(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気が導入される捕集容器と、その捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該捕集容器内に導入された大気中に浮遊する粒子状物質を帯電させる放電電極と、上記捕集容器内に配置され、放電電極に対して電位差が与えられることにより当該捕集容器内で帯電した粒子状物質を捕集する集塵電極を備えた浮遊粒子状物質の捕集装置において、
上記捕集容器内に、放電電極と集塵電極とは別に、これらの電極間に集塵電極に集中する形状の電界を形成するための電界制御用電極が設けられているとともに、上記集塵電極は、上記捕集容器への大気の導入方向に対向しない位置に配置され、かつ、上記電界制御用電極は、帯電した粒子状物質を大気の導入方向に対して偏向させて上記集塵電極へと向かわせる電界を形成するよう構成され、更に、上記集塵電極の少なくとも表面部分が、上記大気の導入方向に直交する分割線により複数に分割されていることを特徴とする浮遊粒子状物質の捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する粒子状物質を各種分析や測定に供すべく、効率的に捕集する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中に浮遊している粉じんのうち、粒径が１０μｍ以下のものは浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）と称される。この浮遊粒子状物質は、巻き上げられた土なども含まれるが、ディーゼル車が排出する黒煙や未燃焼燃料、硫黄化合物などが多くを占め（関東では３５％がディーゼル車からのもの）、これらは有害性もより高いと言われている。このディーゼル車からの排気ガスがが原因の粒子状物質は、特にＤＥＰと称される。また、より粒径の小さい２．５μｍ以下のものは微小粒子状物質（ＰＭ２．５）と称され、欧米では調査・研究が盛んになってきている。このＰＭ２．５の場合、その排出原因はディーゼル車の排ガスである割合がより高くなると言われている。
【０００３】
以上のような大気中の浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や微小粒子状物質（ＰＭ２．５）の分析や調査を行うためには、大気中からこれらの粒子状物質を捕集する必要がある。このような粒子状物質を捕集する方法としては、従来、フィルタを介して大気を吸引し、その大気に含まれている粒子状物質をフィルタに付着させる方法が採用されていた。
【０００４】
しかしながら、大気中に浮遊する粒子状物質をフィルタに付着させる方法では、フィルタに付着した粒子状物質を抽出することが困難であり、例えば蛍光Ｘ線分光装置などのように、分析対象である粒子のみにＸ線を照射することが困難となることから、実質的に分析不能となる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明者は、図２に模式的に示すように、ポンプ３２により大気が吸引される捕集容器３１内に放電電極３３と集塵電極３４とを対向配置し、捕集容器３１内に吸引された大気中に含まれる浮遊粒子状物質Ｐを放電電極３３で発生させた単極イオンにより帯電させ、その帯電した粒子状物質Ｐを、放電電極３３に対して電位差が与えられる透明な集塵電極３４に静電的に捕集する装置を提案している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１４９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１に開示されている捕集装置によると、大気中の浮遊粒子状物質が集塵電極の表面に捕集されるため、個々の粒子を極めて容易に抽出することができるとともに、集塵電極を透明とすることにより、粒子状物質が付着した集塵電極をそのまま各種分析機器等の粒子保持部材として供して分析等を行うことが可能となる。
【０００７】
しかしながら、このような捕集装置によると、捕集容器内に導入された大気中に含まれる粒子状物質は、放電電極と集塵電極との電位差により集塵電極上に導かれる結果、集塵電極の表面全域に略均等に捕集されることになり、集塵電極上の粒子状物質が各種機器により分析可能な濃度（密度）に達するまでに長時間を要するという問題がある。
【０００８】
また、捕集容器内に導入された大気に含まれる全ての粒子状物質が集塵電極上に捕集されるので、粒子状物質を重量別に弁別して、重量別の分析を行うことが難しいという問題もある。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、従来の静電式の捕集装置に比して、短時間のうちに高い密度で集塵電極上に粒子状物質を捕集することができ、もって短いサンプリング時間のもとに浮遊粒子状物質の分析を行うことができ、しかも、粒子状物質をその重量別に弁別して捕集することができ、もって浮遊粒子状物質をその重量別に分析することのできる捕集装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の浮遊粒子状物質の捕集装置は、大気が導入される捕集容器と、その捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該捕集容器内に導入された大気中に浮遊する粒子状物質を帯電させる放電電極と、上記捕集容器内に配置され、放電電極に対して電位差が与えられることにより当該捕集容器内で帯電した粒子状物質を捕集する集塵電極を備えた浮遊粒子状物質の捕集装置において、上記捕集容器内に、放電電極と集塵電極とは別に、これらの電極間に集塵電極に集中する形状の電界を形成するための電界制御用電極が設けられているとともに、上記集塵電極は、上記捕集容器への大気の導入方向に対向しない位置に配置され、かつ、上記電界制御用電極は、帯電した粒子状物質を大気の導入方向に対して偏向させて上記集塵電極へと向かわせる電界を形成するよう構成され、更に、上記集塵電極の少なくとも表面部分が、上記大気の導入方向に直交する分割線により複数に分割されていることによって特徴づけられる。
【００１１】
