(57)【要約】  微粒子検出素子は、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と、前記筐体のうち前記ガス流路の外壁から少なくとも一部が離間して設けられ、前記捕集電極よりも前記ガスの流れの上流側と前記捕集電極上との少なくとも一方において前記捕集対象を減速させる減速用電界を発生させる減速用電極と、を備えている。
2018163466.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と、
前記筐体のうち前記ガス流路の外壁から少なくとも一部が離間して設けられ、前記捕集電極よりも前記ガスの流れの上流側と前記捕集電極上との少なくとも一方において前記捕集対象を減速させる減速用電界を発生させる減速用電極と、
を備えた微粒子検出素子。
【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、
前記捕集電極は、前記複数の分岐流路の各々に配設されている、
請求項１に記載の微粒子検出素子。
【請求項３】
請求項２に記載の微粒子検出素子であって、
前記複数の分岐流路の少なくともいずれかに配設された前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる捕集用電界を発生させる１以上の電界発生電極、
を備えた微粒子検出素子。
【請求項４】
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備えている、
請求項３に記載の微粒子検出素子。
【請求項５】
前記電界発生電極は、少なくとも１つが前記減速用電極を兼ねている、
請求項３又は４に記載の微粒子検出素子。
【請求項６】
前記筐体は、前記減速用電極が配設される減速用電極配設部材を前記外壁よりも内側に有している、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粒子検出素子。
【請求項７】
前記減速用電極配設部材のうち前記ガスの流れの上流側の端部と前記減速用電極との前記ガス流路の中心軸方向の距離Ｌｆが、該減速用電極配設部材と前記筐体の壁部との前記ガス流路の中心軸に垂直な方向の距離Ｈ以下である、
請求項６に記載の微粒子検出素子。
【請求項８】
前記減速用電極は、前記減速用電極配設部材のうち前記ガスの流れの上流側の端面に配設されている、
請求項６又は７に記載の微粒子検出素子。
【請求項９】
前記減速用電極配設部材は、該減速用電極配設部材を前記ガス流路の中心軸に垂直な断面で見たときに他の部分と比べて断面積が大きい形状の減速用構造を、前記ガスの流れの上流側の端部に有している、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の微粒子検出素子。
【請求項１０】
請求項１〜９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電荷を付加し、電荷が付加された微粒子を測定電極で捕集し、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、微粒子検出器では、電極に捕集された捕集対象（例えば帯電微粒子）に基づいて微粒子を検出するため、捕集対象をより捕集しやすくすることが望まれていた。【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、捕集電極で捕集対象を捕集しやすく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と、
前記筐体のうち前記ガス流路の外壁から少なくとも一部が離間して設けられ、前記捕集電極よりも前記ガスの流れの上流側と前記捕集電極上との少なくとも一方において前記捕集対象を減速させる減速用電界を発生させる減速用電極と、
を備えたものである。【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。このとき、減速用電極は、減速用電界を発生させることで、捕集電極よりもガスの流れの上流側と捕集電極上との少なくとも一方における捕集対象を減速させる。しかも、減速用電極は少なくとも一部がガス流路の外壁から離間している。すなわち、例えば減速用電極がガス流路の外壁の内周面に沿って配設されている場合と比較して、減速用電極の少なくとも一部がガス流路の中心軸寄りに位置している。そのため、減速用電界が流速の比較的速い領域であるガス流路の中心軸寄りの領域に作用しやすい。これにより、減速用電界によって流速の比較的速い捕集対象を減速させることができる。こうした減速用電界の作用により、捕集電極で捕集対象を捕集しやすくなる。その結果、本発明の微粒子検出素子は、例えば捕集電極による捕集対象の捕集率を向上させたり、捕集電極の長さ（ガス流路の軸方向の長さ）を短くして筐体をコンパクトにしたりすることができる。ここで、「前記捕集対象を減速させる」には、捕集対象を減速させるだけでなくさらに上流側に押し戻す場合も含む。「前記捕集電極上」は、捕集電極に対してガス流路の中心軸に垂直な方向に位置する領域を意味する。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、前記捕集電極は、前記複数の分岐流路の各々に配設されていてもよい。こうすれば、複数の分岐流路の各々に配設された捕集電極が存在することで、捕集電極で捕集対象をより捕集しやすくなる。【００１０】
この場合において、本発明の微粒子検出素子は、前記複数の分岐流路の少なくともいずれかに配設された前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる捕集用電界を発生させる１以上の電界発生電極を備えていてもよい。こうすれば、減速用電界で捕集対象を減速させるだけでなく捕集用電界で捕集対象を捕集電極に向けて移動させることもできるため、捕集電極で捕集対象をより捕集しやすくなる。【００１１】
この場合において、本発明の微粒子検出素子は、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備えていてもよい。こうすれば、捕集電極で捕集対象をさらに捕集しやすくなる。【００１２】
１以上の電界発生電極を備える態様の本発明の微粒子検出素子において、前記電界発生電極は、少なくとも１つが前記減速用電極を兼ねていてもよい。こうすれば、電界発生電極と減速用電極とを別々に設ける場合と比較して装置構成がコンパクトになる。この場合において、１以上の前記電界発生電極のうち前記仕切り部に配設された電界発生電極が前記減速用電極を兼ねていてもよい。【００１３】
本発明の微粒子検出素子において、前記筐体は、前記減速用電極が配設される減速用電極配設部材を前記外壁よりも内側に有していてもよい。こうすれば、減速用電極を減速用電極配設部材で支持できる。ここで、上述した仕切り部に前記減速用電極が配設されている場合は、その仕切り板が前記減速用電極配設部材に相当する。その場合、前記仕切り部が前記減速用電極配設部材の役割を兼ねているため、両者を別々に設ける場合と比べて装置構成がコンパクトになる。【００１４】
減速用電極配設部材を備える態様の本発明の微粒子検出素子において、前記減速用電極配設部材のうち前記ガスの流れの上流側の端部と前記減速用電極との前記ガス流路の中心軸方向の距離Ｌｆが、該減速用電極配設部材と前記筐体の壁部との前記ガス流路の中心軸に垂直な方向の距離Ｈ以下であってもよい。Ｌｆ≦Ｈを満たす場合、減速用電極よりもガスの流れの上流側に存在する減速用電極配設部材の軸方向長さ（＝距離Ｌｆ）が比較的小さい。したがって、減速用電界による捕集対象の減速を減速用電極配設部材が妨げにくくなる。【００１５】
減速用電極配設部材を備える態様の本発明の微粒子検出素子において、前記減速用電極は、前記減速用電極配設部材のうち前記ガスの流れの上流側の端面に配設されていてもよい。減速用電極配設部材の上流側の端面は、ガスの流れに対向する面であるため、この面に減速用電極が存在することで、減速用電界による捕集対象の減速効果が高まる。ここで、減速用電極配設部材の上流側の端面に減速用電極が配設されている場合、上述した距離Ｌｆは値０であり、Ｌｆ≦Ｈを満たす。【００１６】
