加圧装置、その加圧方法、ポンプ装置及び培養装置
【課題】液体等を圧力伝達媒体に用いる加圧装置に関し、加圧側と被加圧側とを分離し、受圧側の汚染を防止することにある。
【解決手段】圧力を圧力伝達媒体（例えば、水５０）により受圧側に伝達する加圧装置（２）であって、前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部（４６）と、圧力を受ける受圧側空間部（１６）と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜（３４）と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部（７０）と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストン（６４）とを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成である。
【解決手段】圧力を圧力伝達媒体（例えば、水５０）により受圧側に伝達する加圧装置（２）であって、前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部（４６）と、圧力を受ける受圧側空間部（１６）と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜（３４）と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部（７０）と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストン（６４）とを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体やゲル等を圧力伝達媒体に用いる加圧装置の構造やその加圧方法、ポンプ装置及び培養装置に関する。本発明の加圧装置は、材料や部品の耐圧測定に用いる耐圧耐久装置、深海生物等の高圧下での飼育実験装置、生体細胞や生体組織を培養する培養装置等に広く用いられる。
【背景技術】
【０００２】
生体細胞の培養は、培養皿の中で大気圧の圧力下で行われてきたが、近年、体内を模倣した環境下で培養することが提唱され、体内で圧力や荷重のかかる関節軟骨や骨を圧力下で培養することが試みられている。とりわけ、再生医療では、治療に使われるためには、圧力チャンバや流体の通路となる部分を使い捨てにし、他人の遺伝子の汚染や感染症の病原体による汚染を防ぐことが重要である。このことは、微生物や生物の飼育でも、高純度の物質や他の物質の接触を嫌うような材料の試験でも同様のことが言える。そのためには、構造はできるだけ単純化し、かつコスト低減が要請されている。
【０００３】
ところで、高圧を作り出すには、タービンポンプ、ギヤポンプ、プランジャポンプ等を使用するとともに、流体を注入した耐圧容器を閉塞し、その容器内を高圧にするのが一般的である。特許文献１、２には加圧装置が開示されている。
【０００４】
生物を高圧下で飼育するには、海水や淡水を入れた水槽に、外部から海水や淡水を注入し、水槽内の圧力を高める。例えば、特許文献３に開示された技術がそれである。
【０００５】
また、再生医療等に用いられる生体細胞や生体組織の培養では、体内を模倣して加圧しながら培養することが、表現型の維持や最発現、分化誘導、増殖、細胞移動、物質移動に良い効果をもたらすことが言われ、加圧培養装置（特許文献４、５）が提案されている。
【特許文献１】特開平７−３２７６７６号公報
【特許文献２】特開平９−１５１９０３号公報
【特許文献３】特開２００５−６５４７号公報
【特許文献４】特開２００１−２３８６６３号公報
【特許文献５】特表２００４−５１２０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１又は特許文献２の耐圧・耐久装置や、特許文献３の飼育実験装置では、圧力を受けさせる物の周囲の液体をタービンの回転やプランジャの往復運動、ギアモータの回転等によって圧力を高め、加圧している。この際、タービンの回転やプランジャの往復運動、ギアモータの回転等を円滑に行うための潤滑油や漏れを防止するためのシール材料が液体に溶け込み、又は混入することがある。シール材料の流出や混入はその用途を制限することになる。
【０００７】
特許文献５に開示されている生体細胞や生体組織の培養では、培養液中への他の物質の混入を避けるため、ポンプで加圧した加圧チャンバの水の中に細胞を入れて密閉したシールバッグを入れている。このようなシールバッグを用いても、培養液の交換や、他のシールバッグへの移し替えには雑菌等の侵入のおそれがあり、その作業は細心の注意が必要であり、面倒である。
【０００８】
特許文献４に開示されている培養装置では、加圧機構と培養チャンバとが隔離され、加圧用液体と培養液とが直接接触することがない点で汚染防止に優れている。しかしながら、加圧機構が複雑である場合には製造コストが高くなる。また、培養液を送る送液装置において、シール部（Ｏリング）の磨耗で微細粉を生じるおそれがある。
【０００９】
このような課題について、特許文献１〜５にはその開示はなく、それを解決する手段も開示されていない。
【００１０】
そこで、本発明の第１の目的は、液体等を圧力伝達媒体に用いる加圧装置に関し、加圧側と受圧側とを分離し、受圧側の汚染を防止することにある。
【００１１】
斯かる目的を具体的に述べれば、外部の雑菌の侵入を防ぎ、不純物の混入を防ぎつつ、単純な加圧機構で、安価な加圧培養等に適用できる加圧装置を実現することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、受圧側の汚染を防止した加圧装置の加圧方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第３の目的は、既述の加圧装置を用いて流体を圧送させるポンプ装置を実現することにある。
【００１４】
また、本発明の第４の目的は、生体細胞や生体組織を培養する培養装置に関し、既述の加圧装置やポンプ装置の何れか一方又は双方を用いた培養装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そこで、上記第１の目的を達成するため、本発明の第１の側面は、圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置であって、前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受ける受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００１６】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記圧力伝達媒体は液体又はゲルである構成としてもよい。
【００１７】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記シリンダ部に設置され、前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備える構成としてもよい。
【００１８】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記シリンダ部と前記加圧ピストンとの間を封止膜又は封止環により封止する構成としてもよい。
【００１９】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備える構成としてもよい。
【００２０】
上記第２の目的を達成するため、本発明の第２の側面は、圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置の加圧方法であって、受圧膜を備える加圧側空間部に前記圧力伝達媒体を入れる工程と、前記圧力伝達媒体を入れた前記加圧側空間部とシリンダ部とを連結する工程と、前記シリンダ部内に加圧ピストンを摺動させ、該加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、受圧側空間部を加圧可能にする工程とを含む構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００２１】
上記第２の目的を達成するためには、上記加圧装置の加圧方法において、好ましくは、前記圧力伝達媒体は液体又はゲルである構成としてもよい。
【００２２】
上記第２の目的を達成するためには、上記加圧装置の加圧方法において、好ましくは、前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備えるとともに、前記シリンダ部に前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備え、該従動ピストンを前記栓に当てて開栓する工程を含む構成としてもよい。
【００２３】
上記第３の目的を達成するため、本発明の第３の側面は、外部圧力に応じて被移送流体を移送するポンプ装置であって、圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受け、前記被移送流体を流す受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記被移送流体を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記被移送流体を流出させる構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００２４】
上記第３の目的を達成するためには、上記ポンプ装置において、好ましくは、前記受圧側空間部には、出口部に加圧時に開くバルブ、入口部に減圧時に開くバルブを備える構成としてもよい。
【００２５】
上記第４の目的を達成するため、本発明の第４の側面は、圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置を備える培養装置であって、前記加圧装置が、前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受ける受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００２６】
上記第４の目的を達成するため、本発明の第５の側面は、外部圧力に応じて培養液を移送するポンプ装置を備える培養装置であって、前記ポンプ装置が、圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受け、前記培養液を流す受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達流体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記培養液を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記培養液を流出させる構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、次の効果が得られる。
【００２８】
(1) 加圧側と受圧側とを分離でき、加圧側で有害物質や汚染物質が発生しても、受圧側に影響を及ぼすことがない。
【００２９】
(2) 圧力伝達媒体に液体を用いる場合、空気の混入を防止でき、圧力伝達性を高めることができる。
【００３０】
(3) 空気の残留を最小限にすることができるので、加圧機構側の移動距離を小さくしても、高圧力の加圧が得られる。
【００３１】
(4) 圧力チャンバ側の培養液等の液体を加圧側と無関係に交換又は補充することができる。
【００３２】
(5) 加圧機構側の構造を簡略化でき、製造コストの低減が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔第１の実施の形態〕
【００３４】
本発明の第１の実施の形態について、図１ないし図１２を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態に係る加圧装置を示す図、図２は、加圧装置及びバルブを示す分解斜視図、図３及び図４は、圧力チャンバ部の筒状部及びプラグを示す図、図５は、圧力センサの一例を示す図、図６は、加圧ピストン部分を示す断面図、図７は、加圧ピストン側のダイヤフラムを示す図、図８は、圧力チャンバ部の加圧側空間部の封止方法を示す図、図９は、初期状態の加圧装置を示す図、図１０は、圧力チャンバ部の加圧側空間部の封止解除を示す図、図１１は、加圧解除状態にある加圧装置を示す図、図１２は、加圧状態にある加圧装置を示す図である。
【００３５】
この加圧装置２は、図１及び図２に示すように、加圧側から加えられた圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する手段であって、圧力チャンバ部４と、加圧機構部６とを備えており、これら圧力チャンバ部４と加圧機構部６とは着脱可能である。圧力チャンバ部４は培養庫８の内部に設置され、加圧機構部６は培養庫８の外部に設置される。
【００３６】
〔圧力チャンバ部４の構成〕
【００３７】
圧力チャンバ部４は、本体部１０を挟んで結合部１２及び蓋部１４を備えている。本体部１０には結合部１２側からの圧力を受ける受圧側空間部として例えば、空間部１６が形成され、この空間部１６には、流体として例えば、培養液１８を溜め、試験片として例えば、被培養物２０が収容される。この場合、被培養物２０は、生体細胞、生体組織、培養基材に細胞が播種された細胞構成体の何れかである。また、本体部１０には、培養液１８を空間部１６に流入させるための入側ポート２２、空間部１６から培養液１８を流出させるための出側ポート２４が形成され、入側ポート２２に接続された管路２６には第１のバルブ２８、出側ポート２４に接続された管路３０には第２のバルブ３２が設置されている。これらバルブ２８、３２は、圧力チャンバ部４に加えられる圧力に耐えられる耐力を備える必要がある。バルブ２８、３２を開き、培養液１８を空間部１６に循環させて満たし、バルブ２８、３２を閉じることによって空間部１６内に培養液１８を閉じ込め、この状態で培養液１８及び被培養物２０を加圧することができる。
【００３８】
本体部１０と結合部１２との間には伸縮性のあるプラスチックフィルムやその他の薄膜等で形成された受圧膜３４が設置され、この受圧膜３４の周囲部にはＯリング部３６が一体に形成されている。このＯリング部３６によって本体部１０と結合部１２との間がシールされている。また、本体部１０と蓋部１４とは、本体部１０側の立壁３８を蓋部１４側の溝部４０に噛み合わせ、立壁３８の内外にあるＯリング４２、４４を以てシールされている。
【００３９】
結合部１２側には加圧側空間部として空間部４６が形成されているとともに、筒状部４８が形成されている。空間部４６は、結合部１２と受圧膜３４との間及び筒状部４８の内部に至る空間であり、圧力伝達媒体として液体例えば、水５０で満たされる。筒状部４８には図３の（Ａ）に示すように、中間に段差５１を設けて径大部５２と径小部５４とを備えている。この筒状部４８の径小部５４側を開閉するための栓として円柱体のプラグ５６（図１）が設置される。
【００４０】
このプラグ５６は、図３の（Ｂ）に示すように構成されており、その直径が径小部５４及び径大部５２の内径より小さく設定され、その中間部に形成された溝部５８に取り付けられたＯリング６０の外面径が径小部５４の内径より大きく設定されている。また、筒状部４８の先端部には、その外側に加圧機構部６側との密着接合を図るため、Ｏリング６６が取り付けられ、また、その内側にテーパ面６８が形成されている。
【００４１】
筒状部４８の径小部５４側にプラグ５６がＯリング６０を以て嵌入されることにより、プラグ５６によって筒状部４８が閉止され（図１）、プラグ５６が径大部５２側に外されると、図４に示すように、そのプラグ５６の外面部と径大部５２の内壁部との間にスペース６２が形成され、水５０が流動することになる。空間部４６は、加圧機構部６側の加圧ピストン６４の最大突出幅より大きく設定されている。
【００４２】
〔加圧機構部６の構成〕
【００４３】
