JP6626406B2 - 微粒子センサ - Google Patents

Description

本発明は、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は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の微粒子センサは、軸線方向の後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、気中放電によりイオンを生成する放電電極体とを備える。ガス取入管は、当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口を有する。放電電極体は、ガス排出口よりも後端側に位置している。この微粒子センサは、ガス取入管の内部において、気中放電によって生じたイオンを被測定ガス中に含まれる微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出された帯電微粒子に含まれるイオンの量に応じて流れる信号電流を用いて、被測定ガス中の微粒子を検知する。

特開２０１５-１２９７１２号公報

ところで、特許文献１の微粒子センサでは、ガス取入管を、捕集電位とし、気中放電により生じたイオンのうち微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極としても用いている。さらに、特許文献１の微粒子センサは、放電電極体の他に、浮遊イオンに対してガス取入管に向かう斥力を与え、ガス取入管による浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を設けている。しかしながら、補助電極体を設ける場合は、補助電極体に加えて、補助電極体に電力を供給するための電源回路、この電源回路と補助電極体とを接続するケーブル等を設ける必要があるため、微粒子センサの構成要素が多くなり、微粒子センサの製造コストが高いことが課題となっていた。また、補助電極体に供給する電力も必要であるため、微粒子センサにおける使用電力量が増大することも課題となっていた。このため、本願発明者は、微粒子センサから補助電極体を省くことを検討した。

ところが、微粒子センサから補助電極体を省いた場合には、浮遊イオンが、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に放出されやすくなる。具体的には、放電電極体の先端付近において生じたイオンのうち微粒子に付着しなかった浮遊イオンは、ガス排出口に向かって軸線方向先端側に流れてゆく傾向にある。このため、ガス取入管に衝突（付着）することなくガス排出口に到達する浮遊イオンが増加し、ガス取入管によって捕集できない浮遊イオンが増加する虞があった。すなわち、帯電微粒子と共に、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量が増加する虞があった。

上述の微粒子センサは、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出された帯電微粒子に含まれるイオンの量に応じて流れる信号電流を用いて被測定ガス中の微粒子を検知するものであるが、帯電微粒子と共にガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンがある場合は、帯電微粒子に含まれるイオン量に当該浮遊イオン量が加算されたイオン量に応じた信号電流が流れることになる。すなわち、検出される信号電流の大きさは、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出された帯電微粒子に含まれるイオンの量に応じて流れる信号電流の大きさに対し、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量に応じて流れる信号電流の大きさの分だけずれる（オフセットする）ことになる。従って、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量に応じて流れる信号電流の大きさの分だけ、検知誤差が生じることになる。このため、微粒子センサから補助電極体を省くと、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量が増加し、微粒子検知の精度が低下する虞があった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、浮遊イオンに対してガス取入管に向かう斥力を与えてガス取入管による浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を設けることなく、ガス排出口を通じてガス取入管の内部から外部に放出される浮遊イオンの量を低減することができる微粒子センサを提供することを目的とする。

軸線方向の後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、気中放電によりイオンを生成する放電電極体と、を備え、前記ガス取入管は、当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口、を有し、前記放電電極体は、前記ガス排出口よりも前記後端側に位置しており、前記ガス取入管の内部において、前記気中放電によって生じた前記イオンを前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記ガス排出口を通じて前記ガス取入管の外部に排出された前記帯電微粒子に含まれる前記イオンの量に応じて流れる信号電流を用いて前記被測定ガス中の前記微粒子を検知する微粒子センサにおいて、前記ガス取入管は、捕集電位とされ、前記イオンのうち前記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極を兼ね、前記微粒子センサは、前記浮遊イオンに対し前記ガス取入管に向かう斥力を与えて前記ガス取入管による前記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を有することなく、前記ガス取入管に接続されて前記捕集電位とされると共に、前記ガス取入管の外部から前記ガス排出口を通じて前記放電電極体の先端が視認できないように、前記ガス取入管の内部のうち前記放電電極体の先端と前記ガス排出口との間に配置された捕集部材を有する微粒子センサが好ましい。

上述の微粒子センサは、浮遊イオン（気中放電によって生じたイオンのうち微粒子に付着しなかったイオン）に対しガス取入管に向かう斥力を与えて、ガス取入管による浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を有していない。このように、補助電極体を省くことで、補助電極体に電力を供給するための電源回路、この電源回路と補助電極体とを接続するケーブル等を省くことができるので、微粒子センサの構成を簡略化することができ、微粒子センサの製造コストを低減することができる。また、補助電極体を省くことで、微粒子センサにおける使用電力量を低減することもできる。

さらに、上述の微粒子センサでは、補助電極体を省く一方で、ガス取入管に接続されて捕集電位とされる捕集部材を、ガス取入管の内部に設けている。この捕集部材は、ガス取入管の外部からガス排出口を通じて放電電極体の先端が視認できないように、ガス取入管の内部のうち放電電極体の先端とガス排出口との間に配置されている。換言すれば、捕集部材は、放電電極体の先端とガス排出口とを結ぶ全ての直線（線分）が当該捕集部材と交差するように、ガス取入管の内部のうち放電電極体の先端とガス排出口との間に配置されている。

このため、放電電極体の先端付近において生じたイオンのうち微粒子に付着しなかった浮遊イオンが、ガス排出口に向かって流れてゆくときに、当該浮遊イオンをガス取入管に衝突（付着）させることができなくても、当該浮遊イオンの少なくとも一部を捕集部材に衝突（付着）させて、捕集部材により捕集することができる。

従って、上述の微粒子センサでは、浮遊イオンに対してガス取入管に向かう斥力を与えてガス取入管による浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を設けることなく、帯電微粒子と共にガス取入管の内部から外部に放出される浮遊イオンの量を低減することができる。これにより、上述の微粒子センサでは、ガス取入管の内部から外部に放出された浮遊イオンの量に応じて流れる信号電流を低減することができるので、微粒子検知の精度を向上させることができる。

本発明の一態様は、上記の微粒子センサであって、前記ガス排出口は、前記ガス取入管の先端部に位置し、前記軸線方向に開口しており、前記放電電極体の先端は、前記ガス取入管の内部で、且つ、前記ガス排出口の外周を前記軸線方向の前記後端側に延長した仮想筒によって囲まれた筒状領域の内部に位置し、前記捕集部材は、前記ガス排出口を通過して前記軸線方向に延びる全ての直線と交わる位置に配置されている微粒子センサである。

上述の微粒子センサでは、ガス排出口が、ガス取入管の先端部に位置して軸線方向に開口している。また、放電電極体の先端が、ガス取入管の内部で、且つ、ガス排出口の外周（周縁）を軸線方向の後端側に延長した仮想筒によって囲まれた筒状領域の内部に位置している。このような微粒子センサでは、放電電極体の先端付近において生じたイオンのうち微粒子に付着しなかった浮遊イオンの少なくとも一部は、ガス排出口に向かって軸線方向先端側に流れてゆく。

これに対し、上述の微粒子センサでは、捕集部材を、ガス排出口を通過して軸線方向に延びる全ての直線と交わる位置に配置している。このため、ガス排出口に向かって軸線方向先端側に流れてゆく浮遊イオンを、ガス取入管に衝突（付着）させて捕集することができなくても、当該浮遊イオンを捕集部材に衝突（付着）させて、捕集部材により捕集することができる。従って、上述の微粒子センサでは、補助電極体を設けることなく、ガス取入管の内部から外部に放出される浮遊イオンの量を低減することができる。

さらに、上記いずれかの微粒子センサであって、前記捕集部材は、前記ガス取入管の内部空間を区分するように、前記軸線方向について間隔を空けて並ぶ複数の板状部を有し、前記板状部は、当該板状部を前記軸線方向に貫通する貫通孔を有し、前記軸線方向について互いに隣り合う前記板状部の前記貫通孔は、前記軸線方向について互いに重ならない位置に形成されている微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサでは、捕集部材が、ガス取入管の内部空間を区分するように、軸線方向について間隔を空けて並ぶ複数の板状部を有する。従って、ガス取入管の内部空間は、軸線方向について間隔を空けて並ぶ複数の板状部によって、軸線方向に並ぶ複数の内部空間部分に分けられている。さらに、複数の板状部は、それぞれ、当該板状部を軸線方向に貫通する貫通孔を有している。

