JP2013205028A - Particulate substance detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒子状物質検出装置に関する。更に詳しくは、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことが可能な粒子状物質検出装置に関する。 The present invention relates to a particulate matter detection device. More specifically, the present invention relates to a particulate matter detection device capable of detecting particulate matter with high sensitivity and high accuracy.
煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガスには、煤等の粒子状物質が含まれている。以下、このような粒子状物質を、「PM」ということがある。PMは、「Particulate Matter」の略である。このような粒子状物質は、大気汚染の原因となっている。このため、排ガス中の粒子状物質を除去するために、セラミック等で作製されたフィルタが広く用いられている。このようなフィルタは、「ディーゼルパティキュレートフィルタ」、又は「DPF」と称されることがある。このDPFが、排ガス中の粒子状物質を除去する排ガス浄化装置として使用されている。 Flue exhaust gas and diesel engine exhaust gas contain particulate matter such as soot. Hereinafter, such a particulate matter may be referred to as “PM”. PM is an abbreviation for “Particulate Matter”. Such particulate matter causes air pollution. For this reason, in order to remove the particulate matter in the exhaust gas, a filter made of ceramic or the like is widely used. Such a filter may be referred to as a “diesel particulate filter” or “DPF”. This DPF is used as an exhaust gas purification device for removing particulate matter in exhaust gas.
セラミック製のDPFは、長期間の使用が可能である。一方、セラミック製のDPFは、熱劣化等により、クラックや溶損等の欠陥が発生することがある。このような欠陥が発生した場合に、微量ではあるが粒子状物質がDPFから漏れる可能性がある。そのため、DPFに欠陥が発生した場合には、その欠陥の発生を即座に検知し、排ガス浄化装置の異常を認識することが、大気汚染防止の観点から極めて重要である。 Ceramic DPF can be used for a long time. On the other hand, a ceramic DPF may have defects such as cracks and melting due to thermal deterioration or the like. When such a defect occurs, there is a possibility that the particulate matter leaks from the DPF although it is in a small amount. Therefore, when a defect occurs in the DPF, it is extremely important from the viewpoint of preventing air pollution to immediately detect the occurrence of the defect and recognize the abnormality of the exhaust gas purification device.
このような欠陥の発生を検知する方法として、DPFの下流側に粒子状物質検出装置を設ける方法がある(例えば、特許文献1〜3参照)。
As a method of detecting the occurrence of such a defect, there is a method of providing a particulate matter detection device on the downstream side of the DPF (see, for example,
例えば、特許文献1には、一方の端部に一の貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体と、この貫通孔を形成する壁の内部に埋設され、誘電体で覆われた少なくとも一対の電極とを備えた粒子状物質検出装置が開示されている。また、特許文献2には、一の面が誘電体で被覆をされた板状を呈する一の電極、及びその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た二の電極を備えた粒子状物質検出装置が開示されている。また、特許文献3には、平面状の誘電体の表面に設けられた凸状の誘電体の更に表面に、前記平面状の誘電体に対し段差をもって配設をされる測定対向電極を備えた粒子状物質検出装置が開示されている。
For example, in
特許文献1に記載された粒子状物質検出装置においては、流体中に含まれる粒子状物質を、検出装置本体の貫通孔の壁面に電気的に吸着させる。そして、特許文献1に記載された粒子状物質検出装置においては、粒子状物質を吸着させた上記壁の電気的な特性の変化を測定することにより、粒子状物質の質量を検出する。
In the particulate matter detection device described in
しかしながら、特許文献1〜3に記載された従来の粒子状物質検出装置においては、十分な検出感度が得られず、更に高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことが可能な粒子状物質検出装置の開発が要望されていた。
However, in the conventional particulate matter detection devices described in
具体的には、特許文献1〜3に示すような粒子状物質検出装置は、排ガス中の煤等の粒子状物質を、検出装置本体に堆積させ、検出装置本体の電気的特性の変化を測定して粒子状物質の検出を行うものである。粒子状物質による電気的特性の変化は、検出装置本体に設けられた2つ以上の電極(例えば、第一計測電極及び第二計測電極)間の電気的特性として測定される。
Specifically, the particulate matter detection devices as shown in
例えば、図16に示すように、従来の粒子状物質検出装置200においては、第一計測電極112aと、第二計測電極112bとが、誘電体である検出装置本体131の内部に埋設されている。第一計測電極112a及び第二計測電極112bが埋設された壁と反対側の壁を構成する検出装置本体131の内部には、集塵電極141が埋設されている。集塵電極141に電圧を印加することで、排ガスG中の粒子状物質151が、第一計測電極112a及び第二計測電極112bが埋設された壁に集塵される。図16中で、破線で示す矢印が、粒子状物質151を集塵するための電界を示している。図16に示すように、従来の粒子状物質検出装置200においては、検出装置本体131の壁の表面に粒子状物質151が堆積した状態における電気的特性を、第一計測電極112aと第二計測電極112bとの間の電気的特性として測定する。そして、このような従来の粒子状物質検出装置200においては、粒子状物質151の堆積量及び堆積状態は、検知感度と検出精度に大きな影響を与える重要な要素であるといえる。ここで、図16は、従来の粒子状物質検出装置において、測定対象ガス中の粒子状物質が、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された壁に集塵される状態を模式的に示す説明図である。
For example, as shown in FIG. 16, in the conventional particulate
しかしながら、図16に示すように、第一計測電極112aと第二計測電極112bとは、間隔を空けて配置されており、集塵電極141からの電界が、第一計測電極112a及び第二計測電極112bの各端部に集中することがある。このため、粒子状物質151が検出装置本体131の壁の表面の一部分に偏在してしまうことがある。このように粒子状物質151の偏在が生じると、検知精度が悪化するという問題が生じる。更に、このような粒子状物質151の偏在が進むと、偏在して壁の表面に堆積した粒子状物質151の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こりやすくなることがあるため、検知精度が更に悪化することがある。 However, as shown in FIG. 16, the first measurement electrode 112a and the second measurement electrode 112b are arranged with a space therebetween, and the electric field from the dust collecting electrode 141 is applied to the first measurement electrode 112a and the second measurement electrode. It may concentrate on each end of the electrode 112b. For this reason, the particulate matter 151 may be unevenly distributed on a part of the surface of the wall of the detection device main body 131. Thus, when the uneven distribution of the particulate matter 151 occurs, there arises a problem that the detection accuracy deteriorates. Furthermore, when the uneven distribution of the particulate matter 151 proceeds, the deposition state may be easily changed, such as the segregation state of the particulate matter 151 being unevenly distributed and deposited on the surface of the wall. May get worse.
また、第一計測電極112aと第二計測電極112bとの間の電気的特性の変化は、例えば、第一計測電極112aと第二計測電極112bとの間の静電容量の変化等を測定することによって行われる。この際、粒子状物質検出装置200の検出感度を高くするためには、静電容量の変化を生じさせる粒子状物質151が、第一計測電極112aと第二計測電極112bとを最短で直線的に結ぶ部分に集塵されていることが好ましい。しかしながら、図16に示すように、第一計測電極112a及び第二計測電極112bの各端部に集中するように粒子状物質151が堆積した場合には、第一計測電極112aと第二計測電極112bとを最短で直線的に結ぶ部分から、粒子状物質151が離れて集塵されてしまうこととなる。このため、従来の粒子状物質検出装置200においては、実際に集塵した粒子状物質151に対して、電気的特性の変化が検知し難くなっており、十分な検出感度が得られていないという問題もあった。
In addition, the change in electrical characteristics between the first measurement electrode 112a and the second measurement electrode 112b is, for example, a measurement of a change in capacitance between the first measurement electrode 112a and the second measurement electrode 112b. Is done by. At this time, in order to increase the detection sensitivity of the particulate
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことが可能な粒子状物質検出装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a particulate matter detection device capable of detecting particulate matter with high sensitivity and high accuracy.
本発明により、以下の粒子状物質検出装置が提供される。 The present invention provides the following particulate matter detection apparatus.
[1] 誘電体からなる第一の壁の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設された、第一計測電極及び第二計測電極と、前記第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置され、前記第一計測電極及び前記第二計測電極に向けて電界を発生させることにより、前記第一の壁と前記第二の壁との間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、前記第一の壁の表面に集塵させるための集塵電極と、前記第一計測電極と前記第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定して、前記電界によって集塵させた前記粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段と、を備え、前記第一の壁の表面には、前記第一計測電極が埋設されている領域と、前記第二計測電極が埋設されている領域との間に、前記第一計測電極及び前記第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部が形成されている粒子状物質検出装置。 [1] A first measurement electrode and a second measurement electrode embedded in the first wall made of a dielectric material in a state of being spaced apart from each other, and opposed to the first wall with a space therebetween. Gas to be measured that is disposed on the second wall and passes between the first wall and the second wall by generating an electric field toward the first measurement electrode and the second measurement electrode Measuring a change in electrical characteristics between a dust collection electrode for collecting particulate matter contained in the first wall surface, and the first measurement electrode and the second measurement electrode; A particulate matter amount calculating means for obtaining an amount of the particulate matter collected by the electric field, and a region where the first measurement electrode is embedded in the surface of the first wall; Between the region where the second measurement electrode is embedded, the first measurement electrode and the second measurement electrode are Particulate matter detection device groove depth to set position is formed.
[2] 前記第一計測電極及び前記第二計測電極のそれぞれが、平面的に配列された複数の櫛歯計測電極部と、前記複数の櫛歯計測電極部をその一端で連結する櫛骨計測電極部とを有し、前記複数の櫛歯計測電極のそれぞれが、前記測定対象ガスの流れ方向に直交する方向に延び、且つ、前記第一計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部と、前記第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部とが、前記測定対象ガスの流れ方向に隙間を空けて相互にかみ合わされるように、前記第一の壁の内部に埋設され、前記第一計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域と、前記第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域との間に、前記溝部がそれぞれ形成されている前記[1]に記載の粒子状物質検出装置。 [2] Comb bone measurement in which each of the first measurement electrode and the second measurement electrode connects the plurality of comb measurement electrode portions arranged in a plane and the plurality of comb measurement electrode portions at one end thereof. Each of the plurality of comb measurement electrodes extends in a direction orthogonal to the flow direction of the measurement target gas, and the plurality of comb measurement electrodes of the first measurement electrode, The plurality of comb measurement electrode portions of the second measurement electrode are embedded in the first wall so as to be engaged with each other with a gap in the flow direction of the measurement target gas, Between each region in which the plurality of comb measurement electrode portions of one measurement electrode are embedded and each region in which the plurality of comb measurement electrode portions of the second measurement electrode are embedded, the groove portion is provided. The particulate matter detection device according to [1], wherein each is formed.
[3] 前記測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における、前記第一の壁の表面から前記第一計測電極及び前記第二計測電極が埋設された位置までの長さが、10〜70μmである前記[1]又は[2]に記載の粒子状物質検出装置。 [3] The length from the surface of the first wall to the position where the first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded in a cross section perpendicular to the flow direction of the measurement target gas is 10 to 70 μm. The particulate matter detection device according to [1] or [2].
[4] 前記第一計測電極と前記第二計測電極との間隔に対して、前記溝部の幅が30〜80%となるように、前記第一の壁の表面に前記溝部が形成されている前記[1]〜[3]のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。 [4] The groove is formed on the surface of the first wall such that the width of the groove is 30 to 80% with respect to the interval between the first measurement electrode and the second measurement electrode. The particulate matter detection device according to any one of [1] to [3].
[5] 前記集塵電極が、前記第二の壁の内部に埋設されたものであり、前記第二の壁の表面における、前記第一の壁の前記溝部が形成された位置と対面する位置に、凸部が形成されている前記[1]〜[4]のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。 [5] The dust collecting electrode is embedded in the second wall, and a position facing the position where the groove portion of the first wall is formed on the surface of the second wall. The particulate matter detection device according to any one of [1] to [4], wherein a convex portion is formed on the surface.
[6] 前記貫通孔の延びる方向に垂直な断面における前記凸部の形状が、正方形、長方形、台形、三角形、半円形、又は半楕円形である前記[5]に記載の粒子状物質検出装置。 [6] The particulate matter detection device according to [5], wherein a shape of the convex portion in a cross section perpendicular to the direction in which the through hole extends is a square, a rectangle, a trapezoid, a triangle, a semicircle, or a semielliptical shape. .
[7] 前記測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における前記凸部の形状が、前記第一の壁に埋設された前記第一計測電極と前記第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状である前記[5]又は[6]に記載の粒子状物質検出装置。 [7] The shape of the convex portion in a cross section perpendicular to the flow direction of the measurement target gas is directed toward an intermediate portion between the first measurement electrode and the second measurement electrode embedded in the first wall. The particulate matter detection device according to [5] or [6], wherein the particulate matter detection device has a convex shape.
[8] 前記集塵電極は、前記第二の壁の内部における、前記第一の壁の前記溝部に対向する位置に埋設されたものであり、前記集塵電極には、前記第一計測電極が埋設された前記領域及び前記第二計測電極が埋設された前記領域に対向する箇所に隙間が形成されている前記[1]〜[7]のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。 [8] The dust collection electrode is embedded in the second wall at a position facing the groove portion of the first wall, and the dust measurement electrode includes the first measurement electrode. The particulate matter detection device according to any one of [1] to [7], wherein a gap is formed at a position facing the region where the second measurement electrode is embedded and the region where the second measurement electrode is embedded.
[9] 前記集塵電極が、前記第一の壁の前記溝部の延びる方向に沿って平面的に配列された複数の櫛歯集塵電極部と、前記複数の櫛歯集塵電極部をその一端で連結する櫛骨集塵電極部とを有する前記[8]に記載の粒子状物質検出装置。 [9] A plurality of comb-shaped dust collecting electrode portions, wherein the dust collecting electrodes are arranged in a plane along the extending direction of the groove portion of the first wall; The particulate matter detection device according to [8], further including a comb bone dust collecting electrode portion connected at one end.
