JP3811758B2 - 不耐熱性製品の低温貯蔵装置 - Google Patents
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Description
本発明は、一般的には、寒冷貯蔵容器内で各製品のための貯蔵アドレスを含む寒冷な保存媒体内に複数の不耐熱性製品を貯蔵するための方法と装置に関するものである。貯蔵された各製品は、その発生源およびその容器内での位置に相互関連した固有の同一性を有している。本発明の装置は、これらの同一性を読み取るための手段を含んでいる。より詳しくは、本発明の装置は、組織、DNA試料、実験試金、特定の血液製剤および特に凍結保護されるべき白血球を、プログラムされ、制御された速度で温度を低減し、続いて次の使用のために引き渡される特定の識別に応じてアクセスされることを可能とするものである。
背景技術
不耐熱性製品を保管する必要性は、特に、法律におけるその証拠価値のために医学の分野において特に、増大しつつある。組織サンプル、DNA試料および実験試金はすべて一度研究され、型が検出され且つマッチしたならば、別の分析のために必要がある場合のため、次いで貯蔵される適当な候補である物質の例である。時間および温度の関数として劣化する製品は適正に保存され維持されない場合には、永久保存する価値がない。
血球の研究における技術の現状の顕著な進歩は、特に白血球細胞を隔離して保存することおよびこれらの細胞が相互関係のないドナーとレシピエントとの間で使用することができるという発見によって、血液製剤、特に血液細胞を利用する前にそれらの品質を維持するため、信頼性の高い冷凍および貯蔵装置に対する必要性が生じた。ドナーとレシピエントを関連付けさせる絶対的な要求はないが、ドナーとレシピエントの適合特性は、拒否反応よりはむしろレシピエントによる受諾の尤度を最適化するものである。多様な要因に基づいて、ドナーをレシピエントに最適に適合することは、数千ないし数十万もの番号付けされているドナーの試料の集合から選択する作業を必要とすることが推測される。
多数のドナーの製品(生成物)を貯蔵することに関連した問題は、それらが不耐熱性であり、制御された速度で冷凍し次いで極度に低い温度で、制御された環境で維持されないときには、時間を関数として劣化することである。同様に重要なことは、適当な低い温度環境に製品が一旦貯蔵された場合、その製品が使用されるまでは、製品はその温度でそのまま平静に維持されることが非常に望ましいということである。これにより高い品質を保証することができる。
これらの先の考慮は、特に窒素が冷蔵液体である場所で製品が温度貯蔵される場合には、このような操作環境で動作する機構は−190℃において耐久性がなければならないことから、大きな技術的な問題を提供する。このような低い温度では、室温では比較的単純な仕事、例えば製品を貯蔵し、選択および取り除くことが困難となる。機械器具は極度に低い温度では故障が発生しやすくなる。特定な形式のシステムの冗長度のため十分な設備なしで機械的な故障が生じた場合には、一定の温度で製品にアクセスあるいは製品を維持することができなくなることから、適時な治療および製品の品質維持に関して悲惨な結果となる。
以下の特許は技術の現状を反映するものであり、出願人が本発明の方法に密接な関係があると思われるものである。しかしながら、これら特許は、単独、あるいは考えられるいずれかの組み合わせにおいても、以下に説明し且つ特にクレームされた本発明の結付きを教示するものではない。
Knippscheerなどに付与されたいくつかの特許には、要求に応じて特定の製品を選択的に抜き取るための手段を含む凍結保護する不耐熱性製品のための貯蔵装置を使用することが教示されている。これらすべての従来技術の教示は、移動する構成要素は液体窒素が存在する温度で信頼性高く性能を発揮できることが必要で複雑な機械的機構を必要とするものとして集合的に特徴付けられる。機械的な器具の相対的な動作が説明されているが、器具の保守、修理および潤滑並びにこのような低温における信頼度は容易ならぬ事である。本発明は、移動する構成要素が、液体窒素と接触あるいは液体窒素内で直接動作する駆動機構を有していない点において、Knippscheerなどの特許と区別されるものである。
発明の開示
本発明は多数の方法で従来技術を悩ました諸問題を解決するものである。本発明は、内部に同心状に配置された一連の環状のラックを有するシールされた容器を提供する。各ラックは、容器の各周壁に対して固定された位置に保持されている。液体窒素がラックを包んでいる。各環状のラックは環状の通路によって互いに分離されている。環状の通路はラック、およびラック内に貯蔵された不耐熱性製品へのアクセスを提供する。
液体窒素の表面と容器の最上の先端との間にはヘッドスペースが設けられている。このヘッドスペースには、低温に維持し続けるために窒素ガスが設けられている。周囲条件と連絡するために、液レベルの上部にアクセス入口が同様に位置している。
容器の上部先端は閉じている。このエンクロージャは次の構造を含んでいる。第1に、ガスキャップを形成するために上にあるエンクロージャはシールされている。特に、第1のプラテンが容器の最上部の先端の上に横たわっている。この第1のプラテンは窒素ガスが逃げるのを防止して熱バリアを提供している。同様に、このプラテンの上部には断熱空間が存在している。このエンクロージャは、容器の最上部および全体のプラテンの双方の周囲を囲むとともにこれらの上に横たわっている。つまり、エンクロージャとプラテンは、熱および空気内に含まれる周囲の水分の双方が容器内に移動することを防止するためのバリアを提供している。
