(57)【要約】【課題】１００ｎｍ程度以下の超微粒子の気中個数濃度を、その粒子性状を変化させることなく、或る程度の粒径情報を持って、短時間で簡便に測定できる装置を安価に提供する。【解決手段】マニホールド２と、マニホールドに個別接続された、異なる分級性能の複数の慣性フィルタ３−５および前記慣性フィルタと同じ流路を持つフィルタ６と、各フィルタそれぞれの流路を切り替える流路切替器８と、流路切替器８に接続されたＣＰＣ９と、流路切替器の流路切替制御とＣＰＣの測定データの処理とを行うコンピュータ１０とを具備する。コンピュータ１０は、流路切替器の流路切替制御で各慣性フィルタをＣＰＣに個別に接続し、且つ、ＣＰＣで各測定した場合の慣性フィルタの接続情報から浮遊微粒子の粒径情報とその粒径情報に対応した粒子個数情報とを得ると共に、これらの情報に基づいて、あらかじめ設定された粒径範囲ごとの粒子個数濃度を算出する。【選択図】図１
2012255743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気中における浮遊微粒子の個数濃度をモニタリングする装置であって、マニホールドと、前記マニホールドに個別に接続され、且つ、分級径が順次に相違する複数の分級フィルタと、前記各分級フィルタそれぞれの流路を切り替える流路切替器と、前記流路切替器に接続された凝縮式粒子計数器（ＣＰＣ）と、前記流路切替器の流路切替を制御し、且つ、前記ＣＰＣの測定データを処理する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記流路切替器の流路切替制御で前記各分級フィルタそれぞれを前記ＣＰＣに個別に接続すると共に、前記分級フィルタの流路切替先情報から得られる浮遊微粒子の粒径情報と、その粒径情報に対応した粒子個数情報とを得ると共に、これらの情報に基づいて、あらかじめ設定された粒径範囲ごとの粒子個数濃度を算出するようにしたことを特徴とする浮遊微粒子モニタリング装置。
【請求項２】
前記マニホールドに光散乱式粒子計数器（ＯＰＣ）を接続し、前記制御手段は、前記ＣＰＣで各測定した場合の前記分級フィルタの流路切替先情報から得られる浮遊微粒子の粒径情報と、その粒径情報に対応した粒子個数情報と、前記測定に同期して前記ＯＰＣで各測定した浮遊微粒子の粒子個数濃度の変動の情報とに基づいて、あらかじめ設定された粒径範囲ごとの粒子個数濃度を算出する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数の分級フィルタは、分級径が１００ｎｍ以下で且つ分級径が順次に相違する複数の慣性フィルタの組み合わせを含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の分級フィルタは、分級径が１００ｎｍ以下で且つ分級径が順次に相違する複数の慣性フィルタと、総ての浮遊微粒子を通過させるフィルタとの組み合わせである、請求項１または２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気中に浮遊する微粒子（浮遊微粒子）、とりわけ粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子の個数濃度をモニタリングすることに関し、さらに詳細には、半導体製造用のクリーンルームおよびこれに準じる環境など、超高清浄が要求される環境中の浮遊微粒子の個数濃度を管理（モニタリング）することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記モニタリングには、光散乱式粒子計数器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ：ＯＰＣ）が広く一般に用いられている。このＯＰＣは、いわゆるパーティクルカウンタとも称され、測定原理は、気中の浮遊微粒子個々に強い光例えばレーザ光を照射し、個々の浮遊微粒子で散乱されたパルス状散乱光の個数から浮遊微粒子の個数、散乱光強度から粒径を測定し、粒子個数濃度を求めることができるようにしてある装置である。ここで、粒子個数濃度とは、単位体積当りに予め設定した粒径範囲の微粒子の個数で定義される。ＯＰＣにおいて、散乱光強度は粒径の減少と共に微弱となるために、検出可能な最小粒径は、１００ｎｍ程度とされている。
【０００３】
一方、電子デバイスの高集積化に伴う微細化の進行により、より高清浄な製造環境とその管理とが要求され、とりわけ、粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子の個数濃度のモニタリングが必要とされてきている。
【０００４】
環境中に浮遊するナノ粒子の個数濃度を測定できる装置として、凝縮式粒子計数器（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ：ＣＰＣ）がある。このＣＰＣは、微小な粒径の微粒子を光学的に検出できるように、何等かの蒸気を微粒子周りに凝縮させて見掛け上の粒径を大きく成長させることができるようにした装置である。このＣＰＣは、微粒子の個数は測定できても、モニタリングに必要な微粒子の粒径情報が得られないという課題がある。