[10] 一方の端部に、貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体を備え、前記検出装置本体の前記貫通孔を形成する一方の壁が、前記第一の壁であり、前記一方の壁と前記貫通孔を挟んで対向配置された他方の壁が、前記第二の壁である前記[1]〜[9]のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。 [10] One end is provided with a detection device body that is long in one direction in which a through hole is formed, and one wall that forms the through hole of the detection device body is the first wall, The particulate matter detection device according to any one of [1] to [9], wherein the other wall disposed opposite to the one wall with the through hole interposed therebetween is the second wall.
本願の請求項1に係る発明の粒子状物質検出装置は、第一計測電極及び第二計測電極と、集塵電極と、粒子状物質量算出手段と、を備えたものである。第一計測電極及び第二計測電極は、誘電体からなる第一の壁の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設されている。集塵電極は、上記第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置されている。この集塵電極は、第一計測電極及び第二計測電極に向けて電界を発生させることにより、第一の壁と第二の壁との間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、第一の壁の表面に集塵させるための電極である。粒子状物質量算出手段は、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定して、上述した電界によって集塵させた粒子状物質の量を求めるためのものである。そして、本願の請求項1に係る発明の粒子状物質検出装置においては、第一の壁の表面には、第一計測電極が埋設されている領域と、第二計測電極が埋設されている領域との間に、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部が形成されている。
The particulate matter detection device according to
本願の請求項1に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスに含まれる粒子状物質が、第一の壁の溝部の内部に優先的に集塵される。即ち、集塵電極によって発生した電界により、粒子状物質が偏在して集塵されることを利用して、その偏在箇所に溝部を設けて、溝部の内部に粒子状物質を積極的に集塵させる。溝部の内部に粒子状物質を集塵させることにより、集塵された粒子状物質が、測定対象ガスの流れによる外乱の影響を受け難くなる。即ち、粒子状物質の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こり難くなる。また、このような溝部を設けることで、第一計測電極と第二計測電極とを最短で直線的に結ぶ部分に対して、粒子状物質の堆積位置が近くなるため、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性の変化が読み取り易くなる。従って、粒子状物質検出装置の感度を向上させることができる。このように、本願の請求項1に係る発明の粒子状物質検出装置によれば、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。
In the particulate matter detection device according to the first aspect of the present invention, the particulate matter contained in the measurement target gas is preferentially collected inside the groove portion of the first wall. In other words, by utilizing the fact that particulate matter is unevenly distributed due to the electric field generated by the dust collection electrode, a groove is provided at the uneven location, and the particulate matter is actively collected inside the groove. Let By collecting the particulate matter inside the groove part, the collected particulate matter is hardly affected by disturbance due to the flow of the measurement target gas. That is, changes in the deposition state such as the segregation state of the particulate matter are less likely to occur. In addition, by providing such a groove, the deposition position of the particulate matter is closer to the portion that connects the first measurement electrode and the second measurement electrode in the shortest straight line. It becomes easy to read the change in electrical characteristics between the two measurement electrodes. Therefore, the sensitivity of the particulate matter detection device can be improved. Thus, according to the particulate matter detection device of the invention of
本願の請求項1に係る発明の粒子状物質検出装置は、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができるため、DPF等の排ガス処理装置の下流側に設置して、上記装置の自己故障診断(OBD)を行う場合に極めて有効である。即ち、測定対象ガスとしては、煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガス等の内燃機関から排出された排ガスが、DPF等によって一旦浄化された後の、浄化済みの排ガスであることが好ましい。
Since the particulate matter detection device of the invention according to
本願の請求項2に係る発明の粒子状物質検出装置は、第一計測電極及び第二計測電極のそれぞれが、平面的に配列された複数の櫛歯計測電極部と、複数の櫛歯計測電極部をその一端で連結する櫛骨計測電極部とを有する。そして、上記複数の櫛歯計測電極のそれぞれが、測定対象ガスの流れ方向に対して直交する方向に延びている。更に、本願の請求項2に係る発明の粒子状物質検出装置においては、第一計測電極の複数の櫛歯計測電極部と、第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部とが、測定対象ガスの流れ方向に隙間を空けて相互にかみ合わされるように、第一の壁の内部に埋設されている。そして、第一計測電極の複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域と、第二計測電極の複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域との間に、上記溝部がそれぞれ形成されている。即ち、測定対象ガスの流れ方向に対して、複数の溝部がそれぞれ垂直に伸びるように形成されているため、測定対象ガスの流れと、第二の壁から第一の壁に向かう電界との相互作用により、粒子状物質を溝部の内部に良好に集塵させることができる。また、第一計測電極及び第二計測電極を、上述したような櫛歯状に形成することにより、第一計測電極と第二計測電極との間の間隔を短くして、粒子状物質検出装置の感度をより向上させることができる。
In the particulate matter detection device according to
本願の請求項3に係る発明の粒子状物質検出装置は、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における、第一の壁の表面から第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さが、10〜70μmとなるように構成されたものである。このように構成することによって、第一計測電極及び第二計測電極を覆う壁の厚さが薄くなり、粒子状物質検出装置の検出感度をより向上させることができる。特に、本願の請求項3に係る発明の粒子状物質検出装置においては、第一の壁に溝部を形成し、その溝部の内部に積極的に粒子状物質を集塵させるため、従来の粒子状物質検出装置に比して、第一の壁の厚さをより薄くすることが可能となる。
In the particulate matter detection device according to the third aspect of the present invention, the first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded from the surface of the first wall in the cross section perpendicular to the flow direction of the measurement target gas. Is configured to have a length of 10 to 70 μm. By comprising in this way, the thickness of the wall which covers a 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode becomes thin, and the detection sensitivity of a particulate matter detection apparatus can be improved more. In particular, in the particulate matter detection device of the invention according to
本願の請求項4に係る発明の粒子状物質検出装置は、第一計測電極と第二計測電極との間隔に対して、溝部の幅が30〜80%となるように、第一の壁の表面に溝部が形成されたものである。このように構成することによって、粒子状物質を集塵し得る溝部の内部空間を良好に確保することが可能になる。更に、上記溝部の幅を実現しつつ、第一計測電極と第二計測電極との間隔をより狭くすることにより、更に検出感度を向上させることができる。
In the particulate matter detection device according to
本願の請求項5に係る発明の粒子状物質検出装置は、集塵電極が、第二の壁の内部に埋設されたものである。そして、本願の請求項5に係る発明の粒子状物質検出装置においては、第二の壁の表面における、第一の壁の溝部が形成された位置と対面する位置に、凸部が形成されている。第二の壁の表面に、上述したような凸部を形成することにより、凸部が形成されている部分の第二の壁の静電容量が低下し、集塵電極からの電界が、第一計測電極及び第二計測電極の各端部に集中する。別言すれば、上記電界が、溝部が形成された箇所において集中する。これにより、より多くの量の粒子状物質が、上記電界の影響を受けて、第一の壁の溝部の内部に集塵される。また、第一の壁に溝部を形成した場合には、溝部の底面から第二の壁の表面までの距離が、溝部が形成されていない第一の壁の表面から第二の壁の表面までの距離に比して、長くなることがある。このような場合には、溝部が形成された部分の電界が僅かに弱くなることがある。そこで、上述した凸部を第二の壁の表面に形成することにより、溝部が形成されている部分にも良好な電界を発生させることができる。
In the particulate matter detection device according to
本願の請求項6に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における凸部の形状が、正方形、長方形、台形、三角形、半円形、又は半楕円形である。このような形状の凸部を形成することにより、集塵電極が埋設された第二の壁から、第一の壁の溝部周辺に対して電界を良好に発生させることができ、より多くの量の粒子状物質を、溝部の内部に集塵させることができる。
In the particulate matter detection device according to
本願の請求項7に係る発明の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における凸部の形状が、第一の壁に埋設された第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状である。上記のように、第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状の凸部を形成することにより、更に、第二の壁(特に、第二の壁に形成された凸部)から、第一の壁の溝部周辺に対して集中的に電界を発生させることができる。
In the particulate matter detection device according to
本願の請求項8に係る発明の粒子状物質検出装置は、以下のよう構成のものである。即ち、集塵電極は、第二の壁の内部における、第一の壁の溝部に対向する位置に埋設されたものであり、この集塵電極には、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する箇所に隙間が形成されている。このように、本願の請求項8に係る発明の粒子状物質検出装置においては、集塵電極が一枚の板状の電極ではなく、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する箇所に隙間が形成された集塵電極となっている。このため、集塵電極から、第一の壁の溝部に対して、より一層集中的に電界を発生させることができる。別言すれば、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する位置には、集塵電極が埋設されていないため、集塵電極からの電界が、第一計測電極及び第二計測電極の各端部の周辺に集中する。このため、溝部の内部に粒子状物質を積極的に集塵させることができる。 The particulate matter detection device according to claim 8 of the present application has the following configuration. That is, the dust collection electrode is embedded in the second wall at a position facing the groove portion of the first wall, and the dust collection electrode includes a region where the first measurement electrode is embedded and A gap is formed at a location facing the region where the second measurement electrode is embedded. Thus, in the particulate matter detection device according to claim 8 of the present application, the dust collection electrode is not a single plate-like electrode, but the region where the first measurement electrode is embedded and the second measurement electrode It is a dust collection electrode in which a gap is formed at a location facing the buried region. For this reason, an electric field can be more intensively generated from the dust collection electrode to the groove portion of the first wall. In other words, since the dust collection electrode is not buried at the position facing the region where the first measurement electrode is buried and the region where the second measurement electrode is buried, the electric field from the dust collection electrode is Concentrate around the ends of one measurement electrode and the second measurement electrode. For this reason, a particulate matter can be actively collected inside a groove part.
本願の請求項9に係る発明の粒子状物質検出装置は、集塵電極が、第一の壁の溝部の延びる方向に沿って平面的に配列された複数の櫛歯集塵電極部と、複数の櫛歯集塵電極部をその一端で連結する櫛骨集塵電極部とを有するものである。このように、第一計測電極が埋設された領域及び第二計測電極が埋設された領域に対向する箇所に隙間が形成された集塵電極を、上述したような櫛歯状の電極とすることで、集塵電極に電圧を印加する際の配線の取り回しが極めて簡便になる。 In the particulate matter detection device according to claim 9 of the present application, the dust collection electrode includes a plurality of comb-shaped dust collection electrode portions arranged in a plane along the extending direction of the groove portion of the first wall, and a plurality of dust collection electrode portions. And a comb bone dust collecting electrode portion for connecting the comb tooth dust collecting electrode portion at one end thereof. Thus, the dust collection electrode in which a gap is formed in a portion facing the region where the first measurement electrode is embedded and the region where the second measurement electrode is embedded is used as a comb-like electrode as described above. Thus, the wiring can be handled very easily when a voltage is applied to the dust collecting electrode.
本願の請求項10に係る発明の粒子状物質検出装置は、一方の端部に、貫通孔が形成された一方向に長い検出装置本体を備えたものである。そして、この検出装置本体の貫通孔を形成する一方の壁が、上記第一の壁であり、この一方の壁と貫通孔を挟んで対向配置された他方の壁が、上記第二の壁である。このような検出装置本体を備えた粒子状物質検出装置は、DPF等の排ガス処理装置の下流側に設置して、排ガス処理装置の自己故障診断(OBD)を行う場合に極めて有効である。本願の請求項1〜10に係る発明は、上記[1]〜[10]に記載された発明である。
The particulate matter detection device according to claim 10 of the present application is provided with a detection device main body that is long in one direction and has a through-hole formed at one end. One wall forming the through hole of the detection device main body is the first wall, and the other wall disposed opposite to the one wall with the through hole interposed therebetween is the second wall. is there. A particulate matter detection device including such a detection device body is extremely effective when installed on the downstream side of an exhaust gas treatment device such as a DPF to perform self-failure diagnosis (OBD) of the exhaust gas treatment device. Inventions according to
以下、本発明を実施するための形態を具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated concretely. The present invention is not limited to the following embodiments. It should be understood that the present invention can be appropriately changed in design, improved, and the like based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
(1)粒子状物質検出装置:
本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態は、図1に示すような粒子状物質検出装置100である。この粒子状物質検出装置100は、第一計測電極12a、第二計測電極12b、集塵電極41、及び粒子状物質量算出手段60、を備えたものである。ここで、図1は、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す模式図である。
(1) Particulate matter detection device:
One embodiment of the particulate matter detection device of the present invention is a particulate
本実施形態の粒子状物質検出装置100は、第一計測電極12a及び第二計測電極12bと、集塵電極41と、粒子状物質量算出手段60と、を備えたものである。第一計測電極12a及び第二計測電極12aは、誘電体からなる第一の壁33の内部に相互に間隔を空けた状態で埋設されている。集塵電極41は、上記第一の壁33と間隔を隔てて対向配置された第二の壁34に配置されている。この集塵電極41は、第一計測電極12a及び第二計測電極12bに向けて電界を発生させることにより、第一の壁33と第二の壁34との間を通過する測定対象ガスGに含まれる粒子状物質を、第一の壁33の表面に集塵させるための電極である。粒子状物質量算出手段60は、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間の電気的特性の変化を測定して、上述した電界によって集塵させた粒子状物質の量を求めるためのものである。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、第一の壁33の表面には、第一計測電極12aが埋設されている領域22aと、第二計測電極12bが埋設されている領域22bとの間に、溝部35が形成されている。この溝部35は、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設された位置までの深さの溝である。
The particulate
本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、測定対象ガスGに含まれる粒子状物質が、第一の壁33の溝部35の内部に優先的に集塵される。即ち、集塵電極41によって発生した電界により、粒子状物質が偏在して集塵されることを利用して、その偏在箇所に溝部35を設けて、溝部35の内部に粒子状物質を積極的に集塵させる。図1においては、第二の壁34から第一の壁33に向けて描かれた破線の矢印が、上記電界の向きを示している。このように、溝部35の内部に粒子状物質を集塵させることにより、集塵された粒子状物質が、測定対象ガスGの流れによる外乱の影響を受け難くなる。即ち、粒子状物質の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こり難くなる。また、このような溝部35を設けることで、第一計測電極12aと第二計測電極12bとを最短で直線的に結ぶ部分に対して、粒子状物質の堆積位置が近くなるため、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間の電気的特性の変化が読み取り易くなる。従って、粒子状物質検出装置100の感度を向上させることができる。このように、本実施形態の粒子状物質検出装置100は、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。
In the particulate
図1に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置100は、集塵電極41に電圧を印加するための集塵電極用電源50を更に備えたものであってもよい。この集塵電極用電源50は、集塵電極41から第一計測電極12a及び第二計測電極12bに向けて電界を発生させるため電源である。即ち、集塵電極用電源50によって集塵電極41に電圧を印加すると、上記電界が発生する。
As shown in FIG. 1, the particulate
粒子状物質量算出手段60は、本実施形態の粒子状物質検出装置100において、粒子状物質の量を求めるための算出手段である。本実施形態の粒子状物質検出装置100における、粒子状物質の量を求める方法は、以下の通りである。まず、第一の壁33と第二の壁34との間を通過する測定対象ガスGに含まれる粒子状物質を、上記電界によって、第一の壁33の表面に集塵させる。そして、第一計測電極12aと第二計測電極12bの間の電気的特性の変化を測定する。測定された「電気的特性の変化」から、第一の壁33の表面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60は、特性測定部61、及び粒子状物質量算出部62を備える。特性測定部61は、第一計測電極12aと第二計測電極12bの間の電気的特性の変化を測定するものである。粒子状物質量算出部62は、電気的特性の変化から、第一の壁33の表面に集塵された粒子状物質の量を求めるものである。本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、粒子状物質量算出手段60が、求められた粒子状物質の量から、測定対象ガス中の粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出部63を更に備えていてもよい。
The particulate matter amount calculation means 60 is a calculation means for obtaining the amount of particulate matter in the particulate
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置のより具体的な構成について、図2A〜図2D及び図3〜図9に示す粒子状物質検出装置を例に、更に詳細に説明する。 Hereinafter, a more specific configuration of the particulate matter detection device of the present embodiment will be described in more detail by taking the particulate matter detection device shown in FIGS. 2A to 2D and FIGS. 3 to 9 as an example.