加圧機構部６は、図１に示すように、シリンダ部７０と、連結部７２と、ピストン機構部７４とを備えている。シリンダ部７０には連結部７２が固定手段として例えば、複数のねじ７６によって固定されているとともに、培養庫８の壁部７８に固定手段として例えば、ねじ８０によって固定されている。また、連結部７２は、圧力チャンバ部４とシリンダ部７０とを連結をするための手段である。この実施の形態では、培養庫８の壁部７８に形成された貫通孔８２に貫通させた連結部７２が庫内に挿入されている。この連結部７２には、シリンダ部７０に通ずる連結孔８４を備えた連結筒部８６が形成され、この連結筒部８６には圧力チャンバ部４側の筒状部４８が挿入され、圧力チャンバ部４が連結される。
【００４４】
シリンダ部７０には、加圧ピストン６４に従動する従動ピストン８８が挿入され、従動ピストン８８とシリンダ部７０の内壁部９０との間には、水５０を流動させるとともに従動ピストン８８の移動を許容するスペース９２が形成されている。従動ピストン８８は、内壁部９０の容積を狭めるための手段であって、軽量の剛体であり例えば、合成樹脂で形成された円柱体である。この場合、従動ピストン８８の直径は、内壁部９０の内径より小さく形成されている。
【００４５】
従動ピストン８８は、プラグ５６と加圧ピストン６４との間に形成されたスペースを埋めてスペース９２内の空気を排除するための容積狭小化部材であるとともに、プラグ５６を開栓するための手段である。スペース９２内に従動ピストン８８とシリンダ部７０との間にできるクリアランスは、従動ピストン８８の自由移動を許容し、加圧ピストン６４からの圧力を伝達できる範囲で最小にする。この場合、クリアランス即ち、スペース９２は小さいので、不要な空気の残留を抑制でき、シリンダ部７０内を昇圧し、高圧化に寄与する。
【００４６】
また、シリンダ部７０には内壁部９０の内部に加えられる圧力を検出する圧力センサ９４が取り付けられ、この圧力センサ９４のセンサ部９６にはシリンダ部７０に形成された検出孔９８を通してシリンダ部７０内の圧力が作用している。圧力センサ９４は、検出圧力を電気信号に変換して出力する。圧力センサ９４は例えば、図５に示すように、センサ部９６及びセンサ回路９７が備えられており、センサ部９６に生じた検出圧力に対する物理変化として例えば、抵抗変化をセンサ回路９７により電気信号Ｖに変換する。この電気信号Ｖは出力端子９９から出力される。
【００４７】
シリンダ部７０の背面側には固定手段である複数のねじ１００によってピストン機構部７４が固定され、このピストン機構部７４は支持筒部１０２と、加圧ピストン６４とを備えている。支持筒部１０２には軸支持部１０４が取り付けられ、この軸支持部１０４には加圧ピストン６４の軸部１０６が摺動可能に支持されている。加圧ピストン６４と支持筒部１０２との間には、伸縮膜であるダイヤフラム１０８とともに、作動突部としてのダイヤフラムリテーナ１０９が設置され、ダイヤフラム１０８は、シリンダ部７０を密封するとともに、加圧ピストン６４の移動を許容する。軸部１０６の後部にはフランジ部１１０が取り付けられ、このフランジ部１１０と軸支持部１０４との間には、弾性部材としてコイルスプリング１１２が設置され、このコイルスプリング１１２の復元力が加えられている。フランジ部１１０の中心部には加圧ポイント１１３が形成され、この加圧ポイント１１３には、駆動手段としてアクチュエータ１１４から押力が付与される。このアクチュエータ１１４から加圧ポイント１１３を通して軸部１０６に例えば、断続的に加圧力が付与される。
【００４８】
〔加圧ピストン６４の構成〕
【００４９】
加圧ピストン６４には図６に示すように、軸部１０６側にフランジ部１１６が形成されており、このフランジ部１１６に対し、支持筒部１０２の内側にストッパ環１１８が形成されているので、このストッパ環１１８にフランジ部１１６が当たることにより、加圧ピストン６４の後退位置が決定されている。
【００５０】
この加圧ピストン６４の先端部にはダイヤフラム１０８が接着材等の固定手段によって固定されるとともに、このダイヤフラム１０８を挟んで円柱状のダイヤフラムリテーナ１０９が固定されている。ダイヤフラム１０８の周縁部にはＯリング部１２０が一体に形成され、このＯリング部１２０はダイヤフラム１０８の固定手段であるとともに、シリンダ部７０の気密保持手段を兼用している。そこで、支持筒部１０２の前端面部には、貫通孔１２２と同心円状の凹部１２４が形成され、この凹部１２４に挿入して保持させたＯリング部１２０を支持筒部１０２とシリンダ部７０との間に介在させ、ねじ１００で支持筒部１０２とシリンダ部７０との間を固定することにより、両者間にＯリング部１２０を密着させ、封止している。
【００５１】
このように、ダイヤフラム１０８は、その周囲部を支持筒部１０２側に固定され、その中央部が加圧ピストン６４側に固定されており、その中間部は、ダイヤフラムリテーナ１０９の周囲部から加圧ピストン６４の前端側を覆うように屈曲させ、ダイヤフラムリテーナ１０９及び加圧ピストン６４の周囲部と支持筒部１０２との間に移動可能に配置されている。
【００５２】
ダイヤフラム１０８は図７に示すように、伸縮性材料で形成されてドーム状を成しており、膜部１２６を有するとともに、その中心部には加圧ピストン６４及びダイヤフラムリテーナ１０９を固定するためのボス部１２８が形成され、膜部１２６の縁部には湾曲部１３０を介在させてＯリング部１２０が形成されている。
【００５３】
次に、この加圧装置２の加圧方法を説明する。この加圧方法には、加圧装置２の組立て時における初期設定と、稼働時の加圧動作とが含まれる。
【００５４】
〔初期設定〕
【００５５】
図１及び図２に示す加圧装置２の各部品を製造した後、図８の（Ａ）に示すように、本体部１０と結合部１２との間に受圧膜３４を挟み込み、受圧膜３４の周囲部にあるＯリング部３６を本体部１０と結合部１２との間に介在させてシールする。この状態では、プラグ５６が装着されていない。１００〔℃〕以上の蒸気滅菌（オートクレーブ）をする場合には、ここで蒸気滅菌を行えばよい。
【００５６】
図８の（Ｂ）に示すように、筒状部４８に水５０を満たし、プラグ５６を取り付けることにより、筒状部４８を封止する。図１は、筒状部４８に水５０を満たし、プラグ５６で封止された状態を示している。電子線滅菌又はγ線により滅菌を行う場合には、ここで滅菌を行えばよい。
【００５７】
クリーンベンチ内で蓋部１４を開け、圧力チャンバ部４の空間部１６に培養液１８と被培養物２０を入れ、空間部１６に空気が残留しないようにし、本体部１０と蓋部１４との間にもＯリング４２、４４を挟み込み、本体部１０に蓋部１４を取り付け、圧力チャンバ部４の本体部１０側をシールする。
【００５８】
図９に示すように、連結部７２に圧力チャンバ部４を取り付け、シリンダ部７０と圧力チャンバ部４とを連結する。そこで、図１０に示すように、フランジ部１１０をコイルスプリング１１２の圧縮方向に移動させ、加圧ピストン６４をシリンダ部７０側に移動させると、この加圧ピストン６４が従動ピストン８８に当たり、加圧ピストン６４とともに従動ピストン８８が筒状部４８側に移動する。
【００５９】
筒状部４８側に移動した従動ピストン８８がプラグ５６に当たり、従動ピストン８８の移動に従い、プラグ５６が筒状部４８の径大部５２側に移動し、筒状部４８の封止が解除される。プラグ５６の封止によって筒状部４８内に保持されていた水５０は、プラグ５６の封止が解かれることにより、筒状部４８から連結部７２を経てシリンダ部７０側に流れ、シリンダ部７０の内壁部９０と従動ピストン８８との間にあるスペース９２内に移動する。このとき、圧力チャンバ部４内の圧力は上昇しているが、加圧ピストン６４の位置を後退させると、大気圧と同じ圧力に復帰する。
【００６０】
加圧ピストン６４の有効断面積をＳ〔ｍ2 〕、加圧ピストン６４に加える力をＦ（Ｎ、ニュートン) とすると、圧力Ｐは、
Ｐ（Ｐａ、パスカル）＝Ｆ／Ｓ ・・・(1)
となる。この圧力は圧力センサ９４で検出される。
【００６１】
〔稼働時の加圧動作〕
【００６２】
この加圧装置２において、アクチュエータ１１４からの加圧力を解除し、コイルスプリング１１２の復元力により加圧ピストン６４を後退させると、図１１に示す状態となる。図１１は、加圧ピストン６４を引き、圧力降下点（０〔ＭＰａ〕）の状態を示している。この場合、バルブ２８を逆止弁とし、バルブ３２を加圧ピストン６４が後退した時点で閉に切り換えれば、圧力チャンバ部４の空間部１６に培養液１８が溜められることになる。
【００６３】
この状態から、図１２に示すように、設定圧力例えば、０．５〔ＭＰａ〕となるように加圧ピストン６４をシリンダ部７０側に移動させると、シリンダ部７０及び連結部７２のスペース９２の水５０が受圧膜３４側に移動し、受圧膜３４が膨張する。この受圧膜３４の変化により、圧力チャンバ部４内の空間部１６にある培養液１８が加圧され、同時に、被培養物２０も加圧されることになる。
【００６４】
このような加圧状態（図１２）と、その解除状態（図１１）とを交互に繰り返すことにより、周期的、断続的又は連続的な加圧を行うことができる。
【００６５】
そして、予め、必要な力を加圧ピストン６４に加えて移動させ、圧力センサ９４の出力を用いて加圧ピストン６４に力を加えるアクチュエータ１１４側にフィードバックし、その力の制御を行えば、圧力チャンバ部４の圧力を正確な圧力に上昇させ、維持させることができる。
【００６６】
圧力の上昇と下降の変化を二次元的或いは三角関数的に変化させ、これを繰り返し行えば、圧力の変化が近似的にサインカーブで変化する繰返し圧力を作り出すことも可能である。
【００６７】
培養時間が経過すると、圧力チャンバ部４を加圧機構部６から外し、クリーンベンチに移動し、クリーンベンチ内で被培養物２０を取り出す。被培養物２０は、再生医療として使う場合には患者に移植すればよいし、その他の場合には培養状態、組織形成等の試験研究に用いることができる。
【００６８】
以上のように、生体細胞や生体組織の培養例を挙げたが、被培養物２０には他の生物を用いてもよい。例えば、培養液１８を海水や淡水にし、被培養物２０を深海生物に置き換えれば、深海生物の飼育に適用できる。また、培養液１８を水や使用環境の液体に置き換え、被培養物２０に代えて耐圧性テストサンプルとしての部品を用いれば、その部品の耐圧試験に適用することもできる。
【００６９】
〔シリンダ部７０内の残留空気の影響と従動ピストン８８の機能〕
【００７０】
この加圧装置２における残留空気の影響について、数式を使って説明する。加圧時の水の圧縮率は、温度が０〔℃〕から４０〔℃〕の範囲で、圧力が１００気圧以下の場合、４．９５×１０-5〔ｃｍ2 ／ｋｇ〕から４．３５×１０-5〔ｃｍ2 ／ｋｇ〕である。例えば、１００〔ｃｍ3 〕の水が１０〔ｋｇ／ｃｍ2 〕の圧力を受けたときの圧縮量は、約０．０４５〔ｃｍ3 〕、（＝約４５μリットル）であるから、無視できる程度である。
【００７１】
これに対して、残留空気の場合には、
Ｐ×Ｖ＝Ｐ1 ×Ｖ1 ＝一定 ・・・(2)
である。但し、Ｐは圧力、Ｖは体積、Ｐ1 は元の圧力、Ｖ1 は元の容積とする。例えば、絶対圧力が１〔ｋｇ／ｃｍ2 〕のとき、１００〔ｃｍ3 〕の体積だった空気Ｖは、絶対圧力が１０〔ｋｇ／ｃｍ2 〕では、１０〔ｃｍ3 〕と１０分の１の体積となり、大きく体積が減少する。
【００７２】
水と空気が混在しているシリンダ部７０に加圧ピストン６４で圧力をかける場合、空気を圧縮させる分だけ、加圧ピストン６４を移動させなければ、所望の圧力は得られない。よって、圧力をかけようとするシリンダ部７０中には、空気が極力少ないことが望ましい。
【００７３】
具体例を挙げると、計算条件は以下の通りである。
【００７４】
圧力チャンバ部４の空間部１６の内容積：１００，０００〔ｍｍ3 〕（＝１００〔ｃｍ3 〕）
加圧ピストン６４の有効直径：１３．５〔ｍｍ〕
ダイヤフラム１０８を含む加圧ピストン６４の有効受圧面積（Ａｐ）：１４３〔ｍｍ2 〕
加圧ピストン６４の可動ストローク（Ｌｍａｘ）：１４〔ｍｍ〕
従動ピストン８８の直径：１４．８〔ｍｍ〕
加圧ピストン６４のシリンダ部７０の内径：１５〔ｍｍ〕
シリンダ部７０の長さ：７０〔ｍｍ〕
筒状部４８の径大部５２の径：１６．５〔ｍｍ〕
筒状部４８の径大部５２の長さ：１６〔ｍｍ〕
この場合、シリンダ部７０の長さは、加圧ピストン６４がぶつからないよう、加圧ピストン６４のストロークより長くする必要がある。
加圧圧力：１．４７〔ＭＰａ〕＝１５〔ｋｇ／ｃｍ2 〕
大気圧：Ｐｏ＝１〔ｋｇ／ｃｍ2 〕とする。
圧力チャンバ部４の残存空気の容積：６００〔ｍｍ3 〕と仮定する。（直径２０〔ｍｍ〕、高さ２〔ｍｍ〕相当の残留空気を仮定）
【００７５】
Ａ）シリンダ部７０に従動ピストン８８が設置されない場合であって、空間部４６に水５０を入れない場合：
【００７６】
この場合、加圧ピストン６４が圧縮可能な容積Ｖｐは、
Ｖｐ＝Ａｐ×Ｌｍａｘ ・・・(3)
から、２，００２〔ｍｍ3 〕となる。シリンダ部７０のスペースの空気容積Ｖｎは１２，３７０〔ｍｍ3 〕、空間部４６の空気容積Ｖｓは３，４２１〔ｍｍ3 〕となる。圧力チャンバ部４の残存空気の容積Ｖｍは６００〔ｍｍ3 〕と仮定すると、シリンダ部７０内に閉じ込められる空気の総容積Ｖｏは、
Ｖｏ＝Ｖｎ＋Ｖｓ＋Ｖｍ ・・・(4)
から、１６，３９１〔ｍｍ3 〕となる。総容積Ｖｏを加圧ピストン６４で圧縮すると、圧縮後の容積Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖｏ−Ｖｐ ・・・(5)
から、１４，３８９〔ｍｍ3 〕となる。（液体も収縮するが、空気に比べると非常に小さく無視できるため、空気の収縮のみ計算する。）このときの圧力Ｐｃは、
Ｐｏ×Ｖｏ＝Ｐｃ×Ｖｃ ・・・(6)
Ｐｃ＝Ｐｏ×Ｖｏ／Ｖｃ ・・・(7)
から、１．１４〔ｋｇ／ｃｍ2 〕、この圧力Ｐｃは絶対圧であるので、相対圧にすると、０．１４〔ｋｇ／ｃｍ2 〕となる。
【００７７】
このことから、国際単位で、０．０１４〔ＭＰａ〕となり、加圧部分に空気を保有している場合は、殆ど昇圧できないことを意味する。
【００７８】
Ｂ）シリンダ部７０に従動ピストン８８を設置した場合であって、空間部４６に水５０を入れた場合：
【００７９】
加圧ピストン６４が圧縮可能な容積Ｖｐを２，００２〔ｍｍ3 〕とすると、従動ピストン８８とシリンダ部７０のスペース９２に存在する空気の容積Ｖｎは３２７〔ｍｍ3 〕となる。
【００８０】
空間部４６の空気容積Ｖｓは、空間部４６に水５０を入れると、理論的にはＶｓ＝０となるが、実際には僅かな空気が、受圧膜３４と結合部１２の隙間に気泡となって残存することが予想される。この残存空気の容積Ｖｓを６００〔ｍｍ3 〕と仮定する。
【００８１】
圧力チャンバ部４の残留空気の容積Ｖｍは６００〔ｍｍ3 〕となる。シリンダ部７０内に閉じ込められる空気の総容積Ｖｏは、式（４）より１，５２７〔ｍｍ3 〕となる。この場合の空気容積Ｖｏは、加圧ピストン６４が圧縮可能な容積Ｖｐより小さくなり、十分な加圧ないし昇圧をすることができる。
【００８２】
Ｃ）残留空気として２，５００〔ｍｍ3 〕程度が存在する場合
【００８３】
この場合、既述のＢ）の条件に９７３〔ｍｍ3 〕の空気が追加されることになり、９７３〔ｍｍ3 〕の容積の水が減少することを意味する。
【００８４】
圧力を１５〔ｋｇ／ｃｍ2 〕（絶対圧で１６〔ｋｇ／ｃｍ2 〕）として考えると、空気の大気圧中の容積Ｖｏは２，５００〔ｍｍ3 〕、式（６）より収縮後の容積Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｐｏ×Ｖｏ／Ｐｃ ・・・(8)
から、１５６〔ｍｍ3 〕となる。収縮量Ｖａｄは、
Ｖａｄ＝Ｖｏ−Ｖｃ ・・・(9)
から、２，３４４〔ｍｍ3 〕となる。これは、空気の収縮のみでも加圧ピストン６４の圧縮可能な容積２，００２〔ｍｍ3 〕より大であるから、１．５〔ＭＰａ〕の加圧はできないことになる。
【００８５】
しかしながら、３〔ｋｇ／ｃｍ2 〕（絶対圧４〔ｋｇ／ｃｍ2 〕）程度の加圧は可能である。空気の大気圧中の容積Ｖｏは、上記と同様に２，５００〔ｍｍ3 〕とする。収縮後の容積Ｖｃは、式（８）より６２５〔ｍｍ3 〕、収縮量Ｖａｄは、式（９）より１，８７５〔ｍｍ3 〕、圧力チャンバ部４内の水５０の容積Ｖｗは１０１，８４８〔ｍｍ3 〕、水５０の収縮量Ｖｗｄは１９〔ｍｍ3 〕、総収縮量Ｖｔｄは１，８９４〔ｍｍ3 〕となり、加圧ピストン６４の圧縮可能な容積２，００２〔ｍｍ3 〕より小であるから、３〔ｋｇ／ｃｍ2 〕の加圧は可能となる。このように、高い圧力では不可能でも低い圧力なら加圧ができることもある。この圧力で水５０を加圧すると、圧力チャンバ部４中の空気は、圧力チャンバ部４内の水５０に徐々に溶け込み、空気の影響が低下する。空気は、高圧中では、水に溶け込み易い性質がある（ヘンリーの法則）。
【００８６】
