DE102013205837A1

DE102013205837A1 - Partikelerfassungselement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE102013205837A1
Application number: DE102013205837A
Authority: DE
Inventors: Shinya Teranishi; Takehito Kimata; Noriaki Kihara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2013-10-31
Also published as: US20130283886A1; US9528971B2; JP5634433B2; JP2013231627A

Abstract

Ein Partikelerfassungselement wird durch einen Schichtkörper (1) aufgebaut, der erste und zweite Elektrodenschichten (11A, 11B) enthält, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke zwischen 50 µm und 500 µm haben und über eine Zwischenisolierschicht (10), die eine plattenartige Form und eine Dicke zwischen 3 µm und 20 µm hat, aufeinandergeschichtet sind. Eine Schnittoberfläche des Schichtkörpers (1) in der Aufschichtungsrichtung wird als eine Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements verwendet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Partikelerfassungselement zur Erfassung von Partikeln, die hauptsächlich aus sich aus Kohlenstoff zusammensetzendem Ruß bestehen, der in einem Messgas enthalten ist, das zum Beispiel von einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs abgegeben wird, und auf ein Verfahren zur Herstellung des Partikelerfassungselements.
2. Stand der Technik
Es ist bekannt, in einer Abgasleitung eines Dieselmotors für Fahrzeuge oder dergleichen einen Dieselpartikelfilter (nachstehend als "DPF" bezeichnet) vorzusehen, um im Abgas enthaltene Umweltschadstoffe, insbesondere Rußteilchen und Partikel (können nachstehend als "PM" bezeichnet werden) zu sammeln, die sich hauptsächlich aus SOF (löslicher organischer Anteil) zusammensetzten. Der DPF, der aus einer porösen Keramik besteht, die eine hohe Beständigkeit gegenüber Wärme hat, sammelt PM, während das Abgas durch Trennwände mit vielen Poren geht. Falls die gesammelte Menge PM einen zulässigen Wert überschreitet, nimmt der Druckabfall des DPF aufgrund von Verstopfung zu, und der DPF kann durch Wärme beschädigt werden, die zum Zeitpunkt des Abbrennens gesammelter PM erzeugt wird, was dazu führt, dass PM direkt durch den DPF hindurchgehen.
Es gibt viele Vorschläge für PM-Erfassungssensoren, um in einem Messgas enthaltene PM zu erfassen, was die Bestimmung eines passenden Zeitpunkts zum Regenerieren eines DPF und eine frühe und zuverlässige Erfassung einer Anormalität wie den direkten Durchgang von PM durch den DPF ermöglicht. Zum Beispiel offenbart die JP 2005-164554 A ein PM-Erfassungselement, in dem in einem Messgas enthaltene PM zwischen einem Paar kammförmiger Elektroden gesammelt werden, die so auf der Oberfläche eines Isolators angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, und der PM-Gehalt des Messgases wird bestimmt, indem ein elektrischer Kennwert wie der Widerstand, die Kapazität oder die Impedanz zwischen dem Paar kammförmiger Elektroden gemessen wird, der sich abhängig von der gesammelten Menge PM ändert. Um ein anderes Beispiel zu nennen, offenbart die JP 2012-47596 A eine Partikelerfassungsvorrichtung mit einem Elementgrundmaterial plattenartiger Form, einem Paar Messelektroden, die in dem Elementgrundmaterial angeordnet sind, einer Kennwertmesseinrichtung zum Messen eines elektrischen Kennwerts zwischen dem Paar Messelektroden und einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Menge Partikel, die sich in und in der Umgebung des Paars Messelektroden gesammelt haben, beruhend auf dem von der Kennwertmesseinrichtung gemessenen elektrischen Kennwert, wobei jede Messelektrode eine kammförmige Elektrode mit einer Vielzahl von im Wesentlichen ebenen Kammzahnabschnitten und einem Kammfußabschnitt ist, der die Kammzahnabschnitte miteinander an ihren Enden verbindet, die Kammzahnabschnitte einer Messelektrode und die Kammzahnabschnitte der anderen Messelektrode so gelegen sind, dass sie einander abwechseln, und der Kammfußabschnitt von mindestens einer Messelektrode von einem Kammfußbedeckungsabschnitt bedeckt wird, der aus Dielektrikum besteht. Diese Partikelerfassungsvorrichtung erfasst PM, die in oder in der Umgebung des Paars Messelektroden eingefangen wurden, durch Messung der Änderung eines elektrischen Kennwerts zwischen dem Paar Messelektroden.
Ein solches herkömmliches PM-Erfassungselement wird unter Verwendung eines Dickschichtdruckverfahrens oder eines Dünnschichtdruckverfahrens wie chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ausgebildet, so dass es ein Kammmuster hat, in dem auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats wie Aluminiumoxid oder eines leitenden Substrats wie Zirkoniumoxid eine Vielzahl von zungenförmigen Elektroden so voneinander beabstandet angeordnet sind, dass sich verschiedene Polaritäten abwechseln. In einem solchem PM-Erfassungselement mit den sich gegenüberliegenden kammförmigen Elektroden gibt es eine tote Masse. Bevor die Masse der PM, die sich zwischen den kammförmigen Elektroden gesammelt haben, die tote Masse übersteigt, kann das PM-Erfassungselement keine PM abfühlen. Dementsprechend ist es notwendig, die tote Masse soweit wie möglich zu verringern, um eine frühe und zuverlässige Erfassung einer Anormalität des PDF zu ermöglichen.
Wenn andererseits die Masse der zwischen den kammförmigen Elektroden gesammelten PM einen bestimmten Grenzwert überschreitet, können die in dem Messgas enthaltenen PM nicht gemessen werden, da sich der elektrische Kennwert zwischen den kammförmigen Elektroden sättigt und unverändert bleibt. Dementsprechend ist die oben beschriebene PM-Erfassungsvorrichtung so gestaltet, dass sie die zwischen den kammförmigen Elektroden gesammelten PM unter Verwendung einer Heizung abbrennt, um den PDF zu regenerieren, wenn die Menge gesammelter PM den Grenzwert erreicht.
Wenn die kammförmigen Elektroden unter Verwendung eines gewöhnlichen Dickschichtdruckverfahrens ausgebildet werden, beträgt der Abstand zwischen den benachbarten Kammzahnabschnitten jedoch wegen der rheologischen Eigenschaften der verwendeten Druckpaste und den Beschränkungen bei Herstellungsmasken, die in einem Druckraster auszubilden sind, mindestens etwa 20 µm. Wenn die kammförmigen Elektroden dagegen unter Verwendung eines Dünnschichtdruckverfahrens wie CVD oder PVD ausgebildet werden, ist es zwar möglich, ein extrem feines Muster auszubilden, doch werden die Anlagekosten dafür sehr hoch. Dementsprechend steigen in diesem Fall die Herstellungskosten. Da die kammförmigen Elektroden außerdem zwangsläufig eine Dünnschicht sind, können die kammförmigen Elektroden abdampfen oder abflocken, wenn sie in einer harten Atmosphäre verwendet werden, in der sie beim Abbrennen gesammelter PM einer Wärmespannung oder aufgrund von in dem Messgas enthaltener Feuchtigkeit einer Heiß-/Kaltspannung ausgesetzt sind.
Des Weiteren wurde festgestellt, dass die tote Masse unzulässig groß ist und wie später erläutert von Vorrichtung zu Vorrichtung schwankt, wenn das Paar kammförmiger Elektroden unter Verwendung eines gewöhnlichen Dickschichtdruckverfahrens derart ausgebildet wird, dass der Abstand zwischen den benachbarten Kammzahnabschnitten in der Größenordnung von 20 bis 50 µm liegt.
KURZDARSTELLUNG
Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel sieht ein Partikelerfassungselement zur Erfassung von in einem Messgas enthaltenen Partikeln vor, mit:
mindestens einem Paar Erfassungselektroden, die einander gegenüberliegend auf einer Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements angeordnet sind; und
einer Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Signals, das entweder einen Widerstand, eine Kapazität oder eine Impedanz zwischen dem Paar Erfassungselektroden darstellt, als einen elektrischen Kennwert, der sich abhängig von einer Menge zwischen dem Paar Erfassungselektroden vorhandener Partikel ändert, wobei
das Paar Erfassungselektroden als ein Elektrodenschicht-Schichtkörper aufgebaut ist, in dem erste und zweite Elektrodenschichten, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 50 µm und 500 µm haben, über eine Zwischenisolierschicht, die eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich von 3 µm und 20 µm hat, aufeinandergeschichtet sind, und
eine nach außen freiliegende Schnittoberfläche in einer Aufschichtungsrichtung des Elektrodenschicht-Schichtkörpers als die Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements verwendet wird.
Das exemplarische Ausführungsbeispiel sieht außerdem ein Verfahren zur Herstellung des Partikelerfassungselements vor, mit:
einem Elektrodenschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines perowskitartigen leitenden Oxidmetalls, das aus LNF (LaNi_0,6Fe_0,4O₃), LSN (La_1,2Sr_0,8NiO₄), LSM (La_1-XSr_XMnO_3-δ), LSC (La_1-XSr_XCoO_3-δ), LCC (La_1-XCa_XCrO_3-δ) und LSCN (La_0,85Sr_0,15Cr_1-XNiXO_3-δ) (0,1 ≤ X ≤ 0,7) ausgewählt wird, eine erste Grünlage für eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Grünlage für eine zweite Elektrodenschicht ausgebildet werden, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 50 µm und 500 µm haben;
einem Isolierschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines isolierenden Oxidmaterials, das aus einem teilstabilisierten Zirkoniumoxid, für das 8YSZ ((ZrO₂)_0,82 (Y₂O₃)_0,08) typisch ist, MgO und Al₂O₃ ausgewählt wird, eine dritte Grünlage für eine Zwischenisolierschicht ausgebildet wird, die eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 3 µm und 20 µm hat; und
einem Schichtkörper-Ausbildungsschritt, in dem durch Aufschichten der ersten bis dritten Grünlagen der Elektrodenschicht-Schichtkörper ausgebildet wird.
