(57)【要約】【課題】高感度及び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】誘電体からなる第一の壁３３の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設された第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂと、第一の壁３３と間隔を隔てて対向配置された第二の壁３４に配置され、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂに向けて電界を発生させることにより、第一の壁３３と第二の壁３４との間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、第一の壁３３の表面に集塵させるための集塵電極４１と、を備え、第一の壁３３の表面には、第一計測電極１２ａが埋設されている領域２２ａと、第二計測電極１２ｂが埋設されている領域２２ｂとの間に、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された位置までの深さの溝部３５が形成されている粒子状物質検出装置１００。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる第一の壁の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設された、第一計測電極及び第二計測電極と、
前記第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置され、前記第一計測電極及び前記第二計測電極に向けて電界を発生させることにより、前記第一の壁と前記第二の壁との間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、前記第一の壁の表面に集塵させるための集塵電極と、
前記第一計測電極と前記第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定して、前記電界によって集塵させた前記粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段と、を備え、
前記第一の壁の表面には、前記第一計測電極が埋設されている領域と、前記第二計測電極が埋設されている領域との間に、前記第一計測電極及び前記第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部が形成されている粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記第一計測電極及び前記第二計測電極のそれぞれが、平面的に配列された複数の櫛歯計測電極部と、前記複数の櫛歯計測電極部をその一端で連結する櫛骨計測電極部とを有し、前記複数の櫛歯計測電極のそれぞれが、前記測定対象ガスの流れ方向に直交する方向に延び、且つ、前記第一計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部と、前記第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部とが、前記測定対象ガスの流れ方向に隙間を空けて相互にかみ合わされるように、前記第一の壁の内部に埋設され、
前記第一計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域と、前記第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域との間に、前記溝部がそれぞれ形成されている請求項１に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における、前記第一の壁の表面から前記第一計測電極及び前記第二計測電極が埋設された位置までの長さが、１０〜７０μｍである請求項１又は２に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記第一計測電極と前記第二計測電極との間隔に対して、前記溝部の幅が３０〜８０％となるように、前記第一の壁の表面に前記溝部が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
前記集塵電極が、前記第二の壁の内部に埋設されたものであり、
前記第二の壁の表面における、前記第一の壁の前記溝部が形成された位置と対面する位置に、凸部が形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記貫通孔の延びる方向に垂直な断面における前記凸部の形状が、正方形、長方形、台形、三角形、半円形、又は半楕円形である請求項５に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における前記凸部の形状が、前記第一の壁に埋設された前記第一計測電極と前記第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状である請求項５又は６に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記集塵電極は、前記第二の壁の内部における、前記第一の壁の前記溝部に対向する位置に埋設されたものであり、
前記集塵電極には、前記第一計測電極が埋設された前記領域及び前記第二計測電極が埋設された前記領域に対向する箇所に隙間が形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記集塵電極が、前記第一の壁の前記溝部の延びる方向に沿って平面的に配列された複数の櫛歯集塵電極部と、前記複数の櫛歯集塵電極部をその一端で連結する櫛骨集塵電極部とを有する請求項８に記載の粒子状物質検出装置。
【請求項１０】
一方の端部に、貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体を備え、
前記検出装置本体の前記貫通孔を形成する一方の壁が、前記第一の壁であり、前記一方の壁と前記貫通孔を挟んで対向配置された他方の壁が、前記第二の壁である請求項１〜９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、高感度及び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、煤等の粒子状物質が含まれている。以下、このような粒子状物質を、「ＰＭ」ということがある。ＰＭは、「Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ」の略である。このような粒子状物質は、大気汚染の原因となっている。このため、排ガス中の粒子状物質を除去するために、セラミック等で作製されたフィルタが広く用いられている。このようなフィルタは、「ディーゼルパティキュレートフィルタ」、又は「ＤＰＦ」と称されることがある。このＤＰＦが、排ガス中の粒子状物質を除去する排ガス浄化装置として使用されている。
【０００３】
セラミック製のＤＰＦは、長期間の使用が可能である。一方、セラミック製のＤＰＦは、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る。このような欠陥が発生した場合に、微量ではあるが粒子状物質がＤＰＦから漏れる可能性がある。そのため、ＤＰＦに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、排ガス浄化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。
【０００４】
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１〜３参照）。
【０００５】
例えば、特許文献１には、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粒子状物質検出装置が開示されている。また、特許文献２には、一の面が誘電体で被覆をされた板状を呈する一の電極、及びその一の電極の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされた二の電極を備えた粒子状物質検出装置が開示されている。また、特許文献３には、平面状の誘電体の表面に設けられた凸状の誘電体の更に表面に、前記平面状の誘電体に対し段差をもって配設をされる測定対向電極を備えた粒子状物質検出装置が開示されている。
【０００６】
特許文献１に記載された粒子状物質検出装置においては、流体中に含まれる粒子状物質を、検出装置本体の貫通孔の壁面に電気的に吸着させる。そして、特許文献１に記載された粒子状物質検出装置においては、粒子状物質を吸着させた上記壁の電気的な特性の変化を測定することにより、粒子状物質の質量を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１８６２７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−３２４８８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された従来の粒子状物質検出装置においては、十分な検出感度が得られず、更に高感度及び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の開発が要望されていた。
【０００９】
具体的には、特許文献１〜３に示すような粒子状物質検出装置は、排ガス中の煤等の粒子状物質を、検出装置本体に堆積させ、検出装置本体の電気的特性の変化を測定して粒子状物質の検出を行うものである。粒子状物質による電気的特性の変化は、検出装置本体に設けられた２つ以上の電極（例えば、第一計測電極及び第二計測電極）間の電気的特性として測定される。
【００１０】
例えば、図１６に示すように、従来の粒子状物質検出装置２００においては、第一計測電極１１２ａと、第二計測電極１１２ｂとが、誘電体である検出装置本体１３１の内部に埋設されている。第一計測電極１１２ａ及び第二計測電極１１２ｂが埋設された壁と反対側の壁を構成する検出装置本体１３１の内部には、集塵電極１４１が埋設されている。集塵電極１４１に電圧を印加することで、排ガスＧ中の粒子状物質１５１が、第一計測電極１１２ａ及び第二計測電極１１２ｂが埋設された壁に集塵される。図１６中で、破線で示す矢印が、粒子状物質１５１を集塵するための電界を示している。図１６に示すように、従来の粒子状物質検出装置２００においては、検出装置本体１３１の壁の表面に粒子状物質１５１が堆積した状態における電気的特性を、第一計測電極１１２ａと第二計測電極１１２ｂとの間の電気的特性として測定する。そして、このような従来の粒子状物質検出装置２００においては、粒子状物質１５１の堆積量及び堆積状態は、検知感度と検出精度に大きな影響を与える重要な要素であるといえる。ここで、図１６は、従来の粒子状物質検出装置において、測定対象ガス中の粒子状物質が、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された壁に集塵される状態を模式的に示す説明図である。
【００１１】
しかしながら、図１６に示すように、第一計測電極１１２ａと第二計測電極１１２ｂとは、間隔を空けて配置されており、集塵電極１４１からの電界が、第一計測電極１１２ａ及び第二計測電極１１２ｂの各端部に集中することがある。このため、粒子状物質１５１が検出装置本体１３１の壁の表面の一部分に偏在してしまうことがある。このように粒子状物質１５１の偏在が生じると、検知精度が悪化するという問題が生じる。更に、このような粒子状物質１５１の偏在が進むと、偏在して壁の表面に堆積した粒子状物質１５１の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こりやすくなることがあるため、検知精度が更に悪化することがある。
【００１２】
また、第一計測電極１１２ａと第二計測電極１１２ｂとの間の電気的特性の変化は、例えば、第一計測電極１１２ａと第二計測電極１１２ｂとの間の静電容量の変化等を測定することによって行われる。この際、粒子状物質検出装置２００の検出感度を高くするためには、静電容量の変化を生じさせる粒子状物質１５１が、第一計測電極１１２ａと第二計測電極１１２ｂとを最短で直線的に結ぶ部分に集塵されていることが好ましい。しかしながら、図１６に示すように、第一計測電極１１２ａ及び第二計測電極１１２ｂの各端部に集中するように粒子状物質１５１が堆積した場合には、第一計測電極１１２ａと第二計測電極１１２ｂとを最短で直線的に結ぶ部分から、粒子状物質１５１が離れて集塵されてしまうこととなる。このため、従来の粒子状物質検出装置２００においては、実際に集塵した粒子状物質１５１に対して、電気的特性の変化が検知し難くなっており、十分な検出感度が得られていないという問題もあった。
