JP7719620B2 - 撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ウェルプレート内の溶液の撹拌、特にインキュベータ内での溶液の撹拌を行う撹拌装置に関する。

例えば、医学、薬学、生化学、及び、化学等の各種の研究分野においては、実験用や検査用等の器具としてウェルプレートが用いられている。ウェルプレートには、一般に、複数のウェルが形成されている。そして、１つのウェルプレートに形成されているウェルの数は、例えば、６個、２４個、９６個、３８４個、或いは、１５３６個等のように多種に及んでいる。そして、各々のウェルには、１マイクロリットル～数ミリリットル程度の溶液を注入することができる（特許文献１）。

特許第６３４３６８３号公報

ところで、試薬や化合物等の溶液の撹拌は、一定の温度環境や湿度環境の中で行われる場合がある。例えば、細胞培養などの場合には、ウェルプレートが撹拌装置と組み合わされてインキュベータの庫内に設置され、インキュベータ内の温度を例えば３７±１℃程度に保ち、湿度を１００％などに保ちながら、溶液の撹拌が行われる。しかし、撹拌装置には、撹拌棒を回転させるためのモータ（駆動源）が内蔵されており、このモータが発熱を伴う。そして、撹拌される溶液の周辺環境を一定に保つうえでは、モータの熱が周辺環境に影響を及ぼすことは望ましくない。

本発明は、駆動源の熱が周辺環境に及ぼす影響を抑制することが可能な撹拌装置を提供することを目的とする。

本発明に係る一実施形態の撹拌装置は、
ウェル内に収容された試料を撹拌する撹拌体と、
前記撹拌体を回転させるための回転力を発生する駆動源と、
前記駆動源が収容された駆動源室を有するケース体と、を備え、
前記試料が収容された前記ウェルと共に、恒温装置内に収容可能な撹拌装置であって、
前記ケース体には、
前記恒温装置の外部の空間から冷却用の気体である冷気を前記駆動源室に導入するための冷気導入管と、
前記駆動源室内の空気を前記恒温装置の外部の空間に導出するための冷気導出管とが接続され、
前記冷気導入管を介して前記恒温装置の外部の空間から前記駆動源室内に冷気を導入し、前記冷気導出管を介して前記駆動源室内に導入された冷気を前記恒温装置の外部の空間に導出することで、前記駆動源に対して熱交換が可能となるよう前記駆動源室に前記冷気を循環させ、
前記冷気は前記恒温装置の外部の空間に存在する空気であり、
前記冷気導入管を介して前記恒温装置の外部の空間から前記駆動源室内に冷気を導入し、前記冷気導出管を介して前記駆動源室内に導入された冷気を前記恒温装置の外部の空間に熱気を帯びた空気として導出することで、前記駆動源に対して熱交換が可能となるよう前記駆動源室に前記冷気を循環させ、
前記冷気は前記恒温装置の外部の空間に存在する空気である。

本発明によれば、駆動源の熱が周辺環境に及ぼす影響を抑制することが可能な撹拌装置を提供することができる。

第１実施形態の撹拌装置にウェルプレートが取り付けられた状態を示す斜視図である。 第１実施形態の撹拌装置からウェルプレートやウェルプレートカバー組立体を取り外した状態を示す斜視図である。 第１実施形態の撹拌装置から各枠体を除去した状態を示す側面図である。 第１実施形態の撹拌装置から蓋体を取り外した状態を示す斜視図である。 第１実施形態の撹拌装置の第１ギア群を示す斜視図である。 第１実施形態の撹拌装置を下方から見た状態を示す平面図である。 撹拌棒組立体を示す斜視図である。 ウェルプレートを示す斜視図である。 第１枠体を示す斜視図である。 シール体を示す斜視図である。 第１仕切板を示す斜視図である。 第１実施形態の撹拌装置に係る使用状況を模式化して示す説明図である。 モータ温度の測定結果を示すグラフである。 第２実施形態の撹拌装置に係る使用状況を模式化して示す説明図である。

以下に、本発明の各実施形態に係る撹拌装置について、図面に基づき説明する。図１は第１実施形態に係る撹拌装置１１を示している。この撹拌装置１１は、ウェルプレート１２が組み合わされ、一体化されて使用されるようになっている。

図２は、撹拌装置１１から、後述するウェルプレートカバー組立体１６や、ウェルプレート１２を分離した状態を示している。撹拌装置１１は、直方体状のケース体１３を有しており、このケース体１３における１つの面を構成する撹拌棒突出面１４からは、多数（ここでは９６本）の撹拌棒（撹拌体）１５が互いに平行に突出している。これらの撹拌棒１５は、ウェルプレート１２のウェル２４内に入り込むようになっているが、撹拌棒１５やウェルプレート１２の構造については後述する。

ケース体１３は、例えば、１３０ｍｍ程度の幅と、９０ｍｍ程度の奥行、及び、１００ｍｍ程度の高さを有するようなサイズのものとすることができる。ケース体１３は、下部に矩形状の支持板１７を有しており、この支持板１７には前述の撹拌棒突出面１４が形成されている。また、支持板１７の上には、蓋体２３を図２中の最上段とし、その下の第１枠体１８、第１仕切板１９、第２枠体２０、第２仕切板２１、及び、第３枠体２２が、上から順に重ねられて組付けられている。

支持板１７、第１仕切板１９、第２仕切板２１、及び、蓋体２３の向きは、互いにほぼ平行である。そして、支持板１７と第２仕切板２１の間隔は、第３枠体２２により確保され、第２仕切板２１と第１仕切板１９の間隔は、第２枠体２０により確保されている。また、第１枠体１８の上部は、蓋体２３により閉じられている。

このように、ケース体１３は、支持板１７、各仕切板１９、２１、各枠体１８、２０、２２、及び、蓋体２３の積層構造を有しており、これらの部品を、適宜配置された相対的に長尺や短尺のビスを介して結合することにより構成されている。

