(57)【要約】【課題】薄型の構成で、物体を浮揚状態に保持でき、コストの低減が可能な物体浮揚装置及び荷取り装置を提供する。【解決手段】物体浮揚装置１１はベースプレート１２を備え、ベースプレート１２上に一対の振動板１３が設けられている。振動板１３にはホーンを介さずに、励振手段を構成する振動素子１４が直付けされている。振動素子１４は１個の長尺の振動板１３に対して１個取り付けられている。振動板１３はベースプレート１２に対して振動素子１４を介して片持ち状態で支持されている。振動板１３は導体（例えば金属板）で構成され、振動素子１４は導電性の接着剤によりベースプレート１２及び振動板１３に固着されている。振動素子１４は振動板１３が定在波を発生するように励振された状態において、振動波の節となる位置に取り付けられている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板を励振手段で励振させて振動板の音波の放射圧により振動板の表面から物体を浮揚させる物体浮揚装置であって、
前記振動板にホーンを介さずに前記励振手段を構成する振動素子を直付けした物体浮揚装置。
【請求項２】
前記励振手段は前記振動板を撓み振動が発生するように励振させる請求項１に記載の物体浮揚装置。
【請求項３】
前記振動板として長尺の振動板が使用されている請求項１又は請求項２に記載の物体浮揚装置。
【請求項４】
前記振動板は定在波を発生するよう励振される請求項２又は請求項３に記載の物体浮揚装置。
【請求項５】
前記振動素子は前記振動板が励振された状態において、振動波の節となる位置に取り付けられている請求項４に記載の物体浮揚装置。
【請求項６】
支持部を移動させる移動手段と、
前記支持部に対して振動素子を介して支持された振動板と、
前記振動素子を振動させる駆動手段と
を備え、前記振動素子を前記振動板にホーンを介さずに直付けした荷取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体浮揚装置及び荷取り装置に係り、詳しくは音波の放射圧を用いて物体を浮揚状態に保持したり、物体を浮揚状態で移載する物体浮揚装置及び荷取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の物体浮揚装置として、例えば特開平７−２４４１５号公報、特開平９−１６９４２７号公報等に開示されたものがある。これらの装置では、長尺の平板状の振動板を使用し、浮揚させるべき物体の前記振動板の表面と対向する面を平面とする。そして、励振手段により振動板を励振させ、振動板の振動による音波の放射圧により物体を浮揚させる。励振手段を構成するホーンは、振動板の中央部に結合されている。また、浮揚した物体に空気を噴射したり、前記振動板で進行波を発生させて浮揚した物体を移動させることにより、物体を浮揚状態で搬送することも開示されている。
【０００３】
また、物体浮揚装置を搬送車に装備して物体を浮揚状態で所定位置まで搬送した場合、あるいは物体を浮揚状態で搬送する物体搬送装置によって物体を所定位置まで搬送した場合、所定位置において物体を移載する作業、即ち荷取り作業が必要になる。物体の浮揚状態で荷取り作業を行う荷取り装置として、フォーク片に振動板を複数装備した物体浮揚装置を備えたものが特開２００１−９７５３１号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の物体浮揚装置では、振動板を励振するのに、振動子をホーンを介して振動板に連結し、振動子で発生させた振動の振幅をホーンにより増幅して用いていた。そのため振動子の下端から振動板の上面までの距離が大きくなり、物体浮揚装置の小型化が難しかった。また、荷取り装置においては、荷取り作業の際に他の物体浮揚装置で浮揚状態に保持された物体の下方に、振動子で励振される振動板を配置させる必要があり、振動子の下端から振動板の上面までの距離が大きな状態の荷取り装置を進入させる必要がある。その結果、例えば、物体浮揚装置に荷取り装置の進入を許容する大きなスペースを確保する必要がある。また、荷取り装置自体も薄型化が難しいという問題がある。また、ホーンは高価であり、その分、製造コストが高くなるという問題もある。
【０００５】
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は薄型の構成で、物体を浮揚状態に保持でき、コストの低減が可能な物体浮揚装置及び荷取り装置を提供することにあり、第２の目的は薄型の構成で、物体を浮揚状態で移載でき、コストの低減が可能な荷取り装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、振動板を励振手段で励振させて振動板の音波の放射圧により振動板の表面から物体を浮揚させる物体浮揚装置であって、前記振動板にホーンを介さずに前記励振手段を構成する振動素子を直付けした。
