JP7028706B2 - 安全キャビネット - Google Patents

Description

本発明は、微生物・病原体などを取り扱うために、安全な作業環境を実現する設備である安全キャビネットに関する。

従来、微生物・病原体などを取り扱う場合、内部清浄度を維持し、取り扱う微生物・病原体を人・環境から物理的に隔離して、安全に作業を行う安全キャビネットが用いられている。
安全キャビネットとしては特許文献１、２のような技術が知られている。

特許文献１は、開放式ダクト接続により室外に排気する安全キャビネットにおいて、室外排気ダクト系統に不具合が発生し、開放式ダクトの開口部から少量の揮発性有害物質を含む安全キャビネットの排気空気が実験室に漏れ出る可能性が生じた際に、警報を発生する安全キャビネットについて、開示している。

特許文献２は、作業者が安全キャビネットを使用して標準作業手順書や試料データを確認しながら作業を行うに際して、安全キャビネットに設けたモニター画面等の表示装置を、蛍光灯の光による乱反射や殺菌灯照射による劣化の影響を受けず、かつ気流経路の抵抗にならない位置に配置し、また除染作業からも保護し、併せて、表示に係わる部分に汚れが付着することを防止する技術を開示している。

特開２０１７－７８５２７号公報 特開２０１６－１６５２４９号公報

安全キャビネット内で使用される試料は、例えば、３５℃程度の恒温槽（インキュベータ）で培養、増殖される場合が多い。これに対し、試料に対し操作を行う安全キャビネットは室温であり、温度の調節は、なされてはいなかった。

特許文献１および特許文献２においても、安全キャビネットにおける試料の温度を調節することについて、なんら開示はされていない。

従来の安全キャビネットでは、温度が調節されていないことから、試料の培養時と、安全キャビネット内で行う操作時との間で温度差が生じ、そのことから、試料の状態に影響を与える可能性がある。

本発明の目的は、試料に対して温度による影響を少なくすることができる安全キャビネットを提供することにある。

本発明の好ましい一例は、作業を行う作業ステージと、作業者が作業をする作業空間と、前記作業空間の前面に形成する前面板と、前記作業空間と接続する作業開口と、前記作業開口から空気を吸い込み、前記作業空間の空気を、空気清浄手段を介して安全キャビネット外へ排気する排気手段と、前記作業空間の温度を調節する温度調節手段とを有する安全キャビネットである。

本発明により、試料に対して温度による影響を少なくすることができる。

実施例１における安全キャビネットの概略正面図を示す図ある。 図１のＡ－Ａ’断面を右方より見た安全キャビネットの概略側面図である。 空気の流れを矢印で示した安全キャビネットの概略側面図である。 実施例１を説明する安全キャビネットの概略側面図である。 実施例２を説明する安全キャビネットの概略側面図である。 実施例３を説明する安全キャビネットの概略側面図である。 実施例４を説明する安全キャビネットの概略側面図である。

以下、実施例を、図１～図７を用いて説明する。

図１に、安全キャビネットの概略正面図を示す。また、図２に、図１のＡ－Ａ’断面を右方より見た安全キャビネットの概略側面図を示す。

安全キャビネット１００の筐体１０１の中央域に開口が設けられ、その奥に作業空間１０４が設けられている。作業空間１０４の前面側には、開口の上部を塞ぐように前面板１０２が設けられ、その下側には作業開口１０３が設けられ、作業者は作業開口１０３から作業空間１０４に手を入れて、作業を行う。前面板１０２は、ガラス等の透明な材料で形成されており、作業者は前面板を通して作業を目視することができる。

作業空間１０４の底面には略平坦な作業ステージ１０５が設けられ、作業者は作業ステージ上で作業を行う。作業ステージ１０５の前方側であって、作業開口１０３の近くには、下方に通じる吸気口１０７が設けられている。吸気口１０７は、例えば作業開口１０３に沿って筐体の左右方向に延びるスリットで形成されている。作業空間１０４の背面側には、吸気口１０７から筐体の上部に通じる背面流路１０８が設けられている。

作業空間１０４の上側には吹き出し側ＦＦＵ(ファンフィルタユニット)１０９が設けられている。吹き出し側ＦＦＵ１０９は、モータで駆動されて回転する、送風手段であるファンと、微粒子を除去するフィルタ、例えば、空気清浄手段であるＨＥＰＡフィルタ１０９Aで構成されている。吹き出し側ＦＦＵ１０９により、微粒子を除去した清浄な空気を、作業空間１０４に吹き出す。筐体１０１の上部には、排気側ＦＦＵ(ファンフィルタユニット)１１０が設けられており、空気の一部をフィルタ、例えばＨＥＰＡフィルタ１１０Aを通して、微粒子を除去して装置の外部へ排出する。

