JP2014228377A - 粒子捕集機構及びそれを用いた微粒子分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸引する空気の吸引流量によりＣｕｔｏｆｆ粒子径の設定を変更、維持したり、オリフィス板の製造時に加工公差が生じてもＣｕｔｏｆｆ粒子径を設定値に調整したりすることができる粒子捕集機構を提供する。【解決手段】 様々な粒子径の粒子群を含有する気体を所定の方向に通過させる少なくとも１個の開口部６１を有する噴出部６０と、開口部６１の所定の方向に配置され、開口部６１を通過した気体が衝突して、設定粒子径以上の粒子群を捕集する捕集板５２ｂと、設定粒子径未満の粒子群を含有する気体を排出させる排出流路５２ａとを備える粒子捕集機構５０であって、開口部６１の大きさを変化させるか、或いは、複数の開口部６１の内から選択された所定の数の開口部６１を塞ぐことが可能な開口部調整機構６５を備えた構成とする。【選択図】図３

Description

本発明は、大気等の雰囲気中に浮遊する設定粒子径（Ｃｕｔｏｆｆ粒子径）以上の微粒子群を捕集する粒子捕集機構（インパクタ）及びそれを用いた微粒子分析装置に関する。

近年、半導体製造プロセスにおける粒子汚染の抑制、大気中における酸性雨やスモッグ等の発生機構の解明、量子ナノ材料の開発等に関連して、大気等の雰囲気中に浮遊する粉塵やミスト等の微粒子群が注目を集めている。

そこで、ナノメータオーダの微粒子群における粒子数や成分等を求める微粒子分析装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。図１１は、微粒子分析装置の全体的な概略構成の一例を示すブロック図である。微粒子分析装置４４０は、大気雰囲気中から微粒子群（粉塵やミスト等）を引き込むサンプリング装置１と、引き込まれた微粒子群をコロナ放電又は放射線源により帯電させる荷電装置２と、帯電した微粒子群を粒子径毎に分級する微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ）３と、ＤＭＡ３により分級された微粒子群における成分と量とを測定する高周波誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）４と、ＤＭＡ３により分級された微粒子群における粒子数を計数するファラデーカップ電流計（ＦＣＥ）５とを備える。

また、このような微粒子分析装置１４０の荷電装置２に、様々な粒子径の粒子群を含有する気体を送り込む前にプレフィルタとして、余分な微粒子群（大きな粒子径Ｄ_ｐを有する粒子群）等を除去するインパクタ（粒子捕集機構）が配置されることがある。図１２は、インパクタの要部を示す拡大断面図である。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。

インパクタ４５０は、例えば、複数（Ｎ個）の直径Ｒの円柱形状のノズル（又はジェット）６１が形成された金属製のオリフィス板（噴出部）６０と、複数のノズル６１の噴出方向の前方（Ｚ方向）に配置された捕集板５２と、捕集板５２に設けられた排出流路５２ａとを有する。このようなインパクタ４５０によれば、空気の流れに乗ってＺ方向へ直進する粒子群において、慣性力の大きな粒子、つまり重い（粒子径Ｄ_ｐが大きい）粒子は、Ｘ、Ｙ方向等に曲がりきれずに流れから外れてしまい、捕集板５２に衝突して捕集されるが、軽い（粒子径Ｄ_ｐが小さい）粒子は、流れに乗って下流（排出流路５２ａ）に運ばれる。すなわち、インパクタ４５０によって、粒子が分級、捕集される。

