(57)【要約】  検出精度の高いセンサ基板およびセンサ装置が提供される。センサ基板は、絶縁基板と、絶縁基板に配設された、少なくとも正負一対の柱状の検知電極であって、この正負一対の検知電極の正極および負極それぞれの一部が、絶縁基板の一表面に露出している正負一対の検知電極と、絶縁基板の内部に埋設された、正負一対の検知電極の正極および負極それぞれに対応する内層配線と、を備える。
2017090434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板に配設された、少なくとも正負一対の柱状の検知電極であって、該正負一対の検知電極の正極および負極それぞれの一部が、前記絶縁基板の一表面に露出している正負一対の検知電極と、
前記絶縁基板の内部に埋設された、前記正負一対の検知電極の正極および負極それぞれに対応する内層配線と、を備えることを特徴とするセンサ基板。
【請求項２】
前記正負一対の検知電極の正極および負極それぞれの前記一部を除く残部が、前記絶縁基板の内部に埋設されており、
前記正負一対の検知電極の正極および負極それぞれの一部は、該正極および負極それぞれの上面であり、該上面が前記絶縁基板の一表面と面一に露出していることを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項３】
前記正負一対の検知電極は、前記絶縁基板の一表面に複数配設されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項４】
前記内層配線は、前記複数の検知電極の各正極に共通して接続される内層配線と、各負極に共通して接続される内層配線とを含み、該内層配線はそれぞれ外部に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ基板。
【請求項５】
前記内層配線は、前記正負一対の検知電極の正極毎および負極毎に１対１に対応づけて接続される内層配線を含み、該内層配線はそれぞれ外部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項６】
前記絶縁基板の内部に埋設されている発熱電極を備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項７】
前記正負一対の検知電極の正極および負極が、それぞれ円柱状、四角柱状または八角柱状であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項８】
前記正負一対の検知電極の正極および負極の前記絶縁基板の一表面に露出している形状が、互いに相似形であることを特徴とする請求項７に記載のセンサ基板。
【請求項９】
前記絶縁基板には、前記正負一対の検知電極の電極間には溝部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ基板と、
前記内層配線を介して前記正負一対の検知電極に電力を供給する電源と、を備えるセンサ装置。
【請求項１１】
前記絶縁基板は、溝部が設けられた主面を有し、
前記検知電極は、前記溝部に対向して設けられた一対の柱状の検知電極であり、
前記絶縁基板に埋設された発熱電極と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項１２】
前記一対の検知電極は、前記溝部の底面側端部まで延びていることを特徴とする請求項１１記載のセンサ基板。
【請求項１３】
前記一対の検知電極は、前記絶縁基板に埋設されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載のセンサ基板。
【請求項１４】
前記溝部において、開口幅は、底面幅よりも広いことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のセンサ基板。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のセンサ基板と、
前記一対の検知電極に電位を供給する電源部と、を備えることを特徴とするセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板と、絶縁基板に設けられた電極とを含むセンサ基板およびセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気ガスに含まれる煤を主成分とする粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を補集するためにＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等が設置されており、このＤＰＦ等の異常を検出するためのＰＭ検出センサとして、例えば特許文献１に記載されているように、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる絶縁基板と、絶縁基板の表面に厚膜印刷（スクリーン印刷）によって形成した検知電極等を備える粒子状物質検出装置が開示されている。この装置は、排気ガス中に含有されるＰＭ等の被検知物が一対の検知電極間に堆積することで生じる電気的特性の変化に基づいて粒子状物質を検出している。【０００３】
一方、例えば特許文献２に記載されているように、一対の検知電極等を厚膜印刷以外の製法（具体的には、検知電極等を幅方向に順次積層して積層構造体を構成し、この積層構造体をダイシングソー等によって所定の厚さにスライスする製法）によって、一対の電極を有するＰＭ検出センサを製造する方法も開示されている。【０００４】
さらに、例えば特許文献３または４に記載されているように、排気ガス用センサ等に用いられるセンサ基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる絶縁基板と、絶縁基板の表面に設けられた一対の検知電極とを含むセンサ基板が用いられている。【０００５】
例えば排気ガス中に含有される被検知物が一対の検知電極間に堆積することで生じる抵抗値や電流値の変化によって排気ガス等における被検知物の含有量等が検知される。【０００６】
上記のセンサ基板およびセンサ装置においては、排気ガス中に含有される被検知物を高精度で検出し得ることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−４７５９６号公報
【特許文献２】特開２０１４−３２０６３号公報
【特許文献３】特開昭５５−３０６９０号公報
【特許文献４】特開昭５９−１９７８４７号公報
【発明の概要】
【０００８】
本開示のセンサ基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板に配設された、少なくとも正負一対の柱状の検知電極と、前記絶縁基板の内部に埋設された内層配線と、を備える。検知電極は、正負一対の検知電極の正極および負極それぞれの一部が、前記絶縁基板の一表面に露出している。内層配線は、前記絶縁基板の内部に埋設されており、前記正負一対の検知電極の正極および負極それぞれに対応している。
【０００９】
また本開示のセンサ装置は、上記のセンサ基板と、前記内層配線を介して前記正負一対の検知電極に電力を供給する電源と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
【図１】図１（ａ）は、第１の実施形態に係るセンサ基板の上面図である。図１（ｂ）は、第１の実施形態に係るセンサ基板の第２層における配線の構成を示す図面である。図１（ｃ）は、第１の実施形態に係るセンサ基板の第３層における配線の構成を示す図面である。図１（ｄ）は、第１の実施形態に係るセンサ基板の第４層における発熱電極の構成を示す図面である。図１（ｅ）は、第１の実施形態に係るセンサ基板の裏面図である。
【図２】図１の切断面線Ａ−Ａにおける断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るセンサ基板を備えるセンサ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】図４（ａ）は、微小な煤がセンサ基板に付着した場合のリーク電流の変化の様子を説明するための模式図である。図４（ｂ）は、中程度の大きさの煤がセンサ基板に付着した場合のリーク電流の変化の様子を説明するための模式図である。図４（ｃ）は、粗大な煤がセンサ基板に付着した場合のリーク電流の変化の様子を説明するための模式図である。
