(57)【要約】【課題】従来の濃縮器では濃縮が困難であるナノ粒子を含め、幅広い粒径の粒子を満遍なく濃縮する。【解決手段】メッシュ状電極であるフィルタ１７で仕切られた第１空間１８に第１気体導入口１１から荷電粒子を含む気体流を導入し、下方の第２空間１９には第２気体導入口１２から荷電粒子を含む気体流を導入する。筐体１０の上下に配置した電極板１５、１６及びフィルタ１７にそれぞれ電圧を印加し、筐体１０内に直流電場を形成する。第１空間１８内を流れる気体流に含まれる荷電粒子は電場の作用で第２空間１９の方向に移動する。そして、フィルタ１７の開口を通して第２空間１９に入った荷電粒子は該空間１９中の気体流に元々含まれる荷電粒子とともに第２気体導出口１８から外部へと取り出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体中の粒子の密度を増加させる粒子濃縮装置において、
a)濃縮対象である粒子が帯電した荷電粒子を含む第１気体流と、該第１気体流と隣接して該気体流と同じ方向に流れる濃縮対象である粒子が帯電した荷電粒子又は該粒子が帯電していない非荷電粒子を含む第２気体流と、がその内部に形成されてなる筐体と、
b)前記第１気体流中の荷電粒子を、該気体流を横切って前記第２気体流中に移動させる電場を前記筐体内に形成する電場形成部と、
c)前記電場形成部により形成される電場によって移動して来た荷電粒子を含む前記第２気体流を前記筐体から外に取り出す導出部と、
を備えることを特徴とする粒子濃縮装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子濃縮装置であって、
前記第１気体流の流量が前記第２気体流の流量よりも大きいことを特徴とする粒子濃縮装置。
【請求項３】
請求項２に記載の粒子濃縮装置であって、
前記筐体の内部空間を、前記第１気体流が流れる第１空間と前記第２気体流が流れる第２空間とに仕切る仮想的な面を形成する、粒子が通過可能な開口を有する電極であるフィルタと、該フィルタに所定の電圧を印加する補助電源部と、をさらに備えることを特徴とする粒子濃縮装置。
【請求項４】
請求項３に記載の粒子濃縮装置であって、
前記第１空間に粒子が含まれる気体流を導入する気体導入部と、
該気体導入部により導入された気体流中の粒子を帯電させる荷電部と、
をさらに備え、前記荷電部で帯電された荷電粒子を含む気体流が前記第１気体流として前記第１空間を流れることを特徴とする粒子濃縮装置。
【請求項５】
請求項４に記載の粒子濃縮装置であって、
前記荷電部は、前記第１空間内で粒子を帯電するためのガスイオンを生成するガスイオン生成部、又は前記筐体の外側で生成されたガスイオンを前記第１空間内に供給するガスイオン供給部のいずれかを含むことを特徴とする粒子濃縮装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の粒子濃縮装置であって、
前記フィルタは所定間隔離間して設けられる一対の電極を含み、前記補助電源部は、前記一対の電極に所定の交流電圧を印加することにより、前記第１空間に存在するガスイオンが前記フィルタを通過することを阻止するようにしたことを特徴とする粒子濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中の微粒子の密度（単位体積当たりの粒子数）を高めるために利用される粒子濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体中に浮遊する微小な液体又は固体の粒子をエアロゾルという。自動車の排気ガスや工場から排出される煤煙中の汚染物質の多くもエアロゾルであり、特に粒径１μmを下回る、いわゆるナノエアロゾルは、健康に対する影響が懸念されている。こうしたことから、その粒径の測定や粒径分布の測定は、環境測定・評価等の分野において非常に重要となっている。エアロゾルの粒径分布を測定する装置としては、帯電した微粒子の電場内での移動速度（電気移動度）の相違を利用して微粒子を分級する微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ＝Differential Mobility Analyzer）が広く用いられている。
