JP5371995B2 - 試料破砕装置 - Google Patents

Description

本願の発明は、例えば、生物体の各種細胞組織等の試料の遺伝子構造の検知・解析等の際や、工業用材料や鉱物等の試料（小片、粒状、ひも状等）の調査・分析の際に、事前に試料をさらに細かく破砕しておくのに用いられる試料破砕装置に関する。

従来、このような試料破砕装置としては、プラスチック等の透明な容器（チューブ）に試料（細胞片）と金属や非金属からなるビーズを入れて、特公平０６−０３６７３２号公報（特許文献１）に示されるような破砕装置にセットして、振動を加えるものがある。ビーズには、ステンレスやタングステン等の金属、ガラスやジルコニア等の非金属が用いられ、チューブに高速振動を加えて、チューブ内でビーズと試料とを多数回、不規則に衝突させる。これによって、細胞等の試料片が粉々に砕かれる。

この破砕装置の仕組みは、「回転駆動可能な回転軸にその軸心に対して中心線が傾斜した傾斜軸部を設け、この傾斜軸部に中心線が一致するように環状体を相対回転自在に外嵌するとともに、この環状体にその回転を弾性的に拘束するバネを係着し、前記環状体の外周に、被破砕物とビーズを収容した密閉容器（チューブ）を保持するホルダ片を周方向に多数配置した」ものとなっている。この場合、ホルダ片は、環状体の周囲に限られており、保持されるチューブの数とサイズが限られる簡易的なものである。

また、特開２００５−１６０４２８号公報（特許文献２）に記載されたような装置もある。この装置は、図１２及び図１３に図示されるように、「土台６と、該土台６に弾性部材１６を介して支持されるベース板７と、該ベース板７上に載置されて偏心回転をするクランク機構部８と、該クランク機構部８の偏心部に一端側を枢支され、他端に破砕対象部材を収納した密閉容器１００を搭載する受け台９と、該受け台９上に立設されるガイド軸１０及びネジ軸１１と、これらの軸に摺動可能に保持され、前記密閉容器１００の上面に押圧されるスライドブロック体１２と、該スライドブロック体１２を所定位置にセットするロック機構部１３とを設けるものからなり、前記クランク機構部８には、その回転軸２２と同心位置にリング溝２が形成され、該リング溝２内には複数個の硬質部材と流動部材とが封止される」ものである。

この場合、試料をなす破砕対象部材が入った密閉容器１００を受け台９とスライドブロック体１２との上下間でロックし、受け台９をクランク機構部８で振動させ、この振動によって発生する「密閉容器１００、受け台９、クランク機構部８」からなる一体構造部分の揺れを、弾性部材１６を介して土台６によって支持する構造を採っているため、試料を多量に高速振動させることができる。

この構造の場合、振動の下方支点（密閉容器１００の下方を受け台９、クランク機構部８を介して支持している点）は、土台６に立設されたポール１８に弾性部材（引っ張りバネ）１６を介して支持されたベース板７によって支持されるようになっているが、振動の上方支点（密閉容器１００の上方にある支持部材２９）は、この装置の背後にある支持柱３０とクランク状部材を介して不安定な状態で両端の２点でピン支持されており、「密閉容器１００、受け台９、クランク機構部８」からなる一体構造部分の振動の安定性を欠くものである。

さらに、この装置においては、受け台９上に左右に立設されて設けられたガイド軸１０及びネジ軸１１に対してスライドブロック体１２を上下にスライドさせることによって、密閉容器１００をスライドブロック体１２と受け台９との間で保持する構造となっているが、スライドブロック体１２のスライドロックは、左右のネジにより行っている。しかしながら、左右のネジによるロックは、ロック位置の左右の高さが異なると、スライドブロック体１２が水平にならない可能性があり、密閉容器１００を十分に保持できない虞がある。その結果、「密閉容器１００、受け台９、クランク機構部８」からなる一体構造部分が、十分な振動対象物の一体構造物とはなり得ない可能性があり、これも安定性を欠く原因となっている。

特公平０６−０３６７３２号公報 特開２００５−１６０４２８号公報

本願の発明は、従来の試料破砕装置が有する前記のような問題点を解決して、細胞等の様々な試料の粉砕に柔軟に対応することができ、試料収納部となる振動対象部の振動を安定して継続させることができる試料破砕装置を提供することを課題とする。

前記のような課題は、本願の特許請求の範囲の各請求項に記載された、次のような発明により解決される。
すなわち、その請求項１に記載された発明は、試料と衝撃付与物とを収容する容器に振動を加え、衝撃付与物を試料に衝突させて試料を破砕する試料破砕装置であって、
有底無蓋の箱体で構成される架台と、前記架台の上側の縁部に立設して設けられ、長手方向に弾性伸縮する複数の支柱と、前記各支柱の上端部に上側の縁部が支持され、前記架台の内部空間に吊り下げ状態で配設される有底無蓋の箱体で構成される揺りかご体と、前記揺りかご体の底部に設けられ、モータに連結される偏心軸の回転によって振動を発生させる振動駆動ユニットと、前記振動駆動ユニットの上側に設けられ、前記偏心軸を軸支して、前記試料を収納するラックが装着される振動対象部と、前記架台に支持された固定系に接続して設けられ、前記振動対象部の上面に当接され、上面を押さえ込む弾性部材と、を備え、前記各支柱は、前記架台に対する下側の連結部及び前記揺りかご体に対する上側の連結部に緩衝部材を有するとともに、前記架台内部の中央側に傾斜した姿勢で、前記架台の上側の縁部に立設して設けられる、ことを特徴とする試料破砕装置である。

請求項１に記載された発明の試料破砕装置は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
試料破砕装置においては、不連続的でアトランダムな振動を試料に加えることによって、効率よく試料を破壊することができる必要がある。このため、振動発生源（振動駆動ユニット）と振動対象部の振動を装置本体でうまく支え、アトランダムな振動を安定して継続して行うことができるような、装置本体によるこれらの支持構造が必要である。
そこで、請求項１に記載された発明の試料破砕装置では、揺りかご体の内部下方に重量のある振動駆動ユニットを設け、この振動駆動ユニットの上側に振動対象部を設け、揺りかご体の上側の縁部を支柱の上端部で支持するようにしたので、重心が下方にある重量物（振動駆動ユニットと振動対象部）の振動を安定して継続させることができる。

