(57)【要約】【課題】駆動中のトルクロスを軽減し、部品の長寿命化が可能な回転駆動装置を実現する。【解決手段】第一の被駆動歯車と、前記第一の被駆動歯車の回転軸上に設けられ前記第一の被駆動歯車に加えられた駆動力を外部に伝達する出力軸と、回転軸上に設けた第一の駆動歯車が前記第一の被駆動歯車と噛み合うように配置される第一の駆動源と、前記出力軸を回転駆動する第二の駆動源と、前記第一の駆動歯車に噛み合うように配置され一方向だけに回転する第二の被駆動歯車と、前記第一の駆動源を前記出力軸方向に付勢する付勢器からなり、前記第一の駆動源は、前記第二の駆動源を前記出力軸に伝達する時には前記第一の被駆動歯車と前記第一の駆動歯車の噛み合わせが外れるように前記第二の被駆動歯車の中心軸を中心に前記出力軸と反対方向へ公転移動するように構成する。【選択図】図１
2008240980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の被駆動歯車と、
前記第一の被駆動歯車の回転軸上に設けられ前記第一の被駆動歯車に加えられた駆動力を外部に伝達する出力軸と、
回転軸上に設けた第一の駆動歯車が前記第一の被駆動歯車と噛み合うように配置される第一の駆動源と、
前記出力軸を回転駆動する第二の駆動源と、
前記第一の駆動歯車に噛み合うように配置され一方向だけに回転する第二の被駆動歯車と、
前記第一の駆動源を前記出力軸方向に付勢する付勢器からなり、
前記第一の駆動源は、前記第二の駆動源の駆動力を前記出力軸に伝達する時には前記第一の被駆動歯車と前記第一の駆動歯車の噛み合わせが外れるように前記第二の被駆動歯車の中心軸を中心に前記出力軸と反対方向へ公転移動する、
ことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項２】
第一の被駆動歯車と、
前記第一の被駆動歯車の回転軸上に設けられ前記第一の被駆動歯車に加えられた駆動力を外部に伝達する出力軸と、
回転軸上に設けた第一の駆動歯車が前記第一の被駆動歯車と噛み合うように配置される第一の駆動源と、
回転軸上に設けた第二の駆動歯車が前記第一の被駆動歯車と噛み合うように配置される第ニの駆動源と、
前記第一の駆動歯車に噛み合うように配置され一方向だけに回転する第二の被駆動歯車と、
前記第一の駆動源を前記出力軸方向に付勢する付勢器からなり、
前記第一の駆動源は、前記第二の駆動源の駆動力を前記出力軸に伝達する時には前記第一の被駆動歯車と前記第一の駆動歯車の噛み合わせが外れるように前記第二の被駆動歯車の中心軸を中心に前記出力軸と反対方向へ公転移動する、
ことを特徴とする回転駆動装置。
【請求項３】
前記第一の駆動源は、前記公転移動する際には前記第二の被駆動歯車が回転しない方向へ前記第一の駆動歯車を回転させ、前記第一の駆動源の駆動力を用いて移動する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転駆動装置。
【請求項４】
前記第一の駆動源は減速機構を備える、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転駆動装置。
【請求項５】
前記第一の駆動源は、前記公転移動の際に前記付勢器の付勢力以上の駆動力を発生させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の回転駆動装置。
【請求項６】
前記第一の駆動源としてパルス信号印加よって決められたステップ単位で回転するモータを用い、
前記第二の駆動源として直流電力印加によって回転するモータを用いる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転駆動装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置を用いた分析装置であって、
試料容器を保持し回転させるために前記回転駆動装置の出力軸上に配置されたロータからなる、
ことを特徴とする分析装置。
【請求項８】
前記試料容器内の試料の遠心分離を行うために前記ロータを回転させる際には前記回転駆動装置の第二の駆動源を用い、
