(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体からの音波の放射圧で物体を浮揚させる物体浮揚装置により浮揚状態に保持された物体を、該物体浮揚装置上から他の位置へ浮揚状態で移載する荷取り方法であって、
荷取り用の振動体を装備した荷取り部材を、前記荷取り用の振動体の上面から前記物体浮揚装置により浮揚状態で保持された物体の下面までの距離が、前記荷取り用の振動体から発生する定在波の波長の１／２未満の状態となるように、前記物体浮揚装置に保持された物体の下方へ向けて前進移動させ、その状態から前記荷取り部材を上方向へ移動させ、その移動途中で物体を荷取り用の振動体から発生する音波の放射圧によって浮揚保持させ、前記物体浮揚装置の浮揚力の影響のない位置まで移動させる物体の浮揚状態での荷取り方法。
【請求項２】
前記荷取り部材は、前記荷取り用の振動体を前記物体浮揚装置に浮揚状態で保持された物体の下方の所定位置へ、その側方から所定の高さで水平に移動させずに、斜め下方から接近させた後、水平にし、その後所定位置へ配置させる請求項１に記載の物体の浮揚状態での荷取り方法。
【請求項３】
前記荷取り部材はそれぞれ荷取り用の振動体を装備した平行な支持部を備えたフォーク状に形成されている請求項１又は請求項２に記載の物体の浮揚状態での荷取り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動体からの音波の放射圧で物体を浮揚させる物体浮揚装置により浮揚状態に保持された物体を、該物体浮揚装置上から他の位置へ浮揚状態で移載する荷取り方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体を空中に浮揚させる物体浮揚装置として、励振手段（振動手段）により振動される振動体からの音波の放射圧により、振動体の表面上において物体を浮揚させる物体浮揚装置が特開平７−２４４１５号公報、特開平７−１３７８２４号公報等に開示されている。この装置では平板状の振動体を使用し、浮揚させるべき物体の前記平板状の振動体の表面と対向する面を平面とし、振動体の振動による音波の放射圧により物体が浮揚する。また、浮揚した物体に空気を噴射したり、前記振動体で進行波を発生させて浮揚した物体を移動させる物体搬送装置も提案されている。
【０００３】
また、物体を浮揚状態で搬送する方法として、台車に前記浮揚装置を装備して浮揚装置を移動させる方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
浮揚状態で所定位置まで搬送された物体を、搬送装置上から他の位置へ移載する荷取り作業においても、物体を浮揚状態のまま移載することが、物体を傷つけたり汚したりする機会を減らすためには望ましい。しかし、物体浮揚装置により浮揚状態に保持された物体の荷取り作業を行う際、物体浮揚装置を備えた荷取り装置を単純に浮揚状態に保持された物体の下方から物体に近づけると、物体を浮揚状態で安定して移載するのが難しい。
【０００５】
なぜならば、振動体から発生する音波の浮揚力は、振動体に非常に近い近距離場（数１０μｍ〜数１００μｍ）の他に、振動体の表面からの距離が、振動体から発する音波の（疑似）定在波の波長λの１／２のｎ倍（ｎは自然数）の位置で浮揚力が大きくなる。そして、近距離場の浮揚力は波長λのｎ／２倍の位置での浮揚力より大きい。従って、前記荷取り装置の振動体が物体の底面に対して、荷取り装置の振動体から発生する（疑似）定在波の波長λの１／２以上の距離から接近すると、振動体は最も大きな浮揚力ではない浮揚力でまず物体を浮揚保持する状態となり、移載の途中で何らかの原因により近距離場の浮揚力による保持に変更される際に荷の位置ずれが発生する虞がある。
【０００６】
浮揚させる物体が板状で面積が広い場合、物体を安定した状態で浮揚させるには、複数の振動体で物体に放射圧を作用させるのが好ましい。しかし、複数の振動体で物体を浮揚させる場合は、前記の不具合が発生し易い。
