(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル板保持部材と、前記ノズル板の下流に位置し培地を収納するシャーレを支持するシャーレ支持部と、空気流を生成するファンとを有するポータブル型空中浮遊菌サンプラであって、前記ノズル板の孔を格子状に配列し、前記空気流が前記ノズル板を通過するときの風速を２０ｍ／秒以上としたことを特徴とするポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
【請求項２】
前記孔の配列をピッチ間隔２．６ｍｍ以上とした請求項１に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
【請求項３】
前記ノズル板の孔の開口部分の合計面積を２８．３ｍｍ2 以上とした請求項１に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
【請求項４】
前記空気流の出口部に濾過体を配置した請求項１に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
【請求項５】
前記濾過体はシート状の濾材を所定の折幅で襞折してプリーツ加工を施し円形ドーナツ状に形成した請求項１に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物や細菌などによる汚染状態を調べて管理するために、室内の空中浮遊菌を捕集するポータブル型空中浮遊菌サンプラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製薬・食品工業などや病院を始めとした公共施設などにおいて、空気中に浮遊する細菌・真菌などを捕集して無菌状態を調べる空中浮遊菌サンプラとして、定置型とポータブル型のものが知られている。特に、ポータブル型空中浮遊菌サンプラは、バイオクリーンルーム、食品工業の生産ラインなどのクリーン度が要求される場所や病院などの微生物汚染状態の注意管理を要求される場所で、汚染状態の管理や調査のためにそれらの空間内部において使用されている。
【０００３】
小型軽量のポータブル型サンプラは、図９に示すように捕集部１と操作部２とから成り、操作部２には持運びに用いる取手３が取り付けられており、捕集部１の先端部には、空中浮遊菌を捕捉するために空気が流入するノズル部４が嵌合され、ノズル部４には複数のノズル孔が放射状に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例のポータブル型サンプラにおいては、シロッコファンやラジアルファン等の小型のファンを使用しているために、高い静圧が得られない。従って、ノズル部を通過する空気流量を確保するために、低静圧で稼動可能なノズル形状となり、捕集性能が悪くなる。逆に、捕集性能が良い吸い込みノズル形状にすると、ラジアルファン等で得られる２００Ｐａ程度の静圧では十分な流量が得られず、ノズル部を通過する風速が遅く捕集効率が低くなるという問題点がある。
【０００５】
更に、ノズル孔が放射状に配置されているために、ノズル部４の表面における単位面積当たりのノズル孔の数にばらつきが存在する。この結果、単位面積当たりの通過する風量が部分的に異なり、風量の多い場所では培地が乾燥して菌の捕集率が低下する傾向になると共に、菌を捕集したとしても培養後のコロニーができなくなり、またノズル孔間の間隔が狭い場所では捕集菌が近接するために、培養した時にコロニーが重なってしまい、実際のコロニー数が分からなくなるという問題点が生ずる。
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、単位面積当たりのノズル板を通過する風量を均一化すると共に、空中浮遊菌を捕集した後に培養してできたコロニーの数及び位置を高精度に確認可能なポータブル型空中浮遊菌サンプラを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るポータブル型空中浮遊菌サンプラは、複数の孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル板保持部材と、前記ノズル板の下流に位置し培地を収納するシャーレを支持するシャーレ支持部と、空気流を生成するファンとを有するポータブル型空中浮遊菌サンプラであって、前記ノズル板の孔を格子状に配列し、前記空気流が前記ノズル板を通過するときの風速を２０ｍ／秒以上としたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図８に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例のポータブル型空中浮遊菌サンプラの斜視図、図２は平面図を示している。ポータブル型サンプラは空中浮遊菌の捕集部１１と操作部１２とから構成されており、操作部１２には持ち運び用に取手１３が取り付けられている。また捕集部１１には、先端部に空中浮遊菌を捕捉するために空気が流入するノズル板１４が嵌合されており、ノズル板１４には複数の微細なノズル孔１４ａが形成されている。
【０００９】
