攪拌装置及び培養槽
【課題】省電力で培養液を攪拌し、微生物の沈殿を防止できる攪拌装置及び培養槽を提供すること。
【解決手段】液中において下方から供給されるガスを保持可能な状態Ａと、保持していたガスを外部に放出可能な状態Ｂとの間で変位可能な可動部材１５と、前記可動部材１５を上下動可能に支持する支持手段３１、３３、３５、３７と、前記可動部材１５の上下方向における位置が所定の上限位置よりも上の場合に、前記可動部材１５を前記状態Ｂとし、前記可動部材１５の上下方向における位置が所定の下限位置よりも下の場合に、前記可動部材１５を前記状態Ａとする状態切替手段３１、３３、３５、３７と、を備え、前記可動部材１５は、保持しているガスの量に応じて、液中を上昇又は下降することを特徴とする攪拌装置１。
【解決手段】液中において下方から供給されるガスを保持可能な状態Ａと、保持していたガスを外部に放出可能な状態Ｂとの間で変位可能な可動部材１５と、前記可動部材１５を上下動可能に支持する支持手段３１、３３、３５、３７と、前記可動部材１５の上下方向における位置が所定の上限位置よりも上の場合に、前記可動部材１５を前記状態Ｂとし、前記可動部材１５の上下方向における位置が所定の下限位置よりも下の場合に、前記可動部材１５を前記状態Ａとする状態切替手段３１、３３、３５、３７と、を備え、前記可動部材１５は、保持しているガスの量に応じて、液中を上昇又は下降することを特徴とする攪拌装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物（例えば藻）の培養に用いられる攪拌装置、及び培養槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レースウェイ型培養槽が、微生物（例えば藻）の培養に用いられている。レースウェイ型培養槽は、回転するパドルを備えており、そのパドルの回転により培養液に一定方向の流れを生じさせ、微生物の沈殿を防止しようとしている。しかしながら、レースウェイ型培養槽の形状により、培養液の流れが緩やかになる部分が発生し、その部分では微生物が沈殿してしまうことがある。微生物の沈殿が生じると、微生物の培養が阻害され、育成が遅くなってしまう。この問題に関し、超音波を利用して沈殿防止を図る技術（特許文献１参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、継続的に超音波を発生させるために、多大な電力が必要になってしまう。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、省電力で培養液を攪拌し、微生物の沈殿を防止できる攪拌装置及び培養槽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】
【０００５】
本発明の攪拌装置は、液中において下方から供給されるガスを保持可能な状態Ａと、保持していたガスを外部に放出可能な状態Ｂとの間で変位可能な可動部材と、前記可動部材を上下動可能に支持する支持手段と、前記可動部材の上下方向における位置が所定の上限位置よりも上の場合に、前記可動部材を前記状態Ｂとし、前記可動部材の上下方向における位置が所定の下限位置よりも下の場合に、前記可動部材を前記状態Ａとする状態切替手段とを備え、前記可動部材は、保持しているガスの量に応じて、液中を上昇又は下降する。
【０００６】
本発明の攪拌装置において、可動部材は、状態Ａにおいて、下方から供給されるガスを保持し、その浮力により上昇する動作と、状態Ｂにおいて、保持していたガスを外部に放出し、下降する動作と交互に繰り返す。そのことにより、培養液を攪拌し、微生物の沈殿を防止することができる。また、可動部材を上下に駆動する動力源を別途用意する必要が必ずしもなく、特許文献１の技術のように、超音波を用いる必要もない。そのため、省電力で攪拌を行うことができる。また、下方から供給されたガスは可動部材とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
【０００７】
本発明の攪拌装置としては、例えば、以下の（ａ）、（ｂ）のようなものが挙げられる。すなわち、
（ａ）前記可動部材は、相互の位置関係が可変な複数の単位部材から構成される。前記状態Ａは、前記複数の単位部材により、下方から供給されるガスを保持可能な中空容器形状が形成された状態である。前記状態Ｂは、前記複数の単位部材間に、ガスを上方に逃がす隙間が存在する状態である。前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ｂとなるように支持するとともに、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ａとなるように支持する前記支持手段である。
【０００８】
この攪拌装置は、省電力で攪拌を行うことができる。また、下方から供給されたガスは可動部材とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
（ｂ）前記可動部材は、液中において下方から供給されるガスを保持可能なガス保持部と、前記ガス保持部に保持された前記ガスを外部に放出可能なバルブとを備える。前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記バルブを開とし、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記バルブを閉とする。
【０００９】
この攪拌装置は、省電力で攪拌を行うことができる。また、下方から供給されたガスは可動部材とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
【００１０】
本発明の攪拌装置は、例えば、前記可動部材を、所定の位置で固定する固定手段を備えることができる。こうすることにより、例えば、可動部材を低い位置で固定し、可動部材で保持したガスで、液中にガスを供給する供給口（例えば散気管）の周囲を覆うことができる。その場合、ガス放出を止めた後でも、ガスの供給口に培養液が入り込んでしまうようなことがない。前記所定の位置としては、上記のように、可動部材で保持したガスで、液中にガスを供給する供給口（例えば散気管）の周囲を覆うことができる位置が好ましい。
【００１１】
本発明の培養槽は、上述した攪拌装置を備えるものである。このような攪拌装置を備えることにより、省電力で攪拌を行い、微生物の沈殿を防止することができる。
培養槽としては、例えば、レースウェイ型培養槽が挙げられる。培養槽は、例えば、微生物（例えば藻）の培養に用いることができる。
【００１２】
本発明において、前記上限位置と前記下限位置は同じ位置であってもよいし、異なる位置（例えば、上限位置の方が下限位置よりも高い）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】攪拌装置１を備える培養槽３を上方から見た図である。
【図２】攪拌装置１の構成を表す斜視図であり、（ａ）は可動部材１５が状態Ａにある場合を表し、（ｂ）は可動部材１５が状態Ｂにある場合を表す。
【図３】可動部材１５の軸方向に直交する断面での断面図であり、（ａ）は可動部材１５が状態Ａにある場合を表し、（ｂ）は可動部材１５が状態Ｂにある場合を表す
【図４】固定器具３９の説明図であり、（ａ）は固定器具３９が取り付けられていない状態を表し、（ｂ）は固定器具３９が取り付けられている状態を表す。
【図５】可動部４１の説明図であり、（ａ）は可動部４１が立っている状態を表し、（ｂ）は可動部４１が倒された状態を表す。
【図６】ボルト４７を用いた固定構造を表す説明図であり、（ａ）はボルト４７を退避させた状態を表し、（ｂ）はボルト４７を奥まで締め込んだ状態を表す。
【図７】ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７の構成を表す斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、可動部材１５の動作を表す説明図である。
【図９】攪拌装置５１の構成を表す斜視図である。
【図１０】可動部材５３の軸方向に直交する断面での断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、可動部材５３の動作を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
１．攪拌装置１及び培養槽３の構成
攪拌装置１及び培養槽３の構成を図１〜図７に基づいて説明する。図１は攪拌装置１を備える培養槽３を上方から見た図である。図２は攪拌装置１の構成を表す斜視図である。図３は後述する可動部材１５の軸方向に直交する断面での断面図である。図４〜図６は、それぞれ、後述する固定器具３９、可動部４１、ボルト４７を表す説明図である。図７は、後述するガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７の構成を表す斜視図である。