この圧力で１５分から２時間程度加圧するとともに、シリンダ部７０内の空気が水に溶け込んで容積が減った分、水５０又は培養液１８を少しずつ供給し、或いは入れ替えれば、圧力チャンバ部４の内壁や、被培養物２０に付着している空気は、気体として存在がなくなるので、高圧力の加圧が可能になる。
【００８７】
このように、高圧力を加えるのではなく、一旦、低い圧力で一定時間加圧した後、高い圧力を加えれば、加圧しようとする水に空気が混入しても、その水５０への溶込みにより、空気の影響を回避でき、十分な強さの圧力を得ることができる。
【００８８】
上記実施の形態から特徴事項等を抽出して列挙すれば次の通りである。。
【００８９】
(1) 圧力チャンバ部４の受圧側の空間部１６が加圧側とは受圧膜３４で仕切られているので、受圧側の汚染を防止できる。加圧機構部６側で有害物質、汚染物質が発生しても、圧力チャンバ部４や試験片への影響はない。
【００９０】
(2) 圧力チャンバ部４に連結されるシリンダ部７０とピストン機構部７４とがダイアフラム１０８で仕切られているので、シリンダ部７０の内部空間の汚染も防止できる。
【００９１】
(3) 加圧ピストン６４の可動範囲である空間に、圧力上昇にとって弊害となる気体を排除するために、水５０等の液体が封入され、圧力チャンバ部４の筒状部４８はプラグ５６によって封止されている。
【００９２】
(4) 加圧機構部６側の空間容積が可能な限り小さく設定されている。空間が生じる場合は、その空間に、液体又は固体（従動ピストン８８）を入れて、空気（気体）を極力排除している。
【００９３】
(5) 圧力チャンバ部４と加圧機構部６とを結合させた後、プラグ５６のシールを解除し、圧力チャンバ部４の空間と加圧機構部６の空間の二つの空間を一つの空間に統合させている。
【００９４】
(6) 低めの加圧を行い、不要な空気（気体）を液中に溶け込ませ、その後、目的の圧力まで圧力を上昇させるというように二段階で圧力を上げている。
【００９５】
(7) 加圧装置２は、圧力チャンバ部４に入側ポート２２、出側ポート２４を備え、ポンプ機能を持っているので、圧力チャンバ部４内の液体を交換できる。
【００９６】
(8) 加圧ピストン６４の動作スペースには圧力伝達媒体として水５０が満たされ、空気を排除するので、圧力伝達性が向上している。加圧ピストン６４が動作する空間に水を溜めて加圧に障害となる空気を排除でき、加圧機構部６に接続するまで空間部４６にはプラグ５６によって水５０を保持しておくことができる。また、水５０には高圧下で空気を吸収させることができ、その結果、空気の残留を最小限にできるので、加圧ピストン６４は小さな移動距離で高い圧力上昇が得られる。
【００９７】
(9) 加圧機構部６に接続した後、プラグ５６で仕切られていた二つの空間が一つの空間に統合するので、加圧ピストン６４の作動によって、圧力チャンバ部４に圧力を伝達できるとともに、圧力センサ９４で正確な圧力検出が可能である。
【００９８】
(10) 加圧機構部６や、圧力チャンバ部４に空気混入があっても、段階的に加圧値を上昇させることができ、高い圧力の加圧が可能である。
【００９９】
(11) 自動で圧力チャンバ部４内の液体を交換又は補充することができる。
【０１００】
(12) 複雑な加圧機構部６は不要であり、加圧装置２のコスト低減が図れる。
【０１０１】
〔第２の実施の形態〕
【０１０２】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１３を参照して説明する。図１３は、第２の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。図１３において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【０１０３】
第１の実施の形態では、圧力伝達媒体である液体の一例として水５０を用いたが、ゲルを用いてもよく、第２の実施の形態は、圧力伝達媒体にゲルを用いた場合である。ゲルは液体と固体との中間の形態を持つ物質であって、柔軟性と弾力性を兼ね備えた性質を有する。ゲルの殆どは多量の水分を含む含水ゲル（ハイドロゲル）であって、水分を吸収する性質を有する。第１の実施の形態で述べたように、水５０が高圧下で水分を吸収する現象は、ゲルにおいても同様に生じ得る。ゲルはある形状を保っているが、その力は弱く、簡単に分子鎖を破ることができ、流動し得る。
【０１０４】
そこで、図１３に示すように、水５０（図１）に代え、ゼラチン等をゾル状態で空間部４６に注入し、冷却する等の方法でゲル化すればよい。このようにして圧力チャンバ部４の結合部１２側の空間部４６に注入されたゲル１５０では、水５０（図１）の場合に必要としていたプラグ５６は不要となる。ゲル１５０はある形状を保っているので、プラグ５６の機能を果たす。また、ゲル１５０の形状の保持力は弱く、加圧ピストン６４の摺動による加圧によって簡単に破ることができ、流動する。即ち、ゲル１５０は、プラグ５６と水５０（図１）との機能を果たし、ゲル１５０の分子鎖が破壊されることによって液体と同様に圧力伝達媒体としての機能を果たす。
【０１０５】
また、ゲル１５０には混入した空気が溶け込み、空間部４６の空気を実質的に排除する機能を果たすので、水５０（図１）と同様の圧力伝達機能を果たす。その他の動作は、第１の実施の形態と同一であるので、その説明を省略する。
【０１０６】
〔第３の実施の形態〕
【０１０７】
次に、本発明の第３の実施の形態について、図１４ないし図２１を参照して説明する。図１４は、第３の実施の形態に係るプランジャポンプを示す図、図１５及び図１６は、圧力チャンバ部を示す図、図１７は、圧力チャンバ部の加圧側空間部及びその閉止を示す図、図１８は、圧力チャンバ部の加圧側空間部の閉止解除を示す図、図１９は、圧力チャンバ部の受圧側空間部の減圧状態を示す図、図２０は、圧力チャンバ部の受圧側空間部の加圧状態を示す図、図２１は、結合部側の変形例を示す図である。
【０１０８】
このプランジャポンプ２００は、ポンプ装置の一例であって、第１の実施の形態の加圧装置２と同様の機構を備えており、ピストン機構を活用し、ピストン機構の往復動に応じて被移送流体の送液を可能にしたものである。
【０１０９】
このプランジャポンプ２００について、第１の実施の形態の加圧装置２とを比較すると、プランジャポンプ２００では、圧力チャンバ部２０８の圧力の昇降に応じて、入口部２０２から被移送流体である液体２０４を流入させ、出口部２０６から液体２０４を排出させる。圧力の昇降は、正確に管理する必要はないので、圧力センサ９４（図１）は不要であり、また、従動ピストン８８（図１）も不要である。
【０１１０】
このプランジャポンプ２００では、高圧となっている空間に液体２０４を引き込む場合には、その高圧に打ち勝って、加圧ピストン２５６の移動容積と同等の量をより正確に引き込む必要があるので、加圧部の残留空気（気体）を極力少なくしなければならない。これは、加圧装置２と同様である。そこで、このプランジャポンプ２００は、圧力チャンバ部２０８と加圧機構部２１０とを備えており、これらは着脱可能である。
【０１１１】
〔圧力チャンバ部２０８の構成〕
【０１１２】
圧力チャンバ部２０８は、本体部２１２と結合部２１４とを備えている。本体部２１２には受圧側空間部として空間部２１６が形成され、この空間部２１６には入口部２０２から吸引された液体２０４が溜められ、その液体２０４が出口部２０６から流出される。また、入口部２０２にはバルブとしての逆止弁２１８、出口部２０６にはバルブとしての逆止弁２２０が設置されている。逆止弁２１８には通路２２２を開閉するボール２２４が設置され、このボール２２４にはスプリング２２６の復元力が加えられている。同様に、逆止弁２２０には通路２２８を開閉するボール２３０が設置され、このボール２３０にはスプリング２３２の復元力が加えられている。即ち、逆止弁２１８は減圧時の吸引力によって開かれ、逆止弁２２０は昇圧時の加圧力によって開かれる。
【０１１３】
本体部２１２と結合部２１４との間には伸縮性のあるプラスチックフィルムやその他の薄膜等で形成された受圧膜２３４が設置され、この受圧膜２３４の周囲部にはＯリング部２３６が一体に形成されている。このＯリング部２３６によって本体部２１２と結合部２１４との間にシールが施されている。
【０１１４】
結合部２１４側には図１４及び図１５に示すように、加圧側空間部として空間部２３８が形成されているとともに、筒状部２４０が形成されている。空間部２３８は、結合部２１４と受圧膜２３４との間及び筒状部２４０の内部に至る空間であり、圧力伝達媒体として液体例えば、水２５８で満たされる。この筒状部２４０には中間に段差２４２を設けて径大部２４４と径小部２４６とを備えている。また、この筒状部２４０を開閉するための栓として円柱体のプラグ２４８が設置されている。プラグ２４８は、図３の（Ｂ）に示したものと同様である。このプラグ２４８の直径は径小部２４６及び径大部２４４の内径より小さく設定され、プラグ２４８の中間部に形成された溝部２５０に取り付けられたＯリング２５２の外面径が径小部２４６の内径より大きく設定されている。そこで、径小部２４６側にプラグ２４８がＯリング２５２を以て嵌入されることにより、プラグ２４８によって筒状部２４０が閉止される。また、プラグ２４８が外れると、図１６に示すように、スペース２５４が形成されて水２５８が流動する。空間部２３８は、加圧機構部２１０側の加圧ピストン２５６の最大突出幅より大きく設定されている。
【０１１５】
また、筒状部２４０の先端部には、その外側に加圧機構部２１０側との密着接合を図るため、Ｏリング２６０が取り付けられ、また、その内側にテーパ面２６２が形成されている。
【０１１６】
〔加圧機構部２１０の構成〕
【０１１７】
加圧機構部２１０は、図１４に示すように、シリンダ部２６４とピストン機構部２６６とを備えている。シリンダ部２６４は、筒状部２４０に嵌合させて取り付けられ、ピストン機構部２６６の加圧ピストン２５６が挿入されている。シリンダ部２６４と筒状部２４０との間には、既述のＯリング２６０が設置され、このＯリング２６０によって封止されている。また、シリンダ部２６４には、Ｏリング２６８が設置されるとともに、ガイド環２７０、２７２が取り付けられ、シリンダ部２６４の内壁側と加圧ピストン２５６の外面との間の摺動性及び気密性が保持されている。
【０１１８】
シリンダ部２６４には、加圧ピストン２５６の外側を包囲する機構部カバー２７４が取り付けられ、この機構部カバー２７４の後部側に突出させたガイド筒２７６には、加圧ピストン２５６の軸部２７８が摺動可能に支持されている。加圧ピストン２５６の軸部２７８にはフランジ部２８０が取り付けられ、このフランジ部２８０が加圧ピストン２５６の後方移動を阻止するストッパを構成している。このフランジ部２８０とシリンダ部２６４の外壁部との間にはコイルスプリング２８２が設置され、このコイルスプリング２８２の復元力が加えられている。従って、加圧ピストン２５６はその復元力により、フランジ部２８０が機構部カバー２７４に当接する位置で停止状態に置かれている。加圧ピストン２５６を受圧膜２３４側に移動させるには、コイルスプリング２８２の復元力を超える加圧力が必要である。そこで、加圧ピストン２５６の軸部２７８の後方には、加圧ピストン２５６を前後動させるための力を加えるアクチュエータ２８４が設置されている。
【０１１９】
次に、このプランジャポンプ２００の加圧方法について説明する。
【０１２０】
加圧機構部２１０の各部品を組み立てた後、図１７の（Ａ）に示すように、受圧膜２３４を本体部２１２と結合部２１４とで挟み、受圧膜２３４のＯリング部２３６を以て本体部２１２と結合部２１４との間をシールする。１００〔℃〕以上の蒸気滅菌（オートクレーブ）をする場合は、プラグ２４８にて栓をする前に圧力チャンバ部２０８のみ蒸気滅菌を行えばよい。
【０１２１】
図１７の（Ｂ）に示すように、結合部２１４の筒状部２４０の空間部２３８に水２５８を満たした後、筒状部２４０をプラグ２４８で封止する。電子線滅菌又はγ線によって滅菌を行う場合にはここで圧力チャンバ部２０８のみ滅菌を行う。
【０１２２】
圧力チャンバ部２０８を加圧機構部２１０に取り付け、図１４に示すように、両者を連結する。
【０１２３】
この状態で、図１８に示すように、加圧ピストン２５６を受圧膜２３４側に移動させることにより、筒状部２４０の封止が解除される。加圧ピストン２５６に押され、径大部２４４側にプラグ２４８が移動すると、筒状部２４０のシールは解除され、筒状部２４０の空間部２３８内にプラグ２４８が移動する。このとき、筒状部２４０内の水２５８の一部が加圧ピストン２５６をシールしているＯリング２６８側に達する。
【０１２４】
加圧ピストン２５６に加えられている力を解除すると、図１９に示すように、コイルスプリング２８２の復元力がシリンダ部２６４とフランジ部２８０との間に作用し、その復元力によって加圧ピストン２５６はフランジ部２８０が機構部カバー２７４に衝突する位置に戻る。この状態が圧力チャンバ部２０８の内部圧力が最も低下し、加圧状態にあった圧力チャンバ部２０８の空間部２１６は減圧状態に移行し、逆止弁２１８が開状態となる。このとき、圧力チャンバ部２０８の空間部２１６内に入口部２０２から液体２０４が流入する。
【０１２５】
そこで、図２０に示すように、加圧ピストン２５６を押し込むと、圧力チャンバ部２０８の内圧が高まり、逆止弁２２０が開状態となり、圧力チャンバ部２０８内の液体２０４は出口部２０６から流出する。このように加圧ピストン２５６を往復動させることにより、液体２０４を循環させることができる。
【０１２６】
加圧ピストン２５６とＯリング２６８等のシール材の一部やシール材に塗布したオイルが加圧ピストン２５６の摺動により、水２５８に混ざりこんでも、受圧膜２３４で仕切られているので、培養液等の液体２０４には全く影響を及ぼさず、液体２０４が汚染されることはない。
【０１２７】
加圧ピストン２５６が加圧するスペースや圧力チャンバ部２０８は液体で満たされ、空気等の気体が含まれなければ、収縮は無視できるほど小さいので、加圧ピストン２５６の断面積をＳｐ、ストロークＬｐとすれば、供給（循環）液量Ｑは、
Ｑ＝Ｓｐ×Ｌｐ ・・・(10)
と見做すことができ、動作ストロークによって供給（循環）液量が算定でき、流量センサ等が不要となる。
【０１２８】
なお、この実施の形態において、筒状部２４０の径大部２４４の形成に代え、図２１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、一対の溝部２８６を形成してもよい。このような構成にすれば、プラグ２４８が筒状部２４０中でも保持され、且つ、空間内の水２５８は、加圧ピストン２５６側と連通させることができる。図２１の（Ａ）は、結合部２１４を示す平面図、図２１の（Ｂ）は、図２１の（Ａ）のXXIB−XXIB線断面図であって、封止解除前のプラグ位置を示し、図２１の（Ｃ）は、図２１の（Ａ）のXXIC−XXIC線断面図であって、封止解除後の状態を示す図である。
【０１２９】
なお、この実施の形態においても、圧力伝達媒体としての水２５８はゲル１５０で構成してもよい。
【０１３０】
〔第４の実施の形態〕
【０１３１】
次に、本発明の第４の実施の形態について、図２２を参照して説明する。図２２は、第４の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。図２２において、図１又は図１４と同一部分には同一符号を付してある。
【０１３２】
第１の実施の形態では、加圧機構部６にシリンダ部７０、連結部７２及びピストン機構部７４を備え、ピストン機構部７４にはダイヤフラム１０８で封止された加圧ピストン６４が用いられているが、加圧装置２に第３の実施の形態のプランジャポンプ２００（図１４）の加圧機構部２１０を用いたものである。
【０１３３】
斯かる構成では、プランジャポンプ２００と同様にシリンダ部２６４が設置され、シリンダ部２６４と加圧ピストン２５６との間がＯリング２６８を用いて封止されている。その封止構造は、第１の実施の形態の加圧装置２（図１）に比較して簡略化され、ダイヤフラム１０８を用いた場合に比較し、Ｏリング２６８では耐圧性が向上している。しかも、従動ピストン８８が省略されており、加圧ピストン２５６によってプラグ５６の開栓が可能になっている。その他の動作は第１の実施の形態と同一であるので、その説明を省略する。
【０１３４】
なお、この実施の形態においても、圧力伝達媒体としての水５０はゲル１５０で構成してもよい。
【０１３５】
〔第５の実施の形態〕
【０１３６】