従って、各々の板状部は、その貫通孔を通じて、帯電微粒子及び浮遊イオンを含む被測定ガスを、当該板状部よりも後端側に位置する内部空間部分から先端側に位置する内部空間部分に導く（流通させる）ことができる。すなわち、帯電微粒子及びイオンを含む被測定ガスは、板状部の貫通孔を通じて、当該板状部よりも後端側に位置する内部空間部分から先端側に位置する内部空間部分に流れてゆくことになる。

さらに、上述の微粒子センサでは、軸線方向について互いに隣り合う板状部の貫通孔は、軸線方向について互いに重ならない位置に形成されている。このような構造とすることで、浮遊イオンが、例えば、軸線方向について最も後端側に位置する板状部の貫通孔を通じて、当該板状部よりも後端側に位置する内部空間部分から先端側に位置する内部空間部分に向かって軸線方向先端側に流れてゆくと、その先（進行方向）には、当該板状部に対し先端側に隣り合う板状部（貫通孔が形成されていない部位）が存在することになる。このため、当該板状部の貫通孔を通過した浮遊イオンが、当該板状部に対し先端側に隣り合う板状部に衝突（付着）し易くなる。このことは、その他の軸線方向について互いに隣り合う板状部においても同様である。

このように、上述の微粒子センサでは、捕集部材が、自身を構成する板状部の貫通孔を
通じて、帯電微粒子及び浮遊イオンを含む被測定ガスを自身の後端側から先端側に流通可
能としつつ、当該捕集部材において浮遊イオンが捕集され易くなっている。つまり、捕集
部材を、各貫通孔の位置関係を上記のように設定した複数の板状部によって構成すること
で、捕集部材による浮遊イオンの捕集機会を増加させているのである。従って、上述の微
粒子センサでは、補助電極体を設けることなく、ガス取入管の内部から外部に放出される
浮遊イオンの量をより一層低減することができる。
本発明の他の態様は、軸線方向の後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、気中放電によりイオンを生成する放電電極体と、を備え、前記ガス取入管は、当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口、を有し、前記放電電極体は、前記ガス排出口よりも前記後端側に位置しており、前記ガス取入管の内部において、前記気中放電によって生じた前記イオンを前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記ガス排出口を通じて前記ガス取入管の外部に排出された前記帯電微粒子に含まれる前記イオンの量に応じて流れる信号電流を用いて前記被測定ガス中の前記微粒子を検知する微粒子センサにおいて、前記ガス取入管は、捕集電位とされ、前記イオンのうち前記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極を兼ね、前記微粒子センサは、前記浮遊イオンに対し前記ガス取入管に向かう斥力を与えて前記ガス取入管による前記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を有することなく、前記ガス取入管に接続されて前記捕集電位とされると共に、前記ガス取入管の外部から前記ガス排出口を通じて前記放電電極体の先端が視認できないように、前記ガス取入管の内部のうち前記放電電極体の先端と前記ガス排出口との間に配置された捕集部材を有し、前記捕集部材は、前記ガス取入管の内部空間を区分するように、前記軸線方向について間隔を空けて並ぶ複数の板状部を有し、前記板状部は、当該板状部を前記軸線方向に貫通する貫通孔を有し、前記軸線方向について互いに隣り合う前記板状部の前記貫通孔は、前記軸線方向について互いに重ならない位置に形成されている微粒子センサである。

さらに、上記いずれかの微粒子センサであって、前記微粒子センサは、前記被測定ガスが流通する接地電位とされた金属製の通気管に装着され、前記ガス取入管は、前記接地電位とは異なる前記捕集電位とされ、前記放電電極体は、前記接地電位及び前記捕集電位とは異なる放電電位とされて、前記ガス取入管との間に前記気中放電を発生させ、前記ガス排出口は、前記通気管内に配置され、前記微粒子センサは、前記ガス排出口を通じて前記ガス取入管の内部から前記通気管内へ放出された前記イオンの量に応じて、前記捕集電位と前記接地電位との間に流れる前記信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を検知する微粒子センサとすると良い。

上述の微粒子センサは、被測定ガスが流通する接地電位（捕集電位とは異なる電位）とされた金属製の通気管に装着されて使用される。放電電極体は、接地電位及び捕集電位とは異なる放電電位とされて、ガス取入管との間に気中放電を発生させる。また、ガス取入管のガス排出口は、通気管内に配置される。この微粒子センサでは、ガス排出口を通じてガス取入管の内部から通気管内へ放出されたイオンの量に応じて、捕集電位と接地電位との間に流れる信号電流を用いて、被測定ガス中の微粒子の量を検知する。

このような微粒子センサにおいても、前述のように、補助電極体を設けることなく、ガス取入管の内部から外部に（通気管内に）放出される浮遊イオンの量を低減することができるので、当該浮遊イオンの量に応じて流れる信号電流を低減することができる。これにより、検出される信号電流の大きさ（信号電流の測定値）を、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出された帯電微粒子に含まれるイオンの量に応じて流れる信号電流の大きさに近づけることができるので、微粒子検知の精度を向上させることができる。

実施例にかかる微粒子検知システムを搭載した車両の概略図である。 実施例にかかる微粒子センサの縦断面図である。 同微粒子センサの他の縦断面図である。 同微粒子センサの分解斜視図である。 図４のＦ部の拡大図である。 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ンサ素子の斜視図である。 同センサ素子の分解斜視図である。 実施例にかかる微粒子検知システムの説明図である。 図２のＤ部拡大図である。 図３のＥ部拡大図である。 微粒子センサのプロテクタ（ガス取入管）の横断面図である。 図１２のＣ部拡大図である。 ガス排出速度と信号電流（オフセット）の大きさとの相関図である。

（実施例）
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施例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、実施例にかかる微粒子センサ１０の縦断面図である。図３は、実施例にかかる微粒子センサ１０の他の縦断面図であり、図２とは軸線ＡＸの回りに９０°ずれた位置で切断した断面図である。図４は、微粒子センサ１０の分解斜視図である。図５は、図４のＦ部の拡大図である。図６は、微粒子検知システム１の概略図である。但し、図６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に示すように、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、プロテクタ４５（ガス取入管）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等が延出する側（図２において上方）を後端側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、この微粒子センサ１０を制御する制御装置２００とを備える。微粒子センサ１０は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰ（通気管）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は、金属製の排気管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１６５，１６７，１６８を介して微粒子センサ１０に接続されている（図１、図６参照）。電線１６５，１６７，１６８のうち、電線１６５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を含んでいる（図４，図６参照）。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を含んでいる（図４，図６参照）。

制御装置２００は、図６に示すように、イオン源電源回路２１０と計測制御回路２２０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。このイオン源電源回路２１０は、後述する放電電極体１１０に印加する放電電位ＰＶ２を出力する。

また、計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０及びヒータ通電回路２２６を含んでいる。このうち、信号電流検知回路２３０は、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる第１入力端２３１と、第２入力端２３２とを有している。この信号電流検知回路２３０は、第１入力端２３１と第２入力端２３２との間を流れる信号電流Ｉｓを検知する。なお、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤは、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤ（接地電位）に対し、オフセット電圧Ｖ_offset（具体的には、０．５Ｖ）だけ高い電位とされる。従って、第２入力端２３２は、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤよりもオフセット電圧Ｖ_offset（具体的には、０．５Ｖ）だけ高い電位とされる。

また、ヒータ通電回路２２６は、ＰＷＭ制御によって、後述するセンサ素子１００のヒータ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を基準とした第１ヒータ電位ＰＶｈｔとされる。

また、イオン源電源回路２１０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、及び、信号電流検知回路２３０の第１入力端２３１は、この内側回路ケース２５０に接続している。

