粒子状物質検出センサおよびその製造方法
【課題】電気抵抗式の粒子状物質検出センサにおいて、ＰＭ粒子をセンサ表面の一対の検出電極間に速やかに堆積可能とし、一対の検出電極の間隔をより小さくして、センサ感度を向上させる。
【解決手段】ＰＭセンサＳのセンサ素子部１は、絶縁基板１１〜１６を積層した絶縁性基体１０と、その粒子状物質検出面２１となる側面に露出する検出電極ｅ１〜ｅ５からなる検出部２を備える。検出電極ｅ１〜ｅ５は、絶縁基板１１〜１６の層間に配置される電極膜ｅＡ、ｅＢからなり、絶縁性基体１０内において交互に接続されて、異なる極性の検出電極ｅ１〜ｅ５が対向配設している。検出電極ｅ１〜ｅ５の間に位置する絶縁基板１２〜１５は、分極により静電捕集可能であり、検出電極ｅ１〜ｅ５の間隔は、絶縁基板１２〜１５の厚みによって、例えば２０μｍ以下に調整される。
【解決手段】ＰＭセンサＳのセンサ素子部１は、絶縁基板１１〜１６を積層した絶縁性基体１０と、その粒子状物質検出面２１となる側面に露出する検出電極ｅ１〜ｅ５からなる検出部２を備える。検出電極ｅ１〜ｅ５は、絶縁基板１１〜１６の層間に配置される電極膜ｅＡ、ｅＢからなり、絶縁性基体１０内において交互に接続されて、異なる極性の検出電極ｅ１〜ｅ５が対向配設している。検出電極ｅ１〜ｅ５の間に位置する絶縁基板１２〜１５は、分極により静電捕集可能であり、検出電極ｅ１〜ｅ５の間隔は、絶縁基板１２〜１５の厚みによって、例えば２０μｍ以下に調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両用内燃機関の排気浄化システムに好適に利用されて、被測定ガス中に存在する粒子状物質を検出する電気抵抗式の粒子状物質検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジン等において、排気ガスに含まれる環境汚染物質、特に煤粒子（Ｓｏｏｔ）および可溶性有機成分（ＳＯＦ）を主体とする粒子状物質（Particulate Matter；以下、適宜ＰＭと称する）を捕集するために、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、適宜ＤＰＦと称する）を設置することが行われている。ＤＰＦは、耐熱性に優れる多孔質セラミックスからなり、多数の細孔を有する隔壁に排気ガスを通過させてＰＭを捕捉する。
【０００３】
ＤＰＦは、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて負圧が増大したり、ＰＭのすり抜けが増加したりするおそれがあり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。再生時期は、一般的には、ＰＭ捕集量の増加により前後差圧が増大することを利用しており、このため、ＤＰＦの上流および下流の圧力差を検出する差圧センサが設置される。再生処理は、ヒータ加熱あるいはポスト噴射等により高温の燃焼排気ガスをＤＰＦ内に導入し、ＰＭを燃焼除去する。
【０００４】
一方、排気ガス中のＰＭを直接検出可能なセンサが、例えば特許文献１、２等に提案されている。このセンサを、ＤＰＦの下流に設置した場合には、ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量を測定し、車載式故障診断装置（ＯＢＤ；On Board Diagnosis）において、ＤＰＦの作動状態の監視、例えば亀裂や破損といった異常の検出に利用することができる。あるいはＤＰＦの上流に設置して、ＤＰＦに流入するＰＭ量を測定し、差圧センサに代わる再生時期の判断に利用することも検討されている。
【０００５】
特許文献１には、絶縁性を有する基板の表面に、一対の櫛形電極を形成し、基板の裏面または内部に発熱体を形成した電気抵抗式のスモークセンサが開示されている。このセンサは、スモーク（微粒炭素）が導電性を有することを利用したもので、検出部となる電極間に、スモークが堆積することで生じる電気抵抗値の変化を検出する。基板材料には、電気絶縁性耐熱材料が用いられ、電極材料となるＰｔ、Ａｇ等の貴金属粉をペースト状にして、平板状基板の表面にスクリーン印刷することにより一対の電極が形成される。基板の裏面側には、電極と相対する部分に発熱体が形成され、検出部を所望の温度（例えば、４００℃〜６００℃）に加熱して、電極間抵抗を測定した後に、付着したスモークを焼き切って検出能力を回復させる。
【０００６】
また特許文献２には、センサ上の煤堆積を制御するためのセンサエレメントが開示されている。センサの基本構造を図１５に示すと、アルミナセラミックス等の絶縁基板１００上に一対の櫛形電極１０１、１０２が形成されており、電極１０１、１０２は、例えば車両電源等を利用した電源部１０３に接続されている。電源部１０３から印加される電圧に応じて、相互に噛み合う櫛形電極１０１、１０２間の空間に不均一な電界が形成され、センサエレメントを通過する排気ガス中に含まれる煤粒子が、電極１０１、１０２に引き寄せられて堆積する。この時の電極間抵抗を、抵抗測定部１０４にて検出することで煤堆積量を測定することができる。
【０００７】
特許文献２は、センサエレメントの電極１０１、１０２に、異なる測定電圧を印加可能な構成として、センサ感度と捕集時間を調整している。例えば測定初期には、比較的高い電界を形成して比較的高い電界を形成し、より煤粒子を引き付けやすくすることが記載されている。そして、測定可能な電流（トリガ閾値）に達した後、比較的弱い電界に切り換えて測定を開始する。これは、センサエレメントに堆積する煤粒子が飽和して、燃焼再生させるまでの期間を延長させるためである。トリガ閾値の設定は、ＤＰＦの前に配置されるか、後置されるかによって異なり、トリガ閾値に達するまでの捕集時間を最小化するようにセンサ感度領域を調整する。
【０００８】
また、特許文献３には、櫛状の測定電極表面に保護層を形成した構成において、製法として、スクリーン印刷の他、ＣＶＤ、ＰＶＤによる方法により、測定電極間の間隔を小さくし、例えば２０〜４０μｍとできることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】特表２００８−５０２８９２号公報
【特許文献３】特開２００９−８５９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電気抵抗式のセンサは、簡易な構成で比較的安定した出力が得られる利点があるものの、図１５において、絶縁基板１００上にＰＭ粒子が堆積し、一対の櫛形電極１０１、１０２間が導通するまでは、電気抵抗値の変化が検出されない。このため、ＰＭの検出を早期に可能とすることが課題であり、特許文献２では、印加電圧を高めて煤粒子を引き付けやすくする制御を行っている。ところが、電荷を帯びたＰＭ粒子は、電界の強い電極１０１、１０２に引き付けられるため、その近傍により堆積しやすく、特許文献２中に図示されるように絶縁基板１００の表面全面にＰＭ粒子を均一に堆積することは容易でない。
【００１１】
また、ＯＢＤによる故障診断は、通常、２０μｍ以下の微粒状ＰＭ粒子のすり抜けを監視しており、電極１０１、１０２の間隔がより小さければ、早期検出が可能になる。しかしながら、特許文献１、２に記載される従来のスクリーン印刷による方法では、電極１０１、１０２の印刷幅や間隔に制約があり、一般に５０μｍ以下とすることは困難である。また、特許文献３に記載されるように、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法といった薄膜形成技術を利用することも可能であるが、電極間隔は２０〜４０μｍとされており、また、専用の装置が必要であり、生産コストが高くなる。
【００１２】
そこで本発明は、内燃機関の排気ガス中のＰＭ検出に用いられる電気抵抗式の粒子状物質検出センサにおいて、ＰＭ粒子をセンサ表面の一対の検出電極間に速やかに堆積させて、センサ感度を向上させること、また、一対の検出電極の間隔をより小さくして、ＤＰＦからの微粒状ＰＭ粒子のすり抜けといった、異常を速やかに検出可能な構成とすること、さらには、そのような構成の粒子状物質検出センサを、複雑な生産工程を必要とすることなく、比較的低コストで製造するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備える粒子状物質検出センサであって、該センサ素子部は、
絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を対向させて交互に配設した粒子状物質検出部を有しており、
上記粒子状物質検出面において、上記検出電極は、その少なくとも一部が上記絶縁性基体の内部に埋設配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明において、上記絶縁性基体は、複数の絶縁基板を積層して直方体形状としたものであり、上記検出電極は、上記複数の絶縁基板の層間に保持されている。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明において、上記検出電極は、上記絶縁基板の表面に形成した電極膜からなり、該電極膜を、上記粒子状物質検出面に面する上記絶縁基板の端縁部に沿って配置する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明において、上記粒子状物質検出部は、異なる極性を持つ複数組の上記検出電極が、上記絶縁基板を挟んでその積層方向に対向している。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明において、異なる極性を持つ１組の上記検出電極の間隔が２０μｍ以下である。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明において、同じ極性を持つ上記検出電極は、上記絶縁基板に形成したスルーホールを介して互いに接続される。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明において、上記粒子状物質検出面は、上記絶縁性基体の側面または端面にて形成される。
【００２０】
本発明の請求項８に記載の発明は、被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備え、該センサ素子部が、絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を交互に対向させて配設した粒子状物質検出部を有する粒子状物質検出センサの製造方法であって、
複数の絶縁基板の表面に、該絶縁基板の側縁部または端縁部に沿うように電極膜を形成し、該電極膜の近傍に板面を貫通するスルーホールを形成する工程と、
上記複数の絶縁基板を積層して、上記絶縁性基体を構成するとともに、上記粒子状物質検出面となる側面または端面に、上記電極膜の縁部を露出させて上記検出電極とし、積層方向に交互に位置する上記検出電極同士を上記スルーホールを介して電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１に記載の粒子状物質検出センサは、検出電極を絶縁性基体の内部に埋設して粒子状物質検出部を構成したので、粒子状物質検出面において、異なる極性を持つ検出電極の間に介在する絶縁性基体に誘電分極が生じる。このため静電力で粒子状物質を引き付ける力が強くなり、検出電極の表面のみならず、対向電極間の絶縁性基体にも粒子状物質が付着しやすくなる。したがって、静電捕集力と実効面積が強まり、対向する検出電極間を速やかに導通させることができるので、高い検出感度が得られる。よって、例えば内燃機関の排気浄化システムに適用されて、排出ガスに含まれるＰＭ粒子を早期に検出することができる。
【００２２】
本発明の請求項２に記載の発明では、絶縁性基体は、複数の絶縁基板を積層して構成されるので、その層間に検出電極を配置することで、容易に検出電極を絶縁性基体内に埋設した構成とすることができる。
【００２３】
本発明の請求項３に記載の発明では、検出電極は、絶縁基板の表面に形成した電極膜であり、電極膜の１辺を絶縁基板の端縁に沿って配置して積層することで、絶縁基板を挟んで検出電極を対向配置することができる。また、対向する検出電極の間隔は、絶縁基板の厚みとなるので、例えば印刷形成される従来センサでは困難であった５０μｍ以下とすることができ、電極間隔を小さくしてより高感度なＰＭセンサを実現できる。
【００２４】
本発明の請求項４に記載の発明では、複数組の検出電極を積層方向に配置したので、粒子状物質検出部の実効面積が増加し、被測定ガス中の粒子状物質を捕捉しやすくなるので、検出感度が向上する。
【００２５】
本発明の請求項５に記載の発明では、対向する検出電極の間隔を２０μｍ以下としたので、例えば、排気浄化システムにおいてＤＰＦをすり抜ける微小ＰＭ粒子を、素早く検出することが可能となる。
【００２６】
本発明の請求項６に記載の発明では、同じ極性を持つ検出電極同士を、絶縁性基体の内部においてスルーホールにより容易に接続することができる。この場合、外部にリード部を形成する必要がないので、絶縁保護膜も不要であり、構成が簡易にできる。
【００２７】
