(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に配置された回転駆動装置と、
前記回転駆動装置の回転力が伝達されるｘ回転軸と、
前記ｘ回転軸の一端に取り付けられたｘ回転体と、
前記ｘ回転体に取り付けられ、ｘ方向と直交するｙ方向の軸心を有するｙ回転軸と、
前記ｙ回転軸に取り付けられ、培養容器を収容するｙ回転体と、
前記ｘ回転軸の内部の中空に同心に、かつ独立して回転可能に収容された中心軸と、
前記中心軸の回転を前記ｙ回転軸に伝達する回転力伝達機構と、
前記ｘ回転軸の他端側に前記ｘ回転軸及び中心軸と同心に配置され、前記ｘ回転軸と前記中心軸との間で回転力を伝達する状態と、前記中心軸を前記筐体に対して固定する状態とを切り替えるクラッチとを有し、
前記クラッチの状態を制御することにより、未分化維持培養の運転モード若しくは分化促進培養の運転モードを切り替えることを特徴とするクリノスタット。
【請求項２】
請求項１に記載のクリノスタットにおいて、前記クラッチは、前記ｘ回転軸の回転を伝達せずかつ前記中心軸を前記筐体に対して固定しない状態を有することを特徴とするクリノスタット。
【請求項３】
請求項１に記載のクリノスタットにおいて、
前記回転駆動装置の出力軸方向に前記回転駆動装置の長さが重なるように、前記ｘ回転軸及び前記クラッチが前記筐体内に配置されていることを特徴とするクリノスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞の培養に用いられるクリノスタットに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生医学においては、細胞を未分化のまま培養して増殖させ、適切な分化誘導をして生体への移植を行う。
多能性幹細胞は、無重力の状態において培養することで、分化を抑えた状態で増殖可能であることが知られている（未分化維持培養）。また、骨や軟骨などに分化させる場合、地球の重力加速度よりも大きい過重力において適当な培地と共に培養すると分化が促進されることも知られている（分化促進培養）。地上において、このような培養を行うために、無重力状態で多能性幹細胞を培養する重力分散型培養装置や、過重力状態で多能性幹細胞を培養する過重遠心培養装置が用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、本体に取り付けられたモータにより外側フレームを回転し、外側フレームに取り付けられたモータによりさらに内側フレームを回転させて、内側フレームに同体に接続された培養容器を回転させる技術が開示されている。多能性幹細胞の分化を押さえて培養する場合には２軸回転させ、一方、分化を誘導する場合には、内側フレームの回転を止めた状態で外側フレームを回転させる１軸回転を行う。これにより、未分化維持培養と分化促進培養とを１つの装置により実現している。
また、特許文献２には、回転枠にモータを取り付けることによるモータ故障を回避するために、モータの固定枠に取り付けられたモータにより、２軸回転を実現して未分化維持培養を行うクリノスタットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2003-9852号公報
【特許文献２】特許第4974283号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術においては、外側フレーム、内側フレームそれぞれにモータを配置し、さらに内側フレームを回転させるモータは、外側フレームに取り付けられているため、外側フレームの回転半径が大きく、外形の寸法も大きくなる。通常、細胞培養は温度、湿度、二酸化炭素濃度を適切な条件に維持したインキュベータの中で行われる。各研究機関で使用されているインキュベータのサイズは、１６０〜１７０Ｌクラスが一般的である。特許文献１の装置を１６０〜１７０Ｌクラスのインキュベータに入れると、インキュベータ内の空間をほぼ占有してしまい、空いたスペースでディッシュなどを用いて細胞培養をすることができにくかった。