図３は、ケース体１３から第１枠体１８、第２枠体２０、及び、第３枠体２２を除去して示している。ケース体１３の内部は、上部から順に、モータ室（駆動源室）２６、第１ギア室（駆動力伝達機構室）２７、及び、第２ギア室（駆動力伝達機構室）２８の３室に区画されている。

モータ室２６には、複数（ここでは２個）のモータである第１モータ（駆動源）３１Ａ及び第２モータ（駆動源）３１Ｂが設置されている。また、第１ギア室２７や第２ギア室２８には、複数段（ここでは３段）のギア群（駆動力伝達機構）である第１ギア群３２～第３ギア群３４が設置されている。これらの第１ギア群３２～第３ギア群３４は、各モータ３１Ａ、３１Ｂの回転力を順次分配して各撹拌棒１５に伝達し、各撹拌棒１５を軸心周りに回転させる。

図４は、ケース体１３から蓋体２３を取り外し、モータ室２６の内部を露出させた状態を示している。第１モータ３１Ａ及び第２モータ３１Ｂは、第１仕切板１９の上面に、ケース体１３の対角方向に並ぶよう斜めに配置されている。各モータ３１Ａ、３１Ｂとしては、ステッピングモータが利用されている。そして、このステッピングモータには、一般的な種々のものを採用することが可能である。なお、ステッピングモータのほか、例えばブラシレスモータ、ブラシモータなどのような他の種類のモータを採用することも可能である。また、モータの数は複数に限らず、１個（単数）であってもよい。

各モータ３１Ａ、３１Ｂには、放熱を行うヒートシンク３６が取り付けられている。そして、各モータ３１Ａ、３１Ｂの出力軸（不図示）は、下方に位置する第１ギア室２７の側に向けられており、第１仕切板１９を貫通して、第１ギア室２７に突出している。つまり、モータ室２６からは、２軸の回転軸（各モータ３１Ａ、３１Ｂの出力軸）が、第１ギア室２７に導出されている。ここで、第１モータ３１Ａ及び第２モータ３１Ｂが配置されたモータ室２６には気密構造（密閉構造）が採用されているが、モータ室２６の気密構造については後述する。

図５は、第１ギア室２７に配置された第１ギア群３２を示している。第１ギア群３２は、第２仕切板２１の上面に設置されている。この第１ギア群３２は、第１モータ３１Ａにより駆動される５個のギア３２Ａ１～３２Ａ５と、第２モータ３１Ｂにより駆動される同じく５個のギア３２Ｂ１～３２Ｂ５とにより構成されている。図５に符号３２Ａ１で示すギア（図中の右から２番目のギア）が、第１モータ３１Ａの出力軸に連結された駆動ギアであり、符号３２Ｂ１で示すギア（図中の右から４番目のギア）が、第２モータ３１Ｂの出力軸に連結された駆動ギアである。

また、図５に符号３２Ａ２～３２Ａ４、３２Ｂ２～３２Ｂ４で示すのは、次段の第２ギア群３３（後述する）に対して回転力を出力する出力ギアである。これらの６個の出力ギア３２Ａ２～３２Ａ４、３２Ｂ２～３２Ｂ４には、それぞれ駆動軸３７が差し込まれて結合されており、これらの駆動軸３７は、第２仕切板２１を貫通して、下方に位置する第２ギア室２８に突出している。つまり、第１ギア室２７からは、６軸の回転軸（駆動軸３７）が、第２ギア室２８に導出されている。

また、図５に符号３２Ａ５、３２Ｂ５で示すのは、両隣の出力ギア（３２Ａ２と３２Ａ３及び３２Ｂ３と３２Ｂ４）の間で回転力の伝達を行う伝達ギアである。そして、第１ギア群３２においては、２軸の回転がそれぞれ３軸に分配され、合計で６（＝２×３）軸の回転が、第１ギア群３２から、第２ギア室２８に配置された第２ギア群３３（図３）へ伝達される。

図３に示すように、第２ギア室２８の内部には、第２仕切板２１（及び第１仕切板１９等）よりも外形寸法が小さい第２ギア群保持板３８が、支持板１７や第２仕切板２１等とほぼ平行に設置されている。そして、第２ギア室２８は、第２ギア群保持板３８により上下に区分けされている。

第２ギア群保持板３８の上面には、第２ギア群３３が配置されている。詳細な説明は省略するが、第２ギア群３３は、伝達ギアや出力ギアの組み合わせにより、前述の第１ギア群３２における６軸の回転を、それぞれ４軸に分配し、合計で２４（＝６×４）軸の回転を、第３ギア群３４に対して伝達するようになっている。

また、図３に示すように、第２ギア群保持板３８の下面側には、第３ギア群３４が配置されており、これらの第３ギア群３４は、支持板１７の上面に設置されている。詳細な説明は省略するが、第３ギア群３４は、伝達ギアや出力ギアの組み合わせにより、上述の第２ギア群３３における２４軸の回転を、更にそれぞれ４軸に振り分け、合計で９６（＝２４×４）軸の回転に変換する。この９６軸は、前述した９６本の撹拌棒１５に直結されており、第２ギア群３３の回転に伴い、９６本の撹拌棒１５が同時に回転する。

図６は、９６本の撹拌棒１５の配列を示している。ここで、図６においては、各撹拌棒１５がパドル部４５（後述する）の背後に隠れていることから、パドル部４５について符号を付している。

撹拌棒１５は、ケース体１３の長手方向に沿って１２本ずつ配置され、ケース体１３の短手方向に沿って８本ずつ配置されている。さらに、図６に一点鎖線Ｄの矩形な枠で囲んでいるのは、第１モータ３１Ａにより駆動される４８本（４行×１２列）の撹拌棒１５のグループであり、一点鎖線Ｅの矩形な枠で囲んでいるのは、第２モータ３１Ｂにより駆動される同じく４８本（４行×１２列）の撹拌棒１５のグループである。

