JPH02177955A - 動物用暴露実験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、動物用暴露実験装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

近年、産業界で使用される有機溶剤量は年々増加し、こ
うした有機溶剤の蒸気ガスが自然環境や人体に及ぼす影
響については、特定濃度のガスを人工的に作り出し、正
常な飼育環境で飼育される実験動物を長期間暴露する動
物暴露実験を通して調査、研究されている。しかしなが
ら動物実験により有機溶剤ガスの影響をきめ細か（正確
に知るには、幅広い濃度範囲を有する溶剤ガスを精度良
く生成することが必要不可欠であり、また実験動物を所
定のガス濃度で出来るだけ素早く暴露すると共に、周囲
環境の変化に影響なく長期にわたり安定であることが要
求される。

従来、有機溶剤を一定量噴射する方法が提案されている
が、暴露ガス生成は大容量の混合器に直接溶剤を噴射し
て、混合器内で換気空気で希釈混合するため、例えば常
温では気化しにくい溶剤を完全にガス化するのは難しく
、暴露チャンバ内のガス濃度が不均一になることが予想
される。さらにこうした大容量混合器の設置は装置全体
の大型化を招き、溶剤ガスを所定濃度に素早く安定させ
ることができないという問題があった。

また、実際の暴露実験はこれまで述べたごとく長期にわ
たることから無人化状態となるため、安定した濃度のガ
ス供給の面からすれば常時ガス濃度を検出これをフィー
ドバック信号として噴射量を逐次自動制御するのが望ま
しいが、この様な装置は未だ実現されていなかった。

〔発明の目的〕

本発明は実験動物を一定環境下で飼育する暴露チャンバ
に、広範囲のガス濃度を有する有機溶剤ガスを、飼育環
境を変更することなく、素早くしかも均一なガス濃度で
長期間安定に供給することを目的とするものである。

本発明者らは、上記目的を達成するために、暴露チャン
バ内のガス濃度を常時検出し、これをフィードバック信
号として必要な溶剤噴射量を噴射周期と噴射時間で逐次
制御すると共に、噴射された溶剤をヒータにより蒸発す
ることにより、常温で気化しにくい溶剤についても完全
にガス化した後、暴露チャンバに流入する新鮮な空気に
対して、絞り手段により希釈混合することにより均一で
かつ安定した濃度の暴露ガスを発生する本発明に着眼し
た。

〔発明の説明〕

本発明の動物用暴露実験装置は、実験動物を飼育すると
共に有機溶剤ガスを実験動物に暴露する暴露チャンバと
、前記好機溶剤ガスおよび新鮮な空気を前記暴露チャン
バ内に通過せしめる換気装置と、前記暴露チャンバ内の
暴露ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置と、前記検
出したガス濃度信号と目標ガス濃度信号とを比較してそ
の関係により少なくとも噴射周期信号または噴射時間信
号のいずれか一方を出力するコントローラと、該コント
ローラから出力される噴射周期信号または噴射時間信号
に基づき溶剤供給量を噴射周期または噴射時間で噴射制
御する溶剤噴射装置と、噴射された溶剤をヒータにより
加熱蒸発させガス化する加熱１発装置とから成るガス化
装置と、前記ガス化装置から供給さるを機溶剤ガスを絞
り手段により前記換気装置から供給される新鮮な空気と
充分希釈混合させて一定濃度の希釈ガスを前記暴露チャ
ンバに供給するガス供給装置とから成る。

上述の構成より成る本発明の動物用暴露実験装置は、暴
露チャンバ内の検出したガス濃度信号と目標ガス濃度信
号とをコントローラにより比較してその関係により、少
なくとも噴射時間信号または噴射周期信号とのいずれか
一方を出力し、ガス化装置の溶剤噴射装置によりコント
ローラからの出力信号に基づき溶剤の噴射量を制御して
、ヒータにより加熱蒸発させてガス化し、換気装置から
供給される新鮮な空気とガス供給装置の絞り手段により
充分希釈混合させて、前記暴露チャンバに供給するもの
である。