【０００６】
特許文献２の技術は、２軸回転の装置であるため、重力分散型培養専用であり、１軸回転をさせることができない。従って、過重遠心培養ができない。また、露出状態にある円板の弾性体を介して回転力を内側の回転体に伝達させるため、長期間使用すると摩耗し回転不良を引き起こす。
尚、本出願人は、特願２０１４−１２１９３９号により、小型化を図ったクリノスタットを提案した。これに開示されたクリノスタットは、ｙ回転軸を回転させるモータの回転方向の変更、若しくは回転速度の増加により、モータの回転力がｘ回転軸へ伝達したり切断されたりするクラッチを設けて未分化維持培養と分化促進培養を１台のクリノスタットで行うことができる。
【０００７】
本発明はクリノスタットをさらに小型化して、クリノスタットが設置されるべきインキュベータ内を有効に利用できるようにし、かつ、未分化維持培養と分化促進培養を１台のクリノスタットで行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、筐体内に配置された回転駆動装置と、前記回転駆動装置の回転力が伝達されるｘ回転軸と、前記ｘ回転軸の一端に取り付けられたｘ回転体と、前記ｘ回転体に取り付けられ、ｘ方向と直交するｙ方向の軸心を有するｙ回転軸と、前記ｙ回転軸に取り付けられ、培養容器を収容するｙ回転体と、前記ｘ回転軸の内部の中空に同心に、かつ独立して回転可能に収容された中心軸と、前記中心軸の回転を前記ｙ回転軸に伝達する回転力伝達機構と、前記ｘ回転軸の他端側に前記ｘ回転軸及び中心軸と同心に配置され、前記ｘ回転軸と前記中心軸との間で回転力を伝達する状態と、前記中心軸を前記筐体に対して固定する状態とを切り替えるクラッチとを有し、前記クラッチの状態を制御することにより、未分化維持培養の運転モード若しくは分化促進培養の運転モードを切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クラッチの状態により、１台の回転駆動装置で、未分化維持培養（ｘ回転体とｙ回転体をそれぞれｘ回転軸、ｙ回転軸を中心に回転させる）と分化促進培養（ｘ回転体とｙ回転体をx回転軸を中心に回転させる）ができ、かつ、回転駆動装置が１台となるため、クリノスタットの小型化が可能となり、クリノスタットがインキュベータ内を占有する容積が小さくなる。そのため、空いた空間で他の培養が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】インキュベータに格納されたクリノスタットを示す図である。
【図２】クリノスタットの側面断面（図２Ａ）とｘ１−ｘ１断面（図２Ｂ）を示す図である。
【図３】ハウジング内の動力伝達系を示す斜視図である。
【図４】分化促進培養の運転モード（図４Ａ）とアイドル状態(図４Ｂ)のクリノスタットを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において、本実施例によるクリノスタット１００は、筐体２３、ｘ回転体１、及び培養容器３０を収容するｙ回転体３を有している。培養容器３０には、細胞と培地とが封入される。クリノスタット１００は、温度、湿度、二酸化炭素濃度を適切な条件に維持可能なインキュベータ２００の内部に設置される。
【００１２】
ｘ回転体１は図中ｘ方向の軸心を有するｘ回転軸２により回転可能であり、ｙ回転体３はｘ回転体１内においてｘ方向とは異なる方向のｙ方向の軸心を有するｙ回転軸１６により回転可能である。ｙ回転体３がｘ回転軸２及びｙ回転軸１６により回転するので、クリノスタット１００は２軸回転を実現可能となっている。尚、３１は、培養容器３０をｙ回転体３に収容したときに、培養容器３０の脱落を防止するストッパである。
