JP2019525187A - 携帯用空気サンプリング装置 - Google Patents

Abstract

空気サンプリング装置は、制御された環境において空気を採取する。本装置は、上部と側部とを有するハウジング本体を含む。開口はハウジング本体の上部に配置されている。保持アセンブリは、サンプリングデバイスとアトリウムとを保持する。保持アセンブリは、ハウジング本体の上部の、開口の周りに配置されている。プレナムは上端と下端とを有し、上端は開口の周りでハウジング本体の上部と結合され、プレナムが開口と連通された状態となっている。マスフローメーターは入力と出力とを備え、入力はプレナムの下端に結合され、プレナムの下端と連通された状態となっている。ブロワーはプレナム内部に配置され、空気を吸引し、サンプリングデバイスを通過し、開口を通り、プレナムを通り、さらに、マスフローメーターを通るように構成されている。マスフローメーターは、マスフローメーターを通過する空気流量を検出する。さらに、コントローラーは、検出された流量をマスフローメーターから受け取り、検出された流量に反応してブロワーの速度を制御する。コントローラーは、検出された流量が所望の流量より低い場合はブロワーの速度を上げ、検出された流量が所望の流量より高い場合はブロワーの速度を下げる。

Description

（関連出願の説明）
本願は、２０１６年８月１５日に登録された米国意匠出願第２９／５７４，４０５号の継続出願であり、２０１６年８月１５日に出願された仮出願第６２／３７５，２７４の優先権を主張するものである。これらの出願の全体が、本明細書において参照により組み込まれている。

本発明は、制御された室内環境において空気サンプルを収集し分析するための方法および装置に関するものである。特に、本発明は、クリーンルームにおける空気サンプルの収集、処理そして分析の装置と方法、およびサンプリング機器の遠隔監視、記録、および制御に関するものである。

製造、研究やその他の施設において見受けられるフードされた領域 （ｈｏｏｄｅｄ ａｒｅａｓ）やクリーンルーム（それらを合わせて「クリーンルーム」と呼ぶ）のような制御された環境は、大気圧に対する領域内部の静圧、および／またはクリーンルームに隣接した空間の空気圧に基づき、典型的に大きく２つに分類される。正圧の領域は、絶対圧が、大気圧より高く、またはクリーンルームに隣接する空間の空気圧より高く、または両方より高く維持される。これらの領域において、正圧は、濾過および／または空調された空気をポンプにより領域内へ供給し、領域から排出される空気の流れを制御することにより得られる。隣接した空間、例えば、工場施設やオフィスは、暖房、換気、そして空調システム（ＨＶＡＣ）により、典型的には大気圧またはその近傍に維持され、または、周囲の環境に対する開口を設けることにより隣接した空間が大気圧になるようにしている。このように、正圧のクリーンルームからの空気の流れは、気圧の低い隣接区域または大気へと流れる。

クリーンルームの正圧が壊れる場合、クリーンルームに存在する空気伝達される汚染物質が隣接空間の人々に対し健康被害を生じさせる可能性がない限り、隣接空間または大気への空気の流れは一般的に問題ではない。電機機器、航空宇宙関連機材、光学システム、軍用機器そして防衛関連の研究が行われ、またはそれらの機器が製造されているクリーンルーム内の空気は、人間や環境への安全や健康懸念を示すほどの濃度の浮遊する気体、蒸気および微粒子を一般的に含まない。しかしながら、常にそうではないし、同様の業務内でも他の処理により、上記の受容可能な水準を超えた汚染物を発生させる可能性があり、それらが処置されずにクリーンルームから漏れることを防がなくてはならない。

負圧の領域は、絶対圧が大気圧より低いか、またはクリーンルームに隣接する空間の空気圧より低く、あるいは両方より低く維持される。負圧は、濾過された、または空調された空気が区域内へ流入する量よりも速く領域の外へ排気することにより維持される。負圧の領域は、隣接する空間の人間や環境に対し、領域内の空気中の汚染物質が潜在的な健康への脅威となりうる懸念がある場合にしばしば用いられる。

人間の健康や環境への影響の有無にかかわらず、法的規制により、および産業界で採用された製造および研究品質基準を満たすために、ある種の製造や研究活動は、正圧のクリーンルームで行われなくてはならない。例えば、国立労働安全衛生研究所（ＮＩＯＳＨ）により公布されたものを含む連邦および州規制は、正圧または負圧のクリーンルームの利用を必要とするものがある。

特に、米国食品医薬品局（ＦＤＡ）は、医薬品製造を、医薬品のバッチ生産が衛生的な環境で行われているという確認と証明とが得られるクリーンルーム内に限ることを要求している。

様々なＦＤＡの規制および基準は、特定の医薬品製造活動の間の清浄度を実証または確認するためにクリーンルーム内において使われる空気サンプリング（空気採取）および／または空気モニタリング（空気監視）装置に対する要求を規定している。規制は、さらに、クリーンルーム内の空気品質の電子データの記録、正確性、精密性そして記録保持についても規定している。類似の要求が、バイオテクノロジー業界等に対しても課されている。

いくつかの特許や公開公報が、クリーンルーム内の空気サンプリングやモニタリング、および中心地からの１またはそれ以上の空気サンプリング装置のモニタリングおよび制御のためのシステムについて開示しており、例えば、米国特許第９２８５，７９２、９０６３０４０、９０４６４５３および米国公開公報第２０１６/００６１７９６などを挙げることができる。

さらに、譲受人ベルテック・アソシエイツ・インコーポレイテッドは、図８に示される携帯用サンプリング装置を提示する。示されているように、空気は気門室（アトリウム）５０を通して吸い込まれ、寒天培地プレート（ａｇａｒ ｍｅｄｉａ ｐｌａｔｅ）５２を（横切り）通過し、そしてアトリウム置き台の最下部の開口５４を通過する。開口５４を通過後、空気は大型ファン５６を通して吸引され、ユニットの本体を通過し、電子機器を通り、底面５８から排出される。この装置は、望ましい流量レートに比例する一定のファン速度で作動するように構成される。

