氣浮輸送機(jī)專利技術(shù)綜述

[摘 要]本文介紹了氣浮輸送機(jī)的主要用途與結(jié)構(gòu)，對各個(gè)國家在不同時(shí)期在此領(lǐng)域的專利申請進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其中日本在此領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢最大。從專利技術(shù)的角度從氣吹裝置，承載裝置和移動換向裝置三個(gè)方面，對氣浮輸送機(jī)的主要技術(shù)分支和主要組成部分作了分析，以此為基礎(chǔ)梳理出了氣浮輸送機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢，關(guān)于氣浮輸送機(jī)的最新專利申請和技術(shù)重心主要集中在移動換向裝置上。

[關(guān)鍵詞]氣浮輸送機(jī)；技術(shù)路線；專利

中圖分類號：TU992.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0326-02

1.氣浮輸送機(jī)背景介紹

氣浮輸送機(jī)主要用于輸送板材，特別是易碎的玻璃，半導(dǎo)體板，晶體板等。板狀工件生產(chǎn)時(shí)面臨的首要問題就是搬運(yùn)困難，因?yàn)榘鍫罟ぜ缍却?，質(zhì)量大，如果通過其中機(jī)械從四角抓起則會因其自身較大的質(zhì)量而導(dǎo)致中間凹陷，不僅在生產(chǎn)過程中就導(dǎo)致變形，無法保證精度，對于玻璃等易碎板件而言，還容易導(dǎo)致斷裂，嚴(yán)重阻礙了自動化生產(chǎn)過程。如果采用真空機(jī)械手和貨叉聯(lián)合搬運(yùn)板材，則設(shè)備成本較高，不適宜大規(guī)模推廣。[1]在此基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)板狀工件在生產(chǎn)線上的快速移動，出現(xiàn)了氣浮輸送機(jī)，它已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用到板狀工件的生產(chǎn)過程中，從精密的半導(dǎo)體板，到生活中的布匹，衣服都有它的存在。

氣浮輸送機(jī)的基本工作原理是設(shè)置一個(gè)扁平的槽，然后在其底部設(shè)置若干吹風(fēng)口，使單位面積上氣體的浮力是恒定的，因此，當(dāng)一定質(zhì)量的物體進(jìn)入氣體上方后，就會在工件與吹風(fēng)裝置之間形成一個(gè)氣墊，在輔以其他的水平移動裝置，則可實(shí)現(xiàn)工件在氣浮槽內(nèi)的快速移動。

氣浮輸送機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備的附加價(jià)值高，應(yīng)用面廣，成為了世界各發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)進(jìn)行專利申請的領(lǐng)域。

2.氣浮輸送機(jī)專利技術(shù)的年代及國別分布

附圖2-1體現(xiàn)了氣浮輸送機(jī)領(lǐng)域全球申請量的年代及國別分布。全球扁平槽氣浮輸送機(jī)專利技術(shù)的申請主要來源國是日本、韓國、德國、美國、中國；中國申請從2005年后才開始逐步形成規(guī)模；其中申請量最多的是日本，因?yàn)?0世紀(jì)90年代以來半導(dǎo)體技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這一時(shí)期的新技術(shù)主要來自日本，特別是2000年之后，日本的優(yōu)勢更加明顯。

氣浮輸送機(jī)的申請?jiān)趪鴥?nèi)外表現(xiàn)出不平衡的趨勢，中國申請人在這一領(lǐng)域的申請表現(xiàn)較為平淡，沒有出現(xiàn)具有足夠競爭力的申請，這也從側(cè)面反映出我國在氣浮輸送機(jī)領(lǐng)域與國外先進(jìn)國家的差距較大，需要加強(qiáng)在此領(lǐng)域的專利申請和保護(hù)。

3. 扁平承載面氣浮輸送機(jī)技術(shù)發(fā)展路線

氣浮輸送機(jī)從其技術(shù)分支和主體結(jié)構(gòu)來看，它主要包括三個(gè)主要部分，分別是氣吹裝置、承載裝置、移動裝置。氣吹裝置主要是各式的噴氣口；承載裝置是最重要的部分，它不僅需要保證不損傷工件而且需要導(dǎo)出足夠浮力的平穩(wěn)氣流，各申請的改進(jìn)也主要是針對承載裝置；移動裝置主要是用于對工件施加推動力，主要分為氣流式和機(jī)械式。各技術(shù)分支雖相對獨(dú)立，但其發(fā)展也是相輔相成，氣浮輸送機(jī)不僅在每一個(gè)技術(shù)分支上不斷發(fā)展，在各個(gè)技術(shù)分支之間隨著時(shí)間的推移也存在相互繼承、互相推動的發(fā)展規(guī)律；因此通過對各個(gè)分支的發(fā)展與演化進(jìn)行研究，有助于領(lǐng)悟氣浮輸送技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并且對未來該領(lǐng)域的發(fā)展有一個(gè)初步的判斷。

