(57)【要約】  取り扱われるサンプルを極低温で維持するために液体窒素を使用する極低温デバイスを提供する。
2016526146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部チャンバを形成する１つまたはそれ以上の側面と、底面と、開いた上面とを備え、
内部チャンバ内の液密の金属タンクが、チャンバ内に直接的にガスを排出することができる少なくとも１つの開口をタンク上面に備え、側壁内側に取り付けられているまたは接近している、コンテナ。
【請求項２】
コンテナが、０．２ワット毎メートル毎ケルビン未満の熱伝導率を備える材料を有する、請求項１のデバイス。
【請求項３】
材料が、架橋結合ポリエチレン発泡体、ウレタン発泡体、スチレン発泡体、ポリビニル発泡体、またはポリマーブレンド発泡体を有する、請求項２のデバイス。
【請求項４】
タンク金属が、鋼、ステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金から成るまたは有する、請求項１のデバイス。
【請求項５】
タンクが、液体充填ポート、液体流量制御機構、センサマウント、およびセンサハウジングの１つまたはそれ以上を有する、請求項１から４のいずれか一項のデバイス。
【請求項６】
チャンバ温度が、所定の温度範囲に調節されている、請求項１から４のいずれか一項のデバイス。
【請求項７】
デバイスが、液体レベルセンサ、温度センサ、またはこれら両方を有する、請求項５のデバイス。
【請求項８】
液体をタンクに導入するためのパイプ、チューブ、または重力シュートが取り付けられている、請求項７のデバイス。
【請求項９】
液体レベルセンサ、温度センサ、またはこれら両方からの電気信号を受け取り、液体供給レギュレータに電気信号を送信するマイクロプロセッサが取り付けられている、請求項８のデバイス。
【請求項１０】
チャンバが内部ガス温度を監視する１つまたはそれ以上の温度センサを有する、請求項９のデバイス。
【請求項１１】
温度センサが熱電対センサまたはＲＴＤセンサである、請求項１０のデバイス。
【請求項１２】
取り付けられた外部液状冷媒リザーバが液体に沈められている抵抗コイルを流れる電流によって加圧されている、または、液状冷媒が機械式ポンプの動作を介して移動される、請求項１のデバイス。
【請求項１３】
液体窒素供給システムが、ふた付き重力シュートを有する、請求項１２のデバイス。
【請求項１４】
タンクが、タンク開口の最も低い縁が内部チャンバの高さの７５％に比べて低くならないように、内部チャンバに配置されている、請求項１のデバイス。
【請求項１５】
タンクが、１つまたはそれ以上の水平の上縁を備え、
タンクから溢れ出た冷却ガスが、その水平の縁の真下のタンク表面から一様に落ちる、請求項１４のデバイス。
【請求項１６】
タンクが、取り付けられているチャンバ壁の長さの５０％に比べて大きい長さを備えるように構成されている、請求項１５のデバイス。
【請求項１７】
タンクの内部に、タンク内部での液体の移動を抑制するまたは制限する、取り外し可能なまたは永久的に取り付けられた、バッフル、スクリーン、または多孔質材料を有する、請求項１４のデバイス。
【請求項１８】
デッキが、キャビティ開口の一部を覆う、請求項１のデバイス。
【請求項１９】
器具、パネルインターフェース、制御部、センサ、電子機器、データレコーダ、ワイヤレスリンケージ、電力接続部、および液体窒素供給ポートの１つまたはそれ以上とリンケージが前記デッキに固定されている、請求項１８のデバイス。
【請求項２０】
請求項１から４のいずれか一項のデバイスおよびレーザ取り付けシステムを有し、
レーザ取り付けシステムが、
第１の電気端子に電気的に接続されたレーザダイオードを有するレーザキャリッジと、
第１のマグネットと、
第２の電気端子と第２のマグネットを有する取り付けプレートであって、第２の電気端子と第２のマグネットが、レーザキャリッジが取り付けプレートに接続されたときに、第１の電気端子と第１のマグネットに位置合わせされるように配置されているものと、
センサハーネスの外側表面を受ける第１の表面と、取り付けプレートを受ける対向表面とを備え、ハーネスと取り付けプレートの間に位置するハーネスアダプタと、
第２の電気端子に接続されたリード線とを有するシステム。
【請求項２１】
レーザダイオードが、一対のレーザダイオードである、請求項２０のシステム。
【請求項２２】
レーザキャリッジの前面が平面を備え、
前面の側面コーナーの縁が、前面の平面に対して１０°−５０°の範囲で、随意には約３０°傾いており、
レーザダイオードの中心軸が、前面の平面に対して約３０°傾いている、請求項２１のシステム。
【請求項２３】
レーザダイオードが、前面の第１の傾斜コーナーに配置された第１のレーザダイオードと、前面の第２の傾斜コーナーに配置された第２のレーザダイオードであって、
第１の傾斜コーナーは、前面上で第２の傾斜コーナーの反対側に位置する、請求項２２のシステム。
【請求項２４】
第１のレーザダイオードの中心軸と第２のレーザダイオードの中心軸との間の角度が、２０°−１００°の範囲、随意には約６０°である、請求項２３のシステム。
【請求項２５】
レーザキャリッジが、取り付けプレートから選択的に取り外し可能である、請求項２４のシステム。
【請求項２６】
ハーネスアダプタが、ハーネスに永久的に取り付けられている、請求項２５のシステム。
【請求項２７】
取り付けプレートが、固定具を介して、ハーネスアダプタに取り外し可能に接続されている、請求項２６のシステム。
【請求項２８】
取り付けプレートとレーザキャリッジとの間にマグネット接続を有する、請求項２７のシステム。
【請求項２９】
取り付けプレートとレーザキャリッジとの間にキー接続を有する、請求項２８のシステム。
【請求項３０】
低温ガスが充填されて上部が開いたキャビティを備えるコンテナを作成する方法であって、
ガスの一部が摂氏−８０°より低い温度であって、
コンテナ壁に取り付けられた金属タンク内の液体窒素を蒸発させ、
窒素の蒸気をコンテナのキャビティ内に直接的に排出する、方法。
【請求項３１】
コンテナのチャンバのガス温度が、タンク内に収容されている冷媒のレベルを制御することによって調節される、請求項３０の方法。
【請求項３２】
コンテナのキャビティ内のガスが、タンクがチャンバの底上に存在するときの該タンクに収容されている液体窒素を用いて得られる速度に対して増速した速度で混合されるように、窒素蒸気が排出される、請求項３０の方法。
【請求項３３】
チャンバ内のガス温度の一様性が、金属タンクからのガス流出物の混合効果によって増加する、請求項３２の方法。
【請求項３４】
チャンバ温度が、タンクがチャンバの底上に存在するときの該タンクに比べて低温である、請求項３０の方法。
【請求項３５】
ボイラーからのガス流が、高温のキャビティガスの液体窒素表面への曝露量を増加する、請求項３０の方法。
【請求項３６】
チャンバ内の作業スペースの視覚的透明度が、チャンバの縁から溢れ出たチャンバのキャビティ内のガスによるガス懸濁した且つ固化した水蒸気の排出により、タンクがチャンバの底上に存在するときの該タンクに収容されている液体窒素を用いて得られる透明度に比べて向上する、請求項３０の方法。
【請求項３７】
チャンバのガス内容物のボイラーへの曝露量が、重量場におけるボイラーからのガス流出物の落下の運動量によって増加する、請求項３０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低作業温度を必要とする手作業およびロボット作業のための上部が開いたワークステーションと、その作製および使用方法に関する。
【関連出願】
【０００２】
本発明は、仮出願Ｎｏ．６１／８３０，３５４（２０１３年６月３日出願）、Ｎｏ．６１／８６０，８０１（２０１３年７月３１日出願）、Ｎｏ．６１／８７３，２９８（２０１３年９月３日出願）、Ｎｏ．６１／８７９，６２４（２０１３年９月１８日出願）、およびＮｏ．６１／８９０，０３６（２０１３年１０月１１日出願）それぞれの利益を請求する。これらの出願の内容全体は、全ての目的のために参照として本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
多くの工業的、商業的、および研究的プロセスでは、最適な結果のために、対象または材料を低温で維持する必要がある。例えば、低温での極低温保存または維持は、標本や生産物の分子的完全性を保証する一般的な手段である。高温では相対的に短い期間で劣化する物質は、長い間制限されたまたは変化しない材料の凝固点より低い温度で保存することができる。冷凍保存はサンプルの劣化速度を遅らせる点では効果的であるが、水溶液や生物標本において、分子の活動は、−１３０℃まで止まることがない。この点より上の温度で標本がソリッド構造を再び構築する可能性が残っているので、それにより、サンプルの完全性の低下を招く変化が標本内に生じる。この種のサンプルダメージの例として、融解による、極低温で保存された細胞の生存率の低下、酸素活性の低下、および薬剤の有効性の低下がある。
【０００４】
凍結標本内の有害な変化の可能性は、保存された材料が１つの冷凍貯蔵システムから別のシステムに搬送される場合や、通常のアクセスとして冷凍庫のドアが開けられたとき、電力供給の中断中、または通常の機械的冷蔵温度が経時的に変化している間に生じる温度スパイクの影響を受ける貯蔵システム内で保持されている場合などに生じる温度の一時的な変動をサンプルが受ける条件下で、大きく増加する。
【０００５】
サンプルにおける温度スパイクや温度変動を抑制する必要があるにもかかわらず、多くの場合、一般的な冷凍貯蔵システムの外側でサンプルを広く取り扱う必要がある。例えば、細胞のバイアルは、再整理、分類、またはトレースする必要があり、それにより数分間から１．５時間またはそれ以上の期間高温に曝される。冷凍貯蔵庫の外側での取り扱い時間が長くなる他の理由としては、梱包のためのサンプルの準備、サンプル出荷における局所的な搬送、受け渡し、仕分け、および保管、冷凍製品のパッケージやラベル貼りなどがある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、コンテナであるデバイスを提供する。コンテナはデバイスの井戸すなわち”チャンバ”内に空気に比べて重いガス（主として冷却ガス）を維持することができ、チャンバ深さ（サンプルすなわち”対象（ｏｂｊｅｃｔ）”が載置されるデバイスの底からチャンバの上部までの）の大部分が所望の限界温度またはそれより下の温度であり、温度に敏感な対象の取り扱いや操作が、対象温度を特定の温度範囲内で維持しつつ、コンテナの開いた上部（チャンバの上部）を介して行われる。本発明のデバイスは、一実施の形態において、断熱材料から構成された１つ（形状が円形の場合）またはそれ以上（例えば形状が長方形または正方形の場合）の側面と底とを備え、高密度の冷却ガスを収容できる気密な井戸すなわちチャンバを有するコンテナである。
【０００７】
一実施の形態において、収容されるガスは窒素であって、その収容ガスの温度は、チャンバの内壁に取り付けられたオープンタンク（例えば金属タンク）内の液体窒素を沸騰させることによって所望の範囲内に維持される。タンクは窒素蒸気流出物がチャンバ内に直接的に排出されるように構成され、それによりチャンバガスを混合するとともにボイラーの露出表面への温かいチャンバガスの曝露の速度を増加させ、その結果、対象のサンプルを維持するチャンバの部分（空気に比べて重いガス内にサンプルが完全に存在することを保証する、底から該底上方の十分な高さまでの部分）において、ガス温度がより均一にされて低下する。
【０００８】
本発明はまた、冷凍庫内でサンプルを取り扱うためのデバイスの使用方法を提供するとともに、タンク内の液体窒素のレベルまたはチャンバ内の他の冷媒の量を維持して監視し、作業範囲の温度コンプライアンスを保証するためにチャンバガスの温度データを収集する付加的な実施の形態のデバイスを提供する。
【０００９】
本発明のいくつかの実施の形態はさらに、マグネット取り付けシステムを備える取り外し可能なレーザキャリッジを含んでいる。取り付けシステムは、レーザキャリッジがセンサハーネスに接続されたときに、レーザダイオードに電流を供給する互換性の電子端子または接点を有する。取り付けシステムは、ハーネスに永久的に接続されてもよいハーネスアダプタを含んでいる。開口がハーネスに設けられ、また、リード線が開口の外に且つハーネスアダプタを介して延在する。取り付けプレートは、複数のリード線を観察するために、リード線に取り付けられた電気端子を備える。取り付けプレートは、固定具を介してハーネスアダプタに取り付けられる。取り付けプレートの電気端子は、ハーネスアダプタに対して反対側のプレート側から外方向に突出する。レーザキャリッジはさらに、取り付けプレートを受け入れるくぼみを備える。くぼみは、取り付けプレートの電気線に位置合わせされる付加的な電気線を含んでいる。いくつかの例において、取り付けプレートとくぼみは係合し合うマグネットを有し、それにより、取り付けプレートがマグネット接続を介してくぼみに対して一時的にまたは選択的に接続される。
【００１０】
いくつかの実施の形態において、レーザキャリッジは、２つのレーザダイオードを有してもよい。レーザキャリッジの電気端子は、電気リード線を介してレーザダイオードに動作可能に接続される。取り付けプレートがレーザキャリッジのくぼみに対して接続またはセットされたとき、電気端子とリード線との間の接続を介してレーザダイオードに電流が供給される。所望される場合、レーザキャリッジは、取り付けプレートとレーザキャリッジとの間のマグネット接続を分離することにより、ハーネスから簡単に取り外されてもよい。取り付けプレートとくぼみとの間の係合により、コンテナのチャンバ内へのレーザダイオードの適切な繰り返し可能な位置合わせが実現される。
【００１１】
一態様において、発明は、内部チャンバを形成する１つまたはそれ以上の側面と、底面と、開いた上面とを備え、チャンバ内の液密な金属タンクが、チャンバ内に直接的にガスを排出することができる少なくとも１つの開口をタンク上面に備え、側壁内側に取り付けられているまたは接近している、コンテナを提供する。いくつかの実施の形態において、コンテナは、０．２ワット毎メートル毎ケルビン未満の熱伝導率を備える材料を有する。いくつかの実施の形態において、材料は、架橋結合ポリエチレン発泡体、ウレタン発泡体、スチレン発泡体、ポリビニル発泡体、またはポリマーブレンド発泡体を有する。いくつかの実施の形態において、タンク金属が、鋼、ステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金から成るまたは有する。いくつかの実施の形態において、タンクが、タンク内容物のこぼれを制限する縁状突起を有する。いくつかの実施の形態において、タンクが、液体充填ポート、液体流量制御機構、センサマウント、およびセンサハウジングの１つまたはそれ以上を有する。いくつかの実施の形態において、デバイスが、液体レベルセンサ、温度センサ、またはこれら両方を有する。
【００１２】
いくつかの実施の形態において、デバイスは、例えば、停止の期間中、温度を低下させるとともに液体窒素の消費を抑えるカバーまたは蓋を有する。
【００１３】
いくつかの実施の形態において、デバイスは、液体をタンクに導入するためのパイプ、チューブ、または重力シュートに取り付けられている。いくつかの実施の形態において、デバイスは、液体レベルセンサ、温度センサ、またはこれらの両方から電気信号を受け取り、液体供給レギュレータに電気信号を送信するマイクロプロセッサに取り付けられているまたは動作可能に接続されている。
【００１４】
いくつかの実施の形態において、チャンバは、内部ガスの温度を監視する１つまたはそれ以上の温度センサを有する。いくつかの実施の形態において、温度センサは、熱電対センサまたはＲＴＤセンサである。
【００１５】
いくつかの実施の形態において、取り付けられた外部液状冷媒リザーバが液体に沈められた抵抗コイルを流れる電流によって加圧されている、または液状冷媒が機械式ポンプの動作を介して移動される。いくつかの実施の形態において、液体窒素供給システムがふた付き重力シュートを有する。
【００１６】
いくつかの実施の形態において、タンクが、タンク開口の最も低い縁が内部チャンバの高さの７５％に比べて低くならないように、内部チャンバに配置されている。いくつかの実施の形態において、タンクが、タンク開口の最も低い縁が内部チャンバの高さの５０％に比べて低くならないように、内部チャンバに配置されている。いくつかの実施の形態において、タンクが、タンク開口の最も低い縁が内部チャンバの高さの８０％に比べて低くならないように、内部チャンバに配置されている。いくつかの実施の形態において、タンクが、タンク開口の最も低い縁が内部チャンバの高さの６０％に比べて低くならないように、内部チャンバに配置されている。いくつかの実施の形態において、タンクが、１つまたはそれ以上の水平の上縁を備え、タンクから溢れ出た冷却ガスがその水平の縁の真下のタンク表面から一様に落ちる。いくつかの実施の形態において、タンクが、取り付けられているチャンバ壁の長さの５０％に比べて大きい長さを備えるように構成されている。いくつかの実施の形態において、タンクの内部に、タンク内部での液体の移動を抑制するまたは制限する、取り外し可能なまたは永久的に取り付けられた、バッフル、スクリーン、または多孔質材料を有する。
