(57)【要約】【課題】粒子を含む気体の濃縮あるいは粒子を大きさで分別するバーチャルインパクタの流路幅を可変にする。【解決手段】粒子を含む気体を噴出口から噴出する噴出ノズル(100)と、上記噴出ノズルと所定距離離間して配置され、上記噴出口から噴出された気体の一部を一端部の吸入口から吸入する対向ノズル(100)と、を備えるバーチャルインパクタ(1)であって、上記噴出口の幅、上記所定距離及び上記吸入口の幅のうち少なくともいずれか(100)を可変とする可変機構を有し、当該可変機構は、マトリクス状に配置された４つの流路構成部材(111-114)と、４つの流路構成部材の両面を挟持する天板(140)及び底板(150)と、上記流路構成部材相互間の離間距離を設定する距離調整手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を含む気体を噴出口から噴出する噴出ノズルと、
前記噴出ノズルと所定距離離間して配置され、前記噴出口から噴出された気体の一部を副流として一端部の吸入口から吸入する対向ノズルと、
を備えるバーチャルインパクタであって、
前記噴出口の幅、前記所定距離及び前記吸入口の幅のうち少なくともいずれかを可変とする可変機構を有する、バーチャルインパクタ。
【請求項２】
更に、
前記対向ノズルに吸引された副流を前記対向ノズルの他端部から排気する副吸引手段と、
前記噴出ノズルから噴出された気体から前記副流を除いた他を主流として吸引する主吸引手段と、
を備える請求項１に記載のバーチャルインパクタ。
【請求項３】
前記可変機構が外部から供給される電気信号によって動作する、請求項１又は２に記載のバーチャルインパクタ。
【請求項４】
前記噴出口及び前記吸入口がスリット状又は円形状に形成される、請求項１乃至３のいずれかに記載のバーチャルインパクタ。
【請求項５】
更に、
前記副流の気体流量又は圧力を検出する第１の検出手段と、
前記主流の気体流量又は圧力を検出する第２の検出手段と、を備え、
検出された各値と予め定められた目標値との差に応じて前記噴出口の幅、前記離間距離及び前記吸入口の幅のうち少なくともいずれかを調整する制御手段を備えたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のバーチャルインパクタ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のバーチャルインパクタと、
前記副流の気体中の粒子を検出する光学式粒子検出手段と、
を備える粒子検出装置。
【請求項７】
前記光学式粒子検出手段は、検出した前記副流の気体中の粒子数又は粒子の大きさを前記制御手段に出力し、
前記制御手段は、前記光学式粒子検出手段の出力に基づいて前記調整の適否を判別する、ことを特徴とする請求項６に記載の粒子検出装置。
【請求項８】
粒子を含む流体を流す第１の流路と、
前記第１の流路と交差する部分を有して前記流体の一部を分岐させる第２の流路と、を備えるバーチャルインパクタであって、
前記第１の流路及び前記第２の流路の交差部で流路の幅を変化させて前記流体の断面積を所望値に設定する流路幅調整手段を備えたことを特徴とするバーチャルインパクタ。
【請求項９】
前記第１の流路の前記交差部に前記第２の流路を介して噴射ノズル及び対向ノズルが形成される、ことを特徴とする請求項８に記載のバーチャルインパクタ。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のバーチャルインパクタであって、
前記流路幅調整手段は、
マトリクス状に配置された４つの流路構成部材と、
前記４つの流路構成部材の両面を挟持する天板及び底板と、
前記流路構成部材相互間の離間距離を設定する距離調整手段と、を備えるバーチャルインパクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中の粒子を濃縮したり、流体中の粒子を粒子径で分別したりする際に使用されるバーチャルインパクタの改良と、改良されたバーチャルインパクタを用いる粒子検出システム(装置)に関する。
【背景技術】
【０００２】
気中や液中の粒子を検出する検出装置は、食品、薬品、及び一般工業製品の製造現場、研究現場、屋内環境計測(アレルギ物質検査)、大気汚染微粒子観測等の多くの場面で必要とされている。検出装置が検出対象とすべき気中や液中の存在は、単なる物理的な存在としての微粒子(例えば、ダニの死骸、糞、花粉、硫化物等)だけではなく、例えば、細菌、真菌(カビ)、マイコプラズマ等の微生物粒子も検出対象に含まれる。
【０００３】
例えば、大気中を浮遊する微粒子や微生物を検出する場合には、フィルタによって捕集し、直接あるいは培養(微生物)して観察することが可能であるが、リアルタイム処理の点で劣る。そこで、粒子に検査光を照射し、分散光や蛍光を検出する光学式の粒子検出装置(例えば、特許文献１)が開発されている。粒子を検出すると電気信号が出力されるのでリアルタイム処理に好適である。
