粒子状物質検出装置
【課題】小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供する。
【解決手段】一方の端部に少なくとも一の貫通孔２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２の壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極１１，１２と、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設された、貫通孔２を形成する壁の温調用の加熱部１３とを備え、加熱部１３が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われており、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置１００。
【解決手段】一方の端部に少なくとも一の貫通孔２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２の壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極１１，１２と、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設された、貫通孔２を形成する壁の温調用の加熱部１３とを備え、加熱部１３が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われており、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関する。さらに詳しくは、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには煤等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれており、大気汚染の原因になっていた。これらを除去するために、セラミック等で作製されたフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：ＤＰＦ）が広く用いられている。セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能であるが、熱劣化等によりクラックや溶損等の欠陥が発生することがあり、微量ではあるが粒子状物質が漏れる可能性がある。このような欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
このような欠陥の発生を検知する方法として、ＤＰＦの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１２３７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明は、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定するものである。このように、粒子状物質を帯電させてそのイオン電流を測定する方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であるため、その微弱なイオン電流を検出するために大掛かりな検出回路が必要になり、高価なものになるという問題があった。また、排ガスが高流量である場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることができないため、粒子状物質の測定値が、実際に排ガスに含有されている粒子状物質の量より小さい値となり、その誤差が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の粒子状物質検出装置を提供するものである。
【０００８】
［１］ 一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極と、前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の温調用の加熱部とを備え、前記加熱部が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層によって覆われており、前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【０００９】
［２］ 前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種である前記［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１０】
［３］ 前記誘電体が、純度が９０％以上、且つ前記保護層を構成するアルミナの純度未満のアルミナである前記［１］に記載の粒状物質検出装置。
【００１１】
［４］ 前記加熱部が、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、銀、金、鉄及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる前記［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１２】
［５］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された前記［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１３】
［６］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された前記［１］〜［５］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１４】
［７］ 前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている前記［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［８］ 前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、前記貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１６】
［９］ 前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な前記［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１７】
［１０］ 前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群より選択される一種である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の粒子状物質検出装置によれば、貫通孔を形成する検出装置本体の壁の内部に少なくとも一対の電極が埋設され、その一対の電極に電圧を印加して貫通孔内に放電を起こし、その放電により貫通孔内に存在する粒子状物質を荷電することができ、その荷電した粒子状物質を電極（具体的には、貫通孔の壁面）に電気的に吸着させることが可能である。これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスにおける、貫通孔内に流入した排ガス中の粒子状物質の質量を測定することが可能となる。このように、本発明の粒子状物質検出装置は、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔内に流入した粒子状物質を測定し、この測定値に基づいて、排ガス全体の粒子状物質量を概算することができる。これにより、従来の検査方法では検知することが不可能であった、微量の粒子状物質の測定を行うことが可能となる。
【００１９】
また、本発明の粒子状物質検出装置は、上述したように排ガスの全量を測定するものではないため、装置を小型化することができ、狭いスペースに設置することが可能となる。更に、このような小型化に伴って、粒子状物質検出装置を安価に製造することができる。
【００２０】
また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（即ち、排ガスに含まれる粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内の粒子状物質を効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることができる。
【００２１】
また、検出装置本体が一方向に長く形成され、その一方の端部に、貫通孔が形成されるとともに、少なくとも一対の電極が配設（埋設）されるため、貫通孔及び一対の電極の部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度が高く、且つ安定した測定を行うことができる。
【００２２】
また、本発明の粒子状物質検出装置は、検出装置本体の内部に加熱部を備えているため、貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。
【００２３】
更に、上記した加熱部は、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層によって覆われているため、アルミナ等の誘電体から、加熱部を構成する材料への、不純物の移動（マイグレーション）を有効に防止することができ、加熱部の劣化を抑制して、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図５】図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図６】図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図７】図２のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【図８】図２のＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。
【図９】図２のＨ−Ｈ’断面を示す模式図である。
【図１０】図２のＩ−Ｉ’断面を示す模式図である。
【図１１】図２のＪ−Ｊ’断面を示す模式図である。
【図１２】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図１３】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図１４】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図７に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図１５Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図である。
【図１５Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【図１６】加熱部の耐久性試験における、測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２６】
〔１〕粒子状物質検出装置：
図１Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、図１Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図であり、図２は、図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。なお、図１Ａにおいては、取り出し端子（取り出し端子１２ａ等）は省略している。
【００２７】
図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、一方の端部１ａに貫通孔（空洞）２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２を形成する壁の内部に配設（埋設）され、誘電体で覆われた一対の電極１１，１２と、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設された、貫通孔２を形成する壁の温調用の加熱部１３とを備えた粒子状物質検出装置１００である。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記した加熱部１３が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われている。
【００２８】
ここで、上記貫通孔２は少なくとも一つ形成されている必要があり、二つ以上であってもよい。また、一対の電極１１，１２は少なくとも一対備えることが必要であり、二対以上であってもよい。
【００２９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２が検出装置本体１の内部に埋設されており、検出装置本体１が誘電体から形成されることにより、一対の電極１１，１２がそれぞれ誘電体で覆われた状態となっている。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極１１，１２に電圧を印加することにより貫通孔２内に生じる放電により荷電された、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能である。更に、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能である。これにより、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に排ガス等を通過させて、排ガス中に含有される粒子状物質を検出することができる。これにより、従来の検査方法では検知することが不可能であった、微量の粒子状物質の測定を行うことが可能となる。
【００３０】
このように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔２内に流入した排ガス中の粒子状物質の質量を測定することが可能となり、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔２内に流入した粒子状物質を測定し、この測定値に基づいて、排ガス全体の粒子状物質量を概算することができる。
【００３１】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、上述したように排ガスの全量を測定するものではないため、装置を小型化することができ、例えば、自動車の排気系のような狭いスペーに設置することが可能となる。更に、このような小型化に伴って、粒子状物質検出装置１００を安価に製造することができる。
【００３２】
また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（具体的には、排ガスに含有される粒子状物質）の一部だけを貫通孔２内に導入するため、貫通孔２内の粒子状物質を効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることができる。
【００３３】
また、検出装置本体１が一方向に長く形成され、その一方の端部１ａに、貫通孔２が形成されるとともに、少なくとも一対の電極１１，１２が配設（埋設）されるため、貫通孔２及び一対の電極１１，１２が配設される部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部１ｂ側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極１１，１２の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度が高く、且つ安定した測定を行うことができる。
【００３４】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２の壁面（検出装置本体１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設（埋設）された加熱部１３を備えているため、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔２の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。
【００３５】
更に、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、上記加熱部１３が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われているため、検出装置本体１を構成するアルミナ等の誘電体から、加熱部１３を構成する材料への、不純物の移動（マイグレーション）を有効に防止することができ、加熱部１３の劣化を抑制し、耐久性を向上させることができる。
【００３６】
検出装置本体１を構成する誘電体としては、例えば、その内部に埋設される一対の電極１１，１２との密着性を高めるために、比較的に純度の低い、例えば、その純度が９５％未満のアルミナ等のセラミックスを用いることができる。一方、加熱部１３は、貫通孔の内部を所定の温度まで適性に加熱することができるように、例えば、融点が高く、電気抵抗の大きなタングステン等の金属を用いることができる。但し、タングステン等の金属と、上述した比較的に純度の低い誘電体とを直接接触させた場合には、誘電体中に含まれている不純物の移動（マイグレーション）が生じて、加熱部１３を構成する金属が劣化してしまう。このため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記加熱部１３を、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆うことにより不純物の移動を防止し、加熱部１３の劣化を抑制して、耐久性を向上させている。
【００３７】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、検出装置本体１を構成する誘電体が、例えば、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。中でも、アルミナを好適に用いることができる。このような誘電体からなる検出装置本体１の内部に電極１１，１２を埋設することにより、誘電体に覆われた電極１１，１２を形成することが可能となる。そして、粒子状物質検出装置１００が、優れた耐熱性、耐絶縁破壊特性等を有するものとなる。ここで、本実施形態において、「誘電体」とは、導電性よりも誘電性が優位である物質で、直流電圧に対して絶縁体として振舞う物質のことをいう。
【００３８】
なお、上記誘電体としては、純度が９０％以上、且つ保護層を構成するアルミナの純度未満のアルミナであることが特に好ましい。このようなアルミナは、保護層に用いるような高純度のアルミナよりも焼結性が高く、より緻密化することが可能である。その結果、得られる積層体の接着力を強化することができる。
【００３９】
また、温調用の加熱部は、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、銀、金、鉄及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなることが好ましい。このように構成することによって、検出装置本体、特に、貫通孔を形成する壁の温度調整を良好に行うことができる。
【００４０】
加熱部を覆う保護層は、純度が９５％以上のアルミナからなるものであるが、純度が９７〜１００％のアルミナからなるものであることが好ましい。このように構成することによって、不純物の移動を有効に防止することができる。