本発明は、まず、捕集容器内に放電電極と集塵電極を設けて、捕集容器内に導入された大気中に浮遊する粒子状物質を放電電極で発生した単極イオンで帯電させて集塵電極に導くのであるが、単にこれら両電極間の電位差により捕集するのではなく、放電電極と集塵電極の間の空間に、集塵電極に集中する形状の電界を形成して、粒子状物質を電界に沿って移動させる。
【００１２】
すなわち、捕集容器内に放電電極および集塵電極とは別に、これら両電極間の空間に集塵電極に集中する形状の電界を形成するための電界制御用電極を設け、帯電した粒子状物質をその電界に沿わせて移動させて集塵電極に捕集するように構成すると、粒子状物質を任意の狭い領域に捕集することが可能となり、短時間のうちに集塵電極上に高い濃度（密度）のもとに浮遊粒子状物質を捕集することが可能となる。
【００１３】
また、本発明においては、集塵電極を捕集容器内への大気の導入方向に対向しない、例えば側方に配置し、放電電極で帯電させた粒子状物質を大気の導入方向に対して偏向させて集塵電極へと向かわせる電界を形成する。これにより、重量の小さい粒子は大気の導入方向に短い距離だけ移動して集塵電極に捕らえられるのに対し、重量の大きい粒子はより長距離だけ移動して集塵電極に捕らえられる。従って、各粒子は、それぞれの重量に応じた集塵電極上の位置に捕集されることになり、粒子状物質の重量ごとに弁別した分析等が容易となる。
【００１４】
更に、本発明においては、上記の集塵電極を、その少なくとも表面部分について、大気の導入方向に複数に分割した構成とする。これにより、分割化された各部分ごとに平均の重量が異なる粒子が捕集されることになり、弁別がより容易化される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、捕集容器内に導入された大気に含まれる粒子状物質が帯電され、電界制御用電極により形成された電界に沿って集塵電極へと移動するので、単に放電電極と集塵電極との電位差によって集塵電極上に捕集する従来の静電式の捕集装置に比して、集塵電極上の任意の狭い領域に粒子状物質を捕集することができ、短時間のうちに高い濃度（密度）で粒子状物質を捕集することが可能となり、分析のためのサンプリング時間を短縮化することができる。
【００１６】
しかも、集塵電極を捕集容器への大気の導入方向に対向しない位置に配置し、放電電極により帯電させた粒子状物質を偏向させて集塵電極に導くように構成しているので、粒子状物質はその重量に応じた集塵電極上の位置に捕集されることになり、大気中に浮遊する粒子状物質を重量別に捕集することができ、浮遊粒子状物質の重量ごとの分析を容易に行うことが可能となる。そして、その集塵電極は、その表面部分を、大気の導入方向に直交する分割線により複数に分割しているため、分割された各部分ごとに平均の重量が異なる粒子が捕集され、捕集した粒子の重量弁別が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態の構成を示す模式図である。
【００１８】
円筒状の捕集容器１０には、大気の流入口１０ａと、ポンプ２の吸引口に連通する連通口１０ｂが形成されており、ポンプ２を駆動することによりって、大気が流入口１０ａを介して捕集容器１０内に吸引される。
【００１９】
捕集容器１０内には、その上部の流入口１０ａに近接して放電電極３が設けられているとともに、捕集容器１０内への大気の導入方向に直交する位置に平板状の集塵電極４０が設けられているとともに、その集塵電極４０に対向するように平板状の電界制御用電極５０が配置されている。すなわち、集塵電極４０は捕集容器１０の側壁と平行に鉛直方向に沿って配置され、その集塵電極４０に対向するように電界制御用電極５０が鉛直に配置されている。
【００２０】
放電電極３には高圧電源６から負の高電圧が印加される一方、集塵電極４０は接地電位７に接続されている。また、電界制御用電極５０には、可変高圧電源８から負の高電圧が印加される。
【００２１】
そして、集塵電極４０は、１枚の共通電極４１とその共通電極４１に対して電気的および機械的に接続される複数の分割透明電極４２ａ〜４２ｄによって構成されており、分割透明電極４２ａ〜４２ｄは上下に、つまり大気の導入方向に分割されている。なお、各分割透明電極４２ａ〜４２ｄは、例えばガラス板の周囲に導電性透明皮膜をコーティングする等の構成を採用することができる。
【００２２】
以上の実施の形態において、ポンプ２を駆動しつつ放電電極３および電界制御用電極５０に電圧を印加すると、流入口１０ａを介して捕集容器１０内に大気が流入し、その大気に含まれている浮遊粒子状物質Ｐは放電電極３が発生する単極イオンにより帯電する。集塵電極４０と電界制御用電極５０の間には、図２において破線で示すような電界が形成されるので、帯電した粒子状物質Ｐはその電界に沿った方向、つまり大気の導入方向に対して偏向した方向へと移動して集塵電極４０へと向かう。このとき、各粒子状物質Ｐの荷電量が一定であるならば、重量の小さな粒子ほど流入口１０ａからの飛行距離が短い間に集塵電極４０に捕集される。換言すれば、上下に分割された透明分割電極４２ａ〜４２ｄのうち、上側の電極ほど重量の小さい粒子状物質Ｐが捕集されることになり、浮遊粒子状物質Ｐは、透明分割電極４２ａ〜４２ｄに重量弁別されて捕集されることになる。
【００２３】
粒子の荷電量が明らかであれば、電界制御用電極５０により電界を適宜に制御することにより、特定の重量範囲の粒子を、透明分割電極４２ａ〜４２ｄのうちの特定のものに捕集することが可能となり、その特定の透明分割電極を取り出して分析に供することにより、任意の重量範囲の粒子について分析を行うことが可能となる。また、この電極を透明としているので、これを分析機器の試料保持部材として兼用すれば、分析作業の簡略化を達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図２】従来の静電式の浮遊粒子状物質の捕集装置の構成例の説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  捕集容器
１０ａ  流入口
１０ｂ  連通口
２  ポンプ
３  放電電極
４０  集塵電極
４１  共通電極
４２ａ〜４２ｄ  透明分割電極
５０  電界制御用電極
６  高圧電源
７  接地電位
８  可変高圧電源
Ｐ  浮遊粒子状物質
【図１】
0004200373.tif 000002
【図２】
0004200373.tif 000003