JP2010210539A - 粒子状物質検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一の面が誘電体で被覆をされた板状を呈する第一の電極1、及びその第一の電極1の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ第一の電極1との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う第二の電極2と、誘電体の表面に、対向して配設をされた一対の測定電極5,15と、一対の測定電極5,15の表面に配設された体積抵抗率が10Ωcm〜1012Ωcmの保護膜21とを備え、一対の測定電極5,15の間における電気的特性の変化量を測定することにより、集塵をされた粒子状物質の量を求めることができる粒子状物質検出装置100。
【選択図】図1A
Description
(成形原料の調製)
アルミナをセラミック原料として使用し、バインダーとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてフタル酸ジ−2−エチルヘキシル、分散剤としてソルビタントリオレエートを使用し、分散媒として有機溶剤(キシレン:ブタノール=6:4(質量比))を使用し、これらをアルミナ製ポットに入れて混合し、グリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製した。各原料の使用量は、アルミナ100質量部に対して、バインダー7質量部、可塑剤3.5質量部、分散剤1.5質量部、有機溶剤100質量部とした。
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をドクターブレード法を用いてシート状に成形加工した。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔(第一の電極と第二の電極との間に形成される空間)が形成されるように、切断部形成グリーンシートも作製した。グリーンシートの厚さは、250μmとした。
得られた、グリーン積層体(粒子状物質検出装置の未焼成体)を120℃で乾燥し、1500℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製した。得られた粒子状物質検出装置は、0.7cm×0.2cm×12cmの直方体であった。貫通孔は、排ガスの流通方向に垂直な断面形状が10cm×0.5cmの長方形であった。また、保護膜の体積抵抗率は、1011Ωcmであった。体積抵抗率は、三菱化学アナリテック社製のMCP−T610とMCP−HT450を用いて測定する。体積抵抗率が10−3以上、106Ωcm未満の膜に関しては前者の装置を用いて測定し、106から1013Ωcmの膜に関しては後者の装置を用いて測定する。体積抵抗率が未知の場合は、両方の装置を用いる。体積抵抗率測定のために同一工程を経たテストピースを用いる。このテストピースには基材となるグリーンシートと、測定用電極と同一の材質の円形電極と、その上に保護膜を有した構造になっている。体積抵抗率が106Ωcm未満の場合は、四端子四深針法を用いて保護膜に接触させて抵抗値を測定し、テストピースの断面SEM写真より保護膜厚を測定して保護膜の体積抵抗率を算出する。保護膜上に低抵抗膜がある場合は、四端子四深針法を用いて保護膜上の低抵抗膜に接触させて、テストピースの断面SEM写真より低抵抗膜厚を測定して低抵抗膜の体積抵抗率を算出する。保護膜の体積抵抗率が106Ωcm以上の場合は、保護膜上にAuスパッタリングにより二重の測定電極とガード電極を形成して、保護膜の体積抵抗率を測定する。上記の測定された保護膜の体積抵抗率はこの方法で測定した値である。
得られた粒子状物質検出装置を、ディーゼルエンジンの排気管に設置した。ディーゼルエンジンとしては、排気量2000ccの直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数1500rpm、トルク24N・m、EGR(exhaust gas recirculation)開度50%、排ガス温度200℃、吸入空気1.3m3(室温換算)/分の運転条件下で排ガスを発生させた。スモークメータ(AVL社製、商品名:型式4158)による排ガス中の粒子状物質量は、2.0mg/m3であった。粒子状物質の検出は、以下のように行った。ディーゼルエンジンから排ガスを発生させながら、粒子状物質を荷電集塵する前に、一対の電極間の初期の静電容量(pF)を、1分間に亘って6回測定し、その後、粒子状物質を1分間に亘って荷電集塵し、その後、荷電集塵操作を停止して、再度、静電容量(一対の電極間の1分間集塵後の静電容量)(pF)を、1分間に亘って6回測定した。初期の静電容量及び1分間集塵後の静電容量は、いずれも6回の測定の平均値を求めた。そして、初期の静電容量と1分間集塵後の静電容量との差が、粒子状物質検出装置の感度の指標となる。つまり、1分間集塵後の静電容量から初期の静電容量を差し引いた値が大きいほど、感度が良好であることになる。尚、本測定においては、ヒータによる粒子状物質の燃焼は行わないこととした。粒子状物質を荷電集塵する際には、高電圧電源による印加電圧をDC2.0kVとし、電極間の静電容量測定時には、測定部から印加電圧をAC2V、周波数を10kHzとした。
測定電極(素子)の腐食試験を以下の方法で行った。先ず0.013モル/Lの硝酸中に、350℃に素子を加熱した状態で当該素子を60分間浸漬し、続いて0.0059モル/Lの硫酸中に、350℃に素子を加熱した状態で当該素子を60分間浸漬し、さらに0.0049モル/Lのアンモニア水中に、350℃に素子を加熱した状態で当該素子を60分間浸漬した後に、流水洗浄と乾燥を行い、測定電極の静電容量変化率を測定した。腐食試験のサンプル数は、各実施例、比較例ともn=5本で実施した。静電容量変化率は、腐食試験前の測定電極の静電容量と腐食試験後の測定電極の静電容量との差を、腐食試験前の測定電極の静電容量で除算することにより求めた。