上述の作用を奏する本発明の動物用暴露実験装置は、暴
露チャンバ内のガス濃度に応じてコントローラから出力
される信号に基づきガス化装置の溶剤噴射装置により噴
射時間または噴射時間で制御しきれない範囲においては
噴射周期によって噴射量を制御するので、広い範囲に亘
り精確に調量された有ｉＲＬ溶剤を暴露チャンバに供給
することができるという利点を有する。しかもガス化装
置のヒータにより加熱蒸発させて溶剤をガス化するので
気化しにくい溶剤でも完全にガス化することができる。

さらにガス供給装置のコンパクトな絞り手段により新鮮
な空気の速度ポテンシャルの増大に伴う負圧吸引作用に
よりガス化溶剤を吸引し、大きな速度ポテンシャルによ
って新鮮な空気と充分希釈混合させるので、濃度が−様
な希釈混合ガスを暴露チャンバに供給することができる
という利点を有する。

〔その他の発明の説明〕

請求項記載の本発明をさらに具体的にしたその他の発明
について以下に述べる。

本発明のガス化装置の溶剤噴射装置は、自動車エンジン
用の噴射弁を用いる場合は、第２図に示す様に噴射時間
ｄＴが約２ミリ秒以上においては制御可能であるが、２
ミリ秒以下であると精度良く制御ができないので、噴射
弁の制御特性で決まる噴射時間の限界時間例えば２ミリ
秒以下に相当する溶剤濃度が必要な場合には、第２図中
破線で示す噴射周期特性に基づき噴射周期（Ｔ）を制御
することにより、精度の良い溶剤濃度の制御を可能にす
ることができる。

また噴射弁の制御可能な噴射時間内においても、第２図
−点鎖線で示す噴射周期特性（Ｔ）と噴射時間特性（ｄ
Ｔ）の両方に基づいて噴射弁の噴射周期Ｔおよび噴射時
間ｄＴの両者を制御することにより、きめ細かな溶剤濃
度制御を実現することができる。

またガス化装置の加熱蒸発装置は、ヒータを内蔵する蒸
発部を熱伝達率の高い材料で構成すると共に、必要に応
じて蒸発面積を増大させるためのフィン構造を採用する
もので、こうすることにより気化の難しい溶剤でも完全
に蒸発させることができる。

〔実施例〕

以下、第１図を用いて本発明の詳細な説明する。同一部
分には同一符号を付し、説明を省略する。

ＡＩ、Ａ２、Ａ３はそれぞれ同一構成の暴露チャンバで
、暴露ガスとなる有機溶剤や実験動物の糞尿により腐食
されない材料例えばステンレス等を用いて製作され、内
部の換気空気や暴露ガスの流れ状態を良好にすると共に
実験動物の飼育スペースの拡大を図るため、中央部は箱
形その上下部はそれぞれ四角錘で形成してあり、支持台
ｌに固定される。暴露チャンバの前面には実験動物を出
し入れする扉１０１、採光と監視を兼ねた窓ガラス１０
２が、後面には飲料水の供給口１０３が設けである。

暴露チャンバの最上部には後述する換気ファンにより換
気空気および暴露ガスを暴露チャンバ内へ連続的に流入
する円筒形の吸込み口１０４が設けてあり、その一端に
は後述する換気空気と有機溶剤ガスを希釈、混合し所定
の暴露ガス濃度とするガス供給装置■の絞り装置ｌＯ・
５と、換気空気量を測定する風量センサ１０６と、空気
温度を測定する温度センサ１０７が設けてあり、それぞ
れ後述するコントローラ■と接続されている。

一方、暴露チャンバ上部の吸込み口１０４から暴露チャ
ンバ内部へ流入する換気空気や暴露ガスの流れによって
生じる実験動物への不快感や体温低下を防止すると共に
飼育空間の暴露ガス濃度を均一化するため、チャンバ内
部の適当な位置に流れと直交するよう整流装置１０Ｂが
取付けである。

