帯電粒子量評価装置および帯電粒子量評価方法
【課題】帯電粒子源から複数の粒径ピークを有する帯電粒子が放出される場合でも帯電粒子量を高い再現性で高精度に評価できる帯電粒子量評価装置および帯電粒子量評価方法を提供する。
【解決手段】帯電粒子量評価装置１は、円筒状の内側導体２ａと外側導体２ｂを同心に配置した同心円筒状電極２と、両導体２ａ，２ｂ間の環状空間２ｃに軸方向に沿って気流を発生させる吸気ファン３と、両導体２ａ，２ｂ間の印加電圧と両導体間に流れる電流値とから気流中の帯電粒子量を評価するコントローラ１０とを備えるとともに、同心円筒状電極２の外部空間であって気流の上流側に配置されるフィルタ電極６と、フィルタ電極６により粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を上記環状空間２ｃ内に流入させないような電界を発生させるための電圧をフィルタ電極６に印加する電圧源７とを備えている。
【解決手段】帯電粒子量評価装置１は、円筒状の内側導体２ａと外側導体２ｂを同心に配置した同心円筒状電極２と、両導体２ａ，２ｂ間の環状空間２ｃに軸方向に沿って気流を発生させる吸気ファン３と、両導体２ａ，２ｂ間の印加電圧と両導体間に流れる電流値とから気流中の帯電粒子量を評価するコントローラ１０とを備えるとともに、同心円筒状電極２の外部空間であって気流の上流側に配置されるフィルタ電極６と、フィルタ電極６により粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を上記環状空間２ｃ内に流入させないような電界を発生させるための電圧をフィルタ電極６に印加する電圧源７とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する微粒子の粒径や粒子数などを評価する帯電粒子量評価装置および帯電粒子量評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の帯電粒子量評価装置としては、帯電した微粒子の電場中における移動速度（電気移動度）の違いを利用して、微粒子の粒径を測定する微分型電気移動度測定器（ＤＭＡ：Differential Mobility Analyzer）が従来より提供されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、ＤＭＡを用いた帯電粒子量評価装置は大型のため、ゲルディエンコンデンサと呼ばれる二重同心円筒を用いた帯電粒子量評価装置が従来より提供されている（例えば非特許文献１参照）。図７はゲルディエンコンデンサを用いた帯電粒子量評価装置１の概略構成図であり、この帯電粒子量評価装置１は、同心円筒状電極２と、吸気ファン３と、電流計４と、電圧源５とを主要な構成として備えている。
【０００４】
同心円筒状電極２は、互いに半径の異なる円筒状の内側導体２ａおよび外側導体２ｂを同心に配して構成される。二重同心円筒の内、外側導体２ｂには電圧源５により直流電圧が印加され、内側導体２ａは接地されている。なお電圧源５は図示しない電圧制御部によって電源電圧を変化させることができる。
【０００５】
吸気ファン３は、内側導体２ａと外側導体２ｂとの間の空間を通して空気を吸引することによって、内側導体２ａと外側導体２ｂの間の空間に矢印Ａの方向に空気を流し、この空間に空気の流れる方向と速度が均一な層流を生成する。
【０００６】
電流計４は内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に流れる電流を測定するものであり、その電流値から帯電粒子の個数を算出することができる。
【０００７】
本装置では吸気ファン３により空気を吸引している状態で、内側導体２ａを接地するとともに、電圧源５により外側導体２ｂに電圧Ｖを印加して、内外の導体間に電位差を与えると、両導体間に吸引された空気中の帯電粒子が、両導体間に発生する電界によって内側導体２ａに引き寄せられる。そして、帯電粒子が内側導体２ａに流れ込むと、両導体間に電流が発生するので、電流計４の測定値をもとに帯電粒子の粒子数を測定することができる。なお、電圧源５による印加電圧Ｖの極性と、電流計４の測定値の極性とを考慮すれば正負何れの極性の帯電粒子でも測定することができる。
【０００８】
ここで、帯電粒子の粒径はその移動度に依存し、その移動度は二重円筒（内側導体２ａおよび外側導体２ｂ）の寸法と空気の流量とを一定にすると、電圧源５の印加電圧Ｖによって定まる。したがって電圧源５の印加電圧を変化させ、その時の電流値を電流計４で測定することによって、所定の粒径の帯電粒子の数を求めることができる。但し、ゲルディエンコンデンサと呼ばれる二重同心円筒を用いた図７の測定装置では、電圧源５の印加電圧により定めた移動度（粒径）以下の帯電粒子を全て取り込み、その全数を評価している。
【特許文献１】特開平１０−２８８６００号公報
【非特許文献１】北川信一郎編著、「大気電気学」、東海大学出版会、１９９６年６月１０日、４７−４９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記構成の帯電粒子量評価装置では、移動度の変化をもとに帯電粒子の粒子数を所定の粒径範囲で測定することによって粒子数の分布を求めているが、測定したい粒径の帯電粒子よりも粒径の小さい帯電粒子の数を積算して計測するため、図３（ａ）に示すように粒径の測定範囲内で粒子数の分布が複数の極大点Ｐ１，Ｐ２を有する場合、粒径の大きな極大点Ｐ２付近で帯電粒子の粒子数を測定しようとすると、粒径の小さい極大点Ｐ１付近の帯電粒子を積算して求めてしまうため、Ｓ／Ｎ比が低下してしまい、計測精度が低下したり、再現性が悪くなるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、帯電粒子源から複数の粒径ピークを有する帯電粒子が放出される場合でも帯電粒子量を高い再現性で高精度に評価できる帯電粒子量評価装置および帯電粒子量評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配置して構成された第１の同心円筒状電極と、第１内側導体と第１外側導体との間の環状空間に軸方向に沿って気流を発生させる気流発生手段と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に直流電圧を印加するための第１の電圧印加端子と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に流れる電流を測定するための電流測定端子と、前記第１の同心円筒状電極の外部空間であって前記気流の上流側に配置され、当該フィルタ電極により粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を前記環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧が印加される第２の電圧印加端子が設けられたフィルタ電極を備えて成ることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、第２の電圧印加端子を介してフィルタ電極に電圧を印加して、第１の同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に、粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を同心円筒状電極の環状空間に流入させないような電界を発生させているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価装置を実現できるという効果がある。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、フィルタ電極は、互いに半径が異なる円筒状の第２内側導体および第２外側導体を同心に配置して構成された第２の同心円筒状電極からなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、フィルタ電極を同心円筒状電極で構成することで、除去すべき帯電粒子は内側導体又は外側導体に引き寄せられて、電流として除去されるから、測定対象以外の帯電粒子を空間に残さずに除去することで測定精度を向上させることができ、帯電粒子の空間分布を正確に検出できる。しかもフィルタ電極の形状を第１の同心円筒状電極と同様の形状とすることで、第２の同心円筒状電極を通った気流が第１の同心円筒状電極に流入する際に乱れが発生するのを防止でき、帯電粒子の粒子数の粒径分布への影響を少なくした状態で第１の同心円筒状電極に流入させることによって、測定精度を向上させることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、第１内側導体と第２内側導体、および、第１外側導体と第２外側導体はそれぞれ半径が略同一に形成されており、第１および第２の同心円筒状電極は、それぞれの内側導体と外側導体とを重ね合わせた状態で、第１の同心円筒状電極の上流側の端部において絶縁部材を介して互いに連結されたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１内側導体と第２内側導体、および、第１外側導体と第２外側導体はそれぞれ半径が略同一に形成され、且つ、第１及び第２の同心円筒状電極は、それぞれの内側導体と外側導体とを重ね合わせた状態で、絶縁部材を介して連結しているので、連結部分において不連続な点が無く、気流が第２の同心円筒状電極を通って第１の同心円筒状電極に流入する際に気流に乱れが発生するのをさらに防止できるという効果がある。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの発明において、第１及び第２の電圧印加端子にそれぞれ直流電圧を印加する第１及び第２の電圧源による印加電圧をそれぞれ調整する電圧制御手段と、電流測定端子に接続された電流測定手段の測定値を取得する電流値取得手段と、電圧制御手段により第１の電圧源による印加電圧を所定の電圧範囲で掃引させた場合に電流値取得手段の取得した電流値が極大となるときの粒径の内で２番目に大きい粒径を上記閾値として取得する除去粒径取得手段と、除去粒径取得手段の取得した閾値をもとに、粒径が閾値以下の帯電粒子を環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧値を算出する除去電圧算出手段とを備え、電圧制御手段は、第２の電圧源による印加電圧を除去電圧算出手段の算出した電圧値に制御することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、除去粒径取得手段が、電圧制御手段により第１の電圧源による印加電圧を所定の電圧範囲で自動的に掃引させ、この間に電流値取得手段の取得した電流値が極大となるときの粒径の内で２番目に大きい粒径を上記閾値として取得し、この閾値をもとに除去電圧算出手段がフィルタ電極に印加する電圧値を算出しているので、除去すべき帯電粒子の粒径が不明な場合でも、除去対象の帯電粒子の粒径を自動的に設定でき、高い測定精度で帯電粒子量を評価できるという効果がある。例えば粒子数の極大値が５つ存在する場合に粒径の小さい方から４番目の極大値に対応した粒径の粒子数を測定したいのであれば、小さい方から４番目の極大値に対応した粒径が粒径の計測範囲の最大値となるように印加電圧を設定すれば、小さい方から３番目の極大値に対応する粒径が閾値に設定されるから、印加電圧の設定によって任意の極大値を閾値に設定でき、所望の粒径の粒子数を測定することが可能になる。
【００１９】
請求項５の発明は、互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配して形成される同心円筒状電極の両導体間に直流電圧を印加し、両導体間の環状空間に軸方向に沿って流れる気流を生成するとともに、気流によって両導体間の環状空間に帯電粒子を流し、両導体間に流れる電流の電流値から帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価方法であって、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得し、同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得しているので、除去すべき帯電粒子の粒径が不明な場合でも、除去対象の帯電粒子の粒径を自動的に取得することができ、且つ、同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定しているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価方法を提供できるという効果がある。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、第２電圧印加手段がフィルタ電極に電圧を印加して、第１の同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に、粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を同心円筒状電極の環状空間に流入させないような電界を発生させているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価装置を実現できるという効果がある。
【００２２】
請求項６の発明によれば、極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得しているので、除去すべき帯電粒子の粒径が不明な場合でも、除去対象の帯電粒子の粒径を自動的に取得することができ、且つ、同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定しているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価方法を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施形態１）
