JP3816874B2

JP3816874B2 - リニア駆動装置

Info

Publication number: JP3816874B2
Application number: JP2003013701A
Authority: JP
Inventors: 直人柴田
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: JP2004229396A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新薬の開発等に使用される自動回転倉庫の回転棚を回転させるために好適に利用されるリニア駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
創薬研究の分野においては、薬剤や化合物等の試料が封入されたバイアル瓶やマイクロチューブなどの複数の小型ワークを保管用ラックにマトリクス状に縦立収容し、この保管用ラックを自動回転棚などに保管している。本発明者らは、このような自動回転棚の駆動装置として、低温環境下でも安定して駆動でき、粉塵発生等の問題が少ないリニア駆動装置を先に提案した（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−３３８１２３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
先願のリニア駆動装置は、低温環境下における高速回転を可能にし、粉塵等の発生も少ない点で、創薬研究用自動回転倉庫の駆動装置として、きわめて有効であることが、その後の実機による試験等を通じて実証されている。
【０００５】
ところが、このリニア駆動装置は、わずかではあるが推進力にムラが発生することが確認され、それにより、自動回転倉庫の位置決め精度の向上及び速度変動低減が制約されていた。そして、自動回転倉庫の高密度収納・高速ピッキングに対するユーザーニーズの高まりと共に、リニア駆動装置の推進力ムラの解消が、焦眉の急となっていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、創薬研究の分野において要求される小型ワークの低温環境下でのより一層の高密度収納・高速ピッキングを実現するため、推進力にムラが発生しない、リニア駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のリニア駆動装置は、走行側に、Ｎ極とＳ極の永久磁石からなる複数のリニアモータ二次側ユニットがピッチ２τで等間隔に固設されており、駆動側に、一次鉄心上に３相コイルを巻回してなるリニアモータ一次側ユニットが少なくとも２つ以上固設されており、隣接するリニアモータ一次側ユニットの３相コイルの位相が、互いに１８０度異なるように巻回されており、且つ、リニアモータ一次側ユニットは、ｎを１以上の整数として、（２ｎ＋１）τのピッチで配設されていると共に、前記リニアモータ二次側ユニットにより生成される磁気回路が、一つのリニアモータ二次側ユニット内では強く、隣接するリニアモータ二次側ユニットとの間では弱くなる構成を有している。
【０００８】
【作用】
本発明のリニア駆動装置によれば、走行側に、Ｎ極とＳ極の永久磁石からなる複数のリニアモータ二次側ユニットがピッチ２τで等間隔に固設されており、駆動側に、一次鉄心上に３相コイルを巻回してなるリニアモータ一次側ユニットが少なくとも２つ以上固設されており、隣接するリニアモータ一次側ユニットの３相コイルの位相が、互いに１８０度異なるように巻回されており、且つ、リニアモータ一次側ユニットは、ｎを１以上の整数として、（２ｎ＋１）τのピッチで配設されていると共に、前記リニアモータ二次側ユニットにより生成される磁気回路が、一つのリニアモータ二次側ユニット内では強く、隣接するリニアモータ二次側ユニットとの間では弱くなる構成にしたことにより、駆動側のリニアモータ一次側ユニットと走行側のリニアモータ二次側ユニット間で発生する推進力が、隣接するリニアモータ一次側ユニットとリニアモータ二次側ユニット間で互いに強・弱・強・弱と逆位相で生じるため、推進力ムラが互いに相殺される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明において、推進力のムラが相殺される原理について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００１０】
