(57)【要約】【課題】気体に含まれるイオンの濃度の検出精度を向上させることが可能なイオン検出器を提供する。【解決手段】このイオン検出器１は、内側電極２と、内側電極２の直径Ｄ１よりも大きい内径Ｄ２を有する円筒状の外側電極３と、内側電極２および外側電極３の間に電圧を印加するＤＣ電源５と、イオン電流またはイオン濃度を検出する電流計６および処理・表示装置７と、を備える。外側電極３の内側に流入する気体に含まれる一極性のイオンの内側電極２への衝突が回避されるように、内側電極２が形成されている。【選択図】図１
2013015482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状の内側電極と、
前記内側電極の直径よりも大きい内径を有する円筒状の外側電極と、
前記内側電極および前記外側電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、
イオンを含む気体が前記内側電極および前記外側電極の間を通過することにより、イオン電流またはイオン濃度を検出する検出部と、
を備え、
前記外側電極の内側に流入する前記気体に含まれる一極性のイオンの前記内側電極への衝突が回避されるように、前記内側電極が形成されていることを特徴とするイオン検出器。
【請求項２】
前記気体の流入側に位置する前記内側電極の部分の直径をＤ１［ｍｍ］とし、前記内側電極および前記外側電極の間を通過する前記気体の風速をｖ［ｍ／ｓ］とした場合、前記内側電極は以下の式（１）を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出器。
Ｄ１［ｍｍ］＜−４．５８×Ｌｏｇｅ（ｖ［ｍ／ｓ］）＋１９・・・（１）
【請求項３】
前記内側電極は異なる直径を有する複数の円筒をその軸方向に連結した形状に形成されており、
前記気体の流入側に位置する前記内側電極の部分の直径は、前記気体の流出側に位置する前記内側電極の部分の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のイオン検出器。
【請求項４】
前記内側電極は中空形状に形成されており、
前記内側電極の内面のうちの少なくとも前記気体の流入側の端部は、誘電体で覆われていることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出器。
【請求項５】
前記気体の流入側に位置する前記内側電極の端面を覆うように、誘電体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出器。
【請求項６】
前記内側電極および前記外側電極の一方はＧＮＤ電位を有し、
前記気体の流入側に位置する前記内側電極の端面は、前記気体の流入側に位置する前記外側電極の端面よりも前記気体の流出側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出器。
【請求項７】
前記気体の流入側に位置する前記内側電極の端面は、前記気体の流入側に位置する前記外側電極の端面から２５ｍｍ以上前記気体の流出側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のイオン検出器。
【請求項８】
前記外側電極はＧＮＤ電位を有し、
前記内側電極はＧＮＤ電位とは異なる電位を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のイオン検出器。
【請求項９】
略円筒状の内側電極と、
前記内側電極の直径よりも大きい内径を有する円筒状の外側電極と、
前記内側電極および前記外側電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、
イオンを含む気体が前記内側電極および前記外側電極の間を通過することにより、イオン電流またはイオン濃度を検出する検出部と、
を備え、
前記内側電極は複数の電極部に分割されており、
前記複数の電極部は互いに電気的に絶縁されていることを特徴とするイオン検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン検出器に関し、特に、気体に含まれるイオンの濃度を検出するためのイオン検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気（気体）に含まれるイオンの濃度を測定する方法として、例えばゲルディエン法が知られている。具体的には、ゲルディエン法を用いたイオン検出器は、円筒状の内側電極と、内側電極の外周を覆う円筒状の外側電極とを備えている。内側電極が接地され、外側電極に所定の電圧が印加されることにより、内側電極と外側電極との間に電界が形成される。この状態で内側電極と外側電極との間に空気を通過させると、空気に含まれる一極性のイオンは外側電極に引き寄せられ、他極性のイオンは内側電極に引き寄せられる。内側電極にイオンが引き寄せられ捕捉されると、内側電極とＧＮＤとの間にイオン電流が流れる。このイオン電流を測定することにより、空気に含まれる他極性のイオンの濃度が算出される。
【０００３】
本明細書および特許請求の範囲において、一極性とはプラスおよびマイナスのうちの一方の極性のことをいい、他極性とは他方の極性のことをいう。
【０００４】
なお、ゲルディエン法を用いたイオン検出器は、例えば特許文献１および２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００８３７号公報