前記試料容器の位置決めを行うために前記ロータを回転させる際には前記回転駆動装置の第一の駆動源を用いる、
ことを特徴とする請求項７に記載の分析装置。
【請求項９】
前記第一の駆動源としてパルス信号印加よって決められたステップ単位で回転するモータを用い、
前記第二の駆動源として直流電力印加によって回転するモータを用いる、
ことを特徴とする請求項８に記載の分析装置。
【請求項１０】
前記試料容器に光を照射する光源と、
前記試料容器に照射した光の透過光あるいは反射光を検出する光検出器をさらに備え、
前記第二の駆動源によりロータを回転させることで、
光源から出射した光を試料上で走査させる、
ことを特徴とする請求項７に記載の分析装置。
【請求項１１】
前記試料容器に光を照射する光源と、
前記試料容器に照射した光の透過光あるいは反射光を検出する光検出器をさらに備え、
前記第一の駆動源によりロータを回転させることで、
光源から出射した光を試料容器の所定位置に位置決めする、
ことを特徴とする請求項７に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転駆動装置および回転駆動装置を用いた分析装置に関するものであり、特に、複数の駆動源を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特性の異なる２つの駆動源を有する回転駆動装置は、出力軸に両方の駆動源が連結されている場合、一方の駆動源にて駆動する際には他方の駆動源が従動回転するため、駆動トルクのロスが発生する。
【０００３】
従来の回転駆動装置は、第一の駆動源と出力軸の間にワンウェイクラッチ手段を設け、第二の駆動源にて駆動する際にはワンウェイクラッチが空転して第一の駆動源には回転力が伝わらないように構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、特許文献１に開示された従来の回転駆動装置の模式図であり、図４中の（ａ）は第一の駆動源による駆動時、（ｂ）は第二の駆動源による駆動時の状態を示す。また、図中の実線矢印は駆動回転方向を、破線矢印は従動回転方向を表す。以下、文中の回転方向表記は図の上方向から見た回転方向とする。
【０００５】
図４において、１は第一の駆動源、２は第二の駆動源、３は出力軸であり、出力軸３は第二の駆動源２の駆動軸を兼ねている。一方、出力軸３の他端にはワンウェイクラッチ５を介してプーリ７ｂが設けられ、第一の駆動源１の駆動軸に設けられたプーリ７ａとベルト８で連結されている。このとき、ワンウェイクラッチ５は、プーリ７ｂを時計方向に駆動したときに駆動力が伝達され、反時計方向に駆動したときには空転する（逆に、駆動軸３を駆動した場合は、時計方向に駆動したときに空転し、反時計方向に駆動したときにはプーリ７ｂに駆動力を伝達する）方向に取り付けられている。
【０００６】
図４（ａ）において、第一の駆動源１による駆動時には、第一の駆動源１の駆動力はプーリ７ａ、ベルト８を介してプーリ７ｂに伝達される。このとき、プーリ７ｂはワンウェイクラッチ５内のローラ（図示せず）が噛合う方向に回転するため、駆動力は第二の駆動源２の駆動軸を兼ねた出力軸３にそのまま伝達される。
【０００７】
図４（ｂ）において、第二の駆動源２の駆動軸は出力軸３を兼ねているため、第二の駆動源２による駆動時には、駆動力は直接出力軸３に出力される。一方、このとき、ワンウェイクラッチ５は内部のローラの噛合いがはずれて空転し、プーリ７には駆動力が伝達されない。
【０００８】
以上のように、第二の駆動源２による駆動の際の第一の駆動源１の従動回転を防止している。
