WO2010131509A1 - 非接触搬送装置、非接触搬送方法及び非接触搬送システム - Google Patents

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WO2010131509A1
WO2010131509A1 PCT/JP2010/052853 JP2010052853W WO2010131509A1 WO 2010131509 A1 WO2010131509 A1 WO 2010131509A1 JP 2010052853 W JP2010052853 W JP 2010052853W WO 2010131509 A1 WO2010131509 A1 WO 2010131509A1
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WO
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ultrasonic
vibration plate
flexible
longitudinal direction
contact
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PCT/JP2010/052853
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大介 小山
健太郎 中村
Original Assignee
国立大学法人 東京工業大学
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G27/00—Jigging conveyors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G54/00—Non-mechanical conveyors not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact conveying apparatus, a non-contact conveying method, and a non-contact conveying system for conveying a minute object to be conveyed such as a minute part or a droplet in a non-contact manner using ultrasonic waves.
  • a transported object is lifted and transported in a space by compressed air, or a transported object is lifted and transported by a magnetic force, or transported by ultrasonic radiation pressure.
  • a transported object is lifted and transported in a space by compressed air, or a transported object is lifted and transported by a magnetic force, or transported by ultrasonic radiation pressure.
  • an air compressor or an air hose is required, and the apparatus becomes large or complicated.
  • a large amount of clean air is required, and cost performance is reduced.
  • the object to be transported is limited to a magnetic material, and there is a possibility that magnetism may affect the object to be transported.
  • an ultrasonic vibration plate is ultrasonically vibrated and a thickness of several tens is provided between the ultrasonic vibration plate and a conveyance target.
  • a thickness of several tens is provided between the ultrasonic vibration plate and a conveyance target.
  • a pair of ultrasonic transducers arranged at a predetermined angle and tilted at the same angle so that the sound axes intersect at one point are driven by a predetermined electrical signal, and the intersecting area of two emitted ultrasonic waves
  • a manipulation method has been proposed in which a minute object is captured by a sound pressure node of a standing wave sound field generated in the next step, and the supplied electric signal is changed to move the captured minute object. 11-262880).
  • the object to be conveyed is levitated into the space by creating a thin air film of micrometer, it is difficult to convey a minute object because an air film must be generated, and the object to be conveyed is limited to a thin flat plate, silicon wafer or liquid crystal display Used for transporting glass plates.
  • an object of the present invention is to capture a minute object such as a minute part or a droplet by ultrasonic standing waves, and to convey the captured minute object over a long distance in a non-contact manner, non-contact It is in providing a conveyance method and a non-contact conveyance system.
  • the object of the present invention is to capture a minute object such as a minute part or a droplet by ultrasonic standing wave, and non-contact capable of continuously conveying the captured minute object over a long distance without contact.
  • a non-contact conveyance device has a flexible diaphragm formed in a long flat plate shape and a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible diaphragm.
  • a reflector installed in a state, a plurality of ultrasonic vibrators for exciting the flexible diaphragm at a plurality of locations in the longitudinal direction, and a drive for exciting the plurality of ultrasonic vibrators with electrical signals of different phases
  • the plurality of ultrasonic vibrators are excited by the drive unit to ultrasonically vibrate the flexural vibration plate, and are generated in a space sandwiched between the flexure vibration plate and the reflection plate.
  • a node of the ultrasonic standing wave is controlled by capturing a minute object to be conveyed at the node of the ultrasonic standing wave and controlling the phase of an electrical signal that excites the plurality of ultrasonic transducers by the driving unit.
  • the transported minute object captured on the Characterized by conveying in the longitudinal direction of the saw diaphragm The non-contact conveyance device according to the present invention, for example, excites a pair of ultrasonic vibrators that vibrate the flexible vibration plate at two locations in the longitudinal direction by the drive unit, and causes the flexible vibration plate to vibrate ultrasonically.
  • a transported micro object is captured in a node portion of an ultrasonic standing wave generated in a space between the flexural vibration plate and the reflection plate, and the pair of ultrasonic vibrators are excited by the driving unit.
  • Controlling the phase of the electric signal, causing the flexible diaphragm to vibrate in a traveling wave ultrasonic wave, and transporting the object to be transported captured in the node of the ultrasonic standing wave in the longitudinal direction of the flexible diaphragm; can do.
  • the pair of ultrasonic vibrators for example, vibrate the position of the antinode in the free vibration of the flexible vibration plate at two positions in the longitudinal direction of the flexible vibration plate. can do.
  • the pair of ultrasonic vibrators may vibrate the flexible vibration plate at two locations in the longitudinal direction via ultrasonic horns, for example. it can.
  • the flexible diaphragm and the reflector are formed in a rectangular shape facing each other, and a linear space sandwiched between the flexible diaphragm and the reflector is formed. It can be set as a conveyance path for the above-mentioned minute object to be conveyed.
  • the non-contact conveyance device according to the present invention includes, for example, a plurality of conveyance units each including the flexible vibration plate, the reflection plate, the pair of ultrasonic vibrators, and the drive unit. Can do.
  • the driving unit may change the frequency of the electric signal that excites the pair of ultrasonic transducers, thereby causing the flexural vibration plate and the reflection plate to change. It is possible to control the position of the node of the ultrasonic standing wave that captures the transported minute object in the sandwiched space.
  • the flexible diaphragm is formed in a ring shape, and a ring-shaped space sandwiched between the flexible diaphragm and the reflecting plate is used as a conveyance path, and the ring-shaped diaphragm is formed.
  • the ultrasonic transducers paired by the drive unit are excited by an electrical signal of opposite phase to circulate the traveling wave ultrasonic vibration of the flexure diaphragm, and the ring
  • the minute object to be transported can be transported along the transport path.
  • the non-contact conveyance device controls, for example, the phase of an electrical signal that excites a plurality of ultrasonic vibrators that vibrate the flexible vibration plate at a plurality of locations in the longitudinal direction by the driving unit,
  • the micro object to be transported is sequentially captured at the node of the ultrasonic standing wave generated adjacent to the space sandwiched between the flexural diaphragm and the reflector and transported in the longitudinal direction of the flexural diaphragm; can do.
  • the flexible vibration plate is formed in a ring shape, and a ring-shaped space sandwiched between the flexible vibration plate and the reflection plate is used as a conveyance path.
  • a non-contact conveyance system maintains a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air, facing a flexible vibration plate formed in a long flat plate shape and facing the flexible vibration plate.
  • a reflector installed in a state, a plurality of ultrasonic vibrators for exciting the flexible diaphragm at a plurality of locations in the longitudinal direction, and a drive for exciting the plurality of ultrasonic vibrators with electrical signals of different phases
  • the plurality of ultrasonic vibrators are excited by the drive unit to ultrasonically vibrate the flexural vibration plate, and are generated in a space sandwiched between the flexure vibration plate and the reflection plate.
  • the non-contact conveyance system includes, for example, a plurality of non-contact conveyance units that use a linear space sandwiched between a flexural vibration plate and a reflection plate as a conveyance path for a minute object to be conveyed. can do.
  • the non-contact conveyance system includes, for example, a flexible vibration plate and a reflection plate in a non-contact conveyance portion in which a ring-shaped space sandwiched between the deflection vibration plate and the reflection plate is used as a conveyance path for a minute object to be conveyed
  • a plurality of non-contact conveyance units that use the linear space sandwiched between the two as a conveyance path for the minute object to be conveyed can be connected.
  • the non-contact conveyance method according to the present invention excites a plurality of ultrasonic vibrators with electrical signals having different phases, and vibrates a flexible diaphragm formed in a long flat plate shape at a plurality of locations in the longitudinal direction.
  • the flexible diaphragm is ultrasonically vibrated, and a transported micro object is captured at a node portion of the ultrasonic standing wave generated in the space sandwiched between the flexible diaphragm and the reflector, and the plurality of ultrasonic
  • the transported minute object captured by the node of the ultrasonic standing wave is transported in the longitudinal direction of the flexible vibration plate.
  • a flexible vibration plate is vibrated at two locations in the longitudinal direction by a pair of ultrasonic vibrators, and is sandwiched between the flexible vibration plate and the reflection plate.
  • the microscopic object is captured at the node of the ultrasonic standing wave generated in the space, and the phase of the electrical signal that excites the pair of ultrasonic transducers is controlled to advance the flexible diaphragm.
  • the to-be-conveyed minute object which is made to vibrate by ultrasonic waves and is captured at the node of the ultrasonic standing wave can be conveyed in the longitudinal direction of the flexible vibration plate.
  • the non-contact conveyance device according to the present invention for example, oscillates the flexural vibration plate by a plurality of ultrasonic vibrators at a plurality of locations in the longitudinal direction so as to ultrasonically vibrate the flexural vibration plate.
  • the micro object to be transported is placed at the node of the ultrasonic standing wave generated adjacent to the space between the flexural diaphragm and the reflector. It can be sequentially captured and conveyed in the longitudinal direction of the flexible diaphragm.
  • the non-contact conveyance device according to the present invention has a flexible vibration plate formed in a long flat plate shape and a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible vibration plate.
  • a reflection plate installed in a held state, an ultrasonic vibrator that vibrates the flexible vibration plate at one end in a longitudinal direction, a drive unit that excites the ultrasonic vibrator by an electric signal, and the flexible vibration plate.
  • An ultrasonic absorber provided at the other end in the longitudinal direction, and the flexural vibration is generated by exciting the ultrasonic vibrator at the one end in the longitudinal direction by exciting the ultrasonic vibrator by the driving unit.
  • Ultrasonic vibration is applied to the flexible vibration plate by absorbing the ultrasonic vibration of the flexible vibration plate by means of an ultrasonic absorber provided at the other end in the longitudinal direction.
  • the non-contact conveyance system has a flexible diaphragm formed in a long flat plate shape and a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible diaphragm.
  • a reflection plate installed in a held state, an ultrasonic vibrator that vibrates the flexible vibration plate at one end in a longitudinal direction, a drive unit that excites the ultrasonic vibrator by an electric signal, and the flexible vibration plate.
  • An ultrasonic absorber provided at the other end in the longitudinal direction, and the above-mentioned flexural vibration is generated by exciting the above-mentioned ultrasonic vibrator at one end in the longitudinal direction by exciting the above-mentioned ultrasonic vibrator by the above-mentioned driving unit.
  • Ultrasonic vibration is applied to the flexible vibration plate by absorbing the ultrasonic vibration of the flexible vibration plate by means of an ultrasonic absorber provided at the other end in the longitudinal direction.
  • the non-contact conveyance method according to the present invention includes a flexible diaphragm formed in a long flat plate shape and a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible diaphragm.
  • the space sandwiched between the reflecting plates installed in a held state is used as a transport path for a micro object to be transported, and the flexural vibration plate is vibrated by an ultrasonic vibrator at one end in the longitudinal direction.
  • the ultrasonic vibration of the flexible vibration plate is absorbed by an ultrasonic absorption part provided at the other end in the longitudinal direction of the flexible vibration plate, thereby causing the flexible vibration plate to vibrate in a traveling wave ultrasonic wave.
  • the transported micro object is captured at the node of the ultrasonic standing wave generated in the space between the flexural diaphragm and the reflector, and is captured at the node of the ultrasonic standing wave.
  • the above deflection diaphragm Characterized by conveying in the longitudinal direction.
  • a plurality of ultrasonic vibrators are excited by electrical signals having different phases, and a flexible vibration plate formed in a long flat plate shape is vibrated at a plurality of locations in the longitudinal direction, whereby the above flexible vibration plate is obtained.
  • a micro object to be conveyed is captured at a node portion of an ultrasonic standing wave generated in a space sandwiched between the flexible vibration plate and the reflection plate, and the plurality of ultrasonic transducers are excited.
  • the transported micro object captured at the node of the ultrasonic standing wave can be transported in the longitudinal direction of the flexible vibration plate, so that micro parts and droplets can be transported.
  • a non-contact conveyance device and a non-contact conveyance method capable of capturing a minute object with an ultrasonic standing wave and conveying the captured minute object over a long distance without contact.
