JPWO2019049567A1 - 微粒子検出素子及び微粒子検出器 - Google Patents

Abstract

微粒子検出素子は、ガスが通過するガス流路（１３）を有する筐体（１２）と、筐体（１２）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（２０）と、筐体（１２）内でガス流路（１３）に露出して設けられ帯電微粒子と微粒子に付加されなかった電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集電極（４２）と、捕集電極（４２）を含みガス流路内に露出している複数の露出電極と、を備えている。筐体（１２）は、ガス流路（１３）に露出する内周面のうち、複数の露出電極のうち少なくとも２つの電極を接続する部分である接続面に、凹部及び凸部の少なくとも一方を含む短絡抑制構造（７５）を有する。

Description

本発明は、微粒子検出素子及び微粒子検出器に関する。

従来、微粒子検出器としては、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測定電極で捕集し、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）。

国際公開第２０１５／１４６４５６号パンフレット

ところで、微粒子検出器では、導電性を有する微粒子が筐体の内周面に付着する場合がある。この場合、付着した微粒子が筐体の内周面に露出した電極間の短絡経路を形成して、電極間を短絡させてしまう場合があった。

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、露出電極間の短絡を抑制することを主目的とする。

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。

本発明の微粒子検出素子は、
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素子であって、
前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、
前記筐体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、
前記筐体内で前記ガス流路に露出して設けられ前記帯電微粒子と前記微粒子に付加されなかった前記電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集電極と、
前記捕集電極を含み前記ガス流路内に露出している複数の露出電極と、
を備え、
前記筐体は、前記ガス流路に露出する内周面のうち、前記複数の露出電極のうち少なくとも２つの電極を接続する部分である接続面に、凹部及び凸部の少なくとも一方を含む短絡抑制構造を有する、
ものである。

この微粒子検出素子では、電荷発生部が電荷を発生させることでガス中の微粒子を帯電微粒子にし、捕集電極が捕集対象（帯電微粒子と微粒子に付加されなかった電荷とのいずれか）を捕集する。捕集電極に捕集された捕集対象に応じて物理量が変化するため、この微粒子検出素子を用いることでガス中の微粒子を検出できる。このとき、微粒子検出素子の使用に伴って、微粒子の一部が筐体の内周面に付着していく場合がある。そのため、微粒子の少なくとも一部が導電性を有する場合には、導電性を有する微粒子が筐体の内周面に付着して露出電極間の短絡経路を形成する可能性がある。しかし、本発明の微粒子検出素子の筐体は、ガス流路に露出する内周面のうち、少なくとも２つの露出電極を接続する部分である接続面に、凹部及び凸部の少なくとも一方を含む短絡抑制構造を有している。この短絡抑制構造によって、露出電極間の接続面に沿った経路長が長くなっているため、微粒子が内周面に付着しても露出電極間の短絡経路が形成されにくい。したがって、この微粒子検出素子は、少なくとも２つの露出電極間の短絡を抑制できる。この場合において、本発明の微粒子検出素子は、前記ガス中の前記微粒子の量を検出するために用いられてもよい。「微粒子の量」は、例えば微粒子の数，質量，表面積の少なくともいずれかであってもよい。

本発明の微粒子検出素子において、前記露出電極は、前記筐体内に設けられ前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる電界を発生させる電界発生電極を含み、前記筐体は、前記ガス流路を複数の分岐流路に仕切る仕切り部を有しており、前記捕集電極及び前記電界発生電極は、前記複数の分岐流路のいずれかに露出しており、前記筐体は、前記捕集電極と前記電界発生電極とを接続する部分である接続面に、前記短絡抑制構造を有していてもよい。捕集電極と電界発生電極とが分岐流路に面して配置されている場合、両電極間の接続面に沿った経路長が短くなりやすいため、捕集電極と電界発生電極との間の接続面に短絡抑制構造を設ける意義が高い。

この場合において、前記捕集電極と前記電界発生電極とを１組の電極として、前記複数の分岐流路の各々に前記１組の電極が配設されるように複数組の電極が配設されており、前記分岐流路に配設された複数組の電極のうち１組以上に関して、前記接続面が前記短絡抑制構造を有していてもよい。こうすれば、分岐流路に配設された複数組の電極のうち接続面が短絡抑制構造を有している電極の組について、捕集電極と電界発生電極との間の短絡を抑制できる。

本発明の微粒子検出素子において、前記筐体は、複数の層を積層した積層体であり、前記凹部及び前記凸部の少なくとも１つは、前記接続面において、前記複数の層のうち隣接する２層間の段差である段差部で周囲と接続されていてもよい。こうすれば、隣接する複数の層を段差部が生じるように積層するだけで、凹部や凸部を形成することができる。そのため、例えばある層を形成したあとにその層に凹部や凸部を設ける別の加工を行う場合と比較して、凹部や凸部を有する積層体を比較的容易に製造できる。

本発明の微粒子検出素子は、前記筐体の前記接続面を加熱する加熱部を備えていてもよい。こうすれば、加熱部により接続面に付着した微粒子を燃焼させて除去することで、接続面に短絡経路が形成されることを抑制できる。また、接続面が短絡抑制構造を有することで露出電極間の短絡を抑制できるため、例えば加熱部の使用間隔を長くすることもできる。

本発明の微粒子検出素子において、前記露出電極は、前記筐体内に設けられ前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる電界を発生させる電界発生電極を含み、前記筐体は、前記ガス流路の中心軸に垂直な断面において前記内周面が多角形状であり、前記多角形状の１辺を構成する面であり前記捕集電極が配置された捕集電極配設面と、前記多角形状の１辺を構成する面であり前記電界発生電極が配置された電界発生電極配設面と、を有し、前記接続面のうち前記捕集電極配設面と前記電界発生電極配設面とを接続する部分である接続側面に前記短絡抑制構造を有していてもよい。この場合において、前記筐体は、前記断面において前記内周面が四角形状であってもよい。ここで、「多角形状」には略多角形状を含み、例えば接続面が短絡抑制構造を有することで内周面の断面が厳密な多角形状をしていない場合も含む。同様に、「四角形状」には略四角形状を含む。

本発明の微粒子検出素子は、前記筐体内に設けられ前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる捕集用電界を発生させる電界発生電極を備えていてもよい。この場合において、前記露出電極は、前記電界発生電極を含んでおり（すなわち前記電界発生電極が前記ガス流路に露出しており）、前記筐体は、前記捕集電極と前記電界発生電極とを接続する部分である前記接続面に、前記短絡抑制構造を有していてもよい。

本発明の微粒子検出素子において、前記電荷発生部は、前記筐体内で前記ガス流路に露出して設けられた放電電極と、前記筐体内で前記ガス流路に露出し且つ前記放電電極に対向して配設された対向電極と、を有していてもよい。すなわち、前記露出電極は、前記放電電極と前記対向電極とを含んでいてもよい。この場合において、前記筐体は、前記放電電極と前記対向電極とを接続する部分である前記接続面に、前記短絡抑制構造を有していてもよい。

本発明の微粒子検出素子において、前記捕集対象は前記帯電微粒子であり、前記捕集電極よりも前記ガスの流れの上流側に設けられ前記微粒子に付加されなかった前記電荷を捕獲して除去する除去電極と、前記除去電極に向けて前記微粒子に付加されなかった前記電荷を移動させる除去用電界を発生させる印加電極と、を備えていてもよい。この場合において、前記露出電極は、前記除去電極と前記印加電極とを含んでおり（すなわち前記除去電極及び前記印加電極が前記ガス流路に露出しており）、前記筐体は、前記除去電極と前記印加電極とを接続する部分である前記接続面に、前記短絡抑制構造を有していてもよい。

本発明の微粒子検出器は、上述したいずれかの態様の微粒子検出素子と、前記捕集電極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、前記微粒子を検出する検出部と、を備えたものである。そのため、この微粒子検出器は、上述した本発明の微粒子検出素子と同様の効果、例えば少なくとも２つの露出電極間の短絡を抑制できる効果が得られる。この場合において、前記検出部は、前記物理量に基づいて、前記微粒子の量を検出してもよい。「微粒子の量」は、例えば微粒子の数，質量，表面積の少なくともいずれかであってもよい。この微粒子検出器において、前記捕集対象が前記微粒子に付加されなかった前記電荷である場合には、前記検出部は、前記物理量と、前記電荷発生部が発生させる電荷（例えば電荷の数又は電荷量）と、に基づいて、前記微粒子を検出してもよい。

