粒子状物質検出装置
【課題】小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供する。
【解決手段】筒状の電極１、及び筒状の電極１の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体２を有し、複数の貫通孔３が形成された外筒部５と、棒状の電極１１、及び棒状の電極１１の表面全体を覆うように配設された誘電体１２を有し、一方の端部１３側が外筒部５内に位置し、他方の端部１４側が外筒部５の外に位置するとともに、外筒部５の内壁面と接触しないように配設された軸部１５とを備え、荷電された粒子状物質、又は、外筒部５内に生じる放電により荷電された粒子状物質を、外筒部５の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、外筒部５を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより外筒部５の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置１００。
【解決手段】筒状の電極１、及び筒状の電極１の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体２を有し、複数の貫通孔３が形成された外筒部５と、棒状の電極１１、及び棒状の電極１１の表面全体を覆うように配設された誘電体１２を有し、一方の端部１３側が外筒部５内に位置し、他方の端部１４側が外筒部５の外に位置するとともに、外筒部５の内壁面と接触しないように配設された軸部１５とを備え、荷電された粒子状物質、又は、外筒部５内に生じる放電により荷電された粒子状物質を、外筒部５の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、外筒部５を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより外筒部５の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関し、さらに詳しくは、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには煤等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれており、大気汚染の原因になっていた。これらを除去するために、セラミック等で作製されたフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：ＤＰＦ）が広く用いられている。セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能であるが、熱劣化等によりクラックや溶損等の欠陥が発生することがあり、微量ではあるが粒子状物質が漏れる可能性がある。このような欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
このような欠陥の発生を検知する方法として、ＤＰＦの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−１２３７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定するものである。このように、粒子状物質を帯電させてそのイオン電流を測定する方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であるため、その微弱なイオン電流を検出するために大掛かりな検出回路が必要になり、高価なものになるという問題があった。また、排ガスが高流量である場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることができないため、粒子状物質の測定値が、実際に排ガスに含有されている粒子状物質の量より小さい値となり、その誤差が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の粒子状物質検出装置を提供するものである。
【０００７】
［１］ 筒状の電極、及び前記筒状の電極の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体を有し、複数の貫通孔が形成された外筒部と、棒状の電極、及び前記棒状の電極の表面全体を覆うように配設された誘電体を有し、一方の端部側が前記外筒部内に位置し、他方の端部側が前記外筒部の外に位置するとともに、前記外筒部の内壁面と接触しないように配設された軸部とを備え、前記貫通孔を通過して前記外筒部内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記筒状の電極と棒状の電極との間に電圧を印加することにより前記外筒部内に生じる放電により荷電された、前記外筒部内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記外筒部の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着されることによる前記外筒部を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記外筒部の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【０００８】
［２］ 複数の前記貫通孔が、前記外筒部の、底部から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って形成された［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【０００９】
［３］ 前記軸部の前記外筒部内に挿入されている一方の端部の先端から、前記外筒部の底部までの距離が、前記外筒部の長さの７０〜９７％である［１］又は［２］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１０】
［４］ 前記軸部が、前記外筒部の中心軸に重なるように配置された［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１１】
［５］ 前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に配設され、前記軸部がその中央に形成された孔に挿入された、誘電体から形成された板状の蓋部を備えた［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１２】
［６］ 前記軸部の前記他方の端部側に棒状の電極の取り出し端子が配設され、前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に、筒状の電極の取り出し端子が配設された［１］〜［５］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１３】
［７］ 前記軸部の、前記外筒部の外に位置する部分の外周にリング状のひだ部が形成された［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１４】
［８］ 前記外筒部の内壁面に吸着した粒子状物質を、前記棒状の電極と前記筒状の電極との間に電圧を印加して前記外筒部内に放電を起こして酸化除去することが可能な［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［９］ 前記外筒部内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１６】
［１０］ 前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である［１］〜［９］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の粒子状物質検出装置によれば、筒状の電極、及び筒状の電極の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体を有し、複数の貫通孔が形成された外筒部と、棒状の電極、及び棒状の電極が露出しない状態で棒状の電極の表面を覆うように配設された誘電体を有し、一方の端部側が外筒部内に位置し、他方の端部側が外筒部の外に位置するとともに、外筒部の内壁面と接触しないように配設された軸部とを備えるため、貫通孔を通過して外筒部内（粒子状物質検出装置内）に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、筒状の電極と棒状の電極との間に電圧を印加することにより外筒部内に生じる放電により荷電された、外筒部内に流入する流体に含有される粒子状物質を、外筒部の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着することによる外筒部を形成する壁の電気的な特性の変化を、測定することにより外筒部の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能である。
【００１８】
さらに、例えば、粒子状物質を含有する流体がＤＰＦの下流側を流れる排ガスであるとすると、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔から外筒部内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質を測定することが可能となり、これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔を通って外筒部内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができる。そのため、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔を通じて粒子状物質検出装置の外筒部内に導入するため、外筒部内に放電を起こす場合、外筒部内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。
【００１９】
そして、本発明の粒子状物質検出装置は、有底筒状の外筒部に複数の貫通孔が形成され、その貫通孔を通じて外筒部内に粒子状物質を含有する流体が流入し、外筒部内で粒子状物質を捕集し、それにより粒子状物質を検出することができるため、粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときに、流体が流通する方向に対して、どのような向きに向けて挿入しても、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。つまり、粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときに、流体が流通する方向に対して、どのような向きに向けて挿入しても、複数の貫通孔の中のいずれかから外筒部内に流体が流入し、複数の貫通孔の中の他のいずれかから流体が流出するため、粒子状物質検出装置を挿入する向きに関係なく、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２１】
図１は、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、図２は、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態の中心軸に平行な断面を示す模式図である。本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、図１及び図２に示すように、筒状の電極（筒状電極）１、及び筒状電極１の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体２を有し、複数の貫通孔３が形成された外筒部５と、棒状の電極（棒状電極）１１、及び棒状の電極１１の表面全体を覆うように配設された誘電体１２を有し、一方の端部１３側が外筒部５内に位置し、他方の端部１４側が外筒部５の外に位置するとともに、外筒部５の内壁面６と接触しないように配設された軸部１５とを備えるものである。外筒部の「内壁面」というときは、外筒部における筒形状の内側の壁面をいう。そして、貫通孔３を通過して外筒部５内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、筒状電極１と棒状電極１１との間に電圧を印加することにより外筒部５内に生じる放電により荷電された、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質を、外筒部５の内壁面６に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着されることによる外筒部５を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、外筒部５の内壁面６に吸着された粒子状物質を検出することが可能である。
【００２２】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極１と棒状電極１１とを一対の電極として、当該一対の電極間に電圧を印加したときに、外筒部５内に放電を起こすことができる。また、一対の電極（筒状電極１と棒状電極１１）に、当該一対の電極間の電気的特性を測定するための測定部を接続することにより、その測定部を用いて、外筒部５の内壁面６に粒子状物質が吸着されることによる外筒部５の壁の電気的特性の変化を測定することができる。
【００２３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、上記構成であるため、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの外筒部内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質を測定することが可能となり、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、外筒部内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができるので、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となる。また、これにより安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを外筒部内に導入するため、外筒部内に放電を起こして外筒部内の粒子状物質を荷電する場合、外筒部内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。
【００２４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極である筒状電極１と棒状電極１１との間に電圧を印加することにより外筒部５内に生じる放電により荷電された、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質を、外筒部５の内壁面６に電気的に吸着させることが可能である。外筒部５内に流入する流体に含有されている粒子状物質が荷電されていない場合には、外筒部５内に放電を起こして流入した粒子状物質を荷電させて、外筒部５の内壁面に電気的に吸着させるが、外筒部５内に流入する流体に含有されている粒子状物質が既に荷電されている場合には、放電により荷電させる必要がないため、そのまま、その「外筒部５内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質」を外筒部５の内壁面に電気的に吸着させることが可能である。ここで、「粒子状物質が荷電されていない」というときは、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質の一部が荷電され、残部が荷電されていない場合や、粒子状物質は荷電されているが、荷電の程度が外筒部５の内壁面６に粒子状物質が確実に電気的に吸着されるのに十分でない場合を含む。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００を構成する外筒部５は、筒状の電極（筒状電極）１と、筒状電極１の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体２とを有し、複数の貫通孔３が形成されたものである。筒状電極１は、表面全体を誘電体で覆われているため、棒状電極１１との間で生じさせる放電が、外筒部５内で均一なものとなる。ここで、「筒状電極１の表面全体を誘電体２が覆う」というときは、貫通孔３を形成する壁面（貫通孔の内壁面）４も、筒状電極１が表面に露出することなく、誘電体２で形成されていることを意味する。
