微粒子センサ用ハニカム構造体
【課題】微粒子の車上診断に使用し得るセンサを提供する。
【解決手段】２つ以上の電極が設けられており、実質的に目封止がされていないハニカム構造体である。
【解決手段】２つ以上の電極が設けられており、実質的に目封止がされていないハニカム構造体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハニカム構造体に関し、更に詳しくは、内燃機関排気系の微粒子（ＰＭ）排出量検知および微粒子（ＰＭ）規制に対する車上診断（ＯＢＤ）に利用できる電極付きハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガスに含まれる有害物質への排出量規制は厳しくなる一方であり、米国では２０１０年には排出量の車載診断装置が必須となると言われている。
【０００３】
また、ガソリン車であっても筒内へ燃料を直接噴射する方式であると、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）を搭載したディーゼル車よりも多くの微粒子（ＰＭ）を排出しているという報告もある。
【０００４】
特許文献１には、排気ガス中のパティキュレートが導電性を有する粒子から成り立っていることに着目し、導電性のパティキュレートを付着または吸着した電気絶縁部材の電気抵抗が減少することを利用したパティキュレート検出素子およびパティキュレート検出フィルタが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、光源から放射される光を排気ガスの流れの中を透過させて受光部により受光し、パティキュレート濃度との間に一定の相関関数を有する排気ガスの光の不透過度を検出し、制御手段においてパティキュレート濃度に換算する技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５９−０６００１８号公報
【特許文献２】特開平０４−２０３４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、微粒子の車上診断に使えるセンサは現在まで十分なものが提案されていない。
【０００７】
特許文献１に開示の発明のような小型のセンサに付着した微粒子による抵抗の変化を検出するタイプでは、微粒子はガス流れに乗って移動するため、ガスの回り込み作用により微粒子が付着しにくく、さらに微粒子捕集フィルタ後流では粒子が微量であるため検出精度が低いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に開示の発明のように光を排気ガス管中に透過し、その不透過度を測定する方法では、排気ガス流全体が測定できるが、発光・受光部の窓が汚れて徐々に精度が悪化するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、微粒子の車上診断に使用し得るセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、電極を備えた特定のハニカム構造体によって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明によれば、以下に示すハニカム構造体、該ハニカム構造体を含むガス流路および該ハニカム構造体を使用した微粒子センサユニットが提供される。
【００１２】
［１］ ２つ以上の電極が設けられており、実質的に目封止がされていないハニカム構造体。
【００１３】
［２］ 前記ハニカム構造体の基材が炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、若しくはシリカ、またはこれらの組み合わせからなるセラミックスである上記［１］に記載のハニカム構造体。
【００１４】
［３］ 電極が導電性ペーストの焼結体、導電性セラミックス、または金属板である上記［１］または［２］に記載のハニカム構造体。
【００１５】
［４］ 基材に触媒が担持されているかまたは触媒が担持されていない上記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
【００１６】
［５］ 上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体と、他のハニカム構造体とを含むガス流路。
【００１７】
［６］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直後に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００１８】
［７］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流のＮＯＸ触媒担体である上記［５］に記載のガス流路。
【００１９】
［８］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直前に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２０】
［９］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流のＮＯＸ触媒担体である上記［５］に記載のガス流路。
【００２１】
［１０］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと一体である上記［５］に記載のガス流路。
【００２２】
［１１］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２３】
［１２］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２４】
［１３］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体と別に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２５】
［１４］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体と一体である上記［５］に記載のガス流路。
【００２６】
［１５］ 上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体の電極間に交流電流を流してインピーダンスを測定することで微粒子堆積量を測定する回路を備えた微粒子センサユニット。
【００２７】
［１６］ 測定回路がコイルを備え、共振周波数を測定することで微粒子堆積量を測定する上記［１５］に記載の微粒子センサユニット。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のハニカム構造体は、内燃機関の排気系のさまざまな部位で使用することができる。排ガス管で直接的に微粒子の量を測定することで、本来の意味での車上診断が可能である。微粒子捕集フィルタと共に使用する場合には、微粒子捕集フィルタの下流に配置することができ、この場合、微粒子捕集フィルタまたはエンジンの故障を診断することができる。また、微粒子捕集フィルタの上流に配置する場合には、エンジンの故障を診断することができる。
【００２９】
本発明においては、ハニカムを使用することで、排ガス管におけるガス流れ方向に垂直な面全体をカバーすることが可能である。また、実質的に目封止がないことで、圧損が小さく、微粒子捕集フィルタより容易かつ安価に作製が可能である。
【００３０】
本発明のハニカム構造体に、触媒を担持させることもできる。この場合、例えば、ＮＯＸ触媒担体で微粒子量を測定することができるようになる。
【００３１】
本発明によれば、少量の微粒子を確実に検出でき、車上で規制をクリアしているか判断できるユニットが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、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、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００３３】
本発明において、ハニカム構造体とは、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔（セル）を有する構造体をいう。
【００３４】
本発明において、微粒子捕集フィルタとは、多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体の端面において、各セルの一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止したものをいう。
【００３５】
本発明において、実質的に目封止がされていないとは、目封止が全くされていないものに限らず、１０％程度目封止されたものも含む。このときの微粒子捕集効率は５０％以下程度であり、フィルタとしては使用し難い。また、これは隔壁内にある細孔を通る際に微粒子を捕集するものではないという点でＤＰＦとは異なる。
