(57)【要約】  セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記流路は前記基部の一端部側に設けられており、前記基部の他端部側には保持部が設けられている。
2017110581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、
前記流路は前記基部の一端部側に設けられており、前記基部の他端部側には保持部が設けられている粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項２】
セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、
前記基部は前記流路の長さ方向に垂直な高さ方向を有しており、前記基部を高さ方向に２分したときに、前記流路は前記２分された基部の一方にのみ設けられている粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項３】
セラミックスから成る板状の部材であって主面が対向するように並置された一対の基部と、該一対の基部の間の空間を区切って流路を形成するように設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記一対の基部にそれぞれ設けられており前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、
前記流路は前記一対の基部の一端部側に設けられており、前記一対の基部の他端部側には保持部が設けられている粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項４】
前記基体の前記他端部側における前記空間には、セラミックスから成る第２の基部が配置されている請求項３に記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項５】
前記電極が前記基部に埋設されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項６】
前記基部および前記フィルタ部が一体的に形成されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項７】
前記基部および前記フィルタ部が同じセラミックスから成る請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項８】
前記基部および前記フィルタ部がアルミナから成る請求項７に記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項９】
前記電極が、線状の配線パターンを有するとともに、前記フィルタ部に沿って設けられている請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項１０】
前記電極が線状の配線パターンを有するとともに、前記基部のうち前記フィルタ部を挟む領域および前記フィルタ部を挟まない領域に設けられており、平面視したときに、前記電極のうち前記フィルタ部を挟まない領域に位置する部分が、前記フィルタ部を挟む領域に位置する部分よりも幅が狭くなっている請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項１１】
互いに気孔径が異なる複数の前記フィルタ部を有している請求項１乃至１０のいずれかに記載の粒子状物質の測定装置用部品。
【請求項１２】
前記流路の長さ方向に垂直な断面視において、外側に位置する前記フィルタ部の気孔率が、内側に位置する前記フィルタ部の気孔率より大きい請求項１乃至１０のいずれかにの粒子状物質の測定装置用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質の測定装置用部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質の量を測定するために用いられる粒子状物質の測定装置用部品として、例えば、特開２０１４−１５９７８３号公報（以下、特許文献１ともいう）に記載のものが知られている。特許文献１に記載の粒子状物質の測定装置用部品は、多孔質性の隔壁で複数のセルに区画されたフィルタと、少なくとも１つのセルを測定用セルとしたときに、このセルを挟むように設けられた一対の電極とを備えている。そして、特許文献１に記載の粒子状物質の測定装置用部品においては、一対の電極間の静電容量に基づいて、フィルタに捕集される排気中の粒子状物質の堆積量を算出する。また、排気ガスの流路およびフィルタが全体にわたって形成されているため、排気管の途中に全体が配置されていた。粒子状物質の測定装置用部品は金具で保持されて、金具が排気管の外に固定されていた。
【発明の概要】
【０００３】
粒子状物質の測定装置用部品は、セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記流路は前記基部の一端部側に設けられており、前記基部の他端部側には保持部が設けられている。
【０００４】
別の粒子状物質の測定装置用部品は、セラミックスから成り内部にガスの流れる流路を有する基部と、前記流路を複数に区切るように前記流路の内部に設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記基部に前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記基部は長さ方向を有しており、前記基部を長さ方向に２分したときに、前記流路は前記２分された基部の一方にのみ設けられている。
【０００５】
別の粒子状物質の測定装置用部品は、セラミックスから成る板状の部材であって主面が対向するように並置された一対の基部と、該一対の基部の間の空間を区切って流路を形成するように設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部と、前記一対の基部にそれぞれ設けられており前記フィルタ部を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極とを備えており、前記流路は前記一対の基部の一端部側に設けられており、前記一対の基部の他端部側には保持部が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】粒子状物質の測定装置用部品のの斜視図である。
【図２】図１に示す粒子状物質の測定装置用部品のＡ−Ａ線断面（縦断面）を示す断面図である。