【００２６】
筒状電極１の大きさは、配管等の内部に挿入し、その内部に粒子状物質を含有する排ガス等の流体を流入させ、荷電された粒子状物質を、表面を覆う誘電体に吸着させるとともに、粒子状物質が除かれた排ガス等の流体を外部に流出させることができれば特に限定されない。例えば、中心軸方向長さは、１２〜３５ｍｍ程度が好ましく、中心軸に直交する断面の面積が１２〜１２００ｍｍ２程度が好ましい。また、筒状電極１の厚さは、特に限定されず、外筒部５内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。筒状電極１の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。筒状電極１の形状は、外筒部５内に放電を生じさせた場合等において、外筒部５内の電気的な状態を均一にするため、図１及び図２に示すように、円筒形であることが好ましいが、中心軸に直交する断面の形状が楕円形、多角形等であってもよい。また、筒状電極１は、図２に示すように有底筒状であることが好ましいが、両端部が開口した筒状であってもよい。筒状電極１が有底筒状の場合、電極の底部の形状は、特に限定されるものではないが、図１及び図２に示すように、中心軸を含む平面で切断した断面において、外側に向かって凸状の円弧状であることが好ましい。
【００２７】
誘電体２は、筒状電極１の表面全体を覆うとともに、一方の端部側が底部８により塞がれた有底筒状である。有底筒状の誘電体２は、筒状電極１の表面全体を覆うように配設されることにより、筒状電極１が、外筒部５の内壁面６において、更に、貫通孔３の内壁面４において露出していないことが必要である。筒状電極１が、外筒部５の内壁面６、及び、貫通孔３の内壁面４において露出しておらず、外筒部５の内壁面６及び貫通孔３の内壁面４が全て誘電体２で覆われていることにより、外筒部５内に均一に放電を生じさせることができる。誘電体２の厚さは、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に外筒部５内に放電を生じさせることができる。誘電体２の材質は、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コージェライトが更に好ましい。
【００２８】
有底筒状の外筒部５には複数の貫通孔３が形成されている。外筒部５に複数の貫通孔５が形成されていることにより、粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときに、流体が流通する方向に対して、どのような向きに向けて挿入しても、複数の貫通孔３の中のいずれかから外筒部５内に流体が流入し、複数の貫通孔３の中の他のいずれかから流体が流出するため、粒子状物質検出装置１００を挿入する方向に関係なく、流体の流入及び流出を行うことができ、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。粒子状物質検出装置１００を配管等に挿入する方向としては、外筒部５の中心軸が、ガスの流通方向に対して直交するように装着することがより好ましいが、外筒部５の筒状部分７の向きについては、外筒部５の筒状部分７の中のいずれの位置が流体の流れに対して正面を向く（配管等の上流側を向く）ように配置してもよい。ここで、「外筒部５の筒状部分７」というときは、外筒部（誘電体）の一方の端部側を塞ぐように配設された底部８を除いた、筒状の外周部分を意味する。
【００２９】
複数の貫通孔３は、外筒部５の、底部８から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って形成されていることが好ましい。これにより、排ガス等の流体の流入及び流出が更に容易になり、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。ここで、「全体に亘って」というときは、外筒部の上記所定の範囲において、外筒部を、中心軸方向において３等分し（中心軸に直交する平面で３等分に切断し）、外周方向において４等分して（中心軸を含む平面で４等分に切断して）形成される１２の領域において、いずれの領域にも貫通孔が形成されている状態をいう。粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときには、外筒部５の、底部８から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲が配管内部に配置されるようにすることが好ましい。そして、外筒部５の、底部８に対して反対側の端部である上端部側に、筒状電極１及び棒状電極１１の取り出し端子を配置することにより、取り出し端子を、排ガスの熱の影響を受け難い配管の外に配置させることができ、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。複数の貫通孔３は、更に、図１及び図２に示すように、外筒部５の筒状部分７において中心軸方向及び周方向のそれぞれに等間隔に並ぶように配置されていることが好ましい。これにより、排ガス等の流体の流入及び流出が更に容易になる。
【００３０】
貫通孔３の個数は、特に限定されるものではないが、１２〜１２０個が好ましい。１２個より少ないと、流体の流入及び流出がし難くなることがあり、１２０個より多いと外筒部５の強度が低下することがある。貫通孔３の孔の形状（貫通方向に直交する断面の形状）は、特に限定されない。例えば、図１及び図２に示すように、円形であることが好ましく、また、楕円形、四角形等の多角形等であってもよい。貫通孔３が円形の場合、貫通孔３の口径（貫通方向に直交する断面の直径）は、特に限定されるものではないが、０．１〜１ｍｍが好ましい。０．１ｍｍより小さいと、流体の流入及び流出がし難くなることがあり、１ｍｍより大きいと貫通孔の部分からクラックが発生することがある。また、貫通孔３が円形以外の形状の場合、その貫通孔３の大きさ（貫通方向に直交する断面の大きさ（面積））は、上記円形の場合における好ましい口径範囲に対応する面積範囲であることが好ましい。
【００３１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００を構成する軸部１５は、棒状の電極（棒状電極）１１と、棒状電極１１の表面全体を覆うように配設された誘電体１２とを有するものである。棒状電極１１の表面全体を誘電体１２で覆うことにより、筒状電極１と棒状電極１１との間で放電を生じさせた場合に、外筒部５内に均一に放電を生じさせることが可能となる。そして、軸部１５は、一方の端部１３側が外筒部５内に位置し、他方の端部１４側が外筒部５の外に位置するとともに、外筒部５の内壁面と接触しないように配設されている。軸部１５と外筒部５の内壁面とが接触すると、外筒部５内に均一な放電が生じ難くなるため、軸部１５と外筒部５の内壁面とは接触しないようにするのである。
【００３２】
軸部１５の外筒部５内に挿入されている一方の端部１３の先端から、外筒部５の底部８までの距離が、外筒部５の長さの７０〜９７％であることが好ましい。７０％より短いと、外筒部５の内部全体に均一な放電を生じさせ難くなることがあるとともに、粒子状物質を外筒部５の内壁面６全体で均一に捕集し難くなることがあり、９７％より長いと、軸部１５の先端と外筒部５の底部８との間にアーク放電が生じ、外筒部５内に均一な放電が生じ難くなる。また、軸部１５の長さは、特に限定されないが、１１〜３３ｍｍであることが好ましい。また、軸部１５の外筒部５から外に出ている部分の長さは、特に限定されないが、３〜１０ｍｍであることが好ましい。１０ｍｍより長いと、粒子状物質検出装置１００を配管等に装着したときに、配管から外に出た部分が長くなるため、狭い空間で使用することが難しくなることがある。３ｍｍより短いと、沿面放電が生じ易くなることがある。
【００３３】
軸部１５が、外筒部５の中心軸に重なるように配置されていることが好ましく、軸部１５の中心軸と外筒部５の中心軸とが重なる（軸部１５の中心軸と外筒部５の中心軸とが同一である）ように配置されていることが更に好ましい。これにより、外筒部５の中心軸に直交する平面において、軸部１５から、外筒部５の内壁面６のいずれの部分までの距離もほぼ同じ、又は同じとなるため、軸部１５と外筒部５との間で生じる放電を、外筒部５内で均一にすることが可能となる。
【００３４】
軸部１５を構成する棒状電極１１の形状は、特に限定されず、棒状、板状、膜状等、いずれの形状であってもよい。これらの中では、外筒部５内により均一に放電を生じさせるため、棒状であることが好ましく、軸方向に直交する断面が円形（断面円形）の棒状であることが更に好ましい。棒状電極１１が、断面円形の棒状である場合、当該円形の断面の直径は、１〜１０ｍｍであることが好ましく、１．５〜５ｍｍであることが更に好ましい。１ｍｍより小さいと棒状電極１１が切れ易くなることがあったり振動で変形することがある。１０ｍｍより大きいと、外筒部５内の空間を狭くすることになるため、流体の流入量が少なくなり、粒子状物質の検出精度が低下することがある。尚、棒状電極１１が、断面円形の棒状である場合において、上記断面の直径が１．５ｍｍ以下の場合、「線状」であるといってもよい。棒状電極１１の材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００３５】
軸部１５を構成する誘電体１２の厚さは、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に外筒部５内に放電を生じさせることができるとともに絶縁性の劣化を起こしにくい。誘電体１２の材質は、アルミナ、コージェライト、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コージェライトが更に好ましい。
【００３６】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、軸部１５の、外筒部５の外に位置する側の端部である他方の端部１４側に、棒状電極１１の取り出し端子４２が配設され、外筒部５の上端部に筒状電極１の取り出し端子４１が配設されていることが好ましい。「取り出し端子」は、粒子状物質検出装置１００に配設された電極（筒状電極１又は棒状電極１１）に電気的に接続され、外部からその電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。棒状電極１１の取り出し端子４２及び筒状電極１の取り出し端子４１を、それぞれ上記位置に配設することより、粒子状物質検出装置１００を配管等に装着するときに、外筒部５の底部８側を高温の排ガス等が流通する配管内に挿入し、各取り出し端子が配設されている、外筒部５の上端部側を、配管の外に出した状態とすることが可能となる。これにより、高温に曝さないことが望ましい取り出し端子を、配管の外に出した状態とすることが可能となるため、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。取り出し端子を高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがあり、また、長期にわたって使用した場合に、取り出し端子と外部に接続するためのハーネスとの接点不良が発生し測定不能になることがあるため、取り出し端子は、高温に曝さないことが望ましい。各取り出し端子の材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。各取り出し端子の形状及び大きさは、特に限定されず、外部から各電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続し、所定の電圧を印加できるものであればよい。
【００３７】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極１と棒状電極１１との間に電圧を印加し、外筒部５内に放電を生じさせ、外筒部５内に流入した粒子状物質を荷電することができる。外筒部５内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極の取り出し端子４１及び棒状電極４２の取り出し端子４２のそれぞれに接続された、放電用の電源を更に備えることが好ましい。放電用の電源としては、高電圧の交流電源、直流電源等が好ましい。また、印加する電圧としては、パルス電圧、矩形波等交流電圧が好ましい。また、粒子状物質を荷電させるための放電を生じさせる際に、筒状電極１と棒状電極１１との間に印加する電圧の条件としては、ギャップ、ガス温度によって変わるが２００ｋＶ／ｃｍ以下が好ましく、電圧を印加するときの電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００３８】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５の、底部８に対して反対側の端部である上端部に配設され、誘電体から形成された板状の蓋部２１を備えることが好ましい。蓋部２１は、その中央部に孔が形成され、その中央に形成された孔に軸部１５が挿入されていることが好ましい。図１及び図２に示すように、蓋部２１を外筒部５の上端部に、上端部の開口部分を塞ぐように配設することより、外筒部５内に流入した排ガス等の流体が、外筒部５の上端部の開口部分から流出することを防止でき、粒子状物質の検出精度を高く維持することが可能となる。蓋部２１は、図１及び図２に示すように、平板状であってもよいが、凹凸を有する板状や、曲がった板状であってもよい。また、蓋部２１は、その中央部に孔が形成され、軸部１５が、その孔に挿入されるとともに蓋部２１に固定されていることが好ましい。軸部１５が、蓋部２１に固定されることにより、粒子状物質検出装置１００を配管等に装着して使用するときに、振動等があっても軸部１５が外筒部５の内壁面６に接触することを防止することができる。蓋部２１の厚さは特に限定されず、外筒部５の厚さと同程度であることが好ましい。蓋部２１は、外筒部５の上端部の最外周の形状とほぼ同じ形状であることが好ましく、同形状であることが更に好ましい。蓋部２１の材質は、誘電体であることが好ましく、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが更に好ましく、コージェライトであることが、耐熱衝撃性に優れることより特に好ましい。
【００３９】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、軸部１５の、外筒部５の外に位置する部分の外周にリング状のひだ部３１が形成されていることが好ましい。これは、図１及び図２に示すように、軸部１５の、外筒部５の外に位置する側の端部である他方の端部１４の先端に、棒状電極１１の取り出し端子４２を配設し、外筒部５の上端部に筒状電極１の取り出し端子４１を配設して、棒状電極１１と筒状電極１との間に電圧を印加したときに、誘電体の表面に沿面放電が生じて短絡することを防止することができる。ひだ部３１の材質は、誘電体であることが好ましく、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが更に好ましく、コージェライトであることが、耐熱衝撃性に優れることより特に好ましい。ひだ部３１の形状、大きさ、枚数及び配置は、このような沿面放電が生じないように適宜設定することができる。