ここで、図2Aは、本発明の粒子状物質検出装置の一の実施形態を模式的に示す正面図である。図2Bは、図2Aに示す粒子状物質検出装置の一方の側面を示す側面図である。図2Cは、図2Aに示す粒子状物質検出装置の他方の側面を示す側面図である。図2Dは、図2Aに示す粒子状物質検出装置の背面図である。また、図3は、図2BのA−A’断面を示す模式図である。図4は、図2BのG−G’断面を示す模式図である。図5は、図3のB−B’断面を示す模式図である。図6は、図3のC−C’断面を示す模式図である。図7は、図3のD−D’断面を示す模式図である。図8は、図3のE−E’断面を示す模式図である。図9は、図3のF−F’断面を示す模式図である。 Here, FIG. 2A is a front view schematically showing one embodiment of the particulate matter detection device of the present invention. FIG. 2B is a side view showing one side surface of the particulate matter detection device shown in FIG. 2A. 2C is a side view showing the other side surface of the particulate matter detection device shown in FIG. 2A. FIG. 2D is a rear view of the particulate matter detection device shown in FIG. 2A. FIG. 3 is a schematic diagram showing the A-A ′ cross section of FIG. 2B. FIG. 4 is a schematic diagram showing a G-G ′ cross section of FIG. 2B. FIG. 5 is a schematic diagram showing a B-B ′ cross section of FIG. 3. FIG. 6 is a schematic diagram showing a C-C ′ cross section of FIG. 3. FIG. 7 is a schematic diagram showing a D-D ′ cross section of FIG. 3. FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross section taken along line E-E ′ of FIG. 3. FIG. 9 is a schematic diagram showing the F-F ′ cross section of FIG. 3.
図2A〜図2D、図3、及び図4に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置100は、一方の端部31aに貫通孔32が形成された、一方向に長い検出装置本体31を備えたものである。この検出装置本体31の貫通孔32を形成する一方の壁が、上述した第一の壁33であり、また、この一方の壁(即ち、第一の壁33)と貫通孔32を挟んで対向配置された他方の壁が、上述した第二の壁34である。従って、第一計測電極12a及び第二計測電極12bは、検出装置本体31の貫通孔32を形成する第一の壁33の内部に埋設され、誘電体で覆われている。また、集塵電極41は、検出装置本体31の貫通孔32を形成する第二の壁34に配置されている。本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、集塵電極41が、上記第二の壁34の内部に埋設されている。なお、図2A〜図2D、及び図3〜図9に示す粒子状物質検出装置100においては、粒子状物質量算出手段60(図1参照)を捨象した形で作図を行った。
As shown in FIGS. 2A to 2D, 3, and 4, the particulate
検出装置本体31は、一方の端部31aに貫通孔32が形成された一方向に長い「粒子状物質検出装置100の検出部分における本体」を構成するものである。第一計測電極12a及び第二計測電極12bと、集塵電極41とは、貫通孔32を挟んで反対側に壁(即ち、第一の壁33と第二の壁34)に配置されている。この集塵電極41は、第一計測電極12a及び第二計測電極12bに向けて電界を発生させることにより、貫通孔32を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、第一の壁33の表面に集塵させるための電極である。本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、「貫通孔32の延びる方向」が、「測定対象ガスの流れ方向」となる。
The detection device
本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、貫通孔32を形成する第一の壁33の表面に、以下のようにして、溝部35が形成されている。即ち、第一計測電極12aが埋設されている領域22aと、第二計測電極12bが埋設されている領域22bとの間に、溝部35が形成されている。なお、「第一計測電極12aが埋設されている領域22a」とは、第二の壁34から第一の壁33に向かう方向に、第一計測電極12aが埋設されている領域22aのことである。また、「第二計測電極12bが埋設されている領域22b」とは、第二の壁34から第一の壁33に向かう方向に、第二計測電極12bが埋設されている領域22aのことである。第一の壁33の表面に形成された溝部35は、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設された位置までの深さの溝である。
In the particulate
本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、測定対象ガスに含まれる粒子状物質が、第一の壁33の溝部35の内部に優先的に集塵される。即ち、集塵電極41によって発生した電界により、粒子状物質が偏在して集塵されることを利用して、その偏在箇所に溝部35を設けて、溝部35の内部に粒子状物質を積極的に集塵させる。
In the particulate
具体的には、図10に示すように、集塵電極41によって発生した電界により、測定対象ガスGに含まれる粒子状物質51を、検出装置本体31の第一の壁33の表面に集塵させる。この際、第一計測電極12a及び第二計測電極12bの端部において、上述した電界が集中するため、粒子状物質51は、第一計測電極12a及び第二計測電極12bの端部近傍に偏在して集塵されることとなる。本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、第一計測電極12aが埋設されている領域22aと第二計測電極12bが埋設されている領域22bとの間に溝部35が形成されているため、多くの量の粒子状物質51が溝部35の内部に集塵されることとなる。また、溝部35の内部に粒子状物質51を集塵させることにより、集塵された粒子状物質51が、測定対象ガスGの流れによる外乱の影響を受け難くなる。即ち、粒子状物質51の偏析状態が崩れる等の堆積状態の変化が起こり難くなる。また、このような溝部35を設けることで、第一計測電極12aと第二計測電極12bとを最短で直線的に結ぶ部分に対して、粒子状物質51の堆積位置が近くなる。そのため、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間の電気的特性の変化が読み取り易くなる。従って、粒子状物質検出装置100の感度を向上させることができる。図10において、破線で示す矢印が、粒子状物質51を集塵するための電界を示している。また、図10において、第一計測電極12aと第二計測電極12bとを結ぶ破線は、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間の電気的変化を測定する際の、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの検知間隔を模式的に示すものである。図10は、本実施形態の粒子状物質検出装置において、測定対象ガス中の粒子状物質が、第一の壁に集塵される状態を模式的に示す説明図である。
Specifically, as shown in FIG. 10, the particulate matter 51 contained in the measurement target gas G is collected on the surface of the
このように、本実施形態の粒子状物質検出装置100によれば、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。特に、検出装置本体31の大きさ等については、従来の粒子状物質検出装置と同等の大きさを維持したまま、高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。このため、本実施形態の粒子状物質検出装置100は、自動車等の内燃機関等に適合する小型化を実現し、粒子状物質検出装置100の製造コスト削減を実現することができる。本実施形態の粒子状物質検出装置100は、DPF等の排ガス処理装置の下流側に設置して、上記装置の自己故障診断(OBD)を行う場合に極めて有効である。即ち、測定対象ガスとしては、煙道排ガスやディーゼルエンジン排ガス等の内燃機関から排出された排ガスが、DPF等によって一旦浄化された後の、浄化済みの排ガスであることが好ましい。
Thus, according to the particulate
また、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、上述したように高感度及び高精度に粒子状物質の検出を行うことができるため、粒子径がナノメートルオーダーの粒子状物質を検知できる可能性もある。即ち、排ガス中に含まれる粒子状物質には、上述したような、粒子径がナノメートルオーダーの粒子状物質である一次粒子と、この一次粒子が凝集した二次粒子とが含まれている。従来の粒子状物質検出装置においては、専ら、上記二次粒子を検出対象として、粒子状物質の検出を行っている。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、上述した高感度を実現することにより、第一の壁の溝部内に上記一次粒子を集塵させた場合においても、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性が変化することが予想される。このため、本実施形態の粒子状物質検出装置は、上記一次粒子等の極低濃度の粒子状物質を検出するための粒子状物質検出装置として好適に利用することができる。なお、一次粒子からなる粒子状物質の粒子径は、10〜20nm程度である。また、この一次粒子が凝集した二次粒子からなる粒子状物質の粒子径は、100nm以上であることが一般的である。 In addition, in the particulate matter detection device of the present embodiment, as described above, particulate matter can be detected with high sensitivity and high precision, so that particulate matter having a particle diameter of nanometer order can be detected. There is also sex. That is, the particulate matter contained in the exhaust gas includes primary particles that are particulate matter having a particle diameter of the order of nanometers as described above, and secondary particles in which the primary particles are aggregated. In the conventional particulate matter detection device, the particulate matter is detected exclusively using the secondary particles as detection targets. In the particulate matter detection device of the present embodiment, the first measurement electrode and the second measurement are realized even when the primary particles are collected in the groove portion of the first wall by realizing the high sensitivity described above. It is expected that the electrical characteristics between the electrodes will change. For this reason, the particulate matter detection device of the present embodiment can be suitably used as a particulate matter detection device for detecting an extremely low concentration particulate matter such as the primary particles. In addition, the particle diameter of the particulate matter which consists of primary particles is about 10-20 nm. In addition, the particle size of the particulate material composed of secondary particles in which the primary particles are aggregated is generally 100 nm or more.
本実施形態の粒子状物質検出装置において、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部とは、以下のような溝部のことをいう。ここで、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面における、第一の壁の表面から溝部の底面までの長さを「a」とし、第一の壁の表面から第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さを「A」とする。「第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さA」に対して、「溝部の底面までの長さa」が、50〜150%である。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、「第一計測電極及び第二計測電極が埋設された位置までの長さA」に対して、「溝部の底面までの長さa」が、80〜100%であることが更に好ましく、100%であることが特に好ましい。なお、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、測定対象ガスの流れ方向に垂直な断面において、第一計測電極12aの端縁と第二計測電極12bの端縁とを結ぶ線上に、上記溝部35の底面の少なくとも一部が存在することがより好ましい。このように構成することによって、第一計測電極と第二計測電極とを最短で直線的に結ぶ部分の近傍に、粒子状物質を集塵させることができる。
In the particulate matter detection device of the present embodiment, the depth of the groove up to the position where the first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded refers to the following groove. Here, the length from the surface of the first wall to the bottom surface of the groove in the cross section perpendicular to the flow direction of the measurement target gas is “a”, and the first measurement electrode and the second measurement are measured from the surface of the first wall. The length to the position where the electrode is embedded is “A”. The “length a up to the bottom surface of the groove” is 50 to 150% with respect to “the length A up to the position where the first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded”. In the particulate matter detection device of the present embodiment, the “length a to the bottom surface of the groove” is 80 relative to “the length A to the position where the first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded”. More preferably, it is -100%, and it is especially preferable that it is 100%. Note that, in the particulate matter detection device of the present embodiment, in the cross section perpendicular to the flow direction of the measurement target gas, on the line connecting the edge of the
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置を、各構成要素毎に更に詳細に説明する。 Hereinafter, the particulate matter detection device of the present embodiment will be described in more detail for each component.
(2)粒子状物質検出装置の構成:
図2A〜図2D及び図3〜図10に示すように、本実施形態の粒子状物質検出装置100は、第一計測電極12a、第二計測電極12b、集塵電極41、及び粒子状物質量算出手段60(図1参照)、を備えたものである。第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設される第一の壁33、及び集塵電極41が配置される第二の壁34は、例えば、検出装置本体31の一部によって構成されたものを挙げることができる。但し、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設される第一の壁33、及び集塵電極41が配置される第二の壁34については、誘電体からなる板状の部材によって構成されたものであってもよい。
(2) Configuration of particulate matter detection device:
As shown in FIGS. 2A to 2D and FIGS. 3 to 10, the particulate
(2−1)検出装置本体:
検出装置本体31は、一方の端部31aに貫通孔32が形成された一方向に長い「粒子状物質検出装置100の本体」を構成するものである。検出装置本体31の貫通孔32が形成された一方の端部31aは、誘電体により構成されている。貫通孔32を形成する第一の壁33の内部には、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設されている。また、貫通孔32を形成する第二の壁34の内部には、集塵電極41が埋設されている。
(2-1) Detection device body:
The detection device
検出装置本体は、一方向に長く構成された板状のものであることが好ましい。更に、この一方向に長い板状の検出装置本体の一方の端部に、上記貫通孔が形成されていることがより好ましい。このように構成することによって、粒子状物質検出装置を、自動車の排気系等に挿入したときに、測定対象ガス中の粒子状物質を効率よくサンプリングすることができる。 The detection device main body is preferably a plate-like member that is long in one direction. Furthermore, it is more preferable that the through hole is formed at one end of the plate-shaped detection device main body that is long in one direction. With this configuration, when the particulate matter detection device is inserted into an automobile exhaust system or the like, the particulate matter in the measurement target gas can be efficiently sampled.
