WO2023062926A1 - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

磁性体を有する被搬送物を搬送する搬送装置であって、被搬送物を搬送するための推力を発生させる複数のコイルと、複数のコイルのそれぞれにパルス状の電圧を印加するコイル駆動部と、演算部と、を備え、演算部は、通電するコイルを切替える際には、当該通電切替以前の所定期間における被搬送物の位置及びその位置を経過した時刻又は通電しているコイルに流れた電流に基いて、被搬送物の速度又は加速度が安定するようにパルス状の電圧の幅を決定し、コイル駆動部に出力する。これにより、搬送装置において通電するコイルの切替に伴う液揺れを抑制することができる。

Description

搬送装置

　本開示は、搬送装置に関する。

　医療の高度化及び高齢化社会の進展に伴い、臨床検査における検体処理の重要性が高まってきている。

　臨床検査に用いられる検体処理装置は、血液、血漿、血清、尿といった体液等の生体試料（検体）について、所定の分析項目を検査するものである。検体処理装置は、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することができる。言い換えると、検査室の業務合理化のために、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、１つの装置として運用している。

　従来の搬送ラインは、ベルト駆動方式が主流である。このため、搬送途中でなんらかの異常により搬送が停止してしまうと、それより下流側の装置に検体を供給できなくなる。

　検体処理装置の処理能力を向上するためには、検体の高速搬送、大量同時搬送および複数方向への搬送が望まれている。

　特許文献１には、永久磁石等の磁気的活性デバイスを備えた容器キャリアであって試料容器を運ぶように適合されたものを運ぶように適合された搬送平面の下方に静止して配置された電磁アクチュエータであって、容器キャリアに磁力を印加することによって搬送平面の上で容器キャリアを移動させるように適合されたものが開示されている。また、特許文献１には、搬送平面上で移動する容器キャリアの速度は、隣接する電磁アクチュエータの連続した起動の間の時間を設定することによって設定されることが開示されている。

　特許文献２には、磁性体を具備する搬送容器をその上方で搬送する搬送平面と、搬送容器の搬送平面上の位置を検出する位置検出部と、搬送平面の下方に配置され、コアとコイルとを具備する磁極と、磁極に電圧を印加する駆動部と、駆動部を制御する演算部と、を有する搬送装置であって、駆動部は、磁極に流れる電流を検出し、演算部は、検出される電流に基づいて、搬送容器の搬送平面上の位置を検出し、搬送容器の搬送平面上の位置と位置を通過する時刻とに基づいて、搬送容器の搬送速度を演算し、演算される搬送容器の搬送速度に基づいて、搬送平面の表面状態を検出するものが開示されている。また、特許文献２には、電圧パルスにて永久磁石を移動させる場合には、電流実効値、電流瞬間値、電圧パルスのデューティーなどを使用してもよいことや、搬送容器の位置を検出するためにコイルに印加する電圧波形としての電圧パルスの大きさやパルス幅についての記載がある。

特開２０１７－７７９７１号公報 特開２０２１－１０２５４号公報

　特許文献１に記載の電磁アクチュエータは、容器キャリアの速度を電磁アクチュエータの連続した起動の間の時間で調整している。

　特許文献２に記載の搬送装置は、永久磁石を移動させる場合に電圧パルスのデューティーなどを使用してもよいとされている。

　一般に、搬送装置においては、コイルが離散的に配置されているため、通電するコイルを切替える際に、推力の脈動が生じ、これに伴う液揺れが発生する。この現象は、構造的には回避しがたい。

　特許文献１及び２においては、液揺れを抑制する対策については記載がなく、改善の余地があると考えられる。

　本開示の目的は、搬送装置において通電するコイルの切替に伴う液揺れを抑制することにある。

　本開示の搬送装置は、磁性体を有する被搬送物を搬送するものであって、被搬送物を搬送するための推力を発生させる複数のコイルと、複数のコイルのそれぞれにパルス状の電圧を印加するコイル駆動部と、演算部と、を備え、演算部は、通電するコイルを切替える際には、当該通電切替以前の所定期間における被搬送物の位置及びその位置を経過した時刻又は通電しているコイルに流れた電流に基いて、被搬送物の速度又は加速度が安定するようにパルス状の電圧の幅を決定し、コイル駆動部に出力する。