減速用電極配設部材を備える態様の本発明の微粒子検出素子において、前記減速用電極配設部材は、該減速用電極配設部材を前記ガス流路の中心軸に垂直な断面で見たときに他の部分と比べて断面積が大きい形状の減速用構造を、前記ガスの流れの上流側の端部に有していてもよい。こうすれば、上流側の端部の断面積が大きくなっている減速用構造がガスの流れの抵抗となるため、減速用構造によって捕集対象を減速させることができる。そのため、減速用電界と減速用構造との両方で捕集対象をより減速させることができる。また、減速用構造がガスの流れを乱し、減速用構造の下流側にガスの渦を生じさせることができる。この渦によって捕集電極周辺を通過する捕集対象の滞留時間を延ばすことができ、捕集電極で捕集対象を捕集しやすくなる。【００１７】
本発明の微粒子検出素子は、前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる捕集用電界を発生させる電界発生電極を有していてもよい。この場合において、前記電界発生電極は、前記減速用電極を兼ねていてもよい。この場合、減速用電極を兼ねる電界発生電極は、上述した減速用電極配設部材に配設されていてもよい。【００１８】
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、例えば捕集電極で捕集対象を捕集しやすくなる効果が得られる。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。【００１９】
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】
【００２０】
【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】減速用電極７０及び加速用電極８０が発生させる電界の様子を示す説明図。
【図５】距離Ｌｆ，Ｌｒ及び距離Ｈの説明図。
【図６】微粒子検出素子１１の分解斜視図。
【図７】変形例の減速用電極１７０ａ，１７０ｂの説明図。
【図８】変形例の減速用電極２７０の説明図。
【図９】減速用構造２７３の説明図。
【図１０】変形例の減速用電極３７０の説明図。
【図１１】変形例の減速用電極４７０の説明図。
【図１２】変形例の減速用電極５７０の説明図。
【図１３】変形例の減速用電極６７０の説明図。
【図１４】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】
【００２１】
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は減速用電極７０及び加速用電極８０が発生させる電界の様子を示す説明図であり、図５は距離Ｌｆ，Ｌｒ及び距離Ｈの説明図であり、図６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３に示した通りとする。
【００２２】
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、減速用電極７０と、加速用電極８０と、を備えている。
【００２３】
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、分岐流路１３ｂ〜１３ｄよりも下流側に位置しガスの流れが合流してから筐体１２外にガスを排出するガス排出口１３ｆ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及びガス排出口１３ｆ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，分岐流路１３ｂ〜１３ｄ，及びガス排出口１３ｆ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６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２，３，６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。
【００２４】
筐体１２は、図２，３に示すように、ガス流路１３の壁部として、外壁１５と、内壁である仕切り部１６と、を有している。外壁１５は、筐体１２の上側部分の一部である第１外壁１５ａと、筐体１２の下側部分の一部である第２外壁１５ｂとを有している。第１外壁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外壁１５ａの下面はガス流路１３の天井面を構成している。第１外壁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外壁１５ｂ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２外壁１５ｂの上面はガス流路１３の底面を構成している。第２外壁１５ｂ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。また、筐体１２のうち第４〜第８層１４ｄ〜１４ｈはガス流路１３の側壁（ここでは左右の壁部）を構成しており、この側壁も外壁１５の一部である。
【００２５】
筐体１２は、仕切り部１６として第１，第２仕切り部１６ａ，１６ｂを有している。第１仕切り部１６ａ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１仕切り部１６ａは、分岐流路１３ｂと分岐流路１３ｃとを上下に仕切っている。第１仕切り部１６ａ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２仕切り部１６ｂ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２仕切り部１６ｂは、分岐流路１３ｃと分岐流路１３ｄとを上下に仕切っている。第２仕切り部１６ｂ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１，第２仕切り部１６ａ，１６ｂは、いずれも筐体１２のうち外壁１５よりも内側（外壁１５から見てガス流路１３側）に配設されている。
【００２６】
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外壁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外壁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２外壁１５ｂ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２外壁１５ｂ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。
【００２７】
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）。
【００２８】
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。
【００２９】
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外壁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２外壁１５ｂ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。
【００３０】
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を移動させる捕集用電界を発生させる。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外壁１５ａの下面に配設され、第１捕集電極４２ａは第１仕切り部１６ａの上面に配設されている。第２電界発生電極４４ｂは第１仕切り部１６ａの下面に配設され、第２捕集電極４２ｂは第２仕切り部１６ｂの上面に配設されている。第３電界発生電極４４ｃは第２仕切り部１６ｂの下面に配設され、第３捕集電極４２ｃは第２外壁１５ｂの上面に配設されている。
【００３１】