整流装置１０８は、換気空気や暴露ガスの主流を強制的
に拡散する効果を有し、図示の実施例では一定の開口率
と面積を有する金網状の板を使用している。

次に、暴露チャンバの下部四角錘の内部には実験動物の
糞尿の、腐敗による細菌の発生防止と簡便な処理のため
、前記四角錘と相似形状をなす水洗トイレ１０９が暴露
チャンバ内暴露ガスの排出通路となる隙間１１０を隔て
て設けてあり、トイレ１０９の上面は実験動物の糞尿を
１０９内へ常時落下させるため、例えば金網状の板１１
１で覆われている。

水洗トイレ１０９の周囲には水洗トイレ内側に水を溜め
ると同時にトイレ表面に付着した糞尿の一部を洗浄する
ため、水流を噴射する複数個の注水ノズル１１２が取付
けられている。また、１゜９の中央下部には糞尿を簡便
に排水、処理する球状パルプ１１３が足踏みペダル１１
４・と連結して設けてあり、１１５は排水管である。

各暴露チャンバからは、換気空気および暴露ガスを暴露
チャンバ内最上部の吸込み口１０４から流入し、実験動
物を暴露した後、隙間１１０を通して排出するため、排
出管１１６がフィルター１１７および消音器１１８を介
して換気ファン１１９に接続しである。

排出管１１６の端には換気量を調節するダンパ１２０が
取付けてあり、フィルター１１７は主として実験動物の
抜は毛を除去するのに用い、交換、清掃が容易な金網を
使用している。また、消音器１１８は換気ファンの機械
振動や騒音の暴露チャンバへの伝達を緩和するのに用い
、中空円筒の容器を使用している。なお、消音器１１８
の内部には暴露ガスへ吸着、処理に備え活性炭等を封入
することもできる。

次にガス濃度検出装置工について説明する。各暴露チャ
ンバの側面には暴露チャンバ内暴露ガスの一部を採集し
、その濃度を測定するためのガス採集口２０が設けてあ
り、ガス採集口２０は空気ポンプ２１を介してガス濃度
検出器２２に、例えばテフロン等の耐食性チューブで接
続しである。

ガス濃度検出器２２はそれ自身常時動作し、得られたガ
ス濃度測定結果を電気信号に変換後、後述するコントロ
ーラ■へ送る。

なお、ガス濃度検出器２２の代わりに超小型のガス濃度
センサを暴露チャンバ内に設置、ガス濃度測定結果を直
接コントローラ■へ送出しても良い。

次に、コントローラ■について説明する。コントローラ
■は、実験に使用する有機溶剤の各種物性値および目標
とする暴露チャンバ内暴露ガス濃度を設定できるように
構成した条件設定回路３１と、前記風量センサ１０６、
温度センサ１０７で測定される換気空気量、空気温度さ
らに前記空気流量計４７で測定される圧縮空気量、そし
て前記ガス検出器２２で検出される暴露チャンバ内の暴
露ガス濃度を、逐次集録するように構成したデータ集録
回路３２と、３１．３２からの人力信号をもとに各溶剤
噴射装置の噴射周期、噴射時間を演算し、溶剤噴射装置
を駆動するようにした制御回路３３から構成されている
。

ここで、図示しないが、制御回路３３はＣＰＵ、メモリ
、入出力インターフェース等を有するマイクロコンピュ
ータで構成してあり、入力インターフェースは３Ｉ、３
２と、出力インターフェースは溶剤噴射装置４０ａ、４
０ｂの入力端子とそれぞれ電気的に接続しである。

さらに、制御回路３３における信号の流れと演算、制御
の具体例を説明すると、暴露ガスを暴露チャンバＡ１、
Ａ２、Ａ３へ供給する場合、先ずコントローラＨの条件
設定回路３１に予め設定された目標となる暴露ガス濃度
Ｓおよび使用する有機溶剤の比重Ｗ、分子量Ｃが、また
データ集録回路３２で測定された換気空気量■、空気温
度ｔ、有機溶剤ガス量Ｇ、そして暴露チャンバ内の暴露
ガス濃度Ｍがそれぞれ制御回路３３に入力される。