【図３】図１に示す粒子状物質の測定装置用部品のＢ−Ｂ線断面（横断面）を示す断面図である。
【図４】図１に示す粒子状物質の測定装置用部品における電極の配線パターンを示す模式図である。
【図５】粒子状物質の測定装置用部品の他の例における電極の配線パターンを示す模式図である。
【図６】粒子状物質の測定装置用部品の他の例における電極の配線パターンを示す模式図である。
【図７】粒子状物質の測定装置用部品の他の例における電極の配線パターンを示す模式図である。
【図８】粒子状物質の測定装置用部品の他の例の斜視図である。
【図９】粒子状物質の測定装置用部品の他の例の横断面を示す断面図である。
【図１０】粒子状物質の測定装置用部品の他の例の縦断面を示す断面図である。
【図１１】粒子状物質の測定装置用部品の他の例の縦断面を示す断面図である。
【図１２】粒子状物質の測定装置用部品の他の例の縦断面を示す断面図である。
【図１３】粒子状物質の測定装置用部品の他の例の斜視図である。
【図１４】（ａ）は粒子状物質の測定装置用部品の他の例の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面（縦断面）を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面（縦断面）を示す断面図である。
【図１５】粒子状物質の測定装置用部品の製造方法を示す模式図である。
【図１６】粒子状物質の測定装置用部品の製造方法の他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、粒子状物質の測定装置用部品１００について、図面を参照しながら説明する。図１等においては、粒子状物質の測定装置用部品１００に対して固定して定義した直交座標系ｘｙｚを付している。以下の説明では、この座標系を参照して方向を説明することがある。粒子状物質の測定装置用部品１００は、いずれの方向が鉛直方向乃至は水平方向とされてもよく、また、ｚ軸方向を上下方向又は高さ方向ということがある。また、粒子状物質の測定装置用部品１００について単に平面視という場合、ｚ軸方向に見ることを指すものとする。
【０００８】
図１〜４に示すように、粒子状物質の測定装置用部品１００は、内部に流路１１を有する基部１と、流路１１の内部に設けられたフィルタ部２とを備えている。粒子状物質の測定装置用部品１００は、さらに、基部１に静電容量形成用の一対の電極３を備えている。粒子状物質の測定装置用部品１００は、例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質の量を測定するために用いられる。
【０００９】
基部１は、ガスの流れる流路１１を形成するための部材である。基部１は、例えば、アルミナ等の絶縁性のセラミックスから成る。基部１は、例えば、内部に１つまたは複数の流路１１を有している。図１に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１は、外形が直方体形状であって、内部に３つの流路１１を有している。基部１は、例えば、高さ（ｚ軸方向の長さ）を６０ｍｍに、開口を有する側面間の長さ（奥行き、ｙ軸方向の長さ）を４０ｍｍに、開口を有さない側面間の長さ（幅、ｘ軸方向の長さ）を１０ｍｍに、設定できる。
【００１０】
流路１１は、基部１の１つの側面からこれに対向する位置にある側面にかけて延びている。流路１１は、基部１の１つの側面と、これに対向する位置にある側面とに開口している。３つの流路１１は基部１の高さ方向に配列されている。それぞれの流路１１はフィルタ部２で複数に区切られており、区切られた空間の１つ１つを分割流路１２とも呼ぶ。また、フィルタ部２で区切られてできた流路１１（フィルタ部２間の分割流路１２）は、幅（フィルタ部２間の長さ）を１．２ｍｍに、高さ（底面と天井面との間隔）を１．２ｍｍに設定できる。流路１１の長さは、基部１の長さと等しく、４０ｍｍに設定できる。
【００１１】
フィルタ部２は、ガス中の粒子状物質を捕集するための部材である。図２に示すように、フィルタ部２は、流路１１の内部に設けられている。図３に示すように、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、フィルタ部２は板状であって、流路１１の長さ方向に沿って設けられている。フィルタ部２は、基部１の流路１１を複数の領域（分割流路１２）に区切るように複数設けられている。本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００は、１つの流路１１につき４つのフィルタ部２が設けられている。４つのフィルタ部２は、それぞれが並行に配列されている。フィルタ部２は、多孔質セラミックスから成る。多孔質セラミックスとしては、例えば、多孔質アルミナが挙げられる。フィルタ部２が多孔質アルミナから成ることによって、流路１１を流れるガスがフィルタ部２を通過できるようになっている。このとき、フィルタ部２は、ガス中に含まれる粒子状物質の一部を捕集する（堆積させる）ことができる。
【００１２】
ここで、流路１１は基部１の一端部側に設けられており、基部１の他端部側には保持部１ａが設けられている。言い換えると、基部１は流路１１の延びる長さ方向（ｙ軸方向）に垂直な高さ方向(ｚ軸方向)を有しており、基部１を高さ方向に２分したときに、流路１１は２分された基部１の一方にのみ設けられている。図１に示す例においては、流路１１は基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の下側に設けられており、基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の上側には保持部１ａが設けられている。保持部１ａとは、粒子状物質の測定装置用部品１００を排気管に固定する際に、金属部材等で保持するための部分である。このような構成により、流路１１およびフィルタ部２を備える基部１の一端部だけを排気管内に配置して、保持部１ａは排気管の外に配置することができる。そして、排気管の外で金具等によって他端部を保持して固定することができる。この結果、金具と粒子状物質の測定装置用部品１００（の保持部１ａ）との間に加わる熱応力を比較的小さなものとすることができるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の保持（取り付け）の信頼性、ひいては粒子状物質の測定装置用部品１００と外部回路との電気的な接続信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１の流路１１の壁面がフィルタ部２の表面よりも緻密である。これにより、基部１の流路１１の壁面に粒子状物質を堆積させにくくするとともに、フィルタ部２の表面に粒子状物質を堆積させやすくすることができる。これらの結果、粒子状物質の堆積をフィルタ部２に集中させやすくできるので、粒子状物質の堆積量と測定値との間のリニアリティを高めることができる。その結果、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度を向上させることができる。