【特許文献１】特開１９９９−３０１８２号公報（第５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成では、第二の駆動源２にて駆動する際にはワンウェイクラッチ５により第一の駆動源１との連結状態を切断するため駆動トルクのロスをある程度軽減することができるが、第二の駆動源２により出力軸を高速駆動しているときにはワンウェイクラッチ５自体の空転トルクによるトルクロスが無視できない場合がある。また、ワンウェイクラッチ５が空転状態のまま高速で長時間回転させることは、ワンウェイクラッチ５の内部部品（ローラなど）の摩耗を早めることになる。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、第二の駆動源により出力軸を高速駆動しているときでも駆動トルクのロスが発生せず、かつ部品の長寿命化が可能な回転駆動装置および分析装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第１の回転駆動装置は、第一の被駆動歯車と、前記第一の被駆動歯車の回転軸上に設けられ前記第一の被駆動歯車に加えられた駆動力を外部に伝達する出力軸と、回転軸上に設けた第一の駆動歯車が前記第一の被駆動歯車と噛み合うように配置される第一の駆動源と、前記出力軸を回転駆動する第二の駆動源と、前記第一の駆動歯車に噛み合うように配置され一方向だけに回転する第二の被駆動歯車と、前記第一の駆動源を前記出力軸方向に付勢する付勢器からなり、前記第一の駆動源は、前記第二の駆動源を前記出力軸に伝達する時には前記第一の被駆動歯車と前記第一の駆動歯車の噛み合わせが外れるように前記第二の被駆動歯車の中心軸を中心に前記出力軸と反対方向へ公転移動することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の回転駆動装置は、第一の被駆動歯車と、前記第一の被駆動歯車の回転軸上に設けられ前記第一の被駆動歯車に加えられた駆動力を外部に伝達する出力軸と、回転軸上に設けた第一の駆動歯車が前記第一の被駆動歯車と噛み合うように配置される第一の駆動源と、回転軸上に設けた第二の駆動歯車が前記第一の被駆動歯車と噛み合うように配置される第ニの駆動源と、前記第一の駆動歯車に噛み合うように配置され一方向だけに回転する第二の被駆動歯車と、前記第一の駆動源を前記出力軸方向に付勢する付勢器からなり、前記第一の駆動源が、前記第二の駆動源の駆動力を前記出力軸に伝達する時には前記第一の被駆動歯車と前記第一の駆動歯車の噛み合わせが外れるように前記第二の被駆動歯車の中心軸を中心に前記出力軸と反対方向へ公転移動することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の第３の回転駆動装置は、前記第一の駆動源が、前記公転移動する際には前記第二の被駆動歯車が回転しない方向へ前記第一の駆動歯車を回転させ、前記第一の駆動源の駆動力を用いて移動することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の第４の回転駆動装置は、前記第一の駆動源が減速機構を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の第５の回転駆動装置は、前記第一の駆動源が、前記公転移動の際に前記付勢器の付勢力以上の駆動力を発生させることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の第６の回転駆動装置は、前記第一の駆動源としてパルス信号印加よって決められたステップ単位で回転するモータを用い、前記第二の駆動源として直流電力印加によって回転するモータを用いることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の第１の分析装置は、前記回転駆動装置を用いた分析装置であって、試料容器を保持し回転させるために前記回転駆動装置の出力軸上に配置されたロータからなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の第２の分析装置は、前記試料容器内の試料の遠心分離を行うためにロータを回転させる際には前記回転駆動装置の第二の駆動源を用い、前記試料容器の位置決めを行うためにロータを回転させる際には前記回転駆動装置の第一の駆動源を用いることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の第３の分析装置は、前記第一の駆動源としてパルス信号印加よって決められたステップ単位で回転するモータを用い、前記第二の駆動源として直流電力印加によって回転するモータを用いることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の第４の分析装置は、前記試料容器に光を照射する光源と、前記試料容器に照射した光の透過光あるいは反射光を検出する光検出器をさらに備え、前記第二の駆動源により前記ロータを回転させることで、光源から出射した光を試料上で走査させることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の第５の分析装置は、前記試料容器に光を照射する光源と、前記試料容器に照射した光の透過光あるいは反射光を検出する光検出器をさらに備え、前記第一の駆動源により前記ロータを回転させることで、光源から出射した光を試料容器の所定位置に位置決めすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第二の駆動源により出力軸を駆動しているときには、第一の駆動源の駆動歯車と出力軸の被駆動歯車の噛合いが外れるようにしたため、ワンウェイクラッチの空転トルクによるトルクロスが回避できるとともに、ワンウェイクラッチの内部部品の摩耗を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態における回転駆動装置及び回転駆動装置を用いた分析装置を図面とともに詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における回転駆動装置１０００の構成の一例を示した図である。図１中、（ａ）は第一の駆動源正転時、（ｂ）は第一の駆動源逆転時の動作状態を表す。
【００２５】
図１において、第一の駆動源１の回転軸には駆動歯車１００が設けられ、出力軸上に設けられた第一の被駆動歯車３００に駆動力を伝達することで駆動力を出力する。また、駆動歯車１００には、同時に第二の被駆動歯車４００が噛合っており、第一の駆動源１はレバー部材６により第二の被駆動歯車４００の回転軸を中心に回動自在に支持され、かつ付勢器４は駆動歯車１００を第一の被駆動歯車３００の方へ付勢している。第二の被駆動歯車４００は、内部にワンウェイクラッチ５が内蔵されており、片方向に駆動されたときのみ回転力を伝え、逆方向に駆動されたときには空転するようになっている。
【００２６】
図１（ａ）において、第一の駆動源１による駆動中には、第一の駆動源１の駆動力により駆動歯車１００が反時計方向に回転し、駆動歯車１００と噛合う第一の被駆動歯車３００は時計方向に回転する。このとき、ワンウェイクラッチ５内部のローラ（図示せず）は開放状態となるためワンウェイクラッチ５は空転状態となり、駆動歯車１００と噛合う第二の被駆動歯車４００は従動回転する。
【００２７】
駆動歯車１００が第一の被駆動歯車３００に駆動力を伝達しているときには、伝達トルクと、歯車の圧力角と、歯車の位置関係とで決まる力が駆動歯車１００の回動方向に働くので、付勢器４は、この力より大なる付勢力を発生させる必要がある。図２は、駆動歯車１００が第一の被駆動歯車３００に駆動力を伝達しているときに、駆動歯車１００に働く力を示す略図である。ここで、駆動歯車１００のピッチ円半径をＲ、圧力角をα、伝達トルクをＴとすると、駆動歯車１００の歯面に発生する力Ｆｎは、
Ｆｎ＝Ｔ／Ｒ
であり、Ｆｎは接線力Ｆｒと半径方向力Ｆｕに分解され、半径方向力Ｆｕは、
Ｆｕ＝Ｆｎ・ｃｏｓα
＝Ｔ／Ｒ・ｃｏｓα
駆動歯車１００が駆動中、歯の逃げにより噛合いが外れないために必要な付勢力Ｆは、
Ｆ＝Ｆｕ・（Ｘ１／Ｘ２）
＝Ｔ／Ｒ（Ｘ１／Ｘ２）ｃｏｓα
となり、付勢器４は上記Ｆ以上の付勢力を発生させればよいことになる。
【００２８】
次に、図１（ｂ）において、第一の駆動源１を時計方向に回転させると、ワンウェイクラッチ５内部のローラが噛合い状態となり、ワンウェイクラッチ５がロックし、駆動歯車１００の回転により、第一の駆動源１及び駆動歯車１００は第二の被駆動歯車４００の周りを図中破線矢印のように公転運動することで、駆動歯車１００と第一の被駆動歯車３００の噛合いが外れる。この状態で第二の駆動源２を回転させれば、第一の駆動源１及びワンウェイクラッチ５との接続が完全に絶たれた状態で出力軸３に駆動力を伝達することができる。なお、上記動作のためには第一の駆動源１は、付勢器４の付勢力よりも大なる駆動力を発生することが必要である。