Das exemplarische Ausführungsbeispiel sieht außerdem ein Verfahren zur Herstellung des Partikelerfassungselements vor, mit:
einem Elektrodenschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines perowskitartigen leitenden Oxidmaterials, das aus LNF (LaNi_0,6Fe_0,4O₃), LSN (La_1,2Sr_0,8NiO₄), LSM (La_1-XSr_XMnO_3-δ), LSC (La_1-XSr_XCoO_3-δ), LCC (La_1-XCa_XCrO_3-δ) und LSCN (La_0,85Sr_0,15Cr_1-XNiXO_3-δ) (0,1 ≤ X ≤ 0,7) ausgewählt wird, eine erste Grünlage für eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Grünlage für eine zweite Elektrodenschicht ausgebildet werden, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 50 µm und 500 µm haben;
einem Isolierschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines isolierenden Oxidmaterials, das aus einem teilstabilisierten Zirkoniumoxid, für das 8YSZ ((ZrO₂)_0,82 (Y₂O₃)_0,08) typisch ist, MgO und Al₂O₃ ausgewählt wird, auf einer Oberfläche von jeweils den ersten und zweiten Grünlagen ein Zwischenisolierschichtfilm durch Drucken ausgebildet wird, der eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 3 µm und 20 µm hat; und
einem Schichtkörper-Ausbildungsschritt, in dem durch Aufschichten der mit dem Zwischenisolierschichtfilm ausgebildeten ersten und zweiten Grünlagen der Elektrodenschicht-Schichtkörper ausgebildet wird.
Das exemplarische Ausführungsbeispiel sieht außerdem einen Partikelerfassungssensor vor, mit:
dem oben beschriebenen Partikelerfassungselement; und
einer Erfassungseinrichtung für einen elektrischen Kennwert zur Bestimmung einer Menge zwischen dem Paar Erfassungselektroden gesammelter Partikel beruhend auf dem von der Ausgabeeinrichtung ausgegebenen Signal.
Gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel werden ein Partikelerfassungselement und ein Partikelerfassungssensor zur Verfügung gestellt, die eine ausreichend geringe tote Masse und eine ausreichend geringe Schwankung der Erfassungsgenauigkeit von Element zu Element oder von Sensor zu Sensor haben.
Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einschließlich der Zeichnungen und Ansprüche.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
1A eine Perspektivansicht, die ein PM-Erfassungselement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
1B eine Draufsicht, die einen Elektrodenschicht-Schichtkörper des in 1A gezeigten PM-Erfassungselements zeigt;
1C eine Schnittansicht von 1B entlang der Linie A-A;
2A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem eine Grünlage für eine Elektrodenschicht angefertigt wird, die für ein Verfahren zur Herstellung des PM-Erfassungselements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
2B eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem eine erste Endabschnittisolierschicht eingebettet wird und der nach dem in 2A gezeigten Schritt erfolgt;
2C eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem eine zweite Endabschnittisolierschicht eingebettet wird und der nach dem in 2B gezeigten Schritt erfolgt;
2D eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem eine Zwischenisolierschicht ausgebildet wird und der nach dem in 2B gezeigten Schritt erfolgt;
2E eine Perspektivansicht einer mit der ersten Endabschnittisolierschicht und der Zwischenisolierschicht ausgebildeten ersten Elektrodenschichtgrünlage, die nach dem in 2D gezeigten Schritt erzielt wird;
2F eine Perspektivansicht einer mit der zweiten Endabschnittisolierschicht und der Zwischenisolierschicht ausgebildeten zweiten Elektrodenschichtgrünlage, die nach dem in 2C gezeigten Schritt erzielt wird;
3A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Aufschichtungsschritts, der nach dem in 2F gezeigten Schritt erfolgt;
3B eine Schnittansicht der nach dem in 3A gezeigten Schritt erzielten Aufschichtung, die auf einer Aufschichtungsform montiert ist;
4 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem ein Elektrodenschicht-Schichtkörpersatz ausgeschnitten wird und der nach dem in 3B gezeigten Schritt erfolgt;
5A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem ein Elektrodenschicht-Schichtkörper ausgeschnitten wird und der nach dem in 4 gezeigten Schritt erfolgt;
5B eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Erfassungsteil-Montageschritts, der nach dem in 5B gezeigten Schritt erfolgt;
6A eine Draufsicht, die den Elektrodenschicht-Schichtkörper des ersten Ausführungsbeispiels im montierten Zustand zeigt;
6B eine Schnittansicht von 6A entlang der Linie A-A;
7A eine Fotografie des Elektrodenschicht-Schichtkörpers des ersten Ausführungsbeispiels;
7B eine Draufsicht auf eine kammförmige Elektrode eines Vergleichsbeispiels, die unter Verwendung eines gewöhnlichten Dickschichtdruckverfahrens ausgebildet wurde;
7C eine Schnittansicht von 7B;
8A ein Schaubild zur Erläuterung von Vorteilen der Erfindung bezüglich einer toten Masse unter Bezugnahme auf das Vergleichsbeispiel;
8B ein Schaubild zur Erläuterung von Vorteilen der Erfindung bezüglich Erfassungsschwankungen unter Bezugnahme auf das Vergleichsbeispiel;
9A eine Draufsicht, die einen Hauptteil eines Elektrodenschicht-Schichtkörpers eines PM-Erfassungselements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
9B eine Schnittansicht von 9A entlang der Linie A-A;
10A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem Gemeinschaftselektroden ausgebildet werden und der in einem Verfahren zur Herstellung eines PM-Erfassungselements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten ist;
10B eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem ein Elektrodenschicht-Schichtkörper ausgeschnitten wird und der nach dem in 10A gezeigten Schritt erfolgt;
11A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem eine Isolierschicht eingebettet wird und der in einer Abwandlung des Verfahrens zur Herstellung des PM-Erfassungselements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten ist;
11B eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem eine Zwischenisolierschicht ausgebildet wird und der nach dem in 11A gezeigten Schritt erfolgt;
11C eine Perspektivansicht einer mit der Zwischenisolierschicht ausgebildeten ersten Elektrodenschichtgrünlage, die nach dem in 11B gezeigten Schritt erzielt wird;
11D eine Perspektivansicht einer zweiten Elektrodenschichtgrünlage, die durch Drehen der in 11C gezeigten ersten Elektrodenschichtgrünlage um 180° erzielt wird;
12A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Aufschichtungsschritts, der nach dem in 11D gezeigten Schritt erfolgt;
12B eine Schnittansicht der nach dem in 12A gezeigten Schritt erzielten Aufschichtung, die auf einer Aufschichtungsform montiert ist;
13 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem ein Elektrodenschicht-Schichtkörpersatz ausgeschnitten wird und der nach dem in 12B gezeigten Schritt erfolgt;
14A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Aufschichtungsschritts, der in einer Abwandlung des Verfahrens zur Herstellung des PM-Erfassungselements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten ist;
14B eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Ausschneideschritts und eines Isolierschicht-Einbettungsschritts, die nach dem in 14A gezeigten Schritt erfolgen;
14C eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Aufschichtungsschritts, der nach dem in 14B gezeigten Schritt erfolgt;
14D eine Draufsicht auf einen Elektrodenschicht-Schichtkörper, der nach dem in 14C gezeigten Schritt erzielt wird;
15A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Isolierschicht-Einbettungsschritts und eines Aufschichtungsschritts, die in einer anderen Abwandlung des Verfahrens zur Herstellung des PM-Erfassungselements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten sind;
15B ein Ausschneideschritt, der nach den in 15A gezeigten Schritten erfolgt;
15C eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Aufschichtungsschritts, der nach dem in 15B gezeigten Schritt erfolgt;
15D eine Draufsicht auf einen Elektrodenschicht-Schichtkörper, der nach dem in 15C gezeigten Schritt erzielt wird;
16A eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Aufschichtungsschritts, der in einer Abwandlung des Verfahrens zur Herstellung des PM-Erfassungselements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten ist;
16B eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts zum Ausschneiden eines Elektrodenschicht-Schichtkörpers, der nach dem in 16A gezeigten Schritt erfolgt;
16C eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Montageschritts, der nach dem in 16B gezeigten Schritt folgt;
16D eine Draufsicht auf den Elektrodenschicht-Schichtkörper, der nach dem in 16B gezeigten Schritt erzielt wird;
17A eine Draufsicht, die einen Hauptteil eines Elektrodenschicht-Schichtkörpers eines PM-Erfassungselements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
17B eine Schnittansicht von 17A entlang der Linie A-A;
18A ein Schaubild, das einen Aufschichtungsschritt zeigt, der in einem Verfahren zur Herstellung des PM-Erfassungselements gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten ist;
18B eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Schritts, in dem ein Schichtkörper ausgeschnitten wird und der nach dem in 18A gezeigten Schritt erfolgt;
18C eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Montageschritts, der nach dem in 18B gezeigten Schritt erfolgt; und
19 ein Schaubild, das schematisch einen PM-Erfassungssensor zeigt, der das PM-Erfassungselement der Erfindung enthält.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 1C wird ein PM-Erfassungselement (Partikelerfassungselement) 4 (kann im Folgenden auch als das Erfassungselement 4 bezeichnet werden) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wie in 1A gezeigt ist, hat das Erfassungselement 4 einen Aufbau, in dem auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats 3, das eine plattenartige Form hat, eine Elektrodenziehschicht 2 ausgebildet ist und auf dem vorderen Endabschnitt des isolierenden Substrats 3, der einem Messgas ausgesetzt wird, ein Elektrodenschicht-Schichtkörper 1 (kann im Folgenden auch als Schichtkörper 1 bezeichnet werden) montiert ist.