【００４０】
上記のように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５、軸部１５、蓋部２１及びひだ部３１がいずれも、誘電体で覆われ、又は誘電体から形成されるため、優れた耐熱性、耐絶縁破壊特性等を有するものとなる。ここで、本実施形態において、「誘電体」とは、導電性よりも誘電性が優位である物質で、直流電圧に対して絶縁体として振舞う物質のことをいう。
【００４１】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５の内壁面に吸着した粒子状物質を、棒状電極１１と筒状電極１との間に電圧を印加して外筒部５内に放電を起こして酸化除去することが可能であることが好ましい。これにより、粒子状物質の捕集と除去とを繰り返しながら、粒子状物質検出装置１００を、連続的に使用することができる。また、外筒部５内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種であることが好ましい。粒子状物質を酸化除去するための放電を生じさせる条件としては、電界強度が１０〜２００ｋＶ／ｃｍであり、エネルギー投入量が、被処理物質（粒子状物質）に対して０．０５〜１０Ｊ／μｇであることが好ましい。
【００４２】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔３を通過して外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、外筒部５内に放電を起こすことにより、粒子状物質を荷電して、外筒部５の壁面に荷電した粒子状物質を電気的に吸着させるものである。そして、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質が、外筒部５内に流入する前から既に荷電されている場合には、外筒部５内の放電により改めて荷電させる必要がないため、外筒部５内に放電を起こすことなく、外筒部５の壁面にその荷電されている粒子状物質を電気的に吸着させるものである。外筒部５内に放電を起こして粒子状物質を荷電させる場合には、荷電した粒子状物質は、放電中に、その荷電した粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられ、壁面に吸着される。これに対し、粒子状物質が外筒部５内に流入する前から荷電されている場合には、筒状電極１と棒状電極１１との間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が外筒部５内に流入する前から荷電されている場合に、外筒部５の壁面に粒子状物質を電気的に吸着させるために、筒状電極１と棒状電極１１との間に印加する電圧の条件は、４〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００４３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、粒子状物質を外筒部５の内壁面に吸着したときの、外筒部５を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、外筒部５の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能である。粒子状物質を検出する方法としては、荷電した粒子状物質が電極に吸着されることによる、筒状電極１と棒状電極１１との間の電気的な特性変化を測定することにより行う。具体的には、例えば、筒状電極１と棒状電極１１との間のインピーダンスを測定し、インピーダンスの変化から吸着された粒子状物質の質量を算出し、排ガス中の粒子状物質の質量を検出する方法を挙げることができる。従って、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極１と棒状電極１１との間のインピーダンスを測定する測定部を更に備えることが好ましい。測定部としては、静電容量等のインピーダンスを計測可能なＬＣＲメーター、インピーダンスアナライザ等を挙げることができる。測定部は、筒状電極の取り出し端子４１と棒状電極の取り出し端子４２とに接続されることが好ましい。
【００４４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５内を通過する粒子状物質が、ディーゼルエンジンより排出される煤であるときに、特にその効果を発揮させることができる。
【００４５】
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置の製造方法について説明する。
【００４６】
本実施形態の粒子状物質検出装置を製造する方法は、特に限定されず、成形方法の違いにより、粉末プレス法、ゲルキャスト法、テープ積層ロール成形法等を挙げることができる。
【００４７】
（成形原料）
成形原料は、各成形方法により異なるが、誘電体原料としては、アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。そして各成形方法に応じて、誘電体原料に、適宜他の成分を混合して成形原料とする。以下、各成形方法毎に説明する。
【００４８】
（粉末プレス法）
（成形原料の調製）
原料粉末に成形助剤を添加し、溶媒を加え、ポットミル、トロンメル又はアトリッションミル等の混合粉砕機を用いて混合して成形原料を得る。混合は湿式、乾式いずれでもよく、湿式を用いた場合は、混合後、スプレードライ法等を用い乾燥を行い、原料混合粉（成形原料）を得る。また、真空乾燥法を実施した後に乾燥粉末をふるいにかけ、造粒粉の粒度の調整を行うことが望ましい。粉末プレス成形に適した造粒粉を得るために、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルエチレングリコール等成形助剤を添加することが望ましい。
【００４９】
（成形）
図３に示すように、心金に相当する柱状の内型Ａ１１を、ゴム質の有底筒状の外型Ａ１２内に挿入し、その隙間に先に用意した成形原料（原料混合粉）を充填し、乾式または湿式で静水圧に圧力を加えて、底付内側部材Ａ１０を得ることができる。次に、底付内側部材Ａ１０の外周部に、導電性ペーストで、電極膜（筒状電極）を印刷する。導電性ペーストには、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等から基材に選定した誘電体材料との組合せにおいて適宜選ぶことができる。
【００５０】
また、外側部材Ａ２０を作製するために、心金に相当する柱状の内型Ａ２１を、ゴム質の有底筒状の外型Ａ２２内に挿入し、その隙間に底付内側部材Ａ１０に使用した成形原料と同じ粉末を充填し、乾式または湿式で静水圧に圧力を加えて、外側部材Ａ２０を得ることができる。図３では、外側部材Ａ２０は両端開放の円筒となっているが、底付内側部材Ａ１０と同様に有底筒状とすることもできる。内型Ａ１１及び内型Ａ２１の内径及び外型Ａ１２外型Ａ２２の外径の大きさは、圧力負荷時の収縮挙動及び圧力除荷時のスプリングバック挙動を考慮して設定する必要がある。収縮量及びスプリングバック量は用いる粉体の材質、形態で大きく異なるので、適時選択する必要がある。
【００５１】
次に、図３に示すように、外側部材Ａ２０内に底付内側部材Ａ１０を挿入し、これらの内部に内型Ａ３１を挿入し、これら全体をゴム質の有底筒状の外型Ａ３２内に挿入した状態で、乾式または湿式で静水圧で圧力を加え、外側部材Ａ２０と底付内側部材Ａ１０とが接合された、導体（筒状電極）を埋設した一体型の外筒成形部材Ａ３０を得ることができる。接合成形条件は、特公平５−７３５３号公報に記載の条件が好ましく、底付内側部材Ａ１０と外側部材Ａ２０のスプリングバック量の差を制御することにより、クラックのない信頼性の高い外筒成形部材Ａ３０を得ることができる。図３は、本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を断面で示した模式図である。
【００５２】
（貫通孔形成、焼成）
得られた外筒成形部材Ａ３０に複数の貫通孔Ａ６０をドリル等により形成し、成形原料として用いた誘電体粉末に適した温度、雰囲気で焼成することにより、一体型の外筒部Ａ４０を得ることができる。
【００５３】
また、軸部、蓋部及びひだ部についても、外筒部と同様にして粉末プレス法により成形することが好ましい。そして、得られた、外筒部、軸部、蓋部及びひだ部を組み立て、焼成収縮を利用して接合させて、粒子状物質検出装置を得ることができる。外筒部等を組み立てるときに、筒状電極の取り出し端子を接続することが好ましい。
【００５４】
（ゲルキャスト法）
（成形原料の調製）
選定した誘電体原料の粉末とともに、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹種などのプレポリマーを分散媒中に分散し、スラリー（成形原料）を調製し、注型後、架橋剤によりスラリーを課固化する方法である。特開２００１−３３５３７１号公報に記載されているゲルキャスト成形法を用いることにより、成形収縮の少ない成形体を得ることができ、外側部材と内側部材の焼成一体化を容易に行うことができる。
【００５５】
分散媒として、より充分な固化状態を得るためには、２以上の反応性官能基を有する有機分散媒を使用することが好ましい。２以上の反応性官能基を有する液状物質としては、例えば多価アルコール（エチレングリコールのようなジオール類、グリセリンのようなトリオール類等）、多塩基酸（ジカルボン酸類等）が考えられる。また、反応性官能基はポリエチレングリコールのように多数あってもよい。一方、注型が容易な高流動性のスラリーを形成するためには、可能な限り粘性の低い液状物質を使用することが好ましく、特に２０℃における粘度が２０ｃｐｓ以下の物質を使用することが好ましい。従って、多塩基酸エステル（例えば、グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（例えば、トリアセチン等）等の２以上のエステル結合を有するエステル類を反応性分散媒として使用することが好ましい。
【００５６】
ゲル化剤は、分散媒と化学結合し、スラリーを固化可能な物質である。従って、ゲル化剤は、分子内に、分散媒と化学反応し得る反応性官能基を有するものであればよく、例えば、モノマー、オリゴマー、架橋剤の添加により三次元的に架橋するプレポリマー（例えば、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等）等のいずれであってもよい。但し、本発明に用いるゲル化剤は、スラリーの流動性を確保する観点から、粘性が低いもの、具体的には２０℃における粘度が３０００ｃｐｓ以下の物質を使用することが好ましい。一般に平均分子量が大きなプレポリマー及びポリマーは、粘性が高い。このため、本発明では、これらより分子量が小さいもの、具体的には平均分子量（ＧＰＣ法による）が２０００以下のモノマー又はオリゴマーを使用することが好ましいゲル化剤の反応性官能基は、反応性分散媒との反応性を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば反応性分散媒として比較的反応性が低いエステル類を用いる場合は、反応性が高いイソシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）、及び／又はイソチオシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ）を有するゲル化剤を選択することが好ましい。
【００５７】
成形用スラリーは、分散媒に選定した誘電体粉体を分散してスラリーとした後、ゲル化剤を添加することにより、或いは分散媒に粉体及びゲル化剤を同時に添加して分散することにより調製すればよい。注型時の作業性を考慮すると２０℃におけるスラリーの粘度は３００００ｃｐｓ以下であることが好ましく、２００００ｃｐｓ以下であることがより好ましい。スラリーの粘度は、既述した反応性分散媒やゲル化剤の粘度の他、粉体の種類、分散剤の量、スラリー濃度（スラリー全体体積に対する粉体体積％）によっても調整することができる。スラリー濃度が２５〜７５体積％のものが好ましく、乾燥収縮によるクラックを少なくすることを考慮すると、３５〜７５体積％のものが更に好ましい。成形用スラリーには種々の添加剤、例えば分散媒とゲル化剤との反応を促進するための触媒、スラリー調製を容易にするための分散剤、消泡剤、界面活性剤、或いは焼結体特性を向上させるための焼結助剤等を加えることが可能である。
【００５８】
（成形）
図４に示すように、成形用スラリーを、内側に複数の突起部Ｂ１３を有す半割外型Ｂ１１と内型Ｂ１２で構成され、これらの型の間に成形用キャビティＢ１４が形成された内側部材Ｂ１０用の成形型に注型した後、スラリーをゲル化させて固化し内側部材Ｂ１０を得る。図４は、本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を断面で示した模式図である。注型前のスラリーは低粘性・高流動性である一方、固化後の成形体はハンドリングに耐える充分な強度を有している必要がある。従って、本発明では、ポリカルボン酸エステル等の分散剤を用いて、低粘性・高流動性スラリーとすることが好ましい。注型時に固化しない、反応温度、反応性分散媒の種類・含有量、ゲル化剤の種類・含有量、及びゲル化反応の触媒の種類・含有量を選択してスラリーを調製して注型を行い、（１）所定時間放置する、（２）所定の反応温度まで上昇させる、（３）注型直前に触媒を添加する、等の方法を単独で又は組み合わせて適用してゲル化を行うことが好ましい。
【００５９】
その後、内側部材Ｂ１０の外周部に、導体ペーストを用いて電極層（筒状電極）Ｂ５０を印刷する。このとき、有底筒状の筒状電極を形成する場合には、内側部材Ｂ１０の外周部に、有底筒状になるように電極層を印刷する。その後、先ほどの半割外型Ｂ１２より大きな内径で、同じ位置に突起部Ｂ２３を有する有底筒状の半割外型Ｂ２２内に内側部材Ｂ１０を挿入し、その内側に内型Ｂ２１を挿入する。そして半割外型Ｂ２２と内側部材Ｂ１０との間に形成されたキャビティＢ２４に、成形用スラリーを注型した後、スラリーをゲル化させて固化し、導体埋設一体型の外筒成形部材Ｂ３０を得る。半割外型Ｂ１２の突起部Ｂ１３及び半割外型Ｂ２２の突起部Ｂ２３により、得られる外筒成形部材Ｂ３０には、貫通孔Ｂ６０が形成される。
【００６０】
（焼成）
得られた外筒成形部材Ｂ３０を、成形原料として用いた誘電体粉末に適した温度、雰囲気で焼成することにより、一体型の導体埋設筒部材Ｂ４０を得ることができる。
【００６１】
また、軸部、蓋部及びひだ部についても、外筒部と同様にしてゲルキャスト法により成形することが好ましい。そして、得られた、外筒部、軸部、蓋部及びひだ部を組み立て、焼成収縮を利用して接合させて、粒子状物質検出装置を得ることができる。接合部に、誘電体基材原料にガラス成分を混合した接合材を塗布することで、接合部の信頼性を高めることができる。外筒部等を組み立てるときに、筒状電極の取り出し端子を接続することが好ましい。
【００６２】
尚、上述したゲルキャスト法では、内側部材Ｂ１０の外周部に、導体ペーストを用いて電極層（筒状電極）Ｂ５０を印刷しているが、内側部材Ｂ１０を成形した後に、電極層形成用の型を用いて、所定の導電材料含有スラリーを注型して、固化させることにより、内側部材Ｂ１０の外周部に電極層を成形してもよい。
【００６３】
（テープ積層ロール成形法）
（成形原料の調製）
選定した誘電体原料の粉末に、成形用バインダー（バインダー）、可塑剤、分散剤、分散媒を混合し、テープ成形に適したスラリーを調合する。
【００６４】
