(57)【要約】【課題】粒子を正確に検出可能な粒子検出装置を提供する。【解決手段】筐体１と、筐体１の内部に配置されたチャンバ２と、チャンバ２に設けられた導入ノズル２１と、筐体１に設けられた第１の導入口１１とチャンバ２に設けられた導入ノズル２１を結ぶ、チャンバ２内に粒子を含む流体を導入するためのサンプル導入経路３と、筐体１に設けられた第１の導入口１１とは異なる第２の導入口１２からチャンバ２に連通する調整用経路４を介してチャンバ２内に粒子が除去された流体を供給し、チャンバ２内の流体の状態を調整する調整機構５と、導入ノズル２１から噴出する流体に光を照射し、流体に含まれる粒子を検出する検出機構２３と、を備える、粒子検出装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の内部に配置されたチャンバと、
前記筐体に設けられた第１の導入口から前記チャンバ内に粒子を含む流体を導入するためのサンプル導入経路と、
前記筐体に設けられた前記第１の導入口とは異なる第２の導入口から前記チャンバに連通する調整用経路を介して前記チャンバ内に粒子が除去された流体を供給し、前記チャンバ内の流体の状態を調整する調整機構と、
前記チャンバ内の前記流体に光を照射し、前記流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
を備える、粒子検出装置。
【請求項２】
前記検出機構が、前記第１の導入口から前記チャンバ内に導入された流体の体積あたりの前記粒子の数を検出する、請求項１に記載の粒子検出装置。
【請求項３】
前記調整機構が、
前記チャンバ内に前記流体を供給するための調整ポンプと、
前記流体に含まれる粒子を除去するためのフィルタと、
を備える、請求項１又は２に記載の粒子検出装置。
【請求項４】
前記チャンバに設けられた、前記サンプル導入経路に接続された導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルと対向して設けられた排出ノズルと、
前記筐体に設けられた排出口と、前記排出ノズルと、を結ぶ、前記チャンバ内の流体を前記筐体の外部に排出するための排出経路と、
を更に備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
【請求項５】
前記調整用経路から分岐し、前記排出経路に合流するバイパス経路を更に備え、
前記バイパス経路と前記排出経路の合流部にエジェクタが配置され、
前記バイパス経路から前記エジェクタに加圧流体が供給されることにより、前記エジェクタが前記チャンバ内の流体を吸引する、請求項４に記載の粒子検出装置。
【請求項６】
前記調整機構が、前記チャンバ内の圧力を調整する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
【請求項７】
前記調整機構が、前記チャンバ内を整流する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
【請求項８】
前記検出機構が前記粒子で生じる散乱光を検出する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
【請求項９】
前記検出機構が前記粒子が発する蛍光を検出する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
【請求項１０】
筐体に設けられた第１の導入口からサンプル導入路を介して前記筐体の内部に配置されたチャンバ内に粒子を含む流体を導入することと、
前記筐体に設けられた前記第１の導入口とは異なる第２の導入口から前記チャンバに連通する調整用経路を介して前記チャンバ内に粒子が除去された流体を供給し、前記チャンバ内の流体の状態を調整することと、
前記チャンバ内の前記流体に光を照射し、前記流体に含まれる粒子を検出することと、
を含む、粒子の検出方法。
【請求項１１】
前記流体に含まれる粒子を検出することにおいて、前記第１の導入口から前記チャンバ内に導入された流体の体積あたりの前記粒子の数を検出する、請求項１０に記載の粒子の検出方法。
【請求項１２】
前記調整用経路を介して前記チャンバ内に粒子が除去された流体を供給することにおいて、調整ポンプが用いられ、
前記調整用経路に、前記粒子を除去するためのフィルタが設けられている、
請求項１０又は１１に記載の粒子の検出方法。
【請求項１３】
前記チャンバに、前記サンプル導入経路に接続された導入ノズルが設けられており、
前記チャンバに前記導入ノズルと対向して設けられた排出ノズルと、前記筐体に設けられた排出口と、を結ぶ排出経路を介して、前記チャンバ内の流体を前記筐体の外部に排出することを更に含む、請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【請求項１４】
前記調整用経路から分岐し、前記排出経路にエジェクタを介して合流するバイパス経路に加圧流体を供給することと、
前記エジェクタが前記チャンバ内の流体を吸引することと、
を更に含む、請求項１３に記載の粒子の検出方法。
【請求項１５】
前記チャンバ内の流体の状態を調整することにおいて、前記チャンバ内の圧力を調整する、請求項１０ないし１４のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【請求項１６】
