(57)【要約】【課題】微粒子組成分析装置において、捕捉体の交換時に減圧チャンバーを大気圧下に開放すると、再び減圧チャンバーの全体を真空引きして減圧状態に戻すには時間がかかり、測定のデッドタイムが長くなるという課題があった。【解決手段】捕捉体交換機構は、微粒子を捕捉するための捕捉体を保持するロッドと、捕捉体が設置される減圧空間に接続される補助空間の少なくとも一部を有する接続部とを備え、ロッドを移動させることにより、減圧空間の減圧状態を保ったまま、捕捉体を減圧空間から補助空間側に退避させて大気圧下に開放することができる。【選択図】図１
2017102009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を捕捉するための捕捉体を保持するロッドと、
前記捕捉体が設置される減圧空間に接続される補助空間の少なくとも一部を有する接続部と
を備え、
前記ロッドを移動させることにより、前記減圧空間の減圧状態を保ったまま、前記捕捉体を前記減圧空間から前記補助空間側に退避させて大気圧下に開放することができる捕捉体交換機構。
【請求項２】
前記接続部は、蛇腹機構を含み、
前記蛇腹機構の内部空間も前記補助空間として機能する請求項１に記載の捕捉体交換機構。
【請求項３】
前記接続部は、前記減圧空間を形成する減圧チャンバーに接続するためのカップリング部を含み、前記カップリング部の内側に前記補助空間の少なくとも一部が形成されている請求項１または２に記載の捕捉体交換機構。
【請求項４】
前記ロッドは、前記減圧空間における前記捕捉体の設置位置を調整できる請求項１から３のいずれか１項に記載の捕捉体交換機構。
【請求項５】
前記ロッドは、前記減圧空間内で前記捕捉体の保持と離脱とが可能である請求項１から４のいずれか１項に記載の捕捉体交換機構。
【請求項６】
前記補助空間を減圧させる補助ポンプを備える請求項１から５のいずれか１項に記載の捕捉体交換機構。
【請求項７】
前記減圧空間と前記補助空間とを接続状態と隔絶状態に切替えられるゲートバルブを備え、
前記ゲートバルブは、前記捕捉体が前記補助空間に退避した後に、前記接続状態から前記隔絶状態に切替えられる請求項１から６のいずれか１項に記載の捕捉体交換機構。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の捕捉体交換機構と、
前記捕捉体と、
前記減圧空間を減圧する排気装置と、
前記微粒子を含む気体試料を取り込んで集束し、前記捕捉体へ向けて噴出する導入部と、
前記捕捉体に対してレーザー光を照射するレーザー装置と、
前記レーザー光の照射によって生成した試料ガスを分析するガス分析器と
を備える微粒子組成分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捕捉体交換機構および微粒子組成分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中の粒子状物質（エアロゾル）の健康影響に関する関心が高まってきており、その成分、濃度等を分析する装置の開発が進められている。例えば特許文献２の技術においては、捕集効率の高い捕捉体に粒子を捉え、レーザーなどのエネルギー線の照射により粒子を加熱気化し、気化したガスをイオン化して質量分析により成分を分析する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６０４０５７４号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１１／１１４５８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
捕捉体は、エネルギー線を受けて溶融したり、ヒートショックの蓄積により構造的、化学的に変化したりして、使用を経るに従って初期の性能を保てなくなる。そこで、捕捉体を定期的に交換する必要を生じるが、交換時に減圧チャンバーを大気圧下に開放すると、再び減圧チャンバーの全体を真空引きして減圧状態に戻すには時間がかかり、測定のデッドタイムが長くなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様における捕捉体交換機構は、微粒子を捕捉するための捕捉体を保持するロッドと、捕捉体が設置される減圧空間に接続される補助空間の少なくとも一部を有する接続部とを備え、ロッドを移動させることにより、減圧空間の減圧状態を保ったまま、捕捉体を減圧空間から補助空間側に退避させて大気圧下に開放することができる。
