JPWO2014054390A1 - 微粒子センサ - Google Patents

Abstract

通気管(EP)内を流通する被測定ガス(EG)中の微粒子(S)を検知する微粒子センサ(1)は、通気管(EP)内に突出して内部空間(MX)を構成し、被測定ガス(EG)を内部空間(MX)に取り入れる取入口(43I)、及び取入口(43I)から取り入れた取入ガス(EGI)を内部空間(MX)から排出する排出口(48O)を含む空間形成部(12)と、気中放電でイオン(CP)を生成するイオン源(15)と、を備える。空間形成部(12)は、通気管(EP)内を流通する被測定ガス(EG)で排出口(48O)に生じた負圧により、内部空間(MX)内の取入ガス(EGI)を排出口(48O)から排出すると共に、被測定ガス(EG)を取入口(43I)から内部空間(MX)内に取り入れて、取入ガス(EGI)とイオン源(15)で生成したイオン(CP)とを混合する形態に構成されてなる。

Description

本発明は、通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量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、ガソリンエンジン）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ている。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。

例えば、特許文献１には、粒子測定方法及び装置が開示されている。この特許文献１では、イオン化された正のイオン粒子を含む気体を、排気管からチャネル内に取り込んだ微粒子を含む排気ガスと混合して微粒子を帯電させ、その後、排気管に排出する。そして、排出された帯電微粒子の量に応じて流れる電流（信号電流）を検知して、微粒子の濃度を検知する手法が開示されている。

特表２０１１−５１３７４２号公報

ところで、このような微粒子センサにおいては、排気ガス（被測定ガス）の取り入れや排出、イオンとの混合等を行うため、排気管に装着される検知部の作動に圧縮空気を要する。このため、この微粒子センサを用いるシステムは、ポンプ等の圧縮空気を生成する圧縮空気源が必要である。ただし、このような圧縮空気源を用いることにより、システム全体が大型化し、コストアップにもなる。また、圧縮空気源としてポンプ等を用いた場合は、その寿命も問題となっていた。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、圧縮空気源を用いることなく、被測定ガスの取り入れや排出を行う微粒子センサを提供するものである。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、通気管に装着される検知部を有し、上記通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサであって、上記検知部は、当該微粒子センサを上記通気管へ装着した状態において、上記通気管内に突出して内部空間を構成する空間形成部であって、上記被測定ガスを上記内部空間に取り入れる取入口、及び上記取入口から取り入れた取入ガスを上記内部空間から排出する排出口を含む空間形成部と、気中放電でイオンを生成するイオン源と、を備え、上記空間形成部は、上記通気管内を流通する上記被測定ガスで上記排出口に生じた負圧により、上記内部空間内の上記取入ガスを上記排出口から排出すると共に、上記被測定ガスを上記取入口から上記内部空間内に取り入れて、上記取入ガスと上記イオン源で生成した上記イオンとを混合する形態に構成されてなる微粒子センサである。

この微粒子センサでは、空間形成部が、通気管内を流通する被測定ガスで排出口に生じた負圧により、内部空間内の取入ガスを排出口から排出すると共に、被測定ガスを取入口から内部空間内に取り入れて、取入ガスとイオン源で生成したイオンとを混合する形態に構成されている。従って、この微粒子センサでは、ポンプ等の圧縮空気源を用いることなく、被測定ガスの取り入れや排出を行うことができる。

なお、空間形成部の形態としては、具体的には、例えば、先細の形状とされた筒状の先端部分に排出口を設けるなど、いわゆるベンチュリ効果により、排出口の外側で被測定ガスの流速を上昇させて、これにより、排出口に負圧を生じさせるものが挙げられる。

さらに、上述の微粒子センサであって、前記空間形成部は、自身の先端に前記排出口が開口し、これよりも基端側の外周面に前記取入口が開口してなり、前記装着した状態において、前記通気管内で、自身の軸線が上記通気管の軸線である管軸線に交差する方向に延びる形状を有する微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、上述のように、空間形成部を、管軸線に交差する方向に延びる形状としており、しかも、その先端に排出口が開口している。これにより、排出口に負圧が生じ易くなり、被測定ガスの取り入れと排出をより適切に行うことができる。
なお、空間形成部の形状としては、例えば、円筒状などが挙げられる。

さらに、上述の微粒子センサであって、前記空間形成部は、先細の形状をなし、自身の先端に前記排出口が位置し、前記装着した状態において、当該排出口がなす開口の向きが前記管軸線に直交する方向を向く形態のテーパ部を有する微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、空間形成部は、先細の形状をなすテーパ部を有しており、センサを通気管に装着した状態において、排出口がなす開口の向き、即ち、開口（排出口）で構成される面（仮想面）が向く方向が通気管の管軸線に直交する方向を向いている。このようなテーパ部を設けることにより、さらに効率よく排出口に負圧を生じさせることができ、被測定ガスの取り入れと排出がより適切に行える。

さらに、上述の微粒子センサであって、前記空間形成部は、前記取入口が、前記外周面の周方向に分散して複数配置されてなる微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、空間形成部は、取入口が、基端側の外周面の周方向に分散して複数配置されている。取入口が複数配置されていることにより、より多くの被測定ガスを取り入れて、取入口から排出口に向かう取入ガスの流量を増やすことができ、被測定ガスの取り入れと排出をより適切に行うことができる。さらに、複数の取入口を外周面の周方向に均等に設ければ、例えば、通気管に微粒子センサをネジ込み式で固定するような場合であっても、通気管内における取入口の向きが問題となることがない。

さらに、上述のいずれかの微粒子センサであって、前記イオン源は、前記内部空間内に気中放電を生じさせて、前記イオンを上記内部空間内に生成する内部イオン源である微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、イオン源は、内部空間内に気中放電を生じさせて、イオンをこの内部空間内に生成している。これにより、生成されたイオンの多くを取入ガスと混合することができ、取入ガス中の微粒子により多くのイオンを付着させることができる。また、生成したイオンを内部空間内に、別途導き入れる必要がないので、このために圧縮空気源やイオンの噴射孔等を用意する必要がない。

さらに、上述のいずれかの微粒子センサであって、前記検知部は、前記イオンのうち前記取入ガスとの混合で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と、前記内部空間内に配置されて、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極と、を備える微粒子センサとすると良い。

取入ガスとイオン源で生成したイオンとを混合すると、取入ガス中の微粒子にイオンが付着し、このイオンが付着した微粒子（以下、帯電微粒子という）が排出口から排出される。微粒子センサでは、この帯電微粒子に付着して排出されたイオンの量を、信号電流として検知することにより、被測定ガス中の微粒子の量を検知する。しかし、イオン源で生成されたイオンのうち、微粒子に付着しなかった浮遊イオンが、そのまま排出口から排出されると、微粒子の量に依存しない信号電流が増加し、微粒子の量を適切に検知できなくなる。そこで、浮遊イオンがそのまま排出されないように捕集すべく捕集極を設けている。加えてこのセンサでは、検知部は、捕集極のほか、補助電極を備えている。これにより、捕集極で確実に浮遊イオンを捕集することができるので、より適切に微粒子の量を検知することができる。

