粒子状物質検出装置
【課題】粒子状物質の検出を簡易に行えて低廉であり、測定精度が高い粒子状物質検出装置を提供する。
【解決手段】一の面が電極間誘電体４で被覆をされた板状を呈する一の電極１、その一の電極１の一の面の側に粒子状物質１１を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極１との間に印加をされる電圧によって放電をする二の電極２、及び電圧の印加をする集塵用電源９、並びに、電極間誘電体４の表面に対向して配設をされた一対の測定電極５，１５、その一対の測定電極５，１５の間における電気的特性の測定をする特性測定手段３、及びその特性測定手段３で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて電極間誘電体４の表面に集塵をされた粒子状物質１１の量を求める粒子状物質量算出手段１３、を備える粒子状物質検出装置１００。
【解決手段】一の面が電極間誘電体４で被覆をされた板状を呈する一の電極１、その一の電極１の一の面の側に粒子状物質１１を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極１との間に印加をされる電圧によって放電をする二の電極２、及び電圧の印加をする集塵用電源９、並びに、電極間誘電体４の表面に対向して配設をされた一対の測定電極５，１５、その一対の測定電極５，１５の間における電気的特性の測定をする特性測定手段３、及びその特性測定手段３で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて電極間誘電体４の表面に集塵をされた粒子状物質１１の量を求める粒子状物質量算出手段１３、を備える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、ディーゼルエンジンの排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス等には、粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ（ＰＭ）、有機溶媒可溶成分とスートとサルフェートの３成分として検出されるもの）が含まれており、これが大気汚染の原因になっている。特に、ディーゼルエンジン等の粒子状物質発生源に不具合が生じれば、大気へ放出される排気ガス中の粒子状物質が増加し、環境に大きな悪影響を与えることになる。これを防ぐためには、排気ガス中の粒子状物質を検出し、ディーゼルエンジン等の不具合を認識することが肝要である。
【０００３】
又、近時、公害を防止し環境の改善を図るために、排気ガスの処理に、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ（ＤＰＦ））が排気系等に組み込まれて使用されるようになってきている。このＤＰＦは、一般にセラミック製であり、高い信頼性で長期間の使用が可能なものである。但し、熱劣化等によりクラック等の欠陥が発生する可能性は皆無とはいえず、仮にそうなれば微量ではあるが粒子状物質が漏れてしまう。これを防止するためには、ＤＰＦで処理された排気ガス中の粒子状物質を検出し、欠陥の発生を即座に検知することが重要である。
【０００４】
尚、先行文献として、例えば、特許文献１を挙げることが出来る。特許文献１では、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粒子状物質検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であることから、その微弱なイオン電流を検出するための大掛かりな検出回路が必要となり、装置が高価になってしまう。加えて、排気ガスの流量が多い場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることが出来ず、測定値は、実際に排気ガスに含有されている粒子状物質の量より小さくなり、精度の点で改善すべき余地がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の検出を簡易に行えて低廉であり、測定精度が高い粒子状物質検出装置を提供することを課題とする。研究が重ねられた結果、以下の手段によって、この課題を解決出来ることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明によれば、一の面が誘電体（電極間誘電体とよぶ）で被覆をされた板状を呈する一の電極、その（一の電極と対をなし）一の電極の（電極間誘電体で被覆をされた）一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う二の電極、及び電圧の印加をする集塵用電源、並びに、誘電体（電極間誘電体）の表面に対向して配設をされた一対の測定電極、その一対の測定電極の間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて誘電体（電極間誘電体）の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、を備える粒子状物質検出装置が提供される。
【０００９】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記空間を流れる気体の流量の測定又は推定をする流量計を備え、その流量計で測定又は推定をされた気体の流量と粒子状物質の量とに基づいて、空間を流れる気体における粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出手段を備えることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記一対の測定電極が、線状を呈し、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く対向して、誘電体（電極間誘電体）の表面に配設をされることが好ましい。この場合において、上記線状を呈する一対の測定電極は、一対をなすそれぞれが複数に分岐をして、複数の対向部分を有することが好ましい。更にこの場合において、上記複数の対向部分を有する一対の測定電極が、誘電体（電極間誘電体）の表面の全面にわたって配設をされることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記二の電極が板状を呈することが好ましい。この場合において、上記二の電極が、管壁面で構成されることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記二の電極が針状又は棒状を呈することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記板状を呈する一の電極の他の面を被覆する誘電体（電極外誘電体とよぶ）と、その誘電体（電極外誘電体）の表面に配設されたヒータと、を備えることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記一の電極と一対の測定電極との間に電圧の印加をする除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された誘電体（電極間誘電体）の表面に沿面放電をさせることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記測定電極が、膜状の誘電体で被覆されていることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、一方の端部に、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体を備え、上記一の電極と上記二の電極とが、上記一の電極の一の面が上記貫通孔側を向いた状態で上記貫通孔を挟むようにして上記検出装置本体の内部に埋設され、上記一対の測定電極が、上記貫通孔内の上記一の電極が埋設されている側の壁面に配設されていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記検出装置本体の他方の端部に、上記一の電極及び上記二の電極の中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。
【００１９】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記一の電極及び前記二の電極のなかの少なくとも一方の電極の、上記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータが埋設されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質を含む気体（排気ガス）が通過する流路に設置して、気体に含まれる粒子状物質を検出する装置である。本発明に係る粒子状物質検出装置では、集塵用電源によって電圧の印加をして二の電極に放電をさせて一の電極の電極間誘電体の側と二の電極との間の空間を流れる気体に含まれる粒子状物質を荷電させるか、予め荷電された粒子状物質を一の電極を被覆する電極間誘電体の表面に集塵させる。そうすると、電極間誘電体の上には粒子状物質が堆積され、電極間誘電体の表面に配設をされた一対の測定電極の間における電気的特性が、堆積した粒子状物質の量との間に一定の関係を持ちつつ、変化する。そこで、本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性の変化量を知って、電極間誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求めている。定量化することが出来るのであるから、当然に、空間を流れる気体における粒子状物質の有無（量が０（零）か否か）を判断することは可能である。そのため、本発明に係る粒子状物質検出装置は、検出装置と称している。本発明に係る粒子状物質検出装置では、粒子状物質の量を基に補正して空間を流れる気体に含まれる粒子状物質の量を求め、空間を流れる気体の流量との関係から、その気体における粒子状物質の濃度を算出することが可能である。
【００２１】
電気的特性として、例えばインピーダンスの変化量の検出をするためには、測定周波数や測定電圧の大きさによって異なるが、１０ｎＡ（ナノアンペア）レベルの電流の変化の測定を行えればよい。従って、本発明に係る粒子状物質検出装置は、高価にはならず、粒子状物質の検出、あるいは量の測定、更には濃度の測定を、簡易に行うことが出来、且つ、測定誤差は小さい。加えて、粒子状物質の検出、量の測定、濃度の測定によって、ディーゼルエンジン等の不具合や、ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知することが可能になるので、これらを通じて、本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質の排出量低減に寄与し、大気汚染の防止に貢献する。
【００２２】
本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性を測定するための測定電極が、同じ誘電体の表面に存在するため、測定電極間の距離の設定自由度が高く、高感度化が容易であるとともに、用途に応じ、任意の感度を得ることが可能である。
【００２３】
本発明に係る粒子状物質検出装置では、粒子状物質を荷電させて集塵させるための一の電極、二の電極、及び集塵用電源の系統と、電極間誘電体に堆積した粒子状物質の量によって変化する電気的特性を測定するための一対の測定電極、特性測定手段、及び粒子状物質量算出手段の系統と、流量計とは、それぞれ別個独立している。従って、これらの各系統との電気信号の入出力手段を備え全体として制御する制御装置を備えることによって、空間に空気が流れている動的状態で、粒子状物質の検出を行い、刻々と変化し得る粒子状物質の量の測定、濃度の測定を、リアルタイムで行うことが出来る。
【００２４】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一対の測定電極が、線状を呈し、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く対向して、電極間誘電体の表面に配設をされ、更には、線状を呈する一対の測定電極は、一対をなすそれぞれが複数に分岐をして、複数の対向部分を有し、加えて、複数の対向部分を有する一対の測定電極が、電極間誘電体の表面の全面にわたって配設をされる。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、電気的特性の測定感度を向上させることが出来るとともに、電極間誘電体の上に堆積した粒子状物質を逃さず検出することが可能であり、粒子状物質の量及び濃度の測定精度に優れる。
【００２５】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様として、二の電極が板状を呈する場合に、特に、二の電極が管壁面で構成される態様を採ることが出来るので、ディーゼルエンジン等の排気管の中へ、コンパクトに収容することが出来る。
【００２６】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、電極外誘電体の表面に配設されたヒータを備えるので、測定電極で測定される電気的特性が安定する。加えて、粒子状物質をヒータの熱で酸化除去することが可能となるので、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。
【００２７】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一の電極と一対の測定電極との間に電圧の印加をする除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された電極間誘電体の表面に沿面放電をさせることが出来るので、この沿面放電によって集塵された粒子状物質を酸化除去することが可能である。この酸化除去によって、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。
【００２８】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、測定電極が、膜状の誘電体で被覆されているので、放電や排ガスによる劣化が起こり難い。
【００２９】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一方の端部に、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体を備え、上記一の電極と上記二の電極とが、上記一の電極の一の面が上記貫通孔側を向いた状態で上記貫通孔を挟むようにして上記検出装置本体の内部に埋設され、上記一対の測定電極が、上記貫通孔内の上記一の電極が埋設されている側の壁面に配設されている。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、貫通孔、一の電極及び二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、一の電極、二の電極及び一対の測定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。
【００３０】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、上記検出装置本体の他方の端部に、上記一の電極及び上記二の電極の中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。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、検出装置本体の他方の端部に配設した取り出し端子を配管の外に出した状態とすることが可能となり、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。
【００３１】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、上記一の電極及び前記二の電極のなかの少なくとも一方の電極の、上記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータが埋設されている。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、測定電極で測定される電気的特性が安定する。加えて、粒子状物質をヒータの熱で酸化除去することが可能となるので、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、電極外誘電体及び一の電極を表した斜視図である。
【図５】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、測定電極の他の態様を表す斜視図である。
【図６】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、測定電極の他の態様を表す斜視図である。
【図７】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、電気制御系統を表す構成図である。
【図８】本発明に係る粒子状物質検出装置における粒子状物質量算出装置のはたらきを説明するためのグラフである。
【図９】本発明に係る粒子状物質検出装置における粒子状物質濃度算出装置のはたらきを説明するためのグラフである。
【図１０Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１０Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図１１】図１０ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図１４】図１１のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図１５】図１１のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図１６】図１１のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【図１７】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１４に示す本発明の粒子状物質検出装置の更に他の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１８Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の更に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１８Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の更に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。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明に係る要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００３４】
［粒子状物質検出装置］先ず、本発明に係る粒子状物質検出装置について、構成、機能、作用等を中心に説明する。
【００３５】
図１及び図７は、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図である。図１は断面図であり、図７は、電気制御系統を表す構成図である。図１及び図７に示される粒子状物質検出装置１００は、板状を呈する一の電極１、板状を呈する二の電極２、一の電極１の（図１における）上面（一の面）を被覆する電極間誘電体４、一の電極１と二の電極２の間に電圧の印加をする集塵用電源９、電極間誘電体４の表面に対向して配設をされた線状を呈する測定電極５，１５、一の電極１の（図１における）下面（他の面）を被覆する電極外誘電体６、電極外誘電体６の表面（図１における下面）に配設されたヒータ７、そのヒータ７に電気を供給するヒータ用電源１０、ヒータ７を覆って保護し周りと隔離して保温するシート状の断熱材８、特性測定装置（手段）３、粒子状物質１１の量を算出する粒子状物質量算出装置（手段）１３、粒子状物質１１の濃度を算出する粒子状物質濃度算出装置（手段）１６、流量計１４、及び制御装置１２で構成される。尚、図１に示される一の電極１、二の電極２、電極間誘電体４、測定電極５，１５、電極外誘電体６、ヒータ７、及び断熱材８で構成される部分が、粒子状物質１１を含む排気ガスが通過する流路に設置される。これらをセンサ部ということがある。
【００３６】
