(57)【要約】【課題】低電圧でも帯電微粒子を十分捕集可能な微粒子数検出器を提供する。【解決手段】微粒子数検出器１０では、通気管１２内の中空部１２ｃをガス進行方向に沿った仮想面１３で分けた第１ガス流路１２ｄ及び第２ガス流路１２ｅのうち、第１ガス流路１２ｄに導入されたガスに含まれる微粒子１５には第１素子２１が負電荷１６を付加して第１帯電微粒子１８とする。また、第２ガス流路１２ｅに導入されたガスに含まれる微粒子１５には第２素子２２が正電荷１７を付加して第２帯電微粒子１９とする。そして、第１ガス流路１２ｄ側に第１捕集電極４８が配置され第２ガス流路１２ｅ側に第２捕集電極４９が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気管内のガス流路をガス進行方向に沿った面で分けた第１ガス流路及び第２ガス流路のうち前記第１ガス流路に導入されたガスに含まれる微粒子に負電荷を付加する第１素子と、前記第２ガス流路に導入されたガスに含まれる微粒子に正電荷を付加する第２素子と、を備えた電荷付加手段と、
前記電荷付加手段よりも前記ガス進行方向の下流側で前記ガス流路を挟んだ両側に対向して設けられた正極と負極とを備え、前記正極が前記第１ガス流路側に配置され前記負極が前記第２ガス流路側に配置された電界発生手段と、
前記負電荷が付加された微粒子である第１帯電微粒子を捕集する第１捕集電極と前記正電荷が付加された微粒子である第２帯電微粒子を捕集する第２捕集電極とを前記正極と前記負極との間に備え、前記第１捕集電極は前記正極側に配置され、前記第２捕集電極は前記負極側に配置された帯電微粒子捕集手段と、
前記帯電微粒子捕集手段によって捕集された第１及び第２帯電微粒子の電荷の量に基づいて前記ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
を備えた微粒子数検出器。
【請求項２】
前記電荷付加手段は、前記通気管内の中央に前記第１及び第２素子に共通の誘導電極を有し、
前記第１素子は、第１放電電極を備え、前記誘導電極と前記第１放電電極との間で発生する気中放電により前記第１放電電極側に負電荷を発生させ、
前記第２素子は、第２放電電極を備え、前記誘導電極と前記第２放電電極との間で発生する気中放電により前記第２放電電極側に正電荷を発生させる、
請求項１に記載の微粒子数検出器。
【請求項３】
前記第１素子は、前記第１放電電極としての平板電極と前記誘導電極との間に誘電体層を備えた素子であり、
前記第２素子は、前記第２放電電極としての平板電極と前記誘導電極との間に誘電体層を備えた素子である、
請求項２に記載の微粒子数検出器。
【請求項４】
前記第１素子は、前記第１放電電極として針状電極を有し、
前記第２素子は、前記第２放電電極として針状電極を有する、
請求項２に記載の微粒子数検出器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粒子数検出器であって、
前記通気管内を仕切る仕切壁
を備え、
前記仕切壁は、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを分離する、
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、特許文献１のように、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。この微粒子検出器では、針状電極とそれに対向する対向電極との間でコロナ放電を発生させて、微粒子に電荷を付加している。また、一対の電極が筐体内に発生させた電界によって、電荷が付加された微粒子を筐体内に設置された測定電極に向かって移動させて、測定電極にこの微粒子を捕集している。
【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】
特許文献１の微粒子数検出器において、電荷が付加された微粒子を測定電極まで移動させるためには、一対の電極間に比較的大きな電圧を印加して電界を発生させる必要があった。そのため、装置の小型化や省エネルギー化を図る観点から、この電圧を小さくしたいという要望があった。
【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、低電圧でも帯電微粒子を十分捕集可能な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】
本発明の微粒子数検出器は、
通気管内のガス流路をガス進行方向に沿った面で分けた第１ガス流路及び第２ガス流路のうち前記第１ガス流路に導入されたガスに含まれる微粒子に負電荷を付加する第１素子と、前記第２ガス流路に導入されたガスに含まれる微粒子に正電荷を付加する第２素子と、を備えた電荷付加手段と、
