JP4441024B2 - ポータブル型空中浮遊菌サンプラ - Google Patents
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Description
【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効率的にかつ計数し易い状態で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】
図12は従来例のポータブル型サンプラの平面図を示し、このポータブル型サンプラは捕集部1と操作部2とから構成され、操作部2には持ち運びに用いる取手3が取り付けられている。この捕集部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が嵌合されており、ノズル部4には多数のノズル孔5が放射状に形成されている。
【0004】
このような構成のサンプラにおいては、電源スイッチをオンしてファンを回動すると、図13に示すように室内のサンプラ付近の細菌・真菌などの被検粒子Tを含む空気流Aがノズル孔5から吸引される。この空気流Aはノズル孔5を通過し培地Kに衝突して被検粒子Tが培地Kに捕集される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
(1)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、ノズル孔5が放射状に配置されているために、ノズル板4の表面における単位面積当たりのノズル孔5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被検粒子T中の菌の捕集率が低下する傾向になると共に、菌を捕集した場合でも培養後のコロニができなくなり、また、ノズル孔5の間の間隔が必要以上に狭い場所では捕集菌が近接するために、培養したときにコロニが重なってしまい、実際のコロニ数が分からなくなると共に、放射状に不整然と培養されたコロニが並ぶので、特別な方法や別途コロニ計数器などがないと、容易にコロニの数え落しが発生するという問題点がある。
【0006】
(2)また、被検粒子Tを含む空気流Aはノズル孔5の間の平坦部表面において空気流Aの流れが阻害され、被検粒子Tの一部の粒子T’がこの部分に付着し易い。実際に、被検粒子Tを含む空気流Aを用いた実験で、平坦部の付着状況を可視化してみると、平坦部に付着する粒子T’が多いことが確かめられている。また、ノズル孔5の間の距離が極端に近付いている場合には、その場所で空気流Aが一時的に滞留して淀み点が発生し、粒子T’の付着が集中的に発生することが確認されている。
【0007】
クリーン度が高く良好に管理されているクリーンルーム等の環境においてサンプラを使用する場合に、ノズル孔5を通過せずにノズル板4の上流面に菌が付着すると、これらの菌は培地Kに捕集されることなく死滅してしまうことになる。従って、このような状態になると、元々ノズル孔5を通過して培地Kに捕集される菌が少ない良好に管理された環境で測定する場合には、培地Kに到達して捕集される菌数が非常に少なくなり、クリーンルームなどの環境が本当にクリーン度が高いのか、測定できなかったのかを判断することが難しいという問題点が生ずる。
【0008】
本発明の目的は、上述の問題点(1)を解消し、単位面積当たりのノズル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るコロニの数及び位置を高精度に容易に確認することができる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。
【0009】
本発明の他の目的は、上述の問題点(2)を解消し、菌数の少ない環境においても空中浮遊菌を有効に捕集し、淀み点をなるべく少なくして、高精度にクリーン度の評価が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。
【0010】
