JPH10248552A - 回転円盤固体培養装置の培養原料盛込方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 培養床へ培養原料を薄層多段で均一に盛り込
む盛込装置の制御を容易かつ正確にする。 【解決手段】 盛込シュート３の盛込口４から円形培養
床６上へ培養原料を盛り込んでこの円形培養床６上に培
養原料の薄層を形成し、この薄層を積層して所定厚の堆
積層を形成する方法であって、盛込シュート３は鉛直方
向に開口した盛込口４を前方に揺動軸２を後方に配した
アーム５からなり、円形培養床６を回転させつつ盛込シ
ュート３を水平方向に揺動させることにより盛込口４を
円形培養床６上の略半径方向の円弧軌道上で往復移動さ
せ、この盛込口４から単位時間当たり定量の培養原料を
鉛直方向に落として盛り込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転円盤固体培養
装置において、円形培養床へ培養原料を盛り込む培養原
料盛込方法及び装置に関する。

【０００２】なお、以下本文中においては、回転円盤固
体培養装置を「培養装置」、円形培養床を「培養床」、そし
て培養原料盛込方法を「盛込方法」又は単に「方法」と略す
る。また、「落下位置」とは培養原料が落ち始める位置、
「盛込位置」とは落ちた原料が培養床に到達して堆積する
位置を指すものとする。

【０００３】

【従来の技術】培養装置では、培養床へ培養原料を所定
厚で均一に盛り込むことが重要で、不均一な盛込は品質
を低下させる原因となる。従来は、盛り込んだ結果の堆
積層が所定厚かつ均一であればよいとの考えから、仮想
的に堆積方向又は半径方向に区分した培養床の各区分へ
培養原料を少量ずつ堆積させる、といった概ね共通のア
プローチを異なる方法で実現するものが多い。実公昭53
-42640号、特開平3-240481号、特公平7-108214号、特開
平6-327466号等はその例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】実公昭53-42640号は、
回転する培養床の内外周で異なる周速に反比例した速度
で半径方向に進退する搬送機(例示はコンベア)の先端か
ら培養原料を均一に盛り込むようにしている。これは、
半径方向を一体に前後動するコンベアの先端(盛込口に
相当)と回転する培養床とが単位時間当たりに交差する
微小面積を搬送機の軌道上で一定にすることで、各微小
面積に盛り込む培養原料が等しければ所定厚の堆積層が
形成できるとするものであり、コンベアから盛り込む培
養原料を単位時間当たり定量とするため、コンベア上の
培養原料の層厚を一定にしなければならない。コンベア
を一体として培養床の半径方向で前後動させるために運
用空間が非常に大きくなるほか、前後動するコンベア上
の培養原料の層厚を一定にする必要からコンベアの駆動
装置及び制御機構が複雑になり、製造、運用又は保守コ
ストが高くなる問題がある。

【０００５】特開平3-240481号は、回転する培養床の半
径方向に配した搬送機に往復移動する分配機を設けて、
この分配機が搬送機から培養床上へ培養原料を押し出す
ように落下させて形成する薄層を順次積層していく。こ
れは、培養床上に位置固定した搬送機上の培養原料を分
配機が移動しながら培養床へ落とすことで、できる限り
落下位置と盛込位置との一致を図った方法である。しか
し、培養原料の盛込量は、分配機の移動速度と搬送機上
の培養原料の搬送速度との相対速度に比例するため、分
配機の前進時と後進時とでは盛込量が異なり、所定の盛
込量を得ることが難しく、堆積層表面に凹凸を発生させ
やすい欠点があった。

【０００６】特公平7-108214号は、回転する培養床を面
積のほぼ等しい同心円周からなるドーナツ状区画に仮想
的に分割し、各区画ごとに単位時間当たり定量の培養原
料を盛込装置から落として所定厚の堆積層を形成してい
く方法である。区画毎に定めた培養原料を落とすため、
各区画それぞれの堆積層内における量的な均一性は確保
されるが、同一区画内において堆積層の表面が半径方向
に傾斜する上、区画毎の培養原料の温度差が大きくなっ
てしまう欠点があった。

