(57)【要約】【課題】凍結容器の冷却効率を高める。【解決手段】ケース固定構造３４は、凍結対象物が充填された凍結容器１４を収容するケース１０を冷凍機の冷却板４ｂに固定するための構造である。ケース固定構造３４では、磁力により互いに引き合う第１吸着部材３６および第２吸着部材３８のうち、第１吸着部材３６がケース１０に設けられ、第２吸着部材３８が冷却板４ｂに設けられて、磁力によってケース１０が冷却板４ｂに固定され。また、ケース１０と第１吸着部材３６との間に、ケース１０および第１吸着部材３６よりも熱伝導率の低い熱伝導抑制層４０が設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結対象物が充填された凍結容器を収容するケースを冷凍機の冷却板に固定するためのケース固定構造であって、
磁力により互いに引き合う第１吸着部材および第２吸着部材のうち、前記第１吸着部材が前記ケースに設けられ、前記第２吸着部材が前記冷却板に設けられて、前記磁力によって前記ケースが前記冷却板に固定され、
前記ケースと前記第１吸着部材との間に、前記ケースおよび前記第１吸着部材よりも熱伝導率の低い熱伝導抑制層が設けられることを特徴とするケース固定構造。
【請求項２】
前記熱伝導抑制層は、前記ケースおよび前記第１吸着部材よりも熱伝導率の低い低伝熱材層で構成される請求項１に記載のケース固定構造。
【請求項３】
前記熱伝導抑制層は、前記第１吸着部材を支持する支持突起と、前記ケースおよび前記第１吸着部材の間に介在する空間とで構成される請求項１に記載のケース固定構造。
【請求項４】
前記支持突起は、前記ケースおよび前記第１吸着部材よりも熱伝導率の低い低伝熱材で構成される請求項３に記載のケース固定構造。
【請求項５】
前記支持突起は、前記ケースの一部で構成される請求項３に記載のケース固定構造。
【請求項６】
前記低伝熱材層は、前記冷却板による冷却下での少なくとも一部の冷却温度域において粘弾性を有する請求項２に記載のケース固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結容器の収容ケースを冷凍機に固定するためのケース固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細胞等を長期保存する方法として、細胞等を凍結容器に入れて凍結保存する方法が知られている。細胞等の凍結保存では、凍結処理による細胞等の損傷を抑制するために、冷却速度を高精度に制御することが望まれる。したがって、一般に細胞等の凍結保存では、凍結保護剤を加えた保存液に細胞等を懸濁し、プログラムフリーザを用いて所定の冷却速度で細胞懸濁液の温度を低下させ、凍結していた。このような細胞等の凍結保存に関して、例えば特許文献１には、細胞等が充填された凍結バッグを収容し、凍結バッグを冷却するための略直方体のケースが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第１６／１５２５２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の細胞等の凍結保存では、凍結容器を収容したケースを冷凍機の冷却板に載置し、ケースを介して凍結容器を冷却することで細胞等を凍結していた。このような方法では、ケースを冷却板に載置した際にケースと冷却板との十分な接触が得られないことがあった。この場合、ケースと冷却板との接触部での熱抵抗が大きくなって、凍結容器の冷却効率が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
本願はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、凍結容器の冷却効率を高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本願のある態様は、凍結対象物が充填された凍結容器を収容するケースを冷凍機の冷却板に固定するためのケース固定構造である。このケース固定構造では、磁力により互いに引き合う第１吸着部材および第２吸着部材のうち、第１吸着部材がケースに設けられ、第２吸着部材が冷却板に設けられて、磁力によってケースが冷却板に固定され、ケースと第１吸着部材との間に、ケースおよび第１吸着部材よりも熱伝導率の低い熱伝導抑制層が設けられる。
【０００７】
