(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周側面が円筒状に形成された包囲形状の外部電極部と、
前記外部電極部の内周側面と同心に配置された中心電極部と、
前記中心電極部の外周側面と前記外部電極部の内周側面との間に形成される粒径選別空間とを備え、
前記粒径選別空間の上方位置に形成された微粒子導入スリットを介して、装置外部から多数の帯電微粒子が前記粒径選別空間に導入されるとともに、前記微粒子導入スリットの上方位置に形成されたシースガス供給部を介して、装置外部から前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を下方向に移動させるようシースガスが前記粒径選別空間に供給され、前記中心電極部と前記外部電極部との間に、前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を前記内周側面から前記外周側面側へ移動させるよう所定電圧が印加された場合に、前記粒径選別空間に導入された前記帯電微粒子の中から特定の粒径を有する帯電微粒子を、前記外周側面に形成された微粒子導出スリットにおいて捕捉する微粒子分級装置であって、
前記中心電極部が、上下面が扇形形状である部分円柱形状の複数の粒径別中心電極部と、前記粒径選別空間を前記各粒径別中心電極部ごとの複数の粒径別選別空間に区画する遮蔽部材とを有しており、
前記粒径別中心電極部のそれぞれに、前記微粒子導出スリットが個別に形成されていることを特徴とする微粒子分級装置。
【請求項２】
前記各粒径別中心電極部がそれぞれ異なる外径寸法に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の微粒子分級装置。
【請求項３】
前記微粒子導出スリットが、それぞれ前記中心電極部の外周側面における異なる高さに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の微粒子分級装置。
【請求項４】
前記微粒子導入スリットは、前記外部電極部の内周側面に沿った円環状の形態を成しており、
前記微粒子導出スリットは、それぞれが形成される前記各粒径別中心電極部の外周側面に沿った円弧状の形態を成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粒子分級装置。
【請求項５】
前記遮蔽部材により区画された前記各粒径別空間ごとに、エクセスガスを外部に排出するエクセスガス排出部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の微粒子分級装置。
【請求項６】
前記遮蔽部材は、前記各粒径別中心電極部を相互に絶縁する絶縁体であり、
前記外部電極部と前記各粒径別中心電極部との間に、それぞれ異なる電位差が与えられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の微粒子分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相中で所定幅（特に、ナノサイズの幅）の粒径分布を有して浮遊する微粒子を分級する微粒子分級装置に関し、特に、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる粒径を有する複数種類の微粒子を同時に粒径選別することが可能な微粒子分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、とりわけディーゼル車の排気ガス中に含まれる浮遊粒子による健康被害が問題とされており、エンジンの構造や燃料、触媒の改良などによる排気微粒子の個数濃度を低減させるための検討がなされている。
【０００３】
ディーゼル排気粒子は、５０ｎｍ以下の粒径領域にピークを持つnuclei mode粒子と５０ｎｍ以上の粒径領域にピークを持つaccumulation mode 粒子に分けることができる。このうち、１０ｎｍ付近の粒子を中心としたnuclei mode粒子は、０．１μｍ以上の粒子と異なり、肺胞の奥深くまで到達し、血液中に直接進入するなどのために人体に与える健康被害が大きいと言われている。また、nuclei mode粒子は粒子個数においてディーゼル排気粒子の９０％以上を占めることが知られており、上記排気微粒子の低減のための検討によってもnuclei mode粒子については十分な成果は達成されていない。
【０００４】
このような微粒子を対象とした従来の分析方法としては、(1)一定時間あたりの排出ガス中の微粒子をフィルタ等に捕集して重量を測定する重量測定法、(2)微粒子にレーザー光線等を照射して散乱光強度や透過率等から微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）を求める光学的手法、(3)ガス中に浮遊する帯電微粒子の電場中での電気移動度が粒径に依存する性質を利用して微粒子の粒径を測定する微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ／Differential Mobility Analyzer）を用いた手法が知られている。
