微粒子センサ
【課題】単純化された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、軸線方向に延びる絶縁性のケーシングであって、流入孔と、流出孔とを有するケーシングと、イオンを発生させるコロナ放電部と、イオンと流入孔を介してケーシング内に流入した微粒子とを混合させる混合部と、混合部よりも一端側の位置で微粒子の帯電に用いられた吸着イオンと、微粒子の帯電に用いられなかった浮遊イオンとを分離する分離部と、を備える。分離部は、ケーシングの内面上に配置された分離用電極であって、浮遊イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、ケーシングの内面のうち分離用電極と対向する対向側内面上に配置された分離用対極であって、浮遊イオンとの間で引力を生じさせる分離用対極と、を有する。
【解決手段】微粒子センサは、軸線方向に延びる絶縁性のケーシングであって、流入孔と、流出孔とを有するケーシングと、イオンを発生させるコロナ放電部と、イオンと流入孔を介してケーシング内に流入した微粒子とを混合させる混合部と、混合部よりも一端側の位置で微粒子の帯電に用いられた吸着イオンと、微粒子の帯電に用いられなかった浮遊イオンとを分離する分離部と、を備える。分離部は、ケーシングの内面上に配置された分離用電極であって、浮遊イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、ケーシングの内面のうち分離用電極と対向する対向側内面上に配置された分離用対極であって、浮遊イオンとの間で引力を生じさせる分離用対極と、を有する。
【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、その後に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、製造工程が複雑になる場合があった。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、単純化された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、帯電に用いられたイオンである吸着イオンと帯電に用いられなかったイオンである浮遊イオンとを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びる絶縁性の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配置されると共に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ケーシングと、
前記ケーシング内に形成され、前記コロナ放電によって前記イオンを発生させるコロナ放電部と、
前記コロナ放電部よりも前記一端側の位置で前記ケーシング内に形成され、前記イオンと前記流入孔を介して前記ケーシング内に流入した前記微粒子とを混合させる混合部と、
前記ケーシング内に形成され、前記混合部よりも前記一端側の位置で前記吸着イオンと、前記浮遊イオンとを分離する分離部と、を備え、
前記分離部は、
前記ケーシングの内面上に配置された分離用電極であって、前記浮遊イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ケーシングの内面のうち前記分離用電極と対向する対向側内面上に配置された分離用対極であって、前記浮遊イオンとの間で引力を生じさせる分離用対極と、を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【０００８】
ここで、分離用電極と分離用対極とを、例えばケーシングの中心軸近傍等のケーシングの内面から離れた位置に配置した場合、微粒子センサはケーシング内部に各極を配置するための十分な空間を設ける必要が生じたり、各極と他の部材とが接触して短絡しないように複雑な構造にする必要が生じたりする。適用例１に記載の微粒子センサによれば、分離部における分離用電極と分離用対極とは絶縁性のケーシングの内面上に配置されている。よって、各極がケーシングの内面から離れて配置されている場合よりも、微粒子センサの構造を単純化できる。また、分離用電極と分離用対極とを微粒子センサの構成部材として容易に設けることができる。
【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、
前記軸線方向にそれぞれ延びる第１と第２のケーシングを有し、
前記第１のケーシングの内面上には、前記分離用電極が配置され、
前記第２のケーシングの内面上には、前記分離用対極が配置され、
前記ケーシングは、前記分離用電極と前記分離用対極とが互いに対向する状態で前記第１と第２のケーシングを互いに固着することで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例２に記載の微粒子センサによれば、第１のケーシングの内面上に分離用電極を配置し、第２のケーシングの内面上に分離用対極を配置し、第１と第２のケーシングを固着することで、ケーシングの内面上に互いに対向するように配置された分離用電極と分離用対極とを備える微粒子センサを容易に製造できる。すなわち、適用例２に記載の微粒子センサによれば、分離用電極と分離用対極とをケーシングの内面上に容易に配置できる。なお、第１と第２のケーシングを固着するにあたっては、例えば、セラミック接着剤やガラスペーストを第１と第２のケーシングが互いに重なる重なり面（貼り合わせ面）に塗布して接着させるようにすれば良い。
【００１０】
［適用例３］適用例１又は適用例２に記載の微粒子センサにおいて、
前記分離部は、前記混合部よりも前記軸線方向と直交する断面の面積が小さい狭小流路であって、前記分離用電極と前記分離用対極とがそれぞれ内面に配置された狭小流路を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例３に記載の微粒子センサによれば、分離部が軸線方向の一部において狭小流路を有することで、狭小流路を有さない場合に比べ、微粒子に付着しなかったイオン（浮遊イオン）に対しより大きな斥力及び引力を与えることができる。これにより、より多くの浮遊イオンを分離用対極側へと確実に移動させることができ、浮遊イオンを効率良く分離用対極で捕捉できる。
【００１１】
［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、
前記コロナ放電部は、
前記ケーシングの内面のうち、前記分離用電極及び前記分離用対極と重ならない位置にある他端側内面上に配置された放電用電極と、
前記放電用電極の対極である放電用対極であって、前記放電用電極との間で前記コロナ放電を発生させる放電用対極と、を備え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、さらに放電用電極についてもケーシングの内面上に配置されている。よって、微粒子センサの構造をより単純化できる。また、放電用電極を微粒子センサの構成部材として容易に設けることができる。
【００１２】
［適用例５］適用例４に記載の微粒子センサにおいて、
前記流入孔は、前記ケーシングのうち前記混合部を規定する部分に形成され、
前記微粒子センサは、さらに、
前記軸線方向について前記放電用電極と前記混合部との間の位置で前記軸線方向に開口するノズル開口を形成する、導電性のノズル形成部材を有し、
前記ノズル形成部材は、前記放電用対極として機能する、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、放電用電極と前記混合部との間の位置でノズル開口が形成されたノズル形成部材を有する。これにより、ノズル開口から混合部に空気を噴射させることが可能となる。すなわち、混合部を負圧にすることで、流入孔を介して被検出ガスを容易に混合部に取り入れることができる。また、混合部を負圧にするためのノズル形成部材を放電用対極と兼用させることで、部品点数を低減でき微粒子センサの構造をより一層単純化できる。
【００１３】
［適用例６］適用例５に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ノズル開口よりも他端側の前記ケーシング内に形成された気体供給流路であって、前記ノズル開口の前記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を有する、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、ノズル開口に吹き付けられる外部からの気体を流通させるための気体供給流路を有する。これにより、微粒子センサの外部に供給管等の気体供給流路を別途設けることなく、ノズル開口の他端側からノズル開口に気体を吹き付けることができる。よって、混合部を容易に負圧にでき、流入孔を介して被検出ガスを安定して混合部に取り入れることができる。
【００１４】
［適用例７］適用例１乃至適用例６のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記分離用電極上に配置され、前記分離用電極を保護する絶縁性の保護部材を有する、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、絶縁性の保護部材によって分離用電極が覆われていることから、分離用電極が他の部材と導通し短絡が生じる可能性を低減できる。
【００１５】
［適用例８］適用例１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、
前記分離用電極と前記分離用対極の少なくともいずれか一方は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、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、導電ペーストをケーシングの内面上に塗布して焼き付けることで分離用電極と分離用対極の少なくともいずれか一方をケーシングの内面上に容易に配置できる。
【００１６】
［適用例９］適用例４乃至適用例６、適用例４に従属する適用例７又は適用例８のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記放電用電極は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、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、導電ペーストをケーシングの内面上に塗布して焼き付けることで放電用電極をケーシングの内面上に容易に配置できる。
【００１７】
［適用例１０］適用例１乃至適用例９のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ケーシングのうちの前記被検出ガスに晒される部分の外周を取り囲むと共に、前記被検出ガスを流通させるための開口が形成された保護外筒を備える、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例１０に記載の微粒子センサによれば、保護外筒を備えることで被検出ガスが流通する流通管等に微粒子センサを装着する際に、ケーシングが損傷することを防止できる。また、被検出ガス中に水等の液体が含まれている場合でも、ケーシングに液体が付着することを抑制できる。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】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２】微粒子センサ１００の先端部１００ｅの概略図である。
【図３】微粒子センサ１００の第１の断面図である。
【図４】微粒子センサ１００の第２の断面図である。
【図５】微粒子センサ１００の分解斜視図である。
【図６】ケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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：
【００２１】
Ａ．実施例：
Ａ−１：微粒子センサの全体構成：
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（先端側）」とも呼び、図１（Ｂ）の紙面上側を「他端側（後端側）」とも呼ぶ。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。なお、ケーブル１２０は、微粒子センサ１００の構成部材の１つであるとも言える。
