(57)【要約】【目的】簡易な構成により被測定ガス中に含まれる導電性の微粒子（パティキュレートＰＭ）の量を検出するパティキュレート検出素子であって、検出部に捕集されたＰＭの脱離を抑制して、不感時間が短く信頼性の高い構造のパティキュレート検出素子を提供する。【解決手段】気絶縁性耐熱基板１３の表面に所定の間隙Ｄを設けて対向する一対の検出電極１１、１２を設けて検出部１００とし、検出部１００に捕集され検出電極間に堆積する導電性微粒子の量によって変化する電気抵抗ＲＸを検出して、被測定ガス中の導電性微粒子を検出するパティキュレート検出素子１０において、検出電極１１、１２の端縁を傾斜面となし、該傾斜面と電気絶縁性耐熱基板１３とのなす角度θを４０°より大きく、９０°より小さい鋭角テーパ状、若しくは、傾斜面と電気絶縁性耐熱基板１３とのなす角度θを９０°より大きく、１４０°より小さい鈍角テーパ状に形成する。【選択図】図3
2011080926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けて検出部とし、該検出部に捕集され上記検出電極間に堆積する導電性微粒子の量によって変化する電気抵抗を検出して、被測定ガス中の導電性微粒子を検出するパティキュレート検出素子において、
上記検出電極の端縁を傾斜面となし、該傾斜面と上記電気絶縁性耐熱基板とのなす角度を４０°より大きく、９０°より小さい鋭角テーパ状、若しくは、上記傾斜面と上記電気絶縁性耐熱基板とのなす角度を９０°より大きく、１４０°より小さい鈍角テーパ状に形成することを特徴とするパティキュレート検出素子。
【請求項２】
上記傾斜面と上記電気絶縁性耐熱基板とのなす角度を１００°以上、１２５°以下の鈍角テーパ状に形成する請求項１に記載のパティキュレート検出素子。
【請求項３】
上記電気絶縁性耐熱基板の１０点平均表面粗さをＲＺ１とし、上記検出電極の１０点平均表面粗さをＲＺ２としたとき、上記電気絶縁性耐熱基板の表面粗さと上記検出電極の表面粗さとのコントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１を３．５以下にする請求項１又は２に記載のパティキュレート検出素子。
【請求項４】
上記検出電極の高さを、１μｍ以上、２００μｍ以下に形成する請求項１ないし３のいずれかに記載のパティキュレート検出素子。
【請求項５】
上記検出電極の高さを、５μｍより高く、１５０μｍより低く形成する請求項４記載のパティキュレート検出素子。
【請求項６】
上記検出電極の高さを、２５μｍより高く、１００μｍより低く形成する請求項５に記載のパティキュレート検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃機関の排気系等に使用され、被測定ガス中の炭素量の検知に適したパティキュレート検出センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コモンレール式燃料噴射システム、過給器システム、酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦ、選択触媒還元（ＳＣＲ）システム、排気再循環（ＥＧＲ）システム等を組み合わせて、ディーゼル機関やガソリンリーンバーン機関等の燃焼排気中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘ、粒状物質ＰＭ、未燃炭化水素ＨＣ等の環境負荷物質の低減が図られている。
このようなシステムに用いられるＤＰＦは、一般に、耐熱性に優れ、かつ、無数の細孔を有する多孔質セラミックスを素材としたハニカム構造とされ、多孔質の隔壁に存在する細孔中にＰＭを捕捉し、ＰＭが堆積して細孔に目詰まりを起こして圧力損失が高くなると、バーナやヒータ等で加熱したり、機関の燃焼爆発後に少量の燃料を噴射するポスト噴射等によりＤＰＦ内に高温の燃焼排気を導入したりして、ＤＰＦを加熱し、ＤＰＦ内に捕集されたＰＭを燃焼除去して再生できる構成とされている。