第2に、エンクロージャはロボットアーム駆動機構のための支持構造を提供している。ロボットアームは駆動機構に接続され、またラックおよび環状の通路を経てラック内に含まれた不耐熱性製品にアクセスするためにプラテンを通って延在している。ロボットアームはラック内において選択されたサイトに移動することができる。ロボットアームはまた、アームをその位置に対して初期化するとともに相対の参照で方向を定めるインデックス機構を含み、これは好ましくは容器内に固定される。ロボットアームは、不耐熱性製品の露出された表面上、あるいは当該不耐熱性製品をカプセルで包むホルダ上のいずれかに含まれる証印を読み取るための手段を含んでいる。ロボットアームは、不耐熱性製品あるいはホルダからの情報を、遠隔の読み取りおよびメモリサイトに伝達する。ロボットアームを方向付けおよびインデックス付けすることの望ましさは、その遠隔読み取りおよびメモリ機能と連結され、所望の不耐熱性製品だけが容器から抜き取られる尤度を増大させる。容器内に不耐熱性製品を挿入する場合には、不耐熱性製品の貯蔵アドレスが判かる。
産業上の適用性
本発明の産業上の適用性は、以下の本発明の目的を検討することで明らかとなる。
したがって、本発明の主要な目的は、新規で斬新で有用な不耐熱性製品を貯蔵するための方法および装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、構造が極めて耐久性があり、安全に使用でき、また大量生産することができる上記した装置を提供することにある。本発明の他の目的は、信頼性を高めおよび保守に関する問題をなくすために、
極めて低い温度の動作環境が全ての機械の下にある上記した装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、凍結温度で貯蔵される不耐熱性製品が貯蔵装置内の特定のアドレスに派遣することができ、そこでその後に必要があるまで維持される、上記した装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、正しい製品だけが貯蔵から取り除かれる尤度を増大して製品の不必要な温度のエクスカーション、特に温度上昇を防止するために、貯蔵中の各不耐熱性製品が確認目的で最初に走査される上記した装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、正しい製品だけが貯蔵から取り除かれる尤度を増大してこのような取り除きが必要となるまで製品の物理的な外乱を最小限とするために、貯蔵中の各不耐熱性製品が取り除きの前に最初に走査される上記した装置を提供することにある。
第1の利点から見て、本発明の目的は、容器、容器内の液体、液体を低温に維持するための手段、容器内の液体内に配置されるとともに、1つの不耐熱性製品が複数のコンパートメントのいずれか1つ内で受容されることができるように寸法付けされた複数のコンパートメントを含む環状の貯蔵ラック、液体の上部に位置決めされるとともに装置の外側と連絡しているアクセス入口、および不耐熱性製品をコンパートメントおよびアクセス入口に運搬し且つこれらから運搬するための手段を組み合わせてなる不耐熱性製品を貯蔵しアクセスするための装置を提供することにある。
第2の利点から見て、本発明の目的は、不耐熱性製品を容器に隣接させて方向を定めるステップ、不耐熱性製品が容器に入ることを許可するステップ、ロボットアームで不耐熱性製品を把持するステップ、不耐熱性製品を制御された速度で温度を減少することを許容するステップ、特定のサイトに不耐熱性製品を貯蔵するステップ、特定のサイトの場所を記憶し次いで不耐熱性製品の特定のサイトをリコール、即ち検索することで不耐熱性製品を検索するステップ、ロボットアームを不耐熱性製品の記憶されたサイトに向けるステップ、所望の不耐熱性製品が実際に記憶されたサイトで識別されたことを確認するステップ、ロボットアームを不耐熱性製品に取り付けるステップ、および不耐熱性製品を容器の外部に排出するステップを含む、不耐熱性製品を貯蔵し検索するための方法を提供することにある。
第3の利点から見て、本発明の目的は、ホルダを不耐熱性製品に取り付けるための手段、および不耐熱性製品をホルダを介してロボットアームに取り付けるための手段を組み合わせてなる不耐熱性製品がロボットアームにより接触されるのを許可するための不耐熱性製品のホルダを提供することにある。
第4の利点から見て、本発明の目的は、ホルダがそれに関連し前記不耐熱性製品上の証印と相互関係のある証印、および前記証印を読み取るための前記ロボットアーム上の手段を有することを組み合わせてなる不耐熱性製品がロボットアームにより接触されるのを許可するための不耐熱性製品のホルダを提供することにある。
第5の利点から見て、本発明の目的は、第1の位置と第2の位置の間を移動するために適合されたロボットアームを含み、前記第1の位置は低温で貯蔵された不耐熱性製品にアクセスするものであり、前記第2の位置は前記不耐熱性製品が周囲条件にアクセスすることを許可するために適合されたものであり、および正しい不耐熱性製品が前記ロボットアームにより選択されることを保証するために前記ロボットアームに作動的に接続された遠隔読み取り手段を含んでなる低温装置を提供することにある。
第6の利点から見て、本発明の目的は、不耐熱性製品を制御された速度で冷凍するとともに冷凍された製品を貯蔵する単体の低温装置を提供することにある。
第7の利点から見て、本発明の目的は、ブラックボックスホルダ内の不耐熱性製品を提供し、またホルダおよび製品を制御された速度の温度エクスカーションを介して露出することにある。
これらおよび他の目的は、以下の記述を添付した図面とともに考察した場合には明白となるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、装置の直径における垂直面に沿った断面図である。
第2図は、第1図に示されたものの部品の分解図である。
第3図は、露出された内側部分の上面図である。
第4図は、内部の貯蔵棚の1つの斜視図であり、その両側へのアクセスを示している。
第5図は、仕切りを取り除いた第4図の棚の一部の側部斜視図である。
第6図は、第1図の上部右側のトロイドの断面図である。
第7図は、第6図に示したものの拡大詳細図である。
第8図は、エレベータが「上昇」位置にある第1図に示したアクセス入口の断面図である。
