JP5007785B2 - 清浄環境維持機能付きキャビネット - Google Patents

Description

本発明は、安全キャビネットやクリーンベンチ等の清浄環境維持機能付きのキャビネットに関するものである。

注射液その他の調剤作業や、遺伝子組み換え実験に使用される装置として清浄環境維持機能付きのキャビネットが知られている（特許文献１，２）。
清浄環境維持機能付きのキャビネット（以下、単に「キャビネット」と称することもある。）は、一般に、安全キャビネットやクリーンベンチと称されるものであり、筐体の内部に作業台と、作業空間が設けられている。またキャビネットには、作業空間の空気を循環するための送風機と、空気を浄化するためのフィルターが装備されている。作業空間内の空気は、前記した送風機によって常時、換気又は循環され、作業空間は、常に無菌状態に維持される。

なお、安全キャビネットと称される装置は、毒性やアレルギー性の強い薬剤の調剤、例えば細胞毒性の強い抗ガン剤等の注射薬の混合調製や、病原菌を扱う実験に使用されるものであり、毒物や毒性のガス等が外部に洩れないように作業空間内が負圧に維持される。
これに対してクリーンベンチと称される装置は、毒性が比較的低い薬剤の調剤、例えばＩＶＨ（中心静脈栄養）等の点滴注射薬の混合調製を行う場合に使用され、薬剤自体が細菌等に汚染されることを防ぐために作業空間内が正圧に維持される。

両者の基本構成は、同一であり、いずれも前面がガラスやアクリル等で作られており、作業空間を外から目視することができる。またキャビネットの前面には開閉扉が設けられている。
特開２００５−２３５８８２号公報 特開２００５−４８９７１号公報

安全キャビネットやクリーンベンチでは、フィルターを通過した清浄空気は作業空間内へ澱みなく供給されることが望ましい。
そのため作業空間の各部における風速は、そのばらつきが小さいことが望ましい。即ち作業空間内に清浄空気が供給される際に、その風速にばらつきが生じると、作業空間内を所定の圧力状態に維持できなくなるおそれがある。具体的には、風速にばらつきが生じると、安全キャビネットの場合は負圧に、クリーンベンチの場合には正圧に正常に維持できなくなり、作業者や作業中の薬剤を汚染するような危険を与える空気の流れが発生する懸念がある。さらに、作業空間内の清浄度を所定値に維持できなくなる懸念もある。

一方、安全キャビネットやクリーンベンチにおいては、使用時間の経過とともにフィルターの目詰まりが徐々に進行する。フィルターの目詰まりは、フィルターを通過する際の風速の分布にばらつきが生じる原因となり、その結果、作業空間の各部における風速のばらつきが増大することとなる。
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点を解決することを課題とするものであり、作業空間内の風速のばらつきが小さい清浄環境維持機能付きキャビネットを提供するものである。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、手を差し入れることができる開口を備えた作業空間と、送風機と、フィルターとを備え、フィルターを通過した空気を作業空間に供給する清浄環境維持機能付きキャビネットにおいて、フィルターから作業空間に至る空気流路に少なくとも２つの整流部材を有し、２つの整流部材はいずれも開口を備えた面状部を有し、当該面状部同士が略平行に重ねられて両者の間に間隙があり、前記間隙は、前記開口以外の部位を経由して作業空間と連通していることを特徴とする清浄環境維持機能付きキャビネットである。

本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、フィルターから作業空間に至る空気流路に少なくとも２つの整流部材が設けられている。そのため、整流部材を通過する空気の風速が均一化され、作業空間内の風速が平滑化される。
本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、空気がフィルターを通過した後に２以上の整流部材を通過し、作業空間に供給されるので、フィルターの目詰まり等によってフィルターを通過する空気の風速がばらついても、続く２以上の整流部材によって空気の風速を均一化することができる。その結果、作業空間内の各部における風速のばらつきが高度に抑えられる。

