(57)【要約】【課題】微小重力環境下に人工光を用いて、藻類ごとに最適な光質と光量子の調整および照射時間の設定が可能な藻類培養装置を提供することを目的とする。【解決手段】駆動部と、第１の方向の軸心を有する第１の回転軸と、第１の回転軸に取り付けられた第１の回転体と、第１の回転体に取り付けられ、第１の方向とは異方向の第２の方向の軸心を有する第２の回転軸と、第２の回転軸を回転させる駆動部と、第２の回転軸に取り付けられた第２の回転体と、第１の回転体内に配置され、駆動部の回転力を第２の回転軸に伝達する回転伝達機構と、第２の回転体に備えられ、藻類を培養する培養容器を収容する容器収容部と、容器収容部と対向し、一定の距離Ｄを有して第２の方向の軸心側に平行に取り付けられた発光手段と、第１の回転体と第２の回転体との回転速度及び発光手段のオンオフ切替及び発光時間調整を制御する制御装置とを有することを特徴とする。【選択図】  図１
2017153446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、
該駆動部によって回転し且つ、第１の方向の軸心を有する第１の回転軸と、
前記第１の回転軸に取り付けられた第１の回転体と、
前記第１の回転体に取り付けられ、前記第１の方向とは異方向の第２の方向の軸心を有する第２の回転軸と、
前記第２の回転軸を回転させる前記駆動部と、
前記第２の回転軸に取り付けられた第２の回転体と、
前記第１の回転体内に配置され、前記駆動部の回転力を前記第２の回転軸に伝達する回転伝達機構と、
前記第２の回転体に備えられ、藻類を培養する培養容器を収容する容器収容部と、
前記容器収容部と対向し前記第２の方向の軸心側に該軸心と平行に取り付けられた発光手段と、
前記第１の回転体と前記第２の回転体との回転速度および前記発光手段のオン／オフ切替えおよび発光時間調整を制御する制御装置とを有することを特徴とする藻類培養装置。
【請求項２】
前記制御装置によって前記第１の回転体と前記第２の回転体との回転速度を制御することで擬似微小重力状態を生成することを特徴とする請求項１に記載の藻類培養装置。
【請求項３】
前記第２の回転体は、外部からの光が侵入しない遮蔽空間を有した筐体であることを特徴とする請求項１または２に記載の藻類培養装置。
【請求項４】
前記第２の回転体における前記第２の方向の軸心に対して垂直方向の断面形状が、円形状または正多角形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の藻類培養装置。
【請求項５】
前記容器収容部および前記発光手段が夫々等角度間隔を有して備えられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の藻類培養装置。
【請求項６】
前記発光手段は、基板と該基板に設けられた赤色光と青色光を発する発光ダイオードであり、該発光ダイオードは、発する光の光質および光量子を調整可能な発光調整手段によって調整されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の藻類培養装置。
【請求項７】
前記培養容器は、０ｍｍより大きく５１ｍｍ以下の厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の藻類培養装置。
【請求項８】
前記駆動部は、第１の回転体を回転させる第１の駆動部と、第２の回転体を回転させる第２の駆動部と、からなることを特徴とする請求項１に記載の藻類培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小重力環境下で人工光を使用して微細藻類などの光合成微生物を培養する藻類培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオ燃料（炭化水素やバイオディーゼル）や、βカロチンやアスタキサンチン等の生理活性物質を産生することができる藻類（特に、微細藻類）が注目されており、このような藻類を大量に且つ効率よく培養し、石油に換わるエネルギーとして利用したり、薬や化粧品、食品等に利用したりすることが様々な角度から研究されている。
培養形態としては、"光合成を利用する培養"と"暗所で有機物を栄養とする培養"とに大別でき、"光合成を利用する培養"では光合成に必要な光を発光ダイオード、蛍光灯、ＥＬなどの人工光を用いての培養が研究されている。
特許文献１は、培養液を攪拌しつつ、人工光を用いて培養器に光を照射する培養装置を開示している。
【０００３】
また、近年、生物の成長は重力に大きく影響を受けることが知られており、地球上においても宇宙環境に近い微小重力環境下で実験できる装置が開発されている。本出願人は、微小重力生物学の研究手段で用いる培養装置として、多軸回転によって生成した微小重力環境下で培養を行う、三次元クリノスタットを提案している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−００８６８３号公報
