JP4342933B2

JP4342933B2 - 自動回転倉庫

Info

Publication number: JP4342933B2
Application number: JP2003434712A
Authority: JP
Inventors: 直人柴田; 究村田
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005187204A

Description

本発明は、新薬の開発等に使用される自動回転倉庫に関するものであり、さらに詳しくは、例えば、薬品や化合物等の試料を封入し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収容した保管用トレイを低温環境下で高密度に収納・管理するのに適した自動回転倉庫に関するものである。

従来、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トレイにマトリクス状に列立収容し、この保管用トレイを自動回転倉庫などに保管していた。この自動回転倉庫は、複数の保管用トレイを垂直方向に収納可能なように区画された垂直収納棚が無端循環軌道上に複数水平方向に回転可能に保持されている。そして、無端循環軌道の両端に設けた回転軸にチェーンを張架し、この回転軸を回転駆動することにより、垂直収納棚を水平走行させる、いわゆる回転軸駆動方式が汎用されている。

また、垂直収納棚にＮ極とＳ極の永久磁石からなるリニアモータ二次側可動部を固着し、このリニアモータ二次側可動部に対峙するように無端循環軌道と平行にリニアモータ一次側固定部を設置して、リニアモータの二次側可動部と一次側固定部との間に働く吸引力及び反発力により、垂直収納棚を無端循環軌道に沿って水平走行させる、いわゆるリニアモータ駆動方式の自動回転倉庫についても本願出願人によって提案されている（特許文献１参照）。
特願２００２−３３８１２３号

ところが、従来の回転軸駆動方式の自動回転倉庫は、チェーン等により垂直収納棚を水平走行させていたため、低温環境下で使用した場合にチェーンの屈曲動作が堅くなり、高速回転が阻害されるという問題が生じていた。また、チェーンやチェーンを駆動するためのモータ等の駆動源から、粉塵等が発生し、自動回転倉庫内の雰囲気が汚染される等の問題も指摘されていた。さらに、チェーン駆動の場合、チェーンとスプロケットとの噛み合い振動が垂直収納棚に伝わり、高速回転をさせた場合、その振動によりワークが転倒、落下するという問題も懸念されていた。

一方、リニアモータ駆動方式の自動回転倉庫では、上述したような課題は解消できるものの、垂直収納棚の位置や回転速度を把握するために回転軸と同軸に設けていた回転型エンコーダが使用できないため、垂直収納棚の正確な位置決め制御や回転速度制御が困難であった。しかも、連結された垂直収納棚が循環軌道に沿って走行するため、各棚の間に必ず隙間が存在し、垂直収納棚を位置決めを非接触で行うための連続的なマーカを付与することもできなかった。

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高密度保管・高速ピッキングを実現するため、低温環境下においても高速回転が可能であり、粉塵等の発生の心配がなく、高速回転時にも振動が発生することがなく、しかも、垂直収納棚の隙間も含めて連続的に位置を検出して、正確な位置決め制御及び回転速度制御が可能な自動回転倉庫を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の自動回転倉庫は、無端循環軌道に沿って走行する複数の垂直収納棚を有し、これらの垂直収納棚が、垂直収納棚に固着されたＮ極とＳ極の永久磁石からなるリニアモータ二次側可動部と、このリニアモータ二次側可動部に対峙するように無端循環軌道に平行して固設されたリニアモータ一次側固定部との間に働く吸引力及び反発力により、無端循環軌道に沿って水平走行するものであって、垂直収納棚に、永久磁石又は磁気テープからなる磁気マーカが固着されており、無端循環軌道側に、磁気マーカと対峙するように磁気検出器が設置されており、隣り合う垂直収納棚の間隔が、前記磁気マーカのＮ極とＳ極の磁極ピッチより小さく設定されており、前記磁気検出器が垂直収納棚の隙間も含めて連続した正弦波信号を出力し、該正弦波信号に基づき、前記垂直収納棚の回転速度及び停止位置を制御する構成をしている。

本発明の自動回転倉庫によれば、無端循環軌道に沿ってリニアモータ駆動により走行する複数の垂直収納棚を有し、これらの垂直収納棚に、永久磁石又は磁気テープからなる磁気マーカが固着され、無端循環軌道側に、磁気マーカと対峙するように磁気検出器が設置されており、隣り合う垂直収納棚の間隔が、磁気マーカのＮ極とＳ極の磁極ピッチより小さく設定されており、磁気検出器が垂直収納棚の隙間も含めて連続した正弦波信号を出力し、この正弦波信号に基づき、垂直収納棚の隙間も含めて連続的な位置を検出し、それに基づき回転速度及び停止位置を制御する構成にしているため、低温・冷凍環境下においても、結露等の影響を受けることなく、垂直収納棚の隙間を含めた連続的で正確な位置決め制御及び回転速度制御が可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２に基づいて説明する。図１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自動回転倉庫を説明する概略図であり、図１（ａ）は、その上面図を示しており、図１（ｂ）は、その側面図を示している。図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図１に示したシステムでは、複数の小型ワークを格納したトレイ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トレイの入出庫エリア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２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可動部３０が固設されている。そして、そのリニアモータ二次可動部３０に対峙するように、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固定部４０が、自動回転倉庫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固定部４０は、一次鉄心上に３相コイルＵ，Ｖ，Ｗが巻回されており、これらの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、一次鉄心上にＮ極とＳ極が交番する磁界が発生する。

そして、この交番磁界とリニアモータ二次側可動部３０の永久磁石（Ｎ極及びＳ極）との相対的位置関係により、リニアモータ二次側可動部３０とリニアモータ一次側固定部４０との間に、吸引力（Ｎ極−Ｓ極間）及び反発力（Ｎ極−Ｎ極、Ｓ極−Ｓ極）が生じ、その力により垂直収納棚１００が水平走行し、自動回転倉庫が回転する。

