JP2021004139A - 極低温冷凍器 - Google Patents

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Abstract

【課題】極低温環境と、冷凍器の上部を介した極低温環境へのアクセスを可能にするポートとを含む冷凍器を備える極低温保存装置等を提供する。【解決手段】極低温保存装置は、冷凍器(120)と、冷凍器の内部に配置されたラックキャリアとを有する。冷凍器は、冷凍器を通る軸受(733)と駆動シャフト(231)とを含み、駆動シャフトは、冷凍器の内部のラックキャリアに結合され、且つモーターアセンブリに結合されるように適合される。ラックキャリアは、手動回転構成では軸受に載置され、及びモーターが接続されると駆動シャフトから吊される。駆動シャフトをモーターアセンブリに結合することは、ラックキャリアを持ち上げ、且つ軸受を切り離し、及びモーターによるラックキャリアの自動回転を可能にする。ラックキャリアは、複数のサンプル保存ラック(480)を保持するラック取り付け機構を含む。【選択図】図1

Description

本出願は、2015年3月30日出願の米国仮特許出願第62/140,160号明細書の利益を主張する。上記出願の全教示が参照により本明細書に組み入れられる。
凍結保存は、生物学的物質の完全性を長期の保存期間にわたって維持するために必須のプロセスである。十分に低い温度では、このような物質の全ての化学プロセス及び生物学的機能は、効果的に停止され、ほぼあらゆる期間にわたって安全にこのような物質を保存することが可能である。極低温保存冷凍器は、多数の生物学的サンプル又は他のサンプルを収容するために絶縁され、且つ制御された極低温環境を提供することにより、このような保存を可能にする。典型的な保存冷凍器では、サンプルは、ラック又はトレーに装着され、これらのラック又はトレーはそれぞれいくつかのサンプルを保持する。ラック又はトレーは、冷凍器の極低温環境から手動で取り出され、保存冷凍器からサンプルを取り出すため又は保存冷凍器にサンプルを追加するためにラック又はトレーが使用者に提示される。
本発明の例示的実施形態は、極低温環境と、冷凍器の上部を介した極低温環境へのアクセスを可能にするポートとを含む冷凍器を備える極低温保存装置である。冷凍器内部の回転ラックキャリアは、サンプル保存ラックを受容するように構成される複数のラック取り付け機構を備える。ラックキャリアは、サンプル保存ラックを、ポートを介して手動で取り出すのを可能にし、及びラックキャリアは、モーターによって回転され、且つ冷凍器に結合された回収モジュールによるサンプル保存ラックの回収を可能にするように再構成することができる。冷凍器は、ラックキャリアに結合された回転軸受部材を有する軸受と、冷凍器に結合された静止レースとを備える。手動動作の場合、軸受は、静止レースが回転軸受部材に結合されるときにラックキャリアを支持するように構成される。冷凍器は、冷凍器の少なくとも一部を通る駆動シャフトを提供するシャフトインターフェイスも備える。自動回転を可能にするために、駆動シャフトは、モーターに結合するように構成される外側部分と、ラックキャリアに結合された内側部分とを有する。冷凍器を構成するために、駆動シャフトは、回転軸受部材を静止レースから切り離すためにラックキャリアの垂直方向の移動を可能にする。駆動シャフトは、回転軸受部材が静止レースから切り離されるときにラックキャリアを支持するように構成される。
一部の実施形態では、サンプル保存ラックは、ラック取り付け機構から吊るされる。モーターに結合している駆動シャフトは、回転軸受を静止レースから持ち上げることができ、且つモーターが駆動シャフトを介してラックキャリアを支持して、ラックキャリアを水平にすることを可能にする。
極低温保存装置は、手動回転構成及び自動回転構成を有することができ、手動回転構成では、ラックキャリアは回転軸受に載置され、及び自動回転構成では、ラックキャリアは、モーターに結合された駆動シャフトから吊るされる。駆動シャフトのモーターへの結合により、ラックキャリアが回転軸受から持ち上げられ、構成可能な極低温保存装置が手動回転構成から自動回転構成に変換される。一部の実施形態では、自動回転構成において、モーターが駆動シャフトを介してラックキャリアの重量を支持する。ラック取り付け機構を駆動シャフトの内側端部に結合することができ、このラック取り付け機構がラックキャリアを支持する。
一部の実施形態では、駆動シャフトの外側端部は、駆動シャフトをモーターアセンブリの対応するねじにねじ込むように適合されたねじ山を備え、駆動シャフトをモーターアセンブリの対応するねじにねじ込むことにより、ラックキャリアが軸受から持ち上げられる。
一部の実施形態では、冷凍器は、ある量の極低温液を更に含み、ラックキャリアの下側部分がその量の極低温液中に延在する。この下側部分に熱接触している上部プレートは、ラック取り付け機構によるその量の極低温液への熱の伝導を可能にし、サンプル保存ラック上に冷却熱量を発生させる。
一部の実施形態では、回転軸受は、球面機構及びこの球面機構の表面の一部を取り囲んでいる対応する軸受面を備える球面軸受とすることができ、この球面機構は、駆動シャフトに組み込むことができ、対応する軸受面を冷凍器に結合することができ、及び駆動シャフトのモーターへの結合により、球面機構が対応する軸受面から持ち上げられて分離される。
一部の実施形態では、冷凍器の上部の外面は、モーターを冷凍器に固定するように適合された3つの取り付け点を備える。取り付け機構は、構成可能な極低温保存装置が自動構成であるとき、モーター及びラックキャリアの重量を支持する。3つの取り付け点は、モーター及びラックキャリアの水平化を可能にし得る。
一部の実施形態では、冷凍器の上部の外面は、回収モジュールを固定するように適合された少なくとも1つの取り付け機構を備え、この回収モジュールは、冷凍器にアクセスして、ラックキャリアにおける複数のサンプル保存ラックのうちの選択された1つに係合して、このサンプル保存ラックのうちの選択された1つを、ドアを介して持ち上げて回収モジュール内に入れるように構成される。
一部の実施形態では、各サンプル保存ラックは突き出たピンを備え、及び上部プレートに組み込むことができる各ラック取り付け機構は、各ピンを受容するように適合された対応する溝を更に備える。一部の実施形態では、複数のラック取り付け機構のそれぞれの対応する開口は、サンプル保存ラックがラック取り付け機構を介して又はラック取り付け機構を有する上部プレートの対応する開口を介して下げられるときに、複数のサンプル保存ラックの1つの底端部を案内するための対応する開口を取り囲んでいるガイドフィンを備える。一部の実施形態では、各対応する開口を取り囲んでいるガイドフィンは、対応する溝を備える。受容されると、ピン及び対応する溝は、サンプル保存ラックを3次元で拘束する。
