特許 7196339 安全キャビネット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-16

(45)【発行日】2022-12-26

(54)【発明の名称】安全キャビネット

(51)【国際特許分類】

   B01L 1/00 20060101AFI20221219BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20221219BHJP

【ＦＩ】

B01L1/00 A

C12M1/00 K

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021567046

(86)(22)【出願日】2021-06-17

(86)【国際出願番号】 JP2021023124

【審査請求日】2021-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】金子 健

(72)【発明者】

【氏名】松村 健史

【審査官】河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１５６０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０３１９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１０５８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０４６４１３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｌ １／００ － １／０４

Ｃ１２Ｍ １／００

Ｂ２５Ｈ １／２０

Ｆ２４Ｆ ７／０６ － ７／１０

Ｂ０８Ｂ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前面シャッターの内側に形成された作業室内と、
前記作業室内の下面側、前記作業室内の側面側および前記作業室内の背面側と安全キャビネットの外側部分とから形成される循環流路とを備え、前記作業室内に装置を搭載する安全キャビネットにおいて、
前記作業室に整流化した吹き出し気流を供給する吹き出し用整流板と、
前記作業室内の上部よりも前記作業室内の下部が広い水平断面積となるように、仕切り板と、を有し、
前記仕切り板は、
前記吹き出し用整流板から下方へ所定距離から前記作業室内の側面へ傾斜する側面仕切り板と、
前記吹き出し用整流板から下方へ所定距離から前記作業室内の背面へ傾斜する背面仕切り板と、を有する
ことを特徴とする安全キャビネット。

【請求項2】

請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
前記前面シャッターから所定距離において、前記吹き出し用整流板から前記作業室内の下方に向かう気流仕切り板を有する
ことを特徴とする安全キャビネット。

【請求項3】

請求項２に記載の安全キャビネットにおいて、
前記側面仕切り板及び前記背面仕切り板は、前記作業室内において上下にスライドするよう構成した
こと特徴とする安全キャビネット。

【請求項4】

請求項２に記載の安全キャビネットにおいて、
前記側面仕切り板は、前記作業室内の側面と３０度乃至４５度の角度で当接するよう傾斜し、
前記背面仕切り板は、前記作業室内の側面と３０度乃至４５度の角度で当接するよう傾斜している
こと特徴とする安全キャビネット。

【請求項5】

請求項２に記載の安全キャビネットにおいて、
前記気流仕切り板の下端は、前記前面シャッターの下端より上方である
ことを特徴とする安全キャビネット。

【請求項6】

請求項５に記載の安全キャビネットにおいて、
前記気流仕切り板は、前記気流仕切り板と前記前面シャッターとの間の前面シャッター裏面気流を、前記作業室内の装置設置領域の気流より、風速をおさえるものである
ことを特徴とする安全キャビネット。

【請求項7】

請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
前記作業室内の下面を構成し、前記装置を設置する作業台において、装置周囲に沿って排気用スリットを設けた
ことを特徴とする安全キャビネット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、再生医療用や工業用や医薬品の開発や病原体等の研究などに使用する安全キャビネットに関する。

【背景技術】

【0002】

細胞の操作・観察やウイルス等の病原体の研究やワクチン開発等の医薬品の開発などで病原体等を取り扱う場合には、安全キャビネットが使用される。

【0003】

安全キャビネットの一例として、特許文献１には、作業室内の上部に吹き出し用ＨＥＰＡフィルタを設けるとともに、作業室内の前部に開閉可能な前面シャッターを設け、下方後方に後部グリルを、下方前方に前面グリルが設けられる。そして、吹き出し用ＨＥＰＡフィルタから一様に作業室内に空気を供給し、作業室内の底面を形成する作業台の前面グリルと後部グリルから空気を吸い込むことにより、一様に空気が上から下に下降し、作業室内を清浄にする安全キャビネット、が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－７４２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

安全キャビネットを用いれば、細胞の操作・観察や病原体等を作業室内で取り扱うことによる汚染を防止し、かつ、病原体等が作業室内内から作業者側に漏洩することを防止することができる。

