(57)【要約】【課題】水溶液が再凍結する際に発生する容器底部の破損を未然に防止することができる凍結保存用容器を提供する。【解決手段】氷塊ｉ１が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際、水溶液の上層部が凍結してその氷層ｉ２が氷塊ｉ１と一体化し、水溶液の下層部が凍結してその氷層ｉ３の中央部に突起２Ｃを核とする氷柱ｉ４が形成される。そして、この氷柱ｉ４が成長して氷塊ｉ１と一体化することにより、氷塊ｉ１および氷柱ｉ４の周囲に残留した水溶液Ｓが最後に再凍結する際には、その体積膨張による押圧力がバイアル２の底部内面の突起２Ｃが形成されている中央部を除いた周囲の部分に分散して加わる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液を凍結状態で保存するための容器であって、
水溶液が凍結する際に氷柱が形成される核となる突起が容器底部の内面中央部に設けられていることを特徴とする凍結保存用容器。
【請求項２】
凍結状態と氷塊が浮かぶ半解凍状態とが繰り返される水溶液を収容して凍結状態で保存するための容器であって、
氷塊が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際に氷柱が形成される核となる突起が容器底部の内面中央部に設けられていることを特徴とする凍結保存用容器。
【請求項３】
バイアルとキャップを有する密封構造を備え、バイアルの底部内面の中央部に前記突起が一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の凍結保存用容器。
【請求項４】
前記突起の形状が先端部を上方に向けた砲弾形であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の凍結保存用容器。
【請求項５】
前記突起の突出長が容器底部の肉厚の１．５〜２．５倍の範囲において、少なくとも１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の凍結保存用容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液を凍結状態で保存するための容器に関し、例えば、凍結状態と氷塊が浮かぶ半解凍状態とが繰り返される水溶液を凍結状態で保存するのに好適な凍結保存用容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
必要に応じて使用される試薬などの各種の水溶液を凍結状態で保存する場合、その水溶液を所定の凍結保存用容器に収容し、この凍結保存用容器を冷凍庫に貯蔵するのが一般的である。この種の用途に使用される凍結保存用容器として、図８に示すような凍結保存用容器Ａが従来一般に知られている。この凍結保存用容器Ａは、透明なプラスチック製のバイアルＢと、このバイアルＢの口部Ｂ１に着脱自在に装着されるスクリューキャップＣとを備えた密封構造とされている。
【０００３】
また、水溶液の凍結保存にも使用可能な容器として、例えば特許文献１に記載の凍結保存容器が従来一般に知られている。この凍結保存容器は、耐寒性プラスチックで構成された容器の口部に耐寒性フィルムで構成された封止部を溶着したものである。
【０００４】
なお、飲料水などを凍結させる、いわゆる製氷器に関する発明として、水面が最後に凍結するように製氷容器の開口部を覆う断熱蓋を設けることにより、凍結に伴う圧力が製氷容器に加わらないようにして製氷容器の変形破損を防止するようにした製氷器が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６１３０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１６４１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、図８に示した従来の凍結保存用容器Ａでは、これに収容されて冷凍庫に貯蔵された凍結状態の水溶液を必要に応じて使用する場合、冷凍庫から凍結保存用容器Ａを取り出し、バイアルＢに収容された凍結状態の水溶液Ｓを例えば氷塊ｉ１が浮かぶ半解凍状態まで解凍する（図９参照）。そして、スクリューキャップＣを取り外し、氷塊ｉ１のまわりの溶解した水溶液Ｓの一部をバイアルＢから抽出して使用に供した後、スクリューキャップＣを被せて凍結保存用容器Ａを冷凍庫に貯蔵し、バイアルＢに収容された半解凍状態の水溶液Ｓを再凍結させる。
【０００７】
ところで、図９に示したようにバイアルＢ内の水溶液Ｓに氷塊ｉ１が浮かぶ半解凍状態の水溶液Ｓを再凍結させる際、従来の凍結保存用容器Ａでは、バイアルＢの底部にクラックが発生して破損するという問題が頻発している。その原因は、水溶液Ｓが再凍結する際の凍結メカニズムにあると考えられる。