　本開示によれば、搬送装置において通電するコイルの切替に伴う液揺れを抑制することができる。

実施例１の搬送装置を示す概略構成図である。 コイルと永久磁石との距離に対する永久磁石に作用する推力を示すグラフである。 実施例１の搬送装置の構成を示す機能ブロック図である。 コイルのインダクタンスの位置特性の例を示すグラフである。 コイルに流れる電流の時間変化率の位置特性の例を示すグラフである。 図３の通電コイル切替判定器の例を示す構成図である。 搬送される検体フォルダに通電により推力を与えるコイルの位置及び検体フォルダの速度を示すグラフである。 図３の初期電圧指令作成器の例を示す構成図である。 搬送される検体フォルダの速度の経時変化を示すグラフである。 図３の初期電圧指令作成器の他の例を示す構成図である。 図３の初期電圧指令作成器の他の例を示す構成図である。 図３の電圧指令作成器の例を示す構成図である。 実施例２の搬送装置の構成を示す機能ブロック図である。 加速領域における検体フォルダの速度及び出力電圧の例を示すグラフである。

　本開示は、例えば、血液や尿などの生体試料（以下「検体」という。）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好適な搬送装置に関する。

　以下、添付の図面を参照しつつ、本開示の実施例を詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同一の説明は繰り返さない。

　本開示の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること等を許容する。

　＜搬送装置の概略構成＞
　図１は、実施例１の搬送装置を示す概略構成図である。

　本図において、搬送装置１００は、永久磁石１０と、２つのコイル２５と、コイル駆動部５０（駆動回路）と、電源５５と、電流検出部３０と、演算部４０と、を備えている。
永久磁石１０は、被搬送物である検体フォルダ等に設けられている。コイル２５は、円柱状のコア２２と、コア２２の外周側に設けられた巻線２１と、で構成されている。なお、本図においては、コイル２５を２個示しているが、通常、２個以上のコイル２５が設けられている。

　コイル駆動部５０は、それぞれのコイル２５に接続されている。電流検出部３０は、それぞれのコイル駆動部５０からそれぞれのコイル２５の巻線２１に流れる電流を検出する。

　永久磁石１０には、コイル２５との相互作用により推進力が発生する。永久磁石１０が設けられている検体フォルダ等の被搬送物は、この推進力を受けて移動する。これにより、検体フォルダに設置された検体容器等（図示しない）が搬送される。被搬送物の速さ、移動の方向、終着点等は、コイル２５に流れる電流を制御することにより調整される。

　通常、コイル２５と永久磁石１０との間には、永久磁石１０を支持する搬送面（図示省略）が設けられている。コイル２５は、搬送面の下方に複数個が一列に設けられた構成であってもよい。この場合、搬送面は、直線状又は曲線状の経路に沿って被搬送物を移動させるものであってもよい。また、コイル２５は、搬送面をｘｙ面とした場合に、ｘｙ平面の下方に、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれに複数個が列をなして設けられた構成であってもよい。永久磁石１０は、その搬送面上を滑るように移動する。なお、搬送される容器は、検体容器に限らず、試薬容器等であってもよい。このため、搬送される容器は、「搬送容器」と呼んでもよい。このほか、被搬送物には、搬送可能な小型の機器が含まれる。

　搬送装置１００は、巻線２１に電流を流し、永久磁石１０に電磁力を作用させることにより、被搬送物のコイル２５間における移動を行う。電磁力を効率よく作用させること、被搬送物を所望の方向に移動させること等を実現するためには、永久磁石１０とコイル２５との相対的な位置情報が必要となる。

　例えば、永久磁石１０が２つのコイル２５の一方の直上にある場合、その直下のコイル２５に電流を流しても搬送方向への力は発生しない。これに対して、永久磁石１０が直上にあるコイル２５の隣のコイル２５に電流を流せば、永久磁石１０を当該隣のコイル２５に引き寄せる力を発生させることができる。つまり、効率よく力を発生させ、その力の方向を制御できることになる。

　コイル２５を３個以上並べて配置した構成とし、通電するコイル２５（通電コイル）を順次切替えることによって、永久磁石１０を有する被搬送物を任意に移動させることが可能になる。

　なお、上記の説明においては、永久磁石１０を用いることとしているが、永久磁石１０の代わりに、その他の磁石や軟磁性体を用いてもよい。また、永久磁石１０の代わりに、永久磁石１０と軟磁性体とを組み合わせて付設してもよい。

　＜推力特性＞
　図２は、コイル２５と永久磁石１０との距離に対する永久磁石に作用する推力を示すグラフである。横軸に永久磁石１０のコイル２５（励磁コイル）からの距離、縦軸に永久磁石に作用する推力をとっている。点線はコイル２５に電流を流していない場合、一点鎖線は電流が比較的小さい場合、実線は電流が比較的大きい場合を示している。