【0006】

特許文献１に開示された安全キャビネットでは、作業者は安全キャビネットの正面に座り、前面シャッターの下方の作業開口部から作業室内作業室内に腕を挿入して作業を行うが、バイオ３Ｄプリンタなどの細胞製造用機械や搬送用機械などの装置を安全キャビネット内に設置して取り扱うことは考慮されていない。つまり、作業室内に装置を設置した場合の作業室内全体のダウンフロー風速について考慮されていない。

【0007】

本発明は、安全キャビネット内でバイオ３Ｄプリンタなどの細胞製造用機械や搬送用機械などの装置を設置した場合に、細胞や病原体等が汚染されることを防止する安全キャビネットを提供することを目的とする。

【0008】

また、細胞や病原体等が作業室内作業室内内から作業者側に漏洩することを防止することができる安全キャビネット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】

【0009】

上記課題を解決するための、本発明の「安全キャビネット」の一例を挙げるならば、前面シャッターの内側に形成された負圧状態を保持する作業室内と、前記作業室内の下面側、前記作業室内の側面側および前記作業室内の背面側と安全キャビネットの外側部分とから形成される循環流路とを備え、前記作業室内に装置を搭載する安全キャビネットにおいて、前記作業室内の上部よりも前記作業室内の下部が広い水平断面積となるように、仕切り板を有するものである。

【0010】

また、本発明の「安全キャビネット」の他の一例を挙げるならば、作業室内作業室内の前面の開口部と前面シャッターを有し、前記作業室内作業室内に上方から清浄空気を供給する安全キャビネットであって、装置を設置する作業台において、作業台下の排気循環流路につながる装置を設置する作業台の面の装置外周に沿って、排気用スリットを備えるものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、作業室内上側の左右側面と背面に仕切り板を設けることにより、作業室内の層流を保証できる高風速、例えば０．４５ｍ／ｓ相当のダウンフロー気流を保持できる。

【0012】

また、作業室内前方上側に仕切りを備えることにより、作業室内の層流を保証できる高風速、例えば０．４５ｍ／ｓ相当のダウンフロー気流を保持できる。

【0013】

また、装置の稼働による発塵を外部に漏らすことなく清浄度を確保でき、かつ、作業室内内から作業者側に漏洩することを防止する安全キャビネットを提供できる。

【0014】

さらに、前面シャッター作業室側内面の清浄空気と、作業室内前方上側の仕切りの内面の清浄空気の２層の清浄空気により、強力なエアバリアを形成することができ、装置の稼働や人の作業によるコンタミネーションを抑制できる。

【0015】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】実施例１の安全キャビネットの正面図である。

【図1B】実施例１の安全キャビネットの断面図である。

【図2A】実施例２の安全キャビネットの斜視図である。

【図2B】実施例２の安全キャビネットの断面図である。

【図3A】安全キャビネットの正面図である。

【図3B】安全キャビネットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施例を説明する前に、安全キャビネットの気流の流れを説明する。

【0018】

図３Ａに、安全キャビネットの概略正面図を示し、図３Ｂに、図３ＡのＡ－Ａ’断面を左方より見た安全キャビネットの概略断面図を示す。

【0019】

安全キャビネットは、再生医療用や工業用等の各種キャビネットを含む。以下の説明では、医薬品の開発や病原体等の研究に用いる安全キャビネットとして、具体的に説明する。

【0020】

安全キャビネット１００の内部に、前面を前面シャッター１０３で構成した作業室内１０２を配置している。作業室内１０２は、前面シャッターの内側に形成された負圧状態を保持する。前面シャッター１０３の下方に作業開口部１０４を形成し、作業者は、作業開口部１０４から作業室内１０２に腕を挿入し、前面シャッター１０３を通して作業室内１０２内を見ながら作業を行う。

【0021】

作業室内１０２の下面は作業台１０１からなり、作業台１０１の前面シャッター１０３側に前面スリット１０４ａを配置している。安全キャビネットファン１０６を運転した場合、圧力チャンバ１０９を加圧する。圧力チャンバ１０９には、吹き出し用HEPAフィルタ１１１が接続され、圧力チャンバ１０９内の塵埃を吹き出し用HEPAフィルタ１１１でろ過し、清浄化した空気を吹き出し、吹き出し用整流板１０７で整流化した後、作業室内１０２内に吹き出し気流１１３として供給する。