第9図は、エレベータが「下降」位置にある第1図に示したアクセス入口の断面図である。
第10図は、プラテン上の膨隆したシールの断面図である。
第11図は、プラテン上のシールの断面図である。
第12図は、プラテンの斜視図である。
第13図は、装置の上面図である。
第14図は、装置の上面図である。
第15図は、上部の一部の側面図である。
第16図は、装置内で使用されるモータ駆動部の斜視図である。
第17図は、ホルダおよび製品の斜視図である。
第18図は、ホルダにアクセスするロボットアームとヘッドの斜視図である。
第19図は、ホルダを把持するロボットアームとヘッドの斜視図である。
第20図は、温度を関数として制御された速度で冷凍することの利点を示した1つのアルゴリズムである。
第21図は、温度を関数として制御された速度で冷凍することの利点を示した他のアルゴリズムである。
発明を実施するための最良の態様
図面を参照し、図面を通して同じ番号は同じ部品を示しており、参照番号10は凍結確立および不耐熱性製品の貯蔵のための装置を示している。
すなわち、特に第1図と第2図について、装置10は3つの主要な組立体、つまり内部に液体窒素を受容するために適合された容器20、容器20の内部の内側にスライド自在に適合してフィットするように寸法付けされた環状のラック40、および容器および環状のラックを周囲条件からシールするため、上に横たわっているエンクロージャ60を含んでいる。不耐熱性製品(以下に詳細に説明する)が装置10に入れられ、また、この装置から取り除かれることを許容するために、少なくとも1つのアクセス入口80が、好ましくはエンクロージャ60の内部に設けられている。このアクセス入口80は、不耐熱性製品をアクセス入口80および環状の貯蔵ラック40に移動し且つこれらから移動するためのロボットアーム160および駆動機構を含む運搬手段100と連絡している。
また、第1図および第2図を特に参照して、容器20の詳細を説明する。つまり、この容器は、好ましくは、液体窒素を貯蔵するために従来より使用されている市販の容器であり、一般的には「圧力」容器と呼ばれている。極めて低温(例えば−190℃)であるため、容器20は、周囲の側壁2が弓形の底外形を有する底部4と一体に形成されており、弓形の外形の凸側は下方を向いている。圧力ベッセルの容器20の内側の断面図には、内側に中空部6が設けられていることが示されており、この中空部は一般的に実施可能なように略真空に維持されている。中空部6を気泡で充填することもできる。脚部8は容器20をグラウンドの上部で安定に維持して熱の伝達を排除している。よって、容器20は、内部に液体窒素を受容するために適合されて凹んだ底部の内壁を有して頂部が開口した盲穴である。これら市販の圧力ベッセル容器と同様に、弁Vにより制御される入口12の形態の配管および同様に弁Vにより制御される出口14により、必要に応じて液体窒素の追加、補充あるいは除去が行われる。
第1図から第5図を参照して、環状のラックの詳細を説明する。図示したように、環状のラック40は、容器20の内部の内径を補足する外径を有している。よって、ラック40は、容器20の内径の内部にスライド自在に挿入されるようになっており、その内部に置かれている。第2図の双方向の矢印Aは容器20に対する取り外し自在な挿入と引抜きの方向を示している。
ラック40は、その最上の先端に下方に開口した実質的にU−形状のラック支持部24を有する周壁22を含んでいる。このU−形状のラック支持部24は外方に面しており、また容器20の最上端16の上に横たわるために方向付けされている。ラック支持部24は、湾曲部24a、および周壁22と共に容器20の外側に跨がるために適合された下方に延在する脚24bを含んでいる。
さらに、ラック40を周壁22から下方に突出している複数の脚26により支持して、ラック40が容器20の底部4の上側の凹面上に載置させることもできる。ラック40は実質的に円形であり、また周壁22に延在するネットワークを形成する板体あるいは複数のリブから構成することができる床28aを含んでいる。例えば、第3図は1つの床の実施形態として、周壁22を接続して一連の同心状に配置されたコンパートメント(仕切り)32のアレイ(小路)のための支持を提供する複数の放射状に延在するリブ28を示している。環状のコンパートメントのアレイは、環状の通路30によってラック40の幾何学的な中心に向かって互いに離間されている。最も中央の通路はシリンダである。よって、1つの市販の容器20の寸法を与えることで、一連の4つの同心状に配置されたコンパートメントのアレイが示され形状付けされている。
第4図と第5図に示したように、複数のコンパートメント32は、その弓状のボード内側端およびボード外側端に周辺リップ36を備えた底棚34を有している。コンパートメント32は、貯蔵ラック40内でホルダ150を定位置に保持させる仕切り33を設けることができる。これらのコンパートメント32は、端35により接続された仕切りを備えた蛇紋岩壁として外形付けされた1つの連続したシートから形成されている。アクセス開口31はホルダ150が交互に通路30に隣接して対向するようにさせてある。
第3図に示すように、例えば、最も外側(つまり、周壁22に直接的に隣接している)の棚はホルダ150を貯蔵し、最もボード外側の環状の通路30はこれらのホルダ150に対向している。続いて内方に向かった3つのセットの棚34は、第4図および第5図に示したように、棚34の内側の弓状の端および棚の外側の弓状の端の両方に開口しているコンパートメント32を支持している。これにより、ホルダ150が隣接するホルダ150に対して介在することができ、挿入することができるホルダの数の密度が増大する。介在することで、各ホルダ150が各コンパートメント32の楔形状の外形を収容する楔形状の外形を有するようになる。側壁2に最も近い棚34だけがこの介在の恩恵を有していない。
