JP2014032063A - Method of manufacturing particulate matter detection element, and particulate matter detection sensor - Google Patents
Method of manufacturing particulate matter detection element, and particulate matter detection sensor Download PDFInfo
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a method for manufacturing a particulate matter detection element that is used in an exhaust system of an internal combustion engine for automobiles, etc., and detects particulate matter mainly composed of soot composed of carbon contained in a gas to be measured, and particles TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
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。
In automobile diesel engines and the like, environmental pollutants contained in combustion exhaust, particularly particulate matter (hereinafter referred to as PM) mainly composed of soot particles and soluble organic components (SOF) are collected. For this purpose, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) is installed in the exhaust passage. The DPF is made of porous ceramics having excellent heat resistance, and traps PM by allowing combustion exhaust gas to pass through partition walls having a large number of pores.
If the amount of collected PM exceeds the allowable amount, the DPF will become clogged and the pressure loss will increase, or the DPF will be damaged by the heat generated when burning excessively accumulated PM, causing the PM to pass through. The collection ability is restored by periodically performing a regeneration process.
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。
Various PM detection sensors for detecting PM in the gas to be measured have been proposed in order to appropriately detect the DPF regeneration timing and to detect abnormalities such as PM slipping at an early stage.
For example, in
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。 In such a conventional PM detection element, thick film printing, chemical vapor deposition (CVD), thin film printing such as physical vapor deposition (PVD), etc. are performed on the surface of an insulating substrate such as alumina or a conductive substrate such as zirconia. A technique is used in which a plurality of electrodes formed in a substantially strip shape are arranged at regular intervals and are opposed to each other so that the polarities are alternately changed, and a so-called comb-like pattern is used. In the PM detection element with the comb-like electrodes facing each other, there is a dead mass that cannot detect the electrical characteristics between the electrodes until the amount of PM deposited between the pair of electrodes exceeds a certain amount, and an abnormality of the DPF It is desired to reduce this dead mass as much as possible in order to detect the above in an early and reliable manner.
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。
Further, when a certain amount or more of PM is accumulated between the detection electrodes and becomes saturated, the electrical characteristics detected between the detection electrodes become constant, and the PM in the gas to be measured cannot be detected.
Therefore, in the PM detection device, in order to continue the PM detection, when the amount of PM adhering between the detection electrodes reaches a limit, the attached PM is burned and removed by heating with a heater or the like to detect the PM. Is trying to play.
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。
Furthermore, in
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。
However, in the conventional PM detection element, when forming a comb-like electrode, when using a general thick film printing, the gap between the detection electrodes is about several tens of μm, and the rheological characteristics of the printing paste and About 20 μm was the limit due to restrictions on the production of the mask formed on the printing screen.
In addition, when thin film printing such as CVD or PVD is used, it is possible to form a very precise pattern, but on the other hand, the equipment cost is high and the manufacturing cost may be increased.
In addition, since the detection electrode to be formed is necessarily a thin film, it is provided in the combustion exhaust passage of an internal combustion engine such as an automobile engine, and the vibration from the outside, the temperature change of the gas to be measured, and the PM detection element are heated. In PM detection elements that are directly exposed to extremely harsh usage environments such as thermal stress when burning and removing PM deposited on the detection unit, and thermal stress due to adhesion of moisture contained in the gas to be measured, There is a risk that transpiration, peeling, and the like may occur, and sufficient durability may not be obtained.
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。 Furthermore, in a particulate matter detection element that detects electrical characteristics that change according to the amount of particulate matter deposited between a pair of electrodes, the change in resistance value between the detection electrodes is measured as electrical characteristics. However, even in the case of measuring capacitance, the state where a disconnection due to some defect occurs in each detection electrode and the state where no particulate matter is deposited between the detection electrodes are electrically equivalent. Therefore, there is a possibility that it is not possible to distinguish between a defect such as a disconnection in the detection electrode and a state where PM is not deposited between the detection electrodes.
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。 Accordingly, in view of such circumstances, the present invention measures the electrical characteristics that change according to the amount of particulate matter contained in the measurement gas deposited on the detection unit, and thereby determines the amount of particulate matter in the measurement gas. Provides a method for manufacturing a particulate matter detection element having a structure with extremely low dead mass and high measurement accuracy, and detecting particulate matter using the particulate matter detection element An object of the present invention is to provide a highly reliable particulate matter detection sensor that can detect the presence or absence of a defect such as a disconnection in an element.
