特開 2022-136692 部材固定装置および部材固定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022136692

(43)【公開日】2022-09-21

(54)【発明の名称】部材固定装置および部材固定方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20220913BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021036419

(22)【出願日】2021-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】阿部 公揮

(72)【発明者】

【氏名】栗原 隆

【テーマコード（参考）】

4B029

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029GB01

(57)【要約】

【課題】固定対象部材を所定の位置に固定することができるとともに、容易に固定対象部材を着脱させることができる部材固定装置および部材固定方法を提供する。
【解決手段】固定対象部材を所定の位置に固定する部材固定装置であって、固定対象部材の固定面に第１磁石が設けられ、固定対象部材を固定する作業面４に、第１磁石と異なる磁極の第２磁石と、第１磁石と同じ磁極の第３磁石と、が配され、固定対象部材を作業面に近接させると、固定面が作業面の所定位置に固定される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定対象部材を所定の位置に固定する部材固定装置であって、
前記固定対象部材の固定面に第１磁石が設けられ、
前記固定対象部材を固定する作業面に、前記第１磁石と異なる磁極の第２磁石と、前記第１磁石と同じ磁極の第３磁石と、が配され、
前記固定対象部材を前記作業面に近接させると、前記固定面が前記作業面の所定位置に固定されることを特徴とする部材固定装置。

【請求項2】

前記第１磁石は、前記固定面に複数設けられ、
前記第２磁石は、前記第１磁石と対向する位置に同数設けられ、
前記第３磁石は、前記固定対象部材が所定位置に固定されたときに前記固定面と対向する位置に設けられている請求項１に記載の部材固定装置。

【請求項3】

複数の前記第１磁石は、前記第２磁石と同じ大きさの磁石と、前記第２磁石よりも小さい磁石と、が配設され、
前記固定対象部材を前記作業面に近接させたとき、前記固定対象部材の向きが規定の方向を向くように構成されている請求項２に記載の部材固定装置。

【請求項4】

固定対象部材を部材固定装置の所定の位置に固定する部材固定方法であって、
前記固定対象部材の固定面に複数の第１磁石が設けられ、
前記部材固定装置における前記固定対象部材を固定する作業面に、前記第１磁石と異なる磁極の複数の第２磁石と、前記第１磁石と同じ磁極の第３磁石と、が配され、
前記固定面を前記作業面に近接させると、前記第１磁石と前記第３磁石とが反発するとともに、前記第１磁石と前記第２磁石とが吸引することで前記固定対象部材の向きが規定の方向に向き、
前記固定対象部材を前記部材固定装置の前記作業面の所定位置に固定することを特徴とする部材固定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、部材固定装置および部材固定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

細胞培養において、ロボットなどの機械と作業者が協業する作業で、ロボットが使用する部品を所定位置にセットする際は、作業面にボルトなどで固定された保持具に作業者がセットしている。ロボットは固定された保持具にセットされた部品を掴んで作業を行っている。作業者はロボットの作業エリアを迂回しながら限られた空間で作業を実施している。保持具は特定の作業に最適化された位置で固定されている。このように様々な種類の培養容器を位置決めする培養装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－３３０１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、細胞培養の作業は限られた環境（施設）の中で様々な材料を扱うため、装置には汎用性が必要とされる。しかし、ロボットや機械と協業する際は、扱う材料（部品）に特化した保持具が必要となるため、材料毎に保持具を準備する必要がある。また、ロボットや機械が使用するため、材料を設置する位置の精度を高める必要がある。そのため、保持具は作業面にボルトなどで固定されていた。

【0005】

しかしながら、材料（部品）を変更する際は、保持具の位置を調整する必要があるため、大掛かりな準備作業が必要となり作業効率が低下していた。また、装置などの不具合が発生した際は、ロボットや機械が担っていた作業を作業者が代行したりする必要があるが、保持具が作業者の作業の障害となり、円滑な作業実施を妨げていた。さらに、細胞培養作業後には作業空間内の清掃を行うことで清潔な環境を維持することになるが、保持具と作業台との設置界面に入り込んだ菌や培地を容易に取り除くことができないという問題もあった。

