JP3558574B2

JP3558574B2 - 花粉分別方法及び装置並びに花粉飛散数計測方法及び装置

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Publication number: JP3558574B2
Application number: JP36600799A
Authority: JP
Inventors: 元久平野; 忠加藤; 百合子田中
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP2001183284A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体アレルギーの発症の要因となる、杉、檜、ブタクサ、白樺等の植物から大気中に飛散する花粉粒子を、ディーゼル車排気ガス微粒子（ＤＥＰ）に代表される浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や鉱物粒子から分別する花粉分別方法及び装置、並びに当該分別を行い花粉粒子を計数する花粉飛散数計測方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、花粉アレルギー患者の増加が社会問題・医療問題となり、花粉飛散数の計測技術が開発されている。
【０００３】
計測技術としては、例えば、（１）熟練者による顕微鏡観察の目視計数による落下式採取法（ダーラム法）、（２）レーザ式ダストカウンタ法、（３）抗原抗体反応を用いたバイオセンサ、（４）レーザーレーダによる花粉雲測定、（５）蛍光スペクトル測定、（６）顕微鏡画像の画像認識等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記計測技術では、以下の問題がある。
即ち、（１）熟練者による顕微鏡観察の目視計数による落下式採取法（ダーラム法）では、観測者の人手による分別法であるが故に測定精度は必然的に観測者の熟練度に依存し測定誤差が大きく、又、熟練観測者を要するのでコスト高となり現場計測等を用いたセンシングシステム構築等の展開が困難である。
【０００５】
（２）レーザ式ダストカウンタ法は、例えば、クリーンルーム内のダスト粒子の計測技術を応用し、吸引ポンプで大気を採取し、採取した粒子群にレーザを照射して得られる前方散乱光、後方散乱光の強度等から大気浮遊粒子の大きさと数とを計測する方法であるが、装置構成上、例えば、光学系、検出系等には高額なレーザ、光部品等を必要とするので、低価格化が困難となり、このことが普及の障害の一因となっている。
【０００６】
（３）抗原抗体反応を用いたバイオセンサでは、採取した花粉を適当な抗体（モノクロナール抗体）と蛍光色素（ＦＩＴＣ色素）で染色し、その後、レーザ光学系、画像処理技術を用いて花粉粒子を計数する。免疫学的手法を用いて花粉粒子を特定できる為、精度は高いものの、従来、手作業で行う免疫学的手法に基づく花粉染色工程の自動化の新規開発が自動計測を困難にしている。バイオセンサを実現化した装置は、（２）のレーザ式ダストカウンタ法を実現化した装置より高額となる。
【０００７】
（４）レーザーレーダによる花粉雲測定では、花粉等の大気浮遊粒子に散乱されたレーザ光の偏光特性の変化から、花粉等の大気浮遊粒子の三次元空間分布を測定する。花粉以外の黄砂、土壌粒子との分別は研究課題であり、現状では精度に問題がある。又、装置構成上、高出力レーザ、検出器の狭帯域化フィルタなどが、装置の高価格化の要因となっている。
【０００８】
（５）蛍光スペクトル測定では、花粉の蛍光スペクトルを計測して、花粉種を特定する。花粉など有機物等からなる生物の蛍光スペクトルピークは、無機物から構成される鉱物等のピークと類似しており、多種の大気浮遊粒子から花粉を分別するには、大規模な解析を必要とし、又、光学系、検出系を構成するには、蛍光発生と微弱光測定用として、高出力レーザ、光電子増倍管といった高額部品を必要とする。更には、装置の小型化が困難であり、現場測定に不向きである。
【０００９】
（６）顕微鏡画像の画像認識では、花粉粒子のデジタル画像解析により花粉種を特定する。花粉以外の浮遊粒子が混入したサンプルの解析は研究段階であり、解析ソフトの開発費が高額である。
【００１０】
例えば、毎年春先から発生する杉花粉症は、杉花粉が杉林から広範囲に飛散することにより生じる。近年花粉症患者は年々増加の傾向にあり、この為、花粉症対策の一環として、花粉飛散量予報が気象予報の一部として行われてきているものの、既存の花粉飛散量予報では、上記ダーラム法の目視計数データを用いており、ダーラム法では花粉採集に一日程度の時間を要するので、リアルタイム測定や局所短時間予報は不可能である。又、花粉予報では、前日の飛散量データを用いて翌日の予報を行うことなどにより、予報精度は低い。
【００１１】
花粉症治療の医療分野にとっても、かかるリアルタイム測定、局所短時間予報は、例えば、処方箋の作用などに有用であり、将来的には、花粉センサとネットワーク技術を組み合わせた低コストのセンシングシステムの実現は、医療、ビジネスの分野において利用価値が高い。