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一対の検出電極(ELA、ELB)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検出電極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、上記一対の検出電極(ELA、ELB)を成す各検出電極は、一方の端部(103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd)から、他方の端部(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)に至る迄に直列に接続された導通経路を形成し、一部を屈曲せしめた折り返し部(101A、101B、101Ad、101Bd)と、所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層(120)を介して対向する検出電極対向部(100A、100B)と、からなり、上記一方の端部(103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd)から上記他方の端部(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)に至るまでの抵抗値の計測により、上記一対の検出電極(ELA、ELB)の内部における断線の有無を検出する断線検出回路部(301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb)を具備する。 In the present invention (1, 1a, 1b, 1c, 1d), the light is collected by a detection unit (10, 10c, 10d) having a pair of detection electrodes (EL A , EL B ) facing each other at least at a predetermined distance. A particulate matter detection element (2, 2, 2) which detects the amount of particulate matter contained in the gas to be measured by detecting electrical characteristics between the detection electrodes, which change according to the amount of particulate matter deposited. 2b, 2c, 2d), each of the detection electrodes constituting the pair of detection electrodes (EL A , EL B ) has one end (103A, 103B, 103Ac, 103Bc, 103Ad, 103Bd) to the other end (104A, 104B, 104Ac, 104Bc, 104Ad, 104Bd), a conduction path connected in series is formed, and a folded portion (1 bent) is formed. 1A, 101B, 101Ad, 101Bd) and a detection electrode facing portion (100A, 100B) facing each other via an insulating layer (120) forming a predetermined distance between the detection electrodes, and the one end portion ( 103A, 103B, 103Ac, 103Bc, 103Ad, 103Bd) to the other end (104A, 104B, 104Ac, 104Bc, 104Ad, 104Bd), and the pair of detection electrodes (EL A , EL B ) includes a disconnection detection circuit unit (301A, 301Aa, 301Ab, 301B, 301Ba, 301Bb) for detecting the presence or absence of disconnection.
また、本発明は、上記一方の端部間(103A−103B、103Ac−103Bc、103Ad−103Bd)、又は、上記他方の端部間(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、上記検出電極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検出電極対向部(100A、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である。
Further, the present invention provides a resistance value between the one end (103A-103B, 103Ac-103Bc, 103Ad-103Bd) or between the other end (104A-104B, 104Ac-104Bc, 104Ad-104Bd). And a PM detection circuit section (31) for detecting the amount of particulate matter deposited between the detection electrodes by detecting any one of capacitance and impedance.
Further, according to the present invention, the particulate matter detection element (2, 2b, 2c, 2d) includes the detection unit (10, 10c, 10d) and a substrate unit (20, 20b, 20c, 20d) on which the detection unit is mounted. The detection part (10, 10c, 10d) is formed in a substantially flat plate shape with a film thickness of 100 μm or more and 500 μm or less, and the detection electrode facing part (100A, 100B) and a film of 5 μm or more and 20 μm or less It is a laminated structure in which the insulating layer (120) formed in a substantially flat shape with a thickness is repeatedly laminated.
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、上記断線検出回路部(301A、301B)によって上記検出電極(ELA、ELB)の内部の欠陥の有無を上記一方の端部(103A、103B)から他方の端部(104A、104B)に至るまでの直流抵抗の計測によって検出した上で、上記検出電極(ELA、ELB)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)を積層構造によって形成することにより、上記絶縁層(120)の膜厚を20μm以下の極めて薄く形成することが可能となり、検出電極対間距離が短く、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。
According to the present invention, the particulate matter that detects the amount of particulate matter in the measurement gas by measuring the electrical characteristics that change according to the amount of particulate matter contained in the measurement gas deposited on the detection unit. In the substance detection element, the disconnection detection circuit unit (301A, 301B) determines whether or not there is a defect inside the detection electrode (EL A , EL B ) from the one end (103A, 103B) to the other end (104A). , 104B), and the PM detection circuit unit has an electrical characteristic that changes in accordance with the amount of particulate matter deposited between the detection electrodes (EL A , EL B ) after being detected by measuring DC resistance up to 104B). In order to detect by (31), whether the electrical characteristics detected as in the past are due to defects inside the detection electrodes such as disconnection or whether particulate matter is not deposited between the detection electrodes. Distinction No portions that become come, it is possible to maintain high reliability.
In addition, by forming the detection unit (10) with a laminated structure, the insulating layer (120) can be formed to be extremely thin with a thickness of 20 μm or less, the distance between the detection electrodes is short, and the dead mass is small. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a particulate matter detection element having a structure with a very small measurement system and a high measurement system.
In conventional methods such as thick film printing, it is extremely difficult to form the gap between the detection electrodes to 20 μm or less, but by taking a laminated structure as in the present invention, the insulating layer (120) can be easily formed to 5 μm to 20 μm. It becomes possible to form in the following ranges, and extremely insensitive mass can be reduced.
