特開 2022-32650 検体搬送装置、検体分析システムおよび検体前処理装置

(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】P2022032650

(43)【公開日】2022-02-25

(54)【発明の名称】検体搬送装置、検体分析システムおよび検体前処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/04 20060101AFI20220217BHJP

   B65G 54/02 20060101ALI20220217BHJP

【ＦＩ】

G01N35/04 G

B65G54/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020136653

(22)【出願日】2020-08-13

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】青山 康明

(72)【発明者】

【氏名】金子 悟

(72)【発明者】

【氏名】小林 啓之

(72)【発明者】

【氏名】玉腰 武司

(72)【発明者】

【氏名】星 遼佑

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 洋

(72)【発明者】

【氏名】鬼澤 邦昭

【テーマコード（参考）】

2G058

3F021

【Ｆターム（参考）】

2G058CB09

2G058CB16

2G058CF16

3F021AA01

3F021BA02

3F021CA02

3F021DA04

(57)【要約】

【課題】検体の停止時の位置精度が高く、停止時の微小な位置を調整可能とした検体搬送装置、検体分析システムおよび検体前処理装置を提供する。
【解決手段】
本発明の検体搬送装置（１ａ）は、永久磁石（１０）が設けられた検体と、永久磁石（１０）を介して検体を搬送する搬送路と、搬送路の検体を搬送する面と反対側の面に設けられた複数のコイルと、コイルに電流を流す駆動回路と、を備え、駆動回路は、永久磁石（１０）を停止させる位置の直下にある第１のコイル（３０Ｂ）に流す電流によって、永久磁石の垂直方向にかかる力を調整し、第１のコイルに隣接する第２のコイル（３０Ｃ）に流す電流によって永久磁石（１０）の水平方向にかかる力を調整し、永久磁石（１０）の停止位置を調整する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

永久磁石が設けられた検体と、
前記永久磁石を介して前記検体を搬送する搬送路と、
前記搬送路の前記検体を搬送する面と反対側の面に設けられた複数のコイルと、
前記コイルに電流を流す駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、前記永久磁石を停止させる位置の直下にある第１のコイルに流す電流によって、前記永久磁石の垂直方向にかかる力を調整し、
前記第１のコイルに隣接する第２のコイルに流す電流によって、前記永久磁石の水平方向にかかる力を調整し、前記永久磁石の停止位置を調整することを特徴とする検体搬送装置。

【請求項2】

前記駆動回路は、前記第１のコイルに前記永久磁石の極性と反発する磁束を生じさせる電流を流すことにより、前記永久磁石の停止位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項3】

前記第１のコイルと前記第２のコイルによって生じる磁束は、前記永久磁石と対向する面側に生じる磁束の極性が異なることを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項4】

前記永久磁石の中心と、前記第１のコイルの中心との間の距離ｘ１、
前記永久磁石の中心から前記永久磁石の端部までの距離Ｄ／２、および
前記第１のコイルの中心から前記永久磁石の端部までの距離ｄ／２としたときに、
ｘ１≦（Ｄ／２＋ｄ／２）となる区間において、前記駆動回路が前記第１のコイルに前記永久磁石の極性と反発する磁束を生じさせる電流を流すことにより前記永久磁石の停止位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項5】

前記永久磁石の中心と、前記第１のコイルの中心までの距離ｄ／２としたときに、
前記永久磁石の中心が、±ｄ／２の区間にあるときにおいて、前記駆動回路が前記第１のコイルに前記永久磁石の極性と反発する磁束を生じさせる電流を流すことにより前記永久磁石の停止位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項6】

前記コイルは、磁性体からなるコアと、前記コアの外周に巻かれた巻線と、を有し、
前記永久磁石の径Ｄが、前記第１のコイルのコアの径ｄより大きく、
前記永久磁石の中心が、±（Ｄ－ｄ）／２の範囲にあるときにおいて、前記駆動回路が前記第１のコイルに前記永久磁石の極性と反発する磁束を生じさせる電流を流すことにより前記永久磁石の停止位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項7】