3.1氣吹裝置

氣吹裝置是氣浮輸送機(jī)的動力來源，它為物體提供空氣浮力或推動力，氣吹裝置的主要結(jié)構(gòu)都是氣體發(fā)生器與氣體引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，氣泵在氣浮輸送機(jī)出現(xiàn)之前就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，關(guān)于它的改進(jìn)較少，關(guān)于氣體引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)也主要出現(xiàn)于早期的申請中。

1953年英國出現(xiàn)了在輸送平臺的兩端都設(shè)置簡易的鼓風(fēng)機(jī)，以暫時(shí)將物品吹氣的氣吹裝置，它可以根據(jù)需要使物品在生產(chǎn)線的首尾兩端短暫停留（GB689963A）。1971年美國的Business Machines公司提出來具有穩(wěn)壓閥和限壓閥的氣泵循環(huán)系統(tǒng)，這樣可以在輸送微小物品時(shí)更好地保持氣流的穩(wěn)定，防止氣流突然增大時(shí)將物品吹出輸送區(qū)域（US3588176A）。1972年美國的Kornylak提出了能夠根據(jù)物品重量而適應(yīng)性吹氣的輸送平臺，它是在下方用彈簧抵住鋼球暫時(shí)阻塞氣孔，當(dāng)重物到來時(shí)即下壓彈簧并向上吹氣，沒有物品輸入時(shí)可以暫時(shí)關(guān)閉氣孔，以避免不需要吹氣時(shí)氣體亂吹（US365195A）。1998年日本的澀谷工業(yè)株式會社提出了通過左右對射氣流的槽來自動輸送和分隔瓶子，它是通過在平行的兩軌道內(nèi)側(cè)面對稱設(shè)置噴氣孔，當(dāng)瓶子從槽內(nèi)通過時(shí)，對射的氣流自動在每個(gè)瓶子間形成阻隔，有利于逐一輸出瓶子（JP10-7246A）。2009年日本的妙德株式會社提出了三個(gè)氣流通道并排設(shè)置，并且在輸送表面開由橫縱的導(dǎo)流槽，使從物體表面反射回的氣體能及時(shí)排出，物品所受的浮力更加穩(wěn)定（JP2009-161283A）。

3.2承載裝置

承載裝置主要是指與物品直接接觸的承載面，它不僅要在物品進(jìn)入氣流區(qū)域時(shí)承載被輸送物，而且還要引導(dǎo)氣流，使氣流平穩(wěn)地吹到物品的下表面，對于易碎的物品或高精密產(chǎn)品，承載面還需保證不損傷到物品。1965年英國的EDWARD EVANS公司提出了并排間隔的分離式的輸送平臺，它是將多個(gè)設(shè)有氣孔的扁平箱體一次設(shè)置，板狀工件到來時(shí)氣孔吹氣，將工件托起，這種支撐裝置對氣泵要求較小，安裝方便，但是每個(gè)箱體都需要調(diào)平，整體的平面度較差，輸送平穩(wěn)性差（GB1000699A）。1966年美國的G.BOULADON ETAL提出了整體式的輸送平面，輸送更加平穩(wěn)，并且還進(jìn)一步改進(jìn)為中間內(nèi)凹的氣浮表面，使支撐平面兼具導(dǎo)軌的作用（US3279863A）。1971年，英國的HASELTINE也提出了具有凹槽的輸送平面（GB1236125A），CHARLES ALAN MANN首次提出了輸送圓柱狀物體的氣浮輸送裝置，輸送通道內(nèi)排列有氣浮球，圓柱工件將球壓下，氣流將其托起。1994年德國的HERMANN公司提出了在被輸送平板物體的反方向上也設(shè)置同樣的氣吹通道，這樣在底部的支撐平臺氣流不穩(wěn)時(shí)，平板能同時(shí)受到反向的下壓力，特別是在進(jìn)出支撐通道的過程中更有利于保持平板的平穩(wěn)（EP0612677A）。2001年日本的東京株式會社提出了在氣流支撐平面上方進(jìn)一步設(shè)置支承輥的輸送裝置，以往的氣流平臺單靠氣流抵抗重力，無法高效輸送質(zhì)量較大的物體，設(shè)置輥?zhàn)又?，輥?zhàn)涌梢暂o助分擔(dān)一部分力（JP2001-358206A）。2010年日本的1H1株式會社對輥?zhàn)优c氣流的混合輸送平臺做了進(jìn)一步改進(jìn)，輥?zhàn)颖粏为?dú)設(shè)置在輸送平臺兩側(cè)，起到支撐和導(dǎo)向的作用，中間布置多個(gè)矩形的噴氣單元，這樣不僅可以避免輥?zhàn)幼钃跻徊糠謿饬鞫斐刹环€(wěn)定，也同時(shí)可以為被輸送物提供支撐和前進(jìn)所需的動力（JP2010-116220A）。