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。「微粒子の量を検出する」とは、微粒子の量を測定する場合のほか、微粒子の量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、捕集対象の数（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。

微粒子検出器１０の概略構成を表す斜視図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面の部分断面図。 図３の左接続面７０ａ周辺を示す部分断面図。 微粒子検出素子１１の分解斜視図。 変形例の短絡抑制構造１７５ａを示す部分断面図。 変形例の短絡抑制構造２７５ａを示す部分断面図。 変形例の短絡抑制構造３７５ａを示す部分断面図。 変形例の微粒子検出器７１０の断面図。 図９のＣ−Ｃ断面図。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の微粒子検出器の一実施形態である微粒子検出器１０の概略構成を表す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面の部分断面図であり、図４は図３の左接続面７０ａ周辺を示す部分断面図であり、図５は微粒子検出素子１１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４に示した通りとする。

微粒子検出器１０は、ガス（例えば自動車の排ガス）に含まれる微粒子１７の数を計測するものである。この微粒子検出器１０は、図１，２に示すように、微粒子検出素子１１を備えている。また、微粒子検出器１０は、図２に示すように、放電用電源２９と、除去用電源３９と、捕集用電源４９と、検出装置５０と、ヒータ用電源６９とを備えている。微粒子検出素子１１は、図２に示すように、筐体１２と、電荷発生装置２０と、余剰電荷除去装置３０と、捕集装置４０と、ヒータ装置６０と、を備えている。

筐体１２は、ガスが通過するガス流路１３を内部に有している。ガス流路１３は、図２に示すように、筐体１２内にガスを導入するガス導入口１３ａと、ガス導入口１３ａよりも下流側に位置しガスの流れが分岐する複数（ここでは３つ）の分岐流路１３ｂ〜１３ｄと、を有している。ガス導入口１３ａから筐体１２内に導入されたガスは、分岐流路１３ｂ〜１３ｄを通って筐体１２外に排出される。ガス流路１３は、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面（ここでは上下左右方向に沿った断面）が略四角形状をしている。ガス導入口１３ａ，及び分岐流路１３ｂ〜１３ｄのいずれも、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面が略四角形状をしている。筐体１２は、図１及び図５に示すように、長尺な略直方体形状をしている。筐体１２は、図２，３，５に示すように、複数の層（ここでは第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋ）を所定の積層方向（ここでは上下方向）に積層した積層体として構成されている。筐体１２は絶縁体であり、例えばアルミナなどのセラミックス製である。第４〜第８層１４ｄ〜１４ｈの各々には各層を厚さ方向（ここでは上下方向）に貫通する貫通孔又は切り欠きが設けられており、この貫通孔又は切り欠きがガス流路１３となっている。第１〜第３層１４ａ〜１４ｃはガス流路１３の天井部を構成している。第５層１４ｅは、分岐流路１３ｂと分岐流路１３ｃとを上下に仕切る仕切り部として構成されている。第７層１４ｇは、分岐流路１３ｃと分岐流路１３ｄとを上下に仕切る仕切り部として構成されている。第９〜第１１層１４ｉ〜１４ｋはガス流路１３の底部を構成している。図３に示すように、第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈはそれぞれ分岐流路１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの側壁（ここでは左右の壁）を構成している。本実施形態では、第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈは他の層よりも厚さが厚くなっている。第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈは、図４に示すように、各々が複数の層（ここでは層１５ａ〜１５ｆの６層）を有している。そのため、本実施形態の筐体１２は、２６枚の層を積層した積層体である。第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈの各々のうち分岐流路１３ｂ〜１３ｄに面する左側面７２ａ〜７２ｃ及び右側面８２ａ〜８２ｃは、いずれも、凹部９２及び凸部９３（図４参照）を有する短絡抑制構造７５を有している。短絡抑制構造７５については後述する。

電荷発生装置２０は、図２に示すように、筐体１２のガス導入口１３ａに近い側に設けられた放電電極２１及び対向電極２２を有している。放電電極２１は第３層１４ｃの下面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。対向電極２２は第９層１４ｉの上面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。放電電極２１及び対向電極２２は、筐体１２のうちガス流路１３の内周面に沿って配設されている。対向電極２２は、ガス流路１３を挟んで放電電極２１に対向して配置されている。放電電極２１及び対向電極２２は、長方形状の平板状の電極である。放電電極２１及び対向電極２２は、放電用電源２９に接続されている。対向電極２２はグランドに接続されていてもよい。

電荷発生装置２０では、放電電極２１と対向電極２２との間に放電用電源２９から高電圧（例えば直流電圧又は高周波のパルス電圧等）が印加されると、両電極間の電位差により放電電極２１の近傍で放電が起こる。この放電によって、放電電極２１の周囲に存在するガスがイオン化されて、電荷１８（ここでは正電荷とする）が発生する。これにより、電荷発生装置２０を通過するガス中の微粒子１７は電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる（図２参照）。

余剰電荷除去装置３０は、印加電極３２と除去電極３４とを有している。印加電極３２及び除去電極３４は、電荷発生装置２０の下流且つ捕集装置４０の上流に位置している。印加電極３２は第３層１４ｃの下面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。除去電極３４は第９層１４ｉの上面に設けられ、ガス流路１３内に露出している。印加電極３２と除去電極３４とは互いに向かい合う位置に配設されている。印加電極３２は、除去用電源３９から微小な正電位Ｖ２が印加される電極である。除去電極３４は、グランドに接続された電極である。これにより、余剰電荷除去装置３０の印加電極３２と除去電極３４との間には弱い電界が発生する。したがって、電荷発生装置２０で発生した電荷１８のうち、微粒子１７に付加されなかった余剰の電荷１８は、この弱い電界によって除去電極３４に引き寄せられて捕獲され、グランドに捨てられる。これにより、余剰電荷除去装置３０は、余剰の電荷１８が捕集装置４０の捕集電極４２に捕集されて微粒子１７の数にカウントされてしまうことを抑制している。

捕集装置４０は、捕集対象（ここでは帯電微粒子Ｐ）を捕集するための装置であり、電荷発生装置２０及び余剰電荷除去装置３０よりも下流の分岐流路１３ｂ〜１３ｄに設けられている。捕集装置４０は、帯電微粒子Ｐを捕集する１以上の捕集電極４２と、帯電微粒子Ｐを捕集電極４２に向けて移動させる１以上の電界発生電極４４と、を有している。本実施形態では、捕集装置４０は捕集電極４２として第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃを有し、電界発生電極４４として第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃを有している。捕集電極４２及び電界発生電極４４はいずれもガス流路１３に露出して設けられている。第１捕集電極４２ａ及び第１電界発生電極４４ａは１組の電極となっている。同様に、第２捕集電極４２ｂ及び第２電界発生電極４４ｂ、第３捕集電極４２ｃ及び第３電界発生電極４４ｃ、がそれぞれ１組の電極となっている。すなわち、捕集装置４０は、複数組（ここでは３組）の電極を有している。１組の電極（組となる１つの捕集電極４２と１つの電界発生電極４４）は互いに上下に向かい合う位置に配設されている。第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃは、それぞれ自身の組となる第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃに向けて帯電微粒子Ｐを移動させる電界を発生させる。複数組の電極は、分岐流路１３ｂ〜１３ｃの各々にそれぞれ１組ずつ配設されている。具体的には、第１電界発生電極４４ａは第３層１４ｃの下面に配設され、第１捕集電極４２ａは第５層１４ｅの上面に配設されている。第２電界発生電極４４ｂは第５層１４ｅの下面に配設され、第２捕集電極４２ｂは第７層１４ｇの上面に配設されている。第３電界発生電極４４ｃは第７層１４ｇの下面に配設され、第３捕集電極４２ｃは第９層１４ｉの上面に配設されている。

第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃには、いずれも捕集用電源４９から電圧Ｖ１が印加される。第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃは、いずれも電流計５２を介してグランドに接続されている。これにより、分岐流路１３ｂには第１電界発生電極４４ａから第１捕集電極４２ａに向かう電界が発生し、分岐流路１３ｃには第２電界発生電極４４ｂから第２捕集電極４２ｂに向かう電界が発生し、分岐流路１３ｄには第３電界発生電極４４ｃから第３捕集電極４２ｃに向かう電界が発生する。したがって、ガス流路１３を流れる帯電微粒子Ｐは、分岐流路１３ｂ〜１３ｄのいずれかに入り込み、そこで発生している電界によって下方に移動させられ、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃのいずれかに引き寄せられて捕集される。電圧Ｖ１はここでは正電位であり、電圧Ｖ１のレベルは例えば１００Ｖオーダーから数ｋＶである。各電極３４，４２の各々のサイズや各電極３４，４２上の各々の電界の強さ（すなわち電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさ）は、帯電微粒子Ｐが除去電極３４に捕集されることなく捕集電極４２に捕集されるように、また、微粒子１７に付着しなかった電荷１８が除去電極３４に捕集されるように、設定されている。