【００１４】
基部１の流路１１の壁面がフィルタ部２の表面より緻密であることは、例えば、以下の方法で確認できる。具体的には、基部１の流路１１の壁面およびフィルタ部２の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する。そして、得られたＳＥＭ画像に画像処理を施し、表面の気孔率を求める。結果、気孔率が小さい方をより緻密であると見なすことができる。基部１の流路１１の壁面の気孔率は、例えば、３％以下に設定できる。フィルタ部２の表面の気孔率は、例えば、４０〜７０％に設定できる。なお、ここでいう流路１１の壁面とは、流路１１のうちガスに面する基部１の内表面の全体を意味している。すなわち、天井面および底面がここでいう壁面に含まれる。
【００１５】
基部１の流路１１の壁面の気孔率を、３％以下にすることによって、基部１の内部に粒子状物質が入りにくくすることができる。その結果、粒子状物質が電極３に付着してしまうおそれを低減できるので、粒子状物質が電極３に付着することによって電極３間の静電容量を正しく測定することができなくなってしまうおそれを低減できる。その結果、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度をさらに向上できる。
【００１６】
基部１およびフィルタ部２は一体的に形成されている。基部１およびフィルタ部２が一体的に形成されていることによって、粒子状物質の測定装置用部品１００の長期信頼性を向上できる。具体的には、基部１およびフィルタ部２が別々に形成された後に接合されているような場合には、例えば、基部１およびフィルタ部２の界面から剥がれが生じるようなおそれがある。特に、接合に接合材等を用いている場合には、接合材が劣化することによって、フィルタ部２を基部１に正しく固定することができなくなるおそれがある。これに対して、基部１およびフィルタ部２を一体的に形成（焼成）することによって、基部１およびフィルタ部２の界面から劣化が生じるおそれを低減できる。
【００１７】
特に、基部１およびフィルタ部２が同じセラミックスから成ることによって、基部１およびフィルタ部２の熱膨張率を近づけることができる。これにより、ヒートサイクル下における粒子状物質の測定装置用部品１００の長期信頼性を向上できる。ここでいう、「同じセラミックスから成る」とは、基部１およびフィルタ部２を構成するセラミックスの主成分（８０質量％以上を占める成分）が同じであることを意味している。
【００１８】
本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１およびフィルタ部２がアルミナから成る。アルミナは、安価に製造できることに加えて、下記に示すように表面の気孔率の調整が容易である。
【００１９】
気孔率が３％以下の表面を有する基部１、および、気孔率が４０〜７０％程度の表面を有するフィルタ部２は、例えば、以下の方法で一体的に形成できる。具体的には、基部１となる部分については、アルミナ粉末を９３質量％および樹脂バインダを７質量％含むセラミックペーストを用いる。また、フィルタ部２となる部分については、アルミナ粉末を５５質量％、造孔材を３８質量％および樹脂バインダを７質量％含むセラミックペーストを用いる。これらのセラミックペーストをドクターブレード法を用いて所定の形状のグリーンシートに加工する。このとき、グリーンシート上に導電性ペーストを印刷することによって、静電容量形成用の電極３を形成することができる。そして、これらのグリーンシートを一軸プレス機を用いて加圧積層する。必要に応じて表面の加工を行なった後に、１５００℃で焼成することによって、上記の気孔率のフィルタ部２および基部１を形成することができる。
【００２０】
フィルタ部２の寸法は、例えば、基部１の幅方向に沿った長さを０．３ｍｍに、基部１の厚み方向に沿った長さを流路１１の底面と天井面との間隔と等しく１．２ｍｍに、基部１の長さ方向に沿った長さを４０ｍｍに設定できる。
【００２１】
電極３は、静電容量を形成するための部材である。図２に示すように、電極３は、基部１にフィルタ部２を挟むように対になって設けられている。より具体的には、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００のように、流路１１が複数設けられている場合には、それぞれの流路１１に位置するフィルタ部２を挟むように電極３が設けられている。電極３は、例えば、複数のフィルタ部２を跨って覆うように設けられていてもよいし、フィルタ部２の１つ１つに対応するように設けられていてもよい。そして、図２に示すように、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００のように流路１１が上下方向に３つ設けられている場合には、電極３は、上側の流路１１の上方、上側の流路１１と真ん中の流路１１との間、真ん中の流路１１と下側の流路１１との間、および下側の流路１１の下方に位置していてもよい。上側の流路１１と真ん中の流路１１との間に位置している電極３は、上側の流路１１の上方の電極３との間で静電容量を形成することができ、また、真ん中の流路１１と下側の流路１１との間に位置している電極３との間でも静電容量を形成することがでる。また、真ん中の流路１１と下側の流路１１との間に位置している電極３は、下側の流路１１の下方の電極３との間でも静電容量を形成することができる。
【００２２】
フィルタ部２を挟む一対の電極３の間には静電容量が形成される。フィルタ部２に粒子状物質が捕集されると、一対の電極３の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を外部の検出装置で検知することによって、フィルタ部２に捕集された粒子状物質の堆積量を測定することができる。
【００２３】
