(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に沿って延伸する絶縁性のセラミック体、及び、前記セラミック体内に配置されるとともに、自身の先端部が当該セラミック体外に露出してなる電極体を有するセンサ素子と、
前記電極体の前記先端部の周囲に配置されるとともに、前記センサ素子の先端側を覆う第１のケーシングと、を備え、
前記電極体と前記第１のケーシングとの間に生じるコロナ放電によって生成されるイオンを用いて、被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサであって、
前記第１のケーシングは、前記被測定ガスが流入する複数の第１の流入孔と、前記第１の流入孔よりも先端側に配置され、前記被測定ガスが流出する流出孔と、を備え、
前記軸線方向において、前記複数の第１の流入孔は、いずれも、全体が前記先端部と重なる位置に配置されていることを特徴とする、微粒子センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粒子センサにおいて、
さらに、前記第１のケーシングの外周の少なくとも一部を、空間を介して覆う第２のケーシングを備え、
前記第２のケーシングは、前記被測定ガスが流入する第２の流入孔を備え、
前記軸線方向において、前記第２の流入孔は、前記第１の流入孔のいずれよりも先端側に配置されていることを特徴とする、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】
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ている。従来、こうした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知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５４３９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の微粒子センサは、内燃機関の通気管へ装着された際、通気管内に突出するケーシング内にイオン源が設けられており、イオン源によりイオンを発生し、微粒子をイオンで帯電させる。イオン源としては、絶縁性のセラミック体、及び、セラミック体内に配置され、自身の先端部がセラミック体外に露出されてなる電極体を有するセンサ素子を備え、このセンサ素子の周囲に配置される第１ケーシングとの間でコロナ放電を生じさせることで、イオンを生成している。
【０００５】
しかし、従来の微粒子センサでは、第１のケーシングに設けられる第１の流入孔の少なくとも一部が、電極体の先端部のうちでセラミック体から露出し始める根元部より後端側に位置するように形成されていた。そのため、第１の流入孔を経由して第１のケーシング内に流入した被測定ガス中の微粒子は、セラミック体のうちで上記根元部よりも後端側に位置する表面に付着（堆積）することになる。すると、セラミック体表面の微粒子の汚れによって、セラミック体の絶縁抵抗が低下してしまい、それに起因してリーク電流が発生して、微粒子の検出精度の低下を招く虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
本発明の第１の形態は、
軸線方向に沿って延伸する絶縁性のセラミック体、及び、前記セラミック体内に配置されるとともに、自身の先端部が当該セラミック体外に露出してなる電極体を有するセンサ素子と、
前記電極体の前記先端部の周囲に配置されるとともに、前記センサ素子の先端側を覆う第１のケーシングと、を備え、
前記電極体と前記第１のケーシングとの間に生じるコロナ放電によって生成されるイオンを用いて、被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサであって、
前記第１のケーシングは、前記被測定ガスが流入する複数の第１の流入孔と、前記第１の流入孔よりも先端側に配置され、前記被測定ガスが流出する流出孔と、を備え、
前記軸線方向において、前記複数の第１の流入孔は、いずれも、全体が前記先端部と重なる位置に配置されていることを特徴とする。また、本発明は、以下の形態としても実現できる。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサが提供される。具体的には、軸線方向に沿って延伸する絶縁性のセラミック体、及び、前記セラミック体内に配置されるとともに、自身の先端部が当該セラミック体外に露出してなる電極体を有するセンサ素子と、前記電極体の前記先端部の周囲に配置されるとともに、前記センサ素子の先端側を覆う第１のケーシングと、を備え、前記電極体と前記第１のケーシングとの間に生じるコロナ放電によって生成されるイオンを用いて、被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサであって、前記第１のケーシングは、前記被測定ガスが流入する複数の第１の流入孔と、前記第１の流入孔よりも先端側に配置され、前記被測定ガスが流出する流出孔と、を備え、前記軸線方向において、前記複数の第１の流入孔は、いずれも、前記先端部のうちで前記セラミック体から露出し始める根元部よりも先端側に配置されており、かつ、前記先端部と重なる位置に配置されていることを特徴とする。この形態の微粒子センサによれば、複数の第１の流入孔は、いずれも電極体の先端部のうちでセラミック体から露出し始める根元部よりも先端側に配置されているため、絶縁性のセラミック体のうちで根元部よりも後端側の表面に被測定ガス中の微粒子が付着しにくくなる。そのため、微粒子の付着（堆積）に起因したセラミック体表面の汚れによって起きるリーク電流の発生を抑制できる。また、複数の第１の流入孔は、いずれも電極体の先端部と重なる位置に配置されているため、第１の流入孔から流入した微粒子を含む被測定ガスとコロナ放電によって生成されたイオンとを良好に混合させることができ、微粒子の検出精度の低下を抑制することができる。
