帯電粒子量評価装置
【課題】所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を評価することができる帯電粒子量評価装置を提供する。
【解決手段】帯電粒子量評価装置１は、円柱状の内側導体２ａおよび内側導体２ａよりも大径の円筒状の外側導体２ｂを同心に配置した同心円筒状電極２と、両導体２ａ，２ｂの間の空間に軸方向に沿って層流を発生させる吸気ファン３と、両導体２ａ，２ｂ間に電圧を印加する電圧源５と、両導体２ａ，２ｂ間に流れる電流を測定する電流計４と、同心円筒状電極２の形状および寸法、吸気ファン３の流量、電圧源５の印加電圧および電流値取得部１２が取得した電流計４の測定値に基づいて帯電粒子量を評価する粒径算出部１５と、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の流量に応じて吸気ファン３の流量を制御することで臨界移動度を調整する流量制御部１３と、電圧源５の印加電圧を制御することで臨界移動度を設定する電圧制御部１１とを備える。
【解決手段】帯電粒子量評価装置１は、円柱状の内側導体２ａおよび内側導体２ａよりも大径の円筒状の外側導体２ｂを同心に配置した同心円筒状電極２と、両導体２ａ，２ｂの間の空間に軸方向に沿って層流を発生させる吸気ファン３と、両導体２ａ，２ｂ間に電圧を印加する電圧源５と、両導体２ａ，２ｂ間に流れる電流を測定する電流計４と、同心円筒状電極２の形状および寸法、吸気ファン３の流量、電圧源５の印加電圧および電流値取得部１２が取得した電流計４の測定値に基づいて帯電粒子量を評価する粒径算出部１５と、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の流量に応じて吸気ファン３の流量を制御することで臨界移動度を調整する流量制御部１３と、電圧源５の印加電圧を制御することで臨界移動度を設定する電圧制御部１１とを備える。
【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６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６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以上（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】
上述の帯電粒子量評価装置１では、移動度の変化をもとに帯電粒子の粒子量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、計測したい帯電粒子の流量が同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂの間の層流の流量より大きい場合、帯電粒子の総量を測定できず、所望の粒径範囲で帯電粒子の評価が行えない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、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を評価することができる帯電粒子量評価装置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、円柱状の内側導体および内側導体よりも径の大きい円筒状の外側導体を同心に配置して構成された同心円筒状電極と、同心円筒状電極の一端側に設けられ、内側導体と外側導体との間の空間に同心円筒状電極の軸方向に層流を発生させる気流発生手段と、内側導体と外側導体との間に電圧を印加する電圧印加手段と、内側導体と外側導体との間に流れる電流を測定する電流測定手段と、同心円筒状電極の形状および寸法と気流発生手段による層流の流量と電流測定手段の測定結果とに基づいて帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価手段と、計測対象の帯電粒子の臨界移動度を設定する臨界移動度設定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、臨界移動度設定手段は、気流発生手段の流量を制御することによって臨界移動度を設定する流量制御手段からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、臨界移動度設定手段は、電圧印加手段の印加電圧を調整することによって臨界移動度を設定する電圧制御手段からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、電圧制御手段は、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、気流発生手段の流量とに基づいて、電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、計測対象の帯電粒子の臨界移動度の最小値で気流発生手段の流量を変化させながら、計測した帯電粒子数が一定になるときの流量を求めることによって、計測対象の流量を推定する流量推定手段を設け、電圧制御手段は、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定手段により推定された流量とに基づいて、電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、同心円筒状電極は、軸方向において複数に分割された複数の電極ブロックを連結して構成され、臨界移動度設定手段が、複数の電極ブロックと、複数の電極ブロックの間を連結する導電性の連結部材又は絶縁性の連結部材のうちの何れか一方、又は、両方からなり、同心円筒状電極の全長を調整することで臨界移動度を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、臨界移動度設定手段を用いて設定された臨界移動度以上、つまり対応する粒径以下の帯電粒子の粒子量が測定されるので、臨界移動度設定手段を用いて測定対象の粒径範囲に対応する臨界移動度を設定することによって、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定できるという効果がある。
【００１８】
請求項２の発明によれば、流量制御手段により層流の流量を制御することで、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、電圧制御手段により電圧印加手段の印加電圧を制御することで、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、気流発生手段の流量とに基づいて、電圧制御手段が印加電圧を調整しているので、臨界移動度の設定を自動的に行えるという利点がある。
【００２１】
請求項５の発明によれば、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定手段により推定された流量とに基づいて、電圧制御手段が印加電圧を調整しているので、臨界移動度の設定を自動的に行えるという利点がある。しかも、流量推定手段は、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度の最小値で気流発生手段の流量を変化させながら、計測した帯電粒子数が一定になるときの流量を求めることによって計測対象の流量を推定しており、流量を計測するための流量計測手段を別途設けたり、予め測定対象の流量を計測することなく、測定対象の帯電粒子の流量を推測することができるという利点もある。
【００２２】
請求項６の発明によれば、複数の電極ブロックの間を、導電性の連結部材又は絶縁性の連結部材のうちの何れか一方、又は、両方で連結することによって、同心円筒状電極の全長を変化させて、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【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）
本発明の実施形態１を図１及び図２に基づいて説明する。本実施形態の帯電粒子量評価装置１は、図１に示すように、同心円筒状電極２と、気流発生手段たる吸気ファン３と、電流測定手段たる電流計４と、同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂの間に電圧を印加する電圧印加手段としての電圧源５と、吸気ファン３に電源を供給するための電圧源６と、コントローラ１０とを主要な構成として備えている。
【００２５】
同心円筒状電極２は、円柱状の内側導体２ａおよび内側導体２ａよりも径の大きい円筒状の外側導体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。
【００２６】
内側導体２ａは中空ではなく、周面に接地端子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。
【００２７】
外側導体２ｂは中空円筒状であって、電源接続端子２３と電流測定端子２４とを備え、電源接続端子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との間には電流計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の電源接続端子２３とで電圧印加端子が構成され、両導体２ａ，２ｂ間に電圧源５の直流電圧が印加されようになっている。
【００２８】
ここで、帯電粒子の粒径および移動度と、外側導体２ｂおよび内側導体２ａの間に印加した印加電圧と、同心円筒状電極２の形状および寸法の関係を図６に基づいて説明する。
【００２９】
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、同心円筒状電極２の吸気側において外側導体２ｂの縁の点Ｐから流入した帯電粒子が、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、同心円筒状電極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。
【００３０】
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、同心円筒状電極２の出口から外部へ流出することになる。
【００３１】
例えば図６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電極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。
【００３２】
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、内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に流れる層流の流量がφ、外側導体２ｂの半径がｒ０、内側導体２ａの半径がｒ１、同心円筒状電極２の軸方向の全長がＬの場合に、以下の式（１）を用いて表される。
【００３３】
【数１】
【００３４】
また、移動度ｋｃと帯電粒子の粒径Ｄｐとの関係は、帯電粒子の荷電数をｎｐ、電気素量をｅ、カニンガム補正係数をＣｃ、空気の粘性係数をμとした時に以下の式（２）で表される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
ここで、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。
【００３７】
また臨界移動度ｋｃは式（１）と式（２）とを用いて、測定したい粒径、層流の流量φ、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１、外側導体２ｂの半径ｒ０がわかっている場合、同心円筒状電極２の長さＬが固定であれば印加電圧Ｖにより、印加電圧Ｖが固定であれば同心円筒状電極２の長さＬにより決定される。本実施形態の帯電粒子量評価装置１では粒径の測定範囲を例えば０．６〜２８ｎｍとしてあり、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５．４９〜０．００２７４ｃｍ２／Ｖ・ｓとなる。また層流の流量φを１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１を４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０を４．５ｃｍとし、同心円筒状電極２の全長Ｌを５２ｃｍで固定した場合、印加電圧Ｖは０．９９〜１９８１Ｖとなる。
【００３８】
また吸気ファン３は、電圧端子３１を備え、電圧端子３１を介して電圧源６の直流電圧が印加され、この直流雷圧によって吸気ファン３の回転数を変化させることで内側導体２ａと外側導体２ｂの間の環状空間２ｃに流れる層流の流量を制御できる。この吸気ファン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内に同心円筒状電極２の軸方向に沿って流れる気流を生成している。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。但し、ｅは電気素量、φは気流の流量である。
【００４０】
【数３】
【００４１】
また、電圧源５は、電源接続端子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】
