(57)【要約】微粒子検出素子は、ガス中の微粒子の数を検出するために用いられる微粒子検出素子であって、ガスが通過するガス流路（１３）を有する筐体（１２）と、筐体（１２）内に導入されたガス中の微粒子に放電によって発生させた電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部（２０）と、筐体（１２）内に設けられ帯電微粒子と微粒子に付加されなかった電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集電極（４２）、を有する捕集部（４０）と、を備えている。筐体（１２）は、ガス流路（１３）の壁部を部分的に厚くする補強部（１６）を外周面及び内周面の少なくとも一方に有している。
2019049568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中の微粒子を検出するために用いられる微粒子検出素子であって、  前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、  前記筐体内に導入された前記ガス中の微粒子に放電によって発生させた電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、  前記筐体内に設けられ前記帯電微粒子と前記微粒子に付加されなかった前記電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集電極、を有する捕集部と、  を備え、  前記筐体は、前記ガス流路の壁部を部分的に厚くする補強部を外周面及び内周面の少なくとも一方に有している、  微粒子検出素子。
【請求項２】
前記筐体は、前記ガス流路を複数の分岐流路に仕切る仕切り部を有しており、  前記捕集部は、前記複数の分岐流路の各々に前記捕集電極を有している、  請求項１に記載の微粒子検出素子。
【請求項３】
前記筐体は、該筐体に埋設され該筐体を加熱するヒータ電極を有しており、  前記補強部は、前記壁部のうち該ヒータ電極が埋設された部分を部分的に厚くするように配設されている、  請求項１又は２に記載の微粒子検出素子。
【請求項４】
前記補強部は、前記筐体の前記内周面に配設されており、  前記内周面を前記ガス流路の中心軸に垂直な方向に切断したときの断面は、前記補強部が存在することで四角形の角部が補強された形状になっている、  請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粒子検出素子。
【請求項５】
前記筐体は、前記壁部として、前記ガス流路の中心軸に垂直な断面に現れる前記内周面の長さが長い長壁部と、該断面に現れる前記内周面の長さが短い短壁部と、を有しており、  前記補強部は、前記長壁部に配設されている、  請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粒子検出素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粒子検出素子と、  前記捕集電極に捕集された前記捕集対象に応じて変化する物理量に基づいて、前記微粒子を検出する検出部と、  を備えた微粒子検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、微粒子検出素子及び微粒子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、微粒子検出器としては、筐体内に導入された被測定ガス中の微粒子にコロナ放電によって発生させた電荷を付加する電荷発生素子と、電荷が付加された微粒子を捕集する測定電極とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。この微粒子検出器では、測定電極に捕集された微粒子の電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１４６４５６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ところで、こうした微粒子検出器では、水が付着することによる熱衝撃や外力などにより、筐体が変形する場合があった。筐体が変形すると電荷発生素子の放電時の電界分布が変化してしまい、発生する電荷の数や電荷の空間分布などが変化する場合がある。これにより、微粒子１つ当たりに付着する電荷の数が変化してしまい、測定精度が低下する場合があった。【０００５】  本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、筐体の変形を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。【０００７】  本発明の微粒子検出素子は、  ガス中の微粒子を検出するために用いられる微粒子検出素子であって、  前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、  前記筐体内に導入された前記ガス中の微粒子に放電によって発生させた電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生部と、  前記筐体内に設けられ前記帯電微粒子と前記微粒子に付加されなかった前記電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集電極、を有する捕集部と、  を備え、  前記筐体は、前記ガス流路の壁部を部分的に厚くする補強部を外周面及び内周面の少なくとも一方に有している、  ものである。【０００８】  この微粒子検出素子では、電荷発生部が電荷を発生させることでガス中の微粒子を帯電微粒子にし、捕集電極が捕集対象（帯電微粒子と微粒子に付加されなかった電荷とのいずれか）を捕集する。捕集電極に捕集された捕集対象に応じて物理量が変化するため、この微粒子検出素子を用いることでガス中の微粒子を検出できる。また、筐体が外周面及び内周面の少なくとも一方に補強部を有しているため、筐体の剛性が大きくなり筐体の変形が抑制される。ここで、筐体が変形すると電荷発生部の放電時のガス流路中の電界分布が変化してしまい微粒子の検出精度が低下する場合がある。筐体の変形を抑制することで測定精度の低下を抑制できる。この場合において、本発明の微粒子検出素子は、前記ガス中の前記微粒子の量を検出するために用いられてもよい。「微粒子の量」は、例えば微粒子の数，質量，表面積の少なくともいずれかであってもよい。【０００９】  本発明の微粒子検出素子において、前記筐体は、前記ガス流路を複数の分岐流路に仕切る仕切り部を有しており、前記捕集部は、前記複数の分岐流路の各々に前記捕集電極を有していてもよい。こうすれば、仕切り部が筐体を内側から支持する支持部の役割を果たすため、補強部及び仕切り部によって筐体の変形をより抑制できる。【００１０】  本発明の微粒子検出素子において、前記筐体は、該筐体に埋設され該筐体を加熱するヒータ電極を有しており、前記補強部は、前記壁部のうち該ヒータ電極が埋設された部分を部分的に厚くするように配設されていてもよい。こうすれば、ヒータ電極を発熱させることで、例えば筐体の内周面や捕集電極に付着した微粒子を燃焼させることができ、微粒子検出素子をリフレッシュさせることができる。また、壁部のうちヒータ電極が埋設された部分を厚くするように補強部が配設されていることで、筐体のうちヒータ電極周辺の熱容量が大きくなる。これにより、筐体に接する流体によるヒータ電極の温度変化が抑制される。【００１１】  本発明の微粒子検出素子において、前記補強部は、前記筐体の前記内周面に配設されており、前記内周面を前記ガス流路の中心軸に垂直な方向に切断したときの断面は、前記補強部が存在することで四角形の角部が補強された形状になっていてもよい。