WO2015146456A1 - 微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法に関する。個数計測器（１０Ａ）は、セラミックにて構成された筐体（１２）と、筐体（１２）内に導入された被測定ガス（１４）中の微粒子（１６）に電荷（１８）を付加する電荷付加手段（２０）と、微粒子（１６）に付加された電荷（１８）を捕集する第１電荷捕集手段（２２Ａ）と、捕集された電荷（１８）の量に基づいて微粒子（１６）の個数を測定する個数測定手段（２４）とを有する。

Description

微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法

　本発明は、気体中に含まれる微粒子の個数（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｎｕｍｂｅｒ）を計測する微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法に関する。

　一般に、微粒子を計測する計測器あるいは計測方法として、微粒子の重量（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｓｓ）を計測する重量計測器が知られている。

　重量計測器としては、例えばＦＣＡＥ（Ｆａｒａｄａｙ　ｃｕｐ　Ａｅｒｏｓｏｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）や特開２０１２－１９４０７８号公報記載のＰＭセンサーが挙げられる。

　一方、微粒子の個数計測器としては、例えば特開２０１２－０２６８９２号公報に示すように、ＣＰＣ（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｃｏｕｎｔｅｒ）がある。ＣＰＣは、アルコールやブタノール等の有機ガスを過飽和状態で混入させて排出ガス中の微粒子に付着させることにより、この微粒子を大きな径に成長させ、成長した微粒子をスリットから排出して、出てきた微粒子にレーザ光を照射して微粒子の個数を計数する。

　しかしながら、従来における微粒子の個数の計測は、ＰＭＰ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ）に基づくシステム（ＰＭＰシステム）では、定置を前提とした測定方法である。例えば車両の排気ガス中の微粒子を計測する場合、ＰＭＰシステムのサイズは車両よりも大きい。また、計測器自体が例えば縦３０～５０ｃｍ、横３０～５０ｃｍ、高さ１０～１５ｃｍ程度の筐体を数段重ねた大きさであり、車載用や一般家庭用としては、考えられていない。しかも、ＣＰＣによる微粒子の個数計測は、アルコールやブタノール等の有機ガスを使用することから管理が難しいという問題がある。

　なお、微粒子の個数を計測する方法としては、例えば微粒子の重量と個数とで、ある種の相関があるという考えに基づいて、特定の微粒子の重量から個数に変換する方法が考えられる。しかし、特定の微粒子の重量と個数との相関をとるための作業に時間がかかり、しかも、使用環境等によって、相関もかわってくると思われるため、校正等において問題がある。

　本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、小型化及び軽量化が可能で、車載用や一般家庭用としても好適であり、しかも、微粒子の個数を精度よく計測することができる微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法を提供することを目的とする。

［１］　第１の本発明に係る微粒子の個数計測器は、セラミックにて構成された筐体と、前記筐体内に導入された被測定ガス中の微粒子に電荷を付加する電荷付加手段と、前記微粒子に付加された電荷を捕集する電荷捕集手段と、捕集された電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定する個数測定手段とを有することを特徴とする。

［２］　第１の本発明において、前記電荷を捕集する部分を加熱するヒータを有してもよい。

［３］　第１の本発明において、前記電荷捕集手段と前記個数測定手段とを一定時間毎に電気的に接続するスイッチを有し、前記個数測定手段は、前記捕集された電荷の量に基づく電流を測定してもよい。

［４］　この場合、前記電荷捕集手段にコンデンサと抵抗の直列回路が接続され、前記スイッチによって前記電荷捕集手段と前記個数測定手段とが電気的に接続されたとき、前記電荷捕集手段に捕集された電荷に基づく電流の発生が前記直列回路を介して過渡応答として前記個数測定手段に伝達してもよい。

［５］　第１の本発明において、前記電荷捕集手段は、前記筐体内に設置された測定電極と、前記筐体内で電界を発生する少なくとも１つの電界発生手段とを有し、前記微粒子に付加した電荷を前記電界によって前記測定電極に捕集してもよい。

［６］　この場合、前記電荷捕集手段の前記電界発生手段は、前記筐体内における微粒子の導入部よりも奥行側に設置された負極電極と、該負極電極と対向して設置された正極電極とを有し、前記電荷捕集手段の前記測定電極は、前記負極電極と前記正極電極との間であって、且つ、前記正極電極の近傍に設置されていてもよい。

［７］　第１の本発明において、前記電荷付加手段は、前記筐体内における微粒子の導入部に向けて設置された針状電極と、前記針状電極の先端に対向して設置された対向電極とを有し、前記針状電極と前記対向電極との間に、前記針状電極と前記対向電極間の電位差によるコロナ放電を発生してもよい。