次に、第1図、第2図及び第6図から第10図までを参照する。これらの図は、容器20の上に位置し、貯蔵ラック40に関連したエンクロージャ(囲い)60に対する特定の他の詳細を示している。上記において簡単に説明した通り、エンクロージャ60は、アクセス入口80、運搬手段100およびロボットアーム160のための支持として機能する。エンクロージャの特色は、第2図に示唆したように、何等かの理由で容器が漏れが生じあるいは取換えが必要な場合においてそれが一枚板として取り外せることであり、ラック40が一体に移動でき、またその内部に貯蔵された不耐熱性製品の全てが別の場所での次の貯蔵のために迅速に移動できることである。エンクロージャ60は、通常の使用および操作の間は容器20に対して移動されない固定トロイド70を含んでいる。このトロイド70はアクセス入口80を支持している。さらに、エンクロージャ60は、トロイド70により囲繞された中央のコア90を含んでいる。コア90は以下に説明するロボット機構のための運搬手段100の一部を規定している。
より詳しくは、エンクロージャの固定トロイド70は、第6図において右手部分に示したように、第1図および第2図に示された装置10の幾何学的中心に位置する垂直軸VAの回りでコア90を駆動するために使用されるモータM1のための支持を提供している。トロイド70はまた、熱移行の効果を妨げるための有効なシールを含んでいる。例えば、トロイド70は側壁2の外面18に接触し、下方に開いたU−形状のラック支持部24の湾曲部24a上に置かれ、また湾曲部の外側ボードの垂直脚24bに摩擦的に係合する。なお、第6図において、U−形状のラック支持部の垂直脚24bの端末先端は、熱移行に対する別のバリアとして機能するために、断熱材料から作られた内方に向かう接触リップ24cを含んでいる。
モータM1はトロイド(toroid)70の頂部の外板42の上部に支持されている。頂部の外板42は垂直に配置された外側の外板44と連絡している。半径付けされた端46により規定される移行の領域は、頂部の外板42と外側の外板44との間を連絡している。垂直な内側の外板48は垂直な外側の外板44と平行で且つこれから離間されている。さらに、垂直な底部の外板50は垂直な内側の外板48の最も下端に配置されている。垂直な底部の外板50は、上記したU−形状のラック支持部24の上に位置し、これをシールし、またこの上への重量を分配するために適合されている。さらに、垂直な外側の外板44は、U−形状のラック支持部のリップ24cと同様な水平面に延在している。
容器20の内部の動作温度と外部との間の極度に異なる温度差のために、リップ24cの下側および垂直な外側の外板44の自由端の両方に別のシール52が水平に配置されている。このトロイダルシール(toroidal seal)52は、それに一体に形成されたトロイダルタング(toroidal tang)58により取り外し自在に固定されている。タング58は垂直を向いており、垂直な外側の外板44の外面に取り外し自在に固定されている。このようにして、必要に応じてタング58およびシール52を取り除くことにより、エンクロージャ(enclosure)60はラック40から独立して取り外すことができる。垂直に配置されたトロイダルシール52を定位置に置くことで、エンクロージャ60とラック40を1つの要素として取り除くことができる。トロイダルシール52は、シール52の直ぐ下に位置決めされるとともに断熱物54の底面上に位置決めされたトロイダルパッド56により定位置に保持された断熱物54によって、そのシール機能が高められる。トロイダルタング58は、別の支持のために、下にあるトロイダルパッド56までの全ての経路に延在させることができる。タング58を垂直な外側の外板44に取り付けるための手段は、自明なように、取り外し自在なファスナーの形態とすることができる。トロイダルパッド56は十分な支持を提供し、エンクロージャ60がラック40と別々に取り除かれた場合でも、パッド56に負荷を負わせることができる。
内側の外板48、底部の外板50、シール52、外側の外板44および頂部の外板42の外側の形状により規定される空間の内部には熱効率性を付与するための断熱物62が含まれている。上記したように、コア90は固定トロイド70に対して移動するように構成されている。相対的な移動のために、これら2つの要素の間における熱移行の可能性がある。よって、井戸(well)が設けられており、第7図にその詳細を示した。図示したように、井戸64は垂直な内側の外板48の表面上に位置し、また凹部の外形をしている。井戸64はシリコンオイル66のような断熱性の熱潤滑剤を捕捉するための領域を含んでいる。コアの移動する要素の1つ(プラテン104)は、井戸64内に存在して潤滑およびシールのためにシリコンオイル66が入ったシール102(以下に説明する)を間接的に支持している。井戸64に対して回転自在なコア90の取り外し自在な配置をするために、井戸64上に間隙が設けられている。この組み立ておよび取り除きを容易化するために、トロイド70は複数の区画で形成することもできる。
第1図、第2図、第8図および第9図を参照して、アクセス入口80に関する特徴を次に説明する。本質的に、入口80は不耐熱性製品およびその関連したホルダ150を装置10の内部にアクセスさせるものである。アクセス入口80は、好ましくは、エンクロージャ60のトロイド70を通過する玄関74に連絡するドア72を含んでいる。玄関74はトロイドの内部に形成された開口であり、断熱物62内に貫通している。玄関74は外板76によって4つの壁(ドア72のものを除く)上に外接している。よって、玄関74は2つの側部の外板、底部の外板およびドア72から内側に延在する頂部の外板を有している。玄関の内側の熱移行が問題となる場合には、入口80を使用しないときに玄関74の内部にプラグ68を摩擦的に配置される。