バインダーとしては、特に限定されるものではないが、水系バインダー、非水系バインダーのどちらでもよく、水系バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用でき、非水系バインダーとしてはポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることができる。
【００６５】
バインダーの添加量は、誘電体原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であることが好ましく、６〜１７質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形したとき、及び、乾燥、焼成したときに、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【００６６】
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。
【００６７】
可塑剤の添加量は、バインダー添加量１００質量部に対して、３０〜７０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることが更に好ましい。７０質量部より多いと、成形原料を成形したときにその成形体が柔らかくなりすぎ、変形しやすくなることがあり、３０質量部より少ないと、成形体が硬くなりすぎ、クラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。
【００６８】
分散剤としては、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することが出来、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。
【００６９】
分散剤は、誘電体原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることが更に好ましい。０．５質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、成形体にクラック等が生じることがある。３質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。
【００７０】
分散媒としては、水あるいはトルエンなどの有機溶媒等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であることが好ましく、７５〜１５０質量部であることが更に好ましい。
【００７１】
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。
【００７２】
調製したスラリーを用い、ドクターブレード法等で、図５に示すような所定の厚さのテープ成形体Ｃ１１，Ｃ１３を得る。一方のテープ成形体Ｃ１３に、選定した誘電体原料の焼結性に適合する導電材料を選定し、スクリーン法等で、導体膜を印刷し、導体膜印刷部Ｃ１２を形成する。導体膜には、一定の間隔で配列した複数の貫通孔Ｃ７０を設ける。導体膜印刷部Ｃ１２が埋設されるように、テープ成形体Ｃ１１とＣ１３を圧着積層することにより、テープ積層体を得ることができる。
【００７３】
テープ積層体に、打抜き金型等を用いて、一定間隔の貫通孔Ｃ８０を形成し、貫通孔付テープ積層体Ｃ２０を得ることができる。テープ積層体に形成する貫通孔は、導体膜に形成した貫通孔と同じ位置に形成することが好ましい。また、テープ積層体に形成する貫通孔の大きさを、導体膜に形成した貫通孔の大きさより小さくし、テープ積層体に形成する貫通孔から導体膜が露出しないようにすることが好ましい。貫通孔を形成した後に、ロールを使用し、所定の径を有する円筒状に成形し、内側部材Ｃ３０を得ることができる。
【００７４】
貫通孔Ｃ９０が形成された有底筒状の外側部材Ｃ４０は、図３で示した底付内側部材Ａ１０を成形する方法と同じプレス成形や、図４で示した内側部材Ｂ１０を成形する方法と同じゲルキャスト法で作製することができる。
【００７５】
次に、図６に示すように、外側部材Ｃ４０に、ロール成形した内側部材Ｃ３０を嵌め合せ、一体型の外筒成形部材を得ることができる。選定した誘電体原料、導電材料に適した焼成温度、焼成雰囲気で焼成し、一体型の外筒部Ｃ５０を得ることができる。図５及び図６は、本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【実施例】
【００７６】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７７】
（実施例１）
（成形原料の調製）
平均粒径２μｍに調整したコージェライトを誘電体原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤（キシレン、ブタノール＝６：４（質量比））を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、スラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、コージェライト１００質量部に対して、バインダー７質量部、可塑剤３．５質量部、分散剤１．５質量部、有機溶剤１００質量部とした。
【００７８】
次に、得られたスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、粘度４Ｐａ・ｓとなるように調製した。スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。
【００７９】
（成形加工）
成形原料をドクターブレード法により成形して、２枚の厚さ０．２５ｍｍのテープ成形体を得た。得られたテープ成形体の一方に、直径１．５ｍｍの孔を連続的に配置した導体膜をモリブデンタングステンペーストを用いて、スクリーン印刷にて、印刷し、導体膜印刷部を形成した。導体膜印刷部を形成したテープ成形体に、他方のテープ成形体を導体膜印刷部の上から積層し、一体型のテープ積層体を得た。次に、直径０．７ｍｍの貫通孔を金型を用いて打抜いて、貫通孔付テープ積層体を得た。貫通孔の位置は、埋設した導体膜印刷部の孔に合わせた。貫通孔付テープ積層体を、ロール成形機を用いて、外径が７ｍｍになるように円筒形状に成形し、内側部材を得た。また、コージェライト粉末を用いて、底付円筒部材（外側部材）を粉末プレス法で成形し、外径８ｍｍ、内径７ｍｍになるように成形体を加工した。外径７ｍｍの内側部材と外径８ｍｍの外側部材を嵌め合せ、１４００℃、Ｈ２−Ｎ２雰囲気下で焼成し、外筒部を得た。
【００８０】
棒状電極（軸部）も同様に、コージェライトテープに、モリブデンペーストで、幅０．５ｍｍの導電層を印刷し、同じコージェライトテープを積層し、所定の幅に切断し、１４００℃で焼成して得た。得られた棒状電極は、幅１ｍｍであった。また、蓋部及びひだ部についても、同様にして、コージェライトをテープ成形してテープ成形体とすることにより作製した。
【００８１】
得られた、外筒部、軸部、蓋部及びひだ部は、焼成収縮を利用し接合し、粒子状物質検出装置を得た。
【００８２】
得られた粒子状物質検出装置は、図１及び図２に示す形状であり、外筒部が８ｍｍΦ（直径）×３０ｍｍの有底円筒状であり、外筒部の厚さが１ｍｍであった。また、外筒部に形成された貫通孔は、外筒部の、底部から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って、６０個形成した。各貫通孔間の距離をほぼ同じとした。また、貫通孔の直径は、０．７ｍｍとした。また、軸部１５の一方の端部１３と外筒部の内壁面との距離を２ｍｍとした。また、軸部１５の直径を１ｍｍとし、軸部１５の、外筒部５の外に出ている部分の長さを７ｍｍとした。また、２枚のひだ部３１，３１は、外周の直径が７ｍｍ、厚さ２ｍｍとし、軸部１５の他方の端部１４側の先端から２ｍｍの位置と２ｍｍの位置に配置した。
【００８３】
（放電用電源）
放電用の電源としては、パルス電源とＤＣ電源を用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００８４】
筒状電極と棒状電極と間のインピーダンスを測定するための測定部としては、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザを用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００８５】
得られた粒子状物質検出装置を用いて、下記粒子状物質測定方法により、１回目の粒子状物質検出試験を行った。結果を表１に示す。更に、１回目の試験において粒子状物質検出装置を配気管に設置した状態に対して、外筒部の中心軸を中心にして９０°回転させた状態で固定して、同様の方法により２回目の粒子状物質検出試験を行った。結果を表１に示す。尚、２回目の試験も、１回目の試験と同様に、粒子状物質が外筒部内に吸着されていない状態から測定を開始した。
【００８６】
（粒子状物質測定方法）
得られた粒子状物質検出装置を、排ガスの流通方向に対して外筒部の中心軸が直交するように、ディーゼルエンジンの排気管に設置した。ディーゼルエンジンとしては、排気量２０００ｃｃの直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２４Ｎ・ｍ、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）開度５０％、排ガス温度２００℃、吸入空気１．３ｍ３（室温換算）／分の運転条件下で排ガスを発生させた。スモークメータ（ＡＶＬ社製、商品名：型式４１５８）による排ガス中の粒子状物質量は、２．０ｍｇ／ｍ３であった。粒子状物質の検出は、以下のように行った。ディーゼルエンジンから排ガスを発生させながら、粒子状物質を荷電集塵する前に、一対の電極間の初期の静電容量（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定し、その後、粒子状物質を１分間に亘って荷電集塵し、その後、荷電集塵操作を停止して、再度、静電容量（一対の電極間の１分間集塵後の静電容量）（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定した。初期の静電容量及び１分間集塵後の静電容量は、いずれも６回の測定の平均値を求めた。そして、初期の静電容量と１分間集塵後の静電容量との差から、集塵された粒子状物質の質量を算出した。粒子状物質の質量の算出は、粒子状物質の吸着量に対する静電容量（インピーダンス）の変化について、予め検量線を作成しておき、その検量線を用いて行った。粒子状物質を荷電集塵する際には、高電圧電源による印加電圧をＤＣ２．０ｋＶとし、電極間の静電容量（インピーダンス）測定時には、測定部から印加電圧をＡＣ２Ｖ、周波数を１０ｋＨｚとした。
【００８７】
【表１】
【００８８】
表１より、初期測定時と集塵後の静電容量（インピーダンス）の差が明確に示された。これより、１分間のインピーダンス測定でも、排ガス中の粒子状物質の増加を検出することが可能であることがわかる。更に、１回目の試験と２回目の試験とを比較すると、いずれも同程度のインピーダンスの差が認められた。これより、粒子状物質検出装置を配管に装着するときの向きを変えても、粒子状物質の増加を同じように検出することが可能であることがわかる。さらに、１回目と２回目の測定より、測定誤差が小さいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識するために好適に利用することができ、これにより大気汚染の防止に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態の中心軸に平行な断面を示す模式図である。
【図３】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【図４】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【図５】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【図６】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１：筒状電極（筒状の電極）、２：誘電体、３：貫通孔、４：貫通孔の内壁面、５：外筒部、６：内壁面、７：筒状部分、８：底部、１１：棒状電極（棒状の電極）、１２：誘電体、１３：一方の端部、１４：他方の端部、１５：軸部、２１：蓋部、３１：ひだ部、４１：筒状電極の取り出し端子、４２：棒状電極の取り出し端子、１００：粒子状物質検出装置、Ａ１０：底付内側部材、Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ｂ１１，Ｂ２１：内型、Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２：外型、Ａ２０，Ｂ２０：外側部材、Ａ３０：外筒成形部材、Ａ４０：外筒部、Ａ５０，Ｂ５０：筒状電極、Ａ６０，Ｂ６０，Ｃ７０，Ｃ８０，Ｃ９０：貫通孔、Ｂ１０：内側部材、Ｂ１２，Ｂ２２：半割外型、Ｂ１３，Ｂ２３：突起部、Ｂ１４：キャビティ、Ｂ３０：外筒成形部材、Ｂ４０：外筒部、Ｃ１１，Ｃ１３：テープ成形体、Ｃ１２：導体膜印刷部、Ｃ２０：貫通孔付テープ積層体、Ｃ３０：内側部材、Ｃ４０：外側部材、Ｃ５０：外筒部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関し、さらに詳しくは、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには煤等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれており、大気汚染の原因になっていた。これらを除去するために、セラミック等で作製されたフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：ＤＰＦ）が広く用いられている。セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能であるが、熱劣化等によりクラックや溶損等の欠陥が発生することがあり、微量ではあるが粒子状物質が漏れる可能性がある。このような欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
このような欠陥の発生を検知する方法として、ＤＰＦの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−１２３７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定するものである。このように、粒子状物質を帯電させてそのイオン電流を測定する方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であるため、その微弱なイオン電流を検出するために大掛かりな検出回路が必要になり、高価なものになるという問題があった。また、排ガスが高流量である場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることができないため、粒子状物質の測定値が、実際に排ガスに含有されている粒子状物質の量より小さい値となり、その誤差が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の粒子状物質検出装置を提供するものである。
【０００７】