【００２５】
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（本実施例では、陽イオン）を用いて微粒子である煤を帯電させる。そして、微粒子センサ１００は、帯電に用いられた陽イオン（「吸着陽イオン」とも呼ぶ。）と、帯電に用いられなかった陽イオン（「浮遊陽イオン」とも呼ぶ。）とを分離することで、煤の量を検出するための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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。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。微粒子センサ１００の先端側には排ガスを微粒子センサ１００の内部に取り入れるための開口が形成されている。なお、この詳細は後述する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
電気回路部１１２は、ケーブル１２０に収容された電気配線群ＥＷを介して微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給したり、微粒子センサ１００のセンサ信号を受信したりする。電気配線群ＥＷは複数の電気配線（信号線）を含む。なお、電気回路部１１２が受信したセンサ信号に基づきセンサ制御部１１１は、排ガス中に含まれる煤の量を検出する。この検出方法の詳細については後述する。
【００３１】
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。
【００３２】
Ａ−２．微粒子センサ１００の概略構成：
微粒子センサ１００の詳細構成を説明する前に理解の容易のために、微粒子センサ１００の概略構成について説明する。図２は微粒子センサ１００の先端部１００ｅの概略図を示している。
【００３３】
微粒子センサ１００は、絶縁性を有する有底筒状のケーシング２４を有する。ケーシング２４はアルミナ等の耐熱性を有する絶縁性セラミックにより形成されている。また、微粒子センサ１００は、排ガスをケーシング２４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（軸線ＣＬ方向の先端側）に形成され、排ガスを外部に流出させるための流出孔３５とを備える。流入孔４５及び流出孔３５は、ケーシング２４の側面に形成されている。さらに、微粒子センサ１００は、他端側から一端側に向かう順に、コロナ放電部７２と、混合部７１と、分離部３１とを備える。各部７２，７１，３１はケーシング２４内に形成されている。また、ケーシング２４の内面上には、第１の導電性部材１０Ｖと第２の導電性部材１１Ｖとが配置されている。第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖは、例えば銅等の金属粒子と有機溶剤とを含む導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布し、焼き付けることでケーシング２４の内面上に配置される。電気回路部１１２から電力が供給されることで、第１の導電性部材１０Ｖは陽極として機能し、第２の導電性部材１１Ｖは陰極として機能する。また、第１の導電性部材１０Ｖの一端側は後述する分離用電極１０として機能する。また、第２の導電性部材１１Ｖの一端側は後述する分離用対極１１として機能する。
【００３４】
また、微粒子センサ１００は、絶縁性のケーシング２４に取り付けられ、軸線ＣＬ方向について混合部７１と後述する放電用電極２０との間に位置する導電性のノズル形成部材４１を有する。ノズル形成部材４１は、例えばステンレス等の金属製である。ノズル形成部材４１は円板状であり、略中央には軸線ＣＬ方向（図２では上下方向）に開口するノズル開口４２が形成されている。ノズル形成部材４１は、第２の導電性部材１１Ｖと導通し、第１の導電性部材１０Ｖとは導通していない。
【００３５】
コロナ放電部７２は、陽極として機能する放電用電極２０を有する。放電用電極２０は、導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布し、焼き付けることでケーシング２４の内面上に配置される。導電ペーストは、例えば銅等の金属粒子と有機溶媒とを含む。ここで、ノズル形成部材４１は放電用電極２０の対極である放電用対極として機能する。よって、ノズル形成部材４１を放電用対極４１とも呼ぶ。コロナ放電部７２は、放電用電極２０と放電用対極４１との間でコロナ放電を発生させる。なお、図５で後述するように、放電用電極２０の一端部２０Ｓは、一端側に向かうほど幅が小さくなり、一端が尖った形態である。そして、コロナ放電部７２にてコロナ放電が生じることで、放電した電子がコロナ放電部７２に供給される空気中の分子と衝突し、周囲にイオン（陽イオン）８０を発生させる。
【００３６】
コロナ放電部７２で発生した陽イオン８０は、ノズル開口４２よりも他端側からエア供給部１１３（図１）によって供給される高圧空気と共に、ノズル開口４２から混合部７１へと噴射される。これにより、混合部７１は負圧になる。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。なお、高圧空気は、微粒子センサ１００内に形成された気体供給流路７００を流通し、ノズル開口４２に吹き付けられる。
【００３７】
絶縁性のケーシング２４のうち、混合部７１を規定する部分には流入孔４５が形成されている。すなわち、流入孔４５は直接に混合部７１と連通している。混合部７１は、ノズル開口４２から高圧空気が噴射されることで負圧となり、流入孔４５を介して検出対象となる排ガスを良好に且つ安定して一定の量をケーシング２４内部に取り込むことができる。ノズル開口４２を介して混合部７１に流入した陽イオン８０と、流入孔４５を介して混合部７１に流入した排ガスは混合部７１によって混合される。これによって、排ガス中に微粒子である煤８２が存在する場合は、陽イオン８０が煤８２に吸着して帯電する。
【００３８】
絶縁性のケーシング２４の内面上には、第１の導電性部材１０Ｖと第２の導電性部材１１Ｖとが配置されている。詳細には第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖは、ケーシング２４の一端から他端に亘って軸線ＣＬ方向に延びている。
【００３９】
分離部３１は、陽極として機能する分離用電極１０と、陰極として機能する分離用対極１１とを有する。分離用電極１０は陽イオン８０（特に、浮遊陽イオン８０）との間で斥力を生じさせる。分離用対極１１は、陽イオン８０（特に、浮遊陽イオン８０）との間で引力を生じさせる。分離用電極１０は、第１の導電性部材１０Ｖのうち混合部７１よりも一端側に配置され、面状に拡がった部分をいう。また、分離用対極１１は、第２の導電性部材１１Ｖのうち混合部７１よりも一端側に配置され、面状に拡がった部分をいう。なお、分離用電極１０と分離用対極１１との詳細は後述する。
【００４０】
分離部３１は、軸線ＣＬ方向に沿って他端側から一端側に向かう順に、第１の流路３１ａと、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い開口面積（軸線ＣＬ方向に直交する断面積）が次第に縮小する。狭小流路３１ｃは、混合部７１よりも小さい一定の開口面積を有する。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が次第に拡大する。ケーシング２４のうち第２の流路３１ｂを形成する部分の壁面には流出孔３５が形成されている。
【００４１】
ここで、煤８２に吸着しなかった陽イオン８０（浮遊陽イオン８０）は、分離用電極１０から離れる方向に移動する。すなわち、分離用電極１０による斥力及び分離用対極１１による引力によって、浮遊陽イオン８０は排ガスの流れに拘わらず、分離用対極１１が位置する方向に進む。分離用対極１１に衝突した浮遊陽イオン８０は、分離用対極１１に捕捉される。一方で、煤８２に吸着した陽イオン８０（吸着陽イオン８０）は、浮遊陽イオン８０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浮遊陽イオン８０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から外部へと排出される。これにより、ケーシング２４内で浮遊陽イオン８０と吸着陽イオン８０とが分離される。
【００４２】
Ａ−３．微粒子センサ１００の詳細構成：
図３〜図５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３は、微粒子センサ１００の第１の断面図である。図４は、微粒子センサ１００の第２の断面図である。図５は、微粒子センサ１００の分解斜視図である。ここで、図４は図３の３−３断面図である。なお、図３及び図４には、互いに直交するＸＹＺ軸を付している。
【００４３】
図３〜図５に示すように、微粒子センサ１００は、軸線ＣＬ方向に延びる絶縁性セラミック製のケーシング２４と、ケーシング２４のうちで被検出ガスである排ガスに晒される部分である一端側外周を取り囲む第１の外筒２２（保護外筒２２）と、第１の外筒２２の他端に接続されたジョイント部１０３と、ジョイント部１０３の他端側に接続された第２の外筒３６０とを備える。第１の外筒２２、ジョイント部１０３、第２の外筒３６０はステンレス等の金属により形成されている。第１の外筒２２は、排ガスを流通させるための開口２２ａが周方向に複数形成されている。また、第１の外筒２２の一端面２２ｂが微粒子センサ１００の一端を構成する。ここで、第１の外筒２２を設置することにより、排ガス配管４１５に微粒子センサ１００を装着する際に絶縁性セラミック製のケーシング２４が損傷することを防止することができる。また、排ガス中に含まれる水等の液体がケーシング２４に付着することを抑制することができる。
【００４４】
ジョイント部１０３の外周には、六角レンチ等の工具と係合させるための工具係合部１０４が設けられている。工具係合部１０４の一端面には、ガスケット６４が取り付けられている。ガスケット６４は、排ガス配管４１５から外部に排ガスが漏れ出さないようにするために、微粒子センサ１００を気密に排ガス配管４１５に取り付ける。
【００４５】
図５に示すように、ケーシング２４は軸線ＣＬ方向に分割されている第１のケーシング２７と、第２のケーシング２９とを備える。すなわち、ケーシング２４は、軸線ＣＬを含む所定の平面で分割されている第１と第２のケーシング２７，２９を備える。第１と第２のケーシング２７，２９はそれぞれ軸線ＣＬ方向に延びている。そして、この第１と第２のケーシング２７，２９は、アルミナを主成分とする耐熱性のセラミック接着剤を互いの重なり面（貼り合わせ面）に塗布し接着することにより固着されている。詳細には、第１のケーシング２７に配置された分離用電極１０と第２のケーシング２９に配置された分離用対極１１とが互いに対向する状態で、第１と第２のケーシング２７，２９を互いにセラミック接着材を用いて固着することで、ケーシング２４が形成される。
【００４６】
図３及び図４に示すように、ケーシング２４の他端側には、筒状に形成された固定部材３２０が外嵌されている。これにより、固定部材３２０とケーシング２４とが一体化されている。固定部材３２０は、例えばステンレス等の金属により形成される。ケーシング２４の一端側がジョイント部１０３の先端から突出して排ガスに晒されるように、固定部材３２０がジョイント部１０３の内部に装着されることで、ケーシング２４が固定部材３２０とジョイント部１０３との間で挟持されると共にジョイント部１０３に対して保持される。なお、固定部材３２０には、図５では図示していないが外周に雄ネジ部が形成されており、固定部材３２０をジョイント部１０３の内周に形成された雌ネジ部に螺合することで、両者１０３，３２０は互いに固定される。
【００４７】
図３に示すように、第２の外筒３６０の他端側にはケーブル１２０が取り付けられている。また、ケーブル１２０と第２の外筒３６０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３５０が配置されている。ケーブル１２０内には、第１と第２のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２を含む各種電気配線や、空気供給管１２３が形成されている。第２の外筒３６０の他端側は、ケーブル１２０を保持するために加締められ、加締め部３６０ｃが形成されている。この加締めの際には、ケーブル１２０の外皮１２０４に切れ目を設けるとともに、第２の外筒３０６の一部を、その切れ目に入り込ませる。これによって、加締め部３６０ｃがケーブル１２０の第２のシールド線ＳＬ２と電気的に導通する。なお、第２の外筒３６０の他端３６０ｂが微粒子センサ１００の他端を構成する。