Wie in den 1B und 1C gezeigt ist, hat der Schichtkörper 1 einen Schichtaufbau, in abwechselnd dem eine Vielzahl von ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B, die aus einem leitenden Oxid bestehen und eine plattenartige Form haben, und Zwischenisolierschichten 10, die aus einem isolierenden Oxid bestehen, aufeinandergeschichtet und zusammengebacken sind. Ein Ende der ersten Elektrodenschicht 11A liegt von einer Querseite des Schichtkörpers 11 her frei, und das andere Ende der ersten Elektrodenschicht 11A wird von einer ersten Endabschnittisolierschicht 12A bedeckt. Ein Ende der zweiten Elektrodenschicht 11B wird auf der Seite, auf der die erste Elektrodenschicht 11A herausgezogen ist, von einer zweiten Endabschnittisolierschicht 12B bedeckt, und das andere Ende der zweiten Elektrodenschicht 11B liegt von der anderen Querseite des Schichtkörpers 11 her frei. Die Enden der ersten Elektrodenschichten 11A und die Enden der zweiten Elektrodenschichten 11B, die jeweils abwechselnd von den gegenüberliegenden Querseiten des Schichtkörpers 11 her freiliegen, sind jeweils über erste Verbindungsmittel 23A und zweite Verbindungsmittel 23B mit einem ersten Stegabschnitt 22A und einem zweiten Stegabschnitt 22B verbunden, die auf der Oberfläche des isolierenden Substrats 3 ausgebildet sind. Die Vielzahl der ersten Elektrodenschichten 11A und die Vielzahl der zweiten Elektrodenschichten 11B bilden ein Paar kammförmige Elektroden, die einander mit den dazwischen angeordneten Zwischenisolierschichten 10 gegenüberliegen. Der Schichtkörper 1 weist an seinem oberen und unteren Abschlussabschnitt jeweils eine Abschlussisolierschicht 13 auf.
Die Elektrodenziehschicht 2 weist den ersten Stegabschnitt 22A, einen mit dem ersten Stegabschnitt 22A verbundenen ersten Leitungsabschnitt 21A und einen mit dem ersten Leitungsabschnitt 21A verbundenen ersten Anschlussabschnitt 20A auf. Die Elektrodenziehschicht 2 weist außerdem den zweiten Stegabschnitt 22B, einen mit dem zweiten Stegabschnitt 22B verbundenen zweiten Leitungsabschnitt 21B und einen mit dem zweiten Leitungsabschnitt 21B verbundenen zweiten Anschlussabschnitt 20B auf. Die Elektrodenziehschicht 2 ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem Schichtkörper 1 und der Außenseite und eine Befestigung des Schichtkörpers 1 an dem isolierenden Substrat 3. Der erste und zweite Anschlussabschnitt 20A und 20B, der erste und zweite Leitungsabschnitt 21A und 21B und der erste und zweite Stegabschnitt 22A und 22B können unter Verwendung eines geeigneten leitenden Materials wie Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Pd, Ag, W, Pt oder Au durch ein bekanntes Elektrodenausbildungsverfahren wie ein Dickschichtdruckverfahren, ein Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Überzugsverfahren ausgebildet werden.
Die ersten und zweiten Verbindungsmittel 23A und 23B können Löten oder Hartlöten sein. Falls die ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B jeweils mit dem ersten und zweiten Stegabschnitt 22A und 22B verlötet werden, können die Oberflächen der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B jeweils mit einem Metallfilm wie Nickel oder Cu ausgebildet werden, der eine gute Lotbenetzbarkeit hat. Wenn das Material der ersten und zweiten Stegabschnitte 22A und 22B das gleiche wie das Material der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B ist, ist es möglich, die elektrische Verbindung und Befestigung zwischen dem Schichtkörper 1 und dem isolierenden Substrat 3 durch Zusammenbacken zu erreichen.
Die Schichtdicke t_EL der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B beträgt 50 µm bis 500 µm. Die Schichtdicke t_INS der Zwischenisolierschicht 10 beträgt 3 µm bis 20 µm. Der Schichtkörper 1 ist als Erfassungsteil, das die ersten Elektrodenschichten 11A, die zweiten Elektrodenschichten 11B und die Zwischenisolierschichten 10 abwechselnd aufeinandergeschichtet enthält, in einer plattenartigen Form mit einer Dicke T₁ (von 0,5 mm bis 2,0 mm in diesem Ausführungsbeispiel), einer Breite W₁ (von 5,0 bis 30,0 mm in diesem Ausführungsbeispiel) und einer Länge L₁ (von 2,0 mm bis 5,0 mm in diesem Ausführungsbeispiel) ausgebildet. Die Endflächen der jeweiligen Schichten in der Schichtdickenrichtung werden als eine Erfassungsoberfläche verwendet, derart dass die Schichtdicke t_EL der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B die Breite des Paars kammförmiger Elektroden ist, das jeweils ein Paar Erfassungselektroden hat, und die Schichtdicke t_INS der Zwischenisolierschichten 10 der Abstand zwischen den benachbarten Erfassungselektroden ist. Somit können gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Zwischenisolierschichten 10 mit der geringen Dicke und die ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B mit der großen Dicke verglichen mit dem herkömmlichen Fall, in dem die kammförmigen Elektroden unter Verwendung eines gewöhnlichen Dickschichtdruckverfahrens ausgebildet werden, mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit ausgebildet werden.
Die ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B können aus einem perowskitartigen leitenden Oxid bestehen, das aus LNF (LaNi_0,6Fe_0,4O₃), LSN (La_1,2Sr_0,8NiO₄), LSM (La_1-XSr_XMnO_3-δ), LSC (La_1-XSr_XCoO_3-δ), LCC (La_1-XCa_XCrO_3-δ) und LSCN (La_0,85Sr_0,15Cr_1-XNiXO_3-δ) (0,1 ≤ X ≤ 0,7) ausgewählt ist. Die Zwischenisolierschicht 10 und die ersten und zweiten Endabschnittisolierschichten 12A und 12B können aus einem isolierenden Oxid bestehen, das aus einem teilstabilisierten Zirkoniumoxid, für das 8YSZ ((ZrO₂)_0,82 (Y₂O₃)_0,08) typisch ist, MgO und Al₂O₃ ausgewählt ist.
Die elektrischen Leitfähigkeiten der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B sind größer oder gleich 10^–2 S/cm. Die elektrischen Leitfähigkeiten der Zwischenisolierschicht 10 und der ersten und zweiten Endabschnittisolierschichten 12A und 12B sind kleiner oder gleich 10^–5 S/cm.
Das isolierende Substrat 3 weist in sich eine Heizung 32 aus einem Metall oder einer Legierung von Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Pd, Ag, W, Pt oder Au auf und ist zwischen Isolierschichten 30 und 31 angeordnet, die aus einem isolierenden Material wie Aluminiumoxid bestehen, das durch ein Rakelverfahren und dergleichen in einer plattenartigen Form ausgebildet wurde. Das Erfassungselement 4 kann regeneriert werden, indem durch die Heizung 32 ein Strom fließen gelassen wird, um in dem Schichtkörper 1 gesammelte PM abzubrennen. Die Heizung 32 ist mit Heizungsleitungsabschnitten 322 und 323 und über Lochleiter 321 und 324 mit Heizungsanschlussabschnitten 320 und 325 verbunden. Mit den Heizungsanschlussabschnitten 320 und 325 wird eine (nicht gezeigte) Stromversorgungs-Steuerungsvorrichtung verbunden, sodass die Heizung 32 mit einem Strom versorgt werden kann, um bei Bedarf den Schichtkörper 1 zu erwärmen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 3A, 3B, 4, 5A, 5B, 6A und 6B ein Verfahren zur Herstellung des Schichtkörpers 1 und des PM-Erfassungselements 4 erläutert.
Zunächst wird eine Elektrodenschichtschlämme angefertigt, indem ein Material, das nach dem Backen das leitende Oxid bildet, mit Bindemittel, Dispergator und Dispersionsmittel gemischt wird. Anschließend erfolgt mit der angefertigten Schlämme durch ein Rakelverfahren oder dergleichen ein Elektrodenschicht-Ausbildungsschritt, um eine Grünlage 110 für die Elektrodenschichten (nachstehend auch als Elektrodenschichtlage 110 bezeichnet) auszubilden. Die Elektrodenschichtlage 110 wird so ausgebildet, dass sie nach dem Backen eine Schichtdicke t_EL in einem Bereich von 50 µm bis 500 µm hat.
Als Nächstes wird eine Isolierschichtschlämme angefertigt, indem ein Material, das nach dem Backen das isolierende Oxid bildet, mit Bindemittel, Dispergator und Dispersionsmittel gemischt wird. Anschließend erfolgt mit der angefertigten Schlämme durch ein Rakelverfahren oder dergleichen ein Isolierschicht-Ausbildungsschritt, um eine Grünlage 120 für die Endabschnittisolierschichten (nachstehend auch als Endabschnittisolierschichtlage 120 bezeichnet) auszubilden, die die gleiche Dicke wie die Elektrodenschichtlage 110 hat. Des Weiteren wird unter Verwendung der gleichen Isolierschichtschlämme wie bei der Endabschnittisolierschichtlage 120 durch ein Rakelverfahren oder dergleichen eine Grünlage 100 für die Zwischenisolierschichten (nachstehend auch als Zwischenisolierschichtlage 100 bezeichnet) ausgebildet.
Die Zwischenisolierschichtlage 100 wird so ausgebildet, dass sie nach dem Backen eine Schichtdicke t_INS in einem Bereich von 3 µm bis 20 µm hat. Da die Dicke der Zwischenisolierschichtlage 100 nach dem Backen nur 20 µm oder weniger beträgt, kann sie im Übrigen durch ein Dickschichtdruckverfahren ausgebildet werden, das eine Isolierschichtpaste verwendet, die durch Mischen des Materials, das nach dem Backen das isolierende Oxid bildet, mit Bindemittel, Dispergator und Dispersionsmittel angefertigt wurde.
