(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する配管に取りつけられて前記配管内を流通するガス中の微粒子の量を検出することができる微粒子センサであって、
センサユニットを備え、
前記センサユニットは、
イオンを発生させるイオン発生部と、
微粒子を含むガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させる帯電部と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、
前記捕捉部に接続され、前記捕捉部に捕捉された前記イオンの量に応じた第１のフローティング電位を有するセンサグランド部と、
複数のセラミック層を積層してなる絶縁セラミックで構成され、前記イオン発生部、前記帯電部、前記捕捉部、前記センサグランド部が設けられた構造体であって、内部に前記ガスが流れる流路を有する構造体と、を備え、
前記センサグランド部の電位に応じて前記ガス中の前記微粒子の量を検出することができ、
前記流路の一部が、前記帯電部をなしており、
前記センサグランド部は、前記センサユニットの外部であって前記センサユニットが前記ガスに接触する部分において、前記構造体を構成する絶縁セラミックに覆われている、微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１記載の微粒子センサであって、
前記イオン発生部は、
前記第１のフローティング電位とは異なる第２のフローティング電位を有する第１の電極と、
前記センサグランド部に接続され前記第１のフローティング電位を有する第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間で放電を生じさせることにより前記イオンを発生させ、
前記センサユニットは、さらに、
前記第１の電極に接続され、前記第２のフローティング電位を有する放電電位部を備え、
前記センサグランド部は、前記第１の電極と前記放電電位部とを囲んでいる、微粒子センサ。
【請求項３】
請求項２記載の微粒子センサであって、
前記放電電位部は、前記構造体に設けられており、前記構造体を構成する絶縁セラミックで覆われており、
前記帯電部は、前記構造体を構成する絶縁セラミックで設けられている、微粒子センサ。
【請求項４】
請求項３記載の微粒子センサであって、
前記センサユニットは、さらに、
前記第１および第２の電極ならびに前記捕捉部において前記微粒子を燃焼させることができる温度に、前記第１および第２の電極ならびに前記捕捉部を昇温させるためのヒータを備える、微粒子センサ。
【請求項５】
請求項４記載の微粒子センサであって、
前記センサユニットは、
前記帯電部において前記微粒子を燃焼させることができる温度に、前記帯電部を昇温させるためのヒータを備える、微粒子センサ。
【請求項６】
請求項４または５記載の微粒子センサであって、さらに、
前記構造体の外部のうち前記ガスに接触する部分を囲み、前記微粒子を含む前記ガスを透過させることができるプロテクタを備える、微粒子センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排ガス中に含まれる煤などの微粒子量を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスには、煤などの微粒子が含まれる。内燃機関から大気中に排出される排ガスに含まれる微粒子の量を制御または抑制するために、内燃機関の排ガス管には、排ガス中の微粒子の量を検出するための微粒子センサが取り付けられる場合がある。そのような微粒子センサには、コロナ放電によってイオンを生成し、そのうちの一部のイオンによって排ガス中の微粒子を帯電させることにより、排ガス中の微粒子の量を検出するものが知られている（下記特許文献１等）。
【０００３】
上記の微粒子センサは、微粒子への帯電に使用されたイオンの量に応じて電位が変化するフローティング電位部と、微粒子センサが取り付けられる金属製の排ガス管などの配管と同じシャーシグランドの電位を有するシャーシグランド部と、を有する。この微粒子センサは、フローティング電位部と、シャーシグランド部との間に流れる電流の量を検出することにより、排ガス中の微粒子量を検出する。フローティング電位部とシャーシグランド電位部とは、上記の電流を検出する部位以外の部位においては、絶縁部材で絶縁されている。
【０００４】
しかし、従来の微粒子センサにおいては、主要な構成部分は導電性の部材で構成されており、それらの部分は、帯電に使用されたイオンの量に応じて電位が変化する。すなわち、主要な構成部分はフローティング電位部である。さらに、そのような導電性部材の一部は、排ガス管内において露出している。このため、フローティング電位部のうち排ガス管内において露出している部分と、導電性部材で構成される排ガス管に、排ガス中の微粒子や水、オイルなどが付着すると、両者が短絡されてしまう。そのような状態においては、フローティング電位部の電位が、帯電に使用されたイオンの量を正確に反映しなくなる。その結果、微粒子センサは、排ガス中の微粒子の量を正確に検出することができなくなる。
【０００５】
このような問題は、内燃機関の排ガス中の煤の検出に用いられる微粒子センサだけでなく、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、微粒子の帯電に使用されたイオンの量、または微粒子の帯電に使用されなかったイオンの量に応じて電位が変化する構成を利用して、検出する微粒子センサについて、広く存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５１４９２３号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１０９６８８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、微粒子の帯電に使用されたイオンの量、または微粒子の帯電に使用されなかったイオンの量に応じて電位が変化する構成を利用して、検出する微粒子センサにおいて、その寿命を長くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
導電性を有する配管に取りつけられて前記配管内を流通するガス中の微粒子の量を検出することができる微粒子センサであって、
センサユニットを備え、
前記センサユニットは、
イオンを発生させるイオン発生部と、
微粒子を含むガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させる帯電部と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、
前記捕捉部に接続され、前記捕捉部に捕捉された前記イオンの量に応じた第１のフローティング電位を有するセンサグランド部と、
複数のセラミック層を積層してなる絶縁セラミックで構成され、前記イオン発生部、前記帯電部、前記捕捉部、前記センサグランド部が設けられた構造体であって、内部に前記ガスが流れる流路を有する構造体と、を備え、
前記センサグランド部の電位に応じて前記ガス中の前記微粒子の量を検出することができ、
前記流路の一部が、前記帯電部をなしており、
前記センサグランド部は、前記センサユニットの外部であって前記センサユニットが前記ガスに接触する部分において、前記構造体を構成する絶縁セラミックに覆われている、微粒子センサ。
【０００９】
［適用例１］
導電性を有する配管に取りつけられて前記配管内を流通するガス中の微粒子の量を検出することができる微粒子センサであって、
センサユニットを備え、
前記センサユニットは、
イオンを発生させるイオン発生部と、
微粒子を含むガス中の少なくとも一部の前記微粒子を、前記イオンを用いて帯電させる帯電部と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、
前記捕捉部に接続され、前記捕捉部に捕捉された前記イオンの量に応じた第１のフローティング電位を有するセンサグランド部と、を備え、
前記センサグランド部の電位に応じて前記ガス中の前記微粒子の量を検出することができ、
前記センサグランド部は、前記センサユニットの外部であって前記センサユニットが前記ガスに接触する部分において、絶縁セラミックに覆われている、微粒子センサ。
【００１０】
このような態様とすれば、センサユニットがガスに接触する部分に、ガス中の微粒子が堆積した場合にも、センサグランド部は、ガスが流通する配管と短絡することはなく、センサユニットは、微粒子の帯電に使用されたイオンの量、または、微粒子の帯電に使用されなかったイオンの量に応じた出力を正確に得ることができる。このため、微粒子を含むガス中の微粒子の量を、微粒子の帯電に使用されたイオンの量、または微粒子の帯電に使用されなかったイオンの量に応じて出力が変化する構成を利用して検出する微粒子センサにおいて、その寿命を長くすることができる。
【００１１】
［適用例２］
適用例１の微粒子センサであって、
前記イオン発生部は、
前記第１のフローティング電位とは異なる第２のフローティング電位を有する第１の電極と、
前記センサグランド部に接続され、前記第１のフローティング電位を有する第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間で放電を生じさせることにより前記イオンを発生させ、
前記センサユニットは、さらに、