【図５】第１の実施形態に係るセンサ装置における被検知物の分布および大きさを判定するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、第２の実施形態に係るセンサ基板の上面図である。図６（ｂ）は、第２の実施形態に係るセンサ基板の第２層における配線の構成を示す図面である。図６（ｃ）は、第２の実施形態に係るセンサ基板の第３層における発熱電極の構成を示す図面である。図６（ｄ）は、第２の実施形態に係るセンサ基板の裏面図である。
【図７】図６の切断面線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図８】図８（ａ）は、直径の異なる円形の検知電極を組み合わせた変形例である。図８（ｂ）は、図８（ａ）における検知電極の形状を円形から８角形に変更した場合の変形例である。図８（ｃ）は、第１の実施形態における検知電極の形状を円形から正方形に変更した場合の変形例である。
【図９】本発明の第３の実施形態であるセンサ基板およびセンサ装置を示す平面図である。
【図１０】図９の切断面線Ａ−Ａにおける断面図である。
【図１１】図９の切断面線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態であるセンサ基板およびセンサ装置を示す平面図である。
【図１４】リード端子を備えるセンサ基板およびセンサ装置を示す断面図である。
【図１５】図１５（ａ）は、第４の実施形態に係るセンサ基板の上面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の切断面線Ｄ−Ｄにおける断面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、第５の実施形態に係るセンサ基板の上面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の切断面線Ｅ−Ｅにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態であるセンサ基板およびセンサ装置を添付の図面を参照して説明する。以下の説明において、上面等のように上下を区別して記載しているが、これは便宜的なものであり、実際にセンサ基板等が使用される際の上下を限定するものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る多層構造のセンサ基板の構成の一例を示す図面である。図１（ａ）は、センサ基板１ａの上面図であり、図１（ｂ）は、センサ基板１ａの第２層における配線の構成を示す図面であり、図１（ｃ）は、センサ基板１ａの第３層における配線の構成を示す図面であり、図１（ｄ）は、センサ基板１ａの第４層における発熱電極の構成を示す図面であり、図１（ｅ）は、センサ基板１ａの裏面図である。また、図２は、図１（ａ）の切断面線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００１３】
センサ基板１ａは、例えばディーゼルエンジン車またはガソリンエンジン車の排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を検知するセンサ装置に用いられる（例えば、自動車の排気ガスの排気通路に配設される）ものである。センサ基板１ａは、絶縁基板２と、絶縁基板２の一表面に露出している、少なくとも正負一対の柱状の検知電極３ａ，３ｂと、絶縁基板２の内部に埋設にされた、検知電極３ａ，３ｂに対応する内層配線６ａ，６ｂと、を備える。
【００１４】
センサ基板１ａの特徴としては、センサ装置に採用することによって、検知電極間ギャップの狭小化による粒子状物質等の検知感度を改善したことである。
【００１５】
上記図１（ａ）〜（ｅ）および図２に示されるように、センサ基板１ａの第１層、第２層または第３層には、検知電極３ａ〜３ｄに対応する電極端子４ａ〜４ｄ、内部配線５ａ〜５ｄ、内層配線６ａ〜６ｄが配設されている。また、センサ基板１ａの第４層には、発熱電極７が埋設されており、第４層または第５層には、発熱電極７の正極および負極に対応する内部配線８ａ，８ｂおよび接続パッド９ａ，９ｂが配設されている。
【００１６】
本実施形態において、検知電極３ａ〜３ｄは、例えば円柱状の電極であり、いずれの上面も絶縁基板２の一表面である第１面２ａに露出しており、これらの上面と第１面２ａとは面一である。検知電極３ａは、第３層の内層配線６ａに接続されている内部配線５ａおよび第１層の電極端子４ａを介して、外部の（図示していない）直流電源（例えば、５０［Ｖ］）の正極に接続されている。検知電極３ｂは、第２層の内層配線６ｂに接続されている内部配線５ｂおよび第１層の電極端子４ｂを介して、外部の上記直流電源の負極に接続されている。なお、検知電極３ｃは検知電極３ａと同様に、内部配線５ｃを介して上記直流電源の正極に接続され、検知電極３ｄは検知電極３ｂと同様に、内部配線５ｄを介して上記直流電源の負極に接続されている。したがって、検知電極３ａは、検知電極３ｂまたは検知電極３ｄと正負一対の検知電極を構成し、検知電極３ｃは、検知電極３ｂまたは検知電極３ｄと正負一対の検知電極を構成する。
【００１７】
発熱電極７は、接続パッド９ａ、９ｂを介して、外部の（図示していない）直流電源（例えば、２０［Ｖ］）に接続されている。この発熱電極７は、例えば７００［℃］に加熱され、第１面２ａに付着した粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を分解除去する。
【００１８】
絶縁基板２は、例えば四角板状等の平板状であり、一対の検知電極同士、および一対の検知電極と発熱電極とを電気的に絶縁して設けるための基体部分である。この絶縁基板２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ジルコニア系セラミック（酸化ジルコニウム質焼結体）等のセラミック焼結体によって形成されている。絶縁基板２は、このようなセラミック焼結体からなる複数の絶縁層が積層されていてもよい。
【００１９】
絶縁基板２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる複数の絶縁層が積層されて形成されている場合であれば、以下の方法で製作することができる。
【００２０】
まず、無機粒子となる、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の粉末に焼結助材として酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）等の原料粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、次にこれらの混合物を混錬してスラリー状となす。その後、従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを得て、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、高温（約１３００〜１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２１】
なお、絶縁基板２は、アルミナおよびマンガンを含む結晶相と、マンガンを含有するガラス相とを含んでいてもよい。結晶相には、アルミナ以外に、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウムまたはガラスセラミックス等の各種セラミックスを含んでいてもよい。
【００２２】
ガラス相は、少なくともＭｎ２Ｏ３を含む非晶質相であり、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｎｂ、ＣｒおよびＣｏから選ばれる１種以上の酸化物をさらに含んでいてもよい。ガラス相は、Ｍｎ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＭｇＯを含む非晶質相であってもよい。
