JP2016080566A

JP2016080566A - 粒子状物質検出センサ

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Publication number: JP2016080566A
Application number: JP2014213510A
Authority: JP
Inventors: 豪宮川; Go Miyagawa; 田村　昌之; Masayuki Tamura; 昌之田村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: US20170315042A1; CN107076691A; WO2016063737A1; US10371615B2; DE112015004769T5; JP6547274B2; DE112015004769B4; CN107076691B

Abstract

【課題】粒子状物質の検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサを提供すること。
【解決手段】粒子状物質検出センサ１は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質Ｐの一部を堆積させる被堆積部１０と、被堆積部１０に配置された第１電極１１と、第１電極１１と離れて配置された第２電極１２とからなる一対の検出電極１１、１２を備えている。第１電極１１には、第２電極１２に向かって突出する突出部１１１が形成されており、突出部１１１によって、第１電極１１と第２電極１２との間の距離が局部的に短くなるよう形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサに関する。

内燃機関の排気管には、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ：ＰＭ）を捕集する排ガス浄化装置が設けられている。この排ガス浄化装置は、排ガスに含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出センサを有する粒子状物質検出装置を備えており、この粒子状物質検出装置によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知が行われている。

排ガス浄化装置に用いられる粒子状物質検出センサとしては、例えば、特許文献１に示されたものがある。特許文献１の粒子状物質検出センサは、電極層と絶縁層とを交互に積層すると共に電極層の端面を露出させることにより、互いに平行に配設された複数の検出電極を形成している。

特開２０１２−７８１３０号

しかしながら、特許文献１の粒子状物質検出センサには以下の課題がある。
特許文献１の粒子状物質検出センサは、複数の検出電極が互いに平行に等間隔で配設されている。そのため、検出電極に粒子状物質を引き寄せるために電圧を印加した際に、検出電極間には、一様な電界が形成される。したがって、粒子状物質は、電界が発生する範囲内において、粒子状物質検出センサ上にランダムに捕集されるため、検出電極間に粒子状物質による導通パスが形成されるまで時間がかかり、検出感度が低下する。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部と、該被堆積部に配置された第１電極と、該第１電極と離れて配置された第２電極とからなる一対の検出電極とを備えており、
上記第１電極及び上記第２電極の少なくとも一方には、他方に向かって突出する突出部が形成されており、
上記第１電極と上記第２電極との間の距離が、上記突出部において、局部的に短くなるように形成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサにある。

上記粒子状物質検出センサにおいては、上記一対の検出電極に上記突出部を設けてある。これにより、上記粒子状物質検出センサにおける検出感度を向上することができる。
すなわち、上記突出部を設けることにより、上記第１電極と上記第２電極との間の距離は、上記突出部において局部的に短くなる。そのため、上記突出部が形成された部位においては、上記第１電極と上記第２電極との間における等電位線が密となり、上記突出部以外の部位に比べて強い電界が形成される。したがって、上記突出部に粒子状物質が優先的に引き寄せられる。また、上記突出部に付着した上記粒子状物質が導電性を持つ場合には、上記突出部と上記粒子状物質とが同電位となるため、粒子状物質が上記突出部の役割を果たし、粒子状物質をより引き寄せやすくなる。これにより、上記突出部に粒子状物質を選択的に付着させて、速やかに上記第１電極と上記第２電極との間を粒子状物質によって導通させることができる。それゆえ、上記粒子状物質検出センサにおける検出感度を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、粒子状物質の検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサを提供することができる。

実施例１における、粒子状物質検出センサの説明図。実施例１における、粒子状物質検出センサの構造を示す説明図。実施例１における、（ａ）粒子状物質検出センサにおける等電位線の説明図、（ｂ）粒子状物質が付着した粒子状物質検出センサの説明図。実施例２における、粒子状物質検出センサの説明図。実施例３における、粒子状物質検出センサの説明図。実施例４における、粒子状物質検出センサの説明図。

上記粒子状物質検出センサにおいて、上記第１電極及び上記第２電極の両方に上記突出部が形成されており、上記第１電極の上記突出部と上記第２電極の上記突出部とが互いに対向するように配設されていることが好ましい。この場合には、上記突出部が対向した部位により強い電界を形成することができる。したがって、上記突出部が対向した部位に、より多くの粒子状物質を引き寄せ、上記粒子状物質検出センサにおける検出感度を向上することができる。