図２は、従来のリニア駆動装置の作用を示す図である。走行側には、Ｎ極とＳ極の永久磁石からなる複数のリニアモータ二次側ユニット５０がピッチ２τで等間隔に固設されている。走行側は、無端循環軌道に沿った屈曲を可能にするため、個々のリニアモータ二次側ユニット５０は、隣接するリニアモータ二次側ユニット５０と隙間をあけて配設されている。
【００１１】
駆動側には、一次鉄心上に３相コイルを巻回してなるリニアモータ一次側ユニット６０が少なくとも２つ以上固設されている。このリニアモータ一次側ユニット６０は、リニアモータ二次側ユニット５０との相対的位置関係が、全て等しくなるような間隔で配設される。すなわち、リニアモータ二次側ユニット５０のピッチを２τとした場合、リニアモータ一次側ユニット６０は、ｎを１以上の整数として、２ｎτのピッチで配設される。
【００１２】
そして、リニアモータ一次側ユニット６０を励磁することにより、リニアモータ一次側ユニット６０とリニアモータ二次側ユニット５０との間に生じる反発力と吸引力で、推進力が発生する。無端循環軌道にそって設置されたリニアモーター二次側ユニット５０により生成される磁気回路は、隣接するリニアモーター二次側ユニット５０が、隙間をあけて配設されているために、１つのリニアモーター二次側ユニット５０内では強く、隣接するリニアモーター二次側ユニット５０との間では弱くなり、磁気回路ＭＣの結合度に強・弱のムラが発生する。そのため、リニアモータ一次側ユニット６０とリニアモータ二次側ユニット５０との位置関係が、図２（ａ）に示すような場合、すなわち、リニアモータ一次側ユニット６０が、隣接する２つのリニアモータ二次側ユニット５０に跨るような位置に存在するときには、弱い磁気回路ＭＣにより推進力が生じるため推進力が弱くなり、逆に図２（ｂ）に示すような場合、すなわち、それぞれのリニアモータ一次側ユニット６０が、リニアモータ二次側ユニット５０の中心に位置するように存在するときには、強い磁気回路ＭＣにより推進力が生じるため推進力が強くなる。このことが、無端循環軌道を持つ自動回転倉庫にリニア駆動を適用した際に推進力にムラが生じる原因であることが、本発明者らによって解明され、本リニア駆動装置が発明されるに至った。
【００１３】
図１は、本発明によるリニア駆動装置の作用を示す図である。走行側には、従来の装置と同様、Ｎ極とＳ極の永久磁石からなる複数のリニアモータ二次側ユニット５０がピッチ２τで等間隔に、且つ、隣接するリニアモータ二次側ユニット５０と隙間をあけて配設されている。
【００１４】
駆動側には、一次鉄心上に３相コイルを巻回してなるリニアモータ一次側ユニット６０が少なくとも２つ以上固設されている。このリニアモータ一次側ユニット６０は、隣接するリニアモータ一次側ユニット２０同士が互いに１８０度の位相差を持つように巻回されている。しかも、リニアモータ二次側ユニット５０との相対的位置関係が、隣接するリニアモータ一次側ユニット６０において逆になるような間隔で配設される。すなわち、リニアモータ二次側ユニット５０のピッチを２τとした場合、リニアモータ一次側ユニット６０は、ｎを１以上の整数として、（２ｎ＋１）τのピッチで配設される。
【００１５】
