微粒子センサ
【課題】微粒子を含むガス中の微粒子の量を、コロナ放電を利用して検出する微粒子センサについて、その寿命を長くする。
【解決手段】微粒子センサは、イオン発生部５０と、導電線１２２と、帯電部４０と、イオン捕捉部３０と、を備える。イオン発生部５０は、コロナ放電によってイオンＰＩを発生させる。導電線１２２は、コロナ放電のための電力を外部電源からイオン発生部５０に供給する。帯電部４０は、ガス中の少なくとも一部の微粒子Ｓを、イオンＰＩを用いて帯電させる。イオン捕捉部３０は、イオン発生部５０において生じたイオンＰＩのうち、帯電部４０における微粒子Ｓの帯電に用いられなかったイオンＰＩを捕捉する。このような原理のもと、微粒子センサは、ガス中の微粒子Ｓの量を検出する。導電線１２２の少なくとも一部は、シリコーン樹脂によって被覆されている。
【解決手段】微粒子センサは、イオン発生部５０と、導電線１２２と、帯電部４０と、イオン捕捉部３０と、を備える。イオン発生部５０は、コロナ放電によってイオンＰＩを発生させる。導電線１２２は、コロナ放電のための電力を外部電源からイオン発生部５０に供給する。帯電部４０は、ガス中の少なくとも一部の微粒子Ｓを、イオンＰＩを用いて帯電させる。イオン捕捉部３０は、イオン発生部５０において生じたイオンＰＩのうち、帯電部４０における微粒子Ｓの帯電に用いられなかったイオンＰＩを捕捉する。このような原理のもと、微粒子センサは、ガス中の微粒子Ｓの量を検出する。導電線１２２の少なくとも一部は、シリコーン樹脂によって被覆されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排ガス中に含まれる煤などの微粒子量を検出するセンサに関する。
【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。内燃機関から大気中に排出される排ガスに含まれる微粒子の量を制御または抑制するために、内燃機関の排ガス配管には、排ガス中の微粒子の量を検出するための微粒子センサが取り付けられる場合がある。そのような微粒子センサには、コロナ放電によってイオンを生成し、そのうちの一部のイオンによって排ガス中の微粒子を帯電させることにより、排ガス中の微粒子量を検出するものが知られている（下記特許文献１等）。その微粒子センサにおいては、微粒子センサが備える電極に断続的に電圧を印加することにより、コロナ放電が行われる。
【０００３】
上記のような微粒子センサにおいては、電極に電圧を印加するための導電線は、少なくとも他の電位を有する導電部材の近傍において、樹脂によって被覆され、他の電位を有する導電部材から絶縁されている。しかし、高出力であって、高周波の断続的なもしくは交流の電圧の印加により、被覆部材のクラックやボイド等の微細な欠陥においてコロナ放電が生じる場合がある。そのようなコロナ放電は、さらに欠陥を成長させて、導電線全体の絶縁性能を維持できなくする。このため、微粒子センサの寿命が短くなってしまうという問題があった。このような問題は、内燃機関の排ガス中の煤の検出に用いられる微粒子センサのみならず、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、コロナ放電を利用して検出する微粒子センサについて、広く存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１４９２３号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１０９６８８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、コロナ放電を利用して検出する微粒子センサについて、その寿命を長くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
前記コロナ放電のための電力を外部電源から前記イオン発生部に供給するための導電線と、
微粒子を含むガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させる帯電部と、を備え、
前記微粒子の帯電に使用された前記イオンの量に基づいて前記ガス中の前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
前記導電線の少なくとも一部は、シリコーン樹脂によって被覆されている、微粒子センサ。
【０００８】
このような態様においては、イオン発生部に電力を供給するための導電線は、耐コロナ放電性に優れるシリコーン樹脂によって被覆されている。このため、長期にわたって導電線の絶縁性能を維持することができる。よって、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、コロナ放電を利用して検出する微粒子センサについて、微粒子センサの寿命を長くすることができる。
なお、「シリコーン樹脂」は、ケイ素化合物を主成分とする合成樹脂である。
【０００９】
［適用例２］
適用例１の微粒子センサであって、
前記導電線において、前記シリコーン樹脂による被覆の少なくとも一部の外側が、前記シリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材で被覆されている、微粒子センサ。
【００１０】
このような態様とすれば、シリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材でシリコーン樹脂による被覆が被覆されていない場合に比べて、微粒子センサが高温の環境下で使用される場合にも、シリコーン樹脂による被覆の形状を維持しやすい。
【００１１】
［適用例３］
適用例２の微粒子センサであって、
前記シリコーン樹脂よりも前記耐熱性が高い素材は、フッ素系樹脂である、微粒子センサ。
【００１２】
このような態様とすれば、微粒子センサが高温の環境下で使用される場合にも、シリコーン樹脂による導電線の被覆の形状を、効果的に維持することができる。
【００１３】
なお、「フッ素系樹脂」は、フッ素を含むオレフィンを重合させて得られる合成樹脂である。「フッ素系樹脂」には、たとえば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（略号：PFA）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（略号：FEP）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（略号：ETFE）が含まれる。
【００１４】
［適用例４］
適用例１〜３の微粒子センサであって、さらに、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管を備え、
前記気体供給管と前記導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【００１５】
このような態様とすれば、ガスの流路に微粒子センサを設置する際に、導電線や気体供給管の取り回しが容易である。したがって、微粒子センサをガスの流路に取りつけやすい。
【００１６】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、排ガス中の微粒子を検出する微粒子検出センサ、そのセンサを排ガス配管に備えた内燃機関、その内燃機関を備えた車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図と、排ガス配管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概略図。
【図２】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図３】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図４】微粒子センサの構成を示す分解斜視図。
【図５】微粒子センサに接続されるケーブルの構成を示す概略断面図。
【図６】排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサの動作を説明するための模式図。
【図７】センサ制御部による微粒子センサを用いた排ガス中の煤量の検出を説明するための概略図。
【図８】第２実施例の微粒子センサに接続されるケーブルの構成を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１（Ａ）は本発明の一実施例としての微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図である。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。
【００１９】
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。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）：ディーゼル微粒子捕集フィルタ）が設けられている。
【００２０】
車両制御部４２０は、マイクロコンピュータによって構成され、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、燃料供給部４１０からの燃料の供給量や、内燃機関４００の燃焼状態などを制御する。
【００２１】
車両５００には、さらに、微粒子センサ１００と、センサ駆動部１１０とが搭載されている。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おり、ケーブル１２０を介してセンサ駆動部１１０と接続されている。
【００２２】
センサ駆動部１１０は、微粒子センサ１００を駆動し、微粒子センサ１００の検出信号に基づき排ガス中の微粒子量を検出する。ここで、排ガス中の微粒子量は、例えば、微粒子の表面積を基準とする量として評価することもでき、微粒子の質量を基準とする量として評価することもできる。あるいは、排ガス中の微粒子量は、単位体積量の排ガス中の微粒子の個数を基準とする量として評価することもできる。
【００２３】
図１（Ｂ）は、排ガス配管４１５への微粒子センサ１００の取付状態と、センサ駆動部１１０の内部構成とを説明するための概略図である。微粒子センサ１００は、先端部１００ｅの直棒状の部分が排ガス配管４１５の内部に挿入された状態で、排ガス配管４１５の外表面に固定的に取り付けられる。より具体的には、微粒子センサ１００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ＤＬに対してほぼ垂直に挿入される。
【００２４】
先端部１００ｅのケーシングの壁面には、図１（Ｂ）下段に示すように、排ガスのための流入孔４５と排出孔３５とが設けられている。先端部１００ｅが排ガス配管４１５に取りつけられた状態において、流入孔４５と排出孔３５とは、排ガス配管４１５内に位置する。微粒子センサ１００においては、排ガス配管４１５を流れる排ガスの一部が、流入孔４５を介して、先端部１００ｅのケーシング内部に取り込まれる。そして、取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００において生成されたイオン（本実施例では、陽イオン）によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔３５から先端部１００ｅのケーシング外部に排出される。排ガス中の微粒子量を検出する際の微粒子センサ１００の具体的な動作や、先端部１００ｅのケーシング内部における排ガスの流れについては後述する。
【００２５】
本実施例の微粒子センサ１００は、排ガスを取り込む先端部１００ｅの流入孔４５と排出孔３５が排ガス配管４１５内に収容・配置されている。このため、排ガスを排ガス配管４１５の外部へと分岐させ、再び流入させることなく、排ガス中の微粒子の量を検出することができる。従って、排ガス中の微粒子量を検出するためのシステムが小型化され得る。
【００２６】
微粒子センサ１００の後端側（先端部１００ｅとは逆の側）には、複数の配線１２１，１２２，１２４や空気供給管１２３などを内部に一体的に収容したケーブル１２０が接続されている。ケーブル１２０の他端は、排ガス配管４１５から離隔して設置されたセンサ駆動部１１０に接続されている。ケーブル１２０は可撓性を有しているため、比較的自由に車両５００内に配設することが可能である。ケーブル１２０の詳細な構成については後述する。
【００２７】
センサ駆動部１１０は、図１（Ｂ）左上に示すように、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。センサ制御部１１１は、マイクロコンピュータによって構成される。センサ制御部１１１は、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを制御する。また、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００を用いて検出した排ガス中の微粒子量を車両制御部４２０（図１（Ａ）参照）に送信する。
【００２８】
なお、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１から送信された排ガス中の微粒子量が、所定量より多い場合には、フィルタ装置４１６の劣化や異常を車両５００の運転手に警告する態様とことができる。また、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１の検出値に基づき、内燃機関４００における燃焼状態を調整する態様とすることもできる。
【００２９】
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（図１（Ｂ）上段ならびに図５参照）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計測結果をセンサ制御部１１１に送信する。電気回路部１１２の詳細な構成については後述する。
【００３０】
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内の空気供給管１２３を介して、微粒子センサ１００に供給する。なお、微粒子センサ１００は、空気供給管１２３を介して、他の種類の圧縮気体の供給を受けるものとしてもよい。
【００３１】
図２〜図４は、微粒子センサ１００の構成を示す概略図である。図２，図３はそれぞれ、異なる方向から見た微粒子センサ１００の概略断面図である。図４は微粒子センサ１００の分解斜視図である。図２〜図４には、先端部１００ｅ側（単に「先端側」とも呼ぶ）を紙面上側とし、ケーブル１２０側（単に「後端側」とも呼ぶ）を紙面下側として、微粒子センサ１００が図示されている。すなわち、図１（Ｂ）に示した微粒子センサ１００とは、向きが上下逆となっている。また、図２，図４には、微粒子センサ１００の仮想中心線ＣＬが一点鎖線で図示されている。参考のために、図２に、微粒子センサ１００が排ガス配管４１５に取りつけられた際の、排ガス配管４１５および取付用ボス４１７の断面の位置を破線で示す。また、排ガスの流れ方向を示す矢印Ｆ（図１（Ｂ）参照）を示す。
【００３２】