ここで、捕集効率ηと粒子径Ｄ_ｐとの間では、下記の式（１）〜式（５）に示す関係が成り立つことが報告されている。

ここで、Ｓｔｋはストークス数である。

ここで、Ｃ_ｃはカニンガム補正係数、ρ_ｐは粒子密度、Ｄ_ｐは粒子径、ｕは流速、μは流体粘性係数、Ｄ_ｓはオリフィス径である。

ここで、Ｋｎはクヌッセン数、αは定数（１．１４２）、βは定数（０．５５８）、γは定数（０．９９９）である。

ここで、λは平均自由工程である。

ここで、Ｐは圧力、Ｔは絶対温度、Ｐ_γλは基準圧力、Ｔ_γλは基準温度、Ｓ_λはサザランド数（１１０．４）である。

特開平１０−２８８６０１号公報

ところで、上述したようなインパクタ４５０に用いられるオリフィス板６０では、ノズル６１の穴径（直径Ｒ）やノズル６１の穴数（Ｎ個）は固定されたものとなっている。そのため、プレフィルタとしてのインパクタ４５０におけるＣｕｔｏｆｆ粒子径（設定粒子径）Ｄ_ｔｈを、３．０μｍ以上の粒子径Ｄ_ｐを有する微粒子群を捕集する設定から、２．５μｍ以上に変更したい場合には、吸引する空気の吸引流量（流速ｕ）を、排出流路５２ａに取り付けられた吸引ポンプ（図示せず）を制御することによって変更していた。しかし、この方法では気体の処理量が変わってしまうという問題点があった。

また、排出流路５２ａに取り付けられた吸引ポンプの経年劣化等により、吸引する空気の吸引流量（流速ｕ）が変化した場合に、インパクタ４５０によるＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈの設定が、意図せず変更されてしまうという問題点もあった。また、数個のノズル６１が粉塵等で塞がれてしまった場合にも、意図せずインパクタ４５０によるＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈの設定が変更されてしまうという問題点があった。

さらに、オリフィス板６０を製造する際の加工公差によって、設計ノズル６１の大きさ（直径Ｒ）と実ノズル６１の大きさ（直径Ｒ’）とに差異を生じることがあり、その結果、設計Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈと実Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈ’とに差異が生じてしまうという問題点があった。

本発明者は、吸引する空気の吸引流量（流速ｕ）を一定に維持したままＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを変更したり、空気の吸引流量（流速ｕ）が変化してもＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値に維持したり、オリフィス板６０を製造する際に加工公差が生じてもＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値に調整したりすることができるインパクタについて検討を行った。
前記の式（１）〜式（５）によれば、空気の吸引流量（流速ｕ）や、オリフィス径Ｄ_ｓ（Ｄ_ｓ＝Ｒ^２×π×Ｎ）が変わると、捕集できるＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈも変わる。つまり、空気の吸引流量（流速ｕ）を上げるか、或いは、オリフィス径Ｄ_ｓを小さくすれば、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを小さくすることができるということになる。
そこで、本発明者は、開口部（ノズル）の大きさ（直径ｒ）や開口部数（ｎ個）を調整することができるＣｕｔｏｆｆ粒子径可変インパクタを作製することを見出した。

すなわち、本発明の粒子捕集機構は、様々な粒子径の粒子群を含有する気体を所定の方向に通過させる少なくとも１個の開口部を有する噴出部と、前記開口部の所定の方向に配置され、前記開口部を通過した気体が衝突して、設定粒子径以上の粒子群を捕集する捕集板と、前記設定粒子径未満の粒子群を含有する気体を排出させる排出流路とを備える粒子捕集機構であって、前記開口部の大きさを変化させるか、或いは、複数の開口部の内から選択された所定の数の開口部を塞ぐことが可能な開口部調整機構を備えるようにしている。

ここで、「所定の方向」とは、設計者等によって予め決められた任意の一方向である。
また、「設定粒子径」とは、測定者等によって決められる任意の粒子径（Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈ）であり、本願発明に係る粒子捕集機構では、開口部調整機構によって開口部の大きさを変化させたり、所定の数（ｎ個）の開口部を塞いだりすることが可能となっており、測定者等が試験目的等によって自由に調整することができるようになっている。

本発明の粒子捕集機構によれば、開口部の直径ｒや開口部数ｎを変更することが可能な開口部調整機構によりオリフィス径Ｄ_ｓを変更することができるので、インパクタ内に吸引する空気の吸引流量（流速ｕ）を一定に維持したまま、すなわち気体の処理量を維持したまま、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを変更することができる。例えば、空気の吸引流量（流速ｕ）を一定に維持した状態でＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを小さくしたい場合には、開口部調整機構を用いて開口部の直径ｒや開口部数ｎを小さくする。一方、空気の吸引流量（流速ｕ）を一定に維持した状態でＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを大きくしたい場合には、開口部調整機構を用いて開口部の直径ｒや開口部数ｎを大きくする。

