(57)【要約】【課題】  少なくとも第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子をこれらが存在する周囲流体（例えば、ガス状媒体）から分離して収集するための粒子試料採取装置を開示する。【解決手段】  第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子より概ね大きいサイズ／質量を有する。分離器は、特に、細菌、ウイルス、病原菌などのような微生物を急速に検出するように設計されている空気試料採取装置に使用するように設計されており、この空気試料採取装置は、一般市民の環境および軍事環境の両方に容易に且つ急速に発展されることができ、室内および室外で使用されることができるように持運び可能であるように設計されており、また、人が使用するように設計されることもできる。【選択図】      図１
2008500528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転可能であって、分離された粒子が差し向けられることができる基板を中に有するチャンバを具備し、
前記基板は、各々が前記軸線から離れる方向に延びていて、基板が回転している間に粒子が中に収集されることができる複数の室に通じている周方向に互いに間隔された複数のチャンネルを有し、周囲の流体媒体の流れから分離された別個の粒子質量／サイズの粒子を収集するための粒子収集器であって、
この収集器の作動中に、粒子が差し向けられる少なくとも基板の領域に流体のフィルムを形成するように、流体を前記基板に付着させるための手段を更に具備しており、この収集器の構成および配置は、粒子が流体に付着されると、複数の室内での粒子の付着のために流体が前記粒子を支持して前記複数のチャンネルに流入させるようになっている、粒子収集器。
【請求項２】
前記基板は、回転可能なウエーハを有する請求項１に記載の粒子収集器。
【請求項３】
前記粒子が分離された周囲の流体媒体の流出を許容するように、中央孔が基板に形成されている請求項１または２に記載の粒子収集器。
【請求項４】
基板の前記領域は、基板に形成された前記孔のまわりに環状部分を形成している請求項３に記載の粒子収集器。
【請求項５】
前記チャンネルおよび前記室は、前記領域の径方向外方に形成されている請求項１ないし４のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項６】
前記チャンネルは、基板の回転軸線の径方向に配列されている請求項１ないし５のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項７】
前記チャンネルおよび前記室は、基板に接合されている材料層により設けられている請求項１ないし６のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項８】
流体を基板に付着させるための前記手段は、基板９の上方に配列された複数のスプレーノズルを有する請求項１ないし７のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項９】
前記基板に付着された流体は、精製水である請求項１ないし８のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項１０】
前記基板に付着された流体は、塩水溶液である請求項１ないし８のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項１１】
前記基板に付着させるための量の流体を蓄えるための溜め部が設けられている請求項１ないし１０のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項１２】
前記量の流体を再循環させるための手段が設けられている請求項１１に記載の粒子収集器。
【請求項１３】
前記基板は、交換可能である、請求項１ないし１２のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項１４】
前記粒子および前記周囲の流体媒体を収集器に吸入させることを可能にするように、周囲の流体媒体の流れを引起こすためのファンが用いられている前記すべての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項１５】
前記基板および前記ファンを回転させるためのモータを具備している請求項１４に記載の粒子収集器。
【請求項１６】
任意の選択された種の粒子の存在を感知するためのセンサ手段が、各室に隣接して設けられている、前記すべての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項１７】
前記センサ手段により感知された選択された粒子と関連したパラメータを記録するための手段が設けられている請求項１６に記載の粒子収集器。
【請求項１８】
前記チャンバは、天井を有しており、また、流体を基板に付着させるための前記手段は、基板の前記領域の上方で前記天井に設けられており、前記天井は、更にチャンバへの前記粒子の流入を許容するための孔を有している前記すべての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項１９】
前記基板は、二酸化シリコンで形成されている前記すべての先行請求項のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項２０】
前記軸線のまわりに回転可能である第２の基板が設けられている第２のチャンバを具備しており、この第２のチャンバは、前記第１のチャンバの下方に位置されており、第１および第２のチャンバの間には進入路が設けられており、この進入路により第１のチャンバに収集されない粒子も第２の基板への収集のために第２のチャンバに入ることができ、
前記第２の基板は、各々が前記軸線から離れる方向に延びていて、第１および第２の基板が回転している間に粒子が収集される複数の室に通じている複数の周方向に間隔を隔てられたチャンネルを有しており、
前記第２のチャンバは、少なくとも、収集器の作動中に粒子が差し向けられる第２の基板の領域に流体のフィルムを形成するために、流体を前記第２の基板に付着させるための第２の手段を備えている前記すべての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【請求項２１】
添付図面のうちの図９または図１０または図１１を参照して実質的に以上に記載のような粒子収集器。
【請求項２２】
周囲空気のような周囲の流体媒体の流れから別個の粒子サイズ／質量の粒子を分離し、分離された粒子を収集するための粒子分離器／収集器であって、
各々が、軸線のまわりに回転可能であり、粒子が周囲の流体媒体の流れから差し向けられることができる基板を有している複数の重なったチャンバを具備しており、
各基板は、各々が前記軸線から離れる方向に延びていて、基板が回転している間に粒子が収集されることができる複数の室に通じている複数の周方向に間隔を隔てられたチャンネルを有しており、
更に、少なくとも、分離器／収集器の作動中に粒子が差し向けられる基板の領域に液体のフィルムを形成するように、液体を各基板に付着させるための第２の手段を具備しており、分離器／収集器の構成および配置は、粒子が液体に付着されると、複数の室における粒子の付着のために液体が前記粒子を支持した複数のチャンネルに流入させるようなものであり、
また、周囲の流体媒体を排気のために複数の室に流通させるための手段を具備している、粒子分離器／収集器。
【請求項２３】
実質的に添付図面のうちの図１１を参照して以上で説明されたような粒子分離器／収集器。
【請求項２４】
第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲の流体媒体から分離するための分離器を具備しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量のものであり、前記分離器は、
周囲の流体媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた入口を有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から遠い出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができ、
請求項１ないし２１のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器と、
収集のために空気を分離器から収集器へ推進させるための手段と、を具備している粒子収集／試料採取装置。
【請求項２５】
第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器を具備しており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子よりほぼ大きいサイズ／質量であり、前記分離器は、
軸線と、ガス状媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた軸方向入口とを有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバをほぼ軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から離れた出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができ、
請求項１ないし２１のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器と、