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一対の検出電極ELA、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上記検出電極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。
With reference to FIG. 1A, the basic structure of the particulate
The particulate
The particulate
検出部10は、少なくとも、絶縁層120を介して対向せしめた一対の検出電極ELA、ELBを有する積層体構造によって形成されている。
なお、一対の検出電極ELA、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、検出電極ELA、ELB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。
The
The pair of detection electrodes EL A and EL B are displayed with different hatching for convenience in order to distinguish which electrode is used, but both electrodes are formed of the same material.
Specific materials will be described later together with the manufacturing method.
The
検出電極断線検出回路部30は、一対の検出電極ELA、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、第2の検出電極断線検出回路部301A、302Bは、例えば、検出電極ELA、ELBの一方の端に設けた断線検出端子部103A、103Bから他方の端に設けたPM検出端子104A、104Bに至るまでの抵抗値を検出して検出電極ELA、ELB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、検出電極ELA、ELBの内部抵抗RELA、RELBの計測が可能となり、これ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。
The detection electrode disconnection
The first and second detection electrode disconnection
As a specific disconnection detection method, by measuring a potential difference between both ends by passing a weak current, the internal resistances R ELA and R ELB of the detection electrodes EL A and EL B can be measured. The presence or absence of disconnection can be determined by comparing with the threshold value.
本発明においては、検出電極ELA、ELBが、略平板状に形成した検出電極対向部100A、100Bの一部を略コ字形に折り返した検出電極折り返し部101A、101Bを設けて、検出リード部102A、102Bに接続し、検出リード部102A、102Bを介して、断線検出端子103A、103B、及び、PM検出端子104A、104Bに接続された状態となっており、断線検出端子103A、103BからPM検出端子104A、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。
検出電極ELA、ELB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。
In the present invention, the detection electrodes EL A and EL B are provided with detection electrode folded
By making the detection electrodes EL A and EL B into a shape having such a continuous conductive path without branching, it is possible to reliably detect the presence or absence of disconnection.
PM検出回路部31は、一対の検出電極ELA、ELB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、一方の端部間103A−103B、又は、他方の端部間104A−104B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。
The PM
The
Energization of the
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。
With reference to FIG. 1B, FIG. 2A, FIG. 2B, and FIG. 3, the more specific structure of the particulate
As shown in FIG. 1B, the particulate
The particulate
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、一対の検出電極ELA、ELBが複数箇所で対向するように、複数箇所に電極折り返し部101A、101Bが設けられて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、断線検出端子103A、103BからPM検出端子104A、104Bに至るまでに枝分かれすることなく、一本の直列する導電経路を構成している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, in the
However, also in the present embodiment, as described above, one serial conductive path is configured without branching from the
また、本実施形態においては、図2Aに示すように、断線検出端子103A、103BとPM検出端子104A、104Bとが、検出部10の一方の端に配置すべく、戻りリード部105A、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検出電極対向部100A、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。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2A, the
Furthermore, the
一方、本実施形態においては、図2Bに示すように、検出電極対向部100A、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、検出電極対向部100A、100Bを積層することによって、検出部10の表面に露出する一対の検出電極ELA、ELB間の距離は、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。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 2B, the film thickness in the stacking direction of the detection
The distance between the pair of detection electrodes ELA and ELB exposed on the surface of the
A specific manufacturing method in which the
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、PM検出端子接続部106A、106B、断線検出端子接続部107A、107B、リード部108A、108B、109A、109B、PM検出外部接続端子110A、110B、断線検出外部接続端子111A、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の断線検出端子103A、103B、が断線検出端子接続部107A、107BとPM検出端子104A、104BがPM検出端子接続部106A、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。
As shown in FIG. 3, the
The
On the surface of the insulating
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、検出電極ELA、ELBの両端(103A−104A間、及び、103B−104B間)で断線検出回路部301A、301Bにおいて検出される抵抗値は、検出電極ELA、ELBの内部抵抗RELA、RELBに加え、検出電極ELA、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、検出電極ELA、ELBのそれぞれの対向する検出電極対向部100A、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、出電極ELA、ELBの内部抵抗RELA、RELBに対して並列に接続されることになり、それぞれの検出電極ELA、ELBの両端で検出される検出抵抗値RA、RBとは、1/RA=1/RELA+1/rPM、1/RB=1/RELB+1/rPMの関係が成り立つ。
The effect of the particulate
When the particulate
At this time, since the resistance path formed by the deposition of the particulate matter is formed so as to bridge the opposing detection
検出電極ELA、ELBの内部抵抗RELA、RELBは、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、検出電極ELA、ELBの両端で検出される両端抵抗値RA、RBは、0.999Ω〜199.96Ω程度となり、検出電極ELA、ELBのいずれかの導通経路に断線が生じた場合には、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検出電極ELA、ELBの内部抵抗RELA、RELBは、105Ω以上に上昇するため、断線検出回路部301A、301Bにおいて、検出抵抗RA、RBと、所定の抵抗閾値RREF(例えば、1000Ω)と、を比較する断線判定手段302A、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。
For example, when the internal resistances R ELA and R ELB of the detection electrodes EL A and EL B are about 1Ω to 200Ω, the resistance value r PM of the resistance path formed by the deposition of the particulate matter is the deposition of the particulate matter. Depending on the amount, even if it changes to about 1000Ω to 10 6 Ω, both-end resistance values R A and R B detected at both ends of the detection electrodes EL A and EL B are about 0.999Ω to 199.96Ω, When a disconnection occurs in any of the conduction paths of the detection electrodes EL A and EL B , the resistance is 1000Ω or more.