【０００３】
測定対象である気体中に含まれるエアロゾルの密度が低い場合、粒径測定や粒径分布測定の精度を上げるためにはエアロゾルを濃縮する必要がある。エアロゾルを濃縮する装置としては、従来、バーチャルインパクタ（非特許文献１など参照）や特許文献１に記載の濃縮器が知られている。これらはいずれも、空気力学的な力の作用と粒子の慣性とを利用し、気体に含まれるエアロゾルを複数の異なる粒径範囲のグループに分離したり、特定の粒径範囲のエアロゾルを気体流から分離して取り出したりするものである。こうした濃縮器を用いることで、特定の粒径範囲のエアロゾルを濃縮して取り出すことができる。
【０００４】
しかしながら、上記従来の濃縮器ではその濃縮の原理上、幅広い粒径範囲のエアロゾルを満遍なく濃縮することは困難である。そのため、濃縮前の気体中のエアロゾルの粒径が幅広い場合、濃縮によって取り出されたエアロゾルの粒径分布は濃縮前の気体中のエアロゾルの粒径分布とは異なるものとなってしまう。そのため、気体中のエアロゾルの粒径分布を測定したいような場合には上記濃縮器は適さない。また、十分な慣性が得られない小さな粒子ほど高流量である気体の流れに乗り易いため、小さな粒子は濃縮されにくい。実際上、非特許文献１に記載されているような一般的なバーチャルインパクタを用いても、サブミクロンオーダー以上の大きさの粒子しか濃縮することができず、ナノエアロゾルの濃縮は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−９６２０７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「排ガス中の粒子状物質の質量濃度測定方法のJISを制定（JIS Z 7152）」、［online］、［2015年11月6日検索］、経済産業省、インターネット＜URL: http://www.meti.go.jp/press/2013/08/20130820001/20130820001-4.pdf＞
【非特許文献２】瀬戸、ほか４名、「表面放電マイクロプラズマエアロゾル荷電装置（ＳＭＡＣ）の特性評価」、エアロゾル研究、Vol.21、No.3、2006年、pp.226-231
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年は、ナノ粒子と呼ばれるナノメートルオーダーの微粒子を高い精度で測定する要求が高まっており、上述した従来の濃縮器ではこうした要求に応えることはできない。本発明はこうした課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、従来の慣性力を用いた方法では濃縮できないような小さな粒子を含め、幅広い粒径範囲の粒子をほぼ満遍なく濃縮することができる粒子濃縮装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明は、気体中の粒子の密度を増加させる粒子濃縮装置において、
a)濃縮対象である粒子が帯電した荷電粒子を含む第１気体流と、該第１気体流と隣接して該気体流と同じ方向に流れる濃縮対象である粒子が帯電した荷電粒子又は該粒子が帯電していない非荷電粒子を含む第２気体流と、がその内部に形成されてなる筐体と、
b)前記第１気体流中の荷電粒子を、該気体流を横切って前記第２気体流中に移動させる電場を前記筐体内に形成する電場形成部と、
c)前記電場形成部により形成される電場によって移動して来た荷電粒子を含む前記第２気体流を前記筐体から外に取り出す導出部と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る粒子濃縮装置では、電場形成部により筐体内に電場が形成されると、第１気体流中の荷電粒子は該電場の作用によって第２気体流の方向に移動する。一方、気体流の主要な構成要素である空気等のキャリアガスは電場の影響を受けない。そのため、第１気体流中の荷電粒子のみが第２気体流に移動し、該荷電粒子は第２気体流にもともと含まれる荷電粒子や非荷電粒子とともに導出部から外に取り出される。これにより、導出部からは粒子の密度が増加した、つまりは粒子が濃縮された気体流が取り出される。
【００１０】
