(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
盛込手段の盛込口から円形培養床上へ培養原料を盛り込んで該円形培養床上に培養原料の薄層を形成し、該薄層を積層して所定厚の堆積層を形成する方法であって、円形培養床を回転させつつ盛込手段を水平方向に揺動させることにより盛込口を円形培養床上の半径方向に往復移動させ、該盛込口から単位時間当たり定量の培養原料を鉛直方向に落として盛り込むに際し、鉛直方向に開口した盛込口を前方に設け、揺動軸を後方に設け、かつ培養原料を空気搬送する搬送経路からなる盛込手段を水平方向に揺動させて盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させることを特徴とする回転円盤固体培養装置の培養原料盛込方法。
【請求項２】
盛込手段は、盛込口を前記円形培養床上の半径方向の軌道上で断続的に停止させながら水平方向に揺動させて盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させる請求項1記載の回転円盤固体培養装置の培養原料盛込方法。
【請求項３】
盛込手段の盛込口から円形培養床上へ培養原料を盛り込んで該円形培養床上に培養原料の薄層を形成し、該薄層を積層して所定厚の堆積層を形成する装置であって、回転する円形培養床上で盛込口を円形培養床上の半径方向に往復移動させ、該盛込口から単位時間当たり定量の培養原料を鉛直方向に落として盛り込む回転円盤固体培養装置の培養原料盛込装置において、盛込手段は、鉛直方向に開口した盛込口を前方に設け、揺動軸を後方に設け、かつ培養原料を空気搬送する盛込シュートからなり、揺動軸を培養室の壁面近傍に配し、盛込シュートを水平方向に揺動させて盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させることを特徴とする回転円盤固体培養装置の培養原料盛込装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転円盤固体培養装置において、円形培養床へ培養原料を盛り込む培養原料盛込方法及び装置に関する。
【０００２】
なお、以下本文中においては、回転円盤固体培養装置を「培養装置」、円形培養床を「培養床」、そして培養原料盛込方法を「盛込方法」又は単に「方法」と略する。また、「落下位置」とは培養原料が落ち始める位置、「盛込位置」とは落ちた原料が培養床に到達して堆積する位置を指すものとする。
【０００３】
【従来の技術】
培養装置では、培養床へ培養原料を所定厚で均一に盛り込むことが重要で、不均一な盛込は品質を低下させる原因となる。従来は、盛り込んだ結果の堆積層が所定厚かつ均一であればよいとの考えから、仮想的に堆積方向又は半径方向に区分した培養床の各区分へ培養原料を少量ずつ堆積させる、といった概ね共通のアプローチを異なる方法で実現するものが多い。実公昭53-42640号、特開平3-240481号、特公平7-108214号、特開平6-327466号等はその例である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
実公昭53-42640号は、回転する培養床の内外周で異なる周速に反比例した速度で半径方向に進退する搬送機(例示はコンベア)の先端から培養原料を均一に盛り込むようにしている。これは、半径方向を一体に前後動するコンベアの先端(盛込口に相当)と回転する培養床とが単位時間当たりに交差する微小面積を搬送機の軌道上で一定にすることで、各微小面積に盛り込む培養原料が等しければ所定厚の堆積層が形成できるとするものであり、コンベアから盛り込む培養原料を単位時間当たり定量とするため、コンベア上の培養原料の層厚を一定にしなければならない。コンベアを一体として培養床の半径方向で前後動させるために運用空間が非常に大きくなるほか、前後動するコンベア上の培養原料の層厚を一定にする必要からコンベアの駆動装置及び制御機構が複雑になり、製造、運用又は保守コストが高くなる問題がある。
【０００５】
特開平3-240481号は、回転する培養床の半径方向に配した搬送機に往復移動する分配機を設けて、この分配機が搬送機から培養床上へ培養原料を押し出すように落下させて形成する薄層を順次積層していく。これは、培養床上に位置固定した搬送機上の培養原料を分配機が移動しながら培養床へ落とすことで、できる限り落下位置と盛込位置との一致を図った方法である。しかし、培養原料の盛込量は、分配機の移動速度と搬送機上の培養原料の搬送速度との相対速度に比例するため、分配機の前進時と後進時とでは盛込量が異なり、所定の盛込量を得ることが難しく、堆積層表面に凹凸を発生させやすい欠点があった。