【０００４】
上記粒子検出装置における分析対象気体の検査量を増やす（あるいは粒子の分析効率を高める）ために、検査対象の相対的に大きい量の気体中の粒子を相対的に少ない量の気体流中に集める（濃縮する）手段が実施することが考えられている。濃縮手段は、例えば、粒子を所定の分粒径に分離する分粒装置の閾値を粒子と気体分子との間に設定することによって得られる。濃縮手段(あるいは分粒装置)としては、インパクタ方式（慣性衝突型）、サイクロン方式(遠心分離型)、バーチャルインパクタ方式等がある。
【０００５】
例えば、バーチャルインパクタ方式（仮想慣性衝突型）は、インパクタ方式における衝突板を取り去り、代わりに対向ノズルを設け、噴出ノズルから加速された粒子の中で粗大粒子は対向ノズル内を通して捕捉され、微小粒子と分離されるものである(後述)。例えば非特許文献１には、このような濃縮方法の例が開示されている。
また、特許文献２には分粒装置(サイクロン、バーチャルインパクタ)の流量(流速)を複数段階に設定したり、粒子選択特性を異にする複数の分粒装置の出力を選択したりすることによって対象粒子の大きさ、蛍光の有無などによって検出粒子(微生物、アレルゲン等)を特定する例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ ２０１０/０８０６４３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４１２７７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｓｌｉｔ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｉｍｐａｃｔｏｒ  ｔｏ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ  Ｃｏａｒｓｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｙｉｍｉｎｇ  Ｄｉｎｇ他、２００１年３月１日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、バーチャルインパクタはバーチャルインパクタの物理的仕様（バーチャルインパクタの流路幅、処理流量等）によって選別に好適な粒子が決まっている。バーチャルインパクタを使用する場合には、例えば、粒子の大きさによる分離条件の設定のためにバーチャルインパクタに流れる気体流速（流量）を所定値に設定することによって所定粒径の粒子に作用する慣性力を決めて、粒子の濃縮や粒子分離を行う。
【０００９】
このため、バーチャルインパクタに所定の吸気圧の設定（調整）を行うために、バーチャルインパクタの他に別途、所定の流量スペックを有する空気ポンプと気体流量の設定・調整を行うためのレギュレータ（圧力調整装置）が必要である。レギュレータは比較的に高価であり、圧力損失も発生し、その分ポンプの吸引圧を有効利用できない。
また、気体流量を所定値に設定し、形状の異なる複数のバーチャルインパクタを設置して出力される粒子径を選択可能に構成した場合（例えば、引用文献２、図３３参照）にも、バーチャルインパクタ等の数が増えてコストが増加する。
【００１０】
よって、本発明は、圧力調整装置等の外部装置を使用することなく、濃縮対象である粒子を含む空気流の処理流量を調節できるようにしたバーチャルインパクタ（粒子濃縮装置）及び粒子検出装置を提供することを目的としている。
また、本発明は粒子径の分別の選別基準を可変に構成することによって複数の分粒装置を必要としないバーチャルインパクタ（分粒装置）及び粒子検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成する本発明の一態様は、粒子を含む気体を噴出口から噴出する噴出ノズルと、上記噴出ノズルと所定距離離間して配置され、上記噴出口から噴出された気体の一部を副流として一端部の吸入口から吸入する対向ノズルと、を備えるバーチャルインパクタであって、上記噴出口の幅、上記所定距離及び上記吸入口の幅のうち少なくともいずれかを可変とする可変機構を有する。
かかる構成とすることによって、バーチャルインパクタの流路が絞られるノズル部においてノズル口の幅（流体の断面積）等のパラメータが可変に構成される。それにより、バーチャルインパクタの気体（流体）中の粒子分離（あるいは濃縮）の特性を可変にし、また、気体の流量を調整することが可能となる。
【００１２】
好ましくは、上記バーチャルインパクタが、更に、上記対向ノズルに吸引された副流を上記対向ノズルの他端部から排気する副吸引手段と、上記噴出ノズルから噴出された気体から上記副流を除いた他を主流として吸引する主吸引手段と、を備える。
それにより、気体がノズルで加速されて気体中の粒子は慣性力によって対向ノズルに向かって直進して対向ノズルに吸引されて主に副流に含まれる。その一方、気体はノズル部で吸引されて主流として排気される。また、慣性力の設定によって粒子の大きさを分けることが可能である。