【０００７】
この発明では、振動板は振動素子により励振され、振動板の音波の放射圧により振動板の表面から物体が浮揚される。振動素子はホーンを介さずに振動板に直付けされているため、ホーンが存在する構成に比較して、振動素子の底部から振動板の表面までの距離が小さくなり、薄型が可能となるとともに製造コストを低減できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記励振手段は前記振動板を撓み振動が発生するように励振させる。この発明では、振動素子の振幅が小さくても、振動板が大きな振幅で振動される。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記振動板として長尺の振動板が使用されている。この発明では、振動板がより効率良く、物体を浮揚させるに必要な放射圧を有する音波を発生する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記振動板は定在波を発生するよう励振される。この発明では、振動板から発生する音波の放射圧縮により、物体が所定位置に浮揚状態で保持される。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記振動素子は前記振動板が励振された状態において、振動波の節となる位置に取り付けられている。従って、この発明では、振動素子が振動板を効率良く励振することができる。
【００１２】
第２の目的を達成するため、請求項６に記載の発明は、支持部を移動させる移動手段と、前記支持部に対して振動素子を介して支持された振動板と、前記振動素子を振動させる駆動手段とを備え、前記振動素子を前記振動板にホーンを介さずに直付けした。この発明では、従来の浮揚状態で荷取りを行う荷取り装置と異なり、振動素子と振動板との間にホーンが存在しないため、荷取りに際して、振動板を荷取りすべき被浮揚物体の下方に配置するためのスペースが小さくてよくなり、荷取り装置を薄型化（小型化）できる。また、製造コストを低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を物体浮揚装置に具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に従って説明する。図１（ａ）は振動板と振動素子の関係を示す模式側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の底面図、図２は物体浮揚装置の模式斜視図である。
【００１４】
図２に示すように、物体浮揚装置１１はベースプレート１２を備え、ベースプレート１２上に一対の振動板１３が設けられている。振動板１３にはホーンを介さずに、励振手段を構成する振動素子１４が直付けされている。この実施例では振動素子１４は１個の振動板１３に対して１個取り付けられている。振動板１３として長尺の振動板が使用され、振動板１３はベースプレート１２に対して振動素子１４を介して片持ち状態で支持されている。振動板１３は導体（例えば金属板）で構成されている。振動素子１４は導電性の接着剤により振動板１３に固着されている。
【００１５】
振動板１３は物体としての板状部材１５の幅より狭い矩形平板状に形成され、一対の振動板１３により板状部材１５を浮揚保持可能になっている。振動素子１４として、ジルコン・チタン酸鉛系磁器（ＰＺＴ）で所定形状（この実施の形態では直方体状）に形成されたピエゾ素子（圧電素子）が使用されている。振動素子１４の一端は配線１６ａを介して発振器１７と接続され、発振器１７の接地端子が配線１６ｂを介して振動板１３に接続されている。振動素子１４及び発振器１７により振動板１３を励振させる励振手段が構成されている。励振手段は振動板１３を撓み振動が発生するように励振させる。振動板１３は定在波を発生するように励振される。図２に示すように、振動素子１４は振動板１３が定在波を発生するように励振された状態において、振動波Ｗの節Ｗｎとなる位置に取り付けられている。
【００１６】
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
物体浮揚装置１１は例えば搬送車上に装備され、搬送すべき板状部材１５を浮揚状態に保持しつつ搬送車の移動により目的位置まで搬送される。