また本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、２つの整流部材の間に間隔が設けられている。フィルターを通過した空気は、まず上流側の整流部材である程度整流化され、下流側の整流部材との隙間で一旦滞留する。その後、下流側の整流部材を通過する際に再び整流化され、より均一化された風速の空気が作業空間に供給される。その結果、作業空間内の各部における風速のばらつきがより高度に抑えられる。

また本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、２つの整流部材はいずれも開口を備えた面状部を有しており、当該面状部同士が略平行に重ねられて両者の間に前記間隙がある。さらに、当該間隙が、前記開口以外の部位を経由して作業空間と連通している。かかる構成により、上流側の整流部材を通過した空気が下流側の整流部材との間隙で適度な圧力をもって滞留し、間隙での気流の乱れが抑えられ、より確実に下流側の整流部材へ流れる。

請求項２に記載の発明は、少なくとも２つの整流部材は、多数の開口を有する板体であることを特徴とする請求項１に記載の清浄環境維持機能付きキャビネットである。

本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、整流部材として多数の開口を有する板体を使用する。具体的な整流部材としては、パンチングメタル等が使用可能である。
本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットにおいては、整流部材が簡単な構造のものであるにもかかわらず、優れた整流効果を発揮することができる。

請求項３に記載の発明は、少なくとも２つの整流部材は、開口の位置をずらした状態で設置されていることを特徴とする請求項２に記載の清浄環境維持機能付きキャビネットである。

本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、整流部材は、開口の位置をずらした状態で設置されている。即ち本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、上流側の整流部材の開口と下流側の整流部材の開口とが直線的に連通するようには配置されておらず、上流側の整流部材を通過した空気は、下流側の整流部材の開口以外の部位に一旦当たることで、２つの整流部材の間に設けられた間隙部分に好適に空気が滞留される。続いて、下流側の整流部材を通過する空気は、通過する際にその方向が変わり、通過後の空気の風速がより均一化される。その結果、作業空間内の各部における風速のばらつきがより高度に抑えられる。

請求項４に記載の発明は、少なくとも２つの整流部材は、開口の形状又は大きさの少なくともいずれかが相違するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の清浄環境維持機能付きキャビネットである。

本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットにおいては、上流側の整流部材と下流側の整流部材とで開口の大きさ等が異なり、これにより整流部材の間隙部分に滞留する空気量を制御することができる。その結果、本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、送風機から送り込まれた空気量に大きく左右されることなく、作業空間に均一化された風速で空気を送り込むことができ、作業空間内の各部における風速のばらつきがより高度に抑えられる。

請求項５に記載の発明は、整流部材の面状部は、フィルターから作業空間に至る空気流路の上流側と下流側に配置され、上流側の面状部は１枚の板体の一部であり、下流側の面状部は、同一の板体を折り曲げて板体の一部を上流側の面状部に折り重ねたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の清浄環境維持機能付きキャビネットである。

本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットでは、整流部材が１枚の板体を折り曲げて形成されている。すなわち、下流側の面状部は、同一の板体を折り曲げて板体の一部を上流側の面状部に折り重ねたものである。かかる構成により、整流部材の形成が容易である。

板体の折り曲げ部は、清浄環境維持機能付きキャビネットの手を差し入れることができる開口側にあり、折り曲げ部にも開口があり、折り曲げ部の開口を介して面状部同士の間隙が作業空間と連通している構成も推奨される（請求項６）。

本発明の清浄環境維持機能付きキャビネットによれば、作業空間内の各部における風速のばらつきが高度に抑えられ、フィルターの目詰まり等が進行しても作業空間内を所望の圧力に維持することができ、清浄度も保たれる。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の安全キャビネットの斜視図である。図２は、図１の安全キャビネットの内部構造を示す斜視図である。図３は、図１の安全キャビネットの正面図である。図４は、図１の安全キャビネットの内部筐体及びその周辺部材の一部断面斜視図である。図５は、図１の安全キャビネットの作業空間を示す斜視図である。図６は、整流部材と折り曲げ部を示す斜視図である。図７は、整流部材を示す斜視図である。図８は、２つの整流部材を通過する際の空気の挙動を示す説明図である。図９は、他の実施形態における整流部材を示す斜視図である。図１０は、さらに他の実施形態における整流部材を示す斜視図である。

