(57)【要約】  ガス流センサは、通気路を有する筐体と、通気路内で気中放電により電荷を発生する電荷発生部と、通気路内に発生した電荷を捕集する電荷捕集電極と、電荷捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいてガス流に関する情報を求める第１制御部と、を備えている。
2019031092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気路を有する筐体と、
前記通気路内で気中放電により電荷を発生する電荷発生部と、
前記通気路内に発生した前記電荷を捕集する電荷捕集電極と、
前記電荷捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいてガス流に関する情報を求める第１制御部と、
を備えたガス流センサ。
【請求項２】
前記情報は、前記通気路を流れるガスの流量、前記ガスの流速、前記ガスが脈動したときの周波数、前記ガスの脈動の有無及び前記通気路の詰まりの有無の少なくとも１つである、
請求項１に記載のガス流センサ。
【請求項３】
前記電荷捕集電極は、電界を利用して前記電荷を捕集する
請求項１又は２に記載のガス流センサ。
【請求項４】
前記電荷発生部は、放電電極と誘導電極とを含み、
前記放電電極は、前記通気路の内面に沿って設けられ、
前記誘導電極は、前記筐体に埋設されているか前記通気路の内面に沿って設けられている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス流センサ。
【請求項５】
前記電荷捕集電極は、前記電荷発生部と前記通気路の一方の開口との間と、前記電荷発生部と前記通気路の他方の開口との間の両方に設けられている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス流センサ。
【請求項６】
ガスに含まれる微粒子の数を検出する微粒子数検出器であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス流センサと、
前記通気路内に流入した前記ガスに含まれる微粒子に前記電荷が付加された帯電微粒子を捕集する帯電微粒子捕集電極と、
前記帯電微粒子捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいて前記微粒子の数を求める第２制御部と、
を備え、
前記電荷発生部、前記電荷捕集電極及び前記帯電微粒子捕集電極がこの順に並ぶように設けられ、
前記第１制御部は、少なくとも前記ガスの流量を求め、
前記第２制御部は、前記帯電微粒子捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量と前記第１制御部によって求められた前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
微粒子数検出器。
【請求項７】
ガスに含まれる微粒子の数を検出する微粒子数検出器であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス流センサと、
前記電荷捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいて前記微粒子の数を求める第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、少なくとも前記ガスの流量を求め、
前記電荷捕集電極は、前記通気路内に流入した前記ガスに含まれる微粒子に前記電荷が付加された帯電微粒子を捕集せず、前記微粒子に付加しなかった余剰電荷を捕集し、
前記第２制御部は、前記電荷捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量と前記第１制御部によって求められた前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
微粒子数検出器。
【請求項８】
前記第１制御部は、前記ガスの脈動の有無を検出し、
前記第２制御部は、前記第１制御部によって前記ガスの脈動が検出された場合には前記微粒子の数を求める作業を中断する、
請求項６又は７に記載の微粒子数検出器。
【請求項９】
前記第１制御部は、前記通気路の詰まりの有無を検出し、