検出装置５０は、電流計５２と演算装置５４とを備えている。電流計５２は、一方の端子が捕集電極４２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５２は、捕集電極４２に捕集された帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流を測定する。演算装置５４は、電流計５２の電流に基づいて微粒子１７の個数を演算する。演算装置５４は、各電源２９，３９，４９，６９のオンオフや電圧を制御することで各装置２０，３０，４０，６０を制御する制御部としての機能を有していてもよい。

ヒータ装置６０は、第１０層１４ｉと第１１層１４ｋとの間に配設されたヒータ電極６２を有している。ヒータ電極６２は、例えばジグザグに引き回された帯状の発熱体である。ヒータ電極６２は、少なくとも第３捕集電極４２ｃの真下に存在するように配置されている。また、ヒータ電極６２は、図３に示すようにガス流路１３の中心軸に垂直な断面において少なくとも分岐流路１３ｂ〜１３ｄの側壁（第４，第６，第８層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈ）の真下に存在するように配置されている。ヒータ電極６２は、本実施形態ではガス流路１３の真下の領域のほぼ全体に亘って引き回されており、対向電極２２及び除去電極３４の真下にも存在している。ヒータ電極６２は、ヒータ用電極６９に接続され、ヒータ用電極６９によって通電されると発熱する。ヒータ電極６２が発生させた熱は、例えば筐体１２を介した熱伝導やガス流路１３を介した輻射などにより、捕集電極４２などの各電極及び筐体１２に伝達されて、これらの電極及び筐体１２の内周面を加熱する。

短絡抑制構造７５及び短絡抑制構造７５を有する接続面７０について詳細に説明する。筐体１２は、筐体１２のうちガス流路１３に露出する内周面に捕集電極４２及び電界発生電極４４を備えている。そのため、筐体１２の内周面の一部は、捕集電極４２と電界発生電極４４とを接続する部分である接続面７０となっている。図３に示すように、接続面７０としては、３組の電極（第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃ及び第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃ）の各々に対応して、左接続面７０ａ〜７０ｃ及び右接続面８０ａ〜８０ｃが存在する。接続面７０は、導電性を有する微粒子１７が付着することで捕集電極４２と電界発生電極４４との短絡経路となりうる面である。左接続面７０ａ〜７０ｃ及び右接続面８０ａ〜８０ｃは、短絡抑制構造７５ａ〜７５ｃ，８５〜８５ｃを有している。短絡抑制構造７５ａ〜７５ｃ，８５〜８５ｃを短絡抑制構造７５と総称する。

左接続面７０ａは、筐体１２の内周面のうち第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとを左側で接続する面である。左接続面７０ａは、左天井面７１ａと、左天井面７１ａと接続している左側面７２ａと、左側面７２ａと接続している左底面７３ａと、を有する。左天井面７１ａは、分岐流路１３ｂの天井面すなわち第３層１４ｃの下面の一部であり、第１電界発生電極４４ａの左端部から分岐流路１３ｂの左側壁である第４層１４ｄまでの部分である。左側面７２ａは、分岐流路１３ｂの左側面であり、分岐流路１３ｂの左側壁（ここでは第４層１４ｄ）のうち分岐流路１３ｂに露出した部分である。左底面７３ａは、分岐流路１３ｂの底面すなわち第５層１４ｅの上面の一部であり、第１分岐流路１３ｂの左側壁である第４層１４ｄから第１捕集電極４２ａの左端部までの部分である。

右接続面８０ａは、筐体１２の内周面のうち第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとを右側で接続する面である。右接続面８０ａは、右天井面８１ａと、右側面８２ａと右底面８３ａとを有している。これらの構成要素は左天井面７１ａ，左側面７２ａ，及び左底面７３ａと左右対称であり同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

左接続面７０ｂ及び右接続面８０ｂは、筐体１２の内周面のうち第２捕集電極４２ｂと第２電界発生電極４４ｂとを接続する面である。左接続面７０ｃ及び右接続面８０ｃは、筐体１２の内周面のうち第３捕集電極４２ｃと第３電界発生電極４４ｃとを接続する面である。左接続面７０ｂ，７０ｃ及び右接続面８０ｂ，８０ｃは、左接続面７０ａ及び右接続面８０ａと同様の構成を有している。そのため、左接続面７０ｂ，７０ｃ及び右接続面８０ｂ，８０ｃの構成要素については、左接続面７０ａ及び右接続面８０ａの対応する構成要素の末尾の符号ａを符号ｂ又は符号ｃに変更した符号を付して、詳細な説明を省略する。

左接続面７０ａ〜７０ｃ及び右接続面８０ａ〜８０ｃの各々は、短絡抑制構造７５としてそれぞれ短絡抑制構造７５ａ〜７５ｃ，８５ａ〜８５ｃを有している。短絡抑制構造７５ａ〜７５ｃ，８５ａ〜８５ｃはいずれも同様の構成をしているため、短絡抑制構造７５ａについて詳細に説明する。短絡抑制構造７５ａは、左接続面７０ａの一部であり、本実施形態では左接続面７０ａのうち左天井面７１ａと左側面７２ａとを接続する部分である左側面７２ａが、短絡抑制構造７５ａを有している。短絡抑制構造７５ａは、図４に示すように、複数（ここでは３つ）の凹部９２と、複数（ここでは３つ）の凸部９３と、を有している。複数の凹部９２及び複数の凸部９３は、上下方向に交互に配置されている。凹部９２は、左側面７２ａのうちガス流路１３（ここでは分岐流路１３ｂ）の中心軸から遠ざかる方向（ここでは左方）に引っ込んだ形状をしている部分である。凸部９３は、左側面７２ａのうちガス流路１３（ここでは分岐流路１３ｂ）の中心軸に近づく方向（ここでは右方）に突出した形状をしている部分である。隣接する凹部９２と凸部９３との間には両者を接続する段差部９４が存在する。本実施形態では短絡抑制構造７５ａは５個の段差部９４を有している。また、上述したように、左側面７２ａを含む第４層１４ｄは、層１５ａ〜１５ｆの積層体として構成されている。そして、複数の段差部９４の各々は、層１５ａ〜１５ｆのうち隣接する２層間の段差として構成されている。例えば、図４で一番上に位置する段差部９４は、層１５ａと層１５ｂとの間の段差であり、層１５ｂの上面の一部として構成されている。また、層１５ａ〜１５ｆの各々の分岐流路１３ｂに露出する端面（ここでは右端面）が、それぞれの凹部９２又は凸部９３の端面となっている。例えば、層１５ａの右端面全体が凹部９２の端面となっており、層１５ｂの右端面全体が凸部９３の端面となっている。このように、凹部９２及び凸部９３は、層１５ａ〜１５ｆの各々に１対１に対応している。凹部９２は、微粒子１７が入り込むことが可能な隙間を形成していることが好ましい。例えば、凹部９２の幅が微粒子１７の平均粒径よりも大きい値であってもよい。凹部９２及び凸部９３は、自身が設けられた層（ここでは第４層１４ｄ）の構成粒子の形状によって必然的に形成されるような微小な表面形状とは区別可能な幅又は形状をしている。例えば、凹部９２及び凸部９３の幅は、１．５μｍ以上としてもよい。凹部９２及び凸部９３の幅は、３００μｍ以下としてもよい。ここで、凹部９２及び凸部９３の幅方向は、ガス流路１３の中心軸に垂直な方向（ここでは上下方向）とする。凸部９３の突出高さ（ここでは段差部９４の左右方向長さに等しい）は、２０μｍ以上としてもよい。凸部９３の突出高さは、１００μｍ以下としてもよい。

