JP7387121B2

JP7387121B2 - 固体培養基質盛込み装置及び固体培養基質盛込み方法

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Publication number: JP7387121B2
Application number: JP2020007047A
Authority: JP
Inventors: あすみ三野; 敏宏岡本; 直純西村
Original assignee: Fujiwara Techno Art Co Ltd
Current assignee: Fujiwara Techno Art Co Ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2023-11-28
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: JP2021112163A

Description

本発明は、円形培養床に固体培養基質を盛り込む固体培養基質盛込み装置及び固体培養基質盛込み方法に関する。

円形培養床を備える固体培養装置は、固体培養基質の盛込み装置を備えており、固体培養基質は、盛込み装置により回転する円形培養床上に盛り込まれる。多くの場合、円形培養床上における固体培養基質の堆積層厚は均一であることが求められる。堆積層厚に高低差があると通風の抵抗が異なることになり、必要風量が確保できず品温が異なる部分が生じ、平均品質が低下するからである。一方、固体培養基質の全体体積は、含水量の変動等により毎回一定ではなく、正確に把握することが難しいため、毎回同じ高さで盛込むことは困難であった。

このため、これまでに円形培養床上に固体培養基質を均一に堆積する各種技術が提案されている。特許文献１に記載の固体培養装置における自動盛込装置は、均し装置に麹基質（固体培養基質）を感知するセンサを取り付けることにより、麹基質量が所定量より多い場合には、自動的に均し装置が上昇し、麹基質量が所定量より少ない場合には、自動的に均し装置が下降して、均一な層厚に堆積することが可能となるようにしたものである。

特許文献１に記載の技術が、センサの感知の有無に応じて、均し装置の上昇と下降とを切り換える技術であるのに対し、特許文献２及び３に開示の技術は、センサの感知の有無に応じて、均し装置の回転速度を調整して堆積層厚の均一化を図るようにしたものである。また、特許文献４に記載の技術は、センサの感知の有無に応じて、麹基質を培養床の回転中心近傍又は外周近傍まで搬送しながら培養床が回転と停止を繰り返えすことで、堆積層厚の均一化を図るようにしたものである。

特開平７－１７０９６６号公報特開平８－８０１８４号公報特開平８－５６６４７号公報特開平１０－１９１９６２号公報

しかしながら、特許文献１～４の技術は、センサの感知の有無に応じて、均し装置の上昇と下降との切り換え等を制御して、結果として麹基質の堆積層厚の均一化を図るようにしたものであり、麹基質の堆積層厚を直接的に数値化し調整するものではなかった。このため、これらの技術では、麹基質の堆積層厚の均一化の精度を高めたり、精度の安定化を図るには一定の限界があった。また、培養の状態によっては径方向の堆積層厚に適度な高低差をつけた方が好ましい場合がある。例えば、円形培養床上において中央部で固体培養基質の品温が高い傾向にあるとき、中央部の堆積層厚を低くすることで品温を下げることができる。しかしながら、上記技術では、そのような高低差をつけることは困難であった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、円形培養床における固体培養基質（麹基質）の高さを調整し、固体培養基質の堆積層厚の均一化の精度向上と精度の安定化を実現することや、意図的に堆積層厚に差をつけることができる固体培養基質盛込み装置及び固体培養基質盛込み方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の固体培養基質盛込み装置は、円形培養床に固体培養基質を盛り込む固体培養基質盛込み装置であって、前記円形培養床の外周と前記円形培養床の中心軸との間に配置され、前記円形培養床に供給された前記固体培養基質を、前記円形培養床の径方向に搬送するスクリューと、前記円形培養床において、１箇所又は複数箇所における前記固体培養基質の堆積層厚を測定するための層厚測定センサと、前記スクリューの高さを調整する高さ調整機構と、前記高さ調整機構を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記層厚測定センサの測定値を用いて、前記高さ調整機構を制御することにより、前記スクリューの高さを調整して、前記円形培養床における前記固体培養基質を任意の高さに調整することを特徴とする。

本発明の固体培養基質盛込み方法は、円形培養床に固体培養基質を盛り込む固体培養基質盛込み方法であって、前記円形培養床の外周と前記円形培養床の中心軸との間に配置され、前記円形培養床に供給された前記固体培養基質を、前記円形培養床の径方向に搬送するスクリューと、前記円形培養床において、１箇所又は複数箇所における前記固体培養基質の堆積層厚を測定するための層厚測定センサと、前記スクリューの高さを調整する高さ調整機構と、前記高さ調整機構を制御する制御手段とを備えた固体培養基質盛込み装置を用い、前記制御手段は、前記層厚測定センサの測定値を用いて、前記高さ調整機構を制御することにより、前記スクリューの高さを調整して、前記円形培養床における前記固体培養基質を任意の高さに調整することを特徴とする。

前記本発明の固体培養基質盛込み装置及び前記本発明の固体培養基質盛込み方法によれば、円形培養床における層厚測定センサにより実測した堆積層厚の測定値に基づいて、スクリュー高さの調整を行うことができるので、固体培養基質の堆積層厚の均一化の精度向上と精度の安定化を実現することや、意図的に堆積層厚に差をつけることができる。