以上説明した構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本願によれば、凍結容器の冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るケース固定構造が実装される凍結装置の模式図である。
【図２】実施の形態１に係るケース固定構造の断面図である。
【図３】実施の形態２に係るケース固定構造の断面図である。
【図４】変形例に係るケース固定構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るケース固定構造が実装される凍結装置の模式図である。凍結装置１は、筐体２と、冷凍機４と、冷却チャンバ６と、断熱扉８と、を備える。筐体２内には、冷凍機４、冷凍機４に給電するための電源部（図示せず）、冷凍機４の駆動を制御する制御部（図示せず）、配線群（図示せず）等が収容される。冷凍機４は、例えばスターリング冷凍機であり、鉛直方向に延びるシリンダ４ａと、シリンダ４ａの上端に連結される冷却板４ｂ（吸熱部）と、を有する。
【００１２】
冷却チャンバ６は、筐体２の上部に配置される。冷却チャンバ６は、上方に開口する凹部６ａを有する。凹部６ａは、ケース１０が収容される収容空間１２を画成する。冷却チャンバ６は、凹部６ａの底面と筐体２とを連通する貫通孔６ｂを有する。貫通孔６ｂには、シリンダ４ａが挿通され、凹部６ａ内に冷却板４ｂが配置される。冷却板４ｂには、ケース１０が載置される。ケース１０は、ケース本体および蓋部（図示せず）で構成され、凍結対象物としての細胞等が充填された凍結容器１４を収容する。凍結容器１４は、例えば扁平な袋状容器（凍結バッグ）であり、上面および下面がケース１０に接触する。凍結容器１４は、冷却板４ｂによりケース１０を介して吸熱され、凍結される。
【００１３】
冷却チャンバ６の内部空間には断熱材（図示せず）が充填される。断熱扉８は、例えば一端が冷却チャンバ６に固定され、当該一端を中心として回動自在に設けられる。これにより、凹部６ａの開口が開閉自在に閉塞される。
【００１４】
図２は、実施の形態１に係るケース固定構造の断面図である。ケース１０は、凍結容器１４の収容空間１６を形成する板部１８を備える。板部１８は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の高い熱伝導性を有する材料で構成される。板部１８は、冷却板４ｂと対向する（つまり冷却板４ｂ側を向く）第１板部２０、および第１板部２０とは反対側を向く第２板部２２を含む。また、板部１８は、第１板部２０および第２板部２２をつなぐ第３板部２４および第４板部２６を含む。
【００１５】
本実施の形態では、第１板部２０がケース１０の下面を構成し、第２板部２２がケース１０の上面を構成し、第３板部２４および第４板部２６がケース１０の側面を構成する。なお、ケース１０は、扁平な直方体形状であり、第１板部２０および第２板部２２が２つの主表面を構成する。またケース１０は、第３板部２４および第４板部２６に加えて、残り２つの側面を構成する第５板部および第６板部（図示せず）を有する。
【００１６】
また、ケース１０は、第１接触部２８と、第２接触部３０と、放熱接触部３２と、を備える。第１接触部２８は、第１板部２０における凍結容器１４が熱的に接続される部分である。第２接触部３０は、第２板部２２における凍結容器１４が熱的に接続される部分である。放熱接触部３２は、板部１８における冷却板４ｂが熱的に接続される部分である。
【００１７】
「熱的に接続される部分」は、例えば第１接触部２８であれば、凍結容器１４と第１板部２０とが直に接触する場合には、第１板部２０における凍結容器１４が（物理的に）接触する部分である。凍結容器１４と第１板部２０との間に何らかの部材が介在し、当該部材を介して凍結容器１４の熱が第１板部２０に伝わる構造の場合には、「熱的に接続される部分」は、第１板部２０において当該部材および凍結容器１４の接触部と、凍結容器１４および冷却板４ｂが並ぶ方向から見て重なる部分である。本実施の形態の第１接触部２８は、第１板部２０の中央部に配置される。
【００１８】
