JP6456605B2 - 粒子検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は環境評価技術に関し、粒子検出装置に関する。
一般的な屋内あるいはバイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいて、粒子検出装置を用いて、飛散している微生物を含む粒子を検出したり、記録したりする場合がある（例えば、特許文献１ないし３、及び非特許文献１参照。）。
光学式の粒子検出装置は、例えば、チャンバと、チャンバに設けられた導入ノズルと、導入ノズルに対向してチャンバに設けられた排出ノズルと、を備える。粒子検出装置は、例えば、粒子検出装置が配置された室内の空気等の流体を吸引し、サンプル流体として導入ノズルからチャンバ内に噴出する。また、チャンバ内の流体を、排出ノズルを介して、粒子検出装置の外部に排出する。さらに、粒子検出装置は、導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構を備える。サンプル流体に粒子が含まれていると、光を照射された粒子が蛍光を発したり、散乱光を発生させたりするため、サンプル流体に含まれる粒子の数や大きさ等を検出することが可能である。
ここで、チャンバの導入ノズルにおいては、外部から導入されたサンプル流体は断面積が絞られ、流速が増加するため、周囲の圧力が低下する。そのため、導入ノズルと排出ノズルの間に形成されるサンプル流体の流れの周りには対流が生じうる。また、チャンバ内の圧力が低下することにより、排出ノズルからの流体の排出がスムーズに行えない場合がある。チャンバ内で対流が生じたり、チャンバ内の圧力が低下したりすると、チャンバ内部に粒子が滞留しうる。チャンバ内部に粒子が滞留すると、検出機構が同一の粒子を複数回検出しうるため、流体の体積あたりに含まれる粒子の数を正確に検出することが困難になりうる。
これに対し、導入ノズルとは異なる開口から、チャンバ内に粒子が除去された加圧用流体を供給し、チャンバ内を加圧する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年
しかし、本発明者は、導入ノズルとは異なる開口から導入された加圧用流体の流れが、導入ノズルと排出ノズルの間のサンプル流体の流れを乱す場合がありうることを見出した。導入ノズルと排出ノズルの間のサンプル流体の流れが乱れると、排出ノズルから排出されるべきサンプル流体に含まれる粒子がチャンバ内に滞留しうる。チャンバ内に滞留した粒子が複数回検出されると、サンプル流体に含まれる粒子の数を誤って評価することになりうる。また、チャンバ内に滞留した粒子は、コンタミの原因になりうる。そこで、本発明は、粒子が内部に滞留しにくい粒子検出装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）導入ノズルに対向してチャンバに設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）軸方向に整列された導入ノズルと排出ノズルの間の流体の流速分布が、上記軸方向に関して対称となるよう、加圧用流体を整流する整流部材と、を備える、粒子検出装置が提供される。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）チャンバに導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）加圧用流体を整流する整流部材と、を備え、（ｇ）整流部材が加圧用流体パイプのチャンバ内に突出している部分であり、加圧用流体パイプのチャンバ内に突出している部分の側壁に開口が設けられている、粒子検出装置が提供される。加圧用流体パイプのチャンバ内に突出している部分の側壁には、開口が複数設けられていてもよい。開口には、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材が設けられていてもよい。チャンバ内に突出している加圧用流体パイプの末端は、閉塞していてもよい。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）チャンバに導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）加圧用流体を整流する整流部材と、を備え、（ｇ）整流部材がチャンバに接続された加圧用流体パイプの開口に対向して配置された板である、粒子検出装置が提供される。検出機構の少なくとも一部は、整流部材に設けられていてもよい。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）チャンバに導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）加圧用流体を整流する整流部材と、を備え、（ｇ）整流部材がチャンバに接続された加圧用流体パイプの開口に対向して配置されたメッシュである、粒子検出装置が提供される。検出機構の少なくとも一部は、整流部材に設けられていてもよい。