CN110383039A - 微粒检测元件和微粒检测器 - Google Patents

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菅野京一
水野和幸
奥村英正
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Abstract

微粒检测元件具备：壳体，其具有气体流路，气体从该气体流路通过；电荷产生部，其对导入到上述壳体内的上述气体中的微粒施加通过放电产生的电荷而形成带电微粒；捕集电极，其设置于上述壳体内，对作为上述带电微粒和未施加于上述微粒的上述电荷的任一者的捕集对象进行捕集；以及减速用电极，其至少一部分设置为与上述壳体中的上述气体流路的外壁分离，在比上述捕集电极靠上述气体的气流的上游侧的区域和上述捕集电极上的至少一方产生使得上述捕集对象减速的减速用电场。

Description

微粒检测元件和微粒检测器
技术领域
本发明涉及微粒检测元件和微粒检测器。
背景技术
以往，作为微粒检测器，已知如下结构：对导入到壳体内的被测定气体中的微粒施加电荷，利用测定电极捕集施加有电荷的微粒，基于捕集到的微粒的电荷量来测定微粒的个数(例如，专利文献1)。在该微粒检测器中，基于由测定电极捕集到的微粒的电荷量来测定微粒的个数。
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/146456号小册子
发明内容
然而，在微粒检测器中，基于由电极捕集到的捕集对象(例如带电微粒)来检测微粒，因此，期望更容易对捕集对象进行捕集。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其主要目的在于容易利用捕集电极对捕集对象进行捕集。
本发明为了实现上述主要目的而采用以下方法。
本发明的微粒检测元件用于检测气体中的微粒，具备：
壳体，其具有气体流路，上述气体从该气体流路通过；
电荷产生部，其对导入到上述壳体内的上述气体中的微粒施加通过放电产生的电荷而形成带电微粒；
捕集电极，其设置于上述壳体内，对作为上述带电微粒和未施加于上述微粒的上述电荷的任一者的捕集对象进行捕集；以及
减速用电极，其至少一部分设置为与上述壳体中的上述气体流路的外壁分离，在比上述捕集电极靠上述气体的气流的上游侧的区域和上述捕集电极上的至少一方产生使得上述捕集对象减速的减速用电场。
在该微粒检测元件中，电荷产生部产生电荷而使得气体中的微粒成为带电微粒，捕集电极对捕集对象(带电微粒和未施加于微粒的电荷的任一者)进行捕集。由于物理量根据被捕集电极捕集到的捕集对象而变化，因此，通过使用该微粒检测元件能够对气体中的微粒进行检测。此时，减速用电极产生减速用电场而使得比捕集电极靠气流的上游侧和捕集电极上的至少一方的捕集对象减速。而且，减速用电极的至少一部分与气体流路的外壁分离。即，例如与减速用电极沿着气体流路的外壁的内周面配设的情况相比，减速用电极的至少一部分位于气体流路的中心轴附近。因此，减速用电场容易在作为流速较快的区域的、气体流路的中心轴附近的区域发挥作用。由此，能够利用减速用电场使得流速较快的捕集对象减速。通过这样的减速用电场的作用，容易利用捕集电极对捕集对象进行捕集。其结果，本发明的微粒检测元件例如能够提高捕集电极对捕集对象的捕集率、或者能够缩短捕集电极的长度(气体流路的轴向长度)而使壳体变得紧凑。这里，“使得上述捕集对象减速”不仅包括使得捕集对象减速的情况，还包括使得捕集对象返回到上游侧的情况。“上述捕集电极上”是指相对于捕集电极而位于垂直于气体流路的中心轴的方向上的区域。本发明的微粒检测元件可以用于检测上述气体中的上述微粒的量。“微粒的量”例如可以为微粒的个数、质量、表面积中的至少任一者。
本发明的微粒检测元件中，上述壳体具有将上述气体流路分隔成多条分支流路的分隔部，上述捕集电极可以分别配设于上述多条分支流路的每一条分支流路。这样，由于存在分别配设于多条分支流路的每一条分支流路的捕集电极，从而更容易利用捕集电极对捕集对象进行捕集。
在这种情况下，本发明的微粒检测元件可以具备1个以上的电场产生电极，上述电场产生电极产生使上述捕集对象朝向配设于上述多条分支流路的至少一条分支流路的上述捕集电极移动的捕集用电场。这样，不仅能够利用减速用电场使得捕集对象减速，还能够利用捕集用电场使得捕集对象朝向捕集电极移动，因此更容易利用捕集电极对捕集对象进行捕集。
在这种情况下，本发明的微粒检测元件可以以将上述捕集电极和上述电场产生电极作为1组电极、且将上述1组电极分别配设于上述多条分支流路的每一条分支流路的方式具备多组电极。这样，更容易利用捕集电极对捕集对象进行捕集。
在具备1个以上的电场产生电极的方式的本发明的微粒检测元件中，上述电场产生电极的至少1个可以兼用作上述减速用电极。这样，与分开设置电场产生电极和减速用电极的情况相比，装置结构变得紧凑。在这种情况下，1个以上的上述电场产生电极中的配设于上述分隔部的电场产生电极可以兼用作上述减速用电极。
本发明的微粒检测元件中，上述壳体可以在比上述外壁靠内侧的区域具有供上述减速用电极配设的减速用电极配设部件。这样，能够利用减速用电极配设部件对减速用电极进行支承。这里，在上述减速用电极配设于上述分隔部时，其分隔板相当于上述减速用电极配设部件。该情况下，由于上述分隔部兼具上述减速用电极配设部件的作用，因此，与分开设置二者的情况相比，装置结构变得紧凑。
在具备减速用电极配设部件的方式的本发明的微粒检测元件中，上述减速用电极配设部件中的上述气体的气流的上游侧的端部与上述减速用电极之间的、上述气体流路的中心轴向上的距离Lf，可以为该减速用电极配设部件与上述壳体的壁部之间的、与上述气体流路的中心轴垂直的方向上的距离H以下。在满足Lf≤H的情况下，存在于比减速用电极靠气流的上游侧的区域的减速用电极配设部件的轴向长度(＝距离Lf)较小。因此，减速用电极配设部件难以妨碍减速用电场对捕集对象的减速。
在具备减速用电极配设部件的方式的本发明的微粒检测元件中，上述减速用电极可以配设于上述减速用电极配设部件中的上述气体的气流的上游侧的端面。由于减速用电极配设部件的上游侧的端面是与气流对置的面，因此，因减速用电极存在于该面而使得减速用电场对捕集对象的减速效果提高。这里，在减速用电极配设部件的上游侧的端面配设有减速用电极的情况下，上述的距离Lf的值为0，满足Lf≤H。
在具备减速用电极配设部件的方式的本发明的微粒检测元件中，上述减速用电极配设部件可以在上述气体的气流的上游侧的端部具有如下形状的减速用结构：当在与上述气体流路的中心轴垂直的截面中观察该减速用电极配设部件时，与其他部分相比，该减速用结构的截面积更大。这样由于上游侧的端部的截面积增大的减速用结构构成气流的阻力，因此能够利用减速用结构使得捕集对象减速。因此，能够利用减速用电场和减速用结构的双方使得捕集对象进一步减速。另外，减速用结构能够将气流扰乱而在减速用结构的下游侧产生气体涡流。能够利用该涡流而延长从捕集电极周围通过的捕集对象的滞留时间，从而容易利用捕集电极对捕集对象进行捕集。
本发明的微粒检测元件可以具有产生使上述捕集对象朝向上述捕集电极移动的捕集用电场的电场产生电极。在这种情况下，上述电场产生电极可以兼用作上述减速用电极。该情况下，兼用作减速用电极的电场产生电极可以配设于上述减速用电极配设部件。
本发明的微粒检测器具备：上述任一方式的微粒检测元件；以及检测部，其基于与被上述捕集电极捕集到的上述捕集对象相应地变化的物理量而对上述微粒进行检测。因此，该微粒检测器能够获得与上述的本发明的微粒检测元件同样的效果、例如容易利用捕集电极对捕集对象进行捕集的效果。在这种情况下，上述检测部可以基于上述物理量而对上述微粒的量进行检测。“微粒的量”例如可以为微粒的个数、质量、表面积中的至少任一者。在该微粒检测器中，当上述捕集对象为未施加于上述微粒的上述电荷时，上述检测部可以基于上述物理量和上述电荷产生部所产生的电荷(例如电荷的个数或电荷量)而对上述微粒进行检测。
应予说明，本说明书中，除了正电荷、负电荷以外，“电荷”还包括离子。除了测定微粒的量的情况以外，“对微粒的量进行检测”还包括判定微粒的量是否落入规定的数值范围(例如是否超过规定的阈值)的情况。“物理量”只要是基于捕集对象的个数(电荷量)而变化的参数即可，例如可举出电流等。
附图说明
图1是表示微粒检测器10的概略结构的立体图。
图2是图1的A-A截面图。
图3是图1的B-B截面的局部截面图。
图4是表示减速用电极70和加速用电极80所产生的电场的情形的说明图。
图5是距离Lf、Lr及距离H的说明图。
图6是微粒检测元件11的立体分解图。
图7是变形例的减速用电极170a、170b的说明图。
图8是变形例的减速用电极270的说明图。
