JP2013116068A - 解凍器 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で簡便に冷凍試料を解凍することができる解凍器を提供する。
【解決手段】試料容器に収容された冷凍試料を解凍する解凍器１である。この解凍器１は、ホルダ１４、トランジスタ１８、第１振動部１６及び支持部１９を備える。ホルダ１４は、筒状を呈し、サンプル容器２の少なくとも一部を内部に収容する。トランジスタ１８は、ホルダ１４に熱を与える。第１振動部１６は、ホルダ１４の軸線と交差する方向の振動をホルダ１４へ与える。支持部１９は、弾性を有しホルダ１４を支持する。
【選択図】図４

Description

本発明は、解凍器に関するものである。

従来、化学物質等の環境要因が生物の生長等に影響を及ぼすことが知られている。このような環境要因による影響を評価するためのものとして、下記特許文献１には、筐体内において計測対象から発せられる光を測定する光計測装置が記載されている。この光測定装置では、例えば水質汚染測定のための藻類の生長阻害試験として、藻類から発せられる遅延発光が計測される。

特開２０１０−１２７６３７号公報

上述した光計測装置の測定対象の試料は、冷凍されて提供される場合がある。この場合、測定者は試料を湯煎等によって解凍した上で測定する。しかしながら、測定に影響を及ぼさない温度範囲で解凍する必要があるため、湯煎で解凍する場合には解凍時間が長くなるおそれがある。解凍時間が長くなるほど試料の条件が異なるものになるため、正確な測定が困難となる。当技術分野では、短時間で簡便に冷凍試料を解凍することができる解凍器が望まれている。

本発明の一側面に係る解凍器は、試料容器に収容された冷凍試料を解凍する解凍器である。この解凍器は、ホルダ、加熱部、振動部及び支持部を備える。ホルダは、筒状を呈し、試料容器の少なくとも一部を内部に収容する。加熱部は、ホルダに熱を与える。振動部は、ホルダの軸線と交差する方向の振動をホルダへ与える。支持部は、弾性を有しホルダを支持する。

この解凍器では、冷凍試料を収容した試料容器の一部が筒状のホルダへ収容される。そして、加熱部によってホルダへ熱が与えられる。ホルダには、振動部によって軸線方向と交差する方向の振動が与えられる。また、ホルダは弾性を有する支持部によって支持された状態で振動される。上記構成により、振動によって、ホルダは軸線方向と交差する方向へ振動するとともに、その振動が支持部によって増幅されてホルダが沈み込むように動作する。これにより、冷凍試料にはホルダの軸線を中心とした回転方向に力が作用する。さらに、ホルダの沈み込む動作によって冷凍試料と試料容器との摩擦力が低減され、反動でホルダが元に戻る際に慣性力が働くため、冷凍試料はホルダの軸線を中心として回転運動する。冷凍試料が回転することで、試料容器内で均一に攪拌され、冷凍試料全体に均一に熱が与えられる。よって、短時間で簡便に冷凍試料を解凍することができる。

一実施形態では、振動部は、第１振動部及び第２振動部を備えてもよい。第１振動部は、水平方向成分を含む振動をホルダへ与える。第２振動部は、鉛直方向成分を含む振動をホルダへ与える。このように支持部に直接作用する鉛直方向成分を含む第２振動部を備えることで、ホルダの沈み込み動作が促進される。このため、冷凍試料の回転運動が一層促進されるため、より短時間で冷凍試料を解凍することができる。

一実施形態では、解凍器は、ホルダと試料容器との間に設けられ、加熱部から与えられた熱を試料容器へ伝達する熱伝達媒体をさらに備えてもよい。このように構成することで、加熱部の熱を効率よく試料容器へ伝達させることができる。

一実施形態では、ホルダを収容するとともに、試料容器を挿入する挿入口を有する筐体をさらに備え、挿入口には試料容器を挿入した状態でホルダに固定する固定部が設けられてもよい。このように構成することで、振動により試料容器の挿入位置がずれて解凍時間が不均一になることを回避することができる。

