(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを生成するためのイオン生成機構と、
前記イオン生成機構で生成されたイオンを導入するためのイオン導入部、荷電対象粒子を含むガスを導入するための荷電対象粒子導入部、前記イオン導入部から導入されたイオンにより前記荷電対象粒子導入部から導入された荷電対象粒子を荷電する荷電部、及び前記荷電部で生成された荷電粒子を含むガスを排出するための排出部を備えた荷電機構と、を備え、
前記荷電機構は熱伝導性金属ブロックの内部に、前記イオン導入部から前記排出部に通じる均一な流路幅の第１の流路と、前記荷電対象粒子導入部から前記第１の流路に通じる第２の流路とを備え、前記第１の流路と第２の流路との合流部が前記荷電部となって荷電装置。
【請求項２】
前記熱伝導性金属ブロックは温度を調節するための温調機構を備えている請求項１に記載の荷電装置。
【請求項３】
イオンを生成するためのイオン生成機構と、
前記イオン生成機構で生成されたイオンを導入するためのイオン導入部、荷電対象粒子を含むガスを導入するための荷電対象粒子導入部、前記イオン導入部から導入されたイオンにより前記荷電対象粒子導入部から導入された荷電対象粒子を荷電する荷電部、及び前記荷電部で生成された荷電粒子を含むガスを排出するための排出部を備えた荷電機構と、を備え、
前記イオン生成機構は熱伝導性金属からなる対向電極にイオン噴出部を有し、
前記荷電機構は熱伝導性金属からなる中空の筐体に前記イオン導入部、荷電対象粒子導入部及び排出部が開けられて前記筐体の内部が前記荷電部となっており、かつ
前記イオン生成機構の前記対向電極と前記荷電機構の前記筐体が互いに接触している荷電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＭＡ（微分型電気移動度測定装置：Differential Mobility Analyzer）、液体クロマトグラフィ又は液体クロマトグラフ‐質量分析計など電気的原理を用いる装置において、粒子の荷電又は帯電物の中和などに用いられる荷電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷電装置としては、エアロゾル粒子を含むガスが供給されるチャンバー内に向けて軟Ｘ線を放射するＸ線放射部を備え、そのチャンバー内でエアロゾルをイオン化するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、イオン生成機構として、微小径のイオン噴射口が設けられ、内部で生成したイオンをイオン噴射口から噴射させる構造のものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−５３２９８号公報
【特許文献２】特開２００２−２５７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されているような荷電装置はイオンを生成するイオン生成機構と目的粒子を荷電する荷電機構が一体化された構造となっており、目的粒子であるエアロゾル粒子と同時にチャンバー内に存在するガスもイオン化されるため、チャンバー内に自動車の排ガスなど反応性の高い成分を含むガスが導入されてしまうと、目的粒子のイオン化の際に、化学反応によって二次粒子が生成されてしまうという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２に示されているような微小径のイオン噴射口を備えてイオンを噴射させるイオン生成機構では、高圧条件下のイオン生成機構内から大気圧下に噴霧されたイオンは急激な圧力変化による断熱膨張によって温度が急激に低下してクラスター化することが考えられる。そのため、目的粒子以外の目的荷電粒子よりも大きな粒子が生成される可能性があり、目的粒子の粒子径を測定する場合などには、正確な測定が行なえないという問題が起こる。
【０００６】
