JP3799876B2 - インキュベータ - Google Patents
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Description
【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、収納庫内に設けられた試料棚と、この試料棚を回転させる回転駆動手段と、この試料棚を昇降させる昇降駆動手段と、この回転駆動手段と昇降駆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、前記試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わ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、試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わせ、これにより収納庫内の雰囲気を撹拌することにより、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2b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11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19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15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20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12(図1参照)に摺動自在な状態で係合するスライダ12a(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20、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11b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20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25b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20a、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20b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、試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わせ、これにより収納庫内の雰囲気を撹拌するようにしたので、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(回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作)は、試料棚の位置決めに用いられる昇降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)
- 収納庫内に設けられた試料棚と、この試料棚を回転させる回転駆動手段と、この試料棚を昇降させる昇降駆動手段と、この回転駆動手段と昇降駆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、前記試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わ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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