玄関74は、ドア72と対向する玄関74の端上に位置決めされたエレベータと連絡している。エレベータは、エレベータ頂壁78(第9図)、エレベータ底壁82および一対の対向する側壁84を有している。したがって、エレベータ75と玄関74(第8図)との間でアクセスが行え、このため、血液製剤およびその関連するホルダ150は、この製剤およびホルダ150を両方向の矢印Cに沿って移動することで、エレベータにアクセスできる。なお、ドア72に対向する端壁76は、血液製剤およびホルダ150がエレベータ75が上位置にあるときにこれを通って押されるのを防止する。第8図は、「上昇」位置にあるエレベータを示している。第9図は、「下降」位置にあるエレベータを示している。血液製剤およびホルダ150は、両方向の矢印Dで象徴的に示したように装置10の内側に露出される。
エレベータ75は、駆動スクリュー86の操作によって両方向の矢印Bの方向に沿って移動するように適合されている。第8図と第9図は駆動スクリュー86の操作により生じたエレベータの端位置を示している。第1図は駆動スクリューのための駆動機構を線図的に示している。この場合、モータは、駆動スクリュー86に直接接続されて、ラックとピニオン組立体と同様な並行運動を生じる歯車GM2を有している。第16図はさらに詳細を示したものである。駆動スクリュー86をエレベータ75の頂壁78に作動的に接続することで、上記したようなエレベータ75の動作が容易化する。あるいは、駆動スクリュー86を手動で駆動するために手動輪HW2を使用することもできる。
第7図、第10図、第11図および第12図を参照して、コア90の詳細を次に説明する。要するに、コア90は第1図に示したように垂直軸VAの回りおよび矢印E方向に移動する。コア90にこの動作を行わせるため、コア90の頂部上に被駆動のターンテーブル92(第7図)が位置している。ターンテーブル92は、第6図のモータM1と連絡するオーバラップ部を含んでいる。特に、ターンテーブル92は、トロイドの頂部の外板42の頂部上を覆い且つこれに延在するリングギアRGを含んでいる。リングギアRGはモータM1のギアG2と噛み合っている。ギアG1はモータM1により直接駆動され、これによってモータM1の回転はギアG1、G2およびリングギアRGの同時回転を生じる。モータM1は手動輪HW1により回転させることもできる。
ターンテーブル92(第7図)は、内部に断熱物96が配置された実質的に中空のディスク形状の構成であるシェル94を含む断熱された本体に接続されている。絶縁されたシェル94の底壁は周囲に延在する突起98を含んでいる。この突起98は、上記した井戸64内にある下方に垂下するフランジシール102(第7図)を含んでいる。下方に延在するフランジシール102は、熱通過を阻止し、またベアリング面に潤滑を与えるためシリコンオイル66が入っている。
シェル94の底面は、シェル94の底面に固定された上側プレート106を有するプラテン104と連絡して保持されている。プラテン104は下側プレート108を含んでいる。上側プレート106は、円筒状のプレート側壁112によりプラテンの下側プレート108から離間されている。プラテンの内側114には、その熱的特性のために真空を含むボイドが設けられている。強度を提供するため、上側プレート106と下側プレート108との間にはスペーサ116が設けられている。第10図と第11図はプラテン104をさらに詳細に説明する。プラテンのスリット壁118上には、割当て目的で、シール120が位置している。プラテン104の斜視図である第12図を同様に参照。
つまり、リングギアRGはターンテーブル92およびモータM1と共に、内部において製品を配置したり取り除くために装置10の内部にロボットアーム160がアクセスすることを許容する4つの運搬手段100の主要なものを規定する。スリット122は、プラテン104内に設けられており、またシェル94、その断熱物96およびターンテーブル92を通過している。これにより、ロボットアームが装置10の内部に連絡すること、およびエレベータ75、ホルダ150、それに関連した製品および貯蔵ラック40に選択的にアクセスすることが許容される。
好ましくは、コア90を通過する1つのスリット122がある。また、ロボットアーム160は装置10内部の全ての環状の通路30にアクセスする。よって、コア90はその垂直軸VAの回り(つまり、第1図の両方向の矢印Eの回り)を回転することが必要になる。これは、リングギアRGがターンテーブル92およびモータM1に作動的に連結されていることによるものである。さらに、ロボットアーム160は放射状(つまり、第2図の両方向の矢印Fの方向)に移動する。アーム160は同様に垂直(つまり、第2図の両方向の矢印Gの回り)に移動する。アーム160は同様にロボットアーム160の長手軸の回り(つまり、両方向矢印Hの回り)を移動する。
両方向の矢印Fの方向に沿って放射状の移動を行わせるため、スリット122(第14図)は完全にコア90を通過している。つまり、スリット122はターンテーブル92、シェル94、断熱物96、およびプラテン104を通過している。第12図に示したように、スリット122はプラテン104あるいはシェル94あるいは絶縁物96の最も外側の端にまで延在してはいない。ロボットアーム160はスリット122内を移動する。熱的な損失を最小限とするため、また第10図および第11図に示したように、その内の2つがプラテンの上部と下部に位置されている、複数のシール120によってスリット122は保護されている。シール120はスリット122、プラテン104のスリット壁118の上部の各側上に位置しており、またプラテンの上側プレート106および下側プレート108上に支持されている。第10図はシール120を膨脹させてロボットアーム160がシール120のその部分に接触していることが示されている。第11図はシール120が十分な弾性を有し、またロボットアームがスリット122の長さに沿って進んだ場合には変形しない状態に戻る記憶を有する特徴があることを示している。よって、ロボットアーム160は熱あるいは湿気の通過量を最小限とするために、プラテン104においてその外周の回りがシール120によって保護されている。
