(57)【要約】  微粒子数検出器１０は、通気管１２に、セラミックス製の通気管１２と、気中放電により電荷を発生する電荷発生素子２０と、電界発生電極４２と、捕集電極４４と、電界発生電極５２と、除去電極５４とを備えている。電荷発生素子２０を構成する誘電電極２４は、通気管１２に埋設されている。電荷発生素子２０を構成する放電電極２２と、捕集用及び除去用電界発生電極４２，５２と、捕集電極４４と、除去電極５４とは、通気管１２の内壁面に沿って設けられている。電荷発生素子２０は、通気管１２の内壁面に沿って設けられている。
2018139346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製の通気管と、
気中放電により電荷を発生する一対の電極を有し、前記通気管内に導入されたガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生素子と、
前記通気管のうち前記電荷発生素子よりも前記ガスの流れの下流側に設けられ、前記帯電微粒子を捕集する捕集電極と、
前記捕集電極上に電界を発生させる捕集用電界発生電極と、
前記通気管のうち前記電荷発生素子と前記捕集電極との間に設けられ、前記微粒子に付加されなかった余剰の前記電荷を除去する除去電極と、
前記除去電極上に電界を発生させる除去用電界発生電極と、
前記捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の数に応じて変化する物理量に基づいて、前記帯電微粒子の数を検出する個数検出手段と、
を備え、
前記電荷発生素子を構成する前記一対の電極の一方と、前記捕集電極と、前記除去電極とは、前記通気管の内壁面に沿って設けられ、
前記電荷発生素子を構成する前記一対の電極の他方と、前記捕集用電界発生電極と、前記除去用電界発生電極とは、前記通気管の内壁面に沿って設けられているか前記通気管に埋設されている、
微粒子数検出器。
【請求項２】
前記通気管の内壁面に沿って設けられる各電極は、前記通気管の内壁面に無機材料で接合されている、
請求項１に記載の微粒子数検出器。
【請求項３】
前記通気管の内壁面に沿って設けられる各電極は、前記通気管の内壁面に焼結によって接合されている、
請求項１に記載の微粒子数検出器。
【請求項４】
前記捕集電極は、前記ガスの流れの上流側から下流側に向かって複数個、間隔をあけて設けられている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
【請求項５】
前記個数検出手段は、前記捕集用電界発生電極と前記捕集電極と前記通気管の内部空間とで構成される擬似コンデンサの静電容量に基づいて前記帯電微粒子の数を検出する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
【請求項６】
前記捕集電極は、表側電極と裏側電極との間に圧電体を挟み込んだ圧電振動子のうちの前記表側電極であり、
前記個数検出手段は、前記表側電極に捕集された前記帯電微粒子の数に応じて変化する共振周波数に基づいて前記帯電微粒子の数を検出する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粒子数検出器。
【請求項７】
前記通気管は、断面が半円形状でセラミック製の半割部材２つを接合して円筒形状にしたものである、
請求項１〜６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、微粒子数検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粒子数検出器としては、電荷発生素子でコロナ放電によりイオンを発生させ、そのイオンにより被測定ガス中の微粒子を帯電し、帯電した微粒子を捕集電極で捕集し、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１参照）。こうした微粒子数検出器では、微粒子に付加されなかった余剰の電荷を除去する除去電極を有するものも提案されている。
【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】
