JP2001000171A - インキュベータ - Google Patents

インキュベータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部の環境条件を均一に維持することがで
き、信頼性に優れたインキュベータを提供することを目
的とする。 【解決手段】 筐体２の内部の空間Ｓ１内に試料を収容
したプレート６を複数個載置する試料棚１０と一体的に
回転する回転体１７を昇降部材１８に回転自在に保持す
る昇降部材１８をＺ軸モータ２５によって回転駆動され
る送りねじ１３によって昇降させ、回転体１７をＲ軸モ
ータ２０によって回転駆動されるスプライン軸１５を介
して回転させることにより、試料棚１０を空間Ｓ１内で
移動させる。プレート６の位置決めを目的として行われ
る位置決め動作と空間Ｓ１内の雰囲気を撹拌するための
撹拌動作とを選択的に行うことが可能となっており、撹
拌動作によりインキュベータ内部の環境条件を均一に維
持することができ、生化学処理の信頼性を確保すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生化学分野等にお
いて、細胞や微生物などの培養に使用されるインキュベ
ータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】微生物や細胞などの培養や、生化学反応
などの生化学処理に用いられる装置としてインキュベー
タが知られている。インキュベータは、培養や試験の対
象となる試料を収納する収納庫に、内部の温度や湿度な
どの環境条件を維持する機能を備えたものである。一般
に同一環境条件下で多数の試料を対象として処理を行う
ため、インキュベータには多数の試料が収納される。こ
れらの試料は均一な環境条件下におかれる必要があるた
め、従来は収納庫内に内部の温度や湿度の偏りを均一に
するための送風装置などの空気撹拌手段が設けられてい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来用い
られていた送風による撹拌は、同一体積の収納庫内にで
きるだけ多数の試料を収納するために多段の試料棚を備
えた構成のインキュベータに対しては、充分な撹拌効果
を得ることが出来なかった。単純な送風ファンによる通
風効果は、細かい隙間の内部には及びにくいからであ
る。このため、従来のインキュベータには内部の環境条
件を均一に維持することが困難で、生化学処理の信頼性
が確保されないという問題点があった。
【０００４】そこで本発明は、内部の環境条件を均一に
維持することができ、信頼性に優れたインキュベータを
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のインキュ
ベータは、収納庫内に移動可能に設けられた試料棚と、
この試料棚を移動させる移動手段と、この移動手段を制
御する移動手段を有し、この制御手段は前記試料棚を所
定位置に位置決めする位置決め動作と試料棚を移動させ
て収納庫内の雰囲気を撹拌して均一にする撹拌動作とを
選択的に行わせる。
【０００６】本発明によれば、試料棚を移動させて収納
庫内の雰囲気を撹拌して均一にする撹拌動作を行わせる
ことにより、複雑な形状の多数の試料棚を有する場合に
おいてもインキュベータ内部の環境条件を均一に維持す
ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１、図２は本発明の一実施の形態
のインキュベータの平断面図、図３は同インキュベータ
の側断面図、図４は同インキュベータの内部透視図、図
５は同インキュベータの制御系の構成を示すブロック図
である。
【０００８】まず図１、図２を参照してインキュベータ
の内部構造について説明する。図１において、インキュ
ベータ１の外形は断熱壁の筐体２から構成される。筐体
２はウォータジャケット（図示省略）を内蔵しており、
環境コントロール部である環境コントローラ（図外）に
よって筐体２の内部の温度や湿度、二酸化炭素濃度など
の環境条件を所定の条件に維持するようになっている。
【０００９】筐体２の前面には第１開口部２ａが設けら
れ、第１開口部２ａは第１の扉である扉３によって開閉
自在となっている。また筐体２の側面には第２開口部２
ｂが設けられている。第２開口部２ｂは試料を収容した
