(57)【要約】【課題】  ガスイオンを効率よく長時間生成することができる装置を提供する。【解決手段】  イオン発生器１は筐体にガス導入部３及びイオン放出口５を備え、筐体内に放電電極１１及び接地電極１３を備えている。イオン発生装置７はイオン発生器１のイオン放出口５にチャンバー９を接続したものである。放電電極１１はガス導入部３から導入されたガスに高電圧を放電するものであり、一端は筐体内の上部に支持され、他端は垂直下方向に向けられている。接地電極１３は筐体内で放電電極１１に対向してイオン放出口５に配置されている。接地電極１３は、接地側の面１５に銅が形成されているステンレス製の円盤状電極であり、中心にはイオン放出口となるオリフィス１９が形成されている。【選択図】図１
2007305498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧が印加される放電電極と、前記放電電極に対向して配置され、中心にイオン放出口が形成された金属材料からなる接地電極とから構成され、
前記接地電極は前記放電電極に対向する側が耐エッチング性の金属材料からなり、その対抗面とは反対側の面が対向面側よりも導電性に優れた金属材料により形成されていることを特徴とするイオン発生・放出用放電電極対。
【請求項２】
前記接地電極の対向面側の金属材料はステンレス、Ｔｉ、Ｔｉ合金又はＮｉ／Ｃｒ合金のいずれかである請求項１に記載のイオン発生・放出用放電電極対。
【請求項３】
前記接地電極の接地側の金属材料は前記対向面側の金属材料にメッキ、蒸着、スパッタリング又は貼り合わせによって形成されたものである請求項１又は２に記載のイオン発生・放出用放電電極対。
【請求項４】
イオン発生・放出用放電電極対と、ガス導入部とが筐体内に配置され、前記イオン発生・放出用放電電極対間で放電を発生させることにより前記ガス導入部から導入されたガスをイオン化して前記イオン放出口から放出するイオン発生器において、
前記イオン発生・放出用放電電極対は請求項１から３のいずれかに記載のものであり、かつ、前記イオン発生・放出用放電電極対のイオン放出口によりオリフィスが形成されていることを特徴とするイオン発生器。
【請求項５】
請求項４に記載のイオン発生器と、
前記イオン発生器のイオン放出口から放出されたガスイオンを導入するガスイオン導入部、粒子状の荷電対象物を導入する対象物導入部、及び内部で荷電対象物がガスイオンによりイオン化されて生成した粒子イオンを外部に排出する排出部を備えたチャンバーと、
を備えたことを特徴とするイオン発生装置。
【請求項６】
前記チャンバーが導電性金属からなり、前記イオン発生器の接地電極の接地側を前記チャンバーに接触させて一体化していることにより、接地電極をチャンバーを介して接地電位としている請求項５に記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスイオンを発生させるイオン発生器、そこで用いるイオン発生・放出用放電電極対、及びそのイオン発生器からのガスイオンによりエアロゾルなどを帯電するためのイオン発生装置に関する。そのようなイオン発生装置は、例えば、ＤＭＡ（Differential mobility analyzer, 微分型電気移動度測定器）に帯電したエアロゾルを供給する装置として利用できるほか、質量分析装置のイオン源としても利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
住居におけるマイナスイオンや、各種分析装置に供するための帯電エアロゾルを供給するためには、ガスイオンを効率よく生成する装置が必要である。
ガスイオンを生成する方法には、コロナ放電法やエレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）があるが、エアロゾルを帯電させるには、コロナ放電法がよく使用されている。
【０００３】
エアロゾルとは分散媒体がガスで、分散質が液体または固体であるコロイドを示す。分
散質が液体の場合には、エアロゾルは、霧、もや、雲等となり、分散質が固体の場合には
ちり、煙等となる。このエアロゾルの微粒子の構成成分の測定は、環境状態の評価や健
康影響などの研究分野において重要な意味を持つ（特許文献１参照。）。
【０００４】
ＤＭＡは、微粒子とその分散媒体のガスとからなるエアロゾルを帯電させてＤＭＡ内に導入し、ＤＭＡの上部からシースガスを流すと共に装置内に電界を与えることによって、エアロゾルの粒径と電気移動度を利用することにより、空気環境中などの微粒子の粒径を効率的かつ広範囲にわたって分級し、測定する測定装置である（特許文献２参照。）。
ＤＭＡに供するエアロゾルを帯電させるには、コロナ放電法によるクラスターイオン発生器（特許文献３参照。）や241Ａｍなどの放射線源、軟Ｘ線（特許文献４参照。）といった手法が使用されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−１８４８０８号公報
【特許文献２】特開２０００−４６７２０号公報
【特許文献３】特開２００３−３２６１９２号公報