【００１３】
好ましくは、上記可変機構は外部から供給される電気信号によって動作する。それにより、バーチャルインパクタのノズル部の流路の自動調整が可能となる。
【００１４】
好ましくは、上記噴出口及び上記吸入口がスリット（細長いすき間）状に形成される。それにより、ノズル部の流路幅の調整機構の構成が比較的簡単となる。噴出口及び上記吸入口が円形の場合には、カメラレンズの絞り機構と同様の構成が考えられるが複雑である。尤も、これを本願の調整機構から排除するものではない。
【００１５】
望ましくは、上記バーチャルインパクタが、更に、上記副流の気体流量又は圧力を検出する第１の検出手段と、上記主流の気体流量又は圧力を検出する第２の検出手段と、を備えて、検出された各値と予め定められた目標値との差に応じて上記噴出口の幅、上記離間距離及び上記吸入口の幅のうち少なくともいずれかを調整する制御手段を備える。それにより、副流及び主流の流量をバーチャルインパクタで調整することが可能となる。
【００１６】
本発明の粒子検出装置は、上述したバーチャルインパクタから副流として供給される気体中の粒子を検出する光学式検出手段を備える。副流の気体は粒子が濃縮されており、粒子検出の効率が向上する。あるいは副流中の気体は粒子の大きさが分別されており、粒子検出の際の大きさによる種別判断が可能となる。
【００１７】
好ましくは、粒子検出装置は、上記光学式粒子検出手段が検出した上記副流の気体中の粒子数又は粒子の大きさを上記制御手段に出力し、上記制御手段が上記光学式粒子検出手段の出力に基づいて上記バーチャルインパクタの調整（噴出口の幅、離間距離及び吸入口の幅）の適否を判別する。それにより、バーチャルインパクタの調整が適切であるか、調整機構が適切に動作しているかなどを判断する粒子検出装置を得ることができる。
【００１８】
また、上記課題を解決する本願のバーチャルインパクタの一態様は、粒子を含む流体を流す第１の流路と、上記第１の流路と交差する部分を有して上記流体の一部を分岐させる第２の流路と、を備えるバーチャルインパクタであって、上記第１の流路及び上記第２の流路の交差部で流路の幅を変化させて上記流体の断面積を所望値に設定する流路幅調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
このように構成したことにより、バーチャルインパクタで上記各流路の断面積を調整して、気体流量を所望値に設定させることが可能となり、流量を設定・調整するレギュレータを省略することや、レギュレータにおける圧力損失をなくすことが可能となる。装置の製造コストや設置コストを低減することが可能となる。
【００２０】
好ましくは、上記第１の流路の上記交差部に上記第２の流路を介して噴射ノズル及び対向ノズルが形成される。それにより、バーチャルインパクタとして機能する。
【００２１】
好ましくは、上述したバーチャルインパクタにおいて、上記流路幅調整手段は、マトリクス状に配置された４つの流路構成部材と、上記４つの流路構成部材の両面を挟持する天板及び底板と、上記流路構成部材相互間の離間距離を設定する距離調整手段と、を備える。それにより、第１の流路及び上記第２の流路の交差部で流路の幅を変化させて流体の断面積を所望値に設定することが可能となる。
【００２２】
また、本発明において、バーチャルインパクタ（粒子濃縮装置）は、第１の流路または第２の流路の入口及び出口を形成する貫通孔を有する移動可能な側板と、上記第１の流路または上記第２の流路の側壁を形成する移動可能な流路構成部材と、上記側板及び上記流路構成部材を挟み込んで固定する天板及び底板と、上記天板及び底板間の距離を強制的に増減させるための部材と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
このように構成したことにより、バーチャルインパクタだけで上記各流通路の断面積を調整して、要求される値に設定させることが容易に可能となり、簡単な装置構成を提供すると共に装置の操作性を向上させることができる。
【００２４】
また、粒子検出装置は、上述したバーチャルインパクタ（粒子濃縮装置）と、上記インパクタによって濃縮された浮遊粒子を含む気体から粒子を検出する粒子検出器と、上記バーチャルインパクタの上記粒子を含む気体の流量（副流）を所定の値に維持させる第１のポンプと、上記バーチャルインパクタの排気の流量（主流）を所定の値に維持させる第２のポンプと、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
このように構成したことにより、バーチャルインパクタで上記各流路の断面積を調整して、要求される値に設定させることが可能となり、気体流量を安定させるためのレギュレータを省略することが可能となる。装置全体の製造コストや設置コストを低減することが可能となる。
【００２６】