収集のために空気を分離器から収集器へ推進させるための手段と、を具備している粒子収集／試料採取装置。
【請求項２６】
前記複数の入口ポートのポートは、ほぼ同様なサイズおよび形状を有し、ほぼ共通の配向で同心に配列されている請求項２４または２５に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項２７】
各チャンバは、容器の軸線と平行な軸線を有しており、各チャンバの周囲の出口ポートは、夫々のチャンバの軸線のまわりに同心配列で配置されている請求項２４または請求項２４に従属した請求項２５に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項２８】
前記出口ポートの同心配列は、夫々のチャンバの床領域の上方の環状ギャラリーに配置されている請求項２７に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項２９】
前記出口ポートの各々は、ギャラリーの下に形成された環状空間に通じる通路により形成されており、前記環状空間は、チャンバから隔離されている請求項２８に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３０】
１つまたはそれ以上のダクトが前記環状空間から通じており、前記ダクトは、分離器が粒子収集器に連結されるときに粒子収集器と整合および連結可能に配置される請求項２９に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３１】
第２の環状空間が、前記環状空間の下方に設けられており、この第２の環状空間は、前記環状空間に連結されており、この連結により粒子は、前記環状空間から前記第２の環状空間まで通ることができ、前記第２の環状空間は、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる出口を有している請求項３０に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３２】
前記第２の範囲の粒子は、別個の第３および第４のサイズ／質量範囲の粒子を含み、第３の範囲の粒子は、第４の範囲より大きいサイズ／質量のものであり、分離器は、前記環状空間内の第４の範囲の粒子および第２の環状空間に進行している第３の範囲の粒子を取り出すことが可能である請求項２４ないし３１のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３３】
複数の環状空間が、前記第２の環状空間の下方に設けられており、これら複数の環状空間の各々は、すぐ上の環状空間に連結されて、粒子が前記すぐ上の環状空間から前記各環状空間へ通ることができ、各環状空間は、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる出口を有している請求項３１または請求項３２に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３４】
前記入口ポートの各々は、床を有しており、前記複数の環状空間のうちの最も下側の環状空間は、前記床の下の出口に通じる孔と連結されている請求項３３に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３５】
前記環状空間を、第１の環状空間と第２の環状空間とにこれら環状空間の間に隔壁を設けて分離し、第２の環状空間が第１の環状空間により出口ポートから分離されるようにすることによって、第４の範囲粒子は、第３の範囲の粒子から分離されることができ、前記第１の環状空間は、夫々のチャンバの軸線に対して横方向である出口を有しており、第４の範囲の粒子は、収集のためにこの出口を通されることができ、一方、第３の範囲の粒子は、別の収集のために更なる出口を通して差し向けられる、請求項３１もしくは請求項３１に従属した請求項３２ないし３４のいずれか１項に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３６】
実質的に添付図面を参照して前述されたように、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子をこれらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための粒子収集／試料採取装置。
【請求項３７】
持運び可能である請求項２４ないし３６のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集／試料採取装置。
【請求項３８】
基板が回転可能に中に設けられているチャンバを備えている装置の中へ流体媒体を差し向けることと、液体を基板に差し向けて基板に液体フィルムを形成することとを具備しており、流体媒体は、この中の粒子を液体フィルムに衝突させながら、チャンバから除去されることができるような速度でチャンバに差し向けられ、そして粒子を含んだ液体を基板上の収集位置へ取り出すことを具備している、流体媒体に存在する粒子を分離して試料採取する方法。
【請求項３９】
前記流体媒体は、ガス状媒体、特に、空気である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記収集されるべき粒子は、微生物よりなる、請求項３８または請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記流体媒体に同伴される粒子は、粒子サイズ／質量に応じて分離される、請求項３８ないし４０のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項４２】
検出されるべき粒子は、２ないし２０ミクロンのサイズ範囲である、請求項３８ないし４１のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項４３】
請求項２４ないし３７のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集／試料採取装置を使用して行われる請求項３８ないし４２のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子分離器および収集器に関し、液体およびガスの両方の流体中の選択された粒子の存在を試料採取し監視するための、特に、排他的ではないが、空気の成分を監視するための装置に関する。更に特に、本発明は、周囲の空気中に存在する化学剤および生物学剤の存在を検出するために周囲の空気を試料採取することが可能である装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作容易であり、大量に製造されることができ、雰囲気中のできるだけ多くの危険な剤を検出し、且つ確認することができ、そして必要とされるとこでも、およびいつでも、容易に発展されることができるように非常に持運び可能であり、且つ大気中、および建物の内側、航空機、船、列車およびバスのような大量移送車両中の選択された粒子の存在に非常に敏感であることができ、ならびに人による使用のために有効である空気試料採取装置の現在の緊急の必要性があることがわかっている。また、軍事および非軍事環境の両方において、いずれかの深刻な影響を有する前に治療作用が取られることができるのに十分に短い時間枠内でこれらの危険な剤を確認することができる装置が、要望されている。
【０００３】
以前の提案は、サブミクロンレベルほどに小さい粒子についての粒子分離を行うために提出されてきた（例えば、Ｌ.Ｒ.ヒュアング等による「タンゴ（the Tango）を行う粒子分離器」生物工学、２００４、７月、「決定的横方向変位による連続的な粒子の分離」科学、２００４、５月１４日、を参照せよ）。特に、更なる研究が、アメリカンケミカルソサイエティによる環境科学＆技術に１９８０年に発行されたＶ.Ａ.マープル＆Ｃ.Ｍ.による「バーチャルインパクター：理論研究」に見られるであろう。
【０００４】
このような分離器は、知られており、そして極めて小さい粒子を分離するために提案されたが、これらの分離器は、微生物学的粒子、細菌学的粒子または同様な粒子の分離および確認のために必要とされる試料採取装置の分離器として適しておらず、または多くは容易に発展可能ではない。
【０００５】
その基本的な理由は、公知の粒子分離器が、実質的であり、所定の時間枠内で少量の空気または他のガスに対処するだけであり、そして主に分離と関連されているが、このような粒子が分離され、収集されているときの粒子の衝突に因り、病原菌、ウイルス、細菌などが後に確認されることができるように、そのように分離された粒子の集結性の保存とは関連されているとは必ずしも限らないと言う点である。実際、従来技術では、衝突は、分離器の構造および作動の明確な結果であると確認されている。このような従来技術の提案の例は、空気または他のガス中に漂っているミクロン寸法のダストおよび煙粒子を収集するための装置を開示している英国特許第１３５４２６１号に開示されているものであり、この装置は、入口および出口を有する容器と、この容器内の一連の間隔を隔てられた有孔の横方向のプレートとを備えており、容器内の任意の他のプレートより入口に近いプレートである前記一連のプレートのうちの初めのプレートは、通過される空気または他のガスの速度が増大されるように寸法決めされ、そして容器内の各々の他のプレートの孔より大きい孔を有しており、容器内の各々の他のプレートの孔は、このプレートと入口との間である各プレートの孔より小さく、容器内の各々の他のプレートの孔より出口に近い一連のプレートのうちの最後のプレートが容器内の各々の他のプレートの孔より小さい孔を有しており、各プレートの孔が隣接したプレートの孔に対して互い違いにされるようになっている。このような装置の構成および配置が、粒子がプレートに直接衝突して病原菌の確認が少なくとも非常に疑わしくなる程度まで損傷されるようなものである場合、この装置が病原菌のような粒子を収集し、分析するのに使用されるものではないことは容易にわかるであろう。