こうすれば、筐体の内周面のうち応力が集中しやすい角部が補強されるため、筐体の変形をより抑制できる。ここで、「四角形の角部が補強された形状」は、補強部が存在することで結果的に筐体の内周面の断面形状が五角形以上の多角形（例えば五〜���角形）になっている場合や、補強部が存在することで角部が丸くなっている場合を含む。【００１２】  本発明の微粒子検出素子において、前記筐体は、前記壁部として、前記ガス流路の中心軸に垂直な断面に現れる前記内周面の長さが長い長壁部と、該断面に現れる前記内周面の長さが短い短壁部と、を有しており、前記補強部は、前記長壁部に配設されていてもよい。長壁部の方が短壁部よりも変形しやすい傾向にあるため、長壁部に補強部が存在することで筐体の変形をより抑制できる。【００１３】  本発明の微粒子検出素子において、前記捕集部は、前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる電界を発生させる電界発生電極を有していてもよい。こうすれば、捕集対象をより確実に捕集電極に捕集させることができる。また、前記筐体が前記仕切り部を有する態様の本発明の微粒子検出素子において、前記捕集部は、前記捕集電極と前記電界発生電極とを１組の電極として、前記複数の分岐流路の各々に前記１組の電極が配設されるように複数組の電極を有していてもよい。【００１４】  本発明の微粒子検出器は、上述したいずれかの態様の微粒子検出素子と、前記捕集電極に捕集された前記捕集対象に応じて変化する物理量に基づいて、前記微粒子を検出する検出部と、を備えたものである。そのため、この微粒子検出器は、上述した本発明の微粒子検出素子と同様の効果、例えば筐体の変形を抑制できる効果が得られる。この場合において、前記検出部は、前記物理量に基づいて、前記微粒子の量を検出してもよい。「微粒子の量」は、例えば微粒子の数，質量，表面積の少なくともいずれかであってもよい。この微粒子検出器において、前記捕集対象が前記微粒子に付加されなかった前記電荷である場合には、前記検出部は、前記物理量と、前記電荷発生部が発生させる電荷（例えば電荷の数又は電荷量）と、に基づいて、前記微粒子を検出してもよい。【００１５】  なお、本明細書において、「電荷」とは、正電荷や負電荷のほかイオンを含むものとする。「微粒子の量を検出する」とは、微粒子の量を測定する場合のほか、微粒子の量が所定の数値範囲に入るか否か（例えば所定のしきい値を超えるか否か）を判定する場合も含むものとする。「物理量」とは、捕集対象の数（電荷量）に基づいて変化するパラメータであればよく、例えば電流などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】微粒子検出器１０の概略構成を表す斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面の部分断面図。
【図４】図１のＣ視図すなわち筐体１２の下面図（部分）。
【図５】微粒子検出素子１１の分解斜視図。
【図６】変形例の筐体１１２の部分断面図。
【図７】変形例の筐体１１２の部分断面図。
【図８】変形例の筐体１１２の部分断面図。
【図９】変形例の筐体２１２の部分断面図。
【図１０】変形例の微粒子検出器７１０の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態である微粒子検出器１０の概略構成を表す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面の部分断面図であり、図４は図１のＣ視図すなわち筐体１２の下面図（部分）であり、図５は微粒子検出素子１１の分解斜視図である。なお、本実施形態において上下方向，左右方向及び前後方向は、図１〜図４に示した通りとする。
【００１８】  微粒子検出器１０は、ガス（例えば自動車の排ガス）に含まれる微粒子１７の数を計測するものである。この微粒子検出器１０は、図１，２に示すように、微粒子検出素子１１を備えている。また、微粒子検出器１０は、図２に示すように、放電用電源２９と、除去用電源３９と、捕集用電源４９と、検出装置５０と、ヒータ用電源６９とを備えている。微粒子検出素子１１は、図２に示すように、筐体１２と、電荷発生装置２０と、余剰電荷除去装置３０と、捕集装置４０と、ヒータ装置６０と、を備えている。
【００１９】  筐体１２は、ガスが通過するガス流路１３を内部に有している。ガス流路１３は、図２に示すように、筐体１２内にガスを導入するガス導入口１３ａと、ガス導入口１３ａよりも下流側に位置しガスの流れが分岐する複数（ここでは３つ）の分岐流路１３ｂ〜１３ｄと、を有している。ガス導入口１３ａから筐体１２内に導入されたガスは、分岐流路１３ｂ〜１３ｄを通って筐体１２外に排出される。ガス流路１３は、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面（ここでは上下左右方向に沿った断面）が略四角形状をしている。ガス導入口１３ａ，及び分岐流路１３ｂ〜１３ｄのいずれも、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面が略四角形状をしている。筐体１２は、図１及び図５に示すように、長尺な略直方体形状をしている。筐体１２は、図２，３，５に示すように、複数の層（ここでは第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋ）を所定の積層方向（ここでは上下方向）に積層した積層体として構成されている。筐体１２は絶縁体であり、例えばアルミナなどのセラミックス製である。第４〜第８層１４ｄ〜１４ｈの各々には各層を厚さ方向（ここでは上下方向）に貫通する貫通孔又は切り欠きが設けられており、この貫通孔又は切り欠きがガス流路１３となっている。本実施形態では、第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈは他の層よりも厚さが厚くなっている。第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈは、各々が複数の層を有する積層体であってもよい。
【００２０】  筐体１２は、図２，３に示すように、ガス流路１３の壁部として、第１〜第４壁部１５ａ〜１５ｄを有している。第１壁部１５ａは、第１〜第３層１４ａ〜１４ｃのうちガス流路１３の直上に位置する部分である。第１壁部１５ａの下面はガス流路１３の天井面を構成している。第１壁部１５ａは、筐体１２のうち上側の外壁の一部である。第１壁部１５ａの下面には放電電極２１ａ，印加電極３２，及び第１電界発生電極４４ａが配設されている。第２壁部１５ｂは、第５層１４ｅのうちガス流路１３に面する部分（分岐流路１３ｂの直下及び分岐流路１３ｃの直上に位置する部分）である。第２壁部１５ｂは、分岐流路１３ｂと分岐流路１３ｃとを上下に仕切る仕切り部として構成されている。第２壁部１５ｂの上面には第１捕集電極４２ａが配設され、下面には第２電界発生電極４４ｂが配設されている。第３壁部１５ｃは、第７層１４ｇのうちガス流路１３に面する部分（分岐流路１３ｃの直下及び分岐流路１３ｄの直上に位置する部分）である。第３壁部１５ｃは、分岐流路１３ｃと分岐流路１３ｄとを上下に仕切る仕切り部として構成されている。第３壁部１５ｃの上面には第２捕集電極４２ｂが配設され、下面には第３電界発生電極４４ｃが配設されている。第４壁部１５ｄは、第９〜第１１層１４ｉ〜１４ｋのうちガス流路１３の直下に位置する部分である。第４壁部１５ｄの上面はガス流路１３の底面を構成している。第４壁部１５ｄは、筐体１２のうち下側の外壁の一部である。第４壁部１５ｄの上面には放電電極２１ｂ，除去電極３４，及び第３捕集電極４２ｃが配設されている。第４壁部１５ｄは、図２〜４に示すように、筐体１２の外周面側（ここでは下側）に補強部１６を有している。補強部１６については後述する。