［８］　第１の本発明において、少なくとも１つの電界発生手段を有し、前記微粒子に付加しなかった電荷を捕集する第２の電荷捕集手段を有してもよい。

［９］　第２の本発明に係る微粒子の個数計測器は、セラミックにて構成された筐体と、前記筐体内に導入された被測定ガス中の微粒子に電荷を付加する電荷付加手段と、前記微粒子に付加されなかった電荷のみを捕集する電荷捕集手段と、捕集された電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定する個数測定手段とを有することを特徴とする。

［１０］　第２の本発明において、前記電荷を捕集する部分を加熱するヒータを有してもよい。

［１１］　第２の本発明において、前記電荷捕集手段と前記個数測定手段とを電気的に接続するスイッチを有し、前記個数測定手段は、前記捕集された電荷の量に基づく電流を測定してもよい。

［１２］　この場合、前記電荷捕集手段にコンデンサと抵抗の直列回路が接続され、前記スイッチによって前記電荷捕集手段と前記個数測定手段とが電気的に接続されたとき、前記電荷捕集手段に捕集された電荷に基づく電流の発生が前記直列回路を介して過渡応答として前記個数測定手段に伝達させてもよい。

［１３］　第２の本発明において、前記電荷捕集手段は、前記筐体内に設置された測定電極と、前記筐体内で電界を発生する少なくとも１つの電界発生手段とを有し、前記微粒子に付加されなかった電荷のみを前記電界によって前記測定電極に捕集してもよい。

［１４］　この場合、前記電荷捕集手段の前記電界発生手段は、前記筐体内における微粒子の導入部よりも奥行側に設置された負極電極と、該負極電極と対向して設置された正極電極とを有し、前記電荷捕集手段の前記測定電極は、前記負極電極と前記正極電極との間であって、且つ、前記正極電極の近傍に設置されていてもよい。

［１５］　第２の本発明において、前記電荷付加手段は、前記筐体内における微粒子の導入部に向けて設置された針状電極と、前記針状電極の先端に対向して設置された対向電極とを有し、前記針状電極と前記対向電極との間に、前記針状電極と前記対向電極間の電位差によるコロナ放電を発生させてもよい。

［１６］　第２の本発明において、前記微粒子の導入部分に設置され、所定の大きさよりも大きい微粒子を取り除く手段を有してもよい。

［１７］　第３の本発明に係る微粒子の個数計測方法は、セラミックにて構成された筐体内に導入された被測定ガス中の微粒子に電荷を付加するステップと、前記微粒子に付加された電荷を捕集するステップと、捕集された電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定するステップとを有することを特徴とする。

［１８］　第４の本発明に係る微粒子の個数計測方法は、セラミックにて構成された筐体内に導入された被測定ガス中の微粒子に電荷を付加するステップと、前記微粒子に付加されなかった電荷のみを捕集するステップと、捕集された電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定するステップとを有することを特徴とする。

　本発明に係る微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法によれば、小型化及び軽量化が可能で、車載用や一般家庭用としても好適であり、しかも、微粒子の個数を精度よく計測することができる。

第１の本実施の形態に係る微粒子の個数計測器を示す構成図である。 第２の本実施の形態に係る微粒子の個数計測器を示す構成図である。 第３の本実施の形態に係る微粒子の個数計測器（微粒子を含む被測定ガスを導入していない状態）を示す構成図である。 第３の本実施の形態に係る微粒子の個数計測器（微粒子を含む被測定ガスを導入している状態）を示す構成図である。

　以下、本発明に係る微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法の実施の形態例を図１～図４を参照しながら説明する。なお、本明細書において数値範囲を示す「～」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

　先ず、第１の実施の形態に係る微粒子の個数計測器（以下、第１個数計測器１０Ａと記す）は、図１に示すように、セラミックにて構成された筐体１２と、筐体１２内に導入された被測定ガス１４中の微粒子１６に電荷１８を付加する電荷付加手段２０と、微粒子１６に付加された電荷１８を捕集する第１電荷捕集手段２２Ａと、捕集された電荷１８の量に基づいて微粒子の個数を測定する個数測定手段２４とを有する。

　第１電荷捕集手段２２Ａは、筐体１２内に設置された測定電極２６と、筐体１２内で電界を発生する第１電界発生手段２８Ａとを有し、電荷１８が付加した微粒子１６を前記電界によって測定電極２６に付着する。すなわち、微粒子１６に付加された電荷１８を測定電極２６に捕集する。

