(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも所定の距離を隔てて対向する第１の検出電極（ＥＬＡ）と第２の検出電極（ＥＬＢ）とを具備する検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）に捕集・堆積する粒子状物質の量に応じて変化する上記第１の検出電極（ＥＬＡ）と上記第２の検出電極（ＥＬＢ）との間の電気的特性を検出して被測定ガス中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出素子（２、２、２ｂ、２ｃ、２ｄ）を備えた粒子状物質検出センサであって、
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）が、一方の端部（１０３Ａ、１０３Ａｃ、１０３Ａｄ）から、他方の端部（１０４Ａ、１０４Ａｃ、１０４Ａｄ）に至る迄に直列に接続された導通経路を形成しつつ、
上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）において、その一部をコ字形に屈曲せしめた折り返し部（１０１Ａ、１０１Ａｄ）と、
所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層（１２０）を介して他の検出電極に対向する検出電極対向部（１００Ａ）と、を備えてなり、
上記第２の検出電極（ＥＬＢ）が、一方の端部（１０３Ｂ、１０３Ｂｃ、１０３Ｂｄ）から、他方の端部（１０４Ｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄ）に至る迄に直列に接続された導通経路を形成しつつ、
上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）において、その一部を逆コ字形に屈曲せしめた折り返し部（１０１Ｂ、１０１Ｂｄ）と、
所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層（１２０）を介して他の検出電極に対向する検出電極対向部（１００Ｂ）と、を備えてなり、
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の上記一方の端部（１０３Ａ、１０３Ａｃ、１０３Ａｄ）から上記他方の端部（１０４Ａ、１０４Ａｃ、１０４Ａｄ）に至るまでの抵抗値の計測により、上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の内部における断線の有無を検出する第１の断線検出回路部（３０１Ａ、３０１Ａａ、３０１Ａｂ）と、
上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の上記一方の端部（１０３Ｂ、１０３Ｂｃ、１０３Ｂｄ）から上記他方の端部（１０４Ｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄ）に至るまでの抵抗値の計測により、上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の内部における断線の有無を検出する第２の断線検出回路部（３０１Ｂ、３０１Ｂａ、３０１Ｂｂ）と、を具備することを特徴とする粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）。
【請求項２】
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の一方の端部（１０３Ａ、１０３Ａｃ、１０３Ａｄ）と上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の一方の端部（１０３Ｂ、１０３Ｂｃ、１０３Ｂｄ）との間（１０３Ａ−１０３Ｂ、１０３Ａｃ−１０３Ｂｃ、１０３Ａｄ−１０３Ｂｄ）、又は、上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の他方の端部（１０４Ａ、１０４Ａｃ、１０４Ａｄ）と上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の他方の短部（１０４Ｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄ）との間（１０４Ａ−１０４Ｂ、１０４Ａｃ−１０４Ｂｃ、１０４Ａｄ−１０４Ｂｄ）の抵抗値、静電容量、インピーダンスのいずれかの検出により、上記第１の検出電極（ＥＬＡ）と上記第２の検出電極（ＥＬＢ）との間に堆積した粒子状物質の堆積量を検出するＰＭ検出回路部（３１）を具備する請求項１に記載の粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）。
【請求項３】
上記粒子状物質検出素子（２、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が、
上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）と、
これを実装する基板部（２０、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）とからなり、
上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）が、
１００μｍ以上、５００μｍ以下の膜厚で略平板状に形成した上記第１の検出電極対向部（１００Ａ）と上記第２の検出電極対向部（１００Ｂ）と、
５μｍ以上、２０μｍ以下の膜厚で略平板状に形成した上記絶縁層（１２０）とを繰り返して積層せしめた積層構造体の積層方向断面からなる請求項１又は２に記載の粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）。
【請求項４】
上記粒子状物質検出素子（２、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が、
通電により発熱する抵抗発熱体（ＥＬＡ、ＥＬＢ／２２０）を具備する請求項１ないし３のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）。
【請求項５】
上記第１の断線検出回路部（３０１Ａａ）が、
上記第１の検出部（ＥＬＡ）の上記一方の端部（１０３Ａ）から上記第１の検出部（ＥＬＡ）の上記他方の端部（１０４Ａ）までの直流抵抗を測定して断線の有無を検出すると共に、
上記第２の断線検出回路部（３０１Ｂａ）が、
上記第２の検出部（ＥＬＢ）の上記一方の端部（１０３Ｂ）から上記第２の検出部（ＥＬＢ）の上記他方の端部（１０４Ｂ）までの直流抵抗を測定して断線の有無を検出して、
上記第１の断線検出回路部（３０１Ａａ）と上記第２の断線検出回路部（３０１Ｂａ）とによって検出された直流抵抗の値から上記発熱体（ＥＬＡ、ＥＬＢ／２２０）の発熱温度を算出し、上記抵抗発熱体（ＥＬＡ、ＥＬＢ／２２０）への通電を制御する発熱制御回路部としての機能を具備する請求項４に記載の粒子状物質検出センサ（１ａ、１ｂ）。
【請求項６】
上記基板部（２０）が、
略平板状の絶縁性基板（２００、２１０）とその内部に上記抵抗発熱体（２２０）を具備する請求項４に記載の粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｃ、１ｄ）。
【請求項７】
上記第１の断線検出回路部（３０１Ａｂ）が、上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の一方の端部（１０３Ａ）から上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の他方の端部（１０４Ａ）までの直流抵抗を測定して断線の有無を検出し、
上記第２の断線検出回路部（３０１Ｂｂ）が、上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の一方の端部（１０３Ｂ）から上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の他方の端部（１０４Ｂ）までの直流抵抗を測定して断線の有無を検出すると共に、
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）と上記第２の検出電極（ＥＬＢ）とのそれぞれを上記抵抗発熱体として利用して、
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）において、上記一方の端部（１０３Ａ）と上記他方の端部（１０４Ａ）との間への通電により、上記第１の検出電極（ＥＬＡ）を発熱させ、
上記第２の検出電極（ＥＬＢ）において、上記一方の端部（１０３Ｂ）と上記他方の端部（１０４Ｂ）との間への通電により、上記第２の検出電極（ＥＬＢ）を発熱させる発熱制御回路部を具備する請求項４に記載の粒子状物質検出センサ（１ｂ）。
【請求項８】