【００４１】
また、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示す粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２からそれぞれ検出装置本体１の他方の端部１ｂに向かって延びる配線１１ｂ，１２ｂを備えている。
【００４２】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置は、検出装置本体の他方の端部に、一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設されていることが好ましい。この取り出し端子は、粒子状物質検出装置の検出装置本体に配設された電極に電気的に接続され、外部からその電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。
【００４３】
図１Ｂに示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２、加熱部１３、接地電極１４等に、それぞれ独立して接続された複数の取り出し端子（取り出し端子１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ）を有している。そして、電極１２の取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されている。
【００４４】
一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子（例えば、取り出し端子１２ａ）を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設することにより、貫通孔２及び一対の電極が配設される部分（即ち、一方の端部１ａ）と取り出し端子１２ａとの間隔を大きくとることができるため、貫通孔２等が配設される一方の端部１ａだけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、取り出し端子１２ａが配設されている他方の端部１ｂ側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。取り出し端子１２ａを高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがあったり、長期にわたって使用した場合に電気端子と外部に接続するためのハーネスとの接点不良が発生し測定不能になったりするため、取り出し端子１２ａを配管の外に出し、高温に曝されない状態とすることにより、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【００４５】
検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設された取り出し端子１２ａは、図１Ｂに示すように、検出装置本体１の他方の端部１ｂの側面に、長手方向に延びるように配置されていることが好ましい。また、取り出し端子１２ａは、検出装置本体１の他方の端部１ｂにおける側面の、幅方向における一方の端部に配置されていることが好ましい。また、図１Ｂにおいては、検出装置本体１の他方の端部１ｂは、幅が狭くなっているが、他方の端部１ｂの幅は、このように狭くなっていてもよいし、狭くなっていなくてもよい。取り出し端子１２ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．１〜２．０ｍｍ、長さ０．５〜２０ｍｍの帯状であることが好ましい。取り出し端子１２ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等を挙げることができる。
【００４６】
一対の電極１１，１２の両方の取り出し端子を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設してもよいが、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）を検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設し、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）を、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設することが好ましい。
【００４７】
これにより、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）と、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）とを、間隔を開けて配設することができる。このため、一対の電極１１，１２間に電圧を印加するために、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間に電圧を印加したときに、検出装置本体１の表面に沿面放電が生じることを防止することができる。
【００４８】
ここで、本実施形態において、「検出装置本体の一方の端部」というときは、検出装置本体の一方の先端部分１ｃから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。また、「検出装置本体の他方の端部」というときは、検出装置本体の他方の先端部分１ｄから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。従って、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置とは、検出装置本体１から、上記一方の端部１ａと他方の端部１ｂの範囲を除いた部分ということになる。
【００４９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間の距離が、５〜１００ｍｍであることが好ましく、１０〜７０ｍｍであることが更に好ましい。５ｍｍより短いと沿面放電による短絡がし易くなることがある。一方、１００ｍｍより長いと、取り出し端子１１ａが配管の外に位置するように、粒子状物質検出装置１００の検出装置本体１を配管等に装着したときに、検出装置本体１の配管の外側に突き出る部分が長くなりすぎ、検出装置本体１を狭い空間に取り付けることが難しくなることがある。
【００５０】
また、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設した取り出し端子１１ａと、貫通孔２との間の距離は、１０ｍｍ以上であることが好ましく、２０ｍｍ以上であることが更に好ましい。１０ｍｍより短いと、粒子状物質検出装置１００を、貫通孔２の部分が配管内に挿入されるように、配管に装着したときに、配管内を流通する高温の排ガスの熱が取り出し端子１１ａに影響を及ぼし易くなることがある。
【００５１】
取り出し端子１１ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．５〜３ｍｍ、長さ０．５〜３ｍｍの四角形等の多角形状であることが好ましいが、円形、楕円形、レーストラック形状、その他の形状等であってもよい。取り出し端子１１ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００５２】
また、特に限定されることはないが、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、検出装置本体１の他方の端部１ｂに、加熱部１３の取り出し端子１３ａが配設されていることも好ましい形態の一つである。加熱部１３の取り出し端子１３ａは、上述した電極の取り出し端子と同様に、外部から加熱部１３に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。
【００５３】
更に、本実施形態の粒子状物質検出装置は、一対の電極のそれぞれから検出装置本体の他方の端部に向かって延びる配線の間に挟まれる位置に、帯状の接地電極が配設されていてもよい。接地電極とは、接地されている電極である。このような粒子状物質検出装置は、一対の電極間の所定の電気的特性を検知することにより、貫通孔を形成する壁の電気的特性の変化を測定し、貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を検出するものであるが、一対の電極間の所定の電気的特性を検知するときには、一対の電極に接続されるとともに誘電体に埋設された２本の配線間の当該所定の電気的特性も合わせて検知することができる。
【００５４】
このため、例えば、得られる測定値としては、一対の電極と２本の配線との両方により検知された値となる。このような２本の配線間の当該所定の電気的特性の影響が大きい場合には、貫通孔を形成する壁の電気的特性が変化し、その変化が一対の電極により検知されたとしても、同時に一対の電極に接続された当該２本の配線間の電気的特性も測定していることになるため、貫通孔を形成する壁の電気的特性の変化を正確に測定することが困難になることがあるが、接地電極が配設された粒子状物質検出装置は、上記一対の電極のそれぞれから延びる配線の影響を接地電極により抑制しながら、上記一対の電極間の電気的特性を検知することができるため、上記配線の影響による測定誤差を小さくすることができる。これにより、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を更に精度よく測定することが可能となる。
【００５５】
接地電極を有さない場合には、一対の電極に電圧を印加したときに、一対の電極の一方に接続された一方の配線から、一対の電極の他方に接続された他方の配線へと、２本の配線の間に挟まれた誘電体を通じて電流が流れることにより、２本の配線間の電気的特性が検知される。これに対し、接地電極を有する場合には、２本の配線間に接地電極が配設されているため、一方の配線から接地電極に電流が流れ、一方の配線から他方の配線への電流の流れは生じない。そのため、一方の配線と他方の配線との間の電気的特性は検知されず、一対の電極に電圧を印加したときには、一対の電極間に位置する貫通孔を形成する壁の電気的特性のみを検知することができる。
【００５６】
粒子状物質の質量を検出する方法としては、荷電した粒子状物質が、貫通孔の壁面に吸着されることによる、一対の電極１１，１２の電気的な特性変化を測定する方法を挙げることができる。具体的には、例えば、一対の電極１１，１２間の静電容量等から計算されるインピーダンスを測定し、インピーダンスの変化から吸着された粒子状物質の質量を算出し、排ガス中の粒子状物質（質量）を検出する方法を挙げることができる。従って、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、電極１１，１２間のインピーダンスを測定する測定部を更に備えることが好ましい。測定部としては、静電容量だけでなく、インピーダンス計測可能なＬＣＲメーターやインピーダンスアナライザ等を挙げることができる。
【００５７】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、検出装置本体１は、一方向に長く形成され、その長手方向の長さは、特に限定されないが、排ガス配管に挿入した時に排ガス中の粒子状物質を効率よくサンプリングできる長さであることが好ましい。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記長手方向の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。
【００５８】
また、検出装置本体１の厚さ（「検出装置本体の長手方向」及び「ガスの流通方向」の両方に垂直な方向（厚さ方向）における長さ）は、特に限定されないが、例えば、０．５〜３ｍｍ程度が好ましい。ここで、「検出装置本体１の厚さ」というときは、上記厚さ方向において最も厚い部分の厚さをいう。また、検出装置本体１の、貫通孔２にガスが流通するときの流通方向における長さ（ガス流通方向の長さ）は、特に限定されないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。そして、検出装置本体１の長手方向長さは、検出装置本体１の厚さの１０〜１００倍であることが好ましく、検出装置本体１のガス流通方向の長さの３〜１００倍であることが好ましい。
【００５９】
検出装置本体１の形状は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、長手方向に直行する断面形状が長方形の板状であってもよいし、当該断面形状が円形、楕円形等の棒状であってもよいし、一方向に長い形状であれば、その他の形状であってもよい。
【００６０】
図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２を形成する壁の内部に一対の電極１１，１２が埋設されており、貫通孔２を挟むようにして誘電体で覆われた電極１１，１２が配置された状態になっている。これにより、電極１１，１２間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔２内に放電を起こすことが可能となる。
【００６１】
また、電極は、貫通孔を形成する壁の内部に埋設されていればよく、図２に示すように貫通孔２を挟むように配設されていることが好ましいが、壁の電気的特性を検知でき、貫通孔２内に放電を起こせれば、貫通孔２を取り囲む壁のどの位置に一対の電極が配設されてもよい。また、複数対の電極を配設し、異なる対の電極により、放電と電気的特性の検知とを別々に行ってもよい。
【００６２】
放電の種類としては、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群より選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、放電用の電源を更に備えることが好ましい。放電用の電源としては、高電圧の交流電源、直流電源等が好ましい。また、放電させるために印加する電圧としては、パルス電圧、矩形波等の交流電圧、等の電圧が好ましい。また、印加する電圧の条件としては、ギャップ（一対の電極相互間の距離）、ガス温度によって変わるが５０〜２００ｋＶ／ｃｍが好ましい。また、電圧を印加するときの、電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００６３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体（即ち、排ガス）に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、貫通孔２内に放電を起こすことにより、粒子状物質を荷電して、貫通孔２の壁面に荷電した粒子状物質を電気的に吸着させるものである。そして、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質が、貫通孔２内に流入する前から既に荷電されている場合には、貫通孔２内の放電により改めて荷電させる必要がないため、貫通孔２内に放電を起こすことなく、貫通孔２の壁面にその荷電されている粒子状物質を電気的に吸着させるものである。
【００６４】
上述したように、貫通孔２内に放電を起こして粒子状物質を荷電させる場合には、荷電した粒子状物質は、放電中に、その荷電した粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられ、壁面に吸着される。これに対し、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合には、電極１１，１２間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合に、電極１１，１２間に印加する電圧の条件は、４〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００６５】
電極１１，１２の形状及び大きさは、特に限定されるものではなく、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、形状としては、長方形、円形、長円形等を挙げることができる。また、電極１１，１２の大きさは、例えば、貫通孔２の、側面から見たときの面積の７０％以上であることが好ましい。
【００６６】
電極１１，１２の厚さは特に限定されず、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。電極１１，１２の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００６７】
一対の電極のなかの一方の電極（電極１１）と貫通孔２との間の距離、及び他方の電極（電極１２）と貫通孔２との間の距離は、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に貫通孔内に放電を生じさせることができる。電極１１及び電極１２と、貫通孔２との間の距離は、電極１１を覆う誘電体及び電極１２を覆う誘電体の、貫通孔２に面する部分の厚さということになる。
【００６８】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、図２、図４、及び図１０に示すように、貫通孔２の壁面（検出装置本体１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設（埋設）された加熱部１３を備えている。この加熱部１３により、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔２の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。ここで、図４は、図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図であり、図１０は、図２のＩ−Ｉ’断面を示す模式図である。
【００６９】
上述した加熱部は、幅広のフィルム状であってもよいが、図４、及び図１０に示すように、線状の金属材料を、波状に配置し、先端部分でＵ−ターンするように配置したものであることが好ましい。このような形状にすることにより、貫通孔内部を均一に加熱することが可能となる。
【００７０】
加熱部１３は、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に埋設されることが好ましいが、図４、及び図１０に示すように、貫通孔２が配置されている位置だけでなく、更に検出装置本体１の他方の端部１ｂ側に延びるように形成されていてもよい。これにより、貫通孔内部と貫通孔付近との温度差を小さくでき、急加熱しても検出装置本体の破損が起き難いという利点がある。加熱部１３により、貫通孔２の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００７１】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の加熱部１３が配設されていることが好ましい。図２に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、それぞれの電極１１，１２の貫通孔２が形成されている側に対して反対側の位置に、それぞれ加熱部１３が配設されている例を示している。
【００７２】
上述したように、加熱部１３が、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に配設されていることにより、加熱部１３の影響を受けることなく、一対の電極１１，１２により、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定し易くなる。