　個数測定手段２４は、電流測定部３０と、該電流測定部３０からの検出信号Ｓｉ（検出した電流値）に基づいて、所定期間（例えば１～５分）にわたって測定電極２６に付着した微粒子１６の個数を算出する個数算出手段３２とを有する。

　さらに、第１個数計測器１０Ａは、第１電荷捕集手段２２Ａの測定電極２６と個数測定手段２４の電流測定部３０とを一定時間（例えば５～１５秒）毎に電気的に接続するスイッチ３４を有する。

　筐体１２は、被測定ガス１４が導入されるガス導入口３８と、筐体１２内に導入された微粒子１６を拡散する中空部４０と、筐体１２外に微粒子１６を排出するガス排出口４２とを有する。

　ガス導入口３８と中空部４０との間に一定の高さｈｉを有するガス導入部４４が配され、中空部４０とガス排出口４２との間に一定の高さｈｏを有するガス排出部４６が配されている。ガス導入部４４及び中空部４０の高さｈｉ及びｈｃの関係は、ｈｃ≧ｈｉである。また、ガス導入部４４及びガス排出部４６の高さｈｉ及びｈｏは２００μｍ～数ｃｍ、中空部４０の高さｈｃは２００μｍ～数ｃｍが挙げられる。ガス導入部４４及びガス排出部４６の高さｈｉ及びｈｏは同じでもよいし、違っていてもよい。

　筐体１２は、セラミック材料にて構成されている。セラミック材料としては、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素等、絶縁性、高耐熱性を有するセラミック材料が挙げられる。

　電荷付加手段２０は、筐体１２内のガス導入部４４に向けて設置され、先端４８ａが尖った形状を有する針形状やニードル状の針状電極４８と、該針状電極４８の先端４８ａに対向して設置された対向電極５０と、針状電極４８と対向電極５０間に電圧Ｖｐ（例えばパルス電圧等）を印加する電源５２とを有する。針状電極４８の先端４８ａと対向電極５０の対向面５０ａ（針状電極４８と対向する面）との間の距離Ｄａは２００μｍ～数ｃｍである。そして、針状電極４８と対向電極５０間に電圧Ｖｐが印加されることで、針状電極４８と対向電極５０間の電位差によるコロナ放電が発生する。このコロナ放電中を被測定ガス１４が通過することにより、被測定ガス１４中の微粒子１６に１つの電荷１８（この例では電子）が付加される。それぞれ１個の電荷１８が付加された微粒子１６は、中空部４０に進む。

　微粒子１６に１つの電荷１８が付加される理由は、文献：Ｇ．Ｂｉｓｋｏｓ，Ｅ．Ｍａｓｔｏｒａｋｏｓ，Ｎ．Ｃｏｌｌｉｎｇｓ“Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｉｐｏｌａｒ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｆｏｒ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ａｎｄ　ｎｏｎ－ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”に記載がある。電荷については、設計値を調整することで２つ又はそれ以上の電荷を帯電することもできる。ここでいう設計値とは、イオン濃度と時間である。

　例えば煤等の微粒子１６に電子が衝突して荷電する。荷電した微粒子１６と電子には斥力が発生するため、これ以上荷電されにくい。つまり、２つ以上の電子が付加されにくい。荷電されていない微粒子１６に優先的に電子が付加する。その結果、１個の電子が付加した微粒子１６が増えていく。

　針状電極４８と対向電極５０間の距離Ｄａが２ｃｍのときに、針状電極４８と対向電極５０間にコロナ放電を発生させるには、電圧Ｖｐとして２．５ｋＶ程度が必要である。

　第１電荷捕集手段２２Ａの第１電界発生手段２８Ａは、筐体１２内の中空部４０に配置された第１負極電極５４ａと、該第１負極電極５４ａに対向して設置された第１正極電極５６ａとを有する。第１電荷捕集手段２２Ａの測定電極２６は、第１負極電極５４ａと第１正極電極５６ａとの間であって、且つ、第１正極電極５６ａの近傍に設置されている。第１負極電極５４ａには負電位－Ｖ１が印加され、第１正極電極５６ａには接地電位Ｖｓｓが印加される。負電位－Ｖ１のレベルは－ｍＶオーダーから数１０Ｖである。これにより、第１正極電極５６ａから第１負極電極５４ａに向かう第１電界５８Ａが発生する。従って、中空部４０に入り込んだ微粒子１６（電荷１８が付加されている）は、発生している第１電界５８Ａによって、第１正極電極５６ａに引き寄せられ、その途中に設置された測定電極２６に付着する。