【０００６】
特公平7-108214号は、回転する培養床を面積のほぼ等しい同心円周からなるドーナツ状区画に仮想的に分割し、各区画ごとに単位時間当たり定量の培養原料を盛込装置から落として所定厚の堆積層を形成していく方法である。区画毎に定めた培養原料を落とすため、各区画それぞれの堆積層内における量的な均一性は確保されるが、同一区画内において堆積層の表面が半径方向に傾斜する上、区画毎の培養原料の温度差が大きくなってしまう欠点があった。
【０００７】
特開平6-327466号は、回転する培養床の半径方向に進退する移動コンベアからこの搬送機の現在位置に当たる培養床の周速に対応した量の培養原料を落として薄層を形成し、この薄層を積層する方法である。これは、移動コンベアの進退速度を可変するのではなく、培養原料が自然落下する落下位置と盛込位置とのずれを考慮して移動コンベアのベルトスピードを加減し、培養原料の盛込量を可変するものであり、均一な所定厚の堆積層を得ることができる。しかし、移動コンベアの進退方向又は速度やベルトスピードの加減量と培養原料の盛込量とが相互に関連し、制御に要する計算が複雑になる問題があった。
【０００８】
そこで、以下の点に留意し、上記各問題を解決することにした。第一に、上記搬送機(盛込コンベア、盛込スクリューや盛込シュート等)を含む盛込手段(培養原料を搬送して盛込口から培養床へ放出する手段を指す、以下同じ)から単位時間当たり定量の培養原料を盛り込み、装置全体の制御を容易にする。第二に、盛込時間を短縮するため、盛込手段を位置変位させつつ同時に培養床も回転させて培養原料を盛り込むこととするが、培養原料の落下位置と盛込位置とのずれによる影響を除去したい。更に、第三として装置構成が簡単かつ小型化して、できるだけ設置面積を少なくする。本発明は、以上を踏まえて、特に盛込口について検討したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
検討の結果開発したものが、盛込手段の盛込口から円形培養床上へ培養原料を盛り込んで該円形培養床上に培養原料の薄層を形成し、該薄層を積層して所定厚の堆積層を形成する方法であって、円形培養床を回転させつつ盛込手段を水平方向に揺動させることにより盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させ、該盛込口から単位時間当たり定量の培養原料を鉛直方向に落として盛り込むに際し、鉛直方向に開口した盛込口を前方に設け、揺動軸を後方に設け、かつ培養原料を空気搬送する搬送経路からなる盛込手段を水平方向に揺動させて盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させる回転円盤固体培養装置の培養原料盛込方法である。盛込手段は、盛込口を前記円形培養床上の半径方向の軌道上で断続的に停止させながら水平方向に揺動させて盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させてもよい。本発明における揺動とは、揺動軸に対して盛込口が円弧軌道を描いて反覆回動することを意味し、必ずしも盛込手段が揺動軸と盛込口とを連結している必要はなく、例えば盛込口に対して揺動軸が仮想的なものであってもよい。
【００１０】
培養原料を単位時間当たり定量に落として盛り込むことから、盛込口の移動速度を培養床の周速に反比例させて往路及び復路で形成する層の厚みを一定にする場合を基本とするが、例えば、往路では盛込口の移動速度を等速とし、往路で盛り込んだ培養原料の前記基本に対する過不足を補うように復路での盛込口の移動速度を加減してもよい。薄層は培養床全面に対して形成したものを積層するが、この薄層を形成する際の培養床の回転数と盛込口の往復回数との組合せは自由である。通常は、培養床を１回転させる間に盛込口を数往復させて薄層１層を形成し、培養床が数回転する間に薄層多段の盛込作業を完遂する。
【００１１】