For this reason, as shown in FIG. 4B, since the internal resistances R ELA and R ELB of the detection electrodes EL A and EL B in which the disconnection has occurred increase to 10 5 Ω or more, in the disconnection
加えて、対向する検出電極ELA、ELB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。
In addition, when the PM-derived resistance R PM between the
In addition, when a disconnection is detected, the particulate matter calculation can be stopped by issuing an abnormality warning.
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、検出電極ELAZ、ELBZのそれぞれの内部抵抗rA、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。 On the other hand, when a conventional particulate matter detection sensor 1z in which a pair of detection electrodes facing each other with a predetermined gap are formed on a surface of an insulating substrate in a comb-like shape by thick film printing is used in a normal state, FIG. as shown in 5A, the detection resistor R SUM is detected between the detection electrodes, the detection electrodes EL AZ, each internal resistance r a of EL BZ, and r B, varies depending on the deposition amount Q PM of the particulate matter The PM-derived resistance R PM is equivalent to that connected in series, and the PM deposition amount Q PM can be calculated by measuring the combined resistance R PM + r A + r B.
しかし、従来の粒子状物質検出センサ1zでは、検出電極ELAZ、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。
However, in the conventional particulate matter detection sensor 1z, when a disconnection abnormality occurs in any of the detection electrodes EL AZ and EL BZ , the disconnection point and the PM-derived resistance R PM are connected in series as shown in FIG. 5B. In this state, the PM-derived resistance changes in a large range from 1000Ω to 10 6 Ω, and the detection resistance when the disconnection occurs is about 10 5 Ω. There is a possibility that it is not possible to distinguish and detect whether particulate matter is not deposited between EL AZ and EL BZ .
Furthermore, even when a disconnection occurs, when particulate matter is deposited so as to bridge the disconnection portion, a resistance path r PMZ connected in parallel so as to bypass the disconnection portion is formed. There is also a possibility that the disconnection is not detected.
The present invention has been made to solve such a problem that may occur in the conventional particulate matter detection sensor 1z.
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)を代表とす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(120)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(120)とを用いて形成されている。
Here, with reference to FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 6c, the manufacturing method of the
The insulating
導電性シート成形工程では、検出電極ELA、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シート(100)が用いられている。
LNF、LSN、LSM、LSC、LCC、LSCN等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。
In the conductive sheet forming step, a conductive sheet for forming the detection electrodes EL A and EL B is formed.
The conductive sheet is LNF (LaNi 0.6 Fe 0.4 O 3 ), LSN (La 1.2 Sr 0.8 NiO 4 ), LSM (La 1-X Sr X MnO 3-δ ), LSC (La 1-X Sr X CoO 3- δ), LCC (La 1-X Ca X CrO 3-δ), LSCN (La 0.85 Sr 0.15 Cr 1-X Ni X O 3-δ) (0.1 ≦ X ≦ 0.7) Add a predetermined binder, plasticizer, dispersant, solvent, etc. to the perovskite type conductive oxide material selected from any one of the known methods such as doctor blade method, press method, etc. Depending on the forming method, a conductive sheet (100) formed in a substantially flat shape with a film thickness of 100 μm or more and 500 μm or less is used.
A conductive sheet formed of LNF, LSN, LSM, LSC, LCC, LSCN, or the like becomes a conductive oxide having a conductivity of 10 −2 S / cm or more by firing.
絶縁性シート成形工程では、YSZ((ZrO2)0.92(Y2O3)0.08)を代表とす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。
In the insulating sheet forming step, insulating oxidation selected from partially stabilized zirconia represented by YSZ ((ZrO 2 ) 0.92 (Y 2 O 3 ) 0.08 ), MgO, or Al 2 O 3 The material is formed using a known molding method such as a doctor blade method or a thick film printing method.