【特許文献２】特開２００８−１０２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本願発明者がゲルディエン法を用いたイオン発生器について種々検討した結果、以下の問題点が存在することを見出した。具体的には、プラスイオンおよびマイナスイオンの両方が含まれる気体のイオン電流を測定すると、例えばマイナスイオンによるイオン電流のみを測定したい場合であってもプラスイオンによるイオン電流も検出されてしまうことを見出した。すなわち、イオン検出器で出力される値は、マイナスイオンによるイオン電流値とプラスイオンによるイオン電流値との和（マイナスイオン量とプラスイオン量との差分値）であり、マイナスイオンの濃度を正確に測定できないという問題点が存在することを見出した。
【０００７】
以下、この問題点を見出すに至った実験について簡単に説明する。１９ｍｍの直径を有する内側電極と５２ｍｍの内径を有する外側電極との間にイオンを含む気体を通過させて、内側電極とＧＮＤとの間に流れるイオン電流を測定した。気体に含まれるイオンがプラスイオンのみである場合、マイナスイオンのみである場合、プラスイオンおよびマイナスイオンの両方である場合について、外側電極に約−９０Ｖ〜９０Ｖの電圧を印加して測定を行った。なお、気体の風速は約４ｍ／ｓにした。その結果を図１５に示す。
【０００８】
本明細書および特許請求の範囲において、ＧＮＤとはグラウンド（接地）のことをいう。
【０００９】
図１５に示すように、約−５０Ｖ以下または約５０Ｖ以上の電圧を印加すると、イオン電流値が飽和していることが分かる。ここで、気体に含まれるイオンがプラスイオンのみである場合において、外側電極に−５０Ｖ以下の電圧を印加すると、理想的には検出されるイオン電流値は０ｎＡになる。しかし、本願発明者の実験では、１ｎＡ程度のイオン電流が検出された。これは、気体に含まれるプラスイオンの一部が内側電極に衝突するためであると考えられる。逆に、気体に含まれるイオンがマイナスイオンで、外側電極に５０Ｖ以上の電圧を印加した場合、理想的には検出されるイオン電流値は０ｎＡになるが、−１ｎＡ程度のイオン電流が検出された。これは、気体に含まれるマイナスイオンの一部が内側電極に衝突するためであると考えられる。
【００１０】
このイオン検出器を用いて、プラスイオンおよびマイナスイオンの両方を含む気体に含まれるプラスイオンおよびマイナスイオンの一方を測定しようとしても、両方のイオン電流値の和が測定され、イオン濃度を正確に測定できないという問題点がある。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、気体に含まれるイオンの濃度の検出精度を向上させることが可能なイオン検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、この発明のイオン検出器は、略円筒状の内側電極と、内側電極の直径よりも大きい内径を有する円筒状の外側電極と、内側電極および外側電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、イオンを含む気体が内側電極および外側電極の間を通過することにより、イオン電流またはイオン濃度を検出する検出部と、を備え、外側電極の内側に流入する気体に含まれる一極性のイオンの内側電極への衝突が回避されるように、内側電極が形成されている。
【００１３】
なお、円筒状の内側電極は、中実形状であってもよいし、中空形状であってもよい。また、本明細書および特許請求の範囲において、「イオン電流またはイオン濃度を検出する」とは、イオン電流およびイオン濃度の一方を検出する場合だけでなく、イオン電流からイオン濃度を検出（算出）する場合も含む。
【００１４】
このイオン検出器では、上記のように、外側電極の内側に流入する気体に含まれる一極性のイオンの内側電極への衝突が回避されるように、内側電極が形成されている。これにより、気体に含まれる他極性のイオンの濃度を測定する場合に、実質的に他極性のイオンによるイオン電流値のみを測定することができる。これにより、気体に含まれるイオンの濃度の検出精度を向上させることができる。
【００１５】
上記イオン検出器において、好ましくは、気体の流入側に位置する内側電極の部分の直径をＤ１［ｍｍ］とし、内側電極および外側電極の間を通過する気体の風速をｖ［ｍ／ｓ］とした場合、内側電極は以下の式（１）を満たすように形成されている。
Ｄ１［ｍｍ］＜−４．５８×Ｌｏｇｅ（ｖ［ｍ／ｓ］）＋１９・・・（１）
このように構成すれば、気体に含まれる一極性のイオンが内側電極に衝突しないような内側電極の寸法を容易に求めることができる。
【００１６】
上記イオン検出器において、好ましくは、内側電極は異なる直径を有する複数の円筒をその軸方向に連結した形状に形成されており、気体の流入側に位置する内側電極の部分の直径は、気体の流出側に位置する内側電極の部分の直径よりも小さい。このように構成すれば、気体に含まれる一極性のイオンが内側電極に衝突しないように、内側電極を容易に形成することができる。
【００１７】
上記イオン検出器において、好ましくは、内側電極は中空形状に形成されており、内側電極の内面のうちの少なくとも気体の流入側の端部は、誘電体で覆われている。このように、内側電極を中空形状に形成することによって、気体の流入側に位置する内側電極の端面の面積を小さくすることができ、気体に含まれる一極性のイオンの内側電極の端面への衝突を減らすことができる。また、内側電極の内面のうちの少なくとも気体の流入側の端部を誘電体で覆うことによって、気体に含まれる一極性のイオンが内側電極の内面に衝突するのを抑制することができる。これらにより、一極性のイオンの内側電極への衝突を容易に回避することができる。