検出装置本体の一方の端部には、貫通孔が形成されている。この貫通孔は、検出装置本体の長手方向に垂直な方向に、検出装置本体の正面から背面に延びるように形成されている。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、これまでに説明したように、貫通孔を形成する第一の壁の表面に溝部が形成されている。 A through hole is formed at one end of the detection device main body. The through hole is formed to extend from the front surface to the back surface of the detection device body in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the detection device body. In the particulate matter detection device of the present embodiment, as described above, the groove is formed on the surface of the first wall that forms the through hole.
検出装置本体は、誘電体からなるものであることが好ましい。このような誘電体からなる検出装置本体の内部に集塵電極を埋設することにより、誘電体に覆われた集塵電極を形成することが可能となる。ここで、「誘電体」とは、導電性よりも誘電性が優位である物質で、直流電圧に対して絶縁体として振舞う物質のことをいう。集塵電極は、貫通孔を形成する第二の壁の表面に配置されていてもよいが、上述したように、誘電体からなる第二の壁の内部に埋設されていることが好ましい。 The detection device body is preferably made of a dielectric. By embedding the dust collection electrode in the detection device main body made of such a dielectric, it is possible to form the dust collection electrode covered with the dielectric. Here, the “dielectric” refers to a substance that has a dielectric property superior to conductivity, and that behaves as an insulator against a DC voltage. The dust collecting electrode may be disposed on the surface of the second wall forming the through hole, but as described above, it is preferably embedded in the second wall made of a dielectric.
検出装置本体は、アルミナを含むセラミック材料からなるものであることが好ましい。このようなセラミック材料からなる検出装置本体によれば、貫通孔内に粒子状物質を良好に集塵可能な電界を発生させることができる。アルミナを含むセラミック材料には、ジルコニアが含まれていてもよい。即ち、検出装置本体を構成するセラミック材料は、アルミナ、又はアルミナとジルコニアを主成分とするものであることが好ましい。ここで、主成分とは、その構成成分中の質量比率が、92質量%以上のことをいう。このため、検出装置本体を構成するセラミック材料は、アルミナとジルコニア以外の成分が、8質量%未満であることが好ましい。 The detection device main body is preferably made of a ceramic material containing alumina. According to the detection device body made of such a ceramic material, it is possible to generate an electric field that can favorably collect particulate matter in the through hole. The ceramic material containing alumina may contain zirconia. That is, it is preferable that the ceramic material constituting the detection device main body is mainly composed of alumina or alumina and zirconia. Here, a main component means that the mass ratio in the component is 92 mass% or more. For this reason, it is preferable that the ceramic material which comprises a detection apparatus main body is less than 8 mass% of components other than an alumina and a zirconia.
検出装置本体の厚さについては特に制限はない。検出装置本体の厚さは、「検出装置本体の長手方向」及び「貫通孔の延びる方向」の両方に垂直な方向における長さのことである。即ち、検出装置本体の厚さとは、貫通孔の第二の壁から第一の壁に向かう方向における検出装置本体の長さのことを意味する。 There is no particular limitation on the thickness of the detection device main body. The thickness of the detection device body is a length in a direction perpendicular to both the “longitudinal direction of the detection device body” and the “direction in which the through hole extends”. That is, the thickness of the main body of the detection device means the length of the main body of the detection device in the direction from the second wall of the through hole toward the first wall.
検出装置本体の幅についても特に制限はない。検出装置本体の幅は、検出装置本体の長手方向と厚さ方向とに直交する方向の長さのことである。即ち、検出装置本体の幅とは、貫通孔の延びる方向のことを意味する。 There is no particular limitation on the width of the detection device body. The width of the detection device main body is a length in a direction orthogonal to the longitudinal direction and the thickness direction of the detection device main body. That is, the width of the detection device main body means the direction in which the through hole extends.
貫通孔の長さについては特に制限はない。貫通孔の長さとは、検出装置本体の長手方向における長さのことを意味する。貫通孔は、検出装置本体の一方の端部に形成されている。「検出装置本体の一方の端部」というときは、図2A〜図2Dに示すように、検出装置本体31の一方の先端部分31cから、検出装置本体31の全長の50%の長さに相当する位置までの範囲をいう。なお、検出装置本体31の一方の端部は、好ましくは、検出装置本体31の一方の先端部分31cから、検出装置本体31の全長の40%の長さに相当する位置までの範囲であり、更に好ましくは、30%の長さに相当する範囲である。なお、「検出装置本体の他方の端部」というときは、検出装置本体31の他方の先端部分31dから、検出装置本体31の全長の50%の長さに相当する位置までの範囲をいう。検出装置本体の他方の端部は、好ましくは、検出装置本体の他方の先端部分31dから、検出装置本体31の全長の40%の長さに相当する位置までの範囲であり、更に好ましくは、30%の長さに相当する範囲である。
There is no particular limitation on the length of the through hole. The length of the through hole means the length in the longitudinal direction of the detection device main body. The through hole is formed at one end of the detection device main body. The term “one end of the detection device main body” corresponds to a length of 50% of the total length of the detection device
検出装置本体31は、一方向に長く構成され、その一方の端部に貫通孔を形成することが可能なものであれば、その全体形状については特に制限ない。例えば、図2A〜図2Dに示すように、検出装置本体31の形状は、長手方向に直交する断面形状が長方形の板状であってもよい。また、図示は省略するが、当該断面形状が半円形、半楕円形等の棒状であってもよい。
The detection device
貫通孔32を形成する第一の壁33の内部には、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設されている。第一計測電極12aが埋設されている領域22aと、第二計測電極12bが埋設されている領域22bとの間に、溝部35が形成されている。貫通孔32の延びる方向に垂直な断面における、第一の壁33の表面から第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設された位置までの長さが、10〜70μmであることが好ましい。このように構成することによって、粒子状物質検出装置100の検出感度を更に向上させることができる。また、本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、第一の壁33に溝部35を形成し、溝部35の内部に積極的に粒子状物質を集塵させるため、従来の粒子状物質検出装置に比して、第一の壁の厚さをより薄くすることが可能となる。なお、第一の壁33の表面から第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設された位置までの長さについては、10〜50μmであることが更に好ましく、10〜30μmであることが特に好ましい。
A
また、本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間隔に対して、溝部の幅が30〜80%となるように、第一の壁33の表面に溝部35が形成されていることが好ましい。溝部35の幅を上記数値範囲とすることで、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間に、より幅の広い溝部35を形成することができる。これにより、溝部35の内部に、粒子状物質を集塵し易くなり、検出感度をより向上させることができる。例えば、溝部の幅が30%未満であると、粒子状物質が入り込むスペースが少なくなり、検出感度が十分に向上しないことがある。なお、溝部の幅を上記数値範囲とする際には、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間隔を狭くすることにより、更に検出感度を向上させることができる。即ち、粒子状物質検出装置の検出感度は、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間隔にも大きく影響される。そのため、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間隔を狭くし、且つ、溝部35の幅を、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間隔に対してより広くすることで、検出感度を有効に向上させることができる。なお、溝部の幅は、第一の壁の強度に影響が無い範囲において広くすることがより好ましい。また、溝部の幅は、第一計測電極12aと第二計測電極12bとの間隔に対して、60〜80%であることが更に好ましい。
Moreover, in the particulate
また、本実施形態の粒子状物質検出装置100においては、第二の壁34の表面における、第一の壁33の溝部35が形成された位置と対面する位置に、凸部36が形成されていてもよい。このように、第二の壁34の表面に凸部36を形成することにより、第二の壁34から第一の壁33に向かって発生する電界を、第一の壁33の溝部35に集中させることができる。即ち、第二の壁34の表面に、上述したような凸部36を形成することにより、凸部36が形成されている部分の第二の壁34の静電容量が低下し、集塵電極41からの電界が、第一計測電極12a及び第二計測電極12bの各端部に集中する。別言すれば、上記電界が、溝部35が形成された箇所において集中する。これにより、より多くの量の粒子状物質が、上記電界の影響を受けて、第一の壁33の溝部35の内部に集塵される。また、第一の壁33に溝部35を形成した場合には、溝部35の底面から第二の壁34の表面までの距離が、溝部35が形成されていない第一の壁33の表面から第二の壁34の表面までの距離に比して、長くなることがある。このような場合には、溝部35が形成された部分の電界が僅かに弱くなることがある。そこで、上述した凸部36を第二の壁34の表面に形成することにより、溝部35が形成されている部分にも良好な電界を発生させることができる。
Further, in the particulate
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、貫通孔の延びる方向(別言すれば、測定対象ガスの流れ方向)に垂直な断面における、上述した凸部の形状が、正方形、長方形、台形、三角形、半円形、又は半楕円形であることが好ましい。このような形状の凸部を形成することにより、集塵電極が埋設された第二の壁から、第一の壁の溝部周辺に対して電界を良好に発生させることができ、より多くの量の粒子状物質を、溝部の内部に集塵させることができる。例えば、図4においては、貫通孔32の延びる方向に垂直な断面における、凸部36の形状が、長方形の場合の例を示す。
In the particulate matter detection device of the present embodiment, the shape of the above-described convex portion in a cross section perpendicular to the direction in which the through hole extends (in other words, the flow direction of the measurement target gas) is a square, a rectangle, a trapezoid, A triangular shape, a semicircular shape, or a semielliptical shape is preferable. By forming the convex portion of such a shape, an electric field can be generated satisfactorily from the second wall in which the dust collecting electrode is embedded to the periphery of the groove portion of the first wall, and a larger amount The particulate matter can be collected inside the groove. For example, FIG. 4 shows an example in which the shape of the
例えば、図11に示す粒子状物質検出装置101においては、貫通孔32の延びる方向に垂直な断面における、凸部36の形状が、台形である。また、図12に示す粒子状物質検出装置102においては、貫通孔32の延びる方向に垂直な断面における、凸部36の形状が、三角形の場合の例を示す。更に、図13に示す粒子状物質検出装置103においては、貫通孔32の延びる方向に垂直な断面における、凸部36の形状が、半円形の場合の例を示す。ここで、図11は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。図12は、本発明の粒子状物質検出装置の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。図13は、本発明の粒子状物質検出装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。図11〜図13において、図4に示す粒子状物質検出装置100と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
For example, in the particulate matter detection device 101 shown in FIG. 11, the shape of the
また、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、貫通孔の延びる方向に垂直な断面における凸部の形状が、第一の壁に埋設された第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状であることがより好ましい。上記のように、第一計測電極と第二計測電極との間の中間部に向けて凸となるような形状の凸部を形成することにより、更に、第二の壁(特に、第二の壁に形成された凸部)から、第一の壁の溝部周辺に対して集中的に電界を発生させることができる。 In the particulate matter detection device of the present embodiment, the shape of the convex portion in the cross section perpendicular to the direction in which the through hole extends is between the first measurement electrode and the second measurement electrode embedded in the first wall. It is more preferable that the shape is convex toward the intermediate portion. As described above, by forming a convex portion that is convex toward the intermediate portion between the first measurement electrode and the second measurement electrode, the second wall (particularly, the second wall The electric field can be generated intensively around the groove portion of the first wall from the convex portion formed on the wall.
第二の壁の表面に凸部が形成される場合において、この凸部の、第二の壁の表面から凸部の先端部分までの長さは、50〜250μmであることが好ましく、70〜200μmであることが更に好ましく、80〜150μmであることが特に好ましい。以下、凸部の、第二の壁の表面から凸部の先端部分までの長さを、単に「凸部の先端部分までの長さ」ということがある。凸部の先端部分までの長さが短すぎると、この凸部による電界を集中させる効果が十分に発現しないことがある。一方、凸部の先端部分までの長さが長すぎると、凸部が破損し易くなってしまう。 When a convex part is formed on the surface of the second wall, the length of the convex part from the surface of the second wall to the tip of the convex part is preferably 50 to 250 μm, and 70 to More preferably, it is 200 micrometers, and it is especially preferable that it is 80-150 micrometers. Hereinafter, the length of the convex portion from the surface of the second wall to the tip portion of the convex portion may be simply referred to as “the length to the tip portion of the convex portion”. If the length to the tip of the convex portion is too short, the effect of concentrating the electric field by the convex portion may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if the length to the tip of the convex portion is too long, the convex portion is likely to be damaged.
貫通孔を形成する第一の壁及び第二の壁の厚さについても特に制限はない。各壁には、第一計測電極、第二計測電極、及び集塵電極等の粒子状物質の検出に用いるための電極が埋設される。このため、このような電極を良好に埋設することができるような厚さであることが好ましい。例えば、第一の壁の厚さは、20〜100μmであることが好ましく、35〜100μmであることが更に好ましく、35〜80μmであることが特に好ましい。上記第一の壁の厚さは、溝部が形成されていない部分における第一の壁の厚さのことである。第二の壁の厚さは、50〜500μmであることが好ましく、50〜250μmであることが更に好ましく、100〜250μmであることが特に好ましい。上記第二の壁の厚さは、凸部が形成されていない部分における第二の壁の厚さのことである。 There is no particular limitation on the thickness of the first wall and the second wall forming the through hole. In each wall, electrodes used for detection of particulate matter such as a first measurement electrode, a second measurement electrode, and a dust collection electrode are embedded. For this reason, it is preferable that it is the thickness which can embed such an electrode favorably. For example, the thickness of the first wall is preferably 20 to 100 μm, more preferably 35 to 100 μm, and particularly preferably 35 to 80 μm. The thickness of the first wall is the thickness of the first wall in a portion where no groove is formed. The thickness of the second wall is preferably 50 to 500 μm, more preferably 50 to 250 μm, and particularly preferably 100 to 250 μm. The thickness of the second wall is the thickness of the second wall in the portion where the convex portion is not formed.
