WO2006035938A1

WO2006035938A1 - 振動磁界発生装置及び電磁石駆動回路、並びにそれらを用いるパーツフィーダー

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Publication number: WO2006035938A1
Application number: PCT/JP2005/018147
Authority: WO
Inventors: Yoshimasa Hamano; Akio Hikita; Hiroyuki Takahashi
Original assignee: Fujirebio Inc.
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2006-04-06
Also published as: JPWO2006035938A1; JP4682984B2; WO2006035938A8

Abstract

　簡便な振動磁界発生装置に改良を加え、電磁エネルギー放出回路の時定数を減少させ、また、電磁石内の発熱を抑制して、振動磁界を安定化させる。　本発明による振動磁界発生装置１２０は、インダクタンスＬと抵抗値ｒを有する電磁石４と、電磁石４を駆動する電磁石駆動回路５を備え、直流電源１１から電磁石４に励磁電流を供給し、電磁石駆動回路５は、励磁電流をオンオフ制御するスイッチング素子１２と、スイッチング素子１２がオフの時に、電磁石４に蓄積されたエネルギーを放出する電磁エネルギー放出回路と、スイッチング素子１２に供給するパルス信号を発生するパルス発生手段１０とを有し、電磁エネルギー放出回路は、ダイオード１３に抵抗値ｒに比較して大きい抵抗値Ｒの抵抗器１４とを直列接続した回路が、電磁石４に並列に接続され、パルス信号をスイッチング素子１２に周期的に供給することにより、電磁石４にパルス信号の周期を有する振動磁界を発生させる。

Description

明細書

振動磁界発生装置及び電磁石駆動回路、並びにそれらを用いるパーツフィーダ一

技術分野

[0001] 本発明は振動磁界発生装置及び電磁石駆動回路、並びにそれらを用いるパーツフィーダ一に関する。詳しくは、共振型パーツフィーダ一に振動を与える振動磁界発生装置とその一部である電磁石駆動回路、及びそれらを用い、振動の周期に合わせて部品を供給する共振型パーツフィーダ一に関する。

背景技術

[0002] 従来は、チップ、キュベット、カートリッジ等の免疫測定用の部品を、測定装置にセットするには、大量の部品を手作業で箱から取り出し、それを並べて測定装置にセットしていた。

[0003] そこで、発明者達は、測定装置に部品を供給する処理を自動化するためのパーツフィーダ一の開発を進めてきた。

[0004] 他方、電磁石で振動を発生させる方法として、電磁石のスィッチのオンオフを周期的に繰り返す方法が挙げられる。ところで、電磁石のコイルは比較的大きなインダクタンス Lと比較的小さ!、抵抗値 rを有して!/、る。このようなコイルのスィッチをオンオフする場合の駆動電流 (コイル電流ともヽ、励磁時の励磁電流と電磁石に蓄積されたエネルギー放出時 (消磁時)のエネルギー放出電流に別けられる。）の立ち上がり、立ち下りの速度を決める時定数は LZrと大きくなる。

[0005] 電磁石用コイル等の誘導性負荷の蓄積エネルギー放出時の時定数を小さくして電流応答性を高めた誘導性負荷制御装置が開示されている。（特許文献 1参照）図 8にこの誘導性負荷制御装置の回路構成の概略を示す。図 8において、直流電源 51に、誘導性負荷 52、電流検出センサの検出コイル 53、インピーダンス素子 54 を直列接続した回路を接続し、さらにスイッチング素子 SW1を通じてグランド 57に接続している。上記直列接続回路にダイオード 55 (逆方向に接続）とコンデンサ 56とを並列に接続し、さらにインピーダンス素子 54にスイッチング素子 SW2を並列に接続している。スイッチング素子 SWlが PWM (パルス幅変調）信号でオン、オフ制御される時には、スイッチング素子 SW2がオン状態となり、スイッチング素子 SW1がオン状態となつた時は、直流電源 51から誘導性負荷 52、電流検出センサの検出コイル 53 、スイッチング素子 SW2、スイッチング素子 SWl、グランド 57を通じて誘導性負荷 52 に電流 IIが流れ、スイッチング素子 SW1がオフ状態となった時は、蓄積エネルギー力電流検出センサの検出コイル 53、スイッチング素子 SW2、ダイオード 55を通じて電流 12として流れ、直流電源 51に帰還する。コンデンサ 56はダイオード 55に電流が流れる時に発生するサージを吸収するためのものである。 PWM信号出力がオフになり、スイッチング素子 SW1がオフ状態となった時は、スイッチング素子 SW2もオフ状態となり、蓄積エネルギーが、電流検出センサの検出コイル 53、インピーダンス素子 54、ダイオード 55を通じて直流電源 51に帰還する力誘導性負荷 52にインピーダンス素子 54が直列接続されて回路時定数が小さくなつているため、その時の電流は急激に減衰し、誘導性負荷 52の応答性が向上する。電流検出センサの検出コィル 53は、誘導性負荷 52に流れる電流を検出して、指定電流値と比較することにより PWM信号出力を制御するものである。

[0006] 特許文献 1 :特開平 7— 143793号公報 (段落 [0036]〜 [0045]、図 1〜図 4等）発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 発明者達が開発を進めてきた共振型パーツフィーダ一は、部品を移動させる部品移送路を振動させて部品を整列させ、振動に合わせて部品を 1個ずつ継続的にかつ自動的に供給するパーツフィーダ一であり、パーツフィーダ一の振動機構の固有振動数と駆動回路の周波数を合わせる事によって、小電力で大きな振幅を得られ、効率的に部品を供給できると言う長所を有するが、その反面、温度変化'組み立て調整 •衝撃 ·経時変化などにより固有振動数が変わると共振が外れてしまい、振幅が減少してしまうと言う欠点があった。