前記チャンバ内の流体の状態を調整することにおいて、前記チャンバ内を整流する、請求項１０ないし１５のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【請求項１７】
前記粒子を検出することにおいて、前記粒子で生じる散乱光を検出する、請求項１０ないし１６のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【請求項１８】
前記粒子を検出することにおいて、前記粒子が発する蛍光を検出する、請求項１０ないし１７のいずれか１項に記載の粒子の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は環境評価技術に関し、特に粒子検出装置及び粒子の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な屋内あるいはバイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいて、粒子検出装置を用いて、飛散している微生物を含む粒子を検出したり、記録したりする場合がある（例えば、特許文献１、２及び非特許文献１参照。）。光学式の粒子検出装置は、例えば、装置が配置された部屋の気体を吸引し、吸引した気体に光を照射する。気体に粒子が含まれていると、光を照射された粒子が蛍光を発したり、散乱光を発生させたりするため、気体に含まれる粒子の数や大きさ等を検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２５５３９号公報
【特許文献２】特開２０１１−８３２１４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、粒子を正確に検出可能な粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、（ａ）筐体と、（ｂ）筐体の内部に配置されたチャンバと、（ｃ）筐体に設けられた第１の導入口からチャンバ内に粒子を含む流体を導入するためのサンプル導入経路と、（ｄ）筐体に設けられた第１の導入口とは異なる第２の導入口からチャンバに連通する調整用経路を介してチャンバ内に粒子が除去された流体を供給し、チャンバ内の流体の状態を調整する調整機構と、（ｅ）チャンバ内の流体に光を照射し、流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、を備える、粒子検出装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の態様によれば、（ａ）筐体に設けられた第１の導入口からサンプル導入流路を介して筐体の内部に配置されたチャンバ内に粒子を含む流体を導入することと、（ｂ）筐体に設けられた第１の導入口とは異なる第２の導入口からチャンバに連通する調整用経路を介してチャンバ内に粒子が除去された流体を供給し、チャンバ内の流体の状態を調整することと、（ｃ）チャンバ内の流体に光を照射し、流体に含まれる粒子を検出することと、を含む、粒子の検出方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、粒子を正確に検出可能な粒子検出装置及び粒子の検出方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る粒子検出装置の模式図である。
【図２】本発明の比較例に係る粒子検出装置の模式図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る粒子検出装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１１】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る粒子検出装置は、図１に示すように、筐体１と、筐体１の内部に配置されたチャンバ２と、チャンバ２に設けられた導入ノズル２１と、筐体１に設けられた第１の導入口１１とチャンバ２に設けられた導入ノズル２１を結ぶ、チャンバ２内に粒子を含む流体を導入するためのサンプル導入経路３と、筐体１に設けられた第１の導入口１１とは異なる第２の導入口１２からチャンバ２に連通する調整用経路４を介してチャンバ２内に粒子が除去された流体を供給し、チャンバ２内の圧力等の流体の状態を調整する調整機構５と、導入ノズル２１から噴出する流体に光を照射し、流体に含まれる粒子を検出する検出機構２３と、を備える。
【００１２】
筐体１の形状は任意である。筐体１の材料としては、金属及び樹脂等が使用可能であるが、これらに限定されない。チャンバ２の形状及び材料は任意である。ただし、チャンバ２は耐圧性を有することが好ましい。サンプル導入経路３は例えば金属及び樹脂等からなるパイプを備える。
【００１３】
チャンバ２には導入ノズル２１と対向して排出ノズル２２が設けられている。また、筐体１には、さらに排出口１３が設けられており、チャンバ２の排出ノズル２２と筐体１の排出口１３を結ぶ、チャンバ２内の流体を筐体１の外部に排出するための排出経路６が設けられている。排出経路６は例えば金属及び樹脂等からなるパイプを備える。排出経路６には、排風機としての排風ポンプ６２が設けられている。