この盛込方法では、盛込口の軌道を円弧軌道とすることにより、盛込手段の稼働時における占有面積を減少させる。特に、後述する盛込シュートを用いた盛込装置に見られるように、揺動軸を培養室壁面近傍に配すると盛込手段のほとんどが培養室内に納まるため、培養床とは別に盛込装置としての設置面積をほとんど必要としない利点がある。また、円弧軌道であるにも拘わらず、円弧の半径を大きくして揺動角度を小さくすれば、円弧軌道≒直線軌道とみなすことができ、盛込口は直線的に往復するとして制御変数の計算も簡単になる。そして、水平方向に搬送されてきた培養原料を鉛直方向へ方向転換して落とす、好ましくは前記方向転換に加えて鉛直方向の力を原料に付加して鉛直方向に原料を落として培養床へ盛り込むことで、従来の盛込装置に見られた搬送機の進退速度等による落下位置と盛込位置との不一致を解消する。
【００１２】
盛込手段には、盛込コンベア、盛込スクリュー、盛込シュート等、既存の搬送形態を利用できるが、培養原料は水平な搬送方向から鉛直方向へと方向転換し、盛込口の移動の影響を取り除いた状態で落とす。培養原料は鉛直方向、すなわち培養床までの最短距離を落ちることになるから、落下時間は短縮される。更に、鉛直方向の力を培養原料に加えて落とすと落下時間はほとんど無視できる程度になるので、盛込口の移動による影響を加味して落下量を増減せずとも単位時間当たりほぼ定量の培養原料を培養床へ盛り込むことができるようになり、形成する薄層の厚みの制御が簡単になる。
【００１３】
盛込手段の種類を問わず、盛込口への培養原料の搬送方法としては、空気搬送が好ましい。盛込手段として盛込コンベアや盛込スクリューを用いた場合、搬送してきた培養原料を、盛込口に配した傾斜板等にぶつけて方向転換する、又は別途培養原料を下方に放出する機構を盛込口に構成し、培養原料を鉛直方向に落下させることになる。しかし、前者では落下速度が遅くなり、後者はコスト高になる。これに対し、盛込手段として盛り込みシュートを用いた場合、搬送媒体(通常空気)で圧送してきた培養原料を、開放端を鉛直方向に折り曲げた盛込口から放出すれば、十分な落下速度をもって培養原料を鉛直方向に落下させることができる。搬送媒体には、空気のほか、他の気体や液体も考えられるが、培養原料に余分な液分を加えず、安価かつ手軽に利用できる空気が最適なのである。なお、空気搬送を用いた盛込シュートでは、水平方向の開放端にサイクロンを取り付けて盛込口にしてもよい。サイクロンは、培養原料の水平移動成分を取り除きながら搬送媒体である空気を上方へ逃がし、培養原料のみを鉛直方向へ落下させることができる。
【００１４】
上記盛込方法を適用した装置は、盛込手段の盛込口から円形培養床上へ培養原料を盛り込んで該円形培養床上に培養原料の薄層を形成し、該薄層を積層して所定厚の堆積層を形成する装置であって、回転する円形培養床上で盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させ、該盛込口から単位時間当たり定量の培養原料を鉛直方向に落として盛り込む回転円盤固体培養装置の培養原料盛込装置において、盛込手段は、鉛直方向に開口した盛込口を前方に設け、揺動軸を後方に設け、かつ培養原料を空気搬送する盛込シュートからなり、揺動軸を培養室の壁面近傍に配し、盛込シュートを水平方向に揺動させて盛込口を円形培養床上の半径方向の円弧軌道上で往復移動させる盛込装置となる。揺動軸は、培養床の回転を妨げない培養室内か、培養室からあまり突出しない範囲、すなわち培養室の壁面近傍に配する。盛込口の描く円弧軌道は、既述したように、直線軌道とみなしうるものであれば、培養床の半径方向に斜行するものであってもよい。
【００１５】
盛り込む培養原料が形成する薄層は、主として停止状態の盛込口から落下する培養原料により層厚が決定されるため、培養原料の落下運動を考慮した補正をすることなく盛込口の往復移動を制御することができ、停止状態の盛込口から盛り込む培養原料は単位時間当たり定量なので、ほぼ均一な層厚の薄層を形成できる。
【００１６】
盛込口の停止時間と停止間隔とは相関関係にあり、概ね(単位時間当たりの盛込量×停止時間)/(停止位置での培養床の周速×停止間隔)が一定になればよい。例えば、停止間隔が一定であれば、停止時間は半径方向に比例して長くする。停止時間を一定とした場合、停止間隔は半径方向に反比例して短くする。そのほかに、軌道を等分し、内周側は停止間隔を一定、外周側を停止時間一定とし、同一軌道上を区分し制御するようにしてもよい。この盛込方法は、上記盛込手段が水平方向に揺動する盛込方法のほか、上述した既存の各盛込方法にも応用できる。