  • a flexible diaphragm formed in a long flat plate shape and a predetermined distance equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air are installed facing the flexible diaphragm.
  • the space sandwiched between the reflecting plates is used as a transport path for a transported micro object, and the flexural vibration plate is vibrated ultrasonically at one end in the longitudinal direction to ultrasonically vibrate the flexural vibration plate,
  • the flexible vibration plate is ultrasonically vibrated by traveling waves, and the flexible vibration plate and A micro object to be transported is captured at a node of an ultrasonic standing wave generated in a space sandwiched between reflectors, and the micro object to be transported captured at a node of the ultrasonic standing wave is captured by the flexure diaphragm.
  • Non-contact transport device and non-contact transport method capable of capturing micro objects to be transported such as micro parts and liquid droplets by ultrasonic standing waves and transporting the captured micro objects continuously in a non-contact manner at a high speed
  • an object having a size of about 1 to several mm can be transported over a long distance of several tens of meters without contact, without particularly selecting the type of the object to be transported, and several tens of micrometers. The positioning accuracy of the order can be ensured.
  • the object to be transported is not limited to a small solid and can transport a liquid, in the biotechnology field, it is possible to transport pure water, a reagent, and the like without contamination.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a non-contact conveying apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 shows the non-contact conveying apparatus that captures and conveys a minute object to be conveyed in a node portion of an ultrasonic standing wave generated in a linear space sandwiched between a flexible diaphragm and a reflecting plate. It is a figure which shows a state typically.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a non-contact conveyance device having an arbitrary conveyance path length constructed by connecting a plurality of conveyance units with the non-contact conveyance device as one conveyance unit.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a non-contact conveying apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 shows the non-contact conveying apparatus that captures and conveys a minute object to be conveyed in a node portion of an ultrasonic standing wave generated in a linear space sandwiched between a flexible diaphrag
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a non-contact transport apparatus that can control the capture position of the transported minute object in a two-dimensional direction.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of a non-contact transport apparatus that transports a transported minute object along a ring-shaped transport path.
  • FIG. 6 shows the non-contact conveying apparatus that captures and conveys a minute object to be conveyed in a node portion of an ultrasonic standing wave generated in a ring-shaped space sandwiched between a flexible diaphragm and a reflecting plate. It is a figure which shows a state typically.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating another configuration example of the non-contact transport apparatus configured to transport the transported minute object along the ring-shaped transport path.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a calculation result by a modal analysis in which the vibration mode of the disk is subjected to a finite element analysis (FEA).
  • FEA finite element analysis
  • 9A and 9B are diagrams schematically showing the structure of a prototype of the non-contact transfer apparatus according to the present invention.
  • FIG. 10A to FIG. 10C are diagrams schematically showing the calculation results of the driving state of the ring-shaped piezoelectric element and the vibration amplitude distribution in the prototype of the non-contact conveyance device.
  • FIG. 11C are images showing a state where five polystyrene particles are captured as a transported minute object by a prototype non-contact transport device.
  • FIG. 12 is a view showing an image obtained by capturing and superimposing a single polystyrene particle captured in the prototype non-contact conveyance device and non-contact conveyance in a counterclockwise direction along a ring-shaped conveyance path.
  • 13A and 13B schematically show a configuration example of a non-contact conveyance system in which a plurality of non-contact conveyance units having a linear non-contact conveyance path are connected to a non-contact conveyance unit having a ring-shaped non-contact conveyance path.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the structure of the conveyance path entrance portion and the conveyance path exit portion in the non-contact conveyance system.
  • FIG. 15 schematically shows a configuration example of a non-contact conveyance system in which a plurality of non-contact conveyance sections having a ring-shaped non-contact conveyance path and a plurality of non-contact conveyance sections having a linear non-contact conveyance path are connected in combination.
  • FIG. FIG. 16 is a diagram schematically showing another configuration example of the non-contact transport apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a measurement result of a vibration distribution of the flexible diaphragm in the non-contact conveyance device having the configuration illustrated in FIG. FIG.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a measurement result of a sound pressure distribution between the flexural vibration plate and the reflection plate in the non-contact conveyance device having the configuration illustrated in FIG.
  • FIG. 19 is a diagram showing the phase distribution of the sound pressure in the transport direction at the locations A1 to A3 in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing the phase distribution in the vertical direction at the location A4 in FIG.
  • FIG. 21 is a diagram showing a particle transfer locus together with a sound pressure distribution in the non-contact transfer apparatus having the configuration shown in FIG.
  • FIG. 22 is a diagram showing the change over time in the particle conveyance speed obtained from FIG.
  • a pair of ultrasonic vibrators 30A and 30B for exciting a flexural diaphragm 10 formed in a long flat plate shape at two locations in the longitudinal direction are excited by electric signals.
  • the flexural vibration plate 10 is applied to the non-contact transport apparatus 100 that transports the micro object 50 to be transported on the flexural vibration plate 10 in the longitudinal direction of the flexural vibration plate 10 by ultrasonically vibrating the flexural vibration plate 10. .
  • the reflection plate 20 is installed in a state of facing the flexible vibration plate 10 and maintaining a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of sound waves in the air.
  • the flexible diaphragm 10 and the reflector 20 are formed in a rectangular shape facing each other.
  • the non-contact conveyance device 100 includes a drive unit 40 that excites the pair of ultrasonic transducers 30A and 30B with an electric signal.
  • the flexible diaphragm 10 is, for example, a diaphragm made of duralumin having a width of 60 mm, a length of 600 mm, and a thickness of 3 mm, and ultrasonic horns 31A and 31B are respectively provided at both end portions in the longitudinal direction.
  • a pair of ultrasonic transducers 30 ⁇ / b> A and 30 ⁇ / b> B provided on the connecting plate 35 are connected to each other.
  • the ultrasonic horns 31 ⁇ / b> A and 31 ⁇ / b> B are attached to the flexible vibration plate 10 in a state orthogonal to the longitudinal direction at both ends in the longitudinal direction.
  • the pair of ultrasonic transducers 30A and 30B for example, so-called bolt-clamped Langevin transducers each having a ring-shaped piezo element that is clamped and fixed by a bolt (not shown) are used, and electric signals for driving are used. Is excited by being applied from the drive unit 40 to the piezo element.
  • the driving unit 40 generates a two-phase high-frequency signal (first driving signal cos ( ⁇ t), second driving signal cos ( ⁇ t + ⁇ )) having a frequency of about 20 to 50 kHz as an electric signal for driving.
  • a phase controller 43 that variably controls the phase ⁇ of the second drive signal cos ( ⁇ t + ⁇ ).
  • high frequency signals first driving signal cos ( ⁇ t), second driving signal cos ( ⁇ t + ⁇ ) having a frequency of about 20 to 50 kHz are supplied from the driving unit 40 as electric signals for driving.
  • the ultrasonic vibrations of the pair of ultrasonic vibrators 30A and 30B excited by being supplied to the pair of ultrasonic vibrators 30A and 30B are amplified by the ultrasonic horns 31A and 31B, respectively, and the flexural vibration is obtained. Applied to the plate 10. As a result, the flexural vibration can be excited in the flexural vibration plate 10 at several resonance frequencies.
  • the pair of ultrasonic transducers 30A, 30B is efficient when the position of the antinode in the free vibration of the flexible diaphragm 10 is vibrated at two locations in the longitudinal direction of the flexible diaphragm 10. Flexural vibration can be excited in the flexural diaphragm 10.
  • the drive unit 40 excites the pair of ultrasonic transducers to ultrasonically vibrate the flexural vibration plate 10, thereby ultrasonic standing waves in a space between the flexural vibration plate 10 and the reflection plate 20.
  • the transported minute object 50 can be captured at the node portion of the ultrasonic standing wave.
  • an electric signal for exciting the pair of ultrasonic transducers by the driving unit 40 that is, a high frequency signal having a frequency of about 20 to 50 kHz (first driving signal cos ( ⁇ t), second driving signal cos ( By controlling the phase difference of ⁇ t + ⁇ )), it is possible to control the direction and intensity of the flexural wave propagating through the flexural vibration plate 10, and the non-contact conveyance device 100 can control the second drive signal.
  • the phase control unit 43 By variably controlling the phase ⁇ of cos ( ⁇ t + ⁇ ) by the phase control unit 43, the position of the node of the ultrasonic standing wave formed in the space sandwiched between the flexible diaphragm 10 and the reflector 20 is reflected.
  • the spatial position of the transported minute object 50 captured by the node of the ultrasonic standing wave can be controlled by changing the position in the longitudinal direction of the plate 20 to an arbitrary position and direction.
  • the control unit 43 controls the second By continuously changing the phase ⁇ of the dynamic signal cos ( ⁇ t + ⁇ ), the flexible vibration plate 10 is ultrasonically vibrated in the traveling wave, and the transported micro object 50 captured at the node portion of the ultrasonic standing wave is the above-described.
  • Non-contact conveyance is possible in the longitudinal direction of the flexure diaphragm 10.
  • a linear space sandwiched between the flexural vibration plate 10 and the reflection plate 20 serves as a transport path for the transported minute object 50.
  • a pair of ultrasonic transducers 30A and 30B is excited by an electric signal, and the flexible diaphragm 10 formed in a long flat plate shape is vibrated at two locations in the longitudinal direction.
  • the pair of ultrasonic transducers is obtained by capturing the transported minute object 50 at the node of the ultrasonic standing wave generated in the space between the flexural vibration plate 10 and the reflection plate 20.
  • the flexible vibration plate 10 is ultrasonically vibrated in the traveling wave, and the micro object to be conveyed 50 captured at the node of the ultrasonic standing wave is subjected to the flexural vibration. It is conveyed in the longitudinal direction of the plate 10.
  • the non-contact conveying device 100 has a flexible diaphragm 10 formed in a long flat plate shape and a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible diaphragm 10.
  • a reflection plate 20 installed in a held state, a pair of ultrasonic transducers 30A and 30B that vibrate the flexible vibration plate 10 at two locations in the longitudinal direction, and the pair of ultrasonic transducers as electrical signals.
  • the pair of ultrasonic transducers 30A and 30B is excited by the drive unit 40 to ultrasonically vibrate the flexural vibration plate 10, whereby the flexural vibration plate 10 and the reflection are reflected.
  • the flexible vibration plate 10 is ultrasonically vibrated by traveling waves, and the transported micro object 50 captured at the node of the ultrasonic standing wave is transported in the longitudinal direction of the flexible vibration plate 10.
  • the reflection plate 20 may be any material that sufficiently reflects sound waves, and a general aluminum plate or acrylic plate having a thickness of about 1 mm can be used. Further, if the transported minute object 50 is sufficiently smaller than the wavelength of the sound wave, the material having a smaller specific gravity is more easily captured.
  • the weight of the transported minute object 50 that can be transported in a non-contact manner is determined by the power of the electrical signal that excites the pair of ultrasonic transducers 30A and 30B. Further, the transported minute object 50 transported in a non-contact manner is not limited to a solid and may be a liquid. In this non-contact transport apparatus 100, the transported micro object 50 can be transported in a non-contact manner using a linear space sandwiched between the flexural vibration plate 10 and the reflection plate 20 as a transport path.
  • the non-contact conveyance device 100 a shot having a particle size of about 3 mm as a minute object to be conveyed 50 over a linear conveyance path having a length of 600 mm sandwiched between the deflection vibration plate 10 and the reflection plate 20 over the entire length.
  • the polystyrene particles could be conveyed in a non-contact manner.
  • a plurality of transport units composed of the flexural vibration plate 10, the reflection plate 20, the pair of ultrasonic transducers 30A and 30B, and the drive unit 40 a long distance of several tens of meters can be obtained.
  • Contact conveyance is also possible.
  • the non-contact conveyance device 100 is used as one conveyance unit, and a plurality of conveyance units 100A, 100B...
  • the phase control unit 43 of the drive unit 40 variably controls the phase ⁇ of the second drive signal cos ( ⁇ t + ⁇ ), so that the flexural vibration plate 10 and the reflection plate 20 can perform the control.
