專利名稱：便攜式空中浮游菌采樣器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來調查及管理受到微生物或細菌等的污染狀態、在有效且容易計數的狀態下、采集室內的空中浮游菌的便攜式空中浮游菌采樣器。
圖12是表示現有例的便攜式采樣器的平面圖，該便攜式采樣器是由采集部1和操作部2所構成，在操作部2上安裝有用來握持搬運用的把手3。在該采集部1的頂端部，嵌合有用來捕捉空中浮游菌而使空氣流入的吸嘴部4，在吸嘴部4中形成有多個的放射狀吸氣孔5。
對于如此構成的采樣器來說，當電源開關開啟、風扇轉動時，如圖13所示，使室內的采樣器附近所包含的細菌及真菌的被檢測粒子T的空氣流A受吸氣孔5所吸引。該空氣流A通過吸氣孔5而沖流至培養基K，使被檢測粒子T被培養基K所采集。
(1)然而，對于上述的現有例的便攜式采樣器，由于吸氣孔5是以放射狀來配置，吸嘴板4表面中的每單位面積的吸氣孔5數目不均勻。其結果，使得每單位面積的通過風量隨部位不同而有所不同，在風量較多處所，培養基受到干燥致使被檢測粒子T中的菌的采集率有降低的傾向，同時即使采集到菌之后，培養后也不能形成菌落，并且，吸氣孔5之間的間隔若過于狹窄時，由于被采集的菌過于靠近，在培養時造成菌落重疊，而無法辨別實際的菌落數目，同時，由于被培養的菌落呈放射狀不規則排列，若是沒有特別的方法或另外的菌落計數器時，存在容易發生漏數菌落數目的問題。
(2)并且，對于包含被檢測粒子T的空氣流A來說，空氣流A的流動會受到吸氣孔5之間的平坦部表面的阻礙，使得被檢測粒子T的一部分粒子T’容易附著在該平坦部分上。事實上，在使用包含有被檢測粒子T的空氣流A所做的實驗中，在將平坦部的附著狀況進行可視化的情況下，證實了確實有很多粒子T’附著在平坦部。并且，確認吸氣孔5之間的距離在極端靠近的情況下，空氣流A在該處暫時性滯留而形成聚積點，使得粒子T’形成集中性的附著。
對于在無菌度高的具有良好管理的無塵室等的環境下使用采樣器時，若菌類不通過吸氣孔5而附著在吸嘴板4的上方側表面時，會使得這些菌類沒有被采集至培養基K而造成死滅。因此，若產生如此的情形時，會產生當在原本通過吸氣孔5而被采集到培養基K的菌就較少的良好管理環境下做測定時，被采集到達培養基K菌數會變得非常稀少，而造成難以判斷無塵室的環境真的是高無菌度，還是無法測定出的問題。
為了解決上述的問題(2)，本發明的另一目的在于提供一種便攜式空中浮游菌采樣器，即使在菌數少的環境下，也能夠有效地采集空中浮游菌，盡可能減少聚積點，而能夠高精度地實施無菌度的評估。
為了達到上述目的，本發明的便攜式空中浮游菌采樣器包括具有多個吸氣孔的吸嘴板、保持該吸嘴板的吸嘴保持構件、位于上述吸嘴板的下方側并支持容納有培養基的培養皿的培養皿支持部、以及產生空氣流的風扇，其特征在于將具有直管部和位于該直管部上方側的圓錐狀錐形部的吸氣孔，配置在多個呈正交的縱橫2方向的等間隔平行線的交點位置上。
并且，本發明的便攜式空中浮游菌采樣器包括具有多個吸氣孔的吸嘴板、保持該吸嘴板的吸嘴保持構件、位于上述吸嘴板的下方側并支持容納有培養基的培養皿的培養皿支持部、以及產生空氣流的風扇，其特征在于將具有直管部和位于該直管部上方側的圓錐狀錐形部的吸氣孔，配置在由多條橫方向的等間隔的基準線、以及由相對該基準線呈60度和120度的多條等間隔的平行線的3方向的交點位置上。
圖2是其平面圖。
圖3是采集部的剖面圖。
圖4是吸嘴的側面圖。
圖5是吸氣孔的剖面圖。
圖6是將直管部短縮時的吸氣孔的剖面圖。
圖7是擴張錐形部的角度時的吸氣孔的剖面圖。