本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、電極３が基部１に埋設されている。これにより、電極３がガスによる腐食等の影響を受けるおそれを低減できる。また、電極３の表面に粒子状物質等が付着するおそれを低減できるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度を向上させることができる。なお、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、電極３が基部１の内部に設けられている（埋設されている）が、これに限られない。具体的には、電極３の設けられる位置は、例えば、基部１の外表面（流路１１の壁面以外の面）であってもよい。
【００２４】
図４に示すように、本開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、電極３は、例えば、線状の配線パターンを有するとともに、フィルタ部２に沿って設けられている。このように、電極３がフィルタ部２に沿って設けられていることによって、フィルタ部２に捕集された粒子状物質の量と電極３間の静電容量の変化と間のリニアリティを向上させることができる。これは、電極３がフィルタ部２に沿って設けられていることによって、フィルタ部２以外（例えば、流路１１の壁面）に付着した粒子状物質によって静電容量が変化することを低減できるためである。なお、電極３の平面視したときの形状は、線状に限られず、例えば、円形状であってもよいし、矩形状であってもよい。
【００２５】
また、電極３を線状の配線パターンにすることによって、電極３を円形状または矩形状にする場合と比較して抵抗値を大きくすることができる。そのため、この電極３に高い電圧を加えることによってヒータとして機能させることもできる。これにより、フィルタ部２に捕集された粒子状物質を加熱により除去することができる。
【００２６】
特に、図５に示す例のように、電極３が線状の配線パターンを有するとともに、基部１のうちフィルタ部２を挟む領域およびフィルタ部２を挟まない領域に設けられており、平面視したときに、電極３のうちフィルタ部２を挟まない領域に位置する部分が、フィルタ部２を挟む領域に位置する部分よりも幅が狭くなっていてもよい。これにより、電極３のうちフィルタ部２を挟む領域に位置する部分の幅を確保して電極３間の静電容量を良好に形成しつつ、電極３のうちフィルタ部２を挟まない領域に位置する部分の幅を狭くすることによって、抵抗値を大きくできる。これにより、静電容量形成用の電極３として有効に機能させつつも、ヒータとしても有効に機能させることができる。
【００２７】
図４および図５に示す例においては、電極３の端部は、基部１の幅方向（ｘ軸方向）において流路１１の外側に位置する基部１へ引き出された引き出し部３ａを有している。この引き出し部３ａで電気的に接続され、基部１を貫通して基部１の上面に引き出される貫通導体（不図示）を備えている。基部１の上面には端子電極（不図示）が設けられており、貫通導体が電気的に接続されている。この端子電極と外部の検出装置とを電気的に接続することができる。
【００２８】
図４および図５に示す例においては、フィルタ部２を挟む一対の電極３のそれぞれは、複数のフィルタ部２のそれぞれに沿って設けられた部分の端部同士を接続して蛇行したミアンダ形状の１本の線状の配線パターンとなっている。そして、その１つ電極の端部が基部１の外表面に引き出されており、１対の電極３のそれぞれは、一系統の配線となっている。これに対して、図６および図７に示す例では、１対の電極３のそれぞれは、２つのミアンダ形状の線状の配線パターンで構成され、２系統の配線となっている。図６に示す例では、２つの配線パターンは流路１１の幅方向（ｘ方向）に並んで配置されており、図７に示す例では、２つの配線パターンは流路１１の長さ方向（ｙ軸方向）に並んで配置されている。なお、図６および図７においては、引き出し部３ａは省略している。
【００２９】
このように、フィルタ部２を挟んで配置されている一対の電極３のそれぞれが２系統の配線となっていると、一方の系統の電極３で粒子状物質を検知しながら、他方の系統の電極３で捕集された粒子状物質を除去することができる。そのため、粒子状物質の除去のために粒子状物質の検知を停止することなく、連続して粒子状物質の検知を行なうことができる。図６および図７に示す例においては、フィルタ部２を挟んで配置されている一対の電極３のそれぞれが２系統の配線となっているが、複数系統であればよいので、３系統以上の配線であってもよい。
【００３０】
電極３としては、例えば、白金またはタングステン等の金属材料を用いることができる。また、電極３を線状の配線パターンにした場合には、例えば、幅を２ｍｍ、長さを３８ｍｍ、厚みを３０μｍに設定できる。
【００３１】
上述の開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１が内部に流路１１を有するような形状であったが、これに限られない。具体的には、例えば、図８に示すように、セラミックスから成る板状の部材であって主面が対向するように並置された一対の基部１と、一対の基部１の間の空間を区切って流路を形成するように設けられた多孔質セラミックスから成るフィルタ部２と、一対の基部１にそれぞれ設けられておりフィルタ部２を挟むように設けられた静電容量形成用の一対の電極３とを備えており、流路１１は一対の基部１の一端部側に設けられており、一対の基部１の他端部側には保持部１ａが設けられていてもよい。
【００３２】
この開示の粒子状物質の測定装置用部品１００においては、基部１と基部１との間の空間をフィルタ部２で区切ることによって流路１１（分割流路１２）が形成されている。この流路１１にガスを流すことによって粒子状物質をフィルタ部２で捕集するとともに、電極３間の静電容量の変化を検知することによって粒子状物質の量を測定することができる。このような粒子状物質の測定装置用部品１００においても、上述の粒子状物質の測定装置用部品１００と同様に、測定精度を向上できる。
【００３３】
より具体的には、図８に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、６つの基部１が、それぞれの間に１つずつ、計５つの空間を空けて横方向（ｘ軸方向）に並んで設けられており、この５つの空間にそれぞれ４つずつのフィルタ部２が設けられている。基部１の数は２つから５つであっても、あるいは７つ以上であってもよく、また、フィルタ部２の数も適宜変更することができる。
【００３４】