Als Nächstes wird ein Schritt zum Ausbilden der Endabschnittisolierschicht erläutert. Wie in 2A gezeigt ist, wird die Elektrodenschichtlage unter Verwendung einer Matrize durch Stanzen als eine Elektrodenschichtlage 110A in eine vorbestimmte Form gebracht und an einer vorbestimmten Stelle mit einem Positionierungsloch 111 durchbohrt, um einen Positionierungsführungsstift durchzulassen. Als Nächstes wird die Elektrodenschichtlage 110A, wie in 2B gezeigt ist, an einer vorbestimmten Stelle (der zentralen Stelle in diesem Ausführungsbeispiel) zum Ausbilden von ersten Endabschnittisolierschichten 12A mit einem Isolierschichteinbettungsloch 112A (nachstehend auch als Einbettungsloch 112A bezeichnet) durchbohrt. Anschließend wird die Endabschnittisolierschichtlage 120 so ausgestanzt, dass sie die gleiche Dicke wie die Elektrodenschichtlage 110 und die gleiche Größe wie das Einbettungsloch 112A hat, und sie wird in das Einbettungsloch 112A eingebettet. Dadurch wird eine erste Elektrodenschichtlage 110A/120 erzielt. Die Elektrodenschichtlage 110 und die Endabschnittisolierschichtlage 120 können unter Verwendung der Matrize zum Ausbilden des Einbettungslochs 112A gleichzeitig in einem sich überdeckenden Zustand gestanzt werden, sodass die Endabschnittisolierschichtlage 120 fest in die Elektrodenschichtlage 12 eingebettet werden kann. Alternativ kann die erste Elektrodenschichtlage 110A/120 ausgebildet werden, indem ein Einbettungsloch 112A, das zuvor in der Elektrodenschichtlage 110 ausgebildet wurde, mit der Isolierschichtschlämme gefüllt wird und die Schlämme danach getrocknet wird.
Wie in 2C gezeigt ist, wird die Elektrodenschichtlage als Nächstes unter Verwendung einer Matrize durch Stanzen als eine Elektrodenschichtlage 110B in eine vorbestimmte Form gebracht. Die Elektrodenschichtlage 110B wird an vorbestimmten Stellen zum Ausbilden der zweiten Endabschnittisolierschichten 12B mit zwei Isolierschichteinbettungslöchern 112B (nachstehend auch als Einbettungslöcher 112B bezeichnet) durchbohrt. Anschließend wird die Endabschnittisolierschichtlage 120 in die Einbettungslöcher 112B eingebettet. Dadurch wird eine zweite Elektrodenschichtlage 110B/120 erzielt.
Wie in 2D gezeigt ist, werden in dem Schichtkörper-Ausbildungsschritt die erzielte erste Elektrodenschichtlage 110A/120 und die zuvor mit einem Positionierungsloch 101 durchbohrte Zwischenisolierschichtlage 100 unter Ausrichtung ihrer Positionierungslöcher 100 und 101 aufeinandergeschichtet, um wie in 2E gezeigt eine erste Aufschichtungslage 100/110A/120 auszubilden. Entsprechend werden die zweite Elektrodenschichtlage 110B/120 und die Zwischenisolierschichtlage 100 aufeinandergeschichtet, um wie in 2F gezeigt eine zweite Aufschichtungslage 100/110B/120 auszubilden.
Wie in 3A gezeigt ist, werden als Nächstes eine Vielzahl der ersten Aufschichtungslagen 100/110A/120 und eine Vielzahl der zweiten Aufschichtungslagen 100/110B/120 abwechselnd aufgeschichtet. Indem diese Arbeit wiederholt wird, wird ein Elektrodenschicht-Schichtkörpersatz 1a (nachstehend auch als der Schichtkörpersatz 1α bezeichnet) erzielt, der 10 bis 20 Schichten der ersten und zweiten Aufschichtungslagen 100/110A/120 und 100/110B/120 enthält. Genauer gesagt werden, wie in 3B gezeigt ist, die ersten Aufschichtungslagen 100/110A/120 und die zweiten Aufschichtungslagen 100/110B/120 abwechselnd in 10 bis 20 Schichten aufgeschichtet. Danach wird unter Verwendung einer Verbindungsform 5 auf jeweils den oberen und unteren Oberflächen dieser Aufschichtung eine Abschlussisolierschichtlage 130 heißgepresst, um den Elektrodenschicht-Schichtkörpersatz 1α zu vervollständigen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsform 5 eine einachsige Pressform. Allerdings kann die Verbindungsform 5 auch eine HIP-Form (HIP: heißisostatisches Pressen) oder eine CIP-Form (CIP: kaltisostatisches Pressen) sein.
Der erzielte Schichtkörpersatz 1α wird getrocknet oder gebacken. Danach wird der Schichtkörpersatz 1α wie in den 4 und 5A gezeigt unter Verwendung einer Trennsäge oder dergleichen in mehrere Stücke geschnitten. Wie in 4 gezeigt ist, hat dabei ein erstbearbeiteter Schichtkörper 1β, der durch Aufteilen des Schichtkörpersatzes 1α in zwei Stücke erzielt wird, einen symmetrischen Aufbau. Dementsprechend können die Schichtkörper 1 ausgeschnitten werden, indem jeder erstbearbeitete Schichtkörper 1β gleichmäßig in mehrere Stücke geschnitten wird. Wenn der Schichtkörper 1 die Abmessungen 20 mm (W₁) × 5 mm (L₁) × 0,5 mm (T₁) hat und der einzelne Schichtkörpersatz 1α mit den Abmessungen 60 mm (W₁-Richtung) × 5 mm (L₁-Richtung) × 30 mm (T₁-Richtung) ausgebildet wird, ist es möglich, den einzelnen Schichtkörpersatz 1α in etwa 100 Schichtkörper 1 zu schneiden. Somit kann der Schichtkörper 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer hohen Produktionsleistung hergestellt werden. Der Schichtkörper 1 kann, nachdem er ausgeschnitten wurde, an seiner Erfassungsoberfläche und der der Erfassungsoberfläche gegenüberliegenden Montageoberfläche poliert werden.
Wie in 5B gezeigt ist, werden auf der Oberfläche des isolierenden Substrats 3 durch ein Siebdruckverfahren oder dergleichen die ersten und zweiten Leitungsabschnitte 21A und 21B und die ersten und zweiten Stegabschnitte 22A und 22B ausgebildet, und der Schichtkörper 1 wird auf dem isolierenden Substrat 3 montiert, um das PM-Erfassungselement 4 zu vervollständigen. Wie in den 6A und 6B gezeigt ist, werden durch Löten oder Hartlöten die ersten und zweiten Verbindungsabschnitte 23A und 23B ausgebildet, um die Enden der ersten Elektrodenschicht 11A mit dem ersten Stegabschnitt 22A und die Enden der zweiten Elektrodenschicht 11B mit dem zweiten Stegabschnitt 22B zu verbinden, sodass ein Paar kammförmiger Elektroden ausgebildet wird, bei dem der Querschnitt jeder ersten Elektrodenschicht 11A und der Querschnitt jeder zweiten Elektrodenschicht 11B einander über den Querschnitt der Zwischenisolierschicht 10 hinweg zugewandt sind und die ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B abwechselnd in rechts und links getrennt sind, um mit dem ersten Stegabschnitt 22A und dem zweiten Stegabschnitt 22B verbunden zu sein, die jeweils mit der Außenseite verbunden sind. Wie in den 6A und 6B gezeigt ist, dienen die ersten Endabschnittisolierschichten 12A und die zweiten Endabschnittisolierschichten 12B dazu, die ersten Elektrodenschichten 11A und die zweiten Elektrodenschichten 11B daran zu hindern, versehentlich mit den falschen Stegabschnitten verbunden zu werden.
7A ist eine Fotografie, die die Erfassungsoberfläche eines Beispiels des Schichtkörpers 1 zeigt. In diesem Beispiel beträgt die Schichtdicke t_INS der Zwischenisolierschicht 10 10 µm, und die Schichtdicke t_EL der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B beträgt 150 µm. Allerdings haben die Erfinder durch verschiedene Versuche herausgefunden, dass die Zwischenisolierschicht 10 mit einem hohen Grad an Genauigkeit mit einer beliebigen Dicke in einem Bereich von 3 µm bis 20 µm ausgebildet werden kann und dass die ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B mit einem hohen Grad an Genauigkeit mit einer beliebigen Dicke in einem Bereich von 50 µm bis 500 µm ausgebildet werden können.