撹拌棒１５は、図７に示すように、撹拌棒取付部４１に取り付けられており、撹拌棒取付部４１とともに撹拌棒組立体（撹拌棒アセンブリ）４２を構成している。撹拌棒取付部４１には、第２ギア群３３を構成する撹拌棒駆動ギア４３が含まれている。さらに、撹拌棒取付部４１には、この撹拌棒駆動ギア４３が同軸的に取り付けられており、撹拌棒取付部４１は、撹拌棒１５を保持した状態で軸心周りに回転する。そして、本実施形態では、このように撹拌棒１５を有する撹拌棒組立体４２が、９６組備えられている。

撹拌棒１５は、撹拌を行う矩形板状のパドル部４５と、パドル部４５に一体に形成された丸棒状の撹拌軸４６とを有している。パドル部４５は、撹拌軸４６の軸方向における一端部に位置している。さらに、パドル部４５は、撹拌軸４６の径方向に張り出しており、パドル部４５の厚みは、撹拌軸４６の直径と同程度もしくは直径以下である。また、撹拌棒１５は、軸心を中心として対称な形状を有している。そして、パドル部４５と撹拌軸４６の材質としては、細胞培養に影響を与えない金属材料やプラスチック材料などが採用されている。

図７に符号４７で示すのは、段付な円筒状の撹拌棒挿入部材であり、符号４８で示すのは、撹拌棒挿入部材４７よりも大径な筒状の撹拌棒保持部材である。これらのうち撹拌棒挿入部材４７は、図示は省略するが、撹拌棒保持部材４８に同軸的にねじ込まれる雄ねじ部を有しており、撹拌棒保持部材４８が撹拌棒挿入部材４７に一体に結合されている。撹拌軸４６は、撹拌棒保持部材４８に同軸的に差し込まれて固定されている。そして、撹拌軸４６は、撹拌棒保持部材４８を貫通し、その上端部を撹拌棒挿入部材４７に到達させている。

図８に、ウェルプレート１２を示している。ウェルプレート１２は、矩形の板状に形成されており、その材質は、例えば合成樹脂である。ウェルプレート１２の一方の板面には、９６個の凹部であるウェル２４が、１２行×８列のマトリクス状に形成されている。これらのウェル２４の配置は、撹拌装置１１における撹拌棒１５の配置に対応しており、各ウェル２４は、撹拌棒１５のパドル部４５が進入できるようになっている。さらに、各ウェル２４は、真円状に開口しており、各ウェル２４には、例えば数ミリリットル程度の溶液（試料）を注入することが可能となっている。

ウェルプレート１２は、ウェルプレートカバー組立体（ウェルプレートカバーアセンブリ）１６により支持される。ウェルプレートカバー組立体１６は、板状のウェルプレートカバー１０や、円筒状のボス部５２、及び、脚５３などにより構成されている。図３に示すように、撹拌装置１１における撹拌棒突出面１４に装着された円筒状のボス部５２に円筒状のボス部５２を介して、ウェルプレートカバー１０がねじ止めされる。そして、ウェルプレート１２は、撹拌装置１１のウェルプレートカバー１０に重ねられ、撹拌装置１１に固定される。ウェルプレート１２が撹拌装置１１に固定されると、撹拌棒１５のパドル部４５は、ウェル２４と接触せず且つウェル２４に収容された状態となる。また、脚５３は、ウェルプレートカバー１０に固定される。そして、ウェルプレート１２のない状態で撹拌装置１１を机上に置く際には、撹拌棒１５のパドル部４５を保護するため、脚５３が、撹拌装置１１におけるその他の部分を、かさ上げした状態で支持する。

次に、前述したモータ室２６の気密構造（密閉構造）や、ケース体１３の冷気循環機能等について説明する。先ず、ケース体１３に設けられたモータ室２６は、第１仕切板１９、第１枠体１８、及び、蓋体２３により閉じられている。第１枠体１８は、第１仕切板１９に載せられた状態で、第１仕切板１９に固定されている。

図９は、第１枠体１８を示している。第１枠体１８は、所定の厚み（例えば１０数ｍｍ程度）を有するよう形成されており、第１仕切板１９に向けられる矩形な枠状の端面５６には、例えば１ｍｍ以下～数ミリ程度の深さの凹部５７が、全周に亘り形成されている。この凹部５７には、図１０に示す矩形な枠状のシール体５８が収容される。

シール体５８は、第１枠体１８の凹部５７よりもわずかに小さい程度の外形を有するシート状に成形されている。シール体５８の厚みは、凹部５７の深さよりも幾分大きく設定されている。そして、シール体５８の材質としては、一般的なゴムパッキンなどと同様のものを採用できる。

図１１は、第１仕切板１９を示している。第１仕切板１９の板面５９には、第１枠体１８の端面５６と整合する形状の凹部６０が形成されている。第１仕切板１９に対し第１枠体１８を、互いの輪郭を揃えるようにして重ねた場合、シール体５８が第１仕切板１９の凹部６０に入り込んだ状態で、第１枠体１８が第１仕切板１９の凹部６０に整合する。

そして、ねじ止めにより第１枠体１８を第１仕切板１９に結合する際に、ねじ（不図示）を締め付けることにより、シール体５８が、厚み方向に押しつぶされて弾性変形する。そして、シール体５８が、第１仕切板１９と第１枠体１８の両方に圧力を作用させながら面接触し、第１枠体１８と第１仕切板１９とが、第１枠体１８の突き当て面である端面５６の全周に亘って、気密的に封止される。