【００４８】
図５に示すように、第１のケーシング２７の部分のうち、ケーシング２４として組み立てられた場合の内面上には第１の導電性部材１０Ｖが配置されている。また、第１の導電性部材１０Ｖ上には絶縁性の絶縁性部材１４Ｖが配置されている。絶縁性部材１４Ｖは、セラミックと有機溶剤を含む絶縁性を有する絶縁ペーストを第１の導電性部材１０Ｖ上に塗布して焼き付けることで、第１の導電性部材１０Ｖ上に配置される。第２のケーシング２９の部分のうち、ケーシング２４として組み立てられた場合の内面上には第２の導電性部材１１Ｖが配置されている。
【００４９】
第１の導電性部材１０Ｖは、他端側に位置する線状のリード部１３２と、一端側に位置しリード部１３２と接続された分離用電極１０と、を有する。リード部１３２は、端子３０２にロウ付けにより接合され、この端子３０２を介してケーブル１２０内の第１の絶縁配線（後述）と接続される。これにより、第１の導電性部材１０Ｖは、センサ駆動部１１０（図１（Ａ））と電気的に接続される。図５に示すように、分離用電極１０は面状であり、第１のケーシング２７の内面上に周方向の幅を有して配置されている。詳細には図４に示すように、分離用電極１０は狭小流路３１ｃ及び第２の流路３１ｂの内面上に配置されている。
【００５０】
図５に示すように絶縁性部材１４Ｖは、リード部１３２上に重なるように配置された線状の第１の保護部材１４２と、分離用電極１０上に重なるように配置された面状の第２の保護部材１４とを有する。微粒子センサ１００は絶縁性部材１４Ｖを有することで、第１の導電性部材１０Ｖ上に煤等の微粒子が堆積し、他の導電性部材（例えばノズル形成部材４１）と第１の導電性部材１０Ｖとが短絡する可能性を低減できる。これにより、微粒子センサ１００の微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。なお、第１の保護部材１４２はリード部１３２よりも短く、リード部１３２の他端側は第１の保護部材１４２に覆われることなく露出している。これにより、リード部１３２の他端側が端子３０２に接合されている。ここで、「第２の保護部材１４」が課題を解決するための手段に記載の「保護部材」に相当する。
【００５１】
図５に示すように第２の導電性部材１１Ｖは、他端側に位置する線状のリード部１５２と、一端側に位置しリード部１５２と接続された分離用対極１１と、を有する。図４に示すように、リード部１５２は端子３０１にロウ付けされ、この端子３０１に接続されるリード線３２４、及び、リード線３２４が接続されるジョイント部３２６を介してケーブル１２０内の第１のシールド線ＳＬ１と接続される。これにより、第２の導電性部材１１Ｖは、センサ駆動部１１０（図１（Ａ））と電気的に接続される。なお、第１のシールド線ＳＬ１の一端側は、ケーブル１２０から外部に露出し、露出した部分がジョイント部３２６と接続されている。また、リード線３２４は、ジョイント部３２６の一端側に突出する突出部３２６ａに接続される。
【００５２】
分離用対極１１は面状であり、第２のケーシング２９の内面上に周方向の幅を有して配置されている。詳細には図３に示すように、分離用対極１１は分離部３１の内面上に配置されている。また、分離用対極１１と分離用電極１０とは互いに対向するように配置されている。
【００５３】
図３及び図５に示すように、第２のケーシング２９の内面のうち、第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖと重ならない位置にある内面上（他端側内面上）には、放電用電極２０が配置されている。放電用電極２０は面状であり、分離用電極１０や分離用対極１１よりも他端側に位置する。放電用電極２０の他端側はケーシング２４の他端側開口部に嵌め込まれる端子３０４を介してケーブル１２０内の第２の絶縁電線（後述）と接続される。これにより、放電用電極２０は、センサ駆動部１１０（図１（Ａ））と電気的に接続される。なお、端子３０１，３０２，３０４は、図４に示すように、それぞれが接触することがないように空間を隔てて第２の外筒３６０内に配置される。
【００５４】
図３に示すように、ケーシング２４のうち軸線ＣＬ方向について放電用電極２０と混合部７１との間には円板状のノズル形成部材４１が配置されている。ノズル形成部材４１は金属製（例えば、ステンレス）であり導電性を有する。ノズル形成部材４１は、コロナ放電部７２と混合部７１とを区画している。図５に示すようにノズル形成部材４１は、外周面から径方向外側に突出する突出部４３を有する。この突出部４３がリード部１５２と接触することで、ノズル形成部材４１と第２の導電性部材１１Ｖとは電気的に接続されている。なお、ノズル形成部材４１と第１の導電性部材１０Ｖは所定の間隔をあけて配置されることで、ノズル形成部材４１と第１の導電性部材１０Ｖとは非接触状態にある。
【００５５】
ノズル形成部材４１の略中央には軸線ＣＬ方向に開口するノズル開口４２が形成されている。ノズル開口４２は、微小孔（オリフィス）である。本実施例では、コロナ放電部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。上記のように、微小孔であるノズル開口４２は金属製のノズル形成部材４１に形成されることから、セラミック製の部材に形成されるよりも精度良く形成できる。
【００５６】
ノズル形成部材４１は、ノズル開口４２よりも一端側に位置する混合部７１を負圧にできる。具体的には、ノズル開口４２よりも他端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、混合部７１に気体が噴射され混合部７１は負圧になる。また、センサ駆動部１１０（図１（Ｂ））によって、放電用電極２０とノズル形成部材４１との間に所定の電圧が印加されることで、放電用電極２０の一端部２０Ｓとノズル形成部材４１のコロナ放電部７２に面する側の表面との間でコロナ放電が生じる。
【００５７】
図３に示すように、ケーブル１２０内には軸線ＣＬ方向に延びる空気供給管１２３が形成されている。また図４に示すように、端子３０４内には軸線ＣＬ方向に延びる貫通孔３０８が形成されている。空気供給管１２３、第２の外筒３６０の内部空間、貫通孔３０８、ケーシング２４の内部空間は、エア供給部１１３からノズル開口４２側に向けて吹き付けられる空気が流通する気体供給流路７００（図２）を形成する。
【００５８】
図６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。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、第１と第２のシールド線ＳＬ１,ＳＬ２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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、第２の導電性部材１１Ｖ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を貫通する第２の外筒３６０の加締められた部分３６０ｃと導通する。そして、第２の外筒３６０、ジョイント部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。
【００６４】
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。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
Ａ−４．微粒子センサ１００を用いた検出方法：
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。
【００６９】
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。
【００７０】
第１電流供給回路２２１は、第１の絶縁電線１２１を介して分離用電極１０を含む第１の導電性部材１０Ｖ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を介して放電用電極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８０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８０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を放電用電極２０に供給する。
【００７１】
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の第２の導電性部材１１Ｖ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していると解釈することができる。
【００７２】
第２電流供給回路２２２から放電用電極２０に入力電流Ｉｉｎが流れると、コロナ放電により、放電用電極２０から第２の導電性部材１１Ｖに放電電流Ｉｄｃが流れるとともに、陽イオン８０が発生する。発生した陽イオン８０の一部は煤８２の帯電に用いられ、残りの陽イオン８０は、分離部３１内の分離用対極１１によって捕捉される。
【００７３】
煤８２の帯電に用いられてケーシング２４の外部へと漏洩する陽イオン８０の流れに相当する電流を「漏洩電流Ｉｅｓｃ」とも呼ぶ。一方、ケーシング２４の内面上に配置された分離用対極１１に捕捉される陽イオン８０の流れに相当する電流を「捕捉電流Ｉｔｒｐ」とも呼ぶ。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）
【００７４】
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２４の内面上に配置された第２の導電性部材１１Ｖに流れる電流である。また、前記したとおり、放電用電極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、第２の導電性部材１１Ｖ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）
【００７５】
電気回路部１１２は、電流差計測部２３０によって、入力電流Ｉｉｎと第２の導電性部材１１Ｖ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。
【００７６】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１を介して、第２の導電性部材１１Ｖ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。
【００７７】
第２の導電性部材１１Ｖ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が第１のシールド線ＳＬ１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。
【００７８】
漏洩電流Ｉｅｓｃは、煤８２の帯電に用いられた陽イオン８０の量と相関関係を有する電流であり、煤８２の帯電に用いられた陽イオン８０の量は、排ガス中の煤８２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８２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８２の量を取得する。
【００７９】
このように、センサ制御部１１１は、陽イオン８０の捕捉量に応じた微粒子センサ１００のケーシング２４内における電流変化を利用して、排ガス中の煤８２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８０の捕捉量に基づいて、排ガス中の煤８２の量を検出する。
【００８０】
