专利名称：便携式空中浮游菌采样器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来调查及管理受到微生物或细菌等的污染状态、在有效且容易计数的状态下、采集室内的空中浮游菌的便携式空中浮游菌采样器。
图12是表示现有例的便携式采样器的平面图，该便携式采样器是由采集部1和操作部2所构成，在操作部2上安装有用来握持搬运用的把手3。在该采集部1的顶端部，嵌合有用来捕捉空中浮游菌而使空气流入的吸嘴部4，在吸嘴部4中形成有多个的放射状吸气孔5。
对于如此构成的采样器来说，当电源开关开启、风扇转动时，如图13所示，使室内的采样器附近所包含的细菌及真菌的被检测粒子T的空气流A受吸气孔5所吸引。该空气流A通过吸气孔5而冲流至培养基K，使被检测粒子T被培养基K所采集。
(1)然而，对于上述的现有例的便携式采样器，由于吸气孔5是以放射状来配置，吸嘴板4表面中的每单位面积的吸气孔5数目不均匀。其结果，使得每单位面积的通过风量随部位不同而有所不同，在风量较多处所，培养基受到干燥致使被检测粒子T中的菌的采集率有降低的倾向，同时即使采集到菌之后，培养后也不能形成菌落，并且，吸气孔5之间的间隔若过于狭窄时，由于被采集的菌过于靠近，在培养时造成菌落重叠，而无法辨别实际的菌落数目，同时，由于被培养的菌落呈放射状不规则排列，若是没有特别的方法或另外的菌落计数器时，存在容易发生漏数菌落数目的问题。
(2)并且，对于包含被检测粒子T的空气流A来说，空气流A的流动会受到吸气孔5之间的平坦部表面的阻碍，使得被检测粒子T的一部分粒子T’容易附着在该平坦部分上。事实上，在使用包含有被检测粒子T的空气流A所做的实验中，在将平坦部的附着状况进行可视化的情况下，证实了确实有很多粒子T’附着在平坦部。并且，确认吸气孔5之间的距离在极端靠近的情况下，空气流A在该处暂时性滞留而形成聚积点，使得粒子T’形成集中性的附着。
对于在无菌度高的具有良好管理的无尘室等的环境下使用采样器时，若菌类不通过吸气孔5而附着在吸嘴板4的上方侧表面时，会使得这些菌类没有被采集至培养基K而造成死灭。因此，若产生如此的情形时，会产生当在原本通过吸气孔5而被采集到培养基K的菌就较少的良好管理环境下做测定时，被采集到达培养基K菌数会变得非常稀少，而造成难以判断无尘室的环境真的是高无菌度，还是无法测定出的问题。
为了解决上述的问题(2)，本发明的另一目的在于提供一种便携式空中浮游菌采样器，即使在菌数少的环境下，也能够有效地采集空中浮游菌，尽可能减少聚积点，而能够高精度地实施无菌度的评估。
为了达到上述目的，本发明的便携式空中浮游菌采样器包括具有多个吸气孔的吸嘴板、保持该吸嘴板的吸嘴保持构件、位于上述吸嘴板的下方侧并支持容纳有培养基的培养皿的培养皿支持部、以及产生空气流的风扇，其特征在于将具有直管部和位于该直管部上方侧的圆锥状锥形部的吸气孔，配置在多个呈正交的纵横2方向的等间隔平行线的交点位置上。
并且，本发明的便携式空中浮游菌采样器包括具有多个吸气孔的吸嘴板、保持该吸嘴板的吸嘴保持构件、位于上述吸嘴板的下方侧并支持容纳有培养基的培养皿的培养皿支持部、以及产生空气流的风扇，其特征在于将具有直管部和位于该直管部上方侧的圆锥状锥形部的吸气孔，配置在由多条横方向的等间隔的基准线、以及由相对该基准线呈60度和120度的多条等间隔的平行线的3方向的交点位置上。
图2是其平面图。
图3是采集部的剖面图。
图4是吸嘴的侧面图。
图5是吸气孔的剖面图。
图6是将直管部短缩时的吸气孔的剖面图。
图7是扩张锥形部的角度时的吸气孔的剖面图。