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）チャンバに導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）加圧用流体を整流する整流部材と、を備え、（ｇ）整流部材がチャンバに接続された加圧用流体パイプの開口に対向して配置されたフィルタである、粒子検出装置が提供される。検出機構の少なくとも一部は、整流部材に設けられていてもよい。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）チャンバに導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）加圧用流体を整流する整流部材と、を備え、（ｇ）整流部材がチャンバに接続された加圧用流体パイプの開口に対向して配置された多孔質部材である、粒子検出装置が提供される。検出機構の少なくとも一部は、整流部材に設けられていてもよい。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）チャンバに導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）加圧用流体を整流する整流部材と、を備え、（ｇ）整流部材が、導入ノズル及び排出ノズルの間を少なくとも覆う筒状部材である、粒子検出装置が提供される。筒状部材の少なくとも一部は、メッシュ、フィルタ、又は多孔質であってもよい。また、検出機構の少なくとも一部は、筒状部材に設けられていてもよい。
本発明の態様によれば、（ａ）チャンバと、（ｂ）チャンバに設けられた導入ノズルと、（ｃ）チャンバに導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、（ｄ）導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、（ｅ）チャンバに接続され、チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、（ｆ）加圧用流体を整流する整流部材と、を備え、（ｇ）整流部材がチャンバ内に配置された第２のチャンバであり、導入ノズル及び排出ノズルが第２のチャンバ内で対向している、粒子検出装置が提供される。第２のチャンバの少なくとも一部は、メッシュ、フィルタ、又は多孔質であってもよい。検出機構の少なくとも一部は、第２のチャンバに設けられていてもよい。
上記の態様における粒子検出装置は、チャンバに供給される加圧用流体から粒子を除去する加圧用流体フィルタを更に備えていてもよい。
本発明によれば、粒子が内部に滞留しにくい粒子検出装置を提供可能である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る粒子検出装置は、図１に示すように、チャンバ１０と、チャンバ１０に設けられた導入ノズル２０と、導入ノズル２０に対向してチャンバ１０に設けられた排出ノズル３０と、導入ノズル２０から噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構４０と、チャンバ１０に接続され、チャンバ１０内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプ５０と、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布が、上記軸方向に関して対称となるよう、加圧用流体を整流する整流部材６１と、を備える。ここで、流体は、気体又は液体である。
第１の実施の形態に係る粒子検出装置は、図１に示すように、チャンバ１０と、チャンバ１０に設けられた導入ノズル２０と、導入ノズル２０に対向してチャンバ１０に設けられた排出ノズル３０と、導入ノズル２０から噴出するサンプル流体に光を照射し、サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構４０と、チャンバ１０に接続され、チャンバ１０内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプ５０と、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布が、上記軸方向に関して対称となるよう、加圧用流体を整流する整流部材６１と、を備える。ここで、流体は、気体又は液体である。
チャンバ１０の形状及び材料は任意である。ただし、チャンバ１０は耐圧性を有することが好ましい。導入ノズル２０には、例えば、金属及び樹脂等からなるパイプを備えるサンプル導入経路が接続される。また、排出ノズル３０には、例えば、金属及び樹脂等からなるパイプを備える排出経路が接続される。さらに、排出経路には、例えば、排風機としての排風ポンプが設けられている。
排風ポンプによって粒子検出装置の外部から吸引されたサンプル流体は、サンプル導入経路及び導入ノズル２０を経てチャンバ１０内に噴出される。チャンバ１０内に噴出された流体は、導入ノズル２０に対向して設けられた排出ノズル３０を経てチャンバ１０から排出され、さらに排出経路を経て粒子検出装置の外部に排出される。