前記コイルは、磁性体からなるコアと、前記コアの外周に巻かれた巻線と、を有し、
前記永久磁石の径Ｄが、前記第１のコイルのコアの径ｄより小さく、
前記永久磁石の中心が、±（ｄ－Ｄ）／２の範囲にあるときにおいて、前記駆動回路が前記第１のコイルに前記永久磁石の極性と反発する磁束を生じさせる電流を流すことにより前記永久磁石の停止位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項8】

前記コイルは、磁性体からなるコアと、前記コアの外周に巻かれた巻線と、を有し、
前記永久磁石の搬送面に投影した面積が、前記コアの搬送面に投影した面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項9】

前記コイルは、磁性体からなるコアと、前記コアの外周に巻かれた巻線と、を有し、
前記コアの搬送面に投影した面積が、前記永久磁石の搬送面に投影した面積に含まれることを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項10】

前記第１のコイルのコアの形状がＴ字形状であり、前記永久磁石に対向する面側の断面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項11】

前記第１のコイルの巻線を挟み込むように配置した前記第２のコイルの巻線と第３のコイルの巻線を有し、前記永久磁石の極性と反発する磁束を生じさせる電流を前記第１のコイルの巻線に流し、前記永久磁石の極性と吸引する磁束を生じさせる電流を前記第２のコイルの巻線と前記第３のコイルの巻線に流すことを特徴とする請求項１に記載の検体搬送装置。

【請求項12】

前記永久磁石の位置を検出する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の検体搬送装置。

【請求項13】

請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の検体搬送装置を備えたことを特徴とする検体分析システム。

【請求項14】

請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の検体搬送装置を備えたことを特徴とする検体前処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検体搬送装置、検体分析システムおよび検体前処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

臨床検査のための検体分析システムでは、血液、血漿、血清、尿、その他の体液等の検体（サンプル）に対し、指示された分析項目の検査を実行する。この検体分析システムでは、複数の機能の装置をつなげ、自動的に各工程を処理することができる。つまり、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や分析に必要な前処理を行う前処理部を搬送ラインで接続して、１つのシステムとして運用している。

【0003】

従来の検体分析システムで用いられている搬送ラインは、主にベルト駆動方式がメインである。このようなベルト駆動方式では、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、との問題がある。このため、ベルトの摩耗について十分に注意を払う必要があった。

【0004】

近年、医療の高度化及び高齢化社会の進展により、検体処理の重要性が高まってきている。そこで、検体分析システムの分析処理の能力の向上のために、検体の高速搬送や大量同時搬送、および複数方向への搬送が望まれている。そのような搬送を実現する技術の一例として、特許文献１に記載の技術がある。

【0005】

特許文献１には、各々が少なくとも１つの磁気的活性デバイス、好ましくは少なくとも１つの永久磁石を備え、試料を含む試料容器を運ぶように適合されたいくつかの容器キャリア（１）と、複数の容器キャリアを運ぶように適合された搬送平面と、搬送平面の下方に静止して配置されたいくつかの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電磁アクチュエータと、搬送平面と、研究室ステーション、好ましくは分析前ステーション、分析ステーション、および／または分析後ステーションとの間で試料品を移送するように配置された少なくとも１つの移送デバイスであって、試料品が、容器キャリア、試料容器、試料の一部、および／または試料一式である、移送デバイスとを備える研究室試料配送システムが記載されている。特許文献２には、試料容器を搭載した容器キャリアを磁気的な力によって搬送する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１７－２２７６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した特許文献１に記載の技術では、容器キャリアの位置に応じて、ステップ状に電磁アクチュエータを起動することが記載されている。しかしながら、特許文献２のシステムでは、容器キャリアの位置に応じて起動する電磁アクチュエータを切り替えるのみである。すなわち、容器キャリアの永久磁石を運びたい位置にある電磁アクチュエータに電流を印加し、永久磁石と電磁アクチュエータの吸引力によって目標の位置に停止させているが、電磁アクチュエータの吸引力は永久磁石を運びたい方向の力（推力）と永久磁石を搬送面に押し付ける力（垂直力）を発生させる。が、永久磁石が電磁アクチュエータの真上に来た場合は、推力はほぼゼロになるのに対し、垂直力は小さくならない。つまり、永久磁石が目的とする位置に近づくほど、永久磁石を横方向に移動させようとする力である推力が小さく、垂直力により永久磁石と搬送面間の摩擦力が相対的に大きくなり、永久磁石の停止位置精度が低下するといった課題があった。