【００７３】
なお、図２においては、加熱部１３は各電極１１，１２に対して１つずつ、計２つの加熱部を備えているが、例えば、図示は省略するが、一方の電極の貫通孔が配設されている側に対して反対側の位置にのみ加熱部が配設されていてもよいし、また、電極の貫通孔が配設されている側に対して反対側の位置に複数個配設されてもよい。このように、加熱部１３の配置及び数は、温度調節、捕集した粒子状物質の酸化除去等の目的を達成するために必要な配置及び数とすることができる。
【００７４】
図４、及び図１０に示すように、加熱部１３は、配線１３ｂ，１３ｂに接続され、配線１３ｂ，１３ｂは、それぞれ図１Ｂに示す取り出し端子１３ａ，１３ａに層間接続されている。加熱部１３の取り出し端子１３ａも、電極１１，１２の取り出し端子１１ａ，１２ａの場合と同様に、検出装置本体１の一方の端部１ａ側が加熱されたときの熱の影響を回避するために、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されることが好ましい。図１Ｂにおいては、取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の側面においてその幅方向における一方の端縁に配置され、取り出し端子１３ａ，１３ａが、取り出し端子１２ａの横に、２本が並ぶように配置されているが、取り出し端子１２ａ及び取り出し端子１３ａ，１３ａの配置は、このような配置に限定されるものではない。
【００７５】
加熱部１３が線状である場合、その線の幅は、特に限定されず、例えば、０．０５〜１ｍｍ程度が好ましい。また、加熱部１３の厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。配線１３ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．７〜４ｍｍ程度が好ましい。また、配線１３ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。加熱部１３に対応する取り出し端子１３ａの幅は、特に限定されず、例えば、０．１〜２ｍｍ程度が好ましい。また、取り出し端子１３ａの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜１０００μｍ程度が好ましい。配線１３ｂ及び取り出し端子１３ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００７６】
また、この加熱部は、図２、図３、図５、図９、及び図１１に示すように、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われている。これにより、加熱部１３を構成する材料への、検出装置本体１を構成するアルミナ等の誘電体中に含まれている不純物の移動（マイグレーション）を有効に防止することができ、加熱部１３の劣化を抑制し、耐久性を向上させることができる。ここで、図３は、図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図５は、図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図であり、図９は、図２のＨ−Ｈ’断面を示す模式図であり、図１１は、図２のＪ−Ｊ’断面を示す模式図である。
【００７７】
保護層１５は、加熱部１３に対して不純物の移動を防止するための保護層であるため、少なくとも加熱部１３と、検出装置本体１を構成する誘電体との境界面に配置されていればよい。即ち、保護層１５の形状は、例えば、加熱部１３が幅広のフィルム状である場合には、同様の幅広のフィルム状であることが好ましく、また、図４、及び図１０に示すように、加熱部１３が線状の金属材料を、波状に配置し、先端部分でＵ−ターンするように配置したものである場合には、図３、図５、図９、及び図１１に示すように、その形状と同一の形状であってもよい。
【００７８】
なお、このような保護層は、例えば、図１２に示すように、加熱部１３（図４参照）の形状よりも大きな相似形、即ち、加熱部の形状のパターンを若干太くした保護層１５ｘであってもよい。ここで、図１２は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００７９】
このように構成することによって、加熱部と同一の形状のパターンの保護層と比較して、より広い範囲からのマイグレーションを防止することができる。なお、図１２においては、加熱部を被覆する片側の面を構成する保護層１５ｘを示しているが、このような加熱部の形状のパターンを若干太くした保護層１５ｘは、加熱部の両面を覆うように配置されていることが好ましい。即ち、図１２に示す保護層１５ｘは、図３に相当する断面を示す模式図であるが、図５、図９、及び図１１に示す保護層についても、図１２と同様に、加熱部の形状のパターンを若干太くした保護層が配置されていてもよい。
【００８０】
なお、このように、保護層を、加熱部の形状のパターンを若干太くしたものとする場合には、加熱部のパターン中心線に対して両方向に２０％程度太くしたものであることが好ましい。このように構成することによって、マイグレーションをより有効に防止することができる。
【００８１】
また、保護層は、加熱部を覆うことができれば、例えば、図１３に示すように、加熱部の相似形ではなく、加熱部を含む検出装置本体の断面のより広い範囲を覆うように配置された保護層１５ｙであってもよい。図１３においては、検出装置本体１（図２参照）の断面の略全域を覆うように配置された保護層１５ｙを示している。ここで、図１３は、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００８２】
このように構成することによって、より広い範囲からのマイグレーションを防止することができる。また、保護層を構成する材料を、検出装置本体の内部にべた塗りすることによって形成することができるため、保護層の形成が容易であり、更に、保護層からの加熱部のはみ出しも有効に防止することができる。なお、このような検出装置本体の断面のより広い範囲を覆うように配置された保護層１５ｙについても、加熱部の両面を覆うように配置されていることが好ましい。
【００８３】
保護層の厚さについては特に制限はないが、例えば、１〜５０μｍであることが好ましく、５〜１０μｍであることが更に好ましい。このような厚さの保護膜は、不純物のマイグレーションを防ぐのに十分の厚みであり、且つ、過剰な保護層の導入によって、層間の接着強度が低下するということもない。
【００８４】
また、図６に示すように、電極１１には、検出装置本体１の長手方向に延びる配線１１ｂが接続されており、この配線１１ｂが、その先端（電極１１に接続されていない側の先端）部分で、図１Ｂに示す取り出し端子１１ａに層間接続（ビア接続）されている。また、図７に示すように、検出装置本体１の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。ここで、図６は、図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図であり、図７は、図２のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【００８５】
また、図８に示すように、電極１２には検出装置本体１の長手方向に延びる配線１２ｂが接続され、この配線１２ｂは、図１Ｂに示す取り出し端子１２ａに層間接続されている。ここで、図８は、図２のＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。
【００８６】
配線１１ｂ及び配線１２ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．２〜１ｍｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００８７】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を、一対の電極１１，１２に電圧を印加して貫通孔２内に放電を起こして、酸化除去することができるものであってもよい。粒子状物質を酸化除去する場合の放電を生じさせる条件としては、電界強度が１０〜２００ｋＶ／ｃｍであり、エネルギー投入量が、被処理物質に対して０．０５〜１０Ｊ／μｇであることが好ましい。
【００８８】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、加熱部１３の取り出し端子１３ａに接続された、加熱用電源を更に備えることが好ましい。加熱用電源としては、定電流電源等を挙げることができる。
【００８９】
図２〜図１１に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、一対の電極１１，１２から延びるそれぞれの配線１１ｂ、１２ｂの間に挟まれる位置に、帯状の接地電極１４が配設されている場合には、接地電極１４が配設される範囲は、一方の配線（例えば、配線１１ｂ）から他方の配線（例えば、配線１２ｂ）へと流れる電流を妨げることができる範囲であることが好ましく、少なくとも一方の配線を、接地電極１４に対して垂直方向に移動させて接地電極１４に重ね合わせたときに、当該配線の長さの９５％以上が接地電極１４と重なることが好ましい。更に、接地電極１４が、検出装置本体１の長手方向及び幅方向の両方に平行な平面内に配置されていることが好ましい。
【００９０】
また、この接地電極１４は、その幅が、検出装置本体１の幅の７０〜９５％であり、接地電極１４の長さが、検出装置本体１の長さの５０〜９５％であることが好ましく、接地電極１４の幅が、検出装置本体１の幅の８０〜９０％であり、接地電極１４の長さが、検出装置本体１の長さの７０〜９０％であることが更に好ましい。これにより、更に効果的に、一方の配線から他方の配線へと流れる電流を妨げることができる。
【００９１】
ここで、「接地電極１４の幅」というときは、貫通孔２の貫通方向（流体の流通方向）における、接地電極１４の長さをいい、「検出装置本体１の幅」というときは、貫通孔２の貫通方向（流体の流通方向）における、検出装置本体１の長さをいう。また、図７に示すように、検出装置本体１の一方の端部１ａに貫通孔２が形成され、検出装置本体１の内部には、貫通孔２から他方の端部１ｂ側に向かって帯状に延びる接地電極１４が埋設されている。
【００９２】
接地電極１４の形状は、特に限定されず、長方形、長円形等を挙げることができる。また、接地電極１４の厚さは特に限定されず、一方の配線から他方の配線へと流れる電流を妨げることが可能であればよい。例えば、１０〜２００μｍであることが好ましい。接地電極１４の材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００９３】
接地電極１４と配線１１ｂとの間の距離、及び接地電極１４と配線１２ｂとの間の距離は、それぞれ１００〜５００μｍであることが好ましく、１５０〜２５０μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に一方の配線から他方の配線へと流れる電流を妨げることができる。
【００９４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、図７に示すように、接地電極１４には、検出装置本体１の長手方向に延びる配線１４ｂが接続されており、配線１４ｂが、その先端（接地電極１４に接続されていない側の先端）部分で、図１Ｂに示す取り出し端子１４ａに層間接続（ビア接続）されている。
【００９５】
配線１４ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．２〜１ｍｍ程度が好ましい。また、配線１４ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。また、配線１４ｂの材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００９６】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、貫通孔２の形状、及び大きさは特に限定されず、排ガスを通過させ、粒子状物質の量を測定できるものであればよい。例えば、貫通孔２の、検出装置本体の長手方向における長さは、２〜２０ｍｍ程度が好ましく、貫通孔２の、電極１１，１２で挟まれる部分の幅（検出装置本体の長手方向、及びガスの流通方向の両方に垂直な方向における長さ）は、３〜３０ｍｍ程度が好ましい。
【００９７】
貫通孔２の大きさを上記範囲とすることにより、粒子状物質を含む排ガスを貫通孔２内に十分に流通させることができ、更に、貫通孔２内に粒子状物質を荷電するために効果的な放電を起こすことが可能となる。
【００９８】
また、貫通孔２の形状としては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることが好ましい。貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることにより、より効率的に配管内を流通する排ガス等を粒子状物質検出装置の貫通孔内に流入（入口部分が拡開された場合）させることや、流出（出口部分が拡開された場合）させることが可能となる。
【００９９】
図１４に示す本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置２００）においては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分２ａのみが拡開され、拡開部分２ｂが形成されている。また、図１４に示す粒子状物質検出装置２００においては、貫通孔２は、検出装置本体１の長手方向に広がるように拡開されているが、検出装置本体１の厚さ方向に広がるように拡開されてもよい。図１４は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図７に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態（粒子状物質検出装置１００）の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【０１００】
拡開部分２ｂの拡開された幅（貫通孔２のガス流通方向における最先端部分の幅）Ｗ１は、貫通孔２の拡開されていない部分の幅Ｗ２に対して２〜２００％が好ましい。また、拡開部分２ｂの、貫通孔２のガス流通方向における奥行き（拡開部分の奥行き）Ｌ１は、検出装置本体１の、貫通孔２のガス流通方向における長さＬ２の５〜３０％が好ましい。
【０１０１】
図１５Ａ、及び図１５Ｂに示すように、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置３００）は、検出装置本体１の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔２の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状であることが好ましい。検出装置本体の形状をこのようにすることにより、貫通孔のガスの流通方向を、配管内の排気ガスの流通方向に合わせた（平行にした）ときに、配管内の排気ガスの流れを良好にすることができる。
【０１０２】
粒子状物質検出装置（検出装置本体）の、貫通孔の貫通方向における「中央部分」とは、粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向における長さを３等分したときの、中央に位置する「３分の１の範囲」を意味する。従って、「粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向において、中央部分で最も太く」というときは、上記「中央部分に位置する３分の１の範囲」に最も太い部分が位置することを意味する。ここで、図１５Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図であり、図１５Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【０１０３】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置は、検出装置本体１が、複数のテープ状セラミック（セラミックシート）が積層されてなるものであることが好ましい。これにより、複数のテープ状セラミックを、それぞれの間に各電極、配線等を挟みながら積層して粒子状物質検出装置を作製することができるため、本実施形態の粒子状物質検出装置を効率的に製造することが可能となる。
【０１０４】
本実施形態の粒子状物質検出装置は、貫通孔内を通過する粒子状物質が、ディーゼルエンジンより排出される煤であるときに、特にその効果を発揮させることができる。
【０１０５】
〔２〕粒子状物質検出装置の製造方法：
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置を製造する方法について、図１Ａ〜図１１に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００を製造する場合の例を説明する。
【０１０６】
〔２−１〕成形原料の調製：
アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種のセラミック原料（誘電体原料）と、成形原料として使用する他の成分とを混合し、スラリー状の成形原料を調製する。セラミック原料（誘電体原料）としては、上記原料が好ましいが、これに限定されるものではない。他の原料としては、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等を使用することが好ましい。
【０１０７】
バインダーとしては、特に限定されるものではないが、水系バインダー、非水系バインダーのどちらでもよい。例えば、水系バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用でき、非水系バインダーとしてはポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を好適例として挙げることができる。
【０１０８】
バインダーの添加量は、誘電体原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であることが好ましく、６〜１７質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形してグリーンシートを成形したとき、及び、乾燥、焼成したときに、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【０１０９】
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。
【０１１０】
可塑剤の添加量は、バインダー添加量１００質量部に対して、３０〜７０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることが更に好ましい。７０質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎ、シートを加工する工程において変形し易くなることがあり、３０質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎ、曲げただけでクラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。
【０１１１】
分散剤としては、水系の分散剤としては、アニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することができ、非水系の分散剤としては、脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。