左接続面７０ａは、この短絡抑制構造７５ａが存在することで、第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａの間の左接続面７０ａに沿った経路長Ｒが長くなっている。例えば、図４における左接続面７０ａに沿った経路長Ｒは、左天井面７１ａの左右方向の長さである経路長Ｒ１と、左側面７２ａの凹部９２，凸部９３，及び段差部９４に沿った長さである経路長Ｒ２と、左底面７３ａの左右方向の長さである経路長Ｒ３と、の和となる。左側面７２ａが短絡抑制構造７５ａを有するため、左側面７２ａの経路長Ｒ２は、短絡抑制構造７５ａが存在せず左側面７２ａが平坦である場合の経路長すなわち第３層１４ｃと第５層１４ｅとの上下方向の距離と比べて、長くなっている。そのため、左接続面７０ａの経路長Ｒは短絡抑制構造７５ａが存在しない場合と比べて長くなっている。

本実施形態では、凹部９２及び凸部９３はガス流路１３の中心軸方向（ここでは前後方向）に延びるように形成されており、短絡抑制構造７５は筐体１２の内周面のうちガス流路１３の中心軸方向に沿って入口から出口までに亘って存在している。例えば、図１の左側の拡大図に示すように、短絡抑制構造７５ａが有する凹部９２及び凸部９３は、筐体１２の内周面のうちガス導入口１３ａ付近（ここでは前端付近）にも存在する。そのため、図３，４に示した断面に限らず、ガス流路１３の中心軸に垂直ないずれの断面においても、筐体１２の内周面（ここでは内周面のうち左右の側面）には短絡抑制構造７５が存在する。

図１，５に示すように、筐体１２の左端の上下面には、それぞれ複数の端子１９が配設されている。上述した各電極２１，２２，３２，３４，４２，４４は、筐体１２内に配設された配線を介して、この複数の端子１９のいずれかと電気的に導通している。同様に、ヒータ電極６２は配線を介して２つの端子１９と電気的に導通している。配線は、例えば第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋの上下面に配設されたり、第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋに設けられたスルーホール内に配設されたりしている。図２では図示を省略しているが、各電源２９，３９，４９，６９及び電流計５２は、この端子１９を介して微粒子検出素子１１内の各電極と導通している。

こうして構成された微粒子検出素子１１の製造方法を以下に説明する。まず、第１層〜第１１層１４ａ〜１４ｋに対応して、セラミックスの原料粉末を含む未焼成のセラミックスグリーンシートを複数用意する。上述したように第４，第６，第７層１４ｄ，１４ｆ，１４ｈはそれぞれ６枚の層１５ａ〜１５ｆで構成されるため、計２６枚のグリーンシートを用意する。第４〜第８層１４ｄ〜１４ｈに対応するグリーンシートには、ガス流路１３となる空間及びスルーホールを予め打ち抜き処理などによって設けておく。次に、第１〜第１１層１４ａ〜１４ｋの各々に対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理及び乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続される配線及び端子１９などのパターンである。パターン印刷は、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上にパターン形成用ペーストを塗布することにより行う。パターン印刷処理中又はその前後において、配線となる導電性ペーストのスルーホールへの充填も行う。続いて、グリーンシート同士を積層及び接着するための接着用ペーストの印刷処理及び乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートを所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。この圧着処理を行う際には、ガス流路１３となる空間に、焼成によって消失する消失材（例えばテオブロミンなど）を充填しておく。その後、積層体を切断して筐体１２の大きさの積層体を切り出す。そして、切り出した積層体を所定の焼成温度で焼成する。焼成時には消失材が消失するため、消失材が充填されていた部分がガス流路１３となる。これにより、微粒子検出素子１１を得る。

ここで、本実施形態の短絡抑制構造７５は、凹部９２及び凸部９３が層１５ａ〜１５ｆの各々に１対１に対応しており、複数の段差部９４の各々は、層１５ａ〜１５ｆのうち隣接する２層間の段差として構成されている。そのため、微粒子検出素子１１の製造工程では、層１５ａ〜１５ｆとなるグリーンシートの各々に打ち抜き処理を行ってガス流路１３となる空間を形成する際に、積層時に隣接することになるグリーンシート間で大きさ（ここでは左右方向の幅）の異なる空間を形成しておけばよい。こうすれば、層１５ａ〜１５ｆとなるグリーンシートを積層するだけで、凹部９２及び凸部９３を有する短絡抑制構造７５が形成される。そのため、例えばグリーンシートの打ち抜き処理後又は複数のグリーンシートの積層後に、凹部９２又は凸部９３となる形状を形成するための別の加工処理を行う必要がない。

このように、筐体１２をセラミック材料で構成する場合、以下の効果が得られる点で好適である。セラミック材料は一般に耐熱性が高く、ヒータ電極６２により後述する微粒子１７の除去を行うための温度、例えば微粒子１７の主成分であるカーボンが燃焼する６００℃から８００℃もの高温にも、容易に耐える。さらに、セラミック材料は一般にヤング率が高いため、筐体１２の壁部や仕切り部の厚さを薄くしても筐体１２の剛性を維持しやすく、熱衝撃や外力による筐体１２の変形を抑制できる。筐体１２の変形が抑制されることで、例えば電荷発生装置２０の放電時のガス流路１３中の電界分布の変化や分岐流路１３ｂ〜１３ｄの流路厚（ここでは上下の高さ）の変化などによる微粒子数の検出精度の低下を抑制できる。したがって、筐体１２をセラミック材料で構成することで、筐体１２の変形を抑制しつつ筐体１２の壁部や仕切り部の厚さを薄くして筐体１２をコンパクトにできる。セラミック材料としては、特に限定するものではないが、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ムライト、コージェライト、マグネシア、ジルコニアなどが挙げられる。

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を計測する場合、エンジンの排気管内に微粒子検出素子１１を取り付ける。このとき、排ガスがガス導入口１３ａから筐体１２内に導入され、分岐流路１３ｂ〜１３ｄを通過してから排出されるように微粒子検出素子１１を取り付ける。また、微粒子検出素子１１に各電源２９，３９，４９，６９、及び検出装置５０を接続する。

ガス導入口１３ａから筐体１２内に導入された排ガスに含まれる微粒子１７は、電荷発生装置２０の放電によって発生した電荷１８（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３４の長さが捕集電極４２よりも短い余剰電荷除去装置３０をそのまま通過して分岐流路１３ｂ〜１３ｄのいずれかに流入し、捕集装置４０に至る。一方、微粒子１７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３０の除去電極３４に引き寄せられ、除去電極５８を介してＧＮＤに捨てられる。これにより、微粒子１７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。

捕集装置４０に到達した帯電微粒子Ｐは、電界発生電極４４が発生させた電界によって第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃのいずれかに捕集される。そして、捕集電極４２に付着した帯電微粒子Ｐの電荷１８に基づく電流が電流計５２で測定され、その電流に基づいて演算装置５４が微粒子１７の個数を演算する。本実施形態では、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃは１つの電流計５２に接続されており、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃに付着した帯電微粒子Ｐの電荷１８の合計数に基づく電流が電流計５２で測定される。電流Ｉと電荷量ｑの関係は、Ｉ＝ｄｑ／（ｄｔ）、ｑ＝∫Ｉｄｔである。演算装置５４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１７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４２に付着していた微粒子１７の個数Ｎｔを求める。演算装置５４は、この個数Ｎｔを排ガス中の微粒子１７の数として検出する。ただし、微粒子１７の一部が捕集電極４２に捕集されずに通過してしまったり、捕集電極４２に捕集される前に筐体１２の内周面に付着してしまったりする場合もある。そのため、このような捕集電極４２に捕集されない微粒子１７の割合を考慮して予め微粒子１７の捕集率を定めておき、演算装置５４は、個数Ｎｔをその捕集率で除した値である総数Ｎａを、排ガス中の微粒子１７の数として検出してもよい。

微粒子１７等が捕集電極４２に数多く堆積すると、新たに帯電微粒子Ｐが捕集電極４２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４２をヒータ電極６２によって加熱することにより、捕集電極４２上の堆積物を加熱して焼却し捕集電極４２の電極面をリフレッシュする。