前記第１の電極に接続され、前記第２のフローティング電位を有する放電電位部を備え、
前記センサグランド部は、前記第１の電極と前記放電電位部とを囲んでいる、微粒子センサ。
【００１２】
このような態様においては、センサグランド部がファラデーシールドを構成する。そして、第１の電極と放電電位部から漏れだした電流は、第１の電極と放電電位部とを囲むセンサグランド部に流入する。その結果、センサグランド部は、捕捉部に捕捉されたイオンの量を正確に反映した電位を有することができる。よって、微粒子センサは、センサグランド部の電位に基づいてガス中の微粒子の量を正確に検出することができる。
【００１３】
［適用例３］
適用例２記載の微粒子センサであって、
絶縁セラミックで構成され、前記イオン発生部、前記帯電部、前記捕捉部、前記センサグランド部、および前記放電電位部が設けられた構造体を備え、
前記放電電位部は、前記構造体を構成する絶縁セラミックで覆われており、
前記帯電部は、前記構造体を構成する絶縁セラミックで設けられている、微粒子センサ。
【００１４】
このような態様とすれば、センサグランド部、放電電位部などのセンサユニットの各導電部間で、微粒子などの付着により短絡が生じる可能性を低減することができる。
【００１５】
［適用例４］
適用例３記載の微粒子センサであって、
前記センサユニットは、さらに、
前記第１および第２の電極ならびに前記捕捉部において前記微粒子を燃焼させることができる温度に、前記第１および第２の電極ならびに前記捕捉部を昇温させるためのヒータを備える、微粒子センサ。
【００１６】
このような態様とすれば、第１および第２の電極ならびに捕捉部に微粒子が堆積して、それらの構成が機能を十分に発揮できなくなってしまう事態を防止することができる。
【００１７】
［適用例５］
適用例４記載の微粒子センサであって、
前記帯電部において前記微粒子を燃焼させることができる温度に、前記帯電部を昇温させるためのヒータを備える、微粒子センサ。
【００１８】
このような態様とすれば、帯電部を構成する構造の表面に微粒子が堆積して、帯電部が機能を十分に発揮できなくなってしまう事態を防止することができる。
【００１９】
［適用例６］
適用例４または５記載の微粒子センサであって、さらに、
前記構造体の外部のうち前記ガスに接触する部分を囲み、前記微粒子を含む前記ガスを透過させることができるプロテクタを備える、微粒子センサ。
【００２０】
上記のようなプロテクタを備えない態様においては、検出対象の微粒子を含むガスが水滴を含む場合には、ヒータによって構造が昇温されている状況下では、昇温された構造体にその水滴が付着し、局所的な急激な温度変化により構造体が破壊される可能性がある。しかし、上記のような態様とすれば、ガスが水滴を含む場合にも、構造体への水滴の付着により構造体が水滴の付着によって破壊される可能性を低減することができる。
【００２１】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、微粒子センサに用いるセンサユニット、そのセンサを排ガス配管に備えた内燃機関、その内燃機関を備えた車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】微粒子センサを搭載する車両の構成、および微粒子センサを制御するセンサ駆動部の構成を示す概略図。
【図２】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図３】微粒子センサの構成を示す概略断面図。
【図４】微粒子センサの構成を示す分解斜視図。
【図５】微粒子センサに接続されるケーブルの構成を示す概略断面図。
【図６】センサユニットの構成を示す分解斜視図。
【図７】排ガス中の微粒子量を検出するためのセンサユニットの機能を説明するための模式図。
【図８】センサ制御部１１１による微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出を説明するためのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．微粒子センサの構成：
図１は、本発明の一実施例としての微粒子センサを搭載する車両の構成、および微粒子センサを制御するセンサ駆動部の構成を示す概略図である。図１（Ａ）に示すように、車両４９０は、内燃機関４００と、燃料供給部４１０と、車両制御部４２０とを備える。内燃機関４００は、車両４９０の動力源であり、例えばディーゼルエンジンによって構成することができる。
【００２４】
燃料供給部４１０は、燃料配管４１１を介して内燃機関４００に燃料を供給する。内燃機関４００には、排ガス配管４１５が接続されており、内燃機関４００からの排ガスは、排ガス配管４１５を介して車両４９０の外部へと排出される。排ガス配管４１５には、排ガス中に含まれる煤などの微粒子を除去するためのフィルタ装置４１６（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）：ディーゼル微粒子捕集フィルタ）が設けられている。
【００２５】
車両制御部４２０は、マイクロコンピュータによって構成され、車両４９０全体の運転状態を制御する。具体的には、車両制御部４２０は、燃料供給部４１０からの燃料の供給量や、内燃機関４００の燃焼状態などを制御する。
【００２６】
車両４９０には、さらに、図１（Ｂ）に示す微粒子センサ１００と、センサ駆動部１１０とが搭載されている。微粒子センサ１００は、排ガス配管４１５のフィルタ装置４１６より下流側に取り付けられており、ケーブル１２０を介してセンサ駆動部１１０と接続されている。
【００２７】
微粒子センサ１００は、その構成要素であるセンサユニット３００の一部およびプロテクタ５０１が排ガス配管４１５の内部に挿入された状態で、排ガス配管４１５の外表面に固定的に取り付けられる。より具体的には、微粒子センサ１００は、取付用ボス４１７を介して、排ガス配管４１５の外表面に取り付けられる。微粒子センサ１００は、断面が矩形形状をなす四角柱状のセンサユニット３００が、微粒子センサ１００の取付部位における排ガス配管４１５の延伸方向ＤＬに対してほぼ垂直に排ガス配管４１５内に挿入されるように、取り付けられる。
【００２８】
センサユニット３００には、詳細は後述するが、排ガスをセンサユニット３００に取り込むための流入孔４５と、取り込んだ排ガスをセンサユニット３００から排出するための排出孔３５とが設けられている。センサユニット３００が排ガス配管４１５に取り付けられた状態において、流入孔４５と排出孔３５とは、排ガス配管４１５内に位置する。センサユニット３００は、流入孔４５を介して内部に取り込んだ排ガス中に含まれる微粒子の量に基づいて、排ガス中に含まれる微粒子の濃度を測定する。なお、流入孔４５は、本実施の形態の微粒子センサ１００では、排ガス配管４１５内における排ガスの流れの下流側に配される。排ガスの流れの向きを図１において矢印Ｆで示す。
【００２９】
微粒子センサ１００の後端側（センサユニット３００とは逆の側）には、複数の配線１２１，１２２，１２４，１２５，１２６や空気供給管１２３などを内部に一体的に収容したケーブル１２０が接続されている。ケーブル１２０の他端は、センサ駆動部１１０に接続されている。ケーブル１２０は可撓性を有しているため、比較的自由に車両４９０内に配設することが可能である。
【００３０】
センサ駆動部１１０は、微粒子センサ１００を駆動し、微粒子センサ１００の検出信号に基づき排ガス中の微粒子量を検出する。排ガス中の微粒子量は、例えば、微粒子の表面積を基準とする量として評価することもでき、微粒子の質量を基準とする量として評価することもできる。あるいは、排ガス中の微粒子量は、単位体積量の排ガス中の微粒子の個数を基準とする量として評価することもできる。センサ駆動部１１０は、排ガス配管４１５から離隔して設置されている。
【００３１】
センサ駆動部１１０は、センサ制御部１１１と、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを備えている。センサ制御部１１１は、マイクロコンピュータによって構成される。センサ制御部１１１は、電気回路部１１２と、エア供給部１１３とを制御する。また、センサ制御部１１１は、微粒子センサ１００を用いて検出した排ガス中の微粒子量を車両制御部４２０（図１（Ａ）参照）に送信する。
【００３２】
電気回路部１１２は、ケーブル１２０に収容されている絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６を介して微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部１１２は、同じくケーブル１２０に収容されている信号線１２４を介して微粒子センサ１００のセンサ信号を受信する。そして、電気回路部１１２は、そのセンサ信号に基づく計測結果をセンサ制御部１１１に送信する。
【００３３】
エア供給部１１３は、ポンプ（図示は省略）を備えている。エア供給部１１３は、センサ制御部１１１からの指令に基づき、微粒子センサ１００の駆動の際に用いられる高圧空気を、ケーブル１２０内の空気供給管１２３を介して、微粒子センサ１００に供給する。なお、微粒子センサ１００は、空気供給管１２３を介して、他の種類の圧縮気体の供給を受けるものとしてもよい。
【００３４】
図１（Ａ）に示す車両制御部４２０は、センサ制御部１１１（図１（Ｂ）参照）から送信された排ガス中の微粒子量が、所定量より多い場合には、フィルタ装置４１６の劣化や異常を車両４９０の運転手に警告する態様とことができる。また、車両制御部４２０は、センサ制御部１１１の検出値に基づき、内燃機関４００における燃焼状態を調整する態様とすることもできる。