本発明に係る帯電粒子量評価方法を用いた帯電粒子量評価装置の実施形態１を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態の帯電粒子量評価装置１は、第１の同心円筒状電極（以下同心円筒状電極と略称す）２と、気流発生手段たる吸気ファン３と、電流計４と、第１の電圧源（以下電圧源と略称す）５と、フィルタ電極６と、第２の電圧源（以下電圧源と略称す）７と、絶縁部材８と、コントローラ１０とを主要な構成として備えている。
【００２６】
同心円筒状電極２は、互いに半径の異なる円筒状の第１内側導体２ａ（以下内側導体と略称す）および第１外側導体（以下外側導体と略称す）２ｂを同心に配して構成される。内側導体２ａおよび外側導体２ｂは帯電粒子を引き寄せやすく、且つ、両導体間に流れる電流を測定しやすいように導電率の高い材料で形成するのが好ましく、例えば真鍮の表面にクロムめっきを施して形成される。
【００２７】
内側導体２ａは中空ではなく、接地端子２１と電流測定端子２２とを備え、接地端子２１に接続された接地線２５を介してグランドに接地される。この内側導体２ａの保持は、帯電して電流が流れることによって誤差が生じるのを防止するために、高い絶縁性を有する保持部材（図示せず）を介して外側導体２ｂ内に保持されており、保持部材の材料としては、例えば高絶縁性の三フッ化塩化エチレン樹脂を用いるのが好ましい。
【００２８】
外側導体２ｂは中空円筒状であって、電圧端子２３と電流測定端子２４とを備え、電圧端子２３を介して電圧源５の直流電圧が印加される。また内側導体２ａの電流測定端子２２と外側導体２ｂの電流測定端子２４との間に電流計４が接続されている。ここに、内側導体２ａの接地端子２１と外側導体２ｂの電圧端子２３とで第１の電圧印加端子が構成される。
【００２９】
ここで、帯電粒子の粒径および移動度と外側導体２ｂに印加した印加電圧と同心円筒状導体２の外形寸法の関係を図７に基づいて説明する。
【００３０】
空気中の帯電粒子が等しい移動度を持っていると仮定し、同心円筒状導体２の吸気側において外側導体２ｂの縁の点Ｐから流入したイオンが、導体２ａ，２ｂ間の電界を受けて点Ｓで捕捉されたものとすると、同心円筒状導体２の筒内に流入してくる帯電粒子は全て内側導体２ａに捕捉されることになる。なお帯電粒子が捕捉される点Ｓの位置は外側導体２ｂへの印加電圧や気流の流量を調整することで変化する。
【００３１】
ところで、実際の空気中には様々な移動度を持った帯電粒子が存在しており、ある印加電圧および流量の条件下で点Ｐから流入し、内側導体２ａにおいて出口側の縁の点Ｔで捕捉される帯電粒子の移動度を臨界移動度と呼ぶ。この臨界移動度は、内側導体２ａで捕捉可能な帯電粒子と、内側導体２ａで捕捉できない帯電粒子の境界を示し、臨界移動度よりも移動度の大きな帯電粒子は内側導体２ａで全て捕捉されるが、臨界移動度よりも移動度の小さい帯電粒子は一部が捕捉されずに、同心円筒状導体２の出口から外部へ流出することになる。
【００３２】
例えば図７中の点Ｒから流入した帯電粒子が点Ｔで捕捉されたものとすると、移動度が同じ帯電粒子で、点Ｒを通る同心円Ｃ１と外側導体２ｂとの間の領域から流入する帯電粒子は同心円筒状導体２の出口から流出することになり、同心円Ｃ１と内側導体２ａの間の領域（図中の斜線部）から流入した帯電粒子のみが内側導体２ａで捕捉されることになる。
【００３３】
ここで、帯電粒子の臨界移動度ｋｃは、外側導体２ｂへの印加電圧がＶ、気流の流量がφの時に以下の式（１）を用いて表される。
【００３４】
ｋｃ＝φ×ｌｎ（ｒ０／ｒ１）／（２π×Ｌ×Ｖ） …（１）
但し、ｒ０は外側導体２ｂの半径、ｒ１は内側導体２ａの半径、Ｌは同心円筒状導体２の軸方向の全長である。また移動度ｋｃと帯電粒子の粒径Ｄｐとの関係は以下の式（２）で表される。
【００３５】
ｋｃ＝ｎｐ×ｅ×Ｃｃ／（３π×μ×Ｄｐ） …（２）
但し、ｎｐは帯電粒子の荷電数、ｅは電気素量、Ｃｃはカニンガム補正係数、μは空気の粘性係数である。また、カニンガム補正係数Ｃｃは粒径Ｄｐの関数であり、臨界移動度ｋｃと粒径Ｄｐ及び印加電圧Ｖは上記の式（１）と式（２）を連立して求めることができる。なお、粒径Ｄｐと印加電圧Ｖとの関係を求める際には、カニンガム補正係数Ｃｃが粒径Ｄｐにより変化するため、式（１）と式（２）を連立して臨界移動度ｋｃを消去した式から数値的に算出する。
【００３６】
また同心円筒状導体２の大きさ（全長Ｌおよび半径ｒ０，ｒ１）も式（１）と式（２）とで決まり、測定したい粒径により同心円筒状導体２の大きさが決定される。本実施形態の評価装置１では図３（ａ）に示すように粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍであり、粒径のピークが１０ｎｍから２０ｎｍの間、例えば１４ｎｍにあるものとする。なお図３（ａ）（ｂ）の横軸は粒径を、縦軸は単位体積当たりの粒子数を示している。ここで、帯電粒子の荷電数ｎｐを１と仮定すると、式（２）より電気移動度は５．４９〜０．０００２７４ｃｍ２／Ｖ・ｓとなる。また流量φを５０Ｌ／ｍｉｎ、印加電圧Ｖを０〜６０Ｖとすると、式（１）より同心円筒状導体２の全長Ｌは５２ｃｍ、内側導体２ａの半径ｒ１は４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０は４．８ｃｍとなる。なお導体２ｂの厚みは２ｍｍとする。
【００３７】
またフィルタ電極６の大きさは除去したい帯電粒子の粒径範囲によって決定されるのでるが、吸気ファン３によって生成された気流をなるべく乱さないようにするために、同心円筒状導体２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径と、フィルタ電極６の内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径とをそれぞれ略同じ値とし、同心円筒状導体２とフィルタ電極６との連結部位に凹凸ができないように連結するのが好ましい。ここで、除去したい粒径の範囲を２ｎｍ以下に設定する場合、粒径が２ｎｍの帯電粒子の移動度は、上述の式（２）より０．５１４ｃｍ２／Ｖ・ｓとなる。但し、流量φは同心円筒状導体２と同じく５０Ｌ／ｍｉｎであり、フィルタ電極６の長さは８．０ｃｍとした。また、内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径は、同心円筒状導体２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径と略同じ値に設定され、内側導体６ａの半径が４．５ｃｍ、外側導体６ｂの半径が４．８ｃｍ、厚さが２ｍｍであるので、上述の式（１）より印加電圧は２．０８Ｖとなる。
【００３８】
一方、吸気ファン３は、同心円筒状電極２に対して気流の出口側（図１中の右側）に配置され、内側導体２ａと外側導体２ｂの間の環状空間２ｃの空気を吸引することによって、この環状空間２ｃ内に軸方向に沿って流れる気流を生成している。吸気ファン３の回転数は一定に保たれ、気流の流量を一定にしている。ここで、両導体２ａ，２ｂ間の空間（環状空間２ｃ）内に層流を生成するために、吸気ファン３の備える回転羽根（図示せず）の径が外側導体２ｂの径よりも大きく形成されており、回転羽根の回転面が同心円筒状電極２の中心軸方向と略直交し、且つ、回転羽根の回転軸と同心円筒状電極２の中心軸とが同一直線上に存在するように吸気ファン３が配置され、同心円筒状電極２と吸気ファン３との間に気流の流れを乱す凹凸が出来ないように接続されている。なお両導体２ａ，２ｂの間の空間に層流を生成するのは、同心円筒状電極２の入口側（図１中の左側）から両導体２ａ，２ｂの間の空間に流入した帯電粒子を同心円筒状電極２の軸方向と平行に進ませることによって、帯電粒子を一定速度で移動する状態にして電界を作用させるためである。
【００３９】
電流計４は、内側導体２ａの電流測定端子２２と外側導体２ｂの電流測定端子２４との間に接続されるデジタル式の電流計であり、電流の測定値は後述の電流値取得部１２によって自動的に取得される。なお内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に流れる電流から帯電粒子の粒子数を求めることができ、両導体２ａ，２ｂ間に流れる電流をｉＳとすると、帯電粒子の荷電数ｎｐを１と仮定しているので、帯電粒子の個数ｎＳは以下の式（３）で表される。なお、荷電数ｎｐが１でないときには、式（３）の電気素量ｅに荷電数ｎｐを乗じることにより算出できる。
【００４０】
ｎＳ＝ｉＳ／（ｅ×φ） …（３）
但し、ｅは電気素量、φは気流の流量である。
【００４１】
また電圧源５は、電圧端子２３を介して外側導体２ｂに直流電圧を印加する可変電源であり、自動制御で測定が行えるように後述の電圧制御部１１によって印加電圧が自動的に制御される。なお、電圧源５による印加電圧の極性は正又は負に切り替えることが可能であり、電圧源５による印加電圧が正の電圧であれば正の帯電粒子を計測でき、印加電圧が負の電圧であれば負の帯電粒子を計測することができる。
【００４２】
フィルタ電極６は、同心円筒状電極２の外部空間において、同心円筒状電極２内部の環状空間２ｃに流れる気流の上流側に配置され、粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を環状空間２ｃに流入させないような電界を発生させている。このフィルタ電極６は、同心円筒状電極２と同様の構成を有し、互いに半径の異なる円筒状の第２内側導体（以下内側導体と略称す）６ａおよび第２外側導体（以下外側導体と略称す）６ｂを同心に配した同心円筒状電極で構成される。内側導体６ａおよび外側導体６ｂは所望の粒径範囲の帯電粒子を引き寄せ、電流として除去しやすいように、導電率の高い材料で形成するのが好ましく、例えば真鍮の表面にクロムめっきを施して形成される。
【００４３】
内側導体６ａは接地端子６１を備え、接地端子６１に接続された接地線６３を介してグランドに接地される。この内側導体６ａは、帯電して電流が流れることによって誤差が生じるのを防止するために、高い絶縁性を有する保持部材（図示せず）を介して外側導体６ｂ内に保持されており、保持部材の材料としては、例えば高絶縁性の三フッ化塩化エチレン樹脂を用いるのが好ましい。また外側導体６ｂは電圧端子６２を備え、電圧端子６２を介して電圧源７の直流電圧が印加される。ここに、内側導体６ａの接地端子６１と外側導体６ｂの電圧端子６２とで第２の電圧印加端子が構成される。
【００４４】
このフィルタ電極６は、二重円筒状の絶縁部材８を介して同心円筒状電極２に連結されているが、絶縁部材８によって気流を乱さないようにするため、凹凸ができないように同心円筒状電極２と略平行に保持されていれば、フィルタ電極６はどのような形態で保持されていても良い。なおフィルタ電極６を保持する保持部材は、帯電して電流が流れることで誤差が発生するのを防止するために、この保持部材を接地しておくことが好ましい。
【００４５】
電圧源７は、電圧端子６２を介して外側導体６ｂに直流電圧を印加する可変電源であり、自動制御で測定が行えるように後述の電圧制御部１１によって印加電圧が自動的に制御される。なお、正負何れの極性の帯電粒子でも除去できるように、電圧源７による印加電圧の極性は正又は負に切り替えることが可能である。
【００４６】
絶縁部材８は、同心円筒状電極２とフィルタ電極６との間を連結する部材であり、帯電粒子を含む気流が連結部位を通過する際に乱されずに層流となるよう、同心円筒状電極２の入口側の端部で、内側導体２ａ，６ａ間、および、外側導体２ｂ，６ｂ間を凹凸無く平行に接続するものである。なお絶縁部材８が帯電すると、帯電粒子を引き寄せてしまい、電流が流れて誤差が発生するため、絶縁性能の高い材料で形成するのが好ましく、例えばエンジニアリングプラスチックの一種であるポリアセタール樹脂で形成されている。
【００４７】
次にコントローラ１０の構成について説明する。コントローラ１０は電圧制御部１１と電流値取得部１２と演算処理部１３とを主要な構成として備える。
【００４８】
電圧制御部１１は、後述の粒径算出部１５から入力された印加電圧の電圧値および極性に基づいて電圧源５の印加電圧を自動的に制御する。また電圧制御部１１は、後述の除去電圧算出部１７から入力された印加電圧の電圧値および極性に基づいて電圧源７の印加電圧を自動的に制御しており、電圧源７の印加電圧を設定すると同時に、粒径分布を再度測定させるための粒径分布取得信号を粒径算出部１５に対して出力する機能も備えている。
【００４９】
電流値取得部１２は、電流計４から電流の測定値を自動的に取得し、取得した電流値を粒径算出部１５に出力する。
【００５０】
演算処理部１３は入力部１４と粒径算出部１５と除去粒径算出部１６と除去電圧算出部１７とを備え、電圧制御部１１を用いて電圧源５，７の印加電圧を設定したり、電流値取得部１２から得られた電流値をもとに帯電粒子の粒径分布を求める機能を有している。尚、演算処理部１３は例えばマイクロコンピュータを用いて構成され、粒径算出部１５、除去粒径算出部１６及び除去電圧算出部１７はマイクロコンピュータの演算機能によって実現される。
【００５１】
入力部１４は、測定しようとする帯電粒子の測定範囲、極性及び粒径のスイープ幅などの測定条件をユーザが入力するためのものであり、入力された測定条件は粒径算出部１５に出力される。
【００５２】