【００１３】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、高感度及び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】
【００１４】
本発明により、以下の粒子状物質検出装置が提供される。
【００１５】
［１］  誘電体からなる第一の壁の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設された、第一計測電極及び第二計測電極と、前記第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置され、前記第一計測電極及び前記第二計測電極に向けて電界を発生させることにより、前記第一の壁と前記第二の壁との間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、前記第一の壁の表面に集塵させるための集塵電極と、前記第一計測電極と前記第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定して、前記電界によって集塵させた前記粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段と、を備え、前記第一の壁の表面には、前記第一計測電極が埋設されている領域と、前記第二計測電極が埋設されている領域との間に、前記第一計測電極及び前記第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部が形成されている粒子状物質検出装置。
【００１６】
［２］  前記第一計測電極及び前記第二計測電極のそれぞれが、平面的に配列された複数の櫛歯計測電極部と、前記複数の櫛歯計測電極部をその一端で連結する櫛骨計測電極部とを有し、前記複数の櫛歯計測電極のそれぞれが、前記測定対象ガスの流れ方向に直交する方向に延び、且つ、前記第一計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部と、前記第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部とが、前記測定対象ガスの流れ方向に隙間を空けて相互にかみ合わされるように、前記第一の壁の内部に埋設され、前記第一計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域と、前記第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域との間に、前記溝部がそれぞれ形成されている前記［１］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１７】
［３］  前記測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における、前記第一の壁の表面から前記第一計測電極及び前記第二計測電極が埋設された位置までの長さが、１０〜７０μｍである前記［１］又は［２］に記載の粒子状物質検出装置。
【００１８】
［４］  前記第一計測電極と前記第二計測電極との間隔に対して、前記溝部の幅が３０〜８０％となるように、前記第一の壁の表面に前記溝部が形成されている前記［１］〜［３］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００１９】
［５］  前記集塵電極が、前記第二の壁の内部に埋設されたものであり、前記第二の壁の表面における、前記第一の壁の前記溝部が形成された位置と対面する位置に、凸部が形成されている前記［１］〜［４］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００２０】
［６］  前記貫通孔の延びる方向に垂直な断面における前記凸部の形状が、正方形、長方形、台形、三角形、半円形、又は半楕円形である前記［５］に記載の粒子状物質検出装置。
【００２１】
［７］  前記測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における前記凸部の形状が、前記第一の壁に埋設された前記第一計測電極と前記第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状である前記［５］又は［６］に記載の粒子状物質検出装置。
【００２２】
［８］  前記集塵電極は、前記第二の壁の内部における、前記第一の壁の前記溝部に対向する位置に埋設されたものであり、前記集塵電極には、前記第一計測電極が埋設された前記領域及び前記第二計測電極が埋設された前記領域に対向する箇所に隙間が形成されている前記［１］〜［７］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【００２３】
［９］  前記集塵電極が、前記第一の壁の前記溝部の延びる方向に沿って平面的に配列された複数の櫛歯集塵電極部と、前記複数の櫛歯集塵電極部をその一端で連結する櫛骨集塵電極部とを有する前記［８］に記載の粒子状物質検出装置。
【００２４】
［１０］  一方の端部に、貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体を備え、前記検出装置本体の前記貫通孔を形成する一方の壁が、前記第一の壁であり、前記一方の壁と前記貫通孔を挟んで対向配置された他方の壁が、前記第二の壁である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
【発明の効果】
【００２５】
本願の請求項１に係る発明の粒子状物質検出装置は、第一計測電極及び第二計測電極と、集塵電極と、粒子状物質量算出手段と、を備えたものである。第一計測電極及び第二計測電極は、誘電体からなる第一の壁の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設されている。集塵電極は、上記第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置されている。この集塵電極は、第一計測電極及び第二計測電極に向けて電界を発生させることにより、第一の壁と第二の壁との間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、第一の壁の表面に集塵させるための電極である。粒子状物質量算出手段は、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定して、上述した電界によって集塵させた粒子状物質の量を求めるためのものである。そして、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、第一の壁の表面には、第一計測電極が埋設されている領域と、第二計測電極が埋設されている領域との間に、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部が形成されている。
【００２６】
本願の請求項１に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスに含まれる粒子状物質が、第一の壁の溝部の内部に優先的に集塵される。即ち、集塵電極によって発生した電界により、粒子状物質が偏在して集塵されることを利用して、その偏在箇所に溝部を設けて、溝部の内部に粒子状物質を積極的に集塵させる。溝部の内部に粒子状物質を集塵させることにより、集塵された粒子状物質が、測定対象ガスの流れによる外乱の影響を受け難くなる。即ち、粒子状物質の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こり難くなる。また、このような溝部を設けることで、第一計測電極と第二計測電極とを最短で直線的に結ぶ部分に対して、粒子状物質の堆積位置が近くなるため、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性の変化が読み取り易くなる。従って、粒子状物質検出装置の感度を向上させることができる。このように、本願の請求項１に係る発明の粒子状物質検出装置によれば、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。
【００２７】
本願の請求項１に係る発明の粒子状物質検出装置は、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができるため、ＤＰＦ等の排ガス処理装置の下流側に設置して、上記装置の自己故障診断（ＯＢＤ）を行う場合に極めて有効である。即ち、測定対象ガスとしては、煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガス等の内燃機関から排出された排ガスが、ＤＰＦ等によって一旦浄化された後の、浄化済みの排ガスであることが好ましい。
【００２８】
本願の請求項２に係る発明の粒子状物質検出装置は、第一計測電極及び第二計測電極のそれぞれが、平面的に配列された複数の櫛歯計測電極部と、複数の櫛歯計測電極部をその一端で連結する櫛骨計測電極部とを有する。そして、上記複数の櫛歯計測電極のそれぞれが、測定対象ガスの流れ方向に対して直交する方向に延びている。更に、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、第一計測電極の複数の櫛歯計測電極部と、第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部とが、測定対象ガスの流れ方向に隙間を空けて相互にかみ合わされるように、第一の壁の内部に埋設されている。そして、第一計測電極の複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域と、第二計測電極の複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域との間に、上記溝部がそれぞれ形成されている。即ち、測定対象ガスの流れ方向に対して、複数の溝部がそれぞれ垂直に伸びるように形成されているため、測定対象ガスの流れと、第二の壁から第一の壁に向かう電界との相互作用により、粒子状物質を溝部の内部に良好に集塵させることができる。また、第一計測電極及び第二計測電極を、上述したような櫛歯状に形成することにより、第一計測電極と第二計測電極との間の間隔を短くして、粒子状物質検出装置の感度をより向上させることができる。
【００２９】
本願の請求項３に係る発明の粒子状物質検出装置は、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における、第一の壁の表面から第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さが、１０〜７０μｍとなるように構成されたものである。このように構成することによって、第一計測電極及び第二計測電極を覆う壁の厚さが薄くなり、粒子状物質検出装置の検出感度をより向上させることができる。特に、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、第一の壁に溝部を形成し、その溝部の内部に積極的に粒子状物質を集塵させるため、従来の粒子状物質検出装置に比して、第一の壁の厚さをより薄くすることが可能となる。
【００３０】
本願の請求項４に係る発明の粒子状物質検出装置は、第一計測電極と第二計測電極との間隔に対して、溝部の幅が３０〜８０％となるように、第一の壁の表面に溝部が形成されたものである。このように構成することによって、粒子状物質を集塵し得る溝部の内部空間を良好に確保することが可能になる。更に、上記溝部の幅を実現しつつ、第一計測電極と第二計測電極との間隔をより狭くすることにより、更に検出感度を向上させることができる。
【００３１】
本願の請求項５に係る発明の粒子状物質検出装置は、集塵電極が、第二の壁の内部に埋設されたものである。そして、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、第二の壁の表面における、第一の壁の溝部が形成された位置と対面する位置に、凸部が形成されている。第二の壁の表面に、上述したような凸部を形成することにより、凸部が形成されている部分の第二の壁の静電容量が低下し、集塵電極からの電界が、第一計測電極及び第二計測電極の各端部に集中する。別言すれば、上記電界が、溝部が形成された箇所において集中する。これにより、より多くの量の粒子状物質が、上記電界の影響を受けて、第一の壁の溝部の内部に集塵される。また、第一の壁に溝部を形成した場合には、溝部の底面から第二の壁の表面までの距離が、溝部が形成されていない第一の壁の表面から第二の壁の表面までの距離に比して、長くなることがある。このような場合には、溝部が形成された部分の電界が僅かに弱くなることがある。そこで、上述した凸部を第二の壁の表面に形成することにより、溝部が形成されている部分にも良好な電界を発生させることができる。