前記第２制御部は、前記第１制御部によって前記通気路の詰まりが検出された場合には前記微粒子の数を求める作業を中断する、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流センサ及び微粒子数検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス流センサとしては、例えばガス流量センサなどが知られている。ガス流量センサは、種々の原理を利用したものが知られているが、そのうちの一つに差圧式センサがある。差圧式センサでは、オリフィスの前後の差圧を測定し、その差圧に基づいて流量を求める。例えば、特許文献１では、こうした差圧式センサにおいて、オリフィスの通過面積を増減させることにより、エンジンのガス流量の少ない運転域から多い運転域にわたってガス流量を高応答高精度に測定している。ガス流量センサには、差圧式センサ以外にも多くの種類がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガス流センサとして、これまでに知られていない計測原理を用いるセンサが開発されれば、そのセンサの長所を生かして種々の分野で利用されることが期待される。【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、これまでに知られていない計測原理を用いるガス流センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス流センサは、
通気路を有する筐体と、
前記通気路内で気中放電により電荷を発生する電荷発生部と、
前記通気路内に発生した前記電荷を捕集する電荷捕集電極と、
前記電荷捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいてガス流に関する情報を求める第１制御部と、
を備えたものである。【０００７】
このガス流センサでは、電荷発生部の気中放電によって発生した電荷を電荷捕集電極で捕集し、その捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいてガス流に関する情報を求める。これは、これまでに知られていない計測原理を用いたものである。このように、本発明のガス流センサはこれまでに知られていない計測原理を用いるため、その長所を生かして種々の分野で利用されることが期待される。【０００８】
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。「物理量」とは、電荷量に応じて変化する情報であればよく、例えば電流などが挙げられる。【０００９】
本発明のガス流センサにおいて、前記情報は、前記通気路を流れるガスの流量、前記ガスの流速、前記ガスが脈動したときの周波数、前記ガスの脈動の有無及び前記通気路の詰まりの有無の少なくとも１つであってもよい。例えば、電荷捕集電極に流れる電流（単位時間当たりの電荷量）に着目すると、その電流は通気路を通過するガスの流量と相関関係がある。そのため、その電流に基づいてガスの流量を求めることができる。また、開口の面積がわかれば流量からガスの流速を求めることができる。ガスの流量が断続的に変化した場合には、ガスの脈動が発生したとみなすことができるし、ガスの流量が断続的に変化するときの周期からガスが脈動したときの周波数を求めることができる。更に、ガスの流量がゼロになった状態が所定時間継続した場合には、通気路の詰まりが発生したとみなすことができる。【００１０】
本発明のガス流センサにおいて、前記電荷捕集電極は、電界を利用して前記電荷を捕集してもよい。こうすれば、電荷捕集電極に電荷を効率よく捕集することができる。【００１１】
本発明のガス流センサにおいて、前記電荷発生部は、放電電極と誘導電極とを含み、前記放電電極は、前記通気路の内面に沿って設けられ、前記誘導電極は、前記筐体に埋設されているか前記通気路の内面に沿って設けられていてもよい。こうすれば、通気路を通過するガスの流れは電荷発生部によって妨げられにくいため、ガス流に関する情報をより正確に求めることができる。なお、放電電極や誘導電極は、通気路の内面に無機材料で接合されていてもよいし、通気路の内面に焼結により接合されていてもよい。【００１２】
本発明のガス流センサにおいて、前記電荷捕集電極は、前記電荷発生部と前記通気路の一方の開口との間と、前記電荷発生部と前記通気路の他方の開口との間の両方に設けられていてもよい。こうすれば、ガスが通気路の一方の開口から他方の開口に流れる場合であっても、逆に他方の開口から一方の開口に流れる場合であっても、ガス流に関する情報を求めることができる。また、ガスの脈動が発生したことやその脈動の周波数をより正確に求めることもできる。【００１３】
本発明の微粒子数検出器は、
ガスに含まれる微粒子の数を検出する微粒子数検出器であって、
上述したいずれかのガス流センサと、
前記通気路内に流入した前記ガスに含まれる微粒子に前記電荷が付加された帯電微粒子を捕集する帯電微粒子捕集電極と、
前記帯電微粒子捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいて前記微粒子の数を求める第２制御部と、
を備え、
前記電荷発生部、前記電荷捕集電極及び前記帯電微粒子捕集電極がこの順に並ぶように設けられ、
前記第１制御部は、前記ガス流に関する情報として少なくとも前記ガスの流量を求め、
前記第２制御部は、前記帯電微粒子捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量と前記第１制御部によって求められた前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