容器であるプレート６が少なくとも１個通過できる大き
さとなっており、プレート出し入れ口として用いられ
る。第２開口部２ｂには上下方向に開閉自在の第２の扉
であるシャッタ５が設けられている。シャッタ５は駆動
手段であるシリンダ９（図５参照）によって上下方向に
自動的に開閉する。図３は扉３が開放されて第１開口部
２ａが開けられ、第２開口部２ｂがシャッタ５により閉
じられた状態を示している。７は容器６を搬送する搬送
手段であり、分注装置（図示せず）との間で必要な容器
を第２開口部２ｂを通して搬送する。
【００１０】次に、図３および図４を用いて筐体２の内
部構造について説明する。筐体２内には円形の試料テー
ブル１１を複数段連結した試料棚１０が配設されてい
る。図１に示すように、試料テーブル１１は中心部に円
孔１１ａが設けられた円環部材であり、試料テーブル１
１の上面には、プレート６を載置するための複数（本実
施の形態１では１２）の載置部１１ｂが放射状に配置さ
れている。各載置部１１ｂにはプレート６が載置され
る。載置部１１ｂにはそれぞれ異なる番号が付されてお
り、人や制御部によって特定の載置部１１ｂを識別でき
るようになっている。
【００１１】図３（図１のＡ−Ｂ−Ｃ断面を示してい
る）および図４に示すように、筐体２内は水平な隔壁１
９によって２つの空間Ｓ１，Ｓ２に仕切られている。隔
壁１９より下の第１の空間Ｓ１は、生化学処理対象の試
料を制御された環境下で収納する収納庫となっており、
隔壁１９より上の第２の空間Ｓ２は第１の空間Ｓ１内に
配設される試料棚１０を駆動する駆動機構が配設された
動力室となっている。なお第２の空間Ｓ２は密閉する必
要はなく、上方および四方の壁を完全になくした開放さ
れた空間であってもよい。
【００１２】試料棚１０は複数の試料テーブル１１を連
結部材１６によって上下に連結して構成されており、最
上段の試料テーブル１１は昇降部材１８に回転自在に支
持された回転体１７に連結部材１６を介して結合されて
いる。回転体１７には垂直に配置されたスプライン軸１
５が摺動自在に挿通しており、スプライン軸１５の下端
部は筐体２の底面に設けられた軸受け２１によって支持
されている。スプライン軸１５の上部は、隔壁１９に設
けられた軸孔内に取り付けられた軸受け１９ａに軸支さ
れて第２の空間Ｓ２に突出しており、スプライン軸１５
の上端部にはプーリ２４が結合されている。
【００１３】隔壁１９の上面に配設されたＲ軸モータ２
０にはプーリ２２が結合され、プーリ２２とプーリ２４
にはベルト２３が調帯されている。Ｒ軸モータ２０を駆
動することによりスプライン軸１５が回転し、この回転
が回転体１７に伝達されることにより試料棚１０はスプ
ライン軸１５とともに回転運動を行う。したがって、Ｒ
軸モータ２０、プーリ２２、ベルト２３、プーリ２４は
スプライン軸１５を回転させることにより試料棚１０を
回転させる回転駆動手段となっている。
【００１４】昇降部材１８の対角位置の２ヶ所には２つ
のナット１４（図３では１個のみ図示）が結合されてお
り、２つのナット１４には送りねじ１３が上下方向に螺
入している。隔壁１９に設けられた軸孔内に取り付けら
れた軸受け１９ｂに軸支されて空間Ｓ２に突出してお
り、送りねじ１３の上端部にはプーリ２８が結合されて
いる。隔壁１９上に配設されたＺ軸モータ２５にはプー
リ２７が結合されており、プーリ２７とプーリ２８には
ベルト２９が調帯されている。
【００１５】昇降部材１８には２本のスライドガイド１
２（図１参照）に摺動自在な状態で係合するスライダ１
２ａ（図４では１個のみ図示）が取り付けられており、
昇降部材１８の昇降動作をこのスライドガイド１２とス
ライダ１２ａとで案内する。モータ２５を駆動すること
により送りねじ１３が回転し、昇降部材１８は昇降動作
を行う。したがって、Ｚ軸モータ２５、プーリ２７、プ
ーリ２８、ベルト２９は送りねじ１３を回転させる昇降
駆動手段となっている。
【００１６】すなわち上記構成は、隔壁１９に設けられ
た軸受け１９ａ，１９ｂを介してスプライン軸１５およ
び送りねじ１３を回転駆動手段および昇降駆動手段とそ
れぞれ結合した構成となっている。これにより、一般に
高温多湿な雰囲気にある第１の空間Ｓ１と分離された第
２の空間Ｓ２内に駆動機構を配置することが可能とな
り、モータなどの駆動機構を高温多湿の環境から隔離・
保護することができる。
