(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-16
(45)【発行日】2022-03-25
(54)【発明の名称】培養装置
(51)【国際特許分類】
C12M 3/00 20060101AFI20220317BHJP
【ＦＩ】
C12M3/00 B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020541097
(86)(22)【出願日】2019-08-14
(86)【国際出願番号】 JP2019031917
(87)【国際公開番号】W WO2020049968
(87)【国際公開日】2020-03-12
【審査請求日】2020-11-10
(31)【優先権主張番号】P 2018166645
(32)【優先日】2018-09-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】592031097
【氏名又は名称】ＰＨＣ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】青木 光
(72)【発明者】
【氏名】本田 紘介
(72)【発明者】
【氏名】平井 弘樹
(72)【発明者】
【氏名】澤井 章人
(72)【発明者】
【氏名】馬場 愛美
【審査官】市島 洋介
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１５４７９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－０６５１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０３５０１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０１７１５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－０１５１９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０
ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
培養空間が内側に形成された内箱と、前記内箱の外側を第一の空間をあけて覆う外箱と、
第一の端部を前記培養空間に露出させつつ前記第一の空間に配置されるＣＯ２センサと、
前記第一の空間内において、前記ＣＯ２センサへ向かう流体の流れを規制する規制部材と、を備え、
前記規制部材は、前記内箱と前記外箱とに密着し、前記第一の空間内において前記ＣＯ ２ センサの周囲を囲う第二の空間を形成するシール材である、培養装置。
【請求項2】
前記第二の空間から前記外箱の外部へと連通する通路を有する、請求項１に記載の培養装置。
【請求項3】
前記ＣＯ２センサの前記第一の端部とは反対側の第二の端部を覆うように設けられ、開口を有するセンサボックスと、前記培養空間に挿通される結露部材と、
前記結露部材を冷却するペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の発熱面に冷却用の気体を供給する送風装置と、
前記発熱面を通過した前記気体を前記センサボックスの前記開口に案内する案内部材と、をさらに備え、
前記通路は、前記センサボックスの内部空間に連通する、
請求項２記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、培養装置に関する。
【背景技術】
【0002】
培養空間に二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを供給する手段と、培養空間のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサとを備え、ＣＯ２センサの検出結果に応じてＣＯ２ガスの供給量を制御する培養装置が知られている（例えば特許文献１）。このような構成により、培養空間の空気のＣＯ２濃度が、細胞や微生物などの培養に適した濃度とされる。
【0003】
