(57)【要約】  単極荷電では、荷電効率が最良となる放電電流値や多価帯電の放電電流依存性が荷電対象の粒子の粒径によって相違する。そこで、粒径毎に、１価の荷電効率が最良になる放電電圧、及び、異径粒子をノイズとみなしたときの信号のＳＮ比が最良となる放電電圧を実験的に求めて記憶部（２１）に記憶しておく。粒径分布測定のためにＤＭＡ（３）の分級部（３２）に印加する分級電圧を走査する際に、システム制御部（２）は記憶部（２１）から粒径に応じた最適電圧を取得しつつ、分級電圧の走査に連動して、粒径の変化に応じて放電電圧が走査されるように、放電電圧制御部（１０）を通して放電用電源（１１）を制御する。これにより、例えば、分級により取り出される所定粒径の粒子に対する異径の多価帯電粒子の混入が減り、粒径分布を精度良く求めることが可能となる。
2016002647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気移動度を利用した気体中の粒子の分級に供する帯電粒子を生成するために、放電電極から発生させた放電により所定のガスをイオン化し、該イオンと荷電対象である粒子とを接触させて該粒子を帯電させる粒子荷電装置において、
a)放電を生起させるための電圧を前記放電電極に印加する放電電圧印加部と、
b)前記放電によって生成され、粒子の帯電に寄与するイオンの濃度を、目的とする帯電粒子の粒径に応じて調整するべく、前記放電電極に印加される電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する放電制御部と、
を備えることを特徴とする粒子荷電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子荷電装置であって、
前記放電電圧印加部は、単極荷電を行うべく、正極性又は負極性の電圧を前記放電電極に印加することで、放電により正極性又は負極性のイオンを生成するものであり、
前記放電制御部は、前記正極性又は負極性の電圧の振幅を変化させるように前記放電電圧印加部を制御することを特徴とする粒子荷電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の粒子荷電装置であって、
前記放電電圧印加部は、帯電分布が平衡又は不平衡である両極荷電を行うべく、直流バイアス電圧を重畳させた正負両極性の交流電圧を前記放電電極に印加することで、放電により正極性及び負極性のイオンを生成するものであり、
前記放電制御部は、前記直流バイアス電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御することを特徴とする粒子荷電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の粒子荷電装置であって、
前記放電電圧印加部は、帯電分布が平衡又は不平衡である両極荷電を行うべく、正極性の電圧と負極性の電圧とを交互に前記放電電極に印加することで、放電により正極性及び負極性のイオンを生成するものであり、
前記放電制御部は、正極性の電圧印加による放電電力と負極性の電圧印加による放電電力との比を変化させるように前記放電電圧印加部を制御することを特徴とする粒子荷電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の粒子荷電装置であって、
前記放電電圧印加部として、正電圧印加用、負電圧印加用の二つの電圧印加部を有し、該正電圧印加用電圧印加部からの電圧印加により正極放電を行い、該負電圧印加用電圧印加部からの電圧印加により負極放電を行い、前記放電制御部は、その両者の電力比を変化させるように前記二つの電圧印加部を制御することを特徴とする粒子荷電装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の粒子荷電装置であって、
前記放電電圧印加部は、両極平衡荷電を行うべく、正負対称である正極性の電圧と負極性の電圧とを前記放電電極に印加することで、放電により正極性のイオンと負極性のイオンとをともに生成するものであり、
前記放電制御部は、単極荷電又は帯電分布が不平衡である両極荷電に代えて、両極平衡荷電が可能である電圧を発生するように前記放電電圧印加部を制御することを特徴とする粒子荷電装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子荷電装置であって、
信号量優先モードと信号品質優先モードとの二つの荷電モードを切り換え可能に有し、前記放電制御部は、
前記信号量優先モードでは、目的とする帯電粒子の粒径に対して価数が１である帯電粒子の生成量が最大となるように予め決められた電圧を、前記放電電極に印加するように前記放電電圧印加部を制御し、
前記信号品質優先モードでは、目的とする帯電粒子の粒径に対して価数が１である帯電粒子の生成量と、該帯電粒子とは粒径が相違するものの２以上の多価帯電であるために電気移動度が該帯電粒子と同等である別の帯電粒子をノイズとみなしたときの該ノイズの生成量と、の関係から求まるＳＮ比が最大となるように予め決められた電圧を、前記放電電極に印加するように前記放電電圧印加部を制御することを特徴とする粒子荷電装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子荷電装置を用いた粒子分級装置であって、
c)前記帯電粒子を電気移動度に応じて分級するための電場を形成する分級用電極と、
d)該分級用電極に分級電圧を印加する分級電圧印加部と、
e)測定したい粒径に応じて分級電圧を変化させるように前記分級電圧印加部を制御する分級制御部と、
f)前記分級制御部により分級電圧を変化させる際に、その変化と連動して前記放電電極に印加される電圧が変化するように、該分級制御部による制御と前記放電制御部による制御を連動させる又はその両制御部の動作を制御する統括制御部と、
を備えることを特徴とする粒子分級装置。
【請求項９】
請求項８に記載の粒子分級装置であって、
前記統括制御部は、前記粒子荷電装置において粒子が帯電される荷電領域から前記分級用電極により電場が形成される分級領域にまで帯電粒子が移動する時間を推算する遅れ時間推算部を含み、該遅れ時間推算部により推算された時間を見込んで、分級電圧の変化と放電電圧の変化とが連動するように前記分級制御部及び前記放電制御部を制御することを特徴とする粒子分級装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の粒子分級装置であって、