【００２１】  図３に示すように、筐体１２のうち第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈは、それぞれ分岐流路１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの側壁（ここでは左右の壁部）を構成している。分岐流路１３ｂ〜１３ｄは、上述したように中心軸に垂直な断面が略四角形状をしており、本実施形態ではその断面に現れる分岐流路１３ｂ〜１３ｄの内周面はいずれも左右方向を長手方向とする略長方形状をしている。そのため、分岐流路１３ｂ〜１３ｄでは、上下の壁部である上述した第１〜第４壁部１５ａ〜１５ｄはいずれもこの長方形状の内周面の長辺を構成する長壁部となっており、左右の壁部はこの長方形状の内周面の短辺を構成する短壁部となっている。また、ガス流路１３のうち分岐流路１３ｂ〜１３ｄ以外の部分では、筐体１２のうち第４〜第８層１４ｄ〜１４ｈが側壁（ここでは左右の壁部）を構成している。本実施形態では、ガス流路１３のうち分岐流路１３ｂ〜１３ｄ以外の部分（ここでは分岐流路１３ｂ〜１３ｄよりも前方の部分）においても、中心軸に垂直な断面に現れる内周面は左右方向を長手方向とする略長方形状をしている。そのため、ガス流路１３のうち分岐流路１３ｂ〜１３ｄ以外の部分では、上下の壁部である上述した第１，第４壁部１５ａ，１５ｄはいずれもこの長方形状の内周面の長辺を構成する長壁部となっており、左右の壁部はこの長方形状の内周面の短辺を構成する短壁部となっている。
【００２２】  電荷発生装置２０は、図２に示すように、筐体１２のガス導入口１３ａに近い側に設けられた第１，第２電荷発生装置２０ａ，２０ｂを有している。第１電荷発生装置２０ａは、第１壁部１５ａに配設された放電電極２１ａ及び誘導電極２４ａを有している。放電電極２１ａ及び誘導電極２４ａは、誘電体層の役割を果たす第３層１４ｃの表裏にそれぞれ設けられている。放電電極２１ａは第１壁部１５ａの下面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。第２電荷発生装置２０ｂは、第４壁部１５ｄに配設された放電電極２１ｂ及び誘導電極２４ｂを有している。放電電極２１ｂ及び誘導電極２４ｂは、誘電体層の役割を果たす第９層１４ｉの表裏にそれぞれ設けられている。放電電極２１ｂは第４壁部１５ａの上面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。放電電極２１ａ，２１ｂの各々は、長方形状の金属薄板の互いに向かい合う長辺に複数の三角形状の微細な突起２２を有している（図１参照）。誘導電極２４ａ，２４ｂの各々は、長方形状の電極であり、放電電極２１ａ，２１ｂの長手方向と平行に２本設けられている。放電電極２１ａ，２１ｂと誘導電極２４ａ，２４ｂとは、放電用電源２９に接続されている。誘導電極２４ａ，２４ｂはグランドに接続されていてもよい。
【００２３】  第１電荷発生装置２０ａでは、放電電極２１ａと誘導電極２４ａとの間に放電用電源２９から高周波の高電圧（例えばパルス電圧等）が印加されると、両電極間の電位差により放電電極２１ａの近傍で気中放電（ここでは誘電体バリア放電）が起こる。第２電荷発生装置２０ｂについても同様に、放電用電源２９からの高電圧による放電電極２１ｂと誘導電極２４ｂとの電位差により放電電極２１ｂの近傍で気中放電が起こる。これらの放電によって、放電電極２１ａ，２１ｂの周囲に存在するガスがイオン化されて、電荷１８（ここでは正電荷とする）が発生する。これにより、電荷発生装置２０を通過するガス中の微粒子１７は電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる（図２参照）。
【００２４】  電荷発生装置２０は誘電体バリア放電によって電荷１８を発生させるため、例えば針状の放電電極を用いてコロナ放電により電荷１８を発生させる場合と比較して、低電圧及び低消費電力で同等の電荷量を発生させることができる。誘導電極２４ａ，２４ｂが筐体１２に埋設されているため、誘導電極２４ａ，２４ｂと他の電極との短絡を未然に防止できる。放電電極２１ａ，２１ｂが複数の突起２２を有しているため、より高濃度の電荷１８が生成可能となる。放電電極２１ａ，２１ｂは筐体１２のうちガス流路１３に露出する内周面に沿って配設されている。そのため、例えば針状の放電電極をガス流路１３に露出するように配設する場合と比較して、筐体１２と放電電極２１ａ，２１ｂとの一体製造が容易で、放電電極２１ａ，２１ｂがガスの流れを阻害しにくく、放電電極２１ａ，２１ｂに微粒子が付着しにくい。
【００２５】  余剰電荷除去装置３０は、印加電極３２と除去電極３４とを有している。印加電極３２及び除去電極３４は、電荷発生装置２０の下流且つ捕集装置４０の上流に位置している。印加電極３２は第１壁部１５ａの下面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。除去電極３４は第４壁部１５ｄの上面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。印加電極３２と除去電極３４とは互いに向かい合う位置に配設されている。印加電極３２は、除去用電源３９から微小な正電位Ｖ２が印加される電極である。除去電極３４は、グランドに接続された電極である。これにより、余剰電荷除去装置３０の印加電極３２と除去電極３４との間には弱い電界が発生する。したがって、電荷発生装置２０で発生した電荷１８のうち、微粒子１７に付加されなかった余剰の電荷１８は、この弱い電界によって除去電極３４に引き寄せられて捕獲され、グランドに捨てられる。これにより、余剰電荷除去装置３０は、余剰の電荷１８が捕集装置４０の捕集電極４２に捕集されて微粒子１７の数にカウントされてしまうことを抑制している。
【００２６】  捕集装置４０は、捕集対象（ここでは帯電微粒子Ｐ）を捕集するための装置であり、電荷発生装置２０及び余剰電荷除去装置３０よりも下流の分岐流路１３ｂ〜１３ｄに設けられている。捕集装置４０は、帯電微粒子Ｐを捕集する１以上の捕集電極４２と、帯電微粒子Ｐを捕集電極４２に向けて移動させる１以上の電界発生電極４４と、を有している。本実施形態では、捕集装置４０は捕集電極４２として第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃを有し、電界発生電極４４として第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃを有している。捕集電極４２及び電界発生電極４４はいずれもガス流路１３に露出して設けられている。第１捕集電極４２ａ及び第１電界発生電極４４ａは１組の電極となっている。同様に、第２捕集電極４２ｂ及び第２電界発生電極４４ｂ、第３捕集電極４２ｃ及び第３電界発生電極４４ｃ、がそれぞれ１組の電極となっている。すなわち、捕集装置４０は、複数組（ここでは３組）の電極を有している。１組の電極（組となる１つの捕集電極４２と１つの電界発生電極４４）は互いに上下に向かい合う位置に配設されている。第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃは、それぞれ自身の組となる第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃに向けて帯電微粒子Ｐを移動させる電界を発生させる。複数組の電極は、分岐流路１３ｂ〜１３ｃの各々にそれぞれ１組ずつ配設されている。具体的には、第１電界発生電極４４ａは第１壁部１５ａの下面に配設され、第１捕集電極４２ａは第２壁部１５ｂの上面に配設されている。第２電界発生電極４４ｂは第２壁部１５ｂの下面に配設され、第２捕集電極４２ｂは第３壁部１５ｃの上面に配設されている。第３電界発生電極４４ｃは第３壁部１５ｃの下面に配設され、第３捕集電極４２ｃは第４壁部１５ｄの上面に配設されている。
