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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024091460
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】イオン化装置、イオン検出装置及び気体分析装置
(51)【国際特許分類】
G01N 27/68 20060101AFI20240627BHJP
G01N 27/624 20210101ALI20240627BHJP
【ＦＩ】
G01N27/68 B
G01N27/624
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023196664
(22)【出願日】2023-11-20
(31)【優先権主張番号】P 2022206620
(32)【優先日】2022-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100098626
【弁理士】
【氏名又は名称】黒田 壽
(72)【発明者】
【氏名】氏本 勝也
(72)【発明者】
【氏名】丹 国広
【テーマコード（参考）】
2G041
【Ｆターム（参考）】
2G041AA07
2G041CA02
2G041DA10
2G041EA05
2G041FA10
2G041GA21
(57)【要約】
【課題】気体のイオン化率を高めることができるイオン化装置、イオン検出装置及び気体分析装置を提供する。
【解決手段】イオン化装置１は、放電領域を生成する一対の電極と、気体を流す流路管たる流出管とを備えている。一対の電極は、第一電極たる放電針２と、放電針２の先端を中心にして環状に設けられた第二電極たる電極部４ａとで構成されている。流出管５１ｂの放電領域へ気体を流す気体流出口５４の径ｄが、電極部４ａの径Ｄよりも小さくなっている。
【選択図】図９
【解決手段】イオン化装置１は、放電領域を生成する一対の電極と、気体を流す流路管たる流出管とを備えている。一対の電極は、第一電極たる放電針２と、放電針２の先端を中心にして環状に設けられた第二電極たる電極部４ａとで構成されている。流出管５１ｂの放電領域へ気体を流す気体流出口５４の径ｄが、電極部４ａの径Ｄよりも小さくなっている。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
放電領域を生成する一対の電極と、
気体を流す流路管とを備えたイオン化装置において、
前記一対の電極は、第一電極と、前記第一電極の先端を中心にして環状に設けられた第二電極とで構成され、
前記流路管の前記放電領域へ気体を流す気体流出口の径が、前記第二電極の径よりも小さいことを特徴とするイオン化装置。
気体を流す流路管とを備えたイオン化装置において、
前記一対の電極は、第一電極と、前記第一電極の先端を中心にして環状に設けられた第二電極とで構成され、
前記流路管の前記放電領域へ気体を流す気体流出口の径が、前記第二電極の径よりも小さいことを特徴とするイオン化装置。
【請求項2】
請求項１に記載のイオン化装置において、
前記流路管は、導電性であり、
前記流路管と前記第一電極とを同電位としたことを特徴とするイオン化装置。
前記流路管は、導電性であり、
前記流路管と前記第一電極とを同電位としたことを特徴とするイオン化装置。
【請求項3】
請求項２に記載のイオン化装置において、
前記第二電極を有する電極管を備え、
前記電極管は、前記流路管の少なくとも一部を覆っており、
前記第二電極と前記第一電極との前記気体の流れ方向に直交する方向の距離が、前記流路管と前記電極管との前記気体の流れ方向に直交する方向の距離よりも短いことを特徴とするイオン化装置。
前記第二電極を有する電極管を備え、
前記電極管は、前記流路管の少なくとも一部を覆っており、
前記第二電極と前記第一電極との前記気体の流れ方向に直交する方向の距離が、前記流路管と前記電極管との前記気体の流れ方向に直交する方向の距離よりも短いことを特徴とするイオン化装置。
【請求項4】
請求項３に記載のイオン化装置において、
前記第二電極は、前記電極管の気体の流れ方向下流側端部から内側に突出する部分であることを特徴とするイオン化装置。
前記第二電極は、前記電極管の気体の流れ方向下流側端部から内側に突出する部分であることを特徴とするイオン化装置。
【請求項5】
請求項４に記載のイオン化装置において、
前記第一電極の先端を、前記気体の流れ方向で前記第二電極と同一の位置に配置したことを特徴とするイオン化装置。
前記第一電極の先端を、前記気体の流れ方向で前記第二電極と同一の位置に配置したことを特徴とするイオン化装置。
【請求項6】
請求項２に記載のイオン化装置において、
前記流路管を有する導電性の流路部材に取り付けられ、前記第一電極を保持する導電性の電極ホルダと、
前記流路部材と電気的に接続され、内部に気体を流す流路を有し、外周部に電圧が印加される電極アダプタと、
前記第二電極を有する電極管と前記電極アダプタとが取り付けられる絶縁性ホルダとを有することを特徴とするイオン化装置。
前記流路管を有する導電性の流路部材に取り付けられ、前記第一電極を保持する導電性の電極ホルダと、
前記流路部材と電気的に接続され、内部に気体を流す流路を有し、外周部に電圧が印加される電極アダプタと、
前記第二電極を有する電極管と前記電極アダプタとが取り付けられる絶縁性ホルダとを有することを特徴とするイオン化装置。
【請求項7】
請求項６に記載のイオン化装置において、
前記電極ホルダは、前記流路部材に着脱可能に構成され、
前記電極アダプタが、前記絶縁性ホルダに分離接合可能な構成としていることを特徴とするイオン化装置。
前記電極ホルダは、前記流路部材に着脱可能に構成され、
前記電極アダプタが、前記絶縁性ホルダに分離接合可能な構成としていることを特徴とするイオン化装置。
【請求項8】
請求項１に記載のイオン化装置において、
前記第二電極と前記流路管とが別部材により形成されていることを特徴とするイオン化装置。
前記第二電極と前記流路管とが別部材により形成されていることを特徴とするイオン化装置。
【請求項9】
請求項１に記載のイオン化装置において、
前記流路管の前記気体流出口の気圧が、大気圧未満であることを特徴とするイオン化装置。
前記流路管の前記気体流出口の気圧が、大気圧未満であることを特徴とするイオン化装置。
【請求項10】
イオン化装置と、
前記イオン化装置によってイオン化された気体を分類するイオンフィルタと、前記イオン化された気体を検出するイオン検出電極とを有するイオン検出部とを備えたイオン検出装置において、
前記イオン化装置として、請求項１に記載のイオン化装置を用いたことを特徴とするイオン検出装置。
前記イオン化装置によってイオン化された気体を分類するイオンフィルタと、前記イオン化された気体を検出するイオン検出電極とを有するイオン検出部とを備えたイオン検出装置において、
前記イオン化装置として、請求項１に記載のイオン化装置を用いたことを特徴とするイオン検出装置。
【請求項11】
請求項１０に記載のイオン検出装置において、
前記第二電極を有する電極管が、絶縁体を介してイオン検出部に接続されていることを特徴とするイオン検出装置。
前記第二電極を有する電極管が、絶縁体を介してイオン検出部に接続されていることを特徴とするイオン検出装置。
【請求項12】
イオン検出装置を備え、前記イオン検出装置の検出結果に基づいて気体の分析を行う気体分析装置において、
前記イオン検出装置として、請求項１０に記載のイオン検出装置を用いたことを特徴とする気体分析装置。
前記イオン検出装置として、請求項１０に記載のイオン検出装置を用いたことを特徴とする気体分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン化装置、イオン検出装置及び気体分析装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、放電領域を生成する一対の電極と、気体を流す流路管とを備えたイオン化装置が知られている。