しかしながら、特許文献１では、微粒子に付加されなかった電荷を捕集する除去電極や帯電微粒子を捕集する捕集電極は通気管の内壁面に沿って形成されているものの、電荷発生素子を構成する針状電極は後からハウジングに組み込む必要があった。また、針状電極は、被測定ガスの流れを阻害することがあった。更に、針状電極に微粒子が付着しやすいという問題もあった。【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、通気管と各種電極との一体製造が容易で、電荷発生素子がガスの流れを阻害せず、電荷発生素子に微粒子が付着しにくい微粒子数検出器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】
本発明の微粒子数検出器は、
セラミックス製の通気管と、
気中放電により電荷を発生する一対の電極を有し、前記通気管内に導入されたガス中の微粒子に前記電荷を付加して帯電微粒子にする電荷発生素子と、
前記通気管のうち前記電荷発生素子よりも前記ガスの流れの下流側に設けられ、前記帯電微粒子を捕集する捕集電極と、
前記捕集電極上に電界を発生させる捕集用電界発生電極と、
前記通気管のうち前記電荷発生素子と前記捕集電極との間に設けられ、前記微粒子に付加されなかった余剰の前記電荷を除去する除去電極と、
前記除去電極上に電界を発生させる除去用電界発生電極と、
前記捕集電極に捕集された前記帯電微粒子の数に応じて変化する物理量に基づいて、前記帯電微粒子の数を検出する個数検出手段と、
を備え、
前記電荷発生素子を構成する前記一対の電極の一方と、前記捕集電極と、前記除去電極とは、前記通気管の内壁面に沿って設けられ、
前記電荷発生素子を構成する前記一対の電極の他方と、前記捕集用電界発生電極と、前記除去用電界発生電極とは、前記通気管の内壁面に沿って設けられているか前記通気管に埋設されている、
ものである。【０００７】
この微粒子数検出器では、電荷発生素子が気中放電により電荷を発生し、発生した電荷を通気管内に導入されたガス中の微粒子に付加して帯電微粒子にする。帯電微粒子は、電荷発生素子よりもガス流れの下流側に設けられた捕集電極に捕集される。微粒子に付加されなかった余剰の電荷は、電荷発生素子と捕集電極との間に設けられた除去電極によって除去される。そして、捕集電極に捕集された帯電微粒子の数に応じて変化する物理量に基づいてガス中の微粒子の数を検出する。ここで、電荷発生素子を構成する一対の電極の一方と、捕集電極と、除去電極とは、通気管の内壁面に沿って形成されている。また、電荷発生素子を構成する一対の電極の他方と、捕集用電界発生電極と、除去用電界発生電極とは、通気管の内壁面に沿って形成されているか通気管に埋設されている。そのため、通気管と各種電極との一体製造が容易である。また、電荷発生素子は、針状電極を用いる場合に比べて、ガスの流れを阻害することがないし微粒子が付着しにくい。【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。「微粒子の数を検出する」とは、微粒子の数を測定する場合のほか、微粒子の数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、帯電微粒子の数（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。【０００９】
本発明の微粒子数検出器において、前記通気管の内壁面に沿って設けられる各電極は、前記通気管の内壁面に無機材料で接合されていてもよいし、あるいは、前記通気管の内壁面に焼結によって接合されていてもよい。いずれの場合も、各電極を有機材料で接合する場合に比べて耐熱性が高くなる。【００１０】
本発明の微粒子数検出器において、前記捕集電極は、前記ガスの流れの上流側から下流側に向かって複数個、間隔をあけて設けられていてもよい。こうすれば、流体力学上、小さな帯電微粒子ほど上流側の捕集電極に捕集され、大きな帯電微粒子ほど下流側の捕集電極に捕集される。そのため、帯電微粒子を容易に分級することができる。【００１１】
本発明の微粒子数検出器において、前記個数検出手段は、前記捕集用電界発生電極と前記捕集電極と前記通気管の内部空間とで構成される擬似コンデンサの静電容量に基づいて前記帯電微粒子の数を検出してもよい。帯電微粒子の数は捕集電極を流れる微小電流に基づいて検出してもよいが、微小電流を増幅するとノイズも増幅されるため精度を高めるのが難しいことがある。これに対して、静電容量はＬＣＲメータなどにより比較的精度よく容易に測定することができるため、帯電微粒子の数を精度よく検出することができる。【００１２】