このような培養装置には、ＣＯ２センサ（例えば赤外線検知方式のＩＲセンサ）を、培養装置の内箱外に設けられたセンサボックス内に配置したものがある。培養装置内の空気は、配管を介してセンサボックス内に引き込まれ、ＣＯ２センサによってＣＯ２濃度が検出される。センサボックス内は、加温されることで、温度が一定に保持されると共に結露が防止され、この結果、センサボックス内のＣＯ２センサによりＣＯ２濃度を精度良く検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１７－０３５０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、このように、センサボックス内に培養空間の空気を引き込んでこの空気のＣＯ２濃度を検出する構成では、センサボックス内に空気を引き込むための配管が必要となる。このため、配管を設ける分、培養装置のコストアップ及びサイズアップを招く。
【0006】
本発明は、このような課題を解決するために創案されたものであり、培養装置のコストダウン及びサイズダウンを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記従来の課題を解決するために、本発明の培養装置は、培養空間が内側に形成された内箱と、前記内箱の外側を第一の空間をあけて覆う外箱と、第一の端部を前記培養空間に露出させつつ前記第一の空間に配置されるＣＯ２センサと、前記第一の空間内において、前記ＣＯ２センサへ向かう流体の流れを規制する規制部材と、を備え、前記規制部材は、前記内箱と前記外箱とに密着し、前記第一の空間内において前記ＣＯ
２
センサの周囲を囲う第二の空間を形成するシール材である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、培養装置のコストダウン及びサイズダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態に係る培養装置ついて、図面を参照しながら説明する。以下に示す実施の形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施の形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、実施の形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、実施の形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【0011】
以下では、培養装置において、使用時にユーザが正対する側（後述の外扉３ａ及び内扉３ｂのある側）を前、その反対側を後とする。また、前から後に向かって視た場合を基準に左右を定める。
【0012】
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。
【0013】
［１．構成］
本実施形態における培養装置１について図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の培養装置を右側から視た模式的な縦断面である。図２は、本実施形態に培養装置の背面を、カバーを取り外した状態で示す模式図である。
本実施形態における培養装置１について図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の培養装置を右側から視た模式的な縦断面である。図２は、本実施形態に培養装置の背面を、カバーを取り外した状態で示す模式図である。
【0014】
図１及び図２に示す培養装置１は、細胞や微生物などの培養物を培養する装置である。この培養装置１は、培養空間２０が内部に形成され前面に開口２１が形成された略箱状の断熱箱２と、開口２１を開閉する外扉３ａ及び内扉３ｂと、を備えて構成される。培養空間２０は、複数（ここでは３枚）の棚４により上下に区画されている。外扉３ａの外縁には、パッキンＰ１が設けられている。
【0015】
後述するように、培養空間２０は、細胞や微生物などの培養に適切な環境となるように、温度、湿度及びＣＯ２濃度がそれぞれ適切な範囲に保持されるように制御される。
【0016】
断熱箱２は、培養空間２０が内部に形成された略箱状の内箱２ａと、内箱２ａの外側を覆う略箱状の外箱２ｂと、を有して構成される。
【0017】
外箱２ｂは、その内面側に断熱材２ｃを備えている。外箱２ｂの断熱材２ｃの内面と、内箱２ａの外面との間には、内箱２ａの上下左右及び後方を覆うように空間Ｓ１が設けられている。この空間Ｓ１には空気が満たされており、空間Ｓ１内に空気層（所謂エアージャケット）２ｄが形成されている。空間Ｓ１は本発明の第一の空間に相当する。空間Ｓ１は前方に開口部を有し、この開口部はパッキンＰ２により封止されている。内扉３ｂとパッキンＰ２とにより培養空間２０の密閉性が確保されている。
【0018】