【0003】
特許文献１には、流路管たる試料導入配管内に、一対の電極として、放電針と対向電極とが配置されたものが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、気体のイオン化率が低いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述した課題を解決するために、本発明は、放電領域を生成する一対の電極と、気体を流す流路管とを備えたイオン化装置において、前記一対の電極は、第一電極と、前記第一電極の先端を中心にして環状に設けられた第二電極とで構成され、前記流路管の前記放電領域へ気体を流す気体流出口の径が、前記第二電極の径よりも小さいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、気体のイオン化率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本実施形態の気体分析装置の概略構成図である。
【図2】イオン検出装置の機能図である。
【図3】イオン検出装置を示す模式図である。
【図4】イオン検出装置の概略分解図である。
【図5】イオン検出装置の分解外観図である。
【図6】イオン検出装置の概略断面図である。
【図7】比較例のイオン化装置の要部概略斜視図である。
【図8】比較例のイオン化装置の要部断面図である。
【図9】本実施形態のイオン化装置１の要部概略構成図である。
【図10】流出管の内部での気体の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものである。以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【0009】
図１は、本発明のイオン化装置を備える本実施形態の気体分析装置２００の概略構成図である。また、図２は、気体分析装置２００の機能図である。
本実施形態の気体分析装置２００は、電界非対称波形イオン移動度分光分析（Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry：ＦＡＩＭＳ）装置であり、イオン化装置１を備えたイオン検出装置１００と、気体搬送装置３００とを備えている。気体搬送装置３００は、流量センサ３０１と、真空ポンプ１４とを備えており、真空ポンプ１４は、流量センサ３０１の検知結果に基づいて、流量が一定となるように制御される。
本実施形態の気体分析装置２００は、電界非対称波形イオン移動度分光分析（Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry：ＦＡＩＭＳ）装置であり、イオン化装置１を備えたイオン検出装置１００と、気体搬送装置３００とを備えている。気体搬送装置３００は、流量センサ３０１と、真空ポンプ１４とを備えており、真空ポンプ１４は、流量センサ３０１の検知結果に基づいて、流量が一定となるように制御される。
【0010】
イオン検出装置１００と、気体搬送装置３００は、ケース２００ａ内に収納されており、ケース２００ａの一方側の側面（図中右側面）に気体を取り入れる吸気部３０４を有し、他方側の側面（図中左側面）に気体を排出する排気部３０５が設けられている。吸気部３０４には、気体発生源から気体を取り込む吸気口が設けられており、排気部３０５には、気体を排出する排気口が設けられている。
【0011】
図２に示すように、真空ポンプ１４により吸気部３０４の吸気口３０４ａから取り入れられた気体３は、イオン検出装置１００の流路内を流れ、イオン化装置１によりイオン化された後、イオンフィルタ１１０によって選別され、イオン検出電極１２０で検出される。イオン検出電極１２０の検出結果に基づいて、気体３の成分が分析される。分析結果は、装置に接続された外部モニター、あるいは、本気体分析装置２００が備えるモニターに表示される。そして、イオン検出装置１００を通過した気体３は、排気部３０５の排気口３０５ａから排出される。
【0012】
本実施形態の気体分析装置２００は、例えば、便が発する便臭ガスの成分の分析に用いることができる。近年、腸内の細菌フローラの状態と健康状態との関係が注目されている。ヒトの腸内には数百種類もの腸内細菌が住み着いており、善玉菌、悪玉菌及び日和見菌に大別されるという。また、これらの理想的な構成比（バランス）は「２：１：７」という説がある。これら腸内細菌のバランスはヒトによっても年齢によっても変わると言われ、健康状態のバロメータにもなりえる。食生活や生活習慣の乱れ、ストレス、便秘などは悪玉菌の増殖を促し、腐敗臭のするガスを発生させ、発がん性物質を生むこともあるといわれる。そこで、便が発する便臭ガスの成分を分析して細菌フローラの状態を調べ、健康状態の把握と病気の早期発見を行う研究が行われている。気体分析装置２００は、このような便臭ガスの成分の分析に用いることができる。
【0013】
また、本実施形態の気体分析装置２００は、例えば、ヒトの呼気に含まれる成分の分析に用いることもできる。近年、ヒトの呼気に含まれる微量な呼気ガス成分と疾病との関係が明らかになりつつあり、呼気中の濃度が疾病と相関をもつ呼気ガス成分はマーカ物質とよばれる。本実施形態の気体分析装置２００は、このような呼気ガス成分の分析に用いることもできる。また、ヒトの呼気に含まれる呼気ガス成分としてアルコールの検出に本実施形態の気体分析装置２００を用いることもできる。
【0014】
なお、これらは一例であり、例えば、食品や飲料物（アルコールの種類）の官能評価（臭覚）、室内等の所定の場所の環境評価、火災検知等にも本実施形態の気体分析装置２００を用いることができる。
【0015】
図３は、イオン検出装置を示す模式図である。また、図４は、イオン検出装置１００の概略分解図であり、図５は、イオン検出装置１００の分解外観図であり、図６は、イオン検出装置１００の概略断面図である。なお、図４は、上部が断面であり、下部が外観である。
イオン検出装置１００は、イオン化装置１と、イオン検出部１０１とを有し、モジュール化されている。
イオン検出装置１００は、イオン化装置１と、イオン検出部１０１とを有し、モジュール化されている。
【0016】
イオン化装置１は、放電電極であり第一電極である放電針２と、放電針２の先端に対向する第二電極たる電極部４ａを備えた電極管４と、吸気口３０４ａから取り込んだ気体発生源の気体を放電針２の放電領域へ流す流路部材５とを備えている。また、イオン化装置１は、放電針２を保持し、流路部材５のホルダ嵌め込み部５３に嵌め込まれる導電性の電極ホルダ６を有している。放電針２は、流路部材５の流路管たる流出管５１ｂを貫通し、放電針２の先端２ａが、流出管５１の気体が流出する流出口５４よりも気体の流れ方向下流側に位置している。
【0017】
また、イオン化装置１は、絶縁アダプタ１７と、電極アダプタ３３とを備えている。電極アダプタ３３は電源部に電気的に接続され、流路部材５および電極ホルダ６を介して放電針２に高電圧Ｖ１を入力する。また、イオン化装置１は、電極アダプタ３３と電極管４との電気的な接続を防ぐ絶縁ホルダ７を備えている。
【0018】
イオン化装置１は、その外観形状は、直径約１０ｍｍ程度の略円筒形状をしており、絶縁アダプタ１７、電極アダプタ３３、絶縁ホルダ７および電極管４を直径約１０ｍｍ程度の略円筒形状として、イオン化装置１の外観形状を形成している。
【0019】
絶縁アダプタ１７は、絶縁性の樹脂で構成され、円柱状の内部に穴を切削加工などで成形した円筒状の部材であり、この絶縁アダプタ１７内を取り込んだ気体が移動する。絶縁アダプタ１７の外周面の図６の矢印に示す気体の流れ方向下流側には、雄ネジ部１７ａが形成されており、電極アダプタ３３の内周面の気体の流れ方向上流側に形成された雌ネジ部３３ａがネジ止めされる。これにより、電極アダプタ３３と絶縁アダプタの接続部からの気体の漏れを抑制し、かつ、容易に絶縁アダプタ１７から電極アダプタ３３を取り外すことができる。
【0020】