【００３５】
図２および図３はそれぞれ、９０度、異なる方向から見た微粒子センサ１００の概略断面図である。図４は微粒子センサ１００の分解斜視図である。図２〜図４には、センサユニット３００側（単に「先端側」とも呼ぶ）を紙面下側とし、ケーブル１２０側（単に「後端側」とも呼ぶ）を紙面上側として、微粒子センサ１００が図示されている。また、図２〜図４には、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬを一点鎖線で示す。参考のために、微粒子センサ１００が排ガス配管４１５に取り付けられた際の、排ガス配管４１５および取付用ボス４１７の断面の位置を、図２において破線で示す。また、排ガスの流れ方向を示す矢印Ｆ（図１（Ｂ）参照）を示す。
【００３６】
図２〜図４には、さらに、各図が対応するように三次元の各軸を示す矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを示す。具体的には、矢印Ｚは、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬに沿った方向を示しており、紙面下方向を示している。矢印Ｙは、流入孔４５が開口している向きとは逆の向きを示している。矢印Ｙは、図２では紙面右方向を示し、図３では紙面手前方向を示し、図４では紙面左奥の方向を示している。矢印Ｘは、矢印Ｚに垂直でかつ流入孔４５の開口面に沿った方向を示している。矢印Ｘは、図２では、紙面手前方向を示し、図３では紙面左方向を示し、図４では紙面右奥の方向を示している。
【００３７】
なお、以下では、微粒子センサ１００の構成を順に説明する。しかし、その説明の順番は、微粒子センサ１００の製造工程において各構成が取り付けられる順番を示すものではない。  
【００３８】
微粒子センサ１００は、絶縁セラミックで設けられた略四角柱状のセンサユニット３００を有する（図２および図３の下段、ならびに図４の左中段参照）。センサユニット３００は、略四角形の穴を有する円柱状の滑石（滑石リング）５０６に通されている。そして、滑石５０６は主体金具５０３内に配置されると共にセンサユニット３００の所定位置に配置された状態で仮想中心軸ＣＬの先端側に向かって圧縮されることにより、主体金具５０３の内周面とセンサユニット３００の外周面との間で圧縮充填され、センサユニット３００を主体金具５０３に対して気密に保持する。滑石５０６に対して先端側の位置には、やはり略四角形の穴を有する円柱状の第１のセラミックリング５０５が配される。センサユニット３００のうち、第１のセラミックリング５０５よりも前に位置する部分３００ｅが、排ガス配管４１５内を流通する排ガスに接触する部分である（図２の下段参照）。
【００３９】
一方、滑石５０６に対して後端側の位置には、略四角形の穴を有する段付き円柱状の第２のセラミックリング５０７が配される。第１のセラミックリング５０５および第２のセラミックリング５０７は、アルミナ等の絶縁性セラミックで構成される。センサユニット３００は、滑石５０６、第１のセラミックリング５０５、および第２のセラミックリング５０７に設けられた略四角形の穴を貫通している。
【００４０】
第１のセラミックリング５０５、センサユニット３００を保持する滑石５０６、第２のセラミックリング５０７は、主体金具５０３（図２および図３の下段、ならびに図４の右下部参照）に設けられた、先端に向かうにつれて順に細くなる段付き円柱状の穴の中に配される。第１のセラミックリング５０５と主体金具５０３の穴内の段の間には、環状の板パッキン５０４が配される。
【００４１】
主体金具５０３は、後端に向かうにつれて順に外径が大きくなる略３段の段付き円柱状の外形を有しており、２番目と３番目の円柱の間には、３番目の円柱よりもさらに半径方向に大きい六角柱状のフランジが設けられている。また、２番目に細い円柱の外側には主体金具５０３、ひいては微粒子センサ１００を取付用ボス４１７（図２の下段参照）にねじ込んで装着するためのネジ部が形成されている。主体金具５０３の段付き円柱状の穴の軸は、主体金具５０３の段付き円柱状の外形の軸と一致する。主体金具５０３は、導電性を有し、また、取付用ボス４１７も導電性を有するため、主体金具５０３は、車両４９０のグランドであるシャーシグランドの電位を有する。
【００４２】
主体金具５０３の先端側の最も細い円柱状の外側には、先端側に底を有する円筒状のプロテクタ５０１がはめ込まれる。センサユニット３００の先端は、主体金具５０３よりも先端側に突出しており、円筒状のプロテクタ５０１内部に位置する（図２および図３の下段参照）。プロテクタ５０１は、プロテクタ５０１の円筒の中心軸が、仮想中心軸ＣＬと一致するように配される。
【００４３】
プロテクタ５０１の側壁には、複数の通気孔が設けられている。また、プロテクタ５０１の底にも、円筒の中心軸上に、通気孔が設けられている。これらの通気孔は、微粒子センサ１００の検出対象である煤を伴って排ガスが流通できる大きさおよび形状で設けられている。主体金具５０３の２番目に細い円柱状の外側部分であって、六角柱状のフランジとの境界部分には、環状のガスケット５０２が取り付けられる。
【００４４】
一方、主体金具５０３の段付き穴内の第２のセラミックリング５０７（図２および図３の中段、ならびに図４の右上部参照）の後端側には、円弧状の線パッキン５０８が配される。線パッキン５０８、第１のセラミックリング５０５、滑石５０６、および第２のセラミックリング５０７は、主体金具５０３の段付き円柱状の穴の中に配される。そして、主体金具５０３のうち３番目の円柱の後端側を径方向内側に向けてかしめることにより、主体金具５０３の内側に、板パッキン５０４、第１のセラミックリング５０５、滑石５０６、第２のセラミックリング５０７、および、線パッキン５０８が固定され、その結果、センサユニット３００が主体金具５０３に対して固定される。
【００４５】
センサユニット３００の後端側には、セパレータ５１０が配される（図２および図３の中段、ならびに図４の左下部参照）。セパレータ５１０の先端側には、略四角柱状の凹部が設けられており、センサユニット３００の後端は、この凹部にはめ込まれる。セパレータ５１０は、略十字形状の断面を有する柱状の部材である。セパレータ５１０は、その柱の軸が、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬと一致するように配される。セパレータ５１０には、その柱の軸に一致するように貫通孔５１０ｈが設けられている。貫通孔５１０ｈは、先端側において、前述の略四角柱状の凹部と接続されている。また、セパレータ５１０の十字状の外形のうち、前述の略四角柱状の凹部が設けられている先端側の部分は、後端側よりも厚く設けられている。
【００４６】
セパレータ５１０の略十字形の断面によって仕切られる四つの空間には、それぞれケーブル１２０の絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６（図１（Ｂ）参照）の先端部分が配される。ケーブル１２０の先端部分においては、ケーブル１２０の外側の構成部分が除かれて、絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６が露出している。絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６の先端部分には、それぞれ端子１２１ｔ，１２２ｔ，１２５ｔ，１２６ｔが取り付けられている（図２の中段、ならびに図４の左下部参照）。端子１２１ｔ，１２２ｔ，１２５ｔ，１２６ｔの先端側は、セパレータ５１０よりも先端側に位置する。そして、端子１２１ｔ，１２２ｔ，１２５ｔ，１２６ｔの先端側は、センサユニット３００の表面および裏面に設けられた電極パッドと接触している（図２の中段参照）。
【００４７】
セパレータ５１０および端子１２１ｔ，１２２ｔ，１２５ｔ，１２６ｔは、先端に向かって細くなる段付きの円筒形状を有する内筒５０９内に収容されている（図２および図３の中段、ならびに図４の左下部参照）。センサユニット３００は、内筒５０９の細い方の円筒を通って、セパレータ５１０の略四角柱状の凹部内に至っている。内筒５０９は、導電性を有する。内筒５０９の先端側の細い方の円筒には、一対の端子１２４ｔ，１２４ｔが取り付けられている（図２の中段、および図４左下部参照）。一対の端子１２４ｔ，１２４ｔは、センサユニット３００を両側から挟んでいる。一方の端子１２４ｔは、センサユニット３００の表面に設けられた電極パッドと接触している。
【００４８】
内筒５０９は、後端側において、外側の二層を剥離されたケーブル１２０とかしめられている。図２および図３の上段において、かしめ部５０９ｃを示す。内筒５０９のかしめ部５０９ｃは、ケーブル１２０の外側から数えて３番目の層を貫通し、４番目の層である第１のシールド線ＳＬ１（図５参照）と導通している。この第１のシールド線ＳＬ１は、電気回路部１１２と微粒子センサ１００との間で信号を送受信するための信号線１２４（図１（Ｂ）参照）として機能する。
【００４９】