次に、本発明の第５の実施の形態について、図２３ないし図２７を参照して説明する。図２３は、第５の実施の形態に係る培養装置を示す図、図２４は、培養装置の加圧装置、プランジャポンプ及び閉止バルブを示す斜視図、図２５は、培養ユニットの組立てから培養完了までの工程を示すフローチャート、図２６及び図２７は、培養処理を示すフローチャートである。図２１及び図２２において、図１及び図２又は図１４と同一部分には同一符号を付してある。
【０１３７】
この培養装置３００は、図２３及び図２４に示すように、加圧装置２（図１）とプランジャポンプ２００（図１４）を組み合わせ、加圧と送液を可能にした培養液供給・加圧装置を構成している。
【０１３８】
この培養装置３００には、培養庫３０２、機構部３０４及び制御装置３０６が備えられている。培養庫３０２には加圧装置２の圧力チャンバ部４、プランジャポンプ２００の圧力チャンバ部２０８、培養液タンク３０８、閉止バルブ３１０及び廃液槽３１２が設置され、培養液タンク３０８、プランジャポンプ２００、加圧装置２及び閉止バルブ３１０がチューブ３１４で直列に接続され、培養液タンク３０８からプランジャポンプ２００、加圧装置２及び閉止バルブ３１０に流れた培養液３１６が廃液槽３１２に流れる。
【０１３９】
この場合、図２４に示すように、加圧装置２の圧力チャンバ部４の入側ポート２２にはプランジャポンプ２００の出口部２０６が連結され、圧力チャンバ部４の出側ポート２４には閉止バルブ３１０の入口部３１８が連結される。これらは、培養ユニット部３２０を構成する。圧力チャンバ部４は、受圧膜３４で封止されているので、加圧機構部６と分離し、空間部１６の密封性が低下することはないが、加圧機構部６を培養ユニット３２０と一体化して移動させてもよい。
【０１４０】
また、この実施の形態の変形例として、閉止バルブ３１０を通過した培養液３１６を培養液タンク３０８に戻し、培養液３１６を循環する構成としてもよい。
【０１４１】
機構部３０４は、加圧装置２の加圧機構部６、圧力センサ９４、そのアクチュエータ１１４、プランジャポンプ２００の加圧機構部２１０、そのアクチュエータ２８４、閉止バルブ３１０の駆動部３２２が設置されている。
【０１４２】
そして、制御装置３０６はコンピュータで構成され、入力に応じて運転を制御する制御部３２４と、運転スイッチ３２６と、圧力の強さ、加圧周期、加圧時間、液の供給量、供給周期等の設定を入力する入力部３２８と、入力したものや実際の圧力値等を表示する表示装置３３０とを備えている。
【０１４３】
〔培養液供給・加圧等、運転手順〕
【０１４４】
図２５に示すように、培養ユニット３２０の組立てを行う（ステップＳ１）。即ち、圧力チャンバ部４にプランジャポンプ２００及び閉止バルブ３１０を連結し、培養ユニット３２０を組み立てる。圧力がかかる部分であるので耐圧性能の十分な材料で構成し、シールする。プランジャポンプ２００にはチューブ３１４によって培養液タンク３０８を接続する。閉止バルブ３１０の出口側にもチューブ３１４を接続し、廃液槽３１２に排液が導かれるように設定する。接続済みの培養ユニット３２０は滅菌処理を行う（ステップＳ２）。
【０１４５】
培養液タンク３０８に培養液３１６を入れ（ステップＳ３）、圧力チャンバ部４の空間部１６に被培養物２０を設置する（ステップＳ４）。被培養物２０は例えば、生体細胞又は生体組織等である。蓋部１４を取り付け（ステップＳ５）、圧力チャンバ部４の空間部４６をプラグ５６で封止し、外気とを遮断する（ステップＳ６）。ステップＳ３〜ステップＳ６の処理は、クリーンベンチ内で行う。
【０１４６】
培養ユニット３２０を機構部３０４に接続し、即ち、圧力チャンバ部４を加圧機構部６に取り付け、プランジャポンプ２００の圧力チャンバ部２０８を加圧機構部２１０に接続し固定するとともに、閉止バルブ３１０を駆動部３２２に接続する（ステップＳ７）。プラグ５６の封止を解き（ステップＳ８）、加圧ピストン６４により加減圧させるとともに、閉止バルブ３１０を開け、アクチュエータ２８４を作動させ、培養液３１６を圧力チャンバ部４に送り込む（ステップＳ９）。培養液３１６は、被培養物２０を入れた時点で充填しておいても良い。プランジャポンプ２００から閉止バルブ３１０まで培養液３１６で満たされ、空気の残留が殆ど無くなったら、閉止バルブ３１０を閉じる。加圧機構部６のアクチュエータ１１４を動作させ、設定した圧力に加圧する。周期的に圧力を加える場合には、アクチュエータ１１４により加圧ピストン６４を往復運動させ、設定した圧力の間を設定した周期で繰り返し変化させる。また、設定周期で圧力チャンバ部４の空間部１６内に培養液３１６を供給し、循環させ又は交換する。培養のための設定期間の加圧が終了したら（ステップＳ１０）、培養ユニット３２０を機構部３０４から取り外す（ステップＳ１１）。ステップＳ７〜ステップＳ１１の処理は、培養装置３００内で行う。
【０１４７】
クリーンベンチ内で圧力チャンバ部４の蓋部１４を開け、被培養物２０を取り出す（ステップＳ１２）。培養状態を検査し（ステップＳ１３）、被培養物２０が移植等のための条件を充足していれば合格とし（ステップＳ１４）、移植用の細胞・組織の場合にはは、雑菌の侵入がないように容器に収納し、又は、圧力チャンバ部４に再度戻して蓋部１４を閉じ、手術室に送り、移植（ステップＳ１５）等の処理に供される。
【０１４８】
次に、このような培養装置３００の培養処理の加圧装置２、プランジャポンプ２００及び閉止バルブ３１０について、図２６及び図２７を参照して説明する。図２６及び図２７において、符号Ａ、Ｂ及びＣはフローチャート間の連結部分を示している。
【０１４９】
この培養装置３００の処理は次の通りである。図２６に示すように、電源入（ステップＳ２１）、設定表示（ステップＳ２２）、培養ユニット３２０を機構部３０４に設置（ステップＳ２３）、培養条件の入力（圧力パターン圧力値、圧力周期、送液量、培養時間）（ステップＳ２４）、設定値の表示（ステップＳ２５）、運転スイッチ３２６を入（ステップＳ２６）、閉止バルブ３１０を開（ステップＳ２７）、圧力チャンバ部４とプランジャポンプ２００のアクチュエータ１１４、２８４が加圧方向へ動作（ステップＳ２８）、圧力チャンバ部４とプランジャポンプ２００のプラグ５６、２４８の封止が解除（ステップＳ２９）、アクチュエータ１１４、２８４が減圧方向へ動作（ステップＳ３０）、アクチュエータ１１４、２８４の停止（ステップＳ３１）、閉止バルブ３１０の閉（ステップＳ３２）を経て、設定された圧力パターンが判定される（ステップＳ３３）。継続的な加圧ではアクチュエータ１１４が加圧位置で停止（ステップＳ３４）、周期的な加圧ではアクチュエータ１１４が往復運動（ステップＳ３５）、断続的な加圧ではアクチュエータ１１４が断続的な往復（ステップＳ３６）が実行される。
【０１５０】
図２７に示すように、圧力値が正常か否かの判定（ステップＳ３７）、一定時間が経過すると（ステップＳ３８）、加圧動作の停止（ステップＳ３９）、閉止バルブ３１０を開（ステップＳ４０）、送液量に応じてアクチュエータ２８４が動作（ステップＳ４１）、送液（ステップＳ４２）、運転状態の表示（圧力値、送液量、時間経過等）（ステップＳ４３）、圧力値、モータ等の駆動部３２２に対する負荷、制御装置３０６等の運転状態が正常か否かの判定（ステップＳ４４）、培養運転時間が経過すると（ステップＳ４５）、アクチュエータ１１４を圧力＝０位置（ステップＳ４６）、アクチュエータ２８４を原点位置（ステップＳ４７）、閉止バルブ３１０を閉（ステップＳ４８）、培養終了の表示（ステップＳ４９）、電源切（ステップＳ５０）で処理が完了する。
【０１５１】
ところで、ステップＳ３７の判定において、圧力値が正常でない場合には所定回数として例えば、３回目以内か否かの判定が行われ（ステップＳ５１）、３回目以内の場合には、アクチュエータ１１４による圧力補正が行われ（ステップＳ５２）、その後、ステップＳ３７に戻る。
【０１５２】
ステップＳ５１の判定において、所定回数として例えば３回目以内でない場合には、加圧動作停止、圧力：０位置でアクチュエータ１１４を停止、閉止バルブ３１０を開（ステップＳ５３）、警報（ステップＳ５４）、警告音発報（ステップＳ５５）を行う。
【０１５３】
また、ステップＳ４４の判定において、異常と判定された場合には、運転停止（ステップＳ５６）、警報（ステップＳ５７）、警告音発報（ステップＳ５８）を行う。
【０１５４】
この培養装置３００及びこの培養装置３００を用いた培養方法の特徴事項を列挙すれば次の通りである。
【０１５５】
(1) 被培養物２０の汚染防止を図ることができるとともに、圧力チャンバ部４、２０８の昇圧が容易である。シンプルな構成で、コストの低減が図られる。空気の排除の確実性が増す。
【０１５６】
(2) 水５０、２５８に代え、ゲル１５０を使えば、液体と同等な機能を保持しつつ、栓の役割を果たす。また、ゲルであれば、容易にシールを解除できる。
【０１５７】
(3) 加圧ピストン６４の力を圧力として圧力チャンバ部４に伝えることができ、高圧の加圧が容易である。
【０１５８】
（その他の実施の形態）
【０１５９】
上記実施の形態では、圧力伝達媒体としての液体に水５０、２５８又はゲル１５０を用いたが、油を用いてもよい。
【０１６０】
第５の実施の形態において、圧力伝達媒体にゲルを用いた場合には、加圧装置２又はプランジャポンプ２００のプラグの封止が不要になるので、フローチャート（図２５）において、プラグの封止解除（ステップＳ８）、フローチャート（図２６）において、プラグの封止解除（ステップＳ２９）は不要となる。
【０１６１】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明は、液体を圧力伝達媒体に用いる加圧装置に関し、加圧側と受圧側とを分離し、受圧側の汚染を防止することができ、外部の雑菌の侵入を防ぎ、不純物の混入を防ぎつつ、単純な加圧機構で、安価な加圧培養等に適用でき、受圧側の汚染を防止した加圧装置の加圧方法、加圧装置を用いて流体を圧送させるポンプ装置、生体細胞や生体組織を培養する培養装置に関し、既述の加圧装置やポンプ装置の何れか一方又は双方を用いた培養装置を提供でき、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】第１の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。
【図２】加圧装置及びバルブを示す分解斜視図である。
【図３】圧力チャンバ部の筒状部及びプラグを示す図である。
【図４】圧力チャンバ部の筒状部及びプラグを示す図である。
【図５】圧力センサの一例を示す図である。
【図６】加圧ピストン部分を示す断面図である。
【図７】加圧ピストン側のダイヤフラムを示す図である。
【図８】圧力チャンバ部とプラグを示す図である。
【図９】シリンダ部と圧力チャンバ部との連結を示す図である。
【図１０】加圧ピストンのシリンダ部への移動を示す図である。
【図１１】加圧ピストンを後退させた状態を示す図である。
【図１２】加圧状態を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。
【図１４】第３の実施の形態に係るプランジャポンプを示す図である。
【図１５】圧力チャンバ部を示す図である。
【図１６】圧力チャンバ部を示す図である。
【図１７】圧力チャンバ部の加圧側空間部及びその閉止を示す図である。
【図１８】圧力チャンバ部の加圧側空間部の閉止解除を示す図である。
【図１９】圧力チャンバ部の受圧側空間部の減圧状態を示す図である。
【図２０】圧力チャンバ部の受圧側空間部の加圧状態を示す図である。
【図２１】圧力チャンバ部の結合部側の変形例を示す図である。
【図２２】第４の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。
【図２３】第５の実施の形態に係る培養装置を示す図である。
【図２４】培養装置の加圧装置、プランジャポンプ及び閉止バルブを示す分解斜視図である。
【図２５】培養装置の組立から培養完了までの工程を示すフローチャートである。
【図２６】培養処理を示すフローチャートである。
【図２７】培養処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１６４】
２ 加圧装置
４ 圧力チャンバ部
６ 加圧機構部
１６ 空間部（受圧側空間部）
４６ 空間部（加圧側空間部）
３４、２３４ 受圧膜
５０、２５８ 水
５６、２４８ プラグ
６４、２５６ 加圧ピストン
７０、２６４ シリンダ部
８８ 従動ピストン
２００ プランジャポンプ
３００ 培養装置
１８、３１６ 培養液
３２０ 培養ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体やゲル等を圧力伝達媒体に用いる加圧装置の構造やその加圧方法、ポンプ装置及び培養装置に関する。本発明の加圧装置は、材料や部品の耐圧測定に用いる耐圧耐久装置、深海生物等の高圧下での飼育実験装置、生体細胞や生体組織を培養する培養装置等に広く用いられる。
【背景技術】
【０００２】
生体細胞の培養は、培養皿の中で大気圧の圧力下で行われてきたが、近年、体内を模倣した環境下で培養することが提唱され、体内で圧力や荷重のかかる関節軟骨や骨を圧力下で培養することが試みられている。とりわけ、再生医療では、治療に使われるためには、圧力チャンバや流体の通路となる部分を使い捨てにし、他人の遺伝子の汚染や感染症の病原体による汚染を防ぐことが重要である。このことは、微生物や生物の飼育でも、高純度の物質や他の物質の接触を嫌うような材料の試験でも同様のことが言える。そのためには、構造はできるだけ単純化し、かつコスト低減が要請されている。
【０００３】
ところで、高圧を作り出すには、タービンポンプ、ギヤポンプ、プランジャポンプ等を使用するとともに、流体を注入した耐圧容器を閉塞し、その容器内を高圧にするのが一般的である。特許文献１、２には加圧装置が開示されている。
【０００４】
生物を高圧下で飼育するには、海水や淡水を入れた水槽に、外部から海水や淡水を注入し、水槽内の圧力を高める。例えば、特許文献３に開示された技術がそれである。
【０００５】
また、再生医療等に用いられる生体細胞や生体組織の培養では、体内を模倣して加圧しながら培養することが、表現型の維持や最発現、分化誘導、増殖、細胞移動、物質移動に良い効果をもたらすことが言われ、加圧培養装置（特許文献４、５）が提案されている。
【特許文献１】特開平７−３２７６７６号公報
【特許文献２】特開平９−１５１９０３号公報
【特許文献３】特開２００５−６５４７号公報
【特許文献４】特開２００１−２３８６６３号公報
【特許文献５】特表２００４−５１２０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１又は特許文献２の耐圧・耐久装置や、特許文献３の飼育実験装置では、圧力を受けさせる物の周囲の液体をタービンの回転やプランジャの往復運動、ギアモータの回転等によって圧力を高め、加圧している。この際、タービンの回転やプランジャの往復運動、ギアモータの回転等を円滑に行うための潤滑油や漏れを防止するためのシール材料が液体に溶け込み、又は混入することがある。シール材料の流出や混入はその用途を制限することになる。
【０００７】
特許文献５に開示されている生体細胞や生体組織の培養では、培養液中への他の物質の混入を避けるため、ポンプで加圧した加圧チャンバの水の中に細胞を入れて密閉したシールバッグを入れている。このようなシールバッグを用いても、培養液の交換や、他のシールバッグへの移し替えには雑菌等の侵入のおそれがあり、その作業は細心の注意が必要であり、面倒である。
【０００８】
特許文献４に開示されている培養装置では、加圧機構と培養チャンバとが隔離され、加圧用液体と培養液とが直接接触することがない点で汚染防止に優れている。しかしながら、加圧機構が複雑である場合には製造コストが高くなる。また、培養液を送る送液装置において、シール部（Ｏリング）の磨耗で微細粉を生じるおそれがある。
【０００９】
このような課題について、特許文献１〜５にはその開示はなく、それを解決する手段も開示されていない。
【００１０】
そこで、本発明の第１の目的は、液体等を圧力伝達媒体に用いる加圧装置に関し、加圧側と受圧側とを分離し、受圧側の汚染を防止することにある。
【００１１】
斯かる目的を具体的に述べれば、外部の雑菌の侵入を防ぎ、不純物の混入を防ぎつつ、単純な加圧機構で、安価な加圧培養等に適用できる加圧装置を実現することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、受圧側の汚染を防止した加圧装置の加圧方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第３の目的は、既述の加圧装置を用いて流体を圧送させるポンプ装置を実現することにある。