前記遅れ時間推算部は、前記荷電領域から前記分級領域まで帯電粒子を搬送する気体の流量又は流速と、予め定められている流路の内容積と、から、帯電粒子が移動する時間を推算することを特徴とする粒子分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中の微粒子を帯電させる粒子荷電装置、及び該装置により帯電させた微粒子をその粒径に応じて分離して測定したり特定の粒径の微粒子を収集したりする粒子分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、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（特許文献１等参照）。【０００３】
ＤＭＡによる測定では、その測定に先立って測定対象である粒子（エアロゾル）を帯電させる必要があるが、そのために従来、幾つかの方式による荷電装置が用いられている。比較的古くから用いられているのは、アメリシウム（Ａｍ）から発せられるα線やクリプトン（Ｋｒ）から発せられるβ線などの放射線をイオン源とし、このイオン源により発生したイオンと荷電対象である粒子とを接触させることで該粒子を帯電させる荷電装置である（非特許文献１参照）。この装置は両極拡散中和器、又は単に中和器と称されることもある。【０００４】
しかしながら、この種の荷電装置は放射線源を用いているため、安全上、取り扱いに細心の注意が必要である、可搬性に乏しい、といった問題がある。そこで、これに代わる荷電装置として、近年、コロナ放電などの放電によるイオン源を利用した荷電装置が使用されるようになってきている。以下、本明細書では、特に明記しない限り、放電をイオン源として利用した粒子荷電装置について述べる。【０００５】
上記粒子荷電装置では、例えば特許文献２に記載のように、コロナ放電等の放電により適宜のキャリアガス分子をイオン化し、生成されたイオンを荷電対象である粒子に接触させることで該粒子を帯電させる。この荷電装置による荷電方式には、大別して、両極放電を利用して正負両極性の帯電粒子を生成する両極荷電方式と、単極放電を利用して正極性又は負極性いずれか一方の単極性の帯電粒子を生成する単極荷電方式とがある。【０００６】
両極荷電方式では、通常、電気的に安定である平衡帯電分布の電荷が帯電粒子に与えられる（そのために、「両極荷電」は一般に「両極平衡荷電」と呼ばれる）。この荷電方式によれば、或る粒径の特定の価数の帯電粒子の荷電効率はほぼ一意に決定可能となり、それゆえに、ＤＭＡによる分級後に計数された粒子数に基づく元の粒径分布の算出が比較的容易になるという利点がある。また、両極荷電方式では２価以上の多価帯電の発生が少ないという利点もある。一方、両極荷電方式では、特に小粒径の粒子における荷電効率が低い。荷電装置において帯電されなかった粒子は電気移動度による分級や静電気力を利用した捕集の対象外となってしまうため、荷電効率が低いと分析感度が低くなるという問題がある。【０００７】
これに対し、単極荷電方式は両極荷電方式に比べて、小粒径の粒子に対しても十分に高い荷電効率が得られるという利点がある。一方で、大粒径の粒子は表面積が大きく、小粒径の粒子と比べてイオンとの接触の機会が多いため、多価帯電が起こり易い。帯電粒子の電気移動度は概ねその帯電粒子の粒径に反比例するとともに電荷に比例するため、多価帯電した大粒径の粒子と、より価数の小さい小粒径の粒子とでは電気移動度がほぼ同じになる可能性があり、それらが混じった状態の帯電粒子を電気移動度に応じて分級しようとしても粒径の相違の区別がつかない。その結果、分級を利用して特定の粒径の粒子を収集しようとしても、目的とする粒径以外の粒子の混入が多くなるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４９０５０４０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５４９８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】佐藤、桜井、榎原、「エアロゾル電荷中和器の荷電効率とイオン移動度の時間変化の関係」、静電気学会誌、Vol.35、No.1、2011年、pp.14-19
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
即ち、従来の粒子荷電装置において単極荷電を行う場合、両極荷電に比べて全般的に荷電効率を改善できるという利点はあるものの、大粒径の粒子の多価帯電のために粒径の揃った粒子の収集が困難である、という問題があった。また、多価帯電が起こるということは、その分だけ１価の荷電効率が低下することになるから、１価の帯電粒子を測定する上では感度の低下に繋がることにもなる。【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主な目的は、高い荷電効率を維持しつつ、多価帯電する粒子の割合を減らすことで多価帯電した粒子の影響を抑制し、高い測定精度を達成したり特定の粒径の粒子について高い捕集効率を達成したりすることができる粒子荷電装置及び該装置を用いた粒子分級装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述したような粒子荷電装置における粒子の荷電効率は、通常、放電により生成されるイオンの濃度（量）と、荷電対象である粒子とイオンとの接触時間との積に依存する。したがって、イオンと粒子との接触時間が同じである場合、イオン濃度が高ければ全体的な荷電効率は高まるものの、特にイオンとの接触の機会が多い大粒径の粒子では多価帯電が起こり易くなる。そこで、本発明者は、異なる粒径の粒子について、イオン濃度を左右する放電電流量を変えたときの各価数の帯電の生起比率を実験的に調べた。その結果、各価数の荷電効率が最良となる放電電流量は粒子の粒径によって異なり、大粒径の粒子を荷電する際には、相対的に粒径が小さい粒子を荷電する場合に比べて、放電電流量を下げたほうが１価の荷電効率をより高めることができることを確認した。本発明はこうした実験的な知見に基づいてなされたものである。【００１３】
即ち、上記課題を解決するために成された本発明に係る粒子荷電装置は、電気移動度を利用した気体中の粒子の分級に供する帯電粒子を生成するために、放電電極から発生させた放電により所定のガスをイオン化し、該イオンと荷電対象である粒子とを接触させて該粒子を帯電させる粒子荷電装置において、
a)放電を生起させるための電圧を前記放電電極に印加する放電電圧印加部と、
b)前記放電によって生成され、粒子の帯電に寄与するイオンの濃度を、目的とする帯電粒子の粒径に応じて調整するべく、前記放電電極に印加される電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する放電制御部と、
を備えることを特徴としている。【００１４】
本発明に係る粒子荷電装置は、典型的には、ＤＭＡに供給する帯電粒子（帯電エアロゾル）を生成するのに利用することができる。その場合、上記「目的とする帯電粒子の粒径」とは、ＤＭＡにおいて分級によって取り出そうとしている帯電粒子の粒径のことである。【００１５】