【０００６】
この従来技術を使用して空気または他のガスから空気浮遊粒子を取り出す方法は、多数の間隔を隔てられた有孔のプレートを通してガスの試料を吸入することを備えており、この場合、孔は、始めのプレートから最後のプレートまでサイズが漸次減少しており、各プレートの孔は、ガスの流れが１つのプレートから他のプレートまで進む際に急に方向を変え、この急な方向変換に伴って、速度が十分に大きく、且つ次のプレートの表面にそのプレートの穴から離れて影響を与えるとき、ガス中に漂っている粒子がガスの流れから去るように、隣接したプレートの孔に対して互い違いにされている。
【０００７】
それ以来、衝撃原理を使用している多くの収集器装置が提案されてきた。この方法をはっきり証明する１つは米国特許第６，４６３，８１４号である。これは、スリットインパクターであり、この特許は、空気を顕微鏡スライドに差し向けるために使用される１つの矩形の入口を開示している。スリット衝撃試料採取装置は、次の分析のために空気中浮遊汚染物を収集するためのものであって、顕微鏡スライドが配置されている基部を有している。この顕微鏡スライドは、これに空気中浮遊粒子を付着させるのを助けるために位置決めされた接着媒体を有している。基部には、頂キャップが取着されている。この頂キャップには、入口開口部が形成されている。この入口開口部は、外側ベンチュリ部分および内層部分を有しており、それにより、空気中浮遊粒子が衝撃痕跡を形成するように、空気の流れを接着媒体と接触するように入口開口部を通して差し向ける。次いで、空気は、顕微鏡スライドのまわりを流れて出口通路に入り、そして真空源まで流れる。
【０００８】
衝突は、粒子の流れ中に、或いは公知の分離器の壁部に対して、或いはそれらの両方に生じてもよい。これが細菌などを分離する際に生じるなら、その細菌を確認する能力は、
細菌自身の構造を潜在的に変える細菌に対する損傷に因り、或いは相互汚染に因り、深刻に損なわれる。その結果、公知の粒子分離器は、衝撃により損傷されることがある粒子を分離し、収集する際の使用に適していない。
【０００９】
従って、このような損傷の潜在的な恐れが最小にされる粒子分離器および粒子収集器を開発した。これは、サイズおよび質量に関する細菌、ウイルスなどの範囲を分析し、そしていずれの衝突もなしにこのような粒子の分離を許容する空気の流れの最適化を理解することにより達成された。
【００１０】
一般に、周囲の空気中には、５０ミクロン未満の範囲の粒子が存在している。大気中の大きい粒子は、一般に、沈降する傾向があり、大気中に留まらない。５０ミクロンレベル未満では、雰囲気粒子は、通常、３つのサイズ範囲、つまり、２０ないし５０ミクロン、２ないし２０ミクロンおよび２ミクロン未満の範囲に分類されることができる。細菌、菌、ウイルスなどのような微生物は、普通、全体範囲の下端部にあるものと考えられているが、幾つかの有害および有毒な物質が４０ミクロン以下、特に、２ないし２０ミクロンの範囲で存在することがある。この理由で、中心範囲が１つより多いサブ範囲よりなるものと考えることは不利であることもある。化学剤および／または生物学剤の「万能」検出器の分離器では、できるだけ多くの病原菌および／または毒性物質が、これらを確認する能力を無くすような損傷ないしに検出されることが最も重要である。
【００１１】
同時出願中の英国特許出願第０４２０２９２.５号には、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子をこれらが存在する周囲の流体媒体から分離するための分離器が開示されており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子より概ね大きいサイズ／質量のものであり、この分離器は、
周囲の流体媒体が分離器に入れられる際に通る複数の入口ポートにより設けられている入口を有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバを概ね軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から遠い出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができる。
【００１２】
この出願では、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子をこれらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器が開示されており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子より概ね大きいサイズ／質量のものであり、この分離器は、
軸線と、ガス状媒体が分離器に入れられる際に通る複数の入口ポートにより設けられている軸方向入口とを有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１のチャンバに通じており、この第１のチャンバは、第１の範囲の粒子がチャンバを概ね軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、チャンバから通じている複数の出口ポートをチャンバの周囲に有しており、各チャンバは、入口から遠い出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、周囲の流体媒体の流れから分離される別個の粒子質量／サイズの粒子を収集するための粒子収集器を提供し、この収集器は、特に、排他的ではないが、前述の英国特許出願第０４２０２９２.５号に開示されている種類の分離器とともに使用されるようになっている。この収集器は、軸線のまわりに回転可能であって、分離された粒子が差し向けられることができる基板を有する中にチャンバを備えており、この基板は、各々が前記軸線から離れる方向に延びていて、基板が回転している間に粒子が収集されることができる複数の室に通じている複数の周方向に間隔を隔てられたチャンネルを有しており、更に、この収集器は、少なくとも、収集器の作動中に粒子が差し向けられる基板の領域に流体のフィルムを形成するために流体を前記基板に付着させるための手段を備えており、収集器の構成および配置は、粒子が流体に付着されると、複数の室における粒子の付着のために流体が前記粒子を支持して複数のチャンネルに流入させるようになっている。
【００１４】
好ましくは、基板は、容易に処分可能であってもよい回転可能なウエーハよりなる。前記粒子が分離された周囲の流体媒体の流出を許容するために、中央孔が基板に形成されており、基板の領域は、基板に形成された前記孔のまわりに環状部分を形成している。
【００１５】
好ましくは、チャンネルおよび室は、この領域の径方向外方に形成されているが、基板の回転軸線の径方向に配列されてもよい。チャンネルおよび室は、基板に接合されている材料層により設けられてもよい。
【００１６】
好ましくは、流体を基板に付着させるための手段は、基板の上方に配列された複数のスプレーノズルよりなる。理想的には、基板に付着された流体は、精製水または塩水溶液である。基板に付着させるための量の流体を蓄えるための溜め部が設けられてもよい。
【００１７】
前記粒子および前記周囲の流体媒体を収集器に吸入させることができるために周囲の流体媒体の流れを引起こすためのファンが用いられてもよい。変形例として、ミクロポンプが使用されてもよい。
【００１８】
任意の選択された種の粒子の存在を感知するためのセンサ手段が、各室に隣接して設けられてもよい。また、任意のセンサ手段により感知される任意の選択された粒子と関連されたパラメータを記録するための手段が設けられてもよい。
【００１９】
本発明による収集器の１つの実施の形態では、チャンバは、天井を有しており、流体を基板に付着させるための手段は、基板の前記領域の上方で天井に設けられており、この天井は、更に、チャンバへの前記粒子の流入を許容するための孔を設けている。
【００２０】
本発明の更なる実施の形態では、粒子収集器は、前記軸線のまわりに回転可能である第２の基板が設けられている第２のチャンバを備えてもよく、この第２のチャンバは、前記第１のチャンバの下に位置決めされており、第１および第２のチャンバの間の進入路が設けられており、それにより第１のチャンバに収集されていないいずれの粒子も第１の基板への収集のために第２のチャンバに入ることができ、第２の基板は、各々が前記軸線から離れる方向に延びていて、第１および第２の基板が回転している間に粒子が収集されることができる複数の室に通じている複数の周方向に間隔を隔てられたチャンネルを有しており、第２のチャンバは、少なくとも、収集器の作動中に粒子が差し向けられる第２の基板の領域に流体のフィルムを形成するために、流体を前記第２の基板に付着させるための第２の手段を備えている。
【００２１】
また、本発明は、周囲空気のような周囲の流体媒体の流れから別個の粒子サイズ／質量の粒子を分離し、分離された粒子を収集するための粒子分離器／収集器であって、各々が、軸線のまわりに回転可能であり、粒子が周囲の流体媒体の流れから差し向けられることができる基板を有している複数の重ね合わされたチャンバを備えており、各基板は、各々が前記軸線から離れる方向に延びていて、基板が回転している間に粒子が収集されることができる複数の室に通じている複数の周方向に間隔を隔てられたチャンネルを有しており、更に、収集器が、少なくとも、分離器／収集器の作動中に粒子が差し向けられる基板の領域に液体のフィルムを形成するために、液体を各基板に付着させるための手段を備えており、分離器／収集器の構成および配置が、粒子が液体に付着されると、複数の室における粒子の付着のために液体が前記粒子を支持した複数のチャンネルに流入させるようなものであり、そして周囲の流体媒体を排気のために複数の室に流通させるための手段を備えている、粒子分離器／収集器を提供する。