［１］ 筒状の電極、及び前記筒状の電極の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体を有し、複数の貫通孔が形成された外筒部と、棒状の電極、及び前記棒状の電極の表面全体を覆うように配設された誘電体を有し、一方の端部側が前記外筒部内に位置し、他方の端部側が前記外筒部の外に位置するとともに、前記外筒部の内壁面と接触しないように配設された軸部とを備え、前記貫通孔を通過して前記外筒部内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記筒状の電極と棒状の電極との間に電圧を印加することにより前記外筒部内に生じる放電により荷電された、前記外筒部内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記外筒部の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着されることによる前記外筒部を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記外筒部の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【０００８】
［２］ 複数の前記貫通孔が、前記外筒部の、底部から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って形成された［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【０００９】
［３］ 前記軸部の前記外筒部内に挿入されている一方の端部の先端から、前記外筒部の底部までの距離が、前記外筒部の長さの７０〜９７％である［１］又は［２］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１０】
［４］ 前記軸部が、前記外筒部の中心軸に重なるように配置された［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１１】
［５］ 前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に配設され、前記軸部がその中央に形成された孔に挿入された、誘電体から形成された板状の蓋部を備えた［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１２】
［６］ 前記軸部の前記他方の端部側に棒状の電極の取り出し端子が配設され、前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に、筒状の電極の取り出し端子が配設された［１］〜［５］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１３】
［７］ 前記軸部の、前記外筒部の外に位置する部分の外周にリング状のひだ部が形成された［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１４】
［８］ 前記外筒部の内壁面に吸着した粒子状物質を、前記棒状の電極と前記筒状の電極との間に電圧を印加して前記外筒部内に放電を起こして酸化除去することが可能な［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［９］ 前記外筒部内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１６】
［１０］ 前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である［１］〜［９］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の粒子状物質検出装置によれば、筒状の電極、及び筒状の電極の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体を有し、複数の貫通孔が形成された外筒部と、棒状の電極、及び棒状の電極が露出しない状態で棒状の電極の表面を覆うように配設された誘電体を有し、一方の端部側が外筒部内に位置し、他方の端部側が外筒部の外に位置するとともに、外筒部の内壁面と接触しないように配設された軸部とを備えるため、貫通孔を通過して外筒部内（粒子状物質検出装置内）に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、筒状の電極と棒状の電極との間に電圧を印加することにより外筒部内に生じる放電により荷電された、外筒部内に流入する流体に含有される粒子状物質を、外筒部の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着することによる外筒部を形成する壁の電気的な特性の変化を、測定することにより外筒部の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能である。
【００１８】
さらに、例えば、粒子状物質を含有する流体がＤＰＦの下流側を流れる排ガスであるとすると、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔から外筒部内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質を測定することが可能となり、これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔を通って外筒部内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができる。そのため、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔を通じて粒子状物質検出装置の外筒部内に導入するため、外筒部内に放電を起こす場合、外筒部内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。
【００１９】
そして、本発明の粒子状物質検出装置は、有底筒状の外筒部に複数の貫通孔が形成され、その貫通孔を通じて外筒部内に粒子状物質を含有する流体が流入し、外筒部内で粒子状物質を捕集し、それにより粒子状物質を検出することができるため、粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときに、流体が流通する方向に対して、どのような向きに向けて挿入しても、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。つまり、粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときに、流体が流通する方向に対して、どのような向きに向けて挿入しても、複数の貫通孔の中のいずれかから外筒部内に流体が流入し、複数の貫通孔の中の他のいずれかから流体が流出するため、粒子状物質検出装置を挿入する向きに関係なく、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２１】
図１は、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、図２は、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態の中心軸に平行な断面を示す模式図である。本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、図１及び図２に示すように、筒状の電極（筒状電極）１、及び筒状電極１の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体２を有し、複数の貫通孔３が形成された外筒部５と、棒状の電極（棒状電極）１１、及び棒状の電極１１の表面全体を覆うように配設された誘電体１２を有し、一方の端部１３側が外筒部５内に位置し、他方の端部１４側が外筒部５の外に位置するとともに、外筒部５の内壁面６と接触しないように配設された軸部１５とを備えるものである。外筒部の「内壁面」というときは、外筒部における筒形状の内側の壁面をいう。そして、貫通孔３を通過して外筒部５内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、筒状電極１と棒状電極１１との間に電圧を印加することにより外筒部５内に生じる放電により荷電された、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質を、外筒部５の内壁面６に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着されることによる外筒部５を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、外筒部５の内壁面６に吸着された粒子状物質を検出することが可能である。
【００２２】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極１と棒状電極１１とを一対の電極として、当該一対の電極間に電圧を印加したときに、外筒部５内に放電を起こすことができる。また、一対の電極（筒状電極１と棒状電極１１）に、当該一対の電極間の電気的特性を測定するための測定部を接続することにより、その測定部を用いて、外筒部５の内壁面６に粒子状物質が吸着されることによる外筒部５の壁の電気的特性の変化を測定することができる。
【００２３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、上記構成であるため、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの外筒部内に流入した排ガスのみについてその粒子状物質を測定することが可能となり、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、外筒部内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができるので、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となる。また、これにより安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを外筒部内に導入するため、外筒部内に放電を起こして外筒部内の粒子状物質を荷電する場合、外筒部内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。
【００２４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極である筒状電極１と棒状電極１１との間に電圧を印加することにより外筒部５内に生じる放電により荷電された、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質を、外筒部５の内壁面６に電気的に吸着させることが可能である。外筒部５内に流入する流体に含有されている粒子状物質が荷電されていない場合には、外筒部５内に放電を起こして流入した粒子状物質を荷電させて、外筒部５の内壁面に電気的に吸着させるが、外筒部５内に流入する流体に含有されている粒子状物質が既に荷電されている場合には、放電により荷電させる必要がないため、そのまま、その「外筒部５内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質」を外筒部５の内壁面に電気的に吸着させることが可能である。ここで、「粒子状物質が荷電されていない」というときは、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質の一部が荷電され、残部が荷電されていない場合や、粒子状物質は荷電されているが、荷電の程度が外筒部５の内壁面６に粒子状物質が確実に電気的に吸着されるのに十分でない場合を含む。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００を構成する外筒部５は、筒状の電極（筒状電極）１と、筒状電極１の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体２とを有し、複数の貫通孔３が形成されたものである。筒状電極１は、表面全体を誘電体で覆われているため、棒状電極１１との間で生じさせる放電が、外筒部５内で均一なものとなる。ここで、「筒状電極１の表面全体を誘電体２が覆う」というときは、貫通孔３を形成する壁面（貫通孔の内壁面）４も、筒状電極１が表面に露出することなく、誘電体２で形成されていることを意味する。
【００２６】
筒状電極１の大きさは、配管等の内部に挿入し、その内部に粒子状物質を含有する排ガス等の流体を流入させ、荷電された粒子状物質を、表面を覆う誘電体に吸着させるとともに、粒子状物質が除かれた排ガス等の流体を外部に流出させることができれば特に限定されない。例えば、中心軸方向長さは、１２〜３５ｍｍ程度が好ましく、中心軸に直交する断面の面積が１２〜１２００ｍｍ２程度が好ましい。また、筒状電極１の厚さは、特に限定されず、外筒部５内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。筒状電極１の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。筒状電極１の形状は、外筒部５内に放電を生じさせた場合等において、外筒部５内の電気的な状態を均一にするため、図１及び図２に示すように、円筒形であることが好ましいが、中心軸に直交する断面の形状が楕円形、多角形等であってもよい。また、筒状電極１は、図２に示すように有底筒状であることが好ましいが、両端部が開口した筒状であってもよい。筒状電極１が有底筒状の場合、電極の底部の形状は、特に限定されるものではないが、図１及び図２に示すように、中心軸を含む平面で切断した断面において、外側に向かって凸状の円弧状であることが好ましい。
【００２７】
誘電体２は、筒状電極１の表面全体を覆うとともに、一方の端部側が底部８により塞がれた有底筒状である。有底筒状の誘電体２は、筒状電極１の表面全体を覆うように配設されることにより、筒状電極１が、外筒部５の内壁面６において、更に、貫通孔３の内壁面４において露出していないことが必要である。筒状電極１が、外筒部５の内壁面６、及び、貫通孔３の内壁面４において露出しておらず、外筒部５の内壁面６及び貫通孔３の内壁面４が全て誘電体２で覆われていることにより、外筒部５内に均一に放電を生じさせることができる。誘電体２の厚さは、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に外筒部５内に放電を生じさせることができる。誘電体２の材質は、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コージェライトが更に好ましい。
【００２８】
有底筒状の外筒部５には複数の貫通孔３が形成されている。外筒部５に複数の貫通孔５が形成されていることにより、粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときに、流体が流通する方向に対して、どのような向きに向けて挿入しても、複数の貫通孔３の中のいずれかから外筒部５内に流体が流入し、複数の貫通孔３の中の他のいずれかから流体が流出するため、粒子状物質検出装置１００を挿入する方向に関係なく、流体の流入及び流出を行うことができ、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。粒子状物質検出装置１００を配管等に挿入する方向としては、外筒部５の中心軸が、ガスの流通方向に対して直交するように装着することがより好ましいが、外筒部５の筒状部分７の向きについては、外筒部５の筒状部分７の中のいずれの位置が流体の流れに対して正面を向く（配管等の上流側を向く）ように配置してもよい。ここで、「外筒部５の筒状部分７」というときは、外筒部（誘電体）の一方の端部側を塞ぐように配設された底部８を除いた、筒状の外周部分を意味する。
【００２９】