粒子状物質検出装置１００では、粒子状物質１１を含む排気ガスが、図１において（矢印で示されるように）左から右へ、板状を呈する一の電極１を被覆する電極間誘電体４と、板状を呈する二の電極２との間の空間を流れる。この排気ガスの流量は、図１には示されない流量計１４によって測定される。この状態で、集塵用電源９が、二の電極２に、例えば直流高電圧の印加をすると、放電が生じ、二の電極２の周囲の排気ガス（分子）はプラスイオンとマイナスイオンに分離し、プラスの直流高電圧の印加された一の電極１に向かって、マイナスイオンが移動する。このとき、排気ガスに含まれる粒子状物質１１は、このマイナスイオンと衝突してマイナスに荷電する。そして、荷電された粒子状物質１１は、プラスの一の電極１を被覆する電極間誘電体４の表面に、静電気力によって集塵され堆積する。そうすると、その粒子状物質１１の堆積の程度によって、一対の測定電極５，１５の間における（例えば）電気的特性は変化するから、その電気的特性の変化量を知れば、集塵によって電極間誘電体４の表面に堆積した粒子状物質（ＰＭ）の量が求まる。そして、そのＰＭ堆積量から排気ガスのＰＭ濃度が求まる。
【００３７】
図８は、粒子状物質量算出装置１３のはたらきを説明するためのグラフであり、図９は、粒子状物質濃度算出装置１６のはたらきを説明するためのグラフである。測定電極５，１５の間における電気的特性の変化量Ｅ１は、ＰＭ堆積量Ｗ１と一定の関係にあり（図８を参照）、特性測定装置３によって電気的特性の変化量Ｅ１を知れば、図８に基づく算出機能を有する粒子状物質量算出装置１３によって、ＰＭ堆積量Ｗ１が求まる。そして、排気ガスの流量を一定とすれば、ＰＭ堆積量Ｗ１は、ＰＭ濃度Ｃ１と一定の関係にあり（図９を参照）、ＰＭ堆積量Ｗ１がわかれば、図９に基づく算出機能を有する粒子状物質濃度算出装置１６によって、ＰＭ濃度Ｃ１が求まる。排気ガスの流量が変る場合には、流量計１４で求めた流量に基づいて粒子状物質濃度算出装置１６が補正をして、ＰＭ堆積量Ｗ１からＰＭ濃度Ｃ１を求める。
【００３８】
粒子状物質検出装置１００では、粒子状物質濃度算出装置１６は、制御装置１２に組み込まれている。その制御装置１２は、例えば電気信号入出力機能を備えたシーケンサ等で構成され、粒子状物質濃度算出装置１６の他に、流量計１４で測定された流量の電気信号を入力する機能を備えるとともに、ヒータ用電源１０や集塵用電源９の制御や、測定モードの切換等を含め、装置全体の制御を行う。
【００３９】
測定電極５，１５の間における電気的特性として、例えばインピーダンスを求める場合には、交流電源を用い、抵抗、静電容量、インダクタンスをそれぞれ測定することが出来る。又、定電流源を使い、測定電極５，１５の間の電圧の変化を測定することによって、インピーダンスの変化を測定してもよく、定電圧源を使って、測定電極５，１５の間に流れる電流の変化や、測定電極５，１５の間に蓄積される電荷の変化を測定することによって、測定電極５，１５の間のインピーダンスの変化を測定してもよい。特性測定装置３は、このような電気的特性及びその変化の求め方によって、適切な構成とすることが可能である。
【００４０】
例えば、特性測定装置３は、測定電極５，１５に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成することが出来る。好ましい測定器としては、ＬＣＲメータを挙げることが出来る。
【００４１】
既述のように、本発明に係る粒子状物質検出装置では、空間に空気が流れていない静的状態で粒子状物質の検出、量の測定、濃度の測定を行うことが可能であり、又、空間に空気が流れている動的状態で、粒子状物質の検出を行い、刻々と変化し得る粒子状物質の量の測定、濃度の測定を、リアルタイムで行うことも出来るが、荷電粒子の流速に伴う集塵効率が異なる。そのため、粒子状物質量算出装置１３における電気的特性の変化量Ｅ１からＰＭ堆積量Ｗ１を求める根拠（図８に示されるデータに相当するもの）、及び粒子状物質濃度算出装置１６におけるＰＭ堆積量Ｗ１からＰＭ濃度Ｃ１を求める根拠（図９に示されるデータに相当するもの）は、前者と後者では、別の測定モードとして、異なる根拠（データ）を用いる必要がある。
【００４２】
排気ガスが流れる空間を形成する電極間誘電体４と二の電極２との間の好ましい距離は、０．５〜５０ｍｍであり、より好ましい距離は、０．６〜４０ｍｍである。このような間隔にすることにより、より効率的に放電させ、粒子状物質を集塵することが出来る。電極間誘電体４と二の電極２との間の距離が０．５ｍｍより短いと、集塵率が低下することにより測定精度が低下することがあり、５０ｍｍより長いと、より高い電圧が必要になり無駄なエネルギーを要することがある。
【００４３】
集塵用電源９は、一の電極１と二の電極２との間に放電を発生させ得る安定した直流電圧又は交流電圧を供給するものである。集塵用電源９として、例えば、フライバック方式による電源回路等を用いた電源を採用することが出来る。これは、入力側の電源からトランスにエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを出力側に放出することによって高圧の直流電圧を供給することが出来るものである。フライバック方式による電源回路においては、トランスへのエネルギーの蓄積と放出は、トランジスタ等により制御され、出力側の電流はダイオードにより整流される。
【００４４】
図４は、電極外誘電体６及び一の電極１を表した斜視図である。図４において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。一の電極１は、二の電極２の対向電極として放電を行うとともに、荷電された粒子状物質１１を吸引し集塵する部材としての役割を果たす。粒子状物質検出装置１００における板状の一の電極１は、図４に示されるように、概ね長方形を呈しているが、他に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状等の形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、１又は複数のスリットが形成された形状等を採ることが出来る。
【００４５】
板状の二の電極２は、斜視図を示さないが、一の電極１と同様に、概ね長方形を呈している。一の電極１と同様に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、１又は複数のスリットが形成される形状を採ることも出来る。
【００４６】
線状の測定電極５，１５は、排気ガスが流れる（図１における矢印）方向に対し垂直方向に長く、測定電極５，１５が互いに対向して配設をされ、測定電極５，１５間の電気的特性の変化を測定する。測定電極５と測定電極１５の間の距離は、一の電極１が粒子状物質１１を集塵することによって生じた、測定電極５，１５間の電気的特性の変化を、明確に測定することが出来る範囲に設定される。例えば、０．２〜１０ｍｍ程度である。
【００４７】
図５及び図６は、線状を呈する一対の測定電極の他の態様を表す斜視図である。図５及び図６において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。図５に示される測定電極１０５，１１５は、測定電極１０５と測定電極１１５が、それぞれ複数に分岐をされ、分岐をした後で対向しており、複数の対向部分が存在する。加えて、測定電極１０５と測定電極１１５が分岐して対向する複数の部分が、電極間誘電体４の表面の全面にわたって配設をされている。本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性の測定感度及び測定精度を向上させる観点から、一対の対向する測定電極の間の距離が長いことは好ましくなく、一方、一対の対向する測定電極が、排気ガスが流れる空間全てに対応する位置に配設されることが好ましい。図５に示される測定電極１０５，１１５は、このような好ましい態様を具現化したものである。図６に示される測定電極２０５，２１５も、同様であり、分岐の態様が異なるが、測定電極２０５，２１５はそれぞれ複数に分岐をされ、分岐をした後で対向しており、複数の対向部分が存在し、測定電極２０５と測定電極２１５が分岐して対向する複数の部分が、電極間誘電体４の表面の全面にわたって配設をされている。
【００４８】
粒子状物質検出装置１００の説明に戻る。ヒータ７の形状、大きさは、電極間誘電体４の表面に集塵された粒子状物質１１の全部を燃焼することが可能なように決定すればよい。
【００４９】
ヒータ７は、粒子状物質１１を酸化して除去するときだけでなく、測定電極５，１５の間の電気的特性の変化を測定する場合に、結露等の水分の影響を受けないようにするために使用される。例えば、インピーダンス変化の検出や放電の際に、適度に加熱することによって、測定電極５，１５への水分の付着を防止することが出来る。このときの好ましい加熱温度は、２００〜３００℃である。
【００５０】
好ましいヒータ用電源１０として、効率的な温度制御を可能とする観点から、降圧チョッパ方式の電源を挙げることが出来る。特に好ましいものは、自己消弧型の半導体スイッチを使用した降圧チョッパ方式のスイッチング電源である。この場合、好ましいスイッチング周波数は、可聴周波数以上の２０ｋＨｚ以上である。燃費に直接影響するため、ヒータ用電源の電流、電力は、より小さくすることが望ましい。又、好ましいヒータ用電源１０は、電圧と電流からヒータ７の温度を算出して温度制御機能を有するものである。
【００５１】
断熱材８は、ヒータ７で発生する熱の放熱を抑制して、ヒータ７の熱を効率的に粒子状物質１１の燃焼に使用することを可能とする。断熱材８の好ましい厚さは、放熱を抑制することが出来る厚さとして、例えば、１００〜１０００μｍ程度である。
【００５２】
尚、粒子状物質検出装置１００では、ヒータ７及びヒータ用電源１０の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極１と一対の測定電極５，１５との間に電圧の印加をして、電極間誘電体４の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備える態様を採ることが出来る。この場合、測定電極５，１５と特性測定装置３、一の電極１と集塵用電源９、をそれぞれ切り離し、測定電極５と測定電極１５を導通させ、それらと一の電極１とを除去用電源に接続する切換回路を構築する必要がある。除去用電源としては、交流電源やパルス電源を採用することが出来る。
【００５３】
以上、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を説明したが、他の実施形態として、二の電極を管壁面で構成した態様、あるいは針状又は棒状を呈する二の電極を採用した態様を挙げることが出来る。図２は、前者に相当する粒子状物質検出装置２００を表す断面図である。図２では、排気ガスが流れる方向は、手前から奥側に向けた方向として表されている。図３は、後者に相当する粒子状物質検出装置３００を表す断面図である。粒子状物質検出装置３００では、放電はコロナ放電となる。粒子状物質検出装置２００，３００は、原理・作用、二の電極を除く装置構成は、粒子状物質検出装置１００に準じたものであるので、説明は省略する。
【００５４】
次に、本発明に係る粒子状物質検出装置の更に他の実施形態について説明する。図１０Ａ〜図１６に示すように、本実施形体の粒子状物質検出装置４００は、一方の端部２１ａに、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔２２が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体２１を備え、一の電極３１と二の電極３２とが、一の電極３１の一の面が貫通孔２２側を向いた状態で貫通孔２２を挟むようにして検出装置本体２１の内部に埋設され、一対の測定電極４１，４２が、貫通孔２２内の一の電極３１が埋設されている側の壁面に配設されたものである。ここで、図１０Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。図１０Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す側面図である。図１１は、図１０ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。図１２は、図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。図１３は、図１１のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。図１４は、図１１のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。図１５は、図１１のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。図１６は、図１１のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【００５５】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、一の電極３１と二の電極３２とが、検出装置本体２１の内部に埋設されており、検出装置本体２１が誘電体から形成されることにより、一の電極３１と二の電極３２とがそれぞれ誘電体で覆われた状態となっている。つまり、一の電極３１の一の面を被覆する誘電体が、誘電体からなる検出装置本体２１の一部により構成されている。
【００５６】
これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔内に流入した排ガスのみについてそ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、貫通孔内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができるので、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内に放電を起こして貫通孔内の粒子状物質を荷電する場合、貫通孔内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。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。
【００５７】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに、一の電極３１及び二の電極３２の中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。取り出し端子は、粒子状物質検出装置４００の検出装置本体２１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。粒子状物質検出装置４００は、一の電極３１、二の電極３２、ヒータ３３、測定電極４１，４２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３１ａ，３２ａ，３３ａ，４１ａ，４２ａ）を有している。図１０Ｂに示す本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、二の電極３２の取り出し端子３２ａが、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設されている。このように、一の電極３１及び二の電極３２の中の少なくとも一方の電極の取り出し端子を、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設することにより、貫通孔２２、一の電極３１、二の電極３２及び一対の測定電極４１，４２が配設される部分（一方の端部２１ａ）と取り出し端子との間隔を大きくとることができるため、貫通孔２２等が配設される一方の端部２１ａ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３２ａが配設されている他方の端部２１ｂ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３２ａ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ることがあるため、取り出し端子３２ａ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。
【００５８】
検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設された取り出し端子３２ａは、図１０Ｂに示すように、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂ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。取り出し端子３２ａを配設する面は、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂの側面である必要はなく、いずれの面であってもよい。また、図１０Ｂにおいては、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂは、幅が狭く形成されているが、他方の端部２１ｂ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３２ａ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０．１〜２ｍｍ、長さ０．５〜２０ｍｍの帯状であることが好ましい。取り出し端子３２ａ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。
【００５９】
一の電極３１及び二の電極３２の両方の取り出し端子を、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設してもよいが、二の電極３２の取り出し端子３２ａを検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設し、一の電極３１の取り出し端子３１ａを、検出装置本体２１の一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂとの間の位置に配設することが好ましい。これにより、二の電極３２の取り出し端子３２ａと、一の電極３１の取り出し端子３１ａとを、間隔を開けて配設することになり、それにより、一の電極３１と二の電極３２との間に電圧を印加するために、取り出し端子３１ａと取り出し端子３２ａとの間に電圧を印加したときに、検出装置本体２１の表面に沿面放電による短絡が生じることを防止することができる。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２１ｃから、検出装置本体２１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２１ｄから、検出装置本体２１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２１の一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂとの間の位置とは、検出装置本体１から、上記一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂの範囲を除いた部分ということになる。本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、取り出し端子３１ａと取り出し端子３２ａ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やすくなることがあり、１００ｍｍより長いと、取り出し端子３１ａが配管の外に位置するように、粒子状物質検出装置４００の検出装置本体２１を配管等に装着したときに、検出装置本体２１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２１を狭い空間に取り付けることが難しくなることがある。
【００６０】
また、検出装置本体２１の一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂとの間の位置に配設した取り出し端子３１ａと、貫通孔２２との間の距離は、１０ｍｍより長いことが好ましく、２０ｍｍより長いことが更に好ましい。１０ｍｍより短いと、粒子状物質検出装置４００を、貫通孔２２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３１ａに影響を及ぼし易くなることがある。
【００６１】
取り出し端子３１ａ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３１ａ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。