本発明の微粒子数検出器において、前記捕集電極は、表側電極と裏側電極との間に圧電体を挟み込んだ圧電振動子のうちの前記表側電極であり、前記個数検出手段は、前記圧電振動子が振動している状態で前記表側電極に捕集された前記帯電微粒子の数に応じて変化する共振周波数に基づいて前記帯電微粒子の数を検出してもよい。共振周波数は、捕集電極に捕集された帯電微粒子の質量に応じて変化するため、インピーダンスアナライザなどにより比較的精度よく測定することができる。そのため、帯電微粒子の数を精度よく検出することができる。【００１３】
本発明の微粒子数検出器において、前記通気管は、断面が半円形状でセラミック製の半割部材２つを接合して円筒形状にしたものであってもよい。こうすれば、通気管の断面が四角形の場合に比べてガスの流れに乱れが生じにくい。また、通常、排気管は断面が円形のため、排気管との接続が容易になる。更に、半割部材２つを接合するため、断面が円形の通気管を容易に製造することができる。【００１４】
本発明の微粒子数検出器は、特に限定するものではないが、例えば、大気環境調査、屋内環境調査、汚染調査、自動車などの燃焼粒子計測、粒子生成環境監視、粒子合成環境監視等で用いられる。特に、自動車の排ガス計測を行う際には、本発明の微粒子数検出器は、高温の排ガスに対して、長時間にわたって耐久性や耐熱性が求められる。さらに、放電電極、誘導電極、捕集電極、除去電極に付着した微粒子を、加熱して焼却する場合、より高温の耐熱性が求められる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】電荷発生素子２０の概略構成を表す斜視図。
【図４】各種電極２２，２４，４４，５４を備えたアルミナ焼結プレート１２３の製造工程図。
【図５】各種電極２２，２４，４２，５２を備えたアルミナ焼結プレート１２３の断面図。
【図６】アルミナ焼結ウォール１２５の製造工程図。
【図７】通気管１２の製造工程図。
【図８】通気管１２の他の製造工程図。
【図９】電荷発生素子２０の変形例の断面図。
【図１０】微粒子数検出器１１０の断面図。
【図１１】微粒子数検出器２１０の断面図。
【図１２】円筒状の通気管１１２の斜視図。
【図１３】半割部材１１２ａ，１１２ｂの斜視図。
【図１４】微粒子数検出器３１０の断面図。
【図１５】微粒子数検出器４１０の断面図。
【図１６】微粒子数検出器５１０の断面図。
【図１７】微粒子数検出器６１０の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は電荷発生素子２０の概略構成を表す斜視図である。
【００１７】
微粒子数検出器１０は、ガス（例えば自動車の排ガス）に含まれる微粒子の数を検出するものである。この微粒子数検出器１０は、通気管１２内に、電荷発生素子２０、捕集装置４０、余剰電荷除去装置５０を備えている。また、微粒子数検出器１０は、捕集装置４０に電気的に接続された個数測定装置６０を備えている。
【００１８】
通気管１２は、セラミック製の断面四角形の管である。通気管１２は、ガスを通気管１２内に導入するガス導入口１２ａと、通気管１２を通過してきたガスを排出するガス排出口１２ｂと、ガス導入口１２ａとガス排出口１２ｂとの間の空間である中空部１２ｃとを有している。セラミックの種類は、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。
【００１９】
電荷発生素子２０は、通気管１２のガス導入口１２ａに近い側の上面と下面にそれぞれ設けられている。電荷発生素子２０は、放電電極２２と誘導電極２４とを有している。放電電極２２は、通気管１２の内壁面に沿って設けられ、図３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。誘導電極２４は、矩形電極であり、放電電極２２と対向するように通気管１２の内壁に埋設されている。電荷発生素子２０では、放電電極２２と誘導電極２４との間に放電用電源２６の電圧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、通気管１２のうち放電電極２２と誘導電極２４によって挟まれた部分が誘電体層の役割を果たす。この気中放電中をガスが通過することによりガス中の微粒子１６は電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。なお、放電電極２２が電荷発生素子２０の一対の電極の一方に相当し、誘導電極２４が他方に相当する。