なお、本実施例では、内側回路ケース２５０は、イオン源電源回路２１０、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は、電線１６５の同軸二重の外部導体１６５Ｇのうち、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる内側の外部導体１６５Ｇ１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、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の第２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、本実施例では、外側回路ケース２６０は、その内部に、イオン源電源回路２１０、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の同軸二重の外部導体１６５Ｇのうち、シャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされる外側の外部導体１６５Ｇ２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、この計測制御回路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）などの信号を、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、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〜図４を参照して説明する。
微粒子センサ１０は、図２及び図３に示すように、軸線方向ＧＨ（軸線ＡＸが延びる方向、図２において上下方向）の後端側（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、気中放電（具体的には、コロナ放電）によりイオンＣＰを生成するセンサ素子１００を備える。このセンサ素子１００は、軸線方向ＧＨに延びる板状をなしている。微粒子センサ１０は、このほか、センサ素子１００と電気的絶縁を確保しつつ、センサ素子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の位置に、後述するプロテクタ４５（ガス取入管）の外周を取り囲む筒状壁部９３を有している。この筒状壁部９３のうち後端側ＧＫの外周には、微粒子センサ１０を排気管ＥＰに固定するための雄ネジ９３ｂが形成されている。従って、微粒子センサ１０は、取り付け金具９０の雄ネジ９３ｂ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の後端側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の後端部９０ｋに、外筒９５の先端部９５ｓが外嵌され、取り付け金具９０の後端部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絶縁スペーサ６０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ている。そして、主体金具５０のフランジ部５１に内筒８０の先端が当接するようにして、主体金具５０の後端部５０ｋに内筒８０の先端部８０ｓが外嵌され、主体金具５０の後端部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、主体金具５０のフランジ部５１は、先端側ＧＳに位置する絶縁スペーサ６０と後端側ＧＫに位置するスリーブ６２とに挟まれた状態で、取り付け金具９０内に配置されている。なお、主体金具５０のフランジ部５１と絶縁スペーサ６０との間には、カーボングラファイトからなる円環状のパッキン６５を介在させて、主体金具５０のフランジ部５１と絶縁スペーサ６０との間の気密性を確保している。また、絶縁スペーサ６０と取り付け金具９０との間にも、カーボングラファイトからなる円環状のパッキン６６を介在させて、絶縁スペーサ６０と取り付け金具９０との間の気密性を確保している。取り付け金具９０の最後端部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の最後端部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、センサ素子１００が挿通されている。また、センサ素子１００の周りには、先端側ＧＳから後端側ＧＫに向けて順に、アルミナからなりセンサ素子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の最後端部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の最後端部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、センサ素子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、センサ素子１００の先端部１００Ｓを径方向外側から包囲する態様で、ステンレス製で筒状をなすプロテクタ４５（ガス取入管）が固設されている。このプロテクタ４５は、センサ素子１００を水滴や異物から保護する一方、排気ガスＥＧをセンサ素子１００の先端部１００Ｓの周囲に導く。なお、プロテクタ４５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にプロテクタ４５の後端部４５ｋを外嵌し、主体金具５０の先端部５０ｓとプロテクタ４５の後端部４５ｋとをレーザ溶接することで、固設されている。プロテクタ４５の先端側ＧＳの部位は、先端側ＧＳに向かうにしたがって縮径するテーパ形状のテーパ部４５ｃとなっている。

プロテクタ４５の後端側ＧＫには、複数のガス取入口４５Ｉが、周方向に等間隔で並ぶ態様で形成されている（図２及び図４参照）。このガス取入口４５Ｉを通じて、微粒子Ｓを含む排気ガスＥＧ（被測定ガス）が、プロテクタ４５の内部に取り入れられる。さらに、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）を排出するためのガス排出口４５Ｏが形成されている。このガス排出口４５Ｏは、その軸線が微粒子センサ１０の軸線ＡＸと一致する円形状の開口であり、プロテクタ４５の先端部分に１つだけ設けられている。なお、プロテクタ４５のうちガス取入口４５Ｉが形成されている後端側筒状部４５ｔは、その径方向周囲を、環状の間隙を介して、取り付け金具９０の筒状壁部９３によって囲まれている。これにより、ガス取入口４５Ｉの外方は、筒状壁部９３によって覆われている。

また、プロテクタ４５の内部（内部空間Ｋ）のうち放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間には、捕集部材４０が配置されている。この捕集部材４０は、後述するように、プロテクタ４５（ガス取入管）に接続されて捕集電位（本実施例では、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤに等しい電位）とされ、プロテクタ４５と共に浮遊イオンＣＰＦを捕集する（図９参照）。

捕集部材４０は、第１捕集部４１と、第２捕集部４２と、第３捕集部４３と、第４捕集部４４とからなる（図４及び図５参照）。このうち、第１捕集部４１は、円盤形状の板状部４１ｂと、この板状部４１ｂから先端側ＧＳに延びる円筒形状の支持部４１ｃとからなる（図５参照）。板状部４１ｂの周縁部には、板状部４１ｂを軸線方向ＧＨに貫通する複数の貫通孔４１ｄが形成されている。なお、貫通孔４１ｄは、板状部４１ｂの周縁部の周方向について等間隔で８箇所に形成されている。

また、第１捕集部４１の支持部４１ｃには、複数の後端側折り曲げ部４１ｆと複数の先端側折り曲げ部４１ｇとが形成されている（図５参照）。後端側折り曲げ部４１ｆは、支持部４１ｃの後端側ＧＫの側壁の一部に切れ目を入れて径方向内側に折り曲げることで形成され、支持部４１ｃの側壁から径方向内側に延びる形態をなしている。先端側折り曲げ部４１ｇは、支持部４１ｃの側壁の先端部の一部に切れ目を入れて径方向内側に折り曲げられることで形成され、支持部４１ｃの側壁から径方向内側に延びる形態をなしている。なお、後端側折り曲げ部４１ｆ及び先端側折り曲げ部４１ｇは、支持部４１ｃの側壁の周方向について等間隔で４箇所に設けられている。

また、第２捕集部４２は、円盤形状の板状部４２ｂと、この板状部４２ｂから先端側ＧＳに延びる円筒形状の支持部４２ｃとからなる。板状部４２ｂの中心部には、板状部４２ｂを軸線方向ＧＨに貫通する円筒形状の貫通孔４２ｄが１つ形成されている。なお、貫通孔４２ｄの軸線は、微粒子センサ１０の軸線ＡＸに一致する。
また、第３捕集部４３は、円盤形状の板状部４３ｂを有する。板状部４３ｂの周縁部には、板状部４３ｂを軸線方向ＧＨに貫通する複数の貫通孔４３ｄが形成されている。なお、貫通孔４３ｄは、板状部４３ｂの周縁部の周方向について等間隔で８箇所に形成されている。

また、第４捕集部４４は、円盤形状の板状部４４ｂと、この板状部４４ｂから後端側ＧＫに延びる円筒形状の支持部４４ｃとからなる。板状部４４ｂの中心部には、板状部４４ｂを軸線方向ＧＨに貫通する円筒形状の貫通孔４４ｄが１つ形成されている。なお、貫通孔４４ｄの軸線は、微粒子センサ１０の軸線ＡＸに一致する。

捕集部材４０は、第１捕集部４１と第２捕集部４２と第３捕集部４３と第４捕集部４４とを一体に組み付けることで形成されている。具体的には、まず、第１捕集部４１として、先端側折り曲げ部４１ｇを形成することなく、後端側折り曲げ部４１ｆを形成した第１捕集部４１を用意する。そして、第１捕集部４１の先端側ＧＳから、第１捕集部４１の内部に、第２捕集部４２と第３捕集部４３と第４捕集部４４を挿入する。

このとき、第２捕集部４２の板状部４２ｂが、第１捕集部４１の後端側折り曲げ部４１ｆに当接して、第１捕集部４１の板状部４１ｂと第２捕集部４２の板状部４２ｂとが、軸線方向ＧＨに間隙を空けて並ぶ（図１０及び図１１参照）。さらに、第３捕集部４３の板状部４３ｂが、第２捕集部４２の支持部４２ｃの先端に当接して、第２捕集部４２の板状部４２ｂと第３捕集部４３の板状部４３ｂとが、軸線方向ＧＨに間隙を空けて並ぶ（図１０及び図１１参照）。さらに、第４捕集部４４の支持部４４ｃが、第３捕集部４３の板状部４３ｂに当接して、第３捕集部４３の板状部４３ｂと第４捕集部４４の板状部４４ｂとが、軸線方向ＧＨに間隙を空けて並ぶ（図１０及び図１１参照）。

この状態で、第１捕集部４１の先端側折り曲げ部４１ｇを形成することで、第２捕集部４２と第３捕集部４３と第４捕集部４４が、第１捕集部４１の後端側折り曲げ部４１ｆと先端側折り曲げ部４１ｇとで挟まれる態様で、第１捕集部４１の内側に固定される。これにより、第１捕集部４１と第２捕集部４２と第３捕集部４３と第４捕集部４４とが一体に組み付けられて、捕集部材４０となる。