【００６２】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００において、検出装置本体２１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。例えば、５０〜２００ｍｍ程度が好ましい。本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、上記長手方向の一方の端部２１ａに貫通孔２２が形成されている。また、検出装置本体２１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２１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２１の、貫通孔２２にガスが流通するときの流通方向における長さは、特に限定されないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。検出装置本体１の形状は、図１０Ａ及び図１０Ｂ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。検出装置本体２１の好ましい材質としては、上記本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態において、電極間誘電体４及び電極外誘電体６の好ましい材質として挙げられた材質を挙げることができる。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コーディエライトが更に好ましい。これらの材質はいずれも誘電体であるため、一の電極３１及び二の電極３２を検出装置本体２１の内部に埋設することにより、誘電体に覆われた一の電極３１及び二の電極３２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４００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。
【００６３】
図１１に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２を形成する壁の内部に一の電極３１及び二の電極３２が埋設されており、貫通孔２２を挟むようにして誘電体で覆われた一の電極３１及び二の電極３２が配置された状態になっている。これにより、一の電極３１と二の電極３２との間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔２２内に放電を起こすことが可能となる。尚、電極としては、少なくとも一対配設されていることが必要である。また、電極は、貫通孔２２を形成する壁の内部に埋設されていればよく、図１１に示すように貫通孔２２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２２内に放電を起こせれば、貫通孔２２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。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から選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、取り出し端子３１ａ，３２ａに接続された、集塵用電源を更に備えている。集塵用電源としては、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、矩形波等交流電圧が好ましい。また、印加する電圧の条件としては、ギャップ、ガス温度によって変わるが２００ｋＶ／ｃｍ以下が好ましい。また、電圧を印加するときの、電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００６４】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２内に流入する流体に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、貫通孔２２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２２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２２内に流入する流体に含有される粒子状物質が、貫通孔２２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２２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２２内に放電を起こすことなく、貫通孔２２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。貫通孔２２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２２内に流入する前から荷電されている場合には、一の電極３１と二の電極３２との間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が貫通孔２２内に流入する前から荷電されている場合に、一の電極３１と二の電極３２との間に印加する電圧の条件は、４ｋＶ／ｃｍ〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００６５】
一の電極３１及び二の電極３２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、一の電極３１と二の電極３２の大きさは、例えば、貫通孔２２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】
一の電極３１と二の電極３２のそれぞれの厚さは特に限定されず、貫通孔２２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。一の電極３１と二の電極３２の好ましい材質としては、上記本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態において、一の電極３１と二の電極３２の好ましい材質として挙げられた材質を挙げることができる。
【００６７】
一の電極３１と貫通孔２２との間の距離、及び二の電極３２と貫通孔２２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。一の電極３１及び二の電極３２のそれぞれと、貫通孔２２との間の距離は、一の電極３１を覆う誘電体及び二の電極３２を覆う誘電体の、貫通孔２２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４００においては、図１２に示すように、一の電極３１には、検出装置本体２１の長手方向に延びる配線３１ｂが接続されて居り、配線３１ｂが、その先端（一の電極３１に接続されていない側の先端）部分で、図１０Ｂに示す取り出し端子３１ａに層間接続（ビア接続）されている。また、図１３に示すように、測定電極４１，４２のそれぞれには、検出装置本体２１の長手方向に延びる配線４１ｂ，４２ｂのそれぞれが接続されて居り、配線４１ｂ，４２ｂのそれぞれが、その先端（測定電極４１，４２のそれぞれに接続されていない側の先端）部分で、図１０Ｂに示す取り出し端子４１ａ，４２ａのそれぞれに層間接続されている。そして、測定電極４１，４２の取り出し端子４１ａ，４２ａに、特性測定装置３（図７を参照）が接続されている。そして特性測定装置３（図７を参照）に粒子状物質量算出装置１３（図７を参照）が接続されている。また、図１４に示すように、検出装置本体２１の一方の端部２１ａに貫通孔２２が形成されている。ここで、図１２は、図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図１３は、図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図１４は、図１１のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【００６９】
また、図１５に示すように、二の電極３２には検出装置本体２１の長手方向に延びる配線３２ｂが接続され、配線３２ｂは、図１０Ｂに示す取り出し端子３２ａに層間接続されている。ここで、図１５は、図１１のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【００７０】
配線３１ｂ、配線３２ｂ、配線４１ｂ及び配線４２ｂ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３１ｂ、配線３２ｂ、配線４１ｂ及び配線４２ｂ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３１ｂ、配線３２ｂ、配線４１ｂ及び配線４２ｂの材質としては、白金、モリブデン、タングステン等を挙げることができる。
【００７１】
図１１及び図１６に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２の壁面（検出装置本体２１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体２１の内部に配設（埋設）されたヒータ３３を更に備えることが好ましい。ヒータ３３により、電極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２２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。ヒータ３３は、幅広のフィルム状であってもよいが、図１６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過熱することが可能となる。ヒータ３３の材質としては、白金、モリブデン、タングステン等を挙げることができる。ヒータ３３は、貫通孔２２の壁面に沿うようにして検出装置本体２１の内部に埋設されることが好ましいが、図１４、図１６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２１の他方の端部２１ｂ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、急加熱しても素子の破損が起きにくい利点がある。ヒータ３３により、貫通孔２２の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００７２】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、一の電極３１及び二の電極３２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔２２が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータ３３が配設されていることが好ましい。図１１に示す本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、二の電極３２の貫通孔２２が形成されている側に対して反対側の位置に、ヒータ３３が配設されている。このように、ヒータ３３が、一の電極３１及び二の電極３２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔２２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、ヒータ３３を構成する導体の電気的な影響を受けることなく、一の電極３１と二の電極３２との間に放電を起こすことができる。図１１においては、ヒータ３３は一つであるが、二の電極３２の貫通孔２２が配設されている側に対して反対側の位置に複数配設されてもよい。また、図１１においては、二の電極３２の、貫通孔２２が配設されている側に対して反対側の位置にヒータ３３が配設されているが、一の電極３１及び二の電極３２のそれぞれの（両方の）、貫通孔２２が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータ３３が配設されることも好ましい。ヒータ３３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。
【００７３】
図１６に示すように、ヒータ３３は、配線３３ｂ，３３ｂに接続され、配線３３ｂ，３３ｂは、それぞれ図１０Ｂに示す取り出し端子３３ａ，３３ａに層間接続されている。ヒータ３３の取り出し端子３３ａも、一の電極３１及び二の電極３２の取り出し端子３１ａ，３２ａの場合と同様に、検出装置本体２１の一方の端部２１ａ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２１の他方の端部２１ｂに配設されることが好ましい。図１０Ｂにおいては、取り出し端子４１ａ，４２ａが、検出装置本体２１の側面においてその幅方向における両端縁に配置され、取り出し端子３３ａ，３３ａが、検出装置本体２１の側面においてその幅方向における中央部に、２本が並ぶように配置され、取り出し端子３２ａが、取り出し端子４１ａと取り出し端子３３ａとの間に配置されている。これらの取り出し端子の配置は、このような配置であることが好ましい態様の一つであるが、このような配置に限定されるものではない。
【００７４】
ヒータ３３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、ヒータ３３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３３ｂ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３３ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。ヒータ３３に対応する取り出し端子３３ａ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３３ａ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３３ｂ及び取り出し端子３３ａの材質としては、ニッケル、白金、クロム、タングステン、モリブデン、アルミニウム、金、銀、銅、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００７５】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、一の電極３１と一対の測定電極４１，４２との間に電圧の印加をして貫通孔２内に放電を起こして、電極に吸着された粒子状物質を酸化除去することができるものであることが好ましい。貫通孔内に生じる放電は、一の電極３１の一の面に被覆された誘電体の表面に生じる沿面放電であることが好ましい。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。このような放電を起こすために、除去用電源を更に備えることが好ましい。
【００７６】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、ヒータ３３の取り出し端子３３ａ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。
【００７７】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００において、貫通孔２２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２２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２２の、一の電極３１と二の電極３２とにより挟まれる部分の幅（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。このような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２２内に十分に流通させることができ、更に、貫通孔２２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。また、貫通孔２２の形状としては、貫通孔２２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２２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）及び／又は流出（出口部分が拡開された場合）させることが可能となる。図１７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５００）においては、貫通孔２２の、流体が流入する入口部分２２ａのみが拡開され、拡開部分２２ｂが形成されている。また、図１７に示す粒子状物質検出装置５００においては、貫通孔２２は、検出装置本体２１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２１の厚さ方向に広がるように拡開されてもよい。図１７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１４に示す本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００７８】
拡開部分２２ｂの拡開された幅（貫通孔２２のガス流通方向における最先端部分の幅）Ｔ１は、貫通孔２２の拡開されていない部分の幅Ｔ２に対して２〜２００％が好ましい。また、拡開部分２２ｂの、貫通孔２２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２１の、貫通孔２２のガス流通方向における長さＬ２の５〜３０％が好ましい。
【００７９】
図１８Ａ及び１８Ｂ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６００）は、検出装置本体２１の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔２２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。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１８Ａ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１８Ｂ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。
【００８０】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、検出装置本体２１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４００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４００を効率的に製造することが可能となる。
【００８１】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２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。
【００８２】
上述した本実施形態の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）は、上述した各要素の内容以外については、上述した本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態の場合と同様であることが好ましい。
【００８３】
［粒子状物質検出装置の材料］次に、本発明に係る粒子状物質検出装置の各構成要素を形成する材料について、粒子状物質検出装置１００の場合を例にして、説明する。
【００８４】
一の電極１、二の電極２、及び測定電極５，１５、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する好ましい材料として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、マンガン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含有するものが挙げられる。これらの成分の好ましい含有率は、２０体積％以上、より好ましい含有率は６０体積％以上である。又、一の電極１、二の電極２、及び測定電極５，１５、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する材料として、ステンレススチールを採用することが出来る。
【００８５】
