(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の素子基材、前記素子基材に配設された一対の計測電極、前記一対の計測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、及び前記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一対の計測電極及びその周囲に集塵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、
一対の前記計測電極を構成するそれぞれの計測電極は、平面的に配列された複数の櫛歯部と、各前記計測電極の前記複数の櫛歯部をその一端で連結する櫛骨部とを有する櫛歯状の電極であり、それぞれの前記計測電極の前記櫛歯部が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置されてなり、且つ、少なくとも一方の前記計測電極の前記櫛骨部は、誘電体からなる櫛骨被覆部によって被覆されている粒子状物質検出装置であって、
前記一対の計測電極の表面の少なくとも一部が、前記櫛骨被覆部よりも厚さの薄い電極保護膜によって被覆され、前記電極保護膜の静電容量Ｃ１、前記電極保護膜上面の空間の静電容量Ｃ２、前記櫛骨被覆部の静電容量Ｃ３、及び前記櫛骨被覆部上面の空間の静電容量Ｃ４が、（Ｃ１／Ｃ２）≧（Ｃ３／Ｃ４）×１０の関係を満たすとともに、検出対象としての前記粒子状物質を含む気体を、前記計測電極の前記櫛歯部の櫛歯の延びる方向に直交する方向に流して、前記粒子状物質の検出を行う粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記櫛骨被覆部が、一方の前記計測電極の前記櫛骨部とともに、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の前記計測電極の前記櫛歯部の先端部分を被覆している請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記櫛骨被覆部が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の前記計測電極の前記櫛歯部の先端部分に当接するように、一方の前記計測電極の前記櫛骨部を被覆している請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記素子基材が、一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い装置本体であり、且つ、
前記一対の計測電極が、前記貫通孔を形成する一方の壁の内側面又は内部に配設されるとともに、前記櫛骨被覆部が、前記貫通孔を形成する壁のうちの、前記一対の計測電極が配設される壁から起立する壁によって形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記計測電極が、前記貫通孔が貫通する方向に対して、前記計測電極の前記櫛歯部の櫛歯の延びる方向が直交するように配設されている請求項４に記載の粒子状物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関する。さらに詳しくは、測定感度及び測定精度の高い粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには煤等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）が含まれており、大気汚染の原因になっていた。これらを除去するために、セラミック等で作製されたフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：ＤＰＦ）が広く用いられている。セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能であるが、熱劣化等によりクラックや溶損等の欠陥が発生することがあり、微量ではあるが粒子状物質が漏れる可能性がある。このような欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
このような欠陥の発生を検知する方法として、ＤＰＦの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載された粒子状物質検出装置は、一方の端部に一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、この貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極とを備えたものであり、上記貫通孔内に流入する流体に含有される荷電された粒子状物質、又は一対の電極に電圧を印加することにより貫通孔内に生じる放電により荷電された、上記貫通孔内に流入する流体に含有される粒子状物質を、この貫通孔の壁面に電気的に吸着させることが可能であり、貫通孔を形成する壁の電気的な特性の変化を測定することにより貫通孔の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能なものである。
【０００５】
このように、従来の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガス中に含まれる粒子状物質を、センサである一対の電極及びその周囲に付着させ、当該一対の電極間の電気的な特性の変化を測定することにより、測定対象ガス中の粒子状物質を検出することが行われている。
【０００６】
そして、例えば、特許文献２の図５に示すように、上記測定用のセンサである一対の電極としては、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するように構成された電極が提案されている。このような電極を用いることによって、例えば、一対の電極間の電気的特性として静電容量を測定する場合に、その測定感度を向上させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１８６２７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−３２４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の粒子状物質検出装置であっても、その測定感度は未だ十分なものではないという問題があった。特に、排ガス中の粒子状物質の除去に関する規制は世界的に強化される傾向にあり、より高精度に粒子状物質の検出を行うことが可能な検出装置の開発が要望されている。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、測定感度及び測定精度の高い粒子状物質検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、一対の電極のそれぞれを櫛歯状に形成し、この櫛歯部分が互いにかみ合うように配置することにより、その検出装置の測定感度をある程度向上させることができるが、更に測定感度が高く、また測定精度にも優れた粒子状物質検出装置の開発についての検討を行った。
【００１１】
その結果、上記のように、電極の形状を櫛歯状にすることによって、電極相互間の間隔を狭くすることができるとともに、電極相互間の間隔（即ち、櫛部部分の間隔）も均一にすることができるため、検出装置の測定精度をある程度向上できるものの、櫛歯部分の一端を連結する部分（櫛骨部）と、これに対向する櫛歯部分との間隔までを全て均一にすることは、電極の製造上の観点から極めて困難であり、櫛骨部と櫛歯部分との隙間が、装置の測定精度向上を妨げる要因になっていることが判明した。
【００１２】
本発明者らは、上記櫛歯状の電極の櫛骨部を誘電体によって被覆することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明によれば、以下に示す粒子状物質検出装置が提供される。
【００１３】
［１］  板状の素子基材、前記素子基材に配設された一対の計測電極、前記一対の計測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、及び前記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一対の計測電極及びその周囲に集塵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、一対の前記計測電極を構成するそれぞれの計測電極は、平面的に配列された複数の櫛歯部と、各前記計測電極の前記複数の櫛歯部をその一端で連結する櫛骨部とを有する櫛歯状の電極であり、それぞれの前記計測電極の前記櫛歯部が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置されてなり、且つ、少なくとも一方の前記計測電極の前記櫛骨部は、誘電体からなる櫛骨被覆部によって被覆されている粒子状物質検出装置であって、前記一対の計測電極の表面の少なくとも一部が、前記櫛骨被覆部よりも厚さの薄い電極保護膜によって被覆され、前記電極保護膜の静電容量Ｃ１、前記電極保護膜上面の空間の静電容量Ｃ２、前記櫛骨被覆部の静電容量Ｃ３、及び前記櫛骨被覆部上面の空間の静電容量Ｃ４が、（Ｃ１／Ｃ２）≧（Ｃ３／Ｃ４）×１０の関係を満たすとともに、検出対象としての前記粒子状物質を含む気体を、前記計測電極の前記櫛歯部の櫛歯の延びる方向に直交する方向に流して、前記粒子状物質の検出を行う粒子状物質検出装置。
【００１４】
