(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納庫内に設けられた試料棚と、この試料棚を回転させる回転駆動手段と、この試料棚を昇降させる昇降駆動手段と、この回転駆動手段と昇降駆動手段を制御する制御手段を備え、この制御手段は前記試料棚を所定位置に位置決めする位置決め動作と、前記試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わせて収納庫内の雰囲気を撹拌して均一にする撹拌動作とを選択的に行わせることを特徴とするインキュベータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生化学分野等において、細胞や微生物などの培養に使用されるインキュベータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微生物や細胞などの培養や、生化学反応などの生化学処理に用いられる装置としてインキュベータが知られている。インキュベータは、培養や試験の対象となる試料を収納する収納庫に、内部の温度や湿度などの環境条件を維持する機能を備えたものである。一般に同一環境条件下で多数の試料を対象として処理を行うため、インキュベータには多数の試料が収納される。これらの試料は均一な環境条件下におかれる必要があるため、従来は収納庫内に内部の温度や湿度の偏りを均一にするための送風装置などの空気撹拌手段が設けられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来用いられていた送風による撹拌は、同一体積の収納庫内にできるだけ多数の試料を収納するために多段の試料棚を備えた構成のインキュベータに対しては、充分な撹拌効果を得ることが出来なかった。単純な送風ファンによる通風効果は、細かい隙間の内部には及びにくいからである。このため、従来のインキュベータには内部の環境条件を均一に維持することが困難で、生化学処理の信頼性が確保されないという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、内部の環境条件を均一に維持することができ、信頼性に優れたインキュベータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のインキュベータは、収納庫内に設けられた試料棚と、この試料棚を回転させる回転駆動手段と、この試料棚を昇降させる昇降駆動手段と、この回転駆動手段と昇降駆動手段を制御する制御手段を備え、この制御手段は前記試料棚を所定位置に位置決めする位置決め動作と、前記試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わせて収納庫内の雰囲気を撹拌して均一にする撹拌動作とを選択的に行わせる。
【０００６】
本発明によれば、試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わせ、これにより収納庫内の雰囲気を撹拌することにより、複雑な形状の多数の試料棚を有する場合においてもインキュベータ内部の環境条件を均一に維持することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２は本発明の一実施の形態のインキュベータの平断面図、図３は同インキュベータの側断面図、図４は同インキュベータの内部透視図、図５は同インキュベータの制御系の構成を示すブロック図である。
【０００８】
まず図１、図２を参照してインキュベータの内部構造について説明する。図１において、インキュベータ１の外形は断熱壁の筐体２から構成される。筐体２はウォータジャケット（図示省略）を内蔵しており、環境コントロール部である環境コントローラ（図外）によって筐体２の内部の温度や湿度、二酸化炭素濃度などの環境条件を所定の条件に維持するようになっている。
【０００９】
