JP2017198497A

JP2017198497A - 粒子状物質検出装置

Info

Publication number: JP2017198497A
Application number: JP2016088097A
Authority: JP
Inventors: 大樹村松; Hiroki Muramatsu
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: JP6645902B2

Abstract

【課題】粒子状物質検出装置の検出精度を向上させる。【解決手段】本発明の粒子状物質検出装置は、内部に配列された複数の流路を有する絶縁基体と、絶縁基体に流路に沿って埋設された静電容量形成用の複数の電極とを備えており、複数の電極は隣り合う電極同士の主面が対向するように配列されているとともに、複数の電極の隣り合う電極同士のそれぞれの間に複数の流路が配列されている。【選択図】図２

Description

本発明は、粒子状物質検出装置に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質の量を測定するために用いられる粒子状物質検出装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の粒子状物質検出装置は、キャビティ部およびキャビティ部の近傍に設けられた櫛歯形状の測定電極を備えたセンサ素子を有している。キャビティ部に排気ガス中の粒子状物質が堆積すると、櫛歯形状の測定電極間における漏れ電界が堆積した粒子状物質による影響を受ける。これにより、測定電極間の電気的特性（静電容量）が変化する。この電気的特性の変化は粒子状物質の付着した量に相関があることから、この電気的特性の変化を測定することによって、排気ガス中の粒子状物質の濃度を算出することができる。

また、センサ素子は、キャビティ部に堆積した粒子状物質を除去（リフレッシュ）するために、ヒーター用電極をさらに備えている。

特開２０１３−２０５０３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の粒子状物質検出装置においては、粒子状物質の堆積量と測定値との間のリニアリティを向上させることが困難であった。例えば、特許文献１に記載の粒子状物質検出装置においては、堆積した粒子状物質を除去する度に、一定期間の不感期間（粒子状物質を検出できない期間）が存在していた。これは、測定電極間における「漏れ電界」は「測定電極の間に働く電界」と比較して小さいためである。そのため、粒子状物質の堆積量が小さい場合には、「漏れ電界」の静電容量の変化が、「漏れ電界」と「測定電極の間に働く電界」との合成容量にほとんど影響を及ぼさず、漏れ電界の変化量を検出することが困難になっていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、粒子状物質検出装置において、粒子状物質の堆積量と測定値との間のリニアリティを向上させることにある。

本発明の一態様の粒子状物質検出装置は、内部に配列された複数の流路を有する絶縁基体と、該絶縁基体に前記流路に沿って埋設された静電容量形成用の複数の電極とを備えており、前記複数の電極は隣り合う電極同士の主面が対向するように配列されているとともに、前記複数の電極の前記隣り合う電極同士のそれぞれの間に前記複数の流路が配列されていることを特徴とする。

また、本発明の別の態様の粒子状物質検出装置は、内部に流路を有する絶縁基体と、該絶縁基体に前記流路を挟むとともに前記流路に沿って埋設された静電容量形成用の第１電極および第２電極とを備えており、前記第１電極の主面および前記第２電極の主面が対向していることを特徴とする。

本発明の一態様の粒子状物質検出装置は、絶縁基体に流路に沿って埋設された静電容量形成用の複数の電極を備えており、複数の電極は隣り合う電極同士の主面が対向するように配列されているとともに、複数の電極の隣り合う電極同士のそれぞれの間に複数の流路が配列されている。これにより、堆積した粒子状物質が、電極の間に位置することになるので、「漏れ電界」ではなく「電極の間に働く電界」に影響を及ぼすことになる。そのため、「漏れ電界」と「電極の間に働く電界」との合成容量に影響を及ぼしやすくすることができる。これにより、流路の内部に付着する粒子状物質の量が少なくても、粒子状物質の量の変化を検出することができる。その結果、粒子状物質の堆積量と測定値との間のリニアリティを向上させることができる。

本発明の粒子状物質検出装置の一実施形態の斜視図である。図１に示す粒子状物質検出装置の縦断面を示す断面図である。図１に示す粒子状物質検出装置の横断面を示す断面図である。図３に示す粒子状物質検出装置の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る粒子状物質検出装置１００について、図面を参照しながら説明する。

図１〜３に示すように、粒子状物質検出装置１００は、内部に流路２を有する絶縁基体１と、絶縁基体１の内部に設けられた静電容量形成用の複数の電極３とを備えている。粒子状物質検出装置１００は、例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質の量を測定するために用いられる。