【００２３】
マンガンを含むガラス相は、アルミナ結晶相に対する濡れ性が良いため、焼成後の加熱処理で、ガラス相が結晶粒子表面を被覆しようとして、絶縁基板２の表層に浸み出し、ガラス相の多くが表層に存在するものと考えられる。
【００２４】
このようにマンガンを含有するガラス相が、絶縁基板２の第１面２ａに露出するように存在することで、クラックの起点となる欠陥が少ない割れの生じにくい絶縁基板２が得られる。アルミナを含む結晶相よりもガラス相のほうが、ヤング率が低いので、例えば排気ガスと接触したときに、絶縁基板２への水滴の付着による熱衝撃が緩和され、割れの発生を抑制できる。
【００２５】
検知電極３ａ〜３ｄはビア型（即ち、円柱状）の電極である。検知電極３ａ〜３ｄは、例えば、その直径が５０μｍであり、隣接する検知電極との距離は１０μｍである。なお、検知電極３ａ〜３ｄの直径は２０μｍ〜１００μｍ、隣接する検知電極との距離は５μｍ〜５０μｍであってもよい。
【００２６】
検知電極３ａ〜３ｄはビア型の電極であるため、従来の回路基板におけるビアと同様の製法を用いて、検知電極３ａ〜３ｄを含む絶縁基板２を製作することができる。
【００２７】
上記のように、検知電極３ａ〜３ｄは、センサ基板がセンサ装置に設置される環境における煤等の粒子状物質を検出するための電極である。一対の電極間（例えば、検知電極３ａ−３ｂ間や検知電極３ｃ−３ｄ間）に煤等の粒子状物質が付着したときに、この一対の検知電極間の電気抵抗が変化し、電極間に流れるリーク電流が変化する。このリーク電流の変化を検知することによって、一対の検知電極間に存在する粒子状物質に関する情報を取得することが可能となる。
【００２８】
そのため、検知電極３ａ〜３ｄは、このようなリーク電流の変化を検知できる金属材料を含有している。検知電極３ａ〜３ｄは、このような金属材料として、酸化しにくい白金を用いてもよい。
【００２９】
さらに、検知電極３ａ〜３ｄに用いる金属材料は、高温環境下における耐酸化性に優れる材料を用いることができる。例えば白金や表面に酸化物を含む不動態膜が形成されるものを用いることができる。表面に酸化物を含む不動態膜が形成される金属材料としては、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｔｉ−Ａｌ合金やＭｏＳｉ２金属等がある。
【００３０】
不動態膜の厚みは、例えば０．１〜５μｍ程度に設定される。この程度の厚みであれば、検知電極３ａ〜３ｄの表面部が不動態膜で覆われ、その全体または大部分が酸化するような可能性が低減される。
【００３１】
検知電極３ａ〜３ｄの表面部は、面積の割合で、その９０％程度が不動態膜を含んでいてもよい。言い換えれば、検知電極３ａ〜３ｄの露出表面のうち９０％以上が不動態膜で覆われていてもよい。これにより、検知電極３ａ〜３ｄ全体に酸化が進行する可能性が低減される。
【００３２】
また、検知電極３ａ〜３ｄの表面部は、その全体が不動態膜を含んでいてもよい。言い換えれば、検知電極３ａ〜３ｄの露出表面の全域が不動態膜で覆われていてもよい。これにより、検知電極３ａ〜３ｄ全体に酸化が進行する可能性がより低減される。
【００３３】
さらに、検知電極３ａ〜３ｄおよび電極端子４ａ〜４ｄの露出する表面には、電気めっき法または無電解めっき法によって金属めっき層が被着されていてもよい。金属めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性や接続部材との接続性に優れる金属から成るものであり、例えば、厚さ０．５〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが、あるいは厚さ１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と０．１〜１μｍ程度の銀めっき層とが、順次被着される。これによって、検知電極３ａ〜３ｄおよび電極端子４ａ〜４ｄが腐食することを抑制できるとともに、電極端子４ａ〜４ｄと外部電気回路との接合、あるいは電極端子４ａ〜４ｄと金属リード（図示せず）との接合を強固にできる。また、上記以外の金属からなる金属めっき層、例えば、パラジウムめっき層等を介在させていてもよい。
【００３４】
内層配線６ａ〜６ｄは、絶縁基板２の内部に形成されており、内部配線５ａ〜５ｄを介して絶縁基板の第１面２ａに設けられた電極端子４ａ〜４ｄと電気的に接続される。ここで、内層配線６ａ〜６ｄは、検知電極３ａ〜３ｄに対応する配線スペースを確保するために、異なる層（第２層または第３層）を利用して形成されている。なお、内層配線６ａ〜６ｄは、絶縁層の層間に設けられた回路パターン状等の配線導体（符号なし）を含んでいてもよい。
【００３５】
発熱電極７は、例えば検知電極３ａ等と同様の金属材料からなるものであり、特に効率よく発熱させるために、電気抵抗率が高い鉄、チタン、クロムおよびケイ素等を含む材料が挙げられる。また、発熱電極７は、白金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等の酸化しにくい金属を主成分として含むものであってもよい。
【００３６】
発熱電極７の金属材料は、例えば発熱電極７に約８０質量％以上含有され、発熱電極７の主成分となっている。発熱電極７は、この金属材料以外に、ガラスまたはセラミック等の無機成分が含有されていてもよい。これらの無機成分は、例えば絶縁基板２との同時焼成で発熱電極７を形成するときの、焼成収縮の調整用等の成分である。
【００３７】
検知電極３ａ〜３ｄ、電極端子４ａ〜４ｄ、内部配線５ａ〜５ｄ、内層配線６ａ〜６ｄおよび発熱電極７は、例えば上記の金属材料の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して金属ペーストを作製して、この金属ペーストを、絶縁基板２となるセラミックグリーンシートの表面および貫通孔に所定パターンで塗布または埋め込む。金属ペーストの塗布または埋め込みは、例えばスクリーン印刷法等の印刷法によって行なう。このように、検知電極３ａ〜３ｄ、電極端子４ａ〜４ｄ、内部配線５ａ〜５ｄ、内層配線６ａ〜６ｄおよび発熱電極７となる印刷パターンを覆うようにセラミックグリーンシートを複数積層し、これらの金属ペーストとセラミックグリーンシートとを同時焼成する。
【００３８】
次に、上記のように構成されたセンサ基板１ａを用いた、本実施形態に係るセンサ装置１０の動作について説明する。
【００３９】
図３は、第１の実施形態に係るセンサ基板を備えるセンサ装置の機能構成を示すブロック図である。図３に示されるように、本実施形態のセンサ装置１０は、センサ基板１ａ、全体制御部２０および第１煤検出部３１〜第６煤検出部３６を備え、ヒーター制御部４０、温度検知部５０および表示部６０をさらに備えていてもよい。
【００４０】
全体制御部２０は、例えばマイクロコンピュータであり、センサ装置１０全体の制御を行う。具体的には、全体制御部２０は、予め規定されたプログラムに基づいて、第１煤検出部３１〜第６煤検出部３６およびヒーター制御部４０の制御を行う。さらに、全体制御部２０は、第１煤検出部３１〜第６煤検出部３６において測定された電流値に基づいて、粒子状物質の分布状況および大きさを判定する。
【００４１】
第１煤検出部３１は、全体制御部２０の指示によって、検知電極３ａ−３ｂ間に、外部の直流電源（図示せず）から供給される予め規定した電圧（例えば、５０［Ｖ］）を印加して、当該電極間における粒子状物質の検出を行う。具体的には、検知電極３ａ−３ｂ間に流れる電流値の測定を行う。
【００４２】
第２煤検出部３２は、全体制御部２０の指示によって、上記第１煤検出部３１と同様に、検知電極３ｂ−３ｃ間における粒子状物質の検出を行うため、検知電極３ｂ−３ｃ間に流れる電流値の測定を行う。
【００４３】
以下同様に、第３煤検出部３３は検知電極３ｃ−３ｄ間について、第４煤検出部３４は検知電極３ｄ−３ａ間について、第５煤検出部３５は検知電極３ａ−３ｃ間について、第６煤検出部３６は検知電極３ｂ−３ｄ間について、其々、粒子状物質の検出を行うため、電流値の測定を行う。なお、検知電極３ａと検知電極３ｃを正極に設定し、検知電極３ｂと検知電極３ｄを負極に設定した場合は、第５煤検出部３５と第６煤検出部３６ではそれぞれの電極が同極となるため、上記電流値の測定は実行しない。
【００４４】