筐体２の前面には第１開口部２ａが設けられ、第１開口部２ａは第１の扉である扉３によって開閉自在となっている。また筐体２の側面には第２開口部２ｂが設けられている。第２開口部２ｂは試料を収容した容器であるプレート６が少なくとも１個通過できる大きさとなっており、プレート出し入れ口として用いられる。第２開口部２ｂには上下方向に開閉自在の第２の扉であるシャッタ５が設けられている。シャッタ５は駆動手段であるシリンダ９（図５参照）によって上下方向に自動的に開閉する。図３は扉３が開放されて第１開口部２ａが開けられ、第２開口部２ｂがシャッタ５により閉じられた状態を示している。７は容器６を搬送する搬送手段であり、分注装置（図示せず）との間で必要な容器を第２開口部２ｂを通して搬送する。
【００１０】
次に、図３および図４を用いて筐体２の内部構造について説明する。筐体２内には円形の試料テーブル１１を複数段連結した試料棚１０が配設されている。図１に示すように、試料テーブル１１は中心部に円孔１１ａが設けられた円環部材であり、試料テーブル１１の上面には、プレート６を載置するための複数（本実施の形態１では１２）の載置部１１ｂが放射状に配置されている。各載置部１１ｂにはプレート６が載置される。載置部１１ｂにはそれぞれ異なる番号が付されており、人や制御部によって特定の載置部１１ｂを識別できるようになっている。
【００１１】
図３（図１のＡ−Ｂ−Ｃ断面を示している）および図４に示すように、筐体２内は水平な隔壁１９によって２つの空間Ｓ１，Ｓ２に仕切られている。隔壁１９より下の第１の空間Ｓ１は、生化学処理対象の試料を制御された環境下で収納する収納庫となっており、隔壁１９より上の第２の空間Ｓ２は第１の空間Ｓ１内に配設される試料棚１０を駆動する駆動機構が配設された動力室となっている。なお第２の空間Ｓ２は密閉する必要はなく、上方および四方の壁を完全になくした開放された空間であってもよい。
【００１２】
試料棚１０は複数の試料テーブル１１を連結部材１６によって上下に連結して構成されており、最上段の試料テーブル１１は昇降部材１８に回転自在に支持された回転体１７に連結部材１６を介して結合されている。回転体１７には垂直に配置されたスプライン軸１５が摺動自在に挿通しており、スプライン軸１５の下端部は筐体２の底面に設けられた軸受け２１によって支持されている。スプライン軸１５の上部は、隔壁１９に設けられた軸孔内に取り付けられた軸受け１９ａに軸支されて第２の空間Ｓ２に突出しており、スプライン軸１５の上端部にはプーリ２４が結合されている。
【００１３】
隔壁１９の上面に配設されたＲ軸モータ２０にはプーリ２２が結合され、プーリ２２とプーリ２４にはベルト２３が調帯されている。Ｒ軸モータ２０を駆動することによりスプライン軸１５が回転し、この回転が回転体１７に伝達されることにより試料棚１０はスプライン軸１５とともに回転運動を行う。したがって、Ｒ軸モータ２０、プーリ２２、ベルト２３、プーリ２４はスプライン軸１５を回転させることにより試料棚１０を回転させる回転駆動手段となっている。
【００１４】
昇降部材１８の対角位置の２ヶ所には２つのナット１４（図３では１個のみ図示）が結合されており、２つのナット１４には送りねじ１３が上下方向に螺入している。隔壁１９に設けられた軸孔内に取り付けられた軸受け１９ｂに軸支されて空間Ｓ２に突出しており、送りねじ１３の上端部にはプーリ２８が結合されている。隔壁１９上に配設されたＺ軸モータ２５にはプーリ２７が結合されており、プーリ２７とプーリ２８にはベルト２９が調帯されている。
【００１５】
昇降部材１８には２本のスライドガイド１２（図１参照）に摺動自在な状態で係合するスライダ１２ａ（図４では１個のみ図示）が取り付けられており、昇降部材１８の昇降動作をこのスライドガイド１２とスライダ１２ａとで案内する。モータ２５を駆動することにより送りねじ１３が回転し、昇降部材１８は昇降動作を行う。したがって、Ｚ軸モータ２５、プーリ２７、プーリ２８、ベルト２９は送りねじ１３を回転させる昇降駆動手段となっている。
【００１６】
すなわち上記構成は、隔壁１９に設けられた軸受け１９ａ，１９ｂを介してスプライン軸１５および送りねじ１３を回転駆動手段および昇降駆動手段とそれぞれ結合した構成となっている。これにより、一般に高温多湿な雰囲気にある第１の空間Ｓ１と分離された第２の空間Ｓ２内に駆動機構を配置することが可能となり、モータなどの駆動機構を高温多湿の環境から隔離・保護することができる。
【００１７】