内燃機関の燃焼効率をさらに向上すべく、このようなＤＰＦの再生時期の判断や、ＤＰＦの劣化、破損等を検出するＯＢＤ（オンボードダイアグノーシス、車載式故障診断装置）や、内燃機関のフィードバック制御等において、燃焼排気中に含まれるＰＭ量を高精度で連続的に検出できる検出手段が必要とされている。
【０００３】
燃焼排気中のＰＭ量の検出手段として、特許文献１には、耐熱性及び電気絶縁性を有する基板の表面に一対の電極を形成し、該電極間を検出部とし、前記基板の裏面及び／又は内部に発熱体を形成し、該基板上の検出部を形成する前記電極、検出部及び端子部を除く導電部を気密で電気絶縁物質よりなる保護層で被覆し、該検出部と保護層との境界付近の発熱体の発熱密度を該検出部の発熱密度より高くし、該検出部の温度を４００℃以上で且つ６００℃以下に加熱することを特徴とするスモーク濃度センサが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１にあるような、従来のスモーク濃度センサでは、導電性のスモークの堆積により変化する一対の電極間の電気抵抗を電子回路により検出しているが、スモークが堆積していない状態では一対の電極間は絶縁状態であるので、スモークの堆積によって一対の電極間の電気抵抗が徐々に低下し電子回路によって電気抵抗が検出できるようになるまでに不感時間が存在する。
また、一対の電極間に堆積したスモークが検出部から脱離するとこの不感時間はさらに長くなる虞もある。
このようなスモーク濃度センサを、ＤＰＦの故障診断に利用したり、ＤＰＦの再生制御に利用したりするためには、この不感時間はできる限り短い方が望ましい。
【０００５】
そこで、かかる実情に鑑み、本願発明は、簡易な構成により被測定ガス中に含まれる導電性の微粒子（パティキュレートＰＭ）の量を検出するパティキュレート検出素子であって、検出部に捕集されたＰＭの脱離を抑制して、不感時間が短く信頼性の高い構造のパティキュレート検出素子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】
【０００６】
第１の発明では、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極を設けて検出部とし、該検出部に捕集され上記検出電極間に堆積する導電性微粒子の量によって変化する電気抵抗を検出して、被測定ガス中の導電性微粒子を検出するパティキュレート検出素子において、上記検出電極の端縁を傾斜面となし、該傾斜面と上記電気絶縁性耐熱基板とのなす角度を４０°より大きく、９０°より小さい鋭角テーパ状、若しくは、上記傾斜面と上記電気絶縁性耐熱基板とのなす角度を９０°より大きく、１４０°より小さい鈍角テーパ状に形成する（請求項１）。
【０００７】
本発明者等の鋭意試験により、第１の発明によれば、上記電極間にＰＭを捕集し易くなり、さらに、一旦検出部に捕集されたＰＭが、上記検出電極間から脱離し難くなる。このため、上記検出電極間に速やかにＰＭが堆積され、不感時間を短くできることが判明した。本発明の範囲をはずれ、上記角度を４０°以下に形成した場合には、上記検出電極間にＰＭが堆積し難くなり、上記角度を１４０°以上に形成した場合には、上記検出電極端面と上記電気絶縁性耐熱基板との間にＰＭが捕集されない空間が形成され、いずれの場合も不感時間が長くなることが判明した。
【０００８】
より望ましくは、第２の発明のように、上記傾斜面と上記電気絶縁性耐熱基板とのなす角度を１００°以上１２５°以下の鈍角テーパ状に形成する（請求項２）。
【０００９】
第３の発明では、上記電気絶縁性耐熱基板の１０点平均表面粗さをＲＺ１とし、上記検出電極の１０点平均表面粗さをＲＺ２としたとき、上記電気絶縁性耐熱基板の表面粗さと上記検出電極の表面粗さとのコントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１を３．５以下にする（請求項３）。
【００１０】