【特許文献２】特開２０１６−００１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昨今の藻類の培養は未だ研究段階のものが多く、確立された藻類培養装置も存在せず、各研究者が培養条件を試行錯誤し、条件に見合う装置を寄せ集めしている状態である。
また、光合成に必要な光を発光ダイオードなどの人工光を用いて、藻類を培養する研究もなされているが、光合成における光応答に必要な光質と光量子のバランスや、照射時間なども藻類ごとによって違い、藻類に最適なパラメータを研究している段階である。
特許文献１では、光合成に必要な光を藻類に均一に照射するために、培養液を攪拌しているが、培養液内の藻類は攪拌できても、容器に付着した藻類までも完全に剥離して攪拌するには限界があった。また、攪拌中に水流によって、藻類がせん断してしまう懸念もあった。さらに、攪拌用の装置におけるコストアップや装置の大型化の問題もあった。
【０００６】
従って、本発明は、微小重力環境下に人工光を用いて、藻類ごとに最適な光質と光量子の調整および照射時間の設定が可能な藻類培養装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の藻類培養装置は、駆動部と、この駆動部によって回転し且つ、第１の方向の軸心を有する第１の回転軸と、第１の回転軸に取り付けられた第１の回転体と、第１の回転体に取り付けられ、第１の方向とは異方向の第２の方向の軸心を有する第２の回転軸と、第２の回転軸を回転させる駆動部と、第２の回転軸に取り付けられた第２の回転体と、第１の回転体内に配置され、駆動部の回転力を第２の回転軸に伝達する回転伝達機構と、第２の回転体に備えられ、藻類を培養する培養容器を収容する容器収容部と、容器収容部と対向し第２の方向の軸心側にこの軸心と平行に取り付けられた発光手段と、第１の回転体と第２の回転体との回転速度および発光手段のオン／オフ切替えおよび発光時間調整を制御する制御装置とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、回転させながら発光の運転または、発光時間などを任意に変更させることが可能である。また、培養容器と発光手段との間に光を遮る遮蔽物がないため、培養容器内の藻類に常に光を供給することができる。
第二の発明は、請求項１に記載の藻類培養装置において、制御装置によって第１の回転体と第２の回転体との回転速度を制御することで擬似微小重力状態を生成することを特徴とする。
上記構成によれば、擬似微小重力状態での培養度合いを確認することが可能となる。
第三の発明は、請求項１または２に記載の藻類培養装置において、第２の回転体は、外部からの光が侵入しない遮蔽空間を有した筐体であることを特徴とする。
上記構成によれば、直射日光などの外的要因を減らし、発光手段の調整のみによる増殖の度合いを確認することが可能となる。
第四の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の藻類培養装置において、第２の回転体における第２の方向の軸心に対して垂直方向の断面形状が、円形状または正多角形状であることを特徴とする。
上記構成によれば、装置の３次元回転をスムーズに行うことが可能となる。
第五の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の藻類培養装置において、容器収容部および発光手段が夫々等角度間隔を有して備えられていることを特徴とする。
上記構成によれば、藻類培養装置の３次元回転をスムーズに行うことが可能となる。
第六の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の藻類培養装置において、発光手段は、基板とこの基板に設けられた赤色光と青色光を発する発光ダイオードであり、この発光ダイオードは、発する光の光質および光量子を調整可能な発光調整手段によって調整されることを特徴とする。
上記構成によれば、使用者が様々な藻類に応じて、任意に最適な光質または光量子の調整を行うことが可能となる。
第七の発明は、請求項１に記載の藻類培養装置において、培養容器は、０ｍｍより大きく５１ｍｍ以下の厚さを有していることを特徴とする。
上記構成によれば、培養容器内の全ての藻類に光合成に必要な光を供給することができる。
第八の発明は、請求項１に記載の藻類培養装置において、駆動部は、第１の回転体を回転させる第１の駆動部と、第２の回転体を回転させる第２の駆動部と、からなることを特徴とする。
