JP2010148418A - 恒温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の恒温装置において、容器内の試料を攪拌する振動発生手段がカム機構によるものであり、カム機構を動作させる駆動源に大きな出力を要するものが必要となる。このため、恒温装置全体の大きさが非常に大型かつ複雑になるという課題があった。
【解決手段】本発明の恒温装置は、駆動源と駆動源の可動部に取り付けられる偏心おもりとからなる振動発生手段を弾性部材を介して基板上に備えることにより、駆動部には編心おもりを回転させる負荷だけがかかることとなり駆動源が小型であっても十分な振動を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は 抗体、抗原、遺伝子、酵素、細菌、酵母、その他微生物など（以下、試料等という。）が入ったマイクロプレート、ＰＣＲプレート、サーマルブロック、チューブ並びに試験管等の容器（以下、容器という。）を冷却・加熱することができる恒温装置に関するものである。

試料の検出、増幅、反応、培養を効率良く行うために、容器内の試料等を攪拌するとともに一定温度に加熱または冷却する恒温装置を用いる。従来の恒温装置としては、特許文献１（特開平10-108663）に開示される恒温装置が提案されている。

この従来の恒温装置（マイクロインキュベーター）５１は、振動発生手段（小型攪拌機本体）５２の上面に載置台（振とう台）５３を設け、この載置台５３を囲う加熱室５４を備えるものである。

この恒温装置５１において、振動発生手段５２は、その底板５４にモータ５５を取り付けられている。このモータ５５の回転軸５６に、偏心回転軸５７を取り付け、さらに偏心回転軸５７の側周に振動板５９を嵌挿している。また、偏心回転軸５７に、偏心回転による振動やガタつきを解消するためのバランスウェイト６０を振動板５９と同調回転するように取り付けている。さらに底板５４の四隅には、振動板５９を可撓性と耐震性を確保するためにウレタン樹脂製の棒体６１を備えている。このようなカム機構を備えることで、載置台５３を水平面内で回転振動させることができる。このため、従来の恒温装置では、モータ５５は、棒体６１の抗力、バランスウェイト６０を回転させる出力などを加算したものに上回る出力を要する大型のモータ５５が必要となる。そうすると、恒温装置５１の大きさも大型化せざるを得ない。
特開平10-108663号公報

従来の恒温装置５１では、振動発生手段５２が大型であるという課題がある。

本発明の恒温装置は、試料等を収納する容器等の温度を調整する温度調整手段と、駆動源と駆動源の可動部に備える偏心おもりとからなる振動発生手段と、を少なくとも１つの弾性部材を介して基板に備えている。

温度調整手段は、制御手段と、温度センサと、加熱または冷却手段などからなる。この温度調整手段は、制御手段により温度センサ（接触式、非接触式を問わず、たとえば熱電対、測温抵抗体、焦電型温度センサなど）から被測定物である試料等自身、載置台、容器、容器の雰囲気などの温度を測定した温度情報を入力し、温度情報を記憶手段に記録し、あらかじめ入力している設定温度（目標値）との差を演算手段により演算し、測定温度が目標値となるように加熱・冷却するように（温度制御手段により加熱・冷却手段などに加熱・冷却動作開始または停止などの命令信号を送ることにより）温度制御するものである。

加熱・冷却手段としてペルチェユニット、ヒータ・クーラ（冷却した気体または加熱した気体を容器が置かれる環境内に循環させるもの、液体または気体を管内に循環させて容器を直接的または間接的に冷却・加熱するものであって容器の外周を囲む筺体を有するもの、容器上面が解放されているものを含む。また、加熱・冷却の一方のみできるもの、両方できるものを含む。）などである。制御手段は、たとえば、シーケンサによる制御をおこなうものや、パソコンによるプログラムソフトにより制御をおこなうものや、これらを組み合わせたものなどである。

振動発生手段の駆動源は、回転、揺動、直線駆動できるものであり、各種モータ、電磁ソレノイド、エアシリンダなどである。振動発生手段は、駆動源の可動部に偏心おもりを取り付けたものである。おもりは、駆動源の作動により、恒温装置の重心から偏心位置と別途偏心位置への移動、もしくは偏心位置と恒温装置の重心を通る鉛直線上にある位置間を移動するものである。