【０００８】
ここで、バイアルＢ内の水溶液Ｓが全解凍状態から再凍結する場合には、通常、水溶液Ｓの密度の関係から、最大密度の４℃より密度の小さい０℃付近の部分が上層部を占めることで、水溶液Ｓは上層部から凍結し始め、順次下方に凍結が進行する。また、冷却熱の熱伝導度の関係から、冷却されるバイアルＢの底部内面および周壁部内面に接触する水溶液Ｓの下層部や周辺部も水溶液Ｓの上層部に遅れて凍結が進行する。そして、凍結した上層部の氷層と下層部の氷層と周辺部の氷層とに囲まれた未凍結の水溶液Ｓが体積膨張を伴って最後に凍結する。
【０００９】
この最後に凍結する水溶液Ｓの位置は、水溶液Ｓの上層部の凍結速度が速く、下層部の凍結速度が遅いことから、その凍結速度の差分だけ凍結前の水溶液Ｓの中心位置よりバイアルＢの底部に寄った下方となる。そして、この位置から水溶液Ｓが体積膨張を伴って最後に凍結し、その凍結に伴う体積膨張による押圧力が周囲の氷層の厚さおよびバイアルＢの肉厚に応じた強度によって支えられることとなる。
【００１０】
一方、図９に示すように、バイアルＢ内の水溶液Ｓが氷塊ｉ１の浮かぶ半解凍状態から再凍結する場合には、氷の熱伝導度が水と比べて非常に大きいため、前述した全解凍状態から再凍結する場合に比べ、水溶液Ｓの上層部の凍結が非常に早く進行する。その結果、図９に示した水溶液Ｓの再凍結は、図１０に示す途中段階を経て図１１に示す最終段階へと進行するようになり、凍結した上層部の氷層ｉ２と下層部の氷層ｉ３と周辺部の氷層ｉ５とに囲まれた水溶液Ｓ（図１０参照）が最後に凍結する位置は、全解凍状態からの再凍結の場合よりもバイアルＢの底部に一層近寄った下方の一点となる（図１１参照）。この場合、全解凍状態から再凍結する場合に比べて下層部の氷層ｉ３の厚さがかなり薄くなることから、未凍結の水溶液Ｓが最後に凍結する際の体積膨張による押圧力（図１１の白抜き矢印参照）に比べてバイアルＢの底部の強度が不足し、バイアルＡの底部にクラックが発生するものと推測される。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に対応してなされたものであり、水溶液が再凍結する際に発生する容器底部の破損を未然に防止することができる凍結保存用容器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するため、本発明に係る凍結保存用容器は、水溶液を凍結状態で保存するための容器であって、水溶液が凍結する際に氷柱が形成される核となる突起が容器底部の内面中央部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この凍結保存用容器では、水溶液が凍結する際、水溶液の上層部が凍結すると共に、水溶液の下層部も凍結し、その下層部の氷層の中央部に突起を核とする氷柱が形成される。そして、上層部の氷層、下層部の氷層および氷柱の凍結がそれぞれ進行すると、完全凍結の前段階で、まず、氷柱が上層の氷層に接触してこれらが一体化することとなる。氷柱が上層の氷層に一体化すると、氷柱の周囲に環状（ドーナツ状）に残留した未凍結の水溶液が凍結する際に、その体積膨張による押圧力が容器底部の内面中央部を除いた突起の周囲の環状部分に分散して加わることとなる。その結果、水溶液が凍結する際の容器底部の破損が未然に防止される。
【００１４】
また、本発明に係る凍結保存用容器は、凍結状態と氷塊が浮かぶ半解凍状態とが繰り返される水溶液を収容して凍結状態で保存するための容器であって、氷塊が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際に氷柱が形成される核となる突起が容器底部の内面中央部に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この凍結保存用容器では、氷塊が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際、水溶液の上層部が凍結して氷塊と一体化し、水溶液の下層部が凍結してその中央部に突起を核とする氷柱が形成される。そして、この氷柱が成長して氷塊と一体化することにより、氷塊および氷柱の周囲の水溶液が再凍結する際には、その体積膨張による押圧力が容器底部の内面中央部を除いた周囲の部分に分散して加わることとなる。その結果、氷塊が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際の容器底部の破損が未然に防止される。この態様では、押圧力の発生する部分が一層容器の底部側に近くなることから、本発明の効果がより顕著となる。
【００１６】
本発明に係る凍結保存用容器は、バイアルとキャップを有する密封構造を備えているのが好ましい。この場合、バイアルの底部内面の中央部に突起が一体に形成される。
【００１７】