また、本実施形態では、絶縁アダプタ１７と電極アダプタ３３とをネジ止めしているが、例えば、絶縁アダプタ１７をポリアセタールやポリエチレンなど摺動性に優れた材料とし、はめ込み式で電極アダプタ３３を絶縁アダプタ１７に固定するようにしてもよい。
【0021】
絶縁アダプタ１７内には、吸気口から取り込んだ気体発生源の気体が流れるため、絶縁アダプタ１７の樹脂材としては、取り込む気体に対する密封性を考慮した材料を選定する。
【0022】
電極アダプタ３３もその内部に気体を流すため円筒形状であり、導電性の材料で構成されている。本実施形態では、電極アダプタ３３は、ステンレスやアルミなどの加工しやすい金属を切削加工して形成されている。電極アダプタ３３の外周面には、高圧電源部に接続されたケーブルのコネクタが嵌め込まれるリング状の溝部２６が形成されている。
【0023】
電極アダプタ３３の外周面の気体の流れ方向下流側には、雄ネジ部３３ｂが形成されており、この雄ネジ部３３ｂが、絶縁ホルダ７の内周面の気体の流れ方向上流側に形成された雌ネジ部７ａにネジ止めされている。
【0024】
流路部材５の外周面には、電極アダプタ３３と電気的に接続する接続凸部５２が設けられている。電極アダプタ３３が絶縁ホルダ７にネジ止めされることで、接続凸部５２が、電極アダプタ３３と絶縁ホルダ７とに気体の流れ方向で挟持される。これにより、接続凸部５２と電極アダプタ３３とが密着し、電極アダプタ３３と流路部材５とが電気的に接続され、流路部材５を電極アダプタ３３と同電位にできる。
【0025】
なお、部材同士を精度よく加工して、流路部材５を電極アダプタ３３にはめ込むことで流路部材５と電極アダプタ３３との電気的に接続を行ってもよい。具体的には、流路部材５および電極アダプタ３３を数ミクロンの精度で切削加工することで、嵌め込みによって流路部材５との電極アダプタ３３とを良好に電気的に接続することができる。また、流路部材５と電極アダプタ３３は、高硬度の金属で形成されるため、変形することはなく、嵌め込みによって流路部材５との電極アダプタ３３との電気的な接続を良好に維持できる。
【0026】
流路部材５は、複数の流入管５１ａと、流路管たる流出管５１ｂとを備え、導電性の材料で構成されている。流路部材５は、接続凸部５２が、電極アダプタ３３と絶縁ホルダ７とに挟持固定されるとともに、絶縁ホルダ７に嵌め合いで取り付けられている。そのため、流路部材５の材料としては、硬度が高く変形し難い金属が好ましい。後述するように、絶縁ホルダ７を摺動性のよい樹脂で構成しており、嵌め合いで取り付けても、簡単に流路部材５を絶縁ホルダ７から取り外すことができる。
流路部材５と電極アダプタ３３とは、互いに金属であるため、取り外しの容易性から所定の遊びを有する隙間嵌めとしている。
流路部材５と電極アダプタ３３とは、互いに金属であるため、取り外しの容易性から所定の遊びを有する隙間嵌めとしている。
【0027】
流路部材５は、円管の導体で形成されており、板厚は気体の圧力に耐えうる程度でよく、数１００ｕｍ以上あればよい。円柱材料から切削加工などによって円管状に成形されている。流路部材５はアルミ、銅、黄銅など加工が容易で、変形し難い金属が好ましい。
【0028】
流入管５１ａは、流路部材５の円周方向に所定の間隔を開けて複数設けられており、流出管５１ｂは、流路部材５の中心に設けられている。なお、流入管５１ａは、一つでもよいが、流入管５１ａを複数設けることで、気体の流入口の総面積を大きくすることができ、流入の際の空気抵抗が低減でき好ましい。
各流入管５１ａに流れた気体は、中央部付近で合流して、流出管５１ｂの流出口５４から放電針２の先端へ向けて放出される。
各流入管５１ａに流れた気体は、中央部付近で合流して、流出管５１ｂの流出口５４から放電針２の先端へ向けて放出される。
【0029】
また、流路部材５の気体の流れ方向上流側の側面の中央には、放電針２を保持する電極ホルダ６が嵌め込まれるホルダ嵌め込み部５３を有している。電極ホルダ６は、導電性で加工しやすい材料で構成されており、放電針２の根元が嵌め込まれる形で保持し、電極ホルダ６と放電針２とを電気的に接続している。
【0030】
導電性の材料で構成された電極ホルダ６を、流路部材５のホルダ嵌め込み部５３に嵌め込むことで、流路部材５と電極ホルダ６とが電気的に接続される。これにより、電極アダプタ３３に入力された高電圧Ｖ１が、流路部材５、電極ホルダ６を介して放電針２に入力される。また、電極ホルダ６を、流路部材５のホルダ嵌め込み部５３に嵌め込むことで、放電針２が流出管５１ｂを貫通し、放電針２の先端２ａが、流出管５１ｂの流出口５４よりも気体の流れ方向下流側に位置する。
【0031】
また、本実施形態では、放電針２に入力する高電圧Ｖ１が、電極アダプタ３３、流路部材５および電極ホルダ６を介して入力される。これにより、流路部材５と放電針２と電極ホルダ６とを同電位にすることができ、流出管５１ｂと放電針２との間の異常放電を防いでいる。
【0032】
電極アダプタ３３と電極管４との電気的な接続を防ぐ絶縁ホルダ７は、円筒形状であり、内周面の気体流れ方向上流側には、雌ネジ部７ａを有している。そして、この雌ネジ部７ａによって、電極アダプタ３３の外周の気体流れ方向の下流側に設けられた雄ネジ部３３ｂにネジ止めされる。
【0033】
また、絶縁ホルダ７の外周面の気体流れ方向下流側には、雄ネジ部７ｂが形成されており、筒状の電極管４の内周面の気体流れ方向上流側の雌ネジ部４ｂがネジ止めされている。なお、嵌め合いで絶縁ホルダ７を電極アダプタ３３と電極管４とに取り付けるようにしてもよい。
【0034】
絶縁ホルダ７は、一般的な樹脂を素材とし、切削加工で精度が出せる加工性を有し、高い絶縁耐性を有する材料を選定する。これは、電極管４は、アースに落とされ、一方、電極アダプタ３３や流路部材５は、数ｋＶの高電圧Ｖ１が印加されている。そのため、電極管４と電極アダプタ３３および流路部材５との間で数ｋＶの電界が発生し、その絶縁を絶縁ホルダ７が担う。そのため、絶縁ホルダ７としては、高い絶縁耐性を有する材料を選定する必要がある。
【0035】
また、絶縁ホルダ７に嵌め合いで取り付けられる流路部材５が、容易に絶縁ホルダ７から取り外せるようにポリアセタールやポリエチレンなどの若干やわらかい材料が好ましい。若干やわらかい材料とすることで、応力によってクラックなどが入るのを抑制することができる。これにより、クラックによる絶縁耐性の低下を抑制できる。
【0036】
また、電極管４と流路部材５の接続凸部５２の間で短絡や放電が生じないように、絶縁ホルダ７の電極管４と流路部材５の接続凸部５２との間の厚みＸ１（図６参照）は、十分な厚みを有する構造とする。
【0037】
電極管４は、筒状であり、放電針２先端と放電領域を生成する一対の電極を形成する電極部４ａが設けられている。電極管４の外周面の気体の流れ方向略中央部には、アースに接続されたケーブルのコネクタが嵌め込まれるリング状の溝部２４が形成されている。電極管４をアースに接続することで、電極管４の電極部４ａの電位を回路動作の基準となる電位にすることができる。
【0038】
電極管４は、放電の安定性を確保するため、表面に酸化物の形成や異物の付着されることを避ける必要がある。そのため、電極管４の材料としては、ステンレスが好ましい。
【0039】
また、電極管４の気体流れ方向下流側端部に設けられ、内側に突出する電極部４ａと放電針２との距離が、電極管４と流出管５１ｂとの距離よりも短くなっている。
電極管４の外周面の気体流れ方向下流側には、雄ネジ部４ｃが形成されており、イオン検出部１０１とイオン化装置１と連結する連結ホルダ１５がネジ止めされている。
電極管４の外周面の気体流れ方向下流側には、雄ネジ部４ｃが形成されており、イオン検出部１０１とイオン化装置１と連結する連結ホルダ１５がネジ止めされている。
【0040】
連結ホルダ１５は、絶縁性の材料で構成された筒状形状である。本実施形態では、連結ホルダ１５を樹脂で形成している。連結ホルダ１５の内周面の両側には、それぞれ雌ネジ部１５ａ，１５ｂが形成されている。気体の流れ方向上流側の雌ネジ部１５ａには、電極管４がネジ止めされている。気体の流れ方向下流側の雌ネジ部１５ｂには、イオン検出部１０１の第一フランジ１６の外周面に形成された雄ネジ部１６ａがネジ止めされている。