［２］  前記櫛骨被覆部が、一方の前記計測電極の前記櫛骨部とともに、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の前記計測電極の前記櫛歯部の先端部分を被覆している前記［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［３］  前記櫛骨被覆部が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の前記計測電極の前記櫛歯部の先端部分に当接するように、一方の前記計測電極の前記櫛骨部を被覆している前記［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１７】
［４］  前記素子基材が、一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い装置本体であり、且つ、前記一対の計測電極が、前記貫通孔を形成する一方の壁の内側面又は内部に配設されるとともに、前記櫛骨被覆部が、前記貫通孔を形成する壁のうちの、前記一対の計測電極が配設される壁から起立する壁によって形成されている前記［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１８】
［５］  前記計測電極が、前記貫通孔が貫通する方向に対して、前記計測電極の前記櫛歯部の櫛歯の延びる方向が直交するように配設されている前記［４］に記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００２０】
即ち、本願の請求項１に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定精度を低下させる要因となる櫛骨部が、櫛骨被覆部によって被覆されることにより、計測部としての機能を失っているため、この櫛骨部が測定値に対して悪影響を及ぼすことがない。即ち、より高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。また、このように櫛骨部を被覆することで、一対の計測電極にて測定される電気的特性の初期値（例えば、粒子状物質が付着していない状態における静電容量の値）が大きくなるため、例えば、この初期値を用いた装置の自己故障診断（ＯＢＤ）を行う場合に極めて有効である。
【００２１】
また、本願の請求項２及び３に係る発明の粒子状物質検出装置においては、実質的な計測面が、櫛歯部のかみ合わされた部位となり、計測電極間の間隔がより均一となり、極めて高精度の測定を行うことが可能となる。
【００２２】
また、本願の請求項１に係る発明の粒子状物質検出装置においては、一対の計測電極の表面の少なくとも一部を、櫛骨被覆部よりも厚さの薄い電極保護膜によって被覆することによって、櫛歯部の腐食を防止することができる。また、計測面として機能する櫛歯部を上記電極保護膜によって被覆しつつ、櫛骨部をより厚さの厚い櫛骨被覆部によって被覆することより、電極保護膜と櫛骨被覆部との夫々が相俟って、排ガス中に含まれる粒子状物質の測定をより良好に行うことができる。
【００２３】
また、本願の請求項４に係る発明の粒子状物質検出装置においては、素子基材が、一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い装置本体であり、且つ、一対の計測電極を、貫通孔を形成する一方の壁の内側面又は内部に配設されるとともに、櫛骨被覆部が、貫通孔を形成する壁のうちの、一対の計測電極が配設される壁から起立する壁によって形成されているため、櫛骨被覆部を別途配置する必要がなくなり、検出装置の構成を簡便なものとすることができる。また、上記構成の素子基材は、上記貫通孔内に排ガス等の測定対象ガスを通過させて、測定対象ガス中に含有される粒子状物質を良好に検出することができる。
【００２４】
また、本願の請求項５に係る発明の粒子状物質検出装置においては、貫通孔内を通過するガスの流れに対して、櫛歯部の間隔が一定になるため、高精度の測定を行うことが可能となる。
【００２５】
更に、本願の請求項１に係る発明の粒子状物質検出装置においては、櫛歯部の外側に配置される櫛骨被覆部が気体の通路（流路）を形成することとなり、粒子状物質の検出をより良好に行うことができる。なお、本願の請求項１〜５に係る発明は、上記［１］〜［５］に記載された発明である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す粒子状物質検出装置の一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。
【図１Ｃ】図１ＢのＯ−Ｏ’断面を示す模式図である。
【図１Ｄ】図１ＢのＰ−Ｐ’断面を示す模式図である。
【図１Ｅ】図１ＢのＱ−Ｑ’断面を示す模式図である。
【図２】粒子状物質検出装置の他の実施形態における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。
【図３】粒子状物質検出装置の更に他の実施形態における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。
【図４】粒子状物質検出装置の更に他の実施形態における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。
【図５Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＲ−Ｒ’断面を示す模式図である。
【図６Ａ】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６Ｂ】図６Ａに示す粒子状物質検出装置の一方の側面を示す側面図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示す粒子状物質検出装置の他方の側面を示す側面図である。
【図６Ｄ】図６Ａに示す粒子状物質検出装置の背面図である。
【図７】図６ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図９】図７のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図１０】図７のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図１１】図７のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図１２】図７のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【図１３】粒子状物質検出装置によって測定された静電容量の変化量（ΔＣ［ｐＦ］）と、粒子状物質の量［ｍｇ］との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２８】
［１］粒子状物質検出装置：
粒子状物質検出装置の一の実施形態は、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、板状の素子基材１１、この素子基材１１に配設された一対の計測電極１２（１２ａ，１２ｂ）、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの間における電気的特性の測定をする特性測定手段２０、及び特性測定手段２０で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて一対の計測電極１２ａ，１２ｂ及びその周囲に集塵された粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段２１、を備えた粒子状物質検出装置１００である。
【００２９】
ここで、図１Ａは、粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す粒子状物質検出装置の一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。また、図１Ｃは、図１ＢのＯ−Ｏ’断面を示す模式図であり、図１Ｄは、図１ＢのＰ−Ｐ’断面を示す模式図であり、図１Ｅは、図１ＢのＱ−Ｑ’断面を示す模式図である。図１Ａ及び図１Ｂに示す粒子状物質検出装置１００においては、一方向に長い板状の素子基材１１の一方の先端側に、一対の計測電極１２ａ，１２ｂが配置され、この計測電極１２ａ，１２ｂから延びる計測配線１６によって、素子基材１１の他方の端部に配置された特性測定手段２０及び粒子状物質量算出手段２１と計測電極１２ａ，１２ｂとが電気的に接続されている。
【００３０】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、測定対象となる気体に含有される粒子状物質を、一対の計測電極１２ａ，１２ｂ及びその周囲に付着（集塵）させ、一対の計測電極１２ａ，１２ｂ間における電気的特性の変化を特性測定手段２０によって測定し、更に、この特性測定手段２０で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて粒子状物質量算出手段２１によって集塵させた粒子状物質の量（例えば、質量）を求めることができる。これにより、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、排ガス等が通過する流路内に設置して用いることにより、排ガス中に含有される粒子状物質を検出することができる。
【００３１】
そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００の一対の計測電極１２を構成するそれぞれの計測電極１２ａ，１２ｂは、平面的に配列された複数の櫛歯部１３と、各計測電極１２ａ，１２ｂの複数の櫛歯部１３をその一端で連結する櫛骨部１４とを有する櫛歯状の電極であり、それぞれの計測電極１２ａ，１２ｂの櫛歯部１３が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置されている。このように構成することによって、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの対向配置された部分を長く（広く）とることができ、より正確な測定値を得ることができる。
【００３２】
また、上記したように、櫛歯状の計測電極を用いることによって、電極間の間隔を狭くすることができるとともに、電極相互間の間隔（即ち、櫛部部分の間隔）も均一にすることができるため、測定感度を向上させることができる。例えば、測定する電気的特性が静電容量の場合には、電極間の間隔を狭く且つ均一にすることで、粒子状物質が電極間に付着した場合の変化を高精度に読み取ることができ、検出装置の測定感度を向上させることができる。
【００３３】
但し、上記したように櫛歯状の計測電極を用いた場合であっても、図１Ｂに示すように、一方の計測電極（例えば、計測電極１２ａ）の櫛骨部１４と他方の計測電極（例えば、計測電極１２ｂ）の櫛歯部１３との隙間（例えば、図１Ｂにおける領域Ｘで示す部分）までを全て均一にすることは、製造上の観点により極めて困難である。具体的には、櫛歯部１３が相互にかみ合わされるように配置されている隙間（例えば、図１Ｂにおける領域Ｙで示す部分）と、上記領域Ｘにおける隙間とが均一な大きさにならず、検出装置の計測面（即ち、一対の計測電極が対向配置された面）に、上記領域Ｘのような計測電極相互の隙間の大きさが異なる部分が存在すると、検出装置の測定精度は相対的に低下してしまうこととなる。
【００３４】
そこで、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、少なくとも一方の計測電極１２の櫛骨部１４を、誘電体からなる櫛骨被覆部１５によって被覆することで、一対の計測電極１２相互の間隔が不均一となる、一方の計測電極１２の櫛骨部１４と他方の計測電極１２の櫛歯部１３との隙間（例えば、領域Ｘ）を櫛骨被覆部１５にて隠して、電極相互の間隔が均一な櫛歯部１３のかみ合わされた部位（例えば、領域Ｙ）を計測面として有効に活用することを可能とした。
【００３５】
このように構成することによって、例えば、一対の計測電極にて測定される電気的特性としての静電容量の初期値（即ち、粒子状物質が付着していない状態における静電容量の値）を高くすることができ、装置の測定感度を向上させることができ、同量の粒子状物質を検出する際に、電気的特性の変化量を大きくすることができる。更に、電極間の間隔が計測面全体で均一になるため、測定精度を向上させることもできる。
【００３６】
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、櫛骨被覆部によって、少なくとも一方の計測電極の櫛骨部が被覆されていれば、一定の測定感度向上の効果を得ることができるが、図１Ｂに示すように、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの両方の櫛骨部１４が、櫛骨被覆部１５によって被覆されていることが好ましい。これにより、櫛歯部１３のかみ合わされた部位のみが実質的な計測面となり、計測電極間の間隔がより均一となり、極めて高精度の測定を行うことが可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態の粒子状物質検出装置を用いて粒子状物質の検出を行う場合には、検出対象としての粒子状物質を含む気体（ガス）を、計測電極の櫛歯部の櫛歯の延びる方向に直交する方向に流して、粒子状物質の検出を行う。このような方法によって粒子状物質の検出を行うことによって、粒子状物質が一対の計測電極及びその周囲に良好に付着し、正確な測定を行うことができる。
【００３８】
これまでに説明したように、櫛骨被覆部は、少なくとも一方の計測電極の櫛骨部を被覆するものであればよいが、例えば、図２に示すように、櫛骨被覆部１５は、一方の計測電極（例えば、計測電極１２ａ）の櫛骨部１４とともに、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の計測電極（例えば、計測電極１２ｂ）の櫛歯部１３の先端部分を被覆していることが好ましい。なお、図２においては、他方の計測電極１２ｂの櫛骨部１４とともに、一方の計測電極１２ａの櫛歯部１３の先端部分も、櫛骨被覆部１５によって被覆された場合の例を示している。
【００３９】
このように、櫛骨部１４から、近接する櫛歯部１３の先端部分を被覆するように櫛骨被覆部１５を配置することによって、計測電極１２ａ，１２ｂ間の間隔をより一定にすることができ、より高精度の測定を行うことができる。ここで、図２は、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１０１）における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。
【００４０】
なお、特に限定されることはないが、櫛骨被覆部１５によって櫛歯部１３の先端部分までを被覆する場合には、櫛歯部１３の先端部分のうち、櫛歯の延びる方向において、この櫛歯の幅が一定にならない部位、例えば、櫛歯部１３の各櫛歯が直線状に延びて形成されている際に、その先端部分が丸みを帯びている場合には、この先端部分の丸みを帯びている部位を被覆することが好ましい。このように構成することによって、検知部を構成する電極が、直線状の櫛歯のみから形成されることとなり、良好な粒子状物質の検出を行うことができる。
【００４１】
また、例えば、図３に示すように、櫛骨被覆部１５は、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の計測電極１２ｂの櫛歯部１３の先端部分に当接するように、一方の計測電極１２ａの櫛骨部１４を被覆しているものであってもよい。図３においては、他方の計測電極１２ｂの櫛骨部１４についても、一方の計測電極１２ａの櫛歯部１３の先端部分に当接するように被覆されている。
【００４２】
このように構成することによって、測定感度及び測定精度を向上させつつ、計測面をより大きくすることが可能となる。ここで、図３は、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１０２）における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。
【００４３】
また、図１Ａ〜図３に示す粒子状物質検出装置１００，１０１，１０２においては、一方の計測電極１２ａの櫛骨部１４と、他方の計測電極１２ｂの櫛骨部１４とを被覆する櫛骨被覆部１５が、それぞれ別々に配置されたものであるが、図４に示すように、櫛歯電極の外周を覆うように櫛骨被覆部１５が配置され、この櫛骨被覆部１５によって、一方の計測電極１２ａの櫛骨部１４と他方の計測電極１２ｂの櫛骨部１４とのそれぞれが被覆されるように構成された粒子状物質検出装置１０３であってもよい。
【００４４】
ここで、図４は、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１０３）における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図である。このように、本実施形態の粒子状物質検出装置における櫛骨被覆部は、計測電極における櫛骨部を被覆しつつ、櫛歯部を実質的に外部に露出させるように構成されたものであれば、その形状については特に制限はない。
【００４５】
なお、誘電体からなる櫛骨被覆部１５は、計測電極１２ａ，１２ｂによる粒子状物質の検出に際し、櫛骨部１４及び櫛骨部１４と櫛歯部１３との隙間が隠れるようにすることで、櫛骨部１４の周囲が、粒子状物質の検出に寄与しない（即ち、計測電極１２ａ，１２ｂ間の電気的特性に変化を与えない）ようにするためのものであるため、例えば、「電極保護膜上面の空間の静電容量Ｃ２」に対する「電極保護膜の静電容量Ｃ１」の比の割合（Ｃ１／Ｃ２）に対して、「櫛骨被覆部上面の空間の静電容量Ｃ４」に対する「櫛骨被覆部の静電容量Ｃ３」の比の割合（Ｃ３／Ｃ４）が、一桁以上小さくなっている。即ち、「Ｃ１／Ｃ２」≧「Ｃ３／Ｃ４」×１０の関係を満たしている。
【００４６】
誘電体からなる櫛骨被覆部の材質については特に制限はないが、例えば、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。中でも、アルミナを好適に用いることができる。なお、この櫛骨被覆部は、一対の計測電極を配置する素子基材と同様の材料から構成されてなることが好ましい。
【００４７】
また、櫛骨被覆部は、上述したようなセラミックをテープ状に成形したセラミックグリーンシートを用いて形成することができる。例えば、計測電極の櫛骨部を被覆することが可能な形状にセラミックグリーンシートを成形し、このセラミックグリーンシートを、対向配置された一対の計測電極の表面に配置することによって、特定形状の櫛骨被覆部を形成することができる。