【００３２】
本願の請求項６に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における凸部の形状が、正方形、長方形、台形、三角形、半円形、又は半楕円形である。このような形状の凸部を形成することにより、集塵電極が埋設された第二の壁から、第一の壁の溝部周辺に対して電界を良好に発生させることができ、より多くの量の粒子状物質を、溝部の内部に集塵させることができる。
【００３３】
本願の請求項７に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における凸部の形状が、第一の壁に埋設された第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状である。上記のように、第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状の凸部を形成することにより、更に、第二の壁（特に、第二の壁に形成された凸部）から、第一の壁の溝部周辺に対して集中的に電界を発生させることができる。
【００３４】
本願の請求項８に係る発明の粒子状物質検出装置は、以下のよう構成のものである。即ち、集塵電極は、第二の壁の内部における、第一の壁の溝部に対向する位置に埋設されたものであり、この集塵電極には、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する箇所に隙間が形成されている。このように、本願の請求項８に係る発明の粒子状物質検出装置においては、集塵電極が一枚の板状の電極ではなく、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する箇所に隙間が形成された集塵電極となっている。このため、集塵電極から、第一の壁の溝部に対して、より一層集中的に電界を発生させることができる。別言すれば、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する位置には、集塵電極が埋設されていないため、集塵電極からの電界が、第一計測電極及び第二計測電極の各端部の周辺に集中する。このため、溝部の内部に粒子状物質を積極的に集塵させることができる。
【００３５】
本願の請求項９に係る発明の粒子状物質検出装置は、集塵電極が、第一の壁の溝部の延びる方向に沿って平面的に配列された複数の櫛歯集塵電極部と、複数の櫛歯集塵電極部をその一端で連結する櫛骨集塵電極部とを有するものである。このように、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する箇所に隙間が形成された集塵電極を、上述したような櫛歯状の電極とすることで、集塵電極に電圧を印加する際の配線の取り回しが極めて簡便になる。
【００３６】
本願の請求項１０に係る発明の粒子状物質検出装置は、一方の端部に、貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体を備えたものである。そして、この検出装置本体の貫通孔を形成する一方の壁が、上記第一の壁であり、この一方の壁と貫通孔を挟んで対向配置された他方の壁が、上記第二の壁である。このような検出装置本体を備えた粒子状物質検出装置は、ＤＰＦ等の排ガス処理装置の下流側に設置して、排ガス処理装置の自己故障診断（ＯＢＤ）を行う場合に極めて有効である。本願の請求項１〜１０に係る発明は、上記［１］〜［１０］に記載された発明である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】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模式図である。
【図２Ａ】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２Ｂ】図２Ａ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２Ｃ】図２Ａ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２Ｄ】図２Ａに示す粒子状物質検出装置の背面図である。
【図３】図２ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図４】図２ＢのＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。
【図７】図３のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。
【図８】図３のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。
【図９】図３のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【図１０】本実施形態の粒子状物質検出装置において、測定対象ガス中の粒子状物質が、第一の壁に集塵される状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１４】粒子状物質検出装置の製造方法の一例を示す模式図である。
【図１５】粒子状物質検出装置の製造方法の他の例を示す模式図である。
【図１６】従来の粒子状物質検出装置において、測定対象ガス中の粒子状物質が、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された壁に集塵される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】
【００３８】
以下、本発明を実施するための形態を具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、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。
【００３９】
（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１に示すような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、第一計測電極１２ａ、第二計測電極１２ｂ、集塵電極４１、及び粒子状物質量算出手段６０、を備えたものである。ここで、図１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模式図である。
【００４０】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂと、集塵電極４１と、粒子状物質量算出手段６０と、を備えたものである。第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ａは、誘電体からなる第一の壁３３の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設されている。集塵電極４１は、上記第一の壁３３と間隔を隔てて対向配置された第二の壁３４に配置されている。この集塵電極４１は、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂに向けて電界を発生させることにより、第一の壁３３と第二の壁３４との間を通過する測定対象ガスＧに含まれる粒子状物質を、第一の壁３３の表面に集塵させるための電極である。粒子状物質量算出手段６０は、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間の電気的特性の変化を測定して、上述した電界によって集塵させた粒子状物質の量を求めるためのものである。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、第一の壁３３の表面には、第一計測電極１２ａが埋設されている領域２２ａと、第二計測電極１２ｂが埋設されている領域２２ｂとの間に、溝部３５が形成されている。この溝部３５は、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された位置までの深さの溝である。
【００４１】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、測定対象ガスＧに含まれる粒子状物質が、第一の壁３３の溝部３５の内部に優先的に集塵される。即ち、集塵電極４１によって発生した電界により、粒子状物質が偏在して集塵されることを利用して、その偏在箇所に溝部３５を設けて、溝部３５の内部に粒子状物質を積極的に集塵させる。図１においては、第二の壁３４から第一の壁３３に向けて描かれた破線の矢印が、上記電界の向きを示している。このように、溝部３５の内部に粒子状物質を集塵させることにより、集塵された粒子状物質が、測定対象ガスＧの流れによる外乱の影響を受け難くなる。即ち、粒子状物質の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こり難くなる。また、このような溝部３５を設けることで、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとを最短で直線的に結ぶ部分に対して、粒子状物質の堆積位置が近くなるため、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間の電気的特性の変化が読み取り易くなる。従って、粒子状物質検出装置１００の感度を向上させることができる。このように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。
【００４２】
図１に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、集塵電極４１に電圧を印加するための集塵電極用電源５０を更に備えたものであってもよい。この集塵電極用電源５０は、集塵電極４１から第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂに向けて電界を発生させるため電源である。即ち、集塵電極用電源５０によって集塵電極４１に電圧を印加すると、上記電界が発生する。
【００４３】
粒子状物質量算出手段６０は、本実施形態の粒子状物質検出装置１００において、粒子状物質の量を求めるための算出手段である。本実施形態の粒子状物質検出装置１００における、粒子状物質の量を求める方法は、以下の通りである。まず、第一の壁３３と第二の壁３４との間を通過する測定対象ガスＧに含まれる粒子状物質を、上記電界によって、第一の壁３３の表面に集塵させる。そして、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂの間の電気的特性の変化を測定する。測定された「電気的特性の変化」から、第一の壁３３の表面に集塵された粒子状物質の量を求める。粒子状物質量算出手段６０は、特性測定部６１、及び粒子状物質量算出部６２を備える。特性測定部６１は、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂの間の電気的特性の変化を測定するものである。粒子状物質量算出部６２は、電気的特性の変化から、第一の壁３３の表面に集塵された粒子状物質の量を求めるものである。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、粒子状物質量算出手段６０が、求められた粒子状物質の量から、測定対象ガス中の粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出部６３を更に備えていてもよい。
【００４４】
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置のより具体的な構成について、図２Ａ〜図２Ｄ及び図３〜図９に示す粒子状物質検出装置を例に、更に詳細に説明する。
【００４５】