本発明の請求項７に記載の方法によれば、複数の絶縁基板に電極膜とスルーホールを所定パターンで形成し、積層するだけで、絶縁性基体の側面または端面に複数の検出電極を対向させた粒子状物質検出部を構成することができる。そして、絶縁基板を挟んで検出電極が対向するので、絶縁基板の分極による静電捕集力で、速やかに粒子状物質を検出できる。また、絶縁基板の厚みによって電極間隔を調整できるので、５０μｍ以下、さらには２０μｍ以下の電極間隔を精度よく実現して、検出感度を大幅に向上できる。また、同じ極性の検出電極をスルーホールを介して、積層と同時に絶縁性基体の内部で接続することができ、工程を複雑化することなく、簡易な方法で高性能なセンサ素子部を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態であり、（ａ）は、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の部分拡大図、（ｂ）は、センサ素子部の概略構成を示す全体斜視図、（ｃ）は、センサ素子部の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、ＰＭセンサを排気管に取り付けた状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明が適用される自動車用ディーゼルエンジンの排ガス浄化システムの全体構成を示す概略図である。
【図３】（ａ）は、本発明の効果を説明するための図で、検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図、（ｂ）は、従来のＰＭセンサにおける検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の効果を説明するための図で、検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図、（ｂ）は、従来のＰＭセンサにおける検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、検出部の電極配置の他の例を示す模式的な図である。
【図６】本発明の第２実施形態であり、（ａ）は、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の概略構成を示す全体斜視図、（ｂ）は、センサ素子部の分解斜視図である。
【図７】（ａ）は、センサ素子部の製造工程を説明するための概略構成図、（ｂ）は、印刷パターンの例を示す平面図である。
【図８】（ａ）は、第１実施形態のセンサ素子部の分解斜視図、（ｂ）は、第２実施形態のセンサ素子部の分解斜視図である。
【図９】（ａ）は、第１実施形態の検出部の電極配置を示す模式的な図、（ｂ）は、検出部の電極配置の他の例を示す模式的な図である。
【図１０】本発明の第３実施形態であり、（ａ）は、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の概略構成を示す全体斜視図、（ｂ）は、センサ素子部の分解斜視図である。
【図１１】（ａ）は、第３実施形態のセンサ素子部の製造工程の一部を説明するための概略構成図、（ｂ）は、（ａ）のＡ、Ｂの電極パターンを用いた積層工程を説明するためのセンサ素子部の分解斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）のＣの電極パターンによる積層例を示すセンサ素子部の概略断面図である。
【図１２】（ａ）は、検出電極の間隔と捕捉する粒子状物質の粒径との関係を説明するための検出部の概略構成図、（ｂ）は、センサ素子部の製造工程における絶縁性基体と検出電極の熱膨張の関係を説明するためのセンサ素子部の部分概略断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、検出電極の間隔および検出電極の突出高さと、捕捉する粒子状物質の粒径との関係を説明するための検出部の概略構成図である。
【図１４】本発明の第４実施形態であり、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の概略構成を示す分解斜視図と追加可能な各部構成を示す平面図である。
【図１５】従来のＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の全体概略構成を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の粒子状物質検出センサを、内燃機関の排ガス浄化システムへ適用した第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、粒子状物質検出センサとしてのＰＭセンサＳの主要部である、センサ素子部１の概略構成を示している。図２（ｂ）は、内燃機関である自動車用ディーゼルエンジンＥ／Ｇのシステム概略図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）の要部を拡大した図で、エンジンＥ／Ｇの排気管ＥＸに、ＰＭセンサＳを取り付けた状態を示す。
【００３０】
図２（ｂ）のエンジンＥ／Ｇは、各気筒に共通のコモンレールＲに、高圧ポンプにて昇圧した高圧燃料を所定の噴射圧となるように蓄圧するコモンレール燃料噴射システムを採用し、インジェクタＩＮＪによって燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンとして構成されている。ＰＭセンサＳは、エンジンＥ／Ｇの排気通路である排気管ＥＸにおいて、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの下流に設けられ、エンジンＥ／Ｇ各部とともに制御装置ＥＣＵによって制御される。制御装置ＥＣＵは、ＰＭセンサＳの出力に基づき粒子状物質ＰＭを検出する一方、ＰＭセンサＳの異常検出機能を備えており、この詳細については後述する。
【００３１】
まず、図２（ｂ）において、エンジンＥ／Ｇのシステム構成について説明する。エンジンＥ／Ｇの排気マニホールドＭＨＥＸには、タービンＴＲＢが設けられ、タービンＴＲＢに連動して過給器ＴＲＢＣＧＲが回転すると、圧縮された空気がインタクーラＣＬＲＩＮＴを通過して吸気マニホールドＭＨＩＮに送られる。排気マニホールドＭＨＥＸから排出される燃焼排気の一部はＥＧＲバルブＶＥＧＲおよびＥＧＲクーラＣＬＲＥＧＲを介して吸気マニホールドＭＨＩＮに還流する。過給により吸気量を増大して燃焼効率を高め、ＥＧＲにより燃焼を緩やかにしてＮＯｘ等の排出を抑制する。
【００３２】
排気マニホールドＭＨＥＸに接続する排気管ＥＸには、ディーゼル酸化触媒ＤＯＣおよびディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦが設けられ、燃焼排気ガスを処理する。すなわち、排気管Ｅに排出された燃焼排気ガスは、上流側のディーゼル酸化触媒ＤＯＣを通過する間に、未燃焼の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯおよび一酸化窒素ＮＯが酸化され、下流側のディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを通過する間に、煤粒子（Ｓｏｏｔ）、可溶性有機成分（ＳＯＦ）および無機成分からなる粒子状物質ＰＭが捕集される。
【００３３】
ディーゼル酸化触媒ＤＯＣは公知のモノリス担体、例えばコーディエライト等のセラミックハニカム構造体よりなる担体表面に、酸化触媒を担持してなる。ディーゼル酸化触媒ＤＯＣは、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの強制再生時に、供給される燃料の酸化燃焼により排気温度を上昇させ、あるいは粒子状物質ＰＭ中のＳＯＦ成分を酸化除去する。また、ＮＯの酸化により生成するＮＯ２は、後段のディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦに堆積した粒子状物質ＰＭの酸化剤として使用され、連続的な酸化を可能にする。
【００３４】
ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦは、公知のウォールフロータイプのフィルタ構造を有する。例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスよりなる多孔質セラミックハニカム構造体を成形し、ガス流路となる多数のセルの入口側または出口側のいずれか一方を、隣接するセルで互い違いになるように目封じしてフィルタとする。この時、ガス流路を区画するセル壁を貫通して多数の細孔が形成され、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦに導入される排出ガス中の粒子状物質ＰＭを捕獲する。ディーゼル酸化触媒ＤＯＣとディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを一体化した連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタとして構成することもできる。
【００３５】
排気管ＥＸには、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦに堆積した粒子状物質ＰＭの量を監視するために、差圧センサＳＰが設けられる。差圧センサＳＰは、圧力導入管を介してディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの上流側および下流側と接続されており、その前後差圧に応じた信号を出力する。また、ディーゼル酸化触媒ＤＯＣの上流および、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの上下流には、温度センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３が配設されて、各部の排気温度を監視している。
【００３６】
制御装置ＥＣＵは、これら出力に基づいてディーゼル酸化触媒ＤＯＣの触媒活性状態やディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦのＰＭ捕集状態を監視し、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、強制再生を行って粒子状物質ＰＭを燃焼除去する再生制御を実施する。さらに制御部２には、エンジンＥ／Ｇの運転状態を知るための各種センサ信号、例えばエアフロメータＡＦＭからの吸気量や吸気温度、エンジン潤滑油や冷却水の温度、エンジン回転数、スロットル開度等が入力している。制御装置ＥＣＵは、これら信号に基づいて燃料噴射量、噴射時期等を算出し、燃料噴射を制御する。
【００３７】
図２（ａ）において、ＰＭセンサＳは、排気管ＥＸの管壁に螺結される筒状ハウジング５０を有し、その内部に筒状インシュレータ６０に挿入固定されたセンサ素子部１の上半部を保持している。センサ素子部１の下半部は、筒状ハウジング５０の下端部に固定されて排気管ＥＸ内に突出する中空のカバー体４０内に位置している。カバー体４０の底部および側部には、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを通過した被測定ガス、すなわち粒子状物質ＰＭを含む排出ガスが流出入するための通孔４１０、４１１が穿設されている。
【００３８】
本実施形態のＰＭセンサＳは、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを通過して下流側にすり抜ける粒子状物質ＰＭを、センサ素子部１にて検出する。図１（ｂ）において、センサ素子部１は、直方体形状の絶縁性基体１０の一面を粒子状物質検出面（図の手前側面）２１とし、その先端側（図の右端側）の端部表面に、粒子状物質検出部（以下適宜、検出部という）２を有している。図１（ａ）において、検出部２は、粒子状物質検出面２１に、所定間隔をおいて平行に配置された複数の検出電極ｅ１〜ｅ５を有し、これら検出電極ｅ１〜ｅ５は、交互に異なる極性を持つとともに、電極表面が、粒子状物質検出面２１の表面と面一となるように、その全体がアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁性基体１０の内部に埋設されている。
【００３９】
図１（ｃ）に示すように、絶縁性基体１０は、複数の長方形状の絶縁基板１１〜１６を積層して構成される。検出電極ｅ１〜ｅ５は、それぞれ絶縁基板１１〜１５の上表面に、例えばスクリーン印刷により形成される電極膜からなり、２種類のパターンの電極膜ｅＡ、ｅＢを、図示するように積層方向に交互に配置している。電極膜ｅＡ、ｅＢは、対称な略台形状で、長辺が絶縁基板１１〜１５の上側縁の同一位置にあり、短辺は左右にずれた配置として、その近傍に板面を貫通するスルーホール１Ａ、１Ｂが形成されている。ここでは、絶縁基板１１、１３、１５に電極膜ｅＡとスルーホール１Ａを、絶縁基板１２、１４に電極膜ｅＢとスルーホール１Ｂを形成している。スルーホール１Ａは電極膜ｅＢと、スルーホール１Ｂは電極膜ｅＡと対向する位置にある。さらに、電極膜ｅＡが形成される絶縁基板１１、１３、１５のうち最上層の絶縁基板１５に、電極膜ｅＡから長手方向の端縁（図の左端縁）に至る引き出し電極２２を形成するとともに、電極膜ｅＢが形成される絶縁基板１２、１４のうち最下層の絶縁基板１２に、電極膜ｅＢから長手方向の端縁（図の左端縁）に至る引き出し電極２３を、例えばスクリーン印刷により形成する。
