(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の噴出方向を変化させて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送方法。
【請求項２】
請求項１に記載の浮上搬送方法において、
前記気体の噴出口の出口にリング状部材を配置して乱流を得る、浮上搬送方法。
【請求項３】
気体の噴出口位置を変化させて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送方法。
【請求項４】
気体の単位時間当りの流量を変化させて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送方法。
【請求項５】
気体の単位時間当りの流量に応じて、該気体の向きが変化するノズルを用いて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の浮上搬送方法において、
前記部材が球形である、浮上搬送方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の浮上搬送方法において、
前記部材がガラスからなる、浮上搬送方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の浮上搬送方法において、
前記噴出する加熱気体にて前記部材を加熱する、浮上搬送方法。
【請求項９】
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の噴出方向を変化させて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の浮上搬送装置において、
乱流形成手段は、前記気体の噴出口の出口に配置されたリング状部材を有する、浮上搬送装置。
【請求項１１】
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の噴出口位置を変化させて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送装置。
【請求項１２】
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の単位時間当りの流量を変化させて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送装置。
【請求項１３】
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の単位時間当りの流量に応じて、該気体の向きが変化するノズルを用いて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させる、浮上搬送装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれかに記載の浮上搬送装置において、
前記気体導入部で導入した気体を加熱する加熱手段をさらに備えている、浮上搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材を非接触で浮上させたまま保持して移動する浮上搬送方法及び浮上搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軟らかい部材や非常にクリーン度を要求する部材を搬送するケースがある。こういった場合、部材を搬送装置に供給した時点で、部材が傷つく、変形するあるいは汚染することを防止するために、部材を浮上して搬送している。
【０００３】
例えば、加熱軟化したガラス素材を、成形型で押圧成形して光学素子を成形する場合、ガラス素材が自重によって変形してしまうほどの低粘性域では、加熱の際にガラス素材を保持する治具とガラスとの融着を防止するのは容易ではない。このため、ガラス素材を、噴出する気体により浮上させながら加熱軟化し、その軟化したガラス素材を成形型に落下させて成形する技術が公知である（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１の技術によれば、ガラス素材の浮上は、浮上治具に上方開口部を形成し、この上方開口部から上方に流出する気体により行っている。これにより、ガラス素材は、上方開口部上で浮上して浮上治具に接触しないように保持される。
【０００５】
これは、例えば下方から噴出する気体流量が多い場合、ベルヌーイの定理により、気体速度が増加するとガラス体の背面（上面）の圧力が下がって、ガラス体に上向きの力（揚力）が作用するからと説明されている。
【０００６】
また、他の従来技術として、支持台を多孔質部材で構成し、ガラス素材をこの支持台の多孔質部分から供給される加圧ガスを介して、非接触状態で保持しながら加熱させる技術が公知である（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
この特許文献２の技術によれば、加圧ガスを多孔質性の支持台を通過させてガラス素材の下方から噴出させ、ガラス素材と支持台との間に加圧ガスの流体膜を形成し、ガラス素材を支持台から浮上させて非接触状態で保持している。この状態で、支持台とガラス素材を加熱炉内に収容している。
【０００８】
これは、噴出する気体流量が少ない場合、潤滑現象により、流体膜を挟んでガラス素材と噴出口同士が離れた状態となり、気体の粘性や噴出圧、ガラス素材と噴出口間の相対する動きで発生する気体の運動エネルギーにより、ガラス素材を噴出口から浮かすからと説明されている。