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）と上記第２の検出電極（ＥＬＢ）とが、ＬＮＦ（ＬａＮｉ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３）、ＬＳＮ（Ｌａ１．２Ｓｒ０．８ＮｉＯ４）、ＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３−δ）、ＬＳＣ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３―δ）、ＬＣＣ（Ｌａ１−ＸＣａＸＣｒＯ３−δ）、ＬＳＣＮ（Ｌａ０．８５Ｓｒ０．１５Ｃｒ１−ＸＮｉＸＯ３−δ）（０．１≦Ｘ≦０．７）のいずれかから選択したペロブスカイト型の導電性酸化物材料からなり、導電率が１０−２Ｓ／ｃｍ以上の導電性酸化物である請求項１ないし７のいずれか記載の粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）。
【請求項９】
上記絶縁層（１２０）が、８ＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．９２（Ｙ２Ｏ３）０．０８）からなる部分安定化ジルコニア、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかから選択した絶縁性酸化物材料からなり、導電率が１０−５Ｓ／ｃｍ以下の絶縁性酸化物である請求項１ないし７のいずれか記載の粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）。
【請求項１０】
所定の膜厚に形成した導電性シートと所定の膜厚に形成した絶縁性シートを積層した積層構造体の断面を検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）として、上記絶縁性シートの膜厚によって決定される所定の間隙を隔てて対向せしめた第１の検出電極（ＥＬＡ）と第２の検出電極（ＥＬＢ）との間に堆積する粒子状物質の堆積量に応じて変化する電気的特性により被測定ガス中の粒子状物質を検出する請求項１から９のいずれかに記載の粒子状物質検出センサ（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）に用いられる粒子状物質検出素子（２、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の製造方法であって、
少なくとも、
ＬＮＦ（ＬａＮｉ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３）、ＬＳＮ（Ｌａ１．２Ｓｒ０．８ＮｉＯ４）、ＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３−δ）、ＬＳＣ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３―δ）、ＬＣＣ（Ｌａ１−ＸＣａＸＣｒＯ３−δ）、ＬＳＣＮ（Ｌａ０．８５Ｓｒ０．１５Ｃｒ１−ＸＮｉＸＯ３−δ）（０．１≦Ｘ≦０．７）のいずれかから選択したペロブスカイト型の導電性酸化物材料を用いて、１００μｍ以上５００μｍ以下の膜厚を有する略平板状の上記第１の検出電極対向部（１００Ａ）と上記第２の検出電極対抗部（１００Ｂ）を構成するための導電性厚膜シート（１００ＴＨＫ）を形成する導電性厚膜シート成形工程と、
上記導電性酸化物材料を用いて、５μｍ以上１０μｍ以下の膜厚を有する記第１の検出電極折り返し部（１０１Ａ）と上記第２の検出電極折り返し部（１０１Ｂ）を構成するための導電性薄膜シート（１００ＴＨＮ）を形成する導電性薄膜シート成形工程と、
８ＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．９２（Ｙ２Ｏ３）０．０８）からなる部分安定化ジルコニア、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかから選択した絶縁性酸化物材料を用いて、５μｍ以上２０μｍ以下の膜厚を有する略平板状の絶縁層（１２０ＴＨＮ）を構成するための絶縁性薄膜シート（１２０ＴＨＮ）を形成する絶縁性シート薄膜成形工程と、
上記絶縁性酸化物材料を用いて１００μｍ以上５００μｍ以下の膜厚を有する略平板状の絶縁層（１２０ＴＨＫ）を構成するための絶縁性厚膜シート（１２０ＴＨＫ）を形成する絶縁性シート厚膜成形工程と、
上記導電性厚膜シート（１００ＴＨＫ）内の所定位置に、該導電性厚膜シートと同一膜厚に形成され、所定形状に区画した上記絶縁性薄膜シート（１２０ＴＨＮ）と同材質の絶縁性厚膜シート（１２０ＴＨＫ）を埋め込む、絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜（Ａ層／Ｂ層）成形工程と、
上記絶縁性薄膜シート（１２０ＴＨＮ）内の所定位置に、該絶縁薄膜シートと同一膜厚に形成され所定形状に区画した上記導電性厚膜シート（１００ＴＨＫ）と同材質の導電性薄膜シート（１００ＴＨＮ）を埋め込む、導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シート（ＭＡ層／ＭＢ層／Ｃ層）成形工程をと、
得られた絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シート（Ａ層／Ｂ層）と導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シート（ＭＡ層／ＭＢ層／Ｃ層）とを、所定の繰り返しパターンで積層して上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）を形成する積層工程と、を具備し、
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の一部が上記検出部においてコ字形に屈曲した上記第１の検出電極折り返し部（１０１Ａ）と、上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の一部が上記検出部において逆コ字形に屈曲した上記折り返し部（１０１Ｂ）を形成することを特徴とする粒子状物質検出素子の製造方法。
【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、被測定ガス中に含まれるカーボンからなる煤を主成分とする粒子状物質を検出する粒子状物質検出素子の製造方法、並びに、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、燃焼排気に含まれる環境汚染物質、特に煤粒子（Ｓｏｏｔ）及び可溶性有機成分（ＳＯＦ）を主体とする粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ；以下、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、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燃焼排気を通過させてＰＭを捕捉する。
ＤＰＦは、ＰＭ捕集量が許容量を超えると、目詰まりが生じて圧力損失が増大したり、過剰に堆積したＰＭを燃焼したときに発生する熱によりＤＰＦが破損してＰＭのすり抜けを生じたりする虞があり、定期的に再生処理を行って捕集能力を回復させている。
【０００３】
ＤＰＦの再生時期の適切な判断や、ＰＭのすり抜け等の異常を早期に検出すべく、被測定ガス中のＰＭを検出するＰＭ検出センサについて種々提案されている。
例えば、特許文献１には、絶縁体の表面に所定の間隙を隔てて対向させた一対の櫛歯電極間に被測定ガス中のＰＭを堆積させ、その堆積量に応じて変化する抵抗値、静電容量、インピーダンス等の電気的特性を測定して、被測定ガス中に含まれるＰＭ量を検出するＰＭ検出素子が開示されている。
また、特許文献２には、板状の素子基材、前記素子基材に配設された一対の計測電極、前記一対の計測電極の間における電気的特性の測定をする特性測定手段、及び前記特性測定手段で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて前記一対の計測電極及びその周囲に集塵された粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段、を備え、一対の前記計測電極を構成するそれぞれの計測電極は、平面的に配列された複数の櫛歯部と、各前記計測電極の前記複数の櫛歯部をその一端で連結する櫛骨部とを有する櫛歯状の電極であり、それぞれの前記計測電極の前記櫛歯部が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置されてなり、且つ、少なくとも一方の前記計測電極の前記櫛骨部は、誘電体からなる櫛骨被覆部によって被覆された粒子状物質検出装置が開示されている。この粒子状物質検出装置は、一対の計測電極及びその周囲に粒子状物質を付着させ、一対の計測電極間の電気的特性の変化を測定することにより粒子状物質の検出を行うものである。
【０００４】
このような、従来のＰＭ検出素子では、アルミナ等の絶縁性基板や、ジルコニア等の導電性基板の表面に、厚膜印刷、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）等の薄膜印刷等の手法を用いて、略短冊状に形成した複数の電極を一定の間隔で並べ、極性が交互に入れ代わるように対向させた、いわゆる櫛歯状にパターン形成されたものが用いられている。櫛歯状電極を対向させたＰＭ検出素子においては、一対の電極間に堆積するＰＭ量が一定量を超えるまで電極間の電気的特性を検出することができない不感質量が存在し、ＤＰＦの異常をより早期に、しかも確実に検出するために、この不感質量をできる限り少なくすることが望まれている。
