(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂から成る外郭部と、前記外郭部の端部を挟み込んで嵌設される断面コの字型の形状を有する金属板から成り、空気中に存在するイオンの電荷を受ける電極と、前記電極に発生した電気量を電気信号に変換して出力する電気量処理部と、前記電気量処理部から出力される電気信号によってイオン量を表示する表示部と、前記電気量処理部に直流電源を供給する電池からなる電源部と、前記電源部から前記電気量処理部への電源供給をオン・オフするスイッチと、前記電気量処理部のグランドレベルに導通している接地部を有して、操作することで前記スイッチをオン・オフする操作部とを備えることを特徴とするイオン量測定装置。
【請求項２】
前記表示部はアナログメータであることを特徴とする請求項１記載のイオン量測定装置。
【請求項３】
前記電気量処理部は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器と、前記反転入力端子と前記電極との間に接続した抵抗と、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続した抵抗とコンデンサとの並列回路と、前記電源部の出力の中間電位を生成する中間電位生成回路と、前記非反転入力端子と前記中間電位との間に接続した抵抗とを備え、前記出力端子と前記中間電位との間に前記アナログメータが接続されることを特徴とする請求項２記載のイオン量測定装置。
【請求項４】
前記電気量処理部は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器と、前記非反転入力端子と前記電極との間に接続した抵抗と、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続した抵抗とコンデンサとの並列回路と、前記電源部の出力の中間電位を生成する中間電位生成回路と、前記反転入力端子と前記中間電位との間に接続した抵抗とを備え、前記出力端子と前記中間電位との間に前記アナログメータが接続されることを特徴とする請求項２記載のイオン量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中に存在するイオン量を測定するイオン量測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来例として、図９にエーベルト式の空気イオン測定装置を示す。導体からなる円筒Ａは接地されており、円筒Ｂは円筒Ａ内に同軸に配置されて円筒Ａとは絶縁されている。また、円筒Ｂの一端は絶縁体Ｈを介して筐体Ｄを挿通し、ウルノ氏双線電位計Ｅと連結している。また円筒Ａはその側壁に一端を接続した円筒Ｆを突設しており、円筒Ｆの他端には単位時間あたりωの吸引量で円筒内から外部に空気を送り出すファンＧを備えている。
【０００３】
次にこの従来例の動作について説明する。始めに円筒Ｂを電位Ｖｏに帯電させて、空気を円筒Ａ，Ｂの間に通過させれば、円筒Ｂは円筒Ｂの帯電と逆符号のイオンを吸引して中和する。ここで、ｔ時間吸引した後、円筒Ｂの電位がＶｔになり、円筒Ａ，Ｂとウルノ氏双線電位計Ｅとからなる静電容量をＣとすると、円筒Ｂによって中和されたイオンはＣ（Ｖｔ−Ｖｏ）となる。
【０００４】
そして、空気イオン量は単位体積あたりの個数で表すので、１個のイオンが持つ電気量をｅとすると、空気イオン量の測定値ｎは、ｎ＝Ｃ（Ｖｔ−Ｖｏ）／ｅω  となる。そして、電位Ｖｏ及びファンＧの吸引量ωを変化させることによって、基本的には任意の移動度（運動度）を持つイオンの測定が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来例では、装置の構成が複雑であり、装置が大型で高価なものになり、持ち運びが不便であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型、安価で、持ち運びが容易なイオン量測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、樹脂から成る外郭部と、前記外郭部の端部を挟み込んで嵌設される断面コの字型の形状を有する金属板から成り、空気中に存在するイオンの電荷を受ける電極と、前記電極に発生した電気量を電気信号に変換して出力する電気量処理部と、前記電気量処理部から出力される電気信号によってイオン量を表示する表示部と、前記電気量処理部に直流電源を供給する電池からなる電源部と、前記電源部から前記電気量処理部への電源供給をオン・オフするスイッチと、前記電気量処理部のグランドレベルに導通している接地部を有して、操作することで前記スイッチをオン・オフする操作部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記表示部はアナログメータであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