ここで、図２Ａ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る。図２Ｂは、図２Ａ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２Ｃは、図２Ａ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２Ｄは、図２Ａに示す粒子状物質検出装置の背面図である。また、図３は、図２ＢのＡ−Ａ’断面を示す模式図である。図４は、図２ＢのＧ−Ｇ’断面を示す模式図である。図５は、図３のＢ−Ｂ’断面を示す模式図である。図６は、図３のＣ−Ｃ’断面を示す模式図である。図７は、図３のＤ−Ｄ’断面を示す模式図である。図８は、図３のＥ−Ｅ’断面を示す模式図である。図９は、図３のＦ−Ｆ’断面を示す模式図である。
【００４６】
図２Ａ〜図２Ｄ、図３、及び図４に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、一方の端部３１ａに貫通孔３２が形成された、一方向に長い検出装置本体３１を備えたものである。この検出装置本体３１の貫通孔３２を形成する一方の壁が、上述した第一の壁３３であり、また、この一方の壁（即ち、第一の壁３３）と貫通孔３２を挟んで対向配置された他方の壁が、上述した第二の壁３４である。従って、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂは、検出装置本体３１の貫通孔３２を形成する第一の壁３３の内部に埋設され、誘電体で覆われている。また、集塵電極４１は、検出装置本体３１の貫通孔３２を形成する第二の壁３４に配置されている。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、集塵電極４１が、上記第二の壁３４の内部に埋設されている。なお、図２Ａ〜図２Ｄ、及び図３〜図９に示す粒子状物質検出装置１００においては、粒子状物質量算出手段６０（図１参照）を捨象した形で作図を行った。
【００４７】
検出装置本体３１は、一方の端部３１ａに貫通孔３２が形成された一方向に長い「粒子状物質検出装置１００の検出部分における本体」を構成するものである。第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂと、集塵電極４１とは、貫通孔３２を挟んで反対側に壁（即ち、第一の壁３３と第二の壁３４）に配置されている。この集塵電極４１は、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂに向けて電界を発生させることにより、貫通孔３２を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、第一の壁３３の表面に集塵させるための電極である。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、「貫通孔３２の延びる方向」が、「測定対象ガスの流れ方向」となる。
【００４８】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、貫通孔３２を形成する第一の壁３３の表面に、以下のようにして、溝部３５が形成されている。即ち、第一計測電極１２ａが埋設されている領域２２ａと、第二計測電極１２ｂが埋設されている領域２２ｂとの間に、溝部３５が形成されている。なお、「第一計測電極１２ａが埋設されている領域２２ａ」とは、第二の壁３４から第一の壁３３に向かう方向に、第一計測電極１２ａが埋設されている領域２２ａのことである。また、「第二計測電極１２ｂが埋設されている領域２２ｂ」とは、第二の壁３４から第一の壁３３に向かう方向に、第二計測電極１２ｂが埋設されている領域２２ａのことである。第一の壁３３の表面に形成された溝部３５は、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された位置までの深さの溝である。
【００４９】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、測定対象ガスに含まれる粒子状物質が、第一の壁３３の溝部３５の内部に優先的に集塵される。即ち、集塵電極４１によって発生した電界により、粒子状物質が偏在して集塵されることを利用して、その偏在箇所に溝部３５を設けて、溝部３５の内部に粒子状物質を積極的に集塵させる。
【００５０】
具体的には、図１０に示すように、集塵電極４１によって発生した電界により、測定対象ガスＧに含まれる粒子状物質５１を、検出装置本体３１の第一の壁３３の表面に集塵させる。この際、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂの端部において、上述した電界が集中するため、粒子状物質５１は、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂの端部近傍に偏在して集塵されることとなる。本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、第一計測電極１２ａが埋設されている領域２２ａと第二計測電極１２ｂが埋設されている領域２２ｂとの間に溝部３５が形成されているため、多くの量の粒子状物質５１が溝部３５の内部に集塵されることとなる。また、溝部３５の内部に粒子状物質５１を集塵させることにより、集塵された粒子状物質５１が、測定対象ガスＧの流れによる外乱の影響を受け難くなる。即ち、粒子状物質５１の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こり難くなる。また、このような溝部３５を設けることで、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとを最短で直線的に結ぶ部分に対して、粒子状物質５１の堆積位置が近くなる。そのため、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間の電気的特性の変化が読み取り易くなる。従って、粒子状物質検出装置１００の感度を向上させることができる。図１０において、破線で示す矢印が、粒子状物質５１を集塵するための電界を示している。また、図１０において、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとを結ぶ破線は、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間の電気的変化を測定する際の、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの検知間隔を模式的に示すものである。図１０は、本実施形態の粒子状物質検出装置において、測定対象ガス中の粒子状物質が、第一の壁に集塵される状態を模式的に示す説明図である。
【００５１】
このように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００によれば、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。特に、検出装置本体３１の大きさ等については、従来の粒子状物質検出装置と同等の大きさを維持したまま、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。このため、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、自動車等の内燃機関等に適合する小型化を実現し、粒子状物質検出装置１００の製造コスト削減を実現することができる。本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、ＤＰＦ等の排ガス処理装置の下流側に設置して、上記装置の自己故障診断（ＯＢＤ）を行う場合に極めて有効である。即ち、測定対象ガスとしては、煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガス等の内燃機関から排出された排ガスが、ＤＰＦ等によって一旦浄化された後の、浄化済みの排ガスであることが好ましい。
【００５２】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、上述したように高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができるため、粒子径がナノメートルオーダーの粒子状物質を検知できる可能性もある。即ち、排ガス中に含まれる粒子状物質には、上述したような、粒子径がナノメートルオーダーの粒子状物質である一次粒子と、この一次粒子が凝集した二次粒子とが含まれている。従来の粒子状物質検出装置においては、専ら、上記二次粒子を検出対象として、粒子状物質の検出を行っている。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、上述した高感度を実現することにより、第一の壁の溝部内に上記一次粒子を集塵させた場合においても、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性が変化することが予想される。このため、本実施形態の粒子状物質検出装置は、上記一次粒子等の極低濃度の粒子状物質を検出するための粒子状物質検出装置として好適に利用することができる。なお、一次粒子からなる粒子状物質の粒子径は、１０〜２０ｎｍ程度である。また、この一次粒子が凝集した二次粒子からなる粒子状物質の粒子径は、１００ｎｍ以上であることが一般的である。
【００５３】
本実施形態の粒子状物質検出装置において、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部とは、以下のような溝部のことをいう。ここで、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における、第一の壁の表面から溝部の底面までの長さを「ａ」とし、第一の壁の表面から第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さを「Ａ」とする。「第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さＡ」に対して、「溝部の底面までの長さａ」が、５０〜１５０％である。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、「第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さＡ」に対して、「溝部の底面までの長さａ」が、８０〜１００％であることが更に好ましく、１００％であることが特に好ましい。なお、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面において、第一計測電極１２ａの端縁と第二計測電極１２ｂの端縁とを結ぶ線上に、上記溝部３５の底面の少なくとも一部が存在す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、第一計測電極と第二計測電極とを最短で直線的に結ぶ部分の近傍に、粒子状物質を集塵させることができる。
【００５４】
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置を、各構成要素毎に更に詳細に説明する。
【００５５】
（２）粒子状物質検出装置の構成：
図２Ａ〜図２Ｄ及び図３〜図１０に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置１００は、第一計測電極１２ａ、第二計測電極１２ｂ、集塵電極４１、及び粒子状物質量算出手段６０（図１参照）、を備えたものである。第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設される第一の壁３３、及び集塵電極４１が配置される第二の壁３４は、例えば、検出装置本体３１の一部によって構成されたものを挙げることができる。但し、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設される第一の壁３３、及び集塵電極４１が配置される第二の壁３４については、誘電体からなる板状の部材によって構成されたものであってもよい。
【００５６】
（２−１）検出装置本体：
検出装置本体３１は、一方の端部３１ａに貫通孔３２が形成された一方向に長い「粒子状物質検出装置１００の本体」を構成するものである。検出装置本体３１の貫通孔３２が形成された一方の端部３１ａは、誘電体により構成されている。貫通孔３２を形成する第一の壁３３の内部には、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設されている。また、貫通孔３２を形成する第二の壁３４の内部には、集塵電極４１が埋設されている。
【００５７】