上記構成によれば、１つの軸に対して１つの駆動部を有するため、回転制御が比較的楽になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、微小重力環境下に人工光を用いて、藻類ごとに最適な光質と光量子の調整および照射時間の設定が可能な藻類培養装置を提供することができる。また、培養容器と発光手段との間に光を遮る遮蔽物がないため、培養容器内の藻類に常に光を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】藻類培養装置を示す斜視図である。
【図２】藻類培養装置を示す断面図である。
【図３】容器収容部を示しており、図３Ａが正面図、図３Ｂが側面図である。
【図４】発光手段である基板と発光ダイオードを示しており、図３Ａが正面図、図３Ｂが側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、適宜、図面を参照しながら説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１１】
（実施形態）
図１は、本発明に係る藻類培養装置の斜視図を示している。
図１において、本実施形態による藻類培養装置１００は、固定フレーム２４、駆動部１１、第１の回転体１、及び培養容器２２を収容する第２の回転体３を有している。培養容器２２には、藻類と培地とが封入されており、側壁１８ｃの第２の回転体３内方面側に固定されている。藻類培養装置１００は、制御装置２３によって制御されている。
駆動部１１は、第１の回転体１と、第２の回転体３とを夫々回転させるステップモータであり、回転速度の制御が制御装置２３により可能である。
【００１２】
第１の回転体１は図中Ｘ方向の軸心を有する第１の回転軸２により回転可能であり、第２の回転体３は第１の回転体１内においてＸ方向の軸心と異方向のＹ方向の軸心を有する第２の回転軸４により回転可能である。
第２の回転体３は、Ｙ方向の軸心に対して垂直方向の断面形状が正六角形状である正六角柱形状の筐体であり、外部からの光が侵入しない遮蔽空間を有している。
また、第２の回転体３は、側壁１８ｃに藻類を培養する培養容器２２を収容することが可能な容器収容部２９を備えており、容器収容部２９は、開閉機構であるストッパ２８によって挿脱可能且つ、脱落防止がなされている。
【００１３】
図２は、藻類培養装置１００の断面図を示している。
図２において、第１の回転体１は、第１の回転軸２に取り付けられており、第１の回転軸２は、軸受２５を介して固定フレーム２４に取り付けられている。第２の回転体３は、第１の回転軸２と平行ではない第２の回転軸４に取り付けられており、第２の回転軸４は、軸受２６を介して第１の回転体１に取り付けられている。本実施形態では、第１の回転軸２と第２の回転軸４とは交差している。
第１の回転軸２は中空となっており、回転主軸１２と同軸である。一方、回転主軸１２は第１の回転軸２内において、軸受２７により支持されており、第１の回転軸２とは独立して回転できるようになっている。
【００１４】
駆動部１１は第１の回転体１を回転させる第１の駆動部５と、第２の回転体３を回転させる第２の駆動部８とからなっており、第１の駆動部５から第１の回転軸２までの回転伝達は、プーリー６ａ、６ｂ、タイミングベルト７によりなされる。第１の駆動部５から下流に向けて説明すると、第１の駆動部５には、プーリー６ａが取り付けられている。プーリー６ａとプーリー６ｂとの間には、タイミングベルト７がかけ回されている。プーリー６ｂは、第１の回転軸２に取り付けられている。
同様に、第２の駆動部８から回転主軸１２までの回転伝達は、プーリー９ａ、９ｂ、タイミングベルト１０によりなされる。第２の駆動部８から下流に向けて説明すると、第２の駆動部８には、プーリー９ａが取り付けられている。プーリー９ａとプーリー９ｂとの間には、タイミングベルト１０がかけ回されている。プーリー９ｂは、回転主軸１２の一端に取り付けられている。
【００１５】
回転主軸１２から第２の回転軸４までの回転伝達は、第１の回転体１内において、傘歯車１７ｂ、１７ａ、伝達軸１６、プーリー１４ｂ、１４ａ、タイミングベルト１５からなる回転伝達機構１３によりなされる。第２の回転軸４から上流に向けて説明すると、第２の回転軸４へは傘歯車１７ｂ、１７ａを介して回転力が伝達されている。傘歯車１７ａは、軸受１６ａに支持された伝達軸１６の一端に取り付けられている。伝達軸１６の他端には、プーリー１４ｂが取り付けられている。プーリー１４ｂとプーリー１４ａとの間には、タイミングベルト１５がかけ回されている。プーリー１４ａは、回転主軸１２の他端に取り付けられている。
【００１６】