２において、前記電気量処理部は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器と、前記反転入力端子と前記電極との間に接続した抵抗と、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続した抵抗とコンデンサとの並列回路と、前記電源部の出力の中間電位を生成する中間電位生成回路と、前記非反転入力端子と前記中間電位との間に接続した抵抗とを備え、前記出力端子と前記中間電位との間に前記アナログメータが接続されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２において、前記電気量処理部は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器と、前記非反転入力端子と前記電極との間に接続した抵抗と、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続した抵抗とコンデンサとの並列回路と、前記電源部の出力の中間電位を生成する中間電位生成回路と、前記反転入力端子と前記中間電位との間に接続した抵抗とを備え、前記出力端子と前記中間電位との間に前記アナログメータが接続されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
（実施形態１）
本実施形態のイオン量測定装置の回路構成を図１に、外観図を図２〜５に示す。本装置は、函体の樹脂ケース５で外郭部を構成しており、空気中に存在するイオンの電荷を受ける電極１と、電極１に発生した電気量を電気信号に変換して出力する電気量処理部２と、電気量処理部２から出力される電気信号によって可動針が指す目盛から空気中のイオン量を読み取るアナログメータ３（表示部）と、電気量処理部２に直流電源を供給する電源部Ｅ１と、電源部Ｅ１の負極側に直列接続して、電源部Ｅ１から電気量処理部２への電源供給をオン・オフするスイッチＳＷ１と、電気量処理部２のグランドレベルＧＮＤに導通している接地部４ａを有して、押下することでスイッチＳＷ１をオン・オフする操作部４とを備えている。
【００１３】
電極１は、断面コの字型の形状を有する金属板から成り、樹脂ケース５の上端部に嵌設されて、樹脂ケース５の前面、上面、後面の３面に亘って設けられており、イオン吸着に対して広い指向性を実現している。また、その表面は金属が剥き出しとなっており、電極１の出力は、金属の面積に依存し、金属の厚みはその性能とは関連がない。図７は電極１の面積と出力との関係を示し、電極１の面積が約１４０〜２００ｍｍ２のときの出力が大きく、特に出力が最大となる約１６０ｍｍ２のときにイオンの吸着性能が最もよいといえる。
【００１４】
電気量処理部２は、電源部Ｅ１とスイッチＳＷ１との直列回路の両端間に接続した平滑コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との並列回路と、平滑コンデンサＣ１の両端電圧を分圧した中間電位を生成する中間電位生成部２ａと、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器ＯＰ２と、差動演算器ＯＰ２の反転入力端子と電極１との間に接続した抵抗Ｒ６と、差動演算器ＯＰ２の出力端子と反転入力端子との間に接続した抵抗Ｒ７，Ｒ８とコンデンサＣ４との並列回路と、差動演算器ＯＰ２の非反転入力端子と中間電位との間に接続した抵抗Ｒ５と、差動演算器ＯＰ２の出力端子と中間電位との間に接続した可変抵抗ＶＲ１と、差動演算器ＯＰ２の出力端子と可変抵抗ＶＲ１の可変端子との間に接続した抵抗Ｒ９とをプリント基板上に実装して構成され、樹脂ケース５内に設けられている。ここで、平滑コンデンサＣ１の低電圧側はグランドレベルＧＮＤに接続されている。
【００１５】
中間電位生成部２ａは、平滑コンデンサＣ１の両端間に接続した抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路と、抵抗Ｒ２に並列接続したコンデンサＣ３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続中点を非反転入力端子に接続した差動演算器ＯＰ１と、差動演算器ＯＰ１の出力端に一端を接続した抵抗Ｒ４と、差動演算器ＯＰ１の反転入力端子と抵抗Ｒ４の他端との間に接続した抵抗Ｒ３とを備える。差動演算器ＯＰ１と抵抗Ｒ３，Ｒ４とはバッファアンプを構成しており、平滑コンデンサＣ１の両端電圧（電源部Ｅ１の出力電圧）を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した抵抗Ｒ２の両端電圧を中間電位として出力している。
【００１６】
そして、差動演算器ＯＰ１，ＯＰ２は、入力インピーダンスが高く、消費電流が少ないＣＭＯＳ型のオペアンプを用いており、その各電源は、平滑コンデンサＣ１から供給される単電源を用いている。
