲線を追跡することもできる。

【０１０３】例えば、音響共鳴管１の両脇に置かれた方
向制御エネルギ発生手段６１−ｂと６１−ｃとにおい
て、両者が進行波を発生している時には被搬送物体は、
音響共鳴管１が配置される直線上を進行する。そのとき
に６１−ｃを急に停止させると被搬送物体にはモーメン
トが働いて回転する。また被搬送物体を停止・走行させ
るには方向制御エネルギ発生手段６１からの進行波を互
いに逆方向になるように発生させて力をつりあわせても
よい。例えば、方向制御エネルギ発生手段６１−ｂは、
図示される進行波を発生させ、方向制御エネルギ発生手
段６１−ａは、この進行波の向きとは逆向きに進行波を
発生させる。

【０１０４】この様な構成にすれば進行波エネルギのつ
りあった位置で被搬送物体を速やかに、かつ正確に停止
させることができる。以上のように進行波の発生を搬送
方向に従って制御することでより複雑な経路を搬送させ
ることが可能となる。

【０１０５】次に、本発明の第１０実施例の構成に付い
て、図１５を参照して説明する。第１０実施例の特徴
は、音響共鳴管１の形状をホーン状にし、音響エネルギ
を集中させたことである。

【０１０６】図１５は、浮揚装置の第１０実施例の斜視
図である。音響共鳴管１は、一端の表面面積が、他端の
表面面積よりも小さくし、表面面積が小さい側に、浮揚
エネルギ供給板４を設ける。つまり、音響共鳴管１の外
観は、ホーン形状である。

【０１０７】このような構成であれば、音響共鳴管１内
で発生する音響エネルギを、浮揚エネルギ供給板４に効
率よく供給することができ、音響エネルギの利用効率を
向上させることができる。そのため、同じ質量の浮揚体
を浮揚させるためにも、音響共鳴管１の両端の表面面積
が同一である場合に比べて、入力される音響波のエネル
ギを小さくすることができ、スペース、コスト的にも効
率的である。

【０１０８】次に、本発明の第１１実施例の構成に付い
て、図１６を参照して説明する。第１１実施例の特徴
は、浮揚エネルギ供給板４がスリット状に形成されてい
ることである。

【０１０９】図１６は、浮揚装置の第１１実施例の斜視
図である。音響共鳴管１の一端に設けられる浮揚エネル
ギ供給板４は、スリット状に形成されている。つまり所
定の間隔を持って空隙部を有している。

【０１１０】次に、本発明の第１２実施例の構成に付い
て、図１７を参照して説明する。第１２実施例の特徴
は、音響共鳴管１自体が移動する機構を設けたことであ
る。

【０１１１】図１７は、浮揚装置の第１２実施例の斜視
図である。音響共鳴管１自体を移動させる移動機構３１
が、音響共鳴管１下部に配置される。移動機構３１は、
移動方向を決定するレール部３１ａと、音響共鳴管１が
レール部３１ａを移動するための車輪部３１ｂとを有す
る。

【０１１２】また、音響共鳴管１の少なくとも進行方向
の側面には、音響共鳴管１が他の物体に衝突することを
防止する追突防止部３２が設けられる。また、浮揚エネ
ルギ供給板４の外縁部の内、少なくとも進行方向に対し
前縁部と後縁部側とには（慣性力が働く方向）、浮揚体
６が浮揚エネルギ供給板４上部外に移動することを抑制
する、突起状の移動抑制部３３が配置される。移動抑制
部３３の形状は、浮揚体６よりも若干大きな形状（搬送
方向に対して直行する方向の大きさ）とすることで、搬
送時の衝撃力をできるだけ小さくすることができる。ま
た、移動抑制部３３には、ゴムや樹脂などの弾性体から
なる緩衝材を取り付けてもよい。

【０１１３】この様な構成からなる第１２実施例は、音
響共鳴管１によって浮揚される浮揚体６に搬送力も与え
て搬送させるのではなく、浮揚体６は音響共鳴管１によ
って浮揚されるのみである。浮揚体６は、音響共鳴管１
によって浮揚され、浮揚されたまま音響共鳴管１が移動
機構３１によって、装置全体が移動する。

【０１１４】以上説明した第１２実施例では、音響共鳴
管１自体を移動させることにより、搬送経路が複雑な場
合であっても、搬送することが可能になる。また、音響
共鳴管１には、少なくとも浮揚のための音響エネルギ
（音響波）だけを入力すればよくなり、コスト低減や装
置が簡易になる。

【０１１５】次に、本発明の第１３実施例の構成に付い
て、図１８を参照して説明する。第１３実施例の特徴
は、浮揚エネルギ供給板４と、音響放射手段４１とが、
非接触に配置され、浮揚エネルギ供給板４の固有振動数
で音響加振されるものである。