図２〜図４には、さらに、各図が対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを図示す。具体的には、矢印Ｚは、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬに沿った方向を示しており、紙面上方向を示している。矢印Ｘは、微粒子センサ１００が備えるフランジ１０３ｆの短手方向に沿った方向を示しており、図２では、紙面手前方向を示し、図３では紙面右方向を示し、図４では紙面右斜め手前方向を示している。矢印Ｙは、フランジ１０３ｆの長手方向に沿った方向を示しており、図２では紙面右方向を示し、図３では紙面奥行き方向を示し、図４では紙面右斜め奥行き方向を示している。
【００３３】
微粒子センサ１００は、第１と第２の電極１０，２０を備えている。第１の電極１０は、図３および図４の上部に示すように、先端部１１（紙面上側の端部）が略Ｕ字状に湾曲した棒状の電極である。第１の電極１０における湾曲部より後端側の本体部１２の外周は、セラミックパイプ１５によって気密に被覆されている（図４の左上部参照）。セラミックパイプ１５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第１の電極１０と他の導電性部材とを絶縁する。セラミックパイプ１５から露出した第１の電極１０の後端部１３（紙面下側の端部）は、図３の中段に示すように、ケーブル１２０の端部から露出した第１の絶縁電線１２１と電気的に接続されている。第１の電極１０は、絶縁電線１２１を介して１００Vの電圧を印加され、陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。第１の電極１０機能の詳細については、後述する。
【００３４】
第２の電極２０は、直線的に延びる棒状の電極である。第２の電極２０は、図２および図３の上部に示すように、微粒子センサ１００内の第１の電極１０の先端部１１よりも後端側において、第１の電極１０の他の一部と並ぶように配されている。第２の電極２０の本体部２２の外周は、図４左下に示すように、セラミックパイプ２５によって気密に被覆されている。セラミックパイプ２５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第２の電極２０と他の導電性部材とを絶縁する。第２の電極２０の先端部２１（紙面上側の端部）と、後端部２３（紙面下側の端部）とはセラミックパイプ２５から露出している。なお、第２の電極２０の先端部２１は、先端が尖った針状をなしている。第２の電極２０の後端部２３は、図３の中段に示すように、第２の絶縁電線１２２と電気的に接続されている。第２の電極２０は、第２の絶縁電線１２２を介して２〜３ｋＶの電圧を１００ｋＨｚで断続的に印加され、コロナ放電のための放電電極として機能する。第２の電極２０の機能の詳細については、後述する。
【００３５】
微粒子センサ１００は、イオン捕捉部３０と、排ガス帯電部４０と、イオン発生部５０とを備える。イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とはそれぞれ、導電性を有する部材によって構成されている。イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とが直列に嵌合して連結されることにより、前述の先端部１００ｅを構成する。なお、各構成部３０，４０，５０の外壁は、先端部１００ｅの略円筒状の連続的なケーシングを構成する。
【００３６】
イオン捕捉部３０は、図４左上に示すように、略円筒状の外殻を有する。イオン捕捉部３０の内部には、図３上段に示すように、ガス流路３１と、パイプ挿通孔３３とが、紙面上下方向（矢印Ｚの方向）に延びる互いに並列な貫通孔として形成されている。ガス流路３１は、後端側に位置する第１流路部３１ａと、第１流路部３１ａに対して先端側に位置する第２流路部３１ｂとを有している。第１流路部３１ａは、後端において排ガス帯電部４０の内部空間７１に接続されている。Ｚ軸方向に垂直な断面における第１流路部３１ａの断面積は、先端側に向かって縮小する。一方、第２流路部３１ｂは、先端においてイオン捕捉部３０の内部空間７０に接続されている。Ｚ軸方向に垂直な断面における第２流路部３１ｂの断面積は、先端側に向かって拡大する。このガス流路３１の機能については後述する。
【００３７】
図３の上段に示すパイプ挿通孔３３には、第１の電極１０の本体部１２を収容するセラミックパイプ１５が気密的に挿通されて保持される。第１の電極１０の先端部１１は、パイプ挿通孔３３から折り返して、ガス流路３１における第２流路部３１ｂのほぼ中央に懸垂配置される。
【００３８】
イオン捕捉部３０の紙面上側の端部は、図２〜図４の上段に示すように、導電性を有するキャップ１０１によって封止される。イオン捕捉部３０の外壁には、排ガスのための排出孔３５が貫通孔として形成されている（図４の左上、および図１（Ｂ）も参照）。排出孔３５は、ガス流路３１とキャップ１０１との間の内部空間７０に連通するように形成されている（図２の上段参照）。
【００３９】
排ガス帯電部４０は、図４に示すように、イオン捕捉部３０に対して後端側に配されており、略円筒状の外殻を有する。排ガス帯電部４０は、イオン捕捉部３０のガス流路３１と連通する内部空間７１を有しており、後端側端部に隔壁４１が設けられている（図２および図３の上段参照）。その結果、排ガス帯電部４０の内部空間７１とイオン発生部５０とは、隔壁４１によって仕切られて分離されている。隔壁４１には、排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とを連通する連通孔であるノズル４２が設けられている。ノズル４２は、イオン捕捉部３０のガス流路３１に向かってガスを噴射可能なように、ガス流路３１に向かって開口面積（断面積）が縮小する微小孔（オリフィス）として設けられている。
【００４０】
また、隔壁４１には、図３の上段に示すように、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を挿通して保持するパイプ挿通孔４３が設けられている。さらに、排ガス帯電部４０の外壁には、図４の左側中段に示すように、排ガスを先端部１００ｅの内部に流入させるための流入孔４５が貫通孔として形成されている（図１（Ｂ）も参照）。流入孔４５は、微粒子センサ１００を構成したときに、内部空間７１に連通するように形成されている（図２参照）。
【００４１】
ここで、イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とが嵌合して連結される際には、ガス流路３１の一部は、排ガス帯電部４０の内部に収容される。流入孔４５は、図２の上段に示すように、その開口方向に沿って微粒子センサ１００を見たときに（より詳細には、流入孔４５の開口方向に沿った方向であって微粒子センサ１００の軸線ＣＬに直交する方向に沿って見たときに）、ガス流路３１と重なる位置に形成されている。ガス流路３１を構成する壁部には、ガス流路３１の流路方向と並列に伸びる溝部３４が設けられている。流入孔４５は、この溝部３４を介して内部空間７１と連通する。
【００４２】
イオン発生部５０は、図４左下に示すように、排ガス帯電部４０に対して後端側に配されており、略円柱状の形状を有する。イオン発生部５０の先端側には、ノズル４２を介して、排ガス帯電部４０の内部空間７１と連通する内部空間７２が設けられている（図２および図３の上段参照）。内部空間７２には、第２の電極２０の先端部２１が、コロナ放電を発生させることが可能な程度の空隙をノズル４２との間に形成しつつ、保持されている。
【００４３】
図２の中段に示すように、内部空間７２の紙面下側の底部には、紙面上下方向に延びる空気供給孔５４が形成されている。空気供給孔５４は、ケーブル１２０の空気供給管１２３（図２において図示せず）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。
【００４４】
一方、図３の中段に示すように、内部空間７２の紙面下側の底部には、さらに、紙面上下方向に延びる第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３が形成されている。第１のパイプ挿通孔５２は、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を気密に保持する。また、第２のパイプ挿通孔５３は、第２の電極２０を収容するセラミックパイプ２５を気密に保持する。
【００４５】
第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３は、図３の中段に示すように、イオン発生部５０の後端側において外部に露出している。第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３は、ケーブル１２０の端部から伸びた第１と第２の絶縁電線１２１，１２２に、それぞれ電気的に接続されている。なお、これらの電極１０，２０と電線１２１，１２２の接続部は、イオン発生部５０の下端に嵌合して連結される略円筒状の内筒１０２に収容されることによって保護される（図３の中段、および図４の右上参照）。
【００４６】
内筒１０２の下端部は、図２および図３の中段、および図４の右上に示すように、ケーブル１２０の端部を収容して緊密に保持する。ここで、内筒１０２は、導電性を有する部材によって構成されており、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。すなわち、内筒１０２は、先端部１００ｅを構成する各構成部３０，４０，５０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。
【００４７】
イオン発生部５０は、図２および図３の中段に示すように、取付固定部１０３内に収納されている。取付固定部１０３は、微粒子センサ１００を排ガス配管４１５に取付用ボス４１７を介して固定するための部材である。図４の左下に示されるように、イオン発生部５０の外周には鍔部５０ｆが設けられている。鍔部５０ｆは、図２および図３の中段に示すように、イオン発生部５０の外周に取り付けられる円環状の第１と第２の保持部材６１，６２によって、取付固定部１０３内において、紙面上下方向に狭持される。なお、鍔部５０ｆの外周面は、取付固定部１０３に非接触の状態を維持するように、第１と第２の保持部材６１，６２によって挟持される。ここで、第１の保持部材６１は略円筒形である。そして、第１の保持部材６１の先端側の外径は、後端側の外径よりも小さい（図４の左下参照）。すなわち、第１の保持部材６１は、外周部分に段部を有している。
【００４８】
取付固定部１０３は、図４左側に示すように、略円筒形状の本体部１０３ｓと、本体部１０３ｓの紙面上側の端部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の筒内には段部が形成されている（図２および図３の中段参照）。すなわち、この段部よりも先端側の内径は、後端側の内径よりも小さい。この段部は、イオン発生部５０に取り付けられた第１の保持部材６１の段部と、板パッキン６５を介して係合する（図２および図３の上段参照）。この係合により、イオン発生部５０は、取付固定部１０３の筒内においてＺ軸方向の所定の位置で係止される。具体的には、イオン発生部５０は、第２の電極２０の先端部２１がフランジ１０３ｆより先端側に突出する位置で係止される。また、第１の保持部材６１の先端部６１ｐも、フランジ１０３ｆより先端側に突出する。
【００４９】
また、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（図４の左側中段参照）がイオン発生部５０の突出部位を囲むように配置される。
【００５０】
ここで、イオン発生部５０と取付固定部１０３は導電性を有する部材によって構成される。一方、第１と第２の保持部材６１，６２は、絶縁部材で構成される。そして、イオン発生部５０は、第１と第２の保持部材６１，６２を介して取付固定部１０３に固定されており、取付固定部１０３に直接接触していない。このため、取付固定部１０３とイオン発生部５０は、絶縁されている。
【００５１】
また、取付用ボス４１７および排ガス配管４１５も、導電性を有する部材によって構成される。しかし、微粒子センサ１００が取付用ボス４１７を介して排ガス配管４１５に取り付けられた状態において、取付用ボス４１７と先端部１００ｅ（イオン発生部５０）との間には、第１の保持部材６１の突出部６１ｐが介在する（図２の上段参照）。そして、取付用ボス４１７および排ガス配管４１５と先端部１００ｅ（イオン発生部５０）とは、互いに直接接触しない。よって、取付用ボス４１７および排ガス配管４１５と先端部１００ｅ（イオン発生部５０）とは、第１の保持部材６１により、絶縁されている。
【００５２】
取付固定部１０３の下端部には、ジョイント部１０４が、イオン発生部５０に取り付けられた第２の保持部材６２を紙面下側から支持するように、螺合連結されている（図４の右上参照）。ジョイント部１０４には、貫通孔１０４ｐが設けられている。貫通孔１０４ｐには、イオン発生部５０の下端部および内筒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】
ジョイント部１０４の下端には、内筒１０２とケーブル１２０との連結部を保護するための略円筒状の外筒１０５が嵌合されている（図４の右下参照）。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（図２および図３の下段参照）。外筒１０５の下端側は、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。このような構成とすることにより、外筒１０５の下端側には、ケーブル１２０内の第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。なお、図２および図３では、外筒１０５の加締め部１０５ｃが示されているのに対して、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の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線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。このような構成とすることにより、微粒子センサ１００に接続される配線・配管の取り回しが容易となる。よって、微粒子センサ１００の車両５００への搭載が容易になる。具体的に、ケーブル１２０は以下で述べる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。
【００５６】
第２の絶縁電線１２２は、その中心に導電線である芯線１２２０を有している。芯線１２２０の外周には、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。なお、「シリコーン樹脂」は、ケイ素化合物を主成分とする合成樹脂である。
【００５７】
本実施例においては、芯線１２２０の外周に、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。このため、芯線１２２０に対して繰り返し高出力の電圧が断続的に印加されても、フッ素系樹脂で構成されている態様に比べて、第１の樹脂被覆層１２２１は劣化しにくい。その結果、第２の絶縁電線１２２全体の被覆層の絶縁性が悪化しにくい。よって、微粒子センサ１００が正常に使用できなくなるまでの時間（寿命）を、長くすることができる。
【００５８】