本発明の別の実施形態の例は、冷凍器と、冷凍器の上部を介した極低温環境へのアクセスを可能にするドアとを有する極低温保存装置である。冷凍器は、回転軸受と、冷凍器を通る駆動シャフトを提供するシャフトインターフェイスであって、この駆動シャフトが、モーターに結合されるように適合された外側端部及び冷凍器内部の内側端部を有する、シャフトインターフェイスと、冷凍器内部のある定量の極低温液であって、冷凍器の内部の底面に貯められる、ある量の極低温液と、複数のサンプル保存ラックを保持する冷凍器の内部に配置されたラックキャリアとを備える。ラックキャリアは、複数のラック取り付け機構を有する上部プレートを備え、これらのラック取り付け機構のそれぞれが上部プレートの対応する開口を介してサンプル保存ラックを受容するように適合されている。ラックキャリアの下側部分は、その量の極低温液中に延在する。上部プレートは、ラックキャリアの下側部分によって極低温液に熱接触し、且つその量の極低温液に熱を伝導して、サンプル保存ラック上に熱量を発生させる。
本発明の更に別の実施形態の例は、手動動作冷凍器を自動動作冷凍器に変換する方法であり、この方法は、冷凍器の上部を通る駆動シャフト及び冷凍器の内部に配置されたラックキャリアを有する冷凍器を用意するステップであって、このラックキャリアが軸受に載置され、且つ駆動シャフトによって支持されるように適合される、ステップと、冷凍器の上部の外面にモーターを取り付けるステップと、駆動シャフトを用いてラックキャリアを回転軸受から持ち上げるステップであって、ラックキャリアが駆動シャフトによって支持されることを引き起こす、ステップと、駆動シャフトをモーターに固定するステップとを含む。
一部の実施形態では、駆動シャフトはねじ端部を備え、駆動シャフトを用いて回転軸受をラックキャリアから持ち上げるステップは、駆動シャフトねじ付き端部をモーターアセンブリの対応するねじにねじ込み、従って、回転軸受をラックキャリアから持ち上げるステップを含み得る。駆動シャフトのねじ付き端部をモーターアセンブリの対応するねじにねじ込むステップは、冷凍器の上部のドアを介してラックキャリアを手動回転するステップを含み得る。
前述は、同様の参照符号が異なる図の全てにおいて同じ部品を指す添付の図面に例示されているように、本発明の実施形態の例に関する以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。これらの図面は、正確な縮尺である必要はなく、代わりに本発明の実施形態を例示することに重点が置かれている。
開示される実施形態の態様による構成可能な極低温保存装置の図である。 開示される実施形態の態様による極低温保存デュワーの図である。 開示される実施形態の態様による極低温保存デュワーの別の図である。 開示される実施形態の態様によるラックキャリア及び上部プレートの切欠図である。 開示される実施形態の態様による保存ラックの図である。 ラックキャリア及び上部プレートの図であり、上部プレートは、開示される実施形態の態様による複数のサンプル保存ラックを固定している。 ラックキャリア及び上部プレートの別の図であり、上部プレートは、開示される実施形態の態様による複数のサンプル保存ラックを固定している。 図5Aの上部プレート及び組み込まれたラック取り付け機構の図であり、開示される実施形態の態様による、ラックのピンとラック取り付け機構との間のインターフェイスを示す。 開示される実施形態の態様による、駆動シャフト及びモーターに結合されたラックキャリアを備えた極低温保存デュワーの断面図である。 開示される実施形態の態様による、手動動作用に構成されるラックキャリアを備えた極低温保存デュワーの断面の等角図である。 開示される実施形態の態様による図7及び図8の駆動シャフトの図である。 更なる実施形態による代替的な構成に取り付けられるそれぞれのラックキャリアを有する冷凍器の図である。 更なる実施形態による代替的な構成に取り付けられるそれぞれのラックキャリアを有する冷凍器の別の図である。 更なる実施形態による代替的な構成に取り付けられるそれぞれのラックキャリアを有する冷凍器のさらに別の図である。 開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器の上部の図である。 開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器の上部の別の図である。 開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器の上部のさらに別の図である。 開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器の上部のさらに別の図である。 開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器の上部のさらに別の図である。 開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器の上部のさらに別の図である。 開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器の上部のさらに別の図である。
本発明の実施形態の例の説明は以下の通りである。
図1は、開示される実施形態の態様による構成可能な極低温保存装置の図である。図1は、冷凍器120及び自動システム105を含む構成可能な極低温保存装置100を示し、この自動システム105は、回収モジュール110、回転モーターセンブリ130、及び冷凍器120に取り付けられた冷凍器ドア140を有する。冷凍器120は、冷凍器カバー121及び外壁123を備える。例示されている実施形態では、冷凍器120は、円筒容器であるが、この冷凍器は、例えば、長方形の箱などの任意の形状を有することができる。一部の好ましい実施形態では、冷凍器120は、真空絶縁空間(例えば、デュワー瓶)によって内壁又はシェルから分離された外壁又はシェルを備える。冷凍器カバー121の外部は、モーターアセンブリ130の取り付けを可能にするアセンブリマウント139を備える。極低温冷媒ポート109は、極低温冷媒、例えば、液体窒素などを冷凍器120の内室に対して流入及び流出させる。最後に、回収モジュール110に近接して冷凍器120の前方に配置された任意選択の階段108により、操作者が回収モジュール110へアクセスすることができる。
