微粒子センサ
【課題】大型化を抑制できる新規な構造を有する微粒子センサを提供することを目的とする。
【解決手段】微粒子センサは、導電性のケーシングと、ケーシングが対極となってコロナ放電によってイオンを発生させる放電用電極と、を備える。ケーシングは、ノズル開口を形成するノズル形成部材を有する。微粒子センサは、さらに、イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、ノズル形成部材と分離用電極との間に配置され、ノズル形成部材と分離用電極とを絶縁する第１のセラミック部材と、を備える。
【解決手段】微粒子センサは、導電性のケーシングと、ケーシングが対極となってコロナ放電によってイオンを発生させる放電用電極と、を備える。ケーシングは、ノズル開口を形成するノズル形成部材を有する。微粒子センサは、さらに、イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、ノズル形成部材と分離用電極との間に配置され、ノズル形成部材と分離用電極とを絶縁する第１のセラミック部材と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中に含まれる煤などの微粒子を検出するための微粒子センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスには、煤などの微粒子が含まれる。ここで、排ガス配管に取り付けられ、排ガス中の煤の量を検出するための微粒子センサが知られている（例えば、特許文献１）。この微粒子センサは、例えば微粒子センサの前段に設けられた微粒子捕集フィルタが正常に機能しているかどうかを判定するために用いられる。
【０００３】
特許文献１に開示の微粒子センサは、コロナ放電によって発生させたイオンを用いて煤を帯電させ、煤に吸着したイオンと、煤に吸着しなかったイオンとを分離している。そして、煤に吸着したイオンと煤に吸着しなかったイオンとの電荷量の差に基づいて煤の量を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／１０９６８８号公報
【特許文献２】特表２００７−５１４９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、微粒子センサは、コロナ放電を発生させるための電極や、微粒子である煤に吸着したイオンと吸着しなかったイオンとを分離するための部材等を備える必要がある。このため、従来の微粒子センサは、センサ自体が複雑な構造となり、大型化する場合があった。なお、このような問題は、排ガス中の煤の量を検出するために用いられる微粒子センサに限らず、被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するために用いられる微粒子センサに共通する問題であった。
【０００６】
従って本発明は、大型化を抑制できる新規な構造を有する微粒子センサ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】
【０００７】
［適用例１］被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するために、コロナ放電によって発生させたイオンを用いて前記微粒子を帯電させ、帯電に用いられた前記イオンと帯電に用いられなかった前記イオンを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びるケーシングであって、前記被検出ガスを内部に流入させるための流入孔と、前記流入孔よりも一端側に位置し内部に流入した前記被検出ガスを外部に流出させるための流出孔とを有する導電性のケーシングと、
前記流入孔よりも他端側の位置で前記ケーシング内に収容される放電用電極であって、前記ケーシングが対極となって前記コロナ放電によって前記イオンを発生させる放電用電極と、を備え、
前記ケーシングは、前記軸線方向について前記放電用電極よりも一端側の前記ケーシング内の位置でノズル開口を形成するノズル形成部材であって、前記ノズル開口が臨むと共に前記流入孔と連通する前記ケーシング内の中間流路を負圧とすることが可能なノズル形成部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記ケーシング内に収容され前記ケーシングが対極となる分離用電極であって、前記ノズル形成部材を貫通して配置され、前記イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ノズル形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記ノズル形成部材と前記分離用電極とを絶縁する第１のセラミック部材と、を備える、ことを特徴とする微粒子センサ。
【０００８】
適用例１に記載の微粒子センサによれば、流入孔や流出孔が形成された軸線方向に延びる導電性のケーシングを電気的な対極とし、ケーシング内に放電用電極や分離用電極が配置されている。これにより、微粒子センサが大型化することを抑制できる。また、微粒子センサは、ノズル形成部材を有するため、ノズル開口の放電用電極が位置する側からノズル開口に気体が吹き付けられることで中間流路を負圧にできる。これにより、流入孔から被検出ガスをケーシングの内部に容易に取り込むことができる。さらに、ノズル形成部材を貫通して延びる分離用電極は、第１のセラミック部材によってノズル形成部材と絶縁されている。これにより、分離用電極とノズル形成部材を含むケーシングとの短絡を防止でき、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。また、分離用電極とノズル形成部材が第１のセラミック部材によって絶縁されている。よって、この微粒子センサを内燃機関の排ガスが流通する配管といった高温環境下に装着して使用に供した場合にも、セラミックは耐熱性に優れるため、その絶縁特性を長期にわたって維持することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記中間流路よりも一端側に位置する狭小流路であって、前記中間流路よりも流路断面積の小さい狭小流路を形成する導電性の狭小流路形成部材を有し、
前記分離用電極は、さらに、前記狭小流路形成部材を貫通して配置され、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極とを絶縁する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【００１０】
適用例２に記載の微粒子センサによれば、分離用電極が狭小流路形成部材を貫通して配置される場合でも、第１のセラミック部材によって分離用電極と狭小流路形成部材とは絶縁されている。これにより、狭小流路形成部材を備える場合でも、分離用電極と狭小流路形成部材を含むケーシングとの短絡を防止でき、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。また、中間流路よりも流路断面積の小さい狭小流路を有することで、イオンと微粒子の混合が促進され、より多くの微粒子をイオンによって帯電できる。
【００１１】
［適用例３］適用例２に記載の微粒子センサにおいて、
前記狭小流路は、前記狭小流路の内で最も流路断面積が小さい最狭小流路を含み、
前記分離用電極は、
前記最狭小流路よりも一端側に位置する一端部と、
前記狭小流路よりも一端側において屈曲し、前記一端部を前記最狭小流路に対向させる屈曲部と、を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【００１２】
適用例３に記載の微粒子センサによれば、分離用電極は屈曲部によって一端部が最狭小流路に対向している。これにより、最狭小流路から一端側に流れ出たイオンを、分離用電極の一端部が延びる方向に沿って流すことができる。これにより、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度を向上できる。すなわち、分離用電極によって、微粒子に付着しなかったイオン（以下、「余剰イオン」とも呼ぶ。）のより多くに大きな斥力を与えることで、対極として機能するケーシングの内壁面に余剰イオンをより確実に捕捉させることができる。一方、微粒子に付着したイオン（以下、「付着イオン」とも呼ぶ）は、余剰イオンに比べ質量が大きいため、ケーシング内を流れる被検出ガスの流れによって流出孔から排出される。以上のように、余剰イオンと付着イオンとをより確実に分離できるため、微粒子の量の検出精度を向上できる。
【００１３】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記ノズル開口よりも他端側に位置し、前記放電用電極と前記分離用電極とが挿通される導電性の保持部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記保持部材と前記放電用電極との間に位置し、前記保持部材と前記放電用電極とを絶縁する第２のセラミック部材を有し、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記保持部材と前記分離用電極との間に位置し、前記保持部材と前記分離用電極とを絶縁する、こと特徴とする微粒子センサ。
適用例４に記載の微粒子センサによれば、放電用電極と分離用電極とが貫通する導電性の保持部材を備える場合でも、第１と第２のセラミック部材によって放電用電極と分離用電極とがそれぞれ保持部材と絶縁されている。これにより、放電用電極や分離用電極と、保持部材を含むケーシングとの短絡を防止でき、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。
【００１４】
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例５に記載の微粒子センサによれば、第１のセラミック部材が筒状であるため、内側に分離用電極を配置することで、容易に分離用電極と導電性のケーシングとを分離用電極の周方向にわたって絶縁できる。
【００１５】
［適用例６］適用例２又は適用例３に従属する適用例４に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、少なくとも前記保持部材から前記狭小流路形成部材に亘って延びる単一の部材である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例６に記載の微粒子センサによれば、第１のセラミック部材を保持部材から狭小流路形成部材に亘って延びる単一の部材とすることで、単一の部材としない場合に比べ、製造工程を単純化できる。
【００１６】
［適用例７］適用例６に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例７に記載の微粒子センサによれば、第１のセラミック部材が筒状であるため、内側に分離用電極を配置することで、容易に分離用電極と導電性のケーシングとを分離用電極の周方向にわたって絶縁できる。
【００１７】
［適用例８］適用例４乃至適用例７のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記第２のセラミック部材は、内側に前記放電用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例８に記載の微粒子センサによれば、第２のセラミック部材が筒状であるため、内側に放電用電極を配置することで、容易に放電用電極と保持部材を含む導電性のケーシングとを放電用電極の周方向にわたって絶縁できる。
【００１８】
［適用例９］適用例１乃至適用例８のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
さらに、前記ケーシング内には、前記ノズル開口の他端側から前記ノズル開口側に吹き付けられる外部からの気体を流通させる気体供給流路が形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例９に記載の微粒子センサによれば、気体供給流路から気体をノズル開口側に吹き付けることで、圧縮された気体が中間流路に供給され、中間流路を容易に負圧にすることができる。これにより、ガス流速等の外的影響を低減し、流入孔を介して所定量の被検出ガスをケーシング内に良好に取り込むことができる。
【００１９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、微粒子センサ、微粒子センサの製造方法及び微粒子センサを装着した車両等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】微粒子センサ１００を搭載する車両について説明するための図である。
【図２】微粒子センサ１００の第１の断面図である。
【図３】微粒子センサ１００の第２の断面図である。
【図４】微粒子センサ１００の分解斜視図である。
【図５】ケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。
【図６】微粒子センサ１００の先端部１００ｅの断面を模式的に示す図である。
【図７】センサ制御部１１１による煤量の検出方法を説明するための概略図である。
【図８】第１変形例の一例を説明するための図である。
【図９】第２変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：
【００２２】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の実施例としての微粒子センサを搭載する車両について説明するための図である。図１（Ａ）は、微粒子センサを搭載する車両の概略構成図である。図１（Ｂ）は、車両の排ガス配管４１５への微粒子センサの取付状態と、センサ駆動部の内部構成とを示す図である。ここで、微粒子センサにおいて、図１（Ｂ）の紙面下側を「一端側」とも呼び、図１（Ｂ）の紙面上側を「他端側」とも呼ぶ。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、この車両５００は、内燃機関４００と、燃料供給部４１０と、車両制御部４２０とを備える。内燃機関４００は、車両５００の動力源であり、例えばディーゼルエンジンによって構成することができる。燃料供給部４１０は、燃料配管４１１を介して内燃機関４００に燃料を供給する。
【００２４】
車両制御部４２０は、マイクロコンピュータによって構成することができ、車両５００全体の運転状態を制御する。具体的には、車両制御部４２０は、内燃機関４００における燃料の燃焼状態や、燃料供給部４１０からの燃料の供給量などを制御する。内燃機関４００には、排ガス配管４１５が接続されており、内燃機関４００からの排ガスは、排ガス配管４１５を介して車両５００の外部へと排出される。排ガス配管４１５には、排ガス中に含まれる煤などの微粒子を除去するためのフィルタ装置４１６（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter））が設けられている。
【００２５】
車両５００には、さらに、排ガス中の微粒子の量を検出するセンサシステム１３０が搭載されている。センサシステム１３０は、微粒子センサ１００と、センサ駆動部１１０と、微粒子センサ１００とセンサ駆動部１１０とを接続するケーブル１２０とを備える。微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５のフィルタ装置４１６より下流側に取り付けられている。