また、各支柱は、架台に対する下側の連結部及び揺りかご体に対する上側の連結部に緩衝部材（ウレタン等）を有し、架台内部の中央側に傾斜した姿勢で設けられることにより、架台や支持対象物である揺りかご体との間で角度方向の自由度（遊び）を発生しつつ、振動対象部の振動を、支柱の傾斜振動を介して、さらに安定して継続させることができるとともに、振動対象部の振動を、無駄なく、確実にラックに伝達させることができる。

また、架台に支持された固定系に接続して設けられ、振動対象部の上面に当接され、上面を押さえ込む弾性部材によって、振動対象部の上端を支持することにより、振動対象部の振動を、支柱の傾斜振動を介して、さらに安定して継続させることができる。

好ましい実施形態によれば、その支柱は、シリンダ状外部材と、該シリンダ状外部材内に一部が挿通されて進退するロッドと、該ロッドにおけるシリンダ状外部材からの突出部に挿通して装着されるスプリングと、シリンダ状外部材の下端部の縮径された棒状部とロッドの上端部とにそれぞれ嵌合されて設けられる前記緩衝部材と、を有し、スプリングは、ロッドの上端部に設けられる緩衝部材とシリンダ状外部材の上端部とに当接するようにされる。これにより、長手方向の段発力に富むとともに、頑丈な支柱が得られる。

別の好ましい実施形態によれば、その弾性部材は、揺りかご体における上側の縁部に設けられる固定系の支持部材に接続して設けられる。また、その弾性部材は、架台における上側の縁部に設けられる固定系の支持部材に接続して設けられても良い。このようにすれば、その弾性部材を接続する固定系を容易に得ることができる。

さらに別の好ましい実施形態によれば、その架台及び揺りかご体は、フレームを縦横に組み合わせてなるフレーム構造である。これにより、軽量でありながらも、頑丈な架台及び揺りかご体を得ることができる。

さらに別の好ましい実施形態によれば、その振動対象部は、ラックを下側から保持する保持プレートと、ラックを上側から支持する支持プレートと、支持プレートを上下に昇降自在にガイドして昇降駆動する昇降駆動ユニットと、を有し、昇降駆動ユニットは、さらに、支持プレートに下方向の付勢力を加える付勢手段と、該付勢手段を下降させて停止させ支持プレートの上下方向の付勢位置を維持する付勢位置維持手段と、を有している。このようにすることにより、支持プレートを下降させてラックのある位置で停止させ、ラックにいつも同じ弾性力を付勢した状態を維持した状態で、保持プレートとの間でラックを保持することができるので、サイズの異なるラックでも、変わらぬ付勢力を付与した状態でこれを保持し、試料に安定した状態で振動を与えて、試料の破砕を行うことができる。

さらに別の好ましい実施形態によれば、そのラックは、ブロック体と、該ブロック体の上面を覆う蓋と、からなり、ブロック体の上面に、試料と衝撃付与物とを収容する柱状の試料容器を装着する孔を垂直方向に複数、形成するようにする。このようにすることにより、各種サイズの異なる試料容器に対して、その容器サイズに応じたブロック体の孔のサイズを孔毎に決めることができるので、ラックの外形形状や寸法を変える必要がなく、試料破砕装置本体にラックを保持することができる。

さらに別の好ましい実施形態によれば、その振動対象部は、ラックを密着して収納するためのラック保持部を有し、該ラック保持部は、その下方部に設けられる軸受にて偏心軸を軸支し、上方部に開口を有する箱状の保持部本体と、該開口を閉じるための蓋と、を有するようにする。このようにすることにより、ラック保持部の下方部にて偏心軸を直接軸支し、箱状の保持部本体内にラックを密着して収納して蓋をする構造となっているので、ラックとラック保持部とが一体に保持され、かつ、振動が加わっても、その一体性が維持され、ラック内の試料に安定して振動が伝わるようになる。

さらに別の好ましい実施形態によれば、そのラックの蓋は、その上側表面に取っ手を取り付けている。このようにすることにより、金属ブロック等からなる重量物であるラックの取り出しと持ち運びとが容易になる。

前記のとおり、本願の発明の試料破砕装置によれば、揺りかご体の内部下方に重量のある振動駆動ユニットを設け、この振動駆動ユニットの上側に振動対象部を設け、揺りかご体の上側の縁部を支柱の上端部で支持するようにしたので、重心が下方にある重量物（振動駆動ユニットと振動対象部）の振動を安定して継続させることができる。

また、各支柱は、架台に対する下側の連結部及び揺りかご体に対する上側の連結部に緩衝部材（ウレタン等）を有し、架台内部の中央側に傾斜した姿勢で設けられることにより、架台や支持対象物である揺りかご体との間で角度方向の自由度（遊び）を発生しつつ、振動対象部の振動を、支柱の傾斜振動を介して、さらに安定して継続させることができる。

また、固定系に接続して設けられ振動対象部の上面に当接される弾性部材によって、振動対象部の上端を支持することにより、振動対象部の振動を、支柱の傾斜振動を介して、さらに安定して継続させることができる。

本願の発明の一実施例（実施例１）の試料破砕装置に使用するラックに試料容器を装着する手順を説明するための図である。 同試料破砕装置の概略正面図である。 同試料破砕装置の概略側面図である。 同試料破砕装置に使用する振動駆動ユニットを構成する偏心シャフトにバランスウエイトを装着した状態を示す側面図である。 ラックを除去して右方向前方上方から見た同試料破砕装置における振動対象部の概略斜視図である。 フレーム構造体（揺りかご体）と架台の左側の一部が破断されラックを除去して左方向前方上方から見た同試料破砕装置の概略斜視図である。 同試料破砕装置に使用する支柱の断面図である。 同試料破砕装置に使用する昇降駆動ユニットの動作によってラックがクランプされる過程を説明するための同試料破砕装置の概略部分拡大図である。 本願の発明の他の実施例（実施例２）の試料破砕装置に使用されるラックの蓋を開いた状態を示す斜視図である。 同ラックの蓋を閉めた状態を示す斜視図である。 同ラックを振動対象部のラック保持部に収納する状況を示す斜視図である。 従来の試料破砕装置の側面図である。 同正面図である。 同従来の試料破砕装置における振動対象部の振動の状況を説明するための図である。

