(57)【要約】      （修正有）【課題】静電界の測定と共に交流電界のような変動する電界の測定も可能である電界測定装置を提供する。【解決手段】電界測定装置には、導線１２Ｕ、１２Ｄ、１２Ｆ及び１２Ｂからなる四重極電極１２が設けられている。四重極電極１２の中心軸Ｘ付近には、帯電した微小液滴等からなる荷電粒子が導入される。四重極電極１２には、導線１２Ｕ及び１２Ｄが互いに等電位となり、導線１２Ｆ及び１２Ｂが互いに等電位となるように、導線１２Ｕと導線１２Ｆとの間に高周波の交流電圧が印加される。これにより、荷電粒子の位置が中心軸Ｘに維持される。電界測定装置を外部電界中に配置し、荷電粒子の移動距離や振動の振幅を、マイクロスコープを通じて測定する。この粒子の移動距離と振動振幅から直流電界と交流電界を求める。【選択図】図２
0003204485.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な直線状の４本の導線からなる四重極電極と、
前記４本の導線のうち、互いに対角に位置した第１及び第２の前記導線同士が等電位となり、且つ、前記第１及び第２の導線以外の第３及び第４の前記導線同士が等電位となるように、前記第１の導線と前記第３の導線との間に交流電圧を印加することで、前記四重極電極の周囲に電界を形成する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段が交流電圧を印加することで前記四重極電極の周囲に形成された電界によってその位置が維持された荷電粒子と
を備えていることを特徴とする電界測定装置。
【請求項２】
前記荷電粒子を照明する照明器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電界測定装置。
【請求項３】
装置外部から前記荷電粒子へと向かう気流を遮断するカバーをさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電界測定装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の導線に両端が接続された第５の導線と、前記第５の導線から離隔した位置において前記第１及び第２の導線に両端が接続された第６の導線とをさらに備えており、
前記第５及び第６の導線が、互いに向かって山型に折り曲げられており、
前記荷電粒子が、前記第１の導線に沿った方向に関して、前記第５の導線と第６の導線との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電界測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電位を測定する装置として、特許文献１のように、電圧によって生じた電極中の誘導電荷を測定する方法を採用したものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−８４１６０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
誘導電荷を測定する方法は、もっぱら電位の測定に用いられるものであって、電界の測定には適さない。
【０００５】
本考案の目的は、電界の測定に適した方法を採用した電界測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の電界測定装置は、互いに平行な直線状の４本の導線からなる四重極電極と、前記４本の導線のうち、互いに対角に位置した第１及び第２の前記導線同士が等電位となり、且つ、前記第１及び第２の導線以外の第３及び第４の前記導線同士が等電位となるように、前記第１の導線と前記第３の導線との間に交流電圧を印加することで、前記四重極電極の周囲に電界を形成する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が交流電圧を印加することで前記四重極電極の周囲に形成された電界によってその位置が維持された荷電粒子とを備えている。
【０００７】