動作中、冷凍器120は、複数のサンプル保存ラック(不図示)を備えた内室内の極低温環境を維持する。回収モジュール110は、冷凍器カバー121のアクセスポート122を介して冷凍器120の内室にアクセスして、サンプル保存ラック(不図示)の1つを回収する。回収モジュール110が冷凍器120内のいずれのサンプル保存ラックも回収できるようにするために、サンプル保存ラックは、ラックキャリア(図1には不図示)に収容され、このラックキャリアは、例えば、冷凍器120内の回転可能なドラムとすることができ、モーターアセンブリ130が、所与のサンプル保存ラックを回収モジュール110の下に配置するためにラックキャリアの回転を制御する。
図2A及び図2Bは、開示される実施形態の態様による極低温保存冷凍器の図である。図2Aは、手動アクセス用に構成される極低温保存冷凍器120を示す。手動アクセス用に構成された場合、自動準備構成(automation−ready configuration)で同様に言及されるように、冷凍器120は、回収モジュール110、モーターアセンブリ130、及び自動ドア140(図1に図示されている)を備えない。代わりに、冷凍器カバー121は、回収モジュール110を固定するように構成される取り付けラック224、このカバー121から突き出た、シール232によって覆われた駆動シャフト231を備え、取り付けスタッドがこの駆動シャフト231との結合のためにモーターアセンブリを冷凍器カバー121に固定するように配置されている。冷凍器120のアクセスポート122は、標準的な円形の極低温冷凍器のドア(不図示)に対応するように構成される。シール232は、例えば、冷凍器への水分の進入の防止及び冷却ガスの冷凍器からの漏えい防止に役立つ。一部の実施形態では、駆動シャフト231は、熱の冷凍器内への伝導を最小限にするために熱伝導性の低い材料から構成される。
図2Bは、図2Aの冷凍器120を上から見た図である。図2Bは、冷凍器カバー121のアクセスポート122を介して冷凍器120の内部に配置されたラックキャリア(図3に360として示されている)の上部プレート250を示す。冷凍器120の内部のラックキャリア(回転可能なドラムとして示されている)は、複数のサンプル保存ラックを保持して、冷凍器120の内部を回転させてアクセスポート122を介した各サンプル保存ラックへのアクセスを可能にするように構成される。ラックキャリアの上部プレート250にサンプル保存ラック480を正確に位置合わせすることにより、回収モジュール110を冷凍器120に取り付けることができ、且つ駆動シャフト231により上部プレート250を回転させることによって各サンプル保存ラック480の位置に正確にアクセスすることができる。手動動作では、階段108に立っている使用者がアクセスポート122を介して上部プレート250に到達して、この上部プレート250を手動で回転させて、所望のサンプル保存ラック480を自らに提示し、及び使用者は、アクセスポート122を介してサンプル保存ラックを引っ張ることにより、サンプル保存ラックを回収することができる。
図3は、開示される実施形態の態様によるラックキャリアドラム及び上部プレートの切欠図である。図3は、上部プレート250の周りに配置された複数のラック取り付け機構351を有する上部プレート250を備えたラックキャリア360を示す。ラックキャリア360は、外壁361及び底部プレート363を備える。外壁361は、冷凍器120の底部に貯められた極低温液(不図示)に接触するように構成された、底部プレート363の下側の下部362につながっている。極低温液に接触することにより、外壁361の下部362は、熱を上部プレート250から極低温液に伝導し、プレート250は、ラックキャリア360上の冷却熱量である。この熱量の存在により、ラックキャリア360の上での熱吸収の増加によってラックキャリア360の熱保存効率が改善され、これにより、ラックキャリア360の内部での温度勾配が小さくなる。適切な構成は、例えば、参照によりその全開示内容が本明細書に組み入れられる、「Liquid Cryogen Freezer」という名称の米国特許第6,393,847号明細書に示されている。好ましい実施形態では、ラックキャリアは、熱伝導及び冷凍器内での熱均一性を促進するために高い熱伝導率を有する材料(例えば、アルミニウム)から構成される。
また、図3に示されているように、垂直支持パネル366とも呼ばれる3枚の安定化フィンがラックキャリア360の中心シャフト365から外向きに放射状に延在する。垂直支持パネル366は、ラックキャリア360の剛性を高めるために外壁361、底部パネル363、及び上部プレート250に取り付けることができる。上部プレート250は、外壁361又は中心シャフト365に接続することができる。上部プレート250の駆動シャフト開口352により、駆動シャフト231がラックキャリア360の上部プレート250又は中心シャフト365に結合し、モーターアセンブリ130が駆動シャフト231に連結されたときにラックキャリア360を回転させることができる。
動作中、上部プレート250の各ラック取り付け機構351は、サンプル保存ラック(図4に480として示されている)を受容する大きさの開口と、この開口内にサンプル保存ラックを適切な位置に配置する支持構造とを備え、この支持構造により、図5に示されているように、ラックキャリア360の底部プレート363に載置されずに各サンプル保存ラックを上部プレート250から吊すことができる。加えて、ラックキャリア360は、上部プレート250の各ラック取り付け機構351の下の垂直空間に近接して位置する支持タブ364を備える。支持タブ364は、この支持タブに近接したサンプル保存ラック内に保存されたサンプルトレーがサンプル保存ラックから離れるのを防止し、且つラックキャリア360の回転中のサンプル保存ラックの移動を止める。
図4は、開示される実施形態の態様による保存ラックの図である。サンプル保存ラック480は、サンプル保存ラックの長さにわたって垂直方向に配置された複数の棚481の1つの上に各サンプル保存トレーを配置することにより、保存ボックスとも呼ばれる複数のサンプル保存トレー(不図示)を保持するように構成される。各棚481は、この棚481にサンプル保存トレー(不図示)を保持するように構成される摩擦ばねクリップ483の対を有する。サンプル保存ラック480は、長方形のサンプル保存トレー(例えば、図20A〜図20Cに示されている)を保持するように構成されて例示されているが、このサンプル保存ラックは、あらゆる形状のサンプル保存トレーを保持するように構成することができる。例えば、一部の実施形態では、サンプル保存トレー及びサンプル保存ラックは、三角形又はパイ形の水平断面を有する。
