JP2019164093A - 電荷発生装置とそれを有する微粒子検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷を安定して供給し得る技術を提供する。【解決手段】少なくとも一部が絶縁体で画定された流路内に電荷を発生する電荷発生装置であって、流路内に配置される放電電極と、放電電極の近傍に配置される誘導電極と、誘導電極に対して放電電極に所定の放電電圧を断続的に印加する電源とを備える。電源は、放電電圧を印加した後の期間の少なくとも一部において、誘導電極に対して放電電極に、放電電圧とは逆極性のベース電圧を印加する。【選択図】図６

Description

本明細書が開示する技術は、電荷発生装置とそれを有する微粒子検出器に関する。

流体中に含まれる微粒子を検出する微粒子検出器が知られている。微粒子検出器は、流体が導入される流路と、その流路内に電荷（荷電粒子の意、以下同じ）を発生する電荷発生装置と、流路内において放電電極よりも下流側に配置された捕集電極とを備える。捕集電極は、電荷の付着によって帯電した微粒子、又は、微粒子に付着していない電荷を捕集する。この微粒子検出器によると、捕集電極によって捕集された電荷量に基づいて、流体中に含まれる微粒子の量（例えば、微粒子の数、質量、体積など）を推定することができる。微粒子検出器の一例が、特許文献１に記載されている。この種の微粒子検出器は、自動車の排気管に取り付けられ、エンジンからの排出ガスに含まれる微粒子を検出する。

特開２０１２−１９４０７８号公報

微粒子検出器では、微粒子の検出を行う流路が、セラミックといった絶縁体で画定されている。そのため、電荷発生装置の発生する電荷が過剰であると、流路の内面が帯電し、その結果、流路を通過する流体に含まれる電荷の密度が低下することがある。従って、本明細書は、流路の内面が帯電することを抑制して、電荷を安定して供給し得る技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、少なくとも一部が絶縁体で画定された流路内に電荷を発生する電荷発生装置に具現化される。この電荷発生装置は、流路内に配置される放電電極と、放電電極の近傍に配置される誘導電極と、誘導電極に対して放電電極に所定の放電電圧を断続的に印加する電源とを備える。電源は、放電電圧を印加した後の期間の少なくとも一部において、誘導電極に対して放電電極に、放電電圧とは逆極性のベース電圧を印加する。

誘導電極に対して放電電極に、所定の放電電圧が印加されると、放電電極の近傍に存在する気体分子に電離が生じて、流路内に電荷が発生する。その後、誘導電極に対して放電電極に、放電電圧とは逆極性のベース電圧が印加されると、放電電極の近傍に発生した電荷の一部は、放電電極に引き寄せられて吸収される。この動作を繰り返すことで、電荷発生装置は、流路内に電荷を確実に発生させつつ、過剰に発生した電荷については、放電電極において直ちに回収することができる。これにより、流路内には適量の電荷が供給され、流路の内面が帯電することを抑制することができる。

実施例の電荷発生装置１０を示す斜視図。 電荷発生装置１０の筐体１２の流路１４を拡大して示す図。 電荷発生装置１０の流路１４内の構成を模式的に示す断面図。 試験１（比較例）で用いた電圧波形を示す図。 試験１の測定結果であって、時間と正イオンの密度との間の関係を示すグラフ。 試験２（実施例）で用いた電圧波形を示す図。 試験２の測定結果であって、ベース電圧Ｖｂと正イオンの密度との間の関係を示すグラフ。 誘導電極２４に対して放電電極２２に印加する電圧の波形例１−７を示す。 試験３の測定結果であって、デューティ比と正イオンの密度との間の関係を示すグラフ。 試験４の測定結果であって、流路の寸法と正イオンの密度との間の関係を示すグラフ。 実施例の微粒子検出器５０を示す斜視図。 微粒子検出器５０の筐体１２の流路１４を拡大して示す図。 排気管６に取付けられた微粒子検出器５０の筐体１２を示す図。 微粒子検出器５０の流路１４内の構成を模式的に示す断面図。