この捕集部材４０は、以下のようにして、プロテクタ４５（ガス取入管）の内部に固設される。具体的には、まず、捕集部材４０を、プロテクタ４５（ガス取入管）の後端側ＧＫからプロテクタ４５の内部に圧入して、第１捕集部４１の支持部４１ｃの先端をプロテクタ４５のテーパ部４５ｃに当接させる。この状態で、プロテクタ４５のうち捕集部材４０の後端部（すなわち、第１捕集部４１の板状部４１ｂ）の後端側ＧＫに隣接する環状の部位を、径方向内側に変形させて、環状凹部４５ｂを形成する。これにより、捕集部材４０が、プロテクタ４５の環状凹部４５ｂとテーパ部４５ｃとで挟まれて、プロテクタ４５の内部に固定される。

プロテクタ４５の内部に固定された捕集部材４０では、板状部４１ｂと４２ｂと４３ｂと４４ｂとが、プロテクタ４５（ガス取入管）の内部空間Ｋを軸線方向ＧＨに区分するように、軸線方向ＧＨについて間隔を空けて並ぶ（図１０及び図１１参照）。従って、プロテクタ４５（ガス取入管）の内部空間Ｋは、軸線方向ＧＨについて間隔を空けて並ぶ板状部４１ｂと４２ｂと４３ｂと４４ｂによって、軸線方向ＧＨに並ぶ複数の内部空間部分Ｋ１とＫ２とＫ３とＫ４とＫ５に分けられる。

さらに、軸線方向ＧＨについて互いに隣り合う板状部の貫通孔は、軸線方向ＧＨについて互いに重ならない位置に配置される（図１０及び図１１参照）。具体的には、軸線方向ＧＨについて互いに隣り合う板状部４１ｂと４２ｂの貫通孔４１ｄと４２ｄは、軸線方向ＧＨについて互いに重ならない位置に配置される。さらに、軸線方向ＧＨについて互いに隣り合う板状部４２ｂと４３ｂの貫通孔４２ｄと４３ｄも、軸線方向ＧＨについて互いに重ならない位置に配置される。さらに、軸線方向ＧＨについて互いに隣り合う板状部４３ｂと４４ｂの貫通孔４３ｄと４４ｄも、軸線方向ＧＨについて互いに重ならない位置に配置される。

ここで、図９を参照して、微粒子センサ１０の使用時における、プロテクタ４５の内部への排気ガスＥＧの取り入れ、及び、プロテクタ４５の外部への排気ガスＥＧの排出について説明する。なお、図９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のプロテクタ４５のテーパ部４５ｃの周囲を通ると、その流速が、プロテクタ４５のガス排出口４５Ｏの外側で上昇し、ベンチュリ効果により、ガス排出口４５Ｏ付近に負圧が生じる。

すると、この負圧により、プロテクタ４５内に取り入れられた取入排気ガスＥＧＩが、ガス排出口４５Ｏから排出される。これと共に、プロテクタ４５の先端側筒状部４５ｍの周囲の排気ガスＥＧが、取り付け金具９０の筒状壁部９３とプロテクタ４５の後端側筒状部４５ｔとの間の空間内に取り入れられ、さらに、プロテクタ４５のガス取入口４５Ｉを通じて、プロテクタ４５の内部に取り入れられる。そして、プロテクタ４５の内部の取入排気ガスＥＧＩは、ガス排出口４５Ｏからプロテクタ４５の外部に排出されるので、プロテクタ４５の内部には、後端側ＧＫのガス取入口４５Ｉから先端側ＧＳのガス排出口４５Ｏに向けて流れる、取入排気ガスＥＧＩの気流が生じる。

なお、プロテクタ４５の内部には、捕集部材４０が配置されている。捕集部材４０の板状部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂは、それぞれ、その貫通孔４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ，４４ｄを通じて、排気ガスＥＧを、当該板状部（４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、または４４ｂ）よりも後端側ＧＫに位置する内部空間部分（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、またはＫ４）から先端側ＧＳに位置する内部空間部分（Ｋ２，Ｋ３、Ｋ４、またはＫ５）に導く（流通させる）ことができる。従って、取入排気ガスＥＧＩは、板状部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂの貫通孔４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ，４４ｄを通じて、捕集部材４０の内部を通過してゆく。従って、取入排気ガスＥＧＩは、プロテクタ４５の内部空間Ｋを、内部空間部分Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５の順に流れてゆき、ガス排出口４５Ｏに至る。

このようにして、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧの一部が、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れられると共に、プロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスＥＧ（取入排気ガスＥＧＩ）が、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部へ排出される。

また、本実施例の微粒子センサ１０では、図２に示すように、主体金具５０の後端側ＧＫ（具体的には、セラミックスリーブ５６の後端側ＧＫ）で、内筒８０の内側には、電気絶縁材からなるリング状の絶縁ホルダ１７３が配置されている。この絶縁ホルダ１７３には、絶縁ホルダ１７３を軸線方向ＧＨに貫通する挿通孔１７３ｃが形成されており、この挿通孔１７３ｃにセンサ素子１００が挿通されている。さらに、絶縁ホルダ１７３の後端側ＧＫには、第３絶縁部材１７２が、絶縁ホルダ１７３に隣接して配置されている。この第３絶縁部材１７２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３絶縁部材１７２の内部には、第１絶縁部材７１が配置されている。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の後端側ＧＫには、第２絶縁部材７２が配置されている。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との間には、軸線方向ＧＨに延びる円筒形状のスペーサ７８が介在している。

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、センサ素子１００が挿通されると共に、放電電位端子部材７３が収容されている。また、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（図４参照）。このうち、第２挿通孔７２ｄ内には、センサ素子１００の後端部１００Ｋが位置すると共に、後述する第１ヒータ端子部材７６及び第２ヒータ端子部材７７が、互いに絶縁された状態で収容されている。

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、センサ素子１００の放電電位パッド１１３（図７参照）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。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、センサ素子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、センサ素子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、第１ヒータ端子部材７６及び第２ヒータ端子部材７７を、センサＧＮＤ接続金具８２（内筒８０の後端部８０ｋに接続された筒状部材）と電気的に絶縁している。

また、第２絶縁部材７２の第１挿通孔７２ｃ内には、放電電位リード線１６１が挿通されている。そして、放電電位リード線１６１の一端部１６１ｔが、放電電位端子部材７３に接続されている。これにより、放電電位端子部材７３が、放電電位ＰＶ２とされると共に、放電電位端子部材７３に接続する放電電位パッド１１３も、放電電位ＰＶ２となる。

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が第１ヒータ電位ＰＶｈｔとされると共に、第１ヒータ端子部材７６に接続する第１ヒータパッド１３６も第１ヒータ電位ＰＶｈｔとなる。
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がシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとされると共に、第２ヒータ端子部材７７に接続する第２ヒータパッド１３７もシャーシＧＮＤ電位ＣＧＮＤとなる。

内筒８０の後端部８０ｋには、筒状をなすセンサ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。このセンサＧＮＤ接続金具８２は、第１絶縁部材７１及び第２絶縁部材７２の周囲（より具体的には、第１絶縁部材７１及び第２絶縁部材７２を内部に収容して保持する第３絶縁部材１７２の周囲）を包囲している。このセンサＧＮＤ接続金具８２の後端部８２ｋは、径方向内側に加締められ、径方向内側に位置する第２絶縁部材７２を支持している。

また、電線１６５の外部導体１６５Ｇのうち内側の外部導体１６５Ｇ１は、第１接続部材９９を通じて、センサＧＮＤ接続金具８２に導通している。第１接続部材９９は、図４に示すように、外部導体１６５Ｇ１を挿入して把持する把持部９９ｂと、把持部９９ｂから先端側ＧＳに延びる延在部９９ｃとを有する。把持部９９ｂは、周方向一部が途切れた略筒状をなす筒状部９９ｄと、筒状部９９ｄの周方向一部が途切れている箇所から互いに離間しつつ平行に延びる一対の平板部９９ｆとを有している。一対の平板部９９ｆには、リベット９８の軸部９８ｂが挿通する孔が形成されている。従って、外部導体１６５Ｇ１を把持部９９ｂの筒状部９９ｄ内に挿入した状態で、一対の平板部９９ｆの孔に挿通させたリベット９８の軸部９８ｂを加締めて、一対の平板部９９ｆを締め付ける（接近させる）ことで、筒状部９９ｄを縮径させつつ外部導体１６５Ｇ１に密接させることができる。このようにして、把持部９９ｂによって外部導体１６５Ｇ１を把持することができる。

