JP2893086B2 - 培養器における培養室内雰囲気の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は細菌、細胞などを培養液の温度ならびに培養
液のPHを一定に保って培養する際に用いられる培養器、
殊に中形乃至小形の培養器に適する培養室雰囲気の制御
方法に関するものである。

［従来の技術］ 細菌、細胞などを培養する際に用いられる培養器とし
て赤外線式炭酸ガスセンサを用いて培養室内部の炭酸ガ
ス濃度を制御する方式のものが知られている。

赤外線式炭酸ガスセンサを用いると高精度の炭酸ガス
濃度の制御が可能であるが、高価であるとともに制御装
置が比較的複雑であるという欠点がある。

従って、小形の培養器にあっては赤外線式センサに代
えて熱伝導度式センサを用いて培養室内の炭酸ガスを制
御することで低価格化および制御装置の簡単化を計って
いる。

ところが、熱伝導度式センサは炭酸ガス以外のガス、
殊に水蒸気にも応答するという特性をもっている。

一方、一般に培養室内部には乾燥防止用の水を収容し
た加湿パットが設置されている。

従って、培養室内の温度の上昇に伴って湿度が変化す
ることになり熱伝導度式センサを用いて炭酸ガス濃度を
高精度で制御することは困難である。

そこで、例えば培養器内部に湿度センサを設置し、そ
の測定値を以て熱伝導度式センサの出力を逐次補正して
炭酸ガス濃度を制御する手段、或いは培養室内から取出
した気体に含まれる水分を除湿装置を用いて完全に除湿
し、次に炭酸ガス濃度を培養室内側の外部に設置した測
定装置により測定して制御するものが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前記前者の手段による場合は、培養器
室内に設置してある熱伝導度式の炭酸ガスセンサに影響
を与える湿度は必ずしも培養室内の実際の湿度と同一で
なく、しかも培養器内部の湿度は湿度センサにより測定
されたものである。従って、熱伝導度式センサに影響を
及ぼす湿度を正確に補正することができず、培養器内部
の炭酸ガス濃度を高精度に制御することが困難である。

また、前記後者の手段による場合には培養器内部の湿
度を完全に除去してしまうため、培養器内部の炭酸ガス
濃度の測定に際して湿度の影響を受けることがないが、
外部にい除湿並びに炭酸ガス濃度測定のための装置を配
設しなければならず大形化するとともに高価になり、経
済的にも不利である。加えて、培養器内から取出した気
体を完全に除湿するための時間を必要とするための培養
器内の実際の炭酸ガス濃度と測定した炭酸ガス濃度とに
おいて時間的ずれによる差を生じた不正確である。更に
は除湿により生じた排水の排出は水垢の除去などのため
の設備が必要であるとともにそれらの保守も面倒である
という問題もある。

本発明は斯る実情に鑑みてなされたものであって、セ
ンサとして熱伝導度式センサを用いて高精度に炭酸ガス
濃度を制御することを可能にし、且つ小形計量で安価に
提供することができる培養器における内部雰囲気の制御
方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、先ず培養室内を所要の一定温度に
し、次に培養室内の湿度を飽和状態として湿度が飽和状
態になったことを培養室内に設置した熱伝導度式センサ
により検知した後、この検知値を基準にして前記熱伝導
度式センサにより前記培養室内の炭酸ガス濃度を検知し
ながら必要量の炭酸ガスを前記培養室内に断続的に供給
して前記培養室内雰囲気を所要の温度ならびに炭酸ガス
濃度に維持させるという制御方法を前記課題を解決する
ための手段とした。また、前記手段において、培養室内
への炭酸ガスの供給を予め定められた供給計画に基づい
て電子的に制御し、更には単位時間当りの培養室内への
炭酸ガスの供給量を炭酸ガス濃度の増加に反比例して行
なうとよい。

［作 用］ 培養器内に設置した熱伝導度式センサを用いて所定量
の炭酸ガスを培養器内に供給する以前に、培養器内の湿
度を所要温度における飽和湿度としておき、その絶対湿
度を前記熱伝導度式センサにより測定することで熱伝導
度式センサにより培養器内の炭酸ガス濃度を測定する際
の培養器内の湿度の影響を回避して炭酸ガス濃度を高精
度に制御する。