【００３６】
本発明のハニカム構造体は、電極を利用することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能である。具体的には、電極間の交流インピーダンス、直流抵抗、リアクタンス、キャパシタンス等の電気的特性を計測することによって、捕集された微粒子の量を検知する。すなわち、このハニカム構造体においては、ハニカム構造体の内部に設けられた電極間の交流インピーダンス等の電気的特性を計測することによって、ハニカム構造体に微粒子が堆積したことによる、電極間の静電容量、直流抵抗値等の変化を検知することができる。電極間の静電容量等は、ハニカム構造体内の微粒子の絶対量に対応して変化するため、交流インピーダンス等の電気的特性の計測データからハニカム構造体の微粒子堆積量を一義的に推定することができる。具体的には、堆積した微粒子の質量と交流インピーダンス等の電気的特性との関係を実測値に基づいて予めグラフ化等しておくことにより、交流インピーダンス等の電気的特性を計測するだけで、その計測時点での微粒子の堆積量を推定することができるようになる。
【００３７】
本発明においては、このように交流インピーダンスの計測値から、微粒子の堆積量を推定することが可能であるが、更に精度良く微粒子の堆積量を決定するため、インピーダンス計測回路内にコイル（インダクタンス）を接続することが好ましい。このようにコイルを接続することにより、静電容量を持つフィルタとコイルを含む回路の交流インピーダンスは、共振条件Ｌω＝１／Ｃω（Ｌ：インダクタンス、Ｃ：静電容量、ω：２πｆ（ｆ：周波数））で急激に０に近づくため、微粒子の堆積量変化に対する交流インピーダンスの変化がシャープになり、より精度良く微粒子堆積量を検知できる。
【００３８】
接続するコイルのインダクタンスの値は、狙いの微粒子堆積量において共振条件を満足するように設定しておけば良い。すなわち、可変インダクタンスを用いるなどして、微粒子堆積量が、所定の値に達したときに、交流インピーダンスが急激に０に近づくようにインダクタンスの値を予め制御しておく。なお、本発明においては、このようなインダクタンスの他、キャパシタンス、直流抵抗などをインピーダンス計測回路内に直列または並列に接続して、共振条件を調整することも可能である。
【００３９】
本発明のハニカム構造体において、交流インピーダンスを計測する際の交流電流の周波数は、１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚであることが好ましい。１００Ｈｚ未満では、インピーダンスに占める直流抵抗成分の比率が大きくなるため、静電容量の変化による測定インピーダンスの相対変化率が小さくなり、微粒子堆積量の検知精度が低下する。一方、１０ＭＨｚを超えると、ハニカム構造体からの信号取り出し線等を含む計測系全体に含まれるノイズ的インダクタンスの量が過大になり、計測精度が低下する。また、低周波数の方が微小な量に対する感度が良い。しかしながら、周波数が低すぎるとノイズが大きく測定精度が低下する。したがって、交流インピーダンスを計測する際の交流電流の周波数は、好ましくは、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。
【００４０】
本発明において、ハニカム構造体（電極を除く）の基材の材質は特に限定されないが、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナもしくはシリカまたはこれらの組み合わせからなるセラミックス、または焼結金属を主成分とする材料から構成されているものが好適である。
【００４１】
また、電極の材質も特に限定はされないが、導電性ペーストの焼結体、導電性セラミックス、または金属の内の何れかから構成されているものが好適である。
【００４２】
本発明のハニカム構造体において、電極の形成方法は特に限定されないが、銀ペースト等の導電性ペーストをハニカム構造体外周面等の所定位置に塗布し、これを加熱して焼き付ける方法を用いると、形成が容易で、電極がハニカム構造体に強固に接合されるので好ましい。
【００４３】
なお、ハニカム構造体と電極とは、両者の熱膨張係数の差が２０×１０−６／℃以下となるように各々の材質を選択することが好ましい。例えば、本発明のハニカム構造体をエンジン直下に使用するような場合には、使用時に高温環境下に晒されるため、ハニカム構造体と電極との熱膨張係数の差が大きすぎると、両者の熱膨張差によりハニカム構造体が破損したり電極が剥離したりする恐れがあるが、両者の熱膨張係数の差が２０×１０−６／℃以下であれば、そのような不具合が生じる可能性が低くなる。
【００４４】
また、本発明においては、二以上の電極が、平行に配置された平板状の形状に形成されてなるとともに、少なくとも一方の電極をセラミック体の内部に導電体を配設して構成してもよい。このように、導電体をセラミック体で覆うように構成することによって、導電体が直接排気ガスと接触することがなく、導電体の腐食や劣化を有効に防止することが可能となる。
【００４５】
また、本発明においては、電極の両方を、セラミック体と、その内部に配設された導電体とで構成してもよい。
【００４６】
セラミック体の主成分としては、例えば、窒化珪素や窒化アルミニウム、緻密質コージェライト等酸化物、窒化物、炭化物、硼化物等の複合（コンポジット）材料が挙げられる。具体的には、セラミック体の主成分が、窒化珪素、窒化アルミニウム、緻密質コージェライト、酸化アルミニウム基複合材料、炭化珪素基複合材料、およびムライト基複合材料からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物であることが好ましい。特に、熱伝導率が高い炭化珪素の電気抵抗を上げることができるＢＮ（窒化硼素）粒子を添加した炭化珪素基複合材料は、誘電体として機能する電極材料に適している。また、熱膨張が小さいが熱伝導が低いムライトに熱伝導を高くする目的で、炭化珪素粒子を分散させたムライト基複合材料も主成分に適している。両材料の熱膨張差が小さいので内部に発生する残留応力は小さい。焼結が困難であるが、電極形状は単純平板であるため、加圧焼成が容易に適用できる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。
【００４７】
また、電極は平板状であっても良いし、円筒状の形状に形成されてなる電極であってもよい。平板状の電極の場合には、テープ成形、押出し成形、プレス成形、射出成形、鋳込み成形等の方法で、電極を構成するセラミック体を成形して形成することが好ましい。
【００４８】
電極を構成する導電体は、導電性に優れた金属を主成分とすることが好ましく、例えば、その主成分が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、およびパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を好適例として挙げることができる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。なお、導電体が、上述した群のうち二種類以上の金属を主成分として含む場合には、それら金属の総和が、成分の６０質量％以上を占めるものとする。また、この導電体の厚さとしては、電極の小型化、および排気ガス等を処理する場合に、電極相互間を通過させる被処理流体の抵抗を低減させる等の理由から、０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましく、さらに、０．０１〜０．０３ｍｍであることが好ましい。
【００４９】
電極が平板状の形状であり、さらに、セラミック体の内部に導電体が配設されてなる場合には、セラミック体としてテープ状のセラミック成形体（グリーンテープ）を用い、上述した導電体は、テープ状のセラミック成形体に塗工されて配設されたものであることが好ましい。具体的な塗工の方法としては、例えば、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ、化学蒸着、物理蒸着等を好適例として挙げることができる。このような方法によれば、塗工後の表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電体を容易に形成することができる。
【００５０】
導電体をテープ状のセラミック成形体に塗工する際には、導電体の主成分として挙げた金属の粉末と、有機バインダーと、テルピネオール等の溶剤とを混合して導体ペーストを調製し、上述した方法でテープ状のセラミック成形体に塗工することが好ましい。また、テープ状のセラミック成形体との密着性および焼結性を向上させるべく、必要に応じて上述した導体ペーストに添加剤を加えてもよい。
【００５１】
また、セラミック体をテープ状のセラミック成形体で形成するときのテープ状のセラミック成形体の厚さについては、特に限定されることはないが、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。テープ状のセラミック成形体の厚さが０．１ｍｍ未満であると、電極相互間の電気絶縁性を確保することができないことがある。また、テープ状のセラミック成形体の厚さが３ｍｍを超えると、省スペース化の妨げになることがある。