【０００５】
しかしながら、上述した従来の分析方法のうち、(1)の重量測定法は、測定に長時間を要し、フィルタの濾過効率によって捕集される粒子量が変化する問題があり、(2)の光学的手法では、散乱光強度等が微粒子の粒径の６乗に比例するので、微小な粒径領域において測定精度が低下する問題がある。なお、一般に用いられているパーティクルカウンタはいずれも、粒径がサブミクロンメータ・サイズ以上の比較的大きな微粒子を対象とするものであって、自動車の排気ガスや大気中に浮遊するナノメータ・サイズの微粒子をリアルタイムに分析することは不可能であった。
【０００６】
これに対し、上記(3)のＤＭＡは、現在のところ、ナノメータ・サイズの微粒子の粒径分布をその場観察することが可能な唯一の装置であるが、現状のＤＭＡは定常粒子濃度を測定するための装置であるために効果的な自動車排気ガス計測を行うことができない問題がある。即ち、自動車の排気粒子の個数濃度や分布は、加速などの運転条件によって変化するのに対して、現状のＤＭＡでは、運転条件で過渡的に変化する非定常粒子濃度をリアルタイムに測定することができない。
【０００７】
また、ＤＭＡを含めた従来の測定手法では、nuclei mode粒子とaccumulation mode 粒子のような２つの異なる粒径領域における微粒子の過渡応答を同時に測定することも困難であった。
【０００８】
特許文献１には、上記問題を解決した微粒子分析装置が開示されている。即ち、特許文献１の微粒子分析装置は、中心電極部、コモン電極部及び外側電極部からなる三重円筒構造を備えるＤＭＡであり、中心電極部及びコモン電極部の間に第１測定領域を形成するとともに、コモン電極部と外側電極部の間に第２測定領域を形成したものであり、単一の装置により、しかも装置サイズの大幅な増大を伴うことなく、幅広い分布を有する微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）及び特定の粒径サイズの微粒子についての個数濃度の経時変化を２種類の粒径範囲に分けて同時にかつリアルタイムに測定することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００５−２１４９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、特許文献１の微粒子分析装置では、２種類の粒径範囲における微粒子の個数濃度を同時かつリアルタイムに測定することが可能であるが、測定対象の粒径範囲を３種類以上に増加させることは困難である。
【００１０】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、下記のいずれか一以上の目的を達成するものである。
【００１１】
即ち本発明の目的は、装置サイズを大幅に増大させることなく、単一の装置で、異なる３種類以上の粒径の微粒子を同時に分級することができる微粒子分級装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、特許文献１の微粒子分析装置が備える微粒子分級装置よりも更に小型又は簡略な装置構成をもって、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる複数種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微粒子分級装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、シンプル且つ部品点数の少ない構造で製造することが可能であり、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる複数種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微粒子分級装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、微粒子の円周方向での運動を抑制することにより、精度良く、特定の粒径を有する微粒子を分級することが可能な微粒子分級装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決したものであり、
内周側面が円筒状に形成された包囲形状の外部電極部と、
前記外部電極部の内周側面と同心に配置された中心電極部と、
前記中心電極部の外周側面と前記外部電極部の内周側面との間に形成される筒状の粒径選別空間とを備え、