電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８を形成する好ましい材料として、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。このようなセラミック製の電極間誘電体４及び電極外誘電体６は、温度変動が発生しても破壊され難く、耐熱衝撃性に優れる。断熱材８の場合は、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。又、これらを多孔質やファイバ状とすることも可能である。
【００８６】
測定電極５，１５は膜状の誘電体で被覆することが出来るが、この場合の誘電体を形成する材料としては、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。
【００８７】
ヒータ７を形成する好ましい材料は、白金、銅、ニッケル、チタン、マンガン、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイド等である。特に、白金は、抵抗値と温度との関係において高い精度を示すので、これをヒータ７の材料として使用することにより、精度の高い温度制御が可能となる。
【００８８】
［粒子状物質検出装置の製造方法］次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を製造する方法について、粒子状物質検出装置１００を作製する場合を例にして、説明する。
【００８９】
先ず、既述の電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８として好ましいセラミック原料に、必要に応じて、バインダ、可塑剤、分散剤、水や有機溶剤等の溶媒を混合して、スラリー状の成形用原料を調製する。混合に際しては、アルミナ製ポット及びアルミナ玉石、又は、モノボール（ボールミル）を使用することが出来る。電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８の原料は、同じ組成としてもよいし、異なる組成としてもよい。断熱材８の成形用原料には、発泡剤を入れることが好ましい。
【００９０】
バインダは、水系バインダとして、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することが出来、非水系バインダとして、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可能である。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることが出来る。のちのグリーンシートの成形、乾燥、焼成のときにおいて、クラックの発生を抑制するという観点から、バインダの好ましい添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であり、特に好ましい添加量は、６〜１７質量部である。
【００９１】
好ましい可塑剤は、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である。可塑剤の好ましい添加量は、バインダ１００質量部に対して、３０〜７０質量部であり、特に好ましい添加量は、４５〜５５質量部である。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等、ハンドリング性が悪くなることがある。
【００９２】
好ましい分散剤は、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等であり、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等である。分散剤の好ましい添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であり、特に好ましい添加量は、１〜２質量部である。０．５質量部より少ないと、セラミック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、セラミック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。
【００９３】
好ましい有機溶剤（溶媒）は、キシレン、ブタノール等である。有機溶剤は、一種単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。好ましい溶媒の添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であり、特に好ましい添加量は、７５〜１５０質量部である。
【００９４】
そして、スラリー状の成形用原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、更に所定の粘度となるように調製する。シート状に成形し易くなるという観点から、好ましい粘度は、Ｂ型粘度計で測定した値として、２．０〜６．０Ｐａ・ｓであり、より好ましい粘度は、３．０〜５．０Ｐａ・ｓであり、特に好ましい粘度は、３．５〜４．５Ｐａ・ｓである。スラリーをめ好ましい。
【００９５】
次に、得られた成形原料を、シート状に成形して、のちに電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８となるグリーンシートを形成する。好ましい成形方法は、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である。好ましいグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍである。
【００９６】
そして、得られたグリーンシートの表面に、のちに一の電極１、一対の測定電極５，１５、ヒータ７、及び必要な配線となる導体ペーストを配設するとともに、グリーンシートを積層してグリーン積層体を得る。導体ペーストは、既述の一の電極１、一対の測定電極５，１５、ヒータ７、及び必要な配線に好適な材料からなる粉末に、バインダ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出来る。導体ペーストの好適な配設手段は、スクリーン印刷法である。導体ペーストの配設は、具体的には、電極外誘電体６となるグリーンシートの一の面には、一の電極１及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に電極間誘電体４となるグリーンシートを積層し、その電極間誘電体４となるグリーンシートの表面に、測定電極５，１５及び必要な配線を、所望のパターンで（測定電極５，１５につき図５及び図６を参照）印刷することで行う。他方、電極外誘電体６となるグリーンシートの他の面には、ヒータ７及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に断熱材８となるグリーンシートを積層する（図１を参照）。グリーンシートの積層は加圧しながら行うことが好ましい。
【００９７】
次に、得られたグリーン積層体を、６０〜１５０℃で乾燥し、有機バインダを含有する場合には４００〜８００℃で脱脂し、その後、１２００〜１６００℃で焼成する。このようにして、粒子状物質検出装置１００を構成する、一の電極１、電極間誘電体４、測定電極５，１５、電極外誘電体６、ヒータ７、及び断熱材８を含む焼成積層体が得られる。
【００９８】
二の電極２は、既述の好適な材料からなる市販の薄板を購入して用い上記焼成積層体に支持部材を介して一体化させる。二の電極として、セラミックスと導体ペーストを積層したものを用いてもよい。この支持部材としては、既述の電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８に好適な材料からなる焼結体を使用することが出来る。
【００９９】
又、粒子状物質１１を含む排気ガスが流れる空洞（空間）が形成されるように、上記焼成積層体と二の電極２の支持部材とを、一体化させた積層構造としてもよい。この場合、上記焼成積層体を得る前に、上記のグリーン積層体の電極間誘電体４（測定電極５，１５）の側に、空洞を形成するグリーンシートと、天板となるグリーンシートと、を更に積層し、その天板となるグリーンシートの内面（空洞に対向する面）に、のちに二の電極２及び必要な配線となる導体ペーストを配設し、これら全体からなるグリーン積層体を得て、乾燥、必要な脱脂、焼成を行えばよい。
【０１００】
集塵用電源９、特性測定装置３、ヒータ用電源１０は、既述の好ましい仕様に合致した市販品を購入する。流量計１４も市販品を採用することが出来る。集塵用電源９は、一の電極１と二の電極２に接続し、特性測定装置３は、測定電極５，１５に接続し、ヒータ用電源１０はヒータ７に接続する。粒子状物質量算出装置１３及び粒子状物質濃度算出装置１６は、シーケンサ等のコンピュータにおいてソフトウエアで構築することが出来る。制御装置１２は、既述又は後述する粒子状物質検出装置１００の動作を実現するように、シーケンサ等のコンピュータにおけるソフトウエア及び制御回路（ハードウエア）で構築することが出来る。以上によって、粒子状物質検出装置１００を作製することが出来る。
【０１０１】
また、図１０Ａ、図１０Ｂに示す本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）を作製する場合には、成形原料をシート状に加工してグリ−ンシートを作製するときに、グリーンシートの形状を、図１２〜図１６に示すような一方向に長い形状とし、積層したときに、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１に示すような粒子状物質検出装置の形状になるようにする。そして、複数のグリーンシートを形成して、所定のグリーンシートの表面の所定の位置に、のちに一の電極３１等となる導体ペーストを配設し、各グリーンシートを積層してグリーン積層体を得る。このとき、二の電極３２についても、グリーンシートに、のちに二の電極３２となる導体ペーストを配設することにより形成する。
【０１０２】
［粒子状物質検出装置の使用方法］次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を使用する方法について、粒子状物質検出装置１００を使用する場合を例にして、説明する。
【０１０３】
（集塵工程）先ず、粒子状物質検出装置１００のセンサ部を、例えばディーゼルエンジンの排気系（排気ガス管）に設置し、電源供給、制御線接続等を行い、使用可能な状態とする。そして、集塵用電源９によって二の電極２と一の電極１との間に、例えば直流の高電圧を印加し、粒子状物質１１を荷電させ、電極間誘電体４の表面に堆積させる。尚、図１０Ａ、図１０Ｂに示す粒子状物質検出装置４００を使用する場合には、粒子状物質検出装置４００の一方の端部２１ａを排気ガス管内に挿入して、貫通孔２２が排気ガス管内に位置するようにし、他方の端部２１ｂが排気ガス管の外に位置するように、粒子状物質検出装置を配置することが好ましい。このとき、一の電極３１の取り出し端部３１ａは、排気ガス管から外に出すことが好ましい。
【０１０４】
高電圧を印加する好ましい時間は、０．５〜１２０秒であり、より好ましくは２〜１０秒である。０．５秒より短いと、粒子状物質１１の集塵量が少なくなるため、粒子状物質量１１の測定精度が低下することがあり、１２０秒より長いと、粒子状物質１１の集塵量が多くなるため、インピーダンスの変化量の検出から粒子状物質１１の量を正確に把握し難くなることがある。
【０１０５】
一の電極１及び二の電極２に供給するための好ましい電圧は、電極間の距離によって異なるが、印加する電圧を高くすることで電界が強まり集塵力が向上する。その一方で、絶縁及び絶縁距離等が問題となり装置が大型化するため、実際上は、上記電圧は１０ｋＶ以下が望ましい。
【０１０６】
一の電極１と二の電極２との間を流れる放電による好ましい電流は、１ｍＡ以下であり、更に好ましい電流は、１〜１００μＡである。１μＡより小さいと、集塵率が低下することがある。
【０１０７】
使用電力は、燃費に直接影響を与えるので小さい方が望ましい。又、発生する電磁ノイズの低減や、放電を発生させる回路の大きさから考えても、好ましい使用電力は１０Ｗ以下であり、より好ましい使用電力は１Ｗ以下である。
【０１０８】
（測定工程）粒子状物質１１の堆積を終えたら、二の電極２と一の電極１との間における高電圧の印加を停止し、特性測定装置３を稼動させ、好ましくは１〜６０秒程度の時間で、測定電極５，１５間のインピーダンスの変化量を測定する。このインピーダンスの変化量によって、粒子状物質１１の量及び濃度が求まる。尚、既述のように、電極間誘電体４の表面に堆積させつつ（高電圧を印加させつつ）、測定電極５，１５間のインピーダンスの変化量を測定することも出来る。但し、これらは別の測定モードとして取り扱うようにする。
【０１０９】
特性測定装置３を測定電極５，１５に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成する場合に、交流電源から印加される好ましい電圧の値は、１〜６０Ｖであり、より好ましい電圧の値は２〜３０Ｖである。１Ｖより小さいと検出信号が小さくなってノイズの影響を受け易くなり、６０Ｖより大きいと汎用ＩＣの使用が出来なくなることがある。好ましい測定周波数は、３００ｋＨｚ以下である。
【０１１０】
（除去工程）測定電極５，１５間におけるインピーダンスの変化量の測定を終えたら、ヒータ用電源１０によってヒータ７を稼動させ、電極間誘電体４の表面に堆積した粒子状物質１１を酸化して除去する。
【０１１１】
ヒータ用電源１０が降圧チョッパ方式のスイッチング電源である場合に、ヒータ７に流される好ましい電流は０．８〜４Ａ程度であり、好ましい使用電力は、４８Ｗ以下である。
【０１１２】
ヒータ７によって、粒子状物質１１を酸化除去するときの好ましい時間は、１〜６００秒であり、特に好ましい時間は、３〜１２０秒である。１秒より短いと粒子状物質１１の酸化除去が不十分になることがあり、６００秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。
【０１１３】
ヒータ７によって、電極間誘電体４の表面に集塵された粒子状物質１１を酸化除去するときの好ましい温度は、５００〜９００℃であり、特に好ましい温度は、５５０〜７００℃である。５００℃より低いと粒子状物質が酸化除去され難くなることがあり、９００℃より高いと素子の寿命が短くなることがある。
【０１１４】
尚、既述のように、ヒータ７及びヒータ用電源１０の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極１と一対の測定電極５，１５との間に電圧の印加をして、電極間誘電体４の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備え、その沿面放電によって、集塵された粒子状物質１１を酸化除去することが出来る。この場合、沿面放電させるときの好ましい電圧は、電極間誘電体４の厚さによって異なるが、例えば２〜１５ｋＶである。好ましい使用電力は、１０〜３０Ｗである。沿面放電する好ましい時間は、１〜６００秒であり、特に好ましい時間は、３〜１２０秒である。１秒より短いと粒子状物質１１の酸化除去が不十分になることがあり、６００秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。
【０１１５】
以上のように、集塵工程、測定工程、除去工程を繰り返すことによって、安定して、長期にわたり、粒子状物質１１の検出を続けることが可能である。尚、ディーゼルエンジンの排気ガスを粒子状物質検出対象とする場合には、ディーゼルエンジンの回転数、トルク、排気ガスの流量、温度等の条件が、特定の状態となったときに放電を行うことが好ましい。これらは、ディーゼルエンジンの情報を信号として制御装置１２へ入力するとともに、排気ガス管に温度計を設け、その情報を信号として制御装置１２へ入力することによって、制御装置１２（シーケンサ等）で判断をさせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、ディーゼルエンジンや煙道等の排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する手段として、好適に利用することが出来る。
【符号の説明】
【０１１７】
１：一の電極、２，２０２，３０２：二の電極、３：特性測定装置、４：電極間誘電体、５，１５，１０５，１１５，２０５，２１５：測定電極、６：電極外誘電体、７：ヒータ、８：断熱材、９：集塵用電源、１０：ヒータ用電源、１１：粒子状物質、１２：制御装置、１３：粒子状物質量算出装置、１４：流量計、１６：粒子状物質濃度算出装置、２１：検出装置本体、２１ａ：一方の端部、２１ｂ：他方の端部、２１ｃ：一方の先端部分、２１ｄ：他方の先端部分、２２：貫通孔、２２ａ：入口部分、２２ｂ：拡開部分、３１：一の電極、３１ａ，３２ａ，３３ａ，４１ａ，４２ａ：取り出し端子、３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ：配線、３２：二の電極、３３：ヒータ、４１，４２：測定電極、１００，２００，３００，４００，５００，６００：粒子状物質検出装置、Ｌ１：拡開部分の奥行き、Ｌ２：貫通孔のガス流通部分における長さ、Ｔ１：拡開された幅、Ｔ２：拡開されていない幅。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス等には、粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ（ＰＭ）、有機溶媒可溶成分とスートとサルフェートの３成分として検出されるもの）が含まれており、これが大気汚染の原因になっている。特に、ディーゼルエンジン等の粒子状物質発生源に不具合が生じれば、大気へ放出される排気ガス中の粒子状物質が増加し、環境に大きな悪影響を与えることになる。これを防ぐためには、排気ガス中の粒子状物質を検出し、ディーゼルエンジン等の不具合を認識することが肝要である。
【０００３】
又、近時、公害を防止し環境の改善を図るために、排気ガスの処理に、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ（ＤＰＦ））が排気系等に組み込まれて使用されるようになってきている。このＤＰＦは、一般にセラミック製であり、高い信頼性で長期間の使用が可能なものである。但し、熱劣化等によりクラック等の欠陥が発生する可能性は皆無とはいえず、仮にそうなれば微量ではあるが粒子状物質が漏れてしまう。これを防止するためには、ＤＰＦで処理された排気ガス中の粒子状物質を検出し、欠陥の発生を即座に検知することが重要である。
【０００４】
尚、先行文献として、例えば、特許文献１を挙げることが出来る。特許文献１では、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粒子状物質検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、粒子状物質に帯電するイオン電流が微弱であることから、その微弱なイオン電流を検出するための大掛かりな検出回路が必要となり、装置が高価になってしまう。加えて、排気ガスの流量が多い場合には、粒子状物質を効果的に帯電させることが出来ず、測定値は、実際に排気ガスに含有されている粒子状物質の量より小さくなり、精度の点で改善すべき余地がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の検出を簡易に行えて低廉であり、測定精度が高い粒子状物質検出装置を提供することを課題とする。研究が重ねられた結果、以下の手段によって、この課題を解決出来ることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明によれば、一の面が誘電体（電極間誘電体とよぶ）で被覆をされた板状を呈する一の電極、その（一の電極と対をなし）一の電極の（電極間誘電体で被覆をされた）一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う二の電極、及び電圧の印加をする集塵用電源、並びに、誘電体（電極間誘電体）の表面に対向して配設をされた一対の測定電極、その一対の測定電極の間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて誘電体（電極間誘電体）の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、を備える粒子状物質検出装置が提供される。
