(57)【要約】【課題】簡便な構成であるとともに、高精度に粒子状物質の検出を行うことが可能な粒子状物質検出装置を提供する。【解決手段】板状を呈し、一の面に粒子状物質を集塵するための凹部３２が形成された素子基材３１と、素子基材３１の凹部３２の底面側に配設された一対の計測電極１２ａ，１２ｂと、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの配設された位置よりも一の面側における素子基材３１の凹部３２を形成する壁４５の内部に配設された高電圧集塵電極４１と、を備え、高電圧集塵電極４１から一対の計測電極１２ａ，１２ｂに向けて電界を発生させて、素子基材３１上を流れる測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、凹部３２の底面３２ａ側に集塵し、一対の測定電極１２ａ，１２ｂの間における電気的特性の変化を測定することにより、凹部３２の底面３２ａ側に集塵された粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置１００。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状を呈し、その一の面に粒子状物質を集塵するための凹部が形成された素子基材と、
前記素子基材の前記凹部の底面又は前記凹部の底面側の前記素子基材の内部に配設された一対の計測電極と、
前記凹部の深さ方向における前記一対の計測電極の配設された位置と同じ高さ又は前記一対の計測電極の配設された位置よりも前記一の面側における前記素子基材の前記凹部を形成する壁の内部に埋設された高電圧集塵電極と、を備え、
前記高電圧集塵電極から、前記凹部の底面又は前記凹部の底面側の前記素子基材の内部に配設された前記一対の計測電極に向けて電界を発生させて、前記素子基材上を流れる測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、前記凹部の底面側に集塵し、前記一対の測定電極の間における電気的特性の変化を測定することにより、前記凹部の底面側に集塵された粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記高電圧集塵電極は、前記測定対象ガスが流入する側に位置する壁を除く前記凹部の周囲を囲うように配設されている請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記高電圧集塵電極は、前記凹部の周囲全域を囲うように配設されている請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記一対の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設されてなるものであり、且つ
前記一対の計測電極は、前記凹部の底面領域内に、前記複数の櫛歯部の相互のかみ合わさる部分が少なくとも配置され、前記凹部の底面領域よりも外側の前記凹部を形成する壁内に、それぞれの前記計測電極の前記櫛骨部が配置されるように構成されたものである請求項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】
前記素子基材の、前記一対の計測電極の配設位置よりも前記一の面とは反対側の面側に配設された、接地用の接地集塵電極を更に備えた請求項１〜４のいずれか一項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。更に詳しくは、簡便な構成であるとともに、高精度に粒子状物質の検出を行うことが可能な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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
しかしながら、このような特許文献１及び２に記載された粒子状物質検出装置は、粒子状物質の質量を高精度に検出することが可能なものの、装置の構成、特に、検出装置本体の構成が複雑であるため、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００８】
また、検出装置本体の一方の端部には貫通孔が形成されているため、この貫通孔の存在により検出装置本体に歪みを生じ易いという問題もあった。
【０００９】
更に、貫通孔の周囲に粒子状物質を付着させて測定を行う場合には、定期的に付着した粒子状物質を除去して装置の再生を行う必要があるが、貫通孔を形成する壁全体を加熱するためには、ヒータ等の加熱手段を複数配設しなければならず、装置の構成が更に複雑になってしまう。また、このようなヒータは、測定値に影響を与えることがあるため、極力少ないものであることが好ましい。
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、簡便な構成であるとともに、高精度に粒子状物質の検出を行うことが可能な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】
【００１１】
本発明者らは、前記のような従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、素子基材の一の面に粒子状物質を集塵するための凹部を形成し、この凹部の底面側に一対の計測電極を配設し、更に、この凹部を形成する壁の内部に、粒子状物質を集塵するための高電圧集塵電極を配設することにより、簡便な構成であるとともに、従来の粒子状物質検出装置と同様の測定精度を実現することができることを見出し、本発明を完成させた。具体的には、本発明により、以下の粒子状物質検出装置が提供される。
【００１２】
［１］  板状を呈し、その一の面に粒子状物質を集塵するための凹部が形成された素子基材と、前記素子基材の前記凹部の底面又は前記凹部の底面側の前記素子基材の内部に配設された一対の計測電極と、前記凹部の深さ方向における前記一対の計測電極の配設された位置と同じ高さ又は前記一対の計測電極の配設された位置よりも前記一の面側における前記素子基材の前記凹部を形成する壁の内部に埋設された高電圧集塵電極と、を備え、前記高電圧集塵電極から、前記凹部の底面又は前記凹部の底面側の前記素子基材の内部に配設された前記一対の計測電極に向けて電界を発生させて、前記素子基材上を流れる測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、前記凹部の底面側に集塵し、前記一対の測定電極の間における電気的特性の変化を測定することにより、前記凹部の底面側に集塵された粒子状物質を検出する粒子状物質検出装置。
【００１３】
［２］  前記高電圧集塵電極は、前記測定対象ガスが流入する側に位置する壁を除く前記凹部の周囲を囲うように配設されている前記［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１４】
［３］  前記高電圧集塵電極は、前記凹部の周囲全域を囲うように配設されている前記［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１５】