前記本発明の固体培養基質盛込み装置及び前記本発明の固体培養基質盛込み方法においては、前記層厚測定センサの測定値に基づく前記固体培養基質の堆積層厚と、前記スクリューの高さとを比較し、前記比較に基づいて、前記高さ調整機構を制御して、前記スクリューの高さを調整することが好ましい。この構成によれば、円形培養床において実測した堆積層厚の測定値に応じて、スクリューの高さを調整できるので、固体培養基質の全体体積が正確に分かっていなくても、堆積層厚の均一化を図ることや、意図的に堆積層厚に差をつけることができる。

前記本発明の固体培養基質盛込み装置及び前記本発明の固体培養基質盛込み方法においては、前記層厚測定センサの複数箇所における測定値から、前記円形培養床における前記固体培養基質の堆積層厚の分布を求め、前記分布に基づいて、前記スクリューの高さを調整することが好ましい。この構成によれば、複数の層厚測定センサにより堆積層厚の分布を把握できるので、堆積層厚が意図した分布になるようにスクリューの高さを調整することにより、堆積層厚の均一化を図ることや、意図的に堆積層厚に差をつけることができる。

前記本発明の固体培養基質盛込み装置及び前記本発明の固体培養基質盛込み方法においては、前記円形培養床上の領域は、任意の中心角毎に前記円形培養床の半径で区画された複数の仮想領域に分割されており、前記制御手段は、前記堆積層厚の分布を前記仮想領域毎に求めることが好ましい。この構成によれば、制御が容易になる。

本発明の効果は前記のとおりであり、円形培養床における層厚測定センサにより、実測した堆積層厚の測定値に基づいて、スクリュー高さの調整を行うことができるので、固体培養基質の堆積層厚の均一化の精度向上と精度の安定化を実現することや、意図的に堆積層厚に差をつけることができる。

本発明の一実施形態に係る固体培養装置の縦断面図。図１に示した固体培養装置の要部平面図。本発明の一実施形態において、スクリュー近傍の拡大図。図３のＡＡ線における断面図。本発明の一実施形態において、固体培養基質盛込み装置と供給装置との関係を示す図。本発明の一実施形態に係る層厚測定センサの近傍の拡大図。本発明の一実施形態に係る固体培養基質盛込み装置の制御を示すブロック図。本発明の一実施形態において、円形培養床への固体培養基質の盛込みの開始当初から盛込み完了までの工程を時系列的に示した図。本発明の一実施形態に係る盛り込み時の制御を示すフローチャート。本発明の一実施形態に係る第１センサＳＥ１近傍の拡大図。図９をより具体的に示したフローチャート。本発明の一実施形態において、意図的に堆積層厚に差をつけた別の盛込み完了時の状態を示した図。本発明の層厚測定箇所を１箇所とした別の実施形態において、円形培養床への固体培養基質の盛込みの開始当初から盛込み完了までの工程を時系列的に示した図。本発明の一実施形態において、堆積層厚の分布の一例を示した図。本発明の一実施形態において、均し前後の堆積層厚の分布を示す図。本発明の一実施形態に係る仮想領域の一部を示した図。本発明の一実施形態に係る均し制御を示すフローチャート。図１７をより具体的に示したフローチャート。本発明の堆積層厚の分布が異なる別の実施形態において、均し前後の堆積層厚の分布を示す図。本発明のスクリューの回転方向を調整する別の実施形態に係る均し制御を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は、固体培養基質盛込み装置に関するものであるが、固体培養基質盛込み装置は、固体培養装置に含まれる装置である。図示の便宜のため、各図において適宜構造物の図示は省略している。図２では、スクリュー２１の片側は、背板２２で覆われているが、図２及び図４を除き、背板２２の図示は省略している。また、図５では、円形培養床６に固体培養基質７を供給する供給装置６０を図示しているが、図５以外では供給装置６０の図示は省略している。

最初に図１及び図２を参照しながら、固体培養装置１の概要を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る固体培養装置１の縦断面図を示しており、図２は図１に示した固体培養装置１の要部平面図を示している。

図１において、固体培養装置１は断熱箱体２で本体部分を構成している。断熱箱体２の内部は培養室３であり、培養室３は円形培養床６によって床上４と床下５に仕切られている。円形培養床６は多孔板になっており、円形培養床６上に堆積させた固体培養基質７に対して通風が行えるようになっている。図２に示したように、円形培養床６は平面視で円形であり中心軸（支柱）８を中心として回転する。

図１は、円形培養床６上に固体培養基質７が盛り込まれた状態を示している。詳細は後に説明するとおり、固体培養基質７は供給装置６０（図５参照）により円形培養床６上に供給され、供給された固体培養基質７に対して固体培養基質盛込み装置２０により搬送や均しが行われる。

断熱箱体２には、断熱箱体２の外部から空気を導入する導入経路１０と断熱箱体の外部へ空気を排出する排出経路１１を備えている。固体培養中は、導入経路１０からの空気が、床下５内へ供給され、固体培養基質７を通過して床上４に至り、床上４に至った後の空気は、排出経路１１から排気される。図１では、空気の経路を簡素化した例を示しているが、固体培養基質７を通過した空気を再度床下５へ戻す中間経路を設ける場合もある。この場合であっても、空気が固体培養基質７を通過することには変わりはない。