【００１４】
また、本発明の第４の目的は、生体細胞や生体組織を培養する培養装置に関し、既述の加圧装置やポンプ装置の何れか一方又は双方を用いた培養装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そこで、上記第１の目的を達成するため、本発明の第１の側面は、圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置であって、前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受ける受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００１６】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記圧力伝達媒体は液体又はゲルである構成としてもよい。
【００１７】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記シリンダ部に設置され、前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備える構成としてもよい。
【００１８】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記シリンダ部と前記加圧ピストンとの間を封止膜又は封止環により封止する構成としてもよい。
【００１９】
上記第１の目的を達成するためには、上記加圧装置において、好ましくは、前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備える構成としてもよい。
【００２０】
上記第２の目的を達成するため、本発明の第２の側面は、圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置の加圧方法であって、受圧膜を備える加圧側空間部に前記圧力伝達媒体を入れる工程と、前記圧力伝達媒体を入れた前記加圧側空間部とシリンダ部とを連結する工程と、前記シリンダ部内に加圧ピストンを摺動させ、該加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、受圧側空間部を加圧可能にする工程とを含む構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００２１】
上記第２の目的を達成するためには、上記加圧装置の加圧方法において、好ましくは、前記圧力伝達媒体は液体又はゲルである構成としてもよい。
【００２２】
上記第２の目的を達成するためには、上記加圧装置の加圧方法において、好ましくは、前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備えるとともに、前記シリンダ部に前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備え、該従動ピストンを前記栓に当てて開栓する工程を含む構成としてもよい。
【００２３】
上記第３の目的を達成するため、本発明の第３の側面は、外部圧力に応じて被移送流体を移送するポンプ装置であって、圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受け、前記被移送流体を流す受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記被移送流体を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記被移送流体を流出させる構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００２４】
上記第３の目的を達成するためには、上記ポンプ装置において、好ましくは、前記受圧側空間部には、出口部に加圧時に開くバルブ、入口部に減圧時に開くバルブを備える構成としてもよい。
【００２５】
上記第４の目的を達成するため、本発明の第４の側面は、圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置を備える培養装置であって、前記加圧装置が、前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受ける受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【００２６】
上記第４の目的を達成するため、本発明の第５の側面は、外部圧力に応じて培養液を移送するポンプ装置を備える培養装置であって、前記ポンプ装置が、圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、圧力を受け、前記培養液を流す受圧側空間部と、前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンとを備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達流体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記培養液を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記培養液を流出させる構成である。斯かる構成により、上記目的を達成できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、次の効果が得られる。
【００２８】
(1) 加圧側と受圧側とを分離でき、加圧側で有害物質や汚染物質が発生しても、受圧側に影響を及ぼすことがない。
【００２９】
(2) 圧力伝達媒体に液体を用いる場合、空気の混入を防止でき、圧力伝達性を高めることができる。
【００３０】
(3) 空気の残留を最小限にすることができるので、加圧機構側の移動距離を小さくしても、高圧力の加圧が得られる。
【００３１】
(4) 圧力チャンバ側の培養液等の液体を加圧側と無関係に交換又は補充することができる。
【００３２】
(5) 加圧機構側の構造を簡略化でき、製造コストの低減が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔第１の実施の形態〕
【００３４】
本発明の第１の実施の形態について、図１ないし図１２を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態に係る加圧装置を示す図、図２は、加圧装置及びバルブを示す分解斜視図、図３及び図４は、圧力チャンバ部の筒状部及びプラグを示す図、図５は、圧力センサの一例を示す図、図６は、加圧ピストン部分を示す断面図、図７は、加圧ピストン側のダイヤフラムを示す図、図８は、圧力チャンバ部の加圧側空間部の封止方法を示す図、図９は、初期状態の加圧装置を示す図、図１０は、圧力チャンバ部の加圧側空間部の封止解除を示す図、図１１は、加圧解除状態にある加圧装置を示す図、図１２は、加圧状態にある加圧装置を示す図である。
【００３５】
この加圧装置２は、図１及び図２に示すように、加圧側から加えられた圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する手段であって、圧力チャンバ部４と、加圧機構部６とを備えており、これら圧力チャンバ部４と加圧機構部６とは着脱可能である。圧力チャンバ部４は培養庫８の内部に設置され、加圧機構部６は培養庫８の外部に設置される。
【００３６】
〔圧力チャンバ部４の構成〕
【００３７】
圧力チャンバ部４は、本体部１０を挟んで結合部１２及び蓋部１４を備えている。本体部１０には結合部１２側からの圧力を受ける受圧側空間部として例えば、空間部１６が形成され、この空間部１６には、流体として例えば、培養液１８を溜め、試験片として例えば、被培養物２０が収容される。この場合、被培養物２０は、生体細胞、生体組織、培養基材に細胞が播種された細胞構成体の何れかである。また、本体部１０には、培養液１８を空間部１６に流入させるための入側ポート２２、空間部１６から培養液１８を流出させるための出側ポート２４が形成され、入側ポート２２に接続された管路２６には第１のバルブ２８、出側ポート２４に接続された管路３０には第２のバルブ３２が設置されている。これらバルブ２８、３２は、圧力チャンバ部４に加えられる圧力に耐えられる耐力を備える必要がある。バルブ２８、３２を開き、培養液１８を空間部１６に循環させて満たし、バルブ２８、３２を閉じることによって空間部１６内に培養液１８を閉じ込め、この状態で培養液１８及び被培養物２０を加圧することができる。
【００３８】
本体部１０と結合部１２との間には伸縮性のあるプラスチックフィルムやその他の薄膜等で形成された受圧膜３４が設置され、この受圧膜３４の周囲部にはＯリング部３６が一体に形成されている。このＯリング部３６によって本体部１０と結合部１２との間がシールされている。また、本体部１０と蓋部１４とは、本体部１０側の立壁３８を蓋部１４側の溝部４０に噛み合わせ、立壁３８の内外にあるＯリング４２、４４を以てシールされている。
【００３９】
結合部１２側には加圧側空間部として空間部４６が形成されているとともに、筒状部４８が形成されている。空間部４６は、結合部１２と受圧膜３４との間及び筒状部４８の内部に至る空間であり、圧力伝達媒体として液体例えば、水５０で満たされる。筒状部４８には図３の（Ａ）に示すように、中間に段差５１を設けて径大部５２と径小部５４とを備えている。この筒状部４８の径小部５４側を開閉するための栓として円柱体のプラグ５６（図１）が設置される。
【００４０】
このプラグ５６は、図３の（Ｂ）に示すように構成されており、その直径が径小部５４及び径大部５２の内径より小さく設定され、その中間部に形成された溝部５８に取り付けられたＯリング６０の外面径が径小部５４の内径より大きく設定されている。また、筒状部４８の先端部には、その外側に加圧機構部６側との密着接合を図るため、Ｏリング６６が取り付けられ、また、その内側にテーパ面６８が形成されている。
【００４１】
筒状部４８の径小部５４側にプラグ５６がＯリング６０を以て嵌入されることにより、プラグ５６によって筒状部４８が閉止され（図１）、プラグ５６が径大部５２側に外されると、図４に示すように、そのプラグ５６の外面部と径大部５２の内壁部との間にスペース６２が形成され、水５０が流動することになる。空間部４６は、加圧機構部６側の加圧ピストン６４の最大突出幅より大きく設定されている。
【００４２】
〔加圧機構部６の構成〕
【００４３】
加圧機構部６は、図１に示すように、シリンダ部７０と、連結部７２と、ピストン機構部７４とを備えている。シリンダ部７０には連結部７２が固定手段として例えば、複数のねじ７６によって固定されているとともに、培養庫８の壁部７８に固定手段として例えば、ねじ８０によって固定されている。また、連結部７２は、圧力チャンバ部４とシリンダ部７０とを連結をするための手段である。この実施の形態では、培養庫８の壁部７８に形成された貫通孔８２に貫通させた連結部７２が庫内に挿入されている。この連結部７２には、シリンダ部７０に通ずる連結孔８４を備えた連結筒部８６が形成され、この連結筒部８６には圧力チャンバ部４側の筒状部４８が挿入され、圧力チャンバ部４が連結される。
【００４４】
シリンダ部７０には、加圧ピストン６４に従動する従動ピストン８８が挿入され、従動ピストン８８とシリンダ部７０の内壁部９０との間には、水５０を流動させるとともに従動ピストン８８の移動を許容するスペース９２が形成されている。従動ピストン８８は、内壁部９０の容積を狭めるための手段であって、軽量の剛体であり例えば、合成樹脂で形成された円柱体である。この場合、従動ピストン８８の直径は、内壁部９０の内径より小さく形成されている。
【００４５】
従動ピストン８８は、プラグ５６と加圧ピストン６４との間に形成されたスペースを埋めてスペース９２内の空気を排除するための容積狭小化部材であるとともに、プラグ５６を開栓するための手段である。スペース９２内に従動ピストン８８とシリンダ部７０との間にできるクリアランスは、従動ピストン８８の自由移動を許容し、加圧ピストン６４からの圧力を伝達できる範囲で最小にする。この場合、クリアランス即ち、スペース９２は小さいので、不要な空気の残留を抑制でき、シリンダ部７０内を昇圧し、高圧化に寄与する。
【００４６】
また、シリンダ部７０には内壁部９０の内部に加えられる圧力を検出する圧力センサ９４が取り付けられ、この圧力センサ９４のセンサ部９６にはシリンダ部７０に形成された検出孔９８を通してシリンダ部７０内の圧力が作用している。圧力センサ９４は、検出圧力を電気信号に変換して出力する。圧力センサ９４は例えば、図５に示すように、センサ部９６及びセンサ回路９７が備えられており、センサ部９６に生じた検出圧力に対する物理変化として例えば、抵抗変化をセンサ回路９７により電気信号Ｖに変換する。この電気信号Ｖは出力端子９９から出力される。
【００４７】
シリンダ部７０の背面側には固定手段である複数のねじ１００によってピストン機構部７４が固定され、このピストン機構部７４は支持筒部１０２と、加圧ピストン６４とを備えている。支持筒部１０２には軸支持部１０４が取り付けられ、この軸支持部１０４には加圧ピストン６４の軸部１０６が摺動可能に支持されている。加圧ピストン６４と支持筒部１０２との間には、伸縮膜であるダイヤフラム１０８とともに、作動突部としてのダイヤフラムリテーナ１０９が設置され、ダイヤフラム１０８は、シリンダ部７０を密封するとともに、加圧ピストン６４の移動を許容する。軸部１０６の後部にはフランジ部１１０が取り付けられ、このフランジ部１１０と軸支持部１０４との間には、弾性部材としてコイルスプリング１１２が設置され、このコイルスプリング１１２の復元力が加えられている。フランジ部１１０の中心部には加圧ポイント１１３が形成され、この加圧ポイント１１３には、駆動手段としてアクチュエータ１１４から押力が付与される。このアクチュエータ１１４から加圧ポイント１１３を通して軸部１０６に例えば、断続的に加圧力が付与される。
【００４８】
〔加圧ピストン６４の構成〕
【００４９】
加圧ピストン６４には図６に示すように、軸部１０６側にフランジ部１１６が形成されており、このフランジ部１１６に対し、支持筒部１０２の内側にストッパ環１１８が形成されているので、このストッパ環１１８にフランジ部１１６が当たることにより、加圧ピストン６４の後退位置が決定されている。
【００５０】
この加圧ピストン６４の先端部にはダイヤフラム１０８が接着材等の固定手段によって固定されるとともに、このダイヤフラム１０８を挟んで円柱状のダイヤフラムリテーナ１０９が固定されている。ダイヤフラム１０８の周縁部にはＯリング部１２０が一体に形成され、このＯリング部１２０はダイヤフラム１０８の固定手段であるとともに、シリンダ部７０の気密保持手段を兼用している。そこで、支持筒部１０２の前端面部には、貫通孔１２２と同心円状の凹部１２４が形成され、この凹部１２４に挿入して保持させたＯリング部１２０を支持筒部１０２とシリンダ部７０との間に介在させ、ねじ１００で支持筒部１０２とシリンダ部７０との間を固定することにより、両者間にＯリング部１２０を密着させ、封止している。
【００５１】
このように、ダイヤフラム１０８は、その周囲部を支持筒部１０２側に固定され、その中央部が加圧ピストン６４側に固定されており、その中間部は、ダイヤフラムリテーナ１０９の周囲部から加圧ピストン６４の前端側を覆うように屈曲させ、ダイヤフラムリテーナ１０９及び加圧ピストン６４の周囲部と支持筒部１０２との間に移動可能に配置されている。
【００５２】
ダイヤフラム１０８は図７に示すように、伸縮性材料で形成されてドーム状を成しており、膜部１２６を有するとともに、その中心部には加圧ピストン６４及びダイヤフラムリテーナ１０９を固定するためのボス部１２８が形成され、膜部１２６の縁部には湾曲部１３０を介在させてＯリング部１２０が形成されている。
【００５３】
次に、この加圧装置２の加圧方法を説明する。この加圧方法には、加圧装置２の組立て時における初期設定と、稼働時の加圧動作とが含まれる。
【００５４】
〔初期設定〕
【００５５】