【0022】

圧力チャンバ１０９には、上方に排気用HEPAフィルタ１１０も接続されている。圧力チャンバ１０９で加圧された空気は、排気用HEPAフィルタ１１０でろ過され、安全キャビネット排気口１０８を通り、排気空気１１４として安全キャビネット１００から排気される。

【0023】

安全キャビネット１００から排気される空気（排気空気１１４）と等しい量の空気（流入気流１１２）が前面シャッター１０３の下方の作業開口部１０４から、安全キャビネット１００内に入る。その空気は、前面シャッター１０３の下方の作業開口部１０４に発生する流入気流１１２である。流入気流１１２は、作業室内１０２の吹き出し気流１１３の一部とともに、前面スリット１０４ａに吸込まれる。この空気は作業台１０１の下方を通る。流入気流１１２は、作業室内１０２の前面シャッター１０３の反対面に形成した後部スリット１０５ａから、吹き出し気流１１３の一部とともに吸込まれ、循環流路１０５を通り、安全キャビネットファン１０６に吸込まれる。循環流路１０５は、作業室内１０２の下面側、作業室内の側面側および作業室内の背面側と安全キャビネットの外側部分とから形成される。つまり、作業開口部１０４から吸い込まれた流入気流１１２を、作業台１０１下部（作業室内１０２の下面）、作業室内１０２の側面および背面と安全キャビネット１００の本体部分とから構成される流路により、循環する。循環流路１０５を通る流入気流１１２は、安全キャビネットファン１０６に吸い込まれ、排気空気１１４として安全キャビネット１００から排出される。

【0024】

作業室内１０２内では病原体等を含む塵埃、エアロゾルを取り扱っているため、循環流路１０５、圧力チャンバ１０９内にも、病原体等を含む塵埃、エアロゾルが存在する。この塵埃、エアロゾルは、作業室内１０２に空気を供給する際には吹き出し用HEPAフィルタ１１１により、安全キャビネット１００から空気を排気する際には、排気用HEPAフィルタ１１０により、それぞれ除去される。

【0025】

作業者は安全キャビネット１００の正面に座り、作業開口部１０４から作業室内１０２に腕を挿入し、前面シャッター１０３を通して作業室内１０２内を見ながら作業を行う。

【0026】

このような安全キャビネットにおいて、日本産業規格JIS K 3800-2009では、気流バランスの確認のための吹出し風速試験は、キャビネット内の撤去できる部品を撤去した後、規定の点において風速試験を実施する、とある。

【0027】

安全キャビネットなどの開放系システムでは、安全キャビネットの作業室内においてバイオ３Ｄプリンタなどの細胞製造用機械や搬送用機械などが設置されても、作業室内内ダウンフロー風速を一定値、例えば、０．４５ｍ／ｓ±２０％（０．３６～０．５４ｍ／ｓ）とすることが要求される。

【0028】

この要求を満足させることは、従来の安全キャビネットファン１０６だけでは、能力的に不足する。そのため、排気用送風機の追加、または、大容量の循環用送風機が必要となり、安全キャビネットを大型化させる要因となる。大型化した安全キャビネットは、既存の設置スペースに設置や設置スペースへの搬入が不可能となる場合がある。

【0029】

また、消費電力や騒音を増大させてしまうので、好ましくない。消費電力の増大は、脱酸素時代の要求にも合致するものではない。

【0030】

本実施例の安全キャビネットによれば、安全キャビネット内でバイオ３Ｄプリンタなどの細胞製造用機械や搬送用機械などの装置を設置した場合において、作業室内の層流を保証できる高風速のダウンフロー気流を保持できる。

【0031】

また、本実施例の安全キャビネットによれば、作業室内１０２内に設置される装置の設置個所の周辺部の清浄度を確保できる。

【0032】

また、本実施例の安全キャビネットによれば、作業室内から作業者側に漏洩することを防止することができる。

【0033】

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

【実施例1】

【0034】

図１Ａ、図１Ｂは、実施例１に係るバイオハザード対策用クラスIIキャビネットに相当する安全キャビネット１００の構造例を示したものである。図１Ａは、その正面図である。図１Ｂは、図１Ａに示した安全キャビネット１００のＡ－Ａ’断面を左方より見た断面図である。