また、上記第１電極及び上記第２電極の少なくとも一方は、複数の上記突出部を有していることが好ましい。この場合には、各突出部が形成された部位に、それぞれ粒子状物質を引き寄せることで、より安定して粒子状物質を捕集することができる。したがって、上記粒子状物質検出センサにおける検出感度をより向上することができる。

また、上記粒子状物質検出センサは、複数の上記検出電極と、電気絶縁性を有する複数の絶縁部材とを交互に積層して形成されており、上記突出部が形成された上記検出電極を挟持する一対の上記絶縁部材の一方には、他方の上記絶縁部材に向かって突出した絶縁凸部が形成されており、上記一対の絶縁部材の他方には、上記絶縁凸部と対向する位置に絶縁凹部が形成されていることが好ましい。この場合には、上記検出電極に上記突出部を容易に形成することができる。

また、複数の検出電極と上記絶縁部材とを交互に積層配置して、これらを接合することにより、上記粒子状物質検出センサを製造するにあたり、上記絶縁凸部と上記絶縁凹部とが対向するように配置した一対の上記絶縁部材の間に上記検出電極を積層した状態から、一対の上記絶縁部材同士を積層方向に圧接することにより、一対の上記絶縁部材の間に挟持された上記検出電極を、上記絶縁凸部及び上記絶縁凹部に沿うように変形させ、上記突出部を形成することが好ましい。この場合には、一対の上記絶縁部材によって上記検出電極に上記突出部を容易に形成することができ、粒子状物質の検出感度に優れた上記粒子状物質検出センサを容易に製造することができる。

（実施例１）
上記粒子状物質検出センサにかかる実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すごとく、粒子状物質検出センサ１は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質Ｐの一部を堆積させる被堆積部１０と、被堆積部１０に配置された第１電極１１と、第１電極１１と離れて配置された第２電極１２とからなる一対の検出電極１１、１２とを備えている。第１電極１１には、第２電極１２に向かって突出する突出部１１１が形成されており、第１電極１１と第２電極１２との間の距離が、突出部１１１において、局部的に短くなるよう形成されている。

以下さらに詳細に説明する。
本例の粒子状物質検出センサ１は、自動車に搭載された内燃機関から、排気管を通じて排出される排ガスに含まれる粒子状物質Ｐを検出するためのものである。粒子状物質検出センサ１によって得られた情報を基に、排ガス浄化装置の故障検知を行う。
粒子状物質検出センサ１は、排気管の内側に突出するように配設されており、粒子状物質検出センサ１の軸方向における排気管の内側に配置される端部側を先端側とし、その反対側を基端側とする。

図１及び図２に示すごとく、粒子状物質検出センサ１は、排ガス中の粒子状物質Ｐを堆積させる被堆積部１０と、被堆積部１０に互いに離れて配置された複数の検出電極１１、１２とを備えている。粒子状物質検出センサ１は、絶縁性材料からなる９つの絶縁部材２１、２２と、絶縁部材２１、２２の間に配置された８つの検出電極１１、１２とを交互に積層することで棒状に形成されている。絶縁部材２１、２２と検出電極１１、１２とを積層して形成された粒子状物質検出センサ１の先端には、検出電極１１、１２の端部が露出した被堆積部１０が形成されている。

８つの検出電極１１、１２は、銅合金からなり、正極である第１電極１１と、負極である第２電極１２とが交互に配置されている。
各第１電極１１は、隣り合って配設された第２電極１２に向かって突出する突出部１１１をそれぞれ備えている。本例において、粒子状物質検出センサ１の先端側から見たとき、第１電極１１の突出部１１１は、略山形をなしており、第１電極１１は、複数の突出部１１１が連続して形成された波型形状をなしている。

第２電極１２は、平坦な平板状をなしている。
また、第１電極１１及び第２電極１２には、基端側に延びる引き出し電極部１１２、１２２が形成されている。
また、第１電極１１の突出部１１１と第２電極１２との間における最短距離は、１０μｍとした。