本発明の凍結保存用容器において、突起の形状は特に限定されるものではないが、先端部を上方に向けた砲弾形は、座屈強度が高く、成形も容易であるので好ましい。この突起の突出長は、成形の容易さを考慮すると、容器底部の肉厚の１．５〜２．５倍が好ましく、また、この突起を核として形成される氷柱の長さを考慮すると、容器底部の肉厚の１．５〜２．５倍の範囲において、少なくとも１０ｍｍ以上であるのが好ましい。また、強度の観点から、容器成形時の樹脂の射出口をこの部分に設けることも有利である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る凍結保存用容器では、水溶液が凍結する際、水溶液の上層部が凍結すると共に、水溶液の下層部が凍結してその中央部に突起を核とする氷柱が形成される。そして、上層の氷層、下層の氷層および氷柱がそれぞれ成長して氷柱が上層の氷層に一体化すると、氷柱の周囲に環状に残留した未凍結の水溶液が凍結する際に、その体積膨張による押圧力が容器底部の内面中央部を除いた突起の周囲の環状部分に分散して加わることとなる。従って、本発明に係る凍結保存用容器によれば、水溶液が凍結する際の容器底部の破損を未然に防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る凍結保存用容器では、氷塊が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際、水溶液の上層部が凍結して氷塊と一体化し、水溶液の下層部が凍結してその中央部に突起を核とする氷柱が形成される。そして、この氷柱が成長して氷塊と一体化することにより、氷塊および氷柱の周囲の水溶液が再凍結する際には、その体積膨張による押圧力が容器底部の内面中央部を除いた周囲の部分に分散して加わることとなる。従って、本発明に係る凍結保存用容器によれば、氷塊が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際に発生する容器底部の破損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る凍結保存容器の縦断面図である。
【図２】一実施形態に係る凍結保存容器に収容された水溶液の半解凍状態を示す縦断面図である。
【図３】一実施形態に係る凍結保存容器に収容された半解凍状態の水溶液の再凍結初期の状態を示す縦断面図である。
【図４】一実施形態に係る凍結保存容器に収容された半解凍状態の水溶液の再凍結の途中段階を示す縦断面図である。
【図５】一実施形態に係る凍結保存容器に収容された半解凍状態の水溶液の再凍結の最終段階を示す縦断面図である。
【図６】一実施形態に係る凍結保存容器に収容された全解凍状態の水溶液の再凍結の最終段階を示す縦断面図である。
【図７】一実施形態の部分的変形例を示す図１に対応した縦断面図である。
【図８】従来例に係る凍結保存容器の縦断面図である。
【図９】従来例に係る凍結保存容器に収容された水溶液の半解凍状態を示す縦断面図である。
【図１０】従来例に係る凍結保存容器に収容された水溶液の再凍結の途中段階を示す縦断面図である。
【図１１】従来例に係る凍結保存容器に収容された水溶液の再凍結の最終段階を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る凍結保存用容器の一実施形態を説明する。一実施形態の凍結保存用容器は、凍結状態と氷塊が浮かぶ半解凍状態が繰り返される水溶液を収容して凍結状態で保存するための容器であり、その凍結保存温度は、例えば−８０〜−１９６℃である。
【００２２】
図１に示すように、一実施形態の凍結保存用容器１は、口部２Ａの外周にスクリュー２Ｂが一体に形成された透明なバイアル２と、このバイアル２の口部２Ａに着脱自在に装着されるスクリューキャップ３とを備えた密封構造とされている。なお、スクリューキャップ３の内側天面には、密封性向上のための弾性体よりなるパッキンを設けてもよい。
【００２３】
バイアル２は、例えば１リットル程度の容積を有し、その内径は９０ｍｍ程度、肉厚は６ｍｍ程度である。このバイアル２は、例えばＣＺ（株式会社大協精工の登録商標）と呼称されるプラスチック素材により成形されており、低溶出性、高透明性、高耐熱性、低温特性、耐ｐＨ性、低透湿性、耐溶剤性、耐吸着性などの特性を備えている。
【００２４】
ここで、バイアル２の底部の内面中央部には、氷塊が浮かぶ半解凍状態の水溶液が再凍結する際に氷柱が形成される核となる中実の突起２Ｃが一体に形成されている。この突起２Ｃは、例えば先端部を上方に向けた砲弾形に形成されており、その突出長は、バイアル２の底部の肉厚（例えば６ｍｍ）の１．５〜２．５倍の範囲であって、少なくとも１０ｍｍ、例えば１２ｍｍに設定されている。また、突起１Ｃの基底部の直径は１０ｍｍ程度に設定されている。
【００２５】