【００２６】
微粒子センサ１００は、コロナ放電によって発生させたイオン、より具体的には陽イオンを用いて微粒子である煤を帯電させ、帯電に用いられた陽イオン（「付着陽イオン」とも呼ぶ。）と、帯電に用いられなかった陽イオン（「余剰陽イオン」とも呼ぶ。）とを分離することで、検出信号をセンサ駆動部１１０に出力する。なお、微粒子センサ１００の詳細は後述する。
【００２７】
センサ駆動部１１０は、微粒子センサ１００を駆動するとともに、微粒子センサ１００からの検出信号に基づき排ガス中の煤の量を検出する。検出された煤量に基づき、例えば車両制御部４２０はフィルタ装置４１６の性能を診断する。例えば、検出された煤量が所定値を超えた場合には、車両制御部４２０は、フィルタ装置４１６の劣化あるいは異常を判断し、判断結果をモニターに表示等することで利用者に報知する。ここで、排ガス中の煤量は、例えば、表面積を単位としても良いし、質量を単位としても良い。あるいは、排ガス中の煤量は、煤の個数を単位としても良いし、排ガス中の煤の濃度を単位としても良い。
【００２８】
図１（Ｂ）に示すように、微粒子センサ１００は、軸線ＣＬ方向に延びる導電性の有底筒状のケーシング５を備える。このケーシング５の内部に後述する様々な部材が収容されている。微粒子センサ１００は、一端側に位置する先端部１００ｅが排ガス配管４１５内に挿入され、排ガス配管４１５を流れる排ガスに晒される。詳細には、微粒子センサ１００の直棒状の先端部１００ｅは、微粒子センサ１００の取付部位における排ガス配管４１５の延伸方向に対してほぼ垂直に挿入されている。
【００２９】
ケーシング５のうち、先端部１００ｅの壁面には、被検出ガスである排ガスをケーシング５の内部に流入させるための流入孔４５と、流入孔４５よりも一端側に位置しケーシング５の内部に流入した排ガスを外部に流出させる流出孔３５とが設けられている。流入孔４５と流出孔３５とが排ガスの流れの下流側を向くように、微粒子センサ１００は排ガス配管４１５に取り付けられている。ここで、流入孔４５と流出孔３５とは、ケーシング５を軸線ＣＬ方向に沿って見たときに、少なくとも一部が重なり合う位置関係にある。本実施例では、流入孔４５と流出孔３５とは、互いに重なり合う関係にある。
【００３０】
微粒子センサ１００の他端側には、可撓性を有するケーブル１２０が接続されている。ケーブル１２０は、センサ駆動部１１０まで可撓変形しつつセンサ駆動部１１０へと伸びて接続される。センサ駆動部１１０は、センサ制御部１１１と、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを備えている。
【００３１】
センサ制御部１１１は、マイクロコンピュータによって構成することができ、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを制御するとともに、微粒子センサ１００を利用した検出結果を車両制御部４２０に送信する。
【００３２】
電気回路部１１２は、ケーブル１２０に収容されている第１と第２の絶縁電線１２１，１２２を介して微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部１１２は、同じくケーブル１２０に収容されている信号線１２４を介して微粒子センサ１００のセンサ信号を受信するとともに、そのセンサ信号に基づく検出結果をセンサ制御部１１１に送信する。センサ制御部１１１の詳細な構成については後述する。
【００３３】
エア供給部１１３は、ポンプ（図示は省略）を備えている。エア供給部１１３は、センサ制御部１１１からの指令に基づき、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気をケーブル１２０に収容されている空気供給管１２３を介して微粒子センサ１００に供給する。
【００３４】
次に、図２〜図４を用いて、微粒子センサ１００の詳細構成について説明する。図２は、微粒子センサ１００の第１の断面図である。図３は、微粒子センサ１００の第２の断面図である。図４は、微粒子センサ１００の分解斜視図である。ここで、図２および図３は、軸線ＣＬ方向と平行な面で微粒子センサ１００を切断した断面図であり、図２は図３の３−３断面図である。なお、図２〜図４には、互いに直交するＸＹＺ軸を付している。図２〜図４において、Ｚ軸正方向側を一端側、Ｚ軸負方向側を他端側とする。
【００３５】
図２に示すように、微粒子センサ１００は、軸線ＣＬ方向に延びるケーシング５と、ケーブル１２０と、取付固定部１０３と、外筒１０５と、外筒１０５と取付固定部１０３とを接続するジョイント部１０４と、を備える。また、図２及び図３に示すように、ケーシング５の内部には、分離用電極としての第１の電極１０と、放電用電極としての第２の電極２０とが収納されている。
【００３６】
ケーシング５は、導電性を有する複数の部材１０１，３０，４０，４１，５０，１０２が組み付けられて形成された有底筒状の部材である。具体的には、ケーシング５は他端側から一端側に向かう順に、内筒１０２と、イオン発生部材５０と、ノズル形成部材４１と、ガス帯電部材４０と、狭小流路形成部材３０と、微粒子センサの一端であるキャップ１０１とを備える。また、ケーシング５の側面には流入孔４５と、流入孔４５よりも一端側に位置する流出孔３５とが形成されている。ケーシング５は、例えばステンレス等の金属製の部材であり、各部材１０１，３０，４０，４１，５０，１０２は溶接等により部材同士が接続されている。
【００３７】
図２及び図３に示すように、内筒１０２は、筒状の部材である。内筒１０２の他端側にはケーブル１２０が取り付けられている。内筒１０２は、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１（後述）と電気的に接続される。即ち、内筒１０２は、内筒１０２よりも一端側に位置するケーシング５の構成部材５０，４１，４０，３０，１０１とケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１との間の導電パスとして機能する。
【００３８】
図２及び図３に示すように、イオン発生部材５０は、一端側に位置する筒状の中間部材５１と、後端側に位置する円柱状の保持部材５７とを備える。中間部材５１の内部には、内部空間７２が形成されている。この内部空間７２には、第２の電極２０の一端部２１が配置されている。
【００３９】
保持部材５７は、主に、第１と第２の電極１０，２０をケーシング５内部において安定に保持するために用いられる。保持部材５７には、第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３（図３）と、気体供給流路としての空気供給孔５４（図２）が形成されている。第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３及び空気供給孔５４は、保持部材５７の他端から一端に亘って軸線ＣＬ方向にそれぞれ延びる。空気供給孔５４は、ケーブル１２０の空気供給管１２３（図示せず）からの空気を内部空間７２へと流入させるための流路である。
【００４０】
ノズル形成部材４１は、ガス帯電部材４０と一体に形成されている。図３に示すようにノズル形成部材４１は、ノズル形成部材４１を挟んだ位置にある二つの内部空間７１，７２を連通させるノズル開口４２が形成されている。詳細には、ノズル開口４２は、軸線ＣＬ方向について、第２の電極２０の一端部２１と流入孔４５との間のケーシング５内の位置で軸線ＣＬ方向に開口している。ノズル開口４２は、微小穴（オリフィス）である。本実施例では、内部空間７２の直径は約１０ｍｍであるのに対し、ノズル開口４２の直径は約０．３ｍｍである。ノズル形成部材４１は、後述するノズル開口４２よりも一端側に位置する内部空間７１を負圧にすることができる。具体的には、ノズル開口４２よりも他端側（第２の電極２０が位置する側）から大気圧以上の高圧気体（本実施例では、空気）がノズル開口４２に吹き付けられることで、内部空間７１に気体が噴射され内部空間７１は負圧になる。また図３に示すように、ノズル形成部材４１には、ノズル開口４２とは異なる位置で軸線ＣＬ方向に貫通するパイプ挿通孔４３が貫通孔として形成されている。なお、ノズル形成部材４１は、ガス帯電部材４０と別体に構成しても良い。すなわち、ガス帯電部材４０の内周面にノズル開口４２とパイプ挿通孔４３が形成されたノズル形成部材４１の外周面を気密に固着させても良い。
【００４１】
図２及び図３に示すように、ガス帯電部材４０は筒状の部材である。ガス帯電部材４０の内部には、中間流路としての内部空間７１が形成されている。内部空間７１は、ノズル形成部材４１を挟んで第２の電極２０が位置する部分と対向する側に位置している。言い換えれば、内部空間７１はノズル開口４２が臨む（面する）ように形成されている。また、ガス帯電部材４０の側面には、流入孔４５が形成されている（図２）。すなわち、流入孔４５は内部空間７１と連通している。より詳細には、図２に示すように、狭小流路形成部材３０の側面に形成された溝部３４を介して流入孔４５は内部空間７１と連通している。ガス流路３１を形成する狭小流路形成部材３０の側面に設けられた溝部３４によって、流入孔４５から流入した軸線ＣＬ方向と直交する方向の排ガスの流れを、軸線ＣＬ方向に沿った流れ（詳細には、他端側に向かう流れ）に変更できる。
【００４２】
図２及び図３に示すように、狭小流路形成部材３０は筒状の部材である。狭小流路形成部材３０の他端側は、ガス帯電部材４０の一端側の内側に挿入され取り付けられている。狭小流路形成部材３０の内部には、パイプ挿通孔３３と狭小流路としてのガス流路３１とが、軸線ＣＬ方向に延びる互いに並列な貫通孔として形成されている（図２）。また、狭小流路形成部材３０の内部には、ガス流路３１よりも一端側でガス流路３１と連通する内部空間７０が形成されている。狭小流路形成部材３０の部分のうち、内部空間７０を内部に形成する部分の側面には、流出孔３５が形成されている（図２）。なお、狭小流路形成部材３０の一端側には円板状のキャップ１０１が取り付けられている。なお、狭小流路形成部材３０とキャップ１０１は、詳細は後述するが、第１の電極１０の対極として機能し陽イオンを捕捉する機能を有するため、「イオン捕捉部材３０」とも呼ぶことができる。
【００４３】
図２及び図３に示すように、ガス流路３１はベンチュリー形状である。詳細には、ガス流路３１は、他端側から一端側に向かう順に、第１の流路３１ａと最狭小流路３１ｃと第２の流路３１ｂとを備える。第１の流路３１ａは、他端側から一端側に向かうに従って開口面積（流路断面積）が小さくなる流路である。最狭小流路３１ｃは、ガス流路３１の中で最も開口面積（流路断面積）が小さい流路である。第２の流路３１ｂは、他端側から一端側に向かうに従って開口面積（流路断面積）が大きくなる流路である。このガス流路３１の機能については後述する。また、狭小流路形成部材３０のパイプ挿通孔３３には、後述する第１の電極１０が挿通される。
【００４４】
放電用電極としての第２の電極２０は、ノズル形成部材４１が対極となってコロナ放電を生じさせることで陽イオンを発生させる。発生した陽イオンは、ノズル開口４２を通って内部空間７１に流れ、流入孔４５から取り込まれた排ガス中の煤を帯電させる。図３に示すように、第２の電極２０は、軸線ＣＬ方向に延びる針状であり、ノズル開口４２よりも他端側の位置でケーシング５内に収容されている。詳細には、第２の電極２０は、保持部材５７の第２のパイプ挿通孔５３に挿通され、一端側に位置する一端部２１が内部空間７２内に配置され、他端側である他端部２３が内筒１０２内に配置されている。すなわち、第２の電極２０は、保持部材５７を貫通してケーシング５内に配置されている。
【００４５】
ここで図３に示すように、第２の電極２０と保持部材５７とを絶縁するために、少なくとも第２の電極２０と保持部材５７との間には、第２のセラミック部材としての第２のセラミックパイプ２５が配置されている。第２のセラミックパイプ２５は、保持部材５７を貫通し軸線ＣＬ方向に延びる単一の部材である。なお、第２のセラミックパイプ２５は、アルミナ等の絶縁性のセラミックから構成されている。第２のセラミックパイプ２５が第２のパイプ挿通孔５３に嵌通され、第２の電極２０が第２のセラミックパイプ２５に嵌通されることで第２の電極２０と保持部材５７とが第２の電極２０の周方向にわたって絶縁される。なお、第２の電極２０の他端部２３及び一端部２１は、第２のセラミックパイプ２５から露出している。
【００４６】
分離用電極としての第１の電極１０は、ケーシング５の構成部材である狭小流路形成部材３０を対極（陰極）として、コロナ放電によって発生した陽イオンとの間で斥力を生じさせる。すなわち、第１の電極１０は、微粒子センサ１００が煤量を検出する際には陽極として機能する。図３に示すように、第１の電極１０は軸線ＣＬ方向に延びる針状であり、ケーシング５内に収容されている。詳細には、第１の電極１０は、保持部材５７の第１のパイプ挿通孔５２、ノズル形成部材４１のパイプ挿通孔４３、狭小流路形成部材３０のパイプ挿通孔３３に挿通される。すなわち、第１の電極１０は、保持部材５７、ノズル形成部材４１、及び、狭小流路形成部材３０を貫通してケーシング５内に配置されている。また、第１の電極１０は、最も一端側に位置する部分が内部空間７０に配置され、他端側に位置する他端部１３が内筒１０２内に配置されている。
【００４７】
ここで図３に示すように、第１の電極１０と各部材５７，４１，３０とを絶縁するために、少なくとも第１の電極１０と各部材５７，４１，３０との間には、第１のセラミック部材としての筒状の第１のセラミックパイプ１５が配置されている。第１のセラミックパイプ１５は軸線ＣＬ方向に延び、保持部材５７、ノズル形成部材４１、狭小流路形成部材３０を貫通する単一の部材である。なお、第１のセラミックパイプ３０は、アルミナ等の絶縁性のセラミックから構成されている。第１のセラミックパイプ１５は、保持部材５７の第１のパイプ挿通孔５２、ノズル形成部材４１のパイプ挿通孔４３、狭小流路形成部材３０のパイプ挿通孔３３に嵌通されている。そして、第１の電極１０が第１のセラミックパイプ１５に嵌通されることで、ケーシング５の各部材５７，４１，３０と第１の電極１０とが第１の電極１０の周方向にわたって絶縁される。
【００４８】
第１の電極１０の他端側に位置する他端部１３及び一端側に位置する一端部１１は、第１のセラミックパイプ１５から露出している。第１の電極１０は、最も一端側に位置する部分に屈曲部１７を有する。屈曲部１７によって、一端部１１が１８０°折り返され、一端部１１が最狭小流路３１ｃに対向する。詳細には、一端部１１は、最狭小流路３１ｃに対向し、かつ、軸線ＣＬ方向に沿って配置される。一端部１１は、内部空間７０及び第２の流路３１ｂ内に配置されると共に、最狭小流路３１ｃよりも一端側に配置される。
【００４９】
図２及び図３に示すように保持部材５７の外周には鍔部５７ｆが設けられている。鍔部５７ｆは、保持部材５７の外周に取り付けられる絶縁性を有する円環状の第１と第２の保持部材６１，６２によって狭持される。ここで、第１と第２の保持部材６１，６２の外側には、微粒子センサ１００を排ガス配管４１５に固定するための取付固定部１０３が取り付けられる。
【００５０】