【００４８】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの表面の少なくとも一部が、櫛骨被覆部１５よりも厚さの薄い電極保護膜１８によって被覆されたものである。ここで、図５Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態における一対の計測電極が配設された部位を拡大した拡大平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＲ−Ｒ’断面を示す模式図である。このような電極保護膜によって計測電極を被覆することによって、櫛歯部の腐食を防止することができる。また、計測面として機能する櫛歯部を上記電極保護膜によって被覆しつつ、櫛骨部をより厚さの厚い櫛骨被覆部によって被覆することより、電極保護膜と櫛骨被覆部との夫々が相俟って、排ガス中に含まれる粒子状物質の測定をより良好に行うことができる。
【００４９】
電極保護膜１８は、その表面に粒子状物質が付着した場合に、被覆された一対の計測電極１２ａ，１２ｂ間にて測定される電気的特性の変化を読み取ることができる程度の厚さに構成された、一対の計測電極を保護する保護膜である。電極保護膜の厚さについては特に制限はないが、例えば、５〜２００μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることが更に好ましく、２０〜５０μｍであることが特に好ましい。例えば、５μｍ未満の保護膜は、その作製が困難であるとともに、保護膜としての機能が十分に発揮されないことがあり、一方、２００μｍ超であると、保護膜が厚すぎて、保護膜により測定感度が低下してしまうことがある。なお、電極保護膜は、櫛骨被覆部の厚さの１／５以下の厚さであることが好ましい。
【００５０】
このような電極保護膜は、特に限定されることはないが、例えば、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種を用いて形成することができる。なお、一対の計測電極を、素子基材の内部に配置することによって、一対の計測電極の表面を覆う素子基材により、上記電極保護膜を形成してもよい。
【００５１】
また、これまでに説明した粒子状物質検出装置としては、一方向に長い板状の素子基材の一方の表面に、一対の計測電極が配置された場合の例を示しているが、素子基材の形状は、上記形状に限定されることはなく、その表面又は内部に一対の計測電極を配置し、一対の計測電極が配置された部分を、測定対象ガスの流路内に設置することによって粒子状物質の検出を行うことが可能なものであればよい。
【００５２】
例えば、素子基材としては、図６Ａ〜図６Ｃ、及び図７に示すように、一方の端部３１ａに少なくとも一の貫通孔（空洞）３２が形成された一方向に長い装置本体３１（素子基材）であってもよい。このような装置本体３１を用いる場合には、一対の計測電極１２ａ，１２ｂが、上記貫通孔３２を形成する一方の壁の内側面又は内部に配設される。
【００５３】
図６Ａ〜図６Ｃ、及び図７に示す粒子状物質検出装置１０５は、貫通孔３２内に流入するガスに含有される粒子状物質を、貫通孔３２の壁面に電気的に吸着させ、上記一対の計測電極１２ａ，１２ｂによって、貫通孔３２を形成する壁の電気的な特性の変化を測定し、貫通孔３２の壁面に吸着された粒子状物質の質量を検出することが可能である。これにより、本実施形態の粒子状物質検出装置１０５は、貫通孔３２内に排ガス等を通過させて、排ガス中に含有される粒子状物質を検出することができる。
【００５４】
このような粒子状物質検出装置１０５は、ＤＰＦ等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３２内に流入した粒子状物質を測定し、この測定値に基づいて、排ガス全体の粒子状物質量を概算することができる。これにより、従来の検査方法では検知することが不可能であった、微量の粒子状物質の測定を行うことが可能となる。
【００５５】
また、このような粒子状物質検出装置１０５は、上述したように排ガスの全量を測定するものではないため、粒子状物質検出装置１０５を小型化することができ、狭いスペースに設置することが可能となる。更に、このような小型化に伴って、粒子状物質検出装置１０５を安価に製造することができる。
【００５６】
また、ＤＰＦ等の下流側を流れる排ガスの全流量が高流量の場合でも、その排ガス（即ち、排ガスに含まれる粒子状物質）の一部だけを貫通孔３２内に導入するため、貫通孔３２内の粒子状物質を効果的に荷電することができ、誤差の少ない測定値を得ることができる。
【００５７】
なお、図７〜図１２に示すように、この粒子状物質検出装置１０５は、貫通孔３２を形成する壁の内部に、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの埋設位置よりも貫通孔３２を形成する壁の外側に埋設された少なくとも一対の集塵電極４１，４２を備えている。この集塵電極４１，４２に電圧を印加することより、貫通孔３２内に流入するガスに含有される粒子状物質を、貫通孔３２の壁面に電気的に吸着させることができる。
【００５８】
また、一対の計測電極１２ａ，１２ｂからは、それぞれ装置本体３１の他方の端部３１ｂに向かって一対の計測配線１６ａ，１６ｂが延設されており、一対の計測取出端子１７ａ，１７ｂと電気的に接続されている。また、一対の集塵電極４１，４２は、集塵配線４１ｂ，４２ｂを介して、集塵取出端子４１ａ，４２ａと電気的に接続されている。なお、図６Ａ〜図１２に示す粒子状物質検出装置１０５は、上記各取出端子から配線を介して、図示しない特性測定手段及び粒子状物質量算出手段と電気的に接続されており、一対の計測電極１２ａ，１２ｂによって測定される電気的特性により粒子状物質の検出を行うものである。
【００５９】
ここで、図６Ａは、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り、図６Ｂは、図６Ａに示す粒子状物質検出装置の一方の側面を示す側面図であり、図６Ｃは、図６Ａに示す粒子状物質検出装置の他方の側面を示す側面図であり、図６Ｄは、図６Ａに示す粒子状物質検出装置の背面図である。また、図７は、図６ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。また、図８は、図７のＢ−Ｂ’断面を示す模式図であり、図９は、図７のＣ−Ｃ’断面を示す模式図であり、図１０は、図７のＤ−Ｄ’断面を示す模式図であり、図１１は、図７のＥ−Ｅ’断面を示す模式図であり、図１２は、図７のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【００６０】
図７及び図１０に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１０５においては、一対の計測電極１２ａ，１２ｂが、貫通孔３２が貫通する方向に対して、計測電極１２ａ，１２ｂの櫛歯部１３の櫛歯の延びる方向が直交するように配設されていることが好ましい。この場合、貫通孔３２の壁部分が、本発明における櫛骨被覆部（図７における櫛骨被覆部１５）となるように、図６Ａにおける装置本体３１の長手方向における貫通孔３２の長さに合わせて、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの櫛歯部１３が配置され、貫通孔３２を形成する壁のうちの、一対の計測電極１２ａ，１２ｂが配設される壁から起立する壁の内部に、各計測電極の櫛骨部１４が配置されるように構成されてなることが好ましい。このように貫通孔３２を形成する壁の一部を櫛骨被覆部１５とすることで、別途、櫛骨部１４を被覆するための部材を配設する必要がなく、より簡便に本発明の構成を満たす粒子状物質検出装置を得ることができる。
【００６１】
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置について、図６Ａ〜図１２に示す粒子状物質検出装置１０５を例に、更に詳細に説明する。
【００６２】
［２］粒子状物質検出装置の構成：
図６Ａ〜図６Ｄ、及び図７〜図１２に示す粒子状物質検出装置１０５は、一方の端部３１ａに少なくとも一の貫通孔（空洞）３２が形成された一方向に長い装置本体３１（素子基材）と、貫通孔３２を形成する一方の壁の内側面又は内部に配設された少なくとも一対の計測電極１２ａ，１２ｂと、貫通孔３２を形成する対向するそれぞれの壁の内部に、且つ、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの埋設位置よりも貫通孔３２を形成する壁の外側に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の集塵電極４１，４２と、を備え、排ガス中に含まれる粒子状物質を検出するための粒子状物質検出装置１０５である。なお、上記集塵電極によって貫通孔内に電界を発生させることにより、貫通孔を通過する気体中に含まれる粒子状物質を、貫通孔を形成する壁の壁面に吸着させることができる。また、この粒子状物質検出装置１０５は、装置に付着した粒子状物質を燃焼除去するための加熱部４３を更に有している。
【００６３】
［２−１］装置本体（素子基材）：
装置本体は、一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長く構成された、粒子状物質検出装置の基体となる部位である。装置本体は誘電体から構成されており、この貫通孔を形成する対向するそれぞれの壁の内部には少なくとも一対の集塵電極が配置されており、この一対の集塵電極に電圧を印加することにより貫通孔内に電界を発生させることができる。また、この粒子状物質検出装置においては、貫通孔を形成する壁の一部が、一対の計測電極の櫛骨部を被覆するための櫛骨被覆部を兼用している。
【００６４】