【００１２】
しかし、上記した様に（１）乃至（６）の計測技術では、例えば、レーザ等を用いた場合には、高出力レーザ、高感度検出器等を用いることになるので、低コスト化、メインテナンスフリー化、現場計測が困難となり、抗原抗体反応を用いたバイオセンサでは、例えば、免疫学的手法に基づく花粉の染色工程の自動化が難しく、自動計測は困難でしかも高額となり、又、花粉の顕微鏡画像の画像認識を用いる場合では、顕微鏡装置、画像解析システム等を用いるので、自動計測、低コスト化が困難である。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決する為に為されたもので、本発明の解決すべき主要な目的は以下の通りである。
【００１４】
本発明の第１の目的は、花粉予報の精度を高められる花粉分別方法及び装置並びに花粉飛散数計測方法及び装置の提供にある。
【００１５】
本発明の第２の目的は、メインテナンスフリーな花粉分別方法及び装置並びに花粉飛散数計測方法及び装置の提供にある。
【００１６】
本発明の第３の目的は、自動化でき且つコストを押さえられる花粉分別方法及び装置並びに花粉飛散数計測方法及び装置の提供にある。
【００１７】
本発明の他の目的は、明細書、図面、特に、特許請求の範囲における各請求項の記載から自ずと明らかとなろう。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明分別方法は、上記課題の解決に当たり、粒子の重力沈降、各粒子に作用する外力作用の相違を利用して大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別する特徴的構成手段を講じる。
【００１９】
本発明計測方法は、上記課題の解決に当たり、大気浮遊粒子群から上記本発明分別方法を用いて花粉粒子のみを分別し、花粉粒子のみを計数する特徴的構成手法を講じる。
【００２０】
本発明分別装置は、上記課題の解決に当たり、大気を吸入して当該大気に含まれる浮遊する粒子を採取する単基ファンと、当該採取した粒子群から花粉粒子より大なる粗大粒子を排除する第一分別手段と、当該第一分別手段で粗大粒子を排除した粒子群から花粉粒子のみを分別する第二分別手段とで構成される特徴的構成手段を講じる。
【００２１】
本発明計測装置は、上記課題の解決に当たり、重力沈降、各粒子に作用する外力の作用の相違を利用して、採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する分別手段と、当該分別手段により分別した花粉粒子のみを計数する計数手段とで構成される特徴的構成手段を講じる。
【００２２】
更に、具体的詳細に述べると、当該課題の解決では、本発明が次に列挙する上位概念から下位概念にわたる新規な特徴的構成手法又は手段を採用することにより、上記目的を達成するように為される。
【００２３】
本発明分別方法の第１の特徴は、大気に浮遊する粒子群を吸入採取し当該採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する分別方法であって、前記花粉粒子より粒径又は比重の大なる粗大粒子の沈降速度より小さな流入速度で、前記大気を吸入し、当該採取した粒子群から前記粗大粒子を排除し、前記粗大粒子を排除した粒子群から、重力沈降、各粒子に作用する重力又は遠心力の作用の相違を利用して、前記花粉粒子より小なる微小粒子を排除し、花粉粒子のみを分別してなる花粉分別方法の構成採用にある。
【００２４】
本発明計測方法の第１の特徴は、大気に浮遊する粒子群を吸入採取し当該採取した粒子群から花粉粒子のみの飛散数を計測する方法であって、前記採取した粒子群から花粉粒子を、上記本発明分別方法により、分別した後に、当該分別した花粉粒子を計数してなる花粉飛散数計測方法の構成採用にある。
【００２５】
本発明計測方法の第２の特徴は、上記本発明計測方法の第１の特徴における前記計数が、前記分別した花粉粒子に照射した光の散乱光の検出に基づいて為されてなる花粉飛散数計測方法の構成採用にある。
【００２６】
本発明計測方法の第３の特徴は、上記本発明計測方法の第１の特徴における前記計数が、前記分別した花粉粒子を帯電させ当該帯電した花粉粒子による電流の測定に基づいて為されてなる花粉飛散数計測方法の構成採用にある。
【００２７】
本発明計測方法の第４の特徴は、上記本発明計測方法の第１の特徴における前記計数が、前記分別して堆積した花粉粒子の総重量の測定に基づいて為されてなる花粉飛散数計測方法の構成採用にある。
【００２８】
本発明分別装置の第１の特徴は、大気に浮遊する粒子群を吸入採取して当該採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する分別装置であって、大気を吸入して当該大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファンと、当該ファンにて大気の流入速度を花粉粒子より粒径又は比重の大なる粗大浮遊粒子の沈降速度より小さく設定することにより、前記吸入採取した粒子群から花粉粒子より大なる粗大粒子を排除する第一分別手段と、当該第一分別手段で粗大粒子を排除した粒子群から花粉粒子のみを分別する第二分別手段とで、構成される花粉分別装置の構成採用にある。