　前述のように、図１に示す構成では、コイル２５と永久磁石１０との間に搬送面（図示省略）が設けられている。そのため、コイル２５に電流を流した際には鉛直方向および水平方向に力が発生する。図２においては水平方向に作用する力、すなわち搬送面上を永久磁石が移動するための力を示している。当然のことながら、搬送面上を永久磁石が移動する際には摩擦力が発生するため、その分も考慮する必要があるが、ここでは説明の簡略化のため省略している。

　図２に示す推力の特性は、円柱状のコア２２の形状（径や長さ）、永久磁石１０の形状（径や厚さ）、巻線２１の仕様（線形や巻数）といった磁気回路の特性、巻線２１に流す電流等によって変わるが、本明細書においては、推力の特性が検出可能であるとして説明する。

　図２から分かるように、一定の電流を流した状態では、永久磁石１０に働く推力は位置依存性を有している。つまり、永久磁石１０を有する検体容器（被搬送物）を搬送する際に速度変動が生じることになる。速度変動が生じると、検体容器の中の液体が揺れて検体がこぼれたり、撹拌されたりしてしまうおそれがある。

　また、通電するコイル２５を切替えると、永久磁石１０のコイル２５からの距離が急に変わることになる。例えば、コイル２５を２０ｍｍ間隔の等ピッチで格子状に配置し、直線状に並んでいるコイルを順次通電をしていくと、永久磁石１０を有する検体容器は、コイル２５が配置された直線状の搬送路を移動していく。コイル２５からの相対距離が５ｍｍとなったタイミングで、検体容器の移動方向に配置されている隣のコイル２５を励磁すると、コイル２５からの距離は２５ｍｍとなる。そのため、同じ値の電流をコイル２５に流すように制御をしていると、つまり同じ値の電圧をコイル２５に印加すると、永久磁石１０を有する検体容器に加わる推力は大きく変化する。

　＜演算部の全体構成＞
　図３は、実施例１の搬送装置の構成を示す機能ブロック図である。

　本図においては、搬送装置１００の演算部４０は、電圧指令作成器１１１と、検体位置推定器１１２（位置推定部）と、通電コイル切替判定器１１３と、初期電圧指令作成器１１４と、を含む。

　演算部４０は、コイル２５に流れる電流に基づき、検体位置の推定や通電コイル切替判定を行い、コイル駆動部５０に電圧指令値を出力する。コイル駆動部５０は、演算部４０の指令に従って、通電するコイル２５に電圧を印加する。

　以下、それぞれのブロックについて説明する。

　＜コイル駆動部＞
　コイル駆動部５０は、例えば、一般的なＰＷＭ信号で駆動される電圧型インバータにより構成されている。電流検出部３０は、シャント抵抗やカレントトランス（ＣＴ）等により構成されている。ここで、ＰＷＭは、Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略称である。

　後に説明する電圧指令作成器１１１で生成された電圧指令値を三角波やのこぎり波のキャリア搬送波と比較し、インバータのスイッチング素子のオンオフ時間比率（デューティー）を制御して、コイルに印加する電圧を制御する。ここで、デューティーは、スイッチング素子のオン時間を意味する。例えば、デューティーが７０％とは、キャリア搬送波の１周期中の７０％の期間、スイッチング素子がオンをしていることを意味する。つまり、デューティーが高くなるにつれて、出力電圧パルス幅が広くなる。これは、出力電圧が大きくなっていることと等価である。

　コイル駆動部５０としては、例えば、４つのスイッチング素子から構成される一般的なフルブリッジ回路（Ｈブリッジ回路）を用いることができる。コイル駆動部５０は、コイル２５と同数の複数のフルブリッジ回路とを備える場合、及びコイル２５の数よりフルブリッジ回路の数が少ない構成で適宜コイルとフルブリッジ回路との接続を切替える場合のいずれでも構成可能である。通電するコイルの切り替えは、図示していない上位制御器からの信号や、後述する通電コイル切替判定器１１３のトリガ信号のいずれかに従って行う。

　図２の推力特性から分かるように、永久磁石１０に作用する電磁力（推力）は、コイル２５に流れる電流に依存するため、推力を制御するためには電流を制御する必要がある。
本実施例では、コイル駆動部５０を電圧型のフルブリッジ回路で構成するため、コイル駆動部５０の出力電圧を調整することでコイル２５に流れる電流を制御し、結果的に推力を制御する。

　＜位置情報の必要性＞
　前述の通り、搬送装置１００では、巻線２１に電流を流すことにより永久磁石１０に電磁力を発生させ、搬送面上を移動させる。電磁力（推力）を効率よく永久磁石１０に作用させて目的方向に移動させたり、予め決められた速度で滑らかに移動させたりするためには、永久磁石１０とコイル２５との相対的な位置情報が必要になる。