また本発明に係る粒子荷電装置において、放電としては、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を用いることができる。もちろん、これら放電の種類によって、放電電極の形状や該放電電極に印加される電圧の態様（例えばパルス状電圧、正弦波交流電圧といった電圧波形、周波数など）が異なることは当然である。【００１６】
例えばコロナ放電を利用したイオン源を備えるコロナ放電型荷電装置では、上述したように、放電電極に印加する電圧の極性によって、単極荷電、両極荷電のいずれかを選択的に行うことができる。単極荷電の場合には、正極性又は負極性のパルス状電圧を放電電極に印加するが、その電圧値（パルス波高値）や放電時間によって、生成されるイオンの量、つまりイオン濃度が変化する。【００１７】
そこで、本発明に係る粒子荷電装置の第１の態様としては、
前記放電電圧印加部が、単極荷電を行うべく、正極性又は負極性の電圧を前記放電電極に印加することで、放電により正極性又は負極性のイオンを生成するものであり、
前記放電制御部は、前記正極性又は負極性の電圧の振幅又は電圧印加時間の少なくとも一方を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する構成とするとよい。【００１８】
この第１の態様による粒子荷電装置では、具体的には例えば、粒子の粒径と適切な電圧振幅（又は電圧印加時間）との関係を予め実験的に調べて記憶しておく。そして、目的とする帯電粒子の粒径が指示されたときに、放電制御部は上記記憶した情報を参照して目的とする粒径に対応した電圧振幅を求め、その振幅を有する電圧が放電電極に印加されるように放電電圧印加部を制御する。これにより、例えば、多価帯電を含めた全体的な荷電効率ではなく、分級に都合のよい１価帯電の荷電効率が最良又はそれに近い状態となるようにイオン濃度が調整される。その結果、粒径に拘わらず１価帯電の粒子を多く得ることができ、こうして生成された帯電粒子をＤＭＡで測定する場合でも、高い精度で粒径分布測定を行うことができる。また、単極荷電ではもともと両極平衡荷電と比べて荷電効率が高いので、より多くの量の帯電粒子をＤＭＡ等に供給し、高い感度の測定を実現することができる。【００１９】
また、コロナ放電型粒子荷電装置などにおいて、両極平衡荷電を行う場合には、放電電極に正極性の電圧と負極性の電圧とを交互に印加し、その電圧印加時の正負の放電電力比を１：１とするが、その放電電力比が１：１からずれるような電圧を放電電極に印加すると、正イオン量のほうが多い正イオンリッチの状態又は負イオン量のほうが多い負イオンリッチの状態となり、その正負のアンバランスの程度に応じた不平衡な帯電分布の両極荷電が可能となる。このような不平衡帯電分布となる両極荷電（以下「両極不平衡荷電」という）は、両極平衡荷電と単極荷電との中間の状態であるとみることもできる。こうした両極不平衡荷電を行う場合には、例えば電圧印加時の正負の放電電力比が１：１からずれている電圧を放電電極に印加すると、正イオンの濃度又は負イオンの濃度を調整することができる。また、正負両極性の電圧振幅値が等しいパルス状電圧や交流電圧における直流バイアス電圧（中点の電圧）を変化させても同様に、正イオンの濃度又は負イオンの濃度を調整することができる。【００２０】
そこで、本発明に係る粒子荷電装置の第２の態様としては、
前記放電電圧印加部が、帯電分布が平衡又は不平衡である両極荷電を行うべく、直流バイアス電圧を重畳させた正負両極性の交流電圧を前記放電電極に印加することで、放電により正極性及び負極性のイオンを生成するものであり、
前記放電制御部は、前記直流バイアス電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する構成とするとよい。【００２１】
また本発明に係る粒子荷電装置の第３の態様としては、
前記放電電圧印加部が、帯電分布が平衡又は不平衡である両極荷電を行うべく、正極性の電圧と負極性の電圧とを交互に前記放電電極に印加することで、放電により正極性及び負極性のイオンを生成するものであり、
前記放電制御部は、正極性の電圧印加による放電電力と負極性の電圧印加による放電電力との比を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する構成とするとよい。【００２２】
さらにまた本発明に係る粒子荷電装置の第４の様態としては、
前記放電電圧印加部として、正電圧印加用、負電圧印加用の二つの電圧印加部を有し、該正電圧印加用電圧印加部からの電圧印加により正極放電を行い、該負電圧印加用電圧印加部からの電圧印加により負極放電を行い、前記放電制御部は、その両者の電力比を変化させるように前記二つの電圧印加部を制御する構成とするとよい。【００２３】
これら第２、第３、及び第４の態様による粒子荷電装置によれば、単極荷電でなく両極荷電であっても、放電のための電圧を変化させることでイオン濃度を調整し、荷電条件を変えることができる。【００２４】
また上述したように、両極平衡荷電においては全般的に荷電効率はあまり高くないものの、多価帯電が少ないうえに、粒子数算出等のデータ処理が容易であるという利点がある。そこで、小粒径に比べれば比較的高い荷電効率が得られる大粒径の粒子に対しては、両極平衡荷電を利用できるようにしてもよい。【００２５】
即ち、本発明に係る粒子荷電装置においては、
前記放電電圧印加部が、両極平衡荷電を行うべく、正負対称である正極性の電圧と負極性の電圧とを前記放電電極に印加することで、放電により正極性のイオンと負極性のイオンとをともに生成するものであり、
前記放電制御部は、単極荷電又は帯電分布が不平衡である両極荷電に代えて、両極平衡荷電が可能である電圧を発生するように前記放電電圧印加部を制御する構成としてもよい。【００２６】
また、本発明に係る粒子荷電装置において、好ましくは、
信号量優先モードと信号品質優先モードとの二つの荷電モードを切り換え可能に有し、前記放電制御部は、
前記信号量優先モードでは、目的とする帯電粒子の粒径に対して価数が１である帯電粒子の生成量が最大となるように予め決められた電圧を、前記放電電極に印加するように前記放電電圧印加部を制御し、
前記信号品質優先モードでは、目的とする帯電粒子の粒径に対して価数が１である帯電粒子の生成量と、該帯電粒子とは粒径が相違するものの２以上の多価帯電であるために電気移動度が該帯電粒子と同等である別の帯電粒子をノイズとみなしたときの該ノイズの生成量と、の関係から求まるＳＮ比が最大となるように予め決められた電圧を、前記放電電極に印加するように前記放電電圧印加部を制御する構成とするとよい。【００２７】