図5A及び図5Bは、開示される実施形態の態様による、複数のサンプル保存ラックを固定する上部プレートを備えたラックキャリアの図である。図5Aは、サンプル保存ラック480の配置を示すために外壁361の一部が除去されているラックキャリア360の斜視図を示し、このサンプル保存ラック480は、回転可能な保存ドラム360の上部プレート250に固定される。また、各サンプル保存ラック480に対して配置された支持タブ364も示されている。
図5Bは、回転可能な保存ドラム360の上部プレート250に固定されたサンプル保存ラック480の配置を示すために外壁361の一部が除去されているラックキャリア360の下方からの斜視図を示す。サンプル保存ラック480は、上部プレート250から吊るされ、ラックキャリア360の底部プレート363には接触していない。こうすることにより、ラックキャリア360におけるサンプル保存ラック480の位置は、図6により詳細に示されているように上部プレート250によって決まる。
図6は、開示される実施形態の態様による、サンプル保存ラック480とラック取り付け機構との間の接合部分を示す図5Aの上部プレート及び一体型ラック取り付け機構の図である。図6は、複数のラック取り付け機構351を有するラックキャリア360の上部プレートを示す。ラック取り付け機構351は、サンプル保存ラック480が上部プレート250を通過するときにこのサンプル保存ラック480を位置合わせするように配置された傾斜ガイドフィン652を備える。各ガイドフィン652は、V型ノッチ653又は平面ノッチ654を備え、各ノッチ653、654は、サンプル保存ラック480のピンを受容するように配置されている。2つのV型ノッチ653が一緒にサンプル保存ラック480を上部プレート250の平面に制約し、V型ノッチ653と平面ノッチ654とが一緒にサンプル保存ラック480の位置を上部プレート250の主平面に対して直角な軸に制約する。
図7は、開示される実施形態の態様による、ラックキャリアが駆動シャフト及びモーターに結合された極低温保存冷凍器の断面図である。図7は、モーターアセンブリ130及び自動ドア140が取り付けられた自動構成の冷凍器120を示す。ラックキャリア360は、冷凍器120の内壁725内に配置され、モーターアセンブリ130に連結された駆動シャフト231によって支持されている。冷媒アクセスポート109は、冷凍器の底部ゾーン729に極低温液を供給し、この極低温液は、貯めて、ラックキャリア360の外壁361の下部362に接触させて上部プレート250を冷却することができる。駆動シャフト231は、冷凍器カバー121に結合されたレース729に対して載置されるように構成される球面軸受733を備える。手動動作の構成では、ラックキャリア360は、駆動シャフト231から吊るされ、レース729に収容された球面軸受733によって支持される。一部の実施形態では、駆動シャフト231は、冷凍器が自動回転用に構成された場合にのみ存在し得る。例えば、ラックキャリア360は、駆動シャフト231を用いずに、手動動作の軸受によって十分に支持することができる。図7に示されている自動構成では、ラックキャリア360は、駆動シャフト231から吊るされ、この駆動シャフト231は、例えば、歯車装置により、モーターアセンブリ又は外部駆動系から支持され得る。
冷凍器が形成される場合、冷凍器120の外壁123と内壁725との間で真空引きされ、内壁725が真空の維持によるこの内壁725への応力の結果として僅かに変形し得る。内壁725の全ての変形の結果、レース729の位置が正確に制御されず、及び手動動作中、駆動シャフト231の球面軸受733がレース729の上のラックキャリア360の重量を支持しているときに、ラックキャリア360の回転により、駆動シャフト231の長軸の歳差運動が起こり得る。駆動シャフト231の歳差運動は、手動回転中には重要ではないが、ラックキャリアの自動回転中にモーターアセンブリ130の内部部品に応力が誘導され、結果としてアセンブリマウント139に応力が誘導されることにより、駆動シャフト231に取り付けられたモーターアセンブリ130が損傷し得る。加えて、サンプル保存ラック480の自動回収は、冷凍器120の正確で予測可能な位置でサンプル保存ラック480に結合する自動装置を必要とする。
引き続き図7を参照すると、モーターアセンブリ130及びアセンブリマウント139に対する応力を低減するため、及び冷凍器120の上部プレート250を水平にすることによってサンプル保存ラック480を正確に位置合わせするために、駆動シャフト231がモーターアセンブリ130によってレース729から解放される。アセンブリマウント139は、モーターアセンブリ130を水平にすることができ、結果として、ラックキャリア360及び上部プレート250が冷凍器120の内部で水平になる。モーターアセンブリ130による駆動シャフト231の回転に対する上部プレート250の位置の精度を更に高めるために、ラックキャリア360は、上部プレート250によって駆動シャフトに連結することができ、且つ上部プレート250を接続ディスク734によって駆動シャフト231に直接連結することができる。上部プレート250を駆動シャフト231に直接連結しないと、回転可能な冷凍器360に加えられるトルクがこの回転可能な冷凍器360を回転させて、上部プレート250の位置と駆動シャフト231の回転との間の精度を低下させ得る。
図8は、開示される実施形態の態様による、手動動作用に構成されるラックキャリアを備えた極低温保存冷凍器の断面等角図である。図8は、冷凍器カバー121のアクセスポート122を介したラックキャリア360への手動アクセス及びラックキャリア360の回転用に構成される冷凍器を示す。駆動シャフト231は、連結ディスク734によってラックキャリア360の上部プレート250に結合され、駆動シャフト231の球面軸受733がレース729に載置されている。このようにして、使用者は、グローブをした手を冷凍器120内に入れて、ラックキャリア360を、レース729を中心に回転させる。使用者は、所望のサンプル保存ラック480をアクセスポート122に合わせたら、サンプル保存ラック480を冷凍器120から回収し、アクセスポート122を介して取り出してサンプル保存ラック480を取り出す。
サンプル保存ラック480の自動回転及び回収用に冷凍器120を構成するために、モーターアセンブリがモーターマウント239及び駆動シャフト231に取り付けられる。球面軸受733をレース729から持ち上げるために、駆動シャフトは、ねじ付き外側端部(図9に934として示されている)を備えることができる。駆動シャフト231のねじ付き外側端部により、ラックキャリア360を回転させて駆動シャフト231をモーターアセンブリ130内にねじ込み、球面軸受733をレース729から持ち上げることができる。持ち上げられると、駆動シャフト231をモーターアセンブリ130の所定の位置にロックして、駆動シャフト231の更なるねじ込み又はねじ戻しを防止することができる。