保護膜を金属ドープされたものとした以外は、実施例1と同様にして粒子状物質検出装置を作製した。金属ドープされた保護膜の作製は以下のように行った。保護膜の作製方法は実施例1と同様であるが、保護膜の原料をシリカとチタニアとし、ベースのシリカ(SiO2)に対してチタニア(TiO2)のTi原子換算の配合比率を5モル%となるようにした。保護膜の体積抵抗率は、108Ωcmであった。実施例1の場合と同様に、感度測定及び腐食試験を行った。結果を表1に示す。
保護膜を、絶縁保護膜と低抵抗膜との2層からなるものとした以外は、実施例1と同様にして粒子状物質検出装置を作製した。絶縁保護膜と低抵抗膜との2層からなる保護膜の作製は以下のように行った。グリーン積層体の、測定電極5,15を印刷した部分の表面に、スクリーン印刷により絶縁保護膜を形成し、その後にグリーン積層体を実施例1の場合と同様に乾燥、焼成し、その後に、CVDにより絶縁保護膜の表面に低抵抗膜を形成した。スクリーン印刷は、セリテック社製、商品名TSU4060を用いて行った。また、CVDは、ユーテック社製、商品名Super7を用いて行った。絶縁保護膜の材質は、シリカとし、低抵抗膜の材質は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)とした。また、絶縁保護膜の厚さは、60μmとし、低抵抗膜の厚さは、0.2μmとした。保護膜の体積抵抗率は、0.3Ωcmであった。実施例1の場合と同様に、感度測定及び腐食試験を行った。結果を表1に示す。
保護膜を、表面に複数の微細な金属片が散在する絶縁保護膜からなるものとした以外は、実施例1と同様にして粒子状物質検出装置を作製した。表面に複数の微細な金属片が散在する絶縁保護膜からなる保護膜の作製は以下のように行った。グリーン積層体の、測定電極5,15を印刷した部分の表面に、絶縁保護膜をスクリーン印刷し、その後に、絶縁保護膜の表面に複数の微細な金属片をスクリーン印刷により形成し、その後に、グリーン積層体を実施例1の場合と同様に乾燥、焼成した。スクリーン印刷は、セリテック社製、商品名「TSU4060」を用いて行った。絶縁保護膜の材質は、シリカとし、金属片の材質は、タングステンとし、乾燥、焼成後にニッケルめっきを施した。また、絶縁保護膜の厚さは、45μmとした。各金属片の大きさは、100〜200μm2程度とした。また、金属片が配設された面積は、絶縁保護膜の面積の10%とした。保護膜の体積抵抗率は、1012Ωcmであった。実施例1の場合と同様に、感度測定及び腐食試験を行った。結果を表1に示す。
保護膜を、測定電極の表面に形成された酸化膜とした以外は、実施例1と同様にして粒子状物質検出装置を作製した。測定電極の表面に酸化膜を形成する方法は、以下の通りである。素子を乾燥酸素雰囲気の雰囲気炉内にて600℃−3時間の加熱を加えて酸化処理を行った。酸化膜の厚さは、3μmとした。保護膜の体積抵抗率は、109Ωcmであった。実施例1の場合と同様に、感度測定及び腐食試験を行った。結果を表1に示す。
保護膜を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして粒子状物質検出装置を作製した。実施例1の場合と同様に、感度測定及び腐食試験を行った。結果を表1に示す。
Claims (9)
- 一の面が誘電体で被覆をされた板状を呈する第一の電極、及びその第一の電極の一の面の側に粒子状物質を含む気体が流れる空間を介して配設をされ第一の電極との間に印加をされる電圧によって電界の形成及び放電の何れか又は両方を行う第二の電極と、
前記誘電体の表面に、対向して配設をされた一対の測定電極と、
前記一対の測定電極の表面に配設された体積抵抗率が10Ωcm〜1012Ωcmの保護膜とを備え、
前記一対の測定電極の間における電気的特性の変化量を測定することにより、集塵をされた粒子状物質の量を求めることができる粒子状物質検出装置。 - 前記保護膜が、金属ドープされたものである請求項1に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記保護膜が、前記測定電極の表面に配設された絶縁保護膜と、前記絶縁保護膜の表面に配設された体積抵抗率が10−5Ωcm〜10Ωcmの低抵抗膜との2層から形成されるものである請求項1に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記保護膜が、前記測定電極の表面に配設された、表面に複数の微細な金属片が散在する絶縁保護膜である請求項1に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記保護膜が、前記測定電極の表面に形成された酸化膜である請求項1に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記電気的特性が、抵抗、インダクタンス、静電容量、及びインピーダンスからなる電気的特性群から選ばれる一以上の電気的特性である請求項1〜5の何れかに記載の粒子状物質検出装置。
- 前記一対の測定電極が、線状を呈し、前記粒子状物質を含む気体が流れる方向に対し垂直方向に長く対向して、前記誘電体の表面に配設をされる請求項1〜6の何れかに記載の粒子状物質検出装置。
- 前記線状を呈する一対の測定電極は、一対をなすそれぞれが複数に分岐をして、複数の対向部分を有する請求項7に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記複数の対向部分を有する一対の測定電極が、前記誘電体の表面の全面にわたって配設をされる請求項8に記載の粒子状物質検出装置。
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