以上のように構成された一実施形態に係る凍結保存用容器１は、凍結状態と氷塊が浮かぶ半解凍状態とが繰り返される水溶液、例えば、必要に応じて使用される試薬などの各種の水溶液を冷凍庫に貯蔵して−８０〜−１９６℃の凍結状態で保存するために使用される。
【００２６】
この凍結保存用容器１では、これに収容されて冷凍庫に貯蔵された凍結状態の水溶液を必要に応じて使用する場合、冷凍庫から凍結保存用容器１を取り出し、バイアル２に収容された凍結状態の水溶液Ｓを氷塊ｉ１が浮かぶ半解凍状態まで解凍する（図２参照）。そして、スクリューキャップ３を取り外し、氷塊ｉ１のまわりの溶解した水溶液Ｓの一部をバイアル２から抽出して使用に供した後、スクリューキャップ３を被せて凍結保存用容器１を冷凍庫に貯蔵し、バイアル２に収容された半解凍状態の水溶液Ｓを再凍結させる。
【００２７】
ここで、図２に示したように氷塊ｉ１が浮かぶ半解凍状態の水溶液ＳがバイアルＢ内で再凍結する際、一実施形態の凍結保存用容器１では、図３に示すように、水溶液Ｓの上層部が凍結してその氷層ｉ２が氷塊ｉ１と一体化する。また、バイアルＢの底部が冷却されることで、その底部内面に接触する水溶液Ｓの下層部が凍結してその氷層ｉ３の中央部に突起２Ｃを核とする氷柱ｉ４が形成される。この場合、氷塊ｉ１の熱伝導度が水溶液Ｓと比べて非常に大きいため、水溶液Ｓの上層部の凍結は下層部の凍結に比べて非常に早く進行することとなり、上層部の氷層ｉ２は下層部の氷層ｉ３に比べて厚く形成される。
【００２８】
そして、凍結が進行すると、図４に示すように、氷柱ｉ４が成長して氷塊ｉ１と一体化すると共に、冷却されるバイアルＢの周壁部内面に接触する周辺部の水溶液Ｓも凍結して氷層ｉ５が形成される。凍結がさらに進行すると、上層部の氷層ｉ２および周辺部の氷層ｉ５がさらに成長することにより、未凍結の水溶液Ｓは、図５に示すように氷柱ｉ４の周囲にドーナツ状に残留する。そして、凍結の最終段階では、氷柱ｉ４の周囲にドーナツ状に残留した未凍結の水溶液Ｓが体積膨張を伴って再凍結することとなる。その際、凍結に伴う体積膨張による押圧力は、バイアル２の底部内面の突起２Ｃが形成されている中央部を除いた周囲の部分に分散して加わることとなる（図５の白抜き矢印参照）。
【００２９】
従って、一実施形態の凍結保存用容器１によれば、氷塊ｉ１が浮かぶ半解凍状態の水溶液Ｓが再凍結する際に発生することのあるバイアル２の底部の破損を未然に防止することができる。
【００３０】
ここで、一実施形態の凍結保存用容器１は、凍結状態と全解凍状態とが繰り返される水溶液を凍結状態で保存するためにも使用することができる。この場合、バイアル２に収容された全解凍状態の水溶液Ｓが再凍結する際の最終段階（完全凍結の前段階）では、図６に示すように、上層の氷層ｉ２、下層の氷層ｉ３および氷柱ｉ４がそれぞれ成長して氷柱ｉ４が上層の氷層ｉ２に一体化することにより、未凍結の水溶液Ｓが氷柱ｉ４の周囲に環状（ドーナツ状）に残留する。その水溶液Ｓの残留位置は、水溶液Ｓの上層部の氷層ｉ２の凍結速度が速く、下層部の氷層ｉ３および氷柱ｉ４の凍結速度が遅いことから、再凍結前の水溶液Ｓの中心位置よりバイアルＢの底部に寄った下方となる。そして、氷柱ｉ４の周囲に環状（ドーナツ状）に残留した未凍結の水溶液Ｓが最後に再凍結する際には、その体積膨張による押圧力がバイアル２の底部内面の突起２Ｃの周囲の環状部分に分散して加わる（図６の白抜き矢印参照）。
【００３１】
従って、一実施形態の凍結保存用容器１によれば、全解凍状態の水溶液Ｓが再凍結する際に発生することのあるバイアル２の底部の破損を未然に防止することができる。
【００３２】
本発明の凍結保存容器は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図１に示したスクリューキャップ３はゴムキャップに変更し、バイアル２の口部２Ａはゴムキャップが装着される適宜の断面形状に変更することができる。
【００３３】
また、図１に示したバイアル２の底部に形成される中実の突起２Ｃは、図７に示すような中空の突起２Ｄに変更することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  …凍結保存用容器
２  …バイアル
２Ａ…口部
２Ｂ…スクリュー
２Ｃ，２Ｄ…突起
３  …スクリューキャップ
ｉ１…氷塊
ｉ２…上層部の氷層
ｉ３…下層部の氷層
ｉ４…氷柱
ｉ５…周辺部の氷層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011162242.tif 000009
【図８】
2011162242.tif 000010
【図９】
2011162242.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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