ケーブル１２０と、主体金具５０３のうちの最も後端側（３番目）の円柱の外側とは、外筒５１２によって接続されている。すなわち、主体金具５０３のうちの最も後端側の円柱の外側には、外筒５１２の先端部がはめ込まれている。そして、外筒５１２の後端部は、ケーブル１２０とかしめられている。図２および図３の上段において、かしめ部５１２ｃを示す。外筒５１２の後端部がかしめられている部分において、ケーブル１２０は、外層を剥離されていない。外筒５１２のかしめ部５１２ｃは、ケーブル１２０の最外層を貫通し、ケーブル１２０の外側から数えて２番目の層である第２のシールド線ＳＬ２（図５参照）と導通している。その結果、この第２のシールド線ＳＬ２は、外筒５１２を介して主体金具５０３、排ガス配管４１５等と導通することとなり、シャーシグランドの電位を有することとなる。
【００５０】
図２の上段に示すように、ケーブル１２０のうち、絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６が露出している部分の端面１２０ｅには、空気供給管１２３（図１（Ｂ）参照）が開口している。その結果、空気供給管１２３から供給された圧縮空気は、内筒５０９内に充満し、セパレータ５１０の貫通孔５１０ｈからセンサユニット３００に向かって供給される。なお、空気供給管１２３から供給された圧縮空気は、内筒５０９の底部の開口から外筒５１２内部にも充満する。しかし、外筒５１２内の空間の後端側はグロメット５１１およびかしめ部５１２ｃによってほぼ密封されており、先端側は、主体金具５０３、ならびに滑石５０６および板パッキン５０４によって密封されている。このため、ほとんどの圧縮空気は、セパレータ５１０の貫通孔５１０ｈを介して、センサユニット３００に供給される。
【００５１】
図５は、本実施例の微粒子センサ１００に接続されるケーブル１２０の構成を示す概略断面図である。ケーブル１２０には、第１の絶縁電線１２１と、第２の絶縁電線１２２と、第３の絶縁電線１２５と、第４の絶縁電線１２６と、空気供給管１２３と、信号線１２４とが一体的に収容されている（図１（Ｂ）も参照）。このような構成とすることにより、微粒子センサ１００に接続される配線および配管の取り回しが容易となる。よって、微粒子センサ１００の車両４９０への搭載が容易になる。
【００５２】
第１の絶縁電線１２１は、その中心に導電線である芯線１２１０を有している。芯線１２１０の外周には樹脂被覆層１２１１が設けられている。第２〜第４の絶縁電線１２２，１２５，１２６も同様の構成を有する。図５において、芯線１２２０，１２５０，１２６０、ならびに樹脂被覆層１２２１，１２５１，１２６１を示す。
【００５３】
なお、ここでは、図５に示すケーブル１２０の断面図を使用して第１〜第４の絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６の構成を説明した。しかし、第１〜第４の絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６が、ガラス繊維部１２０１およびその外側の層に覆われておらず、露出している部分（図２および図３の中段、および図４左側上段参照）においても、第１〜第４の絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６の被覆層は、上述の構成を有する。
【００５４】
図５に示す空気供給管１２３は、樹脂部材によって中空筒状に構成される。空気供給管１２３の外周は、補強部材１２３ｓによって被覆されている。補強部材１２３ｓは、可撓性を有しつつ、樹脂部材よりも高い剛性を有するように構成されていることが好ましく、例えば、金属線を編み組みすることによって構成されるものとすることができる。この補強部材１２３ｓによって、温度上昇に伴って空気供給管１２３を構成する樹脂部材が少なからず軟化した場合であっても、空気圧による空気供給管１２３の膨張変形が抑制される。すなわち、このケーブル１２０を用いれば、高温環境下においても微粒子センサ１００に、より高い圧力の空気を供給することが可能である。
【００５５】
絶縁電線１２１，１２２，１２５，１２６と空気供給管１２３の補強部材１２３ｓの外周には、ガラス繊維が充填されたガラス繊維部１２０１が形成されている。そして、ガラス繊維部１２０１の外周は、第１のケーブル被覆層１２０２によって被覆されている。第１のケーブル被覆層１２０２は、樹脂によって構成することができる。
【００５６】
第１のケーブル被覆層１２０２の外周には、導電線が編み組された第１のシールド線ＳＬ１が配設されている。そして、第１のシールド線ＳＬ１の外側には、樹脂によって構成された第２のケーブル被覆層１２０３が設けられている。さらに、第２のケーブル被覆層１２０３の外周には、導電線が編み組みされた第２のシールド線ＳＬ２が配設されている。そして、第２のシールド線ＳＬ２の外周は、樹脂で構成された外皮１２０４によって被覆されている。
【００５７】
第１のシールド線ＳＬ１は、前述のように、内筒５０９を介して、センサユニット３００と電気的に接続される（図２および図３の中段参照）。このような構成とすることにより、第１のシールド線ＳＬ１は、上述したように、微粒子センサ１００のセンサユニット３００と電気回路部１１２とを接続する信号線１２４として機能する。
【００５８】
一方、第２のシールド線ＳＬ２は、前述のように、外筒５１２と導通する（図２および図３の上段参照）。その結果、第２のシールド線ＳＬ２は、それぞれ導電性を有する外筒５１２、主体金具５０３、取付用ボス４１７、排ガス配管４１５を介して、車両４９０のシャーシ（図示せず）と電気的に接続される。その結果、第２のシールド線ＳＬ２は、接地されている。
【００５９】
図６は、センサユニット３００の構成を示す分解斜視図である。図６にも、図２〜図４と対応するように三次元矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを図示す。図６において、矢印Ｘは、図面の右奥の方向を示し、矢印Ｙは、図面左奥の方向を示し、矢印Ｚは、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬ（図２〜図４参照）に沿った方向を示している。
【００６０】
センサユニット３００の中央には、第１のセラミック層３１０が設けられている。第１のセラミック層３１０は、一対の外周部３１２，３１４と、外周部３１２，３１４の間に配される柱状部３１６とを備える。
【００６１】
互いに線対称の形状を有する一対の外周部３１２，３１４は、センサユニット３００内において高圧空気、イオン、および排ガスが流れる流路を定める。流路は、外周部３１２と外周部３１４の間に構成される。排ガスなどの流体は、主に、図６の上から下に向かって、より具体的には、微粒子センサ１００の後端側から先端側に向かって、流路を流れる。なお、一対の外周部３１２，３１４は、略長方形の外形を形成するように形成および配置される。
【００６２】
外周部３１２と外周部３１４の間に構成される流路は、センサユニット３００の後端側から先端側に向かって順に、流路６１１〜６１８である。流路６１１〜６１８は、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬを含むように構成される（図４参照）。なお、流路６１１〜６１８は、センサユニット３００の「内部」である。
【００６３】
流路６１１の後端は、セパレータ５１０の貫通孔５１０ｈに接続される（図２の中段、ならびに図４の左下部および右上部参照）。流路６１１は、セパレータ５１０の貫通孔５１０ｈを介して圧縮空気を受け取る。この圧縮空気は、流路６１１〜６１８を流れて、センサユニット３００の先端側に設けられた排出孔３５（図３の下段参照）から、排ガスとともに排出される。流路６１８の下流端の開口が排出孔３５である。なお、流路６１１の先端部６１１ｎは、流れの方向に沿って流路の断面積が小さくなるように構成されている。すなわち、流路６１１の先端部６１１ｎは、ノズル（オリフィス）として機能する。また、柱状部３１６は、流路６１６と流路６１７の接続部分に配されて、圧縮空気が先端側に向かう直線状の流れを阻害する。柱状部３１６の機能については、後に説明する。
【００６４】
第１のセラミック層３１０に対してＹ軸負の側（以下、「表側」という）には、図６に示すように、放電パターン３２０とトラップパターン３２５とが配されている。なお、放電パターン３２０とトラップパターン３２５は、実際には第２のセラミック層３３０のＹ軸正の側の表面にパターン印刷されることで形成されている。放電パターン３２０の先端部３２２は、流路６１１の先端部６１１ｎ上に位置し、一方の放電電極として機能する。以下では、放電パターン３２０の先端部３２２を「第１の電極３２２」とも表記する。放電パターン３２０のうち先端部３２２以外の部分３２３は、第１のセラミック層３１０の外周部３１２上に配される。
【００６５】
トラップパターン３２５の先端部３２６は、捕捉部の一部を構成する流路６１６，６１７上に位置し、同様に捕捉部の一部として機能する。トラップパターン３２５のうち先端部３２６以外の部分３２７は、第１のセラミック層３１０の外周部３１４上に配される。
【００６６】
放電パターン３２０とトラップパターン３２５に対してさらに表側には、第２のセラミック層３３０が配される。第２のセラミック層３３０は、Ｙ軸方向に投影したときに外周部３１２，３１４が形成する外形と重なるような略長方形の外形を有する。第２のセラミック層３３０は、混合部として機能する流路６１２上に、開口３３０ｈを有する。開口３３０ｈは、排ガスをセンサユニット３００内に導入するための流入孔４５の一部として機能する（図１（Ｂ）、ならびに図２および図３の下段参照）。
【００６７】