　ここで、ガス導入部４４に導入する被測定ガス１４の流速が予め設定されていれば、第１電界発生手段２８Ａの第１負極電極５４ａ及び第１正極電極５６ａの配置位置、第１負極電極５４ａに印加する電位の大きさを下記の条件（ａ）及び（ｂ）に従って設定することが好ましい。

　（ａ）　粒子径（質量中央径又は粒子数中央径）が２．５μｍ以上の大きな微粒子１６をそのままガス排出部４６及びガス排出口４２を介して外部に排出する。
　（ｂ）　粒子径（質量中央径又は粒子数中央径）が２．５μｍ未満の小さな微粒子１６を測定電極２６に付着させる。

　また、第１個数計測器１０Ａは、測定電極２６にコンデンサ６０と抵抗６２の直列回路６４が接続され、この直列回路６４と電流測定部３０との間に上述したスイッチ３４が接続されている。スイッチ３４としては、例えば半導体スイッチを好ましく採用することができる。

　従って、スイッチ３４がオン動作して測定電極２６と電流測定部３０とが電気的に接続されたとき、測定電極２６に付着された微粒子１６に付加された電荷１８に基づく電流Ｉが、直列回路６４を介して過渡応答として電流測定部３０に伝達する。電流測定部３０は、通常の電流計を用いることができる。例えば直列回路６４と直列に接続された内部抵抗の両端電圧から電流値を計測する方式や、分流器を用いた方式等が挙げられる。

　電流Ｉと電荷量ｑの関係は、
　　　Ｉ＝ｄｑ／（ｄｔ）
　　　ｑ＝∫Ｉｄｔ
である。

　従って、個数算出手段３２は、スイッチ３４がオン動作している期間（オン期間）にわたって電流測定部３０からの電流値を積分（累算）して電流値の積分値（蓄積電荷量）を求める。オン期間の経過後に蓄積電荷量を１つの電荷の電荷量で除算することで、一定時間（例えば５～１５秒）にわたって測定電極２６に付着していた微粒子１６の個数を求めることができる。そして、個数算出手段３２は、一定時間における微粒子１６の個数を算出する演算を、所定期間（例えば１～５分）にわたって繰り返し行って積算することで、所定期間にわたって測定電極２６に付着した微粒子１６の個数を算出することができる。

　コンデンサ６０と抵抗６２による過渡応答を利用することで、小さな電流でも測定することが可能となり、微粒子１６の個数を高精度に検出することができる。ｐＡ（ピコアンペア）レベルやｎＡ（ナノアンペア）レベルの微小な電流であれば、例えば抵抗値の大きい抵抗を使用して時定数を大きくすることで、微小な電流の測定が可能となる。

　また、第１個数計測器１０Ａは、電荷を捕集する部分（例えば測定電極２６）を加熱するヒータ６６を有する。このヒータ６６による効果は以下の通りである。

　（ａ）　ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）と呼ばれる高分子炭化水素の影響をなくした状態で測定することにより精度が向上する。
　（ｂ）　定期的に、筐体内に溜まった微粒子（例えば煤）を燃やすことにより、リフレッシュする。

　上述したように、粒子径が２．５μｍ以上の大きな微粒子１６は、外部に排出されるが、中空部４０に入り込んだ粒子径が２．５μｍ未満の微粒子１６は、第１電界５８Ａによって測定電極２６に向かって移動するため、外部に排出されることなく、測定電極２６に付着することになる。そこで、定期的にヒータ６６で測定電極２６を加熱することで、測定電極２６に付着していた微粒子１６を容易に除去することができる。

　このように、第１個数計測器１０Ａは、ガス導入部４４及びガス排出部４６の高さｈｉ及びｈｏが２００μｍ～数ｃｍ、中空部４０の高さｈｃが２００μｍ～数ｃｍというように、サイズの小さな空間を利用して、筐体１２内に導入した被測定ガス１４中の微粒子１６に電荷１８を付加し、さらに、中空部４０内に入り込んだ微粒子１６を第１電界５８Ａによって測定電極２６に付着するようにしたので、スイッチ３４によって測定電極２６と電流測定部３０とを電気的に接続することで、測定電極２６に付着した微粒子１６の個数を容易に検出することができる。しかも、サイズの小型化、軽量化を促進させることができるため、車載用、一般家庭用（空調機の排気部分に取り付ける等）としても好適となる。

　次に、第２の実施の形態に係る微粒子の個数計測器（以下、第２個数計測器１０Ｂと記す）について、図２を参照しながら説明する。

　第２個数計測器１０Ｂは、上述した第１個数計測器１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、図２に示すように、微粒子１６に付加しなかった電荷１８を捕集する第２電荷捕集手段２２Ｂを有する点で異なる。第２電荷捕集手段２２Ｂは、第２電界発生手段２８Ｂと、捕集電極７０とを有する。