なお、以上では、図５に示すケーブル１２０の断面図を使用して第１の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線１２２の構成を説明した。しかし、第１の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線１２２が、ガラス繊維部１２０１およびその外側の層に覆われておらず、露出している部分（図３の中段、および図４左側中段参照）においても、第１の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線１２２の被覆層は、上述の構成を有する。
【００５９】
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中空筒状に構成される。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、可撓性を有しつつ、樹脂部材よりも高い剛性を有するように構成されていることが好ましく、例えば、金属線を編み組みすることによって構成されるものとすることができる。この補強部材１２３ｓによって、温度上昇に伴って空気供給管１２３を構成する樹脂部材が少なからず軟化した場合であっても、空気圧による空気供給管１２３の膨張変形が抑制される。すなわち、このケーブル１２０を用いれば、高温環境下においても微粒子センサ１００に、より高い圧力の空気を供給することが可能である。
【００６０】
図５に示すように、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のケーブル被覆層１２０２によって被覆されている。第１のケーブル被覆層１２０２は、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材によって構成することができる。
【００６１】
第１のケーブル被覆層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が配設されている。そして、第１のシールド線ＳＬ１の外側には、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材によって構成された第２のケーブル被覆層１２０３が設けられている。さらに、第２のケーブル被覆層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が配設されている。そして、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。
【００６２】
第２の絶縁電線１２２の被覆層の一つである第１の樹脂被覆層１２２１は、シリコーン樹脂で設けられているため、高温下においては変形しやすくなる。ただし、第２の絶縁電線１２２の周囲にはガラス繊維が充填されており、その外側には、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材による第１のケーブル被覆層１２０２および第２のケーブル被覆層１２０３、ならびに、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いＦＥＰなどのフッ素系樹脂などによる外皮１２０４が設けられている。このため、第２の絶縁電線１２２の第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても、これらの構成により形状を維持される。すなわち、第２の絶縁電線１２２の第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても変形しにくい。
【００６３】
なお、本明細書において、「Ａよりも耐熱性が高い」とは、ＵＬ（Underwriters Laboratories Inc.）規格における746BのＲＴＩ（Relative Thermal Index：相対温度指数）がＡに比べて高いことを意味する。
【００６４】
上記のように、このケーブル１２０においては、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、前述のように、内筒１０２を介して、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０と電気的に接続される（図２および図３の中段参照）。このような構成とすることにより、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。
【００６５】
一方、第２のシールド線ＳＬ２は、前述のように、外皮１２０４を貫通する外筒１０５の加締め部１０５ｃと導通する（図２および図３の下段参照）。そして、第２のシールド線ＳＬ２は、それぞれ導電性を有する外筒１０５、ジョイント部１０４、取付固定部１０３、取付用ボス４１７、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。その結果、第２のシールド線ＳＬ２は、接地されている。
【００６６】
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、離隔配置されたセンサ駆動部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、以下のように、排ガス中に含まれる微粒子量を検出する。
【００６７】
図６は、排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサ１００の動作を説明するための模式図である。図６においては、排ガス配管４１５内に挿入された微粒子センサ１００の先端部１００ｅの内部が模式的に図示されている。なお、図６においては、微粒子センサ１００は、図２や図３とは、上下逆の向きに記載されている。図６に示された微粒子センサ１００の向きと、図１（Ｂ）に示された微粒子センサ１００の向きとは、同じである。
【００６８】
図６では、先端部１００ｅのケーシングＣＳ（各構成部３０，４０，５０の内部空間７０，７１，７２を囲む壁部）を、各構成部３０，４０，５０の境界線の図示を省略するとともに、同じハッチングを付すことにより、一体的に示す。また、図６では、第１の電極１０については、先端部１１以外の構成の図示を省略する。さらに、図６には、排ガス配管４１５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する。
【００６９】
排ガス中の微粒子量を検出する際には、微粒子センサ１００は、図６上部に示すように、空気供給孔５４を介して、エア供給部１１３（図１（Ｂ）参照）から内部空間７２に高圧空気が供給される。そして、微粒子センサ１００は、イオン発生部５０において、陽イオンＰＩを発生させる。より具体的には、微粒子センサ１００は、電気回路部１１２によって、第２の電極２０を陽極とし、ノズル４２を構成する隔壁４１を陰極として、断続的に電圧を印加し、第２の電極２０の先端部２１とノズル４２との間にコロナ放電を発生させ、放電した電子を内部空間７２に供給される空気中の分子と衝突させることで、周囲に陽イオンＰＩを発生させる。
【００７０】
イオン発生部５０において発生した陽イオンＰＩは、エア供給部１１３から内部空間７２に供給される高圧空気とともに、ノズル４２から排ガス帯電部４０の内部空間７１へと噴射される。ノズル４２から陽イオンＰＩを含む空気が噴射されると、内部空間７１に負圧が発生する。すると、微粒子である煤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（矢印ｆｉ参照）。なお、エア供給部１１３から微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は、ノズル４２からの空気の噴射速度が音速程度となる程度の圧力であることが好ましい。
【００７１】
ノズル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、図６の中段に示すように、排ガス帯電部４０の内部空間７１において混合される。このような構成とすることにより、排ガス中に微粒子である煤Ｓが存在する場合に、煤Ｓが空気中の陽イオンＰＩを吸着して煤Ｓが帯電する。
【００７２】
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。その結果、ノズル４２から噴射される空気が、後端側から先端側に向かう向き（図６において下向き）に内部空間７１に噴射されるのに対して、排ガスは、先端側から後端側に向かう向き（図６において上向き）に内部空間７１に流入する。すなわち、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。このため、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。
【００７３】
内部空間７１において空気と混合された排ガスは、イオン捕捉部３０に設けられたガス流路３１を介して内部空間７０へと流れる。なお、ガス流路３１には、上流側から下流側に向かって断面積が次第に縮小する第１流路部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流路部３１ａによって、排ガスをより円滑に下流側へと誘導できるとともに、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ことができる。
【００７４】
イオン捕捉部３０では、ガス流路３１の第２流路部３１ｂから内部空間７０に渡って、第１の電極１０の先端部１１が、排ガスの流れ方向に沿って配置されている。イオン捕捉部３０では、電気回路部１１２によって、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ＣＳを陰極として、電圧が印加される。
【００７５】
このような構成とすることにより、煤Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩ、すなわち、煤Ｓに吸着することのなかった陽イオンＰＩは、第１の電極１０から斥力を受けて、その移動方向が第１の電極１０の外側へと反らされる。移動方向を反らされた陽イオンＰＩは、陰極として機能するガス流路３１の第２流路部３１ｂや内部空間７０の外壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが吸着して帯電した煤Ｓは、質量が大きい。このため、帯電した煤Ｓは、同様に第１の電極１０から斥力を受けるものの、斥力によってその進行方向に与えられる影響が、単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓは、排ガスの流れに従って、排出孔３５から排ガス配管４１５へと排出される。
【００７６】
ところで、本実施例の微粒子センサ１００におけるガス流路３１の第２流路部３１ｂでは、下流側に向かって断面積が次第に拡大している。この構成により、帯電した煤Ｓや、帯電に用いられなかった陽イオンＰＩを含む排ガスを、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。その結果、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉効率が向上する。
【００７７】
微粒子センサ１００の先端部１００ｅでは、イオン捕捉部３０における陽イオン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）参照）は、電気回路部１１２を介して、そうした微粒子センサ１００における電流の変化に基づいて検出信号を検出する。そして、センサ制御部１１１は、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。
【００７８】
図７は、センサ制御部１１１による微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出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の模式図と、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。なお、図７では、図６と同様に、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０の外壁を、ケーシングＣＳとして一体的に図示している。また、図７では、電気回路部１１２の内部構成を概略的に図示している。
【００７９】
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に高圧電力を断続的に供給する。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。
【００８０】
図７に示すように、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（図３の中段も参照）。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（１００Ｖ）の供給を受ける。
【００８１】
一方、第２電流供給回路２２２は、図７に示すように、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（図３の中段も参照）。微粒子センサ１００は、第２電流供給回路２２２から、コロナ放電のための電力の供給を断続的に受ける（２〜３ｋＶ、１００ｋＨｚ）。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。
【００８２】
ここで、微粒子センサ１００の先端部１００ｅ、すなわちイオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０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（図２および図３に示す保持部材６１，６２参照）。すなわち、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。
【００８３】
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からノズル４２を介してケーシングＣＳ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７の中央部参照）。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３０においてケーシングＣＳに捕捉される（図７の右部参照）。
【００８４】
ここで、煤Ｓの帯電に用いられてケーシングＣＳ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ＣＳ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＋Ｉesc …（１）
【００８５】
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ＣＳに流れる電流である（図７の中央部および右部参照）。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（図７の中央部参照）。従って、入力電流Ｉinと、ケーシングＣＳ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）
【００８６】