【０００５】
また、検出電極間に一定量以上のＰＭが堆積し飽和状態となると、検出電極間で検出される電気的特性が一定となり、被測定ガス中のＰＭを検出できなくなる。
そこで、ＰＭ検出装置においては、ＰＭ検出を継続するために、検検出電極間へのＰＭ付着量が限界に達したときに、ヒータ等の加熱により、付着したＰＭを燃焼除去してＰＭ検出素子の再生を図っている。
【０００６】
さらに、特許文献３では、このようなガスセンサにおいて、検出部と抵抗測定手段との間を繋ぐ導通経路の断線の有無を検出する断線検出手段として、所定の抵抗値を有する断線検出抵抗を一対の検出電極を導通すると共に、該検出電極間に形成される検出抵抗に対して並列となるように反抵抗測定手段側に設けたことを特徴とするガスセンサが開示されており、早期の断線検出を可能としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来のＰＭ検出素子において、櫛歯状電極を形成する際に、一般的な厚膜印刷を用いた場合には、検出電極間の間隙は数十μｍ程度となり、印刷ペーストのレオロジー特性や印刷スクリーンに形成するマスクの製造上の制約等から２０μｍ程度が限界であった。
また、ＣＶＤやＰＶＤ等の薄膜印刷を用いた場合には、極めて精密なパターンの形成が可能である反面、設備費用が大きく、製造コストの増大となる虞がある。
加えて、形成される検出電極は、必然的に薄膜となるため、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路に設けられ、外部からの振動、被測定ガスの温度変化、ＰＭ検出素子を加熱して検出部に堆積したＰＭを燃焼除去する際の熱ストレス、被測定ガス中に含まれる水分の付着による冷熱ストレス等、極めて過酷な使用環境に直接晒されるＰＭ検出素子においては、検出電極の蒸散や剥離等を招き、十分な耐久性が得られない虞もある。
【０００８】
さらに、一対の電極間に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出する粒子状物質検出素子において、電気的特性として、検出電極間の抵抗値変化を測定する場合であっても、静電容量を測定する場合であっても、各検出電極内に何らかの欠陥による断線が生じた状態と検出電極間に粒子状物質が堆積していない状態とは、電気的には等価となるため、検出電極内の断線等の欠陥と検出電極間にＰＭが堆積していない状態との区別が付かなくなる虞もある。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出部への堆積量に応じて変化する電気的特性を測定して被測定ガス中の粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出素子であって、不感質量が極めて少なく、測定精度の高い構造の粒子状物質検出素子の製造方法を提供すると共に、その粒子状物質検出素子を用いた粒子状物質検出センサにおいて、素子内部における断線等の欠陥の有無を検出可能とした信頼性の高い粒子状物質検出センサ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】
【００１０】
本発明（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）では、少なくとも所定の距離を隔てて対向する第１の検出電極（ＥＬＡ）と、第２の検出電極（ＥＬＢ）とを具備する検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）に捕集・堆積する粒子状物質の量に応じて変化する上記第１の検出電極と上記第２の検出電極の間の電気的特性を検出して被測定ガス中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出素子（２、２、２ｂ、２ｃ、２ｄ）を備えた粒子状物質検出センサであって、
上記第１の検出電極（ＥＬＡ）が、一方の端部（１０３Ａ、１０３Ａｃ、１０３Ａｄ）から、他方の端部（１０４Ａ、１０４Ａｃ、１０４Ａｄ）に至る迄に直列に接続された導通経路を形成し、上記検出部において、その一部をコ字形に屈曲せしめた折り返し部（１０１Ａ、１０１Ａｄ）と、所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層（１２０）を介して対向する検出電極対向部（１００Ａ）と、からなり、
上記第２の検出電極（ＥＬＢ）が、一方の端部（１０３Ｂ、１０３Ｂｃ、１０３Ｂｄ）から、他方の端部（１０４Ｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄ）に至る迄に直列に接続された導通経路を形成し、上記検出部において、その一部を逆コ字形に屈曲せしめた第２の検出電極折り返し部（１０１Ｂ、１０１Ｂｄ）と、所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層（１２０）を介して対向する第２の検出電極対向部（１００Ｂ）と、からなり、
上記第１の検出電極の一方の端部（１０３Ａ、１０３Ａｃ、１０３Ａｄ）から上記第１の検出電極の他方の端部（１０４Ａ、１０４Ａｃ、１０４Ａｄ）に至るまでの抵抗値の計測により、上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の内部における断線の有無を検出する第１の断線検出回路部（３０１Ａ、３０１Ａａ、３０１Ａｂ）と、
上記第２の検出電極の一方の端部（１０３Ｂ、１０３Ｂｃ、１０３Ｂｄ）から上記第２の検出電極の他方の端部（１０４Ｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄ）に至るまでの抵抗値の計測により、上記第１の検出電極（ＥＬＢ）の内部における断線の有無を検出する第１の断線検出回路部（３０１Ｂ、３０１Ｂａ、３０１Ｂｂ）と、を具備する。
【００１１】
また、本発明は、上記第１の検出電極の一方の端部と上記第２の検出電極の一方の端部との間（１０３Ａ−１０３Ｂ、１０３Ａｃ−１０３Ｂｃ、１０３Ａｄ−１０３Ｂｄ）、又は、上記第１の検出電極の他方の端部と、上記第２の検出電極の間（１０４Ａ−１０４Ｂ、１０４Ａｃ−１０４Ｂｃ、１０４Ａｄ−１０４Ｂｄ）の抵抗値、静電容量、インピーダンスのいずれかの検出により、上記第１の検出電極と上記第２の検出電極との間に堆積する粒子状物質の堆積量を検出するＰＭ検出回路部（３１）を具備する。
さらに、本発明は、上記粒子状物質検出素子（２、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が、上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）と、これを実装する基板部（２０、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）とからなり、上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）が、１００μｍ以上、５００μｍ以下の膜厚で略平板状に形成した上記第１の検出電極対向部（１００Ａ）と上記第２の検出電極対向部（１００Ｂ）と、５μｍ以上、２０μｍ以下の膜厚で略平板状に形成した上記絶縁層（１２０）とを繰り返して積層せしめた積層構造体からなり、その積層方向端面を検出面として利用するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被測定ガス中に含まれる粒子状物質の検出部への堆積量に応じて変化する電気的特性を測定して被測定ガス中の粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出素子において、上記第１の断線検出回路部（３０１Ａ）によって上記第１の検出電極（ＥＬＡ）の内部の欠陥の有無を上記第１の検出電極の一方の端部（１０３Ａ）から上記第１の検出電極の他方の端部（１０４Ａ）に至るまでの直流抵抗の計測によって検出し、上記第２の断線検出回路部（３０１Ｂ）によって上記第２の検出電極（ＥＬＢ）の内部の欠陥の有無を上記第２の検出電極の一方の端部（１０３Ｂ）から上記第２の検出電極の他方の端部（１０４Ｂ）に至るまでの直流抵抗の計測によって検出した上で、上記第１の検出電極（ＥＬＡ）と上記第２の検出電極（ＥＬＢ）との間に堆積した粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を上記ＰＭ検出回路部（３１）によって検出するため、従来のように検出された電気的特性が、断線等の検出電極内部の欠陥によるものなのか検出電極間に粒子状物質が堆積していないことによるものなのかが区別できなくなるような虞がなく、高い信頼性の維持を図ることができる。
加えて、上記検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）を積層構造によって形成し、積層方向断面を検出面とすることにより、２０μｍ以下の極めて薄く形成することが可能な上記絶縁層（１２０）の膜厚を上記第１の検出電極と上記第２の検出電極との間の検出電極対間距離を２０μｍ以下の短い距離に形成することが可能となり、不感質量が極めて少なく、測定制度の高い構造の粒子状物質検出素子の製造方法を提供することができる。
