JP6454237B2 - 微粒子センサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定ガス中の微粒子を検知する微粒子センサに関する。

内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）では、その排気ガス中にススなどの微粒子を含むことがある。このような微粒子を含む排気ガスは、フィルタで微粒子を捕集して浄化することが行われる。また、必要に応じてフィルタを高温にすることで、このフィルタに蓄積した微粒子を燃焼させて除去することも行われている。しかるに、フィルタが破損するなどの不具合を生じた場合には、未浄化の排気ガスが直接、フィルタの下流に排出されることとなる。そこで、排気ガス中の微粒子の量を直接計測したり、フィルタの不具合を検知すべく、排気ガス中の微粒子の量を検知可能な微粒子センサが求められている。

このような微粒子センサとしては、例えば、特許文献１に開示されているように、第１基準電位とされる第１部材と、この第１部材との間で気中放電（コロナ放電）を生じさせる放電電極体と、を備えるものが知られている。この微粒子センサでは、微粒子を含む被測定ガス（例えば、排気ガス）が流通する通気管（例えば、排気管）に上記微粒子センサを装着した状態で、上記第１基準電位よりも高電位の放電電位を上記放電電極体に印加して、上記放電電極体と上記第１部材との間に気中放電（コロナ放電）を生じさせる。これにより、放電電極体の周囲にイオンを生成し、当該イオンを利用して被測定ガス中の微粒子を検知する。

特開２０１４−１００９９号公報

ところで、本願発明者は、図１１に示すような構造の微粒子センサ５１０（例えば、特願２０１４−１０３５１８を参照）を検討している。この微粒子センサ５１０は、エンジンの排気管ＥＰに装着され、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧ（被測定ガス）中のススなどの微粒子Ｓを検知する。微粒子センサ５１０は、第１基準電位とされる内側プロテクタ４４５（第１部材）と、セラミック素子４００（センサ素子）とを備え、軸線方向ＧＨ（図１１において上下方向）の基端側（図１１において上側）から先端側（図１１において下側）に延びる形態をなしている。セラミック素子４００は、電気絶縁材からなり、軸線方向ＧＨに延びる形態のセラミック基体４０１（絶縁基体）と、セラミック基体４０１に設けられた放電電極体４１０であって、第１基準電位よりも高電位の放電電位を印加して、内側プロテクタ４４５との間に気中放電（コロナ放電）を生じさせる放電電極体４１０と、放電電極体４１０に導通してセラミック基体４０１の表面上に形成され、放電電位とされる放電電位パッド４１３とを有する（図１２参照）。

さらに、微粒子センサ５１０は、放電電位リード線４６１に接続され、放電電位とされる放電電位端子部材４７３と、金属からなり、軸線方向ＧＨに延びる筒状をなし、内側プロテクタ４４５と導通して第１基準電位とされる内筒４８０（筒状体）と、電気絶縁材からなり、軸線方向ＧＨに延びる筒状をなし、内筒４８０の内側に位置する第１絶縁部材４７１とを備える（図１１参照）。第１絶縁部材４７１は、セラミック素子４００のうち放電電位パッド４１３が位置する放電パッド部４００Ｐ及び放電電位端子部材４７３を当該第１絶縁部材４７１の内部に収容し、放電電位端子部材４７３を放電電位パッド４１３に接触させつつ放電電位端子部材４７３を保持すると共に、放電電位端子部材４７３と内筒４８０とを電気的に絶縁する。

ところで、第１絶縁部材４７１の外側面４７１ｂは、内筒４８０の内周面４８０ｃと接触している（図１１参照）。このため、第１絶縁部材４７１の表面に水滴が付着したり、第１絶縁部材４７１が高温になるなどして、第１絶縁部材４７１の表面の絶縁性が低下した場合には、第１絶縁部材４７１の表面を通じて、放電電位端子部材４７３（放電電位）と内筒４８０（第１基準電位）との間で、放電（スパーク放電）あるいは電流リークが発生する虞があった。

具体的には、第１絶縁部材４７１の内側面４７１ｆは、放電電位端子部材４７３と接触する内側接触部４７１ｈを有する。この内側接触部４７１ｈは、軸線方向ＧＨについて最も先端側ＧＳに位置する内側最先端接触部４７１ｎを有する（図１３参照）。また、第１絶縁部材４７１の外側面４７１ｂは、内筒４８０の内周面４８０ｃと接触する外側接触部４７１ｖを有する。この外側接触部４７１ｖは、軸線方向ＧＨについて最も先端側ＧＳに位置する外側最先端接触部４７１ｗを有する。このため、例えば、図１３に示すように、第１絶縁部材４７１の表面を通じて内側接触部４７１ｈから外側接触部４７１ｖに至る沿面経路ＣＲのうち、内側最先端接触部４７１ｎから外側最先端接触部４７１ｗに至る先端側最短沿面経路ＳＣＲで、放電電位端子部材４７３と内筒４８０との間でスパーク放電が発生する虞があった。このような放電（スパーク放電）あるいは電流リークが発生すると、被測定ガス中の微粒子を適切に検知することができなくなる虞があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、第１絶縁部材の表面の絶縁性が低下した場合でも、第１絶縁部材の表面を通じた、放電電位端子部材と金属からなる筒状体との間での放電及び電流リークが発生し難い微粒子センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、第１基準電位とされる第１部材と、電気絶縁材からなり、軸線方向に延びる形態の絶縁基体、上記絶縁基体に設けられた放電電極体であって、上記第１基準電位よりも高電位の放電電位を印加して、上記第１部材との間に気中放電を生じさせる放電電極体、及び、上記放電電極体に導通して上記絶縁基体の表面上に形成され、上記放電電位とされる放電電位パッド、を有するセンサ素子と、を備え、上記軸線方向の基端側から先端側に延びる形態をなす微粒子センサであって、放電電位リード線に接続され、上記放電電位とされる放電電位端子部材と、金属からなり、上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記第１部材と導通して上記第１基準電位とされる筒状体と、電気絶縁材からなり、上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記筒状体の内側に位置する第１絶縁部材であって、上記センサ素子のうち上記放電電位パッドが位置する放電パッド部及び上記放電電位端子部材を当該第１絶縁部材の内部に収容し、上記放電電位端子部材を上記放電電位パッドに接触させつつ上記放電電位端子部材を保持すると共に、上記放電電位端子部材と上記筒状体との間を電気的に絶縁する第１絶縁部材と、を備え、上記第１絶縁部材の内側面は、上記放電電位端子部材と接触する内側接触部を有し、上記内側接触部は、当該内側接触部のうち上記軸線方向について最も上記先端側に位置する内側最先端接触部と、上記軸線方向について最も上記基端側に位置する内側最基端接触部と、を有し、上記第１絶縁部材の外側面は、上記筒状体の内周面と接触する外側接触部を有し、上記外側接触部は、当該外側接触部のうち上記軸線方向について最も上記先端側に位置する外側最先端接触部と、上記軸線方向について最も上記基端側に位置する外側最基端接触部と、を有し、上記第１絶縁部材は、上記第１絶縁部材の表面を通じて上記内側接触部から上記外側接触部に至る沿面経路のうち、上記内側最先端接触部から上記外側最先端接触部に至る先端側最短沿面経路が、上記内側最先端接触部から見て、上記軸線方向について上記外側最先端接触部が位置する側とは反対側に位置する第１経由点、または、上記外側最先端接触部から見て、上記軸線方向について上記内側最先端接触部が位置する側とは反対側に位置する第２経由点、を経由する先端側迂回経路を含み、且つ、上記沿面経路のうち、上記内側最基端接触部から上記外側最基端接触部に至る基端側最短沿面経路が、上記内側最基端接触部から見て、上記軸線方向について上記外側最基端接触部が位置する側とは反対側に位置する第３経由点、または、上記外側最基端接触部から見て、上記軸線方向について上記内側最基端接触部が位置する側とは反対側に位置する第４経由点、を経由する基端側迂回経路を含む形態をなす微粒子センサである。

上述の微粒子センサでは、第１絶縁部材が、以下のような形態とされている。具体的には、第１絶縁部材は、第１絶縁部材の表面を通じて内側接触部（第１絶縁部材の内側面のうち放電電位端子部材と接触する部位）から外側接触部（第１絶縁部材の外側面のうち筒状体の内周面と接触する部位）に至る沿面経路のうち、内側最先端接触部（内側接触部のうち軸線方向について最も先端側に位置する部位）から外側最先端接触部（外側接触部のうち上記軸線方向について最も上記先端側に位置する部位）に至る先端側最短沿面経路が、「内側最先端接触部から見て、軸線方向について外側最先端接触部が位置する側とは反対側（すなわち、軸線方向について外側最先端接触部から遠ざかる側）に位置する第１経由点」、または、「外側最先端接触部から見て、軸線方向について内側最先端接触部が位置する側とは反対側（すなわち、軸線方向について内側最先端接触部から遠ざかる側）に位置する第２経由点」を経由する先端側迂回経路を含む形態とされている。
このように、第１絶縁部材の形態を、先端側最短沿面経路に上述のような迂回経路（先端側迂回経路）が含まれる形態とすることで、先端側最短沿面経路に迂回経路が含まれない形態とした場合に比べて、先端側迂回経路の長さの分だけ先端側最短沿面経路を長くすることができる。