【００２７】  第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃには、いずれも捕集用電源４９から電圧Ｖ１が印加される。第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃは、いずれも電流計５２を介してグランドに接続されている。これにより、分岐流路１３ｂには第１電界発生電極４４ａから第１捕集電極４２ａに向かう電界が発生し、分岐流路１３ｃには第２電界発生電極４４ｂから第２捕集電極４２ｂに向かう電界が発生し、分岐流路１３ｄには第３電界発生電極４４ｃから第３捕集電極４２ｃに向かう電界が発生する。したがって、ガス流路１３を流れる帯電微粒子Ｐは、分岐流路１３ｂ〜１３ｄのいずれかに入り込み、そこで発生している電界によって下方に移動させられ、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃのいずれかに引き寄せられて捕集される。電圧Ｖ１はここでは正電位であり、電圧Ｖ１のレベルは例えば１００Ｖオーダーから数ｋＶである。各電極３４，４２の各々のサイズや各電極３４，４２上の各々の電界の強さ（すなわち電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさ）は、帯電微粒子Ｐが除去電極３４に捕集されることなく捕集電極４２に捕集されるように、また、微粒子１７に付着しなかった電荷１８が除去電極３４に捕集されるように、設定されている。
【００２８】  検出装置５０は、電流計５２と演算装置５４とを備えている。電流計５２は、一方の端子が捕集電極４２に接続され、もう一方の端子がグランドに接続されている。この電流計５２は、捕集電極４２に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流を測定する。演算装置５４は、電流計５２の電流に基づいて微粒子１７の個数を演算する。演算装置５４は、各電源２９，３９，４９，６９のオンオフや電圧を制御することで各装置２０，３０，４０，６０を制御する制御部としての機能を有していてもよい。
【００２９】  ヒータ装置６０は、第１０層１４ｉと第１１層１４ｋとの間に配設されて筐体１２のうち主に第４壁部１５ｄに埋設されたヒータ電極６２を有している。ヒータ電極６２は、図４に示すように、ジグザグに引き回された帯状の発熱体である。ヒータ電極６２は、本実施形態ではガス流路１３の真下の領域のほぼ全体に亘って引き回されている。ヒータ電極６２は、ヒータ用電源６９に接続され、ヒータ用電源６９によって通電されると発熱する。ヒータ電極６２は、筐体１２及び捕集電極４２などの各電極を加熱する。ヒータ電極６２は、筐体１２の材質（ここではセラミックス）と比べて延性が高いことが好ましい。そのようなヒータ電極６２の材質としては、例えば白金又はタングステンなどの金属が挙げられ、ヒータ電極６２はこれらの少なくともいずれかを主成分としてもよい。
【００３０】  筐体１２の第４壁部１５ｄが有する補強部１６について詳細に説明する。補強部１６は、筐体１２を補強するための部材であり、図２，３に示すように、筐体１２の外周面（ここでは下面）に配設されている。補強部１６は、筐体１２の壁部のうち上述した長壁部の１つである第４壁部１５ｄに配設されている。補強部１６は、第４壁部１５ｄから外側（ここでは下方）に突出する突出部として形成されている。これにより、第４壁部１５ｄのうち補強部１６が存在する部分が、部分的に厚くなっている。補強部１６は、図４に示すように、下面視でヒータ電極６２に沿ってヒータ電極６２と同様の形状に配設されている。そのため、補強部１６は、筐体１２のうちヒータ電極６２が埋設された部分を部分的に厚くするように配設されている。補強部１６は、筐体１２の下面のうちヒータ電極６２の直下及びその周囲に存在しており、下面視でヒータ電極６２より太い帯状に形成されている。これにより、補強部１６は、ヒータ電極６２を覆うように配設されている。補強部１６は、第１１層１４ｋの一部として第１１層１４ｋと一体的に形成されている。補強部１６は、図４に示すように、筐体１２の下面（ここでは第１１層１４ｋの下面）のうち第４壁部１５ｄの下面以外の部分（ここでは第４壁部１５ｄの下面よりも左側の部分）にも存在していてもよい。補強部１６の突出高さは、補強部１６が設けられた面（ここでは第４壁部１５ｄの下面）の表面粗さに起因する凹部と凸部との高さの差（最大高さ粗さＲｚ）よりも大きい。そのため、補強部１６は表面粗さに起因する凹凸とは区別可能である。補強部１６の突出高さは、例えば１．２μｍ超過としてもよい。補強部１６の突出高さは、筐体１２の上下方向の厚み（＝筐体１２の高さ）の１／４以下としてもよい。補強部１６の突出高さは、１ｍｍ以下としてもよい。１ｍｍ以下では、筐体１２の製造時の焼成において、第４壁部１５ｄのうち補強部１６のある部分とない部分との厚さの差に起因する熱収縮時の応力を小さくできる。また、補強部１６の突出高さは、ヒータ電極６２の厚みより大きくてもよい。また、補強部１６が設けられた面（ここでは第４壁部１５ｄの下面）の最大高さ粗さＲｚは１．２μｍ以下としてもよい。補強部１６が設けられた面は、例えば最大高さ粗さＲｚが小さい値になるように研磨されていてもよい。
【００３１】  図１，５に示すように、筐体１２の左端の上下面には、それぞれ複数の端子１９が配設されている。上述した各電極２１ａ，２１ｂ，２４ａ，２４ｂ，３２，３４，４２，４４は、筐体１２内に配設された配線を介して、この複数の端子１９のいずれかと電気的に導通している。同様に、ヒータ電極６２は配線を介して２つの端子１９と電気的に導通している。配線は、例えば第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋの上下面に配設されたり、第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋに設けられたスルーホール内に配設されたりしている。図２では図示を省略しているが、各電源２９，３９，４９，６９及び電流計５２は、この端子１９を介して微粒子検出素子１１内の各電極と導通している。
【００３２】  こうして構成された微粒子検出素子１１の製造方法を以下に説明する。まず、第１層〜第１１層１４ａ〜１４ｋに対応して、セラミックスの原料粉末を含む未焼成のセラミックスグリーンシートを複数用意する。第４〜第８層１４ｄ〜１４ｈに対応するグリーンシートには、ガス流路１３となる空間及びスルーホールを予め打ち抜き処理などによって設けておく。次に、第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋの各々に対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理及び乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続される配線及び端子１９などのパターンである。パターン印刷は、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上にパターン形成用ペーストを塗布することにより行う。パターン印刷処理中又はその前後において、配線となる導電性ペーストのスルーホールへの充填も行う。続いて、グリーンシート同士を積層及び接着するための接着用ペーストの印刷処理及び乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートを所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。この圧着処理を行う際には、ガス流路１３となる空間に、焼成によって消失する消失材（例えばテオブロミンなど）を充填しておく。その後、積層体を切断して筐体１２の大きさの積層体を切り出す。そして、切り出した積層体を所定の焼成温度で焼成する。焼成時には消失材が消失するため、消失材が充填されていた部分がガス流路１３となる。これにより、微粒子検出素子１１を得る。