また、空気の吸引流量（流速ｕ）が変化しても、オリフィス径Ｄ_ｓを変更することで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値に維持することができる。例えば、吸引ポンプが経年劣化したことにより空気の吸引流量（流速ｕ）が小さくなった場合には、開口部の直径ｒや開口部数ｎを小さくすることで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値に戻す。
さらに、噴出部を製造する際に加工公差が生じても、オリフィス径Ｄ_ｓを変更することで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈが設定値となるよう調整することができる。例えば、噴出部を製造した際に開口部の直径Ｒが大きくなってしまった場合には、作製後や使用時に開口部の直径ｒや開口部数ｎを小さくすることで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値に調整できる。

（その他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の粒子捕集機構においては、前記開口部調整機構は、前記開口部の大きさを変化させる絞り機構であるようにしてもよい。
ここで、「絞り機構」とは、開口部の大きさを変化させることができるものであればよく、例えば、カメラに用いられる絞り機構等が挙げられ、１個の開口部に対して１個の絞り機構が用いられることになる。

また、本発明の粒子捕集機構においては、前記開口部調整機構は、複数の開口部の内から選択された少なくとも１個の開口部を塞ぐための遮蔽部材を備えるようにしてもよい。
ここで、「遮蔽部材」とは、開口部を塞ぐことができるものであればよく、例えば、開口部の入口や出口を塞ぐ板状体や、開口部内に挿入される柱状体や、カメラに用いられる絞り機構等が挙げられる。なお、絞り機構を用いる場合には、複数個の開口部に対して１個の絞り機構が用いられることになるため、絞り機構で形成される開口の中心から離れた開口部から塞がれていくことになる。

また、本発明の粒子捕集機構においては、前記遮蔽部材は、複数の遮蔽板からなり、この複数の遮蔽板は、前記開口部の出口に弾性体を介してそれぞれ取り付けられており、一の遮蔽板に使用された弾性体の弾性力と他の遮蔽板に使用された弾性体の弾性力とは異なっているようにしてもよい。
なお、全ての遮蔽板が、それぞれ異なる弾性力を有する弾性体で取り付けられていてもよいが、少なくとも１個の遮蔽板が、他の遮蔽板と異なる弾性力を有する弾性体で取り付けられていればよい。
本発明の粒子捕集機構によれば、開口部の上流と下流との差圧によって、一の弾性体と他の弾性体のいずれもが伸びたり、一の弾性体のみが伸びたり、一の弾性体も他の弾性体のいずれも伸びなかったりすることで、塞がれる開口部数ｎが変化するので、常にＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値に維持することができる。

そして、本発明の粒子捕集機構においては、前記開口部の上流の圧力と前記開口部の下流の圧力との差圧を検出する差圧センサと、前記差圧センサで検出された差圧に基づいて、前記開口部調整機構を制御する制御部とを備えるようにしてもよい。
本発明の粒子捕集機構によれば、開口部の上流と下流との差圧によって、制御部が塞ぐ開口部数ｎを変更するので、常にＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値に維持することができる。

さらに、本発明の微粒子分析装置においては、上述したような粒子捕集機構と、前記排出流路に接続され、設定粒子径未満の粒子群を分析する分析部と、前記噴出部内に導く気体の吸引流量が調整可能な吸引機構と、前記吸引機構を制御する制御部とを備える微粒子分析装置であって、前記制御部は、前記吸引機構の気体の吸引流量が変更された際には、設定されていた設定粒子径以上の粒子群を捕集板で捕集するよう前記開口部調整機構を制御するようにしてもよい。

ここで、「分析部」とは、設定粒子径未満の粒子群を分析するものであればよく、例えば、凝縮粒子カウンター（ＣＰＣ）や、荷電装置にて帯電した粒子群を粒子径毎に分級する分級器（ＤＭＡ）や、粒子群における成分及び量を測定する質量分析計（ＭＳ）や、粒子群における粒子数を計数する計数計（ＦＣＥ）等が挙げられる。