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に向かう捕集用電界が発生し、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に向かう捕集用電界が発生し、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に向かう捕集用電界が発生する。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捕集用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。
【００３２】
電界発生電極４４のうち仕切り部１６に配設された第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃは減速用電極を兼ねており、これらの電極を減速用電極７０とも称する。減速用電極７０は、捕集電極４２よりもガスの流れの上流側において捕集対象（ここでは帯電微粒子Ｐ）を減速させる減速用電界を発生させるための電極である。減速用電極７０は、筐体１２のうち仕切り部１６に配設され、外壁１５からは離間して設けられている。減速用電極７０である第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃに電圧Ｖ１が印加されると、上述した捕集用電界が発生するだけでなく、減速用電界も発生する。図４の破線矢印で示すように、減速用電界は、第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃの各々のうち主に上流側の端部（ここでは前端部）付近からガス流路１３の上流に向かう電界である。ガス流路１３を流れる帯電微粒子Ｐは、この減速用電界によって捕集電極４２よりも上流側で減速してから、分岐流路１３ｂ〜１３ｄに入り込んで捕集電極４２に捕集される。電圧Ｖ１は、この減速用電界による帯電微粒子Ｐの減速効果の大きさも考慮して、定められている。例えば、電圧Ｖ１は、減速用電界が帯電微粒子Ｐを減速でき且つ帯電微粒子Ｐを上流側に押し戻すには至らないように、設定してもよい。
【００３３】
減速用電極７０の位置に関して、図５に示す距離Ｌｆは小さい方が好ましく、例えば距離Ｈ以下であることが好ましい。距離Ｌｆは、仕切り部１６のうちガスの流れの上流側の端部（ここでは前端部）と減速用電極７０とのガス流路１３の中心軸方向の距離である。距離Ｈは、仕切り部１６と筐体１２の壁部とのガス流路１３の中心軸に垂直な方向の距離である。距離Ｈは、仕切り部１６によって仕切られた分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々の流路厚に等しい。距離Ｌｆは、仕切り部１６のうち減速用電極７０よりもガスの流れの上流側に存在する部分の軸方向長さである。距離Ｌｆが大きいと、この部分が減速用電界による帯電微粒子Ｐの減速を妨げる場合がある。距離Ｌｆが小さいほど、仕切り部１６が減速用電界による帯電微粒子Ｐの減速を妨げにくくなる。本実施形態では、第２，第３電界発生電極４４ｂ．４４ｃのいずれにおいても、Ｌｆ≦Ｈを満たしている。距離Ｌｆ及び距離Ｈの値は、減速用電極７０（第２，第３電界発生電極４４ｂ．４４ｃ）の各々について独立して算出される。例えば、第２電界発生電極４４ｂの距離Ｌｆと比較される距離Ｈは、第１仕切り部１６ａが仕切っている分岐流路１３ｂ及び分岐流路１３ｃの流路厚のうち小さい方の値とし、分岐流路１３ｄの流路厚は無関係とする。距離Ｌｆは、０．１ｍｍ以上としてもよい。距離Ｌｆは、２．０ｍｍ以下としてもよい。距離Ｈは、０．０１ｍｍ以上としてもよい。距離Ｈが０．０１ｍｍ以上では、分岐流路にガスを流入させやすい。距離Ｈは、６ｍｍ以下としてもよい。距離Ｈが６ｍｍ以下では、捕集用電界が帯電微粒子Ｐを捕集電極４２に向けで移動させる効果が十分になりやすい。仕切り部１６の厚さｔは、例えば０．０２ｍｍ以上としてもよい。厚さｔが０．０２ｍｍ以上では、仕切り部１６の割れを抑制できる。厚さｔは０．５ｍｍ以下としてもよい。厚さｔが０．５ｍｍ以下では、仕切り部１６が薄いため筐体１２を厚さ方向にコンパクト化できる。
【００３４】
電界発生電極４４のうち仕切り部１６に配設された第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃは加速用電極を兼ねており、これらの電極を加速用電極８０とも称する。加速用電極８０は、捕集電極４２よりもガスの流れの下流側において帯電微粒子Ｐを加速させる加速用電界を発生させるための電極である。加速用電極８０は、筐体１２のうち仕切り部１６に配設され、外壁１５からは離間して設けられている。加速用電極８０である第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃに電圧Ｖ１が印加されると、上述した捕集用電界及び減速用電界が発生するだけでなく、加速用電界も発生する。図４の一点鎖線矢印で示すように、加速用電界は、第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃの各々のうち主に下流側の端部（ここでは後端部）付近からガス流路１３の下流に向かう電界である。捕集電極４２で捕集されなかった帯電微粒子Ｐは、この加速用電界によって捕集電極４２よりも下流側で加速され、ガス排出口１３ｆから筐体１２の外に排出される。電圧Ｖ１は、この加速用電界による帯電微粒子Ｐの加速効果の大きさも考慮して、定められている。
【００３５】
加速用電極８０の位置に関して、図５に示す距離Ｌｒは小さい方が好ましく、例えば上述した距離Ｈ以下であることが好ましい。距離Ｌｒは、仕切り部１６のうちガスの流れの下流側の端部（ここでは後端部）と加速用電極８０とのガス流路１３の中心軸方向の距離である。距離Ｌｒは、仕切り部１６のうち加速用電極８０よりもガスの流れの下流側に存在する部分の軸方向長さである。距離Ｌｒが大きいと、この部分が加速用電界による帯電微粒子Ｐの加速を妨げる場合がある。距離Ｌｒが小さいほど、仕切り部１６が加速用電界による帯電微粒子Ｐの加速を妨げにくくなる。本実施形態では、第２，第３電界発生電極４４ｂ．４４ｃのいずれにおいても、Ｌｒ≦Ｈを満たしている。距離Ｌｒ及び距離Ｈの値は、加速用電極８０（第２，第３電界発生電極４４ｂ．４４ｃ）の各々について独立して算出される。例えば、第２電界発生電極４４ｂの距離Ｌｒと比較される距離Ｈは、第１仕切り部１６ａが仕切っている分岐流路１３ｂ及び分岐流路１３ｃの流路厚のうち小さい方の値とし、分岐流路１３ｄの流路厚は無関係とする。距離Ｌｒは、０．１ｍｍ以上としてもよい。距離Ｌｒは、２．０ｍｍ以下としてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
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第２外壁１５ｂ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、例えば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。
【００３８】
図１，６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。
【００３９】
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。
【００４０】
このように、筐体１２を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の外壁１５や仕切り部１６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の外壁１５や仕切り部１６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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
捕集装置４０に到達した帯電微粒子Ｐは、電界発生電極４４が発生させた捕集用電界によって第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。
【００４４】