　図２の推力特性から分かるように、永久磁石１０がコイル２５の直上にある場合、つまり図２において永久磁石１０のコイル２５（励磁コイル）からの距離がゼロの時には、コイル２５に電流を流しても、永久磁石１０が搬送面上を移動するための力は発生しない。

　永久磁石１０がコイル２５の直上ではなく水平方向に離れて位置している場合、コイル２５に電流を流すことにより、永久磁石１０に推力を発生させることができる。電流の向き、すなわちコイル２５が発生する磁束の向きによって、永久磁石１０を引き寄せる力（吸引力）および引き離す力（反発力）を制御することができる。さらに、電流値によってもこれらの推力を制御することができる。

　＜位置推定の原理＞
　コア２２は、磁性体で構成されている。コア２２を通る磁束は、磁束が大きくなると通りにくくなるという性質がある。ここで、巻線２１に電圧を印加して電流を流すと、その電流によって生じた磁束がコア２２に発生する。したがって、コア２２には、永久磁石１０による磁束と、巻線２１に流した電流によって生じる磁束と、が発生する。

　巻線２１に電流を流して生じる磁束は、流した電流値に比例する。この場合の比例定数は、インダクタンスと呼ばれる。インダクタンスは、コア２２などの磁性体を有する磁気回路の飽和状態、つまりコア２２の飽和特性により変化する。

　コア２２の飽和が発生すると、コア２２に生じる磁束の大きさによってインダクタンスが変わる。つまり、永久磁石１０の磁束の大きさによって巻線２１のインダクタンスが変化する。これは、永久磁石１０の位置によって巻線２１のインダクタンスが変化することを意味する。

　図４は、コイル２５のインダクタンスの位置特性の例を示すグラフである。横軸に永久磁石１０のコイル２５からの距離、縦軸にコイル２５のインダクタンスＬをとっている。

　本図においては、インダクタンスＬは、距離に対する増加関数となっている。

　巻線２１に生じる電圧Ｖは、下記式（１）で表される。

　Ｖ＝－ｄφ／ｄｔ　　　…（１）
　式中、φは磁束、ｔは時間である。

　また、電流をＩ、インダクタンスをＬとすると、次の関係式（２）が成立する。

　ｄＩ／ｄｔ＝（１／Ｌ）×（ｄφ／ｄｔ）　　　…（２）
　上記式（１）及び（２）から、次の関係式（３）が得られる。

　ｄＩ／ｄｔ＝－Ｖ／Ｌ　　　…（３）
　つまり、一定の電圧を巻線２１に印加した場合、上記式（３）に示すようにインダクタンスＬの大きさによって供給される電流Ｉの時間微分が変化する。これは、電圧を印加した場合に供給される電流の立ち上がり方が異なること意味する。つまり、永久磁石１０の位置によって変化する巻線２１のインダクタンスＬを検出すれば、そのインダクタンスＬに影響を与える永久磁石１０の位置が求められる。

　＜検体位置推定器１１２＞
　図５は、コイル２５に流れる電流の時間変化率の位置特性の例を示すグラフである。横軸に永久磁石１０のコイル２５からの距離、縦軸にコイル２５に流れる電流の時間変化率ｄＩ／ｄｔをとっている。

　本図においては、ｄＩ／ｄｔは、距離に対する減少関数となっている。

　本図のようなｄＩ／ｄｔの位置特性を予め取得し、例えば、テーブルデータとして検体位置推定器１１２（図３）に保存しておく。検体位置推定器１１２においては、電流検出部３０で検出した電流からｄＩ／ｄｔを求め、検体位置推定器１１２に入力し、テーブルデータを参照することで永久磁石１０を有する検体容器の位置を推定する。

　まとめると、検体位置推定器１１２は、磁性体とコイルとの位置関係により定まる搬送面上におけるコイルの電流の時間変化率又はインダクタンスのデータを有し、コイルを流れる電流の測定値を用いて被搬送物の位置を推定する。

　＜通電コイル切替判定器１１３＞
　図６は、図３の通電コイル切替判定器の例を示す構成図である。

　図６においては、通電コイル切替判定器１１３は、推定位置比較器１６０を含む。推定位置比較器１６０には、図中に模式的に示すグラフのように、入力に対して出力を決定するための基準が設定されている。このグラフにおいては、入力値がＡ以上のときは、出力値をＬｏ（例えば０）とし、入力値がＡ未満のときは、出力値をＨｉ（例えば１）とする。

