JP5914164B2 - 微粒子検出装置及びセキュリティゲート - Google Patents

Description

本発明は、微粒子を検査する技術に関する。

空港や港湾に代表される公共施設等における安全・安心の確保を目的とした技術を記載する文献として、特許文献１〜３がある。

特許文献１は、容器内にある又は容器表面に付着した手製爆薬を、迅速かつ低誤報で検出することを目的とした技術を記載する。因みに、特許文献１には、容器載置部に置かれた容器から発生する試料ガスを吸引する工程、吸引した試料ガスをイオン源でイオン化する工程、生成されたイオンを質量分析する工程、分析により得られる質量スペクトルに基づいて手製爆薬に由来する質量スペクトルの有無を判定する工程、判定結果を表示部に表示する工程を実行することが記載されている。また、段落［0022］には、試料導入管に設けた細メッシュ状フィルタに微粒子を付着させ、付着した微粒子をガス化させるとの記載がある。

特許文献２は、ニトロ化合物に代表される危険物を、負のコロナ放電を用いて効率的にイオン化し、生成した負イオンを質量分析計を用いて高感度に検出する技術を記載する。段落[0014]には、プローブ先端部分への気体試料の吸着を防止するために、プローブの先端に加熱ヒータを設けること、気体試料を導入するパイプに大きな粒子やごみが直接吸引されないようにするためのフィルタを設けること、フィルタに詰まったゴミを取り出し易いように定期的に内部をクリーニングするためのゴミの取り出し口を設けること等が記載されている。

特許文献３には、危険物質の検出技術が記載されている。具体的には、(1) 危険物に由来する試料が付着する拭き取り部材を収納し、試料を加熱するオーブンと、(2) オーブン外部から試料を加熱する赤外線を発生する光源と、(3) オーブンで気化した試料をイオン化するイオン源部と、(4) 気化した試料をイオン源部に導入する吸気ポンプと、(5) イオンを質量分析する質量分析部と、(6) 排気部と、(7) 質量分析部の出力信号を処理し、危険物質の有無判定をおこなうデータ処理装置と、(8) 判定結果を表示する操作パネルと、(9) 判定結果に基づいて警報を発する警報機と、(10)装置各部に電源を供給する電源部と、(11)装置各部を制御する制御部とを備える装置が記載されている。また、段落[0085]には、イオン源部の内部への異物の混入を防ぐため、導入孔の内部にフィルタを挿入すること、挿入部の底部には塵埃集積用の溜まり部が設けられており、集積した異物の清掃を容易にすることが記載されている。

特開２０１１−８５４８４号公報 特開２００６−５８３１８号公報 特開２００４−２１２０７３号公報

安全・安心を目的に公共施設等に設置される装置では、検査対象とする微粒子が単体で捕集されるよりも、検査対象以外の微粒子や微細な塵埃などと混合した状態又はそれらに付着した状態で捕集されることが多い。このため、従来の何れの技術においても、分析装置に接続する流路上にフィルタを設ける構成が採用されている。

しかし、処理時間の経過に伴い、フィルタには、検査対象以外の微粒子や塵埃、検査対象微粒子の残差が堆積・残留する。すなわち、フィルタの目詰まりが生じる。目詰まりは、検出装置の処理能力を低下させる原因になるだけでなく、コンタミネーションの原因となり、分析精度を劣化させている。

因みに、特許文献１に記載の技術では、微粒子を加熱するために、細メッシュ状フィルタの使用が前提とされる。このため、前述した処理能力の低下や分析精度の劣化を解決することはできない。また、特許文献２においても、プローブと分析装置を連結する流路上にフィルタを設けることが重要であるとの記載があり、特許文献１の場合と同様、前述した問題を解決することはできない。また、特許文献３に示す技術でも、イオン源への異物の混入を防ぐためのフィルタが必要であり、前述した問題を解決することはできない。さらに、特許文献３に記載の技術では、塵埃集積用溜まり部を分析部の上流側に配置する。このため、塵埃集積用溜まり部の加熱を防いだとしても、原理的には、クロスコンタミネーションを排除できない問題がある。

これらの問題を解決するために、従来、微粒子の加熱や異物の集塵等に用いるフィルタの簡便な交換を可能にする構造の採用が提案されている。しかし、これらの提案を採用したとしても、フィルタの交換には特殊な装備が新たに必要とされたり、装置の機能を一時的に制限する必要が生じるなど、装置の小型化や装置の運用に新たな問題が発生する。

また、微粒子の加熱や異物の集塵のために流路上に設けられる従来のフィルタは、流路の断面全体を平面的に遮る平面型フィルタである。しかし、この種の構造のフィルタは、そもそも、流路のコンダクタンスを大きくとることができず、装置の処理能力や長期間使用によるロバスト性の確保が難しい。

上記課題を解決するために、本発明に係る微粒子検出装置は、微粒子を捕集する捕集装置と、前記捕集装置により捕集された微粒子を気化又は分解して蒸気化する蒸気化装置と、前記蒸気化装置によって蒸気化された成分とその他の成分とが混合して流れる第１の流路と、前記第１の流路から前記その他の成分に作用する慣性力の方向に分岐する第２の流路と、前記第１の流路から前記慣性力の方向とは異なる方向に分岐する第３の流路と、前記第３の流路に導入された成分を分析する分析装置とを有する。

本発明によれば、検査対象微粒子を蒸気化した成分とその他の成分（「検査対象以外の微粒子や塵埃、検査対象微粒子」のうち蒸気化されなかった残差）とを、フィルタを用いることなく分離することができる。このため、処理時間の経過に関わらず、処理能力の低下や分析精度の劣化を実用的に回避可能な微粒子検査装置を実現することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下に示す実施の形態の説明により明らかにされる。

微粒子検出装置の構成例を示す図。 加熱気化装置をＺ軸について垂直に切断した断面図。 蒸気成分と微粒子の残差を分離する流路の分岐構造を説明する図。 セキュリティゲートの外観例を示す図。 セキュリティゲートの断面構成例を示す図。 セキュリティゲートの動作シーケンスを説明するフローチャート。 遠心力を用いて蒸気成分と微粒子の残差を分離する機構を説明する図。 微粒子検出装置の他の構成例を示す図。 加熱気化装置をＺ軸について垂直に切断した断面図。 微粒子検出装置に用いて好適な加熱気化部の他の構成例を示す図。 トラップワイヤの形状例を示す図。 微粒子検出装置に用いて好適な加熱気化部の他の構成例を示す図。 微粒子検出装置に用いて好適な加熱気化部の他の構成例を示す図。 微粒子検出装置に用いて好適な加熱気化部の他の構成例を示す図。 赤外線ランプ又は紫外線ランプの放射パターン例を示す図。 赤外線ランプ又は紫外線ランプの放射パターン例を示す図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。

以下の説明では、検出対象とする微粒子が、爆薬微粒子又は爆発物質に起因した微粒子であるものとする。もっとも、検出対象とする微粒子はこれに限らない。検出対象とする微粒子は、例えば、爆発性の物質、覚せい剤その他の薬物、人体に影響を与える化学物質（例えば農薬）、一般に人体に影響を与えると想定される危険物等に起因した微粒子、人体に影響を与える細菌、ウイルスその他の微生物でもよい。