【００４０】
そして、絶縁基板１１を最下層として、その上に絶縁基板１２〜１５と、絶縁基板１６を順に積層する。これにより、検出電極ｅ１、ｅ３、ｅ５（電極膜ｅＡ）は、その上下に位置するスルーホール１Ｂに充填される導電材を介して、互いに電気的に接続され、引き出し電極２２により外部へ接続可能となる。また、検出電極ｅ２、ｅ４（電極膜ｅＢ）は、その上下に位置するスルーホール１Ａに充填される導電材を介して、互いに電気的に接続され、引き出し電極２３により外部へ接続可能となる。
【００４１】
引き出し電極２２、２３は、図１（ｂ）の電源部３１に接続されて電源供給を受けるようになっている。また、抵抗測定部（電気特性測定部）３２に接続されて、検出部２の電気特性、具体的には、検出電極ｅ１〜ｅ５の対向電極間の抵抗値を測定する。ここで、検出電極ｅ１〜ｅ５間の距離は一定であり、対向する検出電極ｅ１と検出電極ｅ２、検出電極ｅ２と検出電極ｅ３、検出電極ｅ３と検出電極ｅ４、検出電極ｅ４と検出電極ｅ５は、互いに極性が異なっている。また、極性の同じ検出電極ｅ１、ｅ３、ｅ５は引き出し電極２２に、検出電極ｅ２、ｅ４（電極膜ｅＢ）は引き出し電極２３に、それぞれ並列接続している。したがって、粒子状物質検出面２１が粒子状物質ＰＭを含む雰囲気に晒された時に、検出電極ｅ１〜ｅ５の対向電極間の抵抗値を測定し、その変化から粒子状物質ＰＭの堆積を検出することができる。
【００４２】
次に、上記構成のセンサ素子部１を備えるＰＭセンサＳの基本作動と作用効果について、説明する。図２（ａ）、（ｂ）において、被被測定ガスとなるエンジンＥ／Ｇの排出ガスは、ＰＭセンサＳのカバー体４０の上流側の通孔４１１から内部に導入され、センサ素子部１と接触した後、底面の通孔４１０または下流側の通孔４１１から排出される。この時、粒子状物質ＰＭを確実に捕捉するため、図示するように、センサ素子部１の粒子状物質検出面２１が排気管ＥＸの上流側を向くように配置するとよい。ＤＰＦで捕集されずに下流側へすり抜けてきた粒子状物質ＰＭは、センサ素子部１の検出部２に到達すると、検出電極ｅ１〜ｅ５の表面および電極間の粒子状物質検出面２１表面に付着し、堆積していく。
【００４３】
図３（ａ）は、本発明の検出部２の構造を模式的に示す図である。図中、検出電極ｅ１、ｅ２は、全体が絶縁性基体１０に埋設されており、粒子状物質検出面２１に露出する検出電極ｅ１、ｅ２の表面は、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１１、１２、１３の表面と同一面内にある。すなわち、検出電極ｅ１、ｅ２の間に、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１２が存在するので、図１（ｂ）の電源部３１の正極、負極にそれぞれ接続すると、検出電極ｅ１、ｅ２の間において絶縁基板１２が誘電分極する。この時、検出部２の近傍に到達する粒子状物質ＰＭは、検出電極ｅ１、ｅ２のみならず絶縁基板１２の表面にも電気的に引き付けられるので、粒子状物質ＰＭを捕集する能力が高まる。この静電捕集力と静電捕集の実効面積の増加により、検出電極ｅ１、ｅ２間に粒子状物質ＰＭが速やかに堆積し、検出電極ｅ１、ｅ２間が素早く導通する。この際の電気特性の変化から、粒子状物質ＰＭのすり抜けといった異常を早期に検知することができる。
【００４４】
これに対して、図３（ｂ）に従来センサの検出部の構造を模式的に示す。図示するように、従来センサでは、絶縁基板１００の表面に、一対の電極１０１、１０２を構成する電極膜がスクリーン印刷により積層形成される。この時、電極１０１、１０２は、絶縁基板１００の表面から上方に突出して位置し、その対向面間は空間となっていて、絶縁基板１００は分極しないので、粒子状物質ＰＭを捕集する能力が低い。また、粒子状物質ＰＭは電極１０１、１０２に引き付けられやすくなるので、粒子状物質ＰＭが均等に堆積しない。このため、電極１０１、１０２間が導通するまでに、本発明の構成よりも時間がかかり、異常を早期検出することが難しい。
【００４５】
図３（ａ）では、検出電極ｅ１、ｅ２のみを示したが、検出電極ｅ１〜ｅ５の隣合う１組のいずれについても、同様の分極効果が得られる。また、このような分極構造の違いに加え、本発明では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、検出電極ｅ１、ｅ２の距離を従来よりも小さくすることができる。図４（ｂ）に示す従来センサは、絶縁基板１００の表面にスクリーン印刷にて電極１０１、１０２を形成しており、この作製方法で、両電極間の短絡等を抑制し、絶縁を確保しようとすると、両者の間隔を５０μｍ以下とするのは困難である。
【００４６】
一方、本発明の検出部２は、図１（ｃ）に示したように、検出電極ｅ１〜ｅ５間の間隔が、絶縁基板１１〜１５の厚みによって決まる。この場合、絶縁基板１１〜１５の厚みは、任意に調整することができるので、対向する電極の間隔も任意であり、絶縁基板１１〜１５の厚みを５０μｍ以下とすることで、容易に電極間隔を５０μｍ以下とすることができる。また、電極間に絶縁基板１１〜１５が介在するので、両電極間の絶縁を容易に確保できる。したがって、検出対象となる粒子状物質ＰＭの粒径や用途に応じて、対向電極の間隔を適宜設定すればよい。例えば、図２（ｂ）のようにＤＰＦの後流に配置して、粒子状物質ＰＭのすり抜けを検出する場合には、電極間隔をできるだけ小さく設定するのがよく、通常は、検出電極ｅ１〜ｅ５の電極間隔を２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下となるように作製することで、従来より素早い検出が可能になり、検出感度を大幅に向上することができる。
【００４７】
本実施形態では、検出部２に検出電極ｅ１〜ｅ５を設け、４組の対向電極を有する構成としたが、電極配置は、必要により適宜変更することができる。検出部２は、少なくとも１組の対向電極を有していればよく、例えば、図５（ａ）に示すように、検出部２に極性の異なる検出電極ｅ１〜ｅ３を交互に配置し、絶縁性基体１０に２組の対向電極を埋設した構成とすることができる。また、検出電極の数は任意に設定することができ、図５（ｂ）に示すように、検出電極ｅ１〜ｅｎを絶縁性基体１０に埋設し、ｎ組の対向電極を設けた構成としてもよい。この時、図５（ａ）、（ｂ）では電極間隔を一定としている。あるいは、電極間隔は一定でなくてもなく、５（ｃ）のように、検出電極ｅ１、ｅ２と検出電極ｅ３、ｅ４を同間隔とし、検出電極ｅ２、ｅ３の間隔をより広くすることもできる。
【００４８】
図６に本発明の第２実施形態を示す。上記第１実施形態では、検出部２をセンサ素子部１の側面に配置したが、図６（ａ）に示すように、センサ素子部１の長手方向の端面を粒子状物質検出面２４として検出部２を構成することもできる。検出部２は、検出電極ｅ１〜ｅ５が絶縁性基体１０に埋設されて、その表面が粒子状物質検出面２４と面一となっており、長手方向の反対側の端部にて、外部の電源部３１、抵抗測定部３２に接続される構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、本実施形態においても、絶縁基板１１〜１５に電極膜ｅＡ、ｅＢを交互に形成し、積層して絶縁基板１６を最上層に配置する。この際に、電極膜ｅＡ、ｅＢの略台形の長辺が、粒子状物質検出面２４の端縁に位置するようにパターン印刷することで、図６（ａ）の構成とすることができる。図２（ａ）のＰＭセンサＳに適用する場合には、第１実施形態のようにセンサ素子部１の検出部２が側面にあると、排気流れが衝突して粒子状物質ＰＭを捕捉しやすい。このため、ＤＰＦをすり抜けた粒子状物質ＰＭをより早く検知したい場合に適している。一方、本実施形態の検出部２は、ＰＭセンサＳの底面に位置することになり、排気流れと対向しないため第１実施形態ほど高い検出感度とはならないものの、カバー体４０内部に流入する排気中のＰＭ濃度に応じた出力が得やすい利点がある。
【００５０】
このように、センサ素子部１の検出部２は、用途や検出目的に応じて、側面または端面に配置することができる。さらに、第２実施形態の端面に設ける構成と、側面に配置する第１実施形態の構成を組み合わせることもできる。この場合は、粒子状物質ＰＭを捕捉する検出部２の面積が拡大することで、粒子状物質ＰＭの早期検出を図ることができる。あるいは、側面の検出部２と端面の検出部２に対して、引き出し電極２２、２３と抵抗測定部３２をそれぞれ設け、検出電極ｅ１〜ｅ５の電極間隔を別々に設定することもできる。例えば、側面の検出部２において電極間隔をより小さくして、粒子状物質ＰＭの早期検出を行い、端面の検出部２において電極間隔をより大きくして、粒子状物質ＰＭの堆積量を測定する構成としてもよい。
【００５１】
次に、図７、８を用いて、シート積層法によるセンサ素子部１の作製方法の一例について、詳細に説明する。図７（ａ）は、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１７、１８に検出電極ｅ１、ｅ２となる電極膜ｅＡ、ｅＢを形成する工程を示しており、まず、１）のシート成形工程において、公知のドクターブレード法を用い、絶縁基板１７、１８となるセラミックシートをフィルム上に成形する。セラミックシート材料には、電気絶縁性および耐熱性に優れたセラミック材料が用いられ、例えば誘電率の高いチタン酸バリウム等や高誘電率材料とアルミナやジルコニアを混合したセラミック材料等が好適に用いられる。シート厚みは、上述したように対向電極の間隔を決定するので、焼結後に所定の電極間隔、例えば１０μｍ以下となるように、セラミック材料塗布時のブレードギャップ、塗布速度等から調整することが好ましい。また、グリーンシートの塗布精度は、ブレードギャップの平行度調整等により、絶縁層厚み精度Ｒ％を１０％以下にすることが好ましい。
【００５２】
２）のスルーホール形成工程では、フィルム上に成型されたセラミックシートを、絶縁基板１７、１８のサイズに合わせて打ち抜き、また、パンチングを施してスルーホール１Ａ、１Ｂをそれぞれ設ける。ここで、スルーホールを形成する箇所、大きさは任意に設定可能であり、通常は２個以上あれば良い。例えば、スルーホールを４箇所以上設けることで、補助的な導通経路等を与えることもできる。
【００５３】
次いで、３）の電極印刷形成工程にて、ＡおよびＢの２種類のパターンで電極膜ｅＡ、ｅＢを印刷する。Ａ、Ｂパターンは対称な略台形状で、Ａパターン（電極膜ｅＡ）はスルーホール１Ａを避けた位置、Ｂパターン（電極膜ｅＢ）はスルーホール１Ｂを避けた位置にそれぞれ設けられる。電極材料には、例えば白金等の貴金属を含む導電性金属が好適に用いられ、これをペースト状とした電極ペーストを、所定のパターンに印刷すればよい。これを繰り返してセンサ素子部１の構成に応じた枚数の絶縁基板１７、１８を用意し、さらに引き出し電極２２、２３を形成して積層する。
【００５４】
この時、図７（ｂ）のように、矩形のグリーンシートを用いてその表面に、絶縁基板１７、１８に対応するＡ、Ｂパターンを複数個分、同時に印刷し、積層した後に素子サイズに切り離すようにすると、一度に多数のセンサ素子部１を効率よく製造することができる。また、Ａ、Ｂパターンに接続する引き出し電極２２、２３を形成した絶縁基板１７’、１８’も、同様にして作成することができる。Ａ、Ｂパターンは略台形状に限るものではないが、電極ペーストの塗布面積を小さくし、検出電極ｅ１〜ｅ５長を確保できるので有利である。
【００５５】
図８に示すように、このようにして得られた絶縁基板１７、１８、絶縁基板１７’、１８’を、電極膜ｅＡ、ｅＢが交互に配置されるように積層することで、同極間がスルーホール１Ａまたは１Ｂで連結された素子構造が容易に作製できる。図８（ａ）では、絶縁基板１８’、絶縁基板１７、絶縁基板１８、絶縁基板１７’を、下層からこの順に積層し、最上層に絶縁基板１９を重ねて、長手方向の端面を粒子状物質検出面２４とするセンサ素子部１を構成している。あるいは、図７（ｂ）において、Ａ、Ｂパターンの印刷向きを９０度回転させることで、図８（ｂ）のように、側面に粒子状物質検出面２１を有するセンサ素子部１を構成することができる。
【００５６】
上記各実施形態では、図９（ａ）に示すように、絶縁性基体１０の粒子状物質検出面において、検出部２の検出電極ｅ１〜ｅnのエッジが積層方向（図中矢印）に対して整列している構成としたが、検出部２における電極配置は任意であり、適宜変更することができる。図９（ｂ）に示すように、粒子状物質検出面において、正極と負極が積層方向に対向していれば、検出電極ｅ１〜ｅnのエッジが全て整列している必要はない。ここでは、正極は図の右方寄りに、負極は図の左方寄りに配置して、それぞれのエッジを積層方向に整列させている。
【００５７】
図１０、１１は、本発明の第３実施形態であり、図９（ｂ）の電極配置を利用した例である。図１０（ｂ）に示すように、本実施形態のセンサ素子部１は、絶縁性基体１０の手前側面を粒子状物質検出面２５としており、その左端側に検出電極ｅ１〜ｅ８が露出する検出部２を設けている。検出部２の検出電極ｅ１〜ｅ８は、図１０（ａ）に模式的に示すように、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１１〜１９に挟持されるように積層され、表面が粒子状物質検出面２５と面一となるように埋設配置されている。また、絶縁性基体１０の内部において電源部３１、抵抗測定部３２と接続される構成は、上記各実施形態と同様である。