【０１１２】
分散剤は、誘電体原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることが更に好ましい。０．５質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。３質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。
【０１１３】
分散媒としては、水等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であることが好ましく、７５〜１５０質量部であることが更に好ましい。
【０１１４】
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。
【０１１５】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。成形原料の調製において得られるスラリー状の成形原料の粘度は、２．０〜６．０Ｐａ・ｓであることが好ましく、３．０〜５．０Ｐａ・ｓであることが更に好ましく、３．５〜４．５Ｐａ・ｓであることが特に好ましい。粘度範囲をこのように調整すると、スラリーをシート状に成形し易くなるため好ましい。スラリー粘度は、高過ぎても低過ぎても成形し難くなることがある。なお、スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した値である。
【０１１６】
〔２−２〕成形加工：
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をテープ状に成形加工して、一方向に長いグリーンシートを作製する。成形加工方法は、成形原料をシート状に成形してグリーンシートを形成することができれば特に限定されず、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等の公知の方法を使用することができる。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、貫通孔形成用のグリーンシートを作製する。作製するグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍであることが好ましい。
【０１１７】
〔２−３〕グリーンシート積層体の形成：
次に、得られたグリーンシートの表面に各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を配設する。例えば、まず、配設する各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成するための導体ペーストを調製し、得られた導体ペーストを、図４、図６〜図８、及び図１０に示すように、各グリーンシートの対応する位置に印刷して、各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成する。
【０１１８】
上述した導体ペーストは、各電極や配線等のそれぞれの形成に必要なそれぞれの材質に合わせて、金、銀、白金、ニッケル、モリブデン、及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一種を含有する粉末に、バインダー及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。導体ペーストの印刷方法については特に制限はないが、例えば、スクリーン印刷等を用いることができる。
【０１１９】
一方、加熱部の保護層を形成するペーストとして、純度が９５％以上であるアルミナ粉末にバインダー及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。保護層を形成するペーストの印刷方法については特に制限はないが、例えば、スクリーン印刷等を用いることができる。
【０１２０】
各電極、配線、加熱部等のより具体的な形成方法としては、まず、複数のグリーンシートのなかの２つのグリーンシートについて、それぞれの一方の面の一方の端部側に電極を配設し、それぞれの電極から他方の端部に向かって延びる配線を配設して、電極配設グリーンシートを２つ形成する。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに配線と重なる位置に接地用電極を配設して、接地電極配設グリーンシートを形成する。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに電極と重なる位置に貫通孔となる切断部を形成して切断部形成グリーンシートを形成する。更に、他の１つのグリーンシートについて、切断部形成グリーンシートと重ねたときに貫通孔となる切断部と重なる位置に加熱部を形成し、加熱部から他方の端部に向かって延びる配線を配設して加熱部配設グリーンシートを形成する。
【０１２１】
なお、加熱部配設グリーンシートを形成する際には、まず、使用するグリーンシートの表面における、少なくとも加熱部を形成する範囲に対して、上記保護層用のペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層の片面）を形成し、この保護層の表面に、上記加熱部用の導体ペーストを塗布して加熱部を形成する。更に、形成した加熱部を覆うように、再度、保護層用のペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層のもう片面）を形成し、保護層によって加熱部を被覆して、上記加熱部配設グリーンシートを形成する。
【０１２２】
次に、このようにして得られた複数のグリーンシートを、粒子状物質検出装置の構成に合わせて積層して、グリーンシート積層体を得る。
【０１２３】
〔２−４〕焼成：
次に、得られたグリーンシート積層体を乾燥、焼成して、粒子状物質検出装置を得る。更に具体的には、得られた、グリーンシート積層体を６０〜１５０℃で乾燥し、１２００〜１６００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製する。グリーンシートが有機バインダーを含有する場合には、焼成の前に、４００〜８００℃で脱脂することが好ましい。
【０１２４】
このような製造方法によれば、効率的に本発明の粒子状物質検出装置を製造することができる。なお、本実施形態の粒子状物質検出装置を製造する方法については、これまでに説明した製造方法に限定されることはない。
【実施例】
【０１２５】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【０１２６】
（実施例１）
（成形原料の調製）
アルミナを誘電体原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤（キシレン：ブタノール＝６：４（質量比））を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、グリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、アルミナ１００質量部に対して、バインダー７質量部、可塑剤３．５質量部、分散剤１．５質量部、有機溶剤１００質量部とした。
【０１２７】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、粘度４Ｐａ・ｓとなるように調製した。スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。
【０１２８】
（成形加工）
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をドクターブレード法を用いてシート状に成形加工した。この際、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、切断部形成グリーンシートも作製した。グリーンシートの厚さは、２５０μｍとした。
【０１２９】
得られたグリーンシートの表面に、図１Ｂ、及び図３〜図１１に示されるような各電極、接地電極、加熱部、各配線、及び各取り出し端子を形成した。また、加熱部を覆うような、純度が９９％以上のアルミナからなる保護層を形成した。配設する各電極、接地電極、配線、及び取り付け端子を形成するための導体ペーストは、白金粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、白金：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝８０：１５：５：５０：７：３．５：１）。
【０１３０】
また、加熱部を形成するための導体ペーストは、タングステン粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、タングステン：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝７５．５：１５：５：５０：７：３．５：１）。
【０１３１】
また、保護層を形成するためのペースト（保護層用ペースト）は、純度９９％のアルミナ粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝６０：０．３：５０：５：３．５：１）。
【０１３２】
所定の形状の各電極、接地電極、各配線、各取り出し端子、加熱部、及び保護層の形成は、上記の方法によって得られた各ペーストを用いて、スクリーン印刷により行った。
【０１３３】
より具体的には、まず、複数のグリーンシートのなかの２つのグリーンシートについて、それぞれの一方の面の一方の端部側に電極を配設し、それぞれの電極から他方の端部に向かって延びる配線を配設して、電極配設グリーンシートを２つ形成した。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに配線と重なる位置に接地用電極を配設して、接地電極配設グリーンシートを形成した。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに電極と重なる位置に貫通孔となる切断部を形成して切断部形成グリーンシートを形成した。更に、他の１つのグリーンシートについて、切断部形成グリーンシートと重ねたときに貫通孔となる切断部と重なる位置に加熱部を形成し、加熱部から他方の端部に向かって延びる配線を配設して加熱部配設グリーンシートを形成した。
【０１３４】
なお、上記加熱部配設グリーンシートを形成する際には、まず、使用するグリーンシートの表面における、少なくとも加熱部を形成する範囲に対して、上記保護層用ペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層の片面）を形成し、この保護層の表面に、上記加熱部用導体ペーストを塗布して加熱部を形成した。更に、形成した加熱部を覆うように、再度保護層用ペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層のもう片面）を形成し、保護層によって加熱部を被覆して、上記加熱部配設グリーンシートを形成した。
【０１３５】
そして、２つの電極配設グリーンシートのそれぞれに、他の電極等が配設されていないグリーンシートを重ねて電極及び配線をグリーンシートで覆った状態として、電極埋設グリーンシートとするとともに、２つの電極埋設グリーンシートで接地電極配設グリーンシート及び切断部形成グリーンシートを挟むように積層し、更に、加熱部配設グリーンシートを電極埋設グリーンシートの外側に位置するように積層し、２つの電極で切断部を挟み且つ２つの配線で接地電極を挟んだ状態のグリーンシート積層体を形成した。各配線と、各配線に対応する取り出し端子とは、導体ペーストの埋め込み方法により、層間接続（ビア接続）した。
【０１３６】
グリーンシートの積層は、グリーンシートを加熱可能な一軸プレス機を用いて加圧積層し、グリーンシート積層体からなる粒子状物質検出装置の未焼成体を得た。
【０１３７】
（焼成）
得られた、グリーンシート積層体（粒子状物質検出装置の未焼成体）を１２０℃で乾燥し、１５００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製した。得られた粒子状物質検出装置は、０．７ｃｍ×０．２ｃｍ×１２ｃｍの直方体において、他方の端部が、図１Ｂに示すように細くなった形状であった。細くなった他方の端部は、幅４．２５ｃｍ、長さ１．２ｃｍであった。貫通孔は、排ガスの流通方向に垂直な断面形状が１０ｃｍ×０．５ｃｍの長方形であった。
【０１３８】
（放電用電源）
放電用の電源としては、パルス電源とＤＣ電源を用い、電極の取り出し端子に接続した。
【０１３９】
（測定部）
電極間のインピーダンスを測定するための測定部としては、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザを用い、電極の取り出し端子に接続した。また、接地電極の取り出し端子は接地させた。
【０１４０】
（粒子状物質測定方法）
得られた粒子状物質検出装置を、ディーゼルエンジンの排気管に設置した。ディーゼルエンジンとしては、排気量２０００ｃｃの直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２４Ｎ・ｍ、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）開度５０％、排ガス温度２００℃、吸入空気１．３ｍ３（室温換算）／分の運転条件下で排ガスを発生させた。
【０１４１】
スモークメータ（ＡＶＬ社製、商品名：型式４１５８）による排ガス中の粒子状物質量は、２．０ｍｇ／ｍ３であった。粒子状物質の検出は、以下のように行った。ディーゼルエンジンから排ガスを発生させながら、粒子状物質を荷電集塵する前に、一対の電極間の初期の静電容量（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定し、その後、粒子状物質を１分間に亘って荷電集塵し、その後、荷電集塵操作を停止して、再度、静電容量（一対の電極間の１分間集塵後の静電容量）（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定した。初期の静電容量及び１分間集塵後の静電容量は、いずれも６回の測定の平均値を求めた。そして、初期の静電容量と１分間集塵後の静電容量との差から、集塵された粒子状物質の質量を算出した。
【０１４２】
粒子状物質の質量の算出は、粒子状物質の吸着量に対する静電容量の変化について、予め検量線を作成しておき、その検量線を用いて行った。なお、本測定においては、加熱部（ヒーター）による粒子状物質の燃焼は行わないこととした。粒子状物質を荷電集塵する際には、高電圧電源による印加電圧をＤＣ２．０ｋＶとし、電極間の静電容量測定時には、測定部から印加電圧をＡＣ２Ｖ、周波数を１０ｋＨｚとした。結果を表１に示す。
【０１４３】
（比較例１）
加熱部を被覆する保護層を配置していないこと以外は、実施例１の粒子状物質検出装置と同様に構成された粒子状検出装置（比較例１）を作成した。
【０１４４】
（加熱部の耐久性試験）
実施例１及び比較例１の粒子状物質検出装置の加熱部に定格電圧２５Ｖを印加し、粒子状物質検出装置の先端部（即ち、検出装置本体の貫通孔が形成された領域）を約８００℃に長時間保持した。上記の温度のまま、実施例１及び比較例１の粒子状物質検出装置における、一の加熱部（例えば、図２における加熱部１３）と、この加熱部の最も近くに配置された電極（例えば、図における電極１２）との間の抵抗値をそれぞれ１分おきにサンプリングした。なお、測定は３０００時間連続して行った。ここで、図１６は、加熱部の耐久性試験における、測定結果を示すグラフである。なお、横軸は、測定時間（ｈｏｕｒ）を示し、縦軸は、加熱部と電極との間の抵抗値（ＭΩ）を示す。
【０１４５】
【表１】
【０１４６】
表１より、初期測定時と集塵後の静電容量（インピーダンス）の差が明確に示された。これより、１分間のインピーダンス測定でも、排ガス中の粒子状物質量の増加を検出することが可能であることがわかる。また、図１６に示すように、保護層を導入しない粒子状物質検出装置（比較例１）では、加熱部の長時間の使用により加熱部のイオンマイグレーションに起因すると考えられる絶縁破壊が発生した。また、保護層を導入した粒子状物質検出装置（実施例１）の方が、保護層を導入しない粒子状物質検出装置（比較例１）よりも経時変化による電気的な絶縁耐久性が向上することが明らかとなった。即ち、本発明の粒子状物質検出装置によれば、加熱部のマイグレーションによる絶縁破壊が発生し難く、耐久性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明の粒子状物質検出装置は、ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識するために好適に利用することができ、これにより大気汚染の防止に貢献することができる。
【符号の説明】
【０１４８】
１：検出装置本体、１ａ：一方の端部、１ｂ：他方の端部、１ｃ：一方の先端部分、１ｄ：他方の先端部分、２：貫通孔、２ａ：入り口部分、２ｂ：拡開部分、１１，１２：電極、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ：取り出し端子、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ：配線、１３：加熱部、１４：接地電極、１５，１５ｘ，１５ｙ：保護層、１００，２００，３００：粒子状物質検出装置、Ｗ１：拡開された幅、Ｗ２：拡開されていない幅、Ｌ１：拡開部分の奥行き、Ｌ２：貫通孔のガス流通方向における長さ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関する。さらに詳しくは、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには煤等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれており、大気汚染の原因になっていた。これらを除去するために、セラミック等で作製されたフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：ＤＰＦ）が広く用いられている。セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能であるが、熱劣化等によりクラックや溶損等の欠陥が発生することがあり、微量ではあるが粒子状物質が漏れる可能性がある。このような欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
このような欠陥の発生を検知する方法として、ＤＰＦの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１２３７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明は、コロナ放電によって粒子状物質を帯電させ、そのイオン電流を測定することにより、粒子状物質の量を測定するものである。このように、粒子状物質を帯電させてそのイオン電流を測定する方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であるため、その微弱なイオン電流を検出するために大掛かりな検出回路が必要になり、高価なものになるという問題があった。また、排ガスが高流量である場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることができないため、粒子状物質の測定値が、実際に排ガスに含有されている粒子状物質の量より小さい値となり、その誤差が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で測定誤差が小さく、安価に製造することが可能な粒子状物質検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の粒子状物質検出装置を提供するものである。