【０００７】特開平6-327466号は、回転する培養床の半
径方向に進退する移動コンベアからこの搬送機の現在位
置に当たる培養床の周速に対応した量の培養原料を落と
して薄層を形成し、この薄層を積層する方法である。こ
れは、移動コンベアの進退速度を可変するのではなく、
培養原料が自然落下する落下位置と盛込位置とのずれを
考慮して移動コンベアのベルトスピードを加減し、培養
原料の盛込量を可変するものであり、均一な所定厚の堆
積層を得ることができる。しかし、移動コンベアの進退
方向又は速度やベルトスピードの加減量と培養原料の盛
込量とが相互に関連し、制御に要する計算が複雑になる
問題があった。

【０００８】そこで、以下の点に留意し、上記各問題を
解決することにした。第一に、上記搬送機(盛込コンベ
ア、盛込スクリューや盛込シュート等)を含む盛込手段
(培養原料を搬送して盛込口から培養床へ放出する手段
を指す、以下同じ)から単位時間当たり定量の培養原料
を盛り込み、装置全体の制御を容易にする。第二に、盛
込時間を短縮するため、盛込手段を位置変位させつつ同
時に培養床も回転させて培養原料を盛り込むこととする
が、培養原料の落下位置と盛込位置とのずれによる影響
を除去したい。更に、第三として装置構成が簡単かつ小
型化して、できるだけ設置面積を少なくする。本発明
は、以上を踏まえて、特に盛込口について検討したもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】検討の結果開発したもの
が、盛込手段の盛込口から培養床上へ培養原料を盛り込
んで該培養床上に培養原料の薄層を形成し、該薄層を積
層して所定厚の堆積層を形成する方法であって、盛込手
段は鉛直方向に開口した盛込口を前方に設け、かつ揺動
軸を後方に配した搬送経路からなり、培養床を回転させ
つつ盛込手段を水平方向に揺動させることにより盛込口
を培養床上の略半径方向の円弧軌道上で往復移動させ、
この盛込口から単位時間当たり定量の培養原料を鉛直方
向に落として盛り込む回転円盤固体培養装置の培養原料
盛込方法である。なお、本発明における揺動とは、揺動
軸に対して盛込口が円弧軌道を描いて反覆回動すること
を意味し、必ずしも盛込手段が揺動軸と盛込口とを連結
している必要はなく、例えば盛込口に対して揺動軸が仮
想的なものであってもよい。

【００１０】培養原料を単位時間当たり定量に落として
盛り込むことから、盛込口の移動速度を培養床の周速に
反比例させて往路及び復路で形成する層の厚みを一定に
する場合を基本とするが、例えば、往路では盛込口の移
動速度を等速とし、往路で盛り込んだ培養原料の前記基
本に対する過不足を補うように復路での盛込口の移動速
度を加減してもよい。薄層は培養床全面に対して形成し
たものを積層するが、この薄層を形成する際の培養床の
回転数と盛込口の往復回数との組合せは自由である。通
常は、培養床を１回転させる間に盛込口を数往復させて
薄層１層を形成し、培養床が数回転する間に薄層多段の
盛込作業を完遂する。

【００１１】この盛込方法では、盛込口の軌道を円弧軌
道とすることにより、盛込手段の稼働時における占有面
積を減少させる。特に、後述する盛込シュートを用いた
盛込装置に見られるように、揺動軸を培養室壁面近傍に
配すると盛込手段のほとんどが培養室内に納まるため、
培養床とは別に盛込装置としての設置面積をほとんど必
要としない利点がある。また、円弧軌道であるにも拘わ
らず、円弧の半径を大きくして揺動角度を小さくすれ
ば、円弧軌道≒直線軌道とみなすことができ、盛込口は
直線的に往復するとして制御変数の計算も簡単になる。
そして、水平方向に搬送されてきた培養原料を鉛直方向
へ方向転換して落とす、好ましくは前記方向転換に加え
て鉛直方向の力を原料に付加して鉛直方向に原料を落と
して培養床へ盛り込むことで、従来の盛込装置に見られ
た搬送機の進退速度等による落下位置と盛込位置との不
一致を解消する。