【００１３】
図２は、クリノスタット１００の側面断面(図２Ａ)とｘ１−ｘ１断面(図２Ｂ)を示している。図２Ａにおいて、筐体２３内には、回転駆動装置２２とハウジング６が固定されている。回転駆動装置２２はステッピングモータであり、ハウジング６は、ｘ回転軸２、および後述するクラッチレバー１５、クラッチ７等の動力伝達系を収容する中空状の部材である。ハウジング６の内周側には、ドーナッツ状の円板６ａが突出している。ハウジング６は、回転駆動装置２２の出力軸２２ａ方向に平行に、かつ回転駆動装置２２の長さ範囲にほぼ重なり合うように筐体２３内に配置されている。回転駆動装置２２の出力軸２２ａにはプーリ１９が取り付けられ、タイミングベルト２４を介して、出力軸２２ａの回転力をハウジング６内のｘ回転軸２に伝達する。
【００１４】
ハウジング６内の動力伝達系の主な構成部品として、ｘ回転軸２、クラッチ７、クラッチレバー１５及び中心軸１０が設けられている。ｘ回転軸２は、ｘ回転軸支持軸受１３を介してハウジング６に対して回転可能に取り付けられている。ｘ回転軸２の中央に位置するプーリ部２ｂには、タイミングベルト２４が掛け回されている。ｘ回転軸２の一端側（図中右側）にはｘ回転体１が固定され、これを回転させる。ｘ回転軸２の他端側（図中左側）は、フランジ状に半径方向に拡幅されたホイール部２ａが設けられている。また、ｘ回転軸２は中空であり、同心に中央軸１０が軸受２１により支持されている。中央軸１０は、ｘ回転軸２とは独立して回転できるようになっている。
【００１５】
クラッチ７は、ｘ回転軸２の他端側であって、ｘ回転軸２及び中央軸１０と同心に設けられ、図面において左側にフランジ状に半径方向に拡幅されたホイール部７ａと、右側にディスク部７ｂを有している。右側のディスク７ｂは、中心に６角形状の透孔７ｃを有している。クラッチレバー１５は、側面視においてＣ字状であり、対向状に内側に設けられた爪部１５ａ、１５ｂを有している。爪部１５ａ、１５ｂは、ホイール部７ａに当接する。クラッチレバー１５は、カム５が回転することにより押されて、図面において左右に移動可能である。また、クラッチレバー１５には、外側に向けて爪部１５ｃ、１５ｄが設けられている。爪部１５ｃ、１５ｄには、スプリング６ｂの一端が当接して、クラッチレバー１５は、図面右方向に付勢された状態になっている。スプリング６ｂの他端は、係止片６ｃにより、ハウジング６に止められている。
【００１６】
中心軸１０は、図面の右側にプーリ４が固定され、左側には断面６角形状の軸部１０ａが、透孔７ｃを貫通している。また、貫通した反対側においては、ストップリング１０ｂとディスク部７ｂとの間にスプリング８が配置されている。スプリング８は、クラッチ７を図中右方向に付勢するように作用する。
図２Ｂにおいて、クラッチレバー１５は、ハウジング６に設けられた案内溝６ｄ内を摺動する。カム５は、筐体２３の外側に設けられたノブ１４を回すことによりシャフト９を介して回転される。
【００１７】
図３は、図２で示したハウジング６内の動力伝達系を構成するｘ回転軸２、クラッチ７、クラッチレバー１５、カム５及び中心軸１０の斜視図である。クラッチ７は、ドーナッツ形状のホイール部７ａと円板形状のディスク部７ｂとを有し、ディスク部７ｂの外周側の対向面にそれぞれ、ドーナッツ状の摩擦材７ｅ、７ｇが設けられている。ホイール部７ａとディスク部７ｂとの間の胴部７ｆは円筒形状である。ディスク部７ｂの６角形状の透孔７ｃに、中心軸１０の６角形状の軸部１０ａが挿入されることにより、クラッチ７の回転が中心軸１０へ伝達され、かつクラッチ７は軸部１０ａを摺動する。中心軸１０の図面左右方向の位置は、ハウジング６に対して一定なので、クラッチ７が左右に移動する。
【００１８】