図9は、開示される実施形態の態様による図7及び図8の駆動シャフトの図である。図9は、モーターアセンブリ130内にねじ込まれるように適合されたねじ付き外側端部934、連結ディスク734に結合されるように又は上部プレート250に直接結合されるように適合された内側端部935、及び球面軸受733を備える駆動シャフト230を示す。
図10A〜Cは、更なる実施形態による代替的な構成に取り付けられるそれぞれのラックキャリアを有する冷凍器の図である。図1〜9に関して上で説明されたように、ラックキャリア360は、冷凍器120内で駆動シャフト231によって支持され得、駆動シャフト231は、ラックキャリア360の中心において、接続ディスク734を介してラックキャリア360の上部プレート250に接続する。更なる実施形態では、ラックキャリアは、冷凍器内において、ラックキャリアの底部又はラックキャリアの周縁で接続される支持機器などの他の手段によって支持され得る。
図10Aは、ラックキャリア367を収容する冷凍器1020を例示する。冷凍器1020は、図1〜9に関して上で説明された、外壁123、冷凍器カバー121、及びアクセスポート122を含む冷凍器120の機構を組み入れるように構成され得る。ラックキャリア367は、上記の底部プレート363を含むラックキャリア360の機構を組み入れるように構成され得る。ラックキャリア360とは対照的に、ラックキャリア367は、冷凍器1020の底部から延在してラックキャリアの底部プレート363に接触する柱1012を含む、1つ又は複数の柱によって少なくとも部分的に支持される。柱1012は、ホイール1013(軸受部材とも呼ばれる)、或いは最小限の摩擦でのラックキャリア367の回転を可能にする別の機器(例えば、1つ又は複数の玉軸受)を介して底部プレート363と接触し得る。単一の柱1012のみが示されているが、複数の柱又は他の支持構造がラックキャリア367の重量の一部又は全部を十分に支持するように必要に応じて実装され得る。或いは、柱は底部プレート363の底面に取り付けられ得、代わりにそれぞれのホイールが冷凍器1020の床と接触し得る。
更に、複数のスペーサ1015A〜Bが、ラックキャリア367の外壁と冷凍器1020の内壁との間に配置され得る。スペーサ1015A〜Bは、ラックキャリア367の位置を維持することに寄与し、ラックキャリア367又は冷凍器1020の内壁のいずれかに固定することができる。スペーサ1015A〜Bは、ラックキャリア367の回転を容易にするために、取り付けの点の反対側に配置される1つ又は複数の車輪のある部材又は玉軸受部材(図示せず)を含み得る。
図10Bは、ラックキャリア368を収容する冷凍器1021を例示する。冷凍器1021は、図1〜9に関して上で説明された、外壁123、冷凍器カバー121、及びアクセスポート122を含む冷凍器120の機構を組み入れるように構成され得る。ラックキャリア368は、上記のラックキャリア360の機構を組み入れるように構成され得る。ラックキャリア360とは対照的に、ラックキャリア368は、外壁361の上部にリップ1022を含む。リップ1022は、頂部で外壁361から外壁361の周縁に沿って外側に延在し、冷凍器1021の内壁に固定される複数のリップマウント1023A〜Bに接触する。ラックキャリア368の重量は、リップマウント1023A〜Bによって少なくとも部分的に支持され得る。2つのリップマウント1023A〜Bが示されるが、更なるリップマウントがラックキャリア368を支持するために必要に応じて冷凍器1021の内壁に配置され得る。
図10Cは、更に詳細にリップ1022及びリップマウント1023Bを示すための冷凍器1021の差し込み図を例示する。ここで、リップ1022は、リップ1022の下面に傾斜面1027を提供するために外壁361から外側に延在することが分かる。この面1027は、通常、リップマウント1023Bの頂面とそろえることができ、リップマウント1023Bはホイール1024(軸受部材とも呼ばれる)を介して面1027に接触する。ホイール1024は、面1027が最小限の摩擦でリップマウント1023Bに沿って移動することを可能にし、ラックキャリア368の回転を容易にする。或いは、1つ又は複数の玉軸受などの別の機器が、ラックキャリア367の回転を可能にするために、ホイール1024の所定の位置に実装され得る。
図10A〜Cに関して上で説明された冷凍器構成は、図1〜9に関して上で説明されたように、中心シャフトを介してラックキャリア367/368を駆動することに適合し得る。自動化のために構成される場合、ラックキャリア367/368は、自動システム(例えば、システム105)に接続される中心駆動シャフトと係合するために、それぞれの支持物(例えば、柱1012、リップマウント1023A〜B)から持ち上げられ得る。このような構成において、中心シャフトは、ラックキャリア367/368の重量の実質的に全てを支持し得る。或いは、ラックキャリア367/368が、それぞれの支持物(例えば、柱1012、リップマウント1023A〜B)との接触を維持し得る(且つそれぞれの支持物によって少なくとも部分的に支持され得る)。
更に別の実施形態では、ラックキャリア367/368は、非中心駆動アセンブリによって駆動され得る。このような実施形態では、中心シャフトは、ラックキャリア367/368の重量の一部又は全部を支持するように実装され得る。しかしながら、モータードライブ(上記のモーターアセンブリ130と同等)は、中心シャフト以外の場所で、例えば、ラックキャリア367/368の外縁に沿ってラックキャリア367/368と係合するように構成され得る。非中心駆動システムのための例示的構成は、1)駆動ギヤがラックキャリア上で歯車に垂直に向けられて、ラックキャリアの外縁上に配置され得、キャリア歯車がラックキャリアの外側上部のまわりを動き得る傘歯車アセンブリと、2)駆動ギヤがラックキャリアの外縁上に置かれ、キャリア歯車がラックキャリアの外側上部のまわりを動き得る平歯車アセンブリと、3)駆動ホイールがラックキャリアの上部の面(ラックキャリアの頂部又は側部)に対して作用する摩擦駆動アセンブリとを含む。