また、本発明において、上記粒子検出装置は、上記バーチャルインパクタの排気の流量測定値を基に所定の特性グラフや演算式等のデータベース等を参照して所定の演算処理を行うことによって決定した上記第２の流路の流体の断面積で、上記第２の流路の断面積を再設定させる手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
このように構成したことにより、バーチャルインパクタのノズル部において上記各流路の流体の断面積を調整して、所望の流体を要求される流量に設定することが容易となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のバーチャルインパクタによれば、バーチャルインパクタ内の流路の幅（流体の断面積）を調整して、当該流路の流量を要求される値に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の可変流路幅バーチャルインパクタの例を説明する斜視図である。
【図２】バーチャルインパクタにおける流路幅対圧力損失特性の例を示すグラフである。
【図３】可変流路幅バーチャルインパクタの他の例を説明する斜視図である。
【図４】可変流路幅バーチャルインパクタの流路幅可変機構の例を説明する説明図である。
【図５】可変流路幅バーチャルインパクタの流路幅可変機構の他の例を説明する説明図である。
【図６】可変流路幅バーチャルインパクタの流路幅可変機構の他の例を説明する説明図である。
【図７】本発明の可変流路幅バーチャルインパクタの流路幅をフィードフォワード制御する例を説明する説明図である。
【図８】本発明の可変流路幅バーチャルインパクタの流路幅をフィードバック制御する例を説明する説明図である。
【図９】データベース部に保持されるエアポンプの吸入圧力と排気流量の関係を示すデータの例を説明するグラフである。
【図１０】データベース部に保持される複数のパラメータ設定における流量と圧力損失の関係を示すデータの例をグラフ化して説明する説明図である。
【図１１】バーチャルインパクタの動作原理を説明する説明図である。
【図１２】バーチャルインパクタの物理的構成例を説明する説明図である。
【図１３】比較例のバーチャルインパクタを用いた粒子検出装置の構成例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態は、気中の微生物粒子を検出して測定する気中粒子検出装置に適用したものであるが、本発明の適用形態の単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。例えば、液中の微生物粒子を検出して測定する液中粒子検出装置にも適用することが可能である。
【００３１】
（比較例）
まず、通常のバーチャルインパクタについて説明する。図１１はバーチャルインパクタの原理を示す説明図である。図１２はバーチャルインパクタの物理的な構成例を示すものである。
【００３２】
図１１において、気体中の浮遊粒子には検出対象である微生物等の粒子が含まれる。装置の中央部では、上部の気体が下方に吸引されて径が減少する噴出ノズルによって加速され、この気体に含まれる粒子は慣性力によって下方に直進する。噴出ノズルと対向ノズルのギャップ部では水平方向に気体が吸引されて排気される。この結果、粒子の質量は粒子を運ぶ気体分子の質量よりも大きいので、慣性力によってギャップ部を超えて直進して対向ノズルに吸引される。気体分子や質量の差が小さい粒子はギャップ部で吸引されて水平方向に移動して排気される。その結果、浮遊粒子を含む気体のうち、側方への排気を免れて対向ノズル内に至った気体は浮遊粒子が濃縮された状態（濃縮粒子）となって下方側に取り出される。
【００３３】
図１２に示されるように、流入量ＱOの気体の一部は噴出ノズルの噴出口（口径Ｗ1）からギャップ（幅Ｓ）を経て対向ノズルの吸入口（口径Ｗ2）を通って対向ノズル内に吸引され、副流量Ｑmとなる。この副流量Ｑmには粒子が多数含まれる。流入量ＱOの気体の他の部分はギャップ（幅Ｓ）で水平方向に吸引されて主流量ＱMとなる。副流量Ｑm及び主流量ＱMは図示しないポンプによって吸引される。副流量Ｑm＜主流量ＱMに設定されて副流量Ｑmには粒子が濃縮される。副流量Ｑmは粒子検出器に送られる。
【００３４】
図１３は、上記比較例のバーチャルインパクタを用いた粒子検出装置の構成例を説明するブロック図である。粒子検出装置は、バーチャルインパクタ（粒子濃縮装置）９１、粒子検出部９２、レギュレータ部９３、ポンプ部９４によって構成されている。気中の粒子はバーチャルインパクタ９１によって濃縮されて分散光式の粒子検出部９２に供給され、気体（副流）中の無機粒子や微生物粒子等を検出される。粒子検出部９２内には図示しないエアポンプが内蔵されており、検査対象の気体を内部に吸引して検査済みの気体を外部に排気する。バーチャルインパクタ９１で分離された気体（主流）は、排気圧を調整するレギュレータ９３及び空気ポンプ９４を経て排気される。
【００３５】