上述のようにして、把持部９９ｂによって外部導体１６５Ｇ１を把持した状態で、第１接続部材９９の延在部９９ｃの先端部９９ｓをセンサＧＮＤ接続金具８２の後端部８２ｋに接続することで、外部導体１６５Ｇ１をセンサＧＮＤ接続金具８２に導通させている。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、プロテクタ４５は、いずれもセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされる。

さらに、外筒９５のうち、後端側ＧＫの小径部９６の内側には、金属製の筒体８５が嵌め込まれて溶接されている。さらに、筒体８５の内側には、フッ素ゴム製のグロメット８４が配設されており、このグロメット８４の貫通孔に、電線１６５，１６７，１６８が挿通されている。なお、外筒９５の小径部９６と筒体８５との間には、Ｏリング８６を介在させている。

また、電線１６５の外部導体１６５Ｇのうち、外側の外部導体１６５Ｇ２は、把持部材８９及び第３接続部材８７を通じて、外筒９５に導通している。把持部材８９は、図４に示すように、周方向一部が途切れた略筒状をなす筒状部８９ｄと、筒状部８９ｄの周方向一部が途切れている箇所から互いに離間しつつ平行に延びる一対の平板部８９ｆとを有している。一対の平板部８９ｆには、リベット８８の軸部８８ｂが挿通する孔が形成されている。

また、第３接続部材８７は、図４に示すように、把持部材８９の平板部８９ｆを接触させる平板形状の接触部８７ｂと、接触部８７ｂの両端部から屈曲して延びる平板形状の延在部８７ｃ，８７ｄとを有する。接触部８７ｂには、リベット８８の軸部８８ｂが挿通する孔が形成されている。延在部８７ｃ，８７ｄは、外筒９５の内周面に接続する部位である。

従って、外部導体１６５Ｇ２を把持部材８９の筒状部８９ｄ内に挿入し、把持部材８９の平板部８９ｆを第３接続部材８７の接触部８７ｂに接触させた状態で、一対の平板部８９ｆの孔及び接触部８７ｂの孔に挿通させたリベット８８の軸部８８ｂを加締めて、一対の平板部８９ｆを締め付ける（接近させる）ことで、筒状部８９ｄを縮径させつつ外部導体１６５Ｇ２に密接させることができる。このようにして、把持部材８９によって外部導体１６５Ｇ２を把持すると共に、この把持部材８９を第３接続部材８７に接続（結合）させることができる。

そして、第３接続部材８７の延在部８７ｃ，８７ｄを外筒９５の内周面に接続することで、外部導体１６５Ｇ２を外筒９５に導通させている。これにより、外筒９５、これに導通する取り付け金具９０、及び、排気管ＥＰ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。なお、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６参照）のＧＮＤ電位と共通にされている。

次いで、センサ素子１００について詳細に説明する。センサ素子１００は、図７及び図８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及びヒータ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、セラミック層１０２と１０３の層間には、印刷により形成されたアルミナからなる絶縁被覆層１０５が介在している。そして、セラミック層１０２と絶縁被覆層１０５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とセラミック層１０４の間には、印刷により形成されたアルミナからなる絶縁被覆層１０６が介在している。そして、絶縁被覆層１０６とセラミック層１０４の間には、ヒータ１３０が配置されている。そして、これらが一体化して、センサ素子１００が形成されている。

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。なお、リード部１１１は、セラミック層１０２の他方の表面１０２Ｓ２上に、パターン印刷により形成されている。また、リード部１１１と、針状電極部１１２のうち後端側ＧＫの埋設部１１２Ａとは、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との層間に）埋設されている。また、リード部１１１は、その後端側ＧＫの端部１１１ｂから、セラミック層１０２を貫通するスルーホール１０２ｈ内に形成されたスルーホール導体を通じて、セラミック層１０２の一方の表面１０２Ｓ１上に形成された放電電位パッド１１３に導通している。

一方、針状電極部１１２のうち先端側ＧＳの部位は、セラミック基体１０１の先端１０１Ｓから先端側ＧＳに突出する態様でセラミック基体１０１の外部に露出する露出部１１２Ｂとなっている（図７参照）。この露出部１１２Ｂのうち先端側ＧＳの部位は、先細の針状先端部１１２Ｓとなっている。

また、セラミック層１０４の一方の表面１０４Ｓ１上には、ヒータ１３０が、パターン印刷により形成されている。ヒータ１３０は、センサ素子１００の先端側ＧＳに配置された発熱部１３１、及び、この発熱部１３１に導通してセンサ素子１００の後端側ＧＫに延びる２本のヒータリード部（第１ヒータリード部１３２と第２ヒータリード部１３３）を有する。このヒータ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。これにより、ヒータ１３０（発熱部１３１，第１ヒータリード部１３２，第２ヒータリード部１３３）は、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。

また、第１ヒータリード部１３２は、その後端側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１０４ｈ１内に形成されたスルーホール導体を通じて、セラミック層１０４の他方の表面１０４Ｓ２上に形成された第１ヒータパッド１３６に導通している。さらに、第２ヒータリード部１３３は、その後端側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内に形成されたスルーホール導体を通じて、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。

次いで、微粒子検知システム１の電気的機能及び動作について説明する。
センサ素子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６参照）。また、ヒータ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。

また、電線１６５の内側の外部導体１６５Ｇ１は、制御装置２００のうち、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続され、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされている。さらに、外部導体１６５Ｇ１に導通するセンサＧＮＤ接続金具８２等を介して、センサ素子１００の周囲に配置されたプロテクタ４５も、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされている。

ここで、イオン源電源回路２１０によって正の高電圧（例えば、１〜２ｋＶ）の放電電位ＰＶ２を出力させ、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、放電電極体１１０の針状電極部１１２に放電電位ＰＶ２を印加する。すると、この針状電極部１１２の露出部１１２Ｂと、センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとされたプロテクタ４５（ガス取入管）との間で、気中放電（具体的には、コロナ放電）を生じ、露出部１１２Ｂの周囲（特に、放電電極体１１０の先端１１０ｓの付近）でイオンＣＰ（陽イオン）が生成される（図９参照）。

前述したように、プロテクタ４５の内部には、ガス取入口４５Ｉを通じて排気ガスＥＧが取り入れられる。このため、露出部１１２Ｂの周囲で生成されたイオンＣＰは、図９に示すように、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓに付着して、微粒子Ｓが正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなる。そして、前述したように、プロテクタ４５の内部では、後端側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ため、帯電微粒子ＳＣは、取入排気ガスＥＧＩと共にガス排出口４５Ｏに向けて流れてゆき、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部に排出される。従って、帯電微粒子ＳＣは、排出イオンＣＰＨを含む微粒子として、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の内部から排気管ＥＰ内へ放出される。

本システム１では、ガス排出口４５Ｏから排出された排出イオン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（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、本実施例では、センサ素子１００の周囲に配置されたプロテクタ４５をセンサＧＮＤ電位ＳＧＮＤとし、このプロテクタ４５と放電電極体１１０の露出部１１２Ｂとの間でコロナ放電を生じさせる。さらに、このプロテクタ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、本実施例では、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により、第１ヒータパッド１３６及び第２ヒータパッド１３７を通じてヒータ１３０への通電を行う（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）と、ヒータ１３０の発熱部１３１が発熱し、センサ素子１００を加熱することができる。これにより、センサ素子１００に付着した異物を除去することができる。

なお、本実施例では、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６参照）。

ところで、本実施例の微粒子センサ１０は、従来の微粒子センサと異なり、浮遊イオンＣＰＦに対しガス取入管（プロテクタ）に向かう斥力を与えてガス取入管による浮遊イオンＣＰＦの捕集を補助する補助電極体を有していない。このように、補助電極体を省くことで、補助電極体に電力を供給するための電源回路、この電源回路と補助電極体とを接続するケーブル等を省くことができるので、微粒子センサの構成を簡略化することができ、微粒子センサの製造コストを低減することができる。また、補助電極体を省くことで、微粒子センサにおける使用電力量を低減することもできる。

ところが、従来の微粒子センサにおいて、補助電極体を省いた場合には、浮遊イオンが、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に放出されやすくなる。具体的には、放電電極体の先端付近において生じたイオンのうち微粒子に付着しなかった浮遊イオンは、ガス排出口に向かって軸線方向先端側に流れてゆく傾向にある。このため、ガス取入管に衝突（付着）することなくガス排出口に到達する浮遊イオンが増加し、ガス取入管によって捕集できない浮遊イオンが増加する虞があった。すなわち、帯電微粒子と共に、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量が増加する虞があった。