図11A〜Gは、開示される実施形態の態様による取り付けハードウェアを取り付けるプロセス中の冷凍器120の上部を例示する。図11Aに示されるように、冷凍器カバー121は、上記のように、アクセスポート122、駆動シャフト231、及び多数のアセンブリマウント139(取り付けポストとも呼ばれる)を収容する。アセンブリマウント139は、図1を参照して上で説明された自動システム105を冷凍器120に取り付けるために使用し得、又は他の機構を冷凍器120に取り付けるために使用し得る。しかしながら、自動システム105を冷凍器120に取り付けるプロセスは、多数の課題に直面することがある。例えば、アセンブリマウント139の場所は、それぞれの冷凍器間で変わることがある。更に、マウント139は、冷凍器カバー121上で真空引きする前に、冷凍器カバーに固定し得る。真空引きプロセスは、冷凍器カバー121の頂面を変形させる可能性があり、アセンブリマウント139を移動させる。自動システム105がアクセスポート122及び駆動シャフト231に対して正確な関係で取り付けられることを保証するプロセスがない場合、自動システム105は、冷凍器120内のサンプルを回収及び交換する動作において困難に直面することがある。
図11B〜Gに関して上で説明されたプロセスは、アクセスポート122に対する正確な関係を有する取り付けハードウェアの取り付けを提供し、それにより、自動システム105又は他の機構が冷凍器120に正確に取り付けられることを可能にする。
1)アセンブリマウント139を冷凍器カバー121の頂面に溶接する。図11Bに示されるように、ガイドプレート1150はアクセスポート122より上に置かれる。ガイドプレート1150は、取り付けハードウェアを取り付ける適切な場所を示すように並べられる多数の位置合わせ機構を含む。特に、ガイドプレート1150は、溶接されるアセンブリマウント139と位置合わせされる突出部1153を含むことができる。ガイドプレート1150をアクセスポート122及び駆動シャフト231に対して適切に位置合わせするために、ガイドプレート1150は、アクセスポート122の側部に接触するブラケット1152、並びに駆動シャフト231を収容する開口を含むことができる。
2)冷凍器カバー121上で真空引きする。冷凍器カバーの内部チャンバ(図示せず)は、ポートを介してアクセスされ、真空にされ得る。前に示したように、この動作により、アセンブリマウント139の位置が変わり得る。
3)アセンブリマウント139の頂部にワッシャ1161を配置する。図11Cに示されるように、ガイドプレート1150はワッシャ1161の適切な位置も示す。
4)取り付けプレート1162をワッシャ1161より上に取り付ける。図11Dに示されるように、ガイドプレート1150は、取り付け中、取り付けプレート1162の位置を案内する。スタッド1168は、取り付けプレート1162と接続するために、ワッシャ1161を介して配置される。スタッド1168は、取り付けプレート1162がガイドプレート1150と適切に位置合わせされることを保証するために、取り付けプレート1162が三次元の動きを制限することを可能とするように適合され得る。結果として、ガイドプレート1150は、冷凍器カバー121の任意の変化に関係なく、取り付けプレート1162の正確な位置決めを保証することができる。取り付けプレート1162は、ガイドプレート1150上で保持され得、次いでスタッド1168を介してワッシャ1161に固定され得る。
5)ワッシャ1161及びスタッド1168を所定の位置に溶接する。次いで、図11Dに示されるように、取り付けプレート1162を介してワッシャ1161の正確な位置を保証するガイドプレート1150により、ワッシャ1161はアセンブリマウント139に溶接され得る。図11Eに示されるように、ガイドプレート1150を取り外して、取り付けプレート1160は、取り付けピン1164を含み得(又は取り付けピン1164に固定され得)、取り付けピン1164は、ガイドプレート1150の開口及び冷凍器120に取り付けられるアセンブリの機構に適合し得る。
6)選択されたアセンブリマウント139の頂部に取り付けディスク1165を取り付ける。図11Fに示されるように、取り付けディスク1165は、自動システム105又は他のアセンブリの特定の機構に適合するために、アセンブリマウント139の一部に固定することができる。ガイドプレート1150はまた、位置決め穴(例えば、取り付けディスク1165の頂部の)又は位置決めピンなどの他の取り付け機構を取り付けるために実装できる位置決め穴又は他の機構を含み得る。取り付けプレート1160は、位置決め穴を受ける場所で、取り外し可能なインサートを含み得る。結果として、位置決め穴をあける際に誤差が生じる場合、取り外し可能なインサートが交換され得、再度穴があけられ得る。取り付けディスク1165も同じ理由で取り外されて、交換され得る。取り付けられた全ての取り付けハードウェアを含む完成した冷凍器カバー121が図11Gに示される。
本明細書で説明された本発明とともに使用される好適なモーターアセンブリ及び回収モジュールの更なる詳細は、2015年3月30日に出願され、更に2016年3月30日に米国特許出願(代理人整理番号0100.2400−001)として出願された「Automated Cryogenic Storage System」という名称の米国仮特許出願第62/140,157号明細書で確認することができ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
本発明は、その実施形態の例を参照して具体的に図示され、説明されたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び細部における様々な変更形態がその範囲内でなされ得ることを理解するであろう。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
[態様1]
極低温環境を維持するように構成される冷凍器を備え、前記冷凍器が、
前記冷凍器の上部を介して前記極低温環境へのアクセスを可能にするポートと、
複数のラック取り付け機構を有するラックキャリアであって、前記ラック取り付け機構のそれぞれがサンプル保存ラックを受容し、且つ前記サンプル保存ラックの端部を配置するように構成される、ラックキャリアと、
前記ラックキャリアに結合された軸受部材と、前記冷凍器に結合された静止レースとを含む軸受であって、前記軸受が、前記静止レースが前記軸受部材に結合されるときに前記ラックキャリアを支持するように構成される、軸受と、
前記冷凍器の少なくとも一部を通して延在するシャフトを含むシャフトインターフェイスであって、前記シャフトが外側部分と前記ラックキャリアに結合された内側部分とを有し、前記シャフトが、前記回転軸受部材を前記静止レースから切り離すために前記ラックキャリアの垂直方向移動を可能にし、前記シャフトが、前記回転軸受部材が前記静止レースから切り離されるときに前記ラックキャリアを支持する、シャフトインターフェイスと
を備える、極低温保存装置。
[態様2]