【００１７】
盛込口が往復移動する軌道となる「培養床の半径方向」とは、培養床の半径方向の直線軌道はもちろん、半径方向に延びる円弧軌道や半径方向に交差する斜行軌道を含む意味である。円弧軌道は、円弧の半径が大きく、かつ揺動角度が小さい場合に、制御変数の計算上、半径方向と同じとみなしても構わない。また、直線状の斜行軌道は、半径方向との交差角がθの場合、斜行軌道の位置×cosθ＝半径方向の位置と換算ができ、制御変数の計算上、半径方向の直線軌道と同視できるのである。なお、円弧状の斜行軌道は、円弧軌道≒その斜行方向の直線軌道とみなせる場合のみ、前記同様の換算により半径方向として扱える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図を参照しながら説明する。図１は、培養室の壁面１に揺動軸２を配した盛込シュート３の投下口を盛込口４として、この盛込口４を円弧軌道上で往復移動させる盛込装置の平面図、図２は同側面図、図３は同盛込装置の原理を示すために簡略化した図１相当の模式図であり、図４は図２相当の模式図である。図１に見られるように、盛込シュート３のアーム５を水平方向に湾曲させて、盛込口４を培養室の壁面１に接近させてもアーム５が壁面１と干渉しないようにしている(図３では、説明の簡略化のため、揺動軸２と盛込口４とを直線で結んでいる)。なお、盛込シュート３を下方に折り曲げた前記盛込口４に代えて、図５に見られるように、サイクロン12からなる盛込口４を用いてもよい。
【００１９】
本例の盛込装置は、八角形に組んだ培養室の壁面１に揺動軸２を配し、培養床６上へ盛込シュート３を揺動させ、先端の盛込口４を培養床６の半径方向の円弧軌道上を往復移動させる。駆動手段であるインバータ制御のシリンダ７は、後端を揺動軸２近傍の培養室の壁面１に軸支し、先端を揺動軸２から盛込口４寄りのアーム５に軸着している。なお、盛込シュート３の揺動を円滑にするために、図１及び図２に見られるように、盛込口４付近は培養室上方からハンガー８で吊下げ、揺動軸２後方を延長してバランスを図っている。図１からも明らかなように、本発明の盛込装置は設置面積を多く必要とせず、コンパクトになっている。
【００２０】
盛込シュート３は、アーム５を搬送経路として、培養床６の周速に反比例して円弧軌道上を移動する盛込口４から鉛直方向へ単位時間当たり定量の培養原料を回転する培養床６へと落下させる。本例では、培養原料を鉛直方向に落下させることにより、盛込口４からの落下位置≒盛込位置という関係を実現し、盛込量及び盛込位置を簡単かつ正確に制御できるようにしている。落下した培養原料は、図１又は図３に見られるように、培養床６の中心円筒９から外周壁10に掛けての盛込範囲で薄層を形成していく。
【００２１】
図３及び図４の模式図により、制御の例を示す。本例では、シリンダ７の単位時間当たりの伸縮量に比例してアーム５を揺動させ、盛込口４の移動速度を制御している。具体的には、シリンダ７の制御パラメータであるインバータ周波数を加減して連続的に伸縮量を変化させ、盛込口４の往復移動を制御する。また、シリンダ７の伸縮を断続的に停止させると、盛込口４を断続的に停止させる盛込方法を本例の装置構成に適用することも可能である。このように、盛込口を断続的に停止させる盛込方法は、盛込手段を水平方向に揺動させる本発明の盛込方法や従来の盛込方法の装置構成とほとんど異ならない。
【００２２】
今、便宜上、盛込口４が培養床６の中心円筒９から外周壁10へ向けて移動したとき、図６に見られるように、落とされた盛込原料が水平方向にほぼ扇形状の薄層11を形成する、と仮定する。盛込手段を水平方向に揺動させる盛込方法では、盛込口４から単位時間当たり定量の培養原料を落とすので、移動する盛込口が培養床と交差する扇形の小面積ΔＳが常に一定であれば、盛り込んだ培養原料が前記小面積ΔＳに形成する部分的薄層の厚さが一定となり、最終的な薄層11の厚さは一定となる。そこで、本例では、盛込口４は培養床６の周速に反比例して円弧軌道上を移動させ、後述のようにΔＳが一定になるようにしている。
【００２３】
通常、培養床の回転速度（＝角速度）は一定である（これに対し、周速は回転速度と盛込口４の位置に相当する半径との積であり、盛込口４の位置によって異なる）から、上記小面積ΔＳは、盛込口４の軌道上の移動開始位置（扇形の上辺を決定）及び移動距離（扇形の下辺及び高さを決定）により求められるが、移動開始位置はこれまでの移動距離の和で求められるから、小面積ΔＳは移動距離の関数となる。このことから、単位時間当たりの盛込口４の移動距離を加減するシリンダ７の伸縮量、すなわちインバータ周波数を制御すると、培養原料が形成する薄層11の厚さが決定できることがわかる。