培養空間２０には、内箱２ａの背面に上下に延在するダクト５が配置されている。ダクト５の内部には、ＣＯ２等を含む空気の気体通路Ｋが形成されている。培養装置１は、ダクト５の上部に形成された吸込口５ａから培養空間２０のＣＯ２等を含む空気を吸い込み、ダクト５の下部に設けられた吹出口５ｂから培養空間２０に空気を吹き出す。これにより、矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４で示すような空気の強制循環が行われる。ダクト５内には、このような強制循環を行わせるための循環用送風機５ｃが配置されている。
【0019】
また、ダクト５の下部と内箱２ａの底板と間には、加湿用の水Ｗを貯溜する加湿皿６が配置される。加湿皿６は、内箱２ａの底板に設けられたヒータ線（図示省略）により加熱されて水Ｗを蒸発させる。
【0020】
内箱２ａには、培養空間２０の空気のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサ８が設けられている。ＣＯ２センサは、赤外線検知方式のＩＲセンサである。ＩＲセンサではセンサ内部に侵入した空気に発光素子から赤外線を照射すると共にこの赤外線を受光素子で受光し、赤外線の透過率に応じて当該空気のＣＯ２濃度を検出する。
【0021】
このＣＯ２センサ８は、先端部８ａ（一端部）を、培養空間２０、詳しくはダクト５内の気体通路Ｋに露出させ、後端部８ｂ（第二の端部）を、断熱材２ｃに取り付けられている。ＣＯ２センサ８の先端部８ａには、前述の発光素子と受光素子との間に空気を導くための開口（図示省略）が設けられている。
【0022】
空間Ｓ１内すなわち空気層２ｄには、ＣＯ２センサの周囲にシール材９が設けられている。シール材９は、上辺、右辺、下辺、及び左辺を一体に形成した枠体である。シール材９は、内箱２ａの外面と、外箱２ｂの内面（詳しくは断熱材２ｃの内面）とにそれぞれ密着して設けられると共に、枠内にＣＯ２センサ８が位置するように配置されている。すなわち、ＣＯ２センサ８を上下左右から囲うように枠状のシール材９が設けられている。これにより、ＣＯ２センサ８の周囲を、上下左右に対して封止する封止空間Ｓ２が形成されている。シール材９は本発明の規制部材に相当し、封止空間Ｓ２は本発明の第二の空間に相当する。
【0023】
また、ダクト５内には、ダクト５内ひいては培養空間２０を流通する空気、及び、ダクト５の吹出口５ｂの下方の加湿皿６内の水Ｗを殺菌するために、紫外線ランプ７が設けられている。
【0024】
また、培養装置１は、外扉３ａに設けられている操作装置１００から、培養装置１の起動及び停止の指示や、培養空間２０の目標温度（例えば３７℃）、目標湿度（例えば９３％ＲＨ）、ＣＯ２ガスの目標濃度（例えば５％）等の指示入力を受け付ける。そして制御装置（図示省略）は、培養空間２０の温度や湿度、ＣＯ２濃度が上記目標値になるように制御を行う。
【0025】
断熱箱２の外箱２ｂの背面及び底面は、カバー１０で覆われている。外箱２ｂの背面とカバー１０との間の空間は、各種機器を配置するための機械室Ｓ３を形成している。機械室Ｓ３には、培養空間２０にＣＯ２ガスを供給するガス供給装置１２、センサボックス１３、培養空間２０の温度を測定する温度センサ（図示略）、及び、制御装置等の電装部品を収容する電装ボックス（図示略）が設けられている。
【0026】
ＣＯ２センサ８の後端部８ｂは機械室Ｓ３内に露出している。センサボックス１３は、前方に開口した箱体であり、ＣＯ２センサ８の後端部８ｂを、機械室Ｓ３において後方から覆っている。センサボックス１３には温調装置が設けられている。この温調装置により、センサボックス１３の内部空間１３ａの温度を所定範囲内に保持することで、ＣＯ２センサ８の検出精度の感度を一定に保つようにしている。
【0027】
そして、センサボックス１３には、その底壁に開口１３ｂが設けられ、その右側壁下部及び左側壁下部にはそれぞれ開口１３ｃが設けられている。
【0028】
また、断熱材２ｃには、ＣＯ２センサ８の下方に通路２ｅが設けられている。この通路２ｅは、封止空間Ｓ２と機械室Ｓ３とに連通し、本実施形態では、センサボックス１３の内部空間にも連通している。通路２ｅの底面２ｆは、封止空間Ｓ２から機械室Ｓ３に向かって下方に傾斜する傾斜面とされている。
【0029】