【００１８】
上記イオン検出器において、好ましくは、気体の流入側に位置する内側電極の端面を覆うように、誘電体が設けられている。このように構成すれば、内側電極の端面に向かう一極性のイオンは誘電体に衝突し、内側電極には衝突しない。誘電体に衝突した一極性のイオンはイオン電流として検出されないので、他極性のイオンによるイオン電流のみを測定することができる。これにより、イオン濃度の検出精度を容易に向上させることができる。
【００１９】
上記イオン検出器において、好ましくは、内側電極および外側電極の一方はＧＮＤ電位を有し、気体の流入側に位置する内側電極の端面は、気体の流入側に位置する外側電極の端面よりも気体の流出側に配置されている。このように、気体の流入側において、内側電極の端面を外側電極の端面よりも引っ込んだ位置に配置することによって、一極性のイオンが外側電極に引き寄せられる前に内側電極の端面に衝突するのを抑制することができる。これにより、一極性のイオンの内側電極への衝突を容易に回避することができる。
【００２０】
この場合、好ましくは、気体の流入側に位置する内側電極の端面は、気体の流入側に位置する外側電極の端面から２５ｍｍ以上気体の流出側に配置されている。
【００２１】
上記イオン検出器において、好ましくは、外側電極はＧＮＤ電位を有し、内側電極はＧＮＤ電位とは異なる電位を有する。このように構成すれば、使用者が誤って外側電極に触れた場合であっても、安全性を確保することができる。これにより、イオン検出器を覆うカバー部材等を設ける必要がなくなる。
【００２２】
この発明のイオン検出器は、円筒状の内側電極と、内側電極の直径よりも大きい内径を有する円筒状の外側電極と、内側電極および外側電極の間に電圧を印加する電圧印加部と、イオンを含む気体が内側電極および外側電極の間を通過することにより、イオン電流またはイオン濃度を検出する検出部と、を備え、内側電極は複数の電極部に分割されており、複数の電極部は互いに電気的に絶縁されている。
【００２３】
このイオン検出器では、上記のように、内側電極は複数の電極部に分割されており、複数の電極部は互いに電気的に絶縁されている。これにより、電極部とＧＮＤとの間に流れるイオン電流を各電極部毎に検出部で測定することができる。このため、測定したイオン電流値の全てまたは一部を用いてイオン濃度を求めることができる。すなわち、例えば、気体に含まれる一極性のイオンが電極部に衝突しない条件では、測定したイオン電流値の全ての和を用いてイオン濃度を求めることができる。一方、気体に含まれる一極性のイオンが一部の電極部に衝突する条件では、測定したイオン電流値の一部の和を用いてイオン濃度を求めることができる。これにより、イオン濃度の検出精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、気体に含まれるイオンの濃度の検出精度を向上させることが可能なイオン検出器を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図２】風速６．０ｍ／ｓにおけるイオン電流特性（外側電極に対する印加電圧とイオン電流との関係）を示した図である。
【図３】風速３．５ｍ／ｓにおけるイオン電流特性（外側電極に対する印加電圧とイオン電流との関係）を示した図である。
【図４】風速とイオン電流との関係を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図６】距離Ｌ１とイオン電流との関係を示した図である。
【図７】本発明の第３実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図８】本発明の第４実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図９】本発明の第４実施形態による内側電極および誘電体の構造を示した拡大図である。
【図１０】本発明の第５実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図１１】本発明の第６実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図１２】本発明の第６実施形態による内側電極および絶縁体の構造を示した図である。
【図１３】本発明の第７実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図１４】本発明の第８実施形態によるイオン検出器の全体構成を示した図である。
【図１５】ゲルディエン法を用いたイオン発生器の問題点を見出した実験の結果を示した図であり、イオン電流特性（外側電極に対する印加電圧とイオン電流との関係）を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明で示す数値は単なる例示であり、本発明を限定するものではない。
【００２７】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態によるイオン検出器１の構造について説明する。
【００２８】
本発明の第１実施形態によるイオン検出器１は図１に示すように、所謂２重同心円筒型のイオン検出器であり、円筒状の金属からなる内側電極２と、円筒状の金属からなる外側電極３と、風速計４と、ＤＣ電源５（電圧印加部）と、電流計６と、処理・表示装置７とによって構成されている。なお、電流計６および処理・表示装置７によって、本発明の「検出部」が構成されている。
【００２９】
