(57)【要約】【課題】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。【解決手段】微粒子センサ１０は、ガス取入管４５に接続されて捕集電位とされると共に、ガス取入管４５の内部のうち放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間に配置された捕集部材４０を有する。捕集部材４０は、通気性を有する１または複数の多孔部４１，４２と、孔を有しない固定部４３であって捕集部材４０をガス取入管４５の内部に固定する固定部４３とを有する。【選択図】図１１
2019002804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、通気性を有する１または複数の多孔部と、孔を有しない固定部であって前記捕集部材を前記ガス取入管の内部に固定する固定部と、を有し、
前記１または複数の多孔部の各々において、当該多孔部に含まれる孔は、いずれも、当該多孔部の厚み方向に真っ直ぐ延びる形状を有し、且つ、同等の大きさである
微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粒子センサであって、
前記捕集部材の前記多孔部は、金属線を網目状に編んだメッシュ部を有する
微粒子センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の微粒子センサであって、
前記捕集部材の前記多孔部は、金属線を網目状に編んだメッシュ部からなる第１多孔部と、複数の孔が形成された所定形状をなす金属板からなる第２多孔部とを有する
微粒子センサ。
【請求項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、
前記捕集部材の少なくとも一部は、前記筒状領域の内部に配置されている
微粒子センサ。
【請求項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、
前記捕集部材は、前記ガス取入管の内部空間を前記放電電極体の先端と前記ガス排出口との間で仕切るように配置された仕切り部を有する
微粒子センサ。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５-１２９７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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くなる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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、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、通気性を有する１または複数の多孔部と、孔を有しない固定部であって前記捕集部材を前記ガス取入管の内部に固定する固定部と、を有し、前記１または複数の多孔部の各々において、当該多孔部に含まれる孔は、いずれも、当該多孔部の厚み方向に真っ直ぐ延びる形状を有し、且つ、同等の大きさである微粒子センサである。
【００１０】
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。
【００１１】
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。より具体的には、捕集部材を、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している。これにより、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。
【００１２】
より具体的には、上述の微粒子センサでは、捕集部材として、通気性を有する１または複数の多孔部と、孔を有しない固定部であって捕集部材をガス取入管の内部に固定する固定部とを有する捕集部材を用いている。このような捕集部材では、多孔部のうち孔を形成する肉部（金属部）において、浮遊イオンの少なくとも一部を捕集すると共に、被測定ガス及び帯電微粒子を、多孔部の孔を通じてガス排出口側へ流すことができる。これにより、浮遊イオンの少なくとも一部を捕集部材によって捕集しつつ、被測定ガス及び帯電微粒子を、ガス排出口を通じてガス取入管の外部に放出（排出）することができる。その上、孔を有しない固定部によって捕集部材をガス取入管の内部に固定する態様としているので、捕集部材を強固にガス取入管の内部に固定することができる。
【００１３】
以上説明したように、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。
【００１４】
しかも、上述の微粒子センサでは、１または複数の多孔部の各々において、当該多孔部に含まれる孔が、いずれも、当該多孔部の厚み方向に真っ直ぐ延びる形状とされている。すなわち、各々の多孔部の孔は、いずれも、当該多孔部の厚み方向に真っ直ぐ延びる形状とされている。多孔部の孔をこのような形状とすることで、被測定ガス及び帯電微粒子が、多孔部の孔をスムーズに通過することができると共に、被測定ガスに含まれる微粒子が多孔部の孔に詰まり難くなる。
【００１５】
さらには、１または複数の多孔部の各々において、当該多孔部に含まれる孔が、同等の大きさとされている。すなわち、各々の多孔部では、いずれも、当該多孔部に含まれる孔の大きさが同一とされている。なお、孔の大きさが同等であるとは、実質的に同等の大きさであることをいい、製造誤差等の僅かな大きさの違いを許容する（略同等を含む）ものである。このように各々の多孔部において孔の大きさを揃えることで、多孔部に含まれる全ての孔において被測定ガス等の流れ易さ（通過し易さ）が同程度になり、被測定ガス等が多孔部をよりスムーズに通過することができる。
【００１６】
