(57)【要約】  微粒子検出器１０は、セラミック製の筐体２２と、ガス流路２４内に導入されたガス中の微粒子２６に放電によって発生させた電荷２８を付加して帯電微粒子Ｐにする電荷発生部３０と、帯電微粒子を捕集する捕集部５０と、捕集部５０に捕集された帯電微粒子Ｐに応じて変化する電流に基づいて微粒子の数を検出する個数測定装置６４とを備えている。捕集部５０は、ガス流路２４に露出している捕集電極５４と、ガス流路２４を挟んで捕集電極５４に対向している対向電極５２とを有し、捕集電極５４と対向電極５２との間に印加された電圧によって捕集電極５４と対向電極５２との間に発生した電界を利用して帯電微粒子Ｐを捕集電極５４に捕集する。筐体２２は、対向電極５２から筐体２２を経て捕集電極５４へ流れる漏れ電流を吸収するガード電極を有している。
2019155920.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器であって、
前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、
前記ガス流路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、
前記ガス流路内で前記電界発生部よりも前記ガスの流れの下流側に設けられ、前記帯電微粒子と前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集部と、
前記捕集部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の量を検出する検出部と、
を備え、
前記捕集部は、前記ガス流路に露出している捕集電極と、前記ガス流路を挟んで前記捕集電極に対向している対向電極とを有し、前記捕集電極と前記対向電極との間に印加された電圧によって前記ガス流路のうち前記捕集電極と前記対向電極との間に発生した電界を利用して前記捕集対象を前記捕集電極に捕集するものであり、
前記筐体は、前記捕集電極及び前記対向電極の一方から前記筐体を経て他方へ流れる漏れ電流を吸収する漏れ電流吸収電極を有している、
微粒子検出器。
【請求項２】
前記漏れ電流吸収電極は、グランドに接続されている、
請求項１に記載の微粒子検出器。
【請求項３】
前記漏れ電流吸収電極は、前記捕集電極と前記対向電極とを結ぶ前記筐体内の電流経路を遮断するように設けられている、
請求項１又は２に記載の微粒子検出器。
【請求項４】
前記電流経路の少なくとも一部は、セラミックで形成され、
前記漏れ電流吸収電極は、前記セラミックで形成された部分に設けられている、
請求項３に記載の微粒子検出器。
【請求項５】
前記漏れ電流吸収電極は、前記セラミックで形成された部分と前記筐体の内表面とに跨がって設けられているか、又は、前記セラミックで形成された部分と前記筐体の内表面と前記筐体の外表面とに跨がって設けられている、
請求項４に記載の微粒子検出器。
【請求項６】
前記漏れ電流吸収電極は、前記筐体の内表面に設けられている、
請求項１又は２に記載の微粒子検出器。
【請求項７】
前記漏れ電流吸収電極は、前記捕集電極を囲むように前記捕集電極と同じ面に設けられている、
請求項６に記載の微粒子検出器。
【請求項８】
前記漏れ電流吸収電極は、前記筐体の内表面のうち前記捕集電極が設けられた面とは異なる面に設けられている、
請求項５又は６に記載の微粒子検出器。
【請求項９】
前記漏れ電流吸収電極は、前記捕集電極の上方及び下方位置にて、前記ガス流路のガス導入口からガス排出口まで設けられている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の微粒子検出器。
【請求項１０】
前記捕集対象は、前記帯電微粒子である、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の微粒子検出器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の微粒子検出器であって、
前記ガス流路内で前記電界発生部と前記捕集部との間に設けられ、前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷をグランドに除去する除去電極
を備え、
前記漏れ電流吸収電極は、前記除去電極と共通化されている、
微粒子検出器。
【請求項１２】
前記除去電極は、前記除去電極上に電界を発生させる独自の電源を有さず、前記除去電極と前記除去電極の周囲に配置された電圧印加電極との間に発生する電界を利用して前記余剰電荷をグランドに除去する、
請求項１１に記載の微粒子検出器。
【請求項１３】
前記電圧印加電極は、前記電荷発生部のうち放電用電源によって電圧が印加される放電電極であるか、又は、前記捕集部のうち捕集用電源によって電圧が印加される前記対向電極である、
請求項１２に記載の微粒子検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粒子検出器としては、ガス流路を有するセラミック製の筐体と、ガス流路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と、ガス流路内で電界発生部よりも下流側で帯電微粒子を捕集する捕集部と、捕集された帯電微粒子の電荷の量に基づいて微粒子の個数を測定する個数測定部とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。捕集部は、ガス流路に露出している捕集電極と、ガス流路を挟んで捕集電極に対向している対向電極とを有している。捕集電極は、捕集電極と対向電極との間に印加された電圧によってガス流路のうち捕集電極と対向電極との間に発生した電界を利用して、帯電微粒子を捕集する。捕集された帯電微粒子の電荷の量は、微小な電流（例えば数ｐＡ）として検出される。
【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、捕集電極と対向電極との間に電圧を印加すると、捕集電極及び対向電極の一方からセラミック製の筐体を経て他方へわずかな漏れ電流が流れ、その漏れ電流が捕集電極に捕集された帯電微粒子の量に相当する微小な検出電流に影響を及ぼすことがあった。そのため、微粒子の量の検出精度を高めることが難しかった。【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、微粒子の量の検出精度を高め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器は、
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器であって、
前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、
前記ガス流路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、
前記ガス流路内で前記電界発生部よりも前記ガスの流れの下流側に設けられ、前記帯電微粒子と前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集部と、
前記捕集部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の量を検出する検出部と、
を備え、
前記捕集部は、前記ガス流路に露出している捕集電極と、前記ガス流路を挟んで前記捕集電極に対向している対向電極とを有し、前記捕集電極と前記対向電極との間に印加された電圧によって前記ガス流路のうち前記捕集電極と前記対向電極との間に発生した電界を利用して前記捕集対象を前記捕集電極に捕集するものであり、