【００５８】
図１１は、第３実施形態のセンサ素子部１を作製するための、電極パターンと積層構造を示したものである。図１１（ａ）は、上記図７の１）のシート成形工程、２）のスルーホール形成工程、３）の電極印刷形成工程に対応しており、２）のスルーホール形成位置と、３）の電極パターン形状のみ異なっている。まず、１）のシート成形工程において、公知のドクターブレード法を用い、絶縁基板１１、１２となるセラミックシートをフィルム上に成形したら、２）のスルーホール形成工程で、セラミックシートを絶縁基板１１、１２のサイズに合わせて打ち抜き、パンチングでスルーホール１Ａ’、１Ｂ’をそれぞれ設ける。スルーホール１Ａ’、１Ｂ’は、上記図７のスルーホール１Ａ、１Ｂよりもセラミックシートの側縁部に近い位置に形成するとよい。
【００５９】
次いで、３）の電極印刷形成工程にて、検出電極ｅ１、ｅ２となる電極膜ｅＡ’、ｅＢ’を印刷する。この時、電極膜ｅＡ’、ｅＢ’は、矩形の同一形状であり、Ａ、Ｂパターンは、印刷位置のみが異なっている。すなわち、Ａパターンは電極膜ｅＡ’とスルーホール１Ａ’、Ｂパターンは電極膜ｅＢ’とスルーホール１Ｂ’が形成されたパターンである。絶縁基板１３〜１８についても、同様にして検出電極ｅ３〜ｅ８を形成する。その後、図１１（ｂ）のように、適宜、引き出し電極２２、２３を印刷形成し、Ａ、Ｂパターンを交互に積層することで、図１０の素子構造とすることができる。絶縁性基体１０の端面に検出部２を有する素子構造も同様である。
【００６０】
あるいは、図１１（ａ）において、Ａ、Ｂパターンの代わりに、単一のＣパターンを用いることもできる。この場合は、２）のスルーホール形成工程において、スルーホール１Ａ’、１Ｂ’を図の左右方向にそれぞれ一対設けて、その内側のスルーホール１Ａ’、１Ｂ’を含むように、絶縁基板１１、１２の中央に同一の矩形の電極パターンｅＣを形成する。これを、図１１（ｃ）のようにオフセットをかけて交互に積層することによっても、図１０の素子構造とすることができ、Ｃパターンのみでよいので、製造工程がさらに簡易にできる。この時、電極パターンｅＣの中央部において、スルーホール１Ａ’、１Ｂ’と同一ライン状に、電極を印刷しない一対の領域１Ｃを形成しておくと、オフセットを行った対極（上層の電極）のスルーホールと下層の電極が短絡しないようにすることができる。
【００６１】
いずれの製造工程による場合も、センサ素子部１を積層形成後、全体を高圧で油圧プレス機で一軸加圧することが好ましい。積層体シート間の接合力が弱い場合は、シップ機などを用い等方加圧することもできる。また、積層後、等方加圧のみ行う場合もある。積層体は、素子単位にスライサ、押し切り機等で切断加工する。切断バリは、乾式・湿式バレル研磨などで焼成前に除去することも可能である。
【００６２】
素子単位に切断された積層体は、焼成炉により、素子焼結温度で焼成することが好ましい。焼成雰囲気は、使用する検出電極ｅ１〜ｅn材料の酸化防止可能な酸素濃度に調整するとよい。焼成により絶縁性基体１０が還元された場合、酸素濃度を上げ、アニール処理することも可能である。さらに、焼成後の検出電極ｅ１〜ｅnは、絶縁性基体１０との熱膨張差により、絶縁性基体１０の内部に凹んでいる場合がある。その場合、乾式・湿式バレル研磨、ミリング等により検出電極ｅ１〜ｅnを、絶縁性基体１０表面に露出させることが可能である。
【００６３】
ここで、図１２、１３により、検出電極ｅ１、ｅ２の配置（電極間隔と電極高さ）と捕捉微粒子のサイズの関係について検討する。図１２（ａ）のように、本発明において、検出しようとするＰＭ粒子は、直径２０μｍ以下の微粒状粒子である。一方、上述したように、本発明の構成では、検出電極ｅ１、ｅ２の間隔を１０μｍ以下と小さくすることができ、また、検出電極ｅ１、ｅ２は、使用時の熱膨張により凸構造になると推察されるので、例えば、最大サイズの直径２０μｍの粒子状物質ＰＭであれば、付着とほぼ同時に高速検出することが可能である。これについて、以下に説明する。
【００６４】
上述した方法により、センサ素子部１を製造する場合には、図１２（ｂ）のように、焼成・冷却過程において、検出電極ｅ１、ｅ２が絶縁性基体１０の粒子状物質検出面２１より内方に凹みやすい。これは、金属（検出電極ｅ１、ｅ２）とセラミックス（絶縁性基体１０）とでは、一般に熱膨張率αが金属＞セラミックスの関係にあり、検出電極ｅ１、ｅ２の収縮がより大きくなるためである。そこで、通常は、絶縁性基体１０の表面を研磨し、平滑にすることにより、検出電極ｅ１、ｅ２と絶縁性基体１０の粒子状物質検出面２１が面一な製品とする。
【００６５】
一方、ＰＭセンサＳの使用時には、高温の排気ガスが流通する排気管ＥＸ内に設置されるため、センサ素子部１が熱膨張する。すると、熱膨張率α（金属＞セラミックス）の関係から、検出電極ｅ１、ｅ２が絶縁性基体１０の粒子状物質検出面２１より突出する凸の構造になる。この時、図１２（ａ）のように、検出電極ｅ１、ｅ２の間隔を１０μｍ、捕捉微粒子は、直径２０μｍの球形と仮定すれば、電極高さが１．３４μｍあれば、１つの粒子の付着のみで検出電極ｅ１、ｅ２間を導通可能となることがわかる。
【００６６】
図１３において、検出電極ｅ１、ｅ２を白金（Ｐｔ）、絶縁性基体１０をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構成し、熱膨張率αをそれぞれ９×１０-６/℃（Ｐｔ）、７×１０-６/℃（Ａｌ２Ｏ３）、電極長さＬ＝２０００μｍ、使用温度４２５℃とすると、電極の突出高さΔＴは、下記式で表される（ただし、Δα：熱膨張率の差、ΔＴ：使用温度と室温の差）。
ΔＴ＝Δα×ΔＴ×Ｌ
＝２×１０-６×３００×２０００
＝１．６μｍ
【００６７】
すなわち、直径２０μｍの微粒子の捕捉に必要な電極高さ１．３４μｍを満足することがわかる。このように本発明の構成では、検出電極ｅ１〜ｅnの全体が絶縁性基体１０内に埋設される構成であっても、通常は、使用時に熱膨張差により粒子状物質検出面２１より突出する。この構成は、比較的大きい粒子状物質ＰＭを速やかに検知したい場合に有利であり、予め一部を突出させた構成とすることもできる。なお、図１２（ａ）の電極凸構造とする場合、検出電極ｅ１、ｅ２の間のスペース（電極幅）を狭くするほど、電極使用量を削減することができる。製法上の限界は、絶縁層塗布厚みより、０．５μｍ程度である。逆に電極間隔を大きくし、例えば２０μｍ程度とした場合でも、突出高さΔＴが１０μｍ程度となるようにすれば、直径２０μｍの微粒子の捕捉が可能である。ただし、突出高さΔＴが大きいと変形による短絡のおそれが増加するので、極端に突出する構成とすることは望ましくない。
【００６８】
図１４に、本発明の第４実施形態を示す。本発明では、上記各実施形態の構成に、従来の印刷による電極パターンを追加して、複数の検出部を形成することもできる。本実施形態は、上記図８（ａ）のセンサ素子部１を基本構成とするもので、電極膜ｅＢと引き出し電極２３が形成された絶縁基板１８’上に、電極膜ｅＡ、ｅＢをそれぞれ形成した絶縁基板１７、絶縁基板１８と、電極膜ｅＡと引き出し電極２２を形成した絶縁基板１７と、絶縁基板１９とを積層して、粒子状物質検出面２４となる図の左端面に検出部２を形成している。さらに、最上層の絶縁基板１９上面には、一対の櫛歯状の捕捉電極７１、７２がスクリーン印刷により形成されて、第２の検出部７を構成している。第２の検出部７から長手方向の端縁に至るリード部７３は、図示しない電源部に接続され、捕捉電極７１、７２間の抵抗変化を測定する。
【００６９】
第２の検出部７は、最下層の絶縁基板１８’の下面に形成することもできる。これにより、センサ素子部１の端面と側面に複数の検出部を有するＰＭセンサを容易に形成することができる。電極間隔の小さい本発明の検出部２に対して、通常、第２の検出部７は電極間隔が広くなるので（通常５０μｍ以上）、例えば、検出部２にて粒子状物質ＰＭの早期検出を行い、第２の検出部７にて粒子状物質ＰＭの堆積量を測定するといった使い分けが可能となる。なお、第２の検出部７の形成領域を除く表面を、絶縁保護膜で被覆すると、リード部７３間に粒子状物質ＰＭが堆積することによる誤検出を防止することができる。
【００７０】
さらに、ヒータ部８を内蔵する構成とすることもできる。ヒータ部８は、例えば、引き出し電極２２、２３が形成されない中間層の絶縁基板１７、１８の板面を利用して、電極膜ｅＡ、ｅＢの近傍にヒータ電極８１をパターン形成し、長手方向の端縁に至るリード部８２を形成して図示しない電源部に接続すればよい。あるいは、ヒータ電極８１およびリード部８２を形成した別の絶縁基板を、センサ素子部１を構成する絶縁基板１７〜１９のいずれかの間に挿置してもよい。ヒータ部８を設けることにより、センサ素子部１を粒子状物質ＰＭの検出に適した所定温度にすることができ、検出後に付着した粒子状物質ＰＭの除去も容易になる。
【００７１】
ヒータ部８を、センサ素子部１を構成する絶縁基板１７〜１９を利用して、積層方向に形成することもできる。例えば、中間層の絶縁基板１７、１８にそれぞれヒータ電極膜８３を形成し、層間を連結するスルーホール８４、８５を絶縁基板１７、１８で互い違いとなる位置に設けて、図示するように多数積層することで、ヒータパターンを形成することができる。この構成では、ヒータ部８が積層方向に形成されるので、センサ素子部１全体を均等に加熱することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
このようにして形成される本発明の粒子状物質検出センサは、内燃機関の排気浄化装置に適用されて、排出される粒子状物質の検出に好適に利用される。具体的には、ＤＰＦの下流に設置されて、ＤＰＦの異常検出に利用することができる。あるいは、ＤＰＦの上流に設置されて、ＤＰＦに流入する粒子状物質ＰＭを直接検出するシステムに利用することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
ＤＰＦ ディーゼルパティキュレートフィルタ
ＥＣＵ 制御装置
ＥＸ 排気管
Ｅ／Ｇ ディーゼルエンジン
Ｓ ＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）
ｅ１〜ｅ５ 検出電極
ｅＡ、ｅＢ 電極膜
１ センサ素子部
１Ａ、１Ｂ スルーホール
１０ 絶縁性基体
１１〜１９ 絶縁基板
２ 粒子状物質検出部
２１、２４ 粒子状物質検出面
３１ 電源部
３２ 抵抗測定部
４０ カバー体
４１０、４１１ 通孔
５０ ハウジング
６０ インシュレータ
７ 第２の検出部
８ ヒータ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両用内燃機関の排気浄化システムに好適に利用されて、被測定ガス中に存在する粒子状物質を検出する電気抵抗式の粒子状物質検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジン等において、排気ガスに含まれる環境汚染物質、特に煤粒子（Ｓｏｏｔ）および可溶性有機成分（ＳＯＦ）を主体とする粒子状物質（Particulate Matter；以下、適宜ＰＭと称する）を捕集するために、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、適宜ＤＰＦと称する）を設置することが行われている。ＤＰＦは、耐熱性に優れる多孔質セラミックスからなり、多数の細孔を有する隔壁に排気ガスを通過させてＰＭを捕捉する。
【０００３】
ＤＰＦは、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて負圧が増大したり、ＰＭのすり抜けが増加したりするおそれがあり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。再生時期は、一般的には、ＰＭ捕集量の増加により前後差圧が増大することを利用しており、このため、ＤＰＦの上流および下流の圧力差を検出する差圧センサが設置される。再生処理は、ヒータ加熱あるいはポスト噴射等により高温の燃焼排気ガスをＤＰＦ内に導入し、ＰＭを燃焼除去する。
【０００４】
一方、排気ガス中のＰＭを直接検出可能なセンサが、例えば特許文献１、２等に提案されている。このセンサを、ＤＰＦの下流に設置した場合には、ＤＰＦをすり抜けるＰＭ量を測定し、車載式故障診断装置（ＯＢＤ；On Board Diagnosis）において、ＤＰＦの作動状態の監視、例えば亀裂や破損といった異常の検出に利用することができる。あるいはＤＰＦの上流に設置して、ＤＰＦに流入するＰＭ量を測定し、差圧センサに代わる再生時期の判断に利用することも検討されている。
【０００５】