このように捕集電極４２で帯電微粒子Ｐを捕集する際に、減速用電極７０は、上述した減速用電界を発生させて捕集電極４２よりもガスの流れの上流側における帯電微粒子を減速させる。しかも、減速用電極７０は仕切り部１６に配設されており、ガス流路１３の外壁１５からは離間している。すなわち、例えば減速用電極７０がガス流路１３の外壁１５の内周面に沿って配設されている場合と比較して、減速用電極７０はガス流路１３の中心軸寄りに位置している。そのため、減速用電界が流速の比較的速い領域であるガス流路１３の中心軸寄りの領域に作用しやすい。これにより、減速用電界によって流速の比較的速い帯電微粒子Ｐを減速させることができる。こうした減速用電界の作用により、捕集電極４２に捕集されずに通過してしまう帯電微粒子Ｐを減らすことができ、捕集電極４２は帯電微粒子Ｐを捕集しやすくなる。その結果、例えば捕集電極４２による帯電微粒子Ｐの捕集率を向上させたり、捕集電極４２の長さ（ガス流路１３の軸方向の長さ）を短くして筐体１２をコンパクトにしたりすることができる。
【００４５】
ただし、捕集用電界及び減速用電界を発生させる場合でも、捕集電極４２に捕集されずに捕集電極４２上を通過してしまう帯電微粒子Ｐが存在することはある。このとき、加速用電極８０は、上述した加速用電界を発生させて捕集電極４２よりもガスの流れの下流側における帯電微粒子Ｐを加速させる。しかも、加速用電極８０は仕切り部１６に配設されており、ガス流路１３の外壁１５からは離間している。すなわち、例えば加速用電極８０がガス流路１３の外壁１５の内周面に沿って配設されている場合と比較して、加速用電極８０はガス流路１３の中心軸寄りに位置している。そのため、加速用電界は広範囲の帯電微粒子Ｐに作用しやすい。こうした加速用電界の作用により、捕集電極４２で捕集されなかった帯電微粒子Ｐは加速されて速やかに筐体１２の外に排出されるため、捕集電極４２で捕集されなかった帯電微粒子Ｐが筐体１２に付着するのを抑制できる。例えば、帯電微粒子Ｐが筐体１２の外壁１５の内周面や仕切り部１６の後端面などに付着するのを抑制できる。その結果、帯電微粒子Ｐの付着に起因する不具合の発生を抑制できる。例えば、筐体１２に帯電微粒子Ｐが付着することによるガス流路１３の詰まりを抑制したり、筐体１２に付着した帯電微粒子Ｐによる電極の短絡（ここでは捕集電極４２と電界発生電極４４との短絡）を抑制したりできる。
【００４６】
ここで、電界発生電極４４のうち外壁１５から離間している部分のない第１電界発生電極４４ａは、本実施形態の減速用電極７０には含めない。第１電界発生電極４４ａは外壁１５の内周面に沿って配設され外壁１５から離間しておらず、第１電界発生電極４４ａ付近を通る帯電微粒子Ｐは流速が比較的遅い。そのため、仮に第１電界発生電極４４ａの前端部付近が発生させる電界が帯電微粒子Ｐを減速させたとしても、捕集電極４２による帯電微粒子Ｐの捕集のしやすさはそれほど向上しないからである。
【００４７】
同様に、第１電界発生電極４４ａは、本実施形態の加速用電極８０には含めない。第１電界発生電極４４ａは、上記のように外壁１５の内周面に沿って配設され外壁１５から離間していない。そして、第１電界発生電極４４ａは捕集用電界を発生させるため、分岐流路１３ｂを通過する間に帯電微粒子Ｐは第１電界発生電極４４ａから離れて下方に移動していく。そのため、第１電界発生電極４４ａの後端部の周辺では帯電微粒子Ｐの濃度が低くなっている。これにより、第１電界発生電極４４ａの後端部付近が発生させる電界は、あまり帯電微粒子Ｐに作用せず、帯電微粒子Ｐが筐体１２に付着するのを抑制する効果がそれほど向上しないからである。これに対し、例えば第２電界発生電極４４ｂの後端部の周辺では、第２電界発生電極４４ｂが発生させる捕集用電界によって分岐流路１３ｃ側の帯電微粒子Ｐの濃度は低くなっているものの、第１電界発生電極４４ａが発生させる捕集用電界によって分岐流路１３ｂ側では第１捕集電極４２ａに捕集されなかった帯電微粒子Ｐの濃度が高くなっている。したがって、第１仕切り部１６ａに配設された第２電界発生電極４４ｂについては、その後端部付近が発生させる電界によって帯電微粒子Ｐを加速でき、帯電微粒子Ｐが筐体１２に付着するのを抑制する効果が十分得られる。そのため第２電界発生電極４４ｂは加速用電極８０に含まれる。第３電界発生電極４４ｃについても、同様の理由で加速用電極８０に含まれる。
【００４８】
また、第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃの後端部付近が発生させる電界と比べると、第１電界発生電極４４ａの後端部付近が発生させる電界は狭い範囲の帯電微粒子Ｐにしか作用しない。そのため、仮に第１電界発生電極４４ａの後端部付近が発生させる電界が帯電微粒子Ｐを加速させたとしても、帯電微粒子Ｐが筐体１２に付着するのを抑制する効果はそれほど向上しない。また、本実施形態では、加速用電極８０の後端部よりも上流側で減速用電極７０の減速用電界が帯電微粒子Ｐを減速している。そのため、加速用電極８０の後端部の周辺（ガス流路１３のうち中心軸に近い領域）と比較して、第１電界発生電極４４ａの後端部の周辺（ガス流路１３のうち外壁１５の内周面に近い領域）における帯電微粒子Ｐの流速がそれほど遅くならない（流速の差が小さい）。そのため、第１電界発生電極４４ａの後端部付近が発生させる電界は、帯電微粒子Ｐが筐体１２に付着するのを抑制する効果にあまり寄与しない。これらの理由によっても、本実施形態の第１電界発生電極４４ａは加速用電極８０に含めない。
【００４９】
微粒子検出素子１１の使用に伴い、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。
【００５０】
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、捕集電極４２が捕集電極に相当し、減速用電極７０（ここでは第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃ）が減速用電極に相当する。また、仕切り部１６が仕切り部及び減速用電極配設部材に相当し、検出装置５０が検出部に相当する。
【００５１】
以上詳述した本実施形態の微粒子検出素子１１では、減速用電極７０が発生させる減速用電界が帯電微粒子Ｐを減速させるため、捕集電極４２で帯電微粒子Ｐを捕集しやすくなる。
【００５２】
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１６を有している。そして、第１捕集電極４２ａ〜４２ｃは、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に配設されている。このように複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に配設された捕集電極４２が存在することで、捕集電極４２で帯電微粒子Ｐをより捕集しやすくなる。これにより、例えば捕集電極４２で捕集されない帯電微粒子Ｐを少なくでき、筐体１２の壁部に付着する帯電微粒子Ｐの数を減らすことができる。あるいは、捕集電極４２の長さ（ガス流路１３の軸方向の長さ）を短くして筐体１２をコンパクトにすることもできる。
【００５３】
さらに、微粒子検出素子１１は、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの少なくともいずれかに配設された捕集電極４２に向けて帯電微粒子Ｐを移動させる捕集用電界を発生させる１以上の電界発生電極４４を備えている。これにより、減速用電界で帯電微粒子Ｐを減速させるだけでなく捕集用電界で帯電微粒子Ｐを捕集電極４２に向けて移動させることもできるため、捕集電極４２で帯電微粒子Ｐをより捕集しやすくなる。また、微粒子検出素子１１は、１つの捕集電極４２と１つの電界発生電極４４とを１組の電極として、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に１組の電極が配設されるように複数組（ここでは３組）の電極を備えている。これにより、捕集電極４２で帯電微粒子Ｐをさらに捕集しやすくなる。
【００５４】
さらにまた、仕切り部１６に配設された第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃが減速用電極７０を兼ねているため、電界発生電極４４と減速用電極７０とを別に設ける場合と比較して微粒子検出素子１１の装置構成がコンパクトになる。