ところで、帯電微粒子と共にガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンがある場合は、帯電微粒子に含まれるイオン量に当該浮遊イオン量が加算されたイオン量に応じた信号電流が流れることになる。すなわち、検出される信号電流の大きさは、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出された帯電微粒子に含まれるイオンの量に応じて流れる信号電流の大きさに対し、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量に応じて流れる信号電流の大きさの分だけずれる（オフセットする）ことになる。従って、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量に応じて流れる信号電流の大きさの分だけ、検知誤差が生じることになる。このため、従来の微粒子センサにおいて、補助電極体を省くと、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出される浮遊イオンの量が増加し、微粒子検知の精度が低下する虞があった。

これに対し、本実施例の微粒子センサ１０では、前述のように、プロテクタ４５（ガス取入管）に接続されて捕集電位（センサＧＮＤ電位ＳＧＮＤ）とされる捕集部材４０を、プロテクタ４５の内部に設けている。この捕集部材４０は、プロテクタ４５の外部からガス排出口４５Ｏを通じて放電電極体１１０の先端１１０ｓが視認できないように、プロテクタ４５の内部（内部空間Ｋ）のうち放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間に配置されている（図１０及び図１１参照）。換言すれば、捕集部材４０は、放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとを結ぶ全ての直線（線分）と交差するように、プロテクタ４５の内部空間Ｋのうち放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間に配置されている。

なお、本実施例では、捕集部材４０の板状部４３ｂによって、プロテクタ４５の外部からガス排出口４５Ｏを通じて放電電極体１１０の先端１１０ｓを視認することが妨げられている。また、放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとを結ぶ全ての直線（線分）は、図１０及び図１１において破線で示す円錐Ｍ（ガス排出口４５Ｏを底面とし、放電電極体１１０の先端１１０ｓを頂点とする円錐）の内部に含まれる。円錐Ｍと捕集部材４０との位置関係から、捕集部材４０が、放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとを結ぶ全ての直線（線分）と交差するように配置されていることがわかる。

このため、放電電極体１１０の先端１１０ｓの付近において生じたイオンＣＰのうち微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦが、ガス排出口４５Ｏに向かって流れてゆくときに、当該浮遊イオンＣＰＦをプロテクタ４５に衝突（付着）させることができなくても、当該浮遊イオンＣＰＦの少なくとも一部を捕集部材４０に衝突（付着）させて、捕集部材４０により捕集することができる。

従って、本実施例の微粒子センサ１０では、補助電極体を設けることなく、帯電微粒子ＳＣと共にプロテクタ４５（ガス取入管）の内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量を低減することができる。これにより、本実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５の内部から外部に放出された浮遊イオンＣＰＦの量に応じて流れる信号電流Ｉｓを低減することができるので、微粒子検知の精度を向上させることができる。

ところで、本実施例の微粒子センサ１０では、ガス排出口４５Ｏが、プロテクタ４５（ガス取入管）の先端部に位置して軸線方向ＧＨに開口している。また、放電電極体１１０の先端１１０ｓが、プロテクタ４５の内部で、且つ、ガス排出口４５Ｏの外周（周縁）を軸線方向ＧＨの後端側ＧＫに延長した仮想筒Ｔ（図１０及び図１１において二点鎖線で示す円筒）によって囲まれた筒状領域ＴＡの内部に位置している（図１０及び図１１参照）。このような微粒子センサでは、放電電極体１１０の先端１１０ｓの付近において生じたイオンＣＰのうち微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦの少なくとも一部は、ガス排出口４５Ｏに向かって軸線方向ＧＨの先端側ＧＳに流れてゆく。

これに対し、本実施例の微粒子センサ１０では、捕集部材４０を、ガス排出口４５Ｏを通過して軸線方向ＧＨに延びる全ての直線と交わる位置に配置している（図１０及び図１１参照）。このため、ガス排出口４５Ｏに向かって軸線方向ＧＨの先端側ＧＳに流れてゆく浮遊イオンＣＰＦを、プロテクタ４５（ガス取入管）に衝突（付着）させて捕集することができなくても、当該浮遊イオンＣＰＦを捕集部材４０に衝突（付着）させて、捕集部材４０により捕集することができる。

なお、ガス排出口４５Ｏを通過して軸線方向ＧＨに延びる全ての直線は、筒状領域ＴＡの内部に含まれる。筒状領域ＴＡと捕集部材４０との位置関係から、捕集部材４０が、ガス排出口４５Ｏを通過して軸線方向ＧＨに延びる全ての直線と交わる位置に配置されていることがわかる。

さらに、本実施例の微粒子センサ１０では、捕集部材４０が、プロテクタ４５（ガス取入管）の内部空間Ｋを軸線方向ＧＨに区分するように、軸線方向ＧＨについて間隔を空けて並ぶ複数（本実施例では、４ケ）の板状部４１ｂ〜４４ｂを有する。従って、プロテクタ４５の内部空間Ｋは、軸線方向ＧＨについて間隔を空けて並ぶ複数（４個）の板状部４１ｂ〜４４ｂによって、軸線方向ＧＨに並ぶ複数（本実施例では、５個）の内部空間部分Ｋ１〜Ｋ５に分けられている。さらに、板状部４１ｂ〜４４ｂは、それぞれ、自身を軸線方向ＧＨに貫通する貫通孔４１ｄ〜４４ｄを有している。

従って、各々の板状部４１ｂ〜４４ｂは、その貫通孔４１ｄ〜４４ｄを通じて、帯電微粒子ＳＣ及び浮遊イオンＣＰＦを含む被測定ガス（取入排気ガスＥＧＩ）を、当該板状部（４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、または４４ｂ）よりも後端側ＧＫに位置する内部空間部分（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、またはＫ４）から先端側ＧＳに位置する内部空間部分（Ｋ２，Ｋ３、Ｋ４、またはＫ５）に導く（流通させる）ことができる。従って、帯電微粒子ＳＣ及び浮遊イオンＣＰＦを含む取入排気ガスＥＧＩは、板状部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂの貫通孔４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ，４４ｄを通じて、捕集部材４０の内部を通過してゆく。従って、取入排気ガスＥＧＩは、プロテクタ４５の内部空間Ｋを、内部空間部分Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５の順に流れてゆく。

さらに、本実施例の微粒子センサ１０では、軸線方向ＧＨについて互いに隣り合う板状部４１ｂ〜４４ｂの貫通孔４１ｄ〜４４ｄは、軸線方向ＧＨについて互いに重ならない位置に形成されている（図５、図９〜図１１参照）。具体的には、板状部４１ｂ〜４４ｂは、同軸に配置されており、このうち、最も後端側ＧＫに位置する板状部４１ｂでは、その周縁部に、複数の貫通孔４１ｄが形成されている。一方、板状部４１ｂに隣り合う板状部４２ｂでは、その中心部（板状部４１ｂの貫通孔４１ｄと軸線方向ＧＨについて重ならない位置）に、１つの貫通孔４２ｄが形成されている。さらに、板状部４２ｂに対し先端側ＧＳに隣り合う板状部４３ｂでは、その周縁部（板状部４２ｂの貫通孔４２ｄと軸線方向ＧＨについて重ならない位置）に、複数の貫通孔４３ｄが形成されている。さらに、板状部４３ｂに対し先端側ＧＳに隣り合う板状部４４ｂでは、その中心部（板状部４３ｂの貫通孔４３ｄと軸線方向ＧＨについて重ならない位置）に、１つの貫通孔４４ｄが形成されている。

このような構造とすることで、浮遊イオンＣＰＦが、例えば、軸線方向ＧＨについて最も後端側ＧＫに位置する板状部４１ｂの貫通孔４１ｄを通じて、板状部４１ｂよりも後端側ＧＫに位置する内部空間部分Ｋ１から先端側ＧＳに位置する内部空間部分Ｋ２に向かって先端側ＧＳに流れてゆくと、その先（進行方向）には、板状部４１ｂに対し先端側ＧＳに隣り合う板状部４２ｂ（貫通孔４２ｄが形成されていない部位）が存在することになる。このため、板状部４１ｂの貫通孔４１ｄを通過した浮遊イオンＣＰＦが、板状部４１ｂに対し先端側ＧＳに隣り合う板状部４２ｂに衝突（付着）し易くなる（図９参照）。このことは、その他の軸線方向ＧＨについて互いに隣り合う板状部４２ｂ〜４４ｂにおいても同様である。