ヒーター制御部４０は、例えば２０［Ｖ］の直流電源を備え、全体制御部２０の指示により、発熱電極７に対して予め規定した温度に加熱するための制御を行う。
【００４５】
温度検知部５０は、温度センサを備え、ヒーター制御部４０に指示によって、発熱電極７の温度を測定する。
【００４６】
表示部６０は、例えば液晶表示装置であり、全体制御部２０の指示により、第１煤検出部３１〜第６煤検出部３６において検出された電流値、粒子状物質の分布状況および大きさ等の表示を行う。
【００４７】
次に、全体制御部２０における、検知電極３ａ〜３ｄに付着した粒子状物質の分布状況および大きさを判定する方法について説明する。
【００４８】
図４（ａ）〜（ｃ）は、センサ基板に付着した煤の大きさに応じてリーク電流が変化する様子を説明するための模式図である。図４（ａ）は、微小な煤がセンサ基板に付着した場合のリーク電流の変化の様子を説明するための模式図である。図４（ｂ）は、中程度の大きさの煤がセンサ基板に付着した場合のリーク電流の変化の様子を説明するための模式図である。図４（ｃ）は、粗大な煤がセンサ基板に付着した場合のリーク電流の変化の様子を説明するための模式図である。
【００４９】
図４（ａ）は、微小な煤５１がセンサ基板に付着した場合であり、右のグラフに示すように、時刻Ｔ１において、電極Ａ−Ｂ間と電極Ｂ−Ｃ間に流れるそれぞれのリーク電流が略同じように増加している（曲線Ｌ１，曲線Ｌ２）。なお、このように、電極Ａ−Ｂ間と電極Ｂ−Ｃ間とでリーク電流の増加速度が異なる場合は（曲線Ｌ３，曲線Ｌ４）、これらの電極間における煤の分布が異なっている（即ち、分布が不均一である）と判定できる。
【００５０】
図４（ｂ）は、中程度の大きさの煤５２がセンサ基板に付着した場合であり、右のグラフに示すように、時刻Ｔ２において、電極Ａ−Ｂ間におけるリーク電流のみが急激に増加している（曲線Ｌ５）。この場合は、時刻Ｔ２において、電極Ａ−Ｂ間にわたる中程度の煤が付着したと判定できる。
【００５１】
図４（ｃ）は、粗大な煤５３がセンサ基板に付着した場合であり、右のグラフに示すように、時刻Ｔ３において、電極Ａ−Ｂ間、および電極Ｂ−Ｃ間に流れるリーク電流急激に増加している。この場合は、時刻Ｔ３において、電極Ａ−Ｂ間および電極Ｂ−Ｃ間にわたる粗大な煤が付着したと判定できる。
【００５２】
図５は、第１の実施形態に係るセンサ装置における被検知物の分布および大きさを判定するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００５３】
最初に、全体制御部２０の指示により、第１煤検出部３１〜第６煤検出部３６において、定期的に電流値が測定され（Ｓ１００）、規定時間が経過すると（Ｓ１０２でＹｅｓ）、全体制御部２０は、各電極間における最終電流値を比較する（Ｓ１０４）。
【００５４】
比較の結果、各電極間における最終電流値が規定値以下の場合（Ｓ１０６でＹｅｓ）、全体制御部２０は、「煤の分布は均一」であると判定する（Ｓ１０８）。
【００５５】
一方、各電極間における最終電流値が規定値を越える場合（Ｓ１０６でＮｏ）、全体制御部２０は、「煤の分布は不均一」であると判定する（Ｓ１１０）。
【００５６】
次に、全体制御部２０は、各電極間における電流増加速度を算出する（Ｓ１１２）。算出値が規定値以下の場合（Ｓ１１４でＹｅｓ）、全体制御部２０は、「煤の粒子は微小である」と判定する（Ｓ１１６）。
【００５７】
一方、電流増加速度の算出値が規定値を超える場合（Ｓ１１４でＮｏ）、全体制御部２０は、「煤の粒子は粗大である」と判定する（Ｓ１１８）。
【００５８】
（第２の実施形態）
図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る多層構造のセンサ基板の構成の一例を示す図面である。図６（ａ）は、センサ基板１ｂの上面図であり、図６（ｂ）は、センサ基板１ｂの第２層の配線の構成を示す図面であり、図６（ｃ）は、センサ基板１ｂの第３層の発熱電極の構成を示す図面であり、図６（ｄ）は、センサ基板１ｂの裏面図である。また、図７は、図６（ａ）の切断面線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【００５９】
センサ基板１ｂの特徴としては、センサ装置に採用することによって、検知電極間ギャップの狭小化を実現しつつ、シンプルな構成にして低コスト化を図ったことである。
【００６０】
図６（ａ）〜（ｄ）および図７に示されるように、センサ基板１ｂの第１層または第２層には、検知電極１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄに対応する電極端子１４ａおよび１４ｃ、内部配線１５ａおよび１５ｃ、内層配線１６ａおよび１６ｃが配設または埋設されている。また、センサ基板１ｂの第３層には、発熱電極１７が埋設されており、第３層または第４層には、発熱電極１７の正極および負極に対応する内部配線１８ａ，１８ｂおよび接続パッド１９ａ，１９ｂが配設または埋設されている。
【００６１】
検知電極１３ａ〜１３ｄは、上記第１の実施形態と同様に、例えば円柱状の電極であり、いずれの上面も絶縁基板１２の第１面１２ａに露出しており、面一である。さらに、検知電極１３ａ，１３ｂは、外部の（図示していない）直流電源（例えば、５０［Ｖ］）の正極に接続されており、検知電極１３ｃ，１３ｄは、直流電源の負極に接続されている。
【００６２】
したがって、検知電極１３ａは、検知電極１３ｃと正負一対の検知電極を構成し、検知電極１３ｂは、検知電極１３ｄと正負一対の検知電極を構成する。なお、本実施形態におけるセンサ装置（図示せず）については、上記センサ基板１ｂにおいて複数ある一対の検知電極の各正極と各負極をそれぞれ共通にしているため、上記第１の実施形態におけるセンサ装置１０を流用して実現することが可能（具体的には、第１煤検出部３１のみを作動させる）であり、その動作は共通であるため、詳細な説明は省略する。
【００６３】
（変形例）
以下では、第１の実施形態および第２の実施形態に係る検知電極の変形例について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、検知電極３ａ〜３ｄまたは検知電極１３ａ〜１３ｄにおける電極形状および配置に関する変形例を示す図である。
【００６４】
図８（ａ）は、直径の異なる円形の検知電極を組み合わせた変形例である。図８（ａ）において、検知電極１０１ａ〜１０１ｄと検知電極１０１ｅは、いずれも上から見た形状が円形であるが、それぞれの直径が異なっている（すなわち、Ｌ１１＝５０μｍ，Ｌ２１＝２５μｍ）。なお、各電極間の距離は１０μｍである。図８（ａ）において、例えば、検知電極１０１ｅが正極、検知電極１０１ａ〜１０１ｄが負極となるように電圧を印加した場合は、四対の検知電極が構成される。
【００６５】
図８（ｂ）は、上記図８（ａ）における検知電極の形状を円形から８角形に変更した場合の変形例である。なお、図８（ｂ）では、各電極の径および電極間の距離は、例えば、Ｌ１２＝５０μｍ、ａ１２＝１０μｍ、ｂ１２＝１０μｍである。
【００６６】
図８（ｃ）は、上記第１の実施形態における検知電極の形状を円形から正方形に変更した場合の変形例である。なお、図８（ｃ）では、各電極の大きさおよび電極間の距離は、例えば、Ｌ１３＝５０μｍ、ａ１３＝１０μｍ、ｂ１３＝１０μｍである。
【００６７】
なお、上述の実施形態に係る検知電極は、上記の形状に限られず、楕円形や他の多角形であってもよい。また、上記第１の実施形態における第１煤検出部３１〜第６煤検出部３６の機能を第１煤検出部に集約し、この第１煤検出部に備えるスイッチで各接続を順次切り替えることによって、各検知電極間における粒子状物質の検出（例えば、リーク電流の測定等）を行うように構成してもよい。
【００６８】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態であるセンサ基板およびセンサ装置を示す平面図であり、図１０は、図９の切断面線Ａ−Ａにおける断面図であり、図１１は、図９の切断面線Ｂ−Ｂにおける断面図である。センサ基板１０１は、溝部１２０が設けられた主面１０２ａを有する絶縁基板１０２と、溝部１２０の側面に、溝部１２０の延びる方向に沿って一定の間隔を空けて設けられた一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂを有する一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂと、絶縁基板１０２に埋設された発熱電極１０４と、を備える。