【０００８】
（２）上記形態の微粒子センサにおいて、さらに、前記第１のケーシングの外周の少なくとも一部を、空間を介して覆う第２のケーシングを備え、前記第２のケーシングは、前記被測定ガスが流入する第２の流入孔を備え、前記軸線方向において、前記第２の流入孔は、第１の流入孔のいずれよりも先端側に配置されていてもよい。この形態の微粒子センサによれば、先端側を鉛直下向きに取り付けられた場合において、被測定ガスに含まれる水が第１のケーシング内に浸入するためには、第２の流入孔から進入したのち、第１の流入孔まで鉛直上向きに進む必要がある。このため、この形態によれば、重力により水の第１のケーシング内への浸入を抑制できる。この結果として、センサ素子（セラミック体）への水付着によるリーク電流の発生を抑制でき、セラミック体の微粒子による汚れ抑制効果と相俟って、微粒子の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。
【０００９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、微粒子センサの製造方法等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の微粒子センサを搭載する車両の概略構成図。
【図２】車両の排ガス配管４１５への微粒子センサの取付状態と、センサ駆動部の内部構成とを示す図。
【図３】微粒子センサ３００の断面図。
【図４】センサ素子１２０の分解斜視図。
【図５】微粒子センサ３００の先端部３００ｅの断面を模式的に示す図。
【図６】本実施形態の微粒子センサ３００の先端側の部分における空気の流れを説明する図。
【図７】比較例の微粒子センサ３００Ｂの先端側の部分における空気の流れを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．実施形態：
Ａ１．微粒子センサを搭載する車両の構成：
図１は、本実施形態の微粒子センサを搭載する車両の概略構成図である。図１に示すように、車両５００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５００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される。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。
【００１２】
車両制御部４２０は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、車両５００全体の運転状態を制御する。具体的には、車両制御部４２０は、内燃機関４００における燃料の燃焼状態や、燃料供給部４１０からの燃料の供給量などを制御する。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５００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））が設けられている。
【００１３】
車両５００には、さらに、排ガス中の微粒子の量を検出するセンサシステム３３０が搭載されている。センサシステム３３０は、微粒子センサ３００と、センサ駆動部３１０と、微粒子センサ３００とセンサ駆動部３１０とを接続するケーブル３２０と、を備える。微粒子センサ３００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いる。
【００１４】
本実施形態において、微粒子センサ３００は、コロナ放電によって発生させた陽イオンにより、微粒子である煤を帯電させる。そして、帯電に用いられた陽イオン（「付着陽イオン」とも呼ぶ。）と、帯電に用いられなかった陽イオン（「余剰陽イオン」とも呼ぶ。）とを分離することにより、微粒子センサ３００は、検出信号をセンサ駆動部３１０に出力する。
【００１５】
センサ駆動部３１０は、微粒子センサ３００を駆動するとともに、微粒子センサ３００からの検出信号に基づき排ガス中の煤の量を検出する。本実施形態において、検出された煤の量に基づき、車両制御部４２０はフィルタ装置４１６の性能を診断する。例えば、検出された煤の量が所定値を超えた場合には、車両制御部４２０は、フィルタ装置４１６の劣化あるいは異常を判断し、判断結果をモニターに表示等することで利用者に報知する。本実施形態において、排ガス中の煤の量は、排ガス中の煤の濃度を単位とするが、表面積を単位としてもよく、質量を単位としてもよく、煤の個数を単位としてもよい。
【００１６】