【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、複数のノズル孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル保持部材と、前記ノズル板の下流側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において、直管部と該直管部の上流側に円錐状のテーパ部とを有するノズル孔を、複数の直交する縦横2方向の等間隔の平行線の交点位置に配置したことを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係るポータブル型空中浮遊菌サンプラは、複数のノズル孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル保持部材と、前記ノズル板の下流側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において、直管部と該直管部の上流側に円錐状のテーパ部とを有するノズル孔を、複数の横方向の等間隔の基準線と、該基準線に対して60度及び120度の複数の等間隔の平行線とによる3方向の交点位置に配置したことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明を図1〜図11に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は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、図3は断面図を示している。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、操作部12には持ち運び用の取手13が取り付けられている。捕集部11を形成する円筒状の筐体14の上部には、微細な多数のノズル孔15aを格子状に備えたノズル板15が図4に示すようにノズル保持部16によって保持されている。また、空気の漏洩がないように、ノズル保持部16は例えば螺子構造などにより筐体14に嵌合されている。
【0013】
ノズル板15の直下には、寒天などの培地Kを収納したシャーレSがシャーレ支持部17に支持されており、ノズル板15とシャーレS中の培地Kの上面との隙間gは0.5〜1.5mmとされている。また、シャーレ支持部17の下側に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18、高静圧ファン18を駆動するモータ19及び制御回路が配設されており、高い捕集性を考慮してノズル板15における風速は20m/秒以上となるように設定されている。そして、筐体14の最下部には排気用のフィルタ20が設けられている。
【0014】
使用に際しては、培地Kを所定の厚さに充填したシャーレSを、筐体14のシャーレ支持部17により支持した後に、ノズル保持部16を筐体14の上部に嵌合する。モータ19を駆動して高静圧ファン18を回転すると、空気流Aはノズル孔15aから流入して、ノズル板15と培地Kの間隙gを通過して流れる。このとき、ノズル板15を通過する風速を20m/秒以上とすることにより培地Kが捕集板となり、空中を浮遊する例えば細菌・真菌などは培地Kの表面に慣性衝突することによって培地Kに付着して捕集される。その後に、更に空気流Aは高静圧ファン18により吸引されて、図3の矢印に示すように周辺部の隙間を通り排気用のフィルタ20を介して排気される。
【0015】
或る程度のクリーン度が維持管理されているクリーンルーム内で空中浮遊菌の測定を行う場合には、サンプラの処理風量はISO規格を10分間で吸引可能な100+L/分に設定する。このとき、ノズル板15にはノズル孔15aの切削加工時の変形を防止するための強度が必要なために、例えば板厚t=2.3mmのアルミニウム板を使用している。
【0016】
空中浮遊菌サンプラにおいては、空中浮遊菌を培地K上で高効率に捕集するだけでなく、それ以外の部分で捕集されないことが重要である。また、培地Kの表面の空気流Aの方向と大きさを急激に変化させることで高効率捕集を達成しているが、一方で培地K以外の部分で浮遊菌が付着しないようにするためには、空気流Aの方向と大きさの急激な変化が局所的に発生しないようにすることが必要となる。培地K以外の部分で最も急激な空気流Aの変化が発生する場所は、ノズル板15の上流側のエッジ部分である。従って、空気流Aが急激に変化しない流れを作るために、ノズル板15のエッジ部分を上方が開いた円錐状に加工して、直管部15sの上流側に大きいテーパ部15tを形成している。
【0017】
ノズル孔15aを図5に示すように直管部15sとその上流側に設けたテーパ部15tとから構成する際に、圧力損失を押さえるためには直管部15sは極力短い方が良いので、加工精度も考慮した上で長さを0.3[+0,−0.1]mm=B[+0,−Y]に設定する。また、培地Kでの菌の捕集効率はノズル孔15aの直管部15sを通過する風速が大きい程上昇し、この風速は直管部15sの内径に反比例する。従って、ノズル孔15aの直管部15sの内径は、捕集効率及び加工精度を考慮して、0.36±0.01mm=D±Z(0.1017mm2)とすることが好適であることが、実験により確かめられている。
【0018】