ディスク部７ｂの一方の面に設けられた摩擦材７ｅは、ホイール部２ａに当接されることにより、クラッチ７にｘ回転軸２の回転が伝達される。ディスク部７ｂの他方の対向面に設けられた摩擦材７ｇは、ハウジング６の内周側に突出したドーナッツ状の円板６ａに当接して、クラッチ７をハウジング６に対して固定させた状態にする。
【００１９】
図２に戻り、ｙ回転体３はｙ回転軸１６に取り付けられており、ｙ回転軸１６は、ｙ回転軸支持軸受２０を介してｘ回転体１に取り付けられている。本実施例では、ｘ回転軸２とｙ回転軸１６は直交している。
【００２０】
中心軸１０からｙ回転軸１６までの回転力の伝達は、プーリ４、タイミングベルト２５、プーリ１７、伝達軸１８ａ、傘歯車１１ａ、１１ｂ、からなるｘ回転体１内に配置された回転力伝達機構４０によりなされる。ｙ回転軸１６から上流に向けて説明すると、ｙ回転軸１６へは傘歯車１１ａ、１１ｂを介して回転力が伝達されている。傘歯車１１ｂは、軸受１８ｂに支持された伝達軸１８ａに取り付けられている。伝達軸１８ａはプーリ１７が取り付けられている。プーリ１７とプーリ４の間には、タイミングベルト２５がかけ回されている。プーリ４は、中心軸１０に取り付けられている。
【００２１】
次に、クリノスタット１００の動作について説明する。
クリノスタット１００を未分化維持培養の運転モードを行う場合は、ノブ１４を回転させ、図２Ａに示すようにカム５が、クラッチレバー１５を最も左側に移動させた状態にする。そして、ｘ回転軸２が水平になるように筐体２３を、インキュベータ２００内に設置する。この状態においては、クラッチ７が爪部１５ａ、１５ｂにより左側に移動し、クラッチ７のディスク７ｂに設けられた摩擦材７ｇが、円板６ａに押しつけられた状態になっている。一方、ディスク部７ｂに設けられた摩擦材７ｅはホイール部２ａから離れた状態になり、ｘ回転軸２からクラッチ７への回転力の伝達は途絶えた状態になっている。この状態で、回転駆動装置２２を起動すると、回転駆動装置２２の回転は、プーリ１９、タイミングベルト２４、ｘ回転軸２のプーリ部２ｂに伝えられて、ｘ回転軸２はｘ回転体１を回転させる。一方、クラッチ７は、ハウジング６及び筐体２３に対して固定された状態になっている。この状態で、ｘ回転体１が回転すると、プーリ１７がプーリ４の回りを回転することになり、ｘ回転体１に対して相対的にプーリ１７が回転する。この回転力は、伝達軸１８ａ、傘歯車１１ａ、１１ｂによってｙ回転軸１６およびｙ回転体３に伝えられる。
【００２２】
培養容器３０は、任意の姿勢で回転され、培養容器３０に作用する重力加速度は、培養容器３０の全方向に作用する。一定の時間が経過すると、培養容器３０に作用している重力加速度は、培養容器３０の全方向に均一に作用することになり、重力加速度の時間平均値は、培養容器３０の全方向に対して０となる。よって、未分化維持培養では、宇宙環境に近い模擬微小重力環境を得ることができる。このような模擬微小重力環境下で細胞培養を行うと、細胞は未分化を維持したまま培養することができる。
【００２３】
クリノスタット１００を分化促進培養の運転モードを行う場合は、未分化維持培養の運転モードの角度位置からノブ１４を９０度回転させ、図４Ａにおいてカム５が、クラッチレバー１５を最も図面上側に移動させた状態にする。そして、図４Ａに示すようにｘ回転軸２が垂直になるように筐体２３を、インキュベータ２００内に設置する。この状態で、回転駆動装置２２を起動すると、回転駆動装置２２の回転は、プーリ１９、タイミングベルト２４、ｘ回転軸２に伝えられて、ｘ回転軸２はｘ回転体１を回転させる。一方、クラッチ７がスプリング８により、ホイール部２ａに押しつけられて、ｘ回転軸２と同体状に回転する状態になっている。一方、摩擦材７ｇは、円板６ａから離れている。また、図４Ａにおいてスプリング６ｂは爪部１５ｃ、１５ｄを上方向に押し上げて、爪部１５ａ、１５ｂがクラッチ７のホイール部７ａに接触しないようにしている。