【特許文献１】特開平８−１３３７５８号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開昭６１−２６６３１７号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のように、ガラス素材を非接触状態で浮上保持しながら搬送あるいは同時に加熱する手段では、気体のわずかな流れの方向性によって、ガラス素材が回転し始めて振動が発生するおそれが高く、安定した姿勢を保つことが難しい。特に、ガラス素材を高く浮上させたい場合には、大きな課題となる。
【００１０】
すなわち、噴出する気体が安定した状態に近付くと、浮上しているガラス素材の高さが大きな振幅を伴って変化したり、ガラス素材に僅かな回転が発生したと同時に回転数が上昇し、最終的に発振に至るおそれがある。
【００１１】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、下方から噴出する気体により部材を安定して浮上させて非接触で保持し、搬送することのできる浮上搬送方法及び浮上搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、本発明の浮上搬送方法は、
気体の噴出方向を変化させて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにした。
【００１３】
上記において、前記気体の噴出口の出口にリング状部材を配置して乱流を得ることが可能である。
また、本発明の浮上搬送方法は、
気体の噴出口位置を変化させて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにした。
【００１４】
また、本発明の浮上搬送方法は、
気体の単位時間当りの流量を変化させて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにした。
さらに、本発明の浮上搬送方法は、
気体の単位時間当りの流量に応じて、該気体の向きが変化するノズルを用いて得られた乱流を、部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにした。
【００１５】
上記において、前記部材が球形であることが好ましい。
また、前記部材がガラスからなることが好ましい。
さらに、前記噴出する加熱気体にて前記部材を加熱することが可能である。
【００１６】
また、本発明の浮上搬送装置は、
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の噴出方向を変化させて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにしている。
上記において、乱流形成手段は、前記気体の噴出口の出口に配置されたリング状部材を有することが可能である。
また、本発明の浮上搬送装置は、
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の噴出口位置を変化させて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにしている。
さらに、本発明の浮上搬送装置は、
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の単位時間当りの流量を変化させて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにしている。
また、本発明の浮上搬送装置は、
一定流の気体を導入する気体導入部と、
該気体導入部で導入した気体を、該気体の単位時間当りの流量に応じて、該気体の向きが変化するノズルを用いて乱流に変換する乱流形成手段と、を備え、
前記乱流を部材の下方から噴出させることにより、該部材を非接触で浮上させながら保持し、移動させるようにしている。
【００１７】
上記において、前記気体導入部で導入した気体を加熱する加熱手段をさらに備えていることが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、下方から噴出する気体により部材を非接触で浮上させる場合に、噴出する気体として乱流を用いたことで、部材を安定して浮上させて非接触で保持し、搬送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。なお、全図を通じて同一又は相当する部材には誤解のおそれのない範囲で同一の符号を付して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態の浮上搬送装置の全体構成を示す図である。
【００２０】
同図において、浮上搬送装置１０は、一定流の窒素ガス（Ｎ2）等の気体を導入する気体導入部としての配管１２を有し、この配管１２の始端側（導入側）から終端側（噴出側）に向け、順に、乱流形成手段としてのダイヤフラムポンプ１４、オリフィス１６、圧力計１７付きのマスフローメータ１８、チャンバー２０、加熱手段としてのノンフレームトーチヒータ２２、及びノズル２４等が配置されている。
【００２１】
ダイヤフラムポンプ１４は、容積ポンプの一種で、ポンプ室の一部をゴム等のダイヤフラムで形成して、このダイヤフラムを空気圧等によってふくらませたり、へこませたりして、ポンプ室の容積を増減させる形式のポンプである。このダイヤフラムポンプ１４から吐出される気体（例えば窒素ガス）は、パルス波状に周期的（規則的）に変化する脈動流となっている。
【００２２】