同様に、第２接触部３０であれば、凍結容器１４と第２板部２２とが直に接触する場合には、第２板部２２における凍結容器１４が接触する部分が「熱的に接続される部分」である。凍結容器１４と第２板部２２との間に何らかの部材が介在し、当該部材を介して凍結容器１４の熱が第２板部２２に伝わる構造の場合には、第２板部２２において当該部材および凍結容器１４の接触部と重なる部分が「熱的に接続される部分」である。本実施の形態の第２接触部３０は、第２板部２２の中央部に配置される。
【００１９】
また、放熱接触部３２であれば、板部１８と冷却板４ｂとが直に接触する場合には、板部１８における冷却板４ｂが接触する部分が「熱的に接続される部分」である。板部１８と冷却板４ｂとの間に何らかの部材が介在し、当該部材を介して板部１８の熱が冷却板４ｂに伝わる構造の場合には、板部１８における当該部材が接触する部分が「熱的に接続される部分」である。本実施の形態では、第１板部２０の外縁部、つまり第１接触部２８の外周に放熱接触部３２が配置される。
【００２０】
凍結容器１４の熱の一部は、第１接触部２８から第１板部２０を介して放熱接触部３２に伝わり、冷却板４ｂに吸熱される。凍結容器１４の熱の他の一部は、第２接触部３０から第２板部２２と、第３板部２４〜第６板部のいずれかと、を介して放熱接触部３２に伝わり、冷却板４ｂに吸熱される。
【００２１】
ケース固定構造３４は、凍結対象物が充填された凍結容器１４を収容するケース１０を冷却板４ｂに固定するための機構である。ケース固定構造３４は、第１吸着部材３６、第２吸着部材３８および熱伝導抑制層４０を備える。
【００２２】
第１吸着部材３６および第２吸着部材３８は、磁力により互いに引き合う部材である。第１吸着部材３６および第２吸着部材３８は、少なくとも一方が磁石（永久磁石）または電磁石であり、他方は磁石、電磁石または強磁性体である。第１吸着部材３６および第２吸着部材３８を構成する材料の候補としては、ネオジウム鉄ボロン磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などの硬磁性体や、電磁鋼板、電磁ステンレス、センダスト、軟磁性複合材料（ＳＭＣ：soft magnetic composites）などの軟磁性体が例示される。
【００２３】
第１吸着部材３６は、ケース１０に設けられる。例えば、第１吸着部材３６は、ケース１０および冷却板４ｂが並ぶ方向から見て、第１板部２０の外縁部、つまり放熱接触部３２と重なるように配置される。本実施の形態の第１吸着部材３６は、第１板部２０の収容空間１６側を向く面に配置される。第１吸着部材３６は、例えば接着剤で熱伝導抑制層４０に固定される。熱伝導抑制層４０は、例えば接着剤でケース１０に固定される。第２吸着部材３８は、冷却板４ｂに設けられる。例えば、冷却板４ｂにおけるケース１０とは反対側を向く面に凹部４２が設けられ、この凹部４２に第２吸着部材３８が収容される。凹部４２は、ケース１０および冷却板４ｂが並ぶ方向から見て放熱接触部３２と重なる領域に設けられる。第２吸着部材３８とケース１０との間に冷却板４ｂの一部分が介在することで、凍結容器１４の冷却効率の低下を抑制することができる。なお、第２吸着部材３８は、冷却板４ｂのケース１０側を向く表面に設けられる凹部に収容されてもよい。この場合、第２吸着部材３８は、冷却板４ｂのケース１０側を向く表面において露出していてもよい。
【００２４】
第１吸着部材３６と第２吸着部材３８とは、ケース１０が冷却板４ｂに載置された状態で、ケース１０および冷却板４ｂが並ぶ方向から見て互いに重なり合う。第１吸着部材３６と第２吸着部材３８とは、放熱接触部３２を間に挟んだ状態で、磁力によって互いに引きつけ合う。この結果、ケース１０が冷却板４ｂに固定される。本実施の形態では、第１吸着部材３６および第２吸着部材３８が第１板部２０の外縁部を挟むため、ケース１０をより安定的に冷却板４ｂに固定することができる。なお、第１吸着部材３６と第２吸着部材３８とは、第１板部２０の外縁部の全周にわたって設けられてもよいし、間欠的に設けられてもよい。
【００２５】
熱伝導抑制層４０は、ケース１０と第１吸着部材３６との間に設けられる。熱伝導抑制層４０は、ケース１０および第１吸着部材３６よりも熱伝導率が低い。ケース１０と第１吸着部材３６との間に熱伝導抑制層４０が介在することで、ケース１０と第１吸着部材３６との間の熱交換、ひいては冷却板４ｂと第１吸着部材３６との間の熱交換を抑制することができる。なお、本実施の形態において、熱伝導抑制層４０の熱伝導率がケース１０の熱伝導率よりも低いとは、熱伝導抑制層４０の熱伝導率が、少なくともケース１０における熱伝導抑制層４０が接する部分、本実施の形態では放熱接触部３２の熱伝導率に比べて低いことを意味する。