また、前述のいずれかの微粒子センサであって、前記検知部は、絶縁性のセラミック基体と、このセラミック基体と一体に形成されており、上記セラミック基体から露出し、先端が針状の針状電極部、及び、上記セラミック基体内に位置し、上記針状電極部に導通するリード部、を含む放電電極部と、を有し、前記空間形成部内に配置されて、上記針状電極部で気中放電を生じさせ、前記イオン源をなすセラミック素子を備える微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、検知部が、絶縁性のセラミック基体と放電電極部とが一体に形成され、空間形成部内に配置されて、イオン源をなすセラミック素子を備えている。このセラミック素子は、放電電極部のうち、針状電極部がセラミック基体から露出しており、この露出した針状電極部で気中放電を生じさせて、イオン源をなす。このように、このセンサでは、イオン源がセラミック素子に予め一体に形成されているので、イオン源の検知部への組み込みが容易となり、低コストで生産性の高いセンサとすることができる。なお、セラミック素子をなすセラミック基体の形状としては、板状のほか、円柱状、円筒状、四角柱状、六角柱状などの形状が挙げられる。このうち、板状とすると、セラミックのシートの積層、切断により形成しやすく、セラミック素子を安価にできる。

さらに、上述のいずれかの微粒子センサであって、前記針状電極部は、針状をなす針状先端部を複数有する形態である微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、針状電極部が、針状先端部を複数有している。これにより、気中放電を生じさせる部位が増加するので、より効率良く気中放電を生じさせて、イオンを生成することができる。また、針状先端部の損耗に対して、耐久性が向上し、長期にわたり安定した気中放電を行わせることができる。

さらに、上述のいずれかの微粒子センサであって、前記検知部は、前記イオンのうち前記取入ガスとの混合で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備え、前記セラミック素子は、前記針状電極部よりも前記排出口寄りの部位に、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極を有する微粒子センサとすると良い。

このセンサは、捕集極のほか、セラミック素子の針状電極部よりも排出口寄りの部位に、補助電極を有している。これにより、捕集極で確実に浮遊イオンを捕集することができる。

さらに、上述の微粒子センサであって、前記補助電極は、前記セラミック基体内に埋設されてなる微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、補助電極はセラミック基体内に埋設されている。これにより、補助電極をセラミック基体で保護し、補助電極の腐食などを防止することができる。

さらに、上述のいずれかの微粒子センサであって、前記セラミック素子は、前記針状電極部を加熱するヒータを有する微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、セラミック素子はヒータを有している。これにより、セラミック素子から露出する針状電極部及びこの付近に付着した水滴や煤等の異物をヒータで加熱することにより除去し、イオン源に生じた絶縁性の低下を回復することができる。

さらに、上述の微粒子センサであって、前記ヒータは、前記セラミック基体内に埋設されてなる微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、ヒータはセラミック基体内に埋設されている。これにより、ヒータがセラミック基体で保護され、安定した特性を維持できる。

さらに、上述のいずれかの微粒子センサであって、前記セラミック素子は、同時焼成により形成されてなる微粒子センサとすると良い。

このセンサでは、セラミック素子は、同時焼成により形成されている。これにより、放電電極部等とセラミック基体とを良好に一体化したセラミック素子を、容易に得ることができる。

実施形態にかかり、車両に搭載したエンジンの排気管に微粒子センサを含む微粒子検知システムを適用した状態を説明する説明図である。 実施形態にかかる微粒子センサを含む微粒子検知システムの概略構成を示す説明図である。 実施形態にかかる微粒子センサの構造を示す縦断面図である。 実施形態にかかる微粒子センサの構造を示す断面図であって、図３の断面とは直交する縦断面における縦断面図である。 実施形態にかかる微粒子センサのうち、微粒子帯電部内での、微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に説明する説明図である。 変形形態にかかる微粒子センサの構造を示す縦断面図である。 変形形態にかかる微粒子センサのうち、セラミック素子の全体を示す斜視図である。 変形形態にかかる微粒子センサのうち、セラミック素子の構造を示す分解斜視図である。 変形形態にかかかる微粒子センサのうち、微粒子帯電部内での、微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に説明する説明図である。

本実施形態に係る微粒子センサ１を含む微粒子検知システム２について、図面を参照して説明する。本実施形態の微粒子センサ１は、車両ＡＭに搭載したエンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰに装着され、排気管ＥＰ内を流れる排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓ（ススなど）の量を検知する（図１参照）。微粒子センサ１は、排気ガスＥＧに接触する検知部１０を有する。そして、この微粒子センサ１のほか、これに接続されるケーブル１６０、回路部２０１等により、微粒子検知システム２が構成されている（図２参照）。

微粒子センサ１の検知部１０は、排気管ＥＰ（通気管）のうち、取付開口ＥＰＯが穿孔された取付部ＥＰＴに装着されている。そして、この検知部１０の一部（図２中、取付部ＥＰＴよりも右側（先端側））は、取付開口ＥＰＯを通じて排気管ＥＰ内に配置されており、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。

回路部２０１は、排気管ＥＰ外で、複数の配線材からなるケーブル１６０を介して微粒子センサ１の検知部１０に接続されている。この回路部２０１は、検知部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。

先ず、図２を参照して、微粒子検知システム２の回路部２０１について、その電気回路上の構成を説明する。回路部２０１は、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、第１電位ＰＶ１とされる第１出力端２１１と、第２電位ＰＶ２とされる第２出力端２１２とを有している。第２電位ＰＶ２は、具体的には、第１電位ＰＶ１に対して、正の高電位とされている。さらに具体的には、第２出力端２１２からは、第１電位ＰＶ１に対し、１００ｋＨｚ程度の正弦波を半波整流した、１〜２ｋＶ0-pの正のパルス電圧が出力される。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、第１出力端２１１に導通して第１電位ＰＶ１とされる補助第１出力端２４１と、補助電極電位ＰＶ３とされる補助第２出力端２４２とを有している。この補助電極電位ＰＶ３は、具体的には、第１電位ＰＶ１に対して、正の直流高電位であるが、第２電位ＰＶ２のピーク電位（１〜２ｋＶ）よりも低い、例えば、ＤＣ１００〜２００Ｖの電位にされている。

さらに、計測制御回路２２０の一部をなす信号電流検知回路２３０は、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１に接続する信号入力端２３１と、接地電位ＰＶＥに接続する接地入力端２３２とを有している。この信号電流検知回路２３０は、信号入力端２３１と接地入力端２３２の間を流れる信号電流Ｉｓを検知する。

加えて、この回路部２０１において、イオン源電源回路２１０及び補助電極電源回路２４０は、第１電位ＰＶ１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、この内側回路ケース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、ケーブル１６０の第１電位配線１６５に導通している。