【００１２】盛込手段には、盛込コンベア、盛込スクリ
ュー、盛込シュート等、既存の搬送形態を利用できる
が、培養原料は水平な搬送方向から鉛直方向へと方向転
換し、盛込口の移動の影響を取り除いた状態で落とす。
培養原料は鉛直方向、すなわち培養床までの最短距離を
落ちることになるから、落下時間は短縮される。更に、
鉛直方向の力を培養原料に加えて落とすと落下時間はほ
とんど無視できる程度になるので、盛込口の移動による
影響を加味して落下量を増減せずとも単位時間当たりほ
ぼ定量の培養原料を培養床へ盛り込むことができるよう
になり、形成する薄層の厚みの制御が簡単になる。

【００１３】盛込手段の種類を問わず、盛込口への培養
原料の搬送方法としては、空気搬送が好ましい。盛込手
段として盛込コンベアや盛込スクリューを用いた場合、
搬送してきた培養原料を、盛込口に配した傾斜板等にぶ
つけて方向転換する、又は別途培養原料を下方に放出す
る機構を盛込口に構成し、培養原料を鉛直方向に落下さ
せることになる。しかし、前者では落下速度が遅くな
り、後者はコスト高になる。これに対し、盛込手段とし
て盛り込みシュートを用いた場合、搬送媒体(通常空気)
で圧送してきた培養原料を、開放端を鉛直方向に折り曲
げた盛込口から放出すれば、十分な落下速度をもって培
養原料を鉛直方向に落下させることができる。搬送媒体
には、空気のほか、他の気体や液体も考えられるが、培
養原料に余分な液分を加えず、安価かつ手軽に利用でき
る空気が最適なのである。なお、空気搬送を用いた盛込
シュートでは、水平方向の開放端にサイクロンを取り付
けて盛込口にしてもよい。サイクロンは、培養原料の水
平移動成分を取り除きながら搬送媒体である空気を上方
へ逃がし、培養原料のみを鉛直方向へ落下させることが
できる。

【００１４】上記盛込方法を適用した装置は、盛込手段
は鉛直方向に開口した盛込口を前方に設け、かつ揺動軸
を後方に設けた盛込シュートであり、回転する円形培養
床上でこの盛込シュートを水平方向に揺動させて盛込口
が円形培養床上の略半径方向の円弧軌道上で往復移動す
るように、前記揺動軸を培養室の壁面近傍に配した盛込
装置となる。揺動軸は、培養床の回転を妨げない培養室
内か、培養室からあまり突出しない範囲、すなわち培養
室の壁面近傍に配する。盛込口の描く円弧軌道は、既述
したように、直線軌道とみなしうるものであれば、培養
床の半径方向に斜行するものであってもよい。

【００１５】また、培養床を回転させつつ盛込口を前記
培養床上の略半径方向の軌道上で断続的に停止させなが
ら往復移動させ、この盛込口から単位時間当たり定量の
培養原料を鉛直方向に落として盛り込む盛込方法であっ
てもよい。盛り込む培養原料が形成する薄層は、主とし
て停止状態の盛込口から落下する培養原料により層厚が
決定されるため、培養原料の落下運動を考慮した補正を
することなく盛込口の往復移動を制御することができ、
停止状態の盛込口から盛り込む培養原料は単位時間当た
り定量なので、ほぼ均一な層厚の薄層を形成できる。