【0008】

さらに、永久磁石が静止した状態から微小な位置を変えようとした場合、推力に対して大きな摩擦力があり、摩擦力が静摩擦から動摩擦に状態が変化し、微小な永久磁石の位置精度を得ることが困難であるといった課題があった。

【0009】

本発明は、上記事情に鑑み、検体の停止時の位置精度が高く、停止時の微小な位置を調整可能とした検体搬送装置、検体分析システムおよび検体前処理装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決する本発明の第１の態様は、永久磁石が設けられた検体と、永久磁石を介して検体を搬送する搬送路と、搬送路の検体を搬送する面と反対側の面に設けられた複数のコイルと、コイルに電流を流す駆動回路と、を備え、駆動回路は、永久磁石を停止させる位置の直下にある第１のコイルに流す電流によって、永久磁石の垂直方向にかかる力を調整し、第１のコイルに隣接する第２のコイルに流す電流によって、永久磁石の水平方向にかかる力を調整し、永久磁石の停止位置を調整することを特徴とする検体搬送装置である。

【0011】

本発明の第２の態様は、上述した本発明の検体搬送装置を有する検体分析システムである。

【0012】

本発明の第３の態様は、上述した本発明の検体搬送装置を有する検体前処理装置である。

【0013】

本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、検体の停止時の位置精度が高く、停止時の微小な位置を調整可能とした検体搬送装置、検体分析システムおよび検体前処理装置を提供することができる。

【0015】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例１の搬送装置の概略構成を示す斜視図

【図2】実施例１の搬送装置の概略構成を示す断面図

【図3】実施例１の搬送装置の概略構成を示す断面図

【図4】Ｂ位置付近のＺ軸方向に働く力を示すグラフ

【図5】永久磁石をＡ位置からＢ位置に移動させた場合の各位置における推力（Ｘ方向に働く力）を示すグラフ

【図6】実施例２の搬送装置の概略構成を示す断面図

【図7】実施例３の搬送装置の概略構成を示す断面図

【図8】実施例４の搬送装置の概略構成を示す断面図

【図9】実施例４の搬送装置の概略構成を示す断面図

【図10】実施例５の永久磁石１０およびコア２０の形状を示す模式図である。

【図11】実施例６の搬送装置の概略構成を示す断面図

【図12】実施例７の検体搬送装置の概略構成模式図

【図13】実施例８の検体分析システムの概略構成を示す模式図

【図14】実施例９の検体前処理システムの概略構成を示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に本発明の搬送装置、検体分析システムおよび検体前処理装置の実施例を、図面を用いて説明する。

【実施例0018】

図１は実施例１の搬送装置の概略構成を示す斜視図であり、図２および図３は実施例１の搬送装置の概略構成を示す断面図である。図１～３に示すように、本実施例の検体搬送装置１ａは、永久磁石１０が設けられた検体（図示せず）と、永久磁石１０を介して検体を搬送する搬送路１５（図２）と、搬送路１５の検体を搬送する面と反対側の面に設けられた複数のコイルと、コイルに電流を流す駆動回路と（図示せず）とを備える。永久磁石１０は被搬送体である検体の容器等に設けられ、永久磁石１０とともに検体が搬送路１５を移動する。コイルは、磁性体からなるコア２０と、コア２０の外周に巻かれた巻線３０とを有する。