特許文献１には、絶縁性を有する基板の表面に、一対の櫛形電極を形成し、基板の裏面または内部に発熱体を形成した電気抵抗式のスモークセンサが開示されている。このセンサは、スモーク（微粒炭素）が導電性を有することを利用したもので、検出部となる電極間に、スモークが堆積することで生じる電気抵抗値の変化を検出する。基板材料には、電気絶縁性耐熱材料が用いられ、電極材料となるＰｔ、Ａｇ等の貴金属粉をペースト状にして、平板状基板の表面にスクリーン印刷することにより一対の電極が形成される。基板の裏面側には、電極と相対する部分に発熱体が形成され、検出部を所望の温度（例えば、４００℃〜６００℃）に加熱して、電極間抵抗を測定した後に、付着したスモークを焼き切って検出能力を回復させる。
【０００６】
また特許文献２には、センサ上の煤堆積を制御するためのセンサエレメントが開示されている。センサの基本構造を図１５に示すと、アルミナセラミックス等の絶縁基板１００上に一対の櫛形電極１０１、１０２が形成されており、電極１０１、１０２は、例えば車両電源等を利用した電源部１０３に接続されている。電源部１０３から印加される電圧に応じて、相互に噛み合う櫛形電極１０１、１０２間の空間に不均一な電界が形成され、センサエレメントを通過する排気ガス中に含まれる煤粒子が、電極１０１、１０２に引き寄せられて堆積する。この時の電極間抵抗を、抵抗測定部１０４にて検出することで煤堆積量を測定することができる。
【０００７】
特許文献２は、センサエレメントの電極１０１、１０２に、異なる測定電圧を印加可能な構成として、センサ感度と捕集時間を調整している。例えば測定初期には、比較的高い電界を形成して比較的高い電界を形成し、より煤粒子を引き付けやすくすることが記載されている。そして、測定可能な電流（トリガ閾値）に達した後、比較的弱い電界に切り換えて測定を開始する。これは、センサエレメントに堆積する煤粒子が飽和して、燃焼再生させるまでの期間を延長させるためである。トリガ閾値の設定は、ＤＰＦの前に配置されるか、後置されるかによって異なり、トリガ閾値に達するまでの捕集時間を最小化するようにセンサ感度領域を調整する。
【０００８】
また、特許文献３には、櫛状の測定電極表面に保護層を形成した構成において、製法として、スクリーン印刷の他、ＣＶＤ、ＰＶＤによる方法により、測定電極間の間隔を小さくし、例えば２０〜４０μｍとできることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【特許文献２】特表２００８−５０２８９２号公報
【特許文献３】特開２００９−８５９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電気抵抗式のセンサは、簡易な構成で比較的安定した出力が得られる利点があるものの、図１５において、絶縁基板１００上にＰＭ粒子が堆積し、一対の櫛形電極１０１、１０２間が導通するまでは、電気抵抗値の変化が検出されない。このため、ＰＭの検出を早期に可能とすることが課題であり、特許文献２では、印加電圧を高めて煤粒子を引き付けやすくする制御を行っている。ところが、電荷を帯びたＰＭ粒子は、電界の強い電極１０１、１０２に引き付けられるため、その近傍により堆積しやすく、特許文献２中に図示されるように絶縁基板１００の表面全面にＰＭ粒子を均一に堆積することは容易でない。
【００１１】
また、ＯＢＤによる故障診断は、通常、２０μｍ以下の微粒状ＰＭ粒子のすり抜けを監視しており、電極１０１、１０２の間隔がより小さければ、早期検出が可能になる。しかしながら、特許文献１、２に記載される従来のスクリーン印刷による方法では、電極１０１、１０２の印刷幅や間隔に制約があり、一般に５０μｍ以下とすることは困難である。また、特許文献３に記載されるように、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法といった薄膜形成技術を利用することも可能であるが、電極間隔は２０〜４０μｍとされており、また、専用の装置が必要であり、生産コストが高くなる。
【００１２】
そこで本発明は、内燃機関の排気ガス中のＰＭ検出に用いられる電気抵抗式の粒子状物質検出センサにおいて、ＰＭ粒子をセンサ表面の一対の検出電極間に速やかに堆積させて、センサ感度を向上させること、また、一対の検出電極の間隔をより小さくして、ＤＰＦからの微粒状ＰＭ粒子のすり抜けといった、異常を速やかに検出可能な構成とすること、さらには、そのような構成の粒子状物質検出センサを、複雑な生産工程を必要とすることなく、比較的低コストで製造するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備える粒子状物質検出センサであって、該センサ素子部は、
絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を対向させて交互に配設した粒子状物質検出部を有しており、
上記粒子状物質検出面において、上記検出電極は、その少なくとも一部が上記絶縁性基体の内部に埋設配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明において、上記絶縁性基体は、複数の絶縁基板を積層して直方体形状としたものであり、上記検出電極は、上記複数の絶縁基板の層間に保持されている。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明において、上記検出電極は、上記絶縁基板の表面に形成した電極膜からなり、該電極膜を、上記粒子状物質検出面に面する上記絶縁基板の端縁部に沿って配置する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明において、上記粒子状物質検出部は、異なる極性を持つ複数組の上記検出電極が、上記絶縁基板を挟んでその積層方向に対向している。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明において、異なる極性を持つ１組の上記検出電極の間隔が２０μｍ以下である。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明において、同じ極性を持つ上記検出電極は、上記絶縁基板に形成したスルーホールを介して互いに接続される。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明において、上記粒子状物質検出面は、上記絶縁性基体の側面または端面にて形成される。
【００２０】
本発明の請求項８に記載の発明は、被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備え、該センサ素子部が、絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を交互に対向させて配設した粒子状物質検出部を有する粒子状物質検出センサの製造方法であって、
複数の絶縁基板の表面に、該絶縁基板の側縁部または端縁部に沿うように電極膜を形成し、該電極膜の近傍に板面を貫通するスルーホールを形成する工程と、
上記複数の絶縁基板を積層して、上記絶縁性基体を構成するとともに、上記粒子状物質検出面となる側面または端面に、上記電極膜の縁部を露出させて上記検出電極とし、積層方向に交互に位置する上記検出電極同士を上記スルーホールを介して電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１に記載の粒子状物質検出センサは、検出電極を絶縁性基体の内部に埋設して粒子状物質検出部を構成したので、粒子状物質検出面において、異なる極性を持つ検出電極の間に介在する絶縁性基体に誘電分極が生じる。このため静電力で粒子状物質を引き付ける力が強くなり、検出電極の表面のみならず、対向電極間の絶縁性基体にも粒子状物質が付着しやすくなる。したがって、静電捕集力と実効面積が強まり、対向する検出電極間を速やかに導通させることができるので、高い検出感度が得られる。よって、例えば内燃機関の排気浄化システムに適用されて、排出ガスに含まれるＰＭ粒子を早期に検出することができる。
【００２２】
本発明の請求項２に記載の発明では、絶縁性基体は、複数の絶縁基板を積層して構成されるので、その層間に検出電極を配置することで、容易に検出電極を絶縁性基体内に埋設した構成とすることができる。
【００２３】
本発明の請求項３に記載の発明では、検出電極は、絶縁基板の表面に形成した電極膜であり、電極膜の１辺を絶縁基板の端縁に沿って配置して積層することで、絶縁基板を挟んで検出電極を対向配置することができる。また、対向する検出電極の間隔は、絶縁基板の厚みとなるので、例えば印刷形成される従来センサでは困難であった５０μｍ以下とすることができ、電極間隔を小さくしてより高感度なＰＭセンサを実現できる。
【００２４】
本発明の請求項４に記載の発明では、複数組の検出電極を積層方向に配置したので、粒子状物質検出部の実効面積が増加し、被測定ガス中の粒子状物質を捕捉しやすくなるので、検出感度が向上する。
【００２５】
本発明の請求項５に記載の発明では、対向する検出電極の間隔を２０μｍ以下としたので、例えば、排気浄化システムにおいてＤＰＦをすり抜ける微小ＰＭ粒子を、素早く検出することが可能となる。
【００２６】
本発明の請求項６に記載の発明では、同じ極性を持つ検出電極同士を、絶縁性基体の内部においてスルーホールにより容易に接続することができる。この場合、外部にリード部を形成する必要がないので、絶縁保護膜も不要であり、構成が簡易にできる。
【００２７】
本発明の請求項７に記載の方法によれば、複数の絶縁基板に電極膜とスルーホールを所定パターンで形成し、積層するだけで、絶縁性基体の側面または端面に複数の検出電極を対向させた粒子状物質検出部を構成することができる。そして、絶縁基板を挟んで検出電極が対向するので、絶縁基板の分極による静電捕集力で、速やかに粒子状物質を検出できる。また、絶縁基板の厚みによって電極間隔を調整できるので、５０μｍ以下、さらには２０μｍ以下の電極間隔を精度よく実現して、検出感度を大幅に向上できる。また、同じ極性の検出電極をスルーホールを介して、積層と同時に絶縁性基体の内部で接続することができ、工程を複雑化することなく、簡易な方法で高性能なセンサ素子部を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態であり、（ａ）は、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の部分拡大図、（ｂ）は、センサ素子部の概略構成を示す全体斜視図、（ｃ）は、センサ素子部の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、ＰＭセンサを排気管に取り付けた状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明が適用される自動車用ディーゼルエンジンの排ガス浄化システムの全体構成を示す概略図である。
【図３】（ａ）は、本発明の効果を説明するための図で、検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図、（ｂ）は、従来のＰＭセンサにおける検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の効果を説明するための図で、検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図、（ｂ）は、従来のＰＭセンサにおける検出部の構成を模式的に示す要部斜視図および断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、検出部の電極配置の他の例を示す模式的な図である。
【図６】本発明の第２実施形態であり、（ａ）は、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の概略構成を示す全体斜視図、（ｂ）は、センサ素子部の分解斜視図である。
【図７】（ａ）は、センサ素子部の製造工程を説明するための概略構成図、（ｂ）は、印刷パターンの例を示す平面図である。
【図８】（ａ）は、第１実施形態のセンサ素子部の分解斜視図、（ｂ）は、第２実施形態のセンサ素子部の分解斜視図である。
【図９】（ａ）は、第１実施形態の検出部の電極配置を示す模式的な図、（ｂ）は、検出部の電極配置の他の例を示す模式的な図である。
【図１０】本発明の第３実施形態であり、（ａ）は、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の概略構成を示す全体斜視図、（ｂ）は、センサ素子部の分解斜視図である。
【図１１】（ａ）は、第３実施形態のセンサ素子部の製造工程の一部を説明するための概略構成図、（ｂ）は、（ａ）のＡ、Ｂの電極パターンを用いた積層工程を説明するためのセンサ素子部の分解斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）のＣの電極パターンによる積層例を示すセンサ素子部の概略断面図である。
【図１２】（ａ）は、検出電極の間隔と捕捉する粒子状物質の粒径との関係を説明するための検出部の概略構成図、（ｂ）は、センサ素子部の製造工程における絶縁性基体と検出電極の熱膨張の関係を説明するためのセンサ素子部の部分概略断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、検出電極の間隔および検出電極の突出高さと、捕捉する粒子状物質の粒径との関係を説明するための検出部の概略構成図である。