【００５５】
そして、筐体１２は、減速用電極７０が配設される減速用電極配設部材（ここでは仕切り部１６）を外壁１５よりも内側に有しているため、減速用電極７０を減速用電極配設部材で支持できる。また、仕切り部１６が減速用電極配設部材を兼ねているため、両者を別々に設ける場合と比べて微粒子検出素子１１の装置構成がコンパクトになる。
【００５６】
そしてまた、微粒子検出素子１１は図５に示したようにＬｆ≦Ｈを満たしているため、減速用電極７０よりもガスの流れの上流側に存在する仕切り部１６の軸方向長さ（＝距離Ｌｆ）が比較的小さい。したがって、減速用電界による帯電微粒子Ｐの減速を仕切り部１６が妨げにくくなる。
【００５７】
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。
【００５８】
例えば、上述した実施形態では、図５に示したように距離Ｌｆは値０より大きかったが、距離Ｌｆは上述したように値が小さいことが好ましく、値０であることがより好ましい。例えば図７に示す変形例の減速用電極１７０ａ，１７０ｂは、いずれも減速用電極配設部材（ここでは仕切り部１６）のうちガスの流れの上流側の端部（ここでは前端部）まで延びて配設されており、距離Ｌｆは値０である。また、減速用電極１７０ｂは減速用電極配設部材（ここでは第２仕切り部１６ｂ）のうちガスの流れの上流側の端面（ここでは前端面）にも配設されている。仕切り部１６ｂの前端面は、ガスの流れに対向する面であるため、減速用電極１７０ｂがこの面にも存在することで、減速用電極１７０ｂが発生させる減速用電界による帯電微粒子Ｐの減速効果が高まる。すなわち減速用電極１７０ａよりも減速用電極１７０ｂの方が帯電微粒子Ｐの減速効果がより高くなる。減速用電極１７０ｂのうち第２仕切り部１６ｂの前端面に位置する部分は、厚さが０．５ｍｍ以下であることが好ましい。こうすれば、この部分の電極が剥離することを抑制できる。
【００５９】
距離Ｌｆと同様に距離Ｌｒも値０であることが好ましい。例えば図７に示す変形例の加速用電極１８０ａ，１８０ｂ及び仕切り部１６に関して、距離Ｌｒは値０である。また、加速用電極１８０ｂは加速用電極配設部材（ここでは第２仕切り部１６ｂ）のうちガスの流れの下流側の端面（ここでは後端面）にも配設されている。第２仕切り部１６ｂの下流側の端面は、ガスの流れの下流側を向いた面であるため、加速用電極１８０ｂがこの面にも存在することで、加速用電界による帯電微粒子Ｐの加速効果が高まる。
【００６０】
上述した実施形態では、図２に示すように減速用電極７０の前端と捕集電極４２の前端とがガス流路１３の中心軸方向で同じ位置にあったが、図７の減速用電極１７０ａ，１７０ｂのように減速用電極７０の前端が捕集電極４２の前端よりもガス流路１３の上流側まで延びていてもよい。逆に、捕集電極４２の前端が減速用電極７０の前端よりもガス流路１３の上流側まで延びていてもよい。電界発生電極４４と捕集電極４２との位置関係、及び加速用電極８０と捕集電極４２との位置関係についても同様である。
【００６１】
上述した実施形態では、図２に示すように減速用電極７０の後端と捕集電極４２の後端とがガス流路１３の中心軸方向で同じ位置にあったが、図７の減速用電極１７０ａ，１７０ｂのように減速用電極７０の後端は捕集電極４２の後端よりもガス流路１３の下流側まで延びていてもよい。上述したように減速用電極７０は加速用電極８０を兼ねており、ガス流路１３の中心軸方向で減速用電極７０の後端が捕集電極４２の後端と同じ位置又は捕集電極４２の後端より下流側に存在すれば、加速用電界が帯電微粒子Ｐを加速しても、捕集電極４２による帯電微粒子Ｐの捕集を阻害しにくくなる。ただし、ガス流路１３の中心軸方向で減速用電極７０の後端が捕集電極４２の後端より上流側に存在していてもよい。この場合、ガス流路１３の中心軸方向での減速用電極７０の後端と捕集電極４２の後端との距離によっては加速用電界が捕集電極４２による帯電微粒子Ｐの捕集を阻害する場合があるが、帯電微粒子Ｐが筐体１２に付着するのを加速用電界によって抑制する効果は得られる。加速用電極８０を兼ねる電界発生電極４４と捕集電極４２との位置関係についても同様である。
【００６２】
上述した実施形態では、第１仕切り部１６ａ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が配設されていたが、これに限らず仕切り部１６ａの上下両面に捕集電極４２を配設したり、上下両面に電界発生電極４４を配設したり、上下両面に減速用電極７０を配設したりするなど、上下両面に同じ機能を有する電極が配設されていてもよい。こうすれば、上下両面の電極と外部の装置とを導通させるために筐体１２に配設する配線及び端子１９の少なくとも一部を共通化できる。
【００６３】
上述した実施形態では、筐体１２は仕切り部１６として第１，第２仕切り部１６ａ，１６ｂを有していたが、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１６を備えなくてもよい。
【００６４】
上述した実施形態において、図８に示す構成を採用してもよい。図８では、筐体１２が仕切り部１６として第１〜第３仕切り部２１６ａ〜２１６ｃを有しており、ガス流路１３は４つに分岐しており分岐流路２１３ｂ〜２１３ｅを有している。分岐流路２１３ｂ〜２１３ｅの各々には、第１〜第４捕集電極２４２ａ〜２４２ｄ及び第１〜第４電界発生電極２４４ａ〜２４４ｄが配設されており、分岐流路２１３ｂ〜２１３ｅの各々に１組の電極（１つの捕集電極４２及び１つの電界発生電極４４）が配設されている。また、仕切り部１６の上下両面には同じ電極が配設されている。具体的には、第１仕切り部２１６ａ及び第３仕切り部２１６ｃの上下両面にはそれぞれ電界発生電極４４が配設され、第２仕切り部２１６ｂの上下両面にはそれぞれ捕集電極４２が配設されている。また、第１外壁１５ａの下面には第１捕集電極２４２ａが配設され、第２外壁１５ｂの上面には第４捕集電極２４２ｄが配設されている。第１〜第４電界発生電極２４４ａ〜２４４ｄは、いずれも減速用電極２７０及び加速用電極２８０を兼ねている。また、第１，第２電界発生電極２４４ａ，２４４ｂは第１仕切り部１６ａの前端面及び後端面に配設された電極で接続されており、これらがまとめて１つの減速用電極２７０及び１つの加速用電極８０を構成している（従って距離Ｌｆ，Ｌｒは値０）。第３，第４電界発生電極２４４ｃ，２４４ｄについても同様である。この図８の例では、４つの電界発生電極４４がいずれも仕切り部１６に配設されて外壁１５から離間しているため、いずれの電界発生電極４４も減速用電極２７０及び加速用電極８０として機能させることができる。しかも、仕切り部１６の両面に同じ機能の電極が配設されているため、上述したように配線及び端子１９をなるべく共通化できる。この図８の例に限らず、仕切り部１６の数が奇数であれば、図８と同様に仕切り部１６の両面に同じ機能の電極を配設し且ついずれの電界発生電極４４についても減速用電極２７０及び加速用電極８０として機能させることができる。
【００６５】
減速用電極配設部材の形状として、図９に示す形状を採用してもよい。図９は、図８に示した変形例のうち減速用電極２７０が配設された第１，第３仕切り部２１６ａ，２１６ｃが減速用構造２７３を有している場合の例である。図９に示すように、第１，第３仕切り部２１６ａ，２１６ｃは、前端部に減速用構造２７３を有している。減速用構造２７３は、前端ほど仕切り部１６の厚さが厚くなる形状をしている。そのため、第１仕切り部２１６ａをガス流路１３の中心軸に垂直な断面で見たときに、減速用構造２７３は第１仕切り部２１６ａの他の部分と比べて断面積が大きくなるような形状をしている。第２仕切り部２１６ｂの減速用構造２７３についても同様である。減速用電極配設部材（ここでは第１，第３仕切り部２１６ａ，２１６ｃ）が減速用構造２７３を有することで、減速用構造２７３がガスの流れの抵抗となるため、減速用構造２７３によって帯電微粒子Ｐを減速させることができる。そのため、減速用電極２７０による減速用電界と減速用構造２７３との両方で帯電微粒子Ｐをより減速させることができる。また、減速用構造２７３は仕切り部１６の他の部分よりも上下に突出する形状をしているため、この突出部分がガスの流れを乱し、減速用構造２７３の下流側にガスの渦を生じさせることができる。この渦によって捕集電極４２周辺を通過する帯電微粒子Ｐの滞留時間を延ばすことができ、捕集電極４２で帯電微粒子Ｐを捕集しやすくなる。なお、図９に限らず、上述した実施形態の第１，第２仕切り部１６ａ，１６ｂの少なくとも一方が減速用構造２７３を有していてもよい。また、図９の例では減速用電極２７０が減速用構造２７３の表面まで存在しているが、減速用電極２７０が減速用構造２７３の表面には存在しなくてもよいし、逆に減速用電極２７０が減速用構造２７３の前端面も覆っていてもよい。