図２は、車両の排ガス配管４１５への微粒子センサの取付状態と、センサ駆動部の内部構成とを示す図である。ここで、微粒子センサにおいて、図２の紙面下側を「先端側」とも呼び、図２の紙面上側を「基端側」とも呼ぶ。図２に示すように、微粒子センサ３００は、先端側に位置する先端部３００ｅが排ガス配管４１５内に挿入され、排ガス配管４１５を流れる排ガスに晒されている。
【００１７】
微粒子センサ３００は、被検出ガスである排ガスをケーシング２５の内部に流入させるための第２の流入孔６５ｃ、と、第２の流入孔６５ｃよりも先端側に位置しケーシング２５の内部に流入した排ガスを外部に流出させる流出孔６０ｅとを備える。
【００１８】
微粒子センサ３００の基端側には、可撓性を有するケーブル３２０が接続されている。ケーブル３２０は、微粒子センサ３００とセンサ駆動部３１０とを電気的に接続する。
【００１９】
センサ駆動部３１０は、センサ制御部３１１と、電気回路部３１２とを備える。センサ制御部３１１は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、電気回路部３１２とを制御するとともに、微粒子センサ３００による検出結果を車両制御部４２０に送信する。
【００２０】
電気回路部３１２は、ケーブル３２０に収容されている電線１７１，１７３，１７５を介して微粒子センサ３００へ電力を供給する。また、電気回路部３１２は、ケーブル３２０に収容されている電線１６１，１６３を介して微粒子センサ３００のセンサ信号を受信するとともに、そのセンサ信号に基づく検出結果をセンサ制御部３１１に送信する。
【００２１】
Ａ２．微粒子センサの構成：
図３は、微粒子センサ３００の断面図である。ここで、図３は、互いに直交するＸＹＺ軸を付している。図３において、Ｚ軸正方向側を先端側、Ｚ軸負方向側を基端側とする。図３のＸＹＺ軸は、図３以降の図のＸＹＺ軸と対応している。
【００２２】
図３に示すように、微粒子センサ３００は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸するセンサ素子１２０と、詳細は後述するがセンサ素子１２０に配置され、イオンを発生する電極体１３０（「放電電極体１３０」とも呼ぶ）と、電極体１３０の周囲に配置されるとともに、センサ素子１２０の先端側を覆うケーシング２５などを備える。また、微粒子センサ３００は、ケーシング２５を備える内側金具２０と、内側金具２０の外周に位置する外側金具７０と、内側金具２０と外側金具７０との間に設けられた第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０などを備える。
【００２３】
微粒子センサ３００の外側金具７０は、接地電位ＰＶＥ（車両５００のシャーシＧＮＤ）とされた金属製の排ガス配管４１５に、金属製のボスＢＯを介して装着されている。これにより、外側金具７０は、接地電位ＰＶＥとされる。また、微粒子センサ３００が装着された状態において、ケーシング２５は、排ガス配管４１５内に配置されている。
【００２４】
内側金具２０は、金属製の部材であり、内側金具２０は、第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０を介して外側金具７０と絶縁された状態で、当該外側金具７０の内側に保持されており、外側金具７０の接地電位ＰＶＥとは異なる第１電位ＰＶ１とされる。内側金具２０は、電線１６１と電線１６３と電気的に接続されている。内側金具２０は、先端側から順に、ケーシング２５と、主体金具３０と、内筒４０と、内筒接続金具５０とを備える。
【００２５】
内側金具２０の主体金具３０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する円筒状の部材であり、ステンレス鋼により形成されている。主体金具３０は、径方向外側に突出するフランジ部３１を有する。また、主体金具３０の内側には、金属カップ３３が配置されている。金属カップ３３の先端側には孔が形成されており、この孔にセンサ素子１２０が挿通されている。また、主体金具３０の内側であり、センサ素子１２０の周囲には、先端側から順に、円筒状でアルミナにより形成されているセラミックホルダ３４と、滑石粉末を圧縮して構成された第１粉末充填層３５及び第２粉末充填層３６と、円筒状でアルミナにより形成されているセラミックスリーブ３７とが配置されている。なお、セラミックホルダ３４及び第１粉末充填層３５は、金属カップ３３の内側に配置されている。また、主体金具３０のうち最も基端側の加締部３０ｋｋは、径方向内側に加締められており、加締リング３８を介してセラミックスリーブ３７を先端側に押圧している。
【００２６】
内側金具２０の内筒４０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する円筒状の部材であり、ステンレス鋼により形成されている。内筒４０は、径方向外側に突出するフランジ部４１を有する。内筒４０は、主体金具３０の基端側部分３０ｋに外嵌され、内筒４０のフランジ部４１を主体金具３０のフランジ部３１に重ねた状態において、基端側部分３０ｋに溶接されている。
【００２７】