上記のように、本実施例の微粒子センサ１００は、絶縁性セラミック製のケーシング２４の内面上にそれぞれが対向するようにして配置された分離用電極１０と分離用対極１１とを有する（図３）。ここで、分離用電極１０と分離用対極１１とをケーシング２４の内面から離れた位置に配置した場合、ケーシング２４内部に各極１０，１１を配置するための十分な空間を形成する必要が生じたり、各極１０，１１と他の部材とが接触し短絡しないように複雑な構造にする必要が生じたりする。上記実施例の微粒子センサ１００によれば、分離用電極１０と分離用対極１１とは絶縁性のケーシング２４の内面上に配置されている。より、詳細には、ケーシング２４の内面の所定領域内面（第１ケーシング２７の内面）上に分離用電極１０が配置される一方、ケーシング２４の内面のうち所定領域内面と対向する対向側内面（第２ケーシング２９の内面）上に分離用対極１１が配置されている。よって、各極１０，１１がケーシング２４の内面から離れて配置されている場合よりも、微粒子センサの構造を単純化できる。また、分離用電極１０と分離用対極１１とを微粒子センサ１００の構成部材として容易に設けることができる。
【００８１】
また、ケーシング２４は軸線ＣＬ方向を含む所定の平面で分割された第１のケーシング２７と第２のケーシング２９とを有する（図５）。これにより、ケーシング２４が一体に形成されている場合に比べ、第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖを容易にケーシング２４の内面上に配置できる。
【００８２】
また、分離部３１は、軸線ＣＬ方向の一部において、混合部７１よりも流路断面積が小さい狭小流路３１ｃ有する（図３）。また、狭小流路３１ｃには、分離用電極１０と分離用対極１１とが対向して配置されている。これにより、狭小流路３１ｃを通過する浮遊陽イオン８０に対しより大きな斥力及び引力を与えることができる。これにより、より多くの浮遊陽イオン８０を分離用対極１１へと確実に移動させることができる。すなわち、浮遊陽イオン８０を効率良く分離用対極１１で捕捉することができ、微粒子センサ１００の検出精度を向上できる。
【００８３】
また、微粒子センサ１００は、放電用電極２０についても絶縁性のケーシング２４の内面上に配置されている（図２、図５）。よって、放電用電極２０がケーシング２４の内面から離れて配置される場合に比べ、微粒子センサ１００の構造をより単純化できる。また、放電用電極２０を微粒子センサ１００の構成部材として容易に設けることができる。
【００８４】
また、微粒子センサ１００はノズル開口４２が形成されたノズル形成部材４１を有する（図２、図３）。これにより、ノズル開口４２を介して混合部７１に空気を噴射させることが可能となり、混合部７１を容易に負圧にできる。これにより、排ガスを容易に混合部７１に取り入れることができる。また、ノズル形成部材４１は放電用対極４１としても機能する。これにより、別途に放電用対極４１を設ける場合に比べ部品点数が低減でき、微粒子センサ１００の構造をより一層単純化できる。
【００８５】
また、微粒子センサ１００は、導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布して焼き付けることで第１の導電性部材１０Ｖ、第２の導電性部材１１Ｖ、放電用電極２０を形成している。これにより、容易に各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０をケーシング２４の内面上に配置できる。
【００８６】
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。
【００８７】
Ｂ−１．第１変形例：
上記実施例では、導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布して焼き付けることで、第１の導電性部材１０Ｖ，第２の導電性部材１１Ｖ，放電用電極２０は絶縁性のケーシング２４の内面上に配置されていた。しかしながら各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０のケーシング２４の内面上への配置方法はこれに限定されるものではない。例えば、予め所定形状に形成した各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０をケーシング２４の内面上に配置しても良い。このようにしても上記実施例と同様に、微粒子センサ１００の構造を単純化できる。また、少なくとも１つの各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０を、導電ペースを用いてケーシング２４の内面上に配置させても良い。さらに、メッキ等の手法を用いて各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０を形成するようにしても良い。
【００８８】
Ｂ−２．第２変形例：
上記実施例では、ケーシング２４は第１と第２のケーシング２７，２９に分割されていたが、これに限定されるものではない。すなわち、ケーシング２４は一体に形成されていても良い。このようにしても、上記実施例と同様に、各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０がケーシング２４の内面上に配置されることで、微粒子センサ１００の構造を単純化できる。
【００８９】
Ｂ−３．第３変形例：
上記実施例では、微粒子センサ１００は混合部７１よりも流路断面積の小さい狭小流路３１ｃ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、混合部７１と分離部３１の流路断面積の関係は適宜設定可能である。このようにしても、上記実施例と同様に、各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０がケーシング２４の内面上に配置されることで、微粒子センサ１００の構造を単純化できる。
【００９０】
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２４の内部やケーブル１２０内部にエア供給部１１３（図１（Ｂ））からの空気を流通させる気体供給流路７００（例えば、図３に示す空気供給管１２３や、図４に示す貫通孔３０８）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から、ケーブル１２０やケーシング２４の外側に配置された配管を通じてコロナ放電部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から混合部７１に向けて気体が噴射されることで混合部７１を負圧にできる。
【００９１】
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、微粒子センサ１００を車両用途以外の民生用途に用いることもできる。
【００９２】
Ｂ−６．第６変形例：
上記実施例では、コロナ放電により放電用電極２０とノズル形成部材４１との間で陽イオンを発生させ、分離用電極１０にて陽イオン（主に浮遊陽イオン）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、コロナ放電により放電用電極２０とノズル形成部材４１との間で陰イオンを発生させ、分離用電極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良い。
【符号の説明】
【００９３】
１０…分離用電極
１０Ｖ…第１の導電性部材
１１…分離用対極
１１Ｖ…第２の導電性部材
１４…第２の保護部材
１４Ｖ…絶縁性部材
２０…放電用電極
２２…第１の外筒
２４…ケーシング
２７…第１のケーシング
２９…第２のケーシング
３１…分離部
３１ａ…第１の流路
３１ｂ…第２の流路
３１ｃ…狭小流路
３５…流出孔
４１…ノズル形成部材（放電用対極）
４２…ノズル開口
４５…流入孔
６４…ガスケット
７１…混合部
７２…コロナ放電部
８０…陽イオン
８２…煤
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０３…ジョイント部
１０４…工具係合部
１１０…センサ駆動部
１１１…センサ制御部
１１２…電気回路部
１１３…エア供給部
１２０…ケーブル
１２３…空気供給管
１３０…センサシステム
１３２…リード部
１４２…第１の保護部材
１５２…リード部
３０１，３０２，３０４…端子
３０８…貫通孔
３２０…固定部材
３２４…リード線
３２６…ジョイント部
３６０…第２の外筒
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
７００…気体供給流路
ＣＬ…軸線
ＥＷ…電気配線群
【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、その後に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、製造工程が複雑になる場合があった。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、単純化された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、帯電に用いられたイオンである吸着イオンと帯電に用いられなかったイオンである浮遊イオンとを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びる絶縁性の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配置されると共に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ケーシングと、
前記ケーシング内に形成され、前記コロナ放電によって前記イオンを発生させるコロナ放電部と、
前記コロナ放電部よりも前記一端側の位置で前記ケーシング内に形成され、前記イオンと前記流入孔を介して前記ケーシング内に流入した前記微粒子とを混合させる混合部と、
前記ケーシング内に形成され、前記混合部よりも前記一端側の位置で前記吸着イオンと、前記浮遊イオンとを分離する分離部と、を備え、
前記分離部は、
前記ケーシングの内面上に配置された分離用電極であって、前記浮遊イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ケーシングの内面のうち前記分離用電極と対向する対向側内面上に配置された分離用対極であって、前記浮遊イオンとの間で引力を生じさせる分離用対極と、を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【０００８】
ここで、分離用電極と分離用対極とを、例えばケーシングの中心軸近傍等のケーシングの内面から離れた位置に配置した場合、微粒子センサはケーシング内部に各極を配置するための十分な空間を設ける必要が生じたり、各極と他の部材とが接触して短絡しないように複雑な構造にする必要が生じたりする。適用例１に記載の微粒子センサによれば、分離部における分離用電極と分離用対極とは絶縁性のケーシングの内面上に配置されている。よって、各極がケーシングの内面から離れて配置されている場合よりも、微粒子センサの構造を単純化できる。また、分離用電極と分離用対極とを微粒子センサの構成部材として容易に設けることができる。
【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、
前記軸線方向にそれぞれ延びる第１と第２のケーシングを有し、
前記第１のケーシングの内面上には、前記分離用電極が配置され、
前記第２のケーシングの内面上には、前記分離用対極が配置され、
前記ケーシングは、前記分離用電極と前記分離用対極とが互いに対向する状態で前記第１と第２のケーシングを互いに固着することで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例２に記載の微粒子センサによれば、第１のケーシングの内面上に分離用電極を配置し、第２のケーシングの内面上に分離用対極を配置し、第１と第２のケーシングを固着することで、ケーシングの内面上に互いに対向するように配置された分離用電極と分離用対極とを備える微粒子センサを容易に製造できる。すなわち、適用例２に記載の微粒子センサによれば、分離用電極と分離用対極とをケーシングの内面上に容易に配置できる。なお、第１と第２のケーシングを固着するにあたっては、例えば、セラミック接着剤やガラスペーストを第１と第２のケーシングが互いに重なる重なり面（貼り合わせ面）に塗布して接着させるようにすれば良い。
【００１０】
［適用例３］適用例１又は適用例２に記載の微粒子センサにおいて、
