(57)【要約】【課題】超音波音源から大きく離間した位置まで物体を浮揚させる。また、管体の中空部内で物体を迅速にかつ長距離にわたり搬送させる。【解決手段】超音波ａを放出するホーン１１を備えた超音波音源１０と、中空部２１内に搬送対象となる物体１が供給される管体２０とを含み、管体２０の開口する一端２２付近に一定に間隔をあけて超音波音源１０のホーン１１を配設する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直立させた管体の中空部内に上方へ向かう超音波の音響流を形成し、該音響流による放射圧をもって前記管体の中空部内で物体を浮揚させることを特徴とする物体浮揚方法。
【請求項２】
超音波が放出されるホーンを備えた超音波音源と、中空部内に浮揚対象となる物体が供給される管体とを含み、前記管体を直立配置するとともに、前記管体の下端開口部付近に前記ホーンを該管体と接触しないように配設したことを特徴とする物体浮揚装置。
【請求項３】
管体の中空部内に該管体の軸方向へ流れる超音波の音響流を形成し、該音響流による放射圧をもって前記管体の中空部内で物体を搬送させることを特徴とする物体搬送方法。
【請求項４】
超音波が放出されるホーンを備えた超音波音源と、中空部内に浮揚対象となる物体が供給される管体とを含み、前記管体の一端開口部付近に前記ホーンを該管体と接触しないように配設したことを特徴とする物体搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空中超音波による放射圧を利用した物体浮揚方法とその装置および物体搬送方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波を利用した物体の浮揚搬送装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
同文献１に開示された液中浮揚搬送装置は、液体を収容した搬送槽と、この搬送槽内の液体に超音波を放射する超音波励振手段とを備えている。そして、超音波励振手段から放射された超音波の放射圧によって、液体中に被搬送物体を浮揚させかつ搬送させるように構成されている。
【０００３】
具体的には、液体を収容した搬送槽内に水平面に対し一定角度の傾斜角度をつけた勾配底面を設け、この勾配底面の下部に超音波励振手段を直接装着した構成となっている。超音波励振手段で発生した超音波は勾配底面に伝えられて、勾配底面を振動させる。これにより、勾配底面から上方に向けて超音波の音響流が発生する。勾配底面の上面付近に配置された被搬送物体は、その下面に超音波の音響流による放射圧を受けて浮揚する。さらに、超音波の音響流を発生させる勾配底面が水平面に対し一定の傾斜角度を有することから、被搬送物体の下面では音響流が斜め下方に反射する。この反射波による推進力をもって被搬送物体が横方向へ搬送される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０８８８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の液中浮揚搬送装置は、搬送槽内の勾配底面から発生する超音波の音響流を利用して被搬送物体を浮揚させかつ搬送させる構成であるが、勾配底面から発生する超音波の音響流は、液中を放射状に伝播していくため、勾配底面から離間するほどその音響流による放射圧は減衰していく。したがって、上記従来の液中浮揚搬送装置では、勾配底面（すなわち、音響流の発生源）から被搬送物体を浮揚させ得る距離はごく僅かなもの限られていた。また、被搬送物体を搬送は、該被搬送物体の下面における斜め下方への音響流の反射波を利用しているため、その推進力も小さい。よって、きわめて低速度に被搬送物体を搬送できるに過ぎなかった。
【０００６】
かかる従来の技術に対し、本発明は、超音波音源から大きく離間した位置まで物体を浮揚させ得る物体浮揚方法とその装置の提供を目的とする。
また、本発明は、物体を迅速にかつ長い距離にわたり物体を搬送させ得る物体搬送方法とその装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の物体浮揚方法は、直立させた管体の中空部内に上方へ向かう超音波の音響流を形成し、該音響流による放射圧をもって管体の中空部内で物体を浮揚させることを特徴とする。
【０００８】
そして、本発明の物体浮揚装置は、超音波が放出されるホーンを備えた超音波音源と、中空部内に浮揚対象となる物体が供給される管体とを含み、管体を直立配置するとともに、管体の下端開口部付近にホーンを該管体と接触しないように配設したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の物体搬送方法は、管体の中空部内に該管体の軸方向へ流れる超音波の音響流を形成し、該音響流による放射圧をもって管体の中空部内で物体を搬送させることを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明の物体搬送装置は、超音波が放出されるホーンを備えた超音波音源と、中空部内に浮揚対象となる物体が供給される管体とを含み、管体の一端開口部付近にホーンを該管体と接触しないように配設したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成の本発明は、いずれも超音波のアコースティック・ストリーミング現象による放射圧を利用して、物体を浮揚又は搬送するものである。アコースティック・ストリーミング現象は、流体（伝搬媒質）中に超音波を放射したときに生じる非線形現象の一つであり、流体中を伝播する超音波が吸収減衰と拡散減衰を受ける結果、伝播方向に超音波エネルギの密度差が作り出されて、流体に直進的な流れ（音響流）の発生する現象として知られている。