第13図は、ロボットアーム160が両方向の矢印Fに沿って、どのように放射状に移動するのかを示している。つまり、ロボットアーム160はそり124上に位置決めされており、また両方向の矢印Fの方向に沿って移動する。そり124は、第13図に示したように他のギアG13が設けられた出力軸を有するモータM3により駆動されるギアG23と共動する歯車装置126付きの1つの外側端上に設けられている。よって、ギアG23を駆動することで、そり124が矢印Fの方向に沿って移動するようになる。ロボットアームはそり124上に支持されているので、スリット122の内部を移動する。
さらに、そり124はその上に他のモータを支持しており、補足的に形成されたスプロケット132と共動するモータのギアG14により駆動されるチェーン128のような駆動手段がモータM4に設けられている。第14図は、ロボットアーム160が装置の中心であるように、そり124が移動することが示されている。
第15図を参照して、ギアG14を介してモータM4によるチェーン128の回転によってロボットアーム160は移動する。好ましくは、両方向の矢印Hの方向の回りにおける回転の程度は180°である。180°のロボットアームの回転により、ロボットアーム160が各環状の通路30の反対側上のラックにアクセスすることが許容されることが判る(第1図)。さらに、第15図を参照して、スプロケット132は上方に延在する突起134を含んでいる。この突起はモータ136を支持している。さらに、モータ136には、ロボットアーム160上に一体に形成されたピニオン142と噛み合うように適合されたギア138が設けられている。よって、スプロケット132が両方向の矢印Hの方向の回りを回転する際には、ロボットアームの垂直への、つまり両方向の矢印Gの方向に沿った進行を許容するために、モータ136は常にピニオン142とねじ係合される。
上記した動作は他の観点から第16図にも示されている。エレベータ75は異なるタイプのエレベータ駆動を備えて示されている。上記した1つの駆動装置(GM2)を第16図に示された駆動装置とすることもできる。手動輪、つまりHW3、HW4は、HW1とHW2と同様に、手動での優先のためにモータに取り付けることができる。
次にホルダ150の詳細を説明する。第17図を参照して、ホルダ150は好ましくは、スプリング金属材料(spring metal material)から形成され、内部にスライド自在で不耐熱性製品バッグTPBの挿入を許容する開口した端壁を有する黒体放射体である。より詳しくは、ホルダ150は、縦の端および横の端を有する頂部の壁144を含んでいる。1つの縦の端は下方に垂下する第1の側壁146を有している。側壁146は上側部および下側部を含み、下側部と上側部の間には内方に向かうリッジ148によって境界線が規定されている。リッジ148は下側部分を、ヘアピンターンを形成する底壁152に向かって多少折曲させている。底壁152は、同様に形成された上側部および下側部および類似したリッジ158を有する上方に延在する第2の側壁156と連絡している。しかしながら、第2の側壁156は、頂部の壁144の第2の縦の端に隣接した自由端154を含んでいる。このホルダ150はスプリング状の材料から形成されているので、第17図に示した形状を維持するための十分な弾性および記憶を備えてプログラムされているが、第17図に示したように不耐熱性製品のバッグTPB内部へのスライド自在な挿入を許容するために、バッグが矢印Kの方向に進んだときには変形が許容されている。頂部の壁144の別の特徴は、TPBと同様に、バーコードとしての第17図に示した位置決め手段、即ち、インジケータ手段162の形態を含んでいることである。
ホルダ150と共動するように適合されている、ロボットアーム160の詳細を以下に説明する。第18図および第19図に示したように、ロボットアーム160は、その最も下側の部分に、ヘッド164を含んでいる。アームは、第15図の両方向の矢印Hの回りで回転したときには、環状の通路30の両側上に支持ラック40に対してホルダ150をアドレスすることができる。ロボットアーム160のヘッド164は、信号を送信するための手段、光ファイバ束として例示した送信機166を含んでいる。さらに、反射された光信号を受信するための手段が設けられており、受信機168は光ファイバ束として同様に構成されている。ヘッド164が貯蔵ラック40内に含まれるホルダ150の1つにアクセスしたときには、問題の製品が貯蔵されるための既知の位置まで進む。送信機166および受信機168は正しいサイトが位置決めされたことを確認する。すると、第18図および第19図を参照して、ヘッド164は、ホルダ150を収集するための手段を作動させることによるホルダ150上にラッチする。本発明の1つの態様において、ホルダ150は電気的に作動される磁気カプラ172によってロボットアーム160のヘッド164に接続されている。第19図に示したように、ホルダ150とヘッド164が正接した場合、磁気カプラ172が作動され、2つを一緒に固定する。ホルダ150は次いで、先に説明したように、棚34上に含まれる周リップ36を解消するためにやや持ち上げられる。ロボットアーム160のヘッド164は次いでエレベータまで進む。第9図は、製品を有するホルダ150をピックアップあるいは戻すために、ヘッド164がエレベータにその最も下側の位置でアクセスすることを示している。第15図および第18図に示したように、送信機166はコンピュータおよび第15図で線図的に示した電源190と連絡している。このため、送信機166とアーム160およびコンピュータ電源190とのあいだに延在して介在された光カメラ組立体187、カメラ187を通って受信機168とコンピュータ電源190との間に同様に延在する受信機の光りファイバ束178、並びに磁気カプラ172とコンピュータ電源190との間に延在する磁気導体173との間に光ファイバ束176が延在している。必須的には、コンピュータ電源190はロボットアーム160に関連し、エレベータ75に光学的に関連した全てのモータを調整する。このようにして、正しい製品が正しい位置に貯蔵され、また所望のように検索されるようにロボットアーム160の行動は正確に制御される。