【０００８】
［１］ 一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極と、前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の温調用の加熱部とを備え、前記加熱部が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層によって覆われており、前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【０００９】
［２］ 前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種である前記［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１０】
［３］ 前記誘電体が、純度が９０％以上、且つ前記保護層を構成するアルミナの純度未満のアルミナである前記［１］に記載の粒状物質検出装置。
【００１１】
［４］ 前記加熱部が、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、銀、金、鉄及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる前記［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１２】
［５］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された前記［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１３】
［６］ 前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された前記［１］〜［５］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１４】
［７］ 前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている前記［１］〜［６］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［８］ 前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、前記貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１６】
［９］ 前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な前記［１］〜［８］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１７】
［１０］ 前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群より選択される一種である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の粒子状物質検出装置によれば、貫通孔を形成する検出装置本体の壁の内部に少なくとも一対の電極が埋設され、その一対の電極に電圧を印加して貫通孔内に放電を起こし、その放電により貫通孔内に存在する粒子状物質を荷電することができ、その荷電した粒子状物質を電極（具体的には、貫通孔の壁面）に電気的に吸着させることが可能である。これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスにおける、貫通孔内に流入した排ガス中の粒子状物質の質量を測定することが可能となる。このように、本発明の粒子状物質検出装置は、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔内に流入した粒子状物質を測定し、この測定値に基づいて、排ガス全体の粒子状物質量を概算することができる。これにより、従来の検査方法では検知することが不可能であった、微量の粒子状物質の測定を行うことが可能となる。
【００１９】
また、本発明の粒子状物質検出装置は、上述したように排ガスの全量を測定するものではないため、装置を小型化することができ、狭いスペースに設置することが可能となる。更に、このような小型化に伴って、粒子状物質検出装置を安価に製造することができる。
【００２０】
また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（即ち、排ガスに含まれる粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内の粒子状物質を効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることができる。
【００２１】
また、検出装置本体が一方向に長く形成され、その一方の端部に、貫通孔が形成されるとともに、少なくとも一対の電極が配設（埋設）されるため、貫通孔及び一対の電極の部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度が高く、且つ安定した測定を行うことができる。
【００２２】
また、本発明の粒子状物質検出装置は、検出装置本体の内部に加熱部を備えているため、貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。
【００２３】
更に、上記した加熱部は、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層によって覆われているため、アルミナ等の誘電体から、加熱部を構成する材料への、不純物の移動（マイグレーション）を有効に防止することができ、加熱部の劣化を抑制して、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図５】図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図６】図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図７】図２のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【図８】図２のＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。
【図９】図２のＨ−Ｈ’断面を示す模式図である。
【図１０】図２のＩ−Ｉ’断面を示す模式図である。
【図１１】図２のＪ−Ｊ’断面を示す模式図である。
【図１２】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図１３】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図１４】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図７に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【図１５Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図である。
【図１５Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【図１６】加熱部の耐久性試験における、測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２６】
〔１〕粒子状物質検出装置：
図１Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、図１Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す側面図であり、図２は、図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。なお、図１Ａにおいては、取り出し端子（取り出し端子１２ａ等）は省略している。
【００２７】
図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、一方の端部１ａに貫通孔（空洞）２が形成された一方向に長い検出装置本体１と、貫通孔２を形成する壁の内部に配設（埋設）され、誘電体で覆われた一対の電極１１，１２と、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設された、貫通孔２を形成する壁の温調用の加熱部１３とを備えた粒子状物質検出装置１００である。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記した加熱部１３が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われている。
【００２８】
ここで、上記貫通孔２は少なくとも一つ形成されている必要があり、二つ以上であってもよい。また、一対の電極１１，１２は少なくとも一対備えることが必要であり、二対以上であってもよい。
【００２９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２が検出装置本体１の内部に埋設されており、検出装置本体１が誘電体から形成されることにより、一対の電極１１，１２がそれぞれ誘電体で覆われた状態となっている。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、一対の電極１１，１２に電圧を印加することにより貫通孔２内に生じる放電により荷電された、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質を、貫通孔２の壁面に電気的に吸着させることが可能である。更に、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能である。これにより、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に排ガス等を通過させて、排ガス中に含有される粒子状物質を検出することができる。これにより、従来の検査方法では検知することが不可能であった、微量の粒子状物質の測定を行うことが可能となる。
【００３０】
このように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔２内に流入した排ガス中の粒子状物質の質量を測定することが可能となり、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスに含有される全ての粒子状物質を直接測定するのではなく、貫通孔２内に流入した粒子状物質を測定し、この測定値に基づいて、排ガス全体の粒子状物質量を概算することができる。
【００３１】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、上述したように排ガスの全量を測定するものではないため、装置を小型化することができ、例えば、自動車の排気系のような狭いスペーに設置することが可能となる。更に、このような小型化に伴って、粒子状物質検出装置１００を安価に製造することができる。
【００３２】
また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（具体的には、排ガスに含有される粒子状物質）の一部だけを貫通孔２内に導入するため、貫通孔２内の粒子状物質を効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることができる。
【００３３】
また、検出装置本体１が一方向に長く形成され、その一方の端部１ａに、貫通孔２が形成されるとともに、少なくとも一対の電極１１，１２が配設（埋設）されるため、貫通孔２及び一対の電極１１，１２が配設される部分だけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、他方の端部１ｂ側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。これにより、一対の電極１１，１２の取り出し端子等の高温に曝さないことが望ましい部分を、配管の外に出した状態とすることが可能となり、精度が高く、且つ安定した測定を行うことができる。
【００３４】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２の壁面（検出装置本体１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設（埋設）された加熱部１３を備えているため、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔２の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。
【００３５】
更に、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、上記加熱部１３が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われているため、検出装置本体１を構成するアルミナ等の誘電体から、加熱部１３を構成する材料への、不純物の移動（マイグレーション）を有効に防止することができ、加熱部１３の劣化を抑制し、耐久性を向上させることができる。
【００３６】
検出装置本体１を構成する誘電体としては、例えば、その内部に埋設される一対の電極１１，１２との密着性を高めるために、比較的に純度の低い、例えば、その純度が９５％未満のアルミナ等のセラミックスを用いることができる。一方、加熱部１３は、貫通孔の内部を所定の温度まで適性に加熱することができるように、例えば、融点が高く、電気抵抗の大きなタングステン等の金属を用いることができる。但し、タングステン等の金属と、上述した比較的に純度の低い誘電体とを直接接触させた場合には、誘電体中に含まれている不純物の移動（マイグレーション）が生じて、加熱部１３を構成する金属が劣化してしまう。このため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記加熱部１３を、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆うことにより不純物の移動を防止し、加熱部１３の劣化を抑制して、耐久性を向上させている。
【００３７】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、検出装置本体１を構成する誘電体が、例えば、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。中でも、アルミナを好適に用いることができる。このような誘電体からなる検出装置本体１の内部に電極１１，１２を埋設することにより、誘電体に覆われた電極１１，１２を形成することが可能となる。そして、粒子状物質検出装置１００が、優れた耐熱性、耐絶縁破壊特性等を有するものとなる。ここで、本実施形態において、「誘電体」とは、導電性よりも誘電性が優位である物質で、直流電圧に対して絶縁体として振舞う物質のことをいう。
【００３８】
なお、上記誘電体としては、純度が９０％以上、且つ保護層を構成するアルミナの純度未満のアルミナであることが特に好ましい。このようなアルミナは、保護層に用いるような高純度のアルミナよりも焼結性が高く、より緻密化することが可能である。その結果、得られる積層体の接着力を強化することができる。
【００３９】
また、温調用の加熱部は、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、銀、金、鉄及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなることが好ましい。このように構成することによって、検出装置本体、特に、貫通孔を形成する壁の温度調整を良好に行うことができる。
【００４０】
加熱部を覆う保護層は、純度が９５％以上のアルミナからなるものであるが、純度が９７〜１００％のアルミナからなるものであることが好ましい。このように構成することによって、不純物の移動を有効に防止することができる。
【００４１】
また、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示す粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２からそれぞれ検出装置本体１の他方の端部１ｂに向かって延びる配線１１ｂ，１２ｂを備えている。
【００４２】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置は、検出装置本体の他方の端部に、一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設されていることが好ましい。この取り出し端子は、粒子状物質検出装置の検出装置本体に配設された電極に電気的に接続され、外部からその電極に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。
【００４３】
図１Ｂに示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２、加熱部１３、接地電極１４等に、それぞれ独立して接続された複数の取り出し端子（取り出し端子１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ）を有している。そして、電極１２の取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されている。
【００４４】
一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子（例えば、取り出し端子１２ａ）を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設することにより、貫通孔２及び一対の電極が配設される部分（即ち、一方の端部１ａ）と取り出し端子１２ａとの間隔を大きくとることができるため、貫通孔２等が配設される一方の端部１ａだけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、取り出し端子１２ａが配設されている他方の端部１ｂ側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。取り出し端子１２ａを高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがあったり、長期にわたって使用した場合に電気端子と外部に接続するためのハーネスとの接点不良が発生し測定不能になったりするため、取り出し端子１２ａを配管の外に出し、高温に曝されない状態とすることにより、精度の高い、安定した粒子状物質の検出を行うことが可能となる。
【００４５】
検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設された取り出し端子１２ａは、図１Ｂに示すように、検出装置本体１の他方の端部１ｂの側面に、長手方向に延びるように配置されていることが好ましい。また、取り出し端子１２ａは、検出装置本体１の他方の端部１ｂにおける側面の、幅方向における一方の端部に配置されていることが好ましい。また、図１Ｂにおいては、検出装置本体１の他方の端部１ｂは、幅が狭くなっているが、他方の端部１ｂの幅は、このように狭くなっていてもよいし、狭くなっていなくてもよい。取り出し端子１２ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．１〜２．０ｍｍ、長さ０．５〜２０ｍｍの帯状であることが好ましい。取り出し端子１２ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等を挙げることができる。