ノズル孔15aを直管部15sのみで形成すると、吸引時の圧力損失が増大するために、直管部15sの上流側にテーパ部15tを設けているが、一方でテーパ部15tの開き角度が大き過ぎると、ノズル板15内に配置するノズル孔15aの数が限定されてしまうために、最も圧力損失が少ない開き角度45±2度即ち片側22.5±1度=θ+αのテーパ部15tを形成する。そして、テーパ部15tの深さは、直管部15sの長さ0.3mmを除いた残りの板厚2.0mmとされ、これによってテーパ部15tの最上部の最大開口径Dgは2.02mmとなる。
【0019】
ノズル板15は内径85mmφのシャーレSとの関係から直径73mmの寸法とされ、そのときの表面積は4185mm2である。そして、ノズル孔15aは下流の培地Kで捕集した浮遊菌の培養後のコロニ数を目測で直感的に計測し易いように、格子状つまり複数の直交する縦横2方向の等間隔の平行線の交点位置に配列されている。このように、表面積4185mm2のノズル板15に縦横2方向に等間隔の平行線、例えばピッチP=2.4mmの格子状線を当て嵌めて、その交点位置とノズル孔15aの中心が一致するように配置し、かつノズル板端部近傍に配置されて部分的に欠けるような状態となるか、又はなりそうな任意のノズル孔15aを形成してゆくと、全部で710個程度、例えば713個配置することができる。ここで、テーパ部15tの最大径部の端から隣り合うテーパ部15tの最大径部までの最大径部間の距離Lを、加工誤差などを考慮して適切な値にすることが重要である。このために、ノズル孔15aをピッチPを2.4±0.1mm=P±Xに設定して、最大径部間距離Lを0.38mmとする。
【0020】
また、ノズル孔15aの配置が離れ過ぎると、ノズル板15内に上述のような多数のノズル孔15aを配置することができなくなって捕集効率の低下などを招く。更に、距離Lが大きくなるために、ノズル板15の表面の平坦部が増え、空気流中の被検粒子の一部がこの部分に付着してしまう度合いが増加する上に、空気流が一時的に滞留して淀み点の誘発を招く場合もある。従って、ノズル板15の上流面で粒子の付着を少なくするためには、距離Lを小さくすることが必要となる。
【0021】
一方、ノズル孔15aの配置を近付けて最大径部間距離Lを小さくし過ぎると、ノズル孔15aの平坦部15fは小さくなるが、この場合には隣り合うテーパ部15t間で空気流Aが何れの方向にも流れずに、この部分に淀み点として空気流Aが一時的に滞留して局部的に多くの粒子が付着してしまうという現象が起こる。また、ノズル孔15aの開口最大径部が重なるとこの部分に鋭利な稜線部が発生するために、ノズル板15を清掃する際に清掃用の布や糸屑が引っ掛り易く、逆に捕集時の邪魔をしたり人の手が触れた場合に怪我をする虞がある。
【0022】
また、直管部15sの深さは0.3mmとしているが、加工精度上の寸法誤差が[+0,−0.1]mm程度あり、ここで図6に示すように直管部15sの深さが0.2mmになると、テーパ部15tの開口の最大径は0.0414×2mmだけ増えて、2.02+0.083=2.103mmとなる。
【0023】
更に、図7に示すようにテーパ部15tの開口角度が加工精度の関係から2度程度拡がる可能性があり、この拡がりを考慮すると、テーパ部15tの開口の最大径は0.0413×2mmだけ増えて、2.02+0.083=2.103mmとなる。
【0024】
従って、直管部15sの長さとテーパ部15tの開口角度の変化が同時に発生すると、テーパ部15tの開口の最大径は0.166mm増えて2.186mmとなる。即ち、隣り合う2個のノズル孔15aにおいてこのような状態が同時に発生した場合には、テーパ部15tの開口の最大径部間の距離Lが0.166mmだけ狭まることになる。
【0025】
この場合には、距離Lが0.166mm狭まることに加えて、孔加工を行うときに精度上加工軸が隣り合う軸それそれが、たとえ0.1mmずれて距離Lが更に0.2mm狭まっても、このような誤差を吸収できる寸法を選択することが好ましい。即ち、ピッチP=2.3mmではテーパ部15tの重なりが発生するために、ピッチP=2.4mmを決定している。
【0026】
また、テーパ部15tの開口の最大径部間の距離Lは次式により求まる。
L=(P±X)−(D±Z)−2[{t−(B+0,−Y)}tan(θ±α)]
また、最大偏差はδmax=Lmax−Lminとなる。
【0027】
ここで、Lmax=(P+X)−(D−Z)−2[{t−(B+0)}tan(θ−α)]、Lmin=(P−X)−(D+Z)−2[{t−(B−Y)}tan(θ+α)]とし、上述の加工誤差分、即ちX=0.1mm、Y=0.1mm、Z=0.01mm、θ=22.5度、α=1度、t=2.3mm、B=0.3mmの加工誤差分を加味すると次のようになる。
【0028】