検出機構４０は、例えば、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間に形成される気流等のサンプル流体の流れに光を照射する光源と、サンプル流体に含まれる粒子で生じる散乱光を検出する受光素子と、を備え、粒子の数を検出する。あるいは、検出機構４０は、サンプル流体に含まれる粒子が発する蛍光を検出する受光素子を備える。さらに、検出機構４０は、単位時間あたりに検出した粒子の数を、単位時間あたりに粒子検出装置の外部から吸引されたサンプル流体の体積で割って、サンプル流体における粒子の濃度を算出してもよい。
ここで、粒子とは、微生物等を含む生体物質、化学物質、ごみ、ちり、及び埃等のダスト等を含む。微生物の例としては細菌及び真菌が含まれる。細菌の例としては、グラム陰性菌及びグラム陽性菌が挙げられる。グラム陰性菌の例としては、大腸菌が挙げられる。グラム陽性菌の例としては、表皮ブドウ球菌、枯草菌、マイクロコッカス、及びコリネバクテリウムが挙げられる。真菌の例としては、黒カビ等のアスペルギルスが挙げられる。ただし、微生物はこれらに限定されない。
流体に、微生物等の蛍光性粒子が含まれていると、粒子は光を照射されて蛍光を発する。例えば、微生物に含まれるリボフラビン（ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ）、フラビンヌクレオチド（ＦＭＮ）、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ）、ピリドキサミン（ｐｙｒｉｄｏｘａｍｉｎｅ）、ピリドキサールリン酸（ｐｙｒｉｄｏｘａｌ−５’−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、ピリドキシン（ｐｙｒｉｄｏｘｉｎｅ）、トリプトファン（ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ）、チロシン（ｔｙｒｏｓｉｎｅ）、及びフェニルアラニン（ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ）等が、蛍光を発する。
チャンバ１０の導入ノズル２０においては、サンプル流体は断面積が絞られ、流速が増加するため、周囲の圧力が低下しうる。ここで、加圧用流体パイプ５０を介したチャンバ１０内への加圧用流体の供給が無いと、チャンバ１０内の圧力が、排出ノズル３０内の圧力よりも低くなる場合がある。この場合、サンプル流体に含まれていた粒子が、排出ノズル３０よりも圧力が低いチャンバ１０内に分散しうる。チャンバ１０内部に粒子が分散し、滞留すると、検出機構４０が同一の粒子を複数回検出しうるため、流体の体積あたりに含まれる粒子の数を正確に検出することが困難になりうる。
これに対し、第１の実施の形態に係る粒子検出装置は、チャンバ１０に連通する加圧用流体パイプ５０を介してチャンバ１０内に粒子が除去された加圧用流体を供給し、チャンバ１０内の圧力を加圧等したり、チャンバ１０内の流体を整流したりして、チャンバ１０内の流体の状態を調整する。これにより、導入ノズル２０内の圧力に次いでチャンバ１０内の圧力が高くなり、チャンバ１０内の圧力が排出ノズル３０内の圧力より低くなることを防止することが可能となる。そのため、導入ノズル２０から噴出されたサンプル流体が圧力の低い排出ノズル３０内にスムーズに向かうことを可能としている。加圧用流体パイプ５０には、例えば、加圧用流体から粒子を除去する加圧用流体フィルタ７０が設けられている。加圧用流体フィルタ７０としては、ＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）等が使用可能である。
しかし、図２の参考例に示すように、加圧用流体の流れが、一切遮られることなく、整流部材を備えていない場合、加圧用流体によってチャンバ１０内に大きな非対称的な流れが生じ、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布が、上記軸方向に関して対称でなくなり、乱される場合がある。導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れが乱れると、排出ノズル３０から排出されるべきサンプル流体に含まれる粒子がチャンバ１０内に滞留しうる。
図３は、整流部材を備えていない場合の、粒子検出装置のチャンバ内における粒子の分布を、図４は流速の大きさの分布を、図５は圧力の大きさの分布を示している。図３ないし図５に示した分布は、シミュレーションにより得られた。整流部材を備えていないため、図３に示すように、粒子が排出ノズルから排出されていなかった。また、図４に示すように、加圧用流体が流速が高いまま、導入ノズルと排出ノズルの間に達していた。さらに図５に示すように、導入ノズルと排出ノズルの間に付近において、圧力分布が非対称であった。
これに対し、図１に示すように、第１の実施の形態に係る粒子検出装置は、チャンバ１０内に大きな非対称的な流れが生じることを防ぎ、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布が、上記軸方向に関して対称となるよう、加圧用流体を整流する整流部材６１を備える。第１の実施の形態において、整流部材６１は、加圧用流体パイプ５０のチャンバ１０内に突出している部分である。