さらに、上述の微粒子センサでは、第１絶縁部材が、以下のような形態とされている。具体的には、第１絶縁部材は、内側最基端接触部（内側接触部のうち軸線方向について最も基端側に位置する部位）から外側最基端接触部（外側接触部のうち軸線方向について最も基端側に位置する部位）に至る基端側最短沿面経路が、「内側最基端接触部から見て、軸線方向について外側最基端接触部が位置する側とは反対側（すなわち、軸線方向について外側最基端接触部から遠ざかる側）に位置する第３経由点」、または、「外側最基端接触部から見て、上記軸線方向について上記内側最基端接触部が位置する側とは反対側（すなわち、軸線方向について内側最基端接触部から遠ざかる側）に位置する第４経由点」を経由する基端側迂回経路を含む形態とされている。
このように、第１絶縁部材の形態を、基端側最短沿面経路に上述のような迂回経路（基端側迂回経路）が含まれる形態とすることで、基端側最短沿面経路に迂回経路が含まれない形態とした場合に比べて、基端側迂回経路の長さの分だけ基端側最短沿面経路を長くすることができる。

従って、上述の微粒子センサでは、第１絶縁部材の表面に水滴が付着したり、第１絶縁部材が高温になるなどして、第１絶縁部材の表面の絶縁性が低下した場合でも、第１絶縁部材の表面を通じた、放電電位端子部材と筒状体との間での放電及び電流リークが、発生し難くなる。

なお、絶縁基体に放電電極体を設けたセンサ素子としては、例えば、アルミナなどの絶縁性セラミックからなるセラミック基体に、放電電極体の一部を内包したものが挙げられる。また、例えば、セラミック基体の表面に放電電極体を形成した上で、その一部をガラスコートして放電電極体を埋設することにより、セラミック基体及びガラスコートからなる絶縁基体に放電電極体を設けたセンサ素子も挙げられる。

さらに、上記の微粒子センサであって、前記センサ素子は、前記絶縁基体の表面上に形成され、前記放電電位とは異なる異電位とされる異電位パッドを有し、前記微粒子センサは、異電位リード線に接続され、上記異電位とされる異電位端子部材と、電気絶縁材からなり、上記軸線方向に延びる筒状をなし、前記第１絶縁部材に対し前記軸線方向に隣接する第２絶縁部材であって、上記センサ素子のうち上記異電位パッドが位置する異電位パッド部及び上記異電位端子部材を当該第２絶縁部材の内部に収容し、上記異電位端子部材を上記異電位パッドに接触させつつ上記異電位端子部材を保持する第２絶縁部材と、を備え、前記筒状体は、上記第２絶縁部材に接触して、上記軸線方向について上記第２絶縁部材及び上記第１絶縁部材を固定する固定部を有する微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサは、前述のように、第１絶縁部材の外側面が、筒状体の内周面と接触する外側接触部を有している。このように、第１絶縁部材の外側面（外周面）を、当該第１絶縁部材の径方向外側に位置する筒状体の内周面に接触させることで、第１絶縁部材を径方向に固定することができる。

さらに、上述の微粒子センサは、電気絶縁材からなり、軸線方向に延びる筒状をなし、第１絶縁部材に対し軸線方向に隣接する第２絶縁部材を備えている。この第２絶縁部材は、センサ素子の異電位パッド部及び異電位端子部材を当該第２絶縁部材の内部に収容し、異電位端子部材を異電位パッドに接触させつつ異電位端子部材を保持する絶縁部材である。さらに、上述の微粒子センサは、筒状体が、この第２絶縁部材に接触して、軸線方向について第２絶縁部材及び第１絶縁部材を固定する固定部を有している。従って、上述の微粒子センサでは、第１絶縁部材を、筒状体に対して、径方向のみならず軸線方向についても固定することができる。

実施形態にかかる微粒子センサを搭載した車両の概略図である。 実施形態にかかる微粒子センサの縦断面図である。 同微粒子センサの分解斜視図である。 微粒子検知システムの概略図である。 微粒子センサを構成するセラミック素子の斜視図である。 同セラミック素子の分解斜視図である。 実施形態にかかる微粒子検知システムの説明図である。 実施形態にかかる微粒子センサの縦断面図の一部である。 図８のＣ部拡大図である。 変形形態にかかる微粒子センサの拡大図である。 参考形態にかかる微粒子センサの縦断面図である。 同微粒子センサを構成するセラミック素子の斜視図である。 図１１のＤ部拡大図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施形態にかかる微粒子検知システム１を搭載した車両ＡＭの概略図である。図２は、本実施形態にかかる微粒子センサ１０の断面図である。図３は、微粒子センサ１０の分解斜視図である。図４は、微粒子検知システム１の概略図である。但し、図４では、微粒子検知システム１に含まれる制御装置２００を中心に図示し、微粒子センサ１０については一部（電線１６５等）のみを図示している。なお、図２において、微粒子センサ１０の軸線方向ＧＨ（軸線ＡＸが延びる方向、図２において上下方向）のうち、内側プロテクタ４５が配置された側（図２において下方）を先端側ＧＳ、これと反対側の電線１６５，１６６等が延出する側（図２において上方）を基端側ＧＫとする。

微粒子検知システム１（以下、単にシステム１ともいう）は、図１に示すように、微粒子センサ１０と制御装置２００とからなる。このシステム１は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧの排気管ＥＰに装着され、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧ（被測定ガス）中のススなどの微粒子Ｓを検知する。詳細には、微粒子センサ１０が、排気管ＥＰに固定され、その先端側の一部が排気管ＥＰ内に配置されて、排気ガスＥＧに晒される（図２参照）。

制御装置２００は、電線１６５〜１６８を介して微粒子センサ１０に接続されており、微粒子センサ１０を駆動するとともに、後述する信号電流Ｉｓを検知する回路を有している（図１、図４参照）。電線１６５〜１６８のうち、電線１６５，１６６は、三重同軸ケーブル（トライアキシャルケーブル）であり、電線１６７，１６８は、細径で単芯の絶縁電線である。このうち、電線１６５は、芯線（中心導体）として放電電位リード線１６１を含み、電線１６６は、芯線（中心導体）として補助電位リード線１６２を含む（図３，図４参照）。また、電線１６７は、芯線として第１ヒータリード線１６３を含み、電線１６８は、芯線として第２ヒータリード線１６４を含む（図３，図４参照）。

次に、制御装置２００について、図４を参照して説明する。制御装置２００は、信号電流検知回路２３０及びヒータ通電回路２２６を含む計測制御回路２２０と、イオン源電源回路２１０と、補助電極電源回路２４０とを有している。

このうち、イオン源電源回路２１０は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる第１出力端２１１と、放電電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２出力端２１２は、放電電位リード線１６１に接続されている。放電電位ＰＶ２は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤを基準として、正の高電位（例えば、１〜２ｋＶ）とされている。なお、イオン源電源回路２１０は、その出力電流についてフィードバック制御され、自律的に、その実効値が予め定めた電流値（例えば、５μＡ）を保つ定電流電源を構成している。

一方、補助電極電源回路２４０は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる補助第１出力端２４１と、補助電位ＰＶ３（放電電位ＰＶ２とは異なる異電位）とされる補助第２出力端２４２とを有している。補助第２出力端２４２は、補助電位リード線１６２に接続されている。補助電位ＰＶ３は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤを基準として、正の直流高電位とされている。但し、補助電位ＰＶ３は、放電電位ＰＶ２のピーク電位よりも低い電位（例えば、ＤＣ１００〜２００Ｖの電位）とされている。

さらに、計測制御回路２２０のうち、信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１と接地入力端２３２とを有している。このうち、信号入力端２３１は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされるイオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続している。一方、接地入力端２３２は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤに接続している。シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとは、互いに電気的に絶縁されている。このような構成により、信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１（センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ）と接地入力端２３２（シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ）との間を流れる信号電流Ｉｓを検知する。