【００２９】
本発明分別装置の第２の特徴は、上記本発明分別装置の第１の特徴における前記第二分別手段が、重力沈降作用を用いた前記第一分別手段である第一流路管で粗大粒子を排除した粒子群から、花粉粒子より小なる微小粒子を排除して花粉粒子のみを採取する第二流路管である花粉分別装置の構成採用にある。
【００３０】
本発明分別装置の第３の特徴は、上記本発明分別装置の第２の特徴における前記第二流路管の排気口の排出速度が、花粉粒子より小なる微小粒子の沈降速度より大きくてなる花粉分別装置の構成採用にある。
【００３１】
本発明分別装置の第４の特徴は、上記本発明分別装置の第１の特徴における前記第二分別手段が、重力沈降作用を用いた前記第一分別手段である第一流路管で粗大粒子を排除した粒子群から、花粉粒子のみを検出する第二流路管である花粉分別装置の構成採用にある。
【００３２】
本発明分別装置の第５の特徴は、上記本発明分別装置の第４の特徴における前記単基ファンが、所定の一定時間作動停止させて、粗大粒子を排除した粒子群を第二流路管に流入自在な配置構造である花粉分別装置の構成採用にある。
【００３３】
本発明分別装置の第６の特徴は、上記本発明分別装置の第１の特徴における前記第二分別手段が、重力沈降作用を用いた前記第一分別手段である流路管で粗大粒子を排除した粒子群から、花粉粒子より小なる微小粒子を排出し花粉粒子のみを採取するサイクロンである花粉分別装置の構成採用にある。
【００３４】
本発明分別装置の第７の特徴は、上記本発明分別装置の第６の特徴における前記サイクロンが、渦巻き状の回転流れを発生させ、花粉粒子より小なる微小粒子を大気と共に排出する手段である花粉分別装置の構成採用にある。
【００３５】
本発明分別装置の第８の特徴は、大気に浮遊する粒子群を吸入採取して当該採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する分別装置であって、大気を吸入して当該大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファンと、前記採取した粒子群から花粉粒子より大なる粗大粒子を排除する第一分別手段と、当該第一分別手段で粗大粒子を排除した粒子群から花粉粒子のみを分別する第二分別手段とで、構成され、前記第一分別手段は、前記花粉粒子より比重の大きい前記粗大粒子を、カスケードインパクタ上に堆積させる手段であり、前記第二分別手段は、前記第一分別手段であるカスケードインパクタにより前記粗大粒子を排除した粒子群から、前記花粉粒子より小なる微小粒子を排除し、花粉粒子のみを採取するルーパで多段構成されるルーパ型分級手段である花粉分別装置の構成採用にある。
【００３６】
本発明計測装置の第１の特徴は、大気に浮遊する粒子群を吸入採取し当該採取した粒子群から花粉粒子を分別して花粉粒子のみの飛散数を計測する装置であって、重力沈降、各粒子に作用する外力の作用の相違を利用して、前記採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する上記花粉分別装置である分別手段と、当該分別手段により分別した花粉粒子のみを計数する計数手段と、で構成されてなる花粉飛散数計測装置の構成採用にある。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（発明の原理）
本発明分別の原理は、各粒子の重力沈降、各粒子に作用する外力（重力、遠心力、運動抵抗力など）の作用の相違を利用して、花粉粒子の粒径又は比重により花粉粒子のみを分別することであり、サイクロン、カスケードインパクタ、ルーパ型分級などで、低コストで実現できる。
【００３８】
本発明計測の原理は、先ず上記本発明分別の原理を用いて大気中の浮遊粒子から花粉粒子のみを分別して、センサを用いて当該分別した花粉粒子のみを計数することであり、当該センサとしては、光散乱、帯電、花粉堆積による重量変化を、それぞれ利用するなどした各センサ等があり、低コストで実現できる。
【００３９】
以下、本発明の一実施形態を例示した図面を参照して発明の実施の形態を説明するが、厭くまで例示であり、発明を限定するものではない。
【００４０】
（花粉分別装置例１、花粉飛散数計測装置例１）
図１は、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図であり、花粉分別装置例も内在図示してある。
【００４１】
花粉飛散数計測装置αは、比重１．２〜１．３、直径約３０μｍの球状粒子を捕捉・計測する装置であり、大気を吸入して大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファン１と、当該採取した浮遊粒子群から粒径又は比重の大なる粗大粒子を排除する第一分別手段である第一流路管２と、第一流路管２で粗大粒子を排除した粒子群から微小粒子を排除して花粉粒子のみを採取する第二分別手段である第二流路管３と、第二流路管３で分別した花粉粒子のみを計数するセンサ４とで構成される。