図３は捕集部の断面図を示し、捕集部１１の筐体の上部において、ノズル板１４はノズル板保持部材１５により保持されている。ノズル板保持部材１５は空気の漏洩がないように、例えば螺子構造などにより筐体に嵌合されている。そして、ノズル板１４の直下に培地Ｋを収納するシャーレＳを支持するシャーレ支持部材１６が設けられている。シャーレ支持部材１６の下側は所定の空間が形成され、その下方にターボファンやボルテックスブロア等の高静圧ファン１７、この高静圧ファン１７を駆動するファンモータ１８が配設され、空気流の排出口付近のファンモータ１８の下流側には、排気空気を浄化するための濾過体としてフィルタ１９が設置されている。
【００１０】
またノズル板１４では、ノズル板１４を一定の大きさに区切った単位面積当たりの通過する風量が場所によって異なることがないように、ノズル孔１４ａが図２においては上下方向及び左右方向の直線上に、即ち格子状に規則正しく２．６ｍｍ以上のピッチ間隔で四角形に整然と配列されている。これにより、培養後に生成されたコロニーもノズル孔の配列に倣って整然と現れるので、特別な方法や別途コロニー計数器などを入手して用いなくても、容易にコロニーの数え落しをすることなく計数することができる。更に、コロニー計数に不慣れな検者でも、熟練者と同等のレベルで数え落しがなく容易に計数することができるようになる。
【００１１】
そして、ノズル孔１４ａは図４、図５に示すように、例えば内径０．３６ｍｍ、長さ０．５ｍｍの直管部と、その上方に圧力損失を減ずるために設けた開き角９０度、高さ０．５ｍｍのテーパ部とから成っている。また、ノズル孔１４ａの開口部分の合計面積が２８．３ｍｍ2 以上となるように、ノズル孔１４ａの数が設定されている。これは、ノズル板１４を通過する時の風速を２０ｍ／秒以上とするように、単位時間当たりにノズル板１４を通過する風量から逆算して、ノズル孔１４ａの合計面積２８．３ｍｍ2 を求めている。
【００１２】
濾過体としてのフィルタ１９は高性能フィルタを使用する必要があり、例えばガラス繊維製で０．３μｍの粒子径において９９．９７％以上の捕集率を有するＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air)フィルタが望ましく、更にサンプラから排出される粒子数を減少してより浄化する必要があれば、ガラス製で０．１〜０．２μｍの粒子径において、９９．９９９％以上の捕集率を有するＵＬＰＡ(Ultra Low Penetration Air) フィルタが好適である。
【００１３】
これらのフィルタ１９は一般的にシート状濾材を折幅が７５ｍｍ以下の襞折してミニプリーツ加工したものであるが、小型軽量の利点を減少させないためにフィルタ１９をあまり大きくさせない、即ち厚くしない観点から、プリーツ折幅は１５〜５０ｍｍが望ましく、実際の仕様では２５ｍｍを用いている。このタイプのフィルタ１９を使用することによって、高捕集率で圧力損失の少ない性能を保持することができる。
【００１４】
使用に際しては、培地Ｋを所定の厚さに収納したシャーレＳを、ノズル板１４と培地Ｋ間の間隔が所定値Ｌ（例えば本実施例の形態では０．５〜１．５ｍｍ）となるように、シャーレＳを筐体のシャーレ支持部材１６に支持した後に、ノズル板保持部材１５を筐体の上部に嵌合する。ファンモータ１８を駆動して高静圧ファン１７を回転すると、空気はノズル板１４の孔１４ａから流入して、図６に示すようにノズル板１４と培地Ｋの間隔Ｌを通過して流れる。ノズル板１４には開口部分の面積が２８．３ｍｍ2 以上となるように、ノズル孔１４ａが設けられているので、ノズル板１４を通過する風速は２０ｍ／秒以上となり、培地Ｋが捕集板として作用し、空中を浮遊する例えば細菌・真菌などは培地Ｋの表面に慣性衝突して効率良く培地Ｋに付着して捕集される。その後に、空気流は図３の矢印のように周辺部の隙間を通ってファン１７によって吸引され、排気用のフィルタ１９を通って排出口から外部へ排気される。
【００１５】
ここで、例えば粒径０．７μｍの粒子を有効に捕集するためには、図７に示す限界粒子径と捕集効率の理想グラフ図（エアロゾルテクノロジ  第１１４頁、図５．８  インパクタの限界粒子径の理想と実際；１９８５年４月１０日株式会社井上書院発行）において、捕集効率を５０％以上に設定するのであれば、ストークス数Stk の値を０．２２以上（√Stk ＝０．４７以上）とし、９５％以上の捕集効率とするのであれば０．３以上（√Stk ＝０．５５以上）とすることが好適である。なお、ストークス数Stk は、粒子密度ρ、粒径ｄ、風速Ｕ、カニンガム係数Ｃ、空気の粘性η、ノズル内径Ｄとすると次式で表される。
【００１６】
Stk ＝ρｄ2 ＵＣ／９ηＤ
【００１７】
従来のポ−タブル型空中浮遊菌サンプラでは、例えば枯草菌に対して実験を行ったところ、風速１１．８ｍ／秒、ノズル径０．６ｍｍで、捕集効率は１０％程度である。これは前式からストークス数Stk の値が０．０７程度（√Stk ＝０．２７程度）となり、十分な捕集性能は得られない。この枯草菌に対する捕集効率を９０％以上とするためには、ストークス数Stk の値を０．２〜０．３（√Stk ＝０．４５〜０．５５）とする必要があり、前式によりStk ＝０．３の場合を計算すると、風速を従来の約４．１倍の４８．４ｍ／秒に上げなければならない。
【００１８】
しかし、圧力損失は一般的に知られているように風速の２乗で増加するために、４．１倍の風速にしようとすると、圧力損失と風量の双方が増加して、必要な仕事率［Ｗ］が従来の６９倍になり、実用化は困難である。
【００１９】