空気サンプリング装置は、制御された環境において空気をサンプリング（採取）する。本装置は、上部と側部とを有するハウジング本体（筐体）を含む。開口はハウジング本体の上部に配置されている。保持アセンブリ（保持組立体、保持部材）は、サンプリングデバイス（採取装置）と気門室（アトリウム、ａｔｒｉｕｍ）とを保持する。保持アセンブリは、ハウジング本体の上部の、開口の周りに配置されている。空気溜め（プレナム、ｐｌｅｎｕｍ）は上端と下端とを有し、上端は開口の周りでハウジング本体の上部と結合され、空気溜めが開口と連通（流体接続）された状態となっている。マスフローメーターは入力（インプット）と出力（アウトプット）とを備え、入力は空気溜めの下端に結合され、空気溜めの下端と連通（流体接続）された状態となっている。ブロワー（送風機）は空気溜め内部に配置され、空気を吸引し、サンプリングデバイスを通過し、開口を通り、空気溜めを通り、さらに、マスフローメーター（質量流量計）を通るように構成されている。マスフローメーターは、マスフローメーターを通過する空気流量を検出（測定）する。さらに、コントローラーは、検出された流量をマスフローメーターから受け取り、検出された流量に反応してブロワーの速度（スピード）を制御する。コントローラーは、検出された流量が所望の流量より低い場合はブロワーの速度を上げ、検出された流量が所望の流量より高い場合はブロワーの速度を下げる。

本発明のこれらおよび他の目的、ならびに本発明の意図する利点の多くは、図面とともに以下の説明によって、より容易に明らかになる。

本発明のより完全な理解および本発明に付随する多くの利点は、以下の詳細な説明を、以下の図面と合わせて検討すれば、より理解される。

図１は、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の下側（底面側）から見た外観の斜視図である。

図２は、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の内部断面を示す。

図３Ａは、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の上部チャンバーの内部断面を示し、当装置への空気の流入を示す。

図３Ｂは、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の上部チャンバーの内部断面を示し、培地プレートへ作用（侵入）する空気を示す。

図３Ｃは、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の上部チャンバーの内部断面を示し、ファン、マスフローメーターを通過し、排気スリット（排気溝）を通り装置から排出される空気の動きを示す。

図３Ｄは、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の上部チャンバーの内部断面を示し、ファン、マスフローメーターを通過し、排気ポート（排気口）を取って装置から排出される空気の動きを示す。

図４Ａは、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の上部外観を示す斜視図である。

図４Ｂは、本発明の実施例の一例であり、空気サンプリング装置の上部外観の分解斜視図である。

図５は、保持アセンブリの分解図である。

図６Aは、装置を上部から見た図であり、アトリウムおよび培地プレートの保持アセンブリが内側にある状態を示す。

図６Ｂは、装置を上部から見た図であり、アトリウムおよび培地プレートの保持アセンブリが外側にある状態を示す。

図７Ａは、装置が直立し、三脚に取り付けられている状態を示す。

図７Ｂは、装置が水平になり、三脚に取り付けられている状態を示す。

図８は、従来のサンプリング装置を示す。

図面に示す本発明の好ましい実施形態を説明するにあたり、明確化のために特定の用語を使用する。しかしながら、本発明は、それらの選択された特定の用語に限定されるものではなく、それぞれの特定の用語は、同様の目的を達成するために、同様の方法で動作するすべての技術的に等価な意味を含む。本発明のいくつかの好ましい実施形態が例示目的のために記載されているが、本発明は、具体的に図面に示されていない他の形態で具体化されてもよいことが理解されるべきである。

図１および２は、本発明の空気サンプリング装置１００の実施形態の一例を示している。装置１００は携帯可能であり、制御された環境内の様々な場所に持ち運んで設置できる。本明細書において「空気」は広い意味で用いられ、全ての気体、蒸気、および微粒子状物質を示し、発明を特定の種類のものに限定するものではない。空気サンプリング装置１００は、クリーンルーム内の微細粒子を検査するのに特に役立つ。空気サンプリング装置１００は、一般的に、サンプラー収納ユニット（サンプラーハウジングユニット、採取装置ハウジングユニット）と、本体またはハウジング１０２とを含む。サンプラー収納ユニット１１０は、カバー等の好適な装置であればよい。実施例として示されているものは、除菌可能な微生物用のアトリウム（ＳＭＡ Sterilizable Microbial Atrium）１１０であり、空気の流れ（気流、エアーフロー）中の微粒子をサンプリング（採取）する培地プレート１１４を覆い、オートクレーブ（加圧滅菌）などの方法により除菌（滅菌）可能である。アトリウム（気門室、中央が開いた空洞、開放されたホール、Ａｔｒｉｕｍ）１１０は、培地プレート１１４を保護するとともに、空気がアトリウム１１０を通過して流れて培地プレート１１４に接触するようにするものである。アトリウム１１０は、熱または蒸気により殺菌可能であり、オートクレーブされるものであってもよい。サンプリング装置１００は、クリーンルームなどの清潔な環境下において使用されるように構成されている。

ハウジング１０２は、ほぼ円筒状であり、上半部１２０と下半部１３０とを有する。図２に最もよく表されているように、上半部１２０は、ブロワーアセンブリ（ブロワー組立体）５００を収納する上部の内部空間または上部チャンバー２１０を規定し、下半部１３０は、いくつかの電子部品３００を収納する下部の内部空間または下部チャンバー２５０を規定する。壁または仕切り１２５は、上部チャンバー２１０と下部チャンバー２５０とを隔てる。主たるハウジング１０２の全体が、単一の一体化された部材である。携帯用装置１００を持ち歩くために持ち手（ハンドル）８０（図２）を設けることができる。図示されているように、ハンドル８０は、上部ハウジング本体１２０の底部（下側）から下部ハウジング本体１３０の底部（下側）に繋がるものであってもよい。
上部および下部チャンバー２１０、２５０