試料と衝撃付与物とを収容する容器に振動を加え、衝撃付与物を試料に衝突させて試料を破砕する試料破砕装置が、有底無蓋の箱体で構成される架台と、該架台の上側の縁部に立設して設けられ、長手方向に弾性伸縮する複数の支柱と、該各支柱の上端部に上側の縁部が支持され、架台の内部空間に吊り下げ状態で配設される有底無蓋の箱体で構成される揺りかご体と、該揺りかご体の底部に設けられ、モータに連結される偏心軸の回転によって振動を発生させる振動駆動ユニットと、該振動駆動ユニットの上側に、偏心軸を軸支して設けられ、試料を収納するラックが装着される振動対象部と、固定系に接続して設けられ、該振動対象部の上面に当接される弾性部材と、を備えるものとし、各支柱は、架台に対する下側の連結部及び揺りかご体に対する上側の連結部に緩衝部材を有するとともに、架台内部の中央側に傾斜した姿勢で、架台の上側の縁部に立設して設けることとする。

ここで、振動対象部は、ラックを下側から保持する保持プレートと、ラックを上側から支持する支持プレートと、該支持プレートを上下に昇降自在にガイドして昇降駆動する昇降駆動ユニットと、を有し、昇降駆動ユニットは、さらに、支持プレートに下方向の付勢力を加える付勢手段と、該付勢手段を下降させて停止させ支持プレートの上下方向の付勢位置を維持する付勢位置維持手段と、を有するものとする。

また、ラックは、ブロック体と、該ブロック体の上面を覆う蓋と、からなり、ブロック体の上面に、試料と衝撃付与物とを収容する柱状の試料容器を装着する孔を垂直方向に複数、形成するものとする。

次に、本願の発明の一実施例（実施例１）について説明する。
図１は、本実施例１の試料破砕装置に使用するラックに試料容器を装着する手順を説明するための図、図２は、同試料破砕装置の概略正面図、図３は、同試料破砕装置の概略側面図、図４は、同試料破砕装置に使用する振動駆動ユニットを構成するモータ偏心軸にバランスウエイトを装着した状態を示す側面図、図５は、ラックを除去して右方向前方上方から見た同試料破砕装置における振動対象部の概略斜視図、図６は、フレーム構造体（揺りかご体）と架台の左側の一部が破断されラックを除去して左方向前方上方から見た同試料破砕装置の概略斜視図、図７は、同試料破砕装置に使用する支柱の断面図、図８は、同試料破砕装置に使用する昇降駆動ユニットの動作によってラックがクランプされる過程を説明するための同試料破砕装置の概略部分拡大図である。

本実施例１の試料破砕装置は、生物体の各種細胞組織等の試料の遺伝子構造の検知・解析等の際や、工業用材料や鉱物等の試料（小片、粒状、ひも状等）の調査・分析の際に、事前に試料をさらに細かく破砕しておくのに用いられる。

（全体構造）
先ず、本実施例１の試料破砕装置の全体構造について説明する。
本実施例１の試料破砕装置１は、振動を加えてビーズの衝突により細胞等の試料を破砕する装置であって、その全体構造は、あらまし、図２〜図７に示されるように、床面Ｆ上に脚２を介して設置され、平面視矩形状で、有底無蓋の箱体（この箱体は、図中では、フレーム構造からなるものとして示されているが、容器状に構成されても良い。）で構成される架台１０と、該架台１０の上側の縁部（上側フレーム枠）１１に下端部２３（図７参照）を支持されて立設して設けられ、長手方向に弾性伸縮する複数（本実施例１の場合、４本）の支柱２０と、各支柱２０の上端部２４（図７参照）に上側の縁部（上部フレーム枠）３１が支持される、有底無蓋の箱体で構成されるフレーム構造体（揺りかご体）３０と、該フレーム構造体３０の底上に設けられ、偏心シャフト（偏心軸）４５の回転によって振動を発生させる振動駆動ユニット４０と、振動対象部６０と、を備えてなる。振動対象部６０は、振動駆動ユニット４０の作動により、振動を起こさせる対象となる部分であり、振動駆動ユニット４０の上側に設けられ、図１に示す試料６を収納するラック７が装着される。なお、図３において、符号１００は、架台１０上に設置されたコントロールボックスを示し、符号１０１は、同じく電源ユニットを示す。

（架台、フレーム構造体）
架台１０及びフレーム構造体３０は、図２、図３及び図６に示されるように、有底のフレーム構造に構成されており、各底部１３、３３には、全体に板材が張られている。架台１０及びフレーム構造体３０の上面部及び四周の側面部は、縦横の骨材が組み合わされて構成されており、各骨材の内側部に空間部を有する。フレーム構造体３０は、図３に示されるように、Ｕ字の２脚の各中央部が下方に屈曲（又は湾曲）したフレームをＵ字状に構成してなる上部フレーム枠３１と、フレームを矩形状に構成してなる底部３３を有する下部フレーム枠３２と、上部フレーム枠３１及び下部フレーム枠３２を連結する縦フレーム３４とで構成される。上部フレーム枠３１は、Ｕ字の開口部が正面に位置するように配置される。

フレーム構造体３０の上部フレーム枠３１には、正面視逆Ｕ字形の支持部材９０が設けられる。支持部材９０の中間部内側には、後述する枠体８０を下方向に付勢する板バネ（弾性部材）９１の基端部が取り付けられる。支持部材９０の取付け位置は、例えば、図３に示されるように、上部フレーム枠３１の前方部（図３中では左方部）とされる。また、支持部材９０の取付け位置は、上部フレーム枠３１の後方部（図３中では右方部）とされても良く、この場合、支持部材９０に上部フレーム枠３１のＵ字の連結部を兼ねさせるようにしても良い。フレーム構造体３０と支持部材９０とで囲まれる空間に、振動対象部６０が設けられる。また、フレーム構造体３０の底部３３が架台１０の底部１３の近傍に位置するように、縦フレーム３４の長さが調節される。架台１０及びフレーム構造体３０を構成するに際して、板材と骨材の使用は、架台１０及びフレーム構造体３０の底部１３、３３に板材が張られるほかは、任意であり、適宜変更されて良い。例えば、架台１０及びフレーム構造体３０は、その各側面部を平板材とし、有底無蓋の箱体で構成しても良い。架台１０の底部四隅には、装置の移動に便利なように、キャスター３が備えられるのが望ましい。