このような構成によって、例えば、バーチャルインパクタ９１に流入空気２８．３［リットル/分］が導入されると、粒子が濃縮された副流１．１５〔リットル/分〕が粒検出部９２に導入され、粒子が除去された主流２７．２〔リットル/分〕が排気される。よって、粒子検出部９２は流入空気２８．３［リットル/分］に相当する粒子検出を１．１５〔リットル/分〕の気体で行うことになり、検出効率が良い。
【００３６】
（実施例）
上述した比較例の構成では、バーチャルインパクタ部９１から吸引する気体の量を一定量とするためエアポンプの他に流量を調節するレギュレータを使用している（図１３参照）。実施例では、このレギュレータ部９３の機能をバーチャルインパクタ部９１に持たせて、レギュレータ部９３を不要とする。
【００３７】
本発明のバーチャルインパクタ（粒子濃縮装置）は、サンプリングした浮遊粒子を含む気体が通過する流路の幅Ｗ1、及び粒子を含まない（粒子数が少ない）気体を排気する流路の幅Ｓ、粒子を含む（粒子数が多い）気体を排気する流路の幅Ｗ2、を適宜に調整できるようにした可変幅構造を有し、これにより、処理流量を調整することができるようにする。より具体的には、流路を構成する構成部品の位置を変化させることにより各流路の最小幅部分（例えば、ノズル部分）を調整可能とする。
なお、本発明のバーチャルインパクタは粒子を大きさで分別する場合にも使用することができる。この場合、第１の大きさに分類されるべき粒子を含む気体が通過する流路及び第２の大きさに分類されるべき粒子を含む気体が通過する流路の各流路を構成する構成部品の位置を変化させることにより各流路の幅を変化させる。
【００３８】
（実施例１）
図１は、本発明の実施形態に係る可変流路幅のバーチャルインパクタの外観構成を説明する斜視図である。この例では、手操作によって流路幅を調整できるように構成している。なお、作図上の便宜から天板１４０を透明として内部が見えるように表示している。
同図に示すバーチャルインパクタ１（粒子濃縮装置）は、概略、４つの流路構成部材１１１〜１１４と、４つのネジ１２１〜１２４と、４つの側板１３１〜１３４と、天板１４０と、底板１５０と、を具備する。４つの流路構成部材１１１〜１１４は「田」の字状に配置され、中央部の４つ部材の角部が近接する部分は流路の交差部１００となっている。交差部１００では、第１の流路と第２の流路が交差する。例えば、図の右上から左下に向かってサンプリングした浮遊粒子（検体微粒子）を含む気体が通過する第１の流路が設定される。第１の流路の入口は側板１３１の貫通孔１３１ａ、その出口は側板１３４の貫通孔１３４ａとなっている。また、図の左上が右下に向かって第１の流路と交差して第１の流路の気体の一部の排気（吸い出し）を行う第２の流路が設定される。第２の流路の一方の排気口は側板１３２の貫通孔１３２ａとなっている。また、第２の流路の他方の排気口は側板１３３の貫通孔１３３ａとなっている。
【００３９】
交差部１００では流路構成部材１１１〜１１４相互間が接近して流路が狭くなっており、交差部１００から離れたところでは流路が広くなっている。流路が狭くなっている部分（隙間部）はいわゆるノズルとして機能する。例えば、流路構成部材１１１と１１２とが構成する隙間部は噴射ノズルに相当する。流路構成部材１１３と１１４とが構成する隙間部は対向ノズルに相当する。流路構成部材１１１及び１１２と流路構成部材１１３及び１１４とが構成する隙間部は噴射ノズルと対向ノズルのギャップ（離間距離）に相当する。
【００４０】
図１に示すバーチャルインパクタ１は、概略、立方体状の外形をしている。尤もこの形状に限定されるものではない。４つの流路構成部材１１１〜１１４の周囲を囲む側板１３１〜１３４の各々には気体の流路を外部に導出する貫通孔が形成されている。４つの流路構成部材１１１〜１１４は、第１及び第２の流路の側壁を形成しており、手動で操作・調整できる流路構成部材間の距離によって各流路の幅が設定される。各流路構成部材１１１〜１１４の配置位置が決定されると流路構成部材１１１〜１１４は側板１３１〜１３４に示されるネジ穴部分で側板にネジ（図示せず）によって固定される。組み立てられた流路構成部材１１１〜１１４及び側板１３１〜１３４に天板及び底板１５０が取り付けられる。なお、底板１５０の一部は摺動（スライド）可能に構成され、調整の便宜が図られる。
【００４１】
バーチャルインパクタ１の組み立て後の流路幅の調整は、例えば、図１に示す、天板１４０と底板１５０とを流路構成部材１１１〜１１１４に密着させる４つのネジ１２１〜１２４を適宜に緩め、調整の対象となる流路構成部材を側板に固定しているネジを緩めて流路幅の調整を行う。調整後は各ネジを締める。ユーザは、このようにして、手動により流路構成部材の位置を微調整して交差部１００の各流路の幅（流体の断面積）を設定・調整して、必要な所定の各流路幅を実現することができる。
なお、手作業による調整の際、ギャップを設定するシムゲージや適当な工具を使用して調整の容易化が図られているが、後述の実施例のように予めギャップを機械的な可変構造（例えば、ネジによる部材の進退構造、カム機構など）とすると調整がより容易になる。