【００１７】
発振器１７の駆動により、振動素子１４が所定の共振周波数（例えば、２０ｋＨｚ前後）で励振されると、振動板１３が撓み振動を行い、定在波が発生する。振動板１３が振動することにより、振動板１３から音波が放射される。振動板１３から放射される音波の放射圧によって、板状部材１５は振動板１３の表面から浮揚する。浮遊高さは数１０〜数１００μｍである。
【００１８】
振動素子１４はホーンを介さずに振動板１３に直付けされているため、ホーンが存在する構成に比較して、振動素子１４の底部から振動板１３の表面までの距離が小さくなり、薄型が可能となる。
【００１９】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）　振動板１３を励振手段で励振させて、振動板１３の音波の放射圧により振動板１３の表面から物体（板状部材１５）を浮揚させる物体浮揚装置１１を構成する振動板１３に、ホーンを介さずに前記励振手段を構成する振動素子１４を直付けした。従って、ホーンが存在する構成に比較して、振動素子１４の底部から振動板１３の表面までの距離が小さくなり、薄型が可能となるとともに製造コストを低減できる。
【００２０】
（２）　励振手段は振動板１３を撓み振動が発生するように励振させる。従って、振動素子１４の振幅が小さくても、振動板１３が大きな振幅で振動されて必要な音圧を放射できる。
【００２１】
（３）　振動板１３として長尺の振動板が使用されている。従って、振動板１３がより効率良く、板状部材１５を浮揚させるに必要な放射圧を有する音波を発生することができる。
【００２２】
（４）　振動板１３は定在波を発生するよう励振される。従って、進行波を発生させる構成に比較して励振手段が簡単な構成となる。
（５）　振動素子１４は振動板１３が励振された状態において、振動波Ｗの節Ｗｎとなる位置に取り付けられている。従って、振動素子１４が振動板１３を効率良く励振することができる。
【００２３】
（６）　長尺の振動板１３は一端側において振動素子１４に固定されているため、振幅の大きな定在波を発生させ易い。
（７）　物体浮揚装置１１は複数の振動板１３が平行に配設されているため、浮揚保持すべき物体（板状部材１５）の幅が広い場合でも安定した浮揚状態で保持できる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図３（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施の形態は振動板１３が板状部材１５をその移動方向へ付勢する進行波を発生するように構成した点が前記実施の形態と大きく異なっている。前記実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２５】
振動板１３の第１端部側に励振用の振動素子１４が取り付けられ、振動板１３の第２端部側に受波用（受振用）の振動素子１８が取り付けられている。振動素子１４は前記実施の形態と同様に発振器１７に接続されている。一方、振動板１３の第２端部側に取り付けられた振動素子１８には、抵抗Ｒ及びコイルＬからなる整合回路１９が接続されている。整合回路１９は一方の端子が振動素子１８に、他方の端子が振動板１３にそれぞれ接続されている。また、図３（ａ）に示すように、励振側の振動素子１４と受振側（受波側）の振動素子１８とは、その間隔がｎλ＋３λ／４（λは振動波長、ｎは自然数）となるように取り付けられている。即ち、振動素子１４の励振で発生した撓み振動の振動波Ｗの節Ｗｎが振動素子１４と対応する位置にあるとき、その振動波Ｗの腹に対応する位置に振動素子１８が存在することになる。なお、前記間隔は、ｎλ＋λ／４（λは振動波長、ｎは自然数）であってもよい。
【００２６】
この実施の形態では、振動板１３の振動は整合回路１９に接続された振動素子１８に伝達され、振動素子１８を構成するピエゾ素子により機械エネルギーである振動のエネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーが整合回路１９の抵抗Ｒでジュール熱に変換されて放散される。そのため、振動板１３に生じる振動の波が一方向へ進む進行波（この実施の形態では振動素子１４側から振動素子１８側へ進む進行波）となり、板状部材１５に対して、振動板１３の一端側から他端側へ向かう推力が付与される。
【００２７】
従って、この実施の形態では前記実施の形態の（１）〜（３）及び（５）〜（７）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