絶縁部材２１、２２は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリアなどのセラミック材料を平板状に形成してなる。本例において、一対の絶縁部材２１、２２は、第１電極１１と対応した形状を有している。第１電極１１を挟持する一対の絶縁部材２１、２２のうち絶縁部材２１には、第１電極１１と対向する対向面上に、絶縁部材２２に向かって突出した複数の絶縁凸部２１１が形成してある。また、絶縁部材２２には、第１電極１１と対向する対向面上で、かつ絶縁部材２１の複数の絶縁凸部２１１と対向する位置に絶縁凹部２２１が形成されている。

この一対の絶縁部材２１、２２の間に、薄板状の第１電極１１を配置すると共に、一対の絶縁部材２１、２２を積層方向において圧接する。これにより、第１電極１１が一対の絶縁部材２１、２２における絶縁凸部２１１及び絶縁凹部２２１に沿うように変形し、第１電極１１に突出部１１１が形成される。

図３（ｂ）に示すごとく、被堆積部１０に堆積した粒子状物質Ｐによって、被堆積部１０に露出した第１電極１１と第２電極１２とが導通することにより、第１電極１１と第２電極１２との間の電気抵抗値が低減する。検出電極１１、１２間の電気抵抗値の変化に伴い、検出電極１１、１２間を流れる電気信号としての電流量が変化する。これにより、粒子状物質検出センサ１から出力される電流値が変化する。つまり、粒子状物質検出センサ１から出力される電流値は、被堆積部１０における粒子状物質Ｐの堆積量に応じて変化するものであり、粒子状物質Ｐの堆積量に関する情報を有するものである。この電流値を用いることで被堆積部１０における粒子状物質Ｐの堆積量を検出することができる。本例において、粒子量検出手段において検出された電流は、シャント抵抗を備えたコントロールユニットへと出力され、コントロールユニットは、電流値とシャント抵抗の積で算出される電圧を出力する。この電圧が粒子状物質検出センサ１の出力となる。

次に、本例の作用効果について説明する。
粒子状物質検出センサ１においては、一対の第１電極１１に突出部１１１を設けてある。これにより、粒子状物質検出センサ１における検出感度を向上することができる。
すなわち、図３（ａ）に示すごとく、突出部１１１を設けることにより、第１電極１１と第２電極１２との間の距離は、突出部１１１において局部的に短くなる。そのため、突出部１１１が形成された部位においては、第１電極１１と第２電極１２との間における等電位線Ｌが密となり、突出部１１１以外の部位に比べて強い電界が形成される。したがって、図３（ｂ）に示すごとく、突出部１１１に粒子状物質Ｐが優先的に引き寄せられ付着する。また、突出部１１１に付着した粒子状物質Ｐが導電性を持つ場合には、突出部１１１と、突出部１１１に付着した粒子状物質Ｐとが同電位となるため、突出部１１１に付着した粒子状物質Ｐが突出部１１１の役割を果たし、粒子状物質Ｐをより引き寄せやすくなる。これにより、突出部１１１に粒子状物質Ｐを選択的に付着させて、速やかに第１電極１１と第２電極１２との間を粒子状物質Ｐによって導通させることができる。それゆえ、粒子状物質検出センサ１における検出感度を向上させることができる。

また、第１電極１１は、複数の突出部１１１を有している。そのため、各突出部１１１が形成された部位に、それぞれ粒子状物質Ｐを引き寄せることで、より安定して粒子状物質Ｐを捕集することができる。したがって、粒子状物質検出センサ１における検出感度をより向上することができる。

また、第１電極１１と第２電極１２との最短距離は、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にある。そのため、粒子状物質検出センサ１の生産性を確保しながら、粒子状物質検出センサ１の検出感度を向上させることができる。特に本例に示したように、第１電極１１、第２電極１２及び絶縁部材２１、２２を積層した積層式の粒子状物質検出センサ１においては、第１電極１１と第２電極１２との最短距離は、１μｍ以上でかつできる限り小さくすることが好ましい。第１電極１１と第２電極１２との最短距離が小さいほど、速やかに第１電極１１と第２電極１２とを導通させ、粒子状物質検出センサ１における検出感度をより向上させることができる。