【００４６】
一対の電極１１，１２の両方の取り出し端子を、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設してもよいが、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）を検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設し、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）を、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設することが好ましい。
【００４７】
これにより、一方の電極（電極１２）の取り出し端子（取り出し端子１２ａ）と、他方の電極（電極１１）の取り出し端子（取り出し端子１１ａ）とを、間隔を開けて配設することができる。このため、一対の電極１１，１２間に電圧を印加するために、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間に電圧を印加したときに、検出装置本体１の表面に沿面放電が生じることを防止することができる。
【００４８】
ここで、本実施形態において、「検出装置本体の一方の端部」というときは、検出装置本体の一方の先端部分１ｃから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。また、「検出装置本体の他方の端部」というときは、検出装置本体の他方の先端部分１ｄから、検出装置本体１の全長の３０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。従って、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置とは、検出装置本体１から、上記一方の端部１ａと他方の端部１ｂの範囲を除いた部分ということになる。
【００４９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、取り出し端子１１ａと取り出し端子１２ａとの間の距離が、５〜１００ｍｍであることが好ましく、１０〜７０ｍｍであることが更に好ましい。５ｍｍより短いと沿面放電による短絡がし易くなることがある。一方、１００ｍｍより長いと、取り出し端子１１ａが配管の外に位置するように、粒子状物質検出装置１００の検出装置本体１を配管等に装着したときに、検出装置本体１の配管の外側に突き出る部分が長くなりすぎ、検出装置本体１を狭い空間に取り付けることが難しくなることがある。
【００５０】
また、検出装置本体１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとの間の位置に配設した取り出し端子１１ａと、貫通孔２との間の距離は、１０ｍｍ以上であることが好ましく、２０ｍｍ以上であることが更に好ましい。１０ｍｍより短いと、粒子状物質検出装置１００を、貫通孔２の部分が配管内に挿入されるように、配管に装着したときに、配管内を流通する高温の排ガスの熱が取り出し端子１１ａに影響を及ぼし易くなることがある。
【００５１】
取り出し端子１１ａの形状及び大きさは、特に限定されるものではない。例えば、幅０．５〜３ｍｍ、長さ０．５〜３ｍｍの四角形等の多角形状であることが好ましいが、円形、楕円形、レーストラック形状、その他の形状等であってもよい。取り出し端子１１ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００５２】
また、特に限定されることはないが、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、検出装置本体１の他方の端部１ｂに、加熱部１３の取り出し端子１３ａが配設されていることも好ましい形態の一つである。加熱部１３の取り出し端子１３ａは、上述した電極の取り出し端子と同様に、外部から加熱部１３に電圧を印加するための電源等からの配線を接続する部分である。
【００５３】
更に、本実施形態の粒子状物質検出装置は、一対の電極のそれぞれから検出装置本体の他方の端部に向かって延びる配線の間に挟まれる位置に、帯状の接地電極が配設されていてもよい。接地電極とは、接地されている電極である。このような粒子状物質検出装置は、一対の電極間の所定の電気的特性を検知することにより、貫通孔を形成する壁の電気的特性の変化を測定し、貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を検出するものであるが、一対の電極間の所定の電気的特性を検知するときには、一対の電極に接続されるとともに誘電体に埋設された２本の配線間の当該所定の電気的特性も合わせて検知することができる。
【００５４】
このため、例えば、得られる測定値としては、一対の電極と２本の配線との両方により検知された値となる。このような２本の配線間の当該所定の電気的特性の影響が大きい場合には、貫通孔を形成する壁の電気的特性が変化し、その変化が一対の電極により検知されたとしても、同時に一対の電極に接続された当該２本の配線間の電気的特性も測定していることになるため、貫通孔を形成する壁の電気的特性の変化を正確に測定することが困難になることがあるが、接地電極が配設された粒子状物質検出装置は、上記一対の電極のそれぞれから延びる配線の影響を接地電極により抑制しながら、上記一対の電極間の電気的特性を検知することができるため、上記配線の影響による測定誤差を小さくすることができる。これにより、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を更に精度よく測定することが可能となる。
【００５５】
接地電極を有さない場合には、一対の電極に電圧を印加したときに、一対の電極の一方に接続された一方の配線から、一対の電極の他方に接続された他方の配線へと、２本の配線の間に挟まれた誘電体を通じて電流が流れることにより、２本の配線間の電気的特性が検知される。これに対し、接地電極を有する場合には、２本の配線間に接地電極が配設されているため、一方の配線から接地電極に電流が流れ、一方の配線から他方の配線への電流の流れは生じない。そのため、一方の配線と他方の配線との間の電気的特性は検知されず、一対の電極に電圧を印加したときには、一対の電極間に位置する貫通孔を形成する壁の電気的特性のみを検知することができる。
【００５６】
粒子状物質の質量を検出する方法としては、荷電した粒子状物質が、貫通孔の壁面に吸着されることによる、一対の電極１１，１２の電気的な特性変化を測定する方法を挙げることができる。具体的には、例えば、一対の電極１１，１２間の静電容量等から計算されるインピーダンスを測定し、インピーダンスの変化から吸着された粒子状物質の質量を算出し、排ガス中の粒子状物質（質量）を検出する方法を挙げることができる。従って、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、電極１１，１２間のインピーダンスを測定する測定部を更に備えることが好ましい。測定部としては、静電容量だけでなく、インピーダンス計測可能なＬＣＲメーターやインピーダンスアナライザ等を挙げることができる。
【００５７】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、検出装置本体１は、一方向に長く形成され、その長手方向の長さは、特に限定されないが、排ガス配管に挿入した時に排ガス中の粒子状物質を効率よくサンプリングできる長さであることが好ましい。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、上記長手方向の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。
【００５８】
また、検出装置本体１の厚さ（「検出装置本体の長手方向」及び「ガスの流通方向」の両方に垂直な方向（厚さ方向）における長さ）は、特に限定されないが、例えば、０．５〜３ｍｍ程度が好ましい。ここで、「検出装置本体１の厚さ」というときは、上記厚さ方向において最も厚い部分の厚さをいう。また、検出装置本体１の、貫通孔２にガスが流通するときの流通方向における長さ（ガス流通方向の長さ）は、特に限定されないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。そして、検出装置本体１の長手方向長さは、検出装置本体１の厚さの１０〜１００倍であることが好ましく、検出装置本体１のガス流通方向の長さの３〜１００倍であることが好ましい。
【００５９】
検出装置本体１の形状は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、長手方向に直行する断面形状が長方形の板状であってもよいし、当該断面形状が円形、楕円形等の棒状であってもよいし、一方向に長い形状であれば、その他の形状であってもよい。
【００６０】
図２に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２を形成する壁の内部に一対の電極１１，１２が埋設されており、貫通孔２を挟むようにして誘電体で覆われた電極１１，１２が配置された状態になっている。これにより、電極１１，１２間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔２内に放電を起こすことが可能となる。
【００６１】
また、電極は、貫通孔を形成する壁の内部に埋設されていればよく、図２に示すように貫通孔２を挟むように配設されていることが好ましいが、壁の電気的特性を検知でき、貫通孔２内に放電を起こせれば、貫通孔２を取り囲む壁のどの位置に一対の電極が配設されてもよい。また、複数対の電極を配設し、異なる対の電極により、放電と電気的特性の検知とを別々に行ってもよい。
【００６２】
放電の種類としては、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群より選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、取り出し端子１１ａ，１２ａに接続された、放電用の電源を更に備えることが好ましい。放電用の電源としては、高電圧の交流電源、直流電源等が好ましい。また、放電させるために印加する電圧としては、パルス電圧、矩形波等の交流電圧、等の電圧が好ましい。また、印加する電圧の条件としては、ギャップ（一対の電極相互間の距離）、ガス温度によって変わるが５０〜２００ｋＶ／ｃｍが好ましい。また、電圧を印加するときの、電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００６３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２内に流入する流体（即ち、排ガス）に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、貫通孔２内に放電を起こすことにより、粒子状物質を荷電して、貫通孔２の壁面に荷電した粒子状物質を電気的に吸着させるものである。そして、貫通孔２内に流入する流体に含有される粒子状物質が、貫通孔２内に流入する前から既に荷電されている場合には、貫通孔２内の放電により改めて荷電させる必要がないため、貫通孔２内に放電を起こすことなく、貫通孔２の壁面にその荷電されている粒子状物質を電気的に吸着させるものである。
【００６４】
上述したように、貫通孔２内に放電を起こして粒子状物質を荷電させる場合には、荷電した粒子状物質は、放電中に、その荷電した粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられ、壁面に吸着される。これに対し、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合には、電極１１，１２間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が貫通孔２内に流入する前から荷電されている場合に、電極１１，１２間に印加する電圧の条件は、４〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００６５】
電極１１，１２の形状及び大きさは、特に限定されるものではなく、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、形状としては、長方形、円形、長円形等を挙げることができる。また、電極１１，１２の大きさは、例えば、貫通孔２の、側面から見たときの面積の７０％以上であることが好ましい。
【００６６】
電極１１，１２の厚さは特に限定されず、貫通孔２内に放電を起こすことが可能であればよい。例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。電極１１，１２の材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００６７】
一対の電極のなかの一方の電極（電極１１）と貫通孔２との間の距離、及び他方の電極（電極１２）と貫通孔２との間の距離は、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に貫通孔内に放電を生じさせることができる。電極１１及び電極１２と、貫通孔２との間の距離は、電極１１を覆う誘電体及び電極１２を覆う誘電体の、貫通孔２に面する部分の厚さということになる。
【００６８】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、図２、図４、及び図１０に示すように、貫通孔２の壁面（検出装置本体１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体１の内部に配設（埋設）された加熱部１３を備えている。この加熱部１３により、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができ、また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔２の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。ここで、図４は、図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図であり、図１０は、図２のＩ−Ｉ’断面を示す模式図である。
【００６９】
上述した加熱部は、幅広のフィルム状であってもよいが、図４、及び図１０に示すように、線状の金属材料を、波状に配置し、先端部分でＵ−ターンするように配置したものであることが好ましい。このような形状にすることにより、貫通孔内部を均一に加熱することが可能となる。
【００７０】
加熱部１３は、貫通孔２の壁面に沿うようにして検出装置本体１の内部に埋設されることが好ましいが、図４、及び図１０に示すように、貫通孔２が配置されている位置だけでなく、更に検出装置本体１の他方の端部１ｂ側に延びるように形成されていてもよい。これにより、貫通孔内部と貫通孔付近との温度差を小さくでき、急加熱しても検出装置本体の破損が起き難いという利点がある。加熱部１３により、貫通孔２の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００７１】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一の加熱部１３が配設されていることが好ましい。図２に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、それぞれの電極１１，１２の貫通孔２が形成されている側に対して反対側の位置に、それぞれ加熱部１３が配設されている例を示している。
【００７２】
上述したように、加熱部１３が、一対の電極１１，１２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に配設されていることにより、加熱部１３の影響を受けることなく、一対の電極１１，１２により、貫通孔２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定し易くなる。
【００７３】
なお、図２においては、加熱部１３は各電極１１，１２に対して１つずつ、計２つの加熱部を備えているが、例えば、図示は省略するが、一方の電極の貫通孔が配設されている側に対して反対側の位置にのみ加熱部が配設されていてもよいし、また、電極の貫通孔が配設されている側に対して反対側の位置に複数個配設されてもよい。このように、加熱部１３の配置及び数は、温度調節、捕集した粒子状物質の酸化除去等の目的を達成するために必要な配置及び数とすることができる。
【００７４】
図４、及び図１０に示すように、加熱部１３は、配線１３ｂ，１３ｂに接続され、配線１３ｂ，１３ｂは、それぞれ図１Ｂに示す取り出し端子１３ａ，１３ａに層間接続されている。加熱部１３の取り出し端子１３ａも、電極１１，１２の取り出し端子１１ａ，１２ａの場合と同様に、検出装置本体１の一方の端部１ａ側が加熱されたときの熱の影響を回避するために、検出装置本体１の他方の端部１ｂに配設されることが好ましい。図１Ｂにおいては、取り出し端子１２ａが、検出装置本体１の側面においてその幅方向における一方の端縁に配置され、取り出し端子１３ａ，１３ａが、取り出し端子１２ａの横に、２本が並ぶように配置されているが、取り出し端子１２ａ及び取り出し端子１３ａ，１３ａの配置は、このような配置に限定されるものではない。
【００７５】
加熱部１３が線状である場合、その線の幅は、特に限定されず、例えば、０．０５〜１ｍｍ程度が好ましい。また、加熱部１３の厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。配線１３ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．７〜４ｍｍ程度が好ましい。また、配線１３ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。加熱部１３に対応する取り出し端子１３ａの幅は、特に限定されず、例えば、０．１〜２ｍｍ程度が好ましい。また、取り出し端子１３ａの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜１０００μｍ程度が好ましい。配線１３ｂ及び取り出し端子１３ａの材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００７６】
また、この加熱部は、図２、図３、図５、図９、及び図１１に示すように、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層１５によって覆われている。これにより、加熱部１３を構成する材料への、検出装置本体１を構成するアルミナ等の誘電体中に含まれている不純物の移動（マイグレーション）を有効に防止することができ、加熱部１３の劣化を抑制し、耐久性を向上させることができる。ここで、図３は、図２のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図５は、図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図であり、図９は、図２のＨ−Ｈ’断面を示す模式図であり、図１１は、図２のＪ−Ｊ’断面を示す模式図である。
【００７７】