また、ヒータ通電回路２２６は、ＰＷＭ制御によって、後述するセラミック素子１００のヒータ部１３０に通電する回路である。このヒータ通電回路２２６は、第１ヒータリード線１６３に接続される第１ヒータ通電端２２６ａと、第２ヒータリード線１６４に接続される第２ヒータ通電端２２６ｂを有する。なお、第２ヒータ通電端２２６ｂ及び第２ヒータリード線１６４は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤに導通して、このシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされている。また、第１ヒータ通電端２２６ａ及び第１ヒータリード線１６３は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤを基準とした電位とされている。

また、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる内側回路ケース２５０に包囲されている。イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、及び、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１は、この内側回路ケース２５０に接続している。

なお、本実施形態では、内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、及び、絶縁トランス２７０の二次側鉄心２７１Ｂを収容して包囲すると共に、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１及び補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１に導通して、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされている。また、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１及び補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１は、電線１６５，１６６の同軸二重の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる内側の外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１に導通している。

絶縁トランス２７０は、その鉄心２７１が、一次側コイル２７２を捲回した一次側鉄心２７１Ａと、電源回路側コイル２７３及び補助電極電源側コイル２７４が捲回された二次側鉄心２７１Ｂとに、分離して構成されている。このうち、一次側鉄心２７１Ａは、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤに導通している。一方、二次側鉄心２７１Ｂは、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１）に導通している。

さらに、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、及び、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる外側回路ケース２６０に包囲されている。さらに、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２、ヒータ通電回路２２６の第２ヒータ通電端２２６ｂ、及び、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａは、この外側回路ケース２６０に接続して、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされている。

なお、本実施形態では、外側回路ケース２６０は、その内部に、イオン源電源回路２１０、補助電極電源回路２４０、内側回路ケース２５０、信号電流検知回路２３０とヒータ通電回路２２６とを含む計測制御回路２２０、及び、絶縁トランス２７０の一次側鉄心２７１Ａを収容して包囲している。さらに、この外側回路ケース２６０は、電線１６５，１６６の同軸二重の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる外側の外部導体１６５Ｇ２，１６６Ｇ２に導通している。

計測制御回路２２０は、レギュレータ電源ＰＳを内蔵している。なお、このレギュレータ電源ＰＳは、電源配線ＢＣを通じて、車両ＡＭに搭載された外部のバッテリＢＴと接続されており、このバッテリＢＴで駆動される。また、バッテリＢＴのＧＮＤ電位は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤと共通にされている。

また、計測制御回路２２０は、マイクロプロセッサ２０２を含み、通信線ＣＣを介して内燃機関を制御する制御ユニットＥＣＵと通信可能となっている。これにより、前述した信号電流検知回路２３０の測定結果（信号電流Ｉｓの大きさ）、あるいは、これを微粒子量などに換算した値などを、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。

また、レギュレータ電源ＰＳを通じて、外部から計測制御回路２２０に入力された電力の一部は、絶縁トランス２７０を介して、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に分配される。なお、絶縁トランス２７０においては、計測制御回路２２０の一部をなす一次側コイル２７２と、イオン源電源回路２１０の一部をなす電源回路側コイル２７３と、補助電極電源回路２４０の一部をなす補助電極電源側コイル２７４と、鉄心２７１（一次側鉄心２７１Ａ，二次側鉄心２７１Ｂ）とは、互いに電気的に絶縁されている。このため、計測制御回路２２０から、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０に電力を分配できる一方、これらの間の電気的絶縁を保つことができる。

次に、微粒子センサ１０について、図２及び図３を参照して説明する。
微粒子センサ１０は、図２に示すように、軸線方向ＧＨ（図２において上下方向）の基端側（図２において上側）から先端側（図２において下側）に延びる形態をなしている。この微粒子センサ１０は、軸線方向ＧＨに延びる板状をなし、気中放電によりイオンを生成するセラミック素子１００（センサ素子）を備える。このほか、このセラミック素子１００と電気的絶縁を確保しつつ、セラミック素子１００を保持し、且つ、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる主体金具５０を備える。また、主体金具５０と電気的絶縁を確保しつつ、主体金具５０を囲んで保持し、且つ、排気管ＥＰに取り付けられて、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる取り付け金具９０を備える。

より具体的には、微粒子センサ１０は、自身の先端側ＧＳに、筒状の取り付け金具９０を備える。この取り付け金具９０は、径方向外側に膨出して外形六角形状をなすフランジ部９１を有する。さらに、この取り付け金具９０は、フランジ部９１よりも先端側ＧＳの先端部９０ｓの外周に、微粒子センサ１０を排気管ＥＰに固定するための雄ネジを有する。従って、微粒子センサ１０は、取り付け金具９０の先端部９０ｓの雄ネジを用いて、排気管ＥＰに別途固定された金属製の取付用ボスＢＯに取り付けられ、この取付用ボスＢＯを介して、排気管ＥＰに固定される。このため、取り付け金具９０は、排気管ＥＰと同じシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる。

また、取り付け金具９０の基端側ＧＫには、金属製で筒状の外筒９５が固設されている。具体的には、取り付け金具９０の基端部９０ｋに、外筒９５の先端部９５ｓが外嵌され、取り付け金具９０の基端部９０ｋと外筒９５の先端部９５ｓとがレーザ溶接されることで、取り付け金具９０と外筒９５とが一体とされている。

取り付け金具９０の径方向内側には、電気絶縁材からなる第１絶縁スペーサ６０及び第２絶縁スペーサ６１を介して、筒状の主体金具５０及びこれと一体とされた内筒８０が配置されている。また、これらと共に、取り付け金具９０内には、筒状のスリーブ６２及び環状の線パッキン６３も配置されている。

具体的には、主体金具５０は、略円筒状をなし、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部５１を有している。また、内筒８０は、金属からなり、軸線方向ＧＨに延びる円筒状をなし、その先端部分が円環状のフランジ部８１となっている。そして、主体金具５０のフランジ部５１に内筒８０のフランジ部８１が当接するようにして、主体金具５０の基端部５０ｋに内筒８０の先端部８０ｓが外嵌され、主体金具５０の基端部５０ｋと内筒８０の先端部８０ｓとをレーザ溶接することで、主体金具５０と内筒８０とが一体とされている。

また、一体とされた主体金具５０及び内筒８０は、両者のフランジ部５１，８１が、先端側ＧＳに位置する第１絶縁スペーサ６０と基端側ＧＫに位置する第２絶縁スペーサ６１とに挟まれて、取り付け金具９０内に配置されている。さらに、第２絶縁スペーサ６１の基端側ＧＫには、スリーブ６２が配置されている。取り付け金具９０の最基端部９０ｋｋとスリーブ６２との間には、線パッキン６３が配置され、取り付け金具９０の最基端部９０ｋｋは、径方向内側に屈曲して加締められている。

また、主体金具５０の内部には、カップ状の金属カップ５２が配設されている。さらに、この金属カップ５２の底部には孔５２ｂが空いており、この孔５２ｂに、セラミック素子１００が挿通されている。また、セラミック素子１００の周りには、先端側ＧＳから基端側ＧＫに向けて順に、アルミナからなりセラミック素子１００を保持する筒状のセラミックホルダ５３、滑石粉末を圧縮して構成した第１粉末充填層５４、及び、第２粉末充填層５５、さらには、アルミナからなる筒状のセラミックスリーブ５６が配設されている。このうち、セラミックホルダ５３及び第１粉末充填層５４は、金属カップ５２内に位置している。

さらに、主体金具５０の最基端部５０ｋｋと、セラミックスリーブ５６との間には、加締リング５７が配置されている。主体金具５０の最基端部５０ｋｋは、径方向内側に屈曲して加締められ、加締リング５７を介してセラミックスリーブ５６を押圧している。これにより、第２粉末充填層５５の粉末が圧縮されて、主体金具５０内に金属カップ５２及びセラミックスリーブ５６が固定されると共に、セラミック素子１００も主体金具５０によって気密に保持される。

また、主体金具５０の先端部５０ｓには、セラミック素子１００の先端部分を径方向外側から包囲する態様で、ステンレス製で二重の筒状をなす内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０が固設されている。この内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０は、セラミック素子１００を水滴や異物から保護する一方、排気ガスＥＧをセラミック素子１００の周囲に導く。なお、内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０は、次のようにして、主体金具５０の先端部５０ｓに固設されている。具体的には、主体金具５０の先端部５０ｓに、内側プロテクタ４５の基端側ＧＫの径大部４７を外嵌し、さらに、その外側に、外側プロテクタ４０の基端側ＧＫの径大部４２を外嵌した後、これら嵌合部をレーザ溶接することで固設されている。