圖8是臨界粒子徑與采集效率的曲線圖。
圖9是配置排列在正方形的各頂點時的吸氣孔的平面圖。
圖10是配置排列在正方形的各頂點時的吸氣孔的平面圖。
圖11是配置排列在正三角形的各頂點時的吸氣孔的平面圖。
圖12是現有例的采樣器的平面圖。
圖13是吸嘴間的平坦部中的菌類附著狀況的說明圖。
圖1是便攜式空中浮游菌采樣器的立體圖，圖2是其平面圖，圖3是剖面圖。便攜式采樣器是由空中浮游菌的采集部11和操作部12所構成，在操作部12上安裝有搬運用把手13。在形成采集部11的圓筒狀的筐體14的上部，具備細微呈格子狀的多個吸氣孔15a的吸嘴板15，如圖4所示，被吸嘴支持部16支持。并且，為了使空氣不會泄漏，吸嘴保持部16例如是以螺絲結構而嵌合于筐體14。
在吸嘴板15的正下方，容納有瓊脂等的培養基K的培養皿S被培養皿支持部17所支持，吸嘴板15與培養皿S中的培養基K上表面的間隙g為0.5～1.5mm。并且，在培養皿支持部17的下側形成有一定的空間，在其下方配置有渦輪風扇或渦流(vortex)風機等的高靜壓風扇18，以及驅動高靜壓風扇18的馬達19和控制電路，考慮高采集性，將吸嘴板15中的風速設定為20m/秒以上。并且，在筐體14的最下部設有排氣用的過濾器20。
在使用時，填充有一定厚度培養基K的培養皿s被筐體14的培養皿支持部17所支持，然后，將吸嘴保持部16嵌合在筐體14的上部。當驅動馬達19使高靜壓風扇18旋轉時，空氣流A便從吸氣孔15a流入，穿過吸嘴板15與培養基K的間隙g而流動。此時，使穿過該吸嘴板15的風速在20m/秒以上，由此培養基K成為采集板，飄浮在空氣中的例如細菌、真菌等便以慣性沖撞培養基K的表面，附著于培養基K而受到采集。然后，空氣流A更進一步地受高靜壓風扇18所吸引，如圖3的箭頭所示，通過周邊部的間隙再經由排氣用過濾器20而被排出。
在維持并管理具有某種程度無菌度的無塵室內，進行空中浮游菌的測定時，采樣器的處理風量，按照ISO標準設定為10分鐘能夠吸引100+L/分鐘。此時，對于吸嘴板15，為了要具有防止吸氣孔15a在切削加工時的變形強度，使用例如板厚t＝2.3mm的鋁板。
對于空中浮游菌采樣器而言，不僅在培養基K上高效率地采集空氣中的浮游菌，在除此之外的部分不要采集到也極為重要。并且，雖然利用使培養基K表面的空氣流A的方向與大小做劇烈變化可達成高效率采集，但另一方面為了避免浮游菌附著在培養基K以外的部分，必須使空氣流A的方向及大小劇烈變化不要局部性的發生。在培養基K以外的部分，空氣流A產生最為劇烈變化的場所是吸嘴板15上方側的邊緣部分。因此，為了使空氣流A產生不過于劇烈變化的流動，因此將吸嘴板15的邊緣部分加工成向上開口的圓錐狀，而在直管部15s的上方側形成大的錐形部15t。
如圖5所示，在由直管部15s和設在其上方側的錐形部15t構成吸氣孔15a時，為了抑制壓力損失，優選直管部15s為極短，在考慮加工精度之后，將長度設定為0.3(+0，-0.1)mm＝B[+0，-Y]。并且，培養基K上的菌的采集效率是隨著通過吸氣孔15a的直管部15s的風速的增大而上升，而該風速與直管部15s的內徑呈反比。因此，吸氣孔15a的直管部15s內徑，在考慮采集效率及加工精度后，優選制成0.36±0.01mm＝D±Z(0.1017mm2)。且已經過實驗確定。
若吸氣孔15a僅形成為直管部15s時，吸引時的壓力損失會增大，因此在直管部15s的上方側設置錐形部15t，但另一方面，當錐形部15t的開口角度過大時，配置在吸嘴板15內的吸氣孔15a的數目便受到限定，所以壓力損失最小的開口角度為45±2度，即，單側形成為22.5±1度＝θ+α的錐形部15t。而且，錐形部15t的深度是除了直管部15s的長度0.3mm之外，而剩余的板厚2.0mm，由此，錐形部15t的最上部的最大開口直徑Dg為2.02mm。