電圧源６は、電圧端子３１を介して吸気ファン３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流量制御部１３によって吸気ファン３で発生させたい流量に対応した回転数となるよう印加電圧が自動的に制御される。なお、電圧源６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６による印加電圧の極性が正の電圧であれば、同心円筒状電極２から吸気ファン３側（図１中の右側）への気流発生を、印加電圧の極性が負の電圧であれば、吸気ファン３側から同心円筒状電極２側（図１中の左側）への気流発生を行うことができる。
【００４３】
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（電圧制御手段）と、電流値取得部１２と、流量制御部１３（流量制御手段）と、演算処理部１４と、入力部１６とを主要な構成として備える。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
流量制御部１３は、後述の入力部１６によって入力された流量に基づいて、吸気ファン３の流量が入力された設定値となるように電圧源６の印加電圧を自動的に制御する。
【００４７】
演算処理部１４は、帯電粒子量の評価を行う粒径算出部１５（帯電粒子量評価手段）を備え、電圧制御部１１を用いて電圧源５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たり、流量制御部１３を用いて電圧源６の印加電圧を設定する機能を有している。尚、演算処理部１４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。
【００４８】
粒径算出部１５は、後述の入力部１６を用いて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。また粒径算出部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。また、粒径算出部１５は、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。
【００４９】
入力部１６は、測定しようとする帯電粒子の測定範囲や極性、粒径のスイープ幅、流量及び同心円筒状電極２の形状や寸法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流量制御部１３と粒径算出部１５とに出力される。
【００５０】
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。
【００５１】
先ずコントローラ１０の電源を投入する。コントローラ１０に電力が供給されて、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１６を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅と、測定対象の帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の形状および寸法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、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が２ｎｍ、帯電粒子の流量が１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１が４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０が４．８ｃｍとし、全長Ｌは５２ｃｍで固定する。なお、電流計４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。
【００５２】
次に電圧源６の電源を投入する。ただし、電源投入時には電圧源６の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源６の電源を投入しても良い。
【００５３】
電圧源６の電源が投入されると、流量制御部１３は、ステップＳ１で入力された帯電粒子の流量をもとに、吸気ファン３の回転数が入力された流量に対応する回転数となるような電圧に電圧源６の印加電圧を設定する。これにより、吸気ファン３が所望の回転数で回転し、入力部１６で入力された帯電粒子の流量と同じ流量の層流を発生させる（ステップＳ２）。なお、今回の測定条件では吸気ファン３の流量は１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）に設定される。
【００５４】
次に電圧源５の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源５の電源を投入させても良い。
【００５５】
電圧源５の電源が投入されると、粒径算出部１５は、ステップＳ１で入力された帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の寸法などの測定条件をもとに、前述の粒径、臨界移動度および印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことにより、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Ｓ３）。なお、上述した本実施形態の測定条件では、粒径の測定範囲に対応する印加電圧Ｖは０．９９〜１９８１Ｖと算出される。
【００５６】
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Ｓ４）。今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【００５７】
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Ｓ５）。なお外側導体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のである（ステップＳ６）。
【００５８】
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によって測定される。電流計４の測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得され、電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ７）。
【００５９】
粒径算出部１５は、電流値取得部１２から入力された電流値ｉｓから、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記憶部（図示せず）に記憶させる（ステップＳ８）。このとき、粒径算出部１５では測定結果を記憶部に記憶させるとともに、図示しない出力装置に出力しても良い。
【００６０】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶部に記憶させると、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Ｓ９）、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Ｓ１０）、上述のステップＳ５〜Ｓ９までの処理を繰り返す。尚、０．６ｎｍ〜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（０．６ｎｍ）の次は粒径が０．８ｎｍの時の印加電圧の電圧値を出力する。
【００６１】
コントローラ１０では上述の処理を行い、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Ｓ５〜Ｓ９を繰り返すことによって粒子数を算出し、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Ｓ９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Ｓ１１）。
【００６２】
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に対して気流の出口側（図１中の右側）に配置された吸気ファン３の流量を流量制御部１３によって制御可能にしており、例えばｎａｎｏｅイオンドライヤー（松下電工株式会社の商品名）のように帯電粒子が所定の流量で流れている場合に、流量制御部１３により同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂの間の層流の流量を変化させることで、臨界移動度を調節することができるため、所望の粒径範囲の帯電粒子量を計測することが可能になる。
【００６３】
また、本実施形態では粒径算出部１５が、電圧制御部１１を用いて外側導体２ｂに印加する印加電圧Ｖを変化させることによって、臨界移動度の調節を行っており、流量の変化に対して臨界移動度を容易に調節することができる。さらに本実施形態では、粒径算出部１５が、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の粒径の測定範囲と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極の寸法とに基づいて、外側導体２ｂに印加する印加電圧Ｖを算出しており、測定しようとする帯電粒子の粒径範囲（臨界移動度）を自動的に設定することができる。
【００６４】
なお本実施形態では、計測対象の帯電粒子の臨界移動度を設定する臨界移動度設定手段として、吸気ファン３の流量を制御することによって臨界移動度を設定する手段（流量制御部１３）と、電圧源５による印加電圧を制御することで臨界移動度を設定する手段（粒径算出部１５および電圧制御部１１からなる）の両方を備えているが、何れか一方のみを備えるようにしても良く、何れ一方の設定手段のみを備える場合でも臨界移動度を設定することで、所望の粒径範囲の帯電粒子量を計測することが可能になる。
【００６５】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図３及び図４に基づいて説明する。
【００６６】
本実施形態では、実施形態１で説明した帯電粒子量評価装置１において、計測する粒径の測定範囲の最大値（臨界移動度最小値）で、吸気ファン３の流量を変化させながら帯電粒子の粒子数の計測を行い、粒子数が一定になるときの流量を求めることによって、計測対象の流量を推定する流量推定部１７（流量推定手段）を、コントローラ１０の演算処理部１４に追加して設けており、流量を測定するための流量測定手段を別途設けたり、予め計測対象の流量を計測しなくても、計測対象の流量を推定できるようにしている。尚、流量推定部１７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。
【００６７】
流量制御部１３は、実施形態１で説明した機能に加えて、後述の流量推定部１７から入力される流量に基づいて、吸気ファン３の回転数が流量推定部１７の推定値になるように電圧源６の印加電圧を自動的に制御する機能を有している。
【００６８】
粒径算出部１５は、実施形態１で説明した機能に加えて、入力部１６を用いて測定条件が入力された時に帯電粒子の流量が不明であった場合、後述の流量推定部１７に流量の推定処理を開始させる流量推定開始信号を出力し、流量の推定処理を行わせる。流量推定部１７が流量の推定処理を開始した後に、流量推定部１７から粒径算出部１５に流量の設定値が入力されると、粒径算出部１５は、帯電粒子の粒径の測定範囲のうち粒径の最大値（臨界移動度最小値）について、入力された流量の設定値と粒径の最大値（臨界移動度最小値）と帯電粒子の極性と同心円筒状電極２の形状および寸法とに基づいて、電圧源５による印加電圧Ｖを算出し、電圧制御部１１に出力する。この時同時に粒径算出部１５では、電流値取得部１２から取得した電流値をもとに、現在の流量の設定値に対応する帯電粒子の粒子数を求め、その結果を流量推定部１７に出力する。
【００６９】
流量推定部１７は、粒径算出部１５から流量推定開始信号が入力されると、吸気ファン３の流量を任意の流量に設定する信号を流量制御部１３に出力するとともに、流量の設定値を粒径算出部１５に出力する。また流量推定部１７は、吸気ファン３の流量を上記設定値に設定した後に、粒径算出部１５から現在の設定流量に対応する帯電粒子の粒子数の算出結果が入力されると、その粒子数を図示しない記憶部に記憶させるとともに、流量の設定値を現在の設定値から約１０％増加させる信号を流量制御部１３に出力するとともに、変更後の設定値を粒径算出部１５に出力する。このとき、粒径算出部１５は、変更後の流量の設定値に対応する帯電粒子の粒子数を求めて、流量推定部１７に出力しており、流量推定部１７では、流量の設定値を変化させる前後で粒径算出部１５から入力される粒子数の値を比較し、粒子数が同じであれば、流量の推定処理を終了したことを示す流量推定終了信号を粒径算出部１５に出力する。
【００７０】
次に本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作を図４のフロー図に従って説明する。
【００７１】