また、図２に示すように、断熱箱２の背面には結露部材１１ａが設けられている。この結露部材１１ａは、機械室Ｓ３から培養空間２０に挿入されている。結露部材１１ａは、伝導性が高いほど好ましく、例えば、アルミニウム又は銀等で構成した所定長さの丸棒である。結露部材１１ａは、その機械室Ｓ３内の端部に、ペルチェ素子１１ｂが当該端部に吸熱面を向けて設けられており、この吸熱面によって冷却される。これにより、培養空間２０内において結露部材１１ａ表面に結露水が生成し、この結果、培養空間２０内の湿度を所定範囲内に制御できるようになっている。なお、結露部材１１ａの表面に生成した結露水は、結露部材１１ａから加湿皿６内に滴下する。
【0030】
また、機械室Ｓ３には、ペルチェ素子１１ｂの発熱面に設けられた櫛状のヒートシンク１１ｃと、このヒートシンク１１ｃに向けて冷却風を供給する送風装置１１ｄと、案内部材１１ｅとが備えられている。本実施形態では、これらの結露部材１１ａ、ペルチェ素子１１ｂ、ヒートシンク１１ｃ、及び、送風装置１１ｄは、センサボックス１３の左側に設けられている。送風装置１１ｄから送風され、ヒートシンク１１ｃを介してペルチェ素子１１ｂを冷却し昇温した冷却風（空気）は、案内部材１１ｅによって、センサボックス１３の左側面の開口１３ｃへと案内される。
【0031】
［２．作用効果］
（１）上述したように、従来の培養装置では、ＣＯ２センサをセンサボックス内に配置すると共に培養空間の空気を、配管を介してセンサボックス内に供給していた。これに対し、図１及び図２に示される培養装置１では、ＣＯ２センサ８の先端部８ａを培養空間２０（詳しくはダクト５内）に露出させている。したがって、この培養装置１では、センサボックス内に培養空間の空気を供給するための配管が不要となる。したがって、本発明の一実施形態の培養装置１によれば、従来の培養装置に比べ、配管が不要となる分、構成を簡素化してコストダウンを図ることができると共に、配管の占有スペースを省略してサイズダウンを図ることができる。
（１）上述したように、従来の培養装置では、ＣＯ２センサをセンサボックス内に配置すると共に培養空間の空気を、配管を介してセンサボックス内に供給していた。これに対し、図１及び図２に示される培養装置１では、ＣＯ２センサ８の先端部８ａを培養空間２０（詳しくはダクト５内）に露出させている。したがって、この培養装置１では、センサボックス内に培養空間の空気を供給するための配管が不要となる。したがって、本発明の一実施形態の培養装置１によれば、従来の培養装置に比べ、配管が不要となる分、構成を簡素化してコストダウンを図ることができると共に、配管の占有スペースを省略してサイズダウンを図ることができる。
【0032】
（２）ＣＯ２センサ８が挿通される空間Ｓ１（空気層２ｄ）は、パッキンＰ２により封止されているが、図１に一点鎖線の矢印で示すようにリーク流Ｌが生じることがある。すなわち、培養空間２０の空気が空気層２ｄに流入することがある。培養空間２０の空気が空気層２ｄに流入して、この空気がＣＯ２センサ８内の発光素子と受光素子との間に滞留してしまうと、この滞留した空気は、培養空間２０の空気のＣＯ２濃度を順次測定する際の誤差要因となる。この結果、ＣＯ２センサ８の検出結果に基づく培養空間２０のＣＯ２濃度制御を精度良く行えなくなってしまう。しかし、空間Ｓ１には、シール材９を設けてＣＯ２センサ８へ向かうリーク流Ｌを規制しているので、リーク流Ｌに起因したＣＯ２濃度の測定誤差を抑制することができ、ひいては、培養空間２０のＣＯ２濃度制御を精度良く行うことができる。
【0033】
（３）空間Ｓ１において、シール材９によりＣＯ２センサ８の周囲（上下左右）を囲んで、ＣＯ２センサ８の周囲に封止空間Ｓ２を設けている。この封止空間Ｓ２の存在により、ＣＯ２センサ８へ到達するリーク流Ｌを効果的に減少させてＣＯ２濃度の測定誤差を一層効果的に抑制できる。
【0034】
（４）外箱２ｂの断熱材２ｃに、封止空間Ｓ２から外箱２ｂの外部、この場合、機械室Ｓ３へと連通させる通路２ｅが設けられている。このため、シール材９を通過して封止空間Ｓ２にリーク流Ｌが流入してしまっても、封止空間Ｓ２からリーク流Ｌを排出でき、ＣＯ２濃度の測定誤差を一層効果的に抑制できる。
【0035】
特に、本実施形態では、通路２ｅが封止空間Ｓ２の下側に設けられ、さらに通路２ｅの底面２ｆが封止空間Ｓ２から、封止空間Ｓ２の外部の機械室Ｓ３へ向かって下方に傾斜しているので、次の理由により、ＣＯ２濃度の測定誤差を一層効果的に抑制できる。ＣＯ２は、空気に含まれる成分の中では比重が大きいので、封止空間Ｓ２にリーク流Ｌが流入した場合、封止空間Ｓ２に溜まりやすい。しかし、通路２ｅを封止空間Ｓ２の下側に設け、通路２ｅの底面２ｆを機械室Ｓ３へ向かって下方に傾斜させることで、封止空間Ｓ２に順次溜まっていくＣＯ２ガスを機械室Ｓ３へスムーズに排出できる。