本実施形態では、このダイヤフラムポンプ１４として、周期８ｃｙｃｌｅ／ｓｅｃ、流量３ｌ／ｍｉｎ〜１０ｌ／ｍｉｎのものを用いた。また、このポンプから吐出された気体は、オリフィス１６で所定流量に絞られる。更に、マスフローメータ１８は、熱式質量流量計で、配管内に挿入されたセンサにより管内の代表流量を検出して全流量を測定するものである。
【００２３】
チャンバー２０は、ダイヤフラムポンプ１４から吐出されたパルス状の脈動波形を滑らかに制御するもので、付属のバルブ２１により制御量を加減することができる。これは、窒素ガス等の気体には慣性があるため、オリフィス１６やチャンバー２０を用いて、脈動のスムーズさをコントロールするものである。ノンフレームトーチヒータ２２は、炎を出さない例えばニクロム線等のヒータで配管１２内を通過する窒素ガスを８００〜１０００℃に加熱する役目をなす。
【００２４】
ノズル２４は、初期状態で部材としてのガラス素材（成形素材）３０を載置可能で、窒素ガスを下方から噴出する噴出口２６を有している。この噴出口２６の開口部の径は、例えばＤ1＝φ１．５ｍｍの大きさに形成している。そして、この噴出口２６から噴出された窒素ガスの脈動流で、球状のガラス素材３０を重力に抗して非接触で浮上させる。
【００２５】
また、このノズル２４は、噴出口２６の位置を変更できるように配置しても良いし、更に、ノズル２４の傾斜角を変更可能に取り付けて噴出方向を可変としても良い。更にまた、ダイヤフラムポンプ１４の出力等を制御して、噴出口２６から噴出する気体の単位時間当りの流量を変化させるようにしても良い。
【００２６】
その理由は、噴出気体の不確定要因により浮上したガラス素材３０が回転等を起こした場合においても、噴出気体の位置や方向、或いは単位時間当りの流量を変えることで、ガラス素材３０を非接触で安定的に保持することができる場合があるからである。
【００２７】
なお、本来的に、「乱流」とは、流体の各部分が不規則に混合しながら流れる流れをいうが、本実施形態においては、上述した脈動流も周期的な変動を伴うことから、ここでの乱流に含まれるものとして扱う。
【００２８】
本実施形態で、脈動を制御した「乱流」を噴出口２６から噴出させているのは、若しも層流を噴出させてガラス素材３０を非接触で浮上保持しようとしても、浮上したガラス素材３０が回転してしまうからである。
【００２９】
また、本実施形態では、ガラス素材３０として、ｄ1＝φ２ｍｍの球形状のものを用いたが、ガラス素材３０の形状はこれに限るものではなく、例えばゴブ（塊）であっても良いし、またおはじき状等であっても良い。更に、噴出気体として窒素ガスを用いたが、これに限らず、例えば他の不活性ガスを用いても良い。また、不活性ガスを用いたのは、安全性の観点と、関連部材が酸化等されるのを防止するためである。
【００３０】
以上により、加熱された窒素ガスは噴出口２６から勢い良く噴出される。ガラス素材３０は、この噴出された窒素ガスにより非接触状態で浮上保持され、かつ加熱される。なお、この加熱されたガラス素材３０は、不図示の移送手段（例えばＸＹＺ方向にノズル２４を移送させるモータ等）により非接触状態で保持されながら、図示しない下型のある位置まで移送され、そこで下型に落下されて押圧成形される。
【００３１】
本実施形態によれば、下方から噴出する窒素ガスの乱流により、ガラス素材３０を非接触で安定した状態で浮上させながら加熱することができる。
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態の浮上搬送装置の要部を示す図である。本実施の形態では、噴出する気体の単位時間当りの流量に応じて、該気体の噴出方向が変化するノズル１２４を用いた。すなわち、本実施の形態では、ノズル１２４が乱流形成手段を構成している。
【００３２】
上述した第１の実施の形態では、配管１２の始端側（吸入側）から導入した一定流の気体を、ダイヤフラムポンプ１４を用いてパルス波状の脈動を生じさせていた。しかし、積極的に脈動を生じさせることを行わなくても、噴出口１２６から噴出される気体の流れを乱流とすることができる。例えば、電空比例弁（流量４ｌ／ｍｉｎで０．２秒、８ｌ／ｍｉｎで０．４秒）を用いて脈動流を発生させることができる。
【００３３】
すなわち、本実施形態のノズル１２４は、水平面に対し所定角度で上方に傾斜する直線部分１２７と、この直線部分１２７の後端部から略直角に上方に曲がった曲げ部１２８と、この曲げ部１２８の後端部から略鉛直方向に延びる鉛直部１２９と、該鉛直部１２９の上部に開口する噴出口１２６とを有している。なお、噴出口１２６の開口部の径は、Ｄ2＝φ１６ｍｍ、鉛直部１２９の径は、Ｄ3＝φ１２ｍｍに形成されている。また、ガラス素材３０として、ｄ2＝φ１５ｍｍの球形状のものを用いている。
【００３４】
そして、電空比例弁により吐出された窒素ガスが、例えば通常の圧力で供給される場合（単位時間当りの流量が普通）は、鉛直部１２９の内壁の傾斜方向に沿って噴出口１２６からＡ方向に噴出する。また、窒素ガスが強い圧力で供給される場合（単位時間当りの流量が多い）は、一旦曲げ部１２８の内壁に突き当たってから、その内壁の傾斜方向に沿って噴出口１２６からＢ方向に勢い良く噴出する。
【００３５】
こうして、噴出口１２６から噴出される窒素ガスは、Ａ方向とＢ方向の夫々異なる方向に噴出する気体が混ざり合った乱流となって、ガラス素材３０は、この噴出された窒素ガスにより重力に抗して非接触で浮上保持され、かつその窒素ガスにより加熱される。
【００３６】
本実施形態によれば、特定構造のノズル１２４を用いたことで、導入された気体を積極的に脈動波形としなくても、噴出口１２６では気体の流れが乱流となって、ガラス素材３０を非接触で安定して浮上させながら加熱することができる。