外側プロテクタ４０のうち、筒状の胴部４１には、その先端側ＧＳの周上に、排気ガスＥＧを内部に導入するため長方形の外側導入孔４０Ｉが複数形成されている。また、内側プロテクタ４５の筒状の胴部４６には、その先端側ＧＳ及び基端側ＧＫの周上に、それぞれ三角形と丸型の内側導入孔４５Ｉが複数形成されている（図２及び図３参照）。さらに、内側プロテクタ４５の先端部分には、取り入れた排気ガスＥＧ（被測定ガス）を排出するための丸型の排出口４５Ｏが形成されており、この排出口４５Ｏを含む内側プロテクタ４５の先端部分は、外側プロテクタ４０の先端部分の開口４３から外部に突出している。

ここで、図７を参照して、微粒子センサ１０の使用時における内側プロテクタ４５及び外側プロテクタ４０への排気ガスＥＧの取り入れ及び排出について説明する。なお、図７において、排気ガスＥＧは、排気管ＥＰ内を左から右に向けて流通している。この排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧが、微粒子センサ１０の外側プロテクタ４０及び内側プロテクタ４５の周囲を通ると、その流速が、内側プロテクタ４５の排出口４５Ｏの外側で上昇し、ベンチュリ効果により、排出口４５Ｏ付近に負圧が生じる。

すると、この負圧により、内側プロテクタ４５内に取り入れられた取入排気ガスＥＧＩが排出口４５Ｏから排出される。これと共に、外側プロテクタ４０の外側導入孔４０Ｉ周囲の排気ガスＥＧが、この外側導入孔４０Ｉから外側プロテクタ４０内に取り入れられ、さらに、内側プロテクタ４５の内側導入孔４５Ｉを通じて、さらに内側プロテクタ４５内に取り入れられる。そして、内側プロテクタ４５内の取入排気ガスＥＧＩは、排出口４５Ｏから排出されるので、内側プロテクタ４５内には、基端側ＧＫの内側導入孔４５Ｉから先端側ＧＳの排出口４５Ｏに向けて流れる取入排気ガスＥＧＩの気流が生じる。

また、本実施形態の微粒子センサ１０では、図２に示すように、主体金具５０の基端側ＧＫ（具体的には、セラミックスリーブ５６の基端側ＧＫ）で、内筒８０の内側には、電気絶縁材からなる絶縁ホルダ７０が配置されている。この絶縁ホルダ７０には、絶縁ホルダ７０を軸線方向ＧＨに貫通する挿通孔７０ｃが形成されており（図３参照）、この挿通孔７０ｃにセラミック素子１００が挿通されている。

また、絶縁ホルダ７０の基端側ＧＫには、第１絶縁部材７１が、絶縁ホルダ７０に隣接して配置されている。この第１絶縁部材７１は、電気絶縁材からなり、軸線方向ＧＨに延びる筒状をなしている。さらに、第１絶縁部材７１の基端側ＧＫには、第２絶縁部材７２が、第１絶縁部材７１に隣接して配置されている。この第２絶縁部材７２は、電気絶縁材からなり、軸線方向ＧＨに延びる筒状をなしている。第１絶縁部材７１と第２絶縁部材７２とは、軸線方向ＧＨに隣接して配置され、いずれも内筒８０の内側に収容されている。

第１絶縁部材７１は、自身を軸線方向ＧＨに貫通する挿通孔７１ｃを有する。この挿通孔７１ｃ内には、セラミック素子１００が挿通されると共に、セラミック素子１００のうち放電電位パッド１１３が位置する放電パッド部１００Ｐ（図５参照）、及び、放電電位端子部材７３が収容されている。

一方、第２絶縁部材７２は、自身を軸線方向ＧＨに貫通する第１挿通孔７２ｃ及び第２挿通孔７２ｄを有する。この第２挿通孔７２ｄ内には、セラミック素子１００のうち、放電電位ＰＶ２とは異なる異電位（具体的には、補助電位ＰＶ３）とされる補助電位パッド１２５（異電位パッド）が位置する異電位パッド部１００Ｒ（図５参照）が収容されている。また、この第２絶縁部材７２は、第２挿通孔７２ｄ内に、後述する補助電位端子部材７５、第１ヒータ端子部材７６、及び、第２ヒータ端子部材７７を、互いに絶縁した状態で収容している。

なお、第１絶縁部材７１は、挿通孔７１ｃ内において、放電電位端子部材７３を、セラミック素子１００の放電電位パッド１１３（図５参照）に接触導通させつつ、放電電位端子部材７３を保持している。詳細には、放電電位端子部材７３が、挿通孔７１ｃ内において、セラミック素子１００の放電電位パッド１１３と第１絶縁部材７１の挿通孔７１ｃを構成する内側面７１ｆとの間に挟まれる態様で保持されている（図８、図９参照）。これにより、放電電位端子部材７３が、挿通孔７１ｃ内において、セラミック素子１００の放電電位パッド１１３に接触して導通している。これと共に、第１絶縁部材７１は、放電電位端子部材７３と内筒８０とを電気的に絶縁している。

また、第１絶縁部材７１の内側面７１ｆは、放電電位端子部材７３と接触する内側接触部７１ｈを有している（図９参照）。この内側接触部７１ｈは、図９に示すように、当該内側接触部７１ｈのうち軸線方向ＧＨ（図９において上下方向）について最も先端側ＧＳ（図９において下側）に位置する内側最先端接触部７１ｎと、軸線方向ＧＨについて最も基端側ＧＫ（図９において上側）に位置する内側最基端接触部７１ｙとを含んでいる。
また、第１絶縁部材７１の外側面７１ｂは、内筒８０の内周面８０ｃと接触する外側接触部７１ｖを有している（図９参照）。この外側接触部７１ｖは、円筒形状をなしており、当該外側接触部７１ｖのうち軸線方向ＧＨについて最も先端側ＧＳに位置する外側最先端接触部７１ｗと、軸線方向ＧＨについて最も基端側ＧＫに位置する外側最基端接触部７１ｘとを含んでいる。

上述のように、本実施形態の微粒子センサ１０では、第１絶縁部材７１の外側面７１ｂは、内筒８０の内周面８０ｃと接触する円筒形状の外側接触部７１ｖを有している（図３、図９参照）。このように、第１絶縁部材７１の外側面７１ｂ（外周面）を、当該第１絶縁部材７１の径方向外側に位置する内筒８０の内周面８０ｃに接触させることで、第１絶縁部材７１を径方向に固定する（径方向への位置ずれを防止する）ことができる。

また、第２絶縁部材７２は、第２挿通孔７２ｄ内において、補助電位端子部材７５（異電位端子部材）を、セラミック素子１００の補助電位パッド１２５（異電位パッド）に接触導通させつつ、補助電位端子部材７５を保持している。さらに、第２絶縁部材７２は、第２挿通孔７２ｄ内において、第１ヒータ端子部材７６を、セラミック素子１００の第１ヒータパッド１３６に接触導通させつつ、第１ヒータ端子部材７６を保持している。さらに、第２絶縁部材７２は、第２挿通孔７２ｄ内において、第２ヒータ端子部材７７を、セラミック素子１００の第２ヒータパッド１３７に接触導通させつつ、第２ヒータ端子部材７７を保持している。これと共に、第２絶縁部材７２は、補助電位端子部材７５、第１ヒータ端子部材７６、及び、第２ヒータ端子部材７７を、内筒８０と電気的に絶縁している。

さらに、第２絶縁部材７２の第１挿通孔７２ｃ内において、放電電位端子部材７３が、放電電位リード線１６１の一端部１６１ｔに接続されている。これにより、放電電位端子部材７３は、放電電位ＰＶ２とされる。
また、第２絶縁部材７２の第２挿通孔７２ｄ内において、補助電位端子部材７５が、補助電位リード線１６２（異電位リード線）の一端部１６２ｔに接続されている。これにより、補助電位端子部材７５は、補助電位ＰＶ３とされる。さらに、第２挿通孔７２ｄ内において、第１ヒータ端子部材７６が、第１ヒータリード線１６３の一端部１６３ｔに接続されている。これにより、第１ヒータ端子部材７６は、第１ヒータ電位ＰＶｈｔとされる。さらに、第２挿通孔７２ｄ内において、第２ヒータ端子部材７７が、第２ヒータリード線１６４の一端部１６４ｔに接続されている。これにより、第２ヒータ端子部材７７は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる。

内筒８０の基端部８０ｋには、センサＧＮＤ接続金具８２の先端部８２ｓが外嵌され、レーザ溶接されている。また、センサＧＮＤ接続金具８２には、電線１６５〜１６８が挿通されている。なお、電線１６５，１６６の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、内側の外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１は、センサＧＮＤ接続金具８２に導通している。これにより、センサＧＮＤ接続金具８２に導通する内筒８０、主体金具５０、内側プロテクタ４５、及び、外側プロテクタ４０は、いずれもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（第１基準電位）とされている。