先ずコントローラ１０の電源を投入する。コントローラ１０に電力が供給されて、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１６を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の形状および寸法などの測定条件を入力する（ステップＳ２１）。ここで、帯電粒子の流量が不明な場合、測定担当者は入力部１６を用いて帯電粒子の流量の入力欄に何も入力しなかったり、流量の値としてゼロを入力すれば良い。なお電流計４において電流の向きを考慮すれば、印加電圧の極性の入力を不要にすることもできる。
【００７２】
次に、コントローラ１０は電圧源６の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源６の電圧値はゼロに設定されている。尚、コントローラ１０の電源と連動して、電圧源６の電源を投入させても良い。
【００７３】
ここで、粒径算出部１５では、ステップＳ２１で入力された測定条件をもとに帯電粒子の流量が不明か否かを判定し（ステップＳ２２）、流量が不明な場合は流量の推定処理を実行させるため、流量推定開始信号を流量推定部１７に出力する（ステップＳ２３）。一方、入力部１６を用いて流量が入力されている場合は、上述した図２のステップＳ２に移行し、実施形態１で説明したのと同様の動作を行うので、その説明は省略する。
【００７４】
一方、ステップＳ２３で粒径算出部１５から流量推定部１７に流量推定開始信号が入力された場合、流量推定部１７は、流量の推定処理を開始し、吸気ファン３の流量を任意の流量に設定する信号を流量制御部１３と粒径算出部１５とに出力する（ステップＳ２４）。このとき、流量制御部１３では、流量の設定信号をもとに吸気ファン３の回転数が流量の設定値に対応する回転数となるような電圧値に電圧源６の出力電圧を制御する。
【００７５】
その後、コントローラ１０は電圧源５の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５の電圧はゼロに設定されている。尚、コントローラ１０の電源と連動して、電圧源５の電源を投入させても良い。
【００７６】
電圧源５の電源が投入されると、粒径算出部１５は、流量推定部１７からの流量設定値の入力に伴い、帯電粒子の粒径の測定範囲のうち粒径の最大値（臨界移動度最小値）について、入力された流量の設定値と、粒径の最大値（臨界移動度最小値）と、帯電粒子の極性と、同心円筒状電極２の寸法とから、上述した粒径、臨界移動度および印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことによって印加電圧Ｖを算出し、電圧制御部１１に出力する（ステップＳ２５）。
【００７７】
電圧制御部１１は、粒径算出部１５から入力される信号に基づいて電圧源５の印加電圧を所定の電圧値に設定し、粒径の最大値に対応した印加電圧Ｖを外側導体２ｂに印加する（ステップＳ２６）。ここで、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Ｖ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Ｓ２７）。
【００７８】
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Ｓ２８）。
【００７９】
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）を用いて粒径最大値以下の帯電粒子の数を算出し、流量推定部１７へ出力する（ステップＳ２９）。
【００８０】
流量推定部１７は、吸気ファン３の流量を所定の設定値に設定した状態で、粒径算出部１５から帯電粒子の粒子数の算出結果が入力されると、流量の現在の設定値に対応する帯電粒子の粒子数を図示しない記憶部に記憶させる（ステップＳ３０）。ここで、流量推定部１７は、吸気ファン３の流量の設定が１回のみかどうかを判定し（ステップＳ３ｌ）、１回のみの場合は流量を現在の設定値から約１０％増加させた値を新たな設定値として流量制御部１３と粒径算出部１５に出力し（ステップＳ３２）、上述のステップＳ２５〜Ｓ３０までの処理を再度行わせる。一方、ステップＳ３１において吸気ファン３の流量の設定が２回以上の場合、流量推定部１７は、現在の流量設定値に対応する帯電粒子の粒子数の算出結果と、記憶部に記憶されている前回の流量設定値に対応した帯電粒子の粒子数の算出結果とを比較し、粒子数が同じかどうか判定する（ステップＳ３３）。このとき、粒子数が同じであれば、つまり現在の流量設定値に対応する粒子数の算出結果と、記憶部に記憶されている前回の流量設定値に対応した粒子数の算出結果との差の絶対値が所定のしきい値以下であれば、流量推定部１７は流量の推定処理を終了する流量推定終了信号を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ３４）。一方、ステップＳ３３の判定の結果、粒子数が同じでなければ、流量推定部１７は、流量を現在の設定値から約１０％増加させた値を新たな設定値として流量制御部１３と粒径算出部１５に出力し（ステップＳ３２）、上述のステップＳ２５に戻って、上記の処理を繰り返し実行する。
【００８１】
粒径算出部１５は、ステップＳ３４において流量推定部１７から流量推定終了信号が入力されると、現在の流量の設定値を帯電粒子の流量に設定し（ステップＳ３５）、図２のステップＳ３に移行する。すなわち、粒径算出部１５では、現在の流量の設定値と、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、同心円筒状電極２の形状および寸法などの測定条件をもとに、上述した粒径、臨界移動度およ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Ｓ３）。
【００８２】
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Ｓ４）。尚、今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【００８３】
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Ｓ５）。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Ｓ６）。
【００８４】
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によって測定される。電流計４の測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得され、電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ７）。
【００８５】
粒径算出部１５は、電流値取得部１２から入力された電流値ｉｓから、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記憶部（図示せず）に記憶させる（ステップＳ８）。このとき、粒径算出部１５では測定結果を記憶部に記憶させるとともに、図示しない出力装置に出力しても良い。
【００８６】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶部に記憶させると、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Ｓ９）、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Ｓ１０）、上述のステップＳ５〜Ｓ９までの処理を繰り返す。尚、０．６ｎｍ〜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（０．６ｎｍ）の次は粒径が０．８ｎｍの時の印加電圧の電圧値を出力する。
【００８７】
上述の処理を行い、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Ｓ５〜Ｓ９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Ｓ９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Ｓ１１）。
【００８８】
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、実施形態１で説明した帯電粒子量評価装置１に流量推定部１７を追加することによって、計測対象の帯電粒子の流量を測定することができ、流量計測手段を別途設けたり、予め測定対象の帯電粒子の流量を計測しなくても、測定対象の帯電粒子の流量を推定することができる。
そして、電圧制御部１１が、ステップＳ２１で入力された同心円筒状電極２の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定部１７により推定された流量とに基づいて、電圧源５の印加電圧を調整しており、印加電圧を調整することで臨界移動度を調整して、所望の粒径範囲の帯電粒子量を測定することができる。
【００８９】
なお、入力部１６を用いて帯電粒子の流量が不明であるかどうかを測定条件の１つとして入力するようにしても良く、これによって帯電粒子の流量が不明か否かを明確にできる。また、帯電粒子の流量が不明であるかどうかを測定条件の１つとして入力するとともに、流量が不明の場合はおおよその流量の予測値を入力し、流量推定部１７が入力された予測値を初期設定値として流量の推定処理を開始するようにしても良く、流量の推定処理にかかる時間を短縮することができる。また測定条件の一つとして、流量推定部１７が、流量の設定値を増加させる際の増分（スイープ割合）を入力させるようにしても良く、スイープ割合を比較的小さい値に設定すれば、帯電粒子の流量を高い精度で推定することができる。
【００９０】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に図５に基づいて説明する。
【００９１】
本実施形態では、実施形態１で説明した帯電粒子量評価装置１において、同心円筒状電極２が、軸方向において複数に分割された複数（例えば３個）の電極ブロック２１、２２、２３を連結して構成され、臨界移動度設定手段を、複数の電極ブロック２１、２２、２３と、電極ブロック間をそれぞれ連結する導電性の連結部材７および絶縁性の連結部材８で構成してある。そして、複数に分割された電極ブロック２１、２２、２３の間を導電性の連結部材７や絶縁性の連結部材８を介して連結することで、同心円筒状電極２の軸方向の全長Ｌを調節して、臨界移動度を調節することができ、電圧源５による印加電圧の高圧化を防ぐこともできる。なお、同心円筒状電極２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、図示および説明は省略する。
【００９２】
同心円筒状電極２は、電極ブロック２１、２２、２３を空気ギャップを介して連結することにより構成される。各電極ブロック２１、２２、２３は、それぞれ、中空ではない円柱状の内側導体２ａ１、２ａ２、２ａ３と、内側導体２ａ１、２ａ２、２ａ３よりも径の大きい円筒状の外側導体２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３を同心に配して構成される。なお内側導体２ａ１、２ａ２、２ａ３の径、外側導体２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３の径はそれぞれ同一の寸法に形成されている。
【００９３】
電極ブロック２１は、３つの電極ブロック２１〜２３のうち最も吸気側（図５の左側）に配置されており、電極ブロック２１の内側導体２ａ１は接地端子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。また、電極ブロック２１の外側導体２ｂ１は電源接続端子２３と電流測定端子２４とを備え、電源接続端子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２ａ１の電流測定端子２２と外側導体２ｂ１の電流測定端子２４との間には電流計４が接続されている。ここに、内側導体２ａ１の接地端子２１と外側導体２ｂ１の電源接続端子２３とで電圧印加端子が構成され、両導体２ａ１，２ｂ１間に電圧源５の直流電圧が印加されようになっている。
【００９４】
また電極ブロック２２，２３の内側導体２ａ２，２ａ３は、それぞれ、接地端子２６，２８備えており、内側導体２ａ２は接地端子２６に接続された接地線２７を介して、内側導体２ａ３は接地端子２８に接続された接地線２９を介してそれぞれグランドに接地されている。
【００９５】
導電性の連結部材７は、内側導体２ａ１，２ａ２と径が同じ円柱状の内側導体７ａと、外側導体２ｂ１，２ｂ２と径が同じ円筒状の外側導体７ｂとを同心に配置して構成されており、内側導体７ａは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７ｂ内に保持されている。連結部材７は電極ブロック２１，２２間に介装され、その全長Ｌ４は電極ブロック２１，２２間の空気ギャップと同じ長さに形成されているので、電極ブロック２１，２２は連結部材７を介して連結されることになる。ここで、電極ブロック２１，２２間を導電性の連結部材７を介して連結すると、内側導体２ａ１，２ａ２の間、外側導体２ｂ１，２ｂ２の間がそれぞれ導通するため、上述した式（１）における同心円筒状電極２の全長Ｌが（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４）となり、電極ブロック２１，２２の全長Ｌ１，Ｌ２や連結部材７の全長Ｌ４をそれぞれ所望の長さに設定することで、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整することができる。ここにおいて、連結部材７（内側導体７ａおよび外側導体７ｂ）の材料は、電流量による粒子数の誤差を小さくするために、同心円筒状電極２と同じ材料にすることが好ましい。