また、第一の壁から第二の壁までの間隙は、100〜1000μmであることが好ましく、200〜750μmであることが更に好ましく、200〜500μmであることが特に好ましい。上記「第一の壁から第二の壁までの間隙」は、溝部が形成されていない第一の壁の表面から、凸部が形成されていない第二の壁の表面までの距離のことである。第一の壁から第二の壁までの間隙を上記数値範囲とすることで、検知面となる第一の壁側に、粒子状物質を良好に集塵することが可能となる。第一の壁及び第二の壁が、上述した検出装置本体の貫通孔を形成する壁である場合には、上記「第一の壁から第二の壁までの間隙」が、貫通孔の間隔となる。 The gap from the first wall to the second wall is preferably 100 to 1000 μm, more preferably 200 to 750 μm, and particularly preferably 200 to 500 μm. The above “gap from the first wall to the second wall” is the distance from the surface of the first wall where the groove is not formed to the surface of the second wall where the convex portion is not formed. is there. By setting the gap from the first wall to the second wall within the above numerical range, it is possible to collect particulate matter well on the first wall side serving as the detection surface. In the case where the first wall and the second wall are the walls that form the through holes of the detection device main body described above, the “gap from the first wall to the second wall” is the interval between the through holes. It becomes.
検出装置本体31は、複数のテープ状セラミックが積層されてなるものであることが好ましい。このように構成することによって、複数のテープ状セラミックの間に、各電極、配線等を挟みながら積層して検出装置本体を作製することができる。このため、粒子状物質検出装置を効率的に製造することが可能となる。テープ状セラミックは、セラミックシートと称されることがある。
The detection device
(2−2)第一計測電極及び第二計測電極:
第一計測電極及び第二計測電極は、貫通孔を形成する第一の壁の内部に配置されたものである。この第一計測電極と第二計測電極とが一対の計測電極となって、第一の壁の電気的特性を計測する。即ち、上記第一の壁の表面に粒子状物質が電気的に集塵されると、この第一の壁の電気的特性が変化する。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、この電気的特性の変化を測定して、粒子状物質の検出を行う。
(2-2) First measurement electrode and second measurement electrode:
A 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode are arrange | positioned inside the 1st wall which forms a through-hole. The first measurement electrode and the second measurement electrode form a pair of measurement electrodes to measure the electrical characteristics of the first wall. That is, when particulate matter is electrically collected on the surface of the first wall, the electrical characteristics of the first wall change. In the particulate matter detection device of the present embodiment, the change in electrical characteristics is measured to detect particulate matter.
第一計測電極及び第二計測電極は、貫通孔を形成する第一の壁の内部に埋設され、誘電体によって覆われている。例えば、貫通孔を形成する壁に第一計測電極及び第二計測電極が配置され、更に、この第一計測電極及び第二計測電極の表面を覆うように、誘電体からなる薄膜が配置されることによって、上記第一の壁が形成された態様を好適例として挙げることができる。誘電体からなる薄膜としては、アルミナ、又はアルミナ及びジルコニアを主成分とするものであることが好ましい。これまでに説明したように、第一計測電極が埋設されている領域と、第二計測電極が埋設されている領域との間には、溝部が形成されている。 The first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded in the first wall forming the through hole and covered with a dielectric. For example, a first measurement electrode and a second measurement electrode are disposed on a wall forming a through hole, and a thin film made of a dielectric is disposed so as to cover the surfaces of the first measurement electrode and the second measurement electrode. By this, the aspect in which the said 1st wall was formed can be mentioned as a suitable example. The thin film made of a dielectric is preferably composed mainly of alumina or alumina and zirconia. As described so far, a groove is formed between the region where the first measurement electrode is embedded and the region where the second measurement electrode is embedded.
本実施形態の粒子状物質検出装置100に用いられる第一計測電極12a及び第二計測電極12bは、間隔を空けて対向配置された一対の電極であれば特に制限はない。図7に示すように、第一計測電極12a及び第二計測電極12bのそれぞれが、平面的に配列された複数の櫛歯計測電極部13a,13bと、櫛骨計測電極部14a,14bとを有する櫛歯状の電極であることが好ましい。櫛骨計測電極部14aは、第一計測電極12aの複数の櫛歯計測電極部13aをその一端で連結するものである。同様に、櫛骨計測電極部14bは、第二計測電極12bの複数の櫛歯計測電極部13bをその一端で連結するものである。
The
そして、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが、上述した櫛歯状の電極である場合には、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが、以下のように構成されていることが好ましい。まず、複数の櫛歯計測電極部13a,13bのそれぞれが、測定対象ガスの流れ方向に対して直交する方向に延びるように配置されている。そして、第一計測電極12aの複数の櫛歯計測電極部13aと、第二計測電極12bの複数の櫛歯計測電極部13bとが、測定対象ガスの流れ方向に隙間を空けて相互にかみ合わされるように、第一の壁33の内部に埋設されていることが好ましい。また、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが、このような櫛歯状の電極である場合には、第一の壁に形成される溝部は、以下のようなものとなる。即ち、第一計測電極12aの複数の櫛歯計測電極部13aが埋設されている各領域と、第二計測電極12bの複数の櫛歯計測電極部13bが埋設されている各領域との間に、溝部35がそれぞれ形成されている。このように構成することによって、これまでに説明した本実施形態の粒子状物質検出装置の効果に加え、更に粒子状物質検出装置の検出感度を向上させることができる。即ち、このような櫛歯状の計測電極を用いることによって、第一計測電極と第二計測電極との間隔を狭く、且つより均一にして、粒子状物質検出装置の感度を向上させることができる。
And when the
第一計測電極及び第二計測電極の厚さについては特に制限はない。第一計測電極及び第二計測電極の厚さとしては、例えば、5〜30μmであることが好ましい。また、第一計測電極及び第二計測電極の材質としては、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等を挙げることができる。 There is no restriction | limiting in particular about the thickness of a 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode. As thickness of a 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode, it is preferable that it is 5-30 micrometers, for example. Moreover, platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W) etc. can be mentioned as a material of a 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode.
以下、第一計測電極及び第二計測電極が、櫛歯状の電極である場合のより好ましい態様について説明する。第一計測電極及び第二計測電極を構成する櫛歯計測電極部の幅については特に制限はないが、例えば、30〜400μmであることが好ましく、50〜300μmであることが更に好ましく、80〜250μmであることが特に好ましい。また、第一計測電極及び第二計測電極における各櫛歯計測電極部の本数についても制限はないが、例えば、少なくとも各3本以上であることが好ましく、3〜20本であることが更に好ましく、4〜8本であることが特に好ましい。このように構成することによって、より高精度に粒子状物質の検出を行うことができる。 Hereinafter, a more preferable aspect in the case where the first measurement electrode and the second measurement electrode are comb-like electrodes will be described. Although there is no restriction | limiting in particular about the width | variety of the comb-tooth measurement electrode part which comprises a 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode, For example, it is preferable that it is 30-400 micrometers, and it is still more preferable that it is 50-300 micrometers, 80- Particularly preferred is 250 μm. Moreover, although there is no restriction | limiting also about the number of each comb-tooth measurement electrode part in a 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode, For example, it is preferable that it is at least 3 each, and it is still more preferable that it is 3-20. It is particularly preferable that the number is 4 to 8. By configuring in this way, it is possible to detect particulate matter with higher accuracy.
隣接する第一計測電極の櫛歯計測電極部と、第二計測電極の櫛歯計測電極部との間隔は、例えば、30〜400μmであることが好ましく、50〜300μmであることが更に好ましく、80〜250μmであることが特に好ましい。「隣接する第一計測電極の櫛歯計測電極部と、第二計測電極の櫛歯計測電極部との間隔」とは、隣接する第一計測電極の櫛歯計測電極部と第二計測電極の櫛歯計測電極部とが、相互にかみ合わされるように配置される際の、2つの櫛歯計測電極部の相互の間隔のことである。 The interval between the adjacent comb measurement electrode part of the first measurement electrode and the comb measurement electrode part of the second measurement electrode is preferably, for example, 30 to 400 μm, more preferably 50 to 300 μm, It is especially preferable that it is 80-250 micrometers. “The interval between the comb measurement electrode part of the adjacent first measurement electrode and the comb measurement electrode part of the second measurement electrode” refers to the distance between the comb measurement electrode part and the second measurement electrode of the adjacent first measurement electrode. It is a mutual space | interval of two comb-tooth measurement electrode parts at the time of arrange | positioning so that a comb-tooth measurement electrode part may mutually mesh | engage.
粒子状物質検出装置100の第一計測電極12a及び第二計測電極12bは、計測配線16a,16bと電気的に接続されている。また、計測配線16a,16bは、検出装置本体31の他方の端部31bに配置された計測電極取出端子17a,17bと、電気的に接続されている。この計測電極取出端子17a,17bは、粒子状物質量算出手段と電気的に接続されている。特に、計測電極取出端子17a,17bは、粒子状物質量算出手段60(図1参照)の特性測定部61(図1参照)と電気的に接続されている。
The
計測電極取出端子17a,17bを、検出装置本体31の他方の端部31bに配設することにより、貫通孔32と計測電極取出端子17a,17bとの間隔を大きくとることができる。このため、検出装置本体31の一方の端部31aだけを高温の排ガスが流通する排気系に挿入することができる。即ち、計測電極取出端子17a,17bが配設されている他方の端部31b側を、排気系から外に出した状態にすることが可能となる。計測電極取出端子17a,17bを高温にすると、粒子状物質の検出精度が低下し、安定した検出が行い難くなることがある。また、長期にわたって粒子状物質検出装置を使用した場合に、計測電極取出端子と外部への接続を行うためのハーネスとの接点不良が発生して測定不能になることがある。
By disposing the measurement electrode extraction terminals 17a and 17b at the other end 31b of the detection device
計測電極取出端子17a,17bは、図2Bに示すように、検出装置本体31の他方の端部31bの側面に、長手方向に延びるように配置されていることが好ましい。なお、図2Bにおいては、検出装置本体31の他方の端部31bは、幅が狭くなっているが、他方の端部31bの幅は、このように狭くなっていてもよいし、狭くなっていなくてもよい。計測配線16a,16bの材質としては、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等を挙げることができる。計測電極取出端子17a,17bの材質としては、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、クロム(Cr)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)等を挙げることができる。
As shown in FIG. 2B, the measurement electrode lead terminals 17a and 17b are preferably arranged on the side surface of the other end 31b of the detection device
(2−3)集塵電極:
集塵電極は、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置されたものである。このような第二の壁としては、例えば、貫通孔が形成された検出装置本体の貫通孔を形成する壁のうち、第一計測電極及び第二計測電極が埋設された壁とは反対側の壁を挙げることができる。この集塵電極も、検出装置本体を構成する誘電体で覆われた電極であることが好ましい。図10に示すように、集塵電極41と第一計測電極12a及び第二計測電極12b間に電圧を印加することにより、第一計測電極12a及び第二計測電極12bの少なくとも一方がアースとなり、第一計測電極12a及び第二計測電極12bに向けて電界が発生する。なお、後述するが、集塵電極41に対するアースとしては、上記第一計測電極12a及び第二計測電極12bの他に、更に、接地用の電極(接地電極42(図8参照))を別途設けてもよい。
(2-3) Dust collection electrode:
The dust collection electrode is disposed on a second wall that is disposed to face the first wall in which the first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded with a space therebetween. As such a second wall, for example, among the walls forming the through hole of the detection device main body in which the through hole is formed, the wall on the opposite side to the wall in which the first measurement electrode and the second measurement electrode are embedded is provided. You can cite walls. This dust collecting electrode is also preferably an electrode covered with a dielectric that constitutes the detection device body. As shown in FIG. 10, by applying a voltage between the
集塵電極は、第一計測電極及び第二計測電極に向けて、第一の壁と第二の壁との間に電界を発生させることができるものであれば、その形状については特に制限はない。本実施形態の粒子状物質検出装置においては、図4に示すように、集塵電極41が、第二の壁34の内部における、第一の壁33の溝部35に対向する位置に埋設されたものであることが好ましい。特に、この集塵電極41には、第一計測電極12aが埋設された領域22a及び第二計測電極12bが埋設された領域22bに対向する箇所に、隙間が形成されていることが好ましい。図4に示す粒子状物質検出装置100においては、集塵電極41が、第二の壁34の内部における、第一の壁33の溝部35に対向する位置のみに埋設されている。集塵電極41を上述したように構成することによって、この集塵電極41から、第一の壁33の溝部35に対して、より一層集中的に電界を発生させることができる。即ち、第一計測電極12aが埋設された領域22a及び第二計測電極12bが埋設された領域22bに対向する位置には、集塵電極41が埋設されていないため、集塵電極41からの電界が、第一計測電極12a及び第二計測電極12bの各端部の周辺に集中する。このため、溝部35の内部に粒子状物質を積極的に集塵させることができる。勿論、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、集塵電極が一枚の板状の電極であってもよい。
The shape of the dust collection electrode is not particularly limited as long as it can generate an electric field between the first wall and the second wall toward the first measurement electrode and the second measurement electrode. Absent. In the particulate matter detection device of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
図4に示すような集塵電極41としては、例えば、第一の壁33の溝部35の延びる方向に沿って平面的に配列された複数の櫛歯集塵電極部と、複数の櫛歯集塵電極部をその一端で連結する櫛骨集塵電極部とを有するものを挙げることができる。このように、集塵電極41についても、上述した櫛歯状の電極とすることで、集塵電極41に電圧を印加する際の配線の取り回しが極めて簡便になる(例えば、図5参照)。また、第二の壁34の表面に、上述したように凸部36を形成する場合には、集塵電極41が埋設される位置と、凸部36が形成される位置とが一致していることが好ましい。
As the
集塵電極の材質としては、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等を挙げることができる。 Examples of the material of the dust collection electrode include platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), and the like.