検出装置本体は、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い。更に、この一方向に長い板状の検出装置本体の一方の端部に、上記貫通孔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、自動車の排気系等に挿入したときに、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。
【００５８】
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。この貫通孔は、検出装置本体の長手方向に垂直な方向に、検出装置本体の正面から背面に延びるように形成されている。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、これまでに説明したように、貫通孔を形成する第一の壁の表面に溝部が形成されている。
【００５９】
検出装置本体は、誘電体からなるものであることが好ましい。このような誘電体からなる検出装置本体の内部に集塵電極を埋設することにより、誘電体に覆われた集塵電極を形成することが可能となる。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。集塵電極は、貫通孔を形成する第二の壁の表面に配置されていてもよいが、上述したように、誘電体からなる第二の壁の内部に埋設されていることが好ましい。
【００６０】
検出装置本体は、アルミナを含むセラミック材料からなるものであることが好ましい。このようなセラミック材料からなる検出装置本体によれば、貫通孔内に粒子状物質を良好に集塵可能な電界を発生させることができる。アルミナを含むセラミック材料には、ジルコニアが含まれていてもよい。即ち、検出装置本体を構成するセラミック材料は、アルミナ、又はアルミナとジルコニアを主成分とするものであることが好ましい。ここで、主成分とは、その構成成分中の質量比率が、９２質量％以上のことをいう。このため、検出装置本体を構成するセラミック材料は、アルミナとジルコニア以外の成分が、８質量％未満であることが好ましい。
【００６１】
検出装置本体の厚さについては特に制限はない。検出装置本体の厚さは、「検出装置本体の長手方向」及び「貫通孔の延びる方向」の両方に垂直な方向における長さのことである。即ち、検出装置本体の厚さとは、貫通孔の第二の壁から第一の壁に向かう方向における検出装置本体の長さのことを意味する。
【００６２】
検出装置本体の幅についても特に制限はない。検出装置本体の幅は、検出装置本体の長手方向と厚さ方向とに直交する方向の長さのことである。即ち、検出装置本体の幅とは、貫通孔の延びる方向のことを意味する。
【００６３】
貫通孔の長さについては特に制限はない。貫通孔の長さとは、検出装置本体の長手方向における長さのことを意味する。貫通孔は、検出装置本体の一方の端部に形成されている。「検出装置本体の一方の端部」というときは、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、検出装置本体３１の一方の先端部分３１ｃから、検出装置本体３１の全長の５０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。なお、検出装置本体３１の一方の端部は、好ましくは、検出装置本体３１の一方の先端部分３１ｃから、検出装置本体３１の全長の４０％の長さに相当する位置までの範囲であり、更に好ましくは、３０％の長さに相当する範囲である。なお、「検出装置本体の他方の端部」というときは、検出装置本体３１の他方の先端部分３１ｄから、検出装置本体３１の全長の５０％の長さに相当する位置までの範囲をいう。検出装置本体の他方の端部は、好ましくは、検出装置本体の他方の先端部分３１ｄから、検出装置本体３１の全長の４０％の長さに相当する位置までの範囲であり、更に好ましくは、３０％の長さに相当する範囲である。
【００６４】
検出装置本体３１は、一方向に長く構成され、その一方の端部に貫通孔を形成することが可能なものであれば、その全体形状については特に制限ない。例えば、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、検出装置本体３１の形状は、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。また、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。
【００６５】
貫通孔３２を形成する第一の壁３３の内部には、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設されている。第一計測電極１２ａが埋設されている領域２２ａと、第二計測電極１２ｂが埋設されている領域２２ｂとの間に、溝部３５が形成されている。貫通孔３２の延びる方向に垂直な断面における、第一の壁３３の表面から第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された位置までの長さが、１０〜７０μｍ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１００の検出感度を更に向上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においては、第一の壁３３に溝部３５を形成し、溝部３５の内部に積極的に粒子状物質を集塵させるため、従来の粒子状物質検出装置に比して、第一の壁の厚さをより薄くすることが可能となる。なお、第一の壁３３の表面から第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された位置までの長さについては、１０〜５０μｍであることが更に好ましく、１０〜３０μｍであることが特に好ましい。
【００６６】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間隔に対して、溝部の幅が３０〜８０％となるように、第一の壁３３の表面に溝部３５が形成されていることが好ましい。溝部３５の幅を上記数値範囲とすることで、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間に、より幅の広い溝部３５を形成することができる。これにより、溝部３５の内部に、粒子状物質を集塵し易くなり、検出感度をより向上させることができる。例えば、溝部の幅が３０％未満であると、粒子状物質が入り込むスペースが少なくなり、検出感度が十分に向上しないことがある。なお、溝部の幅を上記数値範囲とする際には、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間隔を狭くすることにより、更に検出感度を向上させることができる。即ち、粒子状物質検出装置の検出感度は、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間隔にも大きく影響される。そのため、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間隔を狭くし、且つ、溝部３５の幅を、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間隔に対してより広くすることで、検出感度を有効に向上させることができる。なお、溝部の幅は、第一の壁の強度に影響が無い範囲において広くすることがより好ましい。また、溝部の幅は、第一計測電極１２ａと第二計測電極１２ｂとの間隔に対して、６０〜８０％であることが更に好ましい。
【００６７】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、第二の壁３４の表面における、第一の壁３３の溝部３５が形成された位置と対面する位置に、凸部３６が形成されていてもよい。このように、第二の壁３４の表面に凸部３６を形成することにより、第二の壁３４から第一の壁３３に向かって発生する電界を、第一の壁３３の溝部３５に集中させることができる。即ち、第二の壁３４の表面に、上述したような凸部３６を形成することにより、凸部３６が形成されている部分の第二の壁３４の静電容量が低下し、集塵電極４１からの電界が、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂの各端部に集中する。別言すれば、上記電界が、溝部３５が形成された箇所において集中する。これにより、より多くの量の粒子状物質が、上記電界の影響を受けて、第一の壁３３の溝部３５の内部に集塵される。また、第一の壁３３に溝部３５を形成した場合には、溝部３５の底面から第二の壁３４の表面までの距離が、溝部３５が形成されていない第一の壁３３の表面から第二の壁３４の表面までの距離に比して、長くなることがある。このような場合には、溝部３５が形成された部分の電界が僅かに弱くなることがある。そこで、上述した凸部３６を第二の壁３４の表面に形成することにより、溝部３５が形成されている部分にも良好な電界を発生させることができる。
【００６８】
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、貫通孔の延びる方向（別言すれば、測定対象ガスの流れ方向）に垂直な断面における、上述した凸部の形状が、正方形、長方形、台形、三角形、半円形、又は半楕円形であることが好ましい。このような形状の凸部を形成することにより、集塵電極が埋設された第二の壁から、第一の壁の溝部周辺に対して電界を良好に発生させることができ、より多くの量の粒子状物質を、溝部の内部に集塵させることができる。例えば、図４においては、貫通孔３２の延びる方向に垂直な断面における、凸部３６の形状が、長方形の場合の例を示す。
【００６９】
例えば、図１１に示す粒子状物質検出装置１０１においては、貫通孔３２の延びる方向に垂直な断面における、凸部３６の形状が、台形である。また、図１２に示す粒子状物質検出装置１０２においては、貫通孔３２の延びる方向に垂直な断面における、凸部３６の形状が、三角形の場合の例を示す。更に、図１３に示す粒子状物質検出装置１０３においては、貫通孔３２の延びる方向に垂直な断面における、凸部３６の形状が、半円形の場合の例を示す。ここで、図１１は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。図１２は、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。図１３は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。図１１〜図１３において、図４に示す粒子状物質検出装置１００と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
また、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、貫通孔の延びる方向に垂直な断面における凸部の形状が、第一の壁に埋設された第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状であることがより好ましい。上記のように、第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状の凸部を形成することにより、更に、第二の壁（特に、第二の壁に形成された凸部）から、第一の壁の溝部周辺に対して集中的に電界を発生させることができる。
【００７１】
第二の壁の表面に凸部が形成される場合において、この凸部の、第二の壁の表面から凸部の先端部分までの長さは、５０〜２５０μｍであることが好ましく、７０〜２００μｍであることが更に好ましく、８０〜１５０μｍであることが特に好ましい。以下、凸部の、第二の壁の表面から凸部の先端部分までの長さを、単に「凸部の先端部分までの長さ」ということがある。凸部の先端部分までの長さが短すぎると、この凸部による電界を集中させる効果が十分に発現しないことがある。一方、凸部の先端部分までの長さが長すぎると、凸部が破損し易くなってしまう。
【００７２】
貫通孔を形成する第一の壁及び第二の壁の厚さについても特に制限はない。各壁には、第一計測電極、第二計測電極、及び集塵電極等の粒子状物質の検出に用いるための電極が埋設される。このため、このような電極を良好に埋設することができるような厚さであることが好ましい。例えば、第一の壁の厚さは、２０〜１００μｍであることが好ましく、３５〜１００μｍであることが更に好ましく、３５〜８０μｍであることが特に好ましい。上記第一の壁の厚さは、溝部が形成されていない部分における第一の壁の厚さのことである。第二の壁の厚さは、５０〜５００μｍであることが好ましく、５０〜２５０μｍであることが更に好ましく、１００〜２５０μｍであることが特に好ましい。上記第二の壁の厚さは、凸部が形成されていない部分における第二の壁の厚さのことである。