【００２０】
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。
【００２１】
捕集装置４０は、帯電微粒子Ｐを捕集する装置である。捕集装置４０は、互いに対向する電界発生電極４２（捕集用電界発生電極）と捕集電極４４とを有している。これらの電極４２，４４は、通気管１２の内壁面に沿って設けられている。電界発生電極４２と捕集電極４４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５２と除去電極５４との間（除去電極５４上）に電界が発生する。中空部１２ｃに入り込んだ帯電微粒子Ｐは、この電界によって捕集電極４４に引き寄せられて捕集電極４４上に捕集される。電界発生電極４２が捕集用電界発生電極に相当する。
【００２２】
余剰電荷除去装置５０は、微粒子１６に付加されなかった電荷１８を除去する装置であり、捕集装置４０の手前（ガス進行方向の上流側）に設けられている。余剰電荷除去装置５０は、互いに対向する電界発生電極（除去用電界発生電極）５２と除去電極５４を有している。これらの電極５２，５４は、通気管１２の内壁面に沿って設けられている。電界発生電極５２と除去電極５４との間には、電界発生電極４２と捕集電極４４との間に印加される電圧よりも１桁以上小さい電圧が印加される。これにより、電界発生電極５２と除去電極５４との間（除去電極５４上）には弱い電界が発生する。したがって、電荷発生素子２０で気中放電によって発生した電荷１８のうち、微粒子１６に付加されなかった電荷１８は、この弱い電界によって除去電極５４に引き寄せられてＧＮＤに捨てられる。
【００２３】
個数測定装置６０は、捕集電極４４に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷１８の量に基づいて微粒子１６の個数を測定する装置であり、電流測定部６２及び個数算出部６４を有している。電流測定部６２と捕集電極４４との間には、捕集電極４４側からコンデンサ６６と抵抗器６７とスイッチ６８とが直列に接続されている。スイッチ６８は、半導体スイッチが好ましい。スイッチ６８がオンされて捕集電極４４と電流測定部６２とが電気的に接続されると、捕集電極４４に付着した帯電微粒子Ｐに付加された電荷１８に基づく電流が、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として電流測定部６２に伝達される。電流測定部６２は、通常の電流計を用いることができる。個数算出部６４は、電流測定部６２からの電流値に基づいて微粒子１６の個数を演算する。
【００２４】
次に、微粒子数検出器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数検出器１０を取り付ける。このとき、排ガスが微粒子数検出器１０のガス導入口１２ａから通気管１２内に導入され、ガス排出口１２ｂから排出されるように微粒子数検出器１０を取り付ける。
【００２５】
ガス導入口１２ａから通気管１２内に導入された排ガスに含まれる微粒子１６は、電荷発生素子２０を通過する際に電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。帯電微粒子Ｐは、電界が弱く除去電極５４の長さが中空部１２ｃの長さに対して１／２０〜１／１０と短い余剰電荷除去装置５０をそのまま通過して捕集装置４０に至る。また、微粒子１６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５０の除去電極５４に引き寄せられ、ＧＮＤに捨てられる。これにより、微粒子１６に付加されなかった不要な電荷１８は捕集装置４０にほとんど到達することがない。
【００２６】
帯電微粒子Ｐは、捕集装置４０に至ると、捕集電極４４に引き寄せられて捕集される。捕集電極４４に付着された帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流が、コンデンサ６６と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として個数測定装置６０の電流測定部６２に伝達される。