本発明に係る粒子濃縮装置において、電場形成部は、第１気体流及び第２気体流を挟むように筐体内に配置された一対又は複数対の電極と、該電極に所定の直流電圧を印加する直流電源部と、を含む構成とすることができる。対となる電極は略平行に配置された平板電極であってもよいし、或いは、同心円状に配置された円筒電極でもよい。
【００１１】
また本発明に係る粒子濃縮装置では、第１気体流の流量が第２気体流の流量よりも大きいことが好ましい。これにより、粒子の濃縮の効率を高くすることができる。
【００１２】
また本発明に係る粒子濃縮装置では、上記筐体の内部空間を、第１気体流が流れる第１空間と第２気体流が流れる第２空間とに仕切る仮想的な面を形成する、粒子が通過可能な開口を有する電極であるフィルタと、該フィルタに所定の電圧を印加する補助電源部と、をさらに備える構成とすることができる。
【００１３】
上記フィルタは、例えば複数の棒状若しくは線状の電極を格子状に配置した構成、又は複数の棒状の電極を平行に並べた構成とすることができる。
【００１４】
上記構成の粒子濃縮装置では、補助電源部からフィルタに適宜の直流電圧を印加することで、第１空間内の電場と第２空間内の電場とを実質的に分離し、それぞれの電場の強さを適宜に調整することができる。それによって、第１空間内では電場を強くして第１気体流中の荷電粒子に大きな力を与えて第２気体流中に効率良く移動させる一方、第１空間内では電場を弱くして第２気体流中の荷電粒子が上記電場形成部を構成する電極に接触することをできるだけ避けるようにすることができる。
【００１５】
また上記構成の粒子濃縮装置では、好ましくは、
第１空間に粒子が含まれる気体流を導入する気体導入部と、該気体導入部から導入された気体流中の粒子を帯電させる荷電部と、をさらに備え、該荷電部で帯電された荷電粒子を含む気体流が第１気体流として第１空間を流れる構成とするとよい。
【００１６】
即ち、この構成では、気体導入部により筐体内の第１空間に荷電粒子ではなく帯電してない粒子を導入し、その粒子を荷電部により帯電させる。帯電した荷電粒子には上記電場形成部により形成される電場が作用するから、荷電粒子は速やかに第１気体流を離れフィルタを通過して第２空間に入る。これにより、帯電しない粒子をそのまま筐体内に導入しても、該粒子を濃縮することができる。
【００１７】
上記荷電部は具体的には、荷電対象の粒子をガスイオンと接触させることで該粒子を帯電させる構成とすればよいが、第１空間内で粒子を帯電するためのガスイオンを生成するガスイオン生成部を含むものとしても、或いは、筐体の外側で生成されたガスイオンを第１空間内に供給するガスイオン供給部を含むものとしてもよい。ガスイオンを生成する手法は特に限定されないが、好ましくは、誘電体バリア放電等の表面放電、コロナ放電、アーク放電、火花放電、大気圧グロー放電などを用いることができる。
【００１８】
また上記構成の粒子濃縮装置では、上記フィルタは所定間隔離間して設けられる一対の電極を含み、上記補助電源部は、上記一対の電極に所定の交流電圧を印加することにより、上記第１空間に存在するガスイオンが上記フィルタを通過することを阻止するようにした構成とするとよい。
ここで、交流電圧は正弦波電圧でも非正弦波電圧例えば矩形波電圧でもよい。
【００１９】
上記構成の粒子濃縮装置において、フィルタを構成する一対の電極にそれぞれ周波数が同一で適当に位相が相違する交流電圧を補助電源部から印加すると、荷電粒子をその隣接する電極の間の間隙に通過させる一方、荷電粒子に比べて質量が小さく移動度が大きいガスイオンを電極に捕捉することができる。これにより、粒子を帯電するために用いられるガスイオンが第１空間に存在した場合であっても、上記電場形成部により形成される電場の作用でガスイオンが第２空間に流入することを防止することができる。その結果、第２空間内で荷電粒子がガスイオンに接触することを回避し、粒子が多価に帯電することを抑制することができるとともに、導出部から取り出される気体流にガスイオンが含まれることを回避することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る粒子濃縮装置によれば、大気や所定ガスに含まれる粒子を、従来の慣性力を用いた方法では濃縮できないような小さな粒子を含め、そのサイズ（つまり粒径）に依らずに満遍なく濃縮することができる。即ち、濃縮の前後での粒径分布の変化が小さいので、全体に粒子の濃度が低い試料中の粒子濃度を高めてその粒径分布を測定する用途に好適である。また、ナノメートルオーダーの粒径の微粒子も効率良く濃縮できるので、そうした微粒子の精密な測定にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施例による粒子濃縮装置の概略構成を示す縦端面図。