  • the position of the node of the ultrasonic standing wave formed in the sandwiched space is changed to an arbitrary position and direction on one dimension in the longitudinal direction of the flexible vibration plate 10, and the node of the ultrasonic standing wave is The spatial position of the captured transported minute object 50 is controlled, but the high-frequency signal (first drive signal) generated by the signal generator 41 as in the non-contact transport apparatus 200 shown in FIG.
  • the frequency of the first drive signal cos ( ⁇ t), second drive signal cos ( ⁇ t + ⁇ )) is changed so as to be sandwiched between the flexible vibration plate 10 and the reflection plate 20.
  • the position of the node portion of the ultrasonic standing wave that captures the transported minute object 50 in the Y direction orthogonal to the longitudinal direction (X direction) of the flexible vibration plate 10 can be controlled.
  • the spatial position of the transported minute object 50 captured by the node of the sonic standing wave is changed in the X direction by controlling the phase ⁇ of the second drive signal cos ( ⁇ t + ⁇ ) by the phase control unit 43, and
  • the frequency control unit 44 can control the frequency of the first drive signal cos ( ⁇ t) and the second drive signal cos ( ⁇ t + ⁇ ) to be changed in the Y direction and controlled in the two-dimensional direction.
  • the transported minute object 50 is transported in a non-contact manner using a linear space sandwiched between the flexible vibration plate 10 and the reflection plate 20 as a transport path.
  • the flexural vibration plate 310 is formed in a ring shape, and a ring-shaped space sandwiched between the flexural vibration plate 310 and the disc-shaped reflection plate 320 is a transported micro object 350.
  • the ultrasonic transducers 331A, 331B, 332A, 332B that are paired by the drive unit 340 are excited by electrical signals having opposite phases at a position opposed to each other in the circumferential direction of the ring-shaped flexible diaphragm 310.
  • This non-contact conveyance device 300 includes two pairs of ultrasonic transducers using so-called bolted Langevin type transducers as the ultrasonic transducers 331A, 331B, 332A, 332B that make a pair.
  • the driving unit 340 has a four-phase high-frequency signal having a frequency of about 20 to 50 kHz (first driving signal cos ( ⁇ t), second driving signal cos ( ⁇ t + ⁇ ), third driving signal sin ( ⁇ t), 4 drive signal sin ( ⁇ t + ⁇ )) is used as a drive electric signal, and the ultrasonic vibrators 331A and 331B are sent to the ultrasonic transducers 331A and 331B at opposite positions in the circumferential direction of the ring-shaped flexible vibration plate 310 (first phase). 1 drive signal cos ( ⁇ t), second drive signal cos ( ⁇ t + ⁇ )), and ultrasonic transducers 332A and 332B are oppositely phased high-frequency signals (third drive signal sin ( ⁇ t), As shown in FIG.
  • the traveling wave ultrasonic vibration of the flexible vibration plate 310 is circulated by exciting with the drive signal sin ( ⁇ t + ⁇ )) of 4 and the transported object along the ring-shaped transport path.
  • the minute object 350 is conveyed.
  • the ring-shaped piezoelectric element 330 formed by forming the electrode patterns 331a, 331, 332a, and 332b in each of the regions divided into four in the circumferential direction has two pairs.
  • High-frequency signals having opposite phases from the drive unit 340 to the electrode patterns 331a, 331, 332a, 332b formed in the respective regions divided into four in the circumferential direction are used as the sound wave vibrators 331A, 331B, 332A, 332B.
  • the traveling-wave ultrasonic vibration of the flexible vibration plate 310 is circulated similarly to the non-contact conveyance device 300, and the ring shape It is also possible to convey the conveyed minute object 350 along the conveying path.
  • the structure of the ultrasonic vibrators 331A, 331B, 332A, 332B of the drive unit 40 that is, the above-described two pairs of ultrasonic vibrators 331A, 331B, 332A, 332B
  • the ring-shaped piezoelectric element 330 formed with electrode patterns 331a, 331, 332a, and 332b is directly attached to the ring-shaped flexible vibration plate 310. Since they are the same, common constituent elements are given the same reference numerals in FIG. 7, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • a structure in which a piezoelectric element with an electrode pattern is directly attached to a flexible diaphragm is adopted as an ultrasonic transducer.
  • the flexural vibration plate is vibrated at a plurality of locations in the longitudinal direction by a plurality of ultrasonic vibrators to ultrasonically vibrate the flexural vibration plate, thereby exciting the plurality of ultrasonic vibrators.
  • the object to be conveyed is sequentially captured at the node of the ultrasonic standing wave generated adjacent to the space sandwiched between the flexible diaphragm and the reflector, and the flexible diaphragm It can be conveyed in the longitudinal direction.
  • the prototype non-contact transfer apparatus in which two aluminum disks having a diameter of 30 mm and a thickness of 0.5 mm are provided in parallel as a flexible diaphragm and a reflector at a distance of 5 mm, the reflector and the diaphragm FIG.
  • FIG. 8 shows a calculation result by modal analysis of FEA from 18 to 100 kHz obtained by performing finite element analysis (FEA) of the vibration mode of the disk in order to generate an acoustic standing wave in the air.
  • FEA finite element analysis
  • m and n indicate the number of nodal lines and nodal circles in each resonance vibration mode.
  • 9A an aluminum disk having a diameter of 30 mm and a thickness of 0.5 mm is used as the flexible vibration plate 310 as a prototype of the non-contact conveyance device 300A, and the ring-shaped piezoelectric element 330 is thick.
  • a piezoelectric zirconate titanate (PZT) ring having a thickness of 0.5 mm is attached to the flexible vibration plate 310 with an epoxy compound, and a support rod is attached to the center of the flexible vibration plate 310, and the diameter is 30 mm and the thickness is 0.
  • a reflector 320 using a 5 mm aluminum disc is provided in parallel with the flexible vibration plate 310 at a distance of 5 mm, polystyrene particles having a diameter of several millimeters are formed at nodal intervals of standing waves. Adjacent to the space sandwiched between the flexible diaphragm 310 and the reflector 320.
  • the electrode of the ring-shaped piezoelectric element 330 is bent by one nodal circle and four nodal lines at a resonance frequency of 47.8 kHz based on the calculation result by the finite element analysis (FEA). As shown in FIG. 9B, 24 parts were divided in order to generate the vibration mode.
  • FIGS. 10A, 10B, and 10C show the driving state of the ring-shaped piezoelectric element 330 and the calculation results of the vibration amplitude distribution.
  • the (1, 4) mode appears, the nodal line rotates 7.5 degrees counterclockwise, and as shown in FIG. 10C, one of the electrode input drive signals “ When the input voltage of “+” is changed to the input voltage of “ ⁇ ” and the drive state of the 3-3 drive is made again, the (1, 4) mode appears, and the node line is further 7.5 degrees in the counterclockwise direction. Rotate and rotate 15 degrees overall.
  • the ring-shaped piezoelectric element 330 is switched between the driving state of the 3-3 drive and the driving state of the 4-2 drive, so that the flexural vibration plate 310 and the reflection plate are reflected.
  • the polystyrene particles are sequentially captured as the transported minute object 350 at the node portion of the ultrasonic standing wave generated adjacent to the space sandwiched by the plates 320, and each time the driving state is switched, the counterclockwise direction is reversed.
  • the micro object 350 to be transported can be transported in a non-contact manner in the counterclockwise direction along the ring-shaped transport path by 7.5 degrees.
  • a transparent acrylic plate is used as the reflection plate 320, and the ultrasonic standing generated adjacent to the space between the deflection vibration plate 310 and the reflection plate 320 is used. As shown in FIGS.
  • FIG. 11A and 11B images of five polystyrene particles captured as the transported minute object 350 at the wave node are shown in FIG. 11A and FIG. 11B. It was possible to capture at a fixed interval that coincided with the half-wave of 310 flexural vibration. In addition, as shown in FIG. 11C, it was confirmed that the position where polystyrene particles can be captured matches the position predicted by FEA through observation using scan LDV.
  • the prototype non-contact transfer device 300A captures one polystyrene particle as the transported minute object 350, and changes the drive state of the ring-shaped piezoelectric element 330 to the drive state of the 3-3 drive and 4-2.
  • FIG. 12 shows an image obtained by superimposing and superimposing the state of non-contact conveyance in the counterclockwise direction along the ring-shaped conveyance path.
  • the non-contact conveying apparatus according to the present invention in which a linear space sandwiched between the flexural vibration plate and the reflecting plate as described above is used as a conveying path for a minute object to be conveyed is connected to a plurality of long-distance non-contact conveying systems. Further, for example, as shown in FIG.
  • a non-contact conveyance system 500 that can switch the conveyance source and the conveyance destination can be constructed. As shown in FIG. 13A, this non-contact conveyance system 500 includes three non-contact conveyance units 520A, each having a linear non-contact conveyance path, in a non-contact conveyance unit 510 having a ring-shaped non-contact conveyance path. 520B and 520C are connected.
  • the first non-contact conveyance unit 520A is formed in a long flat plate shape and has a linear flexible vibration plate 521A and a predetermined number equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible vibration plate 521A.
  • the reflecting plate 522A installed in a state in which the gap is maintained, a plurality of ultrasonic vibrators for exciting the flexible vibration plate 521A at a plurality of locations in the longitudinal direction, and the plurality of ultrasonic vibrators in different phases.
  • a linear space sandwiched between the flexural vibration plate 521A and the reflection plate 522A is used as a non-contact conveyance path for a minute object to be conveyed.
  • the node of the ultrasonic standing wave is The captured transported minute object is transported in the longitudinal direction of the flexible vibration plate 521A. As shown in FIG.
  • the first non-contact conveyance unit 520A includes a straight line sandwiched between the flexural vibration plate 521A and the reflection plate 522A, which is a conveyance source of the small object 550 to be conveyed in the non-contact conveyance system 500. Is located above the node of the ultrasonic standing wave that captures the transported micro object 550 at the transport path entrance portion of the non-contact transport path, and the transported micro object 550 is placed at the node of the ultrasonic standing wave. A plurality of carry-in pipes 530 for dropping and capturing are provided.
  • the tip position of the carry-in pipe 530 may be a position where the conveyance target is captured, that is, a position close to the acoustic standing wave nodal line in the air, and the plurality of carry-in pipes 530 are standing waves in the carrying direction. Are provided with a wavelength interval of.
  • the to-be-conveyed minute object 550 thrown into the first non-contact conveying unit 520A through the carry-in pipe 530 is automatically captured at the position of the acoustic standing wave node, and is not along the straight conveying path. It is conveyed by contact.
  • the first non-contact conveyance unit 520A non-contact conveys the to-be-conveyed minute object 550 carried from the conveyance source and passes it to the non-contact conveyance unit 510 having the ring-shaped non-contact conveyance path.
  • the non-contact conveyance unit 510 has a ring-shaped flexible vibration plate 511 formed in a long flat plate shape, and a predetermined equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible vibration plate 511.
  • a ring-shaped space sandwiched between the flexural vibration plate 511 and the reflection plate 512 is used as a non-contact conveyance path for a minute object to be conveyed.
  • the ultrasonic vibration of the flexural vibration plate 511 by exciting the ultrasonic vibrators, and the nodes of the ultrasonic standing wave generated in the space between the flexural vibration plate 511 and the reflection plate 512
  • the transported micro object captured by the node of the ultrasonic standing wave by capturing the transported micro object 550 and controlling the phase of the electric signal for exciting the plurality of ultrasonic vibrators by the driving unit.
  • 550 is conveyed in the longitudinal direction of the flexible diaphragm 511, that is, in the circumferential direction of the flexible diaphragm 511.
  • the non-contact conveyance unit 510 non-contact conveys the to-be-conveyed minute object that has been carried in from the conveyance source and passed through the first non-contact conveyance unit 520A. It passes to the non-contact conveyance part 520B or the 3rd non-contact conveyance part 520C.
  • the first non-contact conveyance unit 520A non-contact conveys the to-be-conveyed minute object 550 carried from the conveyance source and passes it to the non-contact conveyance unit 510 having the ring-shaped non-contact conveyance path.