（支柱）
支柱２０は、図７に示されるように、シリンダ状外部材２１と、該シリンダ状外部材２１内に一部が挿通されて進退するロッド２２と、ロッド２２におけるシリンダ状外部材２１からの突出部に挿通して装着されるスプリング２５とを有していて、ロッド２２をシリンダ状外部材２１に対して進退させてスプリング２５を伸縮させることにより、長手方向に弾性伸縮する。支柱２０は、架台１０の上側フレーム枠１１の周上の、正面から見て左右対称の位置（四隅）に、左右それぞれ２本ずつ、合計４本設けられ、これら４本の支柱２０が、架台１０の内部の中心方向へやや傾斜した姿勢（図２、図３参照）で配置されて、立設して設けられている。なお、シリンダ状外部材２１は、内部に大径の空洞部と、小径の空洞部とを連続して有しており、大径の空洞部には、合成樹脂製の円筒状ブッシュ２１ａが挿入、着座させられていて、ロッド２２は、このブッシュ２１ａと摺動しながら進退する。そして、ロッド２２が後退したときには、その下方端を小径の空洞部内に大きく突出させる。

また、各支柱２０は、その下端部２３と上端部２４とに、ウレタン等の弾性材料からなる緩衝部材２７がそれぞれ設けられている。各支柱２０の下端部２３と上端部２４とは、これらの緩衝部材２７の環状凹部２７ａの部分が、架台１０の上側フレーム枠１１とフレーム構造体３０の上部フレーム枠３１とにそれぞれ係合される。この係合状態において、各支柱２０は、架台１０の上側フレーム枠１１に支持され、また、各支柱２０にて、フレーム構造体３０の上部フレーム枠３１が支持される。スプリング２５は、ロッド２２に挿通されて装着され、ロッド２２の上端部２４に備えられた緩衝部材２７とシリンダ状外部材２１の上端部の端面２６との間に介装されている。支柱２０の下端部２３は、シリンダ状外部材２１の下端に縮径されて一体に形成された小径の棒状部からなり、支柱２０の上端部２４は、ロッド２２の上端部の縮径された部分がこれに相当している。支柱２０の下端部２３に設けられる緩衝部材２７は、シリンダ状外部材２１の下端のこの小径の棒状部に嵌合されて設けられている。また、支柱２０の上端部２４に設けられる緩衝部材２７は、ロッド２２の上端部のこの縮径された部分に、ワッシャー２８を挟んで嵌合されて設けられている。したがって、スプリング２５の上端は、直接的には、このワッシャー２８に当接している。

（振動対象部）
振動対象部６０は、振動駆動ユニット４０の作動によって振動する構造体及び試料の総称であって、これには、振動台５０と、該振動台５０上に固定されてラック７を下側から保持する保持プレート６１と、ラック７を上側から支持する支持プレート６２と、支持プレート６２を上下に昇降自在にガイドして昇降駆動する昇降駆動ユニット７０と、振動台５０の背側面に固着されていて、支持プレート６２と昇降駆動ユニット７０とを背後から支える縦長四角箱状の枠体８０（枠体８０の内部にあるものを含む）とが含まれる。昇降駆動ユニット７０は、さらに、支持プレート６２へ下方向の付勢力を加える付勢手段と、該付勢手段を下降させて停止させ、支持プレート６２の上下方向の付勢位置を維持する付勢位置維持手段とを有している。昇降駆動ユニット７０の構造については、後で詳しく説明される。ラックを上下から挟んで保持する保持プレート６１と支持プレート６２とは、狭義の振動対象部をなす。枠体８０の上板８２の上面には、前述した板バネ（弾性部材）９１の先端部が当接される。

（振動駆動ユニット）
振動台５０、牽いては、振動対象部６０に上下振動を起こさせる振動駆動ユニット４０は、図２及び図３に示されるように、フレーム構造体３０の底部３３に固定された左右一対の軸受取付け台４８及び軸受（内側）４７を介して回動自在に支持された偏心シャフト４５と、該偏心シャフト４５に同軸固定されたプーリ４３と、フレーム構造体３０の底部３３に固定された振動駆動用モータ４１と、該モータ４１の出力軸に固定されたプーリ４２と、該プーリ４２とプーリ４３間を回動連結させた回転運動伝達部材（ベルト）４４とからなっている。回転運動伝達部材４４としては、ベルトのほかに、チェーンなども適用可能である。

偏心シャフト４５は、内側（中央部）と外側（両端部）で中心軸がシャフトの半径程度の長さだけ並行移動したクランクシャフトのような形となっており、内側を軸受（内側）４７で回転支持させ、外側を軸受（外側）４６で回転支持させている。また、偏心シャフト４５の中央付近には、バランスウエイト４９が固定されているが、その固定の仕方は、偏心シャフト４５の内側が外側より上方に来たときに、バランスウエイト４９も上方に来るような回転角度の関係となるような固定の仕方とされている。

偏心シャフト４５の両端部は、振動台５０の下方両側縁部に固着されている軸受（外側）４６にて回転自在に軸支される。振動駆動用モータ４１の回転によって、偏心シャフト４５の中央部が回転され、それに追従して、偏心シャフト４５の両端部が回転される。プーリ４３は、動力伝達上は１個あればよいが、振動の安定を考慮して、左右一対設けられるのが良い。

振動駆動ユニット４０は、以上のような構造となっているので、今、モータ４１が回転して、偏心シャフト４５が回転すると、振動対象部６０上の偏心シャフト４５近傍の位置では、偏心シャフト４５の軸回りに回転する回転（円）軌道となる。また、振動対象部６０上の板バネ（弾性部材）９１近傍の位置では、上下方向の直線軌道となる。そして、振動対象部６０上の偏心シャフト４５と板バネ９１との間の上下方向の任意の位置では、振動対象部６０が一体であることから、偏心シャフト４５に近づく程に円軌道に近い楕円軌道となり、板バネ９１に近づく程に上下直線軌道に近い形の楕円軌道となる。上下方向の各位置での楕円軌道の包絡選を結ぶと、略三角形となる（図１４参照）。振動対象部６０上の各位置では、実際上、このような楕円軌道の振動にフレーム構造体３０自体の振動が加わった振動となる。