［実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。

第１図および第２図は本発明を実施する際にい用いら
れる培養器の一例を示すものであり、例えばアルミニウ
ムなどの熱伝導性ならびに耐蝕性に優れた金属材板を折
曲げ或いはプレス加工などにより前面開口の函形に形成
した10程度の容積を有する内函１と鋼材などの金属板
材を折曲げ或いはプレス加工などにより前面開口の函形
に形成してなる外函２とがそれぞれの開口端縁に外側な
らびに内側に向けて形成されている鍔部3,4を互いに当
接固着させることによって互いに結合され、内函１と外
函２との間に所定幅の空所５が形成されて培養器本体６
が形成されている。そして、内函１の内部は培養室７が
形成されているととも内函１の外側には電熱ヒータ８が
直接配設されており、更にその上に断熱材９が配設され
ている。

培養器本体６の前面には培養室７の開放部を覆う蓋体
10が外函２の下方に配設されているヒンジ11により開閉
自由に取付けられている。この蓋体10は外函２と同様な
材料により形成されており、内部に電熱ヒータ12ならび
に断熱材13が配設された外蓋14とその内側に配置されて
いる透明な耐熱性を有する硬質合成樹脂により形成さる
た内蓋15とからなり、内蓋15と鍔部４との間にパツキン
16が介装されているとともに鍔部４と外蓋14とに永久磁
石片17と磁性体片18が対向付設されて密閉可能に構成さ
れている。この蓋体10は外蓋14を開放して培養室７を断
熱状態に保持したままの状態でえ収容してあるサンプル
の状態を外部から容易に覗いて観察することができると
ともに蓋体10自身も発熱して培養室７内を迅速且つ均一
に加温することができる。

また、培養室７内にはサーミスタなどからなる培養室
７内の温度を検知する温度センサ19および培養室７内の
湿度と炭酸ガス濃度とを検知する熱伝導度式センサ20が
配設されている。これらのセンサ19,20は培養器本体６
の背面に位置する空所５に配設されているマイクロコン
ピュータのような電子式制御器21に接続されている。

更に、培養器本体６の正面上部に設けられた操作パネ
ル22には電源スイッチ23と、培養室７内の温度ならびに
炭酸ガス濃度を表示するための発光ダイオードにより構
成される表示部24,25と、培養室７内の温度ならびに炭
酸ガス濃度を所要の値に設定するためのデジタル式の設
定スイッチ26とが配設されている。

更にまた、培養器本体６の背面に位置する空所５には
電子式制御器21により制御される電磁駆動の開閉弁27が
具えられている。この開閉弁26は入口が培養器の外部に
配置された炭酸ガスのボンベ28に除菌フィルタ29を有す
る供給管30によって接続されているとともに出口が培養
室７に開口する注入管31に接続されている。

尚、図面中、符号32は内部に蒸留水を収容した加湿パ
ット、符号33はサンプルの載置棚、符号34は培養室７の
内部から外函２の外部に開口した室内空気採取管であ
る。

電子式制御器21は最初に温度センサ19からの電気信号
に基づいてヒータ8,12を制御して培養室７内の温度を所
要の値に調整する。そして、所要温度に調整された培養
室７内の絶対湿度を熱伝導度式センサ20からの電気信号
に基づいて測定し、培養室７内の温度が所要の温度に到
達し且つ湿度が飽和安定状態に到達したとき熱伝導度式
センサ20を炭酸ガス濃度センサとして作用させ、そのと
きの電気信号の値を基準値として培養室７内の炭酸ガス
濃度を検知しながら開閉弁27を制御してボンベ28から炭
酸ガスを断続的に供給して培養室７内を所要の温度なら
びに炭酸ガス濃度に維持させる。殊に、温度ならびに湿
度の制御は移動平均法、即ち、或る一定時間ｔ毎のｎ個
の測定値を平均してそれまでの平均値または傾きを演算
するとともに、最初の測定値の代わりに更にｔ時間後の
測定値を加えてそれまでの平均値または傾きを演算する
方法により求める。そして、これを繰返して演算した平
均値と絶対差（各測定値における平均値に対する正およ
び負方向の差の和）または傾きが或る数値以下に達した
点を平衡点として培養室７内を所要温度に調整するもの
であり、これと同様の手段で培養室７内が飽和或湿度に
到達したこと確認するものであり、きわめて精度よく制
御できる。また、培養室内への炭酸ガスの供給は予め定
められた供給計画に基づいて電子的に制御され、更に、
例えば飽和湿度における熱伝導度式センサ20の出力電圧
が1100mVで設定炭酸ガス濃度の目標出力電圧が100mVと
した場合に、熱伝導度式センサ20の出力電圧が500mVに
なるまでの最初の区間については電磁弁27を１分間に２
秒間だけ開放し、次に出力電圧が300mVになるまでの区
間については１分間に１秒間だけ開放し、最後の目標出
力電圧がである100mVになるまでの区間については１分
間に80〜800ミリ秒間だけ開放するように、単位時間当
りの炭酸ガスの供給量を熱伝導度式センサ20の測定出力
と目標出力との差に比例させて、即ち炭酸ガス濃度の増
加に反比例して行うものであり、炭酸ガス濃度の調整が
確実で設定炭酸ガス濃度を越えてオーバーシュートする
ことがないばかりか従来必須の構成部品であったボンベ
28からの炭酸ガスの流量を減少させるための圧リストリ
クタも不要である。