図１及び図２に示す加圧装置２の各部品を製造した後、図８の（Ａ）に示すように、本体部１０と結合部１２との間に受圧膜３４を挟み込み、受圧膜３４の周囲部にあるＯリング部３６を本体部１０と結合部１２との間に介在させてシールする。この状態では、プラグ５６が装着されていない。１００〔℃〕以上の蒸気滅菌（オートクレーブ）をする場合には、ここで蒸気滅菌を行えばよい。
【００５６】
図８の（Ｂ）に示すように、筒状部４８に水５０を満たし、プラグ５６を取り付けることにより、筒状部４８を封止する。図１は、筒状部４８に水５０を満たし、プラグ５６で封止された状態を示している。電子線滅菌又はγ線により滅菌を行う場合には、ここで滅菌を行えばよい。
【００５７】
クリーンベンチ内で蓋部１４を開け、圧力チャンバ部４の空間部１６に培養液１８と被培養物２０を入れ、空間部１６に空気が残留しないようにし、本体部１０と蓋部１４との間にもＯリング４２、４４を挟み込み、本体部１０に蓋部１４を取り付け、圧力チャンバ部４の本体部１０側をシールする。
【００５８】
図９に示すように、連結部７２に圧力チャンバ部４を取り付け、シリンダ部７０と圧力チャンバ部４とを連結する。そこで、図１０に示すように、フランジ部１１０をコイルスプリング１１２の圧縮方向に移動させ、加圧ピストン６４をシリンダ部７０側に移動させると、この加圧ピストン６４が従動ピストン８８に当たり、加圧ピストン６４とともに従動ピストン８８が筒状部４８側に移動する。
【００５９】
筒状部４８側に移動した従動ピストン８８がプラグ５６に当たり、従動ピストン８８の移動に従い、プラグ５６が筒状部４８の径大部５２側に移動し、筒状部４８の封止が解除される。プラグ５６の封止によって筒状部４８内に保持されていた水５０は、プラグ５６の封止が解かれることにより、筒状部４８から連結部７２を経てシリンダ部７０側に流れ、シリンダ部７０の内壁部９０と従動ピストン８８との間にあるスペース９２内に移動する。このとき、圧力チャンバ部４内の圧力は上昇しているが、加圧ピストン６４の位置を後退させると、大気圧と同じ圧力に復帰する。
【００６０】
加圧ピストン６４の有効断面積をＳ〔ｍ2 〕、加圧ピストン６４に加える力をＦ（Ｎ、ニュートン) とすると、圧力Ｐは、
Ｐ（Ｐａ、パスカル）＝Ｆ／Ｓ ・・・(1)
となる。この圧力は圧力センサ９４で検出される。
【００６１】
〔稼働時の加圧動作〕
【００６２】
この加圧装置２において、アクチュエータ１１４からの加圧力を解除し、コイルスプリング１１２の復元力により加圧ピストン６４を後退させると、図１１に示す状態となる。図１１は、加圧ピストン６４を引き、圧力降下点（０〔ＭＰａ〕）の状態を示している。この場合、バルブ２８を逆止弁とし、バルブ３２を加圧ピストン６４が後退した時点で閉に切り換えれば、圧力チャンバ部４の空間部１６に培養液１８が溜められることになる。
【００６３】
この状態から、図１２に示すように、設定圧力例えば、０．５〔ＭＰａ〕となるように加圧ピストン６４をシリンダ部７０側に移動させると、シリンダ部７０及び連結部７２のスペース９２の水５０が受圧膜３４側に移動し、受圧膜３４が膨張する。この受圧膜３４の変化により、圧力チャンバ部４内の空間部１６にある培養液１８が加圧され、同時に、被培養物２０も加圧されることになる。
【００６４】
このような加圧状態（図１２）と、その解除状態（図１１）とを交互に繰り返すことにより、周期的、断続的又は連続的な加圧を行うことができる。
【００６５】
そして、予め、必要な力を加圧ピストン６４に加えて移動させ、圧力センサ９４の出力を用いて加圧ピストン６４に力を加えるアクチュエータ１１４側にフィードバックし、その力の制御を行えば、圧力チャンバ部４の圧力を正確な圧力に上昇させ、維持させることができる。
【００６６】
圧力の上昇と下降の変化を二次元的或いは三角関数的に変化させ、これを繰り返し行えば、圧力の変化が近似的にサインカーブで変化する繰返し圧力を作り出すことも可能である。
【００６７】
培養時間が経過すると、圧力チャンバ部４を加圧機構部６から外し、クリーンベンチに移動し、クリーンベンチ内で被培養物２０を取り出す。被培養物２０は、再生医療として使う場合には患者に移植すればよいし、その他の場合には培養状態、組織形成等の試験研究に用いることができる。
【００６８】
以上のように、生体細胞や生体組織の培養例を挙げたが、被培養物２０には他の生物を用いてもよい。例えば、培養液１８を海水や淡水にし、被培養物２０を深海生物に置き換えれば、深海生物の飼育に適用できる。また、培養液１８を水や使用環境の液体に置き換え、被培養物２０に代えて耐圧性テストサンプルとしての部品を用いれば、その部品の耐圧試験に適用することもできる。
【００６９】
〔シリンダ部７０内の残留空気の影響と従動ピストン８８の機能〕
【００７０】
この加圧装置２における残留空気の影響について、数式を使って説明する。加圧時の水の圧縮率は、温度が０〔℃〕から４０〔℃〕の範囲で、圧力が１００気圧以下の場合、４．９５×１０-5〔ｃｍ2 ／ｋｇ〕から４．３５×１０-5〔ｃｍ2 ／ｋｇ〕である。例えば、１００〔ｃｍ3 〕の水が１０〔ｋｇ／ｃｍ2 〕の圧力を受けたときの圧縮量は、約０．０４５〔ｃｍ3 〕、（＝約４５μリットル）であるから、無視できる程度である。
【００７１】
これに対して、残留空気の場合には、
Ｐ×Ｖ＝Ｐ1 ×Ｖ1 ＝一定 ・・・(2)
である。但し、Ｐは圧力、Ｖは体積、Ｐ1 は元の圧力、Ｖ1 は元の容積とする。例えば、絶対圧力が１〔ｋｇ／ｃｍ2 〕のとき、１００〔ｃｍ3 〕の体積だった空気Ｖは、絶対圧力が１０〔ｋｇ／ｃｍ2 〕では、１０〔ｃｍ3 〕と１０分の１の体積となり、大きく体積が減少する。
【００７２】
水と空気が混在しているシリンダ部７０に加圧ピストン６４で圧力をかける場合、空気を圧縮させる分だけ、加圧ピストン６４を移動させなければ、所望の圧力は得られない。よって、圧力をかけようとするシリンダ部７０中には、空気が極力少ないことが望ましい。
【００７３】
具体例を挙げると、計算条件は以下の通りである。
【００７４】
圧力チャンバ部４の空間部１６の内容積：１００，０００〔ｍｍ3 〕（＝１００〔ｃｍ3 〕）
加圧ピストン６４の有効直径：１３．５〔ｍｍ〕
ダイヤフラム１０８を含む加圧ピストン６４の有効受圧面積（Ａｐ）：１４３〔ｍｍ2 〕
加圧ピストン６４の可動ストローク（Ｌｍａｘ）：１４〔ｍｍ〕
従動ピストン８８の直径：１４．８〔ｍｍ〕
加圧ピストン６４のシリンダ部７０の内径：１５〔ｍｍ〕
シリンダ部７０の長さ：７０〔ｍｍ〕
筒状部４８の径大部５２の径：１６．５〔ｍｍ〕
筒状部４８の径大部５２の長さ：１６〔ｍｍ〕
この場合、シリンダ部７０の長さは、加圧ピストン６４がぶつからないよう、加圧ピストン６４のストロークより長くする必要がある。
加圧圧力：１．４７〔ＭＰａ〕＝１５〔ｋｇ／ｃｍ2 〕
大気圧：Ｐｏ＝１〔ｋｇ／ｃｍ2 〕とする。
圧力チャンバ部４の残存空気の容積：６００〔ｍｍ3 〕と仮定する。（直径２０〔ｍｍ〕、高さ２〔ｍｍ〕相当の残留空気を仮定）
【００７５】
Ａ）シリンダ部７０に従動ピストン８８が設置されない場合であって、空間部４６に水５０を入れない場合：
【００７６】
この場合、加圧ピストン６４が圧縮可能な容積Ｖｐは、
Ｖｐ＝Ａｐ×Ｌｍａｘ ・・・(3)
から、２，００２〔ｍｍ3 〕となる。シリンダ部７０のスペースの空気容積Ｖｎは１２，３７０〔ｍｍ3 〕、空間部４６の空気容積Ｖｓは３，４２１〔ｍｍ3 〕となる。圧力チャンバ部４の残存空気の容積Ｖｍは６００〔ｍｍ3 〕と仮定すると、シリンダ部７０内に閉じ込められる空気の総容積Ｖｏは、
Ｖｏ＝Ｖｎ＋Ｖｓ＋Ｖｍ ・・・(4)
から、１６，３９１〔ｍｍ3 〕となる。総容積Ｖｏを加圧ピストン６４で圧縮すると、圧縮後の容積Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖｏ−Ｖｐ ・・・(5)
から、１４，３８９〔ｍｍ3 〕となる。（液体も収縮するが、空気に比べると非常に小さく無視できるため、空気の収縮のみ計算する。）このときの圧力Ｐｃは、
Ｐｏ×Ｖｏ＝Ｐｃ×Ｖｃ ・・・(6)
Ｐｃ＝Ｐｏ×Ｖｏ／Ｖｃ ・・・(7)
から、１．１４〔ｋｇ／ｃｍ2 〕、この圧力Ｐｃは絶対圧であるので、相対圧にすると、０．１４〔ｋｇ／ｃｍ2 〕となる。
【００７７】
このことから、国際単位で、０．０１４〔ＭＰａ〕となり、加圧部分に空気を保有している場合は、殆ど昇圧できないことを意味する。
【００７８】
Ｂ）シリンダ部７０に従動ピストン８８を設置した場合であって、空間部４６に水５０を入れた場合：
【００７９】
加圧ピストン６４が圧縮可能な容積Ｖｐを２，００２〔ｍｍ3 〕とすると、従動ピストン８８とシリンダ部７０のスペース９２に存在する空気の容積Ｖｎは３２７〔ｍｍ3 〕となる。
【００８０】
空間部４６の空気容積Ｖｓは、空間部４６に水５０を入れると、理論的にはＶｓ＝０となるが、実際には僅かな空気が、受圧膜３４と結合部１２の隙間に気泡となって残存することが予想される。この残存空気の容積Ｖｓを６００〔ｍｍ3 〕と仮定する。
【００８１】
圧力チャンバ部４の残留空気の容積Ｖｍは６００〔ｍｍ3 〕となる。シリンダ部７０内に閉じ込められる空気の総容積Ｖｏは、式（４）より１，５２７〔ｍｍ3 〕となる。この場合の空気容積Ｖｏは、加圧ピストン６４が圧縮可能な容積Ｖｐより小さくなり、十分な加圧ないし昇圧をすることができる。
【００８２】
Ｃ）残留空気として２，５００〔ｍｍ3 〕程度が存在する場合
【００８３】
この場合、既述のＢ）の条件に９７３〔ｍｍ3 〕の空気が追加されることになり、９７３〔ｍｍ3 〕の容積の水が減少することを意味する。
【００８４】
圧力を１５〔ｋｇ／ｃｍ2 〕（絶対圧で１６〔ｋｇ／ｃｍ2 〕）として考えると、空気の大気圧中の容積Ｖｏは２，５００〔ｍｍ3 〕、式（６）より収縮後の容積Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｐｏ×Ｖｏ／Ｐｃ ・・・(8)
から、１５６〔ｍｍ3 〕となる。収縮量Ｖａｄは、
Ｖａｄ＝Ｖｏ−Ｖｃ ・・・(9)
から、２，３４４〔ｍｍ3 〕となる。これは、空気の収縮のみでも加圧ピストン６４の圧縮可能な容積２，００２〔ｍｍ3 〕より大であるから、１．５〔ＭＰａ〕の加圧はできないことになる。
【００８５】
しかしながら、３〔ｋｇ／ｃｍ2 〕（絶対圧４〔ｋｇ／ｃｍ2 〕）程度の加圧は可能である。空気の大気圧中の容積Ｖｏは、上記と同様に２，５００〔ｍｍ3 〕とする。収縮後の容積Ｖｃは、式（８）より６２５〔ｍｍ3 〕、収縮量Ｖａｄは、式（９）より１，８７５〔ｍｍ3 〕、圧力チャンバ部４内の水５０の容積Ｖｗは１０１，８４８〔ｍｍ3 〕、水５０の収縮量Ｖｗｄは１９〔ｍｍ3 〕、総収縮量Ｖｔｄは１，８９４〔ｍｍ3 〕となり、加圧ピストン６４の圧縮可能な容積２，００２〔ｍｍ3 〕より小であるから、３〔ｋｇ／ｃｍ2 〕の加圧は可能となる。このように、高い圧力では不可能でも低い圧力なら加圧ができることもある。この圧力で水５０を加圧すると、圧力チャンバ部４中の空気は、圧力チャンバ部４内の水５０に徐々に溶け込み、空気の影響が低下する。空気は、高圧中では、水に溶け込み易い性質がある（ヘンリーの法則）。
【００８６】
この圧力で１５分から２時間程度加圧するとともに、シリンダ部７０内の空気が水に溶け込んで容積が減った分、水５０又は培養液１８を少しずつ供給し、或いは入れ替えれば、圧力チャンバ部４の内壁や、被培養物２０に付着している空気は、気体として存在がなくなるので、高圧力の加圧が可能になる。
【００８７】
このように、高圧力を加えるのではなく、一旦、低い圧力で一定時間加圧した後、高い圧力を加えれば、加圧しようとする水に空気が混入しても、その水５０への溶込みにより、空気の影響を回避でき、十分な強さの圧力を得ることができる。
【００８８】
上記実施の形態から特徴事項等を抽出して列挙すれば次の通りである。。
【００８９】
(1) 圧力チャンバ部４の受圧側の空間部１６が加圧側とは受圧膜３４で仕切られているので、受圧側の汚染を防止できる。加圧機構部６側で有害物質、汚染物質が発生しても、圧力チャンバ部４や試験片への影響はない。
【００９０】
(2) 圧力チャンバ部４に連結されるシリンダ部７０とピストン機構部７４とがダイアフラム１０８で仕切られているので、シリンダ部７０の内部空間の汚染も防止できる。
【００９１】
(3) 加圧ピストン６４の可動範囲である空間に、圧力上昇にとって弊害となる気体を排除するために、水５０等の液体が封入され、圧力チャンバ部４の筒状部４８はプラグ５６によって封止されている。
【００９２】
(4) 加圧機構部６側の空間容積が可能な限り小さく設定されている。空間が生じる場合は、その空間に、液体又は固体（従動ピストン８８）を入れて、空気（気体）を極力排除している。
【００９３】
(5) 圧力チャンバ部４と加圧機構部６とを結合させた後、プラグ５６のシールを解除し、圧力チャンバ部４の空間と加圧機構部６の空間の二つの空間を一つの空間に統合させている。
【００９４】
(6) 低めの加圧を行い、不要な空気（気体）を液中に溶け込ませ、その後、目的の圧力まで圧力を上昇させるというように二段階で圧力を上げている。
【００９５】
(7) 加圧装置２は、圧力チャンバ部４に入側ポート２２、出側ポート２４を備え、ポンプ機能を持っているので、圧力チャンバ部４内の液体を交換できる。
【００９６】
(8) 加圧ピストン６４の動作スペースには圧力伝達媒体として水５０が満たされ、空気を排除するので、圧力伝達性が向上している。加圧ピストン６４が動作する空間に水を溜めて加圧に障害となる空気を排除でき、加圧機構部６に接続するまで空間部４６にはプラグ５６によって水５０を保持しておくことができる。また、水５０には高圧下で空気を吸収させることができ、その結果、空気の残留を最小限にできるので、加圧ピストン６４は小さな移動距離で高い圧力上昇が得られる。
【００９７】
(9) 加圧機構部６に接続した後、プラグ５６で仕切られていた二つの空間が一つの空間に統合するので、加圧ピストン６４の作動によって、圧力チャンバ部４に圧力を伝達できるとともに、圧力センサ９４で正確な圧力検出が可能である。
【００９８】
(10) 加圧機構部６や、圧力チャンバ部４に空気混入があっても、段階的に加圧値を上昇させることができ、高い圧力の加圧が可能である。
【００９９】
(11) 自動で圧力チャンバ部４内の液体を交換又は補充することができる。
【０１００】
(12) 複雑な加圧機構部６は不要であり、加圧装置２のコスト低減が図れる。
【０１０１】
〔第２の実施の形態〕
【０１０２】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１３を参照して説明する。図１３は、第２の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。図１３において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【０１０３】
第１の実施の形態では、圧力伝達媒体である液体の一例として水５０を用いたが、ゲルを用いてもよく、第２の実施の形態は、圧力伝達媒体にゲルを用いた場合である。ゲルは液体と固体との中間の形態を持つ物質であって、柔軟性と弾力性を兼ね備えた性質を有する。ゲルの殆どは多量の水分を含む含水ゲル（ハイドロゲル）であって、水分を吸収する性質を有する。第１の実施の形態で述べたように、水５０が高圧下で水分を吸収する現象は、ゲルにおいても同様に生じ得る。ゲルはある形状を保っているが、その力は弱く、簡単に分子鎖を破ることができ、流動し得る。
【０１０４】
そこで、図１３に示すように、水５０（図１）に代え、ゼラチン等をゾル状態で空間部４６に注入し、冷却する等の方法でゲル化すればよい。このようにして圧力チャンバ部４の結合部１２側の空間部４６に注入されたゲル１５０では、水５０（図１）の場合に必要としていたプラグ５６は不要となる。ゲル１５０はある形状を保っているので、プラグ５６の機能を果たす。また、ゲル１５０の形状の保持力は弱く、加圧ピストン６４の摺動による加圧によって簡単に破ることができ、流動する。即ち、ゲル１５０は、プラグ５６と水５０（図１）との機能を果たし、ゲル１５０の分子鎖が破壊されることによって液体と同様に圧力伝達媒体としての機能を果たす。
【０１０５】
また、ゲル１５０には混入した空気が溶け込み、空間部４６の空気を実質的に排除する機能を果たすので、水５０（図１）と同様の圧力伝達機能を果たす。その他の動作は、第１の実施の形態と同一であるので、その説明を省略する。
【０１０６】
〔第３の実施の形態〕
【０１０７】