［実施例１］
（全体構成）
図１は、実施例に係る微粒子検出装置１００の概略構成図である。微粒子検出装置１００は、分析装置１と微粒子処理装置２により構成される。

（分析装置の構成）
分析装置１は、蒸気化された微粒子（蒸気成分）を分析し、微粒子を特定する装置である。分析装置１には、物質の質量の差異を利用するイオントラップ質量分析装置、イオンの移動度の差異を利用するイオンモビリティ質量分析装置、微粒子の質量電荷比を利用する四重極質量分析装置、一様磁場を通過する際の軌道の違いを利用する磁場型質量分析装置などの使用が可能である。なお、本実施例に係る微粒子検出装置１００では、微粒子由来の蒸気成分を分析対象とする。このため、分析装置１は、負圧吸引が可能な真空ポンプ等を内蔵し、分析対象である微粒子の蒸気成分を吸引できるものとする。また、分析装置１は、必ずしも汎用型の分析装置である必要は無く、特定の微粒子由来の蒸気成分の検出に特化した簡易型の分析装置でもよい。一般に、検出対象を特化することにより、分析装置の小型化や製造コストの低下が実現される。

（微粒子処理装置の構成）
微粒子処理装置２は、微粒子捕集装置３、加熱気化装置４、トラップ５により構成される。微粒子処理装置２は、温度調整された配管を通じ、分析装置１に連結されている。

微粒子捕集装置３は、検査対象とする微粒子を捕集する機構・装置である。本実施例では、圧縮空気などの間接媒体を、ＩＣカード、磁気カード、手荷物、衣服等に噴射して微粒子を剥離・回収し、その後、サイクロン遠心分離装置等を使用して検査対象を含む微粒子を分離濃縮する仕組みを採用する。なお、拭き取り紙・布などの検査用媒体を衣服や手荷物等に接触・摩擦し、衣服や手荷物等に付着した微粒子を検査用媒体に転移・回収する方式を採用してもよい。微粒子捕集装置３には、検査対象とする微粒子の特性や検査目的に応じて好適な機構や構成を採用すればよい。なお、図１では、微粒子回収部６と、サイクロン遠心分離装置７とで構成される微粒子捕集装置３を代表例として表している。以下の説明でも、当該装置構成を前提に説明する。

加熱気化装置４は、捕集された微粒子を蒸気化する装置である。蒸気化する方法には、加熱による方法、既に蒸気化した微粒子成分を分離する方法などがある。本実施例では、捕集された微粒子を加熱して蒸気化する方式を採用する。もっとも、微粒子捕集装置３により捕集される微粒子には、検査対象とする微粒子だけでなく、検査対象以外の微粒子（例えば埃、塵）も含まれる。なお、検査対象である爆発物質微粒子が含まれない場合もある。

図１に示す加熱気化装置４は、赤外線ランプ８、ガラス管９、反射鏡１０により構成される。ガラス管９は、赤外線を透過する材料で構成され、微粒子捕集装置３で捕集された微粒子を通過させる流路を形成する。反射鏡１０は、赤外線ランプ８から放射された赤外線をガラス管９の内側に集光するように、ガラス管９の外周に配置される。当該構成により、ガラス管９の内部を通過する微粒子は、赤外線放射による輻射加熱により、その一部又は全部が蒸気化される。以下、加熱気化装置４を構成する要素の詳細を更に説明する。

赤外線ランプ８は、構成するフィラメントの材質や温度、封入される媒体などにより様々な波長を得ることができる。実施例に係る赤外線ランプ８は、赤外放射と呼ばれる波長が0.8μm〜2μm程度の近赤外線、2μm〜5.6μm程度の中赤外線、5.6μm〜1mm程度の遠赤外線を主に発生する。赤外線ランプ８の放射強度や放射時間等は、赤外線ランプ制御装置１１により制御する。放射強度や放射時間の制御プログラムは、例えば赤外線ランプ制御装置１１に予め内蔵する。この他、赤外線ランプ８の放射強度や放射時間は、遠隔地から操作してもよい。

なお、検査対象とする微粒子の特性によっては、赤外線ランプ８に代えて紫外線ランプを用いてもよい。紫外線ランプを用いる場合、ガラス管９は紫外線を透過可能な材質とし、反射鏡１０は紫外線を反射させるものを使用する。なお、紫外線ランプとは、数nm〜数百nmの紫外域にピーク波長をもつランプのことである。

ガラス管９の流路は、その下流側付近で、２つの流路に分岐されている。すなわち、ガラス管９は、(1) 微粒子捕集装置３と接続され、微粒子の蒸気化に使用される第１の流路と、(2) 蒸気化されなかった微粒子（検査対象以外の微粒子や塵埃、検査対象微粒子のうち蒸気化されなかった残差）をトラップ５に導入する第２の流路と、(3) 蒸気化した成分を分析装置１に導入する第３の流路とを有している。この実施例の場合、第１の流路には、蒸気化された成分と蒸気化しなかった成分の両方が混在することになる。

第３の流路は、蒸気化されなかった微粒子に作用する慣性力の方向とは異なる方向に分岐方向が定められている。図１の場合、第２の流路は第１の流路の方向と同じ方向であり、微粒子に作用する慣性力（ここでは、重力）の方向とも一致する。一方、図１の場合、第３の流路は、第１及び第２の流路に対して垂直方向に接続されている。ここで、第２の流路に対する第３の流路の取付角度は大きいほど良く、望ましくは90°から180°である。

なお、蒸気化した成分にも、蒸気化しなかった成分と同様に慣性力が作用する。しかし、蒸気化した成分は、蒸気化しなかった成分に比して質量が小さいため、慣性力の影響が小さい。このため、蒸気化した成分の軌道は、蒸気化しなかった成分に比して軌道を容易に変化させることができる。なお、慣性力の影響が大きく、軌道の変化が小さい微粒子（蒸気化しなかった成分）のほとんどは第２の流路に導入される。第２の流路に導入された微粒子の一部は第３の流路側の壁面に衝突後、壁面に沿ってトラップ５に導かれる。

本実施例の場合、少なくとも分析装置１に連結されるガラス管９の流路（第３の流路）の壁面温度は、分岐前のガラス管９の壁面温度と同等程度又はそれ以上に保たれるものとする。その理由は、微粒子から発生された蒸気成分が、ガラス管９の壁面に吸着するのを防止するためのである。一方、トラップ５に連結されるガラス管９の流路（第２の流路）の壁面温度は、分岐前のガラス管９の壁面温度と同等程度又はそれ以下に保たれるものとする。本実施例では、第２の流路の側面温度を、トラップ５の温度とほぼ同等に設定する。その理由は、トラップ５で捕集された微粒子の残差成分等から蒸気成分が発生し、コンタミネーションが生じるおそれを低減するためである。

図２に、加熱気化装置４をＺ軸について垂直に切断した断面図を示す。図２に示すように、反射鏡１０を楕円又は半楕円又はその近似形状に形成する。図に示すように、反射鏡１０の２つの焦点のうち一方の位置に赤外線ランプ８を配置し、もう一方の位置にガラス管９を配置する。この配置により、赤外線ランプ８から放射される赤外線は、効率よくガラス管９の内部を通過する微粒子に照射される。

（微粒子の捕集から検出までの流れの概要）
爆発物微粒子１２を例として、微粒子検出装置１００による微粒子の捕集から検出までの処理工程の概要を説明する。図１において、ＩＣカードや手荷物等から剥離された微粒子は、微粒子回収部６を介してサイクロン遠心分離装置７に搬送される。サイクロン遠心分離装置７では、大量の空気と一緒に吸い込まれた爆発物微粒子１２が、遠心分離の原理により分離濃縮される。分離濃縮された爆発物微粒子１２は、ガラス管９に導入され、赤外線ランプ８から放射される赤外線により加熱され、その一部又は全部が蒸気成分となる。この蒸気成分と蒸気にならなかった微粒子の残差は、分析装置１からの負圧吸引による流れの影響を受けてガラス管９の分岐部で分離される。図１においては、蒸気成分の軌跡を矢印１５で表し、分離濃縮された爆発物微粒子１２と加熱気化部４で蒸気化されなかった微粒子の残差の軌跡を矢印１６で表している。