  • the diaphragm 521A of the first non-contact conveyance unit 520A In order to reliably deliver the minute object 550 to be conveyed from the first non-contact conveyance unit 520A to the non-contact conveyance unit 510, in the non-contact conveyance system 500, the diaphragm 521A of the first non-contact conveyance unit 520A. In addition, the reflection plate 522A and the vibration plate 511 and the reflection plate 512 of the non-contact conveyance unit 510 are arranged to overlap each other.
  • each of the vibration plates 521A and 511 and the reflection plate 522A A difference occurs in the distance between 512, and the diaphragms 521A and 511 and the reflection plates 522A and 512 can be arranged to overlap each other.
  • the to-be-conveyed minute object 550 conveyed through the linear conveyance path of the first non-contact conveyance unit 520A is delivered to the non-contact conveyance unit 510 by being captured by an ultrasonic standing wave.
  • non-contact conveyance is performed along the ring-shaped conveyance path of the non-contact conveyance unit 510, and is transferred from the non-contact conveyance unit 510 to the second or third non-contact conveyance unit 520B or 520C. That is, the non-contact transport unit 510 having the ring-shaped non-contact transport path functions as a route switching unit that switches the transport destination of the transported minute object 550.
  • the second non-contact conveying unit 520B is formed in a long flat plate shape and is linearly deformed with a flexible vibration plate 521B.
  • the second non-contact conveying unit 520B faces the flexible vibration plate 521B and is equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air.
  • a linear space sandwiched between the deflection diaphragm 521B and the reflection plate 522B is used as a non-contact conveyance path for the minute object 550 to be conveyed.
  • a plurality of ultrasonic vibrators are excited to ultrasonically vibrate the flexible vibration plate 521B, and are generated in a space between the flexible vibration plate 521B and the reflection plate 522B.
  • the node of the ultrasonic standing wave is controlled.
  • the to-be-conveyed minute object 550 captured by the part is conveyed in the longitudinal direction of the flexible vibration plate 521B.
  • the second non-contact conveyance unit 520B non-contact conveys the to-be-conveyed minute object 550 delivered from the non-contact conveyance unit 510 to the first conveyance destination.
  • the second non-contact conveyance unit 520 ⁇ / b> B includes the flexural vibration plate 521 ⁇ / b> B and the reflection plate serving as the first conveyance destination of the minute object 550 to be conveyed in the non-contact conveyance system 500.
  • the ultrasonic wave is positioned under the node of the ultrasonic standing wave that captures the conveyed minute object 550.
  • a plurality of carry-out pipes 540 are provided for dropping and taking out from the existing wave nodes.
  • the third non-contact conveyance unit 520C includes a linear flexible vibration plate 521C formed in a long flat plate shape, and an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible vibration plate 521C.
  • a reflection plate 522C installed in a state where an equal predetermined interval is maintained, a plurality of ultrasonic vibrators for exciting the flexible vibration plate 521C at a plurality of locations in the longitudinal direction, and the plurality of ultrasonic vibrators.
  • a drive unit that is excited by electrical signals of different phases, and a linear space sandwiched between the flexural vibration plate 521C and the reflection plate 522C is used as a non-contact transfer path of the transported minute object 550.
  • a node of the ultrasonic standing wave is controlled by capturing a minute object to be conveyed at the node of the acoustic standing wave and controlling the phase of an electric signal that excites the plurality of ultrasonic transducers by the driving unit.
  • the to-be-conveyed minute object 550 captured in the step is conveyed in the longitudinal direction of the flexible vibration plate 521C.
  • the third non-contact transport unit 520C transports the transported minute object 550 transferred from the non-contact transport unit 510 to the second transport destination in a non-contact manner.
  • the object to be non-contact conveyed to the second conveyance destination via the third non-contact conveyance unit 520C.
  • the transport minute object 550 stops the generation of the ultrasonic standing wave that captures the transported minute object 550 at the node at the transport path exit portion of the non-contact transport path, thereby capturing the node. It is dropped below the part and carried out through the carry-out pipe.
  • the non-conveyed minute object 550 carried from the conveyance source is non-contact conveyance path having a ring-shaped non-contact conveyance path via a first non-contact conveyance section 520A having a linear non-contact conveyance path.
  • Transport to the contact transport unit 510, and transport the transported minute object from the non-contact transport unit 510 to the first transport destination or the second transport destination via the second or third non-contact transport unit 520B, 520C. be able to.
  • the flexible vibration plates 521B and 521C and the reflection plates 522B and 522B provided in the second and third non-contact conveyance units 520B and 52C are connected to the first non-contact conveyance unit.
  • the upper and lower reflectors 522B and 522C are provided with the carry-out pipe 540, but the upper and lower reflectors 521B and 521C are not reversed.
  • a carry-out pipe 540 may be provided.
  • three non-contact conveyance units 520A, 520B, and 520C each having a linear non-contact conveyance path are connected to a non-contact conveyance unit 510 having a ring-shaped non-contact conveyance path.
  • Non-contact conveyance sections each having a linear non-contact conveyance path can be connected, and a plurality of conveyance sources can be provided.
  • the reflection plate of each non-contact conveyance unit does not need to have the same shape as the vibration plate, and may have a structure in which one sheet exists on the entire conveyance path. For example, as shown in FIG.
  • the non-contact conveyance system 600 can also be constructed.
  • the flexure diaphragm is vibrated ultrasonically at a plurality of locations in the longitudinal direction by a plurality of ultrasonic vibrators.
  • a flexible vibration plate 710 formed in a long flat plate shape and a predetermined number equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in the air facing the flexible vibration plate 710.
  • a space sandwiched between the reflecting plates 720 installed in a state where the distance is maintained is used as a transport path for the transported minute object 760, and the flexural vibration plate 710 is vibrated by the ultrasonic vibrator 730 at one end in the longitudinal direction.
  • the flexible vibration plate 710 is ultrasonically vibrated, and the flexible vibration plate 710 is ultrasonically composed of ultrasonic absorbers 740A and 740B attached to the other end in the longitudinal direction.
  • the flexible vibration plate 710 By absorbing the ultrasonic vibration of the flexible vibration plate 710 by the collecting portion 740, the flexible vibration plate 710 is caused to travel ultrasonically and is generated in the space between the flexible vibration plate 710 and the reflection plate 720.
  • the transported minute object 760 can be captured at the node of the ultrasonic standing wave, and the transported minute object 760 captured at the node of the ultrasonic standing wave can be transported in the longitudinal direction of the flexible vibration plate 710.
  • a single bolted Langevin vibrator with an exponential horn is used as the ultrasonic vibrator 730.
  • an aluminum plate having a length of 400 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 1 mm is used as a flexible vibration plate 710, an ultrasonic vibrator 730 is screwed to a position 30 mm from one end thereof, and ultrasonic absorbers 740A and 740B are connected to the other end.
  • a lead plate (length: 4 mm, width: 30 mm, thickness: 1 mm) was fixed to both the front and back surfaces with a vise to provide an ultrasonic absorber 740.
  • the sound pressure node is positioned at a position of 13.5 mm from the flexural vibration plate 710 so that two aerial sound fields are excited in the vertical direction (z direction).
  • an aluminum plate (length 220 mm, width 60 mm, thickness 3 mm) was installed as the reflector 720.
  • the said ultrasonic absorption part 740 can also be comprised using ultrasonic absorbers 740A, 740B, such as metals and plastics other than lead.
  • the ultrasonic vibrator 730 is excited by the driving unit 750, and the flexible vibration plate 710 is vibrated at one end in the longitudinal direction, so that the flexible vibration plate 710 is ultrasonically vibrated, and the flexible vibration plate 710 is excited.
  • the ultrasonic vibration of the flexible vibration plate 710 is absorbed by the ultrasonic absorption part 740 provided at the other end in the longitudinal direction of the vibration plate, thereby causing the flexible vibration plate 710 to ultrasonically vibrate in the traveling wave, and the flexible vibration plate 710 and
  • the transported micro object 760 is captured at the node of the ultrasonic standing wave generated in the space sandwiched between the reflectors 720, and the transported micro object 760 captured at the node of the ultrasonic standing wave is captured above.
  • the flexible diaphragm 710 is conveyed in the longitudinal direction.
  • the longitudinal vibration of the ultrasonic vibrator 730 is converted into a bending traveling wave of the bending vibration plate 710 and is absorbed by the ultrasonic absorption unit 740.
  • the vibration distribution in the longitudinal direction (x direction) of the central portion in the width direction of the vibration plate is expressed by LDV (CLV ⁇ As shown in FIG. 17, the standing wave ratio is about 3, and a bending traveling wave having a propagation velocity of about 570 m / s is generated along the bending vibration plate 710.
  • FIG. 18 shows the result of measuring the sound pressure distribution between the flexural diaphragm 710 and the reflector 720 using a probe microphone (Type 5935, Bruel & Kjar).
  • FIG. 19 shows the phase distribution of the sound pressure in the conveying direction at each of the locations A1 to A3 in FIG. 18, and
  • FIG. 20 shows the phase distribution in the vertical direction of the location A4.
  • the phase changes linearly in the transport direction, and a traveling wave having a wavelength of 19.0 mm propagates.
  • a standing wave having two nodes is provided in the vertical direction.
  • the propagation velocity of the flexural vibration of the flexural vibration plate 710 and the distance between the flexural vibration plate 710 and the reflection plate 720 are set to the above values from the speed of sound in the air, so that the minute object to be transported by the standing wave in the vertical direction. 760 can be levitated and conveyed by a traveling wave in the horizontal direction.
  • the non-contact conveyance device 700 by generating the traveling wave sound field between the flexural vibration plate 710 and the reflection plate 720, the non-contact linear conveyance using a polystyrene particle having a diameter of 2 mm as the minute object 760 to be conveyed is performed. We were able to.
  • FIG. 21 shows the particle trajectory along with the sound pressure distribution.
  • FIG. 21 shows the position of the particles every 0.1 seconds. It can be seen that the particles are moving along the nodal line of the sound pressure distribution. In addition, the particle transfer trajectory extends upward and downward from the nodal line as it proceeds in the transfer direction.
  • the ultrasonic wave standing wave is used in the vertical direction and the ultrasonic traveling wave is used in the horizontal direction (conveyance direction) between the flexural vibration plate 710 and the reflection plate 720.
  • the transporting minute object 760 can be linearly transported over a long distance at a high speed of about several hundred millimeters per second without contact.
  • a non-contact conveyance system having an arbitrary conveyance path length may be constructed by connecting the plurality of conveyance units with the non-contact conveyance device 700 as one conveyance unit. That is, a flexible diaphragm formed in a long flat plate shape, and a reflector installed in a state facing the flexible diaphragm and maintaining a predetermined interval equal to an integral multiple of a half wavelength of a sound wave in air An ultrasonic vibrator that vibrates the flexural vibration plate at one end in the longitudinal direction, a drive unit that excites the ultrasonic vibrator by an electrical signal, and an ultrasonic wave that is attached to the other end in the longitudinal direction.
  • the flexible vibration plate is caused to undergo ultrasonic wave vibration by the traveling vibration, and the flexible vibration plate and the above A micro object to be transported is captured at a node of an ultrasonic standing wave generated in a space sandwiched between projecting plates, and the micro object to be transported captured at a node of the ultrasonic standing wave is It is also possible to construct a non-contact transport system in which a plurality of non-contact transport sections that transport in the longitudinal direction are connected.
  • an object to be conveyed that is continuously non-contact conveyed at a high speed by one conveyance unit is caused by inertia. Moves sequentially to the next transport unit.