【０００５】
そこで、ＣＰＣと荷電中和器および微分型移動度分析器（ＤＭＡ）を組み合わせた、走査型移動度粒径測定器（ＳＭＰＳ）では粒径１０ｎｍ程度から高い粒径分解能を得ることができるが、荷電による粒子性状が変化するという懸念、荷電効率が数％と低い為、一般的なクリーンルームがそうであるように、一般大気や室内環境に比して低粒子濃度環境の測定には比較的長時間を要し、時間分解能が低いこと、装置が複雑で性能維持管理が難しく高価であるなどの問題があった。
【０００６】
なお、先行技術文献を下記する。この文献に記載のモニタリング装置においては、マニホールドに、ＯＰＣ（パーティクルカウンタ）１台と、凝縮核式粒子計数器（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒ：ＣＮＣ）４台が、それぞれ、接続された構成であり、高価な装置となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許５０７２６２６明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、気中を浮遊する微粒子の気中個数濃度、とりわけ粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子の気中個数濃度を、その粒子性状を変化させることなく、或る程度の粒径情報を持って、短時間で簡便に測定できる装置を安価に提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による浮遊微粒子モニタリング装置は、気中における浮遊微粒子の個数濃度をモニタリングする装置であって、マニホールドと、前記マニホールドに個別に接続され、且つ、分級径が順次に相違する複数の分級フィルタと、前記各分級フィルタそれぞれの流路を切り替える流路切替器と、前記流路切替器に接続された凝縮式粒子計数器（ＣＰＣ）と、前記流路切替器の流路切替を制御し、且つ、前記ＣＰＣの測定データを処理する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記流路切替器の流路切替制御で前記各分級フィルタそれぞれを前記ＣＰＣに個別に接続すると共に、前記分級フィルタの流路切替先情報から得られる浮遊微粒子の粒径情報と、その粒径情報に対応した粒子個数情報とを得ると共に、これらの情報に基づいて、あらかじめ設定された粒径範囲ごとの粒子個数濃度を算出するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
前記ＣＰＣには、凝縮核式粒子計数器（ＣＮＣ）を含む。ＣＰＣは、凝縮核計数器（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｎｕｃｌｅｕｓ Ｃｏｕｎｔｅｒ：ＣＮＣ）と呼ばれる。なぜなら、検出されている粒子は、液滴形成において凝縮の核を形成するからである。ＣＰＣとＣＮＣとの両方は、現在、科学文献および技術文献で使用され、蒸気の凝縮、液滴成長および光学的検出に基づく測定機器を意味する。
【００１１】
好ましい態様は、前記マニホールドに光散乱式粒子計数器（ＯＰＣ）を接続し、前記制御手段は、前記ＣＰＣで各測定した場合の前記分級フィルタの流路切替先情報から得られる浮遊微粒子の粒径情報と、その粒径情報に対応した粒子個数情報と、前記測定に同期して前記ＯＰＣで各測定した浮遊微粒子の粒子個数濃度の変動の情報とに基づいて、あらかじめ設定された粒径範囲ごとの粒子個数濃度を算出するようにすることである。
【００１２】
上記ＯＰＣには、レーザー光源が粒子の照射に使用される場合は、レーザー粒子計数器（Ｌａｓｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ：ＬＰＣ）とも呼ばれ、これを含む。
【００１３】
好ましい態様は、前記複数の分級フィルタは、分級径が１００ｎｍ以下で且つ分級径が順次に相違する複数の慣性フィルタの組み合わせを含むことである。この態様では、粒径１００ｎｍ以下であるナノ粒子をモニタリングすることができる。
【００１４】
好ましい態様は、前記複数の分級フィルタは、分級径が１００ｎｍ以下で且つ分級径が順次に相違する複数の慣性フィルタと、総ての浮遊微粒子を通過させるフィルタとの組み合わせである。この態様では、粒径１００ｎｍ以下であるナノ粒子と共に総ての浮遊微粒子をモニタリングすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、浮遊微粒子の気中個数濃度、とりわけ粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子の気中個数濃度を、その粒子性状を変化させることなく、或る程度の粒径情報を持って、短時間で簡便に測定できる装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る浮遊微粒子モニタリング装置のブロック構成図である。