前記筐体は、前記捕集電極及び前記対向電極の一方から前記筐体を経て他方へ流れる漏
れ電流を吸収する漏れ電流吸収電極を有している、
ものである。【０００８】
この微粒子検出器では、電荷発生部が電荷を発生させることでガス流路内に導入されたガス中の微粒子を帯電微粒子にし、捕集部がその帯電微粒子と余剰電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する。検出部は、捕集部に捕集された捕集対象に応じて変化する物理量に基づいて微粒子の量を検出する。漏れ電流吸収電極は、捕集電極及び対向電極の一方から筐体を経て他方へ流れる漏れ電流を吸収する。こうした漏れ電流は、捕集部に捕集された捕集対象に応じて変化する物理量に影響を与えるが、ここでは漏れ電流吸収電極によって吸収される。そのため、捕集部に捕集された捕集対象に応じて変化する物理量を精度よく捉えることができ、ひいては微粒子の量の検出精度を高めることができる。【０００９】
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、捕集対象に応じ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。「微粒子の量」とは、例えば微粒子の数、質量、表面積などが挙げられる。【００１０】
本発明の微粒子検出器において、前記漏れ電流吸収電極は、グランドに接続されていてもよい。こうすれば、漏れ電流を確実に外部へ排出することができる。なお、グランドとしては、金属ケースやシャーシなどのフレームグランドやアースなどが挙げられる。【００１１】
本発明の微粒子検出器において、前記漏れ電流吸収電極は、前記捕集電極と前記対向電極とを結ぶ前記筐体内の電流経路を遮断するように設けられていてもよい。こうすれば、漏れ電流を確実に吸収することができる。このとき、前記電流経路の少なくとも一部は、セラミックで形成され、前記漏れ電流吸収電極は、前記セラミックで形成された部分に設けられていてもよい。セラミックで形成された部分は体積抵抗率が高いもののわずかに電流が流れるおそれがあるため、その部分に漏れ電流吸収電極を設ける意義がある。また、前記漏れ電流吸収電極は、前記セラミックで形成された部分と前記筐体の内表面とに跨がって設けられているか、又は、前記セラミックで形成された部分と前記筐体の内表面と前記筐体の外表面とに跨がって設けられていてもよい。こうすれば、漏れ電流吸収電極は、筐体の内部を流れる漏れ電流や筐体の内表面（ガス流路に露出した面）を流れる漏れ電流を吸収したり、更に筐体の外表面を流れる漏れ電流を吸収したりすることができる。【００１２】
本発明の微粒子検出器において、前記漏れ電流吸収電極は、前記筐体の内表面に設けられていてもよい。こうすれば、筐体の内表面を流れる漏れ電流を吸収することができる。このとき、前記漏れ電流吸収電極は、前記捕集電極を囲むように前記捕集電極と同じ面に設けられていてもよい。こうすれば、筐体の内表面を流れる漏れ電流が捕集電極に流れ込むのを確実に防止することができる。【００１３】
本発明の微粒子検出器において、前記漏れ電流吸収電極が前記筐体の内表面に設けられている場合、前記漏れ電流吸収電極は、前記捕集電極が設けられた面とは異なる面（例えば段差面）に設けられていてもよい。こうすれば、捕集電極の周囲に導電性の微粒子が付着したとしても、その微粒子によって捕集電極と漏れ電流吸収電極とが短絡しにくい。【００１４】
本発明の微粒子検出器において、前記漏れ電流吸収電極は、前記捕集電極の上方及び下方位置にて、前記ガス流路のガス導入口からガス排出口まで設けられていてもよい。こうすれば、漏れ電流吸収電極は捕集電極へ流れ込む漏れ電流を確実に吸収することができる。また、漏れ電流吸収電極は捕集電極の前方及び後方に設ける必要がないため、捕集電極の全周を取り囲むように漏れ電流吸収電極を設ける場合に比べて、捕集電極のサイズを大きくでき、より多くの帯電微粒子を捕集できる。そのため、測定感度が高くなる。【００１５】
本発明の微粒子検出器において、前記捕集対象は、前記帯電微粒子であってもよい。捕集電極に帯電微粒子を捕集する場合には、捕集電極に余剰電荷を捕集する場合に比べて、捕集電極と対向電極との間に印加する電圧を高くする必要があるため、捕集電極及び対向電極の一方から筐体を経て他方へ流れる漏れ電流が発生しやすい。そのため、漏れ電流吸収電極を設ける意義が高い。【００１６】
このように捕集対象が帯電微粒子である本発明の微粒子検出器は、前記ガス流路内で前記電界発生部と前記捕集部との間に、前記微粒子に帯電しなかった余剰電荷をグランドに除去する除去電極を備え、前記漏れ電流吸収電極は、前記除去電極と共通化されていてもよい。こうすれば、電極の構成を簡略化することができる。また、前記除去電極は、前記除去電極上に電界を発生させる独自の電源を有さず、前記除去電極と前記除去電極の周囲に配置された電圧印加電極との間に発生する電界を利用して前記余剰電荷をグランドに除去してもよい。こうすれば、除去電極に電界を発生させる独自の電源を有する場合と比べて微粒子検出器の構成を簡略化することができる。更に、前記電圧印加電極は、前記電荷発生部のうち放電用電源によって電圧が印加される放電電極であるか、又は、前記捕集部のうち捕集用電源によって電圧が印加される前記対向電極であってもよい。こうすれば、除去電極独自の電源の代わりに、放電用電源を利用したり捕集用電源を利用したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】微粒子検出器１０の説明図。
【図２】微粒子検出素子２０の斜視図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】図２のＣ−Ｃ断面図。
【図６】微粒子検出素子２０の分解斜視図。
【図７】微粒子検出素子１２０の分解斜視図。
【図８】微粒子検出素子２２０の断面図。
【図９】微粒子検出素子２２０の断面図。
【図１０】微粒子検出素子２２０の断面図。
【図１１】微粒子検出素子３２０の断面図。
【図１２】微粒子検出素子４２０の斜視図。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ断面図。
【図１４】図１２のＥ−Ｅ断面図。
【図１５】図１２のＦ−Ｆ断面図。
【図１６】微粒子検出素子４２０の分解斜視図。
【図１７】微粒子検出素子４２０の別例の断面図（図１２のＥ−Ｅ断面図に相当）。
【図１８】ガード電極２９０，２９２を備えた微粒子検出素子２０の断面図。
【図１９】ガード電極３９０，３９２を備えた微粒子検出素子２０の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図面を用いて説明する。図１は第１実施形態である微粒子検出器１０の説明図、図２は微粒子検出素子２０の斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、図５は図２のＣ−Ｃ断面図、図６は微粒子検出素子２０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２に示した通りとする。
【００１９】
微粒子検出器１０は、図１に示すように、エンジンの排気管１２を流れる排ガスに含まれる微粒子２６（図５参照）の数を検出するものである。この微粒子検出器１０は、微粒子検出素子２０と、各種電源３６，４６，５６や個数検出部６０を含む付属ユニット８０とを備えている。
【００２０】