さらに、外筒９５のうち、基端側ＧＫの小径部９６内には、フッ素ゴム製のグロメット８４とシャーシＧＮＤ接続金具８３とが配設され、これらに、電線１６５〜１６８が挿通されている。なお、電線１６５，１６６の外部導体１６５Ｇ，１６６Ｇのうち、外側の外部導体１６５Ｇ２，１６６Ｇ２は、それぞれシャーシＧＮＤ接続金具８３に導通している。

シャーシＧＮＤ接続金具８３は、外筒９５の小径部９６と共に径方向内側に加締められている。これにより、グロメット８４及びシャーシＧＮＤ接続金具８３は、外筒９５の小径部９６内に固定されている。これにより、排気管ＥＰ及び取付用ボスＢＯに導通する取り付け金具９０、外筒９５、及び、シャーシＧＮＤ接続金具８３は、いずれもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとは絶縁されたシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる。また、このシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤは、前述したように、車両ＡＭに搭載されたバッテリＢＴ（図４参照）のＧＮＤ電位と共通にされている。

次いで、セラミック素子１００（センサ素子）について詳細に説明する。セラミック素子１００は、図５及び図６に示すように、軸線方向ＧＨに延びる板状をなし、電気絶縁材（具体的にはアルミナ）からなるセラミック基体１０１（絶縁基体）を有している。このセラミック基体１０１内には、放電電極体１１０、補助電極体１２０、及び、ヒータ部１３０が埋設されて一体焼結されている。

より具体的には、セラミック基体１０１は、アルミナグリーンシート由来のアルミナからなる３つのセラミック層１０２，１０３，１０４が重なっており、これらの層間には印刷により形成されたアルミナからなる２つの絶縁被覆層１０５，１０６が介在している。そして、絶縁被覆層１０５とセラミック層１０３との間には、放電電極体１１０が配置されている。さらに、セラミック層１０３と絶縁被覆層１０６の間には、補助電極体１２０が配置されている。さらに、絶縁被覆層１０６とセラミック層１０４の間には、ヒータ部１３０が配置されている。そして、これらが一体化して、セラミック素子１００（センサ素子）が形成されている。

なお、本実施形態では、セラミック素子１００のセラミック基体１０１（絶縁基体）は、図５に示すように、セラミック層１０３，１０４からなる第１セラミック部１０１Ａ上に、セラミック層１０３，１０４よりも軸線方向ＧＨの長さが短くされた、セラミック層１０２からなる第２セラミック部１０１Ｂを積層した形態を有する。また、第２セラミック部１０１Ｂのうち軸線方向ＧＨの先端側ＧＳに位置する第２先端１０１ＢＳは、第１セラミック部１０１Ａのうち軸線方向ＧＨの先端側ＧＳに位置する第１先端１０１ＡＳよりも軸線方向ＧＨの基端側ＧＫに引き下がっている。

放電電極体１１０は、軸線方向ＧＨに延びる形態を有している。この放電電極体１１０は、白金線からなる針状電極部１１２、及び、この針状電極部１１２に導通するリード部１１１を有する。さらに、セラミック素子１００は、放電電極体１１０のリード部１１１に導通する放電電位パッド１１３を有する。なお、リード部１１１と放電電位パッド１１３とは、セラミック層１０３の一方の表面１０３Ｓ１上に、パターン印刷により一体に形成されている。また、リード部１１１と、針状電極部１１２のうち基端側ＧＫの埋設部１１２Ａとは、絶縁被覆層１０５及びセラミック層１０２で被覆されて、セラミック基体１０１内に（具体的には、セラミック層１０２とセラミック層１０３の層間に）埋設されている。即ち、セラミック基体１０１は、放電電極体１１０のうち、リード部１１１及び針状電極部１１２の埋設部１１２Ａを内包している。

一方、白金線からなる針状電極部１１２のうち先端側ＧＳの露出部１１２Ｂは、第２セラミック部１０１Ｂの第２先端１０１ＢＳから露出している（図５参照）。しかも、この露出部１１２Ｂのうち先端側ＧＳで先細の針状先端部１１２Ｓは、自身の先端がセラミック層１０３の表面１０３Ｓ１から２〜３ｍｍ離れるように折り曲げられて（従って、セラミック層１０３の表面１０３Ｓ１から離間して）、セラミック基体１０１外の空中に突出している。

放電電位パッド１１３は、セラミック基体１０１のうち軸線方向ＧＨの基端側ＧＫに位置する基体基端部１０１Ｋにおいて、第１主面１０１Ｓ１上（セラミック層１０３の表面１０３Ｓ１上）に形成されている。なお、前述したように、放電電位パッド１１３には、放電電位端子部材７３が接触し導通する。

補助電極体１２０は、パターン印刷により、セラミック層１０３のうち表面１０３Ｓ１とは逆側の表面１０３Ｓ２上に形成されている。この補助電極体１２０は、セラミック素子１００の先端側ＧＳに配置されて矩形状をなす補助電極部１２２、及び、この補助電極部１２２に導通してセラミック素子１００の基端側ＧＫに延びる補助電極リード部１２１を有する。この補助電極体１２０（補助電極リード部１２１及び補助電極部１２２）は、絶縁被覆層１０６で被覆されて、セラミック基体１０１内に（具体的には、セラミック層１０３とセラミック層１０４の層間に）埋設されている。

なお、補助電極体１２０の補助電極部１２２は、セラミック基体１０１の第１セラミック部１０１Ａのうち、第２セラミック部１０１Ｂの第２先端１０１ＢＳよりも軸線方向ＧＨの先端側ＧＳの内部（セラミック層１０３とセラミック層１０４の層間）に埋設されている。

一方、補助電極体１２０の補助電極リード部１２１は、基端側ＧＫの端部１２３から絶縁被覆層１０６の貫通孔１０６ｃを通じて、セラミック層１０４の一方の表面１０４Ｓ１上に形成した導通パターン１２４に導通している。さらに、この導通パターン１２４は、セラミック層１０４を貫通するスルーホール１０４ｈ１を通じて、セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上（即ち、セラミック基体１０１の基体基端部１０１Ｋにおける第２主面１０１Ｓ２上）に形成した補助電位パッド１２５に導通している。なお、前述したように、補助電位パッド１２５には、補助電位端子部材７５が接触して導通する。

また、セラミック層１０４の一方の表面１０４Ｓ１上には、ヒータ部１３０が、パターン印刷により形成されている。ヒータ部１３０は、セラミック素子１００の先端側ＧＳに配置されてセラミック素子１００を加熱する発熱部１３１、及び、この発熱部１３１に導通してセラミック素子１００の基端側ＧＫに延びる２本のヒータリード部１３２，１３３を有する。このヒータ部１３０は、セラミック層１０４の一方の表面１０４Ｓ１上に形成されて、絶縁被覆層１０６で被覆されている。

また、ヒータリード部１３２は、その基端側ＧＫの端部１３４から、セラミック層１０４を貫通するスルーホール１０４ｈ２を通じて、セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上（即ち、セラミック基体１０１の第２主面１０１Ｓ２上）に形成された第１ヒータパッド１３６に導通している。さらに、ヒータリード部１３３は、その基端側ＧＫの端部１３５から、セラミック層１０４を貫通するスルーホール１０４ｈ２を通じて、セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上に形成された第２ヒータパッド１３７に導通している。なお、前述したように、第１ヒータパッド１３６には、第１ヒータ端子部材７６が接触して導通する。また、第２ヒータパッド１３７には、第２ヒータ端子部材７７が接触し導通する。

次いで、微粒子検知システム１による微粒子検知について説明する。
セラミック素子１００の放電電極体１１０は、放電電位リード線１６１を通じて、制御装置２００のイオン源電源回路２１０に接続されている（図４参照）。また、補助電極体１２０は、補助電位リード線１６２を通じて、制御装置２００の補助電極電源回路２４０に接続されている。また、ヒータ部１３０は、第１，第２ヒータリード線１６３，１６４を通じて、制御装置２００のヒータ通電回路２２６に接続されている（図４参照）。

また、電線１６５，１６６の内側の外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１も、制御装置２００のうち、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１及び補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１に接続され、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（第１基準電位）とされている。さらに、外部導体１６５Ｇ１，１６６Ｇ１に導通するセンサＧＮＤ接続金具８２等を介して、セラミック素子１００の周囲に配置された内側プロテクタ４５も、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（第１基準電位）とされている。