弾性部材は、板ばね、コイルばね等の金属製、もしくは樹脂等の非金属製ばね及び、ゴムや樹脂などの部材など、さらに、これらの組み合わせたものを用いることができる。また、その形状は、円柱、多角柱のみならずコイル状、櫛歯状、シート状などであってよい。また、多種の、たとえばばね定数の異なる弾性部材を、比較的ばね定数の低いものを振動側に、高いものを固定部側に重ねて備える構成としてもよい。これにより、基板への振動の伝達を軽減することができる。

本発明の恒温装置は、弾性部材により温度調整手段と振動発生手段とをこれらの側面、下部、上部、これらの組み合わせた方向から支持することができる。

この恒温装置において、振幅、振動数、振動方向（円運動、楕円運動、立体的な回転運動、往復運動）、は、振動発生手段のモータの選定すること、弾性部材の種類やばね定数などを選定すること、恒温装置の重量、恒温装置の重心位置、弾性部材の配置・ばね定数（後述する弾性部材を複数・多種備える場合には、弾性部材間の距離）を変更すること、振動発生手段から装置全体の重心位置までの距離を変更すること、並びに全体の重量を変更するなどによって決まる。本発明の恒温装置は、なお、恒温装置の振動周期は、モータの速度変化によって変更できる。

本発明の恒温装置は、振動発生手段と温度調整手段とを弾性部材を介して基板上に備えることにより、振動発生手段が小型であっても十分な振動を得ることができる。

図1に示す本発明の恒温装置１０ａは、基板１１上の中央に弾性部材である略円柱形の耐震ゴム１２を１つ取り付けている。耐震ゴム１２の上面に振動板２１を介して振動発生手段２０を固設する。振動発生手段２０は、振動板２１上にモータ２２を回転支軸２２ａが鉛直上向きとなるように固定して備えて、回転支軸２２ａに偏心おもり２３を取り付けている。このモータ２２を作動することで、耐震ゴム１２から上部に取り付けられる部材を振動させることができる。また、振動板２１上には、支柱２４を介して温度調整手段を備える。３０は、温度調整手段であるペルチェユニットである。ペルチェユニット３０は、ペルチェ素子３１を挟んで上部に容器３２を載置する載置台３３（加熱・冷却ブロック）を備える。ペルチェ素子３１の下部にはヒートシンクである放熱フィン３４を備えている。さらに放熱フィン３５の下部に放熱フィン３４を冷却するためのファン３５を備える。モータ２２とファン３５の回転軸はともに鉛直方向となるように備えている。恒温装置の重心位置（図中にＧ１と示す。）を基板１１のほぼ中央の鉛直上に延長線上として、偏心おもり２３を回転すること、恒温装置１０ａの重心移動により恒温装置１０ａ自身を振動させるものである。このような構成とすることでモータ２２に余計な負荷なく偏心おもりを回転させることができる。これにより、駆動源の出力は比較的小さいものでもよく、恒温装置も簡素化できる。

なお、この恒温装置１０ａの載置台における振幅は、０ｍｍからウェルの直径（７〜８ｍｍ）まで程度である。

このような実施例の構成とすることで、各構成要素を基板１１のほぼ中央の鉛直延長線上に積み上げる構造とすることにより、部品点数を最小限とすることができ、装置を簡素化することができる。

図２は、図１に示す容器３２とは異なる容器を示すものである。この容器は、ＰＣＲ法により用いられるプレート（以下、ＰＣＲプレート４２という。）と伝熱ブロック（サーマルブロック）４３とからなる。ＰＣＲプレート４２は、ポリプロピレンに、ポリカーボネート、アルミ、カーボン−アルミコンポジットなどの任意材料を加えた耐熱性のあるものである。ＰＣＲプレート４２の上面４２ａに、底のある穴（以下、ウェル４２ｂという。）があいており、裏面は、鉛直下向きの突起状となっている。ウェル４２ｂは、上面４２ａ上に縦横規則正しく整列して９６個（１２列×８行）備えられる。伝熱ブロック４３は、ＰＣＲプレート４２のウェル４２ｂの突起に対応する穴４３ａを有するアルミ塊である。ＰＣＲプレート４２は、ウェル４２ｂを対応する伝熱ブロック４３の穴４３ａに挿入して、伝熱ブロック４３上に載置して使用する。この実施例においては、載置台３３もアルミであり、伝熱ブロック４３アルミとすることで、双方間の熱損失が最小限にすることができる。