絶縁基体１は、ガスの流れる流路２を形成するための部材である。絶縁基体１は、例えば、アルミナ等の絶縁性のセラミックスから成る。絶縁基体１は、例えば、内部に１つまたは複数の流路２を有している。図１に示す粒子状物質検出装置１００においては、絶縁基体１は、外形が直方体形状であって、内部に４つの流路２を有している。流路２は、絶縁基体１の主面の長手方向に沿って伸びている。それぞれの流路２は、絶縁基体１の１つの側面と、これに対向する位置にある側面とに開口している。４つの流路２は絶縁基体１の厚み方向に配列されている。絶縁基体１は、例えば、主面の長手方向の長さを４０ｍｍに、短手方向の長さ（幅）を１０ｍｍに、厚みを５ｍｍに設定できる。

電極３は、静電容量を形成するための部材である。図２に示すように、電極３は、絶縁基体１にそれぞれの流路２を挟むように対になって設けられている。より具体的には、本実施形態の粒子状物質検出装置１００のように、流路２が複数設けられている場合には、それぞれの流路２を挟むように複数の電極３が設けられている。流路２が１つのみの場合には、電極３は流路２を挟んで２つ設けられている。電極３としては、例えば、白金またはタングステン等の金属材料を用いることができる。

絶縁基体１は、例えば、複数のセラミックグリーンシートを重ねて一軸加圧プレス等で加圧した後に焼成することで、形成することができる。電極３は、上記のセラミックグリーンシートの一枚の表面に印刷しておき、複数のセラミックグリーンシートとともに、加圧および焼成することで形成することができる。

流路２を挟む一対の電極３の間には静電容量が形成される。流路２に粒子状物質が付着すると、一対の電極３の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を外部の検出装置で検知することによって、流路２に付着した粒子状物質の堆積量を測定することができる
。

本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、電極３が絶縁基体１に埋設されている。これにより、電極３がガスによる腐食等の影響を受けるおそれを低減できる。また、電極３の表面に粒子状物質等が付着するおそれを低減できるので、粒子状物質検出装置１００の測定精度を向上させることができる。

本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、電極３は、主面を有する層状または板状の部材である。隣り合う電極３は、互いの主面が対向するように設けられている。これにより、電極３間の静電容量を大きくすることができるので、粒子状物質検出装置１００の精度を向上させることができる。

ここで、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、内部に配列された複数の流路２を有する絶縁基体１と、絶縁基体１に流路２に沿って埋設された静電容量形成用の複数の電極３とを備えており、複数の電極３は隣り合う電極３同士の主面が対向するように配列されているとともに、複数の電極３の隣り合う電極３同士のそれぞれの間に複数の流路２が配列されている。これにより、堆積した粒子状物質が、電極３の間に位置することになるので、「漏れ電界」ではなく「電極の間に働く電界」に影響を及ぼすことになる。そのため、「漏れ電界」と「電極の間に働く電界」との合成容量に影響を及ぼしやすくすることができる。これにより、流路２の内部に付着する粒子状物質の量が少なくても、粒子状物質の量の変化を検出することができる。その結果、粒子状物質の堆積量と測定値との間のリニアリティを向上させることができる。

さらに、流路２は空洞になっているために、絶縁基体１と比較して、誘電率が低い。このように、誘電率が低い部分において誘電率が高い粒子状物質が付着することによって、静電容量が大きく変化する。そのため、少ない量の粒子状物質であっても、検出を良好に行なうことができる。

また、本実施形態の粒子状物質検出装置１００においては、内部に流路２を有する絶縁基体１と、絶縁基体１に流路２を挟むとともに流路２に沿って埋設された静電容量形成用の第１電極３１および第２電極３２とを備えており、第１電極３１の主面および第２電極３２の主面が対向している。これにより、堆積した粒子状物質が、第１電極３１と第２電極３２との間に位置することになるので、「漏れ電界」ではなく「電極の間に働く電界」に影響を及ぼすことになる。そのため、「漏れ電界」と「電極の間に働く電界」との合成容量に影響を及ぼしやすくすることができる。これにより、流路２の内部に付着する粒子状物質の量が少なくても、粒子状物質の量の変化を検出することができる。その結果、粒子状物質の堆積量と測定値との間のリニアリティを向上させることができる。

また、粒子状物質検出装置１００は、複数の流路２のそれぞれが主面を有するとともに、複数の流路２の主面（底面および天井面）が複数の電極３の主面に沿っている。より具体的には、複数の流路２の主面は複数の電極の主面と並行している。これにより、流路２の表面に付着する粒子状物質の量の部位による偏りを低減することができる。そのため、付着した粒子状物質の量と静電容量の変化量との相関を高めることができる。