従って、上述の微粒子センサでは、被測定ガス等の排出性が良好となり、その結果、微粒子センサの応答性を良好にすることができる。
【００１７】
なお、多孔部の孔の大きさは、被測定ガスに含まれる微粒子が通過可能な大きさとする。例えば、多孔部の孔の大きさ（四角形の孔の場合は１辺の長さ、円形の孔の場合は直径）は、被測定ガスに含まれる微粒子の平均粒径の２００倍以上５０００倍以下の範囲内とするのが好ましい。また、多孔部の開口率は、２０〜６０％の範囲内とするのが好ましい。このようにすることで、被測定ガスに含まれる微粒子及び帯電微粒子が多孔部の孔に詰まるのを防止しつつ、多孔部のうち孔を形成する肉部（金属部）において浮遊イオンをより適切に捕集することができる。なお、複数の多孔部を有する捕集部材の場合は、少なくとも１つの多孔部において、孔の大きさ及び開口率を上記範囲内の寸法とし、上記範囲内の寸法としない他の多孔部においては、上記範囲内の最大値よりも大きくするのが好ましい。
【００１８】
また、捕集部材の多孔部としては、例えば、金属線を網目状に編んだメッシュ部（例えば、金網）や、金属材に複数の孔を（散点状に）形成した多孔金属材（例えば、パンチングメタル）などを挙げることができる。また、多孔部の形状としては、平板状（平網状）や筒状などを挙げることができる。
また、捕集部材の固定部としては、例えば、多孔部を保持（自身に固定）しつつ捕集部材をガス取入管の内部に固定する部位であって、当該固定部の外周面がガス取入管の内周面に接触する態様でガス取入管の内周面に固定（例えば、溶接や圧入）されたものを挙げることができる。なお、捕集部材の固定部は、多孔部と別体に（別部材で）形成されていても良いし、多孔部の１つと一体に（一部材で）形成されていても良い。
【００１９】
さらに、前記の微粒子センサであって、前記捕集部材の前記多孔部は、金属線を網目状に編んだメッシュ部を有する微粒子センサとすると良い。
【００２０】
上述の微粒子センサでは、捕集部材の多孔部が、金属線を網目状に編んだメッシュ部を有している。このようなメッシュ部では、金属線の部分に浮遊イオンを衝突（付着）させることで金属線の部分において浮遊イオンを捕集すると共に、メッシュ部の孔（網の目）を通じて被測定ガス等をガス取入管のガス排出口側へスムーズに流すことができる。
【００２１】
なお、上述の微粒子センサは、多孔部として、メッシュ部のみを有しているもののほか、メッシュ部の他に他の多孔部を有しているものも含む。
また、メッシュ部の形状としては、平板状（平網状）や筒状（筒網状）などを挙げることができる。
【００２２】
さらに、前記いずれかの微粒子センサであって、前記捕集部材の前記多孔部は、金属線を網目状に編んだメッシュ部からなる第１多孔部と、複数の孔が形成された所定形状をなす金属板からなる第２多孔部とを有する微粒子センサとすると良い。
【００２３】
上述の微粒子センサでは、捕集部材の多孔部が、金属線を網目状に編んだメッシュ部からなる第１多孔部と、複数の孔が形成された所定形状をなす金属板からなる第２多孔部とを有する。この捕集部材では、第１多孔部の金属線の部分に浮遊イオンを衝突（付着）させることで金属線の部分において浮遊イオンを捕集することができ、且つ、第２多孔部の金属板の部分においても浮遊イオンを捕集することができるので、浮遊イオンの捕集率を高めることができる。しかも、被測定ガス等については、第１多孔部の孔（網の目）を通じて第１多孔部を通過させ、且つ、第２多孔部の孔を通じて第２多孔部を通過させることができるので、被測定ガス等をガス取入管のガス排出口側へスムーズに流すことができる。
【００２４】
なお、第１多孔部の形状としては、平板状（平網状）や筒状（筒網状）などを挙げることができる。また、第２多孔部の形状（所定形状）としては、平板形状（円盤状や平板環状）や筒形状（複数の孔が形成された金属板を筒形状に成形したもの）などを挙げることができる。
【００２５】
さらに、前記いずれか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、前記捕集部材の少なくとも一部は、前記筒状領域の内部に配置されている微粒子センサとすると良い。
【００２６】
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。
【００２７】
これに対し、上述の微粒子センサでは、捕集部材の少なくとも一部を、筒状領域の内部に配置している。これにより、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。
【００２８】
さらに、前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前記放電電極体の先端と前記ガス排出口との間で仕切るように配置された仕切り部を有する微粒子センサとすると良い。
【００２９】
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放電電極体の先端とガス排出口との間で仕切るように配置された仕切り部を有している。このように、捕集部材の少なくとも一部（仕切り部）を、ガス取入管の内部空間を仕切るように配置することで、ガス排出口に向かって流れてゆく浮遊イオンは、ガス排出口に到達する前に、捕集部材に到達することになる。このため、浮遊イオンが捕集部材に衝突する確率が高くなり、捕集部材による浮遊イオンの捕集率を高めることができる。
【００３０】
なお、捕集部材の全体が仕切り部であっても良いし、捕集部材の一部が仕切り部であっても良い。前者としては、例えば、平板状（平網状）の多孔部と、この多孔部の表面に接合された平板状（平板環状など）の固定部と、を有する捕集部材であって、固定部の外周面がガス取入管の内周面に接触する態様でガス取入管の内周面に固定（例えば、溶接や圧入）されたものを挙げることができる。後者としては、例えば、有底筒状（有底筒網状）の多孔部と、この多孔部をガス取入管の内部に固定するための固定部と、を有する捕集部材であって、多孔部の底部（天井部）が仕切り部である捕集部材を挙げることができる。