粒径算出部１５は、入力部１４から入力された測定条件に従い、測定対象の帯電粒子の粒径と移動度の関係から、外側導体２ｂに印加する電圧を算出して算出結果を電圧制御部１１に出力するとともに、電流値取得部１２から取得した電流値をもとに、電圧源５の印加電圧により設定される粒径以下の帯電粒子の個数を算出する。粒径算出部１５では、電圧制御部１１を用いて電圧源５の印加電圧をスイープさせることで、測定対象の粒径を所定のスイープ幅ずつ変化させており、測定対象の粒径をスイープ幅だけ変化させる毎に粒子数を測定することによって、帯電粒子の粒子数の粒径分布を求めることができる。さらに、粒径算出部１５は計測したい帯電粒子の極性を電圧制御部１１に出力するとともに、除去したい帯電粒子の極性を電圧制御部１１に出力する。また粒径算出部１５は、電圧制御部１１から粒径分布取得信号を取得すると、一度設定した粒径の測定範囲で再度粒径分布を計測し、計測した粒径分布を電子データとして記憶部（図示せず）に記憶させるとともに、図示しない出力装置（プリンタやモニタ装置など）に粒径分布を出力する。
【００５３】
除去粒径算出部１６は、粒径算出部１５から得られた帯電粒子の粒径分布をもとに、粒子数が極大となる時の粒径の内、２番目に大きい粒径を除去対象の帯電粒子の最大粒径（閾値）として求め、この粒径を除去電圧算出部１７に出力する。また粒径算出部１５から入力された測定対象の帯電粒子の極性を、除去対象の帯電粒子の極性として除去電圧算出部１７に出力する。
【００５４】
除去電圧算出部１７は、除去粒径算出部１６から入力された除去対象の帯電粒子の最大粒径（閾値）をもとに、フィルタ電極６の外側導体６ｂに印加する電圧を算出し、印加電圧の算出値と極性を電圧制御部１１に出力する。
【００５５】
次に本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作を図２のフロー図に従って説明する。
【００５６】
先ず吸気ファン３の電源を投入して、回転羽根を回転させ、同心円筒状電極２およびフィルタ電極６の内側導体２ａ，６ａと外側導体２ｂ，６ｂとの間の空間に軸方向に沿って流れる流量が５０Ｌ／ｍｉｎの層流を発生させる。
【００５７】
次に電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５，７の電圧はゼロに設定されている。尚、吸気ファン３の電源と連動して、電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入させても良い。
【００５８】
コントローラ１０が動作を開始すると、測定担当者が入力部１４を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅などの測定条件を入力する（ステップＳ１）。以下では粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍ、極性が負に設定され、スイープ幅が０．６〜２ｎｍの粒径範囲では０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲では２ｎｍに設定された場合について説明する。なお、電流計において電流の向きを考慮すれば、印加する電圧の極性の入力を不要にすることもできる。
【００５９】
粒径算出部１５は、入力部１４から入力された測定条件をもとに、上述の粒径、移動度及び印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことによって、測定対象の粒径範囲に対応する印加電圧の変動範囲と、粒径のスイープ幅に対応した印加電圧のスイープ幅を算出しており、粒径を最小値から最大値まで所定のスイープ幅で変化させる際に各々の粒径に対応した印加電圧を求めている（ステップＳ２）。
【００６０】
次に粒径算出部１５は粒径の最小値に対応した印加電圧の電圧値及び極性を電圧制御部１１に出力する（ステップＳ３）。今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【００６１】
このとき、電圧制御部１１が電圧源５の印加電圧を設定して、粒径の最小値に対応した印加電圧が外側導体２ｂに印加される（ステップＳ４）。外側導体２ｂに印加される電圧の極性は測定対象の帯電粒子の極性と同極性であり、負の帯電粒子を測定したい場合は外側導体２ｂに印加する電圧の極性を負極性とする。これによって、内側導体２ａから外側導体２ｂに電界が発生し、この電界により負の帯電粒子はグランドに接地された内側導体２ａに引き寄せられる。そして、電圧源５の印加電圧で設定された粒径以下の帯電粒子は内側導体２ａに取り込まれて、内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に電流が流れる（ステップＳ５）。なお図１中の矢印ａはフィルタ電極６によって除去される帯電粒子の流れる経路を示し、矢印ｂは同心円筒状電極２に流入する帯電粒子が流れる経路を示している。
【００６２】
内側導体２ａに取り込まれた帯電粒子によって電流が流れると、その電流値は電流計４によって測定され、その測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得される（ステップＳ６）。
【００６３】
電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力し、粒径算出部１５において、上述の式（３）を用いて最小粒径以下の帯電粒子の数を算出し、測定対象の帯電粒子の粒径および個数を図示しない記憶部に記憶させる（ステップＳ７）。
【００６４】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶させると、粒径算出部１５では全ての測定範囲について測定を終了したか否かを判断し（ステップＳ８）、測定が終わっていなければ、粒径を所定のスイープ幅だけ増加させた場合の印加電圧の電圧値及び極性を電圧制御部１１に出力した後（ステップＳ９）、上述のステップＳ４〜Ｓ７の処理を繰り返す。尚、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅を０．２ｎｍとしているので、最小粒径の次は粒径が０．８ｎｍの時の印加電圧の電圧値を出力する。
【００６５】
以上のようにして粒径を０．６ｎｍから２８ｎｍまで所定のスイープ幅ずつスイープさせる毎に、各々の粒径の設定値で上記の処理Ｓ４〜Ｓ７を繰り返すことによって粒子数を算出して、粒径分布（粒径に対する個数の分布）を求めており、ステップＳ８において全ての測定範囲で測定を終了したと判断されると、粒径算出部１５は粒径分布の算出結果を除去粒径算出部１６に出力する（ステップＳ１０）。
【００６６】
除去粒径算出部１６は粒径算出部１５から入力された粒径分布をもとに粒径ピークを探索する。ここで、図３（ａ）に示す粒径分布の例では粒径が１．４ｎｍと１４ｎｍの時に粒子数が極大になっており、粒子数が極大になる時の粒径の内、２番目に大きい粒径（この場合は１．４ｎｍ）を除去対象の帯電粒子の最大径（閾値）に設定し、除去電圧算出部１７に出力する（ステップＳ１１）。
【００６７】
ここに、除去電圧算出部１７では上述の式（１）、式（２）を連立して解くことによって、除去したい帯電粒子の粒径（閾値）に対応する印加電圧を算出することができ、算出結果を印加電圧の設定値として電圧制御部１１に出力する（ステップＳ１２）。
【００６８】
電圧制御部１１では、除去電圧算出部１７から入力された印加電圧の設定値および極性に基づいて電圧源７の印加電圧を設定すると同時に、粒径算出部１５に粒径分布取得信号を出力する（ステップＳ１３）。このとき、電圧源７によりフィルタ電極６の外側導体６ｂに所定電圧の直流電圧が印加される。外側導体６ｂに印加される電圧の極性は測定対象の帯電粒子の極性と同極性であり、負の帯電粒子を除去したい場合は外側導体６ｂに印加する電圧の極性を負極性とする。これによって、内側導体６ａから外側導体６ｂに電界が発生し、この電界により負の帯電粒子はグランドに接地された内側導体６ａに引き寄せられる。そして、粒径が電圧源７の印加電圧で設定された閾値以下となる帯電粒子は内側導体６ａに取り込まれ、電流として除去されるので、粒径が閾値以下の帯電粒子はフィルタ電極６によって除去されることになる。
【００６９】
このようにフィルタ電極６によって小粒径の帯電粒子を除去した状態で、電圧制御部１１から粒径算出部１５に粒径分布取得信号が出力されると、粒径算出部１５では、上述したステップＳ３〜Ｓ１０の処理を実行することによって粒径分布を再度測定しており、粒径が閾値以下の帯電粒子を除外した粒径分布を得ることができ、小粒径の帯電粒子の影響を除外した粒径分布の測定結果を記憶部に記憶させるとともに、出力装置に測定結果を出力する（ステップＳ１４）。図３（ｂ）はフィルタ電極６に所定の電圧を印加して、粒径が１．４ｎｍ以下の帯電粒子を除去した場合の粒径分布の測定結果を示しており、１．４ｎｍのピークが無くなっていることが判る。
【００７０】
以上説明したように本実施形態の帯電粒子量評価装置１では、同心円筒状電極２の外部空間において気流の上流側にフィルタ電極６を配置してあり、除去すべき粒径に対応した電圧値および極性の印加電圧を外側導体６ｂに印加することによって、所定の粒径以下の帯電粒子を内側導体６ａに引き寄せ、内側導体６ａに取り込むことで電流として除去することができる。したがって、粒径が１ｎｍ程度の負イオンのような粒径の小さい帯電粒子が存在するために、空気中に含まれる帯電粒子の粒径分布が粒径ピークを複数有している場合にも、電気移動度の差によって所定の粒径以下の帯電粒子をフィルタ電極６で除去することができるから、大粒径の帯電粒子を測定する際のＳ／Ｎ比を向上させることができ、計測の再現性および信頼性を向上させることが可能になる。
【００７１】
なお本実施形態ではフィルタ電極６の外側導体６ｂに電圧を印加していない状態で、同心円筒状電極２の外側導体２ｂに印加する電圧をスイープさせて粒子数の粒径分布を求めるとともに、粒径分布に現れる極大点（粒径ピーク）を探索して、不要な極大点（粒径ピーク）に対応する粒径を求めることで、除去すべき帯電粒子の最大粒径（粒径の閾値）を決定しているが、予め除去したい帯電粒子の粒径が得られている場合には測定担当者が入力部１４を用いて除去対象の粒径に対応した電圧源７の印加電圧を直接入力しても良い。
【００７２】
またフィルタ電極６を内側導体６ａと外側導体６ｂとの同心円筒状電極で構成しているので、除去すべき帯電粒子は内側導体６ａ又は外側導体６ｂに引き寄せられ、電流として除去されるから、測定対象以外の帯電粒子を空間に残さずに除去することで測定精度を向上させることができ、帯電粒子の空間分布を正確に検出できる。
【００７３】
そのうえフィルタ電極６の内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径は、同心円筒状電極２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径とそれぞれ略同一の半径に設定されているので、同心円筒状電極２とフィルタ電極６との連結部分に凹凸ができることはなく、また同心円筒状電極２およびフィルタ電極６はそれぞれの内側導体２ａ，６ａと外側導体２ｂ，６ｂとを重ね合わせた状態で絶縁部材８を介して連結されているので、連結部分において不連続な点が発生することはない。したがって、フィルタ電極６を通過して同心円筒状電極２に気体が流入する際に気流が乱されることがないから、小粒径の帯電粒子を除去しつつ、帯電粒子の粒径分布を正確に測定することができる。
【００７４】
なお、フィルタ電極６のサイズは除去したい帯電粒子の粒径によって決定されるため、フィルタ電極６の内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径が、同心円筒状電極２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径と異なる値に設定される場合もあるが、その場合でも同心円筒状電極で構成することで除去すべき帯電粒子を空間に残さずに除去できる。例えば図４に示すようにフィルタ電極６の内側導体６ａの半径が同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径よりも小さい半径となる場合もあるが、フィルタ電極６の外側導体６ｂの半径を同心円筒状電極２の外側導体２ｂの半径と略同一の半径として、フィルタ電極６の形状を同心円筒状電極２と略同様の形状に形成することで、乱流の発生を低減することができる。
【００７５】
また本実施形態では、入力部１４を用いて測定したい帯電粒子の粒径範囲および極性とスイープ幅とを設定すると、コントローラ１０が電圧源５の印加電圧を自動的に変化させて帯電粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径が複数ある場合は２番目に大きい粒径を除去すべき帯電粒子の最大粒径（閾値）に設定し、粒径が閾値以下の帯電粒子を除去しているので、除去すべき帯電粒子の粒径範囲が不明な場合でも、除去すべき帯電粒子の最大粒径を自動的に設定することが可能なので、フィルタ電極６に印加する電圧を測定担当者が自分で設定する手間を省くことが出来る。ここで、図３（ａ）には極大値が２つだけの例を示しているが、粒子数の極大値が５つ存在する場合に粒径の小さい方から４番目の極大値に対応した粒径の粒子数を測定したいのであれば、小さい方から４番目の極大値に対応した粒径が粒径の計測範囲の最大値となるように電圧源５の印加電圧を設定すれば、小さい方から３番目の極大値に対応する粒径が閾値に設定されるから、電圧源５による印加電圧の設定によって任意の極大値を閾値に設定でき、所望の粒径の粒子数を測定することが可能になる。
【００７６】
なお本実施形態においてフィルタ電極６の内側導体６ａと外側導体６ｂとの間に流れる電流を測定する電流計（図示せず）を設けても良く、同心円筒状電極２で測定される粒径の帯電粒子とは異なる粒径の帯電粒子を同時に測定することができる。
【００７７】
