(57)【要約】【課題】効率良く粒子を捕集すると共に、捕集部材の耐久性を向上させる。【解決手段】生物由来の粒子を検出する粒子検出装置１において、粒子を帯電させる電極の形状がグリッド状であり、板状の捕集基板１１とグリッド電極１２とが、互いに略平行に対向して配置される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を捕集部材に捕集する捕集部と、上記捕集部材に捕集された粒子に向けて励起光を照射すると共に、当該粒子から発せられる蛍光を受光する蛍光検出部とを備えた生物由来の粒子を検出する粒子検出装置であって、
上記捕集部は、上記粒子を帯電させる電極であって、グリッド状の形状であるグリッド電極を有し、
上記捕集部材は板状の形状であり、
上記捕集部材および上記グリッド電極は、互いに略平行に対向して配置されることを特徴とする粒子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物由来の粒子を検出する粒子検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気中に含まれる粒子を捕集するために、静電力を利用するものが知られている。例えば、特許文献１には、捕集部材に対向して配置されるニードル状の形状の電極によって、粒子を帯電させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５８１０５号公報（２００９年１１月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来技術では、電極から離れた位置の粒子の帯電量が少なくなり、効率的に捕集部材上に捕集することができないという問題がある。また、ニードル状電極の先端と捕集部材との間で放電が生じた場合、捕集部材上の１箇所（電極と最も接近している箇所）のみが集中的に損傷し、頻繁に捕集部材を交換する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率良く粒子を捕集すると共に、捕集部材の耐久性を向上させる粒子検出装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る粒子検出装置は、上記課題を解決するために、粒子を捕集部材に捕集する捕集部と、上記捕集部材に捕集された粒子に向けて励起光を照射すると共に、当該粒子から発せられる蛍光を受光する蛍光検出部とを備えた生物由来の粒子を検出する粒子検出装置であって、上記捕集部は、上記粒子を帯電させる電極であって、グリッド状の形状であるグリッド電極を有し、上記捕集部材は板状の形状であり、上記捕集部材および上記グリッド電極は、互いに略平行に対向して配置されることを特徴としている。
【０００７】
上記の構成によれば、グリッド状の形状であるグリッド電極によって粒子を帯電させるため、ニードル状の電極に比べて、捕集部材に捕集するために十分な静電力を広範囲の粒子に対して帯電することができる。そのため、粒子検出装置内に導入された空気に含まれる粒子を効率的に捕集部材上に捕集することができる。
【０００８】
また、グリッド状の形状であるグリッド電極と、板状の形状である捕集部材が略平行に配置されているため、グリッド電極と捕集部材との間に放電が生じた場合であっても、その発生箇所が特定の箇所に集中する可能性が低い。そのため、ニードル状の電極を使用する場合に比べて、捕集部材の耐久性を向上させることができる。
【０００９】
従って、より効率的な粒子の捕集を可能にすると共に、低コストで粒子検出処理を実行することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明に係る粒子検出装置において、上記捕集部は、上記粒子を帯電させる電極であって、グリッド状の形状であるグリッド電極を有し、上記捕集部材は板状の形状であり、上記捕集部材および上記グリッド電極は、互いに略平行に対向して配置される。
【００１１】
従って、より効率的な粒子の捕集を可能にすると共に、低コストで粒子検出処理を実行することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】加熱前後における生物由来の粒子の蛍光強度の変化と、加熱前後における粉塵の蛍光強度の変化とを示すグラフである。