（支持プレート）
ラック７を上側から押えて支持する支持プレート６２は、図２、図３及び図５に示されるように、内部に空間部Ｓを有する板状ブロック構造をなしていて、ラック７に直接接してこれを上側から押える下部プレート６３と、これより所定長上方に離隔されて設けられた上部プレート６４と、これら両プレートを結合する側部プレート６５とからなっている。下部プレート６３と上部プレート６４とを結合する手段は、側部プレート６５に限られず、どのような手段であっても良く、要は、下部プレート６３と上部プレート６４とが所定の距離を置いて配置されて、一体構造の板状ブロック体とされれば良いものである。上部プレート６４の奥方（図３中では右側）には、後述するナット７５及びセンサドグ７９（図８参照）が通過し得るように、開口６６が形成されている。

このようにして一体構造の板状ブロック体として構成された支持プレート６２は、水平姿勢を保った状態で、その奥方の根元部が、縦長箱状の枠体８０内に収容されたスライダ７４に固着されている。このスライダ７４は、枠体８０の背板８１内面（図３中では左面）に上下方向に沿って敷設された左右一対のガイドレール７３に摺動自在に嵌合されていて、ガイドレール７３にガイドされながら昇降動する。したがって、支持プレート６２は、スライダ７４を介してガイドレール７３に支持されるとともに、これによってガイドされながら昇降動し得る。

（昇降駆動ユニット）
支持プレート６２の昇降動は、昇降駆動ユニット７０の作動によって可能になる。次に、この昇降駆動ユニット７０の構造について詳細に説明する。
図２及び図３に示されるように、枠体８０の内部であって、正面視して左右一対のガイドレール７３間の略中央部には、ネジ軸７２が立設されている。このネジ軸７２は、支持プレート６２の奥方部分を貫通し、開口６６を通って上下に延びており、その下端部は、ウォームギア等からなる歯車伝動機構を介して、ネジ軸７２を回転させるネジ軸回転駆動ユニット７１に連結されている。また、ネジ軸７２の上端部は、枠体８０の上端の上板８２の内面（図２、図３中では下面）に回転自在に支承されている。ネジ軸回転駆動ユニット７１は、出力軸を水平に配置されたモータ（ネジ軸用）７１ａを含み、この出力軸とネジ軸７２とが、前記した歯車伝動機構を介して連結されていて、モータ７１ａの回転をネジ軸７２に伝えている。

ネジ軸７２の上部側には、ナット７５が螺合されており、ナット７５の下面には、バネ押え（回り止め）７６が固着されている。このバネ押え７６は、板状の矩形の部材からなり、支持プレート６２にてラック７を支持していない時には、上部プレート６４の開口６６を左右方向に跨って（図２参照）、上部プレート６４の内面に係合している。開口６６の縁部からは、下方に向けて爪片６７が折曲形成されて垂下させられており（図３、図５参照）、この爪片６７は、常時、バネ押え７６の側辺に当接されており、ネジ軸７２が回転しても、バネ押え７６がネジ軸７２回りに回転しないようにされている。そして、これにより、ナット７５の回り止め機能を果たしている。

また、バネ押え７６と下部プレート６３との間には、バネ（圧縮コイルバネ）７７が、ネジ軸７２に嵌合されて介装されている。このバネ７７は、バネ押え７６を上方に押す（付勢する）とともに、下部プレート６３を下方に押すので、これと一体の上部プレート６４も、下方に移動しようとする。この結果、上部プレート６４の開口６６にナット７５が嵌まり込み、ナット７５、バネ押え７６、バネ７７及び支持プレート６２（この支持プレート６２は、下部プレート６３、上部プレート６４及び側部プレート６５の一体結合体である。）は、一体組立体を構成するに至る。この一体組立体は、ナット７５が、ネジ軸７２の回転により、ネジ軸７２と噛み合いながらこれに沿って昇降動するとき、これに連動して昇降動する。このようにして、支持プレート６２の昇降動が、ネジ軸回転駆動ユニット７１、ネジ軸７２、ガイドレール７３、スライダ７４、ナット７５、バネ押え７６、バネ７７等からなる昇降駆動ユニット７０の作動によって可能になる。

（ラックの構造、試料容器）
ラック７は、アルミ等の金属からなり、図１に示されるように、ラック本体をなす方形の形状をしたブロック体７ａと、該ブロック体７ａの上面を覆う蓋７ｂとからなっており、ブロック体７ａの上面には、試料片６とビーズ５とを収容する柱状の試料容器（チューブ）４を余り隙間のない状態で収納、装着することができる孔８が、垂直方向に複数、形成されている。このようにして試料容器４を収納したラック７は、そのまま細胞破砕装置１の保持プレート６１上に載置されてクランプされる。試料容器４は、蓋４ａにより密封されて使用される。

試料容器４は、透明の樹脂製のものが多く、ステンレス製のものもある。ラック７の材質は、強度の弱い樹脂製の試料容器４の材質を補うことができるように、アルミやステンレス等の金属材を使用するのが良い。試料容器４の内部には、タングステン、アルミ、ジルコニアのような材質からなる衝撃付与物（ビーズ）５と、生物の細胞等からなる試料片６とが入れられる。振動を加えることによって、ビーズ５が高速で試料片６とランダムな衝突を繰り返し、試料片６を細かく破細することができる。

（クランプ動作）
次に、昇降駆動ユニット７０が支持プレート６２を下降させて、支持プレート６２が、保持プレート６１上に載置されたラック７をクランプする動作について、図８を参照しながら、説明する。
ナット７５、バネ押え７６、バネ７７及び支持プレート６２が、前記のようにして一体組立体を構成している状態（図８（ａ））から、ネジ軸７２の回転が進んで、ナット７５が下降すると、支持プレート６２を構成する下部プレート６３が、保持プレート６１上に載置されたラック７の上面に接触して、これを上方から押圧し始める状態に至る（図８（ｂ））。これにより、下部プレート６３、牽いては、支持プレート６２のさらなる下降は阻止され、以後、ナット７５とバネ押え７６（これらは、前記のとおり、互いに固着関係にあり、一体結合体をなしている。）のみが、バネ７７を圧縮しながら、下降を続ける（図８（ｃ））。このようにして、下部プレート６３がラック７の上面を押圧した状態で、上部プレート６４とバネ押え７６との係合は解かれる。