【００２７】
電流Ｉと電荷量ｑの関係は、Ｉ＝ｄｑ／（ｄｔ）、ｑ＝∫Ｉｄｔである。したがって、個数算出部６４は、スイッチ６８がオンされている期間（スイッチオン期間）にわたって電流測定部６２からの電流値を積分（累算）して電流値の積分値（蓄積電荷量）を求める。スイッチオン期間の経過後に、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１６に付加する電荷の数の平均値で除算することで、一定時間（例えば５〜１５秒）にわたって捕集電極４４に付着していた微粒子１６の個数を求めることができる。そして、個数算出部６４は、一定時間における微粒子１６の個数を算出する演算を、所定期間（例えば１〜５分）にわたって繰り返し行って積算することで、所定期間にわたって捕集電極４４に付着した微粒子１６の個数を算出することができる。また、コンデンサ６６と抵抗器６７による過渡応答を利用することで、小さな電流でも測定することが可能となり、微粒子１６の個数を高精度に検出することができる。ｐＡ（ピコアンペア）レベルやｎＡ（ナノアンペア）レベルの微小な電流であれば、例えば抵抗値の大きい抵抗器６７を使用して時定数を大きくすることで、微小な電流の測定が可能となる。
【００２８】
次に、こうした微粒子数検出器１０の製造例、特に通気管１２の製造例について説明する。図４は各種電極２２，２４，４４，５４を備えたアルミナ焼結プレート１２３の製造工程図、図５は各種電極２２，２４，４２，５２を備えたアルミナ焼結プレート１２３の製造工程図、図６はアルミナ焼結ウォール１２５の製造工程図、図７は通気管１２の製造工程図である。まず、アルミナ粉末に、バインダーとしてのポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ）、可塑剤としてのフタル酸ビス（２−エチルヘキシル）（ＤＯＰ）、溶剤としてのキシレンおよび１−ブタノールを加え、ボールミルにて３０時間混合し、グリーンシート成形用スラリーを調製する。このスラリーに真空脱泡処理を施すことにより、粘度を４０００ｃｐｓに調整した後、ドクターブレード装置によってシート材を作製する。このシート材を外形切断し、通気管１２の上面や底面を構成する部材になるグリーンシートＧ１，Ｇ２を作製する（図４（ａ）参照）。
【００２９】
次に、グリーンシートＧ１の表面に、誘導電極２４になる金属ペースト（例えばＰｔペースト）を、焼成後の膜厚が５μｍになるようにスクリーン印刷し、１２０℃で１０分間乾燥する（図４（ｂ）参照）。次に、グリーンシートＧ１とグリーンシートＧ２とを、グリーンシートＧ１の表面に形成した金属ペーストが内包されるように積み重ねて積層体とする（図４（ｃ）参照）。この積層体を１４５０℃で２時間一体焼成する。これにより、金属ペーストは誘導電極２４になり、グリーンシートＧ１とグリーンシートＧ２とは焼成されて一枚のアルミナ焼結プレート１２３となる（図４（ｄ）参照）。
【００３０】
次に、アルミナ焼結プレート１２３の表面のうち放電電極２２、除去電極５４及び捕集電極４４を設ける位置に、接合材としてガラスペースト２２ｇ，５４ｇ，４４ｇをスクリーン印刷し、室温で８時間乾燥する（図４（ｅ）参照）。また、厚みが２０μｍのＳＵＳ３１６製のシート材を放電電極２２、除去電極５４、捕集電極４４の各サイズに合わせてレーザ加工で切断し、熱による変色やバリを化学研磨で除去する。こうして得られた放電電極２２、除去電極５４及び捕集電極４４をアルミナ焼結プレート１２３の表面に形成したガラスペースト２２ｇ，５４ｇ，４４ｇの上にそれぞれ貼り合せた後、４５０℃で１時間加熱することで接合する（図４（ｆ）参照）。その結果、各種電極２２，５４，４４が表面に沿って設けられると共に誘導電極２４が埋設されたアルミナ焼結プレート１２３が得られる。同様にして、図５に示すように、各種電極２２，５２，４２が表面に沿って設けられると共に誘導電極２４が埋設されたアルミナ焼結プレート１２３も作製する。
【００３１】