次に、ノズル板１４の孔１４ａの数を減らして風量を１／４．１に下げることにより、必要な電力を１／４．１に下げることができるが、この場合でも元の電力に比較して１７倍程度大きい仕事率［Ｗ］を要する。ストークス数Stk は前式に示すようにノズル板１４の孔径に反比例するので、孔径が小さい程、ストークス数Stk は大きくなり捕集効率は高くなる。従って、ノズル孔４ａの径を０．６ｍｍから０．３６ｍｍに小さくすれば、粒径０．７μｍの枯草菌に対する捕集効率を９０％以上にするための風速は、４８．４ｍ／秒から２９．０ｍ／秒に下げることができる。このように風速が下がれば、圧力損失が下がって必要な電力も小さくなる。
【００２０】
本実施例において、ノズル部の空気流の通過風速と枯草菌に対する捕集効率との関係は、実験から図８に示すようになる。この結果から９０％以上の捕集効率を得るには２３ｍ／秒程度の風速が必要となり、例えば最低５０％以上の捕集効率を維持するためには、２０ｍ／秒以上の風速を必要とすることが分かる。
【００２１】
実用上、５０％以上の捕集効率を維持することができれば、極めて有効であるが、従来の市販のポータブル型サンプラでは、ラジアル型ファンを使用しているために、このような高静圧を得ることができない。
【００２２】
従って、本実施例においては、２０ｍ／秒以上の風速を実現するために、例えば定格風量時で４００Ｐａ以上のターボファンを使用して、従来の問題点である低静圧を解消し、従来のポータブル型のものと比較して高い捕集効率を得ることができ、更に高静圧を有する定置式のものとほぼ同等以上の性能を保持している。
【００２３】
また、従来例のようにノズル孔を放射状に配列した場合には、ノズル部の場所によってノズル孔の数が異なり、単位面積当りのノズル孔数に位置によるばらつきが存在して、単位面積当たりのノズル部を通過する風量が部分的に異なる。この結果、シャーレＳ内の培地Ｋに当たる風量にむらが生じ、培地Ｋが部分的に乾燥してこの部分では菌の捕集率が低下する傾向になると共に、菌を捕集したとしても培養後のコロニーができなくなる。
【００２４】
従って、本実施例では、ノズル孔１４ａを格子状に四角形に整然と配列することによって、ノズル板１４を通過する単位面積当たりの風量を均一化して、シャーレＳ内の培地Ｋ表面に平均して空気が当たるようにして、この問題に対応している。
【００２５】
また、培養後に生成されたコロニーもノズル孔１４ａの配列に倣って四角形に整然と現れるので、コロニー計数に不慣れな検者でも、特別な方法や別途コロニー計数器などを入手して用いなくても、熟練者と同レベルで数え落しがなく容易に計数することができるようになる。
【００２６】
本実施の形態では、ノズル孔１４ａを円形のシャーレＳと同心で通風の空間を差し引いて径を小さくした円形ノズル板１４に内接するような形態で格子状に四角形に配列させたが、円形のノズル板１４の全面にノズル孔１４ａを、図２において上下方向及び左右方向に直線上に配列されるように、即ち格子状に規則正しく配列してもよい。この場合は、コロニー計数の確かさでは前述の四角形配置に若干劣るものの、ノズル孔１４ａの総数は多くなるので、浮遊菌捕集を行う空間の粒子濃度が高くなっても測定の対応が可能で、所謂測定空間の粒子濃度ワイドレンジ化に対応することができる。
【００２７】
また、捕集菌の判別を行うためには、捕集菌を２４時間以上培養してコロニーを形成させるが、発明者らのテストではコロニーの形はほぼ２．５ｍｍ以下なので、ノズル孔１４ａのピッチ間隔を２．６ｍｍ以上とすることによって、コロニー同士が重なって、コロニー数が計数不能になることがない。更に、放射状のノズル部では、捕集菌がどのノズル孔を通ったかの位置の確定は不可能であり、捕集後の培養でコロニーができなかったのかノズル孔がない部分なのかの確定が不可能であるが、本実施例のノズル孔１４ａの配置は四角形状であるために、位置を容易に判別し計算を円滑に行うことが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るポータブル型空中浮遊菌サンプラは、空中浮遊菌を捕集するために空気が流入するノズル板に、複数のノズル孔を格子状に整然と配列したので、シャーレ内の培地に当接する風量を均一化することができ、部分的に培地が乾燥して菌の捕集率が低下する傾向になったり、菌を捕集したとしても培養した後のコロニーができなくなったり、更には捕集した菌を培養したときに、近接した狭い間隔のコロニーが重なって、実際のコロニー数が計数不能となることがないので、捕集菌の位置及び数量を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のサンプラの斜視図である。
【図２】平面図である。
【図３】捕集部の断面図である。
【図４】ノズル板の側面図である。
【図５】ノズル孔の断面図である。
【図６】空中浮遊菌捕集部の空気流の説明図である。
【図７】限界粒子径と捕集効率のグラフ図である。
【図８】ノズル通過風速と捕集効率のグラフ図である。
【図９】従来例のサンプラの平面図である。
【符号の説明】
１１  捕集部
１２  操作部
１３  取手
１４  ノズル板
１４ａ  ノズル孔
１５  ノズル板保持部材
１６  シャーレ支持部材
１７  高静圧ファン
１８  ファンモータ
１９  フィルタ
【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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