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ＣＳ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。
【００８７】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、信号線１２４（図５に示すケーブル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ＣＳ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（図７の左下部参照）。
【００８８】
ケーシングＣＳ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る。電流差計測部２３０は、この補償電流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。
【００８９】
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る。そして、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量は、排ガス中の単位流量当たりの煤Ｓの量と相関関係を有する量である。従って、漏洩電流Ｉescを計測（検出）することにより、排ガス中の単位流量当たりの煤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。
【００９０】
このように、センサ制御部１１１は、煤Ｓの帯電に用いられてケーシングＣＳの外部へと漏洩した陽イオンＰＩに基づく電流変化（換言すれば、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ＣＳ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。
【００９１】
このように、本実施例の微粒子センサ１００によれば、簡易かつ小型な構成で、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤Ｓなどの微粒子の量を検出することができる。
【００９２】
Ｂ．第２実施例：
図８は、第２実施例の微粒子センサに接続されるケーブル１２０ｂの構成を示す概略断面図である。第２実施例は、微粒子センサに接続されるケーブル中の第２の絶縁電線１２２ｂの構成が、第１実施例の第２の絶縁電線１２２とは異なっている。第２実施例の他の点は、第１実施例と同じである。
【００９３】
第２の絶縁電線１２２ｂは、その中心に導電線である芯線１２２０を有している。芯線１２２０の外周には、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。第１の樹脂被覆層１２２１の外周には、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材によって構成される、第３の樹脂被覆層１２２４が設けられている。
【００９４】
本実施例においては、芯線１２２０の外周に、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。このため、第１実施例の場合と同様に、第２の絶縁電線１２２ｂ全体の被覆層の絶縁性が劣化しにくい。
【００９５】
また、本実施例においては、第１の樹脂被覆層１２２１の外周に、断面形状が第１の樹脂被覆層１２２１に対して同心円状となるように、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いフッ素系樹脂による第３の樹脂被覆層１２２４が設けられている。このため、第２の絶縁電線１２２ｂの第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても、第３の樹脂被覆層１２２４により形状を維持される。また、第３の樹脂被覆層１２２４は、第１の樹脂被覆層１２２１に接して設けられているため、第３の樹脂被覆層１２２４が第１の樹脂被覆層１２２１に接して設けられ廷内態様に比べて、さらに、第１の樹脂被覆層１２２１の形状を維持しやすい。その結果、第２の絶縁電線１２２ｂの第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても、高温環境下でも変形しにくい。
【００９６】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の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態様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。
【００９７】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、微粒子センサ１００のうち、排ガス配管４１５内に配置される先端部１００ｅに、イオン発生部５０と、排ガス帯電部４０と、イオン捕捉部３０とが配列されていた。しかし、先端部１００ｅには、少なくとも排ガス帯電部４０が配列されていれば良く、イオン発生部５０については、例えば、微粒子センサ１００のうち排ガス配管４１５の外側に配置される部位に離隔して設けられるものとしてもよい。また、イオン捕捉部３０を設けなくても排ガス中の煤Ｓの量を検出することは可能であるが、煤Ｓの量を検出する精度を高める観点からイオン捕捉部３０を設置した方がよい。
【００９８】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例においては、イオン発生部５０において生じたイオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、空気である。しかし、イオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、検出対象である微粒子を含まない他の気体とすることもできる。イオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、微粒子センサ１００が使用される環境下において電離しにくいものであることが好ましい。そして、イオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、コロナ放電により、電離されるものであることが、より好ましい。さらに、微粒子センサ１００が使用される環境において微粒子センサ１００やセンサ駆動部１１０の周囲に存在する気体であることが好ましい。
【００９９】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、先端部１００ｅにおけるケーシングＣＳの内壁面の一部をコロナ放電の陰極や陽イオンＰＩを捕捉するための陰極として機能させていた。しかし、それらの陰極は、先端部１００ｅのケーシングＣＳとは別の部材として別個に設けられるものとしてもよい。
【０１００】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、イオン発生部５０の内部空間７２と排ガス帯電部４０の内部空間７１との間にノズル４２が形成されていた。しかし、それら２つの内部空間７１，７２の間にはノズル４２は形成されていなくともよい。ただし、２つの内部空間７１，７２の間にノズル４２を設けることにより、ノズル４２からの噴流によって内部空間７１に負圧を発生させることができる。従って、流入孔４５を介した外部からの排ガスの取り込みを良好にして、その取り込み量を安定させることができ、排ガス中の微粒子量の検出精度を向上させることが可能である。
【０１０１】
Ｃ５．変形例５：
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。
【０１０２】
Ｃ６．変形例６：
また、上記実施例においては、イオン発生部５０では、２〜３ｋＶの電圧を、１００ｋＨｚで断続的に第２の電極２０に印加する。しかし、イオンを生成するために電極に電圧を印加する態様は、他の電圧や他の周波数とするなど、他の態様であってもよい。ただし、断続的に電圧が印加されたり、交流電圧が印加される態様において、絶縁電線の被覆の劣化は顕著である。このため、本発明は、そのような態様に適用するとより好適である。
【０１０３】
Ｃ７．変形例７：
シリコーン樹脂による被覆の外側がシリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材で被覆されている態様としては、図８に示す第３の樹脂被覆層１２２４のように、シリコーン樹脂による被覆１２２１に接した層１２２４が、耐熱性が高い素材で設けられている態様とすることができる。また、図５および図８に示す第１のケーブル被覆層１２０２や第２のケーブル被覆層１２０３のように、他の層や構成を介在させて、シリコーン樹脂による被覆１２２１を覆う構成が、耐熱性が高い素材で設けられている態様とすることもできる。
【０１０４】
Ｃ８．変形例８：
上記実施例においては、図５や図８のような構成は、センサ駆動部１１０と微粒子センサ１００を結ぶケーブル１２０の被覆の全長にわたって採用される。しかし、図５や図８のような構成を、センサ駆動部１１０と微粒子センサ１００を結ぶケーブル１２０の被覆の長手方向（軸線方向）に沿った一部、たとえば、微粒子センサ１００との接続部分を含み微粒子センサ１００に近い側の一部において、採用することもできる。
【０１０５】
また、第２の絶縁電線１２２におけるシリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１は、第２の絶縁電線１２２の被覆の全長にわたって採用される。しかし、第１の樹脂被覆層１２２１は、第２の絶縁電線１２２の被覆の長手方向（軸線方向）に沿った一部、たとえば、他の導電部材の近傍にある部分や、微粒子センサ１００との接続部分を含み微粒子センサ１００に近い側の一部において、採用することもできる。ただし、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１は、第２の絶縁電線１２２の被覆の全長にわたって採用されることが好ましい。
【０１０６】
そして、第２実施例において、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高い素材によって構成される第３の樹脂被覆層１２２４は、第２の絶縁電線１２２ｂの被覆の全長、すなわち、第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている部分の全部にわたって採用される。しかし、第３の樹脂被覆層１２２４は、第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている部分のうちの長手方向（軸線方向）に沿った一部、たとえば、他の部分に比べて高温になる部分や、微粒子センサ１００との接続部分を含み微粒子センサ１００に近い側の一部において、採用することもできる。ただし、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高い素材によって構成される第３の樹脂被覆層１２２４は、第２の絶縁電線１２２ｂの被覆の全長にわたって採用されることが好ましい。
【０１０７】
Ｃ９．変形例９：
上記実施例においては、ケーブル１２０の第３の樹脂被覆層１２２４、ならびに第１のケーブル被覆層１２０２および第２のケーブル被覆層１２０３を構成する素材として、ＰＴＦＥ(エチレン・四フッ化エチレン共重合体）を例示した。しかし、ケーブルにおいて、シリコーン樹脂製の被覆の形状を維持するための構成は、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）など、他の素材で構成することもできる。すなわち、ケーブルにおいて、シリコーン樹脂製の被覆の形状を維持するためにシリコーン樹脂製の被覆の外側に配される構成の素材は、シリコーン樹脂よりも前記微粒子センサの使用温度下で耐熱性が高い素材であればよい。ただし、シリコーン樹脂製の被覆の形状を維持するための構成の素材は、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ等を含むフッ素系樹脂の中から選択することが好ましい。
ただし、「シリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材」は、フッ素系樹脂以外の素材であってもよい。
【０１０８】
また、本実施例において、上記各構成の素材として、ＵＬ（Underwriters Laboratories Inc.）規格における746BのＲＴＩ（Relative Thermal Index：相対温度指数）が、シリコーン樹脂に比べて高い素材が採用される。ただし、シリコーン樹脂による被覆層の外側を覆う層は、特に、微粒子センサの使用環境下（特に使用温範囲）において、変形しにくい素材で構成されることが好ましい。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…第１の電極
１１…先端部
１２…本体部
１３…後端部
１５…セラミックパイプ
２０…第２の電極
２１…先端部
２２…本体部
２３…後端部
２５…セラミックパイプ
３０…イオン捕捉部
３１…ガス流路
３１ａ…第１流路部
３１ｂ…第２流路部
３３…パイプ挿通孔
３４…溝部
３５…排出孔
４０…排ガス帯電部
４１…隔壁
４２…ノズル
４３…パイプ挿通孔
４５…流入孔
５０…イオン発生部
５０ｆ…鍔部
５２…第１のパイプ挿通孔
５３…第２のパイプ挿通孔
５４…空気供給孔
６１…第１の保持部材
６２…第２の保持部材
６４…ガスケット
６５…板パッキン
６６…グロメット
７０，７１，７２…内部空間
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０１…キャップ
１０２…内筒
１０３…取付固定部
１０３ｆ…フランジ
１０３ｓ…本体部
１０４…ジョイント部
１０４ｅ…工具係合部
１０４ｐ…貫通孔
１０５…外筒
１０５ｃ…加締め部
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
１２０１…ガラス繊維部
１２０２…第１のケーブル被覆層
１２０３…第２のケーブル被覆層
１２０４…外皮
１２１…第１の絶縁電線
１２１０…芯線
１２１１…第１の樹脂被覆層
１２２，１２２ｂ…第２の絶縁電線
１２２０…芯線
１２２１…第１の樹脂被覆層
１２２４…第３の樹脂被覆層
１２３…空気供給管
１２３ｓ…補強部材
１２４…信号線
２００…ケーブル
２１０…一次側電源部
２２０…二次側電源部
２２１…第１電流供給回路
２２２…第２電流供給回路
２３０…電流差計測部
４００…内燃機関
４１０…燃料供給部
４１１…燃料配管
４１５…ガス配管
４１６…フィルタ装置
４１７…取付用ボス
４２０…車両制御部
５００…車両
ＣＬ…仮想中心線
ＣＳ…ケーシング
ＤＬ…排ガス配管の延伸方向
ＰＩ…陽イオン
Ｓ…煤
ＳＬ１…第１のシールド線
ＳＬ２…第２のシールド線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排ガス中に含まれる煤などの微粒子量を検出するセンサに関する。