微粒子検出素子２０は、図１に示すように、円柱状の支持体１４に差し込まれた状態で、排気管１２に固定されたリング状の台座１６に取り付けられている。微粒子検出素子２０は、保護カバー１８によって保護されている。保護カバー１８には図示しない穴が設けられており、この穴を介して排気管１２を流通する排ガスが微粒子検出素子２０の下端２２ａに設けられたガス流路２４を通過する。微粒子検出素子２０は、図５に示すように、筐体２２に、電荷発生部３０と、余剰電荷除去部４０と、捕集部５０と、ガード電極９０，９２（図３及び図４参照）と、ヒータ電極７２とを備えたものである。
【００２１】
筐体２２は、図１に示すように、排気管１２の軸方向と交差する方向（ここでは略直交する方向）に長い長尺の直方体である。筐体２２は、例えばアルミナなどのセラミック製である。筐体２２の下端２２ａは排気管１２の内部に配置され、上端２２ｂは排気管１２の外部に配置される。筐体２２の下端２２ａには、ガス流路２４が設けられている。筐体２２の上端２２ｂには、各種端子が設けられている。
【００２２】
ガス流路２４の軸方向は、排気管１２の軸方向と一致している。ガス流路２４は、図２に示すように、筐体２２の前方の面に設けられた矩形のガス導入口２４ａから、筐体２２の後方の面に設けられた矩形のガス排出口２４ｂまで連なる直方体形状の空間である。筐体２２は、ガス流路２４を構成する左右一対の流路壁２２ｃ，２２ｄを備えている。
【００２３】
電荷発生部３０は、図３及び図５に示すように、ガス流路２４内のガス導入口２４ａの近傍に電荷が発生するように、流路壁２２ｃに設けられている。電荷発生部３０は、放電電極３２と２つの誘導電極３４，３４とを有している。放電電極３２は、流路壁２２ｃの内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を有している。２つの誘導電極３４，３４は、矩形電極であり、流路壁２２ｃに間隔をあけて放電電極３２と平行となるように埋設されている。電荷発生部３０では、図５に示すように、放電電極３２と２つの誘導電極３４，３４との間に放電用電源３６（付属ユニット８０の１つ）の数ｋＶのパルス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、筐体２２のうち放電電極３２と誘導電極３４，３４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３２の周囲に存在するガスがイオン化されて正の電荷２８が発生する。放電電極３２は、筐体２２の上端２２ｂの端子３３に接続され、この端子３３を介して放電用電源３６に接続されている。また、２つの誘導電極３４，３４は、筐体２２の上端２２ｂの端子３５に接続され、この端子３５を介して放電用電源３６に接続されている。
【００２４】
ガスに含まれる微粒子２６は、図５に示すように、ガス導入口２４ａからガス流路２４内に入り、電荷発生部３０を通過する際に電荷発生部３０の気中放電によって発生した電荷２８が付加されて帯電微粒子Ｐとなったあと後方に移動する。また、発生した電荷２８のうち微粒子２６に付加されなかったものは、電荷２８のまま後方に移動する。
【００２５】
余剰電荷除去部４０は、図５に示すように、電荷発生部３０の下流で且つ捕集部５０の上流に設けられている。余剰電荷除去部４０は、印加電極４２と除去電極４４とを有している。印加電極４２は、右側の流路壁２２ｄの内面に沿って設けられ、ガス流路２４内に露出している。除去電極４４は、左側の流路壁２２ｃの内面に沿って設けられ、ガス流路２４内に露出している。印加電極４２と除去電極４４とは互いに向かい合う位置に配設されている。印加電極４２は、除去用電源４６（付属ユニット８０の１つ）によって後述する電圧Ｖ１よりも１桁程度低い電圧Ｖ２（正電位）が印加される。除去電極４４は、グランドに接続されている。なお、グランドは、保護カバー１８や排気管１２などのフレームグランドであってもよいし、アースでもよい（以下同じ）。これにより、余剰電荷除去部４０の印加電極４２と除去電極４４との間には弱い電界が発生する。したがって、電荷発生部３０で発生した電荷２８のうち、微粒子２６に付加されなかった余剰の電荷２８は、この弱い電界によって除去電極４４に引き寄せられて捕集され、グランドに捨てられる。これにより、余剰電荷除去部４０は、余剰の電荷２８が捕集部５０の捕集電極５４に捕集されて微粒子２６の数にカウントされてしまうことを抑制している。印加電極４２は、筐体２２の上端２２ｂの端子４３に接続され、この端子４３を介して除去用電源４６に接続されている。また、除去電極４４は、筐体２２の上端２２ｂの端子４５に接続され、この端子４５を介してグランドに接続されている。
【００２６】
捕集部５０は、図５に示すように、ガス流路２４のうち電荷発生部３０及び余剰電荷除去部４０よりも下流に設けられている。捕集部５０は、帯電微粒子Ｐを捕集するものであり、対向電極（電界発生電極）５２と捕集電極５４とを有している。対向電極５２は、右側の流路壁２２ｄの内面に沿って設けられ、ガス流路２４内に露出している。捕集電極５４は、左側の流路壁２２ｃの内面に沿って設けられ、ガス流路２４内に露出している。対向電極５２と捕集電極５４とは互いに向かい合う位置に配設されている。対向電極５２は、印加電極４２に印加される電圧Ｖ２よりも大きな電圧Ｖ１（正電位）が捕集用電源５６（付属ユニット８０の１つ）によって印加される。捕集電極５４は、電流計６２を介してグランドに接続されている。これにより、捕集部５０の対向電極５２と捕集電極５４との間には比較的強い電界が発生する。したがって、ガス流路２４を流れる帯電微粒子Ｐは、この比較的強い電界によって捕集電極５４に引き寄せられて捕集される。対向電極５２は、筐体２２の上端２２ｂの端子５３に接続され、この端子５３を介して捕集用電源５６に接続されている。また、捕集電極５４は、筐体２２の上端２２ｂの端子５５に接続され、この端子５５を介して電流計６２に接続されている。
【００２７】
なお、余剰電荷除去部４０の各電極４２，４４のサイズ、両電極４２，４４の間に発生させる電界の強さ、捕集部５０の各電極５２，５４のサイズ、両電極５２，５４の間に発生させる電界の強さは、帯電微粒子Ｐが除去電極４４に捕集されることなく捕集電極５４に捕集されるように、また、微粒子２６に付加しなかった電荷２８が除去電極４４によって除去されるように、設定されている。一般に、電荷２８の電気移動度は、帯電微粒子Ｐの電気移動度の１０倍以上であり、捕集するのに必要な電界は１桁以上小さくて済むので、このような設定が容易に可能となる。なお、対向電極５２と捕集電極５４とは、複数組設けられていてもよい。
【００２８】
ガード電極９０，９２は、矩形の平板電極であり、対向電極５２から筐体２２を経て捕集電極５４へ流れる漏れ電流を吸収する漏れ電流吸収電極である。具体的には、ガード電極９０，９２は、捕集電極５４と対向電極５２とを結ぶ筐体２２内の電流経路９６（図４の２点鎖線参照）を遮断するように、捕集電極５４の上下にそれぞれ設けられている。筐体２２はセラミック製であるため、電流経路９６の一部はセラミックで形成されている。ガード電極９０，９２は、そのセラミックで形成された部分に設けられている。ガード電極９０，９２は、グランドに接続されている。ガード電極９０，９２は、筐体の上端２２ｂの端子９５に接続され、この端子９５を介してグランドに接続されている。
【００２９】