昇降部材１８の昇降に伴って、試料棚１０も同様に昇降するが、このときスプライン軸１５によって試料棚１０は上下方向のどの位置にあっても回転可能なので、試料棚１０は回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行うことができる。前記回転駆動手段および昇降駆動手段は、試料棚１０を移動させる移動手段を構成している。この移動動作において、Ｒ軸モータ２０、Ｚ軸モータ２５に備えられたエンコーダから発生されるパルス信号をカウントすることにより、各載置部１１ｂの現在位置が特定される。
【００１８】
次に図５を参照してインキュベータ１の制御系について説明する。シリンダ駆動部４０は、プレート出し入れ口４を開閉するシャッタ５を上下動するシリンダ９を駆動する。モータ駆動部４１は、試料棚１０を回転させるＲ軸モータ２０および昇降部材１８を昇降させるＺ軸モータ２５を駆動する。２０ａはＲ軸モータ２０に内蔵されたエンコーダであり、Ｒ軸モータ２０の回転軸の回転をパルス信号として出力する。このパルス信号は、Ｒ軸カウンタ２０ｂによって計数される。２５ａはＺ軸モータ２５に内蔵されたエンコーダであり、Ｚ軸モータ２５の回転軸の回転をパルス信号として出力する。このパルス信号は、Ｚ軸カウンタ２５ｂによって計数される。
【００１９】
Ｒ軸カウンタ２０ｂおよびＺ軸カウンタ２５ｂの計数値は、載置部１１ｂの位置を特定する情報として参照される。本実施の形態では、Ｒ軸エンコーダ２０ａ、Ｒ軸カウンタ２０ｂ、Ｚ軸エンコーダ２５ａ、Ｚ軸カウンタ２５ｂが試料棚の位置検出手段となっている。なお、位置検出手段としては、モータに内蔵されたエンコーダ以外に試料棚１０の位置を直接検出できるものや、試料棚１０の動作を検出してパルス信号を出力する検出器などを使用することもできる。
【００２０】
環境コントローラ４２は筐体２内部の温度や湿度、二酸化炭素ガス濃度などの環境条件を保持する。通信部４３は、上記インキュベータ１側の各部の制御に必要な信号の授受を行う。ここで制御部５０は、インキュベータ１と組み合わせて使用される図外の分注装置に設けられており、分注装置の通信部５３を介して信号の授受を行うインキュベータ１の通信部４３経由でインキュベータ１の各部の動作制御を行う。
【００２１】
制御部５０はシリンダ駆動部４０に扉開閉動作の指令を行い、試料載置部１１ｂ上のプレート６をインキュベータ１の外部へ搬出する際にプレート出し入れ口４を開閉する。また制御部５０はＲ軸カウンタ２０ｂおよびＺ軸カウンタ２５ｂの計数値を参照して載置部１１ｂの位置（例えば第２開口部２ｂの前に位置している載置部の番号）を特定する。そして制御部５０はモータ駆動部４１に対して試料棚１０の位置決め指令もしくは撹拌動作の指令を行う。
【００２２】
すなわちモータ駆動部４１を制御することにより、任意の載置部１１ｂを所定位置に位置決めする位置決め動作を行わせ、また回転棚１０に昇降動作と回転動作を組み合わせた撹拌動作を行わせることができる。この撹拌動作は位置決め目的以外の目的、すなわちインキュベータ１の環境制御室である第１の空間Ｓ１の内部雰囲気を撹拌して温度や湿度を均一にすることを目的として回転棚１０に昇降および又は回転の動作を行わせるものであり、制御部５０からの指令により位置決め動作と選択的に行われる。したがって、制御部５０は試料棚１０を移動させる移動手段を制御する制御手段となっている。
【００２３】
このインキュベータは上記のように構成されており、以下動作について説明する。まず生化学処理作業の開始に先立って、インキュベータ１内部へのプレート６のセッティングが行われる。このセッティング作業においては、所定の試料を収容したプレート６を試料テーブル１１の所定の載置部１１ｂに載置する作業が行われるが、このとき扉３を開いて第１開口部２ａを開放した状態で作業を行うことができるので、広い開口範囲が確保され作業性よく多数のプレートを所定の位置に載置することができる。また、筐体２内部の清掃や保守点検などのメンテナンス時においても同様に良好な作業性が確保される。
【００２４】