微粒子分析装置の全体構成を示す概略構成ブロック図。 微分型電気移動度分級器の構成を示す図。 第一実施形態のインパクタの構成を示す断面図。 図３に示すオリフィス板の平面図。 図３に示す絞り機構の平面図。 第二実施形態のインパクタに係るオリフィス板の平面図。 遮蔽機構の平面図。 第三実施形態のインパクタのオリフィス板と遮蔽機構との要部拡大断面図。 第四実施形態のインパクタの全体構成を示す概略構成ブロック図。 図９に示すオリフィス板と遮蔽機構との平面図。 微粒子分析装置の一例を示す概略構成ブロック図。 インパクタの要部を示す拡大断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態の微粒子分析装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。なお、微粒子分析装置４４０と同様のものについては、同じ符号を付している。
微粒子分析装置４０は、大気雰囲気中から微粒子群（粉塵やミスト等）を引き込むインパクタ（粒子捕集機構）５０及び吸引ポンプ８０と、引き込まれた微粒子群をコロナ放電又は放射線源により帯電させる荷電装置２と、帯電した微粒子群を粒子径毎に分級する微分型電気移動度分級器３と、微粒子分析装置４０全体を制御するコンピュータ７０とを備える。

ここで、図２は、微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ）３の構成を示す図である。ＤＭＡ３は、帯電した微粒子を電気移動度Ｚ_ｐの違いを利用して粒子径毎に分級して取り出すものである。ＤＭＡ３は、絶縁体からなる基部１０と、基部１０に連結されるとともに分級後の微粒子群を排出する環状のスリット１３を有する中心ロッド１１と、基部１０に連結されるとともに微粒子群を導入する環状のスリット１４を有する囲み体１２とを備える。
中心ロッド１１と囲み体１２とは導体からなり、中心ロッド１１は高電圧源１７に接続され、囲み体１２は接地されている。また、囲み体１２の上部には、囲み体１２内を循環するシースエアの吐出口１５が設けられるとともに、シースエアに含まれる不純物を除去するためのフィルタ１６が取り付けられている。

このようなＤＭＡ３によれば、荷電装置２にて帯電した微粒子群は囲み体１２に設けられたスリット１４から導入される。そして、スリット１４から導入された微粒子群は囲み体１２の吐出口１５から吐出されたシースエアとともに軸方向下方に移動し、また中心ロッド１１の外周面と囲み体１２の内周面との間に形成される電場の影響を受けて個々の微粒子の電気移動度Ｚ_ｐに応じた速度で中心軸方向に引き寄せられる。そして、中心ロッド１１のスリット１３に到達した所定の微粒子群のみが外部へ取り出される。

次に、図３は、第一実施形態のインパクタ５０の構成を示す断面図である。インパクタ５０は、円筒形状の試料流路５１ａが中央部に取り付けられた上部筐体５１と、円筒形状の排出流路５２ａが中央部に取り付けられた下部筐体５２と、上部筐体５１と下部筐体５２とを連結するためのネジ５３と、円板形状の金属製のオリフィス板（噴出部）６０と、オリフィス板６０上に配置されたＮ個の絞り機構（開口部調整機構）６５とを備える。

上部筐体５１は、Ｚ方向に中心軸を有する円板体５１ｂを有し、その中央部にＺ方向に中心軸を有し上方に伸びた円筒形状の試料流路５１ａが取り付けられている。また、円板体５１ｂの下面には、上方に凹んだ凹部５１ｃが形成されている。また、下部筐体５２は、Ｚ方向に中心軸を有する円板体５２ｂを有し、その中央部にＺ方向に中心軸を有し下方に伸びた円筒形状の排出流路５２ａが取り付けられている。また、円板体５２ｂの上面には、下方に凹んだ凹部５２ｃが形成されている。このような円板体５１ｂの下面と円板体５２ｂの上面とを接触させてネジ５３で固定することで、凹部５１ｃと凹部５２ｃとによる円柱形状の内部空間が形成されている。

図４は、図３に示すオリフィス板６０の平面図である。オリフィス板６０は、Ｚ方向に中心軸を有する円板（例えば直径６１ｍｍ）であり、Ｎ個（例えば１６個）の直径Ｒ（例えば０．５ｍｍ）の円柱形状のノズル（開口部）６１が、中心軸から所定の距離（例えば１７．９ｍｍ）となる円上に等間隔で並ぶよう形成されている。そして、オリフィス板６０の周縁部は、円板体５１ｂの下面と円板体５２ｂの上面との間に挟持され、凹部５１ｃと凹部５２ｃとで形成された内部空間の所定の高さの位置に配置されている。これにより、Ｎ個の直径Ｒの円柱形状のノズル６１の噴出方向（所定の方向）の前方に凹部５２ｃの下面が配置され、凹部５２ｃの下面が捕集板として機能することになる。