内筒４０の内側には、先端側から順に、絶縁ホルダ４３と、第１セパレータ４４と、第２セパレータ４５とが配置されている。絶縁ホルダ４３は、円筒状の部材であり、絶縁体により形成されている。絶縁ホルダ４３は、絶縁ホルダ４３よりも先端側に配されているセラミックスリーブ３７と接している。絶縁ホルダ４３の内側には、センサ素子１２０が挿通されている。第１セパレータ４４は、円筒状の部材であり、絶縁体により形成されている。第１セパレータ４４の内側には、センサ素子１２０が挿通されているとともに、後述する放電電位端子４６の先端側の部分が収容されている。そして、第１セパレータ４４の内側において、放電電位端子４６は、センサ素子１２０と接触している。
【００２８】
第２セパレータ４５は、円筒状の部材であり、絶縁体により形成されている。第２セパレータ４５の内側には、軸線ＣＬ方向にそれぞれ延びる第１挿通孔４５ｃ及び第２挿通孔４５ｄを有する。第１挿通孔４５ｃにおいて、放電電位端子４６の基端側の部分と、後述する放電電位リード線１６２が接触している。第２挿通孔４５ｄにおいて、センサ素子１２０の素子基端部１２０ｋが配置されている。また、第２挿通孔４５ｄにおいて、センサ素子１２０と接続する端子であり、後述する補助電位端子４７、第２−１ヒータ端子４８及び第２−２ヒータ端子４９が、互いに絶縁された状態で収容されている。そして、第２挿通孔４５ｄにおいて、図４において後述するように、（ｉ）補助電位端子４７は、センサ素子１２０に設けられた補助電位パッド１４７と電気的に接続され、（ｉｉ）第２−１ヒータ端子４８は、センサ素子１２０に設けられた第２−１ヒータパッド１５６と電気的に接続され、（ｉｉｉ）第２−２ヒータ端子４９は、センサ素子１２０に設けられた第２−２ヒータパッド１５８と電気的に接続されている。
【００２９】
内側金具２０の内筒接続金具５０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する円筒状の部材であり、ステンレス鋼により形成されている。内筒接続金具５０は、第２セパレータ４５の基端側の部分を覆いつつ、内筒４０の基端部４０ｋに外嵌され、内筒接続金具５０の先端部５０ｓが内筒４０の基端部４０ｋに溶接されている。内筒接続金具５０の内側には、電線１７１を除く、４本の電線１６１，１６３，１７３，１７５がそれぞれ挿通されている。
【００３０】
ケーシング２５は、センサ素子１２０と放電電極体１３０との先端側を覆う第１のケーシング６０と、第１のケーシング６０の外周の少なくとも一部を、空間を介して覆う第２のケーシング６５とから構成されている。第１のケーシング６０は、有底円筒状の部材であり、ステンレス鋼により形成されている。第２のケーシング６５は、円筒状の部材であり、ステンレス鋼により形成されている。第１のケーシング６０及び第２のケーシング６５は、主体金具３０の先端側３０ｓに外嵌されており、先端側３０ｓに溶接されている。
【００３１】
第１のケーシング６０は、被測定ガスとしての排ガスが流入する複数の第１の流入孔６０ｃと、排ガスが流出する流出孔６０ｅとを備える。流出孔６０ｅは、複数の第１の流入孔６０ｃよりも先端側に設けられるとともに第１のケーシング６０の先端に設けられており、流出孔６０ｅを含む先端部６０ｓは、第２のケーシング６５の先端開口部６５ｓから先端側に突出している。複数の第１の流入孔６０ｃは、いずれも、軸線ＣＬ方向において、放電電極体１３０の先端部１３１ｓのうち絶縁部材１２１から露出し始める根元部１３１ｔ（図５参照）よりも先端側に配置されている。また、複数の第１の流入孔６０ｃは、いずれも、軸線ＣＬ方向において、放電電極体１３０の先端部１３１ｓと重なる位置に配置されている。
【００３２】
図３に示すとおり、第２のケーシング６５は、被測定ガスとしての排ガスが流入する第２の流入孔６５ｃを備える。第２の流入孔６５ｃは、軸線ＣＬ方向において、第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃのいずれよりも先端側に配置されている。
【００３３】
次に、微粒子センサ３００の外側金具７０について説明する。外側金具７０は、取付金具８０と外筒９０とから構成されている。
【００３４】
取付金具８０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する円筒状の部材であり、ステンレス鋼により形成されている。取付金具８０は、主体金具３０及び内筒４０の径方向周囲に、これらとは離間して覆っている。取付金具８０は、外周が六角形となるように径方向外側に突出するフランジ部８１を有する。取付金具８０の内側には、段状部８３が設けられている。また、取付金具８０のうちフランジ部８１より先端側の先端部８０ｓの外周には、螺子溝（不図示）が形成されている。微粒子センサ３００は、先端部８０ｓの螺子溝によって、排ガス配管４１５に別途固定されたボスＢＯに取り付けられ、ボスＢＯを介して排ガス配管４１５に固定される。
【００３５】
取付金具８０の加締部８０ｋｋは、線パッキン８７を介して第２絶縁スペーサ１１０を先端側に押圧している。これにより、第２絶縁スペーサ１１０の先端部１１１は、内筒４０のフランジ部４１及び主体金具３０のフランジ部３１を先端側に押圧する。さらに、フランジ部４１及びフランジ部３１は、第１絶縁スペーサ１００のスペーサ中間部１０２を先端側に押圧して、スペーサ中間部１０２が取付金具８０の段状部８３に係合する。
【００３６】