従来の厚膜印刷等の方法では、検出電極間を２０μｍ以下に形成することが極めて困難であるが、本発明のように積層構造をとることで、絶縁層（１２０）を容易に５μｍ以上２０μｍ以下の範囲で形成することが可能となり、極めて不感質量を少なくできる。
さらに、ＬＮＦ（ＬａＮｉ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３）、ＬＳＮ（Ｌａ１．２Ｓｒ０．８ＮｉＯ４）、ＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３−δ）、ＬＳＣ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３―δ）、ＬＣＣ（Ｌａ１−ＸＣａＸＣｒＯ３−δ）、ＬＳＣＮ（Ｌａ０．８５Ｓｒ０．１５Ｃｒ１−ＸＮｉＸＯ３−δ）（０．１≦Ｘ≦０．７）のいずれかから選択したペロブスカイト型の導電性酸化物材料を用いて、１００μｍ以上５００μｍ以下の膜厚を有する略平板状の導電性厚膜シート（１００ＴＨＫ）と、同材質の導電性酸化物材料を用いて５μｍ以上２０μｍ以下の膜厚を有する略平板状の導電性薄膜シート（１００ＴＨＮ）を形成し、８ＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．９２（Ｙ２Ｏ３）０．０８）からなる部分安定化ジルコニア、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかから選択した絶縁性酸化物材料を用いて、１００μｍ以上５００μｍ以下の膜厚を有する略平板状の絶縁性厚膜シート（１２０ＴＨＫ）と、同材質の絶縁性酸化物材料を用いて５μｍ以上２０μｍ以下の膜厚を有する略平板状の絶縁性薄膜シート（１２０ＴＨＮ）を形成し、導電性厚膜シート（１００ＴＨＫ）の所定位置に、所定の形状に区画した絶縁性厚膜シート（１２０ＴＨＫ）を埋め込んだ絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シート（Ａ層、Ｂ層）と絶縁性薄膜シート（１２０ＴＨＮ）の所定位置に、所定形状に区画した導電性薄膜シート（１００ＴＨＮ）を埋め込んだ導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シート（ＭＡ層、ＭＢ層、Ｃ層）とを所定の繰り返しパターンで積層することにより、第１の検出電極（ＥＬＡ）が、検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）において、その一部をコ字形に屈曲せしめた折り返し部（１０１Ａ、１０１Ａｄ）と、所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層（１２０）を介して他の検出部と対向する第１の検出電極対向部（１００Ａ）とを具備し、第２の検出電極（ＥＬＢ）が、検出部（１０、１０ｃ、１０ｄ）において、その一部を逆コ字形に屈曲せしめた折り返し部（１０１Ｂ、１０１Ｂｄ）と、所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層（１２０）を介して他の検出電極と対向する第２の検出電極対向部（１００Ｂ）とを具備した、粒子状物質検出センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の粒子状物質検出センサの基本構成を示す模式図。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出センサの全体概要を示す構成図。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出素子の要部である検出電極積層体の概要を示す斜視図。
【図２Ｂ】図２Ａ中Ａ−Ａに沿った検出電極積層体の断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出素子の概要を示す展開斜視図。
【図４Ａ】正常時における本発明の作動状態を示す等価回路図。
【図４Ｂ】断線時における本発明の作動状態の一例を示す等価回路図。
【図５Ａ】比較例の正常時における作動状態を示す等価回路図。
【図５Ｂ】比較例の問題点を示し、断線時における作動状態の一例を示す等価回路図。
【図６Ａ】第１の実施形態における粒子状物質検出素子の要部である検出電極積層体の製造方法における埋め込み工程を説明するための断面図。
【図６Ｂ】検出電極積層体の詳細な構造を示すと共に図６Ａに続く積層工程の概要を説明するための展開斜視図。
【図６Ｃ】図６Ｂに続く検出電極積層体切り出し工程の概要を示す斜視図。
【図７】本発明の第２の実施形態における粒子状物質検出センサの概要を示す構成図。
【図８】本発明の第３の実施形態における粒子状物質検出センサの概要を示す構成図。
【図９Ａ】本発明の第４の実施形態における粒子状物質検出素子の概要を示す斜視図。
【図９Ｂ】図９Ａの検出電極積層体の詳細な構造を示す展開斜視図。
【図１０Ａ】本発明の第５の実施形態における粒子状物質検出センサの全体概要を示す構成図。
【図１０Ｂ】図１０Ａの検出電極積層体の詳細な構造の一例を示す展開斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１Ａを参照して、本発明の粒子状物質検出センサ１の基本構成について説明する。図１Ａは、本発明の粒子状物質検出センサ１の基本構成を最も簡略化して表現した概念図である。
粒子状物質検出センサ１は、少なくとも所定の距離を隔てて対向する第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢを具備する検出部１０に捕集・堆積する粒子状物質の量に応じて変化する第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとの間の電気的特性を検出して被測定ガス中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出素子２と、回路部３とによって構成されている。
粒子状物質検出素子２は、検出部１０とこれを実装する基板部２０とによって構成されている。
【００１５】
検出部１０は、少なくとも、絶縁層１２０を介して対向せしめた第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとを有する積層体構造によって形成されている。
なお、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢは、いずれの電極であるかを区別するため、便宜上、ハッチングを変えて表示してあるが、いずれの電極も同じ材質で形成してある。
具体的な材質については、製造方法と共に後述する。
回路部３は、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとの内部の断線の有無を検出する検出電極断線検出回路部３０と、検出電極間に堆積した粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性を検出するＰＭ検出回路部３１とによって構成されている。
【００１６】
検出電極断線検出回路部３０は、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢのそれぞれにおける断線の有無を検出する第１の検出電極断線検出回路部３０１Ａと第２の検出電極断線検出回路部３０１Ｂとによって構成されている。
第１の検出電極断線検出回路部３０１Ａは、例えば、第１の検出電極ＥＬＡの一方の端に設けた断線検出端子部１０３Ａから他方の端に設けたＰＭ検出端子１０４Ａに至るまでの抵抗値を検出して第１の検出電極ＥＬＡの内部の断線の有無を検出する。
同様に、第２の検出電極断線検出回路部３０２Ｂは、第２の検出電極ＥＬＢの一方の端に設けた断線検出端子部１０３Ｂから他方の端に設けたＰＭ検出端子１０４Ｂに至るまでの抵抗値を検出して第２の検出電極ＥＬＢの内部の断線の有無を検出する。
具体的な断線の検出方法としては、微弱な電流を流して両端間の電位差を計測することで、第１の検出電極ＥＬＡの内部抵抗ＲＥＬＡ、第２の検出電極ＥＬＢの内部抵抗ＲＥＬＢの計測が可能となり、これらを所定の閾値と比較することによって、断線の有無を判断できる。
【００１７】
本発明においては、第１の検出電極ＥＬＡが、略平板状に形成した第１の検出電極対向部１００Ａの一部を検出部１０において略コ字形に折り返した第１の検出電極折り返し部１０１Ａを具備して、第１の検出リード部１０２Ａに接続し、第１の検出リード部１０２Ａを介して、第１の断線検出端子１０３Ａ、及び、第１のＰＭ検出端子１０４Ａに接続された状態となっており、第１の断線検出端子１０３ＡからＰＭ検出端子１０４Ａ迄が枝分かれすることなく、直列に接続された一本の導電経路を形成する一筆書き状となっていることを特徴としている。
同様に、第２の検出電極ＥＬＢは、第１の検出電極ＥＬＡを１８０°反転させた形状となっており、略平板状に形成した第２の検出電極対向部１００Ｂの一部を検出部１０において略逆コ字形に折り返した第２の検出電極折り返し部１０１Ｂを具備して、第２の検出リード部１０２Ｂに接続し、第２の検出リード部１０２Ｂを介して、第２の断線検出端子１０３Ｂ、及び、第２のＰＭ検出端子１０４Ｂに接続された状態となっており、第２の断線検出端子１０３ＢからＰＭ検出端子１０４Ｂ迄が枝分かれすることなく、直列に接続された一本の導電経路を形成する一筆書き状となっていることを特徴としている。