【0006】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、固定対象部材を所定の位置に固定することができるとともに、容易に固定対象部材を着脱させることができる部材固定装置および部材固定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係る部材固定装置は、固定対象部材を所定の位置に固定する部材固定装置であって、前記固定対象部材の固定面に第１磁石が設けられ、前記固定対象部材を固定する作業面に、前記第１磁石と異なる磁極の第２磁石と、前記第１磁石と同じ磁極の第３磁石と、が配され、前記固定対象部材を前記作業面に近接させると、前記固定面が前記作業面の所定位置に固定されることを特徴とする。

【0008】

この発明によれば、固定対象部材に第１磁石を設け、部材固定装置に磁極の異なる第２磁石および第３磁石を設けたため、第１磁石と第３磁石は反発する力、第１磁石と第２磁石は吸引する力がそれぞれ働く。そのため、固定対象部材を部材固定装置に近接させると、固定対象部材の固定面が部材固定装置の作業面の所定位置に案内される。つまり、固定対象部材を確実に所定位置に固定させることができる。また、固定対象部材と部材固定装置とは磁石で位置決めされているため、容易に着脱することができる。

【0009】

また、前記第１磁石は、前記固定面に複数設けられ、前記第２磁石は、前記第１磁石と対向する位置に同数設けられ、前記第３磁石は、前記固定対象部材が所定位置に固定されたときに前記固定面と対向する位置に設けられていてもよい。
このように、第１磁石および第２磁石を複数設けるとともに、第３磁石を適切な位置に配することにより、より確実に固定対象部材を作業面の所定位置に配置させることができる。

【0010】

また、複数の前記第１磁石は、前記第２磁石と同じ大きさの磁石と、前記第２磁石よりも小さい磁石と、が配設され、前記固定対象部材を前記作業面に近接させたとき、前記固定対象部材の向きが規定の方向を向くように構成されていてもよい。
このように磁石の大きさを異ならせることにより、固定対象部材を作業面に近接させた際の磁力の大きさが場所によって異なることになる。このため、複数の第２磁石を所定位置に大きさを変えて配置させることにより、固定対象部材を近接させた際に、固定対象部材の向きも所定方向に配置させることができる。

【0011】

本発明に係る部材固定方法は、固定対象部材を部材固定装置の所定の位置に固定する部材固定方法であって、前記固定対象部材の固定面に複数の第１磁石が設けられ、前記部材固定装置における前記固定対象部材を固定する作業面に、前記第１磁石と異なる磁極の複数の第２磁石と、前記第１磁石と同じ磁極の第３磁石と、が配され、前記固定面を前記作業面に近接させると、前記第１磁石と前記第３磁石とが反発するとともに、前記第１磁石と前記第２磁石とが吸引することで前記固定対象部材の向きが規定の方向に向き、前記固定対象部材を前記部材固定装置の前記作業面の所定位置に固定することを特徴とする。

【0012】

この発明によれば、固定対象部材に複数の第１磁石を設け、部材固定装置に磁極の異なる複数の第２磁石および第３磁石を設けたため、第１磁石と第３磁石は反発する力、第１磁石と第２磁石は吸引する力がそれぞれ働く。そのため、固定対象部材を部材固定装置に近接させると、固定対象部材の固定面が部材固定装置の作業面の所定位置に向きも規定の方向に向きながら案内される。つまり、固定対象部材を確実に所定位置に固定させることができる。また、固定対象部材と部材固定装置とは磁石で位置決めされているため、容易に着脱することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、固定対象部材を所定の位置に固定することができるとともに、容易に固定対象部材を着脱させることができる部材固定装置および部材固定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る細胞培養装置の概略斜視図である。

【図2】作業部を下面から見た分解斜視図である。

【図3】作業部の断面図である。

【図4】作業部を下面から見た部分斜視図である。

【図5】設置用磁石の配置図である。

【図6】遠沈管台を上方から見た斜視図である。

【図7】遠沈管台を下方から見た斜視図である。

【図8】図７のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【図9】固定用磁石の配置図である。

【図10】固定用磁石の別の構成を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態に係る部材固定装置および部材固定方法について、図１乃至図１０に基づいて説明する。なお、本実施形態では、細胞培養装置を用いて固定装置および固定方法について説明する。