【００７３】
また、第一の壁から第二の壁までの間隙は、１００〜１０００μｍであることが好ましく、２００〜７５０μｍであることが更に好ましく、２００〜５００μｍであることが特に好ましい。上記「第一の壁から第二の壁までの間隙」は、溝部が形成されていない第一の壁の表面から、凸部が形成されていない第二の壁の表面までの距離のことである。第一の壁から第二の壁までの間隙を上記数値範囲とすることで、検知面となる第一の壁側に、粒子状物質を良好に集塵することが可能となる。第一の壁及び第二の壁が、上述した検出装置本体の貫通孔を形成する壁である場合には、上記「第一の壁から第二の壁までの間隙」が、貫通孔の間隔となる。
【００７４】
検出装置本体３１は、複数のテープ状セラミックが積層されてな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、複数のテープ状セラミックの間に、各電極、配線等を挟みながら積層して検出装置本体を作製することができる。このため、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。テープ状セラミックは、セラミックシートと称されることがある。
【００７５】
（２−２）第一計測電極及び第二計測電極：
第一計測電極及び第二計測電極は、貫通孔を形成する第一の壁の内部に配置されたものである。この第一計測電極と第二計測電極とが一対の計測電極となって、第一の壁の電気的特性を計測する。即ち、上記第一の壁の表面に粒子状物質が電気的に集塵されると、この第一の壁の電気的特性が変化する。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、この電気的特性の変化を測定して、粒子状物質の検出を行う。
【００７６】
第一計測電極及び第二計測電極は、貫通孔を形成する第一の壁の内部に埋設され、誘電体によって覆われている。例えば、貫通孔を形成する壁に第一計測電極及び第二計測電極が配置され、更に、この第一計測電極及び第二計測電極の表面を覆うように、誘電体からなる薄膜が配置されることによって、上記第一の壁が形成された態様を好適例として挙げることができる。誘電体からなる薄膜としては、アルミナ、又はアルミナ及びジルコニアを主成分とするものであることが好ましい。これまでに説明したように、第一計測電極が埋設されている領域と、第二計測電極が埋設されている領域との間には、溝部が形成されている。
【００７７】
本実施形態の粒子状物質検出装置１００に用いられる第一計測電極１２ａ及び第二計測電極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。図７に示すように、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂのそれぞれが、平面的に配列された複数の櫛歯計測電極部１３ａ，１３ｂと、櫛骨計測電極部１４ａ，１４ｂとを有する櫛歯状の電極であることが好ましい。櫛骨計測電極部１４ａは、第一計測電極１２ａの複数の櫛歯計測電極部１３ａをその一端で連結するものである。同様に、櫛骨計測電極部１４ｂは、第二計測電極１２ｂの複数の櫛歯計測電極部１３ｂをその一端で連結するものである。
【００７８】
そして、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが、上述した櫛歯状の電極である場合には、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが、以下のように構成されていることが好ましい。まず、複数の櫛歯計測電極部１３ａ，１３ｂのそれぞれが、測定対象ガスの流れ方向に対して直交する方向に延びるように配置されている。そして、第一計測電極１２ａの複数の櫛歯計測電極部１３ａと、第二計測電極１２ｂの複数の櫛歯計測電極部１３ｂとが、測定対象ガスの流れ方向に隙間を空けて相互にかみ合わされるように、第一の壁３３の内部に埋設されていることが好ましい。また、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが、このような櫛歯状の電極である場合には、第一の壁に形成される溝部は、以下のようなものとなる。即ち、第一計測電極１２ａの複数の櫛歯計測電極部１３ａが埋設されている各領域と、第二計測電極１２ｂの複数の櫛歯計測電極部１３ｂが埋設されている各領域との間に、溝部３５がそれぞれ形成されている。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、更に粒子状物質検出装置の検出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計測電極を用いることによって、第一計測電極と第二計測電極との間隔を狭く、且つより均一にして、粒子状物質検出装置の感度を向上させることができる。
【００７９】
第一計測電極及び第二計測電極の厚さについては特に制限はない。第一計測電極及び第二計測電極の厚さとしては、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。また、第一計測電極及び第二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。
【００８０】
以下、第一計測電極及び第二計測電極が、櫛歯状の電極である場合のより好ましい態様について説明する。第一計測電極及び第二計測電極を構成する櫛歯計測電極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、第一計測電極及び第二計測電極における各櫛歯計測電極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、より高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。
【００８１】
隣接する第一計測電極の櫛歯計測電極部と、第二計測電極の櫛歯計測電極部との間隔は、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。「隣接する第一計測電極の櫛歯計測電極部と、第二計測電極の櫛歯計測電極部との間隔」とは、隣接する第一計測電極の櫛歯計測電極部と第二計測電極の櫛歯計測電極部とが、相互にかみ合わされるように配置される際の、２つの櫛歯計測電極部の相互の間隔のことである。
【００８２】
粒子状物質検出装置１００の第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂは、計測配線１６ａ，１６ｂと電気的に接続されている。また、計測配線１６ａ，１６ｂは、検出装置本体３１の他方の端部３１ｂに配置された計測電極取出端子１７ａ，１７ｂと、電気的に接続されている。この計測電極取出端子１７ａ，１７ｂは、粒子状物質量算出手段と電気的に接続されている。特に、計測電極取出端子１７ａ，１７ｂは、粒子状物質量算出手段６０（図１参照）の特性測定部６１（図１参照）と電気的に接続されている。
【００８３】
計測電極取出端子１７ａ，１７ｂを、検出装置本体３１の他方の端部３１ｂに配設することにより、貫通孔３２と計測電極取出端子１７ａ，１７ｂとの間隔を大きくとることができる。このため、検出装置本体３１の一方の端部３１ａだけを高温の排ガスが流通する排気系に挿入することができる。即ち、計測電極取出端子１７ａ，１７ｂが配設されている他方の端部３１ｂ側を、排気系から外に出した状態にすることが可能となる。計測電極取出端子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る。また、長期にわたって粒子状物質検出装置を使用した場合に、計測電極取出端子と外部への接続を行うためのハーネスとの接点不良が発生して測定不能になることがある。
【００８４】
計測電極取出端子１７ａ，１７ｂは、図２Ｂに示すように、検出装置本体３１の他方の端部３１ｂの側面に、長手方向に延びるように配置されていることが好ましい。なお、図２Ｂにおいては、検出装置本体３１の他方の端部３１ｂは、幅が狭くなっているが、他方の端部３１ｂの幅は、このように狭くなっていてもよいし、狭くなっていなくてもよい。計測配線１６ａ，１６ｂ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。計測電極取出端子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。
【００８５】
（２−３）集塵電極：
集塵電極は、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置されたものである。このような第二の壁としては、例えば、貫通孔が形成された検出装置本体の貫通孔を形成する壁のうち、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された壁とは反対側の壁を挙げることができる。この集塵電極も、検出装置本体を構成する誘電体で覆われた電極であることが好ましい。図１０に示すように、集塵電極４１と第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂ間に電圧を印加することにより、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂの少なくとも一方がアースとなり、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂに向けて電界が発生する。なお、後述するが、集塵電極４１に対するアースとしては、上記第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂの他に、更に、接地用の電極（接地電極４２（図８参照））を別途設けてもよい。
【００８６】
集塵電極は、第一計測電極及び第二計測電極に向けて、第一の壁と第二の壁との間に電界を発生させることができるものであれば、その形状については特に制限はない。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、図４に示すように、集塵電極４１が、第二の壁３４の内部における、第一の壁３３の溝部３５に対向する位置に埋設されたものであることが好ましい。特に、この集塵電極４１には、第一計測電極１２ａが埋設された領域２２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された領域２２ｂに対向する箇所に、隙間が形成されていることが好ましい。図４に示す粒子状物質検出装置１００においては、集塵電極４１が、第二の壁３４の内部における、第一の壁３３の溝部３５に対向する位置のみに埋設されている。集塵電極４１を上述したように構成することによって、この集塵電極４１から、第一の壁３３の溝部３５に対して、より一層集中的に電界を発生させることができる。即ち、第一計測電極１２ａが埋設された領域２２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された領域２２ｂに対向する位置には、集塵電極４１が埋設されていないため、集塵電極４１からの電界が、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂの各端部の周辺に集中する。このため、溝部３５の内部に粒子状物質を積極的に集塵させることができる。勿論、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、集塵電極が一枚の板状の電極であってもよい。
【００８７】
図４に示すような集塵電極４１としては、例えば、第一の壁３３の溝部３５の延びる方向に沿って平面的に配列された複数の櫛歯集塵電極部と、複数の櫛歯集塵電極部をその一端で連結する櫛骨集塵電極部とを有するものを挙げることができる。このように、集塵電極４１についても、上述した櫛歯状の電極とすることで、集塵電極４１に電圧を印加する際の配線の取り回しが極めて簡便になる（例えば、図５参照）。また、第二の壁３４の表面に、上述したように凸部３６を形成する場合には、集塵電極４１が埋設される位置と、凸部３６が形成される位置とが一致していることが好ましい。
【００８８】
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。
【００８９】
集塵電極が、第二の壁に埋設されている場合において、集塵電極から第二の壁の表面までの距離については特に制限はない。なお、上記「第二の壁の表面」とは、第一の壁に対向する第二の壁の表面のことである。なお、電界強度の観点からは、集塵電極から第二の壁の表面までの距離は、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．２５ｍｍであることが更に好ましい。このように構成することによって、第一の壁と第二の壁との間に、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。