前記粒径選別空間の上方位置に形成された微粒子導入スリットを介して、装置外部から多数の帯電微粒子が前記粒径選別空間に導入されるとともに、前記微粒子導入スリットの上方位置に形成されたシースガス供給部を介して、装置外部から前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を下方向に移動させるようシースガスが前記粒径選別空間に供給され、前記中心電極部と前記外部電極部との間に、前記粒径選別空間に導入された帯電微粒子を前記内周側面から前記外周側面側へ移動させるよう所定電圧が印加された場合に、前記粒径選別空間に導入された前記帯電微粒子の中から特定の粒径を有する帯電微粒子を、前記外周側面に形成された微粒子導出スリットにおいて捕捉する微粒子分級装置であって、
前記中心電極部が、上下面が扇形形状である部分円柱形状の複数の粒径別中心電極部と、前記粒径選別空間を前記各粒径別中心電極部ごとの複数の粒径別選別空間に区画する遮蔽部材とを有しており、
前記粒径別中心電極部のそれぞれに、前記微粒子導出スリットが個別に形成されていることを特徴とする微粒子分級装置（請求項１）である。
【００１６】
本発明によれば、中心電極部が、複数の粒径別中心電極部を有しており、当該粒径別中心電極部のそれぞれに微粒子導出スリットが個別に形成されているために、複数種類の粒径の微粒子を同時に分級（粒径選別）することが可能である。また、１種類の微粒子のみを分級する従来の二重円筒構造の微分型静電分級器と同様の二重構造を採用していることにより、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、２種類以上の異なる粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微粒子分級装置を従来の微分型静電分級器と同一或いは略同一のサイズで製造することが可能である。また、本発明の微粒子分級装置は、外部電極部をシンプルな包囲形状とし、中心電極部を粒径別中心電極部と遮蔽部材というシンプルな構成要素で形成していることにより、高度な加工技術や複雑な型を要することなく製造することが可能であり、装置の製造コストを低廉化することができる。また、本発明によれば、遮蔽部材によって装置内部に導入した微粒子の円周方向での運動を抑制することができ、これにより、特定の粒径を有する微粒子を高い精度で分級することが可能となる。
【００１７】
本発明においては、前記各粒径別中心電極部がそれぞれ異なる外径寸法に形成されている（請求項２）ことが好ましい。
【００１８】
かかる発明では、各粒径別中心電極部がそれぞれ異なる外径寸法を有するために、個々の粒径別選別空間の幅寸法が相違することになり、この幅寸法の相違に基づいて粒径の異なる複数種類の微粒子の選別を行うことが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記微粒子導出スリットが、それぞれ前記中心電極部の外周側面における異なる高さに形成されている（請求項３）ことが好ましい。
【００２０】
かかる発明では、各微粒子導出スリットの設置高さが異なる故に導入スリットから微粒子導出スリットまでの高さ方向での距離が各粒径別中心電極部毎に相違することになり、この距離の相違に基づいて粒径の異なる複数種類の微粒子の選別を行うことが可能となる。
【００２１】
なお、各粒径別中心電極部の外径寸法及び各微粒子導出スリットの設置高さの双方を粒径別中心電極部毎に相違させることが特に好ましく、これにより、分級すべき微粒子の粒径をより広い範囲で調整することが可能となる。
【００２２】
本発明においては、前記微粒子導入スリットは、前記外部電極部の内周側面に沿った円環状の形態を成しており、前記微粒子導出スリットは、それぞれが形成される前記各粒径別中心電極部の外周側面に沿った円弧状の形態を成している（請求項４）ことが好ましい。
【００２３】
かかる発明では、微粒子導入スリットから円周方向で一様に装置内に導入された微粒子の中から特定の粒径を有する微粒子を各粒径別中心電極部の外周側面に沿って円弧状に形成された微粒子導出スリットで効率良く収集することができ、これにより、効率の良い分級を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明においては、前記遮蔽部材により区画された前記各粒径別空間ごとに、エクセスガスを外部に排出するエクセスガス排出部が形成されている（請求項５）ことが好ましい。
【００２５】
かかる発明では、各粒径別空間ごとに分級後のエクセスガスを装置外部に排出させることができるので、各粒径別空間ごとにエクセスガスが滞留する時間を極力短くすることが可能となり、これにより、精度の良い分級を行うことが可能となる。
【００２６】
本発明においては、前記遮蔽部材は、前記各粒径別中心電極部を相互に絶縁する絶縁体であり、前記外部電極部と前記各粒径別中心電極部との間に、それぞれ異なる電位差が与えられる（請求項６）ことが好ましい。