ここで、微粒子検出素子１１の使用に伴って、微粒子１７（帯電微粒子Ｐも含む）の一部が捕集電極４２で捕集されずに筐体１２の内周面に付着していく場合がある。一般に、微粒子１７は例えば炭素などの導電性を有する材料であることが多いため、微粒子１７が筐体１２の内周面に多量に付着していくと、微粒子１７が筐体１２の内周面に沿った短絡経路を形成して、捕集電極４２と電界発生電極４４との間を短絡させてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態の微粒子検出素子１１の筐体１２は、ガス流路１３に露出する内周面のうち第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとを接続する部分である左接続面７０ａに、短絡抑制構造７５ａを有している。この短絡抑制構造７５ａによって、上述したように左接続面７０ａに沿った経路長Ｒが長くなっているため、微粒子１７が左接続面７０ａに付着しても、左接続面７０ａに短絡経路が形成されにくい。そのため、短絡抑制構造７５ａが存在することで、第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとの間の短絡を抑制できる。右接続面８０ａについても、同様に短絡抑制構造８５ａを有しているため、第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとの間の短絡を抑制できる。同様に、左接続面７０ｂ及び右接続面８０ｂは、それぞれ短絡抑制構造７５ｂ，８５ｂを有しているため、第２捕集電極４２ｂと第２電界発生電極４４ｂとの間の短絡を抑制できる。左接続面７０ｃ及び右接続面８０ｃは、それぞれ短絡抑制構造７５ｃ，８５ｃを有しているため、第３捕集電極４２ｃと第３電界発生電極４４ｃとの間の短絡を抑制できる。

捕集電極４２と電界発生電極４４との間の短絡経路の他に、ガス流路１３に露出し電位差のある電極間（ここでは印加電極３２と除去電極３４との間、及び放電電極２１と対向電極２２との間）でも、筐体１２の内周面に微粒子１７が付着すると短絡経路が形成される可能性がある。本実施形態では、短絡抑制構造７５が有する凹部９２及び凸部９３はガス流路１３の中心軸方向に延びるように形成されており、印加電極３２と除去電極３４との間の接続面、及び放電電極２１と対向電極２２との間の接続面にも、短絡抑制構造７５ａ〜７５ｃ，８５ａ〜８５ｃが存在する。そのため、短絡抑制構造７５が存在することで、印加電極３２と除去電極３４との間の短絡、及び放電電極２１と対向電極２２との間の短絡も抑制できる。

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。本実施形態の筐体１２が本発明の筐体に相当し、電荷発生装置２０が電荷発生部に相当し、捕集電極４２が捕集電極に相当し、放電電極２１，対向電極２２，印加電極３２，除去電極３４，捕集電極４２，及び電界発生電極４４が露出電極に相当し、接続面７０が接続面に相当し、短絡抑制構造７５が短絡抑制構造に相当する。また、第５，第７層１４ｅ，１４ｇが仕切り部に相当し、ヒータ装置６０が加熱部に相当し、第５，第７，第９層１４ｅ，１４ｇ，１４ｉの上面が捕集電極配設面に相当し、第３，第５，第７層１４ｃ，１４ｅ，１４ｇの下面が電界発生電極配設面に相当し、左側面７２ａ〜７２ｃ及び右側面８２ａ〜８２ｃが接続側面に相当し、検出装置５０が検出部に相当する。

以上詳述した本実施形態の微粒子検出素子１１では、ガス流路１３に露出する筐体１２の内周面のうち、露出電極間（ここでは捕集電極４２と電界発生電極４４との間）を接続する部分である接続面７０に、凹部９２及び凸部９３を含む短絡抑制構造７５を有している。この短絡抑制構造７５によって、捕集電極４２と電界発生電極４４との間の接続面７０に沿った経路長Ｒが長くなっている。そのため、微粒子１７が筐体１２の内周面に付着しても捕集電極４２と電界発生電極４４との間の短絡経路が形成されにくい。したがって、この微粒子検出素子１１は、捕集電極４２と電界発生電極４４との間の短絡を抑制できる。同様に、露出電極である放電電極２１と対向電極２２との間の接続面が短絡抑制構造を有し、露出電極である印加電極３２と除去電極３４との間の接続面が短絡抑制構造７５を有しているため、これらの露出電極間の短絡も抑制できる。

また、筐体１２は、ガス流路１３を複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄに仕切る第５，第７層１４ｅ，１４ｇを有しており、第１捕集電極４２ａ及び第１電界発生電極４４ａは、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄのうち分岐流路１３ｂに露出している。第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとが分岐流路１３ｂに面して配置されている場合、両電極間の上下方向の距離が近くなることから、接続面（ここでは左接続面７０ａ及び右接続面８０ａ）に沿った両電極間の経路長が短くなりやすい。そのため、左接続面７０ａ及び右接続面８０ａが短絡抑制構造７５ａ，８５ａを有するようにして両電極間の短絡を抑制する意義が高い。第２捕集電極４２ｂ及び第２電界発生電極４４ｂ間、第３捕集電極４２ｃ及び第３電界発生電極４４ｃ間についても同様である。すなわち、捕集装置４０は、１つの捕集電極４２と１つの電界発生電極４４とを１組の電極として、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｃの各々に１組の電極が配設されるように複数組（ここでは３組）の電極を有している。そして、複数組の電極のうちすべての組に関して、接続面７０が短絡抑制構造７５を有している。そのため、分岐流路１３ｂ〜１３ｄに配設されたいずれの組の電極についても、捕集電極４２と電界発生電極４４との間の短絡を抑制できる。

さらに、筐体１２は、複数の層（ここでは上述した２６枚の層）を積層した積層体であり、凹部９２及び凸部９３は、接続面７０において、複数の層１５ａ〜１５ｆのうち隣接する２層間（例えば層１５ａ，１５ｂ間）の段差である段差部９４で周囲と接続されている。そのため、隣接する複数の層を段差部９４が生じるように積層するだけで、凹部９２や凸部９３を形成することができる。具体的には、本実施形態では、互いに異なる形状の層（例えば層１５ａと層１５ｂ）を形成しそれらを隣接して積層することで、段差部９４を生じさせて凹部９２や凸部９３を形成している。そのため、例えば層１４ｄを形成したあとにその層１４ｄに凹部９２や凸部９３を設ける別の加工を行う場合と比較して、凹部９２や凸部９３を有する筐体１２を比較的容易に製造できる。

さらにまた、微粒子検出素子１１は、筐体１２の接続面７０を加熱するヒータ装置６０を備えている。そのため、ヒータ装置６０により接続面７０の微粒子１７を燃焼させて除去することで、接続面７０に短絡経路が形成されることを抑制できる。また、接続面７０が短絡抑制構造７５を有することで捕集電極４２と電界発生電極４４との間の短絡を抑制できるため、例えば短絡抑制構造７５を有さない場合と比べてヒータ装置６０の使用間隔を長くすることもできる。放電電極２１と対向電極２２との間の接続面、及び印加電極３２と除去電極３４との間の接続面についても同様に、接続面に短絡経路が形成されることをヒータ装置６０により抑制したり、そのためのヒータ装置６０の使用間隔を長くしたりできる。また、本実施形態では、ヒータ装置６０は捕集電極４２の微粒子を燃焼させる装置を兼ねているため、ヒータ装置６０により接続面７０の微粒子１７を燃焼させている間は、演算装置５４が微粒子１７の個数を検出することができない期間（不感時間）となる。本実施形態の微粒子検出素子１１では、ヒータ装置６０の使用間隔を長くできるため、この不感時間を短くできる。

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。

例えば、上述した実施形態では、短絡抑制構造７５ａは凹部９２と凸部９３とを有していたが、これに限らず凹部９２と凸部９３との少なくとも一方を有していればよい。

上述した実施形態では、左接続面７０ａのうち左側面７２ａが短絡抑制構造７５ａを有していたが、これに限らず左接続面７０ａが短絡抑制構造７５ａを有していればよい。例えば、図６に示すように、左天井面７１ａ及び左側面７２ａが短絡抑制構造１７５ａを有していてもよい。図６に示す凸部９３を有する第５層１４ｅは、例えば以下のように製造してもよい。まず、第５層１４ｅから凸部９３を除いた形状、すなわち凸部９３の両側の凹部９２が接続されて１つの凹部になっている形状の層を複数のグリーンシートの積層により形成する。その後、積層したグリーンシートにパターン印刷によって凸部９３となるペーストを形成する。

上述した実施形態では、凹部９２の端面は上下方向に平行であり、凹部９２によって形成される空間の断面が四角形状であったが、これに限られない。例えば、図７の短絡抑制構造２７５ａに示すように、凹部９２の端面が傾斜面であってもよい。あるいは、図８の短絡抑制構造３７５ａに示すように、凹部９２の端面が湾曲面であってもよい。凸部９３についても同様に、端面が傾斜面であったり湾曲面であったりしてもよい。

上述した実施形態では、短絡抑制構造７５ａは複数の層１５ａ〜１５ｆの形状を異ならせることで形成された形状としたが、これに限られない。例えば、図７の短絡抑制構造２７５ａのように、凹部９２及び凸部９３の少なくとも一方を有する同じ形状の層１５ａ〜１５ｆを積層して短絡抑制構造７５ａが形成されていてもよい。