【０００６】
また、接続部は蛇腹機構を含み、蛇腹機構の内部空間も補助空間として機能するようにしても良い。接続部は、減圧空間を形成する減圧チャンバーに接続するためのカップリング部を含み、カップリング部の内側に補助空間の少なくとも一部が形成されていても良い。
【０００７】
ロッドは、減圧空間における捕捉体の設置位置を調整できるように構成しても良い。また、減圧空間内で捕捉体の保持と離脱とができるように構成しても良い。
【０００８】
補助空間を減圧させる補助ポンプを備えても良い。また、減圧空間と補助空間とを接続状態と隔絶状態に切替えられるゲートバルブを備え、ゲートバルブは、捕捉体が補助空間に退避した後に、接続状態から隔絶状態に切替えられるようにしても良い。
【０００９】
本発明の第２の態様における微粒子組成分析装置は、上記の捕捉体交換機構と、捕捉体と、減圧空間を減圧する排気装置と、微粒子を含む気体試料を取り込んで集束し、捕捉体へ向けて噴出する導入部と、捕捉体に対してレーザー光を照射するレーザー装置と、レーザー光の照射によって生成した試料ガスを分析するガス分析器とを備える。
【００１０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】使用時における微粒子組成分析装置を表わす概略図である。
【図２】捕捉体の交換作業時における微粒子組成分析装置を表わす概略図である。
【図３】交換機構の外観斜視図である。
【図４】エアロダイナミックレンズを説明するための概略図である。
【図５】変形例に係る微粒子組成分析装置１００'を表わす概略図である。
【図６】変形例に係る交換機構の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、使用時における微粒子組成分析装置１００を表わす概略図である。微粒子組成分析装置１００は、気体試料（エアロゾル）に含まれる微粒子の組成と濃度を分析するための装置である。
【００１４】
微粒子組成分析装置１００は、エアロダイナミックレンズ１０、スキマー１２、捕捉体１４、レーザー装置１６、分析セル１８、ガス分析器２０、導入管３０および交換機構５０を主に備える。また、微粒子組成分析装置１００は制御部２４を備える。
【００１５】
微粒子組成分析装置１００は、減圧チャンバーを備える。減圧チャンバーは、第１減圧チャンバー２６ａ、第２減圧チャンバー２６ｂ、第３減圧チャンバー２６ｃ、退避チャンバー２６ｄを有する。第１減圧チャンバー２６ａは、第１減圧空間を内部に形成する。第２減圧チャンバー２６ｂは、第２減圧空間を内部に形成する。第３減圧チャンバー２６ｃは、第３減圧空間を内部に形成する。退避チャンバー２６ｄは、補助空間を内部に形成する。第１減圧チャンバー２６ａと第２減圧チャンバー２６ｂとは、第１隔壁２８で区切られている。また、第２減圧チャンバー２６ｂと第３減圧チャンバー２６ｃとは、第２隔壁２９で区切られている。退避チャンバー２６ｄは、使用時においては連通部３５を介して第２減圧チャンバー２６ｂと空間的に接続されている。
【００１６】
第１減圧チャンバー２６ａは、第１排気装置２７ａを含む。第２減圧チャンバー２６ｂは、第２排気装置２７ｂを含む。第３減圧チャンバー２６ｃは、第３排気装置２７ｃを含む。第１排気装置２７ａ、第２排気装置２７ｂ、および第３排気装置２７ｃは、第１減圧空間、第２減圧空間、および第３減圧空間を互いに異なる予め定められた内圧に減圧する。第１減圧空間、第２減圧空間、および第３減圧空間において予め定められた内圧のそれぞれは、例えば、１０−３Ｔｏｒｒ、１０−５Ｔｏｒｒ、および１０−７Ｔｏｒｒである。なお、使用時においては、補助空間は第２減圧空間と連通しているので、補助空間も第２減圧空間と同様に減圧される。
【００１７】