図３の振動発生手段２０ａは、図1の振動発生手段２０と異なる実施例を示す斜視図である。この振動発生手段２０ａは、モータ基台５１上であって円周状に複数備えるステータ５２と、ステータ５２に取り付けられるステータ５３と、ステータコイル５２の内周に回転可能に備える回転支軸５４と、回転支軸５４の端面に回転支軸と中心軸を一致するように取り付けられて、かつ、底板を有する管状の回転子５５の管の内壁部分であってステータ５４と対面する離間した位置に備える磁石５６と、回転支軸５４の外周に取り付けた偏心おもり５７とからなる。この実施例では、モータ５０の側面及びモータ基台５１であって回転子５５の周辺に通気孔５８を備える構成とすることができる。また、通気孔５８による開口部を設けることにより矢印方向に吸気または排気することができる。これは、図１の振動発生手段２０を振動発生手段２０ａに置き換えたとき、振動発生手段２０ａの上部にファン３５が取り付けられていることから、ファン３５が放熱フィン３４への送風のための吸気孔として用いられる。また、図１の振動発生手段２０を振動発生手段２０ａに置き換えたことにより恒温装置１０の高さを低く抑えることができ、装置全体としてコンパクトになる。

図４（ａ）に示す簡素化した恒温装置１０ｂは、図１の耐震ゴムに換えて板ばねを用いたものについての側面図である。２つ板ばね６１ａ、６１ｂの平面が基板１１の平面が水平方向に向けてほぼ平行となるよう基板に取り付けられている。基板１１上（固定側）にブラケット６２ａ、６２ｂを介して２つの板ばね６１ａ、６１ｂの一端がそれぞれ取り付けられている。板ばね６１ａ、６１ｂの他端に、ブラケット６２ｃ、６２ｄを介して振動板（振動側）２１をそれぞれ取り付けている。振動発生手段２０の作動により、恒温装置は、図中の矢印方向（Ｓ）に往復揺動することができる。図中の点線は、板ばねが振動により撓んだときの様子を示すものである

図４（ｂ）に示す簡素化した恒温装置１０ｃは、図４（ａ）に示す板ばね６１ａ、６１ｂをコイルばね６５ａ、６５ｂに置き換えた実施例を示す。基板上にコイルばね６５ａ、６５ｂの一端を取り付け、振動板２１に他端を取り付けている。振動発生手段２０の作動により、恒温装置１０ｃは、図中の矢印（Ｔ）に示すように立体的に回転運動する。

図５は、弾性部材を図１に示す恒温装置の配置とは異なる位置に配置したときの実施例である。図５（a）では、２つの基板１１を平行壁状に立てて備える。弾性部材１２を基板１１の内側側面にそれぞれ取り付けている。図６（ｂ）では、恒温装置１０ｅの上部と下部に弾性部材１２の一端を取り付け、弾性部材１２の他端を天井側と地上側の基板１１に取り付けて備える。このとき、天井側と地上側の弾性部材１２は、自重などを考慮してばね定数が異なるもの（たとえば、天井側に取り付けえる弾性部材１２ａのばね定数を地上側の弾性部材１２ｂに比べて小さいもの）を備える構成であってもよい。

図1は、本発明の恒温装置を示す側面図である。 図2は、載置台上に載置する容器を示す一部切り欠き斜視図である。 図3は、図1に示す恒温装置の駆動源とは異なるものを示す一部切り欠き斜視図である。 図4は、図1に示す弾性部材とは異なる弾性部材を備える恒温装置を示す側面図である。 図５は、図１に示す弾性部材の配置とは異なる位置に配置を示す側面図である。 図６は、従来の恒温装置を示す切り欠き側面図である

符号の説明

１０ 恒温装置
１１ 基板
１２ 耐震ゴム（弾性部材）
２０ 振動発生手段
２２ モータ（駆動源）
２３ 偏心おもり
３０ ペルチェユニット（温度調整手段）
３２ 容器（容器等）

Claims (1)

1. 試料等を収納する容器等の温度を調整する温度調整手段と、
   駆動源と駆動源の可動部に備える偏心おもりとからなる振動発生手段と、
   を少なくとも１つの弾性部材を介して基板に備えることを特徴とする恒温装置。
   

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