(57)【要約】【課題】粒子状物質の検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサを提供すること。【解決手段】粒子状物質検出センサ１は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部１０と、被堆積部１０に配置された少なくとも一対の検出電極１２とを備えている。一対の検出電極１２の並び方向において、検出電極１２の幅ｔは、一対の検出電極１２の間の距離Ｓ以下である。粒子状物質検出センサ１によれば、粒子状物質の検出感度を向上することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部（１０）と、該被堆積部（１０）に配置された一対の検出電極（１２）とを備えており、
上記一対の検出電極（１２）の並び方向において、上記検出電極（１２）の幅は、上記一対の検出電極（１２）の間の距離以下であることを特徴とする粒子状物質検出センサ（１、１００）。
【請求項２】
上記検出電極（１２）の上記幅は、上記一対の検出電極（１２）の間の上記距離の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出センサ（１、１００）。
【請求項３】
上記検出電極（１２）の上記幅は、２．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子状物質検出センサ（１、１００）。
【請求項４】
複数の上記検出電極（１２）と電気絶縁性を有する複数の絶縁部材（１３）とを交互に積層した積層部（１１）を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ（１）。
【請求項５】
上記検出電極（１２）は、上記被堆積部（１０）の表面に平膜状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管には、排ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）を捕集する排ガス浄化装置が設けられている。この排ガス浄化装置は、排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサを有する粒子状物質検出装置を備えており、この粒子状物質検出装置によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知が行われている。
【０００３】
排ガス浄化装置に用いられる粒子状物質検出センサとしては、例えば、特許文献１に示されたものがある。特許文献１の粒子状物質検出センサは、電気絶縁性を有する基板と、基板の表面に形成された一対の電極とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１９７８４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された粒子状物質検出センサには以下の課題がある。
粒子状物質検出センサにおいては、検出感度の向上が望まれており、検出感度を向上する手段としては、一対の電極間の距離を短縮することが知られている。このとき、一対の電極間の距離が小さい程、粒子状物質検出センサにおける検出感度が向上するが、一対の電極間の距離は、一対の電極の形成精度や形成条件によって制限される。そのため、一対の電極間の距離を短縮するには、限界があり、より検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサが望まれている。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部と、該被堆積部に配置された少なくとも一対の検出電極とを備えており、
上記一対の検出電極の並び方向において、上記検出電極の幅は、上記一対の検出電極の間の距離以下であることを特徴とする粒子状物質検出センサにある。
【発明の効果】
【０００８】
上記粒子状物質検出センサにおいて、上記粒子状物質検出センサの上記一対の検出電極に捕集電圧を印加すると、上記検出電極の周囲に電界が形成され、粒子状物質が上記検出電極へと引き寄せられ付着する。上記一対の検出電極のうち一方の上記検出電極の表面に付着した粒子状物質は、該検出電極の表面を移動し、他方の上記検出電極と対向する端部に堆積する。
【０００９】