図２及び図３に示すように取付固定部１０３は、略円筒形状の本体部１０３ｓと、本体部１０３ｓの一端側に設けられたフランジ１０３ｆとを有している。取付固定部１０３の本体部１０３ｓの筒内と、保持部材５７に取り付けられた第１と第２の保持部材６１，６２の外周とには、互いに係合し合う段部がそれぞれ形成されている。これらの段部が互いに係合し合うことにより、イオン発生部材５０は取付固定部１０３の筒内の所定の位置で係止される。なお、取付固定部１０３のフランジ１０３ｆには、リング状のガスケット６４がイオン発生部材５０の周囲を囲むように配置される。また、第１の保持部材６１の段部と取付固定部１０３の筒内における段部との間には板パッキン６５が配置される。
【００５１】
ここで、取付固定部１０３は導電性を有する部材（例えば、ステンレス等の金属部材）によって構成されるが、取付固定部１０３は、第１と第２の保持部材６１，６２によってイオン発生部材５０と絶縁されている。また、第１の保持部材６１は、フランジ１０３ｆの一端側の面よりも一端側に突出した部位を有しており、微粒子センサ１００が排ガス配管４１５に取り付けられたときに、排ガス配管４１５とケーシング５とを絶縁する。
【００５２】
図３に示すように、取付固定部１０３の他端側には、ジョイント部１０４がイオン発生部材５０に取り付けられた第２の保持部材６２を他端側から支持するように取り付けられている。ジョイント部１０４には、他端側から一端側に亘って軸線ＣＬ方向に延びる貫通孔１０４ｐが設けられている。この貫通孔１０４ｐには、保持部材５７および内筒１０２が挿通される。なお、貫通孔１０４ｐの内壁面と、イオン発生部材５０および内筒１０２の外表面との間には、空隙が形成されており、ジョイント部１０４とイオン発生部材５０とを絶縁する。また、ジョイント部１０４の外周には、六角レンチなどの工具と係合させるための工具係合部１０４ｅが設けられている。
【００５３】
図３に示すように導電性（例えば、ステンレス等の金属部材）の外筒１０５は、ジョイント部１０４の一端側に溶接等によって取り付けられている。外筒１０５は略円筒状であり、内筒１０２とケーブル１２０との連結部を内部に収容することで連結部を保護する。なお、外筒１０５とケーブル１２０との間には、ケーブル１２０を保護するための円環状のグロメット６６が配置される。外筒１０５の他端側は、ケーブル１２０を保持するために加締められる。ここで、この加締めの際には、ケーブル１２０の外皮１２０４（後述）に切れ目を設けるとともに、外筒１０５の一部を、その切れ目に入り込ませる。これによって、外筒１０５の下端側には、ケーブル１２０の第２のシールド線ＳＬ２（後述）と電気的に導通する加締め部１０５ｃが形成される。また、外筒１０５の他端１０６が微粒子センサ１００の他端を構成する。なお、図４では、加締められる前の外筒１０５が図示されている。
【００５４】
図５は、本実施例の微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。前記したとおり、ケーブル１２０には、第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と、空気供給管１２３と、信号線１２４とが一体的に収容されている。より具体的には、ケーブル１２０は以下のような構成を有している。
【００５５】
第１の絶縁電線１２１は、その中心に導電線である芯線１２１０を有している。芯線１２１０の外周には、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などのフッ素系樹脂による第１の樹脂被覆層１２１１が設けられている。第１の樹脂被覆層１２１１の外周には編組シールド１２１２が設けられ、その編組シールド１２１２の外周には、さらに、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂による第２の樹脂被覆層１２１３が設けられている。
【００５６】
第２の絶縁電線１２２も、第１の絶縁電線１２１と同様な構成を有しており、導電線である芯線１２２０と、その外周を被覆する第１の樹脂被覆層１２２１，編組シールド１２２２，第２の樹脂被覆層１２２３を有している。空気供給管１２３は、ＰＴＦＥ (ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂部材によって構成される。空気供給管１２３の外周は、補強部材１２３ｓによって被覆されている。補強部材１２３ｓは、編み組された金属線によって構成することができる。
【００５７】
第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と空気供給管１２３の補強部材１２３ｓの外周には、ガラス繊維が充填されたガラス繊維部１２０１が形成されている。そして、ガラス繊維部１２０１の外周は、第１の樹脂被覆層１２０２によって被覆されている。第１の樹脂被覆層１２０２は、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成することができる。
【００５８】
第１の樹脂被覆層１２０２の外周には、導電線が編み組された第１のシールド線ＳＬ１が配設され、第１のシールド線ＳＬ１の外側には、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成された第２の樹脂被覆層１２０３が設けられている。第２の樹脂被覆層１２０３の外周には、導電線が編み組みされた第２のシールド線ＳＬ２が配設され、第２のシールド線ＳＬ２の外周は、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂などで構成された外皮１２０４によって被覆されている。
【００５９】
このように、このケーブル１２０では、第１と第２のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２が二重で設けられている。このうち、第１のシールド線ＳＬ１は、ケーシング５と電気的に接続される。これによって、第１のシールド線ＳＬ１は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅと電気回路部１１２とを接続する信号線１２４として機能する。一方、第２のシールド線ＳＬ２は、前記したように、外皮１２０４を貫通する外筒１０５の加締められた部分と導通する。そして、外筒１０５、ジョイント部１０４、取付固定部１０３、排ガス配管４１５を介して、車両５００のシャーシ（図示せず）などと電気的に接続されることにより、接地される。
【００６０】
ここで、ケーブル１２０には、前記したように、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気のための空気供給管１２３が収容されている。後述するように、この空気供給管１２３によって微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は高いほど好ましいため、空気供給管１２３は、その耐圧性が高いほど好ましい。また、ケーブル１２０は、微粒子センサ１００の車両５００への配設性を向上させるために可撓性を有することが好ましい。よって、ケーブル１２０に収容される空気供給管１２３も可撓性を有するように、樹脂部材で構成されることが好ましい。
【００６１】
ところで、一般に、内燃機関の排ガス配管近傍の領域は、著しく高温（例えば６００℃程度）になる場合がある。本実施例の微粒子センサ１００は排ガス配管４１５に取り付けられるため、微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０も排ガス配管４１５の近傍に配設されることになる。しかし、ケーブル１２０が排ガス配管４１５の近傍領域などの車両５００内の高温領域に配設された場合には、ケーブル１２０の温度の上昇に伴って、樹脂部材で構成された空気供給管１２３自体が破損してしまう可能性がある。
【００６２】
そこで、本実施例のケーブル１２０では、空気供給管１２３の外周に、金属線を編み組みすることによって構成された可撓性を有する補強部材１２３ｓが設けられている。この補強部材１２３ｓによって、空気供給管１２３が破損する可能性を低減できる。
【００６３】
このように、微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５内に先端部１００ｅが挿入・配置されるとともに、ケーブル１２０によってセンサ駆動部１１０と接続されて駆動する。車両５００では、この微粒子センサ１００を用いて、排ガス中に含まれる煤量を検出する。
【００６４】
次に、微粒子センサ１００の検出動作について説明する。図６は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの断面を模式的に示す図である。ここで図６では、第１の電極１０は、一端部１１以外の図示を省略してある。さらに、図６には、排ガス配管４１５（図１（Ｂ））における排ガスの流れ方向（矢印Ｆ）と、先端部１００ｅの内部におけるガスの流れ方向とを模式的に図示してある。
【００６５】
図６に示すように、排ガス中の煤量を検出する際には、微粒子センサ１００は、内部空間７２内で陽イオンＰＩを発生させる。より具体的には、電気回路部１１２（図１（Ｂ））によって第２の電極２０を陽極とし、ノズル形成部材４１を陰極として所定の電圧を印加し、第２の電極２０の一端部２１とノズル形成部材４１との間にコロナ放電を発生させて、内部空間７２内に陽イオンＰＩを発生させる。
【００６６】
内部空間７２内に発生した陽イオンＰＩは、エア供給部１１３（図１（Ｂ））から空気供給孔５４を介して内部空間７２に供給される高圧空気とともに、ノズル開口４２から内部空間７１へと噴射される。これにより、内部空間７１に負圧が発生し、煤Ｓを含む排ガスが流入孔４５から内部空間７１へと吸引される。
【００６７】
ここで、ノズル４２から空気（圧縮空気）を噴射させて内部空間７１に負圧を発生させることにより、流入孔４５を介して検出対象となる排ガスを所定量良好に内部空間７１に取り込むことができ、排ガス中の煤Ｓの量の検出精度を向上できる。詳細には、内部空間７１に負圧を発生させることで、排ガス配管４１５を流れる排ガスのガス流速等の外的影響を低減し、流入孔４５を介して所定量の排ガスを内部空間７１に良好に取り込むことができる。よって、例えば微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は、ノズル開口４２からの空気の噴射速度が音速程度となる程度の圧力に設定することが好ましい。
【００６８】
ノズル開口４２から噴射された空気と、流入孔４５から吸引された排ガスとは、内部空間７１において混合される。これによって、排ガス中に微粒子である煤Ｓが存在する場合に、空気中の陽イオンＰＩが煤Ｓに吸着して煤Ｓが帯電する。
【００６９】
ここで、図２で説明したとおり、流入孔４５は溝部３４を介して内部空間７１に連通している。この構成により、流入孔４５から内部空間７１に流入する排ガスの流れ方向と、ノズル開口４２から内部空間７１に噴射される空気の噴射方向とが互いに対向し合うことになるため、内部空間７１において、より大きな乱流が発生する。この乱流により、空気と排ガスとの混合が促進され、煤Ｓの帯電が促進される。
【００７０】
内部空間７１において空気と混合された排ガスは、ガス流路３１を介して内部空間７０へと流れる。ここで上述のごとく、ガス流路３１には、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に縮小する第１の流路３１ａが設けられている。本実施例の微粒子センサ１００では、この第１の流路３１ａによって、排ガスをより円滑に最狭小流路３１ｃへと誘導する。そして、最狭小流路３１ｃ内で、陽イオンＰＩと煤Ｓとの衝突を促進させて、煤Ｓの帯電を促進させる。
【００７１】
最狭小流路３１ｃよりも一端側に位置する第２の流路３１ｂ及び内部空間７０には、第１の電極１０の一端部１１が、排ガスの流れ方向に沿って配置されている。電気回路部１１２は、第１の電極１０を陽極とし、第１の電極１０を囲むケーシング５を陰極として両極に電圧を印加する。これにより、陽イオンＰＩと第１の電極１０との間で斥力が生じる。
【００７２】
ここで、煤Ｓに吸着しなかった陽イオンＰＩ（余剰陽イオンＰＩ）は、斥力によって第１の電極１０から離れる方向に移動する。すなわち、余剰陽イオンＰＩは斥力によって、排ガスの流れに拘わらず一端部１１を取り囲むケーシング５の内壁面に向かう方向に進む。ケーシング５のうち一端部１１を取り囲む部分（狭小流路形成部材３０やキャップ１０１）は陰極として機能しているため、該部分の内壁面に衝突した余剰陽イオンＰＩは内壁面に捕捉される。一方で、煤Ｓに吸着した陽イオンＰＩ（吸着陽イオンＰＩ）は、余剰陽イオンＰＩに比べ質量がかなり大きい。このため、外部の電気的な斥力や引力による影響が余剰陽イオンＰＩに比較して小さい。よって、電気的な力を受けても排ガスの流れによって、流出孔３５から排ガス配管４１５内へと排出される。これにより、余剰陽イオンＰＩと吸着陽イオンＰＩとが分離される。
【００７３】
ここで、ガス流路３１の第２の流路３１ｂは、一端側に向かうに従って開口面積が次第に拡大している。この構成により、排ガスを内部空間７０の壁面に向かって、放射状に拡散させることができるため、余剰陽イオンＰＩの捕捉効率を向上できる。
【００７４】
微粒子センサ１００の先端部１００ｅでは、ケーシング５によって捕捉した陽イオンＰＩの捕捉量に応じた電流の変化を検出することができる。センサ制御部１１１（図１（Ｂ））は、電気回路部１１２を介して、微粒子センサ１００における電流の変化を、微粒子センサ１００の検出信号として検出し、その検出信号に基づいて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。具体的には、センサ制御部１１１は、以下のように、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００７５】
図７は、センサ制御部１１１による煤量の検出方法を説明するための概略図である。図７には、微粒子センサ１００の先端部１００ｅと、センサ駆動部１１０のうちのセンサ制御部１１１と電気回路部１１２とが模式的に図示されている。
【００７６】
電気回路部１１２は、一次側電源部２１０と、二次側電源部２２０と、電流差計測部２３０とを備える。一次側電源部２１０は、センサ制御部１１１の指令に従って、トランスを介して二次側電源部２２０に高圧電力を供給する。二次側電源部２２０は、第１電流供給回路２２１と、第２電流供給回路２２２とを備えている。
【００７７】
第１電流供給回路２２１は、第１の絶縁電線１２１を介して、第１の電極１０と接続されている。第２電流供給回路２２２は、第２の絶縁電線１２２を介して第２の電極２０と接続されている。即ち、微粒子センサ１００は、第１電流供給回路２２１から陽イオンＰＩの捕捉のための電力の供給を受け、第２電流供給回路２２２から陽イオンＰＩを発生させるコロナ放電のための電力の供給を受ける。なお、第２電流供給回路２２２は、定電流回路であり、コロナ放電に際して、例えば５μＡ程度の一定の電流Ｉｉｎを第２の電極２０に供給する。
【００７８】
微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５や車両５００のシャーシなどとは絶縁された状態で排ガス配管４１５内に保持される。即ち、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、いわゆるシャーシグラウンドとも呼ばれる車両５００の基準電位とは異なる基準電位を有する閉回路を構成していると解釈することができる。
【００７９】