多くの場合、円形培養床６上における固体培養基質７の堆積層厚は均一であることが求められる。固体培養基質７の堆積層厚に高低差があると通風の抵抗が異なることになり、必要風量が確保できず品温が異なる部分が生じ、平均品質が低下するからである。一方、培養の状態によっては径方向の堆積層厚に適度な高低差をつけた方が好ましい場合がある。例えば、円形培養床６上において中央部で固体培養基質７の品温が高い傾向にあるとき、中央部の堆積層厚を低くすることで品温を下げることができる。本実施形態に係る固体培養基質盛込み装置２０は、固体培養基質７の堆積層厚の均一化の精度向上と精度の安定化を実現することや、意図的に堆積層厚に差をつけることができるようにしたものである。

図１及び図２において、固体培養基質盛込み装置２０はスクリュー２１を備えている。図２に示したように、スクリュー２１は円形培養床６の外周と円形培養床の中心軸８との間に配置されている。スクリュー２１の回転により、円形培養床６に供給された固体培養基質７を、円形培養床６の径方向に搬送することができる。

図３はスクリュー２１近傍の拡大図であり、図４は図３のＡＡ線における断面図である。図３は図４に示した背板２２の図示は省略し、背板２２に取り付けられた層厚測定センサ５０の図示に留めている。図４に示したように、スクリュー２１の片側は、背板２２で覆われており、図２に示したように背板２２はスクリュー２１の軸方向に沿ってスクリュー２１の片側を覆っている。

図３において、スクリュー２１は軸受け（図示せず）を介して回転可能に取り付けられている。図１において、高さ調整機構３０は、モータ３１及びねじ機構３２を備えている。モータ３１でねじ機構３２が駆動されることにより、支持体２５が昇降可能になっており、これと一体にスクリュー２１が昇降する。従って、高さ調整機構３０を制御することでスクリュー２１の高さを調整することができる。また、図１において、回転駆動機構４０は、モータ４１及び回転伝達軸４２を備えており、モータ４１の回転により回転伝達軸４２を介してスクリュー２１が回転駆動される。モータ４１の回転方向を変えることでスクリュー２１の回転方向が変わる。従って、回転駆動機構４０を制御することでスクリュー２１の回転方向を調整することができる。

図５は、固体培養基質盛込み装置２０と供給装置６０との関係を示す図である。前記のとおり、固体培養基質７は供給装置６０により円形培養床６上に供給される。図示の便宜のため、供給口６３の近傍は要部のみに留めている。原料タンク６１には、供給筒６２が接続されており、空気輸送された固体培養基質７は原料タンク６１に供給され、供給筒６２を経て、供給口６３から円形培養床６上に向けて投入される。円形培養床６上の固体培養基質７は、スクリュー２１の回転により、中心軸８方向に搬送される。供給装置６０は図示したものに限らず、ベルトコンベア、スクリューコンベア等の固体培養基質７が安定的に供給できるものであればどのような構造のものであってもよい。また、図５では円形培養床６の外周側から固体培養基質７を供給しているが、中央部から供給しても構わない。

図３に示したように、固体培養基質盛込み装置２０は、層厚測定センサ５０を備えている。図３及び図４を参照しながら、層厚測定センサ５０について説明する。層厚測定センサ５０は、円形培養床６の径方向に配置された４個のセンサＳＥ１～センサＳＥ４で構成されており、４個のセンサを総称して層厚測定センサ５０という。センサの個数は４個に限るものではなく、１個以上であればよい。センサは１個で１箇所を測定できるものでもよいし、１個で複数箇所を測定できるものでもよい。すなわち、測定箇所は１箇所以上であればよい。

図４に示したように、層厚測定センサ５０は、背板２２に取り付けたボックス２３内に固定されている。層厚測定センサ５０の固定方法は、図４のものに限るものではなく、適宜決定すればよい。層厚測定センサ５０はスクリューの昇降と一体に移動しなくてもよく、このため層厚測定センサ５０の固定位置は背板２２に限るものではなく、例えば固体培養装置１の天面に固定してもよい。また、層厚測定センサ５０は、対象物（固体培養基質７）までの距離が測定できるものであればよく、例えばレーザ距離センサ等の光学式センサである。

図６は、層厚測定センサ５０の近傍の拡大図である。以下、第４センサＳＥ４を例に説明するが、この説明は第１センサＳＥ１～第３センサＳＥ３についても同様である。センサ測定値ＳＥＭ４は、第４センサＳＥ４の下端から、固体培養基質７までの距離である。ＳＥＨはセンサ設置高さであり、スクリュー２１の下端から第４センサＳＥ４までの高さである。ＳＣＨはスクリュー高さであり、円形培養床６の上面からスクリュー２１の下端までの高さである（あわせて図４参照）。本実施形態では、センサ測定値ＳＥＭ４は、第４センサＳＥ４の下端を基準としているが、基準はセンサの種類に応じて適宜決定すればよく、上端であってもよい。