【図１４】本発明の第４実施形態であり、ＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の概略構成を示す分解斜視図と追加可能な各部構成を示す平面図である。
【図１５】従来のＰＭセンサの主要部であるセンサ素子部の全体概略構成を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の粒子状物質検出センサを、内燃機関の排ガス浄化システムへ適用した第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、粒子状物質検出センサとしてのＰＭセンサＳの主要部である、センサ素子部１の概略構成を示している。図２（ｂ）は、内燃機関である自動車用ディーゼルエンジンＥ／Ｇのシステム概略図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）の要部を拡大した図で、エンジンＥ／Ｇの排気管ＥＸに、ＰＭセンサＳを取り付けた状態を示す。
【００３０】
図２（ｂ）のエンジンＥ／Ｇは、各気筒に共通のコモンレールＲに、高圧ポンプにて昇圧した高圧燃料を所定の噴射圧となるように蓄圧するコモンレール燃料噴射システムを採用し、インジェクタＩＮＪによって燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンとして構成されている。ＰＭセンサＳは、エンジンＥ／Ｇの排気通路である排気管ＥＸにおいて、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの下流に設けられ、エンジンＥ／Ｇ各部とともに制御装置ＥＣＵによって制御される。制御装置ＥＣＵは、ＰＭセンサＳの出力に基づき粒子状物質ＰＭを検出する一方、ＰＭセンサＳの異常検出機能を備えており、この詳細については後述する。
【００３１】
まず、図２（ｂ）において、エンジンＥ／Ｇのシステム構成について説明する。エンジンＥ／Ｇの排気マニホールドＭＨＥＸには、タービンＴＲＢが設けられ、タービンＴＲＢに連動して過給器ＴＲＢＣＧＲが回転すると、圧縮された空気がインタクーラＣＬＲＩＮＴを通過して吸気マニホールドＭＨＩＮに送られる。排気マニホールドＭＨＥＸから排出される燃焼排気の一部はＥＧＲバルブＶＥＧＲおよびＥＧＲクーラＣＬＲＥＧＲを介して吸気マニホールドＭＨＩＮに還流する。過給により吸気量を増大して燃焼効率を高め、ＥＧＲにより燃焼を緩やかにしてＮＯｘ等の排出を抑制する。
【００３２】
排気マニホールドＭＨＥＸに接続する排気管ＥＸには、ディーゼル酸化触媒ＤＯＣおよびディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦが設けられ、燃焼排気ガスを処理する。すなわち、排気管Ｅに排出された燃焼排気ガスは、上流側のディーゼル酸化触媒ＤＯＣを通過する間に、未燃焼の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯおよび一酸化窒素ＮＯが酸化され、下流側のディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを通過する間に、煤粒子（Ｓｏｏｔ）、可溶性有機成分（ＳＯＦ）および無機成分からなる粒子状物質ＰＭが捕集される。
【００３３】
ディーゼル酸化触媒ＤＯＣは公知のモノリス担体、例えばコーディエライト等のセラミックハニカム構造体よりなる担体表面に、酸化触媒を担持してなる。ディーゼル酸化触媒ＤＯＣは、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの強制再生時に、供給される燃料の酸化燃焼により排気温度を上昇させ、あるいは粒子状物質ＰＭ中のＳＯＦ成分を酸化除去する。また、ＮＯの酸化により生成するＮＯ２は、後段のディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦに堆積した粒子状物質ＰＭの酸化剤として使用され、連続的な酸化を可能にする。
【００３４】
ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦは、公知のウォールフロータイプのフィルタ構造を有する。例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスよりなる多孔質セラミックハニカム構造体を成形し、ガス流路となる多数のセルの入口側または出口側のいずれか一方を、隣接するセルで互い違いになるように目封じしてフィルタとする。この時、ガス流路を区画するセル壁を貫通して多数の細孔が形成され、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦに導入される排出ガス中の粒子状物質ＰＭを捕獲する。ディーゼル酸化触媒ＤＯＣとディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを一体化した連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタとして構成することもできる。
【００３５】
排気管ＥＸには、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦに堆積した粒子状物質ＰＭの量を監視するために、差圧センサＳＰが設けられる。差圧センサＳＰは、圧力導入管を介してディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの上流側および下流側と接続されており、その前後差圧に応じた信号を出力する。また、ディーゼル酸化触媒ＤＯＣの上流および、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦの上下流には、温度センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３が配設されて、各部の排気温度を監視している。
【００３６】
制御装置ＥＣＵは、これら出力に基づいてディーゼル酸化触媒ＤＯＣの触媒活性状態やディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦのＰＭ捕集状態を監視し、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、強制再生を行って粒子状物質ＰＭを燃焼除去する再生制御を実施する。さらに制御部２には、エンジンＥ／Ｇの運転状態を知るための各種センサ信号、例えばエアフロメータＡＦＭからの吸気量や吸気温度、エンジン潤滑油や冷却水の温度、エンジン回転数、スロットル開度等が入力している。制御装置ＥＣＵは、これら信号に基づいて燃料噴射量、噴射時期等を算出し、燃料噴射を制御する。
【００３７】
図２（ａ）において、ＰＭセンサＳは、排気管ＥＸの管壁に螺結される筒状ハウジング５０を有し、その内部に筒状インシュレータ６０に挿入固定されたセンサ素子部１の上半部を保持している。センサ素子部１の下半部は、筒状ハウジング５０の下端部に固定されて排気管ＥＸ内に突出する中空のカバー体４０内に位置している。カバー体４０の底部および側部には、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを通過した被測定ガス、すなわち粒子状物質ＰＭを含む排出ガスが流出入するための通孔４１０、４１１が穿設されている。
【００３８】
本実施形態のＰＭセンサＳは、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを通過して下流側にすり抜ける粒子状物質ＰＭを、センサ素子部１にて検出する。図１（ｂ）において、センサ素子部１は、直方体形状の絶縁性基体１０の一面を粒子状物質検出面（図の手前側面）２１とし、その先端側（図の右端側）の端部表面に、粒子状物質検出部（以下適宜、検出部という）２を有している。図１（ａ）において、検出部２は、粒子状物質検出面２１に、所定間隔をおいて平行に配置された複数の検出電極ｅ１〜ｅ５を有し、これら検出電極ｅ１〜ｅ５は、交互に異なる極性を持つとともに、電極表面が、粒子状物質検出面２１の表面と面一となるように、その全体がアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁性基体１０の内部に埋設されている。
【００３９】
図１（ｃ）に示すように、絶縁性基体１０は、複数の長方形状の絶縁基板１１〜１６を積層して構成される。検出電極ｅ１〜ｅ５は、それぞれ絶縁基板１１〜１５の上表面に、例えばスクリーン印刷により形成される電極膜からなり、２種類のパターンの電極膜ｅＡ、ｅＢを、図示するように積層方向に交互に配置している。電極膜ｅＡ、ｅＢは、対称な略台形状で、長辺が絶縁基板１１〜１５の上側縁の同一位置にあり、短辺は左右にずれた配置として、その近傍に板面を貫通するスルーホール１Ａ、１Ｂが形成されている。ここでは、絶縁基板１１、１３、１５に電極膜ｅＡとスルーホール１Ａを、絶縁基板１２、１４に電極膜ｅＢとスルーホール１Ｂを形成している。スルーホール１Ａは電極膜ｅＢと、スルーホール１Ｂは電極膜ｅＡと対向する位置にある。さらに、電極膜ｅＡが形成される絶縁基板１１、１３、１５のうち最上層の絶縁基板１５に、電極膜ｅＡから長手方向の端縁（図の左端縁）に至る引き出し電極２２を形成するとともに、電極膜ｅＢが形成される絶縁基板１２、１４のうち最下層の絶縁基板１２に、電極膜ｅＢから長手方向の端縁（図の左端縁）に至る引き出し電極２３を、例えばスクリーン印刷により形成する。
【００４０】
そして、絶縁基板１１を最下層として、その上に絶縁基板１２〜１５と、絶縁基板１６を順に積層する。これにより、検出電極ｅ１、ｅ３、ｅ５（電極膜ｅＡ）は、その上下に位置するスルーホール１Ｂに充填される導電材を介して、互いに電気的に接続され、引き出し電極２２により外部へ接続可能となる。また、検出電極ｅ２、ｅ４（電極膜ｅＢ）は、その上下に位置するスルーホール１Ａに充填される導電材を介して、互いに電気的に接続され、引き出し電極２３により外部へ接続可能となる。
【００４１】
引き出し電極２２、２３は、図１（ｂ）の電源部３１に接続されて電源供給を受けるようになっている。また、抵抗測定部（電気特性測定部）３２に接続されて、検出部２の電気特性、具体的には、検出電極ｅ１〜ｅ５の対向電極間の抵抗値を測定する。ここで、検出電極ｅ１〜ｅ５間の距離は一定であり、対向する検出電極ｅ１と検出電極ｅ２、検出電極ｅ２と検出電極ｅ３、検出電極ｅ３と検出電極ｅ４、検出電極ｅ４と検出電極ｅ５は、互いに極性が異なっている。また、極性の同じ検出電極ｅ１、ｅ３、ｅ５は引き出し電極２２に、検出電極ｅ２、ｅ４（電極膜ｅＢ）は引き出し電極２３に、それぞれ並列接続している。したがって、粒子状物質検出面２１が粒子状物質ＰＭを含む雰囲気に晒された時に、検出電極ｅ１〜ｅ５の対向電極間の抵抗値を測定し、その変化から粒子状物質ＰＭの堆積を検出することができる。
【００４２】
次に、上記構成のセンサ素子部１を備えるＰＭセンサＳの基本作動と作用効果について、説明する。図２（ａ）、（ｂ）において、被被測定ガスとなるエンジンＥ／Ｇの排出ガスは、ＰＭセンサＳのカバー体４０の上流側の通孔４１１から内部に導入され、センサ素子部１と接触した後、底面の通孔４１０または下流側の通孔４１１から排出される。この時、粒子状物質ＰＭを確実に捕捉するため、図示するように、センサ素子部１の粒子状物質検出面２１が排気管ＥＸの上流側を向くように配置するとよい。ＤＰＦで捕集されずに下流側へすり抜けてきた粒子状物質ＰＭは、センサ素子部１の検出部２に到達すると、検出電極ｅ１〜ｅ５の表面および電極間の粒子状物質検出面２１表面に付着し、堆積していく。
【００４３】
図３（ａ）は、本発明の検出部２の構造を模式的に示す図である。図中、検出電極ｅ１、ｅ２は、全体が絶縁性基体１０に埋設されており、粒子状物質検出面２１に露出する検出電極ｅ１、ｅ２の表面は、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１１、１２、１３の表面と同一面内にある。すなわち、検出電極ｅ１、ｅ２の間に、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１２が存在するので、図１（ｂ）の電源部３１の正極、負極にそれぞれ接続すると、検出電極ｅ１、ｅ２の間において絶縁基板１２が誘電分極する。この時、検出部２の近傍に到達する粒子状物質ＰＭは、検出電極ｅ１、ｅ２のみならず絶縁基板１２の表面にも電気的に引き付けられるので、粒子状物質ＰＭを捕集する能力が高まる。この静電捕集力と静電捕集の実効面積の増加により、検出電極ｅ１、ｅ２間に粒子状物質ＰＭが速やかに堆積し、検出電極ｅ１、ｅ２間が素早く導通する。この際の電気特性の変化から、粒子状物質ＰＭのすり抜けといった異常を早期に検知することができる。
【００４４】
これに対して、図３（ｂ）に従来センサの検出部の構造を模式的に示す。図示するように、従来センサでは、絶縁基板１００の表面に、一対の電極１０１、１０２を構成する電極膜がスクリーン印刷により積層形成される。この時、電極１０１、１０２は、絶縁基板１００の表面から上方に突出して位置し、その対向面間は空間となっていて、絶縁基板１００は分極しないので、粒子状物質ＰＭを捕集する能力が低い。また、粒子状物質ＰＭは電極１０１、１０２に引き付けられやすくなるので、粒子状物質ＰＭが均等に堆積しない。このため、電極１０１、１０２間が導通するまでに、本発明の構成よりも時間がかかり、異常を早期検出することが難しい。