図３に、安全キャビネット動作時の空気の流れを矢印で示す。作業ステージ１０５の前面側の吸気口１０７から吸引された空気９０は、符号９１で示すように筐体の下部、背面流路１０８、筐体の上部を通って、吹き出し側ＦＦＵ１０９から作業空間１０４へ送風される。作業空間１０４には、吹き出し側ＦＦＵ１０９のＨＥＰＡフィルタ１０９Aで微粒子が除去された清浄な空気が送風されることにより、作業空間１０４は清浄な状態に維持される。

このとき、符号９２で示す作業空間１０４への空気の流れのみでは、作業空間内の空気が外部へ漏出する恐れがある。そのため、排出側ＦＦＵ１１０を設け、ＨＥＰＡフィルタ１１０Aを通して空気の一部を外部へ放出する。これにより、作業空間内の圧力が低下し、外部から前面板１０２の下方の作業開口１０３を通して内部へ導入されようとする空気の流れ９４を生じる。この空気の流れ９４がそのまま作業空間へ流入すると作業空間の清浄度が低下してしまう。

しかし、吹き出し側ＦＦＵ１０９から作業空間へ吹き出す空気の流れ９２の風量と、排出側ＦＦＵ１１０から外部へ排出する空気の流れ９３の風量を適切に制御することにより、作業開口１０３から流入する空気９４の全てと、作業空間へ送られた空気９２の大半を吸気口１０７から吸い込むことで、作業空間１０４へ吹き出す空気の流れ９２により、作業開口１０３からの空気９４の作業空間１０４への流入を阻止する大気の壁(エアバリア)が形成される。

これにより、外部からの空気が作業空間１０４を汚染することがなく、かつ、内部の清浄化前の空気が外部へ漏出することがないという均衡状態を実現することができる。また、これにより、作業者が作業開口１０３を通して作業空間１０４に手を入れて作業を行っても、清浄度の維持と汚染防止を実現することができる。

図４は、実施例１を説明する安全キャビネットの概略側面図である。実施例１では、作業空間１０４の温度を調節する温度調節手段２０を、安全キャビネット１００の筐体１０１内の作業ステージ１０５に接触するように、作業ステージ１０５の下方に配置している。

温度調節手段２０は、加熱手段としては、線ヒータ、綿状発熱体、セラミックヒータ、ニクロム線ヒータ、カーボン等の電気導通による発熱塗料塗布といった手段がある。また、温度調節手段２０は、温度の一定制御のため、冷温機構を併せ持ってもよい。冷温機構の例としては、ステージ下に水道配管、ペルチェ素子等がある。温度調節手段２０は、温度調節手段２０は、エアコンと同じ機能を持つように、してもよい。作業ステージ１０５と一体に形成してもよい。

実施例１によれば、作業空間１０４の温度を調節できるので、作業空間内に配置した試料に対する温度の影響を少なくできる。

実施例１の変形例としては、温度調節手段２０の温度設定値については、例えば、安全キャビネット１００の前面の上部に設けたタッチパネルから、利用者が指定できるようにしてもよい。

また、作業ステージ１０５上に、温度センサ３０を設けて、温度センサ３０が検出した温度に基づいて、温度調節手段２０の温度を制御してもよい。温度センサ３０の設置位置は、作業ステージ１０５に近い側が望ましい。試料に近く配置することで、試料の温度をより正しく検知できるためである。

加温時などの温度調節時には、ファンを駆動するモータの制御部が、モータの回転数を落とし、排気側ＦＦＵ(ファンフィルタユニット)１１０のファンの稼働を、低減し、排出する空気の流れ９３を減量するように制御してもよい。この場合、より迅速かつ容易に温度上昇などの温度調節が可能となる。ただし、エアバリアの効果が低下することとのトレードオフがあり、パーティクルカウンタ等を設置して、清浄度をモニタリングしながら低下させることが望ましい。あるいは、事前に、排気側ＦＦＵ(ファンフィルタユニット)１１０の稼動低減運転時の状態をデータベース化しておき、そのテーブル等を参照してファンの稼動の制御をしてもよい。

図５は、実施例２を説明する安全キャビネットの概略側面図である。実施例１と重複する説明は、省略する。実施例２では、空気の流れの循環経路内に、温度調節手段２０を設ける。図５では、作業ステージ１０５の下方における空気の流れ９１の経路に、温度調節手段２０を配置している。

温度の制御を行いたい対象は、試料である。したがって、空気の流れの循環経路内に温度調節手段２０を設けてもよい。温度調節手段２０は、冷温手段を併せ持ってもよい。実施例１に記載したように、作業ステージ１０５上に、温度センサ３０を設けて、温度センサ３０が検出した温度に基づいて、温度調節手段２０の温度を制御してもよい。