【００１７】
一態様において、システムは、上記に記載のデバイスとレーザ取り付けシステムとを有する。一態様において、本発明はレーザ取り付けシステムを提供する。レーザ取り付けシステムは、第１の電気端子に電気的に接続されたレーザダイオードを有するレーザキャリッジと、第１のマグネットと、第２の電気端子と第２のマグネットを有する取り付けプレートであって、第２の電気端子と第２のマグネットがレーザキャリッジが取り付けプレートに接続されたときに第１の電気端子と第１のマグネットに位置合わせされるように配置されているものと、センサハーネスの外側表面を受ける第１の表面と、取り付けプレートを受ける対向表面とを備え、ハーネスと取り付けプレートとの間に位置するハーネスアダプタと、第２の電気端子に接続されたリード線と、を有する。いくつかの実施の形態において、レーザキャリッジは、一対のレーザダイオードを有する。
【００１８】
いくつかの実施の形態において、レーザキャリッジの前面が平面を備え、前面の側面コーナーの縁が前面の平面に対して１０°−５０°の範囲で、随意には約３０°傾いており、レーザダイオードの中心軸が前面の平面に対して約３０°傾いている。
【００１９】
ある実施の形態において、レーザキャリッジは、前面の第１の傾斜コーナーに配置された第１のレーザダイオードと、前面の第２の傾斜コーナーに配置された第２のレーザダイオードとを有し、第１の傾斜コーナーが前面上で第２の傾斜コーナーの反対側に位置する。ある実施の形態において、第１のレーザダイオードの中心軸と第２のレーザダイオードの中心軸との間の角度が、２０°−１００°の範囲、随意には約６０°である。
【００２０】
ある実施の形態において、レーザキャリッジは、取り付けプレートから選択的に取り外し可能である。ある実施の形態において、ハーネスアダプタは、ハーネスに永久的に取り付けられる。ある実施の形態において、取り付けプレートは、固定具を介してハーネスアダプタに取り外し可能に接続される。ある実施の形態において、レーザ取り付けシステムは、取り付けプレートとレーザキャリッジとの間にマグネット接続を有する。ある実施の形態において、レーザ取り付けシステムは、取り付けプレートとレーザキャリッジとの間にキー接続を給する。
【００２１】
一態様において、発明は、低温ガスが充填されて上部が開いたチャンバを備えるコンテナを作成する方法であって、ガスの一部が摂氏−８０°より低い温度であって、コンテナ壁に取り付けられた金属タンク内の液体窒素を蒸発させ、窒素の蒸気をコンテナのチャンバ内に直接的に排出する方法を提供する。
【００２２】
いくつかの実施の形態において、コンテナのチャンバ内のガス温度は、タンク内に収容されている冷媒のレベルを制御することによって調節される。いくつかの実施の形態において、コンテナのキャビティ内のガスが、チャンバの底に存在するパンに収容されている液化窒素を使用するときの速度に対して増速した速度で混合されるように、窒素蒸気が排出される。いくつかの実施の形態において、チャンバ内のガス温度の一様性が、金属タンクからのガス流出物の混合効果によって増加する。
【００２３】
いくつかの実施の形態において、チャンバガス温度が、タンク内に収容されている冷媒のレベルを制御することによって調節される。
【００２４】
いくつかの実施の形態において、コンテナキャビティ内のガスが、タンクがチャンバの底上に存在するときの該タンクに収容されている液体窒素を用いて得られる速度に対して増速した速度で混合されるように、窒素蒸気が排出される。
【００２５】
いくつかの実施の形態において、チャンバ内のガス温度の一様性が、金属タンクからのガス流出物の混合効果によって増加する。
【００２６】
いくつかの実施の形態において、チャンバ温度が、タンクがチャンバの底上に存在するときの該タンクに比べて低温である。
【００２７】
いくつかの実施の形態において、ボイラーからのガス流が、高温のキャビティガスの液体窒素表面への曝露量を増加する。
【００２８】
いくつかの実施の形態において、チャンバ内の作業スペースの視覚的透明度が、チャンバの縁から溢れ出たチャンバのキャビティ内のガスによるガス懸濁した且つ固化した水蒸気の排出により、タンクがチャンバの底上に存在するときの該タンクに収容されている液体窒素を用いて得られる透明度に比べて向上する。
【００２９】
いくつかの実施の形態において、チャンバのガス内容物のボイラーへの曝露量が、重量場におけるボイラーからのガス流出物の運動量によって増加する。
【００３０】
一態様において、発明は、１つまたはそれ以上の側壁を取り外し、連続した内部チャンバを形成するために複数のコンテナを接続することにより、上部が開いた拡張チャンバを作製する方法であって、液密の金属タンクが、チャンバ内に直接的にガスを排出することができる少なくとも１つの開口をタンク上面に備え、側壁内側に取り付けられているまたは接近している方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の上述および他の特徴や利点の理解を容易にするために、簡潔に上述された発明の具体的な説明が、添付の図面に示されている本発明の具体的な実施の形態を参照することによって提供される。
【００３２】
【図１】図１は、デバイスの外部構成を示す、本発明の一実施の形態のデバイスの線図である。
【００３３】
【図２】図２は、デバイスの内部を示す、図１のデバイスの断面図である。
【００３４】
【図３】図３は、本発明のデバイスに使用される液体窒素ガス循環ボイラーの線図である。
【００３５】
【図４】図４は、図３のデバイスの断面図である。
【００３６】
【図５】図５は、２つの運転条件下における図１および図２に示す実施の形態のデバイスのチャンバ内の様々な深さでの内部ガス温度の時間グラフを示し、一方の条件がチャンバの床上のパンに液体窒素が収容されている場合であって、他方の条件がチャンバ壁に取り付けられた図２、３、および図４に示すようなガス循環リザーバ内に液体窒素が収容されている場合である。２つの一連の条件下での内部ガス温度の測定結果は、ガス温度の一様性を向上させつつ、チャンバ内の温度を低下させるガス循環リザーバの有効性を示している。
【００３７】
【図６Ａ】図６Ａは、液体窒素ボイラーの第２の実施の形態を示している。
【００３８】
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示すデバイスの一例の寸法を示している。
【００３９】
【図７】図７は、本発明の液体窒素ボイラーの第３の実施の形態を示している。
【００４０】
【図８】図８は、図７に示すデバイスの一例の寸法を示している。
【００４１】
【図９】図９は、図７および図８に示す構成の液体窒素ボイラーの動作中における、図１および図２に示すデバイスコンテナの実施の形態のチャンバ内の様々な深さでの内部ガス温度の時間グラフを示している。液体窒素供給システムを手動操作し、液体窒素レベルの監視とチャンバガス温度のデータからのフィードバックにより、約摂氏−８０度から摂氏−６０度である摂氏２０度の温度範囲内にチャンバ温度を維持することができる液体窒素再充填サイクルをすばやく実現している。
【００４２】
【図１０】図１０は、２つのステッププロセスに有益な、２つの個別の作業を並んで行う同時使用に適した本発明のデバイスの実施の形態を示している。デバイスは、ボイラータンク内の液体窒素レベルの能動的な制御によってオープンチャンバの温度を所定の範囲に維持する。図は、窒素ボイラー用の液体レベルセンサと、ガスチャンバに対する高さ調節能力を備える大気圧液体窒素供給システムの実施の形態との配置を示している。
【００４３】
【図１１】図１１は、図１０に示す液体窒素供給システムの断面図である。
【００４４】
【図１２】図１２は、本発明の液体窒素ボイラーとともに使用するための本発明の液体レベルセンサの実施の形態を示している。
【００４５】
【図１３】図１３は、スタックされたトレイコンテナを収容して冷却するように構成された、本発明の実施の形態の断面図である。
【００４６】
【図１４Ａ】図１４Ａは、極低温デバイスを使用するための処理フローレイアウトを示している。
【００４７】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、特定の搭載カートと組み合わせて使用されるデバイスを示している。
【００４８】
【図１５Ａ】図１５Ａは、複数のステップを必要とし、極低温環境での生産ステップを維持する生産プロセスに有益な、直線状トラフ構造を示している。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、複数のステップを必要とし、極低温環境での生産ステップを維持する生産プロセスに有益な、蛇行状トラフ構造を示している。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、複数のステップを必要とし、極低温環境での生産ステップを維持する生産プロセスに有益な、クローズドループ状トラフ構造を示し、モジュール形式で作製されて組み立てられるコンテナハウジングを示している。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、複数のステップを必要とし、極低温環境での生産ステップを維持する生産プロセスに有益な、”部分的に覆われた”実施の形態のトラフ構造を示している。
【００４９】
【図１６】図１６は、液体窒素冷却システムと、温度センサと、レーザ境界表示ハーネスとを有する、本発明の実施の形態の断面図である。
【００５０】
【図１７】図１７は、本発明のデバイスに対して送受信される信号のつながり（ｌｉｎｋａｇｅ）の実施の形態の一例を示している。
【００５１】
【図１８】図１８は、液体窒素の供給および流量制御システムの実施の形態を示している。
【００５２】
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態に係る取り付けプレートとハーネスアダプタを介して、ハーネスに選択的に接続されるレーザキャリッジの斜視図である。
【００５３】
【図２０】図２０は、ハーネスから外され、本発明の実施の形態に係るハーネスに取り付けプレートとハーネスアダプタとが接続したまままである状態のレーザキャリッジの斜視図である。
【００５４】
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態に係るレーザ取り付けシステムの分解図である。
【００５５】
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態に係るレーザ取り付けシステムの断面図である。
【００５６】
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態に係る、レベル出し用ねじの調整によって実現されるレーザキャリッジのピッチ自由度を示す、レーザキャリッジハーネスとアダプタの断面図である。
【００５７】
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態に係る、取り付けプレートとレーザキャリッジの後方斜視図である。
【００５８】
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態に係る、レーザモジュール電力の電気経路を示す三次元斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本発明は、温度に敏感な物質を取り扱うために維持される冷凍庫の内部温度と同等な温度の冷却ガスの井戸型（ｗｅｌｌ）チャンバを有するオープンコンテナシステムを提供する。このようなオープンシステムにおいて、漏出がない（ｌｅａｋ−ｆｒｅｅ）断熱コンテナは冷却ガスを保持し、冷却ガスは、温かい外気温度に比べて密度が高いのでコンテナの縁を越えて移動することが制限される。運転中に収容されたガスはその温度が上昇してその密度が低下するために、そのガスが逃げる可能性があり、また、コンテナの断熱壁や底を介しておよび主に外気と冷却ガスの界面を介してコンテナシステムに侵入する外熱が、チャンバ内の液体窒素などの相変化物質による蒸発の潜熱としてシステムに吸収されうる。
【００６０】
本発明は、機械的冷凍システムに対する著しく優れている。その理由は、機械的冷凍システムの場合、長い期間、オープンシステムにおいて−１３０℃から−８０度の範囲の低い温度に維持することが、その熱負荷によって実現困難だからである。相変化物質は、適切な供給速度でチャンバ内に導入される場合、必要な温度範囲に維持するための十分な潜熱吸収能力を備えることができる。大気圧の下で−１９６℃の温度で沸騰する液体窒素は、オープンシステムコンテナを約−１５０℃以上の温度で維持する能力を持つ。
【００６１】
オープンシステムの冷媒として使用される相変化物質には限界があり、チャンバの底面に直接的にまたは近くに配置される場合、必要な温度範囲や利用可能な作業スペースに関して問題が生じる。開いた上部からシステムに熱が侵入するため、コンテナの縁での大気温度とコンテナ内部の相変化物質との間で熱勾配が生じる。温度勾配により、コンテナ容量の実質的な領域が、所望な処理に必要な温度範囲から外れる。例えば、−８０℃の機械式冷凍庫内に保管されているサンプルが再び保管される前に異なるコンテナ内で分類や仕分けされる必要がある場合、サンプルの温度上昇を抑制するために、−８０℃未満の作業温度ゾーンが必要とされる。そうでなければ、温度勾配により、サンプルの一部が所望の温度範囲より上の温度状態にされ、それにより、サンプルが悪影響を受ける。
【００６２】
本発明のデバイスは、このような問題を克服し、また、凍結状態で材料を維持しつつ、凍結状態で材料を取り扱うために使用することができ、その取り扱いを人や機械が温かい環境下で行うことができるオープンシステムを提供する。様々な実施の形態において、デバイスは可動である。
【００６３】
低温（−１３０℃から−８０℃）で凍結保存されている材料に対して、多くの場合、仕分け、棚卸し、搬送、箱詰め、ラベル貼り、分類、位置確認などの追加的な作業が必要とされる。このような作業は、通常、冷凍庫ハウジング内でのこれらの作業の実施を妨げる、時間間隔、広い空間、および接近姿勢を必要とする。このような作業の場合、内部温度が長期間保存温度であるまたはそれ以下である上部が開いたコンテナが、サンプルの完全性の最適な保存に適している。この手のコンテナのサイズは、例えば、制限するわけではないが、５インチから９６インチの長さ、５インチから３６インチの幅、５インチから２４インチの深さの領域を持つ。
【００６４】
−１３０℃から−８０℃の範囲内の冷却ガスの開いた運搬可能な井戸を作製することにより、電源条件により、また拡張した負荷サイクルに必要なシステムの物理的サイズや質量による制限により、熱流入の程度によってシステムの能力が限界を超える機械的冷凍システムを使用せずに済む。液体窒素などの相変化物質により、熱エネルギが離れた場所（例えば、空気液化プラント）で冷媒からゆっくりと除去され、その後、温められた冷媒（窒素ガス）が、従来の冷凍システムのように凝縮器に戻すのではなく、システムから大気に放出されるオープンループ冷凍システムが実現可能になる。その結果、局所的な機械要素を必要とすることなく、集中的な冷却力を想定的に小さい容積に適用することができる。チャンバ内部で液体窒素の相が液状態からガス状態に変化するシステムは、蒸発潜熱の熱吸収力によって周囲環境から流入する熱エネルギに対して優れたシンクが提供されるので、最も効率的なデザインである。それゆえ、本発明のデバイスの一実施の形態において、作業チャンバ内の液体窒素の独立したタンクまたはプールが、システムの運搬要件を満足することができるシンプルで現実的なソリューションを提供する。
【００６５】
チャンバの底に液体窒素が置かれるコンテナは、平衡な運転条件下で浅い深さの所望の範囲の温度を維持するためには効率的な手段ではあるが、コンテナに向かって延在するチャンバの縁の上方近傍の環境温度と底温度との間に温度勾配が生じる。温度勾配により、チャンバ容積の実質的な部分が、所定の上限より外側の温度範囲になる。また、液体窒素が消費されるにつれて、チャンバ内部の所定のレベルでの温度が結果的に上昇し、チャンバ内の材料が所定の上限より上の温度に曝される。
【００６６】
上方が開いた冷凍システム内での能動的な冷却ガスの混合によってチャンバ内のガス温度を一様にすることができるが、能動的なガスの混合に関連するコンテナ表面での乱流によって大気ガスがその混合物に入り、それにより、周囲の熱と大気の水蒸気の両方が冷却チャンバ内に導入される。本発明は、チャンバガス温度を一様に低下させる制御され、対称的な、方向付けされ、且つ穏やかな混合を行いつつ、チャンバから流出されるガスがシールドして作業チャンバへの周囲の熱と水蒸気の両方の流入を抑制するように、ガス状の窒素を作業チャンバ内に排出する直線状のボイラー形態の液体窒素展開システムを有する。
【００６７】
チャンバガスと窒素ガス蒸気の穏やかな混合によってチャンバガスのボイラー外側への曝露速度が増加し、それにより、液体窒素がより効率的に熱を吸収することができ、その結果、チャンバガスの温度が低下する。
【００６８】