【００３３】  微粒子検出素子１１の製造工程において、補強部１６は、以下のように形成することができる。例えば、グリーンシートの成形時に第４壁部１５ｄが補強部１６を有する形状となるような成形型を用いることで、補強部１６を形成してもよい。また、成形したグリーンシートの一部に補強部１６となるパターンを追加で印刷することで、グリーンシートの厚さを部分的に厚くして補強部１６を形成してもよい。
【００３４】  このように、筐体１２をセラミック材料で構成する場合、以下の効果が得られる点で好適である。セラミック材料は一般に耐熱性が高く、ヒータ電極６２により後述する微粒子１７の除去を行うための温度、例えば微粒子１７の主成分であるカーボンが燃焼する６００℃から８００℃もの高温にも、容易に耐える。さらに、セラミック材料は一般にヤング率が高いため、筐体１２の壁部や仕切り部の厚さを薄くしても筐体１２の剛性を維持しやすく、熱衝撃や外力による筐体１２の変形を抑制できる。筐体１２の変形が抑制されることで、例えば電荷発生装置２０の放電時のガス流路１３中の電界分布の変化や分岐流路１３ｂ〜１３ｄの流路厚（ここでは上下の高さ）の変化などによる微粒子数の検出精度の低下を抑制できる。したがって、筐体１２をセラミック材料で構成することで、筐体１２の変形を抑制しつつ筐体１２の壁部や仕切り部の厚さを薄くして筐体１２をコンパクトにできる。セラミック材料としては、特に限定するものではないが、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ムライト、コージェライト、マグネシア、ジルコニアなどが挙げられる。
【００３５】  次に、微粒子検出器１０の使用例について説明する。自動車の排ガスに含まれる微粒子を計測する場合、エンジンの排気管内に微粒子検出素子１１を取り付ける。このとき、排ガスがガス導入口１３ａから筐体１２内に導入され、分岐流路１３ｂ〜１３ｄを通過してから排出されるように微粒子検出素子１１を取り付ける。また、微粒子検出素子１１に各電源２９，３９，４９，６９、及び検出装置５０を接続する。
【００３６】  ガス導入口１３ａから筐体１２内に導入された排ガスに含まれる微粒子１７は、電荷発生装置２０の放電によって発生した電荷１８（ここでは正電荷）を帯びて帯電微粒子Ｐになる。帯電微粒子Ｐは、電界が弱く除去電極３４の長さが捕集電極４２よりも短い余剰電荷除去装置３０をそのまま通過して分岐流路１３ｂ〜１３ｄのいずれかに流入し、捕集装置４０に至る。一方、微粒子１７に付加されなかった電荷１８は、電界が弱くても余剰電荷除去装置３０の除去電極３４に引き寄せられ、除去電極５８を介してＧＮＤに捨てられる。これにより、微粒子１７に付加されなかった不要な電荷１８は捕集装置４０にほとんど到達することがない。
【００３７】  捕集装置４０に到達した帯電微粒子Ｐは、電界発生電極４４が発生させた電界によって第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃのいずれかに捕集される。そして、捕集電極４２に付着した帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流が電流計５２で測定され、その電流に基づいて演算装置５４が微粒子１７の個数を演算する。本実施形態では、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃは１つの電流計５２に接続されており、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃに付着した帯電微粒子Ｐの電荷１８の合計数に基づく電流が電流計５２で測定される。電流Ｉと電荷量ｑの関係は、Ｉ＝ｄｑ／（ｄｔ）、ｑ＝∫Ｉｄｔである。演算装置５４は、所定期間にわたって電流値を積分（累算）してその積分値（蓄積電荷量）を求め、蓄積電荷量を素電荷で除算して電荷の総数（捕集電荷数）を求め、その捕集電荷数を１つの微粒子１７に付加する電荷の数の平均値（平均帯電数）で除算することで、捕集電極４２に付着していた微粒子１７の個数Ｎｔを求める。演算装置５４は、この個数Ｎｔを排ガス中の微粒子１７の数として検出する。ただし、微粒子１７の一部が捕集電極４２に捕集されずに通過してしまったり、捕集電極４２に捕集される前に筐体１２の内周面に付着してしまったりする場合もある。そのため、このような捕集電極４２に捕集されない微粒子１７の割合を考慮して予め微粒子１７の捕集率を定めておき、演算装置５４は、個数Ｎｔをその捕集率で除した値である総数Ｎａを、排ガス中の微粒子１７の数として検出してもよい。
【００３８】  微粒子１７等が捕集電極４２に数多く堆積すると、新たに帯電微粒子Ｐが捕集電極４２に捕集されないことがある。そのため、定期的にあるいは堆積量が所定量に達したタイミングで、捕集電極４２をヒータ電極６２によって加熱することにより、捕集電極４２上の堆積物を加熱して焼却し捕集電極４２の電極面をリフレッシュする。また、ヒータ電極６２により、筐体１２の内周面に付着した微粒子１７を焼却することもできる。
【００３９】  ここで、微粒子検出素子１１が高温の排ガス中の微粒子数を検出する場合、水が付着することにより筐体１２に熱衝撃が加わる場合や、例えば微粒子検出素子１１が取り付けられている自動車の振動などにより筐体１２に外力が加わる場合がある。一般に、熱衝撃や外力などにより筐体１２が変形すると、電荷発生装置２０の放電時のガス流路１３中の電界分布が変化してしまい、発生する電荷１８の数や電荷１８の空間分布などが変化する場合がある。このようなことが生じると、微粒子１７の１つ当たりに付着する電荷１８の数が変化してしまい、微粒子数の検出精度の低下につながる。しかし、本実施形態の微粒子検出素子１１では、筐体１２が外周面に補強部１６を有しているため、補強部１６がリブとしての機能を果たすことで筐体１２の剛性が大きくなる。これにより、微粒子検出素子１１では筐体１２の変形が抑制されて、上述した検出精度の低下を抑制できる。本実施形態では、特に、補強部１６が配設された第４壁部１５ｄの変形が抑制される。
【００４０】  ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の筐体１２が本発明の筐体に相当し、電荷発生装置２０が電荷発生部に相当し、捕集装置４０が捕集部に相当し、補強部１６が補強部に相当する。また、第２，第３壁部１５ｂ，１５ｃが仕切り部に相当し、検出装置５０が検出部に相当する。
【００４１】  以上詳述した本実施形態の微粒子検出素子１１では、筐体１２が外周面に補強部１６を有しているため、筐体１２の剛性が大きくなり筐体１２の変形が抑制されて、測定精度の低下を抑制できる。
【００４２】  また、筐体１２は、ガス流路１３を複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄに仕切る仕切り部である第２，第３壁部１５ｂ，１５ｃを有している。捕集装置４０は、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に捕集電極４２を有している。これにより、第２，第３壁部１５ｂ，１５ｃが筐体１２を内側から支持する支持部の役割を果たすため、補強部１６及び第２，第３壁部１５ｂ，１５ｃによって筐体１２の変形をより抑制できる。また、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に捕集電極４２を有しているため、帯電微粒子Ｐが分岐流路１３ｂ〜１３ｄのいずれに到達しても、捕集電極４２で帯電微粒子Ｐを捕集できる。