图8是临界粒子径与采集效率的曲线图。
图9是配置排列在正方形的各顶点时的吸气孔的平面图。
图10是配置排列在正方形的各顶点时的吸气孔的平面图。
图11是配置排列在正三角形的各顶点时的吸气孔的平面图。
图12是现有例的采样器的平面图。
图13是吸嘴间的平坦部中的菌类附着状况的说明图。
图1是便携式空中浮游菌采样器的立体图，图2是其平面图，图3是剖面图。便携式采样器是由空中浮游菌的采集部11和操作部12所构成，在操作部12上安装有搬运用把手13。在形成采集部11的圆筒状的筐体14的上部，具备细微呈格子状的多个吸气孔15a的吸嘴板15，如图4所示，被吸嘴支持部16支持。并且，为了使空气不会泄漏，吸嘴保持部16例如是以螺丝结构而嵌合于筐体14。
在吸嘴板15的正下方，容纳有琼脂等的培养基K的培养皿S被培养皿支持部17所支持，吸嘴板15与培养皿S中的培养基K上表面的间隙g为0.5～1.5mm。并且，在培养皿支持部17的下侧形成有一定的空间，在其下方配置有涡轮风扇或涡流(vortex)风机等的高静压风扇18，以及驱动高静压风扇18的马达19和控制电路，考虑高采集性，将吸嘴板15中的风速设定为20m/秒以上。并且，在筐体14的最下部设有排气用的过滤器20。
在使用时，填充有一定厚度培养基K的培养皿s被筐体14的培养皿支持部17所支持，然后，将吸嘴保持部16嵌合在筐体14的上部。当驱动马达19使高静压风扇18旋转时，空气流A便从吸气孔15a流入，穿过吸嘴板15与培养基K的间隙g而流动。此时，使穿过该吸嘴板15的风速在20m/秒以上，由此培养基K成为采集板，飘浮在空气中的例如细菌、真菌等便以惯性冲撞培养基K的表面，附着于培养基K而受到采集。然后，空气流A更进一步地受高静压风扇18所吸引，如图3的箭头所示，通过周边部的间隙再经由排气用过滤器20而被排出。
在维持并管理具有某种程度无菌度的无尘室内，进行空中浮游菌的测定时，采样器的处理风量，按照ISO标准设定为10分钟能够吸引100+L/分钟。此时，对于吸嘴板15，为了要具有防止吸气孔15a在切削加工时的变形强度，使用例如板厚t＝2.3mm的铝板。
对于空中浮游菌采样器而言，不仅在培养基K上高效率地采集空气中的浮游菌，在除此之外的部分不要采集到也极为重要。并且，虽然利用使培养基K表面的空气流A的方向与大小做剧烈变化可达成高效率采集，但另一方面为了避免浮游菌附着在培养基K以外的部分，必须使空气流A的方向及大小剧烈变化不要局部性的发生。在培养基K以外的部分，空气流A产生最为剧烈变化的场所是吸嘴板15上方侧的边缘部分。因此，为了使空气流A产生不过于剧烈变化的流动，因此将吸嘴板15的边缘部分加工成向上开口的圆锥状，而在直管部15s的上方侧形成大的锥形部15t。
如图5所示，在由直管部15s和设在其上方侧的锥形部15t构成吸气孔15a时，为了抑制压力损失，优选直管部15s为极短，在考虑加工精度之后，将长度设定为0.3(+0，-0.1)mm＝B[+0，-Y]。并且，培养基K上的菌的采集效率是随着通过吸气孔15a的直管部15s的风速的增大而上升，而该风速与直管部15s的内径呈反比。因此，吸气孔15a的直管部15s内径，在考虑采集效率及加工精度后，优选制成0.36±0.01mm＝D±Z(0.1017mm2)。且已经过实验确定。
若吸气孔15a仅形成为直管部15s时，吸引时的压力损失会增大，因此在直管部15s的上方侧设置锥形部15t，但另一方面，当锥形部15t的开口角度过大时，配置在吸嘴板15内的吸气孔15a的数目便受到限定，所以压力损失最小的开口角度为45±2度，即，单侧形成为22.5±1度＝θ+α的锥形部15t。而且，锥形部15t的深度是除了直管部15s的长度0.3mm之外，而剩余的板厚2.0mm，由此，锥形部15t的最上部的最大开口直径Dg为2.02mm。