このような、下部プレート６３がラック７の上面を所定の圧力で押圧する状態は、上部プレート６４に取り付けられたセンサ７８がバネ押え７６に取り付けられたセンサドグ７９を検出するまで継続される。センサ７８がセンサドグ７９を検出すると、モータ７１ａ及びネジ軸７２の回転が停止され、ナット７５の下降も停止される。この状態において、ラック７は、支持プレート６２と保持プレート６１との間で所定の圧力で完全にクランプされる。

バネ７７は、支持プレート６２に下方向の付勢力を加える付勢手段を構成するものであり、ネジ軸７２、ナット７５、バネ押え７６、ネジ軸回転駆動ユニット７１（制御回路を含む）、センサ７８、センサドグ７９等は、該付勢手段を下降させて停止させ、支持プレート６２の上下方向の付勢位置を維持する付勢位置維持手段を構成するものであり、これら付勢手段と付勢位置維持手段とは、共に昇降駆動ユニット７０の構成要素をなしている。昇降駆動ユニット７０が支持プレート６２を昇降動させたり静止させたりすることにより、支持プレート６２と保持プレート６１とによるラック７のクランプ動作及びその解除動作がなされる。クランプ動作は、例えば、保持プレート６１上にラック７を載置した後、操作者がスタートボタンを押すことにより自動的に行われ、その後、破砕処理が行われる。また、破砕処理終了後、解除動作が自動的に行われる。センサドグ７９の上下方向の取付け位置を変更することによって、バネ７７が支持プレート６２を下方向に付勢する付勢力の大きさを変えることが可能である。

ところで、ラック７が支持プレート６２と保持プレート６１との間でクランプされているとき（破砕処理中）、支持部材９０の上端部に取り付けられた板バネ９１（弾性部材）は、枠体８０の上端の上板８２に当接されており、この板バネ９１による枠体８０の上端の支持により、振動対象部６０の振動が安定化される。

（作動）
次に、本実施例１の試料破砕装置１の作動について説明する。
振動駆動ユニット４０により、振動台５０が回転動作の駆動を受けると、振動対象部６０の上方が枠体８０の上端において板バネ９１（弾性部材）により支持されているため、ラック７及びラック７を保持する振動対象部６０は、上方に行くに従い、より上方方向に扁平した形状の楕円となるような運動を行う（図１４参照）。また、その反動として、振動駆動ユニット４０及びフレーム構造体３０も、架台１０に対して支柱２０を介して同様の運動を行う。このようにして、振動を行う振動対象部６０、振動駆動ユニット４０及びフレーム構造体３０は、振動に伴って少なからず重心位置が小刻みに変動するが、架台１０の上側フレーム枠１１の周上の四隅に立てられている支柱２０によって、その変動（揺れ）が吸収される。
他方、振動対象部６０に保持されたラック７内では、上記振動によってビーズ５が高速で試料片６とランダムな衝突を繰り返し、試料片６を細かく破細する。

（実施例１の効果）
本実施例１の試料破砕装置１は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
フレーム構造の架台１０の上側フレーム枠１１に複数の支柱２０を立設し、各支柱２０の上端部２４にてフレーム構造体（揺りかご体）３０の上部フレーム枠３１を支持し、各支柱２０によりフレーム構造体３０が吊り下げられて設けられる。そして、架台１０の底部１３の近傍に位置するフレーム構造体３０の底部３３に、重量のある振動駆動ユニット４０が設けられ、この振動駆動ユニット４０の上側に振動対象部６０が設けられている。この結果、振動物（振動駆動ユニット４０と振動対象部６０）の重心が下方になり、振動を安定して継続させることができる。

また、各支柱２０は、その上端部２４及び下端部２３に緩衝部材（ウレタン等）２７を有し、架台１０内部の中心方向へ傾斜姿勢で配置される。すなわち、各支柱２０と架台１０や支持対象物であるフレーム構造体３０との各接続部は、リジッドな接続ではなく、フレキシブルな接続となる。このため、各支柱２０は、各接続部で自由度（遊び）を有し、架台１０の外側方向へ一定の範囲で撓むことができる。その結果、各支柱２０は、フレーム構造体３０の架台１０の外側方向への振動を吸収するとともに、フレーム構造体３０を架台１０内部の中心方向へ向かって押さえ込み、拘束するので、振動対象部６０の振動がフレーム構造体３０の振動に浪費されることはない。よって、振動対象部６０の振動を、無駄なく、確実にラック７に伝達させることができる。

また、フレーム構造体３０の上部フレーム枠３１に設けられる支持部材９０は、その支持位置付近（支持部材９０の上端部から枠体８０の上端部をなす上板８２にまで及ぶ領域）に弾性部材（板バネ）９１を有している。そして、この弾性部材９１にて振動対象部６０の上端を押さえ込むことにより、振動対象部６０の振動を、支柱２０の傾斜振動を介して、さらに安定して継続させることができる。

さらに、振動対象部６０は、ラック７を下側から保持する保持プレート６１と、ラック７を上側から支持する支持プレート６２と、該支持プレート６２を上下に昇降自在にガイドして昇降駆動する昇降駆動ユニット７０とを有している。昇降駆動ユニット７０は、さらに、支持プレート６２に下方向の付勢力を加える付勢手段と、該付勢手段を停止させて支持プレート６２の上下方向の付勢位置を維持する付勢位置維持手段とを有している。このため、支持プレート６２を下降させてラック７のある位置で停止させた際、ラック７にいつも同じ弾性力を付勢した状態を維持することができ、支持プレート６２と保持プレート６１との間で、ラック７が一定の付勢力で保持される。よって、サイズの異なるラック７でも、変わらぬ付勢力を付与した状態でこれを保持することができ、試料に安定した状態で振動を与えて、試料の破砕を行うことができる。