3.3移動換向裝置

移動換向裝置主要用于氣浮輸送機(jī)上物體的移動與轉(zhuǎn)向，這對于自動化生產(chǎn)線至關(guān)重要，由于處于漂浮狀態(tài)的物品所受阻力較小，因此，如何保證物品能夠穩(wěn)定地移動甚至?xí)和Q向就對移動和轉(zhuǎn)向裝置提出了更高的要求。1967年英國的STEVENS提出了依靠重力作為移動動力的氣浮輸送機(jī)，它是將支撐表面設(shè)置成具有一定的傾斜角度，當(dāng)氣體將物品吹起時(shí)，重力沿傾斜表面的分力即可將被輸送物移動，這種設(shè)計(jì)雖然簡便，但是不易控制啟停，容易撞壞工件（GB1093769）。1970年德國的Berkenfeld提出了在氣浮輸送帶末端也設(shè)置單獨(dú)的吹氣裝置，吹動物品前進(jìn)（DE1531946A）。1972年美國的Bangor Punta公司提出了具有傾斜氣道的輸送平臺，它通過沖壓的方式直接在輸送平臺上壓下傾斜的孔，氣流有水平分力，可驅(qū)動物品前進(jìn)（US3647266A）。1988年美國的Lenhart公司也提出了利用傾斜的氣孔推動瓶子前進(jìn)的輸送機(jī)，在輸送通道兩端設(shè)置擋板，以將瓶子引導(dǎo)至所需的地方（EP0259032A）。1994年美國的Simplimatic公司進(jìn)一步改進(jìn)了物品的換向裝置，它通過在氣體輸送通道上逐級的設(shè)置推板，主動地將物品送達(dá)所需的地方（US5170879A）。2001年日本出現(xiàn)了設(shè)置專門的導(dǎo)軌以對被輸送物品導(dǎo)向的氣浮輸送機(jī)（JP2001240245A）。2009年出現(xiàn)了輥?zhàn)优c吹氣裝置結(jié)合的轉(zhuǎn)向裝置，它通過在拐角處用氣流將物品托起，然后用托輥換向（JP2009093026A）。2011年日本的中滿孝志提出了能夠使物品在輸送帶上暫停的裝置，它是在輸送帶的一端設(shè)置氣孔，物品至此即被吹氣，進(jìn)行所需要的操作后再由托輥裝置運(yùn)走（JP2011029318A）。

通過以上的分析可以看出，在氣浮輸送機(jī)出現(xiàn)的初始階段，其申請主要集中在氣吹裝置，因?yàn)榇藭r(shí)氣浮輸送屬于較為新穎的輸送手段，到20世紀(jì)80年代，主要集中在承載裝置，進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著技術(shù)的發(fā)展，需要?dú)飧≥斔蜋C(jī)不僅能承托板材，而且需要?dú)膺m應(yīng)高效率的自動化生產(chǎn)，因此出現(xiàn)了大量關(guān)于移動換向裝置的申請和新技術(shù)，使板材能實(shí)現(xiàn)自動換向與運(yùn)輸，大大降低機(jī)械手的配置和使用，提高效率，減低成本。

4.總結(jié)

通過以上分析可以看出，氣浮輸送機(jī)早期的技術(shù)集中在美國和英國，近20年的新技術(shù)主要集中在日本日本半導(dǎo)體企業(yè)眾多，已經(jīng)形成了層次明顯的專利群，中國在該領(lǐng)域的市場還是很有發(fā)展?jié)摿Γ袊暾埲藨?yīng)注重提高此方面技術(shù)的競爭實(shí)力。氣吹裝置，承載裝置和移動換向裝置是氣浮輸送機(jī)的三個(gè)主要技術(shù)分支，目前的專利申請和技術(shù)發(fā)展的重心主要集中在移動換向裝置上，因?yàn)橐苿訐Q向裝置有助于使氣浮輸送機(jī)所輸送的易碎板材等物品在輸送線上無障礙地快速輸送，有助于大幅提高效率，降低成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉建芳， 陳洪霞， 劉國君. 氣動懸浮非接觸輸送裝置的輸送性能[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2015，45（3）

作者簡介

楊嘉，男，1988年1月生，專利審查協(xié)作江蘇中心專利審查員，江蘇省蘇州市高新區(qū)科技城光啟路88號，電話：18013516542