上部チャンバー２１０は、上部（上面）２１２（図４Ａ、４Ｂ）、前部（前面）（図４Ａ、４Ｂ）、後部（後面）（図１）を有し、さらに、前部と後部とを結合する反対側の側部（側面）を有する。図４Ａ、４Ｂに最もよく表されているように、上部チャンバー２１０の上部２１２は、アトリウム１１０と取外し可能な状態で結合している。図１および２に戻ると、細長い換気用のスロット（溝）１２１および支持用のスタンド１２２が、上部チャンバー２１０の後部に配置されている。支持用のスタンド（サポートスタンド）１２２は細長の部材であり、スタンド１２２を上部チャンバー２１０に結合するネジが収納されている。スタンド１２２は、横に延びて、装置１００が実質的に水平なポジションで設置されるときに水平になるように、また装置１００が不注意に横揺れしたり、一方向に傾いたりすることを防ぐように構成される。さらに、開口のような固定機構を装置１００の後部に設けてもよく、三脚（図７Ａ）と連結するように構成され、空気サンプリング装置１００が水平な状態で設置されるようにすることができる。固定機構は、ネジ付き開口部であってもよく、三脚のネジとネジ留めされる。

下部チャンバー２５０は、コントローラーへのアクセスパネル１３１、複数の垂直方向の支え１３２、そして垂直方向の三脚受け１３３（図７A）を含む。アクセスパネル１３１は、コントローラーへのアクセスを可能にし、ＵＳＢスロット、および／またはバッテリーへのアクセスポイントを提供してもよい。複数の垂直方向の支え（垂直支持部）１３２は、空気サンプリング装置１００の底部に沿って（広がって）配置されており、支柱なしでも安定するようになっている。垂直支持部１３２は、空気サンプリング装置１００が表面に沿って滑らないように、ゴムや類似の複合ポリマーなどの摩擦抵抗の高い素材でコーティングされていてもよい。垂直方向の三脚受け１３３は、空気サンプリング装置１００が垂直状態で立つように、三脚（不図示）が取り付けられるように構成されている。いくつかの実施例では、垂直方向の三脚受け１３３はねじ状であり、三脚がねじで取り付けられる。このように、装置１００は、支え１３２で垂直に自立してもよく、受け１３３により三脚に結合されてもよい。装置１００は、サポートスタンド１２２で水平に設置されてもよく、またネジ状の受けにより三脚と結合されてもよい。
保持アセンブリ４００

図４Ｂを参照すると、受け用の、または保持用のアセンブリ（組立体）４００が、上部チャンバー２１２の上部（それは空気サンプリング装置１００の上部でもある）に設けられている。保持アセンブリ４００は、上部２１２の窪んだ部分にはまり、側壁２１８と底を有する。１またはそれ以上の突起部１１３が側壁２１８に形成されている。図５に最もよく示されているように、保持アセンブリ４００は、中央の固定部材４３０と、上部ディスクまたはプレート４２０と、底部または底プレート４０２と、１またはそれ以上の留め具を有する。

底プレート（下部プレート）４０２は、１またはそれ以上の湾曲するように延びた溝または下部チャネル（底溝）４０６を含み、それらは下部プレート４０２にスロットとして形成されている。下部プレート４０２は、ハウジング１０２の上部２１２に固定される。上部プレート４２０は、１またはそれ以上の湾曲するように延びた溝または上部チャネル（上部溝）４２２を含み、それらは上部プレート４２０にスロットとして形成されている。上部プレート４２０は、下部プレート４０２に対して、下部プレート４０２がハウジング１０２に固定された状態で、回転できる。１またはそれ以上のハンドル（ツマミ）４２６を上部プレート４２０の上部表面に設けてもよい。ハンドル４２６は、上部プレートの上部表面から上方に延びており、使用者は、１またはそれ以上のハンドル４２６（図５の実施例では２つ）を、掴んだり押すことによって、上部プレート４２０を回転させることができる。複数の上部チャネル４２２のそれぞれは、対応する下部チャネル４０６とオーバーラップするように位置決めされ、しかしながら上部チャネル４２２は、下部チャネル４０６に対し、動かすと中に入る向きになっており、図６Ａに最もよく表されているように、ロングワースチャック（Ｌｏｎｇｗｏｒｔｈ ｃｈｕｃｋ）構造が形成されている。チャネル４０６および４２２は、それぞれ湾曲した弧であり、ともに渦巻きのような形を形成している。プレート１１４がクリップ４１０の間で圧迫されるように、培地プレート１１４を掴む小さなプラスチックまたはシリコンのバンパーを、クリップ（止め金）４１０にオプションで設けてもよい。圧迫することにより、培地プレート１１４は、装置１００が水平であろうとひっくり返ろうと、適正な位置に保持される。

クリップ４１０は、上部および下部チャネル４２２、４０６の対応するそれぞれに配置される。クリップ４１０は、底部と、底部に対し垂直な側部を含み、ほぼＬ字型である。ペグ（杭）または支持４１２が、クリップ４１０の底部から外に延びている。支持部材４１２にはネック（首）とヘッド（頭）があり、逆Ｔ字形を形成し、ネックはクリップ４１０の底部からほぼ垂直に伸び、ヘッドは、ネックに対してほぼ垂直でクリップ４１０の底部と並行になっている。支持部材４１２のネックは、上部チャネル４２２を貫通し下部チャネル４０６を貫通している。支持部材４１２のヘッドは幅広であり、下部チャネル４０６の下側（底面側）に位置する。これにより、上部プレート４２０は下部プレート４０２に組付けられ、それともにそれぞれのクリップ４１０がハウジング１０２と、対応するペアの上部チャネルおよび下部チャネル４０６および４２２とに組付けられる。しかしながら、支持部材４１２のヘッドは下部プレート４０２の反対側に座している必要はなく、プレート４０２および４２０をロックしておく必要はないことを記載しておく。むしろ、支持部材４１２のヘッドは、下部チャネル４０６を通過して伸びていなくても下部チャネル４０６に入っていればよく、ヘッドは下部チャネル４０６中でスライドできればよい。