取付金具８０と内側金具２０との間には、絶縁体により形成された第１絶縁スペーサ１００及び第２絶縁スペーサ１１０が配置されている。また、取付金具８０と内側金具２０との間には、第１絶縁スペーサ１００を加熱するためのヒータ１０５と、ヒータ１０５と接続されたヒータ接続金具８５と、ヒータ接続金具８５と接続された電線１７１の先端部が配置されている。ヒータ１０５は、第１絶縁スペーサ１００の内部に所定のパターンを有するように形成されているため、図３では、第１絶縁スペーサ１００の内部を指し示す形で記載しており、詳細な形態は図示していない。なお、ヒータ１０５のパターンの一端は、第１絶縁スペーサ１００の外表面に露出し、取付金具８０の段状部８３に接触して当該取付金具８０と電気的に接続している。一方、ヒータ１０５のパターンの他端は、第１絶縁スペーサ１００の内表面に露出し、ヒータ接続金具８５と接触し、ヒータ接続金具８５を介して電線１７１と電気的に接続している。このヒータ１０５は、電線１７１を介して電力が供給されて発熱し、第１絶縁スペーサ１００を加熱することにより、第１絶縁スペーサ１００の先端側に付着した煤などの微粒子を燃焼させ、外側金具７０と内側金具２０との間の絶縁を維持させるように機能する。
【００３７】
外筒９０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する円筒状の部材であり、ステンレス鋼により形成されている。外筒９０の先端部９０ｓは、取付金具８０の基端部８０ｋに外嵌され、基端部８０ｋに溶接されている。外筒９０のうち基端側に位置する小径部９１の内部には、先端側から順に、外筒接続金具９５と、グロメット９７が配置されている。外筒接続金具９５及びグロメット９７には、５本の電線１６１、１６３、１７１、１７３、１７５がそれぞれ挿通されている。外筒接続金具９５は、外筒９０の小径部９１とともに加締めによって径方向内側に縮径され、これにより外筒接続金具９５及びグロメット９７は、外筒９０の小径部９１内に固定されている。
【００３８】
図４は、センサ素子１２０の分解斜視図である。センサ素子１２０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する板状の部材であり、絶縁性のセラミック体である絶縁部材１２１を有している。絶縁部材１２１内に、放電電極体１３０、補助電極体１４０及び素子用ヒータ１５０が埋設された状態において一体焼結されることにより、センサ素子１２０は形成されている。
【００３９】
絶縁部材１２１は、アルミナグリーンシート由来のアルミナから形成された３つのセラミック層１２２，１２３，１２４が積層されて形成されており、これらの層間には、印刷により形成されたアルミナから形成された２つの絶縁被覆層１２５，１２６がそれぞれ介在している。セラミック層１２２及び絶縁被覆層１２５は、セラミック層１２３，１２４及び絶縁被覆層１２６よりも先端側及び基端側でそれぞれ軸線ＣＬ方向に短く形成されている。セラミック層１２３と絶縁被覆層１２５との間には放電電極体１３０が配置されており、セラミック層１２３と絶縁被覆層１２６との間には補助電極体１４０が配置されており、セラミック層１２４と絶縁被覆層１２６との間には素子用ヒータ１５０が配置されている。
【００４０】
放電電極体１３０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する部材であり、先端側に位置する針状の針状電極部１３１と、基端側に位置する放電電位パッド１３５と、これらの間を結ぶリード部１３３とから構成されている。本実施形態において、針状電極部１３１は白金から形成されており、リード部１３３及び放電電位パッド１３５はタングステンから形成されている。放電電極体１３０のうち、針状電極部１３１の基端部１３１ｋとリード部１３３の全体とは、絶縁部材１２１内に埋設されている。一方、針状電極部１３１のうち、先端部１３１ｓは、セラミック層１２２よりも先端側において絶縁部材１２１から突出して、絶縁部材１２１の外部に露出している。これにより、針状電極部１３１の先端部１３１ｓは、第１のケーシング６０との間でコロナ放電を生じ、イオン（本実施形態においては、陽イオン）を生成するイオン源として機能している。放電電位パッド１３５は、絶縁部材１２１のうち、セラミック層１２２よりも基端側で露出している。放電電位パッド１３５は、第１セパレータ４４の挿通孔４４ｃ内において、放電電位端子４６と接続されている。なお、絶縁部材１２１の先端側部分の表面は、ケーシング２５内に取り入れた排ガスと接する。
【００４１】
補助電極体１４０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する部材であり、絶縁部材１２１内に埋設されている。補助電極体１４０は、先端側に位置し、矩形状の補助電極部１４１と、補助電極部１４１と接続されており、軸線ＣＬ方向に沿って延伸するリード部１４３とから構成されている。リード部１４３の基端部１４３ｋは、絶縁被覆層１２６の貫通孔１２６ｃを介して、セラミック層１２４の一方の主面１２４aに形成された導通パターン１４５と接続されている。導通パターン１４５は、セラミック層１２４に形成されたスルーホール導体１４６を介して、セラミック層１２４の他方の主面１２４ｂに形成された補助電位パッド１４７と接続されている。補助電位パッド１４７は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄ内において、補助電位端子４７と接続されている。