［４］  前記一対の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設されてなるものであり、且つ、前記一対の計測電極は、前記凹部の底面領域内に、前記複数の櫛歯部の相互のかみ合わさる部分が少なくとも配置され、前記凹部の底面領域よりも外側の前記凹部を形成する壁内に、それぞれの前記計測電極の前記櫛骨部が配置されるように構成されたものである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１６】
［５］  前記素子基材の、前記一対の計測電極の配設位置よりも前記一の面とは反対側の面側に配設された、接地用の接地集塵電極を更に備えた前記［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００１７】
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、素子基材の一の面に粒子状物質を集塵するための凹部を形成し、この凹部の底面側に一対の計測電極を配設し、更に、この凹部を形成する壁の内部に、粒子状物質を集塵するための高電圧集塵電極を配設することにより、高電圧集塵電極に高電圧を印加することによって、凹部の底面に対して電気力線が略垂直となるように電界を発生させることができ、例えば、検出装置本体の一方の端部に貫通孔を形成した従来の粒子状物質検出装置と同程度の高精度の粒子状物質の検出を行うことができる。
【００１８】
また、上述した従来の粒子状物質検出装置と比較して、検出装置、特に、素子基材（従来の粒子状物質検出装置においては、検出装置本体に相当する）の構成が極めて簡便であるため、製造コストを低減することができる。また、素子基材に歪みが生じ難く、更に、装置に付着した粒子状物質を除去する装置の再生を、極めて簡便に行うことができる。
【００１９】
本願の請求項２に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスが流入する側の凹部を形成する壁の内部には、上記高電圧集塵電極が配置されていないため、測定対象ガスの流れが、高電圧集塵電極によって発生する電界に妨げられることを有効に防止することができ、測定対象ガスに含まれる粒子状物質を凹部の底面側に良好に集塵することができる。
【００２０】
一方、本願の請求項３に係る発明の粒子状物質検出装置においては、凹部の周囲全域を囲うように高電圧集塵電極が配置されており、凹部の内部に均等な電界を発生させることができる。
【００２１】
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、一対の計測電極として櫛歯状に形成された一対の電極が用いられているため、本願請求項１に係る発明の効果に加え、更に検出装置の感度を向上させることができる。即ち、このような櫛歯状の電極を用いることによって、電極間の間隔を狭く、且つより均一にすることができる。更に、少なくとも一方の計測電極の櫛骨部を、凹部を形成する壁内に配置することによって、計測電極の櫛骨部を実質的な検出面から除外し、良好な粒子状物質の検出が可能となる。上記したように櫛歯状の電極を用いることにより、櫛歯の間隔を均一にして、測定感度を向上させることができるものの、櫛歯部と櫛骨部とがかみ合う部分の間隔は、櫛歯部同士の間隔と異なってしまうため、櫛骨部（より具体的には、櫛骨部と櫛歯部との隙間）によって、検出装置の測定精度が相対的に低下してしまうことがある。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、このような測定精度を低下させる要因となる櫛骨部が、凹部を形成する壁によって被覆され、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。
【００２２】
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、接地用の接地集塵電極を更に備えることにより、より電気的に安定した状態で粒子状物質の検出を行うことができる。即ち、本発明においては、一対の計測電極の少なくとも一方を、高電圧集塵電極の接地電極（アース）として用いることが可能であるが、上記接地集塵電極を更に備えることにより、検出装置の接地を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａ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１Ｃ】図１Ａ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１Ｄ】図１Ａに示す粒子状物質検出装置の背面図である。
【図２】図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図３】図１ＢのＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図５】図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図６】図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図７】図２のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【図８】図２に示す粒子状物質検出装置において、高電圧集塵電極に高電圧を印加して電界を発生させた状態を模式的に示す拡大図である。
【図９】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態の、図２のＣ−Ｃ’断面と同様の断面を示す模式図である。
【図１０】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態の、図２のＣ−Ｃ’断面と同様の断面を示す模式図である。
【図１１】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態の、図１ＢのＡ−Ａ’断面と同様の断面を示す模式図である。
【図１２】図１１のＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。
【図１３Ａ】本発明の粒子状物質検出装置を製造する際に使用するグリーンシートを模式的に示す平面図である。
【図１３Ｂ】本発明の粒子状物質検出装置を製造する際に使用するグリーンシートを模式的に示す平面図である。
【図１３Ｃ】本発明の粒子状物質検出装置を製造する際に使用するグリーンシートを模式的に示す平面図である。
【図１３Ｄ】本発明の粒子状物質検出装置を製造する際に使用するグリーンシートを模式的に示す平面図である。
【図１３Ｅ】本発明の粒子状物質検出装置を製造する際に使用するグリーンシートを模式的に示す平面図である。
【図１４】実施例１の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【図１５】実施例２の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【図１６】実施例３の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【図１７】実施例４の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【図１８】実施例５の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