そこで本発明は、目的粒子のイオン化の際に二次粒子が生成されることを防止するとともに、イオン生成機構で生成されたイオンのクラスター化を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る荷電装置の第１局面は、イオンを生成するためのイオン生成機構と、イオン生成機構で生成されたイオンを導入するためのイオン導入部、荷電対象粒子を含むガスを導入するための荷電対象粒子導入部、イオン導入部から導入されたイオンにより荷電対象粒子導入部から導入された荷電対象粒子を荷電する荷電部、及び荷電部で生成された荷電粒子を含むガスを排出するための排出部を備えた荷電機構と、を備え、前記荷電機構は熱伝導性金属ブロックの内部に、前記イオン導入部から前記排出部に通じる均一な流路幅の第１の流路と、前記荷電対象粒子導入部から前記第１の流路に通じる第２の流路とを備え、前記第１の流路と第２の流路との合流部が前記荷電部となっていることを特徴とするものである。
【０００８】
前記熱伝導性金属ブロックは温度を調節するための温調機構を備えていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る荷電装置の第２局面は、イオンを生成するためのイオン生成機構と、イオン生成機構で生成されたイオンを導入するためのイオン導入部、荷電対象粒子を含むガスを導入するための荷電対象粒子導入部、イオン導入部から導入されたイオンにより荷電対象粒子導入部から導入された荷電対象粒子を荷電する荷電部、及び荷電部で生成された荷電粒子を含むガスを排出するための排出部を備えた荷電機構と、を備え、前記イオン生成機構は熱伝導性金属からなる対向電極にイオン噴出部を有し、前記荷電機構は熱伝導性金属からなる中空の筐体に前記イオン導入部、荷電対象粒子導入部及び排出部が開けられて前記筐体の内部が前記荷電部となっており、かつ前記イオン生成機構の前記対向電極と前記荷電機構の前記筐体が互いに接触しているものである。
【発明の効果】
【００１２】
第１局面の荷電装置はイオン生成機構と荷電機構からなり、イオン生成機構と荷電機構とがそれぞれ独立して設けられているので、イオン生成時に二次粒子が生成されることを防止できる。
イオン導入部から排出部に通じる流路が均一な流路幅となっているので、イオン導入部から導入されたイオンの急激な膨張を防止でき、イオンのクラスター化を防止できる。
【００１３】
荷電機構の温度を調節するための温調機構を備えておれば、荷電部とイオン生成機構との温度差が小さくなるように荷電機構の温度を調整でき、イオン生成機構から放出されたイオンが急激な温度変化によってクラスター化して大きくなることを抑制できる。
【００１６】
第２局面の荷電装置は、イオン生成機構と荷電機構との間で熱伝達が行なわれてイオン生成機構と荷電機構との温度差が小さくなるので、イオン生成機構から荷電機構に導入されたイオンが急激な温度変化によってクラスター化して大きくなることを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明に係る荷電装置の一実施例を示す断面図である。
この実施例の荷電装置は、イオンを生成するイオン生成機構１と、イオン生成機構１の下部に取り付けられた荷電機構２とで構成されている。イオン生成機構１は下方に生成イオンを噴出するための微小な開口部からなるイオン噴出部（図示は省略）が設けられており、イオン噴出部から噴出されたイオンが荷電機構２のイオン導入部３から荷電機構２内に導入されるようになっている。
【００１８】
荷電機構２は、上方からイオンを導入するイオン導入部３と下方からガスを排出する排出部８までが均一な径をもつ１本の流路５で構成されている。また、荷電機構２は側方から荷電対象粒子を含むガスを導入するための荷電対象粒子導入部４を備えており、荷電対象粒子導入部４は流路７によって流路５に合流している。流路５と流路７の合流部はイオン生成機構１で生成されたイオンと荷電対象粒子とを衝突させて荷電対象粒子を荷電する荷電部６を構成している。
【００１９】
荷電部６を含む流路５及び流路７は、例えば銅、真鍮、ステンレスといった金属などの熱伝導性材料１０で覆われており、さらに熱伝導性材料１０の外側に例えばリボンヒータなどの発熱機構１２が設けられている。発熱機構１２の発熱量は温度調整器１６によって制御されている。温度調整器１６は熱電対１４を介して熱伝導性材料１０の温度を測定しながら、熱伝導性材料１０の温度がイオン生成機構内の温度とほぼ同じになるように発熱機構１２を制御するようになっている。発熱機構１２、熱電対１４及び温度調整器１６は荷電部６を含む流路５及び流路７の温度を調整するための温調機構を構成している。
【００２０】