また本実施形態では同心円筒状電極２およびフィルタ電極６の内側導体２ａ，６ａを接地するとともに、外側導体２ｂ，６ｂに電圧源５，７の直流電圧を印加しているが、同心円筒状電極２の内側導体２ａに電圧を印加して、外側導体２ｂを接地しても、上述と同様に帯電粒子の測定が行える。またフィルタ電極６の内側導体６ａに電圧を印加して、外側導体６ｂを接地しても、上述と同様に所定の粒径以下の帯電粒子を除去することが出来る。
【００７８】
また同心円筒状電極２の内側導体２ａは電流測定端子２４を、外側導体２ｂは電圧端子２３及び電流測定端子２４を、フィルタ電極６の外側導体６ｂは電圧端子６２をそれぞれ備えているので、手動で測定する場合には電流計４や電圧源５，７を帯電粒子量評価装置１自体に一体化しなくても良く、別構成の電流計４や電圧源５，６を同心円筒状電極２およびフィルタ電極６の端子に接続して、測定を行うことが可能である。
【００７９】
（実施形態２）
本発明に係る帯電粒子量評価方法を用いた帯電粒子量評価装置の実施形態２を図５に基づいて説明する。上述の実施形態１では同心円筒状電極２と同様の形状を有するフィルタ電極６を用いているが、本実施形態では平板状のフィルタ電極６’を用いている。尚、フィルタ電極６’以外の構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００８０】
フィルタ電極６’は平板状であって、同心円筒状電極２の外部空間において、同心円筒状電極２の内部を流れる気流の上流側に配置されている。またフィルタ電極６’には電圧源７によって除去したい帯電粒子と同一極性の電圧が印加され、除去したい帯電粒子に斥力を与えて、同心円筒状電極２の内部に流入させないような電界を発生させており、所定の粒径以下の帯電粒子は電界による斥力を受けて吹き飛ばされ、所定の粒径よりも大きな帯電粒子のみ同心円筒状電極２の内部に流入することができる。図中の矢印ａは所定の粒径以下の帯電粒子が流れる経路、矢印ｂは所定の粒径よりも大きな帯電粒子が流れる経路をそれぞれ示している。ここで、フィルタ電極６’は、除去したい粒径の帯電粒子に斥力を与えて吹き飛ばすことができるように、帯電しやすい良導体で形成するのが好ましく、またフィルタ電極６’の支持部材は帯電する可能性があるため、感電などの事故を防止するために絶縁体で支持部材を形成することが好ましい。
【００８１】
本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作を以下に説明する。先ず吸気ファン３の電源を投入して、回転羽根を回転させ、同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂとの間の空間に軸方向に沿って流れる流量が５０Ｌ／ｍｉｎの層流を発生させる。
【００８２】
次に電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５，７の電圧はゼロに設定されている。尚、吸気ファン３の電源と連動して、電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入しても良い。
【００８３】
コントローラ１０が動作を開始すると、測定担当者が入力部１４を用いて測定対象の帯電粒子の粒径範囲および極性や、粒径のスイープ幅などの測定条件を入力する。粒径算出部１５は、入力部１４から入力された測定条件をもとに、上述の粒径、移動度及び印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことによって、測定対象の粒径範囲に対応する印加電圧の変動範囲と、粒径のスイープ幅に対応した印加電圧のスイープ幅を算出しており、粒径を最小値から最大値まで所定のスイープ幅で変化させる際に各々の粒径に対応した印加電圧を求める。
【００８４】
そして、粒径算出部１５が印加電圧の電圧値及び極性を電圧制御部１１に出力し、電圧制御部１１が電圧源５の印加電圧を設定して、印加電圧を所定の電圧範囲内でスイープさせる毎に、粒径算出部１５が電流値取得部１２の取得した電流値に基づいて粒子数を算出することで、粒子数の粒径分布を求めており、粒径分布の算出結果を除去粒径算出部１６に出力する。
【００８５】
除去粒径算出部１６では粒径算出部１５から入力された粒径分布をもとに粒子数が極大となる時の粒径を探索し、粒子数が極大となるときの粒径の内、２番目に大きい粒径を除去対象の帯電粒子の最大粒径（閾値）に設定し、除去電圧算出部１７に出力する。
【００８６】
除去電圧算出部１７では上述の式（１）、式（２）を連立して解くことによって、除去したい帯電粒子の粒径に対応する印加電圧を算出し、電圧制御部１１に出力する。
【００８７】
電圧制御部１１では、除去電圧算出部１７から入力された印加電圧の設定値および極性に基づいて電圧源７の印加電圧を設定すると同時に、粒径算出部１５に粒径分布取得信号を出力する。このとき、電圧源７によりフィルタ電極６’に所定電圧の直流電圧が印加される。フィルタ電極６’に印加される電圧の極性は測定対象の帯電粒子の極性と同極性であり、これによって除去したい帯電粒子に斥力を与え、同心円筒状電極２の外側に吹き飛ばしている。
【００８８】
このようにフィルタ電極６’によって小粒径の帯電粒子を除去した状態で、電圧制御部１１から粒径算出部１５に粒径分布取得信号が出力されると、粒径算出部１５では、上述と同様の処理を行って再度粒径分布を測定しており、粒径が閾値以下の帯電粒子を除外した粒径分布を得ることができる。
【００８９】
以上説明したように本実施形態では簡単な形状（平板状）のフィルタ電極６’を、同心円筒状電極２の外部空間であって、同心円筒状電極２の内部を流れる気流の上流側に配置しており、フィルタ電極６’に除去したい帯電粒子と同極性の電圧を印加することで、除去したい帯電粒子に斥力を作用させて、同心円筒状電極２の外側に吹き飛ばしているので、所定の粒径以下の帯電粒子を除去することができる。したがって、粒径が１ｎｍ程度の負イオンのような粒径の小さい帯電粒子が存在するために、空気中に含まれる帯電粒子の粒径分布が粒径ピークを複数有している場合にも、電気移動度の差によって所定の粒径以下の帯電粒子をフィルタ電極６’で除去することができるから、大粒径の帯電粒子を測定する際のＳ／Ｎ比を向上させることができ、計測の再現性および信頼性を向上させることが可能になる。
【００９０】
なお本実施形態ではフィルタ電極６’を平板状に形成しているが、フィルタ電極６’の形状および寸法は同心円筒状電極２に流入する気流を乱さないのであれば、どのような形状および寸法に形成しても良い。例えばフィルタ電極６’を、同心円筒状電極２の外側導体２ｂと同一半径の半円筒形に形成しても良く、気流の流れを乱さずに同心円筒状電極２の内部に帯電粒子源から帯電粒子を含む気流を流入させることが出来る。
【００９１】
また本実施形態では除去したい帯電粒子の極性と同極性の印加電圧をフィルタ電極６’に印加しているが、除去したい帯電粒子の極性と逆極性の印加電圧をフィルタ電極６’に印加しても良く、除去したい帯電粒子をフィルタ電極６’側に引き寄せて、フィルタ電極６’に取り込むことで電流として除去することができる
（実施形態３）
本発明に係る帯電粒子量評価方法を用いた帯電粒子量評価装置の実施形態３を図６に基づいて説明する。上述の実施形態１では同心円筒状電極２と同様の形状を有するフィルタ電極６を用いているが、本実施形態では略管状であって、同心円筒状電極２に近い側ほど断面積が小さくなるような先細りの形状に形成されたフィルタ電極６”を用いている。尚、フィルタ電極６”以外の構成は実施形態２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００９２】
フィルタ電極６”は、同心円筒状電極２に近い側ほど断面積が小さくなるような先細りの形状に形成されたテーパ部６５と、テーパ部６５の小径側の端部から延長形成された直管部６４とで構成され、同心円筒状電極２の外部空間であって、同心円筒状電極２の内部を流れる気流の上流側に配置されている。
【００９３】
フィルタ電極６”には電圧源７によって除去したい帯電粒子と同一極性の電圧が印加され、帯電粒子に斥力を与えて、除去したい粒径の帯電粒子を直管部６４内に流入させないような電界を発生させており、所定の粒径以下の帯電粒子は電界による斥力を受けて吹き飛ばされ、所定の粒径よりも大きな帯電粒子のみテーパ部６５を通して直管部６４内に流入することができる。図中の矢印ａは所定の粒径以下の帯電粒子が流れる経路、矢印ｂは所定の粒径よりも大きな帯電粒子が流れる経路をそれぞれ示している。ここで、フィルタ電極６”は、除去したい粒径の帯電粒子に斥力を与えて吹き飛ばすことができるように、帯電しやすい良導体で形成するのが好ましく、またフィルタ電極６”の支持部材は帯電する可能性があるため、感電などの事故を防止するために絶縁体で形成するのが好ましい。
【００９４】
本実施形態の動作は実施形態２で説明した帯電粒子量評価装置１と同様であるのでその説明は省略する。
【００９５】
本実施形態ではフィルタ電極６”にテーパ部６５を設けることによって、同心円筒状電極２に近い側ほど断面積が小さくなるような先細りの管状電極に形成しており、テーパ部６５によって、粒径が閾値以下の帯電粒子を除いた気流の通り道を確保しており、帯電粒子の空間分布への影響を少なくできる。また直管部６４の半径は、同心円筒状電極２の外側導体２ｂの半径と略同一の半径に形成されており、直管部６４と外側導体２ｂとの連結部分は凹凸ができないように絶縁部材などを介して連結するのが好ましく、連結部分の凹凸を無くすことで気流に乱れが発生するのを抑制できる。なお直管部６４と外側導体２ｂとを連結できない場合には、直管部６４の半径を同心円筒状電極２の外側導体２ｂの半径と略同じか、それよりも若干大きめの寸法に形成すれば良く、フィルタ電極６”と同心円筒状電極２との境目で気流が乱れるのを抑制できる。
【００９６】
なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】実施形態１の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【図２】同上の動作を説明するフローチャートである。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上を用いて測定された粒径分布図である。
【図４】同上の他の構成の概略構成図である。
【図５】実施形態２の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【図６】実施形態３の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【図７】従来の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 帯電粒子量評価装置
２ 同心円筒状電極
２ａ，６ａ 内側導体
２ｂ，６ｂ 外側導体
２ｃ 環状空間
３ 吸気ファン
４ 電流計
５ 電圧源
６ フィルタ電極
７ 電圧源
１０ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する微粒子の粒径や粒子数などを評価する帯電粒子量評価装置および帯電粒子量評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の帯電粒子量評価装置としては、帯電した微粒子の電場中における移動速度（電気移動度）の違いを利用して、微粒子の粒径を測定する微分型電気移動度測定器（ＤＭＡ：Differential Mobility Analyzer）が従来より提供されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、ＤＭＡを用いた帯電粒子量評価装置は大型のため、ゲルディエンコンデンサと呼ばれる二重同心円筒を用いた帯電粒子量評価装置が従来より提供されている（例えば非特許文献１参照）。図７はゲルディエンコンデンサを用いた帯電粒子量評価装置１の概略構成図であり、この帯電粒子量評価装置１は、同心円筒状電極２と、吸気ファン３と、電流計４と、電圧源５とを主要な構成として備えている。
【０００４】
同心円筒状電極２は、互いに半径の異なる円筒状の内側導体２ａおよび外側導体２ｂを同心に配して構成される。二重同心円筒の内、外側導体２ｂには電圧源５により直流電圧が印加され、内側導体２ａは接地されている。なお電圧源５は図示しない電圧制御部によって電源電圧を変化させることができる。
【０００５】
吸気ファン３は、内側導体２ａと外側導体２ｂとの間の空間を通して空気を吸引することによって、内側導体２ａと外側導体２ｂの間の空間に矢印Ａの方向に空気を流し、この空間に空気の流れる方向と速度が均一な層流を生成する。
【０００６】
電流計４は内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に流れる電流を測定するものであり、その電流値から帯電粒子の個数を算出することができる。
【０００７】
本装置では吸気ファン３により空気を吸引している状態で、内側導体２ａを接地するとともに、電圧源５により外側導体２ｂに電圧Ｖを印加して、内外の導体間に電位差を与えると、両導体間に吸引された空気中の帯電粒子が、両導体間に発生する電界によって内側導体２ａに引き寄せられる。そして、帯電粒子が内側導体２ａに流れ込むと、両導体間に電流が発生するので、電流計４の測定値をもとに帯電粒子の粒子数を測定することができる。なお、電圧源５による印加電圧Ｖの極性と、電流計４の測定値の極性とを考慮すれば正負何れの極性の帯電粒子でも測定することができる。
【０００８】
ここで、帯電粒子の粒径はその移動度に依存し、その移動度は二重円筒（内側導体２ａおよび外側導体２ｂ）の寸法と空気の流量とを一定にすると、電圧源５の印加電圧Ｖによって定まる。したがって電圧源５の印加電圧を変化させ、その時の電流値を電流計４で測定することによって、所定の粒径の帯電粒子の数を求めることができる。但し、ゲルディエンコンデンサと呼ばれる二重同心円筒を用いた図７の測定装置では、電圧源５の印加電圧により定めた移動度（粒径）以下の帯電粒子を全て取り込み、その全数を評価している。