仮に、上記検出電極の上記幅が、上記一対の検出電極の間の距離よりも大きい場合、上記検出電極に、導通パスを形成するために十分な量の粒子状物質が付着したとしても、上記検出電極上を移動する間は導通パスが形成されない。そのため、導通パスの形成に時間がかかり、検出感度が低下する。
【００１０】
上記粒子状物質検出センサにおいては、上記検出電極の幅が、上記一対の検出電極の間の距離以下である。そのため、上記検出電極に付着した粒子状物質が、上記検出電極の表面において、粒子状物質が移動する距離を短縮することができる。これにより、上記検出電極に付着した粒子状物質を速やかに上記一対の検出電極の間へと移動させ、上記一対の検出電極の間に粒子状物質によって導通パスを速やかに形成することができる。これにより、上記粒子状物質検出センサにおける検出感度を向上することができる。
【００１１】
以上のごとく、上記粒子状物質検出センサによれば、粒子状物質の検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、粒子状物質検出センサを示す説明図。
【図２】実施例１における、粒子状物質検出センサの被堆積部の拡大図。
【図３】実施例１における、粒子状物質検出センサの構造を示す説明図。
【図４】実施例２における、粒子状物質検出センサを示す説明図。
【図５】実施例２における、粒子状物質検出センサの被堆積部の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記粒子状物質検出センサにおいて、上記一対の検出電極の間の距離は、５μｍ〜５０μｍであることが好ましい。この場合には、上記一対の検出電極の成形性を確保しつつ、上記粒子状物質検出センサの検出感度を向上することができる。
【００１４】
また、上記検出電極の幅は、上記一対の検出電極の間の距離の１／２以下であることが好ましい。この場合には、上記粒子状物質検出センサにおける、検出感度及び検出精度をより向上することができる。また、上記検出電極の幅は、上記一対の検出電極の間の距離の１／４以下であることがより好ましい。この場合には、上記粒子状物質検出センサにおける、検出感度及び検出精度をさらに向上し、高性能な上記粒子状物質検出センサを得ることができる。
【００１５】
また、上記検出電極の上記幅は、２．０μｍ以上であることが好ましい。この場合には、上記検出電極の成形性を確保しながら、上記粒子状物質検出センサの検出感度を向上することができる。
【００１６】
また、複数の上記検出電極と、電気絶縁性を有する複数の絶縁部材とを交互に積層した積層部を有していることが好ましい。この場合には、上記検出電極の上記幅及び一対の検出電極の間の距離を、容易に小さくすることができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
上記粒子状物質検出センサにかかる実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すごとく、粒子状物質検出センサ１は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部１０と、被堆積部１０に配置された少なくとも一対の検出電極１２とを備えている。一対の検出電極１２の並び方向において、検出電極１２の幅ｔは、一対の検出電極１２の間の距離Ｓ以下である。
【００１８】
以下さらに詳細に説明する。
本例の粒子状物質検出センサ１は、自動車に搭載された内燃機関から、排気管を通じて排出される排ガスに含まれる粒子状物質を検出するためのものである。粒子状物質検出センサ１によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知を行う。粒子状物質検出センサ１は、排気管の内側に突出するように配設されており、粒子状物質検出センサ１の軸方向における排気管の内側に配置される端部側を先端側とし、その反対側を基端側とする。
【００１９】
図１〜図３に示すごとく、粒子状物質検出センサ１は、排ガス中の粒子状物質を堆積させる被堆積部１０と、被堆積部１０に互いに離れて配置された複数の検出電極１２とを備えている。粒子状物質検出センサ１は、絶縁性材料からなる９つの絶縁部材１３と、絶縁部材１３の間に配置された８つの検出電極１２とを有しており、絶縁部材１３と検出電極１２とを交互に積層した積層部１１が形成されている。被堆積部１０は、粒子状物質検出センサ１の先端に、検出電極１２の端部を露出して形成されている。
【００２０】