[0008] この不安定対策として、パーツフィーダ一の振動機構の固有振動数をモニターして駆動周波数を補正する共振確保手段を採用することもできるが、駆動回路が複雑で大掛力りになる。これに対して、共振確保手段を採用しないパーツフィーダ一では、駆動回路が単純かつ簡単になるという長所を有するが、その一方、振動が不安定であるため、部品の供給能力が不安定であり、しばしば装置全体の故障に至ることもあつた o

[0009] 共振型パーツフィーダ一には、振動を与える振動素子として例えば電磁石を使用するが、安定な動作を望むためには、電磁石の発熱を抑える事が有効であり、そのため電磁石のコイルは小さな抵抗値 rと比較的大きなインダクタンス Lを持つものが採用される。

[0010] 力かる電磁石を用いた場合の振動磁界発生装置については、後に比較例について説明するように、励磁時には、励磁電流の立ち上がりが速いので問題が生じていないが、電磁エネルギー放出時には、エネルギー放出電流の立ち下がりの時定数が長、ため、コイル電流がなかなか下がらず振動周波数を高く設定できな、と、う問題があった。また、周波数を上げると、電流が十分に下がる前に次のオン動作が始まり、振動に寄与しない無駄な電流が流れつづけてしまい、この無駄な電流は全てコィルの発熱になって消費されるという問題があった。また、力かる簡便な駆動回路を採用する振動磁界発生装置では、電磁石に蓄積されたエネルギーは全て電磁石オフの間にコイルの発熱となって消費され、電磁石の温度が上昇して、電磁石の駆動の周期を乱し、パーツフィーダ一の振動を不安定にするという問題があった。

[0011] また、従来例の誘導性負荷制御装置における技術をそのまま振動磁界発生装置に適用したとしても、 PWM信号でオン、オフ制御される時には、蓄積エネルギーがィンピーダンス素子を流れないので、時定数は小さくならず、上記問題を解決できない。そこで、オン、オフ制御される時にも蓄積エネルギー力 Sインピーダンス素子を流れるように電磁石駆動回路の構成を改善する必要があった。

[0012] 本発明は、上記簡便な駆動回路を採用する振動磁界発生装置及び上記誘導性負荷制御装置に改良を加え、電磁エネルギー放出回路の時定数を減少させ、また、電磁石内の発熱を抑制して、振動磁界を安定化させることを目的とする。また、かかる簡便な駆動回路を採用する振動磁界発生装置をパーツフィーダ一に適用して、安定な振動を介して安定な自動部品供給ができるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段 [0013] 上記課題を解決するために、本発明に係る振動磁界発生装置は、例えば図 3に示すように、電磁石 4と電磁石 4を駆動する電磁石駆動回路 5を備える振動磁界発生装置であって、電磁石 4はインダクタンス Lと抵抗値 rを有し、電磁石駆動回路 5は、電磁石 4に励磁電流を供給する直流電源 11に接続するための端子 A、 Dと、励磁電流をオンオフ制御するスイッチング素子 12と、スイッチング素子 12がオフの時に、電磁石 4に蓄積されたエネルギーを放出する電磁エネルギー放出回路と、スイッチング素子 12に供給するノルス信号を発生するパルス発生手段 10とを有し、電磁エネルギー放出回路は、ダイオード 13と抵抗値!:に比較して大きい抵抗値 Rの抵抗器 14とを直列接続した回路が、電磁石 4に並列に接続され、パルス信号をスイッチング素子 12 に周期的に供給することにより、電磁石 4にパルス信号の周期を有する振動磁界を発生させる。

[0014] ここにおいて、電磁石駆動回路 5は、直流電源 11に接続して使用される力巿場での流通時等は直流電源に接続されていても良ぐ接続されていなくても良い。また、電磁石駆動回路 5の端子 A、 Dをそれぞれ直流電源 11の正極、負極に接続する場合に、図 3に示すように、電磁石 4を端子 Aに接続し、スイッチング素子 12を電磁石 4 の端子 Aとは反対側にある端子 Bと端子 Dとの間に接続しても良ぐ又は電磁石 4を端子 Dに接続し、スイッチング素子 12を電磁石 4の端子 Dとは反対側にある端子と端子 Aとの間に接続しても良い。またダイオード 13は典型的には逆方向に、すなわち、力ソードを端子 A側に、アノードを端子 B側に接続して使用される。このように構成すると、電磁石駆動回路 5において、電磁エネルギー放出回路の時定数を減少させ、また、電磁石 4内の発熱を抑制して、振動磁界を安定化できる。

[0015] 時定数は、電磁石 4のインダクタンス Lと抵抗値 rで決まり、インダクタンス Lが大きヽので LZrと比較的大きくなる。本発明は電磁エネルギー放出回路に大きな抵抗値 R を挿入して、時定数を減少させ、また発熱を抑制することにより振動磁界の安定ィ匕を可能としたもので、試作実験を重ねて、大きな効果が得られることを確認できたものである。