第２電流供給回路２２２から第２の電極２０に入力電流Ｉｉｎが流れると、コロナ放電により、第２の電極２０からケーシング５に放電電流Ｉｄｃが流れるとともに、陽イオンＰＩが発生する。図６で説明したように、陽イオンＰＩの一部は煤Ｓの帯電に用いられ、残りの陽イオンＰＩは、イオン捕捉部材３０においてケーシング５に捕捉される。
【００８０】
煤Ｓの帯電に用いられてケーシング５の外部へと漏洩する陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「漏洩電流Ｉｅｓｃ」と呼ぶ。一方、ケーシング５に捕捉される陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「捕捉電流Ｉｔｒｐ」と呼ぶ。このとき、コロナ放電によって流れるこれらの４つの電流Ｉｉｎ，Ｉｄｃ，Ｉｅｓｃ，Ｉｔｒｐについて、以下の関係式（１）が成り立つ。
Ｉｉｎ＝Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐ＋Ｉｅｃｓ …（１）
【００８１】
これらの電流のうち、放電電流Ｉｄｃと、捕捉電流Ｉｔｒｐとは、ケーシング５に流れる電流である。また、前記したとおり、第２の電極２０への入力電流Ｉｉｎは、第２電流供給回路２２２によって一定に制御されている。従って、入力電流Ｉｉｎと、ケーシング５に流れる２つの電流Ｉｄｃ，Ｉｔｒｐの合計との差をとることにより、漏洩電流Ｉｅｓｃを得ることができる（下記（２）式）。
Ｉｅｓｃ＝Ｉｉｎ−（Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐ）…（２）
【００８２】
電気回路部１１２は、電流差計測部２３０によって、入力電流Ｉｉｎとケーシング５に流れる２つの電流Ｉｄｃ，Ｉｔｒｐの合計との差を、漏洩電流Ｉｅｓｃとして検出し、その検出結果に基づく信号をセンサ制御部１１１に出力する。具体的には、電気回路部１１２は、漏洩電流Ｉｅｓｃを以下のように検出する。
【００８３】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、信号線１２４（ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１）を介して、先端部１００ｅのケーシング５と電気的に接続されている。また、電流差計測部２３０は、排ガス配管４１５または車両５００のシャーシを介して接地されている。
【００８４】
ケーシング５では、入力電流Ｉｉｎに対して漏洩電流Ｉｅｓｃの分が不足する分だけ、その基準電位が外部の基準電位より低下する。これに対し、電流差計測部２３０からは、その低下分を補償するように、補償電流Ｉｃが信号線１２４に流れる。この補償電流Ｉｃは漏洩電流Ｉｅｓｃに相当する電流であり、電流差計測部２３０は、補償電流Ｉｃの計測値を漏洩電流Ｉｅｓｃの計測値として、センサ制御部１１１に送信する。
【００８５】
漏洩電流Ｉｅｓｃは、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量と相関関係を有する電流であり、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量は、排ガス中の煤Ｓの量に相当する量である。従って、漏洩電流Ｉｅｓｃを検出（計測）することにより、排ガス中の煤Ｓの量を求めることができる。センサ制御部１１１は、予め記憶されたマップや演算式などを用いて、電流差計測部２３０において検出された漏洩電流Ｉｅｓｃに対する排ガス中の煤Ｓの量を取得する。
【００８６】
このように、センサ制御部１１１は、陽イオンＰＩの捕捉量に応じた微粒子センサ１００のケーシング５における電流変化を利用して、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。即ち、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００における陽イオンＰＩの捕捉量に基づいて、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００８７】
上記のように、本実施例の微粒子センサ１００は、流入孔４５や流出孔３５が形成されたケーシング５を電気的な対極とし、ケーシング５内に第１と第２の電極１０，２０を配置している（図６）。これにより、微粒子センサ１００が大型化することを抑制できる。また、微粒子センサ１００は、ノズル開口４２を有し、ノズル開口４２の他端側からノズル開口４２に高圧の空気を吹き付けることで、内部空間７１を負圧にできる。これにより、流入孔４５から排ガスを良好に内部に取り込むことができる。さらに、本実施例の微粒子センサ１００は、第１と第２の電極１０，２０と金属製のケーシング５とを絶縁させるための第１と第２のセラミックパイプ１５，２５を備える（図３）。これにより、第１と第２の電極１０，２０とそれぞれの電極の対極となるケーシング５との短絡を防止できる。よって、微粒子センサ１００を用いた煤の量の検出精度の低下を抑制できる。ここで、第１と第２のセラミックパイプ１５，２５は筒状である。これにより、第１と第２の電極１０，２０の部分のうち、ケーシング５を貫通する部分を第１と第２のセラミックパイプ１５，２５に配置することで容易に第１と第２の電極１０，２０とケーシング５との絶縁を図ることができる。
【００８８】
また、第１の電極１０は屈曲部１７を有し一端部１１が最狭小流路３１ｃに対向すると共に、軸線ＣＬ方向に沿って配置されている（図３，４）。これにより、一端部１１近傍により多くの陽イオンを通過させることができる。よって、より多くの余剰陽イオンに大きな斥力を与えることで、陰極として機能するケーシング５により多くの余剰陽イオンを確実に捕捉させることができる。これにより、余剰陽イオンと吸着陽イオンとをより確実に分離できるため、微粒子センサ１００を用いた煤量の検出精度を向上できる。
【００８９】
Ｂ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、特許請求の範囲の独立項に記載した要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００９０】
Ｂ−１．第１変形例：
図８は、第１変形例の一例を説明するための図である。上記実施例では、アルミナ等の絶縁性のセラミックから構成される第１と第２のセラミック部材として筒状の第１と第２のセラミックパイプ１５，２５を用いていたが（図３，４）、第１と第２のセラミック部材の形状はこれに限定されるものではない。ケーシング５と第１又は第２の電極１０，２０の間に位置し、ケーシング５と第１又は第２の電極１０，２０とを絶縁できる形状であれば任意の形状を選択できる。図８に示すように、例えば第１の電極１０のうち、少なくともケーシング５を貫通する部分については第１のセラミック部材１５ａとしての２枚の板状のセラミック部材１５ａ１，１５ａ２で第１の電極１０を挟んでも良い。なお、第２の電極２０についても、第１の電極１０と同様である。このようにしても、上記実施例と同様、ケーシング５と第１と第２の電極１０，２０の間の絶縁を図ることができるため、微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出精度の低下を抑制できる。なお、板状のセラミック部材１５ａ１，１５ａ２を用いて第１や第２の電極１０，２０を挟む場合は、第１や第２の電極１０，２０を平板状にすることが好ましい。これにより、容易に第１や第２の電極１０，２０を板状のセラミック部材１５ａ１，１５ａ２によって挟むことができる。
【００９１】
Ｂ−２．第２変形例：
図９は、第２変形例を説明するための図である。図９は、第２変形例の第１の電極１０と第１のセラミックパイプ１５ｂの外観斜視図である。上記実施例では、第１の電極１０とケーシング５との絶縁を図るために、軸線ＣＬ方向に延びる単一の第１のセラミックパイプ１５が用いられていたが、これに限定されるものではない。すなわち、図９に示すように、第１の電極１０の部分のうち、ケーシング５を貫通する複数の部分とケーシング５との絶縁を図るための複数のセラミックパイプ１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３を第１のセラミックパイプ１５ｂとして構成させても良い。このようにしても、上記実施例と同様、第１の電極１０とケーシング５との絶縁を図ることができるため、微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出精度の低下を抑制できる。
【００９２】
Ｂ−３．第３変形例：
上記実施例では、微粒子センサ１００は保持部材５７を備えていたが（図３）、保持部材５７は省略しても良い。このようにしても、上記実施例と同様、第１と第２のセラミックパイプ１５，２５を有することで、第１と第２の電極１０，２０とケーシング５との絶縁を図ることができる。よって、微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出精度の低下を抑制できる。
【００９３】
Ｂ−４．第４変形例：
上記実施例では、ノズル開口４２に高圧空気を供給するために、ケーシング５の内部やケーブル１２０内部にエア供給部１１３からの空気を流通させる流路（例えば、図５に示す空気供給管１２３や、図２に示す空気供給孔５４）を有していたが、これに限定されるものではない。すなわち、エア供給部１１３（図１（Ｂ））から、ケーブル１２０やケーシング５の外側に配置された配管を通じて内部空間７２に大気圧以上の高圧空気を供給しても良い。このようにしても、上記実施例と同様、ノズル開口４２から内部空間７１に向けて気体が噴射されることで内部空間７１を負圧にできる。
【００９４】
Ｂ−５．第５変形例：
上記実施例では、微粒子センサ１００は内燃機関から排出される排ガス中の煤量を検出するために用いられていたが、各種ガス中の微粒子を検出するために用いることができる。
【００９５】
Ｂ−６．第６変形例：
上記実施例では、コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陽イオンを発生させ、第１の電極１０にて陽イオンとの間で斥力を生じさせる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、これらの部材１０，２０，４１の正負の接続先を変更することで、コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陰イオンを発生させ、第１の電極１０にて陰イオンとの間で斥力を生じさせる構成を採って被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
５…ケーシング
１０…第１の電極
１１…一端部
１３…他端部
１５…第１のセラミックパイプ
１５ａ…第１のセラミック部材
１５ｂ…第１のセラミックパイプ
１７…屈曲部
２０…第２の電極
２１…一端部
２３…他端部
２５…第２のセラミックパイプ
３０…狭小流路形成部材
３１…ガス流路
３１ａ…第１の流路
３１ｂ…第２の流路
３１ｃ…最狭小流路
３５…流出孔
４０…ガス帯電部材
４１…ノズル形成部材
４２…ノズル開口
４５…流入孔
５０…イオン発生部材
５１…中間部材
５４…空気供給孔
５７…保持部材
７０…内部空間
７１…内部空間
７２…内部空間
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０１…キャップ
１０２…内筒
１０５…外筒
１１３…エア供給部
１２０…ケーブル
１３０…センサシステム
２００…ケーブル
４００…内燃機関
４１０…燃料供給部
４１１…燃料配管
４１５…排ガス配管
４１６…フィルタ装置
４２０…車両制御部
５００…車両
ＰＩ…陽イオン
ＣＬ…軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中に含まれる煤などの微粒子を検出するための微粒子センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスには、煤などの微粒子が含まれる。ここで、排ガス配管に取り付けられ、排ガス中の煤の量を検出するための微粒子センサが知られている（例えば、特許文献１）。この微粒子センサは、例えば微粒子センサの前段に設けられた微粒子捕集フィルタが正常に機能しているかどうかを判定するために用いられる。
【０００３】
特許文献１に開示の微粒子センサは、コロナ放電によって発生させたイオンを用いて煤を帯電させ、煤に吸着したイオンと、煤に吸着しなかったイオンとを分離している。そして、煤に吸着したイオンと煤に吸着しなかったイオンとの電荷量の差に基づいて煤の量を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／１０９６８８号公報
【特許文献２】特表２００７−５１４９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、微粒子センサは、コロナ放電を発生させるための電極や、微粒子である煤に吸着したイオンと吸着しなかったイオンとを分離するための部材等を備える必要がある。このため、従来の微粒子センサは、センサ自体が複雑な構造となり、大型化する場合があった。なお、このような問題は、排ガス中の煤の量を検出するために用いられる微粒子センサに限らず、被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するために用いられる微粒子センサに共通する問題であった。
【０００６】
従って本発明は、大型化を抑制できる新規な構造を有する微粒子センサ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】
【０００７】
［適用例１］被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するために、コロナ放電によって発生させたイオンを用いて前記微粒子を帯電させ、帯電に用いられた前記イオンと帯電に用いられなかった前記イオンを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びるケーシングであって、前記被検出ガスを内部に流入させるための流入孔と、前記流入孔よりも一端側に位置し内部に流入した前記被検出ガスを外部に流出させるための流出孔とを有する導電性のケーシングと、
前記流入孔よりも他端側の位置で前記ケーシング内に収容される放電用電極であって、前記ケーシングが対極となって前記コロナ放電によって前記イオンを発生させる放電用電極と、を備え、
前記ケーシングは、前記軸線方向について前記放電用電極よりも一端側の前記ケーシング内の位置でノズル開口を形成するノズル形成部材であって、前記ノズル開口が臨むと共に前記流入孔と連通する前記ケーシング内の中間流路を負圧とすることが可能なノズル形成部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記ケーシング内に収容され前記ケーシングが対極となる分離用電極であって、前記ノズル形成部材を貫通して配置され、前記イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ノズル形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記ノズル形成部材と前記分離用電極とを絶縁する第１のセラミック部材と、を備える、ことを特徴とする微粒子センサ。
【０００８】