　このような設定における推定位置比較器１６０の動作は、次のようになる。

　推定位置比較器１６０には、検体位置推定器１１２による推定位置が入力される。推定位置比較器１６０は、推定位置（入力値）と、予め設定した値もしくは図示していない上位制御器等から与えられる判定値とを比較することにより、ＨｉまたはＬｏの信号（通電コイル切替信号）を出力する。つまり、永久磁石１０を有する検体容器が通電コイルに引き付けられ、判定位置（図６の例ではＡ）よりも近づいたときには、Ｈｉ（例えば１）を出力する。

　＜初期電圧の意味とその重要性＞
　図７は、搬送される検体フォルダに通電により推力を与えるコイルの位置及び検体フォルダの速度を示すグラフである。

　本図においては、搬送面であるｘｙ平面の下方にｘ軸方向及びｙ軸方向に格子状に配置されたコイル２５のうちの一方の軸、例えばｘ軸の方向に直線状に配置された一列のコイル群の上方を移動する検体フォルダ１１を示している。検体フォルダ１１は、永久磁石を有する。

　図中、下段のグラフにおいては、横軸にコイル番号＃０を基準とした位置（相対距離）をとり、縦軸に通電コイルの番号をとっている。一方、上段のグラフにおいては、横軸は下段のグラフに一致させ、縦軸は検体フォルダの速度を示している。ここでは、２０ｍｍ毎にコイル２５が１３個直線状に配置されている例を示している。

　また、図中、中段には、検体フォルダ１１、搬送面１２及びコイル２５の配置を模式的に示している。中段に示す１３個のコイル２５には、＃０から＃１２までのコイル番号を付けている。

　下段のグラフに示すように番号で示す通電コイルに順次通電することにより、検体フォルダ１１を図中左側から右側に移動させている。

　具体的には、コイル番号＃１から＃１１まで、設定速度を０．５ｍ／ｓとして検体フォルダ１１を移動させる例を示している。更に具体的には、コイル番号＃１、＃２、＃３に順次通電して設定速度０．５ｍ／ｓまで加速する。その後、コイル番号＃４～＃９に通電している期間は等速で移動するようにコイルに印加する電圧を調整している（等速領域）。そして、コイル番号＃１０、＃１１に通電して、検体フォルダ１１を減速し停止させている。

　図２に示すように、検体フォルダ１１に作用する磁気力は、永久磁石１０とコイル２５との距離及びコイル２５に流れる電流によって変化する。さらに、検体フォルダ１１に載せる検体容器の質量及び検体の量（質量）並びに搬送面１２の摩擦係数等によって、仮に検体フォルダ１１に作用する磁気力が一定だったとしても、検体フォルダ１１が移動する速度は一定とは限らない。特に、通電するコイル２５を切替える際には、検体フォルダ１１に作用する磁気力が不連続となりやすい。

　また、コイル駆動部５０がＰＷＭ制御をする場合、パルス状の電圧を印加し、そのデューティー比で電圧の実効値を制御する。このため、コイル駆動部５０から出力されている電圧がゼロの期間も生じる。つまり、コイル２５に流れる電流には、リプル成分が含まれる。したがって、実際には、等速領域といっても速度変動が生じてしまう。

　また、搬送面１２の摩擦係数は、経年劣化による変化、搬送面１２上の汚れやほこり、温度・湿度によっても変化する。このため、時々刻々と変化する検体フォルダ１１の速度を検出して推力を制御する必要がある。

　通電コイルを順次切り替えて検体フォルダ１１の速度を制御する際に、構造的に生じる推力の脈動を抑制するためには、コイル２５に通電する電流を制御するだけでなく、通電するコイル２５を切替える際の電流を適切に制御することが重要である。通電するコイル２５を切替える際の電流は、通電するコイル２５を切替えた直後の初期電圧、および特定のコイル２５に通電している期間の初期の段階の電圧によって制御をする。

　なお、初期電圧とは、通電するコイル２５を切替えた直後、および特定のコイル２５に通電している期間の初期（例えば、通電期間の前半３０％の期間）に、コイル駆動部５０が出力している電圧を意味する。

　＜初期電圧指令作成器１１４＞
　図８は、図３の初期電圧指令作成器の例を示す構成図である。

　図８においては、初期電圧指令作成器１１４は、平均速度算出手段１７０（平均速度算出部）と、制御ゲイン乗算器１８０と、を含む。

　平均速度算出手段１７０は、平均速度を算出する。算出された平均速度と、図示していない上位制御器からの速度指令値との差分、つまり誤差を求める。

　制御ゲイン乗算器１８０は、求めた誤差を用いて初期電圧指令を作成する。制御ゲイン乗算器１８０の構成は、複数考えられるが、例えば、比例積分制御器（ＰＩ制御器）や、積分制御器（Ｉ制御器）等を適用することができる。