そのため、リニアモータ一次側ユニット６０とリニアモータ二次側ユニット５０との位置関係は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、あるリニアモータ一次側ユニット６０が、隣接する２つのリニアモータ二次側ユニット５０に跨るような位置に存在するときには、それに隣接するリニアモータ一次側ユニット６０は、リニアモータ二次側ユニット５０の中心に位置するように存在する。そのため、リニアモータ一次側ユニット６０とリニアモータ二次側ユニット５０との間に生じる推進力は、強い磁気回路ＭＣにより発生する強い推進力と、弱い磁気回路ＭＣにより発生する弱い推進力とが常に交互に現れ、推進力のムラが相殺される。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図３乃至図５に基づいて説明する。図３は、本発明による自動回転倉庫を用いて構成した創薬研究用の化合物ライブラリー自動回転倉庫を説明する斜視図であり、図４（ａ）は、図３に示した化合物ライブラリー自動回転倉庫の自動回転倉庫部分の上面図を示しており、図４（ｂ）は、その側面図を示している。図５は、図４（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１７】
図３乃至図５に示したシステムでは、複数のマイクロチューブ等の小型ワークを格納した保管用ラック１０を垂直に２４段収納できる垂直収納棚１００を２４列有する自動水平回転棚２００Ａ，２００Ｂが２機用いられている。そして、各自動水平回転棚２００Ａ，２００Ｂの旋回部分の一方に保管用ラックの入出庫エリア２３０Ａ，２３０Ｂが設けられている。隣接する垂直収納棚１００は、互いに連結されており、各垂直収納棚１００の下端部には、図５に示すように垂直収納棚の荷重を受ける走行ローラ２２及び無端循環軌道２０を内側と外側から挟持するガイドローラ２４が枢設されている。この走行ローラ２２とガイドローラ２４により、連結された垂直収納棚１００が無端循環軌道２０上を水平走行可能に支持されている。また、各垂直収納棚の下端部の無端循環軌道の外側に、Ｎ極とＳ極の永久磁石からなるリニアモータ二次側ユニット５０が固設されている。そして、そのリニアモータ二次側ユニット５０に対峙するように、一次鉄心上に３相コイルＵ，Ｖ，Ｗを巻回してなるリニアモータ一次側ユニット６０が、自動水平回転棚の無端循環軌道の直線搬送部に平行して固設されている。このリニアモータ一次側ユニット６０は、隣接するリニアモータ一次側ユニット６０と位相が１８０度異なるように巻回されている。
【００１８】
この３相コイルＵ，Ｖ，Ｗに図示はされていないがサーボアンプなどから、互いに１２０度の位相差を有する３相交流を流すことにより、前記一次鉄心上にＮ極とＳ極が交互に並んだ３相コイルの合成磁極を発生させる。発生させる磁極は、二次側ユニット５０の永久磁石（Ｎ極及びＳ極）との相対的位置関係及び駆動方向により決定される。リニアモータ二次側ユニットとリニアモータ一次側ユニットが、図１（ａ）に示した位置関係にある場合、吸引力（Ｎ極−Ｓ極間）及び反発力（Ｎ極−Ｎ極、Ｓ極−Ｓ極）によって、リニアモータ二次側ユニットは、左方向へ移動する推進力を受ける。
【００１９】
そして、リニアモータ二次側ユニット５０が、図１（ｂ）のようにτだけ、移動した時点で、リニアモータ一次側ユニット６０の磁極を反転させる。それにより、リニアモータ二次側ユニット５０とリニアモータ一次側ユニット６０は、図１（ｂ）に示したような位置関係になり、吸引力（Ｎ極−Ｓ極間）及び反発力（Ｎ極−Ｎ極、Ｓ極−Ｓ極）によって、リニアモータ二次側ユニット５０は、左方向へ移動する推進力を受ける。リニアモータ二次側ユニット５０の移動量は、リニアモータ二次側ユニット５０に設けたリニアスケールの位置をリニアスケール検出ヘッドにより検出することにより検知される。そして、検知された移動量をサーボアンプへフィードバックし、リニアモータ一次側ユニット６０の磁極位置を変化させる。この動作が繰り返されることにより、リニアモータ二次側ユニット５０が無端循環軌道に沿って水平走行する。
【００２０】
３相コイルＵ，Ｖ，Ｗに流す３相交流の周波数を上げていくことにより、リニアモータ二次側ユニットの推進速度を速くすることができる。逆に、周波数を下げることにより、リニアモータ二次側ユニットの推進速度を遅くすることができる。さらに、３相コイルに直流を通電することにより、リニアモータ二次側ユニットを停止させ、所定の位置に保持させることができる。
【００２１】