前記構成可能な極低温保存装置が手動回転構成と自動回転構成とを含み、前記手動回転構成では、前記ラックキャリアが前記軸受に載置され、及び前記自動回転構成では、前記ラックキャリアが、モーターアセンブリに結合された前記駆動シャフトから吊される、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様3]
前記自動回転構成において、前記モーターアセンブリが前記駆動シャフトを介して前記ラックキャリアの重量を支持し、及び前記モーターアセンブリが前記ラックキャリアを回転させるように構成される、態様2に記載の極低温保存装置。
[態様4]
前記駆動シャフトの前記外側端部が、前記駆動シャフトを前記モーターアセンブリの対応するねじにねじ込むように適合されたねじ山を含み、前記駆動シャフトを前記モーターアセンブリの前記対応するねじにねじ込むことが前記ラックキャリアを垂直方向に移動させる、態様3に記載の極低温保存装置。
[態様5]
前記サンプル保存ラックが前記ラックキャリア上に吊される、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様6]
ある量の極低温液を前記冷凍器の内部に更に含み、前記ラックキャリアの下側部分が前記量の極低温液中に延在し、前記キャリアが前記ラックキャリアの下側部分から前記ラック取り付け機構まで熱伝導体を備える、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様7]
前記ラック取り付け機構が前記駆動シャフトの前記内側端部に結合される、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様8]
前記軸受部材が前記駆動シャフトに組み込まれる、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様9]
前記冷凍器の前記上部の外面が、前記モーターを前記冷凍器に固定するように適合されたモーターアセンブリマウントを含み、前記構成可能な極低温保存装置が前記自動構成であるとき、前記モーターアセンブリマウントが前記モーターアセンブリ及び前記ラックキャリアの重量を支持する、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様10]
前記ラックキャリアが前記モーターアセンブリに結合されるとき、前記モーターアセンブリマウントが前記モーターアセンブリ及び前記ラックキャリアの水平化を可能にする、態様9に記載の極低温保存装置。
[態様11]
前記冷凍器の前記上部の外面が、回収モジュールを固定するように適合された少なくとも1つの取り付け機構を含み、前記回収モジュールが、前記冷凍器にアクセスし、且つ前記ポートを介してサンプル保存ラックを回収するように構成される、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様12]
前記複数のラック取り付け機構のそれぞれの対応する開口が、前記サンプル保存ラックが上部プレートの対応する開口を介して下げられるときに、前記複数のサンプル保存ラックの1つの底端部を案内するための前記対応する開口を取り囲んでいるガイドフィンを含む、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様13]
前記軸受部材が回転軸受部材である、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様14]
前記軸受部材が、前記冷凍器の内壁に取り付けられる複数の軸受部材を含む、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様15]
前記軸受部材が、前記冷凍器の底部内面に取り付けられる複数の軸受部材を含み、前記軸受部材が前記ラックキャリアの底部プレートに接触するように配置される、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様16]
前記シャフトが駆動シャフトであり、前記駆動シャフトが、モーターアセンブリに結合されるように構成される外側部分を有する、態様1に記載の極低温保存装置。
[態様17]
極低温環境を維持するように構成される冷凍器を備え、前記冷凍器が、
前記冷凍器の上部を介して前記極低温環境へのアクセスを可能にするポートと、
前記冷凍器の内部のある量の極低温液であって、前記冷凍器の前記内部の底面に貯められる、ある量の極低温液と、
前記冷凍器の内部のラックキャリアであって、複数のラック取り付け機構を含み、前記ラック取り付け機構のそれぞれがサンプル保存ラックを受容し、且つ前記サンプル保存ラックの端部を正確に配置するように構成される、ラックキャリアと、
前記量の極低温液中に延在する前記ラックキャリアの下側部分であって、前記キャリアが、前記ラックキャリアの下側部分から前記ラック取り付け機構まで熱伝導体を備える、前記ラックキャリアの下側部分と
を備える、極低温保存装置。
[態様18]
前記複数のサンプル保存ラックが前記ラック取り付け機構から吊される、態様17に記載の極低温保存装置。
[態様19]
手動動作冷凍器を自動動作冷凍器に変換する方法であって、
冷凍器を用意するステップであって、前記冷凍器が、前記冷凍器の上部を通る駆動シャフトと、前記冷凍器の内部に配置されたラックキャリアとを有し、前記ラックキャリアが軸受に載置され、且つ前記駆動シャフトによって支持されるように適合される、ステップと、
前記冷凍器の前記上部の外面にモーターアセンブリを取り付けるステップと、
前記駆動シャフトを用いて前記ラックキャリアを前記回転軸受から持ち上げるステップであって、前記ラックキャリアが前記駆動シャフトによって支持されることを引き起こす、ステップと、
前記駆動シャフトを前記モーターアセンブリに固定するステップと
を含む、方法。
[態様20]
前記駆動シャフトがねじ付き外側端部を含み、及び前記駆動シャフトを用いて前記ラックキャリアを前記回転軸受から持ち上げるステップが、前記駆動シャフトの前記ねじ付き外側端部を前記モーターアセンブリの対応するねじ付き開口にねじ込むステップを更に含み、前記ねじ込むステップが前記ラックキャリアを前記回転軸受から持ち上げる、態様19に記載の方法。
[態様21]
前記駆動シャフトの前記ねじ付き外側端部を前記モーターアセンブリの対応するねじ付き開口にねじ込むステップが、前記冷凍器の前記上部のドアを介して前記ラックキャリアを手動で回転させるステップを更に含む、態様20に記載の方法。
[態様22]
前記ラックキャリアを前記モーターアセンブリで支持するステップを更に含む、態様20に記載の方法。
[態様23]
取り付けハードウェアを極低温保存装置に取り付ける方法であって、
極低温保存装置のカバーの上面にガイドプレートを配置するステップであって、それにより、前記ガイドプレートが前記上面でアクセスポートに対して予め規定された関係で位置合わせされる、ステップと、