ここで、放電電極体１１０の針状電極部１１２に、制御装置２００のイオン源電源回路２１０から、放電電位リード線１６１、放電電位端子部材７３、及び、放電電位パッド１１３を通じて、正の高電圧（例えば、１〜２ｋＶ）の放電電位ＰＶ２（図４参照）を印加する。すると、この針状電極部１１２の露出部１１２Ｂの針状先端部１１２Ｓと、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（第１基準電位）とされた内側プロテクタ４５（第１部材）との間で、気中放電（具体的には、コロナ放電）を生じ、針状先端部１１２Ｓの周囲で、イオンＣＰ（陽イオン）が生成される（図７参照）。

前述したように、外側プロテクタ４０及び内側プロテクタ４５の作用により、内側プロテクタ４５内には、排気ガスＥＧが取り入れられ、セラミック素子１００付近において、基端側ＧＫから先端側ＧＳに向かう取入排気ガスＥＧＩの気流が生じている。このため、生成されたイオンＣＰは、図７に示すように、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓに付着する。これにより、微粒子Ｓは、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなって、取入排気ガスＥＧＩと共に、排出口４５Ｏに向けて流れ、排出される。

一方、補助電極体１２０の補助電極部１２２には、制御装置２００の補助電極電源回路２４０から、補助電位リード線１６２、補助電位端子部材７５、及び、補助電位パッド１２５を通じて、所定の電位（例えば、１００〜２００Ｖの正の直流電位）とされた補助電位ＰＶ３が印加される（図４参照）。これにより、生成したイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦ（図７参照）に、補助電極部１２２からその径方向外側の内側プロテクタ４５（捕集極）に向かう斥力を与える。これにより、浮遊イオンＣＰＦを、捕集極（内側プロテクタ４５）の各部に付着させて捕集を補助する。かくして、確実に浮遊イオンＣＰＦを捕集することができ、浮遊イオンＣＰＦまでもが排出口４５Ｏから排出されるのを防止する。

本システム１では、排出口４５Ｏから排出された帯電微粒子ＳＣに付着していた排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号（信号電流Ｉｓ）を、信号電流検知回路２３０で検知する。なお、信号電流Ｉｓは、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ（内側プロテクタ４５等の電位）とシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ（排気管ＥＰ等の電位）との間を流れることになる。これにより、排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓの量（濃度）を検知することができる。

なお、前述したように、本実施形態では、セラミック素子１００の周囲の内側プロテクタ４５をセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとし、放電電極体１１０の針状電極部１１２との間でコロナ放電を生じさせた。さらに、この内側プロテクタ４５を、浮遊イオンＣＰＦを捕集する捕集極としても用いている。即ち、本実施形態では、内側プロテクタ４５（捕集極）で浮遊イオンＣＰＦの捕集を行うための捕集電位は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤに等しい。

また、本システム１では、制御装置２００の計測制御回路２２０のヒータ通電回路２２６から、第１ヒータリード線１６３及び第１ヒータ端子部材７６、並びに第２ヒータリード線１６４及び第２ヒータ端子部材７７を通じて、第１ヒータパッド１３６と第２ヒータパッド１３７の間に所定のヒータ通電電圧を印加する。すると、ヒータ部１３０の発熱部１３１が通電により発熱し、セラミック素子１００を加熱して、このセラミック素子１００に付着した水滴や煤等の異物を除去することができる。これにより、セラミック素子１００の電気絶縁性を、回復あるいは維持することができる。

なお、本実施形態では、ヒータ通電電圧として、車両ＡＭのバッテリＢＴの直流のバッテリ電圧（ＤＣ１２Ｖまたは２４Ｖ）をヒータ通電回路２２６によりパルス制御した電圧を印加する。具体的には、第１ヒータリード線１６３及び第１ヒータ端子部材７６を通じて、第１ヒータパッド１３６に印加される第１ヒータ電位ＰＶｈｔは、このバッテリ電圧（ＤＣ１２Ｖまたは２４Ｖ）をパルス制御したプラス側の電位とされる。また、第２ヒータリード線１６４及び第２ヒータ端子部材７７を通じて、第２ヒータパッド１３７に印加される第２ヒータ電位は、バッテリＢＴのＧＮＤ電位と共通のシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる（図４参照）。

ところで、前述の微粒子センサ５１０では、第１絶縁部材４７１の外側面４７１ｂが、内筒４８０の内周面４８０ｃと接触している（図１１参照）。このため、第１絶縁部材４７１の表面に水滴が付着したり、第１絶縁部材４７１が高温になるなどして、第１絶縁部材４７１の表面の絶縁性が低下した場合には、第１絶縁部材４７１の表面を通じて、放電電位端子部材４７３（放電電位）と内筒４８０（第１基準電位）との間で、放電（スパーク放電）あるいは電流リークが発生する虞があった。

具体的には、第１絶縁部材４７１の内側面４７１ｆは、放電電位端子部材４７３と接触する内側接触部４７１ｈを有する。この内側接触部４７１ｈは、軸線方向ＧＨについて最も先端側ＧＳに位置する内側最先端接触部４７１ｎを有する（図１３参照）。また、第１絶縁部材４７１の外側面４７１ｂは、内筒４８０の内周面４８０ｃと接触する外側接触部４７１ｖを有する。この外側接触部４７１ｖは、軸線方向ＧＨについて最も先端側ＧＳに位置する外側最先端接触部４７１ｗを有する。このため、例えば、図１３に示すように、第１絶縁部材４７１の表面を通じて内側接触部４７１ｈから外側接触部４７１ｖに至る沿面経路ＣＲのうち、内側最先端接触部４７１ｎから外側最先端接触部４７１ｗに至る先端側最短沿面経路ＳＣＲで、放電電位端子部材４７３と内筒４８０との間でスパーク放電が発生する虞があった。このような放電（スパーク放電）あるいは電流リークが発生すると、被測定ガス中の微粒子を適切に検知することができなくなる虞があった。

これに対し、本実施形態の微粒子センサ１０では、第１絶縁部材７１の先端部７１ｓ（第１絶縁部材７１のうち最も先端側ＧＳに位置する部位）が、第１絶縁部材７１の径方向について内側最先端接触部７１ｎよりも外側に位置し、且つ、軸線方向ＧＨについて内側最先端接触部７１ｎよりも先端側ＧＳに位置している（図８、図９参照）。この先端部７１ｓは、円筒形状をなしている（図８参照）。
さらに、第１絶縁部材７１の基端部７１ｋ（第１絶縁部材７１のうち最も基端側ＧＫに位置する部位）は、第１絶縁部材７１の径方向について内側最基端接触部７１ｙよりも外側に位置し、且つ、軸線方向ＧＨについて内側最基端接触部７１ｙよりも基端側ＧＫに位置している（図８、図９参照）。この基端部７１ｋは、円筒形状をなしている。

さらに、第１絶縁部材７１は、第１絶縁部材７１の径方向について先端部７１ｓよりも外側で、且つ、軸線方向ＧＨについて内側最先端接触部７１ｎよりも基端側ＧＫ（図９において上側）の位置に、外側接触部７１ｖ（第１絶縁部材７１の外側面７１ｂのうち内筒８０の内周面８０ｃと接触する部位）を有している。しかも、この外側接触部７１ｖは、第１絶縁部材７１の径方向について基端部７１ｋよりも外側で、且つ、軸線方向ＧＨについて内側最基端接触部７１ｙよりも先端側ＧＳ（図９において下側）に位置している。
より具体的には、第１絶縁部材７１の外側面７１ｂは、軸線方向ＧＨについて中央（詳細には、内側最先端接触部７１ｎよりも基端側ＧＫで、且つ、内側最基端接触部７１ｙよりも先端側ＧＳの位置）に位置する円筒状の中央部が、他の部位よりも径方向外側に突出した、段差のある円筒形状をなしている。そして、外側面７１ｂの円筒状中央部が、外側接触部７１ｖ（内筒８０の内周面８０ｃと接触する部位）とされている。

このような形態の第１絶縁部材７１は、図９に示すように、第１絶縁部材７１の表面を通じて内側接触部７１ｈから外側接触部７１ｖに至る沿面経路ＣＲのうち、内側最先端接触部７１ｎから外側最先端接触部７１ｗに至る先端側最短沿面経路ＳＣＲが、「内側最先端接触部７１ｎから見て、軸線方向ＧＨ（図９において上下方向）について外側最先端接触部７１ｗが位置する側（本実施形態では、基端側ＧＫ）とは反対側（すなわち、軸線方向ＧＨについて外側最先端接触部７１ｗから遠ざかる側、本実施形態では先端側ＧＳ）に位置する第１経由点Ｐ１（先端部７１ｓの先端に位置する点）」を経由する先端側迂回経路ＳＤ１を含むことになる。
従って、本実施形態の微粒子センサ１０では、第１絶縁部材の形態を、先端側最短沿面経路に上述のような迂回経路（先端側迂回経路）が含まれない形態とした場合に比べて、先端側迂回経路ＳＤ１の長さの分だけ先端側最短沿面経路ＳＣＲを長くすることができる。