前記電荷付加手段よりも前記ガス進行方向の下流側で前記ガス流路を挟んだ両側に対向して設けられた正極と負極とを備え、前記正極が前記第１ガス流路側に配置され前記負極が前記第２ガス流路側に配置された電界発生手段と、
前記負電荷が付加された微粒子である第１帯電微粒子を捕集する第１捕集電極と前記正電荷が付加された微粒子である第２帯電微粒子を捕集する第２捕集電極とを前記正極と前記負極との間に備え、前記第１捕集電極は前記正極側に配置され、前記第２捕集電極は前記負極側に配置された帯電微粒子捕集手段と、
前記帯電微粒子捕集手段によって捕集された第１及び第２帯電微粒子の電荷の量に基づいて前記ガス中の微粒子の数を検出する検出手段と、
を備えたものである。
【０００８】
この微粒子数検出器では、通気管内のガス流路をガス進行方向に沿った面で分けた第１ガス流路及び第２ガス流路のうち、第１ガス流路に導入されたガスに含まれる微粒子には第１素子が負電荷を付加して第１帯電微粒子とし、第２ガス流路に導入されたガスに含まれる微粒子には第２素子が正電荷を付加して第２帯電微粒子とする。そして、第１及び第２ガス流路側に第１及び第２捕集電極がそれぞれ配置されている。そのため、この微粒子検出器では、第１捕集電極はガス流路のうち第１ガス流路中の第１帯電微粒子を捕集すればよく、第２捕集電極はガス流路のうち第２ガス流路中の第２帯電微粒子を捕集すればよい。したがって、第１及び第２帯電微粒子をそれぞれ第１及び第２捕集電極に捕集させるために必要な、ガスの進行方向に直交する方向（以下、直交方向）の移動距離は、例えば特許文献１と比べて半分程度になるなど、比較的小さくなる。例えば特許文献１では、１つの測定電極でガス流路全体の微粒子を捕集する必要があり、直交方向で測定電極とは反対側に位置する微粒子を測定電極に捕集させる際には、必要な直交方向の移動距離が長くなるからである。このように、本発明の微粒子数検出器では、第１及び第２帯電微粒子を移動させる直交方向の距離が小さくてすむから、電界発生手段の正極と負極との間に印加する電圧が低電圧でも第１及び第２帯電微粒子を十分捕集可能になる。
【０００９】
なお、「ガス進行方向に沿った面」は、物理的な面のほか、仮想的な面を含むものとする。「負電荷」とは、電子及び陰イオンを含むものとする。「正電荷」とは、陽イオンを含むものとする。「正電荷が付加された微粒子である第２帯電微粒子」とは、陽イオンが付加された微粒子のほか、電子を喪失することで正に帯電した微粒子を含むものとする。「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。
【００１０】
本発明の微粒子検出器において、前記電荷付加手段は、前記通気管内の中央に前記第１及び第２素子に共通の誘導電極を有し、前記第１素子は、第１放電電極を備え、前記誘導電極と前記第１放電電極との間で発生する気中放電により前記第１放電電極側に負電荷を発生させ、前記第２素子は、第２放電電極を備え、前記誘導電極と前記第２放電電極との間で発生する気中放電により前記第２放電電極側に正電荷を発生させてもよい。こうすれば、誘導電極を共通化することで、装置構成をコンパクト化できる。
【００１１】
本発明の微粒子検出器において、前記第１素子は、前記第１放電電極としての平板電極と前記誘導電極との間に誘電体層を備えた素子であり、前記第２素子は、前記第２放電電極としての平板電極と前記誘導電極との間に誘電体層を備えた素子であってもよい。
【００１２】
本発明の微粒子検出器において、前記第１素子は、前記第１放電電極として針状電極を有し、前記第２素子は、前記第２放電電極として針状電極を有してもよい。
【００１３】
本発明の微粒子検出器は、前記通気管内を仕切る仕切壁を備え、前記仕切壁は、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを分離してもよい。こうすれば、第１及び第２帯電微粒子が互いに接触して電荷の付加されない微粒子になることを仕切壁が抑制できるため、微粒子数の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】微粒子数検出器１０の概略構成を表す断面図。
【図２】電荷発生素子１２０を備えた微粒子数検出器１０の断面図。
【図３】誘電体層２２３を備えた微粒子数検出器１０の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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である。
【００１６】