一実施形態では、加熱部は、トランジスタからなってもよい。トランジスタから発生する熱を利用することで、ヒータを用いることなく簡便に冷凍試料を解凍することができる。

一実施形態では、解凍器は、ホルダの温度を測定するセンサをさらに備え、トランジスタは、センサの測定結果に基づいてホルダへ熱を与えてもよい。このように構成することで、解凍に適した温度となるようにホルダへ熱を与えることができる。

以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、短時間で簡便に冷凍試料を解凍することができる。

一実施形態に係る解凍器の斜視図である。 図１の解凍器のII−II線に沿った断面図である。 図１の解凍器のIII−III線に沿った断面図である。 図１の解凍器の内部構造の斜視図である。 図１の解凍器の動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

本実施形態に係る解凍器は、例えば冷凍された藻類の生長阻害試験用の試料（サンプル）を解凍する際に好適に採用されるものである。図１は、本実施形態に係る解凍器１の斜視図である。図１に示すように、解凍器１は、筐体１０を有している。筐体１０は、サンプルを収容する試料容器（サンプル容器）２を挿入するための挿入口が設けられている。挿入口上には、リング部材１２が配置されている。筐体１０の前面には、操作パネル２０が設けられている。操作パネル２０は、例えば解凍温度、解凍時間又は解凍開始タイミングを設定する操作部として機能する。このように、解凍器１には、冷凍されたサンプルを有するサンプル容器２が挿入されるとともに、ユーザが操作パネル２０を操作することによって、所望の解凍温度、解凍時間又は解凍開始タイミングが設定可能な構成とされている。なお、操作パネル２０は、後述するＣＰＵに接続されている。

図２は、図１の解凍器１のII−II線に沿った断面図、図３は、図１の解凍器１のIII−III線に沿った断面図、図４は、解凍器１の内部構造の斜視図である。図２〜４に示すように、解凍器１は、有底筒状のホルダ１４を備えている。ホルダ１４の材料として、例えば金属が用いられる。具体的には例えばアルミニウムが用いられる。ホルダ１４は、開口部１４ａが筐体１０の挿入口１０ａと対向するように筐体１０内部に配置されている。すなわちホルダ１４は、軸線方向が鉛直方向と一致するように配置され、鉛直上方からみて開口部１４ａと挿入口１０ａとが一致するように配置されている。ホルダ１４の開口部１４ａには、サンプル容器２が挿通され、サンプル容器２の少なくとも一部が収容される。

ホルダ１４は、筐体１０の底部１０ｂに、支持板２１を介して支持部１９によって支持されている。ここでは、４つの脚部１９ｂが基台１９ａに形成されており、四方から支持することでホルダ１４を安定に保持している。脚部１９ｂは、例えば図４に示すように矩形の支持板２１の長手方向に沿って２つ配置されるとともに、長手方向に直交する方向に沿って２つ配置されている。このホルダ１４は、筐体１０の内壁に接しないように支持されている。すなわち、筐体１０の天井部と、ホルダ１４の上端との間には空隙が設けられている。支持部１９は、板状部材を折り曲げて構成される。支持部１９は、例えば、略平面の基台１９ａと、基台１９ａに立設された脚部１９ｂと、脚部１９ｂの端部に設けられた取付部１９ｃとを備えている。脚部１９ｂは、基台１９ａから延びた端部が折り曲げられることにより形成される。各脚部１９ｂは、弾性を有する部材で形成されている。例えば、脚部１９ｂとして一方向に振動する部材が用いられる。ここでは脚部１９ｂは板ばねとして形成されている。脚部１９ｂの材料として、ステンレス鋼又はプラスチックが用いられる。また、取付部１９ｃは、脚部１９ｂの端部が折り曲げられることにより形成されている。取付部１９ｃには、ネジ穴が形成されており、支持板２１を介して筐体１０の底部１０ｂとネジ止めによって固定されている。ホルダ１４は、その底部が基台１９ａに例えばネジ止めにより固定されている。上記構成により、ホルダ１４の軸線方向が鉛直方向と一致するように、ホルダ１４が筐体１０に固定されるとともに、後述する振動部によってホルダ１４へ与えられた振動が増幅される。特に、４つの脚部１９ｂを水平面内の所定の二方向に沿って配置することで、後述する振動（水平方向成分及び鉛直方向成分の２つの成分を含む振動）がホルダ１４へ加えられた場合に、振動増幅を効果的に行うことができる。なお、脚部１９ｂの数は４つに限定されず、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。