図６及び図７に示すように、加圧用流体パイプ５０のチャンバ１０内に突出している部分の側壁に開口２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃが設けられている。開口は一つでも複数でもよい。また、開口２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃの形状は、例えばスリット状であるが、これに限定されない。開口２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃには、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材が設けられていてもよい。メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材の材料としては、発塵しない材料が好ましい。例えば、フィルタとしては、ＨＥＰＡフィルタ、及びＵＬＰＡフィルタ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）、及びナイロンネット等が使用可能である。また、メッシュ及び多孔質部材の材料としては、金属、プラスチック、及びガラス等が使用可能である。
開口２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃから、加圧用流体がチャンバ１０内に流れ込む。開口２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃの総面積が大きいほど、加圧用流体の圧力をチャンバ１０内に均等に分散することが可能となる。そのため、加圧用流体パイプ５０のチャンバ１０内に突出している部分を長くするなどして突出部の表面積を大きく設定し、開口２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃの総面積を大きく確保してもよい。
加圧用流体パイプ５０のチャンバ１０内に突出している部分の側壁は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向に対して略垂直である。チャンバ１０内に突出している加圧用流体パイプ５０の末端は、閉塞面１６１によって閉塞している。閉塞面１６１は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である。そのため、開口２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃからチャンバ１０内に流れ込む加圧用流体が、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布を非対称的に乱すことを抑制可能である。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る粒子検出装置においては、図８に示すように、加圧用流体パイプ５０がチャンバ１０内に突出しておらず、加圧用流体パイプ５０の末端は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口の外径部分に接続されている。加圧用流体パイプ５０から供給された加圧用流体は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口から、チャンバ１０内に供給される。例えば、加圧用流体が通過する開口が設けられたチャンバ１０の側壁は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である。
第２の実施の形態に係る粒子検出装置においては、図８に示すように、加圧用流体パイプ５０がチャンバ１０内に突出しておらず、加圧用流体パイプ５０の末端は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口の外径部分に接続されている。加圧用流体パイプ５０から供給された加圧用流体は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口から、チャンバ１０内に供給される。例えば、加圧用流体が通過する開口が設けられたチャンバ１０の側壁は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である。
第２の実施の形態において、整流部材６２は、チャンバ１０に接続された加圧用流体パイプ５０の開口に対向して配置された、空隙の無い板である。図９は、加圧用流体パイプの開口に対向して配置された空隙の無い板を有する粒子検出装置のチャンバ内における粒子の分布を、図１０は流速の大きさの分布を、図１１は圧力の大きさの分布を示している。図９ないし図１１に示した分布は、シミュレーションにより得られた。整流部材を備えたことにより、図９に示すように、粒子が排出ノズルから排出された。また、図１０に示すように、加圧用流体が流速が高いまま、導入ノズルと排出ノズルの間に達することが抑制された。さらに図１１に示すように、導入ノズルと排出ノズルの間に付近において、圧力分布が対称であった。