放電パターン３２０とトラップパターン３２５は、第２のセラミック層３３０に覆われる。より詳細には、放電パターン３２０のうち先端部３２２以外の部分３２３と、トラップパターン３２５のうち先端部３２６以外の部分３２７とは、第１のセラミック層３１０と第２のセラミック層３３０によって挟まれて、それらによって覆われている。その結果、放電パターン３２０の部分３２３と、トラップパターン３２５の部分３２７とは、流路６１１〜６１８において露出しない。また、放電パターン３２０とトラップパターン３２５は、センサユニット３００の外部において露出しない。なお、実際の製造工程においては、放電パターン３２０とトラップパターン３２５は、たとえば、上述したように、第１のセラミック層３１０と向かい合う側の第２のセラミック層３３０の面上に、あらかじめパターン印刷することで設けられている。
【００６８】
第２のセラミック層３３０に対してさらに表側には、第１のグランドパターン３４０が配される。第１のグランドパターン３４０は、第２のセラミック層３３０の外形より小さい略長方形の外形を有する。第１のグランドパターン３４０は、Ｙ軸方向に投影したときに第２のセラミック層３３０の領域に含まれる位置に、配される。
【００６９】
第１のグランドパターン３４０は、混合部として機能する流路６１２上に、開口３４０ｈを有する。開口３４０ｈは、Ｙ軸方向に投影したときに第２のセラミック層３３０の開口３３０ｈと重なる位置に、配される。ただし、開口３４０ｈは開口３３０ｈよりも大きい。開口３４０ｈは、開口３３０ｈとともに、流入孔４５の一部として機能する（図１（Ｂ）、ならびに図２および図３の下段参照）。また、第１のグランドパターン３４０は、Ｙ軸方向に投影したときに放電パターン３２０の後端部３２４と重なる位置に、開口３４２を備える。そして、第１のグランドパターン３４０は、Ｙ軸方向に投影したときにトラップパターン３２５の後端部３２８と重なる位置に、開口３４４を備える。
【００７０】
第１のグランドパターン３４０に対してさらに表側には、第３のセラミック層３５０が配される。第３のセラミック層３５０は、Ｙ軸方向に投影したときに第２のセラミック層３３０と重なる略長方形の外形を有する。第３のセラミック層３５０は、混合部として機能する流路６１２上に、開口３５０ｈを有する。開口３５０ｈは、Ｙ軸方向に投影したときに、第２のセラミック層３３０の開口３３０ｈ、第１のグランドパターン３４０の３４０ｈと重なる位置に、配される。ただし、開口３５０ｈは開口３４０ｈよりも小さい。開口３５０ｈは、開口３３０ｈ，３４０ｈとともに、流入孔４５の一部として機能する（図１（Ｂ）、ならびに図２および図３の下段参照）。
【００７１】
第１のグランドパターン３４０は、開口３４０ｈの端面も含めて、第３のセラミック層３５０に覆われる。すなわち、第１のグランドパターン３４０は、第２のセラミック層３３０と第３のセラミック層３５０によって挟まれ、それらによって覆われている。その結果、第１のグランドパターン３４０は、流路６１１〜６１８およびセンサユニット３００の外部において露出しない。
【００７２】
第２のセラミック層３３０と、第３のセラミック層３５０は、Ｙ軸方向に投影したときに放電パターン３２０の後端部３２４と重なる位置に、それぞれビア３３０ｖ１，３５０ｖ１を２個ずつ備える。ビア３３０ｖ１は、第２のセラミック層３３０を貫通している。ビア３５０ｖ１は、第３のセラミック層３５０を貫通している。２組のビア３３０ｖ１，３５０ｖ１には導電部材が充填されている。それら導電部材は、第１のグランドパターン３４０と絶縁された状態で当該第１のグランドパターン３４０の開口３４２を通って、放電パターン３２０の後端部３２４と導通している。さらに、第３のセラミック層３５０の表側には、ビア３５０ｖ１と導通するように電極パッド３５２が設けられる。
【００７３】
電極パッド３５２には、絶縁電線１２１に接続された端子１２１ｔが接触する（図４左下部参照）。放電パターン３２０は、絶縁電線１２１、端子１２１ｔ、電極パッド３５２、ビア３５０ｖ１，３３０ｖ１を介して、電気回路部１１２（図１（Ｂ）参照）から電力を供給される。
【００７４】
同様に、第２のセラミック層３３０と、第３のセラミック層３５０は、Ｙ軸方向に投影したときにトラップパターン３２５の後端部３２８と重なる位置に、それぞれビア３３０ｖ２，３５０ｖ２を２個ずつ備える。ビア３３０ｖ２は、第２のセラミック層３３０を貫通している。ビア３５０ｖ２は、第３のセラミック層３５０を貫通している。ビア３３０ｖ２，３５０ｖ２には導電部材が充填されている。そして、それら導電部材は、第１のグランドパターン３４０と絶縁された状態で当該第１のグランドパターン３４０の開口３４４を通って、トラップパターン３２５の後端部３２８と導通している。第３のセラミック層３５０の表側には、ビア３５０ｖ２と導通するように電極パッド３５４が設けられる。
【００７５】
電極パッド３５４には、絶縁電線１２２に接続された端子１２２ｔが接触する（図２中段および図４左下部参照）。トラップパターン３２５は、絶縁電線１２２、端子１２２ｔ、電極パッド３５４、ビア３５０ｖ２，３３０ｖ２を介して、電気回路部１１２（図１（Ｂ）参照）から電力を供給される。
【００７６】
さらに、第３のセラミック層３５０は、Ｙ軸方向に投影したときに第１のグランドパターン３４０と重なる位置に、２個のビア３５０ｖ３を備える。ビア３５０ｖ３は、第３のセラミック層３５０を貫通している。ビア３５０ｖ３には導電部材が充填されている。そして、それら導電部材は、第１のグランドパターン３４０と導通している。第３のセラミック層３５０の表側には、ビア３５０ｖ３と導通するように電極パッド３５６が設けられる。
【００７７】
電極パッド３５６には、導電性の内筒５０９等を介して信号線１２４（第１のシールド線ＳＬ１）に接続された端子１２４ｔが接触する（図２中段および図４左下部参照）。第１のグランドパターン３４０の電位は、ビア３５０ｖ３、電極パッド３５６、端子１２４ｔ、内筒５０９等、信号線１２４を介して、センサ駆動部１１０の電気回路部１１２に伝えられる。
【００７８】
なお、センサユニット３００が微粒子センサ１００に組み込まれた状態において、電極パッド３５２，３５４，３５６は、主体金具５０３、および第２のセラミックリング５０７よりも後端側に位置する（図４の右側中段および図３の中段参照）。このため、電極パッド３５２，３５４，３５６は、排ガスに接触しない。
【００７９】
一方、第１のセラミック層３１０に対してＹ軸正の側（以下、「裏側」という）には、図６に示すように、第２のグランドパターン３６０が配される。第２のグランドパターン３６０は、Ｙ軸方向に投影したときに第１のセラミック層３１０の外周部３１２，３１４が形成する略長方形の外形より小さい略長方形の外形を有する。第２のグランドパターン３６０は、Ｙ軸方向に投影したときに外周部３１２，３１４が形成する略長方形の外形に含まれる位置に、配される。第２のグランドパターン３６０は、流路６１１〜６１８に対して露出しており、流路６１１〜６１８の底面を構成する。
【００８０】
第２のグランドパターン３６０に対してさらに裏側には、第４のセラミック層３７０が配される。第４のセラミック層３７０は、Ｙ軸方向に投影したときに外周部３１２，３１４が形成する略長方形の外形と重なる略長方形の外形を有する。
【００８１】
第２のグランドパターン３６０は、第４のセラミック層３７０に覆われる。すなわち、第２のグランドパターン３６０は、第１のセラミック層３１０と第４のセラミック層３７０によって挟まれ、それらによって覆われている。その結果、第２のグランドパターン３６０は、センサユニット３００の外部に露出しない。
【００８２】
第４のセラミック層３７０に対してさらに裏側には、ヒータパターン３８０が、配されている。ヒータパターン３８０は、センサユニット３００の後端側に両端を有する一続きの電熱線のパターンである。ヒータパターン３８０は、電力を供給されることにより、第２のグランドパターン３６０の第２の電極３６２、トラップパターン３２５の先端部３２６、放電パターン３２０の第１の電極３２２などを含むセンサユニット３００全体を、５５０〜６００度に昇温させる。その結果、第２のグランドパターン３６０のうち流路６１１〜６１８において露出している部分、流路６１６，６１７において露出している先端部３２６、流路６１３において露出した第１の電極３２２などに付着した煤は、燃焼される。このため、それらの構成は、煤に覆われることなく長期にわたって性能を発揮できる。
【００８３】
なお、第２のグランドパターン３６０のうち流路６１１〜６１８において露出している部分、流路６１６，６１７において露出している先端部３２６、流路６１３において露出している第１の電極３２２は、白金で構成されることが好ましい。そのような態様とすることにより、電極自身の耐酸化性を向上させることができる。
【００８４】
ヒータパターン３８０に対してさらに裏側には、第５のセラミック層３９０が配される。第５のセラミック層３９０は、Ｙ軸方向に投影したときに第４のセラミック層３７０と重なる略長方形の外形を有する。ヒータパターン３８０は、第５のセラミック層３９０に覆われる。すなわち、ヒータパターン３８０は、第４のセラミック層３７０と第５のセラミック層３９０によって挟まれて、それらによって覆われている。その結果、ヒータパターン３８０は、流路６１１〜６１８およびセンサユニット３００外において露出しない。
【００８５】
なお、第１〜第５のセラミック層３１０，３３０，３５０，３７０，３９０は、絶縁セラミック（例えば、アルミナ）で構成されている。第１〜第５のセラミック層３１０，３３０，３５０，３７０，３９０で構成される構造が、「課題を解決するための手段」における「構造体」に相当する。構造体ＳＴを図６に示す。構造体ＳＴの外側が、センサユニット３００の「外部」である。