さらに、容器20内のラック40を、コンピュータおよび全ての貯蔵アドレスあるいは装置10内に位置決めされたコンパートメント32に対するロボットアームの初期化のための絶対的な基準点RPを含むような向きとすることが望ましい。この方法において、例えば電力故障の間に、システムがスタンバイ電力に復帰することが必要な場合においても、システムは常に再初期化される。基準点RPの一例は、第9図に示された1つのエレベータ75の付近である。同様に、第9図はヘッド164の構成要素の検証が必要な場合における安全増大のために2重の1つの送信機166および受信機168を設けることを示している。
第3図は多数のアクセス入口80を示している。多数の入口の中で、1つ(80r)は検索のために予約され、また残り(80i)は製品の挿入のために予約されている。本発明の好ましい態様において、検索のアクセス入口は、ホルダ150がジュワー(dewar)87内に位置して液体窒素が追加され、ジュワー87の頂部の開いた領域と流体連絡するスピゴット88によりホルダ150と製品が安置されるように特定化することができる。このようにして、ホルダ150内に含まれた製品は極めて冷たく、悪い温度スパイクなしに保持される。逆に、挿入用のアクセス入口は、ハライド電球85の形態をした加熱手段を含むものとして企画され、これにより製品を冷凍する速度が制御される。ホルダ150の各側に少なくとも1つある電球には、放射エネルギーを集束し平行にするパラボラ状の反射器91が設けられている。
第20図と第21図は、製品が冷凍される方法を最適化するための制御された速度の曲線およびアルゴリズムを示したものである。ここで、各製品は冷凍プロセスが行われるのに好ましい速度を有している。ホルダ150を黒体構成とすることの1つの利点は、これが装置10内部の周囲条件に極めて迅速に反応することである。ハライド電球85の目的は、熱ゲートとして機能し、製品の品質を最適化するために冷凍が起きる速度を遅くすることである。加えて、アルゴリズムを補足する、フィードバックループがシステムを増強している。さらに、ホルダ150は、温度プロフィールを監視するためのプローブ163を受容することができる凹部151を含んでいる。
また、貯蔵スペースを最大化することが好ましい。よって、液体(特に液体窒素)は貯蔵ラック40の最上部まで延在している。よって、ガスキャップは、貯蔵ラックの上部に延在し、またこれはホルダが装置10内に最初に配置されたときに接する温度となる。典型的には、液体窒素は−190℃で存在し、一方、ガスキャップのガス化された窒素は−150℃で存在する。特定の場合には、またホルダ150の黒体放射が熱転移をするのに効率的であることから、製品の温度を下げることが許容される速度を遅らせることが望ましい。よって、ハライド電球85は冷凍が発生する速度を制御する。上記したように、ホルダ150はスプリング材料から作られる。典型的には、製品は最小の厚さを有するバック内に含まれている。製品がホルダ150の1つの開口端壁を越えて通過したとき、ホルダ150のスプリングの力により製品を最小の厚さになることが確保される。これにより、迅速な冷却も同様に確保される。
使用および動作中には、不耐熱性製品は典型的には、原料製品のタイプに適合した複数のインジケータ手段162を有するバック内に含まれ、インジケータ手段162はホルダ上に含まれる。バーコードが例示されている。このデータは初期化のためにコンピュータにロードされる。次いで、バッグ内の不耐熱性製品がホルダ150内に置かれる。次いで、製品およびホルダ150はアクセス入口80にアドレスする。コンピュータが十分な入力を受領して好ましいアルゴリズムを知ったと仮定すると(好ましい冷凍プロフィールの例示のための第20図と第21図を参照)、この情報はコンピュータ190内のプロフィールのライブラリ内に含まれる。よって、ハライド電球85は、第9図に示したように製品がロードされ下降すると、ホルダおよび製品を温度下降させるためのプロトコルを制御する。第20、21図は、装置温度の関数として、熱干渉なしの冷凍プロフィールを示している。これらの図面の右手側は制御された速度の、主にプロセスをスーローダウンすることによる、冷凍の有利な結果を示している。その後、ロボット、アーム160のヘッド164は製品を適当な位置まで運搬し、またホルダ150および製品をラック40内に貯蔵する。製品がその適当な位置内に貯蔵された後、ロボットアームは、駐機し、再初期化されあるいは再利用される。
ホルダ150および製品の検索を行うために、オペレータは制御用コンピュータにアクセスし、また、どの製品が検索されるのかを識別する。ロボットアーム160はホルダ150内に製品を位置決めし、インジケータ手段(つまり、バーコード162)162を走査し、バーコードの確認後にホルダ150を磁気的にドッキングし、次いで、ホルダおよび製品を受容するために下降されたエレベータ75にアクセスする貯蔵位置からホルダ150および製品を取り除く。製品およびホルダは、アクセス入口エレベータの1つの内にあるジュワーのような、取り外し自在なベッセル内に位置されている。ジュワー87は、容器の側壁上に配置されたスピゴット88により液体窒素が満たされている。ジュワー87内に液体窒素が満たされたならば、エレベータ75は上昇する。送信機166および受信機168はバーコードを検証することができる。最後に、アクセス入口80は開いており、製品は次の使用ために利用できる。
さらに、以上本発明を説明したが、請求の範囲に記載された本発明の範囲および技術内容を逸脱しない範囲で多くの構造的な変更および適合を行うことは自明である。
Claims (16)
- 不耐熱性製品を貯蔵しアクセスするための装置において、
液体を保持するための容器(20)、
前記液体を低温に維持するための手段、