ものである。【００１４】
この微粒子数検出器では、ガスに含まれる微粒子に通気路内で発生した電荷が付加された帯電微粒子を帯電微粒子捕集電極で捕集し、その捕集された電荷量に応じて変化する物理量とガスの流量とに基づいてガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求める。こうすることにより、ガスの流量を考慮した微粒子数を求めることができる。また、ガスの流量も微粒子の数も、電荷発生部の気中放電により発生した電荷を利用して求めるため、装置構成がコンパクトになる。【００１５】
あるいは、本発明の微粒子数検出器は、
ガスに含まれる微粒子の数を検出する微粒子数検出器であって、
上述したいずれかのガス流センサと、
前記電荷捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量に基づいて前記微粒子の数を求める第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、少なくとも前記ガスの流量を求め、
前記電荷捕集電極は、前記通気路内に流入した前記ガスに含まれる微粒子に前記電荷が付加された帯電微粒子を捕集せず、前記微粒子に付加しなかった余剰電荷を捕集し、
前記第２制御部は、前記電荷捕集電極に捕集された電荷量に応じて変化する物理量と前記第１制御部によって求められた前記ガスの流量とに基づいて前記ガス中の単位体積当たりの前記微粒子の数を求める、
ものである。【００１６】
この微粒子数検出器では、通気路内で発生した電荷のうちガスに含まれる微粒子に付加しなかった電荷（余剰電荷）を電荷捕集電極で捕集し、その捕集された電荷量に応じて変化する物理量とガスの流量とに基づいてガス中の単位体積当たりの微粒子の数を求める。こうすることにより、ガスの流量を考慮した微粒子数を求めることができる。また、ガスの流量も微粒子の数も、電荷発生部の気中放電により発生した電荷を利用して求めるため、装置構成がコンパクトになる。【００１７】
本発明の微粒子数検出器において、前記第１制御部は、前記ガスの脈動の有無を検出し、前記第２制御部は、前記第１制御部によって前記ガスの脈動が検出された場合には前記微粒子の数を求める作業を中断してもよい。ガスの脈動が発生した場合には、微粒子の数を正確に求めることが困難であるため、微粒子の数を求める作業を中断する。【００１８】
本発明の微粒子数検出器において、前記第１制御部は、前記通気路の詰まりの有無を検出し、前記第２制御部は、前記第１制御部によって前記通気路の詰まりが検出された場合には前記微粒子の数を求める作業を中断してもよい。通気路に詰まりが発生した場合には、微粒子の数を正確に求めることが困難であるため、微粒子の数を求める作業を中断する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ガス流センサ１０の概略構成を表す断面図。
【図２】電荷発生部２０の斜視図。
【図３】電荷捕集電極３０を流れる電流とガスの流量との関係を示すグラフ。
【図４】電荷捕集電極１３０を追加したガス流センサ１０の概略構成を表す断面図。
【図５】電荷捕集電極１３０を追加したガス流センサ１０の概略構成を表す断面図。
【図６】一対の電界発生電極３４，３６を採用したガス流センサ１０の概略構成を表す断面図。
【図７】微粒子数検出器５０の概略構成を表す断面図。
【図８】帯電微粒子捕集電極２６０及び電荷捕集電極２３０を追加した微粒子数検出器５０の概略構成を表す断面図。
【図９】帯電微粒子捕集電極２６０及び電荷捕集電極２３０を追加した微粒子数検出器５０の概略構成を表す断面図。
【図１０】各捕集電極３０，６０上に電界を発生させる別の構成を示す部分断面図。
【図１１】ガス流センサ１０を微粒子数検出器として用いたときの概略構成を表す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
図１はガス流センサ１０の概略構成を表す断面図、図２は電荷発生部２０の斜視図、図３は電荷捕集電極３０を流れる電流とガスの流量との関係を示すグラフである。
【００２１】
ガス流センサ１０は、ガス流に関する情報を検出するものである。このガス流センサ１０は、筐体１２と、電荷発生部２０と、電荷捕集電極３０と、制御部４０とを備えている。
【００２２】
筐体１２は、絶縁材料からなり、通気路１３を有している。通気路１３は、一方の開口１３ａから他方の開口１３ｂまで筐体１２を貫通している。絶縁材料としては、例えばセラミック材料が挙げられる。セラミック材料の種類は、特に限定するものではないが、例えばアルミナや窒化アルミニウム、炭化珪素、ムライト、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、マグネシア、ガラス、またはこれらの混合物などが挙げられる。通気路１３内には、ガスの流れの上流側から下流側に向かって（ここでは開口１３ａから開口１３ｂに向かって）、電荷発生部２０及び電荷捕集電極３０がこの順に並ぶように設けられている。