图9是减速用结构273的说明图。
图10是变形例的减速用电极370的说明图。
图11是变形例的减速用电极470的说明图。
图12是变形例的减速用电极570的说明图。
图13是变形例的减速用电极670的说明图。
图14是变形例的微粒检测器710的截面图。
具体实施方式
接下来，利用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示作为本发明的一个实施方式的微粒检测器10的概要结构的立体图。图2是图1的A-A截面图，图3是图1的B-B截面的局部截面图，图4是表示减速用电极70和加速用电极80所产生的电场的情形的说明图，图5是距离Lf、Lr及距离H的说明图，图6是微粒检测元件11的立体分解图。应予说明，本实施方式中，上下方向、左右方向及前后方向如图1～图3所示。
微粒检测器10对气体(例如汽车的废气)中含有的微粒17的个数进行测量。如图1、图2所示，该微粒检测器10具备微粒检测元件11。另外，如图2所示，微粒检测器10具备放电用电源29、除去用电源39、捕集用电源49、检测装置50以及加热用电源69。如图2所示，微粒检测元件11具备壳体12、电荷产生装置20、剩余电荷除去装置30、捕集装置40、加热装置60、减速用电极70以及加速用电极80。
壳体12在内部具有气体流路13，气体从该气体流路13通过。如图2所示，气体流路13具有：气体导入口13a，气体从该气体导入口13a导入到壳体12内；多条(这里为3条)分支流路13b～13d，它们位于比气体导入口13a靠下游侧的区域、且使得气流分流；以及气体排出口13f，其位于比分支流路13b～13d靠下游侧的区域、且在气流汇合之后将该气流向壳体12外排出。从气体导入口13a导入到壳体12内的气体通过分支流路13b～13d和气体排出口13f而向壳体12外排出。气体流路13的垂直于气体流路13的中心轴的截面(这里为沿着上下左右方向的截面)呈近似四边形。气体导入口13a、分支流路13b～13d以及气体排出口13f的垂直于气体流路13的中心轴的截面均呈近似四边形。如图1和图6所示，壳体12呈长条的近似长方体形状。如图2、图3、图6所示，壳体12构成为多个层(这里为第1层～第11层14a～14k)在规定的层叠方向(这里为上下方向)上层叠而成的层叠体。壳体12为绝缘体，例如由氧化铝等陶瓷制成。在第4层～第8层14d～14h分别设置有使得各层在厚度方向(这里为上下方向)上贯通的贯通孔或切口，该贯通孔或切口形成为气体流路13。在本实施方式中，与其他层相比，第4层14d、第6层14f、第8层14h的厚度更厚。第4层14d、第6层14f、第8层14h也可以是分别具有多个层的层叠体。
如图2、图3所示，作为气体流路13的壁部，壳体12具有外壁15以及作为内壁的分隔部16。外壁15具有：作为壳体12的上侧部分的一部分的第1外壁15a；以及作为壳体12的下侧部分的一部分的第2外壁15b。第1外壁15a为第1层～第3层14a～14c中的位于气体流路13的正上方的部分。第1外壁15a的下表面构成气体流路13的顶面。在第1外壁15a的下表面配设有放电电极21a、施加电极32以及第1电场产生电极44a。第2外壁15b是第9层～第11层14i～14k中的位于气体流路13的正下方的部分。第2外壁15b的上表面构成气体流路13的底面。在第2外壁15b的上表面配设有放电电极21b、除去电极34以及第3捕集电极42c。另外，壳体12中的第4层～第8层14d～14h构成气体流路13的侧壁(这里为左右的壁部)，该侧壁也是外壁15的一部分。
作为分隔部16，壳体12具有第1分隔部16a、第2分隔部16b。第1分隔部16a为第5层14e中的面向气体流路13的部分(位于分支流路13b的正下方和分支流路13c的正上方的部分)。第1分隔部16a在上下方向上将分支流路13b和分支流路13c分隔。在第1分隔部16a的上表面配设有第1捕集电极42a，在第1分隔部16a的下表面配设有第2电场产生电极44b。第2分隔部16b为第7层14g中的面向气体流路13的部分(位于分支流路13c的正下方和分支流路13d的正上方的部分)。第2分隔部16b在上下方向上将分支流路13c和分支流路13d分隔。在第2分隔部16b的上表面配设有第2捕集电极42b，在第2分隔部16b的下表面配设有第3电场产生电极44c。第1分隔部16a、第2分隔部16b均配设于壳体12中的比外壁15靠内侧的区域(从外壁15观察为气体流路13侧)。
如图2所示，电荷产生装置20具有设置于靠近壳体12的气体导入口13a的那侧的第1电荷产生装置20a、第2电荷产生装置20b。第1电荷产生装置20a具有配设于第1外壁15a的放电电极21a和感应电极24a。放电电极21a和感应电极24a分别设置于发挥电介质层的作用的第3层14c的表面和背面。放电电极21a设置于第1外壁15a的下表面、且在气体流路13内露出。第2电荷产生装置20b具有配设于第2外壁15b的放电电极21b和感应电极24b。放电电极21b和感应电极24b分别设置于发挥电介质层的作用的第9层14i的表面和背面。放电电极21b设置于第2外壁15b的上表面、且在气体流路13内露出。放电电极21a、21b分别在长方形的金属薄板的彼此对置的长边具有多个三角形的微细突起22(参照图1)。感应电极24a、24b分别为长方形的电极，并与放电电极21a、21b的长边方向平行地设置有2个。放电电极21a、21b以及感应电极24a、24b与放电用电源29连接。感应电极24a、24b也可以与地线连接。
在第1电荷产生装置20a中，如果由放电用电源29对放电电极21a与感应电极24a之间施加高频的高电压(例如脉冲电压等)，则因两个电极间的电位差而在放电电极21a的附近引起气体放电(这里为介质阻挡放电)。第2电荷产生装置20b也同样因来自放电用电源29的高电压引起的放电电极21b与感应电极24b的电位差而在放电电极21b的附近引起气体放电。由于这些放电而使得存在于放电电极21a、21b的周围的气体实现了离子化而产生电荷18(这里为正电荷)。由此，通过电荷产生装置20的气体中的微粒17被施加电荷18而成为带电微粒P(参照图2)。
电荷产生装置20通过介质阻挡放电而产生电荷18，因此，例如与利用针状的放电电极并通过电晕放电而产生电荷18的情况相比，能够以低电压和低功率而产生同等的电荷量。由于感应电极24a、24b埋设于壳体12，因此能够避免感应电极24a、24b与其他电极之间的短路。由于放电电极21a、21b具有多个突起22，因此能够生成更高浓度的电荷18。放电电极21a、21b沿着壳体12中在气体流路13露出的内周面而配设。因此，例如与将针状的放电电极配置为在气体流路13露出的情况相比，容易进行壳体12和放电电极21a、21b的一体制造，放电电极21a、21b难以阻碍气体的流动，微粒难以附着于放电电极21a、21b。
剩余电荷除去装置30具有施加电极32和除去电极34。施加电极32和除去电极34位于电荷产生装置20的下游、且位于捕集装置40的上游。施加电极32设置于第1外壁15a的下表面、且在气体流路13内露出。除去电极34设置于第2外壁15b的上表面、且在气体流路13内露出。施加电极32和除去电极34配设于彼此对置的位置。施加电极32是由除去用电源39施加微小的正电位V2的电极。除去电极34是连接于地线的电极。由此，在剩余电荷除去装置30的施加电极32与除去电极34之间产生弱电场。因此，在电荷产生装置20所产生的电荷18中的未施加于微粒17的剩余的电荷18在该弱电场的作用下被除去电极34吸引并捕获进而向大地释放。由此，剩余电荷除去装置30抑制了剩余的电荷18被捕集装置40的捕集电极42捕集而计入微粒17的个数。
捕集装置40是用于对捕集对象(这里为带电微粒P)进行捕集的装置，设置于比电荷产生装置20和剩余电荷除去装置30靠下游的分支流路13b～13d。捕集装置40具有：捕集带电微粒P的1个以上的捕集电极42；以及使带电微粒P朝向捕集电极42移动的1个以上的电场产生电极44。在本实施方式中，作为捕集电极42，捕集装置40具有第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c、作为电场产生电极44，捕集装置40具有第1电场产生电极～第3电场产生电极44a～44c。捕集电极42和电场产生电极44均设置为在气体流路13露出。第1捕集电极42a和第1电场产生电极44a构成1组电极。同样地，第2捕集电极42b和第2电场产生电极44b、第3捕集电极42c和第3电场产生电极44c分别构成1组电极。即，捕集装置40具有多组(这里为3组)电极。1组电极(成组的1个捕集电极42和1个电场产生电极44)配设于在上下方向上彼此对置的位置。第1电场产生电极～第3电场产生电极44a～44c分别产生使得带电微粒P朝向与其自身构成一组的第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c移动的捕集用电场。多组电极针对分支流路13b～13c的各分支流路分别配设有1组。具体而言，第1电场产生电极44a配设于第1外壁15a的下表面，第1捕集电极42a配设于第1分隔部16a的上表面。第2电场产生电极44b配设于第1分隔部16a的下表面，第2捕集电极42b配设于第2分隔部16b的上表面。第3电场产生电极44c配设于第2分隔部16b的下表面，第3捕集电极42c配设于第2外壁15b的上表面。