【図２】生物由来の粒子を検出する捕集工程を示す図である。
【図３】生物由来の粒子を検出する蛍光測定工程（加熱前）を示す図である。
【図４】生物由来の粒子を検出する加熱工程を示す図である。
【図５】生物由来の粒子を検出する蛍光測定工程（加熱後）を示す図である。
【図６】生物由来の粒子を検出するリフレッシュ工程を示す図である。
【図７】加熱前後の蛍光強度の増大量ΔＦと、生物由来の粒子濃度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態を示すものであり、粒子検出装置の要部構成を示す図である。
【図９】上記粒子検出装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について図１から図９に基づいて説明すると以下の通りである。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１４】
［生物由来の粒子の検出原理について］
本実施の形態における粒子検出装置は、花粉や微生物、カビといった生物由来の粒子を検出するための装置である。最初に、本実施の形態における粒子検出装置を用いて生物由来の粒子を検出する原理について説明する。
【００１５】
図１は、加熱前後における生物由来の粒子の蛍光強度の変化（図１（ａ））と、加熱前後における粉塵の蛍光強度の変化（図１（ｂ））とを示すグラフである。
【００１６】
空気中に浮遊する生物由来の粒子に紫外光または青色光を照射すると、生物由来の粒子は蛍光を発する。しかしながら、空気中には化学繊維の埃など（以下、粉塵ともいう）の、同様に蛍光を発する粒子が浮遊しており、蛍光を検出するのみでは、生物由来の粒子からのものであるのか粉塵からのものであるのかが区別されない。
【００１７】
一方、図１中に示すように、生物由来の粒子および粉塵に対してそれぞれ加熱処理を施し、加熱前後における蛍光強度（蛍光量）の変化を測定すると、粉塵から発せられる蛍光強度が加熱処理によって変化しないのに対して、生物由来の粒子から発せられる蛍光強度は、加熱処理によって増加する。本実施の形態における粒子検出装置では、生物由来の粒子と粉塵とが混合する粒子に対して、加熱前後の蛍光強度を測定し、その差分を求めることにより、生物由来の粒子の量を特定する。
【００１８】
図２から図６は、生物由来の粒子を検出する工程を示す図である。図２を参照して、まず、粒子を捕集基板１１に捕集する（捕集工程）。
【００１９】
本工程では、捕集基板１１をグリッド電極１２に対向配置するとともに、捕集基板１１およびグリッド電極１２間に電位差を生じさせる。ファン１７の駆動により、空気を捕集基板１１に向けて導入すると、空気中に浮遊する粒子４０は、グリッド電極１２の周囲にて帯電される。帯電された粒子４０は、静電気力によって捕集基板１１の表面に吸着される。捕集基板１１に捕集された粒子４０には、生物由来の粒子４０Ａと、化学繊維の埃などの粉塵４０Ｂとが含まれる。なお、グリッド電極１２について詳細は後述する。
【００２０】
図３を参照して、次に、加熱前の粒子４０から発せられる蛍光の強度を測定する（蛍光測定工程（加熱前））。本工程では、まず、移動機構（不図示）により捕集基板１１を検出位置に移動させる。そして、半導体レーザなどの発光素子２１から捕集基板１１に捕集された粒子４０に向けて励起光を照射するとともに、粒子４０から発せられた蛍光をフレネルレンズ２５を通じて受光素子２４にて受光する。
【００２１】
図４を参照して、次に、移動機構により捕集基板１１の位置を捕集工程における位置に戻す（以下、この位置を捕集・加熱位置と称する）。そして、ヒータ１９を用いて、捕集基板１１に捕集された粒子４０を加熱する。加熱後、捕集基板１１を冷却する（加熱工程）。
【００２２】
図５を参照して、次に、再度、捕集基板１１を検出位置に移動させ、加熱後の粒子４０から発せられる蛍光の強度を測定する（蛍光測定工程（加熱後））。既に説明したように、粉塵４０Ｂから発せられる蛍光強度が加熱処理によって変化しないのに対して、生物由来の粒子４０Ａから発せられる蛍光強度は、加熱処理によって増加する。このため、本工程では、図３中の蛍光測定工程（加熱前）で測定された蛍光強度よりも大きい値の蛍光強度が測定される。
【００２３】