【００２３】
電荷発生部２０は、通気路１３内に電荷を発生するように設けられている。電荷発生部２０は、放電電極２２と２つの誘導電極２４，２４とを有している。放電電極２２は、通気路１３の内面に沿って設けられ、図２に示すように、矩形の周囲に複数の微細突起２２ａを有している。２つの誘導電極２４，２４は、矩形電極であり、通気路１３の壁（筐体１２）に間隔をあけて放電電極２２と平行となるように埋設されている。電荷発生部２０では、放電電極２２と２つの誘導電極２４，２４との間に放電用電源２６の高周波高電圧（例えばパルス電圧等）が印加されることで、両電極間の電位差による気中放電が発生する。このとき、筐体１２のうち放電電極２２と誘導電極２４，２４との間の部分が誘電体層の役割を果たす。この気中放電によって、放電電極２２の周囲に存在するガスがイオン化されて正又は負の電荷１８が発生する。放電電極２２に用いられる材料としては、放電時の耐熱性の点から融点が１５００℃以上の金属が好ましい。こうした金属としては、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、イリジウム、パラジウム、白金、金またはそれらの合金を挙げることができる。中でも、耐腐食性の点から、イオン化傾向が小さい白金と金が好ましい。放電電極２２は、ガラスペーストを介して通気路１３の内面に接合してもよいし、通気路１３の内面にスクリーン印刷した金属ペーストを焼成して燒結金属として形成してもよい。誘導電極２４，２４も、放電電極２２と同様の材料を用いることができる。
【００２４】
電荷捕集電極３０は、電荷発生部２０で発生した電荷１８を捕集する電極であり、通気路１３の内面に沿って設けられている。通気路１３のうち、電荷捕集電極３０と対向する位置には電荷捕集用の電界発生電極３２が設けられている。この電界発生電極３２も、通気路１３の内面に沿って設けられている。電界発生電極３２と電荷捕集電極３０との間に図示しない電界発生用電源の電圧が印加されると、電界発生電極３２と電荷捕集電極３０との間（電荷捕集電極３０上）に電界が発生する。電荷発生部２０の気中放電によって発生した電荷１８は、この電界によって電荷捕集電極３０に引き寄せられて捕集される。
【００２５】
制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなる周知のマイクロコンピュータによって構成され、放電用電源２６の電圧を調整すると共に、電荷捕集電極３０を流れる電流を測定する電流計３８から電流を入力する。制御部４０は、電流計３８から入力した電流に基づいて通気路１３を通過するガスの流量を求め、ディスプレイ４２に表示する。なお、制御部４０が本発明の第１制御部に相当する。
【００２６】
次に、ガス流センサ１０の製造例について説明する。ガス流センサ１０のうち、各種電極２２，２４，３０，３２を備えた筐体１２は、複数枚のセラミックグリーンシートを用いて作製することができる。具体的には、複数枚のセラミックグリーンシートの各々について、必要に応じて切欠や貫通孔や溝を設けたり電極や配線パターンをスクリーン印刷したりした後、それらを積層して焼成する。なお、切欠や貫通孔や溝については、焼成時に焼失するような材料（例えば有機材料）で充填しておいてもよい。こうして、各種電極２２，２４，３０，３２を備えた筐体１２を得る。続いて、放電用電源２６を放電電極２２と誘導電極２４，２４に接続し、電流計３８を電荷捕集電極３０に接続する。また、制御部４０を放電用電源２６、電流計３８及びディスプレイ４２に接続する。こうすることにより、ガス流センサ１０を作製することができる。
【００２７】
次に、ガス流センサ１０の使用例について説明する。制御部４０は、単位時間当たりに所定量の電荷１８が発生するように放電電極２２と誘導電極２４，２４との間に印加される電圧を調整する。発生した電荷１８は、ガスの流れに沿って移動し、電荷捕集電極３０で捕集される。このとき、電荷発生部２０で発生した電荷１８は、ガスの流量が大きいほど電荷捕集電極３０に迅速に到達する。そのため、電荷捕集電極３０に流れる電流が大きいほどガスの流量は大きくなる。電荷捕集電極３０に流れる電流とガスの流量との関係を表すグラフの一例を図３に示す。制御部４０は、こうしたグラフをマップ又は数式（検量線）としてＲＯＭに記憶しており、電流計３８から入力した電流に対応するガスの流量をマップ又は数式を用いて求め、ディスプレイ４２に表示する。
【００２８】
以上説明したガス流センサ１０では、電荷発生部２０の気中放電によって発生した電荷１８を電荷捕集電極３０で捕集し、その捕集された電荷量に応じて変化する電流に基づいてガスの流量（ガス流に関する情報）を求める。これは、これまでに知られていない計測原理を用いたものである。このように、ガス流センサ１０はこれまでに知られていない計測原理を用いるため、その長所を生かして種々の分野で利用されることが期待される。