本実施形態の安全キャビネット（清浄環境維持機能付きキャビネット）１は、図１の様な机状である。安全キャビネット１は、大きく脚部２と本体部３によって構成されている。図２に示す様に、本体部３には内部筐体６が設けられており、内部筐体６の中が作業空間７として機能する。また内部筐体６の底面壁２０は作業台８として機能する。
安全キャビネット１の本体部３は図２に示すように二重構造となっており、外郭部分と内部筐体６との間は空気循環路１０となっている。また本体部３内には送風機１１，１２が設けられている。作業空間７の前面には開閉扉１５が設けられている。
以下、これらの各部材について順次説明する。

脚部２は、机の脚の様な機能を果たすものであり、本実施形態では、二枚の板状である。本実施形態の安全キャビネット１は、全体形状が机の様な形であり、作業者は図示しない椅子に座って作業を行い、脚部２に作業者の足が入る。

本体部３は、脚部２の上にあり、脚部２によって中空に支持されている。本体部３は外形形状が図１〜３の様に台形であり、正面側は約１０°傾斜している。１０°の傾斜を設けた理由は、作業空間７内を見やすくするためである。
本体部３は前記した様に二重構造であり、内部筐体６が内蔵されている。
内部筐体６は、図２に示すように正面壁１８と、底面壁２０と、左右側面壁２１，２２と、背面壁２３及び天面壁２５を有する。内部筐体６の正面壁１８は下半分が大きく開口する。
また内部筐体６内は二段に区切られている。即ち内部筐体６の中には、図２、図４の様に中間壁２４があり、この中間壁２４にフィルター２６及び２枚の整流部材５１，５２が装着されている。整流部材５１，５２は、１枚のパンチングメタルを折り曲げることにより形成されている。整流部材５１と整流部材５２とは略平行に重ねられている。また、整流部材５１と整流部材５２のサイズは略同じであり、かつフィルター２６のサイズより一回り大きい。
また内部筐体６の天面壁２５にもフィルター２７が設けられている。
フィルター２６，２７はいずれもＨＥＰＡフィルターであり、定格風量で粒径０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕捉率を有する。
なお図４では、フィルター２６及び２枚の整流部材５１，５２の位置関係をわかりやすく示すために、送風機１１，１２とフィルター２７を省略している。
中間壁２４に設けられたフィルター２６及び２枚の整流部材５１，５２の構造及び作用については後記する。

本実施形態では、中間壁２４以下の部位が作業空間７として機能する。即ち内部筐体６の底面壁２０、左右側面壁２１，２２、背面壁２３及び中間壁２４で囲まれる空間が作業空間７として機能する。
また底面壁２０は、前記した様に作業台８として機能し、物品を載置することができる。底面壁２０と左右側面壁２１，２２との間には図４に示すように吸気口４２，４３がある。同様に底面壁２０と背面壁２３との間にも吸気口４５がある。また正面壁１８側についても吸気口４６が設けられている。
内部筐体６の前面の開口３１には、開閉扉１５が設けられている。
開閉扉１５は、枠体４０にガラスやアクリル等の透明な板材４１が取り付けられたものである。
開閉扉１５の、枠体４０はスライド溝（図示せず）と係合し、上下方向にスライド可能である。
本実施形態では、開閉扉１５は、動力によって開閉される。開閉扉１５の駆動機構は、前記した様に内部筐体６の正面壁１８に取り付けられている。