【０１１６】図１８は、浮揚装置の第１３実施例の斜視
図である。音響放射手段４１と、浮揚エネルギ供給板４
とは、非接触に配置される。音響放射手段４１は、例え
ばスピーカである。

【０１１７】この様な構成からなる第１３実施例の動作
に付いて説明する。音響放射手段４１から放射された音
響波は、浮揚エネルギ供給板４に放射される。ここで、
音響放射手段４１から放射される音響波の振動数は、浮
揚エネルギ供給板４の固有振動数である、音響波が供給
された浮揚エネルギ供給板４は、音響加振される。音響
加振された音響エネルギによって、浮揚エネルギ供給板
４から浮揚体６を浮揚させる。

【０１１８】以上説明した第１３実施例において、音響
放射手段４１と、浮揚エネルギ供給板４とを、離間して
配置することにより、非接触にて音響エネルギを供給
し、浮揚体６を浮揚させることができる。

【０１１９】尚、本発明は上記実施例には限定されず、
その主旨を逸脱しない範囲で種種変形して実施できるこ
とは言うまでもない。例えば、上述した各実施例を適宜
組み合わせて浮揚装置を構成してもよい。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、簡易
な構成により被搬送物体を浮揚させ、または搬送させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の浮揚装置の第１実施例の斜視図

【図２】本発明の浮揚装置の第２実施例の構成図

【図３】本発明の浮揚装置の第３実施例の斜視図

【図４】本発明の浮揚装置の第４実施例の斜視図

【図５】本発明の浮揚装置の第５実施例の斜視図

【図６】本発明の浮揚装置の第６実施例の斜視図

【図７】本発明の浮揚装置の第７実施例の斜視図

【図８】本発明の浮揚装置の音響波の伝達について説
明する図

【図９】本発明の浮揚装置の多重反射波を一方向制御
波とすることを説明する図

【図１０】本発明の浮揚装置の第８実施例の斜視図

【図１１】本発明の浮揚装置の第９実施例の斜視図

【図１２】浮揚装置に発生する音響モードの説明図

【図１３】浮揚装置に発生する音響モードの説明図

【図１４】浮揚装置に発生する音響モードの別の説明
図

【図１５】本発明の浮揚装置の第１０実施例の斜視図

【図１６】本発明の浮揚装置の第１１実施例の斜視図

【図１７】本発明の浮揚装置の第１２実施例の斜視図

【図１８】本発明の浮揚装置の第１３実施例の斜視図

【符号の説明】

１音響共鳴管（音響共鳴手段）２音源３共鳴強調用底板４浮揚エネルギ供給板５搬送エネルギ供給板６浮揚体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響共鳴手段と、前記音響共鳴手段に設け
られ、前記音響共鳴手段に、所定の波長を持った音を供
給する音源と、前記音響共鳴手段に設けられ、前記音響
共鳴手段による音響エネルギが、所定の物体に供給さ
れ、前記物体を浮揚させる浮揚エネルギ供給手段とから
構成されることを特徴とする浮揚装置。
【請求項２】前記音響共鳴手段内の音響エネルギを増加
せしめる音響エネルギ増幅手段が設けられることを特徴
とする請求項１記載の浮揚装置。
【請求項３】前記音響共鳴手段内の音響エネルギを検出
する音響エネルギ検出手段と、前記物体が、前記浮揚エ
ネルギ供給手段に対して浮揚する距離を計測する距離検
出手段と、前記音響エネルギ検出手段からの信号と、前
記距離検出手段からの信号とをもとに、前記物体の、前
記浮揚エネルギ供給手段に対する浮揚距離を制御する制
御手段とを設けることを特徴とする請求項１記載の浮揚
装置。
【請求項４】音響共鳴手段と、前記音響共鳴手段に設け
られ、前記音響共鳴手段に、所定の波長を持った音を供
給する音源と、前記音響共鳴手段に設けられ、前記音響
共鳴手段による音響エネルギが、所定の物体に供給さ
れ、前記物体を浮揚させる浮揚エネルギ供給手段とを有
する浮揚装置を複数設け、隣接する前記浮揚エネルギ供
給手段が、互いに接続されることを特徴とする浮揚装
置。
【請求項５】互いに接続された前記浮揚エネルギ供給手
段に、前記音響共鳴手段間の音響エネルギ流を検知する
音響エネルギ流検出手段と、前記音響エネルギ流検出手
段からの信号をもとに、前記音響エネルギを制御する音
響エネルギ制御手段とを設けることを特徴とする請求項
４記載の浮揚装置。