前記容器内の前記液体内に配置されるとともに、前記不耐熱性製品を受容するための複数のコンパートメント(32)を含み、1つの前記不耐熱性製品が前記複数のコンパートメントのいずれか1つ内で受容されることができるように寸法付けされている貯蔵ラック(40)、
前記液体の上部に位置決めされるとともに装置(10)の外側と連絡しているアクセス入口(80)、および
前記不耐熱性製品を、前記各コンパートメントと前記アクセス入口に運搬し且つこれらから運搬するための手段(100)を組み合わせてなる装置であって、
前記貯蔵ラックが、環状であり、
前記運搬手段(100)が、前記容器の中心軸に対して放射状に移動でき、且つ容器内で前記中心軸と平行に垂直移動でき、および
複数の環状の貯蔵ラック(40)が、前記容器内の前記液体内に配置されており、また前記環状の貯蔵ラックが、前記運搬手段の最下段端部が移動できる環状の通路(30)によって互いに同心状に離間されていることを特徴とする装置。 - 前記運搬手段(100)が、その長軸に対して回転できることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記装置(10)が、前記容器上に位置し該容器の上部先端を閉じるためのエンクロージャ(60)を含んで閉鎖系を提供しており、また前記運搬手段(100)が、前記エンクロージャの上から前記液体に対して垂れ下った状態で支持されていることを特徴とする請求項1又は2記載の装置。
- 前記アクセス入口(80)が、前記エンクロージャ(60)上に位置するとともに前記アクセス入口に対して前記不耐熱性製品を上昇および下降するためのエレベータ(75)を含むことを特徴とする請求項3記載の装置。
- 前記エンクロージャ(60)が、少なくとも1つの環状の貯蔵ラック(40)を取外し自在に把持するための手段を含み、前記エンクロージャは環状の貯蔵ラックと共にユニットとして取外されることを特徴とする請求項3又は4記載の装置。
- 前記運搬手段(100)が、そのヘッド領域に前記環状をした貯蔵ラックの複数のコンパートメントの1つ内の不耐熱性製品を把持および離すための手段を有するロボットアームであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1記載の装置。
- 前記運搬手段(100)が、前記貯蔵ラックの複数のコンパートメントの1つ内に貯蔵された不耐熱性製品上にプリントされた情報を何時でも読み取るための手段を有する請求項1ないし6のいずれか1記載の装置。
- 黒体放射体から形成されると共に弾性材料からなるホルダ内に前記不耐熱性製品が個別に収容されており、これにより前記不耐熱性製品がホルダ(150)内で摩擦的に保持されると共に、
前記ホルダが前記コンパートメント(32)により前記貯蔵ラック(40)内で固定位置に保持されている、ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1記載の装置。 - ホルダ(150)が、その中に配置された不耐熱性製品に対応した証印が配置された表面を含み、前記表面が、縦方向の端および横方向の端部と、一方の前記縦方向の端から下方に垂下する側壁とを有し、および前記表面は、前記側壁の終端部において他方の縦方向の端に隣接する自由端まで上方に延在していることを特徴とする請求項8記載の装置。
- 前記アクセス入口(80)が、容器の内側にあって運搬手段によって液体の中に沈められる前に前記不耐熱性製品がその温度プロフィールを変化する速度を制御するための温度変化手段を含むことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1記載の装置。
- 前記温度変化手段が、製品の生存能力を高めるために前記製品の温度が下がる急な速度を遅くする熱源であることを特徴とする請求項10記載の装置。
- 前記アクセス入口(80)が、貯蔵から取出されたときに次の運搬のために製品に隣接した前記液体を補充するための手段を含むことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1記載の装置。
- 不耐熱性製品を貯蔵するための方法において、
不耐熱性製品を容器に隣接させて方向を定めるステップ、
アクセス入口を通って不耐熱性製品が容器に入ることを許可するステップ、
ロボットアームで不耐熱性製品を把持するステップ、
不耐熱性製品を制御された速度で温度を減少させるステップ、および
ロボットアームを前記容器の中心軸に対して放射状に移動させる共に前記製品が貯蔵されるコンパートメントに前記ロボットアームが隣接するまでロボットアームを前記容器内の前記中心軸に平行に垂直に移動させることで、容器内に配置された同心状の通路によって互いに離間されている環状の貯蔵ラックの中に備えられた複数のコンパートメントの1つ内に不耐熱性製品を貯蔵するステップを含んでなる方法。 - 不耐熱性製品が貯蔵されているコンパートメントを検索することに続いて、前記コンパートメントに隣接するまでロボットアームを角度的に移動すると共に垂直に移動させ、前記製品にプリントされた情報を読み取ると共にそれが検索されるべき製品であることを確認し、ロボットアームを不耐熱性製品に取付け、および不耐熱性製品を容器の外部に導出することを含むことを特徴とする請求項13記載の方法。
- 前記不耐熱性製品の同一性および前記容器内のその位置の両方を表すデータを記憶および検索するためにコンピュータを使用することをさらに含むことを特徴とする請求項13又は14記載の方法。
- 前記コンピュータに製品に固有のインジケータ番号を記憶させ、
製品上にインジケータ番号を設け、
不耐熱性製品を貯蔵し検索する際に使用される関連するホルダ上にインジケータ番号を設け、
前記ロボットアームには、前記ホルダ上のインジケータ番号を読み取ると共に、この情報を検索または貯蔵されるべき前記ホルダ内の不耐熱性製品を確認するためにコンピュータに伝達するリーダが設けられていることを特徴とする請求項15記載の方法。
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