【００４２】
図２は、バーチャルインパクタ１の主流量について流量対圧力損失特性を複数の（主流量の）流路幅Ｓについて計測した例である。副流の流量は主流の流量に比べて流量が十分に少ない量であるので影響は少ない（図１３の参考例の流量参照）。図２において、菱形のサンプリング点のグラフは流路幅Ｓを１５０μｍに設定した例、四角形のサンプリング点のグラフは流路幅Ｓを２００μｍに設定した例、三角形のサンプリング点のグラフは流路幅Ｓを３００μｍに設定した例、バツ印形のサンプリング点のグラフは流路幅Ｓを４００μｍに設定した例である。なお、サンプリング点が重なる部分は広い流路のサンプリング点で表示している。このグラフより、概略、以下のようなことが判る。参考例のように流量が５〔リットル/分〕以下のような少ない場合（例えば、副流の流量が該当する）には、いずれの流路幅でも圧力損失は生じない。流量が９〔リットル/分〕を超えると流路の幅が４００μｍよりも狭いと圧損が生じ始める。そして、参考例の主流の流量に相当する、流量が主流に相当する２７〔リットル/分〕程度の流量範囲では主流の流路幅Ｓの減少に対応して圧力損失が発生する。よって、バーチャルインパクタ１の流路構成部材の位置調整によって主流の流路幅を変えることによって主流の流量を調整・設定することが可能であることが判る。
【００４３】
上述したように、バーチャルインパクタ１の構造はバーチャルインパクタのノズル間ギャップ部（図１２参照）に相当する交差部１００が主流と副流の２つの流路の交差部として構成されるので、副流（小流量）に対してバーチャルインパクタの噴射ノズル及び対向ノズルとして機能し、主流（大流量）に対して流路の絞り（流路幅制限）として機能する。このため、バーチャルインパクタ１を一定の流量範囲で主流のレギュレータとして機能させることが可能であり、それにより既述レギュレータ部９３を省略することが可能となる。実施例のバーチャルインパクタ１は従来バーチャルインパクタと異なって流路幅が可変構造であり、使用者による調整が可能である。
【００４４】
（実施例２）
図３は、流路幅を自動的に調整可能としたバーチャルインパクタの第２の実施例を示す斜視図である。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。図３に示す例においては、インパクタバーチャルインパクタ１の天板１４０を外した状態で示している。
この実施例では、側板１３１、１３２、及び１３４内に流路構成部材１１１〜１１４の移動機構が設けられている。移動機構は制御装置におけるアクチュータに相当する。
【００４５】
図４は、移動機構の要部を説明する説明図であり、図３のバーチャルインパクタを上方から見た状態で示している。バーチャルインパクタ１の基本フレームとなる底板１５０上の上側半分の領域に第１のサブフレーム１５２が固定配置され、下側半分の領域に第２のサブフレーム１５４が上下方向（図中のｙ方向）に移動可能に配置される。サブフレーム１５４の移動は底板１５０上の摺動路（図示せず）に沿って行われる。第１のサブフレーム１５２の左側領域に流路構成部材１１１が配置され、右側領域に流路構成部材１１２が配置される。例えば、流路構成部材１１１はサブフレーム１５２に固定され、流路構成部材１１２はサブフレーム１５２上の摺動路（図示せず）に沿って左右方向（図中のｘ方向）に移動可能に取り付けられる。第２のサブフレーム１５４の左側領域に流路構成部材１１３が配置され、右側領域に流路構成部材１１４が配置される。例えば、流路構成部材１１３及び流路構成部材１１４はサブフレーム１５４上の摺動路（図示せず）に沿って左右方向（図中のｘ方向）に移動可能に取り付けられる。
【００４６】
流路構成部材１１３及び流路構成部材１１４相互間に移動機構１６１が接続され、流路構成部材１１３及び流路構成部材１１４相互間は接近したり、離間したりするように動作する。流路構成部材１１１及び流路構成部材１１２相互間に移動機構１６２が接続され、流路構成部材１１１に流路構成部材１１２が接近したり、離間したりするように動作する。
また、第１のサブフレーム１５２と第２のサブフレーム１５４の相互間が移動機構１６３によって接続される。移動機構１６３の動作によってサブフレーム１５２にサブフレーム１５４が接近したり、離間したりするように動作する。移動機構１６１〜１６３は、モータ、ポテンショメータ、送りネジ、フレーム固定ナットなどによって構成され、外部から供給される電気信号によってモータの回転角が制御されてサブフレーム１５４や流路構成部材１１２〜１１４の移動量が調整・設定される。微小変位を与えるアクチュータ（移動機構）としては、印加電圧に対応した形状歪み変位を発生する圧電体、油圧（流体）モータ、シリンダ等を使用するものであっても良い。
【００４７】