【００６９】
絶縁基板１０２は、例えば四角板状等の平板状であり、一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂ同士および一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂと発熱電極１０４とを電気的に絶縁して設けるための基体部分である。
【００７０】
絶縁基板１０２は、例えば上記第１の実施形態の絶縁基板２と同様の方法で製作することができる。なお、絶縁基板１０２は、上記絶縁基板２と同様に、アルミナおよびマンガンを含む結晶相と、マンガンを含有するガラス相とを含んでいてもよい。
【００７１】
なお、マンガンを含有するガラス相が、絶縁基板１０２の主面に露出して存在することは、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるセンサ基板１０１の表面および断面写真やＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）によるセンサ基板１０１の主面の分析等で確認することができる。
【００７２】
絶縁基板１０２は、溝部１２０が設けられた主面１０２ａを有しており、この溝部１２０内に一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂが対向して設けられる。なお、以下では、一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂをまとめて検知電極１０３という場合がある。
【００７３】
溝部１２０は、例えば、溝部が延びる方向（延伸方向）に垂直な切断面での断面形状が凹型であり、互いに対向する一側面１２０ａ、他側面１２０ｂおよび底面１２０ｃを有する。一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂを構成する一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂが、溝部１２０の一側面１２０ａおよび他側面１２０ｂにそれぞれ設けられる。溝部１２０は、凹型の断面形状が延伸方向に一様であり、両側面１２０ａ，１２０ｂは、幅方向に一定の間隔を空けて対向しており、両側面１２０ａ，１２０ｂに設けられる一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂは、延伸方向に沿って延び、溝部１２０の幅方向に一定の間隔を空けて設けられる。
【００７４】
一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂは、センサ基板１０１が配置される環境におけるすす等の微粒子の含有量を測定するための検知部分である。被検知物であるすす等の微粒子が、一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂ間に堆積することで抵抗値や電流値等の電気特性の変化が生じる。この電気特性の変化を検知することによって、検知電極１０３が存在している環境中の微粒子の質量が算出され、検知される。この微粒子の質量、および検知電極１０３が存在している環境におけるガスの流量（体積）により、そのガス中の微粒子の含有率が算出され、検知される。
【００７５】
センサ基板１０１が配置される環境とは、例えば自動車の排気ガスの排気通路である。センサ基板１０１で検知される微粒子の量が多くなれば、排気通路を流れる微粒子の含有量が大きくなったことが検知される。これにより、例えば排気ガスからすす等の微粒子を除去するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）の故障が検知できる。
【００７６】
本実施形態によれば、すす等の微粒子が溝部１２０の内部に堆積しやすく、溝部１２０の内面に設けられた一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂは、堆積した微粒子によって電気特性が変化しやすいので、センサ基板１０１の検出精度を高くすることができる。
【００７７】
絶縁基板１０２に設ける溝部１２０の大きさおよび形状等は、センサ基板１０１が配置される環境に応じて適宜設定すればよい。本実施形態では、図１１に示すように、溝部１２０の延伸方向に直交する断面である横断面の形状が、深さよりも溝幅のほうが大きい矩形状である。横断面の形状は、溝幅よりも深さのほうが大きい矩形状であってもよく、深さと溝幅が同じである正方形状等であってもよい。また、本実施形態では、平面視したときの溝部１２０および一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂの形状は直線状である。なお、溝部１２０の大きさは、例えば、深さが１０〜１５０ミクロンであり、溝幅が２０〜３００ミクロンである。
【００７８】
一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂは、溝部１２０の両側面１２０ａ，１２０ｂ全体を覆うように設けられていてもよく、両側面１２０ａ，１２０ｂの一部を覆うように設けられていてもよい。一部を覆う場合には、少なくとも両側面１２０ａ，１２０ｂの、底面１２０ｃ側の端部にまで延びるように設ければ、底面１２０ｃ上に堆積したすす等の微粒子を検出し易くすることができる。また、一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂは、局所的な電気特性のばらつきが生じないように、深さ方向の寸法および溝幅方向の寸法が延伸方向に一定であってもよい。
【００７９】
一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂは、深さ方向の寸法（側面視したときの幅）が、溝部１２０の深さに対して１０％〜１００％であり、溝幅方向の寸法（側面視したときの厚み）が、溝幅に対して５％〜３０％である。
【００８０】
検知電極１０３に用いる金属材料は、上記の検知電極３ａ等と同様の材料を用いることができる。したがって、同様の効果が奏される。
【００８１】
なお、検知電極１０３における不動態膜が厚過ぎれば、検知電極１０３の表面部の初期の抵抗（微粒子を含む環境中にセットされる前の抵抗）が大きくなり、すす等の微粒子の付着による検知電極１０３の電気特性の変化が検知されにくくなる。
【００８２】
検知電極１０３は、白金や表面に酸化物を含む不動態膜が形成される金属材料の粉末に適当な有機バインダおよび溶媒等を添加混合して得た導体ペーストを、絶縁基板１０２となるセラミックグリーンシートに設けられた溝部１２０となる凹部に、予めスクリーン印刷法等の印刷法によって所定のパターンに印刷塗布し、絶縁基板１０２となるセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、絶縁基板１０２の溝部１２０の内面に形成することができる。
【００８３】
検知電極１０３の表面部に不動態膜を形成するには、例えば上記の焼成を、微量の酸素および水分を含有する雰囲気で行なえばよい。焼成時に、卑金属系材料を含む金属材料の露出表面に不動態膜が生じる。また、上記金属材料で検知電極１０３を形成した後、微量の酸素および水分を含む環境中で検知電極１０３を含むセンサ基板１０１を熱処理するようにしてもよい。この熱処理によって、金属材料の露出した表面部分が酸化し、不動態膜が生じる。
【００８４】
不動態膜は、例えば検知電極１０３が主成分として鉄−ニッケル−クロム合金を含有する物である場合には、酸化鉄、酸化クロムおよび酸化クロムのうち少なくとも一種を含む酸化物層である。このように表面部に不動態膜が存在することによって、検知電極１０３の不動態膜よりも内部に存在している鉄−ニッケル−クロム合金まで酸化が進行することが抑制される。
【００８５】