前記ガイドプレートによって示される場所で複数の取り付けポストを前記上面に溶接するステップと、
前記カバー内を真空引きするステップと、
前記ガイドプレートによって示される場所で前記取り付けポストに取り付けハードウェアを配置するステップと、
前記取り付けハードウェアを前記取り付けポストに取り付けるステップと
を含む、方法。

Claims (20)

  1. 極低温環境を維持するように構成される冷凍器を備え、前記冷凍器が、
    前記冷凍器の上部を介して前記極低温環境へのアクセスを可能にするポートと、
    複数のラック取り付け機構を上部に有するラックキャリアであって、前記ラック取り付け機構のそれぞれがサンプル保存ラックを受容し、且つ前記サンプル保存ラックの端部を当該ラックキャリアの前記上部に配置するように構成される、ラックキャリアと、
    前記ラックキャリアに結合された軸受部材と、前記冷凍器に結合された静止レースとを含む軸受であって、前記軸受が、前記静止レースが前記軸受部材に結合されるときに前記ラックキャリアを支持するように構成される、軸受と、
    前記冷凍器の少なくとも一部を通して延在するシャフトを含むシャフトインターフェイスであって、前記シャフトが外側部分と前記ラックキャリアに結合された内側部分とを有し、前記シャフトが、前記軸受部材を前記静止レースから切り離すために前記ラックキャリアの垂直方向移動を可能にし、前記シャフトが、前記軸受部材が前記静止レースから切り離されるときに前記ラックキャリアを支持する、シャフトインターフェイスと
    を備える、極低温保存装置。
  2. 前記構成可能な極低温保存装置が手動回転構成と自動回転構成とを含み、前記手動回転構成では、前記ラックキャリアが前記軸受に載置され、及び前記自動回転構成では、前記ラックキャリアが、モーターアセンブリに結合された前記シャフトから吊される、請求項1に記載の極低温保存装置。
  3. 前記自動回転構成において、前記モーターアセンブリが前記シャフトを介して前記ラックキャリアの重量を支持し、及び前記モーターアセンブリが前記ラックキャリアを回転させるように構成される、請求項2に記載の極低温保存装置。
  4. 前記シャフトの前記外側部分が、前記シャフトを前記モーターアセンブリの対応するねじにねじ込むように適合されたねじ山を含み、前記シャフトを前記モーターアセンブリの前記対応するねじにねじ込むことが前記ラックキャリアを垂直方向に移動させる、請求項3に記載の極低温保存装置。
  5. 前記サンプル保存ラックが前記ラックキャリア上に吊される、請求項1に記載の極低温保存装置。
  6. ある量の極低温液を前記冷凍器の内部に更に含み、前記ラックキャリアの下側部分が前記量の極低温液中に延在し、前記ラックキャリアが前記ラックキャリアの下側部分から前記ラック取り付け機構まで熱伝導体を備える、請求項1に記載の極低温保存装置。
  7. 前記ラック取り付け機構が前記シャフトの前記内側部分に結合される、請求項1に記載の極低温保存装置。
  8. 前記軸受部材が前記シャフトに組み込まれる、請求項1に記載の極低温保存装置。
  9. 前記冷凍器の前記上部の外面が、前記モーターを前記冷凍器に固定するように適合されたモーターアセンブリマウントを含み、前記構成可能な極低温保存装置が前記自動構成であるとき、前記モーターアセンブリマウントが前記モーターアセンブリ及び前記ラックキャリアの重量を支持する、請求項1に記載の極低温保存装置。
  10. 前記ラックキャリアが前記モーターアセンブリに結合されるとき、前記モーターアセンブリマウントが前記モーターアセンブリ及び前記ラックキャリアの水平化を可能にする、請求項9に記載の極低温保存装置。
  11. 前記冷凍器の前記上部の外面が、回収モジュールを固定するように適合された少なくとも1つの取り付け機構を含み、前記回収モジュールが、前記冷凍器にアクセスし、且つ前記ポートを介してサンプル保存ラックを回収するように構成される、請求項1に記載の極低温保存装置。
  12. 前記複数のラック取り付け機構のそれぞれの対応する開口が、前記サンプル保存ラックが上部プレートの対応する開口を介して下げられるときに、前記複数のサンプル保存ラックの1つの底端部を案内するための前記対応する開口を取り囲んでいるガイドフィンを含む、請求項1に記載の極低温保存装置。
  13. 前記軸受部材が回転軸受部材である、請求項1に記載の極低温保存装置。
  14. 前記軸受部材が、前記冷凍器の内壁に取り付けられる複数の軸受部材を含む、請求項1に記載の極低温保存装置。
  15. 前記軸受部材が、前記冷凍器の底部内面に取り付けられる複数の軸受部材を含み、前記軸受部材が前記ラックキャリアの底部プレートに接触するように配置される、請求項1に記載の極低温保存装置。
  16. 前記シャフトが駆動シャフトであり、前記駆動シャフトが、モーターアセンブリに結合されるように構成される外側部分を有する、請求項1に記載の極低温保存装置。
  17. 手動動作冷凍器を自動動作冷凍器に変換する方法であって、
    冷凍器を用意するステップであって、前記冷凍器が、前記冷凍器の上部を通る駆動シャフトと、前記冷凍器の内部に配置されたラックキャリアとを有し、前記ラックキャリアが軸受に載置され、且つ前記駆動シャフトによって支持されるように適合される、ステップと、
    前記冷凍器の前記上部の外面にモーターアセンブリを取り付けるステップと、
    前記駆動シャフトを用いて前記ラックキャリアを前記軸受から持ち上げるステップであって、前記ラックキャリアが前記駆動シャフトによって支持されることを引き起こす、ステップと、
    前記駆動シャフトを前記モーターアセンブリに固定するステップと
    を含む、方法。
  18. 前記駆動シャフトがねじ付き外側端部を含み、及び前記駆動シャフトを用いて前記ラックキャリアを前記軸受から持ち上げるステップが、前記駆動シャフトの前記ねじ付き外側端部を前記モーターアセンブリの対応するねじ付き開口にねじ込むステップを更に含み、前記ねじ込むステップが前記ラックキャリアを前記軸受から持ち上げる、請求項17に記載の方法。
  19. 前記駆動シャフトの前記ねじ付き外側端部を前記モーターアセンブリの対応するねじ付き開口にねじ込むステップが、前記冷凍器の前記上部のドアを介して前記ラックキャリアを手動で回転させるステップを更に含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記ラックキャリアを前記モーターアセンブリで支持するステップを更に含む、請求項18に記載の方法。
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