【００４２】
素子用ヒータ１５０は、軸線ＣＬ方向に沿って延伸する部材であり、絶縁部材１２１内に埋設されている。素子用ヒータ１５０は、先端側に位置し、センサ素子１２０を加熱する発熱抵抗体１５１と、発熱抵抗体１５１の両端と接続され、基端側に沿って延伸する一対のヒータリード部１５２，１５３とから構成されている。
【００４３】
ヒータリード部１５２の基端部１５２ｋは、セラミック層１２４に形成されたスルーホール導体１５５を介して、セラミック層１２４の主面１２４ｂに形成された第２−１ヒータパッド１５６と接続されている。第２−１ヒータパッド１５６は、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄにおいて、第２−１ヒータ端子４８と接続されている。また、ヒータリード部１５３の基端部１５３ｋは、セラミック層１２４に形成されたスルーホール導体１５７を介して、セラミック層１２４の主面１２４ｂに形成された第２−２ヒータパッド１５８と接続されている。第２−２ヒータパッド１５８は、前述したように、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄにおいて、第２−２ヒータ端子４９と接続されている。
【００４４】
次に、電線１６１，１６３，１７１，１７３，１７５について説明する。図３に示すように、これらの電線のうち、２本の電線１６１，１６３は、三重同軸ケーブルであり、残りの３本の電線１７１，１７３，１７５は、単芯の絶縁電線である。電線１６１は、芯線として放電電位リード線１６２を有し、放電電位リード線１６２は、前述のように、第２セパレータ４５の第１挿通孔４５ｃにおいて、放電電位端子４６と接続されている。電線１６３は、芯線として補助電位リード線１６４を有し、補助電位リード線１６４は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄにおいて、補助電位端子４７と接続されている。電線１６１，１６３の同軸二重の外部導体のうち、内側の内側外部導体１６１ｇ１，１６３ｇ１は、内側金具２０の内筒接続金具５０と接続されており、第１電位ＰＶ１とされる。一方、外側の外側外部導体１６１ｇ２，１６３ｇ２は、外側金具７０と導通する外筒接続金具９５と接続されており、接地電位ＰＶＥとされる。微粒子センサ３００は、第１電位ＰＶ１と接地電位ＰＶＥとの間を流れる電流の変化を、微粒子センサ３００の検出信号として検出し、その検出信号に基づいて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。
【００４５】
電線１７１は、芯線として第１−１ヒータリード線１７２を有する。第１−１ヒータリード線１７２は、取付金具８０の内部において、ヒータ接続金具８５と接続されている。電線１７３は、芯線として第２ヒータリード線を有する。第２ヒータリード線は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄにおいて、第２−１ヒータ端子４８と接続されている。電線１７５は、芯線として第２−２ヒータリード線１７６を有する。第２−２ヒータリード線１７６は、第２セパレータ４５の第２挿通孔４５ｄにおいて、第２−２ヒータ端子４９と接続されている。
【００４６】
Ａ３．微粒子センサの検出動作：
図５は、微粒子センサ３００の先端部３００ｅの断面を模式的に示す図である。図５には、排ガス配管４１５（図２）における排ガスの流れ方向（矢印Ｆ）と、先端部３００ｅの内部におけるガスの流れ方向とが模式的に図示されている。
【００４７】
図５において、排ガスは図面左側から右側に向けて流通している。排ガスが第２のケーシング６５及び第１のケーシング６０の周囲を通ると、その流速が第１のケーシング６０の流出孔６０ｅの外側で上昇し、いわゆるベンチュリ効果により、流出孔６０ｅ付近に負圧が生じる。これは、第２のケーシング６５の先端部、及び、第２のケーシング６５の先端開口部６５ｓから突出する第１のケーシング６０の先端部６０ｓ（図３参照）が、先端側に向かうほど外径が徐々に小さくなるようにテーパ形状をなしているからである。
【００４８】
この負圧により、第１のケーシング６０内に取り入れられた排ガスが、流出孔６０ｅから排ガス配管４１５へ排出される。これとともに、第２のケーシング６５の第２の流入孔６５ｃ周囲の排ガスが、第２の流入孔６５ｃから第２のケーシング６５内に取り入れられ、更に、第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃを通じて、第１のケーシング６０内に取り入れられる。このため、第１のケーシング６０内には、破線矢印ＥＧＩで示すように、第１の流入孔６０ｃから流出孔６０ｅに向けて流れる気流が生じる。
【００４９】
排ガス中の煤Ｓの量を検出する際、微粒子センサ３００は、放電電極体１３０により陽イオンＰＩを発生させる。具体的には、電気回路部３１２（図２）によって放電電極体１３０を陽極とし、第１のケーシング６０を陰極として所定の電圧を印加し、放電電極体１３０と第１のケーシング６０との間にコロナ放電を発生させて、ケーシング２５内に陽イオンＰＩを発生させる。
【００５０】