【図２】図２（ａ）は、慣性フィルタの断面の一構成例を示す図、図２（ｂ）は慣性フィルタの断面の別構成例を示す図、図２（ｃ）は横軸に粒径、縦軸に捕集効率を示す慣性フィルタの粒子捕集効率特性を示す図である。
【図３】図３は、図１の装置の動作説明に用いる測定シーケンス図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態に係る浮遊微粒子モニタリング装置のブロック構成図である。
【図５】図５は、図４の装置の動作説明に用いる測定シーケンス図である。
【図６】図６は、慣性フィルタによる粒子分級の概念図である。
【図７】図７は、一般の繊維層フィルタによる粒子捕集機構の説明に用いる概念図である。
【図８】図８は、図２（ｂ）の慣性フィルタのメッシュ状ろ材表面上に堆積した粒子を示す図である。
【図９】図９は、粒径を横軸に、捕集効率を縦軸にとる慣性フィルタの分級特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る浮遊微粒子モニタリング装置（以下、単に装置という）を説明する。図１を参照して、実施形態の装置２０は、サンプリングプローブ１、マニホールド２、複数の慣性フィルタ３〜５、および前記慣性フィルタと同じ流路を持つフィルタ６、パージフィルタ７、流路切替器８、凝縮式粒子計数器（ＣＰＣ）９、および制御手段としてのコンピュータ１０を含む。
【００１８】
サンプリングプローブ１は、試料気体（以下、単に試料という）をサンプリングする。
【００１９】
マニホールド２は、サンプリングプローブ１に対して配管１１を介して接続された試料導入口と、複数の慣性フィルタ３〜５、およびフィルタ６に対して配管１２〜１５を介して接続された複数の試料導出口とを有する。マニホールド２において、サンプリングプローブ１から配管１１を介して試料導入口から試料を取り込むとともに、複数の試料導出口それぞれから配管１２〜１６を介して、各フィルタ３〜７に試料を排出する。各フィルタ３〜７は、配管１７〜２１をそれぞれ介して、流路切替器８に接続されている。
【００２０】
流路切替器８は、配管２２を介して図示略の吸引源に接続され、また、配管２３を介してＣＰＣ９に接続されていると共に、通信ケーブル２５によりコンピュータ１０に接続されている。
【００２１】
慣性フィルタ３は、粒子分級径が５０ｎｍのフィルタであり、慣性フィルタ４は、粒子分級径が７５ｎｍのフィルタであり、慣性フィルタ５は、粒子分級径が１００ｎｍのフィルタである。
【００２２】
フィルタ６は、全ての粒径の浮遊微粒子を通過させる空のフィルタである。このフィルタ６は、前記慣性フィルタ３〜５を使って測定されたデータと、このフィルタ６を使って得られたデータとの比較を行うために、あえて、これらの慣性フィルタと同じ流路を持ち、全ての粒径の浮遊微粒子を通過させるフィルタ（いわゆる全粒子を通過させるだけの空フィルタ）を設置している。
【００２３】
このような慣性フィルタ３〜５は、気中の浮遊微粒子を粒子慣性効果により捕集すると共にろ過速度が大きくなる程、より小さな粒径の浮遊微粒子を捕集することができるフィルタである。
【００２４】
これら慣性フィルタを図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００２５】
図２（ａ）（ｂ）は慣性フィルタ３〜５それぞれの構成各例を示し、図２（ｃ）は慣性フィルタの粒子捕集効率特性を、横軸を粒径で、また、縦軸を粒子捕集効率で示す図である。まず図２（ａ）に示す慣性フィルタは、中央に貫通孔３０を備えた円柱形のフィルタサポート３１と、この貫通孔３０内に充填された非圧縮性繊維３２とを含む。貫通孔３０は、図中矢印で示すように、気流上流側から気流下流側に向けて漸次内径が縮径する縮径貫通孔３０ａと、この縮径貫通孔３０ａに連成され内径が一定の定径貫通孔３０ｂとを含む。非圧縮性繊維３２はこの定径貫通孔３０ｂに充填される。この非圧縮性繊維３２は、高速気流が通過しても体積変化が殆どない非圧縮性の繊維として好ましくは金属繊維、より好ましくはＳＵＳ（ステンレス）繊維が緻密に絡まった状態で充填されている。金属繊維としてはＳＵＳ繊維に限定するものではなく、アルミ繊維、銅繊維、その他の金属繊維から選ばれる１種以上の金属繊維でもよい。また、非圧縮性で高速気流が通過しても体積変化が殆どない繊維であれば、金属繊維に限定しない。
【００２６】
上記構成の慣性フィルタの縮径貫通孔３０ａは気流下流側方向へ直径が漸次に小径になっていくので、気流は縮径貫通孔３０ａ内で徐々に加速した後、定径貫通孔３０ｂ内を一定速度で通過し、この通過の際に非圧縮性繊維３２により浮遊微粒子を捕集することができる。
【００２７】