【００１５】
培養槽３は、図１に示すように、攪拌装置１を除けば、周知のレースウェイ型培養槽である。培養槽３は、上方が開口した平底容器５と、その底面の中央部に立設された仕切り壁７と、平底容器５内の培養液に流れを生じさせるパドル９と、パドル９を回転駆動するモータ１１とを備える。培養槽３は、微生物（例えば藻）の培養に用いることができる。培養槽３は、所定量の培養液が入れて使用される。
【００１６】
また、培養槽３は、微生物が沈殿し易い２箇所（仕切り壁７の両端付近）に、それぞれ、攪拌装置１を備えている。さらに、培養槽３は、平底容器５の底面上であって、攪拌装置１の下側に、空気、又はＣＯ2ガス（以下、単にガスとする）の泡を噴出する散気管１３を備えている。散気管１３には、外部の供給源（図示略）から、配管１４を通して、ガスが供給される。
【００１７】
攪拌装置１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、可動部材１５と、平底容器５の底面５ａに立設された直線棒状のガイドレール（支持手段、状態切替手段）１７、１９、２１、２３とから構成される。なお、ガイドレール１７、１９、２１、２３は、可動部材１５の両側（図２における手前側と、背面側）にそれぞれ同様に設けられている。
【００１８】
可動部材１５は、それぞれ、中空円筒を４分割した形状を有する第１部２５（単位部材）と、第２部（単位部材）２７とから構成される。第１部２５と第２部２７とは、それらの端面２５ａ、２７ｂにおける扇の要に相当する部分にて、回動軸２９により、回動可能に接続されている。よって、可動部材１５は、図２（ａ）、図３（ａ）に示すような、第１部２５と第２部２７とが隙間無く組み合わされ、全体として、中空円筒を２分割した容器形状となる状態Ａと、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すような、第１部２５と第２部２７の間に隙間２８が生じた状態Ｂとのいずれにもなることができる。状態Ａにおいて、図３（ａ）に示すように、第２部２７の円周面２７ｂのうち、第１部２５側の部分は、第１部２５の上に乗り上げている。可動部材１５は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、回動軸２９が下側となり、円周面２５ｂ、２７ｂが上側となる向きに取り付けられ、その下方は開放されている。
【００１９】
可動部材１５は、培養槽３中に所定量入れられた培養液中に浸漬されている。可動部材１５は、状態Ａの場合、下方の散気管１３から供給されるガスをその内部（下側）に保持することができる。保持するガスの量が所定量以上となったとき、その浮力により、可動部材１５には培養液中で上昇しようとする力が加わる。また、可動部材１５は、状態Ｂの場合、その内部にガスを保持することができない。可動部材１５は、状態Ａにおいて内部にガスを保持してから、状態Ｂに変化すると、保持していたガスを第１部２５と第２部２７との隙間２８から放出する。保持するガスの量が所定量以下となったとき、可動部材１５には、その重さにより、培養液中で下降しようとする力が加わる。
【００２０】
可動部材１５の第１部２５は、その両側の端面２５ａに、それぞれ、ガイドレール取付け部材３１、３３を備えている。ガイドレール取付け部材３１、３３は、図７に示すように、それぞれ、端面２５ａから水平方向に突出した円柱状部材であり、ガイドレール１７、１９を差し込み可能な上下方向の貫通孔３１ａ、３３ａが設けられている。ガイドレール取付け部材３１の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９の真上であって、第１部２５の円周面２５ｂ付近の位置である。また、ガイドレール取付け部材３３の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９と略同じ高さであり、円周面２５ｂ付近の位置である。ガイドレール取付け部材３１、３３は、第１部２５に対し、図７に示す矢印方向に回転可能に取り付けられている。
【００２１】
貫通孔３１ａ、３３ａにガイドレール１７、１９を差込むことで、第１部２５は、ガイドレール１７、１９により、上下方向に可動に支持される。ガイドレール１７、１９は、その軸方向が鉛直であり、それらの間隔は一定である。そのため、第１部２５は、培養液中を、ガイドレール１７、１９に案内されて鉛直方向に上下動し、上下動するとき、その向き（角度）は変化しない。なお、ガイドレール取付け部材３１、３３は、図２における背面側の端面２５ａにも同様に設けられており、背面側のガイドレール１７、１９と同様に接続している。
【００２２】
第２部２７は、その両側の端面２７ａに、ガイドレール取付け部材３５、３７を備えている。ガイドレール取付け部材３５、３７は、ガイドレール取付け部材３１、３３と同様のものであり、ガイドレール２１、２３を差し込み可能な上下方向の貫通孔３５ａ、３７ａが設けられている（図７参照）。ガイドレール取付け部材３５の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９の真上であって、第２部２７の円周面２７ｂ付近の位置である。また、ガイドレール取付け部材３５の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９と略同じ高さであり、円周面２７ｂ付近の位置である。ガイドレール取付け部材３５、３７は、第２部２７に対し、図７に示す矢印方向に回転可能に取り付けられている。
【００２３】
貫通孔３５ａ、３７ａにガイドレール２１、２３を差込むことで、第２部２７は、ガイドレール２１、２３により、上下方向に可動に支持される。ガイドレール２１は、上方にゆくほど、ガイドレール１９との間隔が広がるように傾斜している。また、ガイドレール２３は、上方にゆくほど、ガイドレール１９との間隔が狭まるように傾斜している。ガイドレール２１、２３の傾斜は、第２部２７が上下動するとき、第２部２７の向き（角度）を後述するように変化させるためのものである。なお、ガイドレール取付け部材３５、３７は、図２における背面側の端面２７ａにも同様に設けられており、背面側のガイドレール２１、２３と同様に接続している。
【００２４】
上記のように、第１部２５は、ガイドレール１７、１９に案内されて、培養液中で上下動可能であり、第２部２７は、ガイドレール２１、２３に案内されて、培養液中で上下動可能であるから、可動部材１５は、ガイドレール１７、１９、２１、２３に案内されて、培養液中で上下動可能である。
【００２５】
ガイドレール１７、１９、２１、２３のうちの１又は２以上には、図４（ｂ）に示すように、固定器具３９を取り付けることができる。固定器具３９は円環状のゴムバンドであり、ガイドレール１７、１９、２１、２３に外挿することができる。固定器具３９をガイドレール１７、１９、２１、２３のうち、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７よりも上側に取り付けると、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７は固定器具３９よりも上には移動できなくなるため、可動部材１５の上方向への動きを止めることができる。固定器具３９の位置は、可動部材１５を、後述する最下位置で固定できる位置とすることができる。図４（ａ）に示すように、ガイドレール１７、１９、２１、２３から固定器具３９を取り去ることもできる。この場合、可動部材１５の上方向への動きは制限されない。
【００２６】
固定器具３９を備える代わりに、ガイドレール１７、１９、２１、２３のうちの１又は２以上に、図５に示す可動部４１を備えていてもよい。この可動部４１は、ガイドレール１７、１９、２１、２３の外周面の一部を切り欠いた切欠部４３に、回動軸４５を介して回動可能に取り付けられている。可動部４１における回動軸４５の位置は、可動部４１の長手方向における一方の端付近である。図５（ａ）に示すように、可動部４１の長手方向が縦方向であれば、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７は可動部４１を通過できるので、可動部材１５の上下方向への動きは制限されない。一方、図５（ｂ）に示すように、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７が可動部４１よりも下にある状態で、可動部４１の長手方向が横方向となるように可動部４１を倒せば、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７は可動部４１を通過できなくなるので、可動部材１５の上方向への動きは制限される。可動部４１の位置は、可動部材１５を、後述する最下位置で固定できる位置とすることができる。