内側電極２は直径Ｄ１（例えば約３ｍｍ）を有し、外側電極３は約５２ｍｍの内径Ｄ２を有する。内側電極２および外側電極３の各々は、約２００ｍｍの長さを有する。内側電極２の後述する流入側（図１の左側）の端面と外側電極３の流入側の端面とは同一面内に配置されている。内側電極２の直径Ｄ１は約３ｍｍである必要はなく、以下の式（１）を満たせばよい。なお、式（１）においてｖ［ｍ／ｓ］は内側電極２および外側電極３の間（後述する空気通路２０）を通過する空気の風速である。
Ｄ１［ｍｍ］＜−４．５８×Ｌｏｇｅ（ｖ［ｍ／ｓ］）＋１９・・・（１）
【００３０】
内側電極２の外面と外側電極３の内面との間は、イオンを含む空気（気体）が通過する空気通路２０を形成しており、図１の左側が空気の流入側（導入側）となり、右側が空気の流出側（排出側）となっている。空気通路２０の流入側（図１の左側）にはイオンを発生するイオン発生器（図示せず）と、イオン発生器の後方（図１の左側）に配置され、イオン発生器から送出された空気をイオン検出器１側に送風するファン（図示せず）とが設けられている。空気通路２０の流出側の端部には空気通路２０を通過する空気の風速を測定する風速計４が設けられている。
【００３１】
また、内側電極２は電流計６を介してＧＮＤに電気的に接続されており、ＧＮＤ電位となっている。電流計６は内側電極２からＧＮＤに流れるイオン電流を測定する機能を有する。内側電極２と外側電極３との間にはＤＣ電源５が接続されている。このＤＣ電源５は、−４００Ｖ〜４００Ｖの範囲で外側電極３に電圧を印加できるように構成されている。
【００３２】
処理・表示装置７は、風速計４、ＤＣ電源５および電流計６に接続されている。処理・表示装置７は内側電極２の直径Ｄ１と外側電極３の内径Ｄ２から空気通路２０の面積を算出する機能を有しているとともに、算出した空気通路面積データを保存（格納）している。処理・表示装置７は風速計４が測定した風速と空気通路面積データとから空気通路２０を通過した空気量を算出する機能を有する。また、処理・表示装置７は電流計６が測定したイオン電流値と算出した空気量からイオン濃度を算出する機能を有する。処理・表示装置７は検出したイオンの極性、算出したイオン濃度等を表示部（図示せず）に表示する機能を有する。この表示部はＤＣ電源５が外側電極３に印加している電圧も表示する機能を有するとともに、使用者が表示部を操作することにより外側電極３に印加する電圧を設定することが可能である。また、使用者が表示部を操作することにより、内側電極２の直径Ｄ１と外側電極３の内径Ｄ２とを入力することが可能である。なお、イオン検出器１全体の動作は、図示しないマクロコンピュータを含む制御部によって制御される。
【００３３】
次に、イオン検出器１の動作について説明する。
【００３４】
空気に含まれる例えばマイナスイオンの濃度を測定する場合、使用者が表示部（図示せず）を操作することにより、外側電極３に後述する負の飽和電圧（例えば−３００Ｖ以下）が印加される。これにより、内側電極２と外側電極３との間に電界が生じる。
【００３５】
空気通路２０にイオンを含む空気が流入すると、空気通路２０内に生じた電界により、マイナスイオンは内側電極２に引き寄せられて捕捉され、プラスイオンは外側電極３に引き寄せられて捕捉される。これにより、内側電極２とＧＮＤとの間にイオン電流が流れ、電流計６によりイオン電流が測定される。
【００３６】
このとき、風速計４により空気通路２０を通過した空気の風速が測定され、処理・表示装置７により空気通路２０を通過した空気量が算出される。そして、処理・表示装置７により、算出された空気量と測定されたイオン電流値とからイオン濃度が算出され、イオン濃度が表示部に表示される。なお、風速計４はイオン濃度測定と同時に風速を測定してもよいし、風速が略一定の場合は最初に風速を測定しておいてもよい。
【００３７】
空気に含まれるプラスイオンの濃度を測定する場合は、外側電極３に正の飽和電圧（例えば３００Ｖ以上）を印加すればよい。
【００３８】
本実施形態では、上記のように、内側電極２は上記式（１）を満たすように形成されている。これにより、空気に含まれる一極性のイオンの内側電極２への衝突が回避されるように、内側電極２を容易に形成することができる。すなわち、例えば、空気に含まれるマイナスイオンの濃度を測定する場合に、空気に含まれるプラスイオンが内側電極２に衝突しないような内側電極２の寸法を容易に求めることができる。また、空気に含まれるプラスイオンの濃度を測定する場合に、空気に含まれるマイナスイオンが内側電極２に衝突しないような内側電極２の寸法を容易に求めることができる。これにより、イオン濃度を測定しようとする極性のイオンによるイオン電流値のみを測定することができるので、イオン濃度の検出精度を向上させることができる。
【００３９】
次に、図２〜図４を参照して、上記の効果を確認するために行った確認実験について説明する。この確認実験では、本実施形態に対応した実施例１〜４と、比較例１および２とを用いた。
【００４０】
実施例１、２および比較例１の実験結果を図２に示す。
【００４１】
実施例１では内側電極２の直径Ｄ１を約３ｍｍとし、空気通路２０を通過する空気の風速を約６．０ｍ／ｓとした。また、イオン発生器（図示せず）からプラスイオンのみを発生させ、空気はマイナスイオンを含まずプラスイオンのみを含むようにした。その他の構成は上記実施形態と同様にした。
【００４２】
実施例２では内側電極２の直径Ｄ１を約１０ｍｍとした。その他の構成は実施例１と同様にした。
【００４３】
比較例１では内側電極２の直径Ｄ１を約１９ｍｍとした。その他の構成は実施例１と同様にした。
【００４４】
そして、実施例１、２および比較例１について、外側電極３に印加する電圧を約−４００Ｖから約４００Ｖまで変化させて電流計６に流れるイオン電流を測定した。