[0016] また、本発明に係る振動磁界発生装置の好ま、態様によれば、スイッチング素子 12を絶縁ゲート型素子で構成し、ノルス発生手段 10は、スイッチング素 12子に供給するスイッチング用パルスの周期をを定める第 1のタイミング発生器 18と、スィッチング用ノルスの高レベル側の幅をを定める第 2のタイミング発生器 19とを有する。このように構成すると、パルスの周期と、高レベル（Hレベル）側のパルス幅と低レベル（L レベル)側のパルス幅の比率とを独立に調整できるので、所望の周波数で所望のデユウティレートのスイッチングパルスを生成し易くなる。

[0017] また、本発明に係る電磁石駆動回路は、例えば図 3に示すように、インダクタンス L と抵抗値 rを有する電磁石 4を駆動する電磁石駆動回路 5であって、電磁石 4に励磁電流を供給する直流電源 11に接続するための端子 A、 Dと、励磁電流をオンオフ制御するスイッチング素子 12と、スイッチング素子 12がオフの時に、電磁石 4に蓄積されたエネルギーを放出する電磁エネルギー放出回路と、スイッチング素子 12に供給するパルス信号を発生するパルス発生手段 10とを有し、電磁エネルギー放出回路は、ダイオード 13と抵抗値！:に比較して大きい抵抗値 Rの抵抗器 14とを直列接続した回路カ電磁石 4に並列に接続され、パルス信号をスイッチング素子 12に周期的に供給することにより、電磁石 4にパルス信号の周期を有する振動磁界を発生させる。本発明に係る振動磁界発生装置に対応する電磁石駆動回路の発明である。

[0018] また、本発明に係るパーツフィーダ一は、例えば図 1に示すように、本発明に係る振動磁界発生装置 120と、多数の部品 6を取り込む部品取込部 101と、部品取込部 10 1から取り込まれた部品 6を整列させながら移動させるパーツ移送路 1と、パーツ移送路 1に沿って移送されたきた部品 6を 1個ずつ供給する部品供給部 102と、パーツ移送路 1を搭載し振動磁界発生装置 120から振動磁界を受けてパーツ移送路 1に振動を付与する振動台 2とを有する本体部 110とを備え、振動磁界発生装置 120が発生する振動磁界によりパーツ移送路 1に振動を付与することにより、部品 6をパーツ移送路 1に沿って整列させながら移動させる。

このように構成すると、本発明による振動磁界発生装置をパーツフィーダ一に適用することにより、共振確保手段が取られていない、簡便な電磁石駆動回路で、安定な振動を介して安定な自動部品供給が可能なパーツフィーダ一を提供できる。

[0019] また、本発明に係るパーツフィーダ一の好ましい態様によれば、例えば図 1に示すように、本体部 110及び振動磁界発生装置 120に電力を供給する電源 130を備える。このように構成すると、電源と一体的に管理'搬送でき、便宜である。

[0020] また、本発明に係るパーツフィーダ一の好ま、態様によれば、振動磁界の周波数を自己の振動機構の固有振動数に合致させるように調整可能である。このように構成すると、パーツフィーダ一 100の振動機構の固有振動数に合致した共振振動に調整して電磁石 4を駆動することにより、安定な共振振動を持続でき、パーツフィーダ一の供給処理を効率化できる。調整は例えば第 1のタイミング発生器 18で可能である（図 5参照)。

[0021] また、本発明に係る自動免疫測定装置は、本発明に係るパーツフィーダ一を備える。このように構成すると、自動的に部品供給が行われ、自動測定が可能な自動免疫測定装置を提供できる。なお、自動免疫測定装置は、典型的には、酵素免疫測定法に基き、キュベットなどの反応容器内で、測定対象物を特異的に認識して結合する固相試薬、標識試薬および検体とを混合して、検体中の測定対象物を検出する装置である。

発明の効果

[0022] 本発明によれば、共振確保手段が取られていない、簡便な駆動回路を採用する振動磁界発生装置において、電磁エネルギー放出回路の時定数を減少させ、また、電磁石内の発熱を抑制して、振動磁界を安定化できる。また、本発明による振動磁界発生装置をパーツフィーダ一に適用して、安定な振動を介して安定な自動部品供給が可能なパーツフィーダ一を提供できる。

[0023] この出願 ίま、曰本国で 2004年 9月 30曰【こ出願された特願 2004— 287683号【こ基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。

本発明は以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できるであろう。本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明により明らかとなろう。し力しながら、詳細な説明及び特定の実例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、本発明の精神と範囲内で、当業者にとって明らかであるからである。出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなぐ改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。本明細書あるいは請求の範囲の記載にぉ、て、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数及び複数の両方を含むものと解すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語 (例えば、「等」））の使用も、単に本発明を説明しやすくするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り、本発明の範囲に制限を加えるものではない。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]共振型フィーダ一の構成の概要を例示する図である。