適用例１に記載の微粒子センサによれば、流入孔や流出孔が形成された軸線方向に延びる導電性のケーシングを電気的な対極とし、ケーシング内に放電用電極や分離用電極が配置されている。これにより、微粒子センサが大型化することを抑制できる。また、微粒子センサは、ノズル形成部材を有するため、ノズル開口の放電用電極が位置する側からノズル開口に気体が吹き付けられることで中間流路を負圧にできる。これにより、流入孔から被検出ガスをケーシングの内部に容易に取り込むことができる。さらに、ノズル形成部材を貫通して延びる分離用電極は、第１のセラミック部材によってノズル形成部材と絶縁されている。これにより、分離用電極とノズル形成部材を含むケーシングとの短絡を防止でき、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。また、分離用電極とノズル形成部材が第１のセラミック部材によって絶縁されている。よって、この微粒子センサを内燃機関の排ガスが流通する配管といった高温環境下に装着して使用に供した場合にも、セラミックは耐熱性に優れるため、その絶縁特性を長期にわたって維持することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記中間流路よりも一端側に位置する狭小流路であって、前記中間流路よりも流路断面積の小さい狭小流路を形成する導電性の狭小流路形成部材を有し、
前記分離用電極は、さらに、前記狭小流路形成部材を貫通して配置され、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極とを絶縁する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【００１０】
適用例２に記載の微粒子センサによれば、分離用電極が狭小流路形成部材を貫通して配置される場合でも、第１のセラミック部材によって分離用電極と狭小流路形成部材とは絶縁されている。これにより、狭小流路形成部材を備える場合でも、分離用電極と狭小流路形成部材を含むケーシングとの短絡を防止でき、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。また、中間流路よりも流路断面積の小さい狭小流路を有することで、イオンと微粒子の混合が促進され、より多くの微粒子をイオンによって帯電できる。
【００１１】
［適用例３］適用例２に記載の微粒子センサにおいて、
前記狭小流路は、前記狭小流路の内で最も流路断面積が小さい最狭小流路を含み、
前記分離用電極は、
前記最狭小流路よりも一端側に位置する一端部と、
前記狭小流路よりも一端側において屈曲し、前記一端部を前記最狭小流路に対向させる屈曲部と、を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【００１２】
適用例３に記載の微粒子センサによれば、分離用電極は屈曲部によって一端部が最狭小流路に対向している。これにより、最狭小流路から一端側に流れ出たイオンを、分離用電極の一端部が延びる方向に沿って流すことができる。これにより、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度を向上できる。すなわち、分離用電極によって、微粒子に付着しなかったイオン（以下、「余剰イオン」とも呼ぶ。）のより多くに大きな斥力を与えることで、対極として機能するケーシングの内壁面に余剰イオンをより確実に捕捉させることができる。一方、微粒子に付着したイオン（以下、「付着イオン」とも呼ぶ）は、余剰イオンに比べ質量が大きいため、ケーシング内を流れる被検出ガスの流れによって流出孔から排出される。以上のように、余剰イオンと付着イオンとをより確実に分離できるため、微粒子の量の検出精度を向上できる。
【００１３】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記ノズル開口よりも他端側に位置し、前記放電用電極と前記分離用電極とが挿通される導電性の保持部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記保持部材と前記放電用電極との間に位置し、前記保持部材と前記放電用電極とを絶縁する第２のセラミック部材を有し、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記保持部材と前記分離用電極との間に位置し、前記保持部材と前記分離用電極とを絶縁する、こと特徴とする微粒子センサ。
適用例４に記載の微粒子センサによれば、放電用電極と分離用電極とが貫通する導電性の保持部材を備える場合でも、第１と第２のセラミック部材によって放電用電極と分離用電極とがそれぞれ保持部材と絶縁されている。これにより、放電用電極や分離用電極と、保持部材を含むケーシングとの短絡を防止でき、微粒子センサを用いた微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。
【００１４】
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例５に記載の微粒子センサによれば、第１のセラミック部材が筒状であるため、内側に分離用電極を配置することで、容易に分離用電極と導電性のケーシングとを分離用電極の周方向にわたって絶縁できる。
【００１５】
［適用例６］適用例２又は適用例３に従属する適用例４に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、少なくとも前記保持部材から前記狭小流路形成部材に亘って延びる単一の部材である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例６に記載の微粒子センサによれば、第１のセラミック部材を保持部材から狭小流路形成部材に亘って延びる単一の部材とすることで、単一の部材としない場合に比べ、製造工程を単純化できる。
【００１６】
［適用例７］適用例６に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例７に記載の微粒子センサによれば、第１のセラミック部材が筒状であるため、内側に分離用電極を配置することで、容易に分離用電極と導電性のケーシングとを分離用電極の周方向にわたって絶縁できる。
【００１７】
［適用例８］適用例４乃至適用例７のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記第２のセラミック部材は、内側に前記放電用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例８に記載の微粒子センサによれば、第２のセラミック部材が筒状であるため、内側に放電用電極を配置することで、容易に放電用電極と保持部材を含む導電性のケーシングとを放電用電極の周方向にわたって絶縁できる。
【００１８】
［適用例９］適用例１乃至適用例８のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
さらに、前記ケーシング内には、前記ノズル開口の他端側から前記ノズル開口側に吹き付けられる外部からの気体を流通させる気体供給流路が形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例９に記載の微粒子センサによれば、気体供給流路から気体をノズル開口側に吹き付けることで、圧縮された気体が中間流路に供給され、中間流路を容易に負圧にすることができる。これにより、ガス流速等の外的影響を低減し、流入孔を介して所定量の被検出ガスをケーシング内に良好に取り込むことができる。
【００１９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、微粒子センサ、微粒子センサの製造方法及び微粒子センサを装着した車両等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】微粒子センサ１００を搭載する車両について説明するための図である。
【図２】微粒子センサ１００の第１の断面図である。
【図３】微粒子センサ１００の第２の断面図である。
【図４】微粒子センサ１００の分解斜視図である。
【図５】ケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。
【図６】微粒子センサ１００の先端部１００ｅの断面を模式的に示す図である。
【図７】センサ制御部１１１による煤量の検出方法を説明するための概略図である。
【図８】第１変形例の一例を説明するための図である。
【図９】第２変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：
【００２２】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の実施例としての微粒子センサを搭載する車両について説明するための図である。図１（Ａ）は、微粒子センサを搭載する車両の概略構成図である。図１（Ｂ）は、車両の排ガス配管４１５への微粒子センサの取付状態と、センサ駆動部の内部構成とを示す図である。ここで、微粒子センサにおいて、図１（Ｂ）の紙面下側を「一端側」とも呼び、図１（Ｂ）の紙面上側を「他端側」とも呼ぶ。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、この車両５００は、内燃機関４００と、燃料供給部４１０と、車両制御部４２０とを備える。内燃機関４００は、車両５００の動力源であり、例えばディーゼルエンジンによって構成することができる。燃料供給部４１０は、燃料配管４１１を介して内燃機関４００に燃料を供給する。
【００２４】
車両制御部４２０は、マイクロコンピュータによって構成することができ、車両５００全体の運転状態を制御する。具体的には、車両制御部４２０は、内燃機関４００における燃料の燃焼状態や、燃料供給部４１０からの燃料の供給量などを制御する。内燃機関４００には、排ガス配管４１５が接続されており、内燃機関４００からの排ガスは、排ガス配管４１５を介して車両５００の外部へと排出される。排ガス配管４１５には、排ガス中に含まれる煤などの微粒子を除去するためのフィルタ装置４１６（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter））が設けられている。
【００２５】
車両５００には、さらに、排ガス中の微粒子の量を検出するセンサシステム１３０が搭載されている。センサシステム１３０は、微粒子センサ１００と、センサ駆動部１１０と、微粒子センサ１００とセンサ駆動部１１０とを接続するケーブル１２０とを備える。微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５のフィルタ装置４１６より下流側に取り付けられている。
【００２６】
微粒子センサ１００は、コロナ放電によって発生させたイオン、より具体的には陽イオンを用いて微粒子である煤を帯電させ、帯電に用いられた陽イオン（「付着陽イオン」とも呼ぶ。）と、帯電に用いられなかった陽イオン（「余剰陽イオン」とも呼ぶ。）とを分離することで、検出信号をセンサ駆動部１１０に出力する。なお、微粒子センサ１００の詳細は後述する。
【００２７】
センサ駆動部１１０は、微粒子センサ１００を駆動するとともに、微粒子センサ１００からの検出信号に基づき排ガス中の煤の量を検出する。検出された煤量に基づき、例えば車両制御部４２０はフィルタ装置４１６の性能を診断する。例えば、検出された煤量が所定値を超えた場合には、車両制御部４２０は、フィルタ装置４１６の劣化あるいは異常を判断し、判断結果をモニターに表示等することで利用者に報知する。ここで、排ガス中の煤量は、例えば、表面積を単位としても良いし、質量を単位としても良い。あるいは、排ガス中の煤量は、煤の個数を単位としても良いし、排ガス中の煤の濃度を単位としても良い。
【００２８】
図１（Ｂ）に示すように、微粒子センサ１００は、軸線ＣＬ方向に延びる導電性の有底筒状のケーシング５を備える。このケーシング５の内部に後述する様々な部材が収容されている。微粒子センサ１００は、一端側に位置する先端部１００ｅが排ガス配管４１５内に挿入され、排ガス配管４１５を流れる排ガスに晒される。詳細には、微粒子センサ１００の直棒状の先端部１００ｅは、微粒子センサ１００の取付部位における排ガス配管４１５の延伸方向に対してほぼ垂直に挿入されている。
【００２９】
ケーシング５のうち、先端部１００ｅの壁面には、被検出ガスである排ガスをケーシング５の内部に流入させるための流入孔４５と、流入孔４５よりも一端側に位置しケーシング５の内部に流入した排ガスを外部に流出させる流出孔３５とが設けられている。流入孔４５と流出孔３５とが排ガスの流れの下流側を向くように、微粒子センサ１００は排ガス配管４１５に取り付けられている。ここで、流入孔４５と流出孔３５とは、ケーシング５を軸線ＣＬ方向に沿って見たときに、少なくとも一部が重なり合う位置関係にある。本実施例では、流入孔４５と流出孔３５とは、互いに重なり合う関係にある。
【００３０】
微粒子センサ１００の他端側には、可撓性を有するケーブル１２０が接続されている。ケーブル１２０は、センサ駆動部１１０まで可撓変形しつつセンサ駆動部１１０へと伸びて接続される。センサ駆動部１１０は、センサ制御部１１１と、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを備えている。
【００３１】
センサ制御部１１１は、マイクロコンピュータによって構成することができ、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを制御するとともに、微粒子センサ１００を利用した検出結果を車両制御部４２０に送信する。
【００３２】
電気回路部１１２は、ケーブル１２０に収容されている第１と第２の絶縁電線１２１，１２２を介して微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部１１２は、同じくケーブル１２０に収容されている信号線１２４を介して微粒子センサ１００のセンサ信号を受信するとともに、そのセンサ信号に基づく検出結果をセンサ制御部１１１に送信する。センサ制御部１１１の詳細な構成については後述する。
【００３３】
エア供給部１１３は、ポンプ（図示は省略）を備えている。エア供給部１１３は、センサ制御部１１１からの指令に基づき、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気をケーブル１２０に収容されている空気供給管１２３を介して微粒子センサ１００に供給する。
【００３４】
次に、図２〜図４を用いて、微粒子センサ１００の詳細構成について説明する。図２は、微粒子センサ１００の第１の断面図である。図３は、微粒子センサ１００の第２の断面図である。図４は、微粒子センサ１００の分解斜視図である。ここで、図２および図３は、軸線ＣＬ方向と平行な面で微粒子センサ１００を切断した断面図であり、図２は図３の３−３断面図である。なお、図２〜図４には、互いに直交するＸＹＺ軸を付している。図２〜図４において、Ｚ軸正方向側を一端側、Ｚ軸負方向側を他端側とする。
【００３５】
図２に示すように、微粒子センサ１００は、軸線ＣＬ方向に延びるケーシング５と、ケーブル１２０と、取付固定部１０３と、外筒１０５と、外筒１０５と取付固定部１０３とを接続するジョイント部１０４と、を備える。また、図２及び図３に示すように、ケーシング５の内部には、分離用電極としての第１の電極１０と、放電用電極としての第２の電極２０とが収納されている。
【００３６】