Die 7B und 7C zeigen als ein Vergleichsbeispiel kammförmige Erfassungselektroden 11Az und 11Bz, die durch ein gewöhnliches Dickschichtdruckverfahren ausgebildet wurden. In diesem Vergleichsbeispiel ist es äußerst schwierig, die einander gegenüberliegenden Erfassungselektroden durch Drucken mit einem Abstand von weniger als 20 µm auszubilden. Wie in 7C vergrößert gezeigt ist, ist es darüber hinaus nicht möglich, ein Verschmieren der Kanten der Erfassungselektroden 11Az und 11Bz auf der Oberfläche des Substrats 3z und eine Kantenabsenkung aufgrund von Oberflächenspannung zu vermeiden. Darüber hinaus ist die Schwankung des Abstandes zwischen den Erfassungselektroden groß, da es wahrscheinlich ist, dass die Kanten der Erfassungselektroden mit einer feinen Ungenauigkeit oder einem Schwund in der Druckrakelrichtung ausgebildet werden. Da bei dem Schichtkörper 1 dieses Ausführungsbeispiels als Erfassungsoberfläche die Schnittoberflächen der Elektrodenschichtlage 110, der Endabschnittisolierschicht 120 und der Zwischenisolierschicht 100, die unter Verwendung von Matrizen ausgeschnitten wurden, verwendet werden, sind dagegen die Formen der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B sehr scharf, und dementsprechend wird der Abstand zwischen den Elektroden recht genau durch die Schichtdicke t_INS in der Schnittrichtung der Zwischenisolierschicht 10 konstant gehalten.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf die 8A und 8B die Vorteile des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. 8A zeigt Schwankungen der toten Masse Q (µg) von jeweils fünf Mustern eines Vergleichsbeispiels, das Erfassungselektroden enthält, die durch ein gewöhnliches Dickschichtdruckverfahren ausgebildet wurden, wenn der Abstand D zwischen den benachbarten Erfassungselektroden in einem Bereich von 20 µm bis 50 µm geändert wird, und Schwankungen der toten Masse Q (µg) von jeweils fünf Mustern des obigen Ausführungsbeispiels der Erfindung, wenn der Abstand D zwischen den benachbarten Erfassungselektroden in einem Bereich von 5 µm bis 20 µm geändert wird. 8B zeigt den Schwankungskoeffizienten CV (= 100 σ/µ (%)), der aus dem Mittelwert (µ) und der Standardabweichung (σ) der n (= 5) Muster für jeweils das Vergleichsbeispiel und das Ausführungsbeispiel der Erfindung berechnet wurde.
Wie in den 8A und 8B zu erkennen ist, sind beim Ausführungsbeispiel der Erfindung die tote Masse und ihre individuelle Unterschiedlichkeit bei weitem kleiner als beim Vergleichsbeispiel. Dies liegt nicht nur daran, dass im Ausführungsbeispiel der Abstand D zwischen den Erfassungselektroden gering ist, sondern auch daran, dass als die Erfassungsoberfläche die Schnittoberfläche in der Aufschichtungsrichtung des Schichtkörpers 1 verwendet wird und die Erfassungsoberfläche vollständig eben ist, sich nanometergroße PM-Teilchen auf der Erfassungsoberfläche auf eine ebene Weise anordnen und sich der elektrische Kennwert wie der Widerstand, die Kapazität und die Impedanz zwischen den Erfassungselektroden entsprechend der Anzahl der PM-Teilchen linear ändert. Wenn dagegen die kammförmigen Elektroden 11Az und 11Bz auf der Oberfläche des herkömmlichen isolierenden Substrats 3z durch Drucken ausgebildet werden, haben sie einen festen Aufbau mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von 10 µm, und die in den Erfassungselektroden gesammelten PM-Teilchen ordnen sich räumlich an. Dadurch nimmt nicht nur mit zunehmendem Abstand D zwischen den Erfassungselektroden die tote Masse zu, sondern es gibt auch eine unendliche Anzahl an Anordnungsarten der PM-Teilchen, die eine Erfassung des elektrischen Kennwerts ermöglichen, was zur Zunahme der individuellen Unterschiedlichkeit führt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 9A und 9B ein PM-Erfassungselement 4a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei werden Komponenten der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele, die die gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels sind, mit den gleichen Bezugszahlen oder -zeichen angegeben, und ihre Erläuterung wird weggelassen. Komponenten der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele, die sich von ihren Pendants im ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden, werden durch Hinzufügung eines Buchstabens zu ihren Bezugszahlen angegeben. Das PM-Erfassungselement 4a unterscheidet sich von dem PM-Erfassungselement 4 des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass ein dem Messgas ausgesetzter Teil eines Schichtkörpers 1a abgesehen von der Erfassungsoberfläche von einer Schutzschicht 5 bedeckt ist, um eine Fehlfunktion aufgrund von PM zu verhindern, die an diesem ausgesetzten Teil des Schichtkörpers 1 anhaften.
Die Schutzschicht 5 besteht aus einem wärmebeständigen Material wie wärmebeständigem Glas oder Aluminiumoxid. Die Schutzschicht 5 kann durch ein Dickschichtdruckverfahren, ein Schlämmeaufbringungsverfahren oder ein Grünlagenaufschichtungsverfahren ausgebildet werden. Das PM-Erfassungselement 4a des zweiten Ausführungsbeispiels liegt nur an seinem Abschnitt, in dem die ersten Elektrodenschichten 11A, die zweiten Elektrodenschichten 11B und die Zwischenisolierschichten 10 parallel angeordnet sind, von einer Öffnung 51 der Schutzschicht 5 aus zur Außenseite frei, und der andere Abschnitt wird von einer Abschirmschicht 50 der Schutzschicht 5 bedeckt. Dementsprechend ergibt das zweite Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den Vorteilen, die das erste Ausführungsbeispiel ergibt, den Vorteil, dass nur das elektrische Feld, das gleichmäßig zwischen den ersten Elektrodenschichten 11A und den zweiten Elektrodenschichten 11B erzeugt wird, auf die PM wirkt, die im Messgas schweben, und eine ungleichmäßige Verteilung der sich auf der Oberfläche des Schichtkörpers 1a ansammelnden PM verringert, weswegen die Erfassungsgenauigkeit weiter zunimmt. Im Übrigen kann die Schutzschicht 5 in jedem der unten beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgesehen werden.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf die 10A und 10B ein Schichtkörper 1b, der in einem PM-Erfassungselement 4b gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung des Schichtkörpers 1b beschrieben. In den obigen Ausführungsbeispielen werden die ersten Elektrodenschichten 11A und die zweiten Elektrodenschichten 11B außerhalb des Schichtkörpers an ihren Enden mit jeweils dem ersten Stegabschnitt 22A und dem zweiten Stegabschnitt 22B verbunden. Anders als in den obigen Ausführungsbeispielen werden im dritten Ausführungsbeispiel durch einen Gemeinschaftselektroden-Ausbildungsschritt erste und zweite Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B ausgebildet, die jeweils mit den ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B zu verbinden sind. Das dritte Ausführungsbeispiel ergibt zusätzlich zu den Vorteilen, die die obigen Ausführungsbeispiele ergeben, den Vorteil, dass die ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B, die in unterschiedlichen Querrichtungen des Schichtkörpers 1b angeordnet sind, jeweils mit den ersten und zweiten Stegabschnitten 22A und 22B verbunden werden können und dass eine Verbindung mit falschen Stegabschnitten zuverlässig verhindert werden kann.
Wie in 10A gezeigt ist, werden auf beiden Querseiten des erstbearbeiteten Schichtkörpers 1β durch ein Dickschichtdruckverfahren oder ein Grünlagenaufbringungsverfahren die ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B ausgebildet, die eine plattenartige Form haben. Die ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B können ausgebildet werden, indem die Elektrodenschichtlage 110 auf der Querseite des erstbearbeiteten Schichtkörpers 1β ankleben gelassen wird, an der die Enden von entweder den ersten oder den zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B freiliegen, und diese danach zusammengebacken werden. Alternativ können die ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B ausgebildet werden, indem sie unter Verwendung eines leitenden Oxidmaterials, das sich in einem Pastenzustand befindet, durch Drucken auf den Querseiten des erstbearbeiteten Schichtkörpers 1β ausgebildet werden und danach gebacken werden. 10B zeigt den erstbearbeiteten Schichtkörper 1β, der auf die oben beschriebene Weise mit den Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B ausgebildet wurde. Wie in 10B zu erkennen ist, wird, indem der mit den Gemeinschaftselektroden 14A und 14B ausgebildete erstbearbeitete Schichtkörper 1β geschnitten wird, der Schichtkörper 1b erzielt, der mit den ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B als eine Einheit ausgebildet ist.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 11A bis 11D, 12A, 12B und 13 als ein Abwandlungsbeispiel des dritten Ausführungsbeispiels ein Verfahren zur Herstellung eines PM-Erfassungselements 4c beschrieben. Im dritten Ausführungsbeispiel wird der Schichtkörper 1b durch Nachbearbeitung der ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B ausgebildet. Bei diesem Abwandlungsbeispiel erfolgt während des Aufschichtungsschritts ein Gemeinschaftselektrodeneinbettungsvorgang zum Einbetten einer Gemeinschaftselektrodenschichtlage 140, um einen Schichtkörper 1c mit dem gleichen Aufbau wie der Schichtkörper 1b und das Erfassungselement 4c auszubilden.
Bei diesem Abwandlungsbeispiel wird in der Elektrodenschichtlage 110 wie in 11A gezeigt die Endabschnittisolierschichtlage 120c eingebettet, und außerdem wird in der Zwischenisolierschichtlage 100 wie in 11B gezeigt die Gemeinschaftselektrodenschichtlage 140c zum Ausbilden von Gemeinschaftselektrodenschichten 14Ac und 14Bc eingebettet. Danach werden diese aufgeschichtet, um eine erste Aufschichtungslage 100c/140c/110Ac/120c auszubilden. In diesem Abwandlungsbeispiel wird zur Musterausbildung die Elektrodenschichtlage 140c in der Zwischenisolierschichtlage 100c/140c eingebettet. Allerdings kann die Musterausbildung auch erfolgen, indem die Zwischenisolierschicht 100c und die Gemeinschaftselektrodenschicht 140c in einer sich überdeckenden Weise unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens auf der Oberfläche der Elektrodenschichtlage 110A/120 aufgedruckt werden, in der die Endabschnittisolierschichtlage 120 eingebettet ist.
Indem die erste Aufschichtungslage 100c/140c/110Ac/120c, die durch den obigen Vorgang erzielt wurde, wie in 11D gezeigt um 180 Grad gedreht wird, wird eine zweite Aufschichtungslage 100c/140c/110Bc/120c erzielt.
Als Nächstes werden die ersten Aufschichtungslagen 100c/140c/110Ac/120c und die zweiten Aufschichtungslagen 100c/140c/110Bc/120c wie in 12A gezeigt abwechselnd aufgeschichtet und danach wie in 12B gezeigt in einer Verbindungsform 5c angeordnet, um heißverklebt zu werden. Dadurch wird ein Elektrodenschicht-Schichtkörpersatz 1αc erzielt, der in sich ausgebildet die Gemeinschaftselektrodenschichten 140c enthält.