この状態で、ｘ回転体１が回転すると、プーリ１７がプーリ４の回りを回転するが、プーリ４自体も回転しているため、ｘ回転体１に対して相対的にプーリ１７は停止している状態になる。従って、ｙ回転軸１６は回転せず、また、ｘ回転軸２が垂直であるため、ｘ回転軸２を中心に回転し、回転半径と、角速度の２乗に比例した遠心力が回転半径方向に作用する。培養容器には、この遠心力と重力加速度の合力が作用することになる。地球の重力加速度の３倍程度の合力を発生させるためには、ｙ回転体３をおよそ１００〜２００回転／分程度で高速回転させる。
【００２４】
ノブ１４には、未分化維持培養の運転モードにおける角度位置と、分化促進培養の運転モードにおける角度位置との間に、ノッチが設けられており、この位置でノブ１４の回転角度が一時的にホールドされるようになっている。図４Ｂは、ノブ１４が回転し、カム５が４５度に傾いた状態になっていることを示している。この状態においては、ディスク部７ｂの摩擦材７ｅとホイール部２ａとの接触が離れ、一方、ディスク部７ｂの摩擦材７ｇは円板６ａも離れている状態(アイドル状態)である。このアイドル状態においては、クラッチ７はハウジング６（又は筐体２３）に固定された状態ではなく、操作者が手動にてｙ回転体３に力を加えると、ｙ回転体３をｘ回転体１とは独立して回転させることができる状態となっている。
ｙ回転体３をｘ回転体１とは独立して手動にて回転させる状態のノブ１４の角度位置を、アイドル位置と称する。アイドル位置においては、手動にてｙ回転体３の角度を自由に変更出来るため、培養容器３０をｙ回転体３に対して搭載させやすい角度に向けて、搭載させることができる。
【００２５】
本実施例によれば、クラッチ７により、クリノスタット１００を未分化維持培養用の装置にしたり、分化促進培養用の装置にしたりすることができるという効果がある。
【００２６】
本実施例によれば、クラッチレバー１５、クラッチ７およびｘ回転軸２の長さ範囲の内に回転駆動装置２２が収まるように、平行に筐体２３内に配置されているため、回転駆動装置２２の長さが、クリノスタット１００全体を大きくしない
【００２７】
また、ｘ回転体１とｙ回転体３の回転に対して、１つの回転駆動装置２２で回転力を与えることができるので、クリノスタットの小型化が可能となり、クリノスタットがインキュベータ内を占有する容積を小さくできる。そのため、空いた空間で他の培養が可能となる。
【００２８】
上記実施例においては、中心軸１０の回転をｙ回転軸１６に伝達するために、傘歯車１１ａ、１１ｂ、プーリ４，１７、伝達軸１８ａ、タイミングベルト２５等による回転力伝達機構４０を用いているが、これ以外の周知の伝達要素を組み合わせた回転力伝達機構を用いても良い。例えば、タイミングベルト２５の代わりに歯車を用いて中心軸１０のｙ回転軸１６へ伝達しても良く、また、傘歯車１１ａ、１１ｂの代わりに冠歯車やねじ歯車を用いても良い。または、中心軸１０とｙ回転軸１６の間をフレキシブルシャフトでつないでも良い。
【００２９】
また、実施例においては、ディスク部７ｂの６角形状の透孔７ｃ内を、６角形状の軸部１０ａが摺動させるようにしたが、中心軸１０に対して回転力を伝達させた上でクラッチ７を摺動させるためには、透孔７ｃ及び軸部１０ａの形状は６角形状に拘わらず他の多角形状や楕円形でも良い。
【符号の説明】
【００３０】
１  ｘ回転体
２  ｘ回転軸
３  ｙ回転体
４、１７、１９  プーリ
５  カム
６  ハウジング
７  クラッチ
８  スプリング
１０  中心軸
１４  ノブ
１５  クラッチレバー
１６  ｙ回転軸
２３  筐体
３０  培養容器
【図１】
0006522346.tif 000002
【図２】
0006522346.tif 000003
【図３】
0006522346.tif 000004
【図４】
0006522346.tif 000005