JP2018538521A

JP2018538521A - スートセンサ

Info

Publication number: JP2018538521A
Application number: JP2018520113A
Authority: JP
Inventors: ヘルド・ルドルフ; ミュラー・ベルンハルト
Original assignee: バイエリシエ・モトーレンウエルケ・アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-12-27
Also published as: EP3365655B1; DE102015220395A1; WO2017067830A1; US20180143122A1; US10782222B2; EP3365655A1; CN107850525A

Abstract

スートセンサ（１）は、アルミノケイ酸塩からなるセラミック支持体（２）を有し、このセラミック支持体（２）が金属間化合物からなる回路配線（３）を備える。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載のスートセンサと、その製造方法に関する。

このようなスートセンサは公知である（特許文献１）。この公知センサでは、回路配線がプラチナから形成されている一方で、市販で入手可能なこの形式のセンサでは、センサがジルコニアからできている。しかし、プラチナやジルコニアが高いコストにつながっている。

国際公開第２００６／１１１３８６号

本発明の課題は、経済的なスートセンサで、はじめに述べたプラチナとジルコニアから形成されたセンサに測定精度において少なくとも匹敵するスートセンサを提供することである。

これは、本発明により、請求項において特徴付けられたスートセンサにより実現される。請求項２乃至８では、本発明によるスートセンサの好ましい実施態様が示されている。請求項９は、本発明によるスートセンサの好ましい製造方法に関するもので、請求項１０及び１１により有利な態様で実施される。

本発明によるスートセンサは、平行に離間して配置された部分を持つ少なくとも一つの回路配線を有している。この回路配線は、セラミック支持体上に設けられており、その端部が、回路配線の電気抵抗を特定する電子機器に接続されている。隣接する回路配線部分をブリッジするスス粒子により回路配線の抵抗が低下するため、このセンサは、排気ガス中（特に内燃機関、とりわけディーゼルエンジンの排気ガス中）のススを測定するのに適している。

少なくとも一つの回路配線の平行に延びる部分は、捕捉対象のスス粒子の大きさに対応するように互いに離間して配置されている。

好ましくは、回路配線は、メアンダ形状ないし蛇行形状とされている。支持体は、好ましくは平板状に形成されている。

本発明によるセンサは、内燃機関の排気ガス管内、好ましくはスートフィルタの下流側に設けることができ、平板状支持体の回路配線設置面を垂直にして全面に排気ガスを当てる。

本発明によるスートセンサのセラミック支持体は、主として（つまり、好ましくは少なくとも８０重量％の）アルミノケイ酸塩からなる。アルミノケイ酸塩として好ましくはネソケイ酸塩鉱物（Ｉｎｓｅｌｓｉｌｉｋａｔ）が用いられる。つまり、そのケイ酸イオン（Ｓｉｌｉｋａｔｉｏｎｅｎ）が単独のＳｉＯ_４正四面体（つまり、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合によらずに互いに結合しているＳｉＯ_４正四面体）からなるケイ酸塩（Ｓｉｌｉｋａｔ）が用いられる。

アルミニウム−ネソケイ酸塩鉱物として、特にムライト及び／又は珪線石（ムライトに化学的に且つ全ての特性において幅広く対応する。）が用いられる。

ムライトは、６００℃での弾性率および抵抗並びに１６５０°Ｋの最高使用温度が、ジルコニア（支持体材料として市販のスートセンサに使用されている。）と概ね同じである。この場合、支持体材料としてのムライトは、強化繊維、特にムライト繊維を混合したり、ジルコニアでドーピングしたりできることで、優れた機械的特性、特に高い曲げ強度を有する支持体を形成する。

本発明によるスートセンサの回路配線は、主として（つまり、好ましくは少なくとも８０重量％の）金属間化合物、つまり、少なくとも２種類の金属の化合物であって、そのうち一方の金属がケイ素などの半金属でもよい化合物からなる。

ここで、この金属間化合物は、好ましくは二珪化モリブデンおよび／またはアルミナイド、特にチタンアルミナイド（例えばＴｉ_３ＡｌまたはＴｉＡｌなど）或いは鉄アルミナイド（例えばＦｅ_７５Ａｌ_２５またはＦｅ_５０Ａｌ_５０など）である。金属間化合物は、その高い融点とその高い強度に加えて、とりわけその高い融点に並んでその高い電気伝導率［Ａ／（Ｖｍ）］にも特徴がある。こうして、例えば二珪化モリブデンは、プラチナよりも高い融点が２３０３°Ｋにあり、しかも４．６３×１０^６Ａ／（Ｖｍ）の高い電気伝導率を有する。

アルミノケイ酸塩は、ムライトを含めて低コストである。ＭｏＳｉＯ_２は、例えば高温でモリブデンとケイ素を反応させることによって作ることができる。また、金属間化合物、特に鉄アルミナイドは経済的に作ることができる。

本発明によるスートセンサのセラミック支持体は、好ましくはフィルムキャスティング（ドクターブレード法）（Ｆｏｌｉｅｎｇｕｓｓ）および焼結により形成される。この場合、ケイ素ケイ酸塩（Ｓｉｌｉｃｉｕｍｓｉｌｉｋａｔ）（例えばムライト）は、最大２０μｍ、好ましくは最大５μｍの粒度を有する粉末として使用される。

