JP2012047596A - 粒子状物質検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の粒子状物質検出装置100は、板状の素子基材11、素子基材11に配設された一対の計測電極12を備え、それぞれの計測電極12は、平面的に配列された複数の櫛歯部13と、各計測電極12の複数の櫛歯部13をその一端で連結する櫛骨部14とを有する櫛歯状の電極であり、それぞれの計測電極12の櫛歯部13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、少なくとも一方の計測電極12の櫛骨部14は、誘電体からなる櫛骨被覆部15によって被覆されている。この粒子状物質検出装置100は、一対の計測電極12及びその周囲に粒子状物質を付着させ、一対の計測電極12a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。
【選択図】図1B
Description
本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態は、図1A〜図1Eに示すように、板状の素子基材11、この素子基材11に配設された一対の計測電極12(12a,12b)、一対の計測電極12a,12bの間における電気的特性の測定をする特性測定手段20、及び特性測定手段20で測定をされた電気的特性の変化量に基づいて一対の計測電極12a,12b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21、を備えた粒子状物質検出装置100である。
図6A〜図6D、及び図7〜図12に示す粒子状物質検出装置105は、一方の端部31aに少なくとも一の貫通孔(空洞)32が形成された一方向に長い装置本体31(素子基材)と、貫通孔32を形成する一方の壁の内側面又は内部に配設された少なくとも一対の計測電極12a,12bと、貫通孔32を形成する対向するそれぞれの壁の内部に、且つ、一対の計測電極12a,12bの埋設位置よりも貫通孔32を形成する壁の外側に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の集塵電極41,42と、を備え、排ガス中に含まれる粒子状物質を検出するための粒子状物質検出装置105である。なお、上記集塵電極によって貫通孔内に電界を発生させることにより、貫通孔を通過する気体中に含まれる粒子状物質を、貫通孔を形成する壁の壁面に吸着させることができる。また、この粒子状物質検出装置105は、装置に付着した粒子状物質を燃焼除去するための加熱部13を更に有している。
装置本体は、一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長く構成された、粒子状物質検出装置の基体となる部位である。装置本体は誘電体から構成されており、この貫通孔を形成する対向するそれぞれの壁の内部には少なくとも一対の集塵電極が配置されており、この一対の集塵電極に電圧を印加することにより貫通孔内に電界を発生させることができる。また、この粒子状物質検出装置においては、貫通孔を形成する壁の一部が、一対の計測電極の櫛骨部を被覆するための櫛骨被覆部を兼用している。
計測電極は、貫通孔を形成する一方の壁の内側面又は内部に少なくとも一対配置されたものであり、集塵電極によって貫通孔の壁面に粒子状物質を電気的に吸着させることにより生じる、貫通孔を形成する壁の電気的特性の変化に基づいて、排気系を通過する排ガスに含まれる粒子状物質を検出するための電極である。
集塵電極は、貫通孔を形成する対向するそれぞれの壁の内部に、且つ、上記一対の計測電極の埋設位置よりも貫通孔を形成する壁の外側に埋設され、装置本体を構成する誘電体で覆われた電極である。このような集塵電極41,42間に所定の電圧を印加することにより、貫通孔32内に電界を発生させることができる。
特性測定手段及び粒子状物質量算出手段は、一対の計測電極間の電気的特性を検出するためのものである。具体的には、例えば、測定する電気的特性が静電容量である場合には、アジレント・テクノロジー社製のLCRメータ4263B等を用いることができる。なお、特性測定手段及び粒子状物質量算出手段は、一対の電極間の電気的特性を測定することによって粒子状物質の検出を行う従来公知の粒子状物質検出装置に用いられる各手段を用いることができる。
図7及び図12に示す粒子状物質検出装置105は、貫通孔32の壁面(装置本体31の側面に並行する壁面)に沿うようにして装置本体31の内部に配設(埋設)された加熱部43を備えている。この加熱部43によって装置を加熱することにより、貫通孔32を形成する壁に吸着された粒子状物質を加熱酸化させることができる(即ち、装置を再生することができる)。また、粒子状物質の質量測定時等において、貫通孔32の内部空間を所望の温度に調節し、貫通孔32を形成する壁の電気的な特性の変化を安定的に測定するための温調を行うことができる。
次に、本実施形態の粒子状物質検出装置の製造方法について、図6A〜図6Dに示す粒子状物質検出装置105を製造する方法を例に説明する。なお、本発明の粒子状物質検出装置を製造する方法については、以下の製造方法に限定されるものではない。
まず、装置本体31(素子基材)を製造するための成形原料を調製する。具体的には、例えば、アルミナ、コージェライト化原料、ムライト、ガラス、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアからなる群より選択される少なくとも一種のセラミック原料(誘電体原料)と、成形原料として使用する他の成分とを混合し、スラリー状の成形原料を調製する。セラミック原料(誘電体原料)としては、上記原料が好ましいが、これに限定されるものではない。他の原料としては、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等を使用することが好ましい。