【００５２】
テープ状のセラミック成形体は、セラミック基板用のセラミックグリーンシートを好適に用いることができる。このセラミックグリーンシートは、グリーンシート製作用のスラリーまたはペーストを、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、リバースロールコータ法等の従来公知の手法に従って、所定の厚さとなるように成形して形成することができる。このようにして形成されたセラミックグリーンシートは、切断、切削、打ち抜き、連通孔の形成等の加工を施したり、複数枚のグリーンシートを積層した状態で熱圧着等によって一体的な積層物として用いてもよい。
【００５３】
上述したグリーンシート製作用のスラリーまたはペーストは、所定のセラミック粉末に適当なバインダー、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調製したものを好適に用いることができ、例えば、このセラミック粉末としては、アルミナ、ムライト、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウム等の粉末を好適例として挙げることができる。焼結助剤は、セラミック粉末１００質量部に対して、３〜１０質量部加えることが好ましい。可塑剤、分散剤および有機溶媒については、従来公知の方法に用いられている可塑剤、分散剤および有機溶媒を好適に用いることができる。
【００５４】
この電極は、例えば、窒化アルミニウムにイットリア（Ｙ２Ｏ３）を添加した材料で作製したテープを用いることによって形成することができる。例えば、まず、特開平６−２６３５２２号公報によって開示されているように、市販の窒化アルミニウム粉末とイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末にポリメタクリル酸ｎ−ブチルを成形用有機バインダーとして加え、トルエンを溶剤としてボールミル混合した材料を用いてグリーンシート用のスラリーを調製する。このスラリーは、高い熱伝導率のセラミック体を形成することができる。
【００５５】
次に、得られたグリーンシート用のスラリーを、減圧下で攪拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。このように調製したグリーンシート用のスラリーをドクターブレード法等のテープ成形法によってテープ状に成形して未焼成セラミック体（セラミック成形体）を形成する。
【００５６】
一方、得られた未焼成セラミック体の一方の表面に配設する導電体を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、例えば、モリブデン粉末にバインダーおよびテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミルを用いて十分に混練して得ることができる。
【００５７】
このようにして得られた導体ペーストを、未焼成セラミック体の表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の導電体を形成する。また、電極を形成した後に、セラミック体の内部に配設された導電体に外部から電気を供給することができるように、導電体を未焼成セラミック体の外周部まで延設するように印刷して外部からの通電部分を確保しておく。
【００５８】
次に、導電体を印刷した未焼成セラミック体と、他の未焼成セラミック体とを、印刷した導電体を覆うようにして積層する。未焼成セラミック体を積層する際には、温度１００℃、圧力１０ＭＰａで押圧しながら積層することが好ましい。
【００５９】
次に、導電体を挟持した状態で積層した未焼成セラミック体を焼成して、誘電体となる板状のセラミック体と、このセラミック体の内部に配設された導電体とを有してなる電極を形成する。その後、この電極を、所定の間隔で互いに対向配置させて電極を製造する。
【００６０】
本実施の形態の電極は、コージェライトの押出成形によって、形成することができる。この押出工程の条件を制御することにより、気孔率が３％以下の緻密なコージェライトの平板を作製できる。このような緻密なコージェライトは、コージェライト原料の篩通しの条件を精査することにより、大きな気孔や粗大粒子の存在しない、曲げ強度が１００ＭＰａ以上の緻密質コージェライト平板を得ることができ、この押出平板を積層することにより、本実施の形態に用いられるセラミック体の条件を満足する電極を形成することができる。
【００６１】
また、本実施の形態に用いられる電極は、例えば、窒化珪素のテープ成形体で作られた平板をセラミック体として用いても形成することができる。具体的には、窒化珪素にアルミナ粉末とイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末を焼結助剤としてアクリル系有機バインダー、可塑剤、トルエンおよびアルコール系溶剤を樹脂製ポットに入れ、窒化珪素ボールで混合し、ドクターブレード法でグリーンテープを作製する。タングステン粉末、アクリル系有機バインダーおよびテルピネオール系有機溶剤を十分に混練し、印刷用の導体ペーストを調製する。この導体ペーストをグリーンテープに印刷し、他のグリーンテープを印刷面を覆うように積層し、窒素雰囲気下で焼成することによって形成することができる。
【００６２】
また、熱膨張が高い酸化アルミニウムに、熱膨張が低いコージェライト、ムライト、炭化珪素粒子等を分散させた酸化アルミニウム基複合材料も誘電体として機能する電極材料に適している。コージェライト粒子は酸化アルミニウムの熱膨張を大きく下げるが、熱伝導を低下させるため、熱伝導率の高い炭化珪素粒子の複合添加がさらに好ましい。酸化アルミニウム複合材料は、電気抵抗が高く、誘電率も大きく、複合材料化することにより熱膨張率を下げることで、熱衝撃での信頼性が向上できる。
【００６３】
本発明のハニカム構造体は基材に触媒が担持されていても良く、又、担持されていなくても良い。本発明において、触媒とは、三元触媒、酸化触媒、ＮＯＸ選択還元型触媒（ＳＣＲ）、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）等、いずれでも良い。
【００６４】
第１のハニカム構造体のうち少なくとも１つが微粒子捕集フィルタである場合には、本発明のハニカム構造体は前記微粒子捕集フィルタよりも微粒子の捕集効率が小さいものが好ましい。
【００６５】
次に本発明のハニカム構造体を図面に基づいて具体的に説明する。
【００６６】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直後に配置し、微粒子捕集フィルタ２と共に缶体５に収納したガス流路の例を図１に示す。缶体５の筒部のうち上半分を切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンおよび微粒子フィルタの故障を検知することができる。
【００６７】
本発明の電極付きＮＯＸ触媒担体４を微粒子捕集フィルタ２下流に配置したガス流路の例を図２に示す。微粒子捕集フィルタ２および電極付きＮＯＸ触媒担体４はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。各缶体５の筒部のうち上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンおよび微粒子フィルタの故障を検知することができる。
【００６８】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直前に配置し、微粒子捕集フィルタ２と共に缶体５に収納したガス流路の例を図３に示す。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンの故障を検知することができる。または、測定した微粒子量から微粒子捕集フィルタ２に堆積している微粒子量が推定でき、測定した微粒子量が所定値より多い場合に微粒子捕集フィルタ２の再生を開始する信号を出力することができる。
【００６９】
本発明の電極付きＮＯＸ触媒担体４を微粒子捕集フィルタ２上流に配置したガス流路の例を図４に示す。微粒子捕集フィルタ２および電極付きＮＯＸ触媒担体４はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンの故障を検知することができる。または、測定した微粒子量から微粒子捕集フィルタ２に堆積している微粒子量が推定でき、測定した微粒子量が所定値より多い場合に微粒子捕集フィルタ２の再生を開始する信号を出力することができる。
【００７０】
微粒子捕集フィルタである他のハニカム構造体部７の直後に本発明のハニカム構造体部８を配置し、他のハニカム構造体部７と本発明のハニカム構造体部８とを一体に形成したガス流路の例を図５に示す。本発明のハニカム構造体部８は電極６を備える。