【００４５】
図２に示すように、実施例１および２では、外側電極３に印加する電圧が約−３００Ｖ以下または約３００Ｖ以上になるとイオン電流値が飽和することが判明した。このことは、外側電極３に印加する電圧が約−３００Ｖ以下では空気通路２０を通過する空気に含まれる全てのプラスイオンが外側電極３に捕捉され、約３００Ｖ以上では空気通路２０を通過する空気に含まれる全てのプラスイオンが内側電極２に捕捉されることを意味する。本明細書では、この約−３００Ｖ以下の電圧を負の飽和電圧と呼び、約３００Ｖ以上の電圧を正の飽和電圧と呼ぶ。すなわち、負（または正）の飽和電圧とは、負（または正）の電圧を大きくしていくとイオン電流特性が飽和する領域の電圧のことである。比較例１では、外側電極３に印加する電圧が約−２００Ｖ以下または約２００Ｖ以上になるとイオン電流値が飽和することが判明した。なお、比較例１の負の飽和電圧は約−２００Ｖ以下であり、正の飽和電圧は約２００Ｖ以上である。
【００４６】
また、実施例１および２では負の飽和電圧を印加すると、イオン電流値が実質的に０ｎＡになり、プラスイオンは内側電極２に実質的に衝突しないことが判明した。なお、図２では負の飽和電圧であっても０ｎＡ〜０．３ｎＡのイオン電流を検出しているが、ノイズレベルであるため実質的に０ｎＡと判断した。一方、比較例１では負の飽和電圧を印加しても、イオン電流値は２．３ｎＡ程度になった。すなわち、プラスイオンが内側電極２に捕捉されることが判明した。これは以下の理由によるものと考えられる。内側電極２と外側電極３との間に発生する電界によりプラスイオンは外側電極３に引き寄せられる。実施例１および２では空気に含まれるプラスイオンの全てが外側電極３に捕捉された。その一方、比較例１では実施例１および２に比べて内側電極２の直径が大きいので、外側電極３に引き寄せられるプラスイオン（一極性のイオン）の一部が内側電極２に衝突したためであると考えられる。
【００４７】
このため、プラスイオンおよびマイナスイオンの両方を含む空気のイオン濃度を測定する場合、比較例１（内側電極２の直径が約１９ｍｍ、風速が約６ｍ／ｓ）ではプラスイオンおよびマイナスイオンの両方が内側電極２に捕捉される。これにより、プラスのイオン電流値とマイナスのイオン電流値との和（プラスイオンとマイナスイオンとのイオン量の差分の電流値）が得られるにすぎず、プラスイオンおよびマイナスイオンの各々のイオン濃度を正確に測定することはできないことが判明した。
【００４８】
なお、外側電極３に負の飽和電圧を印加した場合（空気に含まれるマイナスイオンの濃度を測定する場合）におけるプラスイオンは、本発明の「一極性のイオン」である。また、外側電極３に正の飽和電圧を印加した場合（空気に含まれるプラスイオンの濃度を測定する場合）におけるマイナスイオンは、本発明の「一極性のイオン」である。
【００４９】
実施例３では内側電極２の直径Ｄ１を約３ｍｍとし、空気通路２０を通過する空気の風速を約３．５ｍ／ｓとした。その他の構成は上記実施例１と同様にした。
【００５０】
実施例４では内側電極２の直径Ｄ１を約１０ｍｍとした。その他の構成は実施例３と同様にした。
【００５１】
比較例２では内側電極２の直径Ｄ１を約１９ｍｍとした。その他の構成は実施例３と同様にした。
【００５２】
そして、実施例３、４および比較例２について、外側電極３に印加する電圧を約−４００Ｖから約４００Ｖまで変化させて電流計６に流れるイオン電流を測定した。その結果を図３に示す。
【００５３】
図３に示すように、実施例３、４および比較例２の飽和電圧はそれぞれ、実施例１、２および比較例１の飽和電圧と同様であった。
【００５４】
また、実施例３および４では負の飽和電圧を印加すると、イオン電流値が実質的に０ｎＡになり、プラスイオンは内側電極２に実質的に衝突しないことが判明した。一方、比較例２では負の飽和電圧を印加しても、イオン電流値は１．９ｎＡ程度になった。すなわち、プラスイオンおよびマイナスイオンの両方を含む空気のイオン濃度を測定する場合、比較例２（内側電極２の直径が約１９ｍｍ、風速が約３．５ｍ／ｓ）では比較例１と同様、プラスイオンおよびマイナスイオンの各々のイオン濃度を正確に測定することはできないことが判明した。
【００５５】
なお、実施例１〜４においてイオン発生器（図示せず）からマイナスイオンのみを発生させた場合、図示しないが、正の飽和電圧を印加するとイオン電流値は実質的に０ｎＡになり、マイナスイオンは内側電極２に衝突しなかった。すなわち、実施例１〜４では、空気がプラスイオンおよびマイナスイオンの両方を含む場合であっても、プラスイオンおよびマイナスイオンの各々のイオン濃度を正確に測定することができることが判明した。
【００５６】
次に、図４を参照して、内側電極２の直径Ｄ１が約１９ｍｍの場合と約１５ｍｍの場合とにおいて、風速を変化させてイオン電流を測定した実験について説明する。
【００５７】
この実験では、内側電極２の直径Ｄ１を約１９ｍｍまたは約１５ｍｍとし、空気通路２０を通過する空気の風速を約０ｍ／ｓから約６ｍ／ｓまで変化させて電流計６に流れるイオン電流を測定した。なお、イオン発生器（図示せず）からプラスイオンのみを発生させ、空気はマイナスイオンを含まずプラスイオンのみを含むようにした。また、外側電極３に印加する電圧を負の飽和電圧（約−２００Ｖ以下）にした。その他の構成は上記実施形態と同様にした。測定したイオン電流値を図４に示す。
【００５８】