図７は、加熱前後の蛍光強度の増大量ΔＦと、生物由来の粒子濃度との関係を示すグラフである。図７を参照して、加熱前の蛍光強度と加熱後の蛍光強度との差から、蛍光強度の増大量ΔＦ１を算出する。予め用意した蛍光強度の増大量ΔＦと生物由来の粒子濃度Ｎとの関係に基づき、算出された増大量ΔＦ１に対応する生物由来の粒子濃度Ｎ１を特定する。なお、増大量△Ｆと生物由来の粒子濃度Ｎとの対応関係は、予め実験的に決められる。
【００２４】
図６を参照して、次に、再度、捕集基板１１を捕集・加熱位置に移動させ、生物由来の粒子の検出を終えた粒子４０をブラシ（不図示）等を用いて捕集基板１１から除去する（リフレッシュ工程）。なお、リフレッシュ工程は、捕集・加熱位置で実施するのではなく、捕集・加熱位置および検出位置とは異なる第３の位置で実施してもよい。
【００２５】
［粒子検出装置の構成について］
次に、本実施形態に係る粒子検出装置の構成について図８に基づいて説明する。図８は、本実施形態に係る粒子検出装置１の要部構成を示す図である。
【００２６】
図８に示すように、粒子検出装置１は、捕集基板（捕集部材）１１、捕集部１４、ファン１７、捕集筒１８、ヒータ１９および蛍光検出部２７を備える。粒子検出装置１は、上記の移動機構、上記のブラシ等の清掃部および筐体等の部材を備えていてもよいが、発明の特徴点とは関係がないため当該部材を図示していない。
【００２７】
なお、本実施の形態における粒子検出装置１は、生物由来の粒子を検出するための装置単体として用いられてもよいし、空気清浄機やエアーコンディショナ、加湿器、除湿機、掃除機、冷蔵庫、テレビなどの家電製品に組み込まれてもよい。
【００２８】
捕集基板１１は、生物由来の粒子と化学繊維の埃などの粉塵とが混合した粒子が捕集される捕集部材として設けられている。捕集基板１１は、板状の形状であって、後述するグリッド電極１２と対向して、グリッド電極１２と略平行に配置される。捕集基板１１の大きさは１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。ただし、捕集基板１１の大きさはこれに限るものではなく、適宜設計すればよい。
【００２９】
捕集基板１１は、ガラス板から形成されている。粒子を吸着するガラス板の表面には、導電性の透明被膜が形成されている。捕集基板１１は、ガラス板に限定されず、セラミックもしくは金属などから形成されてもよい。被膜は、透明被膜に限定されず、たとえば、セラミック等から形成された捕集基板１１の表面に、金属被膜が形成されてもよい。また、捕集基板１１が金属から形成される場合、その表面に被膜を形成する必要はない。
【００３０】
また、捕集基板１１は、不図示の移動機構により、捕集・加熱位置と検出位置との間を移動させられる。
【００３１】
捕集部１４は、図２を参照して説明した捕集工程を実行し、空気中に含まれる粒子を捕集基板１１に捕集する。捕集部１４は、電源部としての高圧電源１３と、放電電極としてのグリッド電極１２とを有する。
【００３２】
グリッド電極１２は、グリッド状（格子状）の形状の電極である。グリッド電極１２は、捕集筒１８内であって、捕集基板１１と対向して、捕集基板１１と略平行に配置される。グリッド電極１２は、例えば、ニッケル基の超合金から形成される。より具体的には、グリッド電極１２は、例えば、インコネル（登録商標）から形成される。ただし、グリッド電極１２の材料はこれに限るものではない。
【００３３】
また、グリッド電極１２のサイズは、捕集基板１１以上のサイズであれば良い。すなわち、本実施形態においては、グリッド電極１２の大きさは、１０ｍｍ×１０ｍｍ以上であればよい。
【００３４】
高圧電源１３は、捕集基板１１とグリッド電極１２との間に電位差を生じさせるための電源部として設けられている。例えば、高圧電源１３は、電圧が５ｋＶで電流量が１ｎＡ程度のパルス電力を供給する。高圧電源１３の一端は、配線１５によってグリッド電極１２と接続しており、他端は、配線１６によって捕集基板１１と電気的に接続している。
【００３５】
なお、グリッド電極１２が高圧電源１３の正極に電気的に接続されている場合に、捕集基板１１に形成された被膜が接地電位に接続されてもよいし、グリッド電極１２が高圧電源１３の負極に電気的に接続され、捕集基板１１に形成された被膜が高圧電源１３の正極に電気的に接続されてもよい。
【００３６】