[図 2]共振型パーツフィーダ一の振動機構を説明するための図である。

[図 3]本発明の実施の形態による振動磁界発生装置の構成例を示す図である。

[図 4]本発明の実施の形態による振動磁界発生装置における電流特性の例を示す図である。

[図 5]本発明の実施の形態による電磁石駆動回路の構成例を示す図である。

[図 6]比較例の振動磁界発生装置の構成例を示す図である。

[図 7]比較例の振動磁界発生装置における電流特性の例を示す図である。

[図 8]従来の誘導性負荷制御装置の回路構成の概略を示す図である。

符号の説明

[0025] 1 パーツ移送路

2 振動台

2A ァマーチユア

3 板ばね

4 電磁石

5 電磁石駆動回路

6 部品

7 部品収納箱

8 斜面

9 溝

10 パルス発生手段 11 直流電源

12 スイッチング素子

13 ダイオード

14 抵抗器

15 ヒューズ

16 レギユレータ

17 DCバス

18 第 1のタイミング発生器

19 第 2のタイミング発生器

20 フォトカプラー

51 直流電源

52 誘導性負荷

53 電流検出センサの検出コイル

54 インピータ"ンス素子

55 ダイオード

56 コンデンサ

57 グランド

100 共振型パーツフィーダ一

101 部品受入部

102 部品供給部

110 本体部

120 振動磁界発生装置

A, B, D 端子

C1〜C4 コンデンサ

E 直流電源の供給電圧 i (t)、I コイル電流

L 電磁石 4のインダクタンス

N1〜N7 端子 r 電磁石 4の抵抗値

R 抵抗 14の抵抗値

Rl, R2 可変抵抗器

R3〜R6 抵抗器

SW1, SW2 スイッチング素子

T パルス信号の周期

発明を実施するための最良の形態

[0026] まず、比較例として、開発時にプロトタイプの共振型フィーダ一に使用した電磁石の駆動について説明する。

[0027] 図 6に、比較例の振動磁界発生装置の構成例を示す。比較例は共振型パーツフィーダ一の振動素子として電磁石を用いる場合で、共振確保手段が取られてヽなヽ簡便な駆動回路を採用する例である。電磁石 4のコイルは、比較的大きなインダクタンス Lと比較的小さい抵抗値 rを有する。電磁石 4の一方の端子 Aは直流電源 11の正極に接続され、電磁石 4の他方の端子 Bはパワー MOSFET (絶縁ゲート電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子 12に接続され、スイッチング素子 12の他方の端子は直流電源 11の負極 Dに接続されている。また、端子 Aと端子 B間に電磁石 4に並列に、電磁エネルギー放出回路として、ダイオード 13が逆方向に、すなわち、カソードを端子 A側に、アノードを端子 B側にして接続されている。スイッチング素子 12のゲートにパルス発生手段 10が接続されている。

[0028] 励磁時には、パルス発生手段 10からスイッチング素子 12のゲートに Hレベルのパルス信号が供給されて、スイッチング素子 12がオンになり、直流電源 11の正極→電磁石 4→スイッチング素子 12→直流電源 11の負極 Dのルートで電流が流れる。ダイオード 13には逆方向の電圧が力かるので電流が流れない。これにより、電磁石 4が励磁されて、振動台 2に取付けられたァマーチユア (可動片） 2Aを磁ィ匕して引き付ける（図 2参照)。

[0029] 電磁エネルギー放出時には、パルス発生手段 10からスイッチング素子 12のゲートにに Lレベルのパルス信号が供給されて、スイッチング素子 12がオフになり、直流電源 11は電磁石 4から遮断される。電磁石 4に蓄積されたエネルギーは、電磁石 4の端子 B→ダイオード 13→電磁石 4の端子 Aの電磁エネルギー放出回路を通る電流となつて電磁石 4に還流される。すなわち、電磁石 4→ダイオード 13→電磁石 4の電磁ェネルギー放出ループができる。電磁石 4内においては、内部抵抗 rの部分でジュール熱となって発熱、消費される。

[0030] 図 7に、比較例の振動磁界発生装置における電流特性の例を示す。図 7 (a)はスィツチング素子 12のゲートに供給されるパルス信号を示し、図 7 (b)に電磁石 4に流れる電流 (励磁電流とエネルギー放出電流の繰り返し)を示す。

[0031] 励磁時、すなわち、電磁石をオンにする時の、コイル電流は（式 1)で表される。（式 1)において、 i (t)は時間 tの関数としてのコイル電流、 Eは直流電源 11の供給電圧、 εはェクスポネンシャル（ ε = 2. 71828 · · ·)を表す。図 7 (b)では、励磁時には、電流の立ち上りが早、ので、特に問題は生じて!/、な!/、。

[0032] i(t) =E/r(l - ε ^(_rt/L)) · · · (式 1)

[0033] これに対して、電磁エネルギー放出時には、時定数が長いため、コイル電流がなかなか下がらず振動周波数を高く設定できないという問題があった。また、周波数を上げると、図 7 (b)に示すように電流が十分に下がる前に次のオン動作が始まり、振動に寄与しな、無駄な電流が流れつづけてしま、（最低電流値力 SOにならず、最低電流値以下の電流は無駄な電流となる。）、この無駄な電流は全てコイルの発熱になつて消費されるとヽぅ問題があった。

[0034] また、かかる簡便な駆動回路では、電磁石 4オンの間にコイルには (LI²Z2) (Iはコィル電流）のエネルギーが蓄えられる力このエネルギーは全て電磁石 4オフの間にコイルの発熱となって消費され、電磁石 4の温度が上昇するという問題があった。

[0035] また、比較例における共振型パーツフィーダ一では、このように電磁石の発熱が大きいため、振動が共振状態からはずれて不安定になり、装置の故障に至ることも多い等の問題もあった。

[0036] 以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。

[0037] 図 1に、共振型パーツフィーダ一の構成の概要を例示する。 100は共振型パーツフィーダ一で、本体部 110と振動磁界発生装置 120と電源 130で構成される。本体部 1 10は、多数の部品 6を取り込む部品取込部 101と、部品取込部 101から取り込まれた部品 6を整列させながら移動させるパーツ移送路 1と、パーツ移送路 1に沿って移送されたきた部品 6を 1個ずつ供給する部品供給部 102とを有する。また、パーツ移送路 1を搭載し、振動磁界発生装置 120から振動磁界を受けてパーツ移送路 1に振動を付与する振動台 2を有する。振動磁界発生装置 120は、振動磁界を発生する電磁石 4と電磁石 4を駆動する電磁石駆動回路 5を有する。電源 130は、本体部 110及び振動磁界発生装置 120 (電磁石 4及び電磁石駆動回路 5)に電力を供給する。