ホルダ１４には、ホルダ１４へ振動を与える振動部が取り付けられている。ここでは、振動部として、第１振動部１６及び第２振動部１５を備えている。第１振動部１６及び第２振動部１５のそれぞれは、例えばモータ及び重りを備えている。重りは、その重心が偏ったものが採用され、モータの軸に取り付けられる。モータを駆動させることで偏心させた重りが回転し、振動を生む。

第１振動部１６は、モータ軸がホルダ１４の軸線方向と一致するように、ホルダ１４に取り付けられる。例えば、開口部１４ａが形成されたホルダ１４の端部側には、ホルダ１４の径方向外側に突出するモータ載置台１４ｂが設けられている。第１振動部１６は、モータ載置台１４ｂに、モータ軸がホルダ１４の軸線方向と一致するように取り付けられる。これにより、第１振動部１６は、ホルダ１４の軸線と交差（あるいは直交）する方向の振動をホルダ１４へ与える。なお、ここではホルダ１４は、その軸線方向が鉛直方向と一致するように配置されているため、第１振動部１６は、水平方向成分（横方向成分）を含む振動をホルダ１４へ与えるともいえる。

第２振動部１５は、モータ軸がホルダ１４の軸線方向と交差するように、ホルダ１４に取り付けられる。例えば、第２振動部１５は、ホルダ１４の側面に取り付けられる。これにより、第２振動部１５は、ホルダ１４の軸線方向の振動をホルダ１４へ与える。なお、ここではホルダ１４は、その軸線方向が鉛直方向と一致するように配置されているため、第２振動部１５は、鉛直方向成分（上下方向成分、縦方向成分）を含む振動をホルダ１４へ与えるともいえる。

ホルダ１４の内部には、熱伝導部材が配置されている。熱伝導部材として、例えば液体が用いられ、ここでは例えば水が用いられる。これにより、サンプル容器２をホルダ１４の内部に収容した際に、サンプル容器２とホルダ１４の内壁との間に熱伝導部材が配置される。この構成により、後述する加熱部によってホルダ１４へ与えられた熱を効率良くサンプル容器２へ伝達することができる。

筐体１０の挿入口１０ａには、サンプル容器２を挿入した状態で固定するための保持部材１３が設けられている。保持部材１３は、挿入されたサンプル容器２に加わる縦方向の振動を吸収し、挿入位置を保持する。保持部材１３として、例えばゴムからなるＯリングが用いられる。なお、前述したリング部材１２は、保持部材１３の装着位置を固定するための押さえ部材として機能するとともに、前述した熱伝導部材が振動により筐体外へ流出することを防ぎつつ、ホルダ１４と筐体１０との間に生じた間隙を覆うことで、発熱したホルダ１４が使用者の指等に触れないようにする保護カバーとしても機能する。具体的には、リング部材１２は、皿状を呈し、例えば樹脂製で形成されている。リング部材１２の中央に形成された開口部は、テーパとされている。このテーパは、サンプル容器２が簡単にホルダに挿入できるように案内するために設けられているとともに、熱伝導部材としての水をホルダ１４に入れる時はロートとして機能する。リング部材１２には例えば開口部に沿って爪部が設けられており、リング部材１２とホルダ１４との間に保持部材１３を挟み込んだ状態で、爪部がホルダ１４の上部に設けられたフランジ部分に係止される。これにより、リング部材１２がホルダ１４に固定される。このように、保持部材１３及びリング部材１２は、サンプル容器２を挿入した状態で、サンプル容器２を固定する固定部として機能する。