集塵電極が、第二の壁に埋設されている場合において、集塵電極から第二の壁の表面までの距離については特に制限はない。なお、上記「第二の壁の表面」とは、第一の壁に対向する第二の壁の表面のことである。なお、電界強度の観点からは、集塵電極から第二の壁の表面までの距離は、0.1〜0.5mmであることが好ましく、0.1〜0.25mmであることが更に好ましい。このように構成することによって、第一の壁と第二の壁との間に、粒子状物質を集塵するための電界を良好に発生させることができる。 In the case where the dust collection electrode is embedded in the second wall, there is no particular limitation on the distance from the dust collection electrode to the surface of the second wall. The “surface of the second wall” is a surface of the second wall facing the first wall. From the viewpoint of electric field strength, the distance from the dust collecting electrode to the surface of the second wall is preferably 0.1 to 0.5 mm, and more preferably 0.1 to 0.25 mm. . By comprising in this way, the electric field for collecting particulate matter can be favorably generated between the first wall and the second wall.
図5に示すように、集塵電極41には、検出装置本体31の長手方向に延びる集塵配線41bが接続されている。また、集塵配線41bは、検出装置本体31の他方の端部31bに配置された集塵電極取出端子41aと電気的に接続されている。集塵配線41bの材質としては、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等を挙げることができる。集塵電極取取出端子41aの材質としては、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、クロム(Cr)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、ステンレス、コバール等を挙げることができる。
As shown in FIG. 5, a
(2−4)接地電極:
本実施形態の粒子状物質検出装置は、第一の壁の内部に埋設された、接地用の接地電極を更に備えたものであってもよい。なお、上述したように、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、集塵電極に電圧を印加した場合に、第一計測電極及び第二計測電極のうちの少なくとも一方の電極をアースとして用いることもできる。このような接地電極を更に備えた粒子状物質検出装置は、より高精度及び高感度の粒子状物質の検出が可能となる。
(2-4) Ground electrode:
The particulate matter detection device according to the present embodiment may further include a ground electrode for grounding embedded in the first wall. As described above, in the particulate matter detection device of this embodiment, when a voltage is applied to the dust collection electrode, at least one of the first measurement electrode and the second measurement electrode is used as a ground. You can also. The particulate matter detection device further provided with such a ground electrode can detect particulate matter with higher accuracy and sensitivity.
図2A〜図2D、及び図3〜図9に示す粒子状物質検出装置100においては、第一の壁33の内部に、接地用の接地電極42を更に備えた場合の例を示す。第一の壁33の内部には、第一の壁33の厚さ方向の表面側より(即ち、貫通孔32側寄り)に、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設されている。更に、第一計測電極12a及び第二計測電極12bの埋設位置から、第一の壁33の表面から厚さ方向に離れた箇所に、接地電極42が配置されている。この接地電極42が、集塵電極41に対するアースの役割を果たす。
In the particulate
接地電極42には、検出装置本体31の長手方向に延びる接地配線42bが接続されている。また、接地配線42bは、接地電極42に接続されていない側の先端で、接地電極取出端子42aに接続されている。
A ground wiring 42 b extending in the longitudinal direction of the detection device
また、接地電極の材質としては、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等を挙げることができる。また、接地配線及び接地電極取出端子の材質としては、集塵配線及び集塵電極取出端子の材質と同様のものを挙げることができる。 Examples of the material for the ground electrode include platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), and the like. In addition, examples of the material of the ground wiring and the ground electrode extraction terminal include the same materials as those of the dust collection wiring and the dust collection electrode extraction terminal.
接地電極は、必要に応じて配設される接地用の電極であり、その大きさについては特に制限はない。但し、接地電極は、貫通孔の延びる方向において、少なくとも貫通孔の幅全域を覆うことができる大きさのものであることが好ましい。 The ground electrode is a ground electrode disposed as necessary, and the size thereof is not particularly limited. However, the ground electrode is preferably of a size that can cover at least the entire width of the through hole in the direction in which the through hole extends.
(2−5)粒子状物質量算出手段:
本実施形態の粒子状物質検出装置は、第一計測電極と第二計測電極の間の電気的特性の変化を測定して、粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段を備えている。即ち、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、これまでに説明したように、第一の壁と第二の壁の間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、電界によって第一の壁の表面に集塵させる。上記電界は、集塵電極によって発生させたものである。そして、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、第一計測電極と第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定し、その電気的特性の変化から、集塵させた粒子状物質の量を求める。
(2-5) Particulate matter amount calculation means:
The particulate matter detection device according to the present embodiment includes particulate matter amount calculation means for measuring the change in electrical characteristics between the first measurement electrode and the second measurement electrode to obtain the amount of particulate matter. . That is, in the particulate matter detection device of the present embodiment, as described so far, the particulate matter contained in the measurement target gas passing between the first wall and the second wall is subjected to the first electric field. Collect dust on the surface of one wall. The electric field is generated by a dust collecting electrode. Then, in the particulate matter detection device of the present embodiment, the change in the electrical characteristics between the first measurement electrode and the second measurement electrode is measured, and the particulate matter collected from the change in the electrical characteristics is measured. Determine the amount of the substance.
粒子状物質量算出手段としては、上述した方法によって粒子状物質の量を求めることができるものであれば、特に制限はない。例えば、粒子状物質量算出手段としては、特性測定部、及び粒子状物質量算出部を備えるものを挙げることができる。また、本実施形態の粒子状物質検出装置においては、求められた粒子状物質の量から、測定対象ガス中の粒子状物質の濃度を算出する粒子状物質濃度算出部を更に備えていてもよい。 The particulate matter amount calculation means is not particularly limited as long as the particulate matter amount can be obtained by the method described above. For example, examples of the particulate matter amount calculation means include a characteristic measurement unit and a particulate matter amount calculation unit. In addition, the particulate matter detection device of the present embodiment may further include a particulate matter concentration calculation unit that calculates the concentration of the particulate matter in the measurement target gas from the obtained amount of particulate matter. .
以下、本実施形態の粒子状物質検出装置において、粒子状物質の量を検出する原理について説明する。まず、第一計測電極と第二計測電極の間の電気的特性の変化量E1は、粒子状物質の集塵量(別言すれば、粒子状物質の堆積量W1)と一定の関係にある。このため、特性測定部によって、上記電気的特性の変化量E1を知れば、粒子状物質の堆積量W1を求めることができる。粒子状物質量算出部は、電気的特性の変化量E1と粒子状物質の堆積量W1との相関関係を基に、電気的特性の変化量E1から、粒子状物質の堆積量W1を算出する算出機能を有するものである。また、測定対象ガス(例えば、排ガス)の流量を一定とすれば、粒子状物質の堆積量W1は、測定対象ガス中の粒子状物質の量、即ち、粒子状物質の濃度C1と一定の関係にもある。そのため、粒子状物質の堆積量W1が分かれば、測定対象ガス中の粒子状物質の濃度C1を求めることができる。また、測定対象ガスの流量が変わる場合には、流量計等により測定対象ガスの流量を計測し、計測された流量に基づいて、粒子状物質の濃度C1の補正を行うことで、粒子状物質の堆積量W1から、粒子状物質の濃度C1を求めることができる。粒子状物質濃度算出部は、粒子状物質の堆積量W1と粒子状物質の濃度C1との相関関係を基に、粒子状物質の堆積量W1から粒子状物質の濃度C1を算出する算出機能を有するものである。 Hereinafter, the principle of detecting the amount of particulate matter in the particulate matter detection device of the present embodiment will be described. First, the amount of change E1 in the electrical characteristics between the first measurement electrode and the second measurement electrode is in a fixed relationship with the amount of particulate matter collected (in other words, the amount of particulate matter deposited W1). . For this reason, if the characteristic measurement unit knows the change amount E1 of the electrical characteristic, the deposition amount W1 of the particulate matter can be obtained. The particulate matter amount calculation unit calculates the particulate matter deposition amount W1 from the electrical property change amount E1 based on the correlation between the electrical property change amount E1 and the particulate matter deposition amount W1. It has a calculation function. Further, if the flow rate of the measurement target gas (for example, exhaust gas) is constant, the particulate matter deposition amount W1 has a constant relationship with the amount of particulate matter in the measurement target gas, that is, the concentration C1 of the particulate matter. There is also. Therefore, if the particulate matter deposition amount W1 is known, the concentration C1 of the particulate matter in the measurement target gas can be obtained. Further, when the flow rate of the measurement target gas changes, the flow rate of the measurement target gas is measured by a flow meter or the like, and the particulate matter concentration C1 is corrected based on the measured flow rate. The concentration C1 of the particulate matter can be obtained from the deposition amount W1. The particulate matter concentration calculation unit has a calculation function for calculating the particulate matter concentration C1 from the particulate matter deposition amount W1 based on the correlation between the particulate matter deposition amount W1 and the particulate matter concentration C1. It is what you have.
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、粒子状物質量算出手段が、粒子状物質検出装置における制御装置に組み込まれていることが好ましい。その制御装置は、例えば、電気信号入出力機能を備えたシーケンサ等で構成され、粒子状物質量算出手段の他に、装置全体の制御を行うための制御手段を有するものであることが好ましい。制御手段によって行われるその他の制御としては、例えば、集塵電極用電源の制御、後述する加熱部用の電源の制御、測定モードの切換、及び流量計で測定された流量の電気信号の授受等を挙げることができる。 In the particulate matter detection device of the present embodiment, it is preferable that the particulate matter amount calculation means is incorporated in the control device in the particulate matter detection device. The control device is preferably composed of, for example, a sequencer having an electric signal input / output function, and preferably has a control means for controlling the entire apparatus in addition to the particulate matter amount calculation means. Other controls performed by the control means include, for example, control of the power supply for the dust collecting electrode, control of the power supply for the heating unit, which will be described later, switching of the measurement mode, and transmission / reception of the electrical signal of the flow rate measured by the flow meter. Can be mentioned.
第一計測電極と第二計測電極の間における電気的特性として、インピーダンスを求める場合には、交流電源を用い、抵抗、静電容量、インダクタンスをそれぞれ測定することができる。また、定電流源を使い、第一計測電極と第二計測電極の間の電圧の変化を測定することによって、インピーダンスの変化を測定してもよい。また、定電圧源を使って、第一計測電極と第二計測電極の間に流れる電流の変化や、第一計測電極と第二計測電極の間に蓄積される電荷の変化を測定することによって、第一計測電極と第二計測電極の間のインピーダンスの変化を測定してもよい。特性測定部は、このような電気的特性及びその変化の求め方によって、適切な構成とすることが可能である。 When the impedance is obtained as an electrical characteristic between the first measurement electrode and the second measurement electrode, an AC power source can be used to measure resistance, capacitance, and inductance, respectively. Moreover, you may measure the change of an impedance by using a constant current source and measuring the change of the voltage between a 1st measurement electrode and a 2nd measurement electrode. In addition, by using a constant voltage source, by measuring the change in the current flowing between the first measurement electrode and the second measurement electrode and the change in the charge accumulated between the first measurement electrode and the second measurement electrode The change in impedance between the first measurement electrode and the second measurement electrode may be measured. The characteristic measurement unit can have an appropriate configuration depending on such electrical characteristics and how to obtain the change.
本実施形態の粒子状物質検出装置においては、これまでに説明したように、第一計測電極と第二計測電極の間に、溝部が形成されている。このため、粒子状物質を溝部内に集塵することにより、上述した電気的特性の変化を測定する際に、より感度の高い測定を行うことができる。そのため、結果的に、粒子状物質検出装置の検出感度を向上させることが可能となる。 In the particulate matter detection device of the present embodiment, as described above, a groove is formed between the first measurement electrode and the second measurement electrode. For this reason, by collecting the particulate matter in the groove, it is possible to perform measurement with higher sensitivity when measuring the change in the electrical characteristics described above. Therefore, as a result, it becomes possible to improve the detection sensitivity of the particulate matter detection device.
例えば、特性測定部は、第一計測電極及び第二計測電極に電圧を印加する交流電源と測定器とで構成することができる。好ましい測定器としては、LCRメータを挙げることができる。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(商品名)等を用いることができる。 For example, the characteristic measurement unit can be composed of an AC power source that applies a voltage to the first measurement electrode and the second measurement electrode, and a measuring instrument. A preferred measuring instrument is an LCR meter. Specifically, for example, when the electrical characteristic to be measured is capacitance, an LCR meter 4263B (trade name) manufactured by Agilent Technologies, Inc. can be used.
また、粒子状物質量算出部及び粒子状物質濃度算出部については、上述した算出機能を有するものであれば、特に制限はない。例えば、上記算出機能を有する集積回路等を挙げることができる。 In addition, the particulate matter amount calculation unit and the particulate matter concentration calculation unit are not particularly limited as long as they have the above-described calculation function. For example, an integrated circuit having the above calculation function can be given.