【００４３】  さらに、筐体１２は、筐体１２に埋設され筐体１２を加熱するヒータ電極６２を有しており、補強部１６は、第４壁部１５ｄのうちヒータ電極６２が埋設された部分を部分的に厚くするように配設されている。これにより、ヒータ電極６２を発熱させることで、例えば筐体１２の内周面や捕集電極４２に付着した微粒子１７を燃焼させることができ、微粒子検出素子１１をリフレッシュさせることができる。また、第４壁部１５ｄのうちヒータ電極６２が埋設された部分を厚くするように補強部１６が配設されていることで、筐体のうちヒータ電極周辺の熱容量が大きくなる。そのため、筐体１２に接する流体（例えば排ガス）によるヒータ電極６２の温度変化が抑制される。これにより、例えば演算装置５４がヒータ電極６２の抵抗値を測定しヒータ用電源６９を制御することでヒータ電極６２の温度をフィードバック制御する場合に、ヒータ用電源６９の温度が目標値付近で安定化しやすい。
【００４４】  さらにまた、筐体１２は、壁部として、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面に現れる内周面の長さが長い長壁部（ここでは第１〜第４壁部１５ａ〜１５ｄ）と、その断面に現れる内周面の長さが短い短壁部（ここではガス流路１３の左右の壁部）と、を有している。そして補強部１６は、長壁部である第４壁部１５ｄに配設されている。一般に、長壁部の方が短壁部よりも変形しやすい傾向にあるため、長壁部である第４壁部１５ｄに補強部１６が存在することで、筐体１２の変形をより抑制できる。
【００４５】  また、捕集装置４０は、捕集電極４２に向けて帯電微粒子Ｐを移動させる電界を発生させる電界発生電極４４を有しているため、帯電微粒子Ｐをより確実に捕集電極４２に捕集させることができる。
【００４６】  そしてまた、ヒータ電極６２は筐体１２に埋設されているため、ヒータ電極６２が筐体１２の外表面に露出している場合と比較して、微粒子検出素子１１の外部の回路との短絡を抑制できる。
【００４７】  なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００４８】  例えば、上述した実施形態では、補強部１６は第４壁部１５ｄに配設されていたが、筐体１２の壁部を部分的に厚くすることで筐体１２を補強できれば、補強部はどのような形状及び配置であってもよい。例えば、補強部１６はヒータ電極６２の形状と無関係に第４壁部１５ｄに配設されていてもよい。補強部１６は第１〜第３壁部１５ａ〜１５ｃのいずれか１以上にさらに配設されていてもよい。補強部１６は長壁部（例えば第１〜第４壁部１５ａ〜１５ｄのいずれにも配設されていてもよい。補強部１６は、筐体１２の外周面に限らず外周面と内周面との少なくとも一方に配設されていればよい。図６は、変形例の筐体１１２の断面図である。筐体１１２は、補強部１１６が内周面に配設されている。補強部１１６は、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々において、中心軸に垂直な断面で見たときに、内周面の４つの角部にそれぞれ配設されており、筐体１１２の壁部を部分的に厚くしている。補強部１１６の各々は上下の壁部と左右の壁部との接続部分を厚くしており、上下の壁部（ここでは第１〜第４壁部１５ａ〜１５ｄ）を厚くしているとみなすこともできるし、左右の壁部を厚くしているとみなすこともできる。この補強部１１６が存在することで、筐体１１２は、ガス流路１３（ここでは分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々）の中心軸に垂直な断面において、内周面が四角形の角部が補強された形状になっている。この変形例の筐体１１２は、内周面のうち応力が集中しやすい角部が補強部１１６によって補強されるため、筐体１１２の変形が抑制される。筐体が、図３の補強部１６と図６の補強部１１６とを共に備えていてもよい。
【００４９】  図６の補強部１１６は、図示するように、ガス流路１３に面する部分が曲面になっている。これにより、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの上下面から左右面への立ち上がり部分が滑らかになっている。補強部１１６がこのような形状をしている場合、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面における筐体１１２の内周面の四角形の角部分が丸くなるため、角部分に応力が集中するのを抑制できる。補強部１１６は、ガス流路１３に面する部分が平面であってもよい。すなわち、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面において、補強部１１６のうちガス流路１３に面する部分が直線状であってもよい。例えば図６に示す全ての補強部１１６がそのような形状をしている場合、図７に示すように、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面における筐体１１２の内周面は、結果的に多角形（ここでは八角形）と同視できる形状になる。この場合も、筐体１１２の内周面の四角形の角部分が補強されているため、筐体１１２の変形を抑制することはできる。
【００５０】  図６に示した補強部１１６を備えた微粒子検出素子１１は、例えば以下の手順で製造することができる。まず、上述した製造方法により補強部１１６が設けられていない筐体１１２を製造する。この筐体１１２は、焼成後の状態であり、捕集電極４２及び電界発生電極４４などの各電極は既に設けられているものとする。次に、筐体１１２を治具に固定し、ガス流路１３を前後方向に貫通するよう、ワイヤーを配置する。この場合のワイヤーは、ワイヤー放電加工機ないしワイヤーソーで通常用いられているワイヤーを選択すればよい。このワイヤーによって、ガス流路１３を広げるように第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈを左右方向に削れば、ワイヤーの径によって決まる曲率を持った補強部１１６を形成できる。その際、補強部１１６を形成する前の筐体１１２では、予め加工代分だけガス流路１３の流路幅を狭くしておけばよい。図７に示した補強部１１６を備える筐体１１２についても、ワイヤーの径やワイヤーでの削り方を適宜調整して補強部１１６が残るように筐体１２の内周面を削ることで、同様に製造できる。なお、このようにワイヤーでガス流路１３を広げるように筐体１２を削る場合は、捕集電極４２などのガス流路１３に露出した各電極の配線がガス流路１３の内周面に配設されないようにして、配線が削られることのないようにすることが好ましい。例えば電極の裏面に形成したスルーホール内に配線を配設して、配線がガス流路１３の内周面を経由せずに端子１９まで配設されるようにすればよい。