次に、図５は、図３に示す絞り機構６５の平面図である。なお、図５（ａ）は開いた状態のものであり、図５（ｂ）は閉じた状態のものである。絞り機構６５は、カメラ等に用いられる絞り機構と類似の構造をしており、支点と長穴開口部とを有する６枚の板状体からなり、長穴開口部に挿入されたピンの動きによって６枚の板状体が支点を中心として回転移動可能となっている。このような絞り機構６５によれば、６枚の板状体によって中央に形成される開口部の大きさ（直径ｒ）を例えば０．１ｍｍから０．５ｍｍまで変化させることができる。
そして、１個のノズル６１に対して１個の絞り機構６５が配置されるよう、Ｎ個のノズル６１にＮ個の絞り機構６５が配置されている。これにより、コンピュータ７０等は、各ノズル６１の直径ｒを変化させることができるようになっている。このとき、変化させた各ノズル６１の直径ｒの値を把握することで、前記式（１）、（２）により粒子径Ｄ_ｐ毎の透過率を算出することができる。

このようなインパクタ５０によれば、試料流路５１ａ内に吸引する空気の吸引流量（流速ｕ）を一定に維持したまま、すなわち気体の処理量を維持したまま、Ｎ個の絞り機構６５で形成されるＮ個の開口の直径ｒを小さくすることで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを小さくし、一方、Ｎ個の絞り機構６５で形成されるＮ個の開口の直径ｒを大きくすることで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを大きくすることができる。よって、空気の吸引流量を例えば「１０ｌ／ｍｉｎ」としたときの分析において、コンピュータ７０の入力装置等を用いて制御することで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを「３．０μｍ」としたり、また、「２．５μｍ」としたりする変更を容易に行うことができる。

また、例えばＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを「３．０μｍ」としたときの分析において、入力装置等を用いて吸引ポンプ８０の空気の吸引流量（流速ｕ）を小さくした場合や、吸引ポンプ８０の経年劣化により意図せず空気の吸引流量（流速ｕ）が小さくなった場合には、コンピュータ７０等が、Ｎ個の絞り機構６５で形成されるＮ個の開口の直径ｒを小さくすることで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値「３．０μｍ」に戻し、一方、入力装置等を用いて吸引ポンプ８０の空気の吸引流量（流速ｕ）を大きくした場合や、吸引ポンプ８０の経年劣化により意図せず空気の吸引流量（流速ｕ）が大きくなった場合には、コンピュータ７０等が、Ｎ個の絞り機構６５で形成されるＮ個の開口の直径ｒを大きくすることで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値「３．０μｍ」に戻すようにすることができる。

さらに、オリフィス板６０を製造する際に、ノズル６１の直径Ｒが例えば０．６ｍｍと大きくなってしまった場合には、絞り機構６５で形成される開口の直径ｒを例えば０．５ｍｍと小さくすることで、作製後や使用時にＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈが設定値「３．０μｍ」となるよう調整することができる。

＜第二実施形態＞
図６は、第二実施形態のインパクタに係るオリフィス板１６０の平面図であり、図７は、遮蔽機構１６５の平面図である。なお、インパクタ５０と同様のものについては、同じ符号を付している。
第二実施形態のインパクタは、第一実施形態として図３に示したものと同様に、円筒形状の試料流路５１ａが中央部に取り付けられた上部筐体５１と、円筒形状の排出流路５２ａが中央部に取り付けられた下部筐体５２と、上部筐体５１と下部筐体５２とを連結するためのネジ５３と、円板形状の金属製のオリフィス板（噴出部）１６０と、オリフィス板１６０上に配置するためのＭ種類（例えば３種類）の遮蔽機構（開口部調整機構）１６５とを備える。

オリフィス板１６０は、Ｚ方向に中心軸を有する円板（例えば直径６１ｍｍ）であり、Ｎ_１個（例えば１６個）の直径Ｒ（例えば０．５ｍｍ）の円柱形状のノズル（開口部）１６１が、中心軸から所定の第一距離（例えば１７．９ｍｍ）となる円上に等間隔で並び、Ｎ_２個（例えば８個）の直径Ｒ（例えば０．５ｍｍ）の円柱形状のノズル（開口部）１６１が、中心軸から所定の第二距離（例えば８．９ｍｍ）となる円上に等間隔で並ぶような、（Ｎ_１＋Ｎ_２）個（例えば２４個）の直径Ｒの円柱形状のノズル１６１が２重の円上となるように形成されている。