本技術の一実施形態では、電源が、誘導電極に対して放電電極に、ベース電圧と放電電圧との間で変動するパルス波形の電圧を印加してもよい。このような構成によると、電源は、誘導電極に対する放電電極の電圧を、二値的に制御すればよいので、電源の構造や動作を簡素に実現することができる。あるいは、誘導電極に対して放電電極には、ベース電圧と放電電圧との間で変動する正弦波の電圧が印加されてもよい。このような構成によると、電荷発生装置の電源を、例えば汎用の交流電源を用いて容易に実現することができる。

本技術の一実施形態では、ベース電圧が、電荷を発生させない範囲内の大きさであってよい。ベース電圧の大きさは、発生した電荷を吸収し得る程度であればよいので、例えば放電電圧の大きさと比較して、十分に小さくすることができる。

本技術の一実施形態では、電源が、ベース電圧の大きさを変更可能であるとよい。ベース電圧の大きさが変更可能であると、放電電極に吸収される電荷の量を調整することができ、それによって、流路内に供給される電荷の量を調整することができる。

本技術の一実施形態では、放電電圧の大きさが、ベース電圧の大きさの２倍から５倍の範囲内であってよい。このような数値条件が満たされていると、放電電圧の印加による電荷の発生量に対して、ベース電圧の印加による電荷の吸収量の割合が安定し、流路内に安定した量の電荷を供給することができる。

本技術の一実施形態では、流路が矩形状の断面を有してもよい。この場合、矩形状の断面の短辺の寸法は、９ｍｍ以下であってよい。通常、短辺の寸法が小さくなるほど、流路の内面は帯電し易くなる。この点に関して、本技術に係る電荷発生装置では、短辺の寸法が９ｍｍ以下であっても、流路の内面が帯電することを有意に抑制することができる。

本技術の一実施形態では、放電電極から流路の下流端までの距離が、流路の矩形状の断面の短辺の長さ以上であってよい。通常、放電電極から流路の下流端までの距離が長くなるほど、流路の内面は帯電し易くなる。この点に関して、本技術に係る電荷発生装置では、放電電極から流路の下流端までの距離が、流路の矩形状の断面の短辺の寸法以上であっても、流路の内面が帯電することを有意に抑制することができる。

本技術の一実施形態では、放電電圧が正の電圧であり、放電電圧を断続的に印加するときのデューティ比が５から９９パーセントの範囲内であってよい。あるいは、放電電圧が負の電圧であってもよく、この場合も、放電電圧を断続的に印加するときのデューティ比は、５から９９パーセントの範囲内であってよい。

本明細書で開示する電荷発生装置は、例えば、微粒子検出器に採用することができる。この場合、微粒子検出器は、少なくとも一部が絶縁体で構成された流路を有する筐体と、流路内に電荷を発生する電荷発生装置と、流路内において放電電極よりも下流側に配置されており、電荷の付着によって帯電した微粒子、又は、微粒子に付着していない電荷を捕集する捕集電極とを備えることができる。この微粒子検出器では、流路内に適量の電荷が供給されることから、流体中に含まれる微粒子を正しく検出することができる。

図面を参照して、実施例の電荷発生装置１０について説明する。図１−図３に示すように、本実施例の電荷発生装置１０は、流路１４を有する筐体１２を備え、流路１４内を通過する流体（典型的には気体）に電荷２を供給する。電荷発生装置１０は、後述する微粒子検出器５０に限られず、電荷２を必要とする各種の機器に採用することができる。

筐体１２は、絶縁体で構成されている。筐体１２を構成する絶縁体には、例えばセラミックを採用することができる。この場合、セラミックとしては、特に限定されないが、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ムライト、ジルコニア、チタニア、窒化ケイ素、マグネシア、ガラス、又はこれらのうちの二以上を含む混合物が挙げられる。一例ではあるが、本実施例における筐体１２は、第１の側壁１２ａ、第２の側壁１２ｂ、本体１２ｃ及び底壁１２ｄが接合されて構成されている。第１の側壁１２ａと第２の側壁１２ｂは、互いに対向しており、それらの間に流路１４が形成されている。また、本体１２ｃと底壁１２ｄは、第１の側壁１２ａと第２の側壁１２ｂとの間において互いに対向しており、それらの間に流路１４が形成されている。