あるいは、第２の実施の形態において、整流部材６２は、図１２に示すように、整流部材６２は、チャンバ１０に接続された加圧用流体パイプ５０の開口に対向して配置された、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材であってもよい。メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材としては、第１の実施の形態と同様のものが使用可能である。整流部材６２は、加圧用流体パイプ５０の開口が設けられた側壁と、導入ノズル２０及び排出ノズル３０と、の間に配置されている。また、整流部材６２は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行に配置されている。整流部材６２が配置されることにより、加圧用流体パイプ５０からチャンバ１０内に流れ込む加圧用流体が、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布を非対称的に乱すことを抑制可能である。
整流部材６２がメッシュ、フィルタ、又は多孔質部材である場合、整流部材６２の空隙のそれぞれの直径の大きさは、例えば、導入ノズル２０の開口の直径よりも小さい。また、例えば、整流部材６２の空隙の開口面積の総和は、加圧用流体パイプ５０の断面積よりも大きい。整流部材６２の空隙の開口面積の総和を、加圧用流体のパイプ５０の断面積よりも大きくすることで、加圧用流体の圧力をチャンバ１０内に均等に分散することが可能となる。さらに、加圧用流体パイプ５０の断面積より、整流部材６２に設けられた空隙の開口面積の総和を大きくすることにより、加圧用流体パイプ５０内部における流体の速度と比較して、整流部材６２を通過した流体の流速を低下させることが可能である。
またさらに、例えば、図１３に示すように、整流部材６２は、空隙の無い部分と、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる空隙を有する部分と、を備えていてもよい。この場合、例えば、整流部材６２の空隙の無い部分が、加圧用流体パイプ５０の開口に対向するとよい。ただし、加圧用流体パイプ５０の開口と直接対向する部分以外は、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる空隙を有する部分が大きい方が、加圧用流体の圧力が均等に分散し、整流効果が高い傾向にある。
第２の実施の形態において、検出機構４０の光源又は受光素子等、検出機構４０の少なくとも一部が整流部材６２に配置されていてもよい。図１２及び図１３に示すように、整流部材６２の少なくとも一部がメッシュ、フィルタ、又は多孔質部材である場合、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れに垂直な位置に配置された検出機構４０の光源及び受光素子等が、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れに、加圧用流体が衝突することを抑制しうる。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る粒子検出装置においては、図１４及び図１５に示すように、加圧用流体パイプ５０の末端は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口の外径部分に接続されている。加圧用流体パイプ５０から供給された加圧用流体は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口から、チャンバ１０内に供給される。例えば、加圧用流体が通過する開口が設けられたチャンバ１０の側壁は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である。
第３の実施の形態に係る粒子検出装置においては、図１４及び図１５に示すように、加圧用流体パイプ５０の末端は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口の外径部分に接続されている。加圧用流体パイプ５０から供給された加圧用流体は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口から、チャンバ１０内に供給される。例えば、加圧用流体が通過する開口が設けられたチャンバ１０の側壁は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である。
第３の実施の形態において、整流部材６３は、導入ノズル２０及び排出ノズル３０の間を少なくとも覆う筒状部材である。整流部材６３は、空隙の無い部材であってもよいし、あるいは図１６に示すように、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材であってもよい。メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材としては、第１の実施の形態と同様のものが使用可能である。第３の実施の形態において、整流部材６３の形状は筒状であれば任意であり、例えば円筒状でもよいし、角筒状でもよい。整流部材６３が配置されることにより、加圧用流体パイプ５０からチャンバ１０内に流れ込む加圧用流体が、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布を非対称的に乱すことを抑制可能である。