　第２電界発生手段２８Ｂは、中空部４０のうち、ガス導入部４４の近傍に配置された第２負極電極５４ｂと、該第２負極電極５４ｂに対向して設置された第２正極電極５６ｂとを有する。捕集電極７０は、第２負極電極５４ｂと第２正極電極５６ｂとの間であって、且つ、第２正極電極５６ｂの近傍に設置されている。第２負極電極５４ｂには第２負電位－Ｖ２が印加され、第２正極電極５６ｂには接地電位Ｖｓｓが印加される。第２負電位－Ｖ２の絶対値は、第１電荷捕集手段２２Ａにおける第１電界発生手段２８Ａの第１負極電極５４ａに印加される第１負電位－Ｖ１の絶対値よりも１桁以上小さい。

　これにより、第２正極電極５６ｂから第２負極電極５４ｂに向かう弱い第２電界５８Ｂが発生する。従って、電荷付加手段２０でのコロナ放電にて発生した電荷１８のうち、微粒子１６に付加されなかった電荷１８は、発生している弱い第２電界５８Ｂによって、第２正極電極５６ｂに引き寄せられ、その途中に設置された捕集電極７０を介してＧＮＤに捨てられる。

　ここで、中空部４０、各種電極の相対的長さ、すなわち、ガス導入口３８からガス排出口４２に向かう方向に沿った相対的長さについて説明する。

　先ず、中空部４０の長さＬａを１００としたとき、第１負極電極５４ａ及び第１正極電極５６ａの長さＬｂが２８～３４、測定電極２６の長さＬｃが７４～７８、第２負極電極５４ｂ及び第２正極電極５６ｂの長さＬｄが５～１０、捕集電極７０の長さＬｅが５～１０である。また、第２負極電極５４ｂと第１負極電極５４ａとの離間距離Ｄｂが２８～３４、第１負極電極５４ａのガス排出口側端部からガス排出口４２までの距離Ｄｃが２８～３４、捕集電極７０と測定電極２６との離間距離Ｄｄが２～５である。

　これにより、微粒子１６に付加されなかった不要な電荷１８が測定電極２６にほとんど到達することがなくなる。また、電荷１８が付加された微粒子１６が捕集電極７０に付着することもなくなる。

　この第２個数計測器１０Ｂにおいても、上述した第１個数計測器１０Ａと同様の作用・効果を奏する。特に、この第２個数計測器１０Ｂにおいては、微粒子１６に付加されなかった不要な電荷１８が測定電極２６にほとんど到達することなく、捕集電極７０を介してＧＮＤに排除されるため、不要な電荷１８による検出誤差を小さくすることができ、検出精度の向上を図ることができる。また、測定電極２６が第１負極電極５４ａ及び第１正極電極５６ａに対して２倍以上の長さを有するため、粒子径が２．５μｍ未満で、且つ、様々な粒子径の微粒子１６を付着することができる。

　上述の例では、第１電荷捕集手段２２Ａにおける第１電界発生手段２８Ａを１つ設置するようにしたが、複数の第１電界発生手段２８Ａを設置してもよい。

　次に、第３の実施の形態に係る微粒子の個数計測器（以下、第３個数計測器１０Ｃと記す）について、図３及び図４を参照しながら説明する。

　第３個数計測器１０Ｃは、微粒子１６に付加されなかった電荷１８の数を計測することにより、微粒子１６の個数を間接的に測定する。

　具体的には、第３個数計測器１０Ｃは、上述した第１個数計測器１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、図３及び図４に示すように、第１電荷捕集手段２２Ａに代えて、第３電荷捕集手段２２Ｃを有する点で異なる。

　第３電荷捕集手段２２Ｃは、筐体１２内に設置された測定電極２６と、筐体１２内で電界を発生する第３電界発生手段２８Ｃとを有し、微粒子１６に付加されなかった電荷１８を前記電界によって測定電極２６に付着する。すなわち、微粒子１６に付加されなかった電荷１８を測定電極２６に捕集する。

　第３電界発生手段２８Ｃは、中空部４０のうち、ガス排出部４６の近傍に配置された第３負極電極５４ｃと、該第３負極電極５４ｃに対向して設置された第３正極電極５６ｃとを有する。測定電極２６は、第３負極電極５４ｃと第３正極電極５６ｃとの間であって、且つ、第３正極電極５６ｃの近傍に設置されている。特に、測定電極２６は、中空部４０のガス導入部４４の近傍からガス排出部４６の近傍にかけて形成されている。