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計測するものである。この微粒子数検出器１０は、図１に示すように、セラミック製の通気管１２内に、電荷発生素子２０、捕集装置４０、余剰電荷除去装置５０、個数測定装置６０及びヒータ部７０を備えている。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とを有している。
【００１７】
電荷発生素子２０は、電荷を発生させて通気管１２内に導入された被測定ガス１４中の微粒子１５に電荷を付加するものであり、誘電体層２３、第１，第２放電電極２５，２６、誘導電極２７及び電源３４を備えている。
【００１８】
誘電体層２３は、例えば直方体形状をしており、例えば雲母やセラミックなどで構成されている。誘電体層２３は、自身に対して、通気管１２の通路のうちガスの進行方向に直交する方向（図１では上下方向）の一方側（図１では下側）と他方側（図１では上側）との両方にガスが流通可能な位置に配置されている。本実施形態では、誘電体層２３は通気管１２の通路のうち図１の上下方向の中央に配置されている。なお、ガスの進行方向に直交する方向を直交方向と称する。
【００１９】
第１，第２放電電極２５，２６は、平板電極であり、例えば平面視で長方形状をしている。第１放電電極２５は、誘電体層２３のうち直交方向の一方の面（図１では下面）に配置されている。第２放電電極２６は、誘電体層２３のうち直交方向の他方の面（図１では上面）に配置されている。第１放電電極２５は、平面視において互いに向かい合う長辺に複数の突起（例えば図１の左右方向に突出する突起）が設けられていてもよい。第２放電電極２６についても同様に、複数の突起が設けられていてもよい。
【００２０】
誘導電極２７は、例えば長方形状の平板電極であり、誘電体層２３の内部に埋設されている。誘導電極２７は、通気管１２内の直交方向の中央に配置されている。誘導電極２７は、第１放電電極２５と第２放電電極２６との間に配置されて、第１放電電極２５及び第２放電電極２６の各々と直交方向に対向している。
【００２１】
電荷発生素子２０のうち、第１放電電極２５、誘導電極２７、及び誘電体層２３（特に第１放電電極２５及び誘導電極２７の間に挟まれた部分）、を含む部分は、負電荷１６を発生させる第１素子２１を構成している。また、電荷発生素子２０のうち、第２放電電極２６、誘導電極２７、及び誘電体層２３（特に第２放電電極２６及び誘導電極２７の間に挟まれた部分）、を含む部分は、正電荷１７を発生させる第２素子２２を構成している。なお、誘導電極２７は、第１素子２１及び第２素子２２に共通の電極となっている。また、第１素子２１は第２素子２２と比べて直交方向の一方側（図１では下側）に位置しており、第１素子２１及び第２素子２２は直交方向の一方側と他方側とに位置している。
【００２２】
電源３４は、第１，第２放電電極２５，２６及び誘導電極２７に接続されている。電源３４は、誘導電極２７を接地すると共に第１放電電極２５に高電圧（負電圧）を印加可能となっている。第１放電電極２５と誘導電極２７との間に高電圧が印加されると、第１放電電極２５と誘導電極２７との電位差によって気中放電（例えばコロナ放電、誘電体バリア放電、コロナ放電と誘電体バリア放電の両方など）が起こる。気中放電が起きると、第１放電電極２５周辺で負電荷１６（例えば電子や陰イオン）が発生する。これにより、ガス導入口１２ａから導入されたガスのうち第１放電電極２５よりも下方を通過する微粒子１５に負電荷１６が付加される。負電荷１６が付加された微粒子１５である第１帯電微粒子１８は、ガスの流れに乗って第１素子２１の下方から通気管１２内の中空部１２ｃのうち第１ガス流路１２ｄへ進む。なお、中空部１２ｃは、ガス導入口１２ａからガス排出口１２ｂまでの空間のうち、第１及び第２素子２１，２２の各電極（ここでは第１，第２放電電極２５，２６及び誘導電極２７）よりもガスの進行方向下流側の領域とする。また、中空部１２ｃをガス進行方向に沿った仮想面１３で分けたうちの第１素子２１側の領域（図１では中空部１２ｃのうち下側の領域）を第１ガス流路１２ｄとする。中空部１２ｃをガス進行方向に沿った仮想面１３で分けたうちの第２素子２２側の領域（図１では中空部１２ｃのうち上側の領域）を第２ガス流路１２ｅとする。なお、本実施形態では、仮想面１３は中空部１２ｃのうち図１の上下方向の中央を通る面とした。すなわち、中空部１２ｃのうち図１の下側半分を第１ガス流路１２ｄとし、図１の上側半分を第２ガス流路１２ｅとした。また、本実施形態では、誘電体層２３及び誘導電極２７は仮想面１３を上流側に延長した面を含むように位置している。
【００２３】