（蒸気成分とその他の成分の分離）
図３を用い、ガラス管９の分岐部において、蒸気成分１３と加熱気化部４で蒸気化されなかった微粒子の残差１４とが分離される様子を説明する。図３では、説明のため、模式的に蒸気成分１３を白丸で示し、微粒子の残差１４を黒丸で示している。なお、図中、Ｚ軸方向が重力方向であり、Ｘ軸とＹ軸で与えられる面が水平方向である。

図３において、ガラス管９は、吸気管１７と分岐管１８の２つの異なる方向に分岐している。ここでのガラス管９が第１の流路に対応し、吸気管１７が第３の流路に対応し、分岐管１８が第２の流路に対応する。吸気管１７は、不図示の分析装置１に連結されており、その内部は負圧吸引されている。一方、分岐管１８は、不図示のトラップ５に連通されている。

吸気管１７の壁面温度は、分岐点を境に、分岐前のガラス管９の壁面温度と同等又はそれよりも高く設定されている。一方、分岐管１８の壁面温度は、分岐点を境に、分岐前のガラス管９の壁面温度と同等又はそれよりも低く設定されている。ここで、吸気管１７及び分岐管１８の壁面温度は、パイプヒータ、空冷ファン等によって積極的に制御してもよいし、周囲温度により間接的に制御してもよい。

ガラス管９を通過する蒸気成分１３と微粒子の残差１４は、吸気管１７を介して分析装置１へ向かう流れの影響を受け、自身に働く慣性力に応じて図中の矢印１９に示すような軌道を描いて進む。このとき、より質量が小さく慣性力の影響を受け難い蒸気成分１３は、流れに沿って吸気管１７の方向により多くが導かれ、より質量が大きく慣性力の影響を受ける微粒子の残差１４は、吸気管１７の方向には進入することができず、分岐管１８の壁面に衝突するなどして、その多くが分岐管１８を介してトラップ５に到達する。

さらに、分岐管１８及びトラップ５は、分岐前のガラス管９の壁面温度よりも、その壁面温度が低く保持されている。このため、分岐管１８及びトラップ５に導入された微粒子の残差１４は、凝縮や吸着の影響を受け、再度、蒸気成分を発生させるなどの悪影響を引き起こすことがない。

図３に示すように、矢印１９により示される蒸気成分１３と微粒子の残差１４の軌道は、吸気管１７に連結された分析装置１の負圧吸引力の影響を少なからず受け、軌道が変化する。ただし、トラップ５にも負圧吸引機能を設け、吸気管１７と分岐管１８の負圧吸引力をバランスさせ、矢印１９に示す軌道を調整することにより、蒸気成分１３と微粒子の残差１４の分離を、より理想的な状態に近づけることができる。

吸引力の大きさは、検出対象となる爆発物質に依存する。例えば、TNT、C4、RDX等の爆発物では、1μmから100μm程度（又は、30μmから100μm程度）の微粒子の捕集が想定され、小型の標準型サイクロン遠心分離を用いれば分離濃縮が可能である。なお、粒径の測定には、例えば電子顕微鏡、沈降法、レーザ回折・散乱光などを使用すればよい。

これらの爆発物微粒子を加熱する赤外線ランプ８の仕様は、爆発物微粒子を捕集する状態に依存する。例えば赤外線ランプ８には、ピーク波長が0.8μm〜2μm程度の近赤外線を発生させるハロゲンランプであって、概ね電力密度が3W/mm程度のものを使用する。ガラス管９及び吸気管１７の温度は、室温（20℃）〜100℃程度が望ましい。ガラス管９及び吸気管１７の温度があまり高いと、爆発物由来の蒸気成分が分解消滅してしまう場合もあるためである。

トラップ５及び分岐管１８の壁面温度は、ガラス管９及び吸気管１７と同等以下であればよい。本実施例では、分岐管１８の末端に位置するトラップ５の温度を室温とし、分岐管１６の壁面温度は、分岐点を起点に温度勾配を有する構成とした。分析装置１による負圧吸引による吸気管１５の流量は、概ね0.5〜2L/min程度が望ましく、トラップ５の方向への吸引量は、吸気管１７と分岐管１８のコンダクタンスに依存するが、0〜10L/min程度が望ましい。トラップ５の方向への吸引量が0L/minの場合、分岐管１８内にある残差１４は重力落下により移動する。このため、分岐管１８の延長方向は重力方向に限定される。一方、トラップ５の方向への吸引量が0L/minでない場合、残差１４は吸引力により移動されるため、分岐管１８の配置方向等に制約はない。

なお、以上の説明では、赤外線加熱方式により爆発物微粒子１２からその蒸気成分１３を生成しているが、爆発物微粒子１２の組成によっては、紫外線の放射による爆発物微粒子１２の分解により蒸気成分１３に相当する気体成分を得てもよい。紫外線を用いる場合も、前述した仕組みと同様の工程により、爆発物微粒子１２の有無と成分の特定を効率的に分析できる。

（実施例の効果）
前述したように、本実施例に係る微粒子検出装置１００は、赤外線による非接触加熱により、分析に必要な蒸気成分１３を爆発物微粒子１２から生成する。このため、接触加熱の場合のように、処理時間の経過に伴う微粒子や塵埃の加熱体への堆積、残留、又はそれに伴う流路の目詰まりなどが生じない。結果的に、本実施例に係る微粒子検出装置１００には、微粒子や塵埃の堆積、残留等に起因する処理能力の低下やコンタミネーションによる分析精度の劣化が生じずに済む。

また、本実施例に係る微粒子検出装置１００においては、爆発物微粒子１２に起因した蒸気成分１３は、ガラス管９内において、すなわち周囲環境から隔離された状態で非接触加熱により生成された後、吸気管１７へと導かれる。従って、加熱体や周囲環境の影響を受け難く、分析精度の向上を図ることができる。

また、本実施例に係る微粒子検出装置１００においては、蒸気成分１３を得るために、加熱フィルタ等を用いる必要がない。このため、蒸気成分１３を得るための構造が従来技術に比してシンプルになる。また、本実施例に係る微粒子検出装置１００は、従来技術に比してメンテナンスが容易であるだけでなく、メンテナンスのために装置の機能を一時的に停止させたり、制限するなどの運用上の制約を最小化することができ、長期間にわたる装置性能の維持が可能である。

また、蒸気成分１３を得るために使用する赤外線ランプ８は、加熱条件を高速に変更できる。このため、処理温度への立上げに要する時間の短縮や処理温度からの立ち下げに要する時間の短縮を実現できる。また、赤外線ランプ８を用いる場合には、待機時の予備加熱の必要がない。主に近赤外線を放射するハロゲンランプヒーターを赤外線ランプ８に用いる場合には、数秒以下での立上げ、立ち下げが可能である。このため、不要時の電力消費を低減することができる。

また、本実施例のように、赤外線ランプ８を用いる場合には、加熱条件を高速に変更できる。このため、複雑な加熱プログラムにも対応できる。例えば検出対象である微粒子の組成に応じ、加熱条件を短時間のうちに好適な加熱条件に変更できる。また例えば、精密な温度制御にも対応できる。

［実施例２］
ここでは、前述した微粒子検出装置１００を、ＩＣカードの認証機能が搭載されたセキュリティゲート４１に応用する例について説明する。

図４に、手元吸引方式のセキュリティゲート４１の外観構成例を示す。セキュリティゲート４１は、ＩＤカード４７等の媒体からＩＤ情報を読み取るためのカードリーダ４２、ＩＣカード４７等に付着した爆発物微粒子等を剥離させるための剥離機構４３、剥離した爆発物微粒子等を捕集するための捕集装置４４、開閉式ゲート４５を備えている。なお、図４では、検査対象４６が人であり、ＩＤカード４７による認証を経てセキュリティゲート４１を通過する場合を想定する。