【0019】

図１は、磁性体からなるコア２０の周りに巻線３０を配置したコイルを５つ配置した搬送装置の例である。巻線３０に流した電流により生じる磁極によって、検体に設けられた永久磁石１０を搬送する。つまり、移動したい方向（進行方向）のコア２０に磁極を生じさせ、その磁極によって永久磁石１０を引っ張ることで被搬送体を進行方向に搬送する。本実施例では、５つのコア２０において、被搬送体の永久磁石１０の検体１０を搭載する側と反対側（―Ｚ軸方向側）で磁性体のヨーク４０で磁気的に結合されている。このようにすることで、複数のコア２０を保持することができ、また、コア２０の位置の精度も得られると同時に、永久磁石１０に作用する磁束も大きくできる利点がある。本実施例では、５つのコア２０を十字状に配列しており、永久磁石１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。なお、本実施例のコア２０の数は５つであるが、この数に限定されるわけではない。コア２０を被搬送したい領域に敷き詰めることで、広範囲の搬送を可能にするものである。

【0020】

図１において、永久磁石１０はコア２０のＺ軸方向に、コア２０と対向するように配置され、搬送路上を移動する。永久磁石１０は、進行したい方向の巻線３０に電流を流し、進行したい方向のコア２０に、永久磁石１０の磁極を吸引する磁極を生じさせ、その位置に移動させるものである。本実施例においては、コア２０の永久磁石側に平板状の搬送路１５が配置される。被搬送体に設けられた永久磁石１０は、搬送面の上をすべるように移動する。

【0021】

図３を用いて、永久磁石１０をＸ軸方向にＡ位置からＢ位置に移動し、Ｂ位置に停止させる場合の永久磁石１０の停止方法について説明する。本図では搬送路は図示しない。例えば、Ｂの位置で試薬の滴下や、分注作業のためにロボットなどが検体を保持しようとする場合や、搬送面上で分注や試薬の滴下を行う場合、被搬送体となる検体等の位置がばらつくと検体や試液がこぼれてしまったり、場合によっては、開栓している検体が倒れてしまい、検体が搬送面上にこぼれてしまう場合がある。つまり、搬送面上の位置精度のばらつきによって作業ミスが生じていた。

【0022】

本発明は、コア２０の狙った位置に精度よく検体停止させることを目的としている。Ｂ位置に永久磁石１０を停止させようとした場合、Ｘ方向のＢ位置近傍では、永久磁石１０と、永久磁石１０の直下のコア２０Ｂと吸引力が働く。つまり、永久磁石１０に－Ｚ方向に力が生じる。この－Ｚ方向に生じる力は、永久磁石１０を搬送面に押し付ける力となり、永久磁石１０が移動する際の摩擦力になる。そこで、永久磁石１０の直下のコア２０Ｂに巻かれた巻線３０Ｂに永久磁石１０の磁極に反発する磁極を発生させる電流を流すことで、この－Ｚ方向の力を軽減できる。

【0023】

図４はＢ位置付近のＺ軸方向に働く力を示すグラフである。図４は、巻線３０Ｂに永久磁石１０の磁極に反発する磁極を発生させる電流と永久磁石１０に働くＺ方向の力を示している。反発させる磁極を発生させる電流の増加に伴い、Ｚ方向の力は減少し、おおむね０．３Ａ～０．３５Ａ程度の電流でＺ方向の力を０近くにできる（図４の位置０がＢ位置に永久磁石１０がある場合のＺ方向に働く力）。ここで、巻線３０Ｂに反発する磁極を発生させる電流を流さない場合は、－Ｚ方向に１．７Ｎ以上の力が発生し、これが、永久磁石１０を搬送面に押し付ける摩擦力が発生する。

【0024】

図５は永久磁石をＡ位置からＢ位置に移動させた場合の各位置における推力（Ｘ方向に働く力）を示すグラフである。図５は、巻線３０Ｂに永久磁石１０を吸引させる電流を流した場合の、永久磁石１０のＸ方向の位置がＡ（位置－１．０）からＢ（位置０．０）に移った場合の永久磁石１０に作用するＸ方向の力（推力）を示す。従来の方法は、この目的とする場所に移動停止させようとする場合、永久磁石１０がＡの位置にあれば、コア２０Ｂに吸引する磁極を生じるように、Ｂ位置の巻線３０Ｂに電流を流すことで、Ｂ位置に引き込んで停止させていた。しかし、その場合の推力と位置の特性は、永久磁石１０がＡ位置からＢ位置に行くにしたがって一度は徐々に大きくなっていくが、中間を超えた付近から減少していき、Ｂ位置ではほぼ推力がゼロになる。つまり、永久磁石１０が目標とするＢ位置の近傍に近づくと、Ｘ方向に移動させることのできる推力がほぼ０になってしまう。このため、目標のＢ位置近傍での位置決め精度が悪化する。