保護層１５は、加熱部１３に対して不純物の移動を防止するための保護層であるため、少なくとも加熱部１３と、検出装置本体１を構成する誘電体との境界面に配置されていればよい。即ち、保護層１５の形状は、例えば、加熱部１３が幅広のフィルム状である場合には、同様の幅広のフィルム状であることが好ましく、また、図４、及び図１０に示すように、加熱部１３が線状の金属材料を、波状に配置し、先端部分でＵ−ターンするように配置したものである場合には、図３、図５、図９、及び図１１に示すように、その形状と同一の形状であってもよい。
【００７８】
なお、このような保護層は、例えば、図１２に示すように、加熱部１３（図４参照）の形状よりも大きな相似形、即ち、加熱部の形状のパターンを若干太くした保護層１５ｘであってもよい。ここで、図１２は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００７９】
このように構成することによって、加熱部と同一の形状のパターンの保護層と比較して、より広い範囲からのマイグレーションを防止することができる。なお、図１２においては、加熱部を被覆する片側の面を構成する保護層１５ｘを示しているが、このような加熱部の形状のパターンを若干太くした保護層１５ｘは、加熱部の両面を覆うように配置されていることが好ましい。即ち、図１２に示す保護層１５ｘは、図３に相当する断面を示す模式図であるが、図５、図９、及び図１１に示す保護層についても、図１２と同様に、加熱部の形状のパターンを若干太くした保護層が配置されていてもよい。
【００８０】
なお、このように、保護層を、加熱部の形状のパターンを若干太くしたものとする場合には、加熱部のパターン中心線に対して両方向に２０％程度太くしたものであることが好ましい。このように構成することによって、マイグレーションをより有効に防止することができる。
【００８１】
また、保護層は、加熱部を覆うことができれば、例えば、図１３に示すように、加熱部の相似形ではなく、加熱部を含む検出装置本体の断面のより広い範囲を覆うように配置された保護層１５ｙであってもよい。図１３においては、検出装置本体１（図２参照）の断面の略全域を覆うように配置された保護層１５ｙを示している。ここで、図１３は、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を示し、図３に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００８２】
このように構成することによって、より広い範囲からのマイグレーションを防止することができる。また、保護層を構成する材料を、検出装置本体の内部にべた塗りすることによって形成することができるため、保護層の形成が容易であり、更に、保護層からの加熱部のはみ出しも有効に防止することができる。なお、このような検出装置本体の断面のより広い範囲を覆うように配置された保護層１５ｙについても、加熱部の両面を覆うように配置されていることが好ましい。
【００８３】
保護層の厚さについては特に制限はないが、例えば、１〜５０μｍであることが好ましく、５〜１０μｍであることが更に好ましい。このような厚さの保護膜は、不純物のマイグレーションを防ぐのに十分の厚みであり、且つ、過剰な保護層の導入によって、層間の接着強度が低下するということもない。
【００８４】
また、図６に示すように、電極１１には、検出装置本体１の長手方向に延びる配線１１ｂが接続されており、この配線１１ｂが、その先端（電極１１に接続されていない側の先端）部分で、図１Ｂに示す取り出し端子１１ａに層間接続（ビア接続）されている。また、図７に示すように、検出装置本体１の一方の端部１ａに貫通孔２が形成されている。ここで、図６は、図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図であり、図７は、図２のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【００８５】
また、図８に示すように、電極１２には検出装置本体１の長手方向に延びる配線１２ｂが接続され、この配線１２ｂは、図１Ｂに示す取り出し端子１２ａに層間接続されている。ここで、図８は、図２のＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。
【００８６】
配線１１ｂ及び配線１２ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．２〜１ｍｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。また、配線１１ｂ及び配線１２ｂの材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００８７】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、貫通孔２の壁面に吸着された粒子状物質を、一対の電極１１，１２に電圧を印加して貫通孔２内に放電を起こして、酸化除去することができるものであってもよい。粒子状物質を酸化除去する場合の放電を生じさせる条件としては、電界強度が１０〜２００ｋＶ／ｃｍであり、エネルギー投入量が、被処理物質に対して０．０５〜１０Ｊ／μｇであることが好ましい。
【００８８】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、加熱部１３の取り出し端子１３ａに接続された、加熱用電源を更に備えることが好ましい。加熱用電源としては、定電流電源等を挙げることができる。
【００８９】
図２〜図１１に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、一対の電極１１，１２から延びるそれぞれの配線１１ｂ、１２ｂの間に挟まれる位置に、帯状の接地電極１４が配設されている場合には、接地電極１４が配設される範囲は、一方の配線（例えば、配線１１ｂ）から他方の配線（例えば、配線１２ｂ）へと流れる電流を妨げることができる範囲であることが好ましく、少なくとも一方の配線を、接地電極１４に対して垂直方向に移動させて接地電極１４に重ね合わせたときに、当該配線の長さの９５％以上が接地電極１４と重なることが好ましい。更に、接地電極１４が、検出装置本体１の長手方向及び幅方向の両方に平行な平面内に配置されていることが好ましい。
【００９０】
また、この接地電極１４は、その幅が、検出装置本体１の幅の７０〜９５％であり、接地電極１４の長さが、検出装置本体１の長さの５０〜９５％であることが好ましく、接地電極１４の幅が、検出装置本体１の幅の８０〜９０％であり、接地電極１４の長さが、検出装置本体１の長さの７０〜９０％であることが更に好ましい。これにより、更に効果的に、一方の配線から他方の配線へと流れる電流を妨げることができる。
【００９１】
ここで、「接地電極１４の幅」というときは、貫通孔２の貫通方向（流体の流通方向）における、接地電極１４の長さをいい、「検出装置本体１の幅」というときは、貫通孔２の貫通方向（流体の流通方向）における、検出装置本体１の長さをいう。また、図７に示すように、検出装置本体１の一方の端部１ａに貫通孔２が形成され、検出装置本体１の内部には、貫通孔２から他方の端部１ｂ側に向かって帯状に延びる接地電極１４が埋設されている。
【００９２】
接地電極１４の形状は、特に限定されず、長方形、長円形等を挙げることができる。また、接地電極１４の厚さは特に限定されず、一方の配線から他方の配線へと流れる電流を妨げることが可能であればよい。例えば、１０〜２００μｍであることが好ましい。接地電極１４の材質としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００９３】
接地電極１４と配線１１ｂとの間の距離、及び接地電極１４と配線１２ｂとの間の距離は、それぞれ１００〜５００μｍであることが好ましく、１５０〜２５０μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、効果的に一方の配線から他方の配線へと流れる電流を妨げることができる。
【００９４】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、図７に示すように、接地電極１４には、検出装置本体１の長手方向に延びる配線１４ｂが接続されており、配線１４ｂが、その先端（接地電極１４に接続されていない側の先端）部分で、図１Ｂに示す取り出し端子１４ａに層間接続（ビア接続）されている。
【００９５】
配線１４ｂの幅は、特に限定されず、例えば、０．２〜１ｍｍ程度が好ましい。また、配線１４ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。また、配線１４ｂの材質としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ等を挙げることができる。
【００９６】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、貫通孔２の形状、及び大きさは特に限定されず、排ガスを通過させ、粒子状物質の量を測定できるものであればよい。例えば、貫通孔２の、検出装置本体の長手方向における長さは、２〜２０ｍｍ程度が好ましく、貫通孔２の、電極１１，１２で挟まれる部分の幅（検出装置本体の長手方向、及びガスの流通方向の両方に垂直な方向における長さ）は、３〜３０ｍｍ程度が好ましい。
【００９７】
貫通孔２の大きさを上記範囲とすることにより、粒子状物質を含む排ガスを貫通孔２内に十分に流通させることができ、更に、貫通孔２内に粒子状物質を荷電するために効果的な放電を起こすことが可能となる。
【００９８】
また、貫通孔２の形状としては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることが好ましい。貫通孔２の、流体が流入する入口部分及び流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されていることにより、より効率的に配管内を流通する排ガス等を粒子状物質検出装置の貫通孔内に流入（入口部分が拡開された場合）させることや、流出（出口部分が拡開された場合）させることが可能となる。
【００９９】
図１４に示す本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置２００）においては、貫通孔２の、流体が流入する入口部分２ａのみが拡開され、拡開部分２ｂが形成されている。また、図１４に示す粒子状物質検出装置２００においては、貫通孔２は、検出装置本体１の長手方向に広がるように拡開されているが、検出装置本体１の厚さ方向に広がるように拡開されてもよい。図１４は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示し、図７に示す本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態（粒子状物質検出装置１００）の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【０１００】
拡開部分２ｂの拡開された幅（貫通孔２のガス流通方向における最先端部分の幅）Ｗ１は、貫通孔２の拡開されていない部分の幅Ｗ２に対して２〜２００％が好ましい。また、拡開部分２ｂの、貫通孔２のガス流通方向における奥行き（拡開部分の奥行き）Ｌ１は、検出装置本体１の、貫通孔２のガス流通方向における長さＬ２の５〜３０％が好ましい。
【０１０１】
図１５Ａ、及び図１５Ｂに示すように、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態（粒子状物質検出装置３００）は、検出装置本体１の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔２の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状であることが好ましい。検出装置本体の形状をこのようにすることにより、貫通孔のガスの流通方向を、配管内の排気ガスの流通方向に合わせた（平行にした）ときに、配管内の排気ガスの流れを良好にすることができる。
【０１０２】
粒子状物質検出装置（検出装置本体）の、貫通孔の貫通方向における「中央部分」とは、粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向における長さを３等分したときの、中央に位置する「３分の１の範囲」を意味する。従って、「粒子状物質検出装置の、貫通孔の貫通方向において、中央部分で最も太く」というときは、上記「中央部分に位置する３分の１の範囲」に最も太い部分が位置することを意味する。ここで、図１５Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含む断面を示す模式図であり、図１５Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を示す、中心軸に直交し、貫通孔を含まない断面を示す模式図である。
【０１０３】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置は、検出装置本体１が、複数のテープ状セラミック（セラミックシート）が積層されてなるものであることが好ましい。これにより、複数のテープ状セラミックを、それぞれの間に各電極、配線等を挟みながら積層して粒子状物質検出装置を作製することができるため、本実施形態の粒子状物質検出装置を効率的に製造することが可能となる。
【０１０４】
本実施形態の粒子状物質検出装置は、貫通孔内を通過する粒子状物質が、ディーゼルエンジンより排出される煤であるときに、特にその効果を発揮させることができる。
【０１０５】
〔２〕粒子状物質検出装置の製造方法：
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置を製造する方法について、図１Ａ〜図１１に示す本実施形態の粒子状物質検出装置１００を製造する場合の例を説明する。
【０１０６】
〔２−１〕成形原料の調製：
アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種のセラミック原料（誘電体原料）と、成形原料として使用する他の成分とを混合し、スラリー状の成形原料を調製する。セラミック原料（誘電体原料）としては、上記原料が好ましいが、これに限定されるものではない。他の原料としては、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等を使用することが好ましい。
【０１０７】
バインダーとしては、特に限定されるものではないが、水系バインダー、非水系バインダーのどちらでもよい。例えば、水系バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用でき、非水系バインダーとしてはポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を好適例として挙げることができる。
【０１０８】
バインダーの添加量は、誘電体原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であることが好ましく、６〜１７質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形してグリーンシートを成形したとき、及び、乾燥、焼成したときに、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【０１０９】
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。
【０１１０】
可塑剤の添加量は、バインダー添加量１００質量部に対して、３０〜７０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることが更に好ましい。７０質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎ、シートを加工する工程において変形し易くなることがあり、３０質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎ、曲げただけでクラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。
【０１１１】
分散剤としては、水系の分散剤としては、アニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することができ、非水系の分散剤としては、脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。
【０１１２】
分散剤は、誘電体原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることが更に好ましい。０．５質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。３質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。
【０１１３】
分散媒としては、水等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であることが好ましく、７５〜１５０質量部であることが更に好ましい。
【０１１４】
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。
【０１１５】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。成形原料の調製において得られるスラリー状の成形原料の粘度は、２．０〜６．０Ｐａ・ｓであることが好ましく、３．０〜５．０Ｐａ・ｓであることが更に好ましく、３．５〜４．５Ｐａ・ｓであることが特に好ましい。粘度範囲をこのように調整すると、スラリーをシート状に成形し易くなるため好ましい。スラリー粘度は、高過ぎても低過ぎても成形し難くなることがある。なお、スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した値である。
【０１１６】
〔２−２〕成形加工：
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をテープ状に成形加工して、一方向に長いグリーンシートを作製する。成形加工方法は、成形原料をシート状に成形してグリーンシートを形成することができれば特に限定されず、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等の公知の方法を使用することができる。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、貫通孔形成用のグリーンシートを作製する。作製するグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍであることが好ましい。
【０１１７】
〔２−３〕グリーンシート積層体の形成：
次に、得られたグリーンシートの表面に各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を配設する。例えば、まず、配設する各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成するための導体ペーストを調製し、得られた導体ペーストを、図４、図６〜図８、及び図１０に示すように、各グリーンシートの対応する位置に印刷して、各電極、配線、加熱部、及び取り出し端子を形成する。
【０１１８】
上述した導体ペーストは、各電極や配線等のそれぞれの形成に必要なそれぞれの材質に合わせて、金、銀、白金、ニッケル、モリブデン、及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一種を含有する粉末に、バインダー及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。導体ペーストの印刷方法については特に制限はないが、例えば、スクリーン印刷等を用いることができる。