一方、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、接地電位ＰＶＥに導通し、二次側鉄心２７１Ｂは、第１電位ＰＶ１（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を含む計測制御回路２２０は、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に導通して接地電位ＰＶＥ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の他、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に接続している。なお、本実施形態では、この外側回路ケース２６０は、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を収容して包囲すると共に、ケーブル１６０の接地電位配線１６７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を通じて外部のバッテリＢＴで駆動される。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おり、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）、これを微粒子量などに換算した値、あるいは、微粒子量が所定量を超えたか否かなどの信号を、制御ユニットＥＣＵに送信可能となっている。これにより、制御ユニットＥＣＵで、内燃機関の制御や、フィルタ（図示しない）の不具合警告を発するなどの動作が可能となる。

外部からレギュレータ電源ＰＳを通じて計測制御回路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、これら同士間の絶縁を保つことができる。なお、本実施形態では、絶縁トランス２７０は、補助電極電源回路２４０に電力を供給する補助電極絶縁トランスをも兼ねている。

次いで、ケーブル１６０について説明する（図２参照）。このケーブル１６０の中心部分には、銅線からなる第２電位配線１６１及び補助電位配線１６２が配置されている。そして、これらの径方向周囲を、図示しない絶縁体層を挟んで、銅細線を編んだ編組からなる第１電位配線１６５及び接地電位配線１６７が包囲している。

前述したように、回路部２０１は、このケーブル１６０と接続している（図２参照）。具体的には、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２は第２電位ＰＶ２とされ、第２電位配線１６１に接続、導通している。また、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２は補助電極電位ＰＶ３とされ、補助電位配線１６２に接続、導通している。さらに、イオン源電源回路２１０の第１出力端２１１は第１電位ＰＶ１とされ、補助電極電源回路２４０の補助第１出力端２４１、信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１、内側回路ケース２５０及び第１電位配線１６５に接続、導通している。加えて、信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２は、外側回路ケース２６０及び接地電位配線１６７に接続、導通して、接地電位ＰＶＥとされている。

次いで、微粒子センサ１の検知部１０について、その機械的構成を、図３，図４の縦断面図を参照して説明する。なお、図３，図４において図中上方を先端側とし、図中下方を基端側とする。また、図３，図４に図示しない基端側（図中下方）の部分については、機械的構成の説明を省略する。

前述したように、微粒子センサ１の検知部１０は、エンジンＥＮＧ（内燃機関）の排気管ＥＰ（通気管）のうち取付開口ＥＰＯを有する取付部ＥＰＴに装着され、排気ガスＥＧ（被測定ガス）に接触する。この検知部１０は、その電気的機能において、大別して、イオン源１５、微粒子帯電部１２、第１導通部材１３、針状電極体２０及び補助電極体５０から構成されている。

ケーブル１６０の先端側（図３，図４において図示外）には、金属製で中空円筒状の内筒８０が外嵌されている。内筒８０は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５に接続され、この第１電位配線１６５と導通し、第１電位ＰＶ１とされている。さらに、この内筒８０の先端側には、図３，図４に示すように、後述する金属製の第２パイプホルダ６１が嵌め込まれている。

また、ケーブル１６０の第２電位配線１６１の先端側（図３，図４において図示外）は、内筒８０内で、針状電極体２０の延出部２１に接続されている。この針状電極体２０は、タングステン線からなり、概略直棒状の延出部２１と、その先端部分（図中上端部）に位置し、針状に尖った形態とされた針状先端部２２とからなる。また、針状電極体２０の延出部２１は、その周囲をアルミナ等の絶縁セラミックからなる円筒状の針状電極絶縁パイプ７５で被覆され、金属製の第１パイプホルダ６０及び第２パイプホルダ６１に穿孔した針状電極挿通孔６０Ｈ，６１Ｈ内に挿通されて、針状電極絶縁パイプ７５と共に第１パイプホルダ６０及び第２パイプホルダ６１に保持されている。

加えて、ケーブル１６０の補助電位配線１６２の先端側（図３，図４において図示外）は、内筒８０内で、補助電極体５０の延出部５１に接続されている。この補助電極体５０は、ステンレス線からなり、概略直棒状の延出部５１と、その先端側でＵ字状に曲げ返された曲げ返し部５２と、補助電極部５３（補助電極）とからなる。なお、補助電極部５３の先端部分も針状に尖った形状とされ、針状先端部５３Ｓとなっている。また、補助電極体５０の延出部５１は、その周囲をアルミナ等の絶縁セラミックからなる円筒状の補助電極絶縁パイプ７７で被覆され、第１パイプホルダ６０及び第２パイプホルダ６１に穿孔した補助電極挿通孔６０Ｉ，６１Ｉ内に挿通されて、補助電極絶縁パイプ７７と共に第１パイプホルダ６０及び第２パイプホルダ６１に保持されている。

さて、図３，図４に示す、第１パイプホルダ６０及び第２パイプホルダ６１は、いずれもステンレスからなる。このうち、第１パイプホルダ６０は、概略円柱状の本体部６３と、本体部６３のうち基端側寄りの位置から径方向外側に膨出する円環状のホルダフランジ部６６を有している。また、第２パイプホルダ６１は、概略円柱状であり、第１パイプホルダ６０の基端側に嵌め込まれて、これと一体をなす。また、これら第１パイプホルダ６０及び第２パイプホルダ６１には、それぞれ図中上下方向に延びる、針状電極挿通孔６０Ｈ，６１Ｈ、及び、補助電極挿通孔６０Ｉ，６１Ｉが穿孔されており、前述したように、針状電極挿通孔６０Ｈ，６１Ｈ内に針状電極体２０の延出部２１が、補助電極挿通孔６０Ｉ，６１Ｉ内に補助電極体５０の延出部５１が挿通、保持されている。また、第１パイプホルダ６０は第２パイプホルダ６１に、第２パイプホルダ６１は内筒８０に、それぞれ嵌め込まれ固定されると共に、これらは電気的にも互いに導通している。

さらに、第１パイプホルダ６０の先端側（図中、上方）には、先端側が底となる有底円筒状の中継筒部材３０が嵌め込まれている。この中継筒部材３０も、ステンレスからなり、先端側の底部３１と、この底部３１の周縁から基端側に延出した円筒状の筒壁部３３とからなる。このうち、底部３１には、針状電極挿通孔３０Ｈ、及び補助電極挿通孔３０Ｉが穿孔されており、第１パイプホルダ６０から先端側に向けて突出した針状電極体２０の延出部２１、及び補助電極体５０の延出部５１が、それぞれ挿通、保持されている。なお、この中継筒部材３０は、第１パイプホルダ６０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通している。そして、この中継筒部材３０のほか、第１パイプホルダ６０，第２パイプホルダ６１及び内筒８０は、針状電極体２０の延出部２１及び補助電極体５０の延出部５１を包囲する第１導通部材１３をなし、第１電位ＰＶ１とされている。