エアロダイナミックレンズ１０は、第１減圧チャンバー２６ａの一側面から第１減圧空間に挿通されるように配設される。具体的には、エアロダイナミックレンズ１０は、試料気体が導入される導入口側を第１減圧チャンバー２６ａの外に配し、粒子線１０ａを出射する出射口１０ｃ側を第１減圧チャンバー２６ａの内に配するように配設される。エアロダイナミックレンズ１０は、試料気体を導く導入管３０に接続されている。エアロダイナミックレンズ１０は、導入管３０から導入された気体中に含まれる微粒子を収束させ、粒子線１０ａとして出射する。微粒子組成分析装置１００においてエアロダイナミックレンズ１０は、試料気体を取り込む取込部の役割を担っている。エアロダイナミックレンズ１０の詳細は、図を用いて後述する。
【００１８】
スキマー１２は、第１減圧チャンバー２６ａと第２減圧チャンバー２６ｂとを区切る第１隔壁２８に設けられる。スキマー１２は、頂点に連通孔１２ａが設けられた円錐形状の構造体であり、連通孔１２ａをエアロダイナミックレンズ１０の出射口１０ｃに向けて配置される。上述したように、第１減圧空間の内圧よりも第２減圧空間の内圧の方が低く設定されているため、連通孔１２ａを介して第１減圧空間から第２減圧空間へ流れる気流が生じる。スキマー１２は、エアロダイナミックレンズ１０から出射された粒子線１０ａが連通孔１２ａを通過するときに、粒子線１０ａに含まれる余剰気体の一部を除去する。
【００１９】
分析セル１８は、前端部が第２減圧チャンバー２６ｂ内に配され、後端部が第２減圧チャンバー２６ｂと第３減圧チャンバー２６ｃとを区切る第２隔壁２９に挿通されるように配設される。分析セル１８の前端部にはスキマー部１８ａが設けられている。スキマー１８ａは、スキマー１２と同様に、頂点に連通孔１８ｂが設けられた円錐形状を成す。連通孔１８ｂは、エアロダイナミックレンズ１０の出射口１０ｃとスキマー１２の連通孔１２ａを結ぶ直線上に配置されている。スキマー部１８ａは、粒子線１０ａに含まれる余剰気体をさらに取り除く。
【００２０】
また、分析セル１８の後端部も先細形状を成し、その端に微小孔１８ｃを有する。このように、分析セル１８の両端を先細形状とすることにより、微粒子組成分析装置１００は、第２減圧チャンバー２６ｂの第２減圧空間と第３減圧チャンバー２６ｃの第３減圧空間の圧力差を維持し得る。したがって、分析セル１８内には、第２減圧チャンバー２６ｂから第３減圧チャンバー２６ｃに向かう気流が生じる。また、分析セル１８の中央部付近には捕捉体１４が配置されており、捕捉体１４で発生したガスが集められて微小孔１８ｃに向かうように、分析セル１８は、全体としてクランク形状を成す。
【００２１】
捕捉体１４は、分析セル１８内においてスキマー部１８ａの後方に配設される。捕捉体１４は、粒子線１０ａの流入方向に対して、微粒子を捕捉する面が斜交するように配設される。捕捉体１４は、詳しくは後述するが、メッシュ状の構造を有して、入射する粒子線１０ａに含まれる微粒子を捕捉する。
【００２２】
捕捉体１４に入射した粒子線１０ａに含まれる個々の微粒子は、固有の確率でメッシュ構造に衝突する。メッシュ構造に衝突した微粒子は、その後、何度もメッシュ構造と衝突を繰り返し、衝突するごとに減速される。当該微粒子は、やがて速度を失い、最終的に捕捉体１４に捕捉される。
【００２３】
レーザー装置１６は、減圧チャンバー２６の外部に配置される。レーザー装置１６は、レーザー光１６ａを発振する。第２減圧チャンバー２６ｂの外気雰囲気に接する側壁には光学窓３２が設けられている。また、分析セル１８の側壁には光学窓３３が設けられている。レーザー装置１６は、光学窓３２および光学窓３３を通して、レーザー光１６ａを捕捉体１４に照射して、照射部分を加熱する。本実施形態において、レーザー光１６ａの一例は炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーである。
【００２４】
レーザー装置１６は、レーザー光１６ａによって捕捉体１４に捕捉された微粒子を気化、昇華又は反応させて、脱離成分であるガスを生成する。ここで、「脱離成分」とは、捕捉体１４による捕捉状態から脱離して、移動可能な状態になった成分をいう。以下の説明において、試料気体を導入したときの脱離成分であるガスを、試料ガスと称する場合がある。試料ガスの成分は、具体的には、微粒子の構成成分の酸化によって生じるＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯ２、およびＳＯ２などである。