[0038] 図 2に、共振型パーツフィーダ一の振動機構を説明するための図を示す。図 2 (a) は振動機構の概念を示す図であり、図 2 (b)はパーツ移送路を概念的に示す拡大斜視図である。パーツ移送路 1は振動台 2のステージに固定的に搭載され、振動台 2の下面に配置された電磁石 4の吸着部の近傍にァマーチユア 2Aとしての鉄板が取付けられている。振動台 2の支脚 3には板ばねが使用され、振動台 2を電磁石から引き離すように付勢されている。ァマーチユア 2A及び支脚 3は振動台 2に含まれる。電磁石駆動回路 5により電磁石 4のコイルに流れる駆動電流（コイル電流ともいい、オン状態で励磁電流、オフ状態でエネルギー放出電流と区別して称される）をオンオフ制御すると、オン時には電磁石 4が励磁されて、板ばね 3を橈めてァマーチユア 2Aをステージごと引き付け、オフ時には電磁石 4が消磁されて、板ばねの力で振動台 2は元に戻る。オンオフを繰り返すことにより、振動台 2及びパーツ移送路 1が振動する。

[0039] パーツ移送路 1の上方に部品受入部 101としての部品収納箱 7が設けられ、チップ、キュベット、カートリッジ等の多数の部品 6 (通常はその 1種類）がその中に収納される。部品収納箱 7の底を開口すると、部品収納箱 7から多数の部品 6がパーツ移送路 1に落下供給され、パーツ移送路 1の斜面 8を転がって、パーツ移送路 1に設けられた溝 9に落下して整列するように構成されている。部品 6はおよそ中心軸に対して対称な円筒形や円錐形で、その本体部分が溝 9に入り、頭部のみ溝 9上に出る形状に形成されており、溝 9の幅は部品 6が溝 9に沿って 1列に整列するように部品の本体部分より広ぐ頭部より狭く形成されている。電磁石 4をオンオフすると振動磁界が発生し、振動台 2を介してパーツ移送路 1に振動が伝達される。振動は、斜面 8に落ちた部品 6を動力して溝 9に落下させ溝 9に沿って 1列に整列させると共に、振動に合わせて溝 9に整列した部品 6を 1個分ずつパーツ移送路 1の前方方向に移動させる。パーツ移送路 1を前方に移動した部品 6は、図示されな、部品供給部 102に到達し、部品が供給される所定の処理装置の動作に同調して 1個ずつピックアップされ、所定の処理装置に供給される。

[0040] 所定の処理装置としては、例えば自動免疫測定装置が挙げられる。かかるパーツフィーダ一を自動免疫測定装置に組み込んで使用する場合には試薬分注部等が該当する。これらの処理装置には、パーツフィーダ一から自動的に部品が供給されるので、自動処理が可能になる。なお、自動免疫測定装置は、典型的には、酵素免疫測定法に基き、キュベットなどの反応容器内で測定対象物を特異的に認識して結合する固相試薬、標識試薬および検体とを混合して、検体中の測定対象物を検出する装置である。

[0041] 図 3に、本発明の実施の形態による振動磁界発生装置の主要部分の構成例を示す。電磁石 4のコイルは、比較的大きいインダクタンス Lと比較的小さい抵抗値 rを有する。電磁石 4の一方の端子 Aは直流電源 11の正極に接続され、電磁石 4の他方の端子 Bはスイッチング素子 12としてのパワー MOSFETのドレインに接続され、パヮ一 MOSFET12のソースは直流電源 11の負極 Dに接続されている。また、端子 Aと端子 B間に電磁石 4に並列に、電磁エネルギー放出回路として、ダイオード 13と抵抗値 rに比して大きい抵抗値 Rの抵抗器 14が直列に接続されており、ダイオード 13は逆方向に、すなわち、力ソードを端子 A側に、アノードを端子 B側にして接続されている。スイッチング素子 12のゲートにパルス発生手段 10が接続されている。なお、ダイオード 13の抵抗値 Rdは、抵抗値 (R+r)と比較して非常 (十分）に小さいため、各種エネルギー計算を行う上で無視することができる。また、端子 A, B, Dは電磁石駆動回路 5の端子でもあり、電磁石駆動回路 5は、端子 Aで電磁石 4と直流電源 11に接続され、端子 Bで電磁石 4に接続され、また、端子 Dは直流電源 11の負極側と接続されている。図 6の比較例とは、電磁エネルギー放出回路に抵抗器 14が追加されている点のみが異なる。

[0042] また、図 8の従来例に比して、誘導性負荷 (電磁石に相当）とスイッチング素子 SW1 間に接続されていたインピーダンスの代わりに、抵抗器 14がダイオード 13と直列接続されて電磁エネルギー放出回路を構成し、スイッチング素子 SW2が省略されてスイッチング素子が 1つになり、サージ電流吸収用コンデンサも省略されている。これにより、スイッチング素子 12のオフ時のエネルギー放出電流は抵抗器 14を通じて流れるようになり、電磁エネルギー放出回路の時定数が小さくなるので、エネルギー放出電流を早く減衰できる。