そして、オリフィス板１６０の周縁部は、円板体５１ｂの下面と円板体５２ｂの上面との間に挟持され、凹部５１ｃと凹部５２ｃとで形成された内部空間の所定の高さの位置に配置されている。これにより、（Ｎ_１＋Ｎ_２）個の直径Ｒの円柱形状のノズル１６１の噴出方向（所定の方向）の前方に凹部５２ｃの下面が配置され、凹部５２ｃの下面が捕集板として機能することになる。

Ｍ種類の遮蔽機構１６５は、第一の中心角（例えば９０°）を有する扇形の第一アルミシール１６５ａや、第二の中心角（例えば６０°）を有する扇形の第二アルミシール１６５ｂや、第三の中心角（例えば４５°）を有する扇形の第三アルミシール１６５ｃ等の、Ｍ種類の異なる中心角を有するＭ種類の扇形のアルミシールからなる。
このような遮蔽機構１６５によれば、測定者はオリフィス板１６０上に第一アルミシール１６５ａを貼り付けることで、開口部数ｎを３／４×（Ｎ_１＋Ｎ_２）個に変更することができ、オリフィス板１６０上に第二アルミシール１６５ｂを貼り付けることで、開口部数ｎを５／６×（Ｎ_１＋Ｎ_２）個に変更することができ、オリフィス板１６０上に第三アルミシール１６５ｃを貼り付けることで、開口部数ｎを７／８×（Ｎ_１＋Ｎ_２）個に変更することができ、オリフィス板１６０上に第一アルミシール１６５ａと第三アルミシール１６５ｃとを貼り付けることで、開口部数ｎを５／８×（Ｎ_１＋Ｎ_２）個に変更することができる。このとき、測定者は、どのアルミシール１６５が全体の開口面積の何％を塞ぐかを理解することで、前記式（１）、（２）により粒子径Ｄ_ｐ毎の透過率を算出することができる。

上述した第二実施形態のインパクタによれば、試料流路５１ａ内に吸引する空気の吸引流量（流速ｕ）を一定に維持したまま、すなわち気体の処理量を維持したまま、ノズル１６１の開口部数ｎを遮蔽機構１６５によって減じることにより、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを小さくしていくことができる。
また、例えばＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを「３．０μｍ」としたときの分析において、入力装置等を用いて吸引ポンプの空気の吸引流量（流速ｕ）を小さくした場合や、吸引ポンプの経年劣化により意図せず空気の吸引流量（流速ｕ）が小さくなった場合には、ノズル１６１の開口部数ｎを遮蔽機構１６５によって減らすことで、Ｃｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値「３．０μｍ」に戻すことができる。
さらに、オリフィス板１６０を製造する際に、ノズル１６１の直径Ｒが大きくなってしまった場合には、ノズル１６１の開口部数ｎを遮蔽機構１６５によって減らすことで、作製後にＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値「３．０μｍ」となるよう調整することができる。

＜第三実施形態＞
図８は、第三実施形態のインパクタに係るオリフィス板２６０と遮蔽機構２６５との要部を示す拡大断面図である。なお、図８（ａ）は空気の吸引流量（流速ｕ）が大きい状態のものであり、図８（ｂ）は空気の吸引流量（流速ｕ）が小さい状態のものである。また、インパクタ５０と同様のものについては、同じ符号を付している。
第三実施形態のインパクタは、第一実施形態として図３に示したものと同様に、円筒形状の試料流路５１ａが中央部に取り付けられた上部筐体５１と、円筒形状の排出流路５２ａが中央部に取り付けられた下部筐体５２と、上部筐体５１と下部筐体５２とを連結するためのネジ５３と、円板形状の金属製のオリフィス板（噴出部）２６０と、オリフィス板２６０下に配置されたＮ種類の遮蔽機構（開口部調整機構）２６５とを備える。