また、電源３４は、第２放電電極２６に高電圧（正電圧）を印加可能となっている。第２放電電極２６と誘導電極２７との間に高電圧が印加されると、第２放電電極２６と誘導電極２７との電位差によって気中放電が起こる。気中放電が起きると、第２放電電極２６周辺で正電荷１７（例えば陽イオン）が発生する。これにより、ガス導入口１２ａから導入されたガスのうち第２放電電極２６よりも上方を通過する微粒子１５に正電荷１７が付加される。正電荷１７が付加された微粒子１５である第２帯電微粒子１９は、ガスの流れに乗って第２素子２２の上方から通気管１２内の中空部１２ｃのうち第２ガス流路１２ｅへ進む。
【００２４】
捕集装置４０は、第１，第２帯電微粒子１８，１９を捕集する装置であり、通気管１２内の中空部１２ｃに設けられている。捕集装置４０は、電界発生部４２及び第１，第２捕集電極４８，４９を有している。電界発生部４２は、通気管１２の内部の中空部１２ｃを挟んだ両側に対向して配置された一対の正極４４及び負極４６を有している。正極４４は、中空部１２ｃの壁のうち直交方向の一方側（図１では下側）すなわち第１ガス流路１２ｄ側に埋設されている。負極４６は、中空部１２ｃの壁のうち直交方向の他方側（図１では上側）すなわち第２ガス流路１２ｅ側に埋設されている。第１捕集電極４８は、正極４４と負極４６との間のうち直交方向の一方側すなわち正極４４側に配置されている。第１捕集電極４８は、正極４４が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。第２捕集電極４９は、正極４４と負極４６との間のうち直交方向の他方側すなわち負極４６側に配置されている。第２捕集電極４９は、負極４６が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。
【００２５】
電界発生部４２の負極４６には負電位−Ｖ１が印加され、正極４４には接地電位Ｖｓｓが印加される。負電位−Ｖ１のレベルは−数１０Ｖオーダーから−数ｋＶである。これにより、中空部１２ｃの内部には正極４４から負極４６に向かう電界が発生する。したがって、第１ガス流路１２ｄに入り込んだ第１帯電微粒子１８は、発生している電界によって、正極４４に引き寄せられて直交方向の一方側に移動し、その途中に設置された第１捕集電極４８に捕集される。同様に、第２ガス流路１２ｅに入り込んだ第２帯電微粒子１９は、発生している電界によって、負極４６に引き寄せられて直交方向の他方側に移動し、その途中に設置された第２捕集電極４９に捕集される。
【００２６】
余剰電荷除去装置５０は、微粒子１５に付加されなかった負電荷１６及び正電荷１７を除去する装置であり、中空部１２ｃのうち捕集装置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、電界発生部５２及び第１，第２除去電極５８，５９を有している。電界発生部５２は、中空部１２ｃの壁のうち直交方向の一方側に埋設された正極５４と、その正極５４に対向する壁（直交方向の他方側の壁）に埋設された負極５６とを有している。第１除去電極５８は、正極５４が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。第２除去電極５９は、負極５６が埋設された中空部１２ｃの壁に露出している。電界発生部５２の負極５６には負電位−Ｖ２が印加され、正極５４には接地電位Ｖｓｓが印加される。負電位−Ｖ２のレベルは−ｍＶオーダーから−数１０Ｖである。負電位−Ｖ２の絶対値は、捕集装置４０の負極４６に印加される負電位−Ｖ１の絶対値よりも１桁以上小さい。これにより、正極５４から負極５６に向かう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負電荷１６のうち、微粒子１５に付加されなかった負電荷１６は、弱い電界によって正極５４に引き寄せられ、その途中に設置された第１除去電極５８を介してＧＮＤに捨てられる。同様に、電荷発生素子２０で気中放電によって発生した正電荷１７のうち、微粒子１５に付加されなかった正電荷１７は、弱い電界によって負極５６に引き寄せられ、その途中に設置された第２除去電極５９を介してＧＮＤに捨てられる。
【００２７】