【００３１】
さらに、前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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１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。
【図２】実施例１にかかる微粒子センサの縦断面図である。
【図３】同微粒子センサの他の縦断面図である。
【図４】同微粒子センサの分解斜視図である。
【図５】図４のＪ部拡大図である。
【図６】捕集部材の第１多孔部（メッシュ部）の部分拡大図である。
【図７】微粒子検知システムの概略図である。
【図８】微粒子センサを構成するセンサ素子の斜視図である。
【図９】同センサ素子の分解斜視図である。
【図１０】実施例１にかかる微粒子センサを説明する図である。
【図１１】図２のＢ部拡大図である。
【図１２】図３のＣ部拡大図である。
【図１３】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１４】図１３のＨ部拡大図である。
【図１５】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。
【図１６】実施例２にかかる捕集部材の平面図である。
【図１７】図１６のＦ−Ｆ断面図である。
【図１８】実施例２にかかる微粒子センサの部分拡大断面図である。
【図１９】実施例３にかかる捕集部材の平面図である。
【図２０】図１９のＧ−Ｇ断面図である。
【図２１】実施例３にかかる微粒子センサの部分拡大断面図である。
【図２２】他の形態にかかる捕集部材の平面図である。
【図２３】図２２のＫ−Ｋ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施例１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１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１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Ｊ部拡大図であって、実施例１にかかる捕集部材４０の分解斜視図である。図６は、捕集部材４０の第１多孔部４１（メッシュ部）のうち底部４１ｂの部分拡大図である。図７は、微粒子検知システム１の概略図である。但し、図７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。
【００３６】
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。
【００３７】
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）。
【００３８】
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７参照）。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７参照）。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７参照）。
【００３９】
この制御装置２００は、図７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。
【００４０】
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Ｖoffset（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Ｖoffset（具体的には、０．５Ｖ）だけ高い電位とされる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
なお、本実施例１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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
なお、本実施例１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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
次に、微粒子センサ１０について、詳細に説明する。
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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（図８参照）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１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１０参照）。
【００６０】
捕集部材４０は、図４〜図６及び図１１〜図１２に示すように、第１多孔部４１と、第２多孔部４２と、固定部４３とを有する。このうち、第１多孔部４１は、金属線４１Ａを網目状（格子状）に編んだメッシュ部からなり、有底円筒網状をなしている。この第１多孔部４１は、円盤網状の底部４１ｂと、この底部４１ｂから軸線方向ＧＨの後端側ＧＫに延びる円筒網状の側部４１ｃとを有する。第１多孔部４１に含まれる孔４１ｄ（網目）は、いずれも、第１多孔部４１の厚み方向（図６において紙面に直交する方向）に真っ直ぐ延びる形状を有し、且つ、同等の大きさである。この第１多孔部４１は、底部４１ｂが軸線ＡＸに直交する向きで（すなわち、孔４１ｄが延びる方向を軸線方向ＧＨに一致させて）、プロテクタ４５の内部に配置されている。なお、図１０〜図１２では、第１多孔部４１を簡略化して図示している。
【００６１】