前記分離部は、前記混合部よりも前記軸線方向と直交する断面の面積が小さい狭小流路であって、前記分離用電極と前記分離用対極とがそれぞれ内面に配置された狭小流路を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例３に記載の微粒子センサによれば、分離部が軸線方向の一部において狭小流路を有することで、狭小流路を有さない場合に比べ、微粒子に付着しなかったイオン（浮遊イオン）に対しより大きな斥力及び引力を与えることができる。これにより、より多くの浮遊イオンを分離用対極側へと確実に移動させることができ、浮遊イオンを効率良く分離用対極で捕捉できる。
【００１１】
［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、
前記コロナ放電部は、
前記ケーシングの内面のうち、前記分離用電極及び前記分離用対極と重ならない位置にある他端側内面上に配置された放電用電極と、
前記放電用電極の対極である放電用対極であって、前記放電用電極との間で前記コロナ放電を発生させる放電用対極と、を備え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、さらに放電用電極についてもケーシングの内面上に配置されている。よって、微粒子センサの構造をより単純化できる。また、放電用電極を微粒子センサの構成部材として容易に設けることができる。
【００１２】
［適用例５］適用例４に記載の微粒子センサにおいて、
前記流入孔は、前記ケーシングのうち前記混合部を規定する部分に形成され、
前記微粒子センサは、さらに、
前記軸線方向について前記放電用電極と前記混合部との間の位置で前記軸線方向に開口するノズル開口を形成する、導電性のノズル形成部材を有し、
前記ノズル形成部材は、前記放電用対極として機能する、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、放電用電極と前記混合部との間の位置でノズル開口が形成されたノズル形成部材を有する。これにより、ノズル開口から混合部に空気を噴射させることが可能となる。すなわち、混合部を負圧にすることで、流入孔を介して被検出ガスを容易に混合部に取り入れることができる。また、混合部を負圧にするためのノズル形成部材を放電用対極と兼用させることで、部品点数を低減でき微粒子センサの構造をより一層単純化できる。
【００１３】
［適用例６］適用例５に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ノズル開口よりも他端側の前記ケーシング内に形成された気体供給流路であって、前記ノズル開口の前記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を有する、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、ノズル開口に吹き付けられる外部からの気体を流通させるための気体供給流路を有する。これにより、微粒子センサの外部に供給管等の気体供給流路を別途設けることなく、ノズル開口の他端側からノズル開口に気体を吹き付けることができる。よって、混合部を容易に負圧にでき、流入孔を介して被検出ガスを安定して混合部に取り入れることができる。
【００１４】
［適用例７］適用例１乃至適用例６のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記分離用電極上に配置され、前記分離用電極を保護する絶縁性の保護部材を有する、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、絶縁性の保護部材によって分離用電極が覆われていることから、分離用電極が他の部材と導通し短絡が生じる可能性を低減できる。
【００１５】
［適用例８］適用例１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、
前記分離用電極と前記分離用対極の少なくともいずれか一方は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、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、導電ペーストをケーシングの内面上に塗布して焼き付けることで分離用電極と分離用対極の少なくともいずれか一方をケーシングの内面上に容易に配置できる。
【００１６】
［適用例９］適用例４乃至適用例６、適用例４に従属する適用例７又は適用例８のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、
前記放電用電極は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、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、導電ペーストをケーシングの内面上に塗布して焼き付けることで放電用電極をケーシングの内面上に容易に配置できる。
【００１７】
［適用例１０］適用例１乃至適用例９のいずれか一つに記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ケーシングのうちの前記被検出ガスに晒される部分の外周を取り囲むと共に、前記被検出ガスを流通させるための開口が形成された保護外筒を備える、ことを特徴とする微粒子センサ。
適用例１０に記載の微粒子センサによれば、保護外筒を備えることで被検出ガスが流通する流通管等に微粒子センサを装着する際に、ケーシングが損傷することを防止できる。また、被検出ガス中に水等の液体が含まれている場合でも、ケーシングに液体が付着することを抑制できる。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】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２】微粒子センサ１００の先端部１００ｅの概略図である。
【図３】微粒子センサ１００の第１の断面図である。
【図４】微粒子センサ１００の第２の断面図である。
【図５】微粒子センサ１００の分解斜視図である。
【図６】ケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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：
【００２１】
Ａ．実施例：
Ａ−１：微粒子センサの全体構成：
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（先端側）」とも呼び、図１（Ｂ）の紙面上側を「他端側（後端側）」とも呼ぶ。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。なお、ケーブル１２０は、微粒子センサ１００の構成部材の１つであるとも言える。
【００２５】
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（本実施例では、陽イオン）を用いて微粒子である煤を帯電させる。そして、微粒子センサ１００は、帯電に用いられた陽イオン（「吸着陽イオン」とも呼ぶ。）と、帯電に用いられなかった陽イオン（「浮遊陽イオン」とも呼ぶ。）とを分離することで、煤の量を検出するための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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。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。微粒子センサ１００の先端側には排ガスを微粒子センサ１００の内部に取り入れるための開口が形成されている。なお、この詳細は後述する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
電気回路部１１２は、ケーブル１２０に収容された電気配線群ＥＷを介して微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給したり、微粒子センサ１００のセンサ信号を受信したりする。電気配線群ＥＷは複数の電気配線（信号線）を含む。なお、電気回路部１１２が受信したセンサ信号に基づきセンサ制御部１１１は、排ガス中に含まれる煤の量を検出する。この検出方法の詳細については後述する。
【００３１】
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。
【００３２】
Ａ−２．微粒子センサ１００の概略構成：
微粒子センサ１００の詳細構成を説明する前に理解の容易のために、微粒子センサ１００の概略構成について説明する。図２は微粒子センサ１００の先端部１００ｅの概略図を示している。
【００３３】
微粒子センサ１００は、絶縁性を有する有底筒状のケーシング２４を有する。ケーシング２４はアルミナ等の耐熱性を有する絶縁性セラミックにより形成されている。また、微粒子センサ１００は、排ガスをケーシング２４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（軸線ＣＬ方向の先端側）に形成され、排ガスを外部に流出させるための流出孔３５とを備える。流入孔４５及び流出孔３５は、ケーシング２４の側面に形成されている。さらに、微粒子センサ１００は、他端側から一端側に向かう順に、コロナ放電部７２と、混合部７１と、分離部３１とを備える。各部７２，７１，３１はケーシング２４内に形成されている。また、ケーシング２４の内面上には、第１の導電性部材１０Ｖと第２の導電性部材１１Ｖとが配置されている。第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖは、例えば銅等の金属粒子と有機溶剤とを含む導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布し、焼き付けることでケーシング２４の内面上に配置される。電気回路部１１２から電力が供給されることで、第１の導電性部材１０Ｖは陽極として機能し、第２の導電性部材１１Ｖは陰極として機能する。また、第１の導電性部材１０Ｖの一端側は後述する分離用電極１０として機能する。また、第２の導電性部材１１Ｖの一端側は後述する分離用対極１１として機能する。
【００３４】
また、微粒子センサ１００は、絶縁性のケーシング２４に取り付けられ、軸線ＣＬ方向について混合部７１と後述する放電用電極２０との間に位置する導電性のノズル形成部材４１を有する。ノズル形成部材４１は、例えばステンレス等の金属製である。ノズル形成部材４１は円板状であり、略中央には軸線ＣＬ方向（図２では上下方向）に開口するノズル開口４２が形成されている。ノズル形成部材４１は、第２の導電性部材１１Ｖと導通し、第１の導電性部材１０Ｖとは導通していない。
【００３５】
コロナ放電部７２は、陽極として機能する放電用電極２０を有する。放電用電極２０は、導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布し、焼き付けることでケーシング２４の内面上に配置される。導電ペーストは、例えば銅等の金属粒子と有機溶媒とを含む。ここで、ノズル形成部材４１は放電用電極２０の対極である放電用対極として機能する。よって、ノズル形成部材４１を放電用対極４１とも呼ぶ。コロナ放電部７２は、放電用電極２０と放電用対極４１との間でコロナ放電を発生させる。なお、図５で後述するように、放電用電極２０の一端部２０Ｓは、一端側に向かうほど幅が小さくなり、一端が尖った形態である。そして、コロナ放電部７２にてコロナ放電が生じることで、放電した電子がコロナ放電部７２に供給される空気中の分子と衝突し、周囲にイオン（陽イオン）８０を発生させる。
【００３６】
コロナ放電部７２で発生した陽イオン８０は、ノズル開口４２よりも他端側からエア供給部１１３（図１）によって供給される高圧空気と共に、ノズル開口４２から混合部７１へと噴射される。これにより、混合部７１は負圧になる。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。なお、高圧空気は、微粒子センサ１００内に形成された気体供給流路７００を流通し、ノズル開口４２に吹き付けられる。
【００３７】
