JP7410007B2 - 搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は搬送装置に関する。搬送装置は、例えば、血液や尿などの生体試料の分析を行う検体分析システムや、分析に必要な前処理を行う検体前処理装置に用いられる。

血液、血漿、血清、尿その他の体液等の生体試料（以下「検体」という場合がある）の分析を行う検体分析システムにおいては、それぞれの検体について、指示された分析項目を検査するため、複数の機能を有する装置を接続し、自動的に各工程を処理している。言い換えると、検体分析システムでは、生化学や免疫など複数の分析分野の分析部を搬送ラインで接続し、一括して複数の分析がなされている。

搬送ラインの搬送方式には、（１）ベルトコンベヤによる方式と、（２）電磁吸引力を推力に利用する方式とがある。（２）の方式の一例では、検体を保持するホルダ等の容器キャリアに永久磁石を設け、移送面に設けられた磁気回路の巻線に電流を供給することにより発生する電磁吸引力を、容器キャリアの推力として利用する。磁気回路は、格子状に配置されたティースと、ティースに取り付けられた巻線と、ティース同士を連結するヨークで構成される。これらの搬送方法では、容器キャリアに設けられた磁気活性デバイスの位置を検出する容器キャリア検出デバイスが設けられている。

特許文献１においては、搬送平面上に位置する容器キャリアの存在および位置を検知するために、容器キャリア検知デバイスが設けられる。複数のＩＲベース反射光バリアを有するプリント回路基板を備えるとの記載がある。

特許文献２においては、ラボラトリ試料分配システムが移送面を備える。移送面の下方に複数の電磁アクチュエータが配置される。さらに、複数の位置センサが移送面の上に分配される。位置センサはＨａｌｌセンサとして具体化されるとの記載がある。

巻線による損失を低減するために、電流当たりの電磁吸引力は大きいことが望ましい。電磁吸引力の向上には、ティース径を拡大し、磁石との対向面積を増加することが有効である。また、低コスト化を図るためには上記特許文献１乃至２に記載の検出デバイスを廃し、センサレス化することが望ましい。

センサレス化するための方式の１つに、磁気回路の巻線のインダクタンス変化を活用する方式がある。この方式は、容器キャリアが通電されている巻線のティースへの接近に伴い、巻線に鎖交する永久磁石の磁束の量が増加する。これによってティース内の磁束が飽和し、巻線のインダクタンスが変化する。すなわちインダクタンスには容器キャリアに設けられた永久磁石に位置に対する依存性があり、これを検出に活用する。センサレスで位置検出を行う際には、インダクタンス変化を大きくすると検出精度が向上する。

特開２０１７－７７９７１ 特開２０１７－１０２１０３

しかしながら、従来の技術では、インダクタンス変化を大きくすると、推力が低下するというトレードオフの問題があった。

インダクタンス変化の向上には、たとえばティースの径を縮小し、磁気飽和現象が起こりやすい構造とすることが有効である。しかしながら、インダクタンス変化を向上させるためにティースの径を縮小すると、上述のように電磁吸引力が小さくなり、結果として推力が低下する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、推力の低下を抑制しつつインダクタンス変化を大きくできる搬送装置を提供することを目的とする。

本発明に係る搬送装置の一例は、
被搬送物を搬送する搬送装置であって、
前記被搬送物は、磁力によって搬送可能であり、
前記搬送装置は、
複数の電磁石であって、各前記電磁石は、磁性体を含むティースと、前記ティースに巻かれた巻線とを備える、複数の電磁石と、
各前記電磁石を磁気的に結合するヨークと、
前記巻線に電流を供給する駆動回路と、
を備え、
前記ティースは、軸方向に延びる空洞を有する
ことを特徴とする。

本発明に係る搬送装置によれば、推力の低下を抑制しつつインダクタンス変化を大きくすることができる。他の課題および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る搬送装置の概略構成図 図１の搬送装置の構成を説明する断面概略比較図 図２（ａ）の搬送装置及び図２（ｂ）の搬送装置における、推力とインダクタンスの特性を比較したグラフ 実施例２に係る搬送装置の構成例を示す断面概略図 図２（ａ）における被搬送物とティースの間における磁束の流れを模式的に示した図 図２（ｂ）における被搬送物とティースの間における磁束の流れを模式的に示した図 実施例３に係る搬送装置の構成例を示す概略図 実施例３における搬送装置の別の構成例を示す概略図 実施例４に係るティースおよび空洞の様々な例を示す断面概略図 実施例５に係るティースおよび空洞の様々な例を示す断面概略図