上述した実施形態では、第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとの左接続面７０ａ及び右接続面８０ａが共に短絡抑制構造７５を有していたが、これに限らず少なくとも一方が短絡抑制構造７５を有していればよい。例えば、左接続面７０ａと右接続面８０ａとのうち短絡抑制構造７５がないと仮定した場合の最短経路長が短い方に、少なくとも短絡抑制構造７５を有するようにしてもよい。左接続面７０ｂ及び右接続面８０ｂや、左接続面７０ｃ及び右接続面８０ｃについても同様である。

上述した実施形態では、３組の電極（第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃ及び第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃ）のうちすべての組に関して、各々の接続面７０が短絡抑制構造７５を有していたが、これに限られない。電極間の接続面７０が短絡抑制構造７５を有していない１組の電極があってもよい。例えば、複数組の電極について、短絡抑制構造７５がないと仮定した場合の接続面７０の最短経路長を比較して、接続面７０の最短経路長が最も短い１組の電極に関して、少なくとも接続面７０が短絡抑制構造７５を有するようにしてもよい。あるいは、複数組の電極のうち短絡抑制構造７５がないと仮定した場合の接続面７０の最短経路長が最も長い１組の電極に関して、少なくともその接続面７０については短絡抑制構造７５を有さないようにしてもよい。例えば、複数組の電極のうち、電極間の距離（例えば第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとの上下方向の距離）が最も小さい１組の電極に関して、少なくとも接続面７０が短絡抑制構造７５を有するようにしてもよい。あるいは、複数組の電極のうち、電極間の距離が最も大きい１組の電極に関して、少なくともその接続面７０については短絡抑制構造７５を有さないようにしてもよい。

上述した実施形態では、露出電極のうち放電電極２１，対向電極２２間、印加電極３２，除去電極３４間、及び捕集電極４２，電界発生電極４４間、の接続面がそれぞれ短絡抑制構造７５を有していたが、これに限られない。複数の露出電極のうち少なくとも２つの電極を接続する接続面が短絡抑制構造を有していれば、その少なくとも２つの電極間の短絡を抑制できる。また、短絡抑制構造を有する接続面は、ガス流路１３を挟んで対向する露出電極間の接続面に限られない。例えば、印加電極３２と第１電界発生電極４４ａとを接続する接続面（第３層１４ｃの下面の一部）が短絡抑制構造を有していてもよい。

上述した実施形態では、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に捕集電極４２と電界発生電極４４との１組の電極が１組ずつ配設されていたが、これに限らず少なくとも１組ずつ配設されていればよい。また、１組の電極が配設されていない分岐流路が存在してもよい。その場合も、複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に捕集電極４２が少なくとも１つ配設されていればよい。捕集電極４２が複数の分岐流路１３ｂ〜１３ｄの各々に配設されていることで、捕集電極４２で帯電微粒子Ｐを捕集しやすくなる。

上述した実施形態では、ガス流路１３の中心軸に垂直ないずれの断面においても、筐体１２の内周面には短絡抑制構造７５が存在したが、これに限られない。例えば左接続面７０ａに短絡抑制構造７５ａを設ける場合には、ガス流路１３の中心軸に垂直ないずれかの断面において、その断面に短絡抑制構造７５ａが存在するように構成されていればよい。ただし、上述した実施形態のように、ガス流路１３の中心軸に垂直な左接続面７０ａのいずれの断面においても、その断面に短絡抑制構造７５ａが現れることが好ましい。ここで、左接続面７０ａは、筐体１２の内周面のうち、短絡抑制構造７５ａがないと仮定した場合の第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとの左側の最短経路となる部分を少なくとも含む面とする。例えば、上述した実施形態のように第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとが対向している場合には、短絡抑制構造７５ａが存在しないと仮定すると、筐体１２のガス流路１３に露出した内周面のうちガス流路１３の中心軸に垂直且つ第１電界発生電極４４ａと第１捕集電極４２ａとを共に通る断面に現れる左側の部分は、いずれも第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとの左側の最短経路である。そのため、左接続面７０ａは、この部分（筐体１２のガス流路１３に露出した内周面のうちガス流路１３の中心軸に垂直且つ第１電界発生電極４４ａと第１捕集電極４２ａとを共に通る断面に現れる左側の部分）の集合を少なくとも含む面として定義される。左接続面７０ａ以外の接続面７０等の他の接続面についても同様である。

上述した実施形態では、凹部９２及び凸部９３が層１５ａ〜１５ｆの各々に１対１に対応していたが、これに限られない。例えば、１つの凸部９３が、同じ形状の複数の層を上下に重ねた積層体として形成されていてもよい。こうしても、上述した実施形態と同様に、複数の段差部９４の各々が層１５ａ〜１５ｆのうち隣接する２層間の段差として構成されていることによる効果が得られる。すなわち、凹部９２や凸部９３を設ける別の加工を行う場合と比較して凹部９２や凸部９３を比較的容易に製造できる効果が得られる。

上述した実施形態では、層１５ａ〜１５ｆとなるグリーンシートについて、積層時に隣接することになるグリーンシート間で大きさ（ここでは左右方向の幅）の異なる空間を形成しておくことで、積層時に段差部９４が生じるようにしたが、これに限られない。例えば、層１５ａ〜１５ｆとなるグリーンシートに形成する空間の大きさは同じとして、これらのグリーンシートのうち隣接する２層間に段差部９４が生じるように、隣接する２層間を互いにずらして積層してもよい。この場合も、上述した実施形態と同様に、凹部９２や凸部９３を有する筐体１２を比較的容易に製造できる。

上述した実施形態では、ガス流路１３は中心軸に垂直な断面が略四角形状をしていたが、これに限られない。例えば、ガス流路１３は、ガス流路１３の中心軸に垂直な断面が円形（真円状）であってもよいし（後述する図９，図１０も参照）、楕円形であってもよいし、四角形以外の多角形状であってもよい。

上述した実施形態では、ヒータ装置６０は第１０，第１１層１４ｊ，１４ｋ間に埋設されたヒータ電極６２を有していたが、これに限らずヒータ装置６０はガス流路１３に露出していてもよい。また、ヒータ装置６０は、第１，第２層１４ａ，１４ｂに埋設されたヒータ電極も有するなど、複数のヒータ電極を有していてもよい。

上述した実施形態では、ガス流路１３は分岐流路１３ｂ〜１３ｄを有していたが、分岐流路の数は２つや４つ以上などとしてもよい。また、ガス流路１３が分岐していなくてもよい。

上述した実施形態では、電界発生電極４４はガス流路１３に露出していたが、これに限らず筐体１２に埋設されていてもよい。また、第１電界発生電極４４ａに代えて、第１捕集電極４２ａを上下から挟むように配設された一対の電界発生電極を筐体１２に設け、この一対の電界発生電極間に印加した電圧により生じる電界で、帯電微粒子Ｐを第１捕集電極４２ａに向けて移動させてもよい。第２〜第４電界発生電極４４ｂ〜４４ｄについても同様である。印加電極３２についても同様である。すなわち、印加電極３２が筐体１２に埋設されていてもよい。また、印加電極３２に代えて除去電極３４を上下から挟むように配設された一対の印加電極を筐体１２に設けてもよい。

上述した実施形態では、捕集電極４２と電界発生電極４４とは１対１に対向していたが、これに限られない。例えば、捕集電極４２より電界発生電極４４の数が少なくてもよい。例えば、図２において第２，第３電界発生電極４４ｂ，４４ｃを省略して、第１電界発生電極４４ａが発生させる電界で第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃの各々に向けて帯電微粒子Ｐを移動させてもよい。この場合、第１電界発生電極４４ａは最も近い第１捕集電極４２ａと１組の電極を構成するとみなして、少なくとも左接続面７０ａ又は接続面７０ｂが短絡抑制構造７５を有するようにすればよい。また、第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃはいずれも帯電微粒子Ｐを下方向に移動させたが、これに限られない。例えば、図２における第１捕集電極４２ａと第１電界発生電極４４ａとを逆に配置してもよい。

上述した実施形態では、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃは１つの電流計５２に接続されていたが、これに限らず別々の電流計５２に接続してもよい。こうすれば、演算装置５４は第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃの各々に付着した微粒子１７の個数を別々に演算できる。この場合、例えば第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃの各々に印加する電圧を異ならせたり、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの流路厚（図２，３では上下方向の高さ）を異ならせたりすることで、第１〜第３捕集電極４２ａ〜４２ｃの各々に異なる粒径の微粒子１７が捕集されるようにしてもよい。