次に、本発明の第３の実施の形態について、図１４ないし図２１を参照して説明する。図１４は、第３の実施の形態に係るプランジャポンプを示す図、図１５及び図１６は、圧力チャンバ部を示す図、図１７は、圧力チャンバ部の加圧側空間部及びその閉止を示す図、図１８は、圧力チャンバ部の加圧側空間部の閉止解除を示す図、図１９は、圧力チャンバ部の受圧側空間部の減圧状態を示す図、図２０は、圧力チャンバ部の受圧側空間部の加圧状態を示す図、図２１は、結合部側の変形例を示す図である。
【０１０８】
このプランジャポンプ２００は、ポンプ装置の一例であって、第１の実施の形態の加圧装置２と同様の機構を備えており、ピストン機構を活用し、ピストン機構の往復動に応じて被移送流体の送液を可能にしたものである。
【０１０９】
このプランジャポンプ２００について、第１の実施の形態の加圧装置２とを比較すると、プランジャポンプ２００では、圧力チャンバ部２０８の圧力の昇降に応じて、入口部２０２から被移送流体である液体２０４を流入させ、出口部２０６から液体２０４を排出させる。圧力の昇降は、正確に管理する必要はないので、圧力センサ９４（図１）は不要であり、また、従動ピストン８８（図１）も不要である。
【０１１０】
このプランジャポンプ２００では、高圧となっている空間に液体２０４を引き込む場合には、その高圧に打ち勝って、加圧ピストン２５６の移動容積と同等の量をより正確に引き込む必要があるので、加圧部の残留空気（気体）を極力少なくしなければならない。これは、加圧装置２と同様である。そこで、このプランジャポンプ２００は、圧力チャンバ部２０８と加圧機構部２１０とを備えており、これらは着脱可能である。
【０１１１】
〔圧力チャンバ部２０８の構成〕
【０１１２】
圧力チャンバ部２０８は、本体部２１２と結合部２１４とを備えている。本体部２１２には受圧側空間部として空間部２１６が形成され、この空間部２１６には入口部２０２から吸引された液体２０４が溜められ、その液体２０４が出口部２０６から流出される。また、入口部２０２にはバルブとしての逆止弁２１８、出口部２０６にはバルブとしての逆止弁２２０が設置されている。逆止弁２１８には通路２２２を開閉するボール２２４が設置され、このボール２２４にはスプリング２２６の復元力が加えられている。同様に、逆止弁２２０には通路２２８を開閉するボール２３０が設置され、このボール２３０にはスプリング２３２の復元力が加えられている。即ち、逆止弁２１８は減圧時の吸引力によって開かれ、逆止弁２２０は昇圧時の加圧力によって開かれる。
【０１１３】
本体部２１２と結合部２１４との間には伸縮性のあるプラスチックフィルムやその他の薄膜等で形成された受圧膜２３４が設置され、この受圧膜２３４の周囲部にはＯリング部２３６が一体に形成されている。このＯリング部２３６によって本体部２１２と結合部２１４との間にシールが施されている。
【０１１４】
結合部２１４側には図１４及び図１５に示すように、加圧側空間部として空間部２３８が形成されているとともに、筒状部２４０が形成されている。空間部２３８は、結合部２１４と受圧膜２３４との間及び筒状部２４０の内部に至る空間であり、圧力伝達媒体として液体例えば、水２５８で満たされる。この筒状部２４０には中間に段差２４２を設けて径大部２４４と径小部２４６とを備えている。また、この筒状部２４０を開閉するための栓として円柱体のプラグ２４８が設置されている。プラグ２４８は、図３の（Ｂ）に示したものと同様である。このプラグ２４８の直径は径小部２４６及び径大部２４４の内径より小さく設定され、プラグ２４８の中間部に形成された溝部２５０に取り付けられたＯリング２５２の外面径が径小部２４６の内径より大きく設定されている。そこで、径小部２４６側にプラグ２４８がＯリング２５２を以て嵌入されることにより、プラグ２４８によって筒状部２４０が閉止される。また、プラグ２４８が外れると、図１６に示すように、スペース２５４が形成されて水２５８が流動する。空間部２３８は、加圧機構部２１０側の加圧ピストン２５６の最大突出幅より大きく設定されている。
【０１１５】
また、筒状部２４０の先端部には、その外側に加圧機構部２１０側との密着接合を図るため、Ｏリング２６０が取り付けられ、また、その内側にテーパ面２６２が形成されている。
【０１１６】
〔加圧機構部２１０の構成〕
【０１１７】
加圧機構部２１０は、図１４に示すように、シリンダ部２６４とピストン機構部２６６とを備えている。シリンダ部２６４は、筒状部２４０に嵌合させて取り付けられ、ピストン機構部２６６の加圧ピストン２５６が挿入されている。シリンダ部２６４と筒状部２４０との間には、既述のＯリング２６０が設置され、このＯリング２６０によって封止されている。また、シリンダ部２６４には、Ｏリング２６８が設置されるとともに、ガイド環２７０、２７２が取り付けられ、シリンダ部２６４の内壁側と加圧ピストン２５６の外面との間の摺動性及び気密性が保持されている。
【０１１８】
シリンダ部２６４には、加圧ピストン２５６の外側を包囲する機構部カバー２７４が取り付けられ、この機構部カバー２７４の後部側に突出させたガイド筒２７６には、加圧ピストン２５６の軸部２７８が摺動可能に支持されている。加圧ピストン２５６の軸部２７８にはフランジ部２８０が取り付けられ、このフランジ部２８０が加圧ピストン２５６の後方移動を阻止するストッパを構成している。このフランジ部２８０とシリンダ部２６４の外壁部との間にはコイルスプリング２８２が設置され、このコイルスプリング２８２の復元力が加えられている。従って、加圧ピストン２５６はその復元力により、フランジ部２８０が機構部カバー２７４に当接する位置で停止状態に置かれている。加圧ピストン２５６を受圧膜２３４側に移動させるには、コイルスプリング２８２の復元力を超える加圧力が必要である。そこで、加圧ピストン２５６の軸部２７８の後方には、加圧ピストン２５６を前後動させるための力を加えるアクチュエータ２８４が設置されている。
【０１１９】
次に、このプランジャポンプ２００の加圧方法について説明する。
【０１２０】
加圧機構部２１０の各部品を組み立てた後、図１７の（Ａ）に示すように、受圧膜２３４を本体部２１２と結合部２１４とで挟み、受圧膜２３４のＯリング部２３６を以て本体部２１２と結合部２１４との間をシールする。１００〔℃〕以上の蒸気滅菌（オートクレーブ）をする場合は、プラグ２４８にて栓をする前に圧力チャンバ部２０８のみ蒸気滅菌を行えばよい。
【０１２１】
図１７の（Ｂ）に示すように、結合部２１４の筒状部２４０の空間部２３８に水２５８を満たした後、筒状部２４０をプラグ２４８で封止する。電子線滅菌又はγ線によって滅菌を行う場合にはここで圧力チャンバ部２０８のみ滅菌を行う。
【０１２２】
圧力チャンバ部２０８を加圧機構部２１０に取り付け、図１４に示すように、両者を連結する。
【０１２３】
この状態で、図１８に示すように、加圧ピストン２５６を受圧膜２３４側に移動させることにより、筒状部２４０の封止が解除される。加圧ピストン２５６に押され、径大部２４４側にプラグ２４８が移動すると、筒状部２４０のシールは解除され、筒状部２４０の空間部２３８内にプラグ２４８が移動する。このとき、筒状部２４０内の水２５８の一部が加圧ピストン２５６をシールしているＯリング２６８側に達する。
【０１２４】
加圧ピストン２５６に加えられている力を解除すると、図１９に示すように、コイルスプリング２８２の復元力がシリンダ部２６４とフランジ部２８０との間に作用し、その復元力によって加圧ピストン２５６はフランジ部２８０が機構部カバー２７４に衝突する位置に戻る。この状態が圧力チャンバ部２０８の内部圧力が最も低下し、加圧状態にあった圧力チャンバ部２０８の空間部２１６は減圧状態に移行し、逆止弁２１８が開状態となる。このとき、圧力チャンバ部２０８の空間部２１６内に入口部２０２から液体２０４が流入する。
【０１２５】
そこで、図２０に示すように、加圧ピストン２５６を押し込むと、圧力チャンバ部２０８の内圧が高まり、逆止弁２２０が開状態となり、圧力チャンバ部２０８内の液体２０４は出口部２０６から流出する。このように加圧ピストン２５６を往復動させることにより、液体２０４を循環させることができる。
【０１２６】
加圧ピストン２５６とＯリング２６８等のシール材の一部やシール材に塗布したオイルが加圧ピストン２５６の摺動により、水２５８に混ざりこんでも、受圧膜２３４で仕切られているので、培養液等の液体２０４には全く影響を及ぼさず、液体２０４が汚染されることはない。
【０１２７】
加圧ピストン２５６が加圧するスペースや圧力チャンバ部２０８は液体で満たされ、空気等の気体が含まれなければ、収縮は無視できるほど小さいので、加圧ピストン２５６の断面積をＳｐ、ストロークＬｐとすれば、供給（循環）液量Ｑは、
Ｑ＝Ｓｐ×Ｌｐ ・・・(10)
と見做すことができ、動作ストロークによって供給（循環）液量が算定でき、流量センサ等が不要となる。
【０１２８】
なお、この実施の形態において、筒状部２４０の径大部２４４の形成に代え、図２１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、一対の溝部２８６を形成してもよい。このような構成にすれば、プラグ２４８が筒状部２４０中でも保持され、且つ、空間内の水２５８は、加圧ピストン２５６側と連通させることができる。図２１の（Ａ）は、結合部２１４を示す平面図、図２１の（Ｂ）は、図２１の（Ａ）のXXIB−XXIB線断面図であって、封止解除前のプラグ位置を示し、図２１の（Ｃ）は、図２１の（Ａ）のXXIC−XXIC線断面図であって、封止解除後の状態を示す図である。
【０１２９】
なお、この実施の形態においても、圧力伝達媒体としての水２５８はゲル１５０で構成してもよい。
【０１３０】
〔第４の実施の形態〕
【０１３１】
次に、本発明の第４の実施の形態について、図２２を参照して説明する。図２２は、第４の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。図２２において、図１又は図１４と同一部分には同一符号を付してある。
【０１３２】
第１の実施の形態では、加圧機構部６にシリンダ部７０、連結部７２及びピストン機構部７４を備え、ピストン機構部７４にはダイヤフラム１０８で封止された加圧ピストン６４が用いられているが、加圧装置２に第３の実施の形態のプランジャポンプ２００（図１４）の加圧機構部２１０を用いたものである。
【０１３３】
斯かる構成では、プランジャポンプ２００と同様にシリンダ部２６４が設置され、シリンダ部２６４と加圧ピストン２５６との間がＯリング２６８を用いて封止されている。その封止構造は、第１の実施の形態の加圧装置２（図１）に比較して簡略化され、ダイヤフラム１０８を用いた場合に比較し、Ｏリング２６８では耐圧性が向上している。しかも、従動ピストン８８が省略されており、加圧ピストン２５６によってプラグ５６の開栓が可能になっている。その他の動作は第１の実施の形態と同一であるので、その説明を省略する。
【０１３４】
なお、この実施の形態においても、圧力伝達媒体としての水５０はゲル１５０で構成してもよい。
【０１３５】
〔第５の実施の形態〕
【０１３６】
次に、本発明の第５の実施の形態について、図２３ないし図２７を参照して説明する。図２３は、第５の実施の形態に係る培養装置を示す図、図２４は、培養装置の加圧装置、プランジャポンプ及び閉止バルブを示す斜視図、図２５は、培養ユニットの組立てから培養完了までの工程を示すフローチャート、図２６及び図２７は、培養処理を示すフローチャートである。図２１及び図２２において、図１及び図２又は図１４と同一部分には同一符号を付してある。
【０１３７】
この培養装置３００は、図２３及び図２４に示すように、加圧装置２（図１）とプランジャポンプ２００（図１４）を組み合わせ、加圧と送液を可能にした培養液供給・加圧装置を構成している。
【０１３８】
この培養装置３００には、培養庫３０２、機構部３０４及び制御装置３０６が備えられている。培養庫３０２には加圧装置２の圧力チャンバ部４、プランジャポンプ２００の圧力チャンバ部２０８、培養液タンク３０８、閉止バルブ３１０及び廃液槽３１２が設置され、培養液タンク３０８、プランジャポンプ２００、加圧装置２及び閉止バルブ３１０がチューブ３１４で直列に接続され、培養液タンク３０８からプランジャポンプ２００、加圧装置２及び閉止バルブ３１０に流れた培養液３１６が廃液槽３１２に流れる。
【０１３９】
この場合、図２４に示すように、加圧装置２の圧力チャンバ部４の入側ポート２２にはプランジャポンプ２００の出口部２０６が連結され、圧力チャンバ部４の出側ポート２４には閉止バルブ３１０の入口部３１８が連結される。これらは、培養ユニット部３２０を構成する。圧力チャンバ部４は、受圧膜３４で封止されているので、加圧機構部６と分離し、空間部１６の密封性が低下することはないが、加圧機構部６を培養ユニット３２０と一体化して移動させてもよい。
【０１４０】
また、この実施の形態の変形例として、閉止バルブ３１０を通過した培養液３１６を培養液タンク３０８に戻し、培養液３１６を循環する構成としてもよい。
【０１４１】
機構部３０４は、加圧装置２の加圧機構部６、圧力センサ９４、そのアクチュエータ１１４、プランジャポンプ２００の加圧機構部２１０、そのアクチュエータ２８４、閉止バルブ３１０の駆動部３２２が設置されている。
【０１４２】
そして、制御装置３０６はコンピュータで構成され、入力に応じて運転を制御する制御部３２４と、運転スイッチ３２６と、圧力の強さ、加圧周期、加圧時間、液の供給量、供給周期等の設定を入力する入力部３２８と、入力したものや実際の圧力値等を表示する表示装置３３０とを備えている。
【０１４３】
〔培養液供給・加圧等、運転手順〕
【０１４４】
図２５に示すように、培養ユニット３２０の組立てを行う（ステップＳ１）。即ち、圧力チャンバ部４にプランジャポンプ２００及び閉止バルブ３１０を連結し、培養ユニット３２０を組み立てる。圧力がかかる部分であるので耐圧性能の十分な材料で構成し、シールする。プランジャポンプ２００にはチューブ３１４によって培養液タンク３０８を接続する。閉止バルブ３１０の出口側にもチューブ３１４を接続し、廃液槽３１２に排液が導かれるように設定する。接続済みの培養ユニット３２０は滅菌処理を行う（ステップＳ２）。
【０１４５】
培養液タンク３０８に培養液３１６を入れ（ステップＳ３）、圧力チャンバ部４の空間部１６に被培養物２０を設置する（ステップＳ４）。被培養物２０は例えば、生体細胞又は生体組織等である。蓋部１４を取り付け（ステップＳ５）、圧力チャンバ部４の空間部４６をプラグ５６で封止し、外気とを遮断する（ステップＳ６）。ステップＳ３〜ステップＳ６の処理は、クリーンベンチ内で行う。
【０１４６】
培養ユニット３２０を機構部３０４に接続し、即ち、圧力チャンバ部４を加圧機構部６に取り付け、プランジャポンプ２００の圧力チャンバ部２０８を加圧機構部２１０に接続し固定するとともに、閉止バルブ３１０を駆動部３２２に接続する（ステップＳ７）。プラグ５６の封止を解き（ステップＳ８）、加圧ピストン６４により加減圧させるとともに、閉止バルブ３１０を開け、アクチュエータ２８４を作動させ、培養液３１６を圧力チャンバ部４に送り込む（ステップＳ９）。培養液３１６は、被培養物２０を入れた時点で充填しておいても良い。プランジャポンプ２００から閉止バルブ３１０まで培養液３１６で満たされ、空気の残留が殆ど無くなったら、閉止バルブ３１０を閉じる。加圧機構部６のアクチュエータ１１４を動作させ、設定した圧力に加圧する。周期的に圧力を加える場合には、アクチュエータ１１４により加圧ピストン６４を往復運動させ、設定した圧力の間を設定した周期で繰り返し変化させる。また、設定周期で圧力チャンバ部４の空間部１６内に培養液３１６を供給し、循環させ又は交換する。培養のための設定期間の加圧が終了したら（ステップＳ１０）、培養ユニット３２０を機構部３０４から取り外す（ステップＳ１１）。ステップＳ７〜ステップＳ１１の処理は、培養装置３００内で行う。
【０１４７】
クリーンベンチ内で圧力チャンバ部４の蓋部１４を開け、被培養物２０を取り出す（ステップＳ１２）。培養状態を検査し（ステップＳ１３）、被培養物２０が移植等のための条件を充足していれば合格とし（ステップＳ１４）、移植用の細胞・組織の場合にはは、雑菌の侵入がないように容器に収納し、又は、圧力チャンバ部４に再度戻して蓋部１４を閉じ、手術室に送り、移植（ステップＳ１５）等の処理に供される。
【０１４８】
次に、このような培養装置３００の培養処理の加圧装置２、プランジャポンプ２００及び閉止バルブ３１０について、図２６及び図２７を参照して説明する。図２６及び図２７において、符号Ａ、Ｂ及びＣはフローチャート間の連結部分を示している。