図４に示すように、イオン電流値は風速の影響を受けやすいことが判明した。また、内側電極２の直径Ｄ１が約１５ｍｍの場合、風速が約３ｍ／ｓ以下であればイオン電流値は十分に小さくなり、プラスイオンは内側電極２に実質的に衝突しないことが判明した。これにより、イオン濃度を十分に精度よく測定できることが判明した。また、内側電極２の直径Ｄ１が約１９ｍｍの場合であっても、風速が約１ｍ／ｓ以下であればイオン電流値は十分に小さくなり、プラスイオンは内側電極２に実質的に衝突しないことが判明した。これにより、イオン濃度を十分に精度よく測定できることが判明した。
【００５９】
以上から、内側電極２の直径をＤ１［ｍｍ］とし、空気通路２０を通過する空気の風速をｖ［ｍ／ｓ］とした場合、内側電極２の直径Ｄ１が上記式（１）を満たせば、イオン濃度を精度よく測定できることが判明した。なお、上記式（１）は図２〜図４の実験結果から導出した式である。
【００６０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるイオン検出器１では図５に示すように、空気の流入側に位置する内側電極２の端面は空気の流入側に位置する外側電極３の端面よりも距離Ｌ１だけ流出側（図５の右側）に位置している。内側電極２は約１９ｍｍの直径Ｄ１を有する。この場合、距離Ｌ１は２５ｍｍ以上の値である。
【００６１】
第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００６２】
本実施形態では、上記のように、空気の流入側に位置する内側電極２の端面を、空気の流入側に位置する外側電極３の端面よりも流出側に配置する。すなわち、空気の流入側において、内側電極２の端面を外側電極３の端面よりも引っ込んだ位置に配置する。これにより、一極性のイオンが外側電極３に引き寄せられる前に内側電極２の端面に衝突するのを抑制することができる。このため、一極性のイオンの内側電極２への衝突を容易に回避することができるので、イオン濃度の検出精度を向上させることができる。
【００６３】
また、上記のように、内側電極２の流入側の端面を、外側電極３の流入側の端面から２５ｍｍ以上流出側に配置すれば、一極性のイオンが内側電極２に実質的に衝突しないようにすることができる。
【００６４】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
次に、図６を参照して、上記の効果を確認するために行った確認実験について説明する。この確認実験では、内側電極２の流入側の端面から外側電極３の流入側の端面までの深さ方向（内側電極２の軸方向）の距離Ｌ１を約０ｍｍから約２５ｍｍまで変化させて電流計６に流れるイオン電流を測定した。なお、空気通路２０を通過する空気の風速を約３．５ｍ／ｓとし、イオン発生器（図示せず）からプラスイオンのみを発生させた。また、外側電極３には負の飽和電圧（例えば約−２００Ｖ）を印加した。測定したイオン電流値を図６に示す。
【００６６】
図６に示すように、距離Ｌ１を大きくするにしたがって、イオン電流値が低減することが判明した。すなわち、内側電極２の流入側の端面を外側電極３の流入側の端面よりも流出側にするにしたがって、内側電極２に衝突するプラスイオンの量が低減することが判明した。また、上記の条件では、距離Ｌ１１を約２５ｍｍ以上にすることによって、プラスイオン（一極性のイオン）が内側電極２に実質的に衝突しなくなり、イオン濃度を十分に精度よく測定できることが判明した。
【００６７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるイオン検出器１では図７に示すように、内側電極２は異なる直径を有する２つの円筒をその軸方向に連結した形状に形成されており、流入側に配置された小径部２ａと流出側に配置された大径部２ｂとを有する。小径部２ａは約１０ｍｍの直径Ｄ１１を有し、大径部２ｂは約１９ｍｍの直径Ｄ１２を有する。例えば、小径部２ａは約２５ｍｍ以上の長さを有していてもよい。なお、小径部２ａは本発明の「気体の流入側に位置する内側電極の部分」の一例であり、大径部２ｂは本発明の「気体の流出側に位置する内側電極の部分」の一例である。
【００６８】
第３実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００６９】
本実施形態では、上記のように、空気の流入側に位置する内側電極２の小径部２ａの直径Ｄ１１は、空気の流出側に位置する内側電極２の大径部２ｂの直径Ｄ１２よりも小さい。これにより、空気に含まれる一極性のイオンが内側電極２に衝突しないように、内側電極２を容易に形成することができる。
【００７０】
第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるイオン検出器１では図８および図９に示すように、内側電極２は中空形状に形成されている。内側電極２の内面上には誘電体８が設けられている。この誘電体８は、内側電極２の内面のうちの少なくとも流入側の端部を覆うように配置されている。誘電体８は内側電極２の流入側の端面から少なくとも内側電極２の内径程度の深さまで形成されていることが好ましい。なお、誘電体８は内側電極２の内面全面に形成されていてもよい。
【００７２】
第４実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００７３】
本実施形態では、上記のように、内側電極２を中空形状に形成することによって、空気の流入側に位置する内側電極２の端面の面積を小さくすることができ、一極性のイオンの内側電極２の端面への衝突を減らすことができる。また、内側電極２の内面のうちの少なくとも流入側の端部を誘電体８で覆うことによって、一極性のイオンが内側電極２の内面に衝突するのを抑制することができる。これらにより、一極性のイオンの内側電極２への衝突を容易に回避することができる。