絶縁部材１３は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリアなどのセラミック材料を平板状に形成してなる。検出電極１２は、焼結前の絶縁部材１３の一面に銅ペーストや銀ペースト等を用いたスクリーン印刷により形成されている。また、各絶縁部材１３には、検出電極１２と接続された電極リード１４が形成されている。積層部１１においては、正極１２１と負極１２２とが交互に配置されており、隣り合う検出電極１２同士が一対の検出電極１２を形成している。尚、本例においては、一対の検出電極１２の並び方向、つまり検出電極１２及び絶縁部材１３の積層方向において、積層部１１における検出電極１２の幅ｔは５μｍであり、一対の検出電極１２間の距離Ｓは２０μｍとした。
【００２１】
粒子状物質検出センサ１の被堆積部１０において、検出電極１２に捕集電圧を印加すると、検出電極１２の周囲に電界が形成され、粒子状物質が検出電極１２へと引き寄せられる。検出電極１２に付着した粒子状物質は、検出電極１２の表面を移動し、一対の検出電極１２の間に堆積する。そして、被堆積部１０に堆積した粒子状物質によって、被堆積部１０に露出した一対の検出電極１２が導通し、一対の検出電極１２の間における電気抵抗値が低下する。検出電極１２間の電気抵抗値の変化に伴い、検出電極１２間を流れる電気信号としての電流量が変化する。これにより、粒子状物質検出センサ１から出力される電流値が変化する。つまり、粒子状物質検出センサ１から出力される電流値は、被堆積部１０における粒子状物質の堆積量に応じて変化するものであり、粒子状物質の堆積量に関する情報を有するものである。この電流値を用いることで被堆積部１０における粒子状物質の堆積量を検出することができる。本例において、粒子量検出手段において検出された電流は、シャント抵抗を備えたコントロールユニットへと出力され、コントロールユニットは、電流値とシャント抵抗の積で算出される電圧を出力する。この電圧が粒子状物質検出センサ１の出力となる。
【００２２】
次に、本例の作用効果について説明する。
粒子状物質検出センサ１においては、検出電極１２の幅ｔが、一対の検出電極１２の間の距離Ｓ以下である。そのため、検出電極１２に付着した粒子状物質が、検出電極１２の表面において、粒子状物質が移動する距離Ｓを短縮することができる。これにより、検出電極１２に付着した粒子状物質を速やかに一対の検出電極１２の間へと移動させ、一対の検出電極１２の間に粒子状物質によって導通パスを速やかに形成することができる。これにより、粒子状物質検出センサ１における検出感度を向上することができる。
【００２３】
また、検出電極１２の幅ｔは、一対の検出電極１２の間の距離Ｓの１／４以下である。そのため、粒子状物質検出センサ１における、検出感度及び検出精度をさらに向上し、高性能な粒子状物質検出センサ１を得ることができる。
【００２４】
また、複数の検出電極１２と、電気絶縁性を有する複数の絶縁部材１３とを交互に積層した積層部１１を有している。そのため、検出電極１２の幅ｔ及び一対の検出電極１２の間の距離Ｓを、容易に小さくすることができる。
【００２５】
以上のごとく、本例の粒子状物質検出センサ１によれば、粒子状物質の検出感度を向上することができる。
【００２６】
（確認試験）
本試験においては、粒子状物質検出センサ１における検出電極１２の幅ｔを変化させた際の検出感度への影響を確認した。
本試験には、上述の実施例１に示した検出電極１２の幅ｔを５μｍとした粒子状物質検出センサ１と、検出電極１２の幅ｔを変化させた粒子状物質検出センサ１０１〜１０４を用いて、検出感度の比較を行った。検出電極１２の幅ｔは、粒子状物質検出センサ１０１が１０μｍ、粒子状物質検出センサ１０２が１５μｍ、粒子状物質検出センサ１０３が２０μｍ、粒子状物質検出センサ１０４が３０μｍである。
【００２７】
粒子状物質検出センサ１０１〜１０４における一対の検出電極１２間の距離Ｓは、実施例１と同様に２０μｍである。
また、その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００２８】
粒子状物質検出センサ１は、内燃機関の排ガスを流通する排気管の内周面から、排気管の中央に向かって突出するように配設されている。排気管には、粒子状物質濃度が３ｍｇ／ｍ3の排ガスを、２０ｍ／ｓの流速で流通させた。また、粒子状物質検出センサ１の近傍における排ガス温度は２００℃である。
【００２９】