また、第２多孔部４２は、複数の円形の孔が形成された金属板（具体的には、パンチングメタル）からなり、円筒形状をなしている。この第２多孔部４２は、円盤状の底部４２ｂと、この底部４２ｂから軸線方向ＧＨの後端側ＧＫに延びる円筒状の側部４２ｃとを有する。第２多孔部４２に含まれる孔４２ｄは、いずれも、第２多孔部４２の厚み方向に真っ直ぐ延びる形状を有し、且つ、同等の大きさである。この第２多孔部４２は、底部４２ｂが軸線ＡＸに直交する向きで（すなわち、孔４２ｄが延びる方向を軸線方向ＧＨに一致させて）、プロテクタ４５の内部に配置されている。
【００６２】
また、固定部４３は、金属板からなり、断面略Ｕ字形状（図１１〜図１２参照）の円環状をなしている。この固定部４３には、孔が形成されていない。なお、本実施例１の捕集部材４０では、第２多孔部４２と固定部４３が、一部材により形成されており、固定部付き多孔体４４を構成している。すなわち、固定部付き多孔体４４が、第２多孔部４２と固定部４３とを有している。
【００６３】
このような構成の捕集部材４０は、固定部４３の外周面４３ｂがプロテクタ４５の内周面４５ｄに接触する態様で、プロテクタ４５の内周面４５ｄに固定されている。具体的には、例えば、捕集部材４０の固定部４３とプロテクタ４５とを溶接することで、捕集部材４０をプロテクタ４５の内部に固定することができる。あるいは、捕集部材４０の固定部４３をプロテクタ４５の内側に圧入することで、捕集部材４０をプロテクタ４５の内部に固定するようにしても良い。本実施例１では、孔を有しない固定部４３によって捕集部材４０をプロテクタ４５の内部に固定する態様としているので、捕集部材４０を強固にプロテクタ４５の内部に固定することができる。
【００６４】
なお、第１多孔部４１の骨格である金属線４１Ａの太さ（直径Ｄ）は、１００μｍである。また、第１多孔部４１の孔４１ｄ（網目）の大きさＥ（１辺の長さ）は、１４０μｍである（図６参照）。この第１多孔部４１の開口率は、３４％である。また、第２多孔部４２の孔４２ｄの大きさ（直径）は、２．２ｍｍである。この第２多孔部４２の開口率は、４３％である。第１多孔部４１の孔４１ｄ及び第２多孔部４２の孔４２ｄは、いずれも、排気ガスＥＧに含まれる微粒子Ｓが通過可能な大きさとされている。
【００６５】
ここで、図１０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１０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。
【００６６】
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。
【００６７】
ところで、プロテクタ４５の内部には、捕集部材４０が配置されている。この捕集部材４０は、通気性を有する（排気ガスＥＧが通過可能な）第１多孔部４１及び第２多孔部４２を有している。従って、取入排気ガスＥＧＩは、第１多孔部４１の孔４１ｄ及び第２多孔部４２の孔４２ｄを通じて捕集部材４０の内部を通過し、その後、ガス排出口４５Ｏに至る。
【００６８】
このように、本実施例１の微粒子センサ１０では、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、捕集部材４０を通過した後、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。
【００６９】
また、本実施例１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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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８参照）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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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（図４参照）。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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７参照）のＧＮＤ電位と共通にされている。
【００８４】
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８及び図９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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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８参照）。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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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７参照）。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。
【００９１】
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。
【００９２】
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１０参照）。
【００９３】
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１０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。