そして、フィルタ部２は一対の基部１の間の空間のうち、基部１の一端部側の空間に設けられており、これにより流路１１が基部１の一端部側に偏って形成されている。そして、基部１の他端部側には保持部１ａが設けられている。すなわち、図１に示す先の開示と同様に、流路１１は基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の下側に設けられており、基部１の高さ方向（ｚ軸方向）の上側には保持部１ａが設けられている。また、先の開示と同様に保持部１ａとは、粒子状物質の測定装置用部品１００を排気管に固定する際に、金属部材等で保持するための部分である。よって、先の開示と同様に、流路１１およびフィルタ部２を備える基部１の一端部だけを排気管内に配置して、保持部１ａは排気管の外に配置することができる。そして、排気管の外で金具等によって他端部を保持して固定することができる。この結果、金具と粒子状物質の測定装置用部品１００（の保持部１ａ）との間に加わる熱応力を比較的小さなものとすることができるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の保持（取り付け）の信頼性、ひいては粒子状物質の測定装置用部品１００と外部回路との電気的な接続信頼性を向上させることができる。
【００３５】
図８に示す例においては、一対の基部１の間の空間のうち、基部１の他端部側の空間には、基部１と同様のセラミックスから成る第２の基部１ｂが配置されている。そして、一対の基部１とその間の第２の基部１ｂとは一体となっている。このような構成によれば、保持部１ａが緻密質のセラミックスから成るものとなるので、金具を取り付ける保持部１ａの強度を高いものとすることができ、金具によってより強い力で保持することができる。また、第２の基部１ｂによって、一方端部側に位置する流路１１に流入した排気ガスが、他方端部から排気管外に漏れてしまうことを抑えることができる。
【００３６】
第２の基部１ｂの代わりに、フィルタ部２のうち最も基部１の他端部側に位置するフィルタ部２を他端部まで延ばして配置することもできる。しかしながら、基部１と同様の緻密質のセラミックスから成る第２の基部１ｂを配置する方がより効果的である。
【００３７】
また、図８に示す例においては、第２の基部１ｂは、フィルタ部２のうち最も基部１の他端部側に位置するフィルタ部２と接して配置されている。最も他端部側のフィルタ部２との間に空間を設け第２の基部１ｂを配置しても構わない。
【００３８】
図８に示す粒子状物質の測定装置用部品１００では、フィルタ部２が下壁の一部を兼ねているが、下側のフィルタ部２の下にフィルタ部２に接する基部１を下壁として設けてもよい。このようにすることで、粒子状物質の測定装置用部品１００の剛性が向上し、比較的強度の小さいフィルタ部２が露出する面積を小さくすることができるので、熱応力による変形や、外力による損傷を抑えることができ、信頼性の高いものとなる。また、流路１１に面する壁面は全てフィルタ部２となり、捕集効率がより高く感度のよいものとなる。
【００３９】
また、図１に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、流路１１の端部が開口していたが、これに限られない。例えば、図９に示す例のように、流路１１の端部が部分的に封止部４によって封止されていてもよい。特に、流路１１の一方の端部が部分的に開口しているとともに、他方の端部のうち一方の端部の開口している部分に対向する部分が封止されており、流路１１の一方の端部が部分的に封止されているとともに、他方の端部のうち一方の端部の封止されている部分に対向する部分が開口しているとよい。
【００４０】
これにより、流路１１の内部を流れるガスがフィルタ部２を通過しやすくなるので、フィルタ部２で粒子状物質を捕集しやすくなる。その結果、粒子状物質の測定装置用部品１００の測定精度を向上できる。なお、図９においては、ガスの流れを矢印で示している。
【００４１】
また、封止部４としては、例えば、フッ素樹脂等の樹脂材料を用いることができる。また、その他の封止部４としては、フィルタ部２または基部１と同じセラミックスから成っていてもよい。これにより、フィルタ部２または基部１と封止部４との熱膨張差を小さくできるので、ヒートサイクル下における長期信頼性を向上できる。
【００４２】
また、フィルタ部２がセラミックスから成るとともに、基部１および封止部４と共に一体的に形成（焼成）されていてもよい。これにより、封止部４と基部１または封止部４とフィルタ部２との界面から劣化が生じるおそれを低減できる。
【００４３】
図１０〜図１２に示す粒子状物質の測定装置用部品１００においては、互いにポーラス度が異なる複数のフィルタ２を有している。粒子状物質の粒度分布を知ることのできる粒子状物質の測定装置用部品１００や長時間連続して粒子状物質の捕集が可能で長寿命な粒子状物質の測定装置用部品１００のような、より付加価値の高いものとすることができる。
【００４４】
具体的には、図１０に示す例では、多孔質セラミックスから成るフィルタ部２は、気孔の大きさ、気孔径が異なる３種類のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃを有している。図１０に示す例においては、相対的に気孔径の大きい第１のフィルタ部２ａと気孔径の小さい第３のフィルタ部２ｃとこれらの中間の気孔径の第２のフィルタ部２ｂとを有している。
【００４５】
気孔径が異なる複数のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃを有していることから、それぞれのフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃで捕集される粒子状物質は、それぞれ互いに平均粒径が異なるものとなる。そのため、気孔径が異なる複数のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃのそれぞれを挟む電極３で検出される静電容量から捕集された粒子状物質の粒度分布が分かり、例えば、粒子状物質を含む排気ガスを排出するエンジンにおける燃焼状態や、粒子状物質の測定装置用部品１００の上流に位置するＰＭフィルタの状態を推測することができる。
【００４６】
また、図１０に示す例においては、気孔径が異なる複数のフィルタ部２ａ,２ｂ，２ｃは気孔径の大きさの順に配列されている。具体的には、図１０に示す例では、フィルタ部２は図面の左右方向（ｘ軸方向）で３列の空間（流路１１）が配列されており、左側の列には第１のフィルタ部２ａが配置され、中央の列には第２のフィルタ部２ｂが配置され、右側の列には第３のフィルタ部２ｃが配置されている。すなわち、各列で同じ気孔径のフィルタ部２が上下方向（ｚ軸方向）に一列に配置されている。このように配列すると、同じ気孔径のフィルタ部２を挟む電極３を並べて配置することができ、これらを図４に示す例のように１つにまとめることができる。