对于第1电场产生电极～第3电场产生电极44a～44c，均由捕集用电源49施加电压V1。第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c均经由电流计52而与地线连接。由此，在分支流路13b产生从第1电场产生电极44a朝向第1捕集电极42a的捕集用电场，在分支流路13c产生从第2电场产生电极44b朝向第2捕集电极42b的捕集用电场，在分支流路13d产生从第3电场产生电极44c朝向第3捕集电极42c的捕集用电场。因此，在气体流路13流动的带电微粒P进入分支流路13b～13d的任一分支流路，并因在此处产生的捕集用电场而向下方移动，进而被第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c的任一捕集电极吸引并捕集。电压V1在此为正电位，电压V1的水平例如为100V级至几kV。各电极34、42各自的尺寸、各电极34、42上的各自的电场强度(即，电压V1、V2的大小)设定为：使得带电微粒P不会被除去电极34捕集而是被捕集电极42捕集，另外使得未附着于微粒17的电荷18被除去电极34捕集。
电场产生电极44中的配设于分隔部16的第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c兼用作减速用电极，还将这些电极称为减速用电极70。减速用电极70是用于在比捕集电极42靠气流的上游侧的区域产生使得捕集对象(这里为带电微粒P)减速的减速用电场的电极。减速用电极70配设于壳体12中的分隔部16、且设置为与外壁15分离。如果对作为减速用电极70的第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c施加电压V1，则不仅产生上述捕集用电场，还产生减速用电场。如图4中的虚线箭头所示，减速用电场是第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c各自的主要从上游侧的端部(这里为前端部)附近朝向气体流路13的上游的电场。在气体流路13流动的带电微粒P因该减速用电场而在比捕集电极42靠上游侧的区域减速，然后进入分支流路13b～13d并被捕集电极42捕集。还考虑该减速用电场对带电微粒P的减速效果的大小而规定电压V1。例如，电压V1可以设定为：使得减速用电场能够使带电微粒P减速且不至于使带电微粒P向上游侧返回。
关于减速用电极70的位置，图5中示出的距离Lf越小越好，例如优选为距离H以下。距离Lf是分隔部16中的气流的上游侧的端部(这里为前端部)与减速用电极70之间的在气体流路13的中心轴向上的距离。距离H是分隔部16与壳体12的壁部之间的在垂直于气体流路13的中心轴的方向上的距离。距离H与由分隔部16分隔出的分支流路13b～13d的各分支流路的流路厚度相等。距离Lf是分隔部16中的存在于比减速用电极70靠气流的上游侧的区域的部分的轴向长度。如果距离Lf较大，则有时该部分会妨碍减速用电场对带电微粒P的减速。距离Lf越小，分隔部16越难以妨碍减速用电场对带电微粒P的减速。在本实施方式中，第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c均满足Lf≤H。针对减速用电极70(第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c)分别独立地对距离Lf和距离H的值进行计算。例如，与第2电场产生电极44b的距离Lf比较的距离H设为由第1分隔部16a分隔出的分支流路13b和分支流路13c的流路厚度中的较小的值，与分支流路13d的流路厚度没有关系。距离Lf可以设为0.1mm以上。距离Lf可以设为2.0mm以下。距离H可以设为0.01mm以上。距离H为0.01mm以上时，容易使气体流入到分支流路。距离H可以设为6mm以下。距离H为6mm以下时，捕集用电场使带电微粒P朝向捕集电极42移动的效果容易变得充分。分隔部16的厚度t例如可以设为0.02mm以上。厚度t为0.02mm以上时，能够抑制分隔部16的破裂。厚度t可以设为0.5mm以下。厚度t为0.5mm以下时，由于分隔部16较薄，因此能够使得壳体12在厚度方向上实现紧凑化。
电场产生电极44中的配设于分隔部16的第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c兼用作加速用电极，还将这些电极称为加速用电极80。加速用电极80是用于在比捕集电极42靠气流的下游侧的区域产生使带电微粒P加速的加速用电场的电极。加速用电极80设置于壳体12中的分隔部16、且设置为与外壁15分离。如果对作为加速用电极80的第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c施加电压V1，则不仅产生上述捕集用电场和减速用电场，还产生加速用电场。如图4中的点划线箭头所示，加速用电场分别是第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c中主要从下游侧的端部(这里为后端部)附近朝向气体流路13的下游的电场。未被捕集电极42捕集到的带电微粒P因该加速用电场而在比捕集电极42靠下游侧的区域加速，进而从气体排出口13f向壳体12外排出。还考虑该加速用电场对带电微粒P的加速效果的大小而规定电压V1。
关于加速用电极80的位置，图5中示出的距离Lr越小越好，例如优选为上述距离H以下。距离Lr是分隔部16中的气流的下游侧的端部(这里为后端部)与加速用电极80之间的在气体流路13的中心轴向上的距离。距离Lr是分隔部16中的存在于比加速用电极80靠气流的下游侧的区域的部分的轴向长度。如果距离Lr较大，则有时该部分会妨碍加速用电场对带电微粒P的加速。距离Lr越小，分隔部16越难以妨碍加速用电场对带电微粒P的加速。在本实施方式中，第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c均满足Lr≤H。针对加速用电极80(第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c)分别独立地对距离Lr和距离H的值进行计算。例如，与第2电场产生电极44b的距离Lr比较的距离H设为第1分隔部16a分隔出的分支流路13b和分支流路13c的流路厚度中的较小的值，与分支流路13d的流路厚度没有关系。距离Lr可以设为0.1mm以上。距离Lr可以设为2.0mm以下。
检测装置50具备电流计52和运算装置54。电流计52的一个端子与捕集电极42连接，另一端子与地线连接。该电流计52对基于由捕集电极42捕集到的带电微粒P的电荷18的电流进行测定。运算装置54基于电流计52的电流而对微粒17的个数进行运算。运算装置54可以具有如下作为控制部的功能：通过控制各电源29、39、49、69的接通断开、电压而控制各装置20、30、40、60。
加热装置60具有配设于第10层14i与第11层14k之间并埋设于第2外壁15b的加热电极62。加热电极62例如为布设成之字形的带状的发热体。加热电极62在本实施方式中布设于气体流路13的正下方的大致整个区域。加热电极62与加热用电源69连接，并在由加热用电源69通电时发热。加热电极62对壳体12和捕集电极42等各电极进行加热。
如图1、图6所示，在壳体12的左端的上表面和下表面分别配设有多个端子19。上述各电极21a、21b、24a、24b、32、34、42、44借助配设于壳体12内的配线而与上述多个端子19中的任一者通电导通。同样，加热电极62借助配线而与2个端子19通电导通。配线例如配设于第1层～第11层14a～14k的上下表面、或者配设在设置于第1层～第11层14a～14k的通孔内。虽然在图2中省略图示，但各电源29、39、49、69以及电流计52借助该端子19而与微粒检测元件11内的各电极导通。