【0041】
連結ホルダ１５の内周面の気体の流れ方向の略中央部には、内側に突出した絶縁凸部２８を有している。連結ホルダ１５によってイオン検出部１０１とイオン化装置１とを連結したとき、この絶縁凸部２８は、気体の流れ方向において、電極管４の気体の流れ方向下流側端部と、第一フランジ１６の気体流れ方向上流側端部とに挟まれるような形で位置する。これにより、第一フランジ１６と電極管４との絶縁を確実に確保できる。
【0042】
後述するように、放電針２でイオン化された電荷を有する気体を、イオンフィルタ１１０へ移動させるために、第一フランジ１６とイオンフィルタ１１０を保持するチップホルダ１９には、電圧Ｖ２が印加されている。連結ホルダ１５に絶縁凸部２８を設けて第一フランジ１６と電極管４との絶縁を確実に確保することで、良好に第一フランジ１６およびチップホルダ１９と電極管との間の電位差を維持することができる。これにより、電荷を有していない中性の気体とイオン化された気体とを、良好に分別することができる。
【0043】
なお、第一フランジ１６のイオン化された気体が流れる流路部１６ｂにかける電圧を、気体の流れる方向に段階的に大きくして、電荷を有するイオン化された気体を良好にイオンフィルタ１１０へ移動させるようにしてもよい。
【0044】
イオン検出部１０１は、イオンフィルタ１１０と、イオン検出電極１２０とを備えている。イオンフィルタ１１０は、チップホルダ１９に保持され、イオン検出電極１２０は、回路基板１０に実装されている。
【0045】
また、イオン検出部１０１は、チップホルダ１９を保持する第一フランジ１６を備えている。第一フランジ１６は、イオン化装置１でイオン化された気体を、イオンフィルタ１１０へ向けて流す流路部１６ｂを有している。
また、イオン検出部１０１は、イオンフィルタ１１０の配線を取り出す取り出し口と、イオン検出電極１２０を通過した気体を気体搬送装置３００へ流す流路２０ａとを備えた第二フランジ２０を備えている。第二フランジ２０を、ネジによって第一フランジ１６に固定することで、回路基板１０が、第一フランジ１６と第二フランジ２０との間で挟持固定される。
また、イオン検出部１０１は、イオンフィルタ１１０の配線を取り出す取り出し口と、イオン検出電極１２０を通過した気体を気体搬送装置３００へ流す流路２０ａとを備えた第二フランジ２０を備えている。第二フランジ２０を、ネジによって第一フランジ１６に固定することで、回路基板１０が、第一フランジ１６と第二フランジ２０との間で挟持固定される。
【0046】
イオンフィルタ１１０は、対向する一対のイオンフィルタ電極を有し、通過するイオンの移動度を制御する。イオン検出電極１２０には、イオンフィルタ１１０を通過した通過イオンが衝突する。すなわち、通過イオンはイオン検出電極１２０に接触する。そして、イオン検出電極１２０は通過イオンを検出し、接触した強さに応じた電気特性値を出力する。電気特性値としては、例えば、電流値、電圧値及び抵抗値等が挙げられる。イオン検出部１０１は、イオン検出電極１２０をイオンフィルタ１１０の一対のイオンフィルタ電極から電気的に絶縁する絶縁材を設けるのが好ましい。
【0047】
イオン検出装置１００は、イオン検出電極１２０に接続されたイオン電流検出回路を有している。イオン検出電極１２０に衝突したイオンの量に応じて発生した電流または電圧がイオン電流検出回路により検出される。
【0048】
第一フランジ１６と、イオンフィルタ１１０とを保持するチップホルダ１９とには、電圧Ｖ２が印加されており、電極管４とこれらとの間に数Ｖから数十Ｖの電位差を形成している。この電位差によって、放電針２でイオン化された気体は、その電位によってドリフトされ、優先的に、イオンフィルタ１１０へ移動することになる。これによって、イオンフィルタ１１０へ移動する気体を、電荷を有さない中性の気体と電荷をイオン化された気体とに選別することが可能となり、イオンフィルタ１１０へ移動する気体のイオン化濃度を向上させることができる。
【0049】
真空ポンプ１４によって吸気口３０４ａから取り入れられた気体発生源の気体３（図２参照）は、絶縁アダプタ１７と電極アダプタ３３の管内を流れた後、流路部材５の複数の流入管５１ａへ流れ込む。そして、各流入管５１ａに流れ込んだ気体３は、流れの向きを９０°変えられて、中央部付近で合流し、流出管５１ｂを流れる。そして、流出管５１ｂの流出口５４から流速方向を揃えた形で放出され、放電針２の先端に効率的に誘導される。
【0050】
この気体３が、電極管４内を移動し、放電針２と先端と、電極管４の気体流れ方向下流側端部に設けられた内側に突出する電極部４ａとで形成された放電領域を通過する際に、放電針２の先端の放電によりイオン化される。イオン化した気体３は、イオン検出部１０１の第一フランジ１６の流路部１６ｂ内をイオンフィルタ１１０へ向けて移動し、イオンフィルタ１１０によって移動度が制御される。その後、イオン検出電極１２０に衝突して、イオン検出電極１２０により検出される。イオン検出電極１２０を通過した気体は、第二フランジ２０内を移動して、気体搬送装置３００へ流れた後、真空ポンプ１４によって、排気部３０５の排気口から排出される。
【0051】
図７は、比較例のイオン化装置１Ｚの要部概略斜視図であり、図８は、比較例のイオン化装置１Ｚの要部断面図である。
図７、図８に示すように、比較例のイオン化装置１Ｚは、取り込んだ気体を放電針２の先端へ流す流路管９が、電極管４の機能を兼用していた。放電針２は、電界集中させるために針形状が用いられ、気体がイオン化する領域は放電針２の先端の局所的な領域に限定される。
図７、図８に示すように、比較例のイオン化装置１Ｚは、取り込んだ気体を放電針２の先端へ流す流路管９が、電極管４の機能を兼用していた。放電針２は、電界集中させるために針形状が用いられ、気体がイオン化する領域は放電針２の先端の局所的な領域に限定される。
【0052】
比較例のイオン化装置１Ｚでは、流路管９内を流れる気体は、放電針２の先端の局所的な放電領域とは異なる位置を大量に流れてしまう。そのため、取り込んだ気体の大部分がイオン化されずイオン化効率が低い。
そこで、流路管９の直径を短くすることも考えられるが、流路管９の直径を短くすると、放電針の先端以外で放電が発生するおそれがあり、放電範囲が広くなってしまう。放電範囲が広がることで、放電にムラが生じて、イオン化される気体にムラが生じるおそれがある。
そこで、流路管９の直径を短くすることも考えられるが、流路管９の直径を短くすると、放電針の先端以外で放電が発生するおそれがあり、放電範囲が広くなってしまう。放電範囲が広がることで、放電にムラが生じて、イオン化される気体にムラが生じるおそれがある。
【0053】
また、図７、８に示す比較例では、放電針２の先端が、電極管としての流路管９内に位置している。かかる構成においては、放電針２の先端の放電は、電極管４内壁の気体の流れ方向下流側に広がってしまう。このように、放電が気体の流れ方向下流側に広がることで、気体との接触確率が低下し、イオン効率が低下するおそれがある。
【0054】
また、一般的なイオン化装置は、一気に大面積の静電気を中性化することを目的としている。そのため、イオン化装置は流路入り口付近を加圧して、気体を流路に流し込み、気体は出口付近で勢いよく噴出させている。特に近年ではラバールノイズ形状などの収縮拡大型のノズル形状の開発が加速されている。確かに、これらのノズル形状であれば、音速を超えるような高速の流速を実現でき、大量に気体を放電領域へ送り込むことが可能である。
【0055】
しかしながら、放電針２の放電でイオン化する単位時間当たりの量には限りがあるため、流速が速すぎると、イオン化した分子数と中性の分子数との比であるイオン化分子濃度が低下する。
【0056】
このように、比較例のイオン化装置は、イオン化の効率が悪いという課題があった。そこで、本実施形態のイオン化装置は、流路の形状や、電極管と流路管と別体とし機能分離することで、イオン化効率を高めた。以下、本実施形態の特徴部について、図面を用いて説明する。