絶縁性のケーシング２４のうち、混合部７１を規定する部分には流入孔４５が形成されている。すなわち、流入孔４５は直接に混合部７１と連通している。混合部７１は、ノズル開口４２から高圧空気が噴射されることで負圧となり、流入孔４５を介して検出対象となる排ガスを良好に且つ安定して一定の量をケーシング２４内部に取り込むことができる。ノズル開口４２を介して混合部７１に流入した陽イオン８０と、流入孔４５を介して混合部７１に流入した排ガスは混合部７１によって混合される。これによって、排ガス中に微粒子である煤８２が存在する場合は、陽イオン８０が煤８２に吸着して帯電する。
【００３８】
絶縁性のケーシング２４の内面上には、第１の導電性部材１０Ｖと第２の導電性部材１１Ｖとが配置されている。詳細には第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖは、ケーシング２４の一端から他端に亘って軸線ＣＬ方向に延びている。
【００３９】
分離部３１は、陽極として機能する分離用電極１０と、陰極として機能する分離用対極１１とを有する。分離用電極１０は陽イオン８０（特に、浮遊陽イオン８０）との間で斥力を生じさせる。分離用対極１１は、陽イオン８０（特に、浮遊陽イオン８０）との間で引力を生じさせる。分離用電極１０は、第１の導電性部材１０Ｖのうち混合部７１よりも一端側に配置され、面状に拡がった部分をいう。また、分離用対極１１は、第２の導電性部材１１Ｖのうち混合部７１よりも一端側に配置され、面状に拡がった部分をいう。なお、分離用電極１０と分離用対極１１との詳細は後述する。
【００４０】
分離部３１は、軸線ＣＬ方向に沿って他端側から一端側に向かう順に、第１の流路３１ａと、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い開口面積（軸線ＣＬ方向に直交する断面積）が次第に縮小する。狭小流路３１ｃは、混合部７１よりも小さい一定の開口面積を有する。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が次第に拡大する。ケーシング２４のうち第２の流路３１ｂを形成する部分の壁面には流出孔３５が形成されている。
【００４１】
ここで、煤８２に吸着しなかった陽イオン８０（浮遊陽イオン８０）は、分離用電極１０から離れる方向に移動する。すなわち、分離用電極１０による斥力及び分離用対極１１による引力によって、浮遊陽イオン８０は排ガスの流れに拘わらず、分離用対極１１が位置する方向に進む。分離用対極１１に衝突した浮遊陽イオン８０は、分離用対極１１に捕捉される。一方で、煤８２に吸着した陽イオン８０（吸着陽イオン８０）は、浮遊陽イオン８０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浮遊陽イオン８０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から外部へと排出される。これにより、ケーシング２４内で浮遊陽イオン８０と吸着陽イオン８０とが分離される。
【００４２】
Ａ−３．微粒子センサ１００の詳細構成：
図３〜図５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３は、微粒子センサ１００の第１の断面図である。図４は、微粒子センサ１００の第２の断面図である。図５は、微粒子センサ１００の分解斜視図である。ここで、図４は図３の３−３断面図である。なお、図３及び図４には、互いに直交するＸＹＺ軸を付している。
【００４３】
図３〜図５に示すように、微粒子センサ１００は、軸線ＣＬ方向に延びる絶縁性セラミック製のケーシング２４と、ケーシング２４のうちで被検出ガスである排ガスに晒される部分である一端側外周を取り囲む第１の外筒２２（保護外筒２２）と、第１の外筒２２の他端に接続されたジョイント部１０３と、ジョイント部１０３の他端側に接続された第２の外筒３６０とを備える。第１の外筒２２、ジョイント部１０３、第２の外筒３６０はステンレス等の金属により形成されている。第１の外筒２２は、排ガスを流通させるための開口２２ａが周方向に複数形成されている。また、第１の外筒２２の一端面２２ｂが微粒子センサ１００の一端を構成する。ここで、第１の外筒２２を設置することにより、排ガス配管４１５に微粒子センサ１００を装着する際に絶縁性セラミック製のケーシング２４が損傷することを防止することができる。また、排ガス中に含まれる水等の液体がケーシング２４に付着することを抑制することができる。
【００４４】
ジョイント部１０３の外周には、六角レンチ等の工具と係合させるための工具係合部１０４が設けられている。工具係合部１０４の一端面には、ガスケット６４が取り付けられている。ガスケット６４は、排ガス配管４１５から外部に排ガスが漏れ出さないようにするために、微粒子センサ１００を気密に排ガス配管４１５に取り付ける。
【００４５】
図５に示すように、ケーシング２４は軸線ＣＬ方向に分割されている第１のケーシング２７と、第２のケーシング２９とを備える。すなわち、ケーシング２４は、軸線ＣＬを含む所定の平面で分割されている第１と第２のケーシング２７，２９を備える。第１と第２のケーシング２７，２９はそれぞれ軸線ＣＬ方向に延びている。そして、この第１と第２のケーシング２７，２９は、アルミナを主成分とする耐熱性のセラミック接着剤を互いの重なり面（貼り合わせ面）に塗布し接着することにより固着されている。詳細には、第１のケーシング２７に配置された分離用電極１０と第２のケーシング２９に配置された分離用対極１１とが互いに対向する状態で、第１と第２のケーシング２７，２９を互いにセラミック接着材を用いて固着することで、ケーシング２４が形成される。
【００４６】
図３及び図４に示すように、ケーシング２４の他端側には、筒状に形成された固定部材３２０が外嵌されている。これにより、固定部材３２０とケーシング２４とが一体化されている。固定部材３２０は、例えばステンレス等の金属により形成される。ケーシング２４の一端側がジョイント部１０３の先端から突出して排ガスに晒されるように、固定部材３２０がジョイント部１０３の内部に装着されることで、ケーシング２４が固定部材３２０とジョイント部１０３との間で挟持されると共にジョイント部１０３に対して保持される。なお、固定部材３２０には、図５では図示していないが外周に雄ネジ部が形成されており、固定部材３２０をジョイント部１０３の内周に形成された雌ネジ部に螺合することで、両者１０３，３２０は互いに固定される。
【００４７】
図３に示すように、第２の外筒３６０の他端側にはケーブル１２０が取り付けられている。また、ケーブル１２０と第２の外筒３６０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３５０が配置されている。ケーブル１２０内には、第１と第２のシールド線ＳＬ１，ＳＬ２を含む各種電気配線や、空気供給管１２３が形成されている。第２の外筒３６０の他端側は、ケーブル１２０を保持するために加締められ、加締め部３６０ｃが形成されている。この加締めの際には、ケーブル１２０の外皮１２０４に切れ目を設けるとともに、第２の外筒３０６の一部を、その切れ目に入り込ませる。これによって、加締め部３６０ｃがケーブル１２０の第２のシールド線ＳＬ２と電気的に導通する。なお、第２の外筒３６０の他端３６０ｂが微粒子センサ１００の他端を構成する。
【００４８】
図５に示すように、第１のケーシング２７の部分のうち、ケーシング２４として組み立てられた場合の内面上には第１の導電性部材１０Ｖが配置されている。また、第１の導電性部材１０Ｖ上には絶縁性の絶縁性部材１４Ｖが配置されている。絶縁性部材１４Ｖは、セラミックと有機溶剤を含む絶縁性を有する絶縁ペーストを第１の導電性部材１０Ｖ上に塗布して焼き付けることで、第１の導電性部材１０Ｖ上に配置される。第２のケーシング２９の部分のうち、ケーシング２４として組み立てられた場合の内面上には第２の導電性部材１１Ｖが配置されている。
【００４９】
第１の導電性部材１０Ｖは、他端側に位置する線状のリード部１３２と、一端側に位置しリード部１３２と接続された分離用電極１０と、を有する。リード部１３２は、端子３０２にロウ付けにより接合され、この端子３０２を介してケーブル１２０内の第１の絶縁配線（後述）と接続される。これにより、第１の導電性部材１０Ｖは、センサ駆動部１１０（図１（Ａ））と電気的に接続される。図５に示すように、分離用電極１０は面状であり、第１のケーシング２７の内面上に周方向の幅を有して配置されている。詳細には図４に示すように、分離用電極１０は狭小流路３１ｃ及び第２の流路３１ｂの内面上に配置されている。
【００５０】
図５に示すように絶縁性部材１４Ｖは、リード部１３２上に重なるように配置された線状の第１の保護部材１４２と、分離用電極１０上に重なるように配置された面状の第２の保護部材１４とを有する。微粒子センサ１００は絶縁性部材１４Ｖを有することで、第１の導電性部材１０Ｖ上に煤等の微粒子が堆積し、他の導電性部材（例えばノズル形成部材４１）と第１の導電性部材１０Ｖとが短絡する可能性を低減できる。これにより、微粒子センサ１００の微粒子の量の検出精度の低下を抑制できる。なお、第１の保護部材１４２はリード部１３２よりも短く、リード部１３２の他端側は第１の保護部材１４２に覆われることなく露出している。これにより、リード部１３２の他端側が端子３０２に接合されている。ここで、「第２の保護部材１４」が課題を解決するための手段に記載の「保護部材」に相当する。
【００５１】
図５に示すように第２の導電性部材１１Ｖは、他端側に位置する線状のリード部１５２と、一端側に位置しリード部１５２と接続された分離用対極１１と、を有する。図４に示すように、リード部１５２は端子３０１にロウ付けされ、この端子３０１に接続されるリード線３２４、及び、リード線３２４が接続されるジョイント部３２６を介してケーブル１２０内の第１のシールド線ＳＬ１と接続される。これにより、第２の導電性部材１１Ｖは、センサ駆動部１１０（図１（Ａ））と電気的に接続される。なお、第１のシールド線ＳＬ１の一端側は、ケーブル１２０から外部に露出し、露出した部分がジョイント部３２６と接続されている。また、リード線３２４は、ジョイント部３２６の一端側に突出する突出部３２６ａに接続される。
【００５２】
分離用対極１１は面状であり、第２のケーシング２９の内面上に周方向の幅を有して配置されている。詳細には図３に示すように、分離用対極１１は分離部３１の内面上に配置されている。また、分離用対極１１と分離用電極１０とは互いに対向するように配置されている。
【００５３】
図３及び図５に示すように、第２のケーシング２９の内面のうち、第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖと重ならない位置にある内面上（他端側内面上）には、放電用電極２０が配置されている。放電用電極２０は面状であり、分離用電極１０や分離用対極１１よりも他端側に位置する。放電用電極２０の他端側はケーシング２４の他端側開口部に嵌め込まれる端子３０４を介してケーブル１２０内の第２の絶縁電線（後述）と接続される。これにより、放電用電極２０は、センサ駆動部１１０（図１（Ａ））と電気的に接続される。なお、端子３０１，３０２，３０４は、図４に示すように、それぞれが接触することがないように空間を隔てて第２の外筒３６０内に配置される。
【００５４】
図３に示すように、ケーシング２４のうち軸線ＣＬ方向について放電用電極２０と混合部７１との間には円板状のノズル形成部材４１が配置されている。ノズル形成部材４１は金属製（例えば、ステンレス）であり導電性を有する。ノズル形成部材４１は、コロナ放電部７２と混合部７１とを区画している。図５に示すようにノズル形成部材４１は、外周面から径方向外側に突出する突出部４３を有する。この突出部４３がリード部１５２と接触することで、ノズル形成部材４１と第２の導電性部材１１Ｖとは電気的に接続されている。なお、ノズル形成部材４１と第１の導電性部材１０Ｖは所定の間隔をあけて配置されることで、ノズル形成部材４１と第１の導電性部材１０Ｖとは非接触状態にある。
【００５５】
ノズル形成部材４１の略中央には軸線ＣＬ方向に開口するノズル開口４２が形成されている。ノズル開口４２は、微小孔（オリフィス）である。本実施例では、コロナ放電部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。上記のように、微小孔であるノズル開口４２は金属製のノズル形成部材４１に形成されることから、セラミック製の部材に形成されるよりも精度良く形成できる。
【００５６】