吸嘴板15與內徑為85mm的培養皿s相關，直徑大小采用73mm，此情況下的表面積為4185mm2。而且，為了使在吸氣孔15a下方側的培養基K所采集的浮游菌在培養之后容易以目測方式來計測菌落數，是以格子狀即在多個呈正交的縱橫2方向的等間隔平行線的交點位置上配置吸氣孔15a。這樣，在表面積4185mm2的吸嘴板15上嵌設縱橫2方向等間隔的平行線例如間距P＝2.4mm的格子狀線，使其交點位置配置為與吸氣孔15a的中心一致，并且若是使靠近在吸嘴板端部附近配置成部分性欠缺的狀態、或是預先形成可能的任意吸氣孔15a時，則全部有710個吸嘴孔左右，例如可配置為713個。在此，考慮加工誤差，適當地定出從錐形部15t最大直徑部的邊緣到相鄰的錐形部15t最大直徑部為止的最大直徑部間的距離L的值仍十分重要。因此，將吸氣孔15a的間距P設定為2.4±0.1mm＝P±X，將最大直徑部間距離L設定為0.38mm。
并且，若是吸氣孔15a的配置過于分離時，在吸嘴板15內便無法配置如上述那樣的多個吸氣孔15a，而會導致采集效率低下。再者，由于距離變大，吸嘴板15表面的平坦部增加，不僅使得空氣流中的被檢測粒子的一部分附著在該部分的可能性增加，也可能引起空氣流的暫時性滯留而導致產生聚積點。因此，為了減少粒子附著在吸嘴板15的上方側表面，必須使距離L減小。
另一方面，若是吸氣孔15a的配置太靠近，最大直徑部間距離L過小時，雖然吸氣孔15a的平坦部15f是變小，但是在此情況下，在相鄰錐形部15t間的空氣流A卻滯留而不易朝任何方向流動，在該部分成為聚積點，使得空氣流A暫時性滯留，而局部性地造成很多粒子附著的現象。并且，若吸氣孔15a的開口最大直徑部重疊時，該部分產生銳利的棱線部，在清潔吸嘴板15時，容易使清掃用布或毛層被勾住，反而成為采集時的障礙，或以手摸觸時可能會有受傷之慮。
并且，直管部15s的深度為0.3mm，加工精度上的尺寸誤差為[+0，-0.1]mm左右，在此，如圖6所示，當直管部15s的深度為0.2mm時，錐形部15t的開口的最大直徑增加0.0414×2mm，而成為2.02+0.083＝2.103mm。
再者，如圖7所示，由于加工精度的關系，錐形部15t的開口角度有可能擴張2度左右，若考慮該擴張性時，錐形部15t的開口的最大直徑增加0.0413×2mm，而成為2.02+0.083＝2.103mm。
因此，若當直管部15s的長度與錐形部15t開口角度的變化同時發生時，錐形部15t的開口的最大直徑增加0.166mm而成為2.186mm。即，對于相鄰接的2個吸氣孔15a而言，如此的狀態同時發生時，錐形部15t的開口的最大直徑部間的距離L窄0.166mm。
在此情況下，除了距離L窄0.166mm之外，還有進行孔加工時，即使在精度上，加工軸的相鄰軸分別偏差0.1mm，使得距離L更加窄0.2mm，仍優選能夠吸收如此誤差的尺寸。即，在間距P＝2.3mm時，會產生錐形部15t的重疊，因此將間距決定為P＝2.4mm。
并且，錐形部15t的開口的最大直徑部間的距離L由下式求出。
L＝(P±X)-(D±Z)-2[{t-(B+0，-Y)}tan(θ±α)]并且，最大偏差為δmax＝Lmax-Lmin。
在此，Lmax＝(P+X)-(D-Z)-2[{t-(B+0)}tan(θ-α)]，Lmin＝(P-X)-(D+Z)-2[{t-(B-Y)}tan(θ+α)]，上述的加工誤差量，即加上X＝0.1mm、Y＝0.1mm、Z＝0.01mm、θ＝22.5度、α＝1度、t＝2.3mm、B＝0.3mm的加工誤差量時，則如下。