The insulating sheet formed in the insulating sheet forming step becomes an insulating oxide having an electric conductivity of 10 −5 S / cm or less, which constitutes the insulating
図6Aに(a)〜(d)の順を追って示す絶縁性シート導電性シート内埋め込み工程では、予め用意した同じ膜厚の絶縁性厚膜シート(120)と導電性シート(100)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、絶縁性膜厚シートを導電性シート内に隙間なく埋込むことができる。
金型のパターンを適宜変更することによって、導電性シートの複数の所定位置に所定の形状に区画した絶縁性シートを埋め込むことが可能である。
なお、膜厚5μm以上、20μm以下の絶縁性薄膜シート120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シート100を埋め込む導電性シート絶縁性シート内埋め込み工程において、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。
In the insulating sheet conductive sheet embedding step shown in FIG. 6A in the order of (a) to (d), the insulating thick film sheet (120) and the conductive sheet (100) having the same film thickness prepared in advance are used. By overlapping and punching simultaneously using the molds M1 and M2, the insulating film thickness sheet can be embedded in the conductive sheet without any gap.
By appropriately changing the pattern of the mold, it is possible to embed an insulating sheet partitioned into a predetermined shape at a plurality of predetermined positions of the conductive sheet.
In the conductive sheet insulating sheet embedding step of embedding the
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層と記したシートでは、導電性厚膜シート100内の5カ所に絶縁性厚膜シート120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、一対の検出電極ELA、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、ELA側とELB側とをハッチングを分けて示しているが、元々は、一枚の導電性シート100に絶縁性シート120を埋め込んだものである。
B層は、A層を平面方向に180度回転させたものである。
The
For example, in the sheet indicated as layer A in FIG. 6B, the insulating
In addition, in order to clarify which part of the pair of detection electrodes EL A and EL B constitutes, for convenience, the EL A side and the EL B side are shown separately hatched. The insulating
The B layer is obtained by rotating the A layer by 180 degrees in the plane direction.
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120の所定の4カ所に導電シート100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。
MB層は、B層とB層とを直列に接続するものであり、MA層を平面方向に180度回転させたものである。
The MA layer connects the A layer and the A layer in series, and the detection electrode returns to a predetermined position in the insulating
The MB layer connects the B layer and the B layer in series, and is obtained by rotating the MA layer 180 degrees in the plane direction.
C層は、互いに対向する検出電極対向部100Aと100Bとの絶縁を図りつつ、検出電極リード部102A、102B、検出電極戻りリード部105A、105Bの導通を図るものであり、絶縁性薄膜シート120の所定の4カ所に導電シート100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、検出電極リード部102A、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。
A層、MA層、A層、C層、B層、MB層、B層、C層、A層・・・繰り返して積層することにより、検出電極ELA、ELBは、少なくとも、略平板状に形成した検出電極対向部100A、100Bと、その一部が略コ字形に屈曲する検出電極折り返し部101A、101Bと、検出電極リード部102A、102Bとによって構成され、一方の端部に断線検出端子部103A、103Bが形成され、他方の端部にPM検出端子部104A、104Bが形成され、断線検出端子部103A、103BからPM検出端子部104A、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。
The C layer serves to insulate the detection
A layer, MA layer, A layer, C layer, B layer, MB layer, B layer, C layer, A layer ... By repeatedly laminating, the detection electrodes EL A and EL B are at least substantially flat. The detection
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100の3カ所に絶縁性シート120が埋設されて、検出電極対向部100AEが、検出電極折り返し部101Aと検出電極戻りリード部105Aとに接続するように配設され、検出電極対向部100BEが、検出電極リード部102Bと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、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。
The AE layer performs one end processing of the
In addition, the ETP layer is composed only of the insulating
C層を繰り返し積層することで、検出電極リード部102A、102B、検出電極戻りリード部105A、105Bを任意の長さに形成することができる。
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120の所定の4カ所に導電性厚膜シート100を埋設(逆に、導電性厚膜シート100の所定の3カ所に絶縁性膜厚シート120を埋設しても良い。)することによって、断線検出端子103A、103B、PM検出端子104A、104Bを形成し検出部10の片側に配設してある。
By repeatedly laminating the C layer, the detection
The END layer performs processing of the other end of the
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、高い精度で検出電極層ELA、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。 Further, in the actual manufacturing process, as is commonly used in the manufacturing method of multilayer ceramics, the detection electrode layer is formed with high accuracy by providing a frame portion that covers the periphery of each layer, forming a positioning hole, and laminating. EL A and EL B can be opposed to each other with a certain gap while forming a conduction path connected in series without branching from one end to the other end.