【特許文献１】特開平１０−２８８６００号公報
【非特許文献１】北川信一郎編著、「大気電気学」、東海大学出版会、１９９６年６月１０日、４７−４９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記構成の帯電粒子量評価装置では、移動度の変化をもとに帯電粒子の粒子数を所定の粒径範囲で測定することによって粒子数の分布を求めているが、測定したい粒径の帯電粒子よりも粒径の小さい帯電粒子の数を積算して計測するため、図３（ａ）に示すように粒径の測定範囲内で粒子数の分布が複数の極大点Ｐ１，Ｐ２を有する場合、粒径の大きな極大点Ｐ２付近で帯電粒子の粒子数を測定しようとすると、粒径の小さい極大点Ｐ１付近の帯電粒子を積算して求めてしまうため、Ｓ／Ｎ比が低下してしまい、計測精度が低下したり、再現性が悪くなるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、帯電粒子源から複数の粒径ピークを有する帯電粒子が放出される場合でも帯電粒子量を高い再現性で高精度に評価できる帯電粒子量評価装置および帯電粒子量評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配置して構成された第１の同心円筒状電極と、第１内側導体と第１外側導体との間の環状空間に軸方向に沿って気流を発生させる気流発生手段と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に直流電圧を印加するための第１の電圧印加端子と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に流れる電流を測定するための電流測定端子と、前記第１の同心円筒状電極の外部空間であって前記気流の上流側に配置され、当該フィルタ電極により粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を前記環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧が印加される第２の電圧印加端子が設けられたフィルタ電極を備えて成ることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、第２の電圧印加端子を介してフィルタ電極に電圧を印加して、第１の同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に、粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を同心円筒状電極の環状空間に流入させないような電界を発生させているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価装置を実現できるという効果がある。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、フィルタ電極は、互いに半径が異なる円筒状の第２内側導体および第２外側導体を同心に配置して構成された第２の同心円筒状電極からなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、フィルタ電極を同心円筒状電極で構成することで、除去すべき帯電粒子は内側導体又は外側導体に引き寄せられて、電流として除去されるから、測定対象以外の帯電粒子を空間に残さずに除去することで測定精度を向上させることができ、帯電粒子の空間分布を正確に検出できる。しかもフィルタ電極の形状を第１の同心円筒状電極と同様の形状とすることで、第２の同心円筒状電極を通った気流が第１の同心円筒状電極に流入する際に乱れが発生するのを防止でき、帯電粒子の粒子数の粒径分布への影響を少なくした状態で第１の同心円筒状電極に流入させることによって、測定精度を向上させることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、第１内側導体と第２内側導体、および、第１外側導体と第２外側導体はそれぞれ半径が略同一に形成されており、第１および第２の同心円筒状電極は、それぞれの内側導体と外側導体とを重ね合わせた状態で、第１の同心円筒状電極の上流側の端部において絶縁部材を介して互いに連結されたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１内側導体と第２内側導体、および、第１外側導体と第２外側導体はそれぞれ半径が略同一に形成され、且つ、第１及び第２の同心円筒状電極は、それぞれの内側導体と外側導体とを重ね合わせた状態で、絶縁部材を介して連結しているので、連結部分において不連続な点が無く、気流が第２の同心円筒状電極を通って第１の同心円筒状電極に流入する際に気流に乱れが発生するのをさらに防止できるという効果がある。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの発明において、第１及び第２の電圧印加端子にそれぞれ直流電圧を印加する第１及び第２の電圧源による印加電圧をそれぞれ調整する電圧制御手段と、電流測定端子に接続された電流測定手段の測定値を取得する電流値取得手段と、電圧制御手段により第１の電圧源による印加電圧を所定の電圧範囲で掃引させた場合に電流値取得手段の取得した電流値が極大となるときの粒径の内で２番目に大きい粒径を上記閾値として取得する除去粒径取得手段と、除去粒径取得手段の取得した閾値をもとに、粒径が閾値以下の帯電粒子を環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧値を算出する除去電圧算出手段とを備え、電圧制御手段は、第２の電圧源による印加電圧を除去電圧算出手段の算出した電圧値に制御することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、除去粒径取得手段が、電圧制御手段により第１の電圧源による印加電圧を所定の電圧範囲で自動的に掃引させ、この間に電流値取得手段の取得した電流値が極大となるときの粒径の内で２番目に大きい粒径を上記閾値として取得し、この閾値をもとに除去電圧算出手段がフィルタ電極に印加する電圧値を算出しているので、除去すべき帯電粒子の粒径が不明な場合でも、除去対象の帯電粒子の粒径を自動的に設定でき、高い測定精度で帯電粒子量を評価できるという効果がある。例えば粒子数の極大値が５つ存在する場合に粒径の小さい方から４番目の極大値に対応した粒径の粒子数を測定したいのであれば、小さい方から４番目の極大値に対応した粒径が粒径の計測範囲の最大値となるように印加電圧を設定すれば、小さい方から３番目の極大値に対応する粒径が閾値に設定されるから、印加電圧の設定によって任意の極大値を閾値に設定でき、所望の粒径の粒子数を測定することが可能になる。
【００１９】
請求項５の発明は、互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配して形成される同心円筒状電極の両導体間に直流電圧を印加し、両導体間の環状空間に軸方向に沿って流れる気流を生成するとともに、気流によって両導体間の環状空間に帯電粒子を流し、両導体間に流れる電流の電流値から帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価方法であって、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得し、同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得しているので、除去すべき帯電粒子の粒径が不明な場合でも、除去対象の帯電粒子の粒径を自動的に取得することができ、且つ、同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定しているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価方法を提供できるという効果がある。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、第２電圧印加手段がフィルタ電極に電圧を印加して、第１の同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に、粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を同心円筒状電極の環状空間に流入させないような電界を発生させているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価装置を実現できるという効果がある。
【００２２】
請求項６の発明によれば、極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得しているので、除去すべき帯電粒子の粒径が不明な場合でも、除去対象の帯電粒子の粒径を自動的に取得することができ、且つ、同心円筒状電極の外部空間であって気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定しているので、閾値よりも大きい粒径の帯電粒子数を測定する際に、閾値以下の帯電粒子の数を積算して求めることがなく計測精度が高く且つ再現性の良い帯電粒子量評価方法を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施形態１）
本発明に係る帯電粒子量評価方法を用いた帯電粒子量評価装置の実施形態１を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態の帯電粒子量評価装置１は、第１の同心円筒状電極（以下同心円筒状電極と略称す）２と、気流発生手段たる吸気ファン３と、電流計４と、第１の電圧源（以下電圧源と略称す）５と、フィルタ電極６と、第２の電圧源（以下電圧源と略称す）７と、絶縁部材８と、コントローラ１０とを主要な構成として備えている。
【００２６】
同心円筒状電極２は、互いに半径の異なる円筒状の第１内側導体２ａ（以下内側導体と略称す）および第１外側導体（以下外側導体と略称す）２ｂを同心に配して構成される。内側導体２ａおよび外側導体２ｂは帯電粒子を引き寄せやすく、且つ、両導体間に流れる電流を測定しやすいように導電率の高い材料で形成するのが好ましく、例えば真鍮の表面にクロムめっきを施して形成される。
【００２７】
内側導体２ａは中空ではなく、接地端子２１と電流測定端子２２とを備え、接地端子２１に接続された接地線２５を介してグランドに接地される。この内側導体２ａの保持は、帯電して電流が流れることによって誤差が生じるのを防止するために、高い絶縁性を有する保持部材（図示せず）を介して外側導体２ｂ内に保持されており、保持部材の材料としては、例えば高絶縁性の三フッ化塩化エチレン樹脂を用いるのが好ましい。
【００２８】
外側導体２ｂは中空円筒状であって、電圧端子２３と電流測定端子２４とを備え、電圧端子２３を介して電圧源５の直流電圧が印加される。また内側導体２ａの電流測定端子２２と外側導体２ｂの電流測定端子２４との間に電流計４が接続されている。ここに、内側導体２ａの接地端子２１と外側導体２ｂの電圧端子２３とで第１の電圧印加端子が構成される。
【００２９】
ここで、帯電粒子の粒径および移動度と外側導体２ｂに印加した印加電圧と同心円筒状導体２の外形寸法の関係を図７に基づいて説明する。
【００３０】
空気中の帯電粒子が等しい移動度を持っていると仮定し、同心円筒状導体２の吸気側において外側導体２ｂの縁の点Ｐから流入したイオンが、導体２ａ，２ｂ間の電界を受けて点Ｓで捕捉されたものとすると、同心円筒状導体２の筒内に流入してくる帯電粒子は全て内側導体２ａに捕捉されることになる。なお帯電粒子が捕捉される点Ｓの位置は外側導体２ｂへの印加電圧や気流の流量を調整することで変化する。
【００３１】
ところで、実際の空気中には様々な移動度を持った帯電粒子が存在しており、ある印加電圧および流量の条件下で点Ｐから流入し、内側導体２ａにおいて出口側の縁の点Ｔで捕捉される帯電粒子の移動度を臨界移動度と呼ぶ。この臨界移動度は、内側導体２ａで捕捉可能な帯電粒子と、内側導体２ａで捕捉できない帯電粒子の境界を示し、臨界移動度よりも移動度の大きな帯電粒子は内側導体２ａで全て捕捉されるが、臨界移動度よりも移動度の小さい帯電粒子は一部が捕捉されずに、同心円筒状導体２の出口から外部へ流出することになる。
【００３２】
例えば図７中の点Ｒから流入した帯電粒子が点Ｔで捕捉されたものとすると、移動度が同じ帯電粒子で、点Ｒを通る同心円Ｃ１と外側導体２ｂとの間の領域から流入する帯電粒子は同心円筒状導体２の出口から流出することになり、同心円Ｃ１と内側導体２ａの間の領域（図中の斜線部）から流入した帯電粒子のみが内側導体２ａで捕捉されることになる。
【００３３】
ここで、帯電粒子の臨界移動度ｋｃは、外側導体２ｂへの印加電圧がＶ、気流の流量がφの時に以下の式（１）を用いて表される。
【００３４】
ｋｃ＝φ×ｌｎ（ｒ０／ｒ１）／（２π×Ｌ×Ｖ） …（１）
但し、ｒ０は外側導体２ｂの半径、ｒ１は内側導体２ａの半径、Ｌは同心円筒状導体２の軸方向の全長である。また移動度ｋｃと帯電粒子の粒径Ｄｐとの関係は以下の式（２）で表される。
【００３５】
ｋｃ＝ｎｐ×ｅ×Ｃｃ／（３π×μ×Ｄｐ） …（２）
但し、ｎｐは帯電粒子の荷電数、ｅは電気素量、Ｃｃはカニンガム補正係数、μは空気の粘性係数である。また、カニンガム補正係数Ｃｃは粒径Ｄｐの関数であり、臨界移動度ｋｃと粒径Ｄｐ及び印加電圧Ｖは上記の式（１）と式（２）を連立して求めることができる。なお、粒径Ｄｐと印加電圧Ｖとの関係を求める際には、カニンガム補正係数Ｃｃが粒径Ｄｐにより変化するため、式（１）と式（２）を連立して臨界移動度ｋｃを消去した式から数値的に算出する。