或る粒径の粒子に対し、放電電流量を変えると１価帯電の荷電効率が変化する一方、例えば２価帯電の荷電効率も変化する。そのため、１価帯電の荷電効率が最良となるような放電条件を選択したとき、１価の帯電粒子の生成量が最大であったとしても、２価の帯電粒子の生成量も増加してしまうために上記ＳＮ比が最良とはならないという事態が起こり得る。【００２８】
これに対し、上記構成では、例えば測定対象である粒子の数がもともと少ない等の理由により、精度を多少犠牲にしても感度を高めたい場合には、信号量優先モードを選択し、例えば特定の粒径を有する粒子の数を高い精度を求めたい、或いは、粒子数が十分に多い試料に対して高い精度で粒径分布を調べたいといった場合には、信号品質優先モードを選択すればよい。信号品質優先モードでは信号量優先モードに比べて、或る粒径の粒子が１価に帯電した帯電粒子の数は必ずしも最大となるとは限らないものの、これとほぼ同じ電気移動度を有する別の粒径の多価帯電粒子の生成は抑えられるので、目的とする粒径の粒子を高い純度で以て分級するのに有用である。【００２９】
また、本発明に係る粒子分級装置は、上記本発明に係る粒子荷電装置を用いた粒子分級装置であって、
c)前記帯電粒子を電気移動度に応じて分級するための電場を形成する分級用電極と、
d)該分級用電極に分級電圧を印加する分級電圧印加部と、
e)測定したい粒径に応じて分級電圧を変化させるように前記分級電圧印加部を制御する分級制御部と、
f)前記分級制御部により分級電圧を変化させる際に、その変化と連動して前記放電電極に印加される電圧が変化するように、前記分級制御部による制御と前記放電制御部による制御を連動させる又はその両制御部の動作を制御する統括制御部と、
を備えることを特徴としている。【００３０】
本発明に係る粒子分級装置では、例えば粒径分布を測定する場合、分級制御部の制御の下で分級電圧印加部は分級電圧を所定範囲で走査する。それによって、分級電場が時間経過に伴って変化し、電位移動度が相違する帯電粒子が順に取り出される。統括制御部は、この分級電圧の走査に連動して放電電極へ印加される電圧が変化するように、放電制御部を動作させる。具体的には、粒子荷電装置において或る特定の粒径の粒子の１価帯電の荷電効率が良好になるような放電電圧を放電電極に印加した時点から、所定時間が経過した時点で、上記特定の粒径の帯電粒子が分級によって取り出されるように分級電圧を分級用電極に印加する。その所定時間を、粒子荷電装置において粒子が帯電される荷電領域から分級電場が形成される分級領域にまで帯電粒子が移動するのに要する時間に定めておけば、粒子荷電装置において適切な条件の下で荷電された粒子を分級によって取り出すことができる。これによって、粒子荷電装置で生成された帯電粒子が分級において有効に利用されるので、例えば粒径分布測定の精度や感度の向上が可能となる。また、特定の粒径を有する粒子を収集したい場合には、粒径の純度を高めつつ多くの量の粒子を収集することが可能となる。【００３１】
また上記理由から、本発明に係る粒子分級装置では、好ましくは、前記統括制御部は、前記粒子荷電装置において粒子が帯電される荷電領域から前記分級用電極により電場が形成される分級領域にまで帯電粒子が移動する時間を推算する遅れ時間推算部を含み、該遅れ時間推算部により推算された時間を見込んで、分級電圧の変化と放電電圧の変化とが連動するように前記分級制御部及び前記放電制御部を制御する構成とするとよい。【００３２】
ここで、前記遅れ時間推算部は、前記荷電領域から前記分級領域まで帯電粒子を搬送する気体の流量又は流速と、予め定められている流路の内容積と、から、帯電粒子が移動する時間を推算すればよい。【００３３】
ＤＭＡなどにおいては、通常、荷電領域から分級領域まで帯電粒子を搬送する気体の流量又は流速はユーザにより設定されるパラメータの一つである。一方、流路の内容積は装置構成によって定まっている。したがって、遅れ時間推算部は、ユーザにより流量又は流速が設定されると、その設定値と既定の内容積とに基づいて、帯電粒子の移動時間を計算する。そして、統括制御部は計算された移動時間を用いて上述したような連動の制御を行う。これによって、帯電粒子を搬送する気体の流量や流速が変更された場合でも、常にそれに応じて、粒子の測定や収集が常に適切に行われるように装置を制御することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る粒子荷電装置及び粒子分級装置によれば、粒径が比較的大きな粒子についても多価帯電を抑制し、１価帯電の粒子の割合を多くすることができる。それにより、或る粒径の粒子を分級により取り出す際に、粒径が異なるものの多価に帯電しているために電気移動度がほぼ同じである不所望の粒子が混じることを抑制することでき、例えば粒径分布の精度を高めたり、特定の粒径の粒子について高い捕集効率を達成したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例によるエアロゾル粒径分布測定装置の全体構成図。
【図２】本実施例のエアロゾル粒径分布測定装置における粒子帯電部の概略構成図。
【図３】帯電粒子の価数分布の放電電流依存性を実験的に調べた結果であり、（ａ）は粒径２７nmに対する価数分布、（ｂ）は粒径３８nmに対する価数分布を示す図。
【図４】単極荷電の場合における放電電圧制御の一例を示す波形図。
【図５】両極荷電の場合における放電電圧制御の一例を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施例であるエアロゾル粒径分布測定装置について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例のエアロゾル粒径分布測定装置の全体構成図、図２はこのエアロゾル粒径分布測定装置に含まれる粒子帯電部の構成図である。
【００３７】
本実施例によるエアロゾル粒径分布測定装置は、測定対象であるエアロゾルを帯電させて帯電エアロゾルを生成する荷電部１と、帯電エアロゾルを電気移動度に応じて分級するＤＭＡ３と、分級された帯電エアロゾルを検出する粒子測定部４と、これら各部を統括的に制御するシステム制御部２と、を備える。図１において、極太線の一点鎖線はガスの流れを示し、太い実線の矢印は電気信号の流れを示している。
【００３８】
荷電部１は、放電電圧制御部１０、放電用電源１１、放電電極１３が備えられた粒子帯電部１２、を含む。
【００３９】
ＤＭＡ３は、分級電圧制御部３０、分級用電源３１、分級部３２を含むとともに、分級部３２にシースガスを循環的に供給するために、フィルタ３４、シース流量調整部３５、バッファタンク３６、３８、ポンプ３７を含み、さらに  シース流量調整部３５を制御するシース流量制御部３３を含む。荷電部１の粒子帯電部１２とＤＭＡ３の分級部３２との間は分級前粒子搬送流路１４により接続されており、この分級前粒子搬送流路１４を通して帯電エアロゾルが分級部３２に導入される。