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。
In addition, in this embodiment, after forming the width | variety of each layer thickly and laminating | stacking, the
As shown in FIG. 6C, the detection unit aggregate 10MLT obtained in this way is cut into a predetermined thickness by using a cutting means such as a dicing saw to complete the
If this is mounted on the
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。
It should be noted that the individual pieces may be cut out from the detection unit assembly 10MLT before firing or after firing.
If it is processing before firing, there is a merit that the processing is easy because it is in the form of a molded body, but there is a demerit that dimensional variation of the
If the processing is performed after firing, the strength of the
Accordingly, it is possible to appropriately select at which time the processing should be performed depending on whether the production cost is important or the processing accuracy is important.
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。
検出電極ELA、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を積層体構造とすることによって、検出電極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。
In addition, since the
If delamination occurs in the detection electrodes EL A and EL B , conduction between the respective layers may be hindered and a local disconnection may occur. The presence or absence of disconnection can be detected.
Therefore, even when the
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(301Aa、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。
With reference to FIG. 7, a particulate matter detection sensor 1a according to a second embodiment of the present invention will be described. Since the same reference numerals are given to the same components as those in the above embodiment, detailed description thereof is omitted, and the same components but different parts are given the same reference characters with alphabets as branch numbers. The explanation will be focused on. The same applies to the following embodiments.
In the above embodiment, the heating element energization
検出電極ELA、ELBの断線検出端子103A、103BからPM検出端子104A、104Bに至るまでの内部抵抗RA、RBは、温度に対して相関性を有するため、検出された内部抵抗RA、RBから、発熱体220の発熱温度T1、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。
Since the internal resistances R A and R B from the
The obtained temperature result is fed back to the
According to the present embodiment, in the same manner as the above-described embodiment, it is possible to detect the presence or absence of disconnection inside the
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、一対の検出電極ELA、ELB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、一対の検出電極ELA、ELBの両端103A−104A、103B−104A間の断線を検出する断線検出回路部301Ab、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、検出電極ELA、ELBの両端103A−104A、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、測定された抵抗値RA、RBから検出電極ELA、ELBの温度を算出する。
With reference to FIG. 8, a particulate
In the above-described embodiment, in order to burn off particulate matter deposited on the
In the present embodiment, each of the disconnection detection circuit units 301Ab and 301Bb for detecting a disconnection between both ends 103A-104A and 103B-104A of the pair of detection electrodes EL A and EL B has a heat generation control function. Features.
Specifically, not only the presence or absence of disconnection is detected by measuring the internal resistance between both ends 103A-104A and 103B-104A of the detection electrodes EL A and EL B , but the resistance value of the conductor has a temperature dependency. Therefore, the temperatures of the detection electrodes EL A and EL B are calculated from the measured resistance values R A and R B.
さらに、抵抗体の発熱量は、供給電力に比例することから、抵抗値RA、RBをモニタしつつ、可変電源32Ab、32Bbから検出電極ELA、ELBに供給する電力量を増減することによって、検出電極ELA、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、検出電極ELA、ELBに堆積した粒子状物質が飽和状態となった場合には、可変電源32Ab、32Bbからの供給電力を上げ、検出電極ELA、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。
Furthermore, since the amount of heat generated by the resistor is proportional to the supplied power, the amount of power supplied to the detection electrodes EL A and EL B from the variable power sources 32Ab and 32Bb is increased or decreased while monitoring the resistance values R A and R B. Thus, the detection electrodes EL A and EL B can be maintained at a desired temperature.
According to the present embodiment, in addition to the same effects as the above embodiment, when the particulate matter deposited on the detection electrodes EL A and EL B is saturated, the power supplied from the variable power sources 32Ab and 32Bb is reduced. It is also possible to raise the temperature of the detection electrodes EL A and EL B and burn and remove the deposited particulate matter.
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。
With reference to FIG. 9A and FIG. 9B, the particulate matter detection sensor 1c and the detection electrode laminated
In the above-described embodiment, the disconnection
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、一対の検出電極ELA、ELBが、断線検出端子103Ac、103BcからPM検出端子104Ac、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、検出電極ELA、ELB内部の断線の有無を極めて容易に検出できる。
Since the detection electrode
Also in this embodiment, as in the above-described embodiment, the pair of detection electrodes EL A and EL B does not branch from the disconnection detection terminals 103Ac and 103Bc to the PM detection terminals 104Ac and 104Bc. Since the path is formed, the presence or absence of disconnection inside the detection electrodes EL A and EL B can be detected very easily.