また、粒子状物質検出センサ１は、複数の検出電極１１、１２と、電気絶縁性を有する複数の絶縁部材２１、２２とを交互に積層して形成されており、突出部１１１が形成された第１電極１１を挟持する絶縁部材２１には、絶縁部材２２に向かって突出した絶縁凸部２１１が形成されており、一対の絶縁部材２２には、絶縁凸部２１１と対向する位置に絶縁凹部２２１が形成されている。そのため、第１電極１１に突出部１１１を容易に形成することができる。

また、複数の検出電極１１、１２と絶縁部材２１、２２とを交互に積層配置して、これらを接合することにより、粒子状物質検出センサ１を製造するにあたり、絶縁凸部２１１と絶縁凹部２２１とが対向するように配置した一対の絶縁部材２１、２２の間に第１電極１１を積層した状態から、一対の絶縁部材２１、２２同士を積層方向に圧接することにより、一対の絶縁部材２１、２２の間に挟持された第１電極１１を、絶縁凸部２１１及び絶縁凹部２２１に沿うように変形させ、突出部１１１を形成する。そのため、一対の絶縁部材２１、２２によって第１電極１１に突出部１１１を容易に形成することができ、粒子状物質Ｐの検出感度に優れた粒子状物質検出センサ１を容易に製造することができる。

以上のごとく、本例によれば、粒子状物質Ｐの検出感度を向上することができる粒子状物質検出センサ１を提供することができる。

（実施例２）
図４に示すごとく、本例は、実施例１の粒子状物質検出センサ１の構造を一部変更したものである。
本例の粒子状物質検出センサ１においては、第１電極１１及び第２電極１２の両方に突出部１１１、１２１が形成されている。第１電極１１は、実施例１と同様の構成を有している。
第２電極１２は、被堆積部１０において粒子状物質検出センサ１の積層方向と直交する直線に対して、第１電極１１と線対称となるように形成されている。したがって、第１電極１１の突出部１１１と第２電極１２の突出部１２１とは、互いに対向している。

また、第２電極１２を挟持する一対の絶縁部材２１、２２における、第２電極１２との対向面には、第２電極１２の突出部１２１と対応した位置に絶縁凸部２１１及び絶縁凹部２２１が形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の粒子状物質検出センサ１において、第１電極１１及び第２電極１２の両方に突出部１１１、１２１が形成されており、第１電極１１の突出部１１１と第２電極１２の突出部１２１とが互いに対向するように配設されている。そのため、突出部１１１、１２１が対向した部位により強い電界を形成することができる。したがって、突出部１１１、１２１が対向した部位に、より多くの粒子状物質Ｐを引き寄せ、粒子状物質検出センサ１における検出感度を向上することができる。
また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例３）
図５に示すごとく、本例は、実施例２の粒子状物質Ｐの構成を一部変更したものである。
本例の粒子状物質検出センサ１は、第１電極１１及び第２電極１２の両方に、略台形形状をなす複数の突出部１１１、１２１を形成してある。
その他の構成は実施例２と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例２において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例２と同様の構成要素等を表す。

（実施例４）
図６に示すごとく、本例は、実施例１〜実施例３と構成の異なる粒子状物質検出センサ１の例を示すものである。
粒子状物質検出センサ１００は、排ガス中の粒子状物質Ｐを堆積させる被堆積部１０と、被堆積部１０に互いに離れて配置された一対の検出電極１３、１４とを備えている。被堆積部１０は、略長方形の板状をなしており、絶縁性材料によって形成されている。一対の検出電極１３、１４は、導電性材料からなり、被堆積部１０の表面にパターン印刷等によって平膜状に形成されている。一対の検出電極１３、１４は、第１電極１３及び第２電極１４からなり、被堆積部１０における長手方向と平行に形成された電極基部１３１、１４１と、電極基部１３１、１４１から長手方向と直交して延設された複数の櫛歯部１３２、１４２とをそれぞれ有している。第１電極１３及び第２電極１４は、電極基部１３１、１４１が互いに向かい合うように配置されると共に、第１電極１３における櫛歯部１３２、１４２の間に、第２電極１４における櫛歯部１３２、１４２が入り込むように配置されている。