本発明者等の鋭意試験により、第３の発明の範囲となるように上記電気絶縁性耐熱基板の表面粗さと上記検出電極の表面粗さとのコントラスト比を決定すれば、被測定ガス中に含まれるＰＭが、上記検出電極の表面よりも上記電気絶縁性耐熱基板の表面に付着し易くなり、また、上記電気絶縁性耐熱基板の表面から脱離し難くなり、ＰＭが速やかに上記検出電極間に堆積するので、不感時間を短くできることが判明した。
本発明の範囲をはずれ、上記電気絶縁性耐熱基板の表面粗さと上記検出電極の表面粗さとのコントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１が３．５より大きくなるほどに、上記検出電極の表面粗さが荒くなったり、上記電気絶縁性耐熱基板の表面粗さが滑らかであったりすると、ＰＭは、上記検出電極間に堆積するよりも上記検出電極表面に堆積し易くなり、上記電気絶縁性耐熱基板の表面からは脱離し易くなるため、不感時間が長くなることが判明した。
【００１１】
第４の発明では、上記検出電極の高さを、１μｍ以上、２００μｍ以下に形成する（請求項４）。
【００１２】
本発明者等の鋭意試験により、第４の発明の範囲となるように上記検出電極を形成すれば、上記電極間に取り込んだＰＭを立体的に保持できるようになり、上記電極間からのＰＭの脱離を抑制し、さらに不感時間を短くできることが判明した。
本発明の範囲をはずれ、上記検出電極の高さを１μｍより低く形成した場合には、ＰＭを上記検出電極間に保持できなくなり、また、上記検出電極の高さを２００μｍより高く形成した場合には、ＰＭが上記検出電極間の奥まで侵入し難くなり、上記検出電極間から脱離し易くなるので、不感時間が長くなることが判明した。
【００１３】
より望ましくは、第５の発明のように、上記検出電極の高さを、５μｍより高く、１５０μｍより低く形成する（請求項５）。
【００１４】
本発明者等の鋭意試験により、上記検出電極の高さを第５の発明の範囲に設定することにより、ＰＭを電極間に捕集し易くなり、さらに不感時間が短くなることが判明した。
【００１５】
さらに望ましくは、第６の発明のように、上記検出電極の高さを、２５μｍより高く、１００μｍより低く形成する（請求項６）。
【００１６】
本発明者等の鋭意試験により、上記検出電極の高さを第６の発明の範囲に設定することにより、ＰＭを電極間に捕集し易くなり、さらに不感時間が短くなることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態におけるパティキュレート検出素子全体の概要を示す展開斜視図。
【図２】本発明の実施形態におけるパティキュレート検出素子の検出部における検出電極の配線例を示し、（ａ）は、櫛歯状の検出電極を素子の軸方向に対して直交する方向に形成した場合の平面図、（ｂ）は、櫛歯状の検出電極を素子の軸方向に形成した場合の平面図、（ｃ）は、略渦巻状に検出電極を形成した場合の平面図。
【図３】本発明の要部であるパティキュレート検出素子の特徴を示す断面図であり、（ａ）及び（ｂ）は、本発明の要部である電極端面の絶縁性基材に対する角度の望ましい範囲を示し、（ｃ）は、絶縁性基材の表面粗さに対する電極の表面粗さの望ましい範囲を示し、（ｄ）は、電極の高さについて本発明を適用し得る範囲を示す。
【図４】本発明の実施形態におけるパティキュレート検出素子を有するパティキュレート検出センサの概要を示す半断面図。
【図５】本発明の実施形態におけるパティキュレート検出素子を有するパティキュレート検出センサをＤＰＦの異常検出手段として用いた排ガス浄化装置の例を示す構成図。
【図６】従来のパティキュレート検出素子の問題点を示す特性図。
【図７】本発明の実施形態におけるパティキュレート検出素子の不感時間に対する電極端面角度の効果を示す特性図。
【図８】本発明の実施形態におけるパティキュレート検出素子の不感時間に対する表面粗さ比の効果を示す特性図。