流路１４は、その上流端１４ａに位置する開口から、その下流端１４ｂに位置する開口まで、筐体１２を通過して延びている。なお、図３中の矢印Ａは、流路１４に導入される気体の流れ方向を示す。流路１４は、筐体１２を構成する絶縁体によって画定されている。即ち、筐体１２の内面は、絶縁体によって構成されている。一例ではあるが、流路１４は、矩形状の断面を有しており、その短辺の寸法Ｗ１は３ｍｍであって、長辺の寸法Ｗ２は８ｍｍである。但し、流路１４の断面の形状や寸法については、特に限定されず、適宜変更することができる。

電荷発生装置１０は、放電電極２２と、二つの誘導電極２４と、放電用電源２６とを備える。放電電極２２は、流路１４の上流端１４ａの近傍において、流路１４の内面に設けられている。一例ではあるが、放電電極２２から流路１４の上流端１４ａまでの距離は１ｍｍであり、放電電極２２から流路１４の下流端１４ｂまでの距離は９ｍｍである。なお、流路１４における放電電極２２の位置は特に限定されず、例えば、放電電極２２から流路１４の下流端１４ｂまでの距離は、流路１４の矩形状の断面の短辺の寸法Ｗ１と同程度であってもよい。

二つの誘導電極２４は、放電電極２２の近傍において、筐体１２の内部に埋設されている。一例ではあるが、本実施例における放電電極２２は、流路１４の矩形状の断面の長辺に沿って線状に延びており、その長手方向に沿って複数の微細な突起を有している。そして、二つの誘導電極２４が、放電電極２２に対して平行に延びている。放電電極２２及び誘導電極２４を構成する材料は、導電体であればよく、特に限定されない。また、誘導電極２４は、筐体１２の内部に埋設されていなくてもよく、例えば流路１４の内面に設けられてもよい。誘導電極２４の数についても、二つに限定されない。

特に限定されないが、放電電極２２を構成する材料には、放電時における耐熱性の観点から、１５００℃以上の融点を有する金属を採用することができる。この種の金属としては、例えば、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、又はそれらのうちの二以上を含む合金が挙げられる。そのなかでも、耐腐食性をさらに考慮すると、白金又は金を採用することが考えられる。放電電極２２は、例えば、ガラスペーストを介して流路１４の内面に接合されてもよい。あるいは、流路１４の内面に金属ペーストをスクリーン印刷し、それを焼成して焼結金属とすることにより、流路１４の内面に放電電極２２を形成してもよい。誘導電極２４を構成する材料にも、上述した放電電極２２と同様に、各種の金属を採用することができる。なお、誘導電極２４を構成する材料は、放電電極２２を構成する材料と同じであってもよいし、異なってもよい。

一例ではあるが、放電電極２２及び誘導電極２４を備えた筐体１２は、複数のセラミックグリーンシートを、積層することによって製造することができる。この場合、先ずはセラミックグリーンシートを製造する。具体的には、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、焼成後の寸法が筐体１２の寸法（例えば１０ｍｍ）となるように、外形加工と打抜き加工を行って、グリーンシートを作製する。

続いて、グリーンシートの表面に、誘導電極２４になる金属ペースト（例えば白金）を、筐体１２における誘導電極２４の位置に合わせ、また、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、他のグリーンシートの表面に、放電電極２２になる金属ペーストを、筐体１２における位置に合わせ、かつ、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。次に、それらのグリーンシートを、誘導電極２４が内包され、且つ、放電電極２２が露出するように積み重ねて第１の側壁１２ａを成形する。第１の側壁１２ａ上に、グリーンシートで構成される底壁１２ｄ、本体１２ｃ及び第２の側壁１２ｂを、焼成後の流路１４の断面の寸法が３ｍｍ×８ｍｍになるように積み重ね、積層体を構成する。この積層体を１４５０℃で２時間一体焼成することで、直方体状の筐体１２を製造することができる。

放電用電源２６は、放電電極２２と誘導電極２４とに接続されており、誘導電極２４に対して放電電極２２に、所定の放電電圧を断続的に（例えばパルス列状に）印加する。誘導電極２４に対して放電電極２２に放電電圧が印加されると、放電電極２２と誘導電極２４との間の電位差によって気中放電が発生する。このとき、筐体１２のうちの放電電極２２と誘導電極２４との間に位置する部分が、誘電体層として機能する。この気中放電によって、放電電極２２の近傍に存在する気体が電離され、正又は負の電荷２が発生する。これにより、流路１４を流れる流体中に電荷２が供給される。