【００９６】
一方、絶縁性の連結部材８は、内側導体２ａ２，２ａ３と径が同じ円柱状の内側絶縁体８ａと、外側導体２ｂ２，２ｂ３と径が同じ円筒状の外側絶縁体８ｂとを同心に配置して構成されており、内側絶縁体８ａは高い絶縁性を有する保持部材（図示せず）を介して外側絶縁体８ｂ内に保持されている。連結部材８は電極ブロック２２，２３間に介装され、その全長Ｌ５は電極ブロック２２，２３間の空気ギャップと同じ長さに形成されている。ここで、電極ブロック２２，２３間を絶縁性の連結部材８を介して連結すると、内側導体２ａ２，２ａ３の間、外側導体２ｂ２，２ｂ３の間がそれぞれ電気的に絶縁されるため、上述した式（１）における同心円筒状電極２の全長Ｌを（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４）とすることができる。ここにおいて、連結部材８に電流が流れると粒子数の測定誤差が発生する要因となるため、連結部材８の材料としては、なるべく高い絶縁性を有する材料を用いるのが好ましい。
【００９７】
次に本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作について説明を行う。なおコントローラ１０の構成は実施形態１とほぼ同様であるので、図２のフロー図を参照して動作説明を行う。
【００９８】
先ずコントローラ１０の電源を投入する。コントローラ１０に電力が供給されて、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１６を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅と、測定対象の帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の形状および寸法などの測定条件を入力する（ステップＳ１）。なお、以下では粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍ、極性が負、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が２ｎｍ、帯電粒子の流量が１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１を４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０を４．８ｃｍとし、電圧源５の印加電圧は０〜１０００Ｖの範囲内でしか変動できないものとする。また同心円筒状電極２は３つの電極ブロック２１，２２，２３からなり、電極ブロック２１，２２の間を導電性の連結部材７を介して、電極ブロック２２，２３の間を絶縁性の連結部材８を介してそれぞれ連結するものとし、各電極ブロック２１，２２，２３の全長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ５０ｃｍ、連結部材７，８の全長Ｌ４，Ｌ５をそれぞれ３ｃｍとする。なお、電流計４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。
【００９９】
次に電圧源６の電源を投入する。ただし、電源投入時には電圧源６の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源６の電源を投入しても良い。
【０１００】
電圧源６の電源が投入されると、流量制御部１３は、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の流量をもとに、吸気ファン３の回転数が入力された流量に対応する回転数となるような電圧に電圧源６の印加電圧を設定する。これにより、吸気ファン３が所望の回転数で回転し、入力部１６で入力された帯電粒子の流量と同じ流量の層流を発生させる（ステップＳ２）。なお、今回の測定条件では吸気ファン３の流量は１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）に設定される。
【０１０１】
次に電圧源５の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源５の電源を投入させても良い。
【０１０２】
電圧源５の電源が投入されると、粒径算出部１５は、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の寸法などの測定条件をもとに、前述の粒径、臨界移動度および印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことにより、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Ｓ３）。なお粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍ、極性が負、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が２ｎｍ、帯電粒子の流量が１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１は４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０は４．８ｃｍとし、電圧源５による最大印加電圧が１０００Ｖという入力条件から、必要な同心円筒状電極２の全長Ｌが１０３ｃｍと算出され、この情報が図示しないモニタに表示される。このとき測定担当者は、モニタの表示に基づいて、全長Ｌ１，Ｌ２が５０ｃｍの電極ブロック２１，２２の間に、全長Ｌ４が３ｃｍの導電性の連結部材７を挿入するとともに、電極ブロック２２，２３の間に絶縁性の連結部材８を接続して、同心円筒状電極２の全長Ｌを１０３ｃｍに調整してあり、入力された帯電粒子の粒径範囲で粒子量の測定が可能になる。
【０１０３】
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Ｓ４）。今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【０１０４】
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Ｓ５）。なお外側導体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のである（ステップＳ６）。
【０１０５】
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によって測定される。電流計４の測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得され、電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ７）。
【０１０６】
粒径算出部１５は、電流値取得部１２から入力された電流値ｉｓから、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記憶部（図示せず）に記憶させる（ステップＳ８）。このとき、粒径算出部１５では測定結果を記憶部に記憶させるとともに、図示しない出力装置に出力しても良い。
【０１０７】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶部に記憶させると、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Ｓ９）、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Ｓ１０）、上述のステップＳ５〜Ｓ９までの処理を繰り返す。
【０１０８】
上述の処理を行い、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Ｓ５〜Ｓ９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Ｓ９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Ｓ１１）。
【０１０９】
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を、軸方向において複数に分割された複数の電極ブロック２１，２２，２３を連結して構成するものとし、各電極ブロックの間を導電性の連結部材７又は絶縁性の連結部材８を介して連結することによって、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整可能にしてあり、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整することによって臨界移動度を調整している。このように、各電極ブロック２１，２２，２３の全長や、電極ブロック間を接続する導電性の連結部材７又は絶縁性の連結部材８の全長を調整することで、帯電粒子の臨界移動度を調整しているので、所望の粒径範囲の帯電粒子の粒子量を正確に測定することができる。なお本実施形態では、複数の電極ブロック２１，２２，２３の間を導電性の連結部材７と絶縁性の連結部材８とを用いて連結することで、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整しているが、導電性の連結部材７又は絶縁性の連結部材８の何れか一方のみを用いて電極ブロック間を連結することで、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整するようにしても良く、いずれにしても同心円筒状電極２の全長Ｌを調整することで、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【０１１０】
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】
【０１１１】
【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図である。
【図３】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４】同上の動作を説明するフロー図である。
【図５】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６】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】
【０１１２】
１ 帯電粒子量評価装置
２ 同心円筒状電極
２ａ 内側導体
２ｂ 外側導体
３ 吸気ファン（気流発生手段）
４ 電流計（電流測定手段）
５ 電圧源（電圧印加手段）
１０ コントローラ
１１ 電圧制御部（臨界移動度設定手段）
１２ 電流値取得部
１３ 流量制御部（臨界移動度設定手段）
１４ 演算処理部
１５ 粒径算出部（帯電粒子量評価手段、臨界移動度設定手段）
１６ 入力部
【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６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６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以上（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】