第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとをこのような枝分かれのない連続した導電経路を有する形状とすることによって確実に断線の有無が検出可能となる。
【００１８】
ＰＭ検出回路部３１は、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとの間に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する直流抵抗、静電容量、交流インピーダンスのいずれかの電気的特性について、第１の検出電極ＥＬＡの一方の端部１０３Ａと第２の検出電極ＥＬＢの一方の端部１０３Ｂとの間（１０３Ａ−１０３Ｂ間）、又は、第１の検出電極ＥＬＡの他方の端部１０４Ａと第２の検出電極ＥＬＢの他方の端部１０４Ｂとの間（１０４Ａ−１０４Ｂ間）の抵抗値、静電容量、インピーダンスのいずれかの計測により検出し、被測定ガス中に含まれる粒子状物質の量を算出することができる。
なお、基板部２０には、通電により発熱する発熱体２２０を具備させて、検出時の温度を安定化させたり、検出部１０の表面に堆積した粒子状物質を燃焼除去してセンサの再生に利用したりするようにしても良い。
発熱体２２０への通電は、後述する発熱制御回路部３２によって通電制御することができる。
【００１９】
図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３を参照して、本実施形態における粒子状物質検出センサ１のより具体的な構成について説明する。
本実施形態における粒子状物質検出センサ１は、図１Ｂに示すように、公知の粒子状物質検出センサと同様に、図略のハウジング４に覆われ内燃機関から排出される燃焼排気等の被測定ガスが流れる測定ガス流路５に固定された状態で使用される。
粒子状物質検出素子２は、略筒状に形成したハウジング４内にインシュレータ等の公知の固定部材を介して固定され、基板部２０の先端に固定した検出部１０が被測定ガスに晒されるようになっている。
【００２０】
本実施形態においては、図２Ａに示すように、検出部１０内において、痔１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとが複数箇所で対向するように、複数箇所に第１の検出電極折り返し部１０１Ａと第２の検出電極折り返し部１０１Ｂが設けられて、コ字形に屈曲する第１の検出電極対向部１００Ａと逆コ字形に屈曲する第２の検出電極対向部１００Ｂとが交互に対向して複数並んで略櫛歯状に形成されている。
ただし、本実施形態においても、上述の如く、第１の断線検出端子１０３Ａから第１のＰＭ検出端子１０４Ａに至るまで枝分かれすることなく、第２の断線検出端子１０３Ｂから第２のＰＭ検出端子１０４Ｂに至るまで、枝分かれすることなく、それぞれ一本の直列する導電経路を構成している。
【００２１】
また、本実施形態においては、図２Ａに示すように、第１の断線検出端子１０３Ａと第１のＰＭ検出端子１０４Ａとを、検出部１０の一方の端に配置すべく、第１の戻りリード部１０５Ａが形成され、第２の断線検出端子１０３Ｂと第２のＰＭ検出端子１０４Ｂとを、検出部１０の一方の端に配置すべく、第２の戻りリード部１０５Ｂが形成されている。
さらに、本実施形態における検出部１０は、従来の絶縁性基板の表面に電極パターンを印刷形成するのではなく、図２Ｂに示すように、平板状に形成された第１の検出電極対向部１００Ａと第２の検出電極対向部１００Ｂと所定の検出電極対間距離を形成するための絶縁層１２０とを積み重ねたような積層構造によって形成されている。
【００２２】
一方、本実施形態においては、図２Ｂに示すように、第１の検出電極対向部１００Ａ及び第２の検出電極対向部１００Ｂの積層方向の膜厚は、１００μｍ以上５００μｍ以下に形成され、絶縁層１２０の積層方向の膜厚は、５μｍ以上２０μｍ以下に形成されている。
絶縁層１２０の膜厚を極めて薄く形成し、第１の検出電極対向部１００Ａと第２の検出電極対向部１００Ｂを積層することによって、検出部１０の表面に露出する第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとの間の積層方向の距離は、５μｍ以上２０μｍ以下の極めて短い距離に設定することが可能となり、不感質量の解消を図ることができる。
検出部１０をこのような積層構造とする具体的な製造方法については、後述する。
【００２３】
図３に示すように、本実施形態における基板部２０は、略平板状の絶縁性基板２００、２１０の間に、通電により発熱する発熱体２２０が具備されており、絶縁性基板２００の表面には、厚膜印刷、メッキ等の公知の方法により、第１のＰＭ検出端子接続部１０６Ａ、第２のＰＭ検出端子部１０６Ｂ、第１の断線検出端子接続部１０７Ａ、第２の断線検出端子部１０７Ｂ、第１のリード部１０８Ａ、１０９Ａ、第２のリード部１０８Ｂ、１０９Ｂ、第１のＰＭ検出外部接続端子１１０Ａ、第２のＰＭ検出外部接続端子１１０Ｂ、第１の断線検出外部接続端子１１１Ａ、第２の断線検出外部接続端子１１１Ｂからなる所定の導体パターンが形成されている。
検出部１０の第１の断線検出端子１０３Ａが、第１の断線検出端子接続部１０７Ａと、第２の断線検出端子１０３Ｂが、第２の断線検出端子接続部１０７Ｂと、第１のＰＭ検出端子１０４Ａが、第１のＰＭ検出端子接続部１０６Ａと、第２のＰＭ検出端子１０４Ｂが、第２のＰＭ検出端子接続部１０６Ｂと、それぞれ接続されると共に基板部２０の表面に実装・固定されている。
略平板状に形成した絶縁性基板２１０の表面には、厚膜印刷、メッキ等の公知の方法により形成され、通電により発熱する発熱体２２０と一対の発熱体リード部２２１Ａ、２２１Ｂが形成され、発熱体２２０及び発熱体リード部２２１Ａ、２２１Ｂは、絶縁性基板２００によって覆われており、スルーホール電極２２２Ａ、２２２Ｂを介して、絶縁性基板２１０の裏面側に設けた発熱体端子部２２３Ａ、２２３Ｂに接続されている。
【００２４】
図４Ａ、図４Ｂを参照して、本発明の第１の実施形態における粒子状物質検出センサ１の効果を説明すると共に、図５Ａ、図５Ｂを参照して、比較例として示す従来の絶縁性基板の表面に一対の櫛歯状電極を厚膜形成した粒子状物質検出センサ１ｚの問題点について説明する。
本発明の粒子状物質検出センサ１を用いた場合、第１の検出電極ＥＬＡの両端（１０３Ａ−１０４Ａ間）、及び、第２の検出電極ＥＬＢの両端（１０３Ｂ−１０４Ｂ間）において、第１の断線検出回路部３０１Ａ及び第２の断線検出回路部３０１Ｂによって検出される抵抗値は、第１の検出電極ＥＬＡの内部抵抗ＲＥＬＡ、及び、第２の検出電極ＥＬＢの内部抵抗ＲＥＬＢに加え、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢの表面に堆積する粒子状物質の影響を受ける。
このとき、粒子状物質の堆積によって形成される抵抗パスは、第１の検出電極ＥＬＡの互いに対向する第１の検出電極対向部１００Ａ同士、及び、第２の検出電極ＥＬＢの第２の検出電極対向部１００Ｂ同士を架橋するように形成されるため、図４Ａに示すように、粒子状物質の堆積によって形成される内部抵抗ｒＰＭは、第１の検出電極ＥＬＡの内部抵抗ＲＥＬＡ、と、第２の検出電極ＥＬＢの内部抵抗ＲＥＬＢに対して並列に接続されることになり、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢのそれぞれの両端で検出される第１の検出抵抗値ＲＡと第２の検出抵抗ＲＢとは、
１／ＲＡ＝１／ＲＥＬＡ＋１／ｒＰＭ、
１／ＲＢ＝１／ＲＥＬＢ＋１／ｒＰＭの関係が成り立つ。
【００２５】
第１の検出電極ＥＬＡの内部抵抗ＲＥＬＡ、及び、第２の検出電極ＥＬＢの内部抵抗ＲＥＬＢを、例えば、１Ω〜２００Ω程度とした場合、粒子状物質の堆積によって形成される抵抗パスの抵抗値ｒＰＭは、粒子状物質の堆積量に応じて、１０００Ω〜１０６Ω程度まで変化したとしても、第１の検出電極ＥＬＡの両端、及び、第２の検出電極ＥＬＢの両端で検出される第１の検出抵抗値ＲＡ、及び、第２の検出抵抗値ＲＢは、０．９９９Ω〜１９９．９６Ω程度となり、第１の検出電極ＥＬＡ、第２の検出電極ＥＬＢのいずれかの導通経路に断線が生じた場合には、第１の両端抵抗値ＲＡ、若しくは、第２の両端抵抗値ＲＢのいずれかが、１０００Ω以上となる。
このため、図４Ｂに示すように、断線が発生している第１の検出電極ＥＬＡ、の内部抵抗ＲＥＬＡ、又は、第２の検出電極ＥＬＢの内部抵抗ＲＥＬＢは、１０５Ω以上に上昇するため、第１の断線検出回路部３０１Ａ、又は、第２の断線検出回路部３０１Ｂにおいて、第１の検出抵抗ＲＡ、第２の検出抵抗ＲＢと、所定の抵抗閾値ＲＲＥＦ（例えば、１０００Ω）と、を比較する第１の断線判定手段３０２Ａ、第２の断線判定手段３０２Ｂを設けることによって、極めて容易に断線の有無を検出することができる。
【００２６】
加えて、対向する第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとの間に堆積する粒子状物質の量に応じて変化する電気的特性として、ＰＭ検出端子１０４Ａ−１０４Ｂ間のＰＭ由来抵抗ＲＰＭを計測した場合、粒子状物質の堆積量による抵抗値変化のみを検出することができる。