第２の回転体３は、Ｙ方向の軸心に対して垂直方向の断面形状が、正六角形状であり且つ、上板１８ａと下板１８ｂと容器収容部２９とからなる正六角柱形状の筐体である。また、第２の回転体３は、上板１８ａに容器収容部２９を挿脱可能な開閉機構であるストッパ２８を有している。一方、下板１８ｂの下端面には、断面Ｌ字形状の受板１８ｅが取り付けられており、容器収容部２９の下端面を受板１８ｅで受け、後述の容器収容部２９の上端面に取り付けられた支持板１８ｄが、上板１８ａの上端面に係ることで容器収容部２９の挙動を規制している。さらに、ストッパ２８によって拘束することで、脱落防止となり、より安全な開閉機構となっている。
【００１７】
図３は、容器収容部２９を示しており、図３Ａが正面図、図３Ｂが側面図である。尚、図３において、図３Ａを正視した際の紙面上右側を右方向、上側を上方向、正視側を前方向と定義する。
図３において、容器収容部２９は、側壁１８ｃと取付台３２、３３と固定台３４と支持板１８ｄとからなっている。
取付台３２、３３と支持板１８ｄは夫々側壁１８ｃにボルトで固定されている。
２つの取付台３２は、培養容器２２の上側の先細り部を挟むように配置している。２つの取付台３３も同様に培養容器２２の下側の底部を挟むように配置している。
また、２つの取付台３２は、側壁１８ｃの軸ｃに対して左右対称に配置されている。同様に、２つの取付台３３も、側壁１８ｃの軸ｃに対して左右対称に配置されている。
【００１８】
固定台３４は断面Ｌ字形状をなしており、培養容器２２を覆うように２つの取付台３３に跨ってボルトで取り付けられている。
支持板１８ｄは、断面Ｌ字形状をなしており、図３Ａの側壁１８ｃの後端面から上端面に跨うように配置され、さらに、側壁１８ｃの軸ｃと同軸になるように後端面と固定されている。
【００１９】
このように、図３Ａにおいて、培養容器２２の上側の先細り部は、側壁１８ｃによって後方向、２つの取付台３２によって左右方向と前方向と上方向を夫々規制され拘束されるようになっている。一方、培養容器２２の下側の底部は、２つの取付台３３によって左右方向、側壁１８ｃによって後方向、固定台３４によって下方向と前方向を夫々規制され拘束されるようになっている。
これにより、培養容器２２は、前後左右上下方向とも拘束されるため、回転中も脱落することなく、後述する光の正確な照射が可能となる。
【００２０】
また、培養容器２２は、３０ｍｍの厚さＤを有している。本実施形態では、培養容器２２の厚さＤは、藻類培養装置１００の大きさと後述の光量子束密度との兼ね合いで３０ｍｍとしているが、藻類をより多く培養するには厚さＤは大きい方が効率が良い。一方、光合成に有効活用できる光は、水中では深さ５１ｍｍまでしか届かないとされている。すなわち、培養容器の厚さＤを必ずしも大きくすれば良いというわけではなく、培養容器の厚さＤは、０ｍｍより大きく５１ｍｍ以下の範囲であれば培養容器２２内の全ての藻類に光合成に必要な光を供給することができる。つまり、一番効率よく培養する場合は、培養容器の厚さＤを５１ｍｍにし、藻類培養装置１００を大型化すれば良いことになる。
【００２１】
図２に戻り、上板１８ａ、下板１８ｂには、夫々容器収容部２９と対向して固定台１９ａ、１９ｂがＹ方向の軸心側にこの軸心と平行に夫々取り付けられている。
発光手段３０は、容器収容部２９と対向して備えられた固定台１９ａ、１９ｂに取り付けられている。
下板１８ｂの第２の回転体３内側には、発光手段３０の発する光の光質および光量子を調整可能な発光調整手段３１であるディップスイッチが設けられている。
【００２２】
図４は、発光手段３０である基板と発光ダイオードを示しており、図４Ａが正面図、図４Ｂが側面図である。尚、図４Ａにおいて、正視した際の紙面上右側を右方向、上側を上方向と定義する。
図４において、発光手段３０は、基板２０とこの基板２０に設けられた赤色光と青色光を発する発光ダイオードからなっている。赤色光を発する発光ダイオード２１（以下、赤色ＬＥＤという）は、一般的に波長５７０ｎｍ〜７３０ｎｍであり本実施形態では波長のピークが６２５ｎｍのものを選定した。また、青色光を発する発光ダイオード２１（以下、青色ＬＥＤという）は、一般的に波長４００〜５２０ｎｍであり本実施形態では波長のピークが４７０ｎｍのものを選定した。
【００２３】
赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤは夫々、基板２０に１７個取り付けられており、１、３、５列目は夫々３個が列内で等間隔に、２、４列目は夫々４個が列内で等間隔に取り付けられている。尚、３列目の上と下の２個は青色ＬＥＤとなっており、それ以外は全て赤色ＬＥＤとなっている。このように、本実施形態では赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの割合は１５対２としており、配列は５列としている。