【００４０】
粒子測定部４は、ファラデーカップ電流計などからなる粒子計数部４０、分級部３２を通して粒子計数部４０に流れる試料ガスの流量を調整する試料流量調整部４１、ポンプ４２、試料流量調整部４１を制御する試料流量制御部４３、を含む。ＤＭＡ３の分級部３２と粒子測定部４の粒子計数部４０との間は分級後粒子搬送流路４４により接続されており、この分級後粒子搬送流路４４を通して帯電エアロゾルが粒子計数部４０に導入される。
システム制御部２は、本装置に特徴的な機能ブロックとして遅れ時間算出部２０、最適電圧情報記憶部２１を含む。また、システム制御部２には分析者が操作する入力部５が接続されている。
【００４１】
まず、ＤＭＡ３及び粒子測定部４の動作を概略的に説明する。
ＤＭＡ３においてポンプ３７が作動すると、バッファタンク３８に貯留されているシースガスがポンプ３７により吸引されてバッファタンク３６に供給され、シース流量調整部３５により所定流量に調整されたうえで、フィルタ３４を通して分級部３２に供給される。分級部３２を経たシースガスはバッファタンク３８へと戻る。これにより、シース流量調整部３５により所定流量に調整されたシースガスが、分級部３２に連続的に循環供給される。このシースガスの流量はシステム制御部２から指示を受けたシース流量制御部３３により制御される。
【００４２】
分級部３２は外筒部３２１と内筒部３２２とからなる同軸二重円筒構造を有しており、その外筒部３２１と内筒部３２２との間に形成される空間に軸方向にシースガスが供給される。外筒部３２１は電気的に接地される一方、分級用電源３１から内筒部３２２に直流電圧が印加され、それによって外筒部３２１と内筒部３２２との間に分級電場が形成される。分級前粒子搬送流路１４を通して供給された帯電エアロゾルは、分級電場が形成されているシースガス流中に導入される。
【００４３】
外筒部３２１と内筒部３２２との間の空間に導入された帯電エアロゾルはシースガスの流れに乗って移動（図１では上から下方向への移動）するが、分級電場の作用を受けて内筒部３２２側に引き寄せられる。そして、分級電場の強さに応じた特定の電気移動度を有する帯電エアロゾルが、内筒部３２２の下方に形成されているスリット３２３を通過し、分級後粒子搬送流路４４を通して粒子測定部４へと送られる。分級電場の強さを変えるように分級電圧を変化させると、その変化に応じて、スリット３２３の位置に到達し得る帯電エアロゾルの電気移動度が変化する。このため、この分級電圧を所定の電圧範囲で走査することによって、粒子測定部４へ送給する帯電エアロゾルの電気移動度を走査することができる。
【００４４】
分級後粒子搬送流路４４を通した分級部３２から粒子計数部４０へと至る試料ガスの流れは、粒子測定部４に含まれるポンプ４２が作動することで形成され、その試料ガスの流量は試料流量調整部４１により調整される。粒子計数部４０において、ファラデーカップ電流計等の検出器は、到達した帯電エアロゾルが持つ電荷により流れる電流を検出する。この検出信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングして得られる測定値データは、特定の電気移動度における粒子数を示す。上述したように分級電圧を所定電圧範囲に亘り走査すると、粒子計数部４０に到達するエアロゾルの電気移動度が変化するから、粒子計数部４０では、時間経過に伴って、異なる電気移動度を持つエアロゾル由来の測定値データを順次取得することができる。粒子計数部４０に含まれる図示しないデータ処理部は、この測定値データによる電気移動度分布に対して所定の演算を行うことで、粒径と粒子数との関係を示す粒径分布を算出する。
なお、こうした粒径分布を算出するアルゴリズムは従来と全く同様であるので、詳しい説明を略す。
【００４５】
次に、荷電部１の構成と動作を詳しく説明する。この荷電部１は、コロナ放電によるイオン源を利用した粒子荷電装置である。
図２に示すように、荷電部１の粒子帯電部１２は、上面及び底面がそれぞれ円形状である略円筒形状のチャンバ１２１を有する。このチャンバ１２１の底面の略中央には試料ガス排出管１２３が接続される一方、同底面の外周側には試料ガス導入管１２２が接続されている。この試料ガス排出管１２３は上述した分級前粒子搬送流路１４に至る。チャンバ１２１内空間には、上面から垂直下方向に延伸する針状の放電電極１３が設置され、またチャンバ１２１内空間底部には、放電電極１３と対になる、略円盤状の接地電極１２４が設置されている。この接地電極１２４は下面に略円筒状の隔壁部１２４ｃを有し、この隔壁部１２４ｃによって、試料ガス導入管１２２が接続されている第１空間１２８と試料ガス排出管１２３が接続されている第２空間１２９とが形成されている。また、接地電極１２４には、第１空間１２８に面して複数の第１通気孔１２４ａが形成されるとともに、第２空間１２９に面して大径の第２通気孔１２４ｂが形成されている。
【００４６】
また、チャンバ１２１内空間で接地電極１２４よりも上方の所定間隔離れた位置には、中央に円形開口１２５ａが形成された略円盤状の整流板１２５が取り付けられている。整流板１２５の下面には、円形開口１２５ａの周囲に下方に延出するリブが形成されている。導電体からなる整流板１２５はイオン電流検出用電極を兼ねており、チャンバ１２１の外側で電流計１２６に接続されている。放電電極１３には放電用電源１１から所定の電圧が印加されるが、この印加電圧は放電電極１３に接続されている電圧計１２７によって検出される。電圧計１２７により、放電時の放電電圧をリアルタイムでモニタすることができる。また、電流計１２６により、コロナ放電によって生成されたイオンの濃度を反映したイオン電流をリアルタイムでモニタすることができる。
【００４７】
荷電対象であるエアロゾルを含む試料ガスは、試料ガス導入管１２２を通して第１空間１２８に供給される。この試料ガスは第１通気孔１２４ａを経て上方に流れるが、その直上には整流板１２５が位置しているので、試料ガスは図２中に矢印で示すように、チャンバ１２１内空間中央側へと向きを変えて流れる。そのあと、試料ガスは第２通気孔１２４ｂを通って下向きに進み、第２空間１２９を経て試料ガス排出管１２３を通してチャンバ１２１外部へと吐き出される。このように試料ガス流が形成されている状態で、放電用電源１１から放電電極１３にパルス状の高電圧が印加されると、放電電極１３の先端付近と接地電極１２４との間でコロナ放電が生じる。試料ガスに含まれる大気等のキャリアガスは、コロナ放電によってイオン化される。このときに生成されるイオンの極性は放電電極１３に印加される電圧の極性に依存する。
【００４８】
こうして生成されたイオンは接地電極１２４と整流板１２５との間に高い密度で存在するから、試料ガスに乗って導入されたエアロゾルはイオンと接触し、イオンから電荷を授与されて帯電する。そうして生成された帯電エアロゾルは試料ガスの流れに乗って、第２空間１２９、試料ガス排出管１２３、分級前粒子搬送流路１４を通り、上述したようにＤＭＡ３の分級部３２に供給される。