排ガス中に微粒子である煤Ｓが存在する場合、煤Ｓは、第２のケーシング６５の第２の流入孔６５ｃおよび第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃを経由して、第１のケーシング６０内に進入する。そして、第１のケーシング６０内の領域１２において、空気中の陽イオンＰＩが煤Ｓに吸着して煤Ｓが帯電する。
【００５１】
微粒子センサ３００は、補助電極体１４０に所定の電圧を印加する。これにより、陽イオンＰＩのうち煤Ｓに吸着していない陽イオンＰＩ（余剰陽イオンＰＩ）に、補助電極体１４０から、その径方向外側の第１のケーシング６０に向かう斥力が加わる。この結果、余剰陽イオンＰＩは、第１のケーシング６０の内壁に捕捉される。
【００５２】
一方、煤Ｓに吸着した陽イオンＰＩ（吸着陽イオンＰＩ）は、余剰陽イオンＰＩに比べ、煤Ｓの質量分だけ質量が大きい。このため、外部の電気的な斥力や引力による影響が余剰陽イオンＰＩに比較して小さい。この結果、電気的な力を受けても排ガスの流れによって、流出孔６０eから排ガス配管４１５内へと排出される。これにより、余剰陽イオンＰＩと吸着陽イオンＰＩとが分離される。
【００５３】
微粒子センサ３００では、第１のケーシング６０によって捕捉した陽イオンＰＩの捕捉量に応じた電流の変化を検出することができる。センサ制御部３１１（図２）は、電気回路部３１２を介して、微粒子センサ３００における電流の変化を、微粒子センサ３００の検出信号として検出し、その検出信号に基づいて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。
【００５４】
本実施形態の微粒子センサ３００において、複数の第１の流入孔６０ｃは、いずれも、軸線ＣＬ方向において、電極体１３０の先端部１３１ｓのうちで絶縁部材１２１から露出し始める根元部１３１ｔよりも先端側に配置されている。このため、絶縁性のセラミック体である絶縁部材１２１のうちで根元部１３１ｔよりも後端側の表面に被測定ガス中の微粒子が付着しにくくなる。そのため、微粒子の付着（堆積）に起因した絶縁部材１２１表面の汚れによって起きるリーク電流の発生を抑制できる。
【００５５】
また、放電電極体１３０から発生する陽イオンＰＩは、放電電極体１３０からその径方向外側の第１のケーシング６０に向かって発生する。このため、放電電極体１３０の先端部１３１ｓが、軸線ＣＬ方向において、第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃよりも基端側に設けられている場合、陽イオンＰＩが煤Ｓと接触する割合が減少する。しかし、本実施形態の微粒子センサ３００において、複数の第１の流入孔６０ｃは、いずれも、軸線ＣＬ方向において、放電電極体１３０の先端部１３１ｓと重なる位置に配されている。このため、第１の流入孔６０ｃから流入した微粒子を含む被測定ガスとコロナ放電によって生成されたイオンとを良好に混合させることができ、微粒子の検出精度の低下を抑制することができる。
【００５６】
また、本実施形態の微粒子センサ３００において、第２のケーシング６５の第２の流入孔６５ｃは、第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃのいずれよりも、軸線ＣＬ方向において、先端側に配置されている。このため、微粒子センサ３００の先端側を鉛直下向きに取り付けられた場合において、排ガス中に水が含まれている場合、その水が第１のケーシング６０内に浸入するためには、第２のケーシング６５の第２の流入孔６５ｃから進入したのち、第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃまで鉛直上向きに進む必要がある。このため、この形態によれば、水の第１のケーシング６０内への浸入を重力によって抑制でき、この結果として、センサ素子（セラミック体）への水付着によるリーク電流の発生を抑制でき、セラミック体の微粒子による汚れ抑制効果と相俟って、微粒子の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。
【００５７】
Ａ４．シミュレーション結果：
図６は、本実施形態の微粒子センサ３００の先端側の部分における空気の流れを説明する図である。図６（Ａ）は、本実施形態における第１の流入孔６０ｃを含む微粒子センサ３００の位置関係を示す断面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の位置関係における空気の流れのシミュレーション結果である。
【００５８】
図７は、比較例の微粒子センサ３００Ｂの先端側の部分における空気の流れを説明する図である。比較例の微粒子センサ３００Ｂは、本実施形態における微粒子センサ３００と比較して、第１の流入孔６０ｃの位置が異なるが、それ以外は同じである。比較例の第１の流入孔６０ｃは、本実施形態の第１の流入孔６０ｃと比較して、基端側に配置されている。図７（Ａ）は、比較例における第１の流入孔６０ｃを含む微粒子センサ３００Ｂの位置関係を示す断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の位置関係における空気の流れのシミュレーション結果である。
【００５９】