一方、通気管１２の壁を構成する部材になるグリーンシートＧ３も、グリーンシートＧ１，Ｇ２と同様にドクターブレード装置で作製する（図６（ａ）参照）。このグリーンシートＧ３を１４５０℃で２時間焼成して、アルミナ焼結ウォール１２５を得る（図６（ｂ）参照）。そして、アルミナ焼結ウォール１２５の上端面及び下端面にそれぞれガラスペースト１２５ｇをスクリーン印刷し、室温で８時間乾燥する。これにより、上端面と下端面にガラスペースト１２５ｇが印刷されたアルミナ焼結ウォール１２５が得られる（図６（ｃ）参照）。ここで用いたガラスペースト１２５ｇは、放電電極２２、除去電極５４及び捕集電極４４をアルミナ焼結プレート１２３に接合するのに使用したガラスペースト２２ｇ，５４ｇ，４４ｇよりも低い温度（例えば１５０℃）で接合可能なものを使用する。図６（ｃ）のアルミナ焼結ウォール１２５は２枚作製する。
【００３２】
次に、アルミナ焼結プレート１２３の各電極２２，５４，４４を設けた面に２枚のアルミナ焼結ウォール１２５を立設し、２枚のアルミナ焼結ウォール１２５を架け渡すように、アルミナ焼結プレート１２３を各電極２２，５２，４２を設けた面が下を向くように組み付ける（図７（ａ）参照）。この状態では、アルミナ焼結プレート１２３とアルミナ焼結ウォール１２５との間にはガラスペースト１２５ｇが介在している。これを１５０℃で２時間加熱することにより、アルミナ焼結プレート１２３とアルミナ焼結ウォール１２５とをガラス接合する。これにより、通気管１２の内壁に誘導電極２４が埋設され、内壁面に沿って放電電極２２、電界発生電極４２，５２、捕集電極４４及び除去電極５４が形成された通気管１２を得る（図７（ｂ）参照）。
【００３３】
以上詳述した微粒子数検出器１０では、放電電極２２と、電界発生電極４２，５２と、捕集電極４４と、除去電極５４とは、通気管１２の内壁面に沿って形成され、誘導電極２４は、通気管１２の内壁面に埋設されている。そのため、通気管１２と各種電極２２，２４，４２，４４，５２，５４との一体製造が容易である。また、放電電極２２は通気管１２の内壁面に沿った形状であるため、従来のように針状電極を用いる場合に比べて、ガスの流れを阻害することがないし微粒子が付着しにくい。
【００３４】
また、各種電極２２，４２，４４，５２，５４とは、それぞれ通気管１２の内壁面に無機材料であるガラスで接合されている。そのため、各電極２２，４２，４４，５２，５４を有機材料で接合する場合に比べて耐熱性が高い。
【００３５】
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。
【００３６】
例えば、上述した実施形態では、通気管１２を図４〜図７の製造工程図にしたがって製造したが、それに代えて、図８の製造工程図にしたがって製造してもよい。すなわち、まず、上述した実施形態と同様にしてグリーンシートＧ１，Ｇ２を作製する（図８（ａ）参照）。続いて、グリーンシートＧ１の表面に、誘導電極２４になる金属ペーストを、焼成後の膜厚が５μｍになるようにスクリーン印刷し、１２０℃で１０分間乾燥する。また、グリーンシートＧ２の表面に、放電電極２２、除去電極５４及び捕集電極４４になる金属ペーストを、焼成後の膜厚が５μｍになるようにスクリーン印刷し、１２０℃で１０分間乾燥する（図８（ｂ）参照）。次に、グリーンシートＧ１とグリーンシートＧ２とを、グリーンシートＧ１の表面に形成された金属ペーストが内包され、且つ、グリーンシートＧ２の表面に形成された金属ペーストが外表面になるように積み重ねて第１積層体１３１とする（図８（ｃ）参照）。これと同様にして第２積層体１３２をもう一つ作製する。第２積層体１３２は、捕集電極４４及び除去電極５４になる金属ペーストの代わりに電界発生電極４２，５２になる金属ペーストをスクリーン印刷する。一方、上述した実施形態と同様にしてグリーンシートＧ３を２枚作製する。そして、第１積層体１３１を、金属ペーストが印刷された面が上を向くように配置し、その両側にグリーンシートＧ３を支柱として立設し、更にそれらのグリーンシートＧ３を架け渡すように、第２積層体１３２を、金属ペーストが印刷された面が下を向くように配置するように組み立てる（図８（ｄ）参照）。これを１４５０℃で２時間焼成する。こうすることにより、通気管１２の内壁に誘導電極２４が埋設され、内壁面に沿って放電電極２２と電界発生電極４２，５２と捕集電極４４と除去電極５４とが形成された通気管１２が得られる（図８（ｅ）参照）。この場合も、通気管１２と各種電極２２，２４，４２，４４，５２，５４とを容易に一体製造することができる。また、放電電極２２は通気管１２の内壁面に沿った形状であるため、従来のように針状電極を用いる場合に比べて、ガスの流れを阻害することがないし微粒子が付着しにくい。更に、各電極２２，４２，４４，５２，５４は燒結によって通気管１２に接合されているため、各電極を有機材料で通気管１２の内壁面に接合する場合に比べて耐熱性が高い。