いくつかの実施の形態において、チャンバ壁（後ろ側のタンク壁）に取り付けられるタンクの側面は、前側のタンク壁の高さに比べて上に延びており、それにより障壁になるとともにアセンブリの水平方向の移動によってかき乱された液体窒素を元に戻す経路となり、また取り付け時に使用されるタンクの部分になる（図２，３、および４参照）。いくつかの実施の形態において、タンクの上に延びる後壁は、安全のために、ボイラー内部への腕や指の不適切な侵入を防止するタンクのガードカバーを取り付ける際に使用される。ボイラーが適切に役割を果たすためにはボイラーから無制限に窒素が流出することが不可欠であるので、ガードカバーは、ガスの流れを妨害しないようにまたはガス流出速度が増加しないように前側縁の上方に吊るされている。
【００６９】
チャンバの縁レベルを後方に向かって流れるチャンバ上部領域内のガスは、大気層との相互作用を介して、高温にされ、そしてチャンバ内に残るガスに比べて低密度にされる。直線状ボイラーにガスが接触すると、熱エネルギがガスからリザーバ壁を介して液体窒素に移動し、それによりチャンバガスが冷却されてそのガス密度が増加する。低密度のガスは、下方向に落下してチャンバガスと置き換わり、チャンバガスの遅い循環を促進する。液体窒素が熱エネルギを吸収すると、チャンバ内において最もガス温度が低いガスに相変化する。低温で高密度のガスがリザーバの前縁から溢れ出て、高密度のガスが、チャンバガスと混合し、ボイラー外部表面のそばを流れ、ボイラー壁を介して液体窒素に熱エネルギを供給し、そしてチャンバの底に向かってカーテン状に落ちる。それにより、チャンバガスの循環が促進される。この連続的なガス循環パターンによってチャンバガスが混合されることにより、ガス全体の温度が低下しつつ、温度がより一様にされる。ボイラータンク内の液体窒素相に直接的に隣接するボイラータンクの外側表面の温度が液体窒素の大気圧での相変化温度に近づくので、その部分のタンク外側表面が、作業チャンバの内部ガスと熱交換する最大部分となる。ボイラー内の液体量が増加すると、液体窒素の相変化温度−１９６度であるまたはその近くの温度であるタンクの表面積が増加し、その結果として、熱交換量が増加してチャンバ内のガス温度が低下する。図２−４、６Ａ、６Ｂ、７、および８を用いて後述される本発明のボイラーが最大容量近くまで充填される場合、図１および図２に示すデバイスのチャンバ内のチャンバ温度は、−１３０度より下の温度に達することができる。多数の用途では可能な限り最低範囲の作業チャンバ温度から最大限の利益を得ることができるが、他の用途の場合、温度範囲を制限する必要がある。例えば、バイアルの中身が劣化することなく規定の限界より上の温度に曝されていないけれども、合成物質のふたシールを備える様々な薬剤容器は、定格限界より下の温度で駄目になることがある。このような用途の場合、液体窒素ボイラーの冷凍能力は、能動的に規制制御される必要がある。作業チャンバの温度がタンク内の液体窒素相に直接接触するボイラーの内部表面に直接的に対向するボイラータンクの外部表面積の大きさの関数であるので、チャンバガス温度をタンク内の液体窒素量を調節することによって規制および制御することができる。それゆえ、ボイラータンク内の液体窒素レベルの制御を介して、チャンバガス温度を制御することができる。いくつかの実施の形態において、ボイラータンクの液体窒素レベルは、マイクロプロセッサによって能動的に規制される。いくつかの実施の形態において、マイクロプロセッサは、センサから液体レベル信号を受け取り、その液体レベルデータに基づいてボイラータンク内の液体レベルを規制する。いくつかの実施の形態において、マイクロプロセッサは、チャンバガス温度を示す温度測定データに基づいて液体窒素レベルを規制し、一方、他の実施の形態において、マイクロプロセッサは、チャンバガス温度と液体窒素レベルの両方に基づいて液体窒素レベルを規制する。
【００７０】
いくつかの実施の形態において、液体窒素ボイラータンクは、フロートレベルセンサを備え、一方、他の実施の形態において、レベルセンサは、容量センサ、超音波センサ、または熱センサである。
【００７１】
いくつかの実施の形態において、ガスチャンバ温度は、１つのセンサによって監視され、一方、他の実施の形態において、ガスチャンバ温度は、複数のセンサによって監視される。
【００７２】
いくつかの実施の形態において、液体窒素は、手動でボイラータンクに供給され、一方、他の実施の形態において、液体窒素は、自動供給システムによってボイラータンクに供給される。いくつかの実施の形態において、液体窒素供給は、加圧された容器からパイプ、ホース、または重力シュートを介して行われ、一方、他の実施の形態において、液体窒素は、ポンプ機構と重量供給との組み合わせによって供給される。
【００７３】
チャンバ温度がボイラータンクの表面積に対して関数的に関連しているので、高い熱伝導率を備える材料にタンクを接続する手段を介してタンクの表面積を増加させると、チャンバガスとの熱交換速度が影響を受け、それによりチャンバガスの温度が影響を受ける。ボイラータンクの熱的に接触している熱伝導性材料の表面積が増加すると、チャンバガスとの熱交換の効率が向上し、それによりチャンバガスの温度がさらに低下する。それゆえ、いくつかの実施の形態において、タンクは、限定するわけではないが、フィン突起アレイを備える金属を有するプレートなどの熱交換器に取り付けられる。
【００７４】
チャンバガスとタンク内部の液相に隣接するタンクの表面との間の高速な熱交換を原因として、直線状ボイラータンクの断面形状が、充填レベルの範囲にわたってボイラーの性能に影響を及ぼす。例えば、幅に対する高さの比が大きい長方形断面ボイラーは、運転状況下で、窒素レベルがより急激に下がり、液体高さの関数として温度がより急激に変化し、同一断面積であって幅に対する高さの比が小さい長方形ボイラーに比べて温度動作範囲がより動的である。極端な場合、高くて幅狭い長方形断面タンクは、優れた動的温度範囲を備えるが時間とともに液体レベルが急速に低下すると同時にチャンバ温度が増加し、一方、幅広く短い断面を備えるタンクは、時間とともに液体レベルが相対的に遅い速度で低下するとともにチャンバ温度が増加するが、動的範囲が相対的に不十分である。チャンバへの熱流入速度が周囲の温度とチャンバ下側の温度との間の温度差に比例するので、低温でチャンバを運転するためには液体窒素の相変化速度が高速である必要があり、それゆえ、高い運転温度の場合に比べて高速に冷媒を消費する。内部の液状冷媒に隣接するボイラーの外側表面積が冷媒深さとともに増加するので、また、熱交換速度に比例するしたがってチャンバの温度とも比例する液状冷媒に隣接する外部表面積が大きくなるほど、ボイラー内の冷媒のレベルが上昇し、相変化の速度が高くなる。チャンバ温度を一定の設定値に維持するために、ボイラー内の冷媒の深さが適切なレベルに維持されてもよい。それゆえ、消費速度と等しい速度でボイラー内に液体窒素を導入することにより、チャンバ内の温度が安定し、熱の流入速度が変化しない。ボイラーの深さの規制は、様々な充填モードによって実行されてもよい。（ｉ）いくつかの実施の形態において、ボイラーへの液体窒素の一定流速は、液体窒素供給ラインを一定圧力に規制する比例弁によって実現される。いくつかの実施の形態において、液体窒素の一定圧供給は、規定圧に加圧されたリザーバによって実行され、一方、他の実施の形態において、一定圧の液体窒素供給は、その供給ラインに一定のヘッド圧を発生させるポンプシステムによって実行される。（ｉｉ）代わりとして、チャンバは、規定のサイクルで温度が即時に変動する所定の温度範囲に維持されてもよい。温度サイクル状態は、液体窒素の流れを中断した後に所定のレベルまでボイラーに充填を断続的に行い、ボイラー内の液体窒素レベルが所定の最小レベルに達したときに充填を繰り返すことによって実現されてもよい。それゆえ、いくつかの実施の形態において、液体窒素の流れは、限定するわけではないが、ソレノイド弁などの非比例弁の開閉によって規制される。第２の充填モードでの運転時、周期的な温度値の範囲は、充填サイクルの周波数を増加させることによって小さくしてもよい。第２のモードにおいて頻繁な弁作動の必要性を低減するために、ボイラー内の液体窒素のレベルは、冷媒消費とともに可能な限り小さく変化するのが好ましい。この条件付き必要性は大きな深さを備えるボイラー断面によって最も満足されるが、長方形断面のボイラーの幅が大きくなるとボイラーによって達成される動的温度範囲が制限されるので、ボイラーの最適な断面は、ボイラーの幅が深さとともに増加するくさび形状である。本発明のいくつかの実施の形態において、タンク断面形状は、くさび状または三角形状のみであり、一方、他の実施の形態において、断面は、図８に示すように、くさび形状または三角形状と長方形状との組み合わせである。
【００７５】
いくつかの実施の形態において、タンクは、チャンバ壁に直接取り付けるための手段と異なる、支持デバイスなどの手段によって持ち上げられている。いくつかの実施の形態において、支持デバイスは、タンクを規定の高さ位置で維持し、一方、他の実施の形態において、支持デバイスは、タンクの高さを変更可能である。
【００７６】
いくつかの実施の形態において、チャンバ内に単一のタンクが収容され、一方、他の実施の形態において、チャンバ内に複数のタンクが収容される。いくつかの実施の形態において、複数のタンクは、１つの壁に取り付けられるまたは配置され、一方、他の実施の形態において、タンクは、１つまたはそれ以上のコンテナの壁に取り付けられるまたは配置される。
【００７７】
いくつかの実施の形態において、タンクの前壁は、その上縁が後ろ方向に突出し、それにより、液体窒素がタンクに戻る補助をし、アセンブリの移動時にチャンバ内へのこぼれを抑制し、そしてボイラーの構造的剛性を確保する。
他の実施の形態において、タンクは、タンクの上側縁に水平なフランジを有し、それにより、アセンブリ移動時のこぼれを抑制するとともに、タンクの付加的な付属品を支持する。
【００７８】
いくつかの実施の形態において、タンク付属品は、タンクに液体窒素を導入するための充填ポートやファンネルを有する。他の実施の形態において、タンク付属品は、液体窒素がバチャバチャはねてこぼれることを防止するまたは抑制するために、液体流れに乱流を発生させるバッファプレートまたは他の障害物を有する。他の実施の形態において、バッファプレートは、液体窒素への手や指の偶発的な侵入を妨害する障害物として水平なフランジを有する。
【００７９】
いくつかの実施の形態において、タンクは、金属を有する。様々な実施の形態において、金属は、制限するわけではないが、例えば、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金であるまたは有する。
【００８０】
本発明のデバイスにおいて、ガスチャンバは、気密な井戸を形成する１つまたはそれ以上の壁と底すなわち”床”を有する。様々な実施の形態において、チャンバの壁および底は、０．２ワット毎メートル毎ケルビンより下の熱伝導率を備える断熱材料からなるまたは有する（層として）。いくつかの実施の形態において、断熱材料は、架橋結合ポリエチレン発泡体である。いくつかの実施の形態において、断熱材料は、ウレタン発泡体、プラスチックで覆われたウレタン発泡体、スチレン発泡体、プラスチックで覆われたスチレン発泡体、ポリビニル発泡体、またはポリマーブレンド発泡体（前駆材料のブレンドやプラスチックで覆われたブレンドを含む）である。いくつかの実施の形態において、ガスチャンバは、一つの材料の内側シェルと外側シェルから構成され、その内側シェルと外側シェルとの間に１つまたはそれ以上の上述の材料が充填されている。いくつかの実施の形態において、シェル材料は発泡体材料であり、一方、他の実施の形態において、シェル材料は固体材料である。
【００８１】
いくつかの実施の形態において、デバイスは、チャンバ内部全体に、１つまたはそれ以上の箇所に熱センサを有する。いくつかの実施の形態において、熱センサは熱電対センサであり、一方、他の実施の形態において、熱センサはＲＴＤセンサである。
【００８２】
いくつかの実施の形態において、ガスコンテナは、休止中において、温度を低下させて液体窒素の使用量を減らすためのふたを有する。他の実施の形態において、ガスコンテナは、器具パネル、回路基板、乾燥用ファン、ライト、充填ポート、データおよび電力接続、温度センサ電子部品、およびデータレコーダを熱的にシールドするおよび／または支持する後部デッキを備える。
【００８３】
いくつかの実施の形態において、電気制御要素は、後側の外部表面に取り付けられた外部ハウジング内に隔離され、一方、他の実施の形態において、電気制御要素は、断熱ガスコンテナから離れたハウジング内に収容されている。
【００８４】
タンク内で使用される液体窒素が沸騰すると、コンテナの冷却領域内の維持されている温度範囲が、多くの場合、−１９６度（大気圧での液体窒素の沸騰温度）以上から変化し、通常、−１５０℃から−８０℃（またはより高温）の動作範囲になる。”冷却領域”は、冷凍状態で維持されているサンプルや対象が取り扱われるコンテナの領域である。いくつかの実施の形態において、冷却領域は、輪郭を示す線や色を使用することにより、所望の温度範囲の外側であるコンテナの上部領域と区別されている。他の実施の形態において、冷却領域の境界は、水平レーザビームのファン照射によって示されている。冷却領域のサイズは、チャンバのサイズ、液体窒素ボイラータンクのサイズ、チャンバの底から液体窒素ボイラータンクの底までの距離、チャンバの底からタンクの上側開口までの距離、およびタンク内の液体窒素（または他の冷媒）の量によって決まる。いくつかの実施の形態において、ファンレーザビームは、チャンバの作業範囲上側の位置の水平レベルを示すために照射される。
【００８５】
一態様において、チャンバ温度は、予め決められた温度範囲内の温度に規制されてもよい。例えば、チャンバ底の幾何学中心であって底とチャンバ上側の開口との間の中間高さで測定されたチャンバ温度が、予め決められた温度範囲内の温度に規制されてもよい。本明細書において、チャンバ開口は、所定の位置にチャンバカバーが存在するときに、そのカバーによって塞がれる開口を言う。限定するわけではないが、様々な実施の形態において、温度範囲は、摂氏で、−１８０から−５０、−１００から−５０、−８０から−６０、または−８０から−５０である。
【００８６】
様々な用途においてタンク内で使用される冷媒が液体窒素である一方で、他の冷媒を特定の用途において使用することができる。多くの場合、冷媒は、サンプルや対象を維持して大気（空気でもよいし、他のガスまたはそれらの組み合わせでもよく、また、それは通常の大気圧であってもよいし、高いまたは低い圧力であってもよい）に比べて高密度なガスになる液体または個体である。いくつかの実施の形態において、他の冷媒として、限定するわけではないが、液体空気、不活性の大気の生成に使用される沸騰温度が−１８６℃の液状アルゴンなどが使用されてもよい。いくつかの実施の形態において、窒素、酸素、またはアルゴンに比べて分子量が大きい、六フッ化硫黄などのガスを、チャンバの一部を充填するために使用することができる。このような用途において、冷却窒素ガスは高密度の充填ガス上に層を形成し、それにより、界面より下のガス層の温度が低下するとともに、そのガス層内の温度勾配が逆になる。
【００８７】
ボイラー構成のチャンバガス循環特性に加えて、チャンバ内部への窒素ガスの放出は、チャンバ内の視認性を向上させるというさらなる利点がある。大気は、冷たい表面やガスに触れると凝縮し、また氷点下の摂氏温度の表面やガスに触れた場合には固体として凝結する水蒸気を、一定割合含んでいる。氷点下の摂氏温度より下の温度である表面上では、固体の凝結物は、成長した霜の層として観察される。時間をかけて氷の結晶の霜の層の厚さは大きくなる。しかしながら、冷却ガス層に接触すると大気の湿気は細かいダスト結晶として凝結し、その凝結物は、重力場で落下してその表面の下に氷ダスト層として堆積する。この層は、経時的に深く堆積していき、そして多くのプロセスにおいて問題となる。本発明において、液体窒素がガスに相変化し、それが約７００倍に拡大するので、一定量の冷却ガスがコンテナの縁を越えて流出する。表面に沿ったガスの移動によってコンテナ面上で凝縮する結晶水がチャンバの底に沈殿する前に洗い流され、それにより、漂う結晶の密度が減少するとともに、氷ダストのチャンバ底への体積速度が減少する。漂う氷結晶が光を散乱してそれが視覚的な障害になるため、漂う氷の密度を低下させることにより、チャンバ内の視認性が大きく向上する。
【００８８】
本発明の氷結晶ダストをシールドする能力は、図１および図２に示す実施の形態から推定することができる。この実施の形態は、６７リッターの内部容積を備える。一定量の液体窒素が１分間毎に５０立方センチメートルの速さで消費される場合、液体窒素がガス相に変化して６９６倍に拡大する場合、一分あたり３４，８００立方センチメートルの容積の窒素ガスがチャンバから逃げる。チャンバの表面積が２，７８７平方センチメートルである場合、窒素ガスの放出量は、１分あたり１２．５センチメートルすなわち１分あたり４．９インチの速度で上昇するガスの垂直柱と等価である。この速度で湧き出る窒素ガスが、大気ガスと窒素ガスとの界面で形成する漂う氷結晶ダストを効率的に洗い流す役割を果たし、それにより、視認性が向上するとともに氷結晶ダストの堆積が実質的に抑制される。この氷結晶放出プロセスは、運転中、本発明のチャンバの縁に配置された光源を窒素ガス表面に対して小さい角度の方向に向けることにより、簡単に視認することができる。
【００８９】