　例えば、検体フォルダ１１が重い場合や、搬送面の摩擦係数が高くなっている場合は、所定の推力が検体フォルダ１１に作用するように制御したとしても、搬送速度が低下する。その場合、速度指令値と平均速度との差は正となり、制御ゲイン乗算器１８０によって増幅することによって、不足している速度を増加させるためにコイル２５に印加される電圧が増加されることになる。前述のように、コイル駆動部５０をＰＷＭ信号で駆動している場合には、デューティー比が増加することになる。

　なお、初期電圧指令作成器１１４は、本図に示す例以外にもいくつかの構成例を適用することができる。

　本図においては、通電コイルを切替える前までの平均速度のデータを基に初期電圧指令を作成している。

　つぎに、平均速度算出手段１７０における平均速度の算出方法について説明する。

　図９は、搬送される検体フォルダの速度の経時変化を示すグラフである。横軸に時間、縦軸に速度をとっている。図中、下向きの三角形は、通電コイルの切替のタイミングを示している。下向きの三角形が等間隔で並んでいるのは、通電コイルの切替が順次行われていることを示している。

　本図に示す時刻ｔ_ｉのタイミングで通電コイルを切替える際には、次に通電するコイルの初期電圧指令を作成する。その際に用いる平均速度は、所定の期間における検体フォルダの位置のデータを用いて算出することができる。

　当該期間の例としては、次の四つがある。

　一つ目は時刻ｔ_ｉで通電コイルを切替える前までに通電していたコイルの通電時間（時刻ｔ_ｉ－１から時刻ｔ_ｉまで）である期間Ａ、二つ目は複数の通電コイルを切替えて通電した期間Ｂ、三つ目はある通電コイルに通電していた期間の一部である期間Ｃ、四つ目は切替のタイミングを一つ含む期間Ｄである。これらの期間は、例えば、数ミリ秒程度であってもよい。

　図１０は、図３の初期電圧指令作成器の他の例を示す構成図である。

　図１０においては、初期電圧指令作成器１１４は、平均電流算出手段１７１（平均電流算出部）と、制御ゲイン乗算器１８０と、を含む。すなわち、図８の例における平均速度算出手段１７０の代わりに、平均電流算出手段１７１を用いるものである。

　平均電流算出手段１７１は、平均電流を算出する。算出された平均電流と、図示していない上位制御器からの電流指令値との差分、つまり誤差を求める。

　制御ゲイン乗算器１８０は、求めた誤差を用いて初期電圧指令を作成する。制御ゲイン乗算器１８０の構成は、ＰＩ制御器等、図８の例と同様のものを適用することができる。

　図１１は、図３の初期電圧指令作成器の他の例を示す構成図である。

　図１１においては、初期電圧指令作成器１１４は、加速度算出手段１７２（加速度算出部）と、制御ゲイン乗算器１８０と、を含む。すなわち、図８の例における平均速度算出手段１７０の代わりに、加速度算出手段１７２を用いるものである。ここで、加速度は、所定の期間の平均値を用いてもよい。

　加速度算出手段１７２は、加速度を算出する。算出された加速度と、図示していない上位制御器からの加速度指令値との差分、つまり誤差を求める。

　制御ゲイン乗算器１８０は、求めた誤差を用いて初期電圧指令を作成する。制御ゲイン乗算器１８０の構成は、ＰＩ制御器等、図８の例と同様のものを適用することができる。

　なお、上記の例においては、主として、速度、電流及び加速度の平均値を用いる場合について説明をしているが、平均値以外に、所定の期間における最大値、最小値、実効値等を用いて、初期電圧指令を作成することもできる。

　図１４は、加速領域における検体フォルダの速度及び出力電圧の例を示すグラフである。上段のグラフの縦軸は、検体フォルダの速度であり、検体フォルダが停止状態から移動を開始し加速する過程を示している。下段のグラフの縦軸は、コイル駆動部５０から出力される電圧パルスのデューティー幅（出力電圧と等価である。）を示している。いずれのグラフにおいても、横軸は、検体フォルダの位置を示している。