Als Nächstes wird der Elektrodenschicht-Schichtkörpersatz 1αc in zwei erstbearbeitete Schichtkörper 1βc geteilt. Der auf diese Weise erzielte erstbearbeitete Schichtkörper 1βc wird in Stücke gleicher Dicke geschnitten. Gemäß diesem Abwandlungsbeispiel ist es möglich, ein Paar der einander mit der dazwischen angeordneten Zwischenisolierschicht 10c gegenüberliegenden kammförmigen Elektroden als eine Einheit auszubilden, wobei die ersten Elektrodenschichten 11A mit der entlang einer Querseite des Schichtkörpers 1c ausgebildeten ersten Gemeinschaftselektrodenschicht 14A verbunden sind und die zweiten Elektrodenschichten 11B mit der entlang der anderen Querseite ausgebildeten zweiten Gemeinschaftselektrodenschicht 14B verbunden sind.
Wie das PM-Erfassungselement 4 des ersten Ausführungsbeispiels wird das PM-Erfassungselement 4c dieses Abwandlungsbeispiels erzielt, indem der Schichtkörper 1c an den ersten und zweiten Stegabschnitten 22A und 22B montiert wird, die in dem isolierenden Substrat 3 ausgebildet sind. Bei der Montage werden die ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B einfach durch Löten oder dergleichen mit jeweils den ersten und zweiten Stegabschnitten 22A und 22B verbunden. Dementsprechend bestehen keine Bedenken, dass die ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B versehentlich mit jeweils den zweiten und ersten Stegabschnitten 22B und 22A verbunden werden. Da die ersten und zweiten Gemeinschaftselektrodenschichten 14A und 14B jeweils gänzlich mit den ersten und zweiten Stegabschnitten 22A und 22B verbunden werden können, sind zudem die Verbindungsfestigkeit und die Leitungszuverlässigkeit hoch.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 14A bis 14D als ein Abwandlungsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels ein Verfahren zur Herstellung eines PM-Erfassungselements 4d mit einem Schichtkörper 1d beschrieben. In diesem Abwandlungsbeispiel hat der Schichtkörper 1d den gleichen Aufbau wie der Schichtkörper 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Dieses Abwandlungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel teilweise im Herstellungsverfahren. Im ersten Ausführungsbeispiel werden die ersten Aufschichtungslagen 110A/120 und die zweiten Aufschichtungslagen 110B/120 mit der jeweils darin eingebetteten Endabschnittisolierschichtlage 120 abwechselnd aufeinandergeschichtet, während die Zwischenisolierschichtlagen 100 dazwischen geschachtelt werden.
Wie in 14A gezeigt ist, werden in diesem Abwandlungsbeispiel unterdessen die Elektrodenschichtlage 110d und die Zwischenisolierschichtlage 100d aufgeschichtet und miteinander wie in 14B gezeigt verbunden, und es werden gemeinsam Isolierschichteinbettungslöcher 102d und 112d durchgebohrt. Danach wird die Aufschichtung der Elektrodenschichtlage 110 und der Zwischenisolierschichtlage 100 in gleiche Stücke geschnitten, während in diese Löcher die Endabschnittisolierschichtlagen 120d eingebettet werden, die in der gleichen Dicke wie diese Aufschichtung ausgebildet wurden, um dadurch erste Ausschichtungslagen 100d/120d/110Ad auszubilden. Danach werden abwechselnd die ersten Aufschichtungslagen 100d/120d/110Ad und zweite Aufschichtungslagen 100d/120d/110Bd, die erzielt werden, indem die ersten Aufschichtungslagen um 180 Grad gedreht werden, aufgeschichtet und durch Pressen verbunden, um dadurch einen Schichtkörpersatz 1αd auszubilden. Indem der Schichtkörpersatz 1αd gebacken und geschnitten wird, wird der in 14D gezeigte Schichtkörper 1d erzielt. Gemäß diesem Abwandlungsbeispiel ist es möglich, den Schichtkörpersatz 1αd auszubilden, bei dem abwechselnd die ersten Elektrodenschichten 11Ad, von denen jede an ihrem einen Ende von der ersten Endabschnittisolierschicht 120d bedeckt wird und die an ihrem anderen Ende in der Querrichtung freiliegt, und die zweiten Elektrodenschichten 11Bd, von denen jede an ihrem einen Ende in der zu den ersten Elektrodenschichten 11Ad entgegengesetzten Richtung freiliegt und an ihrem anderen Ende von der zweiten Endabschnittisolierschicht 120d bedeckt wird, aufgeschichtet sind, ohne dass es unter Verwendung der Verbindungsform 5 durch das Ausbilden der Positionierungslöcher 101 und 111 zu einer Lageabweichung kommt. Wie die vorstehenden Ausführungsbeispiele enthält der Schichtkörper 1d an seinen oberen und unteren Abschlussabschnitten jeweils eine Abschlussisolierschicht 13d. Indem der Schichtkörper 1 wie im ersten Ausführungsbeispiel auf dem isolierenden Substrat 3 montiert wird, das mit der Elektrodenziehschicht 2 ausgebildet ist, wird das PM-Erfassungselement 4d vervollständigt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf den 15A bis 15D als ein weiteres Abwandlungsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels ein Verfahren zur Herstellung eines PM-Erfassungselements 4e mit dem Schichtkörper 1e beschrieben. In dem oben beschriebenen Abwandlungsbeispiel werden die Endabschnittisolierschichtlagen 120d in der Aufschichtung der Elektrodenschichtlage 110 und der Zwischenisolierschichtlage 100 eingebettet. In diesem Abwandlungsbeispiel wird, wie in 15A gezeigt ist, nur eine Elektrodenschichtlage 110e mit den Endabschnittisolierschichtlagen 120e versehen und dann mit einer Zwischenisolierschichtlage 100e gestapelt. Danach wird diese, wie in 15B gezeigt ist, in gleiche Stücke geschnitten, um erste Aufschichtungsschichtlagen 100e/110Ae/120e auszubilden. Danach werden, wie in 15C gezeigt ist, abwechselnd die ersten Aufschichtungsschichtlagen 100e/110Ae/120e und zweite Aufschichtungsschichtlagen 100e/120e/110Be, die durch Drehen der ersten Aufschichtungsschichtlagen erzielt werden, aufgeschichtet. Indem diese Aufschichtung auf die oben beschriebene Weise gebacken und geschnitten wird, wird ein Schichtkörper 1e erzielt, der im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Schichtkörper 1 des ersten Ausführungsbeispiels hat. Indem der Schichtkörper 1e auf dem isolierenden Substrat 3 montiert wird, das mit der Elektrodenziehschicht ausgebildet ist, wird das PM-Erfassungselement 4e vervollständigt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 16A bis 16D als ein Abwandlungsbeispiel des dritten Ausführungsbeispiels ein Verfahren zur Herstellung eines PM-Erfassungselements 4f mit einem Schichtkörper 1f beschrieben. Das Herstellungsverfahren des Schichtkörpers 1f dieses Abwandlungsbeispiels ist im Wesentlichen das gleiche wie das der Schichtkörper 1b und 1c des dritten Ausführungsbeispiels und unterscheidet sich nur teilweise vom Herstellungsverfahren der Schichtkörper 1b und 1c. In diesem Abwandlungsbeispiel werden, nachdem die Elektrodenschichtlage 110 und die Zwischenisolierschichtlage 100 aufeinandergeschichtet wurden, in dieser Aufschichtung, wie in 16A gezeigt ist, Elektrodenschichteinbettungslöcher 102f und 112f und Elektrodenschicht-/Isolierschichteinbettungslöcher 103f und 113f gebohrt. Anschließend wird, wie in 16B gezeigt ist, in jedem der Elektrodenschichteinbettungslöcher 102f und 112f eine Gemeinschaftselektrodenschichtlage 140f eingebettet, und in jedem der Elektrodenschicht-/Isolierschichteinbettungslöcher 103f und 113f werden die Gemeinschaftselektrodenschichtlage 140f und eine Endabschnittisolierschichtlage 120f zusammen eingebettet. Als Nächstes wird diese Aufschichtung in gleiche Stücke geschnitten. Danach werden abwechselnd die sich ergebenden ersten Aufschichtungslagen 140f/100f/120f/140f/140f/110f/120f/110f/140f und zweite Aufschichtungslagen 140f/120f/100f/140f/140f/110f/120f/140f, die durch Drehen der ersten Aufschichtungslagen um 180 Grad erzielt werden, aufgeschichtet und dann einem Druckverbindungsvorgang, einem Backvorgang und einem Ausschneidevorgang unterzogen. Dadurch wird der in 16D gezeigte Schichtkörper 1f erzielt. Der erzielte Schichtkörper 1f wird auf dem isolierenden Substrat 3 montiert, das mit der Elektrodenziehschicht 2 ausgebildet ist, um das PM-Erfassungselement 4f zu vervollständigen, das im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Erfassungselemente 1b und 1c des dritten Ausführungsbeispiels hat.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf die 17A, 17B, 18A, 18B, 18C und 18D ein PM-Erfassungselement 4g mit einem Schichtkörper 1g gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung des PM-Erfassungselements 4g beschrieben. In den obigen Ausführungsbeispielen werden, um abwechselnd die einen Enden der ersten Elektrodenschichten 11A und die über die Zwischenisolierschichten 10 hinweg gegenüberliegenden einen Enden der zweiten Elektrodenschichten 11B freizulegen, um einen Kurzschluss zwischen den ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B zu verhindern, die anderen Enden der ersten Elektrodenschichten 11A von den ersten Endabschnittisolierschichten 12A bedeckt, die anderen Enden der zweiten Elektrodenschichten 11B von den zweiten Endabschnittisolierschichten 12B bedeckt und die ersten Elektrodenschichten 11A und die zweiten Elektrodenschichten 11B, die an den gegenüberliegenden Querseiten des Schichtkörpers 1 freiliegen, jeweils mit dem ersten Stegabschnitt 22A und dem zweiten Stegabschnitt 22B verbunden.