複数の貫通孔３は、外筒部５の、底部８から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って形成されていることが好ましい。これにより、排ガス等の流体の流入及び流出が更に容易になり、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。ここで、「全体に亘って」というときは、外筒部の上記所定の範囲において、外筒部を、中心軸方向において３等分し（中心軸に直交する平面で３等分に切断し）、外周方向において４等分して（中心軸を含む平面で４等分に切断して）形成される１２の領域において、いずれの領域にも貫通孔が形成されている状態をいう。粒子状物質検出装置を流体が流通する配管等の内部に挿入するときには、外筒部５の、底部８から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲が配管内部に配置されるようにすることが好ましい。そして、外筒部５の、底部８に対して反対側の端部である上端部側に、筒状電極１及び棒状電極１１の取り出し端子を配置することにより、取り出し端子を、排ガスの熱の影響を受け難い配管の外に配置させることができ、流体に含有される粒子状物質を感度良く検出することができる。複数の貫通孔３は、更に、図１及び図２に示すように、外筒部５の筒状部分７において中心軸方向及び周方向のそれぞれに等間隔に並ぶように配置されていることが好ましい。これにより、排ガス等の流体の流入及び流出が更に容易になる。
【００３０】
貫通孔３の個数は、特に限定されるものではないが、１２〜１２０個が好ましい。１２個より少ないと、流体の流入及び流出がし難くなることがあり、１２０個より多いと外筒部５の強度が低下することがある。貫通孔３の孔の形状（貫通方向に直交する断面の形状）は、特に限定されない。例えば、図１及び図２に示すように、円形であることが好ましく、また、楕円形、四角形等の多角形等であってもよい。貫通孔３が円形の場合、貫通孔３の口径（貫通方向に直交する断面の直径）は、特に限定されるものではないが、０．１〜１ｍｍが好ましい。０．１ｍｍより小さいと、流体の流入及び流出がし難くなることがあり、１ｍｍより大きいと貫通孔の部分からクラックが発生することがある。また、貫通孔３が円形以外の形状の場合、その貫通孔３の大きさ（貫通方向に直交する断面の大きさ（面積））は、上記円形の場合における好ましい口径範囲に対応する面積範囲であることが好ましい。
【００３１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００を構成する軸部１５は、棒状の電極（棒状電極）１１と、棒状電極１１の表面全体を覆うように配設された誘電体１２とを有するものである。棒状電極１１の表面全体を誘電体１２で覆うことにより、筒状電極１と棒状電極１１との間で放電を生じさせた場合に、外筒部５内に均一に放電を生じさせることが可能となる。そして、軸部１５は、一方の端部１３側が外筒部５内に位置し、他方の端部１４側が外筒部５の外に位置するとともに、外筒部５の内壁面と接触しないように配設されている。軸部１５と外筒部５の内壁面とが接触すると、外筒部５内に均一な放電が生じ難くなるため、軸部１５と外筒部５の内壁面とは接触しないようにするのである。
【００３２】
軸部１５の外筒部５内に挿入されている一方の端部１３の先端から、外筒部５の底部８までの距離が、外筒部５の長さの７０〜９７％であることが好ましい。７０％より短いと、外筒部５の内部全体に均一な放電を生じさせ難くなることがあるとともに、粒子状物質を外筒部５の内壁面６全体で均一に捕集し難くなることがあり、９７％より長いと、軸部１５の先端と外筒部５の底部８との間にアーク放電が生じ、外筒部５内に均一な放電が生じ難くなる。また、軸部１５の長さは、特に限定されないが、１１〜３３ｍｍであることが好ましい。また、軸部１５の外筒部５から外に出ている部分の長さは、特に限定されないが、３〜１０ｍｍであることが好ましい。１０ｍｍより長いと、粒子状物質検出装置１００を配管等に装着したときに、配管から外に出た部分が長くなるため、狭い空間で使用することが難しくなることがある。３ｍｍより短いと、沿面放電が生じ易くなることがある。
【００３３】
軸部１５が、外筒部５の中心軸に重なるように配置されていることが好ましく、軸部１５の中心軸と外筒部５の中心軸とが重なる（軸部１５の中心軸と外筒部５の中心軸とが同一である）ように配置されていることが更に好ましい。これにより、外筒部５の中心軸に直交する平面において、軸部１５から、外筒部５の内壁面６のいずれの部分までの距離もほぼ同じ、又は同じとなるため、軸部１５と外筒部５との間で生じる放電を、外筒部５内で均一にすることが可能となる。
【００３４】
軸部１５を構成する棒状電極１１の形状は、特に限定されず、棒状、板状、膜状等、いずれの形状であってもよい。これらの中では、外筒部５内により均一に放電を生じさせるため、棒状であることが好ましく、軸方向に直交する断面が円形（断面円形）の棒状であることが更に好ましい。棒状電極１１が、断面円形の棒状である場合、当該円形の断面の直径は、１〜１０ｍｍであることが好ましく、１．５〜５ｍｍであることが更に好ましい。１ｍｍより小さいと棒状電極１１が切れ易くなることがあったり振動で変形することがある。１０ｍｍより大きいと、外筒部５内の空間を狭くすることになるため、流体の流入量が少なくなり、粒子状物質の検出精度が低下することがある。尚、棒状電極１１が、断面円形の棒状である場合において、上記断面の直径が１．５ｍｍ以下の場合、「線状」であるといってもよい。棒状電極１１の材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００３５】
軸部１５を構成する誘電体１２の厚さは、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に外筒部５内に放電を生じさせることができるとともに絶縁性の劣化を起こしにくい。誘電体１２の材質は、アルミナ、コージェライト、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コージェライトが更に好ましい。
【００３６】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、軸部１５の、外筒部５の外に位置する側の端部である他方の端部１４側に、棒状電極１１の取り出し端子４２が配設され、外筒部５の上端部に筒状電極１の取り出し端子４１が配設されていることが好ましい。「取り出し端子」は、粒子状物質検出装置１００に配設された電極（筒状電極１又は棒状電極１１）に電気的に接続され、外部からその電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。棒状電極１１の取り出し端子４２及び筒状電極１の取り出し端子４１を、それぞれ上記位置に配設することより、粒子状物質検出装置１００を配管等に装着するときに、外筒部５の底部８側を高温の排ガス等が流通する配管内に挿入し、各取り出し端子が配設されている、外筒部５の上端部側を、配管の外に出した状態とすることが可能となる。これにより、高温に曝さないことが望ましい取り出し端子を、配管の外に出した状態とすることが可能となるため、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。取り出し端子を高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがあり、また、長期にわたって使用した場合に、取り出し端子と外部に接続するためのハーネスとの接点不良が発生し測定不能になることがあるため、取り出し端子は、高温に曝さないことが望ましい。各取り出し端子の材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。各取り出し端子の形状及び大きさは、特に限定されず、外部から各電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続し、所定の電圧を印加できるものであればよい。
【００３７】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極１と棒状電極１１との間に電圧を印加し、外筒部５内に放電を生じさせ、外筒部５内に流入した粒子状物質を荷電することができる。外筒部５内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極の取り出し端子４１及び棒状電極４２の取り出し端子４２のそれぞれに接続された、放電用の電源を更に備えることが好ましい。放電用の電源としては、高電圧の交流電源、直流電源等が好ましい。また、印加する電圧としては、パルス電圧、矩形波等交流電圧が好ましい。また、粒子状物質を荷電させるための放電を生じさせる際に、筒状電極１と棒状電極１１との間に印加する電圧の条件としては、ギャップ、ガス温度によって変わるが２００ｋＶ／ｃｍ以下が好ましく、電圧を印加するときの電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００３８】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５の、底部８に対して反対側の端部である上端部に配設され、誘電体から形成された板状の蓋部２１を備えることが好ましい。蓋部２１は、その中央部に孔が形成され、その中央に形成された孔に軸部１５が挿入されていることが好ましい。図１及び図２に示すように、蓋部２１を外筒部５の上端部に、上端部の開口部分を塞ぐように配設することより、外筒部５内に流入した排ガス等の流体が、外筒部５の上端部の開口部分から流出することを防止でき、粒子状物質の検出精度を高く維持することが可能となる。蓋部２１は、図１及び図２に示すように、平板状であってもよいが、凹凸を有する板状や、曲がった板状であってもよい。また、蓋部２１は、その中央部に孔が形成され、軸部１５が、その孔に挿入されるとともに蓋部２１に固定されていることが好ましい。軸部１５が、蓋部２１に固定されることにより、粒子状物質検出装置１００を配管等に装着して使用するときに、振動等があっても軸部１５が外筒部５の内壁面６に接触することを防止することができる。蓋部２１の厚さは特に限定されず、外筒部５の厚さと同程度であることが好ましい。蓋部２１は、外筒部５の上端部の最外周の形状とほぼ同じ形状であることが好ましく、同形状であることが更に好ましい。蓋部２１の材質は、誘電体であることが好ましく、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが更に好ましく、コージェライトであることが、耐熱衝撃性に優れることより特に好ましい。
【００３９】
図１及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、軸部１５の、外筒部５の外に位置する部分の外周にリング状のひだ部３１が形成されていることが好ましい。これは、図１及び図２に示すように、軸部１５の、外筒部５の外に位置する側の端部である他方の端部１４の先端に、棒状電極１１の取り出し端子４２を配設し、外筒部５の上端部に筒状電極１の取り出し端子４１を配設して、棒状電極１１と筒状電極１との間に電圧を印加したときに、誘電体の表面に沿面放電が生じて短絡することを防止することができる。ひだ部３１の材質は、誘電体であることが好ましく、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種であることが更に好ましく、コージェライトであることが、耐熱衝撃性に優れることより特に好ましい。ひだ部３１の形状、大きさ、枚数及び配置は、このような沿面放電が生じないように適宜設定することができる。
【００４０】
上記のように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５、軸部１５、蓋部２１及びひだ部３１がいずれも、誘電体で覆われ、又は誘電体から形成されるため、優れた耐熱性、耐絶縁破壊特性等を有するものとなる。ここで、本実施形態において、「誘電体」とは、導電性よりも誘電性が優位である物質で、直流電圧に対して絶縁体として振舞う物質のことをいう。
【００４１】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５の内壁面に吸着した粒子状物質を、棒状電極１１と筒状電極１との間に電圧を印加して外筒部５内に放電を起こして酸化除去することが可能であることが好ましい。これにより、粒子状物質の捕集と除去とを繰り返しながら、粒子状物質検出装置１００を、連続的に使用することができる。また、外筒部５内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種であることが好ましい。粒子状物質を酸化除去するための放電を生じさせる条件としては、電界強度が１０〜２００ｋＶ／ｃｍであり、エネルギー投入量が、被処理物質（粒子状物質）に対して０．０５〜１０Ｊ／μｇであることが好ましい。
【００４２】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔３を通過して外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、外筒部５内に放電を起こすことにより、粒子状物質を荷電して、外筒部５の壁面に荷電した粒子状物質を電気的に吸着させるものである。そして、外筒部５内に流入する流体に含有される粒子状物質が、外筒部５内に流入する前から既に荷電されている場合には、外筒部５内の放電により改めて荷電させる必要がないため、外筒部５内に放電を起こすことなく、外筒部５の壁面にその荷電されている粒子状物質を電気的に吸着させるものである。外筒部５内に放電を起こして粒子状物質を荷電させる場合には、荷電した粒子状物質は、放電中に、その荷電した粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられ、壁面に吸着される。これに対し、粒子状物質が外筒部５内に流入する前から荷電されている場合には、筒状電極１と棒状電極１１との間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が外筒部５内に流入する前から荷電されている場合に、外筒部５の壁面に粒子状物質を電気的に吸着させるために、筒状電極１と棒状電極１１との間に印加する電圧の条件は、４〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００４３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、粒子状物質を外筒部５の内壁面に吸着したときの、外筒部５を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、外筒部５の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能である。粒子状物質を検出する方法としては、荷電した粒子状物質が電極に吸着されることによる、筒状電極１と棒状電極１１との間の電気的な特性変化を測定することにより行う。具体的には、例えば、筒状電極１と棒状電極１１との間のインピーダンスを測定し、インピーダンスの変化から吸着された粒子状物質の質量を算出し、排ガス中の粒子状物質の質量を検出する方法を挙げることができる。従って、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、筒状電極１と棒状電極１１との間のインピーダンスを測定する測定部を更に備えることが好ましい。測定部としては、静電容量等のインピーダンスを計測可能なＬＣＲメーター、インピーダンスアナライザ等を挙げることができる。測定部は、筒状電極の取り出し端子４１と棒状電極の取り出し端子４２とに接続されることが好ましい。
【００４４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、外筒部５内を通過する粒子状物質が、ディーゼルエンジンより排出される煤であるときに、特にその効果を発揮させることができる。
【００４５】