さらに、各垂直収納棚１００の下部には、水平方向に所定の個数の小型永久磁石が貼付された磁気マーカ５０が固着されている。また、無端循環軌道側の少なくとも１箇所に、この磁気マーカ５０と対峙し、且つ、自動回転倉庫の停止時にある垂直収納棚の中心に位置するように磁気検出器６０が設置されている。この磁気検出器６０には、電流と垂直方向に磁界を加えることにより、電流の流れている方向と磁界の流れている方向にそれぞれ垂直な方向に電圧が発生するというホール効果を利用して磁界の大きさを検出するホール素子を利用することができる。低温環境下で使用される自動回転倉庫においては、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）を用いたホール素子が温度による影響を受けにくいため、特に適している。

上述したリニアモータ二次側可動部３０及びリニアモータ一次側固定部４０の作用により、垂直収納棚１００が無端循環軌道２０に沿って水平走行すると、磁気検出器６０の前を磁気マーカ５０が移動し、この磁気マーカ５０を構成する永久磁石又は磁気テープのＮ極及びＳ極に対応した磁束密度の変化が、９０度の位相差を持つ２相の正弦波信号の変化として磁気検出器６０に現れる。この時、隣り合う垂直収納棚の隙間が、磁気マーカ５０のＮ極とＳ極の磁極ピッチより小さければ、磁気検出器６０から得られる出力は、連続した正弦波信号となる。

したがって、垂直収納棚の隙間も含めて、垂直収納棚の位置を連続した正弦波信号として検出することが可能になり、正確な位置制御を行うことができる。また、この正弦波信号の波形変化をカウントすることにより、基準となる垂直収納棚からいくつ目の垂直収納棚が磁気検出器６０の前を通過しているのかを認知することが可能になるとともに、磁気検出器６０は、上述のように自動回転倉庫が停止時にある時の垂直収納棚の中心に位置しているため、垂直収納棚の安定した位置決めが可能となる。一方、隣り合う垂直収納棚の隙間が、磁気マーカ５０のＮ極とＳ極の磁極ピッチより大きい場合には、磁気検出器の出力信号波形を、一旦、波形記憶回路に記憶しておき、磁気検出器が垂直収納棚と垂直収納棚の間の隙間に位置し信号変化が検出されなくなった時に自動的に、波形記憶回路に記憶された波形により補完することによって、隙間部分でも垂直収納棚の位置に対応した仮想的な正弦波信号が得られ、無端循環軌道内で連続した位置信号を得ることができる。

また、垂直収納棚のピッチの半分、すなわち隣接する垂直収納棚の中心間距離の半分の距離を離して、２つの磁気検出器を設置することにより、どちらかの磁気検出器が必ず磁気マーカと対面し、出力信号が得られるため、常に正確な位置決め制御を行うことが可能になる。さらに、２つの磁気検出器の位置の差に基づく出力信号の位相差を求め、その位相差分を補償して２つ出力信号を合成することにより、垂直収納棚の隙間による出力信号の中断を回避することができる。そして、得られた出力信号の周波数から自動水平回転棚の回転速度を求めることができ、正確な回転速度制御を行うことが可能になる。

本発明における位置決め制御の停止精度は、磁気マーカを構成する永久磁石又は磁気テープのＳ極、Ｎ極のピッチにより決定されるが、本実施例のように入出庫エリアが固定されていて、垂直収納棚を停止させる位置が予め決まっているような場合には、垂直収納棚の中心付近のみに磁気マーカのＳ極Ｎ極を密に形成して、その他の部分においては、磁極を設けないことにより、垂直収納棚の停止精度を向上させると共に、磁気マーカのコストダウンを図ることも可能になる。

本発明によれば、リニアモータ駆動方式における自動回転倉庫において、正確な位置決め制御、速度制御を可能とするものであって、低温環境下での使用や厳密な雰囲気管理が要求される分野での使用等、より高度化するユーザニーズへの対応が可能となり、その産業上の利用可能性はきわめて高い。

本発明による自動回転倉庫の全体を示す概略図であり、（ａ）が上方側から見た時の概略上面図であり、（ｂ）が側方側から見た時の概略側面図である。図１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。

１０・・・トレイ
２０・・・無端循環軌道
２２・・・走行ローラ
２４・・・ガイドローラ
３０・・・リニアモータ二次側可動部
４０・・・リニアモータ一次側固定部
５０・・・磁気マーカ
６０・・・磁気検出器
１００・・・垂直収納棚
２００Ａ，２００Ｂ・・・自動水平回転棚
２３０Ａ，２３０Ｂ・・・入出庫エリア

Claims

複数の小型ワークを保管する自動回転倉庫において、
前記自動回転倉庫は、無端循環軌道に沿って走行する複数の垂直収納棚を有し、
前記垂直収納棚が、該垂直収納棚に固着されたＮ極とＳ極の永久磁石からなるリニアモータ二次側可動部と、該リニアモータ二次側可動部に対峙するように前記無端循環軌道に平行して固設されたリニアモータ一次側固定部との間に働く吸引力及び反発力により前記無端循環軌道に沿って水平走行するものであって、
前記垂直収納棚に、永久磁石又は磁気テープからなる磁気マーカが固着されており、
前記無端循環軌道側に、前記磁気マーカと対峙するように磁気検出器が設置されており、
隣り合う垂直収納棚の間隔が、前記磁気マーカのＮ極とＳ極の磁極ピッチより小さく設定されており、
前記磁気検出器が垂直収納棚の隙間も含めて連続した正弦波信号を出力し、該正弦波信号に基づき、前記垂直収納棚の回転速度及び停止位置を制御することを特徴とする自動回転倉庫。