【００２６】
本実施の形態の熱伝導抑制層４０は、ケース１０および第１吸着部材３６よりも熱伝導率の低い低伝熱材層４４で構成される。このような低伝熱材層４４としては、樹脂製のシート、紙、不織布、ゴム、シリコーン、接着剤、粘着材、これらの複合体等が例示される。樹脂は発泡体であってもよい。全体が低伝熱材層４４で構成される熱伝導抑制層４０は、第１吸着部材３６におけるケース１０側を向く表面の全体を覆う。これにより、ケース１０と第１吸着部材３６との接触をより確実に抑制することができる。
【００２７】
低伝熱材層４４として接着剤や粘着材（例えば両面テープ）を使用する場合、低伝熱材層４４は、ケース１０への第１吸着部材３６の保持機構を兼ねることができる。つまり、低伝熱材層４４によって、ケース１０を第１吸着部材３６に固定することができる。これにより、第１吸着部材３６と熱伝導抑制層４０とを接着剤等で固定し、また熱伝導抑制層４０とケース１０とを接着剤等で固定する場合に比べて、ケース固定構造３４を簡素化することができる。また、第１吸着部材３６および熱伝導抑制層４０、ならびに熱伝導抑制層４０およびケース１０をそれぞれ、ねじ止め、爪部での引っ掛け固定等により機械的に固定する場合に比べて、ケース固定構造３４を簡素化することができる。また、低伝熱材層４４としてゴム、シリコ−ン、樹脂の発泡体、粘着材等の、冷却板４ｂによる冷却下での少なくとも一部の冷却温度域において粘弾性を有する材料を使用する場合、凍結容器１４の冷却時に、低伝熱材層４４および第１吸着部材３６の線膨張係数の差あるいは低伝熱材層４４および板部１８の線膨張係数の差に起因して、ケース１０から第１吸着部材３６が剥落することを抑制することができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態に係るケース固定構造３４では、磁力により互いに引き合う第１吸着部材３６および第２吸着部材３８のうち、第１吸着部材３６がケース１０に設けられ、第２吸着部材３８が冷却板４ｂに設けられて、磁力によってケース１０が冷却板４ｂに固定される。また、ケース１０と第１吸着部材３６との間には、ケース１０および第１吸着部材３６よりも熱伝導率の低い熱伝導抑制層４０が設けられる。
【００２９】
第１吸着部材３６および第２吸着部材３８の磁気吸引力によって、ケース１０を冷却板４ｂに吸着固定することで、ケース１０を冷却板４ｂに密着させることができる。これにより、ケース１０と冷却板４ｂとの接触部における熱抵抗を小さくすることができ、凍結容器１４の冷却効率を高めることができる。
【００３０】
一方で、ケース１０に第１吸着部材３６を設けると、ケース１０および凍結容器１４だけでなく第１吸着部材３６も冷却板４ｂの冷却対象となり得る。この場合、冷却板４ｂの冷却力が第１吸着部材３６の冷却に用いられる分だけ、凍結容器１４の冷却速度が低下してしまう。一般に、第１吸着部材３６を構成する磁石、電磁石あるいは強磁性体の熱容量は比較的大きいため、第１吸着部材３６に起因する冷却効率の低下は無視し難い。
【００３１】
これに対し、本実施の形態のケース固定構造３４では、ケース１０と第１吸着部材３６との間に熱伝導抑制層４０が設けられる。これにより、第１吸着部材３６から冷却板４ｂへの熱の移動を抑制することができる。したがって、第１吸着部材３６が凍結容器１４の冷却に与える負の影響を緩和することができる。よって、凍結容器１４の冷却効率を高めることができる。
【００３２】
また、本実施の形態の熱伝導抑制層４０は、ケース１０および第１吸着部材３６よりも熱伝導率の低い低伝熱材層４４で構成される。これにより、凍結容器１４の冷却効率をより確実に高めることができる。また、ケース１０と第１吸着部材３６との間に低伝熱材層４４を挟むという簡単な構成で、凍結容器１４の冷却効率を向上させることができる。
【００３３】
（実施の形態２）
実施の形態２は、熱伝導抑制層４０の態様を除き、実施の形態１と共通の構成を有する。以下、本実施の形態について実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を適宜省略する。図３は、実施の形態２に係るケース固定構造３４の断面図である。
【００３４】