個数検出部６０は、付属ユニット８０の１つであり、図５に示すように、電流計６２と個数測定装置６４とを備えている。電流計６２は、一方の端子が捕集電極５４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６２は、捕集電極５４に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷２８に基づく電流を測定する。個数測定装置６４は、電流計６２の電流に基づいて微粒子２６の個数を演算する。
【００３０】
ヒータ電極７２は、筐体２２に埋設された帯状の発熱体である。具体的には、ヒータ電極７２は、筐体２２の上端２２ｂの一方の端子７５（図２参照）から、筐体２２の流路壁２２ｃをジグザグに引き回されたあと、筐体２２の上端２２ｂの他方の端子７５（図２参照）に戻るように配線されている。ヒータ電極７２の具体的な形状を図６に示す。ヒータ電極７２は、一対の端子７５，７５を介して図示しない給電装置に接続され、その給電装置によって通電されると発熱する。ヒータ電極７２は、筐体２２や除去電極４４，捕集電極５４などの各電極を加熱する。
【００３１】
ここで、微粒子検出素子２０の構成について、図６の分解斜視図を用いて更に説明する。微粒子検出素子２０は、６枚のシートＳ１〜Ｓ６で構成されている。各シートＳ１〜Ｓ６は、筐体２２と同じ材料で形成されている。説明の便宜上、左から右に向かって第１シートＳ１、第２シートＳ２、…と称し、各シートＳ１〜Ｓ６における右側の面を表面、左側の面を裏面と称する。各シートＳ１〜Ｓ６の厚みは適宜設定すればよく、例えばすべて同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
【００３２】
第１シートＳ１の表面には、ヒータ電極７２が設けられている。ヒータ電極７２の一端及び他端は、第１シートＳ１の表面の上方に配置されており、第１シートＳ１のスルーホールを介して第１シートＳ１の裏面の上方に設けられたヒータ電極端子７５，７５にそれぞれ接続されている。
【００３３】
第２シートＳ２の表面には、誘導電極３４，３４が設けられている。誘導電極３４，３４は１本の配線３４ａにまとめられている。その配線３４ａの端部は、第２シートＳ２の表面の上方に配置されており、第２シートＳ２及び第１シートＳ１のスルーホールを介して第１シートＳ１の裏面の上方に設けられた誘導電極端子３５に接続されている。第２シートＳ２の表面には、除去電極４４の配線４４ａと捕集電極５４の配線５４ａとガード電極９０，９２の配線９４ａとが上下方向に沿ってそれぞれ設けられている。各配線４４ａ，５４ａ，９４ａの上端は、第２シートＳ２及び第１シートＳ１のスルーホールを介して第１シートＳ１の裏面の上方に設けられた除去電極端子４５、捕集電極端子５５及びガード電極端子９５にそれぞれ接続されている。
【００３４】
第３シートＳ３の表面には、放電電極３２、除去電極４４、捕集電極５４及びガード電極９０，９２が設けられている。除去電極４４は、第３シートＳ３のスルーホールを介して第２シートＳ２の配線４４ａに接続され、更にこの配線４４ａを介して除去電極端子４５に接続されている。捕集電極５４は、第３シートＳ３のスルーホールを介して第２シートＳ２の配線５４ａに接続され、更にこの配線５４ａを介して捕集電極端子５５に接続されている。ガード電極９０，９２は、第３シートＳ３のスルーホールを介して第２シートＳ２の配線９４ａに接続され、更にこの配線９４ａを介してガード電極端子９５に接続されている。
【００３５】
第４シートＳ４の下端側には、ガス流路２４すなわち直方体形状の空間が設けられている。
【００３６】
第５シートＳ５の裏面には、印加電極４２及び対向電極５２が設けられている。
【００３７】
第６シートＳ６の裏面には、放電電極３２の配線３２ａと印加電極４２の配線４２ａと対向電極５２配線５２ａとが上下方向に沿ってそれぞれ設けられている。配線３２ａの下端は、第４〜第５シートＳ４〜Ｓ５のスルーホールを介して第３シートＳ３に設けられた放電電極３２に接続されている。配線４２ａの下端は、第５シートＳ５のスルーホールを介して第５シートＳ５の裏面に設けられた印加電極４２に接続されている。配線５２ａの下端は、第５シートＳ５のスルーホールを介して第５シートＳ５の裏面に設けられた対向電極５２に接続されている。各配線３２ａ，４２ａ，５２ａの上端は、第６シートＳ６のスルーホールを介して第６シートＳ６の表面の上方に設けられた放電電極端子３３、印加電極端子４３及び対向電極端子５３にそれぞれ接続されている。
【００３８】
次に、微粒子検出器１０の製造例について説明する。微粒子検出素子２０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、微粒子検出素子２０を得る。続いて、微粒子検出素子２０の放電電極端子３３、印加電極端子４３及び対向電極端子５３をそれぞれ付属ユニット８０の放電用電源３６、除去用電源４６及び捕集用電源５６に接続する。また、微粒子検出素子２０の誘導電極端子３５及び除去電極端子４５及びガード電極端子９５をグランドに接続し、捕集電極端子５５を電流計６２を介して個数測定装置６４に接続する。更に、ヒータ電極端子７５，７５を図示しない給電装置に接続する。こうすることにより、微粒子検出器１０を製造することができる。
【００３９】
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２６を計測する場合、上述したようにエンジンの排気管１２に微粒子検出素子２０を取り付ける（図１参照）。
【００４０】
図５に示すように、ガス導入口２４ａからガス流路２４内に導入された排ガスに含まれる微粒子２６は、電荷発生部３０の放電によって発生した電荷２８（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４４の長さが捕集電極５４よりも短い余剰電荷除去部４０をそのまま通過して、捕集部５０に至る。一方、微粒子２６に付加されなかった電荷２８は、電界が弱くても余剰電荷除去部４０の除去電極４４に引き寄せられ、除去電極４４を介してグランドに捨てられる。これにより、微粒子２６に付加されなかった不要な電荷２８は捕集部５０にほとんど到達することがない。
【００４１】
捕集部５０に到達した帯電微粒子Ｐは、対向電極５２によって発生した捕集用電界によって捕集電極５４に捕集される。そして、捕集電極５４に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷２８に基づく電流が電流計６２で測定され、その電流に基づいて個数測定装置６４が微粒子２６の個数を演算する。電流Ｉと電荷量ｑの関係は、Ｉ＝ｄｑ／（ｄｔ）、ｑ＝∫Ｉｄｔである。個数測定装置６４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２６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５４に捕集された微粒子２６の個数Ｎｔを求める（下記式（１）参照）。個数測定装置６４は、この個数Ｎｔを排ガス中の微粒子２６の数として検出する。
Ｎｔ＝（蓄積電荷量）／｛（素電荷）×（平均帯電数）｝  …（１）
【００４２】
微粒子検出素子２０の使用に伴い、微粒子２６等が捕集電極５４に数多く堆積すると、新たに帯電微粒子Ｐが捕集電極５４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５４をヒータ電極７２によって加熱することにより、捕集電極５４上の堆積物を加熱して焼却し捕集電極５４の電極面をリフレッシュする。また、ヒータ電極７２により、筐体２２の内周面に付着した微粒子２６を焼却することもできる。
【００４３】