また、流路２が主面を有するとともに、流路２の主面が第１電極３１の主面および第２電極３２の主面に沿っている。これにより、流路２の表面に付着する粒子状物質の量の部位による偏りを低減することができる。そのため、付着した粒子状物質の量と静電容量の変化量との相関を高めることができる。

本実施形態においては、図２に示すように、流路２の縦断面形状が四角形である。流路
２は、縦断面を見たときに、底面および天井面に対応する線が、側面（壁面）に対応する線よりも長い。流路２は底面および天井面を主面として有している。

また、粒子状物質検出装置１００は、複数の流路３の進行方向に垂直な断面を見たときに、隣り合う電極３同士の幅よりも複数の流路２の幅が大きい。これにより、流路２の主面（底面および天井面）に付着した粒子状物質を主に検出するとともに、側面（壁面）に付着した粒子状物質を検出しにくくすることができる。これにより、主面に付着した粒子状物質の量と静電容量の変化量との相関を高めることができる。

また、流路２の進行方向に垂直な断面を見たときに、第１電極３１の幅および第２電極３２の幅よりも流路２の幅が大きい。これにより、流路２の主面（底面および天井面）に付着した粒子状物質を主に検出するとともに、側面（壁面）に付着した粒子状物質を検出しにくくすることができる。これにより、付着した粒子状物質の量と静電容量の変化量との相関を高めることができる。

また、粒子状物質検出装置１００は、絶縁基体１に複数の電極３に沿って発熱抵抗体４が埋設されている。これにより、流路２のうち電極３に対応する部分を効率的に加熱することができる。そのため、流路２の表面に付着した粒子状物質のうち電極３同士の間に位置する粒子状物質の除去を良好に行なうことができる。

絶縁基体１に第１電極３１に沿って発熱抵抗体４が埋設されている。これにより、流路２のうち第１電極３１に対応する部分を効率的に加熱することができる。そのため、流路２の表面に付着した粒子状物質のうち第１電極３１に対応する部分に位置する粒子状物質の除去を良好に行なうことができる。

また、粒子状物質検出装置１００は、複数の流路２の進行方向に垂直な断面を見たときに、複数の流路２の幅よりも発熱抵抗体４の幅が大きい。これにより、流路２の壁面に付着した粒子状物質も良好に除去することができる。

また、図４に示すように、流路２の側方に発熱抵抗体４が設けられていてもよい。これにより、流路２の側壁に付着した粒子状物質を除去しやすくすることができる。より具体的には、図４に示す粒子状物質検出装置１００においては、流路２を側方から挟むように発熱抵抗体４が設けられている。

１：絶縁基体
２：流路
３：電極
４：発熱抵抗体
１００：粒子状物質検出装置

Claims

内部に配列された複数の流路を有する絶縁基体と、該絶縁基体に前記流路に沿って埋設された静電容量形成用の複数の電極とを備えており、
前記複数の電極は隣り合う電極同士の主面が対向するように配列されているとともに、
前記複数の電極の前記隣り合う電極同士のそれぞれの間に前記複数の流路が配列されていることを特徴とする粒子状物質検出装置。
前記複数の流路のそれぞれが主面を有するとともに、前記複数の流路の主面が前記複数の電極の主面に沿っ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装置。
前記複数の流路の進行方向に垂直な断面を見たときに、前記隣り合う電極同士の幅よりも前記複数の流路の幅が大きいことを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質検出装置。
前記絶縁基体に前記複数の電極に沿って発熱抵抗体が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
前記複数の流路の進行方向に垂直な断面を見たときに、前記複数の流路の幅よりも前記発熱抵抗体の幅が大きいことを特徴とする請求項４に記載の粒子状物質検出装置。
内部に流路を有する絶縁基体と、該絶縁基体に前記流路を挟むとともに前記流路に沿って埋設された静電容量形成用の第１電極および第２電極とを備えており、前記第１電極の主面および前記第２電極の主面が対向していることを特徴とする粒子状物質検出装置。
前記流路が主面を有するとともに、前記流路の主面が前記第１電極の主面および前記第２電極の主面に沿っていることを特徴とする請求項６に記載の粒子状物質検出装置。
前記流路の進行方向に垂直な断面を見たときに、前記第１電極の幅および前記第２電極の幅よりも前記流路の幅が大きいことを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質検出装置。
前記絶縁基体に前記第１電極に沿って発熱抵抗体が埋設されていることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の粒子状物質検出装置。
前記流路の進行方向に垂直な断面を見たときに、前記流路の幅よりも前記発熱抵抗体の幅が大きいことを特徴とする請求項９に記載の粒子状物質検出装置。