【0057】
図９は、本実施形態のイオン化装置１の要部概略構成図である。
図９に示すように、本実施形態では、放電針２の先端２ａを、電極管４の気体の流れ方向の下流側端部に設けられた内側に突出する電極部４ａと、気体の流れ方向で同位置に位置させている。なお、ここでいう同一位置とは、放電針２の先端２ａが突出する電極部４ａの幅（電極部の気体の流れ方向の長さ）内に位置することを意味する。また、電極管４の気体の流れ方向下流側端部に内側に突出させて設けた電極部４ａと放電針２の先端２ａとの距離Ｌ１を、電極管４と流出管５１ｂとの距離Ｌ２よりも短くしている（Ｌ１＜Ｌ２）。
図９に示すように、本実施形態では、放電針２の先端２ａを、電極管４の気体の流れ方向の下流側端部に設けられた内側に突出する電極部４ａと、気体の流れ方向で同位置に位置させている。なお、ここでいう同一位置とは、放電針２の先端２ａが突出する電極部４ａの幅（電極部の気体の流れ方向の長さ）内に位置することを意味する。また、電極管４の気体の流れ方向下流側端部に内側に突出させて設けた電極部４ａと放電針２の先端２ａとの距離Ｌ１を、電極管４と流出管５１ｂとの距離Ｌ２よりも短くしている（Ｌ１＜Ｌ２）。
【0058】
本実施形態では、上述したように、流出管５１ｂと放電針２との異常放電を防止するために、流出管５１ｂは、放電針２と同電位としている。また、図６、図９に示すように、アースに接続された電極管４の一部は、流出管５１ｂの一部と対向しており、電極管４と流出管５１ｂとの間に電場が形成される。
【0059】
しかし、本実形態では、電極管４の放電針２の先端２ａに対向する電極部４ａを内側に突出させ、放電針２との距離Ｌ１を、電極管４と流出管５１ｂとの距離Ｌ２よりも短くしている（Ｌ１＜Ｌ２）。これにより、放電針２の先端２ａと電極部４ａとの間の電場を最も高くでき、放電針２の先端２ａと電極部４ａとの間で優位に安定した放電を発生させることができる。これにより、電極管４と流出管５１ｂとの間での異常放電の発生を良好に抑制できる。また、放電針２の先端２ａと電極部４ａとの間で安定した放電が行われることで、イオン化効率を高めることができる。
【0060】
なお、例えば、絶縁ホルダ７を、流出管５１ｂの流出口５４よりも気体の流れ方向下流側に位置させ、絶縁ホルダ７を流出管５１ｂと電極管４との間に介在させて絶縁して、電極管４と流出管５１ｂとの間での異常放電を抑制してもよい。
【0061】
放電針２の先端２ａが、放電針２の先端２ａを、電極管４の気体の流れ方向の下流側端部に設けられた内側に突出する電極部４ａと同一の位置（電極部４ａの幅内）に配置することで、安定した放電が行われ、イオン化効率を高めることができる。また、放電針２の先端２ａを、電極部４ａの気体の流れ方向の下流側端部（電極管４の下流側端部でもある）と気体の流れ方向同位置に配置することで、さらにイオン量を増やすことができより好ましい。これは、鋭意実験した結果、最もイオン量が多くなる効果が得られた結果によっている。その一致精度は１００ミクロンメートル程度であれば、十分効果が見込めることが分かっている。
【0062】
電極部４ａの気体の流れ方向下流側端部は、鋭利な形状であるため、その端部には電気力線が引き寄せられる。これにより、放電を電極部４ａの端部に集中させることができ、図７、図８に示した放電針２の先端が電極管内に位置する従来装置に比べて、放電が気体の流れ方向下流側に広がるのを抑制できる。これにより、気体の流れ方向に対し直交する方向に良好に放電することができ、気体との接触確率を向上することができ、イオン化する気体分子の量が向上し、イオン効率が向上したと考えられる。
【0063】
電極部４ａの放電針２の先端２ａに気体の流れ方向に垂直な方向で対向する表面は、研磨処理され、その表面性は、算術平均粗さ（Ｒａ）にして、１０ｕｍ以下としている。また、電極部４ａの下流側端部と放電針２の先端２ａとの一致精度は、製造工程の高精度実装技術を用いて、再現性良く製造できるように高い検査精度で製造される。
【0064】
具体的には、機械精度によって合わせこむパッシブ実装方法によって電極部４ａの下流側端部と放電針の先端２ａと一致させる。パッシブ実装方法は、放電針２を仮固定した状態で、電極管４の端部に平板を押し当てて、それよりはみ出している放電針２を、平板によって押し込むようにして、その平板の平坦性による精度で、電極管４の下流側端部でもある電極部４ａの下流側端部と放電針２の先端２ａとの位置を一致させる。そして、テレセントリックの光学系を有した顕微鏡を用いて、電極部４ａの下流側端部と放電針２の先端２ａとの一致する状況を顕微鏡モニタ画面上によって検査する。
【0065】
電極管４の電極部４ａは、環状であることが望ましい。環状であると、円の中心に放電針２を配置することで、電極部４ａと放電針２の先端２ａとは、すべて等距離となり、放電領域が電極部４ａに沿って円周方向で均等に形成され、気体を効率よく、かつ再現性よくイオン化を実現できる。
【0066】
一方、電極部４ａが環状でない場合は、放電針２の先端２ａと、電極部４ａとの距離が、周方向で異なってしまい、不均一な放電領域が形成され、イオン化する分子も不均一な分布を有する。不均一なイオン化生成分布では、気体の分析結果の精度を低下させる。特に、再現性の良い気体分析結果を示す製品を製造する場合には、環状の電極部４ａによる均一な放電領域が望まれる。
【0067】
上述したように、電極管４は、直径約１０ｍｍ程度の円筒形状のイオン化装置１の外観の一部を構成する。そのため、電極管４の外径は、１０ｍｍ程度となっている。また、イオン化装置１の外観の一部を構成する外径が１０ｍｍ程度の絶縁ホルダ７の雄ネジ部に電極管４をネジ止めするため、図９に示すように、電極管４の内径Ｄも大きくなる。比較例のように、電極管４が、放電針２の先端２ａへ取り込んだ気体を流す流路管の機能も兼ねる場合は、放電針２の先端２ａの局所的な放電領域とは異なる位置を取り込んだ気体が大量に流れてしまう。そのため、取り込んだ気体の大部分がイオン化されずイオン化効率が低い。
【0068】
これに対し、本実施形態では、放電針２と一対の電極を形成する電極管４とは、別に放電針２の先端２ａに気体を流すための流路部材５を設け機能分離している。これにより、それぞれの形状は、お互いに制約を受けることなく設計が可能となる。よって、流路部材５の取り込んだ気体を放電領域へ流す流出管５１ｂの形状を、取り込んだ気体を最も効率的にイオン化することができる形状にすることが可能となる。
【0069】
具体的には、流路部材５の取り込んだ気体を放電領域へ流す流出管５１ｂの形状を、放電針２を同心位置に配置して放電針２と平行に延伸させた形状とする。そして、気体を放電領域へ流す流出管５１ｂの流出口５４の径（内径）ｄを、電極部４ａの径（内径）Ｄに比べて小さくした（Ｄ＞ｄ）形状とする。
【0070】
放電針２と流出管５１ｂが平行であるため、流出管５１ｂの流出口５４から放出される気体が、放電針２の先端２ａに誘導されて気体が流れ込む。また、流出口５４の直径ｄを、電極部４ａの内径Ｄに比べて小さくすることで、取り込んだ気体が、放電針２の先端の局所的な放電領域とは異なる位置へ流れるのを抑制できる。
【0071】
このように、放電針２の周辺のみに、取り込んだ気体が通過するように流出管５１ｂを設計（放電針２を同心位置に配置して放電針２と平行に延伸させ、先端に気体を放電領域へ流す流出口５４の径（内径）ｄを、電極管４の径（内径）Ｄに比べて小さくする設計）しているため、多くの気体をイオン化することができる。これにより、取り込んだ気体を効率よくイオン化することができる。
【0072】
また、本実施形態では、気体の流れのレイノルズ数を、流出管５１ｂに供給されたときよりも低下させて流出口５４から放出されるように、流出管５１ｂの流路長Ｌ４が設定されている。好ましくは、気体の流れを層流にして流出口５４から放出されるように、流出管５１ｂの流路長Ｌ４が設定されている。
【0073】