上述の帯電粒子量評価装置１では、移動度の変化をもとに帯電粒子の粒子量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、計測したい帯電粒子の流量が同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂの間の層流の流量より大きい場合、帯電粒子の総量を測定できず、所望の粒径範囲で帯電粒子の評価が行えない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、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を評価することができる帯電粒子量評価装置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、円柱状の内側導体および内側導体よりも径の大きい円筒状の外側導体を同心に配置して構成された同心円筒状電極と、同心円筒状電極の一端側に設けられ、内側導体と外側導体との間の空間に同心円筒状電極の軸方向に層流を発生させる気流発生手段と、内側導体と外側導体との間に電圧を印加する電圧印加手段と、内側導体と外側導体との間に流れる電流を測定する電流測定手段と、同心円筒状電極の形状および寸法と気流発生手段による層流の流量と電流測定手段の測定結果とに基づいて帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価手段と、計測対象の帯電粒子の臨界移動度を設定する臨界移動度設定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、臨界移動度設定手段は、気流発生手段の流量を制御することによって臨界移動度を設定する流量制御手段からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、臨界移動度設定手段は、電圧印加手段の印加電圧を調整することによって臨界移動度を設定する電圧制御手段からなることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、電圧制御手段は、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、気流発生手段の流量とに基づいて、電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、計測対象の帯電粒子の臨界移動度の最小値で気流発生手段の流量を変化させながら、計測した帯電粒子数が一定になるときの流量を求めることによって、計測対象の流量を推定する流量推定手段を設け、電圧制御手段は、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定手段により推定された流量とに基づいて、電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、同心円筒状電極は、軸方向において複数に分割された複数の電極ブロックを連結して構成され、臨界移動度設定手段が、複数の電極ブロックと、複数の電極ブロックの間を連結する導電性の連結部材又は絶縁性の連結部材のうちの何れか一方、又は、両方からなり、同心円筒状電極の全長を調整することで臨界移動度を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、臨界移動度設定手段を用いて設定された臨界移動度以上、つまり対応する粒径以下の帯電粒子の粒子量が測定されるので、臨界移動度設定手段を用いて測定対象の粒径範囲に対応する臨界移動度を設定することによって、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定できるという効果がある。
【００１８】
請求項２の発明によれば、流量制御手段により層流の流量を制御することで、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、電圧制御手段により電圧印加手段の印加電圧を制御することで、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、気流発生手段の流量とに基づいて、電圧制御手段が印加電圧を調整しているので、臨界移動度の設定を自動的に行えるという利点がある。
【００２１】
請求項５の発明によれば、同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定手段により推定された流量とに基づいて、電圧制御手段が印加電圧を調整しているので、臨界移動度の設定を自動的に行えるという利点がある。しかも、流量推定手段は、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度の最小値で気流発生手段の流量を変化させながら、計測した帯電粒子数が一定になるときの流量を求めることによって計測対象の流量を推定しており、流量を計測するための流量計測手段を別途設けたり、予め測定対象の流量を計測することなく、測定対象の帯電粒子の流量を推測することができるという利点もある。
【００２２】
請求項６の発明によれば、複数の電極ブロックの間を、導電性の連結部材又は絶縁性の連結部材のうちの何れか一方、又は、両方で連結することによって、同心円筒状電極の全長を変化させて、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【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）
本発明の実施形態１を図１及び図２に基づいて説明する。本実施形態の帯電粒子量評価装置１は、図１に示すように、同心円筒状電極２と、気流発生手段たる吸気ファン３と、電流測定手段たる電流計４と、同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂの間に電圧を印加する電圧印加手段としての電圧源５と、吸気ファン３に電源を供給するための電圧源６と、コントローラ１０とを主要な構成として備えている。
【００２５】
同心円筒状電極２は、円柱状の内側導体２ａおよび内側導体２ａよりも径の大きい円筒状の外側導体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。
【００２６】
内側導体２ａは中空ではなく、周面に接地端子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。
【００２７】
外側導体２ｂは中空円筒状であって、電源接続端子２３と電流測定端子２４とを備え、電源接続端子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との間には電流計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の電源接続端子２３とで電圧印加端子が構成され、両導体２ａ，２ｂ間に電圧源５の直流電圧が印加されようになっている。
【００２８】
ここで、帯電粒子の粒径および移動度と、外側導体２ｂおよび内側導体２ａの間に印加した印加電圧と、同心円筒状電極２の形状および寸法の関係を図６に基づいて説明する。
【００２９】
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、同心円筒状電極２の吸気側において外側導体２ｂの縁の点Ｐから流入した帯電粒子が、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、同心円筒状電極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。
【００３０】
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、同心円筒状電極２の出口から外部へ流出することになる。
【００３１】
例えば図６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電極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。
【００３２】
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、内側導体２ａと外側導体２ｂとの間に流れる層流の流量がφ、外側導体２ｂの半径がｒ０、内側導体２ａの半径がｒ１、同心円筒状電極２の軸方向の全長がＬの場合に、以下の式（１）を用いて表される。
【００３３】
【数１】
【００３４】
また、移動度ｋｃと帯電粒子の粒径Ｄｐとの関係は、帯電粒子の荷電数をｎｐ、電気素量をｅ、カニンガム補正係数をＣｃ、空気の粘性係数をμとした時に以下の式（２）で表される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
ここで、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。
【００３７】
また臨界移動度ｋｃは式（１）と式（２）とを用いて、測定したい粒径、層流の流量φ、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１、外側導体２ｂの半径ｒ０がわかっている場合、同心円筒状電極２の長さＬが固定であれば印加電圧Ｖにより、印加電圧Ｖが固定であれば同心円筒状電極２の長さＬにより決定される。本実施形態の帯電粒子量評価装置１では粒径の測定範囲を例えば０．６〜２８ｎｍとしてあり、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５．４９〜０．００２７４ｃｍ２／Ｖ・ｓとなる。また層流の流量φを１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１を４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０を４．５ｃｍとし、同心円筒状電極２の全長Ｌを５２ｃｍで固定した場合、印加電圧Ｖは０．９９〜１９８１Ｖとなる。
【００３８】
また吸気ファン３は、電圧端子３１を備え、電圧端子３１を介して電圧源６の直流電圧が印加され、この直流雷圧によって吸気ファン３の回転数を変化させることで内側導体２ａと外側導体２ｂの間の環状空間２ｃに流れる層流の流量を制御できる。この吸気ファン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内に同心円筒状電極２の軸方向に沿って流れる気流を生成している。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。但し、ｅは電気素量、φは気流の流量である。
【００４０】
【数３】
【００４１】
また、電圧源５は、電源接続端子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】
電圧源６は、電圧端子３１を介して吸気ファン３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流量制御部１３によって吸気ファン３で発生させたい流量に対応した回転数となるよう印加電圧が自動的に制御される。なお、電圧源６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６による印加電圧の極性が正の電圧であれば、同心円筒状電極２から吸気ファン３側（図１中の右側）への気流発生を、印加電圧の極性が負の電圧であれば、吸気ファン３側から同心円筒状電極２側（図１中の左側）への気流発生を行うことができる。
【００４３】
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（電圧制御手段）と、電流値取得部１２と、流量制御部１３（流量制御手段）と、演算処理部１４と、入力部１６とを主要な構成として備える。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
流量制御部１３は、後述の入力部１６によって入力された流量に基づいて、吸気ファン３の流量が入力された設定値となるように電圧源６の印加電圧を自動的に制御する。
【００４７】
演算処理部１４は、帯電粒子量の評価を行う粒径算出部１５（帯電粒子量評価手段）を備え、電圧制御部１１を用いて電圧源５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たり、流量制御部１３を用いて電圧源６の印加電圧を設定する機能を有している。尚、演算処理部１４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。
【００４８】
粒径算出部１５は、後述の入力部１６を用いて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。また粒径算出部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。また、粒径算出部１５は、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。
【００４９】
入力部１６は、測定しようとする帯電粒子の測定範囲や極性、粒径のスイープ幅、流量及び同心円筒状電極２の形状や寸法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流量制御部１３と粒径算出部１５とに出力される。
【００５０】
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。
【００５１】
先ずコントローラ１０の電源を投入する。コントローラ１０に電力が供給されて、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１６を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅と、測定対象の帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の形状および寸法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、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が２ｎｍ、帯電粒子の流量が１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１が４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０が４．８ｃｍとし、全長Ｌは５２ｃｍで固定する。なお、電流計４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。