【００７１】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直後に配置し、微粒子捕集フィルタ２とは別に缶体５に収納したガス流路の例を図６に示す。微粒子捕集フィルタ２および本発明の電極付きハニカム構造体１はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンまたは微粒子フィルタの故障を検知することができる。
【００７２】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直前に配置し、微粒子捕集フィルタ２とは別に缶体５に収納したガス流路の例を図７に示す。微粒子捕集フィルタ２および本発明の電極付きハニカム構造体１はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンの故障を検知することができる。または、測定した微粒子量から微粒子捕集フィルタ２に堆積している微粒子量が推定でき、測定した微粒子量が所定値より多い場合に微粒子捕集フィルタ２の再生を開始する信号を出力することができる。
【００７３】
本発明の電極付きハニカム構造体１を他のハニカム構造体９の直後（図８（ａ））または直前（図８（ｂ））に配置し、他のハニカム構造体とは別に缶体５に収納したガス流路の例を図８（ａ）および図８（ｂ）に示す。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。前者の場合には、測定した微粒子量からエンジンまたは他のハニカム構造体の故障を検知することができ、後者の場合には、エンジンの故障を検知することができる。
【００７４】
本発明のハニカム構造体部８を他のハニカム構造体部７の直後に配置し、他のハニカム構造体部７と本発明のハニカム構造体部８とを一体に形成したガス流路の例を図９に示す。本発明のハニカム構造体部８は電極５を備える。
【実施例】
【００７５】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７６】
（実施例１）
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカの各粉末を、ＳｉＯ２が４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が０〜４５質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％という化学組成の範囲に入るように所定の割合で調合したコージェライト化原料に、造孔剤としてグラファイトを１５〜２５質量％、ＰＥＴ、ＰＭＡ、フェノール樹脂等の合成樹脂を合計５〜１５質量％添加し、更にメチルセルロース類と界面活性剤とを所定量添加し、これに水を加えて混練し坏土とした。次いで、この坏土を真空脱気後、ハニカム構造に押し出し成形し、マイクロ波乾燥および熱風乾燥法により乾燥した後、最高温度を１４００〜１４３５℃として焼成することにより、多孔質のセラミックス（コージェライト）からなるハニカム構造体を製造した（直径１０６ｍｍ、長さ１１４ｍｍ）。
【００７７】
このフィルタの外周面の２カ所に銀ペーストを塗布して焼き付けることにより、電極を形成し、当該電極間の交流インピーダンスを計測するインピーダンス計測回路を構成した。
【００７８】
この電極付きハニカム構造体１を図１のように微粒子捕集フィルタ２とともに缶体５に収納した。この缶体に、微粒子を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、フィルタに微粒子を堆積させながら、前記電極間の交流インピーダンスの計測を行ったところ、堆積した微粒子の質量と計測した交流インピーダンスの変化率との関係は、図１０のようになり、交流インピーダンスの値より微粒子の堆積量が推定できることを確認した。
【００７９】
図１０は図１に示す本発明の電極付きハニカム構造体１の場所でのインピーダンス測定結果（表面電極、電極サイズ５０ｍｍ×１５５ｍｍ、１０ｋＨｚ）を示す図である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、内燃機関の排気系等で排出される微粒子の排出量を計測する微粒子センサとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施態様を示す模式図である。
【図２】本発明の第二の実施態様を示す模式図である。
【図３】本発明の第三の実施態様を示す模式図である。
【図４】本発明の第四の実施態様を示す模式図である。
【図５】本発明の第五の実施態様を示す模式図である。
【図６】本発明の第六の実施態様を示す模式図である。
【図７】本発明の第七の実施態様を示す模式図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第八の実施態様を示す模式図である。
【図９】本発明の第九の実施態様を示す模式図である。
【図１０】図１に示す本発明の電極付きハニカム構造体の場所でのインピーダンス測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：電極付きハニカム構造体、２：微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）、３：ガス流れ、４：電極付きＮＯＸ触媒担体、５：缶体、６：電極、７：他のハニカム構造体部、８：本発明のハニカム構造体部、９：他のハニカム構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明はハニカム構造体に関し、更に詳しくは、内燃機関排気系の微粒子（ＰＭ）排出量検知および微粒子（ＰＭ）規制に対する車上診断（ＯＢＤ）に利用できる電極付きハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガスに含まれる有害物質への排出量規制は厳しくなる一方であり、米国では２０１０年には排出量の車載診断装置が必須となると言われている。
【０００３】
また、ガソリン車であっても筒内へ燃料を直接噴射する方式であると、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）を搭載したディーゼル車よりも多くの微粒子（ＰＭ）を排出しているという報告もある。
【０００４】
特許文献１には、排気ガス中のパティキュレートが導電性を有する粒子から成り立っていることに着目し、導電性のパティキュレートを付着または吸着した電気絶縁部材の電気抵抗が減少することを利用したパティキュレート検出素子およびパティキュレート検出フィルタが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、光源から放射される光を排気ガスの流れの中を透過させて受光部により受光し、パティキュレート濃度との間に一定の相関関数を有する排気ガスの光の不透過度を検出し、制御手段においてパティキュレート濃度に換算する技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５９−０６００１８号公報
【特許文献２】特開平０４−２０３４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、微粒子の車上診断に使えるセンサは現在まで十分なものが提案されていない。
【０００７】
特許文献１に開示の発明のような小型のセンサに付着した微粒子による抵抗の変化を検出するタイプでは、微粒子はガス流れに乗って移動するため、ガスの回り込み作用により微粒子が付着しにくく、さらに微粒子捕集フィルタ後流では粒子が微量であるため検出精度が低いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に開示の発明のように光を排気ガス管中に透過し、その不透過度を測定する方法では、排気ガス流全体が測定できるが、発光・受光部の窓が汚れて徐々に精度が悪化するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、微粒子の車上診断に使用し得るセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、電極を備えた特定のハニカム構造体によって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明によれば、以下に示すハニカム構造体、該ハニカム構造体を含むガス流路および該ハニカム構造体を使用した微粒子センサユニットが提供される。
【００１２】
［１］ ２つ以上の電極が設けられており、実質的に目封止がされていないハニカム構造体。
【００１３】
［２］ 前記ハニカム構造体の基材が炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、若しくはシリカ、またはこれらの組み合わせからなるセラミックスである上記［１］に記載のハニカム構造体。
【００１４】
［３］ 電極が導電性ペーストの焼結体、導電性セラミックス、または金属板である上記［１］または［２］に記載のハニカム構造体。