また、ホルダ１４には、上述した第１振動部１６及び第２振動部１５に接続されたトランジスタ１８が設けられている。トランジスタ１８は、第１振動部１６及び第２振動部１５の電力制御を行うドライバであり、制御素子の一つとして機能する。一般にドライバとして動作するトランジスタは、制御出力をする時に損失として発熱し、放熱器で放熱する。これに対して、本実施形態に係るトランジスタ１８は、発熱そのものが制御出力となっており、発熱に使われる電力量を制御する。すなわち、トランジスタ１８は加熱部として機能する。サンプルの一般的な解凍温度から試算すると、サンプル容器２を加熱するために必要な温度は５０℃以下となるため、加熱素子自体の温度も最大でも７０℃を上回らない。そのため、１５０℃程度の耐熱性を有するトランジスタでも十分耐えられる。このように、ヒータとドライバを別々に用意する必要はなくトランジスタ自体も汎用品で十分なことから、比較的安価に高効率な制御を達成できる。また、このトランジスタ１８の電源ラインに温度ヒューズを設けてもよい。このように構成することで、想定最大温度を上回ると温度ヒューズが切れるため、トランジスタ１８を想定範囲の温度内で動作させることができる。

トランジスタ１８は、図示しないアナログ制御回路（ＯＰアンプ）に接続されており、該アナログ制御回路の電流値、温度のフィードバック制御によって動作する。トランジスタ１８の動作は２つのモードで制御される。一つ目のモードは、どの温度でも一定電流以上流さない定電流制御である。二つ目のモードは、目標温度付近では温度差分に応じて電流量を下げ、目標温度でもＯＦＦせず温度保持に必要な電流量を流し、目標温度を超すとさらに温度差に応じて電流量を絞る制御である。なお、ここでは、トランジスタ１８は、ホルダ１４の側面に設けられている。トランジスタ１８の取り付け位置は側面に限定されず、ホルダ１４の底面等であってもよい。

また、ホルダ１４には、温度センサ１７が配置されている。温度センサ１７は、上述したアナログ制御回路、及び操作パネル２０の裏面に配置されたＣＰＵ１１に接続されている。ＣＰＵ１１は、アナログ制御回路の温度設定、例えば解凍温度等を変更する機能を有している。

次に、解凍器１の動作について説明する。ＣＰＵ１１は、解凍時間を短縮するために、操作パネル２０から入力された所望の解凍温度に基づいて、初期設定温度及び最終設定温度を導出し、２つの温度設定を切り替えるように動作する。冷凍されたサンプル容器２は少なくとも０℃以下となっているため、ホルダ１４の目標温度を最初から解凍温度に設定すると、サンプル容器２が挿入された瞬間にホルダ１４の温度が解凍温度以下となる。このため、温度下降を考慮して、サンプル容器２が挿入された際にちょうど解凍温度になるか、又は解凍温度よりも少し低くなるくらいの範囲に初期設定温度を設定する。例えば、所望の解凍温度が３７℃の場合には、＋７℃〜＋１１℃の範囲の４４℃〜４８℃を初期設定温度とし、サンプル容器２を挿入する前にホルダ１４の温度を初期設定温度に到達させる。その後、解凍開始と同時に、すなわちサンプル容器２を挿入した時に、最終設定温度を解凍温度である３７℃に設定する。なお、初期設定温度が高すぎると試料を加熱し過ぎるおそれがあるため、ホルダ１４の比熱及び質量を考慮して、上記範囲を満たすように初期設定温度が決定される。

図５は、解凍器１の動作を示すフローチャートである。図５に示す制御処理は、例えば解凍器１の電源がＯＮされたタイミングで実行される。なお、図５に示す動作の前に、ホルダ１４内部に熱伝達部材として水が注入されているものとする。そして、操作パネル２０がユーザ操作を受け付け、操作パネル２０を介して例えば所望の解凍温度及び解凍時間が入力されているものとする。なお、入力についてはユーザ操作に限られず、予め定められた解凍温度及び解凍時間を用いてもよい。