【００１７】昇降部材１８の昇降に伴って、試料棚１０
も同様に昇降するが、このときスプライン軸１５によっ
て試料棚１０は上下方向のどの位置にあっても回転可能
なので、試料棚１０は回転動作と昇降動作を組み合わせ
た移動動作を行うことができる。前記回転駆動手段およ
び昇降駆動手段は、試料棚１０を移動させる移動手段を
構成している。この移動動作において、Ｒ軸モータ２
０、Ｚ軸モータ２５に備えられたエンコーダから発生さ
れるパルス信号をカウントすることにより、各載置部１
１ｂの現在位置が特定される。
【００１８】次に図５を参照してインキュベータ１の制
御系について説明する。シリンダ駆動部４０は、プレー
ト出し入れ口４を開閉するシャッタ５を上下動するシリ
ンダ９を駆動する。モータ駆動部４１は、試料棚１０を
回転させるＲ軸モータ２０および昇降部材１８を昇降さ
せるＺ軸モータ２５を駆動する。２０ａはＲ軸モータ２
０に内蔵されたエンコーダであり、Ｒ軸モータ２０の回
転軸の回転をパルス信号として出力する。このパルス信
号は、Ｒ軸カウンタ２０ｂによって計数される。２５ａ
はＺ軸モータ２５に内蔵されたエンコーダであり、Ｚ軸
モータ２５の回転軸の回転をパルス信号として出力す
る。このパルス信号は、Ｚ軸カウンタ２５ｂによって計
数される。
【００１９】Ｒ軸カウンタ２０ｂおよびＺ軸カウンタ２
５ｂの計数値は、載置部１１ｂの位置を特定する情報と
して参照される。本実施の形態では、Ｒ軸エンコーダ２
０ａ、Ｒ軸カウンタ２０ｂ、Ｚ軸エンコーダ２５ａ、Ｚ
軸カウンタ２５ｂが試料棚の位置検出手段となってい
る。なお、位置検出手段としては、モータに内蔵された
エンコーダ以外に試料棚１０の位置を直接検出できるも
のや、試料棚１０の動作を検出してパルス信号を出力す
る検出器などを使用することもできる。
【００２０】環境コントローラ４２は筐体２内部の温度
や湿度、二酸化炭素ガス濃度などの環境条件を保持す
る。通信部４３は、上記インキュベータ１側の各部の制
御に必要な信号の授受を行う。ここで制御部５０は、イ
ンキュベータ１と組み合わせて使用される図外の分注装
置に設けられており、分注装置の通信部５３を介して信
号の授受を行うインキュベータ１の通信部４３経由でイ
ンキュベータ１の各部の動作制御を行う。
【００２１】制御部５０はシリンダ駆動部４０に扉開閉
動作の指令を行い、試料載置部１１ｂ上のプレート６を
インキュベータ１の外部へ搬出する際にプレート出し入
れ口４を開閉する。また制御部５０はＲ軸カウンタ２０
ｂおよびＺ軸カウンタ２５ｂの計数値を参照して載置部
１１ｂの位置（例えば第２開口部２ｂの前に位置してい
る載置部の番号）を特定する。そして制御部５０はモー
タ駆動部４１に対して試料棚１０の位置決め指令もしく
は撹拌動作の指令を行う。
【００２２】すなわちモータ駆動部４１を制御すること
により、任意の載置部１１ｂを所定位置に位置決めする
位置決め動作を行わせ、また回転棚１０に昇降動作と回
転動作を組み合わせた撹拌動作を行わせることができ
る。この撹拌動作は位置決め目的以外の目的、すなわち
インキュベータ１の環境制御室である第１の空間Ｓ１の
内部雰囲気を撹拌して温度や湿度を均一にすることを目
的として回転棚１０に昇降および又は回転の動作を行わ
せるものであり、制御部５０からの指令により位置決め
動作と選択的に行われる。したがって、制御部５０は試
料棚１０を移動させる移動手段を制御する制御手段とな
っている。
【００２３】このインキュベータは上記のように構成さ
れており、以下動作について説明する。まず生化学処理
作業の開始に先立って、インキュベータ１内部へのプレ
ート６のセッティングが行われる。このセッティング作
業においては、所定の試料を収容したプレート６を試料
テーブル１１の所定の載置部１１ｂに載置する作業が行
われるが、このとき扉３を開いて第１開口部２ａを開放
した状態で作業を行うことができるので、広い開口範囲
が確保され作業性よく多数のプレートを所定の位置に載
置することができる。また、筐体２内部の清掃や保守点
検などのメンテナンス時においても同様に良好な作業性
が確保される。
【００２４】次にセッティング完了後、扉３を閉鎖して
環境コントローラ４２を作動させる。これにより、筐体
２の内部の環境条件は所定の条件に保たれる。この後、
分注装置（図示せず）のアッセイプログラムに従って生
化学処理が行われる。この処理の過程において、所定の