【００２７】
かかる発明では、外部電極部と各粒径別中心電極部との間の電位差を独立に制御することができるので、それぞれの粒径別中心電極部において分級される微粒子の粒径を独立に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明を適用した微分型静電分級装置１の構成を示す断面図である。この微分型静電分級装置１は、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる２種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能に構成された微粒子分級装置である。
【００３０】
この微分型静電分級装置１は、大きく分けて、中心電極部１０、外部電極部２０、エアロゾル導入部３０、カバー部４０、ベース部５０、コモンプレート６０、ラミナー７０を備えている。
【００３１】
即ち、この微分型静電分級装置１では、特定の粒径を有する帯電微粒子を分級して装置外部に導出する為の管状の特定微粒子導出管５１（５１ａ、５１ｂ）及び分級後の装置内部に滞在する余剰ガスを装置外部に排出する為の管状のエクセスガス排出管５２（５２ａ、５２ｂ）が形成されたベース部５０の上面中央に、柱体形状の中心電極部１０が軸合わせして嵌装され、そのベース部５０の上面周縁部分には、内周側面が円筒状に形成された包囲形状の外部電極部２０が着装されている。この外部電極部２０は、その内周側面が中心電極部１０と同心となるように（より正確には、後述の第１、第２の中心電極部１０ａ、１０ｂの外周側面１４ａ、１４ｂの曲率中心が外部電極部２０の内周側面の中心軸に一致するように）中心電極部１０の下方領域を包囲しており、外部電極部２０の内周側面と中心電極部１０の外周側面との間に筒形状の粒径選別空間Ｓが形成されている。
【００３２】
なお、中心電極部１０は、特定の粒径を有する微粒子を分級して装置外部に導出する為に、外周側面にスリット状に形成された特定微粒子導出スリット部１１（１１ａ、１１ｂ）と、当該特定微粒子導出スリット部１１（１１ａ、１１ｂ）に連通するように中心電極部１０の内部に穿設された管状の特定微粒子導出路１２（１２ａ、１２ｂ）とを有している。
【００３３】
また、ベース部５０に着装した外部電極部２０の上面に、中心電極部１０の上方領域を包囲するように、該中心電極部１０の外周側面との間に上記粒径選別空間Ｓへ外部から供給された後述のシースガスをガイドする筒状のシースガスガイド空間Ｓ３を形成する内周側面が略円筒状に形成された包囲形状のエアロゾル導入部３０を着装している。
【００３４】
なお、上記エアロゾル導入部３０は、分級の対象となる何らかの粒径分布を有する帯電微粒子を含むエアロゾルガスを装置外部から装置内部に導入する為（特に、円筒形状の粒径選別空間Ｓに円周方向から一様に導入する為）に、導入部３０の外周側面側から導入部３０の内部の所定位置まで穿設された管状のエアロゾル導入管３１と、そのエアロゾル導入管３１と連通されて導入部３０の内部にドーナツ状に形成されたエアロゾルバッファ部３２と、そのエアロゾルバッファ部３２と連通されて導入部３０の内周側面に沿って環状に形成されたエアロゾル導入スリット部３３を形成している。
【００３５】
また、ベース部５０に着装した中心電極部１０の上面外周縁に形成された電極１３（第１電極１３ａ及び第２電極１３ｂを含む）の上面と、ベース部５０上の外部電極部２０に着装したエアロゾル導入部３０の上面とから形成される凹部に、後述のカバー部４０からシースガスガイド空間Ｓ３に供給するシースガスの流れを整える為のラミナー７０を嵌装し、更に嵌装したラミナー７０の周縁部分をエアロゾル導入部３０と挟持するように該エアロゾル導入部３０の上面に、内周面がコップ形状に形成された包囲形状のカバー部４０を着装している。また、そのカバー部４０の上面に装置筐体の蓋となる板状のコモンプレート６０を着装している。
【００３６】
なお、上記カバー部４０は、装置内部に供給されたエアロゾルガスに一定方向（下方向）の速度を付与する為のシースガスを外部から装置内部（特に、粒径選別空間Ｓの上方に形成されるシースガスガイド空間Ｓ３）に供給する為に、カバー部４０の外周側面側からカバー部４０の内周側面まで穿設された管状のシースガス供給管４１と、そのシースガス供給管４１と連通されてラミナー７０との間で円柱状のシースガスバッファ部４２を形成している。
【００３７】
次に、上記中心電極部１０について図２を加えて更に詳細に説明する。
【００３８】
なお、図２（ａ）は右上方斜からの中心電極部１０の斜視図を示し、図２（ｂ）は微分型静電分級装置１の図１におけるＢ−Ｂ断面図を示し、図２（ｃ）は中心電極部１０の各構成要素の側面図を示している。
【００３９】