【００１５】
［４］ 基材に触媒が担持されているかまたは触媒が担持されていない上記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。
【００１６】
［５］ 上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体と、他のハニカム構造体とを含むガス流路。
【００１７】
［６］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直後に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００１８】
［７］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流のＮＯＸ触媒担体である上記［５］に記載のガス流路。
【００１９】
［８］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直前に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２０】
［９］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流のＮＯＸ触媒担体である上記［５］に記載のガス流路。
【００２１】
［１０］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと一体である上記［５］に記載のガス流路。
【００２２】
［１１］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２３】
［１２］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２４】
［１３］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体と別に配置されている上記［５］に記載のガス流路。
【００２５】
［１４］ 他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体と一体である上記［５］に記載のガス流路。
【００２６】
［１５］ 上記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体の電極間に交流電流を流してインピーダンスを測定することで微粒子堆積量を測定する回路を備えた微粒子センサユニット。
【００２７】
［１６］ 測定回路がコイルを備え、共振周波数を測定することで微粒子堆積量を測定する上記［１５］に記載の微粒子センサユニット。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のハニカム構造体は、内燃機関の排気系のさまざまな部位で使用することができる。排ガス管で直接的に微粒子の量を測定することで、本来の意味での車上診断が可能である。微粒子捕集フィルタと共に使用する場合には、微粒子捕集フィルタの下流に配置することができ、この場合、微粒子捕集フィルタまたはエンジンの故障を診断することができる。また、微粒子捕集フィルタの上流に配置する場合には、エンジンの故障を診断することができる。
【００２９】
本発明においては、ハニカムを使用することで、排ガス管におけるガス流れ方向に垂直な面全体をカバーすることが可能である。また、実質的に目封止がないことで、圧損が小さく、微粒子捕集フィルタより容易かつ安価に作製が可能である。
【００３０】
本発明のハニカム構造体に、触媒を担持させることもできる。この場合、例えば、ＮＯＸ触媒担体で微粒子量を測定することができるようになる。
【００３１】
本発明によれば、少量の微粒子を確実に検出でき、車上で規制をクリアしているか判断できるユニットが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、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、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００３３】
本発明において、ハニカム構造体とは、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔（セル）を有する構造体をいう。
【００３４】
本発明において、微粒子捕集フィルタとは、多孔質の隔壁によって気体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体の端面において、各セルの一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止したものをいう。
【００３５】
本発明において、実質的に目封止がされていないとは、目封止が全くされていないものに限らず、１０％程度目封止されたものも含む。このときの微粒子捕集効率は５０％以下程度であり、フィルタとしては使用し難い。また、これは隔壁内にある細孔を通る際に微粒子を捕集するものではないという点でＤＰＦとは異なる。
【００３６】
本発明のハニカム構造体は、電極を利用することによって、捕集された微粒子の量を検知することが可能である。具体的には、電極間の交流インピーダンス、直流抵抗、リアクタンス、キャパシタンス等の電気的特性を計測することによって、捕集された微粒子の量を検知する。すなわち、このハニカム構造体においては、ハニカム構造体の内部に設けられた電極間の交流インピーダンス等の電気的特性を計測することによって、ハニカム構造体に微粒子が堆積したことによる、電極間の静電容量、直流抵抗値等の変化を検知することができる。電極間の静電容量等は、ハニカム構造体内の微粒子の絶対量に対応して変化するため、交流インピーダンス等の電気的特性の計測データからハニカム構造体の微粒子堆積量を一義的に推定することができる。具体的には、堆積した微粒子の質量と交流インピーダンス等の電気的特性との関係を実測値に基づいて予めグラフ化等しておくことにより、交流インピーダンス等の電気的特性を計測するだけで、その計測時点での微粒子の堆積量を推定することができるようになる。
【００３７】
本発明においては、このように交流インピーダンスの計測値から、微粒子の堆積量を推定することが可能であるが、更に精度良く微粒子の堆積量を決定するため、インピーダンス計測回路内にコイル（インダクタンス）を接続することが好ましい。このようにコイルを接続することにより、静電容量を持つフィルタとコイルを含む回路の交流インピーダンスは、共振条件Ｌω＝１／Ｃω（Ｌ：インダクタンス、Ｃ：静電容量、ω：２πｆ（ｆ：周波数））で急激に０に近づくため、微粒子の堆積量変化に対する交流インピーダンスの変化がシャープになり、より精度良く微粒子堆積量を検知できる。
【００３８】
接続するコイルのインダクタンスの値は、狙いの微粒子堆積量において共振条件を満足するように設定しておけば良い。すなわち、可変インダクタンスを用いるなどして、微粒子堆積量が、所定の値に達したときに、交流インピーダンスが急激に０に近づくようにインダクタンスの値を予め制御しておく。なお、本発明においては、このようなインダクタンスの他、キャパシタンス、直流抵抗などをインピーダンス計測回路内に直列または並列に接続して、共振条件を調整することも可能である。
【００３９】
本発明のハニカム構造体において、交流インピーダンスを計測する際の交流電流の周波数は、１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚであることが好ましい。１００Ｈｚ未満では、インピーダンスに占める直流抵抗成分の比率が大きくなるため、静電容量の変化による測定インピーダンスの相対変化率が小さくなり、微粒子堆積量の検知精度が低下する。一方、１０ＭＨｚを超えると、ハニカム構造体からの信号取り出し線等を含む計測系全体に含まれるノイズ的インダクタンスの量が過大になり、計測精度が低下する。また、低周波数の方が微小な量に対する感度が良い。しかしながら、周波数が低すぎるとノイズが大きく測定精度が低下する。したがって、交流インピーダンスを計測する際の交流電流の周波数は、好ましくは、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。
【００４０】
本発明において、ハニカム構造体（電極を除く）の基材の材質は特に限定されないが、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナもしくはシリカまたはこれらの組み合わせからなるセラミックス、または焼結金属を主成分とする材料から構成されているものが好適である。
【００４１】
また、電極の材質も特に限定はされないが、導電性ペーストの焼結体、導電性セラミックス、または金属の内の何れかから構成されているものが好適である。
【００４２】
本発明のハニカム構造体において、電極の形成方法は特に限定されないが、銀ペースト等の導電性ペーストをハニカム構造体外周面等の所定位置に塗布し、これを加熱して焼き付ける方法を用いると、形成が容易で、電極がハニカム構造体に強固に接合されるので好ましい。