図２（ｂ）に示す慣性フィルタは、矢印で示す気流通過方向に内径が縮径する貫通孔３３を有する流量調整ノズル３４と、粒子分級用シート３５とを有する。流量調整ノズル３４は、貫通孔３３の形態により流速を調整することで分級径を変える機能を有する。粒子分級用シート３５は、流量調整ノズル３４よりも気流通過下流側に配置されかつ粒子慣性効果により浮遊微粒子を捕集するための複数の粒子分級穴を一様な配列態様で有すると共に流量調整ノズル３４の貫通孔３３の下流側開口３３ａよりも大きいシート面積を有しかつ該下流側開口３３ａ全面を塞ぐ様に設けられている。流量調整ノズル３４は、貫通孔の縮径率が相違したり、あるいは貫通孔の数が相違したりする他の流量調整ノズルと組み替えることで分級径や流量の調整を可能としている。この慣性フィルタは、特願２０１０−１４８８７０で本願出願人の出願に係るものである。
【００２８】
慣性フィルタは、捕集効率が５０％での粒径が粒子分級径（カットオフ径）となり、例えば前記の慣性フィルタ３では、粒子分級径を５０ｎｍとすることができ、慣性フィルタ４では、７５ｎｍとすることができ、同様に慣性フィルタ５は粒子分級径を１００ｎｍとすることができる。いづれにせよ、分級径が順次に相違する複数の慣性フィルタ（３〜５）が流路切替器８に接続されていることが重要である。
【００２９】
そして、図２（ａ）の慣性フィルタの場合、例えば非圧縮性繊維の充填密度の調整をすることで、上記のように５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍの分級径を決めることができ、図２（ｂ）の慣性フィルタの場合、例えば流量調整ノズル３４における貫通孔３３の縮径率や貫通孔３３の数を変化させて流速や流量を制御することで、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍの分級径を決めることができる。図２（ｃ）には、一例として分級径が５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍとなる慣性フィルタ３〜５のフィルタ特性Ｆ１〜Ｆ３を示す。（図２（ｃ）では、慣性フィルタ３に対応するフィルタ特性をＦ３、同様に慣性フィルタ４がＦ２、慣性フィルタ５がＦ１として示す。）
パージフィルタ７は、配管２３やＣＰＣ９に残留する微粒子を除去し元の状態へ戻すために用いるものであり、通常、モニタリングの最中には使用しないフィルタである。
【００３０】
流路切替器８は、通信ケーブル２５を介してコンピュータ１０により流路切替が制御されるようになっており、慣性フィルタ３〜５、フィルタ６、及びパージフィルタ７それぞれの配管１７〜２１を、配管２３を介してＣＰＣ９に切り替え接続する。
【００３１】
ＣＰＣ９は、吸引源を内蔵しており、流路切替器８を介して慣性フィルタ３〜５、及びフィルタ６から入力されてくる浮遊微粒子の粒径および個数濃度を測定する。ＣＰＣ９は、通信ケーブル２４を介してコンピュータ１０に接続されており、通信ケーブル２４を介してコンピュータ１０に測定データを出力する。コンピュータ１０は、通信ケーブル２４を介して入力されてくるＣＰＣ９の測定データに基づいて浮遊微粒子の粒径および個数濃度を算出する。
【００３２】
なお、ＣＰＣ９としては、例えばＴＳＩ社製がある。
【００３３】
次に、図３を参照して実施形態の装置によるモニタリングを説明する。図３は装置２０による前記モニタリングのための測定シーケンスを示す。図３で示すように、測定シーケンスは、手順１〜１４からなり、手順１，３，５，７，９，１１，１３は、配管２３やＣＰＣ９の内部経路に残留する前手順の試料を本手順で導入された試料へ置換するためのアイドル手順であり、測定を開始できる環境にするまでの待ち時間といえる。手順２，４，６，８，１０，１２，１４は上記アイドル手順に続いて行われる１０秒周期の測定手順である。手順２は測定１回目、手順４は測定２回目、手順６は測定３回目、手順８は測定４回目、手順１０は測定５回目、手順１２は測定６回目、手順１４は測定７回目となる。この測定シーケンスを繰り返す場合は、手順１〜１４の次の測定シーケンスは、手順１３，１４が手順１，２と同様なため、手順３〜１４である。
【００３４】
手順１で、内部経路の試料置換のため５秒間、ＣＰＣ９がアイドリングされる。このアイドリングでは、流路切替器８による流路切替先がフィルタ６とされ試料はＣＰＣ９に導入されるが、ＣＰＣ９による粒子数測定は行われない。
【００３５】
手順２で、測定１回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先はフィルタ６を保持したまま、このフィルタ６により総浮遊微粒子がＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ１）。
【００３６】
手順３で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、流路切替器８による流路切替先が慣性フィルタ３とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００３７】