【００２７】
また、固定器具３９、可動部４１に代えて、またはそれらに加えて、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７のうちの１又は２以上は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ボルト４７をねじ込み可能なねじ穴４９を備えるものであってもよい。この場合、ガイドレール１７、１９、２１、２３は、ねじ込まれたボルト４７の先端を収容可能なボルト穴５０を備える。ボルト４７をねじ穴４９にねじ込み、その先端をボルト穴５０に指し込むことにより、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７（すなわち可動部材１５）の位置は固定される。固定される可動部材１５の位置は、後述する最下位置とすることができる。
【００２８】
２．攪拌装置１の動作
攪拌装置１の動作を図８に基づいて説明する。図８（ａ）は、可動部材１５の状態が状態Ａであり、可動部材１５の位置が、ガイドレール１７、１９、２１、２３に案内されて培養液中を上下動可能な範囲のうち、最も下の位置（以下、最下位置とする）にあり、可動部材１５で保持するガスの量が少ない状態を表す。最下位置は、可動部材１５が平底容器５の底面に当接する位置であってもよいし、ガイドレール１７、１９、２１、２３に設けられたストッパー（図示略）に、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７が当接する位置であってもよい。このとき、可動部材１５には、その重さにより、下向きの力が加わっている。可動部材１５が最下位置にあるとき、散気管１３は、可動部材１５の内部に収容される。すなわち、最下位置にある可動部材１５内に十分ガスが溜まったとき、散気管１３は、そのガス中にある。
【００２９】
散気管１３により供給されるガスが可動部材１５の下側に徐々に溜まってゆき、そのガスの浮力が可動部材１５の重さを超えると、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動部材１５はガイドレール１７、１９、２１、２３に案内され、培養液中を上昇してゆく。このとき、第１部２５は向き（角度）を変えずに、鉛直方向に上昇してゆくが、ガイドレール２１、２３が上記のように傾斜していることにより、可動部材１５が上昇するにつれて、第２部２７は、第１部２５に対し、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示す矢印の方向に回転してゆき、第１部２５と第２部２７とが重ね合わされた部分（図３（ａ）参照）は減少してゆく。
【００３０】
さらに可動部材１５が上昇し、ガイドレール１７、１９、２１、２３に案内されて上下動可能な範囲のうち、最も上の位置であって、培養液の液面近くの位置（以下、最上位置とする）に達すると、図８（ｄ）に示すように、第１部２５と第２部２７との間に隙間２８が生じ（すなわち可動部材１５が状態Ｂとなり）、可動部材１５の下側に保持されていたガスが、その隙間２８から放出される。保持していたガスの量が所定量以下となると、可動部材１５の重さが、ガスの浮力より大きくなり、図８（ｅ）に示すように、可動部材１５は培養液中を下降してゆく。このとき、可動部材１５の下降につれて、可動部材１５の状態は、状態Ｂから状態Ａに徐々に変化してゆく。そして、図８（ａ）の状態に戻る。
【００３１】
可動部材１５は、以上の図８（ａ）〜（ｅ）の変化を周期的に繰り返して、最下位置と最上位置との間を繰り返し上下動する。その結果として、培養槽３内の培養液が攪拌される。
【００３２】
可動部材１５が最下位置にあるときに、ガイドレール１７、１９、２１、２３のうちの１つ又は２以上において、図４（ｂ）に示すように固定器具３９を取り付け、可動部材１５の位置を最下位置に固定することができる。この場合、可動部材１５は上昇することなく、その内部（下側）にガスが溜まってゆき、やがて、散気管１３の周囲が、可動部材１５に保持されたガスで覆われる。
【００３３】
３．攪拌装置１が奏する効果
（１）攪拌装置１は、可動部材１５を上下に駆動する動力源を別途用意する必要がない。また、従来技術のように、超音波を用いる必要がない。そのため、省電力で培養液の攪拌を行うことができる。
（２）攪拌装置１は、可動部材１５を最下位置で固定し、その内部（下側）に溜めたガスで、散気管１３の周囲を覆うことができる。そのため、散気管１３からのガス放出を止めた後でも、散気管１３内に液体が入り込んでしまうようなことがない。
（３）散気管１３から放出されたガスは可動部材１５とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
＜第２の実施形態＞
１．攪拌装置５１の構成
攪拌装置５１の構成を図９〜図１０に基づいて説明する。図９は攪拌装置５１の構成を表す斜視図である。図１０は後述する可動部材５３の軸方向に直交する断面での断面図である。
【００３４】
攪拌装置５１は、前記第１の実施形態の培養槽３において、攪拌装置１に置換して設置できる。攪拌装置５１の下側には、ガスの泡を噴出する散気管１３を備えている。
攪拌装置５１は、図９に示すように、可動部材５３と、平底容器５の底面５ａに立設された直線棒状のガイドレール（支持手段）５５、５７とから構成される。なお、ガイドレール５５、５７は、可動部材５３の両側（図９における手前側と、背面側）にそれぞれ同様に設けられている。
【００３５】
可動部材５３は、中空円筒を２分割した形状を有し、その端面５３ａが側面となり、円周面５３ｂが上側となるように配置される。可動部材５３は、その円周面５３ｂのうち、最も高い部分に、開閉バルブ５９（状態切替手段）と、その開閉バルブ５９を駆動する図示しないアクチュエータとを備える。
【００３６】
可動部材５３は、培養槽３中に所定量入れられた培養液中に浸漬されている。可動部材５３は、開閉バルブ５９が閉の場合、下方の散気管１３から供給されるガスをその内部（下側）に保持することができる。保持するガスの量が所定量以上となったとき、その浮力により、可動部材５３には培養液中を上昇しようとする力が加わる。また、可動部材５３は、開閉バルブ５９が開の場合、そこからガスが放出されるので、その内部にガスを保持することができない。可動部材５３は、開閉バルブ５９が閉の状態において内部にガスを保持してから、開閉バルブ５９を開にすると、保持していたガスを開閉バルブ５９から放出する。保持するガスの量が所定量以下となったとき、可動部材５３には、その重さにより、培養液中を下降しようとする力が加わる。
【００３７】
可動部材５３は、その両側の端面５３ａに、それぞれ、ガイドレール取付け部材６１、６３を備えている。ガイドレール取付け部材６１、６３の構造は前記第１の実施形態におけるガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７と同様であり、それぞれ、ガイドレール５５、５７を差し込み可能な上下方向の貫通孔６１ａ、６３ａが設けられている。ガイドレール取付け部材６１、６３の位置は、端面５３ａの左右方向における両端付近である。
【００３８】
貫通孔６１ａ、６３ａにガイドレール５５、５７を差込むことで、可動部材５３は、ガイドレール５５、５７により、上下方向に可動に支持される。ガイドレール５５、５７は、その軸方向が鉛直であり、それらの間隔は一定である。そのため、可動部材５３は、ガイドレール５５、５７に案内されて鉛直方向に上下動する。なお、ガイドレール取付け部材６１、６３は、図９における背面側の端面５３ａにも同様に設けられており、背面側のガイドレール５５、５７と同様に接続している。
【００３９】
ガイドレール５５の下端付近には、最下位置センサ６５が取り付けられており、ガイドレール５５の上端付近には、最上位置センサ６７が取り付けられている。最下位置センサ６５は、可動部材５３が最下位置にあるとき、ガイドレール取付け部材６１の接近を感知するセンサである。すなわち、最下位置センサ６５は、可動部材５３が最下位置にあることを検知するセンサである。可動部材５３が最下位置にあることを最下位置センサ６５が、検知すると、最下位置センサ６５は所定の信号を、図示しない信号線を介して、上述したアクチュエータに出力する。その信号を受信したアクチュエータは、開閉バルブ５９を閉じる。
【００４０】
最上位置センサ６７は、可動部材５３が最上位置にあるとき、ガイドレール取付け部材６１の接近を感知するセンサである。すなわち、最上位置センサ６７は、可動部材５３が最上位置にあることを検知するセンサである。可動部材５３が最上位置にあることを最上位置センサ６７が、検知すると、最上位置センサ６７は所定の信号を、図示しない信号線を介して、上述したアクチュエータに出力する。その信号を受信したアクチュエータは、開閉バルブ５９を開ける。
【００４１】
２．攪拌装置５１の動作