　横軸に示すように、検体フォルダは、停止状態の位置Ａから移動を開始し、位置Ｂ、Ｃを経由して加速している。

　下段のグラフに示すように、ＡＢ間ではデューティーを６０％とし、ＢＣ間ではデューティーを７０％としている。

　この例においては、速度指令値の傾きとデューティーとの関係が既知であるとしている。そして、その関係式は、データベースとして保存されている。

　本図に示すように、デューティーが６０％の電圧パルスを印加すると、検体フォルダが位置Ｂを通過する時の速度がｖ_ｒｅｆであるとする。

　しかし、実際には、例えば、搬送面に汚れや経年劣化等によって摩擦係数が大きくなっている場合がある。この場合、データベースの関係式に従ってデューティーを設定すると、検体フォルダの永久磁石に作用する推力が同じであっても、本図に示すように、位置Ｂを通過する時の速度がｖ_１と低い値となる。

　このような場合は、加速度算出手段１７２（図１１）によって、ＡＢ間の速度の変化つまり加速度を算出し、加速度指令との差を制御ゲイン乗算器１８０によって増幅し、初期電圧指令を制御する。

　図１４においては、斜線で示すデューティーの増分が初期電圧指令作成器１１４による出力である。ＡＢ間で設定したデューティー６０％では十分でなかったため、ＢＣ間ではデューティーを１０％増加させ、７０％としている。

　通電するコイルを切替える度に、初期電圧指令作成器１１４による出力を更新する制御を行うことが望ましい。

　本図においては、位置Ｂにおいて通電コイルを切替えるように設定し、切替のタイミングでデューティーを変更し、それ以外の位置では、デューティーを一定としている。

　なお、デューティーの変更のタイミングは、この例に限定されるものではなく、同一のコイルに通電している状態でデューティーを変更してもよい。また、変更の頻度を多くして、所望の速度を維持するように制御してもよい。

　なお、図１４では、検体フォルダ１１の速度が設定値（＝指令値）よりも低い例を示しているが、当然ながら、逆に速度が超過することもある。その場合は、初期電圧指令作成器１１４による出力は、予め決められたデューティーよりも下げる制御を行う。

　上記の例においては、加速領域についてのみ説明しているが、減速領域についても同様に制御が可能である。

　まとめると、演算部４０は、通電するコイルを切替える際には、当該通電切替以前の所定期間における検体フォルダ１１等の被搬送物の位置及びその位置を経過した時刻に基いて、被搬送物の速度又は加速度が安定するように、パルス状の電圧の幅を調整し、コイル駆動部に出力する。また、演算部４０は、通電しているコイルに流れた電流に基いて、被搬送物の速度又は加速度が安定するように、パルス状の電圧の幅を調整し、コイル駆動部に出力してもよい。ここで、「被搬送物の速度又は加速度が安定するように」とは、等速領域において速度が可能な限り一定となるようにすること、並びに加速領域及び減速領域において加速度が可能な限り一定となるようにすることを意味する。

　また、パルス状の電圧の幅を決定する際に用いる通電切替以前の所定期間における被搬送物の速度若しくは加速度又はコイルに流れた電流は、それらの最大値、最小値、平均値及び実効値のいずれかであることが望ましい。

　＜電圧指令作成器１１１＞
　図１２は、図３の電圧指令作成器の例を示す構成図である。

　図１２においては、電圧指令作成器１１１は、制御ゲイン乗算器１８１と、巻線抵抗ゲイン乗算器１９０と、を含む。

　制御ゲイン乗算器１８１には、図示していない上位制御器から与えられる電流指令値と、電流検出値との差分が入力される。

　一方、巻線抵抗ゲイン乗算器１９０には、電流指令値が入力される。

　そして、制御ゲイン乗算器１８１の出力には、巻線抵抗ゲイン乗算器１９０の出力が加算され、加算により得られた値に、初期電圧指令作成器１１４の出力である初期電圧指令を更に加算する。この結果得られた値が、電圧指令作成器１１１の出力である電圧指令となる。ここで、電圧指令は、デューティーであってもよい。

　言い換えると、本図に示す例においては、電流指令値を基に巻線抵抗ゲイン乗算器１９０を介してコイル２５での電圧降下分をフィードフォワード的に求める要素と、電流指令値と電流検出値との差分を補償するフィードバック的に求める要素とに加え、前述の初期電圧指令作成器１１４による初期電圧指令値も加算する構成となっている。

　なお、初期電圧指令作成器１１４による初期電圧指令値は、通電コイル切替判定器１１３の通電コイル切替信号をトリガとし、通電コイルが切替わった場合にのみ出力する構成にすることもできる。

　以上のように、本実施例の搬送装置は、通電コイルの切替の際に、コイルに印加するパルス状電圧の幅を、切替前のコイル通電期間における被搬送物の平均速度またはコイルに流れる平均電流に応じて決定される構成とすることができる。