δmax=2X+2Z+2[(t−B){tan(θ+α)−tan(θ−α)}
+Ytan(θ+α)]=0.2+0.02
+2×[2×(0.435−0.394)+0.1×0.435]
=0.2+0.02+2×(0.082+0.0435)
=0.2+0.02+0.251=0.47057・・・・≒0.47
【0029】
従って、最大径部間の距離Lは加工精度上、0≦L≦0.47の範囲となることが好適である。
【0030】
図8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、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)によれば、捕集効率を50%以上に設定する場合は、ストークス数Stk の値を0.22以上(√Stk =0.47以上)、95%以上の捕集効率とする場合は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。
Stk =ρd2 UC/9ηD …(1)
【0031】
本実施例のように、直径73mmのノズル板15に形成するノズル孔15aの個数を713個とした場合には、式(1)による計算式に、本実施例の粒子密度ρ=1×10-3kg/cm3、粒子径d=枯草菌と略同じ0.7μm、カニンガム計数C=1.237、空気の粘性η=1.847×10-6kgf・s/m2×9.8m/sec2、加工誤差があるので孔径が0.01mm大きく加工されても性能が発揮できるかどうかを確認するためにノズル内径D=0.36+0.01=0.37mmを使用して、100L/minをノズル孔全開口面積で除した値の風速U=21.78m/sを代入して算出すると、Stk数=0.22を下回ることになる。
【0032】
従って、Stk数=0.22を越えるようにノズル孔15aの個数を削減する。即ち、縦横直交する中心線により区切られる各象限から各8個のノズル孔15aを、各象限で対称となるように合計32個減じて681個とし、ノズル孔15aのピッチPは変えないようにする。このようにすることによって、ノズル孔15aを通過する風速は、20m/秒を越えた24.04m/秒とすることが可能となる。
【0033】
図9に示すように、テーパ部15tの開口の最大径がDg=2.02mmのときに、ノズル孔15aを孔ピッチP=2.4mmで配置した場合には、4つのノズル孔15aの中心同士を結んでできる仮想正方形で囲まれた領域を考えると、この領域内でのノズル孔15aの直管部15sとテーパ部15t以外の斜線で示す平坦部15fの面積は、仮想正方形の面積に対して44.4%となる。
【0034】
ここで、図10(a)はテーパ部15tの開口の最大径部が互いに接する場合を示し、この場合は平坦部15fの仮想正方形面積比は21.5%となる。また、テーパ部15tの開口の最大径部間に、テーパ部15tの開口の最大径部の半分の間隔を設けてL=Dg/2とした場合には、平坦部15fの仮想正方形面積比は65.1%となり、図10(b)に示すようにテーパ部15tの開口の最大径部間に、テーパ部15tの開口の最大径Dgと同じ距離設けてL=Dgとした場合には、平坦部15fの仮想正方形面積比は80.3%となる。
【0035】
このときに、所定以上の風速を得るためのノズル孔15aの数は上述の通り681個以上必要となるので、これからピッチPは2.48mm以下即ち距離Lは0.46以下でなければならず、このときの仮想正方形面積比は44.4%となる。従って、ノズル孔15aは上述の仮想正方形面積比が21.5〜44.4%となる範囲に配置することが好適である。
【0036】
また、ノズル板15を格子状ではなく、図11(a)に示すように各方向に連続した多数の正三角形の各頂点に、ノズル孔15aの中心が位置するようにしてもよい。即ち、複数の横方向の等間隔の基準線に対して60度及び120度の複数の等間隔の平行線による3方向の交点位置に、ノズル孔15aを配置することによって、どの方向においてもノズル孔15a間の距離を最も近付けることができる。
【0037】
この場合には、格子状にノズル孔15aを配置する方式に比べてコロニの計数が若干煩雑になるが、平坦部15fの面積比は最も小さくすることができる。この方式で、図11(a)に示すように隣り合うテーパ部15tの開口最大径部が接する場合には、平坦部15fの仮想正三角形に対する面積比は9.3%となり、図11(b)に示すように正三角形の1辺をテーパ部15tの開口の最大径の2倍の2Dgにすると、仮想正三角形面積比は77.3%となる。
【0038】
このようにして、ノズル板15の平坦部15fを最も小さくすることができるので、ノズル板15の上流面に付着する死滅菌を減少させて、ノズル孔15aを通過して培地Kに到達する被捕集粒子を有効にサンプリングすることができる。従って、上述の正方形配置の場合と同様の理由から、ノズル孔15aは仮想正三角形面積比が9.3〜73.9%に配置することが好適である。