【0016】

図１に示すように、細胞培養装置１は、本体部２に作業空間Ｓが形成されている。作業空間Ｓの前面は可動式のガラス板３が配されており、ガラス板３が開閉することで作業空間Ｓと外部との間を遮断・開放することができる。作業空間Ｓの下面が作業面４として構成され、作業面４上に、ロボットアーム５、遠沈管６（および遠沈管台７）、クライオチューブ８（およびクライオチューブ台９）などの各種装置（固定対象部材）が配置されている。

【0017】

作業空間Ｓの下部に配設された作業部（部材固定装置）１０について説明する。
図２、図３に示すように、作業部１０は、作業台１１と、作業台１１の上面に配置されたベース板１２と、を備えている。ベース板１２の上面１２ａが作業面４として構成されている。

【0018】

作業台１１は、平板状の基板１３と、基板１３の周囲に立設された壁板１４と、を備えている。作業台１１は、金属製（例えば、ＳＵＳ製）の板材で形成されている。基板１３の上面１３ａにベース板１２が配設可能になっている。基板１３とベース板１２とはベース板固定用磁石１５により接合されている。

【0019】

基板１３とベース板１２との接合構造について説明する。
基板１３の裏面１３ｂの所定位置にベース板固定用磁石（例えば、ネオジム磁石）１５が配設されている。具体的には、ベース板固定用磁石１５が埋め込まれたベース板固定用磁石体１７が基板１３の裏面１３ｂに固定されている。

【0020】

ベース板固定用磁石体１７は、円柱形状であり、一方の面１７ａにベース板固定用磁石１５が埋め込まれている。他方の面１７ｂにはボルト１８が螺合される雌ネジ孔１９が形成されている。ベース板固定用磁石体１７は、支持金物２０を用いて基板１３の裏面１３ｂに固定されている。

【0021】

支持金物２０は、側面視で凸形状に形成された金属製の金物である。支持金物２０は、基板１３の裏面１３ｂに固定される一対の連結板２１，２１と、連結板２１から突出するように形成された一対の側板２２，２２と、側板２２どうしを連結する固定板２３と、を有している。

【0022】

連結板２１にはボルト２５が挿通するボルト孔２６が形成されている。支持金物２０と基板１３とは、ボルト２５をボルト孔２６に挿通し、基板１３に形成された雌ネジ穴（不図示）で螺合することにより連結固定されている。なお、基板１３にボルト２５を挿通するボルト孔を形成し、ベース板１２に形成した雌ネジ穴で螺合して連結するようにしてもよい。

【0023】

固定板２３にはボルト１８を挿通するボルト孔２９が形成されている。支持金物２０とベース板固定用磁石体１７とは、ボルト１８をボルト孔２９に挿通し、他方の面１７ｂの雌ネジ孔１９で螺合することにより連結固定されている。ボルト１８と固定板２３との間にはワッシャ３０が介装されている。

【0024】

ベース板１２は金属製（例えば、ＳＵＳ製）の平板状の板材である。ベース板１２の裏面１２ｂで、ベース板固定用磁石１５と対向する位置に該磁石１５と吸着するマグネット吸着板３１が埋め込まれている。マグネット吸着板３１は、ベース板固定用磁石１５と確実に吸着される極性の異なる磁石でもいいし、金属板（例えば、鉄やコバルトなどの強磁性体）で構成されていてもよい。

【0025】

基板１３とベース板１２とは、複数のベース板固定用磁石１５およびマグネット吸着板３１を用いて位置決めし、接合されている。ベース板固定用磁石１５およびマグネット吸着板３１を取り付ける位置は、適宜調整すればよい。
なお、作業台１１の基板１３に位置決めピンを取り付け、ベース板１２に位置決めピンが差し込まれる位置決め孔を形成してもよい。また、作業部１０はベース板１２を備えずに、作業台１１の上面を作業面として構成してもよい。さらに、基板１３とベース板１２とをベース板固定用磁石１５を用いずに別の固定方法で固定してもよく、基板１３の上面にベース板１２を載置するだけでもよい。

【0026】

次に、ロボットアーム５、遠沈管６（および遠沈管台７）、クライオチューブ８（およびクライオチューブ台９）などをベース板１２の所定位置に固定する方法について説明する。一例として、遠沈管６を設置可能な遠沈管台７をベース板１２に固定する方法について説明する。