【００２５】
ガス分析器２０は、第３減圧チャンバー２６ｃ内に配置される。ガス分析器２０は、導入されたガスの成分を質量分析法により分析する分析器である。質量分析法は、検出下限が比較的低いため、微粒子の濃度が比較的低い試料気体に対しても良好に適用できる。なお、本実施例においては質量分析法によりガスの成分を分析する分析器を用いるが、分析対象となる試料気体における微粒子の濃度、種類などによっては、他の分析法によりガスの成分を分析する分析器も採用し得る。例えば、分析対象となる微粒子の濃度が高いときには、分光分析法による分析器を採用しても良い。
【００２６】
ガス分析器２０は、イオン化領域２０ａを有する。ガス分析器２０は、分析セル１８の後端部に形成された先細形状の微小孔１８ｃにイオン化領域２０ａが対向するように配置される。イオン化領域２０ａは、分析セル１８から導入されたガスをイオン化して、ガス分析器２０へ供給する。ガス分析器２０は、導入されたガスの成分のそれぞれの含有量に応じた強度信号を周期的に演算部２５へ出力する。
【００２７】
制御部２４は、微粒子組成分析装置１００の各構成要素の動作、処理を統括的に制御する。例えば、予め定められた周期に従って試料気体を捕捉体１４へ導入し、捕捉体１４をレーザー光１６ａで照射する。また、制御部２４は、ガス分析器２０の出力を演算する演算部２５を含む。演算部２５は、制御部２４がガス分析器２０から取得した特定成分の含有量に応じた強度信号を用いて、さまざまな演算を実行する。
【００２８】
上述のように、捕捉体１４は、エアロダイナミックレンズ１０から出射された微粒子を捕捉し、レーザー光１６ａの照射を受ける。レーザー光１６ａのエネルギーは、微粒子を瞬間的に気化させる程の大きさであり、したがって、捕捉体１４は、使用条件等によってはメッシュ構造が溶融して変化し、微粒子の捕捉性能が低下する。また、レーザー光１６ａの照射は、断続的に行われることもあり、メッシュ構造にヒートショックが蓄積する場合もある。さらには、捕捉する微粒子の成分により、メッシュ構造に化学的な変化をもたらしたり、後の分析に影響を与えたりする場合もある。そこで、捕捉体１４は、劣化の度合いに応じて、あるいは定期的に、新しいものに交換される必要がある。
【００２９】
捕捉体１４は、上述のように、第２減圧チャンバー２６ｂの第２減圧空間内に設置されているので、従来の装置構成において捕捉体１４を取り出すためには、第２減圧空間を大気圧下に開放しなければならなかった。第２減圧空間を一旦大気圧下に開放すると、再び減圧状態に戻すために、第２排気装置２７ｂにより真空引きをやり直す必要があり、この時間が測定のデッドタイムとなり、作業効率の低下を招くことになる。また、減圧空間を外気に晒すことになるので、内部要素の汚染や劣化の原因にもなり得る。
【００３０】
そこで、本実施形態における微粒子組成分析装置１００は、捕捉体１４の交換のために交換機構５０を備える。交換機構５０を用いれば、第２減圧空間の減圧状態を維持したまま、捕捉体１４の交換を行うことができる。
【００３１】
図１の状態は、捕捉体１４が、微粒子組成分析装置１００の使用状態における、予め定められた正規の位置に設置されている様子を表わしている。なお、説明をわかりやすくするため、第２減圧チャンバー２６ｂの壁面の一部に厚みを持たせて断面で表わしている。断面部は、交換機構５０の要素の断面と共に、ハッチングで表わしている。この状態における交換機構５０について説明する。
【００３２】
交換機構５０は、主に、カップリング部５１、ベローズ５８、ベースフランジ５９およびロッド５５によって構成される。カップリング部５１は、接続フランジ５２と胴体部５３を含む。接続フランジ５２は、胴体部５３から外側へ鍔状に拡張された形状を成し、ビス６１を介して、第２減圧チャンバー２６ｂの壁面に設けられた取付部３６へ固定されている。カップリング部５１には、取付部３６側にオープンな内部空間が設けられている。この内部空間は、後述するように捕捉体１４が退避する補助空間である。カップリング部５１は、剛性の高い例えばジュラルミンによって形成されており、補助空間は減圧に耐える退避チャンバー２６ｄとして機能する。接続フランジ５２の取付部３６と接する面には、Ｏリング５７が、補助空間の開口部を取り囲むように設けられている。Ｏリング５７が押圧されてビス締めされることにより、補助空間は気密に保たれる。