手順４で、測定２回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先は慣性フィルタ３を保持したまま、この慣性フィルタ３により粒径５０ｎｍ以下の浮遊微粒子が通過（分級）されて、ＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ２）。
【００３８】
手順５で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、流路切替器８による流路切替先がフィルタ６とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００３９】
手順６で、測定３回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先はフィルタ６を保持したまま、このフィルタ６により総浮遊微粒子がＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ３）。
【００４０】
手順７で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、流路切替器８による流路切替先が慣性フィルタ４とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００４１】
手順８で、測定４回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先は慣性フィルタ４を保持したまま、この慣性フィルタ４により粒径７５ｎｍ以下の浮遊微粒子が分級されて、ＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ４）。
【００４２】
手順９で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、流路切替器８による流路切替先がフィルタ６とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００４３】
手順１０で、測定５回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先はフィルタ６を保持したまま、このフィルタ６により総浮遊微粒子がＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ５）。
【００４４】
手順１１で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、流路切替器８による流路切替先が慣性フィルタ５とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００４５】
手順１２で、測定６回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先は慣性フィルタ５を保持したまま、この慣性フィルタ５により粒径１００ｎｍ以下の浮遊微粒子が分級されてＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ６）。
【００４６】
手順１３で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、流路切替器８による流路切替先がフィルタ６とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００４７】
手順１４で、測定７回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先はフィルタ６を保持したまま、このフィルタ６により総浮遊微粒子がＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ７）。
【００４８】
こうした測定シーケンスの１サイクルの完了後に、コンピュータ１１はＣＰＣ９の測定データにより粒径分布等を以下の算出ステップにより算出する。尚、前記各手順で測定された値はいづれも粒子の個数値であるが、各手順における試料の流量は測定できていることから、それらの数値を使って、以下の各ステップでは粒子個数を粒子個数濃度（単位体積当たりの粒子個数）として表すこともある。
【００４９】
算出ステップ（１）
ＣＰＣ９の前記測定１，３，５，７回の測定値である総浮遊微粒子数（以下、総粒子数という）の測定値Ｃ1，Ｃ3，Ｃ5，Ｃ7の平均値Ｃt-aveを求める。
【００５０】
算出ステップ（２）
ＣＰＣ９の前記測定２，４，６回の測定値Ｃi(i=2,4,6)の前後の総粒子数測定値Ｃ(i-1)、Ｃ(i+1)の平均値Ｃ(i-1)-(i+1)と、前記平均値Ｃt-aveとにより、各測定値Ｃi(i=2,4,6)に対する個数濃度の変動補正レートＲi(i=2,4,6)を算出する。
【００５１】
ここで、Ｃ(i-1)-(i+1)＝（Ｃ(i-1)＋Ｃ(i+1)）／２