【００７４】
第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７５】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるイオン検出器１では図１０に示すように、空気の流入側に位置する内側電極２の端面を覆うように誘電体９が設けられている。この誘電体９は、内側電極２の直径Ｄ１と同程度以上の長さＬ２を有することが好ましい。
【００７６】
第５実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００７７】
本実施形態では、上記のように、空気の流入側に位置する内側電極２の端面を覆うように、誘電体９が設けられている。これにより、内側電極２の端面に向かう一極性のイオンは誘電体９に衝突し、内側電極２には衝突しない。誘電体９に衝突した一極性のイオンはイオン電流として検出されないので、他極性のイオンによるイオン電流のみを測定することができる。これにより、イオン濃度の検出精度を容易に向上させることができる。
【００７８】
第５実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７９】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態によるイオン検出器１では図１１および図１２に示すように、内側電極２は複数の電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅに分割されている。この複数の電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅの間には、絶縁体１０ａおよび１０ｂが配置されている。これにより、複数の電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅは互いに電気的に絶縁されている。
【００８０】
電極部２ｃ、２ｄ、２ｅおよび絶縁体１０ａ、１０ｂの各々は、約１９ｍｍの直径Ｄ１を有する。電極部２ｃは約１５ｍｍの長さＬ３を有し、電極部２ｄは約１０ｍｍの長さＬ４を有し、電極部２ｅは約１７３ｍｍの長さＬ５を有する。絶縁体１０ａおよび１０ｂの各々は約１ｍｍの長さを有する。
【００８１】
図１１に示すように、各電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅはそれぞれ電流計６ａ、６ｂおよび６ｃを介してＧＮＤに電気的に接続されており、ＧＮＤ電位となっている。なお、電流計６ａ〜６ｃおよび処理・表示装置７によって、本発明の「検出部」が構成されている。
【００８２】
第６実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００８３】
このイオン検出器１では、電流計６ａ、６ｂおよび６ｃで測定されたイオン電流値の全てまたは一部が測定条件に応じて選択され、空気通路２０を通過した空気に含まれるイオンの濃度が算出される。具体的には、図４で示したように、内側電極２の直径Ｄ１が約１９ｍｍで外側電極３に負の飽和電圧を印加した場合、風速が約１ｍ／ｓ以下であれば電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅに衝突するプラスイオンは無いことが予め分かっている。このため、風速が約１ｍ／ｓ以下の条件下で空気に含まれるイオンの濃度を測定する場合には、電流計６ａ、６ｂおよび６ｃで測定されたイオン電流値の和を用いて、イオン濃度が算出される。
【００８４】
その一方、例えば風速が約２ｍ／ｓの条件下で空気に含まれるイオンの濃度を測定する場合、電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅにプラスイオンが衝突するか否かが分かっていない。このため、予め、イオン発生器からプラスイオンのみを発生させ、風速が約２ｍ／ｓの条件で電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅにプラスイオンが衝突するか否かを確認しておく。例えば、風速が約２ｍ／ｓにおいて、電極部２ｃにはプラスイオンが衝突し、電極部２ｄおよび２ｅにはプラスイオンが衝突しなかったとする。この場合、風速が約２ｍ／ｓの条件下においてプラスイオンおよびマイナスイオンの両方を含む空気に含まれるプラスイオンの濃度を測定する場合には、電流計６ａで測定されたイオン電流値は用いず、電流計６ｂおよび６ｃで測定されたイオン電流値の和を用いて、イオン濃度が算出される。
【００８５】
本実施形態では、上記のように、内側電極２を電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅに分割し、電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅを互いに電気的に絶縁している。これにより、電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅとＧＮＤとの間に流れるイオン電流を電流計６ａ、６ｂ、６ｃにより、各電極部２ｃ、２ｄおよび２ｅ毎に測定することができる。このため、測定したイオン電流値の全てまたは一部を用いてイオン濃度を求めることができる。すなわち、風速等の測定条件に応じて、測定した３つのイオン電流値の全てまたは一部を用いて、イオン濃度を算出することができる。これにより、イオン濃度の検出精度を向上させることができる。