粉末は、フィルムキャスティングのための市販の可塑剤（例えばカルボン酸エステル調製剤）、フィルムキャスティングのための結合剤（例えばポリビニルブチラール）および／または分散剤（例えばアルキルホスフェート）と混合され、これをもとに、フィルムキャスティング装置でキャスティング可能なペーストからドクターブレードを用いてフィルムを形成し、これを乾燥させる。可撓性のある乾燥したフィルムから、例えば打抜きによりグリーン体としての支持体が形成される。

金属間化合物（例えば二珪化モリブデン）は、最大２０μｍ、特に最大５μｍの最大粒度を有する粉末として使用される。この粉末を有機溶媒、例えばアルコールに分散させ、印刷可能な懸濁液を作る。金属間化合物（例えば二珪化モリブデン）を含有する懸濁液を用い、例えばムライトからなる乾燥したグリーン体に、支持体に設けられなければならない少なくとも一つの回路配線に対応する印刷像を例えばスクリーン印刷により印刷する。

続いて、印刷されたグリーン体を焼結し、印刷像由来の焼結された回路配線を備えた、グリーン体由来のセラミック支持体を形成する。

スクリーン印刷により形成される回路配線は、少なくとも３０μｍ、特に３０〜３００μｍの幅を有している。金属間化合物（例えば二珪化モリブデン）が、ペーストとして支持体上に塗布される場合、回路配線の幅は、少なくとも１００μｍ程度のところにある。隣どうしの回路配線部分間の距離は、同様にして例えば３０〜３００μｍになる。こうして、たとえ小さなスス粒子であっても、例えば粒度３０μｍまで確実に捕らえることができる。

回路配線の最小幅は、印刷時ないしスクリーン印刷時の工程において可能なその限界を表すものである。支持体に面を決めたときにその面に形成できるメアンダ部の数は、この最小幅によって定められる。

以下に、添付の図面に基づいて本発明のスートセンサを詳細に例示する。

スートセンサの実施形態を概略的に示す唯一の図である。

図によれば、スートセンサ１は、例えばムライトからなる平板状のセラミック支持体２を有し、このセラミック支持体に例えば二珪化モリブデンからなるメアンダ形状の回路配線３が設けられており、その端部３ａ，３ｂが、回路配線３の電気抵抗を特定するための不図示の電子機器に接続されている。スス粒子（スート粒子）が多ければ多いほどメアンダ形状の回路配線２の平行に延びる部分を導電性の炭素粒子がブリッジし、その分だけ回路配線２の抵抗が減少するので、この抵抗の減り分が、センサ１を覆うススの量を表す。

回路配線３は、見やすくするために図の中では幅広に示されている。しかしながら実際には、回路配線は、例えば３０〜３００μｍの幅しかない。隣どうしのメアンダ形状部の間の距離も、これと同程度になる。

Claims

セラミック支持体（２）を有するスートセンサ（１）であって、セラミック支持体上には、平行に離間して配置された部分を有する少なくとも一つの回路配線（３）が設けられており、当該回路配線の端部（３ａ，３ｂ）が、回路配線の電気抵抗を特定するための電子機器に接続されているスートセンサにおいて、
セラミック支持体（２）は、アルミノケイ酸塩から形成され、回路配線（３）は、金属間化合物から形成されていることを特徴とするスートセンサ。
請求項１に記載のスートセンサにおいて、
アルミノケイ酸塩は、ネソケイ酸塩鉱物であることを特徴とするスートセンサ。
請求項２に記載のスートセンサにおいて、
ネソケイ酸塩鉱物は、ムライトであることを特徴とするスートセンサ。
請求項１から３のいずれかに記載のスートセンサにおいて、
セラミック支持体（２）は、セラミックの強化繊維を含有していることを特徴とするスートセンサ。
請求項４に記載のスートセンサにおいて、
セラミックの強化繊維は、ムライト繊維により形成されることを特徴とするスートセンサ。
請求項１から５のいずれかに記載のスートセンサにおいて、
アルミノケイ酸塩は、ジルコニアがドーピングされていることを特徴とするスートセンサ。
請求項１に記載のスートセンサにおいて、
金属間化合物は、二珪化モリブデン及び／又はアルミナイドであることを特徴とするスートセンサ。
請求項７に記載のスートセンサにおいて、
アルミナイドは、チタンアルミナイド及び／又は鉄アルミナイドであることを特徴とするスートセンサ。
請求項１から８のいずれかに記載のスートセンサを製造する方法において、
セラミック支持体（２）は、フィルムキャスティングと焼結によって形成されることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、
フィルムキャスティングにより形成されたフィルムを、キャスティング後に乾燥し、
グリーン体としての少なくとも一つの乾燥した支持体に、金属間化合物を粉末の形で含有する懸濁液を用いて回路配線（３）に対応する印刷像を印刷し、
印刷されたフィルムを焼結し、
印刷像の焼結とグリーン体の焼結とにより、焼結された回路配線（３）を備えたセラミック支持体（２）を形成することを特徴とする方法。
請求項１０に記載の方法において、
乾燥したグリーン体は、金属間化合物を粉末の形で含有する懸濁液を用いてスクリーン印刷により印刷が施されることを特徴とする方法。