【００２９】
ここで、第一の駆動源１にパルス信号印加よって決められたステップ単位で回転するいわゆるステッピングモータを用いて低速の位置決め回転駆動を行い、第二の駆動源２に直流電力印加によって回転するいわゆるＤＣモータを用いて高速回転駆動を行うように構成すれば、第二の駆動源２による高速回転駆動時のワンウェイクラッチ５の空転トルクによるトルクロスを回避することが可能となる。一方、第一の駆動源１による低速駆動時には、第二の被駆動歯車４００、第二の駆動源２が従動回転することになるが、回転数が低いためトルクロスが問題となることはない。
【００３０】
また、第一の駆動源１の内部に減速機構を設けることで、位置決め回転時の位置決め分解能が改善され、駆動トルクが増大すると同時に、第一の駆動源の保持トルクが増大するので、付勢器４による付勢力よりも第一の駆動源１の保持トルクが十分大きくなるように減速比を設定すれば、駆動歯車１００と第一の被駆動歯車３００の噛合いが外れた状態で、第一の駆動源１の駆動力を切っても、噛合いが外れた状態を保持することが可能となる。
【００３１】
第一の駆動源１の内部に減速機構を設けない場合や、付勢器４の付勢力よりも第一の駆動源１の保持トルクが小さい場合は、駆動歯車１００と第一の被駆動歯車３００の噛合いが外れた状態を保持する際には、第一の駆動源１に、付勢器４の付勢力に相当する駆動力を発生させるように構成すればよい。
【００３２】
また、再度第一の駆動源１にて駆動するために駆動歯車１００を第一の被駆動歯車３００と噛合う位置まで復帰させるときには、第一の駆動源１を再度反時計方向に回転させる。そうすれば、付勢力と対抗していた第一の駆動源１にかかる力がなくなるため、駆動歯車１００が付勢力によって第二の被駆動歯車４００の周りを先程とは逆方向に公転運動して第一の被駆動歯車３００と噛合う。このとき、第一の駆動源１の保持トルクが付勢器４の付勢力よりも小さい場合には、駆動歯車１００と第一の被駆動歯車３００との噛合いが外れた状態を保持するために第一の駆動源１に発生させていた駆動力を解除するだけで付勢器４の付勢力により復帰できる。復帰した際の歯車の噛み合わせは、出力軸３あるいは駆動歯車１００が回転した際に付勢力によって噛み合わされる。
【００３３】
なお、ここでは、第二の駆動源２の駆動力が歯車を介して出力軸３に伝達される構成について示したが、第二の駆動源２の回転軸と出力軸３とを直結させたり、ベルトを用いるなど、他の伝達機構を用いても良い。
【００３４】
このような回転駆動装置１０００によれば、第二の駆動源２による駆動中には第一の駆動源１の駆動歯車１００と第一の被駆動歯車３００の噛合いがはずれるように構成することにより、ワンウェイクラッチの空転トルクによる駆動トルクロスを軽減するとともに、長時間の空転動作によるワンウェイクラッチ内部部品の摩耗を軽減し、簡便な機構にて高効率で長寿命の回転駆動装置を提供することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、回転駆動装置１０００を用いた分析装置２０００の構成について説明する。図３は本発明の第２の実施形態における分析装置２０００の構成の一例を示した図である。図３において、試料容器１１を回転させるためのロータ１０は、出力軸３上に設けられ、回転駆動装置１０００により回転するように構成されている。また、試料の状態を光学的に検出するため、ロータ１０の上下に光源１２と光検出器１３とが設けられている。
【００３６】
例えば、血液を遠心分離により血漿と血球に分離し、分離した血漿成分と試薬を反応させてその反応状態を検出することで血液中の特定の成分の濃度を測定する分析装置の場合、遠心分離の際にはロータ１０を高速で回転させる必要があり、試料容器１１の装着や取り出し時にはロータ１０を位置決めして停止させる必要があるので、第一の駆動源１により低速の位置決め回転駆動、第二の駆動源２により高速回転駆動を行うことで効率の良い分析が可能となる。
【００３７】