電源ＯＮされると、トランジスタ１８が発熱し、ホルダ１４を加熱する（Ｓ１０）。ＣＰＵ１１は、温度センサ１７によって検出された温度が初期設定温度に到達するまで、トランジスタ１８を動作させる。初期設定温度に到達すると、その旨がユーザに報知される（Ｓ１２）。例えば、アラームが鳴るとともに、温度状態を報知する表示灯が点滅する。

初期設定温度に到達すると、ユーザによってサンプル容器２が解凍器１に挿入される（Ｓ１４）。この時、保持部材１３でサンプル容器２はホルダ１４に固定される。この状態で、操作パネル２０がユーザ操作を受け付ける。操作パネル２０を介してスタートのタイミングが入力される。スタートのタイミングを示すユーザ操作を受け付けると、タイマーを設定してカウントを開始する。

また、スタートのタイミングを示すユーザ操作を受け付けると、ＣＰＵ１１は、目標温度を最終設定温度に設定するとともに、トランジスタ１８を動作させて、第１振動部１６及び第２振動部１５を駆動させる（Ｓ１６）。そして、温度状態を報知する表示灯を消灯する。保持部材１３でサンプル容器２はホルダ１４に固定されているが、攪拌対象はサンプル容器２内である。このため、サンプル容器２は、例えば試験管の上部を摘んで振る動きと同様に動作し、サンプル容器２内部のサンプルが回転する。

その後、ＣＰＵ１１は、温度センサ１７によって検出された温度が最終設定温度に到達したか否か、さらに、所定時間を経過したか否かを判断する。そして、温度センサ１７によって検出された温度が最終設定温度に到達し、かつ、所定時間が経過したと判断した場合には、温度状態を報知する表示灯を点灯する（Ｓ２０）。ここでは所定時間として例えば２分半が設定される。このように、温度センサ１７の検出温度が最終設定温度に達したか否かだけでなく、サンプル挿入から所定時間を経過したか否かを報知条件とすることで、サンプル容器２内に融け残りが存在する場合であってもホルダ１４の温度が最終設定温度に安定して達したときに報知することができる。表示灯の点灯後、タイマーを設定してカウントを開始する（Ｓ２２）。

ＣＰＵ１１は、タイマーのカウント時間と解凍時間とを比較して、カウント時間が解凍時間を超えたときに、ユーザに報知する（Ｓ２４）。例えば、アラームが鳴るとともに、温度状態を報知する表示灯が点滅する。

以上、本実施形態に係る解凍器１によれば、冷凍サンプルを収容したサンプル容器２の一部が筒状のホルダ１４へ収容される。そして、トランジスタ１８によってホルダ１４へ熱が与えられる。ホルダ１４には、第１振動部１６によって軸線方向と交差する方向の振動が与えられる。また、ホルダは弾性を有する支持部１９によって支持された状態で振動される。上記構成により、振動によって、ホルダ１４は軸線方向と交差する方向へ振動するとともに、その振動が支持部１９によって増幅されてホルダ１４が沈み込むように動作する。これにより、冷凍サンプルにはホルダ１４の軸線を中心とした回転方向に力が作用する。さらに、ホルダ１４の沈み込む動作によって冷凍サンプルとサンプル容器２との摩擦力が低減され、反動でホルダ１４が元に戻る際に慣性力が働くため、冷凍サンプルはホルダ１４の軸線を中心として回転運動する。すなわち、下へ沈み込む動作でホルダ１４との摩擦力を失い、その後、反動で元に戻る時跳ね上げ横方向へ力が加わる。次に沈み込む事で摩擦力を失い前の動作が慣性力で続く事となり、連続的に回転する。このように、大きく振らず回転運動（攪拌運動）を起こさせることができる。冷凍サンプルが回転することで、サンプル容器２内で均一に攪拌され、冷凍サンプル全体に均一に熱が与えられる。よって、短時間で簡便に冷凍試料を解凍することができる。