　第３負極電極５４ｃには第３負電位－Ｖ３が印加され、第３正極電極５６ｃには接地電位Ｖｓｓが印加される。第３負電位－Ｖ３の絶対値は、第１電荷捕集手段２２Ａの第１負極電極５４ａに印加される第１負電位－Ｖ１の絶対値の１／５～１／２０程度である。

　また、中空部４０及びガス排出部４６の高さｈｃ及びｈｏの関係は、ｈｃ≧ｈｏでもよいし、ｈｃ≦ｈｏでもよい。高さｈｃ及びｈｏがほぼ同じであることが好ましい。ほぼ同じとは、｜ｈｃ－ｈｏ｜≦数ｃｍの範囲を指す。また、中空部４０の長さＬａを１００としたとき、第３負極電極５４ｃの長さＬｆ及び第３正極電極５６ｃの長さＬｇが５～１０である。

　ここで、第３個数計測器１０Ｃの動作について図３及び図４を参照しながら説明する。

　先ず、図３に示すように、微粒子１６がほとんど存在しない環境（例えばクリーンルーム）で、第３個数計測器１０Ｃを動作させる。すなわち、第３負極電極５４ｃに－Ｖ３を印加する。これにより、第３正極電極５６ｃから第３負極電極５４ｃに向かう第３電界５８Ｃが発生する。第３電界５８Ｃの強度は第１電界５８Ａの強度よりも低い。このとき、電荷付加手段２０でのコロナ放電にて発生した電荷１８は、発生している第３電界５８Ｃによって、第３正極電極５６ｃに引き寄せられ、その途中に設置された測定電極２６に捕集される。そして、スイッチ３４をオンにすることで、測定電極２６に捕集された電荷１８に基づく電流Ｉが、直列回路６４を介して過渡応答として電流測定部３０に伝達する。

　個数算出手段３２は、スイッチ３４がオン動作している期間（オン期間）にわたって電流測定部３０からの電流値を一定時間（例えば５～１５秒）毎に積分（累算）して、一定時間毎の電流値の積分値（蓄積電荷量）を求める。求めた一定時間毎の蓄積電荷量をそれぞれ１つの電荷の電荷量で除算することで、一定時間毎に測定電極２６に付着していた電荷の個数を求めることができる。この一定時間毎の電荷の個数の変化をプロットしていき、電荷の個数が最大となった段階の電荷の個数を、疑似的に微粒子が存在しないときの電荷の個数として定義する。

　その後、図４に示すように、第３個数計測器１０Ｃの筐体１２内に微粒子１６を含む被測定ガス１４を導入する。

　電荷付加手段２０でのコロナ放電にて発生した電荷１８のうち、いくつかは、被測定ガス１４に含まれる微粒子１６に付加し、微粒子１６と共に中空部４０を介してガス排出部４６に向かって進む。中空部４０に入り込んだ微粒子１６は、発生している第３電界５８Ｃによって、第３正極電極５６ｃに引き寄せられる。しかし、第３正極電極５６ｃがガス排出部４６の近傍に設置されていることと、その長さＬｇ（図３参照）が中空部４０の長さＬａの１／２０～１／１０と短いことから、第３電界５８Ｃによって微粒子１６の流通経路（軌道）が変更し始めるのは、ガス排出部４６に到達する直前である。また、第３電界５８Ｃは、電荷１８の経路を大きく変更するように作用するが、第１電界５８Ａの強度よりも低いことから、微粒子１６の経路を大きく変更するまでには至らない。そのため、微粒子１６は測定電極２６に捕集されることなく、そのままガス排出部４６に向かって進むことになる。このように、微粒子１６に付加された電荷１８は、微粒子１６と共に外部に排出されるため、測定電極２６に捕集されない。すなわち、被測定ガス１４を導入した場合、測定電極２６に捕集される電荷１８の個数は、被測定ガス１４を導入しない場合よりも、微粒子１６の個数に相当する分だけ減ると考えることができる。

　従って、上述した一定時間における電荷１８の個数の最大値から、被測定ガス１４を導入している段階での一定時間における電荷１８の個数を差し引くことで、当該一定時間における微粒子１６の数を求めることができる。

　もちろん、一定時間の微粒子１６の個数が所定の値、例えば予め設定した０規制値以上となった段階で、警告を発するようにしてもよい。この場合、上述した電荷１８の個数の最大値から、被測定ガス１４を導入している段階での電荷１８の個数を差し引く操作を行わずに、直接、被測定ガス１４を導入している段階での一定時間における電荷１８の個数が予め設定したしきい値を超えて減少した場合に、警告を発してもよい。しきい値としては、例えば上述した電荷の個数の最大値から規制値を差し引いた値を採用することができる。