【０１４９】
この培養装置３００の処理は次の通りである。図２６に示すように、電源入（ステップＳ２１）、設定表示（ステップＳ２２）、培養ユニット３２０を機構部３０４に設置（ステップＳ２３）、培養条件の入力（圧力パターン圧力値、圧力周期、送液量、培養時間）（ステップＳ２４）、設定値の表示（ステップＳ２５）、運転スイッチ３２６を入（ステップＳ２６）、閉止バルブ３１０を開（ステップＳ２７）、圧力チャンバ部４とプランジャポンプ２００のアクチュエータ１１４、２８４が加圧方向へ動作（ステップＳ２８）、圧力チャンバ部４とプランジャポンプ２００のプラグ５６、２４８の封止が解除（ステップＳ２９）、アクチュエータ１１４、２８４が減圧方向へ動作（ステップＳ３０）、アクチュエータ１１４、２８４の停止（ステップＳ３１）、閉止バルブ３１０の閉（ステップＳ３２）を経て、設定された圧力パターンが判定される（ステップＳ３３）。継続的な加圧ではアクチュエータ１１４が加圧位置で停止（ステップＳ３４）、周期的な加圧ではアクチュエータ１１４が往復運動（ステップＳ３５）、断続的な加圧ではアクチュエータ１１４が断続的な往復（ステップＳ３６）が実行される。
【０１５０】
図２７に示すように、圧力値が正常か否かの判定（ステップＳ３７）、一定時間が経過すると（ステップＳ３８）、加圧動作の停止（ステップＳ３９）、閉止バルブ３１０を開（ステップＳ４０）、送液量に応じてアクチュエータ２８４が動作（ステップＳ４１）、送液（ステップＳ４２）、運転状態の表示（圧力値、送液量、時間経過等）（ステップＳ４３）、圧力値、モータ等の駆動部３２２に対する負荷、制御装置３０６等の運転状態が正常か否かの判定（ステップＳ４４）、培養運転時間が経過すると（ステップＳ４５）、アクチュエータ１１４を圧力＝０位置（ステップＳ４６）、アクチュエータ２８４を原点位置（ステップＳ４７）、閉止バルブ３１０を閉（ステップＳ４８）、培養終了の表示（ステップＳ４９）、電源切（ステップＳ５０）で処理が完了する。
【０１５１】
ところで、ステップＳ３７の判定において、圧力値が正常でない場合には所定回数として例えば、３回目以内か否かの判定が行われ（ステップＳ５１）、３回目以内の場合には、アクチュエータ１１４による圧力補正が行われ（ステップＳ５２）、その後、ステップＳ３７に戻る。
【０１５２】
ステップＳ５１の判定において、所定回数として例えば３回目以内でない場合には、加圧動作停止、圧力：０位置でアクチュエータ１１４を停止、閉止バルブ３１０を開（ステップＳ５３）、警報（ステップＳ５４）、警告音発報（ステップＳ５５）を行う。
【０１５３】
また、ステップＳ４４の判定において、異常と判定された場合には、運転停止（ステップＳ５６）、警報（ステップＳ５７）、警告音発報（ステップＳ５８）を行う。
【０１５４】
この培養装置３００及びこの培養装置３００を用いた培養方法の特徴事項を列挙すれば次の通りである。
【０１５５】
(1) 被培養物２０の汚染防止を図ることができるとともに、圧力チャンバ部４、２０８の昇圧が容易である。シンプルな構成で、コストの低減が図られる。空気の排除の確実性が増す。
【０１５６】
(2) 水５０、２５８に代え、ゲル１５０を使えば、液体と同等な機能を保持しつつ、栓の役割を果たす。また、ゲルであれば、容易にシールを解除できる。
【０１５７】
(3) 加圧ピストン６４の力を圧力として圧力チャンバ部４に伝えることができ、高圧の加圧が容易である。
【０１５８】
（その他の実施の形態）
【０１５９】
上記実施の形態では、圧力伝達媒体としての液体に水５０、２５８又はゲル１５０を用いたが、油を用いてもよい。
【０１６０】
第５の実施の形態において、圧力伝達媒体にゲルを用いた場合には、加圧装置２又はプランジャポンプ２００のプラグの封止が不要になるので、フローチャート（図２５）において、プラグの封止解除（ステップＳ８）、フローチャート（図２６）において、プラグの封止解除（ステップＳ２９）は不要となる。
【０１６１】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明は、液体を圧力伝達媒体に用いる加圧装置に関し、加圧側と受圧側とを分離し、受圧側の汚染を防止することができ、外部の雑菌の侵入を防ぎ、不純物の混入を防ぎつつ、単純な加圧機構で、安価な加圧培養等に適用でき、受圧側の汚染を防止した加圧装置の加圧方法、加圧装置を用いて流体を圧送させるポンプ装置、生体細胞や生体組織を培養する培養装置に関し、既述の加圧装置やポンプ装置の何れか一方又は双方を用いた培養装置を提供でき、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】第１の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。
【図２】加圧装置及びバルブを示す分解斜視図である。
【図３】圧力チャンバ部の筒状部及びプラグを示す図である。
【図４】圧力チャンバ部の筒状部及びプラグを示す図である。
【図５】圧力センサの一例を示す図である。
【図６】加圧ピストン部分を示す断面図である。
【図７】加圧ピストン側のダイヤフラムを示す図である。
【図８】圧力チャンバ部とプラグを示す図である。
【図９】シリンダ部と圧力チャンバ部との連結を示す図である。
【図１０】加圧ピストンのシリンダ部への移動を示す図である。
【図１１】加圧ピストンを後退させた状態を示す図である。
【図１２】加圧状態を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。
【図１４】第３の実施の形態に係るプランジャポンプを示す図である。
【図１５】圧力チャンバ部を示す図である。
【図１６】圧力チャンバ部を示す図である。
【図１７】圧力チャンバ部の加圧側空間部及びその閉止を示す図である。
【図１８】圧力チャンバ部の加圧側空間部の閉止解除を示す図である。
【図１９】圧力チャンバ部の受圧側空間部の減圧状態を示す図である。
【図２０】圧力チャンバ部の受圧側空間部の加圧状態を示す図である。
【図２１】圧力チャンバ部の結合部側の変形例を示す図である。
【図２２】第４の実施の形態に係る加圧装置を示す図である。
【図２３】第５の実施の形態に係る培養装置を示す図である。
【図２４】培養装置の加圧装置、プランジャポンプ及び閉止バルブを示す分解斜視図である。
【図２５】培養装置の組立から培養完了までの工程を示すフローチャートである。
【図２６】培養処理を示すフローチャートである。
【図２７】培養処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１６４】
２ 加圧装置
４ 圧力チャンバ部
６ 加圧機構部
１６ 空間部（受圧側空間部）
４６ 空間部（加圧側空間部）
３４、２３４ 受圧膜
５０、２５８ 水
５６、２４８ プラグ
６４、２５６ 加圧ピストン
７０、２６４ シリンダ部
８８ 従動ピストン
２００ プランジャポンプ
３００ 培養装置
１８、３１６ 培養液
３２０ 培養ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置であって、
前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受ける受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧することを特徴とする加圧装置。
【請求項２】
請求項１の加圧装置において、
前記圧力伝達媒体は液体又はゲルであることを特徴とする加圧装置。
【請求項３】
請求項１の加圧装置において、
前記シリンダ部に設置され、前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備えることを特徴とする加圧装置。
【請求項４】
請求項１の加圧装置において、
前記シリンダ部と前記加圧ピストンとの間を封止膜又は封止環により封止する構成としたことを特徴とする加圧装置。
【請求項５】
請求項１又は２の加圧装置において、
前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備えることを特徴とする加圧装置。
【請求項６】
圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置の加圧方法であって、
受圧膜を備える加圧側空間部に前記圧力伝達媒体を入れる工程と、
前記圧力伝達媒体を入れた前記加圧側空間部とシリンダ部とを連結する工程と、
前記シリンダ部内に加圧ピストンを摺動させ、該加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、受圧側空間部を加圧可能にする工程と、
を含むことを特徴とする加圧装置の加圧方法。
【請求項７】
請求項６の加圧装置の加圧方法において、
前記圧力伝達媒体は液体又はゲルであることを特徴とする加圧装置の加圧方法。
【請求項８】
請求項６の加圧装置の加圧方法において、
前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備えるとともに、前記シリンダ部に前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備え、該従動ピストンを前記栓に当てて開栓する工程を含むことを特徴とする加圧装置の加圧方法。
【請求項９】
外部圧力に応じて被移送流体を移送するポンプ装置であって、
圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受け、前記被移送流体を流す受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記被移送流体を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記被移送流体を流出させることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１０】
請求項９のポンプ装置において、
前記受圧側空間部には、出口部に加圧時に開くバルブ、入口部に減圧時に開くバルブを備えることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１１】
圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置を備える培養装置であって、前記加圧装置が、
前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受ける受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成であることを特徴とする培養装置。
【請求項１２】
外部圧力に応じて培養液を移送するポンプ装置を備える培養装置であって、前記ポンプ装置が、
圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受け、前記培養液を流す受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達流体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記培養液を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記培養液を流出させる構成であることを特徴とする培養装置。
【請求項１】
圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置であって、
前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受ける受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧することを特徴とする加圧装置。
【請求項２】
請求項１の加圧装置において、
前記圧力伝達媒体は液体又はゲルであることを特徴とする加圧装置。
【請求項３】
請求項１の加圧装置において、
前記シリンダ部に設置され、前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備えることを特徴とする加圧装置。
【請求項４】
請求項１の加圧装置において、
前記シリンダ部と前記加圧ピストンとの間を封止膜又は封止環により封止する構成としたことを特徴とする加圧装置。
【請求項５】
請求項１又は２の加圧装置において、
前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備えることを特徴とする加圧装置。
【請求項６】
圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置の加圧方法であって、
受圧膜を備える加圧側空間部に前記圧力伝達媒体を入れる工程と、
前記圧力伝達媒体を入れた前記加圧側空間部とシリンダ部とを連結する工程と、
前記シリンダ部内に加圧ピストンを摺動させ、該加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、受圧側空間部を加圧可能にする工程と、
を含むことを特徴とする加圧装置の加圧方法。
【請求項７】
請求項６の加圧装置の加圧方法において、
前記圧力伝達媒体は液体又はゲルであることを特徴とする加圧装置の加圧方法。
【請求項８】
請求項６の加圧装置の加圧方法において、
前記圧力伝達媒体に液体を用いる場合、該液体を収容した前記加圧側空間部を封止する栓を備えるとともに、前記シリンダ部に前記加圧ピストンによって移動可能な従動ピストンを備え、該従動ピストンを前記栓に当てて開栓する工程を含むことを特徴とする加圧装置の加圧方法。
【請求項９】
外部圧力に応じて被移送流体を移送するポンプ装置であって、
圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受け、前記被移送流体を流す受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記被移送流体を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記被移送流体を流出させることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１０】
請求項９のポンプ装置において、
前記受圧側空間部には、出口部に加圧時に開くバルブ、入口部に減圧時に開くバルブを備えることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１１】
圧力を圧力伝達媒体により受圧側に伝達する加圧装置を備える培養装置であって、前記加圧装置が、
前記圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受ける受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達媒体により前記受圧膜に伝達し、前記受圧側空間部側を加圧する構成であることを特徴とする培養装置。
【請求項１２】
外部圧力に応じて培養液を移送するポンプ装置を備える培養装置であって、前記ポンプ装置が、
圧力伝達媒体が収容される加圧側空間部と、
圧力を受け、前記培養液を流す受圧側空間部と、
前記加圧側空間部と前記受圧側空間部との間に設置され、前記圧力伝達媒体に応じて変形可能な受圧膜と、
前記加圧側空間部に連結されるシリンダ部と、
前記シリンダ部内を摺動させる加圧ピストンと、
を備え、前記加圧ピストンの移動を前記圧力伝達流体により前記受圧膜に伝達させて前記受圧側空間部側を減圧又は加圧状態にし、減圧時、前記受圧側空間部に前記培養液を流し込み、加圧時、前記受圧側空間部から前記培養液を流出させる構成であることを特徴とする培養装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００８−１５１０１２（Ｐ２００８−１５１０１２Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３８９２０（Ｐ２００６−３３８９２０）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
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