図６において、センサ設置高さＳＥＨは固定された寸法であるが、スクリュー高さＳＣＨは、スクリュー２１の昇降に伴い変化する。前記のとおり、スクリュー２１はねじ機構３２により昇降するので、スクリュー高さＳＣＨは、例えばねじの回転量から算出することができ、別途センサを設けて直接測定してもよい。したがって、センサ測定値ＳＥＭ４が得られると、スクリュー高さＳＣＨとセンサ設置高さＳＥＨとの和から、センサ測定値ＳＥＭ４を減ずると、第４センサＳＥ４の位置における固体培養基質７の堆積層厚ＩＨ４が求まる。

本発明においては、層厚測定センサは、堆積層厚を測定するためのセンサであればよく、堆積層厚を直接的又は間接的に測定するものであればよい。例えば、本実施形態の層厚測定センサ５０は堆積層厚を間接的に測定するものであるが、層厚測定センサ５０を固体培養装置１の天面に固定した場合は、既知の固定値であるセンサ設置高さからセンサ測定値を減ずれば、他の測定値を用いることなく堆積層厚が求まるので、実質的に堆積層厚を直接的に測定することが可能になる。

以下、固体培養基質盛込み装置２０の制御について説明する。図７は、固体培養基質盛込み装置２０の制御を示すブロック図である。制御手段７０には、層厚測定センサ５０からの信号が入力される。詳細は後に説明するとおり、この信号を用いて、制御手段７０は最適なスクリュー２１の高さ又は高さ及び回転方向を算出する。この算出のためには、少なくとも層厚測定センサ５０からの信号が必要であるが、同信号の用い方には特に限定はない。例えば、本実施形態のように、堆積層厚を間接的に測定する場合は、同信号に加えてスクリュー高さＳＣＨ及びセンサ設置高さＳＥＨを用いて演算処理を行なう。

高さ調整機構３０は、スクリュー２１の高さを調整する機構である。回転駆動機構４０はスクリュー２１の回転方向を調整する機構である。制御手段７０は、スクリュー２１の高さ又は高さ及び回転方向が算出結果となるように、スクリュー２１の高さを調整するときは、高さ調整機構３０を制御し、スクリュー２１の回転方向を調整するときは、回転駆動機構４０を制御し、円形培養床６における固体培養基質７の高さを調整する。

本実施形態に係る制御には、円形培養床６へ固体培養基質７を供給している際に特に有効な制御と、固体培養基質７を供給後に特に有効な制御とがある。以下、盛込み制御、均し制御と称して順に説明するが、盛込み制御を具体的に説明する前に、図８を参照しながら盛込み制御の概要を説明する。

図８は、円形培養床６への固体培養基質７の盛込みの開始当初から盛込み完了までの工程を時系列的に示したものである。スクリュー２１の高さを一定値に固定しておけば、固体培養基質７の堆積層厚はスクリュー２１の下端で規制され均一になる。しかし、スクリュー２１の高さが高く、スクリュー２１が固体培養基質７に接しなければ、固体培養基質７の搬送ができなくなる。このため、盛込み工程中、スクリュー２１が固体培養基質７に接していなければ、円形培養床６へ固体培養基質７を万遍なく盛込むことができなくなる。

一方、固体培養基質７の全体体積が正確に分かっていなければ、適正なスクリュー２１の高さの設定は困難になる。本実施形態においては、円形培養床６の径方向において、第１センサＳＥ１～第４センサＳＥ４を備えており、堆積層厚の測定値に応じて、スクリュー２１の高さを調整できるので、固体培養基質７の全体体積が正確に分かっていなくても、堆積層厚の均一化を図ることができ、意図的に堆積層厚に差をつけることもできる。

図８（ａ）の工程では、第４センサＳＥ４の下部においてスクリュー２１が固体培養基質７に接しており、固体培養基質７の搬送が可能である。しかし、固体培養基質７が供給され続けても、第３センサＳＥ３の下部においてスクリュー２１が固体培養基質７に接しなければ、固体培養基質７を内周側に向けて搬送することができない。この場合、スクリュー２１を下降させることにより、第３センサＳＥ３の下部においても固体培養基質７の搬送が可能になる。

図８（ｂ）は、スクリュー２１を下降させ、第３センサＳＥ３の下部においても固体培養基質７が搬送されている様子を示している。図８（ｃ）は、図８（ｂ）の状態からさらにスクリュー２１を下降させ、第２センサＳＥ２の下部においても固体培養基質７が搬送されている様子を示している。図８（ｃ）の状態から、第１センサＳＥ１の下部における堆積層厚と第４～２センサ（ＳＥ４～ＳＥ２）の下部における堆積層厚との差が意図した値になるまでスクリュー２１を下降させて、スクリュー２１の回転を継続する。図８（ｄ）は、盛込み完了時の状態を示している。堆積層厚の測定値に応じて、スクリュー２１の高さを調整したことにより、円形培養床６の中央部付近まで、固体培養基質７が搬送され、かつ堆積層厚が均一になっている。また、中央部の堆積層厚は意図した高低差となっている。この高低差を０にすることで、中央部まで堆積層厚を均一にすることも可能である。

以下、盛込み制御について具体的に説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る盛り込み時の制御を示すフローチャートである。図９において、盛込み工程の開始（ステップ１００）により、円形培養床６への固体培養基質７の盛り込みが開始する。図８（ａ）は、盛込みがある程度進んだ状態を示している。盛込み工程では、円形培養床６は中心軸８回りに回転し、スクリュー２１は固体培養基質７を円形培養床６の外側から内側へ搬送する方向に回転する。