【図２】第１実施例の粒子濃縮装置の変形例の概略構成を示す縦端面図。
【図３】本発明の第２実施例による粒子濃縮装置の概略構成を示す縦端面図（ａ）及び該（ａ）中のＡ−Ａ’矢視線断面図（ｂ）。
【図４】第２実施例の粒子濃縮装置におけるフィルタの斜視図。
【図５】第２実施例の粒子濃縮装置におけるフィルタの他の例の平面図。
【図６】第２実施例による粒子濃縮装置の変形例の概略構成を示す縦端面図。
【図７】第１実施例の粒子濃縮装置の変形例を示す縦端面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施例］
以下、本発明の第１実施例である粒子濃縮装置について図１を参照して説明する。図１は本実施例の粒子濃縮装置の概略構成を示す縦端面図である。
なお、説明の便宜上、図１中のＸ方向を左方、Ｙ方向を前方、Ｚ方向を上方として前後、上下、及び左右を定義する。これは、後述する図２、図３及び図６でも同様である。
【００２３】
第１実施例の粒子濃縮装置は、略直方体状の筐体１０を有しており、筐体１０の左側面には筐体１０内に外部から気体を流入させるための開口部である第１気体導入口（本発明における気体導入部に相当）１１及び第２気体導入口１２が上下方向に並べて配置されている。また、筐体１０の右側面には筐体１０から外部へ気体を排出するため開口部である第１気体導出口１３及び第２気体導出口（本発明における導出部に相当）１４が上下方向に並べて配置されている。第１気体導入口１１と第１気体導出口１３とは略一直線上に、第２気体導入口１２と第２気体導出口１４とも略一直線上に配置されている。
【００２４】
筐体１０の内部の上面には第１電極板１５が設けられ、下面には第２電極板１６が設けられている。また、第１電極板１５と第２電極板１６との間には、それらに対して略平行に平板なメッシュ状の電極であるフィルタ１７が配置されている。以下、第１電極板１５とフィルタ１７との間の空間を第１空間１８とよび、フィルタ１７と第２電極板１６との間の空間を第２空間１９と呼ぶ。主直流電源２１は、第１電極板１５に直流電圧Ｕ1を、第２電極板１６に直流電圧Ｕ2を印加するものであり、補助電源２２はフィルタ１７を構成する電極に所定の直流電圧Ｕ3を印加するものであり、いずれも制御部２０により制御される。
【００２５】
第１実施例の粒子濃縮装置の動作を説明する。
第１気体導入口１１を通して筐体１０内には、濃縮対象である粒子が含まれるキャリアガス（例えば空気）が導入される。同時に、第２気体導入口１２を通して筐体１０内には、濃縮対象である粒子が含まれるキャリアガス（例えば空気）が導入される。このとき、第２気体導入口１２から導入されるキャリアガスの流量は第１気体導入口１１から導入されるキャリアガスの流量に比べて低くなっている。両キャリアガスに含まれる粒子は予め帯電された荷電粒子である。
【００２６】
格子状であるフィルタ１７は多数の開口を有するが、フィルタ１７によって筐体１０内空間はおおむね第１空間１８と第２空間１９とに仕切られているため、第１気体導入口１１を通して導入されたキャリアガスは第１空間１８を左から右へと流れ第１気体導出口１３から外部へと流出する。一方、第２気体導入口１２を通して導入されたキャリアガスは第２空間１９を左から右へと流れ第２気体導出口１４から外部へと流出する（図１中の太い黒矢印）。つまり、第１空間１８を流れる気体流と第２空間１９を流れる気体流とは略同方向で略平行である。
【００２７】