【００５１】  図６，７に示した補強部１１６を備えた微粒子検出素子１１は、上述した製造方法において第１層〜第１１層１４ａ〜１４ｋに対応するグリーンシートを積層する工程中にグリーンシートを金型でプレスする処理を追加することによっても製造できる。例として、図６の第９層１４ｉの直上の補強部１１６を形成する場合について説明する。まず、グリーンシートを積層する過程で、図６中の第９〜第１１層１４ｉ〜１４ｋに対応するグリーンシートが積層されたとする。この時点では、第１１層１４ｉに対応するグリーンシート上には、各電極２１ｂ，３４，４２ｃに対応するパターンは既に形成されて乾燥されている。次に、第８層１４ｈを構成する複数層のうち最下層に対応するグリーンシート（予め分岐流路１３ｄに対応する空間が打ち抜かれている）を、第１１層１４ｉに対応するグリーンシート上に積層する。その際、補強部１１６の形状を端面に設けた金型で第８層１４ｈの最下層に対応するグリーンシートの端部をプレスすれば、補強部１１６の形状を設けることができる。他の位置の補強部１１６についても、同様にグリーンシートの積層工程過程中に金型を用いて形成することができる。このように補強部１１６を設けながら第１層〜第１１層１４ａ〜１４ｋに対応するグリーンシートを全て積層した後に、得られた積層体を焼成すれば、補強部１１６を備えた筐体１１２が得られる。
【００５２】  図６，７のようにガス流路１３の内周面の角部に設ける補強部１１６は、図８に示すように階段状に形成してもよい。図８の補強部１１６の階段の上下方向（筐体１２の各層の積層方向）の段差の高さｔは、０．００５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下としてもよい。図８の補強部１１６の階段の左右方向の幅Ｗは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としてもよい。図８の形状の補強部１１６は、上述した金型を用いた方法で形成してもよいし、階段の１段毎に対応するグリーンシートを積層して形成してもよい。
【００５３】  上述した実施形態では、ガス流路１３は中心軸に垂直な断面が略四角形状をしていたが、これに限らず円形（真円）、楕円形、又は四角形以外の多角形状であってもよい。筐体１２の外形についても、同様にガス流路１３の中心軸に垂直な断面が四角形状以外であってもよい。
【００５４】  上述した実施形態では、図２，３に示すように、補強部１６のうち第４壁部１５ｄから突出する部分の端部（例えば図２の補強部１６の右下端部及び左下端部）は角部であったが、これに限られない。例えば図９に示す変形例の筐体２１２のように、補強部２１６のうち第４壁部１５ｄから突出する部分の端部の断面形状が曲線状であってもよい。
【００５５】  上述した実施形態では、筐体１２は２つの仕切り部として第２，第３壁部１５ｂ，１５ｃを備えていたが、仕切り部の数は１つ又は３つ以上などとしてもよい。筐体１２は仕切り部を備えなくてもよい。
【００５６】  上述した実施形態では、電界発生電極４４はガス流路１３に露出していたが、これに限らず筐体１２に埋設されていてもよい。また、第１電界発生電極４４ａに代えて、第１捕集電極４２ａを上下から挟むように配設された一対の電界発生電極を筐体１２に設け、この一対の電界発生電極間に印加した電圧により生じる電界で、帯電微粒子Ｐを第１捕集電極４２ａに向けて移動させてもよい。第２〜第４電界発生電極４４ｂ〜４４ｄについても同様である。
【００５７】  上述した実施形態では、捕集電極４２と電界発生電極４４とは１対１に対向していたが、これに限られない。例えば、捕集電極４２より電界発生電極４４の数が少なくてもよい。例えば、図２において第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃを省略して、第１電界発生電極４４ａが発生させる電界で第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃの各々に向けて帯電微粒子Ｐを移動させてもよい。また、第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃはいずれも帯電微粒子Ｐを下方向に移動させたが、これに限られない。例えば、図２における第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとを逆に配置してもよい。
【００５８】  上述した実施形態では、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃは１つの電流計５２に接続されていたが、これに限らず別々の電流計５２に接続してもよい。こうすれば、演算装置５４は第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃの各々に付着した微粒子１７の個数を別々に演算できる。この場合、例えば第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃの各々に印加する電圧を異ならせたり、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの流路厚（図２，３では上下方向の高さ）を異ならせたりすることで、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃの各々に異なる粒径の微粒子１７が捕集されるようにしてもよい。
【００５９】  上述した実施形態において、第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃには電圧Ｖ１を印加したが、電圧を印加しなくてもよい。電界発生電極４４による電界を発生させない場合でも、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの流路厚を微小な値（例えば０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満）としておくことで、ブラウン運動の激しい粒径の比較的小さな帯電微粒子Ｐを捕集電極４２に衝突させることができる。これにより、捕集電極４２が帯電微粒子Ｐを捕集できる。この場合、微粒子検出素子１１は電界発生電極４４を備えなくてもよい。
【００６０】  上述した実施形態において、第１，第２電荷発生装置２０ａ，２０ｂの一方を省略してもよい。また、誘導電極２４ａ，２４ｂは筐体１２に埋設されていたが、放電電極と誘導電極との間に誘電体層が存在していれば、誘導電極はガス流路１３に露出していてもよい。また、上述した実施形態では、放電電極２１ａ，２１ｂと誘導電極２４ａ，２４ｂとを備えた電荷発生装置２０を採用したが、これに限られない。例えば、針状電極と、その針状電極にガス流路１３を挟んで対向して配置された対向電極とを備えた電荷発生装置を採用してもよい。この場合、針状電極と対向電極との間に高電圧（例えば直流電圧又は高周波のパルス電圧等）が印加されると、両電極間の電位差により気中放電（ここではコロナ放電）が発生する。この気中放電中をガスが通過することにより、上述した実施形態と同様にガス中の微粒子１７は電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。例えば、第１，第４壁部１５ａ，１５ｄの一方に針状電極を配設し、他方に対向電極を配設してもよい。