［１］粒子状物質検出装置：
本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態は、図１Ａ〜図１Ｄに示すような、板状を呈し、その一の面に粒子状物質を集塵するための凹部３２が形成された素子基材３１と、図２〜図７に示すような、素子基材３１の凹部３２の底面３２ａ又は凹部３２の底面３２ａ側の素子基材３１の内部に配設された一対の計測電極１２（１２ａ，１２ｂ）と、凹部３２の深さ方向における一対の計測電極１２ａ，１２ｂの配設された位置と同じ高さ又は一対の計測電極１２ａ，１２ｂの配設された位置よりも一の面側（即ち、凹部３２の開口する側の面側）における素子基材３１の凹部３２を形成する壁４５の内部に配設された高電圧集塵電極４１と、を備えた粒子状物質検出装置１００である。なお、以下、一対の計測電極が、「素子基材の凹部の底面に配設された場合」と「凹部の底面側の素子基材の内部に配設された場合」とを含めて、一対の計測電極が「凹部の底面側に配設される」ということがある。また、図２においては、上記高電圧集塵電極４１が、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの配設された位置よりも一の面側における壁４５の内部に配設された場合の例を示している。
【００２６】
ここで、図１Ａは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図であり、図１Ｂは、図１Ａ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１Ｃは、図１Ａ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１Ｄは、図１Ａに示す粒子状物質検出装置の背面図である。また、図２は、図１ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図であり、図３は、図１ＢのＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。更に、図４は、図２のＣ−Ｃ’断面を示す模式図であり、図５は、図２のＤ−Ｄ’断面を示す模式図であり、図６は、図２のＥ−Ｅ’断面を示す模式図であり、図７は、図２のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【００２７】
そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、図８に示すように、高電圧集塵電極４１から、「凹部３２の底面３２ａ又は凹部３２の底面３２ａ側の素子基材３１の内部に配設された一対の計測電極１２ａ，１２ｂ」に向けて電界を発生させて、素子基材３１上を流れる測定対象ガスに含まれる粒子状物質５２を、凹部３２の底面３２ａ側に集塵し、一対の測定電極１２ａ，１２ｂの間における電気的特性の変化を測定することにより、凹部３２の底面３２ａ側に集塵された粒子状物質５２を検出するものである。
【００２８】
特に、上述したように、凹部３２の底面３２ａ側に一対の計測電極１２ａ，１２ｂを配設し、更に、この凹部３２を形成する壁４５の内部に、粒子状物質５２を集塵するための高電圧集塵電極４１を配設したとしても、図８に示すように、高電圧集塵電極４１に高電圧を印加した場合に、一対の計測電極１２ａ，１２ｂ（換言すれば、凹部３２の底面３２ａ）に対して電気力線が略垂直となるように電界を発生させることができるため、素子基材３１上を流れる測定対象ガスに含まれる粒子状物質５２を、凹部３２の底面３２ａ側に良好に集塵（即ち、捕集）することができる。ここで、図８は、図２に示す粒子状物質検出装置において、高電圧集塵電極に高電圧を印加して電界を発生させた状態を模式的に示す拡大図である。なお、図８においては、発生させた電界の電気力線を、符号Ｘで示す。
【００２９】
また、このような本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、従来の粒子状物質検出装置と比較して、検出装置、特に、素子基材（例えば、特許文献２に記載された粒子状物質検出装置においては、検出装置本体に相当する）の構成が簡便であるため、製造コストを低減することができる。また、素子基材に歪みが生じ難く、更に、装置に付着した粒子状物質を除去する装置の再生を、極めて簡便に行うことができる。
【００３０】
なお、本実施形態の粒子状物質検出装置は、高電圧集塵電極から一対の計測電極に向けて電界を発生させた場合に、電界内に存在する粒子状物質を、電界の影響により積極的に凹部の底面に集塵することが可能なように、凹部の形状や、凹部を形成する壁内の高電圧集塵電極の位置等が適宜決定される。即ち、本実施形態の粒子状物質検出装置は、「凹部の底面に対して電気力線が略垂直となるように電界を発生させることができる」ものであるが、上記「凹部の底面に対して電気力線が略垂直」とは、電気力線と凹部の底面とのなす角度が、電界によって粒子状物質を凹部の底面に集塵することが可能な程度の角度であればよく、正確に９０°であることを要しない。具体的には、たとえば、粒子状物質を凹部の底面に有効に集塵することが可能な角度としては、７５°〜１０５°程度である。
【００３１】
高電圧集塵電極によって発生する電界の電気力線は、凹部の底面の少なくとも一部に対して、略垂直となるものであればよい。このように構成することによって、素子基材上を流れる測定対象ガス、より具体的には、素子基材上を流れ、且つ高電圧集塵電極によって発生する電界の影響を受ける測定対象ガス中の粒子状物質を、凹部の底面側に良好に集塵することができる。
【００３２】
素子基材に形成される「凹部」は、板状の素子基材の一方の面に開口し、この素子基材の厚さ方向（即ち、一方の面から反対側の面に向かう方向）に、素子基材の一部が刳り貫かれた窪みである。なお、この凹部は、素子基材に少なくとも１個形成されている必要があり、２個以上形成されていてもよい。
【００３３】
このような凹部は、測定対象ガスに含まれる粒子状物質を集塵する空間を形成し、この凹部の底面に粒子状物質を集塵する。そして、凹部の底面又は凹部の底面側の素子基材の内部には、集塵された粒子状物質によって変化する電気的特性を測定するための一対の計測電極が配置されている。このため、凹部の底面は、粒子状物質を集塵し易く、且つ各一対の計測電極によって電気的特性を安定して測定することができるように、例えば、平面状であることが好ましい。
【００３４】
凹部の開口部分の形状については特性に制限はなく、例えば、図１Ａに示すように、四角形であってもよいし、その他の多角形や、円形、楕円形であってもよい。凹部の開口部分の大きさや、凹部の深さ（即ち、素子基材の厚さ方向における凹部の長さ）についても特に制限はなく、検出装置全体の大きさや、凹部の底面に配設される一対の計測電極の大きさ、また、高電圧集塵電極によって発生する電界の強さ等に応じて適宜決定することができる。
【００３５】
高電圧集塵電極が配設される「凹部を形成する壁」とは、凹部の側面を構成する素子基材のことをいう。そして、この「凹部を形成する壁」は、一対の計測電極が配置された位置よりも素子基材の一の面側で、且つ、凹部の側面の周囲を構成する素子基材のこととする。
【００３６】