ケーシング５は、導電性を有する複数の部材１０１，３０，４０，４１，５０，１０２が組み付けられて形成された有底筒状の部材である。具体的には、ケーシング５は他端側から一端側に向かう順に、内筒１０２と、イオン発生部材５０と、ノズル形成部材４１と、ガス帯電部材４０と、狭小流路形成部材３０と、微粒子センサの一端であるキャップ１０１とを備える。また、ケーシング５の側面には流入孔４５と、流入孔４５よりも一端側に位置する流出孔３５とが形成されている。ケーシング５は、例えばステンレス等の金属製の部材であり、各部材１０１，３０，４０，４１，５０，１０２は溶接等により部材同士が接続されている。
【００３７】
図２及び図３に示すように、内筒１０２は、筒状の部材である。内筒１０２の他端側にはケーブル１２０が取り付けられている。内筒１０２は、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１（後述）と電気的に接続される。即ち、内筒１０２は、内筒１０２よりも一端側に位置するケーシング５の構成部材５０，４１，４０，３０，１０１とケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１との間の導電パスとして機能する。
【００３８】
図２及び図３に示すように、イオン発生部材５０は、一端側に位置する筒状の中間部材５１と、後端側に位置する円柱状の保持部材５７とを備える。中間部材５１の内部には、内部空間７２が形成されている。この内部空間７２には、第２の電極２０の一端部２１が配置されている。
【００３９】
保持部材５７は、主に、第１と第２の電極１０，２０をケーシング５内部において安定に保持するために用いられる。保持部材５７には、第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３（図３）と、気体供給流路としての空気供給孔５４（図２）が形成されている。第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３及び空気供給孔５４は、保持部材５７の他端から一端に亘って軸線ＣＬ方向にそれぞれ延びる。空気供給孔５４は、ケーブル１２０の空気供給管１２３（図示せず）からの空気を内部空間７２へと流入させるための流路である。
【００４０】
ノズル形成部材４１は、ガス帯電部材４０と一体に形成されている。図３に示すようにノズル形成部材４１は、ノズル形成部材４１を挟んだ位置にある二つの内部空間７１，７２を連通させるノズル開口４２が形成されている。詳細には、ノズル開口４２は、軸線ＣＬ方向について、第２の電極２０の一端部２１と流入孔４５との間のケーシング５内の位置で軸線ＣＬ方向に開口している。ノズル開口４２は、微小穴（オリフィス）である。本実施例では、内部空間７２の直径は約１０ｍｍであるのに対し、ノズル開口４２の直径は約０．３ｍｍである。ノズル形成部材４１は、後述するノズル開口４２よりも一端側に位置する内部空間７１を負圧にすることができる。具体的には、ノズル開口４２よりも他端側（第２の電極２０が位置する側）から大気圧以上の高圧気体（本実施例では、空気）がノズル開口４２に吹き付けられることで、内部空間７１に気体が噴射され内部空間７１は負圧になる。また図３に示すように、ノズル形成部材４１には、ノズル開口４２とは異なる位置で軸線ＣＬ方向に貫通するパイプ挿通孔４３が貫通孔として形成されている。なお、ノズル形成部材４１は、ガス帯電部材４０と別体に構成しても良い。すなわち、ガス帯電部材４０の内周面にノズル開口４２とパイプ挿通孔４３が形成されたノズル形成部材４１の外周面を気密に固着させても良い。
【００４１】
図２及び図３に示すように、ガス帯電部材４０は筒状の部材である。ガス帯電部材４０の内部には、中間流路としての内部空間７１が形成されている。内部空間７１は、ノズル形成部材４１を挟んで第２の電極２０が位置する部分と対向する側に位置している。言い換えれば、内部空間７１はノズル開口４２が臨む（面する）ように形成されている。また、ガス帯電部材４０の側面には、流入孔４５が形成されている（図２）。すなわち、流入孔４５は内部空間７１と連通している。より詳細には、図２に示すように、狭小流路形成部材３０の側面に形成された溝部３４を介して流入孔４５は内部空間７１と連通している。ガス流路３１を形成する狭小流路形成部材３０の側面に設けられた溝部３４によって、流入孔４５から流入した軸線ＣＬ方向と直交する方向の排ガスの流れを、軸線ＣＬ方向に沿った流れ（詳細には、他端側に向かう流れ）に変更できる。
【００４２】
図２及び図３に示すように、狭小流路形成部材３０は筒状の部材である。狭小流路形成部材３０の他端側は、ガス帯電部材４０の一端側の内側に挿入され取り付けられている。狭小流路形成部材３０の内部には、パイプ挿通孔３３と狭小流路としてのガス流路３１とが、軸線ＣＬ方向に延びる互いに並列な貫通孔として形成されている（図２）。また、狭小流路形成部材３０の内部には、ガス流路３１よりも一端側でガス流路３１と連通する内部空間７０が形成されている。狭小流路形成部材３０の部分のうち、内部空間７０を内部に形成する部分の側面には、流出孔３５が形成されている（図２）。なお、狭小流路形成部材３０の一端側には円板状のキャップ１０１が取り付けられている。なお、狭小流路形成部材３０とキャップ１０１は、詳細は後述するが、第１の電極１０の対極として機能し陽イオンを捕捉する機能を有するため、「イオン捕捉部材３０」とも呼ぶことができる。
【００４３】
図２及び図３に示すように、ガス流路３１はベンチュリー形状である。詳細には、ガス流路３１は、他端側から一端側に向かう順に、第１の流路３１ａと最狭小流路３１ｃと第２の流路３１ｂとを備える。第１の流路３１ａは、他端側から一端側に向かうに従って開口面積（流路断面積）が小さくなる流路である。最狭小流路３１ｃは、ガス流路３１の中で最も開口面積（流路断面積）が小さい流路である。第２の流路３１ｂは、他端側から一端側に向かうに従って開口面積（流路断面積）が大きくなる流路である。このガス流路３１の機能については後述する。また、狭小流路形成部材３０のパイプ挿通孔３３には、後述する第１の電極１０が挿通される。
【００４４】
放電用電極としての第２の電極２０は、ノズル形成部材４１が対極となってコロナ放電を生じさせることで陽イオンを発生させる。発生した陽イオンは、ノズル開口４２を通って内部空間７１に流れ、流入孔４５から取り込まれた排ガス中の煤を帯電させる。図３に示すように、第２の電極２０は、軸線ＣＬ方向に延びる針状であり、ノズル開口４２よりも他端側の位置でケーシング５内に収容されている。詳細には、第２の電極２０は、保持部材５７の第２のパイプ挿通孔５３に挿通され、一端側に位置する一端部２１が内部空間７２内に配置され、他端側である他端部２３が内筒１０２内に配置されている。すなわち、第２の電極２０は、保持部材５７を貫通してケーシング５内に配置されている。
【００４５】
ここで図３に示すように、第２の電極２０と保持部材５７とを絶縁するために、少なくとも第２の電極２０と保持部材５７との間には、第２のセラミック部材としての第２のセラミックパイプ２５が配置されている。第２のセラミックパイプ２５は、保持部材５７を貫通し軸線ＣＬ方向に延びる単一の部材である。なお、第２のセラミックパイプ２５は、アルミナ等の絶縁性のセラミックから構成されている。第２のセラミックパイプ２５が第２のパイプ挿通孔５３に嵌通され、第２の電極２０が第２のセラミックパイプ２５に嵌通されることで第２の電極２０と保持部材５７とが第２の電極２０の周方向にわたって絶縁される。なお、第２の電極２０の他端部２３及び一端部２１は、第２のセラミックパイプ２５から露出している。
【００４６】
分離用電極としての第１の電極１０は、ケーシング５の構成部材である狭小流路形成部材３０を対極（陰極）として、コロナ放電によって発生した陽イオンとの間で斥力を生じさせる。すなわち、第１の電極１０は、微粒子センサ１００が煤量を検出する際には陽極として機能する。図３に示すように、第１の電極１０は軸線ＣＬ方向に延びる針状であり、ケーシング５内に収容されている。詳細には、第１の電極１０は、保持部材５７の第１のパイプ挿通孔５２、ノズル形成部材４１のパイプ挿通孔４３、狭小流路形成部材３０のパイプ挿通孔３３に挿通される。すなわち、第１の電極１０は、保持部材５７、ノズル形成部材４１、及び、狭小流路形成部材３０を貫通してケーシング５内に配置されている。また、第１の電極１０は、最も一端側に位置する部分が内部空間７０に配置され、他端側に位置する他端部１３が内筒１０２内に配置されている。
【００４７】
ここで図３に示すように、第１の電極１０と各部材５７，４１，３０とを絶縁するために、少なくとも第１の電極１０と各部材５７，４１，３０との間には、第１のセラミック部材としての筒状の第１のセラミックパイプ１５が配置されている。第１のセラミックパイプ１５は軸線ＣＬ方向に延び、保持部材５７、ノズル形成部材４１、狭小流路形成部材３０を貫通する単一の部材である。なお、第１のセラミックパイプ３０は、アルミナ等の絶縁性のセラミックから構成されている。第１のセラミックパイプ１５は、保持部材５７の第１のパイプ挿通孔５２、ノズル形成部材４１のパイプ挿通孔４３、狭小流路形成部材３０のパイプ挿通孔３３に嵌通されている。そして、第１の電極１０が第１のセラミックパイプ１５に嵌通されることで、ケーシング５の各部材５７，４１，３０と第１の電極１０とが第１の電極１０の周方向にわたって絶縁される。
【００４８】
第１の電極１０の他端側に位置する他端部１３及び一端側に位置する一端部１１は、第１のセラミックパイプ１５から露出している。第１の電極１０は、最も一端側に位置する部分に屈曲部１７を有する。屈曲部１７によって、一端部１１が１８０°折り返され、一端部１１が最狭小流路３１ｃに対向する。詳細には、一端部１１は、最狭小流路３１ｃに対向し、かつ、軸線ＣＬ方向に沿って配置される。一端部１１は、内部空間７０及び第２の流路３１ｂ内に配置されると共に、最狭小流路３１ｃよりも一端側に配置される。
【００４９】
図２及び図３に示すように保持部材５７の外周には鍔部５７ｆが設けられている。鍔部５７ｆは、保持部材５７の外周に取り付けられる絶縁性を有する円環状の第１と第２の保持部材６１，６２によって狭持される。ここで、第１と第２の保持部材６１，６２の外側には、微粒子センサ１００を排ガス配管４１５に固定するための取付固定部１０３が取り付けられる。
【００５０】
図２及び図３に示すように取付固定部１０３は、略円筒形状の本体部１０３ｓと、本体部１０３ｓの一端側に設けられたフランジ１０３ｆとを有している。取付固定部１０３の本体部１０３ｓの筒内と、保持部材５７に取り付けられた第１と第２の保持部材６１，６２の外周とには、互いに係合し合う段部がそれぞれ形成されている。これらの段部が互いに係合し合うことにより、イオン発生部材５０は取付固定部１０３の筒内の所定の位置で係止される。なお、取付固定部１０３のフランジ１０３ｆには、リング状のガスケット６４がイオン発生部材５０の周囲を囲むように配置される。また、第１の保持部材６１の段部と取付固定部１０３の筒内における段部との間には板パッキン６５が配置される。
【００５１】
ここで、取付固定部１０３は導電性を有する部材（例えば、ステンレス等の金属部材）によって構成されるが、取付固定部１０３は、第１と第２の保持部材６１，６２によってイオン発生部材５０と絶縁されている。また、第１の保持部材６１は、フランジ１０３ｆの一端側の面よりも一端側に突出した部位を有しており、微粒子センサ１００が排ガス配管４１５に取り付けられたときに、排ガス配管４１５とケーシング５とを絶縁する。
【００５２】
図３に示すように、取付固定部１０３の他端側には、ジョイント部１０４がイオン発生部材５０に取り付けられた第２の保持部材６２を他端側から支持するように取り付けられている。ジョイント部１０４には、他端側から一端側に亘って軸線ＣＬ方向に延びる貫通孔１０４ｐが設けられている。この貫通孔１０４ｐには、保持部材５７および内筒１０２が挿通される。なお、貫通孔１０４ｐの内壁面と、イオン発生部材５０および内筒１０２の外表面との間には、空隙が形成されており、ジョイント部１０４とイオン発生部材５０とを絶縁する。また、ジョイント部１０４の外周には、六角レンチなどの工具と係合させるための工具係合部１０４ｅが設けられている。
【００５３】
図３に示すように導電性（例えば、ステンレス等の金属部材）の外筒１０５は、ジョイント部１０４の一端側に溶接等によって取り付けられている。外筒１０５は略円筒状であり、内筒１０２とケーブル１２０との連結部を内部に収容することで連結部を保護する。なお、外筒１０５とケーブル１２０との間には、ケーブル１２０を保護するための円環状のグロメット６６が配置される。外筒１０５の他端側は、ケーブル１２０を保持するために加締められる。ここで、この加締めの際には、ケーブル１２０の外皮１２０４（後述）に切れ目を設けるとともに、外筒１０５の一部を、その切れ目に入り込ませる。これによって、外筒１０５の下端側には、ケーブル１２０の第２のシールド線ＳＬ２（後述）と電気的に導通する加締め部１０５ｃが形成される。また、外筒１０５の他端１０６が微粒子センサ１００の他端を構成する。なお、図４では、加締められる前の外筒１０５が図示されている。
【００５４】
図５は、本実施例の微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。前記したとおり、ケーブル１２０には、第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と、空気供給管１２３と、信号線１２４とが一体的に収容されている。より具体的には、ケーブル１２０は以下のような構成を有している。
【００５５】
第１の絶縁電線１２１は、その中心に導電線である芯線１２１０を有している。芯線１２１０の外周には、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などのフッ素系樹脂による第１の樹脂被覆層１２１１が設けられている。第１の樹脂被覆層１２１１の外周には編組シールド１２１２が設けられ、その編組シールド１２１２の外周には、さらに、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂による第２の樹脂被覆層１２１３が設けられている。
【００５６】
第２の絶縁電線１２２も、第１の絶縁電線１２１と同様な構成を有しており、導電線である芯線１２２０と、その外周を被覆する第１の樹脂被覆層１２２１，編組シールド１２２２，第２の樹脂被覆層１２２３を有している。空気供給管１２３は、ＰＴＦＥ (ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂部材によって構成される。空気供給管１２３の外周は、補強部材１２３ｓによって被覆されている。補強部材１２３ｓは、編み組された金属線によって構成することができる。
【００５７】
第１と第２の絶縁電線１２１，１２２と空気供給管１２３の補強部材１２３ｓの外周には、ガラス繊維が充填されたガラス繊維部１２０１が形成されている。そして、ガラス繊維部１２０１の外周は、第１の樹脂被覆層１２０２によって被覆されている。第１の樹脂被覆層１２０２は、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成することができる。
【００５８】