【００４７】
フィルタ部２の気孔径の大きさの種類は３つに限られず、２つでもよいし４つ以上であってもよい。また、図１０に示す例においては、同じ気孔径のフィルタ部２は縦方向（ｚ軸方向）に一列に配列されているが、横方向（ｘ軸方向）に一列に配列してもよい。ランダムに配列してもよいが、上記のように一列に配列してもよい。
【００４８】
なお、ここでいう気孔径は平均気孔径である。気孔径は、フィルタ部２の表面または断面のＳＥＭ画像を撮影し、画像解析によってこのＳＥＭ画像の範囲内の気孔について平均気孔径を算出すればよい。ＳＥＭの倍率は１００倍で、１．０ｍｍ×１．３ｍｍの視野のＳＥＭ画像を用いて行なえばよい。
【００４９】
フィルタ部２の気孔径は１μｍ〜６０μｍであり、フィルタ部２が上記の例のように気孔径の異なる３種類のフィルタ部２ａ，２ｂ，２ｃを有する場合であれば、例えば、第１のフィルタ部２ａの気孔径は１０μｍ〜６０μｍ、第２のフィルタ部２ｂの気孔径は５μｍ〜３０μｍ、第３のフィルタ部２ｃの気孔径１μｍ〜１５μｍとすればよい。
【００５０】
また、図１１および図１２に示す例では、多孔質セラミックスから成るフィルタ部２は、気孔率が異なる２種類のフィルタ部２ｄ,２ｅを有している。図１１および図１２に示す例においては、相対的に気孔率の大きい第４のフィルタ部２ｄと気孔率の小さい第５のフィルタ部２ｅとを有している。そして、流路１１の長さ方向に垂直な断面視において、外側に位置するフィルタ部２の気孔率が、内側に位置するフィルタ部２の気孔率より大きい。流路１１の長さ方向に垂直な断面視において、外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている。
【００５１】
なお、ここでいう「外側に位置する」とは、図１１に示すように上下方向における外側であってもよい。また、「外側に位置する」とは、図１２に示すように、流路空間１０の幅方向における外側であってもよい。また、「外側に位置する」とは、上下方向および幅方向の全体における外側であってもよい。
【００５２】
図１１に示す例においては、上下方向（ｚ軸方向）の外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている。図面の左右方向（ｘ軸方向）に３列の空間（流路１１）が配列されており、それぞれの空間（流路１１）に６つのフィルタ部２が上下方向（ｚ軸方向）に配列されている。それぞれの空間における上の２つおよび下の２つが第４のフィルタ部２ｄであり、それぞれの空間における中央の２つが第５のフィルタ部２ｅである。図１２に示す例においては、図面の左右方向（ｘ軸方向）の外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている。左右方向（ｘ軸方向）に３列の空間（流路１１）が配列されており、それぞれの空間に上下方向（ｚ軸方向）に４つのフィルタ部２が配置されている。この３つの空間のうち、左右の空間内に位置するそれぞれの４つが第４のフィルタ部２ｄであり、中央の空間に位置する４つが第５のフィルタ部２ｅである。
【００５３】
粒子状物質を含むガスが粒子状物質の測定装置用部品１００内の空間（流路１１）を流れる際には、空間の中心部（流路１１の長さ方向に垂直な断面視における内側の領域）を流れるガスの流量が、空間の外周部（流路１１の長さ方向に垂直な断面視における外側の領域）を流れるガスの流量より大きくなる傾向がある。そのため、内側のフィルタ部２の方が外側のフィルタ部２より多くの粒子状物質を捕集することになり、粒子状物質の詰まりも早くなってしまう。粒子状物質の詰まりが早いと、ヒータ加熱で粒子状物質を除去する再生を行なう頻度が高くなるので、粒子状物質の測定装置用部品１００の劣化も早くなってしまう。これに対して、上記のように、流路１１の長さ方向に垂直な断面視において、外側に位置するフィルタ部２（第４のフィルタ部２ｄ）の気孔率が、内側に位置するフィルタ部２（第５のフィルタ部２ｅ）の気孔率より大きいと、気孔率の大きいフィルタ部２（第４のフィルタ部２ｄ）の方にガスが流れやすくなり、流路１１の長さ方向に垂直な断面における、位置によるガス流量差が小さくなる。そのため、内側のフィルタ部２だけが早く粒子状物質により詰まってしまうことがないので、長時間の連続した粒子状物質の捕集が可能で、長寿命な粒子状物質の測定装置用部品１００となる。
【００５４】
図１１および図１２においては、それぞれ上下方向の外側、左右方向の外側に位置するフィルタ部２（第４のフィルタ部２ｄ）の気孔率が、内側に位置するフィルタ部２（第５のフィルタ部２ｅ）の気孔率より大きいものであるが、これらを組みわせた、上下左右方向の外側、断面における外周部に位置するフィルタ部２の気孔率が、上下左右方向の内側、断面における中心部に位置するフィルタ部２の気孔率より大きいものであってもよい。基部１とフィルタ部２とが左右方向（ｘ軸方向）に交互に配置されている場合であれば、図１２に示す例のように、左右方向（ｘ軸方向）の外側に第４のフィルタ部２ｄが配置され、内側に第５のフィルタ部２ｅが配置されている構造が、後述するような製造方法で容易に製造することができるのでよい。
【００５５】
フィルタ部２の気孔率を比較するための、気孔率の測定方法としては、例えば、水銀圧入法（ＪＩＳ規格Ｒ１６５５：２００３）、ＳＥＭ画像の画像解析などが挙げられる。ＳＥＭ画像の画像解析は、フィルタ部２の断面のＳＥＭ画像を撮影し、画像解析によってこのＳＥＭ画像の範囲内における気孔の面積率を算出することで行なうことができる。例えば、ＳＥＭの倍率は１００倍で、１．０ｍｍ×１．３ｍｍの視野のＳＥＭ画像を用いて行なえばよい。
【００５６】
フィルタ部２の気孔率が４０〜７０％である場合には、相対的に気孔率の大きいフィルタ部２ｄおよび気孔率の小さいフィルタ部２ｅのそれぞれの気孔率は、５０〜７０％および４０〜６０％とすればよい。
【００５７】
以上の粒子状物質の測定装置用部品１００は、流路１１は、基部１の１つの側面からこれに対向する位置にある側面にかけて延びている例で説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１４に示す例のように、流路１１は、その一端が基部１の１つの側面に開口するとともに、他端が基部１の一端に位置する面（下面）に開口していてもよい。あるいは、基部１の対向する２つの側面と基部１の一端部に位置する面（下面）とに開口していてもよい。
【００５８】