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Abstract

　本発明は、１対の超音波振動子（３０Ａ），（３０Ｂ）を電気信号により励振して、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板（１０）を長手方向の２箇所において加振することにより超音波振動させ、上記たわみ振動板（１０）と反射板（２０）により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体（５０）を捕捉し、上記１対の超音波振動子（３０Ａ），（３０Ｂ）を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記たわみ振動板（１０）を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体（５０）を上記たわみ振動板（１０）の長手方向に搬送する。

Description

非接触搬送装置、非接触搬送方法及び非接触搬送システム
　本発明は、超音波により微小部品や液滴などの被搬送微小物体を非接触で搬送する非接触搬送装置、非接触搬送方法及び非接触搬送システムに関する。
　本出願は、日本国において２００９年５月１４日に出願された日本特許出願番号２００９－１１７３２０、２００９年８月１２日に出願された日本特許出願番号２００９－１８７４７５を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。
　従来、非接触搬送技術としては、圧縮空気により被搬送物体を空間に浮揚させて搬送したり、磁力により被搬送物体を空間に浮揚させて搬送したり、あるいは、超音波の放射圧により被搬送物体を空間に浮揚させて搬送する各種浮揚技術を利用した方法が知られている。
　圧搾空気を用いる浮揚技術では、エアコンプレッサやエアホースなどを必要とし、装置は大型化したり煩雑化する。また、クリーンルームで使用する場合、大量の清浄な空気を必要とし、コストパフォーマンスが低下する。また、磁力による浮揚技術は、搬送対象物が磁性体に限られ、また、磁気が搬送対象物に影響を与える虞がある。
　超音波の放射圧により被搬送物体を空間に浮揚させて搬送する浮揚技術では、例えば、超音波振動板を超音波振動させて、上記超音波振動板と搬送対象との間に厚さ数１０マイクロメートルの薄い空気膜を作ることにより被搬送物体を空間に浮揚させる（例えば、特開平７－１３７８２４号公報参照）。
　また、振動子と反射板の間に超音波定在波を発生させ、その音圧節部に、音波に対して十分に小さい物体を捕捉し、振動子により放射される超音波の周波数を変えることにより、捕捉した物体を振動子の中心軸上を移動させるようにしたマニピュレーション方法が提案されている（例えば、特開平９－１９３０５５号公報参照）。
　さらに、音軸が一点で交差するように所定の距離を保って同じ角度で傾斜させて配置した一対の超音波振動子を所定の電気信号で駆動し、放射される二つの超音波の交差区域に生成する定在波音場の音圧の節で微小物体を捕捉し、供給する電気信号を変化させて、捕捉した微小物体を移動するようにしたマニピュレーション方法が提案されている（例えば、特開平１１－２６２８８０号公報参照）。
　ところで、圧搾空気を用いる浮揚技術では、エアコンプレッサやエアホースなどを必要とし、装置は大型化したり煩雑化する。また、クリーンルームで使用する場合、大量の清浄な空気を必要とし、コストパフォーマンスが低下する。また、磁力による浮揚技術は、搬送対象物が磁性体に限られ、また、磁気が搬送対象物に影響を与える虞がある。
　超音波の放射圧により被搬送物体を空間に浮揚させて搬送する浮揚技術は、圧縮空気や磁力による問題がないのであるが、通常、超音波振動板と搬送対象との間に厚さ数１０マイクロメートルの薄い空気膜を作ることにより被搬送物体を空間に浮揚させるので、空気膜を発生しなければならないため微小物体の搬送は難しく、搬送対象が薄い平板に限定され、シリコンウエハや液晶ディスプレイ用ガラス板などの搬送に利用される。
　また、振動子と反射板の間に超音波定在波を発生させ、その音圧節部に、音波に対して十分に小さい物体を捕捉し、振動子により放射される超音波の周波数を変えることにより、捕捉した物体を振動子の中心軸上を移動させるようにしたマニピュレーション方法や、音軸が一点で交差するように所定の距離を保って同じ角度で傾斜させて配置した一対の超音波振動子を所定の電気信号で駆動し、放射される二つの超音波の交差区域に生成する定在波音場の音圧の節で微小物体を捕捉して移動させるようにしたマニピュレーション方法が提案されているが、超音波の媒質中における減衰が問題となり、捕捉した微小物体を長距離に亘り非接触移動させることは難しい。
　そこで、本発明の目的は、超音波定在波により微小部品や液滴などの微小物体を捕捉し、捕捉した微小物体を非接触で長距離に亘って搬送可能な非接触搬送装置、非接触搬送方法及び非接触搬送システムを提供することにある。
　また、本発明の目的は、超音波定在波により微小部品や液滴などの微小物体を捕捉し、捕捉した微小物体を非接触で長距離に亘って連続的に高速で搬送可能な非接触搬送装置、非接触搬送方法及び非接触搬送システムを提供することにある。
　本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
　本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施例の説明から一層明らかにされる。
　本発明に係る非接触搬送装置は、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、上記たわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部とを備え、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御して、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送することを特徴とする。
　本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、上記駆動部により上記たわみ振動板を長手方向の２箇所において加振する１対の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記駆動部により上記１対の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御して、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送するものとすることができる。
　本発明に係る非接触搬送装置において、上記１対の超音波振動子は、例えば、上記たわみ振動板の自由振動における腹の位置を上記たわみ振動板を長手方向の２箇所において加振するものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置において、上記１対の超音波振動子は、例えば、それぞれ超音波ホーンを介して上記たわみ振動板を長手方向の２箇所において加振するものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、上記たわみ振動板と上記反射板は、互いに対向する矩形形状に形成され、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた直線状の空間を上記被搬送微小物体の搬送路とすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、上記たわみ振動板と上記反射板と上記１対の超音波振動子と上記駆動部とからなる搬送ユニットを複数連結してなるものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、上記駆動部は、上記１対の超音波振動子を励振する上記電気信号の周波数を変化させることにより、上記たわみ振動板と上記反射板に挟まれた空間において上記被搬送微小物体を捕捉する上記超音波定在波の節部の位置を制御するものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、上記たわみ振動板はリング形状に形成され、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれたリング状の空間を搬送路とし、上記リング形状のたわみ振動板の円周方向の対向する位置において、上記駆動部により対をなす超音波振動子を逆位相の電気信号により励振して上記たわみ振動板の進行波超音波振動を周回させ、上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体を搬送するものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、上記駆動部により上記たわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御し、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記被搬送微小物体を順次捕捉して上記たわみ振動板の長手方向に搬送するものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、上記たわみ振動板はリング形状に形成され、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれたリング状の空間を搬送路とし、上記駆動部により上記リング形状のたわみ振動板の円周方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御し、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記被搬送微小物体を順次捕捉して上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体を搬送するものとすることができる。
　本発明に係る非接触搬送システムは、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、上記たわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部とを備え、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送部を複数連結してなることを特徴とする。
　また、本発明に係る非接触搬送システムは、例えば、たわみ振動板と反射板で挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした非接触搬送部を複数連結してなるものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送システムは、例えば、たわみ振動板と反射板で挟まれたリング状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした非接触搬送部に、たわみ振動板と反射板で挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした非接触搬送部を複数連結してなるものとすることができる。
　本発明に係る非接触搬送方法は、複数個の超音波振動子を位相の異なる電気信号により励振して、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振することにより上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送することを特徴とする。
　本発明に係る非接触搬送方法は、例えば、１対の超音波振動子によりたわみ振動板を長手方向の２箇所において加振することにより超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記１対の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送するものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、例えば、複数個の超音波振動子によりたわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振することにより上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を順次捕捉して上記たわみ振動板の長手方向に搬送するものとすることができる。
　また、本発明に係る非接触搬送装置は、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振する超音波振動子と、上記超音波振動子を電気信号により励振する駆動部と、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸収部とを備え、上記駆動部により上記超音波振動子を励振して、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸収部により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送することを特徴とする。
　また、本発明に係る非接触搬送システムは、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振する超音波振動子と、上記超音波振動子を電気信号により励振する駆動部と、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸部とを備え、上記駆動部により上記超音波振動子を励振して、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸収部により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送部を複数連結してなることを特徴とする。
　さらに、本発明に係る非接触搬送方法は、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板とにより挟まれた空間を被搬送微小物体の搬送路とし、上記たわみ振動板を長手方向の一端において超音波振動子により加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸収部により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送することを特徴とする。
　本発明では、複数個の超音波振動子を位相の異なる電気信号により励振して、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振することにより上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送することができ、微小部品や液滴などの被搬送微小物体を超音波定在波により捕捉し、捕捉した微小物体を非接触で長距離に亘って搬送可能な非接触搬送装置及び非接触搬送方法を提供することができる。
　また、本発明では、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板とにより挟まれた空間を被搬送微小物体の搬送路とし、上記たわみ振動板を長手方向の一端において超音波振動子により加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸収部により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送することができ、微小部品や液滴などの被搬送微小物体を超音波定在波により捕捉し、捕捉した微小物体を非接触で連続的に高速で搬送可能な非接触搬送装置及び非接触搬送方法を提供することができる。
　本発明によれば、大きさ１～数ｍｍ程度の物体であれば、特に被搬送物体の種類を選ぶことなく非接触で数１０ｍ以上の長距離を搬送可能であり、しかも、数１０マイクロメートルオーダーの位置決め精度を確保することができる。また、被搬送物体は、小型の固体にとどまらず、液体の搬送も可能であることから、バイオテクノロジー分野において、純水や試薬などを不純物の混入なく搬送することが可能となる。