本発明は、所望の温度で維持されているデバイス内に配置されるサンプルや対象の種類や性質によって限定されない。多くの用途の場合、デバイスは、所望の温度範囲のコンテナ内で、生体物質を維持するために使用される。例えば、生体物質は、核酸（例えば、ＲＮＡ、ＤＮＡ、またはこれらの修飾バージョン）、タンパク質（例えば、抗体、ケモカイン、サイトカイン、酵素、ホルモン、およびリンフォカイン）、脂質（例えば、生体膜）、ウイルス（例えば、ワクチン）、細胞（例えば、初代細胞、幹細胞、または細胞株）、体内組織および体液（例えば、血清を含む血液および血液製剤、生検材料）、および食料であるまたは有する。様々な実施の形態において、核酸ベースまたはタンパク質ベースの薬品やワクチンなどを含む生体物質は、病気の処置や防止において役に立つ。例えば、ワクチンとして役に立つあるエンベロープウイルスは高温度で非常に劣化しやく、本発明のデバイスは、それを最も安定する温度で維持するために使用することができる。
【００９０】
いくつかの用途の場合、デバイスは、所望の温度範囲のコンテナ内で、有機化合物または無機化合物を維持するために使用される。例えば、有機化合物は温度変動に敏感な薬品であり、無機化合物には、半導体チップの製造、航空宇宙工学、および触媒に使用される材料が含まれる。
【００９１】
したがって、本発明には、航空宇宙材料、コンピュータ、化粧品、薬品、食糧、半導体の製造や生産、先端材料の研究、温度敏感材料などの幅広い用途がある。本発明は、生物製剤、幹細胞や他の治療に使用される細胞、他の製品の生産に使用される細胞、合成物、薬品、酵素、およびワクチンなどの温度敏感材料のラベル貼りやパッケージを含む用途を発見しうる。本発明は、生物学的検定法における保管や実施において用途を発見しうる。本発明は、手動またはロボットによって取り扱われる自動搬送を含む、一方のコンテナから他方へのコンテナへの生体物質または非生体物質の搬送において用途を発見しうる。本発明は、例えば、限定するわけではないが、バイオバンクへの保管、バイオレポジトリー保存、極低温保存、および極低温貯蔵において行われる、冷凍された、凍結された、または温度に敏感な材料を長期保存のために極低温タンクや液体窒素タンクの搬送において用途を発見しうる。本発明はまた、診断や創薬に実行されるスクリーニングのような高スループットスクリーニングにおいて用途を発見しうる。本発明はまた、材料の溶接において用途を発見しうる。
【００９２】
図１は、本発明の一例の実施の形態のデバイス１００の外側を示している。本実施の形態において、断熱発泡材料を有するコンテナ１１０は、選択的なフロントカバー１３０を備える状態で示されている。フロントカバーは、液体窒素充填ポート１４０、機器パネル１５０、およびレベル検出器１６０を支持するバックカバーまたはバックデッキ１２０に接続されている。
【００９３】
コンテナ１１０は、本発明の教示物に対応する所望な外部寸法を有してもよい。いくつかの例において、コンテナ１１０は、約２４．０インチから１２０．０インチまたはそれ以上、約３６．０インチから約９６．０インチの外部長さを有し、一実施の形態においては、６６．０インチの外部長さを有する。他の実施の形態において、コンテナ１１０は、３５インチの外部長さを有する。
【００９４】
コンテナ１１０はさらに、約１２．０インチから約４０．０インチ、約１８．０インチから約３２．０インチの外部奥行きを有し、一実施の形態においては、２８．０インチの外部奥行きを有する。他の実施の形態において、コンテナ１１０は、２４インチの外部奥行きを有する。
【００９５】
いくつかの例において、コンテナ１１０は、約６．０インチから約３２．０インチ、約１２．０インチから約２８．０インチの外部高さを有し、一実施の形態においては、１５．０インチの外部高さを有する。他の実施の形態において、コンテナ１１０は、２６．５インチの外部高さを有する。
【００９６】
コンテナ１１０はさらに、本発明の教示物に対応する内部寸法を有してもよい。いくつかの例において、コンテナ１１０は、約２０．０インチから１１６．０インチまたはそれ以上、約３２．０インチから約９２．０インチの内部長さを有し、一実施の形態においては、５４．０インチの内部長さを有する。他の実施の形態において、コンテナ１１０は２７．０インチの内部長さを有する。
【００９７】
コンテナ１１０はさらに、約８．０インチから約３６．０インチ、約１４．０インチから約２８．０インチの内部奥行きを有し、一実施の形態においては、１６．０インチの内部奥行きを有する。
【００９８】
いくつかの例において、コンテナ１１０はさらに、約６．０インチから約２４インチ、約８．０インチから約２２．５インチの内部高さを有し、一実施の形態においては、１０インチの内部高さを有する。他の実施の形態において、コンテナ１１０は９．５インチの内部高さを有する。さらに他の実施の形態において、コンテナ１１０は２１．５インチの内部高さを有する。
【００９９】
コンテナ１１０はさらに、デバイスの断熱特性を最適化するために選択された壁厚さを有する。いくつかの例において、コンテナ１１０は、約２．０インチから約１２．０インチ、約８．０インチから約１０．０インチの壁厚さを有し、一実施の形態においては、６．０インチの壁厚さを有する。
【０１００】
コンテナ１１０はさらに、デバイスの断熱特性を最適化するために選択された厚さを備えるフロントカバーまたは蓋１３０を有してもよい。いくつかの例において、蓋１３０は、約１インチから約２インチの厚さを備え、一実施の形態においては２．５インチの厚さを備える。コンテナはさらに、デバイスの断熱特性を最適化するために選択された厚さを備える底部またはベース１２２を有してもよい。例えば、いくつかの例において、ベース１２２は、約２インチから約８インチ、約２．５インチから４インチの厚さを備え、一実施の形態においては、３．５インチの厚さを備える。蓋１３０はさらに、通路用またはデバイスのコードや他の回路用の切欠き（図示せず）を有してもよい。
【０１０１】
コンテナ１１０は、単一の大きな材料から、または複数のピースを重ねて構成されてもよい。いくつかの例において、コンテナ１１０は、ベース１２２に連結され、また蓋１３０を受けるように構成されている、重なり合う３つの中間部１２４を有する。中間部１２４それぞれは、重なり合って所望の内部高さを実現する個別の厚さを備えてもよい。例えば、いくつかの例において、中間部１２４それぞれは、約２インチから約６インチ、約２．５インチから４インチの個別の厚さを備え、一実施の形態においては、３．２５インチの個別厚さを備える。他の実施の形態において、中間部１２４それぞれは、３．０インチの個別厚さを備える。
【０１０２】
図示する実施の形態の全体寸法は、長さが３５インチであって、幅が１５．５インチであって、カバーの上面での高さが１５．５インチである。内部チャンバ寸法は、長さが２７インチであって、幅が１６インチであって、深さが９．５インチである。
【０１０３】
図２を参照すると、図１に示す実施の形態の断面２００が示されている。コンテナの底部２２０は、取り扱われるサンプルが収容される気密オープンチャンバ２４０を形成するためのコンテナ壁２１０に接続されている。液体窒素が、複数の固定具２５０を用いてコンテナ２１０の背壁２１０に取り付けられたオープンタンクアセンブリ２５０に収容されている。充填ポート２６０は、トップカバーデッキの液体窒素用通路の下方に固定されている。タンク（図示せず）の反対側には、液体窒素のレベルを監視するためのフロートセンサが存在する。運転条件の下で、タンク内に収容されている液体窒素は沸騰し、それによりタンクの壁や底部を介して熱を吸収するとともに、タンクの背壁の内側に沿って下方向に向かって移動して液面に曝される温かいガスから熱を吸収する。液体の沸騰によって発生した冷たくて凝縮した窒素蒸気はタンクの前側から溢れ出て、凝縮ガスのカーテン状に下方に向かって滝のように落ち、チャンバ２４０の下部に溜まる。それにより、チャンバガスがチャンバの底に沿って前方向に移動される。その移動されたガスは、チャンバ中央および上部の領域に存在する温かい空気と混ざりながらチャンバの前側に沿って上昇し、そしてタンクに向かって後方に移動する。このような流れパターンが連続的に繰り返される。このガスの流れがガスをかき乱して混合することにより、温度勾配が形成され、チャンバ内の温度がより一様にされる。タンク２５０の高度は、デバイスの適切な機能のためには必要不可欠である。タンクが内部チャンバの底または底近傍に配置されている場合、ボイラータンクを溢れ出た液体窒素ガスの流出物が、その高密度によってまた熱エネルギを吸収するにしたがってチャンバの底全体に拡がり、タンクからの冷たいガス流出物の展開によって上昇する。その結果として、チャンバは、チャンバ表面での温かいガスからチャンバ底で新たに展開したガスまでの温度勾配が減少した状態で、上昇するガス柱によって充填される。内部壁のある高度に取り付けられる場合、溢れ出た高密度のガスは、重力場によって落ちるため、下方向の速度と運動量とを得る。チャンバの底に到達すると、その運動量によってガスがチャンバ内の反対側の内壁に向かって進み、それにより、ボイラータンクの下側縁に平行な水平軸を中心として回転するチャンバガスの循環パターンが誘発される。冷たいガス相がタンクから溢れ出ながら、内部ガスの循環パターンが、ボイラー流出物によって連続的に生じる。おだやかな回転挙動によって内部ガスが連続的に混合され、それにより、内部チャンバ内の温度がより一様にされる。この効果を実現するために、いくつかの実施の形態において、タンクの縁（図３に示す要素３２０）は、チャンバの底の上方であって、内部チャンバ壁の７５％の高さ以上の高度に配置されている。チャンバの構成によっては他の配置も可能である（例えば、上部の開口にカラー構造体や煙突構造体が存在するまたは存在しないものを含む）。他の実施の形態において、タンクの縁の位置は所望な作業深さで選択された温度範囲を実現するために選択され、その一方で、ボイラーリム上方のチャンバの全体深さが、作業領域上方のガス断熱層を強化するために増加されてもよい。それにより、外熱の流入速度が低下する。内部ガスの温度を低下させ且つチャンバガス温度をより一様にするタンクの高さによる効果が、図５に示されている。もしチャンバガスが乱流によってかき乱される場合、外気が侵入する可能性が増加する。もしボイラーからのガス流出物が一様でない場合、ガスの混合が一様ではなくなるが、高密度のガスがチャンバ内部の長さ方向に延在する一様なカーテン状でボイラーから溢れ出るように該ボイラーが構成されている場合には、ボイラーの性能が最適化される。冷たいガスが一様な滝のように落ちるために、直線状ボイラーの前側リムが最適な高さに位置決めされる。
【０１０４】
図３を参照すると、図２に示すタンクの全長３００が示されている。タンクは、液密なタンクを形成するために、エンドプレート３３０によって閉じられている長い金属トラフを有する。タンクの前縁３２０は、跳ね上がる液体をタンクに戻すために、水平方向に後側に向かって延在している。タンクの後壁は、取り付け穴３４０に挿入されたねじによってコンテナの壁に取り付けられている。フロートセンサハウジング３５０は、液体窒素のレベルを検出するためのフロート機構を収容し、アセンブリの運転中にサージ抑制器として機能する。図示するタンクの寸法は、長さが２６インチであり、幅が３インチであり、前側での高さが３．２５インチであり、後側での高さが４．２５インチである。
【０１０５】
図４を参照すると、図３に示すタンクの断面が示されている。充填ポート４５０が、フランジ拡張部を介して、２つの端壁４２０において左側の端壁に取り付けられている。さらに、フロートセンサハウジング４３０が、右側の端壁４２０から延在するフランジによって取り付けられている。選択的な孔あき金属バッファ４４０は、アセンブリの運転中に液体窒素が波打ちしぶきをあげることを抑制する役割をする。
【０１０６】
図５を参照すると、本発明の熱的性能に関するガス循環リザーバの高さの効果を示している。図において、２インチの間隔を開けて垂直方向に配列固定された熱電対センサによって収集された温度の測定結果が示されている。長さが２６インチであって、幅が１４インチであって、深さが９インチのチャンバの底に配置されたパンに液体窒素が収容され、最も下側のセンサがチャンバの縁から下方に８インチ離れた位置に配置されているテストから得られた４本のトレースが示されている。トレースは、チャンバ内のガスによってチャンバの縁から２インチ下方の温度が縁から８インチ下方の温度に比べて摂氏で約３０度高い状態の温度勾配が形成されている様子を示している。全てのセンサの温度は、実験で得られた液体窒素が消費される約１．２時間が経過するまで、一定の上昇速度を維持する。同一の位置で取得された第２群のトレースは、図３および図４に示すように、液体窒素ガス循環リザーバがチャンバの後壁に取り付けられ且つ縁から半インチの位置まで充填されている場合のものである。４、６、および８インチ深さのセンサのトレースは、接近しており、この領域の温度がより一様であって低い温度範囲に近いことを示している。さらに、２インチ深さの温度は摂氏で約４０度減少しており、８インチ深さの温度は摂氏で約２５度減少している。このデ―タを得るために使用されたタンクは、タンクがチャンバの底に配置されている状態の第１群のデータの場合、長さが１０インチ、水平面上の幅が５インチ、深さが２インチの寸法であって、また、実験の開始時には１．７５インチの深さまで充填されている。一方、第２群のデータを測定するために後壁に取り付けられたタンクは、長さが２６インチ、水平面上の幅が２．７５インチ、深さが３インチである。タンクは、そのタンクの前側の上辺がコンテナの縁から１．４インチ離れた位置に存在するようにチャンバの後壁に取り付けられている。タンクは、実験の開始時には、２．５インチの深さまで充填されている。
【０１０７】
図６Ａは、別の実施の形態の液体窒素ボイラーの矩形断面を示している。ボイラー本体は、液密なタンクを形成するシーム溶接された２つのエンドプレート６６０によって閉じられた矩形Ｕ字状溝６１０から構成されている。タンクは、支持スロット６２０を介して、その背壁６５０によって冷却チャンバの後側の内部表面に取り付けられている。チャンバケースの断熱材がボイラーの金属材料と異なる膨張係数を備えるので、室内温度の温度範囲から運転温度の低い範囲にわたって、断熱材は、ボイラーに比べて速い速度で収縮と膨張とをする必要がある。そのために、端側の取り付けスロットは取り付けポストに対して滑ることが可能に水平方向に延在し、一方、中央の取り付けスロットは、タンクの中央位置を維持するために縦方向に延在している。移動中に液体がバシャバシャはねることを抑制するために、タンクがその前側に液体戻し用フランジ６４０を備え、後壁６５０の高さがタンクに液体を戻す防波堤を形成する。タンクの長手軸上の液体の動きを抑制するために、孔があいた金属製のバッフル６３０が１インチの一定の間隔をあけて配置されている。より激しい挙動が予期される用途の場合、液体の挙動を抑制するために、バッフルシステムは、限定するわけではないが、オープンセルのウレタンフォーム、セラミックフォーム、セルロースファイバ、合成繊維、金属メッシュなどの多孔性材料に置き換えられてもよい。
【０１０８】
図６Ｂに示すように、図６Ａに示すボイラーの主要な寸法が示されている。ボイラーは、前側の長さが２６インチであって、高さが３．２２インチであって、幅が２インチである。ボイラーの背壁の高さは４．２５インチである。
【０１０９】
図７を参照すると、一実施の形態のくさび状断面を備える液体窒素ボイラータンク（”Ｖ”字状ボイラー）が示されている。ボイラー７００は、背壁、底面、および前壁７１０を含むくさび状断面溝を形成するために曲げられた２０ゲージ（ｇａｕｇｅ）のステンレス鋼の一枚のシートを有する。動作中での冷媒のしぶきの飛び出しを抑制するために、後方に向かって突出するフランジ７８０が前側の上辺に取り付けられている。くさびの両端にシーム溶接されたエンドキャップ７３０により、液密なトラフが形成されている。複数の貫通スロット７２０が、ボイラーを冷却ガスコンテナの作業チャンバの内壁に取り付けるために、背壁に設けられている。タンクの背壁から後方に突出するエッジ７７０により、その背壁の剛性が向上し、ボイラーの背後へのガスや液体の流出を抑制するためのシールがチャンバの内壁に形成される。センサ取り付けプレート７５０がタンクの右側に溶接されてフランジ７８０に接合されているが、いくつかの実施の形態においては、センサは別の場所に取り付けられる。他の実施の形態において、複数のセンサが同一のボイラーに取り付けられる。センサカバー取り付けプレート７６０がセンサ取り付けプレートに取り付けられている。液体の挙動を抑制するために、孔のあいたバッフルプレート７８０が、タンクの長さ方向に沿ってその内部に一定の間隔で取り付けられている。ボイラーの断面形状は、Ｖ字状である。
【０１１０】