制御回路は次式にもとづき目標ガス濃度Ｓを得るに必要
な溶剤噴射量Ｆを算出する。次式において溶剤噴射装置
から単位時間当たりに噴射される溶剤噴射量Ｆと暴露チ
ャンバ内部の目標ガス濃度Ｓの関係は、使用する有機溶
剤の比重Ｗと分子量Ｃ１および単位時間当たりの換気空
気量■と空気温度ｔ、そして溶剤ガス流路４５から絞り
装置１０５へ圧送される単位時間当たりの有機溶剤ガス
量Ｇにより記述される。

目標ガス濃度Ｓ−比例定数× 溶剤噴射量Ｆは単位時間当たりの値であり、これは次式
により噴射−回当たりの噴射時間ｄＴと噴射周期Ｔに変
換される。

噴射−回当たりの噴射時間ｄＴ＝比例定数×噴射周期Ｔ
Ｘ溶剤噴射量Ｆ ここで、噴射時間ｄＴは、溶剤噴射装置として例えば自
動車エンジンの燃料噴射弁を用いた場合は約２ミリ秒以
上であることが望ましく、また噴射周期Ｔは発生暴露ガ
スの濃度変動を最小限に抑えるため噴射周期Ｔが最小に
なるように決められる。

一方、暴露チャンバ内のガス濃度はガス検出装置２２で
常時検出され、データ集録回路３２を介して制御回路３
３に入力され、制御回路は暴露ガス濃度Ｍと目標ガス濃
度Ｓとの濃度偏差Ｅがある一定濃度範囲外であれば、目
標ガス濃度へ素早く到達させるため、前述と同じ噴射時
間ｄＴ、噴射周期Ｔによる溶剤噴射を溶剤噴射装置へ出
力する。

しかし前記濃度偏差Ｅがある一定範囲内であれば、制御
回路は、噴射周期Ｔは一定とし、濃度偏差Ｅに比例した
補正量を前記噴射時間ｄＴに加えた新たな噴射時間を溶
剤噴射装置に出力し、濃度偏差Ｅが目標ガス濃度Ｓに対
し、ある所定量以下になるまでこの操作を繰返す。

こうした制御動作により、例えばある単一の成分のみを
有する暴露ガスを発生するには４０ａまたは４０ｂいづ
れか一方の溶剤噴射装置を作動すれば良く、また二種類
の成分を有する有機溶剤ガスの生成には２つの溶剤噴射
装置を、暴露ガスの各成分濃度に応じた噴射時間ｄＴで
かつ同一周期Ｔで作動すれば良い。

従って、二種類の成分を有する暴露ガス発生においては
、各有機溶剤を予め所定濃度割合で混合する必要はなく
、さらに、このような制御方式によれば、暴露チャンバ
内を所定ガス濃度とするに必要な溶剤噴射量を予め知る
ことができ、その結果暴露ガス濃度を素早く所定ガス濃
度に近付けることができる。そしてその後は常時検出さ
れるガス濃度検出結果をもとに溶剤噴射量を逐次制御す
れば、換気空気量や有機溶剤ガス流量の変動あるいは飼
育動物数の違いによる温度変動等の環境変化や溶剤噴射
量のばらつきに影響されることなく、暴露ガス濃度は所
定ガス濃度に保たれ、精度の高い実験を行える。

次に暴露ガスを発生させるガス化装置■について説明す
る。４０ａ、４０ｂは暴露ガスとなる有機溶剤の種類毎
に設けた、例えば自動車エンジンの燃料噴射弁等を利用
した溶剤噴射装置であり、その一端は単成分の有機溶剤
を一定量収容できる適当なろ過器を備えた溶剤容器４１
ａ、４１ｂと、溶剤容器から溶剤吐出するポンプ４２ａ
、４２ｂと、溶剤圧力を一定に保つ圧力調整弁４３ａ、
４３ｂから成る溶剤循環回路にそれぞれ接続され、溶剤
噴射装置には常時一定圧の溶剤が加えられるようにしで
ある。