図１は、本発明を適用した非接触搬送装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、上記非接触搬送装置において、たわみ振動板と反射板により挟まれた直線状の空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉して搬送している状態を模式的に示す図である。 図３は、上記非接触搬送装置を１つの搬送ユニットとして、複数の搬送ユニットを連結することにより構築した任意の搬送路長の非接触搬送装置の構成を模式的に示す図である。 図４は、被搬送微小物体の捕捉位置を二次元方向に制御することができるようにした非接触搬送装置の構成を模式的に示す図である。 図５は、リング状の搬送路に沿って被搬送微小物体を搬送するようにした非接触搬送装置の構成を模式的に示す図である。 図６は、上記非接触搬送装置において、たわみ振動板と反射板により挟まれたリング状の空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉して搬送している状態を模式的に示す図である。 図７は、リング状の搬送路に沿って被搬送微小物体を搬送するようにした非接触搬送装置の他の構成例を模式的に示す図である。 図８は、円板の振動モードを有限要素解析（ＦＥＡ）したモーダル解析による計算結果を示す図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、本発明に係る非接触搬送装置のプロトタイプの構造を模式的に示す図である。 図１０Ａ乃至図１０Ｃは、上記非接触搬送装置のプロトタイプにおけるリング状の圧電素子の駆動状況及び振動振幅分布の計算結果を模式的に示す図である。 図１１Ａ乃至図１１Ｃは、プロトタイプの非接触搬送装置により被搬送微小物体としてポリスチレン粒子を５個捕捉した様子を撮影した画像を示す図である。 図１２は、上記プロトタイプの非接触搬送装置において１個のポリスチレン粒子を捕捉してリング状の搬送路に沿って逆時計回り方向に非接触搬送する状態を撮影し重ね合わせた画像を示す図である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部に直線状の非接触搬送路を有する非接触搬送部を複数連結した非接触搬送システムの構成例を模式的に示す図である。 図１４は、上記非接触搬送システムにおける搬送路入口部分及び搬送路出口部分の構造を模式的に示す図である。 図１５は、リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部と直線状の非接触搬送路を有する非接触搬送部をそれぞれ複数組み合わせて連結した非接触搬送システムの構成例を模式的に示す図である。 図１６は、本発明を適用した非接触搬送装置の他の構成例を模式的に示す図である。 図１７は、図１６に示した構成の非接触搬送装置におけるたわみ振動板の振動分布の測定結果を示す図である、 図１８は、図１６に示した構成の非接触搬送装置におけるたわみ振動板と反射板との間の音圧分布の測定結果を示す図である。 図１９は、図１８中の各場所Ａ１～Ａ３における搬送方向の音圧の位相分布を示す図である。 図２０は、図１８中の場所Ａ４の垂直方向の位相分布を示す図である。 図２１は、図１６に示した構成の非接触搬送装置における粒子の搬送軌跡を音圧分布とともに示す図である。 図２２は、図２１より求めた粒子の搬送速度の時間変化を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
　本発明は、例えば図１に示すように、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板１０を長手方向の２箇所において加振する１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂを電気信号により励振して、上記たわみ振動板１０を進行波超音波振動させて、上記たわみ振動板１０上の被搬送微小物体５０を上記たわみ振動板１０の長手方向に搬送する非接触搬送装置１００に適用される。
　この非接触搬送装置１００には、上記たわみ振動板１０と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に反射板２０が設置されている。上記たわみ振動板１０と上記反射板２０は、互いに対向する矩形形状に形成されている。
　また、この非接触搬送装置１００は、上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂを電気信号により励振する駆動部４０を備える。
　この非接触搬送装置１００において、たわみ振動板１０は、例えば、幅６０ｍｍ、長さ６００ｍｍ、厚み３ｍｍのジュラルミン製の振動板であって、その長手方向の両端部分にそれぞれ超音波ホーン３１Ａ，３１Ｂを介して連結板３５に設けられた１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂが接続されている。上記超音波ホーン３１Ａ，３１Ｂは、上記たわみ振動板１０に対してその長手方向両端部において長手方向と直交する状態で取付けられている。
　上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂは、例えば、それぞれ図示しないボルトによって締め付け固定されるリング状のピエゾ素子を備えた所謂ボルト締めランジュバン型振動子が使用されており、駆動用の電気信号が駆動部４０からピエゾ素子に印加されることにより励振されるようになっている。
　上記駆動部４０は、駆動用の電気信号として、周波数が２０～５０ｋＨｚ程度の２相の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)）を発生する信号発生器４１と、上記第１の駆動信号cos(ωt)と第２の駆動信号cos(ωt＋θ)を増幅して上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂに供給する２つの電力増幅器４２Ａ，４２Ｂと、上記第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θを可変制御する位相制御部４３からなる。
　この非接触搬送装置１００では、駆動用の電気信号として、周波数が２０～５０ｋＨｚ程度の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)）が駆動部４０から上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂに供給されることにより励振される上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂの超音波振動がそれぞれ超音波ホーン３１Ａ，３１Ｂにより増幅されて上記たわみ振動板１０に印加される。これにより、いくつかの共振周波数で上記たわみ振動板１０にたわみ振動を励振することができる。
　ここで、上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂは、上記たわみ振動板１０の自由振動における腹の位置を上記たわみ振動板１０を長手方向の２箇所において加振するようにすると、効率よく上記たわみ振動板１０にたわみ振動を励振することができる。
　そして、この非接触搬送装置１００では、上記たわみ振動板１０と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に反射板２０が設置されているので、上記駆動部４０により上記１対の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板１０を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０により挟まれた空間に超音波定在波が形成され、図２に示すように、この超音波定在波の節部に被搬送微小物体５０を捕捉することができる。また、上記駆動部４０により上記１対の超音波振動子を励振させる電気信号、すなわち、周波数が２０～５０ｋＨｚ程度の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)）の位相差を制御することにより、上記たわみ振動板１０を伝搬するたわみ波の進む方向やその強さを制御することができ、この非接触搬送装置１００では、上記第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θを位相制御部４３により可変制御することにより、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０により挟まれた空間に形成される超音波定在波の節の位置を上記反射板２０の長手方向の一次元上で任意の位置及び方向に変化させ、上記超音波定在波の節部に捕捉されている被搬送微小物体５０の空間位置を制御することができ、上記位相制御部４３により上記第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θを連続的に変化させることにより、上記たわみ振動板１０を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体５０を上記たわみ振動板１０の長手方向に非接触搬送することができる。上記たわみ振動板１０と上記反射板２０で挟まれた直線状の空間が上記被搬送微小物体５０の搬送路となっている。
　この非接触搬送装置１００では、１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂを電気信号により励振して、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板１０を長手方向の２箇所において加振することにより超音波振動させ、上記たわみ振動板１０と反射板２０により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体５０を捕捉し、上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂを励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記たわみ振動板１０を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体５０を上記たわみ振動板１０の長手方向に搬送する。
　すなわち、この非接触搬送装置１００は、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板１０と、上記たわみ振動板１０と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板２０と、上記たわみ振動板１０を長手方向の２箇所において加振する１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂと、上記１対の超音波振動子を電気信号により励振する駆動部４０を備え、上記駆動部４０により上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂを励振して上記たわみ振動板１０を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体５０を捕捉し、上記駆動部４０により上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂを励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記たわみ振動板１０を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体５０を上記たわみ振動板１０の長手方向に搬送するようになっている。
　ここで、上記反射板２０は、音波を十分に反射する材質であればよく、厚さ１ｍｍ程度の一般的なアルミニウム板やアクリル板などを使用することができる。また、被搬送微小物体５０は、音波の波長よりも十分小さいものであれば、比重の小さい材質ほど捕捉しやすい。また、非接触搬送可能な被搬送微小物体５０の重量は、上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂを励振させる電気信号の電力によって決定される。さらに、非接触搬送される被搬送微小物体５０は、固体に限られることなく液体であってもよい。
　この非接触搬送装置１００では、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０で挟まれた直線状の空間を搬送路として上記被搬送微小物体５０を非接触搬送することができる。
　上記非接触搬送装置１００では、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０で挟まれた長さ６００ｍｍの直線状の搬送路を全長に亘って、被搬送微小物体５０として粒径が３ｍｍ程度の発砲スチロール粒子を非接触搬送することができた。
　ここで、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０と上記１対の超音波振動子３０Ａ，３０Ｂと上記駆動部４０とからなる搬送ユニットを複数連結することにより、数１０ｍに亘る長距離の非接触搬送も可能である。
　例えば、上記非接触搬送装置１００を１つの搬送ユニットとして、図３に示すように、複数の搬送ユニット１００Ａ，１００Ｂ・・・を連結することにより、任意の搬送路長の非接触搬送装置１０００を構築することができる。
　また、上記非接触搬送装置１００では、上記駆動部４０の位相制御部４３により第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θを可変制御することにより、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０により挟まれた空間に形成される超音波定在波の節の位置を上記たわみ振動板１０の長手方向の一次元上で任意の位置及び方向に変化させ、上記超音波定在波の節部に捕捉されている被搬送微小物体５０の空間位置を制御するようにしたが、図４に示す非接触搬送装置２００のように、上記信号発生器４１で発生する上記高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)）の周波数を可変制御する周波数制御部４４を駆動部４０に設けて、第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の周波数も制御するようにしてもよい。なお、この非接触搬送装置２００において、駆動部４０の周波数制御部４４以外の構成要素については、上記非接触搬送装置１００と同じなので、図４中に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　この非接触搬送装置２００では、上記第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の周波数を変化させることにより、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０に挟まれた空間において、上記たわみ振動板１０の長手方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向で上記被搬送微小物体５０を捕捉する上記超音波定在波の節部の位置を制御することができ、上記超音波定在波の節部に捕捉されている被搬送微小物体５０の空間位置を、上記位相制御部４３による第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の位相θの制御によりＸ方向で変化させ、また、上記周波数制御部４４による第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋θ)の周波数の制御によりＹ方向で変化させ、二次元方向に制御することができる。
　また、上記非接触搬送装置１００では、上記たわみ振動板１０と上記反射板２０で挟まれた直線状の空間を搬送路として上記被搬送微小物体５０を非接触搬送するようにしたが、例えば、図５に示す非接触搬送装置３００のように、たわみ振動板３１０をリング形状に形成し、上記たわみ振動板３１０と円盤状の反射板３２０で挟まれたリング状の空間を被搬送微小物体３５０の搬送路とし、上記リング形状のたわみ振動板３１０の円周方向の対向する位置において、駆動部３４０により対をなす超音波振動子３３１Ａ・３３１Ｂ、３３２Ａ・３３２Ｂを逆位相の電気信号により励振して上記たわみ振動板３１０の進行波超音波振動を周回させ、上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体３５０を搬送するように構成することもできる。
　この非接触搬送装置３００は、対をなす超音波振動子３３１Ａ・３３１Ｂ、３３２Ａ・３３２Ｂとして、それぞれ所謂ボルト締めランジュバン型振動子を使用した二対の超音波振動子を備える。上記駆動部３４０は、周波数が２０～５０ｋＨｚ程度の４相の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋π)、第３の駆動信号sin(ωt)、第４の駆動信号sin(ωt＋π)）を駆動用の電気信号とし、上記リング形状のたわみ振動板３１０の円周方向の対向する位置において、超音波振動子３３１Ａ・３３１Ｂを逆位相の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋π)）にて励振するとともに、超音波振動子３３２Ａ・３３２Ｂを逆位相の高周波信号（第３の駆動信号sin(ωt)、第４の駆動信号sin(ωt＋π)）にて励振することにより、図６に示すように、上記たわみ振動板３１０の進行波超音波振動を周回させ、上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体３５０を搬送する。
　なお、図７に示す非接触搬送装置３００Ａのように、円周方向に四分割した各領域に電極パターン３３１ａ・３３１、３３２ａ・３３２ｂを形成してなるリング形状の圧電素子３３０を二対の超音波振動子３３１Ａ・３３１Ｂ、３３２Ａ・３３２Ｂとして用い、上記円周方向に四分割した各領域に形成した電極パターン３３１ａ・３３１、３３２ａ・３３２ｂに駆動部３４０から逆位相の高周波信号（第１の駆動信号cos(ωt)、第２の駆動信号cos(ωt＋π)）と逆位相の高周波信号（第３の駆動信号sin(ωt)、第４の駆動信号sin(ωt＋π)）を供給して、上記二対の超音波振動子３３１Ａ・３３１Ｂ、３３２Ａ・３３２Ｂを励振することにより、上記非接触搬送装置３００と同様に、上記たわみ振動板３１０の進行波超音波振動を周回させ、上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体３５０を搬送することもできる。なお、この非接触搬送装置３００Ａにおいて、駆動部４０の超音波振動子３３１Ａ・３３１Ｂ、３３２Ａ・３３２Ｂの構造、すなわち、上記二対の超音波振動子３３１Ａ・３３１Ｂ、３３２Ａ・３３２Ｂとして、ボルト締めランジュバン型振動子に替えて、電極パターン３３１ａ・３３１、３３２ａ・３３２ｂを形成したリング形状の圧電素子３３０を上記リング形状のたわみ振動板３１０に直接貼り付けた構造以外は、上記非接触搬送装置３００と同じなので、共通構成要素については、図７中に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　なお、直線搬送を行う非接触搬送装置においても、超音波振動子として、ボルト締めランジュバン型振動子に替えて、電極パターンを形成した圧電素子をたわみ振動板に直接貼り付けた構造を採用することもでき、また、複数個の超音波振動子によりたわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振することにより上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を順次捕捉して上記たわみ振動板の長手方向に搬送することができる。