【００３６】
また同心円筒状導体２の大きさ（全長Ｌおよび半径ｒ０，ｒ１）も式（１）と式（２）とで決まり、測定したい粒径により同心円筒状導体２の大きさが決定される。本実施形態の評価装置１では図３（ａ）に示すように粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍであり、粒径のピークが１０ｎｍから２０ｎｍの間、例えば１４ｎｍにあるものとする。なお図３（ａ）（ｂ）の横軸は粒径を、縦軸は単位体積当たりの粒子数を示している。ここで、帯電粒子の荷電数ｎｐを１と仮定すると、式（２）より電気移動度は５．４９〜０．０００２７４ｃｍ２／Ｖ・ｓとなる。また流量φを５０Ｌ／ｍｉｎ、印加電圧Ｖを０〜６０Ｖとすると、式（１）より同心円筒状導体２の全長Ｌは５２ｃｍ、内側導体２ａの半径ｒ１は４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０は４．８ｃｍとなる。なお導体２ｂの厚みは２ｍｍとする。
【００３７】
またフィルタ電極６の大きさは除去したい帯電粒子の粒径範囲によって決定されるのでるが、吸気ファン３によって生成された気流をなるべく乱さないようにするために、同心円筒状導体２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径と、フィルタ電極６の内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径とをそれぞれ略同じ値とし、同心円筒状導体２とフィルタ電極６との連結部位に凹凸ができないように連結するのが好ましい。ここで、除去したい粒径の範囲を２ｎｍ以下に設定する場合、粒径が２ｎｍの帯電粒子の移動度は、上述の式（２）より０．５１４ｃｍ２／Ｖ・ｓとなる。但し、流量φは同心円筒状導体２と同じく５０Ｌ／ｍｉｎであり、フィルタ電極６の長さは８．０ｃｍとした。また、内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径は、同心円筒状導体２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径と略同じ値に設定され、内側導体６ａの半径が４．５ｃｍ、外側導体６ｂの半径が４．８ｃｍ、厚さが２ｍｍであるので、上述の式（１）より印加電圧は２．０８Ｖとなる。
【００３８】
一方、吸気ファン３は、同心円筒状電極２に対して気流の出口側（図１中の右側）に配置され、内側導体２ａと外側導体２ｂの間の環状空間２ｃの空気を吸引することによって、この環状空間２ｃ内に軸方向に沿って流れる気流を生成している。吸気ファン３の回転数は一定に保たれ、気流の流量を一定にしている。ここで、両導体２ａ，２ｂ間の空間（環状空間２ｃ）内に層流を生成するために、吸気ファン３の備える回転羽根（図示せず）の径が外側導体２ｂの径よりも大きく形成されており、回転羽根の回転面が同心円筒状電極２の中心軸方向と略直交し、且つ、回転羽根の回転軸と同心円筒状電極２の中心軸とが同一直線上に存在するように吸気ファン３が配置され、同心円筒状電極２と吸気ファン３との間に気流の流れを乱す凹凸が出来ないように接続されている。なお両導体２ａ，２ｂの間の空間に層流を生成するのは、同心円筒状電極２の入口側（図１中の左側）から両導体２ａ，２ｂの間の空間に流入した帯電粒子を同心円筒状電極２の軸方向と平行に進ませることによって、帯電粒子を一定速度で移動する状態にして電界を作用させるためである。
【００３９】
電流計４は、内側導体２ａの電流測定端子２２と外側導体２ｂの電流測定端子２４との間に接続されるデジタル式の電流計であり、電流の測定値は後述の電流値取得部１２によって自動的に取得される。なお内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に流れる電流から帯電粒子の粒子数を求めることができ、両導体２ａ，２ｂ間に流れる電流をｉＳとすると、帯電粒子の荷電数ｎｐを１と仮定しているので、帯電粒子の個数ｎＳは以下の式（３）で表される。なお、荷電数ｎｐが１でないときには、式（３）の電気素量ｅに荷電数ｎｐを乗じることにより算出できる。
【００４０】
ｎＳ＝ｉＳ／（ｅ×φ） …（３）
但し、ｅは電気素量、φは気流の流量である。
【００４１】
また電圧源５は、電圧端子２３を介して外側導体２ｂに直流電圧を印加する可変電源であり、自動制御で測定が行えるように後述の電圧制御部１１によって印加電圧が自動的に制御される。なお、電圧源５による印加電圧の極性は正又は負に切り替えることが可能であり、電圧源５による印加電圧が正の電圧であれば正の帯電粒子を計測でき、印加電圧が負の電圧であれば負の帯電粒子を計測することができる。
【００４２】
フィルタ電極６は、同心円筒状電極２の外部空間において、同心円筒状電極２内部の環状空間２ｃに流れる気流の上流側に配置され、粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を環状空間２ｃに流入させないような電界を発生させている。このフィルタ電極６は、同心円筒状電極２と同様の構成を有し、互いに半径の異なる円筒状の第２内側導体（以下内側導体と略称す）６ａおよび第２外側導体（以下外側導体と略称す）６ｂを同心に配した同心円筒状電極で構成される。内側導体６ａおよび外側導体６ｂは所望の粒径範囲の帯電粒子を引き寄せ、電流として除去しやすいように、導電率の高い材料で形成するのが好ましく、例えば真鍮の表面にクロムめっきを施して形成される。
【００４３】
内側導体６ａは接地端子６１を備え、接地端子６１に接続された接地線６３を介してグランドに接地される。この内側導体６ａは、帯電して電流が流れることによって誤差が生じるのを防止するために、高い絶縁性を有する保持部材（図示せず）を介して外側導体６ｂ内に保持されており、保持部材の材料としては、例えば高絶縁性の三フッ化塩化エチレン樹脂を用いるのが好ましい。また外側導体６ｂは電圧端子６２を備え、電圧端子６２を介して電圧源７の直流電圧が印加される。ここに、内側導体６ａの接地端子６１と外側導体６ｂの電圧端子６２とで第２の電圧印加端子が構成される。
【００４４】
このフィルタ電極６は、二重円筒状の絶縁部材８を介して同心円筒状電極２に連結されているが、絶縁部材８によって気流を乱さないようにするため、凹凸ができないように同心円筒状電極２と略平行に保持されていれば、フィルタ電極６はどのような形態で保持されていても良い。なおフィルタ電極６を保持する保持部材は、帯電して電流が流れることで誤差が発生するのを防止するために、この保持部材を接地しておくことが好ましい。
【００４５】
電圧源７は、電圧端子６２を介して外側導体６ｂに直流電圧を印加する可変電源であり、自動制御で測定が行えるように後述の電圧制御部１１によって印加電圧が自動的に制御される。なお、正負何れの極性の帯電粒子でも除去できるように、電圧源７による印加電圧の極性は正又は負に切り替えることが可能である。
【００４６】
絶縁部材８は、同心円筒状電極２とフィルタ電極６との間を連結する部材であり、帯電粒子を含む気流が連結部位を通過する際に乱されずに層流となるよう、同心円筒状電極２の入口側の端部で、内側導体２ａ，６ａ間、および、外側導体２ｂ，６ｂ間を凹凸無く平行に接続するものである。なお絶縁部材８が帯電すると、帯電粒子を引き寄せてしまい、電流が流れて誤差が発生するため、絶縁性能の高い材料で形成するのが好ましく、例えばエンジニアリングプラスチックの一種であるポリアセタール樹脂で形成されている。
【００４７】
次にコントローラ１０の構成について説明する。コントローラ１０は電圧制御部１１と電流値取得部１２と演算処理部１３とを主要な構成として備える。
【００４８】
電圧制御部１１は、後述の粒径算出部１５から入力された印加電圧の電圧値および極性に基づいて電圧源５の印加電圧を自動的に制御する。また電圧制御部１１は、後述の除去電圧算出部１７から入力された印加電圧の電圧値および極性に基づいて電圧源７の印加電圧を自動的に制御しており、電圧源７の印加電圧を設定すると同時に、粒径分布を再度測定させるための粒径分布取得信号を粒径算出部１５に対して出力する機能も備えている。
【００４９】
電流値取得部１２は、電流計４から電流の測定値を自動的に取得し、取得した電流値を粒径算出部１５に出力する。
【００５０】
演算処理部１３は入力部１４と粒径算出部１５と除去粒径算出部１６と除去電圧算出部１７とを備え、電圧制御部１１を用いて電圧源５，７の印加電圧を設定したり、電流値取得部１２から得られた電流値をもとに帯電粒子の粒径分布を求める機能を有している。尚、演算処理部１３は例えばマイクロコンピュータを用いて構成され、粒径算出部１５、除去粒径算出部１６及び除去電圧算出部１７はマイクロコンピュータの演算機能によって実現される。
【００５１】
入力部１４は、測定しようとする帯電粒子の測定範囲、極性及び粒径のスイープ幅などの測定条件をユーザが入力するためのものであり、入力された測定条件は粒径算出部１５に出力される。
【００５２】
粒径算出部１５は、入力部１４から入力された測定条件に従い、測定対象の帯電粒子の粒径と移動度の関係から、外側導体２ｂに印加する電圧を算出して算出結果を電圧制御部１１に出力するとともに、電流値取得部１２から取得した電流値をもとに、電圧源５の印加電圧により設定される粒径以下の帯電粒子の個数を算出する。粒径算出部１５では、電圧制御部１１を用いて電圧源５の印加電圧をスイープさせることで、測定対象の粒径を所定のスイープ幅ずつ変化させており、測定対象の粒径をスイープ幅だけ変化させる毎に粒子数を測定することによって、帯電粒子の粒子数の粒径分布を求めることができる。さらに、粒径算出部１５は計測したい帯電粒子の極性を電圧制御部１１に出力するとともに、除去したい帯電粒子の極性を電圧制御部１１に出力する。また粒径算出部１５は、電圧制御部１１から粒径分布取得信号を取得すると、一度設定した粒径の測定範囲で再度粒径分布を計測し、計測した粒径分布を電子データとして記憶部（図示せず）に記憶させるとともに、図示しない出力装置（プリンタやモニタ装置など）に粒径分布を出力する。
【００５３】
除去粒径算出部１６は、粒径算出部１５から得られた帯電粒子の粒径分布をもとに、粒子数が極大となる時の粒径の内、２番目に大きい粒径を除去対象の帯電粒子の最大粒径（閾値）として求め、この粒径を除去電圧算出部１７に出力する。また粒径算出部１５から入力された測定対象の帯電粒子の極性を、除去対象の帯電粒子の極性として除去電圧算出部１７に出力する。
【００５４】
除去電圧算出部１７は、除去粒径算出部１６から入力された除去対象の帯電粒子の最大粒径（閾値）をもとに、フィルタ電極６の外側導体６ｂに印加する電圧を算出し、印加電圧の算出値と極性を電圧制御部１１に出力する。
【００５５】
次に本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作を図２のフロー図に従って説明する。
【００５６】
先ず吸気ファン３の電源を投入して、回転羽根を回転させ、同心円筒状電極２およびフィルタ電極６の内側導体２ａ，６ａと外側導体２ｂ，６ｂとの間の空間に軸方向に沿って流れる流量が５０Ｌ／ｍｉｎの層流を発生させる。
【００５７】
次に電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５，７の電圧はゼロに設定されている。尚、吸気ファン３の電源と連動して、電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入させても良い。
【００５８】
コントローラ１０が動作を開始すると、測定担当者が入力部１４を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅などの測定条件を入力する（ステップＳ１）。以下では粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍ、極性が負に設定され、スイープ幅が０．６〜２ｎｍの粒径範囲では０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲では２ｎｍに設定された場合について説明する。なお、電流計において電流の向きを考慮すれば、印加する電圧の極性の入力を不要にすることもできる。
【００５９】
粒径算出部１５は、入力部１４から入力された測定条件をもとに、上述の粒径、移動度及び印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことによって、測定対象の粒径範囲に対応する印加電圧の変動範囲と、粒径のスイープ幅に対応した印加電圧のスイープ幅を算出しており、粒径を最小値から最大値まで所定のスイープ幅で変化させる際に各々の粒径に対応した印加電圧を求めている（ステップＳ２）。
【００６０】
次に粒径算出部１５は粒径の最小値に対応した印加電圧の電圧値及び極性を電圧制御部１１に出力する（ステップＳ３）。今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【００６１】
このとき、電圧制御部１１が電圧源５の印加電圧を設定して、粒径の最小値に対応した印加電圧が外側導体２ｂに印加される（ステップＳ４）。外側導体２ｂに印加される電圧の極性は測定対象の帯電粒子の極性と同極性であり、負の帯電粒子を測定したい場合は外側導体２ｂに印加する電圧の極性を負極性とする。これによって、内側導体２ａから外側導体２ｂに電界が発生し、この電界により負の帯電粒子はグランドに接地された内側導体２ａに引き寄せられる。そして、電圧源５の印加電圧で設定された粒径以下の帯電粒子は内側導体２ａに取り込まれて、内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に電流が流れる（ステップＳ５）。なお図１中の矢印ａはフィルタ電極６によって除去される帯電粒子の流れる経路を示し、矢印ｂは同心円筒状電極２に流入する帯電粒子が流れる経路を示している。