【００１７】
アナログメータ３は、差動演算器ＯＰ２の出力端子と中間電位との間に接続され、樹脂ケース５の前面に穿設した開口部５ａに挿通して設けられる。
【００１８】
スイッチＳＷ１をオン・オフする操作部４は、樹脂ケース５の右側面の切欠部５ｂ内に設けられ、右側面側から左側面側に向かって押下することによって、スイッチＳＷ１がオンする。そして、操作部４はその略中央にグランドレベルＧＮＤに導通した接地部４ａを有しており、使用者は、本装置を動作させるために操作部４を押下しようとすると、必ず接地部４ａに触れるようになっており、操作時には必ず人体アースを取ることができる。したがって、人体の電荷及び樹脂ケース５の帯電による測定結果の精度の悪化や誤動作を防止することができる。
【００１９】
電源部Ｅ１は、出力電圧１．５Ｖの電池Ｅ１ａ，Ｅ１ｂを直列接続して、３Ｖを出力しており、図６に示すように樹脂ケース５内の下部に配置されて、後面の蓋５ｃを外して電池交換を行うことができる。
【００２０】
次に本実施形態のイオン量測定動作について説明する。まず電極１に接触した空気中のイオンの電荷を電流として電気量処理部２に入力し、電気量処理部２は電極１からの電流に比例した電圧を出力して、アナログメータ３で空気中のイオン量を表示するものである。
【００２１】
具体的には、電極１から入力されたｐＡ〜ｎＡレベルの電流を、差動演算器ＯＰ２と抵抗Ｒ５〜Ｒ８とコンデンサＣ４とで構成される電流−電圧変換回路により非常に大きい利得（抵抗Ｒ６〜Ｒ８で設定され、本実施形態では略１０００倍）で電流−電圧変換を行って数ｍＶ〜数Ｖ程度の電圧レベルに反転増幅している。また、差動演算器ＯＰ２の出力端子と反転入力端子との間に接続したコンデンサＣ４がローパスフィルタとして動作して、電極１からの入力電流に含まれる雑音を低減させており、空気中のイオン量のみを精度良く増幅することができる。なお、抵抗Ｒ５は差動演算器ＯＰ２のオフセット電圧を低減させるための抵抗である。
【００２２】
そして、差動演算器ＯＰ２の非反転入力端子は抵抗Ｒ５を介して中間電位に接続されているので、差動増幅器ＯＰ２の特性上、差動演算器ＯＰ２の反転入力端子も中間電位となり、したがって電極１も中間電位となる。ここで、中間電位は電源部Ｅ１の出力電圧を抵抗分圧した正の電圧であるので、空気中の負のイオンが電極１に吸引されて、負の電荷を電極１に供給し、負のイオン量のみの測定を行うことができる。
【００２３】
次に差動演算器ＯＰ２が出力するイオンの電荷量に比例した電圧によって、アナログメータ３の可動針が動作し、可動針が指す目盛を読み取って空気中のイオン量（数万〜数十万個／ｃｃ）を確認することができる。このとき、アナログメータ３を用いることによって、デジタルメータに比べて数値を読み取る際のぶれ、変化が少なくなり、容易に数値を読み取ることができる。
【００２４】
上記構造を有する本装置は、構成が簡単であり、小型、安価となり、持ち運びを容易にすることができる。
【００２５】
（実施形態２）
図８に示す本実施形態のイオン量測定装置は、実施形態１とは図１に示す電気量処理部２の構成が異なるものであり、電気量処理部２は、電源部Ｅ１とスイッチＳＷ１との直列回路の両端間に接続した平滑コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との並列回路と、平滑コンデンサＣ１の両端電圧を分圧した中間電位を生成する中間電位生成部２ａと、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器ＯＰ２と、差動演算器ＯＰ２の非反転入力端子と電極１との間に接続した抵抗Ｒ６と、差動演算器ＯＰ２の出力端子と反転入力端子との間に接続した抵抗Ｒ７，Ｒ８とコンデンサＣ４との並列回路と、差動演算器ＯＰ２の反転入力端子と中間電位との間に接続した抵抗Ｒ５と、差動演算器ＯＰ２の出力端子と中間電位との間に接続した可変抵抗ＶＲ１と、差動演算器ＯＰ２の出力端子と可変抵抗ＶＲ１の可変端子との間に接続した抵抗Ｒ９とをプリント基板上に実装して構成され、樹脂ケース５内に設けられている。他の構成は実施形態１と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００２６】
次に本実施形態の具体的なイオン量測定動作について説明する。電極１から入力されたｐＡ〜ｎＡレベルの電流を、差動演算器ＯＰ２と抵抗Ｒ５〜Ｒ８と、コンデンサＣ４とで構成される電流−電圧変換回路により非常に大きい利得（抵抗Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８で設定され、本実施形態では略１０００倍）で電流−電圧変換を行って数ｍＶ〜数Ｖ程度の電圧レベルに非反転増幅している。また、差動演算器ＯＰ１の出力端子と反転入力端子との間に接続したコンデンサＣ１がローパスフィルタとして動作して、電極１からの入力電流に含まれる雑音を低減させており、空気中のイオン量のみを精度良く増幅することができる。