【００３３】
ロッド５５は、退避チャンバー２６ｄの内部を貫通するように設けられ、カップリング部５１の後端側（取付部３６側とは反対側）に設けられた貫通孔５３ａから、その後端側が突出している。ロッド５５は、貫通孔５３ａにガイドされて、その軸方向に移動することができる。ロッド５５の後端は、ベースフランジ５９に固定されている。使用者は、ベースフランジ５９を掴んで押したり引いたりすると、ロッド５５を軸方向に移動させることができる。
【００３４】
カップリング部５１の後端部とベースフランジ５９とは、蛇腹機構を成すベローズ５８によって接続されている。ロッド５５は、ベローズ５８の内側に位置する。カップリング部５１の後端部とベースフランジ５９とベローズ５８に囲まれる、ロッド５５が貫通する内部空間は、減圧にも耐える気密空間となるように、シーリングが施されている。図の状態のように、使用者がロッド５５を押し込んだ状態では、ベローズ５８の蛇腹機構は折り畳まれている。なお、この内部空間を気密空間とするのは、貫通孔５３ａを介して補助空間と連通するからであり、この内部空間も退避チャンバー２６ｄの一部となり得るからである。
【００３５】
取付部３６に隣接してゲートバルブ３４が設けられている。ゲートバルブ３４は、第２減圧チャンバー２６ｂの第２減圧空間と退避チャンバー２６ｄの補助空間とを、空間的に接続したり隔絶したりする可動隔壁である。図１においては、ゲートバルブ３４は退避しており、第２減圧空間と補助空間が接続状態である様子を示す。したがって、補助空間も、第２排気装置２７ｂによって、第２減圧空間と同じ圧力に減圧されている。
【００３６】
ロッド５５の先端には、捕捉体１４を保持するヘッド５５ａが設けられている。捕捉体１４の取付面は、ロッドの軸方向に対して予め定められた角度に傾斜するように形成されている。捕捉体１４には取付面と接する裏面側に位置決めピンが設けられており、取付面に設けられた位置決め孔に当該位置決めピンを嵌合させることにより、捕捉体１４は取付面に固定される。なお、固定方法はこれに限らず、様々な方法を採用し得る。例えば接着剤によって固定しても良い。
【００３７】
ロッド５５は、捕捉体１４が予め定められた正規の位置に静置されるように、移動を規制するロック機構を有する。ロック機構は、例えば、折り畳まれたベローズ５８が開こうとする付勢力を抑えて所定の位置に留めるフックにより構成される。また、例えば捕捉体１４の種類に応じて複数の位置でロッド５５を留められるように、ロッドの停止位置を複数に設定しても良い。この場合は、フックの掛止部を停止位置に応じて複数設ければ良い。
【００３８】
図２は、捕捉体１４の交換作業時における微粒子組成分析装置１００を表わす概略図である。使用者がベースフランジ５９を取付部３６とは反対の外側方向へ引っ張ると、ベローズ５８の蛇腹機構が開き、ロッド５５も外側方向へ移動する。やがてヘッド５５ａは貫通孔５３ａの開口付近まで到達し、ヘッド５５ａは、捕捉体１４ごと退避チャンバー２６ｄの補助空間内に収容される。
【００３９】
使用者は、捕捉体１４を補助空間に収容したら、ゲートバルブ３４を内部方向へ移動させて、第２減圧空間と補助空間を隔絶状態に切り替える。隔絶状態に切り替えた後に、ビス６１を取り外せば、交換機構５０を微粒子組成分析装置１００から脱離させることができる。このとき、第２減圧空間は、ゲートバルブ３４によって密閉空間となっているので外気が進入することはなく、減圧状態が維持される。
【００４０】
交換機構５０が脱離されると、退避チャンバー２６ｄは大気圧下に開放され、使用者は捕捉体１４を取り出すことができる。捕捉体１４を取り出しやすいように、ベローズ５８の蛇腹機構を少し畳んで、退避チャンバー２６ｄから捕捉体１４を若干突き出させても良い。
【００４１】
図３は、交換機構５０の外観斜視図である。図示するように、接続フランジ５２には、ビス６１を貫通させるビス孔５２ａが円周方向に４つ設けられている。また、胴体部５３は、円筒状に形成されており、接続フランジ５２と一体的にカップリング部５１を成す。カップリング部５１の内部は補助空間が形成され全体として退避チャンバー２６ｄとして機能する。
【００４２】