オリフィス板２６０は、Ｚ方向に中心軸を有する円板であり、Ｎ個（例えば１６個）の２段円柱形状のノズル（開口部）２６１が、中心軸から所定の距離（例えば１７．９ｍｍ）となる円上に等間隔で並ぶよう形成されている。そして、オリフィス板２６０の周縁部は、円板体５１ｂの下面と円板体５２ｂの上面との間に挟持され、凹部５１ｃと凹部５２ｃとで形成された内部空間の所定の高さの位置に配置されている。これにより、Ｎ個の２段円柱形状のノズル２６１の噴出方向（所定の方向）の前方に凹部５２ｃの下面が配置され、凹部５２ｃの下面が捕集板として機能することになる。

Ｎ種類の遮蔽機構２６５は、第一のバネ定数を有する第一バネ２６６ａ及び第一円板２６７ａを備える第一の遮蔽機構２６５ａや、第二のバネ定数（第一バネのバネ定数より大きい）を有する第二バネ２６６ｂ及び第二円板２６７ｂを備える第二の遮蔽機構２６５ｂ等の、Ｎ種類の異なるバネ定数を有するＮ種類の遮蔽機構２６５からなる。
そして、第一円板２６７ａは第一バネ２６６ａを介して第一のノズル２６１ａの下に取り付けられ、第二円板２６７ａは第二バネ２６６ａを介して第二のノズル２６１ｂの下に取り付けられるよう、Ｎ個のノズル２６１にＮ個の遮蔽機構２６５が配置されている。

このような遮蔽機構２６５によれば、試料流路５１ａと排出流路５２ａとの差圧によって、第一バネ２６６ａも第二バネ２６６ｂも伸びたり（図８（ａ）参照）、第一バネ２６６ａのみが伸びたり（図８（ｂ）参照）、第一バネ２６６ａも第二バネ２６６ｂも伸びなかったりすることで、塞がれる開口部数ｎが変化するので、常にＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値「３．０μｍ」に維持するよう設定することができる。

＜第四実施形態＞
図９は、第四実施形態のインパクタの全体構成を示す概略構成ブロック図であり、図１０は、図９に示すオリフィス板３６０と遮蔽機構３６５との平面図である。なお、インパクタ５０と同様のものについては、同じ符号を付している。
第四実施形態のインパクタは、円筒形状の試料流路３５１ａと、円筒形状の排出流路３５２ａと、円板形状の金属製のオリフィス板（噴出部）３６０と、円板形状の捕集板３５２ｃと、遮蔽機構（開口部調整機構）３６５とを備える。

オリフィス板３６０は、Ｚ方向に中心軸を有する円板であり、Ｎ_１個（例えば８個）の直径Ｒ（例えば０．５ｍｍ）の円柱形状のノズル（開口部）３６１が、第一の直線上に等間隔で並び、Ｎ_２個（例えば８個）の直径Ｒ（例えば０．５ｍｍ）の円柱形状のノズル（開口部）３６１が、第二の直線上に等間隔で並ぶよう、（Ｎ_１＋Ｎ_２）個の直径Ｒの円柱形状のノズル３６１が、Ｘ方向に平行な２重線上となるよう形成されている。

捕集板３５２ｃは、Ｚ方向に中心軸を有する円板であり、オリフィス板３６０と１〜８ｍｍ程度の距離、例えば２ｍｍの距離に設置されている。また、捕集板３５２ｃには、Ｎ_３個（例えば４個）の直径Ｒ（例えば５ｍｍ）の円柱形状の開口が、ノズル３６１と重ならないよう、互いの外周がオリフィス板３６０と捕集板３５２ｃの距離以上、できれば３倍程度離れた位置に形成されている。そして、捕集板３５２ｃは、オリフィス板３６０の下方に配置されている。これにより、（Ｎ_１＋Ｎ_２）個の直径Ｒの円柱形状のノズル３６１の噴出方向（所定の方向）の前方に捕集板３５２ｃが配置されることになる。

遮蔽機構３６５は、四角形の板状体のスライドテーブル３６５ａと、スライドテーブル３６５ａをＸ方向に移動させるサーボモータ３６５ｂと、試料流路３５１ａと排出流路３５２ａとの差圧を検出する差圧センサ３６５ｃと、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）３６５ｄとからなる。

このような遮蔽機構３６５によれば、スライドテーブル３６５ａをＸ方向に移動させることで、開口部数ｎを変更することができるようになっている。
そして、ＰＬＣ３６５ｄは、差圧センサ３６５ｃで検出された差圧に基づいて、式（１）、（２）により粒子径Ｄ_ｐ毎の透過率を算出し、全体の開口面積の何％を塞ぐかを算出して、スライドテーブル３６５ａを移動させる。