整流部材６３がメッシュ、フィルタ、又は多孔質部材である場合、整流部材６３の空隙のそれぞれの直径の大きさは、例えば、導入ノズル２０の開口の直径よりも小さい。また、例えば、整流部材６３の空隙の開口面積の総和は、加圧用流体パイプ５０の断面積よりも大きい。整流部材６３の空隙の開口面積の総和を、加圧用流体パイプ５０の断面積よりも大きくすることで、加圧用流体の圧力をチャンバ１０内に均等に分散することが可能となる。さらに、加圧用流体パイプ５０の断面積より、整流部材６３に設けられた空隙の開口面積の総和を大きくすることにより、加圧用流体パイプ５０内部における流体の速度と比較して、整流部材６３を通過した流体の流速を低下させることが可能である。
またさらに、例えば、整流部材６３は、図１７に示すように、空隙の無い部分と、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる部分と、を備えていてもよい。この場合、例えば、整流部材６３の空隙の無い部分が、加圧用流体パイプ５０の開口に対向するとよい。ただし、加圧用流体パイプ５０の開口と直接対向する部分以外は、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる部分が大きい方が、加圧用流体の流れを穏やかにし、かつ加圧用流体の圧力を均一にして整流効果が高い傾向にある。
第３の実施の形態において、検出機構４０の少なくとも一部が整流部材６３に配置されていてもよい。図１６及び図１７に示すように、整流部材６３の少なくとも一部がメッシュ、フィルタ、又は多孔質部材である場合、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れに垂直な位置に配置された検出機構４０の光源及び受光素子等が、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れに、加圧用流体が衝突することを抑制しうる。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る粒子検出装置においては、図１８に示すように、加圧用流体パイプ５０の末端は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口の外径部分に接続されている。加圧用流体パイプ５０から供給された加圧用流体は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口から、チャンバ１０内に供給される。例えば、加圧用流体が通過する開口が設けられたチャンバ１０の側壁は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である。
第４の実施の形態に係る粒子検出装置においては、図１８に示すように、加圧用流体パイプ５０の末端は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口の外径部分に接続されている。加圧用流体パイプ５０から供給された加圧用流体は、チャンバ１０の側壁に設けられた開口から、チャンバ１０内に供給される。例えば、加圧用流体が通過する開口が設けられたチャンバ１０の側壁は、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である。
第４の実施の形態において、整流部材６４は、チャンバ１０内に配置された第２のチャンバであり、導入ノズル２０及び排出ノズル３０が第２のチャンバ内で対向している。整流部材６４は、例えば、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる。メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材としては、第１の実施の形態と同様のものが使用可能である。第４の実施の形態において、整流部材６４の形状は任意であり、例えば立方体、直方体、球、又は楕円球である。整流部材６４の空隙のそれぞれの直径の大きさは、例えば、導入ノズル２０の開口の直径よりも小さい。また、例えば、整流部材６４の空隙の開口面積の総和は、加圧用流体パイプ５０の断面積よりも大きい。整流部材６４の空隙の開口面積の総和を、加圧用流体パイプ５０の断面積よりも大きくすることで、加圧用流体の流量が大きい場合でも、加圧用流体の圧力をチャンバ１０内に均等に分散することが可能となる。
例えば、整流部材６４は、図１９に示すように、空隙の無い部分と、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる空隙を有する部分と、を備えていてもよい。この場合、例えば、整流部材６４の空隙の無い部分が、加圧用流体パイプ５０の開口に対向するとよい。ただし、加圧用流体パイプ５０の開口と直接対向する部分以外は、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる空隙を有する部分が大きい方が、加圧用流体の圧力が均等に分散し、加圧用流体の流量が大きい場合でも、整流効果が高い傾向にある。図２０は、加圧用流体パイプと対向する部分以外は空隙を有する第２のチャンバを有する粒子検出装置のチャンバ内における粒子の分布を、図２１は流速の大きさの分布を、図２２は圧力の大きさの分布を示している。図２０ないし図２２に示した分布は、シミュレーションにより得られた。第２のチャンバを備えたことにより、図２０に示すように、粒子が排出ノズルから排出された。また、図２１に示すように、加圧用流体が流速が高いまま、導入ノズルと排出ノズルの間に達することが抑制された。さらに図２２に示すように、導入ノズルと排出ノズルの間に付近において、圧力分布が対称であった。当該効果は、加圧用流体の圧力が高くなっても奏された。