吸嘴板15与内径为85mm的培养皿s相关，直径大小采用73mm，此情况下的表面积为4185mm2。而且，为了使在吸气孔15a下方侧的培养基K所采集的浮游菌在培养之后容易以目测方式来计测菌落数，是以格子状即在多个呈正交的纵横2方向的等间隔平行线的交点位置上配置吸气孔15a。这样，在表面积4185mm2的吸嘴板15上嵌设纵横2方向等间隔的平行线例如间距P＝2.4mm的格子状线，使其交点位置配置为与吸气孔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状态、或是预先形成可能的任意吸气孔15a时，则全部有710个吸嘴孔左右，例如可配置为713个。在此，考虑加工误差，适当地定出从锥形部15t最大直径部的边缘到相邻的锥形部15t最大直径部为止的最大直径部间的距离L的值仍十分重要。因此，将吸气孔15a的间距P设定为2.4±0.1mm＝P±X，将最大直径部间距离L设定为0.38mm。
并且，若是吸气孔15a的配置过于分离时，在吸嘴板15内便无法配置如上述那样的多个吸气孔15a，而会导致采集效率低下。再者，由于距离变大，吸嘴板15表面的平坦部增加，不仅使得空气流中的被检测粒子的一部分附着在该部分的可能性增加，也可能引起空气流的暂时性滞留而导致产生聚积点。因此，为了减少粒子附着在吸嘴板15的上方侧表面，必须使距离L减小。
另一方面，若是吸气孔15a的配置太靠近，最大直径部间距离L过小时，虽然吸气孔15a的平坦部15f是变小，但是在此情况下，在相邻锥形部15t间的空气流A却滞留而不易朝任何方向流动，在该部分成为聚积点，使得空气流A暂时性滞留，而局部性地造成很多粒子附着的现象。并且，若吸气孔15a的开口最大直径部重叠时，该部分产生锐利的棱线部，在清洁吸嘴板15时，容易使清扫用布或毛层被勾住，反而成为采集时的障碍，或以手摸触时可能会有受伤之虑。
并且，直管部15s的深度为0.3mm，加工精度上的尺寸误差为[+0，-0.1]mm左右，在此，如图6所示，当直管部15s的深度为0.2mm时，锥形部15t的开口的最大直径增加0.0414×2mm，而成为2.02+0.083＝2.103mm。
再者，如图7所示，由于加工精度的关系，锥形部15t的开口角度有可能扩张2度左右，若考虑该扩张性时，锥形部15t的开口的最大直径增加0.0413×2mm，而成为2.02+0.083＝2.103mm。
因此，若当直管部15s的长度与锥形部15t开口角度的变化同时发生时，锥形部15t的开口的最大直径增加0.166mm而成为2.186mm。即，对于相邻接的2个吸气孔15a而言，如此的状态同时发生时，锥形部15t的开口的最大直径部间的距离L窄0.166mm。
在此情况下，除了距离L窄0.166mm之外，还有进行孔加工时，即使在精度上，加工轴的相邻轴分别偏差0.1mm，使得距离L更加窄0.2mm，仍优选能够吸收如此误差的尺寸。即，在间距P＝2.3mm时，会产生锥形部15t的重叠，因此将间距决定为P＝2.4mm。
并且，锥形部15t的开口的最大直径部间的距离L由下式求出。
L＝(P±X)-(D±Z)-2[{t-(B+0，-Y)}tan(θ±α)]并且，最大偏差为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)]，上述的加工误差量，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的加工误差量时，则如下。