【００９０】
図５に示すように、集塵電極４１には、検出装置本体３１の長手方向に延びる集塵配線４１ｂが接続されている。また、集塵配線４１ｂは、検出装置本体３１の他方の端部３１ｂに配置された集塵電極取出端子４１ａと電気的に接続されている。集塵配線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。集塵電極取取出端子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。
【００９１】
（２−４）接地電極：
本実施形態の粒子状物質検出装置は、第一の壁の内部に埋設された、接地用の接地電極を更に備えたものであってもよい。なお、上述したように、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、集塵電極に電圧を印加した場合に、第一計測電極及び第二計測電極のうちの少なくとも一方の電極をアースとして用いることもできる。このような接地電極を更に備えた粒子状物質検出装置は、より高精度及び高感度の粒子状物質の検出が可能となる。
【００９２】
図２Ａ〜図２Ｄ、及び図３〜図９に示す粒子状物質検出装置１００においては、第一の壁３３の内部に、接地用の接地電極４２を更に備えた場合の例を示す。第一の壁３３の内部には、第一の壁３３の厚さ方向の表面側より（即ち、貫通孔３２側寄り）に、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設されている。更に、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂの埋設位置から、第一の壁３３の表面から厚さ方向に離れた箇所に、接地電極４２が配置されている。この接地電極４２が、集塵電極４１に対するアースの役割を果たす。
【００９３】
接地電極４２には、検出装置本体３１の長手方向に延びる接地配線４２ｂが接続されている。また、接地配線４２ｂは、接地電極４２に接続されていない側の先端で、接地電極取出端子４２ａに接続されている。
【００９４】
また、接地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、接地配線及び接地電極取出端子の材質としては、集塵配線及び集塵電極取出端子の材質と同様のものを挙げることができる。
【００９５】
接地電極は、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。但し、接地電極は、貫通孔の延びる方向において、少なくとも貫通孔の幅全域を覆うことができる大きさのものであることが好ましい。
【００９６】
（２−５）粒子状物質量算出手段：
本実施形態の粒子状物質検出装置は、第一計測電極と第二計測電極の間の電気的特性の変化を測定して、粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段を備えている。即ち、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、これまでに説明したように、第一の壁と第二の壁の間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、電界によって第一の壁の表面に集塵させる。上記電界は、集塵電極によって発生させたものである。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定し、その電気的特性の変化から、集塵させた粒子状物質の量を求める。
【００９７】
粒子状物質量算出手段としては、上述した方法によって粒子状物質の量を求めることができるものであれば、特に制限はない。例えば、粒子状物質量算出手段としては、特性測定部、及び粒子状物質量算出部を備えるものを挙げることができる。また、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、求められた粒子状物質の量から、測定対象ガス中の粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出部を更に備えていてもよい。
【００９８】
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置において、粒子状物質の量を検出する原理について説明する。まず、第一計測電極と第二計測電極の間の電気的特性の変化量Ｅ１は、粒子状物質の集塵量（別言すれば、粒子状物質の堆積量Ｗ１）と一定の関係にある。このため、特性測定部によって、上記電気的特性の変化量Ｅ１を知れば、粒子状物質の堆積量Ｗ１を求めることができる。粒子状物質量算出部は、電気的特性の変化量Ｅ１と粒子状物質の堆積量Ｗ１との相関関係を基に、電気的特性の変化量Ｅ１から、粒子状物質の堆積量Ｗ１を算出する算出機能を有するものである。また、測定対象ガス（例えば、排ガス）の流量を一定とすれば、粒子状物質の堆積量Ｗ１は、測定対象ガス中の粒子状物質の量、即ち、粒子状物質の濃度Ｃ１と一定の関係にもある。そのため、粒子状物質の堆積量Ｗ１が分かれば、測定対象ガス中の粒子状物質の濃度Ｃ１を求めることができる。また、測定対象ガスの流量が変わる場合には、流量計等により測定対象ガスの流量を計測し、計測された流量に基づいて、粒子状物質の濃度Ｃ１の補正を行うことで、粒子状物質の堆積量Ｗ１から、粒子状物質の濃度Ｃ１を求めることができる。粒子状物質濃度算出部は、粒子状物質の堆積量Ｗ１と粒子状物質の濃度Ｃ１との相関関係を基に、粒子状物質の堆積量Ｗ１から粒子状物質の濃度Ｃ１を算出する算出機能を有するものである。
【００９９】
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、粒子状物質量算出手段が、粒子状物質検出装置における制御装置に組み込まれていることが好ましい。その制御装置は、例えば、電気信号入出力機能を備えたシーケンサ等で構成され、粒子状物質量算出手段の他に、装置全体の制御を行うための制御手段を有するものであることが好ましい。制御手段によって行われるその他の制御としては、例えば、集塵電極用電源の制御、後述する加熱部用の電源の制御、測定モードの切換、及び流量計で測定された流量の電気信号の授受等を挙げることができる。
【０１００】
第一計測電極と第二計測電極の間における電気的特性として、インピーダンスを求める場合には、交流電源を用い、抵抗、静電容量、インダクタンスをそれぞれ測定することができる。また、定電流源を使い、第一計測電極と第二計測電極の間の電圧の変化を測定することによって、インピーダンスの変化を測定してもよい。また、定電圧源を使って、第一計測電極と第二計測電極の間に流れる電流の変化や、第一計測電極と第二計測電極の間に蓄積される電荷の変化を測定することによって、第一計測電極と第二計測電極の間のインピーダンスの変化を測定してもよい。特性測定部は、このような電気的特性及びその変化の求め方によって、適切な構成とすることが可能である。
【０１０１】
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、これまでに説明したように、第一計測電極と第二計測電極の間に、溝部が形成されている。このため、粒子状物質を溝部内に集塵することにより、上述した電気的特性の変化を測定する際に、より感度の高い測定を行うことができる。そのため、結果的に、粒子状物質検出装置の検出感度を向上させることが可能となる。
【０１０２】
例えば、特性測定部は、第一計測電極及び第二計測電極に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成することができる。好ましい測定器としては、ＬＣＲメータを挙げることができる。具体的には、例えば、測定する電気的特性が静電容量である場合には、アジレント・テクノロジー社製のＬＣＲメータ４２６３Ｂ（商品名）等を用いることができる。
【０１０３】
また、粒子状物質量算出部及び粒子状物質濃度算出部については、上述した算出機能を有するものであれば、特に制限はない。例えば、上記算出機能を有する集積回路等を挙げることができる。
【０１０４】
（２−６）加熱部：
本実施形態の粒子状物質検出装置は、第一の壁及び第二の壁の少なくとも一方の壁の内部に埋設された加熱部を備えていてもよい。図２Ａ〜図２Ｄ、及び図３〜図９に示す粒子状物質検出装置１００においては、検出装置本体３１の内部に埋設された加熱部４３を備えている。この加熱部４３によって検出装置本体３１を加熱することにより、貫通孔３２を形成する壁（即ち、第一の壁３３）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。このようにして、壁に集塵した粒子状物質を焼き払うことにより、粒子状物質検出装置を再生することができる。また、粒子状物質の質量を測定する際において、貫通孔３２の内部空間を所望の温度に調節することもできる。このような温度調節により、第一計測電極と第二計測電極の間の電気的特性の変化を安定的に測定することができる。
【０１０５】
加熱部４３は、例えば、加熱部を形成するための導体ペーストを用いて形成することができる。加熱部４３は、線状の金属材料からなるものであってもよい（例えば、図９参照）。また、加熱部４３は、幅広のフィルム状のものであってもよい。図９においては、検出装置本体３１の長手方向において、線状の金属材料が波状に配置された加熱部４３の例を示す。また、図９においては、検出装置本体３１の長手方向に延びる２つの波状部分が、検出装置本体３１の一方の先端部分３１ｃにて連結された場合の例を示す。このような形状にすることにより、貫通孔内部を均一に加熱し、貫通孔を形成する壁に付着した粒子状物質を除去することができる。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。加熱部を形成する配線の数については特に制限はない。
【０１０６】
加熱部４３は、貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体３１の内部に埋設されていてもよい。また、図９に示すように貫通孔３２が形成されている位置だけに加熱部４３が配設されているのではなく、例えば、検出装置本体の他方の端部側に延びるように、加熱部が配設されていてもよい。これにより、貫通孔内部と貫通孔付近との温度差を小さくでき、急加熱しても検出装置本体の破損が起きにくいという利点がある。加熱部により、貫通孔の内部空間の温度を６５０℃まで上昇できることが好ましい。また、図２Ａ〜図２Ｄ及び図３〜図９に示す粒子状物質検出装置１００においては、加熱部４３が、第一計測電極１２ａ及び第二計測電極１２ｂが埋設された第一の壁３３の内部に配設された場合の例を示す。加熱部は、２箇所以上の位置に配設されていてもよい。例えば、集塵電極４１が配置された第二の壁３４の内部にも、加熱部４３が配設されていてもよい。
【０１０７】
加熱部４３は、加熱配線４３ｂに接続されている。そして、加熱配線４３ｂは、加熱部取出端子４３ａに接続されている（例えば、図２Ｃ参照）。加熱部取出端子４３ａも、計測電極取出端子１７ａ，１７ｂの場合と同様に、検出装置本体３１の他方の端部３１ｂに配設されることが好ましい。これにより、検出装置本体３１の一方の端部３１ａ側が加熱されたときの熱の影響を回避することができる。２つの加熱部取出端子４３ａが、検出装置本体３１の他方の側面側に、２本が並ぶように配置されているが、加熱部取出端子４３ａの配置は、このような配置に限定されるものではない。
【０１０８】
（２−７）集塵電極用電源：
本実施形態の粒子状物質検出装置は、集塵電極に電圧を印加するための集塵電極用電源を更に備えていてもよい。集塵電極用電源により集塵電極に電圧を印加することにより、第一の壁と第二の壁の間に、集塵電極から第一計測電極及び第二計測電極に向けて電界を発生させることができる。
【０１０９】
集塵電極用電源は、第一の壁と第二の壁の間に電界を発生させ得る安定した直流電圧又は交流電圧を供給するものである。集塵電極用電源として、例えば、フライバック方式による電源回路等を用いた電源を採用することができる。これは、入力側の電源からトランスにエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを出力側に放出することによって直流電圧を供給することができるものである。フライバック方式による電源回路においては、トランスへのエネルギーの蓄積と放出は、トランジスタ等により制御され、出力側の電流はダイオードにより整流される。
【０１１０】