【００５２】
次に電圧源６の電源を投入する。ただし、電源投入時には電圧源６の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源６の電源を投入しても良い。
【００５３】
電圧源６の電源が投入されると、流量制御部１３は、ステップＳ１で入力された帯電粒子の流量をもとに、吸気ファン３の回転数が入力された流量に対応する回転数となるような電圧に電圧源６の印加電圧を設定する。これにより、吸気ファン３が所望の回転数で回転し、入力部１６で入力された帯電粒子の流量と同じ流量の層流を発生させる（ステップＳ２）。なお、今回の測定条件では吸気ファン３の流量は１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）に設定される。
【００５４】
次に電圧源５の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源５の電源を投入させても良い。
【００５５】
電圧源５の電源が投入されると、粒径算出部１５は、ステップＳ１で入力された帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の寸法などの測定条件をもとに、前述の粒径、臨界移動度および印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことにより、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Ｓ３）。なお、上述した本実施形態の測定条件では、粒径の測定範囲に対応する印加電圧Ｖは０．９９〜１９８１Ｖと算出される。
【００５６】
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Ｓ４）。今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【００５７】
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Ｓ５）。なお外側導体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のである（ステップＳ６）。
【００５８】
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によって測定される。電流計４の測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得され、電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ７）。
【００５９】
粒径算出部１５は、電流値取得部１２から入力された電流値ｉｓから、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記憶部（図示せず）に記憶させる（ステップＳ８）。このとき、粒径算出部１５では測定結果を記憶部に記憶させるとともに、図示しない出力装置に出力しても良い。
【００６０】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶部に記憶させると、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Ｓ９）、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Ｓ１０）、上述のステップＳ５〜Ｓ９までの処理を繰り返す。尚、０．６ｎｍ〜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（０．６ｎｍ）の次は粒径が０．８ｎｍの時の印加電圧の電圧値を出力する。
【００６１】
コントローラ１０では上述の処理を行い、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Ｓ５〜Ｓ９を繰り返すことによって粒子数を算出し、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Ｓ９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Ｓ１１）。
【００６２】
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に対して気流の出口側（図１中の右側）に配置された吸気ファン３の流量を流量制御部１３によって制御可能にしており、例えばｎａｎｏｅイオンドライヤー（松下電工株式会社の商品名）のように帯電粒子が所定の流量で流れている場合に、流量制御部１３により同心円筒状電極２の内側導体２ａと外側導体２ｂの間の層流の流量を変化させることで、臨界移動度を調節することができるため、所望の粒径範囲の帯電粒子量を計測することが可能になる。
【００６３】
また、本実施形態では粒径算出部１５が、電圧制御部１１を用いて外側導体２ｂに印加する印加電圧Ｖを変化させることによって、臨界移動度の調節を行っており、流量の変化に対して臨界移動度を容易に調節することができる。さらに本実施形態では、粒径算出部１５が、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の粒径の測定範囲と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極の寸法とに基づいて、外側導体２ｂに印加する印加電圧Ｖを算出しており、測定しようとする帯電粒子の粒径範囲（臨界移動度）を自動的に設定することができる。
【００６４】
なお本実施形態では、計測対象の帯電粒子の臨界移動度を設定する臨界移動度設定手段として、吸気ファン３の流量を制御することによって臨界移動度を設定する手段（流量制御部１３）と、電圧源５による印加電圧を制御することで臨界移動度を設定する手段（粒径算出部１５および電圧制御部１１からなる）の両方を備えているが、何れか一方のみを備えるようにしても良く、何れ一方の設定手段のみを備える場合でも臨界移動度を設定することで、所望の粒径範囲の帯電粒子量を計測することが可能になる。
【００６５】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図３及び図４に基づいて説明する。
【００６６】
本実施形態では、実施形態１で説明した帯電粒子量評価装置１において、計測する粒径の測定範囲の最大値（臨界移動度最小値）で、吸気ファン３の流量を変化させながら帯電粒子の粒子数の計測を行い、粒子数が一定になるときの流量を求めることによって、計測対象の流量を推定する流量推定部１７（流量推定手段）を、コントローラ１０の演算処理部１４に追加して設けており、流量を測定するための流量測定手段を別途設けたり、予め計測対象の流量を計測しなくても、計測対象の流量を推定できるようにしている。尚、流量推定部１７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。
【００６７】
流量制御部１３は、実施形態１で説明した機能に加えて、後述の流量推定部１７から入力される流量に基づいて、吸気ファン３の回転数が流量推定部１７の推定値になるように電圧源６の印加電圧を自動的に制御する機能を有している。
【００６８】
粒径算出部１５は、実施形態１で説明した機能に加えて、入力部１６を用いて測定条件が入力された時に帯電粒子の流量が不明であった場合、後述の流量推定部１７に流量の推定処理を開始させる流量推定開始信号を出力し、流量の推定処理を行わせる。流量推定部１７が流量の推定処理を開始した後に、流量推定部１７から粒径算出部１５に流量の設定値が入力されると、粒径算出部１５は、帯電粒子の粒径の測定範囲のうち粒径の最大値（臨界移動度最小値）について、入力された流量の設定値と粒径の最大値（臨界移動度最小値）と帯電粒子の極性と同心円筒状電極２の形状および寸法とに基づいて、電圧源５による印加電圧Ｖを算出し、電圧制御部１１に出力する。この時同時に粒径算出部１５では、電流値取得部１２から取得した電流値をもとに、現在の流量の設定値に対応する帯電粒子の粒子数を求め、その結果を流量推定部１７に出力する。
【００６９】
流量推定部１７は、粒径算出部１５から流量推定開始信号が入力されると、吸気ファン３の流量を任意の流量に設定する信号を流量制御部１３に出力するとともに、流量の設定値を粒径算出部１５に出力する。また流量推定部１７は、吸気ファン３の流量を上記設定値に設定した後に、粒径算出部１５から現在の設定流量に対応する帯電粒子の粒子数の算出結果が入力されると、その粒子数を図示しない記憶部に記憶させるとともに、流量の設定値を現在の設定値から約１０％増加させる信号を流量制御部１３に出力するとともに、変更後の設定値を粒径算出部１５に出力する。このとき、粒径算出部１５は、変更後の流量の設定値に対応する帯電粒子の粒子数を求めて、流量推定部１７に出力しており、流量推定部１７では、流量の設定値を変化させる前後で粒径算出部１５から入力される粒子数の値を比較し、粒子数が同じであれば、流量の推定処理を終了したことを示す流量推定終了信号を粒径算出部１５に出力する。
【００７０】
次に本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作を図４のフロー図に従って説明する。
【００７１】
先ずコントローラ１０の電源を投入する。コントローラ１０に電力が供給されて、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１６を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の形状および寸法などの測定条件を入力する（ステップＳ２１）。ここで、帯電粒子の流量が不明な場合、測定担当者は入力部１６を用いて帯電粒子の流量の入力欄に何も入力しなかったり、流量の値としてゼロを入力すれば良い。なお電流計４において電流の向きを考慮すれば、印加電圧の極性の入力を不要にすることもできる。
【００７２】
次に、コントローラ１０は電圧源６の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源６の電圧値はゼロに設定されている。尚、コントローラ１０の電源と連動して、電圧源６の電源を投入させても良い。
【００７３】
ここで、粒径算出部１５では、ステップＳ２１で入力された測定条件をもとに帯電粒子の流量が不明か否かを判定し（ステップＳ２２）、流量が不明な場合は流量の推定処理を実行させるため、流量推定開始信号を流量推定部１７に出力する（ステップＳ２３）。一方、入力部１６を用いて流量が入力されている場合は、上述した図２のステップＳ２に移行し、実施形態１で説明したのと同様の動作を行うので、その説明は省略する。
【００７４】
一方、ステップＳ２３で粒径算出部１５から流量推定部１７に流量推定開始信号が入力された場合、流量推定部１７は、流量の推定処理を開始し、吸気ファン３の流量を任意の流量に設定する信号を流量制御部１３と粒径算出部１５とに出力する（ステップＳ２４）。このとき、流量制御部１３では、流量の設定信号をもとに吸気ファン３の回転数が流量の設定値に対応する回転数となるような電圧値に電圧源６の出力電圧を制御する。
【００７５】
その後、コントローラ１０は電圧源５の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５の電圧はゼロに設定されている。尚、コントローラ１０の電源と連動して、電圧源５の電源を投入させても良い。
【００７６】
電圧源５の電源が投入されると、粒径算出部１５は、流量推定部１７からの流量設定値の入力に伴い、帯電粒子の粒径の測定範囲のうち粒径の最大値（臨界移動度最小値）について、入力された流量の設定値と、粒径の最大値（臨界移動度最小値）と、帯電粒子の極性と、同心円筒状電極２の寸法とから、上述した粒径、臨界移動度および印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことによって印加電圧Ｖを算出し、電圧制御部１１に出力する（ステップＳ２５）。
【００７７】
電圧制御部１１は、粒径算出部１５から入力される信号に基づいて電圧源５の印加電圧を所定の電圧値に設定し、粒径の最大値に対応した印加電圧Ｖを外側導体２ｂに印加する（ステップＳ２６）。ここで、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Ｖ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Ｓ２７）。
【００７８】
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Ｓ２８）。
【００７９】
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）を用いて粒径最大値以下の帯電粒子の数を算出し、流量推定部１７へ出力する（ステップＳ２９）。
【００８０】