【０１１９】
一方、加熱部の保護層を形成するペーストとして、純度が９５％以上であるアルミナ粉末にバインダー及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。保護層を形成するペーストの印刷方法については特に制限はないが、例えば、スクリーン印刷等を用いることができる。
【０１２０】
各電極、配線、加熱部等のより具体的な形成方法としては、まず、複数のグリーンシートのなかの２つのグリーンシートについて、それぞれの一方の面の一方の端部側に電極を配設し、それぞれの電極から他方の端部に向かって延びる配線を配設して、電極配設グリーンシートを２つ形成する。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに配線と重なる位置に接地用電極を配設して、接地電極配設グリーンシートを形成する。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに電極と重なる位置に貫通孔となる切断部を形成して切断部形成グリーンシートを形成する。更に、他の１つのグリーンシートについて、切断部形成グリーンシートと重ねたときに貫通孔となる切断部と重なる位置に加熱部を形成し、加熱部から他方の端部に向かって延びる配線を配設して加熱部配設グリーンシートを形成する。
【０１２１】
なお、加熱部配設グリーンシートを形成する際には、まず、使用するグリーンシートの表面における、少なくとも加熱部を形成する範囲に対して、上記保護層用のペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層の片面）を形成し、この保護層の表面に、上記加熱部用の導体ペーストを塗布して加熱部を形成する。更に、形成した加熱部を覆うように、再度、保護層用のペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層のもう片面）を形成し、保護層によって加熱部を被覆して、上記加熱部配設グリーンシートを形成する。
【０１２２】
次に、このようにして得られた複数のグリーンシートを、粒子状物質検出装置の構成に合わせて積層して、グリーンシート積層体を得る。
【０１２３】
〔２−４〕焼成：
次に、得られたグリーンシート積層体を乾燥、焼成して、粒子状物質検出装置を得る。更に具体的には、得られた、グリーンシート積層体を６０〜１５０℃で乾燥し、１２００〜１６００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製する。グリーンシートが有機バインダーを含有する場合には、焼成の前に、４００〜８００℃で脱脂することが好ましい。
【０１２４】
このような製造方法によれば、効率的に本発明の粒子状物質検出装置を製造することができる。なお、本実施形態の粒子状物質検出装置を製造する方法については、これまでに説明した製造方法に限定されることはない。
【実施例】
【０１２５】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【０１２６】
（実施例１）
（成形原料の調製）
アルミナを誘電体原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤（キシレン：ブタノール＝６：４（質量比））を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、グリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、アルミナ１００質量部に対して、バインダー７質量部、可塑剤３．５質量部、分散剤１．５質量部、有機溶剤１００質量部とした。
【０１２７】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、粘度４Ｐａ・ｓとなるように調製した。スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。
【０１２８】
（成形加工）
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をドクターブレード法を用いてシート状に成形加工した。この際、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、切断部形成グリーンシートも作製した。グリーンシートの厚さは、２５０μｍとした。
【０１２９】
得られたグリーンシートの表面に、図１Ｂ、及び図３〜図１１に示されるような各電極、接地電極、加熱部、各配線、及び各取り出し端子を形成した。また、加熱部を覆うような、純度が９９％以上のアルミナからなる保護層を形成した。配設する各電極、接地電極、配線、及び取り付け端子を形成するための導体ペーストは、白金粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、白金：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝８０：１５：５：５０：７：３．５：１）。
【０１３０】
また、加熱部を形成するための導体ペーストは、タングステン粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、タングステン：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝７５．５：１５：５：５０：７：３．５：１）。
【０１３１】
また、保護層を形成するためのペースト（保護層用ペースト）は、純度９９％のアルミナ粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝６０：０．３：５０：５：３．５：１）。
【０１３２】
所定の形状の各電極、接地電極、各配線、各取り出し端子、加熱部、及び保護層の形成は、上記の方法によって得られた各ペーストを用いて、スクリーン印刷により行った。
【０１３３】
より具体的には、まず、複数のグリーンシートのなかの２つのグリーンシートについて、それぞれの一方の面の一方の端部側に電極を配設し、それぞれの電極から他方の端部に向かって延びる配線を配設して、電極配設グリーンシートを２つ形成した。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに配線と重なる位置に接地用電極を配設して、接地電極配設グリーンシートを形成した。更に、他の１つのグリーンシートについて、電極配設グリーンシートと重ねたときに電極と重なる位置に貫通孔となる切断部を形成して切断部形成グリーンシートを形成した。更に、他の１つのグリーンシートについて、切断部形成グリーンシートと重ねたときに貫通孔となる切断部と重なる位置に加熱部を形成し、加熱部から他方の端部に向かって延びる配線を配設して加熱部配設グリーンシートを形成した。
【０１３４】
なお、上記加熱部配設グリーンシートを形成する際には、まず、使用するグリーンシートの表面における、少なくとも加熱部を形成する範囲に対して、上記保護層用ペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層の片面）を形成し、この保護層の表面に、上記加熱部用導体ペーストを塗布して加熱部を形成した。更に、形成した加熱部を覆うように、再度保護層用ペーストを塗布して保護層（より具体的には、保護層のもう片面）を形成し、保護層によって加熱部を被覆して、上記加熱部配設グリーンシートを形成した。
【０１３５】
そして、２つの電極配設グリーンシートのそれぞれに、他の電極等が配設されていないグリーンシートを重ねて電極及び配線をグリーンシートで覆った状態として、電極埋設グリーンシートとするとともに、２つの電極埋設グリーンシートで接地電極配設グリーンシート及び切断部形成グリーンシートを挟むように積層し、更に、加熱部配設グリーンシートを電極埋設グリーンシートの外側に位置するように積層し、２つの電極で切断部を挟み且つ２つの配線で接地電極を挟んだ状態のグリーンシート積層体を形成した。各配線と、各配線に対応する取り出し端子とは、導体ペーストの埋め込み方法により、層間接続（ビア接続）した。
【０１３６】
グリーンシートの積層は、グリーンシートを加熱可能な一軸プレス機を用いて加圧積層し、グリーンシート積層体からなる粒子状物質検出装置の未焼成体を得た。
【０１３７】
（焼成）
得られた、グリーンシート積層体（粒子状物質検出装置の未焼成体）を１２０℃で乾燥し、１５００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製した。得られた粒子状物質検出装置は、０．７ｃｍ×０．２ｃｍ×１２ｃｍの直方体において、他方の端部が、図１Ｂに示すように細くなった形状であった。細くなった他方の端部は、幅４．２５ｃｍ、長さ１．２ｃｍであった。貫通孔は、排ガスの流通方向に垂直な断面形状が１０ｃｍ×０．５ｃｍの長方形であった。
【０１３８】
（放電用電源）
放電用の電源としては、パルス電源とＤＣ電源を用い、電極の取り出し端子に接続した。
【０１３９】
（測定部）
電極間のインピーダンスを測定するための測定部としては、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザを用い、電極の取り出し端子に接続した。また、接地電極の取り出し端子は接地させた。
【０１４０】
（粒子状物質測定方法）
得られた粒子状物質検出装置を、ディーゼルエンジンの排気管に設置した。ディーゼルエンジンとしては、排気量２０００ｃｃの直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２４Ｎ・ｍ、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）開度５０％、排ガス温度２００℃、吸入空気１．３ｍ３（室温換算）／分の運転条件下で排ガスを発生させた。
【０１４１】
スモークメータ（ＡＶＬ社製、商品名：型式４１５８）による排ガス中の粒子状物質量は、２．０ｍｇ／ｍ３であった。粒子状物質の検出は、以下のように行った。ディーゼルエンジンから排ガスを発生させながら、粒子状物質を荷電集塵する前に、一対の電極間の初期の静電容量（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定し、その後、粒子状物質を１分間に亘って荷電集塵し、その後、荷電集塵操作を停止して、再度、静電容量（一対の電極間の１分間集塵後の静電容量）（ｐＦ）を、１分間に亘って６回測定した。初期の静電容量及び１分間集塵後の静電容量は、いずれも６回の測定の平均値を求めた。そして、初期の静電容量と１分間集塵後の静電容量との差から、集塵された粒子状物質の質量を算出した。
【０１４２】
粒子状物質の質量の算出は、粒子状物質の吸着量に対する静電容量の変化について、予め検量線を作成しておき、その検量線を用いて行った。なお、本測定においては、加熱部（ヒーター）による粒子状物質の燃焼は行わないこととした。粒子状物質を荷電集塵する際には、高電圧電源による印加電圧をＤＣ２．０ｋＶとし、電極間の静電容量測定時には、測定部から印加電圧をＡＣ２Ｖ、周波数を１０ｋＨｚとした。結果を表１に示す。
【０１４３】
（比較例１）
加熱部を被覆する保護層を配置していないこと以外は、実施例１の粒子状物質検出装置と同様に構成された粒子状検出装置（比較例１）を作成した。
【０１４４】
（加熱部の耐久性試験）
実施例１及び比較例１の粒子状物質検出装置の加熱部に定格電圧２５Ｖを印加し、粒子状物質検出装置の先端部（即ち、検出装置本体の貫通孔が形成された領域）を約８００℃に長時間保持した。上記の温度のまま、実施例１及び比較例１の粒子状物質検出装置における、一の加熱部（例えば、図２における加熱部１３）と、この加熱部の最も近くに配置された電極（例えば、図における電極１２）との間の抵抗値をそれぞれ１分おきにサンプリングした。なお、測定は３０００時間連続して行った。ここで、図１６は、加熱部の耐久性試験における、測定結果を示すグラフである。なお、横軸は、測定時間（ｈｏｕｒ）を示し、縦軸は、加熱部と電極との間の抵抗値（ＭΩ）を示す。
【０１４５】
【表１】
【０１４６】
表１より、初期測定時と集塵後の静電容量（インピーダンス）の差が明確に示された。これより、１分間のインピーダンス測定でも、排ガス中の粒子状物質量の増加を検出することが可能であることがわかる。また、図１６に示すように、保護層を導入しない粒子状物質検出装置（比較例１）では、加熱部の長時間の使用により加熱部のイオンマイグレーションに起因すると考えられる絶縁破壊が発生した。また、保護層を導入した粒子状物質検出装置（実施例１）の方が、保護層を導入しない粒子状物質検出装置（比較例１）よりも経時変化による電気的な絶縁耐久性が向上することが明らかとなった。即ち、本発明の粒子状物質検出装置によれば、加熱部のマイグレーションによる絶縁破壊が発生し難く、耐久性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明の粒子状物質検出装置は、ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識するために好適に利用することができ、これにより大気汚染の防止に貢献することができる。
【符号の説明】
【０１４８】
１：検出装置本体、１ａ：一方の端部、１ｂ：他方の端部、１ｃ：一方の先端部分、１ｄ：他方の先端部分、２：貫通孔、２ａ：入り口部分、２ｂ：拡開部分、１１，１２：電極、１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ：取り出し端子、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ：配線、１３：加熱部、１４：接地電極、１５，１５ｘ，１５ｙ：保護層、１００，２００，３００：粒子状物質検出装置、Ｗ１：拡開された幅、Ｗ２：拡開されていない幅、Ｌ１：拡開部分の奥行き、Ｌ２：貫通孔のガス流通方向における長さ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極と、前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の温調用の加熱部とを備え、
前記加熱部が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層によって覆われており、
前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種である請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記誘電体が、純度が９０％以上、且つ前記保護層を構成するアルミナの純度未満のアルミナである請求項１に記載の粒状物質検出装置。
【請求項４】
前記加熱部が、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、銀、金、鉄及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された請求項１〜５のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、前記貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である請求項１〜７のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な請求項１〜８のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群より選択される一種である請求項１〜９のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１】
一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、前記貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極と、前記貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体の内部に配設された、前記貫通孔を形成する壁の温調用の加熱部とを備え、
前記加熱部が、純度が９５％以上のアルミナからなる保護層によって覆われており、
前記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は、前記一対の電極に電圧を印加することにより前記貫通孔内に生じる放電により荷電された、前記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、前記貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより前記貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質を検出することが可能な粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記誘電体が、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種である請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記誘電体が、純度が９０％以上、且つ前記保護層を構成するアルミナの純度未満のアルミナである請求項１に記載の粒状物質検出装置。
【請求項４】
前記加熱部が、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、銀、金、鉄及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一対の電極のなかの少なくとも一方の電極の取り出し端子が配設された請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記加熱部の取り出し端子が配設された請求項１〜５のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記貫通孔の、前記流体が流入する入口部分及び前記流体が流出する出口部分の少なくとも一つが、拡開されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記検出装置本体の中心軸に直交する断面形状が、前記貫通孔の貫通方向において、一方の端部側から中央部に向かって漸次太くなり、中央部分で最も太く、更に他方の端部側に向かって漸次細くなる形状である請求項１〜７のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記貫通孔の壁面に吸着した粒子状物質を、前記一対の電極に電圧を印加して前記貫通孔内に放電を起こして酸化除去することが可能な請求項１〜８のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記貫通孔内に起きる放電が、無声放電、ストリーマ放電、及びコロナ放電からなる群より選択される一種である請求項１〜９のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２１０５３４（Ｐ２０１０−２１０５３４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８８４７（Ｐ２００９−５８８４７）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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