不動態膜を形成する金属材料は、鉄−ニッケル−クロム合金を主成分として含むものであってもよい。すなわち、卑金属系材料が鉄−ニッケル−クロム合金であってもよい。これは、次のような理由による。すなわち、このような卑金属系材料を含む不動態膜は、鉄、ニッケルおよびクロムを含む金属材料の酸化によって形成される。そのためには、検知電極１０３に含有される金属材料が、鉄、ニッケルおよびクロムを含むものとされる。これらの金属材料は、例えば上記のように金属ペーストとして絶縁基板１０２（セラミックグリーンシート）との同時焼成によって検知電極１０３を形成することが容易である。また、不動態膜の形成が容易であり、検知電極１０３の内部への酸化の進行もより抑制される。また、これらの卑金属は触媒作用を有していない、触媒不活性な金属である。
【００８６】
したがって、不動態膜の形成の容易さ、つまりセンサ基板１０１としての測定の精度、信頼性および生産性等を考慮すれば、検知電極１０３を形成する金属材料は、鉄−ニッケル−クロムを主成分とする合金材料であってもよい。
【００８７】
主成分の卑金属系材料として鉄−ニッケル−クロム合金を含有する金属材料の具体的な組成としては、例えば、鉄（Ｆｅ）１〜５５質量％、ニッケル（Ｎｉ）２０〜８０質量％、クロム（Ｃｒ）１０〜２５質量％、チタン（Ｔｉ）０．１〜５質量％およびアルミニウム（Ａｌ）０．１〜５質量％であるものが挙げられる。
【００８８】
また、不動態膜を形成する金属材料の主成分である卑金属系材料は、鉄およびクロムを含むものであってもよい。この場合にも、このような卑金属系材料を含む不動態膜は、鉄およびクロムを含む金属材料の酸化によって形成され、検知電極１０３に含有される金属材料が、鉄およびクロムを含むものとされる。この金属材料についても、金属ペーストとして絶縁基板１０２との同時焼成によって検知電極１０３を形成することが容易である。また、不動態膜の形成が容易であり、検知電極１０３の内部への酸化の進行もより抑制される。また、これらの卑金属は触媒作用を有していない、触媒不活性な金属である。
【００８９】
したがって、不動態膜の形成の容易さ、つまりセンサ基板１０１としての測定の精度、信頼性および生産性等を考慮したときに、検知電極１０３を形成する金属材料は、鉄−クロムを主成分とする合金材料であってもよい。なお、鉄−クロム合金は、前述した鉄−ニッケル−クロム合金からニッケル成分が抜けたものとみなすこともできる。鉄−クロム合金は、鉄−ニッケル−クロム合金に比べて不動態化がより容易であるため、検知電極１０３の表面部分に不動態膜を形成することがより容易である。
【００９０】
なお、不動態膜は、検知電極１０３の外気等の環境中に露出した表面部に設けられていればよい。検知電極１０３のうち絶縁基板１０２と接する表面部には、必ずしも不動態膜が設けられている必要はない。
【００９１】
また、検知電極１０３のうち接続パッド１０３ｃ等の配線導体と接する表面部に不動態膜が設けられていない場合には、検知電極１０３と配線導体との間の接触抵抗を小さく抑えることが容易である。この場合には、センサ基板１０１としての電気特性を高める上で有利な構成の配線導体とすることができる。
【００９２】
不動態膜は、例えば、検知電極１０３が設けられた部分でセンサ基板１０１を縦断面視可能なように切断し、検知電極１０３の表面部を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）分析またはＸ線回折分析等の方法で分析することによって検出することができる。また、この方法で、不動態膜の厚みを測定することもできる。
【００９３】
このように、検知電極１０３を構成する材料として、表面に酸化物を含む不動態膜が形成される金属材料を用いることによって、白金のような酸化しにくい金属を用いなくても、表面に不動態膜を有することで、高温環境下における耐酸化性に優れるものとすることが可能となり、検知精度および長期信頼性が高いセンサ基板１０１を提供することができる。
【００９４】
また、センサ基板１０１は、表面切削加工等を用いて凹凸形状を施した金型を用いることによって製造することもできる。
【００９５】
まず、セラミックグリーンシートに、一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂに対応する導電性ペーストを、従来公知のスクリーン印刷法により印刷する。次に、必要に応じて複数のセラミックグリーンシートを重ね合わせて積層体を作製し、この積層体に溝部１２０に対応した凸部を持つ金型を、加熱下で押しつけて、変形させる。このとき、セラミックグリーンシートの溝部１２０に相当する部分が凹むとともに、溝部１２０の両側面１２０ａ，１２０ｂに相当する部分に、印刷された導電性ペーストが配置される。そして、金型によって成型された積層体を焼成することによって、センサ基板１０１を製造することができる。
【００９６】
発熱電極１０４は、絶縁基板１０２の内部の、検知電極１０３に対応する位置、例えば平面透視で検知電極１０３の少なくとも一部と重なる位置に埋設されている。この発熱電極１０４に電圧を印可して発熱電極１０４を発熱させ、検知電極１０３に付着したすす等の微粒子を分解することができる。
【００９７】
発熱電極１０４は、例えば検知電極１０３と同様の金属材料からなるものであり、特に効率よく発熱させるために、電気抵抗率が高い鉄、チタン、クロムおよびケイ素等を含む材料が挙げられる。また、発熱電極１０４は、白金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等の酸化しにくい金属を主成分として含むものであってもよい。
【００９８】
発熱電極１０４の金属材料は、例えば発熱電極１０４に約８０質量％以上含有され、発熱電極１０４の主成分となっている。発熱電極１０４は、この金属材料以外に、ガラスまたはセラミック等の無機成分が含有されていてもよい。これらの無機成分は、例えば絶縁基板１０２との同時焼成で発熱電極１０４を形成するときの、焼成収縮の調整用等の成分である。
【００９９】
発熱電極１０４は、例えば検知電極１０３と同様に形成されている。すなわち、上記の発熱電極１０４用の金属材料の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して金属ペーストを作製して、この金属ペーストを、絶縁基板１０２となるセラミックグリーンシートの表面に所定パターンで塗布する。金属ペーストの塗布は、例えばスクリーン印刷法等の印刷法によって行なう。その後、発熱電極１０４となる印刷パターンを覆うようにセラミックグリーンシートを複数積層し、これらの金属ペーストとセラミックグリーンシートとを同時焼成する。
【０１００】
本実施形態のセンサ基板１０１において、絶縁基板１０２の上面に外部接続用の接続パッド１０３ｃが設けられている。接続パッド１０３ｃは、検知電極１０３の例えば一端部と直接に接続されている。この接続パッド１０３ｃは、検知電極１０３と外部電気回路（図示せず）とを電気的に接続させるためのものである。接続パッド１０３ｃが、はんだまたは導電性接着剤等の導電性の接合材によって外部電気回路に接合されれば、検知電極１０３と外部電気回路とが接続パッド１０３ｃを介して互いに電気的に接続される。なお、後述しているように、接続パッド１０３ｃは絶縁基板１０２の下面にも設けられ、発熱電極１０４が、接続パッド１０３ｃを介して外部電気回路に電気的に接続されている。
【０１０１】
検知電極１０３および接続パッド１０３ｃの表面には、さらに電解めっき法または無電解めっき法によって金属めっき層が被着されていてもよい。金属めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性や接続部材との接続性に優れる金属から成るものであり、例えば、厚さ０．５〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが、あるいは厚さ１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と０．１〜１μｍ程度の銀めっき層とが、順次被着される。これによって、検知電極１０３および接続パッド１０３ｃが腐食することを抑制できるとともに、接続パッド１０３ｃと外部電気回路との接合、あるいは接続パッド１０３ｃと金属リードとの接合を強固にできる。
【０１０２】
また、上記以外の金属からなる金属めっき層、例えば、パラジウムめっき層等を介在させていてもよい。