次に、上記方法により得られたスラリー状の成形原料をテープ状に成形加工して、一方向に長いグリーンシートを作製する。成形加工方法は、成形原料をシート状に成形してグリーンシートを形成することができれば特に限定されず、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール法等の公知の方法を使用することができる。このとき、グリーンシートを積層したときに貫通孔が形成されるように、貫通孔形成用のグリーンシートを作製する。製造するグリーンシートの厚さは、50〜800μmであることが好ましい。
次に、グリーンシート積層体を乾燥、焼成して、粒子状物質検出装置を得る。更に具体的には、得られた、グリーンシート積層体を60〜150℃で乾燥し、1200〜1600℃で焼成して粒子状物質検出装置を作製する。グリーンシートが有機バインダーを含有する場合には、焼成の前に、400〜800℃で脱脂することが好ましい。
(成形原料の調製)
アルミナを誘電体原料として使用し、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。この際、グリーンシートを積層したときに貫通孔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、グリーンシート積層体を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の直方体において、他方の端部が、図6Bに示すように細くなった形状であった。細くなった他方の端部は、幅4.25cm、長さ1.2cmであった。
得られた粒子状物質検出装置に、特性測定手段及び粒子状物質量算出手段としてのアジレント・テクノロジー社製のLCRメータ4263Bを電気的に接続し、一対の計測電極間の静電容量を測定することによって、粒子状物質の検出を行えるようにした。
このようにして得られた実施例1の粒子状物質検出装置を用いて、粒子状物質の検出を行った。具体的には、2.2Lのディーゼルエンジンの排気管に、直径22mmの円筒状の破損したDPFを設置し、更にその下流側に、実施例1の粒子状物質検出装置を設置した。ディーゼルエンジンとしては、直噴−ディーゼルエンジンを使用し、回転数1500rpm、トルク20N・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。
貫通孔の装置本体の長手方向における長さを5mmとして、各計測電極の櫛骨部が、貫通孔の壁によって隠れず、貫通孔の内部に配置されるようにした以外は、実施例1と同様にして比較例1の粒子状物質検出装置を作製した。
図13に示すように、実施例1の粒子状物質検出装置は、同量の粒子状物質が検出される場合において、静電容量の変化量(ΔC[pF])が大きく、測定感度及び測定精度が向上していることが判明した。即ち、実施例1の粒子状物質検出装置は、一対の計測電極間の距離が短いため、一定量の粒子状物質が計測電極及びその周囲に付着した場合に、計測電極間にて測定される電気的特性の変化が大きく、装置の分解能に優れたものであった。
Claims (7)
- 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ている粒子状物質検出装置。 - 前記櫛骨被覆部が、一方の前記計測電極の前記櫛骨部とともに、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の前記計測電極の前記櫛歯部の先端部分を被覆している請求項1に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記櫛骨被覆部が、隙間を空けて相互にかみ合わされるように配置された他方の前記計測電極の前記櫛歯部の先端部分に当接するように、一方の前記計測電極の前記櫛骨部を被覆している請求項1に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記一対の計測電極の表面の少なくとも一部が、前記櫛骨被覆部よりも厚さの薄い電極保護膜によって被覆されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
- 前記素子基材が、一方の端部に少なくとも一の貫通孔が形成された一方向に長い装置本体であり、且つ、
前記一対の計測電極が、前記貫通孔を形成する一方の壁の内側面又は内部に配設されるとともに、前記櫛骨被覆部が、前記貫通孔を形成する壁のうちの、前記一対の計測電極が配設される壁から起立する壁によって形成されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。 - 前記計測電極が、前記貫通孔が貫通する方向に対して、前記計測電極の前記櫛歯部の櫛歯の延びる方向が直交するように配設されている請求項5に記載の粒子状物質検出装置。
- 検出対象としての前記粒子状物質を含む気体を、前記計測電極の前記櫛歯部の櫛歯の延びる方向に直交する方向に流して、前記粒子状物質の検出を行う請求項1〜6のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。
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