図４に示すように、流路構成部材１１１及び１１２と流路構成部材１１３及び１１４との相互間に設定される主流の流路幅Ｓ（あるいはサブフレーム１５２と１５４との隙間Ｓ）は移動機構１６３の動作によって設定される。また、流路構成部材１１１及び１１２相互間に設定される気体供給流路の幅Ｗ1は移動機構１６２によって調整・設定される。流路構成部材１１３及び１１４相互間に副流の流路の幅Ｗ2は移動機構１６３の動作によって設定される。
【００４８】
（実施例３）
図５は、他の実施例を示している。同図において、図４と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
この例では、図１２に示すようなノズルの断面と類似の形状の流路構成部材１１１〜１１４が基板に取り付けられ、当該基板の部分に移動機構が接続されている。このような構成であっても、流路の幅を調整することができる。
【００４９】
（実施例４）
図６は、他の実施例を示している。この実施例では、図示しないモータによって回転角度駆動されるカム機構１７１、１７２によって流路構成部材１１３、１１４が支点１７３，１７５を中心に揺動することによって流路構成部材１１３，１１４間の流路幅を調整・設定する構成としている。
このようにして、バーチャルインパクタの主流の流路の幅や副流の流路の幅を調整することが可能となる。主流の流路の幅を調整することによって主流の流量を調整することが可能となる。また、副流の流路の幅を調整することによって分流する粒子の大きさや濃縮対象の粒子の大きさ等を調整することが可能となる。
【００５０】
（実施例５）
図７は、上述した可変流路幅のバーチャルインパクタを備える粒子検出装置の例を説明する説明図である。この例では、いわゆるフィードフォワード方式でバーチャルインパクタの流路幅を調整している。
同図において、粒子検出装置は、上述したバーチャルインパクタ部（粒子濃縮装置）１、粒子検出部２、エアポンプ（副流を吸引する第１のポンプ）、エアポンプ４（主流を吸引する第２のポンプ）、入力部５、調整部（コンピュータ・システム）６、データベース部７、及び駆動部８等を備えて構成される。粒子検出部２は、例えば、既述ＷＯ ２０１０/０８０６４３号公報で開示されたような散乱光・蛍光検出式の粒子検出器であり、微粒子・微生物をリアルタイムで検出する。データベース部７は、指定される動作条件（例えば、粒子の分粒、粒子の濃縮など）を実現する各部のパラメータの値を予め記憶している。
【００５１】
データベース部７は、例えば、図９に示すように、各ポンプ部のエアポンプの吸入圧力［ｋＰａ］対排気流量（排気速度）〔リットル/分〕の関係を記憶しており、ポンプモータ（図示せず）への供給電力によって所定の吸入圧力値を設定すると、ポンプ単体における排気流量が設定される。これにより、ポンプ部４によってバーチャルインパクタ１の主流の流量の概略値を設定することができる。更に、バーチャルインパクタ１の流路幅Ｓを調整することよって主流の流量ＱMを調整することができる。同様に、ポンプ部３によってバーチャルインパクタ１の副流の流量を設定することができる。副流の流量Ｑmは全流入量ＱO（＝ＱM＋Ｑm）の、例えば、１／１０以下であることが多い（これに限定されない。）。全流量が大きい場合には相対的に副流の流量による主流の流量への影響は少ない。
【００５２】
また、データベース部７は、例えば、図１０に示すように、バーチャルインパクタ１の流路幅Ｗ1，Ｗ2についての複数の条件下で流路幅Ｓを複数に設定した場合の流量対圧力損失特性等も多数記憶している。このようなデータを参照することによって主流の流量、副流の流量をより正確に調整・設定することが可能となる。
【００５３】
使用者はキーボードなどを含む入力部５を介して動作条件を設定する。調整部６は指定された動作条件に対応するデータベース部７に記録された各部の制御パラメータ情報を参照して駆動部８を動作させバーチャルインパクタ１部内の移動機構１６１から１６３のアクチュエータ（モータなど）を動作させて動作条件に対応するバーチャルインパクタ部１の第１の流路の幅（Ｗ1，Ｗ2）、第２の流路の幅（Ｓ）を設定する。また、エアポンプ部３、エアポンプ部４を動作させてバーチャルインパクタ１の副流、主流の流量を設定する。各部の設定によってバーチャルインパクタ部１は、例えば、粒子濃縮器として機能する。バーチャルインパクタ部１から粒子が濃縮された副流が粒子検出器２に供給され、気体中の粒子が検出される。
【００５４】
なお、バーチャルインパクタ１（図３、図４参照）の第１の流路の幅の設定は、入力気体の噴出ノズル口の流路幅Ｗ1、対向ノズルの吸入口の流路幅Ｗ2の設定に相当する。また、第２の流路の幅の設定は、噴出ノズルと対向ノズル間のギャップ（離間距離）Ｓに相当する。上記第１の流路で、粒子検出部２とポンプ部３との間の圧力（但し、流路入口との差圧とする）を測定することで、該第１の流路の流量を確認することができる。同様に、上記第２の流路で、バーチャルインパクタ１とポンプ４との間の圧力（但し、流路入口との差圧とする）を測定することで、該第２の流路の流量を確認することができる。
このようにして、フィードフォワード方式でバーチャルインパクタの流路幅等が調整される。