盛込み開始直後は、スクリュー高さを初期値に設定する（図９のステップ１０１）。以後、制御手段７０（図６参照）は第４センサＳＥ４～第２センサＳＥ２の位置におけるスクリュー２１の高さＳＣＨ（図６）と堆積層厚ＩＨ（図６）とを比較しながらスクリュー２１を下降させて、第４センサＳＥ４～第２センサＳＥ２の位置において、スクリュー２１が堆積層と接するようにする（図９のステップ１０２）。

図８（ａ）では、第４センサＳＥ４の位置において、スクリュー２１が固体培養基質７に接するまで、スクリュー２１が下降している。固体培養基質７の投入量が増えていくと、第３センサＳＥ３、第２センサＳＥ２の位置においても固体培養基質７が堆積する。制御手段７０は、スクリュー２１を順次下降させ（矢印ａ～ｃ）、図８（ｃ）の状態では、第４センサＳＥ４～第２センサＳＥ２の各位置において、スクリュー２１が固体培養基質７に接している。

図１０に、第１センサＳＥ１近傍の拡大図を示している。本図は投入対象の固体培養基質７の全てを円形培養床６へ投入し終えた状態を示している。固体培養基質７の投入完了状態における第１センサＳＥ１の下部における堆積層厚と第４～２センサ（ＳＥ４～ＳＥ２）の下部における堆積層厚との差は予め目標値を定めておく。第１センサＳＥ１の位置における堆積層厚と第４～２センサ（ＳＥ４～ＳＥ２）の下部における堆積層厚との差が目標値になるまでスクリュー２１の高さを調整しながら、盛込みを継続することにより（図９のステップ１０３）、盛り込みが完了する（図９のステップ１０４）。

図８（ｄ）は盛込み完了時の状態を示しており、第４センサＳＥ４～第２センサＳＥ２の各位置において、スクリュー２１が固体培養基質７に接しているとともに、第１センサＳＥ１の位置においては、図１０に示したように固体培養基質７は第４センサＳＥ４～第２センサＳＥ２における堆積層厚ＩＨ４～２より目標値分低い堆積層厚ＩＨ１になっている。

以下、図１１を参照しながら、盛込み制御について、より具体的に説明する。図１１は図９をより具体的に示したフローチャートである。盛込み開始後は、外側から内側に向けて、第４センサＳＥ４、第３センサＳＥ３、第２センサＳＥ２、第１センサＳＥ１の順に、各センサー位置における層厚測定を行う。第４センサＳＥ４による測定の結果、堆積層厚がスクリュー高さよりも小さければ（図１１のステップ１１０）、スクリュー２１を下降させる（図１１のステップ１１１）。第４センサＳＥ４の位置において、堆積層厚がスクリュー高さに一致したところでスクリューを停止する（図１１のステップ１１２）。第４センサＳＥ４の位置において、堆積層厚がスクリュー高さに一致すると、図８（ａ）に示したように、第４センサＳＥ４の位置において、スクリュー２１が固体培養基質７に接することになり、スクリュー２１により、固体培養基質７が内周側に搬送される。

以後、第３センサＳＥ３の位置において、層厚測定を行い、第３センサＳＥ３の位置において、スクリュー２１が固体培養基質７に接するまでスクリュー２１を下降させる。このことにより、図８（ｂ）に示したように、第３センサＳＥ３の位置においても、スクリュー２１が固体培養基質７に接することになり、スクリュー２１により、固体培養基質７が内周側に搬送される。

続いて、第２センサＳＥ２の位置において、層厚測定を行い、第２センサＳＥ２の位置において、スクリュー２１が固体培養基質７に接するまでスクリュー２１を下降させる。このことにより、図８（ｃ）に示したように、第２センサＳＥ２の位置においても、スクリュー２１が固体培養基質７に接することになり、スクリュー２１により、固体培養基質７が内周側に搬送される。

第１センサＳＥ１の位置においては、同位置における堆積層厚と第４～２センサ（ＳＥ４～ＳＥ２）の下部における堆積層厚との差が目標値の範囲内か否かを判断する（図１１のステップ１１３）。堆積層厚の差が目標値の範囲内でなければ、スクリュー２１の昇降により（図１１のステップ１１４）、スクリュー高さを調整する。スクリュー２１の降下距離は固体培養基質７を十分搬送できる距離であり、また上昇距離は第２センサＳＥ２の位置においてスクリュー２１が固体培養基質７に接した状態を保持できる距離である。その後、堆積層厚の差が目標値の範囲内になっていれば、運転を継続し（図１１のステップ１１５）、固体培養基質７の供給終了により、盛込み工程も終了する。１度堆積層厚の差が目標値の範囲内に入ってからは、供給量が安定している場合はスクリュー高さを固定してもよいし、不安定な場合は引き続きスクリュー高さを調整してもよい。