　ところで、第３個数計測器１０Ｃを使って、所定の粒子径未満（例えば２．５μｍ未満）の微粒子１６の数を測定する場合も考えられる。

　このような場合は、筐体１２内に所定の粒子径以上の微粒子１６が導入されないように、例えばガス導入口３８に、所定の粒子径以上の微粒子１６を取り除く手段７２（図４において、二点鎖線で示す）を設置することが好ましい。この手段７２としては、例えばＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ａｉｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）等を用いることができる。これにより、粒子径が例えば２．５μｍ以下の微粒子１６の個数を一定時間（例えば５秒～１５秒）毎に計測することが可能となる。しかも、粒子径が２．５μｍ以下の微粒子１６が規制値以上、あるいは規制値の１／１０や、１／５等になった時点で警告を発するというアプリケーションを容易に実現することが可能となる。

　なお、本発明に係る微粒子の個数計測器及び微粒子の個数計測方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (18)

1. 　セラミックにて構成された筐体（１２）と、
   　前記筐体（１２）内に導入された被測定ガス（１４）中の微粒子（１６）に電荷（１８）を付加する電荷付加手段（２０）と、
   　前記微粒子（１６）に付加された電荷（１８）を捕集する電荷捕集手段（２２Ａ）と、
   　捕集された電荷（１８）の量に基づいて微粒子（１６）の個数を測定する個数測定手段（２４）とを有することを特徴とする微粒子の個数計測器。
2. 　請求項１記載の微粒子の個数計測器において、
   　前記電荷（１８）を捕集する部分を加熱するヒータ（６６）を有することを特徴とする微粒子の個数計測器。
3. 　請求項１又は２記載の微粒子の個数計測器において、
   　前記電荷捕集手段（２２Ａ）と前記個数測定手段（２４）とを一定時間毎に電気的に接続するスイッチ（３４）を有し、
   　前記個数測定手段（２４）は、前記捕集された電荷（１８）の量に基づく電流を測定することを特徴とする微粒子の個数計測器。
4. 　請求項３記載の微粒子の個数計測器において、
   　前記電荷捕集手段（２２Ａ）にコンデンサ（６０）と抵抗（６２）の直列回路（６４）が接続され、
   　前記スイッチ（３４）によって前記電荷捕集手段（２２Ａ）と前記個数測定手段（２４）とが電気的に接続されたとき、前記電荷捕集手段（２２Ａ）に捕集された電荷（１８）に基づく電流の発生が前記直列回路（６４）を介して過渡応答として前記個数測定手段（２４）に伝達することを特徴とする微粒子の個数計測器。
5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の微粒子の個数計測器において、
   　前記電荷捕集手段（２２Ａ）は、前記筐体（１２）内に設置された測定電極（２６）と、前記筐体（１２）内で電界（５８Ａ）を発生する少なくとも１つの電界発生手段（２８Ａ）とを有し、前記微粒子（１６）に付加した電荷（１８）を前記電界（５８Ａ）によって前記測定電極（２６）に捕集することを特徴とする微粒子の個数計測器。
6. 　請求項５記載の微粒子の個数計測器において、
   　前記電荷捕集手段（２２Ａ）の前記電界発生手段（２８Ａ）は、前記筐体（１２）内における微粒子（１６）の導入部（４４）よりも奥行側に設置された負極電極（５４ａ）と、該負極電極（５４ａ）と対向して設置された正極電極（５６ａ）とを有し、
   　前記電荷捕集手段（２２Ａ）の前記測定電極（２６）は、前記負極電極（５４ａ）と前記正極電極（５６ａ）との間であって、且つ、前記正極電極（５６ａ）の近傍に設置されていることを特徴とする微粒子の個数計測器。
7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の微粒子の個数計測器において、
   　前記電荷付加手段（２０）は、前記筐体（１２）内における微粒子（１６）の導入部（４４）に向けて設置された針状電極（４８）と、前記針状電極（４８）の先端に対向して設置された対向電極（５０）とを有し、
   　前記針状電極（４８）と前記対向電極（５０）との間に、前記針状電極（４８）と前記対向電極（５０）間の電位差によるコロナ放電を発生することを特徴とする微粒子の個数計測器。
8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の微粒子の個数計測器において、