上述したようにフィルタ１７は筐体１０内の空間をおおまかに仕切る機能を有するが、フィルタ１７には所定の直流電圧Ｕ3が印加されているため、該フィルタ１７は第１空間１８の電場と第２空間１９の電場とを分離する機能も有する。即ち、例えばＵ1＞Ｕ3＞Ｕ2であれば、第１電極板１５とフィルタ１７との間つまりは第１空間１８にはＵ1−Ｕ3の電位差が生じており、この電位差による直流電場が形成される。一方、フィルタ１７と第２電極板１６との間つまりは第２空間１９にはＵ3−Ｕ2の電位差が生じており、この電位差による直流電場が形成される。第１空間１８における上記電位差が第２空間１９における上記電位差に比べて大きくなるように直流電圧Ｕ3は適宜に設定される。これにより、第１空間１８における直流電場は第２空間１９における直流電場に比べて強くなる。
【００２８】
これら直流電場は、図１中の白抜き太線矢印で示す方向に、荷電粒子にとって下り傾斜である電位勾配を有する直流電場である。この電場の作用によって、第１空間１８を流れるキャリアガス中の荷電粒子は下向きの力を受け、図１中に下向きの細線矢印で示すように、メッシュ状電極であるフィルタ１７の開口を通過して第２空間１９に入る。上述したように第１空間１８内の直流電場は強いため、第１空間１８を流れるキャリアガス中の荷電粒子に作用する力は大きく、該荷電粒子は効率良く第２空間１９へと導入される。なお、中性のガス分子は電場の影響を受けない。
【００２９】
一方、第２空間１９内の直流電場は相対的に弱いため、第２空間１９に入ったあとの荷電粒子に作用する力は小さい。そのため、第２空間１９に到達した荷電粒子がそのまま第２電極板１６に衝突してしまうことを回避することができ、該荷電粒子は第２気体導入口１２から第２気体導出口１４へと向かうキャリアガスの流れに乗る。このキャリアガスにはもともと荷電粒子が含まれるが、上述したように電場の作用で第１空間１８から移動して来た荷電粒子が加わることで、その空間密度が増大する。その結果、荷電粒子が濃縮されたキャリアガスが第２気体導出口１４から外部へと取り出される。一方、荷電粒子が奪われることで、第１気体導出口１３からは荷電粒子を殆ど含まない（又はその量が少ない）キャリアガスが外部へと取り出される。
以上のようにして、本実施例の粒子濃縮装置では、濃縮された荷電粒子を含むキャリアガスを第２気体導出口１４を通して取り出すことができる。
【００３０】
ここで、電極板１５、１６、フィルタ１７にそれぞれ印加する直流電圧Ｕ1、Ｕ2、Ｕ3の値や第２空間１９のガス流量などは、第１空間１８内から第２空間１９へと荷電粒子が良好に移動し、且つ第２空間１９に入った荷電粒子が確実にキャリアガス流に乗るように例えば実験的に予め定めておくとよい。
【００３１】
なお、フィルタ１７としてメッシュ状電極を用いる代わりに、後述する第２実施例で述べるような複数の棒状電極を平行に配置したものでもよい。
【００３２】
第１実施例の粒子濃縮装置では、筐体１０の内部を上下に仕切るフィルタ１７を設けていたが、このフィルタ１７は必須な構成要素ではなく、図２に示すように、フィルタ１７を全く設けない構成としても構わない。ただし、フィルタ１７を取り除くと、第１気体導入口１１から第１気体導出口１３へと向かうキャリアガス流と第２気体導入口１２から第２気体導出口１４へと向かうキャリアガス流とが混じり易くなるから、図２に示すように、それぞれのガス流ができるだけ直進するように適宜の整流板４０を設けるとよい。また、電極板１５、１６の間に形成される直流電場のＺ方向の電位勾配は一定になるので、下方向に移動する荷電粒子が第２電極板１６に衝突しにくいように、電位差とガス流量の調整に留意する必要がある。
【００３３】
また、第１実施例の粒子濃縮装置では、筐体１０が略直方体形状であってその内部がフィルタ１７によって第１空間１８と第２空間１９とに仕切られていたが、筐体１０の形状なども適宜に変更することができる。
図７は、両端面が閉塞された円筒形状の筐体１０を用いた粒子濃縮装置の概略縦端面図である。筐体１０の周壁面、その内側の第１電極板１５、円筒形状のフィルタ１７、第２電極板１６は同心円状に配置され、第１電極板１５とフィルタ１７との間の第１空間１８、フィルタ１７と第２電極板１６との間の第２空間１９は、外筒、内筒の二重円筒の構造となっている。荷電粒子を含むキャリアガスは、図７の紙面に直交する方向に供給され、第１電極板１５と第２電極板１６にそれぞれ印加される直流電圧によって形成される電場の作用で、外側の第１空間１８中の荷電粒子はフィルタ１７の開口を通過して内側の第２空間１９に移動する。これによって、第１実施例と同様に、第２空間１９に連通する図示しない気体導出口から濃縮された荷電粒子を含むキャリアガスを取り出すことができる。