上述した実施形態において、第１〜第３電界発生電極４４ａ〜４４ｃには電圧Ｖ１を印加したが、電圧を印加しなくてもよい。電界発生電極４４による電界を発生させない場合でも、分岐流路１３ｂ〜１３ｄの流路厚を微小な値（例えば０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満）としておくことで、ブラウン運動の激しい粒径の比較的小さな帯電微粒子Ｐを捕集電極４２に衝突させることができる。これにより、捕集電極４２が帯電微粒子Ｐを捕集できる。この場合、微粒子検出素子１１は電界発生電極４４を備えなくてもよい。

上述した実施形態では、放電電極２１及び対向電極２２を平板状の電極としたが、これに限られない。例えば、放電電極２１を針状電極としてもよい。この場合、針状の放電電極２１と対向電極２２との間に高電圧が印加されると、両電極間の電位差により気中放電（ここではコロナ放電）が発生する。この気中放電中をガスが通過することにより、上述した実施形態と同様にガス中の微粒子１７は電荷１８が付加されて帯電微粒子Ｐになる。あるいは、電荷発生装置２０は、間に誘電体を挟むように配設された放電電極と誘導電極とを有していてもよい。この場合の電荷発生装置２０は、放電用電源２９から高周波の高電圧（例えばパルス電圧）が放電電極と誘導電極との間に印加されると誘電体バリア放電によって放電電極から電荷１８を発生させる。そのため、この場合の電荷発生装置２０も上述した実施形態と同様にガス中の微粒子１７に電荷１８を付加できる。誘電体としては筐体１２を用いてもよい。例えば放電電極をガス流路１３に露出させ、誘導電極を筐体１２に埋設すれば、筐体１２のうち放電電極と誘導電極との間の部分が誘電体として機能する。

上述した実施形態では、筐体１２内で電荷発生装置２０よりもガスの流れの下流側に捕集電極４２を設け、微粒子１７を含むガスを電荷発生素子２０の上流側から筐体１２内に導入したが、特にこの構成に限定されない。また、上述した実施形態では、捕集電極４２の捕集対象は帯電微粒子Ｐとしたが、捕集対象は微粒子１７に付加されなかった電荷１８であってもよい。例えば、図９に示す変形例の微粒子検出素子７１１及びこれを備えた微粒子検出器７１０の構成を採用してもよい。図１０は、図９のＣ−Ｃ断面図である。微粒子検出素子７１１は、余剰電荷除去装置３０を備えず、筐体１２，電荷発生装置２０，捕集装置４０，及びガス流路１３に代えて筐体７１２，電荷発生装置７２０，捕集装置７４０，及びガス流路７１３を備えている。筐体７１２は、略円筒状の本体部７１２ａと、本体部７１２ａの後端の開口を塞ぐように配設され電界発生電極７４４を支持する支持部材を兼ねている底部７１２ｂと、を備えている。電荷発生装置７２０は、放電電極７２１と放電電極７２１に対向して配置された対向電極７２２とを有している。放電電極７２１及び対向電極７２２は、本体部７１２ａの内周面に配設されており、ガス流路７１３の中心軸方向（ここでは前後方向）に垂直な断面における形状が円弧状になっている。対向電極７２２は、筐体１２のガス流路７１３の内周面のうち上側に配設されている。放電電極７２１と対向電極７２２との間には放電用電源２９から高電圧が印加される。また、微粒子検出器７１０は、放電用電源２９が電圧を印加する際の電流を測定する電流計２８を備えている。捕集装置７４０は、本体部７１２ａのガス流路７１３の内周面に配設された捕集電極７４２と、ガス流路７１３の中心軸付近（ここでは本体部７１２ａの中心軸付近）に配設された電界発生電極７４４と、を備えている。捕集電極７４２は、図１０に示すように、ガス流路７１３の中心軸方向（ここでは前後方向）に垂直な断面における形状が円形（リング状）になっている。捕集電極７４２は、図９，図１０に示すように円柱状の電極であり、軸方向が前後方向に沿っている。捕集電極７４２には検出装置５０が接続され、電界発生電極７４４には捕集用電源４９が接続されている。対向電極７２２と捕集電極７４２とは同電位であってもよい。放電電極７２１，対向電極７２２，捕集電極７４２，及び電界発生電極７４４は、ガス流路７１３に露出した露出電極である。ガス流路７１３は、空気導入口７１３ｅと、ガス導入口７１３ａと、混合領域７１３ｆと、ガス排出口７１３ｇと、を有している。空気導入口７１３ｅは、筐体１２の前端で本体部７１２ａの軸方向に沿って開口しており、電荷発生装置２０を経由するように微粒子１７を含まないガス（ここでは空気）を筐体１２内に導入する。ガス導入口７１３ａは、本体部７１２ａの上側部分を上下に貫通する孔であり、電荷発生装置２０を経由せずに微粒子１７を含むガスを筐体１２内に導入する。混合領域７１３ｆは電荷発生装置７２０の下流且つ捕集装置７４０の上流に設けられ、この混合領域７１３ｆで空気導入口７１３ｅからの空気とガス導入口７１３ａからのガスとが混合される。ガス排出口７１３ｇは、本体部７１２ａの上側部分を上下に貫通する孔であり、混合領域７１３ｆ及び捕集装置７４０を通過した後のガスを筐体１２外に排出する。この微粒子検出器７１０では、捕集電極７４２のサイズや捕集電極７４２上の電界の強さ（すなわち電圧Ｖ１の大きさ）は、帯電微粒子Ｐが捕集電極７４２に捕集されることなくガス排出口７１３ｇから排出されるように、また、微粒子１７に付加されなかった電荷１８が捕集電極７４２に捕集されるように、設定されている。粒子検出素子７１１では、ヒータ電極６２は本体部７１２ａのうち下側の部分に埋設されている。ただし、本体部７１２ａの上側や底部７１２ｂなど他の部分に埋設されていてもよい。

筐体７１２の内周面の一部は、捕集電極７４２と電界発生電極７４４とを接続する部分である接続面７７０となっている。接続面７７０は、本体部７１２ａの内周面のうち捕集電極７４２よりも後方に位置する部分である第１面７７１と、底部７１２ｂのうち筐体７１２の内周面（ここでは前面）である第２面７７２と、を有している。第２面７７２は、短絡抑制構造７７５を有している。短絡抑制構造７７５は、図９，図１０に示すように、複数（ここでは３つ）の凹部９２と、複数（ここでは４つ）の凸部９３と、を有している。複数の凹部９２及び複数の凸部９３は、電界発生電極７４４を中心として同心円状に交互に配置されている。

こうして構成された微粒子検出器７１０では、放電用電源２９が放電電極７２１側を高電位として放電電極７２１と対向電極７２２との間に電圧を印加すると、放電電極７２１の近傍で気中放電が生じる。これにより、放電電極７２１と対向電極７２２との間の空気中で電荷１８が発生し、発生した電荷１８が混合領域７１３ｆでガス中の微粒子１７に付加される。そのため、微粒子１７を含むガスが電荷発生装置７２０を通過しなくとも、電荷発生装置７２０は電荷発生装置２０と同様に微粒子１７を帯電微粒子Ｐにすることができる。また、微粒子１７を含むガスが電荷発生装置２０を通過しないため、筐体１２の内周面のうち放電電極７２１及び対向電極７２２付近には微粒子１７が付着しにくい。そのため、露出電極である放電電極７２１と対向電極７２２との間の短絡経路が形成されにくい。また、放電電極７２１及び対向電極７２２が微粒子１７の付着で汚れることを抑制できる。