この実施例の荷電装置は、発熱機構１２、熱電対１４及び温度調整器１６からなる温調機構によって、荷電部６を含む流路５及び流路７の温度がイオン生成機構内の温度とほぼ同じになるように調整されるので、イオン生成機構１で生成されて噴出されたイオンが急激に冷却されることがなくなり、イオンがクラスター化して大きくなることを防止できる。さらに、イオン導入部３から排出部８までが均一な径をもつ流路５で構成されており、イオン生成部１から噴出されたイオンが荷電部６において断熱膨張することがないので、イオンのクラスター化をさらに防止できる。
【００２１】
この実施例ではイオン導入部３から排出部８までが均一な径をもつ流路５で構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、荷電部６が温度調節可能な空間として設けられているものであってもよい。その場合、イオン導入部３から導入されたイオンの膨張を防止することはできないが、イオンの温度が急激に低下することを防止できるので、イオンのクラスター化を抑制する効果がある。
【００２２】
また、図２に示されるように、イオン導入部３から排出部８までが均一な径をもつ流路５で構成され、発熱機構、熱電対及び温度調整器などの温調機構を備えていないものであってもよい。この場合でも、イオン生成機構１から放出されたイオンが急激に膨張することを防止できるので、イオンのクラスター化を抑制する効果がある。
【００２３】
次に、本発明に係る荷電装置の別の実施例を説明する。図３は荷電装置の別の実施例を示す断面図である。
この実施例の荷電装置は、放電芯２４及び対向電極２６を備えたイオン生成機構２０と、イオン生成機構２０の対向電極２６の下面に上面が接した状態で配置された荷電機構３０とを備えている。
【００２４】
イオン生成機構２０はイオンを生成するイオン生成部２１に側方からイオン源ガスを導入するためのイオン源ガス導入部２２が設けられている。イオン生成部２１は、電源２８に電気的に接続された放電芯２４が上部に設けられており、下部に放電芯２４と対をなす電極２６が設けられている。
イオン生成部２１は高温・高圧状態で放電芯２４から電極２６に向けて放電されることで、イオン源ガス導入部２２から導入されたイオン源ガスがイオン化され、イオンがイオン噴出部２８から噴出される。
【００２５】
荷電機構３０は中空の例えば銅、真鍮、ステンレスといった金属などの導電性及び熱伝導性の材料からなる筐体４０で構成されている。荷電機構３０の上部にイオンを導入するためのイオン導入部３２が設けられており、側面に側方から荷電対象粒子を含むガスを導入するための荷電対象粒子導入部３８が設けられている。荷電機構３０内部の空間はイオンと荷電対象粒子とを衝突させて荷電対象粒子を荷電する荷電部３６を構成している。荷電機構３０の下部には荷電部３６で荷電された荷電粒子を含むガスを排出するための排出部４２が設けられている。
【００２６】
荷電機構３０は筐体４０の上部４０ａがイオン生成機構２０の対向電極２６と接しており、イオン生成機構２０内部の熱が対向電極２６、筐体４０を介して荷電部３６に伝達されるようになっている。また、筐体４０は接地されており、イオン生成機構２０の放電芯２４から放電された電流は筐体４０を介してグランドに放出されるようになっている。
イオン生成機構２０の対向電極２６は導電性及び熱伝導性である金属で構成されているため、イオン生成機構２０の熱が筐体４０を介して荷電機構３０全体に伝達される。これにより、荷電部３６とイオン生成機構２０の温度差が小さくなり、イオン導入部３２から荷電部３６に導入されたイオンが急激な温度低下によってクラスター化して大きくなることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】荷電装置の一実施例を示す断面構成図である。
【図２】荷電装置のさらに他の実施例を示す断面構成図である。
【図３】荷電装置のさらに他の実施例を示す断面構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１,２０    イオン生成機構
２,３０    荷電機構
３,３２    イオン導入部
４,３８    荷電対象粒子導入部
５,７    流路
６,３６    荷電部
８,４２    排出部
１０    熱伝導性材料
１２    リボンヒータ
１４    熱電対
１６    温度調整器
２１    イオン生成部
２２    イオン源ガス導入部
２４    放電芯
２６    対向電極
２８    イオン放出部
【図１】
0004779900.tif 000002
【図２】
0004779900.tif 000003
【図３】
0004779900.tif 000004