【0035】

本実施例による安全キャビネットは、作業室内の前面の開口部と前面シャッターを有し、作業室内作業室内に上方から清浄空気を供給し、作業室内上側の左右側面と背面に仕切り板を設け、さらに作業室内前方上側に仕切りを備えるものである。

【0036】

図１Ａに、本発明の実施例１の安全キャビネット１００を示す。作業室内１０２内は、照明灯により作業に適した照度が維持されている。また、作業室内１０２の背面上部には、殺菌灯が装備されるのが一般的である。この殺菌灯は、作業前後の作業室内１０２の殺菌を、７０％アルコール等での清拭による除染と合わせて補助的に使用される。

【0037】

安全キャビネット１００の性能として、作業者が内部で取り扱っている細菌・ウイルスに感染しないことが極めて重要であるところ、この機能は、前面シャッター１０３により作業室内１０２と安全キャビネット１００外との空気を隔離することによって得られる。

【0038】

実施例１の安全キャビネット１００は、作業室内上側の左右に側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１を備えている。

【0039】

側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１は、吹き出し用整流板１０７の開口を抑制する形で付いており、吹き出し気流１１３の吹き出し部を制限する。それにより、従来の安全キャビネットファン１０６のままで、大幅な構造の変更無しで、吹き出し気流１１３の風速は早くなり、層流の目安となる風速０．４５ｍ／ｓ±２０％（０．３６～０．５４ｍ／ｓ）を保持できるようになる。

【0040】

側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１は、吹き出し用整流板１０７の１５０ｍｍ程度下方から外側へ傾斜している。この傾斜は、安全キャビネット１００の作業室内の側面と側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１と角度１２０で当接する傾斜であり、３０度～４５度程度である。側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１の傾斜により、吹き出し気流１１３の巻き上げを最小とし、吹き出し気流１１３の淀みを抑えている。作業台１０１近辺では、側面仕切り板１３０も背面仕切り板１３１も無い構造とし、装置の設置スペースと作業スペースを確保している。

【0041】

作業台１０１に設置する装置は、様々な形状が考えられるので、側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１は上下スライド式として作業室内１０２の上部空間を調整できるようにし、設置する装置に合わせた形状にできるようにしてもよい。

【0042】

その場合、側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１は、１００ｍｍ～２００ｍｍ程度上下にスライドする構成とする。作業室内１０２に設置される機械によるが、より多く機械に対応することを考慮すると、５０ｍｍ～３００ｍｍだけ上下ストロークできる構成とすることが望ましい。側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１が上下にスライドすることにより、装置で清浄度が必要な部分や作業域まで層流を保持したままのダウンフロー風速を維持できるようになり、清浄度を確保できるようになる。

【0043】

側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１を傾斜させ、上下にスライドする構成を説明したが、側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１の傾斜を調整する機構を設けても良い。また、側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１は、基本的に直線の仕切り版として説明したが、作業室内１０２に凸の曲線で構成しても良い。

【0044】

即ち、作業室内１０２の水平断面積に着目すると、側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１等の仕切り版により、作業室内１０２の上部（吹き出し用整流板１０７）付近が最も小さくなり、側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１が作業室内１０２の側面に当接する箇所まで、徐々に広くなるように構成する。

【0045】

また、作業室内前方上側の気流仕切り板１３２を設けることで、層流と高清浄度が必要な装置設置部に高風速な清浄空気を確保できる。

【0046】

実施例１の安全キャビネット１００において、気流仕切り板１３２は、前面シャッター１０３から作業室内１０２の奥行方向へ所定距離、例えば、３０ｍｍ～１００ｍｍのところに設置される。気流仕切り板１３２は、吹き出し用整流板１０７に当接し、作業室内１０２の下方に向かい、吹き出し用整流板１０７から下方向に長さ３００ｍｍの仕切り板であり、吹き出し用整流板１０７からの気流を、吹き出し気流１１３と前面シャッター裏面気流１３３とに仕切る。前面シャッター１０３の下端が作業台１０１から上方に２００ｍｍに位置するように前面シャッターを取り付ける。気流仕切り板１３２の下端は、前面シャッター１０３の下端より２５０ｍｍ上方に位置する。本実施例の安全キャビネットでは、作業台１０１から前面シャッター１０３の下端まで(距離Ａ)、前面シャッター１０３の下端から気流仕切り板１３２の下端まで（距離Ｂ）、気流仕切り板の縦方向の長さ（距離Ｃ）は、それぞれ２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍである。距離Ａ、距離Ｂ、距離Ｃは、４：５：６の比率で構成すると、風速の高まった気流仕切り板１３２の裏面気流のエアバリア効果を助長し、装置の搬送部の稼働や人の手作業によるコンタミネーションを抑制することができる。距離Ａ、Ｂ、Ｃの比率は、作業室内１０２に設置される機械の大きさにより、±１０～２０％の範囲で調整することができる。