胴体部５３は、接続部側を開口部とするカップ形状であり、カップの底の中心部に貫通孔５３ａが設けられている。本実施形態においては、ロッド５５が軸方向に安定的に直進するように、底部を肉厚にして、すなわち貫通孔５３ａを深く形成して、ロッド５５の嵌合長を確保している。すなわち、貫通孔５３ａをロッド５５の案内部としている。しかし、案内部を他に設ければ胴体部５３をカップ状に形成しなくても良く、例えば円筒状に形成して、ベローズ５８の内部空間と合わせて補助空間を形成するようにしても良い。
【００４３】
ここで捕捉体１４について説明する。捕捉体１４は、分析対象となる試料気体における微粒子を捕捉するためのユニットである。捕捉体１４は、微粒子を捕捉する本体であるメッシュ１４ａと、メッシュ１４ａを支持する支持枠体１４ｂを含む。メッシュ１４ａは、全体で例えばφ３ｍｍからφ８ｍｍであり、金属、合金、またはその化合物の繊維よりなる不織布が用いられる。また、微細加工によって形成したメッシュシートを利用しても良い。メッシュの線幅は１μｍから１０μｍであり、孔開きは一辺が１０μｍから１００μｍの四角形を成す。また、複数のメッシュを層状に重ねても良い。支持枠体１４ｂは、縦横の一辺が５ｍｍから８ｍｍの四角形であって、厚さが１００μｍから３００μｍ程度の形状である。メッシュ１４ａが張られた支持枠体１４ｂを複数重ね合わせて捕捉体１４を形成しても良い。また、メッシュ１４ａを層状に重ねる場合には、互いに孔開きの大きさを異ならせても良い。
【００４４】
次に、エアロダイナミックレンズ１０について説明する。図４は、エアロダイナミックレンズ１０を説明するための概略図である。エアロダイナミックレンズ１０は、円筒状の外観構造である筐体１０ｉを有する。筐体１０ｉの一端の側面には、外部から試料空気等が導入される導入口１０ｂが設けられる。また、筐体１０ｉの他端の側面には、粒子線１０ａを出射する出射口１０ｃが設けられる。エアロダイナミックレンズ１０は、筐体１０ｉ内に、オリフィス１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈを有する。オリフィス１０ｄからオリフィス１０ｈは、中心に貫通孔を有するドーナツ形状の板材である。図２に示すように、オリフィス１０ｄからオリフィス１０ｈに向かって、それぞれの貫通孔の径は小さくなるように構成される。
【００４５】
図１を用いて説明したように、導入口１０ｂと出射口１０ｃは、それぞれ第１減圧チャンバー２６ａの外側と内側に配設される。したがって、導入口１０ｂと出射口１０ｃにおける圧力差によって、試料空気は、導入口１０ｂから出射口１０ｃへ向かって流れる。エアロダイナミックレンズ１０を通り抜けるときに、試料空気の媒質である空気は、拡散しながら移動する。このため、気体としての空気は、各オリフィスによって移動が妨げられる。
【００４６】
一方、固体もしくは液体で構成される微粒子は、直進性が高い。このため、微粒子は、初段のオリフィス１０ｄを通過した後には、２段目以降のオリフィス１０ｅからオリフィス１０ｈによって移動が大きく妨げられることがない。また、上述したようにオリフィス１０ｄからオリフィス１０ｈに向かって貫通孔の径は次第に小さくなるので、流路は、導入口１０ｂか出射口１０ｃに向かって絞られる。したがって、導入口１０ｂから導入された試料空気に含まれる微粒子は、ビーム状に並んで出射口１０ｃから出射される。
【００４７】
次に変形例を説明する。図５は、変形例に係る微粒子組成分析装置１００'を表わす概略図である。特に、図２と同様に捕捉体１４の交換作業時における様子を表わす。上記の実施形態と異なるのは、取付部３６'が、補助空間の一部を形成し、捕捉体１４は、この補助空間に退避される点である。上記の交換機構５０では、カップリング部５１が胴体部５３を含み、この胴体部の内部に補助空間が形成されたが、変形例に係る交換機構７０では、カップリング部は接続フランジ７２単独によって構成される。その分、ベローズ７８は、交換機構５０のベローズ５８よりも蛇腹機構が長めにつくられている。
【００４８】