本考案の電界測定装置によれば、４本の導線に印加される交流電圧によって四重極電極の周囲に電界が形成される。この電界が荷電粒子に作用させる復元力によって荷電粒子を所定の位置（例えば、図１の中心軸Ｘ上の点Ｏの位置）に維持できる。装置外部から電界が印加されると、その外部電界によって荷電粒子の位置が上記の維持された位置からずれる。外部電界が静電界である場合、四重極電極の周囲に形成される電界による復元力と静電界である外部電界によるクーロン力とが釣り合う位置まで荷電粒子が移動する。このときの荷電粒子の位置のずれ量をマイクロスコープ等で計測することにより、その計測値に基づいて外部電界の強さを導出できる。一方、外部電界が交流である場合には、外部電界によって荷電粒子が上記の維持された位置を中心に振動する。この振動の振幅をマイクロスコープ等で計測することにより、その計測値に基づいて外部電界の強さを導出できる。
【０００８】
以上の通り、本考案によると、静電界のみならず、交流電界のような変動する電界も、荷電粒子の運動を観測することによって測定可能である。このように、本考案は電界の測定に適した方法を採用している。なお、本考案において「荷電粒子」とは、例えば粒径が数マイクロメートルほどの微小な液滴等の粒であって、電荷を有するものをいう。
【０００９】
また、本考案においては、前記荷電粒子を照明する照明器をさらに備えていることが好ましい。これにより、荷電粒子を観測できる。
【００１０】
また、本考案においては、装置外部から前記荷電粒子へと向かう気流を遮断するカバーをさらに備えていることが好ましい。これによると、風等によって荷電粒子の位置が攪乱されるのを抑制できる。
【００１１】
また、本考案においては、前記第１及び第２の導線に両端が接続された第５の導線と、前記第５の導線から離隔した位置において前記第１及び第２の導線に両端が接続された第６の導線とをさらに備えており、前記第５及び第６の導線が、互いに向かって山型に折り曲げられており、前記荷電粒子が、前記第１の導線に沿った方向に関して、前記第５の導線と第６の導線との間に配置されていることが好ましい。これによると、導線に沿った方向に関する荷電粒子の位置を維持しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本考案の一実施形態に係る電界測定装置の概略平面図である。
【図２】図１の電界測定装置中の四重極電極が設けられた電極部の斜視図である。
【図３】図２の電極部中の四重極電極の左側面図と、四重極電極と交流電源との接続関係を示す回路図である。
【図４】図１の電界測定装置を上下方向に沿った静電界中に配置して、電界の強度を様々に変更しつつ荷電粒子の移動距離を測定した結果を示すグラフである。
【図５】図１の電界測定装置を上下方向に沿った交流電界中に配置して、電界の強度を様々に変更しつつ荷電粒子の振動の振幅を測定した結果を示すグラフである。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下、本考案の一実施形態に係る電界測定装置１について図面を参照しつつ説明する。電界測定装置１は、外部電界中に配置された際に、その外部電界の強さを測定する装置である。電界測定装置１は、図１に示すように、測定部１０、マイクロスコープ２０及び照明器３０を備えている。なお、以下において、前後左右の各方向は図１中の方向と対応する。また、上方は図１中の手前方向に対応し、下方は図１中の奥方向に対応する。照明器３０は、左方から測定部１０の内部を照明する。マイクロスコープ２０は、右方から測定部１０へと向けられる。ユーザーは、照明器３０によって照明された測定部１０の内部を、マイクロスコープ２０を通じて観測することにより、外部電界の強さを測定する。
【００１４】
測定部１０は、電極部１１、粒子発生器１５、帯電器１６及び交流電源１７（電圧印加手段）を有している。電極部１１は、四重極電極１２、固定板１３及びカバー１４からなる。四重極電極１２は、図１〜図３に示すように、左右方向に沿って直線状に延びる導線１２Ｆ、１２Ｂ、１２Ｕ及び１２Ｄを有している。以下、導線１２Ｆ、１２Ｂ、１２Ｕ及び１２Ｄを総称して４本の導線とする。４本の導線は、左端において固定板１３に固定されている。固定板１３は、透明又は半透明な合成樹脂製の不導体の平板である。４本の導線は、図３に示すように右方から見て、仮想的な正方形Ｓの４頂点に配置されている。導線１２Ｕ及び１２Ｄ（第１及び第２の導線）は上下に配列されており、導線１２Ｆ及び１２Ｂ（第３及び第４の導線）は前後に配列されている。導線１２Ｕ及び１２Ｄは、正方形Ｓの一つの対角線の両端に配置されている。導線１２Ｆ及び１２Ｂは、他の対角線の両端に配置されている。なお、本考案において、「互いに対角に位置」とは、導線１２Ｕ及び１２Ｄのように仮想的な正方形の対角線の両端に位置していることに対応する。