【0047】

また、気流仕切り板１３２により、前面シャッター１０３の作業室内１０２側の面の前面シャッター裏面気流１３３を上げることなく、従来の安全キャビネット相当の風速（０.３０～０．４０ｍ／ｓ）のままとする。これにより、安定した流入気流１１２によるエアバリアを維持でき、安全キャビネット並みの安定した気流封じ込め性能である気流バランス性能を維持することができる。前面シャッター裏面気流１３３の風速が強すぎると、作業者の腕に風速の強いダウンフロー気流が直接当たることにより、コンタミネーションを抑制することができない。気流仕切り板１３２を設けることにより、前面シャッター裏面気流１３３の風速を０.３０～０．４０ｍ／ｓにすることができ、効果的にコンタミネーションの抑制をすることができる。

【0048】

また、０．６０ｍ／ｓ程度の高風速な流入気流１１２と側面仕切り板１３０と背面仕切り板１３１で仕切られたことによる、作業室内１０２の風速０．４５ｍ／ｓの高いダウンフロー気流により、その間の前面シャッター裏面気流１３３を風速０．３０～０．４０ｍ／ｓという周囲より低い風速に抑えることで、流入気流１１２と吹き出し気流１１３が気流仕切り板１３２の作業室内１０２側に当たることにより、コアンダー効果で風速の高まった気流仕切り板１３２の裏面気流のエアバリア効果を助長し、装置の搬送部の稼働や人の手作業によるコンタミネーションを抑制することができる。

【実施例2】

【0049】

図２Ａ、図２Ｂに、実施例２の安全キャビネットを示す。図２Ａは実施例２の安全キャビネットの斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示した安全キャビネット１００のＡ－Ａ’断面を上方より見た断面図である。

【0050】

実施例２の安全キャビネットの作業台１０１には、設置する装置の外周に合わせて排気循環流路１３４(図１Ｂ参照)に貫通する作業台排気スリット１３５が複数設けてある。

【0051】

作業台排気スリット１３５は、安全キャビネット１００の作業室内上側の左右側面と背面、作業開口部１０４の近く、即ち、作業台１０１に設置される装置の周辺部（作業台１０１の周辺部）に複数設けられる。

【0052】

作業台排気スリット１３５により、装置の搬送部が稼働したり、人が装置を操作したりすることにより発生した塵埃が、作業室内１０２に淀むことなく、排気循環流路１３４に排気され、排気用ＨＥＰＡフィルタ１１０（図３Ｂ参照）または吹き出し用ＨＥＰＡフィルタ１１１(図３Ｂ参照)により清浄化される。

【符号の説明】

【0053】

１００ 安全キャビネット
１０１ 作業台
１０２ 作業室内
１０３ 前面シャッター
１０４ 作業開口部
１０５ 循環流路
１０６ 安全キャビネットファン
１０７ 吹き出し用整流板
１０８ 排気口
１０９ 圧力チャンバ
１１０ 排気用ＨＥＰＡフィルタ
１１１ 吹き出し用ＨＥＰＡフィルタ
１１２ 流入気流
１１３ 吹き出し気流
１１４ 排気空気
１３０ 側面仕切り板
１３１ 背面仕切り板
１３２ 気流仕切り板
１３３ 前面シャッター裏面気流
１３４ 排気循環流路
１３５ 作業台排気スリット

【要約】

高い風速を保持した層流を維持でき、装置が稼働したり、人が装置を操作したりすることによるコンタミネーションを極力抑制することができる。
作業室内の前面の開口部と前面シャッターを有し、前記作業室内に上方から清浄空気を供給する安全キャビネットであって、作業室内上側の左右側面と背面に仕切り板を設け、さらに作業室内前方上側に仕切りを備える。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】