さらに、上述した形態の第１絶縁部材７１は、図９に示すように、内側最基端接触部７１ｙから外側最基端接触部７１ｘに至る基端側最短沿面経路ＫＣＲが、「内側最基端接触部７１ｙから見て、軸線方向ＧＨ（図９において上下方向）について外側最基端接触部７１ｘが位置する側（本実施形態では、先端側ＧＳ）とは反対側（すなわち、軸線方向ＧＨについて外側最基端接触部７１ｘから遠ざかる側、本実施形態では基端側ＧＫ）に位置する第３経由点Ｐ３（基端部７１ｋの基端に位置する点）」を経由する基端側迂回経路ＫＤ１を含むことになる。
従って、本実施形態の微粒子センサ１０では、第１絶縁部材７１の形態を、基端側最短沿面経路ＫＣＲに上述のような迂回経路（基端側迂回経路）が含まれない形態とした場合に比べて、基端側迂回経路ＫＤ１の長さの分だけ基端側最短沿面経路ＫＣＲを長くすることができる。

以上説明したことから、本実施形態の微粒子センサ１０では、第１絶縁部材７１の表面に水滴が付着したり、第１絶縁部材７１が高温になるなどして、第１絶縁部材７１の表面の絶縁性が低下した場合でも、第１絶縁部材７１の表面を通じた、放電電位端子部材７３と内筒８０との間での放電及び電流リークが、発生し難くなる。

さらに、本実施形態の微粒子センサ１０では、内筒８０が、第２絶縁部材７２に接触しつつ、第２絶縁部材７２及び第１絶縁部材７１を固定する固定部８０ｄを有する（図８参照）。具体的には、図８に示すように、固定部８０ｄは、内筒の基端部８０ｋの基端側部分であり、第２絶縁部材７２の鍔部７２ｆ（径方向外側に膨出する部位）の外周面７２ｇに接触する第１固定部８０ｈと、径方向内側に屈曲するように加締められて第２絶縁部材７２の鍔部７２ｆの基端面７２ｈに接触する第２固定部８０ｊとを有している。

さらに、第１絶縁部材７１のうち基端側ＧＫに位置する基端部７１ｋには、第２絶縁部材７２の先端側ＧＳの部位である先端部７２ｓが挿入される挿入孔７１ｊが形成されている（図３、図８参照）。この挿入孔７１ｊは、段状をなしており、第２絶縁部材７２の先端部７２ｓの外周面が接触する内周面７１ｇと、第２絶縁部材７２の先端面７２ｔが当接する当接面７１ｍとを有している（図３参照）。

さらに、第１絶縁部材７１のうち先端側ＧＳに位置する先端部７１ｓには、絶縁ホルダ７０の基端部７０ｋが挿入される挿入孔７１ｐが形成されている（図３、図８参照）。この挿入孔７１ｐは、段状をなしており、絶縁ホルダ７０の基端部７０ｋの外周面が接触する内周面７１ｑと、絶縁ホルダ７０の基端面７０ｔが当接する当接面７１ｒとを有している（図８参照）。また、絶縁ホルダ７０の先端面７０ｆは、主体金具５０内に固定されているセラミックスリーブ５６に当接している。

これにより、軸線方向ＧＨに隣接（当接）して配置されている第２絶縁部材７２、第１絶縁部材７１、及び、絶縁ホルダ７０は、内筒８０の第２固定部８０ｊとセラミックスリーブ５６との間に挟まれる態様で、軸線方向ＧＨに固定される。

また、内筒８０の第１固定部８０ｈにより、第２絶縁部材７２が径方向（軸線方向ＧＨに直交する方向）に固定されている。さらに、この第２絶縁部材７２の先端部７２ｓが、第１絶縁部材７１の挿入孔７１ｊ内に挿入されているので、第１絶縁部材７１の挿入孔７１ｊを構成する内周面７１ｇが、第２絶縁部材７２の先端部７２ｓの外周面に接触する態様で、第１絶縁部材７１も径方向に固定される。さらに、この第１絶縁部材７１の挿入孔７１ｐ内に、絶縁ホルダ７０の基端部７０ｋが挿入されているので、絶縁ホルダ７０の基端部７０ｋの外周面が、第１絶縁部材７１の挿入孔７１ｐを構成する内周面７１ｑに接触する態様で、絶縁ホルダ７０も径方向に固定される。
このようにして、本実施形態の微粒子センサ１０では、第１絶縁部材７１を、径方向（軸線方向ＧＨに直交する方向）のみならず軸線方向ＧＨについても、内筒８０（筒状体）に対して適切に固定することができる。

（変形形態）
次に、本発明の変形形態について説明する。本変形形態の微粒子センサ３１０は、実施形態の微粒子センサ１０と比較して、第１絶縁部材の形状のみが異なり、その他については同様である。

本変形形態の微粒子センサ３１０では、図１０に示すように、第１絶縁部材３７１の先端部３７１ｓ（第１絶縁部材３７１のうち最も先端側ＧＳに位置する部位）が、第１絶縁部材３７１の径方向について内側最先端接触部３７１ｎよりも外側で、且つ、軸線方向ＧＨについて内側最先端接触部３７１ｎよりも先端側ＧＳ（図１０において下側）に位置している。この先端部３７１ｓは、円筒形状をなしている。
さらに、第１絶縁部材３７１の基端部３７１ｋ（第１絶縁部材３７１のうち最も基端側ＧＫに位置する部位）が、第１絶縁部材３７１の径方向について内側最基端接触部３７１ｙよりも外側で、且つ、軸線方向ＧＨについて内側最基端接触部３７１ｙよりも基端側ＧＫ（図１０において上側）に位置している。この基端部３７１ｋは、円筒形状をなしている。

さらに、第１絶縁部材３７１は、第１絶縁部材３７１の径方向について先端部３７１ｓよりも外側で、且つ、軸線方向ＧＨについて、内側最先端接触部３７１ｎよりも先端側ＧＳ（図１０において下側）で、且つ、先端部３７１ｓの先端３７１ｓｓよりも基端側ＧＫの位置に、外側最先端接触部３７１ｗを有している。
さらに、第１絶縁部材３７１は、第１絶縁部材３７１の径方向について基端部３７１ｋよりも外側で、且つ、軸線方向ＧＨについて内側最基端接触部３７１ｙよりも基端側ＧＫ（図１０において上側）で、且つ、基端部３７１ｋの基端３７１ｋｋよりも先端側ＧＳの位置に、外側最基端接触部３７１ｘを有している。

より具体的には、第１絶縁部材３７１の外側面３７１ｂは、軸線方向ＧＨの先端側ＧＳ（詳細には、内側最先端接触部３７１ｎよりも先端側ＧＳ）に位置する部位（先端側部３７１ｂ１）と基端側ＧＫ（詳細には、内側最基端接触部３７１ｙよりも基端側ＧＫ）に位置する部位（基端側部３７１ｂ２）との間に位置する円筒状の中間部が、先端側部３７１ｂ１及び基端側部３７１ｂ２よりも径方向外側に突出した、段差のある円筒形状をなしている。そして、外側面３７１ｂの円筒状中間部が、外側接触部３７１ｖ（内筒８０の内周面８０ｃと接触する部位）とされている。

このような形態の第１絶縁部材３７１は、図１０に示すように、第１絶縁部材３７１の表面を通じて内側接触部３７１ｈから外側接触部３７１ｖに至る沿面経路ＣＲのうち、内側最先端接触部３７１ｎから外側最先端接触部３７１ｗに至る先端側最短沿面経路ＳＣＲが、「外側最先端接触部３７１ｗから見て、軸線方向ＧＨ（図１０において上下方向）について内側最先端接触部３７１ｎが位置する側（本実施形態では、基端側ＧＫ）とは反対側（すなわち、軸線方向ＧＨについて内側最先端接触部３７１ｎから遠ざかる側、本実施形態では先端側ＧＳ）に位置する第２経由点Ｐ２（第１絶縁部材３７１の先端３７１ｓｓに位置する点）」を経由する先端側迂回経路ＳＤ２を含むことになる。
従って、本変形形態の微粒子センサ３１０では、第１絶縁部材の形態を、先端側最短沿面経路に上述のような迂回経路（先端側迂回経路）が含まれない形態とした場合に比べて、先端側迂回経路ＳＤ２の長さの分だけ先端側最短沿面経路ＳＣＲを長くすることができる。