ケース固定構造３４は、第１吸着部材３６、第２吸着部材３８および熱伝導抑制層４０を備える。第１吸着部材３６は、ケース１０に設けられる。第２吸着部材３８は、冷却板４ｂに設けられる。第１吸着部材３６と第２吸着部材３８とは、放熱接触部３２を間に挟んだ状態で、磁力によって互いに引きつけ合う。この結果、ケース１０が冷却板４ｂに固定される。
【００３５】
熱伝導抑制層４０は、ケース１０と第１吸着部材３６との間に設けられる。本実施の形態の熱伝導抑制層４０は、第１吸着部材３６を支持する支持突起４６と、ケース１０および第１吸着部材３６の間に介在する空間４８とで構成される。支持突起４６は、放熱接触部３２から第１吸着部材３６側に向かって突出する。第１吸着部材３６は、支持突起４６の上に載置される。例えば、支持突起４６は、柱状体、棒状体あるいは枠状体であり、第１吸着部材３６の外縁部を支持する。
【００３６】
本実施の形態の支持突起４６は、ケース１０および第１吸着部材３６よりも熱伝導率の低い低伝熱材で構成される。支持突起４６を構成する低伝熱材は、実施の形態１で説明した低伝熱材層４４と同様の材料で構成することができる。
【００３７】
支持突起４６によって第１吸着部材３６が支持されることで、ケース１０と第１吸着部材３６との間には、支持突起４６の突出高さ分だけ空間４８が形成される。支持突起４６が第１吸着部材３６の外縁部を支持しているため、空間４８は、第１吸着部材３６の中央部と重なるように配置される。空間４８には、凍結装置１の雰囲気が流入する。このため、空間４８は、ケース１０および第１吸着部材３６よりも熱伝導率の低い低伝熱層を構成する。
【００３８】
本実施の形態によっても、第１吸着部材３６および第２吸着部材３８の磁気吸引力によってケース１０を冷却板４ｂに密着させることで、凍結容器１４の冷却効率を高めることができる。また、熱伝導抑制層４０によって、第１吸着部材３６が凍結容器１４の冷却に与える負の影響を緩和して、凍結容器１４の冷却効率を高めることができる。また、本実施の形態の支持突起４６は、低伝熱材で構成される。これにより、凍結容器１４の冷却効率をより確実に高めることができる。
【００３９】
本実施の形態に係るケース固定構造３４には、以下の変形例を挙げることができる。
【００４０】
（変形例）
図４は、変形例に係るケース固定構造３４の断面図である。本変形例に係るケース固定構造３４では、支持突起４６が、ケース１０の一部で構成される。具体的には、ケース１０の第１板部２０は、収容空間１６側の表面に支持突起４６を有する。支持突起４６は、ケース１０および冷却板４ｂが並ぶ方向から見て、第１吸着部材３６の外縁部と重なるように配置される。第１吸着部材３６が支持突起４６の上に載置されると、ケース１０と第１吸着部材３６との間には、支持突起４６の突出高さ分だけ空間４８が形成される。したがって、少なくとも空間４８によって第１吸着部材３６から冷却板４ｂへの熱の移動を抑制することができる。本変形例によれば、ケース固定構造３４の部品点数を削減することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
【００４２】
実施の形態は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
冷却板（４ｂ）を有する冷凍機（４）と、
凍結対象物が充填された凍結容器（１４）を収容し、冷却板（４ｂ）に載置されるケース（１０）と、
磁力により互いに引き合う第１吸着部材（３６）および第２吸着部材（３８）と、
熱伝導抑制層（４０）と、を備え、
第１吸着部材（３６）はケース（１０）に設けられ、第２吸着部材（３８）は冷却板（４ｂ）に設けられて、磁力によってケース（１０）を冷却板（４ｂ）に固定し、
熱伝導抑制層（４０）は、ケース（１０）および第１吸着部材（３６）よりも熱伝導率が低く、ケース（１０）と第１吸着部材（３６）との間に設けられる凍結装置（１）。
【符号の説明】
【００４３】
４  冷凍機、  ４ｂ  冷却板、  １０  ケース、  １４  凍結容器、  ３４  ケース固定構造、  ３６  第１吸着部材、  ３８  第２吸着部材、  ４０  熱伝導抑制層、  ４４  低伝熱材層、  ４６  支持突起、  ４８  空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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