【０００９】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記空間を流れる気体の流量の測定又は推定をする流量計を備え、その流量計で測定又は推定をされた気体の流量と粒子状物質の量とに基づいて、空間を流れる気体における粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出手段を備えることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記一対の測定電極が、線状を呈し、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く対向して、誘電体（電極間誘電体）の表面に配設をされることが好ましい。この場合において、上記線状を呈する一対の測定電極は、一対をなすそれぞれが複数に分岐をして、複数の対向部分を有することが好ましい。更にこの場合において、上記複数の対向部分を有する一対の測定電極が、誘電体（電極間誘電体）の表面の全面にわたって配設をされることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記二の電極が板状を呈することが好ましい。この場合において、上記二の電極が、管壁面で構成されることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記二の電極が針状又は棒状を呈することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記板状を呈する一の電極の他の面を被覆する誘電体（電極外誘電体とよぶ）と、その誘電体（電極外誘電体）の表面に配設されたヒータと、を備えることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記一の電極と一対の測定電極との間に電圧の印加をする除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された誘電体（電極間誘電体）の表面に沿面放電をさせることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記測定電極が、膜状の誘電体で被覆されていることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、一方の端部に、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体を備え、上記一の電極と上記二の電極とが、上記一の電極の一の面が上記貫通孔側を向いた状態で上記貫通孔を挟むようにして上記検出装置本体の内部に埋設され、上記一対の測定電極が、上記貫通孔内の上記一の電極が埋設されている側の壁面に配設されていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記検出装置本体の他方の端部に、上記一の電極及び上記二の電極の中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。
【００１９】
本発明に係る粒子状物質検出装置においては、上記一の電極及び前記二の電極のなかの少なくとも一方の電極の、上記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータが埋設されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質を含む気体（排気ガス）が通過する流路に設置して、気体に含まれる粒子状物質を検出する装置である。本発明に係る粒子状物質検出装置では、集塵用電源によって電圧の印加をして二の電極に放電をさせて一の電極の電極間誘電体の側と二の電極との間の空間を流れる気体に含まれる粒子状物質を荷電させるか、予め荷電された粒子状物質を一の電極を被覆する電極間誘電体の表面に集塵させる。そうすると、電極間誘電体の上には粒子状物質が堆積され、電極間誘電体の表面に配設をされた一対の測定電極の間における電気的特性が、堆積した粒子状物質の量との間に一定の関係を持ちつつ、変化する。そこで、本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性の変化量を知って、電極間誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求めている。定量化することが出来るのであるから、当然に、空間を流れる気体における粒子状物質の有無（量が０（零）か否か）を判断することは可能である。そのため、本発明に係る粒子状物質検出装置は、検出装置と称している。本発明に係る粒子状物質検出装置では、粒子状物質の量を基に補正して空間を流れる気体に含まれる粒子状物質の量を求め、空間を流れる気体の流量との関係から、その気体における粒子状物質の濃度を算出することが可能である。
【００２１】
電気的特性として、例えばインピーダンスの変化量の検出をするためには、測定周波数や測定電圧の大きさによって異なるが、１０ｎＡ（ナノアンペア）レベルの電流の変化の測定を行えればよい。従って、本発明に係る粒子状物質検出装置は、高価にはならず、粒子状物質の検出、あるいは量の測定、更には濃度の測定を、簡易に行うことが出来、且つ、測定誤差は小さい。加えて、粒子状物質の検出、量の測定、濃度の測定によって、ディーゼルエンジン等の不具合や、ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知することが可能になるので、これらを通じて、本発明に係る粒子状物質検出装置は、粒子状物質の排出量低減に寄与し、大気汚染の防止に貢献する。
【００２２】
本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性を測定するための測定電極が、同じ誘電体の表面に存在するため、測定電極間の距離の設定自由度が高く、高感度化が容易であるとともに、用途に応じ、任意の感度を得ることが可能である。
【００２３】
本発明に係る粒子状物質検出装置では、粒子状物質を荷電させて集塵させるための一の電極、二の電極、及び集塵用電源の系統と、電極間誘電体に堆積した粒子状物質の量によって変化する電気的特性を測定するための一対の測定電極、特性測定手段、及び粒子状物質量算出手段の系統と、流量計とは、それぞれ別個独立している。従って、これらの各系統との電気信号の入出力手段を備え全体として制御する制御装置を備えることによって、空間に空気が流れている動的状態で、粒子状物質の検出を行い、刻々と変化し得る粒子状物質の量の測定、濃度の測定を、リアルタイムで行うことが出来る。
【００２４】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一対の測定電極が、線状を呈し、粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く対向して、電極間誘電体の表面に配設をされ、更には、線状を呈する一対の測定電極は、一対をなすそれぞれが複数に分岐をして、複数の対向部分を有し、加えて、複数の対向部分を有する一対の測定電極が、電極間誘電体の表面の全面にわたって配設をされる。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、電気的特性の測定感度を向上させることが出来るとともに、電極間誘電体の上に堆積した粒子状物質を逃さず検出することが可能であり、粒子状物質の量及び濃度の測定精度に優れる。
【００２５】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様として、二の電極が板状を呈する場合に、特に、二の電極が管壁面で構成される態様を採ることが出来るので、ディーゼルエンジン等の排気管の中へ、コンパクトに収容することが出来る。
【００２６】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、電極外誘電体の表面に配設されたヒータを備えるので、測定電極で測定される電気的特性が安定する。加えて、粒子状物質をヒータの熱で酸化除去することが可能となるので、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。
【００２７】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一の電極と一対の測定電極との間に電圧の印加をする除去用電源を備え、その電圧の印加によって一の電極の一の面に被覆された電極間誘電体の表面に沿面放電をさせることが出来るので、この沿面放電によって集塵された粒子状物質を酸化除去することが可能である。この酸化除去によって、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。
【００２８】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、測定電極が、膜状の誘電体で被覆されているので、放電や排ガスによる劣化が起こり難い。
【００２９】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、一方の端部に、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体を備え、上記一の電極と上記二の電極とが、上記一の電極の一の面が上記貫通孔側を向いた状態で上記貫通孔を挟むようにして上記検出装置本体の内部に埋設され、上記一対の測定電極が、上記貫通孔内の上記一の電極が埋設されている側の壁面に配設されている。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、貫通孔、一の電極及び二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、一の電極、二の電極及び一対の測定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。
【００３０】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、上記検出装置本体の他方の端部に、上記一の電極及び上記二の電極の中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。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、検出装置本体の他方の端部に配設した取り出し端子を配管の外に出した状態とすることが可能となり、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。
【００３１】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、その好ましい態様において、上記一の電極及び前記二の電極のなかの少なくとも一方の電極の、上記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータが埋設されている。このような態様の本発明に係る粒子状物質検出装置によれば、測定電極で測定される電気的特性が安定する。加えて、粒子状物質をヒータの熱で酸化除去することが可能となるので、粒子状物質の検出を、繰り返し精度よく行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、電極外誘電体及び一の電極を表した斜視図である。
【図５】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、測定電極の他の態様を表す斜視図である。
【図６】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、測定電極の他の態様を表す斜視図である。
【図７】本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図であり、電気制御系統を表す構成図である。
【図８】本発明に係る粒子状物質検出装置における粒子状物質量算出装置のはたらきを説明するためのグラフである。
【図９】本発明に係る粒子状物質検出装置における粒子状物質濃度算出装置のはたらきを説明するためのグラフである。
【図１０Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１０Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す側面図である。
【図１１】図１０ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図１４】図１１のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図１５】図１１のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図１６】図１１のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【図１７】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１４に示す本発明の粒子状物質検出装置の更に他の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１８Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の更に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１８Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置の更に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。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明に係る要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００３４】
［粒子状物質検出装置］先ず、本発明に係る粒子状物質検出装置について、構成、機能、作用等を中心に説明する。
【００３５】
図１及び図７は、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す図である。図１は断面図であり、図７は、電気制御系統を表す構成図である。図１及び図７に示される粒子状物質検出装置１００は、板状を呈する一の電極１、板状を呈する二の電極２、一の電極１の（図１における）上面（一の面）を被覆する電極間誘電体４、一の電極１と二の電極２の間に電圧の印加をする集塵用電源９、電極間誘電体４の表面に対向して配設をされた線状を呈する測定電極５，１５、一の電極１の（図１における）下面（他の面）を被覆する電極外誘電体６、電極外誘電体６の表面（図１における下面）に配設されたヒータ７、そのヒータ７に電気を供給するヒータ用電源１０、ヒータ７を覆って保護し周りと隔離して保温するシート状の断熱材８、特性測定装置（手段）３、粒子状物質１１の量を算出する粒子状物質量算出装置（手段）１３、粒子状物質１１の濃度を算出する粒子状物質濃度算出装置（手段）１６、流量計１４、及び制御装置１２で構成される。尚、図１に示される一の電極１、二の電極２、電極間誘電体４、測定電極５，１５、電極外誘電体６、ヒータ７、及び断熱材８で構成される部分が、粒子状物質１１を含む排気ガスが通過する流路に設置される。これらをセンサ部ということがある。
【００３６】
粒子状物質検出装置１００では、粒子状物質１１を含む排気ガスが、図１において（矢印で示されるように）左から右へ、板状を呈する一の電極１を被覆する電極間誘電体４と、板状を呈する二の電極２との間の空間を流れる。この排気ガスの流量は、図１には示されない流量計１４によって測定される。この状態で、集塵用電源９が、二の電極２に、例えば直流高電圧の印加をすると、放電が生じ、二の電極２の周囲の排気ガス（分子）はプラスイオンとマイナスイオンに分離し、プラスの直流高電圧の印加された一の電極１に向かって、マイナスイオンが移動する。このとき、排気ガスに含まれる粒子状物質１１は、このマイナスイオンと衝突してマイナスに荷電する。そして、荷電された粒子状物質１１は、プラスの一の電極１を被覆する電極間誘電体４の表面に、静電気力によって集塵され堆積する。そうすると、その粒子状物質１１の堆積の程度によって、一対の測定電極５，１５の間における（例えば）電気的特性は変化するから、その電気的特性の変化量を知れば、集塵によって電極間誘電体４の表面に堆積した粒子状物質（ＰＭ）の量が求まる。そして、そのＰＭ堆積量から排気ガスのＰＭ濃度が求まる。
【００３７】
図８は、粒子状物質量算出装置１３のはたらきを説明するためのグラフであり、図９は、粒子状物質濃度算出装置１６のはたらきを説明するためのグラフである。測定電極５，１５の間における電気的特性の変化量Ｅ１は、ＰＭ堆積量Ｗ１と一定の関係にあり（図８を参照）、特性測定装置３によって電気的特性の変化量Ｅ１を知れば、図８に基づく算出機能を有する粒子状物質量算出装置１３によって、ＰＭ堆積量Ｗ１が求まる。そして、排気ガスの流量を一定とすれば、ＰＭ堆積量Ｗ１は、ＰＭ濃度Ｃ１と一定の関係にあり（図９を参照）、ＰＭ堆積量Ｗ１がわかれば、図９に基づく算出機能を有する粒子状物質濃度算出装置１６によって、ＰＭ濃度Ｃ１が求まる。排気ガスの流量が変る場合には、流量計１４で求めた流量に基づいて粒子状物質濃度算出装置１６が補正をして、ＰＭ堆積量Ｗ１からＰＭ濃度Ｃ１を求める。
【００３８】
粒子状物質検出装置１００では、粒子状物質濃度算出装置１６は、制御装置１２に組み込まれている。その制御装置１２は、例えば電気信号入出力機能を備えたシーケンサ等で構成され、粒子状物質濃度算出装置１６の他に、流量計１４で測定された流量の電気信号を入力する機能を備えるとともに、ヒータ用電源１０や集塵用電源９の制御や、測定モードの切換等を含め、装置全体の制御を行う。
【００３９】
測定電極５，１５の間における電気的特性として、例えばインピーダンスを求める場合には、交流電源を用い、抵抗、静電容量、インダクタンスをそれぞれ測定することが出来る。又、定電流源を使い、測定電極５，１５の間の電圧の変化を測定することによって、インピーダンスの変化を測定してもよく、定電圧源を使って、測定電極５，１５の間に流れる電流の変化や、測定電極５，１５の間に蓄積される電荷の変化を測定することによって、測定電極５，１５の間のインピーダンスの変化を測定してもよい。特性測定装置３は、このような電気的特性及びその変化の求め方によって、適切な構成とすることが可能である。
【００４０】
例えば、特性測定装置３は、測定電極５，１５に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成することが出来る。好ましい測定器としては、ＬＣＲメータを挙げることが出来る。
【００４１】
既述のように、本発明に係る粒子状物質検出装置では、空間に空気が流れていない静的状態で粒子状物質の検出、量の測定、濃度の測定を行うことが可能であり、又、空間に空気が流れている動的状態で、粒子状物質の検出を行い、刻々と変化し得る粒子状物質の量の測定、濃度の測定を、リアルタイムで行うことも出来るが、荷電粒子の流速に伴う集塵効率が異なる。そのため、粒子状物質量算出装置１３における電気的特性の変化量Ｅ１からＰＭ堆積量Ｗ１を求める根拠（図８に示されるデータに相当するもの）、及び粒子状物質濃度算出装置１６におけるＰＭ堆積量Ｗ１からＰＭ濃度Ｃ１を求める根拠（図９に示されるデータに相当するもの）は、前者と後者では、別の測定モードとして、異なる根拠（データ）を用いる必要がある。
【００４２】
排気ガスが流れる空間を形成する電極間誘電体４と二の電極２との間の好ましい距離は、０．５〜５０ｍｍであり、より好ましい距離は、０．６〜４０ｍｍである。このような間隔にすることにより、より効率的に放電させ、粒子状物質を集塵することが出来る。電極間誘電体４と二の電極２との間の距離が０．５ｍｍより短いと、集塵率が低下することにより測定精度が低下することがあり、５０ｍｍより長いと、より高い電圧が必要になり無駄なエネルギーを要することがある。
【００４３】
集塵用電源９は、一の電極１と二の電極２との間に放電を発生させ得る安定した直流電圧又は交流電圧を供給するものである。集塵用電源９として、例えば、フライバック方式による電源回路等を用いた電源を採用することが出来る。これは、入力側の電源からトランスにエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを出力側に放出することによって高圧の直流電圧を供給することが出来るものである。フライバック方式による電源回路においては、トランスへのエネルギーの蓄積と放出は、トランジスタ等により制御され、出力側の電流はダイオードにより整流される。
【００４４】