個数測定装置６０（検出手段）は、捕集された第１帯電微粒子１８の負電荷１６の量及び捕集された第２帯電微粒子１９の正電荷１７の量に基づいて微粒子１５の個数を測定する装置であり、第１，第２電流測定部６１，６２及び個数算出部６３を有している。第１電流測定部６１と第１捕集電極４８との間には、第１捕集電極４８側からコンデンサ６４と抵抗器６６とスイッチ６８とが直列に接続されている。第２電流測定部６２と第２捕集電極４９との間には、第２捕集電極４９側からコンデンサ６５と抵抗器６７とスイッチ６９とが直列に接続されている。スイッチ６８，６９は、半導体スイッチが好ましい。スイッチ６８がオンされて第１捕集電極４８と第１電流測定部６１とが電気的に接続されると、第１捕集電極４８に付着した第１帯電微粒子１８中の負電荷１６に基づく電流が、コンデンサ６４と抵抗器６６からなる直列回路を介して過渡応答として第１電流測定部６１に伝達される。同様に、スイッチ６９がオンされて第２捕集電極４９と第２電流測定部６２とが電気的に接続されると、第２捕集電極４９に付着した第２帯電微粒子１９中の正電荷１７に基づく電流が、コンデンサ６５と抵抗器６７からなる直列回路を介して過渡応答として第２電流測定部６２に伝達される。第１，第２電流測定部６１，６２は、通常の電流計を用いることができる。個数算出部６３は、第１，第２電流測定部６１，６２からの電流値に基づいて微粒子１５（ここでは第１帯電微粒子１８及び第２帯電微粒子１９）の個数を演算する。
【００２８】
ヒータ部７０は、第１，第２ヒータ７１，７２を備えている。第１ヒータ７１は、中空部１２ｃのうち第１捕集電極４８が設けられた側の壁に埋設されている。第２ヒータ７２は、中空部１２ｃのうち第２捕集電極４９が設けられた側の壁に埋設されている。第１，第２ヒータ７１，７２は、それぞれ第１，第２捕集電極４８，４９に捕集された第１，第２帯電微粒子１８，１９を焼却して第１，第２捕集電極４８，４９をリフレッシュするときに図示しない電源から電力が供給されるようになっている。なお、ヒータ部７０は、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）と呼ばれる高分子炭化水素の影響をなくした状態で微粒子数を測定する際にも利用される。
【００２９】
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。
【００３０】
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１５は、電荷発生素子２０の第１放電電極２５よりも下方を通過する場合には負電荷１６が付加されて第１帯電微粒子１８となり、第２放電電極２６よりも上方を通過する場合には正電荷１７が付加されて第２帯電微粒子１９となる。その後、第１，第２帯電微粒子１８，１９はそれぞれ中空部１２ｃに入る。第１，第２帯電微粒子１８，１９は、電界が弱く第１，第２除去電極５８，５９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１５に付加されなかった負電荷１６及び正電荷１７も、電荷発生素子２０を通過して中空部１２ｃに入る。こうした負電荷１６及び正電荷１７は、電界が弱くても余剰電荷除去装置５０の正極５４及び負極５６にそれぞれ引き寄せられ、その途中に設置された第１，第２除去電極５８，５９を介してＧＮＤに捨てられる。これにより、微粒子１５に付加されなかった不要な負電荷１６及び正電荷１７は捕集装置４０にほとんど到達することがない。
【００３１】
第１，第２帯電微粒子１８，１９は、捕集装置４０に至ると、それぞれ正極４４及び負極４６に引き寄せられ、その途中に設置された第１，第２捕集電極４８，４９に捕集される。なお、第１帯電微粒子１８は通気管１２内のうち第１放電電極２５の下方やその下流で生成され、図１で下側に配置された第１捕集電極４８に捕集されるから、生成から捕集までの間に第１帯電微粒子１８が通過するのは中空部１２ｃのうち第１ガス流路１２ｄである。同様に、第２帯電微粒子１９は通気管１２内のうち第２放電電極２６の上方やその下流で生成され、図１で上側に配置された第２捕集電極４９に捕集されるから、生成から捕集までの間に第２帯電微粒子１９が通過するのは中空部１２ｃのうち第２ガス流路１２ｅである。
【００３２】
そして、第１捕集電極４８に付着された第１帯電微粒子１８中の負電荷１６に基づく電流が、コンデンサ６４と抵抗器６６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の第１電流測定部６１に伝達される。第２捕集電極４９に付着された第２帯電微粒子１９中の正電荷１７に基づく電流が、コンデンサ６５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の第２電流測定部６２に伝達される。
【００３３】