また、上述のように、捕集基板１１は捕集・加熱位置と検出位置とを移動するが、配線１６にフレキシブル配線等を用いて、捕集基板１１が検出位置であっても、高圧電源１３と配線１６で接続されているものとする。
【００３７】
配線１５は、高圧電源１３から延出し、捕集筒１８を貫通して捕集筒１８の内部に達し、グリッド電極１２に接続される。捕集工程時、図８に示すように、捕集基板１１は、グリッド電極１２と対向して配置される。本実施の形態では、グリッド電極１２が、高圧電源１３の正極に電気的に接続されているものとする。捕集基板１１に形成された被膜は、高圧電源１３の負極に電気的に接続されているものとする。
【００３８】
捕集工程時、ファン１７が正転方向に駆動されると、粒子検出装置１内部の空気が排気されると同時に、粒子検出装置１の外部の空気が捕集筒１８を通って捕集基板１１に向けて導入される。この際、高圧電源１３によってグリッド電極１２と捕集基板１１との間に電位差を発生させると、空気中の粒子は、グリッド電極１２の周囲で正極に帯電される。正極に帯電された粒子が、静電気力によって捕集基板１１に移動し、導電性の被膜に吸着されることによって、捕集基板１１に捕集される。
【００３９】
このように本実施の形態における粒子検出装置１においては、静電気力を利用した静電捕集により、粒子を捕集基板１１に捕集する。この場合、粒子の検出時に粒子を確実に捕集基板１１に保持するとともに、粒子の検出後には粒子を容易に捕集基板１１から除去することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、放電電極としてグリッド状の電極であるグリッド電極１２を用いているため、捕集筒１８内の場所に依らず比較的均一に帯電を行うことができる。よって、捕集筒１８を通過する空気に含まれる粒子を多量にかつ確実に捕集基板１１上に捕集することができる。さらに、グリッド電極１２と捕集基板１１との間で放電が生じた場合であっても、１箇所に集中して放電が生じる可能性が低い。そのため、粒子検出装置１では、ニードル状の電極を使用する粒子検出装置に比べて、捕集基板へのダメージを小さくすることができる。よって、相対的に捕集基板の耐久性が向上するため、粒子検出処理にかかる費用を抑えることができる。
【００４１】
ファン１７は、粒子検出装置１の外部から粒子検出装置１の内部に空気を導入したり、粒子検出装置１の内部から粒子検出装置１の外部へ空気を排出するものである。ファン１７は、正転方向および反転方向に回転駆動可能である。ファン１７が正転方向に駆動されることにより、粒子検出装置１の内部の空気がファン１７を通じて粒子検出装置１の外部に排出される。ファン１７が反転方向に駆動されることにより、粒子検出装置１の外部の空気がファン１７を通じて粒子検出装置１の内部に導入される。
【００４２】
ファン１７は、捕集工程と、加熱工程時の冷却と、リフレッシュ工程とで兼用して用いられる。これにより、粒子検出装置１の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００４３】
捕集筒１８は、グリッド電極１２と対向して位置決めされた捕集基板１１に向けて、粒子を含む空気を案内する。捕集筒１８は、円筒状であり、グリッド電極１２を取り囲むように設けられている。
【００４４】
ヒータ１９は、図４を参照して説明した加熱工程を実行し、捕集基板１１に捕集された粒子を加熱する。ヒータ１９は、捕集基板１１の裏面に接着されている。ヒータ１９は、捕集基板１１と共に、不図示の移動機構により、捕集・加熱位置と検出位置との間を移動させられる。なお、ヒータ１９によって加熱された捕集基板１１は、ファン１７によって捕集筒１８内に導入された空気により冷却される。
【００４５】
蛍光検出部２７は、図３および図５を参照して説明した蛍光測定工程（加熱前，加熱後）を実行するものであって、捕集基板１１上に捕集された粒子に向けて励起光を照射し、その粒子から発せられる蛍光を受光するものである。蛍光検出部２７は、励起光源部２３および受光部２６から構成されている。励起光源部２３は、捕集基板１１に捕集された粒子に向けて励起光を照射する。受光部２６は、励起光の照射に伴って粒子から発せられる蛍光を受光する。
【００４６】