【００５５】
（実施例６）
図８は、可変流路幅のバーチャルインパクタを備える粒子検出装置の例を説明する説明図である。この例では、いわゆるフィードバック方式でバーチャルインパクタの流路幅を既定値（目標値）に調整している。図８において図７と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００５６】
この実施例では、粒子検出装置は、実施例５の構成、すなわち、バーチャルインパクタ部（粒子濃縮装置）１、粒子検出部２、エアポンプ（第１のポンプ）、エアポンプ４（第２のポンプ）、入力部５、制御部（コンピュータ・システム）６、データベース部７、及び駆動部８等の構成に加えて流量/流圧検出計（以下、単に、「検出器」という。）１１及び１２を備えている。流路内の気体流量及び気体流の圧力(流圧)を検出する計器は市販品を使用することができる。
【００５７】
検出器１１はバーチャルインパクタ１とポンプ部４との間の流路に挿入されバーチャルインパクタ１から排気される主流の流量及び流圧を検出する（検出器１１は第２の検出手段に相当する。）。流量値/流圧値の検出値は電気信号（第１の検出信号）として制御部６に送信される。これにより、制御部６は、現在の主流の流量・流圧を正確に把握することができる。検出器１２は粒子検出器２とポンプ部３との間の流路に挿入されバーチャルインパクタ１から排気される副流の流量及び流圧を検出する（検出器１２は第１の検出手段に相当する。）。流量値/流圧値の検出値は電気信号（第２の検出信号）として制御部６に送信される。制御部６は、現在の副流の流量・流圧を正確に把握することができる。粒子検出器２はバーチャルインパクタ１から排気される副流の気体中の粒子数と、その粒子径を検出する。粒子の検出値は電気信号（第３の検出信号）として制御部６に送信される。制御部６は、現在の副流の気体中の粒子数と、その粒子径を正確に把握することができる。制御部６は、現在の副流の粒子数とその粒子径が予め副流の気体に予定されている範囲内であるか、粒子が検出されているかどうかなどを判断する。それにより、バーチャルインパクタ１の調整における適正判断の一つの指標とされる。不具合があれば、バーチャルインパクタ１を再調整の対象とする。また、外部に信号を送出してオペレータなどに注意を喚起することができる（図示せず。）。
【００５８】
制御部６は、上述した調整部の各部機構を入力条件に対応して設定する機能に加えて、一旦設定したバーチャルインパクタ１の流路幅Ｗ1、Ｗ2、Ｓを上述した第１及び第２の検出信号に基づいて所定条件を満たすように誤差分に応じて再調整する。また、必要により、各ポンプ部の吸入量調整も行う。制御部６は、常時第１乃至第３の検出信号を監視し、粒子検出装置における動作条件が目標状態に維持されるように制御を行う。
【００５９】
以上説明したように、流路幅の決まっている（流路幅固定）バーチャルインパクタ（比較例のバーチャルインパクタ）を使用した場合には、所定流量の気体の吸引を正確に行うためにエアポンプとレギュレータが必要であるところ、実施例のように可変流路幅構成のバーチャルインパクタを使用することによってレギュレータを不要とすることが可能となる。また、レギュレータにおける圧力損失がなくなるのでその分ポンプの吸引圧力を下げ電力消費を下げることが可能となる。また、節約した電力あるいは吸引パワーを他の部分で利用することが可能となる。
【００６０】
また、バーチャルインパクタの副流における流路幅Ｗ1，Ｗ2、排気流量等を可変とすることによってバーチャルインパクタの粒子の大きさ（質量）の選択特性を可変にすることができる。それにより、複数のバーチャルインパクタの出力を選択する構成とせずとも１つのバーチャルインパクタで粒子の大きさを選択（分粒）することが可能となる。
【００６１】
実施例の可変流路幅バーチャルインパクタを使用することによってバーチャルインパクタで気体中の粒子を濃縮して粒子検出を行うことが可能となる。
【００６２】
また、実施例の可変流路幅バーチャルインパクタを使用することによって１つのバーチャルインパクタで気体中の粒子の大きさを異なる基準値で分別することが可能になるので、基準値の異なる複数のバーチャルインパクタの出力を選択する場合と比べると、装置を安価に構成することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１  バーチャルインパクタ（粒子濃縮装置、粒子分別装置）、２  粒子検出部、３，４  ポンプ部、５  入力部、６  調整部（あるいは制御部）、７  データベース部、１００  交差部、Ｗ1  噴出ノズルの出口（流路）幅、Ｗ2  対向ノズルの入口（副流の流路）幅、Ｓ  噴出ノズル及び対向ノズル間の離間距離（主流の流路幅）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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