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６３は、スイッチ６８がオンされている期間（スイッチオン期間）にわたって第１電流測定部６１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１つの負電荷１６の電荷量で除算して負電荷１６の数（捕集負電荷数）を算出し、１つの第１帯電微粒子１８中の負電荷１６の数の平均値で捕集負電荷数を除算することで、一定時間（例えば５〜１５秒）にわたって第１捕集電極４８に付着していた第１帯電微粒子１８の個数を求めることができる。同様に、個数算出部６３は、スイッチ６９がオンされている期間（スイッチオン期間）にわたって第２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１つの正電荷１７の電荷量で除算して正電荷１７の数（捕集正電荷数）を算出し、１つの第２帯電微粒子１９中の正電荷１７の数の平均値で捕集正電荷数を除算することで、一定時間（例えば５〜１５秒）にわたって第２捕集電極４９に付着していた第２帯電微粒子１９の個数を求めることができる。そして、個数算出部６３は、求めた第１帯電微粒子１８の個数と第２帯電微粒子１９の個数との合計値として、微粒子１５の個数を求めることができる。また、個数算出部６４は、一定時間における微粒子１５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第１，第２捕集電極４８，４９に付着した微粒子１５の個数を算出することができる。また、コンデンサ６４，６５と抵抗器６６，６７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１５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６６，６７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。なお、適時、ヒータ部７０の第１，第２ヒータ７１，７２に電力を供給して第１，第２捕集電極４８，４９に捕集された微粒子１５を焼却して第１，第２捕集電極４８，４９をリフレッシュする。
【００３４】
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。本実施形態の電荷発生素子２０が本発明の電荷付加手段に相当し、電界発生部４２が電界発生手段に相当し、第１捕集電極４８及び第２捕集電極４９が帯電微粒子捕集手段に相当し、個数測定装置６０が検出手段に相当する。また、中空部１２ｃがガス流路に相当する。
【００３５】
以上詳述した本実施形態の微粒子数検出器１０では、通気管１２内の中空部１２ｃをガス進行方向に沿った仮想面１３で分けた第１ガス流路１２ｄ及び第２ガス流路１２ｅのうち、第１ガス流路１２ｄに導入されたガスに含まれる微粒子１５には第１素子２１が負電荷１６を付加して第１帯電微粒子１８とする。また、第２ガス流路１２ｅに導入されたガスに含まれる微粒子１５には第２素子２２が正電荷１７を付加して第２帯電微粒子１９とする。そして、第１ガス流路１２ｄ側に第１捕集電極４８が配置され第２ガス流路１２ｅ側に第２捕集電極４９が配置されている。そのため、この微粒子検出器１０では、第１捕集電極４８は中空部１２ｃのうち第１ガス流路１２ｄ中の第１帯電微粒子１８を捕集すればよく、第２捕集電極４９は中空部１２ｃのうち第２ガス流路１２ｅ中の第２帯電微粒子１９を捕集すればよい。したがって、例えば素子と捕集電極とが１つずつであり第１帯電微粒子１８及び第２帯電微粒子１９のうち一方のみを生成して捕集する場合と比較して、第１，第２帯電微粒子１８，１９をそれぞれ第１，第２捕集電極４８，４９に捕集させるために必要な直交方向の移動距離が小さくなる。例えば、本実施形態では第１帯電微粒子１８は第１ガス流路１２ｄを流通し第２帯電微粒子１９は第２ガス流路１２ｅを流通するから、第１，第２帯電微粒子１８，１９をそれぞれ第１，第２捕集電極４８，４９に捕集させるために必要な直交方向の移動距離は、それぞれ最大でも中空部１２ｃの上下方向の高さｈの半分である。これに対し、例えば第１帯電微粒子１８のみを生成して第１捕集電極４８で捕集する場合を考える。この場合、ガス導入口１２ａから導入されたガスのうち第１ガス流路１２ｄだけでなく第２ガス流路１２ｅを通過する微粒子１５にも負電荷１６を付加して第１帯電微粒子１８とする必要がある。その結果、第１帯電微粒子１８は中空部１２ｃ全体を流通し、これを全て第１捕集電極４８で捕集する必要があるから、例えば直交方向で第１捕集電極４８とは反対側（図１では上側）に位置する第１帯電微粒子１８を捕集するための直交方向の移動距離は、最大で高さｈと同程度となる。このように、本実施形態の微粒子数検出器１０では、第１，第２帯電微粒子１８，１９を移動させる直交方向の距離が小さくてすむから、一対の正極４４及び負極４６間に印加する電圧が低電圧でも第１，第２帯電微粒子１８，１９を十分捕集可能になる。
【００３６】