［第３の実施の形態］
図３は、第３の実施の形態の浮上搬送装置の要部を示す図である。本実施の形態では、噴出口２２６の出口にリング状部材１３１を配置し、浮上したガラス素材３０のバランスをコントロールするものである。
【００３７】
すなわち、噴出口２２６の出口に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）製のリング状部材１３１を配置している。このリング状部材１３１は、外径Ｄ5＝φ２０ｍｍ、Ｄ5'＝φ６ｍｍの大きさに形成されている。但し、材質はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に限るものではなく、例えばチタンや鉄系金属、加熱を行う場合には、耐熱コートを施したり、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）やＳｉＣ等のセラミックを使用することも可能であり、浮上させる素材の質量にあわせて選択すれば良い。これにより、ノズル２２４の導入口から一定流の加熱気体が導入された場合であっても、ノズル２２４の噴出口２２６からは窒素ガスの噴出方向が変化して、いわば乱流の流れとなって噴出される。
【００３８】
本実施形態では、ノズル２２４とリング状部材１３１が乱流形成手段を構成している。こうして、噴出口２２６から噴出される窒素ガスは、浮上したガラス素材３０が不安定になると、リング状部材１３１の介在により、乱流となってガラス素材３０を重力に抗して非接触で安定して保持することになる。なお、このときリング状部材１３１は、噴出口２２６から噴出される窒素ガスによって、噴出口２２６の出口面から上方に若干浮き上がった状態となる。
【００３９】
更に、このとき、リング状部材１３１は、浮上したガラス素材３０の移動方向と反対方向に動く性質を有し、これによりガラス素材３０は安定して浮上保持されることになる。但し、この場合、リング状部材１３１は噴出口２２６の口径Ｄ4を外れて飛び出してしまうことはなく、噴出口２２６の口径Ｄ4の範囲内で移動する。
【００４０】
なお、本実施形態では、ガラス素材３０として、ｄ3＝φ８ｍｍ、ｄ3'＝６ｍｍの断面略楕円形状のガラスゴブ（塊）を用いた。また、噴出口２２６の開口部の径は、Ｄ4＝φ９ｍｍ、Ｄ4'＝φ５ｍｍに形成されている。
【００４１】
本実施形態によれば、噴出口２２６の出口にリング状部材１３１を配置したことで、ノズル２２４の噴出口２２６からの窒素ガスの噴出方向が変化し、乱流の流れとなって浮上したガラス素材３０のバランスをコントロールして安定した浮上を維持することができる。
［第４の実施の形態］
図４は、第４の実施の形態の浮上搬送装置の要部を示す図である。本実施の形態では、別体で構成されたノズルホルダー３２５を不図示の振動ユニットで振動させて、ガラス素材３０を重力に抗して非接触で保持したものである。
【００４２】
すなわち、本実施形態では、不図示の振動ユニットとノズルホルダー３２５とで乱流形成手段を構成している。そして、ノズルホルダー３２５は、内側にノズル３２４が形成されていて、このノズルホルダー３２５を、バイブレータ等の振動ユニットにより３０回／秒の速度で振動させるようにしている。
【００４３】
この場合、ノズルホルダー３２５を、窒素ガスの噴出方向（上方向）と略直交する平面内で矢印Ｉ方向とＩＩ方向（左右方向）に、及び窒素ガスの噴出方向である上方向（ＩＩＩ方向）と略平行に振動させると、浮上したガラス素材３０はある程度の幅で動くことになるが、非接触状態で安定して浮上保持することができる。これは、ノズル３２４の導入口から一定流の加熱気体が導入された場合であっても、ノズルホルダー３２５を矢印方向に振動させることで、ノズル３２４の噴出口３２６から噴出される窒素ガスが、あたかも乱流に近いかたちで噴出されるので、ガラス素材３０は安定して浮上保持されるものと考えられる。
【００４４】
本実施形態では、ガラス素材３０として、ｄ4＝φ１５ｍｍ、ｄ4'＝１０ｍｍの断面略楕円形状のガラスゴブ（塊）を用いた。また、噴出口３２６の開口部の径は、Ｄ6＝φ１８ｍｍ、Ｄ6'＝φ１０ｍｍに形成している。
【００４５】
本実施形態によれば、ノズルホルダー３２５を所定の振動周期で振動させることにより、噴出口３２６から噴出される窒素ガスはあたかも乱流となってガラス素材３０を安定して浮上保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る浮上搬送装置の全体構成を示す図である。
【図２】第２の実施の形態の浮上搬送装置の要部を示す図である。
【図３】第３の実施の形態の浮上搬送装置の要部を示す図である。
【図４】第４の実施の形態の浮上搬送装置の要部を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    浮上搬送装置
１２    配管
１４    ダイヤフラムポンプ
１６    オリフィス
１７    圧力計
１８    マスフローメータ
２０    チャンバー
２１    バルブ
２２    ノンフレームトーチヒータ
２４    ノズル
２６    噴出口
３０    ガラス素材
１２４  ノズル
１２６  噴出口
１２７  直線部
１２８  曲げ部
１２９  鉛直部
１３１  リング状部材
２２４  ノズル
２２６  噴出口
３２４  ノズル
３２５  ノズルホルダー
３２６  噴出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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