【００２２】
更に、本発明は、他の態様において、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲の流体媒体から分離するための分離器を備えており、第１の範囲の粒子が、第２の範囲の粒子より概ね大きいサイズ／質量のものであり、分離器が、周囲の流体媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた入口を有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１の室チャンバに通じており、この第１の室チャンバは、第１の範囲の粒子が室チャンバを概ね軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる室チャンバから通じている複数の出口ポートを室チャンバの周囲に有しており、各室チャンバは、入口から遠い出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができ、そして前記英国特許出願第０４２０２９２.５号に開示され、請求されている種類の粒子収集器と、収集のために空気を分離器を通して収集器へ推進させるための手段とを備えている粒子収集／試料採取装置を提供する。
【００２３】
更に、本発明は、その更に他の態様において、第１および第２の質量／サイズ範囲の粒子を、これらが存在する周囲のガス状媒体から分離するための分離器を備えており、第１の範囲の粒子は、第２の範囲の粒子より概ね大きいサイズ／質量のものであり、この分離器は、軸線と、ガス状媒体が分離器に吸入される際に通る複数の入口ポートにより設けられた軸方向入口とを有するボディを備えており、各入口ポートは、夫々の第１の室チャンバに通じており、この第１の室チャンバは、第１の範囲の粒子が室チャンバを概ね軸方向に通る間、次の収集のために分離器の作動中に第２の範囲の粒子が通されることができる、室チャンバから通じている複数の出口ポートを室チャンバの周囲に有しており、各室チャンバは、入口から遠い出口を有しており、前記第１の範囲の粒子は、この出口を通って分離器から排出されることができ、そして前記英国特許出願第０４２０２９２.５号に開示され、請求されている種類の粒子収集器と、収集のために空気を分離器を通して収集器へ推進させるための手段とを備えている粒子収集／試料採取装置を提供する。このような分離器および収集器を有する好適な試料採取装置は、持運び可能であり、ほぼ２００リットル／分の試料採取装置を通る空気の流量を受入れるように設計されており、これは、戦場環境および一般市民環境の両方における周囲の空気を試料採取するのに適しているものと考えられる。
【００２４】
この空気の流れを行うために、限定されないが、理想的には円筒形の形状のものである試料採取装置は、ほぼ１００ｍｍの直径のものであり、従って、手に容易に保持されることができる。本発明による装置の分離器が、任意の従来の形状およびサイズのものであるように構成されることができ、円筒形のものである必要がないことは、容易に理解されるであろう。
【００２５】
添付図面を参照して以後に説明される分離／収集装置の好適な実施の形態の分離器では、その複数の入口ポートのポートは、一般にほぼ同様なサイズおよび形状のものであり、軸線のまわりに同心に配列されている。図示の実施の形態では、入口ポートはそのように配列され、且つ寸法決めされているが、これは、主として設計上の考慮問題であり、従って、ポートは、ほかの方法で配列されることができ、それらの夫々のサイズ、寸法（即ち、横断面、長さなど）および互いに対する位置は、収集されるべき粒子のサイズおよび／または質量に関する要件に応じて変えられることができる。
【００２６】
好ましくは、各室チャンバは、容器の軸線と平行な軸線を有しており、各室チャンバの周囲の出口ポートは、夫々の室チャンバの軸線のまわりに同心配列で配置されており、出口ポートの同心配列は、好ましくは、夫々の室チャンバの床領域の上方の環状ギャラリーに配置されている。
【００２７】
出口ポートの各々は、ギャラリーの下に形成された環状空間に通じる通路により設けられてもよく、この環状空間は、室チャンバから隔離されている。１つまたはそれ以上のダクトが環状空間から通じており、このダクトは、分離器が粒子収集器に連結されるときに粒子収集器と整合および連結可能に配置されている。
【００２８】
本発明による好適な実施の形態では、第２の環状空間が、前記環状空間の下に設けられており、この第２の環状空間は、前記環状空間に連結されており、それにより、粒子は、前記環状空間から前記第２の環状空間まで通ることができ、前記第２の環状空間は、出口を有しており、それにより、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる。
【００２９】
前記第２の範囲の粒子は、好ましくは、別個の第３および第４のサイズ／質量範囲の粒子を含み、第３の範囲の粒子は、第３の範囲より大きいサイズ／質量のものであり、分離器は、前記環状空間における第４の範囲の粒子および第２の環状空間に進行している第３の範囲の粒子を取り出すことが可能である。
【００３０】
本発明による装置の分離器の更なる実施の形態では、複数の環状空間が、前記第２の環状空間の下に設けられてもよく、前記複数の環状空間のうちの各々は、すぐ上の環状空間に連結されており、それにより、粒子が前記すぐ上の環状空間から前記各環状空間へ通ることができ、各環状空間は、それからの出口を有しており、それにより、分離器が前記粒子収集器に連結されると、前記粒子は、前記粒子収集器に差し向けられることができる。入口ポートの各々は、床を有しており、前記複数の環状空間のうちの最も下側の環状空間は、前記床の下の出口に通じる孔と連結されている。
【００３１】
前記環状空間を間に隔壁を設けて第１の環状空間と第２の環状空間とに分離して第２の環状空間が第１の環状空間により出口ポートから分離されるようにすることによって、第４の範囲粒子は、第３の範囲の粒子から分離されることができ、前記第１の環状空間は、夫々の室チャンバの軸線に対して横方向である出口を有しており、第４の範囲の粒子は、収集のためにこの出口を通されることができ、その一方、第３の範囲の粒子は、別の収集のために更なる出口を通して差し向けられる。
【００３２】
このような装置は、理想的には、持運び可能であり、壁部取付け可能であってもよい。また、この装置は、空気を分離器を通して吸入するための手段を有してもよい。このような手段は、好ましくは、バッテリ駆動式ファンであるが、固定装着で使用されるものと提案された場合（例えば、長期間基準で空気含有分を監視するように使用される場合）、幹線電源のような電源に接続されてもよい。また、本発明による試料採取装置は、軍要員、医療要員またはセキュリティ要員のような個人の着用者により使用されるようになってもよく、このような目的で、クリップなどを備えてもよく、それによりこの装置はベルトに取付けられることができる。
【００３３】
更に、本発明は、相互に積層されている複数のウエーハから分離器および収集器を作製することを備えている本発明による装置を製造する方法を提供する。変形例として、本発明による装置の分離器／収集器は、例えば、レーザー穴あけにより適当なプラスチック材料から製造されることができる。
【００３４】
本発明の追加の特徴は、添付図面に例として示されている本発明の下記の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
まず図１を参照すると、粒子分離器を組み入れている本発明による持運び可能な空気試料採取装置１０が示されている。この装置１０は、ほぼ円筒形であり（しかし先に述べたように、これは不可欠ではない）、そして分離器１２を備えており、この分離器１２は、装置１０の上部分と、装置を作動させ、収集し、周囲の雰囲気からの収集された粒子を分析するための手段が中に設けられている第２の部分即ち中央の部分１４と、作動されると、装置を通して空気を吸入するためのファンが設けられている第３の部分即ち基部分１６とを設けている。図示の装置は、ほぼ円筒形であるが、平坦部１９を有しており、中央部分１４は、平坦部に取着されたクリップ１８を有しており、これにより装置は装着者のベルトまたは衣類に取り付けられることができ、或いは壁部または他の適切な固定部に装着されることができる。
【００３６】
この分離器１２は、上述されたように、粒子の種類およびサイズを考慮すると、粒子の夫々の質量範囲に同等する３つの引用サイズ範囲に雰囲気からの粒子を分離するのに使用されるようになっている。図示の実施の形態を粒子サイズについて以下に説明するが、本発明が、粒子の質量に関して或いは質量およびサイズの両方に関して粒子を分離するのに同等に有用であることは明確に理解されるであろう。
【００３７】