【００４２】
尚、センサ４の配置は、図示した場合のみでなく、第二流路管３の底部に設けるなどしてよい。又、センサ４を設けない構成が、花粉分別装置となる（以下に示す他の実施の形態も同様）。
【００４３】
図２は、センサ４′の構造の概略を示した概略図である。図２のセンサ４′は、光散乱を利用した光学的なセンサで、分別した花粉粒子のみを計数する手段であり、半導体レーザ等の光源１１と、光源１１からの光を集光するレンズ１２と、散乱光を集光する集光レンズ１３、１４と、散乱光の検出器１５、１６、１７とを図２の様に配置構成したものである。
【００４４】
図３は、図２とは別原理・別構造のセンサ４″の概略を示した概略図である。図３のセンサ４″は、花粉粒子の帯電を利用して分別された花粉粒子のみを計数する手段であり、コロナ放電用電線２１と、放電用電極２２、２３と、帯電検出用電線２４、電流計２５とを図３の様に配置構成したものである。
【００４５】
尚、センサ４′，４″は、図２、図３に示した構成は厭くまでセンサ４の例示である。
【００４６】
（花粉分別方法例１、花粉飛散数計測方法例１）
図１の花粉飛散数計測装置αを説明しながら、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測方法を説明する。
尚、当該花粉飛散数計測方法は本発明の一実施形態である花粉分別方法を採用しているので、併せて説明する。
【００４７】
当該実施形態では、気流中の粒子の運動が、粒径と粒子の比重に依存して変化することを利用している。例えば、粒径１０μｍ程度以下の微小粒子と、３０μｍ程度の花粉粒子と、５０μｍ程度以上の粗大粒子とを分別し、３０μｍ程度の花粉粒子を計数する。又、気流中の粒子の運動として粒子の重力による自然沈降現象に着目し、沈降速度が粒子径と粒子の比重に依存して変化することを利用して、大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別している。
【００４８】
以下、粒径により沈降速度が異なることを利用して、先ず粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを分別し、次いで当該分別した花粉粒子を計数する花粉飛散数計測装置αの動作の手順を説明する。
【００４９】
先ず単基ファン１により第一流路管２の吸入口２ａから、様々な粒径の大気浮遊粒子を含んだ大気を花粉飛散数計測装置α内に導入する。このとき、大気の流入速度を、例えば粒径５０μｍ程度以上の粒子の沈降速度より小さくすることにより、粒径５０μｍ程度以上の粗大粒子を第一流路管２の底部に蓄積し、導入口３ａから第二流路管３に導入しない様にすることが可能となる。
【００５０】
次に、第二流路管３において、第一流路管２で一次分別した粒子群を第二流路管３の排気口３ｂより大気に排出する排出速度を、粒径３０μｍ未満の花粉粒子の沈降速度より大きくすることにより、粒径３０μｍ程度未満の微小粒子を外気に排出することが可能になる。
【００５１】
かようにして、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを選択的に第二流路管３の底部に蓄積させることにより、様々な粒径の大気浮遊粒子群から、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを二次分別できる。
【００５２】
以上説明した様に、大気浮遊粒子を含む気流の流速を調整することにより、大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別する。以下に、粒子の沈降速度の計算例を示す。
【００５３】
粒子の沈降速度は、粒子の質量、浮力、気流中の粒子の運動抵抗から決まる。
気流中の粒子の運動抵抗は、例えば、管内を流体が充満して流れるなど、流体の圧縮性を考慮しなくても良い場合には、粒子の流動現象、流体中の物体の運動を特徴付ける式（１）のレイノルズ数Ｒｅに依存し、以下に示す様に決まる。
【数１】
ここで、Ｌは流路の代表長さ、Ｖは流体の速度、νは動粘性係数である。
【００５４】
気流中の粒子の運動抵抗は、レイノルズ数Ｒｅに依存して、以下の様に決まる。
ストークスの法則が成立する場合：レイノルズ数が１以下で気体の粘性が無視できない場合には、運動する粒子に作用する抵抗Ｆ_Ｄは、式（２）で表される。
Ｆ_Ｄ＝３πμＶｄ式（２）
ここで、μは粘性係数、Ｖは流体の速度、ｄは球形粒子の直径である。
【００５５】
ニュートンの抵抗法則が成立する場合：レイノズル数が１0³以上では、運動する粒子に作用する抵抗Ｆ_Ｄは、式（３）で表される。
【数２】
ここで、Ｃ_Ｄは圧力抵抗係数、ρ_ｇは気体密度、Ｖは流体の速度、ｄは球形粒子の直径である。
【００５６】
ストークスの法則が成立する場合に、粒子の（重力）沈降速度を演繹すると、以下の様になる。
先ず、式（２）を用いて運動粒子に作用する力の釣り合いの条件より式（４）を得る。尚、ρ_ｐは粒子の密度、ｇは重力加速度である。
【数３】
【００５７】