【００６６】
上述した実施形態では、第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃが減速用電極７０を兼ねていたが、これに限らず電界発生電極４４とは別に減速用電極を設けてもよい。また、上述した実施形態では、減速用電極７０が発生させる減速用電界は捕集電極４２よりもガスの流れの上流側を流れる帯電微粒子Ｐを減速させたが、これに限らず捕集電極４２上（図２では、捕集電極４２の直上の領域）を流れる帯電微粒子Ｐを減速させてもよい。こうしても、捕集電極４２が帯電微粒子Ｐを捕集しやすくなる効果は得られる。例えば、図１０に示す減速用電極３７０を採用してもよい。減速用電極３７０は、捕集電極４２及び電界発生電極４４よりも下流に配設されている。減速用電極３７０は、ガス流路１３の中心軸に垂直に配設された板状の電極であり、ガス及び帯電微粒子Ｐを透過可能な電極として構成されている。具体的には、減速用電極３７０はガス流路１３の中心軸方向と平行な複数の貫通孔３７５を有するメッシュ状の電極である。ガス及び帯電微粒子Ｐはこの貫通孔３７５を通過して下流に流れていくことが可能である。減速用電極３７０を支持する減速用電極配設部材は外壁１５の内側に存在せず、減速用電極３７０は自立して筐体１２内に配設されている。この減速用電極３７０に電圧を印加して減速用電界を発生させると、減速用電極３７０の前方の捕集電極４２上（ここでは捕集電極４２の直上）を流れる帯電微粒子Ｐを減速させることができる。また、減速用電極３７０に印加する電圧を強くすることで、捕集電極４２上を通過した帯電微粒子Ｐを減速用電界が上流側に押し戻すようにすれば、捕集電極４２が帯電微粒子をより捕集しやすくなる。貫通孔３７５は、ガスを通過可能であればよく、帯電微粒子Ｐを通過させなくてもよい。この場合、減速用電界によってもなお捕集電極４２に捕集されなかった帯電微粒子Ｐが減速用電極３７０に付着するが、定期的にヒータ電極６２により減速用電極３７０を加熱して帯電微粒子Ｐを焼却すればよい。図１０の例では、第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃの下流側に減速用電極３７０が存在するため、第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃは加速用電極の機能を有さない。
【００６７】
上述した実施形態では、第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃが加速用電極８０を兼ねていたが、これに限らず電界発生電極４４とは別に加速用電極を設けてもよい。
【００６８】
上述した実施形態では、仕切り部１６が減速用電極配設部材及び加速用電極配設部材を兼ねていたが、これに限られない。例えば、図１１に示すように、減速用電極４７０を仕切り部とは異なる減速用電極配設部材４９０に配設してもよい。図１１では、筐体１２は仕切り部１６を備えず、捕集電極４２及び電界発生電極４４がそれぞれ外壁１５の内周面のうち上面と下面とに配置されている。減速用電極配設部材４９０は、角柱又は円柱などの柱状部材であり、軸方向がガス流路１３の中心軸方向に沿うように配置されている。この減速用電極配設部材４９０に減速用電極４７０が配設されることで、減速用電極４７０は外壁１５から離間して配設されている。減速用電極４７０及び減速用電極配設部材４９０は、捕集電極４２よりも下流に配設されている。減速用電極４７０が発生させる減速用電界は、図１０の例と同様に捕集電極４２上（ここでは捕集電極４２の直上）を流れる帯電微粒子Ｐを減速させることができる。図１１の減速用電極配設部材４９０及び減速用電極４７０を、図２のように仕切り部１６を有する態様において仕切り部１６及び減速用電極７０とは別に設けてもよい。
【００６９】
筐体１２が仕切り部１６を有さない場合において、図１２に示す態様を採用してもよい。図１２では、筐体１２は仕切り部１６を備えず、ガス流路１３の中心軸上に配置された減速用電極配設部材５９０を備えている。減速用電極配設部材５９０は、角柱又は円柱などの柱状部材である。減速用電極配設部材５９０に配設された電界発生電極４４は、減速用電極配設部材５９０の上下面、前端面及び後端面を覆っている。この電界発生電極４４は減速用電極５７０及び加速用電極５８０を兼ねている。そのため、減速用電極配設部材５９０は加速用電極配設部材を兼ねている。筐体１２の外壁１５の内周面のうち上面及び下面には、捕集電極４２が配設されている。この例においても、減速用電極５７０（特に減速用電極５７０のうち前端部及びその周辺の部分）がガス流路１３の上流に向かう減速用電界を発生させることで、捕集電極４２よりも上流側を流れる帯電微粒子Ｐを減速させることができる。また、電界発生電極４４（特に電界発生電極４４のうち減速用電極配設部材５９０の上面及び下面に配設された部分）はガス流路１３の中心軸に垂直な方向（ここでは上下方向）に向かう捕集用電界を発生させることで、帯電微粒子Ｐを上下の捕集電極４２，４２に向けて移動させることができる。さらに、加速用電極５８０（特に加速用電極５８０のうち後端部及びその周辺の部分）がガス流路１３の下流に向かう加速用電界を発生させることで、捕集電極４２に捕集されなかった帯電微粒子Ｐを加速させることができる。上述した実施形態のように筐体１２が仕切り部１６を備える場合においても、図１２の減速用電極５７０及び減速用電極配設部材５９０をさらに追加してもよい。また、図１２において、減速用電極配設部材５９０を備えずに減速用電極５７０が自立して筐体１２内に配設されていてもよい。
【００７０】
上述した実施形態では、減速用電極７０は外壁１５から離間していたが、減速用電極７０の少なくとも一部が外壁１５から離間していればよい。すなわち、減速用電極７０は、第１電界発生電極４４ａのような外壁１５の内周面に沿って配置された態様や、外壁１５に埋設された態様でなければよい。例えば、図３において減速用電極７０の左右の端部が外壁１５（ここでは外壁１５のうち左右の側壁）まで延びて、外壁１５に接していてもよい。加速用電極８０についても同様である。
【００７１】
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。
【００７２】
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。図２において第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃを省略する場合、減速用電極及び加速用電極を別に設ければよい。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。
【００７３】
上述した実施形態において、図１３に示す構成を採用してもよい。図１３では、筐体１２が仕切り部１６として第１仕切り部６１６ａを有しており、ガス流路１３は２つに分岐しており分岐流路６１３ｂ，６１３ｃを有している。第１，第２外壁１５ａ，１５ｂには捕集電極４２として第１，第２捕集電極６４２ａ，６４２ｂが配設されている。第１仕切り部６１６ａには、電界発生電極４４として第１電界発生電極６４４ａが埋設されている。第１電界発生電極６４４ａは、減速用電極６７０及び加速用電極６８０を兼ねている。この図１３のように、第１電界発生電極６４４ａが埋設されていても、第１電界発生電極６４４ａが発生させる捕集用電界によって帯電微粒子Ｐを第１，第２捕集電極６４２ａ，６４２ｂに向けて移動させることができる。同様に、減速用電極６７０が埋設されていても、減速用電極６７０が発生させる減速用電界によって捕集電極４２の上流側で帯電微粒子Ｐを減速させることができる。加速用電極６８０が埋設されていても、加速用電極６８０が発生させる加速用電界によって捕集電極４２の下流側で捕集電極４２に捕集されなかった帯電微粒子Ｐを加速できる。また、一般に、電極と絶縁体（ここでは第１仕切り部６１６ａ）との熱膨張係数差は大きくなりやすいため、例えばヒータ装置６０による電極のリフレッシュ時とそれ以外の状態との間で筐体１２の温度変化が繰り返されると、熱応力により電極の絶縁体からの剥離や脱落が起きる場合がある。これに対し、図１３の例では、第１電界発生電極６４４ａ，減速用電極６７０及び加速用電極６８０が第１仕切り部６１６ａに埋設されているため、例えば第１仕切り部６１６ａの表面に配設されている場合と比較して、これらの電極の剥離や脱落が防止できる。このように、電界発生電極，加速用電極，及び減速用電極のうち１以上は仕切り部に埋設されていてもよい。