以下对这样构成的微粒检测元件11的制造方法进行说明。首先，与第1层～第11层14a～14k对应地准备多个含有陶瓷原料粉末的未烧成的陶瓷生片。预先通过冲裁处理等而在与第4层～第8层14d～14h对应的生片设置构成气体流路13的空间和通孔。接下来，与第1层～第11层14a～14k分别对应地对各陶瓷生片进行形成各种图案的图案印刷处理和干燥处理。具体而言，形成的图案例如为上述各电极、与各电极连接的配线以及端子19等的图案。利用公知的丝网印刷技术将图案形成用浆糊涂敷于生片上而进行图案印刷。在图案印刷处理中或其前后还进行形成配线的导电性浆糊向通孔的填充。接下来，进行用于对生片彼此进行层叠和粘接的粘接用浆糊的印刷处理和干燥处理。然后，进行如下压接处理：以规定的顺序对形成有粘接用浆糊的生片进行层叠，并施加规定的温度、压力条件而进行压接，由此制成一个层叠体。当进行该压接处理时，预先向构成气体流路13的空间填充因烧成而消失的消失材料(例如可可碱等)。然后，将层叠体切断并切出壳体12的大小的层叠体。而且，以规定的烧成温度对切出的层叠体进行烧成。由于消失材料在烧成时消失，因此填充有消失材料的部分构成气体流路13。由此得到微粒检测元件11。
这样，在由陶瓷材料构成壳体12的情况下，能够获得以下效果，从而为优选。陶瓷材料一般耐热性较高，还容易耐受用于利用加热电极62而进行后述的微粒17的除去的温度、例如使得作为微粒17的主成分的碳燃烧的600℃～800℃的高温。此外，一般情况下，陶瓷材料的杨氏模量较高，因此即便减薄壳体12的外壁15、分隔部16的厚度也容易维持壳体12的刚性，能够抑制因热冲击、外力而引起的壳体12的变形。通过抑制壳体12的变形，能够抑制例如因电荷产生装置20放电时的气体流路13中的电场分布的变化、分支流路13b～13d的流路厚度(这里为上下的高度)的变化等引起的微粒数量的检测精度的降低。因此，由陶瓷材料构成壳体12而能够抑制壳体12的变形，且能够减薄壳体12的外壁15、分隔部16的厚度而使壳体12变得紧凑。作为陶瓷材料，并未特别限定，例如可举出氧化铝、氮化硅、莫来石、堇青石、氧化镁、氧化锆等。
接下来，对微粒检测器10的使用例进行说明。在测量汽车废气中含有的微粒时，将微粒检测元件11安装于发动机的排气管内。此时，以将废气从气体导入口13a导入到壳体12内、且使得该废气通过分支流路13b～13d之后排出的方式安装微粒检测元件11。另外，将各电源29、39、49、69以及检测装置50与微粒检测元件11连接。
从气体导入口13a导入到壳体12内的废气中含有的微粒17携带因电荷产生装置20的放电产生的电荷18(这里为正电荷)而成为带电微粒P。带电微粒P保持原样地从电场较弱、且除去电极34的长度短于捕集电极42的剩余电荷除去装置30通过，流入到分支流路13b～13d的任一分支流路并到达捕集装置40。另一方面，即便电场较弱，未施加于微粒17的电荷18也被剩余电荷除去装置30的除去电极34吸引，并经由除去电极58而向GND释放。由此，未施加于微粒17的不需要的电荷18几乎不会到达捕集装置40。
到达捕集装置40的带电微粒P被第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c中的任一者利用电场产生电极44所产生的捕集用电场而捕集。然后，利用电流计52对基于附着于捕集电极42的带电微粒P的电荷18的电流进行测定，运算装置54基于该电流对微粒17的个数进行运算。在本实施方式中，第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c与1个电流计52连接，利用电流计52对基于附着于第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c的带电微粒P的电荷18的合计数的电流进行测定。电流I与电荷量q的关系为I＝dq/(dt)，q＝∫Idt。运算装置54通过在规定期间对电流值进行积分(累计计算)而求出其积分值(蓄积电荷量)，利用蓄积电荷量除以净电荷而求出电荷的总数(捕集电荷数)，并利用该捕集电荷数除以附着于1个微粒17的电荷数的平均值(平均带电数)，由此求出附着于捕集电极42的微粒17的个数Nt。运算装置54检测出废气中的微粒17的个数作为该个数Nt。但是，微粒17的一部分也有时未被捕集电极42捕集而是从该捕集电极42通过、或者在被捕集电极42捕集之前附着于壳体12的内周面。因此，考虑这样的未被捕集电极42捕集的微粒17的比例而预先规定微粒17的捕集率，运算装置54可以检测出该捕集率除个数Nt所得的值、即总数Na作为废气中的微粒17的个数。
在这样利用捕集电极42捕集带电微粒P时，减速用电极70产生上述减速用电场而使得比捕集电极42靠气流的上游侧的带电微粒减速。而且，减速用电极70配设于分隔部16、且与气体流路13的外壁15分离。即，例如与减速用电极70沿着气体流路13的外壁15的内周面配设的情况相比，减速用电极70位于气体流路13的中心轴附近。因此，减速用电场容易在作为流速较快的区域的气体流路13的中心轴附近的区域发挥作用。由此，能够利用减速用电场使流速较快的带电微粒P减速。能够通过这样的减速用电场的作用而减少未被捕集电极42捕集而是从该捕集电极42通过的带电微粒P，从而捕集电极42变得容易捕集带电微粒P。其结果，例如能够提高捕集电极42对带电微粒P的捕集率，或者能够缩短捕集电极42的长度(气体流路13的轴向长度)而使壳体12变得紧凑。
但是，即使在产生捕集用电场和减速用电场的情况下，也有时存在未被捕集电极42捕集而是从捕集电极42上通过的带电微粒P。此时，加速用电极80产生上述的加速用电场而使得比捕集电极42靠气流的下游侧的带电微粒P加速。而且，加速用电极80配设于分隔部16、且与气体流路13的外壁15分离。即，例如与加速用电极80沿着气体流路13的外壁15的内周面配设的情况相比，加速用电极80位于气体流路13的中心轴附近。因此，加速用电场容易作用于大范围的带电微粒P。由于利用这样的加速用电场的作用使得未被捕集电极42捕集的带电微粒P加速而迅速地向壳体12外排出，因此，能够抑制未被捕集电极42捕集的带电微粒P附着于壳体12。例如，能够抑制带电微粒P附着于壳体12的外壁15的内周面、分隔部16的后端面等。其结果，能够抑制因带电微粒P的附着而产生不良情况。例如，能够抑制因带电微粒P附着于壳体12而导致的气体流路13的堵塞，或者能够抑制因附着于壳体12的带电微粒P而导致的电极的短路(这里为捕集电极42与电场产生电极44的短路)。
这里，电场产生电极44中的不存在与外壁15分离的部分的第1电场产生电极44a未包含于本实施方式的减速用电极70中。第1电场产生电极44a沿着外壁15的内周面配设、且未与外壁15分离，从第1电场产生电极44a附近通过的带电微粒P的流速较慢。因此，即便假设在第1电场产生电极44a的前端部附近产生的电场使得带电微粒P减速，捕集电极42对带电微粒P的捕集容易性也不会大幅提高。
同样，第1电场产生电极44a未包含于本实施方式的加速用电极80中。如上所述，第1电场产生电极44a沿着外壁15的内周面配设、且未与外壁15分离。而且，由于使第1电场产生电极44a产生捕集用电场，因此带电微粒P在从分支流路13b通过的期间与第1电场产生电极44a分离而向下方移动。因此，在第1电场产生电极44a的后端部的周围，带电微粒P的浓度降低。由此，第1电场产生电极44a的后端部附近所产生的电场几乎未作用于带电微粒P，从而抑制带电微粒P附着于壳体12的效果未大幅提高。与此相对，例如，在第2电场产生电极44b的后端部的周围，虽然因第2电场产生电极44b所产生的捕集用电场而使得分支流路13c侧的带电微粒P的浓度降低，但因第1电场产生电极44a所产生的捕集用电场而在分支流路13b侧使得未被第1捕集电极42a捕集的带电微粒P的浓度升高。因此，关于配设于第1分隔部16a的第2电场产生电极44b，能够利用其后端部附近产生的电场而使得带电微粒P加速，从而能够充分获得抑制带电微粒P附着于壳体12的效果。因此，第2电场产生电极44b包含于加速用电极80中。关于第3电场产生电极44c，也因同样的理由而包含于加速用电极80中。
另外，与第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c的后端部附近产生的电场相比，第1电场产生电极44a的后端部附近产生的电场仅作用于较小范围的带电微粒P。因此，即便假设第1电场产生电极44a的后端部附近产生的电场使得带电微粒P加速，抑制带电微粒P附着于壳体12的效果也未大幅提高。另外，在本实施方式中，在比加速用电极80的后端部靠上游侧的区域，减速用电极70的减速用电场使得带电微粒P减速。因此，与加速用电极80的后端部的周围(气体流路13中的靠近中心轴的区域)相比，第1电场产生电极44a的后端部的周围(气体流路13中的靠近外壁15的内周面的区域)的带电微粒P的流速并未大幅减慢(流速差减小)。因此，第1电场产生电极44a的后端部附近产生的电场几乎无助于抑制带电微粒P附着于壳体12的效果。基于这些理由也可知，本实施方式的第1电场产生电极44a未包含于加速用电极80中。