また、断線を検出したときには、異常警告を発信することにより、粒子状物質算出を停止させることもできる。
【００２７】
一方、絶縁性基板の表面に、所定の間隙を隔てて互いに対向する一対の検出電極を厚膜印刷によって櫛歯状に形成した従来の粒子状物質検出センサ１ｚを用いた場合、正常時には、図５Ａに示すように、検出電極間で検出される検出抵抗ＲＳＵＭは、第１の検出電極ＥＬＡＺの内部抵抗ｒＡと、第２の検出電極ＥＬＢＺの内部抵抗ｒＢと、粒子状物質の堆積量ＱＰＭに応じて変化するＰＭ由来抵抗ＲＰＭと、が直列接続されたものと等価となり、その合成抵抗ＲＰＭ＋ｒＡ＋ｒＢを計測することでＰＭ堆積量ＱＰＭの算出が可能となる。
【００２８】
しかし、従来の粒子状物質検出センサ１ｚでは、第１の検出電極ＥＬＡＺ、第２の検出電極ＥＬＢＺの何処かに断線異常が発生した場合、図５Ｂに示すように、断線箇所とＰＭ由来抵抗ＲＰＭとは直列に接続された状態であり、ＰＭ由来抵抗は、１０００Ω〜１０６Ωまでの大きな範囲で変化し、断線が生じた場合の検出抵抗は１０５Ω程度となるで、断線が生じているのか、検出電極ＥＬＡＺ、ＥＬＢＺ間に粒子状物質が堆積していない状態なのかを区別して検出することができない虞がある。
さらに、断線を生じた場合であっても、断線箇所を架橋するように粒子状物質が堆積した場合には、断線箇所をバイパスするように並列に接続された抵抗パスｒＰＭＺが形成されるため、断線が検出されない虞もある。
本発明は、従来の粒子状物質検出センサ１ｚにおいて起こり得るこのような問題を解決するためになされたものである。
【００２９】
ここで、図６Ａ、図６Ｂ、図６ｃを参照して、本発明の粒子状物質検出センサ１の要部である検出部１０の製造方法について説明する。
絶縁層１２０は、８ＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．９２（Ｙ２Ｏ３）０．０８）からなる部分安定化ジルコニア、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかから選択した絶縁性酸化物材料に所定の結合材、可塑剤、分散剤、溶剤等を添加して、厚膜印刷、又は、ドクターブレード法等の公知の成膜方法を用いて、膜厚５μｍ以上、２０μｍ以下の略平板状によって形成された、絶縁性薄膜シート（１２０ＴＨＮ）と、膜厚１００μｍ以上、５００μｍ以下の略平板状によって形成された、絶縁性厚膜シート（１２０ＴＨＫ）とを用いて形成されている。
なお、以下の説明において、焼成前のグリーンシートの状態であるか、焼成後の焼結体の状態であるかを特に区別していないが、積層工程や埋め込み工程においては、グリーンシートの状態で加工され、焼成により一体の粒子状物質検出素子を構成するものであることは、いうまでもない。
【００３０】
導電性シート成形工程では、第１の検出電極ＥＬＡ、及び、第２の検出部ＥＬＢを形成するための導電性シートを形成する。
導電性シートには、ＬＮＦ（ＬａＮｉ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３）、ＬＳＮ（Ｌａ１．２Ｓｒ０．８ＮｉＯ４）、ＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３−δ）、ＬＳＣ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３―δ）、ＬＣＣ（Ｌａ１−ＸＣａＸＣｒＯ３−δ）、ＬＳＣＮ（Ｌａ０．８５Ｓｒ０．１５Ｃｒ１−ＸＮｉＸＯ３−δ）（０．１≦Ｘ≦０．７）のいずれかから選択したペロブスカイト型の導電性酸化物材料に所定の結合材、可塑剤、分散剤、溶剤等を添加して、ドクターブレード法、プレス法等の公知の形成方法によって、膜厚１００μｍ以上、５００μｍ以下の略平板状に形成された導電性厚膜シート（１００ＴＨＫ）が用いられている。
後述する、膜厚５μｍ以上、２０μｍ以下の絶縁性薄膜シート１２０内に埋め込むための導電性薄膜シート１００ＴＨＮは、導電性厚膜シート１００ＴＨＫと同材料を用いて、絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＮと同一膜厚に形成されている。
ＬＮＦ、ＬＳＮ、ＬＳＭ、ＬＳＣ、ＬＣＣ、ＬＳＣＮ等の導電性酸化物材料によって形成された導電性シートは、焼成によって、導電率が１０−２Ｓ／ｃｍ以上の導電性酸化物となる。
なお、図においては、第１の検出電極ＥＬＡを構成する導電性シートには、Ａの符号を、第２の検出電極ＥＬＢを構成する導電性シートにはＢの符号を付して区別したため、導電性厚膜シート１００ＴＨＫと導電性薄膜シート１００ＴＨＮとの違いを示す符号は付していない。
【００３１】
絶縁性シート成形工程では、ＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．９２（Ｙ２Ｏ３）０．０８）からなる部分安定化ジルコニア、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３のいずれかから選択した絶縁性酸化物材料をドクターブレード法、厚膜印刷法等の公知の成形方法を利用して形成する。
絶縁性シート成形工程で形成された絶縁シートは、焼成により、絶縁層１２０を構成する導電率が１０−５Ｓ／ｃｍ以下の絶縁性酸化物となる。
検出電極間距離を決定する絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＮは、膜厚５μｍ以上、２０μｍ以下に形成され、後述する導電性厚膜シート１００ＴＨＫ内に埋め込まれる絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫは、導電性厚膜シート１００ＴＨＫと同一の膜厚に形成されている。
なお、図においては、絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫと絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＮとは、同材質であり、いずれも、焼成後に絶縁層１２０となるため、膜厚の違いによる符号の区別をしていない。
【００３２】
図６Ａに（ａ）〜（ｄ）の順を追って示す絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シート成形工程では、予め用意した同じ膜厚の絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫと導電性厚膜シート１００ＴＨＫとを重ね合わせ、金型Ｍ１、Ｍ２を用いて、同時に打ち抜くことで、絶縁性膜厚シート１２０ＴＨＫを導電性厚膜シート１００ＴＨＫ内に隙間なく埋込み、絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シート（Ａ層、Ｂ層）を形成することができる。
金型のパターンを適宜変更することによって、導電性厚膜シート１００ＴＨＫの複数の所定位置に所定の形状に区画した絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫを埋め込むことで、導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シート（ＭＡ層、ＭＢ層、Ｃ層）の形成が可能である。
なお、膜厚５μｍ以上、２０μｍ以下の絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＮの所定位置に部分的に同膜厚で所定形状に区画した導電性薄膜シート１００ＴＨＮを埋め込む導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シート成形工程において、上記のような方法が困難な場合には、所定のパターンの導電性シートと絶縁性シートとを重ねて厚膜印刷するようにしても良い。
【００３３】
このような絶縁性シート１２０と導電性シート１００とが所定のパターンで組み合わされたシートを図６Ｂに示すような積層工程を経て積層することで、検出部１０が形成されている。
例えば、図６ＢにＡ層と記した絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シートでは、導電性厚膜シート１００ＴＨＫ内の５カ所に絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫを埋め込むことで、検出電極戻りリード部１０５Ａと、検出電極対向部１００Ａと、検出電極リード部１０２Ｂと、検出電極戻りリード部１０５Ｂとが絶縁層１２０を介して配置された状態とすることができる。
なお、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢのどの部分を構成するものであるかを明確にするために、便宜上、第１の検出電極ＥＬＡの側と第２の検出電極ＥＬＢの側とをハッチングを分けて示しているが、元々は、一枚の導電性厚膜シート１００ＴＨＫに絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫを埋め込んだものである。
絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シートＢ層は、絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シートＡ層を平面方向に１８０度回転させたものである。