また、ラック７は、ブロック体７ａと、該ブロック体７ａの上面を覆う蓋７ｂとからなり、ブロック体７ａの上面に、試料６とビーズ５とを収容する柱状の試料容器（チューブ）４を装着する孔８が、垂直方向に複数、形成されている。このため、各種サイズの異なる試料容器４に対して、その容器サイズに応じたブロック体７ａの孔８のサイズを孔毎に決めることができる。よって、試料容器４のサイズに応じてラック７の外形形状や寸法を変える必要がなく、試料破砕装置本体にラック７を保持させることができる。

次に、本願の発明の他の実施例（実施例２）について説明する。
図９は、本実施例２の試料破砕装置に使用されるラックの蓋を開いた状態を示す斜視図、図１０は、同ラックの蓋を閉めた状態を示す斜視図、図１１は、同ラックを振動対象部のラック保持部に収納する状況を示す斜視図である。

本実施例２の試料破砕装置は、実施例１の試料破砕装置１と比較すると、ラックの構造が異なっており、また、該ラックを収納する振動対象部の構造が全体的に異なっている。その他の部分の構造は、実施例１と基本的に異なっておらず、したがって、以下において、そのような部分に言及する場合には、実施例１の図面及び図面符号をそのまま使用することとする。

本実施例２の試料破砕装置が実施例１のそれと異なる点に関し、先ず、ラックの構造については、本実施例２のラック１０７は、図９及び図１０に示されるように、その蓋１０７ｄの上側表面に、取っ手１０７ｆが取り付けられている。また、蓋１０７ｄを、ケース１０７ｂの本体（ケース本体）１０７ｃに対してロックするためのロック機構１０７ｅが備えられている。このロック機構１０７ｅは、鍵を有するものとされても良い。さらに、ラック本体をなす方形形状のブロック体１０７ａは、ケース１０７ｂに収納されるものとなっており、このケース１０７ｂは、ケース本体１０７ｃと蓋１０７ｄとから構成されている。ブロック体１０７ａはアルミ製であり、ケース１０７ｂは樹脂性であるが、ブロック体１０７ａとケース本体１０７ｃとは、合体されて、同一金属の一体成形体として製造される場合もある。試料容器（チューブ）４は、実施例１と同様、ブロック体１０７ａの上面に形成された孔１０８に収納される。

次に、振動対象部の構造については、本実施例２の振動対象部１６０は、図１１に示されるように、ラック１０７を密着して収納するためのラック保持部１１０からなっており、該ラック保持部１１０は、あらまし、上方に開口を有してラック１０７を密着して収納するための箱状の保持部本体１１１と、該保持部本体１１１の前記開口を閉じるための蓋１１２とからなっている。保持部本体１１１は、その底部が振動台を兼ねており、その下方両側縁部に、左右一対の軸受１４６が設けられる。そして、これらの軸受１４６にて、偏心シャフト４５の偏心部（中央部）が軸支される。また、ラック保持部１１０の上端部をなす蓋１１２には、実施例１の場合と同様、門状の支持部材９０の上端部に取り付けられた板バネ９１（弾性部材）が、該支持部材９０の上端部から渡架されていて、この板バネ９１が、蓋１１２を上方から押えることにより、ラック保持部１１０の上端を支持する。なお、この板バネ９１によるラック保持部１１０の上端支持は、蓋１１２が頻繁に開閉される場合には、蓋１１２を上方から押えるのに代えて、保持部本体１１１の後方側面に突出部を取り付けて、これを上方から押えるようにしても良い。

そこで、今、保持部本体１１１内にラック１０７を収納し、蓋１１２により保持部本体１１１を閉じ、さらに、蓋１１２を保持部本体１１１に対してロック機構１１３を用いてロックすると、試料６を振動破砕する準備がなされる。蓋１１２が保持部本体１１１を閉じるとき、この蓋１１２は、ラック１０７を上方からきつく押圧しており、これにより、ラック１０７は、振動対象部１６０内でクランプされる。したがって、ラック１０７の振動対象部１６０内でのクランプは、実施例１のように自動的に行われるのではなく、手動的に行われる。

以上の説明から明らかなとおり、振動対象部１６０は、実施例１の振動対象部６０と比較すると、実施例１の昇降駆動ユニット７０、枠体８０に相当するものを全く備えておらず、実施例１の支持プレート６２に相当する蓋１１２は、ラック１０７を上方から押圧するのに、上方からバネ等の手段によって付勢されることはなく、付勢位置を維持するようにされることもない。

このようにして構成された振動対象部１６０は、そのラック保持部１１０の保持部本体１１１の下方両側縁部が、実施例１と基本的に異ならない構造を有する振動駆動ユニット４０の偏心シャフト４５の偏心部に、前記のとおり、左右一対の軸受１４６を介して取り付けられる。偏心シャフト４５の偏心部の位置、左右一対の軸受１４６の配置位置は、フレーム構造体３０の内部下方に固定された、偏心シャフト４５を回動自在に支承する左右一対の軸受（実施例１の場合、軸受（内側）４７）の間に位置しており、実施例１の場合と比べて、シャフト軸方向の内外位置が逆になっている。したがって、本実施例２の試料破砕装置は、実施例１のそれと比べて、小型、軽量、簡易な装置にするのに適した構造となっている。

なお、実施例１においては、ラック７の保持プレート６１上への載置・取り出し、換言すれば、ラック７の振動対象部６０への収納・取り出し、が前後方向に行われたが、本実施例２においては、ラック７のラック保持部１１０への収納・取り出し、換言すれば、ラック７の振動対象部１６０への収納・取り出し、が上下方向に行われる。したがって、本実施例２においては、ラック保持部１１０の上端が支持部材９０により板バネ９１を介して支持される側と反対側が、装置の前方側とされて、こちら側において、ラック７の収納・取り出し作業が行われるようにするのが望ましい。

（実施例２の効果）
本実施例２の試料破砕装置は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
振動対象部１６０は、ラック１０７を密着して収納するためのラック保持部１１０を有し、ラック保持部１１０は、下方で偏心シャフト４５を軸支し、上方に開口を有する箱状の保持部本体１１１と、該開口を閉じるための蓋１１２とを有している。この保持部本体１１１の下方部にて偏心軸４５が直接軸支され、該保持部本体１１１内にラックが密着して収納され、蓋１１２により蓋をしてロックする構造となっている。これにより、ラック１０７とラック保持部１１０とが一体に保持され、かつ、振動が加わっても、その一体性が維持され、ラック１０７内の試料６に安定して振動が伝わるようになる。