【００８６】
第５のセラミック層３９０は、Ｙ軸方向に投影したときにヒータパターン３８０の二つの後端部３８２，３８４とそれぞれ重なる位置に、それぞれビア３９０ｖ１，３９０ｖ２を２個ずつ備える。ビア３９０ｖ１，３９０ｖ２は、第５のセラミック層３９０を貫通している。ビア３９０ｖ１，３９０ｖ２には導電部材が充填されている。そして、それら導電部材は、ヒータパターン３８０の二つの後端部３８２，３８４とそれぞれ導通している。さらに、第５のセラミック層３９０の裏側には、ビア３９０ｖ１と導通するように電極パッド３９２が設けられる。そして、第５のセラミック層３９０の裏側には、同様に、ビア３９０ｖ２と導通するように電極パッド３９４が設けられる。
【００８７】
電極パッド３９２には、絶縁電線１２５に接続された端子１２５ｔが接触する（図４左下部参照）。電極パッド３９４には、絶縁電線１２６に接続された端子１２６ｔが接触する（図２中段および図４左下部参照）。ヒータパターン３８０は、絶縁電線１２５、端子１２５ｔ、電極パッド３９２、ビア３９０ｖ１、ならびに絶縁電線１２６、端子１２６ｔ、電極パッド３９４、ビア３９０ｖ２を介して、電気回路部１１２（図１（Ｂ）参照）から電力を供給される。
【００８８】
なお、センサユニット３００が微粒子センサ１００に組み込まれた状態において、電極パッド３９２，３９４は、主体金具５０３、および第２のセラミックリング５０７よりも後端側に位置する（図４の右側中段および図３の中段参照）。このため、電極パッド３９２，３９４は、排ガスに接触しない。
【００８９】
前述のように、ヒータパターン３８０によりセンサユニット３００全体が５５０〜６００度に昇温される。このため、たとえば、表面に露出している第３のセラミック層３５０や第５のセラミック層３９０に、排ガス中に含まれる水滴が付着した場合には、第３のセラミック層３５０や第５のセラミック層３９０が熱衝撃によって損傷する可能性がある。
【００９０】
しかし、本実施例においては、センサユニット３００は、排ガス管４１５内においてプロテクタ５０１に覆われている（図１（Ｂ）、図２および図３参照）。また、排ガス配管４１５内を流通する排ガスに接触する部分３００ｅのうち、排ガス管４１５の外部に位置する部分は、プロテクタ５０１および主体金具５０３の先端部に覆われている。このため、センサユニット３００に直接、水滴が付着する可能性は低い。よって、上記のような事態が生じる可能性を低減することができる。なお、プロテクタ５０１には、通気孔が設けられている。このため、センサユニット３００は、プロテクタ５０１の通気孔を通った排ガスを取り込むことができる。
【００９１】
図６中央に示す第１のセラミック層３１０は、外周部３１２，３１４が形成する略長方形の外形の辺に沿って、Ｙ軸方向に投影したときに第１のグランドパターン３４０および第２のグランドパターン３６０と重なる位置に、複数のビア３１０ｖを備える。これらの複数のビア３１０ｖは、流路６１１〜６１８、ならびに放電パターン３２０、およびトラップパターン３２５を囲む位置に配される。ビア３１０ｖは、第１のセラミック層３１０を貫通している。
【００９２】
また、第２のセラミック層３３０は、略長方形の外形の辺に沿って、Ｙ軸方向に投影したときに第１のセラミック層３１０のビア３１０ｖと重なる位置に、複数のビア３３０ｖ３を備える。ビア３３０ｖ３は、第２のセラミック層３３０を貫通している。
【００９３】
第１のセラミック層３１０のビア３１０ｖおよび第２のセラミック層３３０のビア３３０ｖ３には、導電部材が充填されている。そして、それら導電部材は、第１のグランドパターン３４０および第２のグランドパターン３６０と導通している。
【００９４】
放電パターン３２０およびトラップパターン３２５は、第１のグランドパターン３４０および第２のグランドパターン３６０、ならびにそれらを結ぶ複数のビア３１０ｖ，３３０ｖ３内の導電部材で囲まれている。これら第１および第２のグランドパターン３４０，３６０、ならびに複数のビア３１０ｖ，３３０ｖ３内の導電部材は、後述するように、煤の帯電に使用されなかったイオンの量に応じた電位を有する。この電位は、後述するように、センサユニット３００における基準電位である。その結果、第１および第２のグランドパターン３４０，３６０、ならびにそれらを結ぶ複数のビア３１０ｖ，３３０ｖ３内の導電部材は、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５に対するファラデーケージとして機能する。すなわち、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５は外部の電場から遮断される。その結果、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５は、外部のノイズによって電位を変動されることなく、正確に機能することができる。
【００９５】
第２のグランドパターン３６０、および、第１のグランドパターン３４０、ならびに第１のグランドパターン３４０と第２のグランドパターン３６０とを結ぶ複数のビア３１０ｖ，３３０ｖ３内の導電部材が、「課題を解決するための手段」における「センサグランド部」として機能する。センサグランド部ＳＧを図６に示す。第２のグランドパターン３６０、および、第１のグランドパターン３４０、ならびに第１のグランドパターン３４０と第２のグランドパターン３６０とを結ぶ複数のビア３１０ｖ，３３０ｖ３内の導電部材の電位が、「第１のフローティング電位」に相当する。
【００９６】
Ａ２．微粒子センサの機能：
図７は、排ガス中の微粒子量を検出するためのセンサユニット３００の機能を説明するための模式図である。図７においては、排ガス配管４１５内に挿入されたセンサユニット３００の内部構造が模式的に図示されている。ただし、図７においては、特にｘ軸方向およびｙ軸方向の各部の配置については、技術の理解を容易にするため、実際の状態が反映されていない。
【００９７】
センサユニット３００は、後端側である上流側から、先端側である下流側に向かって、流路６１１〜６１８を有する（図６の中央部も参照）。流路６１１は、空気供給管１２３から供給される高圧空気を受け取る（図２中段参照）。なお、図７において、センサユニット３００が受け取る高圧空気の流れを矢印ｆａで示す。
【００９８】
流路６１２の流路断面は、図４、図６および図７に示すように、流路６１１の流路断面よりも大きい。流路６１２においては、流入孔４５（図６の開口３３０ｈ，３４０ｈ，３５０ｈ）から供給される、煤Ｓを含んだ排ガスと、流路６１１から供給される高圧空気とが、混合される。なお、図７において、センサユニット３００に取り込まれる排ガスの流れを矢印ｆｉで示す。
【００９９】
流路６１１の先端部６１１ｎの流路断面は、下流にいくほど小さくなっており（図６の中央部、図７の上段参照）、先端において、流路６１１よりも流路の断面積が大きい流路６１２に接続されている。流路６１１の先端部６１１ｎは、ノズルとして機能する。
【０１００】
流路６１１の底面には、第２のグランドパターン３６０が露出している。流路６１１においては、第２のグランドパターン３６０のうち流路６１１の底を形成する電極部分３６１と、放電パターン３２０の先端部３２２（第１の電極３２２）と、の間で放電が行われる。その放電の結果、陽イオンＰＩが生成される。陽イオンＰＩは、高圧空気とともに流路６１１から流路６１２に流入する。流路６１１の先端部６１１ｎにおいて生成された陽イオンＰＩと、流路６１２において流入孔４５から導入された排ガスとは、主に流路６１２において混合される。その際、一部の陽イオンＰＩは、排ガス中の煤Ｓに付着し、煤を帯電させる。そして、帯電した煤、イオンは排ガスと共に、流路６１３、６１４、６１５の順に流れる。なお、以下では、第２のグランドパターン３６０のうち流路６１１の先端部６１１ｎの底を形成する電極部分３６１を、「第２の電極３６１」とも表記する。
【０１０１】
流路６１１と、第２のグランドパターン３６０の電極部分３６１（第２の電極３６１）と、放電パターン３２０の先端部３２２（第１の電極３２２）とは、「課題を解決するための手段」における「イオン発生部」として機能する。放電パターン３２０の第１の電極３２２の電位が、「第２のフローティング電位」に相当する。イオン発生部ＩＧを図７に示す。
【０１０２】
また、放電パターン３２０のうち先端部３２２以外の部分３２３が、「課題を解決するための手段」における「放電電位部」に相当する。
流路６１２は、「課題を解決するための手段」における「帯電部」として機能する。帯電部ＥＣを図７に示す。
【０１０３】
流路６１６，６１７の流路断面は、流路６１４，６１５の流路断面よりも大きい。流路６１６，６１７の底面には、前述のように、第２のグランドパターン３６０が露出している（図６の中央部参照）。流路６１６，６１７の上面には、トラップパターン３２５の先端部３２６が露出している。そして、流路６１６，６１７の接続部分であって、流路の底面としての第２のグランドパターン３６０と、流路の上面としての先端部３２６の間には、柱状部３１６が配されている。流路６１４および柱状部３１６は、それぞれ、微粒子センサ１００の仮想中心軸ＣＬを含む位置に配される（図６の中央部参照）。
【０１０４】