流量推定部１７は、吸気ファン３の流量を所定の設定値に設定した状態で、粒径算出部１５から帯電粒子の粒子数の算出結果が入力されると、流量の現在の設定値に対応する帯電粒子の粒子数を図示しない記憶部に記憶させる（ステップＳ３０）。ここで、流量推定部１７は、吸気ファン３の流量の設定が１回のみかどうかを判定し（ステップＳ３ｌ）、１回のみの場合は流量を現在の設定値から約１０％増加させた値を新たな設定値として流量制御部１３と粒径算出部１５に出力し（ステップＳ３２）、上述のステップＳ２５〜Ｓ３０までの処理を再度行わせる。一方、ステップＳ３１において吸気ファン３の流量の設定が２回以上の場合、流量推定部１７は、現在の流量設定値に対応する帯電粒子の粒子数の算出結果と、記憶部に記憶されている前回の流量設定値に対応した帯電粒子の粒子数の算出結果とを比較し、粒子数が同じかどうか判定する（ステップＳ３３）。このとき、粒子数が同じであれば、つまり現在の流量設定値に対応する粒子数の算出結果と、記憶部に記憶されている前回の流量設定値に対応した粒子数の算出結果との差の絶対値が所定のしきい値以下であれば、流量推定部１７は流量の推定処理を終了する流量推定終了信号を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ３４）。一方、ステップＳ３３の判定の結果、粒子数が同じでなければ、流量推定部１７は、流量を現在の設定値から約１０％増加させた値を新たな設定値として流量制御部１３と粒径算出部１５に出力し（ステップＳ３２）、上述のステップＳ２５に戻って、上記の処理を繰り返し実行する。
【００８１】
粒径算出部１５は、ステップＳ３４において流量推定部１７から流量推定終了信号が入力されると、現在の流量の設定値を帯電粒子の流量に設定し（ステップＳ３５）、図２のステップＳ３に移行する。すなわち、粒径算出部１５では、現在の流量の設定値と、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、同心円筒状電極２の形状および寸法などの測定条件をもとに、上述した粒径、臨界移動度およ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Ｓ３）。
【００８２】
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Ｓ４）。尚、今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【００８３】
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Ｓ５）。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Ｓ６）。
【００８４】
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によって測定される。電流計４の測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得され、電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ７）。
【００８５】
粒径算出部１５は、電流値取得部１２から入力された電流値ｉｓから、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記憶部（図示せず）に記憶させる（ステップＳ８）。このとき、粒径算出部１５では測定結果を記憶部に記憶させるとともに、図示しない出力装置に出力しても良い。
【００８６】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶部に記憶させると、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Ｓ９）、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Ｓ１０）、上述のステップＳ５〜Ｓ９までの処理を繰り返す。尚、０．６ｎｍ〜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（０．６ｎｍ）の次は粒径が０．８ｎｍの時の印加電圧の電圧値を出力する。
【００８７】
上述の処理を行い、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Ｓ５〜Ｓ９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Ｓ９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Ｓ１１）。
【００８８】
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、実施形態１で説明した帯電粒子量評価装置１に流量推定部１７を追加することによって、計測対象の帯電粒子の流量を測定することができ、流量計測手段を別途設けたり、予め測定対象の帯電粒子の流量を計測しなくても、測定対象の帯電粒子の流量を推定することができる。
そして、電圧制御部１１が、ステップＳ２１で入力された同心円筒状電極２の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定部１７により推定された流量とに基づいて、電圧源５の印加電圧を調整しており、印加電圧を調整することで臨界移動度を調整して、所望の粒径範囲の帯電粒子量を測定することができる。
【００８９】
なお、入力部１６を用いて帯電粒子の流量が不明であるかどうかを測定条件の１つとして入力するようにしても良く、これによって帯電粒子の流量が不明か否かを明確にできる。また、帯電粒子の流量が不明であるかどうかを測定条件の１つとして入力するとともに、流量が不明の場合はおおよその流量の予測値を入力し、流量推定部１７が入力された予測値を初期設定値として流量の推定処理を開始するようにしても良く、流量の推定処理にかかる時間を短縮することができる。また測定条件の一つとして、流量推定部１７が、流量の設定値を増加させる際の増分（スイープ割合）を入力させるようにしても良く、スイープ割合を比較的小さい値に設定すれば、帯電粒子の流量を高い精度で推定することができる。
【００９０】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に図５に基づいて説明する。
【００９１】
本実施形態では、実施形態１で説明した帯電粒子量評価装置１において、同心円筒状電極２が、軸方向において複数に分割された複数（例えば３個）の電極ブロック２１、２２、２３を連結して構成され、臨界移動度設定手段を、複数の電極ブロック２１、２２、２３と、電極ブロック間をそれぞれ連結する導電性の連結部材７および絶縁性の連結部材８で構成してある。そして、複数に分割された電極ブロック２１、２２、２３の間を導電性の連結部材７や絶縁性の連結部材８を介して連結することで、同心円筒状電極２の軸方向の全長Ｌを調節して、臨界移動度を調節することができ、電圧源５による印加電圧の高圧化を防ぐこともできる。なお、同心円筒状電極２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、図示および説明は省略する。
【００９２】
同心円筒状電極２は、電極ブロック２１、２２、２３を空気ギャップを介して連結することにより構成される。各電極ブロック２１、２２、２３は、それぞれ、中空ではない円柱状の内側導体２ａ１、２ａ２、２ａ３と、内側導体２ａ１、２ａ２、２ａ３よりも径の大きい円筒状の外側導体２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３を同心に配して構成される。なお内側導体２ａ１、２ａ２、２ａ３の径、外側導体２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３の径はそれぞれ同一の寸法に形成されている。
【００９３】
電極ブロック２１は、３つの電極ブロック２１〜２３のうち最も吸気側（図５の左側）に配置されており、電極ブロック２１の内側導体２ａ１は接地端子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。また、電極ブロック２１の外側導体２ｂ１は電源接続端子２３と電流測定端子２４とを備え、電源接続端子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２ａ１の電流測定端子２２と外側導体２ｂ１の電流測定端子２４との間には電流計４が接続されている。ここに、内側導体２ａ１の接地端子２１と外側導体２ｂ１の電源接続端子２３とで電圧印加端子が構成され、両導体２ａ１，２ｂ１間に電圧源５の直流電圧が印加されようになっている。
【００９４】
また電極ブロック２２，２３の内側導体２ａ２，２ａ３は、それぞれ、接地端子２６，２８備えており、内側導体２ａ２は接地端子２６に接続された接地線２７を介して、内側導体２ａ３は接地端子２８に接続された接地線２９を介してそれぞれグランドに接地されている。
【００９５】
導電性の連結部材７は、内側導体２ａ１，２ａ２と径が同じ円柱状の内側導体７ａと、外側導体２ｂ１，２ｂ２と径が同じ円筒状の外側導体７ｂとを同心に配置して構成されており、内側導体７ａは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７ｂ内に保持されている。連結部材７は電極ブロック２１，２２間に介装され、その全長Ｌ４は電極ブロック２１，２２間の空気ギャップと同じ長さに形成されているので、電極ブロック２１，２２は連結部材７を介して連結されることになる。ここで、電極ブロック２１，２２間を導電性の連結部材７を介して連結すると、内側導体２ａ１，２ａ２の間、外側導体２ｂ１，２ｂ２の間がそれぞれ導通するため、上述した式（１）における同心円筒状電極２の全長Ｌが（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４）となり、電極ブロック２１，２２の全長Ｌ１，Ｌ２や連結部材７の全長Ｌ４をそれぞれ所望の長さに設定することで、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整することができる。ここにおいて、連結部材７（内側導体７ａおよび外側導体７ｂ）の材料は、電流量による粒子数の誤差を小さくするために、同心円筒状電極２と同じ材料にすることが好ましい。
【００９６】
一方、絶縁性の連結部材８は、内側導体２ａ２，２ａ３と径が同じ円柱状の内側絶縁体８ａと、外側導体２ｂ２，２ｂ３と径が同じ円筒状の外側絶縁体８ｂとを同心に配置して構成されており、内側絶縁体８ａは高い絶縁性を有する保持部材（図示せず）を介して外側絶縁体８ｂ内に保持されている。連結部材８は電極ブロック２２，２３間に介装され、その全長Ｌ５は電極ブロック２２，２３間の空気ギャップと同じ長さに形成されている。ここで、電極ブロック２２，２３間を絶縁性の連結部材８を介して連結すると、内側導体２ａ２，２ａ３の間、外側導体２ｂ２，２ｂ３の間がそれぞれ電気的に絶縁されるため、上述した式（１）における同心円筒状電極２の全長Ｌを（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４）とすることができる。ここにおいて、連結部材８に電流が流れると粒子数の測定誤差が発生する要因となるため、連結部材８の材料としては、なるべく高い絶縁性を有する材料を用いるのが好ましい。
【００９７】
次に本実施形態の帯電粒子量評価装置１の動作について説明を行う。なおコントローラ１０の構成は実施形態１とほぼ同様であるので、図２のフロー図を参照して動作説明を行う。
【００９８】
先ずコントローラ１０の電源を投入する。コントローラ１０に電力が供給されて、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１６を用いて帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、粒径のスイープ幅と、測定対象の帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の形状および寸法などの測定条件を入力する（ステップＳ１）。なお、以下では粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍ、極性が負、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が２ｎｍ、帯電粒子の流量が１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１を４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０を４．８ｃｍとし、電圧源５の印加電圧は０〜１０００Ｖの範囲内でしか変動できないものとする。また同心円筒状電極２は３つの電極ブロック２１，２２，２３からなり、電極ブロック２１，２２の間を導電性の連結部材７を介して、電極ブロック２２，２３の間を絶縁性の連結部材８を介してそれぞれ連結するものとし、各電極ブロック２１，２２，２３の全長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ５０ｃｍ、連結部材７，８の全長Ｌ４，Ｌ５をそれぞれ３ｃｍとする。なお、電流計４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。
【００９９】
次に電圧源６の電源を投入する。ただし、電源投入時には電圧源６の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源６の電源を投入しても良い。