【０１０３】
また、絶縁基板１０２の内部に埋設された発熱電極１０４と絶縁基板１０２の下面に設けられた接続パッド１０３ｃとを電気的に接続するための内部配線１０５が設けられる。なお、内部配線１０５は、絶縁基板１０２の厚み方向の少なくとも一部を貫通する貫通導体を含んでいてもよい。また、絶縁基板１０２が複数の絶縁層が積層された積層体である場合、内部配線１０５は、絶縁層の層間に設けられた回路パターン状等の配線導体を含んでいてもよい。
【０１０４】
上記構成のセンサ基板１０１と、検知電極１０３に電位を供給する電源部１１１とによって、実施形態のセンサ装置１１０が構成されている。センサ装置１１０について、電源部１１１から検知電極１０３に約５０ボルト（Ｖ）の電位が供給され、この電位による漏れ電流が検知される。この漏れ電流の値によって検知電極１０３の抵抗値が検出される。検知電極１０３の抵抗値は、例えば外部の測定検知回路（図示せず）によって測定される。また、この絶縁基板１０２に、検知電極１０３の抵抗値の測定用回路（図示せず）が配置されていてもよい。
【０１０５】
電源部１１１は、例えばすす検出回路としては、外部電源（図示せず）と電気的に接続された端子および整流器、変圧回路等であり、外部電源から所定の電力が伝送される部分である。伝送された電力が電源部１１１において、検知電極１０３の抵抗値の測定に適した条件に整えられ、検知電極１０３に印加される。
【０１０６】
電源部１１１と検知電極１０３との電気的な接続は、例えば前述した接続パッド１０３ｃを介して行なわれる。なお、図９および図１０においては、接続パッド１０３ｃと電源部１１１とを電気的に接続する導電性接続材等の接続用の導体を仮想線（二点鎖線）で模式的に示している。
【０１０７】
上記実施形態のセンサ装置１１０は、上記構成のセンサ基板１０１を有していることから、検出精度の高いセンサ装置を実現することができる。
【０１０８】
図１２は、本発明の他の実施形態を示す断面図である。各断面図は、図１１と同じ図９の切断面線Ｂ−Ｂにおける断面図に相当する。図１２に示す各実施形態と、図９〜図１１で示した上記実施形態とは、検知電極１０３、溝部１２０の形状等が異なるだけであるので、他の実施形態については、断面図のみを示し、共通の構成については、同じ参照符号を用いて説明を省略する。
【０１０９】
図１２（ａ）に示す実施形態では、一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂが、上記の一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂに加えて、絶縁基板１０２の主面１０２ａに設けられた一対の表面電極部分１０３ｅ，１０３ｆをさらに有する。一対の表面電極部分１０３ｅ，１０３ｆは、絶縁基板１０２の主面１０２ａの、溝部１２０の一側面１２０ａに連なる縁部分と他側面１２０ｂに連なる縁部分とに設けられており、それぞれ一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂに連なって延びている。本実施形態では、一対の検知電極１０３Ａ，１０３Ｂは、一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂと一対の表面電極部分１０３ｅ，１０３ｆとから構成される。
【０１１０】
本実施形態は、一対の表面電極部分１０３ｅ，１０３ｆを設けることにより、すすの直径が溝幅を超えるような大きなものであったとしても、表面電極によりすすと表面電極が接触し、すすを検知することができる。
【０１１１】
図１２（ｂ）に示す実施形態では、溝部１２１の形状が上記実施形態の溝部１２０の形状と異なっており、溝部１２１の形状は、開口幅が、底面幅よりも広い形状としている。すなわち、溝部１２１の横断面が逆台形状であり、溝部１２１の両側面が底面から開口に向かって、互いに離反する方向に傾斜している。一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂは、このような傾斜した両側面にそれぞれ設けられている。
【０１１２】
本実施形態は、開口幅が広いことで、すす等の微粒子が溝部１２１内に進入し易く、底面幅が狭いことで、底面にすす等の微粒子が堆積しやすいので、さらに検出感度を高めることができる。
【０１１３】
図１２（ｃ）に示す実施形態では、一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂの一部が、絶縁基板１０２に埋設され、他の一部が露出している。露出部分は、一側面１２０ａおよび他側面１２０ｂの底面側端部まで延びている部分である。
【０１１４】
露出部分が底面側端部にあるので、溝部１２０の底面に堆積するすす等の微粒子を検出しやすい。埋設部分は、外気や排気ガスに曝されることがないので、検知電極の電気特性が変化することを抑制することができる。
【０１１５】
図１３は、本発明のさらに他の実施形態であるセンサ基板およびセンサ装置を示す平面図である。本実施形態では、溝部１２０の形状およびその両側面に設けられる一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂが上記の実施形態の直線状とは異なり、ミアンダ（蛇行）形状である。このようにすることで、例えば平面視における絶縁基板１０２の大きさをできるだけ小さく抑えながら、検知電極１０３の長さをより長くすることができる。検知電極１０３の長さが長いほど、すす等の微粒子が存在したときの検知電極１０３の抵抗値の変化が大きくなる。すなわち、センサ基板１０１が配置される環境における微粒子の量が少ない場合でも、その微粒子をより確実に検知することができる。
【０１１６】
したがって、本実施形態では、センサ基板１０１が配置される環境におけるすす等の微粒子の検知の精度および感度の向上、および平面視における小型化の点でより有利なセンサ基板１０１およびセンサ装置１１０を提供することができる。
【０１１７】
図１４は、リード端子を備えるセンサ基板およびセンサ装置を示す断面図である。図１４において図９と同様の部位には同じ参照符号を付して説明を省略する。
【０１１８】
図１４に示す例では、接続パッド１０３ｃにリード端子１０６が接合されている。この場合には、リード端子１０６のうち接続パッド１０３ｃに接合されている端部とは反対側の端部が外部電気回路の所定部位に接合され、接続パッド１０３ｃと外部電気回路とが電気的に接続される。すなわち、リード端子１０６を介してセンサ基板１０１（センサ装置１１０）の外部電気回路に対する電気的および機械的な接続が行なわれる。電源部１１１の異なる電極（正極および負極等）は、互いに異なるリード端子１０６にそれぞれ接続されている。リード端子１０６を介したセンサ基板１０１と外部電気回路との機械的な接続が行なわれる場合には、リード端子１０６の弾性変形によって、センサ基板１０１の絶縁基板１０２と外部電気回路が設けられている樹脂基板等の外部基板（図示せず）との熱膨張差に起因した熱応力等の応力の緩和がより容易になる。したがって、この場合には、外部接続の信頼性等の向上に有利なセンサ基板１０１およびセンサ装置１１０を提供することができる。
【０１１９】
リード端子１０６は、接続パッド１０３ｃと同様に、微粒子の検知のためのものではない。そのため、リード端子１０６を形成する材料は、その用いられる環境、センサ基板１０１としての生産性および経済性等の条件に応じて、適宜選択することができる。例えば、リード端子１０６が白金または金等の耐酸化性に優れた金属材料からなるものであれば、センサ装置１１０としての信頼性の点で有利である。また、リード端子１０６は、経済性等を重視して、鉄−ニッケル−コバルト合金等の鉄系合金、または銅等からなるもので形成してもよい。また、リード端子１０６が鉄系合金からなるときに、その露出する表面が金めっき層等のめっき層で保護されていてもよい。
【０１２０】
リード端子１０６の接続パッド１０３ｃに対する接合は、例えば、銀ろう（銀銅ろう材）または金ろう等のろう材（符号なし）によって行なわれる。ろう材についても、リード端子１０６と同様に、センサ基板１０１が製造または使用されるときの種々の条件に応じて、適宜その材料が選択される。
【０１２１】