Im vierten Ausführungsbeispiel sind abwechselnd erste Elektrodenschichten 11Ag, zweite Elektrodenschichten 11Bg und Zwischenisolierschichten 10g aufgeschichtet, ohne dass die ersten und zweiten Endabschnittisolierschichten 12A und 12B ausgebildet sind, und eine isolierende Schutzschicht (zum Beispiel Lötabdecklack) 5g zum Bedecken der ersten und zweiten Stegabschnitte 22a und 22b ist so ausgebildet, dass nur die Abschnitte, in denen der erste Stegabschnitt 22A und die ersten Elektrodenschichten 11Ag miteinander verbunden werden, und die Abschnitte, in denen der zweite Stegabschnitt 22B und die zweiten Elektrodenschichten 11B miteinander verbunden sind, jeweils aus ersten Öffnungen 51A und zweiten Öffnungen 51B der Schutzschicht 5g her freiliegen, um einen Kurzschluss zwischen den ersten und zweiten Elektrodenschichten 11A und 11B zu verhindern. In diesem vierten Ausführungsbeispiel sind die ersten Elektrodenschichten 11Ag und die zweiten Elektrodenschichten 11Bg nicht nur über die ersten Verbindungsmittel 23A und die zweiten Verbindungsmittel 23B jeweils mit dem ersten Stegabschnitt 22A und dem zweiten Stegabschnitt 22B verbunden, sondern dienen auch dazu, den Schichtkörper 1g an der Oberfläche des isolierenden Substrats 3 zu befestigen. Die ersten und zweiten Verbindungsmittel 23A und 23B können Löten oder Hartlöten sein.
Wie in 18A gezeigt ist, werden in diesem Ausführungsbeispiel abwechselnd Elektrodenschichtgrünlagen 110g, die die ersten und zweiten Elektrodenschichten 11Ag und 11Bg bilden, und Isolierschichtgrünlagen 100g, die die Zwischenisolierschichten 10 bilden, aufgeschichtet. Danach wird auf jeder Endfläche dieser Aufschichtung eine Isolierschichtgrünlage 130g aufgeschichtet, um einen Schichtkörpersatz 1αg zu erzielen. Indem der erzielte Schichtkörpersatz 1αg in gleiche Stücke geschnitten wird, wird der in 18B gezeigte Schichtkörper 1g erzielt. In den vorstehenden Ausführungsbeispielen werden die ersten Elektrodenschichten 11A und die zweiten Elektrodenschichten 11B abwechselnd zu den gegenüberliegenden Querseiten des Schichtkörpers herausgezogen und es werden die ersten und zweiten Endabschnittisolierschichten 12A und 12B ausgebildet, um zu verhindern, dass der erste Stegabschnitt 22A irrtümlich mit den zweiten Elektrodenschichten 11B verbunden wird oder der zweite Stegabschnitt 22B irrtümlich mit den ersten Elektrodenschichten 11A verbunden wird. Wie in 18C gezeigt ist, liegen in diesem Ausführungsbeispiel die ersten Elektrodenschichten 11Ag und die zweiten Elektrodenschichten 11Bg jeweils an den gegenüberliegenden Querseiten des Schichtkörpers 1g frei, während sie voneinander durch sehr dünne Zwischenisolierschichten 10g getrennt sind und sie mit Ausnahme der Abschnitte, in denen sie mit den Stegabschnitten verbunden sind, vollständig von der Schutzschicht 5g bedeckt werden. Dementsprechend kann nur der erste Stegabschnitt 22A mit den aus den ersten Öffnungen 51A der Schutzschicht 5g her freiliegenden ersten Elektrodenschichten 11Ag verbunden werden, und nur der zweite Stegabschnitt 22B kann mit den von den zweiten Öffnungen 51B der Schutzschicht 5g her freiliegenden zweiten Elektrodenschichten 11Bg verbunden werden. Da die Dicke t_EL der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11Ag und 11Bg größer als 100 µm ist, können dabei die ersten und zweiten Öffnungen 51A und 51B in Abständen von etwa 100 µm in Form eines Rechtecks ausgebildet werden, dessen Seiten 50 bis 100 µm lang sind. Dementsprechend kann die Schutzschicht 5g durch ein gewöhnliches Dickschichtdruckverfahren mit einem hohen Grad an Genauigkeit ausgebildet werden. Da es anders als bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig ist, die Isolierschichten 12A und 12B für die Elektrodenschichten 11A und 11B vorzusehen, hat das erzielte PM-Erfassungselement 4g, obwohl der Schichtkörper 1g auf sehr einfache Weise ausgebildet werden kann, eine sehr geringe tote Masse, was es ermöglicht, eine Spurenmenge PM mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu erfassen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 19 ein Erfassungssensor 9 mit einem der PM-Erfassungselemente 4 und 4a bis 4g beschrieben. Der PM-Erfassungssensor 9 enthält eines der PM-Erfassungselemente 4 und 4a bis 4g, ein Gehäuse 8 und einen Steuerungsabschnitt 7. Das Gehäuse 8 dient dazu, in einer Messgasleitung P_EX, zum Beispiel einer Abgasleitung eines (nicht gezeigten) Verbrennungsmotors, einen der Schichtkörper 1 und 1a bis 1g zu halten, der als Erfassungsabschnitt des PM-Erfassungselements dient. Der Aufbau des Gehäuses 8 ist auf keinen bestimmten Aufbau beschränkt. Das vordere Ende des PM-Erfassungselements des PM-Erfassungssensors 9 kann von einer (nicht gezeigten) Schutzabdeckung bedeckt sein. Der Steuerungsabschnitt 7 enthält eine Messeinrichtung für einen elektrischen Kennwert (DTC) 70 zum Messen von entweder dem Widerstand, der Kapazität oder der Impedanz, der/die sich abhängig von der Menge PM, die sich zwischen dem Paar Erfassungselektroden sammelt, ändert, einen Wärmeerzeugungskörper 32 und eine Wärmeerzeugungskörper-Steuerungseinrichtung (HT CNT) 71 zur Steuerung der Stromzufuhr zum Wärmeerzeugungskörper 32, um das PM-Erfassungselement auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen. Die Anschlussabschnitte 20A und 20B des PM-Erfassungselements sind über ein Paar Signaldrähte 200A und 200B mit der Messeinrichtung für den elektrischen Kennwert 70 verbunden. Heizungsanschlussabschnitte 320 und 325 des PM-Erfassungselements sind über ein Paar Stromversorgungsdrähte 33A und 33B mit der Wärmeerzeugungskörper-Steuerungseinrichtung 71 verbunden. Der PM-Erfassungssensor 9 der Erfindung hat eine sehr geringe tote Masse und kann daher die Emission von PM unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors erfassen. Des Weiteren kann der PM-Erfassungssensor 9 der Erfindung nicht nur PM mit einem sehr hohen Grad an Genauigkeit quantitativ erfassen, sondern hat auch eine hohe Haltbarkeit, da er anders als der herkömmliche Aufbau, in dem die Erfassungselektroden auf der Substratoberfläche in einer kammartigen Form als eine Schicht ausgebildet sind, einen Aufbau hat, in dem die Schnittoberfläche des Schichtkörpers (1, 1a bis 1g), der sich aus den abwechselnd aufgeschichteten Elektrodenschichten 11A und 11B zusammensetzt, als die Erfassungsoberfläche verwendet wird.
Die oben erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiele sind für die Erfindung, die in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben ist, exemplarisch. Es versteht sich, dass an den bevorzugten Ausführungsbeispielen im Rahmen dessen, was für den Fachmann ersichtlich ist, Abwandlungen vorgenommen werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-164554 A [0003]
JP 2012-47596 A [0003]

Claims

Partikelerfassungselement zur Erfassung von in einem Messgas enthaltenen Partikeln, mit: mindestens einem Paar Erfassungselektroden, die einander gegenüberliegend auf einer Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements angeordnet sind; und einer Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Signals, das entweder einen Widerstand, eine Kapazität oder eine Impedanz zwischen dem Paar Erfassungselektroden darstellt, als einen elektrischen Kennwert, der sich abhängig von einer Menge zwischen dem Paar Erfassungselektroden vorhandener Partikel ändert, wobei das Paar Erfassungselektroden als ein Elektrodenschicht-Schichtkörper aufgebaut ist, in dem erste und zweite Elektrodenschichten, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 50 µm und 500 µm haben, über eine Zwischenisolierschicht, die eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 3 µm und 20 µm hat, aufeinandergeschichtet sind, und eine nach außen freiliegende Schnittoberfläche in einer Aufschichtungsrichtung des Elektrodenschicht-Schichtkörpers als die Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements verwendet wird.
Partikelerfassungselement nach Anspruch 1, mit außerdem einer ersten Endabschnittisolierschicht, die auf einer ersten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers ein Ende der ersten Elektrodenschicht bedeckt, und einer zweiten Endabschnittisolierschicht, die auf einer der ersten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers gegenüberliegenden zweiten Seite ein Ende der zweiten Elektrodenschicht bedeckt, sodass auf der zweiten Seite die erste Elektrodenschicht nach außen elektrisch verbunden ist und die zweite Elektrodenschicht von außen isoliert ist und auf der ersten Seite die zweite Elektrodenschicht nach außen elektrisch verbunden ist und die erste Elektrodenschicht von außen isoliert ist.
Partikelerfassungselement nach Anspruch 2, mit außerdem einer ersten Gemeinschaftselektrode, die auf der zweiten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers mit der ersten Elektrodenschicht verbunden ist, und einer zweiten Gemeinschaftselektrode, die auf der ersten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers mit der zweiten Elektrodenschicht verbunden ist.