図５は、セキュリティゲート４１の筐体の一部を破断して示す図である。図５には、微粒子検出装置１００（図１）を含むセキュリティゲート４１の内部構成が表されている。図６は、セキュリティゲート４１の動作シーケンスを表すフローチャートである。

セキュリティゲート４１は、ＩＤカード４７のカードリーダ４２への近接が検出されるまで、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返し実行する。具体的には、ステップＳ１において、ファン制御装置５１は、サイクロン遠心分離装置７に発生されるサイクロンの回転速度を適正範囲に制御する。また、赤外線ランプ制御装置１１は、赤外線ランプ８を点灯状態に制御する。ステップＳ２において、検出制御装置５２が開閉式ゲート４５を閉状態に制御する。ステップＳ３において、近接センサ４８は、ＩＤカード４７のカードリーダ４２への近接の有無を検出する。近接センサ４８は、ＩＤカード４７の近傍位置に配置されている。

検査対象４６である人が、ＩＤカード４７をカードリーダ４２に接近させると、近接センサ４８がその接近を検出する。ＩＤカード４７の接近の通知があると、カードリーダ４２は、ＩＤカード４７からＩＤ情報を非接触で取得する（ステップＳ４）。もっとも、ＩＤカード４７が磁気情報として記録されている場合には、磁気ヘッドを接触させてＩＤ情報を読み出してもよい。この実施例の場合、ＩＤ情報の読み出し後、不図示の制御部の制御により、剥離機構４３内部に設置された圧縮空気噴射ノズル４９からパルス状の圧縮空気が一定時間噴射される（ステップＳ５）。圧縮空気は、接近するＩＤカード４７の表面に付着した微粒子を空気流により剥離するように噴出される。本実施例の場合、噴射圧力は、0.05MPa〜0.1MPaとする。また、圧縮空気は、1〜5回/秒程度の頻度でＩＤカード４７に向けて噴射される。

ＩＤカード４７の表面から剥離された爆発物微粒子１２ａやその他の微粒子（爆発物利粒子１２ａが含まれない場合もある）は、捕集装置４４を介し、サイクロン遠心分離機７に搬送される。ここで、微粒子は、ファン制御装置５１により制御された軸流ファン５０により発生される吸引力により、サイクロン遠心分離機７に搬送される。前述の通り、サイクロン遠心分離機７に搬送された微粒子は、分離濃縮されてガラス管９に導入され、赤外線ランプ８で加熱気化され蒸気成分となる。さらに、この蒸気成分１３は、吸気管１７を通って分析装置１に導入され、その組成物質が分析される。分析装置１の分析結果は検出制御装置５２に与えられ、特定の爆発物質の成分データと比較される。検出制御装置５２は、前述した比較結果に基づいて、蒸気成分１３の物質が、検出すべき爆発物質であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

検出すべき爆発物質が検知された場合、検出制御装置５２は、アラームを発報し（ステップＳ７）、セキュリティセンターへＩＤカード４７のＩＤ情報等を通報する（ステップＳ８）。一方、検出すべき爆発物が検知されなかった場合、検出制御装置５２は、開閉式ゲート４５を開き、検査対象４６の通過を許可する（ステップＳ９）。なお、ステップＳ９の後、検出制御装置５２はステップＳ２の処理に戻り、開閉式ゲート４５を閉状態に制御して次の検出対象４６の通過に備える。

前述したセキュリティゲート４１は、空港、港湾、駅改札、商業施設、オフィスビル、アミューズメント施設などの公共施設における入退管理への使用が可能である。例えば、前述した条件を組み合わせること等により、TNTなどの爆発物の検出を一人当たり数秒以下で実施することができる。

［実施例３］
続いて、微粒子検出装置１００の他の構成例を説明する。本実施例では、蒸気成分１３と微粒子の残差１４の分離に適用して好適な他の構成を説明する。図７に、本実施例に特有の構成部分を示す。なお、蒸気成分１３と微粒子の残差１４の分離機構以外の構成は、実施例１で説明した図１に示す微粒子検出装置１００の構成と同様である。従って、図１と共通する部分の構成については、説明を省略する。

図７に示すように、本実施例の場合、図３に示すようなガラス管９の単純な分岐構造ではなく、更にサイクロン分離方式を適用する。すなわち、本実施例では、遠心力の利用により、蒸気成分１３と微粒子の残差１４とをより効率的に分離する。図７においても、図３における説明の場合と同様に、模式的に蒸気成分１３を白丸で示し、微粒子の残差１４を黒丸で示す。

図７に示すように、蒸気成分１３と微粒子の残差１４は、ガラス管９の下端部に連結された連結管７１を介して遠心分離装置７２に導入される。連結管７１の一端は、円筒形状を有する遠心分離装置７２の上面部側面に連結される。遠心分離装置７２の上面中央には、吸気管７３が連結されている。この吸気管７３の他端は、負圧吸引機能を有する分析装置１に連結されている。従って、分析装置１の負圧吸引により、遠心分離装置７２の内部には、矢印７４に示す方向の回転気流が発生する。すなわち、いわゆるサイクロン現象が遠心分離装置７１に発生する。この回転気流は、次のように説明される。連結管７１を通じて遠心分離装置７２の上面付近に流入された気流は、その円筒部内壁に沿って回転しながら下降してゆく。ここでの下降は、重力による。やがて、この気流は、遠心分離装置７２の下端側に形成された円錐部に到達する。円錐部では、回転半径が小さくなるので、回転モーメンタム一定の原理から、気流は速度を増しながら下降する。このとき、遠心分離装置７２の中心付近の圧力は、遠心力の影響を受けて低くなる。このため、円錐部の下端に近づくと（トラップ５に近づくと）、遠心分離装置７２の中心付近の気流は反転上昇し、吸気管７３へと排気される。

以下では、このような回転気流が発生される遠心分離装置７２に、蒸気成分１３と微粒子の残差１４が導入される場合を考える。この場合、回転気流による遠心力により、質量が相対的に大きい微粒子の残差１４は外方へ分離され、円錐部の内壁を伝わるようにトラップ５に落下し集積される。一方、質量が相対的に小さい蒸気成分１３は、遠心力の影響を受け難いため、上昇気流と共に吸気管７３に導入され、分析装置１へと搬送される。なお、図中の矢印７６は蒸気成分１３の移動方向を示し、矢印７７は微粒子の残差１４の移動方向を模式的に表している。

ところで、蒸気成分１３と微粒子の残差１４を分離する回転気流を遠心分離装置７２に発生させるには、遠心分離装置７２の入口における気流の流速が一定以上となる必要がある。この流速は、遠心分離装置７２の形状（寸法）や内壁面の粗さによる影響を受けるものの、おおよそ10m/sec程度であることが望ましい。例えば吸気管７３に連結された分析装置１による負圧吸引流量を0.6〜2L/min程度とする場合、約10m/secの入口流速を得るために必要な連結管７１の直径又は遠心分離装置７２の入口径は、直径1〜2mm程度であることが望ましい。

なお、このサイクロン分離方式の場合、蒸気成分１３と微粒子の残差１４は、連結管７１、遠心分離装置７２、吸気管７３の各壁面に接触する機会が多い。これらの壁面の温度が低い場合、壁面表面において蒸気成分１３や微粒子の残差１４の凝縮が発生する可能性がある。このため、本実施例では、壁面での蒸気成分１３や微粒子の残差１４の凝縮を防止するために、壁面ヒータ７５を各壁面に沿って配置する。ここで、好ましい壁面の温度は、検出対象となる爆発物成分にも依存するが、室温（20℃）〜100℃程度に調整することが望ましい。