内部筐体６の上段側（中間壁２４よりも上の空間）には図２、図３に示すように送風機１１，１２が設置されている。
内部筐体６の両側面の外側及び背面の外側には流路形成壁３３が設けられている。即ち前記した様に本体部３は二重構造であり、内部筐体６の両側面の外側及び背面の外側には空間があり、空間が空気循環路１０として機能する。前記した空気流路は図示しない開口を通じて内部筐体６の上段側（中間壁２４よりも上の空間）と連通する。
また内部筐体６の天面壁２５に設けられたフィルター２７は、外部と連通する。
内部筐体６の正面壁１８には開閉扉１５の駆動機構が設けられており、さらにその表面を化粧板３５で覆っている。

本実施形態の安全キャビネット１は、中間壁２４に２枚の整流部材５１，５２有する点に特徴がある。以下、整流部材５１，５２について説明する。
整流部材５１，５２は、具体的には厚さが０．３〜２．０ｍｍ程度のパンチングメタルからなる。
即ち整流部材５１，５２は、図６、図７に示すように面状部５７，５８と、円形からなる多数の開口５５，５６からなる。
さらに、図６に示すように、整流部材５１，５２は、１枚のパンチングメタルを折り曲げることにより形成されており、折り曲げ部６０が形成されている。折り曲げ部６０にも開口６１が設けられている。

整流部材５１、５２を構成するパンチングメタルは、その開口径は１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、開口は千鳥抜きとなっておりそのピッチは３ｍｍ〜４０ｍｍ程度である。またパンチングメタル全体に対する開口率は２０％〜５０％である。
開口５５，５６の形状は、円形であることが望ましいが、楕円形や四角形等の多角形等の他の形状であってもかまわない。
また開口５５，５６の配列は、いわゆる直列抜きと称される様な開口の縦列と横列が直線状のものであってもよく、千鳥抜きと称される様な開口の縦列と横列がジグザグ状に並んだものであってもよい。
本実施形態では、厚さが１ｍｍ、開口径が２ｍｍ、千鳥抜きのピッチが３ｍｍ、開口率が５０％であって、千鳥抜きのパンチングメタルにより、整流部材５１，５２が構成されている。

整流部材５１，５２は、図４の様に、内部筐体６の中間壁２４に設けられた開口４８に図示しないネジ等で重ねて取り付けられている。
ただし整流部材５１，５２の間であってその辺部には図示しないスペーサが介在されており、整流部材５１，５２同士の間には、隙間５３が設けられている。
隙間５３の距離は、２ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

図７に示す様に、整流部材５１，５２は、開口５５，５６の位置がずれた状態で配置されている。
即ち整流部材５１，５２を重ねた状態で真上から観察したとき、上部側の整流部材５１の開口５５と下部側の整流部材５２の開口５６とは、１０％〜８０％程度重複する。

次に本実施形態の安全キャビネット１の機能について説明する。本実施形態の安全キャビネット１は、公知のそれと同様に作業空間７内で調剤作業等を行うものであり、開閉扉１５を図１に示すように半開きにした状態で使用し、下部の隙間（開口）７０から図５の様に手を差し入れて所定の作業を行う。
そしてこの間、送風機１１，１２によって作業空間の空気を循環させ、作業空間７内を清浄な環境に維持する。
即ち送風機１１，１２を起動させると、作業空間７内の空気が、吸気口４２，４３，４５，４６から吸引され、内部筐体６の側面及び背面に形成された空気循環路１０を流れて内部筐体６の上段部（中間壁２４よりも上の空間）に入る。そして空気の一部は、天面に設けられたフィルター２７を介して外部に排気され、残部は中間壁２４に設けられたフィルター２６及び整流部材５１，５２を経て作業空間７に清浄空気として戻る。

ここで本実施形態では、フィルター２６の下流に２枚の整流部材５１，５２が設けられており、フィルター２６を通過した清浄空気は、空気流路に設けられた２枚の整流部材５１，５２を通過した後に作業空間７に入る。
そのため、作業空間７に供給される清浄空気は層流状態であり、風速の分布にばらつきが少ないものとなる。さらに、作業空間７の清浄度が高く維持される。
整流部材５１，５２を通過する際の空気の挙動は、図８の様であると予想される。即ち図８は、整流部材５１，５２を通過する際の空気の挙動を示す説明図である。