中心電極部１０は、第１の中心電極部１０ａ、第２の中心電極部１０ｂ、遮蔽プレート１０ｃを備えている。この中心電極部１０は、径の異なる２つの円柱をそれぞれ長手方向に切断した部分円柱形状（この場合、略半円柱形状）を有する第１の中心電極部１０ａ及び第２の中心電極部１０ｂによって平板状の遮蔽プレート１０ｃを挟着した構成を有している。
【００４０】
ここで、遮蔽プレート１０ｃは、粒径選別空間Ｓを第１の中心電極部１０ａ側の第１の粒径選別空間Ｓ１と、第２の中心電極部１０ｂ側の第２の粒径選別空間Ｓ２の２つの空間に区画する為の部材である。遮蔽プレート１０ｃは、少なくともエアロゾル導入スリット部３３よりも下方における粒径選別空間Ｓを完全に区画することができる高さ寸法及び幅寸法を有している。
【００４１】
更に、遮蔽プレート１０ｃは、例えば、ＳＵＳ３１６などで構成された中央プレート１１ｃを、ＡＢＳなどで構成された２枚の絶縁性プレート１２ｃ、１３ｃで挟んで構成している。これにより、第１の中心電極部１０ａと第２の中心電極部１０ｂを電気的に絶縁し、それぞれに異なる電圧を印加することが可能になっている。
【００４２】
第１の中心電極部１０ａ及び第２の中心電極部１０ｂは、第１の粒径選別空間Ｓ１及び第２の粒径選別空間Ｓ２ごとにそれぞれ異なる粒径の微粒子を分級して装置外部に導出する為の、第１の特定微粒子導出スリット部１１ａ及び第２の特定微粒子導出スリット部１１ｂと、それら第１の特定微粒子導出スリット部１１ａ及び第２の特定微粒子導出スリット部１１ｂにそれぞれ連通された第１の特定微粒子導出路１２ａ及び第２の特定微粒子導出路１２ｂを有している。
【００４３】
上記第１の特定微粒子導出スリット部１１ａ及び第２の特定微粒子導出スリット部１１ｂは、それぞれ異なる粒径を有する特定の微粒子を分級するために、それぞれ異なる高さ位置に形成されている。
【００４４】
一般的に、この種の微分型静電分級装置では、粒径選別空間の幅寸法（中心電極部の外径と外部電極部の内径の差）、エアロゾル導入スリット部から特定微粒子導出スリット部までの高さ方向の距離、中心電極部と外部電極部との間の電位差等のパラメータによって、微粒子導出スリット部において捕捉する微粒子の粒径を調整することが可能である。
【００４５】
この点、本実施形態では、（１）第１の中心電極部１０ａの外径（Ｒ１）と、第２の中心電極部１０ｂの外径（Ｒ２）をそれぞれ異なる寸法としたこと、及び、（２）エアロゾル導入部３０のエアロゾル導入スリット部３３から第１の特定微粒子導出スリット部１１ａまでの高さ方向距離（Ｌ１）と、エアロゾル導入部３０のエアロゾル導入スリット部３３から第２の特定微粒子導出スリット部１１ｂまでの高さ方向距離（Ｌ２）をそれぞれ異なる寸法としたことにより、第１、第２の特定微粒子導出スリット部１１ａ、１１ｂにおいてそれぞれ異なる粒径の微粒子が捕捉されるようにしている。
【００４６】
より具体的には、Ｒ１＜Ｒ２、Ｌ１＜Ｌ２のように寸法を設定することで、第１の特定微粒子導出スリット部１１ａにおいてより粒径の小さい微粒子が捕捉され、第２の特定微粒子導出スリット部１１ｂにおいてより粒径の大きい微粒子が捕捉されるようにしている。
【００４７】
なお、厳密には、本実施形態における第１、第２の中心電極部１０ａ、１０ｂの外周側面１４ａ、１４ｂは、微分型静電分級装置１の軸（遮蔽プレートの中心位置Ｏ）を中心軸とする円柱の側面の一部を成しており、上記における第１、第２の中心電極部１０ａ、１０ｂの外形（Ｒ１、Ｒ２）は、外周側面１４ａ、１４ｂの曲率半径に相当する。即ち、第１、第２の中心電極部１０ａ、１０ｂは、それぞれ半径Ｒ１、Ｒ２の円柱を中心軸を含む平面で２分割し、更に、当該平面から遮蔽プレート１０ｃの厚み（ｒ）の１／２の厚み（１／２ｒ）を切除した形態を成している。
【００４８】
図３は、図１に示した２点鎖線楕円部分Ｘ及び２点鎖線楕円部分Ｙのそれぞれの拡大図を示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１及びＬ２を上記の関係に設定することにより、エアロゾル導入スリット部３３から第１の特定微粒子導出スリット部１１ａに向かう方向が鉛直方向と成す角度が、エアロゾル導入スリット部３３から第２の特定微粒子導出スリット部１１ｂに向かう方向が鉛直方向と成す角度よりも大きくなる。このために、外部電極部２０と第１、第２の中心電極部１０ａ、１０ｂとの電位差を同一にした場合には、この電位差による水平方向への加速が大きくなる粒径の小さい微粒子が第１の特定微粒子導出スリット部１１ａに捕捉され、この加速が小さくなる粒径の大きい微粒子が第２の特定微粒子導出スリット部１１ｂに捕捉されることになる。
【００４９】
また、本実施形態の微分型静電分級装置１では、第１、第２の中心電極部１０ａ、１０ｂが遮蔽プレート１０ｃにより電気的に絶縁されているために、端子部材Ｔａ、Ｔｂ及び第１電極１３ａ、第２電極１３ｂを介してこれら両中心電極部１０ａ、１０ｂにそれぞれ異なる電圧を印加することが可能であり、それぞれへの印加電圧によって、第１、第２の特定微粒子導出スリット部１１ａ、１１ｂにおいて捕捉される微粒子の粒径を調整することが可能である。