夫々の赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤは、図２の発光調整手段３１であるディップスイッチを経由して配線されており、照射する赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの組み合せをディップスイッチの設定によって、光量子束密度を３０〜１９０μｍｏｌ／ｍ２・ｓの範囲で変更できる。すなわち、ディップスイッチの設定によって発する光の光質および光量子を調整することが可能となっている。
【００２４】
図２に戻り、容器収容部２９および発光手段３０はＹ方向の軸心に対して夫々等角度間隔を有して備えられている（本実施形態では６０度間隔）。
制御装置２３は、第１の回転体１と第２の回転体３との回転速度を制御することで擬似微小重力状態を生成することが可能である。また、第１の回転体１の回転を停止させ、第２の回転体３のみを回転させることで、遠心分離機のような使い方も可能である。また、ディップスイッチで設定された赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの照射をオン／オフ切替の制御をするようになされている。さらに、照射時間のタイマー制御や、照射時間と休止時間とを絡ませるステップ照射時間を制御するようにもなされている。
【００２５】
以上のように、本実施形態の藻類培養装置によると、微小重力環境下に赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを用いて、藻類ごとに最適な光質と光量子の調整および照射時間の設定が可能な藻類培養装置を提供することができる。
つまり、ディップスイッチで赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤを設定することで様々な光量子束密度に変更することができ、藻類ごとに最適な光質と光量子を照射することができる。
また、照射時間をタイマーやステップなどの変更もでき、藻類に適した照射をすることができる。
さらに、微小重力環境下での藻類の培養研究にも役立てることができる。
また、培養において装置内を遮蔽空間とすることで、外的要因をできるだけ減らし人工光のみによる培養研究にも役立てることができる。
さらに、培養において、培養容器単体のみ取り外すことが可能となっているため、研究段階においては複数の培養を個別に効率よく行うことができる。
また、培養容器とＬＥＤとの間に光を遮る遮蔽物がないため、培養容器内の藻類に常に光を供給することができる。
【００２６】
（その他の実施形態）
以上のように、実施形態を説明したが、本発明は、その目的の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更してもよく、この実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態は、容器収容部２９の開閉機構はストッパ２８で行っているが、これに限らず、開閉部に蝶番を設け、扉機構にしても構わない。
また、第２の回転体３におけるＹ方向の軸心に対して垂直方向の断面形状が、円形状または正多角形状であっても構わない。
また、ＬＥＤは赤色、青色に限らず、白色を使用または組み合わせても構わない。
また、赤色、青色ＬＥＤの割合は１４対３でも良く、配列も５列に限らず多列であっても良い。
さらに、発光手段の発光ダイオードは、蛍光灯、ＥＬなどの人工光であっても構わない。
【００２７】
以上のように、その他の実施形態によると、藻類培養装置を大きくすることで、ＬＥＤの個数を多くすることもでき、培養容器も６つ以上搭載可能となり、大量の培養研究をすることが可能である。また、開閉機構は蝶番にすることで扉の落下も防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明にかかる藻類培養装置は、微小重力環境下において藻類に適した培養研究をすることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    第１の回転体
２    第１の回転軸
３    第２の回転体
４    第２の回転軸
５    第１の駆動部
８    第２の駆動部
１１    駆動部
１３    回転伝達機構
２２    培養容器
２３    制御装置
２９    容器収容部
３０    発光手段
３１    発光調整手段
１００    藻類培養装置
Ｘ方向    第１の方向
Ｙ方向    第２の方向
【図１】
2017153446.tif 000003
【図２】
2017153446.tif 000004
【図３】
2017153446.tif 000005
【図４】
2017153446.tif 000006