フィルター２６を通過した空気は、その一部は邪魔板６３、正面板１８、及び開閉扉１５に沿って作業空間７へ流れるが、図８の矢印の様に大半は上流側の整流部材５１に当たり、上流側の整流部材５１の開口５５を通過する。ここで本実施形態では、上流側の整流部材５１の開口５５の位置が、下流側の整流部材５２の開口５６の位置とずれているから、上流側の整流部材５１の開口５５を通過した空気の一部は、下流側の整流部材５２の開口５６の縁に当たる。
また上流側の整流部材５１と下流側の整流部材５２との間には間隔が開けられているから、両者によって空間５０が形成されている。
そのため下流側の整流部材５２の開口５５の縁に当たった空気は、空間５０内で一時的に滞留する。
このように本実施形態では、上流側の整流部材５１と下流側の整流部材５２との間に形成される空間５０が緩衝空間となり、下流側の整流部材５２の開口５６ごとの風量及び風速が平滑化される。
即ち下流側の整流部材５２は、多数の開口５６を持つが、各開口５６から作業空間に導入される風量及び風速は略同一であってばらつきが少ない。

別の作用として、送風の流路が変わることによって風量・風速が均一化するともいえる。即ち本実施形態では、上流側の整流部材５１と下流側の整流部材５２とで開口５５，５６の位置がずれているから、空気流路は曲路を持つこととなる。そのため曲路部分で空気が混合され、個々の開口５５，５６における風速が均一化する。

なお、上流側の整流部材５１を通過した空気の一部は、折り曲げ部６０の開口６１に入り、そのまま作業空間７へ流れる。本実施形態では、空気の一部が開口６１へ空気が流れることにより、緩衝空間たる空間５０の圧力が適度なものとなる。その結果、上流側の整流部材５１を通過した空気が空間５０で適度な圧力をもって滞留し、空間５０での気流の乱れが抑えられ、より確実に下流側の整流部材５２へ流れる。これは、折り曲げ部６０が開口６１を有さない閉塞したものである場合、上流側の整流部材５１を通過した空気が折り曲げ部６１に当たって跳ね返り、空間５０内の空気の流れに乱れが生じるためと考えられる。

上記した実施形態では、同一のパンチングメタルを上流側の整流部材５１及び下流側の整流部材５２として使用したが、異なる種類のパンチングメタルを上下に使用してもよい。
図９は、他の実施形態における整流部材を示す斜視図である。本実施形態では、上流側の整流部材５１として開口５５の開口径の大きなパンチングメタルを使用し、下流側の整流部材５２として開口５６の開口径の小さなパンチングメタルを使用する。
図１０は、さらに他の実施形態における整流部材を示す斜視図である。本実施形態では、整流部材５１の開口５５の形状と、整流部材５２の開口５６の形状とが異なる。
さらに、上流側の整流部材５１として直列抜きのパンチングメタルを使用し、下流側の整流部材５２として千鳥抜きのパンチングメタルを使用するという様に、配列の異なるパンチングメタルを使用してもよい。
また、整流部材５１，５２は、パンチングメタルに代わって、樹脂に開口を設けたものであってもよい。さらに開口５５，５６の形成手段は、パンチングメタルの様な打ち抜きによるものに限定されず、切削、鋳造、ダイカスト等のあらゆる方法が採用可能である。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１の安全キャビネット１と同様の基本構成からなる安全キャビネットを用い、パンチングメタルからなる整流部材を２個設けた場合（実施例）と１個設けた場合（比較例）における風速の比較実験を行った。安全キャビネットの作業台のサイズは幅１３５０ｍｍ×奥行６００ｍｍ、ＨＥＰＡフィルターの吹き出し口のサイズは幅１１７０ｍｍ×奥行３９０ｍｍ、パンチングメタルのサイズは幅１３４４ｍｍ×奥行４４０ｍｍとした。試験方法はＪＩＳ Ｋ ３８００「バイオハザード対策用クラスＩＩキャビネット」に記載の試験方法に則って行った。すなわち、キャビネットの作業台の縦方向と横方向に壁面から１５０ｍｍ入ったエリアで、縦に３分割（Ａ〜Ｃ）、横に８分割（１〜８）した交点において、前面パネル下端から２００mmの位置の風速（メートル／秒）を測定した。各点の風速の測定値が、風速の平均値の±２０％以内である場合に適正と判定した。風速の測定位置を図１１に示す。図１１において、Ａが奥側（背面壁側）、Ｃが作業者側、１が左側面側、８が右側面側であり、作業者は矢印の方向に向かって作業を行う。