また、図４に示すように、第１枠体１８と蓋体２３との間にも、同様にシール体５８を用いたシール構造が採用されている。そして、蓋体２３を第１枠体１８にねじ止めする際に、ねじの締め付けによってシール体５８が弾性変形し、第１枠体１８と蓋体２３との間が全周に亘って気密的に封止される。

ここで、本実施形態では、第１仕切板１９を、各モータ３１Ａ、３１Ｂの出力軸が貫通する構造が採用されていることから、各モータ３１Ａ、３１Ｂと第１仕切板１９との間にも、弾性的な性質を有するシール体（不図示）を介在させた気密構造が採用されている。そして、各モータ３１Ａ、３１Ｂの第１仕切板１９へのビス止めに伴い、シール体（不図示）が厚み方向に押しつぶされて弾性変形し、各モータ３１Ａ、３１Ｂと第１仕切板１９との間が、気密的に封止されている。

なお、本実施形態では、第１ギア室２７や第２ギア室２８には、モータ室２６のような気密構造は採用されていないが、第２枠体２０の端面を、第１仕切板１９や第２仕切板２１に突き当てることや、第３枠体２２の端面を、第２仕切板２１や支持板１７に突き当てることが行われている。

続いて、前述のように、第１仕切板１９と蓋体２３により上下の開口部が閉じられた第１枠体１８においては、その一側面に２つのねじ穴が空けられ、このねじ穴には、図１、図２、及び、図４等に示すように、配管用継手６３がねじ込まれている。これらの配管用継手６３は、筒部における外周に管用の雄ねじ（不図示）が形成されたものであり、全体としてはＬ字型の形状を有している。そして、配管用継手６３と第１枠体１８との間は、上述の管用ネジ（不図示）を介して、気密的に封止されている。

ここで、配管用継手６３としては一般的なものを採用できる。また、配管用継手６３における雄ねじ（不図示）の周囲にシール材を介在させて、シール性を向上させることも可能である。配管用継手６３と第１枠体１８との間に用いられるシール材としては、例えば、雄ねじ部分に巻き付けて使用されるテープ状のものや、室温で硬化するペースト状のものなどのように、一般的な種々のものを採用できる。

また、図１、図２、及び、図４に符号６４で示すのは、各モータ３１Ａ、３１Ｂに電気的に接続された丸型のコネクタである。このコネクタ６４の周りと第１枠体１８との間にもシール材が用いられている。コネクタ６４に用いられるシール材としては、上述したもののほか、ゴム管やゴムパッキンなども採用が可能である。

また、図３には、前述したように第１枠体１８等を除去した状態が示されているが、図３では、配管用継手６３が空中に浮いた状態で示されている。これは、配管用継手６３と、各モータ３１Ａ、３１Ｂ等との位置関係を示すためである。

Ｌ字型の各配管用継手６３は、両端を開口している。そして、各配管用継手６３の内部空間は、第１枠体１８の内部空間であるモータ室２６と繋がっている。さらに、図１、図２、及び、図４等では図示を省略しているが、各配管用継手６３には、冷却用の空気（冷気）を流通させるための配管が接続される。配管としては、合成樹脂製等の材質で形成されて可撓性を有するもののように一般的な種々のものを採用できる。

また、各配管用継手６３として、チューブフィッティング機構（不図示）を備えた所謂ワンタッチ継手が採用されている。そして、各配管用継手６３に対する配管の接続は、配管の端部を配管用継手６３に差し込むだけで行うことができ、配管の配管用継手６３からの分離は、配管を引っ張るだけで行えるようになっている。

続いて、図１２は、撹拌装置１１の使用状況を模式化して示している。また、図１２では、配管に符号６５、６７が付されている。そして、一方の配管は冷気導入管６５となっており、他方の配管は冷気導出管６６となっている。さらに、撹拌装置１１は、インキュベータ（恒温装置）６７内に設置され、冷気導入管６５及び冷気導出管６６は、インキュベータ６７の壁部を通って外側に導出されている。ここで、図１２においては、図示を簡略化するため、配管用継手６３が上向きに描かれている。

インキュベータ６７としては、一般的な種々のものを採用可能であるが、インキュベータ６７の中には、冷気導入管６５及び冷気導出管６６以外の経路によっては、インキュベータ６７の外側の空気（外気）の流入がないようになっている。そして、インキュベータ６７に、穴（ガス用ポートなど、不図示）が備えられている場合には、この穴を利用して冷気導入管６５や冷気導出管６６、及び、コネクタ６４（図１）に接続された電気配線の配設を行うことが可能である。また、冷気導入管６５や冷気導出管６６、及び、電気配線を通した穴の隙間には、例えばシリコンスポンジ等を詰めて気密性を確保することが可能である。

インキュベータ６７においては、内部の温度や湿度（温湿度）の管理が行われる。そして、インキュベータ６７の内部空間は、例えば、細胞培養などが行われる場合には、温度が３７±１℃に保たれ、湿度が１００％程度に保たれる。湿度が１００％程度に保たれることにより、撹拌される溶液の蒸発が防止される。さらに、インキュベータ６７には、撹拌装置１１を、ウェルプレート１２と組み合わせた状態で、配置することが可能である。そして、ウェル２４内に収容された溶液（試薬化合物や薬剤化合物などの溶液）６８が、撹拌棒１５のパドル部４５により撹拌される。

なお、図１２は、第１実施形態の撹拌装置１１における冷気の循環を説明するため、撹拌装置１１及びインキュベータ６７の構成を大幅に省略して示している。そして、図１２においては、各モータ３１Ａ、３１Ｂが、前述した各種のギア群３２～３４を介さずに、それぞれ１つの撹拌棒１５を回転させるよう、図示が行われている。さらに、ウェルプレート１２についても、２箇所のウェル２４のみが図示されている。