攪拌装置５１の動作を図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）は、開閉バルブ５９が閉であり、可動部材５３の位置が、ガイドレール５５、５７に案内されて培養液中を上下動可能な範囲のうち、最も下の位置（以下、最下位置とする）にあり、可動部材５３で保持するガスの量が少ない状態を表す。最下位置は、可動部材５３が平底容器５の底面に当接する位置であってもよいし、最下位置センサ６５に、ガイドレール取付け部材６１が当接する位置であってもよい。このとき、可動部材５３には、その重さにより、下向きの力が加わっている。可動部材５３が最下位置にあるとき、散気管１３は、可動部材５３の内部に収容される。すなわち、最下位置にある可動部材５３内に十分ガスが溜まったとき、散気管１３は、そのガス中にある。
【００４２】
散気管１３により供給されるガスが可動部材５３の下側に徐々に溜まってゆき、そのガスの浮力が可動部材５３の重さを超えると、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動部材５３はガイドレール５５、５７に案内され、培養液中を上昇してゆく。
【００４３】
さらに可動部材５３が上昇し、液面近くの位置（以下、最上位置とする）に達すると、最上位置センサ６７の検出に基づき、開閉バルブ５９が開けられる。すると、図１２（ｄ）に示すように、可動部材１５の下側に保持されていたガスが、開閉バルブ５９から放出される。保持していたガスの量が所定量以下となると、可動部材５３の重さが、ガスの浮力より大きくなり、図１１（ｅ）に示すように、可動部材５３は下降してゆく。そして、可動部材５３は最下位置に達し、最上位置センサ６７の検出に基づき、開閉バルブ５９は閉じられ、図１１（ａ）の状態に戻る。
【００４４】
可動部材５３は、以上の図１１（ａ）〜（ｅ）の変化を周期的に繰り返し、最下位置と最上位置との間を繰り返し上下動する。その結果として、培養槽３内の培養液が攪拌される。
【００４５】
可動部材５３が最下位置にあるときに、ガイドレール５５、５７のうちの１つ又は２以上において、図４（ｂ）に示すように固定器具３９を取り付け、可動部材５３の位置を最下位置に固定することができる。この場合、可動部材５３は上昇することなく、その内部（下側）にガスが溜まってゆき、やがて、散気管１３の周囲が、可動部材５３に保持されたガスで覆われる。
【００４６】
３．攪拌装置５１が奏する効果
（１）攪拌装置５１は、可動部材５３を上下に駆動する動力源を別途用意する必要がない。また、従来技術のように、超音波を用いる必要がない。そのため、省電力で培養液の攪拌を行うことができる。
（２）攪拌装置５１は、可動部材５３を最下位置で固定し、その内部（下側）に溜めたガスで、散気管１３の周囲を覆うことができる。そのため、散気管１３からのガス放出を止めた後でも、散気管１３内に液体が入り込んでしまうようなことがない。
（３）散気管１３から放出されたガスは可動部材５３とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
【００４７】
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記第１の実施形態において、第１部２５、第２部２７の形状は、上述したものには限定されず、状態Ａにおいて、下方から供給されるガスを保持できるものであれば、任意に選択できる。例えば、下方が開口した任意の容器形状を、任意の分け方で２つに分けたものを、第１部２５、第２部２７とすることができる。
【００４８】
また、前記第１の実施形態において、上昇している可動部材１５の状態が状態Ａから状態Ｂに変化する位置（あるいは下降している可動部材１５の状態が状態Ｂから状態Ａに変化する位置）は、最上位置であってもよいし、最上位置から所定量だけ低い位置であってもよい。
【００４９】
また、前記第１の実施形態において、状態Ａから状態Ｂに移行するときの第１部２５、第２部２７の位置関係の変化は上述したものには限定されない。例えば、状態Ａから状態Ｂに移行するとき、第１部２５から見て、第２部２７が一定方向（例えば、横方向、上方向）にスライドして離れてゆくようにしてもよい。そのような動作は、ガイドレール１７、１９、２１、２３の形状、設置方向を調整することで実現できる。
【００５０】
また、前記第１の実施形態において、可動部材１５の移動方向は鉛直方向には限定されず、鉛直方向に対して傾斜した方向であってもよい。
前記第２の実施形態において、可動部材５３の形状は、上述したものには限定されず、開閉バルブ５９が閉の状態において、下方から供給されるガスを保持できるものであれば、任意に選択できる。例えば、下方が開口した任意の形状の容器を、可動部材５３とすることができる。
【００５１】
また、前記第２の実施形態において、開閉バルブ５９を開とするタイミングは、可動部材５３が最上位置に来たタイミングに限定されず、最上位置よりも所定距離だけ低い位置に来たタイミングであってもよいし、可動部材５３が最上位置に来てから所定時間が経過したタイミングであってもよい。
【００５２】
また、前記第２の実施形態において、開閉バルブ５９を閉とするタイミングは、可動部材５３が最下位置に来たタイミングに限定されず、最下位置よりも所定距離だけ高い位置に来たタイミングであってもよいし、可動部材５３が最下位置に来てから所定時間が経過したタイミングであってもよい。
【００５３】
前記第１及び第２の実施形態において、散気管１３は、常時、同じ流量でガスを供給するものであってもよいし、可動部材１５（５３）が下降しているときは、それが上昇しているときよりも、ガスの流量を減らしてもよい。また、可動部材１５（５３）が下降しているときは、ガスの供給を停止してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・攪拌装置、３・・・培養槽、５・・・平底容器、５ａ・・・底面、
７・・・仕切り壁、９・・・パドル、１１・・・モータ、１３・・・散気管、
１５・・・可動部材、１７、１９、２１、２３・・・ガイドレール、２８・・・隙間、
２５・・・第１部、２５ａ・・・端面、２５ｂ・・・円周面、２７・・・第２部、
２７ａ・・・端面、２７ｂ・・・円周面、２９・・・回動軸、
３１、３３、３５、３７・・・ガイドレール取付け部材、
３１ａ、３３ａ、３５ａ、３７ａ・・・貫通孔、３９・・・固定器具、
４１・・・可動部、４３・・・切欠部、４５・・・回動軸、４７・・・ボルト、
４９・・・ねじ穴、５０・・・ボルト穴、５１・・・攪拌装置、５３・・・可動部材、
５３ａ・・・端面、５３ｂ・・・円周面、５５、５７・・・ガイドレール、
５９・・・開閉バルブ、６１、６３・・・ガイドレール取付け部材、
６１ａ、６３ａ・・・貫通孔、６５・・・最下位置センサ、６７・・・最上位置センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物（例えば藻）の培養に用いられる攪拌装置、及び培養槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レースウェイ型培養槽が、微生物（例えば藻）の培養に用いられている。レースウェイ型培養槽は、回転するパドルを備えており、そのパドルの回転により培養液に一定方向の流れを生じさせ、微生物の沈殿を防止しようとしている。しかしながら、レースウェイ型培養槽の形状により、培養液の流れが緩やかになる部分が発生し、その部分では微生物が沈殿してしまうことがある。微生物の沈殿が生じると、微生物の培養が阻害され、育成が遅くなってしまう。この問題に関し、超音波を利用して沈殿防止を図る技術（特許文献１参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、継続的に超音波を発生させるために、多大な電力が必要になってしまう。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、省電力で培養液を攪拌し、微生物の沈殿を防止できる攪拌装置及び培養槽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】
【０００５】
本発明の攪拌装置は、液中において下方から供給されるガスを保持可能な状態Ａと、保持していたガスを外部に放出可能な状態Ｂとの間で変位可能な可動部材と、前記可動部材を上下動可能に支持する支持手段と、前記可動部材の上下方向における位置が所定の上限位置よりも上の場合に、前記可動部材を前記状態Ｂとし、前記可動部材の上下方向における位置が所定の下限位置よりも下の場合に、前記可動部材を前記状態Ａとする状態切替手段とを備え、前記可動部材は、保持しているガスの量に応じて、液中を上昇又は下降する。
【０００６】