また、微粒子検出器７１０では、捕集用電源４９が印加する電圧Ｖ１によって電界発生電極７４４から捕集電極７４２に向かう電界が発生し、これにより捕集電極７４２は捕集対象（ここでは微粒子１７に付加されなかった電荷１８）を捕集する。一方、帯電微粒子Ｐは、捕集電極７４２に捕集されずにガス排出口７１３ｇから排出される。そして、演算装置５４は、捕集電極７４２に捕集された電荷１８に基づく電流値を電流計５２から入力し、入力した電流値に基づいてガス中の微粒子１７の数を検出する。例えば、演算装置５４は、電流計２８で測定された電流値と電流計５２で測定された電流値との電流差を導出し、導出した電流差の値を素電荷で除算して、捕集電極７４２に捕集されずにガス流路１３を通過した電荷１８の数（通過電荷数）を求める。そして、演算装置５４は、通過電荷数を１つの微粒子１７に付加する電荷１８の数の平均値（平均帯電数）で除算することで、ガス中の微粒子１７の個数Ｎｔを求める。このように、捕集電極７４２の捕集対象が帯電微粒子Ｐではなく微粒子１７に付加されなかった電荷１８である場合でも、捕集電極７４２に捕集された捕集対象の数はガス中の微粒子１７の数と相関があるから、微粒子検出素子７１１を用いてガス中の微粒子１７の数を検出できる。また、捕集電極７４２が帯電微粒子Ｐを捕集しないため、捕集電極７４２が汚れにくい。

この微粒子検出器７１０は、使用に伴って、微粒子１７（帯電微粒子Ｐも含む）の一部が筐体１２の内周面に付着していく場合がある。このとき、捕集電極７４２と電界発生電極７４４との接続面７７０（より具体的には第２面７７２）が短絡抑制構造７７５を有しているため、接続面７７０に付着した微粒子１７による短絡経路の形成が抑制される。そのため、上述した実施形態と同様に、捕集電極７４２と電界発生電極７４４との短絡を抑制できる。

微粒子検出素子７１１において、微粒子１７に付加されない電荷１８のうち捕集電極７４２に捕集されない電荷１８の割合を考慮して予め電荷１８の捕集率が定められていてもよい。この場合、演算装置５４は、電流計５２で測定された電流値を捕集率で除した値を、電流計２８で測定された電流値から引くことで、電流差を導出してもよい。また、微粒子検出器７１０は電流計２８を備えなくてもよい。この場合、例えば単位時間当たりに所定量の電荷１８が発生するように演算装置５４が放電用電源２９からの印加電圧を調整するようにしておき、演算装置５４は所定の電流値（電荷発生装置７２０が発生させる所定量の電荷１８の数に対応する電流値）と電流計５２で測定された電流値との電流差を導出すればよい。

上述した実施形態では、検出装置５０はガス中の微粒子１７の数を検出したが、これに限らずガス中の微粒子１７を検出すればよい。例えば、検出装置５０は、ガス中の微粒子１７の数に限らず、ガス中の微粒子１７の量を検出してもよい。微粒子１７の量としては、微粒子１７の数の他に、微粒子１７の質量又は表面積が挙げられる。検出装置５０がガス中の微粒子１７の質量を検出する場合、例えば演算装置５４が微粒子１７の個数Ｎｔにさらに１つの微粒子１７あたりの質量（例えば質量の平均値）を乗じてガス中の微粒子１７の質量を求めてもよい。あるいは、蓄積電荷量と捕集された帯電微粒子Ｐの合計質量との関係をマップとして予め演算装置５４が記憶しており、演算装置５４がこのマップを用いて蓄積電荷量からガス中の微粒子１７の質量を直接導出してもよい。演算装置５４がガス中の微粒子１７の表面積を求める場合についても、ガス中の微粒子１７の質量を求める場合と同様の方法を用いることができる。また、捕集電極４２の捕集対象が微粒子１７に付加されなかった電荷１８である場合も、検出装置５０は同様にして微粒子１７の質量又は表面積を検出できる。

上述した実施形態では、正に帯電した帯電微粒子Ｐの個数を測定する場合について説明したが、負に帯電した帯電微粒子Ｐであっても同様にして微粒子１７の個数を測定することができる。

本出願は、２０１７年９月６日に出願された日本国特許出願第２０１７−１７１１２１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。

本発明は、ガス（例えば自動車の排ガス）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。

１０ 微粒子検出器、１１ 微粒子検出素子、１２ 筐体、１３ ガス流路、１３ａ ガス導入口、１３ｂ〜１３ｄ 分岐流路、１４ａ〜１４ｋ 第１〜第１１層、１５ａ〜１５ｆ 層、１７ 微粒子、１８ 電荷、１９ 端子、２０ 電荷発生装置、２１ 放電電極、２２ 対向電極、２８ 電流計、２９ 放電用電源、３０ 余剰電荷除去装置、３２ 印加電極、３４ 除去電極、３９ 除去用電源、４０ 捕集装置、４２ 捕集電極、４２ａ〜４２ｃ 第１〜第３捕集電極、４４ 電界発生電極、４４ａ〜４４ｃ 第１〜第３電界発生電極、４９ 捕集用電源、５０ 検出装置、５２ 電流計、５４ 演算装置、６０
ヒータ装置、６２ ヒータ電極、６９ ヒータ用電源、７０ 接続面、７０ａ〜７０ｃ
左接続面、７１ａ〜７１ｃ 左天井面、７２ａ〜７２ｃ 左側面、７３ａ〜７３ｃ 左底面、７５，７５ａ〜７５ｃ 短絡抑制構造、８０ａ〜８０ｃ 右接続面、８１ａ〜８１ｃ 右天井面、８２ａ〜８２ｃ 右側面、８３ａ〜８３ｃ 右底面、８５ａ〜８５ｃ 短絡抑制構造、９２ 凹部、９３ 凸部、９４ 段差部、１７５ａ〜３７５ａ 短絡抑制構造、７１０ 微粒子検出器、７１１ 微粒子検出素子、７１２ 筐体、７１２ａ 本体部、７１２ｂ 底部、７１３ ガス流路、７１３ａ ガス導入口、７１３ｅ 空気導入口、混合領域７１３ｆ、ガス排出口７１３ｇ、７２０ 電界発生装置、７２１ 放電電極、７２２ 対向電極、７４０ 捕集装置、７４２ 捕集電極、７４４ 電界発生電極、７７０
接続面、７７１ 第１面、７７２ 第２面、７７５ 短絡抑制構造、Ｐ 帯電微粒子。

Claims (7)

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素子であって、
   前記ガスが通過するガス流路を有する筐体と、
   前記筐体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、
   前記筐体内で前記ガス流路に露出して設けられ前記帯電微粒子と前記微粒子に付加されなかった前記電荷とのいずれかである捕集対象を捕集する捕集電極と、
   前記捕集電極を含み前記ガス流路内に露出している複数の露出電極と、
   を備え、
   前記筐体は、前記ガス流路に露出する内周面のうち、前記複数の露出電極のうち少なくとも２つの電極を接続する部分である接続面に、凹部及び凸部の少なくとも一方を含む短絡抑制構造を有する、
   微粒子検出素子。
2. 前記露出電極は、前記筐体内に設けられ前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる電界を発生させる電界発生電極を含み、
   前記筐体は、前記ガス流路を複数の分岐流路に仕切る仕切り部を有しており、
   前記捕集電極及び前記電界発生電極は、前記複数の分岐流路のいずれかに露出しており、
   前記筐体は、前記捕集電極と前記電界発生電極とを接続する部分である接続面に、前記短絡抑制構造を有している、
   請求項１に記載の微粒子検出素子。
3. 前記捕集電極と前記電界発生電極とを１組の電極として、前記複数の分岐流路の各々に前記１組の電極が配設されるように複数組の電極が配設されており、
   前記分岐流路に配設された複数組の電極のうち１組以上に関して、前記接続面が前記短絡抑制構造を有している、
   請求項２に記載の微粒子検出素子。
4. 前記筐体は、複数の層を積層した積層体であり、
   前記凹部及び前記凸部の少なくとも１つは、前記接続面において、前記複数の層のうち隣接する２層間の段差である段差部で周囲と接続されている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粒子検出素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粒子検出素子であって、
   前記筐体の前記接続面を加熱する加熱部、
   を備えた微粒子検出素子。
6. 前記露出電極は、前記筐体内に設けられ前記捕集電極に向けて前記捕集対象を移動させる電界を発生させる電界発生電極を含み、
   前記筐体は、前記ガス流路の中心軸に垂直な断面において前記内周面が多角形状であり、前記多角形状の１辺を構成する面であり前記捕集電極が配置された捕集電極配設面と、前記多角形状の１辺を構成する面であり前記電界発生電極が配置された電界発生電極配設面と、を有し、前記接続面のうち前記捕集電極配設面と前記電界発生電極配設面とを接続する部分である接続側面に前記短絡抑制構造を有する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粒子検出素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の微粒子検出素子と、
   前記捕集電極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、前記微粒子を検出する検出部と、
   を備えた微粒子検出器。

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