装置本体を構成する誘電体は、例えば、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。中でも、アルミナを好適に用いることができる。このような誘電体からなる装置本体の内部に集塵電極を埋設することにより、誘電体に覆われた集塵電極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、「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。
【００６５】
なお、「装置本体の一方の端部」というときは、装置本体の一方の先端部分３１ｃから、装置本体３１の全長の５０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。また、「装置本体の他方の端部」というときは、装置本体の他方の先端部分３１ｄから、装置本体３１の全長の５０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。なお、装置本体の一方の端部は、好ましくは、装置本体の一方の先端部分３１ｃから、装置本体３１の全長の４０％の長さに相当する位置までの範囲であり、更に好ましくは、３０％の長さに相当する範囲である。また、装置本体の他方の端部は、好ましくは、装置本体の他方の先端部分３１ｄから、装置本体３１の全長の４０％の長さに相当する位置までの範囲であり、更に好ましくは、３０％の長さに相当する範囲である。装置本体３１の一方の端部３１ａと他方の端部３１ｂとの間の位置とは、装置本体３１から、上記一方の端部３１ａと他方の端部３１ｂの範囲を除いた部分ということになる（図６Ａ〜図６Ｄ参照）。
【００６６】
図６Ａ〜図６Ｄに示す粒子状物質検出装置１０５において、装置本体３１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とき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。
【００６７】
また、装置本体３１の厚さ（「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、「装置本体３１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、装置本体３１の、貫通孔３２にガスが流通するときの流通方向における長さ（ガス流通方向の長さ）は、特に限定されないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。そして、装置本体３１の長手方向長さは、装置本体３１の厚さの１０〜１００倍であることが好ましく、装置本体３１のガス流通方向の長さの３〜１００倍であることが好ましい。
【００６８】
装置本体３１の形状は、図６Ａ〜図６Ｄ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、図示は省略するが、当該断面形状が円形、楕円形等の棒状であってもよい。また、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。
【００６９】
粒子状物質検出装置１０５において、貫通孔３２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。但し、本実施形態の粒子状物質検出装置１０５においては、貫通孔３２を形成する壁の一部を「櫛骨被覆部１５」とすることができるように、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの櫛骨部１４が、貫通孔３２を形成する壁（具体的には、貫通孔を形成する壁のうちの、前記一対の計測電極が配設される壁から起立する壁）によって隠れる（被覆される）ような大きさに形成されたものであることが好ましい。例えば、貫通孔３２の、検出装置本体の長手方向における長さは、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。また、貫通孔３２の、集塵電極４１，４２で挟まれる部分の幅（検出装置本体の長手方向、及びガスの流通方向の両方に垂直な方向における長さ）は、３〜３０ｍｍ程度が好ましい。
【００７０】
なお、貫通孔３２の大きさを上記範囲とすることにより、粒子状物質を含む排ガスを貫通孔３２内に十分に流通させることができ、更に、集塵電極４１，４２で発生する電界により貫通孔３２内に粒子状物質を効果的に吸着させることが可能となる。
【００７１】
装置本体３１は、複数のテープ状セラミック（セラミックシート）が積層されてなるものであることが好ましい。これにより、複数のテープ状セラミックを、それぞれの間に各電極、配線等を挟みながら積層して粒子状物質検出装置を作製することができるため、粒子状物質検出装置を効率的に製造することが可能となる。
【００７２】
［２−２］計測電極：
計測電極は、貫通孔を形成する一方の壁の内側面又は内部に少なくとも一対配置されたものであり、集塵電極によって貫通孔の壁面に粒子状物質を電気的に吸着させることにより生じる、貫通孔を形成する壁の電気的特性の変化に基づいて、排気系を通過する排ガスに含まれる粒子状物質を検出するための電極である。
【００７３】
本実施形態の粒子状物質検出装置１０５に用いられる一対の計測電極１２ａ，１２ｂは、平面的に配列された複数の櫛歯部１３と、各計測電極１２ａ，１２ｂの複数の櫛歯部１３をその一端で連結する櫛骨部１４とを有する櫛歯状の電極であり、それぞれの計測電極１２ａ，１２ｂの櫛歯部１３が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置されている。
【００７４】
計測電極（櫛歯部１３及び櫛骨部１４）の厚さは特に限定されず、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。また、計測電極の材質としては、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等を挙げることができる。
【００７５】
計測電極を構成する櫛歯部の幅については特に制限はないが、例えば、３０〜４００μｍであることが好ましく、５０〜３００μｍであることが更に好ましく、８０〜２５０μｍであることが特に好ましい。また、各計測電極に配置される櫛歯部の本数についても制限はないが、例えば、少なくとも各３本以上であることが好ましく、３〜２０本であることが更に好ましく、４〜８本であることが特に好ましい。このように構成することによって、より高精度の粒子状物質の検出を行うことができる。
【００７６】
隣接する一方の計測電極の櫛歯部と、他方の計測電極の櫛歯部との間隔（即ち、櫛歯部が相互にかみ合わされるように配置される間隔）は、例えば、３０〜４００μｍであることが好ましく、５０〜３００μｍであることが更に好ましく、８０〜２５０μｍであることが特に好ましい。通常、櫛歯部と櫛骨部との隙間は、上記数値範囲よりも大きくなることがあり、この櫛歯部と櫛骨部との隙間により装置の測定精度が低下することがあったが、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、櫛骨部が櫛骨被覆部（換言すれば、貫通孔を形成する壁）によって被覆されているため、検出装置の計測面における電極の間隔が均一となり、測定精度を向上させることが可能となる。
【００７７】
また、粒子状物質検出装置１０５の一対の計測電極１２ａ，１２ｂは、計測配線１６を介して、装置本体３１の他方の端部３１ｂに、それぞれの計測取出端子１７ａ，１７ｂ（以下、単に「取出端子１７ａ，１７ｂ」ということがある）を有している。この計測取出端子１７ａ，１７ｂは、特性測定手段２０及び粒子状物質量算出手段２１（図１Ａ参照）と電気的に接続されており、一対の計測電極１２ａ，１２ｂによって計測される電気的特性の変化に基づいて、粒子状物質の検出が行われる。
【００７８】
なお、このように、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの取出端子１７ａ，１７ｂを、装置本体３１の他方の端部３１ｂに配設することにより、貫通孔３２が配設される部分（即ち、一方の端部３１ａ）と取出端子１７ａ，１７ｂとの間隔を大きくとることができるため、貫通孔３２等が配設される一方の端部３１ａだけを高温の排ガスが流通する配管内に挿入し、取出端子１７ａ，１７ｂが配設されている他方の端部３１ｂ側を配管から外に出した状態にすることが可能となる。取出端子１７ａ，１７ｂを高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがあったり、長期にわたって使用した場合に電気端子と外部に接続するためのハーネスとの接点不良が発生し測定不能になったりすることがあるため、取出端子１７ａ，１７ｂ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。
【００７９】
装置本体３１の他方の端部３１ｂに配設された取出端子１７ａ，１７ｂは、図６Ｂに示すように、装置本体３１の他方の端部３１ｂ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。なお、図６Ｂにおいては、装置本体３１の他方の端部３１ｂは、幅が狭くなっているが、他方の端部３１ｂ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。取出端子１７ａ，１７ｂの形状及び大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、幅０．１〜２．０ｍｍ、長さ０．５〜２０ｍｍの帯状であることが好ましい。取出端子１７ａ，１７ｂの材質としては、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等を挙げることができる。
【００８０】
［２−３］集塵電極：