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、実施例の形状、配置その他の構成を変更してもよい。

＜実施例１＞
図１は本発明の実施例１に係る搬送装置の概略構成図である。本発明の搬送装置１は、被搬送物１１０を搬送する搬送装置である。搬送装置１は、被搬送物１１０が移動する搬送路を形成する。搬送路は、たとえば平面上に形成され、具体例として水平面上に形成される。

搬送装置１は、被搬送物１１０を搬送するための電磁石２５ａ、２５ｂを備える。電磁石２５ａ、２５ｂは、たとえば搬送路を形成する板（図示せず）について、搬送路とは反対側の面に設けられる。また、搬送装置１は、電磁石２５ａ、２５ｂに電流を供給する駆動回路５０ａ、５０ｂを備える。電磁石２５ａ、２５ｂは複数（本実施例では２つ）設けられ、一般的には多数がたとえば格子状に配置される。駆動回路５０ａ、５０ｂには電源５５が接続される。電源５５は、たとえば電池であり、直流電流を供給するが、パルス電流を供給してもよい。電磁石２５ａ、２５ｂと駆動回路５０ａ、５０ｂとの間には電流検出器４０ａ、４０ｂが設けられる。電流検出器４０ａ、４０ｂは演算部４１に接続される。

以下、各構成について詳述する。被搬送物１１０は、磁力によって搬送可能なものであり、磁石（たとえば永久磁石）を備える。具体例として、被搬送物１１０の底面（すなわち搬送路に対向する面）には図示していない永久磁石が内蔵されている。被搬送物１１０の一例は検体ホルダである。検体ホルダは、検体容器を１本ずつ保持する。検体容器は、液体の検体（または試薬であってもよい）を入れた試験管であってもよいし、試料セルであってもよい。被搬送物１１０の別の例は検体ラックである。検体ラックは、検体容器を複数本保持することができる。被搬送物１１０に設けられる永久磁石としては、ネオジム合金やフェライト等が好適に用いられる。なお、永久磁石に代えて電磁石を用いてもよく、磁性体（たとえば軟磁性体）を用いてもよい。

被搬送物１１０と電磁石２５ａ、２５ｂの間には図示していない搬送路がある。たとえば搬送路を形成する板が配置され、板の片面に搬送路が形成されてもよい。被搬送物１１０は、磁力の作用により搬送路上を摺動して移動する。

電磁石２５ａ、２５ｂはティース２２ａ、２２ｂを備える。ティース２２ａ、２２ｂは磁性体を含み、たとえば強磁性体から形成される。また、電磁石２５ａ、２５ｂは、ティース２２ａ、２２ｂに巻かれた巻線２１ａ、２１ｂを備える。ティース２２ａ、２２ｂについて軸（たとえば中心軸。具体例については図１０を参照して後述）を定義することができ、巻線２１ａ、２１ｂは、たとえばティース２２ａ、２２ｂの軸の周りに、ティース２２ａ、２２ｂの外周に沿って巻かれる。図１においてティース２２ａ、２２ｂの形状は円柱状であるが、これに限定するものではなく、角柱状でもよい。

電磁石２５ａ、２５ｂの巻線２１ａ、２１ｂは、それぞれ、駆動回路５０ａ、５０ｂに接続されており、上述の駆動回路５０ａ、５０ｂは、巻線２１ａ、２１ｂに電流を供給する。電磁石２５ａ、２５ｂはそれぞれ、電流を供給されて磁界を発生させる。ティース２２ａ、２２ｂの一端（たとえば上端）は、搬送路または被搬送物１１０に対向するよう配置されている。とくに、本実施例に係るティース２２ａ、２２ｂは、この一端側に搬送路または被搬送物１１０と対向する面を有する。磁界の一部は、この一端を通過するように（たとえば略上下方向に）生じる（図６等に関連して後述する）。この磁界により、被搬送物１１０の永久磁石に推力が生じる。

電流検出器４０ａ、４０ｂは、それぞれ電磁石２５ａ、２５ｂの巻線２１ａ、２１ｂに流れる電流を検出し、検出した電流値を演算部４１に送る機能を有する。電流検出器４０ａ、４０ｂの具体的構造は任意に設計することができる。たとえば、直列抵抗の電圧を測定するもの、カレントトランスによるもの、ホール電流センサを用いたものなどを用いることができるが、これらに限定するものではない。

演算部４１は、検出された電流値に基づき、電磁石２５ａ、２５ｂそれぞれのインダクタンスを算出する。そして、インダクタンスに基づいて、ティース２２ａ、２２ｂそれぞれと被搬送物１１０との相対的な位置関係を算出する。さらに、この位置関係に基づき、搬送装置１内における被搬送物１１０の位置を演算する。このように、搬送装置１は、巻線２１ａ、２１ｂのインダクタンスの変化に基づいて被搬送物１１０の位置を検出する、検出装置として機能する。