【０００７】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は振動体からの音波の放射圧により物体を浮揚させる物体浮揚装置で浮揚状態に保持された物体を、安定した浮揚状態で該物体浮揚装置上から他の位置へ移載することができる物体浮揚装置を備えた荷取り装置による荷取り方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明では、振動体からの音波の放射圧で物体を浮揚させる物体浮揚装置により浮揚状態に保持された物体を浮揚状態で該物体浮揚装置上から他の位置へ浮揚状態で移載する荷取り方法であって、荷取り用の振動体を装備した荷取り部材を、前記荷取り用の振動体の上面から前記物体浮揚装置により浮揚状態で保持された物体の下面までの距離が、前記荷取り用の振動体から発生する定在波の波長の１／２未満の状態となるように、前記物体浮揚装置に保持された物体の下方へ向けて前進移動させ、その状態から上方向へ移動させ、その移動途中で物体を荷取り用の振動体から発生する音波の放射圧によって浮揚保持させ、前記物体浮揚装置の浮揚力の影響のない位置まで移動させる。
【０００９】
この発明では、振動体からの音波の放射圧で物体を浮揚させる物体浮揚装置により浮揚状態に保持された物体が、荷取り部材により浮揚状態で前記物体浮揚装置上から他の位置へ移載される。振動体から発生する音波による浮揚力は、振動体からの距離に比例して単純に減衰するのではなく、振動体に極近い位置の近距離場の力が最も大きく、また、音波の波長λのｎ／２（ｎは自然数）の位置で浮揚力が大きくなる。従って、前記波長λの１／２より大きな距離から荷取り装置の振動体が物体に対して接近すると、振動体は最も大きな浮揚力ではない浮揚力でまず物体を浮揚保持する状態となり、移載の際に荷の位置ずれが発生する虞がある。しかし、前記波長λの１／２より小さな距離から荷取り装置の振動体が物体に対して接近するため、荷取り装置の振動体は物体を最も大きな浮揚力である近距離場の浮揚力で保持することになり、安定した荷取り作業が行われる。
【００１０】
なお、物体浮揚装置の振動体による浮揚が近距離場の浮揚力を利用している場合は、荷取り装置の振動体の上面から前記物体浮揚装置により浮揚状態で保持された物体の下面までの距離が、物体浮揚装置の振動体から物体浮揚装置により浮揚状態で保持された物体の下面までの距離より大きな位置から荷取り装置の振動体が物体に接近する。また、物体浮揚装置の振動体による浮揚が前記波長λのｎ／２（ｎは自然数）の位置での浮揚力を利用している場合は、荷取り装置の振動体の上面から前記物体浮揚装置により浮揚状態で保持された物体の下面までの距離が、物体浮揚装置の振動体から物体浮揚装置により浮揚状態で保持された物体の下面までの距離より小さな位置から荷取り装置の振動体が物体に接近する。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記荷取り部材は、前記荷取り用の振動体を前記物体浮揚装置に浮揚状態で保持された物体の下方の所定位置へ、その側方から所定の高さで水平に移動させずに、斜め下方から接近させた後、水平にし、その後所定位置へ配置させる。この発明では、荷取り用の振動体は斜め下方から物体と対応する位置の近傍まで接近した後、水平に配置され、その後所定位置へ配置される。この場合も、荷取り用の振動体の浮揚力により、物体が安定した浮揚状態で移載される。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記荷取り部材はそれぞれ荷取り用の振動体を装備した平行な支持部を備えたフォーク状に形成されている。この発明では、荷取り部材は支持部に装備された複数の振動体により物体を浮揚保持するため、より安定して荷取りが行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図３に従って説明する。図１は荷取り位置に配置された荷取り装置のフォークの要部背面と物体浮揚装置との関係を示す概略図であり、図３は同じく模式平面図である。
【００１４】
図３に示すように、物体浮揚装置１は矩形板状に形成された複数（この実施の形態では５個）の振動体２ａ〜２ｄ，３を備えている。各振動体２ａ〜２ｄ，３は同じ大きさに形成されている。４個の振動体２ａ〜２ｄは矩形板状の物体４（鎖線で図示）の四隅と対応する位置に配設され、１個の振動体３は４個の振動体２ａ〜２ｄから等距離の位置に配設されている。各振動体２ａ〜２ｄ，３には励振手段を構成するホーン５が、それぞれその先端において図示しないネジにより締結されている。
【００１５】
図１に示すように、ホーン５は円柱状に形成され、各振動体２ａ〜２ｄ，３の中央において各振動体２ａ〜２ｄ，３と直交する状態で取付けられている。各振動体２ａ〜２ｄ，３はその表面が水平に配置されている。各ホーン５は振動体２ａ〜２ｄ，３が締結される面の反対側の面において振動子６に固定されている。ホーン５の先端面は振動子６の軸方向と直交する平面に形成され、ホーン５及び振動子６の中心軸が一直線上に位置するように連結されている。