トラップパターン３２５の先端部３２６は、絶縁電線１２２を介して、電気回路部１１２により第２のグランドパターン３６０よりも高い電位とされている。このため、陽イオンと、陽イオンの付着により帯電された煤とは、トラップパターン３２５の先端部３２６から斥力を受ける。その結果、質量の小さい陽イオンは、底面側に進路を変更され、先端部３２６と向かい合う第２のグランドパターン３６０に捕捉される。トラップパターン３２５の先端部３２６と向かい合う第２のグランドパターン３６０の部分を、捕捉領域３６２として図６および図７に示す。
【０１０５】
一方で、帯電された煤は、質量が大きいため、先端部３２６からの斥力による進路の変更の程度が少ない。このため、帯電された煤は、捕捉領域３６２に捕捉されることなく、そのまま、流路６１８から排出孔３５を経て、センサユニット３００外部に排出される。なお、図７において、センサユニット３００から排出される排ガスの流れを矢印ｆｏで示す。
【０１０６】
なお、柱状部３１６は、流路６１４の下流側の正面に配される。このため、流路６１３〜６１５を通過した排ガスおよび空気は、直接、流路６１７，６１８に向かわず、柱状部３１６によって進路を乱される。よって、本実施例によれば、柱状部３１６が設けられず、流路６１３〜６１５を通過した排ガスおよび空気がそのまま下流の流路６１７，６１８に向かう態様に比べて、陽イオンを効率的に捕捉領域３６２で捕捉することができる。
【０１０７】
流路６１６，６１７と、柱状部３１６と、トラップパターン３２５の先端部３２６と、捕捉領域３６２とは、「課題を解決するための手段」における「捕捉部」として機能する。捕捉部ＣＰを図７に示す。
【０１０８】
図８は、センサ制御部１１１による微粒子センサ１００を用いた排ガス中の煤量の検出を説明するためのブロック図である。電気回路部１１２は、一次側電源部２１０と、二次側電源部２２０と、第３電流供給回路２２３と、電流差計測部２３０とを備える。一次側電源部２１０は、センサ制御部１１１（図１（Ｂ）参照）の指令に従って、トランスを介して二次側電源部２２０に高圧電力を供給する。二次側電源部２２０は、第１電流供給回路２２１と、第２電流供給回路２２２とを備えている。
【０１０９】
第１電流供給回路２２１は、第２の絶縁電線１２２を介して、トラップパターン３２５の先端部３２６（図６の中段および図７の下段参照）に接続されている。トラップパターン３２５の先端部３２６は、第１電流供給回路２２１から、陽イオンＰＩに斥力を付与するための電力（１００Ｖ）を供給される。
【０１１０】
第２電流供給回路２２２は、第１の絶縁電線１２１を介して放電パターン３２０の第１の電極３２２（図６の中段、および図７の上段参照）と接続されている。第１の電極３２２は、第２電流供給回路２２２から、コロナ放電のための電力（２〜３ｋＶ、１００ｋＨｚ）が供給される。なお、第２電流供給回路２２２は、定電流回路であり、コロナ放電に際して、例えば５μＡ程度の一定の電流Ｉinを放電パターン３２０の第１の電極３２２に供給する。
【０１１１】
第３電流供給回路２２３は、第３および第４の絶縁電線１２５，１２６等を介してヒータパターン３８０（図６の左上部参照）と接続されている。ヒータパターン３８０は、第３電流供給回路２２３から、センサユニット３００を昇温させるための電力を供給される。なお、第３電流供給回路２２３、第３および第４の絶縁電線１２５，１２６、ならびにヒータパターン３８０で構成される回路は、放電パターン３２０、トラップパターン３２５、第２のグランドパターン３６０とは独立に構成される。
【０１１２】
電流差計測部２３０は、信号線１２４（第１のシールド線ＳＬ１）等を介して、捕捉領域３６２（第２のグランドパターン３６０に接続されている捕捉領域３６２）と電気的に接続されている。また、電流差計測部２３０は、排ガス配管４１５または車両４９０のシャーシを介して接地されている。
【０１１３】
第２電流供給回路２２２から放電パターン３２０の第１の電極３２２に入力電流Ｉinが流れると、コロナ放電により、第１の電極３２２から第２の電極３６１を介して第２のグランドパターン３６０に放電電流Ｉdcが流れるとともに、陽イオンＰＩが生成される。その陽イオンＰＩの一部は、図７に示すように、煤Ｓの帯電に用いられ、煤Ｓの帯電に用いられなかった残りの陽イオンＰＩは、捕捉領域３６２において捕捉される。
【０１１４】
ここで、煤Ｓの帯電に用いられてセンサユニット３００の外部へと漏洩する陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「漏洩電流Ｉesc」と呼ぶ。一方、捕捉領域３６２に捕捉される陽イオンＰＩの流れに相当する電流を「捕捉電流Ｉtrp」と呼ぶ。このとき、コロナ放電によって流れるこれらの４つの電流Ｉin，Ｉdc，Ｉesc，Ｉtrpについて、以下の関係式（１）が成り立つ。
Ｉin＝Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉesc  …（１）
【０１１５】
これらの電流のうち、放電電流Ｉdcと、捕捉電流Ｉtrpとは、第２のグランドパターン３６０に流れる電流である。また、放電パターン３２０の第１の電極３２２への入力電流Ｉinは、前述のように、第２電流供給回路２２２によって一定に制御されている。従って、入力電流Ｉinと、第２のグランドパターン３６０に流れる２つの電流Ｉdc，Ｉtrpの合計との差をとることにより、漏洩電流Ｉescを得ることができる（下記（２）式）。
Ｉesc＝Ｉin−（Ｉdc＋Ｉtrp）…（２）
【０１１６】
第２のグランドパターン３６０では、入力電流Ｉinに対して漏洩電流Ｉescの分が不足する分だけ、その電位が、外部の基準電位（車両４９０のシャーシの電位）より低下する。これに対し、電流差計測部２３０からは、その低下分を補償するように、補償電流Ｉcが信号線１２４に流れる。この補償電流Ｉcは漏洩電流Ｉescに相当する電流である。電流差計測部２３０は、この補償電流Ｉcの計測値を漏洩電流Ｉescの計測値として、センサ制御部１１１に送信する。
【０１１７】
漏洩電流Ｉescは、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量と相関関係を有する電流である（図７の下段参照）。そして、煤Ｓの帯電に用いられた陽イオンＰＩの量は、排ガス中の単位流量当たりの煤Ｓの量と相関関係を有する量である。従って、上記のように漏洩電流Ｉescを計測（検出）することにより、排ガス中の単位流量当たりの煤Ｓの量を求めることができる。センサ制御部１１１は、予め記憶されたマップや演算式などを用いて、電流差計測部２３０において検出された漏洩電流Ｉescに対する排ガス中の煤Ｓの量を取得する。
【０１１８】
このように、センサ制御部１１１は、煤Ｓの帯電に用いられてセンサユニット３００の外部へと漏洩した陽イオンＰＩの量に応じて変化する第２のグランドパターン３６０の電位に起因して、第２のグランドパターン３６０に流れる電流の量に基づいて、排ガス中の煤Ｓの量を検出する。言い換えれば、センサ制御部１１１は、煤Ｓの帯電に用いられず、捕捉領域３６２（第２のグランドパターン３６０に接続されている）に捕捉された陽イオンＰＩの量に応じて変化する第２のグランドパターン３６０の電位に起因して、第２のグランドパターン３６０に流れる電流の量に基づいて、排ガス中の煤Ｓの量を検出する、と表現することもできる。
【０１１９】
なお、本実施例において、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５は、第１のグランドパターン３４０および第２のグランドパターン３６０、ならびにそれらを結ぶ複数のビア３１０ｖ，３３０ｖ３内の導電部材で囲まれている。このため、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５から漏れだした電流は、第１のグランドパターン３４０および第２のグランドパターン３６０、ならびにそれらを結ぶ複数のビア３１０ｖ，３３０ｖ３内の導電部材に流入する。よって、上記の第１の電極３２２から第２の電極３６１への放電電流Ｉdcが電流の漏出による誤差を含んでいたとしても、その誤差分は、第２のグランドパターン３６０における捕捉電流Ｉtrpに吸収される。このため、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５から電流が漏れだしていても、式（２）の右辺が含む誤差はごく小さなものとなるか、または０となる。よって式（２）から得られる漏洩電流Ｉescは、正確な値となる。その結果、微粒子センサ１００の出力値は正確なものとなる。
【０１２０】
本実施例の微粒子センサ１００によれば、簡易かつ小型な構成で、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤Ｓなどの微粒子の量を検出することができる。
【０１２１】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１２２】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例においては、イオン発生部ＩＧにおいて生じたイオンＰＩを帯電部ＥＣおよび捕捉部ＣＰへと流入させるために利用される気体は、空気である。しかし、イオンＰＩを帯電部ＥＣおよびイオン捕捉部ＣＰへと流入させるために利用される気体は、検出対象である微粒子を含まない他の気体とすることもできる。イオンＰＩを帯電部ＥＣおよび捕捉部ＣＰへと流入させるために利用される気体は、微粒子センサ１００が使用される環境下において電離しにくいものであることが好ましい。そして、イオンＰＩを帯電部ＥＣおよび捕捉部ＣＰへと流入させるために利用される気体は、コロナ放電により、電離されるものであることが、より好ましい。さらに、微粒子センサ１００が使用される環境において微粒子センサ１００やセンサ駆動部１１０の周囲に存在する気体であることが好ましい。