第１の樹脂被覆層１２０２の外周には、導電線が編み組された第１のシールド線ＳＬ１が配設され、第１のシールド線ＳＬ１の外側には、ＰＴＦＥなどの樹脂部材によって構成された第２の樹脂被覆層１２０３が設けられている。第２の樹脂被覆層１２０３の外周には、導電線が編み組みされた第２のシールド線ＳＬ２が配設され、第２のシールド線ＳＬ２の外周は、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂などで構成された外皮１２０４によって被覆されている。
【００５９】
このように、このケーブル１２０では、第１と第２のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２が二重で設けられている。このうち、第１のシールド線ＳＬ１は、ケーシング５と電気的に接続される。これによって、第１のシールド線ＳＬ１は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅと電気回路部１１２とを接続する信号線１２４として機能する。一方、第２のシールド線ＳＬ２は、前記したように、外皮１２０４を貫通する外筒１０５の加締められた部分と導通する。そして、外筒１０５、ジョイント部１０４、取付固定部１０３、排ガス配管４１５を介して、車両５００のシャーシ（図示せず）などと電気的に接続されることにより、接地される。
【００６０】
ここで、ケーブル１２０には、前記したように、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気のための空気供給管１２３が収容されている。後述するように、この空気供給管１２３によって微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は高いほど好ましいため、空気供給管１２３は、その耐圧性が高いほど好ましい。また、ケーブル１２０は、微粒子センサ１００の車両５００への配設性を向上させるために可撓性を有することが好ましい。よって、ケーブル１２０に収容される空気供給管１２３も可撓性を有するように、樹脂部材で構成されることが好ましい。
【００６１】
ところで、一般に、内燃機関の排ガス配管近傍の領域は、著しく高温（例えば６００℃程度）になる場合がある。本実施例の微粒子センサ１００は排ガス配管４１５に取り付けられるため、微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０も排ガス配管４１５の近傍に配設されることになる。しかし、ケーブル１２０が排ガス配管４１５の近傍領域などの車両５００内の高温領域に配設された場合には、ケーブル１２０の温度の上昇に伴って、樹脂部材で構成された空気供給管１２３自体が破損してしまう可能性がある。
【００６２】
そこで、本実施例のケーブル１２０では、空気供給管１２３の外周に、金属線を編み組みすることによって構成された可撓性を有する補強部材１２３ｓが設けられている。この補強部材１２３ｓによって、空気供給管１２３が破損する可能性を低減できる。
【００６３】
このように、微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５内に先端部１００ｅが挿入・配置されるとともに、ケーブル１２０によってセンサ駆動部１１０と接続されて駆動する。車両５００では、この微粒子センサ１００を用いて、排ガス中に含まれる煤量を検出する。
【００６４】
次に、微粒子センサ１００の検出動作について説明する。図６は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの断面を模式的に示す図である。ここで図６では、第１の電極１０は、一端部１１以外の図示を省略してある。さらに、図６には、排ガス配管４１５（図１（Ｂ））における排ガスの流れ方向（矢印Ｆ）と、先端部１００ｅの内部におけるガスの流れ方向とを模式的に図示してある。
【００６５】
図６に示すように、排ガス中の煤量を検出する際には、微粒子センサ１００は、内部空間７２内で陽イオンＰＩを発生させる。より具体的には、電気回路部１１２（図１（Ｂ））によって第２の電極２０を陽極とし、ノズル形成部材４１を陰極として所定の電圧を印加し、第２の電極２０の一端部２１とノズル形成部材４１との間にコロナ放電を発生させて、内部空間７２内に陽イオンＰＩを発生させる。
【００６６】
内部空間７２内に発生した陽イオンＰＩは、エア供給部１１３（図１（Ｂ））から空気供給孔５４を介して内部空間７２に供給される高圧空気とともに、ノズル開口４２から内部空間７１へと噴射される。これにより、内部空間７１に負圧が発生し、煤Ｓを含む排ガスが流入孔４５から内部空間７１へと吸引される。
【００６７】
ここで、ノズル４２から空気（圧縮空気）を噴射させて内部空間７１に負圧を発生させることにより、流入孔４５を介して検出対象となる排ガスを所定量良好に内部空間７１に取り込むことができ、排ガス中の煤Ｓの量の検出精度を向上できる。詳細には、内部空間７１に負圧を発生させることで、排ガス配管４１５を流れる排ガスのガス流速等の外的影響を低減し、流入孔４５を介して所定量の排ガスを内部空間７１に良好に取り込むことができる。よって、例えば微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は、ノズル開口４２からの空気の噴射速度が音速程度となる程度の圧力に設定することが好ましい。
【００６８】
ノズル開口４２から噴射された空気と、流入孔４５から吸引された排ガスとは、内部空間７１において混合される。これによって、排ガス中に微粒子である煤Ｓが存在する場合に、空気中の陽イオンＰＩが煤Ｓに吸着して煤Ｓが帯電する。
【００６９】
ここで、図２で説明したとおり、流入孔４５は溝部３４を介して内部空間７１に連通している。この構成により、流入孔４５から内部空間７１に流入する排ガスの流れ方向と、ノズル開口４２から内部空間７１に噴射される空気の噴射方向とが互いに対向し合うことになるため、内部空間７１において、より大きな乱流が発生する。この乱流により、空気と排ガスとの混合が促進され、煤Ｓの帯電が促進される。
【００７０】
内部空間７１において空気と混合された排ガスは、ガス流路３１を介して内部空間７０へと流れる。ここで上述のごとく、ガス流路３１には、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に縮小する第１の流路３１ａが設けられている。本実施例の微粒子センサ１００では、この第１の流路３１ａによって、排ガスをより円滑に最狭小流路３１ｃへと誘導する。そして、最狭小流路３１ｃ内で、陽イオンＰＩと煤Ｓとの衝突を促進させて、煤Ｓの帯電を促進させる。
【００７１】
最狭小流路３１ｃよりも一端側に位置する第２の流路３１ｂ及び内部空間７０には、第１の電極１０の一端部１１が、排ガスの流れ方向に沿って配置されている。電気回路部１１２は、第１の電極１０を陽極とし、第１の電極１０を囲むケーシング５を陰極として両極に電圧を印加する。これにより、陽イオンＰＩと第１の電極１０との間で斥力が生じる。
【００７２】
ここで、煤Ｓに吸着しなかった陽イオンＰＩ（余剰陽イオンＰＩ）は、斥力によって第１の電極１０から離れる方向に移動する。すなわち、余剰陽イオンＰＩは斥力によって、排ガスの流れに拘わらず一端部１１を取り囲むケーシング５の内壁面に向かう方向に進む。ケーシング５のうち一端部１１を取り囲む部分（狭小流路形成部材３０やキャップ１０１）は陰極として機能しているため、該部分の内壁面に衝突した余剰陽イオンＰＩは内壁面に捕捉される。一方で、煤Ｓに吸着した陽イオンＰＩ（吸着陽イオンＰＩ）は、余剰陽イオンＰＩに比べ質量がかなり大きい。このため、外部の電気的な斥力や引力による影響が余剰陽イオンＰＩに比較して小さい。よって、電気的な力を受けても排ガスの流れによって、流出孔３５から排ガス配管４１５内へと排出される。これにより、余剰陽イオンＰＩと吸着陽イオンＰＩとが分離される。
【００７３】
ここで、ガス流路３１の第２の流路３１ｂは、一端側に向かうに従って開口面積が次第に拡大している。この構成により、排ガスを内部空間７０の壁面に向かって、放射状に拡散させることができるため、余剰陽イオンＰＩの捕捉効率を向上できる。
【００７４】
微粒子センサ１００の先端部１００ｅでは、ケーシング５によって捕捉した陽イオンＰＩの捕捉量に応じた電流の変化を検出することができる。センサ制御部１１１（図１（Ｂ））は、電気回路部１１２を介して、微粒子センサ１００における電流の変化を、微粒子センサ１００の検出信号として検出し、その検出信号に基づいて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。具体的には、センサ制御部１１１は、以下のように、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００７５】
図７は、センサ制御部１１１による煤量の検出方法を説明するための概略図である。図７には、微粒子センサ１００の先端部１００ｅと、センサ駆動部１１０のうちのセンサ制御部１１１と電気回路部１１２とが模式的に図示されている。
【００７６】
電気回路部１１２は、一次側電源部２１０と、二次側電源部２２０と、電流差計測部２３０とを備える。一次側電源部２１０は、センサ制御部１１１の指令に従って、トランスを介して二次側電源部２２０に高圧電力を供給する。二次側電源部２２０は、第１電流供給回路２２１と、第２電流供給回路２２２とを備えている。
【００７７】
第１電流供給回路２２１は、第１の絶縁電線１２１を介して、第１の電極１０と接続されている。第２電流供給回路２２２は、第２の絶縁電線１２２を介して第２の電極２０と接続されている。即ち、微粒子センサ１００は、第１電流供給回路２２１から陽イオンＰＩの捕捉のための電力の供給を受け、第２電流供給回路２２２から陽イオンＰＩを発生させるコロナ放電のための電力の供給を受ける。なお、第２電流供給回路２２２は、定電流回路であり、コロナ放電に際して、例えば５μＡ程度の一定の電流Ｉｉｎを第２の電極２０に供給する。
【００７８】
微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４１５や車両５００のシャーシなどとは絶縁された状態で排ガス配管４１５内に保持される。即ち、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、いわゆるシャーシグラウンドとも呼ばれる車両５００の基準電位とは異なる基準電位を有する閉回路を構成していると解釈することができる。
【００７９】
第２電流供給回路２２２から第２の電極２０に入力電流Ｉｉｎが流れると、コロナ放電により、第２の電極２０からケーシング５に放電電流Ｉｄｃが流れるとともに、陽イオンＰＩが発生する。図６で説明したように、陽イオンＰＩの一部は煤Ｓの帯電に用いられ、残りの陽イオンＰＩは、イオン捕捉部材３０においてケーシング５に捕捉される。
【００８０】
煤Ｓの帯電に用いられてケーシング５の外部へと漏洩する陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「漏洩電流Ｉｅｓｃ」と呼ぶ。一方、ケーシング５に捕捉される陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「捕捉電流Ｉｔｒｐ」と呼ぶ。このとき、コロナ放電によって流れるこれらの４つの電流Ｉｉｎ，Ｉｄｃ，Ｉｅｓｃ，Ｉｔｒｐについて、以下の関係式（１）が成り立つ。
Ｉｉｎ＝Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐ＋Ｉｅｃｓ …（１）
【００８１】
これらの電流のうち、放電電流Ｉｄｃと、捕捉電流Ｉｔｒｐとは、ケーシング５に流れる電流である。また、前記したとおり、第２の電極２０への入力電流Ｉｉｎは、第２電流供給回路２２２によって一定に制御されている。従って、入力電流Ｉｉｎと、ケーシング５に流れる２つの電流Ｉｄｃ，Ｉｔｒｐの合計との差をとることにより、漏洩電流Ｉｅｓｃを得ることができる（下記（２）式）。
Ｉｅｓｃ＝Ｉｉｎ−（Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐ）…（２）
【００８２】
電気回路部１１２は、電流差計測部２３０によって、入力電流Ｉｉｎとケーシング５に流れる２つの電流Ｉｄｃ，Ｉｔｒｐの合計との差を、漏洩電流Ｉｅｓｃとして検出し、その検出結果に基づく信号をセンサ制御部１１１に出力する。具体的には、電気回路部１１２は、漏洩電流Ｉｅｓｃを以下のように検出する。
【００８３】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、信号線１２４（ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１）を介して、先端部１００ｅのケーシング５と電気的に接続されている。また、電流差計測部２３０は、排ガス配管４１５または車両５００のシャーシを介して接地されている。
【００８４】
ケーシング５では、入力電流Ｉｉｎに対して漏洩電流Ｉｅｓｃの分が不足する分だけ、その基準電位が外部の基準電位より低下する。これに対し、電流差計測部２３０からは、その低下分を補償するように、補償電流Ｉｃが信号線１２４に流れる。この補償電流Ｉｃは漏洩電流Ｉｅｓｃに相当する電流であり、電流差計測部２３０は、補償電流Ｉｃの計測値を漏洩電流Ｉｅｓｃの計測値として、センサ制御部１１１に送信する。
【００８５】
漏洩電流Ｉｅｓｃは、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量と相関関係を有する電流であり、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量は、排ガス中の煤Ｓの量に相当する量である。従って、漏洩電流Ｉｅｓｃを検出（計測）することにより、排ガス中の煤Ｓの量を求めることができる。センサ制御部１１１は、予め記憶されたマップや演算式などを用いて、電流差計測部２３０において検出された漏洩電流Ｉｅｓｃに対する排ガス中の煤Ｓの量を取得する。
【００８６】
このように、センサ制御部１１１は、陽イオンＰＩの捕捉量に応じた微粒子センサ１００のケーシング５における電流変化を利用して、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。即ち、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００における陽イオンＰＩの捕捉量に基づいて、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。
【００８７】
上記のように、本実施例の微粒子センサ１００は、流入孔４５や流出孔３５が形成されたケーシング５を電気的な対極とし、ケーシング５内に第１と第２の電極１０，２０を配置している（図６）。これにより、微粒子センサ１００が大型化することを抑制できる。また、微粒子センサ１００は、ノズル開口４２を有し、ノズル開口４２の他端側からノズル開口４２に高圧の空気を吹き付けることで、内部空間７１を負圧にできる。これにより、流入孔４５から排ガスを良好に内部に取り込むことができる。さらに、本実施例の微粒子センサ１００は、第１と第２の電極１０，２０と金属製のケーシング５とを絶縁させるための第１と第２のセラミックパイプ１５，２５を備える（図３）。これにより、第１と第２の電極１０，２０とそれぞれの電極の対極となるケーシング５との短絡を防止できる。よって、微粒子センサ１００を用いた煤の量の検出精度の低下を抑制できる。ここで、第１と第２のセラミックパイプ１５，２５は筒状である。これにより、第１と第２の電極１０，２０の部分のうち、ケーシング５を貫通する部分を第１と第２のセラミックパイプ１５，２５に配置することで容易に第１と第２の電極１０，２０とケーシング５との絶縁を図ることができる。