以上のように、このような遮蔽機構３６５によれば、試料流路３５１ａと排出流路３５２ａとの差圧によって、ＰＬＣ３６５ｄが、２個のノズル３６１を塞いだり６個のノズル３６１を塞いだり（図１０参照）して、塞ぐ開口部数ｎを変更することにより、常にＣｕｔｏｆｆ粒子径Ｄ_ｔｈを設定値「３．０μｍ」に維持することができる。

＜他の実施形態＞
（１）上述した第一実施形態のインパクタ５０では、Ｎ個のノズル６１にＮ個の絞り機構６５が配置されている構成を示したが、Ｎ個より少ないＭ個（Ｎ＞Ｍ）のノズルにＭ個の絞り機構が配置されているような構成としてもよい。すなわち、絞り機構は、全てのノズルに取り付けてもよく、一部のノズルに取り付けてもよい。

（２）上述した第二実施形態のインパクタでは、オリフィス板１６０上に扇形のアルミシール１６５を貼り付ける構成を示したが、扇形や四角形のマグネット板を貼り付けるような構成としてもよく、円柱形状や円錐形状のピン（遮蔽機構）等を挿入するような構成としてもよい。なお、遮蔽機構の形状は、開口部を塞ぐことができるものであれば特に限定されず、一例としては扇形の板状体、四角形の板状体、円柱状体、円錐状体等が挙げられる。さらに、遮蔽機構の材質についても、開口部を塞ぐことができるものであれば特に限定されず、一例としては金属や樹脂等の柔軟性を有するシート状であることが好ましい。

（３）上述した微粒子分析装置４０では、荷電装置２と、微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ）３とを備える構成を示したが、これ以外にも、従来から広く知られた各種の分析装置が配置された構成としてもよい。また、吸引ポンプ８０を備える必要はなく、微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ）３内に設けられた吸引ポンプ等の吸引機構が用いられる構成としてもよい。

本発明は、大気等の雰囲気中に浮遊するＣｕｔｏｆｆ粒子径以上の微粒子群を捕集するインパクタ等に使用することができる。

５０ インパクタ（粒子捕集機構）
５２ａ 排出流路
５２ 捕集板
６０ オリフィス板（噴出部）
６１ ノズル（開口部）
６５ 絞り機構（開口部調整機構）

Claims (6)

1. 様々な粒子径の粒子群を含有する気体を所定の方向に通過させる少なくとも１個の開口部を有する噴出部と、
   前記開口部の所定の方向に配置され、前記開口部を通過した気体が衝突して、設定粒子径以上の粒子群を捕集する捕集板と、
   前記設定粒子径未満の粒子群を含有する気体を排出させる排出流路とを備える粒子捕集機構であって、
   前記開口部の大きさを変化させるか、或いは、複数の開口部の内から選択された所定の数の開口部を塞ぐことが可能な開口部調整機構を備えることを特徴とする粒子捕集機構。
2. 前記開口部調整機構は、前記開口部の大きさを変化させる絞り機構であることを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集機構。
3. 前記開口部調整機構は、複数の開口部の内から選択された少なくとも１個の開口部を塞ぐための遮蔽部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集機構。
4. 前記遮蔽部材は、複数の遮蔽板からなり、
   前記複数の遮蔽板は、前記開口部の出口に弾性体を介してそれぞれ取り付けられており、
   一の遮蔽板に使用された弾性体の弾性力と他の遮蔽板に使用された弾性体の弾性力とは異なっていることを特徴とする請求項３に記載の粒子捕集機構。
5. 前記開口部の上流の圧力と前記開口部の下流の圧力との差圧を検出する差圧センサと、
   前記差圧センサで検出された差圧に基づいて、前記開口部調整機構を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の粒子捕集機構。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の粒子捕集機構と、
   前記排出流路に接続され、設定粒子径未満の粒子群を分析する分析部と、
   前記噴出部内に導く気体の吸引流量が調整可能な吸引機構と、
   前記吸引機構を制御する制御部とを備える微粒子分析装置であって、
   前記制御部は、前記吸引機構の気体の吸引流量が変更された際には、設定されていた設定粒子径以上の粒子群を捕集板で捕集するよう前記開口部調整機構を制御することを特徴とする微粒子分析装置。