次にセッティング完了後、扉３を閉鎖して環境コントローラ４２を作動させる。これにより、筐体２の内部の環境条件は所定の条件に保たれる。この後、分注装置（図示せず）のアッセイプログラムに従って生化学処理が行われる。この処理の過程において、所定の培養時間が経過したプレート６を搬送手段７によってインキュベータ１から取り出し、分析や分注などの諸操作を分注装置等で行った後に、再び搬送手段７によってインキュベータ１内に戻し入れる動作が繰り返される。
【００２５】
このときのプレート６の出し入れは、インキュベータ１と外部とを隔てる側壁に設けられた第２開口部２ｂを介して行われる。第２開口部２ｂは、プレート６が通過できるだけの小さな開口寸法となっており、しかもプレート６の出し入れの必要時のみ制御部５０からの指令によって第２開口部２ｂを塞ぐシャッタ５を自動的に開くようになっているため、内部環境気体が外部に流出したり、外気がインキュベータ１内部に流入することによる環境条件の撹乱を最小限に抑制することができる。
【００２６】
したがって、プレート６の出し入れの度に扉３を開放する従来のインキュベータと比較して、内部の環境条件の変動はきわめて小さく、安定した信頼性の高い生化学処理品質を保つことができる。なお上記実施の形態では、第２開口部２ｂを筐体２の側面に形成した例を説明したが、第２開口部は扉３に形成しても良い。
【００２７】
生化学処理を継続する過程において、所定のタイミングで回転棚１０を移動させてインキュベータ内部の雰囲気を撹拌する撹拌動作が行われる。この撹拌動作は、試料棚１０に回転・昇降を組み合わせた動作を行わせるものであり、この撹拌動作を行うことにより、多数の試料テーブル１１を組み合わせた複雑な形状の試料棚１０を備えたインキュベータ１においても、各試料テーブル１１間の隙間内部を含めてインキュベータ内部の雰囲気気体を満遍なく撹拌することができ、従来の通風ファンなどを用いた方法と比較して格段の内部撹拌効果を得ることができる。したがって、大量の試料を同時に収容する場合においても各試料間の処理条件にばらつきが発生しない。
【００２８】
なお、上記実施の形態においては、円形の試料テーブルを連結した形態の試料棚を回転・昇降させることにより試料棚の移動を行う例を示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば試料棚の構成は単純な多段棚状のものなど、試料を収容した容器が載置できるものであればよい。また、試料棚の移動手段も、回転・昇降動作を行うもの以外の、例えば直交座標ロボットや多関節ロボットによる動作などを用いたものであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、試料棚に回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作を行わせ、これにより収納庫内の雰囲気を撹拌するようにしたので、複雑な形状の多数の試料棚を有する場合においてもインキュベータ内部の環境条件を均一に維持することができ、生化学処理の信頼性を確保することができる。この撹拌動作（回転動作と昇降動作を組み合わせた移動動作）は、試料棚の位置決めに用いられる昇降駆動手段を用いて行われるため、専用の撹拌手段を設ける必要がない。したがってインキュベータの構造を簡素化でき、コスト削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインキュベータの平断面図
【図２】本発明の一実施の形態のインキュベータの平断面図
【図３】本発明の一実施の形態のインキュベータの側断面図
【図４】本発明の一実施の形態のインキュベータの内部透視図
【図５】本発明の一実施の形態のインキュベータの制御系の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  インキュベータ
２  筐体
２ａ  第１開口部
２ｂ  第２開口部
３  扉
５  シャッタ
６  プレート
１０  試料棚
１１  試料テーブル
１３  送りねじ
１４  ナット
１５  スプライン
１７  回転体
【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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