整流部材を２個用いた場合（実施例）の結果を第１表に示す。また、整流部材を１個のみ用いた場合（比較例）の結果を第２表に示す。すなわち、実施例のキャビネットでは、各点の風速の測定値が、風速の平均値の±２０％以内であり、適正であった。一方、比較例のキャビネットでは、風速の平均値の±２０％以内から外れる測定点（２Ａ、２Ｃ、５Ｃ）があり、適正ではなかった。以上より、整流部材１を２個用いた場合には、風速のばらつきが小さかった。

本発明の実施形態の安全キャビネットの斜視図である。 図１の安全キャビネットの内部構造を示す斜視図である。 図１の安全キャビネットの正面図である。 図１の安全キャビネットの内部筐体及びその周辺部材の一部断面斜視図である。 図１の安全キャビネットの作業空間を示す斜視図である。 整流部材と折り曲げ部を示す斜視図である。 整流部材を示す斜視図である。 ２つの整流部材を通過する際の空気の挙動を示す説明図である。 他の実施形態における整流部材を示す斜視図である。 さらに他の実施形態における整流部材を示す斜視図である。 風速の測定位置の説明図である。

１ 安全キャビネット（清浄環境維持機能付きキャビネット）
７ 作業空間
１１ 送風機
１２ 送風機
２６ フィルター
５１ 整流部材
５２ 整流部材
５３ 間隙
５５ 開口
５６ 開口
５７ 面状部
５８ 面状部
６０ 折り曲げ部
６１ 開口
７０ 開口

Claims (6)

1. 手を差し入れることができる開口を備えた作業空間と、送風機と、フィルターとを備え、フィルターを通過した空気を作業空間に供給する清浄環境維持機能付きキャビネットにおいて、フィルターから作業空間に至る空気流路に少なくとも２つの整流部材を有し、２つの整流部材はいずれも開口を備えた面状部を有し、当該面状部同士が略平行に重ねられて両者の間に間隙があり、前記間隙は、前記開口以外の部位を経由して作業空間と連通していることを特徴とする清浄環境維持機能付きキャビネット。
2. 少なくとも２つの整流部材は、多数の開口を有する板体であることを特徴とする請求項１に記載の清浄環境維持機能付きキャビネット。
3. 少なくとも２つの整流部材は、開口の位置をずらした状態で設置されていることを特徴とする請求項２に記載の清浄環境維持機能付きキャビネット。
4. 少なくとも２つの整流部材は、開口の形状又は大きさの少なくともいずれかが相違するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の清浄環境維持機能付きキャビネット。
5. 整流部材の面状部は、フィルターから作業空間に至る空気流路の上流側と下流側に配置され、上流側の面状部は１枚の板体の一部であり、下流側の面状部は、同一の板体を折り曲げて板体の一部を上流側の面状部に折り重ねたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の清浄環境維持機能付きキャビネット。
6. 板体の折り曲げ部は、清浄環境維持機能付きキャビネットの手を差し入れることができる開口側にあり、折り曲げ部にも開口があり、折り曲げ部の開口を介して面状部同士の間隙が作業空間と連通していることを特徴とする請求項５に記載の清浄環境維持機能付きキャビネット。

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