【００４３】
なお、ハニカム構造体と電極とは、両者の熱膨張係数の差が２０×１０−６／℃以下となるように各々の材質を選択することが好ましい。例えば、本発明のハニカム構造体をエンジン直下に使用するような場合には、使用時に高温環境下に晒されるため、ハニカム構造体と電極との熱膨張係数の差が大きすぎると、両者の熱膨張差によりハニカム構造体が破損したり電極が剥離したりする恐れがあるが、両者の熱膨張係数の差が２０×１０−６／℃以下であれば、そのような不具合が生じる可能性が低くなる。
【００４４】
また、本発明においては、二以上の電極が、平行に配置された平板状の形状に形成されてなるとともに、少なくとも一方の電極をセラミック体の内部に導電体を配設して構成してもよい。このように、導電体をセラミック体で覆うように構成することによって、導電体が直接排気ガスと接触することがなく、導電体の腐食や劣化を有効に防止することが可能となる。
【００４５】
また、本発明においては、電極の両方を、セラミック体と、その内部に配設された導電体とで構成してもよい。
【００４６】
セラミック体の主成分としては、例えば、窒化珪素や窒化アルミニウム、緻密質コージェライト等酸化物、窒化物、炭化物、硼化物等の複合（コンポジット）材料が挙げられる。具体的には、セラミック体の主成分が、窒化珪素、窒化アルミニウム、緻密質コージェライト、酸化アルミニウム基複合材料、炭化珪素基複合材料、およびムライト基複合材料からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物であることが好ましい。特に、熱伝導率が高い炭化珪素の電気抵抗を上げることができるＢＮ（窒化硼素）粒子を添加した炭化珪素基複合材料は、誘電体として機能する電極材料に適している。また、熱膨張が小さいが熱伝導が低いムライトに熱伝導を高くする目的で、炭化珪素粒子を分散させたムライト基複合材料も主成分に適している。両材料の熱膨張差が小さいので内部に発生する残留応力は小さい。焼結が困難であるが、電極形状は単純平板であるため、加圧焼成が容易に適用できる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。
【００４７】
また、電極は平板状であっても良いし、円筒状の形状に形成されてなる電極であってもよい。平板状の電極の場合には、テープ成形、押出し成形、プレス成形、射出成形、鋳込み成形等の方法で、電極を構成するセラミック体を成形して形成することが好ましい。
【００４８】
電極を構成する導電体は、導電性に優れた金属を主成分とすることが好ましく、例えば、その主成分が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、およびパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を好適例として挙げることができる。なお、本実施の形態において、主成分とは、成分の６０質量％以上を占めるものをいう。なお、導電体が、上述した群のうち二種類以上の金属を主成分として含む場合には、それら金属の総和が、成分の６０質量％以上を占めるものとする。また、この導電体の厚さとしては、電極の小型化、および排気ガス等を処理する場合に、電極相互間を通過させる被処理流体の抵抗を低減させる等の理由から、０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましく、さらに、０．０１〜０．０３ｍｍであることが好ましい。
【００４９】
電極が平板状の形状であり、さらに、セラミック体の内部に導電体が配設されてなる場合には、セラミック体としてテープ状のセラミック成形体（グリーンテープ）を用い、上述した導電体は、テープ状のセラミック成形体に塗工されて配設されたものであることが好ましい。具体的な塗工の方法としては、例えば、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ、化学蒸着、物理蒸着等を好適例として挙げることができる。このような方法によれば、塗工後の表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電体を容易に形成することができる。
【００５０】
導電体をテープ状のセラミック成形体に塗工する際には、導電体の主成分として挙げた金属の粉末と、有機バインダーと、テルピネオール等の溶剤とを混合して導体ペーストを調製し、上述した方法でテープ状のセラミック成形体に塗工することが好ましい。また、テープ状のセラミック成形体との密着性および焼結性を向上させるべく、必要に応じて上述した導体ペーストに添加剤を加えてもよい。
【００５１】
また、セラミック体をテープ状のセラミック成形体で形成するときのテープ状のセラミック成形体の厚さについては、特に限定されることはないが、０．１〜３ｍｍであることが好ましい。テープ状のセラミック成形体の厚さが０．１ｍｍ未満であると、電極相互間の電気絶縁性を確保することができないことがある。また、テープ状のセラミック成形体の厚さが３ｍｍを超えると、省スペース化の妨げになることがある。
【００５２】
テープ状のセラミック成形体は、セラミック基板用のセラミックグリーンシートを好適に用いることができる。このセラミックグリーンシートは、グリーンシート製作用のスラリーまたはペーストを、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、リバースロールコータ法等の従来公知の手法に従って、所定の厚さとなるように成形して形成することができる。このようにして形成されたセラミックグリーンシートは、切断、切削、打ち抜き、連通孔の形成等の加工を施したり、複数枚のグリーンシートを積層した状態で熱圧着等によって一体的な積層物として用いてもよい。
【００５３】
上述したグリーンシート製作用のスラリーまたはペーストは、所定のセラミック粉末に適当なバインダー、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調製したものを好適に用いることができ、例えば、このセラミック粉末としては、アルミナ、ムライト、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウム等の粉末を好適例として挙げることができる。焼結助剤は、セラミック粉末１００質量部に対して、３〜１０質量部加えることが好ましい。可塑剤、分散剤および有機溶媒については、従来公知の方法に用いられている可塑剤、分散剤および有機溶媒を好適に用いることができる。
【００５４】
この電極は、例えば、窒化アルミニウムにイットリア（Ｙ２Ｏ３）を添加した材料で作製したテープを用いることによって形成することができる。例えば、まず、特開平６−２６３５２２号公報によって開示されているように、市販の窒化アルミニウム粉末とイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末にポリメタクリル酸ｎ−ブチルを成形用有機バインダーとして加え、トルエンを溶剤としてボールミル混合した材料を用いてグリーンシート用のスラリーを調製する。このスラリーは、高い熱伝導率のセラミック体を形成することができる。
【００５５】
次に、得られたグリーンシート用のスラリーを、減圧下で攪拌して脱泡し、さらに所定の粘度となるように調製する。このように調製したグリーンシート用のスラリーをドクターブレード法等のテープ成形法によってテープ状に成形して未焼成セラミック体（セラミック成形体）を形成する。
【００５６】
一方、得られた未焼成セラミック体の一方の表面に配設する導電体を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、例えば、モリブデン粉末にバインダーおよびテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミルを用いて十分に混練して得ることができる。
【００５７】
このようにして得られた導体ペーストを、未焼成セラミック体の表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の導電体を形成する。また、電極を形成した後に、セラミック体の内部に配設された導電体に外部から電気を供給することができるように、導電体を未焼成セラミック体の外周部まで延設するように印刷して外部からの通電部分を確保しておく。
【００５８】
次に、導電体を印刷した未焼成セラミック体と、他の未焼成セラミック体とを、印刷した導電体を覆うようにして積層する。未焼成セラミック体を積層する際には、温度１００℃、圧力１０ＭＰａで押圧しながら積層することが好ましい。
【００５９】
次に、導電体を挟持した状態で積層した未焼成セラミック体を焼成して、誘電体となる板状のセラミック体と、このセラミック体の内部に配設された導電体とを有してなる電極を形成する。その後、この電極を、所定の間隔で互いに対向配置させて電極を製造する。
【００６０】