【００３４】
［第２実施例］
次に本発明の第２実施例である粒子濃縮装置について、図３及び図４を参照して説明する。図３（ａ）は第２実施例の粒子濃縮装置の概略構成を示す縦端面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ−Ａ’矢視線断面図である。図４は第２実施例の粒子濃縮装置におけるフィルタ３７の斜視図である。なお、図３、図４において第１実施例の装置と同じ又は相当する構成要素には同じ符号を付している。
【００３５】
上記第１実施例の粒子濃縮装置では、筐体１０の外側で帯電された粒子を含むキャリアガスが筐体１０内に供給されていたが、この第２実施例の粒子濃縮装置では、少なくとも第１気体導入口１１を通して筐体１０内には帯電していない非荷電粒子を含むキャリアガスが供給され、その粒子は第１空間１８において帯電され、帯電した荷電粒子が第１実施例と同様に電場の作用によって第２空間１９へと移動する。第１空間１８において粒子を帯電させるために、第１電極板１５の下側には複数の放電素子５０が配置され、各放電素子５０には放電用電源５１から放電用の高電圧が印加される。ここで用いられる放電素子５０は非特許文献２等に記載の表面放電マイクロプラズマ素子（Surface-discharge microplasma device）であるが、それ以外の、コロナ放電、アーク放電、火花放電、誘電体バリア放電、大気圧グロー放電など、各種の放電を利用したイオン生成素子を用いることができる。もちろん、放電素子５０の代わりに、放射性同位元素などを用いたイオン生成素子を用いてもよい。
【００３６】
図４に示すように、フィルタ３７は一面上に互いに平行に所定間隔離して配置された複数の棒状電極３７１、３７２からなる。この棒状電極はＹ方向に一つおきの複数の棒状電極（３７１又は３７２）を一組とした一対の電極であり、一方の複数の棒状電極３７１と他方の複数の棒状電極３７２とにはそれぞれ周波数が同じで位相が相違する交流電圧Ｖ1sinωｔ、Ｖ2sin（ωｔ＋δ）が補助電源２２から印加される。この位相差δは適宜定めることができるが、通常、９０°〜２７０°の範囲の値である。また、それら交流電圧の振幅Ｖ1、Ｖ2もそれぞれ適宜に定められる。なお、図４には記載していないが、フィルタ３７には交流電圧のみならず、第１実施例と同様に適宜の直流電圧も印加されるようにするとよい。
【００３７】
第２実施例の粒子濃縮装置において、放電用電源５１から放電素子５０に所定の電圧が印加され、放電素子５０で放電が生起されると、キャリアガス中のガス分子がイオン化されガスイオンが発生する。キャリアガス中の粒子（非荷電粒子）がガスイオンに接触すると、該粒子とガスイオンとが電子の授受を行い粒子は帯電する。生成された荷電粒子には第１実施例の装置と同様に、第１空間１８に形成される直流電場による力が作用し下方向に移動する。
【００３８】
上述したように、第１空間１８と第２空間１９とを隔てるフィルタ３７において、隣接する棒状電極３７１、３７２には位相が互いに異なる交流電圧が印加されている。そのため、上述したように筐体１０内を下方に進行して棒状電極３７１、３７２の間を通過しようとする荷電粒子は、左右の棒状電極３７１、３７２から引力と斥力とを受けることになる。移動度が比較的大きい物体は一方の棒状電極３７１又は３７２に速やかに引き付けられて該電極に衝突するため、両棒状電極の間（開口）を通過することはできない。一方、移動度が比較的小さい物体は一方の棒状電極３７１、３７２に衝突する前に他方の棒状電極からの引力で逆方向に引きつけられるため、左右方向に安定に振動しながら棒状電極３７１、３７２の間を通過する。
【００３９】
一方、放電によって生成されるガスイオンは荷電粒子に比べて質量が格段に小さいので移動度が大きい。そのため、補助電源２２から棒状電極３７１、３７２に印加する電圧の条件（振幅、周波数、位相差）を適切に調整しておくことで、荷電粒子のみがフィルタ３７を通過し、ガスイオンはフィルタ３７で捕捉される（フィルタ３７に衝突する）ようにすることができる。その結果、ガスイオンに比べて移動度が相対的に小さい荷電粒子のみが、第１空間１８から第２空間１９に移動する。第２空間１９に多量のガスイオンが流れ込むと、荷電粒子が再びガスイオンに接触して多価帯電が生じ易くなる。これに対し、この第２実施例の構成では、ガスイオンが第２空間１９に流れ込むことを抑制できるので、荷電粒子がさらにガスイオンに接触することを防止し多価帯電を抑制することができる。それによって、第２気体導出口１４から取り出される荷電粒子における１価帯電の粒子の割合を高めることができる。