【００７４】
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。
【００７５】
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。電界発生電極４４に電圧を印加しない場合や電界発生電極４４を備えない場合には、減速用電極及び加速用電極を別に設ければよい。
【００７６】
上述した実施形態では、減速用電極７０が加速用電極８０を兼ねていたが、これに限らず微粒子検出素子１１は少なくとも減速用電極７０を備えていればよい。例えば、図２における減速用電極７０の後端が捕集電極４２の後端よりも上流側に位置しており、減速用電極７０の後端から発生する電界が捕集電極４２よりも下流側に作用しないような場合は、減速用電極７０が加速用電極８０を兼ねていないことになる。
【００７７】
上述した実施形態では、減速用電極７０及び加速用電極８０は平板状の電極としたが、これに限られない。また、減速用電極７０の厚さは０．１ｍｍ以下としてもよいし、０．０２ｍｍ以下としてもよい。減速用電極７０の厚さは１μｍ以上としてもよいし、５μｍ以上としてもよい。加速用電極８０の厚さについても同様である。
【００７８】
上述した実施形態では、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの下流側にこれらが合流するガス排出口１３ｆが存在したが、これに限らずガスが分岐流路１３ｂ〜１３ｄで分岐したまま筐体１２から排出されてもよい。すなわち、ガス流路１３の中心軸方向で、第１，第２仕切り部１６ａ，１６ｂの下流側の端部が外壁１５の下流側の端部と同じ位置まで存在していてもよい。
【００７９】
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２外壁１５ａ，１５ｂ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。
【００８０】
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１４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。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。対向電極７２２は、筐体１２のガス流路７１３の内周面のうち第１捕集電極７４２ａと同じ側（ここでは上側）に配設されている。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。微粒子検出素子７１１の筐体１２は、仕切り部１６として第１仕切り部７１６ａを有しており、ガス流路７１３は２つに分岐した分岐流路７１３ｂ，７１３ｃを有している。捕集装置７４０は、捕集電極７４２として、第１外壁１５ａの下面に配設された第１捕集電極７４２ａと、第２外壁１５ｂの上面に配設された第２捕集電極７４２ｂと、を有している。また、捕集装置７４０は、電界発生電極７４４として、第１仕切り部７１６ａの上下両面にそれぞれ配設された第１，第２電界発生電極７４４ａ，７４４ｂを有している。そのため、分岐流路７１３ｂ，７１３ｃの各々に１組の電極（１つの捕集電極７４２及び１つの電界発生電極７４４）が配設されている。また、第１仕切り部７１６ａの上下両面には同じ電極（ここでは電界発生電極７４４）が配設されている。第１，第２電界発生電極７４４ａ，７４４ｂは、減速用電極７７０及び加速用電極７８０を兼ねている。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、分岐流路７１３ｂ，７１３ｃ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。分岐流路７１３ｂ，７１３ｃは、混合領域７１３ｆの下流且つガス排出口７１３ｇの上流に設けられている。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。
【００８１】
こうして構成された図１４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。
【００８２】
また、図１４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に向かう捕集用電界が発生し、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。
【００８３】
さらに、第１，第２電界発生電極７４４ａ，７４４ｂは減速用電極７７０を兼ねているため、捕集用電源４９からの電圧Ｖ１が印加されると、その前端部の周辺に減速用電界を発生させる。これにより、捕集対象（微粒子１７に付加されなかった電荷１８）は減速用電界によって減速されるため、捕集電極７４２で捕集対象を捕集しやすくなる。なお、捕集対象ではない帯電微粒子Ｐも、減速用電界で減速するが、微粒子１７に付加されなかった電荷１８と比較すると帯電微粒子Ｐは粒径が大きいため、電界による移動度が小さく捕集電極７４２に捕集されにくい。そのため、帯電微粒子Ｐが減速されても、帯電微粒子Ｐが捕集電極７４２に捕集されず捕集対象が捕集電極７４２に捕集されるように、捕集電極７４２及び電界発生電極７４４の各々のサイズや電圧Ｖ１の強さを設定することはできる。
【００８４】
しかも、第１，第２電界発生電極７４４ａ，７４４ｂは加速用電極７８０を兼ねているため、捕集用電源４９からの電圧Ｖ１が印加されると、その後端部の周辺に加速用電界を発生させる。そのため、帯電微粒子Ｐはこの加速用電界によって加速されて、速やかにガス排出口７１３ｇから筐体１２の外に排出される。微粒子検出器７１０では、帯電微粒子Ｐは捕集電極７４２の捕集対象ではないため、上述した実施形態と比較して、捕集電極７４２よりもガスの流れの下流側を通過する帯電微粒子Ｐの数は多くなる。そのため、加速用電極７８０が加速用電界を発生させて帯電微粒子Ｐが筐体１２に付着するのを抑制する意義が高い。
【００８５】
図１４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。
【００８６】
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。
【００８７】
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帯電微粒子Ｐを減速及び加速したり、微粒子１７の個数を測定したりすることができる。
【００８８】
本出願は、２０１７年３月１０日に出願された日本国特許出願第２０１７−４５６３２号及び日本国特許出願第２０１７−４５６３３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】
【００８９】
本発明は、自動車の排ガスなどのガス中の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】
【００９０】