また、主面が対向するように並置された一対の基部１と、一対の基部１の間の空間を区切って流路１１を形成するように設けられたフィルタ部２とを備える粒子状物質の測定装置用部品１００の例として、図８に示す例は、基部１とフィルタ部２とが横方向（ｘ軸方向）に交互に配置されている例であるが、図１３に示す例のように、基部１とフィルタ部２とが縦方向（ｚ軸方向）に交互に配置されていてもよい。このときの保持部１ａは第２の基部１ｂを有していない。最も外側（上側）に位置する基部１の厚みが厚く、この部分が保持部１ａとなっている。図１に示す例における、基部１における流路１１の外側に位置する部分、流路１１の外壁をフィルタ部２に置き換えたものと同様である。
【００５９】
以上のような、セラミックスから成る緻密な基部１と多孔質セラミックスから成るフィルタ部２とが一体的に形成されている粒子状物質の測定装置用部品１００の製造方法は、例えば、複数の第１のセラミックグリーンシート１２を準備する工程と、複数の第２のセラミックグリーンシート２２を準備する工程と、第１のセラミックグリーンシート１２に電極層３２を形成する工程と、第２のセラミックグリーンシート２２に貫通孔１１２を形成する工程と、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２を積層して積層体１０２を形成する工程と、積層体１０２を焼成する工程とを備える。
【００６０】
図１５は、粒子状物質の測定装置用部品の製造方法を工程毎に示す模式図である。図１５は、図８に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００において、基部１を６つから３つにし、一対の基部１の間に配置されたフィルタ部２を４つから６つにしたものを製造する工程を示すものである。まず、図１５（ａ）に示す例のように、複数の第１のセラミックグリーンシート１２、複数の第２のセラミックグリーンシート２２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂを準備する。第１のセラミックグリーンシート１２は、後の焼成工程において焼結して基部１となる部分であり、第２のセラミックグリーンシート２２は、同様にフィルタ部２となる部分であり、第３のセラミックグリーンシート１２ｂは、第２の基部２ｂとなる部分である。緻密なセラミックスから成る基部１および第２の基部１ｂに対して、フィルタ部２は多孔質セラミックスから成るものである。そのため第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂに対して、後の焼成工程において焼結した際に気孔が多くなる（気孔率が大きくなる）ものである。具体的には、第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂと比較して、焼成工程において焼結する際に、気孔となる成分を多く含むものである。具体的には、有機バインダ成分が多いもの、造孔材を含んでいるものなどである。あるいは、焼結性を低下させて気孔を増やすために、焼結助剤成分が少ないものである。
【００６１】
気孔径や気孔率の調整が容易である点で、造孔材を用いるのがよい。造孔材は、後の焼成工程において焼失する粒子状のものである。造孔材としては、例えば、アクリル樹脂ビーズ（メタクリル酸エステル系共重合物）、カーボン粉末、結晶セルロースが挙げられる。造孔材の粒径は、フィルタ部２の気孔径の１倍〜１．２倍のものを用いればよい。上記したような、気孔径が１μｍ〜６０μｍのフィルタ部２を作製する場合であれば、平均粒径が１μｍ〜７２μｍの造孔材を用いればよい。気孔率の調整は、造孔材の粒径と量によって調整することができる。
【００６２】
第１のセラミックグリーンシート１２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂは、基部１がアルミナ質セラミックスから成る場合であれば、まず、アルミナ粉末および焼結助剤（ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯ等の粉末）にアクリル系樹脂などの有機バインダ，トルエンやアセトン等の有機溶剤や水などの溶媒を混合してスラリーを作製する。このスラリーを用いてドクターブレード法等の成膜方法によってシート状にすればよい。図１５に示す例では第１のセラミックグリーンシート１２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとでは厚みが異なるが、同じ厚みでもよい。第１のセラミックグリーンシート１２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとでは大きさが異なり、第３のセラミックグリーンシート１２ｂの方が小さい。第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２用のスラリーに造孔材を加えたスラリーを作製すればよい。第２のセラミックグリーンシート２２は、第１のセラミックグリーンシート１２に対して造孔材を含むものとなる。第２のセラミックグリーンシート２２もまた第１のセラミックグリーンシート１２より小さい。第２のセラミックグリーンシート２２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとを並べた大きさが第１のセラミックグリーンシート１２と同程度となる。
【００６３】
フィルタ部２が気孔径の異なるものを有する場合は、例えば、第２のセラミックグリーンシート２２用のスラリーに加える造孔材として、平均粒径が互いに異なるものを用いて、含まれる造孔材の平均粒径が異なる、複数種の第２のセラミックグリーンシート２２を作製すればよい。フィルタ部２が気孔率の異なるものを有する場合は、例えば、第２のセラミックグリーンシート２２用のスラリーに加える造孔材量を互いに異ならせて、含まれる造孔材の平均粒径が異なる、複数種の第２のセラミックグリーンシート２２を作製すればよい。
【００６４】
次に、図１５（ｂ）に示す例のように、第１のセラミックグリーンシート１２に電極層３２を形成する。電極層３２は後の焼成工程において焼結して電極３となるものである。電極層３２の形成は、電極３の主成分となる白金またはタングステン等の金属材料を主成分とする金属ペーストを第１のセラミックグリーンシート１２上に塗布することで行なえばよい。金属ペーストは、金属材料の粉末に樹脂バインダおよび溶媒を加えて混練して作製することができる。金属ペーストをスクリーン印刷法等により、電極３の配線パターン形状に塗布すればよい。このとき、第１のセラミックグリーンシート１２の面のうち片側だけに電極層３２を形成する。