【００５０】
図１に示すベース部５０には、第１、第２の特定微粒子導出路１２ａ、１２ｂに連通する第１、第２の特定粒子回収部５１ａ、５１ｂと、第１、第２の粒径選別空間Ｓ１、Ｓ２に連通する第１、第２のエクセスガス排出管５２ａ、５２ｂとが形成されており、第１、第２の特定微粒子導出スリット部１１ａ、１１ｂで捕捉された微粒子をそれぞれ第１、第２の特定微粒子回収部５１ａ、５１ｂで回収して微粒子の個数濃度の計測などを行うことが可能であり、捕捉対象外の微粒子を含むエアロゾルガスは、第１、第２のエクセスガス排出管５２ａ、５２ｂから装置外に排出されるようになっている。
【００５１】
上記実施形態における微分型静電分級装置１は、例えば、第１の中心電極部１０ａ及び第２の中心電極部１０ｂ、外部電極部２０、エアロゾル導入部３０、カバー部４０、ラミナー７０をＡＢＳなどの樹脂素材で形成し、ベース部５０、コモンプレート６０、第１電極１３ａ、第２電極１３ｂをＳＵＳ３１６などの金属素材で形成するとともに、第１の中心電極部１０ａ及び第２の中心電極部１０ｂ、外部電極部２０、エアロゾル導入部３０の表面に金メッキ処理を施すことで必要な導通特性を付与することが可能であり、これにより、微分型静電分級装置１の製造コストの低減や製造の容易化を図ることができる。
【００５２】
以上説明した構成によれば、１種類の粒径の微粒子のみを分級する二重円筒構造の微分型静電分級装置と同様の二重構造を採用しているために、単一の装置で異なる粒径の２種類の微粒子を同時に粒径選別できる微分型静電分級装置を、上記二重円筒構造の微分型静電分級装置と同一或いは略同一のサイズで製造することが可能である。
【００５３】
また、上記構成によれば、外部電極部をシンプルな包囲形状とし、中心電極部を２つの粒径別中心電極部と遮蔽プレートというシンプルな構成要素で形成しているために、高度な加工技術や複雑な型を要せずして製造可能な微分型静電分級装置が実現される。
【００５４】
また、上記構成によれば、遮蔽プレートを設けたことにより、装置内部に導入した微粒子の粒径選別空間内での円周方向での運動を抑制することができるために、より精度の高い粒径選別を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、上記微分型静電分級装置１の中心電極部１０の変形例について図４を用いて説明する。即ち、上記実施形態では、１つの微分型静電分級装置で粒径の異なる２種類の微粒子を同時に分級する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、中心電極部１０の構成を変更することにより粒径の異なる３種類以上の微粒子を同時に分級可能な微分型静電分級装置を提供することができる。
【００５６】
図４は、１つの微分型静電分級装置で粒径の異なる３種類の微粒子を同時に分級する為の中心電極部１００の構成を示している。
【００５７】
この中心電極部１００は、第１の中心電極部１００ａと、第２の中心電極部１００ｂと、第３の中心電極部１００ｄと、第１の遮蔽プレート１００ｃと、第２の遮蔽プレート１００ｅとを備えて構成している。
【００５８】
即ち、この中心電極部１００は、前述の中心電極部１０と同じように、粒径選別空間Ｓを中心電極部ごとの個別空間に区画する為の構成を有している。具体的には、粒径選別空間Ｓを第１の中心電極部１００ａ用の第１の粒径選別空間Ｓ１０と、第２の中心電極部１００ｂ用の第２の粒径選別空間Ｓ２０と、第３の中心電極部１００ｄ用の第３の粒径選別空間Ｓ３０の３つの空間に区画することができる形状、寸法の部材として第１の遮蔽プレート１００ｃ及び第２の遮蔽プレート１００ｅを備えている。
【００５９】
また、第１〜第３の中心電極部１００ａ、１００ｂ及び１００ｄは、それぞれ異なる粒径の微粒子を分級する為の第１〜第３の特定微粒子導出スリット部１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄと、これらにそれぞれ連通する第１〜第３の特定微粒子導出路１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｄを備えている。
【００６０】
そして、第１〜第３の中心電極部１００ａ、１００ｂ及び１００ｄは、その外径（Ｒ１〜Ｒ３）がそれぞれ異なる寸法とされており、更に、エアロゾル導入スリット部３３から第１〜第３の特定微粒子導出スリット部１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄまでの高さ方向距離（Ｌ１〜Ｌ３）がそれぞれ異なる寸法となるように、第１〜第３の特定微粒子導出スリット部１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄは第１〜第３の中心電極部１００ａ、１００ｂ及び１００ｄにおけるそれぞれ異なる高さ位置に形成されている。