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、導電性シート100内に絶縁性シート120を埋め込んだり、絶縁性シート120内に導電性シート100を埋め込んだりしたものを積層することで、検出電極折り返し部101A、101Bや、検出電極リード部102A、102Bを形成して、検出電極ELA、ELBが断線検出端子103A、103Bから、PM検出端子104A、104Bまで、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検出電極折り返し部101A、101Bや、検出電極リード部102A、102Bをスルーホール印刷によって形成する点が相違する。
With reference to FIG. 10A and FIG. 10B, the particulate
In the above-described embodiment, the detection electrode folded
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検出電極層100A、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、検出電極折り返し部101Ad、101Bd、及び、検出電極リード部102Ad、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、検出電極ELAd、ELBd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、平行に並んだ検出電極ELAd、ELBd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、直交する方向に検出電極対向部100A、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、平行する方向に検出電極対向部100A、100Bが並ぶように形成してもよい。
By adopting such a configuration, only the
For this reason, when an electric field is applied between the detection electrodes EL Ad and EL Bd to collect particulate matter contained in the gas to be measured, the electric field does not concentrate on the bent portion of the detection electrode, Since a uniform electric field is formed between the detection electrodes EL Ad and EL Bd arranged in parallel, uneven distribution of the collected particulate matter can be suppressed, and detection accuracy can be further improved.
Further, in the present invention, the directionality of the
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が、一対の検出電極ELA、ELBを成す各検出電極が、一方の端部から、他方の端部に至る迄に直列に接続された導通経路を形成し、一部を屈曲せしめた折り返し部と、所定の間隙を設けて対向する検出電極対向部100A、100Bと、を備えてなり、一方の端部から他方の端部に至るまでの抵抗値の計測により、一対の検出電極ELA、ELBの内部における断線の有無を検出する断線検出回路部を具備するものであれば、検出電極対向部を厚膜印刷、薄膜印刷、メッキ、CVD、PVD等の方法によって形成した場合にも適用し得るものである。
厚膜印刷の場合、一対に検出電極対向部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が、検出電極内の断線検出を可能とすることでセンサの信頼性の向上を図ることが可能である。
In the above embodiment, the thickness of the insulating
In the case of thick film printing, since it is difficult to set the insulation distance for insulating the detection electrode facing portions to a pair of 20 μm or less, a decrease in detection accuracy is unavoidable as compared with the above embodiment, but disconnection in the detection electrode By making detection possible, it is possible to improve the reliability of the sensor.
1 粒子状物質検出センサ
10 検出部
100A、100B 検出電極層
101A、101B 検出電極折り返し部
102A、102B 検出電極リード部
103A、103B 断線検出端子部
104A、104B 粒子状物質検出端子部
105A、105B 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
DESCRIPTION OF
Claims (12)
上記一対の検出電極(ELA、ELB)を成す各検出電極は、
一方の端部(103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd)から、他方の端部(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)に至る迄に直列に接続された導通経路を形成し、
一部を屈曲せしめた折り返し部(101A、101B、101Ad、101Bd)と、
所定の検出電極対間距離を形成する絶縁層(120)を介して対向する検出電極対向部(100A、100B)と、を備えてなり、
上記一方の端部(103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd)から上記他方の端部(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)に至るまでの抵抗値の計測により、上記一対の検出電極(ELA、ELB)の内部における断線の有無を検出する断線検出回路部(301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb)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)。 The above-described detection that changes according to the amount of particulate matter collected and deposited on the detection unit (10, 10c, 10d) having a pair of detection electrodes (EL A , EL B ) facing each other at least at a predetermined distance A particulate matter detection sensor provided with a particulate matter detection element (2, 2, 2b, 2c, 2d) that detects electrical characteristics between electrodes and detects the amount of particulate matter contained in a gas to be measured. There,
Each detection electrode constituting the pair of detection electrodes (EL A , EL B )
A conduction path connected in series is formed from one end (103A, 103B, 103Ac, 103Bc, 103Ad, 103Bd) to the other end (104A, 104B, 104Ac, 104Bc, 104Ad, 104Bd). ,
A folded portion (101A, 101B, 101Ad, 101Bd) that is partially bent;
Detection electrode facing portions (100A, 100B) facing each other through an insulating layer (120) that forms a predetermined distance between the detection electrodes,
By measuring the resistance value from the one end (103A, 103B, 103Ac, 103Bc, 103Ad, 103Bd) to the other end (104A, 104B, 104Ac, 104Bc, 104Ad, 104Bd), Particulate matter detection sensor (1) comprising a disconnection detection circuit (301A, 301Aa, 301Ab, 301B, 301Ba, 301Bb) for detecting the presence or absence of disconnection in the detection electrodes (EL A , EL B ) 1a, 1b, 1c, 1d).