【００８８】
また、第１の電極１０は屈曲部１７を有し一端部１１が最狭小流路３１ｃに対向すると共に、軸線ＣＬ方向に沿って配置されている（図３，４）。これにより、一端部１１近傍により多くの陽イオンを通過させることができる。よって、より多くの余剰陽イオンに大きな斥力を与えることで、陰極として機能するケーシング５により多くの余剰陽イオンを確実に捕捉させることができる。これにより、余剰陽イオンと吸着陽イオンとをより確実に分離できるため、微粒子センサ１００を用いた煤量の検出精度を向上できる。
【００８９】
Ｂ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、特許請求の範囲の独立項に記載した要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００９０】
Ｂ−１．第１変形例：
図８は、第１変形例の一例を説明するための図である。上記実施例では、アルミナ等の絶縁性のセラミックから構成される第１と第２のセラミック部材として筒状の第１と第２のセラミックパイプ１５，２５を用いていたが（図３，４）、第１と第２のセラミック部材の形状はこれに限定されるものではない。ケーシング５と第１又は第２の電極１０，２０の間に位置し、ケーシング５と第１又は第２の電極１０，２０とを絶縁できる形状であれば任意の形状を選択できる。図８に示すように、例えば第１の電極１０のうち、少なくともケーシング５を貫通する部分については第１のセラミック部材１５ａとしての２枚の板状のセラミック部材１５ａ１，１５ａ２で第１の電極１０を挟んでも良い。なお、第２の電極２０についても、第１の電極１０と同様である。このようにしても、上記実施例と同様、ケーシング５と第１と第２の電極１０，２０の間の絶縁を図ることができるため、微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出精度の低下を抑制できる。なお、板状のセラミック部材１５ａ１，１５ａ２を用いて第１や第２の電極１０，２０を挟む場合は、第１や第２の電極１０，２０を平板状にすることが好ましい。これにより、容易に第１や第２の電極１０，２０を板状のセラミック部材１５ａ１，１５ａ２によって挟むことができる。
【００９１】
Ｂ−２．第２変形例：
図９は、第２変形例を説明するための図である。図９は、第２変形例の第１の電極１０と第１のセラミックパイプ１５ｂの外観斜視図である。上記実施例では、第１の電極１０とケーシング５との絶縁を図るために、軸線ＣＬ方向に延びる単一の第１のセラミックパイプ１５が用いられていたが、これに限定されるものではない。すなわち、図９に示すように、第１の電極１０の部分のうち、ケーシング５を貫通する複数の部分とケーシング５との絶縁を図るための複数のセラミックパイプ１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３を第１のセラミックパイプ１５ｂとして構成させても良い。このようにしても、上記実施例と同様、第１の電極１０とケーシング５との絶縁を図ることができるため、微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出精度の低下を抑制できる。
【００９２】
Ｂ−３．第３変形例：
上記実施例では、微粒子センサ１００は保持部材５７を備えていたが（図３）、保持部材５７は省略しても良い。このようにしても、上記実施例と同様、第１と第２のセラミックパイプ１５，２５を有することで、第１と第２の電極１０，２０とケーシング５との絶縁を図ることができる。よって、微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出精度の低下を抑制できる。
【００９３】
Ｂ−４．第４変形例：
上記実施例では、ノズル開口４２に高圧空気を供給するために、ケーシング５の内部やケーブル１２０内部にエア供給部１１３からの空気を流通させる流路（例えば、図５に示す空気供給管１２３や、図２に示す空気供給孔５４）を有していたが、これに限定されるものではない。すなわち、エア供給部１１３（図１（Ｂ））から、ケーブル１２０やケーシング５の外側に配置された配管を通じて内部空間７２に大気圧以上の高圧空気を供給しても良い。このようにしても、上記実施例と同様、ノズル開口４２から内部空間７１に向けて気体が噴射されることで内部空間７１を負圧にできる。
【００９４】
Ｂ−５．第５変形例：
上記実施例では、微粒子センサ１００は内燃機関から排出される排ガス中の煤量を検出するために用いられていたが、各種ガス中の微粒子を検出するために用いることができる。
【００９５】
Ｂ−６．第６変形例：
上記実施例では、コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陽イオンを発生させ、第１の電極１０にて陽イオンとの間で斥力を生じさせる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、これらの部材１０，２０，４１の正負の接続先を変更することで、コロナ放電により第２の電極２０とノズル形成部材４１との間で陰イオンを発生させ、第１の電極１０にて陰イオンとの間で斥力を生じさせる構成を採って被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
５…ケーシング
１０…第１の電極
１１…一端部
１３…他端部
１５…第１のセラミックパイプ
１５ａ…第１のセラミック部材
１５ｂ…第１のセラミックパイプ
１７…屈曲部
２０…第２の電極
２１…一端部
２３…他端部
２５…第２のセラミックパイプ
３０…狭小流路形成部材
３１…ガス流路
３１ａ…第１の流路
３１ｂ…第２の流路
３１ｃ…最狭小流路
３５…流出孔
４０…ガス帯電部材
４１…ノズル形成部材
４２…ノズル開口
４５…流入孔
５０…イオン発生部材
５１…中間部材
５４…空気供給孔
５７…保持部材
７０…内部空間
７１…内部空間
７２…内部空間
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０１…キャップ
１０２…内筒
１０５…外筒
１１３…エア供給部
１２０…ケーブル
１３０…センサシステム
２００…ケーブル
４００…内燃機関
４１０…燃料供給部
４１１…燃料配管
４１５…排ガス配管
４１６…フィルタ装置
４２０…車両制御部
５００…車両
ＰＩ…陽イオン
ＣＬ…軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するために、コロナ放電によって発生させたイオンを用いて前記微粒子を帯電させ、帯電に用いられた前記イオンと帯電に用いられなかった前記イオンを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びるケーシングであって、前記被検出ガスを内部に流入させるための流入孔と、前記流入孔よりも一端側に位置し内部に流入した前記被検出ガスを外部に流出させるための流出孔とを有する導電性のケーシングと、
前記流入孔よりも他端側の位置で前記ケーシング内に収容される放電用電極であって、前記ケーシングが対極となって前記コロナ放電によって前記イオンを発生させる放電用電極と、を備え、
前記ケーシングは、前記軸線方向について前記放電用電極よりも一端側の前記ケーシング内の位置でノズル開口を形成するノズル形成部材であって、前記ノズル開口が臨むと共に前記流入孔と連通する前記ケーシング内の中間流路を負圧とすることが可能なノズル形成部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記ケーシング内に収容され前記ケーシングが対極となる分離用電極であって、前記ノズル形成部材を貫通して配置され、前記イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ノズル形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記ノズル形成部材と前記分離用電極とを絶縁する第１のセラミック部材と、を備える、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記中間流路よりも一端側に位置する狭小流路であって、前記中間流路よりも流路断面積の小さい狭小流路を形成する導電性の狭小流路形成部材を有し、
前記分離用電極は、さらに、前記狭小流路形成部材を貫通して配置され、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極とを絶縁する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の微粒子センサにおいて、
前記狭小流路は、前記狭小流路の内で最も流路断面積が小さい最狭小流路を含み、
前記分離用電極は、
前記最狭小流路よりも一端側に位置する一端部と、
前記狭小流路よりも一端側において屈曲し、前記一端部を前記最狭小流路に対向させる屈曲部と、を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記ノズル開口よりも他端側に位置し、前記放電用電極と前記分離用電極とが挿通される導電性の保持部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記保持部材と前記放電用電極との間に位置し、前記保持部材と前記放電用電極とを絶縁する第２のセラミック部材を有し、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記保持部材と前記分離用電極との間に位置し、前記保持部材と前記分離用電極とを絶縁する、こと特徴とする微粒子センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項６】
請求項２又は請求項３に従属する請求項４に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、少なくとも前記保持部材から前記狭小流路形成部材に亘って延びる単一の部材である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記第２のセラミック部材は、内側に前記放電用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
さらに、前記ケーシング内には、前記ノズル開口の他端側から前記ノズル開口側に吹き付けられる外部からの気体を流通させる気体供給流路が形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項１】
被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するために、コロナ放電によって発生させたイオンを用いて前記微粒子を帯電させ、帯電に用いられた前記イオンと帯電に用いられなかった前記イオンを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びるケーシングであって、前記被検出ガスを内部に流入させるための流入孔と、前記流入孔よりも一端側に位置し内部に流入した前記被検出ガスを外部に流出させるための流出孔とを有する導電性のケーシングと、
前記流入孔よりも他端側の位置で前記ケーシング内に収容される放電用電極であって、前記ケーシングが対極となって前記コロナ放電によって前記イオンを発生させる放電用電極と、を備え、
前記ケーシングは、前記軸線方向について前記放電用電極よりも一端側の前記ケーシング内の位置でノズル開口を形成するノズル形成部材であって、前記ノズル開口が臨むと共に前記流入孔と連通する前記ケーシング内の中間流路を負圧とすることが可能なノズル形成部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記ケーシング内に収容され前記ケーシングが対極となる分離用電極であって、前記ノズル形成部材を貫通して配置され、前記イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ノズル形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記ノズル形成部材と前記分離用電極とを絶縁する第１のセラミック部材と、を備える、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記中間流路よりも一端側に位置する狭小流路であって、前記中間流路よりも流路断面積の小さい狭小流路を形成する導電性の狭小流路形成部材を有し、
前記分離用電極は、さらに、前記狭小流路形成部材を貫通して配置され、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極との間に配置され、前記狭小流路形成部材と前記分離用電極とを絶縁する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の微粒子センサにおいて、
前記狭小流路は、前記狭小流路の内で最も流路断面積が小さい最狭小流路を含み、
前記分離用電極は、
前記最狭小流路よりも一端側に位置する一端部と、
前記狭小流路よりも一端側において屈曲し、前記一端部を前記最狭小流路に対向させる屈曲部と、を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記ケーシングは、前記ノズル開口よりも他端側に位置し、前記放電用電極と前記分離用電極とが挿通される導電性の保持部材を有し、
前記微粒子センサは、さらに、
前記保持部材と前記放電用電極との間に位置し、前記保持部材と前記放電用電極とを絶縁する第２のセラミック部材を有し、
前記第１のセラミック部材は、さらに、前記保持部材と前記分離用電極との間に位置し、前記保持部材と前記分離用電極とを絶縁する、こと特徴とする微粒子センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項６】
請求項２又は請求項３に従属する請求項４に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、少なくとも前記保持部材から前記狭小流路形成部材に亘って延びる単一の部材である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の微粒子センサにおいて、
前記第１のセラミック部材は、内側に前記分離用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記第２のセラミック部材は、内側に前記放電用電極を配置する筒状である、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
さらに、前記ケーシング内には、前記ノズル開口の他端側から前記ノズル開口側に吹き付けられる外部からの気体を流通させる気体供給流路が形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９４０７７（Ｐ２０１２−１９４０７７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８６２６（Ｐ２０１１−５８６２６）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]