ここで、気体の質量は無視できるので、最終沈降速度Ｖ_ＴＳは式（５）で与えられる。
【数４】
【００５８】
単位密度の球の沈降速度Ｖ_ＴＳは、標準的な大気の条件を式（５）に代入すると、式（６）を得る。
Ｖ_ＴＳ＝０．００２８ｄ^２式（６）
尚、沈降速度Ｖ_ＴＳ、直径ｄの単位は、それぞれcm/s、μｍである。
【００５９】
式（６）から、直径が１０、３０、５０μｍのとき、単位密度の球の沈殿速度を数値計算すると、それぞれ０．２８、２．５、７cm/sとなる。
【００６０】
尚、粒子が非球形の場合には、最終沈降速度Ｖ_ＴＳは、動力学的形状係数χにより補正され、式（７）となる。
【数５】
【００６１】
以上の計算結果で示した様に、各粒径の粒子群の沈降速度の違いにより、上記手順に従い、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを分別することができる。即ち、ファン１により第一流路管２の吸入口２ａより、様々な粒径の大気浮遊粒子を含む大気を導入する際、大気の流入速度を、例えば粒径５０μｍ程度の粒径の粒子の沈降速度である７cm/sより小さくし、導入口３ａから粒径５０μｍ程度以上の粒子を第二流路管３に導入しない様に第一流路管２の底部に堆積させる。
【００６２】
第二流路管３では、第一流路管２で一次分別した粒子群を第二流路管３の排気口３ｂから大気に排出する排出速度を、粒径３０μｍ程度の花粉粒子の沈降速度である２．５cm/sより大きくすることにより、粒径３０μｍ未満の微小粒子群を外気に排出する。
【００６３】
これにより、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを二次分別でき、この花粉粒子を計数するセンサ４により、第二流路管３に堆積する又はしつつある花粉粒子のみを計数する。
【００６４】
ここで、センサ４の動作について詳説する。
図２のセンサ４′を用いた場合には、分別された花粉粒子のみが、重力沈降により、集光点を通過する様に所定部位の流路を定め、光源１１より花粉粒子に光Ｌを照射し、花粉粒子により、前方、側方、後方に散乱された散乱光を、検出器１５、１６、１７により検出し、花粉粒子のみを計数する。
【００６５】
図３のセンサ４″を用いた場合には、コロナ放電用電線２１と放電用電極２２、２３とを用いてコロナ放電を発生させ、コロナ放電部分に重力沈降する花粉粒子のみを通過させて花粉粒子を帯電させた後、引き続き重力沈降する帯電した花粉粒子を帯電検出用電線２４に接触させ、接触した、帯電した花粉粒子からアースに流れる電流を電流計２５で計測し、当該電流から花粉粒子を計数する。
【００６６】
尚、上記に限らず、分別して堆積した花粉粒子のみの総重量を電子天秤などで測定して花粉粒子を計数することもできる。
【００６７】
（花粉分別装置例２、花粉飛散数計測装置例２）
図４は、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図であり、花粉分別装置例も内在図示してある。
【００６８】
花粉飛散数計測装置βは、比重１．２乃至１．３、直径約３０μｍの球状粒子を捕捉・計測する装置であり、大気を吸入して大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファン１と、当該採取した浮遊粒子群から粗大粒子を排除する第一分別手段である第一流路管２′と、第一流路管２′で粗大粒子を排除した粒子群から微小粒子を分別して花粉粒子のみを検出する第二分別手段である第二流路管３′と、この花粉粒子を計数するセンサ４とで構成され、センサ４の例示として、図２、３の構成がある。
【００６９】
（花粉分別方法例２、花粉飛散数計測方法例２）
図４の花粉飛散数計測装置βを説明しながら、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測方法を説明する。
尚、当該花粉飛散数計測方法は本発明の一実施形態である花粉分別方法を採用しているので、併せて説明する。
【００７０】
当該実施形態では、気流中及び静止気体中の粒子の運動が、粒子径と粒子の比重に依存して変化することを利用して、例えば、粒径１０μｍ程度以下の微小粒子と、３０μｍ程度の花粉粒子と、５０μｍ程度以上の粗大粒子とを分別し、３０μｍ程度の花粉粒子のみを計数する。又、当該実施形態では、気流中の粒子の運動として粒子の重力による自然沈降現象に着目し、沈降速度が粒子径と粒子の比重に依存して変化することを利用して、大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別している。
【００７１】
以下、各粒径による粒子の沈降速度の違いを利用して、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを分別する花粉飛散数計測装置βの動作の手順を説明する。
【００７２】
先ず単基ファン１により第一流路管２′の吸入口２ａ′より、様々な粒径の大気浮遊粒子を含んだ大気を花粉飛散数計測装置β内に導入する。このとき、大気の流入速度を、例えば粒径５０μｍ程度以上の粒子を沈降速度より小さくすることにより、粒径５０μｍ程度以上の粗大粒子を第一流路管２′の底部に蓄積し、導入口３ａ′から第二流路３′に導入しない様にすることが可能となる。