粒子状物質を集塵するための電界を発生させる高電圧集塵電極は、上記凹部を形成する壁の内部に埋設されており、高電圧集塵電極に高電圧を印加することにより、図２〜図７に示す粒子状物質検出装置１００においては、一対の計測電極１２ａ，１２ｂがアースとなり、一対の計測電極１２ａ，１２ｂに向けて、換言すれば、一対の計測電極１２ａ，１２ｂが配設された凹部３２の底面３２ａに向けて電界を発生させることができる。
【００３７】
高電圧集塵電極は、凹部の周囲を形成する壁の一部に少なくとも配設されていればよく、例えば、図２及び図４に示すように、高電圧集塵電極４１が、測定対象ガスが流入する側に位置する壁を除く凹部の周囲を囲うように配設されていてもよい。即ち、図４においては、測定対象ガスの流れ方向を符号Ｇで示す矢印とした場合、開口部の形状が長方形の凹部３２の周囲のうち、測定対象ガスが流入する側の一辺の壁には、高電圧集塵電極４１を配設せず、残りの三辺に高電圧集塵電極４１をコの字状に配設した場合の例を示している。
【００３８】
このように構成することによって、測定対象ガスの流れが、高電圧集塵電極によって発生する電界に妨げられることを有効に防止することができ、測定対象ガスに含まれる粒子状物質を凹部の底面側に良好に集塵することができる。
【００３９】
なお、例えば、図９に示す粒子状物質検出装置１０１のように、凹部３２の周囲全域を囲うように高電圧集塵電極４１が配設されたものであってもよいし、図１０に示す粒子状物質検出装置１０２のように、開口部の形状が長方形の凹部３２の周囲のうち、対向する二辺に高電圧集塵電極４１が配設されたものであってもよい。ここで、図９及び図１０のぞれぞれは、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態の、図２のＣ−Ｃ’断面と同様の断面を示す模式図である。
【００４０】
凹部３２の周囲全域を囲うように高電圧集塵電極４１を配置した場合には、凹部３２の内部に均等な電界を発生させることができる。なお、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、図１０に示すように、凹部の周囲のうち、少なくとも対向する二辺（二箇所）に高電圧集塵電極が配設されていることが好ましい。上記構成により、粒子状物質を集塵するための電界を良好に発生させることができる。なお、凹部の周囲のうちの対向する二辺に高電圧集塵電極を配設する場合には、凹部の周囲のうち、測定対象ガスの流れ方向に平行な対向する二辺に、上記高電圧集塵電極が配設されていることがより好ましい。
【００４１】
また、図９及び図１０に示すように、高電圧集塵電極４１は、凹部３２の周囲のうち、測定対象ガスの流れ方向の流入側から流出側の側縁全域（即ち、素子基材の幅方向における凹部３２の周囲全域（側縁全域））に配設されていてもよいが、例えば、凹部３２の周囲のうち、流入側の一部或いは流出側の一部に高電圧集塵電極が部分的に配設されていてもよい。
【００４２】
即ち、開口部３２の側縁全域に高電圧集塵電極４１が配設される場合には、測定対象ガスの流れ方向の流入側から流出側にかけて均等な強さの電界を発生させることができる。一方、流入側の一部或いは流出側の一部に高電圧集塵電極が配設されている場合には、凹部の内部において、測定対象ガスの流れ方向に電界の強さを異ならせることができる。例えば、流入側の一部に高電圧集塵電極が配設された場合には、流入側の電界が強くなり、測定初期の段階では流入側にて良好な粒子状物質の検出を行うことができるとともに、流入側の底面に粒子状物質が大量に付着して測定感度が得られ難くなった場合には、流出側の底面にて継続的に粒子状物質の測定を行うことが可能となる。
【００４３】
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置について、図１Ａ〜図７に示す粒子状物質検出装置１００を例に、更に詳細に説明する。
【００４４】
［２］粒子状物質検出装置の構成：
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、板状を呈し、その一の面に粒子状物質を集塵するための凹部３２が形成された素子基材３１と、図２〜図７に示すような、素子基材３１の凹部３２の底面３２ａ又は凹部３２の底面３２ａ側の素子基材３１の内部に配設された一対の計測電極１２（１２ａ，１２ｂ）と、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの配設された位置よりも一の面側（即ち、凹部３２の開口する側の面側）における素子基材３１の凹部３２を形成する壁４５の内部に配設された高電圧集塵電極４１と、を備えた粒子状物質検出装置１００である。この粒子状物質検出装置１００は、集塵電極３２によって電界を発生させることにより、測定対象ガス中に含まれる粒子状物質を、凹部３２の底面３２ａ側に集塵して、この凹部３２の底面３２ａに吸着させることができる。また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、凹部３２の底面３２ａに吸着させ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。
【００４５】
［２−１］素子基材：
素子基材は、一の面に粒子状物質を集塵するための凹部３２が形成された粒子状物質検出装置の基体となる部位である。素子基材は誘電体から構成されており、素子基材の凹部を形成する壁の内部に高電圧集塵電極が配設されている。
【００４６】
素子基材は、一方向に長く構成された板状のものであることが好ましく、更に、この一方向に長い板状の素子基材の一方の端部に、上記凹部が形成されていることがより好ましい。このように構成することによって、粒子状物質検出装置を排ガス配管等に挿入したときに、排ガス（測定対象ガス）中の粒子状物質を効率よくサンプリングすることができる。
【００４７】
素子基材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素子基材の内部に高電圧集塵電極を埋設することにより、誘電体に覆われた高電圧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。
【００４８】
なお、「素子基材の一方の端部」というときは、素子基材の一方の先端部分３１ｃから、素子基材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、「素子基材の他方の端部」というときは、素子基材の他方の先端部分３１ｄから、素子基材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、素子基材の一方の端部は、好ましくは、素子基材の一方の先端部分３１ｃから、素子基材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、素子基材の他方の端部は、好ましくは、素子基材の他方の先端部分３１ｄから、素子基材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。素子基材３１の一方の端部３１ａと他方の端部３１ｂとの間の位置とは、素子基材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１Ａ〜図１Ｄ参照）。
【００４９】