集塵電極は、貫通孔を形成する対向するそれぞれの壁の内部に、且つ、上記一対の計測電極の埋設位置よりも貫通孔を形成する壁の外側に埋設され、装置本体を構成する誘電体で覆われた電極である。このような集塵電極４１，４２間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔３２内に電界を発生させることができる。
【００８１】
集塵電極は、貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、貫通孔３２内に電界を発生させることができるものであれば、その形状については特に制限はない。本実施形態の粒子状物質検出装置１０５においては、集塵電極の一方の電極が、図８に示すように、一対の計測電極１２ａ，１２ｂが配置された壁と貫通孔３２を隔てて反対側の壁の内部に配置された（図７参照）、高電圧が印加される高電圧集塵電極４１であり、また、集塵電極の他方の電極が、図１１に示すように、一対の計測電極１２ａ，１２ｂが配置された壁と同一側の壁の内部に配置された（図７参照）、接地された接地集塵電極４２である。それぞれの集塵電極の厚さは特に限定されず、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。また、集塵電極の材質としては、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等を挙げることができる。
【００８２】
集塵電極４１，４２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３２内に電界を発生させる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、集塵電極４１，４２の大きさは、例えば、貫通孔３２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。
【００８３】
例えば、図８においては、高電圧集塵電極４１が、貫通孔と略同じ大きさに形成された場合の例を示している。この高電圧集塵電極４１には、装置本体３１の長手方向に延びる集塵配線４１ｂ（以下、単に「配線」ということがある）が接続されており、配線４１ｂが、その先端（電極４１に接続されていない側の先端）部分で、図６Ｂに示す集塵取出端子４１ａ（以下、単に「取出端子」ということがある）に層間接続（ビア接続）されている。配線４１ｂ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４１ｂ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４１ｂの材質としては、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等を挙げることができる。
【００８４】
なお、一対の集塵電極の両方の取出端子を、装置本体の他方の端部に配設してもよいが、図６Ａ〜図６Ｄに示すように、接地された集塵電極（接地集塵電極４２）の取出端子４２ａ（集塵取出端子）を装置本体３１の他方の端部３１ｂに配設し、高電圧集塵電極４１の取出端子４１ａを、装置本体３１の一方の端部３１ａと他方の端部３１ｂとの間の位置に配設することが好ましい。これにより、接地集塵電極４２の取出端子４２ａと、高電圧集塵電極４１の取出端子４１ａとを、間隔を開けて配設することができる。このため、一対の集塵電極４１，４２間に電圧を印加するために、取出端子４１ａと取出端子４２ａとの間に電圧を印加したときに、装置本体３１の表面に沿面放電が生じることを有効に防止することができる。
【００８５】
粒子状物質検出装置１０５においては、取出端子４１ａと取出端子４２ａとの間の距離が、５〜１００ｍｍであることが好ましく、１０〜７０ｍｍであることが更に好ましい。５ｍｍより短いと沿面放電による短絡がし易くなることがある。一方、１００ｍｍより長いと、取出端子４１ａが配管の外に位置するように、粒子状物質検出装置１０５の装置本体３１を配管等に装着したときに、装置本体３１の配管の外側に突き出る部分が長くなりすぎ、装置本体３１を狭い空間に取り付けることが難しくなることがある。
【００８６】
また、装置本体３１の一方の端部３１ａと他方の端部３１ｂとの間の位置に配設した取出端子４１ａと、貫通孔３２との間の距離は、１０ｍｍ以上であることが好ましく、２０ｍｍ以上であることが更に好ましい。１０ｍｍより短いと、粒子状物質検出装置１０５を、貫通孔３２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出端子４１ａに影響を及ぼし易くなることがある。
【００８７】
高電圧集塵電極４１の取出端子４１ａ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。取出端子４１ａの材質としては、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
【００８８】
高電圧集塵電極４１と貫通孔３２との間の距離、及び接地集塵電極４２と貫通孔３２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電界を生じさせることができる。各集塵電極４１，４２と、貫通孔３２との間の距離は、各集塵電極４１，４２を覆う誘電体の、貫通孔３２に面する部分の厚さということになる。
【００８９】
集塵電極により発生する電界の条件としては、ギャップ（一対の集塵電極相互間の距離）、ガス温度によって変わるが５０〜２００ｋＶ／ｃｍが好ましい。
【００９０】
粒子状物質検出装置１０５は、貫通孔３２内に流入する流体（即ち、排ガス）に含有される粒子状物質を、貫通孔３２の壁面に電気的に吸着させ、粒子状物質を吸着させたことによる電気的特性の変化を読み取り、排ガス中に含まれる粒子状物質を検出するものである。排ガス中の粒子状物質が、貫通孔３２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３２内に発生させた電界によって粒子状物質を吸着させる。一方、粒子状物質が荷電されていない場合には、貫通孔３２内に発生させた電界によって粒子状物質を荷電し、貫通孔３２の壁面に荷電した粒子状物質を電気的に吸着させる。
【００９１】
［２−４］特性測定手段及び粒子状物質量算出手段：
特性測定手段及び粒子状物質量算出手段は、一対の計測電極間の電気的特性を検出するためのものである。具体的には、例えば、測定する電気的特性が静電容量である場合には、アジレント・テクノロジー社製のＬＣＲメータ４２６３Ｂ等を用いることができる。なお、特性測定手段及び粒子状物質量算出手段は、一対の電極間の電気的特性を測定することによって粒子状物質の検出を行う従来公知の粒子状物質検出装置に用いられる各手段を用いることができる。
【００９２】
図６Ａ〜図６Ｄに示す粒子状物質検出装置１０５においては、計測電極１２ａ，１２ｂの取出端子と、特性測定手段２０及び粒子状物質量算出手段２１（図１Ａ参照）とが電気的に接続されており、計測電極１２ａ，１２ｂの電気的特性を検出することができるように構成されている。
【００９３】
［２−５］加熱部：
図７及び図１２に示す粒子状物質検出装置１０５は、貫通孔３２の壁面（装置本体３１の側面に並行する壁面）に沿うようにして装置本体３１の内部に配設（埋設）された加熱部４３を備えている。この加熱部４３によって装置を加熱することにより、貫通孔３２を形成する壁に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができる（即ち、装置を再生することができる）。また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔３２の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔３２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。
【００９４】
加熱部４３は、幅広のフィルム状であってもよいが、図１２に示すように、線状の金属材料を、波状に配置し、先端部分でＵ−ターンするように配置したものであることが好ましい。このような形状にすることにより、貫通孔内部を均一に加熱し、装置本体３１や一対の計測電極１２ａ，１２ｂに付着した粒子状物質を除去することができる。
【００９５】
加熱部４３の材質としては、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等を挙げることができる。加熱部４３は、貫通孔３２の壁面に沿うようにして装置本体３１の内部に埋設されることが好ましいが、図１２に示すように、貫通孔３２が配置されている位置だけでなく、更に装置本体３１の他方の端部３１ｂ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（検出装置本体）の破損が起きにくいという利点がある。加熱部により、貫通孔の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００９６】
また、図１２においては、二本の配線によって二つの加熱部４３が形成された場合の例を示しているが、加熱部は一つであってもよいし、三つ以上の複数であってもよい。また、図示は省略するが、貫通孔が形成される両側の壁に、それぞれ加熱部が配置されていてもよい。即ち、加熱部の配置及び数は、捕集した粒子状物質の酸化除去や、温度調節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。
【００９７】