図６は、変形例に係る交換機構７０の外観斜視図である。交換機構７０は、交換機構５０と異なり、ガイド部７３を備える。ガイド部７３は、ロッド５５を案内するシリンダー７３ａを接続フランジ７２の開口の中央部に有する。また、シリンダー７３ａを接続フランジ７２から支持する４本の梁７３ｂを有する。また、ベローズ７８は、接続フランジ７２に取り付けられてシーリングされている。その他の構成は、交換機構５０と同様であるので、同じ符番を付して説明を省略する。
【００４９】
交換機構７０は、取付部３６'に取り付けられた場合に、取付部３６'が形成する空間とベローズ７８の内部の空間とが連通する。これらは一体となって補助空間を形成し、微粒子組成分析装置１００'の使用時においては、第２減圧空間と共に減圧される。この場合、ベローズ７８も接続部の一部を構成すると言える。
【００５０】
以上説明した微粒子組成分析装置１００、１００'では、使用者がベースフランジ５９を把持して押したり引いたりすることによりロッド５５を移動させたが、アクチュエータによりロッド５５を移動させる構成としても良い。例えば、ロッド５５の軸部を軸方向に沿って交互にＮ極Ｓ極となるように着磁しておき、外部のコイルを制御して磁気を与えれば、非接触でロッド５５を移動させることができる。ロッド５５をアクチュエータで移動させる場合は、制御部２４により制御を行えば良い。
【００５１】
また、上記の微粒子組成分析装置１００、１００'では、使用時もヘッド５５ａが捕捉体１４を保持しているが、使用時には捕捉体１４をヘッド５５ａから切り離してロッド５５を退避させる構成にしても良い。この場合は、ヘッド５５ａに捕捉体１４を切り離す切離機構を設ける。例えば、捕捉体１４の裏面を磁性素材として、ヘッド５５ａを電磁石とする。捕捉体１４を正規の位置に到達させたら、電磁石の作用を停止して捕捉体１４を切り離す。
【００５２】
また、上記の微粒子組成分析装置１００、１００'では、補助空間も第２排気装置２７ｂにより減圧したが、補助空間を減圧する補助ポンプを備えても良い。補助ポンプを備えていれば、交換後に捕捉体１４を第２減圧空間の正規位置に配置するときに、ゲートバルブ３４を開放する前に補助空間を減圧できるので、第２減圧空間の減圧状態を一定に保つことができる。なお、ゲートバルブ３４は、連通部３５から完全に退避する形式のものに限らず、例えば２つの回転板を第１位相に合わせると連通状態となり、第２位相に合わせると連通状態となる形式のものであっても良い。
【００５３】
本実施形態においては、交換機構５０、７０が微粒子組成分析装置１００、１００'に適用される場合を説明したが、交換機構５０、７０は、微粒子を捕捉する捕捉体１４が減圧下で利用される装置全般に適用できる。微粒子の捕捉を必須とする装置においては、一般的に捕捉体の交換を効率的に行うことが要求されているので、微粒子の分析装置に限らず、他の装置にも同様に展開することができる。
【００５４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エアロダイナミックレンズ、１０ａ  粒子線、１０ｂ  導入口、１０ｃ  出射口、１２  スキマー、１２ａ  連通孔、１４  捕捉体、１４ａ  メッシュ、１４ｂ  支持枠体、１６  レーザー装置、１６ａ  レーザー光、１８  分析セル、１８ａ  スキマー部、１８ｂ  連通孔、１８ｃ  微小孔、２０  ガス分析器、２０ａ  イオン化領域、２４  制御部、２５  演算部、２６ａ  第１減圧チャンバー、２６ｂ  第２減圧チャンバー、２６ｃ  第３減圧チャンバー、２６ｄ  退避チャンバー、２７ａ  第１排気装置、２７ｂ  第２排気装置、２７ｃ  第３排気装置、２８  第１隔壁、２９  第２隔壁、３０  導入管、３２  光学窓、３３  光学窓、３４  ゲートバルブ、３５  連通部、３６、３６'  取付部、５０  交換機構、５１  カップリング部、５２  接続フランジ、５２ａ  ビス孔、５３  胴体部、５３ａ  貫通孔、５５  ロッド、５５ａ  ヘッド５７  Ｏリング、５８  ベローズ、５９  ベースフランジ、６１  ビス、７０  交換機構、７２  接続フランジ、７３  ガイド部、７３ａ  シリンダー、７３ｂ  梁、７８  ベローズ、１００、１００'  微粒子組成分析装置
【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】
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