また、電荷発生素子２０は、通気管１２内の中央に第１，第２素子２１，２２に共通の誘導電極２７を有している。そして、第１素子２１は、第１放電電極２５を備え、誘導電極２７と第１放電電極２５との間で発生する気中放電により第１放電電極２５側に負電荷１６を発生させる。第２素子２２は、第２放電電極２６を備え、誘導電極２７と第２放電電極２６との間で発生する気中放電により第２放電電極２６側に正電荷１７を発生させる。このように、誘導電極２７を共通化することで、装置構成をコンパクト化できる。
【００３７】
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。
【００３８】
例えば、上述した実施形態では、第１，第２放電電極２５，２６は平板電極としたが、これに限らず、第１，第２ガス流路１２ｄ，１２ｅに導入されたガスに含まれる微粒子１５に負電荷１６及び正電荷１７をそれぞれ付加できれば、どのような形状を採用してもよい。例えば、図２に示すように針状電極としての第１，第２放電電極１２５，１２６を備えた電荷発生素子１２０を採用してもよい。なお、電荷発生素子２０と同じ構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。電荷発生素子１２０は、第１，第２放電電極１２５，１２６を備えている。第１放電電極１２５は、針状電極であり、その先端を誘導電極２７側（図２では上側）に向けて配置されている。第１放電電極１２５は、通気管１２の壁のうち直交方向の一方側（図１では下側）すなわち第１ガス流路１２ｄ側に一部が埋設され、先端は通気管１２の壁から突出している。第２放電電極１２６は、針状電極であり、その先端を誘導電極２７側（図２では下側）に向けて配置されている。第２放電電極１２６は、通気管１２の壁のうち直交方向の他方側（図１では上側）すなわち第２ガス流路１２ｅ側に一部が埋設され、先端は通気管１２の壁から突出している。また、電荷発生素子１２０のうち第１放電電極１２５及び誘導電極２７を含む部分が第１素子１２１を構成している。電荷発生素子１２０のうち第２放電電極１２６及び誘導電極２７を含む部分が第２素子１２２を構成している。第１素子１２１は、第１放電電極１２５と誘導電極２７との間で発生する気中放電により第１放電電極１２５側に負電荷１６を発生させる。そのため、第１ガス流路１２ｄに導入されたガスに含まれる微粒子１５に負電荷１６が付加される。また、第２素子１２２は、第２放電電極１２６と誘導電極２７との間で発生する気中放電により第２放電電極１２６側に負電荷１６を発生させる。そのため、第２ガス流路１２ｅに導入されたガスに含まれる微粒子１５に正電荷１７が付加される。この電荷発生素子１２０を採用する場合も、上述した実施形態と同様に、正極４４及び負極４６間に印加する電圧が低電圧でも第１，第２帯電微粒子１８，１９を十分捕集可能になる。なお、電荷発生素子１２０において、誘電体層２３を省略したり、誘電体層２３の一方側の面と他方側の面とにそれぞれ誘導電極を配置したりしてもよい。
【００３９】
上述した実施形態において、第１ガス流路１２ｄと第２ガス流路１２ｅとを分ける仮想面１３は仮想的な面としたが、第１ガス流路１２ｄと第２ガス流路１２ｅとを分ける面の少なくとも一部が物理的な面（壁や板などの物体）であってもよい。例えば、電荷発生素子２０の下流側に通気管１２内を仕切る仕切壁をさらに備えてもよい。図３に示す誘電体層２２３は、図１の誘電体層２３を下流側まで延長した形状（例えば平板状）をしており、通気管１２内を仕切る仕切壁を兼ねている。この誘電体層２２３は、通気管１２内の中空部１２ｃを直交方向の一方（図３の下側）と他方（図３の上側）とに分離している。すなわち、誘電体層２２３は、第１ガス流路１２ｄと第２ガス流路１２ｅとを分離している。より具体的には、誘電体層２２３は、第１ガス流路１２ｄのうち第１素子２１側から第１捕集電極４８までの空間と、第２ガス流路１２ｅのうち第２素子２２側から第２捕集電極４９までの空間とを分離している。これにより、中空部１２ｃで第１，第２帯電微粒子１８，１９が互いに接触して電荷の付加されない微粒子１５になることを誘電体層２２３が抑制できる。そのため、微粒子数の検出精度が向上する。なお、図３では電荷発生素子２０の構成要素である誘電体層２２３が仕切壁を兼ねているが、両者を別部材としてもよい。また、図３では誘電体層２２３はガス進行方向に沿った下流側の端部が第１，第２捕集電極４８，４９の下流側の端部と同じ位置としたが、誘電体層２２３がこの位置より下流側まで存在してもよいしこの位置より上流側までしか存在しなくてもよい。
【００４０】