【００３７】
上述した実施形態では、誘導電極２４は、通気管１２の内壁に埋設したが、図９に示すように、放電電極２２と離して通気管１２の内壁面に沿って設けてもよい。その場合、誘導電極２４も放電電極２２等と同様、ガラスペーストを介して通気管１２の内壁面に接合してもよいし、通気管１２の内壁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。
【００３８】
上述した実施形態では、捕集電極４４を１枚の電極として設けたが、ガスの流れの上流側から下流側に向かって複数個間隔をあけて設けてもよい。その一例を図１０に示す。図１０の微粒子数検出器１１０は、３個の捕集電極４４１，４４２，４４３を備えている。なお、図１０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。こうすれば、流体力学上、小さな帯電微粒子Ｐほど上流側の捕集電極４４１に捕集され、大きな帯電微粒子Ｐほど下流側の捕集電極４４３に捕集される。そのため、帯電微粒子Ｐを分級することができる。この場合、個数測定装置６０は、捕集電極４４１，４４２，４４３のそれぞれに設ける。こうすれば、小サイズの帯電微粒子Ｐの数、中サイズの帯電微粒子Ｐの数、大サイズの帯電微粒子Ｐの数をそれぞれ測定することができる。
【００３９】
上述した実施形態では、捕集電極４４を流れる微小電流に基づいて帯電微粒子Ｐの数を算出したが、微小電流を増幅するとノイズも増幅されるため精度よく帯電微粒子の数を算出するのが難しいことがある。そのため、微小電流を測定する代わりに、静電容量を測定してもよい。具体的には、電界発生電極４２と捕集電極４４とこれらに挟まれた通気管１２の内部空間とで構成される擬似コンデンサの静電容量を測定し、それに基づいて帯電微粒子の数を算出する。その一例を以下に説明する。予め、捕集電極４４に帯電微粒子Ｐが捕集されていない状態での静電容量と、捕集電極４４に帯電微粒子Ｐが１つ捕集されたときの静電容量の増加量とを、ＬＣＲメータを用いて特定の周波数（例えば１ｋＨｚ）で測定しておく。そして、被測定ガスを通気管１２に流したときに、その周波数での静電容量をＬＣＲメータで測定する。測定前後の静電容量の増加量を、帯電微粒子Ｐが１つ捕集されたときの静電容量の増加量で除すことにより、測定時に捕集電極４４に捕集された帯電微粒子Ｐの数を算出する。静電容量はＬＣＲメータなどにより容易に比較的精度よく測定することができるため、帯電微粒子Ｐの数を精度よく算出することができる。
【００４０】
あるいは、微小電流を測定する代わりに、共振周波数を測定してもよい。具体的には、捕集電極４４の代わりに、図１１の微粒子数検出器２１０のように、表側電極４４５と裏側電極４４６との間に圧電体４４７を挟み込んだ圧電振動子４４４を通気管１２の内壁面に設ける。なお、図１１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。ここでは、表側電極４４５を捕集電極として利用する。この場合、圧電振動子４４４に微弱な正弦波を印加しておく。予め、表側電極４４５に帯電微粒子Ｐが付着する前の共振周波数と、表側電極４４５に帯電微粒子Ｐが１つ捕集されたときの共振周波数の変化量とを測定しておく。そして、被測定ガスを通気管１２に流したときの共振周波数を測定する。測定前後の共振周波数の変化量を、帯電微粒子が１つ捕集されたときの共振周波数の変化量で除すことにより、測定時に表側電極４４５に捕集された帯電微粒子Ｐの数を算出する。共振周波数は、表側電極４４５に捕集された帯電微粒子Ｐの質量に応じて変化するため、インピーダンスアナライザなどにより比較的精度よく測定することができる。そのため、帯電微粒子Ｐの数をよく算出することができる。
【００４１】
上述した実施形態では、通気管１２の断面を矩形としたが、図１２に示すように通気管１１２を円筒状つまり断面を円形としてもよい。なお、図１２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。こうすれば、断面が四角形の場合に比べてガスの流れに乱れが生じにくい。また、通常、排気管（例えば自動車の排気管）は断面が円形のため、排気管と通気管１１２との接続が容易になる。このように断面が円形の通気管１１２を作製するには、図１３に示すように、断面が半円形状でセラミック製の半割部材１１２ａ，１１２ｂをガラス接合して円筒形状にしてもよい。半割部材１１２ａ，１１２ｂには、予め各種電極を設けておく。こうすれば、断面が円形の通気管１１２を容易に製造することができる。