［実施例４］
引き続き、微粒子検出装置１００の他の構成例を説明する。この実施例では、実施例１に係る微粒子検出装置１００とは異なる加熱気化装置の構成例を採用する場合について説明する。図８に、本実施例に係る微粒子検出装置１００の構成例を示す。なお、図８には、図１との対応部分に同一又は対応する符号を付して示している。図８に特有の構成部分は、加熱気化装置４ａである。ここで、加熱気化装置４ａは、４つの赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ（ただし、８ｃ、８ｄは図示せず。）と、反射鏡１０ｅ（４つの反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで形成される。）で構成され、その制御のために赤外線ランプ制御装置１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（ただし、１１ｃ、１１ｄは図示せず。）を配置する。

すなわち、本実施例では、ガラス管９内を通過する爆発物微粒子１２の加熱に、ガラス管９を取り囲むように配置する４本の赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを使用する。４本の赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄのそれぞれに対応する４つの赤外線ランプ制御装置１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、個別に対応する赤外線ランプの放射強度や放射時間などを制御する。実施例１の場合と同様、放射強度や放射時間等の制御プログラムは、赤外線ランプ制御装置に予め内蔵しておいても良いし、遠隔地から操作可能としてもよい。また、４つの赤外線ランプの制御条件は、それぞれ独立でも良いし、２つ又は３つ以上を連動させても良い。

図９に、本実施例で採用する加熱気化装置４ａをＺ軸について垂直に切断した断面図を示す。図９に示すように、４つの赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、１本のガラス管９を四方から取り囲むように配置されている。また、反射鏡１０ｅは、４つの楕円又は半楕円又はその近似形状である４つの反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを連結した構成を有し、４つの反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの各２つの焦点のうち一方が重複するように配置されている。このうち、４つの反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの各焦点の重複位置にはガラス管９が配置される。一方、４つの反射鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのうち重複しない方の焦点には赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄがそれぞれ配置される。この構成により、４つの赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄから照射される赤外線は効率よく集光され、ガラス管９の内部を通過する爆発物微粒子１２に照射される。

前述した構成の加熱気化装置４ａの採用により、本実施例に係る微粒子検出装置１００では、前述した各実施例の機能に加え、以下に説明する機能の強化を実現できる。

第１に、本実施例の場合、検査対象とする微粒子から蒸気成分を得る際に照射する赤外線の照射量を高めることができる。検出対象である微粒子が赤外線ランプの波長域に対して吸収率が低い材料である場合や微粒子自体の受光面積が小さい場合、赤外線ランプの出力を高める必要がある。一般に、赤外線ランプの出力を高めるには、より高い電力密度の赤外線ランプを用いる方法、赤外線の発光部がより長い赤外線ランプを使用し、加熱流路を長くとる方法等が用いられる。しかし、前者の方法は、赤外線ランプを保護するために水冷機構が新たに必要になったり、周囲への放熱を考慮する等の新たな対策が必要となる。後者の方法は、赤外線ランプの小型化、結果的に微粒子検出装置１００の小型化に不利であり、対象となる微粒子によっては、加熱気化が困難な場合もあり得る。

これに対し、本実施例のように、４つの赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを用いる場合には、個々の赤外線ランプの性能が実施例１の赤外線ランプと同じでも、ガラス管９の内部を通過する微粒子に照射できる赤外線の照射量を最大で４倍に増加させることができる。

第２に、本実施例の場合、赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの寿命を、実施例１の場合に比して延長することが可能となる。赤外線ランプ、特にハロゲンランプでは、出力電圧を10％下げると、寿命を３倍程度延長することができる。従って、仮に定格出力100％で運用されているハロゲンランプを、定格出力の70%での運用に変更すれば、寿命を3000倍程度まで延長することができ、大幅にメンテナンス性能を向上することができる。本実施例における赤外線の照射量が、例えば実施例１の場合と同じ照射量であるならば、赤外線ランプの出力を一本あたり1/4倍にできるため、大幅な寿命の延長が可能となる。

第３に、本実施例の場合、４つの赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが同時に発生する波長域を２種類以上とすることができる。このように、検出対象である微粒子に対し、複数の異なる波長域の赤外線や紫外線などを照射することができれば、複数種類の微粒子を同時に加熱気化させることができる。実際、検出対象である微粒子を加熱気化するための照射すべき赤外線ランプの波長域が予め予想できない場合、加熱気化に好適な赤外線ランプの波長域が異なる複数の微粒子を同時に加熱気化させたい場合がある。

本実施例では、赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを、それぞれ異なる波長域の赤外線及び／又は紫外線を放射する赤外線ランプ及び／又は紫外線ランプで構成することができる。例えば、赤外線ランプ８ａは、波長が0.8μm〜2μm程度の近赤外線を放出する赤外線ランプとし、赤外線ランプ８ｂは、波長が2μm〜5.6μm程度の中赤外線を放出する赤外線ランプとし、赤外線ランプ８ｃは、波長が5.6μm〜1mm程度の遠赤外線を放出する赤外線ランプとし、赤外線ランプ８ｄは、波長が100nm以下の紫外線ランプとすることができる。この構成の場合、紫外域から遠赤外域までの幅広い波長域について、微粒子を加熱気化又は分解し、蒸気成分を得ることができる。なお、従来技術では、このように複数の加熱条件の実現は原理的にも困難である。

第４に、本実施例では、加熱気化装置４ａのランプ長方向の小型化が可能になる。セキュリティゲートや小型可搬型の微粒子検出装置を実現するためには、装置の構成要素の小型が必要となる。本実施例において、実施例１と同程度の照射量をガラス管９に照射する場合、赤外線ランプ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの長さを、実施例１の赤外線ランプ８の1/4にすることができる。このため、加熱気化装置４ａを、実施例１の加熱気化装置４に比して、ランプ長の方向に大幅に小型化することができる。

以上、本実施例では、加熱気化装置４ａを構成するランプの本数が４本である場合を説明したが、ランプの本数は４本に限らない。加熱気化装置４ａを構成するランプの本数は、例えば２本、３本でもよく、４本以上でも良い。同様に、反射鏡１０ｅを構成する楕円又は半楕円又はその近似形状の反射鏡の連結数も同様に任意の数で良い。

［実施例５］
引き続き、微粒子検出装置１００の他の構成例を説明する。この実施例では、前述した実施例１とは異なる構造の加熱気化装置を採用する場合について説明する。なお、本実施例に係る微粒子検出装置１００の構成は、加熱気化装置を除き、実施例１の場合と同様である。図１０に、本実施例で使用する加熱気化装置４ｂの構成例を示す。なお、図１０には、図１との対応部分に同一又は対応する符号を付して示している。

本実施例に係る加熱気化装置４ｂにおいても、ガラス管９の先端は、吸気管１７と分岐管１８に分岐されている。違いは、ガラス管９の内部に、流路方向に立体的な構造のトラップワイヤ１０１を設ける点である。従って、ガラス管９を楕円又は半楕円又はその近似形状の反射鏡１０ｆの一方の焦点位置に配置し、赤外線ランプ８ｅを反射鏡１０ｆの他方の焦点位置に配置する点も実施例１と同様である。

以下、本実施例に特有の構造体であり、微粒子に対して障害物として機能するトラップワイヤ１０１について説明する。トラップワイヤ１０１は、例えば微粒子の流路方向（ガラス管９の軸方向）に延長する螺旋コイルで構成する。なお、従来用いられている平面形状のメッシュフィルタは、流路断面の全体を塞ぐようにフィルタ面が配置される。この点で、トラップワイヤ１０１は、従来型のフィルタと明らかに異なる構造を有している。