図７に示すＶ字ボイラーの全体寸法が、図８に示されている。”Ｖ字”はリザーバ断面の形状を言及しており、一方、”ボイラー”は、冷却ガスをデバイスに供給する、リザーバ内での液体窒素の沸騰を言及している。図２−４、６Ａ、６Ｂに示すデバイスのボイラーは、矩形状断面を備え、−１６０℃程度のチャンバ温度を実現するためには有益である。Ｖ字ボイラーは、チャンバ内の温度を−８０℃から−５０℃の範囲に制御することができる。矩形状断面のボイラーの場合、ＬＮ２のレベルが降下するにしたがって、チャンバ温度が増加する。このことについて説明すると、ＬＮ２と接触しているボイラーの内側表面に対向するボイラーの外側表面の部分は、主として、ボイラーの外部側のガスと熱交換する手段である。さらに、ボイラー内のＬＮ２表面が降下するとともにボイラー内のＬＮ２の表面積が小さくなるにしたがって、ＬＮ２の表面とチャンバガスとの間の直接的な熱交換の効率が低下する。Ｖ字形状ボイラーの断面積により、底面積が一定値である矩形状のボイラーに比べてタンク内のＬＮ２のレベルの関数として、ＬＮ２の表面積がより急速に減少するとともに、ＬＮ２と接触するボイラーの表面積がより急速に減少する。Ｖ字ボイラーは、チャンバ温度が所望の範囲内であるレベルが存在しうる可能性を増加させる。言い換えると、Ｖ字ボイラーは、矩形状ボイラーに比べて、ＬＮ２レベルに応じた冷却能力の低下の程度がより大きい。
【０１１１】
チャンバ内において的確な温度を実現するリザーブ内の所望な液体レベルが相互に関連する場合、本発明は、特定の液体レベルを維持する複数の方法を提供する。以下に説明する試験の実施においては、チャンバ温度を所望の範囲で維持するために、ＬＮ２を一定の間隔で手動追加した。
【０１１２】
図９を参照すると、試験結果は、Ｖ字ボイラー構成によって特定の温度範囲内でオープンガスチャンバを維持することができることを示している。液体窒素ポンプシステムの手動駆動を介して、規制フィードバックループを想定して、ＬＮ２のボイラーへの周期的な追加を実行した。垂直配置された４つの熱電対からの温度フィードバックに加えて、定規の目盛りを用いた液体窒素深さの視覚的モニタリングに基づいて、ＬＮ２をボイラーに送出するスイッチを閉じることによって液体窒素を手動で追加し、的確なレベルに到達するとスイッチを開いた。熱電対により、９．５インチ深さのチャンバの底から１、３、５、７インチの高さでの温度を取得した。そのチャンバは、幅が１６インチであって長さが２７インチである。ボイラーの長さは２６インチである。試験において、目標を、最も下の熱電対センサの温度を摂氏で−８０度プラスマイナス２度に維持することとした。５分の継続期間それぞれにおいて、所定の範囲内で温度を維持するための約４５秒の充填サイクルが見出された。その結果として、フィードバックループを用いることにより、６インチの深さの試験容積内において、２０度の温度範囲を達成することができた。充填サイクルの高値と低値との間の液体窒素の深さの変化は、０．２５インチであった。この試験条件の下で、ボイラーは、１時間あたり約３リットルの液体窒素を消費した。
【０１１３】
図９の結果は、高感度の液体窒素レベルセンサを使用すると、この結果を自動化された充填プロセスによって再現できることを示している。ＬＮ２リザーバの自動充填に関して、本発明は、リザーバ内の液体レベルを検出するための手段を提供する。図９に示す試験結果においては液体レベルが４分の１インチの差に制御されているが、ＬＮ２レベルの高低差をさらに制限することによって、温度サイクルの範囲の制御をより厳格に実行することができる。本発明によって提供される非常に高感度なレベル検出器を用いることにより、チャンバ内温度の厳格な制御が実行可能になる。
【０１１４】
図１２は、本発明においてチャンバガス温度を微調整するために必要なレベル解像度を実現可能に構成された一実施の形態のセンサ１２００を示している。センサベース１２１８を介してＶ字ボイラーの取り付けプレート（図７の部分７５０、図１２の部分１２１７）に取り付けられると、フロート１２０５は、ボイラー（配置位置の参考として断面輪郭１２１５が示されている）内につるされ、ボイラー内の液体のレベルとともに上昇し、それによってプロセス中に接続ロッド１２１０が上昇される。接続ロッド１２１０は、２つのスライドロッド１２２５によって垂直経路に保持されているセンサスライド１２２０を上昇させる。１インチあたり２００サイクルの間隔の明暗パターンを提供する細かいバーグリッド（ｆｉｎｅ  ｂａｒ  ｇｒｉｄ）であるマイラー（Ｍｙｌａｒ）コードストリップ１２３５を部分的に囲んでいる２つのクランププレート１２３０が側面に取り付けられている。そのグリッドコードストリップは、コネクタピン１２５０を介して高いおよび低いデジタル電圧信号を提供するライトセンサ１２４０内をスライドする。信号は、クランププレート１２５５によって保持され、バイパス用切欠き１２６０を介してセンサハウジング（図示せず）から出るリボンワイヤーバス（図示せず）によって送信される。１インチあたり２００サイクルの解像度の場合、フロート位置の４分の１インチの変化が５０サイクルのカウント数に相当し、それにより所望の範囲にわたってＬＮ２のレベルを十分な感度で監視することができる。レベルデータは、ＬＮ２ポンプシステムを制御するために、マイクロプロセッサによって使用される。コードストリップとセンサの両方は、商業的に購入することができる（ＵＳ  Ｄｉｇｉｔａｌなどのベンダーから購入することができる；ＵＳ  Ｄｉｇｉｔａｌでは、適切なセンサとしてモデルＥＭ−１を販売している）。
【０１１５】
ボイラーが非常に冷温であってまたセンサが室温のガス内に延在しているために、周囲熱を引き込む熱的な短絡（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が存在する。もしセンサが高い熱伝導率を備える材料から作製されている場合、センサの大部分が非常に冷却され、周囲の湿気が霜としてそのシステムに凝結し、信号に干渉する可能性がある。センサがスライドするフロートレベルを有するために、このシステム上の霜がスライド部材に固着する可能性がある。そのため、センサは、カーボンファイバシートやエポキシファイバガラスなどの、低い熱伝導率を備える材料から構成されている。図示するフロートは、ＰＥ（ポリエチレン）発泡体から作製されている。
【０１１６】
本開示を考慮すれば、当業者であれば、本発明のデバイスが、全自動化が可能であり、またセンサ、アラーム、信号を収集する手段、信号を記憶する手段、および信号を送信する手段について様々な種類を備えることが可能であることが理解される。温度センサが、多くの場合、このデバイスとともに使用され、その測定された温度の記録が他のデバイスに送信されてもよい。液体レベルセンサが、リザーバのために使用されてもよい。アラームが、利用されてもよく、また、好ましくない温度変化やリザーバに冷却液を追加する必要性をユーザに警告するように構成されてもよい。いくつかの実施の形態において、取り付けられたまたは遠く離れたマイクロプロセッサは、タンクレベルセンサから、温度プローブから、あるいは、タンクレベルセンサと１つまたは複数の温度プローブの両方から信号入力を受け、その受け取った入力信号に基づいて、冷媒供給システムを制御し、それによりボイラータンク内の液体レベルが制御される。いくつかの実施の形態において、冷却液供給を制御するマイクロプロセッサは、タッチスクリーン式のユーザインタフェースに取り付けられる。いくつかの実施の形態において、タッチスクリーンインターフェースは物理的に冷却ガスコンテナに取り付けられ、それに対して、他の実施の形態においては、タッチスクリーンが冷却ガスコンテナから離れている。別の実施の形態において、マイクロプロセッサは、センサデータをマイクロプロセッサに送信するまたはマイクロプロセッサから制御信号を受信する配線インターフェースまたはワイヤレスインターフェースを介して、デバイスに接続されている。
【０１１７】
図１７は、本発明の実施の形態に対して送受信される信号のつながりの一例を示している。概略的に示すように、中央マイクロプロセッサ基板は、８個の個別の温度センサからの入力を受けるとともに、冷却タンクセンサから送られた信号と、冷却デュワー（Ｄｅｗａｒ）リザーバ内の液体レベルセンサから送られた信号を受け取る。マイクロプロセッサ基板は、液体窒素冷却ポンプまたは加圧システムに接続された出力信号ラインと、コンテナ内部の高温な壁に向かって内部の液体がバシャバシャ動くことによるデュワー（Ｄｅｗａｒ）フラスコの意図していない加圧状態を抑制するために本発明が動作しているときに作動しうるデュワー（Ｄｅｗａｒ）圧力逃がし弁とに接続されている。マイクロプロセッサ基板（ＣＰＵ基板）は、高電圧ＡＣ―定電圧ＤＣコンバータから電力を受け取り、また、ＡＣラインから本発明が離れたときに連続して電力を供給するバッテリシステムに接続されている。マイクロプロセッサ基板は、配線接続またはワイヤレス接続を介してデータをダウンロードするためのポートと、タッチスクリーンインターフェース用のポートとを備える。他の実施の形態においては、視覚インターフェースがＬＣＤスクリーンであって、ユーザ入力が、限定するわけではないが、機械的スイッチまたは容量スイッチなどの他の方法で行われる。音声出力信号は、本発明の様々な状況や状態をオペレータに通知するためのトランスデューサに送られる。
【０１１８】
内部のチャンバ壁に、温度センサの信号線を配置するため溝が設けられてもよい。溝は、冷却ガスの作業深さを囲む２つのレベルで、内壁の全周にわたって延在し、それにより高い範囲のガス温度と低い範囲のガス温度とがフィードバックされる。いくつかの実施の形態において、センサは、作業領域のボイラー近傍であってその横側と作業エリアの前側のコーナーとに配置されたセンサバーに取り付けられてもよい。
【０１１９】
図１０を参照すると、本発明のレベルセンサによって制御される実施の形態が示されている。本実施の形態１０００において、内部チャンバ１０１０を備える冷却ガスコンテナ１００５は、幅が１３インチであって、長さが５４インチであって、深さが９．５インチである。レベルセンサ１０２０が、Ｖ字ボイラー１０１５に取り付けられている。センサのデジタル信号は、デュワーフラスコ１０２５（部分的に示され、コンテナ１００５の後ろに配置されている）から液体窒素を圧送するポンプシステム１０３０を制御するマイクロプロセッサ（図示せず）に送信される。ロボットシステムとともに使用するための本実施の形態１０００の装置が１つの位置や高さに位置し、装置が手動で使用するように構成されている場合、動的な作業高さオプションが提供される。大きな液体窒素リザーバの中間部は、通常、ホースやパイプを介して液体を供給する供給力として内部ガス圧を使用する圧力容器として設けられている。極低温に使用される供給用フレキシブルホースは、通常、波形状の内径を備えるように構成される。液体の圧力が代表的な２０ＰＳＩの貯蔵圧力から大気圧に降下するので、液体窒素の沸点が低下する。その結果、液体の一部が、液体温度を低下させるためにガスに膨張する必要がある。供給用ホースを介して発達したガスが放出されるので、通常、高いデシベルの笛吹音がホースから放出される。さらに、窒素が、ガスと液体の混合物として供給され、相分離ノズルが、頻繁に、液体の噴霧や噴射を抑制するために適用される。取り付けられた加圧液体窒素システムにおいて、ボイラーのリフレッシュサイクルが５分であった場合、ステーション１０００にいる作業者が、窒素ガス放出時の甲高い音を、交代勤務時間中に何回も聞くことがあり、職歴に悪影響を与えることがあった。そのため、図１０に示す本発明の実施の形態において、液体窒素は、大気圧デュワーから供給され、液体窒素デュワーリザーバ（図示せず）内に沈められた抵抗コイルからなるオンデマンド低加圧システムによって送られる。大量の冷媒を不定期に供給する場合には非断熱性金属製の供給ホースの冷却に液体窒素が浪費されることは容認されるが、同一のホースを用いて断続的に且つ頻繁に液体を供給する場合、冷凍コストの著しい増加を招く。そのため、図１０に示す窒素供給システムにおいて、液体窒素は、低い熱容量と高い断熱値とを備える合成材料のみに接触し、それにより、配管システムの冷却によって生じる液体窒素からガスへの変化が相対的に小さくなるので、冷凍サイクル供給コストが大きく減少する。システムは、位相分離ドーム１０４０に向かって液体を上昇させる断熱ライザー管１０３５を有する。次に、液体は、一次重力シュート１０４５を介して重力によって移動し、伸縮降下ノズル１０５０内に入り、続いて二次重力シュート１０５５に向かい、そして、充填ノズル１０６０を介してボイラータンク１０１５内に供給される。二次重力シュートシステムは、コンテナ１００５に対して固定状態で維持され、ブラケットによってコンテナに取り付けられている。コンテナ１００５は昇降するので、一次重力シュートと二次重力シュートとの間の距離を変更するために、伸縮降下ノズルがその長さについて調節される。
【０１２０】
図１１を参照すると、図１０に示す液体窒素供給システムが、詳細な断面図として示されている。この図において、供給システム１１００は、ポンプシステムヘッド１１１０を通過して相分離ドームチャンバ１１２５内に延在する内部カーボンファイバチューブ１１０５を有する。いくつかの実施の形態において、デュワー内の抵抗コイルを介して電位が印加されると、２から５ＰＳＩオーダーの窒素ガス圧力の脈動がデュワー内に発生し、それにより、即座に、チューブ１１０５を介して窒素の柱（ｃｕｌｕｍｎ）が持ち上げられる。別の実施の形態において、デュワーリザーバは全時間加圧され、液体窒素の流れが電子制御バルブによって制御される。液体窒素および展開したガスがドーム１１３０内においてドームチャンバ１１２５のチューブから溢れ出て、液体がバブルヘッド１１２０から漏れ落ち、ガスがドーム蓋１１３５のベント穴１１４０を介して放出される。液体窒素は、一次重力シュート１１４５内に向かって下方向に流れ、フレキシブルべローズ１１５５に囲まれた伸縮降下ノズル１１５０に向かい、円筒状のファンネル１１６０内に流入する。液体窒素は、二次重力シュート１１６５に流入し、そして供給ノズル１１７０を介して液体窒素タンクに流出する。
【０１２１】
本発明ではデュワーフラスコから液体窒素を送るためにガス圧が使用されているが、他の実施の形態においては、液体窒素が電気式インペラーポンプによってチューブ１１１５を介して持ち上げられる。
【０１２２】
図１８は、冷却キャビティの温度を制御するために使用されうる一実施の形態の液体窒素供給および流量制御システムを示している。本実施の形態において、液体窒素は、貯蔵用デュワーフラスコ２８０４から液体窒素ボイラー２８０２に供給される。液体窒素の流路は、内部サイフォンチューブと、デュワーフラスコマニホールド２８０６を通過して断熱供給導管２８０８に入るラインフィルタ（図示せず）とを有する。導管は、電子制御バルブと、計器ハウジング２８１４内に収容されている中央処理制御基板（図示せず）からの出力信号を伝送する制御リード線２８１２を介する電気信号によって駆動される蛇口２８１０とで終端している。液体窒素貯蔵デュワー２８０４は、マニホールド２８０６に入る供給ライン２８１７に取り付けられた接続コネクタ２８１６を介して充填される。デュワーに流入する液体窒素は、コントロールライン２８２０上の制御基板からの信号を受け取る電子制御弁２８１８によって制御されている。デュワーの充填サイクル中、デュワー内部の背圧が、信号制御ライン２８２４によって駆動される電子制御ガスリリース弁２８２２によって放出される。中央処理基板は、データ信号ライン２８２８を介して、圧力トランスデューサ２８２６からデュワー圧力データ信号を受け取る。デュワー液体レベルセンサ２８３０は、信号ライン２８３２を介して、処理基板にデータ入力信号を送信する。デュワーを、液体窒素内に沈められた電気抵抗コイル２８３４を始動することによって加圧することができる。電力ライン２８３６を介して電流が印加される場合、コイルの熱上昇により、いくらかの液体窒素が蒸発し、それによりデュワーフラスコの内部圧力が上昇する。１つまたはそれ以上の液体窒素レベルセンサ２８３８がボイラー２８０２内の流体レベルの監視に使用され、そのレベルデータ信号が信号ライン２８４０によって処理基板に受け取られる。液体窒素ボイラー２８０２によって冷却される冷却キャビティ（図示せず）の温度は、１つまたはそれ以上のセンサ２８４２によって検出され、その温度データ入力信号が信号線２８４４を介して処理基板に送信される。レベルセンサ２８３８と温度センサ２８４２からのフィードバックデータのコンピュータ分析により、中央処理基板がボイラー２８０２に流入する液体の量を制御し、それにより液体窒素のレベルが調整され、したがって冷却キャビティの温度が調整される。
【０１２３】
図１３は、バイアルが充填されてスタックされたトレイ１３０５を保持するように構成されたデバイス（”トレイ冷凍モジュール”）を示している。複数の構成が可能であることが理解される。例えば、デバイスは、１０個の貯蔵箱を収容する標準的なフリーザラックを保持するように構成されることが可能である。コンテナは、任意のラック高さ（ラックはその側面でこの”シャトルモジュール（ｓｈｕｔｔｌｅ  ｍｏｄｕｌｅ）”内に配置される）に対応できるように変更される。
【０１２４】
図１４Ａは、複雑な運転を実行するために一連のデバイスがどのように使用されるかを示している。図１４Ａにおいて、バイアルをカートンに詰めてそのカートンを密封する３つの個別の作業が示されている。ステーション（１）では、カートントレイが予め冷凍され、そしてコンテナが詰め位置に移動される。ステーション（２）では、クライオボックス（ｃｒｙｏｂｏｘ）とカートントレイが詰め用コンテナに搬送される。ステーション（３）では、カートンにバイアルが充填され、カートン密閉位置に運ばれる。ステーション（４）では、充填済みのカートンが閉じられ、トレイがバッファステーションに配置される。満杯になると、トレイはフリーザに運ばれる。