また、中継筒部材３０の先端側の底部３１には、取入混合部材４０が嵌め込まれている。この取入混合部材４０も、ステンレスからなり、自身の外周面をなす円筒状の壁部４３と、この壁部４３の先端側（図４中、上方）から内側に膨出して、肉厚とされた捕集極４２とからなる。また、壁部４３の基端側には、その周方向に分散して、複数（本実施形態では８個）の取入口４３Ｉ（図４参照）が穿孔されている。この取入口４３Ｉは、後述するように、排気ガスＥＧを、中継筒部材３０の底部３１と取入混合部材４０とで形成される混合領域ＭＸ（後述する）に取り入れるための開口である。

また、この取入混合部材４０の先端側には、蓋部材４８が被せられている。この蓋部材４８は、取入混合部材４０の壁部４３に繋がる筒状の側壁部４７と、先端側の先端面４８Ｓと、側壁部４７から先端面４８Ｓに向けて先細の形状をなすテーパ部４８Ｔと、からなる。さらに、先端面４８Ｓの中央には、取入混合部材４０の軸線ＡＸ上に位置するように、排出口４８Ｏが穿孔されている。なお、蓋部材４８及び取入混合部材４０は、中継筒部材３０に嵌め込まれ固定されると共に、電気的にも導通して、第１電位ＰＶ１とされている。

また、取入混合部材４０のうち、その先端側は、内側に膨出した捕集極４２により、内側の空間が狭められた形態とされている。一方、基端側の壁部４３の内部には、円柱状の空間が形成されている。これにより、中継筒部材３０の底部３１と、取入混合部材４０の壁部４３と、捕集極４２との間で、概略円柱状の空間が形成される。この空間は、後述する混合領域ＭＸのうち、第１混合領域ＭＸ１をなす。一方、取入混合部材４０の捕集極４２により狭められた空間は、第２混合領域ＭＸ２をなす。また、捕集極４２よりも先端側（図中、上方）の蓋部材４８内の空間は、排出口４８Ｏに連通する排出路ＥＸをなす。

なお、中継筒部材３０の底部３１のうち、針状電極挿通孔３０Ｈに挿通された針状電極体２０の針状先端部２２は、混合領域ＭＸの第１混合領域ＭＸ１内で、針状電極絶縁パイプ７５から露出している。これにより、針状先端部２２と、混合領域ＭＸを構成する取入混合部材４０の内周面４０Ｍとの間に高電圧を印加すると、混合領域ＭＸ内に気中放電を生じて、大気中のＮ₂，Ｏ₂等を電離させ、正イオン（例えば、Ｎ³⁺，Ｏ²⁺。以下、イオンＣＰともいう）を生成することができる。

ところで、図４に示すように、取入混合部材４０は、円筒状で、微粒子センサ１を排気管ＥＰへ装着した状態において、排気管ＥＰ内で、自身の軸線ＡＸが排気管ＥＰの軸線である管軸線ＰＪに直交する方向に延びている。また、取入混合部材４０の先端側の蓋部材４８の先端面４８Ｓに排出口４８Ｏが位置しており、この排出口４８Ｏがなす開口の向き（開口（排出口４８Ｏ）で構成される面（仮想面）が向く方向）も管軸線ＰＪに直交する方向を向いている。加えて、蓋部材４８には、排出口４８Ｏの周囲に、先細の形状をなすテーパ部４８Ｔが設けられている。また、排気ガスＥＧは、排気管ＥＰ内を、管軸線ＰＪに沿って、図４中、右から左に向けて流通している。これにより、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧが、蓋部材４８及び取入混合部材４０の周囲を通るとその流速が、排出口４８Ｏの外側で上昇し、いわゆるベンチュリ効果により、排出口４８Ｏに負圧を生じさせることができる。すると、この負圧により、混合領域ＭＸ内に取り入れられた取入排気ガスＥＧＩが、排出路ＥＸを経由して排出口４８Ｏから排出される。さらにこれと共に、取入口４３Ｉ周囲の排気ガスＥＧが、取入口４３Ｉから混合領域ＭＸ内に取り入れられる。

一方、第１混合領域ＭＸ１内では、気中放電によりイオンＣＰが生成される。このため、取り入れられた取入排気ガスＥＧＩは、混合領域ＭＸでイオンＣＰと混合された上で、排出路ＥＸを経由して、排出口４８Ｏから排出される。

また、補助電極体５０の延出部５１及びこれを囲む補助電極絶縁パイプ７７は、取入混合部材４０内を、捕集極４２よりも先端側（図中上方）まで延びて、延出部５１に連なる曲げ返し部５２が、蓋部材４８内（排出路ＥＸ）に位置している。そして、基端側（図中下方）を向く補助電極部５３（補助電極）は、取入混合部材４０の捕集極４２がなす第２混合領域ＭＸ２内に位置している。

また、図３に示すように、第１パイプホルダ６０のホルダフランジ部６６の先端側（図中上方）には、アルミナ等の絶縁セラミックからなり、第１パイプホルダ６０の本体部６３及び中継筒部材３０との連結部分を取り囲む概略円筒状の第１絶縁スペーサ１２１が配置されている。また、ホルダフランジ部６６の基端側（図中下方）にも、アルミナ等の絶縁セラミックからなり、第１パイプホルダ６０のうち基端側の部分及び第２パイプホルダ６１を取り囲む概略円筒状の第２絶縁スペーサ１２２が配置されている。さらに、これらの径方向周囲（図中左右方向）には、ステンレスからなる主体金具９０が配置されている。

主体金具９０は、筒状部９１とフランジ部９５とからなる。このうち、概略円筒状の筒状部９１は、自身の内部に第１パイプホルダ６０、第２パイプホルダ６１、第１絶縁スペーサ１２１、及び第２絶縁スペーサ１２２を保持する保持孔９１Ｈを有している。一方、フランジ部９５は、筒状部９１の先端部分から径方向外側に張り出した板状で、外形概略長円板形状を有している。また、自身の厚み方向に貫通するボルト貫通孔９５Ｈ，９５Ｈを有している（本実施形態では２箇所）。

検知部１０の取付けに当たっては、図４に示すように、排気管ＥＰのうち、取付部ＥＰＴの取付開口ＥＰＯから、中継筒部材３０、取入混合部材４０等を排気管ＥＰ内に挿入すると共に、取付開口ＥＰＯに隣在して設けられているスタッドボルトＥＰＢ，ＥＰＢを、フランジ部９５のボルト貫通孔９５Ｈにそれぞれ挿通し、ナットＥＰＮで締結する。これにより、主体金具９０を含め、検知部１０が、排気管ＥＰの取付部ＥＰＴに固定される。なお、主体金具９０は、図３，図４において図示外の複数の部材と共に、微粒子センサ１の外装部材１４をなして、ケーブル１６０の接地電位配線１６７に導通している。従って、外装部材１４は、ケーブル１６０の接地電位配線１６７及び外側回路ケース２６０を通じて、排気管ＥＰとともに、接地電位ＰＶＥとされている。