培養時間が経過したプレート６を搬送手段７によってイ
ンキュベータ１から取り出し、分析や分注などの諸操作
を分注装置等で行った後に、再び搬送手段７によってイ
ンキュベータ１内に戻し入れる動作が繰り返される。
【００２５】このときのプレート６の出し入れは、イン
キュベータ１と外部とを隔てる側壁に設けられた第２開
口部２ｂを介して行われる。第２開口部２ｂは、プレー
ト６が通過できるだけの小さな開口寸法となっており、
しかもプレート６の出し入れの必要時のみ制御部５０か
らの指令によって第２開口部２ｂを塞ぐシャッタ５を自
動的に開くようになっているため、内部環境気体が外部
に流出したり、外気がインキュベータ１内部に流入する
ことによる環境条件の撹乱を最小限に抑制することがで
きる。
【００２６】したがって、プレート６の出し入れの度に
扉３を開放する従来のインキュベータと比較して、内部
の環境条件の変動はきわめて小さく、安定した信頼性の
高い生化学処理品質を保つことができる。なお上記実施
の形態では、第２開口部２ｂを筐体２の側面に形成した
例を説明したが、第２開口部は扉３に形成しても良い。
【００２７】生化学処理を継続する過程において、所定
のタイミングで回転棚１０を移動させてインキュベータ
内部の雰囲気を撹拌する撹拌動作が行われる。この撹拌
動作は、試料棚１０に回転・昇降を組み合わせた動作を
行わせるものであり、この撹拌動作を行うことにより、
多数の試料テーブル１１を組み合わせた複雑な形状の試
料棚１０を備えたインキュベータ１においても、各試料
テーブル１１間の隙間内部を含めてインキュベータ内部
の雰囲気気体を満遍なく撹拌することができ、従来の通
風ファンなどを用いた方法と比較して格段の内部撹拌効
果を得ることができる。したがって、大量の試料を同時
に収容する場合においても各試料間の処理条件にばらつ
きが発生しない。
【００２８】なお、上記実施の形態においては、円形の
試料テーブルを連結した形態の試料棚を回転・昇降させ
ることにより試料棚の移動を行う例を示しているが、本
発明はこれに限定されず、例えば試料棚の構成は単純な
多段棚状のものなど、試料を収容した容器が載置できる
ものであればよい。また、試料棚の移動手段も、回転・
昇降動作を行うもの以外の、例えば直交座標ロボットや
多関節ロボットによる動作などを用いたものであっても
よい。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、試料棚を移動させて収
納庫内の雰囲気を撹拌して均一にする撹拌動作を行わせ
るようにしたので、複雑な形状の多数の試料棚を有する
場合においてもインキュベータ内部の環境条件を均一に
維持することができ、生化学処理の信頼性を確保するこ
とができる。この撹拌動作は、試料棚の位置決めに用い
られる駆動手段を用いて行われるため、専用の撹拌手段
を設ける必要がない。したがってインキュベータの構造
を簡素化でき、コスト削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインキュベータの平断
面図
【図２】本発明の一実施の形態のインキュベータの平断
面図
【図３】本発明の一実施の形態のインキュベータの側断
面図
【図４】本発明の一実施の形態のインキュベータの内部
透視図
【図５】本発明の一実施の形態のインキュベータの制御
系の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ インキュベータ ２ 筐体 ２ａ 第１開口部 ２ｂ 第２開口部 ３ 扉 ５ シャッタ ６ プレート １０ 試料棚 １１ 試料テーブル １３ 送りねじ １４ ナット １５ スプライン １７ 回転体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】収納庫内に移動可能に設けられた試料棚
    と、この試料棚を移動させる移動手段と、この移動手段
    を制御する制御手段を備え、この制御手段は前記試料棚
    を所定位置に位置決めする位置決め動作と試料棚を移動
    させて収納庫内の雰囲気を撹拌して均一にする撹拌動作
    とを選択的に行わせることを特徴とするインキュベー
    タ。
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