本実施の形態の電極は、コージェライトの押出成形によって、形成することができる。この押出工程の条件を制御することにより、気孔率が３％以下の緻密なコージェライトの平板を作製できる。このような緻密なコージェライトは、コージェライト原料の篩通しの条件を精査することにより、大きな気孔や粗大粒子の存在しない、曲げ強度が１００ＭＰａ以上の緻密質コージェライト平板を得ることができ、この押出平板を積層することにより、本実施の形態に用いられるセラミック体の条件を満足する電極を形成することができる。
【００６１】
また、本実施の形態に用いられる電極は、例えば、窒化珪素のテープ成形体で作られた平板をセラミック体として用いても形成することができる。具体的には、窒化珪素にアルミナ粉末とイットリア（Ｙ２Ｏ３）粉末を焼結助剤としてアクリル系有機バインダー、可塑剤、トルエンおよびアルコール系溶剤を樹脂製ポットに入れ、窒化珪素ボールで混合し、ドクターブレード法でグリーンテープを作製する。タングステン粉末、アクリル系有機バインダーおよびテルピネオール系有機溶剤を十分に混練し、印刷用の導体ペーストを調製する。この導体ペーストをグリーンテープに印刷し、他のグリーンテープを印刷面を覆うように積層し、窒素雰囲気下で焼成することによって形成することができる。
【００６２】
また、熱膨張が高い酸化アルミニウムに、熱膨張が低いコージェライト、ムライト、炭化珪素粒子等を分散させた酸化アルミニウム基複合材料も誘電体として機能する電極材料に適している。コージェライト粒子は酸化アルミニウムの熱膨張を大きく下げるが、熱伝導を低下させるため、熱伝導率の高い炭化珪素粒子の複合添加がさらに好ましい。酸化アルミニウム複合材料は、電気抵抗が高く、誘電率も大きく、複合材料化することにより熱膨張率を下げることで、熱衝撃での信頼性が向上できる。
【００６３】
本発明のハニカム構造体は基材に触媒が担持されていても良く、又、担持されていなくても良い。本発明において、触媒とは、三元触媒、酸化触媒、ＮＯＸ選択還元型触媒（ＳＣＲ）、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）等、いずれでも良い。
【００６４】
第１のハニカム構造体のうち少なくとも１つが微粒子捕集フィルタである場合には、本発明のハニカム構造体は前記微粒子捕集フィルタよりも微粒子の捕集効率が小さいものが好ましい。
【００６５】
次に本発明のハニカム構造体を図面に基づいて具体的に説明する。
【００６６】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直後に配置し、微粒子捕集フィルタ２と共に缶体５に収納したガス流路の例を図１に示す。缶体５の筒部のうち上半分を切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンおよび微粒子フィルタの故障を検知することができる。
【００６７】
本発明の電極付きＮＯＸ触媒担体４を微粒子捕集フィルタ２下流に配置したガス流路の例を図２に示す。微粒子捕集フィルタ２および電極付きＮＯＸ触媒担体４はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。各缶体５の筒部のうち上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンおよび微粒子フィルタの故障を検知することができる。
【００６８】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直前に配置し、微粒子捕集フィルタ２と共に缶体５に収納したガス流路の例を図３に示す。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンの故障を検知することができる。または、測定した微粒子量から微粒子捕集フィルタ２に堆積している微粒子量が推定でき、測定した微粒子量が所定値より多い場合に微粒子捕集フィルタ２の再生を開始する信号を出力することができる。
【００６９】
本発明の電極付きＮＯＸ触媒担体４を微粒子捕集フィルタ２上流に配置したガス流路の例を図４に示す。微粒子捕集フィルタ２および電極付きＮＯＸ触媒担体４はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンの故障を検知することができる。または、測定した微粒子量から微粒子捕集フィルタ２に堆積している微粒子量が推定でき、測定した微粒子量が所定値より多い場合に微粒子捕集フィルタ２の再生を開始する信号を出力することができる。
【００７０】
微粒子捕集フィルタである他のハニカム構造体部７の直後に本発明のハニカム構造体部８を配置し、他のハニカム構造体部７と本発明のハニカム構造体部８とを一体に形成したガス流路の例を図５に示す。本発明のハニカム構造体部８は電極６を備える。
【００７１】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直後に配置し、微粒子捕集フィルタ２とは別に缶体５に収納したガス流路の例を図６に示す。微粒子捕集フィルタ２および本発明の電極付きハニカム構造体１はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンまたは微粒子フィルタの故障を検知することができる。
【００７２】
本発明の電極付きハニカム構造体１を微粒子捕集フィルタ２直前に配置し、微粒子捕集フィルタ２とは別に缶体５に収納したガス流路の例を図７に示す。微粒子捕集フィルタ２および本発明の電極付きハニカム構造体１はそれぞれ別々に缶体５に収納されている。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。以上のように構成した場合、測定した微粒子量からエンジンの故障を検知することができる。または、測定した微粒子量から微粒子捕集フィルタ２に堆積している微粒子量が推定でき、測定した微粒子量が所定値より多い場合に微粒子捕集フィルタ２の再生を開始する信号を出力することができる。
【００７３】
本発明の電極付きハニカム構造体１を他のハニカム構造体９の直後（図８（ａ））または直前（図８（ｂ））に配置し、他のハニカム構造体とは別に缶体５に収納したガス流路の例を図８（ａ）および図８（ｂ）に示す。缶体５の筒部の上半分は切り欠いて、内部構造が分かるように図示している。ガス流れ３は図中左から右に流れる。前者の場合には、測定した微粒子量からエンジンまたは他のハニカム構造体の故障を検知することができ、後者の場合には、エンジンの故障を検知することができる。
【００７４】
本発明のハニカム構造体部８を他のハニカム構造体部７の直後に配置し、他のハニカム構造体部７と本発明のハニカム構造体部８とを一体に形成したガス流路の例を図９に示す。本発明のハニカム構造体部８は電極５を備える。
【実施例】
【００７５】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７６】
（実施例１）
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカの各粉末を、ＳｉＯ２が４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が０〜４５質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％という化学組成の範囲に入るように所定の割合で調合したコージェライト化原料に、造孔剤としてグラファイトを１５〜２５質量％、ＰＥＴ、ＰＭＡ、フェノール樹脂等の合成樹脂を合計５〜１５質量％添加し、更にメチルセルロース類と界面活性剤とを所定量添加し、これに水を加えて混練し坏土とした。次いで、この坏土を真空脱気後、ハニカム構造に押し出し成形し、マイクロ波乾燥および熱風乾燥法により乾燥した後、最高温度を１４００〜１４３５℃として焼成することにより、多孔質のセラミックス（コージェライト）からなるハニカム構造体を製造した（直径１０６ｍｍ、長さ１１４ｍｍ）。
【００７７】
このフィルタの外周面の２カ所に銀ペーストを塗布して焼き付けることにより、電極を形成し、当該電極間の交流インピーダンスを計測するインピーダンス計測回路を構成した。
【００７８】
この電極付きハニカム構造体１を図１のように微粒子捕集フィルタ２とともに缶体５に収納した。この缶体に、微粒子を含むディーゼルエンジン排ガスを流し、フィルタに微粒子を堆積させながら、前記電極間の交流インピーダンスの計測を行ったところ、堆積した微粒子の質量と計測した交流インピーダンスの変化率との関係は、図１０のようになり、交流インピーダンスの値より微粒子の堆積量が推定できることを確認した。
【００７９】
図１０は図１に示す本発明の電極付きハニカム構造体１の場所でのインピーダンス測定結果（表面電極、電極サイズ５０ｍｍ×１５５ｍｍ、１０ｋＨｚ）を示す図である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、内燃機関の排気系等で排出される微粒子の排出量を計測する微粒子センサとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施態様を示す模式図である。