【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。内燃機関から大気中に排出される排ガスに含まれる微粒子の量を制御または抑制するために、内燃機関の排ガス配管には、排ガス中の微粒子の量を検出するための微粒子センサが取り付けられる場合がある。そのような微粒子センサには、コロナ放電によってイオンを生成し、そのうちの一部のイオンによって排ガス中の微粒子を帯電させることにより、排ガス中の微粒子量を検出するものが知られている（下記特許文献１等）。その微粒子センサにおいては、微粒子センサが備える電極に断続的に電圧を印加することにより、コロナ放電が行われる。
【０００３】
上記のような微粒子センサにおいては、電極に電圧を印加するための導電線は、少なくとも他の電位を有する導電部材の近傍において、樹脂によって被覆され、他の電位を有する導電部材から絶縁されている。しかし、高出力であって、高周波の断続的なもしくは交流の電圧の印加により、被覆部材のクラックやボイド等の微細な欠陥においてコロナ放電が生じる場合がある。そのようなコロナ放電は、さらに欠陥を成長させて、導電線全体の絶縁性能を維持できなくする。このため、微粒子センサの寿命が短くなってしまうという問題があった。このような問題は、内燃機関の排ガス中の煤の検出に用いられる微粒子センサのみならず、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、コロナ放電を利用して検出する微粒子センサについて、広く存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１４９２３号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１０９６８８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、コロナ放電を利用して検出する微粒子センサについて、その寿命を長くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
前記コロナ放電のための電力を外部電源から前記イオン発生部に供給するための導電線と、
微粒子を含むガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させる帯電部と、を備え、
前記微粒子の帯電に使用された前記イオンの量に基づいて前記ガス中の前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
前記導電線の少なくとも一部は、シリコーン樹脂によって被覆されている、微粒子センサ。
【０００８】
このような態様においては、イオン発生部に電力を供給するための導電線は、耐コロナ放電性に優れるシリコーン樹脂によって被覆されている。このため、長期にわたって導電線の絶縁性能を維持することができる。よって、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、コロナ放電を利用して検出する微粒子センサについて、微粒子センサの寿命を長くすることができる。
なお、「シリコーン樹脂」は、ケイ素化合物を主成分とする合成樹脂である。
【０００９】
［適用例２］
適用例１の微粒子センサであって、
前記導電線において、前記シリコーン樹脂による被覆の少なくとも一部の外側が、前記シリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材で被覆されている、微粒子センサ。
【００１０】
このような態様とすれば、シリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材でシリコーン樹脂による被覆が被覆されていない場合に比べて、微粒子センサが高温の環境下で使用される場合にも、シリコーン樹脂による被覆の形状を維持しやすい。
【００１１】
［適用例３］
適用例２の微粒子センサであって、
前記シリコーン樹脂よりも前記耐熱性が高い素材は、フッ素系樹脂である、微粒子センサ。
【００１２】
このような態様とすれば、微粒子センサが高温の環境下で使用される場合にも、シリコーン樹脂による導電線の被覆の形状を、効果的に維持することができる。
【００１３】
なお、「フッ素系樹脂」は、フッ素を含むオレフィンを重合させて得られる合成樹脂である。「フッ素系樹脂」には、たとえば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（略号：PFA）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（略号：FEP）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（略号：ETFE）が含まれる。
【００１４】
［適用例４］
適用例１〜３の微粒子センサであって、さらに、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管を備え、
前記気体供給管と前記導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【００１５】
このような態様とすれば、ガスの流路に微粒子センサを設置する際に、導電線や気体供給管の取り回しが容易である。したがって、微粒子センサをガスの流路に取りつけやすい。
【００１６】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、排ガス中の微粒子を検出する微粒子検出センサ、そのセンサを排ガス配管に備えた内燃機関、その内燃機関を備えた車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図と、排ガス配管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概略図。
【図２】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図３】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図４】微粒子センサの構成を示す分解斜視図。
【図５】微粒子センサに接続されるケーブルの構成を示す概略断面図。
【図６】排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサの動作を説明するための模式図。
【図７】センサ制御部による微粒子センサを用いた排ガス中の煤量の検出を説明するための概略図。
【図８】第２実施例の微粒子センサに接続されるケーブルの構成を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１（Ａ）は本発明の一実施例としての微粒子センサを搭載する車両の構成を示す概略図である。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。
【００１９】
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。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）：ディーゼル微粒子捕集フィルタ）が設けられている。
【００２０】
車両制御部４２０は、マイクロコンピュータによって構成され、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、燃料供給部４１０からの燃料の供給量や、内燃機関４００の燃焼状態などを制御する。
【００２１】
車両５００には、さらに、微粒子センサ１００と、センサ駆動部１１０とが搭載されている。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おり、ケーブル１２０を介してセンサ駆動部１１０と接続されている。
【００２２】
センサ駆動部１１０は、微粒子センサ１００を駆動し、微粒子センサ１００の検出信号に基づき排ガス中の微粒子量を検出する。ここで、排ガス中の微粒子量は、例えば、微粒子の表面積を基準とする量として評価することもでき、微粒子の質量を基準とする量として評価することもできる。あるいは、排ガス中の微粒子量は、単位体積量の排ガス中の微粒子の個数を基準とする量として評価することもできる。
【００２３】
図１（Ｂ）は、排ガス配管４１５への微粒子センサ１００の取付状態と、センサ駆動部１１０の内部構成とを説明するための概略図である。微粒子センサ１００は、先端部１００ｅの直棒状の部分が排ガス配管４１５の内部に挿入された状態で、排ガス配管４１５の外表面に固定的に取り付けられる。より具体的には、微粒子センサ１００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ＤＬに対してほぼ垂直に挿入される。
【００２４】
先端部１００ｅのケーシングの壁面には、図１（Ｂ）下段に示すように、排ガスのための流入孔４５と排出孔３５とが設けられている。先端部１００ｅが排ガス配管４１５に取りつけられた状態において、流入孔４５と排出孔３５とは、排ガス配管４１５内に位置する。微粒子センサ１００においては、排ガス配管４１５を流れる排ガスの一部が、流入孔４５を介して、先端部１００ｅのケーシング内部に取り込まれる。そして、取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００において生成されたイオン（本実施例では、陽イオン）によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔３５から先端部１００ｅのケーシング外部に排出される。排ガス中の微粒子量を検出する際の微粒子センサ１００の具体的な動作や、先端部１００ｅのケーシング内部における排ガスの流れについては後述する。
【００２５】
本実施例の微粒子センサ１００は、排ガスを取り込む先端部１００ｅの流入孔４５と排出孔３５が排ガス配管４１５内に収容・配置されている。このため、排ガスを排ガス配管４１５の外部へと分岐させ、再び流入させることなく、排ガス中の微粒子の量を検出することができる。従って、排ガス中の微粒子量を検出するためのシステムが小型化され得る。
【００２６】
微粒子センサ１００の後端側（先端部１００ｅとは逆の側）には、複数の配線１２１，１２２，１２４や空気供給管１２３などを内部に一体的に収容したケーブル１２０が接続されている。ケーブル１２０の他端は、排ガス配管４１５から離隔して設置されたセンサ駆動部１１０に接続されている。ケーブル１２０は可撓性を有しているため、比較的自由に車両５００内に配設することが可能である。ケーブル１２０の詳細な構成については後述する。
【００２７】
センサ駆動部１１０は、図１（Ｂ）左上に示すように、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。センサ制御部１１１は、マイクロコンピュータによって構成される。センサ制御部１１１は、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを制御する。また、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００を用いて検出した排ガス中の微粒子量を車両制御部４２０（図１（Ａ）参照）に送信する。
【００２８】
なお、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１から送信された排ガス中の微粒子量が、所定量より多い場合には、フィルタ装置４１６の劣化や異常を車両５００の運転手に警告する態様とことができる。また、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１の検出値に基づき、内燃機関４００における燃焼状態を調整する態様とすることもできる。
【００２９】
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（図１（Ｂ）上段ならびに図５参照）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計測結果をセンサ制御部１１１に送信する。電気回路部１１２の詳細な構成については後述する。
【００３０】
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内の空気供給管１２３を介して、微粒子センサ１００に供給する。なお、微粒子センサ１００は、空気供給管１２３を介して、他の種類の圧縮気体の供給を受けるものとしてもよい。
【００３１】
図２〜図４は、微粒子センサ１００の構成を示す概略図である。図２，図３はそれぞれ、異なる方向から見た微粒子センサ１００の概略断面図である。図４は微粒子センサ１００の分解斜視図である。図２〜図４には、先端部１００ｅ側（単に「先端側」とも呼ぶ）を紙面上側とし、ケーブル１２０側（単に「後端側」とも呼ぶ）を紙面下側として、微粒子センサ１００が図示されている。すなわち、図１（Ｂ）に示した微粒子センサ１００とは、向きが上下逆となっている。また、図２，図４には、微粒子センサ１００の仮想中心線ＣＬが一点鎖線で図示されている。参考のために、図２に、微粒子センサ１００が排ガス配管４１５に取りつけられた際の、排ガス配管４１５および取付用ボス４１７の断面の位置を破線で示す。また、排ガスの流れ方向を示す矢印Ｆ（図１（Ｂ）参照）を示す。
【００３２】
図２〜図４には、さらに、各図が対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを図示す。具体的には、矢印Ｚは、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬに沿った方向を示しており、紙面上方向を示している。矢印Ｘは、微粒子センサ１００が備えるフランジ１０３ｆの短手方向に沿った方向を示しており、図２では、紙面手前方向を示し、図３では紙面右方向を示し、図４では紙面右斜め手前方向を示している。矢印Ｙは、フランジ１０３ｆの長手方向に沿った方向を示しており、図２では紙面右方向を示し、図３では紙面奥行き方向を示し、図４では紙面右斜め奥行き方向を示している。
【００３３】
微粒子センサ１００は、第１と第２の電極１０，２０を備えている。第１の電極１０は、図３および図４の上部に示すように、先端部１１（紙面上側の端部）が略Ｕ字状に湾曲した棒状の電極である。第１の電極１０における湾曲部より後端側の本体部１２の外周は、セラミックパイプ１５によって気密に被覆されている（図４の左上部参照）。セラミックパイプ１５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第１の電極１０と他の導電性部材とを絶縁する。セラミックパイプ１５から露出した第１の電極１０の後端部１３（紙面下側の端部）は、図３の中段に示すように、ケーブル１２０の端部から露出した第１の絶縁電線１２１と電気的に接続されている。第１の電極１０は、絶縁電線１２１を介して１００Vの電圧を印加され、陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。第１の電極１０機能の詳細については、後述する。
【００３４】
第２の電極２０は、直線的に延びる棒状の電極である。第２の電極２０は、図２および図３の上部に示すように、微粒子センサ１００内の第１の電極１０の先端部１１よりも後端側において、第１の電極１０の他の一部と並ぶように配されている。第２の電極２０の本体部２２の外周は、図４左下に示すように、セラミックパイプ２５によって気密に被覆されている。セラミックパイプ２５は、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）によって構成され、第２の電極２０と他の導電性部材とを絶縁する。第２の電極２０の先端部２１（紙面上側の端部）と、後端部２３（紙面下側の端部）とはセラミックパイプ２５から露出している。なお、第２の電極２０の先端部２１は、先端が尖った針状をなしている。第２の電極２０の後端部２３は、図３の中段に示すように、第２の絶縁電線１２２と電気的に接続されている。第２の電極２０は、第２の絶縁電線１２２を介して２〜３ｋＶの電圧を１００ｋＨｚで断続的に印加され、コロナ放電のための放電電極として機能する。第２の電極２０の機能の詳細については、後述する。