一般に、パルス信号印加よって決められたステップ単位で回転するいわゆるステッピングモータは位置決め回転に適しており、直流電力印加によって回転するいわゆるＤＣモータは高速回転に適しているので、第一の駆動源１としてステッピングモータ、第二の駆動源２にＤＣモータを用いることが推奨される。
【００３８】
試料の状態を光学的に検出する際には、光源１２から出射した光を、試料容器１１内の試料（図示せず）に照射し、その透過光を光検出器１３で検出することで行う。例えば、試料容器内に血液中の特定の成分と反応して呈色する試薬を担持しておき、遠心分離が終了した血液中の血漿と前記試薬を反応させ、光源１２からの出射光を、試薬と反応した試料に照射し、その透過光量を光検出器１３で検出することにより、血液中の特定の成分の濃度を測定することができる。このとき、ロータ１０を回転させながら検出を行う方法と、ロータ１０を停止して検出する方法とがある。ロータ１０を回転させながら検出する方法は、試料容器１１内の複数の試料を同時に分析する場合などに適しており、ロータ１０を停止して検出する方法は、試料容器１１内の１つの試料の状態の経時変化を連続的に測定する場合などに適している。そこで、ロータ１０を回転させながら検出する場合は検出時に第二の駆動源２にてロータ１０を駆動して光源１２から出射した光を試料上で走査させ、ロータ１０を停止させて検出する場合は検出時に第一の駆動源１にてロータ１０を回転させることにより、光源１２から出射した光を試料上で位置決めするのがよい。
【００３９】
第一の駆動源１としてステッピングモータを用いてロータ１０を回転駆動する際には、ステッピングモータの印加パルス数をカウントすることによりロータ１０の回転角度をオープンループ制御できるが、位置決め回転のためにはロータ１０の回転角度の原点を認識しておく必要があり、このために、別途原点検出用のセンサを設けて検出する（例えば、ロータ１０の原点に対応する位置に反射部材を貼付してその位置を反射型光センサで検出する）などの方法が利用できる。また、試料容器１１の一部に原点検出用の穴を設けておき、ロータ１０の回転中に、光源１２から出射した光が上記穴を横切ったことを光検出器１３にて検出することにより原点位置を検出するようにすれば、原点の検出のために別途センサを設ける必要がなく、装置構成が簡略化できる。
【００４０】
なお、ここでは、光源１２から出射した光が試料容器１１内の試料を透過したときの透過光を光検出器１３により検出する方法について示したが、試料容器内１１内に反射部材を設けて反射光を検出するように構成してもよい。
【００４１】
このような分析装置２０００によれば、回転駆動装置１０００を用いてロータ１０の回転駆動を行うことにより、簡便な機構にて回転駆動装置１０００のトルクロスを軽減し、部品の超寿命化が可能となり、安価で長寿命の分析装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明は、駆動中のトルクロスを軽減し、部品の長寿命化も図ることが可能であり、高速回転と位置決め回転が必要な回転駆動装置、分析装置等に有用である。また、遠心分離などの高速回転処理と、光学的分析などの位置決め回転処理が必要な分析装置等を簡便な機構にて実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態における回転駆動装置の構成の一例を示した図
【図２】本発明の第１の実施形態における駆動歯車に働く力を示す略図
【図３】本発明の第２の実施形態における分析装置の構成の一例を示した図
【図４】従来の回転駆動装置の模式図
【符号の説明】
【００４４】
１  第一の駆動源
２  第二の駆動源
３  出力軸
４  付勢器
５  ワンウェイクラッチ
６  レバー部材
７ａ、７ｂ  プーリ
８  ベルト
１０  ロータ
１１  試料容器
１２  光源
１３  光検出器
１００  駆動歯車
３００  第一の被駆動歯車
４００  第二の被駆動歯車
１０００  回転駆動装置
２０００  分析装置
【図１】
2008240980.tif 000003
【図２】
2008240980.tif 000004
【図３】
2008240980.tif 000005
【図４】
2008240980.tif 000006