【０１２５】
図１４Ｂは、移動可能なデバイスを示している。図に示すように、本発明のデバイスは、移動するために、車輪付きカートに搭載可能であって、また本発明は特に適する複数のカートを提供する。本発明のカートは、（ｉ）冷却用の貯蔵タンク、（ｉｉ）冷却液リザーバからデバイスのボイラータンクの冷却液を送るためのポンプまたは加圧システム、（ｉｉｉ）電源、（ｉｖ）充電器、（ｖ）変圧器、（ｉｖ）１つまたはそれ以上のカート表面を昇降させる手段、（ｖ）カートを手動で駆動するためのハンドル、（ｖｉ）壊れやすい器具用の衝撃ガード、（ｖｉｉ）液体窒素の導管、相セパレータ、重力シュート、これらの取り付け具、の中の１つまたはそれ以上を含んでもよい。図１４Ｂにおいて、ステンレス鋼管フレームカート１４０２は、４つのキャスタホイール１４０４によって動かされ、断熱チャンバ１４０６を支持する。チャンバは、二重の液体レベルフロートセンサ１４１０を有する液体窒素ボイラー１４０８によって冷却される。ボイラーには、電子制御弁１４１８で終端する断熱加圧供給ライン１４１６を介して、一次デュワー１４１２と二次デュワー１４１４に貯蔵された液体窒素が供給される。メインマイクロプロセッサ基板（図示せず）は、レベルセンサ１４１０からボイラーの液体窒素レベルデータと、制御弁１４１８を介して液体窒素の供給を制御するために管状ハーネス１４２０に取り付けられている一連の温度センサ１４２２からのチャンバ温度データとを受け取って処理する。温度センサのリード線（図示せず）が、ポート１４２４を介してセンサハーネス１４２０から出て、中央処理基板に接続されている。実施の形態１４００の運転状態は、ビデオ映像ディスプレイモニタ１４２６に表示される。実施の形態１４４の運転状況の異常は、カラーライトタワー１４２８によって視覚的に通知される。
【０１２６】
本開示を考慮すれば、当業者であれば、本発明のデバイスが、全自動化が可能であり、またセンサ、アラーム、信号を収集する手段、信号を記憶する手段、および信号を送信する手段について様々な種類を備えることが可能であることが理解される。温度センサが、多くの場合、このデバイスとともに使用され、その測定された温度の記録が他のデバイスに送信されてもよい。液体レベルセンサが、リザーバのために使用されてもよい。アラームが利用されてもよく、好ましくない温度変化やリザーバに冷却液を追加する必要性をユーザに警告するように構成されてもよい。
【０１２７】
液体窒素ボイラーの冷却力は表面積や冷媒容量の増加によって増大するので、冷却能力は拡張可能である。また、チャンバ内の高密度な冷却ガスは、チャンバ内に流入して充填され、温かいガスや低密度のガスと置き換わる。所望なガス温度の範囲を維持するために適切な間隔を開けて複数の液体窒素ボイラーが配置されている場合、１つが本発明に係る任意の長さの作業チャンバを構成する。フロアレイアウトプラン、生産物の流れ要件、および処理シーケンスの最適化のために、長いコンテナを曲げることが可能である。
【０１２８】
完全なループのトラフ形状コンテナは、本発明によれば、制限なく、様々なレイアウトやサイズで構成可能である。例えば、ロボットアームの動作に関して、環状のトラフは、ロボットの旋回点を中央に設けるという利点を考慮すると最適な構成である。
【０１２９】
いくつかの実施の形態では、複数のコンテナにおいて、２つまたはそれ以上のコンテナが接続して長くてより複雑なモジュールアセンブリを形成し、それにより低温ガスの連続的な井戸（ｗｅｌｌ）またはトラフが実現できるように、１つまたはそれ以上の側壁が変更されてもよい。このような構成によれば、収容されている材料を外部環境や外部温度にさらすことなく運転を実行することが可能な拡張構成または複雑な作業システムを実現することが可能である。いくつかの実施の形態において、複数のコンテナは、限定するわけではないが、例えば、内部または外部フランジの接合、接着接合、磁石接合、融接、クランプ、永久的な結合、または可逆的に取り付け可能なインターロック部によって接続されてもよい。人員、機械、ロボットシステムのアクセスや戦略的な配置を向上させるために、限定するわけではないが、いくつかの実施の形態においてはマルチセクションコンテナ構造が直線構造を形成し、一方、他の実施の形態においてはコンテナが複雑な経路を形成する。いくつかの実施の形態において、接続されたコンテナは、自己交差（ｓｅｌｆ−ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ）アセンブリを形成し、それにより、限定するわけではないが、例えば、冷却ガス内からロボットアームの一部を移動させることなく、ロボットアームは中央位置からコンテナを迂回することができる。他の実施の形態において、自己交差トラフは、限定するわけではないが、例えば、型成形されたまたは機械加工された発泡体トラフなどの単一ピースの材料から形成されている。いくつかの実施の形態において、拡張システムの１つまたはそれ以上の接続コンテナは、カバーによって覆われてもよい。他の実施の形態において、１つまたはそれ以上の接続されたコンテナは、限定するわけではないが、例えば、連続したチャンバシステムにおいて、アダプタ、延長部、接続部、屈曲部、または湾曲部として機能するために、クーラントタンクを有していない。
【０１３０】
図１５Ａ−１５Ｄは、トラフの実施の形態を示している。いくつかの実施の形態において、チャンバは、直線状トラフ（図１５Ａ）、蛇行状トラフ（図１５Ｂ）、またはジグザグ状トラフとして示されている。いくつかの実施の形態において、トラフは枝分かれしてもよい。いくつかの実施の形態において、枝分かれトラフは、１つの交差部を備える（例えば、”Ｙ字形状”または”Ｔ字形状”トラフ）。いくつかの実施の形態において、トラフは、閉じたすなわち連続的なループを形成する。
【０１３１】
図１５Ｂは、フロアレイアウトプラン、生産物の流れ要件、および処理シーケンスの最適化のために、曲げられた長いコンテナを示している。完全なループのトラフ形状コンテナは、本発明によれば、制限なく、様々なレイアウトやサイズで構成可能である。例えば、ロボットアームの動作に関して、環状（リング形状）のトラフは、ロボットの旋回点を中央に設けるという利点を考慮すると最適な構成である。
【０１３２】
図１５Ｃは、トラフ状コンテナの配管１８１０のレイアウト１８００を示している。トラフシステムは、人員やロボット要素を配置することができる様々なサイズの３つのＵ字ループを有する。トラフ配管の構造はモジュールであり、直線モジュール１８３０と屈曲モジュール１８４０とを有する。図示されているトラフ終端モジュール１８５０は、オープンループ構成のエンドピースとして使用される。いくつかの実施の形態において、トラフは、環状のループを形成する。いくつかの実施の形態において、ループは、２つの同心の正方形によって定義される経路を備える４つの直線状線分を備える。いくつかの実施の形態では、複数のコンテナまたは複数のコンテナ部分において、２つまたはそれ以上のコンテナまたは部分が接続して長くてより複雑なモジュールアセンブリを形成し、それにより低温ガスの連続的な井戸（ｗｅｌｌ）またはトラフが実現できるように、１つまたはそれ以上の側壁が変更されてもよい。本明細書においての”モジュール”は、デザインや建築の基礎として使用されるまたは関係するモジュールの通常の意味を備える。本発明と関連して、コンテナは、様々な構造、チャンバの経路、および経路の長さを備えるコンテナを実現できるように様々な方法で接続可能な複数の予め形成されたモジュールを選択することによって構成される。このような構成によれば、収容されている材料を外部環境や外部温度にさらすことなく運転を実行することが可能な拡張構成または複雑な作業システムを実現することが可能である。いくつかの実施の形態において、複数のコンテナは、限定するわけではないが、例えば、内部または外部フランジの接合、接着接合、磁石接合、融接、クランプ、永久的な結合、または可逆的に取り付け可能なインターロック部によって接続されてもよい。人員、機械、ロボットシステムのアクセスや戦略的な配置を向上させるために、限定するわけではないが、いくつかの実施の形態においてはマルチセクションコンテナ構造が直線構造を形成し、一方、他の実施の形態においてはコンテナが複雑な経路を形成する。いくつかの実施の形態において、接続されたコンテナは、自己交差（ｓｅｌｆ−ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ）アセンブリを形成し、それにより、限定するわけではないが、例えば、冷却ガス内からロボットアームの一部を移動させることなく、ロボットアームは中央位置からコンテナを迂回することができる。他の実施の形態において、自己交差トラフは、限定するわけではないが、例えば、型成形されたまたは機械加工された発泡体トラフなどの単一ピースの材料から形成されている。いくつかの実施の形態において、拡張システムの１つまたはそれ以上の接続コンテナは、カバーによって覆われてもよい。他の実施の形態において、１つまたはそれ以上の接続されたコンテナは、限定するわけではないが、例えば、連続したチャンバシステムにおいて、アダプタ、延長部、接続部、屈曲部、または湾曲部として機能するために、クーラントタンクを有していない。
【０１３３】
いくつかの実施の形態において、チャンバは、チャンバ幅の５倍以上、６倍以上、または８倍以上のチャンバ経路長さを備えるトラフ構成を有する。いくつかの実施の形態において、チャンバは、３フィート以上、６フィート以上、または１０フィート以上のチャンバ経路長さを備えるトラフ構成を有する。いくつかの実施の形態において、チャンバ長さは、３から３０フィート、５から２０フィート、８から１２フィートなどである。
【０１３４】
いくつかの実施の形態において、チャンバのいくつかの部分がカバーで覆われ、他の部分は開いている（図１５Ｄ）。
【０１３５】
本明細書においての”チャンバ経路長さ”は、チャンバ内で対象（ｏｂｊｅｃｔ）が移動する距離を言う（例えば、一端から他端、または閉じたループの場合には開始位置から始まり同一の位置に戻るまで）。図に関して、全体長さが４フィートの長方形状チャンバは、４フットのチャンバ経路長さを備える。その一方、全体寸法が４フットの蛇行状またはリング状チャンバは、より長い経路長さを備える。例えば、４フット直径のリング状（環状）チャンバの経路長さは、約１２．５フィートである（チャンバの２つの壁によって定義された２つの同心円の大きい方の円周）。
【０１３６】
いくつかの実施の形態において、チャンバ温度は、１つまたはそれ以上の温度センサによって監視される。他の実施の形態において、温度センサは、センサのリード線を配線して保護するセンサハーネスによって適切な位置に取り外し可能に保持される。いくつかの実施の形態において、センサハーネスは、１つまたはそれ以上の水平レベルに複数のセンサを支持し、それによりチャンバ内の所定のレベルの領域全ての温度を監視することができる。いくつかの実施の形態において、指定された作業領域の境界となる上側レベルと下側レベルは、水平に配列された複数のセンサによって監視されてもよい。いくつかの実施の形態において、センサハーネスは、独立した自己支持構造である。図１６に示すように、自己支持センサアレイ構造は、垂直支持部材１６３０によって接続された上側センサアレイ１６２０と下側センサアレイ１６２５とから構成されている。複数の温度プローブ１６４０は、ある種の公知の複数の温度プローブを含んでもよい。一実施の形態において、温度プローブ１６４０は、抵抗温度検出（ＲＴＤセンサ）である。別の実施の形態において、温度プローブ１６４０は、熱電対センサである。温度プローブ１６４０は、所望される任意のサイズや長さであってもよい。例えば、一実施の形態において、温度プローブは、約４．５インチの長さと、０．２５インチの直径とを備える。
【０１３７】
本発明のセンサハーネス１６２０は、通常、本明細書に開示されている意図する目的に適合するサイズ、形状、および／または構成を有してもよい。いくつかの実施の形態において、センサハーネス１６２０は、アルミニウム、ステンレス鋼、またはカーボンファイバチューブなどの硬い耐熱材料を有する。いくつかの実施の形態においては、センサハーネスは、アクセスポートが導入された硬いチューブから構成される。一方、他の実施の形態においては、センサハーネスは、インターロック導管から構成されたセンサリード線導管を有する。
【０１３８】
図１６に示す実施の形態のセンサハーネス１６２０は、温度プローブのリード線と他の回路が配線されるおよび／または収容される中空部を備える管状の導管部材を有する。いくつかの例において、温度プローブのリード線は、その線（図示せず）がラック１６２０とコンテナシステム１６００から出る際に通過する出口アダプタ１６３５に配線されている。露出するリード線部分はフレキシブルなナイロン導管（図示せず）内に配線されてもよい。リード線の端は、上述したように、ディスプレイユニット、温度メータ、および／または他の温度検出装置に動作可能なように接続されてもよい。いくつかの実施の形態において、ハーネス１６２０、１６２５は、ハーネス構造をグラウンド電位に接続する接地線を有する。
【０１３９】
センサハーネス１６２０は、通常、チャンバ１６０５の内部寸法に近い形状を有し、それによりラック１６２０はチャンバ１６０５の内周を占める。このような構成により、ラック１６０５は、コンテナシステムの利用可能な作業スペースの領域への影響が最小の状態で、チャンバ１６０５内に配置される。
【０１４０】
いくつかの例において、作業スペースの上側水平境界レベルおよび下側水平境界レベルは、水平に配列された温度センサによって監視される。一方、他の実施の形態においては、上側のみ、下側のみ、または上側境界レベルと下側境界レベルとの間の選択されたレベルが複数の温度センサによって監視される。いくつかの例において、センサハーネス１６２０は、チャンバの底に接触する指示構造によって配置される。一方、他の実施の形態において、センサハーネス１６２０は、チャンバの底の上方に、チャンバの内壁に埋め込まれた支持部材に直接的に係合する複数のフックによって吊るされる（図示していないが、いくつかの実施の形態において、埋め込まれた支持部材は、センサハーネスの高さを調節可能にする複数のフック係合構造を有する）。
【０１４１】
図１６を参照すると、センサハーネス１６２０、１６２５は、ラック１６２０、１６２５を受け入れる第１の開口と温度プローブ１６４０を受け入れる第２の開口とを備える１つまたはそれ以上の温度センサアダプタを有してもよい。センサアダプタは、所望の長さや寸法を有してもよい。いくつかの例において、第１の開口と第２の開口との間に経路が設けられ、それにより、温度プローブのリード線が第２の開口を通過し、第１の開口を介してラック１６２０、１６２５の中空部内に進入してもよい。したがって、温度プローブのリード線は、センサアダプタとラック１６２０、１６２５内に完全に隠れている。
【０１４２】
センサアダプタは、通常、架橋ポリエチレン発泡体、ウレタン発泡体、スチレン発泡体、ポリビニル発泡体、またはポリマーブレンド発泡体などの非熱伝導性材料を有する。そのようなものとして、温度プローブ１６４０は、ラック１６２０、１６２５から熱力学的に孤立し、それゆえ、センサラック材料から干渉されることなく、作業領域の温度を正確に監視することができる。いくつかの例において、センサアダプタの位置は、締まりばめまたは接着剤の少なくとも一方を介して固定される。他の例において、ラック１６２０、１６２５上のセンサアダプタの位置は、ユーザによって所望に調節されてもよい。
【０１４３】
センサハーネス１６２０は、ラック１６２０に連結された１つまたはそれ以上の拡散ビームレーザ１６４５を有してもよい。いくつかの例において、レベルセンサ１６４５は、ラック１６２０の中空部内に配置されて出口アダプタ１６３５を介して該ラック１６２０から出る電力線を有する。
【０１４４】
低温領域の境界または上限の検出可能な指標（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）は、本発明の実施において、サンプルが低温領域から出て所望な温度範囲の外側であるコンテナの高温領域内に移動していないことを保証するためには役に立つ。このような線引き（ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ）は、低温の上部に対応する特定の高さのチャンバ壁に配置された着色（例えば、チャンバ壁に描かれた指標線）または光源（例えば、埋め込まれたＬＥＤライト）を含んでおり、これに関して様々な方法が可能である。１つのアプローチにおいて、システムは、図２５に示すように、温度が制御された作業環境の上限レベルまたは最大レベルを示す直線状のガイドラインを照射する拡散ビームレーザまたはラインレーザを備えてもよい。一般的に、レーザは、低温領域の上側境界のレベルでチャンバ全体にわたる水平パスに沿って光を照射するのに適する。
【０１４５】
ある実施の形態において、”ラインレーザ”は、低温領域の上側境界を示すために使用される。ラインレーザ（たまに”ファンレーザ”と呼ばれる）は、水平のレーザライン（”レーザレベルライン”または”ファンアレイ（ｆａｎ  ａｒｒａｙ）”）を照射する。いくつかの実施の形態において、水平ロータリレーザが使用される。レーザは、９１７４８カリフォルニア州シティーオブインダストリー  １７７００キャッスルトンストリートのＱｕａｒｔｏｎ社（１ｍＷ  ６５０ｎｍ  ラインレーザ  パーツナンバーＶＬＭ−６５０−２７−ＬＰＡ）および５３０９２ウィスコンシン州メクォン市６３３３ダブリュー．ドンジュベイロードのＪｏｈｎｓｏｎ  Ｌｅｖｅｌ社のものが商業的に利用可能である。いくつかの実施の形態において、”自己レベル出し”レーザが使用される。