【００１６】
振動子６には所謂ランジュバン形振動子が使用され、一対のリング状のピエゾ素子７ａ，７ｂと、ピエゾ素子７ａ，７ｂ間に配置されたリング状の電極板８と、ピエゾ素子７ａ，７ｂの外側面と当接する位置に配置された金属ブロック９ａ，９ｂとを、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ている。ボルトは金属ブロック９ａに形成された図示しないねじ穴に、金属ブロック９ｂ側から螺合されている。両金属ブロック９ａ，９ｂはボルトを介して互いに導通された状態となっている。
【００１７】
図１に示すように、物体浮揚装置１は台車１０上に支持ブラケット１１を介して取り付けられている。各振動子６は各振動体２ａ〜２ｄ，３が水平に位置するように支持ブラケット１１に固定されている。各振動子６は発振器１２に接続されている。電極板８は配線１３ａを介して発振器１２に接続され、発振器１２の接地端子が配線１３ｂを介して金属ブロック９ｂに接続されている。ホーン５、振動子６、発振器１２により振動体２ａ〜２ｄ，３を励振させる励振手段が構成されている。
【００１８】
次に物体浮揚装置１に浮揚状態で保持された物体４を、浮揚状態で移載する荷取り装置について説明する。
図３に示すように、荷取り装置１４は支持部としての一対のフォーク片１５ａ，１５ｂを有する荷取り部材としてのフォーク１５を備えている。フォーク１５は図示しない公知の駆動手段により往復直線移動されるとともに、昇降可能に構成されている。荷取り装置１４はフォーク１５の高さを確認するセンサ（図示せず）を備えている。
【００１９】
図３に示すように、両フォーク片１５ａ，１５ｂは物体浮揚装置１の各振動体２ａ〜２ｄ，３と干渉せずに物体４の下方を台車１０の幅方向（図３の上下方向）に移動可能な間隔で設けられ、各フォーク片１５ａ，１５ｂは物体４の幅Ｗより長く形成されている。各フォーク片１５ａ，１５ｂの上には複数の振動体１６が、図１及び図２に示すように、振動体３と同様にホーン５、振動子６及び支持ブラケット１７を介して固定されている。各振動子６はそれぞれ発振器１８（図２にのみ図示）に接続されている。
【００２０】
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１は、搬送すべき板状の物体４を浮揚状態に保持しつつ台車１０の移動により目的位置まで搬送される。
【００２１】
物体４は各エッジ４ａが各振動体２ａ〜２ｄの外側のエッジに揃うように各振動体２ａ〜２ｄ，３上に載置される。その状態で発振器１２の駆動により、振動子６が所定の共振周波数（例えば、２０ｋＨｚ前後）で励振され、ホーン５が縦振動してホーン５を介して振動体２ａ〜２ｄ，３が励振されて撓み振動を行う。振動体２ａ〜２ｄ，３が撓み振動を行うことにより、振動体２ａ〜２ｄ，３から音波（定在波）が発生する。振動体２ａ〜２ｄ，３から放射される音波の放射圧によって、図１及び図３に示すように、物体４は振動体２ａ〜２ｄ，３の表面から浮揚する。浮遊距離は数１０〜数１００μｍである。即ち、物体４は振動体２ａ〜２ｄ，３の近距離場の浮揚力により浮揚状態に保持される。
【００２２】
次に物体浮揚装置１に浮揚状態で保持された物体４を、浮揚状態で他の載置部に移載する荷取り装置１４の作用を説明する。台車１０が停止し、物体４が所定位置に浮揚状態で保持された状態において、フォーク１５は進入準備位置に配置される。この位置では、荷取り用の振動体１６の上面から物体浮揚装置１により浮揚状態で保持された物体４の下面と同一平面までの距離Ｄが、振動体１６から発生する定在波の波長λの１／２より小さな値、例えば数ｍｍとなる。台車１０に装備された物体浮揚装置１の高さは判っているため、荷取り装置１４はその高さを基準にフォーク１５を前記進入準備位置に配置する。
【００２３】
その状態からフォーク１５が水平に前進移動され、図３に示すように、フォーク片１５ａ，１５ｂ上の各振動体１６が物体浮揚装置１に浮揚状態で保持された物体４の下方の所定位置に配置される。フォーク１５が進入準備位置から前記所定位置へ移動する間は、物体４に対して振動体１６から発生する音波の浮揚力は実質的に影響せず、物体４は物体浮揚装置１によって安定して浮揚保持されている。
【００２４】