【００１６】盛込口の停止時間と停止間隔とは相関関係
にあり、概ね(単位時間当たりの盛込量×停止時間)/(停
止位置での培養床の周速×停止間隔)が一定になればよ
い。例えば、停止間隔が一定であれば、停止時間は半径
方向に比例して長くする。停止時間を一定とした場合、
停止間隔は半径方向に反比例して短くする。そのほか
に、軌道を等分し、内周側は停止間隔を一定、外周側を
停止時間一定とし、同一軌道上を区分し制御するように
してもよい。この盛込方法は、上記盛込手段が水平方向
に揺動する盛込方法のほか、上述した既存の各盛込方法
にも応用できる。

【００１７】盛込口が往復移動する軌道となる「培養床
の略半径方向」とは、培養床の半径方向の直線軌道はも
ちろん、半径方向に延びる円弧軌道や半径方向に交差す
る斜行軌道を含む意味である。円弧軌道は、円弧の半径
が大きく、かつ揺動角度が小さい場合に、制御変数の計
算上、半径方向と同じとみなしても構わない。また、直
線状の斜行軌道は、半径方向との交差角がθの場合、斜
行軌道の位置×cosθ＝半径方向の位置と換算ができ、
制御変数の計算上、半径方向の直線軌道と同視できるの
である。なお、円弧状の斜行軌道は、円弧軌道≒その斜
行方向の直線軌道とみなせる場合のみ、前記同様の換算
により半径方向として扱える。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
図を参照しながら説明する。図１は、培養室の壁面１に
揺動軸２を配した盛込シュート３の投下口を盛込口４と
して、この盛込口４を円弧軌道上で往復移動させる盛込
装置の平面図、図２は同側面図、図３は同盛込装置の原
理を示すために簡略化した図１相当の模式図であり、図
４は図２相当の模式図である。図１に見られるように、
盛込シュート３のアーム５を水平方向に湾曲させて、盛
込口４を培養室の壁面１に接近させてもアーム５が壁面
１と干渉しないようにしている(図３では、説明の簡略
化のため、揺動軸２と盛込口４とを直線で結んでい
る)。なお、盛込シュート３を下方に折り曲げた前記盛
込口４に代えて、図５に見られるように、サイクロン12
からなる盛込口４を用いてもよい。

【００１９】本例の盛込装置は、八角形に組んだ培養室
の壁面１に揺動軸２を配し、培養床６上へ盛込シュート
３を揺動させ、先端の盛込口４を培養床６の略半径方向
の円弧軌道上を往復移動させる。駆動手段であるインバ
ータ制御のシリンダ７は、後端を揺動軸２近傍の培養室
の壁面１に軸支し、先端を揺動軸２から盛込口４寄りの
アーム５に軸着している。なお、盛込シュート３の揺動
を円滑にするために、図１及び図２に見られるように、
盛込口４付近は培養室上方からハンガー８で吊下げ、揺
動軸２後方を延長してバランスを図っている。図１から
も明らかなように、本発明の盛込装置は設置面積を多く
必要とせず、コンパクトになっている。

【００２０】盛込シュート３は、アーム５を搬送経路と
して、培養床６の周速に反比例して円弧軌道上を移動す
る盛込口４から鉛直方向へ単位時間当たり定量の培養原
料を回転する培養床６へと落下させる。本例では、培養
原料を鉛直方向に落下させることにより、盛込口４から
の落下位置≒盛込位置という関係を実現し、盛込量及び
盛込位置を簡単かつ正確に制御できるようにしている。
落下した培養原料は、図１又は図３に見られるように、
培養床６の中心円筒９から外周壁10に掛けての盛込範囲
で薄層を形成していく。

【００２１】図３及び図４の模式図により、制御の例を
示す。本例では、シリンダ７の単位時間当たりの伸縮量
に比例してアーム５を揺動させ、盛込口４の移動速度を
制御している。具体的には、シリンダ７の制御パラメー
タであるインバータ周波数を加減して連続的に伸縮量を
変化させ、盛込口４の往復移動を制御する。また、シリ
ンダ７の伸縮を断続的に停止させると、盛込口４を断続
的に停止させる盛込方法を本例の装置構成に適用するこ
とも可能である。このように、盛込口を断続的に停止さ
せる盛込方法は、盛込手段を水平方向に揺動させる本発
明の盛込方法や従来の盛込方法の装置構成とほとんど異
ならない。