前述した冷気導入管６５の途中の部位には、エアーポンプ（強制供給装置）６９が設けられている。エアーポンプ６９は、インキュベータ６７の外に設置されている。さらに、冷気導入管６５における、エアーポンプ６９よりも先の端部は、インキュベータ６７の外の空間中で開口している。エアーポンプ６９が作動すると、インキュベータ６７の外側における冷気が、冷気導入管６５から吸い込まれて（吸引されて）、撹拌装置１１のモータ室２６に送り込まれる。

ここで、冷気として利用されているのは、インキュベータ６７が設置された環境（設置環境）における室温の空気である。室温としては、例えば２０℃程度を例示できるが、この室温は、空気調和機（エアコン）により調整された室内の温度であっても、或いは、空気調和機を作動させていない室内の温度であってもよい。つまり、冷気の温度は、インキュベータ６７の設置環境における空気の温度であり、例えば、設置環境における空気を更に冷却機に通して温度低下させる、といったような特段の温度調整は行われていないものである。

モータ室２６は、前述のように気密構造を有しており、モータ室２６に導入された空気は、モータ室２６から漏れ出すことなく、モータ室２６内を流れる。さらに、モータ室２６内の空気は、モータ室２６に流入する後続の空気により押し出され、冷気導出管６６に流入する。冷気導出管６６の先端側の端部は、インキュベータ６７の外の空間中で開口している。このため、モータ室２６から押し出された空気は、インキュベータ６７の外の空間に排出（排気）される。そして、モータ室２６と、インキュベータ６７の外の空間との間で、空気が循環する。

モータ室２６においては、上述のような冷気と、各モータ３１Ａ、３１Ｂとの間で熱交換が行われ、各モータ３１Ａ、３１Ｂが冷気により冷却される。そして、モータ室２６で熱気を帯びた空気が、冷気導出管６６を介して、インキュベータ６７の外へ排気される。

図１３は、モータを冷気により冷却した場合におけるモータの温度変化に係る実験結果を示している。図１３のグラフにおける横軸は経過時間を示しており、縦軸はモータ温度を示している。さらに、実線の曲線は、モータを冷却した場合（冷却ありの場合）の温度変化を示しており、一点鎖線の曲線は、モータを冷却しない場合（冷却なしの場合）の温度変化を示している。

一点鎖線で示すように、冷却なしの場合のモータ温度は、２０℃台後半から、１０分ほどで７０℃に達し、その後も、徐々に７５℃近辺まで上昇している。これに対し、冷却ありの場合のモータ温度は、実線で示すように、２０℃台後半から数分ほど経過すると３０℃台後半に到達しているが、その後は、経過時間が２０分に達しても、ほぼ一定の値を保っている。ここで、モータ温度の測定は、モータに熱電対を取り付け、モータの温度変化を監視することにより行った。また、モータの回転数は、１００rpmとした。

このように、外気の供給によるモータの冷却を行った場合には、冷却しなかった場合に比較し、モータ温度が３０℃以上低くなり、顕著な冷却の効果が認められた。また、冷却しなかった場合には、モータの温度は、例えば、細胞培養時のインキュベータ内の温度である３７℃程度よりも大幅に高くなったが、冷却した場合には、インキュベータ内の温度と同様の３７℃程度で安定した。したがって、本実施形態の撹拌装置１１においても、各モータ３１Ａ、３１Ｂの冷却が同様に行われ、冷気による冷却効果が得られることとなる。

以上説明したような撹拌装置１１によれば、モータ室２６が気密構造を有していることから、モータ室２６の中の空気は、モータ室２６から漏れ出ることなく、インキュベータ６７の外部との間で循環する。このため、各モータ３１Ａ、３１Ｂの熱が、インキュベータ６７における庫内の温度を上昇させて、インキュベータ６７の温度条件に影響を与えるのを防止することが可能となる。そして、各モータ３１Ａ、３１Ｂの熱により、インキュベータ６７における試験温度条件を整えることが困難になってしまうのを防止できる。

また、モータ室２６が気密構造を有していることから、高湿度条件のインキュベータ６７の中で撹拌装置１１を使用する場合は、インキュベータ６７の中の湿潤空気が、モータ室２６に侵入するのを防止できる。このため、各モータ３１Ａ、３１Ｂが、インキュベータ６７の湿潤空気に曝されて、各モータ３１Ａ、３１Ｂに故障等が生じるのを防止することが可能である。さらに、モータ室２６に、モータ用の制御基板などを収容した場合には、この制御基板が湿潤空気に曝されることも防止できる。

また、各モータ３１Ａ、３１Ｂを冷却するとともに、冷却に使用された空気はインキュベータ６７内に流出することなく、インキュベータ６７外に排出されるため、モータ室２６の周囲の部品への伝熱や、周囲の空間への放熱等を原因として、撹拌対象試料である溶液の温度上昇も防止できる。この結果、撹拌装置１１を使用した実験に対して、各モータ３１Ａ、３１Ｂにおける発熱の影響が及ぶのを防止できる。なお、撹拌棒１５の材質に、合成樹脂等のように熱伝導率が低いものを採用することにより、実験に発熱の影響が及ぶことを、より一層確実に防止することができる。

ここで、モータ室２６を気密構造としなかった場合には、各モータ３１Ａ、３１Ｂの熱を帯びた空気が、インキュベータ６７の庫内に流出し、モータ室２６の空気と、インキュベータ６７における庫内の空気と混合することとなる。例えば、前掲の特許文献１に開示された撹拌装置のように、モータに面するようファンを設置してモータを冷却することも考えられる。しかし、特許文献１に開示された撹拌装置をインキュベータ内の湿潤条件下で使用した場合、気密構造が採用されていないことから、インキュベータ内の空気が撹拌装置内に流入し、モータや回路基板等に故障が生じ易くなると考えられる。