【００３５】
微粒子センサ１００は、イオン捕捉部３０と、排ガス帯電部４０と、イオン発生部５０とを備える。イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とはそれぞれ、導電性を有する部材によって構成されている。イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とが直列に嵌合して連結されることにより、前述の先端部１００ｅを構成する。なお、各構成部３０，４０，５０の外壁は、先端部１００ｅの略円筒状の連続的なケーシングを構成する。
【００３６】
イオン捕捉部３０は、図４左上に示すように、略円筒状の外殻を有する。イオン捕捉部３０の内部には、図３上段に示すように、ガス流路３１と、パイプ挿通孔３３とが、紙面上下方向（矢印Ｚの方向）に延びる互いに並列な貫通孔として形成されている。ガス流路３１は、後端側に位置する第１流路部３１ａと、第１流路部３１ａに対して先端側に位置する第２流路部３１ｂとを有している。第１流路部３１ａは、後端において排ガス帯電部４０の内部空間７１に接続されている。Ｚ軸方向に垂直な断面における第１流路部３１ａの断面積は、先端側に向かって縮小する。一方、第２流路部３１ｂは、先端においてイオン捕捉部３０の内部空間７０に接続されている。Ｚ軸方向に垂直な断面における第２流路部３１ｂの断面積は、先端側に向かって拡大する。このガス流路３１の機能については後述する。
【００３７】
図３の上段に示すパイプ挿通孔３３には、第１の電極１０の本体部１２を収容するセラミックパイプ１５が気密的に挿通されて保持される。第１の電極１０の先端部１１は、パイプ挿通孔３３から折り返して、ガス流路３１における第２流路部３１ｂのほぼ中央に懸垂配置される。
【００３８】
イオン捕捉部３０の紙面上側の端部は、図２〜図４の上段に示すように、導電性を有するキャップ１０１によって封止される。イオン捕捉部３０の外壁には、排ガスのための排出孔３５が貫通孔として形成されている（図４の左上、および図１（Ｂ）も参照）。排出孔３５は、ガス流路３１とキャップ１０１との間の内部空間７０に連通するように形成されている（図２の上段参照）。
【００３９】
排ガス帯電部４０は、図４に示すように、イオン捕捉部３０に対して後端側に配されており、略円筒状の外殻を有する。排ガス帯電部４０は、イオン捕捉部３０のガス流路３１と連通する内部空間７１を有しており、後端側端部に隔壁４１が設けられている（図２および図３の上段参照）。その結果、排ガス帯電部４０の内部空間７１とイオン発生部５０とは、隔壁４１によって仕切られて分離されている。隔壁４１には、排ガス帯電部４０とイオン発生部５０とを連通する連通孔であるノズル４２が設けられている。ノズル４２は、イオン捕捉部３０のガス流路３１に向かってガスを噴射可能なように、ガス流路３１に向かって開口面積（断面積）が縮小する微小孔（オリフィス）として設けられている。
【００４０】
また、隔壁４１には、図３の上段に示すように、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を挿通して保持するパイプ挿通孔４３が設けられている。さらに、排ガス帯電部４０の外壁には、図４の左側中段に示すように、排ガスを先端部１００ｅの内部に流入させるための流入孔４５が貫通孔として形成されている（図１（Ｂ）も参照）。流入孔４５は、微粒子センサ１００を構成したときに、内部空間７１に連通するように形成されている（図２参照）。
【００４１】
ここで、イオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とが嵌合して連結される際には、ガス流路３１の一部は、排ガス帯電部４０の内部に収容される。流入孔４５は、図２の上段に示すように、その開口方向に沿って微粒子センサ１００を見たときに（より詳細には、流入孔４５の開口方向に沿った方向であって微粒子センサ１００の軸線ＣＬに直交する方向に沿って見たときに）、ガス流路３１と重なる位置に形成されている。ガス流路３１を構成する壁部には、ガス流路３１の流路方向と並列に伸びる溝部３４が設けられている。流入孔４５は、この溝部３４を介して内部空間７１と連通する。
【００４２】
イオン発生部５０は、図４左下に示すように、排ガス帯電部４０に対して後端側に配されており、略円柱状の形状を有する。イオン発生部５０の先端側には、ノズル４２を介して、排ガス帯電部４０の内部空間７１と連通する内部空間７２が設けられている（図２および図３の上段参照）。内部空間７２には、第２の電極２０の先端部２１が、コロナ放電を発生させることが可能な程度の空隙をノズル４２との間に形成しつつ、保持されている。
【００４３】
図２の中段に示すように、内部空間７２の紙面下側の底部には、紙面上下方向に延びる空気供給孔５４が形成されている。空気供給孔５４は、ケーブル１２０の空気供給管１２３（図２において図示せず）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。
【００４４】
一方、図３の中段に示すように、内部空間７２の紙面下側の底部には、さらに、紙面上下方向に延びる第１と第２のパイプ挿通孔５２，５３が形成されている。第１のパイプ挿通孔５２は、第１の電極１０を収容するセラミックパイプ１５を気密に保持する。また、第２のパイプ挿通孔５３は、第２の電極２０を収容するセラミックパイプ２５を気密に保持する。
【００４５】
第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３は、図３の中段に示すように、イオン発生部５０の後端側において外部に露出している。第１と第２の電極１０，２０の後端部１３，２３は、ケーブル１２０の端部から伸びた第１と第２の絶縁電線１２１，１２２に、それぞれ電気的に接続されている。なお、これらの電極１０，２０と電線１２１，１２２の接続部は、イオン発生部５０の下端に嵌合して連結される略円筒状の内筒１０２に収容されることによって保護される（図３の中段、および図４の右上参照）。
【００４６】
内筒１０２の下端部は、図２および図３の中段、および図４の右上に示すように、ケーブル１２０の端部を収容して緊密に保持する。ここで、内筒１０２は、導電性を有する部材によって構成されており、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。すなわち、内筒１０２は、先端部１００ｅを構成する各構成部３０，４０，５０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。
【００４７】
イオン発生部５０は、図２および図３の中段に示すように、取付固定部１０３内に収納されている。取付固定部１０３は、微粒子センサ１００を排ガス配管４１５に取付用ボス４１７を介して固定するための部材である。図４の左下に示されるように、イオン発生部５０の外周には鍔部５０ｆが設けられている。鍔部５０ｆは、図２および図３の中段に示すように、イオン発生部５０の外周に取り付けられる円環状の第１と第２の保持部材６１，６２によって、取付固定部１０３内において、紙面上下方向に狭持される。なお、鍔部５０ｆの外周面は、取付固定部１０３に非接触の状態を維持するように、第１と第２の保持部材６１，６２によって挟持される。ここで、第１の保持部材６１は略円筒形である。そして、第１の保持部材６１の先端側の外径は、後端側の外径よりも小さい（図４の左下参照）。すなわち、第１の保持部材６１は、外周部分に段部を有している。
【００４８】
取付固定部１０３は、図４左側に示すように、略円筒形状の本体部１０３ｓと、本体部１０３ｓの紙面上側の端部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の筒内には段部が形成されている（図２および図３の中段参照）。すなわち、この段部よりも先端側の内径は、後端側の内径よりも小さい。この段部は、イオン発生部５０に取り付けられた第１の保持部材６１の段部と、板パッキン６５を介して係合する（図２および図３の上段参照）。この係合により、イオン発生部５０は、取付固定部１０３の筒内においてＺ軸方向の所定の位置で係止される。具体的には、イオン発生部５０は、第２の電極２０の先端部２１がフランジ１０３ｆより先端側に突出する位置で係止される。また、第１の保持部材６１の先端部６１ｐも、フランジ１０３ｆより先端側に突出する。
【００４９】
また、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（図４の左側中段参照）がイオン発生部５０の突出部位を囲むように配置される。
【００５０】
ここで、イオン発生部５０と取付固定部１０３は導電性を有する部材によって構成される。一方、第１と第２の保持部材６１，６２は、絶縁部材で構成される。そして、イオン発生部５０は、第１と第２の保持部材６１，６２を介して取付固定部１０３に固定されており、取付固定部１０３に直接接触していない。このため、取付固定部１０３とイオン発生部５０は、絶縁されている。
【００５１】
また、取付用ボス４１７および排ガス配管４１５も、導電性を有する部材によって構成される。しかし、微粒子センサ１００が取付用ボス４１７を介して排ガス配管４１５に取り付けられた状態において、取付用ボス４１７と先端部１００ｅ（イオン発生部５０）との間には、第１の保持部材６１の突出部６１ｐが介在する（図２の上段参照）。そして、取付用ボス４１７および排ガス配管４１５と先端部１００ｅ（イオン発生部５０）とは、互いに直接接触しない。よって、取付用ボス４１７および排ガス配管４１５と先端部１００ｅ（イオン発生部５０）とは、第１の保持部材６１により、絶縁されている。
【００５２】
取付固定部１０３の下端部には、ジョイント部１０４が、イオン発生部５０に取り付けられた第２の保持部材６２を紙面下側から支持するように、螺合連結されている（図４の右上参照）。ジョイント部１０４には、貫通孔１０４ｐが設けられている。貫通孔１０４ｐには、イオン発生部５０の下端部および内筒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】
ジョイント部１０４の下端には、内筒１０２とケーブル１２０との連結部を保護するための略円筒状の外筒１０５が嵌合されている（図４の右下参照）。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（図２および図３の下段参照）。外筒１０５の下端側は、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。このような構成とすることにより、外筒１０５の下端側には、ケーブル１２０内の第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。なお、図２および図３では、外筒１０５の加締め部１０５ｃが示されているのに対して、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の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線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。このような構成とすることにより、微粒子センサ１００に接続される配線・配管の取り回しが容易となる。よって、微粒子センサ１００の車両５００への搭載が容易になる。具体的に、ケーブル１２０は以下で述べる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。
【００５６】
第２の絶縁電線１２２は、その中心に導電線である芯線１２２０を有している。芯線１２２０の外周には、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。なお、「シリコーン樹脂」は、ケイ素化合物を主成分とする合成樹脂である。
【００５７】
本実施例においては、芯線１２２０の外周に、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。このため、芯線１２２０に対して繰り返し高出力の電圧が断続的に印加されても、フッ素系樹脂で構成されている態様に比べて、第１の樹脂被覆層１２２１は劣化しにくい。その結果、第２の絶縁電線１２２全体の被覆層の絶縁性が悪化しにくい。よって、微粒子センサ１００が正常に使用できなくなるまでの時間（寿命）を、長くすることができる。
【００５８】
なお、以上では、図５に示すケーブル１２０の断面図を使用して第１の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線１２２の構成を説明した。しかし、第１の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線１２２が、ガラス繊維部１２０１およびその外側の層に覆われておらず、露出している部分（図３の中段、および図４左側中段参照）においても、第１の絶縁電線１２１および第２の絶縁電線１２２の被覆層は、上述の構成を有する。
【００５９】
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中空筒状に構成される。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、可撓性を有しつつ、樹脂部材よりも高い剛性を有するように構成されていることが好ましく、例えば、金属線を編み組みすることによって構成されるものとすることができる。この補強部材１２３ｓによって、温度上昇に伴って空気供給管１２３を構成する樹脂部材が少なからず軟化した場合であっても、空気圧による空気供給管１２３の膨張変形が抑制される。すなわち、このケーブル１２０を用いれば、高温環境下においても微粒子センサ１００に、より高い圧力の空気を供給することが可能である。
【００６０】
図５に示すように、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のケーブル被覆層１２０２によって被覆されている。第１のケーブル被覆層１２０２は、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材によって構成することができる。
【００６１】
第１のケーブル被覆層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が配設されている。そして、第１のシールド線ＳＬ１の外側には、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材によって構成された第２のケーブル被覆層１２０３が設けられている。さらに、第２のケーブル被覆層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が配設されている。そして、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。