【図９】本発明の実施形態におけるパティキュレート検出素子の不感時間に対する電極高さの効果を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施形態におけるパティキュレート検出素子１０は、例えば、ディーゼル内燃機関から排出される燃焼排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の故障診断（ＯＢＤ）や、ＤＰＦの再生制御を行うべく、燃焼排気中のＰＭ、特に、導電性微粒子を検出するパティキュレート検出センサ１に用いられる。
本発明のパティキュレート検出素子１０の特徴は、所定の間隙を設けて対向する一対の検出電極間に堆積するＰＭの量によって変化する電気抵抗を検出して、被測定ガス中のＰＭを検出するパティキュレート検出素子において、検出電極の立体的形状を特定することによって、被測定ガス中に含まれるＰＭを捕集し易くして、パティキュレート検出センサの不感時間を短くするものである。
【００１９】
パティキュレート検出素子１０及びこれを含むパティキュレート検出センサ１の概要について図１から図４を参照して説明する。
図１に示すように、パティキュレート検出素子１０は、アルミナ等の電気絶縁性耐熱材料をドクターブレード法、プレス成形法、ＣＩＰ、ＨＩＰ等の公知の方法により平板状に形成した電気絶縁性耐熱基板１３上に、所定の電極間距離Ｄを離隔して、設けた一対の検出電極１１、１２を形成した検出部１００と、検出電極１１、１２と外部の電気抵抗計測手段とを導通させるリード部１１１、１２１及び端子部１１２、１２２と、検出部１００と端子部１１２、１２２とを除くリード部１１１、１１２を覆う絶縁性保護層１４とによって構成されている。
本発明の要部である検出電極１１、１２は、後述する立体的な形状に特徴があり、ＰＭを検出電極間に捕集し易くすることによって不感時間ｔｄの短縮を図っている。
また、検出電極１１、１２を所定の温度に加熱して、検出電気抵抗を安定化したり、検出部１００に堆積したＰＭを加熱除去したりするために、電気絶縁性耐熱基板１３の内部又は裏面に通電により発熱する図略のヒータを設けた構成としても良い。  
【００２０】
図２を参照して、本発明のパティキュレート検出素子１０の検出部１００を構成する検出電極１１、１２について詳述する。本図（ａ）は、検出電極１１、１２をパティキュレート検出素子１０の長手軸方向に対して直交する方向に延びる櫛歯状に形成した場合の例を示し、本図（ｂ）は、検出電極１１、１２を素子１０の長手軸方向に延びる櫛歯状に形成した場合の例を示す。
いずれの場合においても、検出電極１１の端縁と検出電極１２の端縁とが所定の電極間距離Ｄだけ離隔して対向するように形成されている。
なお、電極間距離Ｄは、適用する被測定ガス中に存在するＰＭ量の多寡に応じて４０μｍ以上、３００μｍ以下の範囲で適宜形成し得るものであり、この範囲において、後述する本発明の効果が発揮できる。
また、本発明において、検出電極１１、１２の幅Ｗは特に限定するものではなく、任意の幅で形成し得るものである。
【００２１】
図３を参照して本発明の要部である検出電極１１、１２の立体的形状の特徴について説明する。本発明の第１の実施形態として、図３（ａ）に示すように、検出電極１１、１２の端縁と電気絶縁性耐熱基板１３の上面とのなす角度θが４０°より大きく、９０°より小さくなるように鋭角テーパ状の傾斜面をなすように形成されている。このような角度となるように検出電極１１、１２を形成すると、従来のように検出電極１１、１２の端縁に傾斜面を形成しない場合と比較して不感時間を短くできることが判明した。検出電極１１、１２間に浮遊するＰＭが、検出電極１１、１２の端縁を転がり、電気絶縁性耐熱基板１３の表面に付着し易くなり、より早く電極間距離Ｄの間を埋めるようにＰＭが堆積するためと推察される。
なお、本発明において、検出電極１１、１２の端縁に電気絶縁性耐熱基板１３の上面とのなす角度θが４０°より大きく、９０°より小さい鋭角テーパ状の傾斜面を設けるための具体的な方法は、特に限定するものではないが、以下に示す方法によって実現可能である。