【００７３】
以上の様にして、導入口３ａ′から大気浮遊粒子を含んだ大気を花粉飛散数計測装置β内に一定時間導入して、花粉粒子を含む粒子群を第一流路管２′内に導入した後、単基ファン１を停止する。
【００７４】
次に、第一流路管２′で粗大粒子を排除した粒子群が重力沈降により第二流路管３′に流入するので、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみをセンサ４で計測し、花粉飛散数を計測する。
【００７５】
（花粉分別装置例３、花粉飛散数計測装置例３）
図５は、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図であり、花粉分別装置例も内在図示してある。
【００７６】
花粉飛散数計測装置γは、比重１．２乃至１．３、直径約３０μｍの球状粒子を捕捉・計測する装置であり、大気を吸入して大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファン１と、当該採取した浮遊粒子群から粗大粒子を排除する第一分別手段である流路管５と、流路管５で粗大粒子を排除した粒子群から微小粒子を排出して花粉粒子のみを採取する第二分別手段であるサイクロン６と、サイクロン６で分別・採取した花粉粒子のみを計数するセンサ４とで構成され、センサ４の例示としては、図２、３の構成がある。
【００７７】
（花粉分別方法例３、花粉飛散数計測方法例３）
図５の花粉飛散数計測装置γを説明しながら、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測方法を説明する。
尚、当該花粉飛散数計測方法は本発明の一実施形態である花粉分別方法を採用しているので、併せて説明する。
【００７８】
当該実施形態では、気流中の粒子の運動が、粒子径と粒子の比重に依存して変化することを利用して、例えば、粒子径１０μｍ程度の微小粒子と、３０μｍ程度の花粉粒子と、５０μｍ程度以上の粗大粒子とを分別し、３０μｍ程度の花粉粒子のみを計数する。又、気流中の粒子の運動として、粒子の重力による沈降現象と、遠心力による拡散現象とに着目して、当該沈降の速度と拡散速度が粒径と粒子の比重に依存することを利用して、大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別している。
【００７９】
以下、各粒子径による粒子の沈降速度、拡散速度の違いを利用して、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを分別する花粉飛散数計測装置γの動作手順を説明する。
【００８０】
先ず単基ファン１により流路管５の吸入口５ａより、様々な粒径の大気浮遊粒子を含んだ大気を導入する。この際、図１の一実施形態（花粉分別装置／方法例１、花粉飛散数計測装置／方法例１）の様に、大気の流入速度を、例えば、粒径５０μｍ程度以上の粒子の沈降速度より小さくすることにより、粒径５０μｍ程度以上の粒子を流路管５の底部に堆積させ、サイクロン６に導入しない様にする。
【００８１】
次に、サイクロン６では、渦巻き状の回転流れを発生させ、遠心力の作用の小さい粒径である３０μｍ未満の微小粒子を大気と共に排出すると同時に、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみには、（微小粒子より）比較的大きな遠心力が作用して、気流中の拡散速度が大きくなるので、粒径３０μｍ程度の花粉粒子のみを排出しないで、サイクロン６の外壁に向かって拡散させ、当該拡散した花粉粒子を採取して、サイクロン６の底部に接続したセンサ４に採取した花粉粒子のみを導入し、センサ４を用いて花粉粒子を計数する。
【００８２】
この場合、サイクロン６で分別できる限界粒径は、次に述べる解析に基づき得られ、解析の結果はサイクロン６の設計データとして用いられている。サイクロン６で分別できる限界粒径の計算の手法としては、良く知られたロージン・ラムラー式を用いる。尚、当該解析では、（ア）気流中で球形粒子の運動はストークスの法則に従い、（イ）サイクロン６入口６ａ断面で粒子群は均等、希薄に分布するものとし、粒子間の相互作用は無視でき、（ウ）粒子群は再飛散せず、（エ）旋回気流は非回転流れである、と仮定する。
【００８３】
粒子に作用する遠心力と運動抵抗の釣り合い条件から式（８）が得られる。
【数６】
ここで、ρ_ｐは粒子の密度、ｄは球形粒子の直径、Ｖ_ｏは粒子の速度、ｒは粒子の位置座標、μは粘性計数である。
【００８４】
式（８）において、粒子の初期位置、即ち時刻ｔ＝０のときｒ＝Ｄ_１-ｓとして変数分離により式（８）を解くと、式（９）を得る。
【数７】
【００８５】
サイクロン６の回転巻き数をＮとし、時刻ｔで外壁Ｄ_１／２に達したとすると、粒子径は、式（１０）（１１）で与えられる。
【数８】
【００８６】