また、そのラック１０７の蓋１０７ｄには、その上側表面に取っ手１０７ｆが取り付けられているので、金属ブロック等からなる重量物であるラック１０７の取り出しと持ち運びとが容易になる。

本願の発明は、以上の実施例に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。
例えば、実施例１においては、振動対象部６０の上面に当接される板バネ（弾性部材）９１が接続される固定系は、フレーム構造体（揺りかご体）３０における上部フレーム枠（上側の縁部）３１に設けられる支持部材９０とされたが、これに代えて、架台１０における上側フレーム枠（上側の縁部）１１に設けられる同様の支持部材とされても良い。このようにすれば、振動対象部６０の上端部の支持がより強固にされる。

１…試料破砕装置、２…脚、３…キャスター、４…試料容器（チューブ）、４ａ…蓋、５…ビーズ、６…試料（試料片）、７…ラック、７ａ…ブロック体、７ｂ…蓋、８…孔、１０…架台、１１…上側フレーム枠（上側の縁部）、１３…底部、２０…支柱、２１…シリンダ状外部材、２１ａ…ブッシュ、２２…ロッド、２３…下端部、２４…上端部、２５…スプリング、２６…端面、２７…緩衝部材、２７ａ…環状凹部、２８…ワッシャー、３０…フレーム構造体（揺りかご体）、３１…上部フレーム枠（上側の縁部）、３２…下部フレーム枠、３３…底部、３４…縦フレーム、４０…振動駆動ユニット、４１…振動駆動用モータ、４２、４３…プーリ、４４…Ｖベルト、４５…偏心シャフト（偏心軸）、４６…軸受（外側）、４７…軸受（内側）、４８…軸受取付け台、４９…バランスウエイト、５０…振動台、６０…振動対象部、６１…保持プレート、６２…支持プレート、６３…下部プレート、６４…上部プレート、６５…側部プレート、６６…開口、６７…爪片、７０…昇降駆動ユニット、７１…ネジ軸回転駆動ユニット、７１ａ…ネジ軸駆動用モータ、７２…ネジ軸、７３…ガイドレール、７４…スライダ、７５…ナット、７６…バネ押え（回り止め）、７７…バネ、７８…センサ、７９…センサドグ、８０…枠体、８１…背板、８２…上板、９０…支持部材、９１…板バネ（弾性部材）、１００…コントロールボックス、１０１…電源ユニット、１０７…ラック、１０７ａ…ブロック体、１０７ｂ…ケース、１０７ｃ…ケース本体、１０７ｄ…蓋、１０７ｅ…ロック機構、１０７ｆ…取っ手、１０８…孔、１１０…ラック保持部、１１１…保持部本体、１１２…蓋、１１３…ロック機構、１４６…軸受、１６０…振動対象部、Ｆ…床面、Ｓ…空間部。

Claims (9)

1. 試料と衝撃付与物とを収容する容器に振動を加え、衝撃付与物を試料に衝突させて試料を破砕する試料破砕装置であって、
   有底無蓋の箱体で構成される架台と、
   前記架台の上側の縁部に立設して設けられ、長手方向に弾性伸縮する複数の支柱と、
   前記各支柱の上端部に上側の縁部が支持され、前記架台の内部空間に吊り下げ状態で配設される有底無蓋の箱体で構成される揺りかご体と、
   前記揺りかご体の底部に設けられ、モータに連結される偏心軸の回転によって振動を発生させる振動駆動ユニットと、
   前記振動駆動ユニットの上側に設けられ、前記偏心軸を軸支して、前記試料を収納するラックが装着される振動対象部と、
   前記架台に支持された固定系に接続して設けられ、前記振動対象部の上面に当接され、上面を押さえ込む弾性部材と、
   を備え、
   前記各支柱は、前記架台に対する下側の連結部及び前記揺りかご体に対する上側の連結部に緩衝部材を有するとともに、前記架台内部の中央側に傾斜した姿勢で、前記架台の上側の縁部に立設して設けられる、
   ことを特徴とする試料破砕装置。
2. 前記支柱は、
   シリンダ状外部材と、
   前記シリンダ状外部材内に一部が挿通されて進退するロッドと、
   前記ロッドにおけるシリンダ状外部材からの突出部に挿通して装着されるスプリングと、
   前記シリンダ状外部材の下端部の縮径された棒状部と、前記ロッドの上端部とに、それぞれ嵌合されて設けられる前記緩衝部材と、
   を有し、
   前記スプリングは、前記ロッドの上端部に設けられる緩衝部材と、前記シリンダ状外部材の上端部とに当接される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の試料破砕装置。
3. 前記弾性部材は、前記揺りかご体における前記上側の縁部に設けられる固定系の支持部材に接続して設けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の試料破砕装置。
4. 前記弾性部材は、前記架台における前記上側の縁部に設けられる固定系の支持部材に接続して設けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の試料破砕装置。
5. 前記架台及び前記揺りかご体は、フレームを縦横に組み合わせてなるフレーム構造である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の試料破砕装置。
6. 前記振動対象部は、
   前記ラックを下側から保持する保持プレートと、
   前記ラックを上側から支持する支持プレートと、
   前記支持プレートを上下に昇降自在にガイドして昇降駆動する昇降駆動ユニットと、
   を有し、
   前記昇降駆動ユニットは、さらに、
   前記支持プレートに下方向の付勢力を加える付勢手段と、
   前記付勢手段を下降させて停止させ前記支持プレートの上下方向の付勢位置を維持する付勢位置維持手段と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の試料破砕装置。
7. 前記ラックは、
   ブロック体と、
   前記ブロック体の上面を覆う蓋と、
   からなり、
   前記ブロック体の上面に、前記試料と前記衝撃付与物とを収容する柱状の試料容器を装着する孔を垂直方向に複数、形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の試料破砕装置。
8. 前記振動対象部は、前記ラックを密着して収納するためのラック保持部を有し、
   前記ラック保持部は、
   その下方部に設けられる軸受にて前記偏心軸を軸支し、上方部に開口を有する箱状の保持部本体と、
   前記開口を閉じるための蓋と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の試料破砕装置。
9. 前記ラックの蓋は、その上側表面に取っ手を取り付けたことを特徴とする請求項７に記載の試料破砕装置。
   

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