【００６２】
第２の絶縁電線１２２の被覆層の一つである第１の樹脂被覆層１２２１は、シリコーン樹脂で設けられているため、高温下においては変形しやすくなる。ただし、第２の絶縁電線１２２の周囲にはガラス繊維が充填されており、その外側には、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材による第１のケーブル被覆層１２０２および第２のケーブル被覆層１２０３、ならびに、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いＦＥＰなどのフッ素系樹脂などによる外皮１２０４が設けられている。このため、第２の絶縁電線１２２の第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても、これらの構成により形状を維持される。すなわち、第２の絶縁電線１２２の第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても変形しにくい。
【００６３】
なお、本明細書において、「Ａよりも耐熱性が高い」とは、ＵＬ（Underwriters Laboratories Inc.）規格における746BのＲＴＩ（Relative Thermal Index：相対温度指数）がＡに比べて高いことを意味する。
【００６４】
上記のように、このケーブル１２０においては、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、前述のように、内筒１０２を介して、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０と電気的に接続される（図２および図３の中段参照）。このような構成とすることにより、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。
【００６５】
一方、第２のシールド線ＳＬ２は、前述のように、外皮１２０４を貫通する外筒１０５の加締め部１０５ｃと導通する（図２および図３の下段参照）。そして、第２のシールド線ＳＬ２は、それぞれ導電性を有する外筒１０５、ジョイント部１０４、取付固定部１０３、取付用ボス４１７、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。その結果、第２のシールド線ＳＬ２は、接地されている。
【００６６】
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、離隔配置されたセンサ駆動部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、以下のように、排ガス中に含まれる微粒子量を検出する。
【００６７】
図６は、排ガス中の微粒子量を検出するための微粒子センサ１００の動作を説明するための模式図である。図６においては、排ガス配管４１５内に挿入された微粒子センサ１００の先端部１００ｅの内部が模式的に図示されている。なお、図６においては、微粒子センサ１００は、図２や図３とは、上下逆の向きに記載されている。図６に示された微粒子センサ１００の向きと、図１（Ｂ）に示された微粒子センサ１００の向きとは、同じである。
【００６８】
図６では、先端部１００ｅのケーシングＣＳ（各構成部３０，４０，５０の内部空間７０，７１，７２を囲む壁部）を、各構成部３０，４０，５０の境界線の図示を省略するとともに、同じハッチングを付すことにより、一体的に示す。また、図６では、第１の電極１０については、先端部１１以外の構成の図示を省略する。さらに、図６には、排ガス配管４１５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する。
【００６９】
排ガス中の微粒子量を検出する際には、微粒子センサ１００は、図６上部に示すように、空気供給孔５４を介して、エア供給部１１３（図１（Ｂ）参照）から内部空間７２に高圧空気が供給される。そして、微粒子センサ１００は、イオン発生部５０において、陽イオンＰＩを発生させる。より具体的には、微粒子センサ１００は、電気回路部１１２によって、第２の電極２０を陽極とし、ノズル４２を構成する隔壁４１を陰極として、断続的に電圧を印加し、第２の電極２０の先端部２１とノズル４２との間にコロナ放電を発生させ、放電した電子を内部空間７２に供給される空気中の分子と衝突させることで、周囲に陽イオンＰＩを発生させる。
【００７０】
イオン発生部５０において発生した陽イオンＰＩは、エア供給部１１３から内部空間７２に供給される高圧空気とともに、ノズル４２から排ガス帯電部４０の内部空間７１へと噴射される。ノズル４２から陽イオンＰＩを含む空気が噴射されると、内部空間７１に負圧が発生する。すると、微粒子である煤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（矢印ｆｉ参照）。なお、エア供給部１１３から微粒子センサ１００に供給される空気の圧力は、ノズル４２からの空気の噴射速度が音速程度となる程度の圧力であることが好ましい。
【００７１】
ノズル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、図６の中段に示すように、排ガス帯電部４０の内部空間７１において混合される。このような構成とすることにより、排ガス中に微粒子である煤Ｓが存在する場合に、煤Ｓが空気中の陽イオンＰＩを吸着して煤Ｓが帯電する。
【００７２】
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。その結果、ノズル４２から噴射される空気が、後端側から先端側に向かう向き（図６において下向き）に内部空間７１に噴射されるのに対して、排ガスは、先端側から後端側に向かう向き（図６において上向き）に内部空間７１に流入する。すなわち、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。このため、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。
【００７３】
内部空間７１において空気と混合された排ガスは、イオン捕捉部３０に設けられたガス流路３１を介して内部空間７０へと流れる。なお、ガス流路３１には、上流側から下流側に向かって断面積が次第に縮小する第１流路部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流路部３１ａによって、排ガスをより円滑に下流側へと誘導できるとともに、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ことができる。
【００７４】
イオン捕捉部３０では、ガス流路３１の第２流路部３１ｂから内部空間７０に渡って、第１の電極１０の先端部１１が、排ガスの流れ方向に沿って配置されている。イオン捕捉部３０では、電気回路部１１２によって、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ＣＳを陰極として、電圧が印加される。
【００７５】
このような構成とすることにより、煤Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩ、すなわち、煤Ｓに吸着することのなかった陽イオンＰＩは、第１の電極１０から斥力を受けて、その移動方向が第１の電極１０の外側へと反らされる。移動方向を反らされた陽イオンＰＩは、陰極として機能するガス流路３１の第２流路部３１ｂや内部空間７０の外壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが吸着して帯電した煤Ｓは、質量が大きい。このため、帯電した煤Ｓは、同様に第１の電極１０から斥力を受けるものの、斥力によってその進行方向に与えられる影響が、単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓは、排ガスの流れに従って、排出孔３５から排ガス配管４１５へと排出される。
【００７６】
ところで、本実施例の微粒子センサ１００におけるガス流路３１の第２流路部３１ｂでは、下流側に向かって断面積が次第に拡大している。この構成により、帯電した煤Ｓや、帯電に用いられなかった陽イオンＰＩを含む排ガスを、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。その結果、イオン捕捉部３０における陽イオンＰＩの捕捉効率が向上する。
【００７７】
微粒子センサ１００の先端部１００ｅでは、イオン捕捉部３０における陽イオン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）参照）は、電気回路部１１２を介して、そうした微粒子センサ１００における電流の変化に基づいて検出信号を検出する。そして、センサ制御部１１１は、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。
【００７８】
図７は、センサ制御部１１１による微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出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の模式図と、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。なお、図７では、図６と同様に、先端部１００ｅの各構成部３０，４０，５０の外壁を、ケーシングＣＳとして一体的に図示している。また、図７では、電気回路部１１２の内部構成を概略的に図示している。
【００７９】
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に高圧電力を断続的に供給する。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。
【００８０】
図７に示すように、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（図３の中段も参照）。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（１００Ｖ）の供給を受ける。
【００８１】
一方、第２電流供給回路２２２は、図７に示すように、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（図３の中段も参照）。微粒子センサ１００は、第２電流供給回路２２２から、コロナ放電のための電力の供給を断続的に受ける（２〜３ｋＶ、１００ｋＨｚ）。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。
【００８２】
ここで、微粒子センサ１００の先端部１００ｅ、すなわちイオン捕捉部３０と排ガス帯電部４０とイオン発生部５０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（図２および図３に示す保持部材６１，６２参照）。すなわち、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。
【００８３】
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からノズル４２を介してケーシングＣＳ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７の中央部参照）。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３０においてケーシングＣＳに捕捉される（図７の右部参照）。
【００８４】
ここで、煤Ｓの帯電に用いられてケーシングＣＳ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ＣＳ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＋Ｉesc …（１）
【００８５】
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ＣＳに流れる電流である（図７の中央部および右部参照）。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（図７の中央部参照）。従って、入力電流Ｉinと、ケーシングＣＳ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）
【００８６】
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ＣＳ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。
【００８７】
電気回路部１１２の電流差計測部２３０は、信号線１２４（図５に示すケーブル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ＣＳ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（図７の左下部参照）。
【００８８】
ケーシングＣＳ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る。電流差計測部２３０は、この補償電流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。
【００８９】
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る。そして、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量は、排ガス中の単位流量当たりの煤Ｓの量と相関関係を有する量である。従って、漏洩電流Ｉescを計測（検出）することにより、排ガス中の単位流量当たりの煤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。
【００９０】
このように、センサ制御部１１１は、煤Ｓの帯電に用いられてケーシングＣＳの外部へと漏洩した陽イオンＰＩに基づく電流変化（換言すれば、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ＣＳ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。
【００９１】
このように、本実施例の微粒子センサ１００によれば、簡易かつ小型な構成で、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤Ｓなどの微粒子の量を検出することができる。
【００９２】
Ｂ．第２実施例：
図８は、第２実施例の微粒子センサに接続されるケーブル１２０ｂの構成を示す概略断面図である。第２実施例は、微粒子センサに接続されるケーブル中の第２の絶縁電線１２２ｂの構成が、第１実施例の第２の絶縁電線１２２とは異なっている。第２実施例の他の点は、第１実施例と同じである。
【００９３】
第２の絶縁電線１２２ｂは、その中心に導電線である芯線１２２０を有している。芯線１２２０の外周には、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。第１の樹脂被覆層１２２１の外周には、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂部材によって構成される、第３の樹脂被覆層１２２４が設けられている。