【００４９】
本実施例のエアロゾル粒径分布測定装置では、荷電部１において放電用電源１１は正極性又は負極性の単極型の電源であって、図４（ａ）に示すような正極性のパルス状高電圧を放電電極１３に印加する。これによって、チャンバ１２１内では正イオンが生成され、エアロゾルは正に帯電する。もちろん、負極性のパルス状高電圧を放電電極１３に印加することで、エアロゾルを負に帯電させてもよい。ＤＭＡ３では、分級対象である帯電エアロゾルの極性に応じて、分級電圧の極性を変えればよい。
【００５０】
ここで、粒径分布を正確に求めるためには、荷電部１において１価の帯電エアロゾルのみが生成されることが好ましいが、実際には、２価以上の多価に帯電したエアロゾルが少なからず生成される。特に、単極荷電の場合には、多価帯電が比較的起こり易い。
【００５１】
本発明者は、上述したようなコロナ放電を用いた単極荷電装置において放電により生成される帯電エアロゾルの価数分布と放電電流との関係を実験的に調べた。この実験では、荷電対象の粒子として粒径が２７nmと３８nmのＮａＣｌ粒子を用いた。実験方法としては、ＮａＣｌ発生器により粒子を発生させ、その粒子をアメリシウムで両極平衡帯電させたあとにＤＭＡで各粒径の１価の帯電粒子のみを取り出した。そして、この帯電粒子をコロナ放電型の単極荷電装置に導入して帯電させ、ＤＭＡで価数毎に分離したあとに、凝縮式粒子計数器により価数毎の粒子濃度を計測した。このとき、後段のＤＭＡでは、放電させない（つまりは帯電させない）コロナ放電型の単極荷電装置を通過した粒子に対する分級電圧を１／２、１／３、１／４に設定したときに取り出された粒子がそれぞれ、コロナ放電型の単極荷電装置で１価帯電された粒子、２価帯電された粒子、３価帯電された粒子であるとして計測した。なお、この実験では、各粒径の１価の粒子、つまりすでに１価に帯電している粒子をコロナ放電型の単極荷電装置に導入しているため、この１価の粒子を基準として価数を考える。
【００５２】
粒径２７nmの粒子について放電電流値を１μA、３μA、５μAの３段階に変化させたときの各粒子の価数分布を図３（ａ）に、粒径３８nmの粒子について放電電流値を０．５μA、１μA、３μA、５μAの４段階に変化させたときの各粒子の価数分布を図３（ｂ）に示す。
上記理由により、この図３では、コロナ放電型単極荷電装置に導入された１価の粒子の価数を０価として示している。図３（ａ）を見ると、粒径２７nmの粒子では、１価の帯電粒子は放電電流が５μAであるときに最も生成量が多い、つまり荷電効率が最も高いことが分かる。これに対し、粒径がより大きい３８nmの粒子では、放電電流が５μAのときの１価の帯電粒子の生成量は放電電流３μAに劣り、荷電効率が最も高いのは放電電流３μAであるときであることが分かる。即ち、この実験結果によれば、１価の荷電効率のみを考えた場合には、粒径が２７nmの粒子では放電電流５μAが好ましく、粒径が３８nmの粒子では放電電流３μAが好ましいといえる。図３（ｂ）を見れば分かるように、粒径が大きい場合、放電電流を或る値以上に増やしたとき、多価の荷電効率は上がるものの、１価の荷電効率は逆に下がる。このことから、１価の荷電効率を最良にするためには、粒径に応じて放電電流を適切に設定する必要があることが分かる。また、１価の荷電効率を最良にするために、粒径が小さい粒子よりも粒径が大きい粒子では放電電流を減らす必要があることが分かる。
【００５３】
ただし、これは１価の荷電効率のみに着目した場合であって、できるだけ多くの量の１価の帯電エアロゾルをＤＭＡ３に供給して測定感度を高めたい場合にはこれでよいが、粒径分布測定の精度を向上したいような場合には、電気移動度では区別がつかない異径粒子の混入を考慮したＳＮ比を良好にする必要がある。例えばＤＭＡにおける分級の対象を粒径が２７nmで１価帯電した粒子であるとすると、粒径が３８nmで３価帯電した粒子もほぼ同じ電気移動度を有するため、それらは区別することができない。つまり、粒径が２７nmで１価帯電した粒子を信号であるとすると、粒径が３８nmで３価帯電した粒子はノイズとなる。したがって、粒径が２７nmで１価帯電した粒子の数が増えても粒径が３８nmで３価帯電した粒子の増加割合がそれ以上であると、ＳＮ比は下がることになる。図３に示した実験結果について、こうした観点からＳＮ比を計算すると、ＳＮ比が最良となる放電電流は１μAであることが判明した。
【００５４】
即ち、上記実験結果をまとめると、粒径２７nmでの１価帯電の荷電効率を最良にするという条件であれば放電電流は５μAが適切であり、粒径３８nmでの１価帯電の荷電効率を最良にするという条件であれば放電電流は３μAが適切であり、粒径２７nmでの１価帯電の粒子を取り出すうえでＳＮ比を最良にするという条件であれば放電電流は１μAが適切である、ということになる。荷電効率、つまりは信号の絶対量と、信号のＳＮ比とのいずれを重視するのかは、測定の目的などに依存するから、単に、取り出したい粒子の粒径によって放電電流を変更するだけでなく、測定の目的などに応じても放電電流を変更できるようにすることが望ましいといえる。
【００５５】
単極放電の場合、放電電流量は放電電圧のパルス波高値（図４（ａ）におけるＶ1、図４（ｂ）におけるＶ2）を変更することで調整することができる。また、装置構成が決まっていれば、荷電対象である粒子の粒径と、信号の絶対量及び信号のＳＮ比をそれぞれ考えるうえで最適な放電電圧のパルス波高値との関係は予め実験的に求めておくことができる。そこで、例えば本装置の製造メーカはそうした関係を求めておき、それをデータ化して、つまりはテーブルや計算式などとして最適電圧情報記憶部２１に格納しておく。これにより、荷電対象のエアロゾルの粒径が与えられると、システム制御部２は最適電圧情報記憶部２１の情報を参照して、該粒径に対応する電圧値を求め、これを放電電圧制御部１０に指示する。また、最適電圧情報記憶部２１は放電電圧制御部１０が保持していてもよく、その場合には、システム制御部２が放電電圧制御部１０に対して粒径を指示すると、放電電圧制御部２が最適電圧情報記憶部２１の情報を参照して、該粒径に対応する電圧値を求め、該電圧が生成されるように放電用電源１１を制御する。
【００５６】
また上述したように、或る粒径の粒子に対する最適な電圧は、信号の絶対量と、信号のＳＮ比とのいずれを重視するのかによって異なる。そこで、この装置では、荷電モードとして信号量優先モードと信号品質優先モードとの少なくとも二つのモードを用意しておき、分析者が入力部５からいずれかのモードを選択可能としている。信号量優先モードが選択された場合には、システム制御部２（又は放電電圧制御部１０）は１価の荷電効率が最良になるように定められた最適電圧を用い、信号品質優先モードが選択された場合には、システム制御部２（又は放電電圧制御部１０）はＳＮ比が最良になるように定められた最適電圧を用いる。これによって、測定目的や後段の分析の種類の相違（例えば別の検出器などを用いる場合）に応じた適切な荷電が行える。