図４は、電極外誘電体６及び一の電極１を表した斜視図である。図４において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。一の電極１は、二の電極２の対向電極として放電を行うとともに、荷電された粒子状物質１１を吸引し集塵する部材としての役割を果たす。粒子状物質検出装置１００における板状の一の電極１は、図４に示されるように、概ね長方形を呈しているが、他に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状等の形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、１又は複数のスリットが形成された形状等を採ることが出来る。
【００４５】
板状の二の電極２は、斜視図を示さないが、一の電極１と同様に、概ね長方形を呈している。一の電極１と同様に、五角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状や、外周に凹凸が形成される形状、あるいは、１又は複数のスリットが形成される形状を採ることも出来る。
【００４６】
線状の測定電極５，１５は、排気ガスが流れる（図１における矢印）方向に対し垂直方向に長く、測定電極５，１５が互いに対向して配設をされ、測定電極５，１５間の電気的特性の変化を測定する。測定電極５と測定電極１５の間の距離は、一の電極１が粒子状物質１１を集塵することによって生じた、測定電極５，１５間の電気的特性の変化を、明確に測定することが出来る範囲に設定される。例えば、０．２〜１０ｍｍ程度である。
【００４７】
図５及び図６は、線状を呈する一対の測定電極の他の態様を表す斜視図である。図５及び図６において矢印は排気ガスの流れ方向を示している。図５に示される測定電極１０５，１１５は、測定電極１０５と測定電極１１５が、それぞれ複数に分岐をされ、分岐をした後で対向しており、複数の対向部分が存在する。加えて、測定電極１０５と測定電極１１５が分岐して対向する複数の部分が、電極間誘電体４の表面の全面にわたって配設をされている。本発明に係る粒子状物質検出装置では、電気的特性の測定感度及び測定精度を向上させる観点から、一対の対向する測定電極の間の距離が長いことは好ましくなく、一方、一対の対向する測定電極が、排気ガスが流れる空間全てに対応する位置に配設されることが好ましい。図５に示される測定電極１０５，１１５は、このような好ましい態様を具現化したものである。図６に示される測定電極２０５，２１５も、同様であり、分岐の態様が異なるが、測定電極２０５，２１５はそれぞれ複数に分岐をされ、分岐をした後で対向しており、複数の対向部分が存在し、測定電極２０５と測定電極２１５が分岐して対向する複数の部分が、電極間誘電体４の表面の全面にわたって配設をされている。
【００４８】
粒子状物質検出装置１００の説明に戻る。ヒータ７の形状、大きさは、電極間誘電体４の表面に集塵された粒子状物質１１の全部を燃焼することが可能なように決定すればよい。
【００４９】
ヒータ７は、粒子状物質１１を酸化して除去するときだけでなく、測定電極５，１５の間の電気的特性の変化を測定する場合に、結露等の水分の影響を受けないようにするために使用される。例えば、インピーダンス変化の検出や放電の際に、適度に加熱することによって、測定電極５，１５への水分の付着を防止することが出来る。このときの好ましい加熱温度は、２００〜３００℃である。
【００５０】
好ましいヒータ用電源１０として、効率的な温度制御を可能とする観点から、降圧チョッパ方式の電源を挙げることが出来る。特に好ましいものは、自己消弧型の半導体スイッチを使用した降圧チョッパ方式のスイッチング電源である。この場合、好ましいスイッチング周波数は、可聴周波数以上の２０ｋＨｚ以上である。燃費に直接影響するため、ヒータ用電源の電流、電力は、より小さくすることが望ましい。又、好ましいヒータ用電源１０は、電圧と電流からヒータ７の温度を算出して温度制御機能を有するものである。
【００５１】
断熱材８は、ヒータ７で発生する熱の放熱を抑制して、ヒータ７の熱を効率的に粒子状物質１１の燃焼に使用することを可能とする。断熱材８の好ましい厚さは、放熱を抑制することが出来る厚さとして、例えば、１００〜１０００μｍ程度である。
【００５２】
尚、粒子状物質検出装置１００では、ヒータ７及びヒータ用電源１０の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極１と一対の測定電極５，１５との間に電圧の印加をして、電極間誘電体４の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備える態様を採ることが出来る。この場合、測定電極５，１５と特性測定装置３、一の電極１と集塵用電源９、をそれぞれ切り離し、測定電極５と測定電極１５を導通させ、それらと一の電極１とを除去用電源に接続する切換回路を構築する必要がある。除去用電源としては、交流電源やパルス電源を採用することが出来る。
【００５３】
以上、本発明に係る粒子状物質検出装置の一の実施形態を説明したが、他の実施形態として、二の電極を管壁面で構成した態様、あるいは針状又は棒状を呈する二の電極を採用した態様を挙げることが出来る。図２は、前者に相当する粒子状物質検出装置２００を表す断面図である。図２では、排気ガスが流れる方向は、手前から奥側に向けた方向として表されている。図３は、後者に相当する粒子状物質検出装置３００を表す断面図である。粒子状物質検出装置３００では、放電はコロナ放電となる。粒子状物質検出装置２００，３００は、原理・作用、二の電極を除く装置構成は、粒子状物質検出装置１００に準じたものであるので、説明は省略する。
【００５４】
次に、本発明に係る粒子状物質検出装置の更に他の実施形態について説明する。図１０Ａ〜図１６に示すように、本実施形体の粒子状物質検出装置４００は、一方の端部２１ａに、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔２２が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体２１を備え、一の電極３１と二の電極３２とが、一の電極３１の一の面が貫通孔２２側を向いた状態で貫通孔２２を挟むようにして検出装置本体２１の内部に埋設され、一対の測定電極４１，４２が、貫通孔２２内の一の電極３１が埋設されている側の壁面に配設されたものである。ここで、図１０Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。図１０Ｂは、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す側面図である。図１１は、図１０ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。図１２は、図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。図１３は、図１１のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。図１４は、図１１のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。図１５は、図１１のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。図１６は、図１１のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【００５５】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、一の電極３１と二の電極３２とが、検出装置本体２１の内部に埋設されており、検出装置本体２１が誘電体から形成されることにより、一の電極３１と二の電極３２とがそれぞれ誘電体で覆われた状態となっている。つまり、一の電極３１の一の面を被覆する誘電体が、誘電体からなる検出装置本体２１の一部により構成されている。
【００５６】
これにより、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスのなかの貫通孔内に流入した排ガスのみについてそ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、貫通孔内に流入した粒子状物質だけを測定することにより排ガス全体の粒子状物質量を推算することができるので、粒子状物質検出装置を小型化することが可能となり、それにより、狭いスペースに設置することが可能となり、更に安価に製造することが可能となる。また、ＤＰＦの下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（粒子状物質）の一部だけを貫通孔内に導入するため、貫通孔内に放電を起こして貫通孔内の粒子状物質を荷電する場合、貫通孔内の粒子状物質を全て効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることが可能となる。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。
【００５７】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに、一の電極３１及び二の電極３２の中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。取り出し端子は、粒子状物質検出装置４００の検出装置本体２１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。粒子状物質検出装置４００は、一の電極３１、二の電極３２、ヒータ３３、測定電極４１，４２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３１ａ，３２ａ，３３ａ，４１ａ，４２ａ）を有している。図１０Ｂに示す本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、二の電極３２の取り出し端子３２ａが、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設されている。このように、一の電極３１及び二の電極３２の中の少なくとも一方の電極の取り出し端子を、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設することにより、貫通孔２２、一の電極３１、二の電極３２及び一対の測定電極４１，４２が配設される部分（一方の端部２１ａ）と取り出し端子との間隔を大きくとることができるため、貫通孔２２等が配設される一方の端部２１ａ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３２ａが配設されている他方の端部２１ｂ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３２ａ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ることがあるため、取り出し端子３２ａ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。
【００５８】
検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設された取り出し端子３２ａは、図１０Ｂに示すように、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂ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。取り出し端子３２ａを配設する面は、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂの側面である必要はなく、いずれの面であってもよい。また、図１０Ｂにおいては、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂは、幅が狭く形成されているが、他方の端部２１ｂ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３２ａ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０．１〜２ｍｍ、長さ０．５〜２０ｍｍの帯状であることが好ましい。取り出し端子３２ａ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。
【００５９】
一の電極３１及び二の電極３２の両方の取り出し端子を、検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設してもよいが、二の電極３２の取り出し端子３２ａを検出装置本体２１の他方の端部２１ｂに配設し、一の電極３１の取り出し端子３１ａを、検出装置本体２１の一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂとの間の位置に配設することが好ましい。これにより、二の電極３２の取り出し端子３２ａと、一の電極３１の取り出し端子３１ａとを、間隔を開けて配設することになり、それにより、一の電極３１と二の電極３２との間に電圧を印加するために、取り出し端子３１ａと取り出し端子３２ａとの間に電圧を印加したときに、検出装置本体２１の表面に沿面放電による短絡が生じることを防止することができる。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２１ｃから、検出装置本体２１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２１ｄから、検出装置本体２１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２１の一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂとの間の位置とは、検出装置本体１から、上記一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂの範囲を除いた部分ということになる。本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、取り出し端子３１ａと取り出し端子３２ａ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やすくなることがあり、１００ｍｍより長いと、取り出し端子３１ａが配管の外に位置するように、粒子状物質検出装置４００の検出装置本体２１を配管等に装着したときに、検出装置本体２１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２１を狭い空間に取り付けることが難しくなることがある。
【００６０】
また、検出装置本体２１の一方の端部２１ａと他方の端部２１ｂとの間の位置に配設した取り出し端子３１ａと、貫通孔２２との間の距離は、１０ｍｍより長いことが好ましく、２０ｍｍより長いことが更に好ましい。１０ｍｍより短いと、粒子状物質検出装置４００を、貫通孔２２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３１ａに影響を及ぼし易くなることがある。
【００６１】
取り出し端子３１ａ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３１ａ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。
【００６２】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００において、検出装置本体２１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。例えば、５０〜２００ｍｍ程度が好ましい。本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、上記長手方向の一方の端部２１ａに貫通孔２２が形成されている。また、検出装置本体２１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２１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２１の、貫通孔２２にガスが流通するときの流通方向における長さは、特に限定されないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。検出装置本体１の形状は、図１０Ａ及び図１０Ｂ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。検出装置本体２１の好ましい材質としては、上記本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態において、電極間誘電体４及び電極外誘電体６の好ましい材質として挙げられた材質を挙げることができる。そして、耐熱衝撃性に優れるため、コーディエライトが更に好ましい。これらの材質はいずれも誘電体であるため、一の電極３１及び二の電極３２を検出装置本体２１の内部に埋設することにより、誘電体に覆われた一の電極３１及び二の電極３２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４００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。
【００６３】
図１１に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２を形成する壁の内部に一の電極３１及び二の電極３２が埋設されており、貫通孔２２を挟むようにして誘電体で覆われた一の電極３１及び二の電極３２が配置された状態になっている。これにより、一の電極３１と二の電極３２との間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔２２内に放電を起こすことが可能となる。尚、電極としては、少なくとも一対配設されていることが必要である。また、電極は、貫通孔２２を形成する壁の内部に埋設されていればよく、図１１に示すように貫通孔２２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２２内に放電を起こせれば、貫通孔２２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。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から選択される一種であることが好ましい。このような放電を生じさせるため、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、取り出し端子３１ａ，３２ａに接続された、集塵用電源を更に備えている。集塵用電源としては、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、矩形波等交流電圧が好ましい。また、印加する電圧の条件としては、ギャップ、ガス温度によって変わるが２００ｋＶ／ｃｍ以下が好ましい。また、電圧を印加するときの、電力は、０．１〜１０Ｗが好ましい。
【００６４】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２内に流入する流体に含有される粒子状物質が荷電されていない場合に、貫通孔２２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２２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２２内に流入する流体に含有される粒子状物質が、貫通孔２２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２２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２２内に放電を起こすことなく、貫通孔２２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。貫通孔２２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２２内に流入する前から荷電されている場合には、一の電極３１と二の電極３２との間に、所定の条件の電圧を印加し、荷電している粒子状物質の極性に対して反対の極性を有する電極側に電気的に引き寄せられるようにする。ここで、粒子状物質が貫通孔２２内に流入する前から荷電されている場合に、一の電極３１と二の電極３２との間に印加する電圧の条件は、４ｋＶ／ｃｍ〜４０ｋＶ／ｃｍであることが好ましい。
【００６５】
一の電極３１及び二の電極３２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、一の電極３１と二の電極３２の大きさは、例えば、貫通孔２２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】