次にフォーク１５が垂直に上昇される。振動体１６と物体４の下面との距離が近距離場の浮揚力が作用する大きさとなる位置より上までフォーク１５が上昇すると、物体４は振動体１６の浮揚力で浮揚された状態となる。そして、物体浮揚装置１の振動体２ａ〜２ｄ，３の浮揚力の影響がほとんど無い所定高さまでフォーク１５が上昇された後、フォーク１５が後退して物体浮揚装置１上から物体４が移動される。そして、フォーク１５が図示しない載置台と対応する所定位置まで後退した後、フォーク１５が下降されて物体４が載置台上に移載される。なお、図２では物体浮揚装置１の図示を省略している。
【００２５】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）  荷取り用の振動体１６を装備したフォーク１５を、振動体１６の上面から浮揚状態で保持された物体４の下面までの距離Ｄが、振動体１６から発生する定在波の波長λの１／２未満の状態で、前記物体４の下方に配置し、その状態からフォーク１５を上昇させて荷取りを行う。従って、荷取り装置１４の振動体１６は物体４を最初から最も大きな浮揚力である近距離場の浮揚力で保持することになり、安定した荷取り作業が行われる。
【００２６】
（２）  フォーク１５はそれぞれ荷取り用の振動体１６を装備した平行なフォーク片１５ａ，１５ｂを備えているため、物体４は複数の振動体１６により浮揚保持されるので、フォーク片が１個のものに比較して安定した荷取りが行われる。
【００２７】
（３）  振動体２ａ〜２ｄ，３が物体４を近距離場の浮揚力で浮揚保持した状態で荷取り装置１４による荷取り動作が行われるため、荷取り作業がより安定して行われる。
【００２８】
（４）  各フォーク片１５ａ，１５ｂにはそれぞれ振動体１６が複数装備されているため、各フォーク片１５ａ，１５ｂに振動体１６が１個装備された構成に比較して荷取り作業が安定して行われる。
【００２９】
（５）  矩形板状の物体４の四隅と対応する位置に配置された状態で物体４を浮揚保持するため、物体４に対して水平方向においていずれの側から外力が作用した場合でも、その力に抗する放射圧により物体４の移動が抑制され、物体４を所定位置に保持する保持力がより向上する。
【００３０】
（６）  各振動体２ａ〜２ｄからほぼ等距離の位置に、撓み防止用の振動体３が配設されているため、物体４の面積が大きな場合でも振動体３からの音波によりその撓みが抑制されて、物体４が安定した状態で浮揚する。
【００３１】
（７）  浮揚保持すべき物体４は底面がフラットで、直線状のエッジ４ａを有し、振動体２ａ〜２ｄは物体４を浮揚状態で保持する際、その外側のエッジが物体４の直線状のエッジ４ａの近傍で該エッジ４ａに沿って延びるように配置されている。従って、物体４を所定位置により安定した状態で保持できる。
【００３２】
（８）  物体浮揚装置１は台車１０上に装備されている。従って、台車１０の移動により物体４を浮揚状態で所定の位置まで搬送することができ、物体浮揚装置１をベルトコンベア等に取り付けて移動させる構成の搬送装置に比較して、搬送経路の自由度が高くなる。
【００３３】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○  荷取り作業は、フォーク１５が、振動体１６の上面から物体浮揚装置１により浮揚状態で保持された物体４の下面と同一平面までの距離Ｄが、前記波長λの１／２より小さな所定高さに水平に配置された状態の進入準備位置から、物体４の下方の所定位置へ水平移動する方法に限らない。例えば、フォーク１５を傾動可能に構成し、図４に示すように、フォーク１５を斜めにして物体４の下方に移動させた後、水平に姿勢を修正し、その後、所定位置へ移動させるようにしてもよい。この場合も荷取り用の振動体１６の浮揚力により、物体が安定した浮揚状態で移載される。
【００３４】
○  物体４を水平状態で浮揚保持する構成に限らず、図５（ａ），（ｂ）に示すように、振動体２ａ〜２ｄで物体４を水平に対して所定角度傾いた状態で浮揚保持し、荷取り装置１４による荷取りの際に物体４を逆の方向に傾いた状態となるように荷取りを行うようにしてもよい。物体浮揚装置１の振動体２ａ〜２ｄの上面と物体４の底面とのなす角度θは、物体４の質量、振動体２ａ〜２ｄの面積などによって適正値は変化するが、角度θは例えば、ほぼ１°前後であり、通常３°以下である。フォーク１５が物体４を浮揚保持する位置まで上昇される途中で、物体４の傾きが図５（ａ）における右上がりから右下がりに変化する。そして、フォーク１５は物体４を右下がりの状態で浮揚保持して所望の載置部まで移載する。なお、図５（ａ）では物体浮揚装置１の一部のみ図示している。このように物体４を傾けた状態で荷取り作業を行うと、水平状態での荷取りに比較して物体４の位置ずれが起こり難い。