また、素子基材３１の厚さ（即ち、凹部の開口部分が形成される一の面から反対側の面に向かう方向の厚さ）は、特に制限はないが、凹部の深さ、及び凹部の底面側に配設された一対の計測電極の厚さや配設位置、更に、必要に応じて配設される加熱部（例えば、ヒータ）等の厚さや配設位置等を考慮して適宜決定することができる。なお、特に制限されることはないが、素子基材３１の厚さは、凹部の深さの１．５〜３倍であることが好ましい。ここで、「素子基材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。
【００５０】
また、素子基材３１の幅（即ち、素子基材の長手方向と厚さ方向とに直交する方向の長さ）についても特に制限はない。なお、素子基材３１の幅は、素子基材３１の幅方向の凹部３２の幅に対して、１．２〜２．５倍の大きさであることが好ましい。このように構成することによって、粒子状物質検出装置のコンパクト化を実現することができる。
【００５１】
素子基材３１の形状は、図１Ａ〜図１Ｄに示すように、長手方向に直交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、当該断面形状が半円形、半楕円形等の棒状であってもよい。即ち、素子基材３１の一の面に凹部３２を形成することが可能な形状であれば、素子基材３１の形状については特に制限はない。
【００５２】
粒子状物質検出装置１００において、凹部の大きさ（即ち、凹部の開口部分の大きさ）、凹部の深さ、開口部分の形状については特に制限はなく、高電圧集塵電極によって集塵される粒子状物質を、凹部の底面側に集塵することができる形状であればよい。例えば、開口部分の形状は、図１Ａに示す四角形（図１Ａにおいては、長方形）以外に、その他の多角形、円形、楕円形等を挙げることができる。開口部分の大きさや凹部の深さについては、電界の強さや、測定対象ガスの流量や流速等を考慮して適宜決定することができる。
【００５３】
素子基材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。
【００５４】
［２−２］計測電極：
計測電極は、素子基材の凹部の底面又は凹部の底面側の素子基材の内部に少なくとも一対配置されたものであり、凹部の底面に粒子状物質が電気的に吸着されることにより生じる、凹部の底面の電気的特性の変化を測定するための電極である。
【００５５】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００に用いられる一対の計測電極１２ａ，１２ｂは、間隔を空けて対向配置された一対の電極であれば特に制限はないが、図６に示すように、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ものであることが好ましい。このように構成することによって、これまでに説明した本実施形態の粒子状物質検出装置の効果に加え、更に検出装置の感度を向上させることができる。即ち、このような櫛歯状の電極を用いることによって、電極間の間隔を狭く、且つより均一にすることができる。
【００５６】
計測電極（例えば、計測電極が櫛歯状の電極である場合には、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、一対の計測電極が上記した櫛歯状の電極である場合には、この一対の計測電極は、凹部の底面領域内に、複数の櫛歯部の相互にかみ合わさる部分が少なくとも配置され、凹部の底面領域よりも外側の凹部を形成する壁内に、それぞれの計測電極の櫛骨部が配置されるように構成されたものであることが更に好ましい。
【００６０】
このように少なくとも一方の計測電極の櫛骨部を、凹部を形成する壁内に配置することによって、計測電極の櫛骨部を実質的な検出面から除外し、良好な粒子状物質の検出が可能となる。上記したように櫛歯状の電極を用いることによって、櫛歯の間隔を均一にして、検出装置の測定感度を向上させることができるものの、櫛歯部と櫛骨部とがかみ合う部分の間隔は、櫛歯部同士の間隔と異なってしまうため、櫛骨部（より具体的には、櫛骨部と櫛歯部との隙間）によって、検出装置の測定精度が相対的に低下してしまうことがある。
【００６１】
即ち、凹部の底面領域よりも外側の「凹部を形成する壁」内に、それぞれの計測電極の櫛骨部が配置されるように構成することにより、測定精度を低下させる要因となる櫛骨部が、凹部を形成する壁によって被覆されることとなり、上記櫛骨部が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。これにより、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。
【００６２】
また、図１Ａ〜図７に示す粒子状物質検出装置１００の一対の計測電極１２ａ，１２ｂは、計測配線１６ａ，１６ｂを介して、素子基材３１の他方の端部３１ｂに、それぞれの計測電極取出端子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。この計測電極取出端子１７ａ，１７ｂは、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの電気的特性を測定するための特性測定手段（図示せず）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。
【００６３】
なお、このように、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの取出端子１７ａ，１７ｂを、素子基材３１の他方の端部３１ｂに配設することにより、凹部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、凹部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。
【００６４】
素子基材３１の他方の端部３１ｂに配設された取出端子１７ａ，１７ｂは、図１Ｂに示すように、素子基材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１Ｂにおいては、素子基材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。
【００６５】
［２−３］高電圧集塵電極：
高電圧集塵電極は、一対の計測電極の配設された位置よりも一の面側（凹部の開口する側の面）における素子基材の凹部を形成する壁の内部に埋設され、素子基材を構成する誘電体で覆われた電極である。このような高電圧集塵電極４１と一対の計測電極間に所定の電圧（高電圧）を印加することにより、上述した一対の計測電極がアースとなり、一対の計測電極１２（換言すれば、凹部３２の底面側）に向けて良好に電界を発生させることができる。なお、後述するが、高電圧集塵電極４１に対するアースとしては、上記一対の計測電極の他に、更に、接地用の電極（接地集塵電極）を別途設けてもよい。
【００６６】
上述したように、高電圧集塵電極は、凹部を形成する壁の内部に埋設され、一対の計測電極１２に向けて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。また、高電圧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。
【００６７】