【００１４】
排風ポンプ６２によって筐体１の第１の導入口１１から吸引された筐体１外部の気体等の流体は、サンプル導入経路３及び導入ノズル２１を経てチャンバ２内に噴出される。チャンバ２内に噴出された流体は、導入ノズル２１に対向して設けられた排出ノズル２２を経てチャンバ２から排出され、さらに排出経路６を経て筐体１に設けられた排出口１３から筐体１の外部に排出される。
【００１５】
検出機構２３は、導入ノズル２１と排出ノズル２２の間に形成される気流等の流体の流れに光を照射し、例えば、流体に含まれる粒子で生じる散乱光を検出することにより、粒子の数を検出する。あるいは、検出機構２３は、流体に含まれる粒子が発する蛍光を検出することにより、第１の導入口１１からチャンバ２内に導入された流体に含まれる粒子の数を検出する。さらに、検出機構２３は、単位時間あたりに検出した粒子の数を、単位時間あたりに第１の導入口１１から吸引された流体の体積で割って、流体における粒子の濃度を算出する。
【００１６】
ここで、粒子とは、微生物等を含む生体物質、化学物質、ごみ、ちり、及び埃等のダスト等を含む。微生物の例としては細菌及び真菌が含まれる。細菌の例としては、グラム陰性菌及びグラム陽性菌が挙げられる。グラム陰性菌の例としては、大腸菌が挙げられる。グラム陽性菌の例としては、表皮ブドウ球菌、枯草菌、マイクロコッカス、及びコリネバクテリウムが挙げられる。真菌の例としては、黒カビ等のアスペルギルスが挙げられる。ただし、微生物はこれらに限定されない。
【００１７】
流体に、微生物等の蛍光性粒子が含まれていると、粒子は光を照射されて蛍光を発する。例えば、微生物に含まれるリボフラビン（ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ）、フラビンヌクレオチド（ＦＭＮ）、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ）、ピリドキサミン（ｐｙｒｉｄｏｘａｍｉｎｅ）、ピリドキサールリン酸（ｐｙｒｉｄｏｘａｌ−５’−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、ピリドキシン（ｐｙｒｉｄｏｘｉｎｅ）、トリプトファン（ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ）、チロシン（ｔｙｒｏｓｉｎｅ）、及びフェニルアラニン（ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ）等が、蛍光を発する。
【００１８】
例えば、粒子検出装置がクリーンルーム等に配置されている場合、筐体１に設けられた排出口１３から筐体１外に排出される流体に粒子が含まれていることは好ましくない場合がある。この場合、排出経路６に、例えばＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ａｉｒ  Ｆｉｌｔｅｒ）等の排風フィルタ６１を設けてもよい。
【００１９】
チャンバ２の導入ノズル２１においては、流体は断面積が絞られ、流速が増加し、圧力が低下する。そのため、導入ノズル２１と排出ノズル２２の間に形成される流体の流れの周りには対流が生じうる。また、チャンバ２内の圧力が低下することにより、排出ノズル２２からの流体の排出がスムーズに行えない場合がある。チャンバ２内で対流が生じたり、チャンバ２内の圧力が低下したりすると、チャンバ２内部に粒子が滞留しうる。チャンバ２内部に粒子が滞留すると、検出機構２３が同一の粒子を複数回検出しうるため、流体の体積あたりに含まれる粒子の数を正確に検出することが困難になりうる。
【００２０】
これに対し、第１の実施の形態に係る粒子検出装置は、筐体１に設けられた第１の導入口１１とは異なる第２の導入口１２からチャンバ２に連通する調整用経路４を介してチャンバ２内に粒子が除去された流体を供給し、チャンバ２内の圧力を加圧等したり、チャンバ２内の流体を整流したりして、チャンバ２内の流体の状態を調整する調整機構５を備えている。これにより、排出ノズル２２から粒子を含む流体をスムーズに排出することを可能としている。
【００２１】
調整用経路４は例えば金属及び樹脂等からなるパイプを備える。調整用経路４には、例えば、第１のフィルタ５１、調整ポンプ５２、流量計５３、及び第２のフィルタ５４が設けられている。調整ポンプ５２によって、第２の導入口１２から吸引された筐体１外部の流体に含まれていた粒子は、第１のフィルタ５１及び第２のフィルタ５４によって除去される。流量計５３は、例えば、単位時間あたりに調整ポンプ５２によってチャンバ２に供給される、粒子が除去された流体の体積等の流量を計測する。
【００２２】
ここで、本発明の参考例においては、図２に示すように、筐体１に単一の導入口１１１が設けられており、単一の導入口１１１に接続された共通経路１０３に、調整機構１０５の調整用経路１０４と、サンプル導入経路３と、が接続されている。調整ポンプ１５２は、共通経路１０３から流体の一部を調整用経路１０４に吸引し、吸引された流体に含まれていた粒子は第１のフィルタ１５１及び第２のフィルタ１５４によって除去される。粒子が除去された流体は、チャンバ２内の圧力を加圧等して調整するために、チャンバ２に供給される。