微粒子捕集装置３からガラス管９に導入され、その内部を通過する爆発物微粒子１２は、ブラウン運動しながら進行する。このため、ガラス管９内を進行する過程で、爆発物微粒子１２はトラップワイヤ１０１に接触し、又は、一時的に付着する。そして、ガラス管９の内部を通過する、又は、トラップワイヤ１０１に接触・付着した爆発物微粒子１２は、反射鏡１０ｆにより集光された赤外線により加熱され、その一部又は全部が気化して蒸気成分１３となる。

なお、ガラス管９内で発生した蒸気成分１３は、実施例１で説明したように、吸気管１７を通じて分析装置１（図示せず）へ導かれ、検出すべき爆発物質であるか否か特定される。図１０では、爆発物微粒子１２の進入方向を矢印１０２で示し、蒸気成分１３の流れる方向を矢印１０３で示している。

なお、図１０では、トラップワイヤ１０１の一例として螺旋コイル構造を示したが、トラップワイヤ１０１の形状は、必ずしも螺旋コイル構造に限らない。同様の効果を得ることができるのであれば、流路方向について規則的、周期的な構造である必要もない。

図１１に、流路方向に立体的な構造を有するトラップワイヤの他の構造例を示す。トラップワイヤ１０１ａ、１０１ｂでは、流路方向に伸びる細長い円柱に、フィン状の突起や棒状の突起などが形成されている。なお、突起は、ガラス管９内の流れを妨げないように、気体の流れ方向に延びることが望ましい。突起は、円柱の軸方向に規則的又は周期的に配置しても、配置しなくても良い。ただし、突起の密度や隙間は、ガラス管９内の流れを妨げないように考慮する。トラップワイヤとして、図１１に示す突起構造を採用する場合にも、前述した螺旋コイルと同様の効果を得ることができる。

本実施例のように、ガラス管９の内部に、流路方向に立体的な構造を有するトラップワイヤ１０１、１０１ａ、１０１ｂを配置することにより、前述した実施例の効果に加え、以下の効果を得ることができる。

第１に、ガラス管９の内部に、ある種の障害物であるトラップワイヤ１０１を配置することにより、検査対象である微粒子がガラス管９に滞在する時間が長くなり、赤外線ランプ８ｅの加熱による微粒子の気化効率を向上させることができる。

第２に、トラップワイヤ１０１、１０１ａ、１０１ｂは、流路方向に立体的な構造であるため、従来技術のような目詰まりを発生させずに済む。

ところで、検出対象である微粒子が、赤外線ランプ８ｅの波長域に対して吸収率が低い材料で構成されている場合や微粒子自体の受光面積が小さい場合には、ガラス管９の内側にて微粒子の加熱気化が十分に促進されない可能性がある。このような場合、検出対象である微粒子に対する赤外線の照射量を増やすことにより、問題の解決が可能である。

本実施例で説明した流路方向に立体的な構造を有するトラップワイヤ１０１等を用いる場合、ガラス管９の内部に進入した爆発物微粒子１２は、トラップワイヤ１０１等に接触したり、一時的に付着する。その結果、検出対象である爆発物微粒子１２は、赤外線が照射される範囲内に長く留まることとなり、微粒子に対する赤外線の照射量を増やすことができ、加熱気化を促進することができる。しかも、トラップワイヤ１０１は、流路方向に立体的な構造を有するため、構造的にも目詰まりを発生させることがなく、スループットの低下などの問題が生じない。

また、トラップワイヤ１０１を構成する材料は、分析対象である微粒子の特性に合わせて選定すればよい。なお、TNT等の爆発物微粒子１２を検出対象とする場合には、トラップワイヤ１０１をステンレス等の金属で形成できる。この場合、トラップワイヤ１０１自体を、赤外線ランプ８ｅで加熱することが可能となる。すなわち、金属製のトラップワイヤ１０１をガラス管９内に配置することにより、加熱されたトラップワイヤ１０１に接触した爆発物微粒子１２を、直接加熱し気化させることもできる。このため、赤外線ランプ８ｅからの放射熱だけで微粒子を加熱気化する場合に比して、微粒子を効率的に気化させることができる。

また、このようにトラップワイヤ１０１をステンレスなどの金属又は赤外線ランプ８ｅからの放射熱で加熱できる材料で構成できる場合には、加熱源と加熱体とを分離することができ、微粒子を気化する環境を、外部環境から分離することができる。結果的に、環境等に依存した外乱の影響を最小限に抑えて精度のよい検出が可能になる。

［実施例６］
引き続き、微粒子検出装置１００の他の構成例を説明する。前述の実施例５においては、流路方向に立体的な構造を有するトラップワイヤ１０１をガラス管９の内側に配置し、当該トラップワイヤ１０１に微粒子等を付着させることにより、微粒子の加熱時間を延ばす手法について説明した。ただし、微粒子等のトラップワイヤ１０１への付着は、微粒子のブラウン運動に基づく受動的なものである。本実施例では、流路方向に立体的な構造を有するトラップワイヤに対し、微粒子等を能動的に付着させる仕組みを採用する。

図１２に、本実施例で使用する加熱気化装置４ｃの構成例を示す。なお、図１２には、図１０との対応部分に同一又は対応する符号を付して示している。本実施例に係る加熱気化装置４ｃ以外の構成は、実施例５に係る微粒子検出装置１００と同様である。このため、加熱気化装置４ｃ以外の詳細な説明は省略する。

本実施例の場合、加熱気化装置４ｃを構成するガラス管９の内側には、流路方向に立体的な構造をもつ帯電型トラップワイヤ１２１を設置する。帯電型トラップワイヤ１２１は、給電線を通じて電源１２２に接続されており、正又は負に帯電されている。ガラス管９の内側を通過する爆発物微粒子１２の一部又は全部は、この帯電型トラップワイヤ１２１に帯電吸着され固定される。

この実施例の場合も、赤外線ランプ８ｅから放射された赤外線は、反射面が楕円又は半楕円又はその近似形状に形成された反射鏡１０ｆによりガラス管９内に集光される。このため、ガラス管９の内側を通過する、又は、帯電型トラップワイヤ１２１に帯電吸着された爆発物微粒子１２の一部又は全部が加熱気化され、蒸気成分１３が発生する。この蒸気成分１３は、図３で説明したように、吸気管１７を通じて分析装置１（図示せず）に導かれ、蒸気成分１３が爆発物微粒子に由来する場合には、その爆発物質が特定される。

帯電型トラップワイヤ１２１を正又は負に帯電させた構成とすることにより、本実施例に係る微粒子検出装置１００は、前述した実施例で得られる効果に加え、以下に示す効果を得ることができる。

第１に、検査対象としての微粒子を帯電吸着により、帯電型トラップワイヤ１２１に固定するため、ガラス管９の内側の加熱領域内における微粒子の滞在時間を延長させることができる。結果的に、赤外線ランプ８ｅから発せられる放射熱による気化効率を向上させることができる。

第２に、帯電吸着により、帯電型トラップワイヤ１２１に微粒子の残差が固定されるため、蒸気成分と微粒子の残差との分離効率を向上させることができる。

［実施例７］
引き続き、微粒子検出装置１００の他の構成例を説明する。前述の実施例５及び６においては、ガラス管９の内側に、流路方向に立体的な構造を有するトラップワイヤ１０１をガラス管９内に設置し、当該トラップワイヤ１０１に微粒子等を付着させることにより、赤外線により微粒子が加熱される時間を増やし、蒸気化を促進する手法について説明した。