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置の製造方法について説明する。
【００４６】
本実施形態の粒子状物質検出装置を製造する方法は、特に限定されず、成形方法の違いにより、粉末プレス法、ゲルキャスト法、テープ積層ロール成形法等を挙げることができる。
【００４７】
（成形原料）
成形原料は、各成形方法により異なるが、誘電体原料としては、アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。そして各成形方法に応じて、誘電体原料に、適宜他の成分を混合して成形原料とする。以下、各成形方法毎に説明する。
【００４８】
（粉末プレス法）
（成形原料の調製）
原料粉末に成形助剤を添加し、溶媒を加え、ポットミル、トロンメル又はアトリッションミル等の混合粉砕機を用いて混合して成形原料を得る。混合は湿式、乾式いずれでもよく、湿式を用いた場合は、混合後、スプレードライ法等を用い乾燥を行い、原料混合粉（成形原料）を得る。また、真空乾燥法を実施した後に乾燥粉末をふるいにかけ、造粒粉の粒度の調整を行うことが望ましい。粉末プレス成形に適した造粒粉を得るために、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルエチレングリコール等成形助剤を添加することが望ましい。
【００４９】
（成形）
図３に示すように、心金に相当する柱状の内型Ａ１１を、ゴム質の有底筒状の外型Ａ１２内に挿入し、その隙間に先に用意した成形原料（原料混合粉）を充填し、乾式または湿式で静水圧に圧力を加えて、底付内側部材Ａ１０を得ることができる。次に、底付内側部材Ａ１０の外周部に、導電性ペーストで、電極膜（筒状電極）を印刷する。導電性ペーストには、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等から基材に選定した誘電体材料との組合せにおいて適宜選ぶことができる。
【００５０】
また、外側部材Ａ２０を作製するために、心金に相当する柱状の内型Ａ２１を、ゴム質の有底筒状の外型Ａ２２内に挿入し、その隙間に底付内側部材Ａ１０に使用した成形原料と同じ粉末を充填し、乾式または湿式で静水圧に圧力を加えて、外側部材Ａ２０を得ることができる。図３では、外側部材Ａ２０は両端開放の円筒となっているが、底付内側部材Ａ１０と同様に有底筒状とすることもできる。内型Ａ１１及び内型Ａ２１の内径及び外型Ａ１２外型Ａ２２の外径の大きさは、圧力負荷時の収縮挙動及び圧力除荷時のスプリングバック挙動を考慮して設定する必要がある。収縮量及びスプリングバック量は用いる粉体の材質、形態で大きく異なるので、適時選択する必要がある。
【００５１】
次に、図３に示すように、外側部材Ａ２０内に底付内側部材Ａ１０を挿入し、これらの内部に内型Ａ３１を挿入し、これら全体をゴム質の有底筒状の外型Ａ３２内に挿入した状態で、乾式または湿式で静水圧で圧力を加え、外側部材Ａ２０と底付内側部材Ａ１０とが接合された、導体（筒状電極）を埋設した一体型の外筒成形部材Ａ３０を得ることができる。接合成形条件は、特公平５−７３５３号公報に記載の条件が好ましく、底付内側部材Ａ１０と外側部材Ａ２０のスプリングバック量の差を制御することにより、クラックのない信頼性の高い外筒成形部材Ａ３０を得ることができる。図３は、本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を断面で示した模式図である。
【００５２】
（貫通孔形成、焼成）
得られた外筒成形部材Ａ３０に複数の貫通孔Ａ６０をドリル等により形成し、成形原料として用いた誘電体粉末に適した温度、雰囲気で焼成することにより、一体型の外筒部Ａ４０を得ることができる。
【００５３】
また、軸部、蓋部及びひだ部についても、外筒部と同様にして粉末プレス法により成形することが好ましい。そして、得られた、外筒部、軸部、蓋部及びひだ部を組み立て、焼成収縮を利用して接合させて、粒子状物質検出装置を得ることができる。外筒部等を組み立てるときに、筒状電極の取り出し端子を接続することが好ましい。
【００５４】
（ゲルキャスト法）
（成形原料の調製）
選定した誘電体原料の粉末とともに、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹種などのプレポリマーを分散媒中に分散し、スラリー（成形原料）を調製し、注型後、架橋剤によりスラリーを課固化する方法である。特開２００１−３３５３７１号公報に記載されているゲルキャスト成形法を用いることにより、成形収縮の少ない成形体を得ることができ、外側部材と内側部材の焼成一体化を容易に行うことができる。
【００５５】
分散媒として、より充分な固化状態を得るためには、２以上の反応性官能基を有する有機分散媒を使用することが好ましい。２以上の反応性官能基を有する液状物質としては、例えば多価アルコール（エチレングリコールのようなジオール類、グリセリンのようなトリオール類等）、多塩基酸（ジカルボン酸類等）が考えられる。また、反応性官能基はポリエチレングリコールのように多数あってもよい。一方、注型が容易な高流動性のスラリーを形成するためには、可能な限り粘性の低い液状物質を使用することが好ましく、特に２０℃における粘度が２０ｃｐｓ以下の物質を使用することが好ましい。従って、多塩基酸エステル（例えば、グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（例えば、トリアセチン等）等の２以上のエステル結合を有するエステル類を反応性分散媒として使用することが好ましい。
【００５６】
ゲル化剤は、分散媒と化学結合し、スラリーを固化可能な物質である。従って、ゲル化剤は、分子内に、分散媒と化学反応し得る反応性官能基を有するものであればよく、例えば、モノマー、オリゴマー、架橋剤の添加により三次元的に架橋するプレポリマー（例えば、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等）等のいずれであってもよい。但し、本発明に用いるゲル化剤は、スラリーの流動性を確保する観点から、粘性が低いもの、具体的には２０℃における粘度が３０００ｃｐｓ以下の物質を使用することが好ましい。一般に平均分子量が大きなプレポリマー及びポリマーは、粘性が高い。このため、本発明では、これらより分子量が小さいもの、具体的には平均分子量（ＧＰＣ法による）が２０００以下のモノマー又はオリゴマーを使用することが好ましいゲル化剤の反応性官能基は、反応性分散媒との反応性を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば反応性分散媒として比較的反応性が低いエステル類を用いる場合は、反応性が高いイソシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）、及び／又はイソチオシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ）を有するゲル化剤を選択することが好ましい。
【００５７】
成形用スラリーは、分散媒に選定した誘電体粉体を分散してスラリーとした後、ゲル化剤を添加することにより、或いは分散媒に粉体及びゲル化剤を同時に添加して分散することにより調製すればよい。注型時の作業性を考慮すると２０℃におけるスラリーの粘度は３００００ｃｐｓ以下であることが好ましく、２００００ｃｐｓ以下であることがより好ましい。スラリーの粘度は、既述した反応性分散媒やゲル化剤の粘度の他、粉体の種類、分散剤の量、スラリー濃度（スラリー全体体積に対する粉体体積％）によっても調整することができる。スラリー濃度が２５〜７５体積％のものが好ましく、乾燥収縮によるクラックを少なくすることを考慮すると、３５〜７５体積％のものが更に好ましい。成形用スラリーには種々の添加剤、例えば分散媒とゲル化剤との反応を促進するための触媒、スラリー調製を容易にするための分散剤、消泡剤、界面活性剤、或いは焼結体特性を向上させるための焼結助剤等を加えることが可能である。
【００５８】
（成形）
図４に示すように、成形用スラリーを、内側に複数の突起部Ｂ１３を有す半割外型Ｂ１１と内型Ｂ１２で構成され、これらの型の間に成形用キャビティＢ１４が形成された内側部材Ｂ１０用の成形型に注型した後、スラリーをゲル化させて固化し内側部材Ｂ１０を得る。図４は、本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を断面で示した模式図である。注型前のスラリーは低粘性・高流動性である一方、固化後の成形体はハンドリングに耐える充分な強度を有している必要がある。従って、本発明では、ポリカルボン酸エステル等の分散剤を用いて、低粘性・高流動性スラリーとすることが好ましい。注型時に固化しない、反応温度、反応性分散媒の種類・含有量、ゲル化剤の種類・含有量、及びゲル化反応の触媒の種類・含有量を選択してスラリーを調製して注型を行い、（１）所定時間放置する、（２）所定の反応温度まで上昇させる、（３）注型直前に触媒を添加する、等の方法を単独で又は組み合わせて適用してゲル化を行うことが好ましい。
【００５９】
その後、内側部材Ｂ１０の外周部に、導体ペーストを用いて電極層（筒状電極）Ｂ５０を印刷する。このとき、有底筒状の筒状電極を形成する場合には、内側部材Ｂ１０の外周部に、有底筒状になるように電極層を印刷する。その後、先ほどの半割外型Ｂ１２より大きな内径で、同じ位置に突起部Ｂ２３を有する有底筒状の半割外型Ｂ２２内に内側部材Ｂ１０を挿入し、その内側に内型Ｂ２１を挿入する。そして半割外型Ｂ２２と内側部材Ｂ１０との間に形成されたキャビティＢ２４に、成形用スラリーを注型した後、スラリーをゲル化させて固化し、導体埋設一体型の外筒成形部材Ｂ３０を得る。半割外型Ｂ１２の突起部Ｂ１３及び半割外型Ｂ２２の突起部Ｂ２３により、得られる外筒成形部材Ｂ３０には、貫通孔Ｂ６０が形成される。
【００６０】
（焼成）
得られた外筒成形部材Ｂ３０を、成形原料として用いた誘電体粉末に適した温度、雰囲気で焼成することにより、一体型の導体埋設筒部材Ｂ４０を得ることができる。
【００６１】
また、軸部、蓋部及びひだ部についても、外筒部と同様にしてゲルキャスト法により成形することが好ましい。そして、得られた、外筒部、軸部、蓋部及びひだ部を組み立て、焼成収縮を利用して接合させて、粒子状物質検出装置を得ることができる。接合部に、誘電体基材原料にガラス成分を混合した接合材を塗布することで、接合部の信頼性を高めることができる。外筒部等を組み立てるときに、筒状電極の取り出し端子を接続することが好ましい。
【００６２】
尚、上述したゲルキャスト法では、内側部材Ｂ１０の外周部に、導体ペーストを用いて電極層（筒状電極）Ｂ５０を印刷しているが、内側部材Ｂ１０を成形した後に、電極層形成用の型を用いて、所定の導電材料含有スラリーを注型して、固化させることにより、内側部材Ｂ１０の外周部に電極層を成形してもよい。
【００６３】
（テープ積層ロール成形法）
（成形原料の調製）
選定した誘電体原料の粉末に、成形用バインダー（バインダー）、可塑剤、分散剤、分散媒を混合し、テープ成形に適したスラリーを調合する。
【００６４】
バインダーとしては、特に限定されるものではないが、水系バインダー、非水系バインダーのどちらでもよく、水系バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用でき、非水系バインダーとしてはポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることができる。
【００６５】
バインダーの添加量は、誘電体原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であることが好ましく、６〜１７質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形したとき、及び、乾燥、焼成したときに、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【００６６】
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。
【００６７】
可塑剤の添加量は、バインダー添加量１００質量部に対して、３０〜７０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることが更に好ましい。７０質量部より多いと、成形原料を成形したときにその成形体が柔らかくなりすぎ、変形しやすくなることがあり、３０質量部より少ないと、成形体が硬くなりすぎ、クラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。
【００６８】
分散剤としては、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することが出来、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。
【００６９】
分散剤は、誘電体原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることが更に好ましい。０．５質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、成形体にクラック等が生じることがある。３質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。
【００７０】
分散媒としては、水あるいはトルエンなどの有機溶媒等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であることが好ましく、７５〜１５０質量部であることが更に好ましい。
【００７１】
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。
【００７２】
調製したスラリーを用い、ドクターブレード法等で、図５に示すような所定の厚さのテープ成形体Ｃ１１，Ｃ１３を得る。一方のテープ成形体Ｃ１３に、選定した誘電体原料の焼結性に適合する導電材料を選定し、スクリーン法等で、導体膜を印刷し、導体膜印刷部Ｃ１２を形成する。導体膜には、一定の間隔で配列した複数の貫通孔Ｃ７０を設ける。導体膜印刷部Ｃ１２が埋設されるように、テープ成形体Ｃ１１とＣ１３を圧着積層することにより、テープ積層体を得ることができる。
【００７３】
テープ積層体に、打抜き金型等を用いて、一定間隔の貫通孔Ｃ８０を形成し、貫通孔付テープ積層体Ｃ２０を得ることができる。テープ積層体に形成する貫通孔は、導体膜に形成した貫通孔と同じ位置に形成することが好ましい。また、テープ積層体に形成する貫通孔の大きさを、導体膜に形成した貫通孔の大きさより小さくし、テープ積層体に形成する貫通孔から導体膜が露出しないようにすることが好ましい。貫通孔を形成した後に、ロールを使用し、所定の径を有する円筒状に成形し、内側部材Ｃ３０を得ることができる。
【００７４】
貫通孔Ｃ９０が形成された有底筒状の外側部材Ｃ４０は、図３で示した底付内側部材Ａ１０を成形する方法と同じプレス成形や、図４で示した内側部材Ｂ１０を成形する方法と同じゲルキャスト法で作製することができる。
【００７５】
次に、図６に示すように、外側部材Ｃ４０に、ロール成形した内側部材Ｃ３０を嵌め合せ、一体型の外筒成形部材を得ることができる。選定した誘電体原料、導電材料に適した焼成温度、焼成雰囲気で焼成し、一体型の外筒部Ｃ５０を得ることができる。図５及び図６は、本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【実施例】
【００７６】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７７】
（実施例１）
（成形原料の調製）