   　少なくとも１つの電界発生手段（２８Ｂ）を有し、前記微粒子（１６）に付加しなかった電荷（１８）を捕集する第２の電荷捕集手段（２２Ｂ）を有することを特徴とする微粒子の個数計測器。
9. 　セラミックにて構成された筐体（１２）と、
   　前記筐体（１２）内に導入された被測定ガス（１４）中の微粒子（１６）に電荷（１８）を付加する電荷付加手段（２０）と、
   　前記微粒子（１６）に付加されなかった電荷（１８）のみを捕集する電荷捕集手段（２２Ｃ）と、
   　捕集された電荷（１８）の量に基づいて微粒子（１６）の個数を測定する個数測定手段（２４）とを有することを特徴とする微粒子の個数計測器。
10. 　請求項９記載の微粒子の個数計測器において、
    　前記電荷（１８）を捕集する部分を加熱するヒータ（６６）を有することを特徴とする微粒子の個数計測器。
11. 　請求項９又は１０記載の微粒子の個数計測器において、
    　前記電荷捕集手段（２２Ｃ）と前記個数測定手段（２４）とを電気的に接続するスイッチ（３４）を有し、
    　前記個数測定手段（２４）は、前記捕集された電荷（１８）の量に基づく電流を測定することを特徴とする微粒子の個数計測器。
12. 　請求項１１記載の微粒子の個数計測器において、
    　前記電荷捕集手段（２２Ｃ）にコンデンサ（６０）と抵抗（６２）の直列回路（６４）が接続され、
    　前記スイッチ（３４）によって前記電荷捕集手段（２２Ｃ）と前記個数測定手段（２４）とが電気的に接続されたとき、前記電荷捕集手段（２２Ｃ）に捕集された電荷（１８）に基づく電流の発生が前記直列回路（６４）を介して過渡応答として前記個数測定手段（２４）に伝達することを特徴とする微粒子の個数計測器。
13. 　請求項９～１２のいずれか１項に記載の微粒子の個数計測器において、
    　前記電荷捕集手段（２２Ｃ）は、前記筐体（１２）内に設置された測定電極（２６）と、前記筐体（１２）内で電界（５８Ｃ）を発生する少なくとも１つの電界発生手段（２８Ｃ）とを有し、前記微粒子（１６）に付加されなかった電荷（１８）のみを前記電界（５８Ｃ）によって前記測定電極（２６）に捕集することを特徴とする微粒子の個数計測器。
14. 　請求項１３記載の微粒子の個数計測器において、
    　前記電荷捕集手段（２２Ｃ）の前記電界発生手段（２８Ｃ）は、前記筐体（１２）内における微粒子（１６）の導入部（４４）よりも奥行側に設置された負極電極（５４ｃ）と、該負極電極（５４ｃ）と対向して設置された正極電極（５６ｃ）とを有し、
    　前記電荷捕集手段（２２Ｃ）の前記測定電極（２６）は、前記負極電極（５４ｃ）と前記正極電極（５６ｃ）との間であって、且つ、前記正極電極（５６ｃ）の近傍に設置されていることを特徴とする微粒子の個数計測器。
15. 　請求項９～１４のいずれか１項に記載の微粒子の個数計測器において、
    　前記電荷付加手段（２０）は、前記筐体（１２）内における微粒子（１６）の導入部（４４）に向けて設置された針状電極（４８）と、前記針状電極（４８）の先端に対向して設置された対向電極（５０）とを有し、
    　前記針状電極（４８）と前記対向電極（５０）との間に、前記針状電極（４８）と前記対向電極（５０）間の電位差によるコロナ放電を発生することを特徴とする微粒子の個数計測器。
16. 　請求項９～１５のいずれか１項に記載の微粒子の個数計測器において、
    　前記微粒子（１６）の導入部分に設置され、所定の大きさよりも大きい微粒子（１６）を取り除く手段（７２）を有することを特徴とする微粒子の個数計測器。
17. 　セラミックにて構成された筐体（１２）内に導入された被測定ガス（１４）中の微粒子（１６）に電荷（１８）を付加するステップと、
    　前記微粒子（１６）に付加された電荷（１８）を捕集するステップと、
    　捕集された電荷（１８）の量に基づいて微粒子（１６）の個数を測定するステップとを有することを特徴とする微粒子の個数計測方法。
18. 　セラミックにて構成された筐体（１２）内に導入された被測定ガス（１４）中の微粒子（１６）に電荷（１８）を付加するステップと、
    　前記微粒子（１６）に付加されなかった電荷（１８）のみを捕集するステップと、
    　捕集された電荷（１８）の量に基づいて微粒子（１６）の個数を測定するステップとを有することを特徴とする微粒子の個数計測方法。

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