図７に示されるように、軸線ＣＬ方向において、比較例の第１の流入孔６０ｃは、放電電極体１３０の先端部１３１ｓが絶縁部材１２１から露出し始める根元部１３１ｔよりも基端側に配置されている。このため、空気は根元部１３１ｔよりも基端側の絶縁部材１２１の表面にぶつかっていることが図７により示されている。この結果から、空気に煤Ｓなどの微粒子が含まれる場合、放電電極体１３０の根元部１３１ｔよりも基端側に位置する絶縁部材１２１の表面に微粒子が付着（堆積）する。この結果、絶縁部材１２１の絶縁低下に伴うリーク電流の発生が生じ、微粒子センサ３００Ｂの検出精度の低下が生じることがある。
【００６０】
一方、図６に示されるように、本実施形態では、微粒子センサ３００の第１の流入孔６０ｃは、いずれも、軸線ＣＬ方向において、全部が放電電極体１３０と重なる位置に配されている。このため、陽イオンＰＩが被測定ガス中に含まれる微粒子と接触（混合）する割合が減少することを抑制でき、陽イオンＰＩを微粒子に対して安定して帯電させることができ、微粒子センサ３００の検出精度の低下を抑制できる。また、複数の第１の流入孔６０ｃは、いずれも、軸線ＣＬ方向において、放電電極体１３０の根元部１３１ｔよりも先端側に配置されている。このため、放電電極体１３０よりも基端側に位置する絶縁部材１２１の表面に微粒子が付着（堆積）することによって生じるリーク電流の発生を抑制できる。
【００６１】
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上述の実施形態において、第２のケーシング６５の第２の流入孔６５ｃは、第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃよりも、軸線ＣＬ方向において、先端側に配置されている。しかし、この態様に限られず、第２のケーシング６５の第２の流入孔６５ｃは、軸線ＣＬ方向において、第１のケーシング６０の第１の流入孔６０ｃよりも後端側に配置されていてもよく、同じ位置に配置されていてもよい。また、横孔として設けられた第２の流入孔６５ｃを有しない、先端側が開放した筒状をなす第２のケーシング６５を、第１のケーシング６０の外側を取り囲むように設け、第２のケーシング６５の先端開口を第２の流入孔６５ｃとして用いるようにしてもよい。
【００６２】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１２…領域
２０…内側金具
２５…ケーシング
３０…主体金具
３０ｋ…基端側部分
３０ｋｋ…加締部
３０ｓ…先端側
３１…フランジ部
３３…金属カップ
３４…セラミックホルダ
３５…第１粉末充填層
３６…第２粉末充填層
３７…セラミックスリーブ
３８…加締リング
４０…内筒
４０ｋ…基端部
４１…フランジ部
４３…絶縁ホルダ
４４…第１セパレータ
４５…第２セパレータ
４５ｃ…第１挿通孔
４５ｄ…第２挿通孔
４６…放電電位端子
４７…補助電位端子
４８…第２−１ヒータ端子
４９…第２−２ヒータ端子
５０…内筒接続金具
５０ｓ…先端部
６０…第１のケーシング
６０ｃ…第１の流入孔
６０ｅ…流出孔
６０ｓ…先端部
６５…第２のケーシング
６５ｃ…第２の流入孔
６５ｓ…先端開口部
７０…外側金具
８０…取付金具
８０ｋ…基端部
８０ｋｋ…加締部
８０ｓ…先端部
８１…フランジ部
８３…段状部
８５…ヒータ接続金具
８７…線パッキン
９０…外筒
９０ｓ…先端部
９１…小径部
９５…外筒接続金具
９７…グロメット
１００…第１絶縁スペーサ
１０２…スペーサ中間部
１０５…ヒータ
１１０…第２絶縁スペーサ
１１１…先端部
１２０…センサ素子
１２０ｋ…素子基端部
１２１…絶縁部材
１２２…セラミック層
１２３…セラミック層
１２４…セラミック層
１２４a…主面
１２４ｂ…主面
１２５…絶縁被覆層
１２６…絶縁被覆層
１２６ｃ…貫通孔
１３０…放電電極体
１３１…針状電極部
１３１ｋ…基端部
１３１ｓ…先端部
１３１ｔ…根元部
１３３…リード部
１３５…放電電位パッド
１４０…補助電極体
１４１…補助電極部
１４３…リード部
１４３ｋ…基端部
１４５…導通パターン
１４６…スルーホール導体
１４７…補助電位パッド
１５０…素子用ヒータ
１５１…発熱抵抗体
１５２…ヒータリード部
１５２ｋ…基端部
１５３…ヒータリード部
１５３ｋ…基端部
１５５…スルーホール導体
１５６…第２−１ヒータパッド
１５７…スルーホール導体
１５８…第２−２ヒータパッド
１６１…電線
１６１ｇ１…内側外部導体
１６１ｇ２…外側外部導体
１６２…放電電位リード線
１６３…電線
１６４…補助電位リード線
１７１…電線
１７２…第１−１ヒータリード線
１７３…電線
１７５…電線
１７６…第２−２ヒータリード線
３００…微粒子センサ
３００Ｂ…微粒子センサ
３００ｅ…先端部
３１０…センサ駆動部
３１１…センサ制御部
３１２…電気回路部
３２０…ケーブル
３３０…センサシステム
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
４２０…車両制御部
５００…車両
ＢＯ…ボス
ＧＮＤ…シャーシ
ＰＩ…陽イオン
Ｓ…煤
【図１】
0006626649.tif 000002
【図２】
0006626649.tif 000003
【図３】
0006626649.tif 000004
【図４】
0006626649.tif 000005
【図５】
0006626649.tif 000006
【図６】
0006626649.tif 000007
【図７】
0006626649.tif 000008