一の電極３１と二の電極３２のそれぞれの厚さは特に限定されず、貫通孔２２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。一の電極３１と二の電極３２の好ましい材質としては、上記本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態において、一の電極３１と二の電極３２の好ましい材質として挙げられた材質を挙げることができる。
【００６７】
一の電極３１と貫通孔２２との間の距離、及び二の電極３２と貫通孔２２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。一の電極３１及び二の電極３２のそれぞれと、貫通孔２２との間の距離は、一の電極３１を覆う誘電体及び二の電極３２を覆う誘電体の、貫通孔２２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４００においては、図１２に示すように、一の電極３１には、検出装置本体２１の長手方向に延びる配線３１ｂが接続されて居り、配線３１ｂが、その先端（一の電極３１に接続されていない側の先端）部分で、図１０Ｂに示す取り出し端子３１ａに層間接続（ビア接続）されている。また、図１３に示すように、測定電極４１，４２のそれぞれには、検出装置本体２１の長手方向に延びる配線４１ｂ，４２ｂのそれぞれが接続されて居り、配線４１ｂ，４２ｂのそれぞれが、その先端（測定電極４１，４２のそれぞれに接続されていない側の先端）部分で、図１０Ｂに示す取り出し端子４１ａ，４２ａのそれぞれに層間接続されている。そして、測定電極４１，４２の取り出し端子４１ａ，４２ａに、特性測定装置３（図７を参照）が接続されている。そして特性測定装置３（図７を参照）に粒子状物質量算出装置１３（図７を参照）が接続されている。また、図１４に示すように、検出装置本体２１の一方の端部２１ａに貫通孔２２が形成されている。ここで、図１２は、図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図１３は、図１１のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図１４は、図１１のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【００６９】
また、図１５に示すように、二の電極３２には検出装置本体２１の長手方向に延びる配線３２ｂが接続され、配線３２ｂは、図１０Ｂに示す取り出し端子３２ａに層間接続されている。ここで、図１５は、図１１のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【００７０】
配線３１ｂ、配線３２ｂ、配線４１ｂ及び配線４２ｂ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３１ｂ、配線３２ｂ、配線４１ｂ及び配線４２ｂ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３１ｂ、配線３２ｂ、配線４１ｂ及び配線４２ｂの材質としては、白金、モリブデン、タングステン等を挙げることができる。
【００７１】
図１１及び図１６に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２の壁面（検出装置本体２１の側面に並行する壁面）に沿うようにして検出装置本体２１の内部に配設（埋設）されたヒータ３３を更に備えることが好ましい。ヒータ３３により、電極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２２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。ヒータ３３は、幅広のフィルム状であってもよいが、図１６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過熱することが可能となる。ヒータ３３の材質としては、白金、モリブデン、タングステン等を挙げることができる。ヒータ３３は、貫通孔２２の壁面に沿うようにして検出装置本体２１の内部に埋設されることが好ましいが、図１４、図１６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２１の他方の端部２１ｂ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、急加熱しても素子の破損が起きにくい利点がある。ヒータ３３により、貫通孔２２の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００７２】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、一の電極３１及び二の電極３２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔２２が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータ３３が配設されていることが好ましい。図１１に示す本実施形態の粒子状物質検出装置４００においては、二の電極３２の貫通孔２２が形成されている側に対して反対側の位置に、ヒータ３３が配設されている。このように、ヒータ３３が、一の電極３１及び二の電極３２のなかの少なくとも一方の電極の、貫通孔２２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、ヒータ３３を構成する導体の電気的な影響を受けることなく、一の電極３１と二の電極３２との間に放電を起こすことができる。図１１においては、ヒータ３３は一つであるが、二の電極３２の貫通孔２２が配設されている側に対して反対側の位置に複数配設されてもよい。また、図１１においては、二の電極３２の、貫通孔２２が配設されている側に対して反対側の位置にヒータ３３が配設されているが、一の電極３１及び二の電極３２のそれぞれの（両方の）、貫通孔２２が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータ３３が配設されることも好ましい。ヒータ３３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。
【００７３】
図１６に示すように、ヒータ３３は、配線３３ｂ，３３ｂに接続され、配線３３ｂ，３３ｂは、それぞれ図１０Ｂに示す取り出し端子３３ａ，３３ａに層間接続されている。ヒータ３３の取り出し端子３３ａも、一の電極３１及び二の電極３２の取り出し端子３１ａ，３２ａの場合と同様に、検出装置本体２１の一方の端部２１ａ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２１の他方の端部２１ｂに配設されることが好ましい。図１０Ｂにおいては、取り出し端子４１ａ，４２ａが、検出装置本体２１の側面においてその幅方向における両端縁に配置され、取り出し端子３３ａ，３３ａが、検出装置本体２１の側面においてその幅方向における中央部に、２本が並ぶように配置され、取り出し端子３２ａが、取り出し端子４１ａと取り出し端子３３ａとの間に配置されている。これらの取り出し端子の配置は、このような配置であることが好ましい態様の一つであるが、このような配置に限定されるものではない。
【００７４】
ヒータ３３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、ヒータ３３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３３ｂ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３３ｂの厚さは、特に限定されず、例えば、５〜３０μｍ程度が好ましい。ヒータ３３に対応する取り出し端子３３ａ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３３ａ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３３ｂ及び取り出し端子３３ａの材質としては、ニッケル、白金、クロム、タングステン、モリブデン、アルミニウム、金、銀、銅、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００７５】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、一の電極３１と一対の測定電極４１，４２との間に電圧の印加をして貫通孔２内に放電を起こして、電極に吸着された粒子状物質を酸化除去することができるものであることが好ましい。貫通孔内に生じる放電は、一の電極３１の一の面に被覆された誘電体の表面に生じる沿面放電であることが好ましい。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。このような放電を起こすために、除去用電源を更に備えることが好ましい。
【００７６】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、ヒータ３３の取り出し端子３３ａ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。
【００７７】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００において、貫通孔２２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２２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２２の、一の電極３１と二の電極３２とにより挟まれる部分の幅（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。このような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２２内に十分に流通させることができ、更に、貫通孔２２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。また、貫通孔２２の形状としては、貫通孔２２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２２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）及び／又は流出（出口部分が拡開された場合）させることが可能となる。図１７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５００）においては、貫通孔２２の、流体が流入する入口部分２２ａのみが拡開され、拡開部分２２ｂが形成されている。また、図１７に示す粒子状物質検出装置５００においては、貫通孔２２は、検出装置本体２１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２１の厚さ方向に広がるように拡開されてもよい。図１７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１４に示す本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）の断面を示す模式図に相当する、模式図である。
【００７８】
拡開部分２２ｂの拡開された幅（貫通孔２２のガス流通方向における最先端部分の幅）Ｔ１は、貫通孔２２の拡開されていない部分の幅Ｔ２に対して２〜２００％が好ましい。また、拡開部分２２ｂの、貫通孔２２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２１の、貫通孔２２のガス流通方向における長さＬ２の５〜３０％が好ましい。
【００７９】
図１８Ａ及び１８Ｂ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６００）は、検出装置本体２１の中心軸に直交する断面形状が、貫通孔２２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。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１８Ａ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１８Ｂ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。
【００８０】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、検出装置本体２１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４００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４００を効率的に製造することが可能となる。
【００８１】
本実施形態の粒子状物質検出装置４００は、貫通孔２２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。
【００８２】
上述した本実施形態の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）は、上述した各要素の内容以外については、上述した本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態の場合と同様であることが好ましい。
【００８３】
［粒子状物質検出装置の材料］次に、本発明に係る粒子状物質検出装置の各構成要素を形成する材料について、粒子状物質検出装置１００の場合を例にして、説明する。
【００８４】
一の電極１、二の電極２、及び測定電極５，１５、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する好ましい材料として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、チタン、マンガン、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される少なくとも一種を含有するものが挙げられる。これらの成分の好ましい含有率は、２０体積％以上、より好ましい含有率は６０体積％以上である。又、一の電極１、二の電極２、及び測定電極５，１５、並びにこれらの接続に用いる配線を形成する材料として、ステンレススチールを採用することが出来る。
【００８５】
電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８を形成する好ましい材料として、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。このようなセラミック製の電極間誘電体４及び電極外誘電体６は、温度変動が発生しても破壊され難く、耐熱衝撃性に優れる。断熱材８の場合は、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。又、これらを多孔質やファイバ状とすることも可能である。
【００８６】
測定電極５，１５は膜状の誘電体で被覆することが出来るが、この場合の誘電体を形成する材料としては、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、コーディエライト、ムライト、スピネル、アルミニウム−チタン系酸化物、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むセラミックを挙げることが出来る。上記セラミックスにガラス成分を混合した低温焼成可能なセラミック−ガラス複合材料も使用することが出来る。
【００８７】
ヒータ７を形成する好ましい材料は、白金、銅、ニッケル、チタン、マンガン、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイド等である。特に、白金は、抵抗値と温度との関係において高い精度を示すので、これをヒータ７の材料として使用することにより、精度の高い温度制御が可能となる。
【００８８】
［粒子状物質検出装置の製造方法］次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を製造する方法について、粒子状物質検出装置１００を作製する場合を例にして、説明する。
【００８９】
先ず、既述の電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８として好ましいセラミック原料に、必要に応じて、バインダ、可塑剤、分散剤、水や有機溶剤等の溶媒を混合して、スラリー状の成形用原料を調製する。混合に際しては、アルミナ製ポット及びアルミナ玉石、又は、モノボール（ボールミル）を使用することが出来る。電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８の原料は、同じ組成としてもよいし、異なる組成としてもよい。断熱材８の成形用原料には、発泡剤を入れることが好ましい。
【００９０】
バインダは、水系バインダとして、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することが出来、非水系バインダとして、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可能である。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることが出来る。のちのグリーンシートの成形、乾燥、焼成のときにおいて、クラックの発生を抑制するという観点から、バインダの好ましい添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であり、特に好ましい添加量は、６〜１７質量部である。
【００９１】
好ましい可塑剤は、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である。可塑剤の好ましい添加量は、バインダ１００質量部に対して、３０〜７０質量部であり、特に好ましい添加量は、４５〜５５質量部である。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等、ハンドリング性が悪くなることがある。
【００９２】
好ましい分散剤は、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等であり、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等である。分散剤の好ましい添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であり、特に好ましい添加量は、１〜２質量部である。０．５質量部より少ないと、セラミック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、セラミック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。
【００９３】
好ましい有機溶剤（溶媒）は、キシレン、ブタノール等である。有機溶剤は、一種単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。好ましい溶媒の添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であり、特に好ましい添加量は、７５〜１５０質量部である。
【００９４】
そして、スラリー状の成形用原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、更に所定の粘度となるように調製する。シート状に成形し易くなるという観点から、好ましい粘度は、Ｂ型粘度計で測定した値として、２．０〜６．０Ｐａ・ｓであり、より好ましい粘度は、３．０〜５．０Ｐａ・ｓであり、特に好ましい粘度は、３．５〜４．５Ｐａ・ｓである。スラリーをめ好ましい。
【００９５】
次に、得られた成形原料を、シート状に成形して、のちに電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８となるグリーンシートを形成する。好ましい成形方法は、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である。好ましいグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍである。
【００９６】