【００１５】
導線１２Ｕ及び１２Ｄは、図２に示すように、導線１８及び１９（第５及び第６の導線）によって互いに電気的に接続されている。導線１８の一端は導線１２Ｕに、導線１８の他端は導線１２Ｄに接続されている。導線１９の一端は、導線１８と導線１２Ｕとの接続位置から右方に離隔した位置において導線１２Ｕに接続されている。導線１９の他端は、導線１８と導線１２Ｄとの接続位置から右方に離隔した位置において導線１２Ｄに接続されている。導線１８及び１９は、互いに向かって凸となるように山型に折り曲げられている。導線１８と導線１９とは、左右方向に関して図２に示す点Ｏを互いの間に挟むように配置されている。点Ｏは四重極電極１２の中心軸Ｘ上の点である。四重極電極１２の中心軸Ｘとは、直線状の４本の導線の対称軸をいうものとする。
【００１６】
粒子発生器１５は、単分散のエアロゾルを発生させる装置である。粒子発生器１５は、エタノール等の溶媒に不揮発性の溶質を溶解させた溶液から、数マイクロメートル程度の粒径を有するエアロゾル粒子を発生させる。粒子の発生方法としては、超音波振動による方法や静電気力を利用した方法等、どのような方法が採用されてもよい。帯電器１６は、粒子発生器１５が発生させたエアロゾルを帯電させる。例えば、電圧を印加した電極をエアロゾルに接近させることでエアロゾルを帯電させる。これによって帯電したエアロゾル粒子（以下、荷電粒子という）は四重極電極１２の中心軸Ｘ上の点Ｏへと導入される。
【００１７】
交流電源１７は四重極電極１２と接続されている。具体的には、交流電源１７は、図３に示すように、導線１２Ｕ及び１２Ｄ同士が等電位となり、導線１２Ｆ及び１２Ｂ同士が等電位となり、導線１２Ｕ及び１２Ｄと導線１２Ｆ及び１２Ｂとの間に交流電圧を印加可能であるように、これらの導線と接続されている。交流電源１７が導線１２Ｕ及び１２Ｄと導線１２Ｆ及び１２Ｂとの間に高周波の交流電圧を印加すると、四重極電極１２の周囲に電界が形成される。この電界を適切に調整することで、四重極電極１２の中心軸Ｘ付近に位置した荷電粒子に、四重極電極１２の中心軸Ｘを平衡位置とする復元力を作用させる。これにより、前後方向及び上下方向に関する荷電粒子の位置が四重極電極１２の中心に維持されるようにする。また、導線１２Ｕ及び１２Ｄと接続された導線１８及び１９も導線１２Ｕ及び１２Ｄと等しい電位に維持される。これにより、左右方向に関する荷電粒子の位置が、導線１８及び１９の間に維持される。
【００１８】
カバー１４は、透明又は半透明な合成樹脂製の箱型の部材である。カバー１４は、導線１２Ｕ、１２Ｄ、１２Ｆ及び１２Ｂを内部に収容しつつ、その左端において、取り外し可能に固定板１３に取り付けられている。カバー１４は、四重極電極１２の中心軸Ｘ上の点Ｏに荷電粒子が導入された後、固定板１３に取り付けられる。これにより、測定部１０の外部における上下方向及び前後方向並びに右方の各方向から荷電粒子に向かう気流がカバー１４によって遮蔽される。また、測定部１０の外部の左方から荷電粒子に向かう気流は固定板１３によって遮蔽される。
【００１９】
以下、電界測定装置１を用いた外部電界の測定方法について説明する。まず、電界測定装置１を、測定対象となる外部電界中に設置する。次に、粒子発生器１５及び帯電器１６を用いて四重極電極１２の中心に荷電粒子を導入する。そして、カバー１４を固定板１３に取り付ける。次に、交流電源１７から四重極電極１２へと交流電圧を印加させる。これによって、外部電界が生じていないときには、四重極電極１２の周囲に電界が形成され、荷電粒子の位置が四重極電極１２の中心に維持される。一方、電界測定装置１は外部電界中に設置されている。このため、外部電界によって荷電粒子の位置が四重極電極１２の中心軸Ｘからずれる。外部電界が静電界である場合、四重極電極が発生させる電界による復元力と外部電界によるクーロン力とが釣り合う位置まで荷電粒子が移動する。このときの荷電粒子の位置のずれ量をマイクロスコープ２０で計測することにより、その計測値に基づいて外部電界の強さを導出できる。
【００２０】
一方、外部電界が交流である場合には、荷電粒子が外部電界によって、四重極電極１２の中心軸Ｘを振動中心として振動する。この振動の振幅をマイクロスコープ２０で計測することにより、その計測値に基づいて外部電界の強さを導出できる。
【００２１】