本発明の攪拌装置において、可動部材は、状態Ａにおいて、下方から供給されるガスを保持し、その浮力により上昇する動作と、状態Ｂにおいて、保持していたガスを外部に放出し、下降する動作と交互に繰り返す。そのことにより、培養液を攪拌し、微生物の沈殿を防止することができる。また、可動部材を上下に駆動する動力源を別途用意する必要が必ずしもなく、特許文献１の技術のように、超音波を用いる必要もない。そのため、省電力で攪拌を行うことができる。また、下方から供給されたガスは可動部材とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
【０００７】
本発明の攪拌装置としては、例えば、以下の（ａ）、（ｂ）のようなものが挙げられる。すなわち、
（ａ）前記可動部材は、相互の位置関係が可変な複数の単位部材から構成される。前記状態Ａは、前記複数の単位部材により、下方から供給されるガスを保持可能な中空容器形状が形成された状態である。前記状態Ｂは、前記複数の単位部材間に、ガスを上方に逃がす隙間が存在する状態である。前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ｂとなるように支持するとともに、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ａとなるように支持する前記支持手段である。
【０００８】
この攪拌装置は、省電力で攪拌を行うことができる。また、下方から供給されたガスは可動部材とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
（ｂ）前記可動部材は、液中において下方から供給されるガスを保持可能なガス保持部と、前記ガス保持部に保持された前記ガスを外部に放出可能なバルブとを備える。前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記バルブを開とし、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記バルブを閉とする。
【０００９】
この攪拌装置は、省電力で攪拌を行うことができる。また、下方から供給されたガスは可動部材とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
【００１０】
本発明の攪拌装置は、例えば、前記可動部材を、所定の位置で固定する固定手段を備えることができる。こうすることにより、例えば、可動部材を低い位置で固定し、可動部材で保持したガスで、液中にガスを供給する供給口（例えば散気管）の周囲を覆うことができる。その場合、ガス放出を止めた後でも、ガスの供給口に培養液が入り込んでしまうようなことがない。前記所定の位置としては、上記のように、可動部材で保持したガスで、液中にガスを供給する供給口（例えば散気管）の周囲を覆うことができる位置が好ましい。
【００１１】
本発明の培養槽は、上述した攪拌装置を備えるものである。このような攪拌装置を備えることにより、省電力で攪拌を行い、微生物の沈殿を防止することができる。
培養槽としては、例えば、レースウェイ型培養槽が挙げられる。培養槽は、例えば、微生物（例えば藻）の培養に用いることができる。
【００１２】
本発明において、前記上限位置と前記下限位置は同じ位置であってもよいし、異なる位置（例えば、上限位置の方が下限位置よりも高い）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】攪拌装置１を備える培養槽３を上方から見た図である。
【図２】攪拌装置１の構成を表す斜視図であり、（ａ）は可動部材１５が状態Ａにある場合を表し、（ｂ）は可動部材１５が状態Ｂにある場合を表す。
【図３】可動部材１５の軸方向に直交する断面での断面図であり、（ａ）は可動部材１５が状態Ａにある場合を表し、（ｂ）は可動部材１５が状態Ｂにある場合を表す
【図４】固定器具３９の説明図であり、（ａ）は固定器具３９が取り付けられていない状態を表し、（ｂ）は固定器具３９が取り付けられている状態を表す。
【図５】可動部４１の説明図であり、（ａ）は可動部４１が立っている状態を表し、（ｂ）は可動部４１が倒された状態を表す。
【図６】ボルト４７を用いた固定構造を表す説明図であり、（ａ）はボルト４７を退避させた状態を表し、（ｂ）はボルト４７を奥まで締め込んだ状態を表す。
【図７】ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７の構成を表す斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、可動部材１５の動作を表す説明図である。
【図９】攪拌装置５１の構成を表す斜視図である。
【図１０】可動部材５３の軸方向に直交する断面での断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、可動部材５３の動作を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
１．攪拌装置１及び培養槽３の構成
攪拌装置１及び培養槽３の構成を図１〜図７に基づいて説明する。図１は攪拌装置１を備える培養槽３を上方から見た図である。図２は攪拌装置１の構成を表す斜視図である。図３は後述する可動部材１５の軸方向に直交する断面での断面図である。図４〜図６は、それぞれ、後述する固定器具３９、可動部４１、ボルト４７を表す説明図である。図７は、後述するガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７の構成を表す斜視図である。
【００１５】
培養槽３は、図１に示すように、攪拌装置１を除けば、周知のレースウェイ型培養槽である。培養槽３は、上方が開口した平底容器５と、その底面の中央部に立設された仕切り壁７と、平底容器５内の培養液に流れを生じさせるパドル９と、パドル９を回転駆動するモータ１１とを備える。培養槽３は、微生物（例えば藻）の培養に用いることができる。培養槽３は、所定量の培養液が入れて使用される。
【００１６】
また、培養槽３は、微生物が沈殿し易い２箇所（仕切り壁７の両端付近）に、それぞれ、攪拌装置１を備えている。さらに、培養槽３は、平底容器５の底面上であって、攪拌装置１の下側に、空気、又はＣＯ2ガス（以下、単にガスとする）の泡を噴出する散気管１３を備えている。散気管１３には、外部の供給源（図示略）から、配管１４を通して、ガスが供給される。
【００１７】
攪拌装置１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、可動部材１５と、平底容器５の底面５ａに立設された直線棒状のガイドレール（支持手段、状態切替手段）１７、１９、２１、２３とから構成される。なお、ガイドレール１７、１９、２１、２３は、可動部材１５の両側（図２における手前側と、背面側）にそれぞれ同様に設けられている。
【００１８】
可動部材１５は、それぞれ、中空円筒を４分割した形状を有する第１部２５（単位部材）と、第２部（単位部材）２７とから構成される。第１部２５と第２部２７とは、それらの端面２５ａ、２７ｂにおける扇の要に相当する部分にて、回動軸２９により、回動可能に接続されている。よって、可動部材１５は、図２（ａ）、図３（ａ）に示すような、第１部２５と第２部２７とが隙間無く組み合わされ、全体として、中空円筒を２分割した容器形状となる状態Ａと、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すような、第１部２５と第２部２７の間に隙間２８が生じた状態Ｂとのいずれにもなることができる。状態Ａにおいて、図３（ａ）に示すように、第２部２７の円周面２７ｂのうち、第１部２５側の部分は、第１部２５の上に乗り上げている。可動部材１５は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、回動軸２９が下側となり、円周面２５ｂ、２７ｂが上側となる向きに取り付けられ、その下方は開放されている。
【００１９】
可動部材１５は、培養槽３中に所定量入れられた培養液中に浸漬されている。可動部材１５は、状態Ａの場合、下方の散気管１３から供給されるガスをその内部（下側）に保持することができる。保持するガスの量が所定量以上となったとき、その浮力により、可動部材１５には培養液中で上昇しようとする力が加わる。また、可動部材１５は、状態Ｂの場合、その内部にガスを保持することができない。可動部材１５は、状態Ａにおいて内部にガスを保持してから、状態Ｂに変化すると、保持していたガスを第１部２５と第２部２７との隙間２８から放出する。保持するガスの量が所定量以下となったとき、可動部材１５には、その重さにより、培養液中で下降しようとする力が加わる。
【００２０】