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因此，最大直徑部間的距離L在加工精度上，優選為0≤L≤0.47的范圍。
根據圖8所示的臨界粒子直徑與采集效率的理想曲線圖(浮游粒子技術(aerosol-technology)，第114頁、圖5、8，沖擊(impacter)的臨界粒子直徑的理想與實際1985年4月10日株式會社井上書院發行)，將采集效率設定為50％以上時，斯托克斯(Stokes)數Stk的值為0.22以上 Stk＝0.47以上)，設為95％以上的采集效率時，則優選0.3以上 Stk＝0.55以上)。而且，斯托克斯(Stokes)數Stk與粒子密度ρ、粒徑d、風速U、坎寧安(Cunningham)系數C、空氣粘度η、吸嘴內徑D的關系以下式表示。
Stk＝ρd2UC/9ηD …(1)如本實施例中，在直徑73mm的吸嘴板15上形成有713個吸氣孔15a時，本實施例的粒子密度ρ＝1×10-3kg/cm3，粒子直徑d與枯草菌相同約等于0.7/μm，坎寧安系數C＝1.237，空氣粘度η＝1.847×10-6kgf·s/m2×9.8m/sec2，由于加工會有誤差，所以為了確認將孔徑加大0.01mm是否能夠發揮性能，使吸嘴內徑D＝0.36+0.01＝0.37mm，用100L/min除以吸氣孔全開口面積的風速值U＝21.78m/s，將這些數值代入式(1)的計算式中進行計算，則Stk數小于0.22。
因此，以削減吸氣孔15a個數的方式來使Stk數超過0.22，即，由縱橫正交的中心線所劃分的各象限各削減8個吸氣孔15a，并使各象限對稱，合計削減32個而成為681個，而不改變吸氣孔15a的間距P。通過如此改變，可使通過吸氣孔15a的風速超過20m/秒而成為24.04m/秒。
如圖9所示，在錐形部15t的開口的最大直徑Dg＝2.02mm時，以孔間距P＝2.4mm來配置吸氣孔15a的情況下，若以4個吸氣孔15a的中心相連結的假想正方形所圍成的區域來考慮時，在該領域內的吸氣孔15a的直管部15s與錐形部15t以外的斜線所示的平坦部15f面積，為假想正方形的面積的44.4％。
在此，圖10(a)表示使錐形部15t的開口的最大直徑部相互鄰接的情形，在此情形下，與平坦部15f的假想正方形面積之比為21.5％。并且，將錐形部15t的開口的最大直徑部的間隔設定為錐形部15t的開口的最大直徑部的一半的間隔即L＝Dg/2時，則與平坦部15f的假想正方形面積之比為65.1％，如圖10(b)所示，將錐形部15t的開口的最大直徑部的間隔，設定為與錐形部15t的開口的最大直徑Dg相同即L＝Dg時，則與平坦部15f的假想正方形面積之比為80.3％。
此時，為了獲得給定以上的風量，必須使吸氣孔15a的數量增為如上所述的681個以上，如此一來間距P應為2.48mm以下，即距離L必須在0.46以下，此情況下與假想正方形面積之比為44.4％。因此，優選將吸氣孔15a配置成與上述的假想正方形面積這比為21.5～44.4％的范圍。
并且，吸嘴板15可以不為格子狀，而如圖11(a)所示，使吸氣孔15a的中心位于連接各方向的多個正三角形的各頂點也可以。即，在對應多個橫方向的等間隔的基準線、由呈60度和120度的多個等間隔的平行線所成的3方向的交點位置上配置吸氣孔15a，由此，對于任何方向皆可使吸氣孔15a間的距離為最接近。