（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２Ａ〜図２Ｄ及び図３〜図９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。
【０１１１】
（３−１）成形原料の調製：
まず、検出装置本体を製造するための成形原料を調製する。成形原料としては、検出装置本体が誘電体となるような誘電体原料を用いることが好ましい。誘電体原料としては、セラミック原料を挙げることができる。セラミック原料としては、アルミナ、及びジルコニアを好適に用いることができる。成形原料には、上記セラミック原料とは別に、他の成分が更に含まれていてもよい。セラミック原料と、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。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。
【０１１２】
バインダーとしては、水系バインダー、非水系バインダーを用いることができる。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る。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。
【０１１３】
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にクラック等の発生を防止することが可能となる。また、グリーンシートを乾燥及び焼成したときにも、クラック等の発生を防止することが可能となる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。可塑剤の添加量が、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ることがある。そのため、シートを加工する工程において、グリーンシートが変形しやすくなる。また、可塑剤の添加量が、３０質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎることがある。そのため、グリーンシートを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。
【０１１６】
分散剤としては、水系及び非水系の分散剤を挙げることができる。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る。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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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、更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。
【０１２１】
（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複数作製する。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制限はない。例えば、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等の公知の方法を使用することができる。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、貫通孔形成用のグリーンシートを少なくとも一枚作製する。製造するグリーンシートの厚さは、５０〜８００μｍであることが好ましい。
【０１２２】
得られた各グリーンシートの表面に、粒子状物質検出装置を構成する各電極、加熱部、各配線、各取出端子等を適宜配設する。各電極とは、第一計測電極、第二計測電極、集塵電極、接地電極等を挙げることができる。例えば、図１４に示すように、グリーンシート８０ａに、加熱部４３、及び加熱配線４３ｂを配設する。グリーンシート８０ｂに、接地電極４２を配設する。グリーンシート８０ｃに、第一計測電極１２ａ、第二計測電極１２ｂ、及び計測配線１６ａ，１６ｂを配設する。図１４においては、計測配線１６ａ，１６ｂの間にも、接地電極４２を配置した例を示す。グリーンシート８０ｄに、接地電極４２を配設する。グリーンシート８０ｅに、集塵電極４１、及び集塵配線４１ｂを配設する。グリーンシート８０ｆに、加熱部４３、及び加熱配線４３ｂを配設する。グリーンシート８０ｄは、上述した貫通孔形成用のグリーンシートであり、貫通孔が形成される部分が切り取られている。また、グリーンシート８０ｇは、検出装置本体の片側の側面を構成するものであり、グリーンシート８０ｆに積層される。
【０１２３】
また、図１４においては、グリーンシート８０ｃとグリーンシート８０ｄとの間に、各グリーンシートよりも厚さの薄い、誘電体層８５を配置した例を示す。誘電体層は、ペースト状の成形原料を塗工することによって形成することができる。また、図１４においては、グリーンシート８０ａ〜８０ｇの他方の端部が省略されているが、グリーンシート８０ａ〜８０ｇの他方の端部には、各取出端子等が適宜配置される。ここで、図１４は、粒子状物質検出装置の製造方法の一例を示す模式図である。
【０１２４】
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適宜調製することができる。例えば、導体ペーストは、原料粉末に、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。原料粉末としては、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ものを挙げることができる。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。
【０１２５】
図１４に示す各グリーンシート８０ａ〜８０ｇを順次積層し、グリーンシート積層体を作製する。本実施形態の粒子状物質検出装置を作製する際には、各グリーンシート８０ａ〜８０ｇを順次積層する段階で、誘電体層８５の表面に、溝部を形成する。溝部は、第一計測電極が配設されている領域と、第二計測電極が配設されている領域との間に形成する。溝部を形成する方法としては、レーザ加工によって、誘電体層８５の表面の一部を削り取る方法を挙げることができる。また、溝部を形成する位置に打ち抜き加工を施したグリーンシート又は誘電体層を別途作製して、この打ち抜き加工を施したグリーンシート又は誘電体層を、グリーンシート８０ａの表面に配置してもよい。また、第一計測電極が配設されている領域と、第二計測電極が配設されている領域とに、印刷によって誘電体層を形成することで、第一計測電極が配設されている領域と、第二計測電極が配設されている領域との間に溝部を形成することもできる。
【０１２６】
また、上述した溝部の形成と同様に、グリーンシート８０ｅの集塵電極４１を配置した面とは反対側の面に、凸部を形成してもよい。凸部を形成する方法としては、凸部の形状に応じたグリーンシートを別途作製して、当該グリーンシートを、グリーンシート８０ｅに配置する方法を挙げることができる。また、凸部を形成する以外のグリーンシート８０ｅの表面を、レーザ加工によって削り取り、グリーンシート８０ａの表面に、相対的に突出した凸部を形成してもよい。
【０１２７】
図１４に示すような粒子状物質検出装置の製造方法は、第一計測電極及び第二計測電極等を配設したグリーンシートを積層し、乾燥、焼成して検出装置本体を作製するため、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。
【０１２８】
上記複数のグリーンシートの積層は、同時に行ってもよいし、例えば、集塵電極が埋設された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の積層を行ってもよい。積層は加圧しながら行うことが好ましい。
【０１２９】
また、図１５に示すような方法で、グリーンシートの積層体を作製してもよい。図１５は、粒子状物質検出装置の製造方法の他の例を示す模式図である。図１５においては、グリーンシート８１ｄ及び８１ｅが、貫通孔形成用のグリーンシートであり、貫通孔が形成される部分が切り取られている。そして、グリーンシート８１ｅの貫通孔が形成される部分を覆うように、誘電体層８７を配置し、この誘電体層８７に集塵電極４１を配置する。集塵配線４１ｂは、グリーンシート８１ｅに配置する。その他の製造方法は、図１４における製造方法と同様である。即ち、グリーンシート８１ａに、加熱部４３、及び加熱配線４３ｂを配設する。グリーンシート８１ｂに、接地電極４２を配設する。グリーンシート８１ｃに、第一計測電極１２ａ、第二計測電極１２ｂ、及び計測配線１６ａ，１６ｂを配設する。グリーンシート８１ｄに、接地電極４２を配設する。グリーンシート８１ｆに、加熱部４３、及び加熱配線４３ｂを配設する。グリーンシート８１ｃとグリーンシート８１ｄとの間に、各グリーンシートよりも厚さの薄い、誘電体層８６を配置する。そして、各グリーンシート８１ａ〜８１ｇを順次積層し、グリーンシート積層体を作製する。図１５に示す方法においても、誘電体層８６の表面に溝部を形成してから、グリーンシート積層体を作製することが好ましい。
【０１３０】
また、図１５に示す製造方法において、グリーンシート８１ｄを省略してもよい。即ち、図１５においては、グリーンシート８１ｄに接地電極４２を配置しているが、グリーンシート８１ｃの表面に配置した誘電体層８６に対して、接地電極４２を直接配置してもよい。このように構成することによって、貫通孔の間隙を調整することもできる。
【０１３１】
（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のセンサ部分を得る。具体的には、例えば、グリーンシート積層体を、６０〜１５０℃で乾燥し、１２００〜１６００℃で焼成する。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。センサ部分とは、検出装置本体に第一計測電極、第二計測電極、及び集塵電極等の各構成要素が適宜配置されたものであって、本実施形態の粒子状物質検出装置において粒子状物質を実際に検出する部分のことをいう。
【０１３２】
（３−４）粒子状物質検出装置の作製：
次に、得られた粒子状物質検出装置のセンサ部分と、集塵電極用電源及び粒子状物質量算出手段と電気的に接続して、本実施形態の粒子状物質検出装置を作製する。集塵電極用電源及び粒子状物質量算出手段は、これまでに説明した制御装置等に組み込まれたものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明の粒子状物質検出装置は、測定対象ガス中の粒子状物質の検出に用いることができる。例えば、本発明の粒子状物質検出装置によれば、ＤＰＦ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できる。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】
【０１３４】
１２ａ：第一計測電極、１２ｂ：第二計測電極、１３ａ，１３ｂ：櫛歯計測電極部、１４ａ，１４ｂ：櫛骨計測電極部、１６ａ，１６ｂ：計測配線、１７ａ，１７ｂ：計測電極取出端子、２２ａ：第一計測電極が埋設されている領域、２２ｂ：第二計測電極が埋設されている領域、３１：検出装置本体、３１ａ：一方の端部、３１ｂ：他方の端部、３１ｃ：一方の先端部分、３１ｄ：他方の先端部分、３２：貫通孔、３３：第一の壁、３４：第二の壁、３５：溝部、３６：凸部、４１：集塵電極、４１ａ：集塵電極取出端子、４１ｂ：集塵配線、４２：接地電極、４２ａ：接地電極取出端子、４２ｂ：接地配線、４３：加熱部、４３ａ：加熱部取出端子、４３ｂ：加熱配線、５０：集塵電極用電源、５１：粒子状物質、６０：粒子状物質量算出手段、６１：特性測定部、６２：粒子状物質量算出部、６３：粒子状物質濃度算出部、８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇ，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ，８１ｇ：グリーンシート、８５，８６，８７：誘電体層、１００，１０１，１０２，１０３：粒子状物質検出装置、１１２ａ：第一計測電極、１１２ｂ：第二計測電極、１３１：検出装置本体、１４１：集塵電極、１５１：粒子状物質、２００：粒子状物質検出装置、Ｇ：測定対象ガス。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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