ここで、筐体１２の流路１４は、セラミックといった絶縁体で画定されている。そのため、放電電圧の印加によって発生した電荷２が過剰であると、流路１４の内面が帯電し、その結果、流路１４を通過する流体に含まれる電荷２の密度が低下することがある。そこで、本実施例の電荷発生装置１０では、放電用電源２６が、放電電圧を印加した後の期間の少なくとも一部において、誘導電極２４に対して放電電極２２に、放電電圧とは逆極性のベース電圧を印加する。逆極性のベース電圧が放電電極２２に印加されると、放電電極２２の近傍に発生した電荷２の一部が、放電電極２２に引き寄せられて吸収される。これにより、放電電圧の印加によって発生した電荷２のうち、過剰な電荷２については、放電電極２２において直ちに回収され、流路１４内へ飛散することが抑制される。これにより、流路１４内には適量の電荷２が供給され、流路１４の内面が帯電することを抑制することができる。以下では、いくつかの試験結果を示すことにより、本実施例の電荷発生装置１０に係る特徴について説明する。

［試験１］
この試験１では、比較例としてベース電圧Ｖｂをゼロボルトとし、誘導電極２４に対して放電電極２２に、図４に示す波形の電圧を印加した。図４に示すように、放電電極２２には、３ｋＶ（キロボルト）の放電電圧Ｖａが、１ミリ秒の間隔でパルス状に印加される。パルス幅は１００マイクロ秒であり、デューティ比は１０パーセントである。放電電圧Ｖａが印加されない期間では、ベース電圧Ｖｂとしてゼロボルトが放電電極２２に印加される。このような電圧を印加しながら、流路１４の流量を５リットル／分に調整し、流路１４を通過した気体に含まれる正イオンの密度を測定した。参考として、正イオンの密度の測定には、泰榮エンジニアリング株式会社製の空気イオンカウンターを利用した。

図５に、試験１の測定結果を示す。図５に示すように、試験開始の直後では、測定された正イオンの密度が７×１０^６個／ｃｍ^３であったが、約１０秒を経過した時点から正イオンの密度が急激に低下し始め、約５分を経過した時点において、測定された正イオンの密度は１×１０^３個／ｃｍ^３まで低下した。このように、ベース電圧Ｖｂがゼロボルトであって、放電電圧Ｖａに対して逆極性でないと、時間の経過とともに正イオンの密度が有意に低下する。これは、過剰に発生した正イオンによって流路１４の内面が帯電し、帯電した流路１４から受ける反力によって、流路１４を通過する正イオンが減少したためと推察される。

［試験２］
この試験２では、一実施例としてベース電圧Ｖｂを−１ｋＶに変更し、誘導電極２４に対して放電電極２２に、図６に示す波形の電圧を印加した。図６に示すように、放電電極２２には、３ｋＶの放電電圧Ｖａが、１ミリ秒の間隔でパルス状に印加される。パルス幅は１００マイクロ秒であり、デューティ比は１０パーセントである。放電電圧Ｖａが印加されない期間では、ベース電圧Ｖｂとして、−１ｋＶの電圧が放電電極２２に印加される。即ち、比較例の試験と異なる点は、ベース電圧Ｖｂが、放電電圧Ｖａに対して逆極性である点である。このような電圧を印加しながら、流路１４の流量を５リットル／分に調整し、流路１４を通過した気体に含まれる正イオンの密度を測定した。この試験においても、正イオンの密度の測定には、泰榮エンジニアリング株式会社製の空気イオンカウンターを利用した。

上記した試験の結果、試験開始後から５分を経過した時点において、測定された正イオンの密度は７×１０^６個／ｃｍ^３となり、良好な結果が確認されてた。そこで、ベース電圧Ｖｂを変更しながら同様の試験を繰り返し、試験開始後から５分を経過した時点での正イオンの密度をそれぞれ測定した。その結果、図７に示すように、ベース電圧Ｖｂが低下するにつれて正イオンの密度は上昇し、−０．７ｋＶから−１．４ｋＶの間では、７×１０^６個／ｃｍ^３でほぼ一定となった。さらにベース電圧Ｖｂを低下させ、−１．５ｋＶとすると、急激に正イオンの密度が低下した。