次いで、本実施形態の微粒子センサ１の各部の電気的機能及び動作について、図２〜図４のほか、図５をも参照して説明する。なお、この図５は、本微粒子センサ１の検知部１０の電気的機能及び動作を理解容易のため模式的に示したものである。

針状電極体２０は、ケーブル１６０の第２電位配線１６１を介して、イオン源電源回路２１０の第２出力端２１２に接続、導通している。従って、この針状電極体２０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００ｋＨｚ，１〜２ｋＶ0-pの正の半波整流パルス電圧である、第２電位ＰＶ２とされる。また、補助電極体５０は、ケーブル１６０の補助電位配線１６２を介して、補助電極電源回路２４０の補助第２出力端２４２に接続、導通している。従って、この補助電極体５０は、前述したように、第１電位ＰＶ１に対して、１００〜２００Ｖの正の直流電位である、補助電極電位ＰＶ３とされる。

さらに、取入混合部材４０，蓋部材４８，第１導通部材１３をなす内筒８０，第１パイプホルダ６０，第２パイプホルダ６１及び中継筒部材３０は、ケーブル１６０の第１電位配線１６５を介して、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、これらの回路を囲む内側回路ケース２５０、及び信号電流検知回路２３０の信号入力端２３１に接続、導通している。これらは、第１電位ＰＶ１とされる。加えて、主体金具９０を含む外装部材１４は、ケーブル１６０の接地電位配線１６７を介して、信号電流検知回路２３０を含む計測制御回路２２０を囲む外側回路ケース２６０及び信号電流検知回路２３０の接地入力端２３２に接続、導通しており、排気管ＥＰとともに、接地電位ＰＶＥとされる。

従って、前述したように、混合領域ＭＸ内において、第１電位ＰＶ１とされる取入混合部材４０の内周面４０Ｍと、これよりも正の高電位である第２電位ＰＶ２とされる針状先端部２２との間では、気中放電、具体的にはコロナ放電が生じる。さらに具体的には、正極となる針状先端部２２の周りにコロナが発生する正針コロナＰＣを生じる。これにより、その雰囲気をなす大気（空気）のＮ2，Ｏ2等が電離等して、正のイオンＣＰが発生する。本実施形態では、針状電極体２０（針状電極）の針状先端部２２（先端部）及び取入混合部材４０の内周面４０Ｍがイオン源１５に相当する。

なお、前述したように、蓋部材４８及び取入混合部材４０は、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧの流速を排出口４８Ｏの外側で上昇させ、排出口４８Ｏに負圧を生じさせる。したがって、この排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧで排出口４８Ｏに生じた負圧により、混合領域ＭＸ（第１混合領域ＭＸ１、第２混合領域ＭＸ２）内の取入排気ガスＥＧＩが、排出路ＥＸを経由して排出口４８Ｏから排出され、これと共に、取入口４３Ｉ周囲の排気ガスＥＧが、取入口４３Ｉから混合領域ＭＸ内に取り入れられる。その際、排気ガスＥＧ中に、ススなどの微粒子Ｓが含まれていた場合、図５に示すように、この微粒子Ｓも混合領域ＭＸ内に取り入れられる。混合領域ＭＸ内では、生成されたイオンＣＰが取入排気ガスＥＧＩに混合されるので、取り入れられたススなどの微粒子Ｓは、イオンＣＰが付着して、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなり、この状態で、混合領域ＭＸ内から排出路ＥＸを通って、取入排気ガスＥＧＩと共に、排出口４８Ｏから排出される。一方、混合領域ＭＸ内で生成されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦは、補助電極体５０の補助電極部５３（補助電極）から斥力を受け、第１電位ＰＶ１とされた捕集極４２をなす取入混合部材４０に各部に付着し、排出されない（捕捉される）。

従って、この帯電微粒子ＳＣにより排出された排出イオンＣＰＨの電荷量に対応する信号電流Ｉｓを信号電流検知回路２３０で検知することにより、排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量が検知できる。本実施形態では、混合領域ＭＸ及び捕集極４２をなす、中継筒部材３０の底部３１，取入混合部材４０，蓋部材４８により、微粒子帯電部１２を形成し、この微粒子帯電部１２が空間形成部に相当する。また、混合領域ＭＸ（第１混合領域ＭＸ１、第２混合領域ＭＸ２）及び排出路ＥＸが、内部空間に相当する。

以上で説明したように、本実施形態の微粒子センサ１では、微粒子帯電部１２（空間形成部）が、排気管ＥＰ内を流通する排気ガスＥＧ（被測定ガス）で排出口４８Ｏに生じた負圧により、混合領域ＭＸ（内部空間）内の取入排気ガスＥＧＩ（取入ガス）を排出口４８Ｏから排出すると共に、排気ガスＥＧを取入口３３Ｉから混合領域ＭＸ内に取り入れて、取入排気ガスＥＧＩとイオン源１５で生成したイオンＣＰとを混合する形態に構成されている。従って、本実施形態の微粒子センサ１では、ポンプ等の圧縮空気源を用いることなく、排気ガスＥＧ（被測定ガス）の取り入れや排出を行うことができる。

さらに、本実施形態の微粒子センサ１では、微粒子帯電部１２は、円筒状をなし、センサ１を排気管ＥＰに装着した状態において、排気管ＥＰ内で、自身の軸線ＡＸが管軸線ＰＪに交差（直交）する方向に延びている。そして、自身の先端（蓋部材４８の先端面４８Ｓ）に排出口４８Ｏが開口し、これよりも基端側の微粒子帯電部１２の外周面をなす取入混合部材４０の壁部４３に取入口４３Ｉが開口している。これにより、排出口４８Ｏに負圧を生じさせ易くなり、排気ガスＥＧの取り入れと排出を適切に行うことができる。

さらに、本実施形態の微粒子センサ１では、微粒子帯電部１２は、先細の形状をなすテーパ部４８Ｔを有しており、センサ１を排気管ＥＰに装着した状態において、排出口４８Ｏがなす開口の向き（開口（排出口４８Ｏ）で構成される面（仮想面）が向く方向）が排気管ＥＰの管軸線ＰＪに直交する方向を向いている。これにより、さらに効率よく排出口４８Ｏに負圧を生じさせることができ、排気ガスＥＧの取り入れと排出がより適切に行える。

さらに、本実施形態の微粒子センサ１では、微粒子帯電部１２は、取入口４３Ｉが、微粒子帯電部１２の外周面をなす壁部４３の周方向に分散して複数（本実施形態では８個）配置されている。取入口４３Ｉが複数配置されていることにより、より多くの排気ガスＥＧ（被測定ガス）を取り入れて、取入口４３Ｉから排出口４８Ｏに向かう取入排気ガスＥＧＩの流量を増やすことができ、排気ガスＥＧの取り入れと排出をより適切に行うことができる。