【００２９】
また、電荷捕集電極３０は、電界を利用して電荷１８を捕集するため、電荷１８を効率よく捕集することができる。
【００３０】
更に、放電電極２２は、通気路１３の内面に沿って設けられ、誘導電極２４，２４は、通気路１３の壁（筐体１２）に埋設されている。そのため、通気路１３を通過するガスの流れが電荷発生部２０によって妨げられにくい。したがって、ガスの流量をより正確に求めることができる。
【００３１】
なお、本発明は上述した第１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。
【００３２】
例えば、上述した第１実施形態では、制御部４０は電荷捕集電極３０を流れる電流に基づいてガスの流量を求める場合を例示したが、ガスの流量に代えて又は加えて、ガスの脈動の有無を判断したり、ガスが脈動したときの周波数を求めたり、通気路１３の詰まりの有無を判断したりしてもよい。ガスの脈動が発生すると、電荷捕集電極３０に流れる電流は周期的に寸断される。そのため、制御部４０は、電荷捕集電極３０に流れる電流が周期的に寸断された場合に、ガスの脈動が発生したとみなすことができる。また、そのときの周期から脈動の周波数を求めることができる。また、通気路１３に詰まりが発生すると、電荷捕集電極３０に流れる電流が実質ゼロの状態が継続する。そのため、制御部４０は、電荷捕集電極３０に流れる電流が所定時間以上実質ゼロになった場合に、通気路の詰まりが発生したとみなすことができる。
【００３３】
上述した第１実施形態では、電荷捕集電極３０を電荷発生部２０と通気路１３の開口１３ｂとの間に配置したが、図４に示すように、更に、電荷発生部２０と通気路１３の開口１３ａとの間に電荷捕集電極１３０を配置してもよい。電荷捕集電極１３０には、電荷捕集用の電界発生電極１３２が対向して設けられている。そのため、電荷捕集電極１３０は、電荷捕集電極３０と同様、電界を利用して電荷１８を捕集する。また、電荷捕集電極１３０には、電流計１３８が接続されている。この電流計１３８によって検出された電流は制御部４０に出力される。こうすれば、ガスが通気路１３の一方の開口１３ａから他方の開口１３ｂに流れる場合であっても（図４参照）、それとは逆方向に流れる場合であっても（図５参照）、ガスの流量を求めることができる。また、ガスの脈動が発生したことやその脈動の周波数をより正確に検出することもできる。
【００３４】
上述した第１実施形態では、電荷発生部２０として、通気路１３の内面に沿って設けられた放電電極２２と筐体１２に埋設された２つの誘導電極２４，２４とにより構成したが、気中放電により電荷を発生するものであれば特にどのような構成でも構わない。例えば、誘導電極２４，２４を通気路１３の内壁に埋設する代わりに、通気路１３の内面に沿って設けてもよい。その場合、誘導電極２４は、ガラスペーストを介して通気路１３の内面に接合してもよいし、通気路１３の内面にスクリーン印刷した金属ペーストを焼成して燒結金属として形成してもよい。あるいは、国際公開第２０１５／１４６４５６号パンフレットに記載されているように、電荷発生部を針状電極と対向電極とで構成してもよい。
【００３５】
上述した第１実施形態において、通気路１３のうち電荷捕集電極３０と電界発生電極３２との間隔（流路厚）を微小な値（例えば０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満）に設定してもよい。こうすれば、電荷発生部２０で発生した電荷１８は電荷捕集電極３０と電界発生電極３２との間をブラウン運動しながら通過するため、より電荷捕集電極３０に捕集されやすくなる。この場合、電界を発生させなくても（つまり電荷捕集電極３０と電界発生電極３２との間に電圧を印加しなくても）、電荷捕集電極３０が電荷１８を捕集することができる。電界を発生させない場合には電界発生電極３２を省略してもよい。但し、電荷１８をより確実に捕集するには電界を発生させた方が好ましい。
【００３６】
上述した第１実施形態では、電荷発生部２０を通気路１３の下側に設けたが、通気路１３の上側に設けてもよいし、通気路１３の上下両側のそれぞれに設けてもよい。
【００３７】
上述した第１実施形態では、電界発生電極３２を通気路１３の内面に沿って設けたが、通気路１３の壁（筐体１２）に埋設してもよい。また、図６に示すように、電界発生電極３２の代わりに、電荷捕集電極３０を挟むように一対の電界発生電極３４，３６を通気路１３の壁に埋設してもよい。なお、図６では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。この場合、一対の電界発生電極３４，３６に電圧を印加して電荷捕集電極３０上に電界を発生させると、電荷捕集電極３０に電荷１８が捕集される。
【００３８】
［第２実施形態］
図７は微粒子数検出器５０の概略構成を表す断面図である。
【００３９】