次に、放電電圧Ｖａを−３ｋＶとし、他の条件は変更せず、ベース電圧Ｖｂをゼロボルトから１ｋＶへと変更しながら、負イオンの密度を測定する試験を実施したところ、上記した正イオンの密度と同様の結果が確認された。これらの結果から、放電電圧Ｖａの後に印加するベース電圧Ｖｂを、放電電圧Ｖａとは逆極性とすることで、流路１４に電荷２が安定して供給されることが理解される。

ここで、誘導電極２４に対して放電電極２２に印加される電圧の波形は、例えば図８に例示するように、様々に変更可能である。図８に示す波形例１−７では、放電電圧Ｖａが正の電圧であり、ベース電圧Ｖｂが負の電圧であって、ベース電圧Ｖｂが放電電圧Ｖａに対して逆極性となっている。放電用電源２６の簡素化という観点では、波形例１のパルス波、波形例２の正弦半波、又は波形例７の正弦波を採用することが好ましい。パルス波については、直流電源を用いて放電用電源２６を構成し、スイッチング素子によって直流電圧を断続的に出力させればよい。正弦半波又は正弦波については、交流電源を用いて放電用電源２６を構成し、ダイオードを介して、又は直接的に出力させればよい。なお、図８に示す波形例１−７のいずれにおいても、極性を反転させて、放電電圧Ｖａを負の電圧とし、ベース電圧Ｖｂを正の電圧としてもよい。

なお、流路１４の流量を５リットル／分に調整した場合、流路１４の開口において計測された風速は１．７７メートル毎秒であった。流路１４の流量を調整して徐々に下げていったところ、流量が１．５リットル／分となったときに、ベース電圧Ｖｂを放電電圧Ｖａに対して逆極性にしても、計測されるイオンの密度は比較的に小さいままであった。このとき、流路１４の開口において計測された風速は０．５７メートル毎秒であった。逆に、流路１４の流量を調整して徐々に上げていったところ、流量が１５リットル／分となったときに、イオン密度の低下はみられず、ベース電圧Ｖｂを放電電圧Ｖａに対して逆極性にしなくても、計測されるイオンの密度は比較的に高いままであった。このとき、流路１４の開口において計測された風速は４．５メートル毎秒であった。

［試験３］
この試験３では、誘導電極２４に対して放電電極２２に印加する放電電圧Ｖａのデューティ比を変更しながら、試験開始後から５分を経過した時点での正イオンの密度をそれぞれ測定した。なお、放電電圧Ｖａは３ｋＶであり、ベース電圧Ｖｂは−１ｋＶであり、周期は１ミリ秒である。その結果、図９に示すように、デューティ比が５パーセントから９９パーセントの間では正イオンの密度が７×１０^６個／ｃｍ^３でほぼ一定となったが、デューティ比が９９パーセントを超えると正イオンの密度が急激に低下した。

次に、放電電圧Ｖａを−３ｋＶに変更し、ベース電圧Ｖｂを−１ｋＶに変更して、試験開始後から５分を経過した時点での負イオンの密度を測定する試験を実施した。その結果、正イオンの測定と同様に、デューティ比が５パーセントから９９パーセントの間では正イオンの密度が７×１０^６個／ｃｍ^３でほぼ一定となったが、デューティ比が９９パーセントを超えると正イオンの密度が急激に低下した。これらの結果から、正イオンについても、負イオンについても、放電電圧Ｖａを印加するデューティ比が５パーセントから９９パーセントの間であれば、流路１４に電荷２を安定して供給できることが確認される。