図示されているように、下部チャネルおよび上部チャネル４０６および４２２は、中心よりわずかに外側に広がっており、クリップ４１０がチャネル４０６および４２２内を左右にスライドすると、クリップ４１０は中心に向かって、または中心から離れるように動く。それぞれのチャネル４０６および４２２は、最も中心によった（中心開口１１９に最も接近する）のポジションと、最も外側によった（中心開口１１９と最も離れる）のポジションがある。クリップ４１０はチャネル４０６および４２２内を動くので、クリップ４１０の向きは変わらない。すなわち、クリップ４１０の側部は中心を向き、実質的に中心開口１１９と同心（または平行）に動く。上部プレート４２０が回転すると、全てのクリップ４１０は、それぞれのチャネルの中で一緒に同時に動き、中心開口１１９に対し同距離となる。これにより、クリップ４１０による、所望の最小および最大の直径が決まる。図６Ａには、クリップ４１０が内側のポジションに示されており、クリップ４１０は、チャネル４０６および４２２の各々の最も内側のポジションに位置する。図６Ｂには、クリップ４１０が外側のポジションに示されており、クリップ４１０は溝４０６および４２２の各々の最も外側に位置する。上部プレート４２０を下部プレート４０２に対し回転することにより、クリップ４１０は、内側と外側のポジション間を移動する。１つの実施例では、内側のポジションは直径８５ｍｍ、外側のポジションは直径約１００ｍｍであり、これらのサイズは培地プレートのサイズと共通である。

保持部材（固定部材、セキュアリングメンバー）４３０は、ネック（首）４３２および、幅広のヘッド（頭）４３４を有し、輪状であり、中央開口４３６を形成する。下部プレート４０２と上部プレート４２０は、それぞれ中央開口４０４および４２４を有する。プレート４０２および４２０は円形で、中央開口４０４および４２４を有するドーナッツ型である。下部の中央開口４０４は、内部にねじが設けられていてもよい。保持部材４３０のネック４３２は、外側にねじが設けられてもよく、ネジ付きの下部中央の開口４０４に接続することができる。

ネック４３２は、上部プレートの中央開口４２４を通過して伸び、下部プレートの中央開口４０４に螺合し、上部プレート４２０を下部プレート４０２に結合するが、上部プレート４２０は下部プレート４０２に対して回転可能である。しかしながら、保持部材４３０は、上部プレート４２０と下部プレート４０２の間に位置する支持部品４１２のヘッドに十分な圧力を加えて、十分な摩擦力を発生させるので、クリップ４１０はユーザーが設定したポジションに留まり、チャネル溝４０６、４２２内を不注意に滑ること無しに位置がロックされ、培地プレート１１４を保持できる。保持部材４３０は、人間工学的な湾曲と内側にテーパー（傾き）を設けることで、保持部材の中央開口４３６、上部プレートの中央開口４２４、そして下部プレートの中央開口４０４を貫いて伸びた中央開口１１９に空気が容易に取り入れるようにできる。

図４Ｂにさらに示されているように、試験またはサンプリングデバイス、例えば、ペトリ皿または寒天培地プレート１１４などが、試験培地が中に含まれた状態で設置される。培地プレート１１４は、クリップ４１０の底部の上に置かれる。クリップ４１０は、培地プレート１１４を所定の場所に保持する。クリップ４１０は、溝４０６および４２２を内外に滑り、皿１１４がクリップ４１０同士の間にぴったりと収まり、装置１００が水平に横になっても、クリップ４１０から不意に外れることはない。培地プレート１１４は、例えば、装置１００に入ってくる微粒子を捕捉するように設計された寒天培地を含んでいる。補足された微粒子は、その後、分析できる。

このように、調整可能なクリップ４１０は、様々な直径の培地プレート１１４に適応できるように、アトリウム１１０の基部の径方向に沿って内側方向および外側方向に滑るように構成されている。いったん直径が培地プレート１１４の直径と適合するように調整されれば、調整可能なクリップ４１０のペグ４１４は、ロックされていないポジションからロックされたポジションに移動可能であり、寒天培地プレート１１４を固定（保持）する。ペグ４１４は、寒天培地プレート１１４の外縁をつかむことができる位置に置かれる。ペグ（杭、支持棒）４１４はそれぞれ若干傾いており、ペグ４１４がプレートの大略の直径に配置されると、培地プレート１１４の側壁に対し内側の力が引き起こされ、培地プレートを確実に保持する。このように、培地プレート１１４は、複数のクリップの中に圧入され、ペグ４１４により保持される。
アトリウム（気門室）１１０

図２、図４Ａ、図４Ｂを参照すると、アトリウム（気門室、開けた空洞）１１０は、サンプリング装置１００の上部２１２に取外し可能な状態で連結され、上部チャンバー２１０と直に空気が連通する（直にエアーフローが接続される）ようになっている。アトリウム１１０は、カバープレート１１２を有し、カバープレートの上部は平坦で、側部はクリップ４１０より幅広で下向きに延びている。複数の開口１１２が、カバープレート１１１の上部に形成されている。図４Ｂを参照すると、１またはそれ以上の固定用のスロットまたは溝１１２が、カバープレート１１１の側部に形成されている。それぞれの固定用の溝１１２は、受け部２１６の側部２１８上のそれぞれの突起１１３と合うようになっている。固定用の溝１１２は、垂直部分と水平部分とを含む。

アトリウム１１０をハウジング１０２に取り付けるために、突起１１３が固定用の溝１１２の垂直部分に入るように、ユーザーはアトリウム１１０を培地プレート１１４の上部に設置する。いったん突起が固定用の溝１１２の垂直部分に完全に入れば、ユーザーはアトリウム１１０を回転することができ、突起１１３は固定用の溝１１２の水平部分に入り、その結果、アトリウム１１０を主ハウジング１０２に取外し可能な状態で固定できる（図４Ａ）。装置１００全体を水平に設置されることが可能であるが、アトリウム１１０は主ハウジング１０２の上部２１２にそのまま固定される。ユーザーは、アトリウム１１０を捩じって外側に引っ張ることにより、突起は水平部分に沿って滑り、次に固定溝１１２の垂直部分から引っ張り出され、アトリウム１１０を外すことができる。
ブロワーアセンブリ５００