また、演算部４１は、算出された被搬送物１１０の位置に基づいて、被搬送物１１０を適切に駆動するために駆動回路５０ａ、５０ｂにそれぞれ供給すべき電流量と、駆動回路５０ａ、５０ｂにそれぞれ電流を供給すべきタイミングとを決定する。演算部４１は、決定された電流量およびタイミングに基づき、被搬送物１１０を移動させるための制御信号を生成し、駆動回路５０ａ、５０ｂにそれぞれ出力する。駆動回路５０ａ、５０ｂは、制御信号に従って電磁石２５ａ、２５ｂに電流を供給し、これによって被搬送物１１０を所望の位置に搬送することができる。

次に、ティース２２ａ、２２ｂの構造について説明する。図２は搬送装置１の構成を説明する断面概略比較図である。図２（ａ）は従来技術に係るティース１２２の構成例を示し、図２（ｂ）は本実施例に係るティース２２の構成例を示す。

図２（ａ）の搬送装置および図２（ｂ）の搬送装置１のいずれも、ヨーク２６を備える。ヨーク２６は、複数の電磁石を磁気的に結合し、これによって磁気回路を形成する。磁気回路は、巻線２１の内周と、ヨーク２６と、巻線２１の外周（すなわち隣接する２本の巻線２１の間）とを通って形成される。

図２（ａ）すなわち従来技術では、ティース１２２に空洞が無い。図２（ｂ）すなわち本実施例では、ティース２２は空洞２７を有する。図２（ｂ）において空洞２７はハッチングで示す。空洞２７は軸方向に延びる。本実施例では、空洞２７は被搬送物と１１０対向しない面に（たとえばｚ軸負方向に向かって）開口する。

図２（ａ）すなわち従来技術において、ティース２２がヨーク２６の孔２８に挿入して固定できるように、ティース２２の端部の外径は孔２８の内径と同一となっている。図２（ｂ）すなわち本実施例の空洞２７は、軸方向の断面形状が円形である。また、空洞２７は、ティース２２の軸を含む（より厳密には、ティース２２の軸を構成するある線分を含む）。とくに、本実施例では、空洞２７の軸とティース２２の軸とが一致する。すなわち、空洞２７の中心軸とティース２２の中心軸とは共通である。

図２（ｂ）において、ヨーク２６にはティースの空洞２７と同じ内径の孔２８が設けられている。図２（ｂ）において孔２８はドットパターンで示す。本実施例では、搬送装置１は、空洞２７に挿入される非磁性体２９を備える。なお、図２（ｂ）では図示の便宜上、１つの空洞２７にのみ非磁性体２９が挿入された状態を示すが、実際にはすべての空洞２７に同様の非磁性体２９が挿入される。非磁性体２９はたとえばピンまたはネジとして構成することができる。非磁性体２９を、ティース２２の空洞２７およびヨーク２６の孔２８に挿入して固定することにより、ティース２２をヨーク２６に固定することができる。

ここで、図２（ｂ）の構成では、空洞２７は、ティース２２の、被搬送物１１０と対向しない面に開口しているので、非磁性体２９の挿入作業は搬送路に干渉することなく実施でき、搬送装置１の製造工程が簡素になる。

また、図２（ｂ）の構成では、空洞２７の軸とティース２２の軸とが一致するので、ティース２２全体の対称性が保たれ、磁気回路および制御の設計が容易である。

図３は、図２（ａ）すなわち従来技術の搬送装置及び図２（ｂ）すなわち本実施例の搬送装置１における、推力とインダクタンスの特性を比較したグラフである。Ｘ軸は被搬送物１１０の位置を表し、Ｘ＝０はあるティース２２の軸の位置であり、Ｘ＝ｐは隣接するティース２２の軸の位置である。図３（ａ）は推力特性を示し、図３（ｂ）はインダクタンス特性を示す。演算部４１は、算出されたインダクタンスと、図３（ｂ）に例示される関係とに基づいて、各ティースと被搬送物１１０との相対的な位置関係を算出することができる。

図３（ａ）および図３（ｂ）いずれでも、一点鎖線は図２（ａ）の構成に対応し、実線は図２（ｂ）すなわち本実施例の構成に対応する。Ｘ＝０からＸ＝ｐに向けて被搬送物１１０が移動する際に、位置に対する推力およびインダクタンスが図３に示すように変化する。