【０１２３】
Ｂ２．変形例２：
上記実施例では、
センサユニット３００内部の流路６１１の先端部６１１ｎには、ノズルが形成されている。しかし、センサユニット３００内の流路にはノズルは形成されていなくともよい。ただし、ノズルを設けることにより、ノズルからの噴流によって下流の空間に負圧を発生させることができる。流入孔４５をノズルの下流の空間の壁部に設けることにより、外部から排ガスを効率的に取り込むことができる。
【０１２４】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例では、コロナ放電により放電パターン３２０の第１の電極３２２と第２のグランドパターン３６０の第２の電極３６１との間で陽イオンを発生させ、トラップパターン３２５の先端部３２６にて陽イオンとの間で斥力を生じさせる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、第１の電極３２２と第２の電極３６１の正負の接続先を変更し、トラップパターン３２５の極性を逆にすることで、コロナ放電により陰イオンを発生させ、トラップパターン３２５の先端部３２６にて陰イオンとの間で斥力を生じさせる構成を採って被検出ガス中に含まれる微粒子の量を検出するようにしてもよい。
【０１２５】
より具体的には、上記実施例においては、第２のフローティング電位としての放電パターン３２０の第１の電極３２２の電位は、第１のフローティング電位としてのセンサグランド部ＳＧの電位よりも２〜３ｋＶ高い電位である。そして、第２の電極３６１は、センサグランド部ＳＧに接続されている。しかし、イオンを生じさせるための一方の電極の電位である第２のフローティング電位は、第１のフローティング電位よりも低い電位とすることもできる。また、イオンを生じさせるための他方の電極の電位は、第２のフローティング電位よりも高い電位とすることができ、また、第２のフローティング電位よりも低い電位とすることができる。ただし、イオンを生じさせるための他方の電極の電位は、第１のフローティング電位とすることが好ましい。
【０１２６】
Ｂ４．変形例４：
また、上記実施例においては、イオン発生部ＩＧでは、２〜３ｋＶの電圧を、１００ｋＨｚで断続的に第１の電極３２２に印加する。しかし、イオンを生成するために電極に電圧を印加する態様は、他の電圧や他の周波数とするなど、他の態様であってもよい。ただし、断続的に電圧が印加されたり、交流電圧が印加される態様において、絶縁電線の被覆の劣化は顕著である。このため、本発明は、そのような態様に適用するとより好適である。
【０１２７】
Ｂ５．変形例５：
上記実施例においては、放電パターン３２０のうち先端部３２２以外の部分３２３、トラップパターン３２５のうち先端部３２６以外の部分３２７、第１のグランドパターン３４０、第１のセラミック層３１０のビア３１０ｖ、第２のセラミック層３３０のビア３３０ｖ３は、絶縁セラミック製の構造体ＳＴ内部に設けられている。しかし、検出対象である粒子を含むガスに接触しない部位においては、それらの導電部材は、構造体の外部に露出していてもよい。
【０１２８】
Ｂ６．変形例６：
上記実施例においては、第１のセラミック層３１０のビア３１０ｖ、および第２のセラミック層３３０のビア３３０ｖは、センサユニット３００の構造体ＳＴの断面形状である長方形の３辺に沿って設けられている。そして、第１のグランドパターン３４０は、四角柱状の構造体ＳＴの内部にあって、ビア３１０ｖ、３３０ｖと垂直な面を形成している。上記実施例においては、これらがセンサグランド部ＳＧを構成し、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５を囲むファラデーケージを形成する。すなわち、放電パターン３２０およびトラップパターン３２５に対して、Ｘ軸方向の正の側および負の側、Ｙ軸方向の負の側、ならびにＺ軸方向の負の側に、センサグランド部ＳＧを構成する部材が配されている。
【０１２９】
しかし、放電電位部としての放電パターン３２０の一部３２３を囲むセンサグランド部は、他の構成とすることもできる。ただし、センサグランド部を構成する部材間を平面でつないで閉じた空間を形成した際に、その空間内に第１の電極と放電電位部が位置するように、センサグランド部が構成されることが好ましい。
【０１３０】
Ｂ７．変形例７：
上記実施例においては、柱状部３１６は、流路６１６と流路６１７の接続部分おいて、流路の底部から天井部に至る構成として設けられている。しかし、流路においてガスの直線状の流れを阻害し、イオンの捕捉を促すための構成は、他の形状および構造とすることもできる。たとえば、流路においてガスの直線状の流れを阻害する構成としては、流路の底部において、天井部には至らない坂を形成する構成とすることもできる。また、板状の構成を流路内に配することもできる。
【０１３１】
Ｂ８．変形例８：
上記実施例においては、ヒータパターン３８０は、センサユニット３００全体を５５０〜６００度に昇温させる。しかし、ヒータは、検出対象である微粒子を含むガスに接触する導電部分を、その導電部分に付着する微粒子やその他の不純物を燃焼できる温度に、加熱することができるものであればよい。加熱温度は、ガスに接触する導電部分の素材、ならびにその導電部分に付着する微粒子やその他の不純物の組成に応じて定めることができる。
【０１３２】
そして、ヒータは、単一のヒータであってもよく、第１および第２の電極、捕捉部ならびに帯電部の任意の一つまたはそれらの任意の組み合わせをそれぞれ昇温させることができる複数のヒータであってもよい。
【０１３３】
Ｂ９．変形例９：
上記実施例では、微粒子センサ１００のうち、排ガス配管４１５内に配置されるセンサユニット３００に、イオン発生部ＩＧと、帯電部ＥＣと、捕捉部ＣＰとが配列されていた。しかし、センサユニットには、帯電部ＥＣと捕捉部ＣＰが設けられていればよい。イオン発生部ＩＧについては、例えば、微粒子センサ１００のうち排ガス配管４１５の外側に配置される部位に離隔して設けられるものとしてもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
３５…排出孔
４５…流入孔
１００…微粒子センサ
１１０…センサ駆動部
１１１…センサ制御部
１１２…電気回路部
１１３…エア供給部
１２０…ケーブル
１２０１…ガラス繊維部
１２０２…第１のケーブル被覆層
１２０３…第２のケーブル被覆層
１２０４…外皮
１２０ｅ…ケーブルの端面
１２１，１２２，１２５，１２６…絶縁電線
１２１０，１２２０，１２５０，１２６０…芯線
１２１１，１２２１，１２５１，１２６１…樹脂被覆層
１２１ｔ，１２２ｔ，１２５ｔ，１２６ｔ…端子
１２３…空気供給管
１２３ｓ…補強部材
１２４…信号線
１２４ｔ…端子
２１０…一次側電源部
２２０…二次側電源部
２２１…第１電流供給回路
２２２…第２電流供給回路
２２３…第３電流供給回路
２３０…電流差計測部
３００…センサユニット
３１０…第１のセラミック層
３１０ｖ…ビア
３１２，３１４…外周部
３１６…柱状部
３２０…放電パターン
３２２…放電パターンの先端部（第１の電極）
３２３…放電パターンのうち先端部以外の部分
３２４…放電パターンの後端部
３２５…トラップパターン
３２６…トラップパターンの先端部
３２７…トラップパターンのうち先端部以外の部分
３２８…トラップパターンの後端部
３３０…第２のセラミック層
３３０ｈ，３４０ｈ，３５０ｈ…開口
３３０ｖ１〜３３０ｖ３…ビア
３４０…第１のグランドパターン
３４２，３４４…開口
３５０…第３のセラミック層
３５０ｖ１〜３５０ｖ２…ビア
３５２…電極パッド
３５４…電極パッド
３５６…電極パッド
３６０…第２のグランドパターン
３６１…第２のグランドパターンの電極部分（第２の電極）
３６２…捕捉領域
３７０…第４のセラミック層
３８０…ヒータパターン
３８２，３８４…ヒータパターンの後端部
３９０…セラミック層
３９０ｖ１，３９０ｖ２…ビア
３９２…電極パッド
３９４…電極パッド
４００…内燃機関
４１０…燃料供給部
４１１…燃料配管
４１５…排ガス配管
４１６…フィルタ装置
４１７…取付用ボス
４２０…車両制御部
４９０…車両
５０１…プロテクタ
５０２…ガスケット
５０３…主体金具
５０４…板パッキン
５０５…第１のセラミックリング
５０６…滑石
５０７…第２のセラミックリング
５０８…線パッキン
５０９…内筒
５０９ｃ…かしめ部
５１０…セパレータ
５１０ｈ…貫通孔
５１１…グロメット
５１２…外筒
５１２ｃ…かしめ部
６１１〜６１８…流路
ＣＬ…仮想中心軸
ＣＰ…捕捉部
ＤＬ…排ガス管の延伸方向
ＥＣ…帯電部
Ｆ…排ガスの流れを示す矢印
Ｉc…補償電流
Ｉdc…放電電流
Ｉesc…漏洩電流
Ｉin…入力電流
Ｉtrp…捕捉電流
ＩＧ…イオン発生部
ＰＩ…陽イオン
Ｓ…微粒子（煤）
ＳＧ…センサグランド部
ＳＬ１…第１のシールド線
ＳＬ２…第２のシールド線
ｆａ…空気の流れを示す矢印
ｆｉ…センサユニットに取り込まれる排ガスの流れを示す矢印
ｆｏ…センサユニットから排出される排ガスの流れを示す矢印
【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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