【００３５】
○  物体浮揚装置１の各振動体２ａ〜２ｄのうち、対をなす振動体２ａ，２ｃ、２ｂ，２ｄを、その表面が物体４の底面に対して逆方向に内側に向かって傾斜した状態に、かつ物体４に作用する放射圧が釣り合うように配設してもよい。各振動体２ａ〜２ｄの水平面と成す角度θは、物体４の質量、振動体２ａ〜２ｄの面積などによって適正値は変化するが、例えば、ほぼ１°前後であり、通常３°以下である。この場合、物体４を所定位置に保持する効果が向上する。
【００３６】
○  矩形状の物体４を所定位置に浮揚保持する物体浮揚装置１において、各振動体２ａ〜２ｄの配設位置は、物体４の四隅と対応する位置に限らず、各辺の中央と対応する位置に配置してもよい。また、振動体２ａ〜２ｄ，３の数は５個に限らず、中央に配置される振動体３を省略して４個としたり、物体４の大きさにより適宜変更してもよい。
【００３７】
○  荷取り装置のフォーク１５は２本のフォーク片１５ａ，１５ｂを備える代わりに１本のフォーク片を備えたり、３本以上のフォーク片を備えてもよい。
○  物体浮揚装置１の振動体２ａ〜２ｄ，３で物体４を浮揚保持する際、近距離場の浮揚力で保持する代わりに、振動体２ａ〜２ｄ，３から発生する定在波の波長λの１／２のｎ倍（ｎは自然数）の位置の浮揚力で保持するようにしてもよい。
【００３８】
○  物体を進行波を利用して浮揚状態で搬送するとともに、所定位置で物体を浮揚状態で停止させる機能を備えた構成の物体浮揚装置からの荷取りに適用してもよい。
【００３９】
○  物体浮揚装置１を台車１０上に装備する代わりに、物体浮揚装置１をベルトコンベア等に取り付けて移動させる構成としてもよい。
○  物体浮揚装置１及び荷取り装置１４において各振動子６をそれぞれ共通の発振器で駆動するようにしてもよい。
【００４０】
○  浮揚保持する物体４の形状は矩形等の四角形に限らず、三角形や他の多角形あるいは円形等任意の形状としてよい。
○  ホーン５の形状は円柱状に限らず、扁平な直方体状や円錐台状等先端側が細くなった形状としてもよい。
【００４１】
○  振動体２ａ〜２ｄ，３，１６のホーン５への固定はネジによる締結に限らず、接着剤を使用したり、ロウ付けや溶接で固着してもよい。
○  振動子６はランジュバン形振動子に限らず他の振動子を使用してもよい。
【００４２】
前記実施の形態から把握される請求項記載以外の発明（技術思想）について、以下に記載する。
（１）  請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された発明において、前記振動体が物体を近距離場の浮揚力で浮揚保持した状態で前記荷取り装置による荷取り動作が行われる。
【００４３】
（２）  請求項３に記載された発明において、各支持部にはそれぞれ前記振動体が複数装備されている。
（３）  駆動手段により昇降及び直線移動される荷取り部材（フォーク）と、該荷取り部材に装備されるとともに、励振手段により励振される振動体と、前記振動体と浮揚保持すべき物体の底面との距離を振動体から発する定在波の波長の１／２未満の値であることを確認する手段とを備えた荷取り装置。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、振動体からの音波の放射圧により物体を浮揚させる物体浮揚装置で浮揚状態に保持された物体を、安定した浮揚状態で該物体浮揚装置上から他の位置へ移載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施の形態の物体浮揚装置とフォークの関係を示す概略図。
【図２】  同じくフォークの概略背面図。
【図３】  同じく物体浮揚装置とフォークの関係を示す模式平面図。
【図４】  別の実施の形態の作用を示す模式側面図。
【図５】  （ａ）は別の実施の形態の作用を説明する模式背面図、（ｂ）はフォークの模式背面図。
【符号の説明】
１…物体浮揚装置、２ａ〜２ｄ，３，１６…振動体、４…物体、６…同じく振動子、１４…荷取り装置、１５…荷取り部材としてのフォーク、１５ａ，１５ｂ…支持部としてのフォーク片。
【図１】
0003956605.tif 000002
【図２】
0003956605.tif 000003
【図３】
0003956605.tif 000004
【図４】
0003956605.tif 000005
【図５】
0003956605.tif 000006