可動部材１５の第１部２５は、その両側の端面２５ａに、それぞれ、ガイドレール取付け部材３１、３３を備えている。ガイドレール取付け部材３１、３３は、図７に示すように、それぞれ、端面２５ａから水平方向に突出した円柱状部材であり、ガイドレール１７、１９を差し込み可能な上下方向の貫通孔３１ａ、３３ａが設けられている。ガイドレール取付け部材３１の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９の真上であって、第１部２５の円周面２５ｂ付近の位置である。また、ガイドレール取付け部材３３の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９と略同じ高さであり、円周面２５ｂ付近の位置である。ガイドレール取付け部材３１、３３は、第１部２５に対し、図７に示す矢印方向に回転可能に取り付けられている。
【００２１】
貫通孔３１ａ、３３ａにガイドレール１７、１９を差込むことで、第１部２５は、ガイドレール１７、１９により、上下方向に可動に支持される。ガイドレール１７、１９は、その軸方向が鉛直であり、それらの間隔は一定である。そのため、第１部２５は、培養液中を、ガイドレール１７、１９に案内されて鉛直方向に上下動し、上下動するとき、その向き（角度）は変化しない。なお、ガイドレール取付け部材３１、３３は、図２における背面側の端面２５ａにも同様に設けられており、背面側のガイドレール１７、１９と同様に接続している。
【００２２】
第２部２７は、その両側の端面２７ａに、ガイドレール取付け部材３５、３７を備えている。ガイドレール取付け部材３５、３７は、ガイドレール取付け部材３１、３３と同様のものであり、ガイドレール２１、２３を差し込み可能な上下方向の貫通孔３５ａ、３７ａが設けられている（図７参照）。ガイドレール取付け部材３５の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９の真上であって、第２部２７の円周面２７ｂ付近の位置である。また、ガイドレール取付け部材３５の位置は、図２（ａ）に示す状態において、回動軸２９と略同じ高さであり、円周面２７ｂ付近の位置である。ガイドレール取付け部材３５、３７は、第２部２７に対し、図７に示す矢印方向に回転可能に取り付けられている。
【００２３】
貫通孔３５ａ、３７ａにガイドレール２１、２３を差込むことで、第２部２７は、ガイドレール２１、２３により、上下方向に可動に支持される。ガイドレール２１は、上方にゆくほど、ガイドレール１９との間隔が広がるように傾斜している。また、ガイドレール２３は、上方にゆくほど、ガイドレール１９との間隔が狭まるように傾斜している。ガイドレール２１、２３の傾斜は、第２部２７が上下動するとき、第２部２７の向き（角度）を後述するように変化させるためのものである。なお、ガイドレール取付け部材３５、３７は、図２における背面側の端面２７ａにも同様に設けられており、背面側のガイドレール２１、２３と同様に接続している。
【００２４】
上記のように、第１部２５は、ガイドレール１７、１９に案内されて、培養液中で上下動可能であり、第２部２７は、ガイドレール２１、２３に案内されて、培養液中で上下動可能であるから、可動部材１５は、ガイドレール１７、１９、２１、２３に案内されて、培養液中で上下動可能である。
【００２５】
ガイドレール１７、１９、２１、２３のうちの１又は２以上には、図４（ｂ）に示すように、固定器具３９を取り付けることができる。固定器具３９は円環状のゴムバンドであり、ガイドレール１７、１９、２１、２３に外挿することができる。固定器具３９をガイドレール１７、１９、２１、２３のうち、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７よりも上側に取り付けると、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７は固定器具３９よりも上には移動できなくなるため、可動部材１５の上方向への動きを止めることができる。固定器具３９の位置は、可動部材１５を、後述する最下位置で固定できる位置とすることができる。図４（ａ）に示すように、ガイドレール１７、１９、２１、２３から固定器具３９を取り去ることもできる。この場合、可動部材１５の上方向への動きは制限されない。
【００２６】
固定器具３９を備える代わりに、ガイドレール１７、１９、２１、２３のうちの１又は２以上に、図５に示す可動部４１を備えていてもよい。この可動部４１は、ガイドレール１７、１９、２１、２３の外周面の一部を切り欠いた切欠部４３に、回動軸４５を介して回動可能に取り付けられている。可動部４１における回動軸４５の位置は、可動部４１の長手方向における一方の端付近である。図５（ａ）に示すように、可動部４１の長手方向が縦方向であれば、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７は可動部４１を通過できるので、可動部材１５の上下方向への動きは制限されない。一方、図５（ｂ）に示すように、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７が可動部４１よりも下にある状態で、可動部４１の長手方向が横方向となるように可動部４１を倒せば、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７は可動部４１を通過できなくなるので、可動部材１５の上方向への動きは制限される。可動部４１の位置は、可動部材１５を、後述する最下位置で固定できる位置とすることができる。
【００２７】
また、固定器具３９、可動部４１に代えて、またはそれらに加えて、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７のうちの１又は２以上は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ボルト４７をねじ込み可能なねじ穴４９を備えるものであってもよい。この場合、ガイドレール１７、１９、２１、２３は、ねじ込まれたボルト４７の先端を収容可能なボルト穴５０を備える。ボルト４７をねじ穴４９にねじ込み、その先端をボルト穴５０に指し込むことにより、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７（すなわち可動部材１５）の位置は固定される。固定される可動部材１５の位置は、後述する最下位置とすることができる。
【００２８】
２．攪拌装置１の動作
攪拌装置１の動作を図８に基づいて説明する。図８（ａ）は、可動部材１５の状態が状態Ａであり、可動部材１５の位置が、ガイドレール１７、１９、２１、２３に案内されて培養液中を上下動可能な範囲のうち、最も下の位置（以下、最下位置とする）にあり、可動部材１５で保持するガスの量が少ない状態を表す。最下位置は、可動部材１５が平底容器５の底面に当接する位置であってもよいし、ガイドレール１７、１９、２１、２３に設けられたストッパー（図示略）に、ガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７が当接する位置であってもよい。このとき、可動部材１５には、その重さにより、下向きの力が加わっている。可動部材１５が最下位置にあるとき、散気管１３は、可動部材１５の内部に収容される。すなわち、最下位置にある可動部材１５内に十分ガスが溜まったとき、散気管１３は、そのガス中にある。
【００２９】
散気管１３により供給されるガスが可動部材１５の下側に徐々に溜まってゆき、そのガスの浮力が可動部材１５の重さを超えると、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動部材１５はガイドレール１７、１９、２１、２３に案内され、培養液中を上昇してゆく。このとき、第１部２５は向き（角度）を変えずに、鉛直方向に上昇してゆくが、ガイドレール２１、２３が上記のように傾斜していることにより、可動部材１５が上昇するにつれて、第２部２７は、第１部２５に対し、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示す矢印の方向に回転してゆき、第１部２５と第２部２７とが重ね合わされた部分（図３（ａ）参照）は減少してゆく。
【００３０】
さらに可動部材１５が上昇し、ガイドレール１７、１９、２１、２３に案内されて上下動可能な範囲のうち、最も上の位置であって、培養液の液面近くの位置（以下、最上位置とする）に達すると、図８（ｄ）に示すように、第１部２５と第２部２７との間に隙間２８が生じ（すなわち可動部材１５が状態Ｂとなり）、可動部材１５の下側に保持されていたガスが、その隙間２８から放出される。保持していたガスの量が所定量以下となると、可動部材１５の重さが、ガスの浮力より大きくなり、図８（ｅ）に示すように、可動部材１５は培養液中を下降してゆく。このとき、可動部材１５の下降につれて、可動部材１５の状態は、状態Ｂから状態Ａに徐々に変化してゆく。そして、図８（ａ）の状態に戻る。
【００３１】
可動部材１５は、以上の図８（ａ）〜（ｅ）の変化を周期的に繰り返して、最下位置と最上位置との間を繰り返し上下動する。その結果として、培養槽３内の培養液が攪拌される。