図示の実施の形態の分離器１２は、複数の入口ポート２０を有するボディ１３の形態である。図示の実施の形態では、３７個の入口ポート２０が設けられている。装置、従って分離器は、図１に示されるように、一般的な軸線２２を有しており、ポートは、３つの同心的な配列２０Ｂ，２０Ｃ、２０Ｄで中央のポート２０Ａのまわりに配列されており、最も内側の円２０Ｂには、６つのポートがあり、中間の円２０Ｃには、１２個のポートがあり、最も外側の円２０Ｄには、１８個のポートがある。図２では、ポートのこれらの同心の配列が点線により示されている。（本発明の別の実施の形態では、ポートはこのように配列されることは必要ではない。しかし、ポートの配列が望まれる空気流を取り込む複数のポートの能力を最適にすることは重要である。）各ポートは、ほぼ円筒形であるが、その深さに伴って非常に僅かにテーパ状になっており、そして分離器のボディ１３における凹部として形成されており、その円筒軸線（図示せず）が軸線２２と平行である。分離器の構成および配置の概略図であって、図４に近似する図８をも参照すると、各ポート２０は、深さＬＡおよび直径ＤＡ１の下端部を有し、室２３（チャンバ）に通じており、この室２３は、ポート２０よりも大きい直径Ｄのものであり、管状の開放ルーフ２３Ａ（図３）を有しており、このルーフ２３Ａは、ほぼ円筒形の壁部２５まで降下している球体の円錐台の形状を有している。室２３は、床２４を有しており、この床の上方には、ギャラリー２６が形成されており、このギャラリー２６は、５つの同心円で出口ポート２９が形成されている管状のプレート状構造体２８により形成されている。図示の実施の形態では、各構造体２８には、おおよそ６５７個のオーダの出口ポートが設けられている。かくして、３７個の入口ポートは、各々が直径ＤＢ１および深さＬＢ（図８参照）を有する合計ほぼ２４３０９個の出口ポートが設けられている。これらのポートの正確な数およびそれらのサイズおよび深さは、分離器のこの段階および後の段階で分離されるべき粒子のサイズまたは質量および分離器に吸入される粒子の速度により決まる。周囲空気からの約２０ミクロン以下のサイズの粒子を分離し、次いでこれらの粒子をサブグループに分離するように設計された図１に示されるような持運び可能な装置では、装置の外径はほぼ１００ｍｍであり、各入口ポート２０の内径ＤＡ１は１０.２７ｍｍであり、各出口ポート２９の内径ＤＢ１は１８３μｍである。このようなデイメンションでは、後述のような、所望の条件下で装置を通る約１８５ないし２００リットル／分の流量を誘発することが可能であることを測定した。
【００３８】
径方向外方では、ギャラリー２６は、室２３の周囲を規定する管状壁部２５により境界決めされており、径方向内方では、ギャラリーは、その平面から下降し、そして床２４からのギャラリー２６の垂直方向の離隔距離のほぼ３分の１の床２４の上方の高さの所で終端している連続したカーテンウォール３０により境界決めされている。このカーテンウォールの頂部には、上方に突出しているリム３２が設けられている。
【００３９】
カーテンウォールの背後（即ち、カーテンウォールの径方向外方）でギャラリー２６の下には、カーテンウォールにより室２３から隔離されている環状の空間３４が形成されている。この環状の空間３４は、装置１０の外側ボディ１３と一体の環状の基部３６を有している。この環状の基部３６の上面は、カーテンウォール３０の頂部と底部とのほぼ中間に位置されており、そしてカーテンウォールの底部まで延びるような厚さを有している。
【００４０】
前記ギャラリー２６と外面３８との間の前記環状の空間３４は、環状の中間の床４４により第１の上側環状空間４０と、第２の下側環状空間４２とに分離されている。この環状の床は、２つの環状の空間４０、４２間の隔壁部をなしており、そして環状の床４６に形成された孔５０により与えられた複数の更なる出口４８を有しており、これらの孔は、各々、上方への煙突状延長部５２を有しており、これらの延長部の各々は、内径ＤＢ２（図８参照）を有しており、距離ＳＢだけギャラリー２６の下側から間隔を隔てられている。出口２９と同じ数の孔５０およびこれに関連された延長部５２が設けられており、これらの孔５０および延長部５２は、出口２９と軸方向に整合されている。
【００４１】
複数のダクト５４（図４および図６参照）が、第１の環状空間４０から径方向外方に延びており、これらのダクトのうちの１つのみが図６に示されている。これらのダクトは、後述のように、装置１０の制御部分１４に設けられている粒子収集器に通じている。軸線２２と平行な軸線を有する複数の円筒形のシャフト５６が、環状基部３６の環状上面３８から基部を通って下方に延びている。これらのシャフトは、床２４の下側と、中央の孔６２が形成されている下側床６０との間に形成されている浅い円筒形の空間５８と接続している。図４に示されるように、思い出されるように、３７個の孔のうちの１つであるこの中央の孔６２は、前述の粒子収集器に通じている。
【００４２】
前記室２３の下部分は、シャフト５６の環状の柱列６４により境界決めされて、隣り合う柱の間に隙間６６を規定している。隙間６６を規定する間隔は、３７個の入口ポート２０の各々の下側の同様な間隔まで延びており、一体の空間を形成している。この空間は、図示されていないが、必要に応じて、排気口または装置の粒子収集器に連結されることができる。
【００４３】
分離器の機能および作動は、下記の如きである。
【００４４】
粒子の単一の流れを、これらの重量に応じて２つの流れに分離するのに、慣性質量が使用される。大きい粒子は、前方方向に連続し、小さく軽い粒子は、側方へ引き離される。この原理は、図８に示されている。
【００４５】
本発明の本実施の形態では、装置の基部分１６に設けられたバッテリ作動式ファンである吸引手段の作動により、空気が装置に吸込まれて通される。このファンは、粒子分離器からファンに通じて、装置の中央部分１４に設けられた粒子収集器を迂回してもよいししなくてもよいダクト（図示せず）を経て空気を装置に吸入することができる。空気が装置の中央部分および基部分に吸い込まれる方法は、本発明にとって重要ではなく、従ってこれ以上説明しない。
【００４６】
もちろん、粒子収集器自身は、径方向ダクト５４と中央の孔６２とを連結されており、従って、空気は、シャフト５６間の柱列状間隔６６からこれらの径方向ダクト５４および中央の孔６２に通される。
【００４７】
空気は、図８に概略的に示されるようにポート２０を通って装置１０に入る。この空気は、出口２９および空間６６に通される。空間６６の中を通る空気は、排気のために取出されることができる。他方、出口２９を通る空気は、ギャラリー２６の下の第１の環状の空間４０に入り、粒径に応じて、径方向のダクト５４を通して押出されるか、或いは延長部５２を通って中間床構造体４４の下の第２の環状の空間４２に入り、そこから中央の孔６２に引き込まれる。そして、ダクト５４および孔６２に通された空気は粒子収集器に導かれる。
【００４８】
分離器の設計、幾何形状およびプロポーションは、所定サイズの範囲の粒子のみが収集されるように算出されている。かくして、例えば、図示の実施の形態では、例えば２０ミクロン未満のサイズであって、ファンの速度に分部的に依存している所定の慣性で分離器に吸入される粒子が、図８に示されるように、自身の運動量により進行する、より大きいサイズの粒子よりも容易にファンの吸引作用により影響される。分離器が粒子の質量のみに応じて粒子を分離するように設計されている場合、同様のことが当てはまる。
【００４９】
ファンの吸引作用は、出口２９および空間６６を通して及ぼされる。これは、通路２９および垂直な通路６６Ａにより図８に概略的に表されている。図８からわかるように、粒子のサイズ／質量の上側範囲にある比較的重い粒子は、分離器に入るのとほぼ同じ方向に流れ続け、他方、軽いサイズ／質量範囲の比較的軽い粒子は、通路２９を通して取り出される。軽い質量範囲の上端側の幾つかの粒子は、通路６６Ａに沿って流れ続けることがあるが、非常に大きい割合で通路２９中に引き込まれる。十分な量のこのような粒子は、通路の中へ取出されて収集器がそれらの存在を検出し、且つ確認を許容するならば、粒子の正確な量は重要ではない。
【００５０】
次いで、次の分離において、より軽い粒子は、それら自身、１つまたはそれ以上の分離段階で副範囲に更に分離される。
【００５１】
粒子の分離は、入口ポート２０の各々の内径ＤＡ１により、初めに定められ、本発明者達が定めた内径は、本発明が主に関する粒子の分離では、１０.２７ｍｍの最小直径までテーパ状であって、その入口で最大１２ｍｍであるべきである。これらの大きさでは、空気流の９５％が主な流れで継続し、次の分離および分析のために粒子分離器へ送られることを本発明者達は定めた。
【００５２】
通路２９により表される複数の出口（各々、直径ＤＢ１のものであることが思い出されるであろう）の全体の合計面積とともに入口ポートの深さＬＡ（図８）もまた、空気の流量が望む通りであるために決定的なものである。表されるような空気流が、各出口で同様であるが、これは、必ずしもそうであるとは限らなく、分離されるべき粒子の種類および性質に依存している、ことは容易に判るであろう。ギャラリー２６の内縁部には、（図３に示されており、図８では誇張形態で示されているが、単に明確のために残りの図から省かれている）周囲リム、即ち壁部３１が設けられている。この壁部３１は、ルーフ２３Ａからの壁部３１の垂直方向の分離ＳＡにより正しいサイズ（即ち、興味あるサイズの範囲）の粒子が同伴されて出口ポート２９に入るような高さである。壁部３１が設けられていない場合には、粒子が、カーテンウォール３０の上縁部と衝突して悪影響を受け、しかも、一緒になって出口２９に流入することが可能である。壁部３１を設けることにより、これが起こることを防いでいる。
【００５３】
分析されるべきではない空気を大気に排出し得る横断面積を表すディメンションＤＡ２は、空気の未制限の分散を許容するような寸法である。
【００５４】
粒子は、速度Ｖ１で分離器１０に吸入されて、大きい容積の室２３に入ると、室の床まで降下する粒子は速度Ｖ２となり、出口ポート２９の方に転じる粒子は速度Ｖ３となる。後者の粒子が出口ポート２９に入ると、速度は速度Ｖ４に変り、孔５０および延長部５２を通過する粒子はこの速度を維持し、上側空間４０へ転じられる粒子は速度Ｖ５となる。
【００５５】