【００６２】
内側導体２ａに取り込まれた帯電粒子によって電流が流れると、その電流値は電流計４によって測定され、その測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得される（ステップＳ６）。
【００６３】
電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力し、粒径算出部１５において、上述の式（３）を用いて最小粒径以下の帯電粒子の数を算出し、測定対象の帯電粒子の粒径および個数を図示しない記憶部に記憶させる（ステップＳ７）。
【００６４】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶させると、粒径算出部１５では全ての測定範囲について測定を終了したか否かを判断し（ステップＳ８）、測定が終わっていなければ、粒径を所定のスイープ幅だけ増加させた場合の印加電圧の電圧値及び極性を電圧制御部１１に出力した後（ステップＳ９）、上述のステップＳ４〜Ｓ７の処理を繰り返す。尚、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅を０．２ｎｍとしているので、最小粒径の次は粒径が０．８ｎｍの時の印加電圧の電圧値を出力する。
【００６５】
以上のようにして粒径を０．６ｎｍから２８ｎｍまで所定のスイープ幅ずつスイープさせる毎に、各々の粒径の設定値で上記の処理Ｓ４〜Ｓ７を繰り返すことによって粒子数を算出して、粒径分布（粒径に対する個数の分布）を求めており、ステップＳ８において全ての測定範囲で測定を終了したと判断されると、粒径算出部１５は粒径分布の算出結果を除去粒径算出部１６に出力する（ステップＳ１０）。
【００６６】
除去粒径算出部１６は粒径算出部１５から入力された粒径分布をもとに粒径ピークを探索する。ここで、図３（ａ）に示す粒径分布の例では粒径が１．４ｎｍと１４ｎｍの時に粒子数が極大になっており、粒子数が極大になる時の粒径の内、２番目に大きい粒径（この場合は１．４ｎｍ）を除去対象の帯電粒子の最大径（閾値）に設定し、除去電圧算出部１７に出力する（ステップＳ１１）。
【００６７】
ここに、除去電圧算出部１７では上述の式（１）、式（２）を連立して解くことによって、除去したい帯電粒子の粒径（閾値）に対応する印加電圧を算出することができ、算出結果を印加電圧の設定値として電圧制御部１１に出力する（ステップＳ１２）。
【００６８】
電圧制御部１１では、除去電圧算出部１７から入力された印加電圧の設定値および極性に基づいて電圧源７の印加電圧を設定すると同時に、粒径算出部１５に粒径分布取得信号を出力する（ステップＳ１３）。このとき、電圧源７によりフィルタ電極６の外側導体６ｂに所定電圧の直流電圧が印加される。外側導体６ｂに印加される電圧の極性は測定対象の帯電粒子の極性と同極性であり、負の帯電粒子を除去したい場合は外側導体６ｂに印加する電圧の極性を負極性とする。これによって、内側導体６ａから外側導体６ｂに電界が発生し、この電界により負の帯電粒子はグランドに接地された内側導体６ａに引き寄せられる。そして、粒径が電圧源７の印加電圧で設定された閾値以下となる帯電粒子は内側導体６ａに取り込まれ、電流として除去されるので、粒径が閾値以下の帯電粒子はフィルタ電極６によって除去されることになる。
【００６９】
このようにフィルタ電極６によって小粒径の帯電粒子を除去した状態で、電圧制御部１１から粒径算出部１５に粒径分布取得信号が出力されると、粒径算出部１５では、上述したステップＳ３〜Ｓ１０の処理を実行することによって粒径分布を再度測定しており、粒径が閾値以下の帯電粒子を除外した粒径分布を得ることができ、小粒径の帯電粒子の影響を除外した粒径分布の測定結果を記憶部に記憶させるとともに、出力装置に測定結果を出力する（ステップＳ１４）。図３（ｂ）はフィルタ電極６に所定の電圧を印加して、粒径が１．４ｎｍ以下の帯電粒子を除去した場合の粒径分布の測定結果を示しており、１．４ｎｍのピークが無くなっていることが判る。
【００７０】
以上説明したように本実施形態の帯電粒子量評価装置１では、同心円筒状電極２の外部空間において気流の上流側にフィルタ電極６を配置してあり、除去すべき粒径に対応した電圧値および極性の印加電圧を外側導体６ｂに印加することによって、所定の粒径以下の帯電粒子を内側導体６ａに引き寄せ、内側導体６ａに取り込むことで電流として除去することができる。したがって、粒径が１ｎｍ程度の負イオンのような粒径の小さい帯電粒子が存在するために、空気中に含まれる帯電粒子の粒径分布が粒径ピークを複数有している場合にも、電気移動度の差によって所定の粒径以下の帯電粒子をフィルタ電極６で除去することができるから、大粒径の帯電粒子を測定する際のＳ／Ｎ比を向上させることができ、計測の再現性および信頼性を向上させることが可能になる。
【００７１】
なお本実施形態ではフィルタ電極６の外側導体６ｂに電圧を印加していない状態で、同心円筒状電極２の外側導体２ｂに印加する電圧をスイープさせて粒子数の粒径分布を求めるとともに、粒径分布に現れる極大点（粒径ピーク）を探索して、不要な極大点（粒径ピーク）に対応する粒径を求めることで、除去すべき帯電粒子の最大粒径（粒径の閾値）を決定しているが、予め除去したい帯電粒子の粒径が得られている場合には測定担当者が入力部１４を用いて除去対象の粒径に対応した電圧源７の印加電圧を直接入力しても良い。
【００７２】
またフィルタ電極６を内側導体６ａと外側導体６ｂとの同心円筒状電極で構成しているので、除去すべき帯電粒子は内側導体６ａ又は外側導体６ｂに引き寄せられ、電流として除去されるから、測定対象以外の帯電粒子を空間に残さずに除去することで測定精度を向上させることができ、帯電粒子の空間分布を正確に検出できる。
【００７３】
そのうえフィルタ電極６の内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径は、同心円筒状電極２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径とそれぞれ略同一の半径に設定されているので、同心円筒状電極２とフィルタ電極６との連結部分に凹凸ができることはなく、また同心円筒状電極２およびフィルタ電極６はそれぞれの内側導体２ａ，６ａと外側導体２ｂ，６ｂとを重ね合わせた状態で絶縁部材８を介して連結されているので、連結部分において不連続な点が発生することはない。したがって、フィルタ電極６を通過して同心円筒状電極２に気体が流入する際に気流が乱されることがないから、小粒径の帯電粒子を除去しつつ、帯電粒子の粒径分布を正確に測定することができる。
【００７４】
なお、フィルタ電極６のサイズは除去したい帯電粒子の粒径によって決定されるため、フィルタ電極６の内側導体６ａおよび外側導体６ｂの半径が、同心円筒状電極２の内側導体２ａおよび外側導体２ｂの半径と異なる値に設定される場合もあるが、その場合でも同心円筒状電極で構成することで除去すべき帯電粒子を空間に残さずに除去できる。例えば図４に示すようにフィルタ電極６の内側導体６ａの半径が同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径よりも小さい半径となる場合もあるが、フィルタ電極６の外側導体６ｂの半径を同心円筒状電極２の外側導体２ｂの半径と略同一の半径として、フィルタ電極６の形状を同心円筒状電極２と略同様の形状に形成することで、乱流の発生を低減することができる。
【００７５】
また本実施形態では、入力部１４を用いて測定したい帯電粒子の粒径範囲および極性とスイープ幅とを設定すると、コントローラ１０が電圧源５の印加電圧を自動的に変化させて帯電粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径が複数ある場合は２番目に大きい粒径を除去すべき帯電粒子の最大粒径（閾値）に設定し、粒径が閾値以下の帯電粒子を除去しているので、除去すべき帯電粒子の粒径範囲が不明な場合でも、除去すべき帯電粒子の最大粒径を自動的に設定することが可能なので、フィルタ電極６に印加する電圧を測定担当者が自分で設定する手間を省くことが出来る。ここで、図３（ａ）には極大値が２つだけの例を示しているが、粒子数の極大値が５つ存在する場合に粒径の小さい方から４番目の極大値に対応した粒径の粒子数を測定したいのであれば、小さい方から４番目の極大値に対応した粒径が粒径の計測範囲の最大値となるように電圧源５の印加電圧を設定すれば、小さい方から３番目の極大値に対応する粒径が閾値に設定されるから、電圧源５による印加電圧の設定によって任意の極大値を閾値に設定でき、所望の粒径の粒子数を測定することが可能になる。
【００７６】
なお本実施形態においてフィルタ電極６の内側導体６ａと外側導体６ｂとの間に流れる電流を測定する電流計（図示せず）を設けても良く、同心円筒状電極２で測定される粒径の帯電粒子とは異なる粒径の帯電粒子を同時に測定することができる。
【００７７】
また本実施形態では同心円筒状電極２およびフィルタ電極６の内側導体２ａ，６ａを接地するとともに、外側導体２ｂ，６ｂに電圧源５，７の直流電圧を印加しているが、同心円筒状電極２の内側導体２ａに電圧を印加して、外側導体２ｂを接地しても、上述と同様に帯電粒子の測定が行える。またフィルタ電極６の内側導体６ａに電圧を印加して、外側導体６ｂを接地しても、上述と同様に所定の粒径以下の帯電粒子を除去することが出来る。
【００７８】
また同心円筒状電極２の内側導体２ａは電流測定端子２４を、外側導体２ｂは電圧端子２３及び電流測定端子２４を、フィルタ電極６の外側導体６ｂは電圧端子６２をそれぞれ備えているので、手動で測定する場合には電流計４や電圧源５，７を帯電粒子量評価装置１自体に一体化しなくても良く、別構成の電流計４や電圧源５，６を同心円筒状電極２およびフィルタ電極６の端子に接続して、測定を行うことが可能である。
【００７９】
（実施形態２）
本発明に係る帯電粒子量評価方法を用いた帯電粒子量評価装置の実施形態２を図５に基づいて説明する。上述の実施形態１では同心円筒状電極２と同様の形状を有するフィルタ電極６を用いているが、本実施形態では平板状のフィルタ電極６’を用いている。尚、フィルタ電極６’以外の構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００８０】
フィルタ電極６’は平板状であって、同心円筒状電極２の外部空間において、同心円筒状電極２の内部を流れる気流の上流側に配置されている。またフィルタ電極６’には電圧源７によって除去したい帯電粒子と同一極性の電圧が印加され、除去したい帯電粒子に斥力を与えて、同心円筒状電極２の内部に流入させないような電界を発生させており、所定の粒径以下の帯電粒子は電界による斥力を受けて吹き飛ばされ、所定の粒径よりも大きな帯電粒子のみ同心円筒状電極２の内部に流入することができる。図中の矢印ａは所定の粒径以下の帯電粒子が流れる経路、矢印ｂは所定の粒径よりも大きな帯電粒子が流れる経路をそれぞれ示している。ここで、フィルタ電極６’は、除去したい粒径の帯電粒子に斥力を与えて吹き飛ばすことができるように、帯電しやすい良導体で形成するのが好ましく、またフィルタ電極６’の支持部材は帯電する可能性があるため、感電などの事故を防止するために絶縁体で支持部材を形成することが好ましい。
【００８１】
本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作を以下に説明する。先ず吸気ファン３の電源を投入して、回転羽根を回転させ、同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂとの間の空間に軸方向に沿って流れる流量が５０Ｌ／ｍｉｎの層流を発生させる。
【００８２】
次に電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５，７の電圧はゼロに設定されている。尚、吸気ファン３の電源と連動して、電圧源５，７およびコントローラ１０の電源を投入しても良い。
【００８３】
コントローラ１０が動作を開始すると、測定担当者が入力部１４を用いて測定対象の帯電粒子の粒径範囲および極性や、粒径のスイープ幅などの測定条件を入力する。粒径算出部１５は、入力部１４から入力された測定条件をもとに、上述の粒径、移動度及び印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことによって、測定対象の粒径範囲に対応する印加電圧の変動範囲と、粒径のスイープ幅に対応した印加電圧のスイープ幅を算出しており、粒径を最小値から最大値まで所定のスイープ幅で変化させる際に各々の粒径に対応した印加電圧を求める。
【００８４】
そして、粒径算出部１５が印加電圧の電圧値及び極性を電圧制御部１１に出力し、電圧制御部１１が電圧源５の印加電圧を設定して、印加電圧を所定の電圧範囲内でスイープさせる毎に、粒径算出部１５が電流値取得部１２の取得した電流値に基づいて粒子数を算出することで、粒子数の粒径分布を求めており、粒径分布の算出結果を除去粒径算出部１６に出力する。
【００８５】
除去粒径算出部１６では粒径算出部１５から入力された粒径分布をもとに粒子数が極大となる時の粒径を探索し、粒子数が極大となるときの粒径の内、２番目に大きい粒径を除去対象の帯電粒子の最大粒径（閾値）に設定し、除去電圧算出部１７に出力する。
【００８６】
除去電圧算出部１７では上述の式（１）、式（２）を連立して解くことによって、除去したい帯電粒子の粒径に対応する印加電圧を算出し、電圧制御部１１に出力する。
【００８７】
電圧制御部１１では、除去電圧算出部１７から入力された印加電圧の設定値および極性に基づいて電圧源７の印加電圧を設定すると同時に、粒径算出部１５に粒径分布取得信号を出力する。このとき、電圧源７によりフィルタ電極６’に所定電圧の直流電圧が印加される。フィルタ電極６’に印加される電圧の極性は測定対象の帯電粒子の極性と同極性であり、これによって除去したい帯電粒子に斥力を与え、同心円筒状電極２の外側に吹き飛ばしている。