【特許文献４】特開２００４−５３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のクラスターイオン発生器は、放電電極にタングステン、接地電極にステンレス（ステンレス）を用いた筐体内において、両電極間に交流コロナ放電を発生させることにより筐体内を流れる圧縮ガスをイオン化し、その圧縮されたイオン化ガスをチャンバー内で荷電対象物と接触させることで、対象物を荷電させるものである。
【０００７】
しかし、イオンの発生を続けていると、突然、対象物（例えば、銀粒子を含んだガス）を荷電できなくなるという現象が発生した。
このような状態になると、放電のオン、オフを繰り返しても装置は復旧せず、銀粒子を荷電することがもはや不可能になった。接地電極はチャンバーを介して接地しているので、接地電極とチャンバー間の接触不良を改善したり、接地電極をアルコールで洗浄して導電性を改善したりしたが、装置が復旧することはなかった。
そこで本発明は、ガスイオンを効率よく長時間生成することができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のイオン発生・放出用放電電極対は、高電圧が印加される放電電極と、上記放電電極に対向して配置され、中心にイオン放出口が形成された金属材料からなる接地電極とから構成され、上記接地電極は上記放電電極に対向する側が耐エッチング性の金属材料からなり、その対抗面とは反対側の面が対向面側よりも導電性に優れた金属材料により形成されている。
ここで耐エッチング性が高いものとしてはステンレスが挙げられ、耐エッチング性が低いものにはアルミニウムが挙げられる。
【０００９】
耐エッチング性が良い金属材料としてはステンレスのほか、Ｔｉ、Ｔｉ合金又はＮｉ／Ｃｒ合金などを利用することができる。実施例では、エッチングに強く、経済的なステンレスを用いた。
【００１０】
上記接地電極の接地側の金属材料は上記対向面側の金属材料にメッキ、蒸着、スパッタリング又は貼り合わせによって形成することができる。
【００１１】
本発明のイオン発生器はイオン発生・放出用放電電極対と、ガス導入部とが筐体内に配置され、上記イオン発生・放出用放電電極対間で放電を発生させることにより上記ガス導入部から導入されたガスをイオン化して上記イオン放出口から放出するものである。そして、上記イオン発生・放出用放電電極対は本発明のものであり、かつ、上記イオン発生・放出用放電電極対のイオン放出口によりオリフィスが形成されている。
【００１２】
本発明のイオン発生装置は、本発明のイオン発生器と、上記イオン発生器のイオン放出口から放出されたガスイオンを導入するガスイオン導入部、粒子状の荷電対象物を導入する対象物導入部、及び内部で荷電対象物がガスイオンによりイオン化されて生成した粒子イオンを外部に排出する排出部を備えたチャンバーと、を備えている。
【００１３】
また、上記チャンバーが導電性金属からなる場合、イオン発生器の接地電極の接地側をチャンバーに接触させて一体化することにより、接地電極をチャンバーを介して接地電位とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
接地側の面はその反対側の対向側の面よりも導電性に優れた材料により形成され、中心にはイオン放出口となるオリフィスが形成された金属材料からなる接地電極を用いることにより、時間経過後も放電能力が低下することなく、イオンを安定して発生することができるようになる。
【００１５】
本発明のイオン発生器とチャンバーによりイオン発生装置を備えるようにすれば、例えば銀粒子を含むガスを安定して帯電し続けることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の一実施例を詳細に説明する。
図１はイオン発生装置の概略断面図であり、その一部としてイオン発生器及びイオン発生・放出用放電電極対を含んでいる。
イオン発生器１は筐体にガス導入部３及びイオン放出口５を備え、筐体内にイオン発生・放出用放電電極対としての放電電極１１及び接地電極１３を備えている。イオン発生装置７はイオン発生器１のイオン放出口５に導電性金属からなるチャンバー９を接続して一体化したものである。
【００１７】
ガス導入部３は筐体内の上部側面に、イオン放出口５は筐体内の底面にそれぞれ備えられている。
放電電極１１はガス導入部３から導入されたガスに電荷を放電して帯電させるものであり、一端は筐体内の上部に支持され、他端は垂直下方向に向けられている。放電電極１１は針状電極であることが好ましく、金属材料としてインコネルやチタン合金を用いることができるが、特にタングステンを用いるのが好ましい。接地電極１３は筐体内で放電電極１１に対向してイオン放出口５がある筐体の底面に配置されている。
【００１８】
図２は接地電極１３の概略斜視図である。
接地電極１３はステンレス製の円盤状電極であり、放電電極１１に対向する対向面側１７が耐エッチング性で対酸化性の導電性の金属材料からなっており、ここではステンレスを用いる。
その対向面側１７とは反対側の接地側の面１５は、対向面側１７よりも導電性に優れた金属材料からなっているものであり、例えば銅が貼り付けられている。銅の他に金やアルミニウムを用いることもでき、メッキすることで形成してもよい。
接地電極１３の中心にはイオン放出口となるオリフィス１９が形成されている。
【００１９】