【００２３】
検出機構１２３は、単位時間あたりに検出した粒子の数を、単位時間あたりにサンプル導入経路３に吸引された流体の体積で割って、流体における粒子の濃度を算出する。例えば、単一の導入口１１１から単位時間あたり４０Ｌの流体が吸引され、分岐点２００において、１０Ｌの流体が調整用経路１０４に分配され、３０Ｌの流体がサンプル導入経路３に分配されるとする。この場合、検出機構１２３は、単位時間あたり検出した粒子の数を、サンプル導入経路３に分配された流体の体積である３０Ｌで割って、粒子の濃度を算出する。
【００２４】
しかし、分岐点２００において、調整用経路１０４に向かう粒子の数と、サンプル導入経路３に向かう粒子の数の比は、必ずしも、調整用経路１０４に分配される流体の体積と、サンプル導入経路３に分配される流体の体積の比と一致しない。例えば、調整用経路１０４に単位時間あたり１０Ｌの流体が分配され、サンプル導入経路３に単位時間あたり３０Ｌの流体が分配された場合、調整用経路１０４に分配される流体の体積と、サンプル導入経路３に分配される流体の体積の比は１：３である。しかし、分岐点２００において、共通経路１０３と、サンプル導入経路３と、が直線上に配置されていると、粒子は慣性力により、調整用経路１０４よりもサンプル導入経路３に多く流される傾向にある。そのため、検出機構１２３で検出した粒子の数を、サンプル導入経路３に分配された流体の体積で割って、流体における粒子の濃度を算出すると、実際の濃度よりも高くなりうることを、本発明者は見出した。
【００２５】
これに対し、図１に示す第１の実施の形態に係る粒子検出装置においては、調整用経路４がサンプル導入経路３から分岐しておらず、チャンバ２内の圧力調整に用いる流体は、筐体１に設けられた第１の導入口１１とは異なる第２の導入口１２から吸引される。したがって、調整用経路４がサンプル導入経路３から独立しており、調整用経路４がサンプル導入経路３から分岐等していないため、検出機構１２３が、単位時間あたりに検出した粒子の数を、単位時間あたりに第１の導入口１１から吸引されサンプル導入経路３を流れて来た流体の体積で割って、流体における粒子の濃度を算出しても、誤差が生じない。よって、第１の実施の形態に係る粒子検出装置によれば、流体に含まれる粒子の数や濃度を、正確に検出することが可能となる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る粒子検出装置の調整機構５は、図３に示すように、流体としての気体を圧縮する圧縮機５５を備える。圧縮機５５から送り出された加圧流体としての圧縮気体は、第１のフィルタ５１、調圧器５６、コントロール弁５７、及び第２のフィルタ５４を経て、チャンバ２内に送り込まれる。第１のフィルタ５１、調圧器５６、コントロール弁５７、及び第２のフィルタ５４は、第２の導入口１２を通過する調整用経路４に設けられている。
【００２７】
調整用経路４の調圧器５６及びコントロール弁５７の間の部分７０からは、バイパス経路７１が分岐しており、バイパス経路７１は排出経路６に合流している。第１のフィルタ５１及び第２のフィルタ５４は、圧縮気体に含まれる粒子を除去する。調圧器５６は、チャンバ２内に供給される圧縮気体の圧力を調節する。コントロール弁５７は、調整用経路４と、バイパス経路７１と、に分配される圧縮気体の分配比を調整する。
【００２８】
バイパス経路７１と排出経路６の合流部には、エジェクタ６３が配置されている。バイパス経路７１からエジェクタ６３に圧縮気体が供給されることにより、エジェクタ６３がチャンバ２内の流体を吸引する。第２の実施の形態に係る粒子検出装置によれば、圧縮機５５によって、チャンバ２内部への圧縮気体の供給と、チャンバ２内部からの排気と、の両方が行えるため、装置の簡素化や消費エネルギーの低減等が可能となる。
【００２９】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１及び図３に示す検出機構２３は、２つのレーザー光線の間を通過する粒子の飛行時間を測定することにより、粒子の空気動力学径を算出してもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３０】
１      筐体
２      チャンバ
３      サンプル導入経路
４      調整用経路
５      調整機構
６      排出経路
１１    第１の導入口
１２    第２の導入口
１３    排出口
２１    導入ノズル
２２    排出ノズル
２３    検出機構
５１    第１のフィルタ
５２    調整ポンプ
５３    流量計
５４    第２のフィルタ
５５    圧縮機
５６    調圧器
５７    コントロール弁
６１    排風フィルタ
６２    排風ポンプ
６３    エジェクタ
７０    部分
７１    バイパス経路
１０３  共通経路
１０４  調整用経路
１０５  調整機構
１１１  導入口
１２３  検出機構
１５１  第１のフィルタ
１５２  調整ポンプ
１５４  第２のフィルタ
２００  分岐点
【図１】
2014228276.tif 000003
【図２】
2014228276.tif 000004
【図３】
2014228276.tif 000005