なお、レイノルズ数とは、流体力学において、粘性の流体の流れにおける粘性力と慣性力の比を表している（式は後述）。一般的に、レイノルズ数が小さい流れでは、流体の粘性力が支配的であるため、流れは安定する（層流となる）。一方、レイノルズ数が大きい流れでは、慣性力が支配的であるため、流れは不安定となる（乱流となる）。気体の流れのレイノルズ数を、流出管５１ｂに供給されたときよりも低下させ、層流として、流出口５４から放出することで、流出口５４から放出された気体は、乱流に比べ、流出管５１ｂの方向と平行（放電針２の先端に向かって真っすぐ）に流すことができる。これにより、放電針２の周辺のみに、取り込んだ気体を通過させることができ、取り込んだ気体を効率よくイオン化することが可能となる。以下に、図１０を用いて具体的に説明する。なお、本実施形態では流出管５１ｂは円環状であるが、矩形状であっても、側壁があれば以下の理論は成り立つ。
【0074】
図１０は、流出管５１ｂの内部での気体の流れを示す模式図である。
図１０に示すように、気体が流出管５１ｂに供給されると、気体は流出管５１ｂの内部にある側壁の影響を受ける。この側壁の影響を受ける気体の流れを境界層１３６と呼び、流出管内で下流に向かうにつれて、境界層１３６が発達する。そして、境界層１３６の発達につれて流れの速度分布は放物線状に変化し、最終的には、発達した流れ（層流）１３７となり、流出口５４から放出される。このように、層流１３７として流出口５４から放出されることで、流出口５４から放出された気体は、流出管５１ｂの方向と平行（放電針２の先端２ａに向かって真っすぐ）に流れる。
図１０に示すように、気体が流出管５１ｂに供給されると、気体は流出管５１ｂの内部にある側壁の影響を受ける。この側壁の影響を受ける気体の流れを境界層１３６と呼び、流出管内で下流に向かうにつれて、境界層１３６が発達する。そして、境界層１３６の発達につれて流れの速度分布は放物線状に変化し、最終的には、発達した流れ（層流）１３７となり、流出口５４から放出される。このように、層流１３７として流出口５４から放出されることで、流出口５４から放出された気体は、流出管５１ｂの方向と平行（放電針２の先端２ａに向かって真っすぐ）に流れる。
【0075】
なお、流出管５１ｂにおける発達した流れ１３７に至るまでの助走区間の長さＸは次の（１）式で示される。（１）式において、Ｒｅはレイノルズ数、ｄは管の半径であり、レイノルズ数Ｒｅは次の（２）式で示される。（１）式において、Ｖは流速、νは動粘度であり、例えば、空気の動粘度は１．５１２×１０－５ｍ２／ｓｅｃである。
【0076】
Ｘ＝（０．０６５）×Ｒｅ×ｄ ・・・（１）
Ｒｅ＝Ｖ×ｄ／ν・・・（２）
Ｒｅ＝Ｖ×ｄ／ν・・・（２）
【0077】
また、ν動粘度は、粘性係数μと密度から（３）式の関係が成り立つ。
【0078】
ν＝μ／ρ・・・（３）
ν 空気の動粘性係数 ［ｍ２／ｓ］
μ 空気の粘性係数 ［Ｎ・ｓ／ｍ２］
ρ 空気の密度 ［ｋｇ／ｍ３］
ν 空気の動粘性係数 ［ｍ２／ｓ］
μ 空気の粘性係数 ［Ｎ・ｓ／ｍ２］
ρ 空気の密度 ［ｋｇ／ｍ３］
【0079】
νは動粘度であり、これは大気圧の数値である。ρは圧力に比例するため、減圧になると、動粘性係数νは上昇する。動粘性係数νが上昇すると、（２）式の関係により、レイノルズ数Ｒｅは低減する。つまり、減圧化にすると、レイノルズ数Ｒｅは低減する。
【0080】
レイノルズ数が低下することで、同じ助走区間であっても、発達させた流れ（層流）を作ることが容易になる。このように、電極管４とは別に流路部材５を設けることで、放電針２の先端２ａへ向けて取り込んだ気体を流す流出管５１ｂの形状を、層流が作ることが可能な形状にでき、取り込んだ気体を効率よくイオン化することが可能となる。
【0081】
また、本実施形態では、図１に示したように、イオン検出装置１００よりも気体の流れ方向下流側に気体搬送装置３００を設け、真空ポンプ１４によりイオン検出装置１００の気体の流れる流路を大気圧に対して減圧して気体を取り込んでいる。真空ポンプ１４は、数十ｋＰａ程度、数十リットル／分程度のものでよい。これによって、イオン検出装置１００の気体の流れる流路を大気圧に対して減圧して気体を取り込むことができる。
【0082】
イオン検出装置１００の気体の流れる流路を大気圧に対して減圧して気体を取り込むことで、流出管５１ｂの流出口５４付近が負圧となり、流出口５４から一方向に整った分子移動のベクトル群を有した流体となる。これは加圧によって流出口５４から噴出する気体との分子移動とは著しく異なり、分子間の衝突が少なく、ブラウン運動を起こしにくいためである。
【0083】
減圧化で流出口５４から出てくる気体は、流出管５１ｂに沿った方向に気体の移動方向が束のまとまった状態となる。上述した従来の加圧方式では流出口５４から四方八方に拡散される状態となる。このように、流出管５１ｂに沿った方向にまとまった状態で流出口５４から気体が放出されることで、放電針２の先端２ａに良好に取り込んだ気体を流すことができ、イオン化効率を向上できる。
【0084】
また、減圧化であるため、加圧化に比べ、流出管内での気体同士の衝突により移動方向を変更させることなく、流れ込む気体分子が流路表面との衝突が少なくなる可能性も高くなる。これにより、流出管内で良好に層流化することができ、放電針２の周辺のみに、取り込んだ気体を通過させることができ、取り込んだ気体を効率よくイオン化することが可能となる。
【0085】
なお、流路部材５の流路は、変形が可能であり、流入管５１ａから流出管５１ｂへの流路をテーパー状にして気体分子の移動方向をそろえることも可能である。また、流入管５１ａや流出管５１ｂの内周面は平坦な研磨加工を施すのが好ましい。これにより、気体分子が管の内周面に衝突した後に、気体分子の反射方向が出口方向に沿う形になる可能性を高めることができる。また、本実施形態では、真空ポンプ１４によって、減圧化しているが、ファンやブロワ等を用いて、減圧化してもよい。
【0086】
また、本実施形態のイオン検出装置１００は、流路部材５以外は、ネジにより接合す構成であり、簡単に各部材を分離することができる。また、流路部材５は、電極アダプタ３３と絶縁ホルダ７に嵌め合いで取り付けられており、流路部材５の電極アダプタ３３と絶縁ホルダ７から簡単に取り外すことができる。このように、イオン検出装置１００各部材が簡単に分離接合可能であるため、容易に部材の交換を行うことができる。
【0087】
例えば、放電針２の先端が劣化した際には、電極アダプタ３３を絶縁ホルダ７から分離し、電極ホルダ６を露出させ、電極ホルダ６を流路部材５のホルダ嵌め込み部５３から抜き出すことで、放電針２のみ容易に交換することができる。これにより常に新鮮な放電針２を容易に利用するこができ、安定した放電により安定したイオン検出が可能となる。
【0088】
また、本実施形態では、イオン検出装置１００の外径の一部を構成する電極アダプタ３３を介して、イオン検出装置の内部に配置された流路部材５および放電針２に高電圧を印加している。これにより、高電圧を印加する外部電源との電気的な接続をイオン検出装置の外周で行うことができ、イオン検出装置１００の気密性を良好に維持でき、取り込んだ気体の漏れ出しを抑制できる。同様に、電極管４もイオン検出装置１００の外径の一部を構成することで、電極管のアースとの接続をイオン検出装置の外周で行うことができ、イオン検出装置１００の気密性を良好に維持でき、取り込んだ気体の漏れ出しを抑制できる。
【0089】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0090】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
放電領域を生成する一対の電極と、放電領域に気体を流す流出管５１ｂなどの流路管とを備えたイオン化装置１において、一対の電極は、放電針２などの第一電極と、第一電極の先端を中心にして環状に設けられた電極部４ａなどの第二電極とで構成され、流路管の放電領域へ気体を流出口５４などの流す気体流出口の径ｄが、第二電極の径Ｄよりも小さい。