次に、ガード電極９０，９２の役割について説明する。微粒子検出器１０では、個数Ｎｔを検出する際に、捕集部５０の対向電極５２と捕集電極５４との間に電圧Ｖ１を印加する。電圧Ｖ１は数ｋＶであるため、通常は電気絶縁体と考えられているアルミナ等のセラミックからなる筐体２２であっても数１０〜数１００ｐＡの漏れ電流が対向電極５２と捕集電極５４とを筐体２２内の電流経路９６（図４参照）を通って流れる。一方、個数Ｎｔを検出する際に電流計６２で測定される検出電流は数ｐＡである。そのため、漏れ電流は検出電流に影響を与える。本実施形態では、対向電極５２と捕集電極５４とを結ぶ筐体２２内の電流経路９６を遮断するように、捕集電極５４の上下にガード電極９０，９２がそれぞれ設けられている。これらのガード電極９０，９２は、グランドに接続されている。そのため、ガード電極９０，９２は、対向電極５２から筐体２２を経て捕集電極５４へ流れようとする漏れ電流を吸収してグランドに捨てる。そのため、捕集電極５４に捕集された帯電微粒子Ｐに応じて変化する検出電流を精度よく捉えることができる。
【００４４】
以上説明した微粒子検出器１０では、対向電極５２から筐体２２を経て捕集電極５４へ流れる漏れ電流は、捕集電極５４に捕集された帯電微粒子Ｐに応じて変化する検出電流に影響を与えるが、ガード電極９０，９２によって吸収される。そのため、検出電流を精度よく捉えることができ、ひいては微粒子の数の検出精度を高めることができる。
【００４５】
また、ガード電極９０，９２はグランドに接続されているため、漏れ電流を確実に外部へ排出することができる。
【００４６】
更に、ガード電極９０，９２は、対向電極５２と捕集電極５４とを結ぶ筐体２２内の電流経路９６を遮断するように設けられているため、漏れ電流を確実に吸収することができる。これらのガード電極９０，９２は、体積抵抗率の高いアルミナ等のセラミックで形成された筐体２２内に埋設されている。筐体２２は、体積抵抗率が高いものの、対向電極５２と捕集電極５４との間に印加される電圧Ｖ１が数ｋＶと高いためわずかな漏れ電流が流れるおそれがある。電流計６２で検出される電流は微少なため、このわずかな漏れ電流に影響される。そのため、筐体２２内にガード電極９０，９２を設ける意義がある。
【００４７】
更にまた、捕集対象は帯電微粒子Ｐであるため、捕集対象が余剰電荷の場合に比べて、対向電極５２と捕集電極５４との間に印加される電圧Ｖ１を高くする必要がある。そのため、対向電極５２から筐体２２を経て捕集電極５４へ漏れ電流が流れやすく、その漏れ電流をガード電極９０，９２で吸収する意義が高い。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、上述した第１実施形態において、対向電極５２の配線５２ａと捕集電極５４の配線５４ａとの間を漏れ電流が流れるおそれがあるため、図７に示す微粒子検出素子１２０のように、配線５２ａから筐体２２を経て配線５４ａに至る筐体内にサブガード電極９１を設けてもよい。図７では上述した第１実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。サブガード電極９１は、第３シートＳ３において上下方向に沿って両配線５２ａ，５４ａの間に位置するように設けられ、ガード電極９０に接続されている。こうすれば、両配線５２ａ，５４ａの間の筐体内を流れる漏れ電流をサブガード電極９１が吸収してグランドに捨てるため、微粒子の数の検出精度をより高めることができる。なお、こうしたサブガード電極９１は後述する第２実施形態においても採用してもよい。
【００５０】
上述した第１実施形態では、捕集電極５４に流れる電流に基づいて帯電微粒子Ｐの数を求めたが、図８〜図１０に示す微粒子検出素子２２０のように、捕集部５０及びガード電極９０，９２を省略し、除去電極４４に流れる電流（電流計１６２で検出される電流）に基づいて余剰電荷の数を求め、電荷発生部３０で発生した電荷の総数からその余剰電荷の数を差し引いて帯電微粒子Ｐの数を個数測定装置１６４が求めるようにしてもよい。つまり、捕集対象を余剰電荷としてもよい。図８〜図１０は微粒子検出素子２２０の断面図であり、図８は図３に相当する断面図、図９は図４に相当する断面図、図１０は図５に相当する断面図である。図８〜図１０では上述した第１実施形態の構成要素については同じ符号を付した。この場合、帯電微粒子Ｐがガス排出口２４ｂから排出される。また、ガード電極１９０，１９２は、図９に示すように、印加電極４２から筐体２２を経て除去電極４４へ流れる漏れ電流を吸収するように設けられる。すなわち、ガード電極１９０，１９２は、印加電極４２と除去電極４４とを結ぶ筐体２２内の電流経路１９６を遮断するように、除去電極４４の上下にそれぞれ設けられる。このようにしても、除去電極４４に流れる電流を精度よく捉えることができ、ひいては微粒子の数の検出精度を高めることができる。
【００５１】
上述した第１実施形態では、ガス流路２４は１つのガス導入口２４ａを有していたが、図１１に示す微粒子検出素子３２０のように、ガス流路２４はガス導入口２４ａのほかにガス流路２４と直交する方向から電荷発生部３０と余剰電荷除去部４０との間にガスを導入するガス導入口２４ａａを有していてもよい。なお、図１１では上述した第１実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。この場合、ガス導入口２４ａから空気を導入し、ガス導入口２４ａａから排ガスを導入する。電荷２８は電荷発生部３０の放電により空気中で発生し、その電荷２８がガス導入口２４ａａから導入された排ガス中の微粒子２６と混合されて微粒子２６に付加して帯電微粒子Ｐとなる。このようにしても、上述した第１実施形態と同じ原理で微粒子の数を検出することができる。なお、図８〜図１０に示した微粒子検出素子２２０においても図１１のようにガス流路２４のガス導入口を２つ設けてもよい。また、こうしたガス導入口２４ａａは後述する第２実施形態においても採用してもよい。
【００５２】
上述した第１実施形態では、電荷発生部３０として、ガス流路２４の内面に沿って設けられた放電電極３２と筐体２２に埋設された２つの誘導電極３４，３４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３４，３４をガス流路２４の壁に埋設する代わりに、ガス流路２４の内面に沿って設けてもよい。あるいは、特許文献１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。また、上述した第１実施形態では、電荷発生部３０を流路壁２２ｃに設けたが、これに代えて又は加えて、電荷発生部３０を流路壁２２ｄに設けてもよい。こうした電荷発生部３０の変形例は後述する第２実施形態においても採用してもよい。
【００５３】
上述した第１実施形態では、対向電極５２はガス流路２４に露出していたが、これに限らず筐体２２に埋設されていてもよい。この点は、印加電極４２も同様である。
【００５４】
上述した第１実施形態では、微粒子検出器１０をエンジンの排気管１２に取り付ける場合を例示したが、特にエンジンの排気管１２に限定されるものではなく、微粒子を含むガスが流通する管であればどのような管であってもよい。この点は後述する第２実施形態においても同様である。
【００５５】
上述した第１実施形態では、微粒子検出素子２０は微粒子の数を検出するものとしたが、微粒子の質量や表面積などを検出するものとしてもよい。微粒子の質量は、例えば、微粒子の数に微粒子の平均質量を乗じることにより求めることができるし、予め蓄積電荷量と捕集された微粒子の質量との関係をマップとして記憶装置に記憶しておき、このマップを用いて蓄積電荷量から微粒子の質量を求めることもできる。微粒子の表面積についても、微粒子の質量と同様の方法で求めることができる。この点は後述する第２実施形態においても同様である。