図２を参照すると、ブロワーアセンブリ（ブロワ―組立体）５００は、空気サンプリング装置１００の上部チャンバー２００内に設けられている。ブロワーアセンブリ５００は、ブロワーハウジング５０２と、ファン５０４とを有する。ブロワーハウジング５０２は、空気を送るプレナム（空気が充満した空間、空気溜め）である。プレナム（空気溜め）５０２は、少なくとも一つの壁を有し、図２の実施例においては、両端が開いたチューブ形状の円筒形である。ブロワーハウジング５０２は、単一の一体型された部品であってもよく、複数の分割された異なるハウジングであってもよく、複数の異なるハウジングはそれぞれのハウジングの端で外側に広がったリップ（縁、端）５０３および５０５により接続されてもよい。この場合、図示されているように、最初のハウジングの上の縁５０３は、ハウジング１０２の上部１１２に結合され最初のハウジングの底（下側）の縁５０３は、２番目のハウジングの上側の縁５０５に結合されてもよい。２番目のハウジングの底（下側）の縁５０５は、マスフロー検出装置または検出装置のアダプターに結合されてもよい。ガスケットを縁５０３および５０５とそれぞれの接続相手との間に設けてもよく、それらの間に気密性のシールを施し、プレナム５０２からの空気漏れが起きないようにしてもよい。このように、プレナム（空気溜め）５０２は、上端と、上端の反対側の下端（底端）とを含む。プレナム５０２の上端は、中央開口１１９の周りでハウジング１０２の上部と結合され、プレナム５０２は、保持部材４００とアトリウム１１０と空気が連通する状態となる。プレナム５０２は、中央開口１１９と実質的に同じ大きさであり、僅かに大きくてもよい。これにより、ファン５０４は、中央開口１１９を経由し、アトリウム１１０と保持部材４００を通して空気を直接引き込む。

ファン５０４は、プレナム５０２内に配置される。ファン５０４は、センターサポートロッドと、ファンブレード５０６とを有する。センターロッドは、サンプリング装置１００の縦軸（長手方向の軸）と概ね平行な向きに延びた縦軸（長手方向の軸）を有する。ファンブレード（羽）５０６は、センターロッドから外に向かって延び、プレナム５０２を通して空気を下向きに吸引するように構成されている（図２の実施例のように、サンプリング装置１００が垂直または真っすぐに立っているとき）。上部チャンバー２１０は、寒天培地プレート１１４の標準的な大きさと形とに適合するようなサイズおよび形状であり、下部（底部）チャンバー２５０内の電子部品についても同様である。

このように、ブロワー組立体５００は長くなっており、サンプリング装置１００の長手方向の軸と平行な長手方向の軸を有する。したがって、ブロワーアセンブリ５００（ファン５０４およびプレナム５０２を含む）の長手方向の軸は、サンプリング装置１００が垂直の時は垂直であり（図７Ａ）、サンプリング装置１００が水平の時は水平である（図７Ｂ）。プレナム５０２およびファン５０４は、培地プレート１１４より小さくしてもよく、培地プレート１１４により信頼できるテスト結果が得られるアトリウム１１１を通過する空気の流れを作ることができる。図示されているように、プレナム５０２とファン５０４は、培地プレート１１４の約半分の大きさであり、培地プレート１１４の中央になるように配置されている。
マスフローメーター６００

マスフローメーター（質量流量計）６００も上部チャンバー２１０内に置かれ、ブロワーアセンブリ５００の直下に配置されている。マスフローメーターは、上端に入力（インプット）６０２と、下端（底端）に出力（アウトプット）６０４とを有する。入力６０２はプレナム５０２の下側の開放端に連結され、プレナム５０２と空気が障害なく流通するようになっている。このように、マスフローメーター６００は、プレナム５０２を通過するエアーフローを直に受け入れる。プレナム５０２の下端がマスフローメーター６００の入力６０２より大きい場合は、図示されているように、アダプター６０３を挿入することにより、プレナム５０２の下端とマスフローメーター６００の入力６０２との間の機密性を維持することができる。

マスフローメーター６００は、アトリウム１１０を通り、培地プレート１１４にぶつかり、プレナム５０２を通過し、入力６０２に入る、サンプリング装置１００に流入する空気流量（エアーフローレート）を測定する。マスフローメーター６００の出力６０４から空気が排出されると、その空気は上部チャンバー２１０に入り、ハウジング１０２のベント１２１を経由して排出される。

図示されているように、上部チャンバー２１０はオペレーター用のディスプレイおよび／またはコントロールパネル３０２、ブロワーアセンブリ５００、およびマスフローメーター６００を収納する。コントロールパネル３０２は、電子タッチ式ディスプレイでオペレーターがサンプリング装置１００を操作することを可能にする。コントロールパネル３０２は、ハウジング１０２に収まるようになっているが、例えば、上部チャンバー２１０内に張り出すようにしてもよい。しかしながら、空気が上部チャンバー２１０から漏れ出さないように、コントロールパネル３０２は、ハウジング１０２に対し空気および／または液体の密封性を有している。
電子部品アセンブリ（電子部品組立体）３００

その他の全ての電子部品３００（コントロールパネル３０２、ブロワーアセンブリ５００、およびマスフローメーター６００を除く）は、下部チャンバー２５０に収納されている。この構成により、サンプリング装置１００は安定し、サンプリング装置１００の幅／直径を縮めることができる。電子部品アセンブリ３００は、例えば、コントローラー３０４、パワーサプライ（バッテリー）、そしてモーター３０６を含むことが可能である。いくつかの実施例では、コントローラーはコンピュータ、またはプロセッサーやＡＳＩＣといったプロセッシング装置（処理装置）であってもよい。コントローラー３０４は、ファン５０４、マスフローメーター６００およびコントロールパネル３０２を動かす。コントローラー３０４は、オペレーターからのコントロールシグナル、例えば、試験（検査、テスト）のスタート・ストップや、試験のパラメーター（時間、流量など）を受け取る。コントローラー３０４は、流量、テスト時間、残りテスト時間といったサンプリング装置１００のオペレーションに関する情報もコントロールパネル３０２上に表示する。コントローラー３０４は、他のサンプリング装置のコントローラー３０４、またはパーソナルコンピュータ、ネットワークやスマートフォンといった遠隔装置と有線または無線でやり取りすることもできる。