[0043] 励磁時には、パルス発生手段 10からスイッチング素子 12のゲートに Hレベルのパルス信号が供給されて、スイッチング素子 12がオンになり、直流電源 11の正極→電磁石 4→スイッチング素子 12→直流電源 11の負極 Dのルートで電流が流れる。ダイオード 13には逆方向の電圧が力かるので電流が流れない。これにより、電磁石 4が励磁されて、振動台 2のァマーチユア 2Aを磁ィ匕して引き付ける。

[0044] 電磁エネルギー放出時には、パルス発生手段 10からスイッチング素子 12のゲートに Lレベルのパルス信号が供給されて、スイッチング素子 12がオフになり、直流電源 11は電磁石 4から遮断される。電磁石 4に蓄積されたエネルギーは、電磁石 4の端子 B→ダイオード 13→抵抗器 14→電磁石 4の端子 Aの電磁エネルギー放出回路を通る電流となって電磁石 4に還流される。すなわち、電磁石 4→ダイオード 13→抵抗器 14→電磁石 4のエネルギー放出ループができる。

[0045] 図 4に、図 3の振動磁界発生装置における電流特性の例を示す。図 4 (a)はスイツチング素子 12のゲートに供給されるパルス信号を示し、図 4 (b)に電磁石 4のコイルに流れる電流 (励磁電流とエネルギー放出電流の繰り返し)を示す。

[0046] 励磁時、すなわち、電磁石をオンにする時は、電流の立ちあがりは図 7と同様に早い。これに対して、電磁エネルギー放出時には、エネルギー放出ループの抵抗値が (r+R)となるので、時定数力ンダクタンス Lと抵抗値 (r+R)により LZ (r+R)と、従来の LZrに比して短くなるため、エネルギー放出電流が早く 0に近づく。なお、ダイォード 13の抵抗値 Rdは抵抗値 (R+r)と比較して十分小さいので、時定数の計算を行う際無視できる。したがって、オフ状態力もオン状態に早めに切り替えることが可能になり、パルス信号の周波数を高くすることができる。

[0047] また、図 4 (b)に示すように、電流が十分に下がって力も次の電磁石 4のオン動作を開始でき、振動に寄与しない無駄な定常電流が少なくなる。図 4 (b)は電磁エネルギ一放出回路に挿入した抵抗値 Rが電磁石 4の内部抵抗値 rの約 2倍の時の電流波形の例である。また、この例では、インダクタンス及び抵抗の値として、 L=48mH、 r= 2. 4 Ω、Κ= 5 Ωを用いた。抵抗値 Rとして比較的小さい値を使用した力図 7 (b)と比較して駆動電流は 0. 4Α程度低電流側にシフトしており、より少ない駆動電流で済み、無駄な定常電流が減少している。

[0048] さらに、ジュール熱 (LI²/2)のうちの RZ (r+R)が抵抗器 14で消費され、電磁石 4 内で消費される分は rZ (r+R)と少なくなり、電磁石 4の発熱により消費される熱量を大幅に減少でき、電磁石 4の温度上昇を抑制できる。ここでも、ダイオード 13の抵抗値 Rdは抵抗値 (R+r)と比較して十分小さいので、前記ジュール熱の計算を行う際無視できる。これにより、電源投入後の振動磁界発生装置 120の振動磁界及びパーッフィーダ 100の振動動作を大いに安定ィ匕できる。

[0049] 抵抗器 14の抵抗値 Rは大きいほど効果がある力抵抗器 14の両端に抵抗値 Rにコィル最大電流値 Imaxを乗じた逆電圧が発生するため、スイッチング素子 12の耐圧が許す範囲内で適度な値に設定する。このため、抵抗値 Rとして抵抗値 rの 2倍から 1 0倍が好適である。このように構成すると、時定数を 1Z3以下に減少でき、電磁石の発熱も 1Z3以下 (コイル電流自体も減少できるので、さらに減少できる）に抑制できるので、振動磁界発生装置 120が発生する振動磁界及びパーツフィーダ一 100の振動を大いに安定ィ匕できる。抵抗値の下限は時定数の減少量が小さくなつて前記振動磁界及びパーツフィーダ一 100の振動の安定性に影響しない値であり、上限は抵抗器 14に発生する逆電圧が影響しない値である。また、抵抗器 14の最大電流値 Imax はコイルの最大電流と同一であり、最大消費電力は電磁石オン時にコイルに蓄えられる電力の RZ (r+R)に周波数を乗じた値になる。

[0050] 図 5に本発明の実施の形態による電磁石駆動回路の構成例を示す。図 3と同じ部品については同一の符号を付して説明を省略する。図 3の構成と同様であるが、電磁石駆動回路保護用のヒューズ 15を介して直流電源 11に接続されて!ヽる点、パルス発生手段 10がスイッチング素子 12に抵抗器 R4を介して接続されている点が異なる。直流電源 11の供給電圧は、十分に大きな振動 (又は振動磁界）が得られる電流を供給できるように、例えば 24Vに設定される。

[0051] 16はシリーズレギユレータであり、 24Vの電圧を 5Vに減少する。シリーズレギユレ一タ 16の入力側に接続されるコンデンサ CI及びシリーズレギユレータ 16の出力側に接続されるコンデンサ C2は電圧を平滑にするためのものである。シリーズレギユレ一タ 16の出力端子は DCバス 17に接続されて、 DCバス 17を介してパルス発生手段 1 0に 5Vの電圧を供給する。

[0052] ノルス発生手段 10は第 1のタイミング発生器 18及び第 2のタイミング発生器 19を有し、第 1のタイミング発生器 18と第 2のタイミング発生器 19はそれぞれ DCバス 17 力も 5Vの電圧を供給され、協働してスイッチング素子 12に供給する電磁石駆動用のパルス信号を発生する。パルス信号をスイッチング素子 12に周期的に供給することにより、電磁石 4にパルス信号の周期 Tを有する振動磁界を発生させる。