また、素子基材の厚さ方向における、凹部の底面から高電圧集塵電極までの距離、及び、素子基材の一の面から見た場合における、凹部の周囲から高電圧集塵電極までの距離についても特に制限はない。なお、電界強度の観点からは、高電圧集塵電極は、凹部の周囲方向では凹部に近い位置に配置されることが好ましく、厚み方向では、凹部の上の面（一の面）に近い位置に配置されることが好ましい。
【００６８】
この高電圧集塵電極４１には、素子基材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（高電圧集塵電極４１に接続されていない側の先端）部分で、図１Ｂに示す集塵電極取出端子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。なお、図１０に示すように、高電圧集塵電極４１を、凹部３２を挟んで離間した状態で配設する場合には、離間した高電圧集塵電極４１に対して、凹部の周囲や底面よりも更に下側に、上記したような集塵配線（図示せず）を通して電気的接続を行うことができる。
【００６９】
なお、高電圧集塵電極の取出端子は、素子基材の他方の端部（凹部を形成した側とは反対側）に配設してもよいが、図１Ａ〜図１Ｄに示すように、高電圧集塵電極４１の取出端子４１ａを、素子基材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、高電圧集塵電極４１の取出端子４１ａと、他の取出端子とを、間隔を開けて配設することができる。このため、高電圧集塵電極４１の取出端子４１ａに高電圧を印加したときに、素子基材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。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。
【００７０】
高電圧集塵電極により発生する電界の条件としては、例えば、松定プレシジョン社製の高圧電源「ＨＪＰＭ−５Ｒ０．６（商品名）」を用いることができ、このような高圧電源を使用することにより、例えば、５ｋＶまでの電圧を印加することが可能となる。
【００７１】
［２−４］接地集塵電極：
本実施形態の粒子状物質検出装置は、これまでに説明したように、高電圧集塵電極に電圧を印加した場合に、一対の計測電極のうちの少なくとも一方をアースとして用いることができると説明したが、例えば、素子基材の、一対の計測電極の配設位置よりも一の面（凹部の開口する面）とは反対側の面側に配設された、接地用の接地集塵電極を更に備えたものであってもよい。
【００７２】
例えば、図１１及び図１２に示す粒子状物質検出装置１０３としては、素子基材３１の、一対の計測電極１２ａ，１２ｂの配設位置よりも一の面（凹部３２の開口する面）とは反対側の面側に配設された、接地用の接地集塵電極４２を更に備えた場合の例を示す。この粒子状物質検出装置１０３においては、素子基材３１の厚さ方向における、一対の計測電極１２ａ，１２ｂと加熱部４３との間に、凹部３２の底面の大きさと同程度の大きさの接地集塵電極４２が配設されており、一対の計測電極１２ａ，１２ｂとともに、高電圧集塵電極４１に対するアースの役割を果たすことができる。
【００７３】
ここで、図１１は、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態の、図１ＢのＡ−Ａ’断面と同様の断面を示す模式図であり、図１２は、図１１のＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。
【００７４】
接地集塵電極４２には、素子基材３１の長手方向に延びる集塵配線４２ｂ（以下、単に「配線」ということがある）が接続されており、配線４２ｂが、その先端（接地集塵電極４２に接続されていない側の先端）部分で、集塵電極取出端子（図示せず）に接続されている。
【００７５】
また、接地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。また、接地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。
【００７６】
接地集塵電極は、必要に応じて配設される接地用の電極であり、その大きさについては特に制限はないが、凹部の底面全域を覆うことができる大きさであることが好ましい。
【００７７】
［２−５］特性測定手段：
本実施形態の粒子状物質検出装置は、一対の計測電極間の電気的特性を検出するための特性測定手段を更に備えたものであることが好ましい。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測定手段を用いることができる。
【００７８】
図１Ａ〜図１Ｄに示す粒子状物質検出装置１００においては、計測電極１２ａ，１２ｂの取出端子に、図示しない特性測定手段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。
【００７９】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置は、この特性測定手段に加えて、特性測定手段によって得られた電気的特性の変化から、凹部の底面に集塵（付着）した粒子状物質の量を算出するための粒子状物質量算出手段を更に備えていてもよい。粒子状物質量算出手段は、電気的特性の変化量と、集塵した粒子状物質の量との関係（例えば、上記関係を示す検量線）等を用いて、粒子状物質の量を算出する演算が可能な集積回路等を挙げることができる。
【００８０】
［２−６］加熱部：
図２、図３及び図７に示す粒子状物質検出装置１００は、凹部３２の底面側の素子基材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、凹部３２の底面に集塵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、凹部３２の内部空間を所望の温度に調節し、凹部３２の底面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。
【００８１】
加熱部４３は、幅広のフィルム状であってもよいが、図７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、凹部の底面側を均一に加熱し、素子基材３１や一対の計測電極１２ａ，１２ｂ（図６参照）に付着した粒子状物質を除去することができる。
【００８２】
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、測定する粒子状物質が、凹部の底面側に電界によって集塵されるため、加熱部は、凹部の底面側を加熱できるように、凹部の底面側のみに配設されていればよい。即ち、凹部の開口部側には加熱部を必要としないため、従来の装置本体に貫通孔が形成された粒子状物質検出装置と比較して、加熱部の配置を少なくすることができ、検出装置の構成を簡便なものとすることができる。また、このような加熱部を少なくすることにより、不要な配線等を少なくすることができ、より高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。
【００８３】
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、図７に示すように、凹部３２の底面領域のみではなく、更に素子基材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、凹部の形成された箇所と凹部付近との温度差を小さくでき、急加熱しても素子基材の破損が起き難いという利点がある。加熱部により、凹部内の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。