さらに、本実施形態の微粒子センサ１では、イオン源１５は、混合領域ＭＸ（内部空間）内に気中放電を生じさせて、イオンＣＰをこの混合領域ＭＸ内に生成している。これにより、生成されたイオンＣＰの多くを取入排気ガスＥＧＩと混合することができ、取入排気ガスＥＧＩ中の微粒子Ｓにより多くのイオンＣＰを付着させることができる。また、生成したイオンＣＰを混合領域ＭＸ内に、別途導き入れる必要がないので、圧縮空気源やイオンＣＰの噴射孔等を用意する必要がない。

さらに、本実施形態の微粒子センサ１では、検知部１０は、捕集極４２を有しているほか、補助電極（補助電極体５０の補助電極部５３）を備えている。これにより、捕集極４２で確実に浮遊イオンＣＰＦを捕集することができ、より適切に微粒子Ｓの量を検知することができる。

（変形形態）
次いで、上述の実施形態の変形形態について、図６〜図９を参照して説明する。図６に、本変形形態に係る微粒子センサ１Ａの構造を示す。この図６に示すように、本変形形態の微粒子センサ１Ａの検知部１０Ａは、実施形態の中継筒部材３０（図４参照）に相当する部材は有さず、取入混合部材４０よりやや長い取入混合部材４０Ａを有する。一方、蓋部材４８は、実施形態と同様の形態であり、取入混合部材４０Ａ及び蓋部材４８で空間形成部に相当する微粒子帯電部１２Ａを形成している。この微粒子帯電部１２Ａの内部には、実施形態と同様、混合領域ＭＸ及び捕集極４２が形成されている。加えて、本変形形態の微粒子センサ１Ａの検知部１０Ａは、実施形態の針状電極体２０及び補助電極体５０に代えて、これらに相当する放電電極部２０Ａ及び補助電極部５０Ａが一体に形成され、混合領域ＭＸ内に配置された矩形板状のセラミック素子１００を備えている点で、実施形態と異なる。また、このセラミック素子１００を保持する排気管ＥＰ外の構造も、実施形態と異なる。

図７は、セラミック素子１００の全体図であり、図８は、その内部構造を示す分解斜視図である。なお、図７及び図８において、図中上方が、セラミック素子１００の先端側ＧＳであり、セラミック素子１００は、この先端側ＧＳを、図６中上方に向けた状態で、混合領域ＭＸ内に配置されている。まず、本変形形態の微粒子センサ１Ａのうち、セラミック素子１００を保持する検知部１０Ａの排気管ＥＰ外の構造について説明する。

図６に示すように、排気管ＥＰ外に位置する第１絶縁スペーサ１２１及び第２絶縁スペーサ１２２の径方向内側には、実施形態の第１パイプホルダ６０及び第２パイプホルダ６１（図４参照）に代えて、第１導通部材１３をなす筒状の筒金具１１０が配置されている。この筒金具１１０は、径方向外側に膨出する円環状のフランジ部１１１を有しており、このフランジ部１１１が、第１絶縁スペーサ１２１と第２絶縁スペーサ１２２とに挟まれて、固定されている。また、筒金具１１０の基端側（図中下方）は、第１導通部材１３をなす内筒８０に嵌め込まれ固定されている一方、筒金具１１０の先端側（図中上方）には、取入混合部材４０Ａが嵌め込まれ固定されている。

一方、筒金具１１０の内部には、底部に穴が空いてセラミック素子１００が挿通されたカップ状の金属カップ１１２が配設されると共に、先端側（図中上方）から基端側（図中下方）に向けて順に、セラミック素子１００の周りに、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１１３、絶縁粉末を圧縮して構成した第１粉末充填層１１４及び第２粉末充填層１１５、さらには、アルミナからなる筒状のセラミックスリーブ１１６が配設されている。なお、このうち、セラミックホルダ１１３及び第１粉末充填層１１４は、金属カップ１１２内に位置している。なお、第１粉末充填層１１４及び第２粉末充填層１１５に用いる絶縁粉末として、本変形形態では滑石粉末を用いたが、ＢＮ（窒化ホウ素）粉末、ガラス粉末、バーミキュライト粉末などを用いることもできる。

さらに、内筒８０内に位置する筒金具１１０の基端部１１０Ｋと、セラミックスリーブ１１６との間には、加締リング１１７が配置されており、筒金具１１０の基端部１１０Ｋは、径方向内側に屈曲して加締められ、加締リング１１７を介してセラミックスリーブ１１６を押圧している。これにより、第２粉末充填層１１５の粉末が圧縮されて、筒金具１１０内に金属カップ１１２及びセラミックスリーブ１１６が固定されると共に、セラミック素子１００が支持される。

また、セラミック素子１００の基端側ＧＫ（図７，図８参照）は、後述する接続端子部２３，５４、ヒータ端子部７８ａ，７８ｂに接触導通するリード端子を有する図示外の端子構造体に挿入されている。これにより、この端子構造体のリード端子、及びこれに接続する第２電位配線１６１，補助電位配線１６２（図２参照）等を介して、セラミック素子１００の接続端子部２３，５４等は、イオン源電源回路２１０等に電気的に接続されている。かくして、セラミック素子１００は、検知部１０Ａに取り付けられ、保持されている。

次いで、セラミック素子１００の構造の詳細について説明する。セラミック素子１００は、図７及び図８示すように、板状に成形されたアルミナからなる絶縁性のセラミック基体１０１を有しており、このセラミック基体１０１内に、放電電極部２０Ａ、補助電極部５０Ａ及びヒータ７８が埋設されて一体焼結されている。

さらに具体的には、このセラミック基体１０１は、アルミナからなる板状の３つのセラミック層１０２，１０３，１０４と、これらの層間または表面に形成されたアルミナからなる３つの絶縁被覆層１０５，１０６，１０７とを有する。なお、これらは、図８に示すように、図８中左下から図８中右上に向けて、絶縁被覆層１０５，セラミック層１０２，絶縁被覆層１０６，セラミック層１０３，絶縁被覆層１０７，セラミック層１０４の順に積層されている。そして、絶縁被覆層１０５とセラミック層１０２の間に放電電極部２０Ａが、絶縁被覆層１０６とセラミック層１０３の間にヒータ７８が、セラミック層１０３と絶縁被覆層１０７の間に補助電極部５０Ａが、それぞれ配置されている。また、セラミック基体１０１の内部のうち、絶縁被覆層１０７とセラミック層１０４の間には、ＧＮＤ層１０８が形成されている。そして、これらが一体化してセラミック素子１００が形成されている。

放電電極部２０Ａは、気中放電、具体的にはコロナ放電を生じさせる針状電極部２２Ａ、この針状電極部２２Ａに導通するリード部２１Ａ及び、このリード部２１Ａに導通し、図６において図示外の第２電位配線１６１（図２参照）との接続に用いる接続端子部２３を有する。そして、この放電電極部２０Ａは、針状電極部２２Ａをセラミック素子１００の先端側ＧＳ（図８中上方）に、接続端子部２３をセラミック素子１００の基端側ＧＫ（図８中下方）にそれぞれ向けて、セラミック層１０２上に形成されている。なお、この放電電極部２０Ａのうち、針状電極部２２Ａ及び接続端子部２３は、セラミック層１０２の表面に露出する一方、リード部２１Ａは、絶縁被覆層１０５で被覆されている。