平均粒径２μｍに調整したコージェライトを誘電体原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤（キシレン、ブタノール＝６：４（質量比））を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、スラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、コージェライト１００質量部に対して、バインダー７質量部、可塑剤３．５質量部、分散剤１．５質量部、有機溶剤１００質量部とした。
【００７８】
次に、得られたスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、粘度４Ｐａ・ｓとなるように調製した。スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。
【００７９】
（成形加工）
成形原料をドクターブレード法により成形して、２枚の厚さ０．２５ｍｍのテープ成形体を得た。得られたテープ成形体の一方に、直径１．５ｍｍの孔を連続的に配置した導体膜をモリブデンタングステンペーストを用いて、スクリーン印刷にて、印刷し、導体膜印刷部を形成した。導体膜印刷部を形成したテープ成形体に、他方のテープ成形体を導体膜印刷部の上から積層し、一体型のテープ積層体を得た。次に、直径０．７ｍｍの貫通孔を金型を用いて打抜いて、貫通孔付テープ積層体を得た。貫通孔の位置は、埋設した導体膜印刷部の孔に合わせた。貫通孔付テープ積層体を、ロール成形機を用いて、外径が７ｍｍになるように円筒形状に成形し、内側部材を得た。また、コージェライト粉末を用いて、底付円筒部材（外側部材）を粉末プレス法で成形し、外径８ｍｍ、内径７ｍｍになるように成形体を加工した。外径７ｍｍの内側部材と外径８ｍｍの外側部材を嵌め合せ、１４００℃、Ｈ２−Ｎ２雰囲気下で焼成し、外筒部を得た。
【００８０】
棒状電極（軸部）も同様に、コージェライトテープに、モリブデンペーストで、幅０．５ｍｍの導電層を印刷し、同じコージェライトテープを積層し、所定の幅に切断し、１４００℃で焼成して得た。得られた棒状電極は、幅１ｍｍであった。また、蓋部及びひだ部についても、同様にして、コージェライトをテープ成形してテープ成形体とすることにより作製した。
【００８１】
得られた、外筒部、軸部、蓋部及びひだ部は、焼成収縮を利用し接合し、粒子状物質検出装置を得た。
【００８２】
得られた粒子状物質検出装置は、図１及び図２に示す形状であり、外筒部が８ｍｍΦ（直径）×３０ｍｍの有底円筒状であり、外筒部の厚さが１ｍｍであった。また、外筒部に形成された貫通孔は、外筒部の、底部から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って、６０個形成した。各貫通孔間の距離をほぼ同じとした。また、貫通孔の直径は、０．７ｍｍとした。また、軸部１５の一方の端部１３と外筒部の内壁面との距離を２ｍｍとした。また、軸部１５の直径を１ｍｍとし、軸部１５の、外筒部５の外に出ている部分の長さを７ｍｍとした。また、２枚のひだ部３１，３１は、外周の直径が７ｍｍ、厚さ２ｍｍとし、軸部１５の他方の端部１４側の先端から２ｍｍの位置と２ｍｍの位置に配置した。
【００８３】
（放電用電源）
放電用の電源としては、パルス電源とＤＣ電源を用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００８４】
筒状電極と棒状電極と間のインピーダンスを測定するための測定部としては、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザを用い、電極の取り出し端子に接続した。
【００８５】
得られた粒子状物質検出装置を用いて、下記粒子状物質測定方法により、１回目の粒子状物質検出試験を行った。結果を表１に示す。更に、１回目の試験において粒子状物質検出装置を配気管に設置した状態に対して、外筒部の中心軸を中心にして９０°回転させた状態で固定して、同様の方法により２回目の粒子状物質検出試験を行った。結果を表１に示す。尚、２回目の試験も、１回目の試験と同様に、粒子状物質が外筒部内に吸着されていない状態から測定を開始した。
【００８６】
（粒子状物質測定方法）
得られた粒子状物質検出装置を、排ガスの流通方向に対して外筒部の中心軸が直交するように、ディーゼルエンジンの排気管に設置した。ディーゼルエンジンとしては、排気量２０００ｃｃの直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２４Ｎ・ｍ、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）開度５０％、排ガス温度２００℃、吸入空気１．３ｍ３（室温換算）／分の運転条件下で排ガスを発生させた。スモークメータ（ＡＶＬ社製、商品名：型式４１５８）による排ガス中の粒子状物質量は、２．０ｍｇ／ｍ３であった。粒子状物質の検出は、以下のように行った。ディーゼルエンジンから排ガスを発生させながら、粒子状物質を荷電集塵する前に、一対の電極間の初期の静電容量（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定し、その後、粒子状物質を１分間に亘って荷電集塵し、その後、荷電集塵操作を停止して、再度、静電容量（一対の電極間の１分間集塵後の静電容量）（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定した。初期の静電容量及び１分間集塵後の静電容量は、いずれも６回の測定の平均値を求めた。そして、初期の静電容量と１分間集塵後の静電容量との差から、集塵された粒子状物質の質量を算出した。粒子状物質の質量の算出は、粒子状物質の吸着量に対する静電容量（インピーダンス）の変化について、予め検量線を作成しておき、その検量線を用いて行った。粒子状物質を荷電集塵する際には、高電圧電源による印加電圧をＤＣ２．０ｋＶとし、電極間の静電容量（インピーダンス）測定時には、測定部から印加電圧をＡＣ２Ｖ、周波数を１０ｋＨｚとした。
【００８７】
【表１】
【００８８】
表１より、初期測定時と集塵後の静電容量（インピーダンス）の差が明確に示された。これより、１分間のインピーダンス測定でも、排ガス中の粒子状物質の増加を検出することが可能であることがわかる。更に、１回目の試験と２回目の試験とを比較すると、いずれも同程度のインピーダンスの差が認められた。これより、粒子状物質検出装置を配管に装着するときの向きを変えても、粒子状物質の増加を同じように検出することが可能であることがわかる。さらに、１回目と２回目の測定より、測定誤差が小さいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識するために好適に利用することができ、これにより大気汚染の防止に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態の中心軸に平行な断面を示す模式図である。
【図３】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【図４】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【図５】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【図６】本発明の粒子状物質検出装置を製造する工程を示した模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１：筒状電極（筒状の電極）、２：誘電体、３：貫通孔、４：貫通孔の内壁面、５：外筒部、６：内壁面、７：筒状部分、８：底部、１１：棒状電極（棒状の電極）、１２：誘電体、１３：一方の端部、１４：他方の端部、１５：軸部、２１：蓋部、３１：ひだ部、４１：筒状電極の取り出し端子、４２：棒状電極の取り出し端子、１００：粒子状物質検出装置、Ａ１０：底付内側部材、Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１，Ｂ１１，Ｂ２１：内型、Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２：外型、Ａ２０，Ｂ２０：外側部材、Ａ３０：外筒成形部材、Ａ４０：外筒部、Ａ５０，Ｂ５０：筒状電極、Ａ６０，Ｂ６０，Ｃ７０，Ｃ８０，Ｃ９０：貫通孔、Ｂ１０：内側部材、Ｂ１２，Ｂ２２：半割外型、Ｂ１３，Ｂ２３：突起部、Ｂ１４：キャビティ、Ｂ３０：外筒成形部材、Ｂ４０：外筒部、Ｃ１１，Ｃ１３：テープ成形体、Ｃ１２：導体膜印刷部、Ｃ２０：貫通孔付テープ積層体、Ｃ３０：内側部材、Ｃ４０：外側部材、Ｃ５０：外筒部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の電極、及び前記筒状の電極の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体を有し、複数の貫通孔が形成された外筒部と、
棒状の電極、及び前記棒状の電極の表面全体を覆うように配設された誘電体を有し、一方の端部側が前記外筒部内に位置し、他方の端部側が前記外筒部の外に位置するとともに、前記外筒部の内壁面と接触しないように配設された軸部とを備え、
前記貫通孔を通過して前記外筒部内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記筒状の電極と棒状の電極との間に電圧を印加することにより前記外筒部内に生じる放電により荷電された、前記外筒部内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記外筒部の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着されることによる前記外筒部を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記外筒部の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【請求項２】
複数の前記貫通孔が、前記外筒部の、底部から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って形成された請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記軸部の前記外筒部内に挿入されている一方の端部の先端から、前記外筒部の底部までの距離が、前記外筒部の長さの７０〜９７％である請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記軸部が、前記外筒部の中心軸に重なるように配置された請求項１〜３のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に配設され、前記軸部がその中央に形成された孔に挿入された、誘電体から形成された板状の蓋部を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記軸部の前記他方の端部側に棒状の電極の取り出し端子が配設され、前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に、筒状の電極の取り出し端子が配設された請求項１〜５のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記軸部の、前記外筒部の外に位置する部分の外周にリング状のひだ部が形成された請求項１〜６のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記外筒部の内壁面に吸着した粒子状物質を、前記棒状の電極と前記筒状の電極との間に電圧を印加して前記外筒部内に放電を起こして酸化除去することが可能な請求項１〜７のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記外筒部内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である請求項１〜９のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１】
筒状の電極、及び前記筒状の電極の表面全体を覆うとともに一方の端部側が塞がれた有底筒状の誘電体を有し、複数の貫通孔が形成された外筒部と、
棒状の電極、及び前記棒状の電極の表面全体を覆うように配設された誘電体を有し、一方の端部側が前記外筒部内に位置し、他方の端部側が前記外筒部の外に位置するとともに、前記外筒部の内壁面と接触しないように配設された軸部とを備え、
前記貫通孔を通過して前記外筒部内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記筒状の電極と棒状の電極との間に電圧を印加することにより前記外筒部内に生じる放電により荷電された、前記外筒部内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記外筒部の内壁面に電気的に吸着させることが可能であり、粒子状物質が吸着されることによる前記外筒部を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記外筒部の内壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【請求項２】
複数の前記貫通孔が、前記外筒部の、底部から中心軸方向長さの９０％の位置までの範囲における全体に亘って形成された請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記軸部の前記外筒部内に挿入されている一方の端部の先端から、前記外筒部の底部までの距離が、前記外筒部の長さの７０〜９７％である請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記軸部が、前記外筒部の中心軸に重なるように配置された請求項１〜３のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に配設され、前記軸部がその中央に形成された孔に挿入された、誘電体から形成された板状の蓋部を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記軸部の前記他方の端部側に棒状の電極の取り出し端子が配設され、前記外筒部の、前記底部に対して反対側の端部である上端部に、筒状の電極の取り出し端子が配設された請求項１〜５のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記軸部の、前記外筒部の外に位置する部分の外周にリング状のひだ部が形成された請求項１〜６のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記外筒部の内壁面に吸着した粒子状物質を、前記棒状の電極と前記筒状の電極との間に電圧を印加して前記外筒部内に放電を起こして酸化除去することが可能な請求項１〜７のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記外筒部内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群から選択される一種である請求項１〜８のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、スピネル、シリカ、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である請求項１〜９のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−７８４２９（Ｐ２０１０−７８４２９Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４６４６５（Ｐ２００８−２４６４６５）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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