Ｒi(i=2,4,6)＝Ｃ(i-1)-(i+1)／Ｃt-ave
算出ステップ（３）
ＣＰＣ９の前記測定２，４，６回の測定値Ｃi(i=2,4,6)に呼応する濃度変動補正レートＲi(i=2,4,6)を乗じて濃度経時変化を補正したＣ´i＝Ｃi・Ｒiを求める。
【００５２】
算出ステップ（４）
ＣＰＣ９の補正後の各測定値から各粒径範囲の粒子個数濃度Ｃ´2、Ｃ´4−Ｃ´2（Ｃ´4とＣ´2の差を表す。以下も同様）、Ｃ´6−Ｃ´4、Ｃt-ave−Ｃ6´を得る。ここで、Ｃ´2は、粒径範囲がＣＰＣ９の検出下限〜５０ｎｍにおける粒子個数濃度であり、Ｃ´4−Ｃ´2は、粒径範囲が５０〜７５ｎｍにおける粒子個数濃度であり、Ｃ´6−Ｃ´4は、粒径範囲が７５〜１００ｎｍにおける粒子個数濃度であり、Ｃt-ave−Ｃ´6は、粒径が１００ｎｍ以上の粒子個数濃度である。
【００５３】
以上の実施形態の装置２０を用いたモニタリングにおいては慣性フィルタ３〜５、及びフィルタ６を用いたので、コンピュータ１０は、ＣＰＣ９それ自体の測定データからは粒径情報が得られなくても、慣性フィルタ３〜５、およびフィルタ６が流路切替器８により流路を切替えられるタイミングと、ＣＰＣ９からの測定データが出力されるタイミングとの情報から、粒径情報と、粒子数情報とを関連付けすることができ、これにより、１００ｎｍ程度以下の浮遊微粒子であるナノ粒子の気中個数濃度を、その粒子性状を変化させることなく、或る程度の粒径情報を持って、短時間で簡便に測定できるようになると共に、従来のように高価なＣＰＣ９を複数台ではなく、１台だけ使用することにより、従来よりも装置を安価に提供することができる。
【００５４】
（他の実施形態）
次に、図４および図５を参照して他の実施形態の装置を説明する。図４は、この実施形態の装置２１のブロック構成であり、図５はこの装置２１による浮遊微粒子のモニタリングのための測定シーケンス図である。この実施形態では、前述した実施形態の装置２０のＣＰＣ９に加えて、光散乱式粒子計数器（ＯＰＣ）２７を使用している。ＯＰＣ２７は、配管２６を介してマニホールド２に接続されていると共に、通信ケーブル２８を介してコンピュータ１０に接続されており、通信ケーブル２８を介してコンピュータ１０に測定データを出力する。
【００５５】
なお、ＯＰＣ２７としては、例えばＴＳＩ社製がある。
【００５６】
図５を参照して、ＣＰＣ９とＯＰＣ２７とを用いた実施形態の装置２１による浮遊微粒子の測定を説明する。測定シーケンスは、手順１〜８からなり、１サイクルの測定時間は、６０秒である。手順１，３，５，７は、配管２３やＣＰＣ９の内部経路に残留する前手順の試料を本手順で導入された試料へ置換するためのアイドル手順であり、測定を開始できる環境にするまでの待ち時間といえる。手順２，４，６，８は上記アイドル手順に続いて行われる１０秒周期の測定手順である。手順２は測定１回目、手順４は測定２回目、手順６は測定３回目、手順８は測定４回目となる。これらの測定を行うためのＣＰＣ９とＯＰＣ２７の測定はコンピュータ１０により同期がとられている。
【００５７】
最初、手順１で、内部経路の試料置換のため５秒間、ＯＰＣ２７とＣＰＣ９がアイドリングされる。同時に、流路切替器８による流路切替先が慣性フィルタ３とされ試料はＣＰＣ９に導入されるが、ＣＰＣ９による粒子数測定は行われない。
【００５８】
手順２で、測定１回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先は慣性フィルタ３を保持したまま、この慣性フィルタ３により粒径５０ｎｍ以下の浮遊微粒子が分級されてＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ１）。同じタイミングで、１０秒間、ＯＰＣ１０により測定１回目として浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｏ１）。
【００５９】
手順３で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、ＯＰＣ２７とＣＰＣ９がアイドリングされる。同時に、流路切替器８による流路切替先が慣性フィルタ４とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００６０】
手順４で、測定２回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先は慣性フィルタ４を保持したまま、この慣性フィルタ４により粒径７５ｎｍ以下の浮遊微粒子が分級され、ＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ２）。同じタイミングで、１０秒間、ＯＰＣ１０により測定２回目として浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｏ２）。
【００６１】