【０１４６】
図１６を参照すると、温度が制御された作業環境の上限レベルまたは最大レベルを示す直線状のガイドラインを照射するために、レーザ１６４５が設けられてもよい。いくつかの実施の形態において、レーザ１６４５は、コンテナ１６０５の１つまたはそれ以上の表面にレーザレベルラインを照射するように構成されたレーザラインフィルタを有する。一実施の形態において、第１のレーザ１６４５がｘ軸にレーザラインを照射し、第２のレーザ２１２２がｙ軸にレーザラインを照射する。レーザ１６４５はさらに、レーザレベルラインのチューニングを容易にする調節可能なミラーを有してもよい。
【０１４７】
一態様において、極低温システムは、少なくとも１つの温度センサと少なくとも１つの検出可能な指標（例えば、直線状ガイドラインのレーザ照射）との組み合わせを含むチャンバによって特徴付けされている。一態様において、極低温システムは、温度センサと検出可能な指標（例えば、レーザライン照射）との組み合わせを含み、センサと指標とがチャンバの底から同一高さまたは実質的に同一高さの位置に配置されているチャンバによって特徴付けされている。本明細書においての”実質的に同一高さ”は、センサと指標とがプラスマイナス１インチ、またはプラスマイナス０，５インチで同一高さであることを意味する。レーザは、センサと同一レベル（同一平面内）の水平パスに沿って光を照射するのに適する。好ましくは、センサのレベルの水平面内を延在するまたは通過するチャンバ内の対象に対してレーザ光が照射されるように、レーザ光はチャンバの内部を横断する。
【０１４８】
一実施の形態において、レーザ１６４５は、２またはそれ以上のレーザを収容する単一のハウジングを有する。レーザハウジングは、通常、コンパクトであり、またチャンバの作業領域への干渉を抑制する最小限の外形を有する。いくつかの例において、レーザハウジングは、約５インチの長さと、約１．５インチの奥行きと、約１．４インチの高さを備える。別の実施の形態において、２つまたはそれ以上のレーザが、ハウジングの中心軸に対して約３０°外側に傾いた状態でハウジング内に収容されている。図１９および図２３参照。
【０１４９】
一実施の形態において、本発明は、極低温環境において、ユーザが、この低温に全くさらされることなく、材料に触れ、操り、運び、そしてパッケージすることができるデバイスを提供する。本発明のデバイスは、幅広い様々な用途に使用される。例えば、本発明の環境的に制御されたパッケージングシステムは、冷凍庫からパッケージングラインに搬送されるバイアルのラベル付け、予め調整されたパッケージ部材（カートンやパッケージインサート）の冷凍機からパッケージングラインへの搬送、完成した薬剤製品のパッケージングラインから冷凍機への搬送、およびパッケージングステーションの−８０℃から−５０℃の作業環境内の最終製品用コンテナへのラベル済み薬剤製品の搬送などの処理中の作業に使用されてもよい。
【０１５０】
以下、本発明のいくつかのデバイスや実施の形態の有用性を示す様々な非限定的な例が説明される。特に、以下の例は、温度感性の製品や材料をパッケージングする極低温のソリューションを提供する様々なシステム、方法、およびデバイスを示している。本発明のいくつかの実施の形態は、パッケージングプロセスに関わる製品、パッケージ、および人員の完全性を保護する−８０℃から−５０℃の作業範囲を保証する。他の実施の形態は、極低温環境を提供するために共に組み合わせられる複数の個別のモジュールを有し、その組み合わせられたモジュールは、ユーザの安全性や快適性を確保するとともに、製品の処理や拡張のし易さを最大化する。さらに、いくつかの実施の形態において、マルチモジュールパッケージングステーションは、１つまたはそれ以上の可動モジュールと１つまたはそれ以上の固定モジュールを備え、可動モジュールと固定モジュールは、完全な製品パッケージング運転を有する。当業者であれば、本開示によれば、本発明に係る可能な構成すなわち可動モジュールおよび／または固定モジュールが必要や要望に応じて使用されうることが理解される。
【０１５１】
本発明のいくつかの実施の形態はさらに、チャンバの底から所望の高さ位置で該チャンバ内の１つまたはそれ以上の部材を支持して吊り下げる手段としてハーネス（または複数のハーネス）を有する。ハーネスは、コンテナのチャンバの内周と略同等な長さを備えてもよく、それにより、ハーネスがチャンバ内に配置されて内周に外接する。一実施の形態において、ハーネスは、約４７インチ×約１２、５インチの寸法を備える長方形状である。
【０１５２】
ハーネスに支持されるまたは取り付けられうる部材として、以下に示すように、温度センサやレーザがある。したがって、ハーネスは、”センサハーネス”、”レーザハーネス”、”センサおよびレーザハーネス”などと呼ばれる。本文から明らかなように、１つまたはそれ以上のレーザが”センサハーネス”に取り付けられてもよく、１つまたはそれ以上のセンサが”レーザハーネス”に取り付けられてもよい。
【０１５３】
ハーネスは、中空のチューブであって、ハーネスの中空内にアクセスするための開口が設けられた終端を備える。少なくとも１つの実施の形態において、ハーネスは、ステンレス鋼などの金属材料を有する。ハーネスの中空内部は、ハーネスに支持されている様々な部材に電力を供給するためのリード線が延在する管腔を備える。通常、リード線は、終端の開口を介して供給される。
【０１５４】
いくつかの例において、ハーネスは、ハーネスの底または下側表面に複数のスロット状開口を有する。開口は、上述したように、１つまたはそれ以上の温度センサを受け入れるように構成されている。下側表面に開口を配置することにより、温度センサがチャンバ内で下方向に向き、それにより、チャンバ内温度の検出についてその位置が最適化される。
【０１５５】
開口は、通常、ハーネスの下側表面に取り付けられた温度センサによって完全に覆われることを保証する寸法を有する。一実施の形態において、開口は、約０．２５インチの幅と、約０．７５インチの長さとを有する。
【０１５６】
開口は、正確な温度測定を可能にする構成で下側表面に配置されている。一実施の形態において、複数の開口が、ハーネスの長さに沿って等間隔をあけて配置されている。別の実施の形態において、複数の開口は、約８インチから約１５インチの間隔をあけて配置されている。
【０１５７】
ハーネスはさらに、ハーネスの内側表面に配置された一対の開口を有し、それにより、開口はコンテナの内側の前壁に隣接する。開口は、１つまたはそれ以上のレーザのキャリッジを受け入れるように構成されている。レーザキャリッジは、コンテナの内側側壁と内側背壁の少なくとも一方にレベルラインを形成するファンアレイ（ｆａｎ  ａｒｒａｙ）を放射することができる１つまたはそれ以上のレーザダイオードを収容している。開口は、レーザダイオードによって放射された光がユーザから離れてコンテナのチャンバの内部に向かうように、ハーネスに設けられている。
【０１５８】
開口は、通常、ハーネスの内側表面に取り付けられたレーザキャリッジによって完全に覆われることを保証する寸法を有する。１つの実施の形態において、開口は、約０．３７５インチの幅と、約１．０インチの長さとを有する。
【０１５９】
開口は、コンテナの側壁と背壁の内部表面に連続したレベルラインを実現するような構成で内部表面に配置されてもよい。一実施の形態において、複数の開口が、ハーネスの内部表面に沿って等間隔に配置されている。
【０１６０】
本発明のいくつかの例はさらに、リード線と他の回路との通過を容易にする広い直径を備えるセンサハーネスを有する。他の例は、チャンバ内のより深い位置にハーネスを下げるための調節可能なブラケットを備え、それによりチャンバ内のより冷却された領域を検出する。さらにまた、本発明のいくつかの実施の形態は、キャリブレーションや洗浄のために個々のセンサを取り外すことを可能にする様々なキャビティを備えるセンサハーネスを含んでいる。
【０１６１】
本発明のいくつかの実施の形態はさらに、ハーネスに対して容易に着脱されるレーザモジュールを有する。この特徴により、レーザモジュールや回路を湿気にさらすことなく、ハーネス１６２０、１６２５を取り外して洗浄することができる。さらに、この特徴により、レーザモジュールを容易に、新しいまたは異なるレーザモジュールと置き換えるまたは交換することができる。いくつかの例において、レーザモジュールを用いることなく、コンテナを所望に使用してもよい。したがって、本発明のいくつかの実施の形態は、センサハーネスに対して選択的に着脱されうるレーザモジュールを有する。
【０１６２】
図１９は、ハーネスアダプタ２５７０を介してハーネス２５０２に選択的に接続されているレーザキャリッジ２５６０の前方斜視図である。レーザキャリッジ２５６０は、本発明の特徴に対応する任意のサイズ、形状、および全体構造であってもよい。一実施の形態において、レーザキャリッジ２５６０は、レベル水準の指標を提供する水平のファンアレイを放射することができる一対のレーザダイオード２５８３を備える前面２５６２を有する。レーザダイオード２５８３は、放射されたレーザが通過する開口を備えるコンパートメント２５８２内に配置されて収容されている。いくつかの実施の形態において、前面２５６２の外側縁またはコーナーが、レーザキャリッジ２５６０の長手軸２５６４に対して内側に約３０°傾いている。代わりとして、いくつかの例において、前面２５６２は平面を有し、前面２５６２のコーナーまたは側縁は、平面状の前面２５６２に対して内側に約３０°傾いている。これらの傾いた表面とそれぞれが傾いた姿勢のレーザダイオード２５８３とにより、コンテナの側壁と背壁の内部表面に連続したレベルラインが放射される。
【０１６３】
いくつかの例において、レーザキャリッジ２５６０はＬ字形状であって、それによりハーネス２５０２の配置位置を提供するスペース２５９０が設けられる。このＬ字形状構成はさらに、キャリッジハウジング内の様々な部品の配置位置を提供する。他の実施の形態において、レーザキャリッジ２５６０は、レーザキャリッジ２５６０の意図する使用に対応する別の形状を備える。
【０１６４】
図２０を参照すると、レーザキャリッジ２５６０が、ハーネスアダプタ２５７０とハーネス２５０２とから分離した状態で示されている。ハーネスアダプタ２５７０は、ハーネス２５０２を受け入れるように構成された凹面２５７２を有する。いくつかの実施の形態において、ハーネスアダプタ２５７０は、ろう付け、溶接、耐熱性エポキシ樹脂、または他の適合する方法などにより、開口２５３０（図２１参照）を覆うようにハーネス２５０２に永久的に取り付けられている。ハーネスアダプタ２５７０は、通常、開口２５３０の幅に比べて大きい幅を備え、それにより、ハーネスアダプタ２５７０が開口２５３０を完全に囲んで覆う。
【０１６５】
ハーネスアダプタ２５７０はさらに、キャリッジ取り付けプレート２５８０を受けるように構成された平面２５７４を備える。取り付けプレート２５８０は、１つまたはそれ以上の固定具２５８１によってハーネスアダプタ２５７０に選択的に取り付けられている。いくつかの例において、取り付けプレート２５８０とハーネスアダプタ２５７０の平面２５７４との間に流体シール面が実現されている。
【０１６６】
取り付けプレート２５８０はさらに、取り付けプレート２５８０内に埋め込まれ、プレートの平面状の前面と同一平面を構成する取り付けマグネット２５８５を有する。取り付けマグネット２５８５は、前面の中央の垂直軸から等しい距離で、プレートの前面の外縁近くに配置されている。取り付けマグネット２５８５はさらに、図２１に示すように、レーザキャリッジ２５６０に設けられた対応するマグネットに対して位置決めされるように配置されている。したがって、レーザキャリッジ２５６０は、マグネットインターフェースを介して、取り付けプレートに対して選択的に着脱される。
【０１６７】
取り付けプレート２５８０はさらに、プレートの前面から外側に延在するコンタクト面を備えるプラス電気端子２５８７とマイナス電気端子２６８９とを有する。端子それぞれは、上述したように、ハーネス２５０２の中空内を介して供給されるプラスリード線２５９１とマイナスリード線に接続されている。いくつかの実施の形態において、端子それぞれはさらに、端子の電気極性を示す色または印を備える絶縁ハウジング２５７５を有する。電気端子２５８７、２５８９は、電気端子に流れる電流から取り付けプレート２５７０を絶縁するために、絶縁ハウジング２５７５内に確実に取り付けられている。
【０１６８】
図２１を参照すると、レーザ取り付けアセンブリの分解図が示されている。ハーネスアダプタ２５７０はさらに中空部を有し、開口２５３０から出るリード線２５９１、２５９３が通過する。電気リード線は、プラス用の拡張ピンジャック２５７６とマイナス用の拡張ピンジャック２５７７で終端している。取り付けプレート２５７０はさらに、絶縁ハウジング２５７５、固定具２５８１、および取り付けマグネット２４８５を受け入れるように構成された複数の開口を有する。絶縁ハウジング２５７５はさらに、プラス電気端子２５８７とマイナス電気端子２５８９とを受け入れるための開口または管腔を有する。絶縁ハウジング２５７５、プラス電気端子２５８７、およびマイナス電気端子２５８９は、側面にくぼみ穴を備え、それに、電線と拡張ピンジャック２５７６、２５７７が摩擦係合によって電気接続するために挿入されてもよい。いくつかの実施の形態において、電気ピンジャックは、エポキシ系接着剤またはシリコン系接着剤を塗布することにより、はんだ付けにより、または、位置決めねじ（図示せず）などの機械的な手段により、電気端子２５８７、２５８９に永久的に固定されている。
【０１６９】
図２１および図２４を参照すると、レーザキャリッジ２５６０はさらに、レーザキャリッジ２５６０の裏側に設けられた開口２５９６（図２４参照）に挿入される係合取り付けマグネット２５９５を有する。レーザキャリッジはまた、レーザキャリッジ２５６０の開口２６００に挿入される係合プラス電気端子２５９７、係合マイナス電気端子２５９８、および絶縁ハウジング２５９９を有する。いくつかの実施の形態において、電気端子２５８７、２５８９は、取り付けプレート２５８０の前面から外側に突出する半球状表面を備える。係合電気端子２５９７は、端子２５８７の半球状表面を受けるように構成された凹部状表面を備える。したがって、リード線２５９１、２５９３から端子２５９７、２５８９に、半球状表面と凹部状表面との間の界面を介して、電流が流れる。この界面はさらに、取り付けプレート２５８０とレーザキャリッジ２５６０の間の回転軸として機能し、それにより、レーザキャリッジ２５６０が、以下に記載するように、電流を遮断することなく、位置決めねじ２５６１を介して取り付けプレート２５６０に対して調整される。プラス側分岐線セット２６０１とマイナス側分岐線セット２６０３は、レーザキャッジ２５６０内に収容され、プラス拡張ピンジャック２６０５とマイナス拡張ピンジャック２６０７で終端している。ピンジャックは、プラス電気端子２５９７とマイナス電気端子２５９８の受け入れ穴に係合している。分岐線セットは、永久的なはんだ接合を介してレーザダイオードモジュール２５８３に接触して電力を供給する。図２１においては、空間的な配置を明確にするために、分岐線セットはダイオードから離れた状態で示されている。レーザキャリッジ用位置決めねじ２６０８はめねじ穴状くぼみ２６０９に係合し、それにより所定の位置にレーザダイオードモジュール２５８３が固定される。
【０１７０】
図２１−図２４を参照すると、いくつかの例において、レーザキャリッジ２５６０の裏側表面には、取り付けプレート２５８０の長さ、幅、および厚さに比べてわずかに大きい長さ、幅、および深さを備えるくぼみ２５９２が設けられている。このように取り付けプレート２５８０とレーザキャリッジ２５６０の間にキー接続が設けられ、その取り付けプレート２５８０は、レーザキャリッジが取り付けプレート２５８０とハーネスアダプタ２５７０を介してハーネス２５０２に取り付けられたとき、くぼみ２５９２内に適切に着座するように構成されている。取り付けマグネット２５８５と係合マグネット２５９５との間の磁石結合により、取り付けプレート２５８０とレーザキャリッジ２５６０の間の固定、すなわち一時的な接合が提供される。レーザキャリッジ２５６０はさらに、１つまたはそれ以上の固定具２６１２によってレーザキャリッジ２５６０に固定されるボトムプレート２６１０を有してもよい。ボトムプレート２６１０は、コンパートメント２５８２、リード線２６０１／２６０３、電気端子２５９７、およびレーザダイオード２５８０へのアクセスを確保するために、取り外されてもよい。いくつかの実施の形態において、レーザモジュールは、ガラスカバープレート２５８４によって覆われる。ガラスカバープレートは、シリコン系接着剤によって防水シールされてレーザキャリッジのガラスカバー収容部２５８６に固定される。
【０１７１】