このように、本実施例の微粒子センサ１０では、捕集部材４０が、自身を構成する板状部４１ｂ〜４４ｂの貫通孔４１ｄ〜４４ｄを通じて、帯電微粒子ＳＣ及び浮遊イオンＣＰＦを含む被測定ガス（取入排気ガスＥＧＩ）を自身の後端側ＧＫから先端側ＧＳに流通可能としつつ、捕集部材４０において浮遊イオンＣＰＦが捕集され易くなっている。従って、本実施例の微粒子センサ１０では、補助電極体を設けることなく、プロテクタ４５（ガス取入管）の内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量をより一層低減することができる。

ところで、本実施例の微粒子センサ１０では、プロテクタ４５（ガス取入管）のガス取入口４５Ｉの全体を、放電電極体１１０の先端１１０ｓよりも後端側ＧＫ（さらには、露出部１１２Ｂの後端１１２ＢＫよりも後端側ＧＫ）に配置している（図９参照）。このため、コロナ放電（気中放電）によって露出部１１２Ｂの周囲に生じたイオンＣＰが、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスＥＧに含まれる微粒子Ｓに付着し易くなり、浮遊イオンＣＰＦの量を低減することができる。

さらに、本実施例の微粒子センサ１０では、図１２及び図１３に示すように、プロテクタ４５のガス取入口４５Ｉに、ガイド体４５Ｇを設けている。なお、図１２は、図２のＢ−Ｂの位置でプロテクタ４５を切断した断面図である。また、図１３は、図１２のＣ部拡大図である。ガイド体４５Ｇは、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に取り入れられた排気ガスＥＧ（被測定ガス）が露出部１１２Ｂの周囲を旋回するように流れる旋回流が発生するように、排気ガスＥＧをプロテクタ４５の内部に導く形態をなしている。

具体的には、プロテクタ４５のうち円筒形状をなす側壁部の一部について、周方向に平行に延びる２つの切れ目とこの２つの切れ目を連結する軸線方向ＧＨに延びる切れ目とからなるコの字形状の切れ目を入れて、切れ目に囲まれた部位（ガイド体４５Ｇとなる部位）をプロテクタ４５の径方向内側に折り曲げることで、ガイド体４５Ｇを形成すると共に、ガス取入口４５Ｉを形成している（図１２及び図１３参照）。このガイド体４５Ｇは、プロテクタ４５の側壁部から、軸線方向ＧＨに直交する方向に延びる形態をなす。なお、本実施例では、ガス取入口４５Ｉ（ガイド体４５Ｇ）を、プロテクタ４５の周方向について、等間隔で８箇所に設けている。

従って、ガイド体４５Ｇは、排気ガスＥＧをプロテクタ４５の内部に導いて、プロテクタ４５内に取り入れられた排気ガスＥＧが露出部１１２Ｂの周囲を旋回する旋回流を発生させる。このように、露出部１１２Ｂの周囲を旋回する排気ガスＥＧの旋回流を発生させることで、露出部１１２Ｂの周囲に生じたイオンＣＰが排気ガスＥＧ中に含まれる微粒子Ｓに接触（付着）する機会を増大させることができるので、多くのイオンＣＰを微粒子Ｓに付着させることができる。これにより、微粒子Ｓに付着したイオンＣＰの量（排出イオンＣＰＨの電荷量）に応じて流れる信号電流Ｉｓを大きくすることができ、微粒子センサ１０の感度を向上させることができる。

また、本実施例の微粒子センサ１０は、前述のように、プロテクタ４５（詳細には、プロテクタ４５のうちガス取入口４５Ｉが形成されている後端側筒状部４５ｔ）の径方向周囲を環状の間隙を介して取り囲む筒状壁部９３を備える。そして、ガス取入口４５Ｉの外方（プロテクタ４５の径方向外側）は、この筒状壁部９３に覆われている（図９参照）。すなわち、プロテクタ４５を外部から径方向（軸線方向ＧＨに直交する方向）に見たとき、ガス取入口４５Ｉは筒状壁部９３の内側に隠れて視認できない位置に配置されている。このため、プロテクタ４５の外部からガス取入口４５Ｉに向かって水（水滴）が飛散してきた場合に、当該水（水滴）がガス取入口４５Ｉに進入するのを筒状壁部９３によって妨げることが可能となる。これにより、当該水（水滴）が、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタ４５の内部に入り難くなる。

（浮遊イオンの放出量の比較試験）
次に、実施例の微粒子センサ１０と比較例１，２の微粒子センサとについて、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ（ガス取入管）の内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量の比較試験を行った。

なお、比較例１の微粒子センサは、実施例の微粒子センサ１０と比較して、捕集部材４０を有していない点、及び、プロテクタのガス取入口の形態が異なり、その他は同様である。比較例１の微粒子センサのプロテクタは、実施例のプロテクタ４５のガス取入口４５Ｉと同じ位置に、ガス取入口として、プロテクタの側壁部を貫通する円形状の貫通孔のみを有しており、ガイド体は有していない。また、比較例２の微粒子センサは、実施例の微粒子センサ１０と比較して、捕集部材４０を有していない点のみが異なる。

具体的には、まず、微粒子センサ１０を試験用の排気管（通気管）に装着し、排気管内に、ススなどの微粒子を含まない空気を流して、信号電流検知回路２３０において検出される信号電流Ｉｓの大きさを把握する。なお、本試験では、排気管内に流す空気の流速を様々に異ならせることで、プロテクタのガス排出口４５Ｏから排出される空気の流速（ガス排出速度）を異ならせて、各々のガス排出速度に対する信号電流Ｉｓの大きさ（ｐＡ）を測定した。比較例１，２の微粒子センサについても、同様にして測定を行った。

この試験では、被測定ガスとして、ススなどの微粒子を含まない空気を流しているため、コロナ放電により生じるイオンＣＰはいずれも浮遊イオンＣＰＦとなり、プロテクタのガス排出口４５Ｏから放出されるイオンＣＰも、全て、浮遊イオンＣＰＦとなる。従って、信号電流Ｉｓが大きい微粒子センサほど、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ（ガス取入管）の内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量が多い微粒子センサといえる。換言すれば、信号電流Ｉｓが小さい微粒子センサほど、プロテクタ（ガス取入管）の内部でより多くの浮遊イオンＣＰＦを捕集することができ、プロテクタの内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量を低減することができる微粒子センサといえる。

なお、本試験で検出される信号電流Ｉｓの大きさは、ススなどの微粒子を含む排気ガスを被測定ガスとして測定した場合に検出される信号電流Ｉｓにおいて、オフセット量（測定誤差）として含まれることになる。従って、ススなどの微粒子を含む排気ガスを被測定ガスとして測定した場合には、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に排出された帯電微粒子に含まれるイオンの量に応じて流れる信号電流の大きさに対し、当該オフセット量の大きさの分だけずれる（検知誤差が生じる）ことになる。

本試験の結果を図１４に示す。図１４は、ガス排出速度（プロテクタのガス排出口４５Ｏから排出されるガスの流速）と信号電流Ｉｓ（オフセット）の大きさとの相関図である。なお、図１４では、実施例のデータ（測定値）を四角形でプロットし、比較例１のデータを菱形でプロットし、比較例２のデータを三角形でプロットしている。また、図１４では、比較例１のデータについて最小二乗法により求めた回帰直線Ｌ１（相関線）を二点鎖線で示し、比較例２のデータについて最小二乗法により求めた回帰直線Ｌ２（相関線）を破線で示し、実施例のデータについて最小二乗法により求めた回帰直線Ｌ３（相関線）を実線で示している。

図１４からわかるように、ガス排出速度を同等とした場合、実施例の微粒子センサ１０では、比較例１，２の微粒子センサに比べて、信号電流Ｉｓが小さくなる。より具体的には、実施例の回帰直線Ｌ３（相関線）の傾きは、比較例１，２の回帰直線Ｌ１，Ｌ２（相関線）の傾きの１／２以下となった。この試験結果より、実施例の微粒子センサ１０は、比較例１，２微粒子センサに比べて、プロテクタ（ガス取入管）の内部でより多くの浮遊イオンＣＰＦを捕集することができ、プロテクタの内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量を低減することができる微粒子センサといえる。