【００６１】
このような構成により、単一の装置で、気相中に浮遊する微粒子の中から、異なる３種類の粒径の微粒子を同時に分級することが可能な微分型静電分級装置を小型に製造することが可能である。
【００６２】
なお、図４に示す中心電極部１００の例では、粒径選別空間Ｓを２等分した一方の空間が第２の粒径選別空間Ｓ２０となり、他方の空間を更に２等分した空間が第１、第３の粒径選別空間Ｓ１０、Ｓ３０となる形態を示したが、粒径選別空間Ｓを３等分した空間が第１〜第３の粒径選別空間Ｓ１０〜Ｓ３０となるよう構成するなど、粒径選別空間Ｓの区画の態様は任意である。
【００６３】
また、上記した実施形態では２種類或いは３種類の粒径の微粒子を同時に分級できる微分型静電分級装置を例として示したが、中心電極部（遮蔽プレート）によって粒径選別空間Ｓを任意の個数に分割することで任意数の粒径の異なる微粒子を同時に分級できる微分型静電分級装置を提供することが可能であり、また、分級すべき粒径の種類が増加しても、それによって、装置サイズの大幅な増大は生じない。
【００６４】
最後に、本発明に係わる微分型静電分級装置が実装されるＤＭＡ（Differential Mobility Analyzer）システムについて説明しておく。
【００６５】
図５は、前述の図１で示した微分型静電分級装置が実装されるＤＭＡシステムの一構成例を示す図である。このＤＭＡシステム２００は、気相中で所定幅（特に、ナノサイズ）の粒径分布を有して浮遊する微粒子を分級して、微粒子の粒径分布の測定を行うシステムである。
【００６６】
このＤＭＡシステム２００は、例えば、前述の微分型静電分級装置１と、第１のファラデーカップ２１１ａと第１のエレクトロメータ２１２ａを有する第１の微粒子個数濃度計数器２１０ａと、第２のファラデーカップ２１１ｂと第２のエレクトロメータ２１２ｂを有する第２の微粒子個数濃度計数器２１０ｂと、微粒子荷電装置２２０と、微粒子供給装置２３０と、ガス供給装置２４０と、第１のガス流量コントローラ２５０と、第２のガス流量コントローラ２６０と、バキュームポンプ２７０と、圧力コントローラ２８０と、第１のバルブ２９０ａと、第２のバルブ２９０ｂと、第１の電源３００ａと、第２の電源３００ｂを備えている。
【００６７】
即ち、このＤＭＡシステム２００は、（１）第１のガス流量コントローラ２５０を介して供給されるキャリアガスとなるシースガスＳｇを微分型静電分級装置１に供給する。
【００６８】
また、（２）第２のガス流量コントローラ２６０を介してガス供給装置２４０で供給されるキャリアガスにより微粒子供給装置２３０で供給されるエアロゾルガスＡｇ（粒径分布の測定対象となる微粒子を含む自動車の排気ガスなど）を微粒子荷電装置２２０に搬送させ、この微粒子荷電装置２２０において、アメリシウム２４１などの放射線源から照射されるα線やコロナ放電器などによって生成されたコロナイオン等によってエアロゾルガスＡｇに含まれる微粒子を予め帯電させ、帯電させた帯電微粒子を微分型静電分級装置１に供給する。
【００６９】
（３）微分型静電分級装置１は、導入されたエアロゾルガスＡｇに含まれる帯電微粒子の中から特定の粒径を有する微粒子を分級して微粒子個数濃度計数器２１０（２１０ａ、２１０ｂ）に導出する。即ち、第１の粒径選別空間Ｓ１で選別した特定サイズの微粒子を、第１の特定微粒子導出スリット１１ａ及び第１の特定微粒子導出路１２ａを介して第１の微粒子個数濃度計数器２１０ａに導出するとともに、第２の粒径選別空間Ｓ２で選別した特定サイズの微粒子を、第２の特定微粒子導出スリット１１ｂ及び第２の特定微粒子導出路１２ｂを介して第２の微粒子個数濃度計数器２１０ｂに導出する。これにより、第１の微粒子個数濃度計数器２１０ａ及び第２の微粒子個数濃度計数器２１０ｂを用いて２種類の微粒子の濃度分布を同時に測定することが可能である。
【００７０】
（４）微分型静電分級装置１は、装置内のエクセスガスＥｇを装置外部に排出する。即ち、この場合では、第１の粒径選別空間Ｓ１におけるエクセスガスＥｇを、ベース部５０の第１のエクセスガス排出管５２ａを介して装置外部に排出するとともに、第２の粒径選別空間Ｓ２におけるエクセスガスＥｇを、ベース部５０の第２のエクセスガス排出管５２ｂを介して装置外部に排出する。
【００７１】
なお、微分型静電分級装置１のエクセスガスＥｇの排気側には、圧力コントローラ９を配置し、微分型静電分級装置１内の圧力を制御している。また、第１、第２のファラデーカップ２１１ａ、２１１ｂのそれぞれの排気側に、第１、第２のバルブ２９０ａ、２９０ｂをそれぞれ配置し、両ファラデーカップ内の圧力を制御している。
【００７２】