Partikelerfassungselement nach Anspruch 3, mit außerdem einem isolierenden Substrat plattenartiger Form, wobei die Ausgabeeinrichtung Folgendes aufweist: erste und zweite Stegabschnitte, die auf dem isolierenden Substrat ausgebildet sind und den Elektrodenschicht-Schichtkörper halten, wobei der erste Stegabschnitt mit der ersten Elektrodenschicht verbunden ist und der zweite Stegabschnitt mit der zweiten Elektrodenschicht verbunden ist; erste und zweite Leitungsabschnitte, die jeweils mit dem ersten Stegabschnitt und dem zweiten Stegabschnitt verbunden sind; und erste und zweite Anschlussabschnitte, die jeweils mit dem ersten Leitungsabschnitt und dem zweiten Leitungsabschnitt verbunden sind.
Partikelerfassungselement nach Anspruch 4, wobei auf einer Oberfläche des isolierenden Substrats eine Schutzschicht, die eine Öffnung hat und aus einem isolierenden Material besteht, so ausgebildet ist, dass sie die Erfassungsoberfläche derart bedeckt, dass von der Öffnung der Schutzschicht aus nur ein Abschnitt der Erfassungsoberfläche freiliegt, in dem die ersten und zweiten Elektrodenschichten und die Zwischenisolierschicht zueinander parallel verlaufen.
Partikelerfassungselement nach Anspruch 4, wobei auf einer Oberfläche des isolierenden Substrats eine isolierende Schutzschicht, die erste und zweite Öffnungen hat, derart ausgebildet ist, dass von der ersten Öffnung aus nur ein Abschnitt freiliegt, in dem die erste Elektrodenschicht und der erste Stegabschnitt miteinander verbunden sind, und von der zweiten Öffnung aus nur ein Abschnitt freiliegt, in dem die zweite Elektrodenschicht und der zweite Stegabschnitt miteinander verbunden sind.
Partikelerfassungselement nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Elektrodenschichten aus einem perowskitartigen leitenden Oxidmaterial mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 10^–2 S/cm bestehen, das aus LNF (LaNi_0,6Fe_0,4O₃), LSN (La_1,2Sr_0,8NiO₄), LSM (La_1-XSr_XMnO_3-δ), LSC (La_1-XSr_XCoO_3-δ), LCC (La_1-XCa_XCrO_3-δ) und LSCN (La_0,85Sr_0,15Cr_1-XNiXO_3-δ) (0,1 ≤ X ≤ 0,7) ausgewählt ist.
Partikelerfassungselement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenisolierschicht aus einem isolierenden Oxidmaterial mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10^–5 S/cm besteht, das aus einem teilstabilisierten Zirkoniumoxid, für das 8YSZ ((ZrO₂)_0,82 (Y₂O₃)_0,08) typisch ist, MgO und Al₂O₃ ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Partikelerfassungselements zum Erfassen von in einem Messgas enthaltenen Partikeln, das mindestens ein Paar Erfassungselektroden, die einander gegenüberliegend auf einer Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements angeordnet sind, und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Signals, das entweder einen Widerstand, eine Kapazität oder eine Impedanz zwischen dem Paar Erfassungselektroden darstellt, als einen elektrischen Kennwert, der sich abhängig von einer Menge zwischen dem Paar Erfassungselektroden vorhandener Partikel ändert, enthält, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Elektrodenschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines perowskitartigen leitenden Oxidmaterials, das aus LNF (LaNi_0,6Fe_0,4O₃), LSN (La_1,2Sr_0,8NiO₄), LSM (La_1-XSr_XMnO_3-δ), LSC (La_1-XSr_XCoO_3-δ), LCC (La_1-XCa_XCrO_3-δ) und LSCN (La_0,85Sr_0,15Cr_1-XNiXO_3-δ) (0,1 ≤ X ≤ 0,7) ausgewählt wird, eine erste Grünlage für eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Grünlage für eine zweite Elektrodenschicht ausgebildet werden, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 50 µm und 500 µm haben; einen Isolierschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines isolierenden Oxidmaterials, das aus einem teilstabilisierten Zirkoniumoxid, für das 8YSZ ((ZrO₂)_0,82 (Y₂O₃)_0,08) typisch ist, MgO und Al₂O₃ ausgewählt wird, eine dritte Grünlage für eine Zwischenisolierschicht ausgebildet wird, die eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 3 µm und 20 µm hat; und einen Schichtkörper-Ausbildungsschritt, in dem durch Aufschichten der ersten bis dritten Grünlagen der Elektrodenschicht-Schichtkörper ausgebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Partikelerfassungselements nach Anspruch 9, wobei das Partikelerfassungselement außerdem eine erste Endabschnittisolierschicht, die auf einer ersten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers ein Ende der ersten Elektrodenschicht bedeckt, und eine zweite Endabschnittisolierschicht, die auf einer der ersten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers gegenüberliegenden zweiten Seite ein Ende der zweiten Elektrodenschicht bedeckt, enthält, sodass auf der zweiten Seite die erste Elektrodenschicht nach außen elektrisch verbunden ist und die zweite Elektrodenschicht von außen isoliert ist und auf der ersten Seite die zweite Elektrodenschicht nach außen elektrisch verbunden ist und die erste Elektrodenschicht von außen isoliert ist, und das Verfahren außerdem einen Endabschnitt-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung des isolierenden Oxidmaterials eine vierte Grünlage für die ersten und zweiten Endabschnittisolierschichten ausgebildet wird, die eine plattenartige Form und im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die ersten und zweiten Grünlagen hat, und einen Isolierschicht-Einbettungsschritt umfasst, in dem die vierte Grünlage in eine vorbestimmte Form geschnitten und die geschnittene vierte Grünlage in jeweils die ersten und zweiten Grünlagen eingebettet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Partikelerfassungselements nach Anspruch 10, wobei das Partikelerfassungselement außerdem eine erste Gemeinschaftselektrode, die auf der zweiten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers mit der ersten Elektrodenschicht verbunden ist, und eine zweite Gemeinschaftselektrode enthält, die auf der ersten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers mit der zweiten Elektrodenschicht verbunden ist, und das Verfahren außerdem einen Gemeinschaftselektrodenschichtlagen-Ausbildungsschritt, in dem eine fünfte Grünlage für die ersten und zweiten Gemeinschaftselektroden ausgebildet wird, die eine plattenartige Form und im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die Zwischenisolierschicht hat, und einen Gemeinschaftselektrodenschicht-Einbettungsschritt umfasst, in dem die fünfte Grünlage in eine vorbestimmte Form geschnitten und die geschnittene fünfte Grünlage in die dritte Grünlage eingebettet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Partikelerfassungselements zum Erfassen von in einem Messgas enthaltenen Partikeln, das mindestens ein Paar Erfassungselektroden, die einander gegenüberliegend auf einer Erfassungsoberfläche des Partikelerfassungselements angeordnet sind, und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Signals, das entweder einen Widerstand, eine Kapazität oder eine Impedanz zwischen dem Paar Erfassungselektroden darstellt, als einen elektrischen Kennwert, der sich abhängig von einer Menge zwischen dem Paar Erfassungselektroden vorhandener Partikel ändert, enthält, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Elektrodenschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines perowskitartigen leitenden Oxidmaterials, das aus LNF (LaNi_0,6Fe_0,4O₃), LSN (La_1,2Sr_0,8NiO₄), LSM (La_1-XSr_XMnO_3-δ), LSC (La_1-XSr_XCoO_3-δ), LCC (La_1-XCa_XCrO_3-δ) und LSCN (La_0,85Sr_0,15Cr_1-XNiXO_3-δ) (0,1 ≤ X ≤ 0,7) ausgewählt wird, eine erste Grünlage für eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Grünlage für eine zweite Elektrodenschicht ausgebildet werden, die jeweils eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 50 µm und 500 µm haben; einen Isolierschicht-Ausbildungsschritt, in dem unter Verwendung eines isolierenden Oxidmaterials, das aus einem teilstabilisierten Zirkoniumoxid, für das 8YSZ ((ZrO₂)_0,82 (Y₂O₃)_0,08) typisch ist, MgO und Al₂O₃ ausgewählt wird, auf einer Oberfläche von jeweils den ersten und zweiten Grünlagen ein Zwischenisolierschichtfilm durch Drucken ausgebildet wird, der eine plattenartige Form und eine Dicke in einem Bereich zwischen 3 µm und 20 µm hat; und einen Schichtkörper-Ausbildungsschritt, in dem durch Aufschichten der mit dem Zwischenisolierschichtfilm ausgebildeten ersten und zweiten Grünlagen der Elektrodenschicht-Schichtkörper ausgebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Partikelerfassungselements nach Anspruch 12, wobei das Partikelerfassungselement außerdem eine erste Gemeinschaftselektrode, die auf der zweiten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers mit der ersten Elektrodenschicht verbunden ist, und eine zweite Gemeinschaftselektrode enthält, die auf der ersten Seite des Elektrodenschicht-Schichtkörpers mit der zweiten Elektrodenschicht verbunden ist, und das Verfahren außerdem einen Gemeinschaftselektroden-Ausbildungsschritt umfasst, in dem die ersten und zweiten Gemeinschaftselektroden unter Verwendung des leitenden Oxidmaterials durch ein Dickschichtdruckverfahren oder ein Grünlagenaufbringungsverfahren ausgebildet werden.
Partikelerfassungssensor mit: dem Partikelerfassungselement gemäß Anspruch 1; und einer Erfassungseinrichtung für einen elektrischen Kennwert zur Bestimmung einer Menge zwischen dem Paar Erfassungselektroden gesammelter Partikel beruhend auf dem von der Ausgabeeinrichtung ausgegebenen Signal.