上記は固体培養基質７の供給が終了するまでに円形培養床６を１周させる場合であるが、円形培養床６を２周以上させることで図１２のように高低差をつけることも可能である。円形培養床６の回転が１周目の際には、第１センサＳＥ１における堆積層厚と第４～２センサ（ＳＥ４～ＳＥ２）の下部における堆積層厚との差が目標値の範囲内になるようスクリュー高さを調整し、円形培養床６の回転が２周目の際には、第２センサＳＥ２における堆積層厚と第４～３センサ（ＳＥ４～ＳＥ３）の下部における堆積層厚との差が別に定めた目標値の範囲内になるようスクリュー高さを調整することで図１２の状態となる。

これまで、センサの個数が４個、測定箇所が４箇所での実施例を挙げたが、センサの個数を１個、測定箇所を１箇所としても同様にスクリュー高さの調整が可能である。図１３は、センサの個数を１個、測定箇所を１箇所とし、固体培養基質７の供給が終了するまでに円形培養床６を１周させる場合の盛込みの開始当初から盛込み完了までの工程を時系列的に示したものである。図１３（ａ）はスクリュー高さを初期値に設定した状態である。第１センサＳＥ１の位置における堆積層厚とスクリュー高さとの差が目標値の範囲内になるようにスクリュー２１を調整することで図１３（ｂ）の状態となる。

以上、盛込み制御について説明したが、図５において、供給口６３から円形培養床６上に向けて投入される固体培養基質７の供給流量が大きく変動するような不安定な状態では、スクリュー高さの調整も不安定となり、盛込み制御が困難となる。例えば、固体培養基質７の供給が一時的に停止すると、スクリューが著しく下降することになり、盛込み制御が機能しなくなる。このため、図５において、供給装置６０が備える供給筒６２に設けた流量測定センサ６４の測定値に基づいて、固体培養基質７の供給流量が不安定になったと判断した場合は、円形培養床６の回転を調整して、盛込みの進行を遅らせることが望ましい。例えば供給が停止した場合は、円形培養床６の回転を停止するとよい。

次に、図１４を参照しながら、固体培養基質７の均し制御について説明する。均し制御は、特に固体培養基質７の円形培養床６への供給終了後において、堆積層厚を均して堆積層厚の均一化を図る制御である。上記の盛込み制御後に実施してもよいし、盛込み制御を行わずに実施してもよい。固体培養基質盛込み装置２０は、円形培養床６の径方向において、第１センサＳＥ１～第４センサＳＥ４を備えているので、各層厚測定センサ５０の測定値から、円形培養床６の径方向における固体培養基質７の堆積層厚の分布を求めることができる。図１４は堆積層厚の分布の一例を示している。円形培養床６の径方向の領域を第１センサＳＥ１～第４センサＳＥ４の位置に対応させて分割領域Ａ１～Ａ４の４領域に分割している。分割領域Ａ１～Ａ４における固体培養基質７の各表面が平坦面であるとみなし、分割領域Ａ１～Ａ４の堆積層厚を、各領域に対応した第１センサＳＥ１～第４センサＳＥ４の測定値としている。この場合、堆積層厚の分布は、波形１２のように表わされる。

以下、図１５を参照しながら、スクリュー２１による均しの概要について説明する。図１５は、均し前後の堆積層厚の分布を示す図である。本図は、４個の層厚測定センサ５０での測定結果を波形１３で示したものである。図１５（ａ）において、波形１３は均し前の堆積層厚の分布を示している。線１４はスクリュー２１の高さを示しており、図６のスクリュー高さＳＣＨに相当する。この状態からスクリュー２１を、固体培養基質７が円形培養床６の外側から内側に搬送される方向（矢印ｄ）に回転させると、固体培養基質７のうち線１４よりも上側の部分は内側に移動する。

図１５（ｂ）は、スクリュー２１による搬送が完了した状態を示している。図１５（ａ）において、線１４よりも上側の固体培養基質７（ｅ部、ｆ部）は、図１５（ｂ）では搬送されて無くなっている。搬送された固体培養基質７はｇ部、ｈ部に移動しており、ｇ部、ｈ部の層厚が高くなっている。すなわち、スクリュー２１を回転させると、スクリュー高さＳＣＨよりも上の固体培養基質７は搬送方向に移動し、移動した固体培養基質７は、スクリュー高さＳＣＨよりも低い層厚部分に落下することになる。

本実施形態においては、層厚測定センサ５０により、堆積層厚の分布を把握でできるので、堆積層厚の分布の平坦化を図るように、スクリュー２１の高さを調整することにより、固体培養基質７の堆積層厚を均して堆積層厚の均一化を図ることができる。このため、順次スクリュー２１の高さを調整しながら、スクリュー２１及び円形培養床６の回転を継続すれば、円形培養床６の全体に亘り、固体培養基質７の堆積層厚を均すことができる。

円形培養床６の固体培養基質７の分布は一様ではないため、分布に応じてスクリュー２１の高さを調整する必要がある。この点、円形培養床６上を所定の仮想領域に分割し、仮想領域毎にスクリュー２１の高さを設定するようにすれば制御が容易になる。図１６に仮想領域の一例を示している。円形培養床６上の領域は、中心角α毎に円形培養床６の半径ｒで区画された複数の仮想領域に分割されている。図１６は仮想領域の一部である仮想領域Ｂ１～Ｂ４を示している。中心角αは任意であり、中心角αの値に応じて仮想領域の数を設定することができる。