以上の様にして、気流中の粒子の重力による自然沈降現象と遠心力による拡散現象において、粒子の沈降速度と拡散速度が、粒径と粒子の比重に依存することを利用して、大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別し、この分別した花粉粒子を、センサ４により計数する。
【００８７】
（花粉分別装置例４、花粉飛散数計測装置例４）
図６は、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図であり、花粉分別装置例も内在図示してある。
【００８８】
花粉飛散数計測装置δは、比重１．２〜１．３、直径約３０μｍの球状粒子を捕捉・計測する装置であり、大気を吸入して大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファン１と、当該採取した浮遊粒子群から粗大粒子を排除する第一分別手段であるカスケードインパクタ７と、カスケードインパクタ７で粗大粒子を排除した粒子群から微小粒子を排出して花粉粒子のみを採取する第二分別手段であるルーパ８で多段構成されるルーパ型分級器と、ルーパ型分級器で分別・採取した粒子のみを計数するセンサ４で構成され、センサ４の例示としては、図２、３の構成がある。
【００８９】
（花粉分別方法例４、花粉飛散数計測方法例４）
図６の花粉飛散数計測装置δを説明しながら、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測方法を説明する。
尚、当該花粉飛散数計測方法は本発明の一実施形態である花粉分別方法を採用しているので、併せて説明する。
【００９０】
当該実施形態では、気流中の粒子の運動が、粒子径と粒子の比重に依存することを利用して、例えば、粒子径１０μｍ程度以下の微小粒子と、３０μｍ程度の花粉粒子と、５０μｍ程度以上の粗大粒子とを分別し、３０μｍ程度の花粉粒子のみを計数する。又、流れの方向が急激に変化する気流中の粒子の運動に着目して、そのとき、粒子の運動の方向変化が粒子径と粒子の比重に依存することを利用して、大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別している。
【００９１】
以下、粒径３０μｍ程度の花粉粒子を分別する花粉飛散数計測装置δの動作の手順を説明する。
【００９２】
先ず、単基ファン１によりカスケードインパクタ７の吸入口８ａより、様々な粒径の大気浮遊粒子を含んだ大気を導入する。この際、比較的比重の大きい粒子は、流れ方向が急激に変化する気流中では、当該流れ方向の変化に追従できないので、カスケードインパクタ７上に当該比較的比重の大きい粒子が堆積し、カスケードインパクタ７下方のルーパ型分級器に流入しない様にすることができる。
【００９３】
次に、カスケードインパクタ７により分級された粒子群は、ルーパ８で多段構成されるルーパ型分級器により、カスケードインパクタ７の動作原理と同様の動作原理で、比較的比重の小さい微小粒子を各段の排気口８ｂからルーパ型分級器の外に排出し、花粉粒子のみを分別し、センサ４に導入する。
【００９４】
以上の様にして、流れの方向が急激に変化する気流中における粒子の追従が粒径及び粒子の比重に依存することを利用して、大気浮遊粒子群から花粉粒子のみを分別し、この分別した花粉粒子をセンサ４により計数する。
【００９５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、必ずしも上記した事項に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し、下記する効果を奏する範囲において、適宜変更実施可能である。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、大気から採取した浮遊粒子群から、粒子の重力沈降、粒子に作用する外力（遠心力、重力等）の作用の相違を利用することにより、花粉粒子のみを分別し、当該分別して採取した花粉粒子にレーザを照射して散乱光を検出したり、又は当該花粉粒子を帯電させて電流を計測したり、花粉堆積による重量変化を測定するなどして、当該花粉粒子を計数することが可能になり、従来の技術上の問題を解決し、低コスト化、メインテナンスフリー化、現場計測、自動計測が可能で精度、確度、信頼度の高いという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図である。
【図２】同上におけるセンサの概略図である。
【図３】同上における図２とは別のセンサの概略図である。
【図４】図１とは別の本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図である。
【図５】図１、図４とは別の、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図である。
【図６】図１、図４、図５とは別の、本発明の一実施形態である花粉飛散数計測装置の概念的構成図である。
【符号の説明】
α、β、γ、δ…花粉飛散数測定装置
１…ファン
２，２′…第一流路管
２ａ，２ａ′…吸入口
３，３′…第二流路管
３ａ，３ａ′…導入口
３ｂ…排気口
４，４′，４″…センサ