（１）スクリーン印刷によって検出電極１１、１２を形成する場合、電極形成用ペーストの固形分率を低くしたり、動的粘度を低くしたり、印刷乾燥時の蒸気圧を低くしたりする等の印刷条件を調整して、電気絶縁性基板１３に対する濡れ性を高くしたり、乾燥条件を緩やかにしたりする。
（２）スクリーン印刷以外にも、フィルム転写法、フォトリソグラフィ法、マイクロコンタクトプリンティング法等の方法により検出電極１１、１２を形成することができる。この場合、検出電極１１、１２を形成した後、レーザエッチング、サンドブラスト等の加工を施すことにより、端縁に鋭角テーパ状の傾斜面を設けることができる。
【００２２】
また、本発明の第２の実施形態として、図３（ｂ）に示すように、検出電極１１、１２の端縁と電気絶縁性耐熱基板１３の上面とのなす角度θが９０°より大きく、１４０°より小さくなるように鈍角テーパ状の傾斜面をなすように形成されている。このような角度となるように検出電極１１、１２を形成すると、従来のように検出電極１１、１２の端縁に傾斜面を形成しない場合と比較してさらに不感時間を短くできることが判明した。電気絶縁性耐熱基板１３の表面上に捕集され堆積したＰＭが脱離し難くなるためと推察される。
また、検出電極１１、１２の端縁に形成した傾斜面の角度を１００°以上、１２５°以下とするとさらに効果的にＰＭを検出電極間に捕集し、不感時間を短くできることが判明した。
なお、検出電極１１、１２の端縁に電気絶縁性耐熱基板１３の上面とのなす角度θが９０°より大きく１４０°より小さい鈍角テーパ状の傾斜面を設けるためには、上記の場合と同様、本発明において具体的な方法を特に限定するものではないが、以下に示す方法によって実現可能である。
（１）スクリーン印刷によって検出電極１１、１２を形成する場合、鋭角テーパ状の傾斜面を設ける場合とは逆に、印刷用ペーストに無機フィラーを固形分率で数〜数１０％添加したり、電気絶縁性基板１３に対する濡れ性を低くしたり、乾燥速度を速くしたりして、印刷、乾燥時の流動性を極端に低くすることによって実現できる。
また、（２）スクリーン印刷以外にも、フィルム転写法、フォトリソグラフィ法、マイクロコンタクトプリンティング法等の方法により検出電極１１、１２を形成することができる。この場合、検出電極１１、１２を形成した後、レーザエッチング、サンドブラスト、ケミカルエッチング等の加工を施すことにより、端縁に鈍角テーパ状の傾斜面を設けることができる。
なお、フォトリソグラフィ法において、電極ペーストに無機フィラーを添加し、過現像処理を施すことによっても端縁に鈍角テーパ状の傾斜面を実現できる。
【００２３】
さらに、本発明の第３の実施形態として、図３（ｃ）に示すように、電気絶縁性耐熱基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１と、検出電極１１、１２の１０点平均表面粗さＲＺ２との関係において、ＲＺ２／ＲＺ１を３．５以下となるように形成するのが望ましい。なお、電気絶縁性耐熱基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１は、ＰＭを表面に吸着させるために１００ｎｍ以上であることが望ましい。一般的には、電気絶縁性基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１が１．０μｍが用いられる。
電気絶縁性耐熱基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１がより荒くなるように、ケミカルエッチング等の化学的処理、又は、サーマルエッチング、ホーニング、サンドブラスト等の物理的処理によって電気絶縁性耐熱基板１３の表面を加工するか、検出電極１１、１２の１０点平均表面粗さＲＺ２がより滑らかとなるように、ケミカルエッチング等の化学的処理、又は、鏡面ラップ等の物理的処理により検出電極１１、１２の表面を加工することにより、所望の関係を満たすようにできる。
【００２４】