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，最大直径部间的距离L在加工精度上，优选为0≤L≤0.47的范围。
根据图8所示的临界粒子直径与采集效率的理想曲线图(浮游粒子技术(aerosol-technology)，第114页、图5、8，冲击(impacter)的临界粒子直径的理想与实际1985年4月10日株式会社井上书院发行)，将采集效率设定为50％以上时，斯托克斯(Stokes)数Stk的值为0.22以上 Stk＝0.47以上)，设为95％以上的采集效率时，则优选0.3以上 Stk＝0.55以上)。而且，斯托克斯(Stokes)数Stk与粒子密度ρ、粒径d、风速U、坎宁安(Cunningham)系数C、空气粘度η、吸嘴内径D的关系以下式表示。
Stk＝ρd2UC/9ηD …(1)如本实施例中，在直径73mm的吸嘴板15上形成有713个吸气孔15a时，本实施例的粒子密度ρ＝1×10-3kg/cm3，粒子直径d与枯草菌相同约等于0.7/μm，坎宁安系数C＝1.237，空气粘度η＝1.847×10-6kgf·s/m2×9.8m/sec2，由于加工会有误差，所以为了确认将孔径加大0.01mm是否能够发挥性能，使吸嘴内径D＝0.36+0.01＝0.37mm，用100L/min除以吸气孔全开口面积的风速值U＝21.78m/s，将这些数值代入式(1)的计算式中进行计算，则Stk数小于0.22。
因此，以削减吸气孔15a个数的方式来使Stk数超过0.22，即，由纵横正交的中心线所划分的各象限各削减8个吸气孔15a，并使各象限对称，合计削减32个而成为681个，而不改变吸气孔15a的间距P。通过如此改变，可使通过吸气孔15a的风速超过20m/秒而成为24.04m/秒。
如图9所示，在锥形部15t的开口的最大直径Dg＝2.02mm时，以孔间距P＝2.4mm来配置吸气孔15a的情况下，若以4个吸气孔15a的中心相连结的假想正方形所围成的区域来考虑时，在该领域内的吸气孔15a的直管部15s与锥形部15t以外的斜线所示的平坦部15f面积，为假想正方形的面积的44.4％。
在此，图10(a)表示使锥形部15t的开口的最大直径部相互邻接的情形，在此情形下，与平坦部15f的假想正方形面积之比为21.5％。并且，将锥形部15t的开口的最大直径部的间隔设定为锥形部15t的开口的最大直径部的一半的间隔即L＝Dg/2时，则与平坦部15f的假想正方形面积之比为65.1％，如图10(b)所示，将锥形部15t的开口的最大直径部的间隔，设定为与锥形部15t的开口的最大直径Dg相同即L＝Dg时，则与平坦部15f的假想正方形面积之比为80.3％。
此时，为了获得给定以上的风量，必须使吸气孔15a的数量增为如上所述的681个以上，如此一来间距P应为2.48mm以下，即距离L必须在0.46以下，此情况下与假想正方形面积之比为44.4％。因此，优选将吸气孔15a配置成与上述的假想正方形面积这比为21.5～44.4％的范围。
并且，吸嘴板15可以不为格子状，而如图11(a)所示，使吸气孔15a的中心位于连接各方向的多个正三角形的各顶点也可以。即，在对应多个横方向的等间隔的基准线、由呈60度和120度的多个等间隔的平行线所成的3方向的交点位置上配置吸气孔15a，由此，对于任何方向皆可使吸气孔15a间的距离为最接近。