５…流路管
５ａ…吸入口
６…サイクロン
６ａ…入口
７…カスケードインパクタ
８…ルーパ
８ａ…吸入口
８ｂ…排気口
１１…光源
１２…レンズ
１３、１４…集光レンズ
１５、１６、１７…検出器
２１…コロナ放電用電線
２２、２３…放電用電極
２４…帯電検出用電線
２５…電流計
Ｌ…光

Claims

大気に浮遊する粒子群を吸入採取し当該採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する分別方法であって、
前記花粉粒子より粒径又は比重の大なる粗大粒子の沈降速度より小さな流入速度で、前記大気を吸入し、当該採取した粒子群から前記粗大粒子を排除し、
前記粗大粒子を排除した粒子群から、重力沈降、各粒子に作用する重力又は遠心力の作用の相違を利用して、前記花粉粒子より小なる微小粒子を排除し、花粉粒子のみを分別する、
ことを特徴とする花粉分別方法。
大気に浮遊する粒子群を吸入採取し当該採取した粒子群から花粉粒子のみの飛散数を計測する方法であって、
前記採取した粒子群から花粉粒子を、請求項１に記載の花粉分別方法により、分別した後に、当該分別した花粉粒子を計数する、
ことを特徴とする花粉飛散数計測方法。
前記計数は、
前記分別した花粉粒子に照射した光の散乱光の検出に基づいて為される、
ことを特徴とする請求項２に記載の花粉飛散数計測方法。
前記計数は、
前記分別した花粉粒子を帯電させ当該帯電した花粉粒子による電流の測定に基づいて為される、
ことを特徴とする請求項２に記載の花粉飛散数計測方法。
前記計数は、
前記分別して堆積した花粉粒子の総重量の測定に基づいて為される、
ことを特徴とする請求項２に記載の花粉飛散数計測方法。
大気に浮遊する粒子群を吸入採取して当該採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する分別装置であって、
大気を吸入して当該大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファンと、
当該ファンにて大気の流入速度を花粉粒子より粒径又は比重の大なる粗大浮遊粒子の沈降速度より小さく設定することにより、前記吸入採取した粒子群から花粉粒子より大なる粗大粒子を排除する第一分別手段と、
当該第一分別手段で粗大粒子を排除した粒子群から花粉粒子のみを分別する第二分別手段とで、
構成される、
ことを特徴とする花粉分別装置。
前記第二分別手段は、
重力沈降作用を用いた前記第一分別手段である第一流路管で粗大粒子を排除した粒子群から、花粉粒子より小なる微小粒子を排除して花粉粒子のみを採取する第二流路管である、
ことを特徴とする請求項６に記載の花粉分別装置。
前記第二流路管の排気口の排出速度は、
花粉粒子より小なる微小粒子の沈降速度より大きい、
ことを特徴とする請求項７に記載の花粉分別装置。
前記第二分別手段は、
重力沈降作用を用いた前記第一分別手段である第一流路管で粗大粒子を排除した粒子群から、花粉粒子のみを検出する第二流路管である、
ことを特徴とする請求項６に記載の花粉分別装置。
前記単基ファンは、
所定の一定時間作動停止させて、粗大粒子を排除した粒子群を第二流路管に流入自在な配置構造である、
ことを特徴とする請求項９に記載の花粉分別装置。
前記第二分別手段は、
重力沈降作用を用いた前記第一分別手段である流路管で粗大粒子を排除した粒子群から、花粉粒子より小なる微小粒子を排出し花粉粒子のみを採取するサイクロンである、
ことを特徴とする請求項６に記載の花粉分別装置。
前記サイクロンは、
渦巻き状の回転流れを発生させ、花粉粒子より小なる微小粒子を大気と共に排出する手段である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の花粉分別装置。
大気に浮遊する粒子群を吸入採取して当該採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する分別装置であって、
大気を吸入して当該大気に含まれる浮遊粒子を採取する単基ファンと、
前記採取した粒子群から花粉粒子より大なる粗大粒子を排除する第一分別手段と、
当該第一分別手段で粗大粒子を排除した粒子群から花粉粒子のみを分別する第二分別手段とで、
構成され、
前記第一分別手段は、前記花粉粒子より比重の大きい前記粗大粒子を、カスケードインパクタ上に堆積させる手段であり、
前記第二分別手段は、前記第一分別手段であるカスケードインパクタにより前記粗大粒子を排除した粒子群から、前記花粉粒子より小なる微小粒子を排除し、花粉粒子のみを採取するルーパで多段構成されるルーパ型分級手段である、
ことを特徴とする花粉分別装置。
大気に浮遊する粒子群を吸入採取し当該採取した粒子群から花粉粒子を分別して花粉粒子のみの飛散数を計測する装置であって、
重力沈降、各粒子に作用する外力の作用の相違を利用して、前記採取した粒子群から花粉粒子のみを分別する請求項６、７、８、９、１０、１１、１２又は１３に記載の花粉分別装置である分別手段と、
当該分別手段により分別した花粉粒子のみを計数する計数手段と、
で構成される、
ことを特徴とする花粉飛散数計測装置。