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検出電極対向部(100A、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)。 The particulate matter detection element (2, 2b, 2c, 2d)
The detection unit (10, 10c, 10d);
The board portion (20, 20b, 20c, 20d) on which this is mounted,
The detection unit (10, 10c, 10d)
The detection electrode facing portion (100A, 100B) formed in a substantially flat plate shape with a film thickness of 100 μm or more and 500 μm or less;
The particulate matter detection sensor (1, 1a) according to claim 1 or 2, comprising a laminated structure in which the insulating layer (120) formed in a substantially flat shape with a film thickness of 5 µm or more and 20 µm or less is repeatedly laminated. 1b, 1c, 1d).
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)。 The particulate matter detection element (2, 2b, 2c, 2d)
The particulate matter detection sensor (1, 1a, 1b, 1c, 1d) according to any one of claims 1 to 3, comprising a resistance heating element (EL A , EL B / 220) that generates heat when energized.
上記一方の端部(103A、103B)から上記他方の端部(104A、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、
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)。 The disconnection detection circuit (301Aa, 301Ba)
While measuring the DC resistance from the one end (103A, 103B) to the other end (104A, 104B) to detect the presence or absence of disconnection,
A heat generation control circuit unit that calculates a heat generation temperature of the heating element (EL A , EL B / 220) from the detected DC resistance value and controls energization to the resistance heating element (EL A , EL B / 220) The particulate matter detection sensor (1a, 1b) according to claim 4, which has a function as:
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)。 The substrate part (20) is
The particulate matter detection sensor (1, 1a, 1c, 1d) according to claim 4, comprising a substantially flat insulating substrate (200, 210) and the resistance heating element (220) therein.
上記一方の端部(103A、103B)から上記他方の端部(104A、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、
上記一対の検出電極(ELA、ELB)のそれぞれを上記抵抗発熱体として利用して、
上記一方の端部(103A、103B)と上記他方の端部(104A、104B)との間への通電により、
上記一対の検出電極(ELA、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)。 The disconnection detection circuit (301Ab, 301Bb)
While measuring the DC resistance from the one end (103A, 103B) to the other end (104A, 104B) to detect the presence or absence of disconnection,
Using each of the pair of detection electrodes (EL A , EL B ) as the resistance heating element,
By energization between the one end (103A, 103B) and the other end (104A, 104B),
The particulate matter detection sensor (1b) according to claim 4, further comprising a heat generation control circuit unit that generates heat from the pair of detection electrodes (EL A , EL B ).
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検出電極対向部(100A、100B)を構成するための導電性シート成形工程と、
8YSZ((ZrO2)0.92(Y2O3)0.08)を代表とす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(120)を構成する絶縁性シート、及び/又は、絶縁性シートを形成する絶縁性シート成形、及び/又は、絶縁性シート成形工程と、
得られた導電性シート(100)と絶縁性シート(120)とを積層して上記検出部(10、10c、10d)を形成する積層工程と、
を具備することを特徴とする粒子状物質検出素子の製造方法。 10. The particulate matter in the gas to be measured is detected by an electrical characteristic that changes in accordance with the amount of particulate matter deposited between a pair of detection electrodes facing each other with a predetermined gap therebetween. A method for producing a particulate matter detection element (2, 2b, 2c, 2d) used in the particulate matter detection sensor (1, 1a, 1b, 1c, 1d) according to claim 1,
at least,
LNF (LaNi 0.6 Fe 0.4 O 3 ), LSN (La 1.2 Sr 0.8 NiO 4 ), LSM (La 1-X Sr X MnO 3-δ ), LSC (La 1-X Sr X CoO 3−δ ), LCC (La 1−X Ca X CrO 3−δ ), LSCN (La 0.85 Sr 0.15 Cr 1−X Ni X O 3−δ ) (0.1 ≦ X ≦ 0. 7) Conductivity for forming the substantially flat plate-shaped detection electrode facing portion (100A, 100B) having a film thickness of 100 μm or more and 500 μm or less using a perovskite type conductive oxide material selected from any one of 7) Sheet forming process;
Using an insulating oxide material selected from any of partially stabilized zirconia, MgO, and Al 2 O 3 typified by 8YSZ ((ZrO 2 ) 0.92 (Y 2 O 3 ) 0.08 ), 5 μm Insulating sheet forming the substantially flat insulating layer (120) having a film thickness of 20 μm or less and / or insulating sheet forming to form the insulating sheet, and / or insulating sheet forming step,
A laminating step of laminating the obtained conductive sheet (100) and the insulating sheet (120) to form the detection section (10, 10c, 10d);
A method for producing a particulate matter detection element, comprising:
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