これによれば、実施形態で説明したように、流路管の気体流出口の径（内径）を、第二電極の径よりも小さくしたことで、流路管の気体流出口の径が第二電極の径以上のものに比べて、第一電極の周辺に流れる気体の量を多くすることができる。これにより、第一電極の放電によって効率的に取り込んだ気体をイオン化させることができ、気体のイオン化率を高めることができる。
（態様１）
放電領域を生成する一対の電極と、放電領域に気体を流す流出管５１ｂなどの流路管とを備えたイオン化装置１において、一対の電極は、放電針２などの第一電極と、第一電極の先端を中心にして環状に設けられた電極部４ａなどの第二電極とで構成され、流路管の放電領域へ気体を流出口５４などの流す気体流出口の径ｄが、第二電極の径Ｄよりも小さい。
これによれば、実施形態で説明したように、流路管の気体流出口の径（内径）を、第二電極の径よりも小さくしたことで、流路管の気体流出口の径が第二電極の径以上のものに比べて、第一電極の周辺に流れる気体の量を多くすることができる。これにより、第一電極の放電によって効率的に取り込んだ気体をイオン化させることができ、気体のイオン化率を高めることができる。
【0091】
（態様２）
態様１において、流出管５１ｂなどの流路管は、導電性であり、流路管と放電針２などの第一電極とを同電位とした。
これによれば、実施形態で説明したように、流路管と放電針などの第一電極との間で異常放電が生じるのを抑制することができる。
態様１において、流出管５１ｂなどの流路管は、導電性であり、流路管と放電針２などの第一電極とを同電位とした。
これによれば、実施形態で説明したように、流路管と放電針などの第一電極との間で異常放電が生じるのを抑制することができる。
【0092】
（態様３）
態様２において、電極部４ａなどの第二電極を有する電極管４を備え、電極管４は、流出管５１ｂなどの流路管の一部を覆っており、第二電極と放電針２などの第一電極との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ１が、流路管と電極管４との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ２よりも短い。
これによれば、実施形態で説明したように、電極管４と流出管５１ｂなどの流路管との間での異常放電の発生が抑制され、放電針２などの第一電極と電極部４ａなどの第二電極との間で優位に安定的に放電を発生させることができ、効率的に気体をイオン化することができる。
態様２において、電極部４ａなどの第二電極を有する電極管４を備え、電極管４は、流出管５１ｂなどの流路管の一部を覆っており、第二電極と放電針２などの第一電極との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ１が、流路管と電極管４との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ２よりも短い。
これによれば、実施形態で説明したように、電極管４と流出管５１ｂなどの流路管との間での異常放電の発生が抑制され、放電針２などの第一電極と電極部４ａなどの第二電極との間で優位に安定的に放電を発生させることができ、効率的に気体をイオン化することができる。
【0093】
（態様４）
態様３において、電極部４ａなどの第二電極を有する電極管４を備え、第二電極は、電極管４の気体の流れ方向下流側端部から内側に突出する部分である。
これによれば、実施形態で説明したように、第二電極と放電針２などの第一電極との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ１を、流路管と電極管４との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ２よりも短くできる。
態様３において、電極部４ａなどの第二電極を有する電極管４を備え、第二電極は、電極管４の気体の流れ方向下流側端部から内側に突出する部分である。
これによれば、実施形態で説明したように、第二電極と放電針２などの第一電極との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ１を、流路管と電極管４との気体の流れ方向に直交する方向の距離Ｌ２よりも短くできる。
【0094】
（態様５）
態様４において、放電針２などの第一電極の先端は、気体の流れ方向で電極部４ａなどの第二電極と同一の位置に配置した。
これによれば、放電を電極部４ａに集中させることができ、放電が気体の流れ方向下流側に広がるのを抑制できる。これにより、気体の流れ方向に対し直交する方向に良好に放電することができ、気体との接触確率を向上することができ、イオン化する気体分子の量が向上し、イオン効率を向上することができる。
態様４において、放電針２などの第一電極の先端は、気体の流れ方向で電極部４ａなどの第二電極と同一の位置に配置した。
これによれば、放電を電極部４ａに集中させることができ、放電が気体の流れ方向下流側に広がるのを抑制できる。これにより、気体の流れ方向に対し直交する方向に良好に放電することができ、気体との接触確率を向上することができ、イオン化する気体分子の量が向上し、イオン効率を向上することができる。
【0095】
（態様６）
態様２乃至５いずれかにおいて、流出管５１ｂなどの流路管を有する導電性の流路部材５に取り付けられ、放電針２などの第一電極を保持する導電性の電極ホルダ６と、流路部材５と電気的に接続され、内部に気体が流れる流路を有し、外周部に電圧が印加される電極アダプタ３３と、電極管４と電極アダプタ３３とが取り付けられる絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダとを有する。
これによれば、実施形態で説明したように、電極アダプタ３３、流路部材５、電極ホルダ６を介して、放電針２などの第一電極に電圧を入力することができる。また、流路部材と第一電極とを同電位にすることができ、流路管と第一電極との間での異常放電を防止できる。
さらに、絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダによって、電極アダプタ３３と電極管４とを絶縁することができ、電極アダプタ３３と電極管４との間で短絡や異常放電の発生を防止できる。また、電極アダプタの外周部に電圧が印加されることで、内部の気密性を確保することができる。
態様２乃至５いずれかにおいて、流出管５１ｂなどの流路管を有する導電性の流路部材５に取り付けられ、放電針２などの第一電極を保持する導電性の電極ホルダ６と、流路部材５と電気的に接続され、内部に気体が流れる流路を有し、外周部に電圧が印加される電極アダプタ３３と、電極管４と電極アダプタ３３とが取り付けられる絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダとを有する。
これによれば、実施形態で説明したように、電極アダプタ３３、流路部材５、電極ホルダ６を介して、放電針２などの第一電極に電圧を入力することができる。また、流路部材と第一電極とを同電位にすることができ、流路管と第一電極との間での異常放電を防止できる。
さらに、絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダによって、電極アダプタ３３と電極管４とを絶縁することができ、電極アダプタ３３と電極管４との間で短絡や異常放電の発生を防止できる。また、電極アダプタの外周部に電圧が印加されることで、内部の気密性を確保することができる。
【0096】
（態様７）
態様６において、電極ホルダ６は、流路部材５に着脱可能に構成され、電極管４および電極アダプタ３３が、絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダに分離接合可能な構成としている。
これによれば、実施形態で説明したように、電極アダプタ３３を絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダから分離し、電極ホルダ６を流路部材５から取り外すことで、放電針２などの劣化した放電電極の交換を行うことができる。これにより、これにより常に新鮮な放電電極を容易に利用するこができ、安定した放電により効率的に気体をイオン化することができる。