さらに、本発明の第４の実施形態として、図３（ｄ）に示すように、検出電極１１、１２の膜厚Ｈは、１μｍ以上、２００μｍ以下に形成するのが望ましい。後述する試験によって、検出電極１１、１２の膜厚高さＨは、５μｍより高く、１５０μｍより低く形成するのがさらに望ましく、検出電極１１、１２の膜厚高さＨを、２５μｍより高く、１００μｍより低く形成することによって、さらに不感時間ｔｄを短くできることが判明した。
【００２５】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、上記実施形態を組み合わせることによって、本発明の効果を向上させることができる。例えば、検出電極１１、１２の一方の検出電極の端縁の傾斜面と電気絶縁性耐熱基板１３の上面とのなす角度θを４０°より大きく、９０°より小さい鋭角テーパ状に形成し、他方の検出電極の端縁の傾斜面と電気絶縁性耐熱基板１３の上面とのなす角度θを９０°より大きく、１４０°より小さい鈍角テーパ状に形成しても良い。
【００２６】
図４を参照して、本発明のパティキュレート検出素子１０を有するパティキュレート検出センサ１について説明する。
パティキュレート検出センサ１は、略筒状のインシュレータ２０内に挿入固定されたパティキュレート検出素子１０と、被測定ガス流路７００を形成する流路壁７０に固定され、インシュレータ２０を保持すると共に、パティキュレート検出素子１０の検出部１００を比測定ガス中に保持するハウジング３０と、ハウジング３０の先端側に設けられ、パティキュレート検出素子１０の測定部１００を保護するカバー体４０と、ハウジング３０の基端側に設けられ、接続金具１１３、１２３を介してパティキュレート検出素子１０の端子部１１２、１２２に接続され、測定部１００に捕集・堆積されたＰＭ量に応じて変化する検出電極１１、１２間の検出電気抵抗ＲＸを外部の電気抵抗検出手段に伝達する一対の信号線１１４、１２４と、これらを覆いつつ、封止部材６０を介して基端側で固定する略筒状のケーシング５０によって構成されている。検出部１００を加熱するヒータが設けられている場合には、外部の通電制御装置に接続される一対の通電線が接続されている。カバー体４０には、ＰＭを含む被測定ガスを検出部１００に導入・導出するための被測定ガス入出孔４１０、４１１が適宜穿設されている。  
【００２７】
図５を参照して、本発明のパティキュレート検出センサ１を設けたディーゼルエンジンＥ／Ｇの排ガス浄化システムの概要について説明する。ディーゼルエンジンＥ／Ｇは高圧ポンプＰＭＰＦＬによって高圧に昇圧され、コモンレールＲ内に蓄圧された高圧燃料がインジェクタＩＮＪによって燃焼室内に直接噴射される直設噴射式ディーゼルエンジンである。
ディーゼルエンジンＥ／Ｇの排気マニホールドＭＨＥＸには、排気を利用して回転するタービンＴＲＢが設けられ、吸気マニホールドＭＨＩＮには、タービンにＴＲＢに連動して回転する過給器ＴＲＢＣＧＲが設けられている。
過給器ＴＲＢＣＧＲによって圧縮され、インタクーラＣＬＩＮＴを介して冷却された空気が吸気マニホールド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クーラＣＬＥＧＲを介して冷却され、ＥＧＲバルブＶＥＧＲを介して吸気マニホールドＭＨＩＮに還流し、燃焼効率を向上させている。
排気マニホールドＭＨＥＸから排出された燃焼排気は、酸化触媒ＤＯＣを通過することにより未燃焼の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ及び一酸化窒素ＮＯが酸化され、ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦを通過することにより粒状物質ＰＭが除去され、さらに、図略の選択触媒還元ＳＣＲを通過することによってＮＯｘが無害のＮ２とＨ２Ｏとに還元され排出される。
少なくともＤＰＦの出口には、排気流路７００に本発明のパティキュレート検出素子１０の検出部１００が露出するようにパティキュレートセンサ１が載置され、エンジンＥ／Ｄから排出された燃焼排気中に含まれるＰＭ量を常時監視し、その検出結果を、ＤＰＦの再生制御やＯＢＤ（車載式故障自己診断装置）に利用している。