分離器の製造は、実質的に、二酸化シリコンのような不活性材料から製造された一連のウエーハから分離器の部材を形成し、これらのウエーハを適切なシーケンスで組付けることによる。
【００５６】
以上の説明から、本発明を３つのサイズ／質量範囲への空気中浮遊粒子の分離のための対策を有する分離器について説明したが、分離箇所の数を増やすことにより３つより多い範囲の分離に対処するように本発明を容易に発展することができることは明らかに理解されるであろう。例えば、図６に示された出口の幾何形状への適切な変更と、環状空間４０、４２（適切な入口および出口を有する）に対応する１つまたはそれ以上のレベルの追加とにより、使用された製造方法では、一部を構成する試料採取装置の持運び可能な特性を保持しながら、かなり多数の分離段階で空気中浮遊粒子の分離を行なうことが可能である。また、正しい幾何形状では、本発明による分離器は、液体と、液体中に存在する粒子とを分離するように容易に適合されることができる。
【００５７】
更に、試料採取／検出装置の一部としての分離器が使用されるかもしれない環境および条件によっては、装置自身が、保護容器内に密閉されてもよい。
【００５８】
図９ないし図１６を参照すると、これらの図は、図１に示された装置の中央部分１４の下部分に設けられている本発明による粒子収集器を概略的に示している。
【００５９】
図示の粒子収集器は、図１に示される軸線２２と同一直線上にある軸線のまわりに回転可能である基板１０２が中に設けられているチャンバ１００を備えており、粒子分離器部分１２からの分離された粒子は、後述にように、基板１０２上へ差し向けられることができる。
【００６０】
この装置は、更に、基板１０２の下方に設けられていて、電源１０５により電気的に駆動されるファン１０１を備えている。粒子および空気は、ファンの作動中、ファンにより装置中へと吸入される。ファン１０１が動作する速度は、粒子相互または装置の構造体とのいずれの顕著な接触なしで収集のために基板に達するまで装置に吸入されるように、算出されている。基板１０２は、所望に応じて、ファンと同じ電源または別の電源により駆動されることができる。
【００６１】
図示の装置は、これの基部中に設けられたバッテリ１０７よりなる電源を有するものとして示されている。
【００６２】
装置が個人用になっていて、人に身に付けられるように設計されている場合、装置自身に装着された単一の電源が使用されることができるが、装置が例えば一般国民が存在しそうである複数の位置に夫々装着される場合、この装置は、１つまたはそれ以上の局部的および共通の電源から同じ位置で同様な装置と協力して作動されることができる。
【００６３】
また、収集器は、流体フィルムを形成するために精製水或いは塩水溶液でよい流体を基板に付着させる手段を備えている。この手段は、流体の微細なミストまたは噴霧を基板に付着させることが可能なノズルの形態の任意のスプレー手段でもよく、１０３で全体的に示されている。流体は、装置内に設けられた補充可能な源または溜め部（図示せず）から隔壁１０４内に形成されている導管１０９を経て吸入され、後述のように、粒子を移送する機能を果たしたら、後述のように再循環されることができる。
【００６４】
望まれる場合、または適切な場合、前述のような流体、代表的には、水または塩水溶液は、装置により収集される粒子の種類に応じて、グリセリンのような或る割合の不活性の濃縮剤を含有してもよい。好ましくは、濃縮剤は、溜め部の中の流体に添加されるが、流体がスプレー１０３への途中で流体と混合されてもよい。図９、図１０および図１１に示された付着された流体は、流体フィルムを形成し、この流体フィルムは、実験によりわかったことだが、約５００ｒｐｍの回転速度で２ないし２０ミクロンの範囲のサイズの粒子を収集することが望まれる場合、５ミクロンのオーダの厚さのものであることができる。このフィルムの厚さは、もちろん、変更されてもよいが、流体自身の速度、基板の回転速度および収集されるべき粒子のサイズに大いに依存している。５００ｒｐｍより著しく低い回転速度、そなわち、ほぼ２００ないし３００ｒｐｍにおいて、フィルムは、この範囲の下限側では一様に形成されなく、上限側では、波部がフィルムに生じ、粒子の不均一な移動が生じることがわかった。
【００６５】
チャンバ１００は、試料採取装置が中に装着されている容器の頭上隔壁部、即ち天井１０４と、基部分１０６と、側壁部１０８とにより規定されている。隔壁部１０４の上方には、ほぼ円形の形状の平坦なカバー１１２が環状スペーサ１１０により間隔を隔てられており、このカバー１１２は、これと隔壁部１０４との間にプレナム１１４を規定しており、このプレナム１１４内で、粒子と、中央孔６２を経て、図１、図２および図５に示された３７個の入口ポート２０の床２４の下の円筒形空間５８から生じる同伴空気流とが合流されて、収集器に送られることができる。
【００６６】
前記平坦なカバー１１２は、図４に示される下側床６０に対応しており、そして孔６２を備えており、分離器で分離された粒子はこれらの孔６２を通ってプレナム１１４に入ることができ、そこで粒子および同伴空気は、空気が収集器を通って流れるように循環することができる。
【００６７】
また、隔壁部１０４には、複数の孔１１８が設けられており、これらの孔１１８は、隔壁部と衝突することなしに収集器を通る流れを可能にするような直径を有している。図示の装置では、これらの孔は、装置の軸線２２のまわりに同心リング状に配列されており、５０個のオーダの孔が設けられている。この配列は、空気が装置を通して吸入されるのに従って、粒子が同伴空気とともに孔１１８を通して吸入されるようになっており、流量は、より軽い空気分子がチャンバの中心まで径方向に引き込まれ、そこで基部分１０６に形成された中央の出口孔１２０を通って出て行くように制御される。しかしながら、より大きいサイズ／質量である興味ある粒子は、基板１０２上の流体に衝突する。
【００６８】
基板１０２は、一般の二酸化シリコンから製造されることができるウエーハまたはディスク１２２で形成されている。このディスクは、前記基部分１０６に形成されている孔１２０と整合された中央の孔１２４を有しており、空気は、この孔を通って装置から出て行くことができる。
【００６９】
前記基板１０２は、ウエーハ１２２と、図１５に示されるように成形されている第２のウエーハ１２６との積層体として形成されている（後述のように成形されている第３のウエーハ１２８が、第２のウエーハ上に位置されてもよい）。これらのウエーハ１２２、１２６、１２８の成形は、エッチングを含めて、任意の従来の手段によることができる。
【００７０】
ウエーハ１２２は、中央の円形孔１２４が形成されている円形のディスクである。
【００７１】
ウエーハ１２６には、ウエーハ１２２の中央の孔１２４より大きい寸法の中央の８角星形の孔１３０が形成されており、この孔１３０は、２つのウエーハが互いに接合されると、ウエーハ１２６の下にあるウエーハ１２２の中央の環状で、外方に星形の領域が露出されるように、ウエーハ１２２の中央の孔１２４より大きい寸法である。
【００７２】
星形の孔１３０の８つの頂点の各々には、チャンネル１３８がウエーハに例えばエッチングにより形成されており、これらのチャンネルは、軸線２２から径方向に延びていて、収集室１４０内で終わっている。これらのチャンネル１３８および室１４０の目的は、以下に説明されているが、チャンネルが径方向以外に形成されてもよいことはわかるであろう。
【００７３】
第３のウエーハ１２８は、必要であれば、形状が環状であり、ウエーハ１２６上に設置され、それによりウエーハ１２６をウエーハ１２８とウエーハ１２２との間に挟んでいる。これらのウエーハは、任意の適当な接着剤により相互に接着されることができる。しかしながら、これらのウエーハに非常に平らな表面を形成することにより、ウエーハ積層体が必要な時間の間、維持されるのであれば、ウエーハを相互に接着するのに、ファンデルワールス力で十分であることがわかった。ウエーハ１２８の円形の孔１４２は、ウエーハ１２２より大きい直径であり、この直径は、図１５に鎖線１４２により示されているように、ウエーハ１２６の星形孔１３０の最も大きい寸法に対応している。望むなら、孔１４２は、図１５に示されるより大きい直径でも小さ直径でもよい。
【００７４】
チャンネル１３８の各々は、好ましくは、２０ないし２００ミクロンの範囲内の幅を有し、チャンネルの幅は、収集されるべき粒子の質量／サイズと、使用される流体の流量および速度、および作動中のディスクの回転速度のような他の要因とにより定められる。図１５には、８つのこのようなチャンネルが示されている。しかしながら、収集し、検出することが望まれる粒子の種類の数によっては、８つより多いチャンネルが設けられてもよいことが予知される。例えば、各室が、１つより覆いチャンネルにより対応されてもよい。
【００７５】
室１４０の寸法は、変更されることもでき、サイズおよび形状を定める際の唯一ではないが、主な基準は、粒子が収集されるべきである流量、およびこれらの室への流体の流量である。図１５では、室１４０は、円形として示されているが、楕円形または三角形またはひし形の輪郭を含めて、他の形状でもよい。粒子を収集するために使用される室の数を変えることも可能である。
【００７６】
装置が粒子含有空気を装置に吸入するために作動しており、且つ収集器が基板１０２の回転により作動されているとき、基板の回転速度は、確認のために収集される粒子の種類と、これらの粒子を装置によって処理することが必要である速度とに依存している。
【００７７】
図１０には、収集器が本発明による試料採取装置内の分離器に関連される様子が、概略的に示されている。
【００７８】
図１０において、分離器１２は、図８に示されるポート構成のうちの３つによってのみ略図的に示されている。実際には、前述のように、図１ないし図７を参照して説明したように、３７個のこのようなポートがあるが、説明の目的で、たった３つが図１０に示されている。