態様６において、電極ホルダ６は、流路部材５に着脱可能に構成され、電極管４および電極アダプタ３３が、絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダに分離接合可能な構成としている。
これによれば、実施形態で説明したように、電極アダプタ３３を絶縁ホルダ７などの絶縁性ホルダから分離し、電極ホルダ６を流路部材５から取り外すことで、放電針２などの劣化した放電電極の交換を行うことができる。これにより、これにより常に新鮮な放電電極を容易に利用するこができ、安定した放電により効率的に気体をイオン化することができる。
【0097】
（態様８）
態様１乃至７いずれかにおいて、電極管４と流出管５１ｂなどの流路管とが別部材により形成されている。
これによれば、実施形態で説明したように、電極管４と流出管５１ｂなどの流路管のそれぞれの形状を、お互いに制約を受けることなく設計が可能となる。これにより、放電針２などの放電電極と電極管４との良好な放電を発生させ、かつ、取り込んだ気体を最も効率的にイオン化できるように、気体を放電領域へ流すことができる。これにより、イオン化効率を高めることができる。
態様１乃至７いずれかにおいて、電極管４と流出管５１ｂなどの流路管とが別部材により形成されている。
これによれば、実施形態で説明したように、電極管４と流出管５１ｂなどの流路管のそれぞれの形状を、お互いに制約を受けることなく設計が可能となる。これにより、放電針２などの放電電極と電極管４との良好な放電を発生させ、かつ、取り込んだ気体を最も効率的にイオン化できるように、気体を放電領域へ流すことができる。これにより、イオン化効率を高めることができる。
【0098】
（態様９）
態様１乃至８いずれかにおいて、流出管５１ｂなどの流路管の流出口５４などの気体流出口の気圧が、大気圧未満である。
これによれば、実施形態で説明したように、流路管内を大気圧よりも高くして、加圧により気体流出口から気体を流す場合に比べて、流出口５４などの気体流出口から流れた方向に沿って気体を流すことができる。これにより、気体流出口から流れた出た気体を、放電針２などの放電電極の先端２ａに良好に流すことができ、気体のイオン化効率を高めることができる。
態様１乃至８いずれかにおいて、流出管５１ｂなどの流路管の流出口５４などの気体流出口の気圧が、大気圧未満である。
これによれば、実施形態で説明したように、流路管内を大気圧よりも高くして、加圧により気体流出口から気体を流す場合に比べて、流出口５４などの気体流出口から流れた方向に沿って気体を流すことができる。これにより、気体流出口から流れた出た気体を、放電針２などの放電電極の先端２ａに良好に流すことができ、気体のイオン化効率を高めることができる。
【0099】
（態様１０）
イオン化装置１と、イオン化装置１によってイオン化された気体を分類するイオンフィルタ１１０と、イオン化された気体を検出するイオン検出電極１２０とを有するイオン検出部１０１とを備えたイオン検出装置１００において、イオン化装置１として、態様１乃至９いずれかのイオン化装置を用いた。
これによれば、イオン化装置１により効率的に気体をイオン化することができることで、イオン検出部１０１に流入する気体のイオン濃度を高めることができる。これにより、ノイズ成分の中性分子が少なくなり、検出感度を向上することができる。
イオン化装置１と、イオン化装置１によってイオン化された気体を分類するイオンフィルタ１１０と、イオン化された気体を検出するイオン検出電極１２０とを有するイオン検出部１０１とを備えたイオン検出装置１００において、イオン化装置１として、態様１乃至９いずれかのイオン化装置を用いた。
これによれば、イオン化装置１により効率的に気体をイオン化することができることで、イオン検出部１０１に流入する気体のイオン濃度を高めることができる。これにより、ノイズ成分の中性分子が少なくなり、検出感度を向上することができる。
【0100】
（態様１１）
態様１０において、電極管４が、絶縁体を介してイオン検出部１０１に接続されている。
これによれば、実施形態で説明したように、電極管とイオン検出部のチップホルダとの間に電荷を有するイオン化された気体をイオンフィルタ１１０へ流すための電位差を形成することができる。
態様１０において、電極管４が、絶縁体を介してイオン検出部１０１に接続されている。
これによれば、実施形態で説明したように、電極管とイオン検出部のチップホルダとの間に電荷を有するイオン化された気体をイオンフィルタ１１０へ流すための電位差を形成することができる。
【0101】
（態様１２）
イオン検出装置１００を備え、イオン検出装置１００の検出結果に基づいて気体の分析を行う気体分析装置において、イオン検出装置として、態様１０または１１に記載のイオン検出装置を用いた。
これによれば、精度よく気体を分析することができる。
イオン検出装置１００を備え、イオン検出装置１００の検出結果に基づいて気体の分析を行う気体分析装置において、イオン検出装置として、態様１０または１１に記載のイオン検出装置を用いた。
これによれば、精度よく気体を分析することができる。
【符号の説明】
【0102】
１ ：イオン化装置
２ ：放電針
２ａ ：放電針の先端
４ ：電極管
４ａ ：電極部
４ｂ ：雌ネジ部
４ｃ ：雄ネジ部
５ ：流路部材
６ ：電極ホルダ
７ ：絶縁ホルダ
７ａ ：雌ネジ部
７ｂ ：雄ネジ部
９ ：流路管
１０ ：回路基板
１４ ：真空ポンプ
１５ ：連結ホルダ
１５ａ ：雌ネジ部
１５ｂ ：雌ネジ部
１６ ：第一フランジ
１６ａ ：雄ネジ部
１６ｂ ：流路部
１７ ：第一絶縁ホルダ
１７ａ ：雄ネジ部
１９ ：チップホルダ
２０ ：第二フランジ
２０ａ ：流路
２４ ：溝部
２６ ：溝部
２８ ：絶縁凸部
３３ ：電極アダプタ
３３ａ ：雌ネジ部
３３ｂ ：雄ネジ部
５１ａ ：流入管
５１ｂ ：流出管
５２ ：接続凸部
５３ ：ホルダ嵌め込み部
５４ ：流出口
１００ ：イオン検出装置
１０１ ：イオン検出部
１１０ ：イオンフィルタ
１２０ ：イオン検出電極
１３６ ：境界層
１３７ ：層流
２００ ：気体分析装置
２００ａ ：ケース
３００ ：気体搬送装置
３０１ ：流量センサ
３０４ ：吸気部
３０４ａ ：吸気口
３０５ ：排気部
Ｄ ：電極管の内径
ｄ ：流出口の直径
Ｌ１ ：電極管と放電針との距離
Ｌ２ ：電極管と流出管と距離
Ｌ４ ：流出管の流路長
２ ：放電針
２ａ ：放電針の先端
４ ：電極管
４ａ ：電極部
４ｂ ：雌ネジ部
４ｃ ：雄ネジ部
５ ：流路部材
６ ：電極ホルダ
７ ：絶縁ホルダ
７ａ ：雌ネジ部
７ｂ ：雄ネジ部
９ ：流路管
１０ ：回路基板
１４ ：真空ポンプ
１５ ：連結ホルダ
１５ａ ：雌ネジ部
１５ｂ ：雌ネジ部
１６ ：第一フランジ
１６ａ ：雄ネジ部
１６ｂ ：流路部
１７ ：第一絶縁ホルダ
１７ａ ：雄ネジ部
１９ ：チップホルダ
２０ ：第二フランジ
２０ａ ：流路
２４ ：溝部
２６ ：溝部
２８ ：絶縁凸部
３３ ：電極アダプタ
３３ａ ：雌ネジ部
３３ｂ ：雄ネジ部
５１ａ ：流入管
５１ｂ ：流出管
５２ ：接続凸部
５３ ：ホルダ嵌め込み部
５４ ：流出口
１００ ：イオン検出装置
１０１ ：イオン検出部
１１０ ：イオンフィルタ
１２０ ：イオン検出電極
１３６ ：境界層
１３７ ：層流
２００ ：気体分析装置
２００ａ ：ケース
３００ ：気体搬送装置
３０１ ：流量センサ
３０４ ：吸気部
３０４ａ ：吸気口
３０５ ：排気部
Ｄ ：電極管の内径
ｄ ：流出口の直径
Ｌ１ ：電極管と放電針との距離
Ｌ２ ：電極管と流出管と距離
Ｌ４ ：流出管の流路長
【先行技術文献】
【特許文献】
【0103】
【特許文献1】特許第５０９４５２０号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】