【００８４】
また、図７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、加熱部を形成する配線の数については特に制限はない。
【００８５】
また、図７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１Ｃに示すように、各取出端子４３ａ（加熱部取出端子）に接続されている。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、素子基材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、素子基材３１の他方の端部３１ｂに配設されることが好ましい。図１Ｃにおいては、四つの取出端子４３ａが、素子基材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。
【００８６】
［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１Ａ〜図１Ｄに示す粒子状物質検出装置１００を製造する方法を例に説明する。なお、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。
【００８７】
［３−１］成形原料の調製：
まず、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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
［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、例えば、グリーンシートを積層したときに凹部が形成されるように、凹部の形成部分が刳り貫かれた凹部形成用のグリーンシートを二つ以上作製する。このような凹部形成用のグリーンシートの間に高電圧集塵電極を配設することにより、凹部を形成する壁の内部に高電圧集塵電極を埋設することができる。なお、特に限定されることはないが、例えば、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。
【００９８】
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高電圧集塵電極）、配線、加熱部、及び取出端子等を配設する。図１Ａ〜図１Ｄに示す粒子状物質検出装置１００を作製する際には、図２〜図７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、高電圧集塵電極は、一つの凹部形成用のグリーンシートにおける凹部の周囲に印刷し、各グリーンシートを積層することによって、凹部を形成する壁の内部に埋設されるようにする。また、一対の計測電極を櫛歯状に形成する場合には、櫛歯状の計測電極の櫛骨部が、素子基材の凹部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、及び凹部の大きさを決定することが好ましい。
【００９９】
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。
【０１００】
より具体的には、まず、複数のグリーンシートを作製し、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、素子基材の凹部が形成される位置を刳り貫いて凹部形成用のグリーンシート６１，６２，６３を形成し、図１３Ｂに示すように、このうちの１個の凹部形成用のグリーンシート６２の凹部７２（刳り貫いた部分）の周囲に高電圧集塵電極８１を配設し、更に、配設した高電圧塵電極８１に対して必要に応じて配線を配設して、高電圧集塵電極配設グリーンシート６２を作成する。
【０１０１】
更に、図１３Ｄに示すように、他の一つのグリーンシート６４について、凹部形成用のグリーンシート６３（図１３Ｃ参照）の凹部の底部が形成される位置に、一対の計測電極８２を配設して、計測電極配設グリーンシート６４を形成する。なお、この際、それぞれの計測電極から素子基材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。
【０１０２】
更に、図１３Ｅに示すように、別の他の一つのグリーンシート６５について、少なくとも凹部７２（図１３Ｂ参照）が形成される位置に、加熱部８３を配設して、加熱部配設グリーンシート６５を形成する。この加熱部配設グリーンシート６５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。
【０１０３】
その後、高電圧集塵電極配設グリーンシート６２（図１３Ｂ参照）に、他の電極等が配設されていない凹部形成用のグリーンシート６１，６３（図１３Ａ及び図１３Ｃ参照）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。
【０１０４】
次に、得られた集塵電極埋設グリーンシートと、更に別の他の一つのグリーンシート（図示せず）で、計測電極配設グリーンシート６４（図１３Ｄ参照）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６５（図１３Ｅ参照）を積層して、高電圧集塵電極、一対の計測電極、加熱部がそれぞれ埋設されたグリーンシート積層体を形成する。ここで、図１３Ａ〜図１３Ｅは、本発明の粒子状物質検出装置を製造する際に使用するグリーンシートを模式的に示す平面図である。
【０１０５】
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、高電圧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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
［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】
【０１０８】
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。
【０１０９】
（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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
（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、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、グリーンシートを積層したときに凹部７２が形成されるように、凹部形成用のグリーンシート６１〜６３も作製した。各グリーンシートの厚さは、２５０μｍとした。また、凹部の開口部分の大きさは、２．２５×７．２０ｍｍとした。
【０１１２】
得られたグリーンシートの表面に、図１３Ａ〜図１３Ｅに示されるような一対の計測電極８２、高電圧集塵電極８１、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）。