【0025】

さらに、図４に示したように、永久磁石１０に働く－Ｚ方向の力は、大きく変化しないため推力に対し、相対的に摩擦力が大きくなり、摩擦力に打ち勝つ推力を発生できなくなるため、Ｂ位置に正確に止めるのが困難であった。また、目標のＢ位置からずれた場所で一度止まってしまうと、静摩擦力が生じ、再度動かすのに十分な推力が発生できないことや、隣接するコアで引き込んだ場合も静摩擦から動摩擦に変化するタイミングで急峻に被搬送体が動くため微小な位置決めが困難であった。

【0026】

そこで、少なくとも２つ以上の、コイルを有し、永久磁石を停止させる位置の永久磁石に対向する位置にある第１のコイル（コア２０Ｂにまかれた第１の巻線３０Ｂ）と、コア２０Ｂにまかれた第１のコイルの巻線３０Ｂと隣り合う第２のコイル（コア２０Ｃに巻かれた巻線３０Ｃ）に電流を流すことにより、第１のコイル（第１の巻線３０Ｂ）により主にＺ方向の力（摩擦力）を調整し、第２のコイル（第２の巻線）３０Ｃにより主にＸ方向の力（推力）を調整することにより、摩擦力の影響を軽減し、位置決めの精度を向上できる。巻線に電流を流すことにより、Ｘ方向およびＺ方向の両方の力が生じるが、永久磁石１０の直下の第１の巻線３０Ｂを励磁した場合、推力＜吸引力であり、第１の巻線３０Ｂに隣り合う第２の巻線３０Ｃを励磁した場合、推力＞吸引力となるため、少なくとも２つの巻線に同時に電流を流すことにより、推力と吸引力を調整することが可能になり、目標の位置で停止させる精度が向上する。

【実施例0027】

図６は実施例２の搬送装置の概略構成を示す断面図である。実施例６の検体搬送装置１ｂの基本的な構成は図１に示した検体搬送装置１ａと同様である。

【0028】

永久磁石１０の目標停止位置となるコア２０ＢのＸ軸方向の中心に対し、永久磁石１０までの距離をｘ１とする。ここで、永久磁石１０の径をＤ、コア２０Ｂの径をｄとする。仮に、停止させようとする位置のコア中心と、永久磁石１０までの距離ｘ１が、永久磁石１０の半径Ｄ／２、コア２０Ｂの半径ｄ／２より短い場合、永久磁石１０とコア２０Ｂが搬送路１５を介して対向する。この対向する面積が大きくなると、－Ｚ方向の力が大きくなる。つまり、永久磁石１０とコア２０Ｂの間の摩擦力が大きくなる。したがって、この範囲で、第１のコイル（コア２０Ｂに巻かれた巻線３０Ｂ）に、永久磁石１０と反発する磁極を発生させることで、摩擦力を低減できる。このとき、永久磁石１０搬送方向の先にある第２のコイルの２０には、永久磁石１０を吸引させる磁極を発生させる、あるいは、永久磁石１０の慣性力によってＸ方向に移送させる。つまり、ｘ１≦（Ｄ／２＋ｄ／２）の区間において、永久磁石の極性と反発する磁束を生じさせる電流を前第１の巻線２０Ｂに流すことにより、摩擦力を軽減でき、位置決めの精度を向上できる。

【0029】

また、永久磁石１０がある速度で移動している際は、Ｘ方向の移動は被搬送体の慣性力で行い、ｘ１≦（Ｄ／２＋ｄ／２）の区間のみで直下の巻線２０Ｂで反発力を発生させ、摩擦力を軽減することも可能である。