　このような構成により、通電コイルを順次切替えて被搬送物の位置を制御する際に、構造的に生じる推力の脈動を抑制することができる。また、同時に搬送する被搬送物の数が増加しても、それぞれの被搬送物を安定的に搬送することができる。

　実施例２については、実施例１と異なる点について説明することとし、同様の構成等については説明を省略する。

　図１３は、実施例２の搬送装置の構成を示す機能ブロック図である。

　本図においては、搬送装置１００は、コイル２５と、コイル駆動部５０と、演算部４０と、を備えている。

　演算部４０は、電圧指令作成器１１１と、通電コイル切替判定器１１３ａと、初期電圧指令作成器１１４と、を含む。コイル２５の近傍には、位置検出手段６０が設けられている。

　本図においては、図３の検体位置推定器１１２及び電流検出部３０は設けられていない。電流検出部３０の代わりに、位置検出手段６０（位置検出器）が設けられている。位置検出手段６０は、検体フォルダ１１に設けられている永久磁石１０の位置を検出する。

　位置検出手段６０の例としては、ホール素子、リニアエンコーダ等を挙げることができる。ホール素子は、磁石や電流によって生じる磁界を電気信号に変換して出力するセンサであるが、間接的に磁石の位置を検出する位置センサとして用いられる。例えば、永久磁石１０がホール素子に近づき、磁束密度が所定値を超えた場合にはＨｉｇｈを出力し、所定値未満の場合にはＬｏｗを出力するという使い方をすれば、永久磁石１０が通電状態にあるコイル２５に近づいたか否かを判定できる。

　位置検出手段６０としてホール素子を用いて構成した場合、通電コイル切替判定器１１３ａは、ホール素子に基づくＨｉｇｈ又はＬｏｗの信号をそのまま推定位置比較器１６０（図６）の出力として用いることができる。

　なお、搬送装置１００は、検体フォルダ１１を複数個同時に搬送することができ、それぞれの検体フォルダ１１を搬送するために通電するコイル２５を切替える際に、本開示の内容を一部あるいは全てに適用することができる。また、本開示では図示しなかった上位制御器は複数あってもよく、それぞれの間で初期電圧指令の情報をやり取りしてもよい。

　まとめると、演算部４０におけるパルス状の電圧の幅の決定は、通電切替以前の所定期間における被搬送物の速度若しくは加速度、コイルに流れた電流又は所定の二つの位置の間を通過する時間に基くことが望ましい。

　本開示は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含むものである。また、本開示は、必ずしも上述の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

　１０：永久磁石、１１：検体フォルダ、１２：搬送面、２１：巻線、２２：コア、２５：コイル、３０：電流検出部、４０：演算部、５０：コイル駆動部、５５：電源、６０：位置検出手段、１００：搬送装置、１１１：電圧指令作成器、１１２：検体位置推定器、１１３：通電コイル切替判定器、１１４：初期電圧指令作成器、１６０：推定位置比較器、１７０：平均速度算出手段、１７１：平均電流算出手段、１７２：加速度算出手段、１８０、１８１：制御ゲイン乗算器、１９０：巻線抵抗ゲイン乗算器。

Claims (4)

1. 　磁性体を有する被搬送物を搬送する搬送装置であって、
   　前記被搬送物を搬送するための推力を発生させる複数のコイルと、
   　前記複数のコイルのそれぞれにパルス状の電圧を印加するコイル駆動部と、
   　演算部と、を備え、
   　前記演算部は、通電するコイルを切替える際には、当該通電切替以前の所定期間における前記被搬送物の位置及びその位置を経過した時刻又は通電しているコイルに流れた電流に基いて、前記被搬送物の速度又は加速度が安定するように前記パルス状の電圧の幅を決定し、前記コイル駆動部に出力する、搬送装置。
2. 　前記パルス状の電圧の幅は、前記通電切替以前の前記所定期間における前記被搬送物の前記速度若しくは前記加速度、前記コイルに流れた前記電流又は所定の二つの位置の間を通過する時間に基いて決定される、請求項１記載の搬送装置。
3. 　搬送面と、
   　位置推定部と、を更に備え、
   　前記位置推定部は、前記磁性体と前記コイルとの位置関係により定まる前記搬送面上における前記コイルの電流の時間変化率又はインダクタンスのデータを有し、前記コイルを流れる電流の測定値を用いて前記被搬送物の前記位置を推定する、請求項１記載の搬送装置。
4. 　前記パルス状の電圧の幅を決定する際に用いる前記通電切替以前の前記所定期間における前記被搬送物の前記速度若しくは前記加速度又は前記コイルに流れた前記電流は、それらの最大値、最小値、平均値及び実効値のいずれかである、請求項２記載の搬送装置。

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