本発明の自動回転倉庫は、上記のような駆動機構を採用しているため、推進方向以外に無効推力が発生せず、静粛でスムーズな走行が実現できる。また、ダイレクトドライブのため、部品点数の削減が図られるとともに、走行ローラ２２及びガイドローラ２４以外は非接触であり、粉塵等の発生の心配やメンテナンスの必要もない。また、チェーン等の屈曲摺動する伝動媒体を使用しないので、例えば、摂氏零度以下であるような低温環境下で使用した場合にも円滑な走行が保証される。さらに、リニアモータ一次側ユニット６０とリニアモータ二次側ユニット５０との間に生じる推進力は、常に強い磁気回路ＭＣにより発生する強い推進力と、弱い磁気回路ＭＣにより発生する弱い推進力とが交互に現れるため、推進力のムラが相殺され、ムラのない安定した走行が可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、走行側に、Ｎ極とＳ極の永久磁石からなる複数のリニアモータ二次側ユニットがピッチ２τで等間隔に固設されており、駆動側に、一次鉄心上に３相コイルを巻回してなるリニアモータ一次側ユニットが少なくとも２つ以上固設されており、隣接するリニアモータ一次側ユニットの３相コイルの位相が、互いに１８０度異なるように巻回されており、且つ、リニアモータ一次側ユニットは、ｎを１以上の整数として、（２ｎ＋１）τのピッチで配設されていると共に、前記リニアモータ二次側ユニットにより生成される磁気回路が、一つのリニアモータ二次側ユニット内では強く、隣接するリニアモータ二次側ユニットとの間では弱くなるようにしたことにより、駆動側のリニアモータ一次側ユニットと走行側のリニアモータ二次側ユニット間で発生する推進力が、隣接するリニアモータ一次側ユニットとリニアモータ二次側ユニット間で互いに強・弱・強・弱と逆位相で生じるため、推進力ムラが互いに相殺され安定した走行と正確な位置決め制御が可能になる。
【００２３】
給電のためのブラシ（接点）が必要ないので、低温環境下においても高速回転が可能となる。しかも、ダイレクトドライブであるため、粉塵等の発生の心配がなく、自動回転倉庫内の雰囲気を清浄な状態に維持できるため、厳密な雰囲気管理が要求される創薬研究に対しても好適に利用できる。
【００２４】
さらに、高速回転時にも振動を発生させることないので、ワークの取り出し、収納をスピーディに行うことができ、創薬研究における効率化が可能になる。しかも、駆動源が各垂直収納棚に設置する二次側ユニットと無端循環軌道に設置する一次側ユニットに分散配置されるため、駆動源を薄く構成することができ、装置の小型化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリニア駆動装置の推進原理を示す図である。
【図２】従来のリニア駆動装置の推進原理を示す図である。
【図３】本発明のリニア駆動装置を適用した化合物ライブラリー自動回転棚の斜視図である。
【図４】図３に示した化合物ライブラリー自動回転棚の自動回転棚部分を示す図であり（ａ）が上面図であり、（ｂ）が側面図である。
【図５】図４（ｂ）の化合物ライブラリー自動回転棚をＡ−Ａ線で切断した時の断面図である。
【符号の説明】
１０・・・保管用ラック
２０・・・無端循環軌道
２２・・・走行ローラ
２４・・・ガイドローラ
４０・・・ローラ
５０・・・リニアモータ二次側ユニット
６０・・・リニアモータ一次側ユニット
１００・・・垂直収納棚
２００Ａ，２００Ｂ・・・自動水平回転棚
２３０Ａ，２３０Ｂ・・・入出庫エリア
３００・・・入出庫自動移載機

Claims

走行側に、Ｎ極とＳ極の永久磁石からなる複数のリニアモータ二次側ユニットがピッチ２τで等間隔に固設されており、
駆動側に、一次鉄心上に３相コイルを巻回してなるリニアモータ一次側ユニットが少なくとも２つ以上固設されており、
隣接する前記リニアモータ一次側ユニットの３相コイルの位相が、互いに１８０度異なるように巻回されており、且つ、前記リニアモータ一次側ユニットは、ｎを１以上の整数として、（２ｎ＋１）τのピッチで配設されていると共に、前記リニアモータ二次側ユニットにより生成される磁気回路が、一つのリニアモータ二次側ユニット内では強く、隣接するリニアモータ二次側ユニットとの間では弱くなることを特徴とするリニア駆動装置。