【００５７】
上述したように、ＤＭＡ３の分級部３２において取り出される帯電エアロゾルの電気移動度を変化させるために分級電圧を走査する場合、システム制御部２は、ＤＭＡ３における分級電圧の走査と連動して荷電部１における放電電圧が変化するように、分級電圧制御部３０及び放電電圧制御部１０をそれぞれ制御する。即ち、分級部３２において或る時点で或る粒径に対応した電気移動度（１価帯電を想定）を持つ帯電エアロゾルを取り出したいとすると、その時点で分級部３２にその帯電エアロゾルが多量に又は異径の帯電エアロゾルが少ない状態で供給されているようにするには、所定時間だけ遡った時点において荷電部１でそのエアロゾルの荷電効率やＳＮ比が高くなるようにする必要がある。この所定時間は、粒子帯電部１２から分級前粒子搬送流路１４を通して分級部３２にまで帯電エアロゾルが移動する時間にほかならない。
【００５８】
この移動時間は、分級前粒子搬送流路１４を含む流路の内容積と帯電エアロゾルを搬送する試料ガスの流量（又は流速）とに依存するが、前者は装置構成によって決まっている。一方、後者は測定に際して分析者が入力部５から入力するパラメータの一つである。そこで、システム制御部２において遅れ時間算出部２０は、入力部５から試料ガスの流量（又は流速）が設定されると、その値と予め定められた流路の内容積とに基づいて、試料ガスの移動時間を計算する。そして、その移動時間の分だけ、放電電圧の変化つまりは走査よりも分級電圧の走査が遅れるように、それぞれの制御部１０、３０を制御する。試料ガスの流量（又は流速）が変更された場合には、そのたびに遅れ時間算出部２０が移動時間を計算し直すから、試料ガスの流量等に影響されることなく、放電電圧の走査と分級電圧の走査とを適切に連動させることができる。
【００５９】
なお、上記実施例の説明では、放電用電源１１は正負いずれかの電圧を発生する電源であって、荷電部１では単極荷電を行うようにしていたが、放電用電源１１として正負両極性の電圧を発生する電源を用い、荷電部１で両極荷電を行うようにすることもできる。
【００６０】
荷電部１において両極平衡荷電を行う場合には、放電用電源１１は図５（ａ）に示すような、正極性と負極性とでパルス波高値が同一（Ｖ3）である正負パルス状電圧を放電電極１３に印加する。このとき、平衡帯電分布の電荷が帯電エアロゾルに与えられる。このような正負両極性のパルス状電圧の直流バイアス電圧を可変とし、図５（ｂ）に示すように、正極性の直流バイアス電圧を与えると、粒子帯電部１２では負イオンに比べて正イオンが多く生成される正イオンリッチの状態となる。逆に、負極性の直流バイアス電圧を与えると、粒子帯電部１２では正イオンに比べて負イオンが多く生成される負イオンリッチの状態となる。
【００６１】
例えば正イオンが負イオンに比べて過剰である状態では、エアロゾルは負イオンに接触する機会よりも正イオンに接触する機械のほうが多いから、負に帯電するエアロゾルよりも正に帯電するエアロゾルが多くなる。即ち、このときには、不平衡帯電分布の電荷が帯電エアロゾルに与えられる。正極性の直流バイアス電圧Ｖ4を０から大きくしてゆくと、正イオンの過剰量が徐々に増加し、それに伴い正極性の帯電エアロゾルの量が増加する。この場合でも、上記の単極荷電の場合と同様に、粒径に応じて最適な直流バイアス電圧の値があるから、パルス状電圧の波高値に代えて直流バイアス電圧値を調整したり走査したりすることで、上記実施例と同様の作用・効果を達成することができる。
【００６２】
また、このように、直流バイアス電圧を変えることで、パルス状電圧波形自体を変化させずに単に正方向又は負方向に波形をシフトさせてもよいが、コロナ放電によって生成される正イオン量、負イオン量は投入される放電電力に依存するから、正負の放電電力比を変えることで、分級対象である帯電エアロゾルを生成するのに有効なイオン量を調整するようにしてもよい。図５（ａ）の場合には、正負の放電電力比は１：１であるが、例えば正負いずれか一方のパルス状電圧波形の波高値を変える、或いは波高値は変えずにパルス幅（時間幅）を変えることによって、正負の放電電力比を１：１から適宜ずらすことができる。そうした電圧制御によっても、上記実施例と同様の作用・効果を達成することができる。
【００６３】
また、上述した単極荷電、両極不平衡荷電のみならず、両極平衡荷電を選択的に利用可能としてもよい。上述したように、両極平衡荷電は小径の粒子に対しては荷電効率が低いが、大径の粒子では単極荷電には劣るものの、或る程度十分な荷電効率を得ることができるうえに、多価帯電は少ない。また、粒径に対する荷電効率の再現性も高い。こうしたことから、例えば或る粒径以上のエアロゾルについては両極平衡荷電を適用し、粒径がそれよりも小さいエアロゾルについては単極荷電又は両極不平衡荷電を適用するといった制御を行うようにしてもよい。
【００６４】
また上記実施例では、荷電部１にコロナ放電によるイオン源を利用していたが、コロナ放電以外の他の放電、例えばアーク放電、火花放電、誘電体バリア放電、大気圧グロー放電などを利用することもできる。ただし、放電の種類によって、電圧の印加方法を変更する必要がある。例えば、アーク放電又は火花放電を用いて単極荷電を行いたい場合には、上述したコロナ放電と同様に、正極性又は負極性のいずれかの単極電源からパルス状電圧を放電電極に印加すればよい。一方、誘電体バリア放電や大気圧グロー放電を用いて単極荷電を行いたい場合には、コロナ放電のような電圧印加ではなく、大きな直流バイアス電圧を与えた交流電圧を放電電極に印加することで、実質的に単極性のイオンを生成し、正負いずれかの極性の帯電エアロゾルを発生させることができる。
【００６５】
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】
【００６６】
１…荷電部
１０…放電電圧制御部
１１…放電用電源
１２…粒子帯電部
１２１…チャンバ
１２２…試料ガス導入管
１２３…試料ガス排出管
１２４…接地電極
１２４ａ、１２４ｂ…通気孔
１２４ｃ…隔壁部
１２５…整流板
１２５ａ…円形開口
１２６…電流計
１２７…電圧計
１２８…第１空間
１２９…第２空間
１３…放電電極
２…システム制御部
２０…遅れ時間算出部
２１…最適電圧情報記憶部
３…ＤＭＡ
３０…分級電圧制御部
３１…分級用電源
３２…分級部
３２１…外筒部
３２２…内筒部
３２３…スリット
３３…シース流量制御部
３４…フィルタ
３５…シース流量調整部
３６、３８…バッファタンク
３７…ポンプ
４…粒子測定部
４０…粒子計数部
４１…試料流量調整部
４２…ポンプ
４３…試料流量制御部
【図１】