ここで、接続端子部２３及び後述するＧＮＤ接続端子を兼ねたヒータ端子部７８ｂを介して、セラミック基体１０１（セラミック層１０２）上に露出した針状電極部２２Ａと、セラミック基体１０１内のＧＮＤ層１０８との間に高電圧を印加すると、針状電極部２２Ａの周囲にコロナ放電が生じる。これにより、セラミック素子１００の針状電極部２２Ａは、イオン源１５Ａをなし、実施形態と同様に、混合領域ＭＸ内でイオンＣＰが生成される。なお、針状電極部２２Ａは、針状をなす３つの針状先端部２２Ｓ１，２２Ｓ２，２２Ｓ３が並んだ形態とされている。これにより、コロナ放電を生じさせる部位が増加するので、より効率よくコロナ放電を生じさせて、イオンを生成することができる。また、針状先端部２２の損耗に対して、耐久性が向上し、長期にわたり安定したコロナ放電を行わせることができる。

また、補助電極部５０Ａは、セラミック素子１００の先端側ＧＳ（図８中上方）に配置され、矩形状をなす補助電極５３Ａと、この補助電極５３Ａに導通し、セラミック素子１００の基端側ＧＫ（図８中下方）に延びるリード部５１Ａとを有する。また、セラミック層１０４の基端側ＧＫの表面には、リード部５１Ａに導通し、図６において図示外の補助電位配線１６２（図２参照）との接続に用いる接続端子部５４が設けられている。

なお、補助電極５３Ａは、セラミック素子１００のうち、針状電極部２２Ａよりも先端側ＧＳに位置する部位に配置されている。すなわち、セラミック素子１００が、検知部１０Ａに配置された状態（図６参照）において、補助電極５３Ａは、針状電極部２２Ａよりも排出口４８Ｏ寄り（図６中上方）の部位に位置する。これにより、補助電極５３Ａは、実施形態と同様に、所定の電位（例えば、ＧＮＤ層１０８のＧＮＤ電位に対して、１００〜２００Ｖの正の直流電位）とすることにより、混合領域ＭＸ内で生成されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦに斥力を与える。そして、浮遊イオンＣＰＦを捕集極４２をなす微粒子帯電部１２Ａ内の各部に付着させ、捕集極４２による浮遊イオンＣＰＦの捕集を補助する。これにより、捕集極４２で確実に浮遊イオンＣＰＦを捕集することができる。

また、ヒータ７８は、セラミック素子１００を平面視したとき、針状電極部２２Ａを取り囲むように、セラミック素子１００の先端側ＧＳに配置され、通電によりこの針状電極部２２Ａを加熱する発熱部７８ｈと、この発熱部７８ｈに導通し、セラミック素子１００の基端側ＧＫに延びる２本のリード部７８ｒ１，７８ｒ２とを有する。なお、発熱部７８ｈは、リード部７８ｒ１，７８ｒ２に繋がる部位が、それぞれ先端側ＧＳに延びる一方、発熱部７８ｈの中央部分は、針状電極部２２Ａを取り囲むように、基端側ＧＫに向けてＵ字状に曲げ返された形状をなしている。また、セラミック層１０４の基端側ＧＫの表面には、リード部７８ｒ１，７８ｒ２に導通し、ヒータ７８への通電に用いるヒータ端子部７８ａ，７８ｂが、補助電極部５０Ａの接続端子部５４を挟むように配置されている。なお、ヒータ端子部７８ｂは、ＧＮＤ層１０８にも導通しており、ＧＮＤ接続端子を兼ねている。そして、このヒータ７８のヒータ端子部７８ａと７８ｂの間に通電し、セラミック素子１００から露出する針状電極部２２Ａを加熱することにより、針状電極部２２Ａ及びこの付近に付着した水滴や煤等の異物を除去し、イオン源１５Ａ（針状電極部２２Ａ）に生じた絶縁性の低下を回復できる。

なお、セラミック素子１００の形成にあたっては、まず、未焼成のセラミック層１０２，１０３，１０４を用意する。次いで、未焼成のセラミック層１０２のうち、図８中左下を向く一方面に、金属ペーストを印刷して、放電電極部２０Ａを形成する。さらに、針状電極部２２Ａ及び接続端子部２３を露出させ、リード部２１Ａを覆うように、セラミック層１０２上に絶縁被覆層１０５を印刷する。また、未焼成のセラミック層１０３の一方面上にヒータ７８を、他方面上に補助電極部５０Ａを、それぞれ印刷する。さらに、ヒータ７８が印刷されたセラミック層１０３の一方面全体を覆うように、絶縁被覆層１０６を印刷する。また、未焼成のセラミック層１０４の一方面上にＧＮＤ層１０８を、他方面上に補助電極部５０Ａの接続端子部５４及びヒータ端子部７８ａ，７８ｂを、それぞれ印刷する。さらに、ＧＮＤ層１０８が印刷されたセラミック層１０４の一方面全体を覆うように、絶縁被覆層１０７を印刷する。

そして、これらセラミック層１０２，１０３，１０４を積層し、同時焼成によってセラミック素子１００を形成する。この同時焼成により、放電電極部２０Ａ、補助電極部５０Ａ及びヒータ７８とセラミック基体１０１とを良好に一体化したセラミック素子１００を、容易に得ることができる。

また、図９は、実施形態の図５と同様に、本変形形態の微粒子センサ１Ａの検知部１０Ａの電気的機能及び動作を模式的に示したものである。この図９に示すように、いわゆるベンチュリ効果により、排出口４８Ｏに負圧が生じると、取入口４３Ｉ周囲の排気ガスＥＧが、取入口４３Ｉから混合領域ＭＸ内に取り入れられる。すると、この排気ガスＥＧと共に取り入れられた微粒子Ｓに、セラミック素子１００の針状電極部２２Ａ（イオン源１５Ａ）で生成したイオンＣＰが付着して、帯電微粒子ＳＣとなる。この帯電微粒子ＳＣは、混合領域ＭＸ内から排出路ＥＸを通って、取入排気ガスＥＧＩと共に、排出口４８Ｏから排出される。一方、混合領域ＭＸ内で生成されたイオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦは、セラミック素子１００の針状電極部２２Ａよりも排出口４８Ｏ寄りの部位に配置され、所定の電位（例えば、ＤＣ１００〜２００Ｖ）とされた補助電極５３Ａから斥力を受け、捕集極４２をなす微粒子帯電部１２Ａ内の各部に付着する。このように、浮遊イオンＣＰＦは、排出口４８Ｏから排出されることなく、捕集極４２に捕集される。