接地電極１３の寸法は特に限定されないが、例えば、外径が２．１ｃｍ、厚さが２ｍｍであり、中心に設けられているオリフィス１９の内径が０．１〜０．３ｍｍである。銅の厚さは０．０３６〜０．１１ｍｍ程度に形成した。
また、接地側の面１５の厚さは接地電極１３の厚さの１．８〜５．５％程度あれば充分である。
【００２０】
イオン発生装置７は、図１に示したとおりイオン発生器１とチャンバー９からなる。チャンバー９は、イオン発生器１の接地電極１３の接地側と接触して一体化され、イオン発生器１の内部空間でイオン化されたガスイオンを導入するガスイオン導入部２１と、粒子状の荷電対象物を導入する対象物導入部２３と、両導入部２１，２３から導入されて内部で反応した反応物を外部に排出する排出部２５とを備えている。
【００２１】
対象物導入部２３には荷電対象物を導入するための荷電対象物供給装置２７が接続されており、排出部２５は試料の分級を行なうＤＭＡ等に接続されている。
また、イオン発生器１及びチャンバー９は共通のアースに接続されており、イオン発生器１とチャンバー９が一体化されることにより、装置は小型化されている。
【００２２】
次に同実施例の動作を説明する。
圧縮空気をガス導入部３から導入し、放電電極１１と接地電極１３の間に高圧電源によって５０００〜１００００Ｖの直流又は交流電界を印加した。
この圧縮空気は、放電電極１１と接地電極１３との間の領域で発生したコロナ放電によりイオン化された後、高速ジェットになってイオン放出口５（ガスイオン導入部２１）から噴射される。このときの接地電極出口の圧縮空気の放出流量は０．１４〜３．０Ｌ／分とした。イオン発生器１への圧縮空気の導入は、レギュレーターで０．０５ＭＰａ〜０．３０ＭＰａとした。
【００２３】
イオン放出口５（ガスイオン導入部２１）から噴射された高速ジェットの分子イオンは、荷電対象物供給装置２７から供給された銀粒子を含むガスとチャンバー９内で混合されて銀粒子の表面に電荷が付着し、銀粒子に電荷を与える。銀粒子は平均粒径が１０ｎｍ以下のものを用いたが、それ以上の粒子径でもよい。また、銀粒子を含むガスの流量は１．０〜２．０Ｌ／分とした。
以上の条件において銀粒子を継続的に荷電したところ、８００時間経過後も荷電能力が低下することはなかった。
【００２４】
排出部２５を電気移動度などを測定するＤＭＡに接続すれば、荷電された対象物は、帯電した電界の強度を利用して分級や分析などを行なうことができる。
そのため、本発明のイオン発生装置をエアロゾル帯電装置として用いれば、長時間測定する場合においても、エアロゾルの微粒子の構成成分の測定や環境状態の評価を安定して行なうことができる。
【００２５】
上記の実施例では放電電極に針状放電電極を、接地電極には円盤状電極を用いたが、電極の形状はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
次に本発明の他の実施例を説明する。
図３はイオン発生器１とチャンバー９を一体化せずに、イオン放出口５とガスイオン導入部２１をフランジ配管（ステンレスなどの金属製）を用いて接続したものであり、イオン発生器１は筐体にガス導入部３及びイオン放出口５を備え、筐体内に放電電極１１及び接地電極１３を備えている。イオン発生装置７はイオン発生器１の下部にチャンバー９を接続したものである。
【００２７】
チャンバー９は横長型であり、上部にガスイオン導入部２１、下部に対象物導入部２３、側面には排出部２５が備えられている。
この実施例ではガスイオン導入部２１と対象物導入部２３は対向して配置されており、チャンバー９内で対象物を効率よく荷電することが可能になる。また、イオン発生器１及びチャンバー９はそれぞれアースに接続されている。
【００２８】
また、針状放電電極１１と接地電極１３の間でＬＣＲメーターを用いてインピーダンス測定を行なった場合、接地電極１３にステンレスそのものを用いたときとステンレスの接地側の面１５に銅を貼り付けたときに差は見られなかった。
これは、インピーダンス測定に用いる電流はイオンのように寿命が短いものではないため、ステンレス（接地電極１３）に電流が流れれば、その値がインピーダンス測定に使用されるためである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明はＤＭＡに供するエアロゾルを帯電させる装置として利用できるほか、質量分析装置のイオン源としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施例のイオン発生器及びイオン発生装置の概略断面図を示す。
【図２】接地電極の概略斜視図を示す。
【図３】他の実施例のイオン発生器及びイオン発生装置の概略断面図を示す。
【符号の説明】
【００３１】
１      イオン発生器
３      ガス導入部
５      イオン放出口
７      イオン発生装置
９，９ａ      チャンバー
１１      放電電極
１３      接地電極
１５      接地側の面
１７      放電側の面
１９      オリフィス
２１      ガスイオン導入部
２３      対象物導入部
２５      排出部
２７      荷電対象物供給装置
【図１】
2007305498.tif 000003
【図２】
2007305498.tif 000004
【図３】
2007305498.tif 000005