ノズル形成部材４１は、ノズル開口４２よりも一端側に位置する混合部７１を負圧にできる。具体的には、ノズル開口４２よりも他端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、混合部７１に気体が噴射され混合部７１は負圧になる。また、センサ駆動部１１０（図１（Ｂ））によって、放電用電極２０とノズル形成部材４１との間に所定の電圧が印加されることで、放電用電極２０の一端部２０Ｓとノズル形成部材４１のコロナ放電部７２に面する側の表面との間でコロナ放電が生じる。
【００５７】
図３に示すように、ケーブル１２０内には軸線ＣＬ方向に延びる空気供給管１２３が形成されている。また図４に示すように、端子３０４内には軸線ＣＬ方向に延びる貫通孔３０８が形成されている。空気供給管１２３、第２の外筒３６０の内部空間、貫通孔３０８、ケーシング２４の内部空間は、エア供給部１１３からノズル開口４２側に向けて吹き付けられる空気が流通する気体供給流路７００（図２）を形成する。
【００５８】
図６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。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、第１と第２のシールド線ＳＬ１,ＳＬ２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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、第２の導電性部材１１Ｖ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を貫通する第２の外筒３６０の加締められた部分３６０ｃと導通する。そして、第２の外筒３６０、ジョイント部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。
【００６４】
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。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
Ａ−４．微粒子センサ１００を用いた検出方法：
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。
【００６９】
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。
【００７０】
第１電流供給回路２２１は、第１の絶縁電線１２１を介して分離用電極１０を含む第１の導電性部材１０Ｖ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を介して放電用電極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８０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８０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を放電用電極２０に供給する。
【００７１】
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の第２の導電性部材１１Ｖ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していると解釈することができる。
【００７２】
第２電流供給回路２２２から放電用電極２０に入力電流Ｉｉｎが流れると、コロナ放電により、放電用電極２０から第２の導電性部材１１Ｖに放電電流Ｉｄｃが流れるとともに、陽イオン８０が発生する。発生した陽イオン８０の一部は煤８２の帯電に用いられ、残りの陽イオン８０は、分離部３１内の分離用対極１１によって捕捉される。
【００７３】
煤８２の帯電に用いられてケーシング２４の外部へと漏洩する陽イオン８０の流れに相当する電流を「漏洩電流Ｉｅｓｃ」とも呼ぶ。一方、ケーシング２４の内面上に配置された分離用対極１１に捕捉される陽イオン８０の流れに相当する電流を「捕捉電流Ｉｔｒｐ」とも呼ぶ。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）
【００７４】
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２４の内面上に配置された第２の導電性部材１１Ｖに流れる電流である。また、前記したとおり、放電用電極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、第２の導電性部材１１Ｖ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）
【００７５】
電気回路部１１２は、電流差計測部２３０によって、入力電流Ｉｉｎと第２の導電性部材１１Ｖ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。
【００７６】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、ケーブル１２０の第１のシールド線ＳＬ１を介して、第２の導電性部材１１Ｖ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。
【００７７】
第２の導電性部材１１Ｖ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が第１のシールド線ＳＬ１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。
【００７８】
漏洩電流Ｉｅｓｃは、煤８２の帯電に用いられた陽イオン８０の量と相関関係を有する電流であり、煤８２の帯電に用いられた陽イオン８０の量は、排ガス中の煤８２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８２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８２の量を取得する。
【００７９】
このように、センサ制御部１１１は、陽イオン８０の捕捉量に応じた微粒子センサ１００のケーシング２４内における電流変化を利用して、排ガス中の煤８２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８０の捕捉量に基づいて、排ガス中の煤８２の量を検出する。
【００８０】
上記のように、本実施例の微粒子センサ１００は、絶縁性セラミック製のケーシング２４の内面上にそれぞれが対向するようにして配置された分離用電極１０と分離用対極１１とを有する（図３）。ここで、分離用電極１０と分離用対極１１とをケーシング２４の内面から離れた位置に配置した場合、ケーシング２４内部に各極１０，１１を配置するための十分な空間を形成する必要が生じたり、各極１０，１１と他の部材とが接触し短絡しないように複雑な構造にする必要が生じたりする。上記実施例の微粒子センサ１００によれば、分離用電極１０と分離用対極１１とは絶縁性のケーシング２４の内面上に配置されている。より、詳細には、ケーシング２４の内面の所定領域内面（第１ケーシング２７の内面）上に分離用電極１０が配置される一方、ケーシング２４の内面のうち所定領域内面と対向する対向側内面（第２ケーシング２９の内面）上に分離用対極１１が配置されている。よって、各極１０，１１がケーシング２４の内面から離れて配置されている場合よりも、微粒子センサの構造を単純化できる。また、分離用電極１０と分離用対極１１とを微粒子センサ１００の構成部材として容易に設けることができる。
【００８１】
また、ケーシング２４は軸線ＣＬ方向を含む所定の平面で分割された第１のケーシング２７と第２のケーシング２９とを有する（図５）。これにより、ケーシング２４が一体に形成されている場合に比べ、第１と第２の導電性部材１０Ｖ，１１Ｖを容易にケーシング２４の内面上に配置できる。
【００８２】
また、分離部３１は、軸線ＣＬ方向の一部において、混合部７１よりも流路断面積が小さい狭小流路３１ｃ有する（図３）。また、狭小流路３１ｃには、分離用電極１０と分離用対極１１とが対向して配置されている。これにより、狭小流路３１ｃを通過する浮遊陽イオン８０に対しより大きな斥力及び引力を与えることができる。これにより、より多くの浮遊陽イオン８０を分離用対極１１へと確実に移動させることができる。すなわち、浮遊陽イオン８０を効率良く分離用対極１１で捕捉することができ、微粒子センサ１００の検出精度を向上できる。
【００８３】
また、微粒子センサ１００は、放電用電極２０についても絶縁性のケーシング２４の内面上に配置されている（図２、図５）。よって、放電用電極２０がケーシング２４の内面から離れて配置される場合に比べ、微粒子センサ１００の構造をより単純化できる。また、放電用電極２０を微粒子センサ１００の構成部材として容易に設けることができる。
【００８４】
また、微粒子センサ１００はノズル開口４２が形成されたノズル形成部材４１を有する（図２、図３）。これにより、ノズル開口４２を介して混合部７１に空気を噴射させることが可能となり、混合部７１を容易に負圧にできる。これにより、排ガスを容易に混合部７１に取り入れることができる。また、ノズル形成部材４１は放電用対極４１としても機能する。これにより、別途に放電用対極４１を設ける場合に比べ部品点数が低減でき、微粒子センサ１００の構造をより一層単純化できる。
【００８５】
また、微粒子センサ１００は、導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布して焼き付けることで第１の導電性部材１０Ｖ、第２の導電性部材１１Ｖ、放電用電極２０を形成している。これにより、容易に各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０をケーシング２４の内面上に配置できる。
【００８６】
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。
【００８７】
Ｂ−１．第１変形例：
上記実施例では、導電ペーストをケーシング２４の内面上に塗布して焼き付けることで、第１の導電性部材１０Ｖ，第２の導電性部材１１Ｖ，放電用電極２０は絶縁性のケーシング２４の内面上に配置されていた。しかしながら各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０のケーシング２４の内面上への配置方法はこれに限定されるものではない。例えば、予め所定形状に形成した各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０をケーシング２４の内面上に配置しても良い。このようにしても上記実施例と同様に、微粒子センサ１００の構造を単純化できる。また、少なくとも１つの各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０を、導電ペースを用いてケーシング２４の内面上に配置させても良い。さらに、メッキ等の手法を用いて各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０を形成するようにしても良い。
【００８８】
Ｂ−２．第２変形例：
上記実施例では、ケーシング２４は第１と第２のケーシング２７，２９に分割されていたが、これに限定されるものではない。すなわち、ケーシング２４は一体に形成されていても良い。このようにしても、上記実施例と同様に、各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０がケーシング２４の内面上に配置されることで、微粒子センサ１００の構造を単純化できる。
【００８９】
Ｂ−３．第３変形例：
上記実施例では、微粒子センサ１００は混合部７１よりも流路断面積の小さい狭小流路３１ｃ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、混合部７１と分離部３１の流路断面積の関係は適宜設定可能である。このようにしても、上記実施例と同様に、各構成部材１０Ｖ，１１Ｖ，２０がケーシング２４の内面上に配置されることで、微粒子センサ１００の構造を単純化できる。
【００９０】
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２４の内部やケーブル１２０内部にエア供給部１１３（図１（Ｂ））からの空気を流通させる気体供給流路７００（例えば、図３に示す空気供給管１２３や、図４に示す貫通孔３０８）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から、ケーブル１２０やケーシング２４の外側に配置された配管を通じてコロナ放電部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から混合部７１に向けて気体が噴射されることで混合部７１を負圧にできる。