【図２】本発明の第二の実施態様を示す模式図である。
【図３】本発明の第三の実施態様を示す模式図である。
【図４】本発明の第四の実施態様を示す模式図である。
【図５】本発明の第五の実施態様を示す模式図である。
【図６】本発明の第六の実施態様を示す模式図である。
【図７】本発明の第七の実施態様を示す模式図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第八の実施態様を示す模式図である。
【図９】本発明の第九の実施態様を示す模式図である。
【図１０】図１に示す本発明の電極付きハニカム構造体の場所でのインピーダンス測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：電極付きハニカム構造体、２：微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）、３：ガス流れ、４：電極付きＮＯＸ触媒担体、５：缶体、６：電極、７：他のハニカム構造体部、８：本発明のハニカム構造体部、９：他のハニカム構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の電極が設けられており、実質的に目封止がされていないハニカム構造体。
【請求項２】
前記ハニカム構造体の基材が炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、若しくはシリカ、またはこれらの組み合わせからなるセラミックスである請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
電極が導電性ペーストの焼結体、導電性セラミックス、または金属板である請求項１または２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
基材に触媒が担持されているかまたは触媒が担持されていない請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体と、他のハニカム構造体とを含むガス流路。
【請求項６】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直後に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項７】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流のＮＯＸ触媒担体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項８】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直前に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項９】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流のＮＯＸ触媒担体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項１０】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと一体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項１１】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項１２】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項１３】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体と別に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項１４】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体と一体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項１５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体の電極間に交流電流を流してインピーダンスを測定することで微粒子堆積量を測定する回路を備えた微粒子センサユニット。
【請求項１６】
測定回路がコイルを備え、共振周波数を測定することで微粒子堆積量を測定する請求項１５に記載の微粒子センサユニット。
【請求項１】
２つ以上の電極が設けられており、実質的に目封止がされていないハニカム構造体。
【請求項２】
前記ハニカム構造体の基材が炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、若しくはシリカ、またはこれらの組み合わせからなるセラミックスである請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
電極が導電性ペーストの焼結体、導電性セラミックス、または金属板である請求項１または２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
基材に触媒が担持されているかまたは触媒が担持されていない請求項１〜３のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体と、他のハニカム構造体とを含むガス流路。
【請求項６】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直後に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項７】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流のＮＯＸ触媒担体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項８】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと同じ缶体の微粒子捕集フィルタ直前に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項９】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流のＮＯＸ触媒担体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項１０】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタと一体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項１１】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ下流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項１２】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタであり、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタ上流で微粒子捕集フィルタともＮＯＸ触媒担体とも別に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項１３】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体と別に配置されている請求項５に記載のガス流路。
【請求項１４】
他のハニカム構造体が微粒子捕集フィルタではなく、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体と一体である請求項５に記載のガス流路。
【請求項１５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のハニカム構造体の電極間に交流電流を流してインピーダンスを測定することで微粒子堆積量を測定する回路を備えた微粒子センサユニット。
【請求項１６】
測定回路がコイルを備え、共振周波数を測定することで微粒子堆積量を測定する請求項１５に記載の微粒子センサユニット。
【図８】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【公開番号】特開２００８−６３９８５（Ｐ２００８−６３９８５Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４１１６５（Ｐ２００６−２４１１６５）
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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