また、本実施形態に係る解凍器１によれば、振動部として第１振動部１６及び第２振動部１５を備えているので、ホルダ１４の沈み込み動作が促進される。すなわち、第２振動部１５によってホルダ１４の跳ね上げと横方向振動をさらに増強することができる。このため、冷凍試料の回転運動が一層促進されるため、より短時間で冷凍試料を解凍することができる。

また、本実施形態に係る解凍器１によれば、ホルダ１４とサンプル容器２との間に熱伝達媒体である水を備えているため、トランジスタ１８の熱を効率よくサンプル容器２へ伝達させることができる。

また、本実施形態に係る解凍器１によれば、挿入口１０ａにはサンプル容器２を挿入した状態でホルダ１４に固定する保持部材１３及びリング部材１２が設けられているため、振動によりサンプル容器２の挿入位置がずれて解凍時間が不均一になることを回避することができる。

また、本実施形態に係る解凍器１によれば、トランジスタ１８から発生する熱を利用して加熱するため、ヒータを用いることなく簡便に冷凍試料を解凍することができる。

また、本実施形態に係る解凍器１によれば、温度センサ１７によって検出された温度を用いて加熱制御を行うため、予め初期設定温度を所望の解凍温度よりも高く設定することで、解凍時間を一層短くすることができる。

なお、上述した実施形態は、本発明に係る解凍器の一例を示すものである。本発明に係る解凍器は、実施形態に係る解凍器に限られるものではなく、実施形態に係る解凍器を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上述した実施形態では、振動部として、第１振動部１６及び第２振動部１５を備える例を説明したが、第１振動部１６だけであってもよい。

また、上述した実施形態では、Ｓ１４の挿入タイミングでタイマーのカウントを開始し、Ｓ２０の処理において温度センサ１７の検出温度が最終設定温度に到達したか否かだけでなく所定時間を経過したか否かを報知の条件として説明したが、Ｓ２０の処理において温度センサ１７の検出温度が最終設定温度に到達したか否かだけを判断してもよい。

１…解凍器、２…サンプル容器（試料容器）、１０…筐体、１０ａ…挿入口、１２…リング部材（固定部）、１３…保持部材（固定部）、１４…ホルダ、１４ａ…開口部、１５…第２振動部（振動部）、１６…第１振動部（振動部）、１７…温度センサ、１８…トランジスタ（加熱部）、１９…支持部。

Claims (6)

1. 試料容器に収容された冷凍試料を解凍する解凍器であって、
   前記試料容器の少なくとも一部を内部に収容する筒状のホルダと、
   前記ホルダへ熱を与える加熱部と、
   前記ホルダの軸線と交差する方向の振動を前記ホルダへ与える振動部と、
   弾性を有し前記ホルダを支持する支持部と、
   を備える解凍器。
2. 前記振動部は、水平方向成分を含む振動を前記ホルダへ与える第１振動部と、鉛直方向成分を含む振動を前記ホルダへ与える第２振動部と、を含む請求項１に記載の解凍器。
3. 前記ホルダと前記試料容器との間に設けられ、前記加熱部から与えられた熱を前記試料容器へ伝達する熱伝達媒体をさらに備える請求項１又は２に記載の解凍器。
4. 前記ホルダを収容するとともに、前記試料容器を挿入する挿入口を有する筐体をさらに備え、
   前記挿入口には前記試料容器を挿入した状態で前記ホルダに固定する固定部が設けられた請求項１〜３の何れか一項に記載の解凍器。
5. 前記加熱部は、トランジスタからなる請求項１〜４の何れか一項に記載の解凍器。
6. 前記ホルダの温度を測定するセンサをさらに備え、
   前記トランジスタは、前記センサの測定結果に基づいて前記ホルダへ熱を与える請求項５に記載の解凍器。

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