以下、図１７及び図１８を参照しながら、固体培養基質７の均し制御について具体的に説明する。図１７は、本発明の一実施形態に係る均し制御を示すフローチャートであり、図１８は図１７をより具体的に示したフローチャートである。これらのフローチャートの前提は、層厚測定センサ５０が図１４に示したように、第１センサＳＥ１～第４センサＳＥ４の４つであり、図１６のように固体培養基質７上は、径方向において分割領域Ａ１～Ａ４に分割されており、全周に亘り、仮想領域Ｂ１～Ｂ４を含む多数の仮想領域に分割されている。

スクリュー２１を回転させて実際に固体培養基質７の均し作業を開始する前に、計算工程を実行し最適なスクリュー高さを決定する（図１７のステップ１２０～１２２）。また、この計算工程は、仮想領域Ｂ１等の１つ分の仮想領域毎に行い、全ての仮想領域について、最適なスクリュー高さを決定した後に、均し作業を開始する（図１７のステップ１２３）。

図１７において、最適なスクリュー高さの計算が開始すると（ステップ１２０）、層厚測定センサ５０により、堆積層厚の現在値を測定する（ステップ１２１）。この場合、層厚測定センサ５０の測定データが円形培養床６の中でどの位置のものであるかは、円形培養床６の初期状態からの円形培養床６の回転角度により認識可能である。このため、層厚測定センサ５０の測定データがどの仮想領域のものであるかは認識可能である。本実施形態では、スクリュー２１の下部を仮想領域Ｂ１が通過したときの第１センサＳＥ１～第４センサＳＥ４の各値の平均値を、仮想領域Ｂ１における分割領域Ａ１～Ａ４の各堆積層厚とする。他の仮想領域についても同様である。

以下、図１８を参照しながら、固体培養基質７の均し制御について、より具体的に説明する。前記のとおり、実際に均し作業を行う前に、計算により、最適なスクリュー高さを決定する。

計算工程においては、スクリュー高さが十分高い位置にある状態から、仮想的に徐々にスクリュー高さを下げながら計算を行う。本実施形態では１ｍｍずつスクリュー高さを下げる例で説明するが、１ｍｍに限るものではない。図１８では説明の便宜のため、ある程度スクリュー高さを下げた状態からの工程を示している。ｎは１以上の整数である。

図１８において、新たなスクリュー高さＨ_ｎ＋１が設定されると（ステップ１３０）、搬送後の分割領域Ａ１～Ａ４における堆積層の体積を算出する（ステップ１３１）。第１センサＳＥ１～第４センサＳＥ４の各値により、分割領域Ａ１～Ａ４の各堆積層厚を取得できるので、既知の分割領域Ａ１～Ａ４の面積を乗ずることで、搬送前の分割領域Ａ１～Ａ４における堆積層の体積が算出できる。搬送後はスクリュー高さＨ_ｎ＋１より上の固体培養基質７は、隣接する分割領域へ搬送される。このことに基づいて、搬送後の分割領域Ａ１～Ａ４における堆積層の体積が算出できる。

図１８のステップ１３２においては、搬送後の分割領域Ａ１～Ａ４における堆積層厚と平均堆積層厚との差の絶対値（ＤＨ１_ｎ＋１～ＤＨ４_ｎ＋１）を算出する。分割領域Ａ１～Ａ４における堆積層厚は、ステップ１３１で求めた搬送後の分割領域Ａ１～Ａ４における堆積層の体積を、既知の分割領域Ａ１～Ａ４の面積で除することで算出可能である。また、平均堆積層厚は、搬送前の分割領域Ａ１～Ａ４における堆積層の体積の合計を、既知の分割領域Ａ１～Ａ４の面積の合計で除することで算出できる。

図１８のステップ１３３においては、ステップ１３２で求めたＤＨ１_ｎ＋１～ＤＨ４_ｎ＋１のうち最大値をＥＤＨ_ｎ＋１とする。ステップ１３４においては、前回求めた最大値ＥＤＨ_ｎと今回求めた最大値ＥＤＨ_ｎ＋１とを比較する。今回求めた最大値ＥＤＨ_ｎ＋１が前回求めた最大値ＥＤＨ_ｎより小さければ、そのときのスクリュー高さＨ_ｎ＋１を暫定的に最適高さとする。次いで１ｍｍ下げたスクリュー高さＨを新たに設定して（ステップ１３０）、ステップ１３１～ステップ１３４を実行する。これらの演算をスクリュー高さＨが十分小さくなるまで繰り返し、最適高さを決定する。

以上の図１８について説明した計算工程が、スクリュー２１を内向きに動かした場合であるとすると、スクリュー２１を外向きに動かした方がより堆積層厚を均一にできる場合がある。スクリューを内向きに動かすとは、固体培養基質７を円形培養床６の外側から内側に搬送する方向にスクリュー２１を回転させるという意味であり、外向きに動かすとは、固体培養基質７を円形培養床６の内側から外側に搬送する方向にスクリュー２１を回転させるという意味である。