このように、コントローラー３０４は、空気サンプリング装置１００のファン５０４とマスフローメーター６００とを稼働させる。サンプリングプロセスが始まると、システムは所望の流量を生成しようとする。マスフローメーター６００は、システムを通過する流量を遅滞なくコントローラー３０４に継続的に報告する。コントローラー３０４は、測定された（検出された）流量が所望の流量（通常は、１立方フィート毎分（ｃｆｍ））と等しいかどうか評価する。所望の流量と測定された流量との差はエラーとなる。所望の流量が、測定された流量より大きい場合は、コントローラー３０４は、ファン５０４の回転数を増やして、流量を増加させる。所望の流量が、測定された流量より小さい場合は、コントローラー３０４はファン５０４の回転数を下げて、流量を低減する。このプロセスは継続して繰り返されてもよく（１秒あたり何回も、ノンストップで）、定期的な間隔で繰り返されてもよい。システムの出力の評価と入力の修正とを行う処理は、クロースドループ制御である。比例・積分・微分制御（ＰＩＤ制御）のアルゴリズムは、システムエラーを低い状態に保つためにコントローラー３０４で使用される。空気サンプリング装置１００は、遅滞のない流量に基づき、この制御方法をファン速度の調整のために使用することが望ましい。したがって、コントローラー３０４は、マスフローメーター６００から提供されるリアルタイムのフィードバックに基づき、遅れやマニュアルのやり取り無しに、ファン５０４のスピードをリアルタイムで制御できる。

実施例の１つでは、コントローラー３０４はネットワーク化されていてもよく、ＩＥＥＥ８０２．３（有線）、ＩＥＥＥ８０２．１１（無線）、およびＩＥＥＥ８０２．１５．４（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）用の無線）などの物理的なおよびデータ接続規格を用いたＴＣＰ／ＩＰネットワークを介してインターネットに接続することが可能である。異なる実施例では、コントローラー３０４はネットワークを通して遠隔的にコマンドを送受信してもよい。プロセッシング機器（スマートフォン、コンピュータ等）などのネットワークに繋がった機器やアプリケーションを使用し、空気サンプリング装置１００は、ネットワークを介して、遠隔的にモニターされ、コントロールされてもよい。空気サンプリング装置１００は、取外し可能なＵＳＢフラッシュドライブにイベント履歴をエクスポート（出力）することも可能である。フラッシュドライブとＵＳＢ接続端子には、平らで空気サンプリング装置１００を水平なポジションに保持した状態で、コントローラー・アクセス・パネル１３１（図１）からアクセス可能である。イベント履歴には、サンプリングイベント（事象）、キャリブレーション（校正）イベント、および管理イベントが含まれる。実施例の１つでは、空気サンプリング装置１００はネットワークおよび中央制御装置と一体化され、中央からモニタリングと制御をおこなってもよく、それらについては、米国特許第９２８５，７９２号、第９０６３０４０号、第９０４６４５３号、および米国特許公開第２０１６/００６１７９６号に示されている。それらの特許と出願の内容は、参照によりここに組み込まれている。
換気スロット１２１およびポートアダプター６５０

図１を参照すると、細長い換気スロット１２１が上部ハウジング１２０の背面の下側に配置されている。換気（排気）スロット１２１は、複数の垂直な部材を備えていてもよく、それらがハウジング１２０と一体になり、複数のスロットを形成するとともに、安全性を担保する。排気用のポートアダプター６５０が設けられてもよく、それは排気スロット１２１と合う（結合する）ようになっている。アダプター６５０は、ベース６５２とノズル６５４とを有する。ベース６５２は、換気スロット１２１と同じ形をしている。ベース６５２は、ノズル６５４を覆うとともに密閉されるように結合し、ノズル６５４を通じて排出される以外に空気がハウジング１０２から漏れ出すことを防止する。ノズル６５４は、ベース６５２から外側に突き出しており、中心に開口があり、ノズル６５４およびベース６５２を通じて延びている。

清潔な環境の外の離れた場所に排気を移動させるために、チューブをノズル６５４に取り付け可能である。したがって、上部チャンバー２１０からの空気は、ノズル６５４を通りチューブ内へと排気される。

排気ポートアダプター６５０は、排気接続機構６５６を介して、換気スロット１２１と、着脱可能に連結される。排気接続機構６５６は、雄部材（例えば、ばねでバイアスされたアームなど）であってもよく、雌となる換気スロット１２１に入れるときにスライドさせて結合し、垂直の支持部を把持するようにしてもよい。排気ノズル６５４は、ほぼ円筒形のアウトプットノズルとして典型的に示されるが、チューブが取り付けられる形状であればいずれの形状であってもよい。いくつかの実施例では、排気ノズル６５４は、クランプ（締め金）を用いてチューブを確実に接続するとともに気密になるようにしてもよい。その他の実施例では、排気ノズル６５４の外側にリブが設けられるとともにテーパー状となり、チューブを接続できるとともに、それらに対してチューブを押し込むことで気密になるようにしてもよい。

本発明のさらに別の実施例では、換気スロット１２１は、ハウジング１０２に設けられた単一の開口であってもよく、それとは別のグリル（格子）を用意してスロット１２１に組付け（固定する機構や擦り合わせ構造などにより）可能とし、排気アダプター６５０とともに取り外したり交換したりできるものであってもよい。

このように、換気口または換気スロット１２１および／または排気ポートアダプター６５０は、空気サンプリング装置１００を通った空気が外部環境へ排出されるようにしている。空気は、上部本体１２０の上部にあるアトリウム１１０の開口を通って中に入り、そして上部本体１２０の後部（後側）にある排気スロットを通って排出される。換気スロット１２１は、上部ハウジング１２０の背面下側に配置されており、これによりサンプリング装置１００を通して、直に入り、連続した空気の流れが形成される。
オペレーション−空気の流れ