(2−6)加熱部:
本実施形態の粒子状物質検出装置は、第一の壁及び第二の壁の少なくとも一方の壁の内部に埋設された加熱部を備えていてもよい。図2A〜図2D、及び図3〜図9に示す粒子状物質検出装置100においては、検出装置本体31の内部に埋設された加熱部43を備えている。この加熱部43によって検出装置本体31を加熱することにより、貫通孔32を形成する壁(即ち、第一の壁33)に集塵された粒子状物質を加熱酸化させることができる。このようにして、壁に集塵した粒子状物質を焼き払うことにより、粒子状物質検出装置を再生することができる。また、粒子状物質の質量を測定する際において、貫通孔32の内部空間を所望の温度に調節することもできる。このような温度調節により、第一計測電極と第二計測電極の間の電気的特性の変化を安定的に測定することができる。
(2-6) Heating part:
The particulate matter detection device of this embodiment may include a heating unit embedded in at least one of the first wall and the second wall. The particulate
加熱部43は、例えば、加熱部を形成するための導体ペーストを用いて形成することができる。加熱部43は、線状の金属材料からなるものであってもよい(例えば、図9参照)。また、加熱部43は、幅広のフィルム状のものであってもよい。図9においては、検出装置本体31の長手方向において、線状の金属材料が波状に配置された加熱部43の例を示す。また、図9においては、検出装置本体31の長手方向に延びる2つの波状部分が、検出装置本体31の一方の先端部分31cにて連結された場合の例を示す。このような形状にすることにより、貫通孔内部を均一に加熱し、貫通孔を形成する壁に付着した粒子状物質を除去することができる。加熱部43の材質としては、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等を挙げることができる。加熱部を形成する配線の数については特に制限はない。
The
加熱部43は、貫通孔の壁面に沿うようにして検出装置本体31の内部に埋設されていてもよい。また、図9に示すように貫通孔32が形成されている位置だけに加熱部43が配設されているのではなく、例えば、検出装置本体の他方の端部側に延びるように、加熱部が配設されていてもよい。これにより、貫通孔内部と貫通孔付近との温度差を小さくでき、急加熱しても検出装置本体の破損が起きにくいという利点がある。加熱部により、貫通孔の内部空間の温度を650℃まで上昇できることが好ましい。また、図2A〜図2D及び図3〜図9に示す粒子状物質検出装置100においては、加熱部43が、第一計測電極12a及び第二計測電極12bが埋設された第一の壁33の内部に配設された場合の例を示す。加熱部は、2箇所以上の位置に配設されていてもよい。例えば、集塵電極41が配置された第二の壁34の内部にも、加熱部43が配設されていてもよい。
The
加熱部43は、加熱配線43bに接続されている。そして、加熱配線43bは、加熱部取出端子43aに接続されている(例えば、図2C参照)。加熱部取出端子43aも、計測電極取出端子17a,17bの場合と同様に、検出装置本体31の他方の端部31bに配設されることが好ましい。これにより、検出装置本体31の一方の端部31a側が加熱されたときの熱の影響を回避することができる。2つの加熱部取出端子43aが、検出装置本体31の他方の側面側に、2本が並ぶように配置されているが、加熱部取出端子43aの配置は、このような配置に限定されるものではない。
The
(2−7)集塵電極用電源:
本実施形態の粒子状物質検出装置は、集塵電極に電圧を印加するための集塵電極用電源を更に備えていてもよい。集塵電極用電源により集塵電極に電圧を印加することにより、第一の壁と第二の壁の間に、集塵電極から第一計測電極及び第二計測電極に向けて電界を発生させることができる。
(2-7) Power source for dust collecting electrode:
The particulate matter detection device of this embodiment may further include a dust collection electrode power source for applying a voltage to the dust collection electrode. By applying a voltage to the dust collecting electrode from the power source for the dust collecting electrode, an electric field is generated between the first wall and the second wall from the dust collecting electrode toward the first measuring electrode and the second measuring electrode. be able to.
集塵電極用電源は、第一の壁と第二の壁の間に電界を発生させ得る安定した直流電圧又は交流電圧を供給するものである。集塵電極用電源として、例えば、フライバック方式による電源回路等を用いた電源を採用することができる。これは、入力側の電源からトランスにエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを出力側に放出することによって直流電圧を供給することができるものである。フライバック方式による電源回路においては、トランスへのエネルギーの蓄積と放出は、トランジスタ等により制御され、出力側の電流はダイオードにより整流される。 The power supply for the dust collecting electrode supplies a stable DC voltage or AC voltage that can generate an electric field between the first wall and the second wall. As the power supply for the dust collecting electrode, for example, a power supply using a power circuit by a flyback method or the like can be adopted. This is capable of supplying a DC voltage by accumulating energy in the transformer from the power supply on the input side and releasing the accumulated energy to the output side. In a flyback power supply circuit, the accumulation and release of energy to and from the transformer are controlled by a transistor or the like, and the current on the output side is rectified by a diode.
(3)粒子状物質検出装置の製造方法:
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2A〜図2D及び図3〜図9に示す粒子状物質検出装置100を製造する方法を例に説明する。なお、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。
(3) Manufacturing method of particulate matter detection device:
Next, the method for manufacturing the particulate
(3−1)成形原料の調製:
まず、検出装置本体を製造するための成形原料を調製する。成形原料としては、検出装置本体が誘電体となるような誘電体原料を用いることが好ましい。誘電体原料としては、セラミック原料を挙げることができる。セラミック原料としては、アルミナ、及びジルコニアを好適に用いることができる。成形原料には、上記セラミック原料とは別に、他の成分が更に含まれていてもよい。セラミック原料と、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。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。
(3-1) Preparation of molding raw material:
First, a forming raw material for manufacturing the detection device main body is prepared. As the molding material, it is preferable to use a dielectric material in which the detection device main body is a dielectric. An example of the dielectric material is a ceramic material. As the ceramic raw material, alumina and zirconia can be suitably used. Apart from the ceramic raw material, the forming raw material may further contain other components. A ceramic raw material and other components used as a forming raw material are mixed to prepare a slurry-like forming raw material. As other raw materials, it is preferable to use a binder, a plasticizer, a dispersant, a dispersion medium and the like.
バインダーとしては、水系バインダー、非水系バインダーを用いることができる。水系バインダーとしては、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等を好適に使用できる。非水系バインダーとしては、ポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を好適に使用することができる。アクリル系樹脂としては、(メタ)アクリル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等を挙げることができる。 As the binder, an aqueous binder or a non-aqueous binder can be used. As the aqueous binder, methyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide and the like can be suitably used. As the non-aqueous binder, polyvinyl butyral, acrylic resin, polyethylene, polypropylene and the like can be suitably used. Examples of the acrylic resin include (meth) acrylic resin, (meth) acrylic acid ester copolymer, acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymer, and the like.
バインダーの添加量は、誘電体原料100質量部に対して、3〜20質量部であることが好ましく、6〜17質量部であることが更に好ましい。このようなバインダー含有量とすることにより、スラリー状の成形原料を成形してグリーンシートを成形したときにクラック等の発生を防止することが可能となる。また、グリーンシートを乾燥及び焼成したときにも、クラック等の発生を防止することが可能となる。 The addition amount of the binder is preferably 3 to 20 parts by mass, and more preferably 6 to 17 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dielectric material. By setting it as such binder content, it becomes possible to prevent generation | occurrence | production of a crack etc. when shape | molding a slurry-form raw material and shape | molding a green sheet. Moreover, it is possible to prevent the occurrence of cracks and the like when the green sheet is dried and fired.
可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル等を使用することができる。 As the plasticizer, glycerin, polyethylene glycol, dibutyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, diisononyl phthalate, or the like can be used.
可塑剤の添加量は、バインダー添加量100質量部に対して、30〜70質量部であることが好ましく、45〜55質量部であることが更に好ましい。可塑剤の添加量が、70質量部より多いと、グリーンシートが柔らかくなりすぎることがある。そのため、シートを加工する工程において、グリーンシートが変形しやすくなる。また、可塑剤の添加量が、30質量部より少ないと、グリーンシートが硬くなりすぎることがある。そのため、グリーンシートを曲げただけでクラックが入るなどハンドリング性が悪くなることがある。 The addition amount of the plasticizer is preferably 30 to 70 parts by mass and more preferably 45 to 55 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder. If the amount of plasticizer added is more than 70 parts by mass, the green sheet may become too soft. Therefore, the green sheet is easily deformed in the process of processing the sheet. Moreover, when the addition amount of a plasticizer is less than 30 mass parts, a green sheet may become hard too much. For this reason, handling may be deteriorated, for example, cracking may occur just by bending the green sheet.
分散剤としては、水系及び非水系の分散剤を挙げることができる。水系では、アニオン系界面活性剤、ワックスエマルジョン、ピリジン等を使用することができる。非水系では、脂肪酸、リン酸エステル、合成界面活性剤等を使用することができる。 Examples of the dispersant include aqueous and non-aqueous dispersants. In the aqueous system, an anionic surfactant, wax emulsion, pyridine and the like can be used. In non-aqueous systems, fatty acids, phosphate esters, synthetic surfactants and the like can be used.
分散剤は、誘電体原料100質量部に対して、0.5〜3質量部であることが好ましく、1〜2質量部であることが更に好ましい。0.5質量部より少ないと、誘電体原料の分散性が低下することがあり、グリーンシートにクラック等が生じることがある。3質量部より多いと、誘電体原料の分散性は変わらずに焼成時の不純物を増やすことになる。 The dispersant is preferably 0.5 to 3 parts by mass, and more preferably 1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dielectric material. If the amount is less than 0.5 parts by mass, the dispersibility of the dielectric material may be lowered, and a crack or the like may occur in the green sheet. When the amount is more than 3 parts by mass, the dispersibility of the dielectric material is not changed, and impurities during firing are increased.
分散媒としては、水等を使用することができる。分散媒は、誘電体原料100質量部に対して、50〜200質量部であることが好ましく、75〜150質量部であることが更に好ましい。 As the dispersion medium, water or the like can be used. The dispersion medium is preferably 50 to 200 parts by mass, and more preferably 75 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dielectric material.
上記各原料をアルミナ製ポット及びアルミナ玉石を用いて十分に混合してグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を作製する。また、これらの材料を、モノボールによりボールミル混合して作製してもよい。 The above raw materials are sufficiently mixed using an alumina pot and alumina cobblestone to produce a slurry-like forming raw material for producing a green sheet. Further, these materials may be manufactured by ball mill mixing with a monoball.
次に、得られたグリーンシート製作用のスラリー状の成形原料を、減圧下で撹拌して脱泡し、更に所定の粘度となるように調製する。成形原料の調製において得られるスラリー状の成形原料の粘度は、2.0〜6.0Pa・sであることが好ましく、3.0〜5.0Pa・sであることが更に好ましく、3.5〜4.5Pa・sであることが特に好ましい。粘度範囲をこのように調整すると、スラリーをシート状に成形し易くなるため好ましい。スラリー粘度は、高過ぎても低過ぎても成形し難くなることがある。なお、スラリーの粘度は、B型粘度計で測定した値である。 Next, the resulting green sheet-forming slurry-like forming raw material is agitated and degassed under reduced pressure, and further prepared to have a predetermined viscosity. The viscosity of the slurry-like molding material obtained in the preparation of the molding material is preferably 2.0 to 6.0 Pa · s, more preferably 3.0 to 5.0 Pa · s, 3.5 It is especially preferable that it is -4.5 Pa.s. It is preferable to adjust the viscosity range in this manner because the slurry can be easily formed into a sheet shape. If the slurry viscosity is too high or too low, molding may be difficult. The viscosity of the slurry is a value measured with a B-type viscometer.
(3−2)成形加工:
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複数作製する。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制限はない。例えば、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少なくとも一枚作製する。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。
(3-2) Molding process:
Next, the slurry-like forming raw material obtained by the above method is formed into a tape shape to produce a plurality of long green sheets in one direction. The forming method is not particularly limited as long as the forming raw material can be formed into a sheet to form a green sheet. For example, a known method such as a doctor blade method, a press molding method, a rolling method, or a calendar roll method can be used. At this time, at least one green sheet for forming a through hole is prepared so that the through hole is formed when the green sheets are stacked. The thickness of the green sheet to be manufactured is preferably 50 to 800 μm.
得られた各グリーンシートの表面に、粒子状物質検出装置を構成する各電極、加熱部、各配線、各取出端子等を適宜配設する。各電極とは、第一計測電極、第二計測電極、集塵電極、接地電極等を挙げることができる。例えば、図14に示すように、グリーンシート80aに、加熱部43、及び加熱配線43bを配設する。グリーンシート80bに、接地電極42を配設する。グリーンシート80cに、第一計測電極12a、第二計測電極12b、及び計測配線16a,16bを配設する。図14においては、計測配線16a,16bの間にも、接地電極42を配置した例を示す。グリーンシート80dに、接地電極42を配設する。グリーンシート80eに、集塵電極41、及び集塵配線41bを配設する。グリーンシート80fに、加熱部43、及び加熱配線43bを配設する。グリーンシート80dは、上述した貫通孔形成用のグリーンシートであり、貫通孔が形成される部分が切り取られている。また、グリーンシート80gは、検出装置本体の片側の側面を構成するものであり、グリーンシート80fに積層される。
On the surface of each obtained green sheet, each electrode, heating unit, each wiring, each extraction terminal, etc. constituting the particulate matter detection device are appropriately disposed. Examples of each electrode include a first measurement electrode, a second measurement electrode, a dust collection electrode, and a ground electrode. For example, as shown in FIG. 14, the
また、図14においては、グリーンシート80cとグリーンシート80dとの間に、各グリーンシートよりも厚さの薄い、誘電体層85を配置した例を示す。誘電体層は、ペースト状の成形原料を塗工することによって形成することができる。また、図14においては、グリーンシート80a〜80gの他方の端部が省略されているが、グリーンシート80a〜80gの他方の端部には、各取出端子等が適宜配置される。ここで、図14は、粒子状物質検出装置の製造方法の一例を示す模式図である。
FIG. 14 shows an example in which a
各電極、配線、加熱部、及び取出端子を形成(印刷)するための導体ペーストは、各電極、配線等のそれぞれの形成に必要なそれぞれの材質に合わせて適宜調製することができる。例えば、導体ペーストは、原料粉末に、バインダー及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミル等を用いて十分に混錬して調製することができる。原料粉末としては、金、銀、白金、ニッケル、モリブデン、及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものを挙げることができる。各電極、配線等の形成に必要な材質を含有するそれぞれの導体ペーストを、グリーンシートの表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の各電極、配線、加熱部、及び取出端子を形成する。 The conductor paste for forming (printing) each electrode, wiring, heating section, and extraction terminal can be appropriately prepared according to each material necessary for forming each electrode, wiring, and the like. For example, the conductor paste can be prepared by adding a solvent such as a binder and terpineol to the raw material powder and sufficiently kneading using a triroll mill or the like. Examples of the raw material powder include those containing at least one selected from the group consisting of gold, silver, platinum, nickel, molybdenum, and tungsten. Each conductor paste containing materials necessary for forming each electrode, wiring, etc. is printed on the surface of the green sheet using screen printing or the like, and each electrode, wiring, heating section, and extraction terminal of a predetermined shape are printed. Form.