【００４２】
上述した実施形態において、図１４の微粒子数検出器３１０のように、通気管１２の中空部１２ｃのうち電荷発生素子２０と余剰電荷除去装置５０との間に絞り部１２ｄを設けてもよい。なお、図１４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。
【００４３】
上述した実施形態では、電界発生電極４２，５２を通気管１２の内壁面に沿って設けたが、これらの少なくとも一方を通気管１２に埋設してもよい。また、図１５の微粒子数検出器４１０のように、電界発生電極４２の代わりに、捕集電極４４を挟むように一対の電界発生電極４６，４６を通気管１２内に埋設し、電界発生電極５２の代わりに、除去電極５４を挟むように一対の電界発生電極５６，５６を通気管１２内に埋設してもよい。なお、図１５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４６，４６に電圧を印加して捕集電極４４上に電界を発生させると、捕集電極４４に帯電微粒子Ｐが捕集される。また、一対の電界発生電極５６，５６に電圧を印加して除去電極５４上に電界を発生させると、除去電極５４に電荷１８が捕集され除去される。
【００４４】
上述した実施形態において、各電極をリフレッシュするためのヒータを設けてもよい。例えば、図１６の微粒子数検出器５１０のように、放電電極２２、誘導電極２４、捕集電極４４及び除去電極５４に付着した微粒子１６や帯電微粒子Ｐを加熱して焼却するためのヒータ７０を、セラミックス製の通気管１２に埋設してもよい。あるいは、図１７の微粒子数検出器６１０のように、同様のヒータ７２をセラミックス製の通気管１２の外側に巻き付けてもよい。なお、図１６及び図１７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。こうすれば、ヒータ７０，７２に通電することにより各電極をリフレッシュすることができる。
【００４５】
上述した実施形態では、放電電極１２２の周囲に複数の微細突起１２２ａを設けたが、微細突起１２２ａを省略してもよい。
【００４６】
本出願は、２０１７年１月２６日に出願された日本国特許出願第２０１７−１２０２３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】
【００４７】
本発明は、例えば自動車などの動力機械の排ガス中の微粒子の数を検出するのに利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０  微粒子数検出器、１２，１１２  通気管、１２ａ  ガス導入口、１２ｂ  ガス排出口、１２ｃ  中空部、１２ｄ  絞り部、１６  微粒子、１８  電荷、２０  電荷発生素子、２２  放電電極、２２ａ  微細突起、２２ｇ，４４ｇ，５４ｇ  ガラスペースト、２４  誘導電極、２６  放電用電源、４０  捕集装置、４２  電界発生電極、４４  捕集電極、４６  電界発生電極、５０  余剰電荷除去装置、５２  電界発生電極、５４  除去電極、５６  電界発生電極、６０  個数測定装置、６２  電流測定部、６４  個数算出部、６６  コンデンサ、６７  抵抗器、６８  スイッチ、７０，７２  ヒータ、１１２ａ，１１２ｂ  半割部材、１２２  放電電極、１２２ａ  微細突起、１２３  アルミナ焼結プレート、１２５  アルミナ焼結ウォール、１２５ｇ  ガラスペースト、１３１  第１積層体、１３２  第２積層体、４４１〜４４３  捕集電極、４４４  圧電振動子、４４５  表側電極、４４６  裏側電極、４４７  圧電体、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３  グリーンシート、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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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