図２、３Ａ−３Ｄを参照して、空気サンプリング装置１００のオペレーション（動作）を説明する。オペレーションは、オペレーターがサンプリングテストのパラメーターをセットし、スタートを押すことにより開始されるか、または以前にセットされたテストが開始されるようプログラムされていることにより（例えば４時間毎に）開始される。まず、コントローラー３０４はファン５０４を稼働する。空気の流れを示す矢印１０（図３Ａ）に示されているように、ファン５０４は、アトリウムの開口１１２を介してサンプリング装置１００の中に空気を引き込み、吸引された空気は、空気の流れを示す矢印１２（図３Ｂ）に示すように、寒天培地プレート１１４を横切る（交差する、越える）。空気は培地プレート１１４にぶつかり、培地プレート１１４を回り、培地プレート１１４の真下に至り（図２に示されているように、培地プレート１１４の底と底部（下部）４０２との間には空間があり、そして、培地プレート１１４の底と保持部材４３０との間にも空間がある）、空気の流れの矢印１４（図３Ｃ）に示されているように、空気は保持部材４００の中央の開口１１９を通って排出される。

なお、各開口１１２を通過してシステムに流入する空気のスピードは、ファン５０４のスピードおよびアトリウム１１０の開口１１２の直径および数の関数である。開口１１２の下の領域に空気が入ると（図３Ｂの空気の矢印１２）、空気は最も近い負圧源である中央の開口１１９の方向に偏向される。最初の空気流入の方向１０（図３Ａ）と新たな空気の流れの方向１２（図３Ｂ）は、ほぼ垂直である。空気の向きが変わるとき、空気中で速く動く粒子の多くは、その慣性により急激に方向を変えることができない。これらの粒子は、ほぼ最初の方向を維持し、寒天培地プレート１１４に衝突し、寒天培地に個々の粒子が保持される。このプロセスの重要なことは、これらの粒子が寒天培地内に蓄積されることであり、それにより粒子を後で分析することが可能となる。方向の変わった空気は、外側横方向に向かって吸引され、寒天培地プレート１１４の培地側を横切り、その端を超えて、外側の壁の外側を下がり、プレート１１４の底側を横方向内側に横切り、中央の開口１１９を通って吸引される。

空気の流れがアトリウム１１０を通過し（空気の流れ１０）、保持部材４００を通過すると、中央開口１１９を通って（空気の流れ１４）、空気の流れの矢印１６（図３Ｃ）に示されているように、空気サンプリング装置１００の上部チャンバー２１０にあるプレナム（空気溜め）５０２に空気が入る。空気は、中央開口１１９より、上部が解放されているプレナム５０４に直接入る（空気の流れ１４）。ファン５０４は、プレナム５０４を通して空気を押圧し（空気の流れ１６）、空気をプレナム５０４の下部開放端から排出させる。空気は、続いて、アダプター６０３（もし使われていれば）からマスフローメーター６００の入力６０２を通過する。マスフローメーター６００は、空気の流れ１８を絶えず計測し、計測された空気流量のシグナルを計測された空気流量とともに、コントローラー３０４に提供する。コントローラー３０４は、連続して計測シグナルを読み、計測された空気流量と所望の空気流量との差を埋めるようにファン５０４のスピードを調節する。

空気の流れの矢印２０に示されているように、空気の流れは、マスフローメーター６００を連続して通過し、出力６０４より排出される。図３Ｃに示されているように、空気の流れ２０はマスフローメーター６００を出ると上部チャンバー２００に入る。上部チャンバー２１０が加圧されると（大気圧と比較し）、空気は、換気スロット１２１を通じて装置１００の外へ排気される。隔壁１２５が設けられていてもよく、空気が下部チャンバー２５０に入ることを防ぎ、下部チャンバー２５０と電子機器３００は、空気の流れとは干渉しない。モーター３０６はファンアセンブリ５０４の一部であることから、冷却される必要はない。排気は、空気が入った方向に対しほぼ平行となるように空気サンプリング装置１００から放出され、境界内では層流が維持されるようにする。上部チャンバー２１０の背面にある換気用のスロット１２１を通して、空気サンプリング装置１００とハウジング本体１０２の外部に排気される。他の実施例では、プレナムまたはチューブによりマスフローメーター６００の出力６０４を排気スロット１２１に接続してもよい。

図３Ｄに示す実施例の他の例においては、排気プラグを換気スロット１２１に替えて設けてもよく、換気スロット１２１に取り付けてもよく、それにより空気の流れ２０はポートアダプター６５０を通って排気される。チューブをポートアダプター６５０のノズル６５４に接続して、クリーンな環境の外部の離れた場所に空気を運んでもよく、そこを最終的に処分または排気場所としてもよい。このように、空気は排気スロット１２１および／またはポートアダプター６５０を通過し、取り付けられたチューブに再び導かれる。

なお、サンプリング装置１００およびその様々な部品は、示されているように、大体が円筒状である。例えば、アトリウム１１０、保持アセンブリ４００、上部プレート４２０、下部プレート（底プレート）４０２、培地プレート１１４、保持部材（固定部材）４３０、およびブロワーアセンブリ２１２は全て円筒状である。本発明においては、円筒状または円状で設計される必要はなく、本発明の精神とその範囲内において、その他の形で提供されてもよい。

本明細書には、円形、丸、先細、平行、垂直、同心円、弧、および平ら、といったようないくつかの幾何学用語または関係用語が用いられている。さらに、上部、底（下部）、左、右、上、下、内側、および外側といったような方向や位置に関する用語が記述には使われている。それらの用語は、図に示されている実施例に基づき、単に記述を容易にする目的のためである。それらの用語は、本発明を制限するものではない。従って、本発明はそれらの幾何学用語、関係用語、方向や位置を示す用語無しに記述されることが可能であることが認識されるべきである。さらに、幾何学用語や関係用語はその通りでなくてもよい。例えば、壁は互いに厳密に垂直や平行でなくてもよく、例えば、表面のでこぼこや、製造の際に許容される誤差などを考慮して、実質的に垂直や平行と考えられるものであってもよい。さらに、本発明の精神やその範囲から逸脱すること無しに、その他の適切な幾何学性および関係性を備えていてもよい。