そして、溶剤噴射装置４０ａ、４０ｂの他端は３噴射さ
れる有機溶剤を強制的に蒸発、気化し、有機溶剤ガスと
するためのガス化容器４４の内部に形成しである有機溶
剤ガス流路４５と直交するように取付けである。有機溶
剤ガス流路４５の上流には有機溶剤ガスを絞り装置１０
５へ圧送するための圧縮空気源４６が、圧縮空気流量を
測定しコントローラ■へ電気信号とし出力する空気流量
計４７を介して接続してあり、またガス流路４５の下流
は後述する絞り装置１１０５と耐蝕チェーブで接続しで
ある。さらに、ガス容器４４にはガス流路４５と平行し
て前記有機溶剤を強制的に蒸発、気化するための加熱ヒ
ータ４８を備えた加熱プレート４９が、４０ａ、４０ｂ
から噴射した有機溶剤と直接衝突するよう溶剤噴射装置
４０ａ、４０ｂと対向して設けである。

５０は加熱ヒータ４８を一定温度に調整する温度調節器
で、また加熱プレート４９の表面には有機溶剤を保持し
、かつその蒸発を促進するため複数のフィン状突起物が
設けである。

次にガス供給装置■について説明する。

絞り装置１０５の内部は、換気空気と有機溶剤ガスの混
合が均一にしかも短時間で行えるよう、断面積が流路方
向に向かって連続的に変化するベンチエリ形状を有した
換気空気の流路とこれ、と直角方向に有機溶剤ガスの流
路が形成しであるため、これら２つの流路の交差する点
では換気空気流の圧力降下による吸引作用によりガス化
装置■から供給された有機溶剤ガスは強制的に絞られ速
度が増した換気空気に充分希釈混合され、暴露チャ、ン
バＡｌ−Ａ３に吸い送口１０４を介して供給される。

以上のごとく構成した実施例の動物用暴露実験装置は、
通常換気ファン１１９とダンパ１２０および整流装置１
０８で調整された換気空気と水洗トイレ１０９により暴
露チャンバＡＩ、Ａ２．．Ａ３内部の実験動物を適正な
飼育環境に保つ。暴露ガスを供給する場合は、ガス濃度
検出装置■によって検出した暴露チャンバ内の溶剤ガス
濃度に応じてコントローラ■で演算した溶剤噴射量を溶
剤噴射装置４０ａ、４０ｂにより噴射し、これを加熱ヒ
ータ４８を備えたガス化容器４４内で蒸発、有機溶剤ガ
スとした後、ガス化装置■の絞り装置１０５により換気
空気と所定の暴露ガス濃度に希釈、混合し、暴露チャン
バ内の実験動物をａ露することにより、均一で安定した
暴露ガスを暴露チャンバ内へ供給することができる。

また上述の実施例においては、溶剤噴射装置から単位時
間当たりに噴射される溶剤噴射ＩＦと暴露チャンバ内部
の目標ガス濃度Ｓの関係は、使用する有機溶剤の比重Ｗ
と分子量Ｃ１および単位時間当たりの換気空気量Ｖと空
気温度ｔ、および単位時間当たりの有機溶剤ガス量Ｇに
より次式で表される。

目標ガス濃度Ｓ−比例定数× 本実施例においては、上記式に基づき使用する有機溶剤
の比重Ｗ、分子量Ｃが、また前記データ集録回路で測定
された換気空気量■、空気温度ｔ、有機溶剤ガス量Ｇ、
そして暴露チャンバ内の暴露ガス濃度Ｍにより目標ガス
濃度Ｓを得るに必要な溶剤噴射量Ｆをコントローラ■に
より演算するので、精度の高い溶剤ガス濃度の制御が可
能になる。

また前記溶剤噴射量Ｆは単位時間当たりの値であり、こ
れは次式により噴射−回当たりの噴射時間ｄＴと噴射周
期Ｔに変換される。

噴射−回当たりの噴射時間ｄＴ＝比例定数×噴射周ＭＴ
×溶剤噴射ｆｔＦ ここで、本実施例の噴射装置は、噴射時間ｄＴと噴射周
期Ｔの関係において、噴射周期Ｔが最小になるように決
めたので、生成される暴露ガスの濃度変動を最小限に抑
えることができる。