【００９４】
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。
【００９５】
なお、前述したように、実施例１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１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。
【００９６】
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。
【００９７】
なお、本実施例１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７参照）。
【００９８】
ところで、本実施例１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。
【００９９】
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。
【０１００】
また、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。
【０１０１】
これに対し、本実施例１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。より具体的には、捕集部材４０を、プロテクタ４５の内部のうち放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間に配置している（図１０〜図１２参照）。これにより、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。
【０１０２】
より具体的には、本実施例１の微粒子センサ１０では、捕集部材４０として、通気性を有する第１多孔部４１及び第２多孔部４２と、孔を有しない固定部４３とを有する捕集部材４０を用いている。詳細には、第１多孔部４１として、金属線４１Ａを網目状（格子状）に編んだメッシュ部からなり、有底円筒網状をなす多孔部を有している（図５参照）。また、第２多孔部４２として、複数の円形の孔が形成された金属板（具体的には、パンチングメタル）からなり、円筒形状をなす多孔部を有している（図５参照）。
【０１０３】
このような捕集部材４０では、第１多孔部４１の肉部（金属線４１Ａ）に浮遊イオンＣＰＦが衝突（付着）することで、金属線４１Ａの部分において浮遊イオンＣＰＦを捕集することができる。また、金属板（具体的には、パンチングメタル）からなる第２多孔部４２の肉部（金属部）に対しても浮遊イオンＣＰＦが衝突（付着）することで、第２多孔部４２の肉部（金属部）においても浮遊イオンＣＰＦを捕集することができる。このように、捕集部材４０では、２つの多孔部（第１多孔部４１と第２多孔部４２）において浮遊イオンＣＰＦを捕集することが可能となっているので、浮遊イオンＣＰＦの捕集率を高めることができる。
【０１０４】
しかも、この捕集部材４０は、排気ガスＥＧ（被測定ガス）及び帯電微粒子ＳＣについては、第１多孔部４１の孔４１ｄ（網の目）を通じて第１多孔部４１を通過させ、且つ、第２多孔部４２の孔４２ｄを通じて第２多孔部４２を通過させることができるので、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣを、プロテクタ４５（ガス取入管）のガス排出口４５Ｏ側へ適切に流すことができる。従って、プロテクタ４５内を流通する浮遊イオンＣＰＦの少なくとも一部を捕集部材４０によって捕集しつつ、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣを、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部に放出（排出）することができる。
【０１０５】
以上説明したように、本実施例１の微粒子センサ１０では、浮遊イオンＣＰＦに対してプロテクタ４５に向かう斥力を与えてプロテクタ４５による浮遊イオンＣＰＦ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ＳＣと共にプロテクタ４５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１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。
【０１０６】
なお、第１多孔部４１（メッシュ部）の孔４１ｄ（網目）の大きさＥ（１辺の長さ、図６参照）は、１４０μｍであり、排気ガスＥＧに含まれる微粒子Ｓの平均粒径（＝約１００ｎｍ）の約１４００倍（２００〜５０００倍の範囲内）の大きさとしている。さらに、第１多孔部４１の開口率は、３４％（２０〜６０％の範囲内）としている。このようにすることで、排気ガスＥＧに含まれる微粒子Ｓ及び帯電微粒子ＳＣが第１多孔部４１の孔４１ｄに詰まるのを防止しつつ、第１多孔部４１の金属線４１Ａにおいて浮遊イオンＣＰＦをより適切に捕集することができる。
【０１０７】
さらに、本実施例１の微粒子センサ１０では、第１多孔部４１に含まれる孔４１ｄが、いずれも、第１多孔部４１の厚み方向（図６において紙面に直交する方向）に真っ直ぐ延びる形状とされている。さらに、第２多孔部４２に含まれる孔４２ｄのいずれもが、第２多孔部４２の厚み方向に真っ直ぐ延びる形状とされている。各々の多孔部（第１多孔部４１及び第２多孔部４２）の孔をこのような形状とすることで、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣが、各々の多孔部の孔をスムーズに通過することができる。しかも、排気ガスＥＧに含まれる微粒子Ｓが、各々の多孔部の孔に詰まり難くなる。
【０１０８】