スクリュー２１を外向きに動かした方がより堆積層厚を均一にできる場合の一例として、図１９を参照して説明する。図１９は、図１５と同様に、均し前後の堆積層厚の分布を示す図である。図１９の波形１５が図１５の波形１３に、図１９の線１６が図１５の線１４に相当する。固体培養基質７が円形培養床６の内側から外側に搬送される方向（矢印ｉ）に回転させると、ｊ部においては、固体培養基質７のうち線１６よりも上側の部分は外側に移動する。スクリュー２１による搬送が完了したときには、図１９（ｂ）に示す状態となる。すなわち、固体培養基質７の高低の態様によっては、スクリュー２１の回転方向の違いにより、搬送の態様が異なる場合がある。この場合は搬送後の固体培養基質７の態様にも差が生じ、固体培養基質７の堆積層厚の均一化の程度にも差が生じることになる。

よって、スクリュー高さに加えて回転方向も調整した方がより好ましい。回転方向も調整した場合のフローチャートが図２０である。図１８について説明した計算工程が、スクリュー２１を内向きに動かした場合であるとすると、図１８のステップ１３５は、図２０のステップ１２２に相当する。スクリュー２１を外向きに動かした場合については、搬送方向を変えて前記の計算工程を繰り返し、スクリュー高さＨから最適高さを決定する。この場合、図１８のステップ１３５は、図２０のステップ１２３に相当する。スクリュー２１を内向きに動かした場合と外向きに動かした場合についての最適なスクリュー高さの決定後は、それぞれのスクリュー高さにおける最大値ＥＤＨを比較し、より小さい値をとる高さ及び回転方向を最適なスクリュー高さ及び回転方向に決定し（図２０のステップ１２４）、均し作業を開始する（図２０のステップ１２５）。

以上、均し制御について固体培養基質７の円形培養床６への供給終了後の実施例を示したが、供給が安定しており供給体積が予測できる場合は、原料供給中に実施することも可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明に係る固体培養基質盛込み装置２０は、層厚測定センサ５０を備えていて、円形培養床６において実測した固体培養基質７の堆積層厚の測定値に基づいて、スクリュー高さの調整を行うことができるので、固体培養基質７の堆積層厚の均一化の精度向上と精度の安定化を実現することや、意図的に堆積層厚に差をつけることができる。盛込み制御のフローチャートである図９、図１１や、均し制御のフローチャートである図１７～図２０は一例であり、実測した堆積層厚を活用して、適宜変更すればよい。

１固体培養装置
６円形培養床
７固体培養基質
１２波形（堆積層厚の分布）
２０固体培養基質盛込み装置
２１スクリュー
３０高さ調整機構
４０回転駆動機構
５０層厚測定センサ
７０制御手段

Claims

円形培養床に固体培養基質を盛り込む固体培養基質盛込み装置であって、
前記円形培養床の外周と前記円形培養床の中心軸との間に配置され、前記円形培養床に供給された前記固体培養基質を、前記円形培養床の径方向に搬送するスクリューと、
前記円形培養床において、１箇所又は複数箇所における前記固体培養基質の堆積層厚を測定するための層厚測定センサと、
前記スクリューの高さを調整する高さ調整機構と、
前記高さ調整機構を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記層厚測定センサの測定値を用いて、前記高さ調整機構を制御することにより、前記スクリューの高さを調整して、前記円形培養床における前記固体培養基質を所定の高さに調整するものであって、
前記層厚測定センサによる測定箇所が複数箇所のときは、複数の前記層厚測定センサを前記円形培養床の径方向に配置し、前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサ以外の前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚との差が目標値の範囲内になるように前記スクリューの高さを調整することにより、
前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサ以外の前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚との差が意図した高低差となるようにし、
前記層厚測定センサによる測定箇所が１箇所のときは、前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記スクリューの高さとの差が目標値の範囲内になるように前記スクリューの高さを調整することにより、
前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記スクリューの高さとの差が意図した高低差となるようにすることを特徴とする固体培養基質盛込み装置。
円形培養床に固体培養基質を盛り込む固体培養基質盛込み方法であって、
前記円形培養床の外周と前記円形培養床の中心軸との間に配置され、前記円形培養床に供給された前記固体培養基質を、前記円形培養床の径方向に搬送するスクリューと、
前記円形培養床において、１箇所又は複数箇所における前記固体培養基質の堆積層厚を測定するための層厚測定センサと、
前記スクリューの高さを調整する高さ調整機構と、前記高さ調整機構を制御する制御手段とを備えた固体培養基質盛込み装置を用いるものであり、
前記制御手段は、前記層厚測定センサの測定値を用いて、前記高さ調整機構を制御することにより、前記スクリューの高さを調整して、前記円形培養床における前記固体培養基質を所定の高さに調整するものであって、
前記層厚測定センサによる測定箇所が複数箇所のときは、複数の前記層厚測定センサを前記円形培養床の径方向に配置し、前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサ以外の前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚との差が目標値の範囲内になるように前記スクリューの高さを調整することにより、
前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記中心軸に最も近い前記層厚測定センサ以外の前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚との差が意図した高低差となるようにし、
前記層厚測定センサによる測定箇所が１箇所のときは、前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記スクリューの高さとの差が目標値の範囲内になるように前記スクリューの高さを調整することにより、
前記層厚測定センサの下部における前記堆積層厚と前記スクリューの高さとの差が意図した高低差となるようにすることを特徴とする固体培養基質盛込み方法。