微粒子数検出器５０は、図７に示すように、内燃機関などの排ガスに含まれる微粒子１６の数を検出するものであり、ガス流センサ１０と、帯電微粒子捕集電極６０とを備えている。筐体１２に設けられた通気路１３には、ガスの流れの上流側から下流側に向かって、電荷発生部２０、電荷捕集電極３０及び帯電微粒子捕集電極６０がこの順に並ぶように設けられている。ガス流センサ１０は、第１実施形態で説明した通りであるため、ここではその説明を省略する。なお、図７のうちガス流センサ１０の構成要素については、第１実施形態と同様の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
帯電微粒子捕集電極６０は、通気路１３の内面に沿って設けられている。排ガスに含まれる微粒子１６は、開口１３ａから通気路１３内に入り、電荷発生部２０を通過する際に電荷発生部２０の気中放電によって発生した電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。帯電微粒子捕集電極６０は、この帯電微粒子Ｐを捕集する。通気路１３のうち帯電微粒子捕集電極６０と対向する位置には、帯電微粒子捕集用の電界発生電極６２が設けられている。この電界発生電極６２も、通気路１３の内面に沿って設けられている。電界発生電極６２と帯電微粒子捕集電極６０との間に図示しない電界発生用電源の電圧が印加されると、電界発生電極６２と帯電微粒子捕集電極６０との間（帯電微粒子捕集電極６０上）に電界が発生する。帯電微粒子Ｐは、この電界によって帯電微粒子捕集電極６０に引き寄せられて捕集される。各捕集電極３０，６０のサイズや各捕集電極３０，６０上の電界の強さは、帯電微粒子Ｐが電荷捕集電極３０に捕集されることなく帯電微粒子捕集電極６０に捕集されるように、また、微粒子１６に付着しなかった電荷１８が電荷捕集電極３０に捕集されるように、設定されている。そのため、電荷捕集電極３０は、微粒子１６に付加されなかった余剰の電荷１８を除去する役割を果たす。
【００４１】
帯電微粒子捕集電極６０には、電流計６８が接続されている。この電流計６８は、帯電微粒子捕集電極６０を流れる電流を検出して制御部４０に出力する。なお、制御部４０は本発明の第１及び第２制御部に相当する。
【００４２】
次に、微粒子数検出器５０の製造例について説明する。微粒子数検出器５０のうち、各種電極２２，２４，３０，３２，６０，６２を備えた筐体１２は、複数枚のセラミックグリーンシートを用いて作製することができる。具体的には、複数枚のセラミックグリーンシートの各々について、必要に応じて切欠や貫通孔や溝を設けたり電極や配線パターンをスクリーン印刷したりした後、それらを積層して焼成する。なお、切欠や貫通孔や溝については、焼成時に焼失するような材料（例えば有機材料）で充填しておいてもよい。こうして、各種電極２２，２４，３０，３２，６０，６２を備えた筐体１２を得る。続いて、放電用電源２６を放電電極２２と誘導電極２４，２４に接続し、電流計３８を電荷捕集電極３０に接続し、電流計６８を帯電微粒子捕集電極６０に接続する。また、制御部４０を放電用電源２６、電流計３８，６８及びディスプレイ４２に接続する。こうすることにより、微粒子数検出器５０を作製することができる。
【００４３】
次に、微粒子数検出器５０の使用例について説明する。制御部４０は、単位時間当たりに所定量の電荷１８が発生するように放電電極２２と誘導電極２４との間に印加される電圧を調整する。発生した電荷１８のうち微粒子１６に付着しなかったものは、排ガスの流れに沿って移動し、電荷捕集電極３０で捕集される。制御部４０は、第１実施形態で説明したように、電荷捕集電極３０に接続された電流計３８から入力した電流に基づいて排ガスの流量を求める。ここで、電荷発生部２０で発生する電荷１８の数は、微粒子１６の数に比べてはるかに多い。そのため、電流計３８の電流に基づいて排ガスの流量を求めたとしても誤差は小さい。一方、制御部４０は、帯電微粒子捕集電極６０に接続された電流計６８から入力した検出電流と排ガスの流量とに基づいて排ガス中の単位体積当たりの微粒子数を求め、その数をディスプレイ４２に表示する。排ガス中の単位体積当たりの微粒子数（単位：個／ｃｃ）は、下記式（１）により算出される。式（１）中、検出電流（単位：Ａ（＝Ｃ／ｓ））は、電流計６８から入力した電流である。平均帯電数（単位：個）は、１つの微粒子１６に付着する電荷１８の平均値であり、予め微小電流計と粒子数カウンタの測定値から算出可能な値である。素電荷量（単位：Ｃ）は、電荷素量とも呼ばれる定数である。流量は、ガス流センサ１０によって検出される排ガスの流量（単位：ｃｃ／ｓ）である。
微粒子数＝（検出電流）／｛（平均帯電数）×（素電荷量）×（流量）｝…（１）
【００４４】
また、制御部４０は、電荷捕集電極３０に流れる電流が周期的に寸断された場合には排ガスの脈動が発生したと判断し、上述した微粒子数を求める作業を中断する。排ガスの脈動が発生したときには、微粒子数を正確に求めることが困難だからである。この場合、制御部４０はディスプレイ４２に脈動が発生したことを表示する。
【００４５】