【０１１３】
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）。
【０１１４】
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、高電圧集塵電極８１は、幅４００μｍで、凹部を形成する壁の中央部の位置に、且つ計測電極と同じ高さで配設した。また、計測電極は、各計測電極を、複数の櫛歯部が、その一端で櫛骨部によって連結されたものとした。なお、「凹部を形成する壁の中央部」とは、素子基材の外周面と凹部の内面との中間の位置（換言すれば、壁の厚さ方向の中間の位置）のことをいう。
【０１１５】
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。
【０１１６】
（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。
【０１１７】
得られた粒子状物質検出装置の高電圧集塵電極に２ｋＶの電圧を印加して、高電圧集塵電極から凹部の底面に向かう電極を発生させた。この状態のおける電界の状態を図１４に示す。ここで、図１４は、実施例１の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。なお、図１４においては、高電圧集塵電極４１から延びる線Ｙが、電界の等電位線を示し、電界の電気力線は、この等電位線Ｙに直交する線として求められる。
【０１１８】
図１４に示すように、実施例１の粒子状物質検出装置は、素子基材３１に形成された凹部３２の底面３２ａに対して、高電圧集塵電極４１から発生した電界の電気力線が略垂直に交わるものであり、凹部３２上を流れる測定対象ガスに含まれる粒子状物質は、この電気力線に従い、凹部３２の底面３２ａへと良好に集塵されるものと推測される。
【０１１９】
（実施例２）
実施例２においては、高電圧集塵電極を、幅４００μｍで、凹部周辺部（即ち、凹部を形成する壁）の内周より（即ち、凹部の壁面より、具体的には、凹部の壁面から素子基材の外周面まで長さに対して、凹部の壁面から１０〜３０％の距離の位置）に、且つ計測電極より高い位置で配設した以外は、実施例１と同様にして粒子状物質検出装置を製造した。実施例２の高電圧集塵電極に２ｋＶの電圧を印加した際の電界の状態を図１５に示す。ここで、図１５は、実施例２の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【０１２０】
（実施例３）
実施例３においては、高電圧集塵電極を、幅４００μｍで、凹部周辺部（即ち、凹部を形成する壁）の外周より（即ち、素子基材の外周面より、具体的には、凹部の壁面から素子基材の外周面まで長さに対して、凹部の壁面から７０〜９０％の距離の位置）に、且つ計測電極と同じ高さの位置に配設した以外は、実施例１と同様にして粒子状物質検出装置を製造した。実施例３の高電圧集塵電極に２ｋＶの電圧を印加した際の電界の状態を図１６に示す。ここで、図１６は、実施例３の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【０１２１】
（実施例４）
実施例４においては、凹部の形状を、周辺部分（即ち、凹部を形成する壁）の高さ（深さ）を１／３とし、且つ、高電圧集塵電極を、幅４００μｍで、凹部周辺部外周よりに、且つ計測電極と同じ高さの位置に配設した以外は、実施例１と同様にして粒子状物質検出装置を製造した。実施例４の高電圧集塵電極に２ｋＶの電圧を印加した際の電界の状態を図１７に示す。ここで、図１７は、実施例４の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【０１２２】
（実施例５）
実施例５においては、接地集塵電極を配設していない以外は、実施例４と同様にして粒子状物質検出装置を製造した。実施例５の高電圧集塵電極に２ｋＶの電圧を印加した際の電界の状態を図１８に示す。ここで、図１８は、実施例５の粒子状物質検出装置における、高電圧集塵電極により発生する電界の状態を模式的に示す説明図である。
【０１２３】
実施例２〜５の粒子状物質検出装置においても、素子基材３１に形成された凹部３２の底面３２ａ（即ち、一対の計測電極）に対して、高電圧集塵電極４１から発生した電界の電気力線が略垂直に交わるものであり、凹部３２上を流れる測定対象ガスに含まれる粒子状物質は、この電気力線に従い、凹部３２の底面３２ａへと良好に集塵されるものと推測される。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
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】
【０１２５】
１２，１２ａ，１２ｂ：計測電極、１６ａ，１６ｂ：計測配線、１７ａ，１７ｂ：計測電極取出端子、３１：素子基材、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：凹部、３２ａ：底面（凹部の底面）、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：集塵電極取出端子、４１ｂ，４２ｂ：集塵配線、４３：加熱部、４３ａ：加熱部取出端子、４３ｂ：加熱配線、４５：壁、５２：粒子状物質、６１，６３：凹部形成用のグリーンシート、６２：凹部形成用のグリーンシート（高電圧集塵電極配設グリーンシート）、６４：計測電極用のグリーンシート（計測電極配設グリーンシート）、６５：加熱部用のグリーンシート（加熱部配設グリーンシート）、７２：凹部、８１：高電圧集塵電極、８２：計測電極、８３：加熱部、１００，１０１，１０２，１０３：粒子状物質検出装置、Ｘ：電気力線、Ｙ：等電位線。
【図１Ａ】
2012058015.tif 000003
【図１Ｂ】
2012058015.tif 000004
【図１Ｃ】
2012058015.tif 000005
【図１Ｄ】
2012058015.tif 000006
【図２】
2012058015.tif 000007
【図３】
2012058015.tif 000008
【図４】
2012058015.tif 000009
【図５】
2012058015.tif 000010
【図６】
2012058015.tif 000011
【図７】
2012058015.tif 000012
【図８】
2012058015.tif 000013
【図９】
2012058015.tif 000014
【図１０】
2012058015.tif 000015
【図１１】
2012058015.tif 000016
【図１２】
2012058015.tif 000017
【図１３Ａ】
2012058015.tif 000018
【図１３Ｂ】
2012058015.tif 000019
【図１３Ｃ】
2012058015.tif 000020
【図１３Ｄ】
2012058015.tif 000021
【図１３Ｅ】
2012058015.tif 000022
【図１４】
2012058015.tif 000023
【図１５】
2012058015.tif 000024
【図１６】
2012058015.tif 000025
【図１７】
2012058015.tif 000026
【図１８】
2012058015.tif 000027