【００４５】
図３（ａ）では、検出電極ｅ１、ｅ２のみを示したが、検出電極ｅ１〜ｅ５の隣合う１組のいずれについても、同様の分極効果が得られる。また、このような分極構造の違いに加え、本発明では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、検出電極ｅ１、ｅ２の距離を従来よりも小さくすることができる。図４（ｂ）に示す従来センサは、絶縁基板１００の表面にスクリーン印刷にて電極１０１、１０２を形成しており、この作製方法で、両電極間の短絡等を抑制し、絶縁を確保しようとすると、両者の間隔を５０μｍ以下とするのは困難である。
【００４６】
一方、本発明の検出部２は、図１（ｃ）に示したように、検出電極ｅ１〜ｅ５間の間隔が、絶縁基板１１〜１５の厚みによって決まる。この場合、絶縁基板１１〜１５の厚みは、任意に調整することができるので、対向する電極の間隔も任意であり、絶縁基板１１〜１５の厚みを５０μｍ以下とすることで、容易に電極間隔を５０μｍ以下とすることができる。また、電極間に絶縁基板１１〜１５が介在するので、両電極間の絶縁を容易に確保できる。したがって、検出対象となる粒子状物質ＰＭの粒径や用途に応じて、対向電極の間隔を適宜設定すればよい。例えば、図２（ｂ）のようにＤＰＦの後流に配置して、粒子状物質ＰＭのすり抜けを検出する場合には、電極間隔をできるだけ小さく設定するのがよく、通常は、検出電極ｅ１〜ｅ５の電極間隔を２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下となるように作製することで、従来より素早い検出が可能になり、検出感度を大幅に向上することができる。
【００４７】
本実施形態では、検出部２に検出電極ｅ１〜ｅ５を設け、４組の対向電極を有する構成としたが、電極配置は、必要により適宜変更することができる。検出部２は、少なくとも１組の対向電極を有していればよく、例えば、図５（ａ）に示すように、検出部２に極性の異なる検出電極ｅ１〜ｅ３を交互に配置し、絶縁性基体１０に２組の対向電極を埋設した構成とすることができる。また、検出電極の数は任意に設定することができ、図５（ｂ）に示すように、検出電極ｅ１〜ｅｎを絶縁性基体１０に埋設し、ｎ組の対向電極を設けた構成としてもよい。この時、図５（ａ）、（ｂ）では電極間隔を一定としている。あるいは、電極間隔は一定でなくてもなく、５（ｃ）のように、検出電極ｅ１、ｅ２と検出電極ｅ３、ｅ４を同間隔とし、検出電極ｅ２、ｅ３の間隔をより広くすることもできる。
【００４８】
図６に本発明の第２実施形態を示す。上記第１実施形態では、検出部２をセンサ素子部１の側面に配置したが、図６（ａ）に示すように、センサ素子部１の長手方向の端面を粒子状物質検出面２４として検出部２を構成することもできる。検出部２は、検出電極ｅ１〜ｅ５が絶縁性基体１０に埋設されて、その表面が粒子状物質検出面２４と面一となっており、長手方向の反対側の端部にて、外部の電源部３１、抵抗測定部３２に接続される構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、本実施形態においても、絶縁基板１１〜１５に電極膜ｅＡ、ｅＢを交互に形成し、積層して絶縁基板１６を最上層に配置する。この際に、電極膜ｅＡ、ｅＢの略台形の長辺が、粒子状物質検出面２４の端縁に位置するようにパターン印刷することで、図６（ａ）の構成とすることができる。図２（ａ）のＰＭセンサＳに適用する場合には、第１実施形態のようにセンサ素子部１の検出部２が側面にあると、排気流れが衝突して粒子状物質ＰＭを捕捉しやすい。このため、ＤＰＦをすり抜けた粒子状物質ＰＭをより早く検知したい場合に適している。一方、本実施形態の検出部２は、ＰＭセンサＳの底面に位置することになり、排気流れと対向しないため第１実施形態ほど高い検出感度とはならないものの、カバー体４０内部に流入する排気中のＰＭ濃度に応じた出力が得やすい利点がある。
【００５０】
このように、センサ素子部１の検出部２は、用途や検出目的に応じて、側面または端面に配置することができる。さらに、第２実施形態の端面に設ける構成と、側面に配置する第１実施形態の構成を組み合わせることもできる。この場合は、粒子状物質ＰＭを捕捉する検出部２の面積が拡大することで、粒子状物質ＰＭの早期検出を図ることができる。あるいは、側面の検出部２と端面の検出部２に対して、引き出し電極２２、２３と抵抗測定部３２をそれぞれ設け、検出電極ｅ１〜ｅ５の電極間隔を別々に設定することもできる。例えば、側面の検出部２において電極間隔をより小さくして、粒子状物質ＰＭの早期検出を行い、端面の検出部２において電極間隔をより大きくして、粒子状物質ＰＭの堆積量を測定する構成としてもよい。
【００５１】
次に、図７、８を用いて、シート積層法によるセンサ素子部１の作製方法の一例について、詳細に説明する。図７（ａ）は、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１７、１８に検出電極ｅ１、ｅ２となる電極膜ｅＡ、ｅＢを形成する工程を示しており、まず、１）のシート成形工程において、公知のドクターブレード法を用い、絶縁基板１７、１８となるセラミックシートをフィルム上に成形する。セラミックシート材料には、電気絶縁性および耐熱性に優れたセラミック材料が用いられ、例えば誘電率の高いチタン酸バリウム等や高誘電率材料とアルミナやジルコニアを混合したセラミック材料等が好適に用いられる。シート厚みは、上述したように対向電極の間隔を決定するので、焼結後に所定の電極間隔、例えば１０μｍ以下となるように、セラミック材料塗布時のブレードギャップ、塗布速度等から調整することが好ましい。また、グリーンシートの塗布精度は、ブレードギャップの平行度調整等により、絶縁層厚み精度Ｒ％を１０％以下にすることが好ましい。
【００５２】
２）のスルーホール形成工程では、フィルム上に成型されたセラミックシートを、絶縁基板１７、１８のサイズに合わせて打ち抜き、また、パンチングを施してスルーホール１Ａ、１Ｂをそれぞれ設ける。ここで、スルーホールを形成する箇所、大きさは任意に設定可能であり、通常は２個以上あれば良い。例えば、スルーホールを４箇所以上設けることで、補助的な導通経路等を与えることもできる。
【００５３】
次いで、３）の電極印刷形成工程にて、ＡおよびＢの２種類のパターンで電極膜ｅＡ、ｅＢを印刷する。Ａ、Ｂパターンは対称な略台形状で、Ａパターン（電極膜ｅＡ）はスルーホール１Ａを避けた位置、Ｂパターン（電極膜ｅＢ）はスルーホール１Ｂを避けた位置にそれぞれ設けられる。電極材料には、例えば白金等の貴金属を含む導電性金属が好適に用いられ、これをペースト状とした電極ペーストを、所定のパターンに印刷すればよい。これを繰り返してセンサ素子部１の構成に応じた枚数の絶縁基板１７、１８を用意し、さらに引き出し電極２２、２３を形成して積層する。
【００５４】
この時、図７（ｂ）のように、矩形のグリーンシートを用いてその表面に、絶縁基板１７、１８に対応するＡ、Ｂパターンを複数個分、同時に印刷し、積層した後に素子サイズに切り離すようにすると、一度に多数のセンサ素子部１を効率よく製造することができる。また、Ａ、Ｂパターンに接続する引き出し電極２２、２３を形成した絶縁基板１７’、１８’も、同様にして作成することができる。Ａ、Ｂパターンは略台形状に限るものではないが、電極ペーストの塗布面積を小さくし、検出電極ｅ１〜ｅ５長を確保できるので有利である。
【００５５】
図８に示すように、このようにして得られた絶縁基板１７、１８、絶縁基板１７’、１８’を、電極膜ｅＡ、ｅＢが交互に配置されるように積層することで、同極間がスルーホール１Ａまたは１Ｂで連結された素子構造が容易に作製できる。図８（ａ）では、絶縁基板１８’、絶縁基板１７、絶縁基板１８、絶縁基板１７’を、下層からこの順に積層し、最上層に絶縁基板１９を重ねて、長手方向の端面を粒子状物質検出面２４とするセンサ素子部１を構成している。あるいは、図７（ｂ）において、Ａ、Ｂパターンの印刷向きを９０度回転させることで、図８（ｂ）のように、側面に粒子状物質検出面２１を有するセンサ素子部１を構成することができる。
【００５６】
上記各実施形態では、図９（ａ）に示すように、絶縁性基体１０の粒子状物質検出面において、検出部２の検出電極ｅ１〜ｅnのエッジが積層方向（図中矢印）に対して整列している構成としたが、検出部２における電極配置は任意であり、適宜変更することができる。図９（ｂ）に示すように、粒子状物質検出面において、正極と負極が積層方向に対向していれば、検出電極ｅ１〜ｅnのエッジが全て整列している必要はない。ここでは、正極は図の右方寄りに、負極は図の左方寄りに配置して、それぞれのエッジを積層方向に整列させている。
【００５７】
図１０、１１は、本発明の第３実施形態であり、図９（ｂ）の電極配置を利用した例である。図１０（ｂ）に示すように、本実施形態のセンサ素子部１は、絶縁性基体１０の手前側面を粒子状物質検出面２５としており、その左端側に検出電極ｅ１〜ｅ８が露出する検出部２を設けている。検出部２の検出電極ｅ１〜ｅ８は、図１０（ａ）に模式的に示すように、絶縁性基体１０を構成する絶縁基板１１〜１９に挟持されるように積層され、表面が粒子状物質検出面２５と面一となるように埋設配置されている。また、絶縁性基体１０の内部において電源部３１、抵抗測定部３２と接続される構成は、上記各実施形態と同様である。
【００５８】
図１１は、第３実施形態のセンサ素子部１を作製するための、電極パターンと積層構造を示したものである。図１１（ａ）は、上記図７の１）のシート成形工程、２）のスルーホール形成工程、３）の電極印刷形成工程に対応しており、２）のスルーホール形成位置と、３）の電極パターン形状のみ異なっている。まず、１）のシート成形工程において、公知のドクターブレード法を用い、絶縁基板１１、１２となるセラミックシートをフィルム上に成形したら、２）のスルーホール形成工程で、セラミックシートを絶縁基板１１、１２のサイズに合わせて打ち抜き、パンチングでスルーホール１Ａ’、１Ｂ’をそれぞれ設ける。スルーホール１Ａ’、１Ｂ’は、上記図７のスルーホール１Ａ、１Ｂよりもセラミックシートの側縁部に近い位置に形成するとよい。
【００５９】
次いで、３）の電極印刷形成工程にて、検出電極ｅ１、ｅ２となる電極膜ｅＡ’、ｅＢ’を印刷する。この時、電極膜ｅＡ’、ｅＢ’は、矩形の同一形状であり、Ａ、Ｂパターンは、印刷位置のみが異なっている。すなわち、Ａパターンは電極膜ｅＡ’とスルーホール１Ａ’、Ｂパターンは電極膜ｅＢ’とスルーホール１Ｂ’が形成されたパターンである。絶縁基板１３〜１８についても、同様にして検出電極ｅ３〜ｅ８を形成する。その後、図１１（ｂ）のように、適宜、引き出し電極２２、２３を印刷形成し、Ａ、Ｂパターンを交互に積層することで、図１０の素子構造とすることができる。絶縁性基体１０の端面に検出部２を有する素子構造も同様である。
【００６０】
あるいは、図１１（ａ）において、Ａ、Ｂパターンの代わりに、単一のＣパターンを用いることもできる。この場合は、２）のスルーホール形成工程において、スルーホール１Ａ’、１Ｂ’を図の左右方向にそれぞれ一対設けて、その内側のスルーホール１Ａ’、１Ｂ’を含むように、絶縁基板１１、１２の中央に同一の矩形の電極パターンｅＣを形成する。これを、図１１（ｃ）のようにオフセットをかけて交互に積層することによっても、図１０の素子構造とすることができ、Ｃパターンのみでよいので、製造工程がさらに簡易にできる。この時、電極パターンｅＣの中央部において、スルーホール１Ａ’、１Ｂ’と同一ライン状に、電極を印刷しない一対の領域１Ｃを形成しておくと、オフセットを行った対極（上層の電極）のスルーホールと下層の電極が短絡しないようにすることができる。
【００６１】
いずれの製造工程による場合も、センサ素子部１を積層形成後、全体を高圧で油圧プレス機で一軸加圧することが好ましい。積層体シート間の接合力が弱い場合は、シップ機などを用い等方加圧することもできる。また、積層後、等方加圧のみ行う場合もある。積層体は、素子単位にスライサ、押し切り機等で切断加工する。切断バリは、乾式・湿式バレル研磨などで焼成前に除去することも可能である。
【００６２】
素子単位に切断された積層体は、焼成炉により、素子焼結温度で焼成することが好ましい。焼成雰囲気は、使用する検出電極ｅ１〜ｅn材料の酸化防止可能な酸素濃度に調整するとよい。焼成により絶縁性基体１０が還元された場合、酸素濃度を上げ、アニール処理することも可能である。さらに、焼成後の検出電極ｅ１〜ｅnは、絶縁性基体１０との熱膨張差により、絶縁性基体１０の内部に凹んでいる場合がある。その場合、乾式・湿式バレル研磨、ミリング等により検出電極ｅ１〜ｅnを、絶縁性基体１０表面に露出させることが可能である。
【００６３】
ここで、図１２、１３により、検出電極ｅ１、ｅ２の配置（電極間隔と電極高さ）と捕捉微粒子のサイズの関係について検討する。図１２（ａ）のように、本発明において、検出しようとするＰＭ粒子は、直径２０μｍ以下の微粒状粒子である。一方、上述したように、本発明の構成では、検出電極ｅ１、ｅ２の間隔を１０μｍ以下と小さくすることができ、また、検出電極ｅ１、ｅ２は、使用時の熱膨張により凸構造になると推察されるので、例えば、最大サイズの直径２０μｍの粒子状物質ＰＭであれば、付着とほぼ同時に高速検出することが可能である。これについて、以下に説明する。