上述した実施形態では、誘導電極２７は第１素子２１及び第２素子２２に共通の電極としたが、第１素子２１と第２素子２２との各々が誘導電極を備えていてもよい。なお、この場合、第１素子２１は、誘導電極と第１放電電極２５との間に誘電体層が存在し、誘導電極が誘電体層に埋設されていない構成でもよい。第２素子２２についても同様である。また、第１放電電極２５と誘導電極２７は、誘電体層２３を挟んで直交方向に対向していたが、これに限られない。例えば、第１放電電極２５が、誘電体層２３の下面のうち誘導電極２７と直交方向に対向する領域以外の領域に配置されていてもよい。第２放電電極２６と誘導電極２７との配置についても同様である。
【００４１】
上述した実施形態では、第１素子２１及び第２素子２２は直交方向の一方側と他方側とに併設されていたが、直交方向に限らずガスの進行方向に交差する方向の一方側と他方側とに配置されていればよい。
【００４２】
上述した本実施形態では、仮想面１３は中空部１２ｃのうち図１の上下方向の中央を通る面としたが、特に中央に限られない。
【００４３】
上述した実施形態では、微粒子１５を含むガスを電荷発生素子２０の上流側から通気管１２内に導入したが、特にこの構成に限定されない。例えば、図３において、通気管１２内の中空部１２ｃのうち手前側（ガス進行方向の上流側）に混合領域を設け、その混合領域の手前に電荷発生素子２０を設けると共に、微粒子を含む自動車の排ガスを電荷発生素子２０を経由せずに混合領域に導入するようにしてもよい。この場合、電荷発生素子２０は、上流側から供給される空気を気中放電により電離させて負電荷１６及び正電荷１７を発生させ、混合領域のうち第１ガス流路１２ｄに含まれる領域（混合領域のうち誘電体層２２３の下側）に負電荷１６を放出すると共に、混合領域のうち第２ガス流路１２ｅに含まれる領域（混合領域のうち誘電体層２２３の上側）に正電荷１７を放出する。一方、混合領域のうち誘電体層２２３の下側及び上側には、微粒子を含む排ガスがそれぞれ導入される。この混合領域では、誘電体層２２３の下側では排ガス中の微粒子に負電荷１６が付加されて第１帯電微粒子１８となり、誘電体層２２３の下側では排ガス中の微粒子に正電荷１７が付加されて第２帯電微粒子１９となる。そして、第１帯電微粒子１８は誘電体層２２３の下側すなわち第１ガス流路１２ｄを進み、第２帯電微粒子１９は誘電体層２２３の上側すなわち第２ガス流路１２ｅを進む。その後は上述した実施形態と同様にして電荷が付加された微粒子の数が計測される。この構成でも、上述した実施形態と同様に、正極４４及び負極４６間に印加する電圧が低電圧でも第１，第２帯電微粒子１８，１９を十分捕集可能になる。なお、排ガスを混合領域に導入する方向は、排ガスの進行方向（電荷発生素子２０から中空部１２ｃに向かう方向）に垂直且つ直交方向に垂直な方向（例えば図３では紙面手前−奥方向）に沿った方向としてもよい。あるいは、排ガスの流れを分岐させて混合領域のうち誘電体層２２３の上側（第１ガス流路１２ｄ側）と下側（第２ガス流路１２ｅ側）とにそれぞれ排ガスを導入してもよい。また、ここでは仕切壁を有する図３の微粒子数検出器１０において混合領域を設けた場合を例として説明したが、この仕切壁の少なくとも一部が省略されていてもよい。例えば図１のように仕切壁がない場合でも同様に混合領域を設けてもよい。
【００４４】
上述した実施形態では、微粒子数検出器１０は余剰電荷除去装置５０を備えていたが、これを省略してもよい。
【００４５】
上述した実施形態では、ガス中の微粒子の数を計測する微粒子数検出器１０を例示したが、ガス中の微粒子の数を計測する代わりに、その微粒子の数が所定範囲に入るか否か（例えば所定の閾値を超えるか否か）を判定してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  微粒子数計測器、１２  通気管、１２ａ  ガス導入口、１２ｂ  ガス排出口、１２ｃ  中空部、１２ｄ，１２ｅ  第１，第２ガス流路、１３  仮想面、１５  微粒子、１６  負電荷、１７  正電荷、１８，１９  第１，第２帯電微粒子、２０  電荷発生素子、２１，２２  第１，第２素子、２３  誘電体層、２５，２６  第１，第２放電電極２７  誘導電極、３４  電源、４０  捕集装置、４２  電界発生部、４４  正極、４６  負極、４８，４９  第１，第２捕集電極、５０  余剰電荷除去装置、５２  電界発生部、５４  正極、５６  負極、５８，５９  第１，第２除去電極、６０  個数測定装置、６１，６２  第１，第２電流測定部、６３  個数算出部、６４，６５  コンデンサ、６６，６７  抵抗器、６８，６９  スイッチ、７０  ヒータ部、７１，７２  第１，第２ヒータ、１２０  電荷発生素子、１２１，１２２  第１，第２素子、１２５，１２６  第１，第２放電電極、２２３  誘電体層。
【図１】
2017227517.tif 000003
【図２】
2017227517.tif 000004
【図３】
2017227517.tif 000005