【００７９】
各ポート２０のカーテンウォール３０により設けられた出口を通る空気が、装置を通って排気口へ差し向けられる、その空気を排出させる従来の経路は、１４４で概略的に示されている装置の周囲のところの排気通路を経ており、これらの通路は、装置のカバー１１２／下側床６０、スペーサ１１０、隔壁部１０４、基部分１０６の径方向外面と側壁部１０８との間に形成されることができる。変形例として、排気通路は、側壁部１０８自身の中に形成されてもよいし、任意の他の有利な方法で形成されてもよい。
【００８０】
かくして、出口を通る空気が、排気ダクト（図示せず）を通して排気通路１４４まで矢印１４６により示されるように、図４に示された収集出口から柱列６４を通って排気される。
【００８１】
分離されて粒子分離器１２を通過した粒子自身は、同伴空気流と共にカバープレート１１２／下側床６０に形成された孔６２に差し向けられる。これらの粒子は、同伴空気流によってプレナム１１４の中へ移送される。排気通路１１４を通る空気の除去に伴って、同伴空気流中の空気の量は、装置に最初に取り入れられた空気の量の約９５％まで減少される。これらの粒子は、同伴空気流中でプレナム１１４から孔１１８を通ってチャンバ１００の中へ移動される。装置を通る流量での粒子の運動量により、粒子は、回転ウエーハ１２２上の流体フィルムの中へ差し向けられ、その一方、同伴空気は、基板１０２および支持基部分１０６の夫々における中央の孔１２４、１２０に通されて排気される。
【００８２】
変形例として、空気を排気させるために、空気を再循環して装置に戻すための対策がなされてもよいことも予知される。そのように行なう手段は、説明しないが、当業者の技量内である。
【００８３】
水または塩水溶液が、濃縮剤としての任意の添加剤とともに或いはその添加剤なしに、ウエーハ１２２のエリア、即ち領域１３２（図１２）に連続的に噴霧されて領域の全表面にこの流体の連続フィルムを形成する。流体に突当たる粒子は、流体により取上げられ、流体により捕獲される。基板が回転すると、この基板は、遠心力を流体に与えて流体を基板の回転軸線から離れるように概ね径方向に移動させる。特に図１２からわかるように、ウエーハ１２６の孔１３０の星形状は、各々がチャンネル１３８の各々に通じていて対をなして配列された１６個の縁部を与えており、かくして、基板が回転している間、流体の流れを関連されたチャンネルに差し向ける。かくして、流体により保持された粒子を移送する流体は、チャンネル１３８に沿って流されて関連された室１４０に入り、この室内に粒子が分析のために収集される。
【００８４】
図示されていないが、キャリア流体を排出して前記溜め部に再循環するための手段もまた設けられている、このような手段は、マイクロポンプにより、或いは流体に作用する遠心力の作用下で流体を送出すことにより設けられてもよい。
【００８５】
図１１には、図１０のものと同様であるが、複数、即ち、２つの回転可能な基板が設けられている装置が示されている。下記の説明から、このような装置が明らかに２つより多い基板を組み入れることができることは容易に理解されるであろう。
【００８６】
このような装置は、これ自身で、粒子収集器としてだけではなく、粒子分離器としても作用することができる。分離器ポート２０は、省略されてもよく、従って点線の外郭線のみで示されているが、これらのポートは、有利には、包括的な分離および収集のために含まれている。以下に、本発明による装置のこの実施の形態を単に例として説明するが、更なる実施の形態および変形例が予知されることははっきり理解されるべきである。
【００８７】
各基板の段は、図１０を参照して説明したものとほぼ同じであり、従ってこれ以上詳細に説明する必要がない。図１１の装置の構成は、上側基板段の中央孔を通る空気により運ばれるいずれの粒子も、図１０に示される基板ユニットの場合と同じようにして、次いで孔６２に通され、次いで更なる孔１８に通されて下側基板に載せられるような構成である。
【００８８】
図１１に示された装置が組合せ分離器／収集器として考えられる場合、空気からの粒子の分離が装置の上側および下側の段により達成されることができることは容易に認識されることができる。
【００８９】
図１０および図１１に示された実施の形態の両方において、各基部分１０６には、収集室１４０の各々に隣接したセンサ１４８の列が設けられている。このようなセンサは、限定されるものではないが、大腸菌、炭疸菌または他の潜在的な致死微生物を含めて、細菌、ウイルス、病原菌などのような微生物のいずれかの種の存在を感知するための従来の種類のものでよい。これらのセンサは、このような微生物の存在を独立的に検出することができると言う意味で活性であってもよいし、或いは装置の入口における蛍光検出手段により活性化され、次いで室１４０に収集された粒子中のこのような微生物の存在を確認することができると言う意味で能動的であってもよい。変形例として、これらのセンサは、ウエーハ自身に設けられてもよい。
【００９０】
図示されていないが、本発明による装置は、検出されることが必要とされる粒子により装置を通る空気の流量を制御するための弁制御装置を備えてもよい。
【００９１】
更に、収集された粒子に関するデータを記録するために装置のための対策がなされることができる。
【００９２】
本発明による装置は、必要なら、各基板が装置から容易に取り出し可能であるように、或いは収集された粒子が検査され且つ／或いは分析されるように、或いは基板が洗浄されたり、新しい基板に代えられたりすることができ、或いは必要であれば、処分されることができるように、構成されてもよい。
【００９３】
従来技術を上回る本発明の主な利点のうちの１つは、粒子を空気から不活性液体中へ移すことにより、粒子の損傷が回避されることができ、同時に不要な空気を処分することができると言う点である。粒子は、さほど損傷を受ける傾向がないだけではなく、液状媒体中に或いは液状媒体により同伴されるとき、媒体にくっつき、さほど失われるようではない。
【００９４】
任意の次の装置上工程においていずれの微生物粒子をも確認したり、或いは培養したりすることができるために、粒子の生存能力が保持されることが主な重要な点であると考えられる。水フィルムのような流体フィルムを設けることにより、これまで使用されてきたものより低い衝突速度の使用を許容する。何故なら、粒子は、空気から取り出されるために水フィルムに触れるだけでよく、かくして硬質なウエーハ表面と接触しなく、損傷されないからである。次いで、取り出された粒子は連続した水フィルムにより検出器まで移送される。
【００９５】
また、本発明は、空気の除去の利点をもたらす。興味ある粒子が取り出され、その一方、空気（およびいずれもの残留している小さい粒子）が排出される。粒子は、流体フィルムに衝突され、その一方、空気は、ディスクの中心を通して吸い出される。
【００９６】
センサ４８は、いずれかの基板１０２の上方、下方および上にあってもよく、任意の種類の適当なセンサが組み込まれることができる。これは、例えば、衝突前の空気中の粒子を検出する光センサを含む。ＣＤとして形成されれば、ウエーハの或る領域、最も好ましくは、中間に近い領域が、センサからのデータを記録するために商業用ＣＤ-Ｒのように使用されてもよいことは予知される。
【００９７】
本発明の更なる実施の形態では、基板のうちの１つは、場合に応じて、各基板を回転させるために設けられていて、モータコイルがこの基板のまわりに設けられて装置の外壁部に設定されているモータのコアをなしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明による装置の粒子分離器を有する空気試料採取装置の斜視図である。
【図２】図１に示される分離器のより詳細な斜視図である。
【図３】分離器の上部分の部分切取り斜視図である。
【図４】図２に示される分離器の上部分の平面図である。
【図５】分離器の上部分のより詳細な斜視図である。
【図６】分離器の上部分の切取り部分断面図である。
【図７】分離器の拡大切取り部分断面図である。
【図８】分離器を通る空気の流れを示している概略図である。
【図９】本発明による装置のための本発明による粒子収集器の概略横断面図である。
【図１０】本発明による粒子収集器を組み入れている本発明による試料採取装置の概略横断面図である。
【図１１】本発明による新規な粒子分離器／収集器を組み入れている本発明による試料採取装置の概略横断面図である。
【図１２】本発明による粒子収集器の斜視図である。
【図１】
2008500528.tif 000003
【図２】
2008500528.tif 000004
【図３】
2008500528.tif 000005
【図４】
2008500528.tif 000006
【図５】
2008500528.tif 000007
【図６】
2008500528.tif 000008
【図７】
2008500528.tif 000009
【図８】
2008500528.tif 000010
【図９】
2008500528.tif 000011
【図１０】
2008500528.tif 000012
【図１１】
2008500528.tif 000013
【図１２】
2008500528.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