従って、実施例の微粒子センサ１０では、比較例１，２の微粒子センサに比べて、ガス取入管（プロテクタ４５）の内部から外部に放出された浮遊イオンＣＰＦの量に応じて流れる信号電流Ｉｓを低減することができるので、微粒子検知の精度を向上させることができるといえる。

なお、比較例２の微粒子センサに比べて、実施例の微粒子センサ１０においてプロテクタの内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量を低減することができた理由は、実施例の微粒子センサ１０では、比較例２の微粒子センサと異なり、プロテクタ４５の内部に捕集部材４０を設けたことで、プロテクタ４５の内部でより多くの浮遊イオンＣＰＦを捕集することができたからであるといえる。

また、比較例１の微粒子センサに比べて、比較例２の微粒子センサにおいてプロテクタの内部から外部に放出される浮遊イオンＣＰＦの量を低減することができた理由は、比較例２の微粒子センサでは、比較例１の微粒子センサと異なり、プロテクタのガス取入口４５Ｉにガイド体４５Ｇを設けて、ガス取入口４５Ｉを通じてプロテクタの内部に取り入れられたガスが露出部１１２Ｂの周囲を旋回するように流れる旋回流を発生させるようにしているからである。このような旋回流を発生させることで、比較例１の微粒子センサに比べて、プロテクタ４５の内面に接触することなくガス排出口４５Ｏに向かって軸線方向ＧＨの先端側ＧＳに流れてゆく浮遊イオンＣＰＦが低減され、プロテクタ４５の内面に接触（付着）する浮遊イオンＣＰＦが増加したと考えられる。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例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、実施例では、センサ素子１００をなすセラミック基体１０１として、複数のセラミック層を厚み方向に積層した板状のセラミック積層体を例示した。
しかしながら、セラミック基体として、板状のほか、四角柱状、六角柱状、円柱状、円筒状などの形状に形成したセラミック基体を用いるようにしても良い。例えば、円柱状、円筒状のセラミック基体としては、複数のセラミック層を年輪状に積層したセラミック積層体や、１又は複数のセラミックシートを渦巻状に捲回して、径方向に複数のセラミック層が重なったセラミック積層体などが挙げられる。

また、実施例では、取り付け金具９０の先端側ＧＳに位置する筒状壁部９３を、排気管ＥＰ内に挿入するようにして、筒状壁部９３によってガス取入管（プロテクタ４５）の後端側筒状部４５ｔの外周を取り囲む形態とした。しかしながら、筒状壁部９３によってプロテクタ４５の後端側筒状部４５ｔの外周を取り囲む形態とすることなく（筒状壁部９３を排気管ＥＰ内に挿入することなく）、ガス取入管（プロテクタ４５）の外周を包囲する筒状部材を、ガス取入管（プロテクタ４５）と共に主体金具５０の先端部５０ｓに固設するようにしても良い。

１ 微粒子検知システム
１０ 微粒子センサ
４０ 捕集部材
４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ 板状部
４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ，４４ｄ 貫通孔
４５ プロテクタ（ガス取入管、捕集極）
４５Ｉ ガス取入口
４５Ｏ ガス排出口
５０ 主体金具
８０ 内筒
９０ 取り付け金具
９５ 外筒
１００ センサ素子
１０１ セラミック基体
１１０ 放電電極体
１１０ｓ 放電電極体の先端
１１２ 針状電極部
１１２Ｂ 露出部
１３０ ヒータ
２００ 制御装置
ＥＮＧ エンジン（内燃機関）
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
ＥＰ 排気管（通気管）
ＣＧＮＤ シャーシＧＮＤ電位（接地電位）
ＳＧＮＤ センサＧＮＤ電位（捕集電位）
ＰＶ２ 放電電位
Ｓ 微粒子
ＳＣ 帯電微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン
ＧＳ 先端側（軸線方向先端側）
ＧＫ 後端側（軸線方向後端側）
ＧＨ 軸線方向
Ｉｓ 信号電流
Ｋ ガス取入管の内部空間
Ｔ 仮想筒
ＴＡ 筒状領域

Claims (4)

1. 軸線方向の後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、
   気中放電によりイオンを生成する放電電極体と、を備え、
   前記ガス取入管は、
   当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口、を有し、
   前記放電電極体は、前記ガス排出口よりも前記後端側に位置しており、
   前記ガス取入管の内部において、前記気中放電によって生じた前記イオンを前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記ガス排出口を通じて前記ガス取入管の外部に排出された前記帯電微粒子に含まれる前記イオンの量に応じて流れる信号電流を用いて前記被測定ガス中の前記微粒子を検知する
   微粒子センサにおいて、
   前記ガス取入管は、捕集電位とされ、前記イオンのうち前記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極を兼ね、
   前記微粒子センサは、
   前記浮遊イオンに対し前記ガス取入管に向かう斥力を与えて前記ガス取入管による前記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を有することなく、
   前記ガス取入管に接続されて前記捕集電位とされると共に、前記ガス取入管の外部から前記ガス排出口を通じて前記放電電極体の先端が視認できないように、前記ガス取入管の内部のうち前記放電電極体の先端と前記ガス排出口との間に配置された捕集部材を有し、
   前記ガス排出口は、前記ガス取入管の先端部に位置し、前記軸線方向に開口しており、
   前記放電電極体の先端は、
   前記ガス取入管の内部で、且つ、前記ガス排出口の外周を前記軸線方向の前記後端側に延長した仮想筒によって囲まれた筒状領域の内部に位置し、
   前記捕集部材は、前記ガス排出口を通過して前記軸線方向に延びる全ての直線と交わる位置に配置されている
   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、
   前記捕集部材は、前記ガス取入管の内部空間を区分するように、前記軸線方向について間隔を空けて並ぶ複数の板状部を有し、
   前記板状部は、当該板状部を前記軸線方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記軸線方向について互いに隣り合う前記板状部の前記貫通孔は、前記軸線方向について互いに重ならない位置に形成されている
   微粒子センサ。
3. 軸線方向の後端側から先端側に延びる筒状のガス取入管と、
   気中放電によりイオンを生成する放電電極体と、を備え、
   前記ガス取入管は、
   当該ガス取入管の後端側に位置して微粒子を含む被測定ガスを当該ガス取入管の内部に取り入れるガス取入口、及び、当該ガス取入管の先端側に位置して前記被測定ガスを当該ガス取入管の外部に排出するガス排出口、を有し、
   前記放電電極体は、前記ガス排出口よりも前記後端側に位置しており、
   前記ガス取入管の内部において、前記気中放電によって生じた前記イオンを前記被測定ガス中に含まれる前記微粒子に付着させて、帯電した帯電微粒子を生成し、前記ガス排出口を通じて前記ガス取入管の外部に排出された前記帯電微粒子に含まれる前記イオンの量に応じて流れる信号電流を用いて前記被測定ガス中の前記微粒子を検知する
   微粒子センサにおいて、
   前記ガス取入管は、捕集電位とされ、前記イオンのうち前記微粒子に付着しなかった浮遊イオンを捕集する捕集極を兼ね、
   前記微粒子センサは、
   前記浮遊イオンに対し前記ガス取入管に向かう斥力を与えて前記ガス取入管による前記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極体を有することなく、
   前記ガス取入管に接続されて前記捕集電位とされると共に、前記ガス取入管の外部から前記ガス排出口を通じて前記放電電極体の先端が視認できないように、前記ガス取入管の内部のうち前記放電電極体の先端と前記ガス排出口との間に配置された捕集部材を有し、
   前記捕集部材は、前記ガス取入管の内部空間を区分するように、前記軸線方向について間隔を空けて並ぶ複数の板状部を有し、
   前記板状部は、当該板状部を前記軸線方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記軸線方向について互いに隣り合う前記板状部の前記貫通孔は、前記軸線方向について互いに重ならない位置に形成されている
   微粒子センサ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   前記微粒子センサは、前記被測定ガスが流通する接地電位とされた金属製の通気管に装着され、
   前記ガス取入管は、前記接地電位とは異なる前記捕集電位とされ、
   前記放電電極体は、前記接地電位及び前記捕集電位とは異なる放電電位とされて、前記ガス取入管との間に前記気中放電を発生させ、
   前記ガス排出口は、前記通気管内に配置され、
   前記微粒子センサは、前記ガス排出口を通じて前記ガス取入管の内部から前記通気管内へ放出された前記イオンの量に応じて、前記捕集電位と前記接地電位との間に流れる前記信号電流を用いて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を検知する
   微粒子センサ。

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