さらにガス供給装置■は、供給された有機溶剤ガスを内
部の換気空気で希釈、混合されるが、前述のごとく換気
空気の流れる流路は絞り装置としてのベンチュリ形状を
有することから換気空気の圧力降下により強制的に吸引
混合させ、かつ混合容積が小さいため短時間にかつ均一
に混合することができる。しかも装置がコンパクトであ
るため本実施例の様に暴露チャンバ毎に配設することも
可能になる。

また、常時検出されるガス濃度検出結果をもとに溶剤噴
射量を逐次制御すれば、換気空気量の変動など環境変化
や溶剤噴射量のばらつきに影響されることなく、暴露ガ
ス濃度は絶えず安定に保たれる。

さらに、有機溶剤をヒータおよび放熱フィンを備えたガ
ス化装置■で蒸発することにより、常温で気化しにくい
溶剤についても完全にガス化することができ、使用する
溶剤量は所定濃度に応じた消費量で済む。

また、暴露チャンバ内に流入する換気空気流の通路の絞
り構造による圧力降下を利用した有機溶剤ガスの混合方
式は、従来行われている大容積空間による方式とは全く
逆の効果で均一な混合を短時間に達成することができ、
かつ混合器は小型化し、実験装置全体は非常にコンパク
トになる。

また本実施例においては、暴露チャンバ内上部には、前
記ガス供給装置■を介して吸込み口から暴露チャンバ内
部へ流入する暴露ガスを、整流するための整流装置が設
けである。これは暴露チャンバ内部へ流入する換気空気
や暴露ガスの主流を強制的に拡散することにより、換気
空気の流れによって生じる実験動物への不快感の低減や
体温低下の防止をすると共に実験動物の飼育空間におけ
る暴露ガス濃度の分布を均一化し、実験精度の向上を図
るもので、ある一定の開口率と面積を有する例えば金網
状の板の上下面を、前記主流に直交するように配置しで
ある。そのため、主流は整流板に衝突後、その一部は整
流板を通過、その他の流れは整流板の周囲方向に流れる
ため、整流板の下流に位置する実験動物の飼育空間では
ほぼ均等な流速（濃度）分布を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体システム図、第２図
は溶剤噴射装置の噴射特性を示す線図である。 Ａ１、Ａ２、Ａ３は暴露チャンバ、１１９は換気ファン
、１２０はダンパ、１０Ｂは整流装置、４０ａ、４０１
ｂは溶剤噴射装置、Ｉはガス濃度検出装置、■はコント
ローラ、■はガス化装置、■はガス供給装置、４４はガ
ス化容器、４８は加熱ヒータ、１０５は絞り装置、２０
はガス採集口、２２はガス濃度検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 実験動物を飼育すると共に有機溶剤ガスを実験動物に暴
   露する暴露チャンバと、 前記有機溶剤ガスおよび新鮮な空気を前記暴露チャンバ
   内に通過せしめる換気装置と、 前記暴露チャンバ内の暴露ガスの濃度を検出するガス濃
   度検出装置と、 前記検出したガス濃度信号と目標ガス濃度信号とを比較
   してその関係により少なくとも噴射周期信号または噴射
   時間信号のいずれか一方を出力するコントローラと、 該コントローラから出力される噴射周期信号または噴射
   時間信号に基づき溶剤供給量を噴射周期または噴射時間
   で噴射制御する溶剤噴射装置と、噴射された溶剤をヒー
   タにより加熱蒸発させガス化する加熱蒸発装置とから成
   るガス化装置と、前記ガス化装置から供給さる有機溶剤
   ガスを絞り手段により前記換気装置から供給される新鮮
   な空気と充分希釈混合させて一定濃度の希釈ガスを前記
   暴露チャンバに供給するガス供給装置とから成ることを
   特徴とする動物用暴露実験装置。