【００２８】
ここで、図６を参照して、従来のパティキュレート検出素子の問題点について説明する。従来のパティキュレート検出素子は、電気絶縁性耐熱基板の表面に所定の間隙を隔てて形成した一対の検出電極間に被測定ガス中に含まれる導電性のカーボンなどからなるＰＭが堆積していくと、ＰＭによって検出電極間に導通経路が形成され、電極間の電気抵抗値が徐々に低下していくので、これを計測することによってＰＭ量を算出しようとするものである。図６は、一定速度でＰＭ量を増加したときの、検出電極間の電気抵抗値の変化を示すものである。
ところが、図６に示すように、検出電極間にＰＭが堆積していないときには、略絶縁状態であるので、検出電極間の電気抵抗は、数１０ＭΩ以上となっており、ＰＭの堆積にともなって、徐々に電気抵抗値が下がるが、数ＭΩ以下となるまでは、検出用の電流がほとんど流れず、電気抵抗値を測定することができない不感時間ｔｄが存在する。この不感時間ｔｄが長いと、パティキュレート検出素子を上述のようにＯＢＤに使用しようとしたときに、異常の検出までに時間が掛かかる虞があり、センサとしての信頼性が劣る。また、一旦検出電極間に付着したＰＭが脱離すると電気抵抗値が上がりさらに不感時間ｔｄが長くなる虞もある。
【００２９】
図７を参照して、本発明のパティキュレート検出素子１０の検出電極１１、１２の端面と電気絶縁性耐熱基板１３とのなすテーパ角度θの不感時間ｔｄに対する効果について調査した試験結果を説明する。
本試験においては、電極間距離Ｄを４０μｍ、１００μｍ、３００μｍとし、電極高さＨを５μｍ、電気絶縁性耐熱基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１を１．０μｍ、検出電極１１、１２の１０点平均表面粗さＲＺ２を３．５μｍとして、テーパ角度θを変化させて検出電極１１、１２を形成したときの不感時間ｔｄを計測しその結果を図７に示す。
従来のパティキュレート検出素子では、検出電極の端縁にテーパは形成されていない。したがって、テーパ角度θを９０°としたものを比較例とし、これよりも不感時間ｔｄの短くなる範囲を本発明の効果が発揮できる範囲と判断した。
【００３０】
図７に示すように、電極端縁テーパ角θを鋭角に形成した場合には、４０°よりも大きく、９０°よりも小さい範囲に設定したときに従来よりも不感時間ｔｄが短くなり、電極端縁テーパ角θを鈍角に形成した場合には、９０°よりも大きく、１４０°よりも小さい範囲に設定したときに従来よりも不感時間ｔｄが短くなることが判明した。
特に、電極端縁テーパ角θを９５°〜１３５°の範囲に形成した場合の不感時間ｔｄは、電極端縁テーパ角θを鋭角に形成した場合よりもさらに短くできることが判明した。
なお、電極端縁テーパ角θを４０°以下とすると不感時間ｔｄが従来より長くなり、特に３０°以下に形成すると著しくＰＭの保持力が低下し、不感時間ｔｄが極めて長くなってしまい、また、電極端縁テーパ角θを１４０°以上に形成すると、検出電極１１、１２の端縁と電気絶縁性耐熱基板１３との間に、ＰＭが入り込めない空間が形成され、電極間の電気抵抗値検出が困難となることが判明した。
【００３１】
図８を参照して、本発明のパティキュレート検出素子１０の検出電極１１、１２の１０点平均表面粗さＲＺ２と電気絶縁性耐熱基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１との関係を規制した場合の不感時間ｔｄに対する効果について調査した試験結果を説明する。
本試験においては、電極間距離Ｄを４０μｍ、１００μｍ、３００μｍとし、電極高さＨを５μｍ、テーパ角度θを８５°として、検出電極１１、１２の１０点平均表面粗さＲＺ２の電気絶縁性耐熱基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１に対するコントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１を変化させて検出電極１１、１２を形成したときの不感時間ｔｄを計測し、その結果を図８に示す。