また、図１２に示す加熱部４３は、加熱配線４３ｂ（以下、単に「配線４３ｂ」ということがある）に接続され、それぞれの配線４３ｂは、図６Ｄに示すように、各取出端子４３ａ（加熱取出端子）に層間接続されている。加熱部４３の取出端子４３ａも、計測電極１２ａ，１２ｂの取出端子１７ａ，１７ｂの場合と同様に、装置本体３１の一方の端部３１ａ側が加熱されたときの熱の影響を回避するために、装置本体３１の他方の端部３１ｂに配設されることが好ましい。図６Ｄにおいては、四つの取出端子４３ａが、装置本体３１の他方の側面側に、四本が並ぶように配置されているが、取出端子４３ａの配置は、このような配置に限定されるものではない。
【００９８】
［３］粒子状物質検出装置の製造方法：
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置の製造方法について、図６Ａ〜図６Ｄに示す粒子状物質検出装置１０５を製造する方法を例に説明する。なお、本発明の粒子状物質検出装置を製造する方法については、以下の製造方法に限定されるものではない。
【００９９】
［３−１］成形原料の調製：
まず、装置本体３１（素子基材）を製造するための成形原料を調製する。具体的には、例えば、アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種のセラミック原料（誘電体原料）と、成形原料として使用する他の成分とを混合し、スラリー状の成形原料を調製する。セラミック原料（誘電体原料）としては、上記原料が好ましいが、これに限定されるものではない。他の原料としては、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等を使用することが好ましい。
【０１００】
バインダーとしては、特に限定されるものではないが、水系バインダー、非水系バインダーのどちらでもよく、水系バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用でき、非水系バインダーとしてはポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、（メタ）アクリル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることができる。
【０１０１】
バインダーの添加量は、誘電体原料１００質量部に対して、３〜２０質量部であることが好ましく、６〜１７質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形してグリーンシートを成形したとき、及び、乾燥、焼成したときに、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【０１０２】
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。
【０１０３】
可塑剤の添加量は、バインダー添加量１００質量部に対して、３０〜７０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることが更に好ましい。７０質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎ、シートを加工する工程において変形しやすくなることがあり、３０質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎ、曲げただけでクラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。
【０１０４】
分散剤としては、水系ではアニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することができ、非水系では脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。
【０１０５】
分散剤は、誘電体原料１００質量部に対して、０．５〜３質量部であることが好ましく、１〜２質量部であることが更に好ましい。０．５質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。３質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。
【０１０６】
分散媒としては、水等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料１００質量部に対して、５０〜２００質量部であることが好ましく、７５〜１５０質量部であることが更に好ましい。
【０１０７】
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。
【０１０８】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。成形原料の調製において得られるスラリー状の成形原料の粘度は、２．０〜６．０Ｐａ・ｓであることが好ましく、３．０〜５．０Ｐａ・ｓであることが更に好ましく、３．５〜４．５Ｐａ・ｓであることが特に好ましい。粘度範囲をこのように調整すると、スラリーをシート状に成形し易くなるため好ましい。スラリー粘度は、高過ぎても低過ぎても成形し難くなることがある。なお、スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した値である。
【０１０９】
［３−２］成形加工：
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をテープ状に成形加工して、一方向に長いグリーンシートを作製する。成形加工方法は、成形原料をシート状に成形してグリーンシートを形成することができれば特に限定されず、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等の公知の方法を使用することができる。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、貫通孔形成用のグリーンシートを作製する。製造するグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍであることが好ましい。
【０１１０】
得られたグリーンシートの表面に各電極（一対の計測電極及び集塵電極）、配線、加熱部、及び取出端子を配設する。図６Ａ〜図６Ｄに示す粒子状物質検出装置１０５を作製する際には、図８〜図１２に示されるように、各電極、配線、加熱部、及び取出端子が所定の位置に配設されるように、グリーンシートの対応する位置に各電極、配線、加熱部、及び取出端子を印刷することが好ましい。特に、櫛歯状の計測電極の櫛骨部が、装置本体の貫通孔を形成する壁に隠れる（被覆される）ように、櫛歯部と櫛骨部との大きさ、及び貫通孔の大きさを決定することが好ましい。
【０１１１】
各電極、配線、加熱部、及び取出端子を形成（印刷）するための導体ペーストは、各電極、配線等のそれぞれの形成に必要なそれぞれの材質に合わせて、金、銀、白金、ニッケル、モリブデン、及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一種を含有する粉末に、バインダー及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。このようにして形成した、各電極、配線等の形成に必要な材質を含有するそれぞれの導体ペーストを、グリーンシートの表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の各電極、配線、加熱部、及び取出端子を形成する。
【０１１２】
更に具体的には、複数のグリーンシートを作製し、それらのなかの二つのグリーンシートについて、それぞれの一方の面に集塵電極を配設し、配設したそれぞれの集塵電極に対して必要に応じて配線を配設して、集塵電極配設グリーンシートを二つ形成する。
【０１１３】
更に、他の一つのグリーンシートについて、装置本体の貫通孔が形成される位置に、一対の計測電極の櫛歯部を配設して、計測電極配設グリーンシートを形成する。なお、この際、それぞれの計測電極から検出装置本体の他方の端部に向かって延びる一対の計測配線を配設する。
【０１１４】
更に、計測電極配設グリーンシートと重ねたときに、計測電極の櫛歯部と重なる位置に貫通孔が形成されるような切断部を形成して切断部形成グリーンシートを形成する。
【０１１５】
更に、別の他の一つのグリーンシートについて、少なくとも貫通孔が形成される位置に、加熱部を配設して、加熱部配設グリーンシートを形成する。この加熱部配設グリーンシートについても、装置本体の他方の端部に向かって延びる配線を配設する。
【０１１６】
その後、二つの集塵電極配設グリーンシートのそれぞれに、他の電極等が配設されていないグリーンシートを重ねて集塵電極及び配線をグリーンシートで覆った状態として、集塵電極埋設グリーンシートとする。そして、二つの集塵電極埋設グリーンシートで計測電極配設グリーンシート及び切断部形成グリーンシートを挟むように積層し、更に、その外側に加熱部配設グリーンシートを積層して、二つの集塵電極で切断部を挟んだ状態のグリーンシート積層体を形成する。
【０１１７】
上記複数のグリーンシートの積層は、同時に行ってもよいし、例えば、集塵電極埋設グリーンシートをまず作製してから、他のグリーンシートと積層してもよい。積層は加圧しながら行うことが好ましい。
【０１１８】
上記本発明の粒子状物質検出装置の製造方法は、複数のグリーンシートに所望の電極等を配設して、電極等を配設したグリーンシートを積層し、乾燥、焼成して粒子状物質検出装置を製造するため、効率的に本発明の粒子状物質検出装置を製造することができる。