【００９１】
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、微粒子センサ１００を車両用途以外の民生用途に用いることもできる。
【００９２】
Ｂ−６．第６変形例：
上記実施例では、コロナ放電により放電用電極２０とノズル形成部材４１との間で陽イオンを発生させ、分離用電極１０にて陽イオン（主に浮遊陽イオン）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、コロナ放電により放電用電極２０とノズル形成部材４１との間で陰イオンを発生させ、分離用電極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良い。
【符号の説明】
【００９３】
１０…分離用電極
１０Ｖ…第１の導電性部材
１１…分離用対極
１１Ｖ…第２の導電性部材
１４…第２の保護部材
１４Ｖ…絶縁性部材
２０…放電用電極
２２…第１の外筒
２４…ケーシング
２７…第１のケーシング
２９…第２のケーシング
３１…分離部
３１ａ…第１の流路
３１ｂ…第２の流路
３１ｃ…狭小流路
３５…流出孔
４１…ノズル形成部材（放電用対極）
４２…ノズル開口
４５…流入孔
６４…ガスケット
７１…混合部
７２…コロナ放電部
８０…陽イオン
８２…煤
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０３…ジョイント部
１０４…工具係合部
１１０…センサ駆動部
１１１…センサ制御部
１１２…電気回路部
１１３…エア供給部
１２０…ケーブル
１２３…空気供給管
１３０…センサシステム
１３２…リード部
１４２…第１の保護部材
１５２…リード部
３０１，３０２，３０４…端子
３０８…貫通孔
３２０…固定部材
３２４…リード線
３２６…ジョイント部
３６０…第２の外筒
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
７００…気体供給流路
ＣＬ…軸線
ＥＷ…電気配線群
【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、帯電に用いられたイオンである吸着イオンと帯電に用いられなかったイオンである浮遊イオンとを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びる絶縁性の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配置されると共に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ケーシングと、
前記ケーシング内に形成され、前記コロナ放電によって前記イオンを発生させるコロナ放電部と、
前記コロナ放電部よりも一端側の位置で前記ケーシング内に形成され、前記イオンと前記流入孔を介して前記ケーシング内に流入した前記微粒子とを混合させる混合部と、
前記ケーシング内に形成され、前記混合部よりも前記一端側の位置で前記吸着イオンと、前記浮遊イオンとを分離する分離部と、を備え、
前記分離部は、
前記ケーシングの内面上に配置された分離用電極であって、前記浮遊イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ケーシングの内面のうち前記分離用電極と対向する対向側内面上に配置された分離用対極であって、前記浮遊イオンとの間で引力を生じさせる分離用対極と、を有する、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、
前記軸線方向にそれぞれ延びる第１と第２のケーシングを有し、
前記第１のケーシングの内面上には、前記分離用電極が配置され、
前記第２のケーシングの内面上には、前記分離用対極が配置され、
前記ケーシングは、前記分離用電極と前記分離用対極とが互いに対向する状態で前記第１と第２のケーシングを互いに固着することで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微粒子センサにおいて、
前記分離部は、前記混合部よりも前記軸線方向と直交する断面の面積が小さい狭小流路であって、前記分離用電極と前記分離用対極とがそれぞれ内面に配置された狭小流路を有する、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、
前記コロナ放電部は、
前記ケーシングの内面のうち、前記分離用電極及び前記分離用対極と重ならない位置にある他端側内面上に配置された放電用電極と、
前記放電用電極の対極である放電用対極であって、前記放電用電極との間で前記コロナ放電を発生させる放電用対極と、を備えること特徴とする微粒子センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の微粒子センサにおいて、
前記流入孔は、前記ケーシングのうち前記混合部を規定する部分に形成され、
前記微粒子センサは、さらに、
前記軸線方向について前記放電用電極と前記混合部との間の位置で前記軸線方向に開口するノズル開口を形成する、導電性のノズル形成部材を有し、
前記ノズル形成部材は、前記放電用対極として機能する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ノズル開口よりも他端側の前記ケーシング内に形成された気体供給流路であって、前記ノズル開口の前記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を有する、ことを特徴とする、微粒子センサ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記分離用電極上に配置され、前記分離用電極を保護する絶縁性の保護部材を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項８】
請求項１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、
前記分離用電極と前記分離用対極の少なくともいずれか一方は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項９】
請求項４乃至請求項６、請求項４に従属する請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記放電用電極は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ケーシングのうちの前記被検出ガスに晒される部分の外周を取り囲むと共に、前記被検出ガスを流通させるための開口が形成された保護外筒を備える、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、帯電に用いられたイオンである吸着イオンと帯電に用いられなかったイオンである浮遊イオンとを分離する微粒子センサにおいて、
軸線方向に延びる絶縁性の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配置されると共に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ケーシングと、
前記ケーシング内に形成され、前記コロナ放電によって前記イオンを発生させるコロナ放電部と、
前記コロナ放電部よりも一端側の位置で前記ケーシング内に形成され、前記イオンと前記流入孔を介して前記ケーシング内に流入した前記微粒子とを混合させる混合部と、
前記ケーシング内に形成され、前記混合部よりも前記一端側の位置で前記吸着イオンと、前記浮遊イオンとを分離する分離部と、を備え、
前記分離部は、
前記ケーシングの内面上に配置された分離用電極であって、前記浮遊イオンとの間で斥力を生じさせる分離用電極と、
前記ケーシングの内面のうち前記分離用電極と対向する対向側内面上に配置された分離用対極であって、前記浮遊イオンとの間で引力を生じさせる分離用対極と、を有する、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、
前記軸線方向にそれぞれ延びる第１と第２のケーシングを有し、
前記第１のケーシングの内面上には、前記分離用電極が配置され、
前記第２のケーシングの内面上には、前記分離用対極が配置され、
前記ケーシングは、前記分離用電極と前記分離用対極とが互いに対向する状態で前記第１と第２のケーシングを互いに固着することで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微粒子センサにおいて、
前記分離部は、前記混合部よりも前記軸線方向と直交する断面の面積が小さい狭小流路であって、前記分離用電極と前記分離用対極とがそれぞれ内面に配置された狭小流路を有する、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、
前記コロナ放電部は、
前記ケーシングの内面のうち、前記分離用電極及び前記分離用対極と重ならない位置にある他端側内面上に配置された放電用電極と、
前記放電用電極の対極である放電用対極であって、前記放電用電極との間で前記コロナ放電を発生させる放電用対極と、を備えること特徴とする微粒子センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の微粒子センサにおいて、
前記流入孔は、前記ケーシングのうち前記混合部を規定する部分に形成され、
前記微粒子センサは、さらに、
前記軸線方向について前記放電用電極と前記混合部との間の位置で前記軸線方向に開口するノズル開口を形成する、導電性のノズル形成部材を有し、
前記ノズル形成部材は、前記放電用対極として機能する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ノズル開口よりも他端側の前記ケーシング内に形成された気体供給流路であって、前記ノズル開口の前記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を有する、ことを特徴とする、微粒子センサ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記分離用電極上に配置され、前記分離用電極を保護する絶縁性の保護部材を有する、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項８】
請求項１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、
前記分離用電極と前記分離用対極の少なくともいずれか一方は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項９】
請求項４乃至請求項６、請求項４に従属する請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、
前記放電用電極は、前記ケーシングの内面上に導電ペーストを塗布して焼き付けることで形成されている、ことを特徴とする微粒子センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の微粒子センサにおいて、さらに、
前記ケーシングのうちの前記被検出ガスに晒される部分の外周を取り囲むと共に、前記被検出ガスを流通させるための開口が形成された保護外筒を備える、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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５１９２６（Ｐ２０１２−２５１９２６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２６１９２（Ｐ２０１１−１２６１９２）
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【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１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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