【００３２】
可動部材１５が最下位置にあるときに、ガイドレール１７、１９、２１、２３のうちの１つ又は２以上において、図４（ｂ）に示すように固定器具３９を取り付け、可動部材１５の位置を最下位置に固定することができる。この場合、可動部材１５は上昇することなく、その内部（下側）にガスが溜まってゆき、やがて、散気管１３の周囲が、可動部材１５に保持されたガスで覆われる。
【００３３】
３．攪拌装置１が奏する効果
（１）攪拌装置１は、可動部材１５を上下に駆動する動力源を別途用意する必要がない。また、従来技術のように、超音波を用いる必要がない。そのため、省電力で培養液の攪拌を行うことができる。
（２）攪拌装置１は、可動部材１５を最下位置で固定し、その内部（下側）に溜めたガスで、散気管１３の周囲を覆うことができる。そのため、散気管１３からのガス放出を止めた後でも、散気管１３内に液体が入り込んでしまうようなことがない。
（３）散気管１３から放出されたガスは可動部材１５とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
＜第２の実施形態＞
１．攪拌装置５１の構成
攪拌装置５１の構成を図９〜図１０に基づいて説明する。図９は攪拌装置５１の構成を表す斜視図である。図１０は後述する可動部材５３の軸方向に直交する断面での断面図である。
【００３４】
攪拌装置５１は、前記第１の実施形態の培養槽３において、攪拌装置１に置換して設置できる。攪拌装置５１の下側には、ガスの泡を噴出する散気管１３を備えている。
攪拌装置５１は、図９に示すように、可動部材５３と、平底容器５の底面５ａに立設された直線棒状のガイドレール（支持手段）５５、５７とから構成される。なお、ガイドレール５５、５７は、可動部材５３の両側（図９における手前側と、背面側）にそれぞれ同様に設けられている。
【００３５】
可動部材５３は、中空円筒を２分割した形状を有し、その端面５３ａが側面となり、円周面５３ｂが上側となるように配置される。可動部材５３は、その円周面５３ｂのうち、最も高い部分に、開閉バルブ５９（状態切替手段）と、その開閉バルブ５９を駆動する図示しないアクチュエータとを備える。
【００３６】
可動部材５３は、培養槽３中に所定量入れられた培養液中に浸漬されている。可動部材５３は、開閉バルブ５９が閉の場合、下方の散気管１３から供給されるガスをその内部（下側）に保持することができる。保持するガスの量が所定量以上となったとき、その浮力により、可動部材５３には培養液中を上昇しようとする力が加わる。また、可動部材５３は、開閉バルブ５９が開の場合、そこからガスが放出されるので、その内部にガスを保持することができない。可動部材５３は、開閉バルブ５９が閉の状態において内部にガスを保持してから、開閉バルブ５９を開にすると、保持していたガスを開閉バルブ５９から放出する。保持するガスの量が所定量以下となったとき、可動部材５３には、その重さにより、培養液中を下降しようとする力が加わる。
【００３７】
可動部材５３は、その両側の端面５３ａに、それぞれ、ガイドレール取付け部材６１、６３を備えている。ガイドレール取付け部材６１、６３の構造は前記第１の実施形態におけるガイドレール取付け部材３１、３３、３５、３７と同様であり、それぞれ、ガイドレール５５、５７を差し込み可能な上下方向の貫通孔６１ａ、６３ａが設けられている。ガイドレール取付け部材６１、６３の位置は、端面５３ａの左右方向における両端付近である。
【００３８】
貫通孔６１ａ、６３ａにガイドレール５５、５７を差込むことで、可動部材５３は、ガイドレール５５、５７により、上下方向に可動に支持される。ガイドレール５５、５７は、その軸方向が鉛直であり、それらの間隔は一定である。そのため、可動部材５３は、ガイドレール５５、５７に案内されて鉛直方向に上下動する。なお、ガイドレール取付け部材６１、６３は、図９における背面側の端面５３ａにも同様に設けられており、背面側のガイドレール５５、５７と同様に接続している。
【００３９】
ガイドレール５５の下端付近には、最下位置センサ６５が取り付けられており、ガイドレール５５の上端付近には、最上位置センサ６７が取り付けられている。最下位置センサ６５は、可動部材５３が最下位置にあるとき、ガイドレール取付け部材６１の接近を感知するセンサである。すなわち、最下位置センサ６５は、可動部材５３が最下位置にあることを検知するセンサである。可動部材５３が最下位置にあることを最下位置センサ６５が、検知すると、最下位置センサ６５は所定の信号を、図示しない信号線を介して、上述したアクチュエータに出力する。その信号を受信したアクチュエータは、開閉バルブ５９を閉じる。
【００４０】
最上位置センサ６７は、可動部材５３が最上位置にあるとき、ガイドレール取付け部材６１の接近を感知するセンサである。すなわち、最上位置センサ６７は、可動部材５３が最上位置にあることを検知するセンサである。可動部材５３が最上位置にあることを最上位置センサ６７が、検知すると、最上位置センサ６７は所定の信号を、図示しない信号線を介して、上述したアクチュエータに出力する。その信号を受信したアクチュエータは、開閉バルブ５９を開ける。
【００４１】
２．攪拌装置５１の動作
攪拌装置５１の動作を図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）は、開閉バルブ５９が閉であり、可動部材５３の位置が、ガイドレール５５、５７に案内されて培養液中を上下動可能な範囲のうち、最も下の位置（以下、最下位置とする）にあり、可動部材５３で保持するガスの量が少ない状態を表す。最下位置は、可動部材５３が平底容器５の底面に当接する位置であってもよいし、最下位置センサ６５に、ガイドレール取付け部材６１が当接する位置であってもよい。このとき、可動部材５３には、その重さにより、下向きの力が加わっている。可動部材５３が最下位置にあるとき、散気管１３は、可動部材５３の内部に収容される。すなわち、最下位置にある可動部材５３内に十分ガスが溜まったとき、散気管１３は、そのガス中にある。
【００４２】
散気管１３により供給されるガスが可動部材５３の下側に徐々に溜まってゆき、そのガスの浮力が可動部材５３の重さを超えると、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動部材５３はガイドレール５５、５７に案内され、培養液中を上昇してゆく。
【００４３】
さらに可動部材５３が上昇し、液面近くの位置（以下、最上位置とする）に達すると、最上位置センサ６７の検出に基づき、開閉バルブ５９が開けられる。すると、図１２（ｄ）に示すように、可動部材１５の下側に保持されていたガスが、開閉バルブ５９から放出される。保持していたガスの量が所定量以下となると、可動部材５３の重さが、ガスの浮力より大きくなり、図１１（ｅ）に示すように、可動部材５３は下降してゆく。そして、可動部材５３は最下位置に達し、最上位置センサ６７の検出に基づき、開閉バルブ５９は閉じられ、図１１（ａ）の状態に戻る。
【００４４】
可動部材５３は、以上の図１１（ａ）〜（ｅ）の変化を周期的に繰り返し、最下位置と最上位置との間を繰り返し上下動する。その結果として、培養槽３内の培養液が攪拌される。
【００４５】
可動部材５３が最下位置にあるときに、ガイドレール５５、５７のうちの１つ又は２以上において、図４（ｂ）に示すように固定器具３９を取り付け、可動部材５３の位置を最下位置に固定することができる。この場合、可動部材５３は上昇することなく、その内部（下側）にガスが溜まってゆき、やがて、散気管１３の周囲が、可動部材５３に保持されたガスで覆われる。
【００４６】
３．攪拌装置５１が奏する効果
（１）攪拌装置５１は、可動部材５３を上下に駆動する動力源を別途用意する必要がない。また、従来技術のように、超音波を用いる必要がない。そのため、省電力で培養液の攪拌を行うことができる。
（２）攪拌装置５１は、可動部材５３を最下位置で固定し、その内部（下側）に溜めたガスで、散気管１３の周囲を覆うことができる。そのため、散気管１３からのガス放出を止めた後でも、散気管１３内に液体が入り込んでしまうようなことがない。
（３）散気管１３から放出されたガスは可動部材５３とともにゆっくり上昇するので、気液接触時間が長くなる。そのため、ガス成分が培養液に溶け込みやすい。
【００４７】
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記第１の実施形態において、第１部２５、第２部２７の形状は、上述したものには限定されず、状態Ａにおいて、下方から供給されるガスを保持できるものであれば、任意に選択できる。例えば、下方が開口した任意の容器形状を、任意の分け方で２つに分けたものを、第１部２５、第２部２７とすることができる。
【００４８】