[0053] 第 1のタイミング発生器 18には、可変抵抗器 R1が DCバス 17と第 1のタイミング発生器 18の端子 N1間に接続され、抵抗器 R3が端子 N1と端子 N2の間に接続され、コンデンサ C3が端子 N2と接地端子 D間に接続されている。第 1のタイミング発生器 1 8は例えばタイマー回路の無安定動作を利用した単純な発信回路であり、電磁石ォン Zオフの頻度 (周波数）、すなわち、スイッチング素子 12のゲート信号の周期 T(H レベル時間幅 +Lレベル時間幅）を決定する。この時間は、抵抗器 Rl、抵抗器 R3、コンデンサ C3の組合わせで設定される。ここでは簡単のため、ここでは、これらの抵抗値、容量を Rl, R3, C3とする。

[0054] 出力の Hレベル時間幅 Thと Lレベル時間幅 T1は次式で表される。

Th =Ln2 X (R1 +R3) X C3…（式 2)

Tl =Ln2 XR3 X C3 …（式 3)

合計の周期 Tは次式で表される。

T=Th +T1 =Ln2 X (R1 + 2 XR3) X C3…（式 4)

周波数 fは周期の逆数になる。

f= l/T= l. 44/ ( (Rl + 2 XR3) X C3) ' " (式 5)

[0055] 例えば抵抗値 Rlを 150ΚΩから 1. 15Μ Ωまで可変とし、容量 C3及び抵抗値 R3 を適当に（ここでは、 C3 = 0. 1 F、 R3 = 2k Ωとする）選択すると、周波数 f = 12Hz 〜94Hzが得られ、 Lレベル時間幅 Tlは抵抗値 Rlの設定とは独立に 0. 14mSとなり、 Hレベル時間幅 Thは抵抗値 Rlの設定に依存して 10mS〜83mSまで変更可能となる。これは、設計段階で 10〜： LOOHzを目標にしていたため、妥当な値である。なお、抵抗値 R1の範囲及び抵抗値 R3、容量 C3を変更することにより、周波数範囲を変更可能である。

[0056] 回路の周波数 fをパーツフィーダ一の固有振動数に一致させると、共振状態が得られ、エネルギー伝達が効率的に行われるので好適である。パーツフィーダ一の固有振動数は例えば設計値として 60Hzに設定する。しかし製品ごとに微妙にその固有振動数にばらつきがある。そこで、出荷時又は設置時に各パーツフィーダ一の固有振動数と回路の周波数とを一致させる微調整が行われる。また、仕様変更によりパーッフィーダ一の固有振動数が変更される場合も有り得る。そこで、約 10〜： LOOHzの範囲で調整可能とし、パーツフィーダ一の固有振動数に回路の周波数を一致させられるようにした。

第 1のタイミング発生器 18の出力端子 N3は第 2のタイミング発生器 19の入力端子 N6に接続される。

[0057] 第 2のタイミング発生器 19には、可変抵抗器 R2が DCバス 17と端子 N4間に接続され、コンデンサ C4が端子 N4と接地 D間に接続されている。タイミング発生器 19は例えばタイマー回路の単安定動作を利用した 1ショットマルチバイブレーターと呼ばれる回路であり、 Hレベル時間幅 Thと Lレベル時間幅 Thの比率を設定する。この比

2 2

率は抵抗器 R2とコンデンサ C4にて決定される。ここでは簡単のため、これらの抵抗値、容量を R2, C4とする。周波数 fは不変で、第 1のタイミング発生器 18から出力される周波数を維持する。出力信号は出力端子 N7から出され、抵抗器 R4を介してスイッチング素子 12のゲートに入力される。

[0058] タイミング発生器 19は、入力信号の立ち下がりをトリガーとして一定時間出力を Hレベルに保持する。 Hレベルの時間幅 Thは次式で表される。

2

Th = 1. 1 XR2 X C4- " (式 6)

2

例えば、抵抗値 R2 (10〜： ί ΙΟΚ Ω )、容量 C4 (0. 068 F)を代入して計算すると、 Hレベル時間幅 Thは、 0. 75ms〜8. 2msとなる。これは、設計段階で l〜8ms程

2

度を目標にしていたため、妥当な値である。例えば 4ms周辺に設定可能である。

Lレベル時間幅 T1は抵抗値 R1及び抵抗値 R2に依存し、次式で表わされる。 Tl = (lZf— Th )…（式 7)

2 2

[0059] N5はリセット信号の入力端子で、 Lレベルに維持されると出力が Lレベルに固定され、電磁石 4はオフの状態で、振動台 2に振動を付与しない。端子 N8と端子 N9との間に 24Vの制御信号が加わると、抵抗器 R5、モニター用の発光ダイオード (LED) D 2、フォトカプラー 20の発光ダイオード D3の順に電流が流れ、発光ダイオード D2が点灯する。発光ダイオード D3に電流が流れるとフォトトランジスタ T2はオンになり、入力端子 N5は Hレベルになり、第 2のタイミング発生器 19が稼動する。この状態にて、電磁石 4がオンオフ駆動され、パーツフィーダ一に振動を付与する。