いくつかの実施の形態において、レーザキャリッジ２５６０はさらに、前面２５６２を貫通すねじ穴２５６３に係合するレベル位置決めねじ２５６１を有する。レベル位置決めねじ２５６１は、通常、複数の係合マグネット２５９５の位置の中間であって、マグネット２５９５の中心軸が位置合わせされた平面の上方または下方の平面上に配置される。このようなマグネット２５９５と位置決めねじ２５６１の配置により、くぼみ２５９２内に三角形状平面が形成される。この三角形状平面は傾いてもよく、それにより、位置決めねじ２５６１を調整することによってレーザダイオード２５８０によって放射されるファンアレイのピッチを調節することができる。電気端子２５８１と２５９７との間の凹凸接続により、電気接続を断つことなく、取り付けプレート２５８０とくぼみ２５９２との間の傾きは可能になる。さらに、マグネット２５９５と位置決めねじ２５６１の三角形状の配置により、レーザキャリッジ２５６０の排他的な調節が可能になる。図２３を参照すると、いくつかの実施例において、レベル位置決めねじ２５６１により、レーザビームの出射角を、取り付けプレートの電気端子２５８７、２５８９内に位置する回転中心２５５０（図２２の断面参照）から水平方向に１２インチ離れた位置で上側に約１．５インチ、下側に０．８インチ上下方向に調節することができる。
【０１７２】
図２５を参照すると、レーザダイオードモジュール２５８３のポーザー（ｐｏｓｅｒ）回路が分離した状態で示されている。電気リード線２５９１、２５９３は、キャリッジ端子２５９８、２５８７に接触しているレーザ取り付けプレート端子２５８７、２５８９に接続されている。キャリッジジャックピン端子２６０５、２６０７は、キャリッジ端子２５９８、２５９７に接触している。プラス電気リード２６０１はジャックピン２６０５に接続され、マイナス電気リード２６０３はジャック２６０７に接続され、これらの電気リードは、並列に配線されているレーザダイオードに電力を供給するために分岐している。
【０１７３】
実施例１：中央バイアル搬送およびパッケージステーション
【０１７４】
中央バイアル搬送およびパッケージステーションは、サンプルトレイ（例えば、４０カウントサンプルトレイまたはストレージボックス）から製品カートン（例えば、２０カウント製品トレイまたはボックス）に完成品を搬送するための極低温作業領域を提供する固定のシステムを有する。ステーションは、交差結合クローズドセルＨＤＰＥ発泡体から作製され、窒素ボイラー、センサ、レーザ、およびデバイスハーネス（例えば、センサやレーザを支持するための構造体）を収容するチャンバを有する。ハーネスは、６個の抵抗温度検出器（ＲＴＤ）（例えば、パイロメーション（Ｐｙｒｏｍａｔｉｏｎ  ＲＴＤ）、４個のチャンネル拡張モジュールセンサ（ＣＥＭＳ）、および極低温作業領域を示すガイド線を提供する１つまたはそれ以上のレーザを支持する能力を備える。いくつかの例において、ＲＴＤおよびＣＥＭＳは、リード線によってディスプレイおよび／またはコンピュータシステムに接続されている。他の例において、ＲＴＤおよびＣＥＭＳは、ワイヤレス接続によってディスプレイおよび／またはコンピュータシステムに接続されている。
【０１７５】
システム電源がＯＮされると、ＣＥＭＳおよびＲＴＤは、温度をリアルタイムにモニタリングし始めるとともに記録し始める。レーザ電源がＯＮされると、レーザは、極低温作業領域の上限を作業者に示すために、チャンバの内壁上に直線状の境界を照射する。チャンバは、作業高さで（例えば、地面からチャンバの頂部までの４０”）、テーブルに配置される。
【０１７６】
チャンバはさらに、ビデオ映像レコーダおよびディスプレイ（例えば、ＡＢＢ  ＳｃｅｅｎＭａｓｔｅｒ  １０００（ＳＭ１０００））と、温度異常を示すための音声的および視覚的アラームを備えるスタックタワーライト（ｓｔａｃｋ  ｔｏｗｅｒ  ｌｉｇｈｔ）とを含んでいる。いくつかの例において、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）が、ビデオ映像レコーダから送信されたデジタル信号によって制御され、また、スタックタワーライトの音声的および視覚的アラームに必要な高電圧を発生させるために使用される。
【０１７７】
携帯型ユニットの場合、チャンバはさらに、２基の１２Ｖバッテリ２４６０を収容するバッテリボックスを含んでいる。いくつかの例において、バッテリボックス２４６２またはエンクロージャは、ＮＥＭＡ  ４Ｘの仕様にしたがって構築されている。他の例において、バッテリボックス２４６２は、約９．０インチの高さ、約１２．０インチの幅、および約７．０インチの奥行きを備える。
【０１７８】
携帯型ユニットはさらに、バッテリを充電するための２４ＶＤＣロッキングレセプタクル（２４ＶＤＣ  ｌｏｃｋｉｎｇ  ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）を含んでもよい。例えば、１５アンペア、１２５ボルトのＮＥＭＡ  ＭＬ１Ｐ、２Ｐのフランジインレットロッキングレセプタクル（ｆｌａｎｇｅｄ  ｉｎｌｅｔ  ｌｏｃｋｉｎｇ  ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）は、ツイストミニロック部（ｔｗｉｓｔ  ｍｉｎｉ  ｌｏｃｋ  ｆｅａｔｕｒｅ）を備え、バッテリ２４６０に動作可能に接続される。レセプタクルは、頑丈で、衝撃、日光、化学薬品、および雑な使用に対して耐性を備える。バッテリの充電コードはさらに、２４ＶＤＣロッキングレセプタクルを有する。特に、充電コードは、バッテリの充電中に確実に接続するために、バッテリ充電コードに取り付けられる１２アンペア、１２５ボルトのＮＥＭＡ  ＭＬ１Ｒ、１Ｐのロッキングコネクタを含んでいる。これらのレセプタクルは、ＮＥＭＡ  ＭＬ１−Ｃ互換プラグのみを受け入れるように合わせられており、それにより、互換性がない充電システムが抑制される。
【０１７９】
携帯型および／または非携帯型のユニットは、付加的に、電源と１２０ボルトおよび／または２２０ボルトレセプタクルを使用するためのインバータとを含んでもよい。いくつかの例において、１２ＶバッテリまたはＡＣレセプタクル電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータまたはＡＣ−ＤＣコンバータよって３．３ボルトに減圧され、それによりレーザを動作させるために３．３ボルトが使用される。
【０１８０】
ステーションはさらに、ステーションを運転するための複数のスイッチとコントローラとを有するフロントパネルを含んでもよい。いくつかの例において、フロントパネルは、ビデオ映像レコーダの上方に配置される。フロントパネルは、ステーションの”ＯＮ”状態と”ＯＦＦ”状態を制御するシステム電源スイッチを含んでいる。このスイッチは、ステーションの電源に接続されており、それにより、ユーザは、レーザを除くステーションの全ての電気部品を駆動するとともに選択的に制御することができる。フロントパネルはさらに、レーザを単独で操作するための専用のレーザ電源スイッチを有する。したがって、ユーザは、レーザに関係なく、ステーションを選択的に操作することができる。
【０１８１】
ＲＴＤは、デバイスハーネスに取り付けられ、作業領域内の温度変化をモニタリングして記録するために、ビデオ映像レコーダに動作可能に接続されている。作業領域の高さは、レーザによって発生した拡散ビームによってマーキングされ、その拡散ビームは作業スペースの境界にマークを付けている。音声的および視覚的アラームを備えるスタックライトタワーは、チャンバ内の温度がビデオ映像レコーダにセットされた限界温度に達すると、ユーザに音声的なおよび／または視覚的な警告を通知する。
【０１８２】
いくつかの例において、スタックライトタワーは、三つの運転レベルを備える、すなわち、（１）設定された条件でチャンバが運転している状態を示す緑色ライトゾーン、（２）設定された条件から逸脱してチャンバが運転している状態を示す黄色ライトゾーン、および、（３）設定された条件に基づく許容範囲の外側でチャンバが運転している状態を示す赤色ライトゾーンを備える。これにより、必要時にユーザは即座に行動することができる。多くの場合、スタックライトタワーは、チャンバの外側表面にまたはチャンバを保持するカートに取り付けられ、それにより、ユーザは光をクリアに視認することができる。いくつかの例において、スタックライトタワーは、チャンバを保持するカートの後ろに取り付けられ、ユーザの視野にタワーが配置される。
【０１８３】
実施例２：マルチモジュール型搬送およびパッケージステーション
【０１８４】
マルチモジュール型搬送およびパッケージステーションは、互いに連結されて１つの完成品パッケージ運転を行う、複数のバイアル搬送およびパッケージステーションまたは複数のモジュールを有する。マルチモジュール型搬送およびパッケージステーションはさらに、互いに連結されて１つの移動可能な完成品パッケージ運転を行う、さらに移動可能な、複数のバイアル搬送およびパッケージステーションまたは複数のモジュールを有する。さらにまた、マルチモジュール型搬送およびパッケージステーションは、１つの完成品パッケージ運転を行うために、互いに連結し合うおよび／または共同使用される、移動可能および固定の複数のバイアル搬送およびパッケージステーションまたは複数のモジュールを有する。いくつかの例において、完成品パッケージ運転は、４台のバイアル搬送およびパッケージステーションを有する。
【０１８５】
移動可能および／または固定モジュールのチャンバそれぞれは、縁によって画定される開口を備える。多くの場合、モジュールチャンバの縁は、モジュールが支持される床または地面上方の共通の作業高さ位置に設けられている。いくつかの例において、縁は、約２８インチから約５０インチの間の作業高さに設けられている。他の例において、縁は、約３６インチから約４４インチの間の作業高さに設けられている。一実施の形態において、縁は、約４０インチの作業高さに設けられている。
【０１８６】
チャンバは、高い耐久性のＨＤＰＥ発泡体材料から成る。ＨＤＰＥ発泡体により、チャンバ内を所望の作業温度で維持する高い断熱環境が実現される。いくつかの例において、チャンバは、チャンバを画定する４つの側壁とベースとを有する。デバイスの側壁とベースは、チャンバの外側表面への熱移動を抑制する十分な断熱性を提供する壁厚さを備える。いくつかの例において、チャンバは、約２インチから８インチの壁厚さを備える。他の実施の形態において、チャンバは、約６インチの壁厚さを備える。したがって、所望の壁厚さで提供されたＨＤＰＥ発泡体の断熱特性により、チャンバ内が所望の作業温度に最適に維持され、ユーザがチャンバの外側表面に触れたときにやけどを抑制することができる。
【０１８７】
実施例３：冷凍庫用タワーラックアダプタ
【０１８８】
冷凍庫用タワーラックアダプタは、バイアル搬送およびパッケージステーションのチャンバの底に配置されるように構成されている。アダプタは、陰極酸化アルミなどの熱伝導性材料を有し、冷凍庫がラックアダプタの上部に水平に置かれたときにその冷凍庫の底の個々の開口に正確に挿入される複数の突起を含んでいる。個々の開口は、サンプルラックの底表面に配置されている。個々の開口は、その内部に突起が容易に進入でき、サンプルバイアルの通過を防止できる寸法または断面を備える。
【０１８９】
ラックアダプタは、チャンバの底に配置され、所望の作業温度と平衡することができる。冷凍庫ラックは、突起がサンプルラックの底の個々の開口に位置合わせされて挿入されるように、ラックアダプタ上に水平な姿勢で配置される。冷凍庫ラックがラックアダプタ上に降下するにつれて、突起が冷凍庫ラック内に保管されているサンプルトレイに接触し、それにより、サンプルトレイがそのコンパートメントから出て上昇位置に向かって持ち上げられる。ユーザは、サンプルトレイに容易にアクセスして把持し、容易にフリーザラックからチャンバにサンプルトレイを搬送することができる。
【０１９０】
実施例４：バイアルピッキング用ハンドツール
【０１９１】
バイアルピッキング用ハンドツールは、ユーザが１つのバイアルをピックアップしてサンプルトレイから取り除き、そのバイアルを製品トレイに予め配置された空の製品カートンに搬送することができるように構成されている。ハンドツールは、ユーザが極低温の作業環境に腕や手を入れることを回避できるように長いハンドルを有する。それによりユーザは、保護され、安心できる。
【０１９２】
実施例５：製品カートン密閉用ハンドツール
【０１９３】
製品カートン密閉用ハンドツールは、製品バイアルがカートンに挿入された後、ユーザが製品カートンのフラップと蓋とを閉じることができるように構成されている。ハンドツールは、ユーザが極低温の作業環境に腕や手を入れることを回避できるように長いハンドルを有する。それによりユーザは、保護され、安心できる。
【０１９４】
本発明は、明細書や請求項に広く記載されている構造、方法、または他の本質的な特性から逸脱することなく、他の具体的な形態で具現化可能である。記載された実施の形態は、全ての態様について考慮され、また、説明のためだけのものであって、限定するものではない。それゆえ、発明の範囲は、上述の説明によってではなく、添付の請求項によって示される。請求項が意図する範囲および請求項の同等物の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれる。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ−Ｂ】
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【図１５Ｃ−Ｄ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年2月24日(2016.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部チャンバを形成する１つまたはそれ以上の側面と、底面と、開いた上面とを備え、
内部チャンバ内の液密の金属タンクが、チャンバ内に直接的にガスを排出することができる少なくとも１つの開口をタンク上面に備え、側壁内側に取り付けられているまたは接近している、コンテナ。
【請求項２】
コンテナが、０．２ワット毎メートル毎ケルビン未満の熱伝導率を備える材料を有する、請求項１のコンテナ。
【請求項３】
チャンバ温度が、所定の温度範囲に調節されている、請求項１または２のコンテナ。
【請求項４】
コンテナが、液体レベルセンサ、温度センサ、またはこれら両方を有する、請求項３のコンテナ。
【請求項５】
液体レベルセンサ、温度センサ、またはこれら両方からの電気信号を受け取り、チャンバ温度を所定の温度範囲に調節する液体供給レギュレータに電気信号を送信するマイクロプロセッサを有する、請求項４のコンテナ。
【請求項６】
液密の金属タンクが、液密の金属タンク内に配置された抵抗コイルを流れる電流によって加圧されている、または、液密な金属タンクが、液密な金属タンクから液状冷媒を移動させる機械式ポンプを含んでいる、請求項１のコンテナ。
【請求項７】
液密な金属タンクが、液体窒素供給システムを有し、
液体窒素供給システムが、ふた付き重力シュートを有する、請求項６のコンテナ。
【請求項８】
液密なタンクが、タンク開口の最も低い縁が内部チャンバの高さの７５％に比べて低くならないように、内部チャンバに配置されている、請求項１のコンテナ。
【請求項９】
タンクが、１つまたはそれ以上の水平の上縁を備え、
タンクから溢れ出た冷却ガスが、その水平の縁の真下のタンク表面から一様に落ちる、請求項８のコンテナ。
【請求項１０】
タンクが、取り付けられているチャンバ壁の長さの５０％に比べて大きい長さを備えるように構成されている、請求項９のコンテナ。
【請求項１１】
タンクの内部に、タンク内部での液体の移動を抑制するまたは制限する、取り外し可能なまたは永久的に取り付けられた、バッフル、スクリーン、または多孔質材料を有する、請求項８のコンテナ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項のコンテナおよびレーザ取り付けシステムを有し、
レーザ取り付けシステムが、
第１の電気端子に電気的に接続されたレーザダイオードを有するレーザキャリッジと、
第１のマグネットと、
第２の電気端子と第２のマグネットを有する取り付けプレートであって、第２の電気端子と第２のマグネットが、レーザキャリッジが取り付けプレートに接続されたときに、第１の電気端子と第１のマグネットに位置合わせされるように配置されているものと、
センサハーネスの外側表面を受ける第１の表面と、取り付けプレートを受ける対向表面とを備え、ハーネスと取り付けプレートの間に位置するハーネスアダプタと、
第２の電気端子に接続されたリード線とを有するシステム。
【請求項１３】
レーザキャリッジの前面が平面を備え、
前面の側面コーナーの縁が、前面の平面に対して１０°−５０°の範囲で傾いており、
レーザダイオードの中心軸が、前面の平面に対して約３０°傾いている、請求項１２のシステム。
【請求項１４】
レーザダイオードが、前面の第１の傾斜コーナーに配置された第１のレーザダイオードと、前面の第２の傾斜コーナーに配置された第２のレーザダイオードであって、
第１の傾斜コーナーは、前面上で第２の傾斜コーナーの反対側に位置する、請求項１３のシステム。
【請求項１５】
第１のレーザダイオードの中心軸と第２のレーザダイオードの中心軸との間の角度が、２０°−１００°の範囲である、請求項１４のシステム。
【国際調査報告】
2016526146.tif 000031
2016526146.tif 000032