また、特許文献１の撹拌装置では、ファンの作動によってモータに当てられた空気が、熱気を帯びた状態で、撹拌装置の外部に放出される。このため、特許文献１の撹拌装置をインキュベータ内で使用した場合には、モータに当たって熱気を帯びた空気が、インキュベータ内で循環し、インキュベータにおける庫内の温度に影響を与えると考えられる。さらに、特許文献１の撹拌装置においては、ファンによる空気の流れを確保する必要があることから、ファンやモータの周囲を密閉構造とすることは困難である。

これに対して、本実施形態の撹拌装置１１は、各配管用継手６３や、冷気導入管６５、及び、冷気導出管６６を介して、撹拌装置１１の外気をモータ室２６に循環させることにより、ファンを用いずに各モータ３１Ａ、３１Ｂを冷却できるようにし、モータ室２６への密閉構造の採用を可能としている。この結果、撹拌装置１１をインキュベータ６７の中で使用した場合であっても、冷気導入管６５、及び、冷気導出管６６を、インキュベータ６７の外と空間的に接続することで、各モータ３１Ａ、３１Ｂを容易に冷却できるようにしている。

また、本実施形態の撹拌装置１１によれば、インキュベータ６７の中の湿潤空気をモータ室２６に導入せずに各モータ３１Ａ、３１Ｂを冷却できることから、前述したように、モータ室２６に制御基板等の電子機器を設置しても、これらの電子機器が湿潤空気に曝されるのを防止できる。

また、本実施形態の撹拌装置１１によれば、ファンを内蔵することなく各モータ３１Ａ、３１Ｂを冷却できることから、小型化が可能である。さらに、小型化が可能であることから、第１ギア群３２～第３ギア群３４のような駆動力伝達機を設けても、全体のサイズはさほど大型化しない。

また、各モータ３１Ａ、３１Ｂにヒートシンク３６が設けられていることから、限られた経路でモータ室２６に導入された外気に対し、効率よく放熱することが可能である。

なお、本実施形態に係る撹拌装置１１は、これまでに説明したものに限定されず、種々に変形することが可能である。例えば、本実施形態においては、エアーポンプ６９を、冷気導入管６５の側に設置しているが、これに限定されず、エアーポンプ６９を冷気導出管６６の側に設置して、モータ室２６に対する外気の吸引を行うようにしてもよい。

また、本実施形態においては、エアーポンプ６９により、インキュベータ６７の外気をモータ室２６へ強制的に供給しているが、強制的な外気の供給を行う手段（冷気供給手段）のその他の例として、例えば、圧縮空気や収容された空気ボンベ（不図示）や、窒素ガスが収容された窒素ガスボンベ（不図示）などを採用することも可能である。

さらに、エアーポンプ６９や各種ボンベのような冷気供給手段を用いず、例えば、インキュベータ６７の外の気圧とモータ室２６の中の気圧との差（気圧差）を利用して、冷気を循環させることも可能である。

また、本実施形態においては、冷気として利用されているのは、特段の温度調整などが行われていない外気である。このため、冷気となる空気を容易且つ安価に確保できる。しかし、これに限定されるものではなく、例えば、各モータ３１Ａ、３１Ｂの冷却のために事前に温度調整や温度管理が行われた空気を冷気として利用することも可能である。

また、本実施形態においては、第１モータ３１Ａ及び第２モータ３１Ｂとして、ステッピングモータが用いられていることから、撹拌時における回転数の調整が可能である。さらに、ステッピングモータが用いられていることから、回転数の変化による発熱の変化は殆どなく、回転数を上下させてもモータからの発熱量はさほど変わらない。このため、回転数の異なる種々の実験に対し、安定して冷却効果を発揮することができる。そして、ステッピングモータは、一般に発熱が大きいため、本実施形態のような気密構造や冷却機構を採用してモータの冷却を行うことにより、撹拌装置１１の周囲への排熱の影響を、より効果的に抑制できる。

また、モータ室２６、ケース体１３内、或いは、インキュベータ６７内の温度検出を行い、温度を監視しながらエアーポンプ６９の流量を自動制御し、温度環境を実験により適したものとすることも可能である。

さらに、駆動力伝達機構として第１ギア群３２～第３ギア群３４を用いているが、これに限らず、例えば、ベルト（無端ベルト）やプーリ等を介して、各モータ３１Ａ、３１Ｂの駆動力を撹拌棒１５に伝達してもよい。

また、モータ室２６のみでなく、第１ギア室２７及び第２ギア室２８のそれぞれにも、モータ室２６のような気密構造を採用し、それぞれを独立した空間としてもよい。さらに、例えば、第１ギア室２７及び第２ギア室のうちのいずれか一方について気密構造を採用し、他方については気密構造を採用しない、といったことも可能である。

また、これらの場合における冷気の供給は、気密構造を採用したギア室に対して行うことが可能である。例えば、第１ギア室２７及び第２ギア室２８の両方に気密構造を採用した場合には、図示は省略するが、モータ室２６と同様に、第１ギア室２７及び第２ギア室２８に対しても、冷気導入管や冷気導出管の接続を行うことが可能である。この場合は、モータ室２６、第１ギア室２７、及び、第２ギア室２８に、それぞれ独立して冷気が供給されることとなる。

さらに、第１ギア室２７及び第２ギア室２８のうちの１つのみに気密構造を採用した場合には、モータ室２６と同様に、気密構造を採用したギア室に対しても、冷気導入管や冷気導出管の接続を行うようにする。

これらのようにすることで、モータ室２６、第１ギア室２７、及び、第２ギア室２８の間での空気の行き来を防ぎながら、各室で温度上昇を防ぐことができる。また、各モータ３１Ａ、３１Ｂの熱が、第１ギア室２７や第２ギア室２８の各部品へ伝達されたとしても、各室で直接的に冷却を行うことが可能である。