【0039】
【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、ノズル孔を直管部とその上流側に設けた円錐状のテーパ部とから構成し、複数のノズル孔を等間隔の格子状又は各方向に連続した正三角形の各頂点に配置することにより、高速の吸引風量を圧力損失少なく達成することができ、菌数の少ない環境においても空中浮遊菌を有効に捕集することができ、高精度に環境のクリーン度を測定することが可能となる。
【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】ノズルの側面図である。
【図5】ノズル孔の断面図である。
【図6】直管部を短縮したときのノズル孔の断面図である。
【図7】テーパ部の角度を拡げたときのノズル孔の断面図である。
【図8】限界粒子径と捕集効率のグラフ図である。
【図9】正方形の各頂点に配列したときのノズル孔の平面図である。
【図10】正方形の各頂点に配列したときのノズル孔の平面図である。
【図11】正三角形の各頂点に配列したノズル孔の平面図である。
【図12】従来例のサンプラの平面図である。
【図13】ノズル間の平坦部における菌付着の状況の説明図である。
【符号の説明】
11 捕集部
12 操作部
13 取手
14 筐体
15 ノズル板
15a ノズル孔
15f 平坦部
15s 直管部
15t テーパ部
16 ノズル保持部材
17 シャーレ支持部材
18 高静圧ファン
19 ファンモータ
20 フィルタ
Claims (8)
- 複数のノズル孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル保持部材と、前記ノズル板の下流側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において、直管部と該直管部の上流側に円錐状のテーパ部とを有するノズル孔を、複数の直交する縦横2方向の等間隔の平行線の交点位置に配置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。
- 前記隣り合うノズル孔のテーパ部の最大径部分が互いに重ならないように配置した請求項1に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
- 前記隣り合うノズル孔の中心軸同士の間隔が前記テーパ部の最大径部と略同一寸法となるように配置した請求項2に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
- 前記ノズル孔は隣り合うテーパ部の最大径部間の間隔をLとしたときに、0≦L≦0.47mmとなるように配置した請求項1に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
- 前記ノズル孔は前記4個のノズル孔の中心を頂点とする正方形の面積に対して、前記ノズル孔のテーパ部以外の平坦部の面積が21.5〜80.3%となるように配置した請求項1に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
- 複数のノズル孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル保持部材と、前記ノズル板の下流側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において、直管部と該直管部の上流側に円錐状のテーパ部とを有するノズル孔を、複数の横方向の等間隔の基準線と、該基準線に対して60度及び120度の複数の等間隔の平行線とによる3方向の交点位置に配置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。
- 前記隣り合うノズル孔のテーパ部の最大径部分が互いに重ならないように配置した請求項6に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
- 前記ノズル孔は前記3個のノズル孔の中心を頂点とする正三角形の面積に対して、前記ノズル孔のテーパ部以外の平坦部の面積が9.3〜77.3%となるように配置した請求項6に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
Priority Applications (9)
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