[0060] 他方、端子 N8と端子 N9との間に 24Vの制御信号が無くなると、発光ダイオード D2 が消灯し、フォトトランジスタ T2がオフとなり、入力端子 N5は Lレベルになり、第 2のタイミング発生器 19がリセットされ、動作を停止する。この状態では出力端子 N7は Lレベルに維持され、スイッチング素子 12はオフに保たれる。フォトカプラー 20 (D3—T 2)を使用したのは、制御信号と駆動系電源を絶縁し、ノルス発生手段 10へのノイズの混入を防止するためである。

また、抵抗器 R4はスイッチング素子 12のゲート入力容量のために過大な電流が流れないように、回路を保護するためのものである。

[0061] 以上、本発明の実施の形態について説明した力本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態に種々変更をカロえられることは明白である。

[0062] 例えば、本実施の形態では、スイッチング素子 12にパワー MOSFETを使用する例を説明したが、 JFET (ジャンクショントランジスタ）を用いても良ぐ IGBT (絶縁ゲートバイポーラトランジスト）を用いても良、。バイポーラトランジスタを用いても良、が、制御用の ICやトランジスタを多く使用する必要があり、発熱量も多くなるので、絶縁ゲート型素子を使用するのが好ましい。また、 24 V電圧を 5 V電圧に変換するのにシリ一ズレギユレータ 16を使用する例を示した力シリーズレギユレータ 16に代えて DC — DCコンバータを使用しても良い。ただし、 DC— DCコンバータはノイズ源となる可能性があるので、シリーズレギユレータを使用するのが好ましい。

[0063] また、電磁石駆動用（24V)電源とタイミング発生回路用（5V)電源を別に設けても良い。また、抵抗値 Rを挿入するために 1個の抵抗器 14を使用する例を説明したが、抵抗値 Rを得られる等価回路であれば複数の抵抗器を直列、並列に接続して使用しても良ぐ例えばダイオード 13の上下に分けて 2個の抵抗器を配置しても良い。また、逆方向にしたダイオード 13に代えてスイッチング素子 12オフ時に連動してオンになり、オン時に連動してオフになるスィッチを設けても良い。また、スイッチング素子 1 2を制御するパルス発生手段の構成も種々変更可能である。

産業上の利用可能性

本発明は、共振型パーツフィーダ一に振動を付与する振動磁界発生装置等に利用される。また、振動磁界発生装置を組み込んだ共振型パーツフィーダ一を自動免疫測定装置等に利用される。

Claims

請求の範囲

[1] 電磁石と前記電磁石を駆動する電磁石駆動回路を備える振動磁界発生装置であつて；

前記電磁石はインダクタンス Lと抵抗値 rを有し；

前記電磁石駆動回路は、前記電磁石に励磁電流を供給する直流電源に接続するための端子と、前記励磁電流をオンオフ制御するスイッチング素子と、前記スィッチング素子がオフの時に、前記電磁石に蓄積されたエネルギーを放出する電磁エネルギー放出回路と、前記スイッチング素子に供給するパルス信号を発生するパルス発生手段とを有し；

前記電磁エネルギー放出回路は、ダイオードと前記抵抗値 rに比較して大き、抵抗値 Rの抵抗器とを直列接続した回路が、前記電磁石に並列に接続され；

前記パルス信号を前記スイッチング素子に周期的に供給することにより、前記電磁石に前記パルス信号の周期を有する振動磁界を発生させる；

振動磁界発生装置。

[2] 前記第 1のスイッチング素子を絶縁ゲート型素子で構成し、前記パルス発生手段は、前記スイッチング素子に供給するスイッチング用パルスの周期を定める第 1のタイミング発生器と、前記スイッチング用パルスの高レベル側の幅を定める第 2のタイミング発生器とを有する；

請求項 1に記載の振動磁界発生装置。

[3] インダクタンス Lと抵抗値!:を有する電磁石を駆動する電磁石駆動回路であって；前記電磁石に励磁電流を供給する直流電源に接続するための端子と、前記励磁電流をオンオフ制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子がオフの時に、前記電磁石に蓄積されたエネルギーを放出する電磁エネルギー放出回路と、前記スイッチング素子に供給するパルス信号を発生するパルス発生手段とを有し、前記電磁エネルギー放出回路は、ダイオードと前記抵抗値 rに比較して大きヽ抵抗値 Rの抵抗器とを直列接続した回路が、前記電磁石に並列に接続され、前記パルス信号を前記スイッチング素子に周期的に供給することにより、前記電磁石に前記パルス信号の周期を有する振動磁界を発生させる；電磁石駆動回路。

[4] 請求項 1又は請求項 2に記載の振動磁界発生装置と、多数の部品を入れる部品受入部と、前記部品受入部力入れられた部品を整列させながら移動させるパーツ移送路と、前記パーツ移送路に沿って移送されたきた部品を 1個ずつ供給する部品供給部と、前記パーツ移送路を搭載し前記振動磁界発生装置から振動磁界を受けて前記パーツ移送路に振動を付与する振動台とを有する本体部とを備え；

前記振動磁界発生装置が発生する振動磁界により前記パーツ移送路に振動を付与することにより、前記部品を前記パーツ移送路に沿って整列させながら移動させるノーッフィーダ一。

[5] 前記本体部及び前記振動磁界発生装置に電力を供給する電源を備える；

請求項 4に記載のパーツフィーダ一。

[6] 前記振動磁界の周波数を自己の振動機構の固有振動数に合致させるように調整可能である；

請求項 4又は請求項 5に記載のパーツフィーダ一。

[7] 請求項 4乃至請求項 6の、ずれか 1項に記載のパーツフィーダ一を備える；

自動免疫測定装置。