【００４０】
なお、このように荷電粒子のみを通過させるためにフィルタ３７に印加される電圧の条件は、例えば、粒子（種類や粒径等）毎に予め実験的に調べられ、制御部２０内のメモリに記憶される。そして、観測目的の粒子がユーザから指定されると、制御部２０はメモリに記憶された情報を参照して観測目的とする粒子に対応した電圧の条件を求め、該電圧がフィルタ３７を構成する各棒状電極３７１、３７２に印加されるように補助電源２２を制御する。
【００４１】
なお、フィルタ３７は上述したような棒状電極３７１、３７２を並べたものでなく、図４に示すように複数の細い線状の電極４７１、４７２を格子状に並べた構成、即ち、平面視でメッシュ状となる構成としてもよい。このフィルタ４７では、縦方向（Ｙ方向）に並んだ線状電極４７１、４７２から成る電極群と、横方向（Ｘ方向）に並んだ電極４７１、４７２から成る電極群とは、第１電極板１５及び第２電極板１６により形成される電場による力の作用方向（Ｚ方向）に離間して配置される。そして、互いに隣接する電極４７１、４７２にそれぞれ周波数が同じで位相が相違する交流電圧Ｖ1sinωｔ、Ｖ2sin（ωｔ＋δ）が印加される。したがって、基本的な動作は上述したフィルタ３７と同じであり、移動度の大きなガスイオンの通過を阻止し、移動度の小さな荷電粒子のみを通過させることができる。
【００４２】
第２実施例の装置では第１空間１８においてガスイオンを生成していたが、筐体１０の外側でガスイオンを生成して第１空間１８に供給する構成としてもよい。図６に示す変形例では、筐体１０の上部にガスイオン生成部６０を設け、該ガスイオン生成部６０で生成されたガスイオンを筐体１０内に導入している。ガスイオン生成部６０は、略直方体状のチャンバ６１を有し、チャンバ６１の側面には、チャンバ６１内にガスイオン生成用のガスを導入するためのガス導入口６２が設けられ、チャンバ６１の下面にはチャンバ６１内で生成されたガスイオンを第１空間１８に流出させるための開口部６３が形成されている。チャンバ６１の内部空間には、上面から垂直下方向に延伸する針状の放電電極６４が設置され、チャンバ６１の内底部には、放電電極６４と対になる、平板状の接地電極６５が設置されている。チャンバ６１の外側に配置された放電用電源６６から放電電極６４に所定の電圧を印加することでコロナ放電が生起され、ガス導入口６２を通して導入されたガスがイオン化される。生成されたガスイオンは開口部６３を通して第１空間１８内に供給され、第１空間１８において粒子に接触して該粒子を帯電させる。
【００４３】
なお、言うまでもないが、図７に示した構成においても、第１空間１８内でガスイオンを生成させ、又は外部からガスイオンを第１空間１８内に導入して、該空間１８において粒子を帯電させるようにすることができる。
【００４４】
また、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正、変更、追加などを行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【符号の説明】
【００４５】
１０…筐体
１１…第１気体導入口
１２…第２気体導入口
１３…第１気体導出口
１４…第２気体導出口
１５…第１電極板
１６…第２電極板
１７、３７、４７…フィルタ
１７１、１７１、３７１、３７２、４７１、４７２…電極
１８…第１空間
１９…第２空間
２０…制御部
２１…直流電源
２２…補助電源
４０…整流板
５０…放電素子
５１、６６…放電用電源
６０…ガスイオン生成部
６１…チャンバ
６２…ガス導入口
６３…開口部
６４…放電電極
６５…接地電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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