【０１００】
電圧源６の電源が投入されると、流量制御部１３は、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の流量をもとに、吸気ファン３の回転数が入力された流量に対応する回転数となるような電圧に電圧源６の印加電圧を設定する。これにより、吸気ファン３が所望の回転数で回転し、入力部１６で入力された帯電粒子の流量と同じ流量の層流を発生させる（ステップＳ２）。なお、今回の測定条件では吸気ファン３の流量は１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）に設定される。
【０１０１】
次に電圧源５の電源を投入する。但し電源投入時には電圧源５の電圧はゼロに設定されている。なお、コントローラ１０の電源投入に連動して、電圧源５の電源を投入させても良い。
【０１０２】
電圧源５の電源が投入されると、粒径算出部１５は、入力部１６を用いて入力された帯電粒子の粒径の測定範囲および極性と、帯電粒子の流量と、同心円筒状電極２の寸法などの測定条件をもとに、前述の粒径、臨界移動度および印加電圧の関係式（１）（２）を連立して解くことにより、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Ｓ３）。なお粒径の測定範囲が０．６〜２８ｎｍ、極性が負、０．６〜２ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が０．２ｎｍ、２〜２８ｎｍの粒径範囲ではスイープ幅が２ｎｍ、帯電粒子の流量が１．６５ｍ３／ｍｉｎ（１６５０Ｌ／ｍｉｎ）、同心円筒状電極２の内側導体２ａの半径ｒ１は４．５ｃｍ、外側導体２ｂの半径ｒ０は４．８ｃｍとし、電圧源５による最大印加電圧が１０００Ｖという入力条件から、必要な同心円筒状電極２の全長Ｌが１０３ｃｍと算出され、この情報が図示しないモニタに表示される。このとき測定担当者は、モニタの表示に基づいて、全長Ｌ１，Ｌ２が５０ｃｍの電極ブロック２１，２２の間に、全長Ｌ４が３ｃｍの導電性の連結部材７を挿入するとともに、電極ブロック２２，２３の間に絶縁性の連結部材８を接続して、同心円筒状電極２の全長Ｌを１０３ｃｍに調整してあり、入力された帯電粒子の粒径範囲で粒子量の測定が可能になる。
【０１０３】
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Ｓ４）。今回の測定条件では粒径の最小値は０．６ｎｍである。
【０１０４】
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Ｓ５）。なお外側導体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のである（ステップＳ６）。
【０１０５】
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によって測定される。電流計４の測定値は電流値取得部１２によって自動的に取得され、電流値取得部１２は取得した電流値を粒径算出部１５に出力する（ステップＳ７）。
【０１０６】
粒径算出部１５は、電流値取得部１２から入力された電流値ｉｓから、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記憶部（図示せず）に記憶させる（ステップＳ８）。このとき、粒径算出部１５では測定結果を記憶部に記憶させるとともに、図示しない出力装置に出力しても良い。
【０１０７】
測定対象の帯電粒子の粒径と個数とを記憶部に記憶させると、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Ｓ９）、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Ｓ１０）、上述のステップＳ５〜Ｓ９までの処理を繰り返す。
【０１０８】
上述の処理を行い、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Ｓ５〜Ｓ９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Ｓ９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Ｓ１１）。
【０１０９】
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を、軸方向において複数に分割された複数の電極ブロック２１，２２，２３を連結して構成するものとし、各電極ブロックの間を導電性の連結部材７又は絶縁性の連結部材８を介して連結することによって、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整可能にしてあり、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整することによって臨界移動度を調整している。このように、各電極ブロック２１，２２，２３の全長や、電極ブロック間を接続する導電性の連結部材７又は絶縁性の連結部材８の全長を調整することで、帯電粒子の臨界移動度を調整しているので、所望の粒径範囲の帯電粒子の粒子量を正確に測定することができる。なお本実施形態では、複数の電極ブロック２１，２２，２３の間を導電性の連結部材７と絶縁性の連結部材８とを用いて連結することで、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整しているが、導電性の連結部材７又は絶縁性の連結部材８の何れか一方のみを用いて電極ブロック間を連結することで、同心円筒状電極２の全長Ｌを調整するようにしても良く、いずれにしても同心円筒状電極２の全長Ｌを調整することで、臨界移動度を調整することができるので、所望の粒径範囲で帯電粒子の粒子量を測定することができる。
【０１１０】
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】
【０１１１】
【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図である。
【図３】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４】同上の動作を説明するフロー図である。
【図５】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６】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】
【０１１２】
１ 帯電粒子量評価装置
２ 同心円筒状電極
２ａ 内側導体
２ｂ 外側導体
３ 吸気ファン（気流発生手段）
４ 電流計（電流測定手段）
５ 電圧源（電圧印加手段）
１０ コントローラ
１１ 電圧制御部（臨界移動度設定手段）
１２ 電流値取得部
１３ 流量制御部（臨界移動度設定手段）
１４ 演算処理部
１５ 粒径算出部（帯電粒子量評価手段、臨界移動度設定手段）
１６ 入力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の内側導体および内側導体よりも径の大きい円筒状の外側導体を同心に配置して構成された同心円筒状電極と、同心円筒状電極の一端側に設けられ、内側導体と外側導体との間の空間に同心円筒状電極の軸方向に層流を発生させる気流発生手段と、内側導体と外側導体との間に電圧を印加する電圧印加手段と、内側導体と外側導体との間に流れる電流を測定する電流測定手段と、同心円筒状電極の形状および寸法と気流発生手段により発生させる層流の流量と電流測定手段の測定結果とに基づいて帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価手段と、計測対象の帯電粒子の臨界移動度を設定する臨界移動度設定手段とを具備したことを特徴とする帯電粒子量評価装置。
【請求項２】
前記臨界移動度設定手段は、前記気流発生手段の流量を制御することによって臨界移動度を設定する流量制御手段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】
前記臨界移動度設定手段は、前記電圧印加手段の印加電圧を調整することによって臨界移動度を設定する電圧制御手段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４】
前記電圧制御手段は、前記同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、前記気流発生手段の流量とに基づいて、前記電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする請求項３記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項５】
計測対象の帯電粒子の臨界移動度の最小値で前記気流発生手段の流量を変化させながら、計測した帯電粒子数が一定になるときの流量を求めることによって、計測対象の流量を推定する流量推定手段を設け、前記電圧制御手段は、前記同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定手段により推定された流量とに基づいて、前記電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする請求項４記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項６】
前記同心円筒状電極は、軸方向において複数に分割された複数の電極ブロックを連結して構成され、前記臨界移動度設定手段が、複数の電極ブロックと、複数の電極ブロックの間を連結する導電性の連結部材又は絶縁性の連結部材のうちの何れか一方、又は、両方からなり、同心円筒状電極の全長を調整することで臨界移動度を設定す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１】
円柱状の内側導体および内側導体よりも径の大きい円筒状の外側導体を同心に配置して構成された同心円筒状電極と、同心円筒状電極の一端側に設けられ、内側導体と外側導体との間の空間に同心円筒状電極の軸方向に層流を発生させる気流発生手段と、内側導体と外側導体との間に電圧を印加する電圧印加手段と、内側導体と外側導体との間に流れる電流を測定する電流測定手段と、同心円筒状電極の形状および寸法と気流発生手段により発生させる層流の流量と電流測定手段の測定結果とに基づいて帯電粒子量を評価する帯電粒子量評価手段と、計測対象の帯電粒子の臨界移動度を設定する臨界移動度設定手段とを具備したことを特徴とする帯電粒子量評価装置。
【請求項２】
前記臨界移動度設定手段は、前記気流発生手段の流量を制御することによって臨界移動度を設定する流量制御手段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】
前記臨界移動度設定手段は、前記電圧印加手段の印加電圧を調整することによって臨界移動度を設定する電圧制御手段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４】
前記電圧制御手段は、前記同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、前記気流発生手段の流量とに基づいて、前記電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする請求項３記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項５】
計測対象の帯電粒子の臨界移動度の最小値で前記気流発生手段の流量を変化させながら、計測した帯電粒子数が一定になるときの流量を求めることによって、計測対象の流量を推定する流量推定手段を設け、前記電圧制御手段は、前記同心円筒状電極の形状および寸法と、計測しようとする帯電粒子の臨界移動度と、流量推定手段により推定された流量とに基づいて、前記電圧印加手段の印加電圧を調整することを特徴とする請求項４記載の帯電粒子量評価装置。
【請求項６】
前記同心円筒状電極は、軸方向において複数に分割された複数の電極ブロックを連結して構成され、前記臨界移動度設定手段が、複数の電極ブロックと、複数の電極ブロックの間を連結する導電性の連結部材又は絶縁性の連結部材のうちの何れか一方、又は、両方からなり、同心円筒状電極の全長を調整することで臨界移動度を設定す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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１０２０３８（Ｐ２００８−１０２０３８Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８５３６１（Ｐ２００６−２８５３６１）
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【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２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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