【０１１９】
［３−３］焼成：
次に、グリーンシート積層体を乾燥、焼成して、粒子状物質検出装置を得る。更に具体的には、得られた、グリーンシート積層体を６０〜１５０℃で乾燥し、１２００〜１６００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製する。グリーンシートが有機バインダーを含有する場合には、焼成の前に、４００〜８００℃で脱脂することが好ましい。
【実施例】
【０１２０】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【０１２１】
（実施例１）
（成形原料の調製）
アルミナを誘電体原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤（キシレン：ブタノール＝６：４（質量比））を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、グリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、アルミナ１００質量部に対して、バインダー７質量部、可塑剤３．５質量部、分散剤１．５質量部、有機溶剤１００質量部とした。
【０１２２】
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、粘度４Ｐａ・ｓとなるように調製した。スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計で測定した。
【０１２３】
（成形加工）
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をドクターブレード法を用いてシート状に成形加工した。この際、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、切断部形成グリーンシートも作製した。グリーンシートの厚さは、２５０μｍとした。
【０１２４】
得られたグリーンシートの表面に、図７〜図１２に示されるような一対の計測電極、集塵電極、各配線、及び各取出端子を形成した。配設する各電極、配線、及び取付端子を形成するための導体ペーストは、白金粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、白金：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝８０：１５：５：５０：７：３．５：１）。
【０１２５】
また、加熱部を形成するための導体ペーストは、タングステン粉末に、溶剤として２−エチルヘキサノール、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエート、グリーンシートの共生地としてアルミナ、焼結助剤としてガラスフリットを加え、らいかい機及びトリロールミルを用いて十分に混錬して調製した（質量比で、タングステン：アルミナ：ガラスフリット：２−エチルヘキサノール：ポリビニルブチラール：フタル酸ジ−２−エチルヘキシル：ソルビタントリオレエート＝７５．５：１５：５：５０：７：３．５：１）。
【０１２６】
各電極、接地電極、各配線、各取出端子、及び加熱部の形成は、上記の方法によって得られた各ペーストを用いて、スクリーン印刷により行った。実施例１においては、各計測電極を、幅２００μｍ、長さ６ｍｍの７本の櫛歯部が、その一端で、幅２００μｍ、長さ４．５ｍｍ櫛骨部によって連結されたものとした。なお、隣接する櫛歯部相互の間隔は、１５０ｍｍであり、また、一方の計測電極の櫛骨部から、他方の計測電極の櫛歯部の先端までの距離は、２５０ｍｍである。また、貫通孔の装置本体の長手方向における長さを５ｍｍとし、貫通孔を形成する壁によって、各計測電極の櫛骨部が隠れる（被覆される）ようにした。
【０１２７】
各電極等を配設したグリーンシートの積層は、グリーンシートを加熱可能な一軸プレス機を用いて加圧積層し、グリーンシート積層体からなる粒子状物質検出装置の未焼成体を得た。
【０１２８】
（焼成）
得られた、グリーンシート積層体を１２０℃で乾燥し、１５００℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製した。得られた粒子状物質検出装置は、０．７ｃｍ×０．２ｃｍ×１２ｃｍの直方体において、他方の端部が、図６Ｂに示すように細くなった形状であった。細くなった他方の端部は、幅４．２５ｃｍ、長さ１．２ｃｍであった。
【０１２９】
（粒子状物質検出装置の作製）
得られた粒子状物質検出装置に、特性測定手段及び粒子状物質量算出手段としてのアジレント・テクノロジー社製のＬＣＲメータ４２６３Ｂを電気的に接続し、一対の計測電極間の静電容量を測定することによって、粒子状物質の検出を行えるようにした。
【０１３０】
（粒子状物質の測定）
このようにして得られた実施例１の粒子状物質検出装置を用いて、粒子状物質の検出を行った。具体的には、２．２Ｌのディーゼルエンジンの排気管に、直径２２ｍｍの円筒状の破損したＤＰＦを設置し、更にその下流側に、実施例１の粒子状物質検出装置を設置した。ディーゼルエンジンとしては、直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数１５００ｒｐｍ、トルク２０Ｎ・ｍ、ＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）開度５０％、排ガス温度２００℃、吸入空気１．３ｍ３（室温換算）／分の運転条件下で排ガスを発生させた。
【０１３１】
なお、同時に、スモークメータ（ＡＶＬ社製、商品名：型式４１５８）により排ガス中の粒子状物質の量［ｍｇ］を測定した。実施例１の粒子状物質検出装置によって測定された静電容量の変化量（ΔＣ［ｐＦ］）と、粒子状物質の量［ｍｇ］との関係を図１３に示す。図１３は、実施例１の粒子状物質検出装置によって測定された静電容量の変化量（ΔＣ［ｐＦ］）と、粒子状物質の量［ｍｇ］との関係を示すグラフであり、横軸が粒子状物質の量［ｍｇ］、縦軸が静電容量の変化量（ΔＣ［ｐＦ］）を示す。
【０１３２】
（比較例１）
貫通孔の装置本体の長手方向における長さを５ｍｍとして、各計測電極の櫛骨部が、貫通孔の壁によって隠れず、貫通孔の内部に配置されるようにした以外は、実施例１と同様にして比較例１の粒子状物質検出装置を作製した。
【０１３３】
得られた比較例１の粒子状物質検出装置を用いて、実施例１と同様の方法によって粒子状物質の測定を行った。比較例１の粒子状物質検出装置によって測定された静電容量の変化量（ΔＣ［ｐＦ］）と、粒子状物質の量［ｍｇ］との関係を図１３に示す。
【０１３４】
（結果）
図１３に示すように、実施例１の粒子状物質検出装置は、同量の粒子状物質が検出される場合において、静電容量の変化量（ΔＣ［ｐＦ］）が大きく、測定感度及び測定精度が向上していることが判明した。即ち、実施例１の粒子状物質検出装置は、一対の計測電極間の距離が短いため、一定量の粒子状物質が計測電極及びその周囲に付着した場合に、計測電極間にて測定される電気的特性の変化が大きく、装置の分解能に優れたものであった。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の粒子状物質検出装置は、ＤＰＦの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識するために好適に利用することができ、これにより大気汚染の防止に貢献することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１１：素子基材、１２：一対の計測電極、１２ａ，１２ｂ：計測電極、１３：櫛歯部、１４：櫛骨部、１５：櫛骨被覆部、１６，１６ａ，１６ｂ：計測配線、１７ａ，１７ｂ：計測取出端子、１８：電極保護膜、２０：特性測定手段、２１：粒子状物質量算出手段、３１：装置本体、３１ａ：一方の端部、３１ｂ：他方の端部、３１ｃ：一方の先端部分、３１ｄ：他方の先端部分、３２：貫通孔、４１：集塵電極（高電圧集塵電極）、４２：集塵電極（接地集塵電極）、４１ａ，４２ａ：集塵取出端子、４１ｂ，４２ｂ：集塵配線、４３：加熱部、４３ａ：加熱取出端子、４３ｂ：加熱配線、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５：粒子状物質検出装置。
【図１Ａ】
0005542006.tif 000002
【図１Ｂ】
0005542006.tif 000003
【図１Ｃ】
0005542006.tif 000004
【図１Ｄ】
0005542006.tif 000005
【図１Ｅ】
0005542006.tif 000006
【図２】
0005542006.tif 000007
【図３】
0005542006.tif 000008
【図４】
0005542006.tif 000009
【図５Ａ】
0005542006.tif 000010
【図５Ｂ】
0005542006.tif 000011
【図６Ａ】
0005542006.tif 000012
【図６Ｂ】
0005542006.tif 000013
【図６Ｃ】
0005542006.tif 000014
【図６Ｄ】
0005542006.tif 000015
【図７】
0005542006.tif 000016
【図８】
0005542006.tif 000017
【図９】
0005542006.tif 000018
【図１０】
0005542006.tif 000019
【図１１】
0005542006.tif 000020
【図１２】
0005542006.tif 000021
【図１３】
0005542006.tif 000022