【００１２】
さて、図４（ａ）に示すように、超音波音源１０のホーン１１から放出された超音波ａのエネルギは、ホーン１１から離れるにしたがい放射状に広がって急速に減衰していく。そこで、本発明は、同図（ｂ）に示すように、超音波音源１０のホーン１１を管体２０の一端開口部付近に配置し、ホーン１１から放出された超音波ａを管体２０の中空部内に閉じこめることにより、超音波ａのエネルギ分散を防ぎ、超音波ａの音響流による放射圧を管体２０の中空部内でその長手方向へ長距離にわたり作用させるようにしている。
【００１３】
これにより、超音波音源から大きく離間した位置まで物体を浮揚させることが可能となる。また、超音波の強い放射圧によって、物体を迅速にかつ長い距離にわたり搬送させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この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。
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る物体浮揚装置の概要を示す断面図である。
同図に示す物体浮揚装置は、超音波ａを放出するホーン１１を備えた超音波音源１０と、中空部２１内に浮揚対象となる物体１が供給される管体２０とを備え、管体２０を直立配置するとともに、管体２０の開口する下端２２付近に一定に間隔ｄをあけて超音波音源１０のホーン１１を配設した構成としてある。
【００１５】
超音波音源１０は、ランジュバン型振動子と称される超音波振動発生器を用いている。この超音波音源１０は、ホーン１１，１２でピエゾ素子１３，１４を挟み込んだ構造をしており、ピエゾ素子１３，１４の間、及びピエゾ素子４４と基端側のホーン１２の間にそれぞれ電極を設け、それらの電極間に交流電圧を印加することで、先端側のホーン１１の先端部分１１ａが高速振動してそこから超音波を放出する仕組みになっている。
【００１６】
超音波を放出するホーン１１の先端部分１１ａは円盤状に形成してある。この先端部分１１ａの外形寸法は任意であるが、同寸法を管体２０の内径程度に形成しておけば、該先端部分１１ａから放出された超音波ａをほほすべて管体２０の中空部２１内に取り込むことができて好ましい。
【００１７】
本実施形態では、超音波を放出するホーン１１の先端部分１１ａは、管体２０の外部にあり、管体２０の下端２２との間に一定の間隔ｄを設けて配置されている。間隔ｄは、管体２０にホーン１１の先端部分１１ａを接触させないためにあけてある。したがって、この間隔ｄは、管体２０にホーン１１の先端部分１１ａが接触しない範囲で狭く設定することが好ましい。この間隔ｄが広がれば、ホーン１１の先端部分１１ａから放出された超音波が側方へ漏れ、効率的に管体２０の中空部２１内へ取り込めないおそれがある。
【００１８】
図１（ｂ）は本実施形態の変形例を示すもので、同図（ｂ）に示すように、超音波を放出するホーン１１の先端部分１１ａは、管体２０の下端２２から中空部２１内へ挿入配置することもできる。この場合も、管体２０にホーン１１の先端部分１１ａを接触させてはならない。
【００１９】
管体２０は、超音波を吸収しない特性の各種材料で形成することができ、その断面形状は円環状に限らず、四角形状などであってもかまわない。その場合、超音波音源１０におけるホーン１１の先端部分１１ａも、管体２０の断面形状に合わせて形成することが好ましい。管体２０の下端２２は、超音波音源１０のホーン１１から放出される超音波を取り込むため開口させてある。また、管体２０の上端２３も超音波ａの反射を防ぐため開口させてある。
【００２０】
次に、本実施形態に係る物体浮揚装置の作用を説明する。
超音波音源１０におけるホーン１１の先端部分１１ａから放出された超音波ａは、管体２０の下端２２からその中空部２１内に進入する。管体２０の中空部２１内では、超音波ａの音響流が上方に向けて進んでいく。このとき、超音波ａは、管体２０の内壁によりエネルギの分散が抑えられる。したがって、管体２０の中空部２１内では、高密度のエネルギをもった音響流が発生し、その音響流による大きな放射圧が中空部２１内を上方に向かって作用している。
【００２１】
この管体２０の中空部２１内へ比較的比重の軽い物体１を供給すれば、該物体１は、超音波ａの音響流による放射圧により、上方へ持ち上げられて浮揚する。このように作用する物体浮揚装置は、例えば、他の物体との接触を避けて保存の必要がある半導体材料などの一時保管装置としての用途がある。その他にも科学技術の革新に伴い、本装置が種々の技術分野で応用される可能性のあることは勿論である。
【００２２】
図２は本発明の第２実施形態に係る物体搬送装置の概要を示す断面図である。なお、図２において先に示した図１と同一部分又は相当する部分には同じ符号を付してある。
【００２３】
本実施形態の物体搬送装置は、超音波ａを放出するホーン１１を備えた超音波音源１０と、中空部２１内に搬送対象となる物体１が供給される管体２０とを備え、管体２０の開口する一端２２付近に一定に間隔をあけて超音波音源１０のホーン１１を配設した構成としてある。
【００２４】
超音波音源１０は、図１に示した実施形態のものと同じ構成をしたランジュバン型振動子と称される超音波振動発生器を用いている。