【0027】

図４、図５に示すように、遠沈管台７を設置する位置における基板１３の裏面１３ｂに設置用磁石体４０を固定する。
設置用磁石体４０は、円柱形状であり、一方の面４０ａに設置用磁石４１（４１ａ～４１ｆ）が埋め込まれている。他方の面４０ｂにはボルト（不図示）が螺合される雌ネジ孔４２が形成されている。設置用磁石体４０の基板１３への固定方法は、上記したベース板固定用磁石体１７と基板１３との固定方法と同様である。なお、固定方法は任意であり、単に設置用磁石体４０の一方の面４０ａと基板１３の裏面１３ｂとを接着により固定してもよい。

【0028】

設置用磁石体４０の一方の面４０ａには、６個の設置用磁石（第２磁石および第３磁石）４１ａ～４１ｆが埋め込まれている。６個の設置用磁石４１のうち、５個の設置用磁石（第２磁石）４１ａ～４１ｅは一方の面４０ａにおいてＮ極の磁極を有し、１個の設置用磁石（第３磁石）４１ｆは一方の面４０ａにおいてＳ極の磁極を有している。

【0029】

平面視で、６個の設置用磁石４１ａ～４１ｆは略整列配置されており、細胞培養装置１の前方を向く前列Ｆに略等間隔に設置用磁石４１ａ～４１ｃが配置され、後列Ｒに略等間隔に設置用磁石４１ｄ～４１ｆが配置されている。後列Ｒにおいては、磁極の異なる設置用磁石４１ｆが真ん中に配置され、その両側に設置用磁石４１ｄ，４１ｅが配置されている。また、前列Ｆの真ん中の設置用磁石４１ｂは、両側の設置用磁石４１ａ，４１ｃよりも若干後列Ｒ側にずれている。なお、設置用磁石４１ｂは後列Ｒ側にずれていなくてもよい。

【0030】

次に、遠沈管台７の構造について説明する。
図６～図８に示すように、遠沈管台７は、略直方体形状の樹脂部材で形成されている。遠沈管台７の上面７ａには、遠沈管６が挿入配置される配置穴４６が形成されている。配置穴４６は、円柱形状にくり抜かれて形成されている。配置穴４６の底面４６ａには、遠沈管６の先端形状に合わせて配置穴４６よりも小径の先端穴４７が形成されている。遠沈管台７の下面７ｂには、固定用磁石５０が埋め込まれる磁石穴４８が形成されている。磁石穴４８は下面７ｂに５箇所形成されている。磁石穴４８は、円柱形状にくり抜かれて形成されている。

【0031】

図９に示すように、磁石穴４８には、固定用磁石（第１磁石）５０ａ～５０ｅが５個埋め込まれている（以降の説明において、５個の磁石をまとめて固定用磁石５０として説明することがある。）。固定用磁石５０は遠沈管台７の下面７ｂにおいて全てＳ極の磁極を有している。固定用磁石５０ａ～５０ｅは、遠沈管台７の下面７ｂを作業面４に対向させたときに、設置用磁石４１ａ～４１ｅとそれぞれが対向する位置になるように配置されている。固定用磁石５０は、固定用磁石５０にボルト穴（不図示）を形成し、磁石穴４８の底面４８ａに形成した雌ネジ穴４９に螺合して固定されている。なお、固定用磁石５０は、磁石穴４８に接着して固定してもよい。

【0032】

次に、遠沈管台７をベース板１２の作業面４に固定する方法について説明する。
作業台１１上にベース板１２を設置して作業部１０を構成する。作業台１１とベース板１２とは、ベース板固定用磁石１５とマグネット吸着板３１とにより所定の位置にセットされる。

【0033】

続いて、遠沈管台７の下面７ｂをベース板１２の作業面４に近づける。このとき、作業面４の設置位置にマーキングをしていてもよい。遠沈管台７の下面７ｂと作業面４とが近接すると、固定用磁石５０と設置用磁石４１との間に磁界が発生し、異なる磁極は吸引し、同じ磁極は反発する力が発生する。