【００６５】
また、図１５（ｃ）に示す例のように、第２のセラミックグリーンシート２２に貫通孔１１２を形成する。貫通孔１１２は流路１１となる部分である。第２のセラミックグリーンシート２２に、金型を用いた打ち抜き加工やレーザー加工によって貫通孔１１２を形成すればよい。
【００６６】
次に、図１５（ｄ）に示す例のように、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂとを積層して積層体１０２を形成する。図１５（ｄ）に示す例では、３つの基体１となる部分はそれぞれ２層の第１のセラミックグリーンシート１２が積層されて形成され、フィルタ部２となる部分は２層の第２のセラミックグリーンシート２２が積層されて形成されている。いずれも、１層や３層以上のセラミックグリーンシートを用いても構わない。また、第２のセラミックグリーンシート２２と第３のセラミックグリーンシート１２ｂとは平面方向に接して並べられ、その上下に第１のセラミックグリーンシート１２が重ねられている。第１のセラミックグリーンシート１２、第２のセラミックグリーンシート２２および第３のセラミックグリーンシート１２ｂが互いに重なった部分が、保持部１ａとなる部分１２ａである。
【００６７】
図１５（ｄ）に示す例は、図８に示す例のような電極３が基部１に埋設された粒子状物質の測定装置用部品１００を作製する場合の積層体１０２であるので、電極層３２は２層の第１のセラミックグリーンシート１２の層間に位置している。電極層３２を形成した第１のセラミックグリーンシート１２の上に電極層３２を形成していない第１のセラミックグリーンシート１２を積層している。
【００６８】
図２に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００を作製する場合には、電極層３２を形成した第１のセラミックグリーンシート１２の上に電極層３２を形成していない第１のセラミックグリーンシート１２を重ねた上に、第２のセラミックグリーンシート２２のフィルタ部２となる部分のみを重ね、さらにその周りを囲むように枠状の第１のセラミックグリーンシート１２を重ねればよい。
【００６９】
上記した、図８に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００の最も下に位置するフィルタ部２の外（下）にフィルタ部２に接する基部１を側壁として設けた構造の場合は、図１５（ｄ）に示すような積層体１０２の側面にさらに第１のセラミックグリーンシート１２を貼り付ければよい。
【００７０】
積層体１０２を形成するには、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２とを重ねて、一軸加圧プレス等で加圧して圧着することで一体化させればよい。
【００７１】
貫通孔１１２に後の焼成工程で焼失する樹脂等を充填しておくと、第１のセラミックグリーンシート１２における貫通孔の上下に位置する部分の変形を抑えることができる。
【００７２】
そして、積層体１０２を焼成することで、上記のような、セラミックスから成る緻密な基部１と多孔質セラミックスから成るフィルタ部２とが一体的に形成されている粒子状物質の測定装置用部品１００となる。焼成温度は、基部１およびフィルタ部２がアルミナ質セラミックスから成る場合であれば、１５００℃〜１６００℃とすればよい。
【００７３】
図１３に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００を製造するには、図１６に示すような製造方法を用いればよい。図１５に示す製造方法の例に対して、図１６に示す例では、図１６（ａ）のように、第２の基部２ｂとなる第３のセラミックグリーンシート１２ｂを用いない。また、第１のセラミックグリーンシート１２と第２のセラミックグリーンシート２２とは同程度の大きさである。
【００７４】
図１６（ｂ）に示す第１のセラミックグリーンシート１２に電極層３２を形成する工程、および図１６（ｃ）に示す第２のセラミックグリーンシート２２に貫通孔１１２を形成する工程は、それぞれ図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示す工程と同様である。積層体１０２を焼成する工程も同様である。
【００７５】
図１６（ｄ）に示す、電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２と貫通孔１１２が形成された第２のセラミックグリーンシート２２を積層して積層体１０２を形成する工程においては、最上に位置する電極層３２が形成された第１のセラミックグリーンシート１２の上に、さらに多数の第１のセラミックグリーンシート１２を積層している。この多数の第１のセラミックグリーンシート１２が重なった部分が、保持部１ａとなる部分１２ａである。この部分の第１のセラミックグリーンシート１２は、第２のセラミックグリーンシート２２に接する位置にあるものより厚いものを用いるとよい。
【００７６】
なお、図１６における最外に位置する第２のセラミックグリーンシート２２の部分を第１のセラミックグリーンシート１２に置き換えれば、図２に示す例のような粒子状物質の測定装置用部品１００を製造することができる。第２のセラミックグリーンシート２２を第１のセラミックグリーンシート１２より一回り小さくし、第２のセラミックグリーンシート２２を囲むように枠状の第１のセラミックグリーンシート１２を配置すればよい。
【００７７】
貫通導体を形成するには、積層体１０２を作製する工程の前に、必要なセラミックグリーンシートに金型を用いた打ち抜き加工やレーザー加工によって貫通孔を形成し、この貫通孔に電極層３２を形成するのと同様の導体ペーストを充填しておけばよい。
【符号の説明】
【００７８】
１：基部
１ａ：保持部
１ｂ：第２の基部
１１：流路
１２：分割流路
２：フィルタ部
３：電極
４：封止部
１００：粒子状物質の測定装置用部品
【図１】
2017110581.tif 000003
【図２】
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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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【国際調査報告】
2017110581.tif 000019
2017110581.tif 000020