このようなＤＭＡシステム２００に本発明に係る微分型静電分級装置１を適用することにより、２つの（或いは３以上の）粒径領域において測定対象ガスに含まれる微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）を同時に測定することが可能になる。具体的には、各中心電極部に印加する電圧を個別にスキャンすることで、例えば、一方の微粒子個数濃度計測器２１０ａでは５〜５０ｎｍなどの小さい粒径領域における粒径分布を測定し、他方の微粒子個数濃度計数器２１０ｂでは５０〜５００ｎｍなどの大きい粒径領域における粒径分布を測定することができる。
【００７３】
或いは、各粒径別中心電極部に印加する電圧を固定した測定を行うことも可能である。この場合には、一方の微粒子個数濃度計測器２１０ａでは１０ｎｍなどの特定の粒径の微粒子濃度を所定時間に渡って継続的に測定し、他方の微粒子個数濃度計測器２１０ｂでは２００ｎｍなどの他の特定の粒径の微粒子濃度を所定時間に渡って継続的に測定することができる。従って、例えば、加速などの運転条件によって過渡的に粒子分布が変化するような自動車排気ガスのnuclei mode粒子とaccumulation mode粒子の個数基準濃度の過渡応答の測定などを容易化することができる。
【００７４】
本発明の微粒子分級装置、又はこれを用いたＤＭＡシステム２００によれば、自動車の排気ガス、市街地の大気、半導体などの精密機器の製造工場内の雰囲気等、様々な測定対象ガスから複数種類の粒径の微粒子の分級を行い、又はその効率的な微粒子濃度の測定を行うことが可能である。
【００７５】
以上、例示的な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態により限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において種々の変更、改変を行うことが可能である。
【００７６】
例えば、上記実施形態では、複数の粒径別中心電極部のそれぞれが電気的に絶縁されており、それぞれに異なる電圧を印加できる構成が採用されているために、分級される微粒子の粒径を各粒径別中心電極部に印加する電圧によって調整することが可能な微分型静電分級装置を例として説明したが、各粒径別中心電極部の絶縁は本発明の本質ではなく、全ての粒径別中心電極部又はその一部を相互に電気的に導通させて構成することも可能である。
【００７７】
また、上記実施形態では、ベース部に、遮蔽プレートで仕切られる個別空間ごとにエクセスガスを排出する為のエクセスガス排出管を複数形成する形態について示したが、全ての個別空間又はその一部のエクセスガス排出管を共用とすることも可能である。
【００７８】
また、上記実施形態では、個別部品からなるベース部５０、外部電極部２０、エアロゾル導入部などを組み立てる形態について示したが、これ以外にも、例えば、簡単且つ安価に製造できるのであれば、ベース部５０、外部電極部２０、エアロゾル導入部３０のいずれか或いは全てを一体成型するようにしても良い。
【００７９】
また、上記実施形態における微分型静電分級装置の外観形状（図５に示す直方体形状）は単なる例として記載したものであり、これ以外にも、例えば、円柱形状、樽形状、瓢箪形状等のその他の形状であっても良く、本発明はこれらにおいて上記実施形態と異なる外観形状を有する微分型静電分級装置を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明を適用した微分型静電分級装置の断面図である。
【図２】図１の中心電極部の構成を説明する説明図である。
【図３】図１の所定部分の拡大の様子を示す拡大図である。
【図４】図１及び図２の中心電極部の一変形例の構成を説明する説明図である。
【図５】本発明を適用した微分型静電分級装置が実装されるＤＭＡシステムの構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…微分型静電分級装置
１０…中心電極部
１０ａ…第１の中心電極部
１１ａ…第１の特定微粒子導出スリット部
１２ａ…第１の特定微粒子導出路
１３ａ…第１電極
１０ｂ…第２の中心電極部
１１ｂ…第２の特定微粒子導出スリット部
１２ｂ…第２の特定微粒子導出路
１３ｂ…第２電極
１０ｃ…遮蔽プレート
１１ｃ…中央プレート
１２ｃ、１３ｃ…絶縁性プレート
２０…外部電極部
３０…エアロゾル導入部
３１…エアロゾル導入管
３２…エアロゾルバッファ部
３３…エアロゾル導入スリット部
３４…内周側面
４０…カバー部
４１…シースガス供給管
４２…シースガスバッファ部
５０…ベース部
５１ａ…第１の特定微粒子回収部
５１ｂ…第２の特定微粒子回収部
５２ａ…第１のエクセスガス排出管
５２ｂ…第２のエクセスガス排出管
６０…コモンプレート
７０…ラミナー
Ｓ…粒径選別空間
Ｓ１…第１の粒径選別空間
Ｓ２…第２の粒径選別空間
【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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