【００５６】
上述した第１実施形態において、ガード電極９０，９２と除去電極４４とを電気的に接続して共通の端子を介してグランドに接続してもよい。
【００５７】
上述した第１実施形態において、印加電極４２及び除去用電源４６を省略してもよい。こうすれば、除去電極４４は、除去電極４４上に電界を発生させる独自の電源を有さず、除去電極４４とその周囲に配置された電圧印加電極（放電電極３２や対向電極５２）との間に発生する電界を利用して余剰の電荷２８をグランドに除去する。そのため、除去電極４４に電界を発生させる独自の電源を有する場合と比べて微粒子検出器１０の構成を簡略化することができる。
【００５８】
上述した第１実施形態において、ガード電極９０，９２の一部又は全部を筐体２２の内表面に露出させてもよい。こうすれば、そのガード電極９０，９２は対向電極５２及び捕集電極５４の一方から筐体２２の内表面を経て他方へ流れる漏れ電流を吸収することができる。
【００５９】
例えば、図１８はガード電極２９０，２９２を備えた微粒子検出素子２０の断面図である。図１８（Ａ）は図２のＡ−Ａ断面図に相当する断面図であり、図１８（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図に相当する断面図である。図１８では、上述した第１実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。ガード電極２９０，２９２は、捕集電極５４と同一平面上において、筐体２２の内部（すなわちセラミックで形成された部分）と筐体２２の内表面（すなわちガス流路２４に露出する面）とに跨がるように設けられている。具体的には、ガード電極２９０，２９２は、筐体２２の内部に埋設された埋設部２９０ａ，２９２ａと、筐体２２の内表面に配置された露出部２９０ｂ，２９２ｂとを備える。ガード電極２９０，２９２は、筐体２２の内部を流れる漏れ電流と筐体２２の内表面を流れる漏れ電流の両方を吸収することができる。また、ガード電極２９０は捕集電極５４の上方位置、ガード電極２９２は捕集電極の下方位置にて、それぞれガス流路２４のガス導入口２４ａからガス排出口２４ｂまで設けられている。このようにガード電極２９０，２９２は捕集電極５４の前後には配置されていないため、捕集電極５４の全周を取り囲むようにガード電極を設ける場合に比べて、捕集電極５４のサイズを大きくでき、より多くの帯電微粒子Ｐを捕集できる。そのため、測定感度が高くなる。
【００６０】
また、図１９はガード電極３９０，３９２を備えた微粒子検出素子２０の断面図である。図１９（Ａ）は図２のＡ−Ａ断面図に相当する断面図であり、図１９（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図に相当する断面図である。図１９では、上述した第１実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。ガード電極３９０，３９２は、筐体２２の内表面のうち捕集電極５４が設けられた面とは異なる段差面に設けられている。ガード電極３９０は、筐体２２の内部と筐体２２の内表面とに跨がるように設けられている。具体的には、ガード電極３９０は、筐体２２の内部に埋設された埋設部３９０ａと、筐体２２の内表面に配置された露出部３９０ｂとを備える。一方、ガード電極３９２は、筐体２２の内部と筐体２２の内表面と筐体２２の外表面（すなわち筐体２２の外側の表面）とに跨がるように設けられている。具体的には、ガード電極３９２は、筐体２２の内部に埋設された埋設部３９２ａと、筐体２２の内表面に配置された露出部３９２ｂと、筐体２２の外表面に配置された露出部３９２ｃとを備える。ガード電極３９０，３９２は、筐体２２の内部を流れる漏れ電流と筐体２２の内表面を流れる漏れ電流の両方を吸収することができる。特に、ガード電極３９２は、筐体２２の外表面に配置された露出部３９２ｃを備えるため、漏れ電流をより確実に吸収することができる。また、ガード電極３９０は捕集電極５４の上方位置、ガード電極３９２は捕集電極の下方位置にて、それぞれガス流路２４のガス導入口２４ａからガス排出口２４ｂまで設けられている。このようにガード電極３９０，３９２は捕集電極５４の前後には配置されていないため、捕集電極５４の全周を取り囲むようにガード電極を設ける場合に比べて、捕集電極５４のサイズを大きくでき、より多くの帯電微粒子Ｐを捕集できる。そのため、測定感度が高くなる。それに加えて、ガード電極３９０，３９２は捕集電極５４が設けられた面とは異なる段差面に設けられているため、捕集電極５４の周囲に微粒子が付着したとしても、その微粒子によって捕集電極５４とガード電極３９０，３９２とが短絡しにくい。
【００６１】
なお、図１９のガード電極３９２を、ガード電極２９２のように筐体２２の内部と筐体２２の内表面とに跨がるようにしてもよい（つまり露出部３９２ｃを省略してもよい）。また、図１８のガード電極２９２を、ガード電極３９２のように筐体２２の内部と筐体２２の内表面と筐体２２の外表面とに跨がるようにしてもよい。
【００６２】
上述した第１実施形態では、筐体２２の右側の流路壁２２ｄに余剰電荷除去部４０の印加電極４２と捕集部５０の対向電極５２を設け、左側の流路壁２２ｃに余剰電荷除去部４０の除去電極４４と捕集部５０の捕集電極５４を設けたが、特にこれに限らない。例えば、筐体２２の左側の流路壁２２ｃに余剰電荷除去部４０の印加電極４２と捕集部５０の対向電極５２を設け、右側の流路壁２２ｄに余剰電荷除去部４０の除去電極４４と捕集部５０の捕集電極５４を設けてもよい。その場合、印加電極４２を省略し、除去電極４４とその周囲の電圧印加電極（放電電極３２や電極発生電極５２）との間に生じる電界を利用して余剰の電荷２８を除去電極４４に捕集してグランドに除去してもよい。
【００６３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図面を用いて説明する。第２実施形態の微粒子検出器４１０は、第１実施形態の微粒子検出器１０の微粒子検出素子２０の代わりに微粒子検出素子４２０を備えている点と付属ユニット８０の一つである除去用電源４６を備えていない点以外は、微粒子検出器１０と同じである。そのため、以下には主として微粒子検出素子４２０について説明する。図１２は微粒子検出素子４２０の斜視図、図１３は図１２のＤ−Ｄ断面図、図１４は図１２のＥ−Ｅ断面図、図１５は図１２のＦ−Ｆ断面図、図１６は微粒子検出素子４２０の分解斜視図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付して説明する。
【００６４】
微粒子検出素子４２０は、図１５に示すように、筐体２２に、電荷発生部３０と、余剰電荷除去部４４０と、捕集部４５０と、ガード電極４９０と、ヒータ電極７２とを備えたものである。筐体２２、電荷発生部３０及びヒータ電極７２については、第１実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。付属ユニット８０の一つである個数検出部６０は、図１５に示すように、電流計６２の一方の端子が捕集電極４５４に接続されている以外は、第１実施形態の個数検出部６０と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００６５】