なお、本発明は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、例えば検知電極１０３は、絶縁基板１０２に複数設けられていてもよい。
【０１２２】
（第４の実施形態）
図１５（ａ），（ｂ）は、第４の実施形態に係る多層構造のセンサ基板の構成の一例を示す図面である。図１５（ａ）は、センサ基板１ｃの上面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の切断面線Ｄ−Ｄにおける断面図である。図１５（ａ），（ｂ）に示すセンサ基板１ｃと、上記図６〜図７で示したセンサ基板１ｂとは、溝部２２０の有無が異なるだけで、他の共通の構成については、同じ参照符号を用いて説明を省略する。
【０１２３】
センサ基板１ｃの特徴は、溝部２２０を配設し、この溝部２２０にすす等の微粒子を堆積させることによって、さらに検出感度を高めることを図ったことである。
【０１２４】
具体的に説明すると、上記の第２の実施形態と同じく、検知電極１３ａ，１３ｂは、外部の（図示していない）直流電源（例えば、５０［Ｖ］）の正極に接続されており、検知電極１３ｃ，１３ｄは、直流電源の負極に接続されている。そして、検知電極１３ａ，１３ｂと検知電極１３ｄ，１３ｃとの間の絶縁基板１２には、溝部２２０が設けられている。溝部２２０の形態は、例えば、上面から見た形状が、５０μｍ×１０ｍｍの矩形であり、深さが１５０μｍである。
【０１２５】
本実施形態のセンサ基板１ｃによれば、すす等の微粒子が溝部２２０の内部に堆積し、溝部２２０の両側に設けられた一対の検知電極１３ａと１３ｄ，および一対の検知電極１３ｂと１３ｃは、堆積した微粒子による電気特性の変化について検出しやすくなるので、センサ基板１ｃの検出感度をより高くすることができる。
【０１２６】
なお、本実施形態におけるセンサ基板の検知電極および溝部については、上記図１５（ａ），（ｂ）に示す構成以外に、上述の第３の実施形態における図１２（ａ）〜（ｃ）に示す検知電極および溝部と同様に構成することもできる。
【０１２７】
例えば、上記図１２（ａ）に示す、一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂのそれぞれに連なる表面電極部分１０３ｅ，１０３ｆのように、センサ基板１ｃにおける検知電極１３ａまたは１３ｂ，１３ｄまたは１３ｃを、絶縁基板１２の上面から上に一部突出させ、かつ、溝部２２０から離れる方向に検知電極を延長して（または付加して）形成することもできる。これにより、すす等の微粒子の直径が溝幅を超えるような大きなものであったとしても、検知電極にすすが接触するので、より検出感度を高めることができる。
【０１２８】
さらに、上記図１２（ｂ）に示す、一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂのように、溝部２２０の開口幅が、底面幅よりも広くなるように形成することもできる。すなわち、溝部２２０の横断面が逆台形状であり、溝部２２０の両側面を底面から開口に向かって互いに離反する方向に傾斜させ、一対の検知電極１３ａ，１３ｄのそれぞれの一部が、この傾斜に沿うように肩部分を欠損させて形成する。このように、溝部２２０の開口幅を底面幅より広くしたことで、すす等の微粒子が溝部２２０内に進入し易くし、底面幅が狭い底面にすす等を堆積しやすくしたので、さらに検出感度を高めることができる。
【０１２９】
さらにまた、図１２（ｃ）に示す、一対の対向電極部分１０３ａ，１０３ｂのように、検知電極１３ａ，１３ｄの一部を絶縁基板１２に埋設させ、他の一部が溝部２２０に露出するように形成することもできる。この場合の露出部分は、溝部２２０の底面側端部まで延びている部分である。このように、露出部分を底面側端部にあるので、溝部２２０の底面に堆積するすす等の微粒子が検出しやすくなるとともに、検知電極１３ｂ，１３ｃの埋設部分は、外気や排気ガスに曝されることがないので、検知電極の電気特性が変化することを抑制することができる。
【０１３０】
（第５の実施形態）
図１６（ａ），（ｂ）は、第５の実施形態に係る多層構造のセンサ基板の構成の一例を示す図面である。図１６（ａ）は、センサ基板１ｄの上面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の切断面線Ｅ−Ｅにおける断面図である。図１６（ａ），（ｂ）に示す実施形態と、上記図１〜図２で示したセンサ基板１ａとは、溝部３２０の有無が異なるだけで、他の共通の構成については、同じ参照符号を用いて説明を省略する。
【０１３１】
センサ基板１ｄの特徴としては、検知電極３ａ〜３ｄの外周に溝部３２０を配設し、溝部３２０にすす等の微粒子を堆積させることによって、さらに検出感度を高めることを図ったことである。
【０１３２】
具体的に説明すると、上記の第１の実施形態と同様に、検知電極３ａ，３ｃは、外部の（図示していない）直流電源（例えば、５０［Ｖ］）の正極に接続されており、検知電極３ｂ，３ｄは、直流電源の負極に接続されている。そして、検知電極３ａ〜３ｄの外周の絶縁基板２には、溝部３２０が設けられている。溝部３２０の形態は、例えば、上面から見た形状が４ｍｍ×１０ｍｍの矩形であり、深さが１５０μｍである。
【０１３３】
本実施形態のセンサ基板によれば、すす等の微粒子が溝部３２０の内部に堆積させて、溝部３２０の内面に設けられた一対の検知電極３ａと３ｄ，３ａと３ｂ，３ｃと３ｂ，３ｃと３ｄは、いずれも堆積した微粒子によって電気特性が変化しやすくなるので、センサ基板１ｄの検出精度をより高くすることができる。なお、本実施形態に係る溝部については、図１６に示す溝部３２０より小さく形成し、溝部の内側と検知電極３ａ〜３ｄの外側とが接するように構成してもよい。
【０１３４】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【０１３５】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１０１      センサ基板
２，１２，１０２      絶縁基板
２ａ，１２ａ      第１面
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ      検知電極
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ      電極端子
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，８ａ，８ｂ，１５ａ，１５ｃ，１８ａ，１８ｂ，１０５  内部配線
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，１６ａ，１６ｃ      内層配線
７，１７，１０４      発熱電極
９ａ，９ｂ，１９ａ，１９ｂ，１０３ｃ      接続パッド
１０，１１０      センサ装置
２０      全体制御部
３１      第１煤検出部
３２      第２煤検出部
３３      第３煤検出部
３４      第４煤検出部
３５      第５煤検出部
３６      第６煤検出部
４０      ヒーター制御部
５０      温度検知部
６０      表示部
１０２ａ      主面
１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ      検知電極
１０３ａ，１０３ｂ      対向電極部分
１０３ｃ      接続パッド
１０３ｅ，１０３ｆ      表面電極部分
１０４      発熱電極
１０６      リード端子
１１１      電源部
１２０，１２１，２２０，３２０      溝部
１２０ａ      一側面
１２０ｂ      他側面
１２０ｃ      底面
【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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【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】
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