［試験４］
この試験４では、流路１４の矩形状の断面の短辺の寸法Ｗ１が異なる筐体１２を複数用意して、試験開始後から５分を経過した時点での正イオンの密度をそれぞれ測定した。なお、流路１４の短辺の寸法Ｗ１による影響を確認するために、ベース電圧Ｖｂはゼロボルトとして、誘導電極２４に対して放電電極２２に、図４に示す波形の電圧を印加した。その結果、図１０に示すように、短辺の寸法Ｗ１が５ｍｍ以下では正イオンの密度が非常に少なく、短辺の寸法Ｗ１が５ｍｍを超えると、正イオンが急激に上昇していった。そして、短辺の寸法Ｗ１が９ｍｍ以上では、正イオンの密度が７×１０^６個／ｃｍ^３に到達した。この結果から、短辺の寸法Ｗ１が９ｍｍ以下では、ベース電圧Ｖｂをゼロボルトとした場合に、正イオンの密度が低下することが確認された。これに対して、前述した試験２では、短辺の寸法Ｗ１が３ｍｍであっても、ベース電圧Ｖｂを放電電圧Ｖａに対して逆極性とすることで、測定された正イオンの密度は７×１０^６個／ｃｍ^３であった。そのことから、短辺の寸法Ｗ１が９ｍｍ以下であるときは、ベース電圧Ｖｂを放電電圧Ｖａに対して逆極性とすることで、電荷２の密度低下が有意に抑制されることが確認される。

次に、図１１−１４を参照して、実施例の微粒子検出器５０について説明する。本実施例の微粒子検出器５０は、上述した電荷発生装置１０を用いて構成されている。電荷発生装置１０に相当する部分については、同一の符号を付すことによって、重複する説明は省略する。

本実施例の微粒子検出器５０は、例えば自動車に搭載され、エンジンからの排出ガスに含まれる微粒子の数を監視するために用いられる。微粒子検出器５０は、流路１４を有する筐体１２を備える。筐体１２は、エンジンに接続された排気管６内に取り付けられ、筐体１２の流路１４は排気管６内に配置される。微粒子検出器５０は、流路１４を通過する排出ガスに含まれる微粒子４の数を測定する。

筐体１２には、放電電極２２、誘導電極２４、第１捕集電極５２、第１電界発生電極５４、第２捕集電極５６及び第２電界発生電極５８が設けられている。前述したように、放電電極２２は、流路１４の内面に設けられており、誘導電極２４は、放電電極２２の近傍において筐体１２内に埋設されている。放電電極２２と誘導電極２４は、放電用電源２６に接続されており、放電電圧Ｖａが断続的に印加される。これにより、流路１４内に電荷２が発生するとともに、その電荷２が排出ガス中の微粒子４に付着することによって、微粒子４が帯電する。このとき、各々の微粒子４に付着する電荷２の数は、おおよそ一定（例えば一つ）である。

放電用電源２６は、放電電圧Ｖａを印加した後の期間の少なくとも一部において、誘導電極２４に対して放電電極２２に、放電電圧Ｖａとは逆極性のベース電圧Ｖｂを印加する（例えば、図６、図８参照）。これにより、前述したように、流路１４内には適量の電荷２が供給され、排出ガスに供給される電荷２の密度が経時的に安定する。従って、微粒子検出器５０は、排出ガスに含まれる微粒子４を高い精度で検出することができる。

第１捕集電極５２と第１電界発生電極５４は、放電電極２２よりも下流側において、流路１４の内面に設けられている。第１捕集電極５２と第１電界発生電極５４は、互いに対向している。第１捕集電極５２と第１電界発生電極５４は、直流電源（図示省略）に接続され、それらの間に電界を形成する。この電界は比較的に弱く、微粒子４に付着していない余剰の電荷２のみが、第１捕集電極５２へ吸い寄せられ、第１捕集電極５２において捕集される。帯電した微粒子４（即ち、電荷２が付着した微粒子４）は、電荷２よりも質量が大きいことから、第１捕集電極５２において捕集されることなく、第１捕集電極５２と第１電界発生電極５４との間を通過していく。

第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８は、第１捕集電極５２と第１電界発生電極５４よりも下流側において、流路１４の内面に設けられている。第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８は、互いに対向している。第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８は、直流電源（図示省略）に接続され、それらの間に電界を形成する。第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８との間に形成される電界は、第１捕集電極５２と第１電界発生電極５４との間に形成される電界よりも強い。従って、帯電した微粒子４が、第２捕集電極５６へ吸い寄せられ、第２捕集電極５６において捕集される。第２捕集電極５６には、例えば電流計６０が接続される。電流計６０の測定値は、第２捕集電極５６において単位時間あたりに捕集された微粒子４の数に対応する。従って、電流計６０の測定値及びその他の指標（例えば、流路１４を流れる排出ガスの流量）に基づいて、排出ガスに含まれる微粒子４の数又は密度を測定することができる。