【００２２】今、便宜上、盛込口４が培養床６の中心円
筒９から外周壁10へ向けて移動したとき、図６に見られ
るように、落とされた盛込原料が水平方向にほぼ扇形状
の薄層11を形成する、と仮定する。盛込手段を水平方向
に揺動させる盛込方法では、盛込口４から単位時間当た
り定量の培養原料を落とすので、移動する盛込口が培養
床と交差する略扇形の小面積ΔＳが常に一定であれば、
盛り込んだ培養原料が前記小面積ΔＳに形成する部分的
薄層の厚さが一定となり、最終的な薄層11の厚さは一定
となる。そこで、本例では、盛込口４は培養床６の周速
に反比例して円弧軌道上を移動させ、後述のようにΔＳ
が略一定になるようにしている。

【００２３】通常、培養床の回転速度(＝角速度)は一定
である(これに対し、周速は回転速度と盛込口４の位置
に相当する半径との積であり、盛込口４の位置によって
異なる)から、上記小面積ΔＳは、盛込口４の軌道上の
移動開始位置(略扇形の上辺を決定)及び移動距離(略扇
形の下辺及び高さを決定)により求められるが、移動開
始位置はこれまでの移動距離の和で求められるから、小
面積ΔＳは移動距離の関数となる。このことから、単位
時間当たりの盛込口４の移動距離を加減するシリンダ７
の伸縮量、すなわちインバータ周波数を制御すると、培
養原料が形成する薄層11の厚さが決定できることがわか
る。

【００２４】盛込口を断続的に停止させる盛込方法で
は、盛込口から単位時間当たり定量の培養原料を鉛直方
向に落として盛り込むことで盛込口の移動の制御を簡単
にし、(1)停止間隔を調整してΔＳを一定にし、上記小
面積ΔＳに形成する部分的薄層の厚さを一定にする、又
は(2)停止間隔を一定にし、ΔＳに比例した停止時間で
培養原料を盛り込めば、最終的な薄層11の厚さは一定と
なる。

【００２５】従来は、盛込口から培養床までの落下時間
が大きく、上記小面積ΔＳは移動距離の関数となるもの
の、前記落下時間を考慮して、場合によっては、盛り込
む培養原料の盛込量を経時的に変動させなければならな
かった。本発明は、培養原料を鉛直方向へ落下させる、
更には鉛直方向への力を加えて落下させることで前記落
下時間を無視できるほど小さくし、培養原料を単位時間
当たり定量で盛り込めるようにして、(1)制御を簡単に
すると共に、(2)盛り込んだ培養原料が形成する薄層の
均一性をも確保できるようにしたのである。

【００２６】

【実施例】上記盛込手段を水平方向に揺動させる制御例
に従って、次のような味噌原料の盛込を試みた。培養床
の盛込面積が112ｍ²(培養床の直径12ｍ)に対し、堆積層
厚500mmを目標に、味噌原料を0.28ｍ³/分の定量で空気
搬送し、盛り込むことにした。盛込シュートの盛込口の
往復時間は78秒、培養床の１回転に要する時間は50分
で、そしてこの培養床が４回転する間に盛込を終えるこ
とにする。

【００２７】盛込の良否を判定するために、盛込終了
後、内周から外周へ向けて等間隔に６点、Ａ点,Ｂ点,Ｃ
点,Ｄ点,Ｅ点,Ｆ点(図１参照)の堆積層厚を、培養床を
回転させながら２分おきに各25回、つまり培養床の円周
方向にわたって測定した結果の平均値一覧を表１に示
す。表１から明らかなように、目標とする堆積層厚500m
mに対し、培養床の半径方向における誤差は±10mm以内
に納まっており、薄層を積み重ねた堆積層は、正確に所
定厚に達することがわかる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明の盛込方法及びこれを適用した盛
込装置は、比較的簡単な制御により盛込手段を駆動して
培養床へ培養原料を盛り込み、薄層を積層して所定厚か
つ均一な培養原料の堆積層を形成することができ、従来
に比べて、制御に至るパラメータの決定及び設定の労力
を削減することができる(特開平6-327466号の盛込装置
に比べ、およそ1/5程度)。また、培養室や盛込装置の仕
様の変更によるパラメータの変更も容易にできる。更
に、盛込装置自体が非常にコンパクトにまとまり、必要
以上に設置面積を占有しない利点がある。