如果大量微粒17等随着对微粒检测元件11的使用而堆积于捕集电极42，则有时新的带电微粒P未被捕集电极42捕集。因此，定期地或者在堆积量达到规定量的定时利用加热电极62对捕集电极42进行加热，由此对捕集电极42上的堆积物进行加热、焚烧来更新捕集电极42的电极面。另外，还可以利用加热电极62对附着于壳体12的内周面的微粒17进行焚烧。
这里，阐明本实施方式的构成要素与本发明的构成要素的对应关系。本实施方式中的壳体12相当于本发明的壳体，电荷产生装置20相当于电荷产生部，捕集电极42相当于捕集电极，减速用电极70(这里为第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c)相当于减速用电极。另外，分隔部16相当于分隔部和减速用电极配设部件，检测装置50相当于检测部。
在以上详述的本实施方式的微粒检测元件11中，由于减速用电极70产生的减速用电场使得带电微粒P减速，因此容易利用捕集电极42来捕集带电微粒P。
另外，壳体12具有将气体流路13分隔成多条分支流路13b～13d的分隔部16。而且，第1捕集电极42a～42c分别配设于多条分支流路13b～13d的每一条分支流路。由于存在这样分别配设于多条分支流路13b～13d的每一条分支流路的捕集电极42，从而更容易利用捕集电极42来捕集带电微粒P。由此，例如能够使未被捕集电极42捕集的带电微粒P减少，能够减少附着于壳体12的壁部的带电微粒P的个数。或者，还能够缩短捕集电极42的长度(气体流路13的轴向的长度)而使壳体12变得紧凑。
此外，微粒检测元件11具备1个以上的电场产生电极44，该电场产生电极44产生使带电微粒P朝向配设于多条分支流路13b～13d中的至少任一条分支流路的捕集电极42移动的捕集用电场。由此，不仅能够利用减速用电场使带电微粒P减速，而且还能够利用捕集用电场使带电微粒P朝向捕集电极42移动，因此更容易利用捕集电极42捕集带电微粒P。另外，微粒检测元件11以将1个捕集电极42和1个电场产生电极44作为1组电极并分别在多条分支流路13b～13d的每一条分支流路配设1组电极的方式具备多组(这里为3组)电极。由此，更容易利用捕集电极42捕集带电微粒P。
另外，由于配设于分隔部16的第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c兼用作减速用电极70，因此，与将电场产生电极44和减速用电极70分开设置的情况相比，微粒检测元件11的装置结构变得紧凑。
而且，由于壳体12在比外壁15靠内侧的区域具有供减速用电极70配设的减速用电极配设部件(这里为分隔部16)，因此能够利用减速用电极配设部件对减速用电极70进行支承。另外，由于分隔部16兼用作减速用电极配设部件，因此，与分别设置二者的情况相比，微粒检测元件11的装置结构变得紧凑。
而且，如图5所示，由于微粒检测元件11满足Lf≤H，因此，在比减速用电极70靠气流的上游侧的区域存在的分隔部16的轴向长度(＝距离Lf)较小。因此，分隔部16难以妨碍减速用电场对带电微粒P的减速。
应予说明，本发明未受到上述实施方式的任何限定，只要属于本发明的技术范围，当然可以以各种方式来实施。
例如，在上述实施方式中，如图5所示，距离Lf的值大于0，但如上所述，距离Lf优选为较小值，更优选其值为0。例如图7中示出的变形例的减速用电极170a、170b均配设为延伸至减速用电极配设部件(这里为分隔部16)中的气流的上游侧的端部(这里为前端部)，距离Lf的值为0。另外，减速用电极170b还配设于减速用电极配设部件(这里为第2分隔部16b)中的气流的上游侧的端面(这里为前端面)。由于分隔部16b的前端面是与气流对置的面，因此，因减速用电极170b还存在于该面而使得减速用电极170b所产生的减速用电场对带电微粒P的减速效果得到提高。即，与减速用电极170a相比，减速用电极170b对带电微粒P的减速效果更高。位于减速用电极170b中的第2分隔部16b的前端面的部分的厚度优选为0.5mm以下。由此能够抑制该部分的电极剥离。
与距离Lf相同，距离Lr的值也优选为0。例如关于图7中示出的变形例的加速用电极180a、180b以及分隔部16，距离Lr的值为0。另外，加速用电极180b还配设于加速用电极配设部件(这里为第2分隔部16b)中的气流的下游侧的端面(这里为后端面)。由于第2分隔部16b的下游侧的端面是朝向气流的下游侧的面，因此，因加速用电极180b还存在于该面而使得加速用电场对带电微粒P的加速效果得到提高。
在上述实施方式中，如图2所示，减速用电极70的前端和捕集电极42的前端在气体流路13的中心轴向上位于相同的位置，但也可以如图7的减速用电极170a、170b那样使得减速用电极70的前端延伸到比捕集电极42的前端更靠近气体流路13的上游侧的区域。相反，捕集电极42的前端可以延伸到比减速用电极70的前端更靠近气体流路13的上游侧的区域。电场产生电极44与捕集电极42的位置关系以及加速用电极80与捕集电极42的位置关系也相同。
在上述实施方式中，如图2所示，减速用电极70的后端和捕集电极42的后端在气体流路13的中心轴向上位于相同的位置，但也可以如图7的减速用电极170a、170b那样，减速用电极70的后端延伸到比捕集电极42的后端更靠近气体流路13的下游侧的区域。如上所述，减速用电极70兼用作加速用电极80，如果减速用电极70的后端在气体流路13的中心轴向上存在于与捕集电极42的后端相同的位置或者比捕集电极42的后端靠下游侧的区域，则即便加速用电场使得带电微粒P加速，也难以阻碍捕集电极42对带电微粒P的捕集。但是，减速用电极70的后端也可以在气体流路13的中心轴向上存在于比捕集电极42的后端靠上游侧的区域。该情况下，有时因气体流路13的中心轴向上的减速用电极70的后端与捕集电极42的后端之间的距离而使得加速用电场阻碍捕集电极42对带电微粒P的捕集，但能够获得利用加速用电场来抑制带电微粒P附着于壳体12的效果。兼用作加速用电极80的电场产生电极44与捕集电极42的位置关系也相同。
在上述实施方式中，在第1分隔部16a的上表面配设有第1捕集电极42a、且在下表面配设有第2电场产生电极44b，但并不局限于此，也可以通过在分隔部16a的上下两表面配设捕集电极42、或者在上下两表面配设电场产生电极44、或者在上下两表面配设减速用电极70等而在上下两表面配设具有相同功能的电极。由此，能够使得配设于壳体12的配线和端子19的至少一部分实现通用化以便将上下两表面的电极与外部的装置导通。
在上述实施方式中，作为分隔部16，壳体12具有第1分隔部16a、第2分隔部16b，但分隔部的个数可以设为1个或3个以上等。壳体12也可以不具备分隔部16。
在上述实施方式中，也可以采用图8中示出的结构。在图8中，壳体12具有作为分隔部16的第1分隔部～第3分隔部216a～216c，气体流路13分支成4条而具有分支流路213b～213e。在各分支流路213b～213e分别配设有第1捕集电极～第4捕集电极242a～242d和第1电场产生电极～第4电场产生电极244a～244d，在各分支流路213b～213e分别配设有1组电极(1个捕集电极42和1个电场产生电极44)。另外，在分隔部16的上下两表面配设有相同的电极。具体而言，在第1分隔部216a和第3分隔部216c的上下两表面分别配设有电场产生电极44，在第2分隔部216b的上下两表面分别配设有捕集电极42。另外，在第1外壁15a的下表面配设有第1捕集电极242a，在第2外壁15b的上表面配设有第4捕集电极242d。第1电场产生电极～第4电场产生电极244a～244d均兼用作减速用电极270和加速用电极280。另外，第1电场产生电极244a、第2电场产生电极244b借助配设于第1分隔部16a的前端面和后端面的电极而连接，它们共同构成1个减速用电极270和1个加速用电极80(因此距离Lf、Lr的值为0)。第3电场产生电极244c、第4电场产生电极244d也一样。在该图8的例子中，由于4个电场产生电极44均配设于分隔部16、且与外壁15分离，因此任一电场产生电极44均能够作为减速用电极270和加速用电极80而发挥功能。而且，由于在分隔部16的两表面配设有相同功能的电极，因此能够如上所述那样使得配线和端子19尽量实现通用化。并不局限于该图8的例子，如果分隔部16的个数为奇数，则可以与图8同样地在分隔部16的两表面配设相同功能的电极、且使得任一电场产生电极44均作为减速用电极270和加速用电极80而发挥功能。