さらには、第１多孔部４１に含まれる孔４１ｄは、いずれも、同等の大きさとされている。さらに、第２多孔部４２に含まれる孔４２ｄのいずれについても、同等の大きさとされている。なお、孔の大きさが同等であるとは、実質的に同等の大きさであることをいい、製造誤差等の僅かな大きさの違いを許容する（略同等を含む）ものである。このように、各々の多孔部において孔の大きさを揃えることで、各々の多孔部において、当該多孔部に含まれる全ての孔において排気ガスＥＧ等の流れ易さ（通過し易さ）が同程度になり、排気ガスＥＧ等をよりスムーズに通過させることができる。従って、本実施例１の微粒子センサ１０では、排気ガスＥＧ等の排出性が良好となり、その結果、微粒子センサ１０の応答性を良好にすることができる。
【０１０９】
ところで、本実施例１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１１及び図１２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１１及び図１２参照）。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。
【０１１０】
これに対し、本実施例１の微粒子センサ１０では、捕集部材４０の少なくとも一部（具体的には、第１多孔部４１の底部４１ｂの中央部と第２多孔部４２の底部４２ｂの中央部）を、筒状領域ＴＡの内部に配置している。これにより、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。
【０１１１】
さらに、本実施例１の微粒子センサ１０では、捕集部材４０が、プロテクタ４５の内部空間Ｋを放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間で仕切るように配置された仕切り部４０ｂを有している（図１０〜図１２参照）。なお、仕切り部４０ｂは、第１多孔部４１の底部４１ｂと第２多孔部４２の底部４２ｂとにより形成されている。
このような仕切り部４０ｂを設けることで、ガス排出口４５Ｏに向かって流れてゆく浮遊イオンＣＰＦは、ガス排出口４５Ｏに到達する前に、捕集部材４０に到達することになる。このため、浮遊イオンＣＰＦが捕集部材４０に衝突する確率が高くなり、捕集部材４０による浮遊イオンＣＰＦの捕集率を高めることができる。
【０１１２】
ところで、本実施例１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１０参照）。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。
【０１１３】
さらに、本実施例１の微粒子センサ１０では、図１３及び図１４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１３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１４は、図１３のＨ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。
【０１１４】
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１３及び図１４参照）。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１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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
また、本実施例１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１０参照）。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。
【０１１７】
（浮遊イオンの放出量の比較試験）
次に、実施例１の微粒子センサ１０と比較例１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１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り、その他は同様である。
【０１１８】
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の微粒子センサについても、同様にして測定を行った。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
本試験の結果を図１５に示す。図１５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１５では、実施例１のデータ（測定値）を菱形でプロットし、これらのプロットに基づいて作成した相関線を実線で示している。また、比較例１のデータを四角形でプロットし、これらのプロットに基づいて作成した相関線を破線で示している。
【０１２２】
図１５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１の微粒子センサ１０では、比較例１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、ガス排出速度を同等とした場合、実施例１の微粒子センサ１０で検出される信号電流Ｉｓの大きさ（オフセット量）は、比較例１の微粒子センサの信号電流Ｉｓの大きさ（オフセット量）の１／１０以下となる。この試験結果より、実施例１の微粒子センサ１０は、比較例１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。
【０１２３】
従って、実施例１の微粒子センサ１０では、比較例１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。すなわち、実施例１の微粒子センサ１０では、検出される信号電流Ｉｓの大きさ（信号電流Ｉｓの測定値）を、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部に排出された帯電微粒子ＳＣに含まれるイオンＣＰ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。