そして、得られたグリーンシートの表面に、のちに一の電極１、一対の測定電極５，１５、ヒータ７、及び必要な配線となる導体ペーストを配設するとともに、グリーンシートを積層してグリーン積層体を得る。導体ペーストは、既述の一の電極１、一対の測定電極５，１５、ヒータ７、及び必要な配線に好適な材料からなる粉末に、バインダ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出来る。導体ペーストの好適な配設手段は、スクリーン印刷法である。導体ペーストの配設は、具体的には、電極外誘電体６となるグリーンシートの一の面には、一の電極１及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に電極間誘電体４となるグリーンシートを積層し、その電極間誘電体４となるグリーンシートの表面に、測定電極５，１５及び必要な配線を、所望のパターンで（測定電極５，１５につき図５及び図６を参照）印刷することで行う。他方、電極外誘電体６となるグリーンシートの他の面には、ヒータ７及び必要な配線となる導体ペーストを印刷し、更に断熱材８となるグリーンシートを積層する（図１を参照）。グリーンシートの積層は加圧しながら行うことが好ましい。
【００９７】
次に、得られたグリーン積層体を、６０〜１５０℃で乾燥し、有機バインダを含有する場合には４００〜８００℃で脱脂し、その後、１２００〜１６００℃で焼成する。このようにして、粒子状物質検出装置１００を構成する、一の電極１、電極間誘電体４、測定電極５，１５、電極外誘電体６、ヒータ７、及び断熱材８を含む焼成積層体が得られる。
【００９８】
二の電極２は、既述の好適な材料からなる市販の薄板を購入して用い上記焼成積層体に支持部材を介して一体化させる。二の電極として、セラミックスと導体ペーストを積層したものを用いてもよい。この支持部材としては、既述の電極間誘電体４、電極外誘電体６、及び断熱材８に好適な材料からなる焼結体を使用することが出来る。
【００９９】
又、粒子状物質１１を含む排気ガスが流れる空洞（空間）が形成されるように、上記焼成積層体と二の電極２の支持部材とを、一体化させた積層構造としてもよい。この場合、上記焼成積層体を得る前に、上記のグリーン積層体の電極間誘電体４（測定電極５，１５）の側に、空洞を形成するグリーンシートと、天板となるグリーンシートと、を更に積層し、その天板となるグリーンシートの内面（空洞に対向する面）に、のちに二の電極２及び必要な配線となる導体ペーストを配設し、これら全体からなるグリーン積層体を得て、乾燥、必要な脱脂、焼成を行えばよい。
【０１００】
集塵用電源９、特性測定装置３、ヒータ用電源１０は、既述の好ましい仕様に合致した市販品を購入する。流量計１４も市販品を採用することが出来る。集塵用電源９は、一の電極１と二の電極２に接続し、特性測定装置３は、測定電極５，１５に接続し、ヒータ用電源１０はヒータ７に接続する。粒子状物質量算出装置１３及び粒子状物質濃度算出装置１６は、シーケンサ等のコンピュータにおいてソフトウエアで構築することが出来る。制御装置１２は、既述又は後述する粒子状物質検出装置１００の動作を実現するように、シーケンサ等のコンピュータにおけるソフトウエア及び制御回路（ハードウエア）で構築することが出来る。以上によって、粒子状物質検出装置１００を作製することが出来る。
【０１０１】
また、図１０Ａ、図１０Ｂに示す本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態（粒子状物質検出装置４００）を作製する場合には、成形原料をシート状に加工してグリ−ンシートを作製するときに、グリーンシートの形状を、図１２〜図１６に示すような一方向に長い形状とし、積層したときに、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１に示すような粒子状物質検出装置の形状になるようにする。そして、複数のグリーンシートを形成して、所定のグリーンシートの表面の所定の位置に、のちに一の電極３１等となる導体ペーストを配設し、各グリーンシートを積層してグリーン積層体を得る。このとき、二の電極３２についても、グリーンシートに、のちに二の電極３２となる導体ペーストを配設することにより形成する。
【０１０２】
［粒子状物質検出装置の使用方法］次に、本発明に係る粒子状物質検出装置を使用する方法について、粒子状物質検出装置１００を使用する場合を例にして、説明する。
【０１０３】
（集塵工程）先ず、粒子状物質検出装置１００のセンサ部を、例えばディーゼルエンジンの排気系（排気ガス管）に設置し、電源供給、制御線接続等を行い、使用可能な状態とする。そして、集塵用電源９によって二の電極２と一の電極１との間に、例えば直流の高電圧を印加し、粒子状物質１１を荷電させ、電極間誘電体４の表面に堆積させる。尚、図１０Ａ、図１０Ｂに示す粒子状物質検出装置４００を使用する場合には、粒子状物質検出装置４００の一方の端部２１ａを排気ガス管内に挿入して、貫通孔２２が排気ガス管内に位置するようにし、他方の端部２１ｂが排気ガス管の外に位置するように、粒子状物質検出装置を配置することが好ましい。このとき、一の電極３１の取り出し端部３１ａは、排気ガス管から外に出すことが好ましい。
【０１０４】
高電圧を印加する好ましい時間は、０．５〜１２０秒であり、より好ましくは２〜１０秒である。０．５秒より短いと、粒子状物質１１の集塵量が少なくなるため、粒子状物質量１１の測定精度が低下することがあり、１２０秒より長いと、粒子状物質１１の集塵量が多くなるため、インピーダンスの変化量の検出から粒子状物質１１の量を正確に把握し難くなることがある。
【０１０５】
一の電極１及び二の電極２に供給するための好ましい電圧は、電極間の距離によって異なるが、印加する電圧を高くすることで電界が強まり集塵力が向上する。その一方で、絶縁及び絶縁距離等が問題となり装置が大型化するため、実際上は、上記電圧は１０ｋＶ以下が望ましい。
【０１０６】
一の電極１と二の電極２との間を流れる放電による好ましい電流は、１ｍＡ以下であり、更に好ましい電流は、１〜１００μＡである。１μＡより小さいと、集塵率が低下することがある。
【０１０７】
使用電力は、燃費に直接影響を与えるので小さい方が望ましい。又、発生する電磁ノイズの低減や、放電を発生させる回路の大きさから考えても、好ましい使用電力は１０Ｗ以下であり、より好ましい使用電力は１Ｗ以下である。
【０１０８】
（測定工程）粒子状物質１１の堆積を終えたら、二の電極２と一の電極１との間における高電圧の印加を停止し、特性測定装置３を稼動させ、好ましくは１〜６０秒程度の時間で、測定電極５，１５間のインピーダンスの変化量を測定する。このインピーダンスの変化量によって、粒子状物質１１の量及び濃度が求まる。尚、既述のように、電極間誘電体４の表面に堆積させつつ（高電圧を印加させつつ）、測定電極５，１５間のインピーダンスの変化量を測定することも出来る。但し、これらは別の測定モードとして取り扱うようにする。
【０１０９】
特性測定装置３を測定電極５，１５に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成する場合に、交流電源から印加される好ましい電圧の値は、１〜６０Ｖであり、より好ましい電圧の値は２〜３０Ｖである。１Ｖより小さいと検出信号が小さくなってノイズの影響を受け易くなり、６０Ｖより大きいと汎用ＩＣの使用が出来なくなることがある。好ましい測定周波数は、３００ｋＨｚ以下である。
【０１１０】
（除去工程）測定電極５，１５間におけるインピーダンスの変化量の測定を終えたら、ヒータ用電源１０によってヒータ７を稼動させ、電極間誘電体４の表面に堆積した粒子状物質１１を酸化して除去する。
【０１１１】
ヒータ用電源１０が降圧チョッパ方式のスイッチング電源である場合に、ヒータ７に流される好ましい電流は０．８〜４Ａ程度であり、好ましい使用電力は、４８Ｗ以下である。
【０１１２】
ヒータ７によって、粒子状物質１１を酸化除去するときの好ましい時間は、１〜６００秒であり、特に好ましい時間は、３〜１２０秒である。１秒より短いと粒子状物質１１の酸化除去が不十分になることがあり、６００秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。
【０１１３】
ヒータ７によって、電極間誘電体４の表面に集塵された粒子状物質１１を酸化除去するときの好ましい温度は、５００〜９００℃であり、特に好ましい温度は、５５０〜７００℃である。５００℃より低いと粒子状物質が酸化除去され難くなることがあり、９００℃より高いと素子の寿命が短くなることがある。
【０１１４】
尚、既述のように、ヒータ７及びヒータ用電源１０の代わりに、又はそれらと併用して、一の電極１と一対の測定電極５，１５との間に電圧の印加をして、電極間誘電体４の表面に沿面放電をさせるための除去用電源を備え、その沿面放電によって、集塵された粒子状物質１１を酸化除去することが出来る。この場合、沿面放電させるときの好ましい電圧は、電極間誘電体４の厚さによって異なるが、例えば２〜１５ｋＶである。好ましい使用電力は、１０〜３０Ｗである。沿面放電する好ましい時間は、１〜６００秒であり、特に好ましい時間は、３〜１２０秒である。１秒より短いと粒子状物質１１の酸化除去が不十分になることがあり、６００秒より長いと無駄にエネルギーを消費することがある。
【０１１５】
以上のように、集塵工程、測定工程、除去工程を繰り返すことによって、安定して、長期にわたり、粒子状物質１１の検出を続けることが可能である。尚、ディーゼルエンジンの排気ガスを粒子状物質検出対象とする場合には、ディーゼルエンジンの回転数、トルク、排気ガスの流量、温度等の条件が、特定の状態となったときに放電を行うことが好ましい。これらは、ディーゼルエンジンの情報を信号として制御装置１２へ入力するとともに、排気ガス管に温度計を設け、その情報を信号として制御装置１２へ入力することによって、制御装置１２（シーケンサ等）で判断をさせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明に係る粒子状物質検出装置は、ディーゼルエンジンや煙道等の排気ガス等に含まれる粒子状物質を検出する手段として、好適に利用することが出来る。
【符号の説明】
【０１１７】
１：一の電極、２，２０２，３０２：二の電極、３：特性測定装置、４：電極間誘電体、５，１５，１０５，１１５，２０５，２１５：測定電極、６：電極外誘電体、７：ヒータ、８：断熱材、９：集塵用電源、１０：ヒータ用電源、１１：粒子状物質、１２：制御装置、１３：粒子状物質量算出装置、１４：流量計、１６：粒子状物質濃度算出装置、２１：検出装置本体、２１ａ：一方の端部、２１ｂ：他方の端部、２１ｃ：一方の先端部分、２１ｄ：他方の先端部分、２２：貫通孔、２２ａ：入口部分、２２ｂ：拡開部分、３１：一の電極、３１ａ，３２ａ，３３ａ，４１ａ，４２ａ：取り出し端子、３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ：配線、３２：二の電極、３３：ヒータ、４１，４２：測定電極、１００，２００，３００，４００，５００，６００：粒子状物質検出装置、Ｌ１：拡開部分の奥行き、Ｌ２：貫通孔のガス流通部分における長さ、Ｔ１：拡開された幅、Ｔ２：拡開されていない幅。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の面が誘電体で被覆をされた板状を呈する一の電極、その一の電極の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う二の電極、及び前記電圧の印加をする電源、並びに、
前記誘電体の表面に対向して配設をされた一対の測定電極、その一対の測定電極の間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて前記誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、
を備える粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記空間を流れる気体の流量の測定又は推定をする流量計を備え、その流量計で測定又は推定をされた気体の流量と前記粒子状物質の量とに基づいて、前記空間を流れる気体における粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出手段を備える請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性である請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記一対の測定電極が、線状を呈し、前記粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く対向して、前記誘電体の表面に配設をされる請求項１〜３の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記線状を呈する一対の測定電極は、一対をなすそれぞれが複数に分岐をして、複数の対向部分を有する請求項４に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記複数の対向部分を有する一対の測定電極が、前記誘電体の表面の全面にわたって配設をされる請求項５に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記二の電極が板状を呈する請求項１〜６の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記二の電極が、管壁面で構成される請求項７に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記二の電極が針状又は棒状を呈する請求項１〜６の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記板状を呈する一の電極の他の面を被覆する誘電体と、その誘電体の表面に配設されたヒータと、を備える請求項１〜９の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１１】
前記一の電極と前記一対の測定電極との間に電圧の印加をして沿面放電により粒子状物質を酸化除去するための除去用電源を備え、その電圧の印加によって前記一の電極の一の面に被覆された誘電体の表面に沿面放電をさせる請求項１〜１０の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１２】
前記測定電極が、膜状の誘電体で被覆されている請求項１〜１１の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１３】
一方の端部に、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体を備え、前記一の電極と前記二の電極とが、前記一の電極の一の面が前記貫通孔側を向いた状態で前記貫通孔を挟むようにして前記検出装置本体の内部に埋設され、
前記一対の測定電極が、前記貫通孔内の前記一の電極が埋設されている側の壁面に配設された請求項１〜１２の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１４】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一の電極及び前記二の電極の中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１３に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１５】
前記一の電極及び前記二の電極のなかの少なくとも一方の電極の、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータが埋設された請求項１３又は１４に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１】
一の面が誘電体で被覆をされた板状を呈する一の電極、その一の電極の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う二の電極、及び前記電圧の印加をする電源、並びに、
前記誘電体の表面に対向して配設をされた一対の測定電極、その一対の測定電極の間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及びその特性測定手段で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて前記誘電体の表面に集塵をされた粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、
を備える粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記空間を流れる気体の流量の測定又は推定をする流量計を備え、その流量計で測定又は推定をされた気体の流量と前記粒子状物質の量とに基づいて、前記空間を流れる気体における粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出手段を備える請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性である請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記一対の測定電極が、線状を呈し、前記粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く対向して、前記誘電体の表面に配設をされる請求項１〜３の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記線状を呈する一対の測定電極は、一対をなすそれぞれが複数に分岐をして、複数の対向部分を有する請求項４に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記複数の対向部分を有する一対の測定電極が、前記誘電体の表面の全面にわたって配設をされる請求項５に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記二の電極が板状を呈する請求項１〜６の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記二の電極が、管壁面で構成される請求項７に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記二の電極が針状又は棒状を呈する請求項１〜６の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
前記板状を呈する一の電極の他の面を被覆する誘電体と、その誘電体の表面に配設されたヒータと、を備える請求項１〜９の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１１】
前記一の電極と前記一対の測定電極との間に電圧の印加をして沿面放電により粒子状物質を酸化除去するための除去用電源を備え、その電圧の印加によって前記一の電極の一の面に被覆された誘電体の表面に沿面放電をさせる請求項１〜１０の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１２】
前記測定電極が、膜状の誘電体で被覆されている請求項１〜１１の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１３】
一方の端部に、粒子状物質を含む気体が流れる空間である貫通孔が形成された、一方向に長い誘電体からなる検出装置本体を備え、前記一の電極と前記二の電極とが、前記一の電極の一の面が前記貫通孔側を向いた状態で前記貫通孔を挟むようにして前記検出装置本体の内部に埋設され、
前記一対の測定電極が、前記貫通孔内の前記一の電極が埋設されている側の壁面に配設された請求項１〜１２の何れか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１４】
前記検出装置本体の他方の端部に、前記一の電極及び前記二の電極の中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１３に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１５】
前記一の電極及び前記二の電極のなかの少なくとも一方の電極の、前記貫通孔が形成されている側に対して反対側の位置に、少なくとも一のヒータが埋設された請求項１３又は１４に記載の粒子状物質検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【公開番号】特開２０１０−３２４８８（Ｐ２０１０−３２４８８Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６４１２（Ｐ２００９−１６４１２）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]