図14に示す各グリーンシート80a〜80gを順次積層し、グリーンシート積層体を作製する。本実施形態の粒子状物質検出装置を作製する際には、各グリーンシート80a〜80gを順次積層する段階で、誘電体層85の表面に、溝部を形成する。溝部は、第一計測電極が配設されている領域と、第二計測電極が配設されている領域との間に形成する。溝部を形成する方法としては、レーザ加工によって、誘電体層85の表面の一部を削り取る方法を挙げることができる。また、溝部を形成する位置に打ち抜き加工を施したグリーンシート又は誘電体層を別途作製して、この打ち抜き加工を施したグリーンシート又は誘電体層を、グリーンシート80aの表面に配置してもよい。また、第一計測電極が配設されている領域と、第二計測電極が配設されている領域とに、印刷によって誘電体層を形成することで、第一計測電極が配設されている領域と、第二計測電極が配設されている領域との間に溝部を形成することもできる。
Each
また、上述した溝部の形成と同様に、グリーンシート80eの集塵電極41を配置した面とは反対側の面に、凸部を形成してもよい。凸部を形成する方法としては、凸部の形状に応じたグリーンシートを別途作製して、当該グリーンシートを、グリーンシート80eに配置する方法を挙げることができる。また、凸部を形成する以外のグリーンシート80eの表面を、レーザ加工によって削り取り、グリーンシート80aの表面に、相対的に突出した凸部を形成してもよい。
Further, similarly to the formation of the groove portion described above, a convex portion may be formed on the surface of the
図14に示すような粒子状物質検出装置の製造方法は、第一計測電極及び第二計測電極等を配設したグリーンシートを積層し、乾燥、焼成して検出装置本体を作製するため、効率的に本発明の粒子状物質検出装置を製造することができる。 In the manufacturing method of the particulate matter detection device as shown in FIG. 14, the green sheet on which the first measurement electrode and the second measurement electrode are arranged is laminated, dried, and fired to produce the detection device main body. In particular, the particulate matter detection device of the present invention can be manufactured.
上記複数のグリーンシートの積層は、同時に行ってもよいし、例えば、集塵電極が埋設されたグリーンシートをまず作製してから、他のグリーンシートとの積層を行ってもよい。積層は加圧しながら行うことが好ましい。 The plurality of green sheets may be stacked at the same time. For example, a green sheet with a dust collecting electrode embedded therein may be first manufactured and then stacked with another green sheet. Lamination is preferably performed while applying pressure.
また、図15に示すような方法で、グリーンシートの積層体を作製してもよい。図15は、粒子状物質検出装置の製造方法の他の例を示す模式図である。図15においては、グリーンシート81d及び81eが、貫通孔形成用のグリーンシートであり、貫通孔が形成される部分が切り取られている。そして、グリーンシート81eの貫通孔が形成される部分を覆うように、誘電体層87を配置し、この誘電体層87に集塵電極41を配置する。集塵配線41bは、グリーンシート81eに配置する。その他の製造方法は、図14における製造方法と同様である。即ち、グリーンシート81aに、加熱部43、及び加熱配線43bを配設する。グリーンシート81bに、接地電極42を配設する。グリーンシート81cに、第一計測電極12a、第二計測電極12b、及び計測配線16a,16bを配設する。グリーンシート81dに、接地電極42を配設する。グリーンシート81fに、加熱部43、及び加熱配線43bを配設する。グリーンシート81cとグリーンシート81dとの間に、各グリーンシートよりも厚さの薄い、誘電体層86を配置する。そして、各グリーンシート81a〜81gを順次積層し、グリーンシート積層体を作製する。図15に示す方法においても、誘電体層86の表面に溝部を形成してから、グリーンシート積層体を作製することが好ましい。
Further, a green sheet laminate may be produced by a method as shown in FIG. FIG. 15 is a schematic diagram illustrating another example of the method for manufacturing the particulate matter detection device. In FIG. 15,
また、図15に示す製造方法において、グリーンシート81dを省略してもよい。即ち、図15においては、グリーンシート81dに接地電極42を配置しているが、グリーンシート81cの表面に配置した誘電体層86に対して、接地電極42を直接配置してもよい。このように構成することによって、貫通孔の間隙を調整することもできる。
In the manufacturing method shown in FIG. 15, the
(3−3)焼成:
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のセンサ部分を得る。具体的には、例えば、グリーンシート積層体を、60〜150℃で乾燥し、1200〜1600℃で焼成する。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。センサ部分とは、検出装置本体に第一計測電極、第二計測電極、及び集塵電極等の各構成要素が適宜配置されたものであって、本実施形態の粒子状物質検出装置において粒子状物質を実際に検出する部分のことをいう。
(3-3) Firing:
Next, the green sheet laminate is dried and fired to obtain a sensor portion of the particulate matter detection device. Specifically, for example, the green sheet laminate is dried at 60 to 150 ° C. and fired at 1200 to 1600 ° C. When a green sheet contains an organic binder, it is preferable to degrease at 400-800 degreeC before baking. The sensor portion is a component in which each component such as the first measurement electrode, the second measurement electrode, and the dust collecting electrode is appropriately arranged in the detection device body. In the particulate matter detection device of the present embodiment, the sensor portion The part that actually detects the substance.
(3−4)粒子状物質検出装置の作製:
次に、得られた粒子状物質検出装置のセンサ部分と、集塵電極用電源及び粒子状物質量算出手段と電気的に接続して、本実施形態の粒子状物質検出装置を作製する。集塵電極用電源及び粒子状物質量算出手段は、これまでに説明した制御装置等に組み込まれたものであってもよい。
(3-4) Production of particulate matter detection device:
Next, the sensor part of the obtained particulate matter detection device, the power source for the dust collecting electrode, and the particulate matter amount calculation means are electrically connected to produce the particulate matter detection device of this embodiment. The power supply for the dust collecting electrode and the particulate matter amount calculation means may be incorporated in the control device described above.
本発明の粒子状物質検出装置は、測定対象ガス中の粒子状物質の検出に用いることができる。例えば、本発明の粒子状物質検出装置によれば、DPFの欠陥の発生を即座に検知し、装置の異常を認識することができる。これにより大気汚染の防止に貢献することができる。 The particulate matter detection device of the present invention can be used for detection of particulate matter in a measurement target gas. For example, according to the particulate matter detection device of the present invention, it is possible to immediately detect the occurrence of a DPF defect and recognize an abnormality of the device. This can contribute to prevention of air pollution.
12a:第一計測電極、12b:第二計測電極、13a,13b:櫛歯計測電極部、14a,14b:櫛骨計測電極部、16a,16b:計測配線、17a,17b:計測電極取出端子、22a:第一計測電極が埋設されている領域、22b:第二計測電極が埋設されている領域、31:検出装置本体、31a:一方の端部、31b:他方の端部、31c:一方の先端部分、31d:他方の先端部分、32:貫通孔、33:第一の壁、34:第二の壁、35:溝部、36:凸部、41:集塵電極、41a:集塵電極取出端子、41b:集塵配線、42:接地電極、42a:接地電極取出端子、42b:接地配線、43:加熱部、43a:加熱部取出端子、43b:加熱配線、50:集塵電極用電源、51:粒子状物質、60:粒子状物質量算出手段、61:特性測定部、62:粒子状物質量算出部、63:粒子状物質濃度算出部、80a,80b,80c,80d,80e,80f,80g,81a,81b,81c,81d,81e,81f,81g:グリーンシート、85,86,87:誘電体層、100,101,102,103:粒子状物質検出装置、112a:第一計測電極、112b:第二計測電極、131:検出装置本体、141:集塵電極、151:粒子状物質、200:粒子状物質検出装置、G:測定対象ガス。 12a: 1st measurement electrode, 12b: 2nd measurement electrode, 13a, 13b: Comb measurement electrode part, 14a, 14b: Comb measurement electrode part, 16a, 16b: Measurement wiring, 17a, 17b: Measurement electrode extraction terminal, 22a: region where the first measurement electrode is embedded, 22b: region where the second measurement electrode is embedded, 31: detection device body, 31a: one end, 31b: the other end, 31c: one Tip portion, 31d: the other tip portion, 32: through hole, 33: first wall, 34: second wall, 35: groove portion, 36: convex portion, 41: dust collecting electrode, 41a: dust collecting electrode taking out Terminal, 41b: dust collection wiring, 42: ground electrode, 42a: ground electrode extraction terminal, 42b: ground wiring, 43: heating section, 43a: heating section extraction terminal, 43b: heating wiring, 50: power supply for dust collection electrode, 51: Particulate matter, 60: Particulate matter amount calculation Means 61: characteristic measurement unit 62: particulate matter amount calculation unit 63: particulate matter concentration calculation unit 80a, 80b, 80c, 80d, 80e, 80f, 80g, 81a, 81b, 81c, 81d, 81e, 81f, 81g: green sheet, 85, 86, 87: dielectric layer, 100, 101, 102, 103: particulate matter detection device, 112a: first measurement electrode, 112b: second measurement electrode, 131: detection device body 141: Dust collecting electrode, 151: Particulate matter, 200: Particulate matter detection device, G: Gas to be measured.
Claims (10)
前記第一の壁と間隔を隔てて対向配置された第二の壁に配置され、前記第一計測電極及び前記第二計測電極に向けて電界を発生させることにより、前記第一の壁と前記第二の壁との間を通過する測定対象ガスに含まれる粒子状物質を、前記第一の壁の表面に集塵させるための集塵電極と、
前記第一計測電極と前記第二計測電極との間の電気的特性の変化を測定して、前記電界によって集塵させた前記粒子状物質の量を求める粒子状物質量算出手段と、を備え、
前記第一の壁の表面には、前記第一計測電極が埋設されている領域と、前記第二計測電極が埋設されている領域との間に、前記第一計測電極及び前記第二計測電極が埋設された位置までの深さの溝部が形成されている粒子状物質検出装置。 A first measurement electrode and a second measurement electrode embedded in a state of being spaced apart from each other inside the first wall made of a dielectric,
The first wall and the second wall are disposed on a second wall disposed opposite to the first wall with an interval therebetween, and an electric field is generated toward the first measurement electrode and the second measurement electrode. A dust collecting electrode for collecting particulate matter contained in the measurement target gas passing between the second wall and the surface of the first wall;
A particulate matter amount calculating means for measuring a change in electrical characteristics between the first measurement electrode and the second measurement electrode and obtaining an amount of the particulate matter collected by the electric field; ,
On the surface of the first wall, the first measurement electrode and the second measurement electrode are disposed between a region where the first measurement electrode is embedded and a region where the second measurement electrode is embedded. A particulate matter detection device in which a groove having a depth up to a position where the material is embedded is formed.
前記第一計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域と、前記第二計測電極の前記複数の櫛歯計測電極部が埋設されている各領域との間に、前記溝部がそれぞれ形成されている請求項1に記載の粒子状物質検出装置。 Each of the first measurement electrode and the second measurement electrode has a plurality of comb measurement electrode units arranged in a plane, and a comb measurement electrode unit that connects the plurality of comb measurement electrode units at one end thereof Each of the plurality of comb measurement electrodes extends in a direction perpendicular to the flow direction of the measurement target gas, and the plurality of comb measurement electrodes of the first measurement electrode, and the second The plurality of comb-tooth measurement electrode portions of the measurement electrode are embedded in the first wall so as to be interdigitated with a gap in the flow direction of the measurement target gas,
Between each region in which the plurality of comb measurement electrode portions of the first measurement electrode are embedded and each region in which the plurality of comb measurement electrode portions of the second measurement electrode are embedded, The particulate matter detection device according to claim 1, wherein each of the groove portions is formed.
前記第二の壁の表面における、前記第一の壁の前記溝部が形成された位置と対面する位置に、凸部が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。 The dust collecting electrode is embedded in the second wall;
The particulate form according to any one of claims 1 to 4, wherein a convex portion is formed at a position facing the position where the groove portion of the first wall is formed on the surface of the second wall. Substance detection device.
前記集塵電極には、前記第一計測電極が埋設された前記領域及び前記第二計測電極が埋設された前記領域に対向する箇所に隙間が形成されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。 The dust collection electrode is embedded in the second wall at a position facing the groove portion of the first wall,
The gap between the region where the first measurement electrode is embedded and the region where the second measurement electrode is embedded is formed in the dust collection electrode. The particulate matter detection device according to Item.
前記検出装置本体の前記貫通孔を形成する一方の壁が、前記第一の壁であり、前記一方の壁と前記貫通孔を挟んで対向配置された他方の壁が、前記第二の壁である請求項1〜9のいずれか一項に記載の粒子状物質検出装置。 One end is provided with a detection device body that is long in one direction in which a through hole is formed,
One wall forming the through hole of the detection device main body is the first wall, and the other wall arranged to face the one wall and the through hole is the second wall. The particulate matter detection device according to any one of claims 1 to 9.
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