励起光源部２３は、光源としての発光素子２１および集光レンズ２２を有する。発光素子２１としては、半導体レーザまたはＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子などが用いられる。発光素子２１から発せられる光は、生物由来の粒子を励起して蛍光を発せさせるものであれば、紫外または可視いずれの領域の波長を有してもよい。
【００４７】
受光部２６は、受光素子２４およびフレネルレンズ２５を有する。受光素子２４としては、フォトダイオードまたはイメージセンサなどが用いられる。
【００４８】
［粒子検出装置の動作について］
続いて、本実施形態に係る粒子検出装置１の動作について図９に基づいて説明する。図９は、本実施形態に係る粒子検出装置１の動作の流れを示すフローチャートである。
【００４９】
図９に示すように、まず、捕集基板１１を捕集・加熱位置に移動させて、捕集工程を実施する（Ｓ１０１）。この際、ファン１７を正転方向に駆動させることによって、捕集筒１８内部に空気を導入するとともに、高圧電源１３によってグリッド電極１２と捕集基板１１との間に電位差を発生させ、空気中の粒子を捕集基板１１の表面に捕集する。
【００５０】
次に、捕集基板１１を捕集・加熱位置から検出位置に移動させる（Ｓ１０２）。検出位置に移動後、励起光源部２３によって、捕集基板１１に捕集された粒子に向けて励起光を照射するとともに、受光部２６によって、励起光の照射に伴って粒子から発せられる蛍光を受光する。これにより、捕集基板１１に捕集された粒子の加熱前の蛍光強度を測定する（Ｓ１０３）。
【００５１】
次に、捕集基板１１を検出位置から捕集・加熱位置に移動させる（Ｓ１０４）。捕集・加熱位置に移動後、ヒータ１９に通電することによって、捕集基板１１に捕集された粒子を加熱する（Ｓ１０５）。次に、ヒータ１９への通電を停止して、捕集基板１１を冷却する（Ｓ１０６）。この際、ファン１７を反転方向に駆動させることによって、空気を捕集筒１８内部に導入し、捕集基板１１の冷却を促進させる。
【００５２】
次に、捕集基板１１を捕集・加熱位置から検出位置に移動させる（Ｓ１０７）。検出位置に移動後、励起光源部２３によって、捕集基板１１に捕集された粒子に向けて励起光を照射するとともに、受光部２６によって、励起光の照射に伴って粒子から発せられる蛍光を受光する。これにより、捕集基板１１に捕集された粒子の加熱後の蛍光強度を測定する（Ｓ１０８）。
【００５３】
次に、捕集基板１１を検出位置から捕集・加熱位置に移動させる。捕集・加熱位置に移動後、捕集基板１１の表面をブラシ等で掃くことにより、捕集基板１１から粒子を除去する（Ｓ１０９）。
【００５４】
リフレッシュ工程時、ファン１７を正転方向に駆動させることによって、捕集基板１１から除去されて空気中を飛散する粒子を捕集筒１８の外部に排出する。なお、ファン１７の前面側（捕集筒１８内部側）にフィルタを設置し、除去された粒子を回収してもよい。
【００５５】
以上のＳ１０１〜Ｓ１０９の工程を繰り返すことによって、生物由来の粒子の検出を連続的に実施する。
【００５６】
［補足］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、主に、花粉や微生物、カビといった生物由来の粒子を検出する装置として利用される。
【符号の説明】
【００５８】
１    粒子検出装置
１１    捕集基板（捕集部材）
１２    グリッド電極
１３    高圧電源
１４    捕集部
１５    配線
１６    配線
１７    ファン
１８    捕集筒
１９    ヒータ
２１    発光素子
２２    集光レンズ
２３    励起光源部
２４    受光素子
２５    フレネルレンズ
２６    受光部
２７    蛍光検出部
４０    粒子
【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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【図６】
2013130435.tif 000008
【図７】
2013130435.tif 000009
【図８】
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【図９】
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