【００８８】
このようにフィルタ電極６’によって小粒径の帯電粒子を除去した状態で、電圧制御部１１から粒径算出部１５に粒径分布取得信号が出力されると、粒径算出部１５では、上述と同様の処理を行って再度粒径分布を測定しており、粒径が閾値以下の帯電粒子を除外した粒径分布を得ることができる。
【００８９】
以上説明したように本実施形態では簡単な形状（平板状）のフィルタ電極６’を、同心円筒状電極２の外部空間であって、同心円筒状電極２の内部を流れる気流の上流側に配置しており、フィルタ電極６’に除去したい帯電粒子と同極性の電圧を印加することで、除去したい帯電粒子に斥力を作用させて、同心円筒状電極２の外側に吹き飛ばしているので、所定の粒径以下の帯電粒子を除去することができる。したがって、粒径が１ｎｍ程度の負イオンのような粒径の小さい帯電粒子が存在するために、空気中に含まれる帯電粒子の粒径分布が粒径ピークを複数有している場合にも、電気移動度の差によって所定の粒径以下の帯電粒子をフィルタ電極６’で除去することができるから、大粒径の帯電粒子を測定する際のＳ／Ｎ比を向上させることができ、計測の再現性および信頼性を向上させることが可能になる。
【００９０】
なお本実施形態ではフィルタ電極６’を平板状に形成しているが、フィルタ電極６’の形状および寸法は同心円筒状電極２に流入する気流を乱さないのであれば、どのような形状および寸法に形成しても良い。例えばフィルタ電極６’を、同心円筒状電極２の外側導体２ｂと同一半径の半円筒形に形成しても良く、気流の流れを乱さずに同心円筒状電極２の内部に帯電粒子源から帯電粒子を含む気流を流入させることが出来る。
【００９１】
また本実施形態では除去したい帯電粒子の極性と同極性の印加電圧をフィルタ電極６’に印加しているが、除去したい帯電粒子の極性と逆極性の印加電圧をフィルタ電極６’に印加しても良く、除去したい帯電粒子をフィルタ電極６’側に引き寄せて、フィルタ電極６’に取り込むことで電流として除去することができる
（実施形態３）
本発明に係る帯電粒子量評価方法を用いた帯電粒子量評価装置の実施形態３を図６に基づいて説明する。上述の実施形態１では同心円筒状電極２と同様の形状を有するフィルタ電極６を用いているが、本実施形態では略管状であって、同心円筒状電極２に近い側ほど断面積が小さくなるような先細りの形状に形成されたフィルタ電極６”を用いている。尚、フィルタ電極６”以外の構成は実施形態２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００９２】
フィルタ電極６”は、同心円筒状電極２に近い側ほど断面積が小さくなるような先細りの形状に形成されたテーパ部６５と、テーパ部６５の小径側の端部から延長形成された直管部６４とで構成され、同心円筒状電極２の外部空間であって、同心円筒状電極２の内部を流れる気流の上流側に配置されている。
【００９３】
フィルタ電極６”には電圧源７によって除去したい帯電粒子と同一極性の電圧が印加され、帯電粒子に斥力を与えて、除去したい粒径の帯電粒子を直管部６４内に流入させないような電界を発生させており、所定の粒径以下の帯電粒子は電界による斥力を受けて吹き飛ばされ、所定の粒径よりも大きな帯電粒子のみテーパ部６５を通して直管部６４内に流入することができる。図中の矢印ａは所定の粒径以下の帯電粒子が流れる経路、矢印ｂは所定の粒径よりも大きな帯電粒子が流れる経路をそれぞれ示している。ここで、フィルタ電極６”は、除去したい粒径の帯電粒子に斥力を与えて吹き飛ばすことができるように、帯電しやすい良導体で形成するのが好ましく、またフィルタ電極６”の支持部材は帯電する可能性があるため、感電などの事故を防止するために絶縁体で形成するのが好ましい。
【００９４】
本実施形態の動作は実施形態２で説明した帯電粒子量評価装置１と同様であるのでその説明は省略する。
【００９５】
本実施形態ではフィルタ電極６”にテーパ部６５を設けることによって、同心円筒状電極２に近い側ほど断面積が小さくなるような先細りの管状電極に形成しており、テーパ部６５によって、粒径が閾値以下の帯電粒子を除いた気流の通り道を確保しており、帯電粒子の空間分布への影響を少なくできる。また直管部６４の半径は、同心円筒状電極２の外側導体２ｂの半径と略同一の半径に形成されており、直管部６４と外側導体２ｂとの連結部分は凹凸ができないように絶縁部材などを介して連結するのが好ましく、連結部分の凹凸を無くすことで気流に乱れが発生するのを抑制できる。なお直管部６４と外側導体２ｂとを連結できない場合には、直管部６４の半径を同心円筒状電極２の外側導体２ｂの半径と略同じか、それよりも若干大きめの寸法に形成すれば良く、フィルタ電極６”と同心円筒状電極２との境目で気流が乱れるのを抑制できる。
【００９６】
なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】実施形態１の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【図２】同上の動作を説明するフローチャートである。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上を用いて測定された粒径分布図である。
【図４】同上の他の構成の概略構成図である。
【図５】実施形態２の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【図６】実施形態３の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【図７】従来の帯電粒子量評価装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 帯電粒子量評価装置
２ 同心円筒状電極
２ａ，６ａ 内側導体
２ｂ，６ｂ 外側導体
２ｃ 環状空間
３ 吸気ファン
４ 電流計
５ 電圧源
６ フィルタ電極
７ 電圧源
１０ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配置して構成された第１の同心円筒状電極と、第１内側導体と第１外側導体との間の環状空間に軸方向に沿って気流を発生させる気流発生手段と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に直流電圧を印加するための第１の電圧印加端子と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に流れる電流を測定するための電流測定端子と、前記第１の同心円筒状電極の外部空間であって前記気流の上流側に配置され、当該フィルタ電極により粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を前記環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧が印加される第２の電圧印加端子が設けられたフィルタ電極を備えて成ることを特徴とする帯電粒子量評価装置。
【請求項２】
前記フィルタ電極は、互いに半径が異なる円筒状の第２内側導体および第２外側導体を同心に配置して構成された第２の同心円筒状電極からなることを特徴とする請求項１記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項３】
前記第１内側導体と前記第２内側導体、および、前記第１外側導体と前記第２外側導体はそれぞれ半径が略同一に形成されており、第１および第２の同心円筒状電極は、それぞれの内側導体と外側導体とを重ね合わせた状態で、第１の同心円筒状電極の上流側の端部において絶縁部材を介して互いに連結されたことを特徴とする請求項２記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の電圧印加端子にそれぞれ直流電圧を印加する第１及び第２の電圧源による印加電圧をそれぞれ調整する電圧制御手段と、前記電流測定端子に接続された電流測定手段の測定値を取得する電流値取得手段と、電圧制御手段により第１の電圧源による印加電圧を所定の電圧範囲で掃引させた場合に前記電流値取得手段の取得した電流値が極大となるときの粒径の内で２番目に大きい粒径を上記閾値として取得する除去粒径取得手段と、除去粒径取得手段の取得した閾値をもとに、粒径が閾値以下の帯電粒子を前記環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧値を算出する除去電圧算出手段とを備え、電圧制御手段は、第２の電圧源による印加電圧を除去電圧算出手段の算出した電圧値に制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項５】
互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配して形成される同心円筒状電極の両導体間に直流電圧を印加し、前記両導体間の環状空間に軸方向に沿って流れる気流を生成するとともに、前記気流によって両導体間の環状空間に帯電粒子を流し、両導体間に流れる電流の電流値から帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価方法であって、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得し、同心円筒状電極の外部空間であって前記気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定することを特徴とする帯電粒子量評価方法。
【請求項１】
互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配置して構成された第１の同心円筒状電極と、第１内側導体と第１外側導体との間の環状空間に軸方向に沿って気流を発生させる気流発生手段と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に直流電圧を印加するための第１の電圧印加端子と、第１内側導体および第１外側導体にそれぞれ設けられ両導体間に流れる電流を測定するための電流測定端子と、前記第１の同心円筒状電極の外部空間であって前記気流の上流側に配置され、当該フィルタ電極により粒径が所定の閾値以下の帯電粒子を前記環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧が印加される第２の電圧印加端子が設けられたフィルタ電極を備えて成ることを特徴とする帯電粒子量評価装置。
【請求項２】
前記フィルタ電極は、互いに半径が異なる円筒状の第２内側導体および第２外側導体を同心に配置して構成された第２の同心円筒状電極からなることを特徴とする請求項１記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項３】
前記第１内側導体と前記第２内側導体、および、前記第１外側導体と前記第２外側導体はそれぞれ半径が略同一に形成されており、第１および第２の同心円筒状電極は、それぞれの内側導体と外側導体とを重ね合わせた状態で、第１の同心円筒状電極の上流側の端部において絶縁部材を介して互いに連結されたことを特徴とする請求項２記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の電圧印加端子にそれぞれ直流電圧を印加する第１及び第２の電圧源による印加電圧をそれぞれ調整する電圧制御手段と、前記電流測定端子に接続された電流測定手段の測定値を取得する電流値取得手段と、電圧制御手段により第１の電圧源による印加電圧を所定の電圧範囲で掃引させた場合に前記電流値取得手段の取得した電流値が極大となるときの粒径の内で２番目に大きい粒径を上記閾値として取得する除去粒径取得手段と、除去粒径取得手段の取得した閾値をもとに、粒径が閾値以下の帯電粒子を前記環状空間に流入させないような電界を発生させるための電圧値を算出する除去電圧算出手段とを備え、電圧制御手段は、第２の電圧源による印加電圧を除去電圧算出手段の算出した電圧値に制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項５】
互いに半径が異なる円筒状の第１内側導体および第１外側導体を同心に配して形成される同心円筒状電極の両導体間に直流電圧を印加し、前記両導体間の環状空間に軸方向に沿って流れる気流を生成するとともに、前記気流によって両導体間の環状空間に帯電粒子を流し、両導体間に流れる電流の電流値から帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価方法であって、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を測定し、粒子数が極大となる粒径の内、２番目に大きい粒径を除去すべき粒径の閾値として取得し、同心円筒状電極の外部空間であって前記気流の上流側に配置されたフィルタ電極に上記閾値をもとに設定した印加電圧を印加して、粒径が上記閾値以下の帯電粒子を両導体間の環状空間に流入させないような電界を発生させた状態で、両導体間に流れる帯電粒子の粒子数の粒径分布を再度測定することを特徴とする帯電粒子量評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３００８３７（Ｐ２００６−３００８３７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２５５９７（Ｐ２００５−１２５５９７）
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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