在此情形时，虽然对于菌落的计数要比起以格子状来配置吸气孔15a的方式较为烦杂，但却可以使平坦部15f的面积比为最小。以此方式，如图11(a)所示，在使相邻的锥形部15t的开口最大直径部相接时，与平坦部15f的假想正三角形面积之比为9.3％，如图11(b)所示，当正三角形的1边为锥形部15t的开口的最大直径的2倍、即为2Dg时，则与假想正三角形面积之比为77.3％。
这样，由于可以使吸嘴板15的平坦部15f成为最小，所以可减少附着在吸嘴板15上方侧面的死灭菌，而能够将通过吸气孔15a到达培养基K的被采集粒子做有效的采样。因此，由上述的正方形配置时相同的理由，优选将吸气孔15a配置成与假想正三角形面积之比为9.3～73.9％。
产业上的可利用性如以上所说明，本发明的便携式空中浮游菌采样器，是由直管部及设在其上方侧的圆锥状的锥形部构成吸气孔，通过将多个吸气孔配置成等间隔的格子状或连续于各方向的正三角形的各个顶点，可达到压力损失少的高速的吸引风量，即使在菌数较少的环境下，也可以有效地采集空中浮游菌，而能够高精度地测定环境的无菌度。
权利要求
1.一种便携式空中浮游菌采样器，包括具有多个吸气孔的吸嘴板、保持该吸嘴板的吸嘴保持构件、位于所述吸嘴板的下方侧并支持容纳有培养基的培养皿的培养皿支持部、以及产生空气流的风扇，其特征在于将具有直管部和位于该直管部上方侧的圆锥状锥形部的吸气孔，配置在多个呈正交的纵横2方向的等间隔平行线的交点位置上。
2.如权利要求1所述的便携式空中浮游菌采样器，其特征在于以相互不重叠的方式来配置所述相邻的吸嘴孔的锥形部的最大直径部分。
3.如权利要求2所述的便携式空中浮游菌采样器，其特征在于以与所述锥形部的最大直径部大致相同尺寸来配置所述相邻的吸气孔的中心轴相互的间隔。
4.如权利要求1所述的便携式空中浮游菌采样器，其特征在于配置所述吸气孔，在将相邻的锥形部的最大直径部之间的间隔设为L时，使得0≤L≤0.47mm。
5.如权利要求1所述的便携式空中浮游菌采样器，其特征在于配置所述吸气孔，使得所述吸气孔的锥形部以外的平坦部面积相对于以所述4个吸气孔的中心为顶点的正方形面积为21.5～80.3％。
6.一种便携式空中浮游菌采样器，包括具有多个吸气孔的吸嘴板、保持该吸嘴板的吸嘴保持构件、位于所述吸嘴板的下方侧并支持容纳有培养基的培养皿的培养皿支持部、以及产生空气流的风扇，其特征在于将具有直管部和位于该直管部上方侧的圆锥状锥形部的吸气孔，配置在由多条横方向的等间隔的基准线、以及由相对该基准线呈60度和120度的多条等间隔的平行线的3方向的交点位置上。
7.如权利要求6所述的便携式空中浮游菌采样器，其特征在于以相互不重叠的方式来配置所述相邻的吸嘴孔的锥形部的最大直径部分。
8.如权利要求6所述的便携式空中浮游菌采样器，其特征在于配置所述吸气孔，使得所述吸气孔的锥形部以外的平坦部面积相对于以所述3个吸气孔的中心为顶点的正三角形面积为9.3～77.3％。
全文摘要
本发明提供一种便携式空中浮游菌采样器,将在直管部(15s)的上方侧设有锥形部(15t)的吸气孔(15a),以格子状配置在吸嘴板(15)上,将穿过吸嘴板(15)的浮游菌,效率良好地采集在培养基,而使之生成菌落,通过目测计算菌落数量来测定无菌度。由此,即使在菌数较少的环境下,也可以有效地采集空中浮游菌,而能够高精度地测定环境的无菌度。
文档编号G01N1/02GK1390251SQ00815745
公开日2003年1月8日 申请日期2000年11月17日 优先权日1999年11月25日
发明者杉田直记, 八太丰, 山田武始, 仲田幸博 申请人:绿安全株式会社