【００８６】
第６実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８７】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態によるイオン検出器１では図１３に示すように、外側電極３はＧＮＤに電気的に接続されており、ＧＮＤ電位となっている。内側電極２と外側電極３との間には電流計６およびＤＣ電源５が接続されている。このＤＣ電源５は、例えば−３５０Ｖ〜３５０Ｖの範囲で内側電極２に電圧を印加できるように構成されている。そして、内側電極２はＧＮＤ電位とは異なる電位となっている。
【００８８】
第７実施形態のその他の構造は、上記第１〜第６実施形態と同様である。
【００８９】
このイオン検出器１では、内側電極２に例えば正の飽和電圧を印加するとプラスイオンは外側電極３に引き寄せられて捕捉され、マイナスイオンは内側電極２に引き寄せられて捕捉される。
【００９０】
本実施形態では、上記のように、外側電極３はＧＮＤ電位を有する。これにより、使用者が誤って外側電極３に触れた場合であっても、安全性を確保することができる。これにより、イオン検出器１を覆うカバー部材等を設ける必要がなくなる。
【００９１】
なお、第７実施形態のその他の効果は、上記第１〜第６実施形態と同様である。
【００９２】
（第８実施形態）
この第８実施形態では上記第７実施形態と異なり、内側電極２をＧＮＤ電位にしながら、安全性を向上させる場合について説明する。
【００９３】
本発明の第８実施形態によるイオン検出器１では図１４に示すように、上記第１〜第６実施形態と同様、内側電極２は電流計６を介してＧＮＤに電気的に接続されており、ＧＮＤ電位となっている。内側電極２と外側電極３との間にはＤＣ電源５が接続されている。
【００９４】
第８実施形態では、外側電極３の外周面を覆うように円筒状の金属からなるカバー部材１１が設けられている。このカバー部材１１はＧＮＤに電気的に接続されており、ＧＮＤ電位となっている。また、カバー部材１１の流入側（図１４の左側）の端面は、外側電極３の流入側の端面と同一面内に配置されているか、または外側電極３の流入側の端面よりも流出側に配置されていることが好ましい。このように構成すれば、外側電極３とカバー部材１１との間で発生する電界により、空気が空気通路２０に流入する前に空気に含まれるイオンがカバー部材１１に引き寄せられて捕捉されるのを抑制することが可能である。これにより、イオン濃度の検出精度が低下するのを抑制することが可能である。
【００９５】
第８実施形態のその他の構造は、上記第１〜第６実施形態と同様である。
【００９６】
本実施形態では、上記のように、外側電極３の外周面を覆うようにカバー部材１１を設けることによって、使用者が誤って外側電極３に触れるのを抑制することができるので、安全性を確保することができる。
【００９７】
第８実施形態のその他の効果は、上記第１〜第６実施形態と同様である。
【００９８】
なお、カバー部材１１の流入側に誘電体を設けたり、カバー部材１１全体を誘電体により構成しても、安全性を向上させることができる。
【００９９】
また、カバー部材１１の流入側の端面を、外側電極３の流入側の端面よりも上流側（図１４の左側）にまで配置してもよい。このように構成すれば、安全性をより向上させることができる。また、この場合、カバー部材１１をＧＮＤに接続せず浮遊電位にしたり、カバー部材１１全体を誘電体に構成してもよい。
【０１００】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１０１】
例えば、上記実施形態では、空気通路の流出側の端部に風速計を設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、空気通路内の風速が略一定となるように吸気ファンを設けてもよい。
【０１０２】
また、上記第４実施形態では、内側電極の内面上のみに誘電体を設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、内側電極の流入側の端面上にも誘電体を設けてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１  イオン検出器
２  内側電極
２ａ  小径部（気体の流入側に位置する内側電極の部分）
２ｂ  大径部（気体の流出側に位置する内側電極の部分）
２ｃ、２ｄ、２ｅ  電極部
３  外側電極
５  ＤＣ電源（電圧印加部）
６、６ａ、６ｂ、６ｃ  電流計（検出部）
７  処理・表示装置（検出部）
８、９  誘電体
Ｄ１、Ｄ１１、Ｄ１２  直径
Ｄ２  内径
【図１】
2013015482.tif 000003
【図２】
2013015482.tif 000004
【図３】
2013015482.tif 000005
【図４】
2013015482.tif 000006
【図５】
2013015482.tif 000007
【図６】
2013015482.tif 000008
【図７】
2013015482.tif 000009
【図８】
2013015482.tif 000010
【図９】
2013015482.tif 000011
【図１０】
2013015482.tif 000012
【図１１】
2013015482.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2013015482.tif 000015
【図１４】
2013015482.tif 000016
【図１５】
2013015482.tif 000017