余剰電荷除去部４４０は、図１５に示すように、電荷発生部３０の下流で且つ捕集部４５０の上流に設けられている。余剰電荷除去部４４０は、除去電極４４４（図１４参照）を有しているが、印加電極を有していない。除去電極４４４は、右側の流路壁２２ｄの内面に沿って設けられ、ガス流路２４内に露出している。除去電極４４４は、グランドに接続されている。
【００６６】
捕集部４５０は、図１５に示すように、ガス流路２４のうち電荷発生部３０及び余剰電荷除去部４４０よりも下流に設けられている。捕集部４５０は、帯電微粒子Ｐを捕集するものであり、対向電極（電界発生電極）４５２と捕集電極４５４とを有している。対向電極４５２は、左側の流路壁２２ｃの内面に沿って設けられ、ガス流路２４内に露出している（図１３参照）。捕集電極４５４は、右側の流路壁２２ｄの内面に沿って設けられ、ガス流路２４内に露出している（図１４参照）。対向電極４５２と捕集電極４５４とは互いに向かい合う位置に配設されている。対向電極４５２は、直流電圧Ｖ１（正電位、例えば２ｋＶ程度）が捕集用電源５６によって印加される。捕集電極４５４は、電流計６２を介してグランドに接続されている。これにより、捕集部４５０の対向電極４５２と捕集電極４５４との間には比較的強い電界が発生する。したがって、ガス流路２４を流れる帯電微粒子Ｐは、この比較的強い電界によって捕集電極４５４に引き寄せられて捕集される。対向電極４５２はガス流路２４に露出させてもよいし、筐体２２に埋設されていてもよい。
【００６７】
なお、余剰電荷除去部４４０の除去電極４４４のサイズ、放電電極３２と除去電極４４４との間の電界の強さ、捕集部４５０の各電極４５２，４５４のサイズ、両電極４５２，４５４の間に発生させる電界の強さ、除去電極４４４と放電電極３２との距離、除去電極４４４と対向電極４５２との距離は、帯電微粒子Ｐが除去電極４４４に捕集されることなく捕集電極４５４に捕集されるように、また、微粒子２６に付加しなかった電荷２８が除去電極４４４によって除去されるように、設定されている。一般に、電荷２８の電気移動度は、帯電微粒子Ｐの電気移動度の１０倍以上であり、捕集するのに必要な電界は１桁以上小さくて済むので、このような設定が容易に可能となる。
【００６８】
ガード電極４９０は、対向電極４５２から筐体２２の表面を経て捕集電極４５４へ流れる漏れ電流を吸収する漏れ電流吸収電極である。ガード電極４９０は、図１４及び図１５に示すように捕集電極４５４を囲むように流路壁２２ｄの表面に設けられている。ガード電極４９０の一部は除去電極４４４と共通化されている。ガード電極４９０は、除去電極４４４と共に除去電極端子４４５（図１２及び図１６参照）を介してグランドに接続されている。なお、図１４では、便宜上、捕集電極４５４を四角形で表しガード電極４９０はその四角形を囲う形状として記載したが、実際には、捕集電極４５４の上部には図１６に示すように端子接続用の引き出し部が設けられているため、ガード電極４９０の上部はこの引き出し部も囲う形状となっている。
【００６９】
ここで、微粒子検出素子４２０の構成について、図１６の分解斜視図を用いて更に説明する。微粒子検出素子４２０は、６枚のシートＳ２１〜Ｓ２６で構成されている。各シートＳ２１〜Ｓ２６は、筐体２２と同じ材料で形成されている。説明の便宜上、左から右に向かって第１シートＳ２１、第２シートＳ２２、…と称し、各シートＳ２１〜Ｓ２６における右側の面を表面、左側の面を裏面と称する。各シートＳ２１〜Ｓ２６の厚みは適宜設定すればよく、例えばすべて同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
【００７０】
第１シートＳ２１の表面には、ヒータ電極７２が設けられている。ヒータ電極７２の一端及び他端は、第１シートＳ２１の表面の上方に配置されており、第１シートＳ２１のスルーホールを介して第１シートＳ２１の裏面の上方に設けられたヒータ電極端子７５，７５にそれぞれ接続されている。
【００７１】
第２シートＳ２２の表面には、誘導電極３４，３４が設けられている。誘導電極３４，３４は１本の配線３４ａにまとめられている。その配線３４ａの端部は、第２シートＳ２２の表面の上方に配置されており、第２シートＳ２２及び第１シートＳ２１のスルーホールを介して第１シートＳ２１の裏面の上方に設けられた誘導電極端子３５に接続されている。第２シートＳ２２の表面には、除去電極４４４の配線４４４ａと捕集電極４５４の配線４５４ａとが上下方向に沿ってそれぞれ設けられている。各配線４４４ａ，４５４ａの上端は、第２シートＳ２２及び第１シートＳ２１のスルーホールを介して第１シートＳ２１の裏面の上方に設けられた除去電極端子４４５及び捕集電極端子４５５にそれぞれ接続されている。
【００７２】
第３シートＳ２３の表面には、放電電極３２及び対向電極４５２が設けられている。
【００７３】
第４シートＳ２４の下端側には、ガス流路２４すなわち直方体形状の空間が設けられている。
【００７４】
第５シートＳ２５の裏面には、除去電極４４４、捕集電極４５４及びガード電極４９０が設けられている。ガード電極４９０と一体化された除去電極４４４は、第４シートＳ２４及び第３シートＳ２３の各スルーホールを介して第２シートＳ２２の配線４４４ａに接続され、この配線４４４ａを介して除去電極端子４４５に接続されている。捕集電極４５４は、第４シートＳ２４及び第３シートＳ２３の各スルーホールを介して第２シートＳ２２の配線４５４ａにこの配線４５４ａを介して捕集電極端子４５５に接続されている。
【００７５】
第６シートＳ２６の裏面には、放電電極３２の配線３２ａと対向電極４５２の配線４５２ａとが上下方向に沿ってそれぞれ設けられている。配線３２ａの下端は、第４〜第５シートＳ２４〜Ｓ２５の各スルーホールを介して第３シートＳ２３に設けられた放電電極３２に接続されている。配線４５２ａの下端は、第４〜第５シートＳ２４〜Ｓ２５の各スルーホールを介して第３シートＳ２３に設けられた対向電極４５２に接続されている。各配線３２ａ，４５２ａの上端は、第６シートＳ２６のスルーホールを介して第６シートＳ２６の表面の上方に設けられた放電電極端子３３及び対向電極端子４５３にそれぞれ接続されている。
【００７６】
次に、微粒子検出器４１０の製造例について説明する。微粒子検出素子４２０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、微粒子検出素子４２０を得る。続いて、微粒子検出素子４２０の放電電極端子３３及び対向電極端子４５３をそれぞれ付属ユニットの放電用電源３６及び捕集用電源５６に接続する。また、微粒子検出素子４２０の誘導電極端子３５及び除去電極端子４４５をグランドに接続し、捕集電極端子４５５を電流計６２を介して個数測定装置６４に接続する。更に、ヒータ電極端子７５，７５を図示しない給電装置に接続する。こうすることにより、微粒子検出器４１０を製造することができる。
【００７７】