本実施例に係る加熱気化装置の場合も、流路方向に立体構造を有するトラップワイヤを用い、微粒子の付着による加熱時間の増加を促進する手法を採用する。ただし、本実施例では、トラップワイヤ自体を発熱体として使用する。

図１３に、本実施例に係る微粒子検出装置１００で使用する加熱気化装置４ｄの構成例を示す。なお、図１３には、図１０との対応部分に同一又は対応する符号を付して示している。本実施例に係る加熱気化装置４ｄ以外の構成は、実施例５に係る微粒子検出装置１００と同様であるため、加熱気化装置４ｄ以外の詳細な説明は省略する。

本実施例に係る加熱気化装置４ｄは、ガラス管９の代わりに加熱気化管１３１を使用する。加熱気化管１３１は、ガラス管９と同じ形状を有している。すなわち、加熱気化管１３１の一端側は、吸気管１７と分岐管１８に相当する２つの流路に分岐し、それぞれが分析装置１又はトラップ５に接続されている。

ただし、本実施例の場合、前述したように、トラップワイヤ自体を加熱体に使用するため、加熱気化管１３１が赤外線や紫外線を透過する機能を有する必要はない。すなわち、加熱気化管１３１は、必ずしもガラス管である必要はない。

加熱気化管１３１の内側には、流路方向に立体的な構造を有し、かつ、それ自体が発熱可能である加熱型トラップワイヤ１３２が配置される。加熱型トラップワイヤ１３２は、コネクタ１３３を介して、外部の加熱電源１３４に接続されている。なお、加熱気化管１３１から外部への放熱を抑えるため、加熱気化管１３１の周囲には断熱材１３５が配置され、外空間への放熱を遮断する構成を採用する。

この実施例の場合も、加熱型トラップワイヤ１３２は、螺旋構造を有している。加熱型トラップワイヤ１３２は、発熱体として機能すれば、その素材は任意である。例えば加熱型トラップワイヤ１３２は、抵抗加熱材で構成することができる。この種の材料には、例えばニクロム線などの安価な発熱材を用いることもできる。ただし、発熱に伴い発生するアウトガスを抑制するため、セラミックコーティングされたワイヤヒータや、ステンレスチューブ等で被覆されたシースヒータを、加熱型トラップワイヤ１３２に用いることが望ましい。

この加熱型トラップワイヤ１３２の採用により、本実施例に係る微粒子検出装置１００は、前述した実施例で得られる効果に加え、以下に示す効果を得ることができる。

第１に、トラップワイヤ自体が発熱体であるため、接触する微粒子を直接加熱気化することができる。このため、前述した各実施例に比して、加熱気化をより効率的に進めることができる。

第２に、トラップワイヤとして抵抗加熱体を用いることができるため、加熱電源を含めて安価な構成を採用することができる。

第３に、初期状態や微粒子の残差の堆積によるコンタミネーションが懸念される場合にも、微粒子の加熱気化に好適な温度より例えば100〜200℃高い温度に加熱型トラップワイヤ１３２を加熱することにより、微粒子の残差をベークアウトすることができる。ベークアウトにより、初期状態であれば、加熱型トラップワイヤ１３２としてのヒータから予めアウトガスを放出させることができ、微粒子の加熱気化に好適な温度域で放出されるガスの影響を小さくすることができる。また、微粒子の残差の堆積によるコンタミネーションが懸念される場合では、ベークアウトにより微粒子の残差が熱分解して消失するため、クリーニング効果が得られる。

［実施例８］
引き続き、微粒子検出装置１００の他の構成例を説明する。前述の実施例７においては、流路方向に立体的な構造を有する加熱型トラップワイヤ１３２を流路内に１つだけ設ける場合について説明した。本実施例では、この種の加熱型トラップワイヤを流路内に複数配置する場合について説明する。

図１４に、本実施例に係る微粒子検出装置１００で使用する加熱気化装置４ｅの構成例を示す。なお、図１４には、図１３との対応部分に同一又は対応する符号を付して示している。本実施例に係る加熱気化装置４ｅ以外の構成は、実施例７に係る微粒子検出装置１００と同様であるため、加熱気化装置４ｅ以外の詳細な説明は省略する。

図１４に示す加熱気化装置４ｅの場合、加熱気化管１３１の内部には、流路方向に立体的な構造を有し、かつ、それ自体が発熱可能である加熱型トラップワイヤ１３２が２つ配置されている。本実施例の場合も、加熱型トラップワイヤ１３２は、螺旋構造を有するものとする。また、加熱型トラップワイヤ１３２はコネクタ１３３を介して、外部の加熱電源１３４に接続されている。

加熱型トラップワイヤ１３２は、それぞれ独立に温度管理できる。本実施例の場合、２つの加熱型トラップワイヤ１３２は異なる温度に設定されている。このため、２つの加熱型トラップワイヤ１３２は、それぞれが異なる条件により、爆発物微粒子を加熱気化することができる。

また、本実施例の場合、２つの加熱型トラップワイヤ１３２は、流路方向に異なる位置に配置する。微粒子の導入口側に近い方の加熱型トラップワイヤ１３２の温度を相対的に低く設定し、微粒子の導入口側から遠い方の加熱型トラップワイヤ１３２の温度を相対的に高く設定する。流路の上流側の温度を相対的に低温とすることにより、蒸気化温度の低い物質から順番に蒸気化反応を進めることができる。なお、流路の上流側の温度設定が高い場合には、一度に様々な物質の蒸気化が発生するだけでなく、設定温度と物質の特性によっては、物質自体が熱分解により消失する可能性もある。

このように複数の加熱型トラップワイヤ１３２を加熱気化管１３１の内部に収容することにより、本実施例に係る微粒子検出装置１００は、前述した実施例で得られる効果に加え、以下に示す効果を得ることができる。

第１に、複数の加熱型トラップワイヤ１３２を異なる加熱条件で加熱できるため、蒸気化温度が異なる複数の微粒子を同時に加熱気化することができる。

第２に、複数の加熱型トラップワイヤ１３２が配置されるため、運用中のいずれかの加熱型トラップワイヤ１３２に異常が生じた場合でも、正常動作可能な他の加熱型トラップワイヤ１３２の使用による運用の継続が可能である。このため、微粒子検出装置１００のメンテナンス周期を長くとることが可能となる。

［実施例９］
本実施例では、前述した実施例１、３〜６に係る加熱気化装置を構成する赤外線ランプ又は紫外線ランプの駆動動作例について説明する。

図１５及び図１６に、赤外線ランプ又は紫外線ランプの放射パターンを示す。赤外線ランプ又は紫外線ランプは、温度の昇降が早い性能を有している。本実施例では、ハロゲンランプを例に、爆発物微粒子を加熱気化させるため使用して好適な放射パターンの一例を、発熱量パターンとして説明する。

ハロゲンランプは、熱容量の小さなタングステンフィラメントを発熱体とし、非接触かつ高速に温度の昇降が可能である。このため、ハロゲンランプは、複雑な加熱プログラムが可能なランプヒータである。

図１５の横軸は時間であり、縦軸はハロゲンランプの発熱量である。図１５は、３種類の発熱量１５１、１５２、１５３が短時間のうちにパルス状に切り替わる放射パターン１５４を表している。このような発熱パターン１５４を短時間（例えば数秒）のうちに複数回繰り返すことにより、１つのハロゲンランプを用いる場合でも、ほぼ同時に３種類の爆発物微粒子を加熱気化することができる。例えば、図中の発熱量１５１はTNTを加熱気化するのに好適な加熱条件であり、発熱量１５２はTATPの加熱気化に好適な加熱条件であり、発熱量１５３はRDXの加熱気化に好適な加熱条件である。