また、モータ室２６と蓋体２３との間、及び、第２ギア室２８と支持板１７との間に気密構造を採用し、モータ室２６、第１ギア室２７、及び、第２ギア室２８を合わせて１つの冷気供給対象の空間とすることも可能である。このようにすることで、冷却対象の範囲を広げても、配管用継手、冷気導入管、及び、冷気導出管のセット数を削減できる。

さらに、例えば、モータ室２６と第１ギア室２７との間で空気の行き来を可能とする流路（不図示）を第１仕切板１９に形成し、第１ギア室２７と第２ギア室２８との間で空気の行き来を可能とする流路（不図示）を第２仕切板２１に形成してもよい。この場合には、モータ室２６の冷気を、第１ギア室２７及び第２ギア室２８へ供給して、第１ギア室２７及び第２ギア室２８を冷却することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る撹拌装置７１について説明する。図１４は、第２実施形態に係る撹拌装置７１を模式的に示している。図１４において、第１実施形態の撹拌装置１１と同様の部分については同一符号を付し、その説明は適宜省略する。また、図１４では、説明を簡略化するため、第１モータ３１Ａと第２モータ３１Ｂに、１本ずつの撹拌棒１５が対応付けられているが、前述した第１実施形態と同様に、第１ギア群３２～第３ギア群３４等により、第１モータ３１Ａや第２モータ３１Ｂの駆動力の分配を行うことにより、モータの数よりも多い本数の撹拌棒１５を駆動することが可能である。

図１４に示す第２実施形態の撹拌装置７１においては、第１モータ３１Ａ、第２モータ３１Ｂの側に、モータ側マグネット（駆動力伝達機構）７２、７３が設けられている。これらのモータ側マグネット７２、７３は、第１モータ３１Ａ、第２モータ３１Ｂにより回転させられる。撹拌棒１５には、撹拌棒側マグネット（駆動力伝達機構）７４、７５が設けられており、撹拌棒側マグネット７４、７５とモータ側マグネット７２、７３との間は、ケース体１３の第２仕切板２１ａ、２１ｂにより遮られている。

モータ側マグネット７２、７３、及び、撹拌棒側マグネット７４、７５は、第２仕切板２１ａに対し離間しており、モータ側マグネット７２、７３と、撹拌棒側マグネット７４、７５との間には空隙７６が形成されている。そして、モータ側マグネット７２、７３と、撹拌棒側マグネット７４、７５との間に機械的な接続はなく、空隙７６に、第２仕切板２１ａ、２１ｂが入り込んでいる。

さらに、モータ側マグネット７２、７３は、ケース体１３に形成されたモータ側マグネット室（駆動力伝達機構室）７７の中に配置されており、撹拌棒側マグネット７４、７５は、同じくケース体１３に形成された撹拌棒側マグネット室（駆動力伝達機構室）７８の中に配置されている。そして、モータ側マグネット室７７と、撹拌棒側マグネット室７８は、第２仕切板２１ａ、２１ｂ引き離すことにより、互いに分離可能に結合されている。モータ側マグネット室７７の側の第２仕切板２１ａと、撹拌棒側マグネット室７８の側の第２仕切板２１ｂは、再結合の際にも分離前と同じ位置関係を保つよう、位置決め機構（不図示）を介して結合されている。また、これに限らず、ねじや係合爪等のような機械的な結合手段を適用することも可能である。なお、モータ側マグネット室７７の側の第２仕切板２１ａと、撹拌棒側マグネット室７８の側の第２仕切板２１ｂは、互いに容易には分離できないよう一体化されていてもよい。

各モータ３１Ａ、３１Ｂが作動すると、回転力が、モータ側マグネット７２、７３に伝わり、モータ側マグネット７２、７３が回転する。さらに、モータ側マグネット７２、７３と、撹拌棒側マグネット７４、７５との間の磁力を介して、モータ側マグネット７２、７３の回転力が、撹拌棒側マグネット７４、７５に伝達され、撹拌棒側マグネット７４、７５が回転する。そして、撹拌棒１５が回転し、溶液の撹拌が行われる。

第１モータ３１Ａ及び第２モータ３１Ｂが設置されたモータ室２６には、第１実施形態と同様に、気密構造が採用されている。さらに、モータ室２６には、２つの配管用継手６３がねじ込まれており、一方の配管用継手６３には冷気導入管６５が接続され、他方の配管用継手６３には冷気導出管６６が接続されている。

また、冷気導入管６５の途中の部位にはエアーポンプ６９が設けられており、エアーポンプ６９により、インキュベータ６７の外気（冷気）が、モータ室２６に供給される。そして、モータ室２６では、各モータ３１Ａ、３１Ｂの冷却が行われ、熱気を帯びた空気が、冷気導出管６６を介して、インキュベータ６７の外へ排気される。

このように、モータ側マグネット７２、７３と、撹拌棒側マグネット７４、７５との間の磁力を介して駆動力の伝達を行うタイプの撹拌装置７１においても、第１実施形態の撹拌装置１１と同様に、各モータ３１Ａ、３１Ｂの冷却を行うことがきる。このため、第２実施形態の撹拌装置７１をインキュベータ６７の中で使用する場合も、各モータ３１Ａ、３１Ｂの熱が、インキュベータ６７の中の環境に影響を及ぼすことを防止できる。さらに、インキュベータ６７の中の湿潤空気により、各モータ３１Ａ、３１Ｂ等の電子機器が故障すること等を防止できる。

また、各モータ３１Ａ、３１Ｂの回転力の伝達を、磁力を介して非接触で行っていることから、ケース体１３の密閉化が容易である。

なお、本発明は、第１実施形態に係る撹拌装置１１や、第２実施形態に係る撹拌装置７１に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