次に、微粒子検出器４１０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２６を計測する場合、図１に示した第１実施形態の微粒子検出素子２０と同様、微粒子検出素子４２０をエンジンの排気管１２に微粒子検出素子２０を取り付ける。図１５に示すように、ガス導入口２４ａからガス流路２４内に導入された排ガスに含まれる微粒子２６は、電荷発生部３０の放電によって発生した電荷２８（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（除去電極４４４とその周囲に配置された電圧印加電極（放電電極３２や対向電極４５２）との間に発生する電界）が弱く除去電極４４４の長さが捕集電極４５４よりも短い余剰電荷除去部４４０をそのまま通過して、捕集部４５０に至る。一方、微粒子２６に付加されなかった電荷２８は、電界が弱くても余剰電荷除去部４４０の除去電極４４４に引き寄せられ、除去電極４４４を介してグランドに捨てられる。これにより、微粒子２６に付加されなかった不要な電荷２８は捕集部４５０にほとんど到達することがない。捕集部４５０に到達した帯電微粒子Ｐは、対向電極４５２によって発生した捕集用電界によって捕集電極４５４に捕集される。そして、捕集電極４５４に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷２８に基づく電流が電流計６２で測定され、その電流に基づいて個数測定装置６４が微粒子２６の個数Ｎｔを第１実施形態と同様にして演算する。微粒子検出素子４２０は、第１実施形態と同様、適宜のタイミングで、捕集電極４５４や筐体２２の内周面をヒータ電極７２によって加熱することによりリフレッシュする。
【００７８】
次に、ガード電極４９０の役割について説明する。微粒子検出器４１０では、個数Ｎｔを検出する際に、捕集部４５０の対向電極４５２と捕集電極４５４との間に電圧Ｖ１を印加する。電圧Ｖ１は数ｋＶであるため、通常は電気絶縁体と考えられているアルミナ等のセラミックからなる筐体２２であっても数１０〜数１００ｐＡの漏れ電流が対向電極４５２及び捕集電極４５４の一方から筐体２２を経て他方へ流れる。一方、個数Ｎｔを検出する際に電流計６２で測定される検出電流は数ｐＡである。そのため、漏れ電流は検出電流に影響を与える。本実施形態では、こうした漏れ電流をガード電極４９０が吸収してグランドに捨てる。そのため、捕集電極４５４に捕集された帯電微粒子Ｐに応じて変化する検出電流を精度よく捉えることができる。
【００７９】
以上説明した微粒子検出器４１０では、対向電極４５２から筐体２２の表面を経て捕集電極４５４へ流れる漏れ電流は、捕集電極４５４に捕集された帯電微粒子Ｐに応じて変化する検出電流に影響を与えるが、ガード電極４９０によって吸収される。そのため、検出電流を精度よく捉えることができ、ひいては微粒子の数の検出精度を高めることができる。
【００８０】
また、ガード電極４９０はグランドに接続されているため、漏れ電流を確実に外部へ排出することができる。
【００８１】
更に、ガード電極４９０は、捕集電極４５４を囲むように捕集電極４５４と同じ面に設けられている。そのため、筐体２２の内表面を流れる漏れ電流が捕集電極４５４に流れ込むのを確実に防止することができる。
【００８２】
更にまた、捕集対象は帯電微粒子Ｐであるため、捕集対象が余剰電荷の場合に比べて、対向電極４５２と捕集電極４５４との間に印加される電圧Ｖ１を高くする必要がある。そのため、対向電極４５２から筐体２２を経て捕集電極４５４へ漏れ電流が流れやすく、その漏れ電流をガード電極４９０で吸収する意義が高い。
【００８３】
そしてまた、ガード電極４９０は、除去電極４４４と共通化されているため、電極の構成を簡略化することができる。
【００８４】
そして更に、除去電極４４４は、除去電極４４４上に電界を発生させる独自の電源を有さず、除去電極４４４とその周囲に配置された電圧印加電極（放電電極３２や対向電極４５２）との間に発生する電界を利用して余剰の電荷２８をグランドに除去する。そのため、除去電極４４４に電界を発生させる独自の電源を有する場合と比べて微粒子検出器４１０の構成を簡略化することができる。
【００８５】
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。
【００８６】
例えば、上述した第２実施形態では、ガイド電極４９０と除去電極４４４とを共通化したが、図１７（図１２のＥ−Ｅ断面図に相当）に示すように、ガイド電極４９０と除去電極４４４とをそれぞれ個別に設けてもよい。その場合、両電極４９０，４４４を共通の配線を介してグランドに接続してもよいし、個別の配線を介してグランドに接続してもよい。
【００８７】
上述した第２実施形態では、余剰電荷除去部４４０は印加電極やその印加電極に電圧を印加する独自の除去用電源を有さないものとして説明したが、第１実施形態と同様、除去電極４４４に対向する位置に設けられた印加電極とその印加電極に接続された除去用電源とを有するものとしてもよい。
【００８８】
上述した第２実施形態では、筐体２２の右側の流路壁２２ｄに余剰電荷除去部４４０の除去電極４４４と捕集部４５０の捕集電極４５４とガード電極４９０とを設け、左側の流路壁２２ｃに捕集部５０の対向電極４５２を設けたが、特にこれに限らない。例えば、筐体２２の左側の流路壁２２ｃに除去電極４４４と捕集電極４５４とガード電極４９０とを設け、右側の流路壁２２ｄに捕集部５０の対向電極４５２を設けてもよい。
【００８９】
上述した第２実施形態では、筐体２２の右側の流路壁２２ｄに余剰電荷除去部４４０の除去電極４４４を設けたが、左側の流路壁２２ｃにもグランドに接続された除去電極を設けてもよい。
【００９０】
本出願は、２０１８年２月８日に出願された日本国特許出願第２０１８−２１０９７号及び２０１８年９月２０日に出願された日本国特許出願第２０１８−１７５７３７号を優先権主張の基礎としており、引用によりそれら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】
【００９１】
本発明は、ガス中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】
【００９２】
１０，４１０  微粒子検出器、１２  排気管、１４  支持体、１６  台座、１８  保護カバー、２０  微粒子検出素子、２２  筐体、２２ａ  下端、２２ｂ  上端、２２ｃ  流路壁、２２ｄ  流路壁、２４  ガス流路、２４ａ，２４ａａ  ガス導入口、２４ｂ  ガス排出口、２６  微粒子、２８  電荷、３０  電荷発生部、３２  放電電極、３２ａ  配線、３３  放電電極端子、３４  誘導電極、３４ａ  配線、３５  誘導電極端子、３６  放電用電源、４０，４４０  余剰電荷除去部、４２  印加電極、４２ａ  配線、４３  印加電極端子、４４，４４４  除去電極、４４ａ，４４４ａ  配線、４５，４４５  除去電極端子、４６  除去用電源、５０，４５０  捕集部、５２，４５２  対向電極、５２ａ，４５２ａ  配線、５３，４５３  対向電極端子、５４，４５４  捕集電極、５４ａ，４５４ａ  配線、５５，４５５  捕集電極端子、５６  捕集用電源、６０  個数検出部、６２  電流計、６４  個数測定装置、７２  ヒータ電極、７５  ヒータ電極端子、８０  付属ユニット、９０，９２，４９０  ガード電極、９１  サブガード電極、９４ａ  配線、９５  ガード電極端子、９６  電流経路、１２０  微粒子検出素子、１６２  電流計、１６４  個数測定装置、１９０，１９２  ガード電極、１９６  電流経路、２２０  微粒子検出素子、２９０，２９２，３９０，３９２  ガード電極、２９０ａ，２９２ａ，３９０ａ，３９２ａ  埋設部、２９０ｂ，２９２ｂ，３９０ｂ，３９２ｂ，３９２ｃ  露出部、３２０  微粒子検出素子、４２０  微粒子検出素子、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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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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