さらに、上述した形態の第１絶縁部材３７１は、図１０に示すように、内側最基端接触部３７１ｙから外側最基端接触部３７１ｘに至る基端側最短沿面経路ＫＣＲが、「外側最基端接触部３７１ｘから見て、軸線方向ＧＨ（図１０において上下方向）について内側最基端接触部３７１ｙが位置する側（本変形形態では、先端側ＧＳ）とは反対側（すなわち、軸線方向ＧＨについて内側最基端接触部３７１ｙから遠ざかる側、本実施形態では基端側ＧＫ）に位置する第４経由点Ｐ４（第１絶縁部材３７１の基端３７１ｋｋに位置する点）」を経由する基端側迂回経路ＫＤ２を含むことになる。
従って、本変形形態の微粒子センサ３１０では、第１絶縁部材３７１の形態を、基端側最短沿面経路ＫＣＲに上述のような迂回経路（基端側迂回経路）が含まれない形態とした場合に比べて、基端側迂回経路ＫＤ２の長さの分だけ基端側最短沿面経路ＫＣＲを長くすることができる。

以上説明したことから、本変形形態の微粒子センサ３１０では、第１絶縁部材３７１の表面に水滴が付着したり、第１絶縁部材３７１が高温になるなどして、第１絶縁部材３７１の表面の絶縁性が低下した場合でも、第１絶縁部材３７１の表面を通じた、放電電位端子部材７３と内筒８０との間での放電及び電流リークが、発生し難くなる。

以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態及び変形形態では、放電電位ＰＶ２を正の高電位としたが、放電電位ＰＶ２を負の高電位としても良い。

また、実施形態及び変形形態では、セラミック素子１００（センサ素子）として、アルミナからなるセラミック基体１０１（絶縁基体）が、放電電極体１１０の埋設部１１２Ａを内包する形態を示した。しかしながら、センサ素子において、放電電極体を絶縁基体に設ける構造は、これに限られない。例えば、アルミナ等の絶縁性セラミックからなる基体の表面に放電電極体を印刷等により形成した上で、その一部をガラスコートして埋設部とすることにより、セラミック基体及びガラスコートからなる絶縁基体に放電電極体を設けたセラミック素子（センサ素子）を用いるようにしても良い。

また、実施形態及び変形形態では、第１絶縁部材７１，３７１を１部材で構成したが、複数部材により構成しても良い。複数部材で構成する形態としては、例えば、径方向内側に位置する筒状の内側部材と径方向外側に位置する筒状の外側部材とからなり、内側部材の外周面を外側部材で覆うようにした形態が挙げられる。

１ 微粒子検知システム
１０，３１０ 微粒子センサ
４０ 外側プロテクタ
４５ 内側プロテクタ（第１部材）
５０ 主体金具
７１，３７１ 第１絶縁部材
７１ｂ，３７１ｂ 外側面
７１ｆ，３７１ｆ 内側面
７１ｈ，３７１ｈ 内側接触部
７１ｎ，３７１ｎ 内側最先端接触部
７１ｙ，３７１ｙ 内側最基端接触部
７１ｖ，３７１ｖ 外側接触部
７１ｗ，３７１ｗ 外側最先端接触部
７１ｘ，３７１ｘ 外側最基端接触部
７２ 第２絶縁部材
７３ 放電電位端子部材
７５ 補助電位端子部材（異電位端子部材）
７６ 第１ヒータ端子部材
７７ 第２ヒータ端子部材
８０ 内筒（筒状体）
８０ｃ 内周面
８０ｄ 固定部
１００ セラミック素子（センサ素子）
１００Ｐ 放電パッド部
１００Ｒ 異電位パッド部
１０１ セラミック基体（絶縁基体）
１１０ 放電電極体
１１３ 放電電位パッド
１２０ 補助電極体
１２５ 補助電位パッド（異電位パッド）
１３０ ヒータ部
１３６ 第１ヒータパッド
１３７ 第２ヒータパッド
１６１ 放電電位リード線
１６２ 補助電位リード線（異電位リード線）
１６３ 第１ヒータリード線
１６４ 第２ヒータリード線
２００ 制御装置
２１０ イオン源電源回路
２２０ 計測制御回路
２２６ ヒータ通電回路
２３０ 信号電流検知回路
２４０ 補助電極電源回路
ＣＧＮＤ シャーシＧＮＤ電位
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
ＥＰ 排気管
ＧＨ 軸線方向
ＧＳ 先端側
ＧＫ 基端側
ＰＶ２ 放電電位
ＰＶ３ 補助電位（異電位）
ＰＶｈｔ 第１ヒータ電位
Ｓ 微粒子
ＳＧＮＤ センサＧＮＤ電位（第１基準電位）
ＣＲ 沿面経路
ＳＣＲ 先端側最短沿面経路
ＳＤ１，ＳＤ２ 先端側迂回経路
Ｐ１ 第１経由点
Ｐ２ 第２経由点
Ｐ３ 第３経由点
Ｐ４ 第４経由点
ＫＣＲ 基端側最短沿面経路
ＫＤ１，ＫＤ２ 基端側迂回経路

Claims (2)

1. 第１基準電位とされる第１部材と、
   電気絶縁材からなり、軸線方向に延びる形態の絶縁基体、
   上記絶縁基体に設けられた放電電極体であって、上記第１基準電位よりも高電位の放電電位を印加して、上記第１部材との間に気中放電を生じさせる放電電極体、及び、
   上記放電電極体に導通して上記絶縁基体の表面上に形成され、上記放電電位とされる放電電位パッド、を有する
   センサ素子と、を備え、
   上記軸線方向の基端側から先端側に延びる形態をなす微粒子センサであって、
   放電電位リード線に接続され、上記放電電位とされる放電電位端子部材と、
   金属からなり、上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記第１部材と導通して上記第１基準電位とされる筒状体と、
   電気絶縁材からなり、上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記筒状体の内側に位置する第１絶縁部材であって、上記センサ素子のうち上記放電電位パッドが位置する放電パッド部及び上記放電電位端子部材を当該第１絶縁部材の内部に収容し、上記放電電位端子部材を上記放電電位パッドに接触させつつ上記放電電位端子部材を保持すると共に、上記放電電位端子部材と上記筒状体との間を電気的に絶縁する第１絶縁部材と、を備え、
   上記第１絶縁部材の内側面は、上記放電電位端子部材と接触する内側接触部を有し、
   上記内側接触部は、当該内側接触部のうち上記軸線方向について最も上記先端側に位置する内側最先端接触部と、上記軸線方向について最も上記基端側に位置する内側最基端接触部と、を有し、
   上記第１絶縁部材の外側面は、上記筒状体の内周面と接触する外側接触部を有し、
   上記外側接触部は、当該外側接触部のうち上記軸線方向について最も上記先端側に位置する外側最先端接触部と、上記軸線方向について最も上記基端側に位置する外側最基端接触部と、を有し、
   上記第１絶縁部材は、
   当該第１絶縁部材の表面を通じて上記内側接触部から上記外側接触部に至る沿面経路のうち、上記内側最先端接触部から上記外側最先端接触部に至る先端側最短沿面経路が、上記内側最先端接触部から見て、上記軸線方向について上記外側最先端接触部が位置する側とは反対側に位置する第１経由点、または、上記外側最先端接触部から見て、上記軸線方向について上記内側最先端接触部が位置する側とは反対側に位置する第２経由点、を経由する先端側迂回経路を含み、且つ、
   上記沿面経路のうち、上記内側最基端接触部から上記外側最基端接触部に至る基端側最短沿面経路が、上記内側最基端接触部から見て、上記軸線方向について上記外側最基端接触部が位置する側とは反対側に位置する第３経由点、または、上記外側最基端接触部から見て、上記軸線方向について上記内側最基端接触部が位置する側とは反対側に位置する第４経由点、を経由する基端側迂回経路を含む形態をなす
   微粒子センサ。
2. 請求項１に記載の微粒子センサであって、
   前記センサ素子は、
   前記絶縁基体の表面上に形成され、前記放電電位とは異なる異電位とされる異電位パッドを有し、
   前記微粒子センサは、
   異電位リード線に接続され、上記異電位とされる異電位端子部材と、
   電気絶縁材からなり、上記軸線方向に延びる筒状をなし、前記第１絶縁部材に対し前記軸線方向に隣接する第２絶縁部材であって、上記センサ素子のうち上記異電位パッドが位置する異電位パッド部及び上記異電位端子部材を当該第２絶縁部材の内部に収容し、上記異電位端子部材を上記異電位パッドに接触させつつ上記異電位端子部材を保持する第２絶縁部材と、を備え、
   前記筒状体は、上記第２絶縁部材に接触して、上記軸線方向について上記第２絶縁部材及び上記第１絶縁部材を固定する固定部を有する
   微粒子センサ。

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