【００６４】
上述した方法により、センサ素子部１を製造する場合には、図１２（ｂ）のように、焼成・冷却過程において、検出電極ｅ１、ｅ２が絶縁性基体１０の粒子状物質検出面２１より内方に凹みやすい。これは、金属（検出電極ｅ１、ｅ２）とセラミックス（絶縁性基体１０）とでは、一般に熱膨張率αが金属＞セラミックスの関係にあり、検出電極ｅ１、ｅ２の収縮がより大きくなるためである。そこで、通常は、絶縁性基体１０の表面を研磨し、平滑にすることにより、検出電極ｅ１、ｅ２と絶縁性基体１０の粒子状物質検出面２１が面一な製品とする。
【００６５】
一方、ＰＭセンサＳの使用時には、高温の排気ガスが流通する排気管ＥＸ内に設置されるため、センサ素子部１が熱膨張する。すると、熱膨張率α（金属＞セラミックス）の関係から、検出電極ｅ１、ｅ２が絶縁性基体１０の粒子状物質検出面２１より突出する凸の構造になる。この時、図１２（ａ）のように、検出電極ｅ１、ｅ２の間隔を１０μｍ、捕捉微粒子は、直径２０μｍの球形と仮定すれば、電極高さが１．３４μｍあれば、１つの粒子の付着のみで検出電極ｅ１、ｅ２間を導通可能となることがわかる。
【００６６】
図１３において、検出電極ｅ１、ｅ２を白金（Ｐｔ）、絶縁性基体１０をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構成し、熱膨張率αをそれぞれ９×１０-６/℃（Ｐｔ）、７×１０-６/℃（Ａｌ２Ｏ３）、電極長さＬ＝２０００μｍ、使用温度４２５℃とすると、電極の突出高さΔＴは、下記式で表される（ただし、Δα：熱膨張率の差、ΔＴ：使用温度と室温の差）。
ΔＴ＝Δα×ΔＴ×Ｌ
＝２×１０-６×３００×２０００
＝１．６μｍ
【００６７】
すなわち、直径２０μｍの微粒子の捕捉に必要な電極高さ１．３４μｍを満足することがわかる。このように本発明の構成では、検出電極ｅ１〜ｅnの全体が絶縁性基体１０内に埋設される構成であっても、通常は、使用時に熱膨張差により粒子状物質検出面２１より突出する。この構成は、比較的大きい粒子状物質ＰＭを速やかに検知したい場合に有利であり、予め一部を突出させた構成とすることもできる。なお、図１２（ａ）の電極凸構造とする場合、検出電極ｅ１、ｅ２の間のスペース（電極幅）を狭くするほど、電極使用量を削減することができる。製法上の限界は、絶縁層塗布厚みより、０．５μｍ程度である。逆に電極間隔を大きくし、例えば２０μｍ程度とした場合でも、突出高さΔＴが１０μｍ程度となるようにすれば、直径２０μｍの微粒子の捕捉が可能である。ただし、突出高さΔＴが大きいと変形による短絡のおそれが増加するので、極端に突出する構成とすることは望ましくない。
【００６８】
図１４に、本発明の第４実施形態を示す。本発明では、上記各実施形態の構成に、従来の印刷による電極パターンを追加して、複数の検出部を形成することもできる。本実施形態は、上記図８（ａ）のセンサ素子部１を基本構成とするもので、電極膜ｅＢと引き出し電極２３が形成された絶縁基板１８’上に、電極膜ｅＡ、ｅＢをそれぞれ形成した絶縁基板１７、絶縁基板１８と、電極膜ｅＡと引き出し電極２２を形成した絶縁基板１７と、絶縁基板１９とを積層して、粒子状物質検出面２４となる図の左端面に検出部２を形成している。さらに、最上層の絶縁基板１９上面には、一対の櫛歯状の捕捉電極７１、７２がスクリーン印刷により形成されて、第２の検出部７を構成している。第２の検出部７から長手方向の端縁に至るリード部７３は、図示しない電源部に接続され、捕捉電極７１、７２間の抵抗変化を測定する。
【００６９】
第２の検出部７は、最下層の絶縁基板１８’の下面に形成することもできる。これにより、センサ素子部１の端面と側面に複数の検出部を有するＰＭセンサを容易に形成することができる。電極間隔の小さい本発明の検出部２に対して、通常、第２の検出部７は電極間隔が広くなるので（通常５０μｍ以上）、例えば、検出部２にて粒子状物質ＰＭの早期検出を行い、第２の検出部７にて粒子状物質ＰＭの堆積量を測定するといった使い分けが可能となる。なお、第２の検出部７の形成領域を除く表面を、絶縁保護膜で被覆すると、リード部７３間に粒子状物質ＰＭが堆積することによる誤検出を防止することができる。
【００７０】
さらに、ヒータ部８を内蔵する構成とすることもできる。ヒータ部８は、例えば、引き出し電極２２、２３が形成されない中間層の絶縁基板１７、１８の板面を利用して、電極膜ｅＡ、ｅＢの近傍にヒータ電極８１をパターン形成し、長手方向の端縁に至るリード部８２を形成して図示しない電源部に接続すればよい。あるいは、ヒータ電極８１およびリード部８２を形成した別の絶縁基板を、センサ素子部１を構成する絶縁基板１７〜１９のいずれかの間に挿置してもよい。ヒータ部８を設けることにより、センサ素子部１を粒子状物質ＰＭの検出に適した所定温度にすることができ、検出後に付着した粒子状物質ＰＭの除去も容易になる。
【００７１】
ヒータ部８を、センサ素子部１を構成する絶縁基板１７〜１９を利用して、積層方向に形成することもできる。例えば、中間層の絶縁基板１７、１８にそれぞれヒータ電極膜８３を形成し、層間を連結するスルーホール８４、８５を絶縁基板１７、１８で互い違いとなる位置に設けて、図示するように多数積層することで、ヒータパターンを形成することができる。この構成では、ヒータ部８が積層方向に形成されるので、センサ素子部１全体を均等に加熱することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
このようにして形成される本発明の粒子状物質検出センサは、内燃機関の排気浄化装置に適用されて、排出される粒子状物質の検出に好適に利用される。具体的には、ＤＰＦの下流に設置されて、ＤＰＦの異常検出に利用することができる。あるいは、ＤＰＦの上流に設置されて、ＤＰＦに流入する粒子状物質ＰＭを直接検出するシステムに利用することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
ＤＰＦ ディーゼルパティキュレートフィルタ
ＥＣＵ 制御装置
ＥＸ 排気管
Ｅ／Ｇ ディーゼルエンジン
Ｓ ＰＭセンサ（粒子状物質検出センサ）
ｅ１〜ｅ５ 検出電極
ｅＡ、ｅＢ 電極膜
１ センサ素子部
１Ａ、１Ｂ スルーホール
１０ 絶縁性基体
１１〜１９ 絶縁基板
２ 粒子状物質検出部
２１、２４ 粒子状物質検出面
３１ 電源部
３２ 抵抗測定部
４０ カバー体
４１０、４１１ 通孔
５０ ハウジング
６０ インシュレータ
７ 第２の検出部
８ ヒータ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備える粒子状物質検出センサであって、該センサ素子部は、
絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を対向させて交互に配設した粒子状物質検出部を有しており、
上記粒子状物質検出面において、上記検出電極は、その少なくとも一部が上記絶縁性基体の内部に埋設配置されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ。
【請求項２】
上記絶縁性基体は、複数の絶縁基板を積層して直方体形状としたものであり、上記検出電極は、上記複数の絶縁基板の層間に保持されている請求項１記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項３】
上記検出電極は、上記絶縁基板の表面に形成した電極膜からなり、該電極膜を、上記粒子状物質検出面に面する上記絶縁基板の端縁部に沿って配置する請求項２記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項４】
上記粒子状物質検出部は、異なる極性を持つ複数組の上記検出電極が、上記絶縁基板を挟んでその積層方向に対向している請求項２または３記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項５】
異なる極性を持つ１組の上記検出電極の間隔が２０μｍ以下である請求項４記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項６】
同じ極性を持つ上記検出電極は、上記絶縁基板に形成したスルーホールを介して互いに接続される請求項２ないし４のいずれか１項に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項７】
上記粒子状物質検出面は、上記絶縁性基体の側面または端面にて形成される請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項８】
被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備え、該センサ素子部が、絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を交互に対向させて配設した粒子状物質検出部を有する粒子状物質検出センサの製造方法であって、
複数の絶縁基板の表面に、該絶縁基板の側縁部または端縁部に沿うように電極膜を形成し、該電極膜の近傍に板面を貫通するスルーホールを形成する工程と、
上記複数の絶縁基板を積層して、上記絶縁性基体を構成するとともに、上記粒子状物質検出面となる側面または端面に、上記電極膜の縁部を露出させて上記検出電極とし、積層方向に交互に位置する上記検出電極同士を上記スルーホールを介して電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする粒子状物質検出センサの製造方法。
【請求項１】
被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備える粒子状物質検出センサであって、該センサ素子部は、
絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を対向させて交互に配設した粒子状物質検出部を有しており、
上記粒子状物質検出面において、上記検出電極は、その少なくとも一部が上記絶縁性基体の内部に埋設配置されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ。
【請求項２】
上記絶縁性基体は、複数の絶縁基板を積層して直方体形状としたものであり、上記検出電極は、上記複数の絶縁基板の層間に保持されている請求項１記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項３】
上記検出電極は、上記絶縁基板の表面に形成した電極膜からなり、該電極膜を、上記粒子状物質検出面に面する上記絶縁基板の端縁部に沿って配置する請求項２記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項４】
上記粒子状物質検出部は、異なる極性を持つ複数組の上記検出電極が、上記絶縁基板を挟んでその積層方向に対向している請求項２または３記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項５】
異なる極性を持つ１組の上記検出電極の間隔が２０μｍ以下である請求項４記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項６】
同じ極性を持つ上記検出電極は、上記絶縁基板に形成したスルーホールを介して互いに接続される請求項２ないし４のいずれか１項に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項７】
上記粒子状物質検出面は、上記絶縁性基体の側面または端面にて形成される請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粒子状物質検出センサ。
【請求項８】
被測定ガス中の粒子状物質を検出するセンサ素子部を備え、該センサ素子部が、絶縁性基体の一面を粒子状物質検出面とし、該粒子状物質検出面に、異なる極性を持つ検出電極を交互に対向させて配設した粒子状物質検出部を有する粒子状物質検出センサの製造方法であって、
複数の絶縁基板の表面に、該絶縁基板の側縁部または端縁部に沿うように電極膜を形成し、該電極膜の近傍に板面を貫通するスルーホールを形成する工程と、
上記複数の絶縁基板を積層して、上記絶縁性基体を構成するとともに、上記粒子状物質検出面となる側面または端面に、上記電極膜の縁部を露出させて上記検出電極とし、積層方向に交互に位置する上記検出電極同士を上記スルーホールを介して電気的に接続する工程と、を有することを特徴とする粒子状物質検出センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−７８１３０（Ｐ２０１２−７８１３０Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１５７５（Ｐ２０１０−２２１５７５）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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