流体を基質に付着させるための手段は、基質の上方に配列された複数のスプレーノズルよりなる、請求項１ないし７のうちのいずれか１つの項に記載の粒子収集器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図２を参照すると、図示の実施の形態の分離器１２は、複数の入口ポート２０を有するボディ１３の形態である。図示の実施の形態では、３７個の入口ポート２０が設けられている。装置、従って分離器は、一般的な軸線２２（図１には示されているが図２には示されていない）を有しており、ポートは、３つの同心的な配列２０Ｂ，２０Ｃ、２０Ｄで中央のポート２０Ａのまわりに配列されており、最も内側の円２０Ｂには、６つのポートがあり、中間の円２０Ｃには、１２個のポートがあり、最も外側の円２０Ｄには、１８個のポートがある。図２では、ポートのこれらの同心の配列が点線により示されている。（本発明の別の実施の形態では、ポートはこのように配列されることは必要ではない。しかし、ポートの配列が望まれる空気流を取り込む複数のポートの能力を最適にすることは重要である。）各ポートは、ほぼ円筒形であるが、その深さに伴って非常に僅かにテーパ状になっており、そして分離器のボディ１３における凹部として形成されており、その円筒軸線（図示せず）が軸線２２（図１に示されている）と平行である。分離器の構成および配置の概略図であって、図４に近似する図８をも参照すると、各ポート２０は、深さＬＡおよび直径ＤＡ１の下端部を有し、室２３（チャンバ）に通じており、この室２３は、ポート２０よりも大きい直径Ｄのものである。図３に示されているように、室２３は、管状の開放ルーフ２３Ａ（図３）を有しており、このルーフ２３Ａは、ほぼ円筒形の壁部２５まで降下している球体の円錐台の形状を有している。室２３は、床２４を有しており、この床の上方には、ギャラリー２６が形成されており、このギャラリー２６は、５つの同心円で出口ポート２９（図４に示されている）が形成されている管状のプレート状構造体２８により形成されている。図示の実施の形態では、各構造体２８には、おおよそ６５７個のオーダの出口ポートが設けられている。かくして、３７個の入口ポートは、各々が直径ＤＢ１および深さＬＢ（図８参照）を有する合計ほぼ２４３０９個の出口ポートが設けられている。これらのポートの正確な数およびそれらのサイズおよび深さは、分離器のこの段階および後の段階で分離されるべき粒子のサイズまたは質量および分離器に吸入される粒子の速度により決まる。周囲空気からの約２０ミクロン以下のサイズの粒子を分離し、次いでこれらの粒子をサブグループに分離するように設計された図１に示されるような持運び可能な装置では、装置の外径はほぼ１００ｍｍであり、各入口ポート２０の内径ＤＡ１は１０.２７ｍｍであり、各出口ポート２９の内径ＤＢ１は１８３μｍである。このようなデイメンションでは、後述のような、所望の条件下で装置を通る約１８５ないし２００リットル／分の流量を誘発することが可能であることを測定した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図３に示されているように、径方向外方では、ギャラリー２６は、室２３の周囲を規定する管状壁部２５により境界決めされており、径方向内方では、ギャラリーは、その平面から下降し、そして床２４からのギャラリー２６の垂直方向の離隔距離のほぼ３分の１の床２４の上方の高さの所で終端している連続したカーテンウォール３０により境界決めされている。このカーテンウォールの頂部には、上方に突出しているリム３２が設けられている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図６を参照すると、カーテンウォールの背後（即ち、カーテンウォールの径方向外方）でギャラリー２６の下には、カーテンウォールにより室２３から隔離されている環状の空間３４が形成されている。この環状の空間３４は、装置１０の外側ボディ１３と一体の環状の基部３６を有している。この環状の基部３６の上面は、カーテンウォール３０の頂部と底部とのほぼ中間に位置されており、そしてカーテンウォールの底部まで延びるような厚さを有している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
前記ギャラリー２６と外面３８との間の前記環状の空間３４は、環状の中間の床４４により第１の上側環状空間４０と、第２の下側環状空間４２とに分離されている。この環状の床は、２つの環状の空間４０、４２間の隔壁部をなしており、そして環状の床４４に形成された孔５０により与えられた複数の更なる出口４８を有しており、これらの孔は、各々、上方への煙突状延長部５２を有しており、これらの延長部の各々は、内径ＤＢ２（図８参照）を有しており、距離ＳＢだけギャラリー２６の下側から間隔を隔てられている。出口２９と同じ数の孔５０およびこれに関連された延長部５２が設けられており、これらの孔５０および延長部５２は、出口２９と軸方向に整合されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
複数のダクト５４（図４および図６参照）が、第１の環状空間４０から径方向外方に延びており、これらのダクトのうちの１つのみが図６に示されている。これらのダクトは、後述のように、装置１０の制御部分１４に設けられている粒子収集器に通じている。軸線２２と平行な軸線を有する複数の円筒形のシャフト５６が、環状基部３６の環状上面３８から基部を通って下方に延びている。これらのシャフトは、床２４の下側と、中央の孔６２が形成されている下側床６０との間に形成されている浅い円筒形の空間５８と接続している。図４に示されるように、３７個の孔のうちの１つであるこの中央の孔６２は、前述の粒子収集器に通じている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
通路２９により表される複数の出口（各々、直径ＤＢ１のものであることが思い出されるであろう）の全体の合計面積とともに入口ポートの深さＬＡ（図８）もまた、空気の流量が望む通りであるために決定的なものである。表されるような空気流が、各出口で同様であるが、これは、必ずしもそうであるとは限らなく、分離されるべき粒子の種類および性質に依存している、ことは容易に判るであろう。ギャラリー２６の内縁部には、（図３に示されており、図８では誇張形態で示されているが、単に明確のために残りの図から省かれている）周囲リム、即ち壁部３２が設けられている。この壁部３１は、ルーフ２３Ａからの壁部３２の垂直方向の分離ＳＡにより正しいサイズ（即ち、興味あるサイズの範囲）の粒子が同伴されて出口ポート２９に入るような高さである。壁部３２が設けられていない場合には、粒子が、カーテンウォール３０の上縁部と衝突して悪影響を受け、しかも、一緒になって出口２９に流入することが可能である。壁部３２を設けることにより、これが起こることを防いでいる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図９ないし１２を参照すると、これらの図は、図１に示された装置の中央部分１４の下部分に設けられている本発明による粒子収集器を概略的に示している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
前記基板１０２は、ウエーハ１２２と、図１２に示されるように成形されている第２のウエーハ１２６との積層体として形成されている（後述のように成形されている第３のウエーハ１２８が、第２のウエーハ上に位置されてもよい）。これらのウエーハの成形は、エッチングを含めて、任意の従来の手段によることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
第３のウエーハは、必要であれば、形状が環状であり、ウエーハ１２６上に設置され、それによりウエーハ１２６をウエーハ１２８とウエーハ１２２との間に挟んでいる。これらのウエーハは、任意の適当な接着剤により相互に接着されることができる。しかしながら、これらのウエーハに非常に平らな表面を形成することにより、ウエーハ積層体が必要な時間の間、維持されるのであれば、ウエーハを相互に接着するのに、ファンデルワールス力で十分であることがわかった。第３のウエーハの円形の孔は、ウエーハ１２２より大きい直径であり、この直径は、図１２に鎖線１４２により示されているように、ウエーハ１２６の星形孔１３０の最も大きい寸法に対応している。望むなら、孔は、図１２に示されるより大きい直径でも小さ直径でもよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
チャンネル１３８の各々は、好ましくは、２０ないし２００ミクロンの範囲内の幅を有し、チャンネルの幅は、収集されるべき粒子の質量／サイズと、使用される流体の流量および速度、および作動中のディスクの回転速度のような他の要因とにより定められる。図１２には、８つのこのようなチャンネルが示されている。しかしながら、収集し、検出することが望まれる粒子の種類の数によっては、８つより多いチャンネルが設けられてもよいことが予知される。例えば、各室が、１つより覆いチャンネルにより対応されてもよい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
室１４０の寸法は、変更されることもでき、サイズおよび形状を定める際の唯一ではないが、主な基準は、粒子が収集されるべきである流量、およびこれらの室への流体の流量である。図１２では、室１４０は、円形として示されているが、楕円形または三角形またはひし形の輪郭を含めて、他の形状でもよい。粒子を収集するために使用される室の数を変えることも可能である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
かくして、出口を通る空気が、排気ダクト（図示せず）を通して排気通路１４４まで矢印により示されるように、図４に示された収集出口から柱列６４を通って排気される。
【国際調査報告】
2008500528.tif 000015
2008500528.tif 000016
2008500528.tif 000017
2008500528.tif 000018
2008500528.tif 000019