実施例２によれば、暖められた空気の流れ９２は、清浄空気であり、作業ステージ１０５に配置する試料に向かって流れるため、シャーレ上の培養組織そのものを直接に加温できるとともに、大半の領域が空いている作業ステージ１０５にも直接空気が当たるため、作業ステージ１０５の加温も実現できる。

図６は、実施例３を説明する安全キャビネットの概略側面図である。実施例１と重複する説明は、省略する。実施例３では、吹き出し側ＦＦＵ１０９に温度調節手段を設けている。

安全キャビネットでの作業エリアの昇温が、他装置に比べ格段に難しい理由が、原理的に開放系であるという点である。常に外部から空気の流れ９４が導入され、またそれにともない負圧を形成するため空気の流れ９３として外部に放出され続ける。すなわち、せっかく温めたエアーの一部は常に外部に放出し、冷たい外部大気を導入し続けるという、作業空間内の昇温とは、そもそも相矛盾する動作を行うためである。

実施例３では、吹き出し側ＦＦＵ１０９に温度調節手段２２を配置し、より効率的に作業空間１０４内に導入される空気の温度を調節することで、より高い温度状態までの作業空間領域の昇温といった温度調節を実現することができる。

本実施例では、吹き出し側ＦＦＵ１０９に温度調節手段２２を設けたが、実施例１のように、作業ステージの下方に温度調節手段２０を設ける場合と本実施例とを併用してもよい。また、実施例２のように、空気の流れる循環経路に温度調節手段２０を設けた場合と本実施例とを併用してもよい。また、実施例１から実施例３に示した場所全てに、温度調節手段を設けてもよい。

図７は、実施例４を説明する安全キャビネットの概略側面図である。実施例１と重複する説明は、省略する。実施例４では、安全キャビネット１００に、第１のＡＣコード３１と第２のＡＣコード３２を設ける。

通常、安全キャビネット１００は、低圧電源（日本ではＡＣ１００Ｖ）で運用される。特に、大電流を必要としないためである。
しかし、安全キャビネット１００全体を昇温もしくは降下させようとすると、その温度調節に際し、大量の電力を必要とする。このため通常の１００Ｖ給電系では電流容量が超過し、ケーブルの過熱あるいはブレーカによる遮断につながる恐れがある。
そこで、温度調節用以外のＡＣコードと、温度調節に利用する電力給電用のＡＣコードを分離し、合計で複数本設ける。

実施例４によれば、１本当たりの電流量を減少でき、安全な給電が実現する。また、多量の電力を必要とする場合、たとえば、実施例１から実施例３に示した温度調節手段２０の全てを、安全キャビネット１００に備える場合等は、加熱用電力供給コードも複数本設けてもよい。
また、これらの場合、ＡＣコードから先の、安全キャビネット内での配線も、第１のＡＣコード３１による給電系と、第２のＡＣコード３２による給電系では分離することになる。

また、電流量を低下させるもっとも簡便な手段は、給電電圧を上げることである。
よって、第１のＡＣコード３１を１００Ｖ、温度調節手段２０用には第２のＡＣコード３２をより高電圧（たとえば２００Ｖ）とすることで、加熱系の経路の電流量は、供給電圧が１００Ｖにくらべて、２００Ｖの場合では半減することができ、電力の安全供給が実現できる。

例えば、特開2006-71233には、冷蔵庫や冷凍庫、高圧蒸気滅菌器の温度情報を情報処理装置に伝達してバイオハザード対策室内に設置されたそれらの機器の情報を室外から監視する技術が記載されている。また、特開2001-104835には、遠心分離器の利用時設定情報記憶して同じ設定で使用することができるようにしているが、その設定情報の一つとして温度が記載されている。

本実施例では、安全キャビネット１００の作業ステージ１０５を含む作業空間１０４内の温度調節をするにあたり、安全キャビネット１００の装置外から温度情報を受け取り、当該温度情報に基づき作業空間１０４内の温度制御することができる安全キャビネット１００を説明する。

安全キャビネット１００としては、安全キャビネット１００外から温度情報を受け取ると作業空間１０４内に設けられた温度センサ３０からの温度情報と比較して、温度差に応じて、温度調節手段２０の加熱手段を機能させたり、冷温手段を機能させたりすることで、外部と作業空間１０４との温度差を減じるように、温度調節手段２０の設定温度を制御する。温度センサ３０を安全キャビネット１００の外部空気取り込み口に設けることで、当該温度センサ３０からの温度情報を作業空間１０４の温度制御に生かして、加熱手段や冷温手段の出力を変えたり、外部空気取り込み口から吸いこむ空気量を変えたりすることができる。