あるいは、整流部材６４は、図２３に示すように、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れ方向と略平行である側面が空隙の無い部材からなり、導入ノズル２０が貫通する上面及び排出ノズル３０が貫通する下面がメッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなっていてもよい。ただし、加圧用流体パイプ５０の開口と直接対向する部分以外は、メッシュ、フィルタ、又は多孔質部材からなる空隙を有する部分が大きい方が、加圧用流体の流れを穏やかにし、かつ加圧用流体の圧力を均一にして、加圧用流体の流量が大きい場合でも、整流効果が高い傾向にある。
第４の実施の形態において、検出機構４０の少なくとも一部が整流部材６４に配置されていてもよい。図１８及び図１９に示すように、整流部材６４の少なくとも一部がメッシュ、フィルタ、又は多孔質部材である場合、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れに垂直な位置に配置された検出機構４０の光源及び受光素子等が、導入ノズル２０と排出ノズル３０の間のサンプル流体の流れに、加圧用流体が衝突することを抑制しうる。
整流部材６４が配置されることにより、加圧用流体パイプ５０からチャンバ１０内に流れ込む加圧用流体が、軸方向に整列された導入ノズル２０と排出ノズル３０の間の流体の流速分布を非対称的に乱すことを抑制可能である。さらに、第４の実施の形態において、整流部材６４がチャンバ１０内に配置された第２のチャンバであるため、粒子が第２のチャンバ内に封じ込められるため、加圧用流体パイプ５０等が粒子で汚染されることを防止しうる。また、加圧用流体フィルタ７０が予期せず破損したとしても、加圧用流体に含まれうる粒子が、第２のチャンバ内部に進入してコンタミするリスクを回避することも可能である。さらに、第２のチャンバに設けられた孔の孔径が粒子の粒径よりも小さい場合は、加圧用流体フィルタ７０が不要とすることができる。
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、整流部材６１−６４が配置されていない場合は、導入ノズル２０と排出ノズル３０が対向する位置よりも加圧用流体パイプ５０の開口を遠ざける方が好ましいが、整流部材６１−６４を配置することにより、加圧用流体パイプ５０をチャンバ１０の任意の位置に接続することが可能となる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、整流部材６１−６４が配置されていない場合は、導入ノズル２０と排出ノズル３０が対向する位置よりも加圧用流体パイプ５０の開口を遠ざける方が好ましいが、整流部材６１−６４を配置することにより、加圧用流体パイプ５０をチャンバ１０の任意の位置に接続することが可能となる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
１０ チャンバ
２０ 導入ノズル
３０ 排出ノズル
４０ 検出機構
５０ 加圧用流体パイプ
６１、６２、６３、６４ 整流部材
７０ 加圧用流体フィルタ
１６１ 閉塞面
２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃ 開口
２０ 導入ノズル
３０ 排出ノズル
４０ 検出機構
５０ 加圧用流体パイプ
６１、６２、６３、６４ 整流部材
７０ 加圧用流体フィルタ
１６１ 閉塞面
２６１Ａ、２６１Ｂ、２６１Ｃ 開口
Claims (22)
- チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が、前記チャンバの前記軸方向と平行な一の側壁に設けられている、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記加圧用流体パイプの前記チャンバ内に突出している部分であり、前記加圧用流体パイプの前記チャンバ内に突出している部分の側壁に開口が設けられている、
粒子検出装置。 - 前記加圧用流体パイプの前記チャンバ内に突出している部分の側壁に前記開口が複数設けられている、請求項２に記載の粒子検出装置。
- 前記開口にメッシュが設けられている、請求項２又は３に記載の粒子検出装置。
- 前記開口にフィルタが設けられている、請求項２又は３に記載の粒子検出装置。
- 前記開口に多孔質部材が設けられている、請求項２又は３に記載の粒子検出装置。
- 前記チャンバ内に突出している前記加圧用流体パイプの末端が閉塞している、請求項２から６のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
- チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記チャンバに接続された前記加圧用流体パイプの開口に対向して配置された板である、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記チャンバに接続された前記加圧用流体パイプの開口に対向して配置されたメッシュである、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記チャンバに接続された前記加圧用流体パイプの開口に対向して配置されたフィルタである、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記チャンバに接続された前記加圧用流体パイプの開口に対向して配置された多孔質部材である、
粒子検出装置。 - 前記整流部材の空隙のそれぞれの直径の大きさが、前記導入ノズルの開口の直径よりも小さく、
前記整流部材の開口面積の総和が、前記加圧用流体パイプの断面積より大きい、
請求項９から１１のいずれか１項に記載の粒子検出装置。 - 前記検出機構の少なくとも一部が前記整流部材に設けられている、請求項８から１２のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
- チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が、前記導入ノズル及び前記排出ノズルの間を少なくとも覆う筒状部材であり、
前記筒状部材の少なくとも一部がメッシュであり、
前記整流部材の空隙のそれぞれの直径の大きさが、前記導入ノズルの開口の直径よりも小さく、
前記整流部材の開口面積の総和が、前記加圧用流体パイプの断面積より大きい、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が、前記導入ノズル及び前記排出ノズルの間を少なくとも覆う筒状部材であり、
前記筒状部材の少なくとも一部がフィルタであり、
前記整流部材の空隙のそれぞれの直径の大きさが、前記導入ノズルの開口の直径よりも小さく、
前記整流部材の開口面積の総和が、前記加圧用流体パイプの断面積より大きい、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が、前記導入ノズル及び前記排出ノズルの間を少なくとも覆う筒状部材であり、
前記筒状部材の少なくとも一部が多孔質であり、
前記整流部材の空隙のそれぞれの直径の大きさが、前記導入ノズルの開口の直径よりも小さく、
前記整流部材の開口面積の総和が、前記加圧用流体パイプの断面積より大きい、
粒子検出装置。 - 前記検出機構の少なくとも一部が前記筒状部材に設けられている、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
- チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記チャンバ内に配置された第２のチャンバであり、前記導入ノズル及び前記排出ノズルが前記第２のチャンバ内で対向しており、
前記第２のチャンバの少なくとも一部がメッシュであり、
前記整流部材の空隙のそれぞれの直径の大きさが、前記導入ノズルの開口の直径よりも小さく、
前記整流部材の開口面積の総和が、前記加圧用流体パイプの断面積より大きい、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記チャンバ内に配置された第２のチャンバであり、前記導入ノズル及び前記排出ノズルが前記第２のチャンバ内で対向しており、
前記第２のチャンバの少なくとも一部がフィルタであり、
前記整流部材の空隙のそれぞれの直径の大きさが、前記導入ノズルの開口の直径よりも小さく、
前記整流部材の開口面積の総和が、前記加圧用流体パイプの断面積より大きい、
粒子検出装置。 - チャンバと、
前記チャンバに設けられた導入ノズルと、
前記チャンバに前記導入ノズルに対向して設けられた排出ノズルと、
前記導入ノズルから噴出するサンプル流体に光を照射し、前記サンプル流体に含まれる粒子を検出する検出機構と、
前記チャンバに接続され、前記チャンバ内を加圧するための加圧用流体を供給するための加圧用流体パイプと、
軸方向に整列された前記導入ノズルと前記排出ノズルの間の流体の流速分布が、前記軸方向に関して対称となるよう、前記加圧用流体を整流する整流部材と、
を備え、
前記整流部材が前記チャンバ内に配置された第２のチャンバであり、前記導入ノズル及び前記排出ノズルが前記第２のチャンバ内で対向しており、
前記第２のチャンバの少なくとも一部が多孔質であり、
前記整流部材の空隙のそれぞれの直径の大きさが、前記導入ノズルの開口の直径よりも小さく、
前記整流部材の開口面積の総和が、前記加圧用流体パイプの断面積より大きい、
粒子検出装置。 - 前記検出機構の少なくとも一部が前記第２のチャンバに設けられている、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
- 前記チャンバに供給される加圧用流体から粒子を除去する加圧用流体フィルタを更に備える、請求項１から２１のいずれか１項に記載の粒子検出装置。
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