図３（ａ）の推力特性を見ると、推力は図２（ａ）と図２（ｂ）の場合でほぼ変わらない。一方、図３（ｂ）のインダクタンス特性を見ると、図２（ａ）すなわち従来技術の場合に比べ、図２（ｂ）すなわち本実施例の場合はＸ＝０におけるインダクタンスとＸ＝ｐにおけるインダクタンスとの差が大きい。以上から、図２（ｂ）のように空洞２７を設けることにより、推力の低下を抑制しつつ、インダクタンス変化を大きくして位置検出の精度を向上させることができる。

なお、推力の低下が抑制される理由としては、たとえばティース２２において被搬送物１１０に対向する面の面積がほぼ維持されることが考えられる。また、インダクタンス変化が大きくなる理由としては、たとえば空洞２７により磁気回路の断面積が減少することが考えられる。

以上のように、空洞２７を設けることにより、ティース２２の外径を大きく維持して推力の低下を抑制しつつ、インダクタンス変化を大きくして位置検出精度を向上させることができる。

＜実施例２＞
実施例２は、実施例１において、空洞がティースを貫通する構成としたものである。以下、実施例２について説明するが、実施例１と共通する部分については説明を省略する場合がある。

図４は実施例２に係る搬送装置の構成例を示す断面概略図である。空洞２７がティース２２を貫通する。実施例１と同様に、空洞２７の中心軸はティース２２の中心軸と一致する。ティース２２の一端は外径が縮小しており、この一端をヨーク２６の孔２８に挿入することでティース２２とヨーク２６とを接合し固定することができるようになっている。このため、ティース２２とヨーク２６とを固定するための部材（非磁性体のピンまたはねじ等）を用いる必要がない。

空洞２７がティース２２を貫通するので、空洞２７を冷媒の流路として利用できる。例えば、送風機を設置して風を空洞２７に送り込むことにより、巻線２１の発熱による搬送装置１の温度上昇を抑制できる。

図５は、図２（ａ）すなわち従来技術の例における被搬送物１１０とティース１２２の間における磁束１７０の流れを模式的に示した図である。また、図６は、本実施例（たとえば図２（ｂ）と同一の構成）における被搬送物１１０とティース２２の間における磁束７０の流れを模式的に示した図である。

図６のように、空洞２７（ハッチングで示す）を貫通させることで、ティース２２の被搬送物１１０に対向する対向面２３の面積が減少する。しかし、図５および図６いずれの場合でも、磁束７０および１７０の大部分は、対向面２３および１２３のうち軸付近の部分を通らず、対向面２３および１２３の外周付近の部分２４および１２４（またはそれらの一部）を通る。これは、磁束７０および１７０が磁気抵抗の小さい経路を通ろうとするために、より至近の強磁性体に入り込むためである。したがって、図６のように、空洞２７が貫通する構成であっても、空洞２７の位置をティース２２の対向面２３のうち軸付近とすることにより、推力の低下を抑制することができる。

＜実施例３＞
実施例３は、実施例１または２において、空洞を備えないティースが混在する構成としたものである。以下、実施例３について説明するが、実施例１または２と共通する部分については説明を省略する場合がある。

図７は、実施例３に係る搬送装置の構成例を示す概略図である。搬送装置は、実施例１に係るティース２２ｃと、別のティース２２ｄとを備える。ティース２２ｃは実施例１に従って空洞２７を備えるが、別のティース２２ｄは空洞２７を有しない。別のティース２２ｄはたとえば従来技術のティースと同一の構成とすることができる。

図８は、実施例３における搬送装置の別の構成例を示す概略図である。搬送装置は、実施例２に係るティース２２ｅと、上述の空洞２７の無い別のティース２２ｄとを備える。ティース２２ｅは実施例２に従って空洞２７を備えるが、別のティース２２ｄは空洞２７を有しない。

このように、空洞２７を有するティース２２ｃまたはティース２２ｅと、空洞２７を有しない別のティース２２ｄとを混在させることにより、それぞれのティースの利点を活かすことができる。

ティース２２ｃまたはティース２２ｅと、ティース２２ｄとの配置は、任意に設計可能である。たとえば、被搬送物１１０をロボットアームで分析装置に移設する際の、高精度な位置検出を要求される箇所にのみ、空洞２７を有するティース２２ｃやティース２２ｅを配置することができる。このようにすると、搬送路において、ある領域では推力を重視し、別の領域ではインダクタンス変化の大きさを重視するという使い分けが可能となる。