更に、制御部４０は、電荷捕集電極３０に流れる電流がゼロの状態が所定時間以上続いた場合には通気路１３に詰まりが発生したと判断し、上述した微粒子数を求める作業を中断する。通気路１３に詰まりが発生したときには、微粒子数を正確に求めることが困難だからである。この場合、制御部４０はディスプレイ４２に通気路１３に詰まりが発生したことを表示する。
【００４６】
以上説明した微粒子数検出器５０によれば、排ガスの流量を考慮した微粒子数を求めることができる。また、排ガスの流量も微粒子数も、電荷発生部２０の気中放電によって発生した電荷１８を利用して求めるため、装置構成がコンパクトになる。
【００４７】
また、排ガスの脈動や詰まりが発生したときには微粒子数を正確に求めることが困難であるため、微粒子数を求める作業を中断する。このため、オペレータは不正確な微粒子数に煩わされることがない。
【００４８】
更に、微粒子数検出器５０では第１実施形態のガス流センサ１０を利用しているため、第１実施形態と同様の効果も得られる。
【００４９】
なお、本発明は上述した第２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。
【００５０】
例えば、上述した第２実施形態では、通気路１３の一方の開口１３ａから他方の開口１３ｂに向かって電荷発生部２０、電荷捕集電極３０及び帯電微粒子捕集電極６０がこの順に並ぶように配置したが、図８に示すように、開口１３ａから開口１３ｂに向かって帯電微粒子捕集電極２６０、電荷捕集電極２３０、電荷発生部２０、電荷捕集電極３０及び帯電微粒子捕集電極６０がこの順に並ぶように配置してもよい。電荷捕集電極２３０には、電荷捕集用の電界発生電極２３２が対向して設けられ、帯電微粒子捕集電極２６０には、帯電微粒子捕集用の電界発生電極２６２が対向して設けられている。そのため、電荷捕集電極２３０や帯電微粒子捕集電極２６０も、電界を利用して電荷１８や帯電微粒子Ｐを捕集する。また、電荷捕集電極２３０には、電流計２３８が接続され、帯電微粒子捕集電極２６０には、電流計２６８が接続されている。電流計２３８，２６８によって検出された電流も制御部４０に出力される。こうすれば、排ガスが通気路１３の一方の開口１３ａから他方の開口１３ｂに流れる場合であっても（図８参照）、それとは逆方向に流れる場合であっても（図９参照）、排ガス中の単位体積当たりの微粒子１６の数を求めることができる。
【００５１】
上述した第２実施形態の電荷発生部２０の代わりに、第１実施形態で説明したような別の構成（例えば針状電極と対向電極とを備えた電荷発生部など）を採用してもよい。
【００５２】
上述した第２実施形態において、通気路１３のうち帯電微粒子捕集電極６０と電界発生電極６２との間隔（流路厚）を微小な値（例えば０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満）に設定してもよい。こうすれば、帯電微粒子Ｐは帯電微粒子捕集電極６０と電界発生電極６２との間をブラウン運動しながら通過するため、より帯電微粒子捕集電極６０に捕集されやすくなる。
【００５３】
上述した第２実施形態において、電界発生電極３２の代わりに、図６に示した一対の電界発生電極３４，３６を採用し、両電極３４，３６に電圧を印加して電荷捕集電極３０上に電界を発生させてもよい。また、図１０に示すように、電界発生電極３２の代わりに、電荷捕集電極３０を挟むように一対の電界発生電極３４，３６を通気路１３の壁に埋設し、電界発生電極６２の代わりに、帯電微粒子捕集電極６０を挟むように一対の電界発生電極６４，６６を通気路１３の壁に埋設してもよい。この場合、一対の電界発生電極３４，３６に電圧を印加して電荷捕集電極３０上に電界を発生させると、電荷捕集電極３０に電荷１８が捕集される。また、一対の電界発生電極６４，６６に電圧を印加して帯電微粒子捕集電極６０上に電界を発生させると、帯電微粒子捕集電極６０に帯電微粒子Ｐが捕集される。
【００５４】
上述した第２実施形態において、帯電微粒子捕集電極６０に堆積した微粒子を加熱して焼却するためのヒータを設けてもよい。こうすれば、ヒータに通電することにより帯電微粒子捕集電極６０をリフレッシュすることができる。
【００５５】
［第３実施形態］
図１１は、第１実施形態のガス流センサ１０をそのまま微粒子数検出器として用いたときの概略構成を表す断面図である。ガス流センサ１０を微粒子数検出器として用いたときの使用例について説明する。通気路１３の一方の開口１３ａから他方の開口１３ｂに向かって微粒子１６を含む排ガスが流れるようにする。制御部４０は、単位時間当たりに所定量の電荷１８が発生するように放電電極２２と誘導電極２４との間に印加される電圧を調整する。電荷捕集電極３０のサイズや電荷捕集電極３０上の電界の強さは、電荷捕集電極３０に余剰電荷（電荷発生部で発生した電荷１８のうち微粒子１６に付着しなかったもの）は捕集されるが帯電微粒子Ｐは捕集されないように、設定される。制御部４０は、第１実施形態で説明したように、電荷捕集電極３０に接続された電流計３８から入力した電流に基づいて排ガスの流量を求める。一方、制御部４０は、電荷捕集電極３０に接続された電流計６８から入力した検出電流と排ガスの流量とに基づいて排ガス中の単位体積当たりの微粒子数を求め、その数をディスプレイ４２に表示する。排ガス中の単位体積当たりの微粒子数（単位：個／ｃｃ）は、電荷捕集電極３０に流れる電流に基づいて単位時間当たりの余剰電荷の数（＝電流／素電荷量）を求め、単位時間当たりに電荷発生部２０で発生した電荷１８の総数からその余剰電荷の数を引いた差を帯電微粒子Ｐの平均帯電数で除して帯電微粒子数とし、それを流量で除すことにより、得られる。なお、制御部４０は本発明の第１及び第２制御部に相当する。