2016002647.tif 000003
【図２】
2016002647.tif 000004
【図３】
2016002647.tif 000005
【図４】
2016002647.tif 000006
【図５】
2016002647.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月27日(2016.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
電気移動度を利用した気体中の粒子の分級に供する帯電粒子を生成するために、放電電極から発生させた放電により所定のガスをイオン化し、該イオンと荷電対象である粒子とを接触させて該粒子を帯電させる粒子荷電装置において、
a)放電を生起させるための電圧を前記放電電極に印加する放電電圧印加部と、
b)荷電対象である粒子の粒径と前記放電電極に印加する最適な電圧との関係を示す情報を記憶しておく記憶部と、
c)前記放電によって生成され、粒子の帯電に寄与するイオンの濃度を、目的とする帯電粒子の粒径に応じて調整するべく、前記記憶部に記憶されている情報を参照して該粒径に対応する電圧を求め、前記放電電極に印加される電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する放電制御部と、
を備えることを特徴とする粒子荷電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
即ち、上記課題を解決するために成された本発明に係る粒子荷電装置は、電気移動度を利用した気体中の粒子の分級に供する帯電粒子を生成するために、放電電極から発生させた放電により所定のガスをイオン化し、該イオンと荷電対象である粒子とを接触させて該粒子を帯電させる粒子荷電装置において、
a)放電を生起させるための電圧を前記放電電極に印加する放電電圧印加部と、
b)荷電対象である粒子の粒径と前記放電電極に印加する最適な電圧との関係を示す情報を記憶しておく記憶部と、
c)前記放電によって生成され、粒子の帯電に寄与するイオンの濃度を、目的とする帯電粒子の粒径に応じて調整するべく、前記記憶部に記憶されている情報を参照して該粒径に対応する電圧を求め、前記放電電極に印加される電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する放電制御部と、
d)前記放電によって生成され、粒子の帯電に寄与するイオンの濃度を、目的とする帯電粒子の粒径に応じて調整するべく、前記放電電極に印加される電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する放電制御部と、
を備えることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
単極放電の場合、放電電流量は放電電圧のパルス波高値（図４（ａ）におけるＶ1、図４（ｂ）におけるＶ2）を変更することで調整することができる。また、装置構成が決まっていれば、荷電対象である粒子の粒径と、信号の絶対量及び信号のＳＮ比をそれぞれ考えるうえで最適な放電電圧のパルス波高値との関係は予め実験的に求めておくことができる。そこで、例えば本装置の製造メーカはそうした関係を求めておき、それをデータ化して、つまりはテーブルや計算式などとして最適電圧情報記憶部２１に格納しておく。これにより、荷電対象のエアロゾルの粒径が与えられると、システム制御部２は最適電圧情報記憶部２１の情報を参照して、該粒径に対応する電圧値を求め、これを放電電圧制御部１０に指示する。また、最適電圧情報記憶部２１は放電電圧制御部１０が保持していてもよく、その場合には、システム制御部２が放電電圧制御部１０に対して粒径を指示すると、放電電圧制御部１０は最適電圧情報記憶部２１の情報を参照して、該粒径に対応する電圧値を求め、該電圧が生成されるように放電用電源１１を制御する。
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月26日(2017.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子荷電装置を用いた粒子分級装置であって、
d)前記帯電粒子を電気移動度に応じて分級するための電場を形成する分級用電極と、
e)該分級用電極に分級電圧を印加する分級電圧印加部と、
f)測定したい粒径に応じて分級電圧を変化させるように前記分級電圧印加部を制御する分級制御部と、
g)前記分級制御部により分級電圧を変化させる際に、その変化と連動して前記放電電極に印加される電圧が変化するように、該分級制御部による制御と前記放電制御部による制御を連動させる又はその両制御部の動作を制御する統括制御部と、
を備えることを特徴とする粒子分級装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
即ち、上記課題を解決するために成された本発明に係る粒子荷電装置は、電気移動度を利用した気体中の粒子の分級に供する帯電粒子を生成するために、放電電極から発生させた放電により所定のガスをイオン化し、該イオンと荷電対象である粒子とを接触させて該粒子を帯電させる粒子荷電装置において、
a)放電を生起させるための電圧を前記放電電極に印加する放電電圧印加部と、
b)荷電対象である粒子の粒径と前記放電電極に印加する最適な電圧との関係を示す情報を記憶しておく記憶部と、
c)前記放電によって生成され、粒子の帯電に寄与するイオンの濃度を、目的とする帯電粒子の粒径に応じて調整するべく、前記記憶部に記憶されている情報を参照して該粒径に対応する電圧を求め、前記放電電極に印加される電圧を変化させるように前記放電電圧印加部を制御する放電制御部と、
を備えることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、本発明に係る粒子分級装置は、上記本発明に係る粒子荷電装置を用いた粒子分級装置であって、
d)前記帯電粒子を電気移動度に応じて分級するための電場を形成する分級用電極と、
e)該分級用電極に分級電圧を印加する分級電圧印加部と、
f)測定したい粒径に応じて分級電圧を変化させるように前記分級電圧印加部を制御する分級制御部と、
g)前記分級制御部により分級電圧を変化させる際に、その変化と連動して前記放電電極に印加される電圧が変化するように、前記分級制御部による制御と前記放電制御部による制御を連動させる又はその両制御部の動作を制御する統括制御部と、
を備えることを特徴としている。
【国際調査報告】
2016002647.tif 000008
2016002647.tif 000009
2016002647.tif 000010
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