手順５で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、ＯＰＣ２７とＣＰＣ９がアイドリングされる。同時に、流路切替器８による流路切替先が慣性フィルタ５とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００６２】
手順６で、測定３回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先は慣性フィルタ５を保持したまま、この慣性フィルタ５により粒径１００ｎｍ以下の浮遊微粒子が分級され、ＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ３）。同じタイミングで、１０秒間、ＯＰＣ１０により測定３回目として浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｏ３）。
【００６３】
手順７で、手順１と同様に、試料置換のため５秒間、ＯＰＣ２７とＣＰＣ９がアイドリングされる。同時に、流路切替器８による流路切替先がフィルタ６とされ、ＣＰＣ９がアイドリングされる。
【００６４】
手順８で、測定４回目として、１０秒間、流路切替器８による流路切替先はフィルタ６を保持したまま、このフィルタ６により総浮遊微粒子がＣＰＣ９に取り込まれ、取り込まれた浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｃ４）。同じタイミングで、１０秒間、ＯＰＣ２７により測定４回目として浮遊微粒子の個数が計数される（測定値記号Ｏ４）。
【００６５】
こうした測定シーケンスの１サイクルの完了後に、コンピュータ１０はＣＰＣ９、ＯＰＣ２７の計数データから粒子個数濃度を以下の算出ステップにより算出する。
【００６６】
算出ステップ（５）
ＯＰＣ２７の前記測定１回目から４回目までの測定値をＯ1〜Ｏ4とし、それら４回分の測定値Ｏ1〜Ｏ4の平均値をＯaveとし、測定平均値Ｏaveに対する各測定値Ｏ1〜Ｏ4の割合をＲ1〜Ｒ4とし、その割合Ｒ1〜Ｒ4、つまり総粒子個数濃度（単位体積当たりの総粒子個数）の変動を見る。測定平均値Ｏave＝（Ｏ1＋Ｏ2＋Ｏ3＋Ｏ4）／４であり、割合Ｒ1＝Ｏ1／Ｏaveであり、割合Ｒ2＝Ｏ2／Ｏaveであり、割合Ｒ3＝Ｏ3／Ｏaveであり、割合Ｒ4＝Ｏ4／Ｏaveである。
【００６７】
ここで、Ｏ1〜Ｏ4は、各手順２，４，６，８それぞれの測定時間におけるＯＰＣ２７により測定された浮遊微粒子の総個数である。
【００６８】
算出ステップ（６）
ＣＰＣ９の前記測定１回目から４回目までの測定値である粒子個数濃度をＣ1〜Ｃ4とし、それぞれＣ1〜Ｃ4に対応する前記Ｒ1〜Ｒ4を乗じて濃度経時変化を補正した値をそれぞれＣ´1〜Ｃ´4とする。ここで、ＣＰＣ９は、浮遊微粒子の個数を測定できるが、浮遊微粒子のモニタリングに必要な浮遊微粒子の粒径情報が得られないが、慣性フィルタ３〜５、及びフィルタ６を流路切替器８で切り替えているので、測定値Ｃ1については慣性フィルタ３によるものであるから、総粒子のうち粒径５０ｎｍ以下の粒子数である。また、測定値Ｃ2は慣性フィルタ４によるものであるから、総粒子のうち粒径７５ｎｍ以下の粒子数である。測定値Ｃ3は慣性フィルタ５によるものであるから、総粒子のうち粒径１００ｎｍ以下の粒子数である。測定値Ｃ4はフィルタ６によるものであるから、総粒子数である。
【００６９】
したがって、ＣＰＣ９それ自体では浮遊微粒子の粒径情報が得られなくても、流路切替器８により流路切替を行なって慣性フィルタ３〜５、及びフィルタ６それぞれで粒径情報を得ることができる。ここで、コンピュータ１０は、流路切替器８を制御しているので、前記測定１回目から４回目までの測定値Ｃ1〜Ｃ4から粒径情報を得ることができる。
【００７０】
算出ステップ（７）
次に、ＣＰＣ９の補正後の各測定値Ｃ´1〜Ｃ´4から各粒径範囲の粒子個数濃度Ｃ´1、Ｃ´2−Ｃ´1（Ｃ´2とＣ´1の差を表す。以下も同様）、Ｃ´3−Ｃ´2、Ｃ´4−Ｃ´3を得る。ここで、Ｃ´1は、粒径範囲がＣＰＣ９の検出下限〜５０ｎｍにおける粒子個数濃度であり、Ｃ´2−Ｃ´1は、粒径範囲が５０〜７５ｎｍにおける粒子個数濃度であり、Ｃ´3−Ｃ´2は、粒径範囲が７５〜１００ｎｍにおける粒子個数濃度であり、Ｃ´4−Ｃ´3は、粒径が１００ｎｍ以上の粒子個数濃度である。
【００７１】
以上の実施形態の装置２１を用いたモニタリングにおいては、装置２０と同様に、慣性フィルタ３〜５、及びフィルタ６を用いたので、コンピュータ１０は、ＣＰＣ９それ自体の測定データからは粒径情報が得られなくても、慣性フィルタ３〜５、及びフィルタ６が流路切替器８により流路切替されるタイミングと、ＣＰＣ９からの測定データが出力されるタイミングとの情報から、粒径情報と、粒子数情報とを関連付けすることができる。そして、この装置２１では、ＯＰＣ２７の測定データを用いるので、装置２０よりも測定シーケンスが簡略化される。
【００７２】