　ここで、直径３０ｍｍで厚さ０．５ｍｍの２枚のアルミニウム円板をたわみ振動板と反射板として５ｍｍの距離で平行に設けたプロトタイプの非接触搬送装置において、上記反射板と上記振動板と間の空気中で音響定在波を発生させるために、円板の振動モードを有限要素解析（ＦＥＡ）することにより得られた１８～１００ｋＨｚまでＦＥＡのモーダル解析による計算結果を図８に示す。図８において、ｍ及びｎは各共振振動モードにおける節線及び節円の数を示す。
　そして、図９Ａに示すように、上記非接触搬送装置３００Ａのプロトタイプとして、直径３０ｍｍで厚さ０．５ｍｍのアルミニウム円板を上記たわみ振動板３１０として使用し、上記リング状の圧電素子３３０として厚さ０．５ｍｍの圧電ジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）のリングをエポキシ化合物によって上記たわみ振動板３１０に付けるとともに、上記たわみ振動板３１０のセンターに支持ロッドを付け、上記直径３０ｍｍで厚さ０．５ｍｍのアルミニウム円板を用いた反射板３２０を上記たわみ振動板３１０と５ｍｍの距離で平行に設けたものを作成したところ、数ミリメートルの直径によるポリスチレン粒子を一定の間隔で定在波の節線で捕獲することができ、上記たわみ振動板３１０と反射板３２０により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記被搬送微小物体３５０としてポリスチレン粒子を順次捕捉して上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体３５０を非接触搬送することすることができた。
　上記非接触搬送装置３００Ａのプロトタイプでは、上記有限要素解析（ＦＥＡ）による計算結果から、リング状の圧電素子３３０の電極は、４７．８ｋＨｚの共振周波数で１つの節円及び４つの節線でたわみの振動モードを生み出すために、図９Ｂに示すように、２４の部分に分けた。
　そして、プロトタイプの非接触搬送装置３００ＡについてのＦＥＡによる計算結果では、半波長が円周方向で４５度と一致する（１、４）たわみモードの定在波が発生したので、リング状の圧電素子３３０の駆動信号を制御することによって円周方向で捕獲粒子の位置を制御するの（１、４）たわみモードの定在波を用いた。
　上記リング状の圧電素子３３０の駆動状況及び振動振幅分布の計算結果を図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃに示す。図１０Ａ，図１０Ｂ，図１０Ｃでは、分割された電極がＶ＝ｃｏｓωｔと－ｃｏｓωｔの入力電圧で励起されたことを意味する「＋」及び「-」により駆動状況が示され、たわみ振動板３１０は、電気的に接地されている。
　すなわち、図１０Ａに示すように、「＋」及び「－」の入力電圧は、４５度、各々の３つの電極に印加した駆動状態（ここでは、この駆動状態を３－３ドライブと呼ぶ）から、図１０Ｂに示すように、電極の入力駆動信号のうちの１つ「－」の入力電圧を「＋」の入力電圧に変えた駆動状態（ここでは、この駆動状態を４－２ドライブと呼ぶ）としたときに、（１、４）モードが現れ、節線が逆時計回り方向で７．５度回転し、さらに、図１０Ｃに示すように、電極の入力駆動信号のうちの１つ「＋」の入力電圧を「－」の入力電圧に変えて再度３－３ドライブの駆動状態としたときに、（１、４）モードが現れ、節線が逆時計回り方向でさらに７．５度回転し、全体で１５度回転する。
　上記プロトタイプの非接触搬送装置３００では、上記リング状の圧電素子３３０の駆動状態を３-３ドライブの駆動状態と４－２ドライブの駆動状態に交互に切り換えることにより、上記たわみ振動板３１０と反射板３２０により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記被搬送微小物体３５０としてポリスチレン粒子を順次捕捉し、駆動状態を１回切り換える毎に逆時計回り方向で７．５度ずつ、上記リング状の搬送路に沿って逆時計回り方向に上記被搬送微小物体３５０を非接触搬送することができる。
　ここで、上記プロトタイプの非接触搬送装置３００Ａにおいて、反射板３２０に透明なアクリル板を用いて、上記たわみ振動板３１０と反射板３２０により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記被搬送微小物体３５０としてポリスチレン粒子を５個捕捉した様子を撮影した画像を図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、５個のポリスチレン粒子を円板のまわりで上記たわみ振動板３１０のたわみ振動の半波長と一致した一定の間隔で捕獲することができた。また、ポリスチレン粒子を捕獲することができる位置は、図１１Ｃに示すように、スキャンＬＤＶを使った観察によりＦＥＡで予測した位置と一致することが確認された。
　また、上記プロトタイプの非接触搬送装置３００Ａにより、上記被搬送微小物体３５０として１個のポリスチレン粒子を捕捉し、上記リング状の圧電素子３３０の駆動状態を３-３ドライブの駆動状態と４－２ドライブの駆動状態に交互に切り換えることにより、上記たわみ振動板３１０と反射板３２０により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記ポリスチレン粒子を順次捕捉し、上記リング状の搬送路に沿って逆時計回り方向に非接触搬送する状態を撮影し重ね合わせた画像を図１２に示す。
　上述の如きたわみ振動板と反射板で挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした本発明に係る非接触搬送装置は、複数連結することにより、長距離の非接触搬送システムを構築することができ、また、たわみ振動板と反射板で挟まれたリング状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした非接触搬送装置と組み合わせることにより、例えば、図１３に示すように、搬送元や搬送先を切り換えることのできる非接触搬送システム５００を構築することができる。
　この非接触搬送システム５００は、図１３Ａに示すように、リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部５１０に、それぞれ直線状の非接触搬送路を有する３個の非接触搬送部５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃを連結してなる。
　上記第１の非接触搬送部５２０Ａは、長尺な平板状に形成され直線状のたわみ振動板５２１Ａと、上記たわみ振動板５２１Ａと対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板５２２Ａと、上記たわみ振動板５２１Ａを長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部とを備え、上記たわみ振動板５２１Ａと反射板５２２Ａで挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体の非接触搬送路としたもので、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板５２１Ａを超音波振動させることにより、上記たわみ振動板５２１Ａと上記反射板５２２Ａにより挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板５２１Ａの長手方向に搬送する。上記第１の非接触搬送部５２０Ａには、図１４に示すように、この非接触搬送システム５００における被搬送微小物体５５０の搬送元となる上記たわみ振動板５２１Ａと反射板５２２Ａで挟まれた直線状の非接触搬送路の搬送路入口部分において、被搬送微小物体５５０を捕捉する超音波定在波の節部の上方に位置し、被搬送微小物体５５０を超音波定在波の節部に落下させて捕捉させるための複数の搬入管５３０が設けられている。上記搬入管５３０の先端位置は、搬送対象が捕捉される位置、すなわち空気中の音響定在波節線上に近い位置とすればよく、また、複数の搬入管５３０は、搬送方向の定在波の波長の間隔をもって設けられる。
　上記搬入管５３０を通って第１の非接触搬送部５２０Ａに投入された被搬送微小物体５５０は、自動的に音響定在波の節の位置に捕捉され、直線状の搬送路に沿って非接触搬送される。
　そして、上記第１の非接触搬送部５２０Ａは、搬送元から搬入された被搬送微小物体５５０を非接触搬送して上記リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部５１０に渡す。
　また、上記非接触搬送部５１０は、長尺な平板状に形成されたリング状のたわみ振動板５１１と、上記たわみ振動板５１１と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板５１２と、上記たわみ振動板５１１を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部とを備え、上記たわみ振動板５１１と反射板５１２で挟まれたリング状の空間を被搬送微小物体の非接触搬送路としたもので、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板５１１を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板５１１と上記反射板５１２により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体５５０を捕捉し、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体５５０を上記たわみ振動板５１１の長手方向すなわち上記たわみ振動板５１１の円周方向に搬送する。この非接触搬送部５１０は、図１３Ｂに示すよう、上記搬送元から搬入され上記第１の非接触搬送部５２０Ａを介して受け渡された被搬送微小物体を非接触搬送して、第２の非接触搬送部５２０Ｂ、又は、第３の非接触搬送部５２０Ｃに渡す。
　この第１の非接触搬送部５２０Ａは、搬送元から搬入された被搬送微小物体５５０を非接触搬送して上記リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部５１０に渡す。
　上記第１の非接触搬送部５２０Ａから非接触搬送部５１０に被搬送微小物体５５０を確実に受け渡すために、この非接触搬送システム５００では、上記第１の非接触搬送部５２０Ａの振動板５２１Ａ及び反射板５２２Ａと上記非接触搬送部５１０の振動板５１１及び反射板５１２の一部を重ねて配置してある。この場合、上記第１の非接触搬送部５２０Ａにおける超音波の周波数と上記非接触搬送部５１０における超音波の周波数とに差を持たせることにより、各々の振動板５２１Ａ，５１１と反射板５２２Ａ，５１２間の距離に差が生じ、振動板５２１Ａ，５１１と反射板５２２Ａ，５１２を重ね合わせる配置とすることができる。
　上記第１の非接触搬送部５２０Ａの直線状の搬送路を通って運ばれてきた被搬送微小物体５５０は、上記非接触搬送部５１０に超音波定在波によって捕捉されることにより受け渡され、上記非接触搬送部５１０のリング状の搬送路に沿って非接触搬送され、上記非接触搬送部５１０から第２又は第３の非接触搬送部５２０Ｂ，５２０Ｃに受け渡される。
　すなわち、上記リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部５１０は、被搬送微小物体５５０の搬送先を切り替える進路切替部として機能する。
　上記第２の非接触搬送部５２０Ｂは、長尺な平板状に形成され直線状のたわみ振動板５２１Ｂと、上記たわみ振動板５２１Ｂと対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板５２２Ｂと、上記たわみ振動板５２１Ｂを長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部とを備え、上記たわみ振動板５２１Ｂと反射板５２２Ｂで挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体５５０の非接触搬送路としたもので、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板５２１Ｂを超音波振動させることにより、上記たわみ振動板５２１Ｂと上記反射板５２２Ｂにより挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体５５０を上記たわみ振動板５２１Ｂの長手方向に搬送する。この第２の非接触搬送部５２０Ｂは、上記非接触搬送部５１０から受け渡された被搬送微小物体５５０を第１の搬送先まで非接触搬送する。
　ここで、上記第２の非接触搬送部５２０Ｂには、図１４に示すように、この非接触搬送システム５００における被搬送微小物体５５０の第１の搬送先となる上記たわみ振動板５２１Ｂと反射板５２２Ｂで挟まれた直線状の非接触搬送路の搬送路出口部分において、被搬送微小物体５５０を捕捉する超音波定在波の節部の下方に位置し、被搬送微小物体５５０を超音波定在波の節部から落下させて取り出すための複数の搬出管５４０が設けられている。そして、上記第２の非接触搬送部５２０Ｂを介して第１の搬送先に非接触搬送された被搬送微小物体５５０は、上記非接触搬送路の搬送路出口部分において、当該被搬送微小物体５５０を節部に捕捉している超音波定在波の発生を停止させて捕捉をとくことにより、節部の下方に落下させて上記搬出管５４０を介して搬出される。
　また、上記第３の非接触搬送部５２０Ｃは、長尺な平板状に形成され直線状のたわみ振動板５２１Ｃと、上記たわみ振動板５２１Ｃと対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板５２２Ｃと、上記たわみ振動板５２１Ｃを長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部とを備え、上記たわみ振動板５２１Ｃと反射板５２２Ｃで挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体５５０の非接触搬送路としたもので、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板５２１Ｃと上記反射板５２２Ｃにより挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体５５０を上記たわみ振動板５２１Ｃの長手方向に搬送する。この第３の非接触搬送部５２０Ｃは、上記非接触搬送部５１０から受け渡された被搬送微小物体５５０を第２の搬送先まで非接触搬送する。
　なお、上記第３の非接触搬送部５２０Ｃでは、上記第２の非接触搬送部５２０Ｂと同様に、上記第３の非接触搬送部５２０Ｃを介して第２の搬送先に非接触搬送された被搬送微小物体５５０は、上記非接触搬送路の搬送路出口部分において、当該被搬送微小物体５５０を節部に捕捉している超音波定在波の発生を停止させて捕捉をとくことにより、節部の下方に落下させて搬出管を介して搬出される。
　この非接触搬送システム５００では、搬送元から搬入された被搬送微小物体５５０を直線状の非接触搬送路を有する第１の非接触搬送部５２０Ａを介してリング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部５１０まで搬送し、被搬送微小物体を上記非接触搬送部５１０から第２又は第３の非接触搬送部５２０Ｂ，５２０Ｃを介して第１の搬送先又は第２の搬送先に搬送することができる。
　なお、この非接触搬送システム５００では、上記第２及び第３の非接触搬送部５２０Ｂ、５２Ｃに備えられた上記たわみ振動板５２１Ｂ、５２１Ｃと反射板５２２Ｂ、５２２Ｂを上記第１の非接触搬送部５２０とは上下を反転した配置とし、上方側に位置する反射板５２２Ｂ、５２２Ｃに搬出管５４０を設けるようにしたが、上下を反転せずに、上方側に位置するたわみ振動板５２１Ｂ、５２１Ｃに搬出管５４０を設けるようにしてもよい。
　また、上記非接触搬送システム５００では、リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部５１０に、それぞれ直線状の非接触搬送路を有する３個の非接触搬送部５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃを連結したが、上記リング状の非接触搬送路を有する非接触搬送部５１０には、最大で上記リング状の非接触搬送路において同時に捕捉することのできる被搬送微小物体５５０の数に等しい数だけ、それぞれ直線状の非接触搬送路を有する非接触搬送部を連結することができ、また、複数の搬送元を有するものとすることもできる。
　さらに、各非接触搬送部の反射板は、振動板と同形状である必要はなく、搬送路一式上に１枚存在する構造でもよく、例えば図１５に示すように、１枚の大型反射板６３０を用いることができ、さらに、リング状の非接触搬送路を有する複数の非接触搬送部６１０Ａ，６１０Ｂと直線状の非接触搬送路を有する複数の非接触搬送部６２０Ａ～６２０Ｆを組み合わせて連結した非接触搬送システム６００を構築することもできる。