安全キャビネットの装置外からの温度情報が、恒温培養器（インキュベータ）の温度情報の場合、安全キャビネットの作業空間１０４の温度が安全キャビネットの外部温度、例えば室温よりも高くなるように制御して、恒温培養器から取り出したシャーレ、試験管、フラスコ等に対する作業時に細胞への環境変化による影響を減らすことができる。

安全キャビネットの装置外からの温度情報が、冷蔵庫や冷凍庫の温度情報の場合、安全キャビネットの作業領域の温度が安全キャビネットの外部温度、例えば室温よりも低くなるように制御して、恒温培養器から取り出したシャーレ、試験管、フラスコ等に対する作業時に細胞への環境変化による影響を減らすことができる。

安全キャビネット１００には、作業によって外部からの温度情報を選択することができる機能を備えてもよく、例えば、安全キャビネット１００に対して直接通信手段で恒温培養器や冷蔵庫・冷凍庫と接続されている場合には、安全キャビネット１００に設けられた切り替えスイッチを操作することで、温度情報を選択できるようにしても良い。

また、安全キャビネット１００だけでなく、恒温培養器や冷蔵庫、冷凍庫、更には遠心分離機などがネットワークで接続されて、情報処理装置を介して温度情報を安全キャビネットが受け取る場合、安全キャビネットにはネットワークで接続された情報処理装置との通信情報を表示する表示部と、情報処理装置に対して温度情報の選択指令を送信する送信部とを有してもよい。

実施例５によれば、恒温培養器、冷蔵庫や冷凍庫の温度に基づいて、安全キャビネット１００の温度を調節するので、作業対象物に対する温度の影響を、より小さくできる。

２０、２２ 温度調節手段、１００ 安全キャビネット、１０１ 筐体、１０２ 前面板、１０３ 作業開口、１０４ 作業空間、１０５ 作業ステージ、１０７ 吸気口、１０８ 背面流路、１０９ 吹き出し側ＦＦＵ（ファンフィルタユニット）、１０９Ａ 吹き出し側ＨＥＰＡフィルタ、１１０ 排出側ＦＦＵ（ファンフィルタユニット）、１１０Ａ 排出側ＨＥＰＡフィルタ

Claims (8)

1. 作業を行う作業ステージと、
   作業者が作業をする作業空間と、
   前記作業空間の前面に配置した前面板と、
   前記作業空間と接続し、外部空気を取り込む作業開口と、
   第１の送風手段により前記作業空間の空気を、空気清浄手段を介して安全キャビネット外へ排気する排気手段と、
   前記作業空間の温度を調節する温度調節手段と、
   前記第１の送風手段の駆動を制御するモータの制御部とを有し、
   前記モータの制御部は、
   加温により温度調節をする場合には、パーティクルカウンタにより清浄度をモニタリングしながら排気量を減らすように、前記第１の送風手段の駆動を制御し、
   前記作業開口に設けた温度センサと、前記温度調節手段を制御する制御部を有し、
   前記温度調節手段を制御する制御部は、
   安全キャビネットの装置外であるインキュベータ、冷蔵庫、もしくは冷凍庫の温度を受け取り、安全キャビネットの装置外の温度と前記温度センサとの温度差を比較し、前記温度差を減じるように、前記温度調節手段の加熱手段または冷温手段を制御し、
   前記温度センサの温度情報から、前記作業空間の温度制御として前記加熱手段もしくは前記冷温手段の出力を制御するとともに、前記作業開口から吸い込む空気量を制御することを特徴とする安全キャビネット。
2. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記温度調節手段は、前記作業ステージと接触し、前記作業ステージの温度調節をすることを特徴とする安全キャビネット。
3. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記温度調節手段は、前記空気の循環経路に配置したことを特徴とする安全キャビネット。
4. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   第１の空気清浄手段を通して前記作業空間に清浄空気を供給する第２の送風手段に、前記温度調節手段を配置したことを特徴とする安全キャビネット。
5. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記安全キャビネットに供給する電圧を複数の電圧に分け、複数の電源コードから電圧を供給することを特徴とする安全キャビネット。
6. 請求項５に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記温度調節手段に供給する電圧を、他の手段に供給する電圧より高くしたことを特徴とする安全キャビネット。
7. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記温度調節手段を制御する制御部は、
   前記安全キャビネットの装置外が前記インキュベータの場合には、前記作業空間の温度が外部温度よりも高くなるように制御し、
   前記安全キャビネットの装置外が前記冷蔵庫もしくは前記冷凍庫の場合には、前記作業空間の温度が外部温度よりも低くなるように制御することを特徴とする安全キャビネット。
8. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記温度調節手段は、複数の異なる位置に複数配置をしたことを特徴とする安全キャビネット。

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