なお、実施形態で使用する慣性フィルタについて、以下に説明する。まずは、一般的な繊維層を使ったフィルタ（以下、繊維層フィルタという）で、エアロゾルを捕集する際の機構を図７を使って説明する。この図は、一般の繊維層フィルタによる粒子捕集機構を概念的に示している。矢印は気流の方向を示す。図の中央には、繊維層フィルタを構成する非圧縮性繊維の断面が表示されており、その周囲を多種の粒径を持つエアロゾル粒子が流れている。一般的な繊維層フィルタによるエアロゾル粒子の捕集では、図に示すように拡散、慣性、さえぎりが捕集機構として作用し、それぞれの捕集効率は粒子径およびろ過速度に依存する。慣性は粒子径が大きくてろ過速度が大きいほど支配的な捕集機構となり、慣性捕集の尺度は次式(1)で定義されるストークス（Stokes）数である。一方、ブラウン拡散は粒子径が小さく、ろ過速度が遅いほど支配的な捕集機構となり、拡散捕集の尺度は次式(2)で定義されるペクレ（Peclet）数である。ストークス数が大きいほど慣性が支配的な捕集機構となり、ペクレ数が小さいほどブラウン拡散が支配的な捕集機構となる。この概念図から、“篩（ふるい）”とは異なる機構で粒子が捕集されていることが概念的に理解される。
【００７３】
【数１】
2012255743.tif 000003
【００７４】
【数２】
2012255743.tif 000004
【００７５】
Cc : カニンガムのすべり補正定数
dp : 粒子径（空気動力学径）
df : 捕集繊維の繊維径
D : 粒子の拡散係数
ρp : 粒子の密度
u0 : ろ過速度
μ : 流体の粘度
一般の微粒子フィルタの捕集効率を粒子径に対してプロットすると、図６中の(a)に示すように下に凸の曲線となり、最大透過粒子径と呼ばれる最も捕集されにくい（捕集効率が低い）粒子径が存在する。この最大透過粒子径を境に、それより大きい粒子径では、慣性捕集が支配的な捕集機構となって、粒子径が大きくなるにつれ捕集効率が高くなる。一方、最大透過粒子径より小さい粒子径では、拡散捕集が支配的な捕集機構となって粒子径が小さくなるにつれ捕集効率が高くなる。ここで、ろ過速度u0を大きくしていくと、式(1)、(2)で定義されるストークス数、ペクレ数はともに大きくなり、小さな粒子に対しても慣性捕集が促進され、拡散捕集は抑制される。すると、前記（ａ）で描かれていた捕集効率を示すカーブは、ろ過速度の増加に伴い、点線で示すカーブになり、さらにろ過速度を大きくすると、ついには図６中の(b)に示すように、粒子径の大きなところでは捕集効率が急激に高くなり、また粒子径の小さなところでは急激に低くなるカーブを描くことになる。この、ろ過速度を増加させることで、慣性捕集を促進し、拡散捕集を抑制した状態でエアロゾルをろ過するフィルタを慣性フィルタと呼び、理想的にはグラフ（ｂ）で示される捕集効率を示すフィルタである。ただし、粒子径がサブミクロンより大きくなると、粒子の運動エネルギーが大きくなる為、粒子が捕集繊維に慣性衝突しても跳ね返りが起こって捕集されにくくなる。
【００７６】
以上から慣性フィルタは、高速でエアロゾルをろ過することにより、サブミクロン以下の微粒子の慣性捕集の促進と拡散捕集の抑制を同時に実現し、ある粒子径以上の粒子はほぼ完全に捕集し、それ以下の粒子はほぼ完全に透過させることができるローパスフィルタであり、ナノ粒子を対象とした分級器（ナノ粒子分級器）に成り得ると言える。また、慣性フィルタは図９に示すように、ろ過速度u0が大きくなる程、より小さな粒径の粒子を捕集する特徴を有する。
【００７７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した慣性フィルタの構成例では、図２（ａ）の慣性フィルタの貫通孔、図２（ｂ）の慣性フィルタの粒子分級用シートに比較的高速（数十m/sec）で気流を通過させることで、ナノ粒子を慣性分級することができる。
【００７８】
図８に示す写真は、図２（ｂ）の慣性フィルタの粒子分級用シートのメッシュ状ろ材表面に粒子が捕集されて堆積している状態を示している。この写真で示す慣性フィルタの粒子分級用シートのメッシュ仕様は、繊維径１０μｍ、ピッチ８３μｍ、目開き７３μｍである。この写真から、メッシュ目開きよりも粒径が小さい微粒子がメッシュ状ろ材表面で捕集されて堆積しており、図６及び図７の概念と一致していることが判る。
【符号の説明】
【００７９】
２０，２１  装置
１  サンプリングプローブー
２  マニホールド
３−６  慣性フィルタ
７  パージフィルタ
８  流路切替器
９  凝縮式粒子計数器（ＣＰＣ）
１０  コンピュータ
２７  光散乱式粒子計数器（ＯＰＣ）
【図１】
2012255743.tif 000005
【図２】
2012255743.tif 000006
【図３】
2012255743.tif 000007
【図４】
2012255743.tif 000008
【図５】
2012255743.tif 000009
【図６】
2012255743.tif 000010
【図７】
2012255743.tif 000011
【図９】
2012255743.tif 000012
【図８】
2012255743.tif 000013