【００６１】  上述した実施形態では、筐体１２内で電荷発生装置２０よりもガスの流れの下流側に捕集電極４２を設け、微粒子１７を含むガスを電荷発生素子２０の上流側から筐体１２内に導入したが、特にこの構成に限定されない。また、上述した実施形態では、捕集電極４２の捕集対象は帯電微粒子Ｐとしたが、捕集対象は微粒子１７に付加されなかった電荷１８であってもよい。例えば、図１０に示す変形例の微粒子検出素子７１１及びこれを備えた微粒子検出器７１０の構成を採用してもよい。微粒子検出素子７１１は、余剰電荷除去装置３０を備えず、電荷発生装置２０，捕集装置４０，及びガス流路１３に代えて電荷発生装置７２０，捕集装置７４０，及びガス流路７１３を備えている。また、微粒子検出素子７１１の筐体１２は、仕切り部を備えていない。電荷発生装置７２０は、放電電極７２１と放電電極７２１に対向して配置された対向電極７２２とを有している。放電電極７２１と対向電極７２２との間には放電用電源２９から高電圧が印加される。また、微粒子検出器７１０は、放電用電源２９が電圧を印加する際の電流を測定する電流計２８を備えている。捕集装置７４０は、筐体１２のガス流路７１３の内周面のうち対向電極７２２と同じ側（ここでは上側）に配設された捕集電極７４２と、筐体１２に埋設され且つ捕集電極７４２の下方に配設された電界発生電極７４４と、を備えている。捕集電極７４２には検出装置５０が接続され、電界発生電極７４４には捕集用電源４９が接続されている。対向電極７２２と捕集電極７４２とは同電位であってもよい。ガス流路７１３は、空気導入口７１３ｅと、ガス導入口７１３ａと、混合領域７１３ｆと、ガス排出口７１３ｇと、を有している。空気導入口７１３ｅは、電荷発生装置２０を経由するように微粒子１７を含まないガス（ここでは空気）を筐体１２内に導入する。ガス導入口７１３ａは、電荷発生装置２０を経由せずに微粒子１７を含むガスを筐体１２内に導入する。混合領域７１３ｆは電荷発生装置７２０の下流且つ捕集装置７４０の上流に設けられ、この混合領域７１３ｆで空気導入口７１３ｅからの空気とガス導入口７１３ａからのガスとが混合される。ガス排出口７１３ｇは、混合領域７１３ｆ及び捕集装置７４０を通過した後のガスを筐体１２外に排出する。また、この微粒子検出器７１０では、捕集電極７４２のサイズや捕集電極７４２上の電界の強さ（すなわち電圧Ｖ１の大きさ）は、帯電微粒子Ｐが捕集電極７４２に捕集されることなくガス排出口７１３ｇから排出されるように、また、微粒子１７に付加されなかった電荷１８が捕集電極７４２に捕集されるように、設定されている。
【００６２】  こうして構成された図１０の微粒子検出器７１０では、放電用電源２９が放電電極７２１側を高電位として放電電極７２１と対向電極７２２との間に電圧を印加すると、放電電極７２１の近傍で気中放電が生じる。これにより、放電電極７２１と対向電極７２２との間の空気中で電荷１８が発生し、発生した電荷１８が混合領域７１３ｆでガス中の微粒子１７に付加される。そのため、微粒子１７を含むガスが電荷発生装置７２０を通過しなくとも、電荷発生装置７２０は電荷発生装置２０と同様に微粒子１７を帯電微粒子Ｐにすることができる。また、上述した実施形態と同様に筐体１２が外周面に補強部１６を有しているため、筐体１２の剛性が大きくなり筐体１２の変形が抑制されて、電荷発生装置７２０で発生する電荷１８の数や電荷１８の空間分布などの変化を抑制できる。
【００６３】  また、図１０の微粒子検出器７１０では、捕集用電源４９が印加する電圧Ｖ１によって電界発生電極７４４から捕集電極７４２に向かう電界が発生し、これにより捕集電極７４２は捕集対象（ここでは微粒子１７に付加されなかった電荷１８）を捕集する。一方、帯電微粒子Ｐは、捕集電極７４２に捕集されずにガス排出口７１３ｇから排出される。そして、演算装置５４は、捕集電極７４２に捕集された電荷１８に基づく電流値を電流計５２から入力し、入力した電流値に基づいてガス中の微粒子１７の数を検出する。例えば、演算装置５４は、電流計２８で測定された電流値と電流計５２で測定された電流値との電流差を導出し、導出した電流差の値を素電荷で除算して、捕集電極７４２に捕集されずにガス流路１３を通過した電荷１８の数（通過電荷数）を求める。そして、演算装置５４は、通過電荷数を１つの微粒子１７に付加する電荷１８の数の平均値（平均帯電数）で除算することで、ガス中の微粒子１７の個数Ｎｔを求める。このように、捕集電極７４２の捕集対象が帯電微粒子Ｐではなく微粒子１７に付加されなかった電荷１８である場合でも、捕集電極７４２に捕集された捕集対象の数はガス中の微粒子１７の数と相関があるから、微粒子検出素子７１１を用いてガス中の微粒子１７の数を検出できる。
【００６４】  図１０の微粒子検出素子７１１において、微粒子１７に付加されない電荷１８のうち捕集電極７４２に捕集されない電荷１８の割合を考慮して予め電荷１８の捕集率が定められていてもよい。この場合、演算装置５４は、電流計５２で測定された電流値を捕集率で除した値を、電流計２８で測定された電流値から引くことで、電流差を導出してもよい。また、微粒子検出器７１０は電流計２８を備えなくてもよい。この場合、例えば単位時間当たりに所定量の電荷１８が発生するように演算装置５４が放電用電源２９からの印加電圧を調整するようにしておき、演算装置５４は所定の電流値（電荷発生装置７２０が発生させる所定量の電荷１８の数に対応する電流値）と電流計５２で測定された電流値との電流差を導出すればよい。
【００６５】  上述した実施形態では、検出装置５０はガス中の微粒子１７の数を検出したが、これに限らずガス中の微粒子１７を検出すればよい。例えば、検出装置５０は、ガス中の微粒子１７の数に限らず、ガス中の微粒子１７の量を検出してもよい。微粒子１７の量としては、微粒子１７の数の他に、微粒子１７の質量又は表面積が挙げられる。検出装置５０がガス中の微粒子１７の質量を検出する場合、例えば演算装置５４が微粒子１７の個数Ｎｔにさらに１つの微粒子１７あたりの質量（例えば質量の平均値）を乗じてガス中の微粒子１７の質量を求めてもよい。あるいは、蓄積電荷量と捕集された帯電微粒子Ｐの合計質量との関係をマップとして予め演算装置５４が記憶しており、演算装置５４がこのマップを用いて蓄積電荷量からガス中の微粒子１７の質量を直接導出してもよい。演算装置５４がガス中の微粒子１７の表面積を求める場合についても、ガス中の微粒子１７の質量を求める場合と同様の方法を用いることができる。また、捕集電極４２の捕集対象が微粒子１７に付加されなかった電荷１８である場合も、検出装置５０は同様にして微粒子１７の質量又は表面積を検出できる。
【００６６】  上述した実施形態では、正に帯電した帯電微粒子Ｐの個数を測定する場合について説明したが、負に帯電した帯電微粒子Ｐであっても同様にして微粒子１７の個数を測定することができる。
【００６７】  本出願は、２０１７年９月６日に出願された日本国特許出願第２０１７−１７１１２２号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】  本発明は、ガス（例えば自動車の排ガス）に含まれる微粒子を検出する微粒子検出器に利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】１０  微粒子検出器、１１  微粒子検出素子、１２  筐体、１３  ガス流路、１３ａ  ガス導入口、１３ｂ〜１３ｄ  分岐流路、１４ａ〜１４ｋ  第１〜第１１層、１５ａ〜１５ｄ  第１〜第４壁部、１６  補強部、１７  微粒子、１８  電荷、１９  端子、２０  電荷発生装置、２０ａ，２０ｂ  第１，第２電荷発生装置、２１ａ，２１ｂ  放電電極、２２  突起、２４ａ，２４ｂ  誘導電極、２８  電流計、２９  放電用電源、３０  余剰電荷除去装置、３２  印加電極、３４  除去電極、３９  除去用電源、４０  捕集装置、４２  捕集電極、４２ａ〜４２ｃ  第１〜第３捕集電極、４４  電界発生電極、４４ａ〜４４ｃ  第１〜第３電界発生電極、４９  捕集用電源、５０  検出装置、５２  電流計、５４  演算装置、６０  ヒータ装置、６２  ヒータ電極、６９  ヒータ用電源、１１２，２１２  筐体、１１６，２１６  補強部、７１０  微粒子検出器、７１１  微粒子検出素子、７１３  ガス流路、７１３ａ  ガス導入口、７１３ｅ  空気導入口、７１３ｆ  混合領域、７１３ｇ  ガス排出口、７２０  電荷発生装置、７２１  放電電極、７２２  対向電極、７４０  捕集装置、７４２  捕集電極、７４４  電界発生電極、Ｐ  帯電微粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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