【００２４】
盛込口を断続的に停止させる盛込方法では、盛込口から単位時間当たり定量の培養原料を鉛直方向に落として盛り込むことで盛込口の移動の制御を簡単にし、(1)停止間隔を調整してΔＳを一定にし、上記小面積ΔＳに形成する部分的薄層の厚さを一定にする、又は(2)停止間隔を一定にし、ΔＳに比例した停止時間で培養原料を盛り込めば、最終的な薄層11の厚さは一定となる。
【００２５】
従来は、盛込口から培養床までの落下時間が大きく、上記小面積ΔＳは移動距離の関数となるものの、前記落下時間を考慮して、場合によっては、盛り込む培養原料の盛込量を経時的に変動させなければならなかった。本発明は、培養原料を鉛直方向へ落下させる、更には鉛直方向への力を加えて落下させることで前記落下時間を無視できるほど小さくし、培養原料を単位時間当たり定量で盛り込めるようにして、(1)制御を簡単にすると共に、(2)盛り込んだ培養原料が形成する薄層の均一性をも確保できるようにしたのである。
【００２６】
【実施例】
上記盛込手段を水平方向に揺動させる制御例に従って、次のような味噌原料の盛込を試みた。培養床の盛込面積が112ｍ2(培養床の直径12ｍ)に対し、堆積層厚500mmを目標に、味噌原料を0.28ｍ3/分の定量で空気搬送し、盛り込むことにした。盛込シュートの盛込口の往復時間は78秒、培養床の１回転に要する時間は50分で、そしてこの培養床が４回転する間に盛込を終えることにする。
【００２７】
盛込の良否を判定するために、盛込終了後、内周から外周へ向けて等間隔に６点、Ａ点,Ｂ点,Ｃ点,Ｄ点,Ｅ点,Ｆ点(図１参照)の堆積層厚を、培養床を回転させながら２分おきに各25回、つまり培養床の円周方向にわたって測定した結果の平均値一覧を表１に示す。表１から明らかなように、目標とする堆積層厚500mmに対し、培養床の半径方向における誤差は±10mm以内に納まっており、薄層を積み重ねた堆積層は、正確に所定厚に達することがわかる。
【００２８】
【表１】
0004033515.tif 000002
【００２９】
【発明の効果】
本発明の盛込方法及びこれを適用した盛込装置は、比較的簡単な制御により盛込手段を駆動して培養床へ培養原料を盛り込み、薄層を積層して所定厚かつ均一な培養原料の堆積層を形成することができ、従来に比べて、制御に至るパラメータの決定及び設定の労力を削減することができる(特開平6-327466号の盛込装置に比べ、およそ1/5程度)。また、培養室や盛込装置の仕様の変更によるパラメータの変更も容易にできる。更に、盛込装置自体が非常にコンパクトにまとまり、必要以上に設置面積を占有しない利点がある。
【００３０】
何よりも、培養床の内外周での盛込時間に差がなく、一定の堆積層厚で均一な培養原料の盛込ができるため、製品の品質が非常に良質なものとなる点が、本発明の盛込方法の効果である。そして、コンパクトで制御も簡単で、装置としての単価も抑えることができることから、従来の大型で制御が難しい盛込装置の導入に踏み切れなかった比較的小規模な工場や店でも設置、運用可能な小型の培養装置が提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】盛込シュートを水平方向に揺動させる盛込装置の平面図である。
【図２】同盛込装置の側面図である。
【図３】同盛込装置の原理を示すために簡略化した図１相当の模式図である。
【図４】同盛込装置の原理を示すために簡略化した図２相当の模式図である。
【図５】サイクロンからなる盛込口の斜視図である。
【図６】一往復した盛込口から落とす培養原料が形成する薄層を表した斜視図である。
【符号の説明】
１  培養室の壁面
２  揺動軸
３  盛込シュート
４  盛込口
５  アーム
６  培養床
７  シリンダ
８  ハンガー
９  中心円筒
10  外周壁
11  盛込口の片道で盛り込む薄層
12  サイクロン
【図１】
0004033515.tif 000003
【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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