【００５６】
また、制御部４０は、電荷捕集電極３０に流れる電流が周期的に寸断された場合には排ガスの脈動が発生したと判断し、上述した微粒子数を求める作業を中断する。排ガスの脈動が発生したときには、微粒子数を正確に求めることが困難だからである。この場合、制御部４０はディスプレイ４２に脈動が発生したことを表示する。
【００５７】
更に、制御部４０は、電荷捕集電極３０に流れる電流がゼロの状態が所定時間以上続いた場合には通気路１３に詰まりが発生したと判断し、上述した微粒子数を求める作業を中断する。通気路１３に詰まりが発生したときには、微粒子数を正確に求めることが困難だからである。この場合、制御部４０はディスプレイ４２に通気路１３に詰まりが発生したことを表示する。
【００５８】
以上説明したガス流センサ１０をそのまま用いた微粒子数検出器によれば、排ガスの流量を考慮した微粒子数を求めることができる。また、排ガスの流量も微粒子数も、電荷発生部２０の気中放電によって発生した電荷１８を利用して求めるため、装置構成がコンパクトになる。
【００５９】
また、排ガスの脈動や詰まりが発生したときには微粒子数を正確に求めることが困難であるため、微粒子数を求める作業を中断する。このため、オペレータは不正確な微粒子数に煩わされることがない。
【００６０】
更に、微粒子数検出器として第１実施形態のガス流センサ１０を利用しているため、第１実施形態と同様の効果も得られる。
【００６１】
なお、本発明は上述した第３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。
【００６２】
例えば、上述した第３実施形態では、第１実施形態のガス流センサ１０を微粒子数検出器として用いた場合について説明したが、図４に示したガス流センサ１０を微粒子数検出器として用いてもよい。こうすれば、微粒子１６を含む排ガスが通気路１３の一方の開口１３ａから他方の開口１３ｂに流れる場合であっても、それとは逆方向に流れる場合であっても、排ガスの流量を考慮した微粒子数を求めることができる。
【００６３】
上述した第３実施形態の電荷発生部２０の代わりに、第１実施形態で説明したような別の構成を採用してもよい。
【００６４】
上述した第３実施形態において、電界発生電極３２の代わりに、図６に示した一対の電界発生電極３４，３６を採用し、両電極３４，３６に電圧を印加して電荷捕集電極３０上に電界を発生させてもよい。
【００６５】
上述した第３実施形態では、制御部４０を本発明の第１及び第２制御部として使用したが、特にこれに限定されない。例えば制御部４０を第１制御部として使用し、制御部４０とは別の制御部を第２制御部として使用してもよい。この点は第２実施形態も同様である。
【００６６】
本出願は、２０１７年８月１０日に出願された日本国特許出願第２０１７−１５５２９９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】
【００６７】
本発明は、ガス流量センサや微粒子数検出器などに利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ガス流センサ、１２  筐体、１３  通気路、１３ａ  一方の開口、１３ｂ  他方の開口、１６  微粒子、１８  電荷、２０  電荷発生部、２２  放電電極、２２ａ  微細突起、２４  誘導電極、２６  放電用電源、３０  電荷捕集電極、３２，３４，３６  電界発生電極、３８  電流計、４０  制御部、４２  ディスプレイ、５０  微粒子数検出器、６０  帯電微粒子捕集電極、６２，６４，６６  電界発生電極、６８  電流計、１３０  電荷捕集電極、１３２  電界発生電極、１３８  電流計、２３０  電荷捕集電極、２３２  電界発生電極、２３８  電流計、２６０  帯電微粒子捕集電極、２６２  電界発生電極、２６８  電流計。
【図１】
2019031092.tif 000003
【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】
2019031092.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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