作为减速用电极配设部件的形状，可以采用图9中示出的形状。图9是图8所示的变形例中的配设有减速用电极270的第1分隔部216a、第3分隔部216c具有减速用结构273时的例子。如图9所示，第1分隔部216a、第3分隔部216c在前端部具有减速用结构273。减速用结构273形成为越趋向前端则分隔部16的厚度越厚的形状。因此，在垂直于气体流路13的中心轴的截面中观察第1分隔部216a时，减速用结构273形成为与第1分隔部216a的其他部分相比而截面积更大的形状。第2分隔部216b的减速用结构273也一样。由于减速用电极配设部件(这里为第1分隔部216a、第3分隔部216c)具有减速用结构273，因此减速用结构273构成气流的阻力，由此能够利用减速用结构273而使得带电微粒P减速。因此，能够利用基于减速用电极270的减速用电场和减速用结构273这二者而使得带电微粒P进一步减速。另外，由于减速用结构273形成为与分隔部16的其他部分相比而更向上下方突出的形状，因此该突出部分将气流扰乱而能够在减速用结构273的下游侧产生气体涡流。能够利用该涡流而使得从捕集电极42周围通过的带电微粒P的滞留时间延长，从而容易利用捕集电极42捕集带电微粒P。应予说明，并不局限于图9，上述实施方式中的第1分隔部16a、第2分隔部16b的至少一方也可以具有减速用结构273。另外，在图9的例子中，直至减速用结构273的表面为止都存在减速用电极270，但减速用电极270也可以不存在于减速用结构273的表面，相反，减速用电极270还可以将减速用结构273的前端面覆盖。
在上述实施方式中，第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c兼用作减速用电极70，但并不局限于此，也可以与电场产生电极44分开设置减速用电极。另外，在上述实施方式中，减速用电极70产生的减速用电场使得在比捕集电极42靠气流的上游侧的区域流动的带电微粒P减速，但并不局限于此，也可以使在捕集电极42上(在图2中为捕集电极42的正上方的区域)流动的带电微粒P减速。即便这样也能够获得使得捕集电极42容易捕集带电微粒P的效果。例如，可以采用图10中示出的减速用电极370。减速用电极370设置为比捕集电极42和电场产生电极44更靠下游。减速用电极370是配设成与气体流路13的中心轴垂直的板状的电极，构成为能够使气体和带电微粒P透过的电极。具体而言，减速用电极370是具有与气体流路13的中心轴向平行的多个贯通孔375的网状的电极。气体和带电微粒P能够从该贯通孔375通过而向下游流动。对减速用电极370进行支承的减速用电极配设部件未存在于外壁15的内侧，减速用电极370独立地配设于壳体12内。如果对该减速用电极370施加电压而产生减速用电场，则能够使得在减速用电极370的前方的捕集电极42上(这里为捕集电极42的正上方)流动的带电微粒P减速。另外，如果通过增强施加于减速用电极370的电压而使得减速用电场将从捕集电极42上通过的带电微粒P向上游侧推回，则捕集电极42更容易捕集带电微粒。贯通孔375只要能够使气体通过即可，也可以不使带电微粒P通过。该情况下，即便利用减速用电场也未被捕集电极42捕集的带电微粒P附着于减速用电极370，只要定期地利用加热电极62对减速用电极370进行加热而使得带电微粒P焚烧即可。在图10的例子中，由于减速用电极370存在于第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c的下游侧，因此第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c不具有加速用电极的功能。
在上述实施方式中，第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c兼用作加速用电极80，但并不局限于此，也可以与电场产生电极44分开设置加速用电极。
在上述实施方式中，分隔部16兼用作减速用电极配设部件和加速用电极配设部件，但并不局限于此。例如，如图11所示，可以将减速用电极470配设于与分隔部不同的减速用电极配设部件490。在图11中，壳体12不具备分隔部16，捕集电极42和电场产生电极44分别配置于外壁15的内周面中的上表面和下表面。减速用电极配设部件490为棱柱或圆柱等柱状部件，并以轴向沿着气体流路13的中心轴向的方式配置。通过将减速用电极470配设于该减速用电极配设部件490而将减速用电极470配设为与外壁15分离。减速用电极470和减速用电极配设部件490配设为比捕集电极42更靠下游。减速用电极470产生的减速用电场能够与图10的例子同样地使得在捕集电极42上(这里为捕集电极42的正上方)流动的带电微粒P减速。可以在如图2那样具有分隔部16的方式中与分隔部16和减速用电极70分开设置图11中的减速用电极配设部件490和减速用电极470。
壳体12不具有分隔部16的情况下，可以采用图12中示出的方式。在图12中，壳体12不具备分隔部16，具备在气体流路13的中心轴上配置的减速用电极配设部件590。减速用电极配设部件590为棱柱或圆柱等柱状部件。配设于减速用电极配设部件590的电场产生电极44将减速用电极配设部件590的上下表面、前端面以及后端面覆盖。该电场产生电极44兼用作减速用电极570和加速用电极580。因此，减速用电极配设部件590兼用作加速用电极配设部件。在壳体12的外壁15的内周面中的上表面和下表面配设有捕集电极42。在该例中，减速用电极570(特别是减速用电极570中的前端部及其周围的部分)也产生朝向气体流路13的上游的减速用电场，从而能够使得在比捕集电极42靠上游侧的区域流动的带电微粒P减速。另外，电场产生电极44(特别是电场产生电极44中的配设于减速用电极配设部件590的上表面和下面的部分)产生朝向垂直于气体流路13的中心轴的方向(这里为上下方向)的捕集用电场，从而能够使得带电微粒P朝向上下的捕集电极42、42移动。此外，加速用电极580(特别是加速用电极580中的后端部及其周围的部分)产生朝向气体流路13的下游的加速用电场，从而能够使得未被捕集电极42捕集的带电微粒P加速。在如上述实施方式那样壳体12具备分隔部16的情况下，也可以进一步追加图12中的减速用电极570和减速用电极配设部件590。另外，在图12中，也可以不具备减速用电极配设部件590而将减速用电极570独立地配设于壳体12内。
在上述实施方式中，减速用电极70与外壁15分离，但只要减速用电极70的至少一部分与外壁15分离即可。即，减速用电极70只要不是第1电场产生电极44a这样的沿外壁15的内周面配置的方式、埋设于外壁15的方式即可。例如，在图3中，减速用电极70的左右端部可以延伸到外壁15(这里为外壁15中的左右的侧壁)而与外壁15接触。加速用电极80也一样。
在上述实施方式中，电场产生电极44在气体流路13露出，但并不局限于此，也可以埋设于壳体12。另外，也可以将以从上下方隔着第1捕集电极42a的方式配设的一对电场产生电极设置于壳体12以代替第1电场产生电极44a，并利用由施加于该一对电场产生电极间的电压所产生的电场使带电微粒P朝向第1捕集电极42a移动。第2电场产生电极～第4电场产生电极44b～44d也一样。
在上述实施方式中，捕集电极42与电场产生电极44一一对置，但并不局限于此。例如，电场产生电极44的个数可以少于捕集电极42。例如，在图2中可以省略第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c，利用第1电场产生电极44a产生的电场使带电微粒P分别朝向第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c的各捕集电极移动。在图2中省略第2电场产生电极44b、第3电场产生电极44c时，只要分开设置减速用电极和加速用电极即可。另外，第1电场产生电极～第3电场产生电极44a～44c均使得带电微粒P向下方移动，但并不局限于此。例如，也可以将图2中的第1捕集电极42a和第1电场产生电极44a配置成相反。