【００９４】
本実施例においては、芯線１２２０の外周に、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている。このため、第１実施例の場合と同様に、第２の絶縁電線１２２ｂ全体の被覆層の絶縁性が劣化しにくい。
【００９５】
また、本実施例においては、第１の樹脂被覆層１２２１の外周に、断面形状が第１の樹脂被覆層１２２１に対して同心円状となるように、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高いフッ素系樹脂による第３の樹脂被覆層１２２４が設けられている。このため、第２の絶縁電線１２２ｂの第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても、第３の樹脂被覆層１２２４により形状を維持される。また、第３の樹脂被覆層１２２４は、第１の樹脂被覆層１２２１に接して設けられているため、第３の樹脂被覆層１２２４が第１の樹脂被覆層１２２１に接して設けられ廷内態様に比べて、さらに、第１の樹脂被覆層１２２１の形状を維持しやすい。その結果、第２の絶縁電線１２２ｂの第１の樹脂被覆層１２２１は、高温環境下においても、高温環境下でも変形しにくい。
【００９６】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の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態様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。
【００９７】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、微粒子センサ１００のうち、排ガス配管４１５内に配置される先端部１００ｅに、イオン発生部５０と、排ガス帯電部４０と、イオン捕捉部３０とが配列されていた。しかし、先端部１００ｅには、少なくとも排ガス帯電部４０が配列されていれば良く、イオン発生部５０については、例えば、微粒子センサ１００のうち排ガス配管４１５の外側に配置される部位に離隔して設けられるものとしてもよい。また、イオン捕捉部３０を設けなくても排ガス中の煤Ｓの量を検出することは可能であるが、煤Ｓの量を検出する精度を高める観点からイオン捕捉部３０を設置した方がよい。
【００９８】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例においては、イオン発生部５０において生じたイオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、空気である。しかし、イオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、検出対象である微粒子を含まない他の気体とすることもできる。イオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、微粒子センサ１００が使用される環境下において電離しにくいものであることが好ましい。そして、イオンＰＩを帯電部４０およびイオン捕捉部３０へと流入させるために利用される気体は、コロナ放電により、電離されるものであることが、より好ましい。さらに、微粒子センサ１００が使用される環境において微粒子センサ１００やセンサ駆動部１１０の周囲に存在する気体であることが好ましい。
【００９９】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、先端部１００ｅにおけるケーシングＣＳの内壁面の一部をコロナ放電の陰極や陽イオンＰＩを捕捉するための陰極として機能させていた。しかし、それらの陰極は、先端部１００ｅのケーシングＣＳとは別の部材として別個に設けられるものとしてもよい。
【０１００】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、イオン発生部５０の内部空間７２と排ガス帯電部４０の内部空間７１との間にノズル４２が形成されていた。しかし、それら２つの内部空間７１，７２の間にはノズル４２は形成されていなくともよい。ただし、２つの内部空間７１，７２の間にノズル４２を設けることにより、ノズル４２からの噴流によって内部空間７１に負圧を発生させることができる。従って、流入孔４５を介した外部からの排ガスの取り込みを良好にして、その取り込み量を安定させることができ、排ガス中の微粒子量の検出精度を向上させることが可能である。
【０１０１】
Ｃ５．変形例５：
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。
【０１０２】
Ｃ６．変形例６：
また、上記実施例においては、イオン発生部５０では、２〜３ｋＶの電圧を、１００ｋＨｚで断続的に第２の電極２０に印加する。しかし、イオンを生成するために電極に電圧を印加する態様は、他の電圧や他の周波数とするなど、他の態様であってもよい。ただし、断続的に電圧が印加されたり、交流電圧が印加される態様において、絶縁電線の被覆の劣化は顕著である。このため、本発明は、そのような態様に適用するとより好適である。
【０１０３】
Ｃ７．変形例７：
シリコーン樹脂による被覆の外側がシリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材で被覆されている態様としては、図８に示す第３の樹脂被覆層１２２４のように、シリコーン樹脂による被覆１２２１に接した層１２２４が、耐熱性が高い素材で設けられている態様とすることができる。また、図５および図８に示す第１のケーブル被覆層１２０２や第２のケーブル被覆層１２０３のように、他の層や構成を介在させて、シリコーン樹脂による被覆１２２１を覆う構成が、耐熱性が高い素材で設けられている態様とすることもできる。
【０１０４】
Ｃ８．変形例８：
上記実施例においては、図５や図８のような構成は、センサ駆動部１１０と微粒子センサ１００を結ぶケーブル１２０の被覆の全長にわたって採用される。しかし、図５や図８のような構成を、センサ駆動部１１０と微粒子センサ１００を結ぶケーブル１２０の被覆の長手方向（軸線方向）に沿った一部、たとえば、微粒子センサ１００との接続部分を含み微粒子センサ１００に近い側の一部において、採用することもできる。
【０１０５】
また、第２の絶縁電線１２２におけるシリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１は、第２の絶縁電線１２２の被覆の全長にわたって採用される。しかし、第１の樹脂被覆層１２２１は、第２の絶縁電線１２２の被覆の長手方向（軸線方向）に沿った一部、たとえば、他の導電部材の近傍にある部分や、微粒子センサ１００との接続部分を含み微粒子センサ１００に近い側の一部において、採用することもできる。ただし、シリコーン樹脂による第１の樹脂被覆層１２２１は、第２の絶縁電線１２２の被覆の全長にわたって採用されることが好ましい。
【０１０６】
そして、第２実施例において、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高い素材によって構成される第３の樹脂被覆層１２２４は、第２の絶縁電線１２２ｂの被覆の全長、すなわち、第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている部分の全部にわたって採用される。しかし、第３の樹脂被覆層１２２４は、第１の樹脂被覆層１２２１が設けられている部分のうちの長手方向（軸線方向）に沿った一部、たとえば、他の部分に比べて高温になる部分や、微粒子センサ１００との接続部分を含み微粒子センサ１００に近い側の一部において、採用することもできる。ただし、シリコーン樹脂よりも耐熱性の高い素材によって構成される第３の樹脂被覆層１２２４は、第２の絶縁電線１２２ｂの被覆の全長にわたって採用されることが好ましい。
【０１０７】
Ｃ９．変形例９：
上記実施例においては、ケーブル１２０の第３の樹脂被覆層１２２４、ならびに第１のケーブル被覆層１２０２および第２のケーブル被覆層１２０３を構成する素材として、ＰＴＦＥ(エチレン・四フッ化エチレン共重合体）を例示した。しかし、ケーブルにおいて、シリコーン樹脂製の被覆の形状を維持するための構成は、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）など、他の素材で構成することもできる。すなわち、ケーブルにおいて、シリコーン樹脂製の被覆の形状を維持するためにシリコーン樹脂製の被覆の外側に配される構成の素材は、シリコーン樹脂よりも前記微粒子センサの使用温度下で耐熱性が高い素材であればよい。ただし、シリコーン樹脂製の被覆の形状を維持するための構成の素材は、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ等を含むフッ素系樹脂の中から選択することが好ましい。
ただし、「シリコーン樹脂よりも耐熱性が高い素材」は、フッ素系樹脂以外の素材であってもよい。
【０１０８】
また、本実施例において、上記各構成の素材として、ＵＬ（Underwriters Laboratories Inc.）規格における746BのＲＴＩ（Relative Thermal Index：相対温度指数）が、シリコーン樹脂に比べて高い素材が採用される。ただし、シリコーン樹脂による被覆層の外側を覆う層は、特に、微粒子センサの使用環境下（特に使用温範囲）において、変形しにくい素材で構成されることが好ましい。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…第１の電極
１１…先端部
１２…本体部
１３…後端部
１５…セラミックパイプ
２０…第２の電極
２１…先端部
２２…本体部
２３…後端部
２５…セラミックパイプ
３０…イオン捕捉部
３１…ガス流路
３１ａ…第１流路部
３１ｂ…第２流路部
３３…パイプ挿通孔
３４…溝部
３５…排出孔
４０…排ガス帯電部
４１…隔壁
４２…ノズル
４３…パイプ挿通孔
４５…流入孔
５０…イオン発生部
５０ｆ…鍔部
５２…第１のパイプ挿通孔
５３…第２のパイプ挿通孔
５４…空気供給孔
６１…第１の保持部材
６２…第２の保持部材
６４…ガスケット
６５…板パッキン
６６…グロメット
７０，７１，７２…内部空間
１００…微粒子センサ
１００ｅ…先端部
１０１…キャップ
１０２…内筒
１０３…取付固定部
１０３ｆ…フランジ
１０３ｓ…本体部
１０４…ジョイント部
１０４ｅ…工具係合部
１０４ｐ…貫通孔
１０５…外筒
１０５ｃ…加締め部
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
１２０１…ガラス繊維部
１２０２…第１のケーブル被覆層
１２０３…第２のケーブル被覆層
１２０４…外皮
１２１…第１の絶縁電線
１２１０…芯線
１２１１…第１の樹脂被覆層
１２２，１２２ｂ…第２の絶縁電線
１２２０…芯線
１２２１…第１の樹脂被覆層
１２２４…第３の樹脂被覆層
１２３…空気供給管
１２３ｓ…補強部材
１２４…信号線
２００…ケーブル
２１０…一次側電源部
２２０…二次側電源部
２２１…第１電流供給回路
２２２…第２電流供給回路
２３０…電流差計測部
４００…内燃機関
４１０…燃料供給部
４１１…燃料配管
４１５…ガス配管
４１６…フィルタ装置
４１７…取付用ボス
４２０…車両制御部
５００…車両
ＣＬ…仮想中心線
ＣＳ…ケーシング
ＤＬ…排ガス配管の延伸方向
ＰＩ…陽イオン
Ｓ…煤
ＳＬ１…第１のシールド線
ＳＬ２…第２のシールド線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
前記コロナ放電のための電力を外部電源から前記イオン発生部に供給するための導電線と、
微粒子を含むガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させる帯電部と、を備え、
前記微粒子の帯電に使用された前記イオンの量に基づいて前記ガス中の前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
前記導電線の少なくとも一部は、シリコーン樹脂によって被覆されている、微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１記載の微粒子センサであって、
前記導電線において、前記シリコーン樹脂による被覆の少なくとも一部の外側が、前記シリコーン樹脂よりも前記微粒子センサの使用温度下で耐熱性が高い素材で被覆されている、微粒子センサ。
【請求項３】
請求項２記載の微粒子センサであって、
前記シリコーン樹脂よりも前記耐熱性が高い素材は、フッ素系樹脂である、微粒子センサ。
【請求項４】
請求項１〜３記載の微粒子センサであって、さらに、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管を備え、
前記気体供給管と前記導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【請求項１】
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
前記コロナ放電のための電力を外部電源から前記イオン発生部に供給するための導電線と、
微粒子を含むガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させる帯電部と、を備え、
前記微粒子の帯電に使用された前記イオンの量に基づいて前記ガス中の前記微粒子の量を検出する微粒子センサにおいて、
前記導電線の少なくとも一部は、シリコーン樹脂によって被覆されている、微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１記載の微粒子センサであって、
前記導電線において、前記シリコーン樹脂による被覆の少なくとも一部の外側が、前記シリコーン樹脂よりも前記微粒子センサの使用温度下で耐熱性が高い素材で被覆されている、微粒子センサ。
【請求項３】
請求項２記載の微粒子センサであって、
前記シリコーン樹脂よりも前記耐熱性が高い素材は、フッ素系樹脂である、微粒子センサ。
【請求項４】
請求項１〜３記載の微粒子センサであって、さらに、
前記イオン発生部において生じた前記イオンを前記帯電部へと流入させるために利用される気体を、外部の気体供給部から前記イオン発生部に供給するための気体供給管を備え、
前記気体供給管と前記導電線とは、一体的にケーブルに収容されている、微粒子センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５５６６１（Ｐ２０１２−２５５６６１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７５０３（Ｐ２０１１−１２７５０３）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【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２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【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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