図１６の横軸は時間であり、縦軸はハロゲンランプの発熱量である。図１６は、発熱量を連続的に変化させる放射パターンを表している。図１６では、数秒程度の周期を有する正弦波状の放射パターンを表している。例えばハロゲンランプの発熱量の上限１６１は、RDXの加熱気化に好適な加熱条件であり、ハロゲンランプの発熱量の下限１６２は、TNTの加熱気化に好適な加熱条件である。この場合、これら上下限で挟まれた温度域に好適な加熱条件を有する複数の爆発物微粒子をほぼ同時に加熱気化することができる。

以上説明したように、いずれの発熱パターンでハロゲンランプの発熱量を変化させる場合でも、１つのハロゲンランプにより、疑似的に複数の加熱条件を実現することができる。これにより、１つのハロゲンランプを用いながら、より多くの種類の爆発物微粒子の加熱気化が可能となる。

また、本実施例では、発熱パターンを正弦波とする例について説明したが、発熱パターンを三角波や台形波とすることが可能なことは改めて説明するまでもない。

［実施例１０］
以上、本発明の主旨に沿って、本発明の代表的な実施例を説明した。しかし、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に反しない範囲において、様々な実施形態が可能である。例えば各実施例に他の構成を追加することも可能であり、一部の構成を削除することも可能であり、又は一部の構成を他の構成に置換することも可能である。また、各実施例を他の実施例と組み合わせることが可能である。

また、前述の実施例では、検出対象とする微粒子は、ＩＣカード等の認証機能を備える媒体から剥離する場合を想定したが、入場チケット、切符、通行券、定期券、荷物、衣服、人体、車内設備（例えばＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システム用カード）、食べ物などから剥離・捕集される場合にも応用することができる。

１…分析装置、２…微粒子処理装置、３…微粒子捕集装置、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ…加熱気化装置、５…トラップ、６…微粒子回収部、７…サイクロン遠心分離装置、８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ…赤外線ランプ、９…ガラス管、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ…反射鏡、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…赤外線ランプ制御装置、１２、１２ａ…爆発物微粒子、１３…蒸気成分、１４…微粒子の残差、１５…蒸気成分１３の軌跡、１６…分離濃縮された爆発物微粒子１２と加熱気化部で蒸気化されなかった微粒子の残差１４の軌跡、１７…吸気管、１８…分岐管、１９…矢印、４１…セキュリティゲート、４２…カードリーダ、４３…剥離機構、４４…捕集装置、４５…開閉式ゲート、４６…検査対象、４７…ＩＤカード、４８…近接センサ、４９…圧縮空気噴射ノズル、５０…軸流ファン、５１…ファン制御装置、５２…検出制御装置、７１…連結管、７２…遠心分離装置、７３…吸気管、７４…矢印、７５…壁面ヒータ、７６…矢印、７７…矢印、１００…微粒子検出装置、１０１…トラップワイヤ、１０２…爆発物微粒子１２の進入方向を示す矢印、１０３…蒸気成分１３の流れる方向を示す矢印、１２１…帯電型トラップワイヤ、１２２…電源、１３１…加熱気化管、１３２…加熱型トラップワイヤ、１３３…コネクタ、１３４…加熱電源、１３５…断熱材、１５１…発熱量１、１５２…発熱量２、１５３…発熱量３、１５４…ハロゲンランプの発熱パターン、１６１…ハロゲンランプの発熱量の上限、１６２…ハロゲンランプの発熱量の下限

Claims (14)

1. 微粒子を捕集する捕集装置と、
   前記捕集装置により捕集された微粒子を気化又は分解して蒸気化する蒸気化装置と、
   前記蒸気化装置によって蒸気化された成分と前記蒸気化装置によって蒸気化されなかった残差の成分とが混合して流れる第１の流路と、
   前記第１の流路から、前記残差の成分に作用する慣性力の方向に分岐する第２の流路であり、前記残差の成分が導入される前記第２の流路と、
   前記第１の流路から、前記慣性力の方向とは異なる方向に分岐する第３の流路であり、前記蒸気化された成分が導入される前記第３の流路と、
   前記第３の流路に導入された成分を分析する分析装置と
   を有する微粒子検出装置。
2. 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
   前記蒸気化装置が、
   赤外線及び／又は紫外線を放射する光源と、
   赤外線及び／又は該紫外線を透過させる材料から構成される前記第１の流路に対し、前記光源から放射された赤外線及び／又は紫外線を集光する反射鏡と
   を有する微粒子検出装置。
3. 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
   前記蒸気化装置が、
   赤外線及び／又は紫外線を放射する複数の光源と、
   赤外線及び／又は該紫外線を透過させる材料から構成される１つの前記第１の流路に対し、前記複数の光源から放射された赤外線及び／又は紫外線を集光する反射鏡と
   を有する微粒子検出装置。
4. 請求項２に記載の微粒子検出装置において、
   前記蒸気化装置が、
   前記第１の流路内に配置され、流路方向に立体的な構造を有する障害物を有する
   ことを特徴とする微粒子検出装置。
5. 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
   前記蒸気化装置が、
   前記第１の流路内に配置され、流路方向に立体的な構造を有する加熱源を有する
   ことを特徴とする微粒子検出装置。
6. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の微粒子検出装置において、
   前記反射鏡が楕円又は半楕円又はその近似形状であり、一方の焦点位置に前記光源を配置し、他方の焦点に前記第１の流路を配置する
   ことを特徴とする微粒子検出装置。
7. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の微粒子検出装置において、
   前記光源が時間の経過に伴ってパルス状又は連続的に放射量を変化させる
   ことを特徴とする微粒子検出装置。
8. 請求項３に記載の微粒子検出装置において、
   前記複数の光源が、近赤外線、中赤外線、遠赤外線のいずれか又はそれら組み合わせにより構成される
   ことを特徴とする微粒子検出装置。
9. 請求項５に記載の微粒子検出装置において、
   前記第１の流路内に複数の前記加熱源を配置し、前記複数の加熱源を互いに異なる加熱条件で使用する
   ことを特徴とする微粒子検出装置。
10. 請求項９に記載の微粒子検出装置において、
    前記複数の加熱源のうち上流側に位置する加熱源を、下流側に位置する加熱源よりも低温で使用する
    ことを特徴とする微粒子検出装置。
11. 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
    前記第２の流路の壁面温度が、前記第３の流路の壁面温度に比して低い
    ことを特徴とする微粒子検出装置。
12. 請求項１に記載の微粒子検出装置において、
    前記第２の流路と前記第３の流路の分岐部分に、前記残差の成分を遠心力を用いて粒子沈降させ、前記第２の流路に導入する機構を配置する
    ことを特徴とする微粒子検出装置。
13. 請求項４に記載の微粒子検出装置において、
    前記障害物を正又は負に帯電する電源を有する
    ことを特徴とする微粒子検出装置。
14. 検査対象から微粒子を剥離する剥離装置と、
    剥離された微粒子を捕集する捕集装置と、
    前記捕集装置により捕集された微粒子を気化又は分解して蒸気化する蒸気化装置と、
    前記蒸気化装置によって蒸気化された成分と前記蒸気化装置によって蒸気化されなかった残差の成分とが混合して流れる第１の流路と、
    前記第１の流路から、前記残差の成分に作用する慣性力の方向に分岐する第２の流路であり、前記残差の成分が導入される前記第２の流路と、
    前記第１の流路から、前記慣性力の方向とは異なる方向に分岐する第３の流路であり、前記蒸気化された成分が導入される前記第３の流路と、
    前記第３の流路に導入された成分を分析する分析装置と、
    前記分析装置の分析結果に基づいてゲートの開閉を制御する制御装置と
    を有することを特徴とするセキュリティゲート。

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