在上述实施方式中，也可以采用图13中示出的结构。在图13中，壳体12具有作为分隔部16的第1分隔部616a，气体流路13分支成2条而具有分支流路613b、613c。在第1外壁15a、第2外壁15b配设有作为捕集电极42的第1捕集电极642a、第2捕集电极642b。在第1分隔部616a埋设有作为电场产生电极44的第1电场产生电极644a。第1电场产生电极644a兼用作减速用电极670和加速用电极680。即便如该图13那样埋设有第1电场产生电极644a，也能够利用第1电场产生电极644a产生的捕集用电场使得带电微粒P朝向第1捕集电极642a、第2捕集电极642b移动。同样，即便埋设有减速用电极670，也能够利用减速用电极670产生的减速用电场使带电微粒P在捕集电极42的上游侧减速。即便埋设有加速用电极680，也能够利用加速用电极680产生的加速用电场使得未被捕集电极42捕集的带电微粒P在捕集电极42的下游侧加速。另外，一般情况下，由于电极与绝缘体(这里为第1分隔部616a)的热膨胀系数差容易增大，因此，如果例如壳体12的温度在基于加热装置60的电极的更新时与除此以外的状态之间反复变化，则有时因热应力而引起电极相对于绝缘体的剥离、脱落。与此相对，在图13的例子中，第1电场产生电极644a、减速用电极670以及加速用电极680埋设于第1分隔部616a，因此，例如与配设于第1分隔部616a的表面的情况相比，能够防止这些电极的剥离、脱落。这样，电场产生电极、加速用电极以及减速用电极中的1个以上可以埋设于分隔部。
在上述实施方式中，第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c与1个电流计52连接，但并不局限于此，也可以与不同的电流计52连接。这样，运算装置54能够分别对附着于第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c的各捕集电极的微粒17的个数进行运算。该情况下，例如可以通过使分别施加于第1电场产生电极～第3电场产生电极44a～44c的电压不同、或者使分支流路13b～13d的流路厚度(在图2、图3中为上下方向的高度)不同而使得不同粒径的微粒17分别被第1捕集电极～第3捕集电极42a～42c的各捕集电极捕集。
在上述实施方式中，对第1电场产生电极～第3电场产生电极44a～44c施加了电压V1，但也可以不施加电压。即使在未产生基于电场产生电极44的电场的情况下，也能够通过预先将分支流路13b～13d的流路厚度设为微小值(例如0.01mm以上且小于0.2mm)而使得布朗运动剧烈的粒径较小的带电微粒P与捕集电极42碰撞。由此，捕集电极42能够捕集带电微粒P。该情况下，微粒检测元件11也可以不具备电场产生电极44。在未对电场产生电极44施加电压的情况下、不具备电场产生电极44的情况下，只要分开设置减速用电极和加速用电极即可。
在上述实施方式中，减速用电极70兼用作加速用电极80，但并不局限于此，微粒检测元件11只要至少具备减速用电极70即可。例如，图2中的减速用电极70的后端位于比捕集电极42的后端靠上游侧的区域，从减速用电极70的后端产生的电场未作用于比捕集电极42靠下游侧的区域时，减速用电极70并未兼用作加速用电极80。
在上述实施方式中，减速用电极70和加速用电极80设为平板状的电极，但并不局限于此。另外，减速用电极70的厚度可以设为0.1mm以下，也可以设为0.02mm以下。减速用电极70的厚度可以设为1μm以上，也可以设为5μm以上。加速用电极80的厚度也一样。
在上述实施方式中，在分支流路13b～13d的下游侧存在使得它们汇合的气体排出口13f，但并不局限于此，气体也可以以在分支流路13b～13d分流的状态而从壳体12排出。即，第1分隔部16a、第2分隔部16b的下游侧的端部可以在气体流路13的中心轴向上直至与外壁15的下游侧的端部相同的位置为止的范围内存在。
在上述实施方式中，可以省略第1电荷产生装置20a、第2电荷产生装置20b的一方。另外，感应电极24a、24b埋设于壳体12，但只要在放电电极与感应电极之间存在电介质层，则感应电极也可以在气体流路13露出。另外，在上述实施方式中，采用了具备放电电极21a、21b和感应电极24a、24b的电荷产生装置20，但并不局限于此。例如，也可以采用具备针状电极、以及相对于该针状电极隔着气体流路13而对置配置的对置电极的电荷产生装置。该情况下，如果对针状电极与对置电极之间施加有高电压(例如直流电压或高频的脉冲电压等)，则会因两电极间的电位差而产生气体放电(这里为电晕放电)。气体在该气体放电的过程中通过，从而与上述实施方式相同，使得气体中的微粒17带有电荷18而成为带电微粒P。例如，可以在第1外壁15a、第2外壁15b的一方配设针状电极、且在另一方配设对置电极。
在上述实施方式中，在壳体12内且在比电荷产生装置20靠气流的下游侧的区域设置有捕集电极42而将含有微粒17的气体从电荷产生元件20的上游侧导入到壳体12内，但并不特别限定于该结构。另外，在上述实施方式中，捕集电极42的捕集对象设为带电微粒P，但捕集对象也可以是未施加于微粒17的电荷18。例如，也可以采用图14中示出的变形例的微粒检测元件711和具备该微粒检测元件的微粒检测器710的结构。微粒检测元件711不具备剩余电荷除去装置30，并具备电荷产生装置720、捕集装置740以及气体流路713以代替电荷产生装置20、捕集装置40以及气体流路13。电荷产生装置720具有放电电极721以及与放电电极721对置配置的对置电极722。对置电极722配设于壳体12的气体流路713的内周面中的与第1捕集电极742a相同的那侧(这里为上侧)。由放电用电源29对放电电极721和对置电极722之间施加高电压。另外，微粒检测器710具备对放电用电源29施加电压时的电流进行测定的电流计28。微粒检测元件711的壳体12具有作为分隔部16的第1分隔部716a，气体流路713具有分支成2条的分支流路713b、713c。作为捕集电极742，捕集装置740具有：配设于第1外壁15a的下表面的第1捕集电极742a；以及配设于第2外壁15b的上表面的第2捕集电极742b。另外，作为电场产生电极744，捕集装置740具有分别配设于第1分隔部716a的上下两表面的第1电场产生电极744a、第2电场产生电极744b。因此，在分支流路713b、713c分别配设有1组电极(1个捕集电极742和1个电场产生电极744)。另外，在第1分隔部716a的上下两表面配设有相同的电极(这里为电场产生电极744)。第1电场产生电极744a、第2电场产生电极744b兼用作减速用电极770和加速用电极780。检测装置50与捕集电极742连接，捕集用电源49与电场产生电极744连接。对置电极722和捕集电极742可以为相同电位。气体流路713具有空气导入口713e、气体导入口713a、混合区域713f、分支流路713b、713c以及气体排出口713g。空气导入口713e将不含有微粒17的气体(这里为空气)以经由电荷产生装置20的方式导入到壳体12内。气体导入口713a将含有微粒17的气体以不经由电荷产生装置20的方式导入到壳体12内。混合区域713f设置于电荷产生装置720的下游且设置于捕集装置740的上游，来自空气导入口713e的空气和来自气体导入口713a的气体在该混合区域713f混合。分支流路713b、713c设置于混合区域713f的下游且设置于气体排出口713g的上游。气体排出口713g将通过混合区域713f和捕集装置740之后的气体向壳体12外排出。另外，在该微粒检测器710中，捕集电极742的尺寸、捕集电极742上的电场的强度(即电压V1的大小)以不会使得带电微粒P被捕集电极742捕集而是从气体排出口713g排出的方式、且以使得未施加于微粒17的电荷18被捕集电极742捕集的方式设定。
在这样构成的图14的微粒检测器710中，如果放电用电源29对放电电极721与对置电极722之间施加电压以使得放电电极721侧形成高电位，则在放电电极721的附近产生气体放电。由此，在放电电极721与对置电极722之间的空气中产生电荷18，并且产生的电荷18在混合区域713f施加于气体中的微粒17。因此，即便含有微粒17的气体未从电荷产生装置720通过，电荷产生装置720也能够与电荷产生装置20同样地使微粒17形成为带电微粒P。
另外，在图14的微粒检测器710中，因捕集用电源49施加的电压V1而产生从电场产生电极744朝向捕集电极742的捕集用电场，由此使得捕集电极742对捕集对象(这里为未施加于微粒17的电荷18)进行捕集。另一方面，带电微粒P未被捕集电极742捕集而是从气体排出口713g排出。然后，从电流计52将基于被捕集电极742捕集到的电荷18的电流值输入至运算装置54，该运算装置54基于输入的电流值而对气体中的微粒17的个数进行检测。例如，运算装置54导出由电流计28测定的电流值与由电流计52测定的电流值的电流差，利用导出的电流差的值除以净电荷，由此求出未被捕集电极742捕集而是从气体流路13通过的电荷18的个数(通过电荷数)。然后，运算装置54利用通过电荷数除以施加于1个微粒17的电荷18的个数的平均值(平均带电数)，由此求出气体中的微粒17的个数Nt。这样，即便在捕集电极742的捕集对象不是带电微粒P而是未施加于微粒17的电荷18的情况下，由于被捕集电极742捕集到的捕集对象的个数与气体中的微粒17的个数具有相关性，因而，也能够利用微粒检测元件711检测出气体中的微粒17的个数。