（８）　この実施の形態の物体浮揚装置を使用すれば、定在波を発生して物体を浮揚保持する構成の物体浮揚装置と異なり、物体浮揚装置を所定位置に配置した状態で物体を浮揚状態で搬送できる。
【００２８】
実施の形態は前記に限らず、例えば次のように構成してもよい。
○　長尺の振動板１３に定在波を発生させる構成において、振動素子１４を複数箇所に設けてもよい。例えば、図４に示すように、３個の振動素子１４を定在波の節の位置に設ける。各振動素子１４は振動板１３を共振させるように励振する。この場合、振幅の大きな振動波を発生させるのが容易となる。
【００２９】
○　振動素子１４，１８は１個のブロック状のピエゾ素子で構成されたものに限らない。例えば、ランジュバン形振動子のように、一対のリング状のピエゾ素子間にリング状の電極板が配置され、両ピエゾ素子の電極板と当接する側と反対側の面に当接する２個の金属ブロックを、図示しないボルトによって締め付け固定することにより構成された振動子を使用してもよい。
【００３０】
○　振動素子としてピエゾ素子（圧電素子）を使用せずに磁歪素子を使用してもよい。図５（ａ），（ｂ）に示すように、磁歪素子２０はコイル２０ａが巻かれ、その一端が振動板１３に固定され、他端が図示しないベースプレート１２に固定される。コイル２０ａが発振器２１に接続され、コイル２０ａに供給される電流量が所定の値となるように発振器２１が駆動される。そして、発振器２１により励振された磁歪素子２０により振動板１３が励振される。この場合、電流値により振動数を調整できる。従って、共振周波数の調整が容易になる。
【００３１】
○　板状部材をその搬送方向の左右両端部で支持して搬送する搬送手段と、搬送手段で支持された板状部材に浮揚力を付与してその撓みを抑制する物体浮揚装置とを備えた物体搬送装置の物体浮揚装置に前記各実施の形態の構成のものを使用してもよい。搬送手段としては、例えば特開平９−１６９４２７号公報に開示されたもののように、駆動ローラと従動ローラとの間に巻き掛けられたベルトが使用される。また、回転駆動される複数のローラを使用してもよい。この場合、ホーンが存在しない分、物体浮揚装置の構成が簡単となり、物体搬送装置も構成が簡単になる。
【００３２】
○　物体浮揚装置１１を荷取り装置に適用してもよい。例えば、図６に示すように、荷取り装置２２は往復直線移動可能な支持部２３と、支持部２３を往復直線移動させる移動手段２４とを備えている。支持部２３には一対のフォークとしてのアーム２３ａ，２３ｂが平行に延びるように一体的に形成され、アーム２３ａ，２３ｂの先端が支持部２３の先端となっている。支持部２３には長尺の振動板１３が、アーム２３ａ，２３ｂに沿って延びるように振動素子１４を介して固定されている。振動素子１４は物体浮揚装置１１の振動素子１４と同様に構成され、駆動手段としての発振器２５に接続されている。移動手段は２４は、リンク２４ａを備えたスカラ式の公知のロボットアームを備え、図示しない駆動機構により、支持部２３を往復直線移動させるとともに、昇降可能に構成されている。この場合、浮揚状態で荷取りを行う従来の荷取り装置と異なり、振動素子１４と振動板１３との間にホーンが存在しないため、荷取りに際して、振動板１３を荷取りすべき被浮揚物体の下方に配置するためのスペースが小さくてよくなり、荷取り装置を薄型化（小型化）できる。また、製造コストを低減できる。
【００３３】
○　支持部２３を移動させる移動手段２４を構成するロボットアームとして、リンク２４ａが水平面内で回動する構成に代えて、リンクが垂直面内で回動される構成としてもよい。例えば、リンクの回動軸が水平に配置されてリンクが垂直面内で回動されるとともに、支持部はリンクの先端に対して垂直面内で回動可能に支持されるとともに、振動板１３が水平状態に配置された後、水平状態を保持したまま直線移動可能に構成してもよい。
【００３４】
○　板状部材の下端を移動可能に支承する支承部と、前記板状部材に振動板の音波の放射圧を付与して該板状部材を非接触状態で鉛直又は傾斜した状態に保持可能な物体浮揚装置と、前記板状部材を移動させる移動手段とを備えた板状部材搬送装置の物体浮揚装置として物体浮揚装置１１を使用してもよい。この場合、物体浮揚装置を配設するのに必要なスペースを小さくでき、ひいては物体搬送装置を小型化できる。
【００３５】