在此情形時，雖然對于菌落的計數要比起以格子狀來配置吸氣孔15a的方式較為煩雜，但卻可以使平坦部15f的面積比為最小。以此方式，如圖11(a)所示，在使相鄰的錐形部15t的開口最大直徑部相接時，與平坦部15f的假想正三角形面積之比為9.3％，如圖11(b)所示，當正三角形的1邊為錐形部15t的開口的最大直徑的2倍、即為2Dg時，則與假想正三角形面積之比為77.3％。
這樣，由于可以使吸嘴板15的平坦部15f成為最小，所以可減少附著在吸嘴板15上方側面的死滅菌，而能夠將通過吸氣孔15a到達培養基K的被采集粒子做有效的采樣。因此，由上述的正方形配置時相同的理由，優選將吸氣孔15a配置成與假想正三角形面積之比為9.3～73.9％。
產業上的可利用性如以上所說明，本發明的便攜式空中浮游菌采樣器，是由直管部及設在其上方側的圓錐狀的錐形部構成吸氣孔，通過將多個吸氣孔配置成等間隔的格子狀或連續于各方向的正三角形的各個頂點，可達到壓力損失少的高速的吸引風量，即使在菌數較少的環境下，也可以有效地采集空中浮游菌，而能夠高精度地測定環境的無菌度。
權利要求
1.一種便攜式空中浮游菌采樣器，包括具有多個吸氣孔的吸嘴板、保持該吸嘴板的吸嘴保持構件、位于所述吸嘴板的下方側并支持容納有培養基的培養皿的培養皿支持部、以及產生空氣流的風扇，其特征在于將具有直管部和位于該直管部上方側的圓錐狀錐形部的吸氣孔，配置在多個呈正交的縱橫2方向的等間隔平行線的交點位置上。
2.如權利要求1所述的便攜式空中浮游菌采樣器，其特征在于以相互不重疊的方式來配置所述相鄰的吸嘴孔的錐形部的最大直徑部分。
3.如權利要求2所述的便攜式空中浮游菌采樣器，其特征在于以與所述錐形部的最大直徑部大致相同尺寸來配置所述相鄰的吸氣孔的中心軸相互的間隔。
4.如權利要求1所述的便攜式空中浮游菌采樣器，其特征在于配置所述吸氣孔，在將相鄰的錐形部的最大直徑部之間的間隔設為L時，使得0≤L≤0.47mm。
5.如權利要求1所述的便攜式空中浮游菌采樣器，其特征在于配置所述吸氣孔，使得所述吸氣孔的錐形部以外的平坦部面積相對于以所述4個吸氣孔的中心為頂點的正方形面積為21.5～80.3％。
6.一種便攜式空中浮游菌采樣器，包括具有多個吸氣孔的吸嘴板、保持該吸嘴板的吸嘴保持構件、位于所述吸嘴板的下方側并支持容納有培養基的培養皿的培養皿支持部、以及產生空氣流的風扇，其特征在于將具有直管部和位于該直管部上方側的圓錐狀錐形部的吸氣孔，配置在由多條橫方向的等間隔的基準線、以及由相對該基準線呈60度和120度的多條等間隔的平行線的3方向的交點位置上。
7.如權利要求6所述的便攜式空中浮游菌采樣器，其特征在于以相互不重疊的方式來配置所述相鄰的吸嘴孔的錐形部的最大直徑部分。
8.如權利要求6所述的便攜式空中浮游菌采樣器，其特征在于配置所述吸氣孔，使得所述吸氣孔的錐形部以外的平坦部面積相對于以所述3個吸氣孔的中心為頂點的正三角形面積為9.3～77.3％。
全文摘要
本發明提供一種便攜式空中浮游菌采樣器,將在直管部(15s)的上方側設有錐形部(15t)的吸氣孔(15a),以格子狀配置在吸嘴板(15)上,將穿過吸嘴板(15)的浮游菌,效率良好地采集在培養基,而使之生成菌落,通過目測計算菌落數量來測定無菌度。由此,即使在菌數較少的環境下,也可以有效地采集空中浮游菌,而能夠高精度地測定環境的無菌度。
文檔編號G01N1/02GK1390251SQ00815745
公開日2003年1月8日 申請日期2000年11月17日 優先權日1999年11月25日
發明者杉田直記, 八太豐, 山田武始, 仲田幸博 申請人:綠安全株式會社