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、１３ｆ  ガス排出口、１４ａ〜１４ｋ  第１〜第１１層、１５  外壁、１５ａ，１５ｂ  第１〜第２外壁、１６  仕切り部、１６ａ，１６ｂ  第１，第２仕切り部、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、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、７０  減速用電極、８０  加速用電極、１７０ａ，１７０ｂ  減速用電極、１８０ａ，１８０ｂ  加速用電極、２１３ｂ〜２１３ｅ  分岐流疎、２１６ａ〜２１６ｃ  第１〜第３仕切り部、２４２ａ〜２４２ｄ  第１〜第４捕集電極、２４４ａ〜２４４ｄ  第１〜第４電界発生電極、２７０  減速用電極、２７３  減速用構造、２８０  加速用電極、３７０  減速用電極、３７５  貫通孔、４７０  減速用電極、４９０  減速用電極配設部材、５７０  減速用電極、５８０  加速用電極、５９０  減速用電極配設部材、６１３ｂ，６１３ｃ  分岐流路、６１６ａ  第１仕切り部、６４２ａ，６４２ｂ  第１，第２捕集電極、６４４ａ  第１電界発生電極、６７０  減速用電極、６８０  加速用電極、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、７１３ｂ，７１３ｃ  分岐流路、７１３ｅ  空気導入口、７１３ｆ  混合領域、７１３ｇ  ガス排出口、７１６ａ  第１仕切り部、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、７４２ａ，７４２ｂ  第１，第２捕集発生電極、７４４  電界発生電極、７４４ａ，７４４ｂ  第１，第２電界発生電極、７７０  減速用電極、７８０  加速用電極、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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月5日(2019.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の微粒子検出素子において、前記筐体は、前記減速用電極が配設される減速用電極配設部材を前記外壁よりも内側に有していてもよい。こうすれば、減速用電極を減速用電極配設部材で支持できる。ここで、上述した仕切り部に前記減速用電極が配設されている場合は、その仕切り部が前記減速用電極配設部材に相当する。その場合、前記仕切り部が前記減速用電極配設部材の役割を兼ねているため、両者を別々に設ける場合と比べて装置構成がコンパクトになる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
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外壁１５ａに配設された放電電極２１ａ及びグランド電極２４ａを有している。放電電極２１ａ及びグランド電極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外壁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２外壁１５ｂに配設された放電電極２１ｂ及びグランド電極２４ｂを有している。放電電極２１ｂ及びグランド電極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２外壁１５ｂ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）。グランド電極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とグランド電極２４ａ，２４ｂとは、放電用電源２９に接続されている。グランド電極２４ａ，２４ｂはグランドに接続されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
第１電荷発生装置２０ａでは、放電電極２１ａとグランド電極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とグランド電極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）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
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。グランド電極２４ａ，２４ｂが筐体１２に埋設されているため、グランド電極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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
ヒータ装置６０は、第１０層１４ｊと第１１層１４ｋとの間に配設されて第２外壁１５ｂ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、例えば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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
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３４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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
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、グランド電極２４ａ，２４ｂは筐体１２に埋設されていたが、放電電極とグランド電極との間に誘電体層が存在していれば、グランド電極はガス流路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とグランド電極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２外壁１５ａ，１５ｂ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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
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、１３ｆ  ガス排出口、１４ａ〜１４ｋ  第１〜第１１層、１５  外壁、１５ａ，１５ｂ  第１〜第２外壁、１６  仕切り部、１６ａ，１６ｂ  第１，第２仕切り部、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  グランド電極、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、７０  減速用電極、８０  加速用電極、１７０ａ，１７０ｂ  減速用電極、１８０ａ，１８０ｂ  加速用電極、２１３ｂ〜２１３ｅ  分岐流疎、２１６ａ〜２１６ｃ  第１〜第３仕切り部、２４２ａ〜２４２ｄ  第１〜第４捕集電極、２４４ａ〜２４４ｄ  第１〜第４電界発生電極、２７０  減速用電極、２７３  減速用構造、２８０  加速用電極、３７０  減速用電極、３７５  貫通孔、４７０  減速用電極、４９０  減速用電極配設部材、５７０  減速用電極、５８０  加速用電極、５９０  減速用電極配設部材、６１３ｂ，６１３ｃ  分岐流路、６１６ａ  第１仕切り部、６４２ａ，６４２ｂ  第１，第２捕集電極、６４４ａ  第１電界発生電極、６７０  減速用電極、６８０  加速用電極、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、７１３ｂ，７１３ｃ  分岐流路、７１３ｅ  空気導入口、７１３ｆ  混合領域、７１３ｇ  ガス排出口、７１６ａ  第１仕切り部、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、７４２ａ，７４２ｂ  第１，第２捕集電極、７４４  電界発生電極、７４４ａ，７４４ｂ  第１，第２電界発生電極、７７０  減速用電極、７８０  加速用電極、Ｐ  帯電微粒子。
【国際調査報告】
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2018163466.tif 000018
2018163466.tif 000019