また、前記第１の実施形態において、上昇している可動部材１５の状態が状態Ａから状態Ｂに変化する位置（あるいは下降している可動部材１５の状態が状態Ｂから状態Ａに変化する位置）は、最上位置であってもよいし、最上位置から所定量だけ低い位置であってもよい。
【００４９】
また、前記第１の実施形態において、状態Ａから状態Ｂに移行するときの第１部２５、第２部２７の位置関係の変化は上述したものには限定されない。例えば、状態Ａから状態Ｂに移行するとき、第１部２５から見て、第２部２７が一定方向（例えば、横方向、上方向）にスライドして離れてゆくようにしてもよい。そのような動作は、ガイドレール１７、１９、２１、２３の形状、設置方向を調整することで実現できる。
【００５０】
また、前記第１の実施形態において、可動部材１５の移動方向は鉛直方向には限定されず、鉛直方向に対して傾斜した方向であってもよい。
前記第２の実施形態において、可動部材５３の形状は、上述したものには限定されず、開閉バルブ５９が閉の状態において、下方から供給されるガスを保持できるものであれば、任意に選択できる。例えば、下方が開口した任意の形状の容器を、可動部材５３とすることができる。
【００５１】
また、前記第２の実施形態において、開閉バルブ５９を開とするタイミングは、可動部材５３が最上位置に来たタイミングに限定されず、最上位置よりも所定距離だけ低い位置に来たタイミングであってもよいし、可動部材５３が最上位置に来てから所定時間が経過したタイミングであってもよい。
【００５２】
また、前記第２の実施形態において、開閉バルブ５９を閉とするタイミングは、可動部材５３が最下位置に来たタイミングに限定されず、最下位置よりも所定距離だけ高い位置に来たタイミングであってもよいし、可動部材５３が最下位置に来てから所定時間が経過したタイミングであってもよい。
【００５３】
前記第１及び第２の実施形態において、散気管１３は、常時、同じ流量でガスを供給するものであってもよいし、可動部材１５（５３）が下降しているときは、それが上昇しているときよりも、ガスの流量を減らしてもよい。また、可動部材１５（５３）が下降しているときは、ガスの供給を停止してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・攪拌装置、３・・・培養槽、５・・・平底容器、５ａ・・・底面、
７・・・仕切り壁、９・・・パドル、１１・・・モータ、１３・・・散気管、
１５・・・可動部材、１７、１９、２１、２３・・・ガイドレール、２８・・・隙間、
２５・・・第１部、２５ａ・・・端面、２５ｂ・・・円周面、２７・・・第２部、
２７ａ・・・端面、２７ｂ・・・円周面、２９・・・回動軸、
３１、３３、３５、３７・・・ガイドレール取付け部材、
３１ａ、３３ａ、３５ａ、３７ａ・・・貫通孔、３９・・・固定器具、
４１・・・可動部、４３・・・切欠部、４５・・・回動軸、４７・・・ボルト、
４９・・・ねじ穴、５０・・・ボルト穴、５１・・・攪拌装置、５３・・・可動部材、
５３ａ・・・端面、５３ｂ・・・円周面、５５、５７・・・ガイドレール、
５９・・・開閉バルブ、６１、６３・・・ガイドレール取付け部材、
６１ａ、６３ａ・・・貫通孔、６５・・・最下位置センサ、６７・・・最上位置センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中において下方から供給されるガスを保持可能な状態Ａと、保持していたガスを外部に放出可能な状態Ｂとの間で変位可能な可動部材と、
前記可動部材を上下動可能に支持する支持手段と、
前記可動部材の上下方向における位置が所定の上限位置よりも上の場合に、前記可動部材を前記状態Ｂとし、前記可動部材の上下方向における位置が所定の下限位置よりも下の場合に、前記可動部材を前記状態Ａとする状態切替手段と、を備え、
前記可動部材は、保持しているガスの量に応じて、液中を上昇又は下降することを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記可動部材は、相互の位置関係が可変な複数の単位部材から構成され、
前記状態Ａは、前記複数の単位部材により、下方から供給されるガスを保持可能な中空容器形状が形成された状態であり、
前記状態Ｂは、前記複数の単位部材間に、ガスを上方に逃がす隙間が存在する状態であり、
前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ｂとなるように支持するとともに、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ａとなるように支持する前記支持手段であることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記可動部材は、液中において下方から供給されるガスを保持可能なガス保持部と、前記ガス保持部に保持された前記ガスを外部に放出可能なバルブとを備え、
前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記バルブを開とし、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記バルブを閉とするものであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項４】
前記可動部材を、所定の位置で固定する固定手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の攪拌装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の攪拌装置を備えた培養槽。
【請求項１】
液中において下方から供給されるガスを保持可能な状態Ａと、保持していたガスを外部に放出可能な状態Ｂとの間で変位可能な可動部材と、
前記可動部材を上下動可能に支持する支持手段と、
前記可動部材の上下方向における位置が所定の上限位置よりも上の場合に、前記可動部材を前記状態Ｂとし、前記可動部材の上下方向における位置が所定の下限位置よりも下の場合に、前記可動部材を前記状態Ａとする状態切替手段と、を備え、
前記可動部材は、保持しているガスの量に応じて、液中を上昇又は下降することを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記可動部材は、相互の位置関係が可変な複数の単位部材から構成され、
前記状態Ａは、前記複数の単位部材により、下方から供給されるガスを保持可能な中空容器形状が形成された状態であり、
前記状態Ｂは、前記複数の単位部材間に、ガスを上方に逃がす隙間が存在する状態であり、
前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ｂとなるように支持するとともに、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記複数の単位部材を前記状態Ａとなるように支持する前記支持手段であることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記可動部材は、液中において下方から供給されるガスを保持可能なガス保持部と、前記ガス保持部に保持された前記ガスを外部に放出可能なバルブとを備え、
前記状態切替手段は、前記可動部材の上下方向における位置が前記上限位置よりも上の場合に、前記バルブを開とし、前記可動部材の上下方向における位置が前記下限位置よりも下の場合に、前記バルブを閉とするものであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項４】
前記可動部材を、所定の位置で固定する固定手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の攪拌装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の攪拌装置を備えた培養槽。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図８】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７０４１７（Ｐ２０１２−１７０４１７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７２２７（Ｐ２０１１−３７２２７）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、農林水産省、革新的なＣＯ２高吸収バイオマスの利用技術の開発委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、農林水産省、革新的なＣＯ２高吸収バイオマスの利用技術の開発委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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