超音波を放出するホーン１１の先端部分１１ａは円盤状に形成してある。この先端部分１１ａの外形寸法は任意であるが、同寸法を管体２０の内径程度に形成しておけば、該先端部分１１ａから放出された超音波ａをほほすべて管体２０の中空部２１内に取り込むことができて好ましい。
【００２５】
本実施形態でも、図１に示した実施形態と同様に、超音波を放出するホーン１１の先端部分１１ａは、管体２０の外部にあり、管体２０の一端２２との間に一定の間隔ｄを設けて配置されている。間隔ｄは、管体２０にホーン１１の先端部分１１ａを接触させないためにあけてある。したがって、この間隔ｄは、管体２０にホーン１１の先端部分１１ａが接触しない範囲で狭く設定することが好ましい。この間隔ｄが広がれば、ホーン１１の先端部分１１ａから放出された超音波が側方へ漏れ、効率的に管体２０の中空部２１内へ取り込めないおそれがある。
【００２６】
なお、超音波を放出するホーン１１の先端部分１１ａは、図１（ｂ）に示したように、管体２０の一端２２から中空部２１内へ挿入配置することもできる。この場合も、管体２０にホーン１１の先端部分１１ａを接触させてはならない。
【００２７】
図２に示す実施形態では、管体２０は水平方向に延在して配置してある。この管体２０は、超音波を吸収しない特性の各種材料で形成することができ、その断面形状は円環状に限らず、四角形状などであってもかまわない。その場合、超音波音源１０におけるホーン１１の先端部分１１ａも、管体２０の断面形状に合わせて形成することが好ましい。管体２０の一端２２は、超音波音源１０のホーン１１から放出される超音波を取り込むため開口させてある。また、管体２０の他端２３も超音波ａの反射を防ぐため開口させてある。
【００２８】
次に、本実施形態に係る物体搬送装置の作用を説明する。
超音波音源１０におけるホーン１１の先端部分１１ａから放出された超音波ａは、管体２０の一端２２からその中空部２１内に進入する。管体２０の中空部２１内では、超音波ａの音響流が一端２２から他端２３に向けて進んでいく。このとき、超音波ａは、管体２０の内壁によりエネルギの分散が抑えられる。したがって、管体２０の中空部２１内では、高密度のエネルギをもった音響流が発生し、その音響流による大きな放射圧が中空部２１内を一端２２から他端２３に向かって作用している。
【００２９】
この管体２０の中空部２１内へ比較的比重の軽い物体１を供給すれば、該物体１は、超音波ａの音響流による放射圧に押されて他端２３の方向へ搬送されていく。このように作用する物体搬送装置は、例えば、比較的比重の軽い粉粒体の搬送装置として利用することができる。その他にも本装置は種々の技術分野で応用できることは勿論である。
【００３０】
図３は上述した第２実施形態に係る物体搬送装置の応用例を示す断面図である。
図３に示す物体搬送装置は、管体２０を適宜曲げて所望の物体搬送経路を構築した構成となっている。すなわち、物体１の搬送経路を中空部２１内に形成する管体２０は、直線状のものに限定されず、必要に応じて上下左右に曲げることができる。
【００３１】
また、管体２０における一端２２の近傍に物体１の供給部３０を設けるとともに、他端２３を物体１の排出部として構成し、他端２３の外側に物体の収納容器３１を配置するようにすれば、超音波ａの上記作用をもって管体２０の中空部２１内を搬送されてきた物体１を、他端２３から排出して収納容器３１に収容することができる。
【００３２】
管体２０によって分散が抑えられた超音波ａは、大きなエネルギを保持したまま管体２０の中空部２１内を進行する。超音波音源の出力、管体の内径寸法、搬送対象となる物体１の比重などを適正に選択することで、例えば、数十メートルの長さをもつ搬送経路を構築することも可能である。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、管体２０の他端（上端）２３は、超音波ａの反射を防止できれば、開口させなくともよい。例えば、管体２０の他端（上端）２３を超音波吸収体により閉塞することもできる。
また、小形の超音波音源を用いれば、該超音波音源を管体の中空部内に配設することも可能である。そのように構成した場合は、管体２０の一端（下端）２３も、超音波ａの反射を防止できることを条件に、超音波吸収体などで閉塞することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波音源から大きく離間した位置まで物体を浮揚させることができ、また、管体の中空部内で物体を迅速にかつ長距離にわたり搬送させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る物体浮揚装置の概要を示す断面図、（ｂ）は同実施形態の変形例を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る物体搬送装置の概要を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る物体搬送装置の応用例を示す断面図である。
【図４】本発明の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１：物体
１０：超音波音源
１１：ホーン
１１ａ：ホーンの先端部分
２０：管体
２１：管体の中空部
２２：管体の下端（一端）
２３：管体の上端（他端）
ａ：超音波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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