具体的には、表面粗さの異なる電気絶縁性耐熱基板１３を複数用意して、検出電極１１、１２の１０点平均表面粗さＲＺ２を３．５μｍとなるように検出電極１１、１２を形成して試験を行った。
従来のパティキュレート検出素子では、特に電気絶縁性耐熱基板の表面粗さ及び検出電極の表面粗さ規定されていないので、このときのコントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１（３．５）を比較例とし、比較例よりも不感時間ｔｄの短くなった範囲を本実施例とした。
図８に示すように、コントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１を３．５以下にするのが望ましいことが判明した。
電気絶縁性耐熱基板１３の表面粗さを検出電極１１、１２の表面粗さよりも荒く、即ち、コントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１を１以下とすると、電気絶縁性耐熱基板１３表面に優先的にＰＭが捕集され易くなるが、電気絶縁性耐熱基板１３の表面粗さを荒くしすぎると検出電極１１、１２の密着強度が弱くなる虞もある。
コントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１が３．５より大きくなるように電気絶縁性耐熱基板１３の表面粗さを滑らかにすると、ＰＭが、検出電極１１、１２の表面により付着しやすくなる一方、電気絶縁性耐熱基板１３の表面からは脱離し易くなるので、不感時間ｔｄは大幅に長くなってしまう。
【００３２】
図９を参照して、本発明のパティキュレート検出素子１０の検出電極１１、１２の高さ（膜厚）Ｈの不感時間ｔｄに対する効果について調査した試験結果を説明する。
本試験においては、電極間距離Ｄを４０μｍ、１００μｍ、３００μｍとし、テーパ角度θを８５°として、検出電極１１、１２の１０点平均表面粗さＲＺ２の電気絶縁性耐熱基板１３の１０点平均表面粗さＲＺ１に対するコントラスト比ＲＺ２／ＲＺ１を３．５として、検出電極１１、１２を形成したときの不感時間ｔｄを計測し、その結果を図９に示す。
図９に示すように、検出電極１１、１２の高さを１μｍ以上、２００μｍ以下にするのが望ましいことが判明した。
【００３３】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、自動車エンジン等の内燃機関に搭載されるパティキュレート検出センサを例に説明したが、本発明のパティキュレート検出センサは、車載用に限定されるものではなく、火力発電所等の大規模プラントにおけるパティキュレート検出の用途にも利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  パティキュレート検出センサ
１０  パティキュレート検出素子
１００  検出部
１１、１２  検出電極
１１１、１２１  リード部
１１２、１２２  端子部
１１３、１１３  接続金具
１１４、１１４  信号線
１３  電気絶縁性耐熱基板
１４  絶縁性保護層
θ  検出電極端縁テーパ角度
Ｄ  検出電極間距離
Ｗ  検出電極幅
ＲＺ１  電気絶縁性耐熱基板１０点平均表面粗さ
ＲＺ２  検出電極１０点平均表面粗さ
Ｈ  検出電極高さ
ｔｄ  不感時間
２０  インシュレータ
３０  ハウジング
４０  カバー体
５０  ケーシング
６０  封止部材
７０  被測定ガス流路壁
７００  被測定ガス流路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号公報
【図１】
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【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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