上述の条件下において、粒子状物質検出センサ１における検出感度及び繰り返し精度の確認を行った。検出感度は、粒子状物質検出センサ１における不感質量によって判断する。不感質量とは、粒子状物質検出センサ１において導通パスが形成され、粒子状物質検出センサ１の電気特性が変化するまでの間に、排気管内を流通した排気ガスに含まれる粒子状物質の量を示すものである。尚、計測は、５回行い、その平均値を不感質量とした。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１は、確認試験の結果を示すものである。表１における、不感質量の欄には、不感質量の計測値を示した。また、判定１の欄は、不感質量に対する判定を示すものであり、不感質量が３０ｍｇを超える場合「×」（不可）、不感質量が３０ｍｇ以下でかつ２０ｍｇを超える場合「○」（良）、不感質量が２０ｍｇ以下の場合「◎」（優）とした。
また、繰り返し精度の欄には、不感質量の計測を５回行った際の不感質量の標準偏差を示してある。また、判定２の欄は、繰り返し精度の判定を示すものであり、繰り返し精度が１５％を超える場合「×」（不可）、繰り返し精度が１５％以下でかつ１０％を超える場合「○」（良）、繰り返し精度が１０％以下の場合「◎」（優）とした。
また、総合判定の欄は、不感質量及び繰り返し精度の少なくとも一方が「×」となる場合「×」、不感質量及び繰り返し精度の両方が「○」又はいずれか一方が「○」で他方が「◎」の場合「○」、不感質量及び繰り返し精度の両方が「◎」の場合「◎」とした。
【００３２】
表１に示すごとく、検出電極１２の幅ｔを２０μｍ以下とすることで、不感質量が３０ｍｇ以下となり、検出電極１２の幅ｔを５μｍとした場合、不感質量が２０ｍｇ以下となることが確認された。また、検出電極１２の幅ｔを２０μｍ以下とすることで、繰り返し精度が１５％以下となり、検出電極１２の幅ｔを１０μｍ以下とした場合、繰り返し精度が１０％以下となることが確認された。
【００３３】
したがって、検出電極１２の幅ｔを、一対の検出電極１２の間の距離Ｓ以下とすることで検出感度及び繰り返し精度が良好な粒子状物質検出センサ１が得られる。また、検出電極１２の幅ｔを、一対の検出電極１２の間の距離Ｓの１／２以下とすることで、繰り返し精度がより向上し、安定して粒子状物質を検出することができる粒子状物質検出センサ１が得られる。また、検出電極１２の幅ｔを、一対の検出電極１２の間の距離Ｓの１／４以下とすることで、検出感度及び繰り返し精度が向上し、優れた検出感度と安定性とを備えた粒子状物質検出センサ１が得られる。
【００３４】
（実施例２）
本例は、図４及び図５に示すごとく、実施例１と構造の異なる粒子状物質検出センサを示すものである。
本例の粒子状物質検出センサ１００は、絶縁性材料を略長方形の板状に形成した絶縁部材１３と、絶縁部材１３の表面にスクリーン印刷によって平膜状に形成された一対の検出電極１２とを有している。粒子状物質検出センサ１００において、絶縁部材１３における一対の検出電極が形成された面が粒子状物質を堆積させるための被堆積部１０である。
【００３５】
一対の検出電極１２は、正極１２５と負極１２６とからなり、被堆積部１０における長手方向と平行に形成された電極基部１２３と、電極基部１２３から長手方向と直交して延設された複数の櫛歯部１２４とをそれぞれ有している。正極１２５及び負極１２６は、電極基部１２３が互いに向かい合うように配置されると共に、正極１２５における櫛歯部１２４の間に、負極１２６における櫛歯部１２４が入り込むように配置されている。
【００３６】
本例においては、正極１２５の櫛歯部１２４と負極１２６の櫛歯部１２４との間に付着した粒子状物質によって導通パスが形成される。つまり、複数の櫛歯部１２４が並んだ方向が並び方向となる。並び方向において、各櫛歯部１２４の幅ｔは、２０μｍとし、各櫛歯部１２４の間の距離Ｓは４０μｍとした。
【００３７】
本例によれば、構造を簡略化することにより、検出感度に優れた粒子状物質検出センサ１００を容易に製造することができる。
また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１、１００  粒子状物質検出センサ
１０  被堆積部
１１  積層部
１２  検出電極
１３  絶縁部材
【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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