以上で説明したように、本変形形態の微粒子センサ１Ａでは、検知部１０Ａが、絶縁性のセラミック基体１０１と放電電極部２０Ａとが一体に形成され、混合領域ＭＸ内に配置されて、イオン源１５Ａをなすセラミック素子１００を備えている。この微粒子センサ１Ａでは、イオン源１５Ａ（針状電極部２２Ａ）がセラミック素子１００に予め一体に形成されているので、イオン源１５Ａの検知部１０Ａへの組み込みが容易となり、低コストで生産性の高いセンサとすることができる。

また、この微粒子センサ１Ａでは、補助電極５３Ａ及びヒータ７８は、セラミック素子１００のセラミック基体１０１内に埋設されており、外部に露出していない。これにより、補助電極５３Ａをセラミック基体１０１で保護し、補助電極５３Ａの腐食などを防止することができる。また、ヒータ７８がセラミック基体１０１で保護されることにより、ヒータ７８について、安定した特性を維持できる。

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、本発明は上述の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、実施形態では、微粒子センサ１の検知部１０が、ケーブル１６０を介して微粒子検知システム２の回路部２０１に接続された例を示したが、ケーブル１６０を介さず、検知部１０と回路部２０１とを連設する（一体化する）など、その形態は適宜変更が可能である。

ＥＰ 排気管（通気管）
ＥＰＯ 取付開口
ＥＧ 排気ガス（被測定ガス）
ＥＧＩ 取入排気ガス（取入ガス）
Ｓ 微粒子
ＳＣ 帯電微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン
ＣＰＨ 排出イオン
Ｉｓ 信号電流
１，１Ａ 微粒子センサ
２ 微粒子検知システム
１０，１０Ａ 検知部
１２，１２Ａ 微粒子帯電部（空間形成部）
１５，１５Ａ イオン源
２０ 針状電極体
２１ （針状電極体の）延出部
２２ （針状電極体の）針状先端部（イオン源）
２０Ａ 放電電極部
２１Ａ （放電電極部の）リード部
２２Ａ 針状電極部（イオン源）
２２Ｓ１，２２Ｓ２，２２Ｓ３ 針状先端部
３０ 中継筒部材（第１導通部材）
３１ （中継筒部材の）底部（微粒子帯電部）
ＰＶ１ 第１電位
ＰＶ２ 第２電位
ＰＶ３ 補助電極電位
ＰＶＥ 接地電位
４０，４０Ａ 取入混合部材（微粒子帯電部）
４０Ｍ （取入混合部材の）内周面（イオン源）
ＭＸ 混合領域（内部空間）
ＭＸ１ 第１混合領域（内部空間）
ＭＸ２ 第２混合領域（内部空間）
ＥＸ 排出路（内部空間）
４２ 捕集極
４３ （混合排出部材の）筒壁部（外周面）
４３Ｉ 取入口
４８ 蓋部材（微粒子帯電部）
４８Ｏ 排出口
４８Ｔ テーパ部
５０ 補助電極体
５３ （補助電極体の）補助電極部（補助電極）
５０Ａ 補助電極部
５３Ａ 補助電極
６０ 第１パイプホルダ（第１導通部材）
６１ 第２パイプホルダ（第１導通部材）
８０ 内筒（第１導通部材）
９０ 主体金具（外装部材）
２０１ 回路部
２１０ イオン源電源回路
２２０ 計測制御回路
２３０ 信号電流検知回路
２４０ 補助電極電源回路
１００ セラミック素子
１０１ セラミック基体
７８ ヒータ

Claims (13)

1. 通気管に装着される検知部を有し、上記通気管内を流通する被測定ガス中の微粒子の量を検知する微粒子センサであって、
   上記検知部は、
   当該微粒子センサを上記通気管へ装着した状態において、上記通気管内に突出して内部空間を構成する空間形成部であって、上記被測定ガスを上記内部空間に取り入れる取入口、及び上記取入口から取り入れた取入ガスを上記内部空間から排出する排出口を含む空間形成部と、
   気中放電でイオンを生成するイオン源と、を備え、
   上記空間形成部は、
   上記通気管内を流通する上記被測定ガスで上記排出口に生じた負圧により、上記内部空間内の上記取入ガスを上記排出口から排出すると共に、上記被測定ガスを上記取入口から上記内部空間内に取り入れて、上記取入ガスと上記イオン源で生成した上記イオンとを混合する形態に構成されてなる
   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、
   前記空間形成部は、
   自身の先端に前記排出口が開口し、これよりも基端側の外周面に前記取入口が開口してなり、
   前記装着した状態において、前記通気管内で、自身の軸線が上記通気管の軸線である管軸線に交差する方向に延びる形態を有する
   微粒子センサ。
3. 請求項２に記載の微粒子センサであって、
   前記空間形成部は、
   先細の形状をなし、自身の先端に前記排出口が位置し、前記装着した状態において、当該排出口がなす開口の向きが前記管軸線に直交する方向を向く形態のテーパ部を有する
   微粒子センサ。
4. 請求項２または請求項３に記載の微粒子センサであって、
   前記空間形成部は、
   前記取入口が、前記外周面の周方向に分散して複数配置されてなる
   微粒子センサ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   前記イオン源は、
   前記内部空間内に気中放電を生じさせて、前記イオンを上記内部空間内に生成する内部イオン源である
   微粒子センサ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   前記検知部は、
   前記イオンのうち前記取入ガスとの混合で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と、
   前記内部空間内に配置されて、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極と、を備える
   微粒子センサ。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
   前記検知部は、
   絶縁性のセラミック基体と、
   このセラミック基体と一体に形成されており、
   上記セラミック基体から露出し、先端が針状の針状電極部、及び、
   上記セラミック基体内に位置し、上記針状電極部に導通するリード部、を含む
   放電電極部と、を有し、
   前記空間形成部内に配置されて、上記針状電極部で気中放電を生じさせ、前記イオン源をなすセラミック素子を備える
   微粒子センサ。
8. 請求項７に記載の微粒子センサであって、
   前記針状電極部は、針状をなす針状先端部を複数有する形態である
   微粒子センサ。
9. 請求項７または請求項８に記載の微粒子センサであって、
   前記検知部は、
   前記イオンのうち前記取入ガスとの混合で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備え、
   前記セラミック素子は、
   前記針状電極部よりも前記排出口寄りの部位に、上記捕集極による上記浮遊イオンの捕集を補助する補助電極を有する
   微粒子センサ。
10. 請求項９に記載の微粒子センサであって、
    前記補助電極は、
    前記セラミック基体内に埋設されてなる
    微粒子センサ。
11. 請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
    前記セラミック素子は、
    前記針状電極部を加熱するヒータを有する
    微粒子センサ。
12. 請求項１１に記載の微粒子センサであって、
    前記ヒータは、
    前記セラミック基体内に埋設されてなる
    微粒子センサ。
13. 請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の微粒子センサであって、
    前記セラミック素子は、同時焼成により形成されてなる
    微粒子センサ。

Images