（発明の実施態様）
本発明の第１の実施の態様は、ウェル内に収容された試料を撹拌する撹拌体と、
前記撹拌体を回転させるための回転力を発生する駆動源と、
前記駆動源が収容された駆動源室を有するケース体と、を備え、
前記ケース体には、
前記駆動源室に冷却用の気体である冷気を導入するための冷気導入管と、前記駆動源室内の空気を外部に導出するための冷気導出管が接続され、
前記駆動源室は密閉構造を有し、
前記駆動源室に前記冷気導入管を介して前記冷気を導入し、前記駆動源室から前記冷気導出管介して前記冷気を導出して、前記駆動源に対して熱交換が可能となるよう前記駆動源室に前記冷気を循環させる撹拌装置である。
これにより、駆動源室の中の空気が駆動源室の周辺に漏れ出ることがなく、周辺の温度が上昇するのを防止できるという効果を奏する。

本発明の第２の実施の態様は、第１の実施の態様において、更に前記冷気は恒温装置の外気であり、
前記恒温装置に配置され、前記恒温装置の中の環境下で前記試料の撹拌を行い、前記恒温装置の外気を前記駆動源室に循環させることである。
これにより、駆動源室の空気が恒温室の中に漏れ出ることがなく、恒温室の中の温度が上昇するのを防止できるという効果を奏する。

本発明の第３の実施の態様は、第１の実施の態様又は第２の実施の態様において、更に前記冷気は、前記冷気を強制的に前記駆動源室に供給する強制供給装置により循環させられることである。
これにより、冷気の流れが強制的に生み出され、駆動源室に冷気をより確実に循環させることができるという効果を奏する。

本発明の第４の実施の態様は、第１の実施の態様から第３の実施の態様のいずれか一つの態様において、更に前記駆動源と、前記撹拌体の間に、前記駆動源の駆動力を前記撹拌体に伝達する駆動力伝達機構が設けられ、
前記ケース体は、
前記駆動源室と前記撹拌体の間の位置に、前記駆動力伝達機構を収容する駆動力伝達機構室を有することである。
これにより、駆動源室と撹拌体の間に駆動力伝達機構室が介在することとなり、駆動源から撹拌体までの間隔を確保し易くなるという効果を奏する。

本発明の第５の実施の態様は、第４の実施の態様において、更に前記撹拌体を複数備え、
前記駆動源の数は、前記撹拌体の数に対して同じもしくは少なく、
前記駆動力伝達機構は、前記駆動源の駆動力を複数の前記撹拌体に分配することである。
これにより、駆動源が複数の撹拌体を駆動することとなり、駆動源の数よりも多い数の撹拌体を回転させることができるという効果を奏する。

１１、７１…撹拌装置、１２…ウェルプレート、１３…ケース体、１５…撹拌棒（撹拌体）、２４…ウェル、２６…モータ室（駆動源室）、２７…第１ギア室（駆動力伝達機構室）、２８…第２ギア室（駆動力伝達機構室）、３１Ａ…第１モータ（駆動源）、３１Ｂ…第２モータ（駆動源）、３２…第１ギア群（駆動力伝達機構）、３３…第２ギア群（駆動力伝達機構）、３４…第３ギア群（駆動力伝達機構）、６５…冷気導入管、６６…冷気導出管、６７…インキュベータ（恒温装置）、６８…溶液（試料）、６９…エアーポンプ（強制供給装置）、７２、７３…モータ側マグネット（駆動力伝達機構）、７４、７５…撹拌棒側マグネット（駆動力伝達機構）、７７…モータ側マグネット室（駆動力伝達機構室）、７８…撹拌棒側マグネット室（駆動力伝達機構室）

Claims (4)

1. ウェル内に収容された試料を撹拌する撹拌体と、
   前記撹拌体を回転させるための回転力を発生する駆動源と、
   前記駆動源が収容された駆動源室を有するケース体と、を備え、
   前記試料が収容された前記ウェルと共に、恒温装置内に収容可能な撹拌装置であって、
   前記ケース体には、
   前記恒温装置の外部の空間から冷却用の気体である冷気を前記駆動源室に導入するための冷気導入管と、
   前記駆動源室内の空気を前記恒温装置の外部の空間に導出するための冷気導出管とが接続され、
   前記冷気導入管を介して前記恒温装置の外部の空間から前記駆動源室内に冷気を導入し、前記冷気導出管を介して前記駆動源室内に導入された冷気を前記恒温装置の外部の空間に導出することで、前記駆動源に対して熱交換が可能となるよう前記駆動源室に前記冷気を循環させ、
   前記冷気は前記恒温装置の外部の空間に存在する空気であり、
   前記冷気導入管を介して前記恒温装置の外部の空間から前記駆動源室内に冷気を導入し、前記冷気導出管を介して前記駆動源室内に導入された冷気を前記恒温装置の外部の空間に熱気を帯びた空気として導出することで、前記駆動源に対して熱交換が可能となるよう前記駆動源室に前記冷気を循環させ、
   前記冷気は前記恒温装置の外部の空間に存在する空気である撹拌装置。
2. 前記冷気は、前記冷気を強制的に前記駆動源室に供給する強制供給装置により循環させられる請求項１に記載の撹拌装置。
3. 前記駆動源と、前記撹拌体の間に、前記駆動源の駆動力を前記回転力として前記撹拌体に伝達する駆動力伝達機構が設けられ、
   前記ケース体は、
   前記駆動源室と前記撹拌体の間の位置に、前記駆動力伝達機構を収容する駆動力伝達機構室を有する請求項１または２に記載の撹拌装置。
4. 前記撹拌体を複数備え、
   前記駆動源の数は、前記撹拌体の数に対して同じもしくは少なく、
   前記駆動力伝達機構は、前記駆動源の駆動力を複数の前記撹拌体に分配する請求項３に記載の撹拌装置。