各櫛歯部１３２、１４２には、複数の突出部１３３、１４３がそれぞれ形成されている。突出部１３３、１４３は、略山形をなしており、複数の突出部１３３、１４３が連続して形成されることにより、波型形状の櫛歯部１３２、１４２が形成されている。尚、本例の粒子状物質検出センサ１００において、第１電極１３と第２電極１４との最短距離は、５０μｍとした。

本例においては、よりシンプルな構造の粒子状物質検出センサ１００を得ることができる。
また、本例に示した被堆積部１０の表面に検出電極１３、１４を平膜状に形成した表面印刷式の粒子状物質検出センサ１００においては、第１電極１３と第２電極１４との最短距離は、５０μｍ以上でかつできる限り小さいことが好ましい。この場合には、第１電極１３と第２電極１４の生産性を確保しながら、両者の間の距離を小さくし、粒子状物質検出センサ１００における検出感度をより向上することができる。
また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１、１００粒子状物質検出センサ
１０被堆積部
１１、１２、１３、１４検出電極
１１、１３第１電極
１２、１４第２電極
１１１、１２１、１３３、１４３突出部

Claims

内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質の一部を堆積させる被堆積部（１０）と、該被堆積部（１０）に配置された第１電極（１１、１３）と、該第１電極（１１、１３）と離れて配置された第２電極（１２、１４）とからなる一対の検出電極（１１、１２、１３、１４）とを備えており、
上記第１電極（１１、１３）及び上記第２電極（１２、１４）の少なくとも一方には、他方に向かって突出する突出部（１１１、１２１、１３３、１４３）が形成されており、
上記第１電極（１１、１３）と上記第２電極（１２、１４）との間の距離が、上記突出部（１１１、１２１、１３３、１４３）において、局部的に短くなるように形成されていることを特徴とする粒子状物質検出センサ（１、１００）。
上記第１電極（１１、１３）及び上記第２電極（１２、１４）の両方に上記突出部（１１１、１２１、１３３、１４３）が形成されており、上記第１電極（１１、１３）の上記突出部（１１１、１２１、１３３、１４３）と上記第２電極（１２、１４）の上記突出部（１１１、１２１、１３３、１４３）とが互いに対向するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質検出センサ（１、１００）。
上記第１電極（１１、１３）及び上記第２電極（１２、１４）の少なくとも一方は、複数の上記突出部（１１１、１２１、１３３、１４３）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子状物質検出センサ（１、１００）。
上記第１電極（１１、１３）と上記第２電極（１２、１４）との最短距離は、１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ（１、１００）。
上記粒子状物質検出センサ（１）は、複数の上記検出電極（１１、１２）と、電気絶縁性を有する複数の絶縁部材（２１、２２）とを交互に積層して形成されており、上記突出部（１１１、１２１）が形成された上記検出電極（１１、１２）を挟持する一対の上記絶縁部材（２１、２２）の一方には、他方の上記絶縁部材（２１、２２）に向かって突出した絶縁凸部（２１１）が形成されており、上記一対の絶縁部材（２１、２２）の他方には、上記絶縁凸部（２１１）と対向する位置に絶縁凹部（２２１）が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の粒子状物質検出センサ（１）。
請求項５に記載の粒子状物質検出センサ（１）を製造する方法であって、
複数の検出電極（１１、１２）と上記絶縁部材（２１、２２）とを交互に積層配置して、これらを接合することにより、上記粒子状物質検出センサ（１）を製造するにあたり、
上記絶縁凸部（２１１）と上記絶縁凹部（２２１）とが対向するように配置した一対の上記絶縁部材（２１、２２）の間に上記検出電極（１１、１２）を積層した状態から、一対の上記絶縁部材（２１、２２）同士を積層方向に圧接することにより、一対の上記絶縁部材（２１、２２）の間に挟持された上記検出電極（１１、１２）を、上記絶縁凸部（２１１）及び上記絶縁凹部（２２１）に沿うように変形させ、上記突出部（１１１、１２１）を形成することを特徴とする粒子状物質検出センサ（１）の製造方法。