○　物体浮揚装置１１を表示装置のガラス基板や半導体ウエハー等の板状部材を保管する板状部材保管装置に適用してもよい。例えば、図７に示すように、振動板１３を一対所定間隔で配設した物体浮揚装置１１を、図示しないハウジング内に、上下方向に所定間隔で複数積層配置する。各ベースプレート１２はハウジングに支持され、振動板１３は振動素子１４を介してベースプレート１２に固定されている。そして、図示しない発振器により振動素子１４が駆動され、振動板１３が定在波を発生するように励振されることにより、板状部材が浮揚状態に保持される。保管中は必ずしも振動板１３を振動させて板状部材を非接触状態で保持する必要はなく、板状部材が振動板１３と接触する状態で保管されてもよい。ホーンが存在しないため、上下の物体浮揚装置１１間の間隔を狭くでき、板状部材の収納効率が向上する。
【００３６】
○　ベースプレート１２及び振動板１３への振動素子１４，１８の取付けは、導電性を有する接着剤による固着に限らず、ボルトやねじを使用してベースプレート１２と振動板１３との間に振動素子１４を締め付け固定してもよい。例えば、振動素子１４の両側において、ベースプレート１２及び振動板１３を貫通するボルトと、ボルトに螺合するナットとにより振動素子１４をベースプレート１２及び振動板１３間に締め付け固定する。また、振動素子１４に挿通孔を形成し、挿通孔を貫通するボルトを使用してベースプレート１２と振動板１３との間に振動素子１４を締め付け固定してもよい。
【００３７】
○　振動板は必ずしも長尺でなくてもよく、短い矩形状の振動板を複数使用して、撓み振動となるように励振してもよい。
○　振動素子１４の振動板１３に対する取付け位置は、定在波が発生する際の節の位置でなくてもよい。
【００３８】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について以下に記載する。
（１）　請求項３に記載の発明において、前記振動板は進行波を発生するよう励振され、前記振動板の励振側の振動素子と受振側の振動素子とは、その間隔がｎλ＋λ／４又はｎλ＋３λ／４（λは振動波長、ｎは自然数）となるように取り付けられている。
【００３９】
（２）　物体をその搬送方向の左右両端部で支持して搬送する搬送手段と、前記搬送手段で支持された物体に浮揚力を付与してその撓みを抑制する物体浮揚装置とを備え、該物体浮揚装置として請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の物体浮揚装置を設けた物体搬送装置。
【００４０】
（３）　請求項４に記載の振動板を一対所定間隔で配設した物体浮揚装置を、上下方向に所定間隔で複数積層配置した板状部材保管装置。
（４）　板状部材の下端を移動可能に支承する支承部と、前記板状部材に振動板の音波の放射圧を付与して該板状部材を非接触状態で鉛直又は傾斜した状態に保持可能な物体浮揚装置と、前記板状部材を移動させる移動手段とを備えた板状部材搬送装置の物体浮揚装置として請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の物体浮揚装置を使用した板状部材搬送装置。
【００４１】
（５）　請求項１〜請求項６及び前記技術的思想（１）〜（４）のいずれか一項に記載の発明において、前記振動素子として磁歪素子が使用されている。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項５に記載の発明によれば、薄型の構成で、物体を浮揚状態に保持でき、コストの低減が可能となる。請求項６に記載の発明によれば、薄型の構成で、物体を浮揚状態で移載でき、コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態の振動素子と振動板との関係を示す模式側面図、（ｂ）はその底面図。
【図２】同じく物体浮揚装置の模式斜視図。
【図３】（ａ）は第２の実施の形態の振動素子と振動板との関係を示す模式側面図、（ｂ）はその底面図。
【図４】別の実施の形態の振動素子と振動板との関係を示す模式側面図。
【図５】（ａ）は別の実施の形態の物体浮揚装置の部分模式側面図，（ｂ）は振動素子の模式斜視図。
【図６】別の実施の形態の荷取り装置の模式側面図。
【図７】別の実施の形態の板状部材保管装置の部分模式斜視図。
【符号の説明】
Ｗ…振動波、Ｗｎ…節、１１…物体浮揚装置、１３…振動板、１４，１８…振動素子、２０…振動子素子としての磁歪素子、２２…荷取り装置、２３…支持部、２４…移動手段、２５…駆動手段としての発振器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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