【００３４】
導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シートＭＡ層は、Ａ層とＡ層とを直列に接続するものであり、絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＮの所定の４カ所に導電性薄膜シート１００ＴＨＮを埋め込むことで、絶縁層１２０内の所定の位置に検出電極戻りリード部１０５Ａ、検出電極折り返し部１０１Ａ、検出電極リード部１０２Ｂ、検出電極戻りリード部１０５Ｂが配設された状態となっている。
導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シートＭＢ層は、Ｂ層とＢ層とを直列に接続するものであり、導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シートＭＡ層を平面方向に１８０度回転させたものである。
【００３５】
導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シートＣ層は、互いに対向する第１の検出電極対向部１００Ａと第２の検出電極対向部１００Ｂとの絶縁を図りつつ、第１の検出電極リード部１０２Ａ、第２の検出電極リード部１０２Ｂ、第１の検出電極戻りリード部１０５Ａ、第２の検出電極戻りリード部１０５Ｂの導通を図るものであり、絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＮの所定の４カ所に導電性薄膜シート１００ＴＨＮを埋め込むことで、絶縁層１２０内の所定の位置に第１の検出電極戻りリード部１０５Ａ、第１の検出電極リード部１０２Ａ、第２の検出電極リード部１０２Ｂ、第２の検出電極戻りリード部１０５Ｂが配設された状態となっている。
Ａ層、ＭＡ層、Ａ層、Ｃ層、Ｂ層、ＭＢ層、Ｂ層、Ｃ層、Ａ層・・・のように、所定のパターンを繰り返して積層することにより、第１の検出電極ＥＬＡは、少なくとも、略平板状に形成した第１の検出電極対向部１００Ａと、その一部が略コ字形に屈曲する第１の検出電極折り返し部１０１Ａと、検出電極リード部１０２Ａとによって構成され、一方の端部に第１の断線検出端子部１０３Ａが形成され、他方の端部に第１のＰＭ検出端子部１０４Ａが形成され、第１の断線検出端子部１０３ＡからＰＭ検出端子部１０４Ａまでが直列に接続された一本の導通経路を形成することができ、第２の検出電極ＥＬＢは、少なくとも、略平板状に形成した第２の検出電極対向部１００Ｂと、その一部が略コ字形に屈曲する第２の検出電極折り返し部１０１Ｂと、検出電極リード部１０２Ｂとによって構成され、一方の端部に第２の断線検出端子部１０３Ｂが形成され、他方の端部に第２のＰＭ検出端子部１０４Ｂが形成され、第２の断線検出端子部１０３ＢからＰＭ検出端子部１０４Ｂまでが直列に接続された一本の導通経路を形成することができる。
【００３６】
絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シートＡＥ層は、検出部１０の一方の端部処理を行うものであり、導電性厚膜シート１００ＴＨＫの３カ所に絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫが埋設されて、第１の検出電極対向端部１００ＡＥが、第１の検出電極折り返し部１０１Ａと第１の検出電極戻りリード部１０５Ａとに接続するように配設され、第２の検出電極対向端部１００ＢＥが、第２の検出電極リード部１０２Ｂと第２の検出電極戻りリード部１０５Ｂとに接続されるように配設されている。
また、上端末シートＥＴＰ層は、絶縁性シート１２０のみからなり、検出部１０の一方の端面の絶縁保持を図っている。
【００３７】
なお、導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シートＣ層を繰り返し積層することで、第１の検出電極リード部１０２Ａ、第２の検出電極リード部１０２Ｂ、第１の検出電極戻りリード部１０５Ａ、第２の検出電極戻りリード部１０５Ｂを任意の長さに形成することができる。
下端末シートＥＮＤ層は、検出部１０の他方の端部処理を行うもので、絶縁性厚膜シート１２０ＴＨＫの所定の４カ所に導電性厚膜シート１００ＴＨＫを埋設（逆に、導電性厚膜シート１００ＴＨＫの所定の３カ所に絶縁性膜厚シート１２０ＴＨＫを埋設しても良い。）することによって、第１の断線検出端子１０３Ａ、第２の断線検出端子１０３Ｂ、第１のＰＭ検出端子１０４Ａ、第２のＰＭ検出端子１０４Ｂを形成し、検出部１０の片側に配設してある。
【００３８】
また、実際の製造工程においては、多層セラミックスの製法において慣用されているように、各層の周囲を覆う枠部を設けて、位置決め孔を形成した上で積層することにより、高い精度で第１の検出電極層ＥＬＡ、第２の検出電極層ＥＬＢの一方の端から他方の端までが枝分かれすることなく直列に接続された導通経路を形成しつつ、互いに一定の間隙を隔てて対向させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態において、各層の幅を厚く形成し、積層した後、金太郎飴のように、所定の幅に切り出すことによって、複数の検出部１０を効率良く形成することができる。
このようにして得られた検出部集合体１０ＭＬＴを図６Ｃに示すように、ダイシングソー等の切断手段を用いて、所定の厚みに切り出して検出部１０が完成する。
これを、図３に示したように、基板部２０に実装すれば、本発明の要部である粒子状物質検出素子２が完成する。
【００４０】
なお、検出部集合体１０ＭＬＴから、個片を切り出すのは、焼成前に行っても良いし、焼成後に行っても良い。
焼成前の加工であれば、成形体の状態であるので加工が容易であるメリットがある反面、焼成による寸法変化があるため、検出部１０の寸法バラツキが大きくなるデメリットがある。
焼成後の加工であれば、検出部１０の強度が高くなっているので、加工が困難となるデメリットがある反面、焼成による寸法変化がないので、加工後の寸法精度が高いメリットがある。
したがって、生産コストを重視する用途か、加工精度を重視しる用途かに応じて、いずれの時期に加工するのが良いかを適宜選択できる。
【００４１】
また、本発明の要部である検出部１０は、上述のような積層構造を呈しているため、多層基板や、圧電アクチュエータ等の積層構造体と同様に、加工工程途中での不純物の混入や、各層間の熱膨張係数の違い等によって、層間剥離（デラミネーション）を生じる虞がある。
第１の検出電極ＥＬＡ内、又は、第２の検出電極ＥＬＢ内に、デラミネーションを生じると、各層間の導通が阻害され、局所的な断線を生じる虞があるが、上述の如く、本発明によれば、極めて容易に素子内部の断線の有無を検出することができる。
したがって、検出部１０を積層体構造とし、積層方向断面を検出面として利用することによって、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢとの間の絶縁距離を極めて短くして不感質量の解消を図った場合であっても、高い信頼性を維持できるのである。
【００４２】
図７を参照して、本発明の第２の実施形態における粒子状物質検出センサ１ａについて説明する。なお、上記実施形態と同じ構成については、同じ符号を付したので詳細な説明を省略し、類似する構成であって相違する部分には同じ符号に枝番としてアルファベットを付してあり、相違点を中心に説明する。以下の実施例においても同様とする。
上記実施形態においては、基板部２０に具備した発熱体２２０への通電を制御する発熱体通電制御回路部３２を、断線検出回路部３０、及び、ＰＭ検出回路部３１とは独立に設けた例を示したが、本実施形態においては、断線検出回路部３０（第１の断線検出回路部３０１Ａａ、第２の断線検出回路部３０１Ｂａ）を、発熱体２２０の発熱温度の検出と温度制御に利用するように構成した点が相違する。
【００４３】
第１の検出電極ＥＬＡの第１の断線検出端子１０３Ａから第１のＰＭ検出端子１０４Ａに至るまでの第１の内部抵抗ＲＡ及び、第２の検出電極ＥＬＢの第２の断線検出端子１０３Ｂから第２のＰＭ検出端子１０４Ｂに至るまでの第２の内部抵抗ＲＢは、温度に対して相関性を有するため、検出された第１の内部抵抗ＲＡから、発熱体２２０の第１の発熱温度Ｔ１を、第２の内部抵抗ＲＢから発熱体２２０の第２の発熱温度Ｔ２を算出することが可能である。
得られた温度結果を、ヒータ制御回路３２０にフィードバックし、ヒータ制御回路３２０では、温度結果に応じて、発熱体２２０への通電を制御するスイッチング素子３２２を開閉駆動するたドライバ３２１の駆動を制御する。
本実施形態によれば、上記実施形態と同様に、検出部１０内部の断線の有無検出が可能で、高い精度で粒子状物質の検出が可能であるのに、加えて、発熱体の温度をより正確に制御することも可能となる。
【００４４】
図８を参照して、本発明の第３の実施形態における粒子状物質検出センサ１ｂについて説明する。
上記実施形態においては、検出部１０に堆積した粒子状物質を燃焼除去させたり、検出時の温度を一定として検出精度の向上を図ったりするために、基板部２０の内部に通電により発熱する発熱体２２０を設けた例を示したが、本実施形態においては、発熱体２２０を具備することなく、第１の検出電極ＥＬＡ、と第２の検出電極ＥＬＢとのそれぞれを抵抗発熱体として利用するように構成した点が相違する。