　また、上記非接触搬送装置１００、２００、３００では、複数個の超音波振動子により、たわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振してたわみ振動板を超音波振動させるようにしたが、図１６に示す非接触搬送装置７００のように、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板７１０と、上記たわみ振動板７１０と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板７２０とにより挟まれた空間を被搬送微小物体７６０の搬送路とし、上記たわみ振動板７１０を長手方向の一端において超音波振動子７３０により加振することにより、上記たわみ振動板７１０を超音波振動させ、上記たわみ振動板７１０を長手方向の他端に取り付けられた超音波吸収材７４０Ａ，７４０Ｂからなる超音波吸収部７４０により上記たわみ振動板７１０の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板７１０を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板７１０と反射板７２０により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体７６０を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体７６０を上記たわみ振動板７１０の長手方向に搬送することもできる。
　この非接触搬送装置７００では、超音波振動子７３０には、１本のエクスポーネンシャルホーン付ボルト締めランジュバン振動子を用いた。また、長さ４００ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製板をたわみ振動板７１０とし、その一端から３０ｍｍの位置に超音波振動子７３０をネジ締結し、もう片端に超音波吸収材７４０Ａ，７４０Ｂとして鉛板(長さ４ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ)を表裏両面に万力で固定して超音波吸収部７４０を設けた。そして、たわみ振動板７１０と反射板７２０の間の空中に、垂直方向(ｚ方向)に音圧の節が２つの空中音場が励振されるようにたわみ振動板７１０から１３．５ｍｍの位置に平行にアルミニウム製板(長さ２２０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ３ｍｍ)を反射板７２０として設置した。
　なお、上記超音波吸収部７４０は、鉛以外の金属やプラスチックなど超音波吸収材７４０Ａ，７４０Ｂを用いて構成することもできる。
　そして、駆動部７５０により上記超音波振動子７３０を励振して、上記たわみ振動板７１０を長手方向の一端において加振することにより、上記たわみ振動板７１０を超音波振動させ、上記たわみ振動板７１０の長手方向の他端に設けられた超音波吸収部７４０により上記たわみ振動板７１０の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板７１０を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板７１０と上記反射板７２０により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体７６０を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体７６０を上記たわみ振動板７１０の長手方向に搬送する。
　この非接触搬送装置７００では、超音波振動子７３０の縦振動がたわみ振動板７１０のたわみ進行波に変換されて超音波吸収部７４０によって吸収される。
　このような構成の非接触搬送装置７００では、駆動周波数３１．６ｋＨｚでたわみ振動板７１０を超音波振動させると、振動板幅方向中央部の長手方向（ｘ方向）の振動分布をＬＤＶ(CLV-1000&700,PI Polytec)で測定した結果を図１７に示すように、定在波比はおよそ３であり、たわみ振動板７１０に沿って伝播速度約５７０ｍ／ｓのたわみ進行波が発生する。
　また、たわみ振動板７１０と反射板７２０との間の音圧分布をプローブマイクロホン(Type 5935,Bruel &Kjar)を使い測定した結果を図１８に示す。さらに、上記図１８中の各場所Ａ１～Ａ３における搬送方向の音圧の位相分布を図１９に示すとともに、場所Ａ４の垂直方向の位相分布を図２０に示す。
　図１９に示すように、搬送方向へは位相が直線的に変化しており、波長１９．０ｍｍの進行波が伝搬している。また、図２０に示すように、垂直方向へは節数２の定在波となっている。
　したがって、たわみ振動板７１０のたわみ振動の伝播速度、空気中の音速からたわみ振動板７１０と反射板７２０の間の距離は上記の値とすることによって、垂直方向の定在波により被搬送微小物体７６０を浮揚し、水平方向の進行波により搬送することができる。
　上記非接触搬送装置７００において、たわみ振動板７１０と反射板７２０の間に上述の進行波音場を発生することで被搬送微小物体７６０として直径２ｍｍのポリスチレン粒子を用いて距離約１００ｍｍ非接触直線搬送することができた。粒子の搬送軌跡を音圧分布とともに図２１に示す。
　図２１は、０．１秒毎の粒子の位置を表している。粒子は音圧分布の節線に沿って移動していることがわかる。また、搬送方向に進むにつれて粒子の搬送軌跡が節線から上下にあばれている。
　ここで、図２１より求めた粒子の搬送速度の時間変化を図２２示す。
　粒子にはｘ正方向の搬送力とそれと逆向きの速度と比例する空気抵抗が作用すると考えると、粒子の搬送速度ｖ（ｔ）はｖ（ｔ）＝ｖ０（１－ｅｘｐ（－ｔ／τ））で表される。
　ここで、ｖ０は終端速度であり、τは時定数である。およそ０．２秒後に終端速度４１０ｍｍ／秒に達している。図２２の時刻ｔ＝０．０８秒における加速度は、速度の傾きより１１．７ｍ／秒２と算出される。よって、ポリスチレン粒子（０．３ｍｇ）を押す搬送方向への力は９．０×１０－７Ｎと見積もられる。節線から上下方向への位置ずれは音場分布の乱れによるものと思われる。
　上記非接触搬送装置７００にように、たわみ振動板７１０と反射板７２０の間に、垂直方向へは超音波定在波を、水平方向（搬送方向）へは超音波進行波を用いることにより被搬送微小物体７６０を非接触で秒速数百ミリメートル程度の高速で長距離に亘って直線搬送できる。
　また、上記非接触搬送装置７００を１つの搬送ユニットとして、複数の搬送ユニットを連結することにより、任意の搬送路長の非接触搬送システムを構築してもよい。
　すなわち、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振する超音波振動子と、上記超音波振動子を電気信号により励振する駆動部と、上記たわみ振動板を長手方向の他端に取り付けられた超音波吸収材とを備え、上記駆動部により上記超音波振動子を励振して、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板を長手方向の他端に取り付けられた超音波吸収材により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送部を複数連結してなる非接触搬送システムを構築することもできる。
　上記非接触搬送装置７００を１つの搬送ユニットとして、複数の搬送ユニットを連結してなる非接触搬送システムでは、１つの搬送ユニットにより連続的に高速で非接触搬送された被搬送物体は、慣性により次の搬送ユニットに順次移動する。

Claims (19)

  1. 長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、
    　上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、
    　上記たわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、
    　上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部と
    を備え、
    　上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、
    　上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御して、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送装置。
  2. 上記駆動部により上記たわみ振動板を長手方向の２箇所において加振する１対の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、
    　上記駆動部により上記１対の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御して、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する
    　ことを特徴とする請求項１記載の非接触搬送装置。
  3. 上記１対の超音波振動子は、上記たわみ振動板の自由振動における腹の位置を上記たわみ振動板を長手方向の２箇所において加振することを特徴とする請求項２記載の非接触搬送装置。
  4. 上記１対の超音波振動子は、それぞれ超音波ホーンを介して上記たわみ振動板を長手方向の２箇所において加振することを特徴とする請求項２記載の非接触搬送装置。
  5. 上記たわみ振動板と上記反射板は、互いに対向する矩形形状に形成され、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれた直線状の空間を上記被搬送微小物体の搬送路としたことを特徴とする請求項２記載の非接触搬送装置。
  6. 上記たわみ振動板と上記反射板と上記１対の超音波振動子と上記駆動部とからなる搬送ユニットを複数連結してなることを特徴とする請求項１記載の非接触搬送装置。
  7. 上記駆動部は、上記１対の超音波振動子を励振する上記電気信号の周波数を変化させることにより、上記たわみ振動板と上記反射板に挟まれた空間において上記被搬送微小物体を捕捉する上記超音波定在波の節部の位置を制御することを特徴とする請求項２記載の非接触搬送装置。
  8. 上記たわみ振動板はリング形状に形成され、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれたリング状の空間を搬送路とし、上記リング形状のたわみ振動板の円周方向の対向する位置において、上記駆動部により対をなす超音波振動子を逆位相の電気信号により励振して上記たわみ振動板の進行波超音波振動を周回させ、上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体を搬送することを特徴とする請求項１記載の非接触搬送装置。
  9. 上記駆動部により上記たわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御し、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記被搬送微小物体を順次捕捉して上記たわみ振動板の長手方向に搬送することを特徴とする請求項１記載の非接触搬送装置。
  10. 上記たわみ振動板はリング形状に形成され、上記たわみ振動板と上記反射板で挟まれたリング状の空間を搬送路とし、
    　上記駆動部により上記リング形状のたわみ振動板の円周方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御し、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に上記被搬送微小物体を順次捕捉して上記リング状の搬送路に沿って上記被搬送微小物体を搬送することを特徴とする請求項９記載の非接触搬送装置。
  11. 長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、上記たわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振する複数個の超音波振動子と、上記複数個の超音波振動子を異なる位相の電気信号により励振する駆動部とを備え、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振して上記たわみ振動板を超音波振動させることにより、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記駆動部により上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送部を複数連結してなる非接触搬送システム。
  12. たわみ振動板と反射板で挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした非接触搬送部を複数連結してなることを特徴とする請求項１１記載の非接触搬送システム。
  13. たわみ振動板と反射板で挟まれたリング状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした非接触搬送部に、たわみ振動板と反射板で挟まれた直線状の空間を被搬送微小物体の搬送路とした非接触搬送部を複数連結してなることを特徴とする請求項１２記載の非接触搬送システム。
  14. 複数個の超音波振動子を位相の異なる電気信号により励振して、長尺な平板状に形成されたたわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振することにより上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、
    　上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送方法。
  15. １対の超音波振動子によりたわみ振動板を長手方向の２箇所において加振することにより超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、
    　上記１対の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する
    　ことを特徴とする請求項１４記載の非接触搬送方法。
  16. 複数個の超音波振動子によりたわみ振動板を長手方向の複数箇所において加振することにより上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記複数個の超音波振動子を励振させる電気信号の位相を制御することにより、たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に隣接して発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を順次捕捉して上記たわみ振動板の長手方向に搬送する
    　ことを特徴とする請求項１４記載の非接触搬送方法。
  17. 長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、
    　上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、
    　上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振する超音波振動子と、
    　上記超音波振動子を電気信号により励振する駆動部と、
    　上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸部と
    を備え、
    　上記駆動部により上記超音波振動子を励振して、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸部により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、
    　上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する
    　ことを特徴とする非接触搬送装置。
  18. 長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板と、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振する超音波振動子と、上記超音波振動子を電気信号により励振する駆動部と、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸収部とを備え、上記駆動部により上記超音波振動子を励振して、上記たわみ振動板を長手方向の一端において加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸収部により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板と上記反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送部を複数連結してなる非接触搬送システム。
  19. 長尺な平板状に形成されたたわみ振動板と、上記たわみ振動板と対向して空気中における音波の半波長の整数倍と等しい所定の間隔を保持した状態に設置された反射板とにより挟まれた空間を被搬送微小物体の搬送路とし、
    　上記たわみ振動板を長手方向の一端において超音波振動子により加振することにより、上記たわみ振動板を超音波振動させ、
    　上記たわみ振動板を長手方向の他端に設けられた超音波吸部により上記たわみ振動板の超音波振動を吸収することによって、上記たわみ振動板を進行波超音波振動させ、上記たわみ振動板と反射板により挟まれた空間に発生される超音波定在波の節部に被搬送微小物体を捕捉し、
    　上記超音波定在波の節部に捕捉した被搬送微小物体を上記たわみ振動板の長手方向に搬送する非接触搬送方法。
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