此外，由于第1电场产生电极744a、第2电场产生电极744b兼用作减速用电极770，因此，如果施加有来自捕集用电源49的电压V1，则会使其前端部的周围产生减速用电场。由此，捕集对象(未施加于微粒17的电荷18)因减速用电场而减速，因此变得容易利用捕集电极742对捕集对象进行捕集。应予说明，并非捕集对象的带电微粒P也因减速用电场而减速，但由于与未施加于微粒17的电荷18相比而带电微粒P的粒径较大，因此基于电场的移动度较小，难以被捕集电极742捕集。因此，即便带电微粒P减速，也能够以带电微粒P未被捕集电极742捕集而是由捕集电极742对捕集对象进行捕集的方式设定捕集电极742和电场产生电极744各自的尺寸、电压V1的强度。
而且，由于第1电场产生电极744a、第2电场产生电极744b兼用作加速用电极780，因此，如果从捕集用电源49施加有电压V1，则会在其后端部的周围产生加速用电场。因此，带电微粒P因该加速用电场而加速，从而迅速地从气体排出口713g向壳体12外排出。在微粒检测器710中，由于带电微粒P并非捕集电极742的捕集对象，因此与上述实施方式相比，从比捕集电极742靠气流的下游侧的区域通过的带电微粒P的个数增多。因此，加速用电极780产生加速用电场来抑制带电微粒P附着于壳体12的意义较大。
在图14的微粒检测元件711中，可以考虑未施加于微粒17的电荷18中的未被捕集电极742捕集的电荷18的比例而预先规定电荷18的捕集率。该情况下，运算装置54通过从由电流计28测定出的电流值中减去利用捕集率除由电流计52测定的电流值所得的值而导出电流差。另外，微粒检测器710可以不具备电流计28。该情况下，例如只要运算装置54预先对来自放电用电源29的施加电压进行调整以使得在每单位时间内产生规定量的电荷18，并且由运算装置54导出规定的电流值(与电荷产生装置720产生的规定量的电荷18的个数对应的电流值)与由电流计52测定的电流值的电流差即可。
在上述实施方式中，检测装置50对气体中的微粒17的个数进行了检测，但并不局限于此，只要对气体中的微粒17进行检测即可。例如，并不局限于气体中的微粒17的个数，检测装置50也可以对气体中的微粒17的量进行检测。作为微粒17的量，除了微粒17的个数以外，还可举出微粒17的质量或表面积。当检测装置50对气体中的微粒17的质量进行检测时，例如运算装置54可以对微粒17的个数Nt进一步乘以每1个微粒17的质量(例如质量的平均值)而求出气体中的微粒17的质量。或者，可以将蓄积电荷量与捕集到的带电微粒P的合计质量的关系以映射的形式预先存储于运算装置54，运算装置54利用该映射并根据蓄积电荷量而直接导出气体中的微粒17的质量。当运算装置54求解气体中的微粒17的表面积时，也可以利用与求解气体中的微粒17的质量时相同的方法。另外，当捕集电极42的捕集对象为未施加于微粒17的电荷18时，检测装置50也可以同样地对微粒17的质量或表面积进行检测。
在上述实施方式中，对测定带正电的带电微粒P的个数的情况进行了说明，但即使是带负电的带电微粒P时也可以同样地使带电微粒P减速和加速、或者测定微粒17的个数。
本申请以2017年3月10日申请的日本专利申请第2017-45632号和日本专利申请第2017-45633号作为主张优先权的基础，通过引用而将其全部内容都并入本说明书中。
[产业上的可利用性]
本发明能够用于对汽车的废气等气体中的微粒进行检测的微粒检测器。
附图标记说明
10…微粒检测器，11…微粒检测元件，12…壳体，13…气体流路，13a…气体导入口，13b～13d…分支流路，13f…气体排出口，14a～14k…第1层～第11层，15…外壁，15a、15b…第1外壁～第2外壁，16…分隔部，16a、16b…第1分隔部、第2分隔部，17…微粒，18…电荷，19…端子，20…电荷产生装置，20a、20b…第1电荷产生装置、第2电荷产生装置，21a、21b…放电电极，22…突起，24a、24b…感应电极，29…放电用电源，30…剩余电荷除去装置，32…施加电极，34…除去电极，39…除去用电源，40…捕集装置，42…捕集电极，42a～42c…第1捕集电极～第3捕集电极，44…电场产生电极，44a～44c…第1电场产生电极～第3电场产生电极，49…捕集用电源，50…检测装置，52…电流计，54…运算装置，60…加热装置，62…加热电极，69…加热用电源，70…减速用电极，80…加速用电极，170a、170b…减速用电极，180a、180b…加速用电极，213b～213e…分支流路，216a～216c…第1分隔部～第3分隔部，242a～242d…第1捕集电极～第4捕集电极，244a～244d…第1电场产生电极～第4电场产生电极，270…减速用电极，273…减速用结构，280…加速用电极，370…减速用电极，375…贯通孔，470…减速用电极，490…减速用电极配设部件，570…减速用电极，580…加速用电极，590…减速用电极配设部件，613b、613c…分支流路，616a…第1分隔部，642a、642b…第1捕集电极、第2捕集电极，644a…第1电场产生电极，670…减速用电极，680…加速用电极，710…微粒检测器，711…微粒检测元件，713…气体流路，713a…气体导入口，713b、713c…分支流路，713e…空气导入口，713f…混合区域，713g…气体排出口，716a…第1分隔部，720…电荷产生装置，721…放电电极，722…对置电极，740…捕集装置，742…捕集电极，742a、742b…第1捕集产生电极、第2捕集产生电极，744…电场产生电极，744a、744b…第1电场产生电极、第2电场产生电极，770…减速用电极，780…加速用电极，P…带电微粒。

Claims (10)

1.一种微粒检测元件，其用于检测气体中的微粒，其中，
所述微粒检测元件具备：
壳体，其具有气体流路，所述气体从该气体流路通过；
电荷产生部，其对导入到所述壳体内的所述气体中的微粒施加通过放电产生的电荷而形成带电微粒；
捕集电极，其设置于所述壳体内，对作为所述带电微粒和未施加于所述微粒的所述电荷的任一者的捕集对象进行捕集；以及
减速用电极，其至少一部分设置为与所述壳体中的所述气体流路的外壁分离，在比所述捕集电极靠所述气体的气流的上游侧的区域和所述捕集电极上的至少一方产生使得所述捕集对象减速的减速用电场。
2.根据权利要求1所述的微粒检测元件，其中，
所述壳体具有将所述气体流路分隔成多条分支流路的分隔部，
所述捕集电极分别配设于所述多条分支流路的每一条分支流路。
3.根据权利要求2所述的微粒检测元件，其中，
具备1个以上的电场产生电极，所述电场产生电极产生使所述捕集对象朝向配设于所述多条分支流路的至少一者的所述捕集电极移动的捕集用电场。
4.根据权利要求3所述的微粒检测元件，其中，
以将所述捕集电极和所述电场产生电极作为1组电极、且将所述1组电极分别配设于所述多条分支流路的每一条分支流路的方式具备多组电极。
5.根据权利要求3或4所述的微粒检测元件，其中，
所述电场产生电极的至少一个兼用作所述减速用电极。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的微粒检测元件，其中，
所述壳体在比所述外壁靠内侧的区域具有供所述减速用电极配设的减速用电极配设部件。
7.根据权利要求6所述的微粒检测元件，其中，
所述减速用电极配设部件中的所述气体的气流的上游侧的端部与所述减速用电极之间的、所述气体流路的中心轴向上的距离Lf，为该减速用电极配设部件与所述壳体的壁部之间的、与所述气体流路的中心轴垂直的方向上的距离H以下。
8.根据权利要求6或7所述的微粒检测元件，其中，
所述减速用电极配设于所述减速用电极配设部件中的所述气体的气流的上游侧的端面。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的微粒检测元件，其中，
所述减速用电极配设部件在所述气体的气流的上游侧的端部具有如下形状的减速用结构：当在与所述气体流路的中心轴垂直的截面中观察该减速用电极配设部件时，与其他部分相比，该减速用结构的截面积更大。
10.一种微粒检测器，其中，
所述微粒检测器具备：
权利要求1～9中任一项所述的微粒检测元件；以及
检测部，其基于与被所述捕集电极捕集到的所述捕集对象对应地变化的物理量而对所述微粒进行检测。
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