【0036】
（５）図２を参照して、さらに培養装置１の作用効果を説明する。太実線の矢印は、送風装置１１ｄにより圧送された空気（冷却風）の流れを示す。太破線の矢印は、封止空間Ｓ２から機械室Ｓ３やセンサボックス１３内に排出されたＣＯ２を主体とするガス（以下「ＣＯ２ガス」と称す）の流れを示す。
【0037】
送風装置１１ｄにより圧送された空気（冷却風）は、結露部材１１ａを冷却するペルチェ素子１１ｂの発熱面を冷却し昇温した後、案内部材１１ｅの案内によって、左側の開口１３ｃからセンサボックス１３内に流入する。この流入した空気の一部は、センサボックス１３の底面に設けられた開口１３ｂからセンサボックス１３外に流出する。その際、センサボックス１３内のＣＯ２ガスを開口１３ｂから追い出すと共に、センサボックス１３内のＣＯ２ガスを同伴して当該開口１３ｂから流出する。また、センサボックス１３内に流入した他の空気は、センサボックス１３内のＣＯ２ガスを、右側の開口１３ｃから追い出すと共に、センサボックス１３内のＣＯ２ガスを同伴して当該開口１３ｃから流出する。したがって、封止空間Ｓ２やセンサボックス１３内のＣＯ２ガスが順次排出されるので、封止空間Ｓ２にＣＯ２ガスが滞留することがなく、ＣＯ２センサ８によるＣＯ２濃度の測定への影響を抑制できる。
【0038】
さらに、ペルチェ素子１１ｂの発熱面を冷却し昇温した後の空気（冷却風）によりセンサボックス１３内を昇温して、ＣＯ２センサ８の温度を適温に保持できる。
【0039】
［３．その他］
上記実施形態では、空間Ｓ１（空気層２ｄ）において、規制部材としてのシール材９によりＣＯ２センサ８を上下左右から囲むようにしたが、規制部材を、ＣＯ２センサ８の上、下、左、及び、右の一つ、二つ又は三つに設けるようにしてもよい。或いは、シール材９の外周側に、別の枠状のシール材を設けてもよい。すなわち、シール材９を多重に設けてもよい。要するに、規制部材は、ＣＯ２センサ８へ向かう空気の流れを規制するものであれば、形状、配置及び個数は何ら限定されない。
上記実施形態では、空間Ｓ１（空気層２ｄ）において、規制部材としてのシール材９によりＣＯ２センサ８を上下左右から囲むようにしたが、規制部材を、ＣＯ２センサ８の上、下、左、及び、右の一つ、二つ又は三つに設けるようにしてもよい。或いは、シール材９の外周側に、別の枠状のシール材を設けてもよい。すなわち、シール材９を多重に設けてもよい。要するに、規制部材は、ＣＯ２センサ８へ向かう空気の流れを規制するものであれば、形状、配置及び個数は何ら限定されない。
【0040】
２０１８年９月６日出願の特願２０１８－１６６６４５の日本出願に含まれる明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明は、コストダウン及びサイズダウンが図られた培養装置を提供できる。よって、その産業上の利用可能性は多大である。
【符号の説明】
【0042】
１ 培養装置
２ 断熱箱
２ａ 内箱
２ｂ 外箱
２ｃ 断熱材
２ｄ 空気層
２ｅ 通路
２ｆ 底面
３ａ 外扉
３ｂ 内扉
４ 棚
５ ダクト
５ａ 吸込口
５ｂ 吹出口
５ｃ 循環用送風機
６ 加湿皿
７ 紫外線ランプ
８ ＣＯ２センサ
８ａ 先端部（第一の端部）
８ｂ 後端部（第二の端部）
９ シール材（規制部材）
１０ カバー
１１ａ 結露部材
１１ｂ ペルチェ素子
１１ｃ ヒートシンク
１１ｄ 送風装置
１１ｅ 案内部材
１２ ガス供給装置
１３ センサボックス
１３ａ 内部空間
１３ｂ 開口
１３ｃ 開口
２０ 培養空間
２１ 開口
１００ 操作装置
Ｋ 気体通路
Ｌ リーク流
Ｐ１，Ｐ２ パッキン
Ｓ１ 空間（第一の空間）
Ｓ２ 封止空間（第二の空間）
Ｓ３ 機械室
Ｗ 水
２ 断熱箱
２ａ 内箱
２ｂ 外箱
２ｃ 断熱材
２ｄ 空気層
２ｅ 通路
２ｆ 底面
３ａ 外扉
３ｂ 内扉
４ 棚
５ ダクト
５ａ 吸込口
５ｂ 吹出口
５ｃ 循環用送風機
６ 加湿皿
７ 紫外線ランプ
８ ＣＯ２センサ
８ａ 先端部（第一の端部）
８ｂ 後端部（第二の端部）
９ シール材（規制部材）
１０ カバー
１１ａ 結露部材
１１ｂ ペルチェ素子
１１ｃ ヒートシンク
１１ｄ 送風装置
１１ｅ 案内部材
１２ ガス供給装置
１３ センサボックス
１３ａ 内部空間
１３ｂ 開口
１３ｃ 開口
２０ 培養空間
２１ 開口
１００ 操作装置
Ｋ 気体通路
Ｌ リーク流
Ｐ１，Ｐ２ パッキン
Ｓ１ 空間（第一の空間）
Ｓ２ 封止空間（第二の空間）
Ｓ３ 機械室
Ｗ 水
【図1】
【図2】