【００２７】
そして、差動演算器ＯＰ２の反転入力端子は抵抗Ｒ５を介して中間電位に接続されているので、差動増幅器ＯＰ２の特性上、差動演算器ＯＰ２の非反転入力端子も中間電位となり、したがって電極１も中間電位となる。ここで、中間電位は電源部Ｅ１の出力電圧を抵抗分圧した正の電圧であるので、空気中の負のイオンが電極１に吸引されて、負の電荷を電極１に供給し、負のイオン量のみの測定を行うことができる。
【００２８】
次に差動演算器ＯＰ２が出力するイオンの電荷量に比例した電圧によって、アナログメータ３の可動針が動作し、可動針が指す目盛を読み取って空気中のイオン量（数万〜数十万個／ｃｃ）を確認することができる。このとき、アナログメータ３を用いることによって、デジタルメータに比べて数値を読み取る際のぶれ、変化が少なくなり、容易に数値を読み取ることができる。
【００２９】
上記動作を行う本実施形態では、電気量処理部２の電流−電圧変換回路に非反転増幅回路を用いる点が実施形態１とは異なるが、他の構成は実施形態１と同様であり、同様の効果を奏することができる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、樹脂から成る外郭部と、前記外郭部の端部を挟み込んで嵌設される断面コの字型の形状を有する金属板から成り、空気中に存在するイオンの電荷を受ける電極と、前記電極に発生した電気量を電気信号に変換して出力する電気量処理部と、前記電気量処理部から出力される電気信号によってイオン量を表示する表示部と、前記電気量処理部に直流電源を供給する電池からなる電源部と、前記電源部から前記電気量処理部への電源供給をオン・オフするスイッチと、前記電気量処理部のグランドレベルに導通している接地部を有して、操作することで前記スイッチをオン・オフする操作部とを備えるので、小型、安価で、持ち運びが容易であり、ハンディ型のイオン量測定装置として携行にも適しており、また樹脂ケースを用いながら帯電を防止して精度よく測定ができるという効果がある。さらに、電極の面を３方向に備えることができて、イオン吸着に対して広い指向性を実現できるという効果がある。
【００３１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記表示部はアナログメータであるので、測定値の確認が容易であるという効果がある。
【００３２】
請求項３の発明は、請求項２において、前記電気量処理部は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器と、前記反転入力端子と前記電極との間に接続した抵抗と、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続した抵抗とコンデンサとの並列回路と、前記電源部の出力の中間電位を生成する中間電位生成回路と、前記非反転入力端子と前記中間電位との間に接続した抵抗とを備え、前記出力端子と前記中間電位との間に前記アナログメータが接続されるので、電気量処理部に差動演算器による反転増幅回路を用いて構成することができるという効果がある。
【００３３】
請求項４の発明は、請求項２において、前記電気量処理部は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有して単電源で動作する差動演算器と、前記非反転入力端子と前記電極との間に接続した抵抗と、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続した抵抗とコンデンサとの並列回路と、前記電源部の出力の中間電位を生成する中間電位生成回路と、前記反転入力端子と前記中間電位との間に接続した抵抗とを備え、前記出力端子と前記中間電位との間に前記アナログメータが接続されるので、電気量処理部に差動演算器による非反転増幅回路を用いて構成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の構成を示す図である。
【図２】  同上の前面を示す外観図である。
【図３】  同上の上面を示す外観図である。
【図４】  同上の後面を示す外観図である。
【図５】  同上の右側面を示す外観図である。
【図６】  同上の蓋５ｃを外した後面を示す外観図である。
【図７】  同上の電極１の面積と出力との関係を示す図である。
【図８】  本発明の実施形態２の構成を示す図である。
【図９】  従来例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  電極
２  電気量処理部
３  アナログメータ
４  操作部
４ａ  接地部
５  樹脂ケース
Ｅ１  電源部
ＳＷ１  スイッチ
ＧＮＤ  グランドレベル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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