荷電粒子は照明器３０によって左方から照明されている。このため、測定部１０の右方に配置されたマイクロスコープ２０を通じて荷電粒子を観測しやすい。また、固定板１３及びカバー１４が四重極電極１２を覆っている。このため、荷電粒子が外部からの気流によって攪乱されたりしにくい。
【００２２】
以下、電界測定装置１を用いて電界を測定した一実施例について説明する。まず、粒子発生器１５及び帯電器１６を用いて荷電粒子を発生させた。荷電粒子は、フタル酸ジオクチルの液滴からなる。液滴の粒径は７マイクロメートル、各液滴の帯電量は１０-13クーロン程度である。そして、荷電粒子を四重極電極１２の中心軸Ｘ上の点Ｏに導入した。次に、測定部１０の外側に２枚の平板電極を、四重極電極１２の中心軸Ｘの荷電粒子を上下から挟むように、水平面に沿って配置した。次に、２枚の平板電極間に一定の電圧を印加することにより、荷電粒子の周辺に上下方向に沿った静電界を形成した。これによって荷電粒子が、四重極電極１２の中心軸Ｘから上下方向に関して静電界の強さに応じた距離だけ移動した。この荷電粒子の移動距離を、２枚の平板電極間に印加する電圧値を変更しつつ、マイクロスコープ２０を通じて観測した。その結果が図４に示されている。図４の横軸は移動距離と移動方向を示す。各値の絶対値は四重極電極１２の中心軸Ｘからの移動距離を示す。値が正である場合には移動方向が上方であり、値が負である場合には移動方向が下方である。図４の縦軸は電界の強さと方向を示す。各値の絶対値は静電界の強度を示す。値が正である場合には電界が下向きであり、値が負である場合には電界が上向きである。荷電粒子の電荷は負である。図４に示すように、荷電粒子の移動距離は、静電界の強さに比例している。このように、電界測定装置１を使用して静電界である外部電界を測定する場合、図４に示す静電界の強さと荷電粒子の移動距離との関係に基づき、マイクロスコープ２０を通じた荷電粒子の移動距離の測定結果から、外部電界の強さを導出できる。
【００２３】
次に、２枚の平板電極間に５０Ｈｚ以上の周波数で交流電圧を印加することにより、荷電粒子の周辺に上下方向に沿った交流電界を形成した。これによって荷電粒子が、四重極電極１２の中心軸Ｘを振動の中心として上下方向に振動した。この荷電粒子の振動の振幅を、２枚の平板電極間に印加する交流電圧の強度を変更しつつ、マイクロスコープ２０を通じて観測した。その結果が図５に示されている。図５の横軸は荷電粒子の振動の振幅を示し、縦軸は交流電界の強さを示す。図５に示すように、荷電粒子の振動の振幅は、交流電界の強さにほぼ比例している。このように、電界測定装置１を使用して交流電界である外部電界を測定する場合、図５に示す交流電界の強さと荷電粒子の振動の振幅との関係に基づき、マイクロスコープ２０を通じた荷電粒子の振幅の測定結果から、外部電界の強さを導出できる。
【００２４】
以上説明した電界測定装置１によれば、導線１２Ｕ、１２Ｄ、１２Ｆ及び１２Ｂに印加される交流電圧によって四重極電極１２の周囲に電界が形成される。この電界が荷電粒子に作用させる復元力によって荷電粒子の位置を維持できる。かかる電界測定装置１を外部電界中に配置すると、外部電界が静電界であるか交流電界であるかに応じ、荷電粒子の位置がずれたり、荷電粒子が振動したりする。そこで、荷電粒子の位置のずれ量や振動の振幅をマイクロスコープ２０で計測することにより、その計測値に基づいて外部電界の強さを導出できる。このように、本実施形態によると、静電界のみならず、交流電界のような変動する電界も、荷電粒子の運動を観測することによって測定可能である。
【００２５】
測定対象となる外部電界の強さと、粒子の移動距離、振動振幅の大きさは、粒子の特性、浮上電圧、電極サイズなどで変わる。本実施形態によると、５０Ｈｚより高い高周波の電界も測定できる。感度は周波数と共に低下する。
【００２６】
以上は、本考案の好適な実施形態についての説明であるが、本考案は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。
【符号の説明】
【００２７】
１        電界測定装置
１０      測定部
１２      四重極電極
１３      固定板
１４      カバー
２０      マイクロスコープ
３０      照明器
【図１】
0003204485.tif 000003
【図２】
0003204485.tif 000004
【図３】
0003204485.tif 000005
【図４】
0003204485.tif 000006
【図５】
0003204485.tif 000007