第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８との間に印加する直流電圧を小さくすると、大きな質量の微粒子４は、第２捕集電極５６において捕集されることなく、第１捕集電極５２と第１電界発生電極５４との間を通過する。それに対して、第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８との間に印加する直流電圧を大きくすると、大きな質量の微粒子４についても、第２捕集電極５６に引き寄せて、捕集することができる。そのことから、第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８との間に印加する直流電圧を調整することで、特定の範囲の質量を有する微粒子４のみを選択的に捕集して、その数又は密度を測定することができる。従って、第２捕集電極５６と第２電界発生電極５８との間に印加する直流電圧を、例えば段階的に変化させることにより、排出ガスに含まれる微粒子４を分級して、その数又は密度をそれぞれ測定することができる。

ここで、第１捕集電極５２で捕集される余剰な電荷２の数と、第２捕集電極５６で捕集される帯電した微粒子４の数との間には、負の相関関係がある。即ち、排出ガスに含まれる微粒子４の数が多いときほど、第１捕集電極５２で捕集される余剰な電荷２の数は減少し、その一方で、第２捕集電極５６で捕集される帯電した微粒子４の数は増大する。そのことから、他の実施形態として、第１捕集電極５２に電流計６０を接続して余剰な電荷２の数を測定し、その測定値に基づいて微粒子４の数を推定してもよい。このような構成であると、第２捕集電極５６及び第２電界発生電極５８が必ずしも必要とされず、それらを省略することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電荷
４：微粒子
６：排気管
１０：電荷発生装置
１２：筐体
１４：流路
２２：放電電極
２４：誘導電極
２６：放電用電源
５０：微粒子検出器
５２：第１捕集電極
５４：第１電界発生電極
５６：第２捕集電極
５８：第２電界発生電極
６０：電流計

Claims (10)

1. 少なくとも一部が絶縁体で画定された流路内に電荷を発生する電荷発生装置であり、
   前記流路内に配置される放電電極と、
   前記放電電極の近傍に配置される誘導電極と、
   前記誘導電極に対して前記放電電極に所定の放電電圧を断続的に印加する電源と、を備え、
   前記電源は、前記放電電圧を印加した後の期間の少なくとも一部において、前記誘導電極に対して前記放電電極に、前記放電電圧とは逆極性のベース電圧を印加する、
   電荷発生装置。
2. 前記電源は、前記誘導電極に対して前記放電電極に、前記ベース電圧と前記放電電圧との間で変動するパルス波形又は正弦波の電圧を印加する、請求項１に記載の電荷発生装置。
3. 前記ベース電圧は、電荷を発生させない範囲内の大きさである、請求項１又は２に記載の電荷発生装置。
4. 前記電源は、前記ベース電圧の大きさを変更可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電荷発生装置。
5. 前記放電電圧の大きさは、前記ベース電圧の大きさの２倍から５倍の範囲内である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電荷発生装置。
6. 前記流路は矩形状の断面を有し、前記矩形状の断面の短辺の寸法が９ｍｍ以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の電荷発生装置。
7. 前記放電電極から前記流路の下流端までの距離は、前記流路の矩形状の断面の短辺の寸法以上である、請求項６に記載の電荷発生装置。
8. 前記放電電圧が正の電圧であり、前記放電電圧を断続的に印加するときのデューティ比が５から９９パーセントの範囲内である、請求項１から７のいずれか一項に記載の電荷発生装置。
9. 前記放電電圧が負の電圧であり、前記放電電圧を断続的に印加するときのデューティ比が５から９９パーセントの範囲内である、請求項１から７のいずれか一項に記載の電荷発生装置。
10. 少なくとも一部が絶縁体で構成された流路を有する筐体と、
    前記流路内に電荷を発生する請求項１から９のいずれか一項に記載の電荷発生装置と、
    前記流路内において前記放電電極よりも下流側に配置され、前記電荷の付着によって帯電した微粒子、又は前記微粒子に付着していない前記電荷を捕集する捕集電極と、
    を備える微粒子検出器。

Images