なお、搬送装置の構成は図７および図８の例に限られない。たとえば、１つの搬送装置に、ティース２２ｃ、ティース２２ｄ、ティース２２ｅの３種類を混在させても良い。

＜実施例４＞
実施例４は、実施例１～３において使用可能なティース２２および空洞２７の形状の具体例を示すものである。

図９は、実施例４に係るティース２２および空洞２７の様々な例を示す断面概略図である。ティース２２の軸方向断面の外周は、図９（ａ１）～図９（ａ５）では円形であり、図９（ｂ１）～図９（ｂ５）では正方形である。また、ティース２２の軸方向断面の内周（すなわち空洞２７の形状）は、図９（ａ１）では円形、図９（ａ２）では正方形、図９（ａ３）では正六角形、図９（ａ４）では正方形（ただし、ティース２２の配列方向に対する空洞２７の向きが図９（ａ２）とは異なる）、図９（ａ５）では正八角形、図９（ｂ１）では正方形、図９（ｂ２）では正方形（ただし、ティース２２の配列方向に対する空洞２７の向きが図９（ｂ１）とは異なる）、図９（ｂ３）では正八角形、図９（ｂ４）では円形、図９（ｂ５）では正六角形、である。

図９に示すいずれの構成でも、空洞２７（少なくともその一部）は、ティース２２の軸に関して回転対称となる形状を有する。このようにすると、被搬送物１１０の搬送方向によって推力やインダクタンスの特性が変化しないので好適である。

また、空洞２７の形状は、ｘｚ平面に関して面対称とすると、被搬送物１１０をｙ軸方向に搬送する場合に、搬送の向きによって推力やインダクタンスの特性が変化しないので好適である。同様に、空洞２７の形状は、ｙｚ平面に関して面対称とすると、被搬送物１１０をｘ軸方向に搬送する場合に、搬送の向きによって推力やインダクタンスの特性が変化しないので好適である。

＜実施例５＞
実施例５は、実施例１～３において使用可能なティース２２および空洞２７の形状のさらなる具体例を示すものである。とくに、実施例１および２では、空洞２７の形状が軸方向に沿って一定であるが、実施例５では空洞２７の形状が軸方向に沿って変化する。

図１０は、実施例５に係るティース２２および空洞２７の様々な例を示す断面概略図である。一点鎖線はティース２２の軸を示す。空洞２７の軸は、図１０の各例ではティース２２の軸と一致する。

図１０（ａ）の例では、空洞２７は、開口端付近において、開口端に向かって広がるテーパ部２７ａを有する。図１０（ｂ）の例では、空洞２７は、開口端付近において拡径された段付き部２７ｂを有する。図１０（ｃ）の例では、空洞２７は、底部付近に円錐部２７ｃを有する。

図１０に示すいずれの構成でも、空洞２７の、軸方向に垂直な断面による断面形状は、軸方向に沿って変化する。このように断面形状を変化させることにより、ティース２２の製造およびヨーク２６への固定が容易となる。

１…搬送装置
２１，２１ａ，２１ｂ…巻線
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｅ…ティース
２２ｄ…別のティース
２３…対向面
２４…対向面の外周付近の部分
２５ａ，２５ｂ…電磁石
２６…ヨーク
２７…空洞
２８…孔
２９…非磁性体
４０ａ，４０ｂ…電流検出器
４１…演算部
５０ａ，５０ｂ…駆動回路
５５…電源
７０…磁束
１１０…被搬送物

Claims (9)

1. 被搬送物を搬送する搬送装置であって、
   前記被搬送物は、磁力によって搬送可能であり、
   前記搬送装置は、
   複数の電磁石であって、各前記電磁石は、磁性体を含むティースと、前記ティースに巻かれた巻線とを備える、複数の電磁石と、
   各前記電磁石を磁気的に結合するヨークと、
   前記巻線に電流を供給する駆動回路と、
   を備え、
   前記ティースは、軸方向に延びる空洞を有する
   ことを特徴とする、搬送装置。
2. 前記空洞は、前記ティースの、前記被搬送物と対向しない面に開口することを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
3. 前記空洞は前記ティースを貫通することを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
4. 前記空洞に挿入される非磁性体をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
5. 前記搬送装置は、さらに別のティースを備え、前記別のティースは、軸方向に延びる空洞を有しないことを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
6. 前記空洞の、軸方向に垂直な断面による断面形状が、軸方向に沿って変化することを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
7. 前記搬送装置は、前記巻線のインダクタンスの変化に基づいて前記被搬送物の位置を検出する検出装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
8. 前記空洞の軸と、前記ティースの軸とが一致することを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
9. 前記空洞は、前記ティースの軸に関して回転対称となる形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。

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