本実施形態においては、第１の検出電極ＥＬＡの両端１０３Ａ−１０４Ａ間の断線を検出する第１の断線検出回路部３０１Ａｂと、第２の検出電極ＥＬＢの両端１０３Ｂ−１０４Ｂ間の断線を検出する第２の断線検出回路部３０１Ｂｂのそれぞれに、発熱制御機能を持たせたことを特徴とする。
具体的には、第１の検出電極ＥＬＡの両端１０３Ａ−１０４Ａ間の内部抵抗、及び、第２のＥＬＢの両端１０３Ｂ−１０４Ａ間の内部抵抗を測定することによって断線の有無を検出するだけでなく、導体の抵抗値は、温度依存性を有することから、測定された第１の検出抵抗値ＲＡから第１の検出電極ＥＬＡの温度を、第２の検出抵抗値ＲＢから第２の検出電極ＥＬＢの温度を算出する。
【００４５】
さらに、抵抗体の発熱量は、供給電力に比例することから、第１の検出抵抗値ＲＡ、第２の検出抵抗値ＲＢをモニタしつつ、第１の可変電源３２Ａｂから第１の検出電極ＥＬＡに、第２の可変電源３２Ｂｂから第２の検出電極ＥＬＢに供給する電力量を増減することによって、第１の検出電極ＥＬＡ、及び、第２の検出電極ＥＬＢを所望の温度に維持することが可能となる。
本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果に加え、第１の検出電極ＥＬＡ、及び、第２の検出電極ＥＬＢに堆積した粒子状物質が飽和状態となった場合には、第１の可変電源３２Ａｂ、及び／又は、第２の可変電源３２Ｂｂからの供給電力を上げ、第１の検出電極ＥＬＡ及び／又は、第２の検出電極ＥＬＢの温度を上昇させ、堆積した粒子状物質を燃焼除去することもできる。
【００４６】
図９Ａ、図９Ｂを参照して、本発明の第４の実施形態における粒子状物質検出センサ１ｃとその要部である検出電極積層体１０ｃについて説明する。
上記実施形態においては、検出電極積層体１０の内部を貫通するように、検出電極戻りリード部１０５Ａ、１０５Ｂを設けて外部との接続を図る断線検出端子部１０３Ａ、１０３Ｂと粒子状物質検出端子部１０４Ａ、１０４Ｂとを検出電極積層体１０の一方の端縁に引き出した構成について説明したが、図９Ａ、図９Ｂに示すように、検出電極戻りリード部１０５Ａ、１０５Ｂを設けることなく、断線検出端子部１０３Ａｃ、１０３Ｂｃ、粒子状物質検出端子部１０４Ａｃ、１０４Ｂｃを４箇所に振り分けて露出させ、基板部２０ｃの表面に設けた導体１０６Ａｃ、１０６Ｂｃ、１０７Ａｃ、１０７Ｂｃ、１０８Ａｃ、１０８Ｂｃ、１０９Ａｃ、１０９Ｂｃ、１１０Ａｃ、１１０Ｂｃ、１１１Ａｃ、１１１Ｂｃの配線パターンによって、外部との接続を図る接続端子１１０Ａｃ、１１０Ｂｃ、１１１Ａｃ、１１１Ｂｃを粒子状物質検出素子２ｃの基端側に配設するようにした点が相違する。
【００４７】
検出電極戻りリード部１０５Ａ、１０５Ｂを形成していないので、図９Ｂに示すように、各層の構成がシンプルで上記実施形態より製造容易となる。
本実施形態においても、上記実施形態と同様に、第１の検出電極ＥＬＡが、第１の断線検出端子１０３Ａｃから第１のＰＭ検出端子１０４Ａｃに至るまで枝分かれすることなく、一筆書き状の導電経路が形成され、第２の検出電極ＥＬＢが、第２の断線検出端子１０３Ｂｃから第２のＰＭ検出端子１０４Ｂｃに至るまで枝分かれすることなく、一筆書き状の導電経路が形成されているので、第１の検出電極ＥＬＡと第２の検出電極ＥＬＢ内部の断線の有無を極めて容易に検出できる。
【００４８】
図１０Ａ、図１０Ｂを参照して、本発明の第５の実施形態における粒子状物質検出センサ１ｄ、及び、検出電極積層体１０ｄについて説明する。
上記実施形態においては、導電性厚膜シート１００ＴＨＫ内に絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＫを埋め込んだ絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シート（Ａ層、Ｂ層）と、絶縁性薄膜シート１２０ＴＨＮ内に導電性薄膜シート１００ＴＨＮを埋め込んだ導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シート（ＭＡ層、ＭＢ層、Ｃ層）を積層することで、第１の検出電極折り返し部１０１Ａ、第２の検出電極折り返し部１０１Ｂや、第１の検出電極リード部１０２Ａ、第２の検出電極リード部１０２Ｂを形成して、第１の検出電極ＥＬＡが、第１の断線検出端子１０３Ａ、から、第１のＰＭ検出端子１０４Ａまで、第２の検出電極ＥＬＢが第２の断線検出端子１０３Ｂから第２のＰＭ検出端子１０４Ｂまで、それぞれ枝分かれすることなく、直列接続された導電経路を形成する方法を示したが、本実施形態においては、各層間の導通を確保する第１の検出電極折り返し部１０１Ａ、第２の検出電極折り返し部１０１Ｂや、第１の検出電極リード部１０２Ａ、第２の検出電極リード部１０２Ｂをスルーホール印刷によって形成する点が相違する。
【００４９】
このような構成とすることで、検出部１０ｄの表面には、略短冊状に区画された第１の検出電極対向部１００Ａ、第１の検出電極対向部１００Ｂのみが絶縁層１２０を介して平行に並んで露出した状態となり、第１の検出電極折り返し部１０１Ａｄ、第２の検出電極折り返し部１０１Ｂｄ、及び、第１の検出電極リード部１０２Ａｄ、第１の検出電極リード部１０２Ｂｄは、絶縁層１２０内部に埋設された状態となっている。
このため、第１の検出電極ＥＬＡｄと第２の検出電極ＥＬＢｄとの間に電界を作用させ、被測定ガス中に含まれる粒子状物質の捕集を図った場合に、検出電極の屈曲する部分に電界集中することがなく、平行に並んだ第１の検出電極ＥＬＡｄ、第２の検出電極ＥＬＢｄとの間に一様な電界が形成されるため、捕集される粒子状物質の偏在が抑制され、検出精度のさらなる向上を図ることもできる。
また、本発明において、検出部１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの方向性を特に限定するものではなく、図１Ｂに示すように、粒子状物質検出素子２の長手方向に対して、直交する方向に第１の検出電極対向部１００Ａ、第２の検出電極対向部１００Ｂが並ぶように形成しても良いし、図１０Ａに示すように、粒子状物質検出素子２の長手方向に対して、平行する方向に第１の検出電極対向部１００Ａと第２の検出電極対向部１００Ｂが並ぶように形成してもよい。
【００５０】
なお、上記実施形態においては、検出部１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを積層体構造とすることで、一対の検出電極対向部１００Ａ、１００Ｂ間を絶縁する絶縁層１２０の膜厚を２０μｍ以下にすることを可能にし、極めて検出精度を高くした構成について説明した。
厚膜印刷の場合、第１の検出電極対向部１００Ａｚと第２の検出電極対向部１００Ｂｚとを絶縁する絶縁距離を２０μｍ以下とするのが困難であるため、上記実施形態に比べ、検出精度の低下は避けられない。
【符号の説明】
【００５１】
１  粒子状物質検出センサ
１０  検出部
１００Ａ  第１の検出電極対向部
１００Ｂ  第２の検出電極対向部
１０１Ａ  第１の検出電極折り返し部
１０１Ｂ  第２の検出電極折り返し部
１０２Ａ  第１の検出電極リード部
１０２Ｂ  第２の検出電極リード部
１０３Ａ  第１の断線検出端子部
１０３Ｂ  第２の断線検出端子部
１０４Ａ  第１の粒子状物質検出端子部
１０４Ｂ  第２の粒子状物質検出端子部
１０５Ａ  第１の検出電極戻りリード部
１０５Ｂ  第２の検出電極戻りリード部
２  粒子状物質検出素子
２０  基板部
２００、２１０  絶縁性基板
２２０  発熱体
２２１Ａ、２２１Ｂ  発熱体リード部
２２２Ａ、２２２Ｂ  発熱体端子部
２２３Ａ、２２３Ｂ  スルーホール電極
Ａ層、Ｂ層  絶縁性厚膜シート埋め込み導電性厚膜シート
ＭＡ層、ＭＢ層、Ｃ層  導電性薄膜シート埋め込み絶縁性薄膜シート
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特開２００５−１６４５５４号公報
【特許文献２】特開２０１２−４７５９６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２０３０９３号公報
【図１Ａ】
0005709808.tif 000002
【図１Ｂ】
0005709808.tif 000003
【図２Ａ】
0005709808.tif 000004
【図２Ｂ】
0005709808.tif 000005
【図３】
0005709808.tif 000006
【図４Ａ】
0005709808.tif 000007
【図４Ｂ】
0005709808.tif 000008
【図５Ａ】
0005709808.tif 000009
【図５Ｂ】
0005709808.tif 000010
【図６Ａ】
0005709808.tif 000011
【図６Ｂ】
0005709808.tif 000012
【図６Ｃ】
0005709808.tif 000013
【図７】
0005709808.tif 000014
【図８】
0005709808.tif 000015
【図９Ａ】
0005709808.tif 000016
【図９Ｂ】
0005709808.tif 000017
【図１０Ａ】
0005709808.tif 000018
【図１０Ｂ】
0005709808.tif 000019