【０１２４】
なお、比較例１の微粒子センサに比べて、実施例１の微粒子センサ１０においてプロテクタ４５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１の微粒子センサ１０では、比較例１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。
【０１２５】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について、図面を参照しつつ説明する。本実施例２の微粒子センサ３１０は、実施例１の微粒子センサ１０と比較して、捕集部材のみが異なり、その他は同様である。このため、ここでは、実施例１と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。図１６は、実施例２にかかる捕集部材１４０の平面図である。図１７は、図１６のＦ−Ｆ断面図である。図１８は、実施例２にかかる微粒子センサ３１０の部分拡大断面図である。なお、図１７及び図１８では、多孔部１４１を簡略化して図示している。
【０１２６】
本実施例２の捕集部材１４０は、図１６及び図１７に示すように、多孔部１４１と、この多孔部１４１を保持する保持部１４２と、捕集部材１４０をプロテクタ４５の内部に固定するための固定部１４３とを有する。このうち、多孔部１４１は、金属線１４１Ａを網目状に編んだメッシュ部からなり、円盤形状（円盤網状）をなしている。
【０１２７】
また、保持部１４２は、金属板からなり、その中央部に円形の貫通孔１４２ｄを有する円環形状（円環板状）をなしている。固定部１４３は、金属板からなり、保持部１４２の外周に隣接した円環形状（円環板状）をなしている。この固定部１４３には、孔が形成されていない。なお、保持部１４２と固定部１４３とは、一部材により形成されており、保持固定部材１４４を構成している。すなわち、保持固定部材１４４が、保持部１４２と固定部１４３とを有している。
【０１２８】
この捕集部材１４０では、多孔部１４１の周縁部が保持部１４２に溶接されることで、多孔部１４１が保持部１４２（保持固定部材１４４）に保持（固定）されている。
なお、多孔部１４１に含まれる孔１４１ｄ（網目）は、いずれも、多孔部１４１の厚み方向（図１７おいて上下方向）に真っ直ぐ延びる形状を有し、且つ、同等の大きさである。この多孔部１４１は、図１８に示すように、軸線ＡＸに直交する向きで（すなわち、孔１４１ｄが延びる方向を軸線方向ＧＨに一致させて）、プロテクタ４５の内部に配置されている。
【０１２９】
このような構成の捕集部材１４０は、固定部１４３の外周面１４３ｂがプロテクタ４５の内周面４５ｄに接触する態様で、プロテクタ４５の内周面４５ｄに固定（例えば、溶接）されている（図１８参照）。これにより、捕集部材１４０は、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。より具体的には、捕集部材１４０は、プロテクタ４５の内部空間Ｋを放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間で仕切るように配置された仕切り部になっている。
【０１３０】
従って、本実施例２でも、実施例１と同様に、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１４０に衝突（付着）させて、捕集部材１４０により捕集することができる。
【０１３１】
詳細には、本実施例２の捕集部材１４０では、多孔部１４１の肉部（金属線１４１Ａ）に浮遊イオンＣＰＦが衝突（付着）することで、金属線１４１Ａの部分において浮遊イオンＣＰＦを捕集することができる。また、保持固定部材１４４（保持部１４２と固定部１４３）に浮遊イオンＣＰＦが衝突（付着）することでも、浮遊イオンＣＰＦを捕集することができる。
【０１３２】
しかも、この捕集部材１４０は、排気ガスＥＧ（被測定ガス）及び帯電微粒子ＳＣについては、保持部１４２の貫通孔１４２ｄ及び多孔部１４１の孔１４１ｄ（網の目）を通じて、当該捕集部材１４０を通過させることができるので、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣを、プロテクタ４５（ガス取入管）のガス排出口４５Ｏ側へ適切に流すことができる。従って、本実施例２でも、実施例１と同様に、プロテクタ４５内を流通する浮遊イオンＣＰＦの少なくとも一部を捕集部材１４０によって捕集しつつ、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣを、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部に適切に放出（排出）することができる。
【０１３３】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について、図面を参照しつつ説明する。本実施例３の微粒子センサ４１０は、実施例１の微粒子センサ１０と比較して、捕集部材のみが異なり、その他は同様である。このため、ここでは、実施例１と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。図１９は、実施例３にかかる捕集部材２４０の平面図である。図２０は、図１９のＧ−Ｇ断面図である。図２１は、実施例３にかかる微粒子センサ４１０の部分拡大断面図である。なお、図２０及び図２１では、第１多孔部２４１を簡略化して図示している。
【０１３４】