【0034】

本実施形態では、固定用磁石５０は遠沈管台７の下面７ｂにおいて５つの磁石５０ａ～５０ｅ全てがＳ極の磁極を有している。また、設置用磁石４１は作業面４において５つの磁石４１ａ～４１ｅがＮ極の磁極を有し、１つの磁石４１ｆがＳ極の磁極を有している。つまり、固定用磁石５０（５０ａ～５０ｅ）と５つの磁石４１ａ～４１ｅとの間に吸引する力が働き、固定用磁石５０（５０ａ～５０ｅ）と１つの磁石４１ｆとの間に反発する力が働く。

【0035】

例えば、固定用磁石５０のうち磁石５０ｂを磁石４１ｆに近づけようとすると反発力が発生してある距離よりは近づけることができないため、遠沈管台７の水平方向の向きが間違っていることが認識できる。反発する力に対してさらに近づけつつ、遠沈管台７を上下方向を軸方向にして若干回転させると、反発力が弱まり、遠沈管台７をさらに作業面４に近接させることができる。

【0036】

そして、５つの固定用磁石５０ａ～５０ｅと、設置用磁石４１の５つの磁石４１ａ～４１ｅとがそれぞれ吸引し合う位置に来たときに、吸引力が最大となり、遠沈管台７をベース板１２（作業面４）の所定位置に位置決めして固定することができる。

【0037】

遠沈管台７以外のロボットアーム５の下面５ｂやクライオチューブ台９の下面９ｂに同様の固定用磁石５０を設け、作業台１１側にも設置用磁石４１を配置することで、各部材・装置も所定の位置・所定の向きで容易に作業面４に配置させることができる。

【0038】

本実施形態の作業部１０は、遠沈管台７などの固定対象部材の下面７ｂに固定用磁石（第１磁石）５０ａ～５０ｅを設け、遠沈管台７を固定する作業面４に、固定用磁石５０と異なる磁極の磁石４１ａ～４１ｅと、固定用磁石５０と同じ磁極の磁石４１ｆと、を備えた設置用磁石４１が配され、遠沈管台７を作業面４に近接させると、下面７ｂが作業面４の所定位置に固定されるようにした。したがって、固定用磁石５０と磁石４１ｆは反発する力、固定用磁石５０と磁石４１ａ～４１ｅは吸引する力がそれぞれ働く。その結果、遠沈管台７を作業面４に近接させると、磁力により遠沈管台７の下面７ｂが作業面４の所定位置・所定の向きに案内される。つまり、遠沈管台７を確実に所定位置・所定の向きに固定させることができる。また、遠沈管台７と作業面４とは磁石で位置決めされているため、容易に着脱することができ、メンテナンスや清掃作業も容易に行うことが可能となる。

【0039】

また、本実施形態では、固定用磁石５０および設置用磁石４１をそれぞれ複数配置して固定するようにしたため、設置位置の精度を向上させることができる。

【0040】

なお、上記実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、平面視で同じ大きさの磁石を用いて遠沈管台７をベース板１２に設置する説明をしたが、磁石の大きさは場所によって変えてもよい。例えば、図１０に示すように、遠沈管台７の下面７ｂに設けた固定用磁石５０のうち、後列Ｒの磁石５０ｇ，５０ｈを磁石５０ａ～５０ｃよりも小さくしてもよい。このように磁石の大きさを異ならせることにより、遠沈管台７を作業面４に近接させた際の磁力の大きさが場所によって異なることになる。このため、遠沈管台７を作業面４に近接させた際に、より確実に遠沈管台７の向きを所定方向に案内して、所定の位置で固定させることができる。

【0041】

また、固定用磁石５０および設置用磁石４１の数や配置については適宜調整することができる。また、遠沈管台７などの固定対象部材の設置位置をプロジェクションマッピングで表示したり、作業面４へ印刷したりしてもよい。さらに、位置制御機能を持ったロボットと協業させることで微小なズレをロボットが調整するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0042】

４ 作業面
５ ロボットアーム（固定対象部材）
５ｂ 下面（固定面）
７ 遠沈管台（固定対象部材）
７ｂ 下面（固定面）
９ クライオチューブ台（固定対象部材）
９ｂ 下面（固定面）
１０ 作業部（部材固定装置）
４１ 設置用磁石
４１ａ～４１ｅ 設置用磁石（第２磁石）
４１ｆ 設置用磁石（第３磁石）
５０ 固定用磁石
５０ａ～５０ｅ，５０ｇ～５０ｈ 固定用磁石（第１磁石）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】