さらに、サンプリング装置１００は、コントローラー３０４などの、１または複数のプロセッシング装置（処理装置）によるオペレーション（操作）を含む。プロセッシング装置は、プロセッサー、マイクロプロセッサー、ＰＣ、タブレット、スマートフォンなどの適切な装置のいずれであってもよい。プロセッシング装置は、ディスプレイ装置（モニター、ＬＥＤスクリーン、デジタルスクリーンなど）、メモリーまたは記憶装置、入力装置（タッチスクリーン、キーボード、マウスなどのポインティング装置など）、ワイヤレス・モジュール（ＲＦ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線、ＷｉＦｉ、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）など）といった適切なコンポーネントと組み合わせて使用することが可能である。プロセッシング装置により処理されたり出力された情報は、ハードディスクドライブ、フラッシュドライブ、ＣＤ−ＲＯＭディスク、またはその他の適切な情報記憶装置であって、プロセッシング装置に設けられたり、接続されている装置に格納されてもよい。全てのプロセスは、プロセッシング装置により自動的に処理され、マニュアル操作が介入することはない。このため、記載されていない限り、プロセスは実質的にリアルタイムで、遅れやマニュアル操作無しに行われる。

本明細書において、「実質的に」、「約」という用語は、プラスマイナス２０％を意味し、より好ましくはプラスマイナス１０％、さらに好ましくはプラスマイナス５％、最も好ましくはプラスマイナス２％を意味する。

本明細書において、実施例は明確で簡潔な記述を可能とするように記述されているが本発明の精神とその範囲を逸脱すること無しに、実施例は様々に組み合わされたり分離されたりすることが意図され、そして認識される。例えば、ここで記述されている全ての好ましい特徴は、ここで記述されている本発明の全ての形態に適応可能である。

空気サンプリング装置１００は、制御された環境において特に有用である。制御された環境での使用に適する素材から作られることも可能である。しかしながら、空気サンプリング装置１００はその他の環境での使用も可能である。

これらの記述と図面とは、本発明の原理のみを説明していると考えられるべきである。本発明は、様々な形や大きさで構成されてもよく、好ましい実施例のみに限られることは意図していない。当業者においては、本発明の多数の適応例は自明である。それゆえ、本発明は、開示された特定の事例、または記述され、示された通りの構成およびオペレーションに限定されるものではない。むしろ、全ての適切な変更および等価なものは、本発明に相当し、本発明の範囲に含まれる。

Claims (15)

1. 制御された環境において空気をサンプリングのための空気サンプリング装置であって、
   上部と側部とを含むハウジング本体と、
   前記ハウジング本体の前記上部に設けられた開口と、
   サンプリングデバイスを保持するように構成された保持アセンブリであって、前記ハウジング本体の前記上部において前記開口の周りに位置する保持アセンブリと、
   上端と下端とを含む空気溜めであって、前記上端は前記ハウジング本体の前記上部に前記開口の周りで連結され、前記開口と連通した空気溜めと、
   入力と出力とを含むマスフローメーターであって、前記入力は前記空気溜めの前記下端と連結され、前記空気溜めの前記下端と連通したマスフローメーターと、
   前記空気溜め内のブロワーであって、前記サンプリングデバイスを通過した空気を吸引し、前記開口を通り、前記空気溜めを通り、および前記マスフローメーターを通るように構成されたブロワーとを有する空気サンプリング装置。
2. 請求項１において、
   前記マスフローメーターが、前記マスフローメーターを通過する空気流量を測定する、空気サンプリング装置。
3. 請求項２において、さらに、
   前記マスフローメーターから、検出された流量を受け取り、前記検出された流量に応じて前記ブロワーのスピードを制御する処理装置を有する、空気サンプリング装置。
4. 請求項３において、
   前記処理装置は、前記検出された流量が所望の流量より低い場合は前記ブロワーの前記スピードを増加し、前記検出された流量が所望の流量より高い場合には、前記ブロワーの前記スピードを低下させる、空気サンプリング装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、さらに、
   前記ハウジング本体に連結され、前記サンプリングデバイスを囲う気門室を有する、空気サンプリング装置。
6. 請求項５において、
   前記気門室は、前記気門室を前記ハウジング本体に対し取外し可能にロックするロッキング機構を含む、空気サンプリング装置。
7. 請求項５において、
   前記気門室は固定用スロットを含み、前記ハウジング本体は突起を含み、前記突起が前記固定用スロットと取り外し可能に係合し、前記気門室を前記ハウジング本体に対して取り外し可能にロックする、空気サンプリング装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記保持アセンブリは、前記サンプリングデバイスと係合する調整可能な止め金を少なくとも１つ含み、前記調整可能な止め金は内位置と外位置とを含み、異なるサイズのサンプリングデバイスを固定する、空気サンプリング装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
   前記ハウジング本体は、前記マスフローメーターの前記出力から空気を排出するベントを含む、空気サンプリング装置。
10. 請求項９において、さらに
    前記ベントに対し取外し可能に連結するように構成されたベント・アダプターを有し、前記ベント・アダプターは、チューブと連結するように構成されたノズルを含み、前記マスフローメーターの前記出力からの空気を前記チューブにより遠方へ排出する、空気サンプリング装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、さらに、
    サンプリングイベント、校正イベント、および／または管理イベントを記録する処理装置を有する、空気サンプリング装置。
12. 請求項１１において、
    前記処理装置は、遠隔ネットワークと接続されており、前記サンプリングイベント、校正イベント、および管理イベントを遠隔ネットワークに伝達する、空気サンプリング装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれかにおいて、
    前記ハウジング本体と前記空気溜めは円筒形であり、前記開口は円状である、空気サンプリング装置。
14. 制御された環境で空気をサンプリングする方法であって、
    ハウジング本体内部のブロワーを作動させて空気を吸引し、ハウジング外部に位置する培地プレートを横切り、マスフローメーターを通過させることと、 前記マスフローメーターで前記空気の流量を検出することと、
    処理装置で前記検出された流量に応じて前記ブロワーのスピードを制御することとを有する方法。
15. 請求項１４において、
    前記処理装置が、前記検出された流量が所望の流量より低い場合には前記ブロワーのスピードを増加し、前記検出された流量が所望の流量より高い場合は前記ブロワーのスピードを低下する、方法。

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