このような構成を有する培養器を用いて本発明を実施
するには、先ず、電源スイッチ23をON状態として、設定
スイッチ26を操作すると電子制御器21が作動して温度セ
ンサからの電気信号に基づきヒータ8,12を作動させ、内
函１を通して培養室７の雰囲気温度を正確に設定温度に
到達させ、その旨を表示部24に表示する。

また、同時に熱伝導度式センサ20により培養室７内の
湿度を測定している。

一方、培養室７内の湿度は雰囲気温度が上昇するにし
たがって加湿パット32内に収容された蒸留水が蒸発して
湿度が上昇し、所要温度において飽和湿度に到達したと
き熱伝導度式センサ20が炭酸ガス濃度センサとして作用
させ、飽和湿度における電気信号の値を基準値として培
養室７内の炭酸ガス濃度を検知しながら開閉弁27を制御
してボンベ28から炭酸ガスを断続的に供給し培養室７内
の雰囲気を所要の温度ならびに炭酸ガス濃度に維持させ
る。

［発明の効果］ 本発明は培養室内の炭酸ガス濃度を調節するためのセ
ンサとして熱伝導度式センサを培養室内に配置したため
培養器を小形で安価なものにすることが可能である。殊
に、一つの熱伝導度式センサを湿度センサとして使用し
培養室内が飽和湿度に達したことを確認した後に炭酸ガ
ス濃度センサに切換えるとともにそのときの測定値を基
準にして炭酸ガス濃度を測定することで熱伝導度式セン
サの欠点である湿度に対する測定誤差を生じさせること
なく正確な炭酸ガス濃度調整が可能であるばかりか別途
に湿度センサを必要としないという利点もある。

また、培養室内への炭酸ガスの供給を予め定められた
供給計画に基づいて電子的に制御し、更には、単位時間
当りの炭酸ガスの供給量を炭酸ガス濃度の増加に反比例
して行うことにより濃度調整が確実で設定炭酸ガス濃度
を越える心配がなく培養液のPHが基準値を越えて変化す
ることがないばかりか従来必須の構成部品であったボン
ベ28からの炭酸ガスの流量を減少させるための圧リスト
リクタも不要である。

更にまた、制御装置自体の構成が複雑でなく多量生産
にも適しているとともに操作も複雑でなく保守も簡単で
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を実施する際に使用される培養器一実施例
を示すものであり、第１図は斜視図、第２図は第１図の
縦断面拡大図である。 ７……培養室、20……熱伝導度式センサ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先ず培養室内を所要の一定温度にし、次に
   培養室内の湿度を飽和状態として湿度が飽和状態になっ
   たことを培養室内に設置した熱伝導度式センサにより検
   知した後、この検知値を基準にして前記熱伝導度式セン
   サにより前記培養室内の炭酸ガス濃度を検知しながら必
   要量の炭酸ガスを前記培養室内に断続的に供給して前記
   培養室内雰囲気を所要の温度ならびに炭酸ガス濃度に維
   持させることを特徴とする培養器における培養室内雰囲
   気の制御方法。
2. 【請求項２】培養室内への炭酸ガスの供給は予め定めら
   れた供給計画に基づいて電子的に制御される請求項１記
   載の培養器における内部雰囲気の制御方法。
3. 【請求項３】培養室内への単位時間当りの炭酸ガスの供
   給量を炭酸ガス濃度の増加に反比例させている請求項１
   または２記載の培養器における内部雰囲気の制御方法。