本実施例３の捕集部材２４０は、図１９及び図２０に示すように、第１多孔部２４１と、第２多孔部２４２と、捕集部材２４０をプロテクタ４５の内部に固定するための固定部２４３とを有する。このうち、第１多孔部２４１は、金属線２４１Ａを網目状に編んだメッシュ部からなり、円盤形状（円盤網状）をなしている。また、第２多孔部２４２は、金属板からなり、複数の孔２４２ｄ（貫通孔）が円環状に配置されている。固定部２４３は、金属板からなり、第２多孔部２４２の外周に隣接した円環形状（円環板状）をなしている。この固定部２４３には、孔が形成されていない。なお、第２多孔部２４２と固定部２４３とは、一部材により形成されており、固定部付き多孔体２４４を構成している。すなわち、固定部付き多孔体２４４が、第２多孔部２４２と固定部２４３とを有している。
【０１３５】
この捕集部材２４０では、第１多孔部２４１が固定部付き多孔体２４４（第２多孔部２４２の金属部分）に溶接されることで、第１多孔部２４１が固定部付き多孔体２４４（第２多孔部２４２の金属部分）に保持（固定）されている。なお、第１多孔部２４１に含まれる孔２４１ｄ（網目）は、いずれも、第１多孔部２４１の厚み方向（図２０おいて上下方向）に真っ直ぐ延びる形状を有し、且つ、同等の大きさである。また、第２多孔部２４２に含まれる孔２４２ｄは、いずれも、第２多孔部２４２の厚み方向（図２０おいて上下方向）に真っ直ぐ延びる形状を有し、且つ、同等の大きさである。第１多孔部２４１及び第２多孔部２４２は、図２１に示すように、軸線ＡＸに直交する向きで（すなわち、孔２４１ｄ及び孔２４２ｄが延びる方向を軸線方向ＧＨに一致させて）、プロテクタ４５の内部に配置されている。
【０１３６】
このような構成の捕集部材２４０は、固定部２４３の外周面２４３ｂがプロテクタ４５の内周面４５ｄに接触する態様で、プロテクタ４５の内周面４５ｄに固定（例えば、溶接）されている（図２０参照）。これにより、捕集部材２４０は、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。より具体的には、捕集部材２４０は、プロテクタ４５の内部空間Ｋを放電電極体１１０の先端１１０ｓとガス排出口４５Ｏとの間で仕切るように配置された仕切り部になっている。
【０１３７】
従って、本実施例３でも、実施例１と同様に、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２４０に衝突（付着）させて、捕集部材２４０により捕集することができる。詳細には、本実施例３の捕集部材２４０では、第２多孔部２４２の金属部分及び第１多孔部２４１の金属線２４１Ａに浮遊イオンＣＰＦが衝突（付着）することで、これらの部位において浮遊イオンＣＰＦを捕集することができる。
【０１３８】
しかも、この捕集部材２４０は、排気ガスＥＧ（被測定ガス）及び帯電微粒子ＳＣについては、第２多孔部２４２の孔２４２ｄ及び第１多孔部２４１の孔２４１ｄ（網の目）を通じて、当該捕集部材２４０を通過させることができるので、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣを、プロテクタ４５（ガス取入管）のガス排出口４５Ｏ側へ適切に流すことができる。従って、本実施例３でも、実施例１と同様に、プロテクタ４５内を流通する浮遊イオンＣＰＦの少なくとも一部を捕集部材２４０によって捕集しつつ、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣを、ガス排出口４５Ｏを通じてプロテクタ４５の外部に適切に放出（排出）することができる。
【０１３９】
以上において、本発明を実施例１〜３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。
【０１４０】
例えば、実施例１〜３では、多孔部として金属線４１Ａ〜２４１Ａを網目状に編んだメッシュ部からなる第１多孔部４１〜２４１を有する捕集部材４０〜２４０を例示した。しかしながら、多孔部として金属線を網目状に編んだメッシュ部からなる多孔部を有することなく、図２２及び図２３に示すように、金属材に複数の孔を形成した多孔金属体からなる多孔部を有する捕集部材３４０を用いるようにしても良い。
【０１４１】
具体的には、捕集部材３４０は、図２２及び図２３に示すように、金属板に複数の孔３４１ｄが散点状に形成されている多孔金属板（例えば、パンチングメタル）からなり、複数の孔３４１ｄを有する円盤状の多孔部３４１と、その周囲に隣接する孔を有しない円環状の固定部３４３とにより構成される。この捕集部材３４０は、固定部３４３の外周面３４３ｂがプロテクタ４５の内周面４５ｄに接触する態様で、プロテクタ４５の内周面４５ｄに固定（例えば、溶接）されることで、プロテクタ４５内を流通する浮遊イオンＣＰＦの少なくとも一部を捕集しつつ、排気ガスＥＧ及び帯電微粒子ＳＣを、孔３４１ｄを通じてプロテクタ４５のガス排出口４５Ｏへ流すことができる。
【０１４２】
また、実施例１〜３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。
【０１４３】
また、実施例１〜３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。
【符号の説明】
【０１４４】
１  微粒子検知システム
１０，３１０，４１０  微粒子センサ
４０  捕集部材
４０ｂ  仕切り部
４１，２４１  第１多孔部（メッシュ部）
４１Ａ，１４１Ａ，２４１Ａ  金属線
１４０，２４０，３４０  捕集部材（仕切り部）
１４１  多孔部（メッシュ部）
３４１  多孔部
４２，２４２  第２多孔部
４３，１４３，２４３，３４３  固定部
４１ｄ，４２ｄ，１４１ｄ，２４１ｄ，２４２ｄ，３４１ｄ  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
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
ＧＨ  軸線方向
ＧＳ  先端側（軸線方向先端側）
ＧＫ  後端側（軸線方向後端側）
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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