【００３０】何よりも、培養床の内外周での盛込時間に
差がなく、一定の堆積層厚で均一な培養原料の盛込がで
きるため、製品の品質が非常に良質なものとなる点が、
本発明の盛込方法の効果である。そして、コンパクトで
制御も簡単で、装置としての単価も抑えることができる
ことから、従来の大型で制御が難しい盛込装置の導入に
踏み切れなかった比較的小規模な工場や店でも設置、運
用可能な小型の培養装置が提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】盛込シュートを水平方向に揺動させる盛込装置
の平面図である。

【図２】同盛込装置の側面図である。

【図３】同盛込装置の原理を示すために簡略化した図１
相当の模式図である。

【図４】同盛込装置の原理を示すために簡略化した図２
相当の模式図である。

【図５】サイクロンからなる盛込口の斜視図である。

【図６】一往復した盛込口から落とす培養原料が形成す
る薄層を表した斜視図である。

【符号の説明】

１ 培養室の壁面 ２ 揺動軸 ３ 盛込シュート ４ 盛込口 ５ アーム ６ 培養床 ７ シリンダ ８ ハンガー ９ 中心円筒 10 外周壁 11 盛込口の片道で盛り込む薄層 12 サイクロン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 盛込手段の盛込口から円形培養床上へ培
   養原料を盛り込んで該円形培養床上に培養原料の薄層を
   形成し、該薄層を積層して所定厚の堆積層を形成する方
   法であって、盛込手段は鉛直方向に開口した盛込口を前
   方に設け、かつ揺動軸を後方に配した搬送経路からな
   り、円形培養床を回転させつつ盛込手段を水平方向に揺
   動させることにより盛込口を円形培養床上の略半径方向
   の円弧軌道上で往復移動させ、該盛込口から単位時間当
   たり定量の培養原料を鉛直方向に落として盛り込むこと
   を特徴とする回転円盤固体培養装置の培養原料盛込方
   法。
2. 【請求項２】 盛込手段の盛込口から円形培養床上へ培
   養原料を盛り込んで該円形培養床上に培養原料の薄層を
   形成し、該薄層を積層して所定厚の堆積層を形成する方
   法であって、円形培養床を回転させつつ盛込口を前記円
   形培養床上の略半径方向の軌道上で断続的に停止させな
   がら往復移動させ、該盛込口から単位時間当たり定量の
   培養原料を鉛直方向に落として盛り込むことを特徴とす
   る回転円盤固体培養装置の培養原料盛込方法。
3. 【請求項３】 盛込口へ至る培養原料の搬送方法が空気
   搬送であることを特徴とする請求項１又は２記載の回転
   円盤固体培養装置の培養原料盛込方法。
4. 【請求項４】 盛込手段の盛込口から円形培養床上へ培
   養原料を盛り込んで該円形培養床上に培養原料の薄層を
   形成し、該薄層を積層して所定厚の堆積層を形成する装
   置であって、盛込手段は鉛直方向に開口した盛込口を前
   方に設け、かつ揺動軸を後方に設けた盛込シュートであ
   り、回転する円形培養床上で該盛込シュートを水平方向
   に揺動させて盛込口が円形培養床上の略半径方向の円弧
   軌道上で往復移動するように、前記揺動軸を培養室の壁
   面近傍に配したことを特徴とする回転円盤固体培養装置
   の培養原料盛込装置。